JP7338986B2 - power supply - Google Patents
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Description
本発明は、電池を備える電源装置に関し、とくに深放電された電池の充電を禁止して安全性を向上する電源装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device having a battery, and more particularly to a power supply device that prohibits charging of a deeply discharged battery to improve safety.
非水系電解液二次電池であるリチウムイオン電池等の二次電池は、最低電圧よりもさらに放電されて深放電領域になると、負極材の銅が銅イオンとなり、この状態で充電されると、銅イオンが銅として析出し、電池が内部短絡するため、発火や破裂等のおそれがある。この弊害は、深放電領域まで放電された電池の充電を禁止することで解消できる。 In a secondary battery such as a lithium ion battery, which is a non-aqueous electrolyte secondary battery, when it is discharged further than the minimum voltage and enters a deep discharge region, the copper of the negative electrode material becomes copper ions, and when charged in this state, Copper ions are deposited as copper, causing an internal short circuit in the battery, which may result in fire, explosion, or the like. This problem can be eliminated by prohibiting charging of a battery that has been discharged to the deep discharge region.
深放電された電池の充電を禁止する装置は開発されている。(特許文献1参照) Devices have been developed to inhibit charging of deeply discharged batteries. (See Patent Document 1)
特許文献1の電源装置を図4に示す。この電源装置は、電池91と直列に充電スイッチング素子92を接続している。充電スイッチング素子92は入力側に切換回路93を接続している。切換回路93は、電池91の深放電を検出してオフ信号を出力する演算回路95からのオフ信号で、充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換える。切換回路93は、電池電圧をデジタル処理して深放電を判定するCPU96を内蔵する演算回路95と、電池電圧から深放電を検出する深放電検出回路94とを接続している。深放電検出回路94は、電池91の電圧を基準電圧に比較して深放電を検出し、深放電を検出するとオフ信号を切換回路93に出力する。CPU96を内蔵する演算回路95は、電池91の電圧を検出し、検出電圧をデジタル信号に変換して演算処理して電池91の深放電を判定し、深放電と判定するとオフ信号を切換回路93に出力する。切換回路93は、演算回路95と深放電検出回路94の両方からオフ信号が入力されて、充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換えるが、深放電検出回路94のオフ信号を優先して充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換える。したがって、演算回路95が正常に動作しない状態においても、深放電検出回路94で電池91の深放電を検出して充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換えする。そのため、CPU96が演算処理して電池91の深放電を検出して充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換える電源装置よりも、深放電時に確実に電池91の充電を禁止できる。
FIG. 4 shows the power supply device of Patent Document 1. As shown in FIG. This power supply device has a
図4の電源装置は、CPU96の演算回路95が故障しても、深放電検出回路94で充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換えできるが、切換回路93が演算回路95と深放電検出回路94から入力されるオフ信号を切り換えて、充電スイッチング素子92をオフ状態に切り換えるので、演算回路95と深放電検出回路94が正常に動作する状態にあっても、切換回路93およびFET制御回路が故障すると、電池91が深放電された状態で充電を禁止できない。
In the power supply device of FIG. 4, even if the
本発明は、さらに以上の弊害を防止することを目的として開発されたもので、本発明の目的の一は、電池が深放電された状態で確実に充電を禁止して、より高い安全性を実現する電源装置を提供することにある。 The present invention was developed for the purpose of preventing the above-mentioned harmful effects, and one of the objects of the present invention is to surely prohibit charging when the battery is deeply discharged, thereby achieving higher safety. The object is to provide a power supply device that realizes the above.
本発明のある態様の電源装置は、電池1と、電池1と直列に接続されて電池1の充電を制御する半導体素子からなる充電スイッチング素子2と、電池電圧で充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える第1のオフ回路3と、電池電圧で充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える第2のオフ回路4とを備えている。第1のオフ回路3は、電池電圧を検出して、検出電圧をデジタル処理して電池1の深放電を判定して充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える演算回路5を備えている。第2のオフ回路4は、充電スイッチング素子2の入力側にオフ信号を入力して、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える強制オフスイッチ6のFETと、FETのゲートに電池電圧を分圧して入力する分圧抵抗7を備えている。FETは、分圧抵抗7を介してゲートに入力される電池電圧が深放電電圧まで低下するとドレイン-ソース間の電流を遮断するカットオフ特性で、第1のオフ回路3は、オフ信号の出力端子がFETのソースに接続されてFETのドレイン-ソース間を介して充電スイッチング素子2の入力側に接続されて、FETを介して第1のオフ回路3から出力されるオフ信号を前記充電スイッチング素子の入力側に入力してなり、強制オフスイッチ6のFETは、電池1の電圧が深放電電圧以下の充電禁止電圧において、第1のオフ回路3の出力端子からソースに入力されるオフ信号と、分圧抵抗7からゲートに入力される信号でオフ状態となって、充電スイッチング素子2の入力側にオフ信号を入力して、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換えている。
A power supply device according to an embodiment of the present invention includes a battery 1, a
以上の電源装置は、電池が深放電された状態では確実に電池の充電を禁止して高い安全性を確保する。 The above power supply ensures a high degree of safety by prohibiting charging of the battery when the battery is deeply discharged.
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語)を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In the following description, terms indicating specific directions and positions (e.g., "upper", "lower", and other terms including those terms) are used as necessary, but the use of these terms is These terms are used to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the technical scope of the invention is not limited by the meaning of these terms. Also, parts with the same reference numerals appearing in a plurality of drawings indicate the same or equivalent parts or members.
Furthermore, the embodiments shown below show specific examples of the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. In addition, unless there is a specific description, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described below are not intended to limit the scope of the present invention, but are intended to be examples. It is intended. In addition, the contents described in one embodiment and example can also be applied to other embodiments and examples. Also, the sizes and positional relationships of members shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.
本発明の第1の発明の電源装置は、電池と、電池と直列に接続されて電池の充電を制御する半導体素子からなる充電スイッチング素子と、電池電圧で充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第1のオフ回路と、電池電圧で充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第2のオフ回路とを備え、第1のオフ回路は、電池電圧を検出して、検出電圧をデジタル処理して電池の深放電を判定して充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える演算回路を備え、第2のオフ回路は、第1のオフ回路と充電スイッチング素子の入力側との間に直列に接続され、かつ電池電圧が入力されて、入力される電池電圧が深放電電圧以下の状態で充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える強制オフスイッチを備え、電池の電圧が深放電電圧以下の充電禁止電圧において、第2のオフ回路の強制オフスイッチがオフ状態となって、充電スイッチング素子をオフ状態に切り換えている。 A power supply device according to a first aspect of the present invention comprises a battery, a charging switching element comprising a semiconductor element connected in series with the battery to control charging of the battery, and a first charging switching element for switching the charging switching element to an off state by a battery voltage. and a second OFF circuit for switching the charging switching element to an OFF state according to the battery voltage. The first OFF circuit detects the battery voltage, digitally processes the detected voltage, and deeply discharges the battery. The second off circuit is connected in series between the first off circuit and the input side of the charge switching element, and the battery voltage is input and a forced off switch for switching the charging switching element to an off state when the input battery voltage is lower than the deep discharge voltage, and the second off circuit is turned off when the battery voltage is lower than the deep discharge voltage and the charging inhibition voltage is lower than the deep discharge voltage. The forced off switch is turned off to switch the charge switching element off.
以上の電源装置は、極めて簡単な回路構成とし、部品コストと組み立てコストの両方を低減しながら、電池が深放電された状態で、演算回路が故障しても、電池の充電を確実に禁止して、高い安全性を確保できる特長がある。それは、以上の電源装置が、充電スイッチング素子の入力側に、充電スイッチング素子を強制的にオフに切り換える第2のオフ回路を接続して、この第2のオフ回路には、電池電圧が深放電電圧以下の状態でオフ状態に切り換える強制オフスイッチを設け、この強制オフスイッチでもって、切換回路を介することなく充電スイッチング素子を強制的にオフ状態に切り換えるからである。 The above power supply device has an extremely simple circuit configuration, and while reducing both the parts cost and the assembly cost, it surely prohibits charging of the battery even if the arithmetic circuit fails in a state where the battery is deeply discharged. It has the advantage of ensuring a high level of safety. The above power supply device connects a second off circuit for forcibly switching off the charging switching element to the input side of the charging switching element, and this second off circuit is configured to allow the battery voltage to be deeply discharged. This is because a forced off switch that switches to the off state when the voltage is below the voltage is provided, and the forced off switch forcibly switches the charging switching element to the off state without going through a switching circuit.
さらに、以上の電源装置は、第1のオフ回路からのオフ信号と、第2のオフ回路からのオフ信号を切り換えて、充電スイッチング素子をオンオフに制御する切換回路を省略する簡単な回路構成としながら、電池が深放電された状態にあっては、確実に電池の再充電を禁止できる特徴がある。 Furthermore, the above power supply device has a simple circuit configuration that omits the switching circuit that switches between the off signal from the first off circuit and the off signal from the second off circuit, and controls the charging switching element to turn on and off. However, when the battery is in a deeply discharged state, it has the characteristic that recharging of the battery can be prohibited.
本発明の第2の発明の電源装置は、強制オフスイッチが、電池電圧をゲートに入力してなるFETで、このFETのカットオフ特性が、電池電圧が深放電電圧まで低下すると電流を遮断する特性で、FETのソースとドレインを第1のオフ回路と充電スイッチング素子の入力側との間に直列に接続している。 In the power supply device of the second aspect of the present invention, the forced off switch is an FET whose gate is input with the battery voltage, and the cut-off characteristic of this FET cuts off the current when the battery voltage drops to the deep discharge voltage. Characteristically, the source and drain of the FET are connected in series between the first off-circuit and the input side of the charging switching element.
以上の電源装置は、第2のオフ回路を極めて簡単な回路構成としながら、電池電圧が充電禁止電圧まで低下する状態にあっては、電池の充電を確実に禁止できる特徴がある。それは、第2のオフ回路を、電池電圧が深放電電圧まで低下すると、電流を遮断するカットオフ特性のFETのみからなる簡単な回路構成として、電池電圧を基準電圧に比較して深放電を判定するコンパレータなどの複雑な回路を必要とせず、部品点数を少なくしながら、確実に動作して、電池の充電禁止電圧においては、充電スイッチング素子を確実にオフ状態に切り換えするからである。したがって、以上の電源装置は、電池が深放電電圧まで放電された状態では、演算回路のみでなく、極めて簡単な回路構成のFETのみからなる強制オフスイッチでもって、充電スイッチング素子をオフ状態に切り換えて、充電禁止電圧の電池の再充電を確実に禁止でき、深放電された電池の再充電による弊害を確実に防止できる。 The above-described power supply device has the characteristic that charging of the battery can be reliably prohibited when the battery voltage drops to the charging prohibition voltage while the second OFF circuit has an extremely simple circuit configuration. The second off circuit has a simple circuit configuration consisting only of FETs with cut-off characteristics that cut off the current when the battery voltage drops to the deep discharge voltage, and the battery voltage is compared with a reference voltage to determine deep discharge. This is because there is no need for a complicated circuit such as a comparator, the number of parts is reduced, the operation is reliable, and the charging switching element is reliably switched to the OFF state at the charging inhibition voltage of the battery. Therefore, in the above power supply device, when the battery is discharged to the deep discharge voltage, the charging switching element is turned off not only by the arithmetic circuit, but also by the forced off switch consisting of only the FETs with a very simple circuit configuration. Therefore, it is possible to reliably prohibit recharging of a battery with a charging prohibition voltage, and to reliably prevent adverse effects due to recharging of a deeply discharged battery.
本発明の第3の発明の電源装置は、第2のオフ回路が、強制オフスイッチであるFETのゲートに接続してなる分圧抵抗を備え、分圧抵抗が電池電圧を分圧してFETのゲートに入力している。 In the power supply device of the third aspect of the present invention, the second off circuit has a voltage dividing resistor connected to the gate of the FET which is the forced off switch, and the voltage dividing resistor divides the battery voltage to Entering the gate.
以上の電源装置は、分圧抵抗の電気抵抗を調整して、電池が充電禁止電圧まで低下した状態で、強制オフスイッチのFETを強制的にオフ状態に切り換えできる。また、分圧抵抗の電気抵抗で、直列接続している電池の個数も調整して、電池の充電禁止電圧で強制オフスイッチのFETを確実にオフ状態に切り換えできる。 The power supply device described above can forcibly switch the FET of the forced off switch to the off state by adjusting the electrical resistance of the voltage dividing resistors and in a state in which the battery is lowered to the charging prohibition voltage. Also, the number of batteries connected in series can be adjusted by the electrical resistance of the voltage dividing resistors, so that the FET of the forced off switch can be reliably switched to the off state at the charging prohibition voltage of the batteries.
本発明の第4の発明の電源装置は、第1のオフ回路の演算回路が、電池電圧をデジタル信号に変換して電池電圧を検出するA/Dコンバータを備えている。 In a power supply device according to a fourth aspect of the present invention, the arithmetic circuit of the first off circuit includes an A/D converter that converts the battery voltage into a digital signal and detects the battery voltage.
本発明の第5の発明の電源装置は、第1のオフ回路の演算回路がCPUを備え、CPUが、電池電圧をデジタル処理して電池の深放電を判定している。 In the power supply device according to the fifth aspect of the present invention, the arithmetic circuit of the first OFF circuit has a CPU, and the CPU digitally processes the battery voltage to determine whether the battery is deeply discharged.
本発明の第6の発明の電源装置は、第2のオフ回路が充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第2の深放電電圧を、第1のオフ回路が充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第1の深放電電圧よりも低く設定している。 According to a sixth aspect of the present invention, the power supply device provides the second deep discharge voltage at which the second OFF circuit switches the charge switching element to the OFF state, and the first OFF circuit switches the charge switching element to the OFF state. is set lower than the deep discharge voltage of
以上の電源装置は、第1のオフ回路が電池の再充電を禁止する第1の深放電電圧よりも、第2のオフ回路が電池の再充電を禁止する第2の深放電電圧を低く設定しているので、電池が放電されて次第に電圧が低下して第1の深放電電圧まで電圧が低下すると、第1のオフ回路が充電スイッチング素子をオフ状態に切り換えて電池の再充電を停止し、さらに電池が放電されて電圧が低下して第2の深放電電圧まで低下すると、第2のオフ回路が電池の再充電を禁止する。したがって、この電源装置は、電池の電圧が第1の深放電電圧まで低下して再充電が禁止されない状態においても、さらに電池の電圧が第2の深放電電圧まで低下すると、さらに第2のオフ回路が電池の再充電を禁止するので、充電禁止電圧まで低下した電池の再充電をより確実に阻止できる。 In the above power supply device, the second deep discharge voltage at which the second off circuit inhibits recharging of the battery is set lower than the first deep discharge voltage at which the first off circuit inhibits recharging of the battery. Therefore, when the battery is discharged and the voltage gradually drops to the first deep discharge voltage, the first OFF circuit switches the charge switching element to the OFF state to stop recharging the battery. When the battery is further discharged and the voltage drops to a second deep discharge voltage, a second off circuit inhibits recharging of the battery. Therefore, even in a state in which the battery voltage drops to the first deep discharge voltage and recharging is not prohibited, the power supply device is further turned off when the battery voltage drops to the second deep discharge voltage. Since the circuit inhibits recharging of the battery, it is possible to more reliably prevent recharging of the battery that has dropped to the charge inhibition voltage.
充電禁止電圧は、低く設定して電池の使用範囲を広くできるが、充分な安全性の確保が難しくなる。反対に、充電禁止電圧を高く設定して安全性を高くできるが、ユーザーが使用できる状態を制限して有効に利用できなくなる。第1のオフ回路と第2のオフ回路は、電池の再充電を禁止する充電禁止電圧の誤差を皆無にできない。充電禁止電圧の誤差は、安全性を低下し、またユーザーが使用できる範囲を制限する。誤差で充電禁止電圧が低くなると、安全性が低下し、充電禁止電圧が高くなるとユーザーの使用範囲を狭くするからである。第1のオフ回路は、第2のオフ回路よりも高い精度で充電禁止電圧を設定できるので、第1のオフ回路が正常に動作する状態にあっては、第1のオフ回路で電池の再充電を禁止して、ユーザーの使用範囲を制限しない状態とする。第1のオフ回路が正常に動作しないと、安全性を確保できないので、この状態では、第1のオフ回路よりも低い充電禁止電圧に設定している、第2のオフ回路が動作して電池の再充電を禁止する。充電禁止電圧を低く設定している第2のオフ回路は、第1のオフ回路に匹敵する安全性を確保できないが、第1のオフ回路が故障する確率が極めて低いので、第1のオフ回路が故障する非常時には、第2のオフ回路が電池の再充電を禁止して、安全性を確保する。 The charging inhibition voltage can be set low to widen the range of battery usage, but it becomes difficult to ensure sufficient safety. Conversely, although the charging prohibition voltage can be set high to increase safety, the state in which the user can use the device is restricted, and the device cannot be used effectively. The first off circuit and the second off circuit cannot eliminate the error in the charge inhibit voltage that inhibits recharging of the battery. Charge inhibit voltage error reduces safety and limits the range that can be used by the user. This is because if the charge prohibition voltage becomes lower due to an error, the safety deteriorates, and if the charge prohibition voltage becomes higher, the usage range of the user becomes narrower. The first OFF circuit can set the charge inhibition voltage with higher accuracy than the second OFF circuit. Prohibiting charging and creating a state in which the user's range of use is not limited. If the first off-circuit does not operate normally, safety cannot be ensured. Therefore, in this state, the second off-circuit, which is set to a charging inhibition voltage lower than that of the first off-circuit, operates to turn off the battery. prohibit recharging. The second off-circuit, in which the charge inhibition voltage is set low, cannot ensure safety comparable to that of the first off-circuit. In the event of an emergency where the battery fails, a second off-circuit inhibits recharging of the battery to ensure safety.
(実施の形態1)
図1の回路図に示す電源装置は、電池1と、電池1と直列に接続され、オンオフに切り換えられて電池1の充電を制御する半導体素子からなる充電スイッチング素子2と、電池電圧で充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える第1のオフ回路3と、電池電圧で充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える第2のオフ回路4とを備える。
(Embodiment 1)
The power supply device shown in the circuit diagram of FIG. It comprises a
第1のオフ回路3は、電池電圧を検出して、検出する電圧をデジタル処理して電池1の深放電を判定して充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える演算回路5を備える。演算回路5は、電池電圧をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ11と、A/Dコンバータ11から出力されるデジタル信号の電池電圧を演算処理するCPU12と、深放電電圧を記憶しているメモリ13とを備える。この演算回路5は、電池電圧をA/Dコンバータ11でデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換された電池電圧を、CPU12でもってメモリ13に記憶している深放電電圧に比較し、電池電圧が深放電電圧よりも低下すると、オフ信号を出力して、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える。
The
演算回路5から出力されるオフ信号は、第2のオフ回路4の強制オフスイッチ6であるFETを介して充電スイッチング素子2のゲートに入力される。第2のオフ回路4のFETがオン状態にあると、FETを介して演算回路5から出力されるオフ信号が充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える。第2のオフ回路4のFETがオフ状態にあると、演算回路5からのオフ信号はFETに遮断されて充電スイッチング素子2のゲートに入力されないが、第2のオフ回路4のFETがオフ状態となって充電スイッチング素子2はオフ状態となる。
The off signal output from the
充電スイッチング素子2は、ゲート電圧がオフ電圧となって電池1の電流を遮断し、ゲート電圧がオン電圧となって電池1の充放電を許容する。充電スイッチング素子2は、第2のオフ回路4のFETがオフ状態となってゲート電圧をオフ電圧とし、あるいは第2のオフ回路4のFETがオン状態にあって、第1のオフ回路3が出力するオフ信号をFETを介してゲートに入力する状態でオフ状態となって電池1の電流を遮断する。すなわち、第1のオフ回路3と第2のオフ回路4の何れか一方がオフ状態となって、充電スイッチング素子2は電池1の電流を遮断するので、第1のオフ回路3が正常に動作しない状態においても、第2のオフ回路4が動作して、電池電圧が深放電電圧まで低下すると充電スイッチング素子2をオフ状態として電池1の再充電を禁止する。
The
第2のオフ回路4は、第1のオフ回路3の出力信号によらず、電池電圧が深放電電圧以下になると、強制的に充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える。このことを実現するために、第2のオフ回路4は、第1のオフ回路3と充電スイッチング素子2の入力側との間に直列に接続している。第2のオフ回路4は、電池電圧が深放電電圧以下に低下すると、オフ状態となる強制オフスイッチ6を備える。強制オフスイッチ6は、充電スイッチング素子2と第1のオフ回路3との間に接続されて、電池1の電圧が深放電電圧以下の充電禁止電圧になると、オフ状態となって、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える。
The
強制オフスイッチ6は電池電圧をゲートに入力しているFETである。このFETは、ゲートに入力される電池電圧が深放電電圧以下に低下すると電流を遮断するカットオフ特性のFETである。オフ状態においては、第1のオフ回路3の出力信号によらず、充電スイッチング素子2を強制的にオフ状態に切り換えるために、FETは、ソースとドレインを第1のオフ回路3と充電スイッチング素子2の入力側との間に直列に接続している。すなわち、第1のオフ回路3のオフ信号が強制オフトランジスタのFETを介して充電スイッチング素子2のゲートに入力する回路構成としている。強制オフスイッチ6のFETがオン状態にあると、第1のオフ回路3から出力されるオフ信号が充電スイッチング素子2のゲートに入力されるので、第1のオフ回路3がオフ信号を出力すると充電スイッチング素子2はオフ状態となって電池1の充電を禁止する。第1のオフ回路3が正常に動作しない状態では、第2のオフ回路4のFETがオフ状態となって、充電スイッチング素子2を強制的にオフ状態に切り換える。
The forced off
強制オフスイッチ6のFETは、電池電圧を分圧抵抗7で分圧してゲートに入力される。分圧抵抗7は、電池電圧を所定の割合で分圧してFETのゲートに入力する。分圧抵抗7が電池電圧を分圧する比率は、電池電圧が深放電電圧以下になると、FETのゲート電圧が電流を遮断するオフ電圧以下となるように設定される。第2のオフ回路4は、図1に示すように、ひとつの電池1の電圧を分圧してFETのゲートに入力し、あるいは図2に示すように、直列に接続している複数の電池1の電圧を分圧してFETのゲートに入力する。FETは、一定のカットオフ特性で設定電圧よりも入力電圧が小さいと、オフ状態となる。分圧抵抗7は、電池1の電圧が深放電電圧になると、FETがカットオフしてオフ状態となるように抵抗値を設定する。
The FET of the forced off
電源装置は、第1のオフ回路3と第2のオフ回路4が、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える深放電電圧を同じ電圧値に設定する。この電源装置は、電池1をリチウムイオン二次電池とする装置において、例えば、深放電電圧、すなわち充電禁止電圧を2.00V/セルに設定する。ただし、電源装置は、第1のオフ回路3と第2のオフ回路4が、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える深放電電圧を異なる電圧値とすることもできる。異なる深放電電圧で充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える電源装置は、好ましくは、第2のオフ回路4が充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える第2の深放電電圧を、第1のオフ回路3が、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換える第1の深放電電圧よりも低く設定する。この電源装置は、電池1をリチウムイオン二次電池とする装置において、例えば第1の深放電電圧を2.10V、第2の深放電電圧を2.00Vに設定する。
In the power supply device, the
以上の電源装置は、第1のオフ回路3が電池1の再充電を禁止する第1の深放電電圧を、第2のオフ回路4が電池1の再充電を禁止する第2の深放電電圧よりも高く設定しているので、電池1が放電されて次第に電圧が低下して、第1の深放電電圧まで電圧が低下すると、先に第1のオフ回路3がオフ信号を出力して、充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換えて電池1の再充電を停止するように動作する。さらに電池1が放電されて電圧が低下して第2の深放電電圧まで低下すると、第2のオフ回路4のFETがオフ状態となって、電池1の再充電を禁止する状態とする。この電源装置は、第1のオフ回路3が正常に動作しない状態となって、電池1の電圧が第1の深放電電圧まで低下するにもかかわらず、充電スイッチング素子2がオフ状態に切り換えられない状態においては、さらに電池1の電圧が第2の深放電電圧まで低下すると、第2のオフ回路4のFETがオフ状態となって、充電スイッチング素子2のゲート電圧をカットオフ電圧以下として、電池1の再充電を禁止する。したがって、第1のオフ回路3が正常に動作しない状態においても、電池電圧が充電禁止電圧まで低下する状態では、第2のオフ回路4が電池1の再充電を禁止する。
In the power supply device described above, the first off-
ところで、電源装置は、電池1の再充電を禁止する深放電電圧を低く設定して電池1の使用範囲を広くできるが、充分な安全性の確保が難しくなる。反対に、充電禁止電圧を高く設定して安全性を高くできるが、実質的に充放電できる容量を制限して実質容量が小さくなる。電池1の再充電を禁止する深放電電圧による電池1の実質容量と安全性は、相反する特性であることから、予め設定している深放電電圧で正確に電池1の再充電を禁止することは大切である。第1のオフ回路3は、演算回路5で電池1の検出電圧をデジタル処理して電池1の深放電を判定して充電スイッチング素子2をオフ状態に切り換えるので、第2のオフ回路4よりも高い精度で充電禁止電圧を設定できる。第1のオフ回路3が正常に動作する状態にあっては、第1のオフ回路3が電池1の再充電を禁止するので、電池1の実質容量を制限することなく安全に再充電を禁止できる。
By the way, although the power supply device can set the deep discharge voltage that prohibits recharging of the battery 1 to be low to widen the usage range of the battery 1, it becomes difficult to ensure sufficient safety. Conversely, although the charging prohibition voltage can be set high to improve safety, the actual chargeable/dischargeable capacity is limited and the actual capacity becomes small. Since the real capacity and safety of the battery 1 at the deep discharge voltage that prohibits recharging of the battery 1 are contradictory characteristics, it is necessary to prohibit recharging of the battery 1 accurately at a preset deep discharge voltage. is important. The
第2のオフ回路4の充電禁止電圧を第1のオフ回路3よりも低く設定している電源装置は、高精度に電池1の再充電を禁止する第1のオフ回路3が正常に動作しない状態では、第2のオフ回路4が動作して電池1の再充電を禁止するので、安全性も確保できる。
In a power supply device in which the charging inhibition voltage of the second off-
図1と図2の電源装置は、充電スイッチング素子2を電池1のマイナス側に接続しているが、電源装置は、図3に示すように、充電スイッチング素子2を電池1のプラス側に接続することもできる。
1 and 2 connect the
本発明は、充放電可能な電池を備える電源装置であって、とくに深放電された電池の充電を禁止して安全性を向上できる電源装置として好適に使用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a power supply device having a chargeable/dischargeable battery, and is particularly suitable for use as a power supply device capable of improving safety by prohibiting charging of a deeply discharged battery.
1…電池
2…充電スイッチング素子
3…第1のオフ回路
4…第2のオフ回路
5…演算回路
6…強制オフスイッチ
7…分圧抵抗
11…A/Dコンバータ
12…CPU
13…メモリ
91…電池
92…充電スイッチング素子
93…切換回路
94…深放電検出回路
95…演算回路
96…CPU
Reference Signs List 1
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電池と直列に接続されて前記電池の充電を制御する半導体素子からなる充電スイッチング素子と、
電池電圧で前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第1のオフ回路と、
電池電圧で前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第2のオフ回路とを備え、
前記第1のオフ回路は、
電池電圧を検出して、検出電圧をデジタル処理して電池の深放電を判定して前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える演算回路を備え、
前記第2のオフ回路は、
前記充電スイッチング素子の入力側にオフ信号を入力して、前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える強制オフスイッチのFETと、
前記FETのゲートに電池電圧を分圧して入力する分圧抵抗を備え、
前記FETは、
前記分圧抵抗を介してゲートに入力される電池電圧が深放電電圧まで低下するとドレイン-ソース間の電流を遮断するカットオフ特性で、
前記第1のオフ回路は、
オフ信号の出力端子が前記FETのソースに接続されて前記FETのドレイン-ソース間を介して充電スイッチング素子の入力側に接続されて、
前記FETを介して前記第1のオフ回路から出力されるオフ信号を前記充電スイッチング素子の入力側に入力してなり、
前記強制オフスイッチの前記FETは、
前記電池の電圧が深放電電圧以下の充電禁止電圧において、
前記第1のオフ回路の出力端子からソースに入力されるオフ信号と、
前記分圧抵抗からゲートに入力される信号でオフ状態となって、
前記充電スイッチング素子の入力側にオフ信号を入力して、
前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換えられることを特徴とする電源装置。 a battery;
a charging switching element comprising a semiconductor element connected in series with the battery to control charging of the battery;
a first off circuit that switches the charging switching element to an off state by battery voltage;
a second off circuit for switching the charging switching element to an off state with battery voltage;
The first off circuit is
an arithmetic circuit that detects battery voltage, digitally processes the detected voltage, determines whether the battery is deeply discharged, and switches the charging switching element to an off state;
The second off circuit is
a forced off switch FET for inputting an off signal to the input side of the charging switching element to switch the charging switching element to an off state;
Equipped with a voltage dividing resistor that divides and inputs the battery voltage to the gate of the FET,
The FET is
A cut-off characteristic that cuts off the current between the drain and the source when the battery voltage input to the gate through the voltage dividing resistor drops to the deep discharge voltage,
The first off circuit is
the output terminal of the off signal is connected to the source of the FET and is connected to the input side of the charging switching element through the drain-source of the FET,
inputting an off signal output from the first off circuit via the FET to the input side of the charging switching element;
The FET of the forced off switch is
At a charge inhibition voltage in which the voltage of the battery is equal to or lower than the deep discharge voltage,
an off signal input to a source from an output terminal of the first off circuit;
A signal input to the gate from the voltage dividing resistor turns off,
inputting an off signal to the input side of the charging switching element,
A power supply device, wherein the charging switching element can be switched to an off state.
前記第1のオフ回路の演算回路が、前記電池電圧をデジタル信号に変換して電池電圧を検出するA/Dコンバータを備えることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
The power supply device, wherein the arithmetic circuit of the first OFF circuit includes an A/D converter that converts the battery voltage into a digital signal and detects the battery voltage.
前記第1のオフ回路の前記演算回路がCPUを備え、
前記CPUが、電池電圧をデジタル処理して電池の深放電を判定することを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2,
the arithmetic circuit of the first off circuit comprises a CPU;
A power supply device, wherein the CPU digitally processes the battery voltage to determine whether the battery is deeply discharged.
前記第2のオフ回路が前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第2の深放電電圧が、
前記第1のオフ回路が前記充電スイッチング素子をオフ状態に切り換える第1の深放電電圧よりも低く設定してなることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 3,
a second deep discharge voltage at which the second off circuit switches the charge switching element to an off state,
A power supply device, wherein said first OFF circuit is set lower than a first deep discharge voltage for switching said charge switching element to OFF state.
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