JP2003079058A - 電池パック - Google Patents
電池パックInfo
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- JP2003079058A JP2003079058A JP2001266971A JP2001266971A JP2003079058A JP 2003079058 A JP2003079058 A JP 2003079058A JP 2001266971 A JP2001266971 A JP 2001266971A JP 2001266971 A JP2001266971 A JP 2001266971A JP 2003079058 A JP2003079058 A JP 2003079058A
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- Japan
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- current
- battery
- voltage
- battery pack
- fet
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電池パックの充放電制御用のスイッチとし
て、ハイサイド側にN型半導体FETに比べて約2倍の
オン抵抗であるP型半導体FETが多数個並列実装で用
いられており、プリント基板面積の増大や部品増加のた
めコストが上がるという課題があった。 【解決手段】 電池1と、電池1の電圧を検出する電圧
検出手段10と、電池電流を検出する電流検出手段9
と、電圧検出手段10及び電流検出手段9からの出力を
入力とする制御手段5と、充放電経路のハイサイド側に
位置して制御手段5からの出力を受け充放電電流の制御
を行うN型半導体であって負荷側からの充電電流を制御
する充電用FET2と電池側からの放電電流を制御する
放電用FET3のデバイスから構成されるスイッチング
手段とを備えることにより、小型・安価な電池パックを
提供できる。
て、ハイサイド側にN型半導体FETに比べて約2倍の
オン抵抗であるP型半導体FETが多数個並列実装で用
いられており、プリント基板面積の増大や部品増加のた
めコストが上がるという課題があった。 【解決手段】 電池1と、電池1の電圧を検出する電圧
検出手段10と、電池電流を検出する電流検出手段9
と、電圧検出手段10及び電流検出手段9からの出力を
入力とする制御手段5と、充放電経路のハイサイド側に
位置して制御手段5からの出力を受け充放電電流の制御
を行うN型半導体であって負荷側からの充電電流を制御
する充電用FET2と電池側からの放電電流を制御する
放電用FET3のデバイスから構成されるスイッチング
手段とを備えることにより、小型・安価な電池パックを
提供できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複数の二次電池を使
用した電池パックの充放電電流の制御に関するものであ
る。
用した電池パックの充放電電流の制御に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、ノートパソコン等の携帯用電子機
器の電源として、複数のリチウム二次電池を接続し、こ
れらを筐体内に収容した電池パックが広く用いられてい
る。
器の電源として、複数のリチウム二次電池を接続し、こ
れらを筐体内に収容した電池パックが広く用いられてい
る。
【0003】電池パックは充電状態においては過充電や
過電流による二次電池の劣化や危険を防止するために充
電用FETを有する。また放電状態においては過電流に
よる電流経路の焼損、過放電による二次電池の劣化を防
止するために放電用FETを有する。
過電流による二次電池の劣化や危険を防止するために充
電用FETを有する。また放電状態においては過電流に
よる電流経路の焼損、過放電による二次電池の劣化を防
止するために放電用FETを有する。
【0004】バッテリーマネージメントユニット(以
下、BMUとする)に於いては、負荷側であるコンピュ
ータ本体と電池パック間でデータをやり取りする必要が
あるため、通信を行うのが一般的である。通信はローサ
イド側を電池パック、コンピュータ本体と共通なグラン
ドして行うのが一般的である。N型半導体FETは一般
的にローサイド側に充放電スイッチとして用いるため、
これらがオフした時にローサイド側の電流の経路が断た
れてしまう。この状態では通信を行うことが出来ない。
下、BMUとする)に於いては、負荷側であるコンピュ
ータ本体と電池パック間でデータをやり取りする必要が
あるため、通信を行うのが一般的である。通信はローサ
イド側を電池パック、コンピュータ本体と共通なグラン
ドして行うのが一般的である。N型半導体FETは一般
的にローサイド側に充放電スイッチとして用いるため、
これらがオフした時にローサイド側の電流の経路が断た
れてしまう。この状態では通信を行うことが出来ない。
【0005】よってBMUにおいては、充放電スイッチ
の動作が通信に影響しない様にハイサイド側に配置され
るP型半導体FETを用いていた。
の動作が通信に影響しない様にハイサイド側に配置され
るP型半導体FETを用いていた。
【0006】以下、従来の電池パックについて、図面を
用いて説明する。図4は従来の電池パックの構成を示す
図である。
用いて説明する。図4は従来の電池パックの構成を示す
図である。
【0007】同図において、1は二次電池、11、12
は充電FET、13、14は放電FET、15は充電F
ET制御スイッチ、16は放電FET制御スイッチ、A
は負荷、5は制御手段(MPU)、8は出力接続検出
部、9は電流検出用抵抗91、増幅器92とからなる電
流検出手段、10は電池電圧検出手段である。
は充電FET、13、14は放電FET、15は充電F
ET制御スイッチ、16は放電FET制御スイッチ、A
は負荷、5は制御手段(MPU)、8は出力接続検出
部、9は電流検出用抵抗91、増幅器92とからなる電
流検出手段、10は電池電圧検出手段である。
【0008】MPU5は充放電電流、二次電池電圧、二
次電池温度等のモニターを行い、コンピュータ本体との
通信や充放電用FETの制御を行っている。充放電制御
はFETのピンチオフ電圧を超える電圧をゲートに印加
することにより行っている。
次電池温度等のモニターを行い、コンピュータ本体との
通信や充放電用FETの制御を行っている。充放電制御
はFETのピンチオフ電圧を超える電圧をゲートに印加
することにより行っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成におい
てFETの発熱量はオームの法則から電流の2乗にFE
Tのオン抵抗をかけた値に比例する。この値はコンピュ
ータ本体の動作電力の増加に比例して大きくなる。半導
体の接合部の温度上昇が制限値を超える事や機器の安全
性を確保する為、発熱量を低くするための手段としてF
ETを並列に多数個使用する方法を採用している。
てFETの発熱量はオームの法則から電流の2乗にFE
Tのオン抵抗をかけた値に比例する。この値はコンピュ
ータ本体の動作電力の増加に比例して大きくなる。半導
体の接合部の温度上昇が制限値を超える事や機器の安全
性を確保する為、発熱量を低くするための手段としてF
ETを並列に多数個使用する方法を採用している。
【0010】この方法では、N型半導体FETに比べて
約2倍のオン抵抗であるP型半導体FETを並列で多数
個実装するため、プリント基板面積の増大や部品増加の
ためコストが上がるという課題があった。
約2倍のオン抵抗であるP型半導体FETを並列で多数
個実装するため、プリント基板面積の増大や部品増加の
ためコストが上がるという課題があった。
【0011】本発明は上記課題を解決するものであり、
充放電電流制御を少ない部品で構成して小型化し、且つ
低コスト化を実現することを目的とするものである。
充放電電流制御を少ない部品で構成して小型化し、且つ
低コスト化を実現することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電池パックは、電池と、前記電池の電圧を検
出する電圧検出手段と、電池電流を検出する電流検出手
段と、前記電圧検出手段及び前記電流検出手段からの出
力を入力とする制御手段と、充放電経路のハイサイド側
に位置して前記制御手段からの出力を受け充放電電流の
制御を行うP型半導体FETの約2分の1のオン抵抗で
あるN型半導体FETであって負荷側からの充電電流を
制御する充電用FETと電池側からの放電電流を制御す
る放電用FETのデバイスから構成されるスイッチング
手段とを備えたことを特徴とするものである。
に本発明の電池パックは、電池と、前記電池の電圧を検
出する電圧検出手段と、電池電流を検出する電流検出手
段と、前記電圧検出手段及び前記電流検出手段からの出
力を入力とする制御手段と、充放電経路のハイサイド側
に位置して前記制御手段からの出力を受け充放電電流の
制御を行うP型半導体FETの約2分の1のオン抵抗で
あるN型半導体FETであって負荷側からの充電電流を
制御する充電用FETと電池側からの放電電流を制御す
る放電用FETのデバイスから構成されるスイッチング
手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0013】またN型半導体FETの制御に必要なゲー
ト電圧をチャージポンプにより昇圧することを特徴とす
るものである。このように、ゲート電圧をソース電圧よ
り高くすることで、N型半導体FETをハイサイド側に
配置出来る。これによりFETの発熱を大幅に下げるこ
とが可能となる。
ト電圧をチャージポンプにより昇圧することを特徴とす
るものである。このように、ゲート電圧をソース電圧よ
り高くすることで、N型半導体FETをハイサイド側に
配置出来る。これによりFETの発熱を大幅に下げるこ
とが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照にしながら説明する。
て図面を参照にしながら説明する。
【0015】図1は本発明の電池パックの回路図であ
る。図1において1は二次電池、2は充電FET、3は
放電FET、4はチャージポンプからなる昇圧手段、5
は制御手段(MPU)、6は充電FET制御スイッチ、
7は放電FET制御スイッチであり、充電FET2と放
電FET3と充電FET制御スイッチ6、放電FET制
御スイッチ7とによりスイッチング手段を構成してい
る。8は出力接続検出部、9は電流検出用抵抗91、増
幅器92からなる電流検出手段、10は電圧検出手段、
Aは負荷である。
る。図1において1は二次電池、2は充電FET、3は
放電FET、4はチャージポンプからなる昇圧手段、5
は制御手段(MPU)、6は充電FET制御スイッチ、
7は放電FET制御スイッチであり、充電FET2と放
電FET3と充電FET制御スイッチ6、放電FET制
御スイッチ7とによりスイッチング手段を構成してい
る。8は出力接続検出部、9は電流検出用抵抗91、増
幅器92からなる電流検出手段、10は電圧検出手段、
Aは負荷である。
【0016】4の昇圧手段はスイッチ41、42、4
3、44、インバータ45、コンデンサー46、47、
バッファ48からなる。
3、44、インバータ45、コンデンサー46、47、
バッファ48からなる。
【0017】MPUはメインクロックを分周した数十キ
ロヘルツ程度のクロックを出力する。このクロックのH
I、LOの論理変化に同期してスイッチ41、42、4
3、44が動作する。これらのスイッチは全て論理がH
Iの時、オン動作を行う。スイッチ41、42はφ出力
がHIの時にオンする。この時スイッチ43、44はイ
ンバータ45を通過しているので論理が反転しており、
オフの状態である。
ロヘルツ程度のクロックを出力する。このクロックのH
I、LOの論理変化に同期してスイッチ41、42、4
3、44が動作する。これらのスイッチは全て論理がH
Iの時、オン動作を行う。スイッチ41、42はφ出力
がHIの時にオンする。この時スイッチ43、44はイ
ンバータ45を通過しているので論理が反転しており、
オフの状態である。
【0018】この回路のVDD、GND間の電圧V1は
スイッチ41、42がオンすることによりコンデンサー
46に充電される。この動作によりコンデンサー46の
電圧はV1と同程度になる。
スイッチ41、42がオンすることによりコンデンサー
46に充電される。この動作によりコンデンサー46の
電圧はV1と同程度になる。
【0019】次にクロックが反転することによりスイッ
チ41、42はLOが入力されるためオフの状態にな
る。よってVDD、GND間の電圧V1によるコンデン
サー46への充電は停止する。また、スイッチ43、4
4の制御電圧はインバータ45を通過しているのでスイ
ッチ41、42と論理が反転しておりHIである。よっ
てスイッチ43、44はオン状態となる。
チ41、42はLOが入力されるためオフの状態にな
る。よってVDD、GND間の電圧V1によるコンデン
サー46への充電は停止する。また、スイッチ43、4
4の制御電圧はインバータ45を通過しているのでスイ
ッチ41、42と論理が反転しておりHIである。よっ
てスイッチ43、44はオン状態となる。
【0020】コンデンサー47はマイナス側をVDDと
接続している。コンデンサー46に蓄えられているV1
と同程度の電位である電荷がスイッチ43、44を流れ
コンデンサー47を充電する。
接続している。コンデンサー46に蓄えられているV1
と同程度の電位である電荷がスイッチ43、44を流れ
コンデンサー47を充電する。
【0021】この時、コンデンサー47のマイナス側の
電位はVDDである。このため電池パックのローサイド
側であるGNDから見た時、端子dでは電圧がV1+V
1となる。
電位はVDDである。このため電池パックのローサイド
側であるGNDから見た時、端子dでは電圧がV1+V
1となる。
【0022】図1において放電FET3と、充電FET
2、共にソースをそれぞれ負荷側、電池側に接続してい
る。N型半導体FETはゲート電圧をソース電圧に対し
てピンチオフ電圧以上高くした場合にオン動作が行われ
る。
2、共にソースをそれぞれ負荷側、電池側に接続してい
る。N型半導体FETはゲート電圧をソース電圧に対し
てピンチオフ電圧以上高くした場合にオン動作が行われ
る。
【0023】昇圧手段4によってN型半導体FETのゲ
ートにはソース電圧よりV1程高い電圧が得られる。よ
ってN型半導体FETの制御に必要なゲート電圧が得ら
れており充放電電流のオン、オフ動作が可能となる。
ートにはソース電圧よりV1程高い電圧が得られる。よ
ってN型半導体FETの制御に必要なゲート電圧が得ら
れており充放電電流のオン、オフ動作が可能となる。
【0024】図2にスイッチ41〜44の制御波形とG
NDに対するコンデンサー46、47の電圧波形を示し
ている。
NDに対するコンデンサー46、47の電圧波形を示し
ている。
【0025】次に昇圧手段4の動作状態ついて述べる。
電池パックを使用する環境において考えられるモードは
放電、充電、待機の3通りである。
電池パックを使用する環境において考えられるモードは
放電、充電、待機の3通りである。
【0026】放電、充電時に於いては、大電流が通過す
るため、昇圧手段4を動作させて充放電FETをオンす
る。しかし待機時には充放電経路に電流は流れないた
め、昇圧手段4を連続動作させると、電池の自己放電に
対して回路の消費電流が大きくなる問題が発生する。
るため、昇圧手段4を動作させて充放電FETをオンす
る。しかし待機時には充放電経路に電流は流れないた
め、昇圧手段4を連続動作させると、電池の自己放電に
対して回路の消費電流が大きくなる問題が発生する。
【0027】この解決手段を状態の変化を例にして記述
する。
する。
【0028】第1の状態変化として充放電時から待機時
に移行した場合を考える。
に移行した場合を考える。
【0029】図1で9は電流検出手段で91は電流検出
用抵抗、92は増幅器である。MPU5は常時、電流の
計測を行っている。充放電電流があるしきい値以下に一
定時間おかれるとMPUは充電が終了、あるいは負荷が
動作を停止したと判断し、φ出力を停止する。
用抵抗、92は増幅器である。MPU5は常時、電流の
計測を行っている。充放電電流があるしきい値以下に一
定時間おかれるとMPUは充電が終了、あるいは負荷が
動作を停止したと判断し、φ出力を停止する。
【0030】この動作により、昇圧手段4が停止し待機
時の消費電流を低くすることが出来る。
時の消費電流を低くすることが出来る。
【0031】第2の状態変化として待機時から充電時に
移行した場合を考える。
移行した場合を考える。
【0032】図1の8は出力接続検出部である。
【0033】出力接続検出部8は電池電圧であるV1を
2分の1に変換し高インピーダンスで、負荷側とA/D
3に接続している。
2分の1に変換し高インピーダンスで、負荷側とA/D
3に接続している。
【0034】待機時は充放電FETがオフ状態であるの
で、A/D3にはV1/2が入力されている。負荷側か
ら充電器が接続されると、出力接続検出部の電圧が上昇
しA/D3に入力される。MPUはA/D3の電圧変化
を検出することにより、φ出力を発生し、P1、P2を
オンする。
で、A/D3にはV1/2が入力されている。負荷側か
ら充電器が接続されると、出力接続検出部の電圧が上昇
しA/D3に入力される。MPUはA/D3の電圧変化
を検出することにより、φ出力を発生し、P1、P2を
オンする。
【0035】第3の状態変化として待機時から放電時に
移行した場合を考える。
移行した場合を考える。
【0036】待機時は充放電FETがオフ状態であるの
で、A/D3にはV1/2が入力されている。この状態
から負荷が接続されると、出力検出手段8は高インピー
ダンスで電圧を出力しているため、負荷の容量及び抵抗
成分に影響を受けて低下する。電圧があるしきい値以下
になると負荷が接続されたと判断し、φ出力を発生し、
P1、P2をオンする。
で、A/D3にはV1/2が入力されている。この状態
から負荷が接続されると、出力検出手段8は高インピー
ダンスで電圧を出力しているため、負荷の容量及び抵抗
成分に影響を受けて低下する。電圧があるしきい値以下
になると負荷が接続されたと判断し、φ出力を発生し、
P1、P2をオンする。
【0037】これら3通りの状態変化において、前記の
動作を行うことにより、待機時に昇圧手段4を停止出来
る。これにより回路の消費電流を大幅に抑えることが可
能である。
動作を行うことにより、待機時に昇圧手段4を停止出来
る。これにより回路の消費電流を大幅に抑えることが可
能である。
【0038】図3に各状態におけるMPUポートとFE
Tの状態を示す。
Tの状態を示す。
【0039】
【発明の効果】以上のように本発明の電池パックは、ス
イッチとして充放電用FETに同程度のサイズとコスト
であればP型半導体FETの約半分のオン抵抗であるN
型半導体FETを用いた構成にし、FETの制御に必要
なゲート電圧をチャージポンプにより電池電圧より高く
し、N型半導体FETをハイサイド側に配置することに
よって、低コスト且つ小型で構成出来るものである。充
放電電流に対してFETの発熱量を低くすることが出来
るため、熱ストレス等に対するディレーティングが大き
いことになり、電池パックの信頼性を大きく向上するこ
とが可能である。
イッチとして充放電用FETに同程度のサイズとコスト
であればP型半導体FETの約半分のオン抵抗であるN
型半導体FETを用いた構成にし、FETの制御に必要
なゲート電圧をチャージポンプにより電池電圧より高く
し、N型半導体FETをハイサイド側に配置することに
よって、低コスト且つ小型で構成出来るものである。充
放電電流に対してFETの発熱量を低くすることが出来
るため、熱ストレス等に対するディレーティングが大き
いことになり、電池パックの信頼性を大きく向上するこ
とが可能である。
【0040】また、電池パックの状態をモニターする事
により、負荷と非接続時等、待機時に昇圧手段を停止す
ることにより、制御手段、昇圧手段の消費電流を大幅に
低減し、電池パックの長時間使用を可能とすることがで
きる。
により、負荷と非接続時等、待機時に昇圧手段を停止す
ることにより、制御手段、昇圧手段の消費電流を大幅に
低減し、電池パックの長時間使用を可能とすることがで
きる。
【0041】また、基板単位面積に対して許容電流の大
きい電池パックを低コストで提供出来る。
きい電池パックを低コストで提供出来る。
【図1】本発明の電池パックを示すブロック図
【図2】コンデンサー46、47の電圧波形図
【図3】MPUとFETの状態遷移図
【図4】従来の電池パックを示すブロック図
1 二次電池
2 充電用FET
3 放電用FET
4 昇圧手段
41〜44 充電用スイッチ
45 インバーター
46、47 昇圧用コンデンサー
48 バッファ
5 制御手段(MPU)
6 充電用スイッチ
7 放電用スイッチ
8 出力接続検出部
9 電流検出手段
91 電流検出用抵抗
92 増幅器
10 電圧検出手段
A 負荷
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA01 CA11 CC02
DA07 DA13 FA04 GA01 GB03
GC05
5H030 AA01 AA09 AS11 BB01 BB21
DD05 DD08 FF42 FF43 FF44
5H040 AA03 AA40 AS11 AY04 DD08
DD26 GG09
Claims (3)
- 【請求項1】 電池と、前記電池の電圧を検出する電圧
検出手段と、電池電流を検出する電流検出手段と、前記
電圧検出手段及び前記電流検出手段からの出力を入力と
する制御手段と、充放電経路のハイサイド側に位置して
前記制御手段からの出力を受け充放電電流の制御を行う
N型半導体であって負荷側からの充電電流を制御する充
電用FETと電池側からの放電電流を制御する放電用F
ETのデバイスから構成されるスイッチング手段とを備
えたことを特徴とする電池パック。 - 【請求項2】 N型半導体の動作に必要なゲート電圧を
昇圧手段で発生することを特徴とする請求項1記載の電
池パック。 - 【請求項3】 電池パックが負荷と非接続時等の待機時
に制御回路の消費電力を抑える機能を持つことを特徴と
する請求項1または2いずれかに記載の電池パック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001266971A JP2003079058A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | 電池パック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001266971A JP2003079058A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | 電池パック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003079058A true JP2003079058A (ja) | 2003-03-14 |
Family
ID=19093170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001266971A Pending JP2003079058A (ja) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | 電池パック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003079058A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7202633B2 (en) | 2003-06-30 | 2007-04-10 | Sony Corporation | Driving circuit for field effect transistor |
| KR101076953B1 (ko) * | 2003-10-27 | 2011-10-26 | 소니 주식회사 | 전지팩 |
| WO2013018282A1 (ja) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | 三洋電機株式会社 | スイッチング装置、それを用いた太陽光発電システムおよび車両駆動システム |
| WO2013076877A1 (ja) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | 株式会社日立製作所 | 蓄電池システム |
| JP2021158752A (ja) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | エイブリック株式会社 | 充放電制御装置及びバッテリ装置 |
| JP2022535476A (ja) * | 2019-11-26 | 2022-08-09 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | Fet制御装置及び方法 |
-
2001
- 2001-09-04 JP JP2001266971A patent/JP2003079058A/ja active Pending
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