專利名稱：2次電池的充放電電路以及電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對例如鋰離子電池等2次電池進行充電或放電的2次電池的充 ;故電電^各以及封裝2次電池而構成的電池組。
背景技術：
例如，在便攜電話或一部分數(shù)字照相機等，可以在裝置中安裝著2次電池 的狀態(tài)下進行充電的系統(tǒng)中，如圖19所示， 一般在充放電電路5中具有雙向 調(diào)節(jié)器電路120，通過該雙向調(diào)節(jié)器電3各120調(diào)節(jié)充電時或;^丈電時的電流或電 壓。此外， 一般根據(jù)與電源裝置2或作為電力供給目標的電池使用設備(set device) 3連接的端子的切換狀態(tài)，進行雙向調(diào)節(jié)器電路120的充電動作和放 電動作的切換。即、根據(jù)端子連接切換電路110的切換狀態(tài)，在連接了電源裝 置2時，使雙向調(diào)節(jié)器電路120進行充電動作；在沒有連接電源裝置2時，使 雙向調(diào)節(jié)器電路120進行放電動作。
此外，作為與本發(fā)明相關聯(lián)的技術，公開了以下技術。例如，在專利文獻 1中公開了以下技術在由主電源和輔助電源(2次電池)提供電力的電源裝
的電力不足的系統(tǒng)起動時從輔助電源進行放電。
此外，在專利文獻2中公開了以下技術在連接了太陽能電池、蓄電池 (battery)以及負載的太陽光發(fā)電設備中，在蓄電池的前級連接雙向變換器， 根據(jù)放電指令和充電指令使雙向變換器進行充電動作和放電動作。
此外，在專利文獻3中公開了在充電時作為降壓型斷繼開關(chopper) 電路來進行蓄電池的充電，在放電時作為升壓型斷繼開關電路來進行蓄電池的 放電的雙向變換器。
專利文獻l:特開平6-245543號公報
專利文獻2:特開平5-055467號公報
專利文獻3:特開2003-304644號公報

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，以前就有在2次電池上連接雙向調(diào)節(jié)器，切換進行充電和來自
2次電池的放電的充》丈電電路。但是，在現(xiàn)有的充》丈電電路中，在有無電源連接的一切條件下進行切換，或者為了進行充電動作和放電動作的切換，需要來自外部的指令。
本發(fā)明者想到，若不根據(jù)來自外部的指令，而是根據(jù)各種狀況由充放電電路自發(fā)地進行充電動作和放電動作的恰當?shù)那袚Q，則可以將2次電池簡單地應用到有便利性的各種用途中。
該發(fā)明的目的是4I:供一種能夠結(jié)合各種狀況，自發(fā)地進行2次電池的充電動作和放電動作的恰當?shù)那袚Q的充放電電路。
本發(fā)明為了達成上述目的，做成以下構成 一種2次電池的充放電電路，
給，其具有雙向調(diào)節(jié)器，其在向2次電池側(cè)流動電流的充電方向和從2次電池向外部設備側(cè)流動電流的》丈電方向的雙方中，可以調(diào)節(jié)電流或者電壓；充力文電檢測電路，其檢測出在2次電池中流動的電流的流向；以及切換控制電路，其根據(jù)該充放電檢測電路的檢測結(jié)果，將所述雙向調(diào)節(jié)器的動作方向切換到所述充電方向或者所述放電方向。
根據(jù)這樣的手段，例如，在2次電池的充電率低的狀態(tài)下在電源端子上連接了 AC適配器等電源裝置時、在連接了電源裝置的狀態(tài)下外部設備的負載瞬時增大而產(chǎn)生電源供給的不足時、在電源裝置的連接斷開時等，產(chǎn)生電源的連接狀態(tài)或外部負載的變化，不能維持雙向調(diào)節(jié)器的之前的動作狀態(tài)的情況下，在2次電池中流動的電流的流向稍微變化。然后，能夠檢測出該變化來自發(fā)地切換此后的雙向調(diào)節(jié)器的動作狀態(tài)。此外，此時的電流的流向的變化，在需要充電時表示充電方向，在可進行放電時表示放電方向，根據(jù)此時的連接設備或者連接電源的狀態(tài)以及2次電池的充電率等表示恰當?shù)姆较颍蚨谠摍z測的雙向調(diào)節(jié)器的動作切換是對應于各種狀況的恰當?shù)那袚Q。
理想的是，所述充放電檢測電路具有在2次電池的充電電流和放電電流流動的電流路徑上串if關連接的一個或者多個場效應晶體管(FET1 、 FET2:圖2、圖5);為使該場效應晶體管的兩端電壓成為規(guī)定電壓而向柵極端子提供偏置電壓的單元(Bl、 B2:圖2，或者ll、 15:圖5);以及比4交所述場效應晶體管的兩端電壓的比較電路(Compl、 Comp2:圖2、或者21:圖5 )。
根據(jù)這樣的結(jié)構，充放電4全測電路在充電時或放電時流過4交大電流時成為小的電阻，能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗，即使在切換電流方向時成為小的電流值，也可以準確地4全測出其流向的變化。
而且，理想的是，所述雙向調(diào)節(jié)器具有在2次電池的充電電流和放電電流的電流路徑上串聯(lián)連接，并進行輸出調(diào)節(jié)的多個場效應晶體管(FET1、 FET2:圖2、圖5),所述充放電檢測電路比較該雙向調(diào)節(jié)器的多個場效應晶體管的兩端電壓，；險測出電流的流向。
通過這樣的結(jié)構，能夠通過部件的兼用化來實現(xiàn)成本的降低或者損耗的降低。此外，通過雙向調(diào)節(jié)器的通常動作，導通了場效應晶體管時，可以成為與向該場效應晶體管提供了上述用于檢測電流方向的柵偏壓的狀態(tài)相同的狀態(tài)，因而根據(jù)此時的晶體管的兩端電壓，也可以準確地檢測出電流的流向的變化。
而且，理想的是，具有進行電源電壓的檢測的電源電壓檢測電路(40:圖7),僅在電源電壓低于所述2次電池的滿充電電壓時，輸入電源電壓，可以進4亍2次電池的充電。
具體地說，具有可切斷電源電壓的輸入的第1開關元件(FET5:圖8);以及在電源電壓高于所述2次電池的滿充電電壓時，關斷所述第l開關元件，切斷電源電壓的輸入的單元。
此外，具體地說，所述雙向調(diào)節(jié)器^:構成為可進行升壓動作，在2次電池充電時，當充電電壓接近電源電壓時，所述雙向調(diào)節(jié)器開始升壓動作，向2次電池提供充電電流。
通過這樣的結(jié)構，即使成為由于元件損壞等而將電源電壓直接施加到2次電池的狀況，由于電源電壓在滿充電電壓以下，因而也可以在2次電池中不產(chǎn)生過充電，確保高安全性。此外，通過充電時的升壓動作，即使電源電壓在滿充電電壓以下，也可以使2次電池滿充電。
而且，理想的是，所述雙向調(diào)節(jié)器(10:圖10)被構成為通過使晶體管進行開關動作來調(diào)節(jié)輸出的開關控制和使晶體管的導通電阻連續(xù)變化來調(diào)節(jié)輸出的線性控制，可進行降壓動作，還具有控制單元(51),其根據(jù)電源電壓以及/或者電池電壓，將所述雙向調(diào)節(jié)器的降壓動作時的控制方式切換到開關控制或者線性控制。
通過這樣的結(jié)構，通過在充電電壓稍微低于電源電壓的期間里進行線性控制，能夠減少充電時的損耗，實現(xiàn)充電效率的提高。
而且，理想的是，在從2次電池向外部設備的放電中，當電池電壓接近所述外部設備的最低動作電壓時，所述雙向調(diào)節(jié)器開始升壓動作，向外部設備提供電力。
以及停止該升壓動作的電池電壓的閾值中設置滯后(V13-V12:圖14)。
通過這樣的結(jié)構，即使沒有電源電壓的輸入，也充分地使用2次電池的電力，能夠長時間持續(xù)驅(qū)動外部設備。此外，通過上述的滯后，也可以避免在升壓動作的切換時，升壓動作的開始狀態(tài)和停止狀態(tài)抖動而成為不穩(wěn)定狀態(tài)。
而且，理想的是，具有異常檢測電路(71:圖15)，其檢測2次電池的過充電以及/或者過放電；以及控制電路(72),其根據(jù)所述異常檢測電路的檢測，切斷所述雙向調(diào)節(jié)器的輸入以及/或者輸出。
此外，理想的是，具有第2開關元件(FET6:圖16)，其可切斷對外部設備的輸出；輸出電壓檢測電路(81),其檢測輸出電壓；以及控制電路(82),其在輸出電壓超過了基準值時關斷所述第2開關元件。
此外，理想的是，還具有熔絲(93:圖17 )，其設在連接所述電源電壓和2次電池的電流^各徑上；電壓電流檢測電路(92)，其;f企測所述電源電壓以及輸入電流；以及與所述熔絲串聯(lián)連接的第3開關元件(FET3)，在所述電源電壓或者輸入電流超過限制值時，導通所述第3開關元件，切斷所述熔絲。通過這樣的保護手段，能夠?qū)鞣N異常時，保護2次電池或者外部設備。此外，為了達成上述目的，本發(fā)明為一種電池組，在內(nèi)置了2次電池的電池組中，將上述的2次電池的充放電電路設置在封裝內(nèi)，與2次電池一體化。通過做成這樣的結(jié)構，能夠?qū)?次電池簡單地應用到具有便利性的各種用途中。
另夕卜，在該發(fā)明內(nèi)容的說明中，將表示與實施方式的對應關系的附圖標記記載在括號內(nèi)，但本發(fā)明并不限于此。如以上所說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)各種狀況通過充放電電路自動地進行2次電池的充電動作和放電動作的恰當?shù)那袚Q，由此具有可以簡單地
將2次電池應用到^_利性高的各種用途中的效果。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的2次電池的充放電系統(tǒng)的概要的框
圖2是具體表示圖1的充放電檢測電路的部分的結(jié)構圖；圖3A是表示在圖2的充放電檢測電路中檢測出充電時的狀態(tài)的說明圖；圖3B是表示在圖2的充放電檢測電路中檢測出放電時的狀態(tài)的說明圖；圖4表示由一個晶體管構成圖1的充放電檢測電路的電流電壓轉(zhuǎn)換元件的一個電^各例；
圖5是表示第2實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖；圖6是說明圖5的雙向調(diào)節(jié)器電路的各功能的圖；圖7是表示第3實施方式的充放電系統(tǒng)的概略結(jié)構的框圖；圖8是圖7的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖9是表示第3實施方式的充放電系統(tǒng)的變形例的電路結(jié)構圖；圖IO是表示第4實施方式的充放電系統(tǒng)的概略結(jié)構的框圖；圖11是表示假設與充放電系統(tǒng)連接的3種電源裝置的輸出特性的特性曲線圖12是說明圖IO的充放電系統(tǒng)的充電時的動作的特性曲線圖；圖13是表示第5實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖；圖14是說明圖13的充放電系統(tǒng)的放電時的動作的特性曲線圖；圖15是表示第6實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖；圖16是表示第7實施方式的充放電系統(tǒng)的電5^結(jié)構圖；圖17是表示第8實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖；圖18表示本發(fā)明的電池組的實施方式的一例；圖19是表示現(xiàn)有的充放電系統(tǒng)的一例的框圖。符號說明
2電源裝置
93電池〗吏用i殳備 E2 2次電池 IO雙向調(diào)節(jié)器電路 11第1SW控制電路 15第2SW控制電路 20充放電檢測電路 21 ;險測電3各 30切換控制電^各 FET1 FET4晶體管 Bl， B2偏壓電路 Compl, Comp2比較器
40電源電壓檢測電路(高電壓的輸入切斷控制用) 41開關電路
50電源電壓;f企測電路(用于向線性動作的切換控制) 53電池電壓檢測電路(用于向線性動作的切換控制) 61電池電壓檢測電路(用于向升壓輸出的切換控制) 71電壓電流檢測電路(用于過充電 過放電的檢測) 72保護動作控制電路
81電壓檢測電路(用于過大電壓輸出的檢測)
FET6開關元件
82開關控制電路
92電壓電流;險測電路(用于異常輸入的檢測) 93熔絲
94保護動作控制電路 100電池組
具體實施例方式
以下根據(jù)

本發(fā)明的實施方式。 (第1實施方式)
圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的2次電池的充放電系統(tǒng)的概要的框
10圖，圖2是具體表示該充放電系統(tǒng)中的充放電檢測電路部分的電路結(jié)構圖。
第1實施方式的充放電系統(tǒng)是例如從AC適配器等電源裝置2輸入電源電 壓來對2次電池E2進行充電，或者從2次電池E2向例如便攜電話或數(shù)字照 相機等電池使用設備3提供電力的系統(tǒng)。在該充放電系統(tǒng)中，由除了電源裝置 2、電池4吏用設備3以及2次電池E2以外的部分構成充》文電電^各。
該充放電系統(tǒng)具有AC適配器等電源裝置2、例如鋰離子電池或鎳氫電 池等2次電池E2、輸入電源電壓向2次電池E2輸出充電電流或者才艮據(jù)2次電 池E2的電池電壓向電池使用設備3輸出電壓的雙向調(diào)節(jié)器電路10、檢測2次 電池E2的電流的流向即充電方向或放電方向的充》文電^r測電3各20、以及才艮據(jù)
放電動作的切換控制電路30等。
雙向調(diào)節(jié)器電路io是通過晶體管的開關控制或者晶體管的導通電阻的控 制，來進行恒流輸出或者升壓.降壓輸出等輸出調(diào)節(jié)的電路。此外，通過切換 控制電路30的控制，可以切換執(zhí)行將電源裝置2側(cè)作為輸入來調(diào)節(jié)2次電池 E2側(cè)的輸出的充電動作、和將2次電池E2側(cè)作為輸入來調(diào)節(jié)電池使用設備3 側(cè)的輸出的放電動作。
例如圖2所示，充放電檢測電路20由在2次電池E2與電源端子t0之間 串聯(lián)連接的兩個晶體管FET1、 FET2、向這些晶體管FET1、 FET2的兩端提供 低電壓且產(chǎn)生大致恒定的電壓的柵偏壓的偏壓電路B1、 B2、通過比較該兩個 晶體管FET1、 FET2的兩端的電壓，進行表示電流方向的信號輸出的兩個比較 器Compl、 Comp2等構成。
兩個晶體管FET1、 FET2例如是P溝道型MOSFET,以體二極管相互反 向的方式分別連接。由此，在晶體管FET1、 FET2中的某一方中，在源-漏間 的通道中流過電流，在源-漏之間輸出被控制的電壓。
偏壓電路B1、 B2,在晶體管FET1、 FET2中流過的電流較大時，使其源 -漏間電阻變小，避免損耗增大；并在電流較小時，使源-漏間電阻變大，使源 -漏間的電壓上升到可檢測的電平。在源-漏極之間產(chǎn)生的電壓最好是例如 20mV 50mV等可檢測且較低的電壓。該電壓值并非必須是嚴格的恒壓，大 致成為上述電壓就可以。因此，例如也可以由在各個漏極端子上連接陽極、在柵極端子上連接陰極的齊納二極管等構成偏壓電路B1 、 B2。 然后，對上述結(jié)構的充放電系統(tǒng)的動作進行說明。
在圖3A和圖3B中表示說明了在檢測出充電和檢測出放電的各情況下的 充放電檢測電路的狀態(tài)的圖。
例如，在雙向調(diào)節(jié)器電路10進行放電動作，在2次電池E2的充電率降 低的狀態(tài)下連接了輸出容量大的電源裝置2時，有時在雙向調(diào)節(jié)器電路10中 電流逆流，只流過充電方向的電流。
在這樣的情況下，如圖3A所示，通過該充電方向的微小電流，在晶體管 FET1 、 FET2的兩端中在2次電池E2側(cè)產(chǎn)生可檢測的低電壓(例如30mV 100 mV以上)，通過比較器Compl檢測出該電壓后輸出充電檢測信號。
若輸出充電檢測信號，則切換控制電路30將雙向調(diào)節(jié)器電路10的動作狀 態(tài)從放電動作切換到充電動作，由此充放電系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到充電狀態(tài)。
此外，例如，在連接了電源裝置2的狀態(tài)下，雙向調(diào)節(jié)器電路10進行放 電動作，從2次電池E2向電池使用設備3提供電力的狀態(tài)下，2次電池E2的 充電率降低，成為不能繼續(xù)雙向調(diào)節(jié)器電路10的放電動作的狀態(tài)時，也存在 通過來自電源裝置2的電壓，雙向調(diào)節(jié)器電路10的電流逆流，只流過充電方 向的電流的情況。
在這種情況下，如上所述也檢測出充電方向的電流，進行從放電動作到充 電動作的切換。
另一方面，在雙向調(diào)節(jié)器電路IO進行充電動作來對2次電池E2進行充 電的狀態(tài)下，在電源裝置2被取下時，在雙向調(diào)節(jié)器電路10中不繼續(xù)進行充 電動作，只流過力t電方向的電流。
于是，如圖3B所示，通過該放電方向的微小電流，在晶體管FET1、 FET2 的兩端中，在負載3側(cè)產(chǎn)生可檢測的低電壓(例如30mV 100mV以上)，通過 比較器Comp2檢測出該電壓，輸出放電檢測信號。
當輸出放電檢測信號時，切換控制電路30將雙向調(diào)節(jié)器電路10的動作狀 態(tài)從充電動作切換到放電動作，由此充放電系統(tǒng)被轉(zhuǎn)移到放電狀態(tài)。
圖4表示在充放電檢測電路中由一個晶體管構成電流電壓轉(zhuǎn)換元件時的 一個電3各例。在圖2的充放電檢測電路20中，作為將電流轉(zhuǎn)換成電壓的元件，以體二
極管相互反向的方式連接兩個晶體管FET1， FET2而構成，^旦也可以如圖4 所示由一個晶體管FETO構成。在該電路例中設置了開關26和比較器25，該 開關26根據(jù)電流的流向來將晶體管FETO的背柵切換到源極或者漏極的兩個 端子，該比較器25根據(jù)晶體管FET0的兩端電壓切換開關26的連接。即使是 這樣的構成，也可以使用 一個晶體管FETO進行控制，以使放電電流或者充電 電流僅不流過體二極管，即使是微小電流也可以檢測出電流的流向的變化。
如上所述，根據(jù)第1實施方式的充放電系統(tǒng)，能夠通過充;^文電系統(tǒng)自發(fā)地 進行充電動作和放電動作的適當?shù)那袚Q，因而能夠?qū)?次電池容易應用到便利 性高的各種用途中。例如，對通過AC適配器驅(qū)動的電池使用設備，僅僅將該 充放電系統(tǒng)并聯(lián)連接到電源端子上，就能夠通過2次電池實現(xiàn)電池使用設備的 暫時的無線化。此外，例如通過經(jīng)由充放電電路將一個滿充電的2次電池連接 到其他空的2次電池上，可以使充電電流從一個2次電池流到另一個2次電池 來實現(xiàn)電荷的分配。此外，能夠簡單地應用到如在電源裝置2的額定電力中暫 時電力不足時自發(fā)地由2次電池提供電力來補充電力等各種用途中。 (第2實施方式)
在圖5中表示第2實施方式的充放電系統(tǒng)的結(jié)構圖，在圖6中表示該充放 電系統(tǒng)的雙向調(diào)節(jié)器電路的動作方法的說明圖。
第2實施方式的充放電系統(tǒng)，使充;^電^r測電^^的晶體管FET1、 FET2 兼用作雙向調(diào)節(jié)器電路的晶體管FET1、 FET2，其他結(jié)構與第1實施方式大致 相同。
該實施方式的雙向調(diào)節(jié)器電路由以下各部構成在電源裝置2與2次電池 E2之間依次串聯(lián)連接的第1晶體管FET1、電抗器L1、第2晶體管FET2;在 電抗器Ll的一方的端子與地之間連接的第3晶體管FET3;在電抗器Ll的另 一方的端子與地之間連接的第4晶體管FET4;進行第1和第3晶體管FET1、 FET3的驅(qū)動控制的第1SW控制電路11;以及進行第2和第4晶體管FET2、 FET4的驅(qū)動控制的第2SW控制電路15等。
如圖5所示，第1 ~第4晶體管FET1 ~ FET4可以應用P溝道型MOSFET 和N溝道型MOSFET等。
13如圖6所示，該雙向調(diào)節(jié)器電路通過第1晶體管FET1和第3晶體管FET3 的開關控制可以進行充電時的降壓動作和放電時的升壓動作。此外，通過第2 晶體管FET2和第4晶體管FET4的開關控制可以進行放電時的P爭壓動作和充 電時的升壓動作。
晶體管的控制方式可以應用脈沖寬度調(diào)制方式或頻率調(diào)制方式等開關控 制，或者如串聯(lián)(series)調(diào)節(jié)器或并聯(lián)(shunt)調(diào)節(jié)器那樣使晶體管的導通 電阻連續(xù)變化的線性控制等各種方式。
另外，雖未圖示，但在第1和第2SW控制電路11、 15中輸入表示2次電 池E2的電壓或電流的檢測電壓以及表示向電池使用設備3的輸出電壓的檢測 電壓，并根據(jù)這些來調(diào)節(jié)向2次電池E2的充電電流或充電電壓，或者調(diào)節(jié)向 電池使用設備3的輸出電壓。
該實施方式的充放電檢測電路，作為將電流轉(zhuǎn)換成電壓的元件，使用了雙 向調(diào)節(jié)器電路的第1晶體管FET1和第2晶體管FET2。并且，將它們的各個 兩端電壓輸入檢測電路21中來監(jiān)視電流的流向。
另外，在該實施方式的電路結(jié)構中，在第1和第2晶體管FET1、 FET2 的中間設有產(chǎn)生電動勢的電抗器Ll，因而構成為從兩個晶體管FET1、 FET2 各自的兩端輸入四個電壓來檢測電流的流向。如果是電抗器L1的連接位置不 同的雙向調(diào)節(jié)器電路，則可以省略中央側(cè)的兩個輸入，只輸入晶體管FET1、 FET2的兩端的兩個電壓來監(jiān)視電流的流向。
此外，在該實施方式中，可以如下地構成第1SW控制電路11或者第2SW 控制電路15:為了在第1晶體管FET1或第2晶體管FET2中不斷產(chǎn)生可以檢 測電流的流向的程度的低電壓，在第1晶體管FET1或第2晶體管FET2進行 導通動作時、而且電流少的情況下，驅(qū)動晶體管FET1、 FET2以使導通電阻稍 微變高。
或者，構成為以規(guī)定周期間歇性地進行基于檢測電路21的電流方向的監(jiān) 視，并且如圖5中以虛線所示，在進行電流方向的檢測的時刻從檢測電路21 向SW控制電路ll、 15輸出其通知信號，在已輸入了該通知信號時，從SW 控制電路ll、 15向晶體管FET1、 FET2提供在低壓恒壓下動作的柵偏壓。
通過成為這樣的構成，將雙向調(diào)節(jié)器電路的晶體管FET1、 FET2的兼用作充放電檢測電路的電流電壓轉(zhuǎn)換元件，能夠得到與第1實施方式相同的作用。 (第3實施方式)
圖7是表示第3實施方式的充放電系統(tǒng)的概略結(jié)構的框圖，圖8是該充放 電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖。另外，在圖8中省略了充放電檢測電路20和切換控制 電路30的結(jié)構。
在第3實施方式的充放電系統(tǒng)中，在第2實施方式的結(jié)構的基礎上，附加 了將所輸入的電源電壓限制到2次電池E2的滿充電電壓以下的結(jié)構。
即、在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，在連接了電源裝置2的電源端子與雙 向調(diào)節(jié)器電路10之間設有檢測電源電壓的電源電壓檢測電路40和在電源電壓 高于基準電壓時切斷電源電壓的輸入的開關電路41。
電源電壓檢測電路40例如可以由電阻分割電路等構成。
如圖8所示，開關電路41由在電源端子與雙向調(diào)節(jié)器電路10之間串聯(lián)連 接的開關晶體管FET5以及比較電源電壓檢測電路40的檢測電壓與基準電壓， 控制MOS晶體管FET5導通 關斷的控制電路41a構成。
使開關電路41斷開的基準電壓，可以設定成2次電池E2的滿充電電壓 (例如4.2V)或者比該電壓稍低的電壓(例如3.8V ~ 4.2V )。
由于電源電壓在滿充電電壓以下，因而雙向調(diào)節(jié)器電3各10構成為在充電 電壓在電源電壓以上時，通過進行伴隨升壓動作的輸出控制來將2次電池E2 充電到滿充電為止。
根據(jù)該實施方式的充放電系統(tǒng)，由于能夠?qū)㈦娫措妷旱妮斎胂拗频?次電 池E2的滿充電電壓以下，因此即使是因電路故障等產(chǎn)生電源電壓直接施加到 2次電池E2的狀況，也能夠防止2次電池E2過充電，確保高安全性。
在圖9中表示第3實施方式的充放電系統(tǒng)的變形例。
另外，如圖9所示，切斷電源電壓的輸入的開關元件也可以兼用雙向調(diào)節(jié) 器電路的第1晶體管FET1。 (第4實施方式)
圖IO是表示第4實施方式的充放電系統(tǒng)的概略結(jié)構的框圖，圖11是表示 作為所連接的電源裝置而設想的三種電源裝置的輸出特性的特性曲線圖。
第4實施方式的充放電系統(tǒng)，在第2實施方式的結(jié)構的基礎上，附力。了根據(jù)電源電壓或充電電壓，將充電時的雙向調(diào)節(jié)器電路10的動作才莫式適當切換 到開關控制模式和線性控制模式的功能。另外，在本實施方式中，關于充放電 檢測電路或其作用結(jié)構，省略了圖示或說明，但也與第2實施方式相同地具有 這些結(jié)構。
為了實現(xiàn)上述功能，該實施方式的充放電系統(tǒng)在電源電壓的輸入端具有檢
測電壓的電源電壓檢測電路50。并且，構成為將該檢測電壓輸入到切換控制 電路51中，通過切換控制電路51來切換降壓充電時的雙向調(diào)節(jié)器電路10的 動作模式。
在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，假設如圖11所示，作為電源電壓來輸入 比2次電池E2的滿充電電壓低的電壓VI、比滿充電電壓高的電壓V2、高得 多的電壓V3等多個大小的電源電壓。
雙向調(diào)節(jié)器電路IO構成為在充電時的降壓動作時，可以是使晶體管進行 開關動作，來調(diào)節(jié)充電電壓的開關控制模式；與如串聯(lián)調(diào)節(jié)器那樣使晶體管的 導通電阻連續(xù)變化來調(diào)節(jié)充電電壓的線性控制模式。
在圖12中表示說明該充放電系統(tǒng)的充電時的動作的特性曲線圖。
在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，在充電率低且充電電壓也低的期間Dl中， 由于電源電壓和充電電壓的電壓差大，因而不管電源電壓的大小，雙向調(diào)節(jié)器 電路10進行開關動作來對2次電池E2進行充電。
一方面，在充電率從中等程度變高的期間D2中，由于電源電壓與充電電 壓的差變小，因而根據(jù)電源電壓的大小切換雙向調(diào)節(jié)器電路的動作模式。即， 當電源電壓為比滿充電電壓稍高的電壓V2時，將雙向調(diào)節(jié)器電路10的動作 切換到線性控制模式，通過例如串聯(lián)調(diào)節(jié)器的動作等降低電源電壓，來對2 次電池E2進4亍充電。
另一方面，當電源電壓為比滿充電電壓低的電壓VI時，需要進行升壓動 作，因而不用線性控制模式而使用開關控制模式來對2次電池E2進行充電。 而且，當電源電壓為比滿充電電壓高得多的電壓V3時，由于與充電電壓的電 壓差不變小，因而不用線性模式，而是維持開關控制模式對2次電池E2進行 充電。
像這樣當電源電壓比充電電壓稍微高時，通過將雙向調(diào)節(jié)器電路10設成線性控制模式，能夠使雙向調(diào)節(jié)器電路10中的損耗比維持開關控制模式時小， 由此能夠?qū)崿F(xiàn)充電效率的提高。
另外，如在圖10中虛線所示，在2次電池E2的前級設置檢測充電電壓 的電池電壓檢測電路53 ，將該檢測電壓輸入到切換控制電路51中，并且在切 換控制電路51中比4支電源電壓和充電電壓，在電源電壓比充電電壓稍高(例 如+ 0.1V 0.4V)的期間，將雙向調(diào)節(jié)器電路10的控制從開關控制模式切換 到線性控制模式，通過串聯(lián)調(diào)節(jié)器的動作來降低電源電壓后對2次電池E2進 行充電。根據(jù)這樣的控制，也可以實現(xiàn)充電時的效率的提高。 (第5實施方式)
在圖13中表示第5實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖，在圖14中表示 說明該充放電系統(tǒng)的放電時的動作的特性曲線。
第5實施方式的充放電系統(tǒng)在第2實施方式的結(jié)構的J^出上，附加了在2 次電池E2的放電時，在電池電壓接近電池使用設備3的最低動作電壓時，使 雙向調(diào)節(jié)器電路10進行升壓動作的功能。另外，在本實施方式中，關于充放 電檢測電路或其作用結(jié)構，省略了圖示或者說明，但與第2實施方式相同地具 有這些結(jié)構。
在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)上述功能，在2次電池E2的前 級設有檢測電池電壓的電池電壓檢測電路61。并且，向切換控制電路30輸入 該檢測電壓，放電時電池電壓低于一定值時，通過開關控制來使雙向調(diào)節(jié)器電 路進行升壓動作。
如圖M所示，將開始進行升壓動作的電池電壓設定成比電池使用設備3 的最低動作電壓Vll稍高的第1閾值電壓V12。此外，在開始了放電時的升 壓動作時，即使途中對2次電池E2進行充電，電池電壓稍微上升，若在下一 個放電動作時不超過比第1閾值電壓V12稍高的第2閾值電壓V13，則繼續(xù) 升壓動作。
這樣，通過在停止升壓動作的閾值電壓V13與開始升壓動作的閾值電壓 Vll之間設定了一些電位差，能夠防止切換升壓動作的開始和停止時動作抖動 而使動作變得不穩(wěn)定。
此外，當不轉(zhuǎn)移到充電動作而繼續(xù)進行放電，電池電壓到達最低電池電壓
17V14時，為了防止2次電池E2的過放電，停止升壓動作，停止對電池使用設 備3提供電力。
根據(jù)該實施方式的充放電系統(tǒng)，即使2次電池E2的電池電壓成為電池使 用設備3的最低動作電壓以下，也能夠繼續(xù)提供電力直到放完2次電池E2的 電力為止，因而有助于延長基于2次電池E2的電池使用設備3的可使用時間。 (第6實施方式)
在圖15中表示第6實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖。
第6實施方式的充放電系統(tǒng)，在第2實施方式的結(jié)構的基礎上，附加了防 止2次電池E2的過充電或者過放電的保護功能。在本實施方式中，關于充放 電檢測電路或進行充電和放電的切換的切換控制電路也省略了圖示或者說明， 但與第2實施方式相同地也具有這些結(jié)構。
為了實現(xiàn)上述保護功能，在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，在2次電池E2 的前級設有檢測電池電壓或充放電電流的電壓電流檢測電路71;以及在從 該電壓電流檢測電路71輸出了過充電或過放電的檢測信號時，從電池使用設 備3或電源裝置2切斷2次電池E2的連接的保護用控制電路72。
保護用控制電路72例如通過在雙向調(diào)節(jié)器電路的構成元件中，強制關斷 在電源裝置2與2次電池E2之間串聯(lián)連接的晶體管FET1、 FET2中的某一個 來進行2次電池E2的切斷。例如，在過充電時關斷晶體管FET1,在過放電 時關斷晶體管FET2，防止充電或過放電。
另外，也可以設置切斷2次電池E2的充電電流或者放電電流的專用開關 元件，關斷該開關元件。
此外，如圖15中虛線所示，保護用控制電路72可以不向晶體管FET1、 FET2的柵極端子直接輸出關斷的驅(qū)動信號來關斷晶體管FET1、 FET2，而是 經(jīng)由第1和第2SW控制電路11、 15關斷晶體管FET1、 FET2。
通過這樣的結(jié)構，能夠防止2次電池E2的過充電或者過放電，做成安全 性高的充》文電系統(tǒng)。 (第7實施方式)
在圖16中表示第7實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖。
第7實施方式的充放電系統(tǒng)在第2實施方式的結(jié)構的基礎上，附加了當向電池使用設備3的輸出電壓超過最大額定電壓時停止電壓輸出的保護功能。在
控制電路也省略了的圖示或者說明，但與第2實施方式相同地也具有這些結(jié) 構。
為了實現(xiàn)上述的保護功能，該實施方式的充放電系統(tǒng)具有在電源端子或
雙向調(diào)節(jié)器電路的節(jié)點Nl與電池使用設備3之間設置的開關元件FET6、檢 測輸出電壓的電壓檢測電路81、以及根據(jù)該檢測電壓導通 關斷控制開關元 件FET6的開關控制電路82。
通過成為這樣的結(jié)構，例如在連接了比電池使用設備3的最大額定電壓高 的電壓的電源裝置2時，或者由于雙向調(diào)節(jié)器電路的誤動作而輸出了高電壓 時，可以關斷開關元件FET6來保護電池使用設備3 。 (第8實施方式)
圖17中表示第8實施方式的充放電系統(tǒng)的電路結(jié)構圖。
第8實施方式的充》文電系統(tǒng)在第2實施方式的結(jié)構的基礎上，附加了在乂人 電源端子輸入了異常的高電壓時切斷熔絲93，完全切斷對2次電池E2的輸入 的第2保護功能。在本實施方式中，關于充放電檢測電路或者進行充電動作和 放電動作的切換的切換控制電路也省略了圖示或者說明，但與第2實施方式相 同地也具有這些結(jié)構。
為了實現(xiàn)上述的第2保護功能，該實施方式的充放電系統(tǒng)具有在電源端 子與雙向調(diào)節(jié)器電路之間串聯(lián)連接的熔絲93、檢測輸入電壓以及輸入電流的 電壓電流檢測電路92、以及可以控制雙向調(diào)節(jié)器電路的晶體管FET1、 FET3、 FET2來切斷熔絲93的保護用控制電路94。
在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，首先，通過雙向調(diào)節(jié)器電路的通常的保護 功能(第1保護功能)，在輸入了過大電壓時，關斷晶體管FET1來切斷輸入 的保護動作起作用。但是，在輸入了更大的異常電壓時，即使進行該保護動作， 有時也成為例如晶體管FET1被損壞等不可控制的狀態(tài)，通過晶體管FET1輸 入異常電壓或異常電 流o
在該實施方式的充放電系統(tǒng)中，在這種情況下，基于熔絲93的切斷的第 2保護功能起作用。
19因此，在第2保護功能中使用的電壓電流檢測電路92,檢、測在第1保護 功能中被關斷的晶體管后級的電位點N2的電壓。
熔絲93可以使用在超過了限制電流時被切斷的通常的熔絲、或者具有電 阻成分，在超過了規(guī)定的輸入功率時被切斷的電阻熔絲等。
保護用控制電路94,在通過電壓電流檢測電路92檢測出超過限制電壓或 者限制電流的輸入時，輸出強制性地導通在晶體管FET1與地之間連接的晶體 管FET3的信號。由此，過大電流流過無法控制而成為通電狀態(tài)的晶體管FET1 和被導通的晶體管FET3，能夠切斷熔絲93。
同時，保護用控制電路94輸出強制性地關斷與2次電池E2串聯(lián)連接的 晶體管FET2的信號。由此，避免2次電池E2的放電電流流過為了切斷熔絲 93而導通的晶體管FET3，能夠防止2次電池E2的過放電。
如上所述，根據(jù)該實施方式的充放電系統(tǒng)，能夠在輸入異常的過大電流時， 不在2次電池E2中流過過大電流，切斷熔絲93來切斷過大電壓的輸入，因 而能夠?qū)崿F(xiàn)確保更高的安全性。
另外，在該實施方式中，保護動作控制電路94直接控制雙向調(diào)節(jié)器電路 的晶體管FET2、 FET3來切斷熔絲93或者防止2次電池E2的過》文電，但也 可以如在圖17中以虛線所示，從保護動作控制電路94向第1和第2SW控制 電路ll、 15輸出信號，經(jīng)由第1和第2SW控制電路11、 15同樣地控制晶體 管FET2、 FET3。
此外，為了熔絲93的切斷或者防止此時的2次電池E2的^L電電流而使 用了雙向調(diào)節(jié)器電路的晶體管，但也可以設置專用的晶體管來進行這些處理。 (第9實施方式) 在圖18中表示本發(fā)明的電池組的實施方式的一例。
該實施方式的電池組100，在內(nèi)置2次電池E2的封裝(package)中內(nèi)置 了第1~第8實施方式的充放電用的電路。
在充放電電路中需要設置電抗器L1或者檢測電壓或電流的電阻，但這些 可以利用可進行表面安裝的程度的體積小的元件，因而可以幾乎不使封裝變大 地內(nèi)置充放電電路。此外，控制系統(tǒng)的電路或控制電流和電壓的晶體管等可以 集成設置在一個或兩個芯片的半導體上。輸入輸出端子101表示與電源裝置2連接的兩個端子和與電池使用設備3 連接的兩個端子，但若是能共用與電源裝置2和電池使用設備3連接的端子的 充放電電路，則可以共用這些端子而做成兩個端子。
根據(jù)這樣的電池組100,能夠構成具有根據(jù)與外部設備或者電源裝置的連 接狀態(tài)、以及2次電池E2的充電狀態(tài)，在適當?shù)臅r刻自發(fā)地切換充電動作和 放電動作的功能的蓄電池(battery),因而能夠?qū)⑿铍姵毓δ芎唵蔚貞玫礁?種用途中。
以上，根據(jù)實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于上述實施方式。例 如，在第3~第8實施方式中表示的附加功能，可以匯總其中的多個或者全部 功能，由一個充放電系統(tǒng)具有。此外，在實施方式中具體地表示的2次電池的 種類、電路結(jié)構或者動作內(nèi)容的細節(jié)等，可以在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進 行適當?shù)淖兏?br> 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
該發(fā)明可以利用于對例如鋰離子電池等2次電池進行充電或進行放電的2 次電池的充^t電電3各、以及封裝2次電池而構成的電池組。
權利要求
1. 一種2次電池的充放電電路，可以進行基于電源電壓的對2次電池的充電和從2次電池向外部設備的電力供給，其特征在于，具有雙向調(diào)節(jié)器，其在向2次電池側(cè)流動電流的充電方向和從2次電池向外部設備側(cè)流動電流的放電方向的雙方中可以調(diào)節(jié)電流或者電壓；充放電檢測電路，其檢測在2次電池中流動的電流的流向；以及切換控制電路，其根據(jù)該充放電檢測電路的檢測結(jié)果，將所述雙向調(diào)節(jié)器的動作方向切換到所述充電方向或者所述放電方向。
2. 根據(jù)權利要求1所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，所述充放電檢測電路具有在2次電池的充電電流和放電電流流動的電流路徑上串聯(lián)連接的一個或者多個場效應晶體管；為使該場效應晶體管的兩端電壓成為規(guī)定電壓而向柵極端子提供偏置電壓的單元；以及比較所述場效應晶體管的兩端電壓的比較電路。
3. 根據(jù)權利要求1所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，所述雙向調(diào)節(jié)器具有串聯(lián)連接在2次電池的充電電流和放電電流的電流路徑上，進行輸出調(diào)節(jié)的多個場效應晶體管，所述充放電檢測電路比較該雙向調(diào)節(jié)器的多個場效應晶體管的兩端電壓，才僉測出電流的流向。
4. 根據(jù)權利要求1 3中的任意一項所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，具有進行電源電壓的檢測的電源電壓檢測電路，僅在電源電壓低于所述2次電池的滿充電電壓時輸入電源電壓，可以進行2次電池的充電。
5. 根據(jù)權利要求4所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，具有可切斷電源電壓的輸入的第1開關元件；以及在電源電壓高于所述2次電池的滿充電電壓時關斷所述第1開關元件，切斷電源電壓的輸入的單元。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，所述雙向調(diào)節(jié)器被構成為可進行升壓動作，在2次電池充電時，當充電電壓接近電源電壓時，所述雙向調(diào)節(jié)器開始升壓動作，向2次電池提供充電電流。
7. 根據(jù)權利要求1 6中的任意一項所述的2次電池的充》欠電電路，其特征在于，所述雙向調(diào)節(jié)器被構成為，通過使晶體管進行開關動作來調(diào)節(jié)輸出的開關控制和使晶體管的導通電阻連續(xù)變化來調(diào)節(jié)輸出的線性控制可以進行降壓動作，具有控制單元，其根據(jù)電源電壓和/或電池電壓，將所述雙向調(diào)節(jié)器的降壓動作時的控制方式切換到開關控制或者線性控制。
8. 根據(jù)權利要求1~7中的任意一項所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，在從2次電池向外部設備的放電過程中，當電池電壓接近所述外部設備的最低動作電壓時，所述雙向調(diào)節(jié)器開始升壓動作，向外部設備進行電力供給。
9. 根據(jù)權利要求8所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，在開始所述雙向調(diào)節(jié)器的放電時的升壓動作的電池電壓的閾值以及停止該升壓動作的電池電壓的閾值中設置滯后。
10. 根據(jù)權利要求1 9中的任意一項所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，具有異常檢測電路，其檢測2次電池的過充電和/或過放電；以及控制電路，其根據(jù)所述異常檢測電路的檢測，切斷所述雙向調(diào)節(jié)器的輸入和/或輸出。
11. 根據(jù)權利要求1~10中的任意一項所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，具有可切斷對外部設備的輸出的第2開關元件；檢測輸出電壓的輸出電壓檢測電路；以及在輸出電壓超過了基準值時關斷所述第2開關元件的控制電路。
12. 根據(jù)權利要求1~11中的任意一項所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，具有:設置在連接所述電源電壓和2次電池的電流路徑上的熔絲；檢測所述電源電壓以及輸入電流的電壓電流檢測電路；以及與所述熔絲串聯(lián)連接的第3開關元件，在所述電源電壓或者輸入電流超過限制值時，導通所述第3開關元件，切斷所迷熔絲。
13. 根據(jù)權利要求12所述的2次電池的充放電電路，其特征在于，所述第3開關元件，兼用所述雙向調(diào)節(jié)器電路的輸出調(diào)節(jié)用的晶體管而構成。
14. 一種電池組，其特征在于，將2次電池和權利要求1 ~ 13中的任意一項所述的2次電池的充放電電路設置在封裝內(nèi)來進行了 一體化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種2次電池的充放電電路以及電池組，其能夠結(jié)合各種狀況，自發(fā)地進行2次電池的充電動作和放電動作的恰當?shù)那袚Q。2次電池的充放電電路可以進行基于電源電壓的向2次電池(E2)的充電和從2次電池向外部設備(3)提供電力。并且，具有在向2次電池(E2)側(cè)流動電流的充電方向和從2次電池(E2)向外部設備(3)側(cè)流動電流的放電方向的雙方中，可以調(diào)節(jié)輸出的雙向調(diào)節(jié)器(10)；檢測在2次電池(E2)中流動的電流的流向的充放電檢測電路(20)；以及根據(jù)充放電檢測電路(20)的檢測，切換雙向調(diào)節(jié)器(10)的動作方向的切換控制電路(30)。
文檔編號H02J7/00GK101467327SQ20078002202
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權日2006年6月15日
發(fā)明者寺田幸弘, 山崎和夫, 永井民次, 田中秀憲 申請人:三美電機株式會社