(57)【要約】【課題】テスト機能を兼有する充放電制御端子を備え、通常応用状態、充放電禁止状態及びテスト状態を切り替えることが可能な充放電制御回路及び充電式電源装置の提供。【解決手段】充放電制御用端子とテスト用ヒューズを用いて、該制御端子に入力された電圧のレベル「Ｌ」、「Ｈ」、「Ｍ」のいずれかを選択することによって、通常応用状態、充放電禁止状態とテスト状態のいずれかに切り替えを可能になる。前記テスト状態において、テスト用ヒューズの切る状況によって、二つのテスト用遅延時間短縮モードを実現する。【選択図】　　図１
2004119267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電圧または電流またはその双方を監視してスイッチ回路を制御する信号が出力される充放電制御端子と、
前記充放電制御端子に入力された充放電制御回路の状態を制御する信号を受けて、前記二次電池の充放電を制御する通常応用状態、または前記二次電池の充放電を強制的に禁止する充放電禁止状態、または前記充放電制御回路の特性を評価するテスト状態のいずれかに切り替える回路と、を有することを特徴とする充放電制御回路。
【請求項２】
遅延時間を発生する遅延回路を有し、
前記充放電制御端子に入力された信号により、前記通常応用状態になり、前記二次電池の状態を検出した後、前記遅延回路によって発生した遅延時間を経て、前記スイッチ回路をＯＦＦする信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
【請求項３】
前記充放電制御端子に入力された信号により、前記充放電禁止状態になり、前記充放電制御回路は前記スイッチ回路をＯＦＦさせることによって、前記二次電池の充放電禁止することを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
【請求項４】
前記充放電制御端子に入力された信号により、前記テスト状態になり、前記遅延回路を構成するオシレータの発振周波数を大きくする加速手段を有することを特徴とする請求項２に記載の充放電制御回路。
【請求項５】
ヒューズと、
前記テスト状態において、前記充放電制御回路の一部の遅延は前記内蔵式遅延回路のカウンタを通らない遅延時間モードと前記充放電制御回路の全ての遅延は前記内蔵式遅延回路のカウンタを通る遅延時間モードのいずれかに切り替える手段と、を有することを特徴とする充放電制御回路。
【請求項６】
外部電源端子に直列接続されたスイッチ回路および二次電池と、
前記スイッチ回路を制御するために前記二次電池に並列接続した充放電制御回路と、を有し、
前記充放電制御回路は、請求項１ないし５に記載の充放電制御回路を用いることを特徴とする充電式電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電制御用端子を有する充放電制御回路及び充電式電源装置に係り、特に前記充放電制御端子にテスト機能を合わせて持たせ、単一の外部端子で充放電制御機能とテスト機能を兼有する充放電制御回路及び充電式電源装置を提供することである。
【０００２】
充放電制御とテスト機能を有する二次電池保護回路、該保護回路を組み込む充電式電源装置のテスト時間を削減する量産技術に属する。
【０００３】
【従来の技術】
携帯電話、ＰＨＳに代表される携帯機器の普及に大きく貢献したリチウムイオン二次電池は小型、軽量、大容量が特徴であり、携帯機器の長時間駆動、軽量化を実現することに至った。しかし、二次電池は繰り返し充放電が行われるため、過充電、過放電の状態に至る確率が高くなる。過充電になると電池温度が上昇し、電解液の分解によるガス発生で電池内圧が上昇したり、金属Ｌｉが析出したりして発火や破裂の危険性がある。逆に過放電になった場合は電解液が分解して特性が劣化する。これらの状況に至るのを防止するために、保護回路をバッテリーパックに組み込んでいる。
【０００４】
二次電池と携帯機器本体の間の充放電経路に充放電制御スイッチ回路を設け、所定電圧以上に充電された場合、所定電圧以下に放電された場合及び過大電流で放電された場合を充放電制御回路で検出し、前記充放電制御スイッチをＯＦＦさせ、過充電、過放電、過電流状態を防ぐのは保護回路の基本技術となった。
【０００５】
バッテリーバックを携帯機器本体から外された場合及び携帯機器本体から充放電禁止制御が必要となる場合、充放電制御端子を設ける二次電池保護回路が数多くある。
【０００６】
リチウムイオン二次電池は内部インピーダンスが高いため、充放電電流によって電池電圧が見かけ上変って見える。充電電流が流れている間は、電池電圧が高く見える。放電電流が流れている間は電池電圧が低く見える。電池を効率よく使用するため、過充電、過放電検出遅延時間を設ける必要がある。またノイズによる誤解除を防ぐため、解除遅延時間を設ける必要がある。例えば、特許文献１には内部遅延回路によって、前記遅延時間を提供し、過充電、過放電の試験時間を短縮することが開示されている。その内部遅延回路は全ての遅延時間を提供するので、遅延時間を決定するための外付けコンデンサーを設ける必要がなくなり、保護回路の外付け部品点数を少なくすることができる。
【０００７】
しかし、内蔵式遅延回路を用いた充放電制御回路では、外部から遅延時間を変えにくい。該充放電制御回路の特性を評価するには、遅延時間の原因で多大なテスト時間がかかってしまう。過電流と過放電の検出遅延時間は、一般的に数ｍＳｅｃ〜百ｍＳｅｃ程度なので、テスト時間にはそれほど大きな影響はないが、過充電検出遅延時間は通常数Ｓｅｃ程度に設定されているため、テストには時間がかかる。従って、内蔵式遅延回路を用いた充放電制御回路には、遅延時間を短縮するテストモードを設ける必要がある。
【０００８】
特許文献１では、充電器接続端子に規定以上の電圧がかかった場合、内部制御回路の遅延時間を短くするテストモードに入る充放電制御回路および充電式電源装置を開示している。図３はその実施例を示している。過充電状態になると、過充電検出コンパレータ１１３は出力が高レベルとなり、内部制御回路１２０は内部遅延回路１２１に制御信号を出力する。内部遅延回路１２１はその出力電圧を入力信号として規定された遅延時間ｔ１の後、スイッチ回路の１０２を制御する信号を出力する。
【０００９】
過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ１以上に上がると電圧検出コンパレータ１１５の出力が高レベルになる。内部制御回路１２０は電圧検出コンパレータ１１５の出力が高レベルになると、内部遅延回路１２１の遅延時間が短くなる制御信号を出力する状態にし、その状態を保持する。過充電状態になると、過充電検出コンパレータ１１３は出力が高レベルとなり、内部制御回路１２０は内部遅延回路１２１に制御信号を出力する。内部遅延回路１２１はその出力電圧を入力信号として規定された遅延時間ｔ２の後、スイッチ回路の１０２を制御する信号を出力する。このため一度過電流検出端子が規定以上の電圧Ｖ１になると、遅延時間は短いままとなる。この後、過充電遅延時間が短い状態で過充電検出電圧の測定が可能である。
【００１０】
過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ２以下に下がると電圧検出コンパレータ１１４の出力が高レベルになる。内部制御回路１２０は電圧検出コンパレータ１１４の出力が高レベルになると、内部遅延回路１２１の遅延時間が短くなる制御信号を出力する状態を解除し、通常の遅延時間ｔ１とする。このため一度過電流検出端子が規定以下の電圧Ｖ２になるとテストモードを解除し通常の状態になる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２８３９３２号公報（第１−６頁、第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の発明では、過電流検出端子を利用して、内部遅延時間を短縮するのはコスト削減に対して有効であるが、独立の外部テスト用端子を設けて、テスト用遅延時間を制御する方式と比べると、不便である。特に客先における二次電池パック試験においてなおさら不便である。更に、過電流検出電圧が複数レベルを分けて制御することが必要となる場合、上記の技術では回路の構成は複雑になり、対応できなくなるという問題もある。
【００１３】
しかし、充放電制御端子を設けている二次電池保護回路に更にテスト用端子を独立に設けると、制御用ピンの数が増え、コスト増加することになる。
【００１４】
また、工場で過充電、過放電検出及び解除の設定電圧にトリミングするための初期測定を行う際に、精確な過充電検出電圧を測定する場合、入力電圧をステップさせる度に、数秒以上の待ち時間が必要となるため、仮に２５ステップで検出電圧を測定できるとして、待ち時間５秒とすると、過充電検出電圧の測定に要する時間は１２５秒となる。例え遅延時間を１／５０に短くするテストモードを有するとしても、１チップで２．５秒もかかる。これは量産を行うには時間がかかりすぎて、テストのコストには大きな問題となる。
【００１５】
すなわち、工場で行う遅延回路内蔵方式の二次電池充放電制御回路の初期測定には検出遅延時間をもっと短くする必要があるし、二次測定と客先評価には通常使用時の遅延時間と遅延時間を短縮するテストモードの両方とも必要である。このような制御機能を数少ない外部端子で実現することは課題である。
【００１６】
本発明は充放電制御用端子にテスト機能を合わせて持たせ、単一のピンで充放電制御機能とテスト機能を兼有することで、コスト削減することを狙う。さらに、上記充放電制御端子のテスト機能を用いて、充放電制御回路の検出遅延時間を制御し、複数のテスト時間短縮モードを設けることによって、コスト削減することを目的とした。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、次のような構成を有している。請求項１記載の発明は、外部電源端子に直列接続されたスイッチ回路と二次電池と、該スイッチ回路を制御するために該二次電池に並列接続した充放電制御回路とからなる充電式電源装置において、該充放電制御回路に充放電制御端子が設けられており、該制御端子に入力された電圧レベルによって、前記制御回路は前記二次電池の電圧または電流またはその双方を監視して、前記スイッチ回路を制御することによって、前記二次電池の充放電を制御する通常応用状態（以後、通常状態と呼ぶ）、または前記二次電池の充放電を強制的に禁止する充放電禁止状態（以後、充放電禁止状態と呼ぶ）、または前記制御回路の特性を評価するテスト状態（以後、テスト状態と呼ぶ）いずれかに切り替える手段を有することを特徴としている。
【００１８】
また、前記充放電制御回路にオシレータとカウンタで構成する内蔵式遅延回路は設けられており、前記充放電制御端子に入力された電圧のあるレベルによって、前記充放電制御回路は通常状態になる。この状態において、二次電池の過充電、過放電または過電流を検出した後、前記内蔵式遅延回路によって発生した遅延時間を経て、前記スイッチ回路をＯＦＦさせることを特徴としている。
【００１９】
また、前記充放電制御端子に入力された電圧のあるレベルによって、前記充放電制御回路は充放電禁止状態になる。この状態において、前記充放電制御回路は前記スイッチ回路をＯＦＦさせることによって、前記二次電池の充放電を強制的に禁止することを特徴としている。
【００２０】
また、前記充放電制御端子に入力された電圧のあるレベルによって、前記充放電制御回路はテスト状態になる。この状態において、前記内蔵式遅延回路を構成するオシレータの発振周波数を大きくする加速手段を有することを特徴としている。
【００２１】
また、前記充放電制御回路にテスト用ヒューズは設けられており、前記充放電制御端子に入力された電圧のあるレベルによって、前記充放電制御回路はテスト状態になる。この状態において、前記テスト用のヒューズの切る状況によって、前記充放電制御回路の一部の遅延は前記内蔵式遅延回路のカウンタを通らない遅延時間モード（以降、遅延時間モード１と呼ぶ）と前記充放電制御回路の全ての遅延は前記内蔵式遅延回路のカウンタを通る遅延時間モード（以降、遅延時間モード２と呼ぶ）いずれかに切り替える手段を有することを特徴としている。
【００２２】
工場で過充電、過放電検出及び解除の設定電圧にトリミングするための初期測定を行う際に、前記充放電制御端子にあるレベルの電圧を入力することによって、前記充放電制御回路はテスト状態にし、前記テスト用ヒューズを切らないようにする。これによって、遅延時間モード１になる。この状態において、前記内蔵式遅延回路を構成するオシレータの発振周波数を大きくになり、なおかつ、過充電と過放電の検出遅延がカウンタを通らないから、直接オシレータの発振周期になる。精確な過充電、過放電検出電圧を測定するために、入力電圧をステップさせるとしても、待ち時間が大幅に短くなるため、テスト時間を大幅に短縮した。遅延時間モード１において、他の遅延時間（過電流検出遅延と全ての解除遅延）はカウンタを通るが、オシレータの加速によって全部短縮した遅延となる。
【００２３】
二次テストと客先評価する場合、前記充放電制御端子にあるレベルの電圧を入力することによって、前記充放電制御回路はテスト状態にし、前記テスト用ヒューズを切るようにする。これによって、遅延時間モード２になる。この状態において、前記内蔵式遅延回路を構成するオシレータの発振周波数が大きくになる。過充電、過放電遅延時間を含めて、全ての遅延はカウンタを通るが、オシレータの加速によって短縮された。遅延時間モード２において、過充電、過放電、過電流検出電圧値を測定するテスト時間を短くになることができるだけではなく、各遅延時間の評価もできる。
【００２４】
一方、前記充放電制御端子にあるレベルの電圧を入力すると、前記充放電制御回路は通常状態にすることができる。これによって、前記内蔵式遅延回路を構成するオシレータの発振周波数を通常発振周波数になる。この状態では、前記テスト用ヒューズを切るか、切らないかに関わらず、過充電、過放電検出遅延時間を含めて、全ての検出遅延と解除遅延はカウンタを通して、制御回路に送られるため、通常応用時の遅延時間となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態は図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を説明するための図である。同図において、１０１は過充電、過放電、過電流検出回路を表している。１０２は発振器回路であり、クロック周期はＴｃｌｋである。１０３はカウンタである。１０４は充放電制御部を表している。該制御部は前記１０１の過充電、過放電、過電流検出回路から獲得した電池状態及び充放電電流等の情報に基づいて、充電制御用出力端子ＣＯＰ及び放電制御用出力端子ＤＯＰを通じて、二次電池と携帯機器本体の間の充放電経路に設置した充放電制御スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせることによって、電池を保護する機能を実現している。
【００２６】
図１の１０５は前記過充電過放電制御用端子ＣＴＬの入力電圧を検出する回路である。該検出回路によって、ＣＴＬ端子に入力された電圧のレベル「Ｈ」、「Ｌ」、「Ｍ」を検出して、ＣＴＬ端子電圧のレベルを表すＣＴＬｈとＣＴＬｍ信号を充放電制御部及び遅延回路に送る。図２ではＣＴＬ端子電圧とＣＴＬｈ、ＣＴＬｍ信号の関係を示している。ＣＴＬ端子電圧はＶｓｓ＋Ｖｗより小さいと、ＣＴＬｍとＣＴＬｈはともに“Ｌ”になる。この場合ＣＴＬ端子電圧は「Ｌ」レベルである。ＣＴＬ端子電圧はＶｓｓ＋Ｖｗより大きい、Ｖｄｄ−Ｖｗより小さいと、ＣＴＬｍは“Ｈ”になり、ＣＴＬｈは“Ｌ”になる。この場合ＣＴＬ端子電圧は「Ｍ」レベルである。ＣＴＬ端子電圧はＶｄｄ−Ｖｗより大きいと、ＣＴＬｍは“Ｌ”になり、ＣＴＬｈは“Ｈ”になる。この場合ＣＴＬ端子電圧は「Ｈ」レベルである。
【００２７】
図１で示しているように、ＣＴＬ端子電圧は「Ｈ」レベルであると、ＣＴＬｈ信号は“Ｈ”になる。これによって、充放電制御回路は充放電禁止状態になる。１０４の充放電制御部は充電制御用出力端子ＣＯＰと放電制御用出力端子ＤＯＰを通じて、外付けの充電制御用スイッチと放電制御用スイッチ両方をＯＦ　Ｆさせ、充放電禁止の状態になる。
【００２８】
ＣＴＬ端子電圧は「Ｌ」レベルであると、ＣＴＬｈとＣＴＬｍ信号はともに“Ｌ”になる。これによって、充放電制御回路は通常状態になる。この場合では、１０４の充放電制御部は１０１の過充電、過放電、過電流検出回路から獲得した電池状態及び充放電電流等の情報に基づいて、充電制御用出力端子ＣＯＰ及び放電制御用出力端子ＤＯＰを通じて、充放電制御スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせる。ＣＴＬｍ信号は“Ｌ”であるから、発振器を通常の発振周波数で発振するようにする。クロック周期はＴｃｌｋである。また、１０８のＮＡＮＤの出力は“Ｈ”になるから、過充電、過放電の検出遅延時間はカウンタからとった遅延時間になる。例えば、１０１の検出回路は電池の過充電状態と検出すると、発振器を発振させ、周期Ｔｃｌｋのクロックをカウンタに送る。過充電検出遅延時間はカウンタのｍ段のＱｍから取っているから、過充電検出遅延時間は
【００２９】
【式１】
2004119267.tif 000003
【００３０】
となる。この遅延時間が経てると、１０４の充放電制御部は充電制御用出力端子ＣＯＰを通じて、充電制御用スイッチをＯＦＦさせる。同じように、過放電検出遅延時間はカウンタのｎ段のＱｎから取っているから、過放電検出遅延時間は
【００３１】
【式２】
2004119267.tif 000004
【００３２】
となる。１０１の検出回路は電池の過放電状態と検出すると、過放電検出遅延時間が経てると、１０４の充放電制御部は放電制御用出力端子ＤＯＰを通じて、放電制御用スイッチをＯＦＦさせる。例えば、発振器の周期Ｔｃｌｋは３００ｕＳｅｃ、過充電検出遅延時間はカウンタの１５段のＱ１５から取り、過放電遅延時間はカウンタの１０段のＱ１０から取るとすると、式１と式２によって、過充電検出遅延時間Ｔｃは４．９Ｓｅｃ、過放電検出遅延時間Ｔｄは１５４ｍＳｅｃとなる。
【００３３】
ＣＴＬ端子電圧は「Ｍ」レベルであると、ＣＴＬｈ信号は“Ｌ”となり、ＣＴＬｍ信号は“Ｈ”になる。この場合では、１０４の充放電制御部は１０１の過充電、過放電、過電流検出回路から獲得した電池状態及び充放電電流等の情報に基づいて、充電制御用出力端子ＣＯＰ及び放電制御用出力端子ＤＯＰを通じて、充放電制御スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせる。しかし、ＣＴＬｍ信号は“Ｈ”であるから、発振器を加速の発振周波数で発振するようにする。発振器をＫ倍加速させると、クロック周期はＴｃｌｋ／Ｋである。また、１０８のＮＡＮＤの出力は１０６のＦｕｓｅ１の切る状態によって決められるから、過充電、過放電の検出遅延時間は１０２の発振器の出力から直接取るか、カウンタから取るかに切り替えることができる。
【００３４】
工場で過充電、過放電検出及び解除の設定電圧にトリミングするための初期測定する際に、テスト用の１０６のＦｕｓｅ１は切らない状態であるから、１０８のＮＡＮＤの出力は“Ｌ”になる。この場合、過充電、過放電の検出遅延時間は１０２の発振器の出力から直接取るから、過充電検出遅延時間
【００３５】
【式３】
2004119267.tif 000005
【００３６】
になる、過放電検出遅延時間
【００３７】
【式４】
2004119267.tif 000006
【００３８】
になる。また、過電流と全ての解除遅延時間はカウンタから取ることであるから、これらの遅延時間は発振器の加速によることだけである。これは前記遅延時間モード１である。例えば、発振器の周期Ｔｃｌｋは３００ｕＳｅｃ、発振器の加速倍数Ｋ＝５０とすると、式３と式４によって、過充電検出遅延時間Ｔｃと過放電検出遅延時間Ｔｄはともに６ｕＳｅｃとなる。前記の通常状態の過充電検出遅延時間は数秒がかかるに対して、ただ数マイクロ秒で済む。これによって、精確な過充電検出電圧値を測定する場合、テスト時間を大幅に節約することが可能になる。
【００３９】
二次テストと客先評価する場合、前記テスト用の１０６のＦｕｓｅ１を切る状態にするから、１０８のＮＡＮＤの出力は“Ｈ”になる。この場合、過充電、過放電の検出遅延時間は通常状態と同じようにカウンタからとった遅延時間になる。但し、この時ＣＴＬｍ　　信号は“Ｈ”であるから、発振器はＫ倍加速しているために、過充電検出遅延時間
【００４０】
【式５】
2004119267.tif 000007
【００４１】
となり、過放電遅延時間
【００４２】
【式６】
2004119267.tif 000008
【００４３】
となる。また、過電流遅延時間と全ての解除時間も発振器の加速によって短縮される。これは前記遅延時間モード２である。例えば、発振器の周期Ｔｃｌｋは３００ｕＳｅｃ、発振器の加速倍数Ｋ＝５０とすると、式５と式６によって、過充電検出遅延時間Ｔｃは９８ｍＳｅｃとなる、過放電遅延時間Ｔｄは３ｍＳｅｃとなる。これによって、過充電電圧値、過放電電圧値の測定に対して、遅延時間を短くすることが可能になるだけではなく、各遅延を評価することもできる。
【００４４】
図４では、充放電制御端子ＣＴＬの電圧レベル「Ｈ」、「Ｌ」、「Ｍ」によって、充放電禁止機能とテスト機能を制御する詳細をまとめている。それによって、テスト時間を短くすることを可能にするとともに長い遅延時間も保証し、かつ工場で行う初期測定時の遅延時間抜かすことを実現できる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明では、単一の充放電制御端子にテスト機能を合わせて持たせ、該制御端子に入力する３つの電圧レベルのいずれかを選択することによって、通常状態、充放電禁止状態とテスト状態のいずれかに切り替えが可能にした。更に、前記テスト状態において、前記テスト用のヒューズの切る状況によって、前記充放電制御回路及び充電式電源装置の検出遅延時間は遅延時間モード１と遅延時間モード２のいずれに切り替える手段を実現した。これによって、本発明で創出した充放電制御回路および充電式電源装置は少ない外部端子で充放電制御機能とテスト機能を実現し、テスト機能において、複数の遅延時間モードを設けることで、テスト時間の効率化を実現した。量産コストに大きく貢献する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】ＣＴＬ端子入力電圧によるＣＴＬｍとＣＴＬｈ信号を示す図である。
【図３】従来の充放電制御回路の実施例を示す図である。
【図４】ＣＴＬ端子制御の詳細を説明する表である。
【符号の説明】
１０１　過充電、過放電、過電流検出回路
１０２　発振器回路
１０３　カウンタ
１０４　充放電制御部
１０５　ＣＴＬ端子電圧検出回路
１０６　テスト用ヒューズ
１０７　プールダウン抵抗
１０８、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、ＮＡＮＤ
１０９、１１０　インバータ
【図１】
2004119267.tif 000009
【図２】
2004119267.tif 000010
【図３】
2004119267.tif 000011
【図４】
2004119267.tif 000012