JP2006211761A - リチウムイオン二次電池監視半導体装置及びそのテスト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池監視半導体装置の温度監視機能において、「温度に依存しない基準電圧」と「温度に依存する素子の電位」を外部から直接測定することができる機能を設けて、任意の温度における温度検出機能の代替測定を可能とする技術を提供する。
【解決手段】温度依存性のある第１の電圧源３０１と、温度依存性のない第２の電圧源３０２と、一方の入力が第１の電圧源３０１に接続され、他方の入力が第２の電圧源３０２に接続された温度検出用比較器３０３と、一方の端子が第１の電圧源３０１に接続された第１のスイッチ３０４と、一方の端子が第２の電圧源３０２に接続された第２のスイッチ３０５と、一方の入力がＩＤＴ２１１に接続され、他方の入力が第１のスイッチ３０４の他方の端子及び第２のスイッチ３０５の他方の端子に接続されたテスト用比較器３０６と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池監視半導体装置及びそのテスト方法に関し、特にリチウムイオン二次電池監視半導体装置の温度監視機能の特性評価に適用して有効な技術に関する。

本発明者が検討した技術として、例えば、リチウムイオン二次電池監視半導体装置においては、以下の技術が考えられる。

リチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という。）には、安全性確保のために、電池パック内部に保護回路が内蔵されている。電池は、高容量のために過充電又は外部接続端子間の短絡などの状態では、膨張、発熱、発火の危険性が高いからである。このため、保護機能を充実させる必要がある。

すなわち、電池は、充電器を用いて充電する際に、充電完了状態を過ぎても定電流で充電を継続する場合、電池電圧の上昇を招く。このような過充電状態では、電池内部の圧力上昇により電池の破損、金属リチウムの析出による電極間短絡などが発生し、発熱、更には発火の危険性がある。過充電状態では、電池の電池温度が上昇を継続する。したがって、電池温度の検出のため、温度監視機能が必要となってくる。

温度監視機能を含む場合は、温度に依存しない基準電圧と温度に依存する素子の電位を比較する回路を利用する。

温度監視機能を有する電池の保護回路については、例えば、特許文献１に記載された技術がある。
特開２００３−１７３８２５号公報

ところで、前記のような電池監視半導体装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。

例えば、温度監視機能の特性を評価する場合、実際に温度を変化させて、前記「温度に依存しない基準電圧と温度に依存する素子の電位を比較する回路」を測定する必要がある。しかし、その手法は時間、コスト的に負担が大きい。

そこで、本発明の目的は、電池監視半導体装置の温度監視機能において、「温度に依存しない基準電圧」と「温度に依存する素子の電位」を外部から直接測定することができる機能を設けて、常温における温度検出機能の代替測定を可能とする技術を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明によるリチウムイオン二次電池監視半導体装置は、温度依存性のある第１の電圧源と、温度依存性のない第２の電圧源と、一方の入力が前記第１の電圧源に接続され、他方の入力が前記第２の電圧源に接続された温度検出用比較器と、一方の端子が前記第１の電圧源に接続された第１のスイッチと、一方の端子が前記第２の電圧源に接続された第２のスイッチと、一方の入力が検出端子に接続され、他方の入力が前記第１のスイッチの他方の端子及び前記第２のスイッチの他方の端子に接続されたテスト用比較器と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明によるリチウムイオン二次電池監視半導体装置のテスト方法は、前記リチウムイオン二次電池監視半導体装置を利用して、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのいずれか１つを短絡させ、前記検出端子の電位を変化させ、前記テスト用比較器の出力の電位変動に基づいて前記第１の電圧源又は前記第２の電圧源の電位を検出することを特徴とするものである。

また、本発明によるリチウムイオン二次電池監視半導体装置のテスト方法は、前記リチウムイオン二次電池監視半導体装置を利用して、任意の温度において、前記第１のスイッチを短絡させ、前記検出端子の電位を変化させ、前記テスト用比較器の出力の電位変動に基づいて前記第１の電圧源の電位を検出し、その検出結果と、前記第１の電圧源の温度特性から求められる設定温度における前記第１の電圧源の電位の設定値とを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の電圧源を調節することを特徴とするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

電池監視半導体装置の温度監視機能の特性評価において、温度を変化させる必要がなく、常温における電気特性測定により温度監視機能が測定可能になるため、テストコスト及びテスト時間が削減される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は本発明の一実施の形態による電池監視半導体装置の全体構成を示す図、図２は本実施の形態の電池監視半導体装置において、内部構成を示すブロック図、図３は図２の温度検出回路の構成例を示す回路図、図４は図２の温度検出回路の他の構成例を示す回路図である。

まず、図１により、本実施の形態による電池監視半導体装置の構成の一例を説明する。本実施の形態の電池監視半導体装置は、例えば電池監視ＩＣ１０１とされ、付加回路としてＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果型トランジスタ）１０２，１０３、抵抗１０４，１０５，１０６などからなり、電池１０７とともに電池パック１０８を構成している。

電池１０７の正（＋）極は、電池パック１０８のＰａｃｋ（＋）端子に接続され、また、抵抗１０４を介して電池監視ＩＣ１０１のＶＣＣ端子に接続される。

電池１０７の負（−）極は、ＦＥＴ１０２のソース電極と電池監視ＩＣ１０１のＧＮＤ端子に接続される。

ＦＥＴ１０２のドレイン電極はＦＥＴ１０３のドレイン電極に接続され、ＦＥＴ１０２のゲート電極は電池監視ＩＣ１０１のＤＣＨ端子に接続される。

ＦＥＴ１０３のソース電極は電池パック１０８のＰａｃｋ（−）端子に接続され、また、抵抗１０５を介して電池監視ＩＣ１０１のＩＤＴ端子に接続され、ＦＥＴ１０３のゲート電極は抵抗１０６を介して電池監視ＩＣ１０１のＣＨＧ端子に接続される。

電池パック１０８のＰａｃｋ（＋）端子とＰａｃｋ（−）端子の間には、充電器もしくは負荷１０９が接続される。

電池監視ＩＣ１０１のＶＣＣ端子は正極側の電源端子、ＧＮＤは負極側の電源端子である。

ＩＤＴ端子（検出端子）は、過電流電圧検出入力、充電過電流検出入力及びＣＨＧ出力の負（−）極側電源端子であり、放電電流が増加してＩＤＴ端子の入力電圧が過電流検出電圧（Ｖ５）、または短絡電流検知電圧（Ｖ６）を超えるとＤＣＨ出力がロウレベル（ＧＮＤ）になり、その後、入力電圧がＶ５以下になると過電流状態から復帰する。

ＤＣＨ端子は、放電回路遮断用外付けＦＥＴ１０２の駆動信号出力であり、電池１０７の電圧が正常な時はハイレベル（ＶＣＣ）となり、過放電状態または過電流状態を検出するとロウレベル（ＧＮＤ）になる。

ＣＨＧ端子は、充電回路遮断用外付けＦＥＴ１０３の駆動信号出力であり、電池１０７の電圧が正常な時はハイレベル（ＶＣＣ）となり、過充電状態または過大な充電器電圧を検出するとロウレベル（ＩＤＴ）になる。

次に、図２により、電池監視ＩＣ１０１の内部構成の一例を説明する。本実施の形態による電池監視ＩＣ１０１は、例えば、温度検出回路２０１、制御回路２０２、駆動回路２０３、基準電圧発生回路２０４、上限電圧検出回路２０５、下限電圧検出回路２０６、発振器２０７、カウンタ２０８、充電器電圧検出回路２０９、放電電流検出回路２１０などから構成される。

温度検出回路２０１では、ＩＤＴ端子からＩＤＴ２１１が入力し、制御回路２０２から制御信号２１２が入力し、制御回路２０２へ温度検出信号２１３が出力し、駆動回路２０３へテスト信号２１４が出力している。また、テスト信号２１４（充電回路遮断用素子駆動信号又は放電回路遮断用素子駆動信号）は、駆動回路２０３を介してＣＨＧ端子又はＤＣＨ端子に接続される。

通常動作において、電池監視ＩＣ１０１が設定温度を超えた場合、温度検出回路２０１の温度検出信号２１３が変化し、制御回路２０２は、例えば、駆動回路２０３を介してＤＣＨ端子又はＣＨＧ端子に接続されたＦＥＴ１０２，１０３をオフにしたり、タイマ時間の設定変更を行ったりする。

テスト時には、制御回路２０２から温度検出回路２０１へ制御信号２１２を出力し、ＩＤＴ２１１に所定の電圧を掃引して印加し、駆動回路２０３を介してテスト信号２１４の変化をモニタし、温度検出回路２０１の特性評価を行う。

次に、図３により、温度検出回路２０１の内部構成の一例及びテスト方法の一例を説明する。本実施の形態による温度検出回路２０１は、例えば、温度依存性のある第１の電圧源（Ｖｔ）３０１と、温度依存性のない第２の電圧源（Ｖｒｅｆ）３０２と、一方の入力が第１の電圧源３０１に接続され、他方の入力が第２の電圧源３０２に接続された温度検出用比較器３０３と、一方の端子が第１の電圧源３０１に接続された第１のスイッチ３０４と、一方の端子が第２の電圧源３０２に接続された第２のスイッチ３０５と、一方の入力がＩＤＴ（検出端子）２１１に接続され、他方の入力が第１のスイッチ３０４の他方の端子及び第２のスイッチ３０５の他方の端子に接続されたテスト用比較器３０６と、などからなり、温度検出用比較器３０３の出力（温度検出信号２１３）は制御回路２０２に接続され、テスト用比較器３０６の出力（テスト信号２１４）は駆動回路２０３に接続されている。

第１の電圧源（Ｖｔ）３０１は、温度で電位が変動するものであり、接合ダイオード、電界効果型トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ等）のゲートソース間電圧などを利用する。

この温度検出回路２０１は、通常動作時に、温度検出用比較器３０３の出力（温度検出信号２１３）の電位変動に基づいて温度を検出し、制御回路２０２により、前述の処理を行う。この時、第１のスイッチ３０４及び第２のスイッチ３０５は、制御回路２０２からの制御信号２１２によりオフにしておく。

また、テスト時には、制御回路２０２からの制御信号２１２により第１のスイッチ３０４及び第２のスイッチ３０５のいずれか１つを短絡させ、ＩＤＴ２１１の電位を変化させ、テスト用比較器３０６の出力（テスト信号２１４）の電位変動に基づいて第１の電圧源３０１又は第２の電圧源３０２の電位を検出する。また、第１の電圧源３０１の調節（トリミング）を行う場合は、任意の温度において（常温が好ましい）、第１のスイッチ３０４を短絡させ、ＩＤＴ２１１（検出端子）の電位を変化させ、テスト用比較器３０６の出力の電位変動に基づいて第１の電圧源３０１の電位を検出し、その検出結果と、第１の電圧源３０１の温度特性から求められる設定温度における第１の電圧源３０１の電位の設定値とを比較し、その比較結果に基づいて第１の電圧源３０１を調節する。

図４に、温度検出回路２０１の内部構成の他の一例を示す。この例による温度検出回路２０１は、図３の第１の電圧源（Ｖｔ）３０１と等価な機能を温度依存性のある抵抗（Ｒｔ）４０１と定電流源４０２とで構成したものである。他の構成及び動作は、図３の温度検出回路２０１と同じであるので説明を省略する。

したがって、本実施の形態による電池監視半導体装置及びそのテスト方法によれば、「温度に依存しない基準電圧」と「温度に依存する素子の電位」を外部から直接測定することができるので、温度を変化させた測定と同等の測定を任意の温度又は常温で可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態においては、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではなく、他の二次電池（繰り返し充電可能な電池）についても適用可能である。

本発明は、リチウムイオン二次電池監視ＩＣ、充電制御ＩＣ等について適用可能である。

本発明の一実施の形態による電池監視半導体装置の全体構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による電池監視半導体装置において、内部構成を示すブロック図である。 図２の温度検出回路の構成例を示す回路図である。 図２の温度検出回路の他の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１０１ 電池監視ＩＣ
１０２，１０３ ＦＥＴ
１０４，１０５，１０６ 抵抗
１０７ 電池
１０８ 電池パック
１０９ 充電器もしくは負荷
２０１ 温度検出回路
２０２ 制御回路
２０３ 駆動回路
２０４ 基準電圧発生回路
２０５ 上限電圧検出回路
２０６ 下限電圧検出回路
２０７ 発振器
２０８ カウンタ
２０９ 充電器電圧検出回路
２１０ 放電電流検出回路
２１１ ＩＤＴ
２１２ 制御信号
２１３ 温度検出信号
２１４ テスト信号
３０１ 第１の電圧源（Ｖｔ）
３０２ 第２の電圧源（Ｖｒｅｆ）
３０３ 温度検出用比較器
３０４ 第１のスイッチ
３０５ 第２のスイッチ
３０６ テスト用比較器
４０１ 抵抗（Ｒｔ）
４０２ 定電流源

Claims (5)

1. 温度依存性のある第１の電圧源と、
   温度依存性のない第２の電圧源と、
   一方の入力が前記第１の電圧源に接続され、他方の入力が前記第２の電圧源に接続された温度検出用比較器と、
   一方の端子が前記第１の電圧源に接続された第１のスイッチと、
   一方の端子が前記第２の電圧源に接続された第２のスイッチと、
   一方の入力が検出端子に接続され、他方の入力が前記第１のスイッチの他方の端子及び前記第２のスイッチの他方の端子に接続されたテスト用比較器と、を有し、
   通常動作時に、前記温度検出用比較器の出力の電位変動に基づいて温度を検出し、
   テスト時に、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのいずれか１つを短絡させ、前記検出端子の電位を変化させ、前記テスト用比較器の出力の電位変動に基づいて前記第１の電圧源又は前記第２の電圧源の電位を検出する機能を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池監視半導体装置。
2. 請求項１記載のリチウムイオン二次電池監視半導体装置において、
   前記第１の電圧源は、接合ダイオード、電界効果型トランジスタ及び抵抗のいずれかの素子を利用することを特徴とするリチウムイオン二次電池監視半導体装置。
3. 請求項１記載のリチウムイオン二次電池監視半導体装置において、
   前記テスト用比較器の出力は、充電回路遮断用素子駆動信号又は放電回路遮断用素子駆動信号であることを特徴とするリチウムイオン二次電池監視半導体装置。
4. 温度依存性のある第１の電圧源と、
   温度依存性のない第２の電圧源と、
   一方の入力が前記第１の電圧源に接続され、他方の入力が前記第２の電圧源に接続された温度検出用比較器と、
   一方の端子が前記第１の電圧源に接続された第１のスイッチと、
   一方の端子が前記第２の電圧源に接続された第２のスイッチと、
   一方の入力が検出端子に接続され、他方の入力が前記第１のスイッチの他方の端子及び前記第２のスイッチの他方の端子に接続されたテスト用比較器と、を有するリチウムイオン二次電池監視半導体装置のテスト方法であって、
   前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのいずれか１つを短絡させ、前記検出端子の電位を変化させ、前記テスト用比較器の出力の電位変動に基づいて前記第１の電圧源又は前記第２の電圧源の電位を検出することを特徴とするリチウムイオン二次電池監視半導体装置のテスト方法。
5. 温度依存性のある第１の電圧源と、
   温度依存性のない第２の電圧源と、
   一方の入力が前記第１の電圧源に接続され、他方の入力が前記第２の電圧源に接続された温度検出用比較器と、
   一方の端子が前記第１の電圧源に接続された第１のスイッチと、
   一方の入力が検出端子に接続され、他方の入力が前記第１のスイッチの他方の端子に接続されたテスト用比較器と、を有するリチウムイオン二次電池監視半導体装置のテスト方法であって、
   任意の温度において、前記第１のスイッチを短絡させ、前記検出端子の電位を変化させ、前記テスト用比較器の出力の電位変動に基づいて前記第１の電圧源の電位を検出し、その検出結果と、前記第１の電圧源の温度特性から求められる設定温度における前記第１の電圧源の電位の設定値とを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の電圧源を調節することを特徴とするリチウムイオン二次電池監視半導体装置のテスト方法。

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