JP2008215853A - Cell voltage detection circuit and battery-driven apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電池電圧検出回路及び電池駆動式機器に関し、より詳細には、一次又は二次のリチウム電池に対する電池電圧検出回路、及びリチウム電池で駆動している電池駆動式機器に関する。 The present invention relates to a battery voltage detection circuit and a battery-driven device, and more particularly to a battery voltage detection circuit for a primary or secondary lithium battery and a battery-driven device driven by a lithium battery.
リチウム一次電池、或いはリチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池といったリチウム電池は、電源用やメモリバックアップ用などとして様々な電子機器に搭載されている。例えば、携帯電話機、携帯情報端末(PDA)、ノート型パーソナルコンピュータ(ノートPC)、リモコン、カメラなどをはじめ、都市ガスやLPガス分野においてもガスメータや警報器など、様々な機器にリチウム電池が搭載されている。このような電池駆動式の機器には、電池残量検出装置が具備されているものがある。 A lithium battery such as a lithium primary battery or a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery is mounted on various electronic devices for power supply or memory backup. For example, lithium batteries are installed in various devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers (notebook PCs), remote controllers and cameras, as well as gas meters and alarms in the city gas and LP gas fields. Has been. Some of these battery-driven devices are equipped with a battery remaining amount detection device.
電池残量検出装置の一例として、特許文献1には、電池に擬似的に最大負荷電流を通電して、又は実際の負荷電流を流した状態において、その垂下量又は復帰量から電池残量を検出する装置が開示されている。この電池残量検出装置は、負荷に通電され、使用に入る前に通電表示信号を出力する通電表示信号出力手段と、その通電表示信号出力手段から出力される通電表示信号に応答して電池電圧の垂下量又は復帰量を検出する検出手段と、その検出手段から出力される垂下量又は復帰量に応答してその報知信号を出力する報知手段とを備えるものである。 As an example of a battery remaining amount detection device, Patent Document 1 discloses a battery remaining amount from a drooping amount or a return amount in a state where a maximum load current is applied to a battery in a pseudo manner or an actual load current is passed. An apparatus for detecting is disclosed. This battery remaining amount detecting device is energized to a load and outputs an energization display signal before use, and a battery voltage in response to an energization display signal output from the energization display signal output means. Detecting means for detecting the amount of droop or the amount of return, and notifying means for outputting a notification signal in response to the amount of droop or the amount of return output from the detecting means.
図6は、従来の電池駆動式機器の内部構成を示す回路図である。図6で示す電池駆動式機器2は、リチウム電池21、定電流素子22、電圧検出素子23、制御部24、及びその他の内部回路25を備える。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an internal configuration of a conventional battery-driven device. 6 includes a
電池駆動式機器2における電池電圧低下の検出は、定電流素子22と電圧検出素子23と制御部24で行われる。すなわち、定電流素子22によりリチウム電池21に一定負荷電流をかけ、負荷電流により降下したリチウム電池21の電圧と予め既定した電圧検出素子23の電圧検出レベルとを比較する。そして、制御部24は、電圧検出素子23の電圧検出レベルをリチウム電池21の電圧が下回った場合に、電池電圧が所定電圧より低下したと判定(検知)する。
しかしながら、リチウム電池21の周囲温度は、温度管理をした場所に機器を設置しない限り、通常変動する。そして、リチウム電池の温度に応じた放電特性を図2に示す通り、図6の電池駆動式機器2においても、リチウム電池21の出力電圧は、周囲温度が低温となると低くなり、周囲温度が高温となると高くなる。
However, the ambient temperature of the
従って、特許文献1をはじめとする従来技術のように、リチウム電池の電圧と比較して電池電圧の低下を判定している機器では、周囲温度の変動があった場合、既定した使用量での正確な判定はなされないことが分かる。例えば、高温時には常温時の既定使用量を上回った値にならないと電圧低下を検知せず、低温時には常温時の既定使用量を下回る値で電圧低下を検知してしまう。 Therefore, in a device that determines a decrease in battery voltage compared to the voltage of a lithium battery as in the prior art including Patent Document 1, if there is a change in the ambient temperature, It can be seen that an accurate determination is not made. For example, the voltage drop is not detected unless the value exceeds the default use amount at room temperature at a high temperature, and the voltage drop is detected at a value lower than the default use amount at room temperature at a low temperature.
このように、リチウム電池で駆動している従来の機器は、電池電圧の低下判定を、或る負荷電流をかけた状態のリチウム電池の電圧とリチウム電池の使用量で既定した電圧の閾値とを比較することで行っているが、周囲温度の影響でリチウム電池自体の出力電圧が変動するため、正確に判定できない。 As described above, the conventional device driven by the lithium battery determines whether the battery voltage is lowered by determining the voltage of the lithium battery in a state where a certain load current is applied and the threshold value of the voltage defined by the amount of use of the lithium battery. Although it is performed by comparing, since the output voltage of the lithium battery itself fluctuates due to the influence of the ambient temperature, it cannot be accurately determined.
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、リチウム電池の周囲温度が変化しても電池電圧低下を正確に検出することが可能な電池電圧検出回路、並びにその回路及びリチウム電池を備えた電池駆動式機器の提供を、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a battery voltage detection circuit capable of accurately detecting a battery voltage drop even when the ambient temperature of the lithium battery changes, and the circuit and the lithium battery It is an object of the present invention to provide a battery-powered device including
上述のごとき課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、リチウム電池の出力電圧の低下を、閾値との比較により検出する電池電圧検出回路であって、前記リチウム電池の周囲温度に応じた負荷電流を流す負荷回路を備え、前記リチウム電池の出力電圧を前記周囲温度に応じて変化させることを特徴としたものである。 In order to solve the above-described problems, a first technical means of the present invention is a battery voltage detection circuit that detects a decrease in the output voltage of a lithium battery by comparison with a threshold value, the ambient temperature of the lithium battery. And a load circuit for supplying a load current according to the temperature of the lithium battery, wherein the output voltage of the lithium battery is changed according to the ambient temperature.
第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記負荷回路は、温度特性をもつ抵抗体と、該抵抗体に一定電圧を供給する定電圧素子とを有することを特徴としたものである。 According to a second technical means, in the first technical means, the load circuit includes a resistor having a temperature characteristic and a constant voltage element for supplying a constant voltage to the resistor. .
第3の技術手段は、第1又は第2の技術手段における電池電圧検出回路と、前記リチウム電池とを備えた電池駆動式機器であって、前記リチウム電池で動作することを特徴としたものである。 A third technical means is a battery-driven device including the battery voltage detection circuit in the first or second technical means and the lithium battery, and is characterized by operating with the lithium battery. is there.
本発明によれば、リチウム電池の周囲温度が変化しても電池電圧低下を正確に検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately detect a battery voltage drop even if the ambient temperature of the lithium battery changes.
図1は、本発明に係る電池駆動式機器の内部構成例を示す回路図である。また、図2は、リチウム電池の温度に応じた放電特性を示すグラフ、図3は、リチウム電池の負荷電流に応じた放電特性を示すグラフである。さらに、図4は、周囲温度が低い場合の図1の電池駆動式機器に搭載されたリチウム電池の出力電圧の特性を示すグラフ、図5は、周囲温度が高い場合の図1の電池駆動式機器に搭載されたリチウム電池の出力電圧の特性を示すグラフである。 FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the internal configuration of a battery-driven device according to the present invention. FIG. 2 is a graph showing discharge characteristics according to the temperature of the lithium battery, and FIG. 3 is a graph showing discharge characteristics according to the load current of the lithium battery. 4 is a graph showing characteristics of the output voltage of the lithium battery mounted on the battery-driven device of FIG. 1 when the ambient temperature is low, and FIG. 5 is a battery-driven type of FIG. 1 when the ambient temperature is high. It is a graph which shows the characteristic of the output voltage of the lithium battery mounted in the apparatus.
図1で例示する電池駆動式機器1は、リチウム電池11で駆動(動作)する機器であり、リチウム電池11の他に、本発明に係る電池電圧検出回路(電池電圧低下検出回路、或いは電池残量検出回路とも言う)と、その他の内部回路15とを備える。
A battery-driven device 1 illustrated in FIG. 1 is a device that is driven (operated) by a lithium battery 11, and in addition to the lithium battery 11, a battery voltage detection circuit (battery voltage drop detection circuit or battery remaining battery) according to the present invention. And other
本発明に係る電池電圧検出回路は、電圧検出素子13及び制御部14を備える。電圧検出素子13及び制御部14は、リチウム電池11の出力電圧の低下を、その出力電圧を電圧検出素子13の閾値(電圧検出レベル)と比較することで検出するために、リチウム電池11に接続されているものである。例えば、電圧検出素子13は、リチウム電池11の出力電圧と予め既定した電圧検出レベルとを比較し、この電圧検出レベルをリチウム電池11の電圧が下回った場合に制御部14に対して検知信号を発する。そして、制御部14は、この検知信号により、電池電圧が所定電圧より低下したと判定(検知)し、電池起動式機器1のユーザに図示しない表示部や音声出力部等で表示やアラームなどで報知する制御を行う。なお、制御部14は、ここで説明する電池電圧低下検出以外に、内部回路15の制御も行ってもよい。
The battery voltage detection circuit according to the present invention includes a
図2に示す通り、リチウム電池11自体の出力電圧は、リチウム電池11の周囲温度が低温となると低くなり周囲温度が高温となると高くなるため、電池電圧の正確な検出が行えない。 As shown in FIG. 2, the output voltage of the lithium battery 11 itself becomes low when the ambient temperature of the lithium battery 11 becomes low and becomes high when the ambient temperature becomes high, so that the battery voltage cannot be accurately detected.
本発明に係る電池電圧検出回路では、このような周囲温度の影響を無くすために、図3に示すようなリチウム電池11の負荷電流に応じた放電特性を利用する。すなわち、本発明では、リチウム電池11の出力電圧の電圧降下が、リチウム電池11の負荷電流が低くなれば小さくなり、リチウム電池11の負荷電流が高くなれば大きくなるといった図3のごとき放電特性を利用して、リチウム電池11の周囲温度の影響を取り除いた電池電圧低下検出を行う。 In the battery voltage detection circuit according to the present invention, in order to eliminate the influence of such an ambient temperature, a discharge characteristic according to the load current of the lithium battery 11 as shown in FIG. 3 is used. That is, according to the present invention, the discharge characteristic as shown in FIG. 3 is such that the voltage drop of the output voltage of the lithium battery 11 decreases as the load current of the lithium battery 11 decreases and increases as the load current of the lithium battery 11 increases. Utilizing this, the battery voltage drop detection is performed by removing the influence of the ambient temperature of the lithium battery 11.
そのため、本発明に係る電池電圧検出回路は、電圧検出素子13及び制御部14の他に、リチウム電池11に対して負荷をかける回路として、リチウム電池11の周囲温度に応じた負荷電流を流す負荷回路を備える。そして、この負荷回路は、温度変化に対して負荷電流を変動させるといった温度特性をもつため、図3で示した放電特性によりリチウム電池11の出力電圧を周囲温度に応じて変化させることができ、結果として、既定の使用量での正常な判定を可能にする。
Therefore, the battery voltage detection circuit according to the present invention is a circuit that applies a load current corresponding to the ambient temperature of the lithium battery 11 as a circuit that applies a load to the lithium battery 11 in addition to the
このような負荷回路は、例えば、温度特性をもつサーミスタ10とそのサーミスタ10に一定電圧を供給する定電圧素子12とで構成できる。サーミスタ10は、周囲の温度変動に対応し抵抗値が変わる特性をもつ抵抗体の例であり、所謂サーミスタと呼ばれるような温度変化に対する電気抵抗の変化が大きい抵抗体でなくても、通常の抵抗器でも温度特性をもっていれば代用できる。抵抗体は、組み込むリチウム電池11の温度特性などにより適切な温度特性をもつものを選別して組み込むとよい。定電圧素子12は、サーミスタ10に一定電圧を供給する素子であり、定電圧ダイオードをはじめ、DC−DCコンバータやレギュレータなども適用できる。
Such a load circuit can be composed of, for example, a thermistor 10 having temperature characteristics and a
定電圧素子12からサーミスタ10へ一定電圧が供給されるが、サーミスタ10は温度の変動によりその抵抗値が変動するため、リチウム電池11への負荷電流が変動する。この変動により図3で示したようにリチウム電池11の出力電圧も変動するため、結果的にリチウム電池11の出力電圧が温度により変動する。電圧検出素子13及び制御部14では、その電圧値を予め使用量で既定していた電圧出力レベルと比較するため、温度変化に応じた電池電圧低下検出を行うことができる。
A constant voltage is supplied from the
例えば、サーミスタ10として、温度に対して負特性(負の温度特性)をもつものを使用し、電圧検出素子13として、或る既定する使用量で電圧低下判定する際の電圧出力レベルを、使用温度範囲(その電池電圧検出回路を使用する温度範囲)の中心値又は常温のときの電圧出力レベルとして既定しておく。
For example, the thermistor 10 having a negative characteristic with respect to temperature (negative temperature characteristic) is used, and the
リチウム電池11の周囲温度が使用温度範囲の中心値又は常温であった場合には、サーミスタ10の抵抗値、リチウム電池11への負荷電流、及びリチウム電池11の出力電圧も変動しないが、元々想定している周囲温度であるため、正確な電池電圧低下検出が可能である。 When the ambient temperature of the lithium battery 11 is the center value of the operating temperature range or the room temperature, the resistance value of the thermistor 10, the load current to the lithium battery 11, and the output voltage of the lithium battery 11 do not change, but originally assumed. Therefore, the battery voltage drop can be detected accurately.
これに対し、電池電圧検出回路の周囲温度(実際にはリチウム電池11の周囲温度)が予め設定した温度から低温方向となった場合には、図4に示すように、温度に対して負特性を持つサーミスタ10の抵抗値は大きくなり、リチウム電池11への負荷電流は小さくなる。リチウム電池11は、元々周囲温度で出力電圧が降下しているが、負荷電流が小さくなったことで出力電圧が元に戻る。 On the other hand, when the ambient temperature of the battery voltage detection circuit (actually the ambient temperature of the lithium battery 11) is changed from a preset temperature to a low temperature direction, as shown in FIG. The resistance value of the thermistor 10 having a large value increases, and the load current to the lithium battery 11 decreases. Although the output voltage of the lithium battery 11 originally drops at the ambient temperature, the output voltage returns to the original state because the load current is reduced.
また、周囲温度が予め設定した温度から高温方向となった場合には、図5に示すように、温度に対して負特性を持つサーミスタ10の抵抗値は小さくなり、リチウム電池11への負荷電流は大きくなる。リチウム電池11は、元々周囲温度で出力電圧が増加しているが、負荷電流が大きくなったことで出力電圧が元に戻る。 Further, when the ambient temperature is changed from a preset temperature to a higher temperature direction, as shown in FIG. 5, the resistance value of the thermistor 10 having a negative characteristic with respect to the temperature becomes small, and the load current to the lithium battery 11 is reduced. Will grow. Although the output voltage of the lithium battery 11 originally increased at the ambient temperature, the output voltage returns to the original when the load current increases.
このように、本発明に係る電池電圧低下回路は、周囲温度の変化に起因するリチウム電池11の出力電圧の変動分を、電池電圧検出回路の負荷を変動させることで補正している。 Thus, the battery voltage lowering circuit according to the present invention corrects the fluctuation of the output voltage of the lithium battery 11 due to the change in the ambient temperature by changing the load of the battery voltage detection circuit.
なお、図2乃至図5で例示した特性は、広義のリチウム電池全てにおいて同様の傾向にあり、同様にして負荷変動で電池電圧低下を検出することができる。従って、上述したリチウム電池11としては、リチウム一次電池、或いはリチウムイオン二次電池やリチウムイオンポリマー二次電池等のリチウム二次電池が適用できる。また、簡略化のため、電圧検出素子13が一つの比較用閾値(電圧検出レベル)をもつことを前提として説明したが、複数の閾値(電圧検出レベル)をもたせるよう構成することで、電池電圧の単なる既定使用量からの低下だけでなく、実際の使用量を検出することもできる。
The characteristics illustrated in FIG. 2 to FIG. 5 have the same tendency in all lithium batteries in a broad sense, and a battery voltage drop can be detected in the same manner as a load change. Therefore, as the above-described lithium battery 11, a lithium primary battery, or a lithium secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a lithium ion polymer secondary battery can be applied. Further, for the sake of simplification, the
以上、本発明によれば、リチウム電池11の電圧低下の検出を周囲温度によって変化させているため、リチウム電池11の周囲温度が変化しても、既定する使用量で正確に電池電圧低下を検出(検知)することが可能となる。 As described above, according to the present invention, since the detection of the voltage drop of the lithium battery 11 is changed depending on the ambient temperature, even if the ambient temperature of the lithium battery 11 changes, the battery voltage drop is accurately detected with the predetermined usage amount. (Detection) can be performed.
1…電池駆動式機器、10…サーミスタ、11…リチウム電池、12…定電圧素子、13…電圧検出素子、14…制御部、15…その他の内部回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery drive type apparatus, 10 ... Thermistor, 11 ... Lithium battery, 12 ... Constant voltage element, 13 ... Voltage detection element, 14 ... Control part, 15 ... Other internal circuits.
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