JP5443013B2 - バッテリー保護回路及びバッテリー装置 - Google Patents

Description

本発明は、過電流保護回路を備えたバッテリー保護回路及びバッテリー装置に関するものである。

図５は、従来のバッテリー保護回路を備えたバッテリー装置のブロック図である。従来のバッテリー装置４は、バッテリー１と、充放電制御スイッチ回路２と、バッテリー保護回路３とを備える。そして、ＥＢ＋端子５とＥＢ−端子６の間に本体機器である負荷７が接続されると、バッテリー１から負荷７へ電力を供給する。バッテリー保護回路３は、電圧監視回路と、過電流監視回路と、制御回路１５を備えている。

電圧監視回路は、分割抵抗８と、基準電圧回路２４と、コンパレータ１４と、を備える。電圧監視回路は、バッテリー１の過充電または過放電を検出して、検出信号を制御回路１５に出力する。

過電流監視回路は、第一過電流コンパレータ１２及び基準電圧回路２２と、第二過電流コンパレータ１３及び基準電圧回路２３と、プルダウンスイッチ回路１０及びプルダウン抵抗１１と、を備える。過電流監視回路は、バッテリー１の過電流を検出して、検出信号を制御回路１５に出力する。基準電圧回路２３の第二基準電圧は、基準電圧回路２２の第一基準電圧よりも高く設定されており、第二過電流コンパレータ１３は第一過電流コンパレータ１２よりも大きい過電流を検出する。従って、第二過電流コンパレータ１３による検出信号の遅延時間は、第一過電流コンパレータ１２による検出信号の遅延時間よりも短く設定されている。

制御回路１５は、上記検出信号を入力すると、充放電制御スイッチ回路２を制御して、バッテリー１の充電や放電を制御する。

以下に、従来のバッテリー保護回路３の過電流検出時の制御動作の説明を行う。図６は、従来のバッテリー装置４の動作を示すタイミングチャートである。

バッテリー保護回路３の過電流監視端子３４の電圧は、抵抗成分を有する充放電制御スイッチ回路２を電流が流れることで上昇する。ここで、負荷７になんらかの異常が発生してインピーダンスが低下すると、バッテリー装置４のＥＢ−端子６から充放電制御スイッチ回路２を介してＥＢ＋端子５に流れる電流が増加する。そして、過電流監視端子３４の電圧が基準電圧回路２２の電圧以上になると（ｔ＝１）、第一過電流コンパレータ１２は過電流を検出する。制御回路１５は、所定の遅延時間を経て（ｔ＝２）、充放電制御スイッチ回路２をＯＦＦする信号を出力する。それによりバッテリー１から負荷７への放電は停止される。この状態が、バッテリー装置４の過電流検出状態である。

過電流検出状態になると、制御回路１５はプルダウンスイッチ回路１０をＯＮする。過電流監視端子３４の電圧は、バッテリー１の電圧と、負荷７とプルダウン抵抗１１の分割抵抗比で決まる電圧値になる（ｔ＝２）。ここで、負荷７が正常に戻り（ｔ＝３）、負荷７のインピーダンスが徐々に増加すると、過電流監視端子３４の電圧は徐々に低下していく。そして、過電流監視端子３４の電圧が、基準電圧回路２２の第一基準電圧よりも低くなると（ｔ＝５）、第一過電流コンパレータ１２は解除信号を出力する。このときの負荷７のインピーダンスが、過電流自動復帰インピーダンスとなる（特許文献１参照）。

特開２００３−３７９４４号公報（図１）

しかしながら、上述のプルダウン抵抗１１を用いる回路では、過電流検出状態から通常状態に遷移をするには、負荷７のインピーダンスが過電流自動復帰インピーダンスに達することが条件であった。従って、バッテリー保護回路３を過電流検出状態から早く通常状態へ遷移させることが出来なかった。

本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、利便性のよいバッテリー装置を実現するものである。

従来の課題を解決するために、本発明のバッテリー保護回路を備えたバッテリー装置は以下のような構成とした。

外部からの制御信号を入力する制御端子をバッテリー保護回路に設ける。その制御信号により、過電流監視端子と電源端子の間に接続された抵抗の抵抗値を切り換える、もしくは過電流解除電圧を切り換える、構成とした。

本発明の過電流保護回路を備えたバッテリー装置によれば、バッテリー保護回路が過電流検出状態のときに、過電流検出状態からの復帰時間を外部から制御することができる。これにより、過電流検出状態から早く通常状態に復帰させることが出来るという効果がある。

本実施形態のバッテリー保護回路を備えたバッテリー装置を示すブロック図である。 本実施形態のバッテリー装置の動作を示すタイミングチャートである。 他の実施形態のバッテリー保護回路を備えたバッテリー装置を示すブロック図である。 他の実施形態のバッテリー装置の動作を示すタイミングチャートである。 従来のバッテリー保護回路を備えたバッテリー装置のブロック図である。 従来のバッテリー装置の動作を示すタイミングチャートである。

図１は、本実施形態のバッテリー保護回路を備えたバッテリー装置のブロック図である。

本実施形態のバッテリー装置４は、バッテリー１と、充放電制御スイッチ回路２と、バッテリー保護回路３とを備える。バッテリー保護回路３は、電圧監視回路と、過電流監視回路と、制御回路１５を備えている。

電圧監視回路は、分割抵抗８と、基準電圧回路２４と、コンパレータ１４と、を備える。過電流監視回路は、第一過電流コンパレータ１２及び基準電圧回路２２と、第二過電流コンパレータ１３及び基準電圧回路２３と、第一プルダウンスイッチ回路１０及び第一プルダウン抵抗１１と、第二プルダウンスイッチ回路２０及び第二プルダウン抵抗２１と、を備える。

電圧監視回路は、バッテリー１の過充電または過放電を検出して、検出信号を制御回路１５に出力する。過電流監視回路は、バッテリー１の過電流を検出して、検出信号を制御回路１５に出力する。基準電圧回路２３の第二基準電圧は、基準電圧回路２２の第一基準電圧よりも高く設定されており、第二過電流コンパレータ１３は第一過電流コンパレータ１２よりも大きい過電流を検出する。従って、第二過電流コンパレータ１３による検出信号の遅延時間は、第一過電流コンパレータ１２による検出信号の遅延時間よりも短く設定されている。制御回路１５は、上記検出信号を入力すると、充放電制御スイッチ回路２を制御して、バッテリー１の充電や放電を制御する。

第一プルダウンスイッチ回路１０は、過電流検出状態で充放電制御スイッチ回路２がＯＦＦされたときに、制御回路１５によってＯＮされる。そして、過電流監視端子３４は、第一プルダウン抵抗１１によってバッテリー１の負極電位にプルダウンされる。

第二プルダウンスイッチ回路２０は、制御端子３５からの制御信号で制御され、制御信号によってＯＮされると、過電流監視端子３４は、第一プルダウン抵抗１１と第二プルダウン抵抗２１によってバッテリー１の負極電位にプルダウンされる。

上述したようなバッテリー保護回路３は、以下のように動作して過電流から回路を保護する機能を有する。

図２は、本実施形態のバッテリー装置の動作を示すタイミングチャートである。

バッテリー保護回路３の過電流監視端子３４の電圧は、抵抗成分を有する充放電制御スイッチ回路２を電流が流れることで上昇する。ここで、負荷７になんらかの異常が発生してインピーダンスが低下すると、バッテリー装置４のＥＢ−端子６から充放電制御スイッチ回路２を介してＥＢ＋端子５に流れる電流が増加する。そして、過電流監視端子３４の電圧が基準電圧回路２２の電圧以上になると（ｔ＝１）、第一過電流コンパレータ１２は過電流を検出する。制御回路１５は、所定の遅延時間を経て（ｔ＝２）、充放電制御スイッチ回路２をＯＦＦする信号を出力する。それによりバッテリー１から負荷７への放電は停止される。この状態が、バッテリー装置４の過電流検出状態である。

過電流検出状態になると、制御回路１５は第一プルダウンスイッチ回路１０をＯＮする。過電流監視端子３４の電圧は、バッテリー１の電圧と、負荷７とプルダウン抵抗１１の分割抵抗比で決まる電圧値になる（ｔ＝２）。ここで、負荷７が正常に戻り（ｔ＝３）、負荷７のインピーダンスが徐々に増加すると、過電流監視端子３４の電圧は徐々に低下していく。ここで、バッテリー装置４を搭載した電子機器などで早く通常状態に復帰させたいと言う要求があると、外部制御端子９に制御信号が入力され、制御端子３５を介して第二プルダウンスイッチ回路２０に制御信号が入力される（ｔ＝４）。この状態では、過電流監視端子３４は第一プルダウン抵抗１１と第二プルダウン抵抗２１によってバッテリー１の負極電位にプルダウンされる。従って、過電流監視端子３４の電圧は早く低下するようになる。そして、過電流監視端子３４の電圧が、基準電圧回路２２の第一基準電圧よりも低くなると（ｔ＝５）、第一過電流コンパレータ１２は解除信号を出力する。制御回路１５は、所定の遅延時間を経て（ｔ＝６）、充放電制御スイッチ回路２をＯＮする信号を出力する。それにより、バッテリー装置４は通常状態に復帰して、バッテリー１から負荷７への放電が再開される。このとき、第一プルダウンスイッチ回路１０と第二プルダウンスイッチ回路２０はともにＯＦＦされる。

以上記載したように、本実施形態のバッテリー保護回路３を備えたバッテリー装置４は、外部から制御端子９に入力された制御信号によって過電流監視端子３４のプルダウン抵抗の値を制御する第二プルダウンスイッチ回路２０を用いたので、過電流検出状態から通常状態に復帰する時間を切替えることが可能となった。

図３に、他の実施形態のバッテリー保護回路３を備えたバッテリー装置のブロック図を示す。図３のバッテリー保護回路３は、外部制御端子９及び制御端子３５から制御信号が入力される選択回路１７を備えた。選択回路１７は、第一過電流コンパレータ１２の信号と第二過電流コンパレータ１３の信号とを入力し、制御信号に基づいて上記信号を選択して出力する。制御回路１５は、選択回路１７から入力された信号によって過電流検出状態を解除し、充放電制御スイッチ回路２をＯＮしてバッテリー１の放電を開始する。

上述したようなバッテリー保護回路３は、以下のように動作して過電流から回路を保護する機能を有する。

図４は、他の実施形態のバッテリー装置の動作を示すタイミングチャートである。

バッテリー保護回路３の過電流監視端子３４の電圧は、抵抗成分を有する充放電制御スイッチ回路２を電流が流れることで上昇する。ここで、負荷７になんらかの異常が発生してインピーダンスが低下すると、バッテリー装置４のＥＢ−端子６から充放電制御スイッチ回路２を介してＥＢ＋端子５に流れる電流が増加する。そして、過電流監視端子３４の電圧が基準電圧回路２２の電圧以上になると（ｔ＝１）、第一過電流コンパレータ１２は過電流を検出する。制御回路１５は、所定の遅延時間を経て（ｔ＝２）、充放電制御スイッチ回路２をＯＦＦする信号を出力する。それによりバッテリー１から負荷７への放電は停止される。この状態が、バッテリー装置４の過電流検出状態である。

過電流検出状態になると、制御回路１５は第一プルダウンスイッチ回路１０をＯＮする。過電流監視端子３４の電圧は、バッテリー１の電圧と、負荷７とプルダウン抵抗１１の分割抵抗比で決まる電圧値になる（ｔ＝２）。ここで、負荷７が正常に戻り（ｔ＝３）、負荷７のインピーダンスが徐々に増加すると、過電流監視端子３４の電圧は徐々に低下していく。ここで、バッテリー装置４を搭載した電子機器などで早く通常状態に復帰させたいと言う要求があると、外部制御端子９に制御信号が入力され、制御端子３５を介して選択回路１７に制御信号が入力される（ｔ＝４）。制御信号がＯＮの状態では、選択回路１７は第二過電流コンパレータ１３の信号を制御回路１５に出力する。過電流監視端子３４の電圧が徐々に低下して、基準電圧回路２３の第二基準電圧よりも低くなると（ｔ＝５）、第二過電流コンパレータ１３は解除信号を出力し、選択回路１７から制御回路１５への信号も解除信号となる。制御回路１５は、所定の遅延時間を経て（ｔ＝６）、充放電制御スイッチ回路２をＯＮする信号を出力する。それにより、バッテリー装置４は通常状態に復帰して、バッテリー１から負荷７への放電が再開される。このとき、第一プルダウンスイッチ回路１０はＯＦＦされる。

以上記載したように、本実施形態のバッテリー保護回路３を備えたバッテリー装置４は、外部から制御端子９に入力された制御信号によって過電流検出状態の解除電圧の値を選択できる選択回路１７を用いたので、過電流検出状態から通常状態に復帰する時間を切替えることが可能となった。

なお、本実施形態のバッテリー装置４は、充放電制御スイッチ回路２がバッテリー１の負極側に設けられた例を示して説明したが、充放電制御スイッチ回路２がバッテリー１の正極側に設けられた場合でも、同様の機能と効果が得られる。この場合の図１のバッテリー保護回路３は、過電流監視端子３４にはプルアップ抵抗が設けられる。

１ バッテリー
３ バッテリー保護回路
４ バッテリー装置
７ 負荷
９ 外部制御端子
１２ 第一過電流コンパレータ
１３ 第二過電流コンパレータ
１４ コンパレータ
１５ 制御回路
１７ 選択回路
３４ 過電流監視端子
３５ 制御端子

Claims (4)

1. 外部端子に接続された電子機器に、充放電制御スイッチ回路を制御して、バッテリーの電流を充電または放電するためのバッテリー保護回路であって、
   前記バッテリーが接続される電源端子と、
   前記バッテリーに流れる電流を監視するための電圧が入力される過電流監視端子と、
   前記過電流監視端子が一方の入力端子に接続された第一過電流コンパレータと、
   前記第一過電流コンパレータの他方の入力端子に接続され、第一基準電圧を出力する第一基準電圧回路と、
   前記過電流監視端子が一方の入力端子に接続された第二過電流コンパレータと、
   前記第二過電流コンパレータの他方の入力端子に接続され、前記第一基準電圧より高い第二基準電圧を出力する第二基準電圧回路と、
   前記過電流監視端子と前記電源端子の間に設けられたスイッチ回路及び抵抗回路と、
   前記第一過電流コンパレータの出力端子と前記第二過電流コンパレータの出力端子が接続され、前記充放電制御スイッチ回路に充放電制御信号を出力する制御回路と、
   外部からの制御信号を入力する外部制御端子と、
   前記外部制御端子に接続された過電流検出状態復帰回路と、を備え、
   前記過電流検出状態復帰回路は、前記外部制御端子からの制御信号によって過電流検出状態を前記スイッチ回路及び抵抗回路が解除させるより早く解除させる機能を有することを特徴とするバッテリー保護回路。
2. 前記過電流検出状態復帰回路は、前記過電流監視端子と前記電源端子の間に設けられた第二スイッチ回路及び第二抵抗回路を備え、
   前記第二スイッチ回路は、前記外部制御端子からの制御信号によって制御されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー保護回路。
3. 前記過電流検出状態復帰回路は、前記第一過電流コンパレータの出力信号と前記第二過電流コンパレータの出力信号を前記外部制御端子からの制御信号に基づき選択して、前記制御回路に出力する選択回路であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー保護回路。
4. 電子機器が接続される外部端子と、
   前記外部端子に直列に接続されたバッテリー及び充放電制御スイッチ回路と、
   前記電源端子で前記バッテリーと接続され、前記バッテリーの充電または放電を制御する請求項１から３のいずれかに記載のバッテリー保護回路と、
   を備えたバッテリー装置。

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