特許 6959046 充放電制御回路およびバッテリ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6959046

(24)【登録日】2021年10月11日

(45)【発行日】2021年11月2日

(54)【発明の名称】充放電制御回路およびバッテリ装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20211021BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20211021BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20211021BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20211021BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 J

   H02H3/087

   H01M10/44 P

   H01M10/48 P

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-125291(P2017-125291)

(22)【出願日】2017年6月27日

(65)【公開番号】特開2018-110509(P2018-110509A)

(43)【公開日】2018年7月12日

【審査請求日】2020年4月21日

(31)【優先権主張番号】特願2016-255308(P2016-255308)

(32)【優先日】2016年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】715010864

【氏名又は名称】エイブリック株式会社

(72)【発明者】

【氏名】桜井 敦司

(72)【発明者】

【氏名】小野 貴士

(72)【発明者】

【氏名】安田 和秀

【審査官】 原 嘉彦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１６９７８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０１９３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１１２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ１０／４２−１０／４８

Ｈ０２Ｈ３／０８−３／２５３

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２

７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１外部端子及び第２外部端子の間に互いに並列に接続された第１二次電池及び第２二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、
前記第１二次電池の第１電極が接続される第１電源端子と、
前記第２二次電池の第１電極が接続される第２電源端子と、
前記第１二次電池の第２電極及び前記第２二次電池の第２電極がそれぞれ接続される第３電源端子と、
前記第１電源端子の電位と前記第３電源端子の電位とに基づいて、前記第１二次電池の電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記第２電源端子の電位と前記第３電源端子の電位とに基づいて、前記第２二次電池の電圧を検出する第２電圧検出部と、
前記第１電源端子と前記第２電源端子を接続して、接続後の電位を出力する接続回路と、
前記接続回路から出力される電位と前記第３電源端子から供給される電位との電位差を電源電圧として動作し、前記第１電圧検出部による検出結果及び前記第２電圧検出部による検出結果に基づいて、前記第１二次電池及び前記第２二次電池の充放電を制御する制御部と、を備え
前記接続回路は、
第１端子が前記第１電源端子に接続され、第２端子が前記制御部に接続される第１抵抗と、
第１端子が前記第２電源端子に接続され、第２端子が前記制御部に接続される第２抵抗と、を備える充放電制御回路。

【請求項2】

第１外部端子及び第２外部端子の間に互いに並列に接続された第１二次電池及び第２二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、
前記第１二次電池の第１電極が接続される第１電源端子と、
前記第２二次電池の第１電極が接続される第２電源端子と、
前記第１二次電池の第２電極及び前記第２二次電池の第２電極がそれぞれ接続される第３電源端子と、
前記第１電源端子の電位と前記第３電源端子の電位とに基づいて、前記第１二次電池の電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記第２電源端子の電位と前記第３電源端子の電位とに基づいて、前記第２二次電池の電圧を検出する第２電圧検出部と、
前記第１電源端子と前記第２電源端子を接続して、接続後の電位を出力する接続回路と、
前記接続回路から出力される電位と前記第３電源端子から供給される電位との電位差を電源電圧として動作し、前記第１電圧検出部による検出結果及び前記第２電圧検出部による検出結果に基づいて、前記第１二次電池及び前記第２二次電池の充放電を制御する制御部と、を備え
前記接続回路は、
アノード端子が前記第１電源端子に接続され、カソード端子が前記制御部に接続される第１定電流ダイオードと、
アノード端子が前記第２電源端子に接続され、カソード端子が前記制御部に接続される第２定電流ダイオードと、を備える充放電制御回路。

【請求項3】

請求項１または２に記載の充放電制御回路と、
前記第１二次電池と、
前記第２二次電池と、
前記第１外部端子と、
前記第２外部端子と、
前記制御部によって制御され、前記第１二次電池に対する充放電電流を制御する第１充放電制御スイッチと、
前記制御部によって制御され、前記第２二次電池に対する充放電電流を制御する第２充放電制御スイッチと
を備えるバッテリ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充放電制御回路およびバッテリ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、制御部（制御回路）を有する充放電制御回路（バッテリ状態監視回路）と、複数の二次電池（バッテリ）とを備えるバッテリ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載されたバッテリ装置では、直列に接続された複数の二次電池の充放電電流の制御が、充放電制御回路の制御部によって行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１５９８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたバッテリ装置では、複数の二次電池が直列に接続されているが、代わりに、複数の二次電池が並列に接続される場合が考えられる。
特許文献１に記載されたバッテリ装置では、充放電制御回路の制御部は、二次電池の充放電電流によって動作する。また、特許文献１に記載されたバッテリ装置では、複数の二次電池が直列に接続されているため、複数の二次電池のうちの１つの二次電池に脱落、内部オープンなどの異常が発生した場合に、充放電制御回路の制御部が充放電を制御できなくなることがある。

【0005】

特許文献１に記載されたバッテリ装置では、１つの二次電池に異常が発生した場合に、他の二次電池と外部端子（出力端子）との間の接続が遮断される。そのため、充放電制御回路の制御部が充放電を制御できなくなっても、特に問題は発生しない。

【0006】

ところが、複数の二次電池が並列に接続される例では、１つの二次電池に異常が発生した場合に、他の二次電池と外部端子（出力端子）との間の接続が遮断されるわけではない。そのため、複数の二次電池が並列に接続される例では、１つの二次電池に異常が発生した場合に充放電制御回路の制御部が充放電を制御できなくなると、バッテリ装置が不安定な状態になってしまうおそれがある。

【0007】

本発明は、並列に接続された複数の二次電池のうちの１つの二次電池に異常が発生した場合においても制御部が充放電電流の制御を行うことができる充放電制御回路およびバッテリ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の充放電制御回路は、充放電制御回路は、第１二次電池の第１電極が接続される第１電源端子と、第１二次電池に並列接続された第２二次電池の第１電極が接続される第２電源端子と、第１二次電池及び第２二次電池の第２電極が接続される第３電源端子と、第１電源端子と第２電源端子とを接続して接続後の電位を出力する接続回路と、接続回路から出力される電位と第３電源端子から供給される電位との電位差を電源電圧として動作し、第１二次電池及び第２二次電池の充放電を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の充放電制御回路によれば、制御部と電源端子の間に接続回路を備えたので、並列に接続された複数の二次電池のうちの１つの二次電池に異常が発生した場合においても、制御部が充放電電流の制御をすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る充放電制御回路が適用されたバッテリ装置の機能構成を示す図である。

【図2】第２実施形態に係る充放電制御回路が適用されたバッテリ装置の機能構成を示す図である。

【図3】第３実施形態に係る充放電制御回路が適用されたバッテリ装置の機能構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第１実施形態］
以下、図を参照して充放電制御回路１０の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る充放電制御回路１０が適用されたバッテリ装置１の機能構成を示す図である。

【0012】

バッテリ装置１は、充放電制御回路１０と、第１二次電池Ｂ１と、第２二次電池Ｂ２と、第１外部端子ＥＢ＋と、第２外部端子ＥＢ−と、放電制御スイッチＳＤ１と、充電制御スイッチＳＣ１と、放電制御スイッチＳＤ２と、充電制御スイッチＳＣ２と、抵抗Ｒとを備えている。

【0013】

第１二次電池Ｂ１と、第２二次電池Ｂ２とは、二次電池Ｂを構成する。第１二次電池Ｂ１は、第１電極Ｂ１１と、第２電極Ｂ１２とを備えている。第２二次電池Ｂ２は、第１電極Ｂ２１と、第２電極Ｂ２２とを備えている。
第１外部端子ＥＢ＋と、第２外部端子ＥＢ−とは、外部端子ＥＢを構成する。

【0014】

放電制御スイッチＳＤ１と充電制御スイッチＳＣ１とは、第１充放電制御スイッチを構成する。放電制御スイッチＳＤ２と充電制御スイッチＳＣ２とは、第２充放電制御スイッチを構成する。

【0015】

バッテリ装置１は、二次電池Ｂに充電されている電力を外部端子ＥＢを介して外部に供給し、外部端子ＥＢを介して外部から供給される電力を二次電池Ｂに充電する。バッテリ装置１は、必要に応じた並列数の二次電池Ｂを備える。

【0016】

充放電制御回路１０は、第１電源端子ＶＳＳ１と、第２電源端子ＶＳＳ２と、第３電源端子ＶＤＤと、放電制御端子ＤＯと、充電制御端子ＣＯと、過電流検出端子ＶＭと、第１電圧検出部１１１と、第２電圧検出部１１２と、接続回路１４と、制御部１２と、ドライバ１３とを備えている。

【0017】

第１電圧検出部１１１と、第２電圧検出部１１２とは、電圧検出部１１を構成する。接続回路１４は、第１抵抗１４１と、第２抵抗１４２とを備えている。第１抵抗１４１は、第１端子１４１ａと、第２端子１４１ｂとを備えている。第２抵抗１４２は、第１端子１４２ａと、第２端子１４２ｂとを備えている。

【0018】

第１外部端子ＥＢ＋は、第１二次電池Ｂ１の第２電極Ｂ１２と、第２二次電池Ｂ２の第２電極Ｂ２２と、充放電制御回路１０の第３電源端子ＶＤＤに接続されている。第１二次電池Ｂ１の第１電極Ｂ１１は、充放電制御回路１０の第１電源端子ＶＳＳ１と、放電制御スイッチＳＤ１の一方の端子に接続されている。第２二次電池Ｂ２の第１電極Ｂ２１は、充放電制御回路１０の第２電源端子ＶＳＳ２と、放電制御スイッチＳＤ２の一方の端子に接続されている。放電制御スイッチＳＤ１は、他方の端子が充電制御スイッチＳＣ１の一方の端子に接続され、放電制御端子ＤＯの信号で制御される。放電制御スイッチＳＤ２は、他方の端子が充電制御スイッチＳＣ２の一方の端子に接続され、放電制御端子ＤＯの信号で制御される。充電制御スイッチＳＣ１は、他方の端子が第２外部端子ＥＢ−に接続され、充電制御端子ＣＯの信号で制御される。充電制御スイッチＳＣ２は、他方の端子が第２外部端子ＥＢ−に接続され、充電制御端子ＣＯの信号で制御される。過電流検出端子ＶＭは、抵抗Ｒを介して第２外部端子ＥＢ−に接続されている。

【0019】

第１電圧検出部１１１は、第１電源端子ＶＳＳ１と、第３電源端子ＶＤＤと、過電流検出端子ＶＭと、制御部１２に接続されている。第２電圧検出部１１２は、第２電源端子ＶＳＳ２と、第３電源端子ＶＤＤと、過電流検出端子ＶＭと、制御部１２に接続されている。接続回路１４の第１抵抗１４１は、第１端子１４１ａが第１電源端子ＶＳＳ１に接続され、第２端子１４１ｂが制御部１２に接続されている。接続回路１４の第２抵抗１４２は、第１端子１４２ａが第２電源端子ＶＳＳ２に接続され、第２端子１４２ｂが制御部１２に接続されている。制御部１２は、ドライバ１３に接続されている。ドライバ１３は、放電制御端子ＤＯと充電制御端子ＣＯに接続されている。

【0020】

第１電圧検出部１１１は、第１電源端子ＶＳＳ１の電位と第３電源端子ＶＤＤの電位とに基づいて第１二次電池Ｂ１の電圧を検出する。また、第１電圧検出部１１１は、図１に示す例では、第１電源端子ＶＳＳ１と過電流検出端子ＶＭの間の電圧に基づいて第１充放電制御スイッチに流れる過電流を検出する。

【0021】

第２電圧検出部１１２は、第２電源端子ＶＳＳ２の電位と第３電源端子ＶＤＤの電位とに基づいて第２二次電池Ｂ２の電圧を検出する。また、第２電圧検出部１１２は、図１に示す例では、第２電源端子ＶＳＳ２と過電流検出端子ＶＭの間の電圧に基づいて第２充放電制御スイッチに流れる過電流を検出する。

【0022】

接続回路１４は、第１電源端子ＶＳＳ１と第２電源端子ＶＳＳ２とを第１抵抗１４１及び第２抵抗１４２を介して接続し、接続後の電位を制御部１２に出力する。
制御部１２は、第１電圧検出部１１１による検出結果及び第２電圧検出部１１２による検出結果に基づいて、第１二次電池Ｂ１及び第２二次電池Ｂ２の充放電電流を制御する信号を出力する。また、制御部１２は、接続回路１４から出力される電位と第３電源端子ＶＤＤから供給される電位との電位差を電源電圧として動作する。

【0023】

ドライバ１３は、制御部１２が出力する信号に基づいて、充電制御端子ＣＯから充電制御スイッチＳＣ１及び充電制御スイッチＳＣ２を制御する信号を出力し、放電制御端子ＤＯから放電制御スイッチＳＤ１及び放電制御スイッチＳＤ２を制御する信号を出力する。

【0024】

充電制御スイッチＳＣ１は、第１二次電池Ｂ１に対する充電電流を制御する。充電制御スイッチＳＣ２は、第２二次電池Ｂ２に対する充電電流を制御する。放電制御スイッチＳＤ１は、第１二次電池Ｂ１による放電電流を制御する。放電制御スイッチＳＤ２は、第２二次電池Ｂ２による放電電流を制御する。

【0025】

以下の説明においては、これらのスイッチを総称して「制御スイッチ」とも記載する。また、充電制御スイッチＳＣ１及び充電制御スイッチＳＣ２を総称して充電制御スイッチとも記載し、放電制御スイッチＳＤ１及び放電制御スイッチＳＤ２を総称して放電制御スイッチとも記載する。
これらの制御スイッチはいずれも、例えばＦＥＴスイッチであり、充放電制御回路１０の制御に基づいてオン又はオフ動作する。

【0026】

制御部１２は、電圧検出部１１の検出結果に基づいて、ドライバ１３を介して制御スイッチを制御することにより、二次電池Ｂの充放電を制御する。
以下、制御部１２による制御の一例について説明する。
電圧検出部１１の検出結果が「通常状態」を示す場合に、制御部１２は、制御スイッチのそれぞれをオン状態に制御する。

【0027】

第１電圧検出部１１１の検出結果が「過充電」を示す場合、つまり、第１二次電池Ｂ１が過充電状態になった場合に、制御部１２は充電制御スイッチをオフ状態に制御する。これにより、二次電池Ｂは、充電電流が遮断され、充電が停止する。

【0028】

第１電圧検出部１１１の検出結果が「過放電」を示す場合、つまり、第１二次電池Ｂ１が過放電状態になった場合に、制御部１２は放電制御スイッチをオフ状態に制御する。これにより、二次電池Ｂは、放電電流が遮断され、放電が停止する。

【0029】

第２電圧検出部１１２の検出結果が「過充電」を示す場合、つまり、第２二次電池Ｂ２が過充電状態になった場合に、制御部１２は充電制御スイッチをオフ状態に制御する。これにより、二次電池Ｂは、充電電流が遮断され、充電が停止する。

【0030】

第２電圧検出部１１２の検出結果が「過放電」を示す場合、つまり、第２二次電池Ｂ２が過放電状態になった場合に、制御部１２は放電制御スイッチをオフ状態に制御する。これにより、二次電池Ｂは、放電電流が遮断され、放電が停止する。

【0031】

ここで、バッテリ装置１に故障が生じて、第１電源端子ＶＳＳ１又は第２電源端子ＶＳＳ２に対して電位が供給できなくなった場合について説明する。
一例として、第２二次電池Ｂ２の第１電極Ｂ２１に接続されている導線が断線して、第２電源端子ＶＳＳ２に電位が供給できなくなった場合について説明する。

【0032】

充放電制御回路１０は、第２電源端子ＶＳＳ２に第２二次電池Ｂ２の第１電極Ｂ２１の電位が供給されない。このため、接続回路１４は、第１電源端子ＶＳＳ１の電位を出力する。従って、制御部１２は、第３電源端子ＶＤＤの電位と第１電源端子ＶＳＳ１の電位との電位差を電源電圧として動作する。

【0033】

つまり、充放電制御回路１０は、接続回路１４を備えることにより、第１電源端子ＶＳＳ１および第２電源端子ＶＳＳ２のいずれか一方から電位が供給されない状況になったとしても、制御部１２を動作させることができる。

【0034】

また、第２二次電池Ｂ２に脱落または内部オープンなどの異常が発生した場合に、第１二次電池Ｂ１によって制御部１２に電源電圧が供給されるので、制御部１２は動作することができる。

【0035】

同様に、第１二次電池Ｂ１の導線が断線、または第１二次電池Ｂ１に脱落または内部オープンなどの異常が発生した場合に、第２二次電池Ｂ２によって制御部１２に電源電圧が供給されるので、制御部１２は動作することができる。

【0036】

以上説明したように、第１実施形態のバッテリ装置１は、並列に接続された複数の二次電池のうち、いずれかの二次電池の出力配線が断線したとしても、他の二次電池への充放電及び監視が可能である。
また、例えば、第１二次電池Ｂ１の内部で短絡してしまった場合、第２二次電池Ｂ２に第１二次電池Ｂ１と制御スイッチまたは接続回路１４を経由して大電流が流れてしまう。

【0037】

このとき、接続回路１４の抵抗値は、制御スイッチのオン抵抗値よりも大きく、また、接続回路１４を経由する電流を十分に制限できる程度に大きくする。このようにすることで、電流の大部分は制御スイッチに経由することになる。更に、充放電制御回路１０が過電流を検出して充電スイッチをオフした後も、接続回路１４に流れる電流は十分に制限されるので、充放電制御回路１０は損傷することがない。
同様に、第２二次電池Ｂ２の内部で短絡してしまった場合においても、充放電制御回路１０は損傷することがない。

【0038】

また、例えば、過放電状態において放電制御スイッチがオフしている状態でも、第１二次電池Ｂ１と第２二次電池Ｂ２は第１抵抗１４１及び第２抵抗１４２を介して接続されているので、第１二次電池Ｂ１と第２二次電池Ｂ２の電圧のバランスを取ることができる、という効果もある。

【0039】

［第２実施形態］
以下、第２実施形態の充放電制御回路１０について説明する。第２実施形態の充放電制御回路１０は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の充放電制御回路１０と同様に構成されている。従って、第１実施形態の充放電制御回路１０と同様の構成については説明を省略する。

【0040】

図２は、第２実施形態に係る充放電制御回路１０が適用されたバッテリ装置１の機能構成を示す図である。
接続回路１４は、第１ダイオード１４３と、第２ダイオード１４４とを備えている。第１ダイオード１４３は、カソード端子１４３ａと、アノード端子１４３ｂとを備えている。第２ダイオード１４４は、カソード端子１４４ａと、アノード端子１４４ｂとを備えている。第１ダイオード１４３は、カソード端子１４３ａが第１電源端子ＶＳＳ１に接続され、アノード端子１４３ｂが制御部１２に接続されている。第２ダイオード１４４は、カソード端子１４４ａが第２電源端子ＶＳＳ２に接続され、アノード端子１４４ｂが制御部１２に接続されている。

【0041】

接続回路１４をこのように構成した第２実施形態のバッテリ装置１は、第１実施形態と同様に、並列に接続された複数の二次電池のうち、いずれかの二次電池の出力配線が断線したとしても、他の二次電池への充放電及び監視が可能である。

【0042】

更に、第１二次電池Ｂ１または第２二次電池Ｂ２の内部で短絡してしまった場合、二次電池Ｂから接続回路１４を経由した電流が流れることはないので、充放電制御回路１０は損傷することがない。

【0043】

［第３実施形態］
以下、第３実施形態の充放電制御回路１０について説明する。第３実施形態の充放電制御回路１０は、後述する点を除き、上述した第１実施形態の充放電制御回路１０と同様に構成されている。従って、第１実施形態の充放電制御回路１０と同様の構成については説明を省略する。

【0044】

図３は、第３実施形態に係る充放電制御回路１０が適用されたバッテリ装置１の機能構成を示す図である。
接続回路１４は、第１定電流ダイオード１４５と、第２定電流ダイオード１４６とを備えている。第１定電流ダイオード１４５は、アノード端子１４５ａと、カソード端子１４５ｂとを備えている。第２定電流ダイオード１４４は、アノード端子１４６ａと、カソード端子１４６ｂとを備えている。第１定電流ダイオード１４５は、アノード端子１４５ａが第１電源端子ＶＳＳ１に接続され、カソード端子１４５ｂが制御部１２に接続されている。第２定電流ダイオード１４６は、アノード端子１４６ａが第２電源端子ＶＳＳ２に接続され、カソード端子１４６ｂが制御部１２に接続されている。

【0045】

接続回路１４をこのように構成した第３実施形態のバッテリ装置１は、第１実施形態と同様に、並列に接続された複数の二次電池のうち、いずれかの二次電池の出力配線が断線したとしても、他の二次電池への充放電及び監視が可能である。

【0046】

また、例えば、第１二次電池Ｂ１の内部で短絡してしまった場合、接続回路１４に流れる電流は第１定電流ダイオード１４５のピンチオフ電圧に制限されるので、そのピンチオフ電圧を適当な値に設定すれば、充放電制御回路１０は損傷することがない。第２二次電池Ｂ２の内部で短絡してしまった場合も、同様に、充放電制御回路１０は損傷することがない。

【0047】

また、第１実施形態と同様に、例えば、過放電状態において放電制御スイッチがオフしている状態でも、第１二次電池Ｂ１と第２二次電池Ｂ２は第１定電流ダイオード１４５及び第２定電流ダイオード１４６を介して接続されているので、第１二次電池Ｂ１と第２二次電池Ｂ２の電圧のバランスを取ることができる、という効果もある。

【0048】

以上、本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、二次電池の負極側に充放電スイッチを備え、二次電池の正極側を共通にしたバッテリ装置として説明したが、二次電池の正極側に充放電スイッチを備え、二次電池の負極側を共通にしたバッテリ装置としても良い。また例えば、放電制御スイッチＳＤ１と放電制御スイッチＳＤ２は共通に制御され、充電制御スイッチＳＣ１と充電制御スイッチＳＣ２は共通に制御するように構成したが、夫々単独に制御するような回路構成にしても良い。

【符号の説明】

【0049】

１…バッテリ装置、１０…充放電制御回路、１１…電圧検出部、１１１…第１電圧検出部、１１２…第２電圧検出部、１２…制御部、１３…ドライバ、１４…接続回路、ＳＤ１…放電制御スイッチ、ＳＣ１…充電制御スイッチ、ＳＤ２…放電制御スイッチ、ＳＣ２…充電制御スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】