JP4728303B2 - 充電回路、及びこれを備えた電池パック、充電システム - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池の充電に用いられる充電回路、及びこれを備えた電池パック、充電システムに関する。
従来より、二次電池を充電するための充電回路を備えた電子機器がある。このような充電回路では、二次電池の過充電を防止するために充電経路にスイッチング素子を設けることが一般的である。このような充電回路では、充電中はスイッチング素子を導通状態にし、電池電圧あるいは充電電流を監視する。そして、電池電圧あるいは充電電流に基づき、二次電池の満充電を検知した場合に、前述のスイッチング素子を非導通状態にし、以後の充電を停止することで、過充電による二次電池の劣化・漏液・発煙・発火等を防止するようになっている。
一方、前述のスイッチング素子が故障して導通状態に固定された場合、電池電圧あるいは充電電流から二次電池が満充電であることを検知しても充電を停止することができない。そのため、過充電が生じて二次電池の劣化・漏液・発煙・発火などが生じるおそれがある。そこで、スイッチング素子の故障を検出する故障診断機能を備えた充電回路が知られている。
例えば特許文献1には、二次電池の充電を行う定電圧電源回路と定電流回路とを直列に接続し、当該定電圧電源回路と定電流回路とから一定の電流を二次電池に供給した場合の電池電圧と、一定期間この定電流回路のスイッチング素子をオフして二次電池への電流供給を停止させた場合の電池電圧との差が正常か否かを判断することによって、定電流回路のスイッチング素子の故障を検出する技術が記載されている。そして、定電流回路のスイッチング素子の故障を検出すると、定電流回路の上流にある定電圧電源回路のスイッチング素子をオフして二次電池の充電を停止させ、二次電池が過充電されることを防止している。
特開平6−189459
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、スイッチング素子の故障診断は、充電開始前と、充電完了後であって充電動作以外のいかなる機能動作も行われていないときに実行されるようになっているため、充電中にスイッチング素子が故障した場合には、充電完了後まで故障を検出することができないという不都合があった。また、もし仮に充電中に故障診断を実行すると、特許文献1に記載の技術では、故障検出のために定電流回路のスイッチング素子をオフしなければならないので、充電が中断されてしまうという不都合があった。
本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、二次電池の充電中に、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる充電回路、電池パック、及び充電システムを提供することを目的とする。
本発明に係る充電回路は、二次電池に接続するための電池接続端子と、前記二次電池の充電用の電流を出力する電源部から、前記電流を受電するための電源接続端子と、前記電源接続端子と前記電池接続端子との間に直列に接続され、前記電源接続端子から前記電池接続端子へ流れる電流をオン、オフする第1及び第2のスイッチング素子と、前記電源接続端子から前記電池接続端子へ流れる電流を検出する電流検出部と、前記第1及び第2のスイッチング素子をオンさせる工程と、前記第1のスイッチング素子をオンさせると共に前記第2のスイッチング素子をオフさせる工程と、前記第1のスイッチング素子をオフさせると共に前記第2のスイッチング素子をオンさせる工程とを繰り返すことにより、前記電池接続端子へパルス状に充電電流を供給する充電制御部と、前記充電制御部によって前記第1及び第2のスイッチング素子のうちいずれか一方のみがオンされている期間に、前記電流検出部によって検出される電流が、前記電池接続端子へ流れる電流の有無を判定するべく設定された電流閾値を超える場合、前記第1及び第2のスイッチング素子のうち少なくとも一方に故障が生じていると判定する故障判定部とを備える。
この構成によれば、二次電池の充電電流の経路に、第1及び第2のスイッチング素子が介設されている。そして、充電制御部によって、第1及び第2のスイッチング素子をオンさせて電池接続端子に接続される二次電池に充電電流を供給する工程と、第1のスイッチング素子をオンさせると共に第2のスイッチング素子をオフさせることで、第2のスイッチング素子のみによって充電電流を遮断する工程と、第1のスイッチング素子をオフさせると共に第2のスイッチング素子をオンさせることで、第1のスイッチング素子のみによって充電電流を遮断する工程とが繰り返される。これにより、電池接続端子に接続される二次電池へパルス状に繰り返し充電電流が供給されて、二次電池の充電が行われる。そして、充電制御部により第1及び第2のスイッチング素子のうちいずれか一方のみがオンされている期間に、電流検出部により検出される電流が、電池接続端子へ流れる電流の有無を判定するべく設定された電流閾値を超える場合、故障判定部によって、第1及び第2のスイッチング素子のうち少なくとも一方に故障が生じていると判定される。
この場合、二次電池へパルス状に繰り返し充電電流を供給することによって二次電池の充電を行っている充電中に、繰り返しパルスによる電流供給を継続しつつ故障発生の有無を判定することができるので、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。
また、前記故障判定部は、前記充電制御部によって前記第1のスイッチング素子がオンされると共に前記第2のスイッチング素子がオフされる工程において、前記電流検出部によって検出される電流が前記電流閾値を超える場合、前記第2のスイッチング素子にショート故障が生じていると判定し、前記充電制御部によって前記第1のスイッチング素子がオフされると共に前記第2のスイッチング素子がオンされる工程において、前記電流検出部によって検出される電流が前記電流閾値を超える場合、前記第1のスイッチング素子にショート故障が生じていると判定することが好ましい。
この構成によれば、充電制御部によって第1のスイッチング素子がオンされると共に第2のスイッチング素子がオフされる工程において、電流検出部によって検出される電流が電流閾値を超える場合、故障判定部によって、第2のスイッチング素子にショート故障が生じていると判定される。また、充電制御部によって第1のスイッチング素子がオフされると共に第2のスイッチング素子がオンされる工程において、電流検出部によって検出される電流が電流閾値を超える場合、故障判定部によって、第1のスイッチング素子にショート故障が生じていると判定される。これにより、第1及び第2のスイッチング素子のうち、いずれが故障したのかを判定することができる。
また、前記故障判定部は、前記充電制御部によって前記第1及び第2のスイッチング素子がオンされる工程において、前記電流検出部によって検出される電流が前記電流閾値に満たない場合、前記第1及び第2のスイッチング素子のうち少なくとも一方にオープン故障が生じていると判定することが好ましい。
この構成によれば、充電制御部によって第1及び第2のスイッチング素子がオンされる工程において、電流検出部によって検出される電流が電流閾値に満たない場合、故障判定部によって、第1及び第2のスイッチング素子のうち少なくとも一方にオープン故障が生じていると判定される。この場合、第1及び第2のスイッチング素子のオープン故障を検出することができる。
また、前記故障判定部によって、故障が生じていると判定された場合、前記第1及び第2のスイッチング素子をオフさせる保護制御部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、故障判定部によって故障が生じていると判定された場合、保護制御部によって、第1及び第2のスイッチング素子がオフされるので、第1及び第2のスイッチング素子のうちいずれか一方が故障した場合であっても、他方のスイッチング素子がオフされることで、二次電池の充電電流が遮断される結果、二次電池が過充電されるおそれが低減し、安全性が向上する。
また、前記故障判定部によって前記第1のスイッチング素子に故障が生じていると判定された場合、前記第2のスイッチング素子をオフさせ、前記故障判定部によって前記第2のスイッチング素子に故障が生じていると判定された場合、前記第1のスイッチング素子をオフさせる保護制御部をさらに備えるようにしてもよい。
この構成によれば、故障判定部によって第1のスイッチング素子に故障が生じていると判定された場合、保護制御部によって第2のスイッチング素子がオフされる。また、故障判定部によって第2のスイッチング素子に故障が生じていると判定された場合、保護制御部によって第1のスイッチング素子がオフされる。これにより、第1及び第2のスイッチング素子のうちいずれか一方が故障した場合であっても、故障していない他方のスイッチング素子がオフされることで、二次電池の充電電流が遮断される結果、二次電池が過充電されるおそれが低減し、安全性が向上する。
また、前記故障判定部によって故障が生じていると判定された場合、故障の発生を報知する報知部をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、故障判定部によって故障が生じていると判定された場合、報知部によって故障の発生が報知されるので、ユーザが故障の発生を知ることができる。
また、本発明に係る電池パックは、上述の充電回路と、前記二次電池とを備える。この構成によれば、電池パックにおいて、二次電池へパルス状に繰り返し充電電流を供給することによって二次電池の充電を行うことができると共に、当該充電中に、繰り返しパルスによる電流供給を継続しつつ故障発生の有無を判定することができるので、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。
また、本発明に係る充電システムは、上述の充電回路と、前記二次電池と、前記電源部とを備える。この構成によれば、電源部の出力電流を、充電回路においてパルス状の充電電流として二次電池へ供給することで、充電が行われる。そして、二次電池へパルス状に繰り返し充電電流を供給することによって二次電池の充電を行っている充電中に、繰り返しパルスによる電流供給を継続しつつ故障発生の有無を判定することができるので、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。
このような構成の充電回路は、二次電池へパルス状に繰り返し充電電流を供給することによって二次電池の充電を行っている充電中に、繰り返しパルスによる電流供給を継続しつつ故障発生の有無を判定することができるので、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。
また、このような構成の電池パックは、電池パックにおいて、二次電池へパルス状に繰り返し充電電流を供給することによって二次電池の充電を行うことができると共に、当該充電中に、繰り返しパルスによる電流供給を継続しつつ故障発生の有無を判定することができるので、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。
また、このような構成の充電システムは、電源部の出力電流を、充電回路においてパルス状の充電電流として二次電池へ供給することで、充電が行われる。そして、二次電池へパルス状に繰り返し充電電流を供給することによって二次電池の充電を行っている充電中に、繰り返しパルスによる電流供給を継続しつつ故障発生の有無を判定することができるので、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る充電回路を備えた電池パック、及びこの電池パックを備えた充電システムの構成の一例を示すブロック図である。図1に示す充電システム1は、電池パック2と充電用電源3(電源部)とが接続されて構成されている。なお、この充電システム1は、電池パック2から給電が行われる図示しない負荷装置をさらに含む電子機器システムとして構成されてもよい。その場合、電池パック2は、図1では充電用電源3から充電が行われるけれども、該電池パック2が前記負荷装置に装着されて、負荷装置を通して充電が行われてもよい。
充電用電源3は、電池パック2へ二次電池の充電用の電流を出力する電源回路で、例えば定電圧電源装置が用いられる。なお、充電用電源3は、定電圧電源装置に限られず、例えば定電流定電圧(CCCV)充電等、種々の充電方式により充電を行う充電装置であってもよい。
電池パック2は、接続端子11,12(電源接続端子)、接続端子21,22(電池接続端子)、電圧検出回路15、電流検出部16、温度センサ17、制御IC18、LED(Light Emitting Diode)19,20(報知部)、及びスイッチング素子Q1,Q2,Q3からなる充電回路と、二次電池14とを備えている。また、制御IC18は、アナログデジタル(A/D)変換器201と、制御部202とを備えている。
接続端子11,12は、充電用電源3と電池パック2とを接続する接続端子である。接続端子11,12は、充電用電源3と電池パック2とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。
接続端子21,22は、充電回路と二次電池14とを接続する接続端子である。接続端子21,22は、充電回路と二次電池14とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。
接続端子11は、放電用のスイッチング素子Q3、充電用のスイッチング素子Q1,Q2(第1及び第2のスイッチング素子)、及び接続端子21を介して二次電池14の正極に接続されている。スイッチング素子Q1,Q2,Q3としては、例えばFET(Field Effect Transistor)が用いられる。スイッチング素子Q3は、例えばpチャネルのFETであり、寄生ダイオードのカソードが二次電池14の方向にされている。また、スイッチング素子Q1,Q2は、例えばnチャネルのFETであり、寄生ダイオードのカソードが接続端子11の方向にされている。
FETのオン抵抗は非常に小さいため、スイッチング素子Q1,Q2,Q3として、FETを用いることで、充電および放電時の熱損失を低減することができる。なお、スイッチング素子の種類は特に限定されないが、スイッチング素子Q1,Q2,Q3として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いてもよい。IGBTは、耐圧が非常に大きいため、スイッチング素子Q1,Q2,Q3としてIGBTを用いることで、高電圧による充電および放電が可能となる。
また、接続端子12は、電流検出部16と接続端子22とを介して二次電池14の負極に接続されており、接続端子11からスイッチング素子Q3,Q1,Q2、接続端子21、二次電池14、接続端子22、及び電流検出部16を介して接続端子12に至る充放電経路が構成されている。そして、二次電池14の負極は、回路グラウンドになっている。
電流検出部16は、例えば電流検出用のシャント抵抗やホール素子によって構成されている。そして、電流検出部16は、二次電池14の充電電流および放電電流を電圧値に変換してアナログデジタル変換器201へ出力する。
二次電池14は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、二次電池14は、単電池に限られず、例えば複数の二次電池が直列接続された組電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。
温度センサ17は、二次電池14の温度を検出する温度センサである。そして、温度センサ17によって検出された二次電池14の温度は、アナログデジタル変換器201に入力される。また、二次電池14の端子電圧Vtは、電圧検出回路15によって検出され、アナログデジタル変換器201に入力される。さらにまた、電流検出部16によって検出された充電電流Icの電流値も、アナログデジタル変換器201に入力される。アナログデジタル変換器201は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部202へ出力する。
制御部202は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部202は、ROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、保護制御部211、充電制御部212、及び故障判定部213として機能する。
充電制御部212は、充電用電源3から出力される充電電圧をパルス状にオン、オフすることにより、二次電池14に流れる電流を調節し、二次電池14をパルス充電によって充電する。具体的には、充電制御部212は、例えばスイッチング素子Q1のみをオンさせる工程と、スイッチング素子Q1,Q2をオンさせる工程と、スイッチング素子Q2のみをオンさせる工程とを繰り返すことにより、接続端子21,22に接続された二次電池14へパルス状に充電電流を供給し、いわゆるパルス充電方式によって、二次電池14を充電する。
故障判定部213は、充電制御部212によってスイッチング素子Q1,Q2のうちいずれか一方のみがオンされている期間に、電流検出部16によって検出された電流が、電流の有無を判定するために予め設定された電流閾値Ithを超えた場合、すなわち充電電流が有ると検知された場合、スイッチング素子Q1,Q2のうち少なくとも一方にショート故障が生じていると判定する。電流閾値Ithは、例えば、電流検出部16及びアナログデジタル変換器201による電流検出精度や、スイッチング素子Q1,Q2,Q3の漏れ電流等より僅かに大きな電流値が設定されている。
具体的には、故障判定部213は、充電制御部212によってスイッチング素子Q1のみがオンされている期間に、電流検出部16によって検出された電流が電流閾値Ithを超えた場合、スイッチング素子Q2にショート故障が生じていると判定し、LED20を点灯させる。また、故障判定部213は、充電制御部212によってスイッチング素子Q2のみがオンされている期間に、電流検出部16によって検出された電流が電流閾値Ithを超えた場合、スイッチング素子Q1にショート故障が生じていると判定し、LED19を点灯させる。
また、故障判定部213は、充電制御部212によってスイッチング素子Q1,Q2が共にオンされている期間に、電流検出部16によって検出された電流が電流閾値Ith以下の場合、すなわち充電電流が無いことが検知された場合、スイッチング素子Q1,Q2のうち少なくとも一方にオープン故障が生じていると判定し、LED19,20を点灯させる。
なお、報知部は、LED19,20に限られず、例えば液晶表示器等を用いて故障を報知するメッセージを表示するようにしてもよく、警報ブザー等のように音で故障の発生を報知してもよく、あるいは通信回路を用いて、電池パック2によって駆動される負荷機器や充電装置へ故障の発生を報知するものであってもよい。
保護制御部211は、アナログデジタル変換器201からの各入力値から、接続端子11,12間の短絡や、接続端子11,12に接続される図略の負荷機器本体からの異常電流等、電池パック2の外部における異常や、二次電池14の異常な温度上昇及び二次電池14の過充電等の異常を検出する。具体的には、保護制御部211は、例えば、電流検出部16によって検出された電流値が予め設定された異常電流判定閾値を超えると、接続端子11,12間の短絡や図略の負荷機器本体からの異常電流に基づく異常が生じたと判定する。
また、保護制御部211は、例えば温度センサ17によって検出された二次電池14の温度が予め設定された異常温度判定閾値を超えると、二次電池14の異常が生じたと判定する。そして、保護制御部211は、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Q1,Q2,Q3をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、二次電池14を保護する保護動作を行う。
また、保護制御部211は、電圧検出回路15によって検出された端子電圧Vtが、予め設定された過充電検出電圧を超えると、過充電が生じたと判定し、スイッチング素子Q1,Q2をオフさせて、過充電から二次電池14を保護する保護動作を行う。
また、保護制御部211は、例えば電圧検出回路15により検出された二次電池14の端子電圧Vtが、二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧以下になった場合、スイッチング素子Q3をオフさせて、過放電による二次電池14の劣化を防止するようになっている。
また、保護制御部211は、故障判定部213によって、スイッチング素子Q1にショート故障が生じていると判定された場合、スイッチング素子Q2をオフして二次電池14の充電を停止させる。また、保護制御部211は、故障判定部213によって、スイッチング素子Q2にショート故障が生じていると判定された場合、スイッチング素子Q1をオフして二次電池14の充電を停止させる。なお、保護制御部211は、故障判定部213によって、スイッチング素子Q1,Q2のいずれかにショート故障が生じていると判定された場合、スイッチング素子Q1,Q2をオフするようにしてもよい。
また、保護制御部211は、故障判定部213によって、スイッチング素子Q1,Q2のいずれかにオープン故障が生じていると判定された場合、スイッチング素子Q1,Q2をオフする。
次に、上述のように構成された充電システム1の動作について説明する。図2、図3、図4は、図1に示す充電システム1における充電時の動作を説明するための説明図であり、スイッチング素子Q1,Q2をオン、オフさせる制御信号S1,S2と、二次電池14に流れる充電電流Icと、二次電池14の端子電圧Vtとの関係を示している。
まず、スイッチング素子Q1,Q2のいずれも故障していない場合の故障診断について説明する。図2は、スイッチング素子Q1,Q2が正常な場合における充電システム1の動作の一例を示している。まず、充電時において、充電制御部212によって、スイッチング素子Q3はオンされている。スイッチング素子Q3は放電制御用のスイッチング素子であるが、オンされることによりオン抵抗が減少する。
次に、図2におけるタイミングT1において、充電制御部212からの制御信号S1,S2がハイレベル(H)にされて、スイッチング素子Q1,Q2がオンされる。そうすると、充電用電源3から供給された充電電流Icが、接続端子11、スイッチング素子Q3,Q1,Q2、接続端子21、二次電池14、及び電流検出部16を介して接続端子12へ流れ、電流検出部16によって、充電電流Icが検出される。以下の説明において、同一の動作を行うタイミングには、同一のタイミング符号を付して、その説明を省略する。
そして、故障判定部213によって、電流検出部16により検出された充電電流Icが電流閾値Ithと比較され、充電電流Icが電流閾値Ithを超える結果、故障判定部213によって、スイッチング素子Q1,Q2がオープン故障していないと判定される。
次に、図2におけるタイミングT2において、充電制御部212によって、制御信号S1がハイレベル、制御信号S2がローレベルにされ、スイッチング素子Q1がオン、Q2がオフされる。そうすると、充電用電源3から供給された充電電流Icがスイッチング素子Q2によって遮断され、電流検出部16により検出される充電電流Icがゼロとなる。そして、故障判定部213によって、電流検出部16により検出された充電電流Icが電流閾値Ithと比較され、充電電流Icが電流閾値Ithに満たない結果、故障判定部213によって、スイッチング素子Q2がショート故障していないと判定される。
次に、図2におけるタイミングT3において、充電制御部212によって、制御信号S1がローレベル、制御信号S2がハイレベルにされ、スイッチング素子Q1がオフ、Q2がオンされる。そうすると、充電用電源3から供給された充電電流Icが、スイッチング素子Q1によって遮断され、電流検出部16により検出される充電電流Icがゼロとなる。そして、故障判定部213によって、電流検出部16により検出された充電電流Icが電流閾値Ithと比較され、充電電流Icが電流閾値Ithにみたない結果、故障判定部213によって、スイッチング素子Q1がショート故障していないと判定される。
このように、タイミングT1〜T3の動作を繰り返すことにより、二次電池14のパルス充電による充電中に、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障判定を行うことができる。
そして、以下、タイミングT1〜T3の動作が繰り返されることにより、タイミングT1〜T2の期間においてパルス状に二次電池14へ充電電流Icが供給されて、二次電池14がパルス充電される。この場合、タイミングT1〜T2,T2〜T3,T3〜T1の間隔は、充電制御部212によって適宜調節される結果、二次電池14へ供給される充電電流が制御される。
タイミングT1〜T2までの期間、二次電池14の端子電圧Vtは、(充電電流Ic)×(二次電池14の内部抵抗)+(二次電池14の開放電圧)となって、二次電池14の開放電圧よりも、(充電電流Ic)×(二次電池14の内部抵抗)だけ電圧が上昇する。また、タイミングT2〜T3〜T1までの期間、二次電池14の端子電圧Vtは、二次電池14の開放電圧となる。
そして、充電制御部212は、例えばタイミングT1〜T2における端子電圧Vtと、タイミングT2〜T3〜T1における二次電池14の端子電圧Vtとが略等しくなり、すなわち二次電池14の開放電圧が充電用電源3の出力電圧と略等しくなった場合、二次電池14が満充電になったものと判定し、スイッチング素子Q1,Q2,Q3をオフして充電を終了する。
次に、スイッチング素子Q1,Q2のいずれか一方、例えばスイッチング素子Q2がショート故障した場合について説明する。図3は、スイッチング素子Q2が、タイミングT4においてショート故障した場合における充電システム1の動作の一例を示している。まず、充電時において、充電制御部212によって、スイッチング素子Q3はオンされている。
次に、図2の場合と同様、タイミングT1〜T3の動作が行われる。そして、タイミングT1において、充電制御部212によって、制御信号S1,S2がハイレベルにされ、スイッチング素子Q1,Q2がオンされた後、例えばタイミングT4においてスイッチング素子Q2がショート故障したものとする。
そして、タイミングT5において、充電制御部212によって、制御信号S1がハイレベル、制御信号S2がローレベルにされる。このとき、スイッチング素子Q1はオンするが、スイッチング素子Q2はショート故障しているのでオフしない。そうすると、充電用電源3から供給された充電電流Icが、接続端子11、スイッチング素子Q3,Q1,Q2、接続端子21、二次電池14、及び電流検出部16を介して接続端子12へ流れ、電流検出部16によって、充電電流Icが検出される。
また、二次電池14の端子電圧Vtは、(充電電流Ic)×(二次電池14の内部抵抗)+(二次電池14の開放電圧)のまま、開放電圧に低下しない。
そして、故障判定部213によって、電流検出部16により検出された充電電流Icが電流閾値Ithと比較され、充電電流Icが電流閾値Ithを超える結果、故障判定部213によって、スイッチング素子Q2がショート故障していると判定され、LED20が点灯されて、スイッチング素子Q2のショート故障が報知される。
また、故障判定部213によってスイッチング素子Q2がショート故障していると判定されると、充電制御部212によって、制御信号S1,S2がローレベルにされて少なくとも故障していないスイッチング素子Q1がオフされて、充電電流Icが遮断され、充電を終了する。
以上、タイミングT1〜T5に示すように、スイッチング素子Q1,Q2のうちいずれかがショート故障した場合であっても、二次電池14のパルス充電による充電中に、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出することができる。そして、充電用のスイッチング素子が二つ直列に設けられているので、スイッチング素子の一方がショート故障した場合であっても他方をオフすることで、充電電流を遮断することができる結果、安全性を向上させることができる。さらに、ショート故障したスイッチング素子を示すLEDが点灯するので、ユーザが故障内容を知ることができ、スイッチング素子の交換修理が容易となる。
次に、スイッチング素子Q1,Q2のうち少なくとも一つがオープン故障した場合について説明する。図4は、スイッチング素子Q1,Q2のうち少なくとも一つが、タイミングT7においてオープン故障した場合における充電システム1の動作の一例を示している。まず、充電時において、充電制御部212によって、スイッチング素子Q3はオンされている。
次に、図2の場合と同様、タイミングT1〜T3の動作が行われる。そして、図4におけるタイミングT3において、充電制御部212によって、制御信号S1がローレベル、制御信号S2がハイレベルにされ、スイッチング素子Q1がオフ、Q2がオンされた後、例えばタイミングT7においてスイッチング素子Q1がショート故障したものとする。
そして、タイミングT8において、充電制御部212によって、制御信号S1,S2がハイレベルにされる。このとき、スイッチング素子Q2はオンするが、スイッチング素子Q1はオープン故障しているのでオンしない。そうすると、充電用電源3から供給された充電電流Icが、スイッチング素子Q1によって遮断され、電流検出部16により検出される充電電流Icがゼロとなる。この場合、二次電池14の端子電圧Vtは、開放電圧のまま維持され、(充電電流Ic)×(二次電池14の内部抵抗)+(二次電池14の開放電圧)の電圧に上昇しない。
そして、故障判定部213によって、電流検出部16により検出された充電電流Icが電流閾値Ithと比較され、充電電流Icが電流閾値Ithに満たない結果、故障判定部213によって、スイッチング素子Q1,Q2のうちすくなくとも一つがオープン故障していると判定され、LED19,20が点灯されて、スイッチング素子Q1,Q2のうちすくなくとも一つがオープン故障していることが報知される。
また、故障判定部213によりスイッチング素子Q1,Q2のうちすくなくとも一つがオープン故障していると判定されると、充電制御部212によって、制御信号S1,S2がローレベルにされて、充電を終了する。
以上、タイミングT1〜T9に示すように、スイッチング素子Q1,Q2のうちいずれか一つがオープン故障した場合であっても、二次電池14のパルス充電による充電中に、充電を中断することなく速やかにスイッチング素子の故障を検出し、充電を終了することができる。さらに、スイッチング素子のオープン故障が発生した旨、LED19,20の点灯によって報知することができるので、ユーザが故障内容を知ることができ、スイッチング素子の交換修理が容易となる。
本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載装置として使用される充電システム、これら電池搭載装置の電源として用いられる二次電池の充電回路、電池パック、及び充電システムとして好適に利用することができる。
1 充電システム
2 電池パック
3 充電用電源
11,12,21,22 接続端子
14 二次電池
15 電圧検出回路
16 電流検出部
17 温度センサ
19,20 LED
201 アナログデジタル変換器
202 制御部
211 保護制御部
212 充電制御部
213 故障判定部
Q1,Q2,Q3 スイッチング素子
Ic 充電電流
Vt 端子電圧
2 電池パック
3 充電用電源
11,12,21,22 接続端子
14 二次電池
15 電圧検出回路
16 電流検出部
17 温度センサ
19,20 LED
201 アナログデジタル変換器
202 制御部
211 保護制御部
212 充電制御部
213 故障判定部
Q1,Q2,Q3 スイッチング素子
Ic 充電電流
Vt 端子電圧
Claims (8)
- 二次電池に接続するための電池接続端子と、
前記二次電池の充電用の電流を出力する電源部から、前記電流を受電するための電源接続端子と、
前記電源接続端子と前記電池接続端子との間に直列に接続され、前記電源接続端子から前記電池接続端子へ流れる電流をオン、オフする第1及び第2のスイッチング素子と、
前記電源接続端子から前記電池接続端子へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記第1及び第2のスイッチング素子をオンさせる工程と、前記第1のスイッチング素子をオンさせると共に前記第2のスイッチング素子をオフさせる工程と、前記第1のスイッチング素子をオフさせると共に前記第2のスイッチング素子をオンさせる工程とを繰り返すことにより、前記電池接続端子へパルス状に充電電流を供給する充電制御部と、
前記充電制御部によって前記第1及び第2のスイッチング素子のうちいずれか一方のみがオンされている期間に、前記電流検出部によって検出される電流が、前記電池接続端子へ流れる電流の有無を判定するべく設定された電流閾値を超える場合、前記第1及び第2のスイッチング素子のうち少なくとも一方に故障が生じていると判定する故障判定部と
を備えることを特徴とする充電回路。 - 前記故障判定部は、
前記充電制御部によって前記第1のスイッチング素子がオンされると共に前記第2のスイッチング素子がオフされる工程において、前記電流検出部によって検出される電流が前記電流閾値を超える場合、前記第2のスイッチング素子にショート故障が生じていると判定し、
前記充電制御部によって前記第1のスイッチング素子がオフされると共に前記第2のスイッチング素子がオンされる工程において、前記電流検出部によって検出される電流が前記電流閾値を超える場合、前記第1のスイッチング素子にショート故障が生じていると判定すること
を特徴とする請求項1記載の充電回路。 - 前記故障判定部は、
前記充電制御部によって前記第1及び第2のスイッチング素子がオンされる工程において、前記電流検出部によって検出される電流が前記電流閾値に満たない場合、前記第1及び第2のスイッチング素子のうち少なくとも一方にオープン故障が生じていると判定すること
を特徴とする請求項1又は2記載の充電回路。 - 前記故障判定部によって、故障が生じていると判定された場合、前記第1及び第2のスイッチング素子をオフさせる保護制御部をさらに備えること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の充電回路。 - 前記故障判定部によって前記第1のスイッチング素子に故障が生じていると判定された場合、前記第2のスイッチング素子をオフさせ、
前記故障判定部によって前記第2のスイッチング素子に故障が生じていると判定された場合、前記第1のスイッチング素子をオフさせる保護制御部をさらに備えること
を特徴とする請求項2記載の充電回路。 - 前記故障判定部によって故障が生じていると判定された場合、故障の発生を報知する報知部をさらに備えること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の充電回路。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の充電回路と、
前記二次電池と
を備えることを特徴とする電池パック。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の充電回路と、
前記二次電池と、
前記電源部と
を備えることを特徴とする充電システム。
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