JP3155247B2 - バッテリー状態監視回路、バッテリー装置及び該バッテリー装置を搭載した電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン二次
電池などの二次電池の残量を計算することができるバッ
テリー装置およびバッテリー状態監視回路における安全
性の向上および、二次電池の残量計算の精度向上に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のバッテリー状態監視回路として
は、図２に回路ブロック図を示すような装置が知られて
いた。例えば、特開平９−３１２１７２号「バッテリー
パック、充電器、および充電システム、並びに充電方
法」にこのような構造が開示されている。これはスマー
トバッテリーシステム（Ｓｍａｒｔ Ｂａｔｔｅｒｙ
Ｓｙｓｔｅｍ）などと呼ばれているバッテリー装置に関
するものである。

【０００３】スマートバッテリーシステムに用いられる
リチウムイオン二次電池はニッカド電池のような自己保
護作用がないので過充電保護の回路が必要である。この
ためバッテリー装置には、電池電圧を検出するための電
池電圧モニター回路４Ａと外部から充電を停止するため
のスイッチ素子１２Ａが設けられている。バッテリー装
置２２Ａでは、電流モニター回路３Ａや電池電圧モニタ
ー回路４Ａからの信号Ａ３Ａ，Ａ４Ａを、情報処理手段
であるマイコン６Ａが受けて二次電池７Ａ，８Ａ，９
Ａ，１０Ａの各電池電圧や充電電流や放電電流を監視す
る。マイコン６Ａは、これらの情報（各電池電圧、充電
電流、放電電流）を用いて、二次電池７Ａ，８Ａ，９
Ａ，１０Ａの残量を計算すると共に、電流制限手段であ
るスイッチ素子１２Ａ，１３Ａのオン／オフを制御して
二次電池７Ａ，８Ａ，９Ａ，１０Ａの充電や放電を制御
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様に構成されたバ
ッテリー装置２２Ａは、マイコン６Ａによって二次電池
７Ａ，８Ａ，９Ａ，１０Ａの残量表示や充電の停止など
を行っている。マイコン６Ａには電流モニター回路３Ａ
や電池電圧モニター回路４Ａからの出力電圧Ａ３Ａ，Ａ
４Ａが入力され、マイコン６Ａは、入力された電圧Ａ３
Ａ，Ａ４Ａから二次電池７Ａ，８Ａ，９Ａ，１０Ａの充
電電流や放電電流や各電池電圧を計算し、二次電池の残
量を算出することが出来る。また、マイコン６Ａは二次
電池の状態（通常、過充電、過放電、過電流）によりス
イッチ素子１２Ａ，１３Ａのオン／オフ制御を行う。こ
のようにマイコン６Ａは、バッテリー装置２２Ａにおけ
る保護機能（過充電保護、過放電保護、過電流保護）に
対する安全性を担っていると言える。

【０００５】このように構成上重要なパーツであるマイ
コン６Ａの電源としては、定電圧が与えられることが必
要である。例えば３．３Ｖや５．０Ｖなどの電圧が一般
的な値である。通常バッテリー状態監視回路１４Ａの電
源は二次電池７Ａ，８Ａ，９Ａ，１０Ａの合計電池電圧
Ｅ２Ａから供給される。二次電池の合計電池電圧Ｅ２Ａ
は＋端子１５Ａと−端子１７Ａの間に接続される負荷２
０Ａの状態によって変化するので、レギュレータ１Ａに
より二次電池の合計電池電圧Ｅ２Ａを３．３Ｖや５．０
Ｖなどに制御して、マイコン６Ａへ定電圧Ｅ４Ａを供給
している。

【０００６】しかし、レギュレータ１Ａで定電圧Ｅ４Ａ
を作ってマイコン６Ａへ供給していても、バッテリー装
置２２Ａの放電が継続すれば二次電池の合計電池電圧Ｅ
２Ａは低くなってゆくので、レギュレータ１Ａで作られ
る定電圧Ｅ４Ａはマイコン６Ａが安定に動作できる電圧
を下回る場合がある。最悪の場合には、一般的にマイコ
ンの‘暴走’と呼ばれる現象にいたる。もしマイコン６
Ａが暴走したらスイッチ素子１２Ａ，１３Ａのオン／オ
フを含むすべての制御が働かなくなるので、バッテリー
装置２２Ａの安全性はまったく保証されなくなってしま
う。

【０００７】通常はマイコン６Ａが暴走しないように、
マイコン６Ａの電源に電圧検出回路２Ａが接続されてい
る。電圧検出回路２Ａは、例えばコンパレータと基準電
圧からなるものであり、入力された電圧がある設定電圧
になった時に出力電圧が変化するものである。図２では
レギュレータ１Ａの出力電圧Ｅ４Ａがある設定電圧（リ
セット検出電圧）以下になると電圧検出回路２Ａの出力
がＨｉｇｈからＬｏｗへ変化する。マイコン６Ａはこの
出力変化が起こった場合に動作を停止することで誤動作
を未然に防いでいる。このような制御方法を‘リセッ
ト’と呼ぶ。マイコンのリセット検出電圧とは、マイコ
ン６Ａが誤動作（暴走）しない最低動作電圧であり、通
常５Ｖ入力のマイコンならリセット検出電圧は４．６Ｖ
程度の値とする。

【０００８】次に、マイコン６Ａへの電源電圧が上昇し
て再び動作可能となるときには、マイコン６Ａへの入力
信号が一旦初期化される（以下パワーオンクリアと呼
ぶ）必要がある。このため、マイコン６Ａへの入力信号
線にパワーオンクリア回路を設けて、マイコン６Ａが動
き始めてから所定の時間だけ、パワーオンクリアをかけ
る。このとき、パワーオンクリア回路によるパワーオン
クリア動作は、マイコンが動作開始するタイミングと同
期させる必要がある。もしマイコンの動作開始とパワー
オンクリアとの同期がうまく取れない場合には、誤動作
を引き起こす可能性があり、この場合マイコンが動作不
可能となって、バッテリーパックの安全性が保証できな
くなってしまう。従って、パワーオンクリア回路は確実
な動作が要求される。

【０００９】しかしながら、パワーオンクリア回路の動
作とマイコンの動作開始との同期を取るためには、マイ
コンの動作開始を常に監視している必要があり、回路構
成が複雑になってしまうという課題があった。このよう
なパワーオンクリア回路を設けることはコストアップと
なるため、従来のバッテリー監視回路およびバッテリー
パックでは、通常マイコン６Ａ自身の初期化機能でパワ
ーオンクリアを代用させていることが多かった。しかし
これだと初期化機能の確実なマイコンを使用しなければ
ならず、マイコン選択が限られてしまうという課題があ
った。

【００１０】そこで、本発明の目的は、従来のこのよう
な課題を解決し、安全性の高いバッテリー状態監視回路
及びバッテリーパックを安価に提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、マイコンが停止するような低い電源電
圧の場合や、マイコンの電源電圧が低い電圧から立ち上
がった場合（例えば、一度リセット検出電圧を下回った
状態から復帰する場合や、電源電圧を０Ｖから立ち上げ
た場合など）は、スイッチ素子をオフしておき、充電器
が接続されてマイコンの電源電圧が十分高くなってマイ
コンが正常に動作する電圧（電源電圧がリセット解除電
圧以上）になったことを確認した後、マイコンからスイ
ッチ素子をオンする命令信号を送ってからスイッチ素子
をオンするようにバッテリー状態監視回路及びバッテリ
ー装置を構成した。

【００１２】具体的には、充放電回路に直列に接続さ
れ、スイッチ制御信号によって充放電回路を開閉するス
イッチ素子と、各部を制御するとともに、スイッチ制御
信号に対応する制御信号を出力するマイコンと、このマ
イコンの電源回路に接続され、電源回路の電源電圧が定
められた電圧以下になったことを検出し、マイコンにリ
セット信号を出力する電源電圧検出回路と、この電源電
圧検出回路とマイコン及びスイッチ素子とに接続され、
電源電圧検出回路からリセット信号が入力されたときに
は、スイッチ素子をオフするスイッチ制御信号を出力す
る制御回路とを設けてバッテリー状態監視回路を構成し
た。

【００１３】この構成において、制御回路は、リセット
信号が入力されないときには、マイコンの出力する制御
信号に基づいてスイッチ制御信号を出力するように構成
してもよい。また、以上の構成において更に、充放電回
路の二次電池を接続する側の電圧と、充放電回路の充電
器を接続する側の電圧を入力し、両電圧のうち高い方の
電圧を選択してマイコンの電源回路に供給する電源電圧
切り替え回路を設けてもよい。

【００１４】また、以上のように構成したバッテリー状
態監視回路を備え、このバッテリー状態監視回路の充放
電回路の一方に二次電池を接続し、充放電回路の他方に
は、充電器を接続するための充電端子を設けてバッテリ
ー装置を構成することができる。さらにまた、以上のよ
うに構成したバッテリー装置を電源装置として電子機器
を構成することができ、このような電子機器において、
電子機器に備えられるＣＰＵをバッテリー装置内のバッ
テリー状態監視回路の情報処理手段として用いることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明では上記のような構成を実
現するために、マイコンの入力信号と出力信号を制御す
るための制御回路を新たに設けた。そして、電圧検出回
路２Ａの出力信号をマイコンに入力するとともに、制御
回路にも入力している。制御回路５は少なくとも「デー
タリセット機能」を有している。

【００１６】

【実施例】図１は本発明を適用したバッテリー状態監視
回路とこれを用いたバッテリー装置の構成例を示してい
る。以下にこの発明の実施例を図１に基づいて説明す
る。バッテリー装置とは二次電池（例えばリチウムイオ
ン二次電池）を複数個直列または並列に接続したもの
に、バッテリー状態監視回路と充放電電流制御のための
スイッチ素子などを設けたものである。図１の例では二
次電池７，８，９，１０が直列に４個接続され、二次電
池１０の負極はセンス抵抗１１に接続されている。ま
た、センス抵抗１１はバッテリー装置２２の−端子１７
に接続されている。二次電池７の正極は、ＦＥＴ（Ｆｉ
ｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構
成されたスイッチ素子１３に接続されている。スイッチ
素子１３は、スイッチ素子１２と直列に接続されてい
る。さらにスイッチ素子１２は、バッテリー装置２２の
＋端子１５に直列に接続されている。スイッチ素子１
２，１３は充電器２１からの充電や二次電池７，８，
９，１０からの放電を制御するために使われている。二
次電池７，８，９，１０への充電を禁止する時にはスイ
ッチ素子１２をオフにすれば良い。また二次電池７，
８，９，１０からの放電を禁止する時にはスイッチ素子
１３をオフにすれば良い。スイッチ素子１２，１３は、
二次電池１０の負極とセンス抵抗１１の間に接続しても
よい。この時、スイッチ素子（例えばＦＥＴ）の種類
（Ｎｃｈ，Ｐｃｈ）等をそれにあわせて適当に変更する
ことが必要である。同じようにセンス抵抗１１もバッテ
リー装置２２の＋端子１５側に接続してもよい。

【００１７】バッテリー状態監視回路１４はレギュレー
タ１、電圧検出回路２、電流モニター回路３、電池電圧
モニター回路４、制御回路５、マイコン６等で構成され
ている。レギュレータ１は、例えば図３に示すように抵
抗２３，２４と基準電圧２５とコンパレータ２６とＰｃ
ｈドライバー２７からなっており、入力電圧Ｅ３が変動
しても出力電圧Ｅ４が常に一定（例えば３．３Ｖや５
Ｖ）となるように働く。また制御信号Ｂ１によりレギュ
レータ１の出力のオン／オフを制御することができる。

【００１８】レギュレータ１の出力には電圧検出回路２
が接続されている。電圧検出回路２は、例えば図１の点
線四角内のようにコンパレータと基準電圧からなるもの
であり、入力された電圧がある設定電圧になった時に出
力電圧が変化するものである。図１では、レギュレータ
１の出力電圧Ｅ４がある設定電圧（リセット検出電圧）
以下になると電圧検出回路２の出力ＲＳがＨｉｇｈから
Ｌｏｗへ変化する。マイコン６はこの出力変化が起こっ
た場合に動作を停止することで、誤動作を未然に防ぐこ
とができる。通常、このような制御方法は‘リセット’
と呼ばれる。マイコンのリセット検出電圧とは、マイコ
ンが誤動作（暴走）しない最低動作電圧であり、通常５
Ｖ入力のマイコンならリセット検出電圧は４．６Ｖ程度
の値とする。

【００１９】電流モニター回路３は、充放電電流によっ
てセンス抵抗１１の両端に生ずる電圧を、マイコン６が
読み取り可能な電圧に増幅して制御回路５へ出力する回
路である。一般的にセンス抵抗１１の抵抗値は数十ｍΩ
と小さいので、電流モニター回路３はセンス抵抗１１の
両端の電圧を数十から数百倍に増幅して制御回路５へ出
力している。図４に電流モニター回路３の構成例を示
す。Ｇ１とＧ２はセンス抵抗を接続する端子である。セ
ンス抵抗１１の両端に生ずる電圧は、充電電流モニター
アンプ２８および放電電流モニターアンプ２９で増幅さ
れる。信号Ｂ３は、スイッチ素子３０とスイッチ素子３
１のオン／オフを切替える信号で、これらのスイッチ素
子を切り換えることによって、充電電流に比例した電圧
または放電電流に比例した電圧を端子Ａ３に出力するよ
うになっている。

【００２０】電池電圧モニター回路４は、二次電池７，
８，９，１０のそれぞれの電圧を、マイコン６が読み取
り可能な電圧に変換して出力する。図５に電池電圧モニ
ター回路４の構成例を示す。電池電圧モニター回路４
は、切換えスイッチ回路３３と電池電圧モニターアンプ
３４などからなる回路である。切換えスイッチ回路３３
により二次電池７，８，９，１０の一本ずつの電池電圧
を選択し、選択した電池電圧を電池電圧モニターアンプ
３４によってマイコン６が読み取りやすい電圧に変換し
て、これを一本の信号線に電圧Ａ４として出力する。制
御信号Ｂ４はマイコン６によって制御される信号であ
り、この制御信号Ｂ４によってどの電池を選択するかを
決め、１本の信号線に順次各電池の電圧を出力する回路
となっている。図５では制御信号Ｂ４は一本の線で描か
れているが、複数の信号線によって構成される場合もあ
る。また図５の切換えスイッチ回路３３内部のスイッチ
の図は模式的表現であり、一本ずつの電池電圧を出力で
きるようなスイッチの構成ならどんなものでも構わな
い。

【００２１】制御回路５は、「電源電圧の切換え機能」
と「マイコンとの通信機能及び各回路ブロックの制御機
能」と「アナログ信号の切換え機能」と「データリセッ
ト機能」を有している。図６に制御回路５の構成例を示
す。制御回路５の「電源電圧の切換え機能」は、充電器
の電圧Ｅ１と二次電池の合計電池電圧Ｅ２をコンパレー
タ３５で比較し、この結果に基づいてスイッチ素子３
６，３７を切替え、どちらか高いほうの電圧をＥ３へ出
力し、レギュレータ１の電源電圧とすることである。

【００２２】制御回路５の「マイコンとの通信機能及び
各回路ブロックの制御機能」は、図６に示すシリアル／
パラレル変換回路３９によって（マイコン６からの）シ
リアルデータ信号ＤＡをパラレルデータ信号Ｄ５〜Ｄ０
に変換し、さらに論理回路４０で各回路ブロックへの制
御信号Ｂ１，Ｂ３，Ｂ４，Ｆ１，Ｆ２，Ｈに変換するこ
とである。

【００２３】マイコン６からの通信信号は例えば図７に
示すように、タイミングクロック信号ＴＫとシリアルデ
ータ信号ＤＡからなり、タイミングクロック信号ＴＫが
Ｈｉｇｈの時のシリアルデータ信号ＤＡがマイコン６か
ら送られてくる命令信号である。図７の例では６ビット
のシリアルデータで一つの命令を構成している。信号の
時間軸は右から左に向かっており、Ｄ０が時間的に先の
信号で、Ｄ５が時間的には後の信号である。この例では
Ｈｉｇｈを‘１’とし、Ｌｏｗを‘０’とすると、Ｄ５
〜Ｄ０は‘０１１０１０’というデータを表現してい
る。

【００２４】図８に６ビットの命令の例を示す。例え
ば、バッテリー状態監視回路１４を初期化（リセット）
したい場合はマイコン６からＤ５〜Ｄ０として‘０００
０００’のデータが送られてくる。充電電流をモニター
したい場合はマイコン６からＤ５〜Ｄ０として‘１０１
１００’のデータが送られてくる。図７および図８で
は、マイコン６の命令を６ビットとしたが、６ビット以
外で命令を構成してもかまわない。さらに、マイコンか
ら送られてくる信号の数をＴＫとＤＡの２としている
が、２以外でもかまわない。また、マイコンから送られ
てくる命令は図８で限定されるべきものではないし、Ｈ
ｉｇｈとＬｏｗの論理が異なっていてもかまわない。

【００２５】図６における論理回路４０は各回路ブロッ
ク（例えば電流モニター回路３など）へ制御信号（例え
ばＢ３など）を送る働きを持ち、パラレルデータ信号Ｄ
５〜Ｄ０を論理素子（例えばＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回
路、インバータなど）を用いて図８に示す命令に合うよ
うに論理合成する。例えば、充電電流モニターの命令
‘１０１１００’の場合はＢ３のみをＨｉｇｈとし、そ
の他の制御電圧（Ｂ１，Ｂ４，Ｆ１，Ｆ２，Ｈ）は変化
しない論理構成とするという様にである。

【００２６】制御回路５の「アナログ信号の切換え機
能」は、図１の電流モニター回路３の出力信号Ａ３と電
池電圧モニター回路４の出力信号Ａ４を、図６の論理回
路４０で処理した信号Ｈによってスイッチ素子４１，４
２を切替えて、マイコン６へアナログ信号ＡＮとして送
ることである。アナログ信号ＡＮの出力はマイコン６か
らの信号ＴＫ，ＤＡにより充電電流または放電電流また
は各電池電圧のどれかを選択するようになっている。

【００２７】制御回路５の「データリセット機能」は、
図１のレギュレータ１の出力電圧Ｅ４がマイコン６のリ
セット検出電圧を下回った時に変化する信号ＲＳによっ
て、図６に示すシリアル／パラレル変換回路３９のパラ
レルデータ信号Ｄ５〜Ｄ０のすべてを０にする（制御回
路５内部のデータを初期化する）ことである。そしてこ
の初期化した状態で、図６の論理回路４０における論理
を、図１の充放電を制御するスイッチ素子１２，１３が
オフとなる様にする。

【００２８】制御回路５の「データリセット機能」が働
いた時、マイコン６への入力信号ＡＮはＬＯＷとなる。
この状態は、再びレギュレータ１の出力電圧Ｅ４がマイ
コン６のリセット検出電圧を上回ってマイコン６が動作
し始め、所定のデータを要求するまで保持されるる。従
って、マイコンの動作開始時には必ずパワーオンクリア
がかかる構成となっている。仮にマイコン６のデータ要
求機能が故障して動作しなくなっても、入力信号ＡＮの
ＬＯＷ状態は保たれたままなので、まちがった入力信号
ＡＮが入力されて誤動作することもなく、バッテリーパ
ックの安全性が高まる。すなわち本発明では信号ＲＳに
よって、マイコン６のリセットと入力信号ＡＮのパワー
オンクリアとを同時に制御することが可能となった。

【００２９】図１の本発明の実施例で言うところのマイ
コン６とは、二次電池７，８，９，１０の電池電圧と充
電電流と放電電流を監視する機能と、それらの情報から
二次電池７，８，９，１０の残量を計算する機能を有す
るものである。マイコン６はＡ／Ｄ変換及び演算機能お
よび通信機能等を有しており、制御回路５に命令信号Ｔ
Ｋ，ＤＡを送ってこれを制御し、電流モニター回路３や
電池電圧モニター回路４からのアナログ信号Ａ３，Ａ４
をアナログ信号ＡＮとして順次選択出力させる。さらに
マイコン６は、このアナログ信号ＡＮを入力して、Ａ／
Ｄ変換を行った後、充電電流および放電電流を積算し、
各電池電圧を考慮して二次電池の残量を計算する。

【００３０】さらにマイコン６は二次電池７，８，９，
１０の各電池電圧や放電電流を監視して、各二次電池の
電圧や放電電流に応じてスイッチ素子１２，１３のオン
／オフを制御することによってバッテリー装置２２を保
護している。マイコン６はバッテリー装置２２における
保護機能（過充電保護、過放電保護、過電流保護）に対
する安全性を担っているので、マイコン６が停止した
り、故障したりして保護機能が働かなくなれば最悪バッ
テリー装置２２が爆発する可能性がある。そこで、たと
えマイコン６が停止したり、故障したりしたとしてもバ
ッテリー装置２２を安全に制御するために、マイコン６
が停止するような低い電源電圧の場合やマイコン６の電
源電圧が低い電圧から立ち上がった場合（例えば、一度
リセット検出電圧を下回った状態から復帰する場合や、
マイコン６の電源を０Ｖから立ちあげる場合など）は、
電圧検出回路２でリセットをかけてスイッチ素子１２，
１３をオフしておく。そして、充電器２１が接続され、
マイコン６へ供給される電源電圧Ｅ４が高くなり、マイ
コン６が正常に動作する電圧以上になってから、マイコ
ン６から制御回路５へ命令信号を送って、スイッチ素子
１２，１３をオンするようにする。例えば図８の例では
命令信号‘１００１１１’をマイコン６が制御回路５に
送って、初めてスイッチ素子１２，１３がオンする。

【００３１】こうすることによって、マイコン６がスイ
ッチ素子１２，１３をオンする命令を送らない限りスイ
ッチ素子１２，１３はオフしたままとなるので、例えば
マイコン６が停止したり、故障したりしてコントロ−ル
が効かなくなったりしても、充電も放電も出来ない状態
を維持し続ける。こうして、マイコン６が停止した場合
や故障した場合でもバッテリー装置２２の安全性を確保
することができるのである。

【００３２】また、マイコン６がリセット状態から復帰
する時、スイッチ素子１２，１３がオフから始まり、マ
イコン６が完全に安定動作してからスイッチ素子１２，
１３をオンするので、計測できない充電電流や放電電流
が無くなり、二次電池の残量計算の精度が向上する。次
に本実施例の動作について図９と図１０を用いて説明す
る。図９は本実施例の動作タイミングを示す図である。
横軸は時間、縦軸は電圧を表わしており、合計電池電圧
とレギュレータ１の出力電圧を示している。時間０〜ｔ
ａの期間は、バッテリー装置２２から負荷２０に電流を
供給しており、合計電池電圧は時間と共に低下してい
る。時間ｔａにおいて合計電池電圧がレギュレータ１の
出力電圧と同じになる。時間ｔａａにおいて、レギュレ
ータ１の出力電圧が電圧検出回路２の検出電圧（マイコ
ンのリセット検出電圧）に達する。この時電圧検出回路
２の出力電圧ＲＳが変化して、マイコン６にリセットを
かけると同時に制御回路５にもリセットをかけ、マイコ
ン６への入力信号ＡＮがＬｏｗにリセットされる。

【００３３】次に時間ｔｂにおいて充電器２１が接続さ
れる。図１の様に構成されたバッテリー装置２２では充
電器２１が接続された瞬間にレギュレータ１の入力に充
電器の電圧と合計電池電圧のうち高いほうの電圧が供給
されることになる。充電器２１の電圧がレギュレータ１
の所望の出力電圧（例えば３．３Ｖや５Ｖ）よりも高け
れば、充電器２１が接続された瞬間にレギュレータ１は
マイコン６へ所望の定電圧（例えば３．３Ｖや５Ｖ）を
供給する。電圧検出回路２はレギュレータ１の出力電圧
を監視しており、レギュレータ１の出力電圧がマイコン
６が正常に動作する電圧（マイコン６のリセット解除電
圧以上）になったら電圧検出回路２の出力ＲＳが反転
し、マイコン６が動作を開始する。この時はまだ入力信
号ＡＮはＬｏｗのままである。次に、マイコン６が自己
診断を行って正常であることを確認した後、時間ｔｃに
おいて所定のデータ要求命令を制御回路５に送る。制御
回路５は信号を処理した後、電流モニター回路３、電池
電圧モニター回路４にデータを送る。これに応じて電流
モニター回路３、電池電圧モニター回路４は対応するデ
ータを制御回路５に再び出力する。これを受けてはじめ
て、制御回路５は所定の信号ＡＮをマイコン６へ出力す
る。すなわちマイコン６が安定動作に入ってからパワー
オンクリアを解除することになるので、二次電池の残量
計算の精度が向上する。

【００３４】図１０は図９の動作フローを示した図であ
る。時間ｔａで負荷への電流供給により合計電池電圧が
レギュレータの出力電圧と同じになり、その後さらに放
電が進み、時間ｔａａでレギュレータ１の出力電圧が電
圧検出回路２の検出電圧（リセット検出電圧）以下にな
るとリセット信号ＲＳがｈｉｇｈからＬｏｗに変化す
る。

【００３５】リセット信号ＲＳによってマイコン６をリ
セットし、同時に制御回路５をリセットして入力信号Ａ
ＮをＬｏｗにする。この後充電器２１を接続するとレギ
ュレータ１の入力には充電器２１の電圧（合計電池電圧
やレギュレータ１の所望の電圧よりも高い電圧）が印加
されるので、レギュレータ１の出力電圧がリセット解除
電圧以上となる（所望の電圧となる）。

【００３６】この後マイコン６がリセット状態から復帰
し自己診断を行う。もし、マイコンの自己診断でＮＧと
なれば、マイコン６から所定のデータを要求する命令を
送らないので、入力信号ＡＮはＬｏｗのままとなる。マ
イコン６の自己診断でＯＫとなれば、マイコン６から所
定のデータを要求する命令を制御回路５に送る。この
時、もし命令が送られない場合は入力信号ＡＮはＬｏｗ
のままとなり、命令が送られた場合は入力信号ＡＮはデ
ータ要求に対応した所定の値となる。

【００３７】図１１は本発明の別の実施例のブロック図
を示したものである。この実施例では、マイコン６がバ
ッテリー状態監視回路１４とは別の部品として構成され
ている。構成要素、動作原理は図１で説明した実施例と
まったく同じである。このように本発明のバッテリー装
置は、一つの部品（ＩＣ）のなかにすべての機能を持た
せても有効であるし、基板上にマイコンやスイッチ素子
などを実装して、複数個の部品で構成しても同じ効果が
得られる。

【００３８】図１１のような実施例においては、マイコ
ン６としては、さまざまなタイプのものが組み合わされ
ることもある。ここでもし、一度リセットされて復帰す
る時に不定の入力信号ＡＮが残っていると動作を開始し
ないようなマイコンが選択された場合でも、本発明では
何ら不都合は起こらない。このように組み合わせるマイ
コンの選択範囲が広いという点において、本発明は非常
に有効である。

【００３９】図１、図１１に示した実施の形態は、それ
ぞれの二次電池７，８，９，１０が直列に接続された場
合の構成例について説明した。しかし、本発明は複数の
二次電池が並列に接続された場合にも同様にして適用で
きる。本発明は、たとえマイコン６がその他の回路ブロ
ックと一体化（１チップ化）していて他の回路ブロック
と識別が困難であったとしても、二次電池の電池電圧と
充電電流と放電電流を監視する機能とそれらの情報から
二次電池の残量を計算する機能を有する回路ブロックを
マイコンとみなして適用することができる。

【００４０】図１２は、本発明によるバッテリー装置を
搭載した電子機器の一実施例を示した説明図である。図
１２は、電子機器であるノートパソコン９９にバッテリ
ー装置２２を電源として組み込んでいる。バッテリー装
置２２にはバッテリー状態監視回路１４が組み込まれて
いる。現在のノートパソコンに多く搭載されているリチ
ウム二次電池バッテリーは、リチウムの反応性の高さか
ら火災や爆発などの危険性が指摘されている。つまりノ
ートパソコンの安全性はバッテリー装置の安全性で決ま
るところが大きく、ノートパソコンの安全性を高めよう
とすれば、バッテリー状態監視回路およびバッテリー装
置の安全性を高めることが不可欠である。ここで本発明
のバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置は前記
説明のとおり、その安全性が高いために、ノートパソコ
ンのバッテリーとして最適であり、ノートパソコンの安
全性に対する貢献は多大である。したがって本発明はバ
ッテリー装置を組み込んだノートパソコン９９に対して
も適用される。

【００４１】また、本発明はマイコンの選択範囲が広い
という点において優れているために、例えば電池残量計
算機能の一部をノートパソコンのマイコンに行なわせる
ことも可能である。この点からも本発明のバッテリー装
置と、それを組み込んだ電子機器との結びつきは強く、
発明の適用範囲は広い。図１２のノートパソコン９９は
電子機器としての一例に過ぎず、ノートパソコン以外の
電子機器に対しても同様の理由で本発明を適用すること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明のバッテリー状態
監視回路およびバッテリー装置では、電圧検出回路２Ａ
の出力信号をパワーオンクリア信号として兼用したこと
により、マイコンの電源電圧が低い状態もしくはマイコ
ンの電源電圧が低い状態から立ち上がった時、マイコン
への入力信号を初期状態としておくことができるので、
安全性の高いバッテリー状態監視回路およびバッテリー
パックまたはバッテリーパックを組み込んだ電子機器を
提供できるようになった。また、バッテリー状態監視回
路と組み合わせ可能なマイコンの選択範囲が広くなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置を示したブロック図である。

【図２】従来のバッテリー状態監視回路及びそれを用い
たバッテリー装置を示したブロック図である。

【図３】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置に用いられているレギュレータの回
路図である。

【図４】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置に用いられている電流モニター回路
の回路図である。

【図５】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置に用いられている電池電圧モニター
回路の回路図である。

【図６】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置に用いられている制御回路の回路図
である。

【図７】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置に用いられているマイコンと制御回
路の間の通信信号のタイミングチャート図である。

【図８】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置に用いられているマイコンの制御回
路への命令信号の説明図である。

【図９】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用
いたバッテリー装置の動作タイミングの説明図である。

【図１０】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを
用いたバッテリー装置の動作フローの説明図である。

【図１１】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを
用いたバッテリー装置の他の例を示したブロック図であ
る。

【図１２】本発明による電子機器の実施例を示した説明
図である。

【符号の説明】

１、１Ａ レギュレータ ２、２Ａ 電圧検出回路 ３、３Ａ 電流モニター回路 ４、４Ａ 電池電圧モニター回路 ５ 制御回路 ６、６Ａ マイコン ７、８、９、１０、７Ａ、８Ａ、９Ａ，１０Ａ
二次電池 １１、１１Ａ ・・・センス抵抗 １２、１３、１２Ａ、１３Ａ
スイッチ素子 １４、１４Ａ バッテリー状態監視回路 １５、１５Ａ ＋端子 １６、１６Ａ 通信端子 １７、１７Ａ −端子 １８、１８Ａ レギュレータ １９、１９Ａ ＰＣマイコン ２０、２０Ａ 負荷 ２１、２１Ａ 充電器 ２２、２２Ａ バッテリー装置 ２３Ａ、２４Ａ Ｎｃｈトランジスタ ２５Ａ、２６Ａ 抵抗 ２３、２４ 抵抗 ２５ 基準電圧 ２６ コンパレータ ２７ Ｐｃｈドライバー ２８ 充電電流モニターアンプ ２９ 放電電流モニターアンプ ３０、３１ スイッチ素子 ３２ インバータ ３３ 切替えスイッチ回路 ３４ 電池電圧モニター回路 ３５ コンパレータ ３６、３７ スイッチ素子 ３８、４２ インバータ ３９ シリアル／パラレル変換回路 ４０ 論理回路 ４１、４２ スイッチ素子 ４３ インバータ Ｅ１，Ｅ１Ａ 充電器電圧 Ｅ２，Ｅ２Ａ 合計電池電圧 Ｅ３ Ｅ１とＥ２のうち高いほうの電圧 Ｅ４，Ｅ４Ａ レギュレータの出力電圧（マイコ
ンの電源電圧） Ｇ１，Ｇ１Ａ 二次電池１０のマイナス極電圧 Ｇ２，Ｇ２Ａ 充電器のマイナス極電圧 Ａ３，Ａ３Ａ 電流モニター回路の出力電圧 Ａ４，Ａ４Ａ 電池電圧モニター回路の出力電圧 Ｂ１，Ｂ１Ａ レギュレータの制御信号 Ｂ３，Ｂ３Ａ 電流モニター回路の制御信号 Ｂ４，Ｂ４Ａ 電池電圧モニター回路の制御信号 ＲＳ 電圧検出器の出力電圧 ＡＮ 二次電池のアナログ信号 ＴＫ タイミングクロック信号 ＤＡ シリアルデータ信号 Ｈ アナログ信号の選択信号 Ｆ１ スイッチ素子１２の制御信号 Ｆ２ スイッチ素子１３の制御信号 Ｄ５〜Ｄ０ マイコンからの命令信号をパラレ
ル化した時のデータ ９９ ノートパソコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 国際公開96／10858（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電と放電が可能である二次電池の電流
   を調節する電流制限手段を制御するとともに、前記二次
   電池の状態を監視するバッテリー状態監視回路におい
   て、 該バッテリー状態監視回路内には少なくとも、 前記二次電池の電圧または電流の少なくとも一方を監視
   して、前記二次電池情報を出力する状態監視手段と、 該状態監視手段から入力される前記二次電池情報を変換
   して出力する制御回路と、 該制御回路から入力される変換された前記二次電池情報
   を計算し、該計算結果に基づいて前記電流制限手段を制
   御する情報処理手段と、 前記制御回路と前記情報処理手段とを必要に応じてリセ
   ットまたはリセット解除するリセット回路とを設けたこ
   とを特徴とするバッテリー状態監視回路。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、 前記リセット回路からリセット命令を入力した場合は、
   所定の初期値を出力するとともに、 前記リセット回路からリセット解除命令を入力した場合
   は、その後に前記情報処理手段から二次電池情報要求命
   令を入力することによってリセットを解除し、前記二次
   電池情報を変換して出力するようになることを特徴とす
   る請求項１記載のバッテリー状態監視回路。
3. 【請求項３】 前記電流制限手段がスイッチングトラン
   ジスタで構成され、前記二次電池の充電電流と放電電流
   の少なくとも一方をオン／オフできるものであることを
   特徴とする請求項１または請求項２記載のバッテリー状
   態監視回路。
4. 【請求項４】 外部端子である＋端子と−端子との間
   に、 充電と放電が可能である二次電池と、 該二次電池の電流を調節する電流制限手段とを接続し、 更に前記電流制限手段を制御するとともに、前記二次電
   池の状態を監視する請求項１ないし請求項３記載のバッ
   テリー状態監視回路を具備したことを特徴とするバッテ
   リー装置。
5. 【請求項５】 ＋端子と、−端子と、充放電電流を制御
   するためのスイッチ素子と、二次電池と、充放電電流を
   モニターするためのセンス抵抗と、バッテリー状態監視
   回路を有し、情報処理手段からの命令信号により前記充
   放電電流を制御するためのスイッチ素子をオン／オフす
   ることによって、前記二次電池への充放電電流を制御す
   るように構成したバッテリー装置において、 前記情報処理手段の電源電圧が定められた電圧以下であ
   る場合、または前記情報処理手段の電源電圧が前記定め
   られた電圧以上であっても、前記情報処理手段の電源電
   圧が前記定められた電圧以下の電圧から立ち上がった場
   合には、前記充放電電流を制御するためのスイッチ素子
   をオフ状態として維持し、前記情報処理手段が前記スイ
   ッチ素子をオンする命令を送るまで前記スイッチ素子は
   オフ状態を維持することを特徴とするバッテリー装置。
6. 【請求項６】 充放電回路に直列に接続され、スイッチ
   制御信号によって前記充放電回路を開閉するスイッチ素
   子と、 各部を制御するとともに、前記スイッチ制御信号に対応
   する制御信号を出力する情報処理手段と、 該情報処理手段の電源回路に接続され、該電源回路の電
   源電圧が定められた電圧以下になったことを検出し、前
   記情報処理手段にリセット信号を出力する電源電圧検出
   回路と、 該電源電圧検出回路と前記情報処理手段及び前記スイッ
   チ素子とに接続され、前記電源電圧検出回路から前記リ
   セット信号が入力されたときには、前記スイッチ素子を
   オフするための前記スイッチ制御信号を出力する制御回
   路とを有することを特徴とするバッテリー状態監視回
   路。
7. 【請求項７】 充放電回路に直列に接続され、スイッチ
   制御信号によって前記充放電回路を開閉するスイッチ素
   子と、 各部を制御するとともに、前記スイッチ制御信号に対応
   する制御信号を出力する情報処理手段と、 該情報処理手段の電源回路に接続され、該電源回路の電
   源電圧が定められた電圧以下になったことを検出し、前
   記情報処理手段にリセット信号を出力する電源電圧検出
   回路と、 該電源電圧検出回路と前記情報処理手段及び前記スイッ
   チ素子とに接続され、前記電源電圧検出回路から前記リ
   セット信号が入力されたときには、前記スイッチ素子を
   オフするための前記スイッチ制御信号を出力し、前記リ
   セット信号が入力されないときには、前記情報処理手段
   の出力する前記制御信号に基づいて前記スイッチ制御信
   号を出力する制御回路とを有することを特徴とするバッ
   テリー状態監視回路。
8. 【請求項８】 前記充放電回路の二次電池を接続する側
   の電圧と、前記充放電回路の充電器を接続する側の電圧
   を入力し、両電圧のうち高い方の電圧を選択して前記情
   報処理手段の電源回路に供給する電源電圧切り替え回路
   を設けたことを特徴とする請求項６または請求項７記載
   のバッテリー状態監視回路。
9. 【請求項９】 請求項６ないし請求項８記載のバッテリ
   ー状態監視回路を備え、 該バッテリー状態監視回路の前記充放電回路の一方に二
   次電池を接続し、 前記充放電回路の他方には、充電器を接続するための充
   電端子を設けたことを特徴とするバッテリー装置。
10. 【請求項１０】 請求項４または請求項９記載のバッテ
    リー装置を具備したことを特徴とする電子機器。
11. 【請求項１１】 前記電子機器はＣＰＵを備え、該ＣＰ
    Ｕを前記バッテリー状態監視回路の情報処理手段とした
    ことを特徴とする請求項１０記載の電子機器。