JP2012085522A - バッテリー計測機能を有するバッテリーシステム - Google Patents

バッテリー計測機能を有するバッテリーシステム Download PDF

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Abstract

【課題】バッテリー計測回路のピンの数を減らし、シリコンチップ面積を小さくして、バッテリーパックのコストを低減するバッテリーシステムを提供すること。
【解決手段】バッテリーシステムは、インジケータ、センサ、およびコントローラを含む。インジケータは複数のチャネルを有し、チャネルを介して受け取られた制御信号に従って、バッテリーセルユニットについての情報を表示するように動作可能である。チャネルは第1のチャネルを含み、制御信号は第1の制御信号を含む。センサは感知信号を生成するように動作可能である。コントローラは、第1のチャネルとセンサの両方に結合された第1のピンを有する。コントローラは、計測モードで動作するときは、第1のピンを制御して第1のチャネルに第1の制御信号を与え、感知モードで動作するときは、第1のピンを制御して感知信号を受け取る。
【選択図】図2

Description

再充電可能なバッテリーパックは、ラップトップコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、およびデジタルカメラのような携帯機器で広く用いられている。再充電可能なバッテリーパックは、バッテリー計測回路を使用して、バッテリーパックの容量が消耗しているかどうかを示す。
図1に、従来のバッテリーパック100のブロック図を示す。バッテリーパック100は、セルユニット102、バッテリー計測回路104、およびインジケータ105を含む。セルユニット102は、複数のバッテリーセル102_1、102_2、および102_3を直列に含む。バッテリー計測回路104は、集積回路(IC)チップに組み込まれていてもよく、複数の電圧検出ピンB0〜B3、一対の電流検出ピンISPおよびISN、ならびに複数の汎用の入出力(GPIO)ピンGP0〜GP10などの、様々な種類のピンを含む。バッテリーセル102_1〜102_3に結合されたピンB0〜B3は、バッテリーセル102_1〜102_3のセル電圧を検出する。抵抗106に結合されたピンISPおよびISNは、バッテリーセル102_1〜102_3を流れる電流I1を検出する。セル電圧および電流I1に基づき、バッテリー計測回路104は、バッテリーセル102_1〜102_3の残容量を示す、バッテリーセル102_1〜102_3の充電状態(SOC)を得る。
インジケータ105は、それぞれピンGP6〜GP10に結合された複数のチャネルCHN1〜CHN5を含む。インジケータ105はさらに、それぞれチャネルCHN1〜CHN5に結合された複数の発光ダイオード(LED)D1〜D5を含む。したがって、バッテリー計測回路104は、対応するチャネル、例えばCHN1に、対応するピン、例えばGP10を介してローのレベルの電気信号を与えることによってLED、例えばD1を点灯させることができ、チャネルCHN1にピンGP10を介してハイのレベルの電気信号を与えることによって、LED D1を消灯させることができる。動作中に、ユーザーはボタン108を押して割り込みを発生させることができる。バッテリー計測回路104はピンGP5を制御して割り込みを受け取り、ピンGP6〜GP10を制御して、割り込みに応答してLED D1〜D5にセルユニット102の充電状態を表示する。例えば、LED D1のみが点灯している場合、それはセルユニット102のSOCが20%であることを示す。同様に、LED D1およびD2のみが点灯している場合、それはセルユニット102のSOCが40%であることを示す。
さらに、バッテリーパック100が1つまたは複数の異常な温度状態に置かれることから保護するために、バッテリーパック100は、バッテリーパック100内の複数の構成要素、例えばバッテリーセル102_1〜102_3の温度をそれぞれ感知する、複数サーミスタRT1〜RT4を含む。バッテリー計測回路104は、サーミスタRT1〜RT4がそれぞれの感知信号を生成するように、ピンGP4を制御してサーミスタRT1〜RT4に電源電圧を提供する。バッテリー計測回路104は、ピンGP0〜GP3を制御して感知信号を受け取る。これらの感知信号を用いて、バッテリー計測回路104は、バッテリーパック100が異常な温度状態に置かれているかどうかを判定することができる。
しかし、バッテリー計測回路104は比較的多数のピン、例えば図1に示すように18個のピンを有する。したがって、バッテリー計測回路104のシリコンチップ面積は比較的広く、それによりバッテリーパック100のコストが比較的高くなる。
一実施形態では、バッテリーシステムはインジケータ、センサ、およびコントローラを含む。インジケータは複数のチャネルを有し、チャネルを介して受け取られた制御信号に従って、バッテリーセルユニットについての情報を表示するように動作可能である。チャネルは第1のチャネルを含み、制御信号は第1の制御信号を含む。センサは、感知信号を生成するように動作可能である。コントローラは、第1のチャネルとセンサの両方に結合された第1のピンを有する。コントローラは、計測モードで動作するときは、第1のピンを制御して第1のチャネルに第1の制御信号を与え、感知モードで動作するときは、第1のピンを制御して感知信号を受け取る。
主題の実施形態の特徴および利点は、以下の詳細な説明が進むに従って、また図面を参照することによって、明らかになろう。図面中、同様の番号は同様の部分を示す。
従来のバッテリーパックのブロック図である。 本発明の一実施形態による、バッテリーシステムのブロック図である。 本発明の一実施形態による、GPIOピンの動作の表である。 本発明の一実施形態による、コントローラのブロック図の一例である。 本発明の一実施形態による、バッテリーシステムのブロック図の別の例である。 本発明の一実施形態による、バッテリーシステムのブロック図の別の例である。 本発明の一実施形態による、バッテリーシステムの動作のフローチャートである。
ここから、本発明の実施形態について詳細に言及する。本発明はこれらの実施形態とともに説明されるが、本発明をこれらの実施形態に限定することを意図するものではないことが理解されよう。それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された、本発明の精神および範囲に含まれ得る、代替形態、変更形態、および均等物を含むことが意図される。
さらに、以下の本発明の詳細な説明では、本発明の完全な理解をもたらすために多くの特定の細部が説明される。しかし、本発明はこれらの特定の細部なしで実施できることが、当業者には認識されよう。本発明の態様を不必要に曖昧にしないように、他の事例での、周知の方法、手順、構成要素、および回路は、詳細には説明されていない。
以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する手順、論理ブロック、処理、および他の象徴的な動作の代表例の観点で示されている。これらの記述および代表例は、データ処理技術の当業者が、他の当業者に対し自身の成果の本質を最も効果的に伝えるために使用する手段である。本出願においては、手順、論理ブロック、処理などは、所望の結果をもたらす、首尾一貫した一連のステップまたは命令であると考えられる。ステップは、物理量の物理的な操作を用いるステップである。必須ではないが、通常、これらの物理量は、コンピュータシステム内で保存され、送られ、組み合わされ、比較され、他の方法で操作され得る電気信号または磁気信号の形をとる。主に一般的な使用上の理由から、これらの信号を、トランザクション、ビット、値、要素、記号、文字、サンプル、画素などとして参照することが、時として都合がよいことが分かっている。
本明細書で説明される実施形態は、1つまたは複数のコンピュータまたは他の機器で実行される、プログラムモジュールのような何らかの形の機械可読(例えばコンピュータ可読)記憶媒体に存在する機械実行可能(例えばコンピュータ実行可能)命令の一般的な状況において論じることがある。限定ではなく例として、機械可読記憶媒体は非一時的なコンピュータ可読記憶媒体および通信媒体を備えてもよく、非一時的なコンピュータ可読媒体は、一時的な伝搬信号のための媒体を除く、全てのコンピュータ可読媒体を含んでもよい。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行しまたは特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含み、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において、必要な場合に組み合わせまたは分散させることができる。
記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を保存するための、任意の方法または技術で実装される、揮発性および非揮発性、取り外し可能および取り外し不可能の媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、限定はされないが、所望の情報を保存するのに使用でき、その情報を取り出すためにアクセスされ得る、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、電気的に消去可能なプログラム可能なROM(EEPROM)、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、コンパクトディスクROM(CD-ROM)、デジタル多目的ディスク(DVD)もしくは他の光学記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしく他の磁気記憶機器、または任意の他の媒体を含む。
通信媒体はコンピュータ実行可能命令、データ構造、およびプログラムモジュールを具体化することができ、任意の情報送達媒体を含む。限定ではなく例として、通信媒体は、有線ネットワークまたは直接有線接続のような有線媒体、ならびに音響、高周波(RF)、赤外線およびその他の無線媒体のような無線媒体を含む。上記の任意の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれ得る。
本開示による実施形態は、バッテリーシステムを提供する。一実施形態では、バッテリーシステムはインジケータ、センサおよびコントローラを含む。インジケータは複数のチャネルを有し、チャネル中の制御信号に従って、バッテリーセルユニットのパラメータについての情報を表示するように動作可能である。チャネルは第1のチャネルを含み、制御信号は第1の制御信号を含む。センサは感知信号を生成するように動作可能である。
有利なことに、コントローラは第1のチャネルとセンサの両方に結合された第1のピンを有し、計測モードと感知モードで動作するように動作可能である。コントローラは、計測モードでは第1のピンを制御して第1のチャネルに第1の制御信号を与え、感知モードでは第1のピンを制御して感知信号を受け取る。その結果、コントローラ中のピンの数は少なくなる。したがって、コントローラのチップ面積は小さくなり、チップパッケージをより小さくかつより安くでき、プリント回路基板(PCB)のサイズを低減でき、バッテリーシステムのコストが低減する。
図2に、本発明の一実施形態による、バッテリーシステム200のブロック図を示す。図2の例では、バッテリーシステム200はバッテリーセルユニット202、コントローラ204、インジケータ205、複数のセンサ251〜254、抵抗206、ボタン208、およびスイッチ210を含む。バッテリーセルユニット202は、直列に結合された複数のバッテリーセル202_1〜202_3を含む。一実施形態では、コントローラ204は集積回路(IC)チップに組み込まれたバッテリー計測回路であってもよく、複数の電圧感知ピンB0〜B3、一対の電流感知ピンISPおよびISN、ピンVD33、および複数の汎用入出力(GPIO)ピンGP0〜GP5などの複数のピンを含む。ピンVD33は、電源電圧VDDを提供する。コントローラ204はピンB0〜B3、ISPおよびISNを制御して、バッテリーセルユニット202のパラメータ、例えばバッテリーセルユニット202の充電状態(SOC)を検出する。一実施形態において、コントローラ204はさらに計測モードと感知モードで動作し、ピンGP0〜GP5を制御する。計測モードでは、コントローラ204はピンGP0〜GP5を制御して、検出したパラメータをインジケータ205に表示する。感知モードでは、コントローラ204は同じピンGP0〜GP5を制御して、センサ251〜254により生成された複数の感知信号を受け取る。
バッテリーセルユニット202中のバッテリーセル202_1〜202_3は、限定はされないが、Liイオン/ポリマーセル、鉛酸セル、またはNiCD/NiMHセルであってもよい。図2の例では3つのバッテリーセルが示されているが、バッテリーセルユニット202には別の数のバッテリーセルが含まれてもよい。バッテリーセル202_1〜202_3は、コントローラ204のピンB0〜B3に結合される。例えば、バッテリーセル202_1はピンB0とピンB1の間に結合され、バッテリーセル202_2はピンB1とピンB2の間に結合され、バッテリーセル202_3はピンB2とピンB3の間に結合される。したがって、コントローラ204は、バッテリーセル202_1〜202_3のセル電圧を検出するように、ピンB0〜B2を構成する。
一実施形態において、抵抗206はコントローラ204のピンISPおよびISNに結合される。コントローラ204は、ピンISPおよびISNを制御して、バッテリーセル202_1〜202_3を流れる電流I1を検出する。例えば、ピンISPとISNの間の電圧は、電流I1を示すことができる。コントローラ204は、検出されたセル電圧および検出された電流I1に基づき、バッテリーセルユニット202のパラメータについての情報(例えばその測定値または値)を決定する。このことは、図4と関連してさらに説明される。パラメータは、限定はされないが、バッテリーセルユニット202の充電状態(SOC)、バッテリーセルユニット202の開路電圧、またはバッテリーセルユニット202を流れる電流I1であってもよい。
一実施形態において、インジケータ205は、複数の発光ダイオード(LED)D1〜D5、複数の抵抗R7〜R11、および複数のチャネルCHN1〜CHN5を含む。図2の例では5つのLEDが示されているが、インジケータ205には異なる数のLEDが含まれていてもよい。チャネルCHN1〜CHN5は、それぞれLED D1〜D5に結合される。例えば、チャネルCHN1は抵抗R7を介してLED D1に結合され、チャネルCHN2は抵抗R8を介してLED D2に結合され、チャネルCHN3は抵抗R9を介してLED D3に結合され、チャネルCHN4は抵抗R10を介してLED D4に結合され、チャネルCHN5は抵抗R11を介してLED D5に結合される。
一実施形態では、ボタン208はグラウンドに結合された第1の端部と、抵抗R6を介して電源電圧VDDと結合された第2の端部を有する。一実施形態では、スイッチ210はP型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。ピンGP5は、スイッチ210のゲート端子とボタン208の第2の端部の両方に結合される。
一実施形態では、動作中に、ユーザーがボタン208を押して、ユーザーがボタンから手を離した時点で自動的にボタンが戻り電流経路Lが遮断された場合に、電流経路Lを導通させるためにボタン208が押される。より具体的には、バッテリーシステム200が起動すると、ボタン208が解除され電流経路Lが遮断される。したがって、抵抗R6を流れる電流はなく、ハイの電気信号がピンGP5に与えられる。ユーザーがボタン208を押すと、ボタン208は電流経路Lを導通させる。電流I2は抵抗R6を流れ、ピンGP5はグラウンドに接続される。したがって、ローの電気信号がピンGP5に与えられる。言い換えると、ボタン208が押されると、割り込み、例えば立下りのエッジがピンGP5において発生する。
さらに、ボタン208が解除される(戻る)ときに、コントローラ204はピンGP5における電圧レベルを決定してもよい。例えば、コントローラ204はピンGP5における電圧を、ハイの電気的レベルまたはローの電気的レベルに設定してもよい。
さらに、コントローラ204は、計測モードおよび感知モードで動作してピンGP0〜GP5を制御することができる。一実施形態では、ピンGP5は、ボタン208により生成された割り込みを受け取り、スイッチ210をオンおよびオフしてインジケータ205を有効および無効にするように、コントローラ204によって構成される。
一実施形態において、コントローラ204がピンGP5において割り込みを受け取ると、コントローラ204は計測モードに切り替わる。計測モードでは、コントローラ204はピンGP5にローの電気信号を提供し、これによりスイッチ210がオンする。こうして、インジケータ205が有効になる。そして、インジケータ205は、チャネルCHN1〜CHN5内の複数の制御信号SIGCON1〜SIGCON5に従って、バッテリーセルユニット202に関連したパラメータについての情報をそれぞれ表示する。より具体的には、LED D1〜D5はチャネルCHN1〜CHN5の制御信号SIGCON1〜SIGCON5に従って、点灯または消灯することができる。例えば、チャネルCHN1の制御信号SIGCON1は、ハイの電気信号またはローの電気信号であってよい。SIGCON1がローの場合、LED D1は点灯する。SIGCON1がハイの場合、LED D1は消灯する。LED D2〜D5は、LED D1と同様に動作する。
以下の説明において、インジケータ205は、例示の目的で、バッテリーセルユニット202のSOCについての情報を表示するとして説明される。しかし、インジケータ205は、上述のように他のパラメータについての情報を表示するのに使用することができる。一実施形態では、D1のみが点灯している場合は、それはバッテリーセルユニット202のSOCが20%であることを示す。D1およびD2のみが点灯している場合は、それはバッテリーセルユニット202のSOCが40%であることを示す。D1、D2およびD3のみが点灯している場合は、それはバッテリーセルユニット202のSOCが60%であることを示す。D1〜D4のみが点灯している場合は、それはバッテリーセルユニット202のSOCが80%であることを示す。全てのLEDが点灯している場合は、それはバッテリーセルユニット202が完全に充電されていることを示す。
一実施形態では、センサ251〜254の各々は、それぞれのサーミスタおよびそれぞれの抵抗を直列に含む。例えば、センサ251はサーミスタRT1および抵抗R1を含み、センサ252はサーミスタRT2および抵抗R2を含み、センサ253はサーミスタRT3および抵抗R3を含み、センサ254はサーミスタRT4および抵抗R4を含む。一実施形態では、サーミスタ、例えばRT1、RT2、RT3またはRT4は、負温度係数(NTC)サーミスタであってもよく、NTCサーミスタは、本体温度の上昇にさらされると電気抵抗の減少を示す。あるいは、サーミスタは正温度係数(PTC)サーミスタ、熱電対、抵抗温度検出器(RTD)、またはIC温度センサであってもよい。
サーミスタRT1〜RT4は、バッテリーシステム200内の様々な構成要素の温度を感知するのに使用することができる。例えば、サーミスタRT1〜RT3はバッテリーセル202_1〜202_3上にそれぞれ配置して、バッテリーセル202_1〜202_3の温度を感知することができる。サーミスタRT4は、充電または放電スイッチ(図示せず)上に配置して、スイッチの温度を感知することができる。
一実施形態では、コントローラ204は所定の時間期間T、例えば3秒間、計測モードにとどまる。Tが経過すると、コントローラ204は感知モードに切り替わる。感知モードでは、コントローラ204はピンGP5においてハイの電気信号を生成し、スイッチ210をオフする。したがって、インジケータ205は無効になる。こうして、チャネルCHN1〜CHN5の制御信号がハイの電気信号であっても、ローの電気信号であっても、全てのLED D1〜D5が消灯する。感知モードでは、LED D2〜D5は逆方向にバイアスされてセンサ251〜254への共通ノード270を切り離すので、異なるセンサ251〜254は互いに絶縁されている。一方、感知モードでは、コントローラ204がピンGP4を制御して、電源電圧VSUPPLYを発生させてセンサ251〜254を駆動する。したがって、センサ251〜254は、ピンGP0〜GP3において感知された温度を示す、複数の感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4をそれぞれ提供する。例えば、抵抗R1およびセンサ251のサーミスタRT1は分圧器を構成してピンGP3における感知信号SIGSEN1を提供し、例えば、SIGSEN1はバッテリーセル202_1の温度に従って変動する、サーミスタRT1にかかる電圧であってよい。センサ252〜254はセンサ251と同様に動作する。
さらに、感知モードでは、ピンGP0〜GP3は、感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4を受け取るように、コントローラ204によって構成される。一実施形態では、感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4は、異常な温度状態、例えば超過温度状態が起きているかどうかを判定するために、コントローラ204によって使用されてよい。したがって、コントローラ204は、バッテリーシステム200が異常な温度状態に置かれることから保護することができる。例えば、ピンGP3における感知信号SIGSEN1が、バッテリーセル202_1が充電プロセス中に超過温度状態に置かれていることを示す場合、コントローラ204は充電スイッチ(図示せず)をオフして充電プロセスを終了させることができる。GPIOピンGP0〜GP5の動作は、図3と関連してさらに説明される。バッテリーシステム200は他の構成を有してもよく、図2の例には限定されない。
図3に、本発明の一実施形態による、GPIOピンGP0〜GP5の動作の表300を示す。図3は図2と組み合わせて説明される。図3の例では、計測モードと感知モードで実行される機能に従って、GPIOピンは3つのタイプI、II、およびIIIに分類される。
ピンGP0〜GP3はタイプIのGPIOピンである。一実施形態では、ピンGP0〜GP3の各々は、計測モードでは対応するチャネルに制御信号を与え、感知モードでは対応するセンサからの感知信号を受け取る。より具体的には、ピンGP0は計測モードのブロック302においてチャネルCHN5に制御信号SIGCON5を与え、感知モードのブロック322においてセンサ254により生成された感知信号SIGSEN4を受け取る。ピンGP1は計測モードのブロック304においてチャネルCHN4に制御信号SIGCON4を与え、感知モードのブロック324においてセンサ253により生成された感知信号SIGSEN3を受け取る。ピンGP2は計測モードのブロック306においてチャネルCHN3に制御信号SIGCON3を与え、感知モードのブロック326においてセンサ252により生成された感知信号SIGSEN2を受け取る。ピンGP3は計測モードのブロック308においてチャネルCHN2に制御信号SIGCON2を与え、感知モードのブロック328においてセンサ251により生成された感知信号SIGSEN1を受け取る。
ピンGP4はタイプIIのGPIOピンである。ブロック310において、ピンGP4は計測モードで、チャネルCHN1に制御信号SIGCON1を与える。ブロック330において、同じピンGP4は感知モードで、電源電圧VSUPPLYを提供して全てのセンサ251〜254を駆動する。
ピンGP5はタイプIIIのGPIOピンである。ブロック312において、ピンGP5は計測モードにコントローラ104を切り替えるための割り込みを受け取る。計測モードでは、ピンGP5は、例えば所定の時間期間Tの間、ローの電気信号を提供してスイッチ210をオンし、それによりインジケータ205がTの間有効になる。感知モードでは、ブロック314においてピンGP5はハイの電気信号を提供してスイッチ210をオフする。こうして、インジケータ205は感知モードにおいて無効になる。
有利なことに、複数の機能をもつピンGP0〜GP5を用いることで、コントローラ204は計測モードにおいてインジケータ205にパラメータを表示するように動作でき、感知モードにおいて複数のセンサ251〜254からの温度感知情報を得るように動作できる。その結果、コントローラ204のGPIOピンの数は、図1のバッテリー計測回路104と比べて少なくなる。例えば、合計で5個のピン、例えば図1のGP6〜GP10をコントローラ204から取り除くことができる。したがって、コントローラ204のチップ面積は小さくなり、チップパッケージをより小さくかつより安くでき、プリント回路基板(PCB)のサイズを低減でき、バッテリーシステム200のコストが低減する。
図4に、本発明の一実施形態による、コントローラ204のブロック図の一例を示す。図4は、図2および図3と組み合わせて説明される。図4の例では、コントローラ204はマルチプレクサ(MUX)408、バッファ410、第1のアナログ-デジタルコンバータ(ADC)412、第2のADC406、プロセッサ402、メモリ404、およびGPIOコントローラ414を含む。
図2に関連して説明されるように、電圧感知ピンB0〜B3はバッテリーセル202_1〜202_3のセル電圧を示す複数の電圧検出信号をそれぞれ受け取り、電圧検出信号はさらにマルチプレクサ408に送られる。例えば、電圧検出信号の電圧は、セル電圧に比例してもよい。さらに、感知モードでは、GPIOコントローラ414がピンGP0〜GP3から複数の温度感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4を受け取り、温度感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4をマルチプレクサ408にバス456を介して送る。マルチプレクサ408は、電圧検出信号を含む複数のアナログ信号および温度感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4を、時分割的にバッファ410に転送する。バッファ410はアナログ信号をバッファリングし、アナログ信号を第1のアナログ-デジタルコンバータ(ADC)412に送る。第1のADC412はアナログ信号を、デジタル電圧検出信号450およびデジタル温度感知信号451のような複数のデジタル信号に変換する。同様に、電流感知ピンISPおよびISNに結合された第2のADC406は、電流I1を示す電流検出信号を、デジタル電流検出信号452に変換する。
プロセッサ402は、中央演算装置(CPU)、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、またはプログラミング命令を読み取り実行できる他の任意のデバイスであってよい。メモリ404は、複数の機械実行可能命令および機械可読データを保存する。一実施形態では、機械可読データは、最後の充放電サイクル中のバッテリーセルユニット202の全容量CFULLを示す容量データを含む。一実施形態では、プロセッサ402はメモリ404に保存された機械実行可能命令を実行し、第1のADC412からのデジタル電圧検出信号450を読み取り、第2のADC406からのデジタル電流検出信号452を読み取る。したがって、プロセッサ402は、セル電圧、バッテリーセル202_1〜202_3を流れる電流I1、およびバッテリーセルユニット202の温度についての情報を得る。
プロセッサ402は、制御コマンドを生成して、GPIOコントローラ414を制御する。したがって、図2および図3に関連して論じたように、GPIOコントローラ414は、計測モードと感知モードにおける異なる機能を満たすように、GPIOピンGP0〜GP5を構成する。
一実施形態では、電流I1、バッテリーセルユニット202のセル電圧および温度に基づき、プロセッサ402がセルユニット202のSOCを計算する。例えば、プロセッサ402は電流I1のクーロンカウントを実行して、セルユニット202の現在の充電容量CCURRENTを得る。プロセッサ402はまた、メモリ404からの容量データを読み取って、最後の充放電サイクル中のセルユニット202の全容量CFULLを得る。したがって、セルユニット202のSOCは、式(1)によって表される。
SOC = (CCURRENT/CFULL)*100% (1)
一実施形態において、バッテリーセル202_1〜202_3のセル電圧および温度は、SOCの計算結果を較正するのに使用することができる。プロセッサ402は他の方法を使用してセルユニット202のSOCを得ることができ、図4の例に限定されない。
プロセッサ402はさらに、計測モードで動作すべきか感知モードで動作すべきかを決定し、それに応じてピンGP0〜GP5を構成する。より具体的には、ピンGP5において割り込みが検出されると、プロセッサ402は計測モードに入る。計測モードでは、プロセッサ402はローの電気信号を生成するようにピンGP5を構成し、計算されたSOCに従って制御信号SIGCON1〜SIGCON5を生成するようにGP0〜GP4を構成する。本実施形態では、制御信号SIGCON1〜SIGCON5は、ハイの電気信号および/またはローの電気信号などのアナログ信号であってよく、これによってLED D1〜D5がSOCを表示することが可能になる。
さらに、一実施形態において、プロセッサ402はタイマーを起動して計測モードの持続時間を監視する。所定の時間期間Tが経過すると、プロセッサ402はピンGP0〜GP5を再構成して、コントローラ204を感知モードに切り替える。感知モードでは、プロセッサ402はGPIOコントローラ414への制御コマンドを生成する。したがって、GPIOコントローラ414はピンGP5を構成してハイの電気信号を生成し、ピンGP4を構成して電源電圧VSUPPLYを提供し、ピンGP0〜GP3を構成して温度感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4を受け取る。コントローラ204は他の構成要素を含んでもよく、図4の例に限定されない。
一実施形態において、プロセッサ402はバス454に結合され、バス454はコンピュータまたは携帯電話などのホスト機器(図4には示されない)にさらに接続される。ホスト機器は、プロセッサ402に制御コマンドを転送できる。したがって、プロセッサ402は制御コマンドに従って動作モードを選択する。言い換えると、コントローラ204は、ボタン208により生成された割り込みとホスト機器からの制御コマンドのいずれかに従って、感知モードと計測モードとの間で動作できる。コントローラ204は他の方法で計測モードと感知モードとの間で切り替えることができ、図4の例に限定されない。
図5に、本発明の一実施形態による、バッテリーシステム500のブロック図の別の例を示す。図2と同じように符号付けされた要素は、同様の機能を有する。図5は、図2、図3および図4と組み合わせて説明される。バッテリーシステム500は、バッテリーセルユニット202、コントローラ504、インジケータ205、複数のセンサ551〜553、抵抗206、ボタン208、およびスイッチ210を含む。
図2に関連して説明されるように、バッテリーシステム200は他の数のセンサを含んでもよく、かつ/またはインジケータ205は、他の数のチャネルを含んでもよい。図5の例において、3つのセンサ551、552および553は、バッテリーシステム500に含まれる。センサ551〜553の各々は、抵抗およびサーミスタを直列に含む。例えば、センサ551は抵抗R1’およびサーミスタRT1’を含み、センサ552は抵抗R2’およびサーミスタRT2’を含み、センサ553は抵抗R3’およびサーミスタRT3’を含む。
コントローラ204と同様に、コントローラ504はI、II、IIIの3つのタイプのピンを使用して、計測モードではバッテリーセルユニット202のSOCを表示し、感知モードでは3つの感知信号SIGSEN1〜SIGSEN3を受け取る。より具体的には、ピンGP0、GP1およびGP3はタイプIのGPIOピンである。ピンGP0は、計測モードではチャネルCHN5に制御信号SIGCON5を与え、感知モードではセンサ553によって生成された感知信号SIGSEN3を受け取る。ピンGP1は、計測モードではチャネルCHN4に制御信号SIGCON4を与え、感知モードではセンサ552によって生成された感知信号SIGSEN2を受け取る。ピンGP3は、計測モードではチャネルCHN2に制御信号SIGCON2を与え、感知モードではセンサ551によって生成された感知信号SIGSEN1を受け取る。
さらに、ピンGP2とGP4はともにタイプIIのGPIOピンである。ピンGP2は、計測モードではチャネルCHN3に制御信号SIGCON3を与え、感知モードでは電源電圧VSUPPLY2を提供してセンサ552および553を駆動する。ピンGP4は、計測モードではチャネルCHN1に制御信号SIGCON1を与え、感知モードでは電源電圧VSUPPLY3を提供してセンサ551を駆動する。
また、コントローラ504のピンGP5はタイプIIIのピンであり、コントローラ502のピンGP5と同様に動作する。
要約すると、インジケータ205中のセンサの数および/またはチャネルの数は変わることがあるが、コントローラ204はそれでも、計測モードではインジケータ205にバッテリーセルユニット202のSOCを表示するように動作でき、感知モードではセンサからの感知信号を受け取るように動作できる。コントローラ、例えば204または504にタイプI、IIおよび/またはIIIのピンが含まれる限り、ピンの数を減らしてコントローラのチップ面積を低減することができる。したがって、バッテリーシステム200または500のコストは低減する。
図6に、本発明の一実施形態による、バッテリーシステム600のブロック図の別の例を示す。図2と同じように符号付けされた要素は、同様の機能を有する。図6は、図2、図3および図4と組み合わせて説明される。
図6の例では、インジケータ205は、計測モードにおいて制御信号SIGCON1〜SIGCON5に従ってバッテリーセルユニット202のSOCを表示するように動作可能な、器具610(例えば、値を指示する指示器を含む計器、または数値を表示する計器)を含む。図2のバッテリーシステム200と同様に、コントローラ204はピンGP5を制御して計測モードではスイッチ210をオンし、感知モードではスイッチ210をオフする。計測モードでは、制御信号SIGCON1〜SIGCON5は、例えば器具610の指示器612の位置を示す、複数ビットのデジタル信号である。例えば、SIGCON1〜SIGCON5が00000、00001、00010、00100、01000および10000であるとき、指示器612はそれぞれ、0、20%、40%、60%、80%および100%の目盛を指示することができる。感知モードでは、インジケータ605は無効であり、したがって指示器612は目盛0を指示し続ける。また、コントローラ604は、図2および図3に関連して説明されたように、ピンGP0〜GP3を制御して感知信号SIGSEN1〜SIGSEN4を受け取る。
図7に、本発明の一実施形態による、バッテリーシステム200、500または600の動作のフローチャート700を示す。図7は、図2〜図6と組み合わせて説明される。図7には特定のステップが開示されているが、そのようなステップは例である。すなわち、本発明は別の様々なステップ、または図7に列挙されたステップの様々な変形を実行する上で好適である。
ブロック702において、コントローラ、例えばコントローラ204または504は、交互に計測モードと感知モードで動作する。一実施形態では、動作モードはホスト機器によって生成された制御コマンドに従って、感知モードと計測モードから選択される。
ブロック704において、複数の制御信号、例えばSIGCON1〜SIGCON5は、計測モードにおいてインジケータ内の複数のチャネル、例えばCHN1〜CHN5に提供される。制御信号は、コントローラの第1のピンを介して提供される第1の制御信号を含む。ブロック706において、バッテリーセルユニットのパラメータの測定値、例えばバッテリーセルユニット202のSOCは、制御信号に基づいて、インジケータで示される。
ブロック708において、バッテリーセルユニットに関連した温度は、センサによって感知される。ブロック710において、温度を示す感知信号は、感知モードにおいて第1のピンを介して受け取られる。一実施形態では、コントローラはさらに第2のピンを含む。感知モードでは、電源電圧が第2のピンを介してセンサに提供される。計測モードでは、制御信号の第2の制御信号が、第2のピンを介してチャネルの第2のチャネルに与えられる。一実施形態では、コントローラはさらに第3のピンを含む。スイッチはオンおよびオフされて、第3のピンを介してインジケータを有効および無効にする。一実施形態では、ボタンからの割り込みが第3のピンを介して受け取られる。割り込みに応答して、コントローラは計測モードで動作する。
前述の説明および図面は本発明の実施形態を代表するが、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の原理の精神および範囲から逸脱することなく、様々な追加、変更および代替がこれらの実施形態になされ得ることが理解されよう。本発明は、形、構造、構成、割合、材料、要素、構成要素などの多くの変更形態とともに使用でき、または本発明を実行する際に使用でき、変更形態は、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境および動作要件に特に適合されることが、当業者には理解されよう。したがって、本開示の実施形態はあらゆる面において、例示的であって限定的ではないと考えられ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲およびその法的な等価物により示され、前述の説明に限定されない。
100 従来のバッテリーパック
102 セルユニット
104 バッテリー計測回路
105 インジケータ
108 ボタン
200 バッテリーシステム
202 バッテリーセルユニット
204 コントローラ
205 インジケータ
208 ボタン
210 スイッチ
251〜254 センサ
402 プロセッサ
404 メモリ
406 第2のADC
408 マルチプレクサ
410 バッファ
412 第1のADC
414 GPIOコントローラ
450 デジタル電圧感知信号
451 デジタル温度感知信号
452 デジタル電流検出信号
500 バッテリーシステム
504 コントローラ
551〜553 センサ
600 バッテリーシステム
610 器具
612 指示器
CHN1〜CHN5 チャネル
D1〜D5 発光ダイオード
GP0〜GP5 GPIOピン
R1 抵抗
RT1 サーミスタ

Claims (21)

  1. バッテリーシステムは、
    複数のチャネルを有し、前記チャネルを介して受け取られた制御信号に応答してバッテリーセルユニットについての情報を表示するように動作可能なインジケータと、
    感知信号を生成するように動作可能なセンサと、
    第1チャネルと前記センサの両方に結合された第1のピンを有するコントローラと、
    を備え、
    前記複数のチャネルは前記第1チャネルを含み、
    前記制御信号は第1制御信号を含み、
    前記コントローラは、計測モードで動作するときは、前記第1のピンを制御して前記第1チャネルに前記第1制御信号を与えるように動作可能であり、感知モードで動作するときは、前記第1のピンを制御して前記感知信号を受け取るように動作可能であることを特徴とするバッテリーシステム。
  2. 前記コントローラは、前記センサと前記チャネルの第2のチャネルの両方に結合された第2のピンをさらに備え、
    前記コントローラは、前記感知モードでは、前記第2のピンを制御して前記センサに電源電圧を提供し、前記計測モードでは、前記第2のピンを制御して前記第2のチャネルに前記制御信号の第2の制御信号を与えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  3. 前記コントローラは、第2のピンをさらに備え、
    前記コントローラは、前記第2のピンを制御してスイッチをオンおよびオフし、前記インジケータを有効および無効にするように動作可能なことを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  4. 前記第2のピンは、割り込みを生成するボタンにさらに結合され、
    前記コントローラは、さらに、前記第2のピンを制御して前記割り込みを受け取り、前記割り込みに応答して前記計測モードに入ることを特徴とする請求項3に記載のバッテリーシステム。
  5. 前記コントローラの制御下でオンおよびオフされて前記インジケータを有効および無効にするスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  6. 前記情報は、前記バッテリーセルユニットの充電状態、前記バッテリーセルユニットを流れる電流、および前記バッテリーセルユニットの電圧からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  7. 前記インジケータは、前記チャネルに結合された複数の発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  8. 前記インジケータは、前記チャネルに結合された計器を備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  9. 前記センサは、サーミスタを備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  10. 前記コントローラは、さらにホスト機器に結合されており、前記ホスト機器によって生成された制御コマンドに従って、前記感知モードと前記計測モードとの間で動作することを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  11. 前記情報は、前記バッテリーセルユニットの充電状態を備え、
    前記コントローラは、
    機械実行可能命令と、前記バッテリーセルユニットの全容量を示す容量データとを保存するように動作可能な機械可読媒体と、
    前記機械可読媒体に結合されて前記機械実行可能命令を実行して、前記バッテリーセルユニットのセルの電圧を示す複数の電圧検出信号を受け取り、前記バッテリーセルユニットの電流を示す電流検出信号を受け取り、前記電圧検出信号、前記電流検出信号および前記容量データの組合せに従って前記充電状態を計算する、プロセッサと、
    を備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーシステム。
  12. バッテリーセルユニットを制御するためのコントローラであって、
    インジケータの複数のチャネルにそれぞれ結合された第1の複数のピンと、
    スイッチに結合され、前記スイッチをオンおよびオフして前記インジケータを有効および無効にするように動作可能である、第2のピンと、
    を備え、
    前記第1の複数のピンは、センサにも結合された第1のピンを備え、
    前記コントローラは、前記第2のピンを制御して、計測モードでは前記インジケータを有効にし、感知モードでは前記インジケータを無効にするように動作可能であり、前記計測モードでは前記第1の複数のピンを制御して、前記インジケータの前記バッテリーセルユニットについての情報を表示するように動作可能であり、前記感知モードでは前記第1のピンを制御して前記センサによって生成された感知信号を受け取るように動作可能であることを特徴とするコントローラ。
  13. 前記第2のピンは、さらにボタンに結合され、
    前記コントローラは、さらに前記第2のピンを制御して前記ボタンが押されたときに割り込みを受け取り、前記割り込みに応答して前記計測モードに入ることを特徴とする請求項12に記載のコントローラ。
  14. 前記第1の複数のピンは、前記センサにも結合された第3のピンを備え、
    前記コントローラは、さらに、前記感知モードで、前記第3のピンにおいて電源電圧を生成して前記センサを駆動することを特徴とする請求項12に記載のコントローラ。
  15. 前記センサは、前記バッテリーセルユニットのバッテリーセルの温度を感知するように動作可能であるサーミスタを備えることを特徴とする請求項12に記載のコントローラ。
  16. 前記情報は、前記バッテリーセルユニットの充電状態を備え、
    前記コントローラは、
    前記バッテリーセルユニットに関連した電圧を示す電圧検出信号を受け取るように動作可能である第3のピンと、
    前記バッテリーセルユニットを流れる電流を示す電流検出信号を受け取るように動作可能である第4のピンと、
    をさらに備え、
    前記電圧検出信号と前記電流検出信号を使用して前記充電状態の値を計算することを特徴とする請求項12に記載のコントローラ。
  17. 計測モードと感知モードで交互にコントローラを動作させるステップと、
    前記計測モードで、インジケータ内の複数のチャネルに複数の制御信号を提供するステップと、
    前記制御信号に基づき、前記バッテリーセルユニットのパラメータの測定値を前記インジケータで示すステップと、
    前記バッテリーセルユニットに関連した温度をセンサで感知するステップと、
    前記感知モードで、前記温度を示す感知信号を前記第1のピンを介して受け取るステップと、
    を備え、
    前記制御信号は、前記コントローラの第1のピンを介して提供される第1制御信号を備えることを特徴とするバッテリーセルユニットを監視するための方法。
  18. 前記感知モードで、前記コントローラの第2のピンを介して前記センサに電源電圧を提供するステップと、
    前記計測モードで、前記第2のピンを介して、前記チャネルの第2のチャネルに前記制御信号の第2の制御信号を与えるステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. スイッチをオンおよびオフして、前記コントローラの第2のピンを介して前記インジケータを有効および無効にするステップをさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の方法。
  20. 前記第2のピンを介して、ボタンからの割り込みを受け取るステップと、
    前記計測モードで前記割り込みに応答して、前記コントローラを動作させるステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
  21. ホスト機器によって生成された制御コマンドに従って、前記感知モードと前記計測モードから動作モードを選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の方法。
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