JP2010011574A - Charging/discharging control circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池の充放電制御回路に関するものである。 The present invention relates to a charge / discharge control circuit for a secondary battery.
近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、PDA等の携帯型電子機器が普及し、電源として二次電池が広く使用されている。それに伴いこれまで乾電池が採用されていた機器の動力源として二次電池が採用されることが多くなってきた。通常、これらの二次電池を充電する一つの方法として、電池の温度をモニターするための温度センサーが取り付けられており、この温度センサーからの入力により二次電池の充電状態を知り充電制御を行うことが一般的である。 In recent years, portable electronic devices such as notebook personal computers, mobile phones, and PDAs have become widespread, and secondary batteries have been widely used as power sources. Along with this, secondary batteries have been increasingly adopted as a power source for devices that have conventionally employed dry batteries. Normally, as a method for charging these secondary batteries, a temperature sensor for monitoring the temperature of the battery is attached, and charging control is performed by knowing the charging state of the secondary battery by input from this temperature sensor. It is common.
一方、携帯電話用リチウム二次電池に代表されるように蓄えるエネルギー密度が年々向上しており使い方を間違えると故障やサイクル寿命の低下等の劣化、さらには発熱や発火といった事故を起こす危険性がありこれまで以上に安全に対して配慮しなければならなくなった。それと同時に年々消費者の価格に対する要求が厳しくなっており、安全関連部品といえどもコストに対して無関心ではいられなくなっている。 On the other hand, the energy density stored, as typified by lithium secondary batteries for mobile phones, has been improving year by year. There is now more safety than ever. At the same time, consumer demand for prices has become stricter year by year, and even safety-related parts can no longer be indifferent to costs.
更に近年、電池充電用電源としてその給電機能を利用してパーソナルコンピュータに搭載されているUSBを単なる電源コネクタとしてのみ利用したACアダプタが多数発売されており、電池充電の為にUSB端子からの電源出力を規格化しようという動きがある。消費者のニーズとして製品専用の充電器及びパック電池ではなく、汎用の充電器及び電源が求められてきている。 In recent years, a number of AC adapters have been released that use the USB mounted on personal computers as a power source for battery charging and that use the USB mounted on the personal computer only as a power connector. There is a movement to standardize the output. As a consumer need, a general-purpose charger and power source are required instead of a dedicated charger and a battery pack.
従来の製品動作用二次電池として複数の素電池を一纏めにしたパック電池が知られている。このパック電池には通常温度センサーとしてサーミスタが内蔵されている。これらの電池の安全装置として更にPTCや電流ヒューズがパック電池に内蔵されており電池が異常状態となるとこれらの安全装置が働き、発火や発煙を防いでいた。 A battery pack in which a plurality of unit cells are grouped is known as a conventional secondary battery for product operation. This battery pack normally has a thermistor built in as a temperature sensor. As a safety device for these batteries, a PTC and a current fuse are further incorporated in the pack battery, and when the battery is in an abnormal state, these safety devices work to prevent ignition and smoke.
一方、これらの二次電池は製品毎に大きさや定格の異なるパック電池としてパック化されており、異機種間での相互互換性は無く、更に充電器に関しても同様に異機種間での互換性は無かった。充電器に関しては携帯電話に代表されるように、世の中の流れとして共通化が行われており、従来の製品はUSB給電機能を利用して市販電池の充電を行う充電器が知られている。 On the other hand, these secondary batteries are packed as pack batteries with different sizes and ratings for each product, and there is no mutual compatibility between different models, and the charger is also compatible between different models. There was no. With regard to the charger, as is typified by a mobile phone, it is commonly used as a trend in the world, and as a conventional product, a charger that charges a commercially available battery using a USB power feeding function is known.
従来の充放電回路は、Ni−MH電池やリチウムイオン電池などの化学電池である二次電池と、感熱型の保護阻止素子であるPTCと、電子スイッチ素子と、過充電や過放電の保護を行うための温度を検出する温度検出部、温度検出部により検出した温度に基づき外部のスイッチ素子である放電制御スイッチ素子、充電制御スイッチ素子をオン/オフ制御するスイッチ制御回路などから構成されていた(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
The conventional charging / discharging circuit is a secondary battery that is a chemical battery such as a Ni-MH battery or a lithium ion battery, a PTC that is a thermal protection blocking element, an electronic switch element, and an overcharge or overdischarge protection. A temperature detection unit that detects a temperature to be performed, a discharge control switch element that is an external switch element based on the temperature detected by the temperature detection unit, a switch control circuit that controls on / off of the charge control switch element, and the like (For example, refer to
一方充電器は、多くの市販USB充電器は1つ又は2つの単3型電池を充電するために、電源入力端子からの5Vを単に降圧して電池への充電を行っていた。しかしながら現行のUSBの規格では最大500mA迄の電流しか取り出すことができずそれ以上の電流では充電できなかった。
しかしながら、前記従来の構成では機器異常時の安全装置としてPTCや電流ヒューズのみとなっており、制御回路が暴走した場合、温度に対する保護をPTCのような温度保護機能を有する素子のみに頼っていた。そのため、過充電や過放電の保護を行う回路とPTCとの組み合わせ、あるいは温度ヒューズなどとの組み合わせによる回路構成が採用されていた。 However, in the conventional configuration, only a PTC or a current fuse is used as a safety device in the event of a device malfunction, and when the control circuit runs away, the temperature protection depends only on an element having a temperature protection function such as a PTC. . Therefore, a circuit configuration using a combination of a circuit for protecting overcharge and overdischarge and a PTC, or a combination of a thermal fuse has been adopted.
PTCは通常二次電池側に実装され、二次電池の温度が高温になった場合に充電・放電電流を流さないように高インピーダンスになる正温度特性サーミスタであるが、近年の安全を重視する流れから更なる安全装置の追加が要求されている。 The PTC is a positive temperature characteristic thermistor that is normally mounted on the secondary battery side and has a high impedance so that charging / discharging current does not flow when the temperature of the secondary battery becomes high. Additional safety devices are required from the flow.
また従来の充電器では500mA以上の充電電流を得ることが出来ず最近の高容量化した二次電池では充電電流不足のため、二次電池充電完了のシグナル(温度変化や電池端子電圧の変化)を検出できないため容易に過充電を行ってしまい、結果として二次電池劣化を促進していた。更に複数の容量の異なる二次電池を取り付けられると、それぞれの電池に対して適正な充電が出来ないという課題を有していた。 In addition, the conventional charger cannot obtain a charging current of 500 mA or more, and a secondary battery with a higher capacity recently has a charging current shortage, so a secondary battery charging completion signal (temperature change or battery terminal voltage change) As a result, overcharge was easily performed, and as a result, secondary battery deterioration was promoted. Further, when a plurality of secondary batteries having different capacities are attached, there is a problem that proper charging cannot be performed for each battery.
従来の課題を解決するために、本発明の充放電制御回路は外部電源入力端子と、外部電源入力端子からの電力で充電される二次電池ブロックと、二次電池ブロックの充放電制御を行う充放電制御回路と、前記二次電池ブロックへの充放電経路をオン−オフする電子スイッチ手段と、負温度係数を持ち二次電池の温度で抵抗値が変化するサーミスタと前記サーミスタと直列に接続された固定抵抗で基準電圧を分圧することにより温度を電圧に変換する電池温度電圧変換手段と、前記充放電制御回路とは独立して動作し前記電池温度電圧変換手段の出力電圧を監視する電池異常温度監視手段を持ち、電池温度電圧変換手段の出力電圧がある一定範囲から外れると前記電子スイッチ手段を強制的にオフすると共に前記サーミスタと抵抗を並列接続させることを特徴とする。 In order to solve the conventional problems, the charge / discharge control circuit of the present invention performs charge / discharge control of an external power supply input terminal, a secondary battery block charged with electric power from the external power supply input terminal, and the secondary battery block. A charge / discharge control circuit, an electronic switch means for turning on / off a charge / discharge path to the secondary battery block, a thermistor having a negative temperature coefficient and a resistance value varying with the temperature of the secondary battery, and the thermistor connected in series A battery temperature / voltage conversion means for converting a temperature into a voltage by dividing a reference voltage with a fixed resistor, and a battery that operates independently of the charge / discharge control circuit and monitors the output voltage of the battery temperature / voltage conversion means Having an abnormal temperature monitoring means, when the output voltage of the battery temperature voltage conversion means is out of a certain range, the electronic switch means is forcibly turned off and the thermistor and resistor are connected in parallel. And wherein the Rukoto.
本発明を用いることにより、通常充電制御回路が制御用に使用している温度センサーを用いて安価に二次電池の保護回路を追加することができ、また複数の電池を充電する場合であっても電池ブロック接続切替回路が充電時には二次電池個別に充電を行えるように回路切替を行うため、充分な充電電流を得ることが出来る。更に放電時には電池ブロック接続切替回路で二次電池を直列接続に切り替え、高い電圧の出力を得ることが出来る。このように、本発明によると安価に流通している電圧監視ICを用いて追加の安全装置を安価に構成することが出来る。 By using the present invention, it is possible to add a secondary battery protection circuit at low cost using a temperature sensor that is normally used for control by the charge control circuit, and to charge a plurality of batteries. In addition, since the battery block connection switching circuit performs circuit switching so that the secondary battery can be individually charged during charging, a sufficient charging current can be obtained. Further, at the time of discharging, the secondary battery can be switched to the serial connection by the battery block connection switching circuit, and a high voltage output can be obtained. As described above, according to the present invention, the additional safety device can be configured at low cost by using the voltage monitoring IC that is distributed at low cost.
更に市場に出回っている安価な充電器を用いて、正確な充電制御を行うための充分な充電電流を得ることが出来き、二次電池の劣化を最小限に押さえることが出来る。 Furthermore, it is possible to obtain a sufficient charging current for performing accurate charging control using an inexpensive charger on the market, and it is possible to minimize deterioration of the secondary battery.
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明に係る充放電制御回路付きの実施の形態1を示す説明図である。図1において、二次電池1a及び1bはニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などの化学セル、充電制御スイッチ素子5は充電制御を行うためのスイッチ素子であり、同様に放電制御スイッチ素子6は放電時の制御を行うためのスイッチ
素子である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory
充電時、充放電制御回路4は充電制御スイッチ素子6のゲートを制御して所定の電圧及び電流で二次電池1a及び1bを充電する。その際、充電を行うための充分な電流を得ることが出来ない場合、充放電制御回路4はスイッチ制御回路3を切り替え、二次電池1a及び1bを交互に充電する。放電時、充放電制御回路4は放電制御制御スイッチ素子6を直列に切り替え、外部電源出力端子101に対して電源の供給を行う。
At the time of charging, the charge / discharge control circuit 4 controls the gate of the charge
充電時若しくは放電時、充放電制御回路4は二次電池1a及び1bと熱結合されたサーミスタ7と基準電圧とで分圧された電圧を監視することにより二次電池1a及び1bの温度を監視しており、異常状態を検出すると充電制御スイッチ素子5、放電制御スイッチ素子6のゲートに対してLowレベルの電圧を印加し充電制御スイッチ素子5及び放電制御スイッチ素子6を切り、不安全状態を未然に防ぐよう制御を行う。
During charging or discharging, the charge / discharge control circuit 4 monitors the temperature of the secondary batteries 1a and 1b by monitoring the voltage divided by the thermistor 7 thermally coupled to the secondary batteries 1a and 1b and the reference voltage. When an abnormal state is detected, a low level voltage is applied to the gates of the charge
また前記充放電制御回路4が故障した場合であっても前記充放電制御回路4とは独立して動作している電圧検出部2が二次電池と熱結合されたサーミスタ7と基準電圧とで分圧された電圧を監視し、所定の電圧レベルを下回るとLowレベルを出力する。 Further, even when the charge / discharge control circuit 4 fails, the voltage detection unit 2 operating independently of the charge / discharge control circuit 4 includes a thermistor 7 thermally coupled to the secondary battery and a reference voltage. The divided voltage is monitored, and when it falls below a predetermined voltage level, a Low level is output.
ダイオード素子8は各制御部の信号を遮断し、電圧検出部2がLowレベルを出力したときのみ各部への信号を有効にするための素子であり、異常時での更なる追加制御が必要な場合、このダイオードを並列につなぐことにより通常時の他のブロック動作に影響することなく制御を行うことが出来る。 The diode element 8 is an element for cutting off the signals of the respective control units and enabling the signals to the respective units only when the voltage detection unit 2 outputs a low level, and further control in the event of an abnormality is required. In this case, by connecting the diodes in parallel, control can be performed without affecting other block operations during normal operation.
帰還抵抗9は異常時に電圧検出部2がLowレベルを出力したときにサーミスタ7と電気的に並列に接続することにより、電圧検出部2の分圧入力電圧を強制的に下げ、二次電池1a及び1bが充分に温度が下がるまで状態を保持するためのものである。 The feedback resistor 9 is electrically connected in parallel with the thermistor 7 when the voltage detection unit 2 outputs a low level in the event of an abnormality, thereby forcibly reducing the divided input voltage of the voltage detection unit 2 and the secondary battery 1a. And 1b are for maintaining the state until the temperature is sufficiently lowered.
外部電源入力端子100にUSBが接続された場合、通常5V500mAの2.5Wの電力しか供給されない。通常、ニッケル水素電池等の二次電池は充電制御を行うために一定以上の電流で充電を行わなければ充電完了の電圧変化、若しくは温度変化を検出することが出来ない。二次電池1a及び1bの電池容量が大きい場合、2つの2次電池を同時に充電するには電力不足となる。その際にスイッチ制御回路3を切り替え二次電池1a及び1bを個々に充電を行い必要な電力を確保することが出来る。また、放電時はスイッチ制御回路3を直列に切り替え、高い電圧出力を行うことが出来る。
When the USB is connected to the external
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、二次電池を二個で説明を行ったが、スイッチ制御回路3の接点数を増やし、充電を行う二次電池の数を増やすことが出来る。また放電時は各二次電池を並列のまま出力することも出来る。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, two secondary batteries have been described. However, the number of contacts of the
本発明に係る充放電制御回路は、通常充電制御回路が制御用に使用している温度センサーを用いて安価に二次電池の保護回路を追加することができ、また複数の電池を充電する場合であっても電池ブロック接続切替回路が充電時には二次電池個別に充電を行えるように回路切替を行うため、充分な充電電流を得ることが出来るため、安価で適正な充電が行える充電器の充放電制御回路として有用である。 The charge / discharge control circuit according to the present invention can add a secondary battery protection circuit at a low cost by using a temperature sensor normally used for control by the charge control circuit, and also charges a plurality of batteries. However, since the battery block connection switching circuit performs circuit switching so that each secondary battery can be charged individually during charging, a sufficient charging current can be obtained, and charging of a charger that can be charged at a low cost is appropriate. It is useful as a discharge control circuit.
1 二次電池ブロック
1a 二次電池A
1b 二次電池B
2 電圧検出部
3 スイッチ制御回路
4 充放電制御回路
5 充電制御スイッチ素子
6 放電制御制御スイッチ素子
7 サーミスタ
8 ダイオード素子
100 外部電源入力端子
101 外部電源出力端子
1 Secondary battery block 1a Secondary battery A
1b Secondary battery B
2
Claims (7)
外部電源入力端子からの電力で充電される二次電池ブロックと、
二次電池ブロックの充放電制御を行う充放電制御回路と、
前記二次電池ブロックへの充放電経路をオン、オフする電子スイッチ手段と、
負温度係数を持ち二次電池の温度で抵抗値が変化するサーミスタと、
前記サーミスタと直列に接続された固定抵抗で基準電圧を分圧することにより温度を電圧に変換する電池温度電圧変換手段と、
前記充放電制御回路とは独立して動作し前記電池温度電圧変換手段の出力電圧を監視する電池異常温度監視手段を持ち、電池温度電圧変換手段の出力電圧がある一定範囲から外れると前記電子スイッチ手段を強制的にオフすると共に前記サーミスタと抵抗を並列接続させることを特徴とした充放電制御回路。 An external power input terminal,
A secondary battery block charged with power from the external power input terminal;
A charge / discharge control circuit for charge / discharge control of the secondary battery block;
Electronic switch means for turning on / off the charge / discharge path to the secondary battery block;
A thermistor having a negative temperature coefficient and a resistance value that varies with the temperature of the secondary battery;
Battery temperature / voltage converting means for converting temperature to voltage by dividing a reference voltage with a fixed resistor connected in series with the thermistor;
The electronic switch has battery abnormal temperature monitoring means that operates independently of the charge / discharge control circuit and monitors the output voltage of the battery temperature voltage conversion means, and the electronic switch when the output voltage of the battery temperature voltage conversion means falls outside a certain range A charge / discharge control circuit characterized in that the means is forcibly turned off and the thermistor and a resistor are connected in parallel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008165568A JP2010011574A (en) | 2008-06-25 | 2008-06-25 | Charging/discharging control circuit |
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Cited By (3)
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CN102668229A (en) * | 2010-07-29 | 2012-09-12 | 松下电器产业株式会社 | Battery temperature elevating circuit and battery temperature elevating device |
CN109515249A (en) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 江西特莱斯光学有限公司 | A kind of new energy vehicle battery charging and discharging conversion control device and control method |
CN113659674A (en) * | 2021-08-14 | 2021-11-16 | 北京动力京工科技有限公司 | Single-electric core lithium ion battery charging and discharging protector |
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2008
- 2008-06-25 JP JP2008165568A patent/JP2010011574A/en active Pending
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