JP2012107946A

JP2012107946A - 電池電圧測定システム及び電池電圧測定方法

Info

Publication number: JP2012107946A
Application number: JP2010256130A
Authority: JP
Inventors: Yuki Kodama; 祐樹兒玉
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-06-07
Also published as: CN102565520A; US20120119748A1

Abstract

【課題】電池電圧測定システムの規模を縮小化することができる、電池電圧測定システム及び電池電圧測定方法を提供する。
【解決手段】レギュレータ１４が電池電圧ＶＤＤに基づいて生成した定電圧ＶｒｅｇがＡ／Ｄコンバータ１２のアナログ入力端子Ａｉｎに入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ１２の基準電圧端子には、電源電圧２０から端子（パッド）１８を介して直接、電池電圧ＶＤＤが入力される。Ａ／Ｄコンバータ１２は、電池電圧ＶＤＤを基準電圧Ｖｒｅｆとして、当該基準電圧Ｖｒｅｆに対する入力電圧Ａｉｎ＝定電圧Ｖｒｅｇのレベルを判定し、Ａ／Ｄ変換した変換結果Ｄｏｕｔを出力する。電池電圧ＶＤＤの低下に伴い、変換結果Ｄｏｕｔは大きくなるため、処理部１６では、変換結果Ｄｏｕｔに基づいて電池電圧ＶＤＤの測定・監視を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池電圧測定システム及び電池電圧測定方法に関するものである。

一般に、電池の残量や電池電圧の変動を監視するために電池電圧を測定する電池電圧測定システムが知られている。

例えば、特許文献１には、測定対象の電池の電池電圧を、可変抵抗及び当該可変抵抗に直列に接続された固定抵抗により構成された可変分圧回路により抵抗分割した電圧値と、基準電圧発生器により発生された基準電圧と、をコンパレータで比較した比較結果に基づいて監視する電池電圧の監視制御装置が記載されている。

特開２０１０−３５３３７号公報

このような従来の電池電圧測定システムについて説明する。図３に、従来の電池電圧測定システムの概略構成の一例を示す。当該電池電圧測定システム１００は、Ａ／Ｄコンバータ１１２、定電圧Ｖｒｅｇを生成するレギュレータ１１４、スイッチング素子として機能するＭＯＳトランジスタ１１１、及び互いに直列に接続されると共に、抵抗素子の一端がグランド電位に接地された二つの抵抗素子Ｒ１、Ｒ２により構成される分割抵抗１１３を備えて構成されている。

Ａ／Ｄコンバータ１１２は、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、入力電圧Ａｉｎをデジタル変換したデジタルデータである変換結果Ｄｏｕｔを出力する機能を有するものである。

電池電圧ＶＤＤを測定する場合、ＭＯＳトランジスタ１１１がオン状態になり、Ａ／Ｄコンバータ１１２には、測定対象となる電池の電池電圧ＶＤＤがＭＯＳトランジスタ１１１を介して、分割抵抗１１３により抵抗分割され、抵抗分割された電池電圧ＶＤＤが入力電圧Ａｉｎとして入力される。入力電圧Ａｉｎと電池電圧ＶＤＤとの関係は、以下の（１）式のようになる。

Ａｉｎ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×ＶＤＤ・・・（１）

従って、入力電圧Ａｉｎは、電池電圧ＶＤＤの低下に伴い、小さくなっていく。

Ａ／Ｄコンバータ１１２は、レギュレータ１１４により生成された定電圧Ｖｒｅｇを基準電圧Ｖｒｅｆとして、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、抵抗分割された電池電圧ＶＤＤをＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）したデジタルデータである変換結果Ｄｏｕｔを出力する。一般に、変換結果Ｄｏｕｔは、以下の（２）式で表される。

Ｄｏｕｔ＝Ａｉｎ÷Ｖｒｅｆ×ｘ・・・（２）（ｘ＝Ａ／Ｄコンバータ１１２の仕様で決まる数値）

図４に、基準電圧Ｖｒｅｆに対する入力電圧Ａｉｎの値の変動の具体的一例を示す。ここでは、具体的一例として、定電圧Ｖｒｅｇ＝基準電圧Ｖｒｅｆ＝２．０Ｖ、入力電圧Ａｉｎが１．７Ｖ（時刻ｔ１）から１．５Ｖ（時刻ｔ２）を経て１．２Ｖ（時刻ｔ３）まで低下した場合を示している。

入力電圧Ａｉｎが１．７Ｖの時刻ｔ１では、１．７Ｖ÷２．０Ｖ≒０．８５となり、変換結果Ｄｏｕｔ＝０．８５×ｘとなる。また、入力電圧Ａｉｎが１．５Ｖに低下した時刻ｔ２では、１．５Ｖ÷２．０Ｖ≒０．７５となり、変換結果Ｄｏｕｔ＝０．７５×ｘとなる。さらに入力電圧Ａｉｎが１．２Ｖまで低下した時刻ｔ３では、１．２Ｖ÷２．０Ｖ≒０．６となり、変換結果Ｄｏｕｔ＝０．６×ｘとなる。このように、入力電圧Ａｉｎの低下に伴い、変換結果Ｄｏｕｔは、小さくなっていく。

従って、従来のＡ／Ｄコンバータ１１２では、電池電圧ＶＤＤの低下に伴い、変換結果Ｄｏｕｔは、小さくなっていく。

なお、電池電圧ＶＤＤの電力消費を抑えるため、電池電圧ＶＤＤの測定を行わない場合は、ＭＯＳトランジスタ１１１がオフ状態になるように制御されている。

電池電圧測定システム１００では、当該Ｄｏｕｔを、例えばマイコン等により構成された処理部１１６が、予め登録された電圧と比較する等の処理を行うことにより、電池電圧ＶＤＤを測定し、電池残量の監視等を行う。

一般に、Ａ／Ｄコンバータは、基準となる一番高い電圧である基準電圧Ｖｒｅｆの電圧に対してＡｉｎ端子に入力される入力電圧Ａｉｎの電圧がどれくらいのレベルであるのかということを判定して変換を行うため、入力電圧Ａｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると適切にＡ／Ｄ変換できず、またデバイスを破壊する恐れがある。そのため、電池電圧システム１００のように、例えばレギュレータ１１４が電池電圧ＶＤＤに基づいて定電圧Ｖｒｅｇを生成する場合等では、Ａ／Ｄコンバータ１１２に入力される入力電圧Ａｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆを越えないように、上述のように、分割抵抗１１３により抵抗分割された電池電圧ＶＤＤを入力電圧Ａｉｎとする必要が生じることがある。このように、上述の電池電圧測定システム１００では、電池電圧ＶＤＤを抵抗分割するための分割抵抗１１３を備える必要が有った。

本発明は、電池電圧測定システムの規模を縮小化することができる、電池電圧測定システム及び電池電圧測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の電池電圧測定システムは、定電圧を生成する電圧生成手段と、測定対象の電池の電池電圧が直接入力され、かつ前記電池電圧を基準電圧として、前記電圧生成手段で生成された前記定電圧をＡＤ変換する変換手段と、を備える。

請求項５に記載の、電池電圧測定方法は、定電圧を生成する生成工程と、直接入力される測定対象の電池の電池電圧を基準電圧として、前記生成工程により生成された前記定電圧をＡＤ変換する変換工程と、を備える。

本発明によれば、電池電圧測定システムの規模を縮小化することができる、という効果を奏する。

本実施の形態に係る電池電圧測定システムの概略構成の一例を示す回路図である。本実施の形態に係る電池電圧測定システムにおける、基準電圧Ｖｒｅｆに対する入力電圧Ａｉｎの値（変換結果Ｄｏｕｔ）の変動の具体的一例を説明するための説明図である。従来の電池電圧測定システムの概略構成の一例を示す回路図である。従来の電池電圧測定システムにおける、基準電圧Ｖｒｅｆに対する入力電圧Ａｉｎの値（変換結果Ｄｏｕｔ）の変動の具体的一例を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して本実施の形態の電池電圧測定システムについて詳細に説明する。

まず、本実施の形態の電池電圧測定システムの構成について説明する。本実施の形態の電池電圧測定システムの概略構成の一例を図１に示す。図１に示した本実施の形態の電池電圧測定システム１０は、Ａ／Ｄコンバータ１２、レギュレータ１４、及び処理部１６を備えて構成されている。また、本実施の形態では、Ａ／Ｄコンバータ１２、レギュレータ１４、及び処理部１６は、同一基板１１上に形成された半導体集積回路として構成されている。

レギュレータ１４は、定電圧Ｖｒｅｇを生成する機能を有している。本実施の形態のレギュレータ１４では、電池電源２０から端子（パッド）１８を介して入力された電池電圧ＶＤＤに基づいて、定電圧Ｖｒｅｇを生成する。なお、図１中では、電池電圧ＶＤＤが入力される配線の図示を省略して記載している。

Ａ／Ｄコンバータ１２は、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて入力電圧ＡｉｎをＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）し、デジタルデータである変換結果Ｄｏｕｔを出力する機能を有するものである。本実施の形態のＡ／Ｄコンバータ１２の基準電圧端子Ｖｒｅｆには、電池電源２０から端子（パッド）１８を介して電池電圧ＶＤＤが直接入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ１２は、端子（パッド）１９を介してＧＮＤ（グランド）に接地されている。またさらに、Ａ／Ｄコンバータ１２のアナログ入力端子Ａｉｎには、レギュレータ１４により生成された定電圧Ｖｒｅｇが入力される。

このように本実施の形態のＡ／Ｄコンバータ１２は、ＧＮＤ電位から基準電圧Ｖｒｅｆ＝電池電圧ＶＤＤの範囲内で、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて入力電圧Ａｉｎ＝定電圧Ｖｒｅｇをデジタル変換した変換結果Ｄｏｕｔを出力する機能を有するものである。具体的一例としては、変換結果Ｄｏｕｔは以下の（３）式のようになる。

Ｄｏｕｔ＝Ａｉｎ÷Ｖｒｅｆ×ｘ・・・（３）

なお、（３）式における「ｘ」は、Ａ／Ｄコンバータ１２の仕様で決まる数値であり、例えば、Ａ／Ｄコンバータ１２が８ビットのデジタルデータにアナログデータである入力電圧Ａｉｎを変換する機能を有している場合、ｘ＝２５６となる。従って、変換結果Ｄｏｕｔは、基準電圧Ｖｒｅｆ＝電池電圧ＶＤＤに応じて変動する。

処理部１６は、Ａ／Ｄコンバータ１２より入力される変換結果Ｄｏｕｔに基づいて電池電圧ＶＤＤの測定・監視を行う機能を有するものである。本実施の形態では、処理部１６はマイクロコンピュータを含んで構成され、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭおよびＲＡＭを含むメモリ、フラッシュメモリ等からなる不揮発性の記憶部を含んで構成されている。本実施の形態の処理部１６は、当該メモリに予め監視の基準となる電圧を登録しておき、当該電圧と変換結果Ｄｏｕｔとを比較する処理をＣＰＵにより実行する等して、電池電圧ＶＤＤの測定・監視を行っている。

次に、本実施の形態の電池電圧測定システム１０の作用を説明する。

本実施の形態の電池電圧測定システム１０における、基準電圧Ｖｒｅｆに対する入力電圧Ａｉｎの値の変動の具体的一例を説明するための説明図を図２に示す。ここでは、具体的一例として、定電圧Ｖｒｅｇ＝入力電圧Ａｉｎ＝２．０Ｖ、電池電圧ＶＤＤ＝基準電圧Ｖｒｅｆが３．６Ｖ（時刻ｔ１）から３．０Ｖ（時刻ｔ２）を経て２．２Ｖ（時刻ｔ３）まで低下した場合を示している。

電池電圧ＶＤＤが３．６Ｖの時刻ｔ１では、２Ｖ÷３．６Ｖ≒０．５６となり、変換結果Ｄｏｕｔ＝０．５６×ｘとなる。また、電池電圧が３．０Ｖに低下した時刻ｔ２では、２Ｖ÷３．０Ｖ≒０．６７となり、変換結果Ｄｏｕｔ＝０．６７×ｘとなる。さらに電池電圧が２．２Ｖまで低下した時刻ｔ３では、２Ｖ÷２．２Ｖ≒０．９１となり、変換結果Ｄｏｕｔ＝０．９１×ｘとなる。このように変換結果Ｄｏｕｔは、電池電圧ＶＤＤの低下に伴い、大きくなっていく。

本実施の形態の処理部１６では、このように、電池電圧ＶＤＤの低下に伴い変換結果Ｄｏｕｔが大きな値に変化するのに基づいて、電池電圧ＶＤＤの測定・監視を行う。

なお、本実施の形態の電池電圧測定システム１０では、レギュレータ１４が生成する定電圧Ｖｒｅｇを、電池電圧ＶＤＤの電圧の監視範囲（測定範囲）の下限値以下としておくことが好ましい。

上述したように、本実施の形態のＡ／Ｄコンバータ１２は、ＧＮＤ電位から基準電圧Ｖｒｅｆ＝電池電圧ＶＤＤの範囲内で、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて入力電圧Ａｉｎ＝定電圧Ｖｒｅｇをデジタル変換した変換結果Ｄｏｕｔを出力する機能を有するため、入力電圧Ａｉｎは、ＧＮＤ電位から基準電圧Ｖｒｅｆ＝電池電圧ＶＤＤの範囲内でなくてはならず、入力電圧Ａｉｎが基準電圧Ｖｒｅｆを越えてしまった場合には適正にＡ／Ｄ変換が行えない。すなわち、適正なＡ／Ｄ変換を行うためには、入力電圧Ａｉｎ≦基準電圧Ｖｒｅｆであることが必要である。

本実施の形態では、入力電圧Ａｉｎが定電圧Ｖｒｅｇであって固定値であるため、電池電源２０の消耗等により電池電圧ＶＤＤが低下すると、基準電圧Ｖｒｅｆ＝電池電圧ＶＤＤであるため、入力電圧Ａｉｎ＞基準電圧Ｖｒｅｆとなる恐れが生じる。

具体的一例として、電池電圧ＶＤＤが３．０Ｖから２．０Ｖまで監視したい場合について説明する。この場合、電池電圧ＶＤＤの監視範囲（測定範囲）が３．０Ｖ〜２．０Ｖとなる。ここで監視範囲の下限値の２．０Ｖとは、電池電源２０の充電を開始したり、電池電源２０により動作するアプリケーション等の動作を停止したりする電圧値である。この場合、定電圧Ｖｒｅｇ＝２．２Ｖにしてしまうと、電池電圧ＶＤＤが２．０Ｖまで低下した場合、入力電圧Ａｉｎ（定電圧Ｖｒｅｇ＝２．２Ｖ）＞基準電圧Ｖｒｅｆ（電池電圧ＶＤＤ＝２．０Ｖ）となってしまい、正しくＡ／Ｄ変換が行えなくなる。

そのため、入力電圧Ａｉｎである定電圧Ｖｒｅｇを、変動する基準電圧Ｖｒｅｆの下限値である電池電圧ＶＤＤの監視範囲の下限値以下に設定しておくことにより、このように、入力電圧Ａｉｎ＞基準電圧Ｖｒｅｆとなるのを防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態の電池電圧測定システム１０では、レギュレータ１４が電池電圧ＶＤＤに基づいて生成した定電圧ＶｒｅｇがＡ／Ｄコンバータ１２のアナログ入力端子Ａｉｎに入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ１２の基準電圧端子には、電源電圧２０から端子（パッド）１８を介して直接、電池電圧ＶＤＤが入力される。Ａ／Ｄコンバータ１２は、電池電圧ＶＤＤを基準電圧Ｖｒｅｆとして、当該基準電圧Ｖｒｅｆに対する入力電圧Ａｉｎ＝定電圧Ｖｒｅｇのレベルを判定し、Ａ／Ｄ変換した変換結果Ｄｏｕｔを出力する。電池電圧ＶＤＤの低下に伴い、変換結果Ｄｏｕｔは大きくなるため、処理部１６では、変換結果Ｄｏｕｔに基づいて電池電圧ＶＤＤの測定・監視を行う。

レギュレータ１４は、電池電圧ＶＤＤに基づいて定電圧Ｖｒｅｇを生成し、当該定電圧Ｖｒｅｇが入力電圧Ａｉｎとなるため、入力電圧Ａｉｎが電池電圧ＶＤＤ以下になる。従って、Ａ／Ｄコンバータ１２に入力される入力電圧Ａｉｎを基準電圧Ｖｒｅｆ＝電池電圧ＶＤＤよりも小さくすることができる。

従来の電池電圧測定システムでは、Ａ／Ｄコンバータのアナログ端子Ａｉｎに入力される入力電圧Ａｉｎが、レギュレータにより生成される定電圧Ｖｒｅｇ＝Ａ／Ｄコンバータの基準電圧Ｖｒｅｆを越えないように、電池電圧ＶＤＤを分割抵抗により抵抗分割して電池電圧ＶＤＤよりも小さな電圧値とした入力電圧Ａｉｎを生成していたが（図３参照）、上述のように本実施の形態の電池電圧測定システム１０では、電池電圧ＶＤＤを抵抗分割する必要がないため、電池電圧ＶＤＤを抵抗分割するための構成である、分割抵抗（抵抗素子Ｒ２の一端がグランド電位に接地された、直列に接続された二つの抵抗素子Ｒ１、Ｒ２）や、当該分割抵抗を制御するスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ等を必要としない。従って、電池電圧測定システム１０の規模を縮小化することができる。

また、本実施の形態の電池電圧測定システム１０では、従来では電池電圧ＶＤＤを、電池電圧ＶＤＤよりも小さな電圧値である入力電圧Ａｉｎを生成するために抵抗分割するために、電池電圧ＶＤＤが分割抵抗のグランド電位に接続されていたが、このように構成する必要が無い。従って、電池電圧ＶＤＤから、抵抗素子Ｒ２を介してグランド電位に電流が流れることがなくなるため、電池電圧ＶＤＤの電力消費（消耗）を抑えることができる。

さらに、本実施の形態の電池電圧測定システム１０では、従来の電池電圧測定システムにおいて、電池電圧ＶＤＤの電力消費を抑えるためには、電池電圧ＶＤＤの測定を行わない場合は、ＭＯＳトランジスタがオフ状態になるよう制御を行う必要があったが、このような制御が不必要になる。従って、電池電圧ＶＤＤの測定動作と、制御動作とのタイミングを合わせる等、当該制御に関する動作が不必要になるため、電池電圧測定動作が容易になる。また、当該制御を行う制御装置が不要になるという効果が得られる。

またさらに、本実施の形態の電池電圧測定システム１０では、電池電圧ＶＤＤの抵抗分割が不要となるので、分割抵抗を構成する抵抗素子のばらつきが基準電変換結果Ｄｏｕｔに与える影響が無くなるため、より高精度に電池電圧ＶＤＤの測定・監視を行うことができる。

なお、本実施の形態では、Ａ／Ｄコンバータ１２、レギュレータ１４、及び処理部１６を同一の基板１１上に形成した半導体集積回路として電池電圧測定システムを構成しているがこれに限らず、例えば、処理部１６を別の基板上（Ａ／Ｄコンバータ１２及びレギュレータ１４が形成された半導体集積回路の外部）に形成するように構成してもよい。なお、本実施の形態の電池電圧測定システム１０のように同一の基板１１上に形成した場合は、変換結果Ｄｏｕｔを外部に出力するための出力ポートや端子（パッド）が不必要となるため、好ましい。

また、レギュレータ１４は、電池電圧ＶＤＤの測定・監視専用として構成するのではなく、他の論理回路等に適用される定電圧Ｖｒｅｇを生成するレギュレータと併用する形で構成することが好ましい。このように構成することにより、システム全体の規模をより縮小化することができる。

また、上述の定電圧Ｖｒｅｇ等の電圧値は、一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば変更可能であることは言うまでもない。

１０電池電圧測定システム
１２Ａ／Ｄコンバータ
１４レギュレータ
１６処理部

Claims

定電圧を生成する電圧生成手段と、
測定対象の電池の電池電圧が入力され、かつ前記電池電圧を基準電圧として、前記電圧生成手段で生成された前記定電圧をＡＤ変換する変換手段と、
を備えた電池電圧測定システム。
前記電圧生成手段は、前記電池電圧よりも電圧値の低い前記低電圧を生成する、請求項１に記載の電池電圧測定システム。
前記定電圧の電圧値は、前記電池電圧の予め定められた測定範囲の下限値以下の電圧値である、請求項１または請求項２に記載の電池電圧測定システム。
前記変換手段によりＡＤ変換された前記定電圧に基づいて、前記測定対象の電池電圧を測定する測定手段を備えた、請求項１から請求項３に記載の電池電圧測定システム。
前記電圧生成手段は、前記電池電圧に基づいて、前記定電圧を生成する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池電圧測定システム。
定電圧を生成する生成工程と、
測定対象の電池の電池電圧を基準電圧として、前記生成工程により生成された前記定電圧をＡＤ変換する変換工程と、
を備えた電池電圧測定方法。
前記変換工程によりＡＤ変換された前記定電圧に基づいて、前記測定対象の電池の電池電圧を測定する測定工程を備えた、請求項６に記載の電池電圧測定方法。
前記測定工程は、前記変換工程によりＡＤ変換された、前記電池電圧の減少に伴って増加する前記定電圧に基づいて、前記電池電圧を測定する、請求項７に記載の電池電圧測定方法。
前記定電圧は、前記生成工程において、前記電池電圧を降下させることにより生成する、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の電池電圧測定方法。
前記生成工程は、前記電池電圧よりも電圧値の低い前記定電圧を生成する、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の電池電圧測定方法。
前記定電圧の電圧値は、前記生成工程において、前記電池電圧の予め定められた測定範囲の下限値以下の電圧値になるように生成される、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の電池電圧測定方法。