CN102282717A - 燃料仪电路以及电池组 - Google Patents

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Abstract

与保护电池(1)的充放电的保护电路(40)一起配置在基板(20)上，检测电池的余量的燃料仪电路，特征在于具有：电压监视端子(T1)，其设置在与基板的正的电源端子(21)相对的一边，与基板的正的电源端子(21)连接，并且与电路内部的电压传感器(31)连接；电压通过端子(T6)，其设置在与基板的正的电源端子(21)相对的一边相反侧的、与保护电路相对的一边，与保护电路的电压监视端子(T11)连接；以及配线(32)，其在电路内部在燃料仪电路的电压监视端子(T1)和电压通过端子(T11)间进行连接。

Description

燃料仪电路以及电池组
技术领域
本发明涉及燃料仪(fuel gauge)电路以及电池组，特别涉及检测电池的余量的燃料仪电路以及搭载了燃料仪电路的电池组。
背景技术
近年来，使用锂离子电池的电池组被搭载在数字摄像机等便携设备中。锂离子电池一般难以根据其电压检测电池余量。因此，采用如下方法：通过微型计算机等检测锂离子电池的充放电电流，对检测出的充放电电流进行累计，由此检测电池余量。
此时，锂离子电池在从便携设备拆除时也消耗电流，因此，对锂离子电池的充放电电流进行累计来检测电池余量的燃料仪IC(半导体集成电路)与具有稳压器功能的保护IC一起被搭载在印刷基板上，与锂离子电池一起被收纳在外壳中，由此作为电池组(battery packet)来提供。
图4是表示电池组的一例的外观的立体图，图5是表示现有的电池组的电路部的一例的平面图。在图4中，在矩形的锂离子电池1的上表面上固定了印刷基板2。如图5所示，检测电池余量的燃料仪IC3和具有稳压器功能的保护IC4被固定在印刷基板2的中央部。另外，在印刷基板2的端部设置了正负的电源端子5、6和通信端子7。
电源端子5、6经由印刷基板2的通孔与锂离子电池1的正负电极连接，该电源端子5、6与便携设备(未图示)的正负电源端子连接。另外，通信端子7与便携设备的通信端子连接，在燃料仪IC3和便携设备之间进行电池余量等信息的收发。
此外，在专利文献1中记载了设置有保护锂离子电池的保护电路和控制锂离子电池的充放电的充放电电路的电路模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-103219号公报
发明内容
发明要解决的课题
为了对燃料仪IC3以及保护IC4供给来自锂离子电池1的工作电流，印刷基板2的正负电源端子5、6经由通孔分别与燃料仪IC3以及保护IC4的正负电源端子连接。另外，在燃料仪IC3和保护IC4中需要设置用于监视锂离子电池1的电源电压(端子5的电压)的配线。
如图5所示，在现有的电池组中，为了在燃料仪IC3和保护IC4中监视电源电压，在印刷基板2上设置了配线8。通过该配线8将印刷基板2上的电源端子5、燃料仪IC3的电源电压监视用端子和保护IC4的电源电压监视用端子连接。
这样，通过在印刷基板2上设置沿X方向延伸的配线8，将电源端子5、燃料仪IC3的电源电压监视用端子和保护IC4的电源电压监视用端子连接，因此，在现有的电池组中，印刷基板2的宽度(Y方向的尺寸)增大。在对锂离子电池1进行薄型化(缩小Y方向尺寸)时，在现有的电池组中存在难以应对的问题。
本发明是鉴于上述问题而提出的发明，其目的在于提供可以缩小基板的尺寸、可以应对电池的薄型化的燃料仪电路以及电池组。
用于解决课题的手段
为了解决上述问题，本发明的燃料仪电路，与保护电池的充放电的保护电路一起配置在基板上，检测所述电池的余量，其特征在于，具有：电压监视端子，其设置在与所述基板的正的电源端子相对的一边，与所述基板的正的电源端子连接，并且与电路内部的电压传感器连接；电压通过端子，其设置在与所述基板的正的电源端子相对的一边相反侧的、与所述保护电路相对的一边，与所述保护电路的电压监视端子连接；以及配线，其在电路内部在所述燃料仪电路的电压监视端子和所述电压通过端子间进行连接。
发明效果
根据本发明的燃料仪电路以及电池组，可以缩小基板的尺寸，应对电池的薄形化。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的电池组的电路部的平面图。
图2是表示本发明的一个实施方式的燃料仪电路的结构的框图。
图3是表示本发明的一个实施方式的保护电路的结构的框图。
图4是表示电池组的一例的外观的立体图。
图5是表示现有的电池组的电路部的一例的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。
<电池组的电路部>
图1是表示本发明的一个实施方式的电池组的电路部的平面图。图1所示的印刷基板20被固定在图4所示的矩形的锂离子电池1的上表面上来使用。
如图1所示，检测电池余量的燃料仪IC30和具有稳压器功能的保护IC40被配置在印刷基板20的中央部，构成了COB(Chip On Board)结构的电路部。另外，在印刷基板20的端部设置了正负电源端子21、22和通信端子23。
电源端子21、22经由印刷基板20的通孔(TH)分别与锂离子电池1的正负电极连接，该电源端子21、22与便携设备的正负电源端子连接。另外，通信端子23与便携设备的通信端子连接。
在与电源端子21相对的燃料仪IC30的一边设置了端子TI～T5，在与保护IC40相对的、燃料仪IC30的相反侧的一边设置了端子T6～T10。端子T1是电压监视端子，端子T1经由电阻R11与印刷基板20的电源端子21连接。另外，端子T1在燃料仪IC30内与电压传感器31连接，并且通过配线(例如金属配线)32与端子T6连接。
端子T2是正的电源端子，经由印刷基板20的通孔25a、25b与保护IC40的端子T22连接，经由保护IC40向燃料仪IC30供给工作电流。
端子T3、T4是电流监视用端子，与燃料仪IC30内的电流传感器连接。端子T5是负的电源端子，经由印刷基板20的通孔25c、25d、25e与保护IC40的负的电源端子T16以及印刷基板20的电源端子22连接。
端子T6是电压通过端子，连接了配线32，并且例如通过接合线(bondingwire)等配线26a与互相相对的保护IC40的端子T11连接。端子T7、T8、T9分别是通信端子，例如通过接合线等配线26b、26c、26d与互相相对的保护IC40的相对的端子T12、T13、T14连接。燃料仪IC30和保护IC40使用配线26b、26c、26d相互进行信号通信。例如配线26b用于收发指示停止放电的信号，配线26c用于收发指示停止充电的信号，配线26b用于收发控制信号(使能enable)。
端子T10是便携设备间通信端子，与燃料仪IC30内的通信部33连接，并且例如通过接合线等配线26e与互相相对的保护IC40的相对的端子T15连接。
保护IC40在与燃料仪IC30相对的一边设置了端子T11～T16，在与其相反的一侧的与通信端子23相对的一边设置了端子T17～T22。端子T11是电压监视端子，通过配线26a与互相相对的燃料仪IC30的端子T6连接。
端子T12、T13、T14分别是通信端子，通过配线26b、26c、26d与互相相对的燃料仪IC30的相对的端子T7、T8、T9连接。
端子T15是便携设备间通信端子，通过配线26e与互相相对的燃料仪IC30的端子T10连接，并且与保护IC40内的电平移位电路(L/S)41连接。
电平移位电路41对来自燃料仪IC30的通信信号进行电平移位(降压)后，提供给作为便携设备间通信端子的端子T21。端子T21与印刷基板20的通信端子23连接。此外，在端子T21上设置了静电破坏防止用的保护元件。
端子T16是负的电源端子，经由印刷基板20的通孔25d、25e与印刷基板20的电源端子22连接。
端子T17是正的电源端子，经由印刷基板20的通孔25f、25g以及电阻R12(R11＞＞R12)与正的电源端子T21连接。另外，端子T17在保护IC40内与稳压器(REG)42连接。
端子T18是短路检测用端子，与图1中未示出的电阻(305)连接。端子T19、T20分别是放电控制用、充电控制用的控制端子，与图1中未示出的放电控制用、充电控制用的MOS晶体管(M11、M12)的栅极连接。
从稳压器42输出的稳定的电源电压，从作为正的电源端子的端子T22经由印刷基板20的通孔25b、25a被提供给燃料仪IC30的端子T2。
<燃料仪电路>
图2是表示本发明的一个实施方式的燃料仪电路的结构的框图。图2作为表示本实施方式的燃料仪IC的电路结构的图，未准确表示各构成部分彼此的位置关系。图2所示的燃料仪IC200相当于图1所示的燃料仪IC30。概略而言，燃料仪IC200由数字部210和模拟部250构成。
在数字部210内设置了：CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、中断控制部215、总线控制部216、通信部217、串行通信部218、计时器部219、上电复位部220、寄存器221、测试端口状态设定电路222、测试控制电路223、滤波器电路290。CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、中断控制部215、总线控制部216、通信部217、串行通信部218、计时器部219以及寄存器221通过内部总线相互连接。
CPU211执行在ROM212中存储的程序来对燃料仪IC200整体进行控制，执行累计电池的充放电电流来计算电池余量的处理等。此时，RAM213作为作业区域来使用。在EEPROM214中存储修整(trimming)信息等。
中断控制部215从燃料仪IC200的各部被提供中断请求，根据各中断请求的优先度来发生中断，并通知给CPU211。总线控制部216进行判别由哪个电路部优先使用内部总线的协调控制，以使各电路部间不产生竞争。
通信部217经由端口230、231、232与保护IC304之间进行通信。串行通信部218经由端口233与保护IC304连接，经由保护IC304与便携设备之间进行通信。
在图2中，保护IC304相当于图1的保护IC40，端口230、231、232分别相当于图1的端子T7、T8、T9，并且，串行通信部218、端口233分别相当于图1的通信部33、端子T10。
计时器部219对系统时钟进行计数，其计数值被CPU211参照。上电复位部220检测出提供给经由滤波器电路290连接的端口235的电源电压Vdd上升后，产生复位信号，提供给燃料仪IC200的各部。
向寄存器221转发来自EEPROM214的信息。测试端口状态设定电路222根据在寄存器221中保持的信息将测试端口237、238和测试控制电路223之间短路，并且将与测试端口237、238连接的测试控制电路223的输入设定为预定的电平。
测试控制电路223，当被提供测试端口237、238的输入时，根据该输入使内部电路的状态变化，燃料仪IC200的内部电路的测试成为可能。
在模拟部250内设置了：振荡电路251、晶体振荡电路252、选择控制电路253、分频器254、电压传感器255、温度传感器256、电流传感器257、多工器258、Δ-∑调制器259。
振荡电路251是具有PLL的振荡器，输出数MHz的频率的振荡信号。晶体振荡电路252在端口271、272上外接晶体振子来进行振荡，输出数MHz的频率的振荡信号。晶体振荡电路252的振荡频率相对于振荡电路251的振荡频率为高精度。
选择控制电路253根据从端口273供给的选择信号，选择振荡电路251和晶体振荡电路252的某一方输出的振荡频率信号，作为系统时钟来提供给燃料仪IC200的各部，同时提供给分频器254。另外，选择控制电路253生成了复位信号RST和控制信号CNT。然而，选择控制电路253，在未从端口273提供选择信号时，选择例如由振荡电路251输出的振荡频率信号。分频器254对系统时钟进行分频来生成各种时钟，提供给燃料仪IC200的各部。
电压传感器255检测在端口274上外接的电池301的电源电压，将模拟的检测电压提供给多工器258。温度传感器256检测燃料仪IC200的环境温度，将模拟的检测温度提供给多工器258。
在端口276、277上连接了电流检测用的电阻303的两端，电流传感器257根据端口276、277各自的电位差来检测流过电阻303的电流，将模拟的检测电流提供给多工器258。
在图2中，电压传感器255、端口274分别相当于图1的电压传感器31、端子T1，端口276、277分别相当于图1的端子T3、T4。
多工器258依次选择模拟的检测电压、模拟的检测温度、模拟的检测电流，提供给Δ-∑调制器259。Δ-∑调制器259通过对各检测值进行Δ-∑变换，经由内部总线将脉冲密度调制数据提供给CPU211。CPU211进行数字滤波处理，将检测电压、检测温度、检测电流分别进行数字化。另外，CPU211通过对电池的充放电电流进行累计，计算电池余量。此时，检测温度被用于温度补偿。
上述的燃料仪IC200与电池301、电流检测用的电阻303、保护IC304、电阻305以及开关306一起被收纳在外壳310中，构成了电池组300。此外，图2的保护IC304相当于图1的保护IC40。
在电池组300的端子311上连接电池301的正电极以及保护IC304的电源输入端子，将保护IC304的电源输出端子连接在燃料仪IC200的电源电压Vdd的端口235上。端子312经由电阻305与保护IC304的接地端子连接，并且经由开关306连接在电流检测用的电阻303与端口277的连接点上。保护IC304对端子311、312间的电压进行稳定化，并且当该电压超出预定范围时切断开关306来进行保护。
另外，电流检测用的电阻303与端口276的连接点，被连接在燃料仪IC200的电源电压Vss的端口236上。在电池组300的端子313上连接了保护IC304的端口。此外，图2的端子311、312、313分别相当于图1的电源端子21、22、通信端子23。
<保护电路>
图3是表示本发明的一个实施方式的保护电路的结构的框图。图3所示的保护IC400相当于图1所示的保护IC40。如图3所示，在保护IC400中设置了端口401～403、端口405～408、端口410～414。
图3的端口401相当于图1的便携设备间通信端子T15，与电平移位电路415的一个输入输出端子连接。图3的电平移位电路415相当于图1的电平移位电路41，电平移位电路415的另一输入输出端子与相当于图1的便携设备间通信端子T21的端口411连接。此外，在端口411上设置了静电破坏防止用的保护元件。
图3的端口402相当于图1的正的电源端子T17，与稳压器416连接。稳压器416将从端口402供给的电源电压进行稳定化后提供给保护IC400的各部。另外，为了将稳定的电源电压提供给燃料仪IC30，稳压器416的输出端子与相当于图1的正的电源端子T22的端口410连接。
图3的端口403相当于图1的电压监视端子T11，与保护IC400内的过充电检测电路421和过放电检测电路422连接。
图3的端口405相当于图1的负的电源端子T16。图3的端口406、407分别相当于图1的放电控制用的控制端子T19、充电控制用的控制端子T20，分别与外接的MOS晶体管M11、M12的栅极连接。
图3的端口408相当于图1的短路检测用端子T18，与外接的电阻R20连接。此外，图3的MOS晶体管M11、M12相当于图2的开关306，图3的电阻R20相当于图2的电阻305。
图3的端口412、413、414分别相当于图1的通信端子T12、T13、T14，与保护IC400内的通信电路417连接。通信电路417与图2的通信部217之间进行通信。
保护IC400内置有过充电检测电路421、过放电检测电路422、充电过电流检测电路423、放电过电流检测电路424、短路检测电路604。过充电检测电路421根据端口403的电压检测锂离子电池1的过充电，将检测信号提供给振荡器426、逻辑电路428。过放电检测电路422根据端口403的电压检测锂离子电池1的过放电，将检测信号提供给振荡器426、逻辑电路430。
充电过电流检测电路423根据端口408的电压检测流过MOS晶体管M11、MOS晶体管M12的电流变得过大的过电流，将检测信号提供给振荡器426、逻辑电路428。放电过电流检测电路424根据端口408的电压检测流过MOS晶体管M11、MOS晶体管M12的电流变得过大的过电流，将检测信号提供给振荡器426、逻辑电路430。短路检测电路604根据端口408的电压检测端口402、408间的短路，将检测信号从延迟电路431提供给逻辑电路430。
计数器电路427从振荡器426被提供时钟信号并进行计数，计数器电路427输出的信号被提供给逻辑电路428、430。在此，在充电时(MOS晶体管M11、M12导通)，当过充电检测电路421或充电过电流检测电路423输出检测信号时，振荡器426振荡并输出时钟信号，在计数器电路427中对时钟信号计数到预定值的时刻，向逻辑电路428提供高电平输出。
逻辑电路428在被提供了上述检测信号后，当被提供计数器电路427的高电平输出时，为了停止充电而将提供给MOS晶体管M12的栅极的控制信号设为低电平，通过电平移位电路429进行使该控制信号降低预定值的电平移位后，从端口407提供给MOS晶体管M12的栅极。由此，锂离子电池1的充电停止。此外，对于端口405进行该电平移位，以使在端口408上连接了一端的电阻R20的另一端的电位降低。
另外，在放电时(MOS晶体管M11、M12导通)，当过放电检测电路422或放电过电流检测电路424输出检测信号时，振荡器426振荡并输出时钟信号，在计数器电路427中对时钟信号计数了预定值的时刻，向逻辑电路430提供高电平输出。逻辑电路430在被提供上述检测信号后，当被提供计数器电路427的高电平输出时，为了停止放电而将提供给MOS晶体管M11的栅极的控制信号设为低电平，将该控制信号从端口406提供给MOS晶体管M11的栅极。
此外，短路检测电路604的检测信号，在延迟电路431中与基于计数器电路427的延迟同样地被延迟后被提供给逻辑电路430，逻辑电路430为了停止放电而将提供给MOS晶体管M11的栅极的控制信号设为低电平，将该控制信号从端口406提供给MOS晶体管M11的栅极。由此，锂离子电池1的放电停止。
逻辑电路428、430与通信电路417连接，逻辑电路428、430输出的充电停止或放电停止信号从通信电路417被提供给燃料仪IC200的通信部217。另外，反之，有时从燃料仪IC200的通信部217经由通信电路417向逻辑电路428、430提供充电停止或放电停止信号。
根据上述实施方式，在燃料仪IC30内，在电压监视端子T1和电压通过端子T6之间通过配线32进行了连接，因此，在印刷基板20上不需要设置沿X方向延伸的配线，可以减小印刷基板20的宽度尺寸(Y方向的尺寸)，可以应对锂离子电池1的薄型化。
另外，将燃料仪IC30的通信端子T7、T8、T9和保护IC40的通信端子T12、T13、T14分别设置在燃料仪IC30以及保护IC40的相对的各边上，使通信端子T7、T8、T9和通信端子T12、T13、T14分别相对，因此，可以使在通信端子T7、T8、T9和通信端子T12、T13、T14之间分别连接的配线26b、26c、26d的配线长度达到最短。
同样，将燃料仪IC30的便携设备间通信端子T10和保护IC40的便携设备间通信端子T15分别设置在燃料仪IC30以及保护IC40的相对的各边上，使便携设备间通信端子T10和便携设备间通信端子T15相对，因此，可以使在便携设备间通信端子T10和便携设备间通信端子T15间连接的配线26e的配线长度达到最短。
另外，通过在保护IC40内设置电平移位电路41，可以在信号电压不同的燃料仪IC30和便携设备间进行双向通信。而且，通过在保护IC40的便携设备间通信端子T21上设置静电破坏防止用的保护元件，可以防止燃料仪IC30的静电破坏。
以上，详细说明了本发明的优选实施例，但是本发明不受上述实施例限制。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对上述实施例进行各种变形以及替换。
本国际申请主张基于2009年1月14日申请的日本专利申请2009-006161号的优先权，在本国际申请中引用日本专利申请2009-006161号的全部内容。
符号的说明
20 印刷基板
21、22 电源端子
23 通信端子
25a～25g 通孔
26a～26e 配线
30 燃料仪IC
31 电压传感器
32 配线
33 通信部
40 保护IC
41 电平移位电路
T1～T22 端子

Claims (4)

1.一种燃料仪电路，其与保护电池的充放电的保护电路一起配置在基板上，检测所述电池的余量，其特征在于，具有：
电压监视端子，其设置在与所述基板的正的电源端子相对的一边，与所述基板的正的电源端子连接，并且与电路内部的电压传感器连接；
电压通过端子，其设置在与所述基板的正的电源端子相对的一边相反侧的、与所述保护电路相对的一边，与所述保护电路的电压监视端子连接；以及
配线，其在电路内部在所述燃料仪电路的电压监视端子和所述电压通过端子间进行连接。
2.根据权利要求1所述的燃料仪电路，其特征在于，
所述燃料仪电路具有：通信端子，其设置在与所述保护电路相对的一边，与所述保护电路的通信端子连接来进行双向通信。
3.根据权利要求2所述的燃料仪电路，其特征在于，
所述燃料仪电路具有：便携设备间通信端子，其设置在与所述保护电路相对的一边，与所述保护电路的便携设备间通信端子连接，
经由所述保护电路，在所述电路内部的通信部与搭载了所述电池的便携设备的通信部之间进行双向通信。
4.一种电池组，其在电池的一个面上配置了基板，该基板具有保护所述电池的充放电的保护电路和检测所述电池的余量的权利要求3所述的燃料仪电路，所述电池组的特征在于，
所述保护电路具有：电平移位电路，其进行在所述燃料仪电路的通信部和所述便携设备的通信部之间收发的通信信号的电平移位。
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