(57)【要約】【課題】二次電池の電力を効率良く負荷に供給することができる充放電回路及び電池装置を提供する。【解決手段】充放電回路は、充電時に電源から二次電池に供給される充電電流及び放電時に前記二次電池から負荷に供給される放電電流の大きさを調整するＭОＳＦＥＴと、前記ＭОＳＦＥＴの動作を制御する制御回路と、前記制御回路の動作に関わらず前記ＭОＳＦＥＴが前記放電電流を導通させるよう前記ＭОＳＦＥＴのゲート端子に電圧を印加する第１インピーダンス素子と、放電時に前記制御回路に印加される電圧を前記制御回路の動作電圧未満の電圧まで降下させる電圧降下回路と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電時に電源から二次電池に供給される充電電流及び放電時に前記二次電池から負荷に供給される放電電流の大きさを調整するＭОＳＦＥＴと、
前記ＭОＳＦＥＴの動作を制御する制御回路と、
前記制御回路の動作に関わらず前記ＭОＳＦＥＴが前記放電電流を導通させるよう前記ＭОＳＦＥＴのゲート端子に電圧を印加する第１インピーダンス素子と、
放電時に前記制御回路に印加される電圧を前記制御回路の動作電圧未満の電圧まで降下させる電圧降下回路と、
を備える充放電回路。
【請求項２】
前記二次電池に直列接続されている電流検出抵抗と、
一端が前記制御回路に接続され、他端が前記電流検出抵抗の端子の一つ及び前記二次電池に接続されているバイアス回路と、
を更に備える請求項１に記載の充放電回路。
【請求項３】
一端が前記ＭОＳＦＥＴのドレイン端子及び前記二次電池に接続され、他端が前記制御回路及び前記バイアス回路に接続されている第２インピーダンス素子を更に備える請求項２に記載の充放電回路。
【請求項４】
前記二次電池と、
請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の充放電回路と、
を備える電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電回路及び電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、充電することにより繰り返し使用することができる二次電池が様々な製品に採用されている。また、二次電池への充電動作及び二次電池の放電動作を実行する充放電回路が使用されており、このような充放電回路の一例として、例えば、特許文献１に開示された充放電回路が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１４５２６８号
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された充放電回路が放電時に使用された場合、二次電池は、負荷だけではなく、この充放電回路が備える双方向性レギュレータ、充電放電検出回路及び自動切替制御回路にも電力を供給する必要がある。このため、当該充放電回路が使用された場合、二次電池による負荷の動作時間が短くなってしまうことがあった。
【０００５】
また、小型の埋め込み機器、リアルタイムクロックモジュールバックアップ等に電力を供給する二次電池は、小型化されているため、容量が小さくなっていることが多い。このため、容量が小さな二次電池に当該充放電回路が適用された場合、二次電池による負荷の動作時間が短くなってしまうという課題が顕著になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、二次電池の電力を効率良く負荷に供給することができる充放電回路及び電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、充電時に電源から二次電池に供給される充電電流及び放電時に前記二次電池から負荷に供給される放電電流の大きさを調整するＭОＳＦＥＴと、前記ＭОＳＦＥＴの動作を制御する制御回路と、前記制御回路の動作に関わらず前記ＭОＳＦＥＴが前記放電電流を導通させるよう前記ＭОＳＦＥＴのゲート端子に電圧を印加する第１インピーダンス素子と、放電時に前記制御回路に印加される電圧を前記制御回路の動作電圧未満の電圧まで降下させる電圧降下回路と、を備える充放電回路である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、二次電池の電力を効率良く負荷に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る電池装置の一例を示す図である。
【図２】第二実施形態に係る電池装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第一実施形態］
図１を参照しながら、第一実施形態に係る電池装置の構成の一例について充放電回路を中心に説明する。図１は、第一実施形態に係る充放電回路の一例を示す図である。図１に示すように、電池装置１１は、充放電回路２と、二次電池１００と備える。また、図１に示すように、充放電回路２は、第１入力端子２０１と、第２入力端子２０２と、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３と、抵抗２０４と、電流検出抵抗２０５と、第１回路２０６と、第２回路２０７と、電圧降下回路２０８と、第１インピーダンス素子２０９と、抵抗２１０と、第２インピーダンス素子２１１と、ダイオード２１２と、ダイオード２１３と、バイアス回路２１４とを備える。
【００１１】
第１入力端子２０１及び第２入力端子２０２は、電源の端子及び小型の埋め込み機器、リアルタイムクロックモジュールバックアップ等の負荷の端子の両方と接続されている。なお、二次電池１００の放電時において、第１入力端子２０１及び第２入力端子２０２は、電源の端子から切り離されてもよい。また、二次電池１００の充電時において第１入力端子２０１及び第２入力端子２０２が電源の端子と接続された状態と、二次電池の１０の放電時において第１入力端子２０１及び第２入力端子２０２が負荷の端子と接続された状態とが切り替えられてもよい。
【００１２】
Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３は、ソース端子が第１入力端子２０１に接続され、ドレイン端子が抵抗２０４の一端に接続され、ゲート端子が第１回路２０６の端子及び第１インピーダンス素子２０９の一端に接続されている。Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３は、自身の導通状態を変化させることにより、充電時に電源から二次電池１００に供給される充電電流及び放電時に二次電池１００から負荷に供給される放電電流の大きさを調整する。なお、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３は、ボディダイオードを有する。
【００１３】
抵抗２０４は、一端がＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のドレイン端子に接続されており、他端が二次電池１００の正極に接続されている。電流検出抵抗２０５は、一端が二次電池１００の負極及びバイアス回路２１４の一端に接続されており、他端が第２入力端子２０２に接続されている。また、電流検出抵抗２０５は、二次電池１００に直列接続されているともいえる。
【００１４】
第１回路２０６は、第１入力端子２０１、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子及び電圧降下回路２０８を構成しているダイオードのアノードと接続されている。例えば、第１回路２０６は、バイポーラトランジスタ及びこれを動作させるために使用される抵抗を含む。また、このバイポーラトランジスタは、例えば、エミッタ端子がＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のソース端子に接続されており、コレクタ端子がＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に接続されており、ベース端子が電圧降下回路２０８に接続されている。なお、第１回路２０６は、後述する制御回路の構成要素の一つである。
【００１５】
第２回路２０７は、電圧降下回路２０８を構成しているダイオードのカソード、第２入力端子２０２、抵抗２１０の一端、ダイオード２１２のカソード及びダイオード２１３のアノードと接続されている。例えば、第２回路２０７は、シャントレギュレータ及びこれを動作させるためのコンデンサを含む。このシャントレギュレータは、例えば、カソードが電圧降下回路２０８を構成しているダイオードのカソードに接続されており、アノードが第２入力端子２０２に接続されている。また、このコンデンサは、シャントレギュレータの発振の抑制及び制御の応答性の調整のために設けられる。第２回路２０７は、所定の動作電圧以上の電圧が印加されている場合、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３の動作を制御する。なお、第２回路２０７は、後述する制御回路の構成要素の一つである。
【００１６】
電圧降下回路２０８は、アノードが第１回路２０６に接続されており、カソードが第２回路２０７に接続されているダイオードである。また、電圧降下回路２０８は、第２回路２０７に印加される電圧を第２回路２０７の動作電圧未満の電圧まで降下させる回路であり、例えば、図１に示すように、少なくとも一つのダイオードで構成される。具体的には、電圧降下回路２０８は、一つのダイオード又は直列接続された複数のダイオードである。電圧降下回路２０８が備える個々のダイオードの電圧降下量の合計は、二次電池１００の放電時において第２回路２０７に印加される電圧が第２回路２０７の動作電圧未満となるように決定されている。つまり、電圧降下回路２０８は、放電時に第２回路２０７に印加される電圧を第２回路２０７の動作電圧未満の電圧まで降下させる機能を有している。
【００１７】
第１インピーダンス素子２０９は、例えば、抵抗であり、一端が第１回路２０６及びＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に接続されている。第１インピーダンス素子２０９は、制御回路の動作に関わらずＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３が放電電流を導通させるようＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に電圧を印加する。すなわち、第１インピーダンス素子２０９は、第２回路２０７の動作に関わらずＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３が放電電流を導通させるようＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に電圧を印加する。これにより、二次電池１００の放電時においては、電圧降下回路２０８により第２回路２０７に印加される電圧が第２回路２０７の動作電圧未満となるため、第２回路２０７の動作が停止する。第２回路２０７の動作が停止すると、第１回路２０６から第１インピーダンス素子２０９に電流が流れなくなるため、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子の電位が第２入力端子２０２の電位と等しくなりＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子とソース端子との間に電位差が発生する。したがって、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３は、放電電流を導通させるようになる。
【００１８】
抵抗２１０は、一端が第１入力端子２０１、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３のソース端子及び第１回路２０６に接続されており、他端が第２回路２０７、ダイオード２１２のカソード及びダイオード２１３のアノードに接続されている。抵抗２１０は、第１入力端子２０１の電位よりも所定の電位だけ低い電圧を第２回路２０７に入力する。なお、充放電回路２は、抵抗２１０を備えていなくてもよく、代わりに第２回路２０７が必要とする電圧を供給する別の要素を備えていてもよい。
【００１９】
第２インピーダンス素子２１１は、例えば、抵抗であり、一端が抵抗２０４を介してＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のドレイン端子に接続されており、二次電池１００の正極に接続されている。また、第２インピーダンス素子２１１は、他端がダイオード２１２を介して第２回路２０７に接続されており、ダイオード２１２及びダイオード２１３を介してバイアス回路２１４に接続されている。
【００２０】
ダイオード２１２は、アノードが第２インピーダンス素子２１１の一端に接続されており、カソードが第２回路２０７、抵抗２１０の一端及びダイオード２１３のアノードに接続されている。ダイオード２１３は、アノードが第２回路２０７、抵抗２１０の一端、ダイオード２１２のカソードに接続されており、カソードがバイアス回路２１４に接続されている。バイアス回路２１４は、例えば、抵抗であり、一端がダイオード２１３を介して第２回路２０７に接続されており、他端が電流検出抵抗２０５の一端及び二次電池１００の負極に接続されている。
【００２１】
次に、図１を参照しながら、第一実施形態に係る充放電回路の充電時の動作の一例について説明する。
【００２２】
充放電回路２は、二次電池１００に充電電流を供給する電源が第１入力端子２０１及び第２入力端子２０２に接続された場合、二次電池１００への充電を開始する。この電源の電圧は、例えば、５Ｖである。
【００２３】
Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３は、第１インピーダンス素子２０９がゲート端子に印加する電圧により導通状態となり、電源から二次電池１００に供給される充電電流を導通させる。これにより、二次電池１００の正極と負極との間の電圧が上昇し、電流検出抵抗２０５の両端に電圧が発生する。バイアス回路２１４は、両端の電位の関係を維持し続ける性質を有する。このため、電流検出抵抗２０５の両端に発生した電圧は、バイアス回路２１４により別の電圧に変換され、ダイオード２１３を介して第２回路２０７に印加される。
【００２４】
二次電池１００に流れ込んでいる充電電流が増加すると、バイアス回路２１４が第２回路２０７に入力する電圧が増加する。この電圧が第２回路２０７の動作電圧以上の電圧まで上昇した場合、第２回路２０７は、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３の動作を制御する。すなわち、第２回路２０７は、第１回路２０６を介して第１インピーダンス素子２０９に電流を流すことにより、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に印加する電圧を上昇させ、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３を非導通状態とする。これにより、二次電池１００が充電されて正極と負極との間の電圧が十分に大きくなった場合、充放電回路２は、充電を停止させる。
【００２５】
次に、図１を参照しながら、第一実施形態に係る充放電回路の放電時の動作の一例について説明する。
【００２６】
充放電回路２は、二次電池１００から放電電流を供給する負荷が第１入力端子２０１及び第２入力端子２０２に接続された場合、二次電池１００からの放電を開始する。
【００２７】
充放電回路２が二次電池１００からの放電を開始した場合、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に印加されている電圧に関わらず、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３が有するボディダイオードを介して二次電池１００の正極から第１入力端子２０１に放電電流が流れる。
【００２８】
また、この場合、第１インピーダンス素子２０９に電流が流れていないため、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３のゲート端子に印加される電圧が第２入力端子２０２の電位と等しくなるため、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３が導通状態となる。これにより、放電電流が二次電池１００の正極から第１入力端子２０１に更に流れるようになる。
【００２９】
また、第２回路２０７が備えるシャントレギュレータのカソードの電位は、第１回路２０６が備えるバイポーラトランジスタのエミッタ‐ベース間電圧及び電圧降下回路２０８の両端の電圧だけ第１入力端子２０１の電位よりも低い電位となる。特に、電圧降下回路２０８における電圧降下量を調整されているため、第２回路２０７が備えるシャントレギュレータのカソードの電位が上述した動作電圧未満となり、シャントレギュレータの動作が停止する。これにより、第２回路２０７の動作が停止する。
【００３０】
二次電池１００から流れ出す放電電流が増加すると、二次電池１００の正極と負極との間の電圧が減少するため、第２インピーダンス素子２１１を介して第２回路２０７に印加される電圧が動作電圧未満となり、第２回路２０７の動作が停止する。
【００３１】
以上、第一実施形態に係る充放電回路２について説明した。充放電回路２は、放電時に制御回路に印加される電圧を動作電圧未満の電圧まで降下させる。このため、充放電回路２は、放電時にも制御回路の動作を停止させていなかった従来の充放電回路と異なり、放電時に制御回路の動作を停止させることにより、二次電池１００が制御回路に電力を供給する必要が無いようにし、二次電池１００の電力を効率良く負荷に供給することができる。
【００３２】
また、充放電回路２は、二次電池１００に直列接続されている電流検出抵抗２０５と、一端が制御回路に接続され、他端が電流検出抵抗２０５の端子の一つ及び二次電池１００の負極に接続されているバイアス回路２１４とを備える。このため、充放電回路２は、バイアス回路２１４により電流検出抵抗２０５の抵抗値を抑制し、二次電池１００が供給する電力が電流検出抵抗２０５で消費されてしまうことを抑制し得る。したがって、充放電回路２は、二次電池１００の電力を効率良く負荷に供給することができる。
【００３３】
また、充放電回路２は、一端がＰ型ＭОＳＦＥＴ２０３のドレイン端子及び二次電池１００の正極に接続され、他端が第２回路２０７及びバイアス回路２１４に接続されている第２インピーダンス素子２１１を備える。したがって、充放電回路２は、充電時における二次電池１００の電圧を検出することができ、二次電池１００の電力を効率良く負荷に供給することができる。
【００３４】
［第二実施形態］
図２を参照しながら、第二実施形態に係る電池装置の構成の一例について充放電回路を中心に説明する。図２は、第二実施形態に係る充放電回路の一例を示す図である。図２に示すように、電池装置１２は、充放電回路３と、二次電池１００と備える。また、図２に示すように、充放電回路３は、第１入力端子３０１と、第２入力端子３０２と、Ｎ型ＭОＳＦＥＴ３０３と、抵抗３０４と、電流検出抵抗３０５と、第１回路３０６と、第２回路３０７と、電圧降下回路３０８と、第１インピーダンス素子３０９と、抵抗３１０と、第２インピーダンス素子３１１と、ダイオード３１２と、ダイオード３１３と、バイアス回路３１４とを備える。
【００３５】
充放電回路３のこれらの構成要素は、それぞれ図１に示した充放電回路２の第１入力端子２０１と、第２入力端子２０２と、Ｐ型ＭОＳＦＥＴ２０３と、抵抗２０４と、電流検出抵抗２０５と、第１回路２０６と、第２回路２０７と、電圧降下回路２０８と、第１インピーダンス素子２０９と、抵抗２１０と、第２インピーダンス素子２１１と、ダイオード２１２と、ダイオード２１３と、バイアス回路２１４とに相当する。そこで、第二実施形態の説明では、第一実施形態と同様の説明を省略し、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３６】
抵抗３０４は、一端がＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のドレイン端子に接続されており、他端が二次電池１００の負極に接続されている。電流検出抵抗３０５は、一端が二次電池１００の正極及びバイアス回路３１４の一端に接続されており、他端が第２入力端子３０２に接続されている。
【００３７】
第１回路３０６は、第１入力端子３０１、Ｎ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子及び電圧降下回路３０８を構成しているダイオードのカソードと接続されている。例えば、第１回路３０６は、バイポーラトランジスタ及びこれを動作させるために使用される抵抗を含む。また、このバイポーラトランジスタは、例えば、エミッタ端子がＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のソース端子に接続されており、コレクタ端子がＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子に接続されており、ベース端子が電圧降下回路３０８に接続されている。
【００３８】
第２回路３０７は、電圧降下回路３０８を構成しているダイオードのアノード、第２入力端子３０２、抵抗３１０の一端、ダイオード３１２のアノード及びダイオード３１３のカソードと接続されている。例えば、第２回路３０７は、シャントレギュレータ及びこれを動作させるためのコンデンサを含む。このシャントレギュレータは、例えば、自身のカソードに印加される電圧を基準として動作する。第２回路３０７は、所定の動作電圧以下の電圧が印加されている場合、Ｎ型ＭОＳＦＥＴ３０３の動作を制御する。
【００３９】
電圧降下回路３０８は、カソードが第１回路３０６に接続されており、アノードが第２回路３０７に接続されているダイオードである。また、電圧降下回路３０８は、第２回路３０７に印加される電圧を第２回路３０７の動作電圧未満の電圧まで降下させる回路であり、例えば、図２に示すように、少なくとも一つのダイオードで構成される。具体的には、電圧降下回路３０８は、一つのダイオード又は直列接続された複数のダイオードである。電圧降下回路３０８が備える個々のダイオードの電圧降下量の合計は、二次電池１０の放電時において第２回路３０７に印加される電圧が第２回路３０７の動作電圧未満となるように決定されている。つまり、電圧降下回路３０８は、放電時に第２回路３０７に印加される電圧を第２回路３０７の動作電圧未満となる電圧まで降下させる機能を有している。この機能は、電圧降下回路３０８のアノードの電位が電圧降下回路３０８のカソードの電位よりも高くなることにより実現されている。
【００４０】
第１インピーダンス素子３０９は、一端が第１回路３０６及びＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子に接続されている。第１インピーダンス素子３０９は、制御回路の動作に関わらずＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３が放電電流を導通させるようＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子に電圧を印加する。すなわち、第１インピーダンス素子３０９は、第２回路３０７の動作に関わらずＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３が放電電流を導通させるようＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子に電圧を印加する。これにより、二次電池１００の放電時においては、電圧降下回路３０８により第２回路３０７に印加される電圧が第２回路３０７の動作電圧未満となるため、第２回路３０７の動作が停止する。第２回路３０７の動作が停止すると、第１インピーダンス素子３０９から第１回路３０６に電流が流れなくなるため、Ｎ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子の電位が第２入力端子３０２の電位と等しくなりＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のゲート端子とソース端子との間に電位差が発生する。したがって、Ｎ型ＭОＳＦＥＴ３０３は、放電電流を導通させるようになる。
【００４１】
抵抗３１０は、一端が第１入力端子３０１、Ｎ型ＭОＳＦＥＴ３０３のソース端子及び第１回路３０６に接続されており、他端が第２回路３０７、ダイオード３１２のアノード及びダイオード３１３のカソードに接続されている。抵抗３１０は、第１入力端子３０１の電位よりも所定の電位だけ高い電圧を第２回路３０７に入力する。
【００４２】
第２インピーダンス素子３１１は、一端が抵抗３０４を介してＮ型ＭОＳＦＥＴ３０３のドレイン端子に接続されており、二次電池１００の負極に接続されている。また、第２インピーダンス素子３１１は、他端がダイオード３１２を介して第２回路３０７に接続されており、ダイオード３１２及びダイオード３１３を介してバイアス回路３１４に接続されている。
【００４３】
ダイオード３１２は、カソードが第２インピーダンス素子３１１の一端に接続されており、アノードが第２回路３０７、抵抗３１０の一端及びダイオード３１３のカソードに接続されている。ダイオード３１３は、カソードが第２回路３０７、抵抗３１０の一端、ダイオード３１２のアノードに接続されており、アノードがバイアス回路３１４に接続されている。バイアス回路３１４は、一端がダイオード３１３を介して第２回路３０７に接続されており、他端が電流検出抵抗３０５の一端及び二次電池１００の正極に接続されている。
【００４４】
充放電回路３の充電時の動作は、第一実施形態に係る充放電回路２の充電時の動作と電流及び電圧の極性を反対にした場合と同様である。また、充放電回路３の放電時の動作は、第一実施形態に係る充放電回路２の放電時の動作と電流及び電圧の極性を反対にした場合と同様である。
【００４５】
以上、第二実施形態に係る充放電回路３について説明した。充放電回路３は、第一実施形態に係る充放電回路２と同様の効果を奏する。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、具体的な構成が上述した実施形態に限られるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１１，１２…電池装置、２，３…充放電回路、１００…二次電池、２０１，３０１…第１入力端子、２０２，３０２…第２入力端子、２０３…Ｐ型ＭОＳＦＥＴ、３０３…Ｎ型ＭОＳＦＥＴ、２０４，３０４…抵抗、２０５，３０５…電流検出抵抗、２０６，３０６…第１回路、２０７，３０７…第２回路、２０８，３０８…電圧降下回路、２０９，３０９…第１インピーダンス素子、２１０，３１０…抵抗、２１１，３１１…第２インピーダンス素子、２１２，３１２…ダイオード、２１３，３１３…ダイオード、２１４，３１４…バイアス回路
【図１】
2020099162.tif 000003
【図２】
2020099162.tif 000004