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公開番号2020205741
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201224
出願番号2019141959
出願日20190801
発明の名称充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置
出願人エイブリック株式会社
代理人
主分類H02J 7/02 20160101AFI20201127BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】トランジスタの特性劣化を引き起こすことなく、充放電制御回路及びバッテリ装置のコストを削減する。
【解決手段】直列に接続される複数のバッテリ11a、11bの充放電を制御する充放電制御回路10は、第一入力端子VC1と、第二入力端子VC2と、接地端子VSSと、第一入力端子と第二入力端子の間に接続され、第一スイッチ142aを有する第一セルバランス回路14aと、第二入力端子と接地端子の間に接続され、第二スイッチ142bを有する第二セルバランス回路14bと、第一入力端子と第二入力端子の間に接続され、第三スイッチ152aを有する第一セルバランス検出回路15aと、第二入力端子と接地端子の間に接続され、第四スイッチ152bを有する第二セルバランス検出回路15bと、制御信号を出力している時に第三スイッチと第四スイッチに所定の周期でオフする制御信号を出力する制御回路17と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
直列に接続される複数のバッテリの充放電を制御する充放電制御回路であって、
第一バッテリの正極が第一保護抵抗を介して接続される第一入力端子と、
前記第一バッテリの負極と第二バッテリの正極が第二保護抵抗を介して接続される第二入力端子と、
前記第二バッテリの負極が接続される接地端子と、
前記第一入力端子と前記第二入力端子の間に接続され、第一スイッチを有する第一セルバランス回路と、
前記第二入力端子と前記接地端子の間に接続され、第二スイッチを有する第二セルバランス回路と、
前記第一入力端子と前記第二入力端子の間に接続され、第三スイッチを有する第一セルバランス検出回路と、
前記第二入力端子と前記接地端子の間に接続され、第四スイッチを有する第二セルバランス検出回路と、
前記第一バッテリの電圧がセルバランス検出電圧以上になると前記第一スイッチに所定の周期でオンする制御信号を出力し、前記第二バッテリの電圧がセルバランス検出電圧以上になると前記第二スイッチに所定の周期でオンする制御信号を出力し、前記制御信号を出力している時に前記第三スイッチと前記第四スイッチに所定の周期でオフする制御信号を出力する制御回路と、
を備えたことを特徴とする充放電制御回路。
続きを表示(約 150 文字)【請求項2】
第一外部端子と第二外部端子の間に直列に接続される複数のバッテリ及びFETと、
前記複数のバッテリの電圧を監視し、前記FETをオン・オフすることによって前記複数のバッテリの充放電を制御する請求項1に記載の充放電制御回路と、
を備えたことを特徴とするバッテリ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、充放電制御回路及びバッテリ装置に関する。
続きを表示(約 5,200 文字)【背景技術】
【0002】
図2は、従来のセルバランス回路を備えたバッテリ装置を示す回路図である。
従来のバッテリ装置は、充放電制御回路20と、バッテリ21a、21bと、保護抵抗22a、22bと、FET23と、セルバランス回路24a、24bと、外部端子EB+、EB−を備えている。充放電制御回路20は、セルバランス検出回路25a、25b、過充電検出回路26a、26b、制御回路27、電源端子VDD、接地端子VSS、入力端子VC1、VC2、出力端子CB1、CB2、COを備えている。
【0003】
充放電制御回路20は、バッテリ21a、21bの電圧を監視し、電圧状態によって制御回路27がFET23をオン・オフすることで、バッテリ21a、21bの電圧を制御する。
【0004】
外部端子EB+、EB−に充電器が接続されると、バッテリ21a、21bは充電されて、入力端子VC1、VC2の電圧は徐々に高くなる。どちらかのバッテリ、例えば、バッテリ21aの電圧、即ち入力端子VC2−VC1間電圧がセルバランス検出電圧以上になると、セルバランス検出回路25aは制御回路27に検出信号を出力する。制御回路27は、セルバランス検出回路25aから検出信号を受けると、出力端子CB1を介してセルバランス回路24aにセルバランス制御信号を出力する。セルバランス回路24aは、セルバランス制御信号を受けるとスイッチをオンして、バッテリ21aを放電する。従って、バッテリ21aは、バッテリ21bに比べて充電速度が低下する。バッテリ21bの電圧がセルバランス検出電圧以上になると、同様に、セルバランス回路24bは、バッテリ21bを放電する。
【0005】
そして、バッテリ21a、21bの電圧が、過充電検出電圧以上になると、過充電検出回路26a、26bは、制御回路27に検出信号を出力する。制御回路27は、出力端子COからFET23をオフする制御信号を出力して、バッテリ21a、21bの充電を停止する。
【0006】
充放電制御回路20は、上述のように充電の動作することで、バッテリ21a、21bの電圧の偏りを解消、即ちセルバランス動作を行う(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開平11-234916号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
充放電制御回路20は、コスト削減の要求があった場合、方策として端子数を減らすことが考えられる。例えば、セルバランス回路24a、24bを充放電制御回路20の内部に構成することで、出力端子CB1、CB2を削減することが出来る。
【0009】
しかしながら、充放電制御回路20にセルバランス回路24a、24bを組み込むと、セルバランス動作時に、保護抵抗22a、22bに電流が流れることにより、セルバランス検出回路25a、25b、過充電検出回路26a、26b、のNMOSトランジスタのゲートに閾値以上の電圧が印加され、長期の使用により特性が劣化する、と言う課題が発生する。
【0010】
本発明は上記課題に顧みてなされたもので、トランジスタの特性劣化を引き起こすことなく、充放電制御回路及びバッテリ装置のコストを削減すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するために、本発明の充放電制御回路は、第一スイッチを有する第一セルバランス回路と、第二スイッチを有する第二セルバランス回路と、第三スイッチを有する第一セルバランス検出回路と、第四スイッチを有する第二セルバランス検出回路と、第一バッテリの電圧がセルバランス検出電圧以上になると第一スイッチに所定の周期でオンする制御信号を出力し、第二バッテリの電圧がセルバランス検出電圧以上になると第二スイッチに所定の周期でオンする制御信号を出力し、制御信号を出力している時に第三スイッチと第四スイッチに所定の周期でオフする制御信号を出力する制御回路を備えたことを特徴とする。
また、本発明のバッテリ装置は、第一外部端子と第二外部端子の間に直列に接続される複数のバッテリ及びFETと、複数のバッテリの電圧を監視し、FETをオン・オフすることによって複数のバッテリの充放電を制御する上記充放電制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明の充放電制御回路によれば、セルバランス回路を内部に取り込み、セルバランス回路のスイッチと相補的にオン・オフするスイッチをセルバランス検出回路などに備えたため、セルバランス信号を出力する端子を削減することが出来る。即ち、検出回路のトランジスタの特性劣化を引き起こすことなく、充放電制御回路及びバッテリ装置のコストを削減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本発明の実施形態のセルバランス回路を備えたバッテリ装置を示す回路図である。
従来のセルバランス回路を備えたバッテリ装置を示す回路図である。
本実施形態のセルバランス回路を備えたバッテリ装置の他の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図1は、本実施形態のセルバランス回路を備えたバッテリ装置を示す回路図である。
バッテリ装置は、充放電制御回路10と、バッテリ11a及び11bと、保護抵抗12a及び12bと、FET13と、外部端子EB+及び外部端子EB−を備えている。充放電制御回路10は、電源端子VDD、接地端子VSS、入力端子VC1、VC2、出力端子COを備えている。
【0015】
バッテリ11a、11b及びFET13は、外部端子EB+と外部端子EB−の間に直列に接続されている。
バッテリ11aは、正極端子が電源端子VDDと保護抵抗12aを介して入力端子VC1に接続され、負極端子がバッテリ11bの正極端子と保護抵抗12bを介して入力端子VC2に接続されている。バッテリ11bの負極端子は、接地端子VSSに接続されている。FET13のゲートは、出力端子COに接続されている。
【0016】
充放電制御回路10は、セルバランス回路14a、14bと、セルバランス検出回路15a、15bと、過充電検出回路16a、16bと、制御回路17を備えている。
【0017】
セルバランス回路14a(b)は、抵抗141a(b)と、スイッチ142a(b)を備えている。
セルバランス回路14aは、抵抗141aとスイッチ142aが入力端子VC1と入力端子VC2の間に直列に接続され、スイッチ142aの制御端子は制御回路17の第一出力端子に接続されている。セルバランス回路14bは、抵抗141bとスイッチ142bが入力端子VC2と接地端子VSSの間に直列に接続され、スイッチ142bの制御端子は制御回路17の第二出力端子に接続されている。
【0018】
セルバランス検出回路15a(b)は、抵抗151a(b)と、スイッチ152a(b)と、抵抗153a(b)と、電流源154a(b)と、NMOSトランジスタ155a(b)を備えている。
【0019】
抵抗151aとスイッチ152aと抵抗153aは、入力端子VC1と入力端子VC2の間に直列に接続され、スイッチ152aと抵抗153aの接続点がNMOSトランジスタ155aのゲートに接続されている。電流源154aとNMOSトランジスタ155aは、電源端子VDDと入力端子VC2の間に直列に接続されている。出力端子であるNMOSトランジスタ155aのドレインは、制御回路17の第一入力端子に接続されている。スイッチ152aの制御端子は、制御回路17の第三出力端子に接続されている。
セルバランス検出回路15bは、セルバランス検出回路15aと同様の構成であり、出力端子は制御回路17の第二入力端子に接続されている。
【0020】
過充電検出回路16a(b)は、抵抗161a(b)と、スイッチ162a(b)と、抵抗163a(b)と、電流源164a(b)と、NMOSトランジスタ165a(b)を備えている。
【0021】
抵抗161aとスイッチ162aと抵抗163aは、入力端子VC1と入力端子VC2の間に直列に接続され、スイッチ162aと抵抗163aの接続点がNMOSトランジスタ165aのゲートに接続されている。電流源164aとNMOSトランジスタ165aは、電源端子VDDと入力端子VC2の間に直列に接続されている。出力端子であるNMOSトランジスタ165aのドレインは、制御回路17の第三入力端子に接続されている。スイッチ162aの制御端子は、制御回路17の第三出力端子に接続されている。
過充電検出回路16bは、過充電検出回路16aと同様の構成であり、出力端子は制御回路17の第四入力端子に接続されている。
【0022】
制御回路17の充放電制御端子は、出力端子COに接続されている。
【0023】
以下に、上述のように構成したバッテリ装置の動作について説明する。
【0024】
負荷に放電することによって電圧が低下したバッテリ11a及び11bは、外部端子EB+と外部端子EB−の間に接続された充電器によって充電される。バッテリ11a及びバッテリ11bの電圧がセルバランス電圧未満の時、セルバランス検出回路15a、15bと過充電検出回路16a、16bは、制御回路17にそれぞれ検出信号を出力していない。
【0025】
制御回路17は、検出信号が入力されていないため、第一及び第二出力端子からスイッチをオフする制御信号を出力し、第三出力端子からスイッチをオンする制御信号を出力する。従って、セルバランス回路14a及び14bは、セルバランス動作をしない。また、セルバランス検出回路15a、15bと過充電検出回路16a、16bは、検出動作をしている。
【0026】
次に、バッテリ11aの電圧がセルバランス電圧を超え、バッテリ11bの電圧がセルバランス電圧を超えていない場合の、充放電制御回路10の動作について説明する。
【0027】
バッテリ11aの電圧がセルバランス電圧を超えると、セルバランス検出回路15aが検出して、出力端子から制御回路17の第一入力端子にセルバランス検出信号を出力する。制御回路17は、セルバランス検出信号を受けると、第一出力端子からセルバランス回路14aにセルバランス制御信号を出力し、第三出力端子からセルバランス検出回路15a、15bと過充電検出回路16a、16bにスイッチをオン・オフする制御信号を出力する。
【0028】
ここで、第一出力端子から出力されるセルバランス制御信号は、所定の周期でセルバランス回路14aのスイッチ142aをオン・オフする。それに応じて、セルバランス検出回路15a、15bと過充電検出回路16a、16bのスイッチは、第三出力端子から出力される制御信号によって、スイッチ142aがオンの時にオフされ、スイッチ142aがオフの時にオンされる。
【0029】
セルバランス回路14aは、スイッチ142aがオンした時に、バッテリ11aから保護抵抗12a、保護抵抗12bを介して電流を流すことによって、バッテリ11aの電圧を制御する。入力端子VC2の電圧は、保護抵抗12bに電流が流れることによって、バッテリ11bの正極の電圧よりも高くなる。即ち、NMOSトランジスタ155bとNMOSトランジスタ165bのゲート・ソース間に閾値以上の電圧が印加される可能性がある。
【0030】
この時、セルバランス検出回路15bは、スイッチ152bがオフしているので、NMOSトランジスタ155bのゲート・ソース間に閾値以上の電圧が印加されることを防止できる。また、過充電検出回路16bは、同様に、スイッチ162bがオフしているので、NMOSトランジスタ165bのゲート・ソース間に閾値以上の電圧が印加されることを防止できる。
(【0031】以降は省略されています)

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