JP3632720B2 - 電源制御回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源制御回路に関し、特に、リチウムイオン電池のような充電可能な電池（二次電池）を備えた電池ユニットに用いられ、二次電池の充電を制御する充電制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能な電池（二次電池）のうち、特にリチウムイオン電池は、過放電、過充電に弱いため、過放電状態、過充電状態を検出する検出装置が不可欠である。また、この検出装置は、二次電池の放電中における過電流状態をも検出している。すなわち、検出装置は、過放電検出回路と過充電検出回路と過電流検出回路とを備えている。
【０００３】
図４乃至図６を参照して、従来の充電制御回路を備えたリチウムイオン電池による電池ユニットについて説明する。電池ユニットは電池パックとも呼ばれる。図示の電池ユニットは、直列接続した３個のリチウムイオン電池（単位電池）１１、１２、１３からなる二次電池を含む。単位電池の個数は１個、２個あるいは４個以上でも良い。ここでは、接地端子の側から順番に単位電池１１、１２、１３をそれぞれ第１、第２及び第３の単位電池と呼ぶことにする。この二次電池に検出装置が並列に接続されている。検出装置は、第１乃至第３の過充電検出回路２１、２２、２３と、第１乃至第３の過放電検出回路（図示せず）と、過電流検出回路（図示せず）とを有する。第１乃至第３の過放電検出回路と、第１乃至第３の過充電検出回路２１〜２３とは、それぞれ、第１乃至第３の単位電池１１〜１３に並列に接続されている。第１乃至第３の単位電池１１〜１３は、その電池電圧として、それぞれ、第１乃至第３のセル電圧ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３を発生している。二次電池はバッテリ電圧ＶＣＣを発生している。
【０００４】
本発明は充電制御回路に関するので、過放電検出回路および過電流検出回路の構成および動作についての説明を省略する。
【０００５】
第１乃至第３の過充電検出回路２１〜２３の各々には、過充電検出電圧ＶＤ と過充電解除電圧ＶＲ とが設定されている。過充電検出電圧ＶＤ は過充電解除電圧ＶＲ より高い。第１の過充電検出回路２１は、第１のセル電圧ＶＣ１と過充電検出電圧ＶＤ とを比較し、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなると過充電と判定して、論理ロウレベルの第１の過充電検出信号を出力する。同様に、第２の過充電検出回路２２は、第２のセル電圧ＶＣ２と過充電検出電圧ＶＤ とを比較し、第２のセル電圧ＶＣ２が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなると過充電と判定して、論理ロウレベルの第２の過充電検出信号を出力する。第３の過充電検出回路２３は、第３のセル電圧ＶＣ３と過充電検出電圧ＶＤ とを比較し、第３のセル電圧ＶＣ３が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなると過充電と判定して、論理ロウレベルの第３の過充電検出信号を出力する。
【０００６】
ここでは、図６の第１行目に示されるように、第１のセル電圧ＶＣ１が時刻ｔ１ で過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなって、第１の過充電検出信号のみが出力された場合について説明する。第１の過充電検出信号は、論理積ゲートＧで論理積がとられた後、最終過充電検出信号としてバイアス回路３０に供給される。最終過充電検出信号に応答して、バイアス回路３０はバイアス電流生成回路４０を駆動して、バイアス電流生成回路４０から不感応回路５０へバイアス電流を流す。不感応回路５０はコンデンサＣが接続されたＣＯＶ端子を持つ。
【０００７】
図５を参照して、バイアス電流生成回路４０と不感応回路５０の構成について詳細に説明する。
【０００８】
バイアス電流生成回路４０は、定電流源ＩＯ１ と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ およびＱ３ から成るカレントミラー回路と、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ とから構成されている。定電流源ＩＯ１ の一端はバッテリ電圧ＶＣＣの電源端子に接続され、他端はｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のコレクタに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のベースはｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ３ のベースに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ３ のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、コレクタはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のコレクタに接続されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のベースはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のコレクタに接続され、エミッタはバッテリ電圧ＶＣＣの電源端子に接続されている。定電流源ＩＯ１ はバイアス回路３０によって駆動されると、定電流Ｉ１ を流す。
【０００９】
不感応回路５０は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ ，Ｑ６ ，Ｑ７ と、基準電圧発生用のツェナーダイオードＺＤ１ と、コンパレータＣＯＭＰ１ から構成されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ ，Ｑ６ ，Ｑ７ のベースはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のベースに接続され、エミッタはバッテリ電圧ＶＣＣの電源端子に接続されている。すなわち、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ ，Ｑ６ ，Ｑ７ の各々は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ と協働して定電流源として動作する。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ のコレクタはコンパレータＣＯＭＰ１ の非反転端子とＣＯＶ端子とに接続されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ６ のコレクタは、コンパレータＣＯＭＰ１ の反転端子とツェナーダイオードＺＤ１ のカソードとに接続されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ７ のコレクタはコンパレータＣＯＭＰ１ に接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１ のアノードは接地端子ＧＮＤ に接続されている。コンパレータＣＯＭＰ１ の出力端子は、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースと第１乃至第３の過充電検出回路２１〜２３とに接続されている。
【００１０】
不感応回路５０は、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ と所定の基準電圧ＶＲＥＦ とを比較し、図６の第２行目に示す、充電電圧ＶＣｏｖ が時刻ｔ２ で基準電圧ＶＲＥＦ を越えたときに充電オフ信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給して、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ をオン状態とする。
【００１１】
ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のコレクタはＯＶ端子に接続され、このＯＶ端子は充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタ（図示せず）のゲートに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ がオンすることにより、図６の第３行目に示すように、ＯＶ端子は時刻ｔ２ で論理ロウレベル“Ｌ”となり、電界効果トランジスタがオフし、電池ユニットの出力端子（図示せず）間に接続された充電器（図示せず）との接続を断として充電を禁止する。過充電検出回路２１〜２３と電界効果トランジスタと論理積ゲートＧとの組み合わせは過充電防止装置として働く。
【００１２】
充電オフ信号に応答して、第１の過充電検出回路２１は第１の過充電検出信号をリセットする。コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が所定の基準電圧ＶＲＥＦ を越えた時点で、コンパレータＣＯＭＰ１ のヒステリシスがかかり、コンパレータＣＯＭＰ１ の反転端子には所定の基準電圧ＶＲＥＦ より低い解除電圧が加えられる。また、ＣＯＶ端子とツェナーダイオードＺＤ１ との間にはクランプ回路（図示せず）が挿入されるので、バイアス電流Ｉ２ はこのクランプ回路を介してツェナーダイオードＺＤ１ へ流れる。したがって、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は上記解除電圧よりも若干高い電圧まで急激に降下する。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオン状態のままである。
【００１３】
一方、電界効果トランジスタがオフし、リチウムイオン電池の充電が禁止されると、第１の単位電池１１のインピーダンスによって、第１のセル電圧ＶＣ１が徐々に降下し、時刻ｔ３ で過充電解除電圧ＶＲ よりも低くなる。このとき、第１の過充電検出回路２１は、バイアス回路３０を停止するので、バイアス電流生成回路４０はバイアス電流Ｉ１ を流さない。したがって、不感応回路５０は動作しなくなり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオフ状態となり、ＯＶ端子は論理ハイレベル“Ｈ”となる。これにより、電界効果トランジスタがオンし、二次電池の充電を再開する。また、バイアス電流Ｉ２ が流れなくなるので、時刻ｔ３ 以降、コンデンサＣはリーク吸収（抵抗）等（図示せず）により放電され、その充電電圧ＶＣｏｖ は低下する。
【００１４】
上記の説明では、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなった場合の動作について説明したが、第２及び第３のセル電圧ＶＣ２及びＶＣ３が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなった場合も同様に動作することは言うまでもない。
【００１５】
このように、リチウムイオン電池を充電する場合、第１乃至第３の単位電池１１〜１３のインピーダンスを考慮して、不感応回路５０により設定された検知不感応時間分だけ、過充電を行っている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の充電制御回路では、第１乃至第３の単位電池１１〜１３のインピーダンスを考慮して、不感応回路５０により設定された検知不感応時間分だけ、過充電を行っている。しかしながら、ＣＯＶ端子に接続された、検知不感応時間を決定するためのコンデンサＣの放電が遅い場合、コンデンサＣの放電期間中にその充電電圧ＶＣｏｖ が十分に下がりきらずに、コンデンサＣの充電が再開されてしまうことがあった。
【００２６】
この事情について図６を参照して説明する。時刻ｔ４ で第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ を越えたとする。この時刻ｔ４ では、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ がほぼＯ〔Ｖ〕となっている。したがって、この時刻ｔ４ から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ５ でコンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ を越えるので、不感応回路５０は充電オフ信号を出力する。しかしながら、コンデンサＣの放電が遅いので、第１のセル電圧ＶＣ１が時刻ｔ６ で過充電解除電圧ＶＲ よりも低くなり、二次電池の充電を再開した後で、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ を越えた時刻ｔ７ では、コンデンサＣが十分に放電しきれておらず、その充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕より若干高くなっている。この状態で、時刻ｔ７ よりコンデンサＣの充電が再開されるので、所定の検知不感応時間ＴＯＶより短い検知不感応時間ＴＯＶ１ 経過した時刻ｔ´８ でコンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ を越えてしまう。このようにして、以後、図６に示すように、検知不感応時間は徐々に短くなってしまう（ＴＯＶ＞ＴＯＶ１ ＞ＴＯＶ２ ＞ＴＯＶ３ ）。
【００２７】
上述したように、従来の充電制御回路では検知不感応時間が一定とならず、過充電検出電圧ＶＤ 付近では検知不感応時間が短くなり、過充電検出電圧ＶＤ 付近で充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタがオン、オフを繰り返してしまうという問題がある。
【００２９】
本発明の課題は、常に一定の検知不感応時間の間だけ、二次電池を構成する単位電池を過充電することを可能にした、電源制御回路を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、充電器による二次電池の充電を、該二次電池と前記充電器との間に接続された充電制御スイッチのオン・オフによって制御する電源制御回路であって、前記二次電池は少なくとも１つの単位電池を含み、前記電源制御回路は、前記単位電池のセル電圧が過充電検出電圧を超えたか否かを検出し、前記セル電圧が前記過充電検出電圧を超えたときに過充電検出信号を出力する過充電検出回路と、前記過充電検出信号に応答して、バイアス電流を生成するバイアス手段と、前記バイアス電流によって充電されるコンデンサに接続され、該コンデンサの充電電圧と所定の基準電圧とを比較し、前記充電電圧が前記所定の基準電圧を超えたときに、充電オフ信号を発生して、前記充電制御スイッチをオフさせる不感応回路と、前記過充電検出信号に応答して、前記コンデンサが充電を開始する前に、前記コンデンサを強制的に所定の初期電圧まで放電させるイニシャル回路とを有し、これによって、常に一定の検知不感応時間の間だけ、前記単位電池の過充電を行うことを特徴とする電源制御回路が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による電源制御回路について説明する。なお、以下においては、本発明に係る電源制御回路を二次電池の充電制御回路に適用した場合について説明する。
【００３２】
図１を参照すると、本実施形態による二次電池の充電制御回路は、バイアス電流生成回路４０と不感応回路５０との間にイニシャル回路６０を設けた点を除いて、図４に示したものと同様の構成を有する。以下では、図４のものと同様の機能をものには同一の参照符号を付して、説明の簡単化のためにそれらの説明を省略する。
【００３３】
イニシャル回路６０は、コンデンサＣが充電を開始する前に、その充電電圧ＶＣｏｖ を強制的に初期電圧（例えば、０〔Ｖ〕）まで低下させるための回路である。
【００３４】
図２を参照すると、イニシャル回路６０はｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ ，Ｑ９ ，Ｑ１０，Ｑ１１と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ１５，Ｑ１６，Ｑ１７と、抵抗器Ｒ１ ，Ｒ２ ，Ｒ３ ，Ｒ４ ，Ｒ５ と、コンデンサＣ１ から構成されている。
【００３５】
ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ 〜Ｑ１１のベースはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のベースに接続され、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ 〜Ｑ１１のエミッタは電源端子に接続されている。したがって、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ 〜Ｑ１１の各々は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ と協働くして定電流源として動作する。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ のコレクタは抵抗器Ｒ１ とコンデンサＣ１ の並列回路を介して接地端子ＧＮＤ に接続されると共に、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２のベースに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、コレクタはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ９ のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３のベースと抵抗器Ｒ２ の一端に接続されている。抵抗器Ｒ２ の他端は接地端子ＧＮＤ に接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、コレクタはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ１０のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスＱ１４のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５のベースに接続されている。
【００３６】
ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４のベースは、抵抗器Ｒ３ を介して、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５のコレクタとｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ１１のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６のベースと抵抗器Ｒ５ の一端とに接続されると共に、直接、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６のコレクタに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６のエミッタは、抵抗器Ｒ４ を介して、ＣＯＶ端子と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７のコレクタに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、ベースは抵抗器Ｒ５ の他端に接続されている。
【００３７】
ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８，Ｑ９とｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ12と抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１との組み合わせは、最終過充電検出信号に応答してバイアス電流がバイアス電流生成回路４０から供給されたときに、放電開始信号を出力する駆動回路６２として働く。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ14，Ｑ 16と抵抗器Ｒ３，Ｒ４との組み合わせは、コンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶを検出し、この検出した充電電圧ＶＣＯＶが０〔Ｖ〕の初期電圧になったときに、放電停止信号を出力する充電電圧検出回路６４として作用する。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ10，Ｑ11と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ13，Ｑ15，Ｑ17と、抵抗器Ｒ２，Ｒ５との組み合わせは、放電開始信号に応答してコンデンサＣの放電を行い、放電停止信号に応答してコンデンサＣの放電を停止する放電回路６６として働く。なお、駆動回路６２は、抵抗器Ｒ１の抵抗値とコンデンサＣ１の容量値とによって規定される時定数に対応する所定時間の間だけ、上記放電開始信号を出力し続ける。これによって、たとえ最終過充電検出信号の発生時にコンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶが０〔Ｖ〕の初期電圧であっても、放電回路６６によってコンデンサＣを上記所定時間の間、強制的に放電状態にさせる。
【００３８】
以下、図１乃至図３を参照して、充電制御回路の動作について説明する。なお、ここでは、第１の過充電検出回路２１についてのみ説明するが、第２及び第３の充電検出回路２２及び２３も同様である。
【００３９】
初期状態として、二次電池が十分に充電しておらず、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ より低いとする。この状態では、バイアス回路３０は動作せず、バイアス電流生成回路４０はバイアス電流Ｉ１ を流さず、イニシャル回路６０および不感応回路５０にはバイアス電流が流れていない。また、この状態では、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ はほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧となっている。コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ はツェナーダイオードＺＤ１ で設定された基準電圧ＶＲＥＦ より低いので、コンパレータＣＯＭＰ１ は充電オン信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給している。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオフ状態となり、ＯＶ端子は論理ハイレベル“Ｈ”となっている。
【００４０】
充電器により二次電池が充電されて、時刻ｔ１ で第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ を越えたとする。このとき、第１の過充電検出回路２１から第１の過充電検出信号が論理積ゲートＧを介してバイアス回路３０に供給され、バイアス回路３０はバイアス電流生成回路４０に対してバイアス電流Ｉ１ を流すように起動する。これにより、イニシャル回路６０および不感応回路５０にバイアス電流が流れる。
【００４１】
一方、イニシャル回路６０においては、バイアス電流が流れるが、駆動回路６２では、抵抗器Ｒ１ とコンデンサＣ１ との並列回路により、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態である。すなわち、駆動回路６２から放電開始信号が放電回路６６に供給される。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態なので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオン状態となる。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５がオフ状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７もオン状態となる。すなわち、放電回路６６はコンデンサＣを放電する状態にする。また、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕の初期電圧であるので、充電電圧検出回路６４では、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６がオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオフ状態となっている。
【００４２】
駆動回路６２において、抵抗器Ｒ１ の抵抗値とコンデンサＣ１ の容量値によって規定される時定数に対応した一定時間が経過すると、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となる。すなわち、駆動回路６２は放電開始信号の送出を停止する。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となったので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオフ状態となる。これにより、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５がオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７がオフ状態となる。したがって、放電回路６６は、コンデンサＣの放電を停止する。
【００４３】
ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７がオフ状態となったので、不感応回路５０において、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ からバイアス電流Ｉ２ が流れ、ＣＯＶ端子からコンデンサＣに電流が流れる。これによりコンデンサＣが充電され、その充電電圧ＶＣｏｖ が徐々に上昇していく。
【００４４】
充電電圧ＶＣｏｖ が上昇すると、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６がオフ状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオン状態となる。
【００４５】
さて、時刻ｔ１ から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ２ で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ に達すると、コンパレータＣＯＭＰ１ は充電オフ信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給する。これにより、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ がオン状態となり、ＯＶ端子は論理ロウレベル“Ｌ”となって、充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタをオフとする。これにより、充電器による二次電池の充電が禁止される。
【００４６】
充電オフ信号が第１の過充電検出回路２１に供給されるので、第１の過充電回路２１はリセットされる。コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が所定の基準電圧ＶＲＥＦ を越えた時点で、コンパレータＣＯＭＰ１ のヒステリシスがかかり、コンパレータＣＯＭＰ１ の反転端子には所定の基準電圧ＶＲＥＦ より低い解除電圧が加えられる。また、ＣＯＶ端子とツェナーダイオードＺＤ１ との間には上記クランプ回路が挿入されるので、バイアス電流Ｉ２ はこのクランプ回路を介してツェナーダイオードＺＤ１ へ流れる。したがって、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は上記解除電圧よりも若干高い電圧まで急激に降下する。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオン状態のままである。
【００４７】
また、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ以上で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶが高いとき、前述したように、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ16はオフ状態となり、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ 14がオン状態である。
【００４８】
一方、第１のセル電圧ＶＣ１も、第１の単位電池１１のインピーダンスにより、徐々に降下し、時刻ｔ３ で、過充電解除電圧ＶＲ 以下となる。これにより、第１の過充電検出回路２１は過充電解除検出信号を論理積ゲートＧを介してバイアス回路３０へ供給する。この過充電解除検出信号に応答して、バイアス回路３０は停止し、不感応回路５０が動作を停止する。したがって、ｎｐｎ形トランジスタＱ１ はオフ状態となり、ＯＶ端子が論理ハイレベル“Ｈ”となり、充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタをオンし、充電器による二次電池の充電が再開される。
【００４９】
二次電池が充電されることにより、第１の単位電池１１の第１のセル電圧ＶＣ１が時刻ｔ４ で過充電検出電圧ＶＤ に達する。これにより、第１の過充電検出回路２１は第１の過充電検出信号を論理積ゲートＧを介してバイアス回路３０へ供給する。これにより、バイアス回路３０はバイアス電流生成回路４０に対してバイアス電流Ｉ１ を流し、イニシャル回路６０および不感応回路５０にもバイアス電流を流す。この時刻ｔ４ で、コンデンサＣは十分に放電を完了しており、その充電電圧ＶＣｏｖ はほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧となっている。
【００５０】
したがって、前述したように、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ16はオン状態となり、駆動回路６２からの放電開始信号が停止した後、放電回路６６のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ17がオフ状態となる。これにより、コンデンサＣの充電が再開され、時刻ｔ４から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ５で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶが基準電圧ＶＲＥＦに達する。
【００５１】
これにより、コンパレータＣＯＭＰ１ は充電オフ信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給し、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ がオン状態となり、ＯＶ端子は論理ロウレベル“Ｌ”となって、充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタをオフとして、充電器による二次電池の充電が禁止される。
【００５２】
ここまでの動作説明は、図６に示したものと同様である。二次電池の充電が禁止されたので、第１の単位電池１１の第１のセル電圧ＶＣ１は、第１の単位電池１１のインピーダンスにより、徐々に降下し、時刻ｔ６ で過充電解除電圧ＶＲ 以下となる。その結果、前述したのと同様に、不感応回路５０は充電オン信号を発生し、充電器による二次電池の充電が再開される。この時点から、コンデンサＣは上記リーク吸収（抵抗）等により放電をし、その充電電圧ＶＣｏｖ は徐々に降下する。
【００５３】
二次電池の充電が再開されたので、第１の単位電池１１の第１のセル電圧ＶＣ１は徐々に上昇し、時刻ｔ７ で、過充電検出電圧ＶＤ に達する。この時刻ｔ７ では、前述したように、コンデンサＣは十分に放電し切っておらず、その充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕より若干高い電圧となっている。
【００５４】
本発明では、イニシャル回路６０により、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ を強制的にほぼ０〔Ｖ〕にした後で、コンデンサＣの充電を再開する。すなわち、時刻ｔ７ で、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ 以上となったので、イニシャル回路６０および不感応回路５０においてバイアス電流Ｉ２ が流れ始める。
【００５５】
イニシャル回路６０の駆動回路６２では、抵抗器Ｒ１ とコンデンサＣ１ との並列回路により、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態である。すなわち、駆動回路６２から放電開始信号が放電回路６６に供給される。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態なので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオン状態となる。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５がオフ状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７もオン状態となる。すなわち、放電回路６６はコンデンサＣを放電する状態にする。また、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕の初期電圧まで下がっていなので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６はオフ状態となっており、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオン状態となる。
【００５６】
駆動回路６２において、抵抗器Ｒ１ の抵抗値とコンデンサＣ１ の容量値によって規定される時定数に対応した一定時間が経過すると、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となる。すなわち、駆動回路６２は放電開始信号の送出を停止する。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となったので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオフ状態となる。しかしながら、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオン状態であるので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオフ状態であるにもかかわらず、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５はオフ状態を維持し、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７はオン状態を維持する。したがって、コンデンサＣは放電を継続する。
【００５７】
コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ がほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧になると、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６はオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオフ状態となる。これにより、放電回路６６のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５はオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７がオフ状態となる。したがって、放電回路６６は、コンデンサＣの放電を停止する。
【００５８】
このように、コンデンサＣを強制的にほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧にしてから、コンデンサＣの充電が時刻ｔ７ で再開される。この時刻ｔ７ から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ８ で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ に達する。
【００５９】
以下同様にして、本発明では、常に一定の検知不感応時間ＴＯＶの間だけ、二次電池を構成する単位電池を過充電することができる。
【００６０】
本発明は上述した実施の形態に限定せず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更・変形が可能である。たとえば、本発明は、リチウムイオン電池に限らず、過電流からの保護を必要とする二次電池全般に適用可能であることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明による電源制御回路は、コンデンサが充電を開始する前に、コンデンサを強制的に所定の初期電圧まで放電させるイニシャル回路を設けたので、常に一定の検知不感応時間の間だけ、二次電池を構成する単位電池を過充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による二次電池の充電制御回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のバイアス電流生成回路、イニシャル回路および不感応回路を示す回路図である。
【図３】図１に示された充電制御回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】従来の二次電池の充電制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図４中のバイアス電流生成回路および不感応回路を示す回路図である。
【図６】図４に示された充電制御回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１１〜１３ 単位電池
２１〜２３ 過充電検出回路
３０ バイアス回路
４０ バイアス電流生成回路
５０ 不感応回路
６０ イニシャル回路
７０ 電源オン検出回路
Ｃ コンデンサ
Ｑ１ ｎｐｎ形バイポーラトランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源制御回路に関し、特に、リチウムイオン電池のような充電可能な電池（二次電池）を備えた電池ユニットに用いられ、二次電池の充電を制御する充電制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能な電池（二次電池）のうち、特にリチウムイオン電池は、過放電、過充電に弱いため、過放電状態、過充電状態を検出する検出装置が不可欠である。また、この検出装置は、二次電池の放電中における過電流状態をも検出している。すなわち、検出装置は、過放電検出回路と過充電検出回路と過電流検出回路とを備えている。
【０００３】
図４乃至図６を参照して、従来の充電制御回路を備えたリチウムイオン電池による電池ユニットについて説明する。電池ユニットは電池パックとも呼ばれる。図示の電池ユニットは、直列接続した３個のリチウムイオン電池（単位電池）１１、１２、１３からなる二次電池を含む。単位電池の個数は１個、２個あるいは４個以上でも良い。ここでは、接地端子の側から順番に単位電池１１、１２、１３をそれぞれ第１、第２及び第３の単位電池と呼ぶことにする。この二次電池に検出装置が並列に接続されている。検出装置は、第１乃至第３の過充電検出回路２１、２２、２３と、第１乃至第３の過放電検出回路（図示せず）と、過電流検出回路（図示せず）とを有する。第１乃至第３の過放電検出回路と、第１乃至第３の過充電検出回路２１〜２３とは、それぞれ、第１乃至第３の単位電池１１〜１３に並列に接続されている。第１乃至第３の単位電池１１〜１３は、その電池電圧として、それぞれ、第１乃至第３のセル電圧ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３を発生している。二次電池はバッテリ電圧ＶＣＣを発生している。
【０００４】
本発明は充電制御回路に関するので、過放電検出回路および過電流検出回路の構成および動作についての説明を省略する。
【０００５】
第１乃至第３の過充電検出回路２１〜２３の各々には、過充電検出電圧ＶＤ と過充電解除電圧ＶＲ とが設定されている。過充電検出電圧ＶＤ は過充電解除電圧ＶＲ より高い。第１の過充電検出回路２１は、第１のセル電圧ＶＣ１と過充電検出電圧ＶＤ とを比較し、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなると過充電と判定して、論理ロウレベルの第１の過充電検出信号を出力する。同様に、第２の過充電検出回路２２は、第２のセル電圧ＶＣ２と過充電検出電圧ＶＤ とを比較し、第２のセル電圧ＶＣ２が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなると過充電と判定して、論理ロウレベルの第２の過充電検出信号を出力する。第３の過充電検出回路２３は、第３のセル電圧ＶＣ３と過充電検出電圧ＶＤ とを比較し、第３のセル電圧ＶＣ３が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなると過充電と判定して、論理ロウレベルの第３の過充電検出信号を出力する。
【０００６】
ここでは、図６の第１行目に示されるように、第１のセル電圧ＶＣ１が時刻ｔ１ で過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなって、第１の過充電検出信号のみが出力された場合について説明する。第１の過充電検出信号は、論理積ゲートＧで論理積がとられた後、最終過充電検出信号としてバイアス回路３０に供給される。最終過充電検出信号に応答して、バイアス回路３０はバイアス電流生成回路４０を駆動して、バイアス電流生成回路４０から不感応回路５０へバイアス電流を流す。不感応回路５０はコンデンサＣが接続されたＣＯＶ端子を持つ。
【０００７】
図５を参照して、バイアス電流生成回路４０と不感応回路５０の構成について詳細に説明する。
【０００８】
バイアス電流生成回路４０は、定電流源ＩＯ１ と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ およびＱ３ から成るカレントミラー回路と、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ とから構成されている。定電流源ＩＯ１ の一端はバッテリ電圧ＶＣＣの電源端子に接続され、他端はｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のコレクタに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のベースはｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ３ のベースに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ２ のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ３ のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、コレクタはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のコレクタに接続されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のベースはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のコレクタに接続され、エミッタはバッテリ電圧ＶＣＣの電源端子に接続されている。定電流源ＩＯ１ はバイアス回路３０によって駆動されると、定電流Ｉ１ を流す。
【０００９】
不感応回路５０は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ ，Ｑ６ ，Ｑ７ と、基準電圧発生用のツェナーダイオードＺＤ１ と、コンパレータＣＯＭＰ１ から構成されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ ，Ｑ６ ，Ｑ７ のベースはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のベースに接続され、エミッタはバッテリ電圧ＶＣＣの電源端子に接続されている。すなわち、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ ，Ｑ６ ，Ｑ７ の各々は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ と協働して定電流源として動作する。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ のコレクタはコンパレータＣＯＭＰ１ の非反転端子とＣＯＶ端子とに接続されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ６ のコレクタは、コンパレータＣＯＭＰ１ の反転端子とツェナーダイオードＺＤ１ のカソードとに接続されている。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ７ のコレクタはコンパレータＣＯＭＰ１ に接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１ のアノードは接地端子ＧＮＤ に接続されている。コンパレータＣＯＭＰ１ の出力端子は、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースと第１乃至第３の過充電検出回路２１〜２３とに接続されている。
【００１０】
不感応回路５０は、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ と所定の基準電圧ＶＲＥＦ とを比較し、図６の第２行目に示す、充電電圧ＶＣｏｖ が時刻ｔ２ で基準電圧ＶＲＥＦ を越えたときに充電オフ信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給して、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ をオン状態とする。
【００１１】
ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のコレクタはＯＶ端子に接続され、このＯＶ端子は充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタ（図示せず）のゲートに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ がオンすることにより、図６の第３行目に示すように、ＯＶ端子は時刻ｔ２ で論理ロウレベル“Ｌ”となり、電界効果トランジスタがオフし、電池ユニットの出力端子（図示せず）間に接続された充電器（図示せず）との接続を断として充電を禁止する。過充電検出回路２１〜２３と電界効果トランジスタと論理積ゲートＧとの組み合わせは過充電防止装置として働く。
【００１２】
充電オフ信号に応答して、第１の過充電検出回路２１は第１の過充電検出信号をリセットする。コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が所定の基準電圧ＶＲＥＦ を越えた時点で、コンパレータＣＯＭＰ１ のヒステリシスがかかり、コンパレータＣＯＭＰ１ の反転端子には所定の基準電圧ＶＲＥＦ より低い解除電圧が加えられる。また、ＣＯＶ端子とツェナーダイオードＺＤ１ との間にはクランプ回路（図示せず）が挿入されるので、バイアス電流Ｉ２ はこのクランプ回路を介してツェナーダイオードＺＤ１ へ流れる。したがって、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は上記解除電圧よりも若干高い電圧まで急激に降下する。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオン状態のままである。
【００１３】
一方、電界効果トランジスタがオフし、リチウムイオン電池の充電が禁止されると、第１の単位電池１１のインピーダンスによって、第１のセル電圧ＶＣ１が徐々に降下し、時刻ｔ３ で過充電解除電圧ＶＲ よりも低くなる。このとき、第１の過充電検出回路２１は、バイアス回路３０を停止するので、バイアス電流生成回路４０はバイアス電流Ｉ１ を流さない。したがって、不感応回路５０は動作しなくなり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオフ状態となり、ＯＶ端子は論理ハイレベル“Ｈ”となる。これにより、電界効果トランジスタがオンし、二次電池の充電を再開する。また、バイアス電流Ｉ２ が流れなくなるので、時刻ｔ３ 以降、コンデンサＣはリーク吸収（抵抗）等（図示せず）により放電され、その充電電圧ＶＣｏｖ は低下する。
【００１４】
上記の説明では、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなった場合の動作について説明したが、第２及び第３のセル電圧ＶＣ２及びＶＣ３が過充電検出電圧ＶＤ よりも高くなった場合も同様に動作することは言うまでもない。
【００１５】
このように、リチウムイオン電池を充電する場合、第１乃至第３の単位電池１１〜１３のインピーダンスを考慮して、不感応回路５０により設定された検知不感応時間分だけ、過充電を行っている。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の充電制御回路では、第１乃至第３の単位電池１１〜１３のインピーダンスを考慮して、不感応回路５０により設定された検知不感応時間分だけ、過充電を行っている。しかしながら、ＣＯＶ端子に接続された、検知不感応時間を決定するためのコンデンサＣの放電が遅い場合、コンデンサＣの放電期間中にその充電電圧ＶＣｏｖ が十分に下がりきらずに、コンデンサＣの充電が再開されてしまうことがあった。
【００２６】
この事情について図６を参照して説明する。時刻ｔ４ で第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ を越えたとする。この時刻ｔ４ では、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ がほぼＯ〔Ｖ〕となっている。したがって、この時刻ｔ４ から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ５ でコンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ を越えるので、不感応回路５０は充電オフ信号を出力する。しかしながら、コンデンサＣの放電が遅いので、第１のセル電圧ＶＣ１が時刻ｔ６ で過充電解除電圧ＶＲ よりも低くなり、二次電池の充電を再開した後で、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ を越えた時刻ｔ７ では、コンデンサＣが十分に放電しきれておらず、その充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕より若干高くなっている。この状態で、時刻ｔ７ よりコンデンサＣの充電が再開されるので、所定の検知不感応時間ＴＯＶより短い検知不感応時間ＴＯＶ１ 経過した時刻ｔ´８ でコンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ を越えてしまう。このようにして、以後、図６に示すように、検知不感応時間は徐々に短くなってしまう（ＴＯＶ＞ＴＯＶ１ ＞ＴＯＶ２ ＞ＴＯＶ３ ）。
【００２７】
上述したように、従来の充電制御回路では検知不感応時間が一定とならず、過充電検出電圧ＶＤ 付近では検知不感応時間が短くなり、過充電検出電圧ＶＤ 付近で充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタがオン、オフを繰り返してしまうという問題がある。
【００２９】
本発明の課題は、常に一定の検知不感応時間の間だけ、二次電池を構成する単位電池を過充電することを可能にした、電源制御回路を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、充電器による二次電池の充電を、該二次電池と前記充電器との間に接続された充電制御スイッチのオン・オフによって制御する電源制御回路であって、前記二次電池は少なくとも１つの単位電池を含み、前記電源制御回路は、前記単位電池のセル電圧が過充電検出電圧を超えたか否かを検出し、前記セル電圧が前記過充電検出電圧を超えたときに過充電検出信号を出力する過充電検出回路と、前記過充電検出信号に応答して、バイアス電流を生成するバイアス手段と、前記バイアス電流によって充電されるコンデンサに接続され、該コンデンサの充電電圧と所定の基準電圧とを比較し、前記充電電圧が前記所定の基準電圧を超えたときに、充電オフ信号を発生して、前記充電制御スイッチをオフさせる不感応回路と、前記過充電検出信号に応答して、前記コンデンサが充電を開始する前に、前記コンデンサを強制的に所定の初期電圧まで放電させるイニシャル回路とを有し、これによって、常に一定の検知不感応時間の間だけ、前記単位電池の過充電を行うことを特徴とする電源制御回路が得られる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による電源制御回路について説明する。なお、以下においては、本発明に係る電源制御回路を二次電池の充電制御回路に適用した場合について説明する。
【００３２】
図１を参照すると、本実施形態による二次電池の充電制御回路は、バイアス電流生成回路４０と不感応回路５０との間にイニシャル回路６０を設けた点を除いて、図４に示したものと同様の構成を有する。以下では、図４のものと同様の機能をものには同一の参照符号を付して、説明の簡単化のためにそれらの説明を省略する。
【００３３】
イニシャル回路６０は、コンデンサＣが充電を開始する前に、その充電電圧ＶＣｏｖ を強制的に初期電圧（例えば、０〔Ｖ〕）まで低下させるための回路である。
【００３４】
図２を参照すると、イニシャル回路６０はｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ ，Ｑ９ ，Ｑ１０，Ｑ１１と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ１５，Ｑ１６，Ｑ１７と、抵抗器Ｒ１ ，Ｒ２ ，Ｒ３ ，Ｒ４ ，Ｒ５ と、コンデンサＣ１ から構成されている。
【００３５】
ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ 〜Ｑ１１のベースはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ のベースに接続され、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ 〜Ｑ１１のエミッタは電源端子に接続されている。したがって、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ 〜Ｑ１１の各々は、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ４ と協働くして定電流源として動作する。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８ のコレクタは抵抗器Ｒ１ とコンデンサＣ１ の並列回路を介して接地端子ＧＮＤ に接続されると共に、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２のベースに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、コレクタはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ９ のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３のベースと抵抗器Ｒ２ の一端に接続されている。抵抗器Ｒ２ の他端は接地端子ＧＮＤ に接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、コレクタはｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ１０のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスＱ１４のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５のベースに接続されている。
【００３６】
ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４のベースは、抵抗器Ｒ３ を介して、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５のコレクタとｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ１１のコレクタとｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６のベースと抵抗器Ｒ５ の一端とに接続されると共に、直接、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６のコレクタに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６のエミッタは、抵抗器Ｒ４ を介して、ＣＯＶ端子と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７のコレクタに接続されている。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７のエミッタは接地端子ＧＮＤ に接続され、ベースは抵抗器Ｒ５ の他端に接続されている。
【００３７】
ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ８，Ｑ９とｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ12と抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１との組み合わせは、最終過充電検出信号に応答してバイアス電流がバイアス電流生成回路４０から供給されたときに、放電開始信号を出力する駆動回路６２として働く。ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ14，Ｑ 16と抵抗器Ｒ３，Ｒ４との組み合わせは、コンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶを検出し、この検出した充電電圧ＶＣＯＶが０〔Ｖ〕の初期電圧になったときに、放電停止信号を出力する充電電圧検出回路６４として作用する。ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ10，Ｑ11と、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ13，Ｑ15，Ｑ17と、抵抗器Ｒ２，Ｒ５との組み合わせは、放電開始信号に応答してコンデンサＣの放電を行い、放電停止信号に応答してコンデンサＣの放電を停止する放電回路６６として働く。なお、駆動回路６２は、抵抗器Ｒ１の抵抗値とコンデンサＣ１の容量値とによって規定される時定数に対応する所定時間の間だけ、上記放電開始信号を出力し続ける。これによって、たとえ最終過充電検出信号の発生時にコンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶが０〔Ｖ〕の初期電圧であっても、放電回路６６によってコンデンサＣを上記所定時間の間、強制的に放電状態にさせる。
【００３８】
以下、図１乃至図３を参照して、充電制御回路の動作について説明する。なお、ここでは、第１の過充電検出回路２１についてのみ説明するが、第２及び第３の充電検出回路２２及び２３も同様である。
【００３９】
初期状態として、二次電池が十分に充電しておらず、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ より低いとする。この状態では、バイアス回路３０は動作せず、バイアス電流生成回路４０はバイアス電流Ｉ１ を流さず、イニシャル回路６０および不感応回路５０にはバイアス電流が流れていない。また、この状態では、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ はほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧となっている。コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ はツェナーダイオードＺＤ１ で設定された基準電圧ＶＲＥＦ より低いので、コンパレータＣＯＭＰ１ は充電オン信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給している。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオフ状態となり、ＯＶ端子は論理ハイレベル“Ｈ”となっている。
【００４０】
充電器により二次電池が充電されて、時刻ｔ１ で第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ を越えたとする。このとき、第１の過充電検出回路２１から第１の過充電検出信号が論理積ゲートＧを介してバイアス回路３０に供給され、バイアス回路３０はバイアス電流生成回路４０に対してバイアス電流Ｉ１ を流すように起動する。これにより、イニシャル回路６０および不感応回路５０にバイアス電流が流れる。
【００４１】
一方、イニシャル回路６０においては、バイアス電流が流れるが、駆動回路６２では、抵抗器Ｒ１ とコンデンサＣ１ との並列回路により、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態である。すなわち、駆動回路６２から放電開始信号が放電回路６６に供給される。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態なので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオン状態となる。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５がオフ状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７もオン状態となる。すなわち、放電回路６６はコンデンサＣを放電する状態にする。また、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕の初期電圧であるので、充電電圧検出回路６４では、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６がオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオフ状態となっている。
【００４２】
駆動回路６２において、抵抗器Ｒ１ の抵抗値とコンデンサＣ１ の容量値によって規定される時定数に対応した一定時間が経過すると、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となる。すなわち、駆動回路６２は放電開始信号の送出を停止する。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となったので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオフ状態となる。これにより、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５がオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７がオフ状態となる。したがって、放電回路６６は、コンデンサＣの放電を停止する。
【００４３】
ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７がオフ状態となったので、不感応回路５０において、ｐｎｐ形バイポーラトランジスタＱ５ からバイアス電流Ｉ２ が流れ、ＣＯＶ端子からコンデンサＣに電流が流れる。これによりコンデンサＣが充電され、その充電電圧ＶＣｏｖ が徐々に上昇していく。
【００４４】
充電電圧ＶＣｏｖ が上昇すると、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６がオフ状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオン状態となる。
【００４５】
さて、時刻ｔ１ から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ２ で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ に達すると、コンパレータＣＯＭＰ１ は充電オフ信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給する。これにより、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ がオン状態となり、ＯＶ端子は論理ロウレベル“Ｌ”となって、充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタをオフとする。これにより、充電器による二次電池の充電が禁止される。
【００４６】
充電オフ信号が第１の過充電検出回路２１に供給されるので、第１の過充電回路２１はリセットされる。コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が所定の基準電圧ＶＲＥＦ を越えた時点で、コンパレータＣＯＭＰ１ のヒステリシスがかかり、コンパレータＣＯＭＰ１ の反転端子には所定の基準電圧ＶＲＥＦ より低い解除電圧が加えられる。また、ＣＯＶ端子とツェナーダイオードＺＤ１ との間には上記クランプ回路が挿入されるので、バイアス電流Ｉ２ はこのクランプ回路を介してツェナーダイオードＺＤ１ へ流れる。したがって、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は上記解除電圧よりも若干高い電圧まで急激に降下する。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ はオン状態のままである。
【００４７】
また、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ以上で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶが高いとき、前述したように、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ16はオフ状態となり、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ 14がオン状態である。
【００４８】
一方、第１のセル電圧ＶＣ１も、第１の単位電池１１のインピーダンスにより、徐々に降下し、時刻ｔ３ で、過充電解除電圧ＶＲ 以下となる。これにより、第１の過充電検出回路２１は過充電解除検出信号を論理積ゲートＧを介してバイアス回路３０へ供給する。この過充電解除検出信号に応答して、バイアス回路３０は停止し、不感応回路５０が動作を停止する。したがって、ｎｐｎ形トランジスタＱ１ はオフ状態となり、ＯＶ端子が論理ハイレベル“Ｈ”となり、充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタをオンし、充電器による二次電池の充電が再開される。
【００４９】
二次電池が充電されることにより、第１の単位電池１１の第１のセル電圧ＶＣ１が時刻ｔ４ で過充電検出電圧ＶＤ に達する。これにより、第１の過充電検出回路２１は第１の過充電検出信号を論理積ゲートＧを介してバイアス回路３０へ供給する。これにより、バイアス回路３０はバイアス電流生成回路４０に対してバイアス電流Ｉ１ を流し、イニシャル回路６０および不感応回路５０にもバイアス電流を流す。この時刻ｔ４ で、コンデンサＣは十分に放電を完了しており、その充電電圧ＶＣｏｖ はほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧となっている。
【００５０】
したがって、前述したように、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ16はオン状態となり、駆動回路６２からの放電開始信号が停止した後、放電回路６６のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ17がオフ状態となる。これにより、コンデンサＣの充電が再開され、時刻ｔ４から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ５で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣＯＶが基準電圧ＶＲＥＦに達する。
【００５１】
これにより、コンパレータＣＯＭＰ１ は充電オフ信号をｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ のベースに供給し、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１ がオン状態となり、ＯＶ端子は論理ロウレベル“Ｌ”となって、充電制御スイッチとして動作する電界効果トランジスタをオフとして、充電器による二次電池の充電が禁止される。
【００５２】
ここまでの動作説明は、図６に示したものと同様である。二次電池の充電が禁止されたので、第１の単位電池１１の第１のセル電圧ＶＣ１は、第１の単位電池１１のインピーダンスにより、徐々に降下し、時刻ｔ６ で過充電解除電圧ＶＲ 以下となる。その結果、前述したのと同様に、不感応回路５０は充電オン信号を発生し、充電器による二次電池の充電が再開される。この時点から、コンデンサＣは上記リーク吸収（抵抗）等により放電をし、その充電電圧ＶＣｏｖ は徐々に降下する。
【００５３】
二次電池の充電が再開されたので、第１の単位電池１１の第１のセル電圧ＶＣ１は徐々に上昇し、時刻ｔ７ で、過充電検出電圧ＶＤ に達する。この時刻ｔ７ では、前述したように、コンデンサＣは十分に放電し切っておらず、その充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕より若干高い電圧となっている。
【００５４】
本発明では、イニシャル回路６０により、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ を強制的にほぼ０〔Ｖ〕にした後で、コンデンサＣの充電を再開する。すなわち、時刻ｔ７ で、第１のセル電圧ＶＣ１が過充電検出電圧ＶＤ 以上となったので、イニシャル回路６０および不感応回路５０においてバイアス電流Ｉ２ が流れ始める。
【００５５】
イニシャル回路６０の駆動回路６２では、抵抗器Ｒ１ とコンデンサＣ１ との並列回路により、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態である。すなわち、駆動回路６２から放電開始信号が放電回路６６に供給される。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオフ状態なので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオン状態となる。したがって、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５がオフ状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７もオン状態となる。すなわち、放電回路６６はコンデンサＣを放電する状態にする。また、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ は０〔Ｖ〕の初期電圧まで下がっていなので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６はオフ状態となっており、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオン状態となる。
【００５６】
駆動回路６２において、抵抗器Ｒ１ の抵抗値とコンデンサＣ１ の容量値によって規定される時定数に対応した一定時間が経過すると、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となる。すなわち、駆動回路６２は放電開始信号の送出を停止する。放電回路６６において、駆動回路６２のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１２がオン状態となったので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオフ状態となる。しかしながら、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオン状態であるので、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１３がオフ状態であるにもかかわらず、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５はオフ状態を維持し、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７はオン状態を維持する。したがって、コンデンサＣは放電を継続する。
【００５７】
コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ がほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧になると、充電電圧検出回路６４のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１６はオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１４がオフ状態となる。これにより、放電回路６６のｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１５はオン状態となり、ｎｐｎ形バイポーラトランジスタＱ１７がオフ状態となる。したがって、放電回路６６は、コンデンサＣの放電を停止する。
【００５８】
このように、コンデンサＣを強制的にほぼ０〔Ｖ〕の初期電圧にしてから、コンデンサＣの充電が時刻ｔ７ で再開される。この時刻ｔ７ から所定の検知不感応時間ＴＯＶ経過した時刻ｔ８ で、コンデンサＣの充電電圧ＶＣｏｖ が基準電圧ＶＲＥＦ に達する。
【００５９】
以下同様にして、本発明では、常に一定の検知不感応時間ＴＯＶの間だけ、二次電池を構成する単位電池を過充電することができる。
【００６０】
本発明は上述した実施の形態に限定せず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更・変形が可能である。たとえば、本発明は、リチウムイオン電池に限らず、過電流からの保護を必要とする二次電池全般に適用可能であることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明による電源制御回路は、コンデンサが充電を開始する前に、コンデンサを強制的に所定の初期電圧まで放電させるイニシャル回路を設けたので、常に一定の検知不感応時間の間だけ、二次電池を構成する単位電池を過充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による二次電池の充電制御回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のバイアス電流生成回路、イニシャル回路および不感応回路を示す回路図である。
【図３】図１に示された充電制御回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】従来の二次電池の充電制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図４中のバイアス電流生成回路および不感応回路を示す回路図である。
【図６】図４に示された充電制御回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１１〜１３ 単位電池
２１〜２３ 過充電検出回路
３０ バイアス回路
４０ バイアス電流生成回路
５０ 不感応回路
６０ イニシャル回路
７０ 電源オン検出回路
Ｃ コンデンサ
Ｑ１ ｎｐｎ形バイポーラトランジスタ
Claims (3)
- 充電器による二次電池の充電を、該二次電池と前記充電器との間に接続された充電制御スイッチのオン・オフによって制御する電源制御回路であって、前記二次電池は少なくとも１つの単位電池を含み、前記電源制御回路は、
前記単位電池のセル電圧が過充電検出電圧を超えたか否かを検出し、前記セル電圧が前記過充電検出電圧を超えたときに過充電検出信号を出力する過充電検出回路と、
前記過充電検出信号に応答して、バイアス電流を生成するバイアス手段と、
前記バイアス電流によって充電されるコンデンサに接続され、該コンデンサの充電電圧と所定の基準電圧とを比較し、前記充電電圧が前記所定の基準電圧を超えたときに、充電オフ信号を発生して、前記充電制御スイッチをオフさせる不感応回路と、
前記過充電検出信号に応答して、前記コンデンサが充電を開始する前に、前記コンデンサを強制的に所定の初期電圧まで放電させるイニシャル回路とを有し、
これによって、常に一定の検知不感応時間の間だけ、前記単位電池の過充電を行うことを特徴とする電源制御回路。 - 前記イニシャル回路は、
前記過充電検出信号に応答して前記バイアス電流が前記バイアス手段から供給されたときに、放電開始信号を出力する駆動回路と、
前記コンデンサの充電電圧を検出し、この検出した充電電圧が前記初期電圧になったときに、放電停止信号を出力する充電電圧検出回路と、
前記放電開始信号に応答して前記コンデンサの放電を行い、前記放電停止信号に応答して前記コンデンサの放電を停止する放電回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の電源制御回路。 - 前記駆動回路は、所定時間、前記放電開始信号を出力し続け、これによって、たとえ前記過充電検出信号の発生時に前記コンデンサの充電電圧が前記初期電圧であっても、前記放電回路によって前記コンデンサを前記所定時間の間、強制的に放電状態にさせることを特徴とする請求項２に記載の電源制御回路。
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