TW201611465A - 充放電控制電路及電池裝置 - Google Patents

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Abstract

提供低消耗電流，且提升過電流檢測電流值和短路檢測電流值之精度的安全性高之電池裝置。 短路過電流檢測電路具備：基準電壓電路，其具備被串聯連接之定電流電路和第一阻抗元件和電阻值藉由二次電池之電壓而變化之第一電晶體和第二阻抗元件和電阻值藉由二次電池之電壓而變化的第二電晶體，從定電流電路和第一阻抗元件之連接點輸出第一基準電壓，並從第一電晶體和第二阻抗元件之連接點輸出第二基準電壓；第一比較電路，其係比較過電流檢測端子之電壓和第一基準電壓；及第二比較電路，其係比較過電流檢測端子之電壓和第二基準電壓。

Description

充放電控制電路及電池裝置
本發明係關於具備有二次電池，和檢測出二次電池之電壓或異常，且控制二次電池之充放電的充放電控制電路之電池裝置，尤其關於防止電池成為異常狀態，或過度電流流至電池或與電池連接之機器的充放電控制電路及電池裝置。
圖4表示具備有以往之充放電控制電路之電池裝置的電路圖。具備有以往之充放電控制電路之電池裝置係由二次電池11、Nch放電控制場效電晶體12、Nch充電控制場效電晶體13、充放電控制電路14、電阻22、31、電容32和外部端子20、21所構成。充放電控制電路14係由控制電路15、過電流檢測電路530、短路檢測電路540、過電流檢測端子19、充電控制訊號輸出端子41、放電控制訊號輸出端子42、DS端子45、正極電源端子44和負極電源端子43所構成。過電流檢測電路530係由比較電路101和基準電壓電路531所構成。短路檢測電 路540係由比較電路102和基準電壓電路541所構成。
控制電路15係由電阻504、505、506、507、518、528、基準電壓電路509、515、比較電路501、508、513、振盪電路502、計數器電路503、邏輯電路510、位準偏移電路511、延遲電路512、邏輯電路520、NMOS電晶體517、519所構成。
接著，針對動作予以說明。在外部端子20、21之間連接負載，當流通電流時，在二次電池11之負極和外部端子21間產生電位差。該電位差係藉由在外部端子20、21間流動之電流量I1、Nch放電控制場效電晶體12之電阻值R12、Nch充電控制場效電晶體13之電阻值R13而被決定，以I1×(R12+R13)表示。過電流檢測端子19之電壓與外部端子21之電壓相等。比較電路101比較基準電壓電路531之電壓和過電流檢測端子19之電壓，若過電流檢測端子19之電壓高時，使Nch放電控制場效電晶體12斷開而施予過電流保護。將過電流檢測電流值之設定值設為IDOP，將基準電壓電路531之電壓設為V531、將Nch放電控制場效電晶體12之電阻值設為R12，將Nch充電控制場效電晶體13之電阻值設為R13。成為比較電路101輸出檢測訊號之臨界電壓之時的外部端子21之電壓為V531。此時，在外部端子20、21間流動之電流為外部端子21之電壓除以Nch放電控制場效電晶體12和Nch充電控制場效電晶體13之電阻值之合計的值，以IDOP=V531/(R12+R13)表示。
將成為比較電路101輸出檢測訊號之臨界值電壓之時的充放電控制電路之過電流檢測端子的電壓稱為過電流檢測電壓。將成為比較電路102輸出檢測訊號之臨界值電壓之時的充放電控制電路之過電流檢測端子的電壓稱為短路檢測電壓。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2004-104956號公報
但是，在以往之技術中，即使二次電壓池電壓或溫度產生變化，充放電控制電路之過電流檢測電壓和短路檢測電壓也為一定之值，對此因Nch充放電控制場效電晶體之電阻值隨著二次電池電壓或溫度之變化而變化，故過電流檢測電流值或短路檢測電流值變動。因此，有過電流檢測電流值或短路檢測電流值之精度差，電池裝置之安全性低的課題。再者，也有如因過電流檢測電路和短路檢測電路使用兩個基準電壓電路而使得消耗電流高之課題。
本發明係為了解決上述課題而創作出者，使充放電控制電路之過電流檢測電壓和短路檢測電壓變化成與由於Nch充放電控制場效電晶體之電阻值之二次電池電 壓或溫度而產生的變化一致，過電流檢測電流值不會藉由二次電池電壓或溫度之變化而變動。依此，提供低消耗電流，且提升過電流檢測電流值和短路檢測電流值之精度的安全性高之電池裝置。
為了解決以往之課題，本發明之充放電控制電路構成如下述般。
短路過電流檢測電路具備：基準電壓電路，其具備被串聯連接之定電流電路和第一阻抗元件和電阻值藉由二次電池之電壓而變化之第一電晶體和第二阻抗元件和電阻值藉由二次電池之電壓而變化的第二電晶體，從定電流電路和第一阻抗元件之連接點輸出第一基準電壓，並從第一電晶體和第二阻抗元件之連接點輸出第二基準電壓；第一比較電路，其係比較過電流檢測端子之電壓和第一基準電壓；及第二比較電路，其係比較過電流檢測端子之電壓和第二基準電壓。
若藉由本發明，可使充放電控制電路之過電流檢測電壓和短路檢測電壓之二次電池電壓依存性和溫度依存性與充放電控制開關之電阻值之二次電池電壓依存性和溫度依存性一致，即使二次電池電壓或溫度變化，電池裝置之過電流檢測電流值和短路檢測電流值也成為一定之 值。依此，提供低消耗電流，且提升過電流檢測電流值和短路檢測電流值之精度的安全性高之電池裝置。
11‧‧‧二次電池
14‧‧‧充放電控制電路
15‧‧‧控制電路
101、102‧‧‧比較電路
19‧‧‧過電流檢測端子
20、21‧‧‧外部端子
103‧‧‧定電流電路
110‧‧‧短路過電流檢測電路
41‧‧‧充電控制訊號輸出端子
42‧‧‧放電控制訊號輸出端子
43‧‧‧負極電源端子
44‧‧‧正極電源端子
圖1為第一實施型態之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。
圖2為第二實施型態之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。
圖3為第三實施型態之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。
圖4為以往之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。
[實施型態1]
圖1為第一實施型態之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。
第一實施型態之充放電控制電路及電池裝置係由二次電池11、Nch放電控制場效電晶體12、Nch充電控制場效電晶體13、充放電控制電路14、電阻22、31、電容32和外部端子20、21所構成。充放電控制電路14係由控制電路15、短路過電流檢測電路110、過電流檢測端子19、充電控制訊號輸出端子41、放電控制訊號輸出端子 42、正極電源端子44和負極電源端子43所構成。短路過電流檢測電路110係由比較電路101、102、定電流電路103、電阻104、106和NMOS電晶體105、107所構成。以定電流電路103、電阻104、106、NMOS電晶體105、107構成基準電壓電路。
二次電池11係正極被連接於外部端子20和電阻31，負極被連接於電容32和負極電源端子43和Nch放電控制場效電晶體12之源極及背閘極。正極電源端子44被連接於電阻31和電容32之連接點。Nch放電控制場效電晶體12係閘極被連接於放電控制訊號輸出端子42，汲極被連接於Nch充電控制用場效電晶體13之汲極。Nch充電控制場效電晶體13係閘極被連接於充電控制訊號端子41，源極及背閘極被連接於外部端子21和電阻22之一方之端子。電阻22之另一方之端子被連接於過電流檢測端子19。
比較電路101係反轉輸入端子被連接於過電流檢測端子19，非反轉輸入端子被連接於定電流電路103之一方之端子和電阻104之一方之端子之連接點，輸出端子被連接於控制電路15。定電流電路103之另一方之端子被連接於正極電源端子44。NMOS電晶體105係閘極被連接於正極電源端子44，汲極被連接於電阻104之另一方之端子，源極被連接於電阻106之一方之端子。NMOS電晶體107係閘極被連接於正極電源端子44，汲極被連接於電阻106之另一方之端子，源極被連接於負極電源端 子43。比較電路102係反轉輸入端子被連接於過電流檢測端子19，非反轉輸入端子被連接於NMOS電晶體105之源極，輸出端子被連接於控制電路15。控制電路15係電源端子被連接於正極電源端子44，接地端子被連接於負極電源端子43，第一輸出端子被連接於放電控制訊號輸出端子42，第二輸出端子被連接於充電控制訊號輸出端子41。
接著，針對動作予以說明。於二次電池11為過充電檢測電壓以下且過放電檢測電壓以上之時，被控制成Nch放電控制場效電晶體12、Nch充電控制場效電晶體13接通。在該狀態下，外部端子20、21之間連接負載，流通放電電流時，在二次電池11之負極和外部端子21間產生電位差。該電位差係藉由在外部端子20、21間流動之電流量I1、Nch放電控制場效電晶體12之電阻值R12、Nch充電控制場效電晶體13之電阻值R13而被決定，以I1×(R12+R13)表示。
定電流電路103係使電流流至電阻104、106和NMOS電晶體105、107，並使產生電壓，將該電壓當作基準電壓電路之基準電壓而予以輸出。比較電路102比較基準電壓電路之基準電壓和過電流檢測端子19之電壓，若過電流檢測端子19之電壓高時，將檢測訊號輸出至控制電路15而使Nch放電控制場效電晶體12斷開而施予過電流保護。
將過電流檢測電流值之設定值設為IDOP，將 產生在NMOS電晶體105之源極和基準電壓電路之電阻106之連接點的電壓設為Vref，將Nch放電控制場效電晶體12之電阻值設為R12，將Nch充電控制場效電晶體13之電阻值設為R13。成為比較電路102輸出檢測訊號之臨界電壓之時的外部端子21之電壓為Vref。此時，在外部端子20、21間流動之電流為外部端子21之電壓除以Nch放電控制場效電晶體12和Nch充電控制場效電晶體13之電阻值之合計的值，以IDOP=Vref/(R12+R13)表示。
在此，Nch場效電晶體之電阻值具有閘極、源極間電壓依存性和溫度依存性，因Nch充放電控制場效電晶體之源極電位為二次電池之負極電位，閘極電位為二次電池之正極電位，故Nch充放電控制場效電晶體之電阻值(R12+R13)持有二次電池電壓依存性和溫度依存性。
NMOS電晶體107藉由將源極連接於負極電源端子43，將閘極連接於正極電源端子44，作出Nch充放電控制場效電晶體和閘極、源極間電壓為相同狀態。
當以定電流電路103使該NMOS電晶體107之W長和L長和流入NOMS電晶體107之電流量變化時，可調節Vref二次電池電壓依存性。再者，為了調節過電流檢測電流值IDOP，因以IDOP=Vref/(R12+R13)表示，故也必須進行Vref之絕對值的校準。藉由以Vref成為IDOP×(R12+R13)之方式因應定電流電路103之電流值使電阻106之值最佳化，對過電流檢測電流之目標值進行調節。再者，電阻106之溫度特性可藉由元件之製作方式來 調節。於進行Vref之絕對值之校準時，以Vref之溫度特性與Nch充放電控制電晶體之溫度特性一致之方式，必須先使電阻106之溫度特性最佳化。
將短路檢測電流值之設定值設為ISHORT，將產生在定電流電路103和基準電壓電路之電阻104之連接點的電壓設為Vref2。成為比較電路101輸出檢測訊號之臨界值電壓之時的外部端子21之電壓為Vref2。此時，在外部端子20、21間流動之電流為外部端子21之電壓除以Nch放電控制場效電晶體12和Nch充電控制場效電晶體13之電阻值之合計的值，以ISHORT=Vref2/(R12+R13)表示。
再者，當將電阻104、在NMOS電晶體105產生之電位差設為VΔ時，以VΔ=Vref2-Vref=(ISHORT-IDOP)×(R12+R13)表示。
在此，Nch場效電晶體之電阻值具有閘極、源極間電壓依存性和溫度依存性，因Nch充放電控制場效電晶體之源極電位為二次電池之負極電位，閘極電位為二次電池之正極電位，故Nch充放電控制場效電晶體之電阻值(R12+R13)持有二次電池電壓依存性和溫度依存性。NMOS電晶體105藉由將源極連接於電阻106，將閘極連接於正極電源端子44，作出Nch充放電控制場效電晶體和閘極、源極間電壓為相同狀態。
當以定電流電路103使該NMOS電晶體105之W長和L長和流入NOMS電晶體105之電流量變化時，可調節VΔ之二次電池電壓依存性。再者，為了調節 短路檢測電流值ISHORT，因以ISHORT=VΔ/(R12+R13)+IDOP表示，故也必須進行VΔ之絕對值的校準。藉由以VΔ成為(ISHORT-IDOP)×(R12+R13)之方式因應定電流電路103之電流值使電阻104之值最佳化，對短路檢測電流之目標值進行調節。再者，電阻104之溫度特性可藉由元件之製作方式來調節。於進行VΔ之絕對值之校準時，以VΔ之溫度特性與Nch充放電控制電晶體之溫度特性一致之方式，必須先使電阻104之溫度特性最佳化。
如此一來，藉由可調節基準電壓電路之基準電壓之值之二次電池電壓依存性和溫度依存性，並使與Nch充放電控制場效電晶體之電阻值之二次電池電壓依存性、溫度依存性一致，即使二次電池電壓或溫度變化，亦可以使過電流檢測電流值之設定值IDOP和短路檢測電流值之設定值ISHORT成為一定之值。再者，因即使不使用短路檢測用之基準電壓電路亦可進行檢測，故可以減少消耗電流。
並且，雖NMOS電晶體105與NMOS電晶體107之閘極設為充放電控制電路14之正極電源端子42，但因若感測到二次電池電壓而電阻值變化即可，故若連接於持有二次電池電壓依存性之電路之輸出，調節定電流值時，可取得發揮與第一實施型態相同之效果。再者，雖然使用Nch放電控制場效電晶體12、Nch充電控制場效電晶體13、NMOS電晶體105予以說明，但並不限定於該構成，即使使用Pch場效電晶體，將NMOS電晶體105變更 成PMOS電晶體，將定電流電路103之正極電源端子44之連接變更成負極電源端子43，當然也可以進行相同之動作。再者，電阻104和電阻106並不限定於該構成，若為持有阻抗之元件即使為任意的阻抗元件亦可。
藉由上述，第一實施型態之電池裝置藉由使充放電控制電路之過電流檢測電壓及短路檢測電壓和Nch充放電控制場效電晶體之二次電池電壓依存性、溫度依存性一致，可以提升電池裝置之過電流檢測電流值及短路檢測電流值之精度，並提高電池裝置之安全性。再者，可以不使用短路檢測用之基準電壓電路而減少消耗電流。
[實施型態2]
圖2為第二實施型態之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。與第一實施型態不同的係將電阻104、106變更成NMOS電晶體201、202之點。
NMOS電晶體201係閘極被連接於正極電源端子44，汲極被連接於比較電路101之非反轉輸入端子，源極被連接於NMOS電晶體105之汲極。NMOS電晶體202係閘極被連接於正極電源端子44，汲極被連接於比較電路102之非反轉輸入端子，源極被連接於NMOS電晶體107之汲極。其他為與第一實施型態相同之連接。即使在如此之構成中，亦可以使成為即使二次電池電壓或溫度變化，過電流檢測電流值之設定值和短路檢測電流值之設定值也成為一定之值。
並且，為了以調整NMOS電晶體201、202調整溫度特性，以使用異極閘極之電晶體等之元件製作方法來調節即可。
藉由上述，第二實施型態之電池裝置藉由使充放電控制電路之過電流檢測電壓及短路檢測電壓和Nch充放電控制場效電晶體之二次電池電壓依存性、溫度依存性一致，可以提升電池裝置之過電流檢測電流值及短路檢測電流值之精度，並提高電池裝置之安全性。再者，可以不使用短路檢測用之基準電壓電路而減少消耗電流。
[實施型態3]
圖3為第三實施型態之充放電控制電路及電池裝置之電路圖。與第一實施型態之電池裝置不同的係在二次電池11之負極和負極電源端子43之連接點和Nch放電控制場效電晶體12之源極之間追加電阻301之點。其他與第一實施型態全部相同。
Nch放電控制場效電晶體12之接通電阻R12和Nch充電控制場效電晶體13之接通電阻R13在製造工程上偏差大精度差。於是，藉由串聯設置電阻值之偏差比Nch場效電晶體少的電阻33，可以縮小過電流檢測電流值之偏差。檢測出過電流和短路電流之動作與第一實施型態相同，即使在圖3之構成中亦可實現。
並且，電阻301之位置並不限定於圖3之位置，若在二次電池11之負極和負極電源端子43之連接點 和外部端子21和電阻22之連接點之間，無論設置在哪亦可。再者，電阻301即使非刻意地設置的電阻亦可，即使為構成電路之時的寄生電阻亦可。再者，並不限定於實施例1之構成，即使使用於實施例2之構成亦可。
藉由上述，第三實施型態之電池裝置藉由使充放電控制電路之過電流檢測電壓及短路檢測電壓和Nch充放電控制場效電晶體之二次電池電壓依存性、溫度依存性一致，可以提升電池裝置之過電流檢測電流值及短路檢測電流值之精度，並提高電池裝置之安全性。再者，可以不使用短路檢測用之基準電壓電路而減少消耗電流。
11‧‧‧二次電池
12‧‧‧Nch放電控制場效電晶體
13‧‧‧Nch充電控制場效電晶體
14‧‧‧充放電控制電路
15‧‧‧控制電路
101、102‧‧‧比較電路
19‧‧‧過電流檢測端子
20、21‧‧‧外部端子
103‧‧‧定電流電路
110‧‧‧短路過電流檢測電路
22、31‧‧‧電阻
32‧‧‧電容
41‧‧‧充電控制訊號輸出端子
42‧‧‧放電控制訊號輸出端子
43‧‧‧負極電源端子
44‧‧‧正極電源端子
104‧‧‧電阻
105‧‧‧NMOS電晶體
106‧‧‧電阻
107‧‧‧電阻

Claims (4)

  1. 一種充放電控制電路，具有檢測二次電池之電壓或異常的控制電路，和以過電流檢測端子之電壓檢測出過電流或短路的短路過電流檢測電路，該充放電控制電路之特徵在於：上述短路過電流檢測電路具備：基準電壓電路，其具備定電流電路，和被連接於上述定電流電路之第一阻抗元件，和汲極被連接於上述第一阻抗元件，且電阻值藉由上述二次電池之電壓而變化之第一電晶體，和被連接於上述第一電晶體之源極的第二阻抗元件，和汲極被連接於上述第二阻抗元件，且電阻值藉由上述二次電池之電壓而變化的第二電晶體，從上述定電流電路和上述第一阻抗元件之連接點，輸出第一基準電壓，從上述第一電晶體和上述第二阻抗元件之連接點輸出第二基準電壓；第一比較電路，其係比較上述過電流檢測端子之電壓和上述第一基準電壓；及第二比較電路，其係比較上述過電流檢測端子之電壓和上述第二基準電壓。
  2. 如請求項1所記載之充放電控制電路，其中上述第一阻抗元件具備電阻值藉由上述二次電池之電壓而變化的第三電晶體，上述第二阻抗元件具備電阻值藉由上述二次電池之電壓而變化的第四電晶體。
  3. 一種電池裝置，其特徵在於具備：二次電池；充放電控制開關，其係被設置在上述二次電池之充放電路徑上；和如請求項1或2所記載之充放電控制電路，其係監視上述二次電池之電壓，並控制上述充放電控制開關。
  4. 如請求項3所記載之電池裝置，其中在設置有上述充放電控制開關之上述二次電池和外部端子之間的充放電路徑上具備有電阻。
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