JP4857701B2 - Secondary battery overdischarge protection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、負荷側に接続される一対の出力端子の間で二次電池と直列に接続されて二次電池の出力を禁止するオフ状態と許容するオン状態とに切換えられる第１のスイッチング素子と、前記二次電池の出力によって前記二次電池が過放電状態にあるか否かを検出する過放電検出回路と、前記過放電検出回路が出力する前記過放電状態の検出信号に基づいてオン状態とオフ状態とに切換えられて前記過放電状態にあると検出されたときに前記第１のスイッチング素子をオフ状態とする第２のスイッチング素子とが備えられた二次電池の過放電保護回路に関する。 The present invention provides a first switching element that is connected in series with a secondary battery between a pair of output terminals connected to a load side and is switched between an off state for prohibiting the output of the secondary battery and an on state for allowing the secondary battery. And an overdischarge detection circuit that detects whether or not the secondary battery is in an overdischarge state based on an output of the secondary battery, and is turned on based on the overdischarge state detection signal output by the overdischarge detection circuit. An overdischarge protection circuit for a secondary battery, comprising: a second switching element that switches the first switching element to an off state when it is detected that the overdischarge state is switched to a state and an off state About.
かかる二次電池の過放電保護回路は、二次電池が過放電状態となると二次電池を劣化させてしまうことから、二次電池が過放電状態で放電を継続してしまうのを阻止するための回路である。
かかる過放電保護回路は、例えば、下記特許文献１に記載のように、二次電池の出力電圧が設定電圧よりも低下して過放電状態になっていることを検出すると、スイッチング素子をオフ状態として二次電池からの放電を禁止する構成が考えられている。
For example, as described in Patent Document 1 below, the overdischarge protection circuit detects that the output voltage of the secondary battery is lower than the set voltage and is in an overdischarge state, and turns off the switching element. A configuration for prohibiting discharge from the secondary battery is considered.
しかしながら、上記従来構成では、二次電池の過放電からの保護が必ずしも十分ではなかった。
すなわち、二次電池は、出力電圧が低下して過放電状態と検出され、一旦放電が禁止されても、負荷側と切断されることによって出力電圧が回復してしまう性質を有する。
この出力電圧の回復にともなって過放電状態ではないと判断されると、二次電池からの放電が再開されてしまい、以降は、放電の禁止と再開と繰り返すことになる。
この放電の禁止と再開とを繰り返してしまうことによって、せっかく過放電からの保護のための回路を備えているにも拘わらず二次電池を劣化させてしまうことになる。
このため、二次電池が一旦放電禁止の状態に移行すると、二次電池の出力電圧が回復しても放電禁止の状態を維持させる回路を備えることも考えられている。
ところが、過放電保護回路の構成態様によっては、二次電池を放電禁止の状態に維持する際に過放電保護回路内で電力が消費される場合があり、このような電力は二次電池から供給される。
二次電池を放電禁止の状態に維持するための電力は、わずかではあっても二次電池を放電させるので、放電の進行した二次電池に悪影響を及ぼす場合もある。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、二次電池を過放電から保護するべく放電禁止の状態を維持する際に、回路の消費電力を可及的に低減する点にある。
However, in the above conventional configuration, the secondary battery is not always sufficiently protected from overdischarge.
That is, the secondary battery has a property that the output voltage is recovered by being disconnected from the load side even if discharge is prohibited once the output voltage is reduced and the discharge is prohibited.
If it is determined that the overdischarge state is not established with the recovery of the output voltage, the discharge from the secondary battery is resumed, and thereafter, the discharge is repeatedly prohibited and resumed.
By repeating the prohibition and resumption of the discharge, the secondary battery is deteriorated despite the provision of a circuit for protection from overdischarge.
For this reason, it is also considered to provide a circuit that maintains the discharge prohibited state even when the output voltage of the secondary battery recovers once the secondary battery shifts to the discharge prohibited state.
However, depending on the configuration of the overdischarge protection circuit, power may be consumed in the overdischarge protection circuit when the secondary battery is maintained in a discharge prohibited state, and such power is supplied from the secondary battery. Is done.
Even if the electric power for maintaining the secondary battery in the discharge-inhibited state is small, the secondary battery is discharged, which may adversely affect the discharged secondary battery.
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to reduce the power consumption of the circuit as much as possible when maintaining a discharge prohibited state in order to protect the secondary battery from overdischarge. There is in point to do.
本出願の第１の発明は、負荷側に接続される一対の出力端子の間で二次電池と直列に接続されて二次電池の出力を禁止するオフ状態と許容するオン状態とに切換えられる第１のスイッチング素子と、前記二次電池の出力によって前記二次電池が過放電状態にあるか否かを検出する過放電検出回路と、前記過放電検出回路が出力する前記過放電状態の検出信号に基づいてオン状態とオフ状態とに切換えられて前記過放電状態にあると検出されたときに前記第１のスイッチング素子をオフ状態とする第２のスイッチング素子とが備えられた二次電池の過放電保護回路において、前記第１のスイッチング素子がオン状態ではオン状態となり且つ前記第１のスイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行するに伴ってオン状態からオフ状態に移行するように前記第１のスイッチング素子よりも前記出力端子側の電位に基づいて切換えられる第３のスイッチング素子が備えられ、前記第２のスイッチング素子が前記第１のスイッチング素子をオフ状態とさせるための通電経路の途中にその通電経路の通電を許容するオン状態と禁止するオフ状態とに切換えられる第４のスイッチング素子が備えられ、前記第３のスイッチング素子は、オン状態からオフ状態へ移行するに伴って前記第１のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とをオフ状態とするように接続されて構成されている。 1st invention of this application is switched in the ON state which prohibits the output of a secondary battery between the pair of output terminals connected to a load side in series with a secondary battery, and prohibits the output of a secondary battery. A first switching element; an overdischarge detection circuit for detecting whether or not the secondary battery is in an overdischarge state based on an output of the secondary battery; and detection of the overdischarge state output by the overdischarge detection circuit A secondary battery comprising: a second switching element that switches between an on state and an off state based on a signal to turn off the first switching element when detected as being in the overdischarged state In the overdischarge protection circuit, the first switching element is turned on when the first switching element is turned on, and the first switching element is turned from the on state to the off state as the first switching element is turned from the on state to the off state. A third switching element that is switched based on the potential on the output terminal side of the first switching element as described above, and the second switching element for turning the first switching element off In the middle of the energization path, a fourth switching element that is switched between an on state that allows energization of the energization path and an off state that prohibits the energization path is provided, and the third switching element shifts from the on state to the off state. Accordingly, the first switching element and the fourth switching element are connected to be turned off.
すなわち、過放電検出回路が例えば二次電池の出力電圧の低下等により過放電状態にあることを検出して、その検出信号が第２のスイッチング素子に入力されると、第２のスイッチング素子は第１のスイッチング素子をオフ状態として、二次電池の放電を禁止する。
第１のスイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行すると第３のスイッチング素子がオフ状態に移行し、第３のスイッチング素子がオフ状態になると第１のスイッチング素子をオフさせる状態となる。
このように第３のスイッチング素子が第１のスイッチング素子をオフ状態に維持させているので、放電停止によって二次電池の出力電圧が回復して、過放電検出回路が放電を禁止する信号を解除して第２のスイッチング素子が第１のスイッチング素子をオン状態への移行を許容する信号を出力したとしても、第１のスイッチング素子がオン状態となることはなく、第１のスイッチング素子がオフ状態のままであるので第３のスイッチング素子がオン状態となることもなく、放電禁止の状態が維持される。
That is, when the overdischarge detection circuit detects that the overdischarge state is caused, for example, due to a decrease in the output voltage of the secondary battery, and the detection signal is input to the second switching element, the second switching element The first switching element is turned off to prohibit discharge of the secondary battery.
When the first switching element shifts from the on state to the off state, the third switching element shifts to the off state, and when the third switching element is turned off, the first switching element is turned off.
Since the third switching element maintains the first switching element in the OFF state in this way, the output voltage of the secondary battery is recovered by stopping the discharge, and the overdischarge detection circuit cancels the signal prohibiting the discharge. Even if the second switching element outputs a signal that allows the first switching element to be turned on, the first switching element is not turned on, and the first switching element is turned off. Since it remains in the state, the third switching element is not turned on, and the discharge prohibited state is maintained.
但し、このままでは、この放電禁止が維持されている状態での消費電力が問題となる。
すなわち、放電禁止が維持されている状態では、第１のスイッチング素子や第３のスイッチング素子はオフ状態を維持するので低消費電力化が極めて容易であるのに対して、第２のスイッチング素子は、過放電検出回路の検出信号に基づいてオン状態とオフ状態とに切換えられる動作を継続することになり、その動作で消費される電力を二次電池が放電することになってしまう。
そこで、第２のスイッチング素子が第１のスイッチング素子をオフ状態とさせるための通電経路の途中にその通電経路の通電を許容するオン状態と禁止するオフ状態とに切換えられる第４のスイッチング素子を配置すると共に、その第４のスイッチング素子のオンオフの制御を第３のスイッチング素子に委ねて、第３のスイッチング素子が第１のスイッチング素子をオフ状態に維持させるのと連動して第４のスイッチング素子をもオフ状態としてしまう。
これによって、過放電検出回路の検出情報に基づいて第１のスイッチング素子をオフ状態とする動作は機能しなくなり、それだけ放電禁止の状態が維持されている状態の消費電力を低減することになる。
もちろん、この動作が機能しなくても、この時点では、第３のスイッチング素子によって第１のスイッチング素子をオフ状態に維持しているので全く問題はない。
However, in this state, power consumption becomes a problem in a state where the discharge inhibition is maintained.
That is, in the state where the discharge inhibition is maintained, the first switching element and the third switching element are maintained in the off state, so that low power consumption is extremely easy, whereas the second switching element is Then, the operation to be switched between the on state and the off state based on the detection signal of the overdischarge detection circuit is continued, and the power consumed by the operation is discharged from the secondary battery.
Therefore, a fourth switching element that is switched between an on state that allows energization of the energization path and an off state that prohibits the energization path in the middle of the energization path for the second switching element to turn the first switching element off. And switching the fourth switching element on and off to the third switching element so that the third switching element maintains the first switching element in the off state. The element is also turned off.
As a result, the operation of turning off the first switching element based on the detection information of the overdischarge detection circuit does not function, and the power consumption in the state where the discharge inhibition state is maintained is reduced accordingly.
Of course, even if this operation does not function, there is no problem at this point because the first switching element is maintained in the OFF state by the third switching element.
又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記第２のスイッチング素子は、バイポーラトランジスタにて構成され、前記第２のスイッチング素子がオン状態のときに前記第１のスイッチング素子をオフ状態とするように構成され、前記第４のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子のベース電流の通電経路に配置されている。
すなわち、過放電検出回路からの検出信号を受入れる第２のスイッチング素子をＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴにて構成したのでは、二次電池の負荷である電気機器側で発生するノイズによって誤動作し、的確な放電禁止動作を行えない場合がある。
このような誤動作を防止するためには、ゲート−ソース間にコンデンサを接続することになるが、それでは実用上十分な応答速度を得ることが困難となってしまう。
そこで、第２のスイッチング素子をノイズ耐性の良好なバイポーラトランジスタとしている。
ところが、第２のスイッチング素子をバイポーラトランジスタとして、第２のスイッチング素子がオン状態で第１のスイッチング素子がオフ状態になるようにすると、第１のスイッチング素子をオフ状態とする間、第２のスイッチング素子にはベース電流が流れ続けて二次電池の電力を消費してしまうことになる。
このような場合に、上述の第４のスイッチング素子を備えて第２のスイッチング素子に流れる電流を阻止して消費電力の低減を図ることが特に有効となる。
According to a second invention of the present application, in addition to the configuration of the first invention, the second switching element is formed of a bipolar transistor, and the second switching element is in an on state. The first switching element is configured to be in an off state, and the fourth switching element is disposed in a current path for a base current of the second switching element.
In other words, if the second switching element that accepts the detection signal from the overdischarge detection circuit is configured by an FET such as a MOSFET, it malfunctions due to noise generated on the electric device side that is the load of the secondary battery, and the accurate discharge The prohibited operation may not be performed.
In order to prevent such a malfunction, a capacitor is connected between the gate and the source, but this makes it difficult to obtain a practically sufficient response speed.
Therefore, the second switching element is a bipolar transistor having good noise resistance.
However, if the second switching element is a bipolar transistor and the second switching element is turned on and the first switching element is turned off, the second switching element is turned off while the first switching element is turned off. The base current continues to flow through the switching element and consumes the power of the secondary battery.
In such a case, it is particularly effective to reduce the power consumption by providing the above-described fourth switching element and preventing the current flowing through the second switching element.
上記第１の発明によれば、第３のスイッチング素子が第１のスイッチング素子をオフ状態として放電禁止が維持される状態となると、第２のスイッチング素子が第１のスイッチング素子をオフ状態とするための通電経路を切って消費電力を抑制するので、二次電池を過放電から保護するべく放電禁止の状態を維持する際に、回路の消費電力を可及的に低減できるに至った。
又、上記第２の発明によれば、第２のスイッチング素子をバイポーラトランジスタとして回路動作の安定化を図りながらも、回路の消費電力を低減することができる。
According to the first aspect of the invention, when the third switching element enters the state in which the discharge inhibition is maintained with the first switching element turned off, the second switching element turns off the first switching element. Therefore, the power consumption of the circuit can be reduced as much as possible when maintaining the discharge prohibited state in order to protect the secondary battery from overdischarge.
Further, according to the second invention, the power consumption of the circuit can be reduced while stabilizing the circuit operation by using the second switching element as a bipolar transistor.
以下、本発明の二次電池の過放電保護回路の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態の二次電池の過放電保護回路は、図１に示すように、二次電池ＲＢとして３個のリチウムイオン電池の電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３を直列接続して構成した組電池を保護の対象としており、二次電池ＲＢを収納する電池パックＢＰに、過放電保護回路ＧＣが内蔵されている。
この電池パックＢＰは、二次電池ＲＢに対する負荷である各種の電気機器に取付けられて、負荷と接続する一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２から負荷側へ電力が供給される。
Embodiments of an overdischarge protection circuit for a secondary battery of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the secondary battery overdischarge protection circuit of the present embodiment is an assembled battery in which battery cells C1, C2, and C3 of three lithium ion batteries are connected in series as the secondary battery RB. The overdischarge protection circuit GC is built in the battery pack BP that houses the secondary battery RB.
The battery pack BP is attached to various electric devices that are loads for the secondary battery RB, and power is supplied to the load side from a pair of output terminals T1 and T2 connected to the load.
〔電池パックＢＰ側の回路構成〕
過放電保護回路ＧＣは、二次電池ＲＢの各電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３毎に、各電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３が過放電状態にあるか否かを検出する過放電検出回路１と、前記一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２の間で二次電池ＲＢと直列に接続されて二次電池ＲＢの出力を禁止するオフ状態と許容するオン状態とに切換えられる第１のスイッチング素子ＦＳと、過放電検出回路１が出力する過放電状態の検出信号に基づいてオン状態とオフ状態とに切換えられて前記過放電状態にあると検出されたときに第１のスイッチング素子ＦＳをオフ状態とする第２のスイッチング素子ＳＳと、第１のスイッチング素子ＦＳが一旦オフ状態となったときに、第１のスイッチング素子ＦＳをそのオフ状態に維持するための第３のスイッチング素子ＴＳと、第２のスイッチング素子ＳＳが第１のスイッチング素子ＦＳをオフ状態とさせるための通電経路の途中に配置されてその通電経路の通電を許容するオン状態と禁止するオフ状態とに切換えられる第４のスイッチング素子ＹＳとを主要部として構成されている。
本実施の形態では、第１のスイッチング素子ＦＳは、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２のうちの−側の出力端子Ｔ２に近い側に配置されている。
[Circuit configuration on the battery pack BP side]
The overdischarge protection circuit GC includes, for each battery cell C1, C2, C3 of the secondary battery RB, an overdischarge detection circuit 1 that detects whether or not each battery cell C1, C2, C3 is in an overdischarge state, A first switching element FS connected in series with the secondary battery RB between the pair of output terminals T1 and T2 and switched between an off state for prohibiting the output of the secondary battery RB and an on state for allowing the secondary battery RB; The first switching element FS is turned off when it is detected that the overdischarge state is detected by switching between the on state and the off state based on the overdischarge state detection signal output from the discharge detection circuit 1. When the second switching element SS and the first switching element FS are once turned off, the third switching element TS for maintaining the first switching element FS in the off state, and the second switching element FS The fourth switching element YS is arranged in the middle of the energization path for turning off the first switching element FS, and the switching element SS is switched between an on state that allows energization of the energization path and a prohibited off state. And the main part.
In the present embodiment, the first switching element FS is disposed on the side close to the negative output terminal T2 of the pair of output terminals T1 and T2.
各電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に対応する過放電検出回路１は何れも同一構成であり、本実施の形態では、各電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の出力電圧が設定電圧以下となったときに過放電状態に至ったものと検出している。
各過放電検出回路１には、電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の電圧が設定電圧以下となったことを検出する電圧検出回路１１と、電圧検出回路１１によってオン状態とオフ状態とに切換えられるＭＯＳＦＥＴ１２とを主要部として構成されている。
本実施の形態では、第２のスイッチング素子ＳＳはバイポーラトランジスタにて構成され、第１のスイッチング素子ＦＳ，第３のスイッチング素子ＴＳ及び第４のスイッチング素子ＹＳはＦＥＴ（より具体的にはＭＯＳＦＥＴ）にて構成されている。
ここで、第２のスイッチング素子ＳＳのみをバイポーラトランジスタにて構成しているのは、この第２のスイッチング素子ＳＳをＦＥＴにて構成したのでは、電気機器側で発生するノイズによって誤動作し、的確な放電禁止動作を行えないからである。
ちなみに、この第２のスイッチング素子ＳＳをＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴにて構成しても、ゲート−ソース間にコンデンサを接続することで、ノイズによる誤動作を防ぐことが可能ではあるが、実用上で十分な応答速度を得ることが困難となってしまう。
各電圧検出回路１１のＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン側は、抵抗１３及びダイオード１４を経て一本の信号線にまとめられ、第２のスイッチング素子ＳＳのベースに入力されている。
電池パックＢＰが負荷の電気機器に正常に電圧を供給している状態では、各過放電検出回路１のＭＯＳＦＥＴ１２はオフ状態であるので、第２のスイッチング素子ＳＳもオフ状態となっている。
The overdischarge detection circuit 1 corresponding to each of the battery cells C1, C2, and C3 has the same configuration, and in this embodiment, when the output voltage of each of the battery cells C1, C2, and C3 is equal to or lower than the set voltage. It is detected that an overdischarge condition has been reached.
Each overdischarge detection circuit 1 includes a
In the present embodiment, the second switching element SS is composed of a bipolar transistor, and the first switching element FS, the third switching element TS, and the fourth switching element YS are FETs (more specifically, MOSFETs). It is composed of.
Here, the reason why only the second switching element SS is configured by a bipolar transistor is that if the second switching element SS is configured by an FET, it malfunctions due to noise generated on the electric equipment side, and is accurately detected. This is because it is impossible to perform a proper discharge inhibition operation.
Incidentally, even if the second switching element SS is composed of an FET such as a MOSFET, it is possible to prevent malfunction due to noise by connecting a capacitor between the gate and the source. It becomes difficult to obtain a response speed.
The drain side of the
In a state where the battery pack BP is normally supplying voltage to the load electrical device, the
第３のスイッチング素子ＴＳは、第１のスイッチング素子ＦＳの存在側とは反対側の出力端子（図１の回路では＋側の出力端子Ｔ１）と第１のスイッチング素子ＦＳのオンオフ制御用の入力であるゲートとの間に抵抗１７を介して接続されている。
第３のスイッチング素子のオンオフ制御用の入力であるゲートは、抵抗１５を介して、第１のスイッチング素子ＦＳよりも出力端子側（図１の回路では−の出力端子Ｔ２側）に接続され、更に、第３のスイッチング素子ＴＳのゲートは抵抗１６を介して二次電池ＲＢの＋側に接続されている。
これによって、第３のスイッチング素子ＴＳは、第１のスイッチング素子ＦＳよりも出力端子側（図１の回路では−の出力端子Ｔ２側）の電位に基づいてオン状態とオフ状態とに切換えられ、第１のスイッチング素子ＦＳがオン状態にあるときは、抵抗１６と抵抗１５との比率で決まる電圧が第３のスイッチング素子ＴＳのゲート−ソース間に印加され、第３のスイッチング素子ＴＳはオン状態となり、第１のスイッチング素子ＦＳがオン状態からオフ状態へ移行すると、第１のスイッチング素子ＦＳよりも出力端子側（図１の回路では−の出力端子Ｔ２側）の電位が二次電池ＲＢの−側から切り離されて、第３のスイッチング素子ＴＳはオン状態からオフ状態へ移行する。
The third switching element TS includes an output terminal on the opposite side to the existence side of the first switching element FS (+ output terminal T1 in the circuit of FIG. 1) and an input for on / off control of the first switching element FS. Is connected to the gate via a
The gate, which is an input for on / off control of the third switching element, is connected to the output terminal side (the output terminal T2 side of-in the circuit of FIG. 1) from the first switching element FS via the
As a result, the third switching element TS is switched between the on state and the off state based on the potential on the output terminal side (the negative output terminal T2 side in the circuit of FIG. 1) from the first switching element FS. When the first switching element FS is in the on state, a voltage determined by the ratio of the
第１のスイッチング素子ＦＳのゲートには、第２のスイッチング素子ＳＳのコレクタが抵抗１８を介して接続され、更に、抵抗１９を介して二次電池ＲＢの−側に接続されている。
従って、第１のスイッチング素子ＦＳは、第３のスイッチング素子ＴＳがオン状態のときは、抵抗１７と抵抗１９との比率によって決まる電圧がゲート−ソース間に印加されてオン状態となり、第３のスイッチング素子ＴＳがオフ状態になるとゲート−ソース間に印加される電圧が低下してオフ状態となる。
又、第２のスイッチング素子ＳＳのエミッタは、第４のスイッチング素子ＹＳのドレイン側に接続され、第４のスイッチング素子ＹＳのソース端子は二次電池ＲＢの−側に接続されている。
第４のスイッチング素子のオンオフ制御用の入力であるゲートは、抵抗２０を介して二次電池ＲＢの−側に接続され、更に、抵抗２１を介して第３のスイッチング素子ＴＳのドレイン側に接続されている。換言すると、第３のスイッチング素子ＴＳは、第１のスイッチング素子ＦＳの存在側とは反対側の出力端子（図１の回路では＋側の出力端子Ｔ１）と第４のスイッチング素子ＹＳのゲートとの間に抵抗２１を介して接続されていることにもなっている。
The collector of the second switching element SS is connected to the gate of the first switching element FS via the
Therefore, when the third switching element TS is in the on state, the first switching element FS is turned on by applying a voltage determined by the ratio between the
The emitter of the second switching element SS is connected to the drain side of the fourth switching element YS, and the source terminal of the fourth switching element YS is connected to the-side of the secondary battery RB.
The gate, which is an input for on / off control of the fourth switching element, is connected to the negative side of the secondary battery RB via the
第１のスイッチング素子ＦＳのソースと第４のスイッチング素子ＹＳのソースとは何れも二次電池ＲＢの−側に接続されているので、第３のスイッチング素子ＴＳは、第１のスイッチング素子ＦＳと第４のスイッチング素子ＹＳとの双方に対して全く同じオンオフ制御を行うことになり、第３のスイッチング素子ＴＳがオン状態からオフ状態へ移行すると、第４のスイッチング素子ＹＳもオン状態からオフ状態へ移行する。
第４のスイッチング素子ＹＳがオン状態のときに、第２のスイッチング素子ＳＳがオン状態となると、抵抗１８及び抵抗１９にかかる電圧では、第１のスイッチング素子ＦＳをオフ状態とするようにこれらの抵抗値が設定されているので、第１のスイッチング素子ＦＳはオフ状態となる。
従って、第１のスイッチング素子ＦＳは、第２のスイッチング素子ＳＳがオン状態となるか、あるいは、第３のスイッチング素子ＴＳがオフ状態となるかの何れか一方によってオフ状態となる。すなわち、第２のスイッチング素子ＳＳあるいは第３のスイッチング素子ＴＳのいずれか一方でも、第１のスイッチング素子ＦＳに対してオフ指令を出力すると第１のスイッチング素子ＦＳがオフ状態となる。
Since the source of the first switching element FS and the source of the fourth switching element YS are both connected to the negative side of the secondary battery RB, the third switching element TS includes the first switching element FS and The same on / off control is performed for both the fourth switching element YS and when the third switching element TS shifts from the on state to the off state, the fourth switching element YS also changes from the on state to the off state. Migrate to
When the second switching element SS is turned on when the fourth switching element YS is turned on, these voltages are applied so that the first switching element FS is turned off by the voltage applied to the
Therefore, the first switching element FS is turned off when either the second switching element SS is turned on or the third switching element TS is turned off. That is, when either the second switching element SS or the third switching element TS outputs an off command to the first switching element FS, the first switching element FS is turned off.
〔放電禁止時の回路の動作〕
次ぎに、図１の回路の過放電保護の動作について説明する。
電圧検出回路１１は、電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の電圧が設定電圧以下となったとき、ＭＯＳＦＥＴ１２のゲート電圧を低下させてＭＯＳＦＥＴ１２をオフ状態からオン状態へ移行させる。
これに伴って、＋側の出力端子Ｔ１の電圧が抵抗１３及びダイオード１４を経て出力され、第２のスイッチング素子ＳＳがオン状態となる。すなわち、電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の何れか一つでも設定電圧以下になると、第２のスイッチング素子ＳＳがオン状態となる。
[Circuit operation when discharge is prohibited]
Next, the overdischarge protection operation of the circuit of FIG. 1 will be described.
When the voltage of the battery cells C1, C2, and C3 becomes equal to or lower than the set voltage, the
Accordingly, the voltage at the + side output terminal T1 is output through the
これに伴って、上述のように第１のスイッチング素子ＦＳがオフ状態となる。
第１のスイッチング素子ＦＳがオフ状態となると、第３のスイッチング素子ＴＳのゲートが二次電池ＲＢの−側から切り離され、抵抗１６の作用によってゲート電位が上昇し、第３のスイッチング素子ＴＳがオフ状態となる。
第３のスイッチング素子ＴＳは、第１のスイッチング素子ＦＳがオン状態とならない限りオン状態とならず、更に、上述のように、第１のスイッチング素子ＦＳは、第２のスイッチング素子ＳＳ又は第３のスイッチング素子ＴＳのいずれか一方でも第１のスイッチング素子ＦＳに対してオフ指令を出力するときにオフ状態となるので、第１のスイッチング素子ＦＳはオン状態に復帰することなくオフ状態すなわち放電禁止の状態を維持する。
Accordingly, as described above, the first switching element FS is turned off.
When the first switching element FS is turned off, the gate of the third switching element TS is disconnected from the negative side of the secondary battery RB, the gate potential is increased by the action of the
The third switching element TS is not turned on unless the first switching element FS is turned on. Further, as described above, the first switching element FS is the second switching element SS or the third switching element TS. Since any one of the switching elements TS is turned off when an off command is output to the first switching element FS, the first switching element FS does not return to the on state, that is, discharge is prohibited. Maintain the state.
第３のスイッチング素子ＴＳは、オン状態からオフ状態へ移行するのに伴って、第１のスイッチング素子ＦＳをオフ状態にさせるのと並行して、第４のスイッチング素子ＹＳをもオフ状態とする。
第４のスイッチング素子ＹＳは、第２のスイッチング素子ＳＳのベース電流の通電経路に配置されているので、過放電検出回路１が第２のスイッチング素子ＳＳをオン状態とするように制御しても、第４のスイッチング素子ＹＳによって阻止されて第２のスイッチング素子ＳＳにベース電流は流れない。
As the third switching element TS shifts from the on state to the off state, the fourth switching element YS is also turned off in parallel with the first switching element FS being turned off. .
Since the fourth switching element YS is arranged in the energization path of the base current of the second switching element SS, the overdischarge detection circuit 1 is controlled to turn on the second switching element SS. The base current does not flow to the second switching element SS because it is blocked by the fourth switching element YS.
〔放電禁止の維持状態を解除するための構成と動作〕
次ぎに、放電禁止の維持状態を解除するための構成とその動作について説明する。
放電禁止の維持状態を解除するには、第３のスイッチング素子ＴＳをオン状態とする必要があるが、このために、第１のスイッチング素子ＦＳをオン状態とするのに相当する状態を作り出す。
このための構成として、電池パックＢＰは、前記一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２とは別に、第１のスイッチング素子ＦＳよりも二次電池ＲＢ側（すなわち、本実施の形態では、二次電池ＲＢの−側）に接続された制御端子Ｔ３を備えている。
この制御端子Ｔ３と、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２のうちの第１のスイッチング素子ＦＳに近い側の出力端子（本実施の形態では、−側の出力端子Ｔ２）とを外部回路によって電気的に接続することで、第３のスイッチング素子ＴＳのゲートを二次電池ＲＢの−側に接続する。
[Configuration and operation for canceling the discharge-prohibited maintenance state]
Next, a configuration and operation for releasing the discharge inhibition maintenance state will be described.
In order to cancel the discharge prohibition maintaining state, it is necessary to turn on the third switching element TS. For this purpose, a state corresponding to turning on the first switching element FS is created.
As a configuration for this, the battery pack BP is separated from the pair of output terminals T1 and T2 by the secondary battery RB side (that is, in the present embodiment, the secondary battery RB). A control terminal T3 connected to the negative side.
The control terminal T3 and the output terminal closer to the first switching element FS of the pair of output terminals T1 and T2 (in this embodiment, the negative output terminal T2) are electrically connected by an external circuit. By connecting, the gate of the third switching element TS is connected to the negative side of the secondary battery RB.
制御端子Ｔ３と出力端子Ｔ２を接続するための回路は、図２に示すように、電池パックＢＰを充電するための充電器ＣＨに備えられている。
充電器ＣＨには、電気機器から取外した電池パックＢＰの一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２に接続する充電端子Ｔ４，Ｔ５と、電池パックＢＰの制御端子Ｔ３に接続する解除用端子Ｔ６とが備えられ、更に、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２のうちの第１のスイッチング素子ＦＳに近い側の出力端子である−側の出力端子Ｔ２に接続する−側の充電端子Ｔ５と解除用端子Ｔ６とを電気的に接続するための接続手段であるスイッチ３１と、スイッチ３１のオンオフを制御する解除回路制御部３２と、一対の充電端子Ｔ４，Ｔ５に充電用電力を供給する充電回路３３とが備えられている。
A circuit for connecting the control terminal T3 and the output terminal T2 is provided in a charger CH for charging the battery pack BP as shown in FIG.
The charger CH is provided with charging terminals T4 and T5 connected to the pair of output terminals T1 and T2 of the battery pack BP removed from the electric device, and a release terminal T6 connected to the control terminal T3 of the battery pack BP. Further, of the pair of output terminals T1 and T2, the negative charging terminal T5 and the release terminal T6 connected to the negative output terminal T2, which is the output terminal closer to the first switching element FS, are electrically connected. A
充電回路３３には、例えば電源プラグ３４を商用電力の供給を受けるためのコンセントに差し込んで通電が開始されたことを検出すること等により充電開始を検出する充電開始検出回路３３ａが備えられており、この充電開始検出回路３３ａが充電の開始を検出すると、その検出信号が解除回路制御部３２へ伝達され、解除回路制御部３２は、スイッチ３１をオン状態とする。
これによって、電池パックＢＰ側では、第３のスイッチング素子ＴＳのゲートが抵抗１５を介して二次電池ＲＢの−側に接続され、第１のスイッチング素子ＦＳがオン状態になったのと同等の状態となって、第３のスイッチング素子がオン状態へ移行する。
この時点では、放電禁止の状態を維持することによって、二次電池ＲＢの出力電圧は多少回復しており、第２のスイッチング素子ＳＳがオフ状態となっているので、第３のスイッチング素子ＴＳがオン状態に移行するに伴って第１のスイッチング素子ＦＳがオン状態に移行して、放電禁止の維持状態が解除される。第３のスイッチング素子ＴＳは、これと並行して、第４のスイッチング素子ＹＳもオン状態とする。
The charging
As a result, on the battery pack BP side, the gate of the third switching element TS is connected to the negative side of the secondary battery RB via the
At this time point, the output voltage of the secondary battery RB is somewhat recovered by maintaining the discharge inhibition state, and the second switching element SS is in the OFF state. The first switching element FS shifts to the on state as it shifts to the on state, and the discharge prohibition maintenance state is released. In parallel with this, the third switching element TS turns on the fourth switching element YS.
二次電池ＲＢへの充電動作自体は、第１のスイッチング素子ＦＳがオン状態とならなくても、第１のスイッチング素子ＦＳの寄生ダイオードを経て充電することが可能であるが、このように第１のスイッチング素子ＦＳを確実にオン状態として充電動作を行うことで、第１のスイッチング素子ＦＳの寄生ダイオードに過度な負荷をかけることなく充電を行うことができる。
しかも、電池パックＢＰと充電器ＣＨとを接続していても、電源プラグ３４をコンセントに差し込んでいないような充電開始前の状態では、二次電池ＲＢの放電禁止の状態が維持されて、二次電池ＲＢをより確実に保護することになっている。
The charging operation itself to the secondary battery RB can be charged through the parasitic diode of the first switching element FS even if the first switching element FS is not turned on. By performing the charging operation with the one switching element FS reliably turned on, charging can be performed without applying an excessive load to the parasitic diode of the first switching element FS.
In addition, even when the battery pack BP and the charger CH are connected, in a state before the start of charging in which the
〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、二次電池ＲＢとして電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３を３個直列接続したものを例示して説明しているが、電池セルの個数や接続形態は種々に変更可能である。
（２）上記実施の形態では、過放電検出回路１が各電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３毎に過放電状態か否かを検出する場合を例示しているが、過放電検出回路１が、各電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３毎ではなく、二次電池ＲＢ全体としてまとめて過放電状態か否かを検出するように構成しても良い。
この場合、前記第４のスイッチング素子ＹＳの配置位置としては、過放電検出回路１へ動作電圧を供給する配線の途中に配置しても良い。
このような配線も、第２のスイッチング素子ＳＳが第１のスイッチング素子ＦＳをオフ状態とさせるための通電経路であり、この通電経路を第４のスイッチング素子ＹＳにて遮断することで、第２のスイッチング素子ＳＳが第１のスイッチング素子ＦＳをオフ状態とする機能を停止させて消費電力の低減を図れる。
このように、第４のスイッチング素子ＹＳを配置する位置は、第２のスイッチング素子ＳＳと第１のスイッチング素子ＦＳとの間の途中箇所に限らず、種々に変更可能である。
[Another embodiment]
Hereinafter, other embodiments of the present invention will be listed.
(1) In the above embodiment, the secondary battery RB has been described by exemplifying three battery cells C1, C2, C3 connected in series. However, the number of battery cells and the connection form can be variously changed. It is.
(2) In the above embodiment, the case where the overdischarge detection circuit 1 detects whether or not each battery cell C1, C2, C3 is in an overdischarge state is exemplified. Instead of the battery cells C1, C2, and C3, the entire secondary battery RB may be collectively detected to detect whether or not it is in an overdischarged state.
In this case, the fourth switching element YS may be arranged in the middle of the wiring for supplying the operating voltage to the overdischarge detection circuit 1.
Such a wiring is also an energization path for the second switching element SS to turn off the first switching element FS, and the second switching element SS is cut off by the fourth switching element YS, thereby The switching element SS can stop the function of turning off the first switching element FS to reduce power consumption.
Thus, the position at which the fourth switching element YS is disposed is not limited to the midpoint between the second switching element SS and the first switching element FS, and can be variously changed.
ＦＳ 第１のスイッチング素子
ＲＢ 二次電池
ＳＳ 第２のスイッチング素子
ＴＳ 第３のスイッチング素子
Ｔ１，Ｔ２ 出力端子
ＹＳ 第４のスイッチング素子
１ 過放電検出回路
FS 1st switching element RB Secondary battery SS 2nd switching element TS 3rd switching element T1, T2 Output terminal YS 4th switching element 1 Overdischarge detection circuit
Claims (2)
前記第１のスイッチング素子がオン状態ではオン状態となり且つ前記第１のスイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行するに伴ってオン状態からオフ状態に移行するように前記第１のスイッチング素子よりも前記出力端子側の電位に基づいて切換えられる第３のスイッチング素子が備えられ、
前記第２のスイッチング素子が前記第１のスイッチング素子をオフ状態とさせるための通電経路の途中にその通電経路の通電を許容するオン状態と禁止するオフ状態とに切換えられる第４のスイッチング素子が備えられ、
前記第３のスイッチング素子は、オン状態からオフ状態へ移行するに伴って前記第１のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とをオフ状態とするように接続されて構成されている二次電池の過放電保護回路。 A first switching element connected in series with the secondary battery between a pair of output terminals connected to the load side and switched between an off state for prohibiting the output of the secondary battery and an on state for allowing the secondary battery; An overdischarge detection circuit that detects whether or not the secondary battery is in an overdischarge state according to an output of the secondary battery, and an on state and an off state based on the detection signal of the overdischarge state output from the overdischarge detection circuit And a second switching element that turns off the first switching element when it is detected that the overdischarge state is detected.
More than the first switching element, the first switching element is turned on when the first switching element is turned on, and the first switching element is turned from the on state to the off state as the first switching element is turned from the on state to the off state. A third switching element that is switched based on the potential on the output terminal side is provided;
A fourth switching element that is switched between an on state that permits energization of the energization path and an off state that prohibits the energization path in the middle of the energization path for the second switching element to turn the first switching element off; Provided,
The third switching element is configured to be connected so that the first switching element and the fourth switching element are turned off in accordance with the transition from the on state to the off state. Over discharge protection circuit.
前記第２のスイッチング素子がオン状態のときに前記第１のスイッチング素子をオフ状態とするように構成され、
前記第４のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子のベース電流の通電経路に配置されている請求項１記載の二次電池の過放電保護回路。 The second switching element is composed of a bipolar transistor,
Configured to turn off the first switching element when the second switching element is in an on state;
2. The overdischarge protection circuit for a secondary battery according to claim 1, wherein the fourth switching element is disposed in a current path of a base current of the second switching element. 3.
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