CN114123370A - 控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路 - Google Patents

控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路，高精度地对串联连接的多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。具有充电电池保护装置和外部设备，充电电池保护装置具有：一个以上的监视端子，其设置成能够在与电源路径不同的路径中监视串联连接的多个充电电池单元的一个以上的负极的电位；一条以上的内部布线，其介于一个以上的负极与一个以上的监视端子之间；一个以上的内部开关，其分别串联地插入到一条以上的内部布线，外部设备具有：平衡控制电路，其根据一个以上的监视端子的电位，对流经包含一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，由此，对多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。

Description

控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路
技术领域
本发明涉及控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路。
背景技术
以往，已知对具有串联连接的多个充电电池单元和在多个充电电池单元间连接的中点端子的电池组进行充电的充电装置。充电装置具有通过从中点端子进行充放电来调整单元间的电压平衡的充电控制微型计算机。充电控制微型计算机根据电池组的+端子与-端子之间的电压和中点端子与-端子的电压，计算两个单元的电压，在两个单元的电压之差为预定值以上的情况下，调整单元间的电压平衡。另一方面，电池组在-端子与充电电池单元之间具有保护多个充电电池单元的一对保护FET。
然而，因存在于-端子与充电电池单元之间的一对保护FET的导通电阻而产生电压降，因此，中点端子与-端子之间的端子间电压比实际的单元电压高。结果，单元间的电压平衡的调整精度可能降低。
专利文献1：日本特开2010-57249号公报
发明内容
本公开提供一种能够高精度地控制串联连接的多个充电电池单元各自的单元电压的平衡的控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路。
本公开提供一种控制系统，具有：
多个充电电池单元，它们串联连接；
电源路径，其与所述多个充电电池单元串联连接；
至少一个开关元件，其串联地插入到所述电源路径中；
充电电池保护装置，其通过对所述开关元件进行控制而保护所述多个充电电池单元；以及
外部设备，其对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制，
所述充电电池保护装置具有：
异常检测电路，其检测所述多个充电电池单元的异常；
一个以上的监视端子，其设置成能够在与所述电源路径不同的路径中监视所述多个充电电池单元的一个以上的负极的电位；
一条以上的内部布线，其介于所述一个以上的负极与所述一个以上的监视端子之间；以及
一个以上的内部开关，其分别串联地插入到所述一条以上的内部布线中，根据所述异常检测电路的异常检测结果而接通或断开，
所述外部设备具有：
平衡控制电路，其根据所述一个以上的监视端子的电位对流经包含所述一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，由此，对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
本公开提供一种由对串联连接的多个充电电池单元的一个以上的负极的电位进行监视的设备进行的控制方法，
所述多个充电电池单元是通过充电电池保护电路对串联地插入到与所述多个充电电池单元串联连接的电源路径中的至少一个开关元件进行控制而被保护的单元，
所述充电电池保护电路具有：
异常检测电路，其检测所述多个充电电池单元的异常；
一个以上的监视端子，其设置成能够在与所述电源路径不同的路径中监视所述一个以上的负极的电位；
一条以上的内部布线，其介于所述一个以上的负极与所述一个以上的监视端子之间；以及
一个以上的内部开关，其分别串联地插入到所述一条以上的内部布线中，根据所述异常检测电路的异常检测结果而接通或断开，
所述设备根据所述一个以上的监视端子的电位对流经包含所述一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，而对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
本公开提供一种充电电池保护集成电路，通过对串联地插入到与串联连接的多个充电电池单元串联连接的电源路径中的至少一个开关元件进行控制，而保护所述多个充电电池单元，
所述充电电池保护集成电路具有：
异常检测电路，其检测所述多个充电电池单元的异常；
一个以上的监视端子，其设置成能够在与所述电源路径不同的路径中监视所述多个充电电池单元的一个以上的负极的电位；
一条以上的内部布线，其介于所述一个以上的负极与所述一个以上的监视端子之间；以及
一个以上的内部开关，其分别串联地插入到所述一条以上的内部布线中，根据所述异常检测电路的异常检测结果而接通或断开，
所述一个以上的监视端子输出所述一个以上的负极的电位，以使所述外部设备根据所述一个以上的监视端子的电位对流经包含所述一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，从而能够对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
根据本公开，能够高精度地对串联连接的多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
附图说明
图1是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示未检测出多个充电电池单元的异常的正常状态下的第一放电路径的图。
图2是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示未检测出多个充电电池单元的异常的正常状态下的第二放电路径的图。
图3是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示检测出多个充电电池单元中的至少一个充电电池单元的过放电的状态下的放电路径的图。
图4是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示在检测出多个充电电池单元中的至少一个充电电池单元的过放电的状态下连接了充电器的情况下的充电路径的图。
图5是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示检测出多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的过充电的状态下的放电路径的图。
图6是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示检测出多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的过充电的状态下的放电路径的图。
图7是表示第二实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的充放电的单元平衡控制下的充电路径的图。
图8是表示第二实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的充放电的单元平衡控制下的放电路径的图。
图9是表示第三实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。
图10是表示第三实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。
图11是表示第三实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的充电的单元平衡控制下的充电路径的图。
图12是表示第四实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。
图13是表示第四实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电或低电位侧的充电电池单元的充电的单元平衡控制下的充放电路径的图。
图14是表示第五实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。
图15是表示第六实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。
图16是表示各状态下的开关控制和端子处理的一例的图。
符号说明
7、8电源路径；
13开关电路；
21、22、23、24内部开关；
25、26、27、28、29、40、41、42开关；
30电流控制电路；
31、32、38电流源；
33平衡控制电路；
36、37放电电路；
43内部开关；
44电流检测电路；
51、52内部电阻；
81放电控制电路；
82充电控制电路；
83开关控制电路；
85、86内部布线；
110充电电池保护装置；
120、121保护IC；
130充电器；
140外部设备；
141、142寄生二极管；
143电阻部分；
151电池组；
201、202充电电池单元；
201a、202a负极；
201b、202b正极；
301、302、303、304、305、306控制系统。
具体实施方式
以下，按照附图对本公开的实施方式进行说明。
＜第一实施方式＞
图1是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图。图1所示的控制系统301是对串联连接的多个(在该例子中为2个)充电电池单元201、202各自的单元电压的平衡进行控制的系统。控制系统301具有外部设备140和电池组151。
外部设备140是与电池组151连接的设备。外部设备140也可以是对电池组151进行充电的充电器，还可以是利用从电池组151供给的电力进行动作的设备。作为利用从电池组151供给的电力进行动作的设备的具体例，列举出智能手机、平板电脑、便携电话等电子设备。
外部设备140具有对多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制的平衡控制电路33。关于平衡控制电路33在后面进行描述。
电池组151是收纳串联连接的多个充电电池单元201、202的部件，与外部设备140连接而被使用。电池组151具有多个充电电池单元201、202和充电电池保护装置110。
多个充电电池单元201、201是能够充电的电池单元。作为充电电池的具体例，列举出锂离子电池、锂聚合物电池等。
充电电池单元201是第一充电电池单元的一例，具有正极201b和负极201a。正极201b是第一正极的一例。负极201a是作为多个充电电池单元各自的低电位侧的电极的多个负极中电位最低的第一负极的一例。充电电池单元202是第二充电电池单元的一例，具有正极202b和负极202a。正极202b是第二正极的一例。负极202a与正极201b连接。
充电电池保护装置110将多个充电电池单元201、202作为电源而进行动作，通过对多个充电电池单元201、202的充放电进行控制来保护多个充电电池单元201、202免于过放电等。充电电池保护装置110例如具有：开关电路13、保护IC120、电阻元件R1、R2、R3、R4、R5、电容元件C1、C2以及安装它们的未图示的基板。
作为基板的具体例，列举出印刷基板。在基板上设置有端子B-、端子B+、端子BM、端子P-、端子P+、端子BSL以及端子BSM。这些各端子例如是形成于基板的电极。并且，在基板上设置有电源路径7、8。
端子B-是电池负侧端子的一例，与串联连接的充电电池单元中最低电位的充电电池单元201的负极201a连接。端子B+是电池正侧端子的一例，与串联连接的充电电池单元中最高电位的充电电池单元202的正极202b连接。端子BM是电池监视端子的一例，在串联连接的充电电池单元中的相邻的充电电池单元之间连接。在该例子中，端子BM与充电电池单元201的正极201b和充电电池单元202的负极202a连接。
端子P-是负载负侧端子的一例，与外部设备140的接地端子连接。端子P+是负载正侧端子的一例，与外部设备140的电源端子连接。
端子B-与端子P-通过负侧的电源路径7连接。电源路径7是端子B-与端子P-之间的电流路径，供充电电流或放电电流流过。电源路径7与充电电池单元201的负极201a串联连接。
端子B+与端子P+通过正侧的电源路径8连接。电源路径8是端子B+与端子P+之间的电流路径，供充电电流或放电电流流过。电源路径8与充电电池单元202的正极202b串联连接。
端子BSL是第一监视端子的一例，设置成能够在与电源路径7、8不同的路径监视充电电池单元201的负极201a的电位。端子BSL与平衡控制电路33的低电位侧监视部连接。端子BSM是第二监视端子的一例，设置成能够在与电源路径7、8不同的路径监视充电电池单元202的负极202a的电位。端子BSM与平衡控制电路33的高电位侧监视部连接。
开关电路13串联地插入到端子B-与端子P-之间的电源路径7。例如，开关电路13是串联连接了充电控制晶体管11和放电控制晶体管12的串联电路。通过充电控制晶体管11的截止，供充电电池单元201、202的充电电流流过的电源路径7被切断，充电电池单元201、202的充电电流的流动被禁止。通过放电控制晶体管12的截止，供充电电池单元201、202的放电电流流过的电源路径7被切断，充电电池单元201、202的放电电流的流动被禁止。
充电控制晶体管11和放电控制晶体管12例如分别是N沟道型的MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor)。充电控制晶体管11是以充电控制晶体管11的寄生二极管的正向与充电电池单元201、202的放电电流的流动方向一致的方式串联地插入到电源路径7的开关元件。放电控制晶体管12是以放电控制晶体管12的寄生二极管的正向与充电电池单元201、202的充电电流的流动方向一致的方式串联地插入到电源路径7的开关元件。
保护IC120是充电电池保护集成电路的一例。保护IC120将充电电池单元201、202作为电源而进行动作。保护IC120通过对开关电路13进行控制而保护充电电池单元201、202免于过放电等。例如，保护IC120通过使充电控制晶体管11截止来保护充电电池单元201、202免于充电异常(例如，过充电、充电方向的过电流(充电过电流)等)。另一方面，保护IC120通过使放电控制晶体管12截止来保护充电电池单元201、202免于放电异常(例如，过放电、放电方向的过电流(放电过电流)等)。
保护IC120具有：端子VDD、端子VSS、端子VBM、端子DO、端子CO、端子VM、端子BS1以及端子BS2。这些端子是用于将保护IC120的内部电路与保护IC120外部连接的外部连接端子。
端子VDD是与电源路径8连接的正侧电源端子的一例，经由端子B+与充电电池单元202的正极202b连接。在该示例中，端子VDD经由电阻元件R1和端子B+与充电电池单元202的正极202b连接。由电阻元件R1和电容元件C1构成CR滤波器。
端子VSS是在充电电池单元201的负极201a与开关电路13之间与电源路径7连接的负侧电源端子的一例，是经由端子B-与充电电池单元201的负极201a连接的接地端子。
端子VBM是设置成能够监视串联连接的充电电池单元中的相邻的充电电池单元之间的电位(中间电位)的中间监视端子的一例。在该示例中，端子VBM经由电阻元件R2和端子BM在充电电池单元201的正极201b与充电电池单元202的负极202a之间连接。由电阻元件R2和电容元件C2构成CR滤波器。
端子CO是输出禁止充电电池单元201、202的充电的信号的充电控制端子的一例，与充电控制晶体管11的控制电极(例如，在MOSFET的情况下为栅极)连接。
端子DO是输出禁止充电电池单元201、202的放电的信号的放电控制端子的一例，与放电控制晶体管12的控制电极(例如，在MOSFET的情况下为栅极)连接。
端子VM是监视端子P-的电位的监视端子的一例，在端子P-与开关电路13之间与电源路径7连接。端子VM经由电阻元件R3与端子P-连接。
端子BS1与端子BSL一样，是第一监视端子的一例，设置成能够在与电源路径7、8不同的路径监视充电电池单元201的负极201a的电位。在该例子中，端子BS1经由电阻元件R5与端子BSL连接。流经包含端子BS1以及端子BSL的布线路径的电流的电流值能够通过电阻元件R5的电阻值来调整。
端子BS2与端子BSM一样，是第二监视端子的一例，设置成能够在与电源路径7、8不同的路径监视充电电池单元202的负极202a的电位。端子BS2经由电阻元件R4与端子BSM连接。流经包含端子BS2以及端子BSM的布线路径的电流的电流值能够通过电阻元件R4的电阻值来调整。
保护IC120具有：放电控制电路81、充电控制电路82、开关控制电路83、内部布线85、86、内部开关21、22、23、24、43以及内部电阻51、52。
放电控制电路81具有检测充电电池单元201、202的放电异常的异常检测电路。放电控制电路81是在通过该异常检测电路检测出充电电池单元201、202的放电异常的情况下，根据该异常检测电路的检测结果来对开关电路13进行控制的控制电路的一例。充电控制电路82具有检测充电电池单元201、202的充电异常的异常检测电路。充电控制电路82是在通过该异常检测电路检测出充电电池单元201、202的充电异常的情况下，根据该异常检测电路的检测结果来对开关电路13进行控制的控制电路的一例。
充电控制电路82具有检测充电电池单元201、202的过充电(预定的异常的一例)的过充电检测电路(异常检测电路的一例)。过充电检测电路监视端子VDD与端子VSS之间的电源电压VD。过充电检测电路也可以监视多个充电电池单元201、202各自的单元电压。例如，过充电检测电路监视端子VBM与端子VSS之间的电压作为充电电池单元201的单元电压VC1，监视端子VDD与端子VBM之间的电压作为充电电池单元202的单元电压VC2。在通过过充电检测电路检测出单元电压VC1与单元电压VC2中的至少一方为预定的过充电检测阈值Vdet1以上的情况下，充电控制电路82从端子CO输出使充电控制晶体管11截止的充电控制信号(过充电保护动作)。通过使充电控制晶体管11截止，充电电池单元201、202的充电方向的电流被切断，因此，能够防止对充电电池单元201、202进行过充电。
放电控制电路81具有检测充电电池单元201、202的过放电(预定的异常的一例)的过放电检测电路(异常检测电路的一例)。过放电检测电路监视端子VDD与端子VSS之间的电源电压VD。过放电检测电路也可以监视多个充电电池单元201、202各自的单元电压。例如，过放电检测电路监视端子VBM与端子VSS之间的电压作为充电电池单元201的单元电压VC1，监视端子VDD与端子VBM之间的电压作为充电电池单元202的单元电压VC2。在通过过放电检测电路检测出单元电压VC1与单元电压VC2中的至少一方为预定的过放电检测阈值Vdet2以下的情况下，放电控制电路81从端子DO输出使放电控制晶体管12截止的放电控制信号(过放电保护动作)。通过使放电控制晶体管12截止，充电电池单元201、202的放电方向的电流被切断，因此，能够防止对充电电池单元201、202进行过放电。
放电控制电路81具有检测充电电池单元201、202的放电过电流(预定的异常的一例)的放电过电流检测电路(异常检测电路的一例)。放电过电流检测电路监视端子VM与端子VSS之间的电流检测电压VI。在通过放电过电流检测电路检测出电流检测电压VI为预定的放电过电流检测阈值Vdet3以上的情况下，放电控制电路81从端子DO输出使放电控制晶体管12截止的放电控制信号(放电过电流保护动作)。通过使放电控制晶体管12截止，充电电池单元201、202的放电方向的电流被切断，因此，能够防止过电流在对充电电池单元201、202进行放电的方向流动。
充电控制电路82具有检测充电电池单元201、202的充电过电流(预定的异常的一例)的充电过电流检测电路(异常检测电路的一例)。充电过电流检测电路监视端子VM与端子VSS之间的电流检测电压VI。在通过充电过电流检测电路检测出电流检测电压VI为预定的充电过电流检测阈值Vdet4以下的情况下，充电控制电路82从端子CO输出使充电控制晶体管11截止的充电控制信号(充电过电流保护动作)。通过使充电控制晶体管11截止，充电电池单元201、202的充电方向的电流被切断，因此，能够防止过电流在对充电电池单元201、202进行充电的方向流动。
内部布线85是介于负极201a与端子BSL之间的电流路径，更详细而言，是介于端子VSS与端子BS1之间的电流路径。内部布线86是介于负极202a与端子BSM之间的电流路径，更详细而言，是介于端子VBM与端子BS2之间的电流路径。
开关控制电路83是根据上述异常检测电路的异常检测结果，将多个内部开关21、22、23、24、43分别设为接通或断开的电路。
内部开关21串联地插入到内部布线85。内部开关22设置成能够使端子BS1与端子VM短接。内部开关23串联地插入到内部布线86。内部开关24设置成能够使端子BS2与端子VM短接。内部开关43设置成能够选择经由内部电阻51将端子VM下拉到端子VSS的状态、经由内部电阻52将端子VM上拉到端子VDD的状态、既不上拉也不下拉的状态。多个内部开关21、22、23、24、43分别根据上述的异常检测电路的异常检测结果，通过开关控制电路83接通或断开。
外部设备140具有平衡控制电路33。平衡控制电路33根据多个端子BSL、BSM的电位，对流经包含多条内部布线85、86中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，由此，对多个充电电池单元201、202各自的单元电压的平衡进行控制。在该例子中，外部设备140具有对流经包含多条内部布线85、86中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制的电流控制电路30。平衡控制电路33通过对该电流控制电路30进行控制来对多个充电电池单元201、202各自的单元电压的平衡进行控制。
电流控制电路30例如包含与多个充电电池单元201、202中的对应的充电电池单元并联连接的多个电流源31、32。平衡控制电路33对电流控制电路30进行控制，由此，对多个充电电池单元201、202各自的单元电压的平衡进行控制，以使恒定电流从多个电流源31、32中的一方流向包含多条内部布线85、86中的至少一条内部布线的布线路径。
电流源32例如是与充电电池单元201并联连接的恒流源。平衡控制电路33使由电流源32生成的恒定电流流经包含内部布线86和电源路径7的布线路径DR1(参照图1)，从而对充电电池单元201的放电量进行控制。由此，即使电池组151内的电阻元件R4的电阻值因经年劣化、设计变更等而变化，外部设备140也能够使所期望的放电量的放电电流流经包含充电电池单元201、内部布线86以及电源路径7的布线路径DR1。
电流源31例如是与充电电池单元202并联连接的恒流源。平衡控制电路33使由电流源31生成的恒定电流流经包含内部布线86和电源路径8的布线路径DR2(参照图2)，从而对充电电池单元202的放电量进行控制。由此，即使电池组151内的电阻元件R4的电阻值因经年劣化、设计变更等而变化，外部设备140也能够使所期望的放电量的放电电流流经包含充电电池单元202、内部布线86以及电源路径7的布线路径DR2。
电流控制电路30例如具有切换电路，所述切换电路包含与多个充电电池单元201、202中的对应的充电电池单元并联连接的多个开关25、26。平衡控制电路33对该切换电路进行控制而对多个充电电池单元201、202各自的单元电压的平衡进行控制。切换电路对包含多条内部布线85、86中的至少一条内部布线的布线路径的导通和非导通进行切换。
开关26与充电电池单元201并联连接且与电流源32串联连接。开关26根据来自平衡控制电路33的切换信号，对包含内部布线86和电源路径7的布线路径DR1(参照图1)的导通和非导通进行切换。由此，外部设备140能够在包含充电电池单元201、内部布线86以及电源路径7的布线路径DR1中对所期望的放电量进行控制。
开关25与充电电池单元202并联连接且与电流源31串联连接。开关25根据来自平衡控制电路33的切换信号，对包含内部布线86和电源路径8的布线路径DR2(参照图2)的导通和非导通进行切换。由此，外部设备140能够在包含充电电池单元202、内部布线86以及电源路径8的布线路径DR2中对所期望的放电量进行控制。
图16是表示各状态下的开关控制和端子处理的一例的图。以下，适当参照图16，对控制系统的动作例进行说明。
在未检测出充电电池单元201、202的过充电和充电过电流的情况下，充电控制电路82使充电控制晶体管11导通。另一方面，在检测出充电电池单元201、202的过充电和充电过电流中的至少一方的情况下，充电控制电路82使充电控制晶体管11截止。
在未检测出充电电池单元201、202的过放电和放电过电流的情况下，放电控制电路81使放电控制晶体管12导通。另一方面，在检测出充电电池单元201、202的过放电和放电过电流中的至少一方的情况下，放电控制电路81使放电控制晶体管12截止。
图1及图2表示未检测出充电电池单元201、202的异常的正常状态的情况。在未检测出充电电池单元201、202的过充电、过放电、放电过电流和充电过电流的情况下(正常状态)，开关控制电路83接通内部开关21，断开内部开关22，接通内部开关23，断开内部开关24，断开内部开关43。由此，端子BSL为与端子B-、端子VSS以及负极201a大致相同电位，并且端子BSM为与端子BM、端子VBM以及负极202a大致相同电位。
因此，在图1、2所示的正常状态下，平衡控制电路33通过监视端子BSM与端子P-的电位差，能够高精度地测量充电电池单元201的单元电压。另外，在图1、2所示的正常状态下，平衡控制电路33通过监视端子BSM与端子P+的电位差，能够高精度地测量充电电池单元202的单元电压。另外，在图1、2所示的正常状态下，平衡控制电路33通过监视端子BSL与端子P+的电位差，能够高精度地测量加上了充电电池单元201、202各自的单元电压的单元电压(总单元电压VC)。
图1示出了在正常状态下充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元201的单元电压，而将开关26从断开切换为接通，由此，使充电电池单元201在布线路径DR1中放电。
图2示出了在正常状态下充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元202的单元电压，而将开关25从断开切换为接通，由此，使充电电池单元202在布线路径DR2中放电。
平衡控制电路33在充电电池单元201的单元电压与充电电池单元202的单元电压之差为预定的阈值以下的情况下，使开关25、26都断开，由此，停止基于单元平衡控制的充电电池单元201、202的放电。
图3是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示检测出多个充电电池单元中的至少一个的过放电的状态下的放电路径的图。开关控制电路83在检测出多个充电电池单元201、202中的至少一个充电电池单元的过放电的状态下，断开内部开关21，接通内部开关22，断开内部开关23，接通内部开关24，将内部开关43设为上拉侧。由此，端子BSL(端子BS1)和端子BSM(端子BS2)与端子P-(端子VM)短接，端子P-被上拉到端子VDD。因此，在检测出过放电的状态下，能够切断从电源路径8经由外部设备140的电源端子VDD、外部设备140的电阻部分143以及寄生二极管141、142流向端子BS1、BS2的漏电流路径DR3。结果，能够抑制充电电池单元201、202的放电的进行。
图4是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示在检测出多个充电电池单元中的至少一个充电电池单元的过放电的状态下连接了充电器的情况下的充电路径的图。在检测出多个充电电池单元201、202中的至少一个充电电池单元的过放电的状态下连接充电器130时，开关控制电路83接通内部开关21，断开内部开关22，接通内部开关23，断开内部开关24，将内部开关43设为上拉侧。由此，端子BSL(端子BS1)与端子P-(端子VSS)短接，端子BSM(端子BS2)与端子BM(端子VBM)短接，端子P-上拉至端子VDD。因此，在检测出过放电的状态下连接充电器130时，能够通过从充电器130到充电电池单元201、202的布线路径CR1对充电电池单元201、202进行充电。另外，外部设备140能够不受寄生二极管141、142(参照图3)的正向电压的影响，高精度地测量充电电池单元201、202各自的单元电压，因此，能够抑制无谓地反复进行预充电和快速充电。
图5是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示检测出多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的过充电的状态下的放电路径的图。在仅检测出多个充电电池单元201、202中的任一方的过充电的状态下，开关控制电路83断开内部开关21，接通内部开关22，接通内部开关23，断开内部开关24，断开内部开关43。由此，端子BSL(端子BS1)与端子P-(端子VM)短接，端子BSM(端子BS2)与端子BM(端子VBM)短接，端子P-为高阻抗(Hi-Z)。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元201的单元电压，而将开关26从断开切换为接通，由此，使充电电池单元201在布线路径DR1中放电。因此，即使在检测出过充电的状态下，也能够通过单元平衡控制对充电电池单元201进行放电。
图6是表示第一实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示检测出多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的过充电的状态下的放电路径的图。在仅检测出多个充电电池单元201、202中的任一方的过充电的状态下，开关控制电路83断开内部开关21，接通内部开关22，接通内部开关23，断开内部开关24，断开内部开关43。由此，端子BSL(端子BS1)与端子P-(端子VM)短接，端子BSM(端子BS2)与端子BM(端子VBM)短接，端子P-为高阻抗(Hi-Z)。平衡控制电路33在判定为充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元202的单元电压，而将开关25从断开切换为接通，由此，使充电电池单元202在布线路径DR2中放电。因此，即使在检测出过充电的状态下，也能够通过单元平衡控制对充电电池单元202进行放电。
其他异常检测模式下的各开关的状态如图16所示。此外，在图16中，BS1检出状态表示上述的异常检测电路检测出流经连结端子BS1和端子VSS的内部布线85的过电流的异常状态。BS2检出状态表示上述的异常检测电路检测出流经连结端子BS2和端子VBM的内部布线86的过电流的异常状态。
＜第二实施方式＞
图7是表示第二实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的充放电的单元平衡控制下的充电路径的图。图8是表示第二实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的充放电的单元平衡控制下的放电路径的图。在第二实施方式中，与上述的实施方式一样的结构的说明，通过引用上述的说明而省略。
在图7、8所示的控制系统302中，外部设备140具有电流控制电路30，所述电流控制电路30对流经包含多条内部布线85、86中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制。电流控制电路30具有与内部布线86串联连接的电流源38和包含与电流源38串联连接的开关27的切换电路。
图7及图8表示未检测出充电电池单元201、202的异常的正常状态的情况。在图7、8所示的正常状态下，平衡控制电路33利用在布线路径CR2(参照图7)中流动的充电电流对充电电池单元201进行充电，或者利用在布线路径DR1(参照图8)中流动的放电电流对充电电池单元201进行放电，而使充电电池单元201的单元电压接近充电电池单元202的单元电压。
图7示出了在正常状态下充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压低的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压低的情况下，为了提高充电电池单元201的单元电压，而将开关27从断开切换为接通，由此，通过布线路径CR2对充电电池单元201进行充电。通过由电流源38输出的电流对充电电池单元201进行充电。电流源38例如是恒流源。
图8示出了在正常状态下充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元201的单元电压，而将开关26从断开切换为接通，由此，使充电电池单元201在布线路径DR1中放电。通过由电流源32输出的电流对充电电池单元201进行放电。电流源32例如是恒流源。
＜第三实施方式＞
图9是表示第三实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。图10是表示第三实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。图11是表示第三实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的充电的单元平衡控制下的充电路径的图。在第三实施方式中，与上述的实施方式一样的结构的说明引用上述的说明而省略。
在图9、10、11所示的控制系统303中，保护IC120不具有端子BS1、BSL以及内部布线85。图9、10、11表示未检测出充电电池单元201、202的异常的正常状态的情况。
图9示出了在正常状态下充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元201的单元电压，而将开关26从断开切换为接通，由此，使充电电池单元201在布线路径DR1中放电。通过由电流源32输出的电流对充电电池单元201进行放电。电流源32例如是恒流源。
图10示出了在正常状态下充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元202的单元电压，而将开关25从断开切换为接通，由此，使充电电池单元202在布线路径DR2中放电。通过由电流源31输出的电流对充电电池单元202进行放电。电流源31例如是恒流源。
图11示出了在正常状态下充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压低的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压低的情况下，为了提高充电电池单元201的单元电压，而将开关27从断开切换为接通，由此，通过布线路径CR2对充电电池单元201进行充电。通过由电流源38输出的电流对充电电池单元201进行充电。电流源38例如是恒流源。
＜第四实施方式＞
图12是表示第四实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的低电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。图13是表示第四实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电或低电位侧的充电电池单元的充电的单元平衡控制下的充放电路径的图。在第四实施方式中，与上述的实施方式一样的结构的说明引用上述的说明而省略。在上述的实施方式中的控制系统301等中，供放电电流流过的单元平衡放电路径经由外部设备140。与之相对地，在第四实施方式中的图12、13所示的控制系统304中，供放电电流(除去后述的控制电流)流过的单元平衡放电路径位于电池组151侧。
图12示出了在正常状态下充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元201的单元电压比充电电池单元202的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元201的单元电压，而将开关29从断开切换为接通。由此，生成在从充电电池单元201的正极201b经由端子BM、端子VBM、端子BS2、端子BSM、开关29、端子P-、开关电路13以及端子B-而到达充电电池单元201的负极201a的布线路径DR5中流动的控制电流。
充电电池保护装置110具有：电流检测电路44，其检测在内部布线86中通过平衡控制电路33的控制而流动的电流；以及多个放电电路36、37，它们分别针对多个充电电池单元201、202而设置。电流检测电路44以及放电电路36、37设置于电池IC121的外部，安装于基板。放电电路36根据电流检测电路44的电流检测结果，使充电电池单元201、202中的对应的充电电池单元201放电。放电电路37根据电流检测电路44的电流检测结果，使充电电池单元201、202中的对应的充电电池单元202放电。
在该例子中，电流检测电路44包含与内部布线86串联连接的电阻元件R7，检测因控制电流而在电阻元件R7中产生的电压降。电阻元件R7串联地插入到端子BM(负极202a)与端子VBM之间的电流路径中。
放电电路36包含：开关41，其根据在电阻元件R7中产生的电压降使多个充电电池单元201、202中的对应的充电电池单元201放电；以及电阻元件R9，其与开关41串联连接。开关41和电阻元件R9的串联电路与充电电池单元201并联连接。开关41例如是具有与电阻元件R7的一端连接的源极、与电阻元件R9的一端连接的漏极、以及与电阻元件R7的另一端(端子VBM)连接的栅极的P沟道型的MOS晶体管。电阻元件R9的另一端与端子VSS连接。
放电电路37包含：开关40，其根据在电阻元件R8中产生的电压降使多个充电电池单元201、202中的对应的充电电池单元202放电；以及电阻元件R8，其与开关40串联连接。开关40和电阻元件R8的串联电路与充电电池单元202并联连接。开关40例如是具有与电阻元件R7的一端连接的源极、与电阻元件R8的一端连接的漏极、以及与电阻元件R7的另一端(端子VBM)连接的栅极的N沟道型的MOS晶体管。电阻元件R8的另一端与端子VDD连接。
平衡控制电路33使开关29接通而使得控制电流流动，由此，电流检测电路44利用电阻元件R7检测阈值以上的电压降低量时，放电电路36使与充电电池单元201并联连接的开关41接通而执行单元平衡放电。由此，生成在从充电电池单元201的正极201b经由端子BM、电阻元件R9、开关41以及端子B-而到达充电电池单元201的负极201a的布线路径DR4中流动的放电电流。电阻元件R9是用于调整(限制)该放电电流的电流值的元件。
图13示出了在正常状态下充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元202的单元电压，而将开关28从断开切换为接通。由此，生成在从外部设备140的电源V经由开关28、端子BSM、端子BS2、端子VBM以及端子BM而到达充电电池单元201的正极201b的布线路径CR4中流动的控制电流。
由平衡控制电路33使开关28接通而使得控制电流流动，由此，电流检测电路44利用电阻元件R7检测阈值以上的电压降低量时，放电电路37通过使与充电电池单元202并联连接的开关40接通而执行单元平衡放电。由此，生成在从充电电池单元202的正极202b经由端子B+、电阻元件R1、电阻元件R8、开关40以及端子BM而到达充电电池单元202的负极202a的布线路径DR6中流动的放电电流。电阻元件R8是用于调整(限制)该放电电流的电流值的元件。
＜第五实施方式＞
图14是表示第五实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。在第五实施方式中，与上述的实施方式一样的结构的说明引用上述的说明而省略。
在图14所示的控制系统305中，外部设备140具有电流控制电路30，所述电流控制电路30对流经包含多条内部布线85、86中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制。电流控制电路30具有与内部布线86串联连接的电流源31和包含与电流源31串联连接的开关25的切换电路。
图14表示未检测出充电电池单元201、202的异常的正常状态的情况。在图14所示的正常状态下，平衡控制电路33通过在布线路径DR2(参照图14)中流动的放电电流对充电电池单元202进行放电，使充电电池单元202的单元电压接近充电电池单元201的单元电压。
图14示出了在正常状态下充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况。平衡控制电路33在判定为充电电池单元202的单元电压比充电电池单元201的单元电压高的情况下，为了降低充电电池单元202的单元电压，而将开关25切换为接通状态，由此，使充电电池单元202在布线路径DR2中放电。
＜第六实施方式＞
图15是表示第六实施方式中的控制系统的一结构例的图，是表示基于多个充电电池单元中的高电位侧的充电电池单元的放电的单元平衡控制下的放电路径的图。在第六实施方式中，与上述的实施方式一样的结构的说明引用上述的说明而省略。
在图15所示的控制系统306中，保护IC120具有端子VB2，基板具有端子BSH。内部布线86在端子VBM2与端子BS2之间连结。端子VBM2不经由电阻元件R2而与端子BM连接，端子VBM1经由电阻元件R2而与端子BM连接。端子BSH经由电阻元件R6与端子B+(正极202b)连接，端子P+不经由电阻元件R6而与端子B+(正极202b)连接。
保护IC120通过检测端子VBM1与端子VSS之间的电位差，测量充电电池单元201的单元电压，通过检测端子VBM1与端子VDD之间的电位差，测量充电电池单元202的单元电压。由此，在与供放电电流流动的布线路径不同的布线路径中测量充电电池单元201、202各自的单元电压，因此，其测量精度得以提升。
另外，平衡控制电路33通过检测端子BSH与端子BSM之间的电位差，测量充电电池单元202的单元电压，通过检测端子BSH与端子BSL之间的电位差，测量充电电池单元201、202的总单元电压VC。由此，在与供放电电流流动的布线路径不同的布线路径中测量充电电池单元202的单元电压以及充电电池单元201、202的总单元电压VC，因此，其测量精度得以提升。
这样，在上述的各实施方式中，外部设备140绕过开关电路13，能够监视多个充电电池单元201、202各自的单元电压，因此，其监视精度提高。因此，根据该监视结果来进行单元平衡控制，因此，可以高精度地控制多个充电电池单元各自的单元电压的平衡。另外，内部开关串联地插入到外部设备140用于测量多个充电电池单元各自的单元电压的内部布线，因此，通过断开内部开关，能够切断在内部布线中产生的过电流。
以上，通过实施方式对控制系统、控制方法以及充电电池保护集成电路进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。能够在本发明的范围内实现与其他实施方式的一部分或者全部的组合、置换等各种变形以及改良。
另外，例如，充电控制晶体管11和放电控制晶体管12的配置位置也可以相对于图示的位置而相互置换。另外，开关电路13也可以内置于保护IC120。另外，充电器130也可以安装于基板。

Claims (10)

1.一种控制系统，其特征在于，具有：
多个充电电池单元，它们串联连接；
电源路径，其与所述多个充电电池单元串联连接；
至少一个开关元件，其串联地插入到所述电源路径中；
充电电池保护装置，其通过对所述开关元件进行控制来保护所述多个充电电池单元；以及
外部设备，其对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制，
所述充电电池保护装置具有：
异常检测电路，其检测所述多个充电电池单元的异常；
一个以上的监视端子，其设置成能够在与所述电源路径不同的路径中监视所述多个充电电池单元的一个以上的负极的电位；
一条以上的内部布线，其介于所述一个以上的负极与所述一个以上的监视端子之间；以及
一个以上的内部开关，其分别串联地插入到所述一条以上的内部布线中，根据所述异常检测电路的异常检测结果而接通或断开，
所述外部设备具有：
平衡控制电路，其根据所述一个以上的监视端子的电位，对流经包含所述一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，由此，对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，
所述充电电池保护装置具有：电流检测电路，其检测通过所述平衡控制电路的控制而在所述内部布线中流动的电流；以及多个放电电路，其针对所述多个充电电池单元而分别设置，
所述多个放电电路根据所述电流检测电路的电流检测结果，使所述多个充电电池单元中的对应的充电电池单元放电。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，
所述电流检测电路包含与所述内部布线串联连接的电阻元件，
所述多个放电电路分别包含：晶体管，其根据在所述电阻元件中产生的电压降，使所述多个充电电池单元中的对应的充电电池单元放电。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的控制系统，其特征在于，
所述控制系统具有：电流控制电路，其对流经所述布线路径的电流进行控制，
所述平衡控制电路通过对所述电流控制电路进行控制而对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，
所述电流控制电路具有：切换电路，其切换所述布线路径的导通和非导通，
所述平衡控制电路通过对所述切换电路进行控制而对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，
所述切换电路包含多个开关，其与所述多个充电电池单元中的对应的充电电池单元并联连接。
7.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，
所述电流控制电路包含：多个电流源，其与所述多个充电电池单元中的对应的充电电池单元并联连接；以及多个开关，其与所述多个电流源中的对应的电流源串联连接，
所述平衡控制电路通过对所述多个电流源和所述多个开关进行控制而对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的控制系统，其特征在于，
所述多个充电电池单元包含：
第一充电电池单元，其具有第一正极和在所述多个负极中电位最低的第一负极；以及
第二充电电池单元，其具有第二正极和与所述第一正极连接的第二负极，
所述一个以上的监视端子包含：
监视端子，其设置成能够监视所述第二负极的电位。
9.一种由对串联连接的多个充电电池单元的一个以上的负极的电位进行监视的设备进行的控制方法，其特征在于，
所述多个充电电池单元是通过充电电池保护电路对串联地插入到与所述多个充电电池单元串联连接的电源路径中的至少一个开关元件进行控制而被保护的单元，
所述充电电池保护电路具有：
异常检测电路，其检测所述多个充电电池单元的异常；
一个以上的监视端子，其设置成能够在与所述电源路径不同的路径中监视所述一个以上的负极的电位；
一条以上的内部布线，其介于所述一个以上的负极与所述一个以上的监视端子之间；以及
一个以上的内部开关，其分别串联地插入到所述一条以上的内部布线中，根据所述异常检测电路的异常检测结果而接通或断开，
所述设备根据所述一个以上的监视端子的电位，对流经包含所述一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，由此，对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
10.一种充电电池保护集成电路，通过对串联地插入到与串联连接的多个充电电池单元串联连接的电源路径中的至少一个开关元件进行控制，保护所述多个充电电池单元，其特征在于，
所述充电电池保护集成电路具有：
异常检测电路，其检测所述多个充电电池单元的异常；
一个以上的监视端子，其设置成能够在与所述电源路径不同的路径中监视所述多个充电电池单元的一个以上的负极的电位；
一条以上的内部布线，其介于所述一个以上的负极与所述一个以上的监视端子之间；以及
一个以上的内部开关，其分别串联地插入到所述一条以上的内部布线中，根据所述异常检测电路的异常检测结果而接通或断开，
所述一个以上的监视端子输出所述一个以上的负极的电位，以使所述外部设备根据所述一个以上的监视端子的电位对流经包含所述一条以上的内部布线中的至少一条内部布线的布线路径的电流进行控制，从而能够对所述多个充电电池单元各自的单元电压的平衡进行控制。
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