JP2010135317A - Battery system having embedded type cell monitor - Google Patents

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William Densham
ウィリアム・デンシャム
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery pack capable of promptly coping with a high temperature or the like of a battery cell. <P>SOLUTION: The battery pack includes a battery cell 100 and an RF cell monitor 101. The RF cell monitor is embedded in the battery cell, monitors a temperature and a voltage of the battery cell, and operates to generate an alarm signal 191 when the respective values exceed a prescribed threshold. Furthermore, it has a detection circuit 104 to generate a detection signal 103 and a transmitter capable of operating so as to generate the alarm signal. Furthermore, it has a battery control unit to perform a protection operation for the battery pack by being combined with a receiver having an antenna to receive the alarm signal from the transmitter. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2007年11月30日に出願した「Battery System with Embedded Cell Monitors」という名称の米国特許出願第11/998,579号の一部継続出願に基づくものである。 RELATED APPLICATIONS This application is a part of US patent application Ser. No. 11 / 998,579, entitled “Battery System with Embedded Cell Monitors,” filed Nov. 30, 2007, which is incorporated herein by reference in its entirety. This is based on the Department Continuation Application

本発明による実施形態は、電源システムおよび電池監視システムに関する。   Embodiments according to the present invention relate to a power supply system and a battery monitoring system.

電池は、ノートブックコンピュータ、携帯電話などの電子デバイスに電力を供給するために、電子デバイスにおいて広く用いられる。しかし、電池が充電または放電しているときには、電池の温度は上昇することがある。リチウムイオン電池、特にコバルトカソードの化学作用タイプの電池は、発熱反応が自己持続的になると臨界温度(たとえば摂氏135°から摂氏145°の間)に達する場合がある。高温度は、電池を劣化させる。   Batteries are widely used in electronic devices to supply power to electronic devices such as notebook computers and mobile phones. However, when the battery is charging or discharging, the battery temperature may increase. Lithium ion batteries, particularly cobalt cathode chemistry type batteries, can reach critical temperatures (eg, between 135 ° C. and 145 ° C.) when the exothermic reaction becomes self-sustaining. High temperatures degrade the battery.

米国特許出願第11/998,579号明細書U.S. Patent Application No. 11 / 998,579

従来の電子システムでは、電池パックの温度を監視するためにサーミスタを使用することができる。しかし、サーミスタは、サーミスタから離れた位置にある電池セルの高温度に対して迅速に応答することができない。   In conventional electronic systems, a thermistor can be used to monitor the temperature of the battery pack. However, the thermistor cannot quickly respond to the high temperature of the battery cell located away from the thermistor.

本明細書では、電池パックが開示される。電池パックは、電池セルと、RFセルモニタとを含む。RFセルモニタは、電池セルに埋め込まれ、電池セルを監視し、かつ電池セルの所定の状態を示す警告信号を発生するように動作可能である。   In the present specification, a battery pack is disclosed. The battery pack includes a battery cell and an RF cell monitor. The RF cell monitor is embedded in the battery cell and is operable to monitor the battery cell and generate a warning signal indicating a predetermined state of the battery cell.

本発明の利点は、添付の図面に関連してその説明が考察されるべき、本発明の例示的実施形態についての以下の詳細な説明から明らかとなる。   The advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments of the invention, which should be considered in conjunction with the accompanying drawings.

本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタを有する電池セルのブロック図である。1 is a block diagram of a battery cell having an embedded cell monitor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタを有する電池セルを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a battery cell having an embedded cell monitor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタを有する電池セルを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a battery cell having an embedded cell monitor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタのダイの断面図である。2 is a cross-sectional view of a die of an embedded cell monitor, according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタのダイの断面図である。2 is a cross-sectional view of a die of an embedded cell monitor, according to one embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタのダイを示す図である。FIG. 4 illustrates a die for an embedded cell monitor, according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、電子システムのブロック図である。1 is a block diagram of an electronic system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、電池システムによって行われる動作のフローチャートである。4 is a flowchart of operations performed by a battery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、埋め込み型RF(無線周波数)セルモニタを有する電池セルを示す図である。FIG. 2 shows a battery cell with an embedded RF (radio frequency) cell monitor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による、その中にRFセルモニタが製作されるダイの例示の図である。FIG. 3 is an exemplary diagram of a die in which an RF cell monitor is fabricated, according to one embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による、電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention.

本開示では本明細書において、埋め込み型セルモニタを有する電池パック/システムが開示される。本明細書では、図面に示される実施形態は例示のためであるので、本開示において、一般的に組み込まれる一部のサブコンポーネントおよび/または周辺コンポーネントは、簡単かつ明瞭にするために省かれる。本発明による実施形態の説明では、明瞭にするために特定の用語が使用される。しかし、本特許明細書の開示は、選択された用語および特定の実施形態に限定されるものではない。それぞれの特定の要素は、同様に動作するすべての技術的に等価なものを含むことを理解されたい。   In this disclosure, a battery pack / system having an embedded cell monitor is disclosed herein. In the present specification, the embodiments shown in the drawings are for illustration purposes, and in the present disclosure, some sub-components and / or peripheral components that are generally incorporated are omitted for simplicity and clarity. In describing embodiments according to the present invention, specific terminology is used for the sake of clarity. However, the disclosure of this patent specification is not limited to selected terms and specific embodiments. It should be understood that each specific element includes all technically equivalents that operate in a similar manner.

一実施形態では、1つまたは複数の電池セルを含む電池パックが提供される。セルモニタ(たとえば無線周波数(RF)セルモニタ)は、各電池セルに埋め込まれ、対応する電池セルを監視し、かつ対応する電池セルの所定の状態(たとえば、望ましくない状態、または障害状態)を示す警告信号を発生するように動作可能である。各RFセルモニタは、対応する電池セルの所定の状態を検出し、かつ検出信号を発生するように動作可能な検知回路を含む。各RFセルモニタはさらに、RFセルモニタの検出信号に従って警告信号を発生するように動作可能な送信器を含む。電池パックはさらに、警告信号を受信するための受信器を含む。受信器は、警告信号に従って、電池パックのための保護動作(たとえば、電池パックの充電を終わらせる、または電池パックの放電を終わらせる)を始動させるための電池管理ユニットを含む。   In one embodiment, a battery pack is provided that includes one or more battery cells. A cell monitor (e.g., radio frequency (RF) cell monitor) is embedded in each battery cell, monitors the corresponding battery cell, and indicates a predetermined state (e.g., an undesirable or fault condition) of the corresponding battery cell Operable to generate a signal. Each RF cell monitor includes a sensing circuit operable to detect a predetermined state of the corresponding battery cell and generate a detection signal. Each RF cell monitor further includes a transmitter operable to generate a warning signal in accordance with the detection signal of the RF cell monitor. The battery pack further includes a receiver for receiving the warning signal. The receiver includes a battery management unit for initiating a protective action for the battery pack (eg, terminating charging of the battery pack or terminating discharging of the battery pack) according to the warning signal.

図1は、本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタ101を有する電池セル100のブロック図を示す。電池セル100は、電池パック(簡単かつ明瞭にするために、図1には示していない)内にある。セルモニタ101は、電池セル100に埋め込まれ、電池セル100の正端子131と負端子133の間に結合される。セルモニタ101は、電池セル100を監視し、かつ電池セル100の所定の状態(たとえば、望ましくない状態)を示す警告信号191を発生するように動作可能である。一実施形態では望ましくない状態とは、非限定的に、過電圧状態および過温度状態を含むことができる。一実施形態ではセルモニタ101は、電池セル100の望ましくない状態を検出し、かつ検出された望ましくない状態を示す検出信号103を発生するように動作可能な検知回路104を含む。セルモニタ101はさらに、検出信号103を受け取り、かつ検知回路104からの検出信号103に従って警告信号191を発生するように動作可能な送信器135を含む。有利には、電池パックは、警告信号191を取得し、望ましくない状態での劣化から電池パックを保護するために、対応する保護動作(たとえば、電池パックの充電を終わらせる、または電池パックの放電を終わらせる)を行うことができる。   FIG. 1 shows a block diagram of a battery cell 100 having an embedded cell monitor 101 according to one embodiment of the invention. Battery cell 100 is in a battery pack (not shown in FIG. 1 for simplicity and clarity). Cell monitor 101 is embedded in battery cell 100 and is coupled between positive terminal 131 and negative terminal 133 of battery cell 100. The cell monitor 101 is operable to monitor the battery cell 100 and generate a warning signal 191 indicating a predetermined state (eg, an undesirable state) of the battery cell 100. In one embodiment, undesirable conditions can include, but are not limited to, overvoltage conditions and overtemperature conditions. In one embodiment, the cell monitor 101 includes a sensing circuit 104 that is operable to detect an undesirable state of the battery cell 100 and generate a detection signal 103 indicative of the detected undesirable state. The cell monitor 101 further includes a transmitter 135 that is operable to receive the detection signal 103 and generate a warning signal 191 in accordance with the detection signal 103 from the detection circuit 104. Advantageously, the battery pack obtains a warning signal 191 and takes a corresponding protective action (e.g. terminates the charge of the battery pack or discharges the battery pack) in order to protect the battery pack from degradation in an undesirable state. Can be done).

図2Aは、本発明の一実施形態による、埋め込み型セルモニタ101Aを有する電池セル100Aの詳細図を示す。図1と同じラベルが付けられた要素は同様な機能を有し、したがって本明細書では明瞭かつ簡単にするためにそれらの要素の繰り返しの説明は省かれる。一実施形態では検知回路104は、電池セル100Aの望ましくない状態を検出し、かつ検出信号103を発生するように動作可能である。送信器135Aは、検知回路104からの検出信号103に従って、警告信号191を発生するように動作可能である。   FIG. 2A shows a detailed view of a battery cell 100A having an embedded cell monitor 101A according to one embodiment of the present invention. Elements labeled the same as in FIG. 1 have similar functions, and therefore, repeated description of those elements is omitted herein for clarity and simplicity. In one embodiment, the sensing circuit 104 is operable to detect an undesirable state of the battery cell 100A and generate a detection signal 103. Transmitter 135A is operable to generate warning signal 191 in accordance with detection signal 103 from detection circuit 104.

より具体的には、検知回路104は、電圧センサ111、比較器117、および論理和ゲート121を含むことができる。一実施形態では電圧センサ111は、抵抗器とすることができる。電圧センサ111は、電池セル100Aの電圧を監視するように動作可能である。電圧センサ111によって監視された電圧は、比較器117によって基準電圧113と比較される。基準電圧113は、所定の閾値電圧とすることができる。電池セル100Aの電圧が基準電圧113より大きい場合、これは過電圧状態を示すことができ、比較器117は論理和ゲート121に信号(たとえば相対的に高い電圧レベルを有する)を発生する。   More specifically, the detection circuit 104 can include a voltage sensor 111, a comparator 117, and an OR gate 121. In one embodiment, the voltage sensor 111 can be a resistor. Voltage sensor 111 is operable to monitor the voltage of battery cell 100A. The voltage monitored by the voltage sensor 111 is compared with the reference voltage 113 by the comparator 117. The reference voltage 113 can be a predetermined threshold voltage. If the voltage of battery cell 100A is greater than reference voltage 113, this can indicate an overvoltage condition and comparator 117 generates a signal (eg, having a relatively high voltage level) at OR gate 121.

一実施形態では、検知回路104はまた、温度センサ115および比較器119を含む。一実施形態では、温度センサ115はサーミスタとすることができる。別の実施形態では、温度センサ115は、内部温度検知回路とすることができる。温度センサ115は、電池セル100Aの温度を監視し、かつ電池セル100Aの温度を示す信号を発生するように動作可能である。電池セル100Aの温度を示す信号は、電圧レベルVtを有する。電圧レベルVtは、比較器119によって基準電圧113と比較される。電圧レベルVtが基準電圧113より大きい場合、これは過温度状態を示すことができ、比較器119は論理和ゲート121に信号(たとえば相対的に高い電圧レベルを有する)を発生する。   In one embodiment, the sensing circuit 104 also includes a temperature sensor 115 and a comparator 119. In one embodiment, the temperature sensor 115 can be a thermistor. In another embodiment, the temperature sensor 115 can be an internal temperature sensing circuit. The temperature sensor 115 is operable to monitor the temperature of the battery cell 100A and generate a signal indicating the temperature of the battery cell 100A. The signal indicating the temperature of the battery cell 100A has a voltage level Vt. The voltage level Vt is compared with the reference voltage 113 by the comparator 119. If the voltage level Vt is greater than the reference voltage 113, this can indicate an over temperature condition and the comparator 119 generates a signal (eg, having a relatively high voltage level) on the OR gate 121.

一実施形態では、電圧センサ111および温度センサ115は、それぞれ電池セル100Aの電圧および温度を連続して監視する。望ましくない状態(たとえば、過電圧状態および/または過温度状態)が生じた場合は、論理和ゲート121は、送信器135Aに検出信号103(たとえば相対的に高い電圧レベルを有する)を発生することができる。送信器135Aは、望ましくない状態が生じた場合は、検出信号103に従って電池パックに警告信号191を発生することができる。より具体的には、電池セル100Aの電圧が所定の閾値より大きい場合、および/または電池セル100Aの温度が所定の閾値より高い場合は、警告信号191が発生されることになる。その結果、電池パックを保護するために、対応する動作を行うことができる。   In one embodiment, voltage sensor 111 and temperature sensor 115 continuously monitor the voltage and temperature of battery cell 100A, respectively. If an undesirable condition occurs (e.g., an overvoltage condition and / or an overtemperature condition), the OR gate 121 may generate a detection signal 103 (e.g., having a relatively high voltage level) at the transmitter 135A. it can. The transmitter 135A can generate a warning signal 191 to the battery pack according to the detection signal 103 when an undesirable condition occurs. More specifically, the warning signal 191 is generated when the voltage of the battery cell 100A is higher than a predetermined threshold and / or when the temperature of the battery cell 100A is higher than the predetermined threshold. As a result, a corresponding operation can be performed to protect the battery pack.

一実施形態では送信器135Aは、パルス発生器105、抵抗器109、およびパルス発生器105に結合されたスイッチ107(たとえば、トランジスタ)を含む。パルス発生器105が望ましくない状態を示す検出信号103を受け取ったときは、パルス発生器105は検出信号103に従って一連のパルスをスイッチ107に発生することができる。一実施形態ではパルス発生器105は、検出信号103に応答して、周波数f0を有する一連の比較的大きな電流パルス(たとえば、デューティサイクルが1%のパルス幅変調信号)を発生することができる。スイッチ107は、パルス発生器105から一連のパルスを受け取り、かつ警告信号191を発生するように動作可能である。一実施形態ではスイッチ107は、パルスによって周期的にスイッチオンおよびスイッチオフされる。したがって、一実施形態では警告信号191は、周波数f0を有するAC信号として示される。スイッチ107がオンされると、電池セル100Aのセル電圧は低下する。その結果、一実施形態では端子131と133の間のセル電圧は、警告信号191に応答して周波数f0を有するAC電圧として表すことができる。   In one embodiment, the transmitter 135A includes a pulse generator 105, a resistor 109, and a switch 107 (eg, a transistor) coupled to the pulse generator 105. When the pulse generator 105 receives the detection signal 103 indicating an undesirable condition, the pulse generator 105 can generate a series of pulses to the switch 107 according to the detection signal 103. In one embodiment, the pulse generator 105 can generate a series of relatively large current pulses having a frequency f 0 (eg, a pulse width modulated signal with a 1% duty cycle) in response to the detection signal 103. The switch 107 is operable to receive a series of pulses from the pulse generator 105 and generate a warning signal 191. In one embodiment, switch 107 is periodically switched on and off by pulses. Thus, in one embodiment, the warning signal 191 is shown as an AC signal having a frequency f0. When the switch 107 is turned on, the cell voltage of the battery cell 100A decreases. As a result, in one embodiment, the cell voltage between terminals 131 and 133 can be represented as an AC voltage having frequency f0 in response to warning signal 191.

図2Bは本発明の一実施形態による、別の、埋め込み型セルモニタ101Bを有する電池セル100Bの詳細図を示す。図1および図2Aと同じラベルが付けられた要素は同様な機能を有し、本明細書では明瞭かつ簡単にするために繰り返し説明しない。一実施形態ではセルモニタ101Bは、検出信号103を受け取り、検出信号103に従って警告信号191を発生するための送信器135Bを含む。より具体的には、一実施形態では送信器135Bは、発振器205、および発振器205に結合されたコンデンサ207を含む。一実施形態では発振器205は、高周波シングルトーン発振器とすることができる。別の実施形態では発振器205は、高周波デュアルトーン発振器とすることができる。   FIG. 2B shows a detailed view of another battery cell 100B having an embedded cell monitor 101B, according to one embodiment of the invention. Elements labeled the same as in FIGS. 1 and 2A have similar functions and will not be repeated here for clarity and simplicity. In one embodiment, the cell monitor 101B includes a transmitter 135B for receiving the detection signal 103 and generating a warning signal 191 in accordance with the detection signal 103. More specifically, in one embodiment, transmitter 135B includes an oscillator 205 and a capacitor 207 coupled to oscillator 205. In one embodiment, the oscillator 205 may be a high frequency single tone oscillator. In another embodiment, the oscillator 205 can be a high frequency dual tone oscillator.

発振器205は、論理和ゲート121から検出信号103を受け取ることができる。一実施形態では、発振器205は周波数foscを有し、検出信号103に従って警告信号191として、たとえば比較的高い周波数fosc(たとえば、10MHz)を有する正弦波AC波形の発振信号を発生する。コンデンサ207は、周波数foscを有する警告信号191を電池セル100Bに転送するように動作可能である。その結果として、電圧センサ111が過電圧状態を検出したとき、および/または温度センサ115が過温度状態を検出したときは、電池セル100Bのセル電圧は、警告信号191に応答して、周波数foscを有するAC電圧として表すことができる。   The oscillator 205 can receive the detection signal 103 from the OR gate 121. In one embodiment, the oscillator 205 has a frequency fosc and generates an oscillating signal of a sinusoidal AC waveform having, for example, a relatively high frequency fosc (eg, 10 MHz) as the warning signal 191 according to the detection signal 103. Capacitor 207 is operable to transfer warning signal 191 having frequency fosc to battery cell 100B. As a result, when the voltage sensor 111 detects an overvoltage condition and / or when the temperature sensor 115 detects an overtemperature condition, the cell voltage of the battery cell 100B is set to the frequency fosc in response to the warning signal 191. It can be expressed as having an AC voltage.

図2Aおよび図2Bに関して上述したように、警告信号191は、たとえば過温度および/または過電圧状態である電池セル100の望ましくない状態を反映することができる。その結果、警告信号191に応答して、電池セルの両端にAC電圧を表すことができる。次に図3を参照して、このような警告信号の検出について、および望ましくない状態が生じた場合の対応する動作の実行について説明する。   As described above with respect to FIGS. 2A and 2B, the warning signal 191 may reflect an undesirable condition of the battery cell 100, for example, an overtemperature and / or overvoltage condition. As a result, in response to the warning signal 191, an AC voltage can be expressed across the battery cell. Next, with reference to FIG. 3, the detection of such a warning signal and the execution of the corresponding operation when an undesirable condition occurs will be described.

図3は、本発明の一実施形態による電池システム300(たとえば、電池パック)のブロック図を示す。一実施形態では電池パック300は、それぞれが図1の構成を使用することができる直列または並列に結合された1つまたは複数の電池セル310を含む。電池セル310のそれぞれには、セルモニタが埋め込まれる。したがって電池セル310は、埋め込み型セルモニタによって個々にそれぞれ監視される。一実施形態では電池パック300はさらに、正端子331、負端子333、受信器301、およびスイッチ307を含む。一実施形態では受信器301は、スイッチ307を制御するための電池管理ユニット305を含むことができる。図2Aおよび図2Bに関して上述したように、望ましくない状態(たとえば、過温度状態および/または過電圧状態)が電池セル内で検出されたときは、警告信号に応答して電池セルの両端にAC電圧を表すことができる。したがって一実施形態では、電池パック300の正端子331と負端子333の間にAC電圧を表すことができる。一実施形態では受信器301は、電池パック300の正端子331と負端子333に結合され、電池パック300の正端子331と負端子333の間のAC電圧を検出することによってセルモニタからの警告信号を受信するように動作可能である。警告信号に従って、駆動信号303を発生することができる。   FIG. 3 shows a block diagram of a battery system 300 (eg, a battery pack) according to one embodiment of the invention. In one embodiment, the battery pack 300 includes one or more battery cells 310 coupled in series or in parallel, each of which can use the configuration of FIG. A cell monitor is embedded in each battery cell 310. Accordingly, the battery cells 310 are individually monitored by the embedded cell monitor. In one embodiment, the battery pack 300 further includes a positive terminal 331, a negative terminal 333, a receiver 301, and a switch 307. In one embodiment, the receiver 301 can include a battery management unit 305 for controlling the switch 307. As described above with respect to FIGS. 2A and 2B, when an undesirable condition (e.g., an overtemperature condition and / or an overvoltage condition) is detected in the battery cell, an AC voltage across the battery cell is responsive to the warning signal. Can be expressed. Therefore, in one embodiment, an AC voltage can be expressed between the positive terminal 331 and the negative terminal 333 of the battery pack 300. In one embodiment, the receiver 301 is coupled to the positive terminal 331 and the negative terminal 333 of the battery pack 300 and detects a warning signal from the cell monitor by detecting an AC voltage between the positive terminal 331 and the negative terminal 333 of the battery pack 300. Is operable to receive A drive signal 303 can be generated according to the warning signal.

一実施形態では受信器301は、電池パック300に関連するノイズをフィルタリングするように直列に結合されたコンデンサ313と抵抗器315として示されるハイパスフィルタを含む。一実施形態では、電池セル310からの警告信号(たとえば、AC信号)が、ハイパスフィルタのカットオフ周波数よりも高い周波数f0を有する場合は、ハイパスフィルタは駆動信号303を発生することができる。電池管理ユニット305は、ハイパスフィルタから駆動信号303を受け取り、駆動信号303に従ってスイッチング信号391を発生することができる。スイッチング信号391に応答して、電池パック300を保護するために、対応する動作を行うことができる。たとえばスイッチング信号391は、劣化から電池パック300を保護するために電池の充電/放電を終わらせるように、スイッチ307をターンオフする。   In one embodiment, receiver 301 includes a high-pass filter, shown as resistor 315 and capacitor 313 coupled in series to filter noise associated with battery pack 300. In one embodiment, the high pass filter may generate the drive signal 303 if the warning signal from the battery cell 310 (eg, an AC signal) has a frequency f0 that is higher than the cutoff frequency of the high pass filter. The battery management unit 305 can receive the drive signal 303 from the high pass filter and generate the switching signal 391 according to the drive signal 303. In response to the switching signal 391, a corresponding operation can be performed to protect the battery pack 300. For example, the switching signal 391 turns off the switch 307 to terminate battery charging / discharging to protect the battery pack 300 from degradation.

一実施形態では電池管理ユニット305は、ハイパスフィルタからの駆動信号303を検出するための検出回路340を含む。このような構成は例示のためであり、電池管理ユニット305には他の構成を使用することもできる。一実施形態では検出回路340は、整流器341および比較器345を含む。整流器341は、駆動信号303を受け取り、駆動信号303を整流するための比較的高周波の整流器とすることができる。一実施形態では整流器341は、駆動信号303に従って電圧信号を発生する。次いで比較器345は、電圧信号を基準信号343と比較する。一実施形態では、整流器341からの電圧信号の電圧レベルが基準信号343の電圧レベルより大きい場合は、比較器345は電池管理ユニット305に信号(たとえば相対的に高い電圧レベルを有する)を出力する。次いで電池管理ユニット305は、電池パック300のための保護動作を始動させるように、比較の結果に従ってスイッチング信号391を発生することができる。たとえばスイッチング信号391は、電池パック300の正端子331に結合された、スイッチ307をターンオフすることができる。その結果、電池パック300は、負荷または充電器(簡単かつ明瞭にするために、図3には示していない)から切り離すことができ、過温度状態および/または過電圧状態での劣化から保護することができる。   In one embodiment, the battery management unit 305 includes a detection circuit 340 for detecting the drive signal 303 from the high pass filter. Such a configuration is for illustration and other configurations may be used for the battery management unit 305. In one embodiment, the detection circuit 340 includes a rectifier 341 and a comparator 345. The rectifier 341 can be a relatively high frequency rectifier for receiving the drive signal 303 and rectifying the drive signal 303. In one embodiment, the rectifier 341 generates a voltage signal according to the drive signal 303. The comparator 345 then compares the voltage signal with the reference signal 343. In one embodiment, if the voltage level of the voltage signal from rectifier 341 is greater than the voltage level of reference signal 343, comparator 345 outputs a signal (eg, having a relatively high voltage level) to battery management unit 305. . The battery management unit 305 can then generate a switching signal 391 according to the result of the comparison so as to trigger a protection operation for the battery pack 300. For example, the switching signal 391 can turn off the switch 307 coupled to the positive terminal 331 of the battery pack 300. As a result, the battery pack 300 can be disconnected from the load or charger (not shown in FIG. 3 for simplicity and clarity) to protect against degradation in overtemperature and / or overvoltage conditions. Can do.

図4は、本発明の別の実施形態による電池システム400(たとえば、電池パック)のブロック図を示す。図3と同じラベルが付けられた要素は同様な機能を有し、本明細書では明瞭かつ簡単にするために繰り返し説明しない。電池パック400は、図3の受信器301と同様な受信器401を含む。受信器401は電池セル310からの警告信号を検出し、電池管理ユニット305に駆動信号303が発生される。一実施形態では受信器401は、電池パック400に関連するノイズをフィルタリングするために、直列のコンデンサ313、インダクタ417、および抵抗器315として示されるバンドパスフィルタを含む。一実施形態では、バンドパスフィルタの共振周波数は、図2Aおよび図2Bの警告信号191の周波数に等しくなるように設定され得る。したがって警告信号は、バンドパスフィルタを通過することができる。それによって受信器401は、電池セル310からの比較的高い周波数の警告信号を受信することができ、バンドパスフィルタは、駆動信号303を発生することができる。電池管理ユニット305は、駆動信号303に従ってスイッチング信号391を発生することができる。スイッチング信号391は、スイッチ307を制御することによって電池パック400のための保護動作を始動させることができる。たとえばスイッチ307は、電池管理ユニット305の制御の下でスイッチング信号391によってターンオフすることができる。その結果、電池パック400は、負荷または充電器(簡単かつ明瞭にするために、図4には示していない)から切り離すことができ、望ましくない状態での劣化から保護することができる。   FIG. 4 shows a block diagram of a battery system 400 (eg, a battery pack) according to another embodiment of the invention. Elements labeled the same as in FIG. 3 have similar functions and will not be repeated here for clarity and simplicity. The battery pack 400 includes a receiver 401 similar to the receiver 301 of FIG. The receiver 401 detects a warning signal from the battery cell 310, and a drive signal 303 is generated in the battery management unit 305. In one embodiment, receiver 401 includes a bandpass filter, shown as a series capacitor 313, inductor 417, and resistor 315 to filter noise associated with battery pack 400. In one embodiment, the resonant frequency of the bandpass filter may be set to be equal to the frequency of the warning signal 191 of FIGS. 2A and 2B. Thus, the warning signal can pass through the bandpass filter. Thereby, the receiver 401 can receive a relatively high frequency warning signal from the battery cell 310 and the bandpass filter can generate the drive signal 303. The battery management unit 305 can generate the switching signal 391 according to the drive signal 303. The switching signal 391 can trigger a protection operation for the battery pack 400 by controlling the switch 307. For example, switch 307 can be turned off by switching signal 391 under the control of battery management unit 305. As a result, the battery pack 400 can be disconnected from the load or charger (not shown in FIG. 4 for simplicity and clarity) and can be protected from degradation in undesirable conditions.

したがって、電池セル310から、電池セル100に埋め込まれたセルモニタ101によって所定の状態(たとえば、過温度状態および/または過電圧状態)が検出されると、セルモニタ101は警告信号を発生することができる。一実施形態では警告信号は、電池セル100の両端にAC電圧を引き起こすことができる。したがって警告信号に応答して、電池パック300(400)の正端子331と負端子333の間にAC電圧を表すことができる。次いで、受信器301(401)は警告信号を検出することができ、電池管理ユニット305に駆動信号303が発生される。電池管理ユニット305は、スイッチ307を制御することができるスイッチング信号391を発生することができる。スイッチ307は、駆動信号303に従って電池パック300(400)を保護するために、電池管理ユニット305の制御の下でターンオフされる。有利には、電池セル310内の各セルは、個々の埋め込み型セルモニタによって監視される。電池セル310の1つが過温度および/または過電圧状態を受けている場合は、その電池セルのセルモニタは、電池パック300(400)に警告するように、警告信号を送信することができる。その結果、望ましくない状態での劣化から電池パック300(400)を保護するために、対応する動作を行うことができる。   Therefore, when a predetermined state (for example, an overtemperature state and / or an overvoltage state) is detected from the battery cell 310 by the cell monitor 101 embedded in the battery cell 100, the cell monitor 101 can generate a warning signal. In one embodiment, the warning signal can cause an AC voltage across the battery cell 100. Therefore, an AC voltage can be expressed between the positive terminal 331 and the negative terminal 333 of the battery pack 300 (400) in response to the warning signal. The receiver 301 (401) can then detect the warning signal and a drive signal 303 is generated in the battery management unit 305. The battery management unit 305 can generate a switching signal 391 that can control the switch 307. The switch 307 is turned off under the control of the battery management unit 305 to protect the battery pack 300 (400) according to the drive signal 303. Advantageously, each cell in battery cell 310 is monitored by an individual embedded cell monitor. If one of the battery cells 310 is experiencing an overtemperature and / or overvoltage condition, the cell monitor for that battery cell can send a warning signal to warn the battery pack 300 (400). As a result, a corresponding operation can be performed to protect the battery pack 300 (400) from deterioration in an undesirable state.

図2Bで述べたように、送信器135Bは、発振器205から電池セル100Bの正端子131へ警告信号を転送するためのコンデンサ207を含む。以下の説明では図5および図6を参照して、製作プロセスにおけるこのようなコンデンサの例示の実装について述べる。   As described in FIG. 2B, the transmitter 135B includes a capacitor 207 for transferring a warning signal from the oscillator 205 to the positive terminal 131 of the battery cell 100B. The following description refers to FIGS. 5 and 6 to describe an exemplary implementation of such a capacitor in the fabrication process.

図5は、本発明の一実施形態による、その中にセルモニタ(たとえば、図2Bのセルモニタ101B)が製作される、ダイ500の断面図を示す。図5を参照すると、ダイ500は金属層503、金属層505、および絶縁体507を含む。金属層503と金属層505は、絶縁体507によって絶縁される。図2Bの検知回路104と発振器205とを含む回路501が、金属層503および金属層505に結合される。ダイ500の製作時には、検知回路104および発振器205を製作するときに、金属層503と金属層505が形成される。有利には、絶縁体507は金属層503と金属層505の間に形成することができ、それによって金属層503、絶縁体507、および金属層505は、比較的大きな静電容量を有するコンデンサ207を構成することができる。したがってこの構成は、コンデンサ製作のための2つの追加の金属層の形成を避けることができ、ダイ500のコストを低減することができる。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of a die 500 in which a cell monitor (eg, cell monitor 101B of FIG. 2B) is fabricated, according to one embodiment of the invention. Referring to FIG. 5, the die 500 includes a metal layer 503, a metal layer 505, and an insulator 507. The metal layer 503 and the metal layer 505 are insulated by an insulator 507. A circuit 501 including the detection circuit 104 and the oscillator 205 of FIG. 2B is coupled to the metal layer 503 and the metal layer 505. When the die 500 is manufactured, the metal layer 503 and the metal layer 505 are formed when the detection circuit 104 and the oscillator 205 are manufactured. Advantageously, the insulator 507 can be formed between the metal layer 503 and the metal layer 505, so that the metal layer 503, the insulator 507, and the metal layer 505 have a relatively large capacitance 207. Can be configured. Thus, this configuration can avoid the formation of two additional metal layers for capacitor fabrication and reduce the cost of die 500.

図6は、本発明の一実施形態による、その中にセルモニタ101Bが製作される、別のダイ600の断面図を示す。ダイ600は複数の金属層、たとえば金属層603、金属層605、および金属層607を含む。金属層は、絶縁体615および絶縁体617によって分離される。一実施形態では、金属層603は、ビア613を通じて金属層607に結合される。一実施形態では、図2Bの検知回路104と発振器205とを含む回路601が、金属層605および金属層607に結合される。ダイ600の製作時には、検知回路104および発振器205を製作するときに、金属層603、金属層605、および金属層607が形成される。有利には、複数の金属層は、形成し得るコンデンサの垂直層の数を拡大することができる。したがって金属層603、金属層605、および絶縁体615は、第1のコンデンサを構成することができ、金属層605、金属層607、および絶縁体617は、第2のコンデンサを構成することができる。図6に示されるように、第1のコンデンサと第2のコンデンサは並列に結合される。有利には、コンデンサ207は、第1のコンデンサと第2のコンデンサを並列に含むことができる。それにより図6の並列接続されたコンデンサの静電容量は、図5のコンデンサの静電容量の2倍とすることができる。一実施形態では、コンデンサ構成を形成するための追加の金属層が節約され、ダイ600のコストを低減することができる。   FIG. 6 shows a cross-sectional view of another die 600 in which the cell monitor 101B is fabricated, according to one embodiment of the present invention. The die 600 includes a plurality of metal layers, such as a metal layer 603, a metal layer 605, and a metal layer 607. The metal layer is separated by insulator 615 and insulator 617. In one embodiment, metal layer 603 is coupled to metal layer 607 through via 613. In one embodiment, circuit 601 including sensing circuit 104 and oscillator 205 of FIG. 2B is coupled to metal layer 605 and metal layer 607. When the die 600 is manufactured, the metal layer 603, the metal layer 605, and the metal layer 607 are formed when the detection circuit 104 and the oscillator 205 are manufactured. Advantageously, the plurality of metal layers can increase the number of capacitor vertical layers that can be formed. Therefore, the metal layer 603, the metal layer 605, and the insulator 615 can constitute a first capacitor, and the metal layer 605, the metal layer 607, and the insulator 617 can constitute a second capacitor. . As shown in FIG. 6, the first capacitor and the second capacitor are coupled in parallel. Advantageously, the capacitor 207 can include a first capacitor and a second capacitor in parallel. Thereby, the capacitance of the capacitors connected in parallel in FIG. 6 can be double that of the capacitor in FIG. In one embodiment, additional metal layers to form the capacitor configuration are saved and the cost of die 600 can be reduced.

図7は、本発明の一実施形態によるセルモニタ101のセルモニタダイ700を示す。一実施形態ではセルモニタ101は、セルモニタダイ700上に製作される。セルモニタダイ700は、底部705(たとえば、基板)、および上部703(たとえば、図5の金属層503、または図6の金属層603)を含む。一実施形態では、底部705は接地であるので、底部705は電池セル100の負端子に結合することができる。一実施形態では、上部703は正コンタクトであり、これは単一の線材によって電池セル100の正端子131に結合することができる。したがって、単一の線材によりセルモニタダイを電池セル100に埋め込むことができる。有利には、一実施形態ではセルモニタダイ700は、電池セル100の上部キャップ内に組み込むことができ、別の実施形態では電池セル100の中央に組み込むことができる。   FIG. 7 shows a cell monitor die 700 of the cell monitor 101 according to one embodiment of the present invention. In one embodiment, cell monitor 101 is fabricated on cell monitor die 700. Cell monitor die 700 includes a bottom 705 (eg, a substrate) and a top 703 (eg, metal layer 503 in FIG. 5 or metal layer 603 in FIG. 6). In one embodiment, the bottom 705 is grounded so that the bottom 705 can be coupled to the negative terminal of the battery cell 100. In one embodiment, the upper portion 703 is a positive contact, which can be coupled to the positive terminal 131 of the battery cell 100 by a single wire. Therefore, the cell monitor die can be embedded in the battery cell 100 with a single wire. Advantageously, in one embodiment, the cell monitor die 700 can be incorporated within the top cap of the battery cell 100, and in another embodiment can be incorporated in the center of the battery cell 100.

電池パック300(400)は、多くの種類の電子システムに用いることができる。図8は、本発明の一実施形態による、電気自動車、コンピュータなどの電子システム800を示す。一実施形態では電子システム800は、電池パック804と、電池パック804に結合された負荷806とを含むことができる。一実施形態では負荷806は、非限定的に、自動車モータ、コンピュータシステムなどを含むことができる。一実施形態では電子システム800は、アダプタ(簡単かつ明瞭にするために、図8には示していない)に結合することができる入力端子802を含む。アダプタは、一定の状態おいて電池パック804を充電することができる。電池パック804は、負荷806に電力を供給することができる。一実施形態では電池パック804は、図3/図4に示される構成を使用する。電池パック804は1つまたは複数の電池セルを含み、電池セルのそれぞれには電池セルを監視するためのセルモニタが埋め込まれる。したがって、一実施形態では電池パック804を正確に監視することができ、その各電池セルの望ましくない状態から保護することができる。   Battery pack 300 (400) can be used in many types of electronic systems. FIG. 8 illustrates an electronic system 800, such as an electric vehicle or computer, according to one embodiment of the invention. In one embodiment, the electronic system 800 can include a battery pack 804 and a load 806 coupled to the battery pack 804. In one embodiment, the load 806 can include, but is not limited to, an automobile motor, a computer system, and the like. In one embodiment, electronic system 800 includes an input terminal 802 that can be coupled to an adapter (not shown in FIG. 8 for simplicity and clarity). The adapter can charge the battery pack 804 in a certain state. The battery pack 804 can supply power to the load 806. In one embodiment, the battery pack 804 uses the configuration shown in FIG. 3 / FIG. The battery pack 804 includes one or a plurality of battery cells, and a cell monitor for monitoring the battery cells is embedded in each of the battery cells. Thus, in one embodiment, the battery pack 804 can be accurately monitored and protected from the undesirable state of each of its battery cells.

図9は、本発明の一実施形態による、電池システムによって行われる動作のフローチャート900を示す。一実施形態では電池システムは、図3/図4に示される構成を使用することができる。図9について、図1、図2A、および図2Bと組み合わせて説明する。ブロック902では、電池パック内の各電池セルは、それぞれ対応するセルモニタ101によって監視され、それにより関連する電池セルの所定の状態を示す警告信号191を発生することができる。セルモニタ101は、各電池セルに埋め込まれる。一実施形態では、温度センサ115は電池セルの温度を監視することができ、それにより電池セルの温度が所定の閾値より高い場合は、セルモニタ101は警告信号191を発生する。電圧センサ111は電池セルの電圧を監視することができ、それにより電池セルの電圧が所定の閾値より大きい場合は、セルモニタ101は警告信号191を発生する。ブロック904では、セルモニタ101は、電池セルの所定の状態を示す警告信号191を発生する。一実施形態では、所定の状態とは、望ましくない状態(たとえば、過電圧および/または過温度状態)とすることができる。ブロック906では、警告信号191に従って保護動作(たとえば、電池の充電/放電を終わらせる)を始動させることができる。一実施形態では電池セルは、警告信号に応答して負荷または充電器から切り離すことができる。   FIG. 9 shows a flowchart 900 of operations performed by the battery system, according to one embodiment of the invention. In one embodiment, the battery system may use the configuration shown in FIG. 3 / FIG. FIG. 9 will be described in combination with FIG. 1, FIG. 2A, and FIG. 2B. In block 902, each battery cell in the battery pack can be monitored by a corresponding cell monitor 101, thereby generating a warning signal 191 indicating a predetermined state of the associated battery cell. The cell monitor 101 is embedded in each battery cell. In one embodiment, the temperature sensor 115 can monitor the temperature of the battery cell such that the cell monitor 101 generates a warning signal 191 if the temperature of the battery cell is above a predetermined threshold. The voltage sensor 111 can monitor the voltage of the battery cell, and if the voltage of the battery cell is greater than a predetermined threshold, the cell monitor 101 generates a warning signal 191. In block 904, the cell monitor 101 generates a warning signal 191 indicating a predetermined state of the battery cell. In one embodiment, the predetermined condition may be an undesirable condition (eg, an overvoltage and / or overtemperature condition). At block 906, a protective action (eg, terminating battery charging / discharging) may be initiated in accordance with the warning signal 191. In one embodiment, the battery cell can be disconnected from the load or charger in response to the warning signal.

図10は、本発明の一実施形態による、別の、埋め込み型セルモニタ101Cを有する電池セル100Cの詳細図を示す。図1、図2A、および図2Bと同じラベルが付けられた要素は同様な機能を有し、本明細書では明瞭かつ簡単にするために繰り返し説明しない。図10に示される例示の検知回路104は例示のためであり、検知回路104のために他の構成を使用することもできる。   FIG. 10 shows a detailed view of another battery cell 100C having an embedded cell monitor 101C according to an embodiment of the present invention. Elements labeled the same as in FIG. 1, FIG. 2A, and FIG. 2B have similar functions and will not be repeated here for clarity and simplicity. The example sensing circuit 104 shown in FIG. 10 is for illustrative purposes, and other configurations for the sensing circuit 104 may be used.

一実施形態ではセルモニタ101Cは、検出信号103を受け取り、検出信号103に従って警告信号191を発生するための送信器135Cを含む。より具体的には、一実施形態では送信器135Cは、無線周波数(RF)発振器1005、および発振器1005に結合されたアンテナ1007を含む。アンテナ1007は、RFループアンテナとすることができる。RF発振器1005は、非限定的に、RFシングルトーン発振器またはRFデュアルトーン発振器とすることができる。   In one embodiment, the cell monitor 101C includes a transmitter 135C for receiving the detection signal 103 and generating a warning signal 191 in accordance with the detection signal 103. More specifically, in one embodiment, the transmitter 135C includes a radio frequency (RF) oscillator 1005 and an antenna 1007 coupled to the oscillator 1005. The antenna 1007 can be an RF loop antenna. The RF oscillator 1005 can be, but is not limited to, an RF single tone oscillator or an RF dual tone oscillator.

RF発振器1005は、論理和ゲート121から検出信号103を受け取ることができる。一実施形態ではRF発振器1005は、検出信号103に従って警告信号191として発振信号、たとえば比較的高い周波数を有する正弦波AC波形を発生する。アンテナ1007は、電池セル100Cに警告信号191を転送するように動作可能である。その結果として、電圧センサ111が過電圧状態を検出し、かつ/または温度センサ115が過温度状態を検出したときは、警告信号191に応答して、RF発振器1005の周波数を有するAC電圧を電池セル100Cの両端に表すことができる。   The RF oscillator 1005 can receive the detection signal 103 from the OR gate 121. In one embodiment, the RF oscillator 1005 generates an oscillating signal, such as a sinusoidal AC waveform having a relatively high frequency, as the warning signal 191 according to the detection signal 103. The antenna 1007 is operable to transfer a warning signal 191 to the battery cell 100C. As a result, when the voltage sensor 111 detects an overvoltage condition and / or when the temperature sensor 115 detects an overtemperature condition, an AC voltage having the frequency of the RF oscillator 1005 is applied to the battery cell in response to the warning signal 191. It can be expressed at both ends of 100C.

図1に関して上述したように、警告信号191は電池セルの望ましくない状態、たとえば過温度および/または過電圧状態を反映することができる。その結果、電池セル100Cの望ましくない状態が検出された場合は、電池セルの両端にAC電圧を表すことができる。図12を参照し、警告信号191の検出について、および望ましくない状態が生じた場合の対応する動作の実行について、さらに説明する。   As described above with respect to FIG. 1, the warning signal 191 may reflect an undesirable condition of the battery cell, such as an overtemperature and / or overvoltage condition. As a result, when an undesirable state of the battery cell 100C is detected, an AC voltage can be expressed across the battery cell. With reference to FIG. 12, the detection of the warning signal 191 and the execution of the corresponding action when an undesirable condition occurs are further described.

図11は、本発明の一実施形態による、その中にセルモニタ101Cが製作されるダイ1100の例示の図を示す。ダイ1100は、底部1105(たとえば、基板)、および上部1103を含む。一実施形態では、底部1105は接地であるので、底部1105は電池セル100の負端子に結合することができる。一実施形態では、上部1103は正コンタクトであり、これは単一の線材で電池セル100の正端子131に結合することができる。ダイ1100は、ビア1113およびビア1115を含むことができる。ビア1113は送信器135C内の警告信号191に接続することができ、ビア1115は接地に接続することができ、逆も同様である。ダイ1100はアンテナ1111を含むことができ、これは上部1103の金属層に接続される。   FIG. 11 shows an exemplary diagram of a die 1100 in which a cell monitor 101C is fabricated, according to one embodiment of the present invention. Die 1100 includes a bottom 1105 (eg, a substrate) and a top 1103. In one embodiment, the bottom 1105 is grounded so that the bottom 1105 can be coupled to the negative terminal of the battery cell 100. In one embodiment, the upper portion 1103 is a positive contact, which can be coupled to the positive terminal 131 of the battery cell 100 with a single wire. The die 1100 can include a via 1113 and a via 1115. Via 1113 can be connected to warning signal 191 in transmitter 135C, via 1115 can be connected to ground, and vice versa. The die 1100 can include an antenna 1111 that is connected to a metal layer on the top 1103.

図12は、本発明の一実施形態による、電池システム1200(たとえば、電池パック)のブロック図を示す。図1、図3、および図4と同じラベルが付けられた要素は同様な機能を有し、本明細書では明瞭かつ簡単にするために繰り返し説明しない。   FIG. 12 shows a block diagram of a battery system 1200 (eg, a battery pack) according to one embodiment of the invention. Elements labeled the same as in FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 4 have similar functions and will not be repeated here for clarity and simplicity.

一実施形態では電池パック1200は、直列および/または並列に結合された1つまたは複数の電池セル310Cを含み、電池セル310Cのそれぞれは図10の構成を使用することができる。電池セル310CのそれぞれにはRFセルモニタが埋め込まれる。したがって電池セル310Cは、埋め込み型RFセルモニタによって個々にそれぞれ監視される。一実施形態では、電池パック1200はさらに、正端子331、負端子333、受信器1201、およびスイッチ307を含む。受信器1201は、アンテナ1211、バンドパスフィルタ1212、および電池管理ユニット305を含むことができる。スイッチ307は、電池管理ユニット305によって制御される。図10に関して上述したように、電池セル100C内で望ましくない状態(たとえば、過温度状態および/または過電圧状態)が検出されたときは、警告信号191に応答して電池セル100Cの両端にAC電圧を表すことができる。それにより一実施形態では、電池パック1200の正端子331と負端子333の間にAC電圧を表すことができる。一実施形態では受信器1201は、アンテナ1211を通じて送信器135C内のアンテナ1007と通信することができ、電池パック1200の正端子331と負端子333の間のAC電圧(たとえば、HF AC電圧)を検出することによって1つまたは複数のRFセルモニタから、(1つまたは複数の)警告信号191を受信するように動作可能である。警告信号191に従って、駆動信号303を発生することができる。   In one embodiment, battery pack 1200 includes one or more battery cells 310C coupled in series and / or in parallel, each of which can use the configuration of FIG. An RF cell monitor is embedded in each of the battery cells 310C. Accordingly, the battery cells 310C are individually monitored by the embedded RF cell monitor. In one embodiment, the battery pack 1200 further includes a positive terminal 331, a negative terminal 333, a receiver 1201, and a switch 307. The receiver 1201 can include an antenna 1211, a bandpass filter 1212, and a battery management unit 305. The switch 307 is controlled by the battery management unit 305. As described above with respect to FIG. 10, when an undesirable condition (e.g., an overtemperature condition and / or an overvoltage condition) is detected in battery cell 100C, an AC voltage across battery cell 100C is responsive to warning signal 191. Can be expressed. Thereby, in one embodiment, an AC voltage can be expressed between the positive terminal 331 and the negative terminal 333 of the battery pack 1200. In one embodiment, the receiver 1201 can communicate with the antenna 1007 in the transmitter 135C through the antenna 1211, and the AC voltage between the positive terminal 331 and the negative terminal 333 of the battery pack 1200 (e.g., HF AC voltage). It is operable to receive alert signal (s) 191 from one or more RF cell monitors by detecting. In accordance with the warning signal 191, a drive signal 303 can be generated.

一実施形態ではバンドパスフィルタ1212は、電池パック1200に関連するノイズをフィルタリングするために並列に結合されたインダクタ1213とコンデンサ1215を含むことができる。バンドパスフィルタ1212は、警告信号191に従って駆動信号303を発生することができる。電池管理ユニット305は、バンドパスフィルタ1212から駆動信号303を受け取り、駆動信号303に従ってスイッチング信号391を発生することができる。スイッチング信号391に応答して、電池パック1200を保護するために、対応する動作を行うことができる。たとえばスイッチング信号391は、電池パック1200が劣化するのを防止するために、電池の充電/放電を終わらせるようにスイッチ307をターンオフする。   In one embodiment, bandpass filter 1212 may include an inductor 1213 and a capacitor 1215 coupled in parallel to filter noise associated with battery pack 1200. The band pass filter 1212 can generate the drive signal 303 according to the warning signal 191. The battery management unit 305 can receive the drive signal 303 from the bandpass filter 1212 and generate the switching signal 391 according to the drive signal 303. In response to the switching signal 391, a corresponding operation can be performed to protect the battery pack 1200. For example, the switching signal 391 turns off the switch 307 to end the charging / discharging of the battery in order to prevent the battery pack 1200 from deteriorating.

電池パック1200は多くの種類の電子システム、たとえば一実施形態では図8の電子システム800に用いることができる。一実施形態では、埋め込み型RFセルモニタを含む電池システム(たとえば、電池パック1200)は、図9のフローチャート900に示される動作を行うことができる。   The battery pack 1200 can be used in many types of electronic systems, such as the electronic system 800 of FIG. 8 in one embodiment. In one embodiment, a battery system (eg, battery pack 1200) that includes an embedded RF cell monitor can perform the operations shown in the flowchart 900 of FIG.

したがって、本開示では電池パックが提供される。RFセルモニタは、対応する電池セルを監視するために電池パックの各電池セルに埋め込まれる。電池セル内で望ましくない状態(たとえば、過温度状態および/または過電圧状態)が検出されると、対応するRFセルモニタは、電池パックに警告信号を発生することができる。電池パック内の受信器は、警告信号を受信し、電池管理ユニットに駆動信号を発生することができる。電池管理ユニットは、望ましくない状態での劣化から電池パックを保護するために、対応する動作を起こすことができ、たとえば電池パックと他の回路の間の接続をディスエーブルすることができる。   Accordingly, a battery pack is provided in the present disclosure. The RF cell monitor is embedded in each battery cell of the battery pack to monitor the corresponding battery cell. When an undesirable condition (eg, an overtemperature condition and / or an overvoltage condition) is detected in the battery cell, the corresponding RF cell monitor can generate a warning signal to the battery pack. A receiver in the battery pack can receive the warning signal and generate a drive signal to the battery management unit. The battery management unit can take corresponding actions to protect the battery pack from degradation in undesirable conditions, for example, it can disable the connection between the battery pack and other circuits.

本明細書で上記に開示されたように、電池パックの各電池セルは、対応する電池セルを個々にそれぞれ監視するためのRFセルモニタを含む。対応する電池セル内のRFセルモニタによって望ましくない状態が検出された後に、望ましくない状態について電池パックに通知することができる。それによりセル監視は比較的正確とすることができ、望ましくない状態に対する応答速度は比較的迅速とすることができる。   As disclosed herein above, each battery cell of the battery pack includes an RF cell monitor for individually monitoring the corresponding battery cell. After an undesirable condition is detected by the RF cell monitor in the corresponding battery cell, the battery pack can be notified of the undesirable condition. Thereby, cell monitoring can be relatively accurate and the response speed to undesired conditions can be relatively fast.

しかし本明細書で述べてきた実施形態は、本発明を利用する複数のもののうちの一部であり、説明のために記載されたもので、限定のためではない。添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨および範囲から大幅に逸脱せずに、当業者には容易に明らかとなる多くの他の実施形態を形成し得ることは自明である。さらに本発明の要素は、単数にて説明され、または請求されているが、単数への限定が明示的に述べられていない限り複数が企図される。   However, the embodiments described herein are some of the plurality that make use of the invention and are described for purposes of illustration and not limitation. Obviously, many other embodiments may be readily apparent to one skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. Furthermore, although elements of the invention have been described or claimed in the singular, the plural is contemplated unless limitation to the singular is explicitly stated.

100、100A、100B、100C 電池セル
101、101A、101B、101C 埋め込み型セルモニタ
103 検出信号
104 検知回路
105 パルス発生器
107 スイッチ
109 抵抗器
111 電圧センサ
113 基準電圧
115 温度センサ
117、119 比較器
121 論理和ゲート
131 正端子
133 負端子
135、135A、135B、135C 送信器
191 警告信号
205 発振器
207 コンデンサ
300 電池パック
301 受信器
303 駆動信号
305 電池管理ユニット
307 スイッチ
310、310C 電池セル
313 コンデンサ
315 抵抗器
331 正端子
333 負端子
340 検出回路
341 整流器
343 基準信号
345 比較器
391 スイッチング信号
400 電池パック
401 受信器
417 インダクタ
500 ダイ
501 回路
503、505 金属層
507 絶縁体
600 ダイ
601 回路
603、605、607 金属層
613 ビア
615、617 絶縁体
700 セルモニタダイ
703 上部
705 底部
800 電子システム
802 入力端子
804 電池パック
806 負荷
1005 RF発振器
1007 アンテナ
1100 ダイ
1103 上部
1105 底部
1111 アンテナ
1113、1115 ビア
1200 電池パック
1201 受信器
1211 アンテナ
1212 バンドパスフィルタ
1213 インダクタ
1215 コンデンサ 100, 100A, 100B, 100C battery cells
101, 101A, 101B, 101C Embedded cell monitor
103 Detection signal
104 detection circuit
105 Pulse generator
107 switch
109 resistor
111 Voltage sensor
113 Reference voltage
115 Temperature sensor
117, 119 comparator
121 OR gate
131 Positive terminal
133 Negative terminal
135, 135A, 135B, 135C transmitter
191 Warning signal
205 oscillator
207 capacitor
300 battery pack
301 receiver
303 Drive signal
305 Battery management unit
307 switch
310, 310C battery cell
313 capacitor
315 resistor
331 Positive terminal
333 Negative terminal
340 detection circuit
341 Rectifier
343 Reference signal
345 comparator
391 Switching signal
400 battery pack
401 receiver
417 inductor
500 dies
501 circuit
503, 505 metal layer
507 insulator
600 dies
601 circuit
603, 605, 607 metal layer
613 Via
615, 617 insulator
700 cell monitor die
703 Top
705 Bottom
800 electronic system
802 input terminal
804 battery pack
806 load
1005 RF oscillator
1007 antenna
1100 die
1103 Top
1105 Bottom
1111 Antenna
1113, 1115 Via
1200 battery pack
1201 receiver
1211 antenna
1212 Bandpass filter
1213 inductor
1215 capacitor

Claims (22)

電池セルと、
前記電池セルに埋め込まれ、前記電池セルを監視し、かつ前記電池セルの所定の状態を示す警告信号を発生するように動作可能な無線周波数(RF)セルモニタと
を備える電池パック。 A battery cell;
A battery pack comprising: a radio frequency (RF) cell monitor embedded in the battery cell and operable to monitor the battery cell and generate a warning signal indicating a predetermined state of the battery cell. 前記RFセルモニタは前記電池セルの温度を監視するように動作可能な温度センサを備え、前記電池セルの前記温度が所定の閾値より高い場合は、前記RFセルモニタは前記警告信号を発生する、請求項1に記載の電池パック。   The RF cell monitor includes a temperature sensor operable to monitor a temperature of the battery cell, and the RF cell monitor generates the warning signal when the temperature of the battery cell is higher than a predetermined threshold. The battery pack according to 1. 前記RFセルモニタは前記電池セルの電圧を監視するように動作可能な電圧センサを備え、前記電池セルの前記電圧が所定の閾値より大きい場合は、前記RFセルモニタは前記警告信号を発生する、請求項1に記載の電池パック。   The RF cell monitor comprises a voltage sensor operable to monitor the voltage of the battery cell, and the RF cell monitor generates the warning signal if the voltage of the battery cell is greater than a predetermined threshold. The battery pack according to 1. 前記RFセルモニタは、
前記電池セルの前記所定の状態を検出し、かつ検出信号を発生するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受け取り、かつ前記検知回路からの前記検出信号に従って前記警告信号を発生するように動作可能な送信器と
を備える、請求項1に記載の電池パック。 The RF cell monitor
A detection circuit operable to detect the predetermined state of the battery cell and generate a detection signal;
A battery pack according to claim 1, comprising a transmitter operable to receive the detection signal and generate the warning signal in accordance with the detection signal from the detection circuit. 前記送信器は、
前記検出信号を受け取り、かつ前記検出信号に従って前記警告信号を発生するように動作可能なRF発振器と、
前記RF発振器に結合され、前記電池セルに前記警告信号を転送するように動作可能なアンテナと
を備える、請求項4に記載の電池パック。 The transmitter is
An RF oscillator operable to receive the detection signal and generate the warning signal in accordance with the detection signal;
5. The battery pack according to claim 4, further comprising: an antenna coupled to the RF oscillator and operable to transfer the warning signal to the battery cell. 前記電池パックの正端子と負端子に結合され、前記警告信号を受け取り、かつ前記警告信号に従ってスイッチング信号を発生するように動作可能な受信器をさらに備える、請求項1に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 1, further comprising a receiver coupled to the positive terminal and the negative terminal of the battery pack, the receiver operable to receive the warning signal and generate a switching signal in accordance with the warning signal. 前記受信器は、
前記警告信号を受信するためのアンテナと、
前記アンテナに結合され、前記警告信号に従って駆動信号を発生するためのバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタから前記駆動信号を受け取り、かつ前記駆動信号に従って前記スイッチング信号を発生するように動作可能な電池管理ユニットであって、前記スイッチング信号は前記電池パックのための保護動作を始動させる、電池管理ユニットと
をさらに備える、請求項6に記載の電池パック。 The receiver is
An antenna for receiving the warning signal;
A bandpass filter coupled to the antenna for generating a drive signal in accordance with the warning signal;
A battery management unit operable to receive the drive signal from the bandpass filter and to generate the switching signal in accordance with the drive signal, the switching signal triggering a protection operation for the battery pack; The battery pack according to claim 6, further comprising: a battery management unit. 電池管理ユニットは、
前記駆動信号を受け取り、電圧信号を発生するための整流器と、
前記電圧信号を基準信号と比較し、前記比較の結果に従って前記スイッチング信号を発生するための比較器と
を備える、請求項7に記載の電池パック。 Battery management unit
A rectifier for receiving the drive signal and generating a voltage signal;
8. The battery pack according to claim 7, further comprising: a comparator for comparing the voltage signal with a reference signal and generating the switching signal according to the comparison result. 負荷と、
前記負荷に電力を供給するように動作可能な電池パックと
を備える電子システムであって、前記電池パックは、
電池セルと、
前記電池セルに埋め込まれ、前記電池セルを監視し、かつ前記電池セルの所定の状態を示す警告信号を発生するように動作可能な無線周波数(RF)セルモニタと
を備える電子システム。 Load,
An electronic system comprising: a battery pack operable to supply power to the load, the battery pack comprising:
A battery cell;
An electronic system comprising: a radio frequency (RF) cell monitor embedded in the battery cell and operable to monitor the battery cell and generate a warning signal indicative of a predetermined state of the battery cell. 前記RFセルモニタは前記電池セルの温度を監視するように動作可能な温度センサを備え、前記電池セルの前記温度が所定の閾値より高い場合は、前記RFセルモニタは前記警告信号を発生する、請求項9に記載の電子システム。   The RF cell monitor includes a temperature sensor operable to monitor a temperature of the battery cell, and the RF cell monitor generates the warning signal when the temperature of the battery cell is higher than a predetermined threshold. 9. The electronic system according to 9. 前記RFセルモニタは前記電池セルの電圧を監視するように動作可能な電圧センサを備え、前記電池セルの前記電圧が所定の閾値より大きい場合は、前記RFセルモニタは前記警告信号を発生する、請求項9に記載の電子システム。   The RF cell monitor comprises a voltage sensor operable to monitor the voltage of the battery cell, and the RF cell monitor generates the warning signal if the voltage of the battery cell is greater than a predetermined threshold. 9. The electronic system according to 9. 前記RFセルモニタは、
前記電池セルの前記所定の状態を検出し、かつ検出信号を発生するように動作可能な検知回路と、
前記検出信号を受け取り、かつ前記検知回路からの前記検出信号に従って前記警告信号を発生するように動作可能な送信器と
を備える、請求項9に記載の電子システム。 The RF cell monitor
A detection circuit operable to detect the predetermined state of the battery cell and generate a detection signal;
10. An electronic system according to claim 9, comprising a transmitter operable to receive the detection signal and generate the warning signal in accordance with the detection signal from the sensing circuit. 前記送信器は、
前記検出信号を受け取り、かつ前記検出信号に従って前記警告信号を発生するように動作可能なRF発振器と、
前記RF発振器に結合され、前記電池セルに前記警告信号を転送するように動作可能なアンテナと
を備える、請求項12に記載の電子システム。 The transmitter is
An RF oscillator operable to receive the detection signal and generate the warning signal in accordance with the detection signal;
13. An electronic system according to claim 12, comprising an antenna coupled to the RF oscillator and operable to transfer the warning signal to the battery cell. 前記電池パックの正端子と負端子に結合され、前記警告信号を受け取り、かつ前記警告信号に従ってスイッチング信号を発生するように動作可能な受信器をさらに備える、請求項9に記載の電子システム。   10. The electronic system of claim 9, further comprising a receiver coupled to a positive terminal and a negative terminal of the battery pack, operable to receive the warning signal and generate a switching signal in accordance with the warning signal. 前記受信器は、
前記警告信号を受信するためのアンテナと、
前記アンテナに結合され、前記警告信号に従って駆動信号を発生するためのバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタから前記駆動信号を受け取り、かつ前記駆動信号に従って前記スイッチング信号を発生するように動作可能な電池管理ユニットであって、前記スイッチング信号は前記電池パックのための保護動作を始動させる、電池管理ユニットと
をさらに備える、請求項14に記載の電子システム。 The receiver is
An antenna for receiving the warning signal;
A bandpass filter coupled to the antenna for generating a drive signal in accordance with the warning signal;
A battery management unit operable to receive the drive signal from the bandpass filter and to generate the switching signal in accordance with the drive signal, the switching signal triggering a protection operation for the battery pack; 15. The electronic system according to claim 14, further comprising a battery management unit. 電池管理ユニットは、
前記駆動信号を受け取り、電圧信号を発生するための整流器と、
前記電圧信号を基準信号と比較し、前記比較の結果に従って前記スイッチング信号を発生するための比較器と
を備える、請求項15に記載の電子システム。 Battery management unit
A rectifier for receiving the drive signal and generating a voltage signal;
16. The electronic system of claim 15, comprising: a comparator for comparing the voltage signal with a reference signal and generating the switching signal according to the result of the comparison. 前記負荷が自動車モータを含む、請求項9に記載の電子システム。   The electronic system of claim 9, wherein the load comprises an automobile motor. 前記負荷がコンピュータシステムを含む、請求項9に記載の電子システム。   The electronic system of claim 9, wherein the load comprises a computer system. 電池パックを監視する方法であって、
前記電池パック内の電池セルを、前記電池セルに埋め込まれた無線周波数(RF)セルモニタによって監視するステップと、
前記電池セルの所定の状態を示す警告信号を発生するステップと
を含む方法。 A method of monitoring a battery pack,
Monitoring the battery cells in the battery pack with a radio frequency (RF) cell monitor embedded in the battery cells;
Generating a warning signal indicating a predetermined state of the battery cell. 前記電池セルの温度を監視するステップと、
前記電池セルの前記温度が所定の閾値より高い場合は、前記警告信号を発生するステップと
を含む、請求項19に記載の方法。 Monitoring the temperature of the battery cell;
20. The method of claim 19, comprising: generating the warning signal if the temperature of the battery cell is higher than a predetermined threshold. 前記電池セルの電圧を監視するステップと、
前記電池セルの前記電圧が所定の閾値より大きい場合は、前記警告信号を発生するステップと
を含む、請求項19に記載の方法。 Monitoring the voltage of the battery cell;
20. The method of claim 19, comprising: generating the warning signal if the voltage of the battery cell is greater than a predetermined threshold. 前記警告信号に従って、前記電池パックのための保護動作を始動させるステップを含む、請求項19に記載の方法。   20. The method according to claim 19, comprising starting a protective action for the battery pack according to the warning signal.
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