KR20200102369A

KR20200102369A - 충방전 제어 회로, 충방전 제어 장치 및 배터리 장치

Info

Publication number: KR20200102369A
Application number: KR1020200020400A
Authority: KR
Inventors: 사토시 아베; 후미히코 마에타니
Original assignee: 에이블릭 가부시키가이샤
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2020-08-31
Also published as: TWI828837B; JP2020137287A; CN111600344A; TW202040864A; US11245279B2; US20200274384A1

Abstract

충방전 제어 회로는, 배터리의 양극 단자에 접속되는 양극 전원 단자와, 배터리의 음극 단자에 접속되는 음극 전원 단자와, 배터리의 충방전 경로의 전압과 미리 설정된 충방전 판정 전압에 의거하여, 배터리에 방전 전류가 흐르고 있는 방전 상태와, 배터리에 충전 전류가 흐르고 있는 충전 상태를 판정하는 충방전 판정 회로와, 충전 금지 상태 또한 방전 상태인 경우에 방전 제어 FET 및 충전 제어 FET를 온하고, 충전 금지 상태 또한 충전 상태인 경우에 충전 제어 FET를 오프하는 제어 회로를 구비한다.

Description

충방전 제어 회로, 충방전 제어 장치 및 배터리 장치{CHARGING/DISCHARGING CONTROL CIRCUIT, CHARGING/DISCHARGING CONTROL DEVICE AND BATTERY DEVICE}

본 발명은, 리튬 전지 등의 배터리에 대한 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로, 충방전 제어 장치 및 배터리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 장치는, 과충전, 과방전, 방전 전류 및 충전 전류를 검출하는 충방전 제어 회로를 포함하는 충방전 제어 장치를 구비하고 있다. 이것에 의해, 배터리 장치는, 내부의 배터리를 보호하도록, 또한, 부하에 대해서 안정된 전압을 공급하도록 구성되어 있다.

또한, 배터리 장치에 대한 충전에 의한 충전 전류 혹은 방전에 의한 방전 전류가 흐르기 때문에, 충전 전류나 방전 전류의 전류량에 따라서는, 배터리 장치가 발열한다.

그 때문에, 예를 들면, 배터리, 충전 제어하는 충전 제어 FET(Field Effect Transistor), 방전을 제어하는 방전 제어 FET의 온도를 계측하고, 계측한 온도가 미리 설정한 역치를 초과했을 경우, 충전, 방전을 금지하는 온도 보호 기능이 구비되어 있다.

이 온도 보호 기능으로서는, 충전을 정지시키는 충전 금지 온도와, 방전을 정지시키는 방전 금지 온도가 형성되어 있다. 충전 금지 온도와 방전 금지 온도가 동일하면, 방전과 충전의 쌍방을 정지시키면 된다.

그러나, 배터리 장치의 용도에 따라서는, 충전 금지 온도와 방전 금지 온도가 다른 경우가 있다.

도 3은, 충전을 금지하는 충전 금지 온도와 방전을 금지하는 방전 금지 온도의 설정예를 나타내는 도면이다. 도 3에 있어서, 세로축은 검출 온도를 나타내고, 가로축은 충방전 제어 회로의 온도 검출 단자의 전압을 나타내고 있다. 도 3의 예에서는, 고온 방전 금지 온도(THD), 고온 충전 금지 온도(THC), 저온 방전 금지 온도(TCD) 및 저온 충전 금지 온도(TCC)의 각각이 설정되어 있다.

여기서, 고온 방전 금지 온도(THD)＞고온 충전 금지 온도(THC)의 관계이기 때문에, 온도가 고온 충전 금지 온도(THC)를 웃돌면 충전은 금지되지만 방전은 금지되지 않으며, 고온 방전 금지 온도(THD)를 웃돌면 충전과 함께 방전도 금지된다.

한편, 저온 방전 금지 온도(TCD)＜저온 충전 금지 온도(TCC)의 관계이기 때문에, 온도가 저온 충전 금지 온도(TCC)를 밑돌면 충전은 금지되지만 방전은 금지되지 않으며, 저온 방전 금지 온도(TCD)를 밑돌면 충전과 함께 방전도 금지된다.

도 4는, 배터리 장치에 있어서의 배터리에 대한 충전 및 방전의 제어예를 설명하는 회로도이다. 배터리 장치(550)에는, 배터리(400) 및 충방전 제어 장치(560)가 구비되어 있다. 충방전 제어 장치(560)에는, 충방전 제어 회로(500), 방전 제어 FET(101), 충전 제어 FET(102) 및 온도 검출 소자(103) 각각이 구비되어 있다.

온도 보호 기능에 의한 충전 금지 상태에 있어서, 배터리(400)로부터 부하(201)에 대해서 방전을 행할 때, 방전 제어 FET(101)를 온, 충전 제어 FET(102)를 오프로 했을 경우, 충전 제어 FET의 보디 다이오드(102D)를 개재한 방전 전류가 흐른다.

FET의 채널의 저항값보다 보디 다이오드의 저항값이 높기 때문에, 방전 전류가 보디 다이오드(102D)에 흐름으로써, 충전 제어 FET(102)에 있어서의 소비 전력이 증가하여, 충전 제어 FET(102)가 발열해 버려, 과도한 온도 상승에 의해 손상을 입을 우려가 있다.

그 때문에, 부하(201)가 접속되어, 방전 전류가 흐르고 있는 경우, 방전 제어 FET(101)뿐만 아니라, 충전 제어 FET(102)도 온시킬 필요가 있다.

특허 문헌 1에 있어서는, 방전 전류가 흐르고 있는 것을 검출하기 위해, 소정의 주기마다, CO단자(502)로부터 VM단자(501)의 전압을 출력하고, 충전 제어 FET(102)를 일단 오프시켜, VM단자(501)의 전압의 계측을 행하고 있다.

그리고, VM단자(501)의 전압이 미리 설정한 부하 검출 전압을 웃돌고 있는지 여부에 의해, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 행하고 있다.

이것에 의해, 충방전 제어 회로(500)는, 충전 제어 FET(102)를 단시간 오프시켜, 보디 다이오드(102D)에 발생하는 전압을 검출함으로써, 방전 전류가 흐르고 있는 것을 판정한다.

여기서, 보디 다이오드(102D)에 방전 전류를 흐르게 하는 것은 단시간이기 때문에, 충전 제어 FET(102)가 소비 전력의 증가에 의해 발열할 우려는 없다.

이와 같이 하여, 충전 금지 상태의 경우, 소정의 주기로 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 행하고 있다.

도 5는, 상술한 충전 금지 상태에 있어서의 충방전 제어의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다. 타이밍 차트 (a)에서는, 세로축은 온도 검출 소자의 온도를 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 타이밍 차트 (b)에서는, 세로축은 VM단자(501)의 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 타이밍 차트 (c)에서는, 세로축은 CO단자(502)의 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타내고 있다. 이하의 설명에 있어서는, 검출 온도가 고온 충전 금지 온도를 초과한 충전 금지 상태의 경우에 있어서의 충방전 제어를 예로서 설명한다.

시각(A)：충방전 제어 회로(500)는, 온도가 고온 충전 금지 온도를 웃돈 것을 검출한다.

시각(B)：충방전 제어 회로(500)는, 온도가 고온 충전 금지 온도를 웃돈 것을 검출한 후, 시간(t1) 경과 후에 있어서, VM단자(501)의 전압에 의하지 않고, CO단자(502)에 대해서 VM단자의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 오프시킨다.

시각(C)：충전기(202)가 배터리 장치(550)에 접속되었을 때, 충전 제어 FET(102)가 오프되어 있기 때문에, 충전 전류는 흐르지 않으며, VM단자의 전압은, VSS단자(504)의 전압보다 음측으로 하강한다. 이것에 의해, 충방전 제어 회로(500)는, VM단자 전압이 부하 검출 전압 이하이기 때문에, CO단자(502)로부터 VM단자의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 계속 오프시킨다.

시각(D)：충전기(202)가 배터리 장치(550)로부터 떼어졌을 때, 충전 전류가 흐르지 않기 때문에, VM단자 전압은, VSS단자(504)의 전압과 동(同)전위가 된다. 충방전 제어 회로(500)는, VM단자의 전압이 부하 검출 전압 이하이기 때문에, CO단자(502)로부터 VM단자의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 계속 오프시킨다.

시각(E)：부하(201)가 배터리 장치(550)에 접속되었을 때, 방전 제어 FET(101)가 온이기 때문에 방전 전류가 흐른다. 이 때, 충전 제어 FET(102)가 오프이기 때문에, 방전 전류는 충전 제어 FET(102)의 보디 다이오드(102D)를 개재하여 흐른다. 이것에 의해, VM단자의 전압이 부하 검출 전압을 웃돈다. 이 때, 충방전 제어 회로(500)는, 시간(t2)의 카운트 동작을 개시한다.

시각(F)：충방전 제어 회로(500)는, 카운트가 시간(t2)을 경과하면, CO단자(502)로부터 VDD단자(505)의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 온시킨다. 이것에 의해, 방전 전류는, 충전 제어 FET(102)의 채널을 흐른다. 이 때문에, 방전 전류가 보디 다이오드(102D)에 흐르지 않게 되어, VM단자의 전압은 하강한다. 또한, 충방전 제어 회로(500)는, 시간(t3)의 카운트 동작을 개시한다.

시각(G)：충방전 제어 회로(500)는, 카운트가 시간(t3)을 경과하면, CO단자(502)로부터 VM단자의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 오프시킨다.

그리고, 충방전 제어 회로(500)는, VM단자의 전압이 부하 검출 전압을 웃돌고 있는지 여부에 의해, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 행한다. 이 때, 방전 전류가 보디 다이오드(102D)를 흐르고 있기 때문에, VM단자의 전압은 부하 검출 전압을 초과하고 있다. 이 때문에, 충방전 제어 회로(500)는, 시간(t2)의 카운트 동작을 개시한다.

상술한 바와 같이, 특허 문헌 1에 있어서의 충방전 제어는, 방전 전류가 충방전 FET(102)의 보디 다이오드(102D)에 발생하는 전압에 의해 상승한 VM단자의 전압이 부하 검출 전압을 웃도는지 여부에 의해, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 행하고 있다.

이것에 의해, 충전 금지 상태에 있어서의 방전 전류가, 보디 다이오드(102D)를 계속 흐르는 것을 방지하여, 소비 전력의 증가에 의한 충전 제어 FET(102)의 발열을 억제하고 있다.

일본국 특허공개 2015－104217호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 의한 충방전 제어는, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부를 판정하기 위해서, 충전 제어 FET(102)를 온으로부터 일단 오프시키기 때문에, 부하(201)에 대해서 출력하는 전압에 리플형의 노이즈가 발생한다. 용도에 따라서는, 발생한 노이즈가 기기에 악영향을 줄 우려가 있다.

또한, 상술한 예와는 방전 금지 온도와 충전 금지 온도의 설정이 반대의 경우, 방전 금지 상태에 있어서 충전을 행하는 것이 가능하다. 이 때문에, 충전 제어 FET(102)를 온으로 하여, 방전 제어 FET(101)의 온/오프 제어를 행하고, 충전 전류가 방전 제어 FET(101)의 보디 다이오드(101D)를 흐르는 것에 의한 VM단자 전압의 변화를 검출하여, 충전기(202)가 접속되어 충전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 행한다. 이 경우에도, 이미 서술한 충전 금지 상태에 있어서의 방전 전류에 의한 충전 제어 FET(102)의 발열과 마찬가지로 방전 금지 상태에 있어서의 충전 전류에 의한 방전 제어 FET(101)의 발열이 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 충전 제어 FET의 온/오프를 반복하여 충전 제어 FET의 보디 다이오드에 방전 전류를 흐르게 하여 행하는 것, 혹은 충전 전류가 흐르고 있는지 여부를, 방전 제어 FET의 온/오프를 반복하여 방전 제어 FET의 보디 다이오드에 충전 전류를 흐르게 하여 행하는 것 중 어느 쪽도 하지 않고, 충전 금지 상태에 있어서의 방전 제어, 방전 금지 상태에 있어서의 충전 제어를 행할 수 있는 충방전 제어 회로, 충방전 제어 장치 및 배터리 장치를 제공한다.

본 발명의 한 양태에 따른 충방전 제어 회로는, 배터리의 양극 단자에 접속되는 양극 전원 단자와, 상기 배터리의 음극 단자에 접속되는 음극 전원 단자와, 상기 배터리의 충방전 경로의 전압과 미리 설정된 충방전 판정 전압에 의거하여, 상기 배터리에 방전 전류가 흐르고 있는 방전 상태와, 상기 배터리에 충전 전류가 흐르고 있는 충전 상태를 판정하는 충방전 판정 회로와, 충전 금지 상태 또한 상기 방전 상태인 경우에 방전 제어 FET 및 충전 제어 FET를 온하고, 상기 충전 금지 상태 또한 상기 충전 상태인 경우에 상기 충전 제어 FET를 오프하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 충방전 제어 회로는, 배터리의 양극 단자에 접속되는 양극 전원 단자와, 상기 배터리의 음극 단자에 접속되는 음극 전원 단자와, 상기 배터리의 충방전 경로의 전압과 미리 설정된 충방전 판정 전압에 의거하여, 상기 배터리에 충전 전류가 흐르고 있는 충전 상태와, 상기 배터리에 방전 전류가 흐르고 있는 방전 상태를 판정하는 충방전 판정 회로와, 방전 금지 상태 또한 상기 충전 상태인 경우에 방전 제어 FET 및 충전 제어 FET를 온하고, 상기 방전 금지 상태 또한 상기 방전 상태인 경우에 상기 방전 제어 FET를 오프하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 발명에 의하면, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을 충전 제어 FET의 온/오프를 반복하여 충전 제어 FET의 보디 다이오드에 방전 전류를 흐르게 하여 행하거나, 혹은 충전 전류가 흐르고 있는지 여부를, 방전 제어 FET의 온/오프를 반복하여 방전 제어 FET의 보디 다이오드에 충전 전류를 흐르게 하여 행하지 않고, 충전 금지 상태에 있어서의 방전 제어, 방전 금지 상태에 있어서의 충전 제어를 행할 수 있는 충방전 제어 회로, 충방전 제어 장치 및 배터리 장치를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 충방전 제어 회로를 구비한 배터리 장치의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 2는, 본 실시 형태에 의한 충방전 제어 회로를 구비한 배터리 장치의 동작예를 설명하는 파형도이다.
도 3은, 충전을 금지하는 충전 금지 온도와 방전을 금지하는 방전 금지 온도의 설정예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 배터리 장치에 있어서의 배터리에 대한 충전 및 방전의 제어예를 설명하는 회로도이다.
도 5는, 상술한 충전 금지 상태에 있어서의 충방전 제어의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다.

＜제1의 실시 형태＞

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 제1의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태에 의한 충방전 제어 회로 및 충방전 제어 장치를 구비한 배터리 장치의 구성예를 나타내는 회로도이다.

이 도 1에 있어서, 배터리 장치(401)에는, 배터리(400) 및 충방전 제어 장치(360)가 구비되어 있다. 충방전 제어 장치(360)에는, 충방전 제어 회로(300), 방전 제어 FET(101), 충전 제어 FET(102) 및 온도 검출 소자(103)가 구비되어 있다.

또한, 충방전 제어 회로(300)는, 출력 회로(311), 제어 회로(312), 온도 검출 회로(313) 및 충방전 판정 회로(314)를 구비하고 있다.

배터리 장치(401)는, 외부 양극 단자(351)와 외부 음극 단자(352)를 갖고 있다. 또한, 배터리 장치(401)는, 외부 양극 단자(351)와 외부 음극 단자(352)의 사이에 부하(201)가 접속되어 있는 경우, 배터리(400)로부터 부하(201)에 대해서 방전을 행한다. 한편, 배터리 장치(401)는, 외부 양극 단자(351)와 외부 음극 단자(352)의 사이에 충전기(202)가 접속되어 있는 경우, 배터리(400)에 대한 충전을 행한다. 배터리 장치(401)에 있어서의 배터리(400)의 충방전 경로는, 외부 양극 단자(351)와 외부 음극 단자(352)의 사이이며, 배터리(400)에 충전 전류를 흐르게 하거나 혹은 방전 전류를 흐르게 하는 방전 제어 FET(101), 충전 제어 FET(102)가 직렬로 끼워진 경로이다.

충방전 제어 회로(300)는, 외부 음전압 입력 단자(301), 충전 제어 단자(302), 방전 제어 단자(304), 온도 검출 단자(303), 양극 전원 단자(305) 및 음극 전원 단자(306)를 구비하고 있다.

방전 제어 FET(101)는, N채널형 FET이며, 소스 및 백 게이트가 음극 전원 단자(306)에 접속되고, 게이트가 방전 제어 단자(304)에 접속되어 있다. 또한, 방전 제어 FET(101)는, 소스를 애노드로 하고, 드레인을 캐소드로 하는 보디 다이오드(101D)를 갖고 있다.

충전 제어 FET(102)는, N채널형 FET이며, 소스 및 백 게이트가 외부 음극 단자(352)와 외부 음전압 입력 단자(301)에 접속되고, 게이트가 충전 제어 단자(302)에 접속되며, 드레인이 방전 제어 FET(101)의 드레인에 접속되어 있다. 또한, 충전 제어 FET(102)는, 소스를 애노드로 하고, 드레인을 캐소드로 하는 보디 다이오드(102D)를 갖고 있다.

배터리(400)는, 양극 단자가 양극 전원 단자(305) 및 외부 양극 단자(351)에 접속되고, 음극 단자가 음극 전원 단자(306) 및 방전 제어 FET(101)의 소스 및 백 게이트에 접속되어 있다.

온도 검출 소자(103)는, 예를 들면 NTC 서미스터 소자이며, 배터리(400), 방전 제어 FET(101), 충전 제어 FET(102), 충방전 제어 회로(300)의 기판, 배터리 장치(401)의 하우징 등의 배치된 장소의 온도에 대응한 저항값으로 변화한다. 충방전 제어 회로(300)는, 온도 검출 단자(303)를 개재하여 그 저항값을 측정하고, 내부에서 설정한 충전 금지 온도, 방전 금지 온도를 웃돌고 있는지, 밑돌고 있는지를 판정한다.

출력 회로(311)는, 제어 회로(312)로부터 공급되는 충전 금지 신호 및 방전 금지 신호에 의해, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)의 온/오프 제어를 행한다.

출력 회로(311)는, 충전 금지 신호 및 방전 금지 신호 모두 공급되지 않는 경우, 충전 제어 단자(302) 및 방전 제어 단자(304)에 양극 전원 단자(305)의 전압을 출력한다.

출력 회로(311)는, 충전 금지 신호가 공급되었을 경우, 충전 제어 단자(302)에 대해서 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 오프한다. 또한, 출력 회로(311)는, 방전 금지 신호가 공급되었을 경우, 방전 제어 단자(304)에 음극 전원 단자(306)의 전압을 인가하여, 방전 제어 FET(101)를 오프한다.

제어 회로(312)는, 온도 검출 회로(313)로부터 공급되는, 내부에서 설정한 충전 금지 온도, 방전 금지 온도를 웃돌고 있는지, 밑돌고 있는지를 나타내는 신호에 따라서, 지연 시간의 계측과 상태 판정을 실시하여 온도에 의한 충방전 제어를 행한다.

제어 회로(312)는, 온도에 의한 방전 금지 상태 및 온도에 의한 충전 금지 상태 중 어느 쪽도 아닌 통상 상태의 경우, 충방전 판정 회로(314)로부터 공급되는 충방전 판정 신호에 의하지 않고, 충전 금지 신호 및 방전 금지 신호 모두 출력하지 않으며, 충전, 방전 모두 허가한다.

한편, 제어 회로(312)는, 온도에 의한 방전 금지 상태가 아닌 온도에 의한 충전 금지 상태이며, 충방전 판정 회로(314)로부터 공급되는 충방전 판정 신호가 충전을 나타내고 있는 경우, 충전 금지 신호를 출력 회로(311)에 출력하여, 충전을 금지한다.

또한, 제어 회로(312)는, 온도에 의한 방전 금지 상태가 아닌 온도에 의한 충전 금지 상태이며, 충방전 판정 회로(314)로부터 공급되는 충방전 판정 신호가 방전을 나타내고 있는 경우, 충전 금지 신호 및 방전 금지 신호 모두 출력하지 않는다.

또한, 제어 회로(312)는, 시간의 카운트를 행하여, 카운트한 시간이 미리 설정된 설정 시간인 시간(t1)을 경과했는지 여부의 판정을 행한다.

마찬가지로, 제어 회로(312)는, 시간의 카운트를 행하여, 카운트한 시간이 미리 설정된 설정 시간인 시간(t2)을 경과했는지 여부를 판정한다.

온도 검출 회로(313)는, 온도 검출 단자(303)를 개재하여 온도 검출 소자(103)의 저항값에 의해 발생하는 전압을 측정하여, 현재의 온도와 고온 방전 금지 온도(THD), 고온 충전 금지 온도(THC), 저온 충전 금지 온도(TCC), 저온 방전 금지 온도(TCD)의 설정 전압의 비교를 행한다.

그리고, 온도 검출 회로(313)에는, 상술한 고온 방전 금지 온도(THD), 고온 충전 금지 온도(THC), 저온 방전 금지 온도(TCD) 및 저온 충전 금지 온도(TCC)의 각각이, 도 3에 나타나고 있는 대응 관계로 미리 설정되어 있다. 이 도 3은, 충전을 금지하는 충전 금지 온도와 방전을 금지하는 방전 금지 온도의 설정예이며, 세로축은 온도 검출 소자(103)가 검출하는 온도를 나타내고, 가로축은 충방전 제어 회로(300)의 온도 검출 단자(303)의 전압을 나타내고 있다.

상술한 도 3에 대응하여, 온도 검출 회로(313)는, 현재의 온도가 고온 충전 금지 온도(THC)를 밑돌고, 또한 저온 충전 금지 온도(TCC)를 웃돌고 있는 경우, 그것을 나타내는 신호를 제어 회로(312)에 출력한다.

그리고, 제어 회로(312)는, 현재의 온도가 고온 충전 금지 온도(THC)를 밑돌고, 또한 현재의 온도가 저온 충전 금지 온도(TCC)를 웃돌고 있기 때문에, 통상 상태라고 판정하여, 충전 금지 신호 및 방전 금지 신호 모두 출력 회로(311)에 출력하지 않는다.

또한, 온도 검출 회로(313)는, 현재의 온도가 고온 충전 금지 온도(THC) 이상인 경우, 또한 현재의 온도가 저온 충전 금지 온도(TCC) 이하인 경우, 그것을 나타내는 신호를 제어 회로(312)에 출력한다.

그리고, 제어 회로(312)는, 현재의 온도가 고온 충전 금지 온도(THC) 이상, 또는 저온 충전 금지 온도(TCC) 이하 중 어느 하나이기 때문에, 충전 금지 상태라고 판정하여, 충전 금지 신호를 출력 회로(311)에 출력한다.

또한, 온도 검출 회로(313)는, 현재의 온도가 고온 방전 금지 온도(THD) 이상인 경우, 또한 현재의 온도가 저온 방전 금지 온도(TCD) 이하인 경우, 그것을 나타내는 신호를 제어 회로(312)에 출력한다.

그리고, 제어 회로(312)는, 현재의 온도가 고온 방전 금지 온도(THD) 이상, 또는 저온 방전 금지 온도(TCD) 이하 중 어느 하나이기 때문에, 방전 금지 상태라고 판정하여, 방전 금지 신호를 출력 회로(311)에 출력한다.

충방전 판정 회로(314)는, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압과, 미리 설정된 충방전 판정 전압(VJD)의 비교를 행한다.

그리고, 충방전 판정 회로(314)는, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)가 온인 경우에 있어서, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 미리 설정된 충방전 판정 전압(VJD) 이상인 경우에, 방전 전류가 흐르고 있다고 판정한다. 이 때, 충방전 판정 회로(314)는, 방전을 나타내는 신호를, 제어 회로(312)에 대해서 출력한다.

한편, 충방전 판정 회로(314)는, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)가 온인 경우에 있어서, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 미리 설정된 충방전 판정 전압(VJD)을 밑돌 경우에, 충전 전류가 흐르고 있다고 판정한다. 이 때, 충방전 판정 회로(314)는, 충전을 나타내는 신호를, 제어 회로(312)에 대해서 출력한다.

충방전 판정 전압(VJD)은, 음극 전원 단자(306)의 전압으로 설정하는 것이 이상적이다. 충전 전류는 배터리(400)의 음극으로부터 외부 음극 단자(352)의 방향으로 흐르기 때문에, 충전 전류가 흐르면, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압은, 음극 전원 단자(306)의 전압을 밑돌고, 방전 전류는 외부 음극 단자(352)로부터 배터리(400)의 음극의 방향으로 흐르기 때문에 방전 전류가 흐르고 있으면, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압은 음극 전원 단자(306)의 전압을 웃돈다. 이 때문에, 상술한 바와 같이, 충방전 판정 전압(VJD)을 음극 전원 단자(306)의 전압으로 설정하면, 충전 전류가 흐르고 있는지, 방전 전류가 흐르고 있는지를 정확하게 판정하는 것이 가능하게 된다.

그러나, 제조 편차에 의해, 충방전 판정 전압(VJD)을 음극 전원 단자(306)의 전압으로 설정하는 것이 곤란하기 때문에, 충전 전류가 흐르고 있는 것을 확실하게 판정할 경우, 음극 전원 단자(306)의 전압에 대해서, 소정의 전압(α)을 여유 있게 상승시킨 전압을 충방전 판정 전압(VJD)으로 한다.

한편, 방전 전류가 흐르고 있는 것을 확실하게 판정할 경우, 음극 전원 단자(306)의 전압으로부터, 소정의 전압(α)을 여유 있게 저하시킨 전압을 충방전 판정 전압(VJD)으로 한다.

본 실시 형태에 있어서는, 충전 전류가 흐르고 있는 것을 확실하게 판정하기 위해, 충방전 판정 전압(VJD)을, 음극 전원 단자(306)의 전압으로부터 소정의 전압(α)을 여유 있게 상승시킨 전압으로서 이용한다.

다음으로, 도면을 참조하여, 본 실시 형태에 의한 충방전 제어 회로의 동작에 대해서 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 의한 충방전 제어 회로를 구비한 배터리 장치의 동작예를 설명하는 파형도이다.

시각(A)：온도 검출 회로(313)는, 현재의 온도가 고온 충전 금지 온도(THC)를 웃돈 것을 나타내는 신호를, 제어 회로(312)에 대해서 출력한다.

이것에 의해, 제어 회로(312)는, 시간(t1)의 카운트를 개시한다.

이 시점에 있어서, 제어 회로(312)는, 부하(201)에 전류를 흐르게 하기 위해, 출력 회로에 대해서, 충전 제어 단자(302) 및 방전 제어 단자(304)로, 양극 전원 단자(305)의 전압을 출력시킨다. 이 때문에, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)가 온이며, 방전 전류가 흐르고 있다.

시각(B)：제어 회로(312)는, 카운트하는 시간이 미리 설정된 시간(t1)을 경과했기 때문에, 통상 상태로부터 충전 금지 상태로 제어를 변화시킨다.

이 때, 충방전 판정 회로(314)는, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 충방전 판정 전압(VJD) 이상이기 때문에, 방전을 나타내는 신호를, 제어 회로(312)에 대해서 출력하고 있다.

이 때문에, 제어 회로(312)는, 출력 회로(311)에 대해서, 충전 금지 신호 및 방전 금지 신호 모두 출력하지 않으며, 충전, 방전 모두 허가한다.

이것에 의해, 출력 회로(311)는, 방전 제어 단자(304) 및 충전 제어 단자(302)에 대해서, 양극 전원 단자(305)의 전압을 출력하여, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)를 온하여 방전 전류를 계속 흐르게 한다.

시각(C)：이 시점에 있어서, 충전기(202)가 접속된다.

이것에 의해, 온으로 되어 있는 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)를 개재하여 충전 전류가 흐르기 때문에, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)의 채널의 저항값에 의해 발생하는 전압에 의해, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 저하하고 충방전 판정 전압(VJD)을 밑돈다.

이 때, 충방전 판정 회로(314)는, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 충방전 판정 전압(VJD)을 밑돈 것을 검출하고, 충전을 나타내는 신호를, 제어 회로(312)에 대해서 출력한다.

그리고, 제어 회로(312)는, 충전 금지 상태이기 때문에, 충전을 나타내는 신호가 충방전 판정 회로(314)로부터 공급됨으로써, 충전 금지 신호를 출력 회로(311)에 대해서 출력한다.

이것에 의해, 출력 회로(311)는, 충전 제어 단자(302)에 대해서, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압을 인가하여 충전 제어 FET(102)를 오프한다.

시각(D)：이 시점에 있어서, 충전기(202)가 배터리 장치(350)로부터 개방된다.

이것에 의해, 온되어 있는 방전 제어 FET(101)와, 오프되어 있는 충전 제어 FET(102)의 보디 다이오드(102D)를 개재하여 방전 전류가 흐른다. 이 때문에, 방전 제어 FET(101)와 충전 제어 FET(102)의 보디 다이오드(102D)에 발생하는 전압에 의해, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 상승하여 충방전 판정 전압(VJD) 이상이 된다.

이 때, 충방전 판정 회로(314)는, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 충방전 판정 전압(VJD) 이상이 된 것을 검출하고, 방전 상태를 나타내는 신호를, 제어 회로(312)에 대해서 출력한다. 여기서, 제어 회로(312)는, 출력 회로(311)에 대한 충전 금지 신호의 출력을 유지한다.

이것에 의해, 제어 회로(312)는, 미리 설정된 시간(t2)의 카운트를 개시한다.

시각(E)：제어 회로(312)는, 카운트하는 시간이 미리 설정된 시간(t2)을 경과했을 경우, 출력 회로(311)에 대한 충전 금지 신호의 출력을 정지한다.

그리고, 출력 회로(311)는, 충전 제어 단자(302)에 대해서, 양극 전원 단자(305)의 전압을 출력하여, 충전 제어 FET(102)를 온시킨다.

이것에 의해, 방전 전류가 충전 제어 FET(102)의 채널을 흐르기 때문에, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압은 하강하지만, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)에 발생하는 전압에 의해, 충방전 판정 전압(VJD) 이상이 유지된다. 이 때문에, 충방전 판정 회로(314)는, 제어 회로(312)에 대해서, 방전을 나타내는 신호를 출력한다.

시각(F)：이 시점에 있어서, 부하(201)가 배터리 장치(350)로부터 개방되어, 부하(201) 및 충전기(202) 모두가 접속되지 않는 상태가 된다.

이 때문에, 방전 전류가 흐르지 않게 되어, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 하강하고, 방전 제어 FET(101) 및 충전 제어 FET(102)에 발생하는 전압에 의해, 충방전 판정 전압(VJD)을 밑돈다.

그리고, 충방전 판정 회로(314)는, 충전을 나타내는 신호를 제어 회로(312)에 대해서 출력한다.

그리고, 제어 회로(312)는, 충전 금지 상태이기 때문에, 충전을 나타내는 신호가 충방전 판정 회로(314)로부터 공급됨으로써, 출력 회로(311)에 대해서 충전 금지 신호를 출력한다.

이것에 의해, 출력 회로(311)는, 충전 제어 단자(302)에, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압을 출력하여 충전 제어 FET(102)를 오프한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태는, 고온 충전 금지 온도(THC)＞검출 온도≥고온 방전 금지 온도(THD)로 이루어지는 부등식에 의해 규정되는 충전 금지 상태인 동안, 방전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 충방전 판정 전압(VJD) 이상인지 여부에 의해 충방전 제어 장치(360)가 판정하기 때문에, 충전 제어 FET(102)의 온/오프 제어를 행하지 않고, 충전 금지 상태에서의 방전 제어를 행할 수 있다.

이상 설명한 충방전 제어 회로(300)의 동작은, 저온 충전 금지 온도(TCC)＜검출 온도≤저온 방전 금지 온도(TCD)로 이루어지는 부등식에 의해 규정되는 충전 금지 상태의 경우에 있어서도 동일하게 행해진다.

이것에 의해, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들면, 방전 전류가 흐르고 있을 때, 충전 제어 FET(102)를 오프하지 않기 때문에, 배터리 장치(401)는, 리플형의 노이즈의 발생을 억제할 수 있으며, 접속된 기기로 안정된 전압을 공급하는 것이 가능하게 된다.

＜제2의 실시 형태＞

이하, 도면을 참조하여, 제2의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 구성은, 도 1에 나타내는 제1의 실시 형태에 의한 충방전 제어 회로를 구비한 배터리 장치의 구성예와 동일하다. 따라서, 제1의 실시 형태와 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 있어서, 제1의 실시 형태와 다른 점은, 도 3에 의한 고온 방전 금지 온도(THD), 고온 충전 금지 온도(THC), 저온 방전 금지 온도(TCD) 및 저온 충전 금지 온도(TCC)의 각각의 관계가 다른 점이다.

즉, 본 실시 형태의 경우, 고온 충전 금지 온도(THC)＞고온 방전 금지 온도(THD)＞저온 방전 금지 온도(TCD)＞저온 충전 금지 온도(TCC)로 이루어지는 부등식에 의해 나타내지는 관계가 된다.

이것에 의해, 본 실시 형태에 있어서는, 온도가 고온 방전 금지 온도(THD)를 밑돌고, 또한 저온 방전 금지 온도(TCD)를 웃도는 경우, 충전 및 방전 모두 금지되지 않은 통상 상태이다.

그리고, 본 실시 형태에 있어서는, 온도가 고온 방전 금지 온도(THD) 이상이며, 또한 고온 충전 금지 온도(THC)를 밑돌 경우, 혹은 온도가 저온 방전 금지 온도(TCD) 이하이며, 또한 저온 충전 금지 온도(TCC)를 웃도는 경우, 방전 금지 상태가 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 온도가 고온 충전 금지 온도(THC) 이상 혹은 저온 충전 금지 온도(TCC) 이하가 되면, 방전 금지 상태 또한 충전 금지 상태가 된다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 온도가 고온 방전 금지 온도(THD) 이상이며, 또한 고온 충전 금지 온도(THC)를 밑돌 경우, 혹은 온도가 저온 방전 금지 온도(TCD) 이하이며, 또한 저온 충전 금지 온도(TCC)를 웃돌 때, 즉 충전이 가능한 방전 금지 상태에 있어서의 배터리(400)에 대한 충전 제어가 대상이다.

그 때문에, 본 실시 형태에 있어서도, 제1의 실시 형태와 마찬가지로, 충방전 판정 전압(VJD)은 음극 전원 단자(306)의 전압으로서 설정한다.

그러나, 제1의 실시 형태와 마찬가지로, 제조 편차에 의해, 충방전 판정 전압(VJD)을 음극 전원 단자(306)의 전압으로 설정하는 것이 곤란하기 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 방전 전류가 흐르고 있는 것을 확실하게 판정하기 위해, 충방전 판정 전압(VJD)을, 음극 전원 단자(306)의 전압으로부터 소정의 전압(α)을 여유 있게 저하시킨 전압으로서 이용한다.

또한, 제어 회로(312)는, 온도에 의한 충전 금지 상태가 아닌 온도에 의한 방전 금지 상태이며, 충방전 판정 회로(314)로부터 공급되는 충방전 판정 신호가 방전을 나타내고 있는 경우, 출력 회로(311)에 대해서 방전 금지 신호를 출력하여, 방전을 금지한다.

또한, 제어 회로(312)는, 온도에 의한 충전 금지 상태가 아닌 온도에 의한 방전 금지 상태이며, 충방전 판정 회로(314)로부터 공급되는 충방전 판정 신호가 충전을 나타내고 있는 경우, 출력 회로(311)에 대해서 방전 금지 신호 및 충전 금지 신호를 출력하지 않는다.

상술한 구성에 의해, 본 실시 형태에 있어서는, 제1의 실시 형태에 있어서의 방전 제어 FET(101)에 대한 제어를 충전 제어 FET(102)에 대해서 행하고, 반대로, 제1의 실시 형태에 있어서의 충전 제어 FET(102)에 대한 제어를 방전 제어 FET(101)에 대해서 행한다.

이것에 의해, 본 실시 형태는, 고온 방전 금지 온도(THD)≤검출 온도＜고온 충전 금지 온도(THC)로 이루어지는 부등식에 의해 규정되는 방전 금지 상태인 동안, 충방전 제어 장치(360)에 충전 전류가 흐르고 있는지 여부의 판정을, 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압이 충방전 판정 전압(VJD) 이하인지 여부에 의해 판정하기 때문에, 방전 제어 FET(101)의 온/오프 제어를 행하지 않고, 방전 금지 상태에 있어서의 충전 제어를 행할 수 있다.

이상 설명한 충방전 제어 회로의 동작은, 저온 충전 금지 온도(TCC)＜검출 온도≤저온 방전 금지 온도(TCD)로 이루어지는 부등식에 의해 규정되는 방전 금지 상태의 경우에 있어서도 동일하게 행해진다.

이상, 이 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 서술해 왔는데, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 등도 포함된다.

예를 들면, 충방전 제어 회로는, 온도 검출에 의해 충전 금지 상태 혹은 방전 금지 상태로 천이하는 구성으로 했는데, 온도 검출에 한정하지 않고, 도시하지 않은 외부 장치 등으로부터 공급되는 소정의 외부 신호의 검출 등에 의해 충전 금지 상태 혹은 방전 금지 상태로 천이해도 된다.

또한, 예를 들면, 충방전 제어 장치는 배터리(400)의 음극측에 충전 제어 FET(102) 및 방전 제어 FET(101)를 구비한 구성으로 했는데, 배터리(400)의 양극측에 충전 제어 FET(102) 및 방전 제어 FET(101)를 구비한 구성으로 해도 된다. 이 경우는, 외부 음전압 입력 단자(301)는 외부 양전압 입력 단자로서 외부 양극 단자(351)측에 접속되고, 충방전 판정 전압(VJD)은 양극 전원 단자(305)의 전압으로 설정한다.

또한, 예를 들면, 충방전 판정 회로(314)는 외부 음전압 입력 단자(301)의 전압에 의해 충전 상태와 방전 상태를 판정하는 구성으로 했는데, 과전류 검출 단자의 전압에 의해 충전 상태와 방전 상태를 판정해도 된다. 즉, 충방전 판정 회로는, 충방전 판정 전압과 비교하기 위한, 충전 상태나 방전 상태로 변화하는 충방전 경로의 전압이 입력되면 된다.

101 방전 제어 FET
101D, 102D 보디 다이오드
102 충전 제어 FET
103 온도 검출 소자
201 부하
202 충전기
300 충방전 제어 회로
301 외부 음전압 입력 단자
302 충전 제어 단자
303 온도 검출 단자
304 방전 제어 단자
305 양극 전원 단자
306 음극 전원 단자
311 출력 회로
312 제어 회로
313 온도 검출 회로
314 충방전 판정 회로
350 배터리 장치
351 외부 양극 단자
352 외부 음극 단자
360 충방전 제어 장치
400 배터리

Claims

배터리의 양극 단자에 접속되는 양극 전원 단자와,
상기 배터리의 음극 단자에 접속되는 음극 전원 단자와,
상기 배터리의 충방전 경로의 전압과 미리 설정된 충방전 판정 전압에 의거하여, 상기 배터리에 방전 전류가 흐르고 있는 방전 상태와, 상기 배터리에 충전 전류가 흐르고 있는 충전 상태를 판정하는 충방전 판정 회로와,
충전 금지 상태 또한 상기 방전 상태인 경우에 방전 제어 FET 및 충전 제어 FET를 온하고, 상기 충전 금지 상태 또한 상기 충전 상태인 경우에 상기 충전 제어 FET를 오프하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
배터리의 양극 단자에 접속되는 양극 전원 단자와,
상기 배터리의 음극 단자에 접속되는 음극 전원 단자와,
상기 배터리의 충방전 경로의 전압과 미리 설정된 충방전 판정 전압에 의거하여, 상기 배터리에 충전 전류가 흐르고 있는 충전 상태와, 상기 배터리에 방전 전류가 흐르고 있는 방전 상태를 판정하는 충방전 판정 회로와,
방전 금지 상태 또한 상기 충전 상태인 경우에 방전 제어 FET 및 충전 제어 FET를 온하고, 상기 방전 금지 상태 또한 상기 방전 상태인 경우에 상기 방전 제어 FET를 오프하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 충방전 판정 전압이 상기 음극 전원 단자의 전압으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 충방전 판정 전압이 상기 양극 전원 단자의 전압으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
방전의 제어를 행하는 방전 제어 FET와,
충전의 제어를 행하는 충전 제어 FET와,
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 충방전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 장치.
방전의 제어를 행하는 방전 제어 FET와,
충전의 제어를 행하는 충전 제어 FET와,
청구항 3에 기재된 충방전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 장치.
방전의 제어를 행하는 방전 제어 FET와,
충전의 제어를 행하는 충전 제어 FET와,
청구항 4에 기재된 충방전 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 장치.
배터리와
상기 배터리의 충방전을 제어하는 청구항 5에 기재된 충방전 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
배터리와
상기 배터리의 충방전을 제어하는 청구항 6에 기재된 충방전 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
배터리와
상기 배터리의 충방전을 제어하는 청구항 7에 기재된 충방전 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.