JP2011259696A - バッテリ保護回路、その制御方法及びバッテリ・パック - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ保護回路、その制御方法及びバッテリ・パックを提供する。
【解決手段】バッテリセルと、前記バッテリセルを充電又は放電するために外部機器と接続される端子部と、前記バッテリセルと前記端子部とを選択的に連結するスイッチと、命令を生成するコントロール・プロセッサと、前記コントロール・プロセッサから前記命令を受信し、前記命令によって、前記バッテリセルの充電及び放電を制御するアナログ・フロントエンドと、を含み、前記アナログ・フロントエンドは、前記コントロール・プロセッサの状態を示す状態信号を受信する状態入力端子と、前記状態信号に基づいて、前記コントロール・プロセッサが故障しているか否かを判断し、異常信号を生成する異常判別プロセッサと、前記異常信号によって、前記スイッチを制御するスイッチ・コントローラと、を含むバッテリ・パック。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ保護回路、その制御方法及びバッテリ・パックに関する。

携帯用電子機器、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、ノート型パソコンなどが汎用されるに従って、それら携帯用電子機器を動作させるための電源を供給するバッテリに係わる開発がなされている。

バッテリは、バッテリセルと、バッテリセルの充電及び放電を制御する保護回路とを含むバッテリ・パック形態で提供されもする。バッテリは、バッテリセルの種類によって、リチウムイオン（Ｌｉ−ion）バッテリ、ニッケル・カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）バッテリなどの種類のうちいずれか一つに分類することができる。かようなバッテリセルは、再充電が可能な二次電池として再充電して使用することができる。

バッテリは、バッテリを損傷させる過電流からバッテリを保護したり、バッテリを適切に動作させるようなバッテリの動作を制御するのに使われる、マイクロ・コントローラや、その他プログラム可能なプロセッサを含むこともできる。従って、マイクロ・コントローラが故障している場合、バッテリに異常が発生しやすい。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、安定した動作が可能なバッテリ保護回路、その制御方法及びバッテリ・パックを提供することである。

本発明による実施形態の一側面は、バッテリ・パックであって、バッテリセルと、端子部と、バッテリセルと端子部とを選択的に連結するスイッチと、を含む。バッテリ・パックはまた、命令を生成するコントロール・プロセッサと、コントロール・プロセッサから命令を受信し、命令によって、バッテリセルの充電及び放電を制御するアナログ・フロントエンドと、を含む。アナログ・フロントエンドは、コントロール・プロセッサの状態を示す状態信号を受信する状態入力端子と、状態信号に基づいて、コントロール・プロセッサが故障しているか否かを判断し、異常信号を生成する異常判別プロセッサと、異常信号によって、スイッチを制御するスイッチ・コントローラと、を含む。

本発明による実施形態の他の側面は、バッテリ・パックの制御方法であって、バッテリ・パックは、バッテリセル、端子部、コントロール・プロセッサと通信するアナログ・フロントエンドを含む。前記方法は、アナログ・フロントエンドが、コントロール・プロセッサの状態を示す状態信号を受信する段階と、アナログ・フロントエンドが、コントロール・プロセッサが故障しているか否かを判断する段階と、コントロール・プロセッサが故障している場合、アナログ・フロントエンドが、バッテリセルを端子部から遮断する制御信号を生成する段階と、を含む。

本発明の実施形態によるバッテリ保護回路、その制御方法及びバッテリ・パックによって、マイクロ・コントローラが故障している場合にも、バッテリ・パックを安定して制御することができる。

一実施形態によるバッテリ・パックを示すブロック図である。 一実施形態による状態表示回路を示す回路図である。 他の実施形態による状態表示回路を示す回路図である。 他の実施形態による状態表示回路を示す回路図である。 他の実施形態による状態表示回路を示す回路図である。 一実施形態による状態表示回路の入出力信号を示すタイミング図である。 他の実施形態によるバッテリ・パックを示すブロック図である。 他の実施形態による状態表示回路の入出力信号を示すタイミング図である。 他の実施形態による状態表示回路の入出力信号を示すタイミング図である。 他の実施形態によるバッテリ・パックを示す図面である。 他の実施形態によるバッテリ・パックを示す図面である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明の多様な実施形態についてさらに詳細に説明する。本発明を説明するにあたって、多様な特徴を記載するが、特定特徴についての具体的な説明が本発明の要旨を不明確にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。特別な言及がない限り、本明細書で使われた用語は、当業者が一般的に考えられる意味を有し、さらに、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されねばならず、本出願で明白に定義しない限り、理想的であったり、過度に形式的な意味に解釈されるものではない。

図１は、一実施形態によるバッテリ・パック１を示すブロック図である。図１を参照すれば、バッテリ・パック１は、バッテリ保護回路（以下、「保護回路」という）１００と、バッテリセル２００とを含む。

バッテリセル２００は、一つまたは二つ以上のベアセルを含む。バッテリセル２００は、保護回路１００と連結され、保護回路１００の端子部１１０に外部装置が連結されれば、充電または放電が行われる。バッテリセル２００は、充電して使用することが可能な二次電池である。

保護回路１００は、バッテリセル２００の充電及び放電を制御し、バッテリセル２００の異常状況を感知し、バッテリセル２００の破損を防止する。かような保護回路１００は、端子部１１０、アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ：analog front end）１２０、マイクロ・コントローラあるいはプロセッサ１３０、状態表示回路１４０、充放電スイッチ１５０、保護素子１６０を含む。

端子部１１０は、バッテリセル２００を充電する充電器または外部機器と連結される。ここで、外部機器とは、バッテリセル２００に保存された電気エネルギーを消費する負荷をいう。端子部１１０は、正極端子１１１と負極端子１１２とを具備する。端子部１１０に充電器が連結されれば、充電がなされうる。充電の間、正極端子１１１を介して電流が流入し、負極端子１１２を介して電流が流れていく。端子部１１０に外部機器が連結されれば、放電がなされうる。放電の間、正極端子１１１を介して電流が流れていって、負極端子１１２を介して電流が流入する。

アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）１２０は、バッテリセル２００の充電及び放電のための制御を行う。アナログ・フロントエンド１２０は、バッテリ・パック１内部の電流フロー状態のような、バッテリセル２００の充電／放電状態、バッテリ・パック１の温度などを感知する。アナログ・フロントエンド１２０は、バッテリセル２００の状態を感知した感知データＳｄａｔａを、マイクロ・コントローラ１３０に伝送する。図１では、感知データＳｄａｔａを１本の線で表示したが、感知データＳｄａｔａは、複数のデータを含むことができ、複数のデータラインを使用して伝送することができる。例えば、感知データは、温度データ、電圧データ、電流データなどでありうる。また、複数のデータは、別途の信号伝送ラインを介して、マイクロ・コントローラ１３０に伝送されうる。

アナログ・フロントエンド１２０は、バッテリセル２００の電圧を使用して動作する。また、アナログ・フロントエンド１２０は、内部にレギュレータ（Ｒｅｇ）１２１を具備して電源電圧Ｖｒｅｇを生成し、生成された電源電圧Ｖｒｅｇをマイクロ・コントローラ１３０に印加する。

アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０から命令信号Ｓｃｏｍを受信し、受信した命令信号Ｓｃｏｍによって、充電制御信号Ｓｃまたは放電制御信号Ｓｄを充放電スイッチ１５０に印加し、充放電スイッチ１５０のオン（on）／オフ（off）状態を制御する。

アナログ・フロントエンド１２０は、異常判別プロセッサ１２３と、スイッチ・コントローラ１２４とを含むことができる。異常判別プロセッサ１２３は、状態表示回路１４０から出力され、状態入力端子Ｐ１を介して印加された信号を受信し、受信した信号の大きさが特定条件を満足させる場合、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断する。例えば、異常判別プロセッサ１２３は、受信した信号が基準電圧Ｖｒｅｆ以下に下がる場合、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断する。または例えば、異常判別プロセッサ１２３は、受信した信号の論理レベルが、ハイレベルからローレベルに、あるいはローレベルからハイレベルに変わる場合、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断する。異常判別プロセッサ１２３で、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断した場合、スイッチ・コントローラ１２４は、充放電スイッチ１５０に、充電制御信号Ｓｃまたは放電制御信号Ｓｄを伝送し、充放電スイッチ１５０をオフにする。

マイクロ・コントローラ１３０は、アナログ・フロントエンド１２０から電源電圧Ｖｒｅｇを印加され、電源として使用する。また、マイクロ・コントローラ１３０は、アナログ・フロントエンド１２０から伝送された感知データＳｄａｔａを受信し、感知データＳｄａｔａによって、アナログ・フロントエンド１２０に命令信号Ｓｃｏｍを伝送し、その動作を制御する。例えば、バッテリセル２００の各ベアセルの電圧に偏差が発生した場合、マイクロ・コントローラ１３０は、各ベアセルの電圧が一定になるように、アナログ・フロントエンド１２０にセル・バランシング動作を制御させる。または例えば、バッテリセル２００が、過充電状態または過放電状態である場合、マイクロ・コントローラ１３０は、バッテリセル２００の充電動作または放電動作が中止されるように制御する。図１では、命令信号Ｓｃｏｍを１本の線で表示してあるが、それは説明の便宜のためであり、命令信号Ｓｃｏｍは、複数の命令を含むことができる。また他の実施形態として、複数の命令は、別途の信号伝送ラインを介して、アナログ・フロントエンド１２０に伝送されうる。

一実施形態として、マイクロ・コントローラ１３０は、アナログ・フロントエンド１２０が誤作動する場合、これを感知し、バッテリセル２００の保護のために、保護素子１６０が充電動作または放電動作を遮断するように制御する。他の実施形態として、保護素子１６０は、外部からの制御を必要とせずに、自動的に動作することもできる。

一方、マイクロ・コントローラ１３０は、アナログ・フロントエンド１２０が、マイクロ・コントローラ１３０で発生した故障や、マイクロ・コントローラ１３０の誤作動などを検出できるように、Ｐ２端子を介して状態表示回路１４０に、動作状態信号Ｓｏｓを出力する。例えば、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であるとき、動作状態信号Ｓｏｓとして、ハイレベル信号が出力されうる。あるいは、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であるとき、動作状態信号Ｓｏｓとして、連続する一連のパルス波形が出力されうる。

状態表示回路１４０は、動作状態信号Ｓｏｓを受信し、アナログ・フロントエンド１２０に伝送される状態信号を生成する。状態表示回路１４０は、アナログ・フロントエンド１２０に、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であるか、非正常状態であるかを示す状態信号を出力し、異常判別プロセッサ１２３でこれを感知する。

充放電スイッチ１５０は、充電制御スイッチ１５１及び放電制御スイッチ１５２を含む。充電制御スイッチ１５１及び放電制御スイッチ１５２それぞれは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と寄生ダイオードとを含むことができる。例えば、充電制御スイッチ１５１は、電界効果トランジスタＦＥＴ１１と寄生ダイオードＤ１１とからなり、放電制御スイッチ１５２は、電界効果トランジスタＦＥＴ１２と寄生ダイオードＤ１２とからなる。充電制御スイッチ１５１の電界効果トランジスタＦＥＴ１１のソースとドレインとの接続方向は、放電制御スイッチ１５２の電界効果トランジスタＦＥＴ１２とは反対方向に設定する。換言すれば、本実施形態で、充電制御スイッチ１５１の電界効果トランジスタＦＥＴ１１は、正極端子１１１からバッテリセル２００への電流フローを制限するように接続される。一方、放電制御スイッチ１５２の電界効果トランジスタＦＥＴ１２は、バッテリセル２００から負極端子１１２への電流フローを制限するように接続される。ここで、充電制御スイッチ１５１の電界効果トランジスタＦＥＴ１１、及び放電制御スイッチ１５２の電界効果トランジスタＦＥＴ１２は、スイッチング素子であり、本発明の技術的範囲は、これに限定されるものではなく、他種のスイッチング機能を行う電気素子が使われうる。また、充電制御スイッチ１５１及び放電制御スイッチ１５２に含まれた寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、電流が制限される方向に、反対方向に電流が流れるように構成する。

保護素子１６０は、大電流経路上に位置する素子であり、バッテリセル２００からの電流流出、またはバッテリセル２００への電流流入を制御する。保護素子１６０は、アナログ・フロントエンド１２０が故障している場合に作動する素子である。保護素子１６０は、ヒューズやＰＴＣ（positive temperature coefficient）の性質を有するサーミスタでありうる。または、保護素子１６０は、保護素子１６０自体を流れる電流によって、自動的に作動する素子でありうる。あるいは、保護素子１６０は、マイクロ・コントローラ１３０の制御によって作動する素子でもありうる。

以下、状態表示回路１４０についてさらに具体的に説明する。図２及び図３は、それぞれ図１の状態表示回路１４０の実施形態を示す回路である。

図２を参照すれば、状態表示回路１４０は、マイクロ・コントローラ１３０のＰ２端子と、アナログ・フロントエンド１２０の状態入力端子Ｐ１とを直接連結するラインでありうる。一実施形態として、マイクロ・コントローラ１３０は、正常状態であるならば、動作状態信号Ｓｏｓとして、ハイレベル信号を出力する。アナログ・フロントエンド１２０は、異常判別プロセッサ１２３で、状態入力端子Ｐ１及び状態表示回路１４０を介して入力された動作状態信号Ｓｏｓが、基準電圧Ｖｒｅｆ以下に下がれば、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断することができる。基準電圧Ｖｒｅｆは、バッテリ・パック１の製造時にあらかじめ設定された値でありうる。

図３を参照すれば、一実施形態として状態表示回路１４０は、複数の抵抗Ｒ３１，Ｒ３２とスイッチング素子ＳＷ１とを含むレベルシフト回路（level shift circuit）を含むことができる。抵抗Ｒ３１は、状態入力端子Ｐ１と、第１電圧Ｖｃｃが供給される電圧源との間に連結され、抵抗Ｒ３２は、状態入力端子Ｐ１、及びスイッチング素子ＳＷ１の第１電極と連結される。スイッチング素子ＳＷ１は、第１電極が抵抗Ｒ３２と連結され、第２電極がグラウンドと連結される。また、スイッチング素子ＳＷ１のゲート電極は、Ｐ２端子と連結される。スイッチング素子ＳＷ１は、ｐチャンネルＦＥＴ（field effect transistor）でありうる。

マイクロ・コントローラ１３０は、正常状態であるとき、動作状態信号Ｓｏｓとして、ハイレベル信号を出力する。従って、状態表示回路１４０のスイッチング素子ＳＷ１は、動作状態信号Ｓｏｓによってオフ状態になり、状態入力端子Ｐ１には、第１電圧Ｖｃｃが印加される。第１電圧Ｖｃｃは、基準電圧Ｖｒｅｆより大きい電圧である。異常判別プロセッサ１２３は、状態入力端子Ｐ１を介して印加される第１電圧Ｖｃｃが、基準電圧Ｖｒｅｆより大きいと判断し、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であると判断する。

一方、マイクロ・コントローラ１３０は、故障している場合または誤作動する場合、動作状態信号Ｓｏｓとして、ローレベル信号を出力したり、信号出力を中断する。これによって、状態表示回路１４０のスイッチング素子ＳＷ１は、動作状態信号Ｓｏｓの変化によってオン状態になり、状態入力端子Ｐ１には、第１電圧Ｖｃｃが、抵抗Ｒ３１及びＲ３２によって分圧された電圧が印加される。例えば、状態入力端子Ｐ１に印加される電圧は、約Ｖｃｃ＊Ｒ３２／（Ｒ３１＋Ｒ３２）になる。このとき、分圧された電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆより低い値になるように、抵抗Ｒ３１及びＲ３２を定める。これによって、異常判別プロセッサ１２３は、状態入力端子Ｐ１を介して入力された状態表示回路１４０の出力信号が、基準電圧Ｖｒｅｆより小さいと判断し、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断することができる。

図４及び図５は、図１の状態表示回路１４０の他の実施形態を示す回路である。図４を参照すれば、図４の実施形態による状態表示回路１４０は、複数の抵抗Ｒ４１，Ｒ４２とスイッチング素子ＳＷ２とを含む反転レベルシフト回路（inverting level shift circuit）を含むことができる。抵抗Ｒ４１は、状態入力端子Ｐ１と、第１電圧Ｖｃｃが供給される電圧源との間に連結され、抵抗Ｒ４２は、状態入力端子Ｐ１及びスイッチング素子ＳＷ２の第１電極と連結される。スイッチング素子ＳＷ２は、第１電極が抵抗Ｒ４２と連結され、第２電極がグラウンドと連結される。また、スイッチング素子ＳＷ２のゲート電極は、Ｐ２端子と連結される。スイッチング素子ＳＷ２は、ｎチャンネルＦＥＴ（field effect transistor）でありうる。

マイクロ・コントローラ１３０は、正常状態であるとき、動作状態信号Ｓｏｓとして、ハイレベル信号を出力する。これによって、状態表示回路１４０のスイッチング素子ＳＷ２は、動作状態信号Ｓｏｓによってオン状態になり、状態入力端子Ｐ１には、第１電圧Ｖｃｃが、抵抗Ｒ４１及びＲ４２によって分圧された電圧が印加される。例えば、状態入力端子Ｐ１に印加される電圧は、約Ｖｃｃ＊Ｒ４２／（Ｒ４１＋Ｒ４２）になる。このとき、分圧された電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆより低い値になるように、抵抗Ｒ４１及びＲ４２を定める。異常判別プロセッサ１２３は、状態入力端子Ｐ１を介して入力された状態表示回路１４０の出力信号が、基準電圧Ｖｒｅｆより小さいと判断し、この場合、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であると判断することができる。

一方、マイクロ・コントローラ１３０は、故障している場合または誤作動する場合、動作状態信号Ｓｏｓとして、ローレベル信号を出力したり、信号出力を中断する。これによって、状態表示回路１４０のスイッチング素子ＳＷ２は、動作状態信号Ｓｏｓの変化によってオフ状態になり、状態入力端子Ｐ１には、第１電圧Ｖｃｃが印加される。第１電圧Ｖｃｃは、基準電圧Ｖｒｅｆより大きい電圧である。異常判別プロセッサ１２３は、状態入力端子Ｐ１を介して印加される第１電圧Ｖｃｃが、基準電圧Ｖｒｅｆより大きいと判断し、この場合、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断する。このように、図４の状態表示回路１４０は、図３の実施形態による状態表示回路１４０と反対極性で動作する。

図５は、図１の状態表示回路１４０の他の実施形態を示す回路図である。図５を参照すれば、図５の実施形態による状態表示回路１４０は、複数の抵抗Ｒ５１及びＲ５２、複数のキャパシタＣ５１及びＣ５２、複数のダイオードＤ５１及びＤ５２を含むことができる。

本実施形態で、状態入力端子Ｐ１とＰ２端子との間には、ダイオードＤ５１、キャパシタＣ５１及び抵抗Ｒ５１が直列に連結される。ダイオードＤ５１は、状態入力端子Ｐ１にカソード電極が、キャパシタＣ５１にアノード電極が連結され、状態入力端子Ｐ１からＰ２端子に電流が逆流することを防止する。キャパシタＣ５１は、Ｐ２で出力される動作状態信号Ｓｏｓに含まれたオフセット成分を除去する。

また、状態入力端子Ｐ１とグラウンドとの間には、キャパシタＣ５２と抵抗Ｒ５２とが並列に連結される。そして、ダイオードＤ５２は、ダイオードＤ５１のアノード電極に該カソード電極が連結され、グラウンドにアノード電極が連結される。

例えば、マイクロ・コントローラ１３０は、正常状態であるとき、動作状態信号Ｓｏｓとしてパルス信号を、反復される一定間隔で出力する。動作状態信号Ｓｏｓが、状態表示回路１４０に印加されるとき、電荷がキャパシタＣ５２に蓄積され、キャパシタＣ５２の両端電圧が、状態入力端子Ｐ１に印加される。異常判別プロセッサ１２３は、キャパシタＣ５２の両端電圧を、基準電圧Ｖｒｅｆと比較する電圧比較部１２２を含み、キャパシタＣ５２の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であると判断する。キャパシタＣ５２の両端電圧の大きさは、動作状態信号Ｓｏｓのデューティ比（duty ratio）によって決定される。マイクロ・コントローラ１３０は、動作状態信号Ｓｏｓのデューティ比を調節し、マイクロ・コントローラ１３０が正常状態であるとき、キャパシタＣ５２の両端電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより大きいように設定する。

一方、マイクロ・コントローラ１３０は、故障している場合または誤作動する場合、動作状態信号Ｓｏｓとして、ローレベル信号あるいは直流信号を出力したり、信号出力を中断する。これによって、キャパシタＣ５２に蓄積された電荷は、抵抗Ｒ５２を介してグラウンドに流れ、キャパシタＣ５２の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆより低い電圧に低下し、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断する。

図６は、図５の実施形態による状態表示回路１４０の入出力信号を示すタイミング図である。図６を参照すれば、Ｐ２端子からパルスを受信する間には、基準電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧が、状態入力端子Ｐ１に印加される。従って、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が正常であると判断する。しかし、ｔ１で、パルス波の出力が停止する場合、キャパシタＣ５２に保存された電荷が放電され始めて、キャパシタＣ５２の両端電圧が下降し、ｔ２で、両端電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以下に下がる。ｔ２時点から、アナログ・フロントエンド１２０は、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると判断することができる。

このとき、基準電圧Ｖｒｅｆと、状態表示回路１４０の構成要素は、ｔ１とｔ２ｔの間隔が、Ｐ２端子から出力されるパルスのローレベル・パルス幅より大きいように設計されうる。パルスのローレベル・パルス幅が、ｔ１とｔ２との間隔より大きい場合、Ｐ２端子から出力されるパルスがローレベルであるとき、キャパシタＣ５２の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆより低くなり、マイクロ・コントローラ１３０が故障していると誤判断することがあるために、かような設計にメリットがありうる。

前記の通り、図１のバッテリ保護回路１００によれば、マイクロ・コントローラ１３０が故障している場合、アナログ・フロントエンド１２０でこれを感知し、充放電動作を中止させることができる。これによって、バッテリ・パック１を安定して制御することができる。

図７は、他の実施形態によるバッテリ・パック２を示すブロック図である。本実施形態によるバッテリ・パック２は、図１のバッテリ・パック１と類似した構成及び機能を有している。

図７を参照すれば、バッテリ・パック２は、保護回路３００とバッテリセル４００とを含み、保護回路３００は、端子部３１０、アナログ・フロントエンド３２０、マイクロ・コントローラあるいはプロセッサ３３０、状態表示回路３４０、充放電スイッチ３５０、保護素子３６０を含む。

本実施形態で、異常判別プロセッサ３２３は、タイマ３２２を含む。タイマ３２２は、マイクロ・コントローラ３３０から出力され、状態入力端子Ｐ１及び状態表示回路３４０を介して印加された動作状態信号Ｓｏｓを受信し、アナログ・フロントエンド３２０は、動作状態信号Ｓｏｓが、基準時間Δｔ以上印加されない場合、マイクロ・コントローラ３３０が故障していると判断する。または、タイマ３２２に、基準電圧Ｖｒｅｆ以上の大きさを有する信号が、基準時間Δｔ以上印加されたり印加されない場合、マイクロ・コントローラ３３０が故障していると判断することもできる。

アナログ・フロントエンド３２０は、マイクロ・コントローラ３３０が故障していると判断した場合、充放電スイッチ３５０に、充電制御信号Ｓｃまたは放電制御信号Ｓｄを伝送し、充放電スイッチ３５０をオフにする。

本実施形態による保護回路３００の動作について述べれば、次の通りである。図８は、本発明の他の実施形態による状態表示回路３４０の入出力信号を示すタイミング図である。状態表示回路３４０は、例えば、図２ないし図４の回路のうち、いずれか１つの回路が使われうる。

例えば、状態表示回路３４０が、図２のような回路で構成される場合、Ｐ２端子から受信する動作状態信号Ｓｏｓが、ｔ３で、ハイレベルからローレベルに変更されれば、状態入力端子Ｐ１に印加される状態信号も、ほぼ同じタイミングで、ハイレベルからローレベルに変更される。異常判別プロセッサ３２３は、タイマ３２２を使用し、状態入力端子Ｐ１を介して印加される信号が、ハイレベルからローレベルに変更されたｔ３から時間を測定し、基準時間Δｔが経過したとき、マイクロ・コントローラ３３０が故障していると判断する。図３及び図４の場合も、状態入力端子Ｐ１に印加される電圧の大きさが異なるだけであり、動作原理は同一である。

図９は、他の実施形態による状態表示回路３４０の入出力信号を示すタイミング図である。状態表示回路３４０は、図５の回路が使われうる。マイクロ・コントローラ３３０は、正常状態であるとき、動作状態信号Ｓｏｓとして、パルス信号を一定間隔で出力する。動作状態信号Ｓｏｓが状態表示回路３４０に印加されれば、キャパシタＣ５２に電荷が蓄積され、キャパシタＣ５２の両端電圧が、状態信号として状態入力端子Ｐ１に印加される。異常判別プロセッサ３２３は、タイマ３２２を使用し、一定電圧を有する状態信号が、状態入力端子Ｐ１に持続的に印加されれば、マイクロ・コントローラ３３０が正常状態であると判断する。

一方、マイクロ・コントローラ３３０は、故障している場合または誤作動する場合、動作状態信号Ｓｏｓとして、ローレベル信号を出力したり信号出力を中断する。かような場合、キャパシタＣ５２に蓄積された電荷が放電され、ｔ６時点から、キャパシタＣ５２の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆより低くなる。異常判別プロセッサ３２３は、タイマ３２２を使用し、ｔ６時点から時間を測定し、基準時間Δｔが経過したとき、マイクロ・コントローラ３３０が故障していると判断する。

基準電圧Ｖｒｅｆ及び基準時間Δｔは、ｔ５とｔ７との間隔が、Ｐ２端子から出力されるパルスのローレベル・パルス幅より大きいように決定することができる。これは、パルスのローレベル・パルス幅が、ｔ５とｔ７との間隔より大きい場合、Ｐ２端子から出力されるパルスがローレベルであるとき、キャパシタＣ５２の両端電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆより低くなるだけではなく、基準時間Δｔさえも経過し、マイクロ・コントローラ３３０が故障していると誤判断しうるためでる。

前記の通り、バッテリ保護回路３００で、マイクロ・コントローラ３３０が故障している場合、アナログ・フロントエンド３２０でこれを感知し、バッテリ・パック２の充放電動作を中止させることができる。これによって、バッテリ・パック２を安定して制御することができる。

図１０は、他の実施形態によるバッテリ・パック３を示すブロック図である。バッテリ・パック３は、図１のバッテリ・パック１と類似した構成及び機能を有している。図１０を参照すれば、バッテリ・パック３は、保護回路５００とバッテリセル６００とを含み、保護回路５００は、端子部５１０、アナログ・フロントエンド５２０、マイクロ・コントローラあるいはプロセッサ５３０、充放電スイッチ５５０、保護素子５６０を含む。

アナログ・フロントエンド５２０は、異常判別プロセッサ５２３を含む。異常判別プロセッサ５２３は、マイクロ・コントローラ５３０から、命令信号Ｓｃｏｍを受信する。異常判別プロセッサ５２３は、命令信号Ｓｃｏｍの電圧レベルを電圧比較部５２２にて基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、マイクロ・コントローラ５３０の故障や誤作動を判断することができる。また、マイクロ・コントローラ５３０の動作状態を判断するのに、命令信号Ｓｃｏｍを使用するので、マイクロ・コントローラ５３０及びアナログ・フロントエンド５２０のポート数を減少させることができる。異常判別プロセッサ５２３で、マイクロ・コントローラ５３０の故障を判断する方法は、他の実施形態で説明したところと類似している。

一実施形態として、命令信号Ｓｃｏｍが異常判別プロセッサ５２３によってモニタリングされ、状態信号が命令信号Ｓｃｏｍの命令内にエンコーディングされうる。他の実施形態として、マイクロ・コントローラ５３０が適切に動作しているか否かを判断するために、命令生成の頻度、周波数をモニタリングすることができ、命令生成頻度が基準値未満である場合、異常判別プロセッサ５２３は、マイクロ・コントローラ５３０が故障していると判断することができる。

前記の通り、本実施形態によるバッテリ保護回路５００で、マイクロ・コントローラ５３０が故障している場合、アナログ・フロントエンド５２０でこれを感知し、充放電動作を中止させることができる。これによって、バッテリ・パック３を安定して制御することができる。

図１１は、他の実施形態によるバッテリ・パック４を示すブロック図である。バッテリ・パック４は、図１０のバッテリ・パック３と類似した構成及び機能を有している。図１１を参照すれば、バッテリ・パック４は、保護回路７００とバッテリセル８００とを含む。保護回路７００は、端子部７１０、アナログ・フロントエンド７２０、マイクロ・コントローラあるいはプロセッサ７３０、充放電スイッチ７５０、保護素子７６０を含む。

アナログ・フロントエンド７２０は、タイマ７２２を含む。そして、タイマ７２２は、マイクロ・コントローラ７３０から伝送された命令信号Ｓｃｏｍを受信する。タイマ７２２を使用し、異常判別プロセッサ７２３は命令信号Ｓｃｏｍが伝えられるか否かを判断し、基準時間Δｔ以上信号Ｓｃｏｍが正常機能であることを表示しない場合、マイクロ・コントローラ７３０が故障していると判断する。従って、保護回路７００は、図１のように、状態表示回路１４０を含む必要はない。また、マイクロ・コントローラ７３０の動作状態を判断するために、命令信号Ｓｃｏｍを使用するので、マイクロ・コントローラ７３０及びアナログ・フロントエンド７２０のポート数を減少させることができる。マイクロ・コントローラ７３０の故障を判断する方法は、他の実施形態で説明したところと類似している。

前記の通り、バッテリ保護回路７００で、マイクロ・コントローラ７３０が故障している場合、アナログ・フロントエンド７２０でこれを感知し、充放電を中止させることによって、バッテリ・パック４を安定して制御することができる。

以上で言及した本実施形態及びその変形例による制御方法を、バッテリ保護回路１００，３００，５００，７００及びバッテリ・パック１〜４で実行させるためのプログラムは、不揮発性コンピュータ記録媒体（non-transitory computer readable media）に保存されうる。ここで媒体としては、半導体記録媒体、例えば、フラッシュメモリ（flash memory）を使用することができる。前記媒体は、プロセッサによって判読可能であり、プロセッサで実行することができる命令を含むことができる。前記制御方法は、多様なモジュールによって行われる。各モジュールは、多様なサブルーチン、プログラム処理手続、定義命令文及びマクロを含むことができることを、当業者は容易に理解することができるであろう。前記モジュールは、それぞれ独立してコンパイルされ、１つの実行可能なプログラムとして組み合わせられる。従って、便宜上、引き続いて前記方法について段階別に記述することにより、前記制御方法の機能について説明することになる。従って、各モジュールが行うプロセスは、他の１つのモジュールに任意に再分散され、単一モジュール内で結合されたり、共有可能な動的リンク・ライブラリで作動可能に具現されうる。また、前記各モジュールは、ハードウェアの機能ブロックで具現されうる。

開示されたシステム及び方法が、多様な個別機能ブロックの形態で具現可能であるが、前記システムは、前記ブロックのうち、少なくとも１ブロックの機能や、あらゆるブロックの機能を、例えば、少なくとも１つの適切にプログラミングされたプロセッサや装置が具現可能な形態で具現されうる。

前記プロセッサは、汎用または特別な用途のプロセッサを含むことができ、互いに異なる機能を行う構成要素を含む、例えば、チップのような装置に含まれうることを理解せねばならない。よって、本発明の多様な側面は、デジタル電子回路、またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせの形態で具現されうる。また、本発明の一側面は、コンピュータで読み取り可能な媒体内にプログラム可能な、プロセッサが実行できるコンピュータ・プログラム形態で具現されうる。本発明の一側面による方法の各段階は、命令を実行し、本発明による機能を行うプログラム可能なプロセッサによって、例えば、入力データを演算して出力データを生成することによって遂行可能である。従って、本発明の実施形態は、コンピュータ装置上で実行される場合、前記方法を具現できるコンピュータ・プログラムを含む。また、本発明の実施形態は、コンピュータで読み取り可能な形態の前記コンピュータ・プログラムを保存し、コンピュータ装置上で実行される場合、前記方法のうち少なくとも１つの方法を実行できるＣＤ−ＲＯＭやディスケットのようなデータキャリアを含む。

以上、明細書で特定実施形態を開示したが、それ以外の多様な形態で具現可能であることを理解せねばならない。本発明の特定の特徴や側面を記述するのに使用した用語は、ここで再定義され、当該用語と関連した本発明の特徴または側面の特性を含む限定的な意味に解釈されることがあってはならない。

以上、本発明について、多様な実施形態を参考にして説明したが、前記装置または方法は、当業者によって添付された特許請求の範囲の技術的思想の範囲内で、多様な形態に省略、代替、変形が可能であるという点を理解せねばならない。

本発明について、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当技術分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。

１，２，３，４ バッテリ・パック
１００，３００，５００，７００ バッテリ保護回路
１１０，３１０，５１０，７１０ 端子部
１１１，３１１，５１１，７１１ 正極端子
１１２，３１２，５１２，７１２ 負極端子
１２０，３２０，５２０，７２０ アナログ・フロントエンド（ＡＦＥ）
１２１，３２１，５２１，７２１ レギュレータ
１２２，５２２ 電圧比較部
１２３，３２３，５２３，７２３ 異常判別プロセッサ
１２４，３２４，５２４，７２４ スイッチ・コントローラ
１３０，３３０，５３０，７３０ マイクロ・コントローラ
１４０，３４０，５４０，７４０ 状態通知回路
１５０，３５０，５５０，７５０ 充放電スイッチ
１５１，３５１，５５１，７５１ 充電スイッチ
１５２，３５２，５５２，７５２ 放電スイッチ
１６０，３６０，５６０，７６０ 保護素子
２００，４００，６００，８００ バッテリセル
３２２，７２２ タイマ

Claims (26)

1. バッテリセルと、
   前記バッテリセルを充電又は放電するために外部機器と接続される端子部と、
   前記バッテリセルと前記端子部とを選択的に連結するスイッチと、
   命令を生成するコントロール・プロセッサと、
   前記コントロール・プロセッサから前記命令を受信し、前記命令によって、前記バッテリセルの充電及び放電を制御するアナログ・フロントエンドと、を含み、
   前記アナログ・フロントエンドは、
   前記コントロール・プロセッサの状態を示す状態信号を受信する状態入力端子と、
   前記状態信号に基づいて、前記コントロール・プロセッサが故障しているか否かを判断し、異常信号を生成する異常判別プロセッサと、
   前記異常信号によって、前記スイッチを制御するスイッチ・コントローラと、を含むバッテリ・パック。
2. 前記異常判別プロセッサは、前記状態信号を基準電圧と比較する電圧比較部を含み、
   前記異常判別プロセッサは、前記状態信号が前記基準電圧より大きければ、前記コントロール・プロセッサが故障していると判断することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
3. 前記異常判別プロセッサは、前記状態信号を基準電圧と比較する電圧比較部を含み、
   前記異常判別プロセッサは、前記状態信号が前記基準電圧より小さければ、前記コントロール・プロセッサが故障していると判断することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
4. 前記異常判別プロセッサは、タイマを含み、
   前記異常判別プロセッサは、前記状態信号が最小時間より長い期間の間、マイクロ・プロセッサが故障しているということを示せば、前記コントロール・プロセッサが故障していると判断することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
5. 前記コントロール・プロセッサから受信した動作状態信号に基づいて、前記状態信号を生成する状態表示回路をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のバッテリ・パック。
6. 前記状態表示回路は、低域通過フィルタを含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリ・パック。
7. 前記動作状態信号は、前記コントロール・プロセッサが故障していない場合、複数のパルスを含むことを特徴とする請求項６に記載のバッテリ・パック。
8. 前記コントロール・プロセッサから受信した動作状態信号に基づいて、前記状態信号を生成する状態表示回路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
9. 前記状態表示回路は、低域通過フィルタを含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリ・パック。
10. 前記動作状態信号は、前記コントロール・プロセッサが故障していない場合、複数のパルスを含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ・パック。
11. 前記状態表示回路は、レベルシフト回路を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリ・パック。
12. 前記レベルシフト回路は、インバータを含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ・パック。
13. 前記状態信号は、前記命令内にエンコーディングされることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ・パック。
14. 前記状態信号は、前記命令生成の周波数であることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリ・パック。
15. 前記異常判別プロセッサは、前記命令生成の周波数が基準値未満である場合、前記コントロール・プロセッサが故障していると判断することを特徴とする請求項１４に記載のバッテリ・パック。
16. 前記コントロール・プロセッサは、マイクロ・コントローラであることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリ・パック。
17. バッテリセル、前記バッテリセルを充電又は放電するために外部機器と接続される端子部、命令を生成するコントロール・プロセッサと、前記コントロール・プロセッサと通信するアナログ・フロントエンドを含むバッテリ・パックの制御方法であって、
    前記アナログ・フロントエンドが前記コントロール・プロセッサの状態を示す状態信号を受信する段階と、
    前記アナログ・フロントエンドが、前記コントロール・プロセッサが故障しているか否かを判断する段階と、
    前記コントロール・プロセッサが故障している場合、前記アナログ・フロントエンドが前記バッテリセルを、前記端子部から遮断する制御信号を生成する段階と、を含むバッテリ・パックの制御方法。
18. 前記アナログ・フロントエンドは、前記コントロール・プロセッサから状態信号を受信することを特徴とする請求項１７に記載のバッテリ・パックの制御方法。
19. 前記コントロール・プロセッサは、アナログ・フロントエンドに印加するための命令を生成し、
    前記状態は、前記命令内にエンコーディングされることを特徴とする請求項１８に記載のバッテリ・パックの制御方法。
20. 前記状態信号は、前記命令生成の周波数であることを特徴とする請求項１９に記載のバッテリ・パックの制御方法。
21. 異常判別プロセッサが、前記命令生成の周波数が基準値未満である場合、前記コントロール・プロセッサが故障していると判断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のバッテリ・パックの制御方法。
22. 前記バッテリ・パックは、状態表示回路をさらに含み、
    前記状態表示回路が、前記コントロール・プロセッサから受信した動作状態信号に基づいて、状態信号を生成する段階と、
    前記状態表示回路から前記状態信号を受信する段階と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載のバッテリ・パックの制御方法。
23. 前記状態表示回路は、低域通過フィルタを含み、
    前記状態表示回路が、前記コントロール・プロセッサからの前記動作状態信号をフィルタリングすることを特徴とする請求項２２に記載のバッテリ・パックの制御方法。
24. 前記動作状態信号は、前記コントロール・プロセッサが故障していない場合、複数のパルスを含むことを特徴とする請求項２３に記載のバッテリ・パックの制御方法。
25. 前記状態表示回路は、レベルシフト回路を含むことを特徴とする請求項２２に記載のバッテリ・パックの制御方法。
26. 前記バッテリ・パックは、前記バッテリセルと前記端子部とを電気的に連結するスイッチをさらに含み、
    前記スイッチが、前記アナログ・フロントエンドから受信した前記制御信号に応答して開放されることを特徴とする請求項１７に記載のバッテリ・パックの制御方法。

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