JP2005229774A - バッテリー状態監視回路とバッテリー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 工場での組み立て直後から即外部負荷を駆動できるような使い勝手の良いバッテリー装置を提供すること。
【解決手段】 電源投入時に放電禁止となるパワーダウン状態に入らないような構成とすることにより、電源投入時の過渡的な所定期間において、放電禁止信号の発生やパワーダウン状態への移行を防止する構成とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は二次電池の充放電をコントロールできるバッテリー状態監視回路とその回路を利用したバッテリー装置に関する。

従来の二次電池からなるバッテリー装置としては、図２に回路ブロック図を示すような電源装置が知られていた。例えば、特許文献１にこのような構造が開示されている。即ち充電器または外部負荷を接続できる外部端子 −Ｖ０ ２０５ 又は ＋Ｖ０ ２０４に電流制限手段であるスイッチ回路２０３を介して二次電池２０１が接続されている。さらに、二次電池２０１に並列にバッテリー状態監視回路２０２が接続されている。バッテリー状態監視回路２０２は、二次電池２０１の電圧および電流を検出する機能を備えている。

二次電池２０１が所定の電圧値より高い過充電状態、または所定の電圧値より低い過放電状態、またはスイッチ回路２０３に所定の電流値より大きい電流が流れて外部端子 −Ｖ０ ２０５がある電圧に達した過電流状態のいずれかの場合は、スイッチ回路２０３がＯＦＦして充電電流または放電電流を停止できるようにバッテリー状態監視回路２０２から充放電禁止信号が出力される。前記過充電状態、過放電状態、過電流状態のいずれでもない場合には充電と放電がともに可能な通常状態となる。

ここで、外部端子 −Ｖ０ ２０５ と ＋Ｖ０ ２０４の間に外部負荷が接続されて放電が進み、二次電池２０１が所定の電圧値より低い過放電状態になり、バッテリー状態監視回路２０２から放電禁止信号が出力されると、スイッチ回路２０３がＯＦＦして放電電流を停止するため、外部端子 −Ｖ０ ２０５ は二次電池２０１からの電源供給を絶たれ、外部負荷にプルアップされて外部端子 ＋Ｖ０ ２０４の電位となる。外部端子 −Ｖ０ ２０５ は同時に、バッテリー状態監視回路２０２の内部でも二次電池のプラス端子すなわち外部端子 ＋Ｖ０ ２０４の電位に所定のインピーダンスでプルアップされる。バッテリー状態監視回路２０２は外部端子 −Ｖ０ ２０５がプルアップされて電圧が高くなったことを検出して自身の消費電流を小さく抑える。これをパワーダウン状態と呼ぶ。パワーダウン状態は二次電池２０１の放電を極力抑えるための工夫である。バッテリー状態監視回路２０２の消費電流を小さく抑えるパワーダウン状態は、外部端子 −Ｖ０ ２０５ と ＋Ｖ０ ２０４の間に充電器が接続されて充電が始まり、外部端子 −Ｖ０ ２０５の電圧が低くなったことを検出するまで持続される。（例えば、特許文献１参照）
特開平４−７５４３０号「充電式の電源装置」

しかしながら、従来のバッテリー装置では工場で組み立てられたときの初期状態がパワーダウン状態になってしまうという課題があった。これは、組みたて工程で通常状態の電圧を有する二次電池とバッテリー状態監視回路を接続したときに、バッテリー状態監視回路の電源電圧は0Vから通常状態へと上昇するまでに、過渡的に過放電状態の領域を通過するため、この間バッテリー状態監視回路は過放電状態と判断し放電禁止信号が出力される。この時、外部端子 −Ｖ０ ２０５ と ＋Ｖ０ ２０４の間に外部負荷が接続されていると外部端子 −Ｖ０ ２０５がプルアップされて電圧が高くなり、バッテリー状態監視回路がこれを検出してパワーダウン状態に入ってしまう場合がある。

組み立て時にパワーダウン状態に入った従来のバッテリー装置では通常状態の電圧を有する二次電池が接続されているにもかかわらず放電禁止状態であるので、即外部負荷を駆動することができないという課題を有していた。また、外部負荷を駆動するためには一度充電を行って外部端子 −Ｖ０ ２０５の電圧を低くして、パワーダウン状態を解除しなければならないという課題を有していた。

そこで本発明は従来のこのような課題を解決し、組み立て直後から即外部負荷を駆動できるような使い勝手の良いバッテリー装置を提供することを目的とした。

上記課題を解決するために、本発明のバッテリー状態監視回路では電源投入時に放電禁止となるパワーダウン状態に入らないような構成とした。具体的には電源投入時の過渡的な所定期間において、放電禁止信号の発生やパワーダウン状態への移行を防止する構成とした。

本発明のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置では、電源投入時に放電禁止信号の発生や放電禁止となるパワーダウン状態に入らないような構成としたことで、
組み立て時にパワーダウン状態に入っていた従来のバッテリー装置の問題点を解決し、組み立て直後から即外部負荷を駆動できるという効果を有する。このため、バッテリー装置の使用を始めるときに一度充電を行ってパワーダウン状態を解除する手間が省け、使い勝手の良いバッテリー装置を提供できるという効果を有する。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。

図１は本発明のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置の実施例を示す回路ブロック図である。図１においては、過充電検出回路１０６と過放電検出回路１０７と過電流検出回路１０８とパワーダウン防止回路１０９とロジック回路３０５を合わせてバッテリー状態監視回路１０２を構成している。

バッテリー状態監視回路１０２は二次電池２０１を電源として動作している。二次電池２０１が充電可能な上限電圧以下であり、かつ放電可能な下限電圧以上であり、かつスイッチ回路２０３に流れる放電電流が所定値以下である場合、バッテリー状態監視回路１０２はロジック回路３０５はスイッチ回路２０３内のＦＥＴ−Ｂ３０４とＦＥＴ−A３０３をオンさせるためにそれぞれＨｉ信号を出力している。この状態を通常状態という。

本発明のバッテリー状態監視回路１０２では充電器３０１が外部端子＋Ｖ０ ２０４と外部端子−Ｖ０ ２０５の間に接続されて充電が開始され、二次電池が充電可能な上限電圧を上回ると、過充電検出回路１０６より検出信号が出力され、ロジック回路３０５はスイッチ回路２０３内のＦＥＴ−Ｂ３０４をオフさせるためにＬｏ信号を出力する。この状態を過充電状態という。

また、本発明のバッテリー状態監視回路１０２では負荷３０２が外部端子＋Ｖ０ ２０４と外部端子−Ｖ０ ２０５の間に接続されて放電が開始され、二次電池が放電可能な下限電圧を下回ると、過放電検出回路１０７より検出信号が出力され、ロジック回路３０５はスイッチ回路２０３内のＦＥＴ−A３０３をオフさせるためにＬｏ信号（以下、放電禁止信号と呼ぶ）を出力する。この状態を過放電状態という。過放電状態ではスイッチ回路２０３がＯＦＦして放電電流を停止するため、外部端子 −Ｖ０ ２０５ は二次電池２０１からの電源供給を絶たれ、外部負荷にプルアップされて外部端子 ＋Ｖ０ ２０４の電位となる。外部端子 −Ｖ０ ２０５ は同時に、バッテリー状態監視回路１０２の内部でも二次電池のプラス端子すなわち外部端子 ＋Ｖ０ ２０４の電位に所定のインピーダンスでプルアップされる。バッテリー状態監視回路１０２は外部端子 −Ｖ０ ２０５がプルアップされて電圧が高くなったことを検出して自身の消費電流を小さく抑える。これをパワーダウン状態と呼ぶ。パワーダウン状態は二次電池２０１の放電を極力抑えるための工夫である。バッテリー状態監視回路１０２の消費電流を小さく抑えるパワーダウン状態は、外部端子 −Ｖ０ ２０５ と ＋Ｖ０ ２０４の間に充電器が接続されて充電が始まり、外部端子 −Ｖ０ ２０５の電圧が低くなったことを検出するまで持続される。

また、本発明のバッテリー状態監視回路１０２では負荷３０２が外部端子＋Ｖ０ ２０４と外部端子−Ｖ０ ２０５の間に接続されて放電が開始され、所定のON抵抗を持ったスイッチ回路２０３に流れる放電電流が増加して、外部端子 −Ｖ０ ２０５の電位が所定値以上になる（すなわちスイッチ回路２０３に流れる放電電流が上限値以上になる）と、過電流検出回路１０８より検出信号が出力され、ロジック回路３０５はスイッチ回路２０３内のＦＥＴ−A３０３をオフさせるために放電禁止信号を出力する。

また、ロジック回路３０５は過充電検出回路１０６と過放電検出回路１０７と過電流検出回路１０８のそれぞれの検出信号や解除信号に対して必要に応じた遅延時間を設けて、一時的なノイズによる誤動作を防止することもできる。また、過充電検出回路１０６と過放電検出回路１０７と過電流検出回路１０８はそれぞれの検出電圧と解除電圧との間に必要に応じたヒステリシス電圧を設けて、検出または解除時の誤動作を防止することもできる。

パワーダウン防止回路１０９はバッテリー状態監視回路１０２の電源電圧を監視している。パワーダウン防止回路１０９は電源投入の過渡的な電圧上昇を検出すると所定時間だけ検出信号を出力し、ロジック回路３０５は放電禁止信号を所定時間だけ出力できなくなる。

パワーダウン防止回路１０９は例えば図４に示すような回路で構成される。

図４においては、容量４０１と定電流回路４０２とインバータ４０３を合わせてパワーダウン防止回路１０９を構成している。二次電池２０１が接続されると容量４０１と定電流回路４０２とで決定される時定数にしたがってインバータ４０３の入力電圧が下がり、インバータ４０３の出力は二次電池２０１が接続されてから所定時間だけLoを保持する。
パワーダウン防止回路は上記所定時間を自由に設定でき、さまざまな回路構成を取ることが可能である。

図５はロジック回路３０５の一部を示したブロック図の例である。図５はPMOS-FET５０１とラッチ回路５０２とで構成されている。ラッチ回路５０２は通常状態ではリセット信号５０３がLo、セット信号５０４がLoで、出力信号５０５はLoである。また過放電状態ではリセット信号５０３がLo、セット信号５０４がHiで、出力信号５０５はHiである。このようなラッチ回路５０２ではセット信号５０４にHiのノイズ成分が乗ると、二次電池が通常状態の電圧であっても、ラッチ回路５０２がセットされて出力信号５０５がHiとなってしまい過放電状態と誤認識してしまう。上記ノイズは二次電池２０１が接続される電源投入の瞬間に発生しやすい。そこで、本発明ではこのような誤認識を防止するためにPMOS-FET５０１のドレインをラッチ回路５０２のリセットに接続し、PMOS-FET５０１のゲートにパワーダウン防止回路１０９からの出力信号を入力している。すなわち、パワーダウン防止回路１０９の出力は二次電池２０１が接続されてから所定時間だけLoを保持するため、この間だけPMOS-FET５０１がONしてラッチ回路５０２を初期化する。したがって、二次電池２０１が接続された時には、ラッチ回路５０２の出力信号５０５が常に通常状態のLoからスタートするので、放電禁止信号は出力されない。

工場でのバッテリー装置組立て工程で通常状態の電圧を有する二次電池２０１とバッテリー状態監視回路１０２を接続した場合は、パワーダウン防止回路１０９が動作している前記所定時間内に、バッテリー状態監視回路１０２の電源電圧が過放電状態の電圧領域を通過して通常状態の電圧領域に達するため、バッテリー状態監視回路１０２は放電禁止信号を出力しない。その結果、ＦＥＴ−A３０３がオフせず外部端子 −Ｖ０ ２０５ は二次電池２０１からの電源供給が絶たれないので、外部端子＋Ｖ０ ２０４の電位にプルアップされなくなり、バッテリー状態監視回路１０２がパワーダウン状態に入るのを防止できる。その結果、所定時間が過ぎた後には本発明のバッテリー装置は充放電が可能な通常状態となる。

一方、工場でのバッテリー装置組立て工程で過放電状態の電圧を有する二次電池２０１とバッテリー状態監視回路１０２を接続した場合は、パワーダウン防止回路１０９が動作している前記所定時間を過ぎてもバッテリー状態監視回路１０２の電源電圧が過放電状態の電圧領域であるため、バッテリー状態監視回路１０２は放電禁止信号を出力する。その結果、ＦＥＴ−A３０３がオフして外部端子 −Ｖ０ ２０５ は二次電池２０１からの電源供給が絶たれ、外部端子＋Ｖ０ ２０４の電位にプルアップされ、バッテリー状態監視回路１０２はパワーダウン状態に入る。

図３は本発明のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置の他の実施例を示す回路ブロック図である。図３においては、パワーダウン防止回路１０９の代わりにパワーダウン防止回路３０９が設けられバッテリー状態監視回路３０２を構成している。他の回路は図１と同様である。

パワーダウン防止回路３０９は、パワーダウン防止回路１０９と同様の構成をとることができ、バッテリー状態監視回路３０２の電源電圧を監視している。パワーダウン防止回路３０９は電源投入の過渡的な電圧上昇を検出すると所定時間だけ検出信号を出力し、パワーダウン状態に入る動作そのものを所定時間だけ防止している。

パワーダウン状態では消費電流を小さくしているが、具体的にはパワーダウン信号によって過充電、過放電、過電流などの監視回路の動作を停止して消費電流を抑えている。ここで、電源投入時から所定時間だけパワーダウン信号をマスクして監視回路の動作停止が起きないようにすれば、所定時間内にバッテリー状態監視回路３０２の電源電圧が過放電領域を通過して通常状態まで上昇するので、過渡的に出力されていた放電禁止信号も所定時間内に解除され、充放電可能な通常状態に入ることができる。したがって、放電禁止信号を所定時間だけ出力できなくした図1と同様の効果が得られる。

以上のことから、本発明のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置では、組み立て時にパワーダウン状態に入っていた従来のバッテリー装置の問題点を解決し、通常状態の二次電池であれば、組み立て直後から即外部負荷を駆動できるようになった。

本発明はバッテリー装置の組み立て工程を円滑にし、バッテリー装置の使い勝手を向上させる量産技術に属するので、産業上の利用が可能である。

本発明のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置の実施例を示す回路ブロック図である。 従来のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置の実施例を示す回路ブロック図である。 本発明のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置の他の実施例を示す回路ブロック図である。 本発明のパワーダウン防止回路の実施例を示す回路ブロック図である。 本発明のロジック回路の一部を示したブロック図の例である。

符号の説明

１０２、２０２、３０２ バッテリー状態監視回路
１０６ 過充電検出回路
１０７ 過放電検出回路
１０８ 過電流検出回路
１０９、３０９ パワーダウン防止回路
２０１ 二次電池
２０３ スイッチ回路
２０４ 外部端子 ＋Ｖ０
２０５ 外部端子 −Ｖ０
３０１ 充電器
３０２ 負荷
３０３ ＦＥＴ−Ａ
３０４ ＦＥＴ−Ｂ
３０５ ロジック回路
４０１ 容量
４０２ 定電流回路
４０３ インバータ
５０１ ＰＭＯＳ−ＦＥＴ
５０２ ラッチ回路
５０３ リセット信号
５０４ セット信号
５０５ 出力信号

Claims (4)

1. 充電と放電が可能である二次電池の電流を調節する電流制限手段を制御できるとともに、前記二次電池の電圧または電流またはその双方を監視できるバッテリー状態監視回路において、前記バッテリー状態監視回路内には少なくとも、
   前記二次電池の放電可能な下限電圧を下回った場合には前記電流制限手段に対して放電禁止させるための検出信号を発信できる過放電検出回路と、
   前記過放電検出回路が動作した後に少なくとも前記過放電検出回路に対して消費電力を抑えるための検出信号を発信できるパワーダウン回路と、
   電源投入時から所定の時間だけ前記放電禁止させるための検出信号を発信できないようにするパワーダウン防止回路と
   が設けられていることを特徴とするバッテリー状態監視回路。
2. 充電と放電が可能である二次電池の電流を調節する電流制限手段を制御できるとともに、前記二次電池の電圧または電流またはその双方を監視できるバッテリー状態監視回路において、前記バッテリー状態監視回路内には少なくとも、
   前記二次電池の放電可能な下限電圧を下回った場合には前記電流制限手段に対して放電禁止させるための検出信号を発信できる過放電検出回路と、
   前記過放電検出回路が動作した後に少なくとも前記過放電検出回路に対して消費電力を抑えるための検出信号を発信できるパワーダウン回路と、
   電源投入時から所定の時間だけ前記消費電力を抑えるための検出信号を発信できないようにするパワーダウン防止回路と
   が設けられていることを特徴とするバッテリー状態監視回路。
3. 外部端子である＋端子と−端子との間に、充電と放電が可能である二次電池と、前記二次電池の電流を調節する電流制限手段が接続されており、前記電流制限手段を制御できるとともに前記二次電池の電圧または電流またはその双方を監視できるバッテリー状態監視回路とが具備されているバッテリー装置において、
   前記バッテリー状態監視回路が請求項１記載のバッテリー状態監視回路であることを特徴とするバッテリー装置。
4. 外部端子である＋端子と−端子との間に、充電と放電が可能である二次電池と、前記二次電池の電流を調節する電流制限手段が接続されており、前記電流制限手段を制御できるとともに前記二次電池の電圧または電流またはその双方を監視できるバッテリー状態監視回路とが具備されているバッテリー装置において、
   前記バッテリー状態監視回路が請求項２記載のバッテリー状態監視回路であることを特徴とするバッテリー装置。

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