CN108107369B

CN108107369B - 电池监视电路

Info

Publication number: CN108107369B
Application number: CN201711190616.XA
Authority: CN
Inventors: 萩森齐; 木下泰宏
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: TWI727119B; CN108107369A; US10725109B2; KR102413921B1; JP2018084559A; JP6928228B2; KR20180059343A; TW201819929A; US20180149705A1

Abstract

本发明提供一种电池监视电路。该电池监视电路在通过二次电池驱动的便携设备中使用，计算二次电池的剩余容量或者对二次电池的状态进行监视，二次电池经由在基板上形成的布线图案向负载供给电流。该电池监视电路具备：电流测定电路，其通过监视在布线图案的特定区间产生的电压降低量，来测定流过布线图案的电流的电流值；AD变换器，其将由电流测定电路测定出的电流值变换为数字的电流测定值；第1存储部，其存储第1修正数据，该第1修正数据用于修正由于基板的个体差异导致的布线图案的电阻值波动；以及运算部，其计算使用第1修正数据对电流测定值进行修正后的修正电流值，并通过对修正电流值进行累计来计算剩余容量。

Description

电池监视电路

技术领域

本发明涉及一种电池监视电路。

背景技术

以往，已知一种技术，通过检测在基板上形成的布线图案的特定区间发生的电压降，来检测流过布线图案的电流的电流值(例如，参照专利文献1)。

然而，在基板上形成的布线图案的电阻值因基板的个体差异而波动，因此在现有技术中，难以准确地测定流过布线图案的电流的电流值。当电流值的测定精度低时，由于对电流值进行累计因此二次电池的剩余容量的计算精度降低。

专利文献1：日本特开平7-98339号公报

发明内容

因此，本发明的一个方式的目的在于，提供一种电池监视电路，其提高了流过布线图案的电流的电流值的测定精度，并且提高了二次电池的剩余容量的计算精度。

为了实现上述目的，在本发明的一方式中，提供一种电池监视电路，其在通过二次电池驱动的便携设备中使用，计算所述二次电池的剩余容量或者对所述二次电池的状态进行监视，所述二次电池经由在基板上形成的布线图案向负载供给电流，

上述电池监视电路具备：

电流测定电路，其通过监视在所述布线图案的特定区间产生的电压降低量，来测定流过所述布线图案的电流的电流值；

AD变换器，其将由所述电流测定电路测定出的电流值变换为数字的电流测定值；

第1存储部，其存储第1修正数据，该第1修正数据用于修正由于所述基板的个体差异导致的所述布线图案的电阻值波动；以及

运算部，其计算使用所述第1修正数据对所述电流测定值进行修正后的修正电流值，并通过对所述修正电流值进行累计来计算所述剩余容量。

根据本发明的一方式，能够提高流过布线图案的电流的电流值的测定精度，从而提高二次电池的剩余容量的计算精度。

附图说明

图1表示第1实施方式的电池监视电路的结构的一例。

图2是表示第1修正数据的计算处理以及向第1存储部的存储处理的流程的一例的流程图。

图3表示施加电流与电流测定值的关系的一例。

图4表示布线图案的温度与电阻值的关系的一例。

图5表示温度测定值与针对基板的个体差异导致的电阻值波动进行补偿后的修正电流值的误差率之间的关系的一例。

图6是表示修正电流值的计算处理流程的一例的流程图。

图7表示第2实施方式的电池监视电路的结构的一例。

图8表示搭载了安装有电池监视电路的基板的便携设备的结构的一例。

符号说明

10 二次电池

20 基板

26 正极侧布线图案

27 负极侧布线图案

28 特定区间

40、40A、40B 电池电量计IC

43 温度测定电路

44 AD变换器

46 CPU

100 移动设备。

具体实施方式

以下，按照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示第1实施方式的电池监视电路的结构的一例。图1所示的电池电量计IC(Integrated Circuit集成电路)40A是电池监视电路的一例。电池电量计IC40A对二次电池10的余量(剩余容量)等进行测量，并将该测量结果提供给外部电路50。电池电量计IC40A是在通过二次电池10驱动的便携设备中使用的半导体集成电路的一例。二次电池10经由在基板20形成的布线图案向外部电路50这样的负载供给电流。

电池电量计IC40A被安装在基板20上。基板20例如是印刷基板。作为其具体例子，可举出环氧玻璃基板。在图示的方式中，外部电路50未安装在基板20上，但安装电池电量计IC40A的基板20可以是安装外部电路50的共用的基板。

基板20具备电池正极侧端子21、负载正极侧端子22、电池负极侧端子23、负载负极侧端子24和外部输出端子25。此外，在基板20上形成了正极侧布线图案26和负极侧布线图案27。正极侧布线图案26是连接电池正极侧端子21与负载正极侧端子22之间的电流路径。负极侧布线图案27是连接电池负极侧端子23与负载负极侧端子24之间的电流路径。特定区间28表示负极侧布线图案27的一部分的布线图案。

在电池正极侧端子21连接二次电池10的正极11，在电池负极侧端子23连接了二次电池10的负极12。作为二次电池10的具体例，可以列举锂离子电池、锂聚合物电池等。

电池电量计IC40A具备电源端子VDD、电压测定端子VBAT、接地端子VSS、第1电流检测端子VRSM、第2电流检测端子VRSP和输出端子“输出”。这些6个端子是用于将电池电量计IC40A的内部电路与电池电量计IC40A的外部相连接的外部连接端子。输出端子“输出”可以是兼作输入端子和输出端子的输入输出端子。

电源端子VDD和电压测定端子VBAT与正极侧布线图案26连接。接地端子VSS和第1电流检测端子VRSM在电池负极侧端子23与特定区间28的一端之间与负极侧布线图案27连接。第2电流检测端子VRSP在负载负极侧端子24与特定区间28的另一端之间与负极侧布线图案27连接。输出端子“输出”与外部输出端子25连接。

电池电量计IC40A具备电压测定电路41、电流测定电路42、温度测定电路43、AD(Analog-to-Digital：模拟-数字)变换器44、非易失性存储器45、CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)46、ROM(Read Only Memory：只读存储器)48、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)49和接口电路47来作为内部电路。这些内部电路通过基于二次电池10的电池电压在电源端子VDD与接地端子VSS之间施加的电源电压而进行动作。

电压测定电路41通过对电压测定端子VBAT与接地端子VSS之间的电压进行监视，定期地测定二次电池10的电池电压的电压值。电压测定电路41输出二次电池10的电池电压的电压值的测定值，即模拟的电压测定值Vb。电压测定电路41例如具有对电压测定端子VBAT与接地端子VSS之间的电压进行分压的电阻元件，输出与其分压值对应的电压测定值Vb。

电流测定电路42经由第1电流检测端子VRSM和第2电流检测端子VRSP对在负极侧布线图案27的特定区间28中产生的电压降低量进行监视，由此定期地测定流过负极侧布线图案27的电流的电流值。电流测定电路42输出流过负极侧布线图案27的电流的电流值的测定值，即模拟的电流测定值Ib。电流测定电路42例如具有对第1电流检测端子VRSM与第2电流检测端子VRSP之前的电压进行放大的放大器，输出与该放大器的输出值对应的电流测定值Ib。

如此，作为电压降低量的检测单元，使用作为负极侧布线图案27的一部分的特定区间28。特定区间28具有由负极侧布线图案27中使用的金属材料的电阻率、导体图案的长度、宽度、厚度等决定的电阻值。

温度测定电路43定期地测定负极侧布线图案(优选特定区间28)的周围温度，输出其周围温度的测定值，即模拟的温度测定值Tb。温度测定电路43例如具有电阻值根据周围温度而变化的热敏电阻，输出与该热敏电阻的输出值对应地变化的温度测定值Tb。

AD变换器44将模拟的电压测定值Vb变换为数字的电压测定值Vs。AD变换器44将模拟的电流测定值Ib变换为数字的电流测定值Is。AD变换器44将模拟的温度测定值Tb变换为数字的温度测定值Ts。

非易失性存储器45是存储修正数据的存储部的一例，该修正数据用于对基板20上形成的布线图案(更具体地是特定区间28)的电阻值波动进行补偿。当特定区间28的电阻值波动时，即使流过负极侧布线图案27的电流的电流值不变化，在特定区间28发生的电压降低量也会产生波动。当在特定区间28产生的电压降低量波动时，模拟的电流测定值Ib和数字的电流测定值Is也波动，因此在CPU46使用电流测定值Is而运算出的结果中产生误差。

为了防止这样的误差的发生，在将电池电量计IC40A安装在基板20后，通过检查装置70将用于补偿电阻值波动的修正数据预先写入非易失性存储器45中。

非易失性存储器45具有非易失性的第1存储部45a和非易失性的第2存储部45b。第1存储部45a存储第1修正数据，该第1修正数据用于对基板20的个体差异导致的布线图案(更具体地是特定区间28)的电阻值波动进行补偿。第1修正数据中包含一种或多种数据(个体差异修正用数据)。第2存储部45b存储第2修正数据，该第2修正数据用于对基板20的布线图案(更具体地是特定区间28)的温度特性导致的电阻值波动进行补偿。第2修正数据中包含一种或多种数据(温度修正用数据)。

CPU46从AD变换器44取得电压测定值Vs、电流测定值Is和温度测定值Ts。此外，CPU46从第1存储部45a读出第1修正数据，从第2存储部45b读出第2修正数据。

CPU46是对电流测定值Is进行修正的运算部的一例。通过存储在ROM48中的程序来实现CPU46执行的修正等运算处理。CPU46计算对电流测定值Is进行修正后的修正电流值(即，电流测定值Is的修正后的电流值)。

CPU46例如通过对计算出的修正电流值进行累计，来计算经由电池负极侧端子23与负极侧布线图案27连接的二次电池10的剩余容量。CPU46例如可以使用二次电池10的充放电停止状态下的电压测定值Vs，来修正二次电池10的剩余容量的计算值。

CPU46将计算出的修正电流值、以及将计算出的修正电流值用于预定的运算(例如剩余容量计算等)而计算出的值中的至少一方(运算结果)输出至接口电路47。

接口电路47将从CPU46输出的运算结果变换为预定的输出形式后从输出端子“输出”进行输出。由此，将从CPU46输出的修正结果提供给外部电路50。

接口电路47例如是通信接口电路。作为其具体例子，可举出基于I²C(Inter-Integrated Circuit：内置集成电路)的串行通信接口电路。在I²C的情况下，除了作为数据输入输出端子而使用的输出端子“输出”外，电池电量计IC40A还具备时钟输入端子。

接着，说明用于对基板20的个体差异导致的布线图案的电阻值波动进行补偿的第1修正数据的计算处理、以及将第1修正数据存储至第1存储部45a的处理。

图2是表示第1修正数据的计算处理以及向第1存储部45a的存储处理的流程的一例的流程图。在恒定温度(例如25℃)的环境下，在将电池电量计IC40A安装在基板20后，安装有电池电量计IC40A的基板20(或者，搭载了安装有电池电量计IC40A的基板20的便携设备)出货前，执行图2所示的各处理。也就是说，在产品出货前的检查工序中，通过一个或多个检查装置70来实施图2所示的各处理。

在步骤S10中，检查装置70向负载负极侧端子24与电池负极侧端子23之间施加施加电流I1，使得电流值已知的施加电流I1流过包含特定区间28的负极侧布线图案27。

在步骤S20中，检查装置70从接口电路47和输出端子“输出”取得在施加了施加电流I1的状态下CPU46从AD变换器44取得的电流测定值I1s。

在步骤S30中，检查装置70向负载负极侧端子24与电池负极侧端子23之间施加施加电流I2，使得电流值已知的施加电流I2流过包含特定区间28的负极侧布线图案27。施加电流I2的电流值与施加电流I1不同(例如，大)。

在步骤S40中，检查装置70从接口电路47和输出端子“输出”取得在施加了施加电流I2的状态下CPU46从AD变换器44取得的电流测定值I2s。

图3表示施加电流与电流测定值之间的关系的一例。也就是说，检查装置70在步骤S10、S20中检测电流测定值I1s相对于施加电流I1的电流值的偏差，在步骤S30、S40中检测电流测定值I2s相对于施加电流I2的电流值的偏差。

在步骤S50中，检查装置70将步骤S10、30中施加的施加电流I1、I2的电流值以及在步骤S20、S40中取得的电流测定值I1s、I2s代入到式1、2中，由此计算增益α以及偏置β。增益α以及偏置β分别表示后述的图6所示的式3的一次式的系数。

在步骤S60中，检查装置70将在步骤S50中计算出的增益α以及偏置β从输出端子“输出”或未图示的写入端子存储到第1存储部45a中。

因此，在产品出货后的产品状态下，CPU46将从第1存储部45a读出的增益α以及偏置β、电流测定值Is代入到图6所示的式3中。由此，能够计算出电流测定值Is的修正后的电流值即第1修正电流值Ia。

如此，即使由于基板20的个体差异导致的布线图案的电阻值的波动而在电流测定值Is中产生误差，作为第1修正电流值Ia，CPU46也能够准确地计算出流过负极侧布线图案27的电流的电流值。因此，流过负极测布线图案27的电流的电流值的测定精度提高。

接着，说明用于对布线图案的温度特性导致的电阻值波动进行补偿的第2修正数据的计算处理、以及将第2修正数据存储至第2存储部45b的处理。

作为布线图案的一部分的特定区间28的电阻值的温度特性受到该布线图案的材料的影响。

图4表示布线图案的温度与电阻值的关系的一例。图4表示所生成的以铜为材料的布线图案的一例，使得在25℃下电阻值成为1mΩ。如图4所示，布线图案的电阻值相对于温度具有大致线性的特性。

图5表示温度测定值Ts与对于基板的个体差异导致的电阻值波动进行补偿后的第1修正电流值Ia的误差率(电流误差率Err)之间的关系的一例。电流误差率Err表示第1修正电流值Ia相对于预定的基准电流值Ir的误差率(Err＝(Ia－Ir)/Ir×100％)。基准电流值Ir表示温度测定值Ts为基准温度(图5的情况下为25℃)下的电流值。如图5所示，电流误差率Err相对于温度测定值Ts具有大致线性的特性。

如此，电流误差率Err相对于温度测定值Ts具有大致线性的特性，因此能够建立图6所示的式4、5的近似式。也就是说，检查装置70将式4的系数a、b存储在第2存储部45b中，来作为用于对布线图案的温度特性导致的电阻值波动进行补偿的第2修正数据。在图5的情况下，能够建立近似式“y＝0.3589x－8.9249”(y表示电流误差率Err，x表示温度测定值Ts)。0.3589为系数a的一例，－8.9249为系数b的一例。

图6是表示修正电流值的计算处理流程的一例的流程图。在产品出货后的产品状态下，通过CPU46执行图6所示的各处理。

在步骤S70中，CPU46从AD变换器44取得电流测定值Is。在步骤S80中，CPU46从AD变换器44取得温度测定值Ts。

在步骤S90中，CPU46将从第1存储部45a读出的增益α以及偏置β、电流测定值Is代入到式3，来计算电流测定值Is的修正后的电流值即第1修正电流值Ia。并且，CPU46将从第2存储部45b读出的系数a以及系数b、温度测定值Ts代入到式4，来计算电流误差率Err。然后，CPU46将第1修正电流值Ia和电流误差率Err代入到式5，来计算第1修正电流值Ia的修正后的电流值即第2修正电流值Ic。

也就是说，即使由于基板20的布线图案的温度特性导致的电阻值波动而在电流测定值Is中产生误差，作为第2修正电流值Ic，CPU46也可以准确地计算流过负极侧布线图案27的电流的电流值。因此，流过负极侧布线图案27的电流的电流值的测定精度提高。

因此，CPU46例如通过对第2修正电流值Ic进行累计来计算二次电池10的剩余容量，由此能够提高剩余容量的计算精度。另外，CPU46通过对第1修正电流值Ia进行累计来计算二次电池10的剩余容量，由此能够提高剩余容量的计算精度。

此外，CPU46可以使用第1修正电流值Ia或第2修正电流值Ic，来计算二次电池10的可放电时间、二次电池10的可充电时间、二次电池10的充电率、劣化率中的至少一个状态(二次电池10的状态)。通过使用第1修正电流值Ia或第2修正电流值Ic，这些状态的计算精度提高。此外，CPU46也可以将第1修正电流值Ia或第2修正电流值Ic与预定的异常电流检测阈值进行比较，由此来检测流过二次电池10的异常电流(二次电池10的状态的一例)。通过使用第1修正电流值Ia或第2修正电流值Ic，异常电流的检测精度提高。异常电流中具有二次电池10的过放电电流或过充电电流等。如此，电池电量计IC40能够对二次电池10的状态进行监视。

此外，作为电流测定单元，不使用芯片电阻而是使用布线图案的一部分，因此能够降低搭载了安装有电池电量计IC40A的基板20的便携设备的部件成本。此外，通过将芯片电阻置换为布线图案的一部分，不需要将芯片电阻安装在基板20上的工时，因此能够减少基板安装的工时。并且，通过将芯片电阻置换为布线图案的一部分，由于不需要芯片电阻能够使基板20的面积相应地变小。基板20的缩小对于要求节省空间的便携设备有效。

图7表示第2实施方式的电池监视电路的结构的一例。对于第2实施方式的结构以及效果中的与第1实施方式的结构以及效果相同的点，引用上述的说明从而省略说明。

图7所示的电池电量计IC40B与图1所示的结构的不同点在于，具备温度测定电路31，该温度测定电路31使用在电池电量计IC40B的外部设置的热敏电阻30来定期地测定负极侧布线图案(更优选为特定区间28)的周围温度。此外，电池电量计IC40B具备用于将热敏电阻30和温度测定电路31连接的热敏电阻输入端子THM。

温度测定电路31输出与热敏电阻30的输出值对应地变化的模拟的温度测定值Tb。温度测定电路31例如具备使从热敏电阻输入端子THM输入的热敏电阻30的输出值衰减的衰减器，输出与该衰减器的输出值对应的温度测定值Tb。热敏电阻30的电阻值根据周围温度而变化。例如，热敏电阻30的一端与热敏电阻输入端子THM连接，热敏电阻30的另一端在电池负极侧端子23与特定区间28的一端之间与负极侧布线图案27连接。

通过使用热敏电阻30，因为容易将热敏电阻30与特定区间28相接近地配置，所以温度测定电路31能够更高精度地测定特定区间28的周围温度。此外，通过使用热敏电阻30，不需要必须使电池电量计IC40B在基板20上的安装位置接近特定区间28，因此基板20上的安装布局的自由度提高。

图8表示搭载了安装有电池监视电路的基板的便携设备的结构的一例。图8所示的电池电量计IC40表示上述的电池电量计IC40A或40B。图8表示搭载了安装有电池电量计IC40的基板20的移动设备100的结构的一例。

移动设备100是用户可携带的电子设备的一例。作为移动设备100的具体例子，可举出便携电话、智能手机、平板终端、个人计算机等。移动设备100具备作为移动设备100的电源的二次电池10、安装有电池电量计IC40的基板20、以及提供电池电量计IC40的测量结果的外部电路50。

外部电路50具备电源管理IC(PMIC)51、CPU52、ROM53、RAM54、显示器55、输入输出装置56、外部接口(外部I/F)57、Wi-Fi(注册商标)通信部58、GPS(Global PositioningSystem：全球定位系统)通信部59、摄像头60以及操作按钮61。

PMIC51是对二次电池10的充电进行控制的电路的一例。输入输出装置56取得电池电量计IC40内的CPU46针对剩余容量等的运算结果，并将取得的运算结果提供给PMIC51、CPU52、RAM54、显示器55、外部I/F57中的至少一个。

由此，CPU52、PMIC51能够按照在ROM53中存储的程序，正确地执行使用了剩余容量等运算结果的电源管理等预定处理。此外，显示器55能够显示二次电池10的剩余容量等。结果，用户能够视觉确认二次电池10的剩余容量等，并能够根据该视觉确认内容，进行操作按钮61的按压操作、显示器55的触摸操作。

以上通过实施方式说明了电池监视电路，但本发明并不限于上述实施方式。在本发明的范围内能够进行与其他实施方式的一部分或全部的组合、置换等各种变形和改良。

例如，可以通过不同的CPU来实现用于对基板的个体差异导致的布线图案的电阻值波动进行补偿的修正处理、以及用于对布线图案的温度特性导致的电阻值波动进行补偿的修正处理。

此外，特定区间28也可以不是负极侧布线图案27的部位而是正极侧布线图案26的部位。

此外，在上述的实施方式中，作为电池监视电路的一例表示了电池电量计IC。然而，电池监视电路并不限于具备计算二次电池的剩余容量的功能的电路，也可以是监视除二次电池的剩余容量外的二次电池的状态的电路。

Claims

1.一种电池监视电路，其在通过二次电池驱动的便携设备中使用，计算所述二次电池的剩余容量或者对所述二次电池的状态进行监视，所述二次电池经由在基板上形成的布线图案向负载供给电流，

上述电池监视电路的特征在于，具备：

运算部，其计算使用所述第1修正数据对所述电流测定值进行修正后的修正电流值，并通过对所述修正电流值进行累计来计算所述剩余容量，

所述第1修正数据包含系数α和系数β，

在将所述电流测定值设为I时，

所述运算部按照α×I+β对所述电流测定值进行修正。

2.根据权利要求1所述的电池监视电路，其特征在于，

具备温度测定电路，该温度测定电路测定所述布线图案的周围温度，

所述AD变换器将所述温度测定电路测定出的周围温度变换为数字的温度测定值，

所述运算部使用所述第1修正数据和所述温度测定值来修正所述电流测定值。

3.根据权利要求2所述的电池监视电路，其特征在于，

所述运算部使用所述温度测定值来计算所述修正电流值相对于预定的基准电流值的误差率，并使用所述误差率来对所述修正电流值进行修正。

4.根据权利要求2所述的电池监视电路，其特征在于，

具备存储第2修正数据的第2存储部，该第2修正数据用于修正由于所述布线图案的温度特性而导致的电阻值波动，

所述运算部使用所述第1修正数据、所述第2修正数据和所述温度测定值来修正所述电流测定值。

5.根据权利要求4所述的电池监视电路，其特征在于，

所述第1修正数据包含系数α和系数β，

所述第2修正数据包含系数a和系数b，

在将所述电流测定值设为I，将所述温度测定值设为T时，

所述运算部按照((α×I+β)×100)/((a×T+b)+100)对所述电流测定值进行修正。