KR100550176B1 - 전지 관리 회로 및 전자 기기 - Google Patents

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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

전지의 전압을 검출하기 위한 전지 전압 검출 수단을 갖는 전지 관리 회로에 있어서, 직렬로 접속된 저항 및 스위칭 소자가 전지에 대하여 병렬로 접속됨과 아울러, 스위칭 소자를 온시켜 저항에 전지의 전류를 흐르게 함으로써, 전지 전압 검출 수단이 검출하는 전지의 전압의 변화에 관한 정보를 취득하는 전지 제어 수단을 포함하고, 전지 제어 수단은, 전지의 전압의 변화에 관한 정보에 기초하여 전지의 잔존 용량을 결정한다.
전지 잔존 용량, 전지 전압, 스위칭 소자, 레귤레이터

Description

전지 관리 회로 및 전자 기기{BATTERY MANAGEMENT CIRCIUT AND ELECTRONIC DEVICE}
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전지 관리 회로의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전지 관리 회로의 동작을 나타내는 개념적인 타이밍차트.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전지 관리 회로에 의해 검출한 전지 전압의 변화량에 대한 전지 잔존 용량의 특성 테이블을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전지 관리 회로에 의해 계측된 전지 전압의 회복 시간에 대한 전지 잔존 용량의 특성 테이블을 도시하는 도면.
도 5는 종래의 전지 관리 회로의 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전지
20 : 마이크로 컴퓨터(전지 제어 수단, 전압 회복 시간 계측 수단)
30 : 레귤레이터
R1, R2 : 분압 저항(전지 전압 검출 수단, 제1 및 제2 분압 저항)
R3, R4 : 저항
Tr1 : 스위칭 소자(스위칭 트랜지스터)
본 발명은 전지 관리 회로 및 전자 기기에 관한 것이다.
휴대형 전자 기기는, 기기 본체에 대하여 동작 전원을 공급하는 전지(전지팩)를 수용 가능하게 되어 있다. 이러한 휴대형 전자 기기로서는, 예를 들면, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 휴대형 전화 및 휴대형 정보 단말 장치(PDA) 등을 들 수 있다.
이러한 휴대형 전자 기기에는, 전지의 잔존 용량을 검출하는 전지 잔량 검출 장치가 조립되어 있다. 이 전지 잔량 검출 장치에 의한 잔량 검출 방법으로서는, 도 5의 전지 관리 회로의 블록도에 도시한 바와 같이, 전지(10)에 대하여, 직렬로 접속된 분압 저항 R1, R2를 병렬로 접속한다. 그리고, 분압 저항 R1과 분압 저항 R2의 접속점에 나타나는 전압을 마이크로 컴퓨터(20)가 검출한다. 이 마이크로 컴퓨터(20)는, 검출한 전압을 전지(10)의 잔존 용량을 반영한 정보로서 취급한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(20)는, AD 변환기가 내장된, AD 입력 단자를 갖는 전지 잔존 용량 검출용 LSI로 구성되어, 취득한 검출 전압에 기초하여, 전지 잔존 용량을 추산한다(예를 들면, 일본 특개2000-350371호 공보(도 9) 참조). 이 전지 잔존 용량은, 예를 들면 기기 본체의 디스플레이 장치에서 표시한다.
그러나, 상술한 종래의 기술에 있어서는, 전지(10)의 잔존 용량을 반영한 정 보로서, 단순히 분압 저항 R1과 분압 저항 R2의 접속점에 나타나는 전압을 검출하고 있는 것에 지나지 않는다. 이와 같이 검출한 전압만으로는, 그 종류나 개체에 차이가 있는 전지(10)에 대하여 실제의 잔존 용량을 정확하게 추측하는데는 대단히 불충분하다.
따라서, 전지(10)의 잔존 용량을 정밀히 추측하여야 하는, 예를 들면 노트북형 컴퓨터 시스템에는 고도의 전지 관리 기능이 채용되어 있다. 그러나, 이러한 고도의 전지 관리 기능을 실현하는 시스템은 매우 복잡한 구성으로, 소형화 및 저가격화가 요구되는 휴대형 전자 기기 등에서는 도저히 채용할 수 없다.
본 발명이 제공하는 주된 기술에서는, 전지의 전압을 검출하기 위한 전지 전압 검출 수단을 갖는 전지 관리 회로에 있어서,
직렬로 접속된 저항 및 스위칭 소자가, 상기 전지에 대하여 병렬로 접속됨과 아울러,
상기 스위칭 소자를 온시켜 상기 저항에 상기 전지의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 전지 전압 검출 수단이 검출하는 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보를 취득하는 전지 제어 수단을 포함하며,
상기 전지 제어 수단은, 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보에 기초하여, 상기 전지의 잔존 용량을 결정한다.
본 발명의 다른 특징에 대해서는, 본 명세서 및 첨부 도면의 기재에 의해 명확하게 한다.
<실시 형태>
본 실시 형태에 따른 전지 관리 회로에서는, 다음과 같이도 할 수 있다.
상기 전지 전압 검출 수단은, 직렬로 접속된 제1 및 제2 분압 저항을 구비하며,
상기 제1 및 제2 분압 저항은, 상기 전지에 대하여 병렬로 접속되어 이루어지며, 상기 제1 분압 저항과 상기 제2 분압 저항의 접속점에서의 전압을 상기 전지의 전압으로서 검출한다.
또한, 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보는, 상기 스위칭 소자가 온되었을 때, 상기 전지 전압 검출 수단에 의해서 검출되는 상기 전지의 전압의 변화량으로 한다.
또한, 상기 스위칭 소자가 온의 상태에서 상기 전지 관리 회로에 의해서 검출되는 전지의 전압에 대하여, 상기 스위칭 소자가 오프가 되고 나서 소정의 전압값으로 회복하기 까지의 시간을 계측하는 전압 회복 시간 계측 수단을 포함하고,
상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보는, 상기 전압 회복 시간 계측 수단에 의해서 계측되는 상기 시간으로 한다.
또한, 상기 전지의 상기 잔존 용량에 관한 특성 정보를 기억하는 수단을 구비하며,
상기 전지 전압 검출 수단은, 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보에 기초하여, 상기 기억하는 수단의 상기 특성 정보를 참조하여 상기 전지의 잔존 용량을 결정한다.
본 실시 형태에서의 전자 기기에서는, 상술한 전지 관리 회로를 구비하며, 상기 전지로부터 동작 전원이 공급된다.
또한, 상기 동작 전원에 의한 전력을 소비하는 구성 요소는 상기 저항으로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 종래 기술로서 채용한 도 5의 전지 관리 회로에 대하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 의사적인 부하로서 전지(10)로부터 전류를 흘리기 위한 저항 R3 외에, 스위칭 소자(스위칭 트랜지스터) Tr1 및 저항 R4를 설치하고 있다. 즉, 전지(10)에 대하여, 직렬로 접속된 복수의 분압 저항 R1, R2(전지 전압 검출 수단, 제1 및 제2 분압 저항)가 병렬로 접속된 구성에 있어서, 직렬로 접속된 저항 R3과 스위칭 소자 Tr1을 전지(10)에 대하여 병렬로 접속한다.
또한, 마이크로 컴퓨터(전지 제어 수단)(20)는, AD 변환기 및 카운터(전압 회복 시간 계측 수단)가 내장된 전지 잔존 용량 검출용 LSI로 구성된다. 또한, 마이크로 컴퓨터(20)의 동작 전원은 전지(10)에 접속된 레귤레이터(전원 장치)(30)를 통하여 공급된다.
그리고, 도 1, 및 도 2의 개념적인 타이밍차트에 도시한 바와 같이, 프로그래머블 마이크로 컴퓨터(전지 제어 수단)(20)는, 저항 R4를 통하여, 부하 제어 출력으로서 전압을 인가하여 스위칭 소자 Tr1을 온 오프시킨다. 도 2에 도시한 바와 같이, 마이크로 컴퓨터(20)가, 부하 제어 출력으로서, 예를 들면 1V 이상의 전압을 인가하면, 스위칭 소자 Tr1이 오프 상태로부터 온 상태가 된다. 스위칭 소자 Tr1이 온 되면, 전지(10)로부터 저항 R3 및 스위칭 소자 Tr1에 전류가 흐른다. 이에 의해, 분압 저항 R1과 분압 저항 R2의 접속점에서 검출되는 전압(이후, 검출 전지 전압이라고 기재함)이 변화한다. 마이크로 컴퓨터(20)는, AD 입력 단자를 통하여, 이 변화에 관한 정보(이후, 전압 변화 정보라고 기재함)를 취득한다(도면의 "마이크로 컴퓨터 AD 입력"의 그래프). 그리고, 마이크로 컴퓨터(20)는, 취득한 전압 변화 정보에 기초하여, 마이크로 컴퓨터(20) 내의 프로그래머블 ROM(기억하는 수단, 이후 ROM이라고 기재함) 등에 기억된 전지 잔존 용량 특성 테이블(전지 잔존 용량 특성 정보)을 참조하여, 전지(10)의 잔존 용량을 결정한다. 결정된 전지 잔존 용량은, 예를 들면 기기 본체의 디스플레이 장치에서 표시된다.
이 전압 변화 정보로서는, 예를 들면 2종류를 들 수 있다. 한 종류는, 후술하는 제1 실시예로서, 스위칭 소자 Tr1을 온 상태로 한 경우의 검출 전지 전압의 변화량이다. 다른 종류는, 후술하는 제2 실시예로서, 스위칭 소자 Tr1이 온 상태에서의 검출 전지 전압에 대하여, 스위칭 소자 Tr1이 오프가 되고 나서, 소정의 전압값을 회복하기까지의 시간(이후, 전압 회복 시간이라고 기재함)이다. 이 전압 회복 시간은, 검출 전지 전압을 취득하는 마이크로 컴퓨터(20) 내의 카운터로 계측된다.
이 검출 전지 전압은, 전지의 전압을 반영시킨 것이면 되며, 분압 저항 R1과 분압 저항 R2의 접속점에서 검출되는 전압에 한하지 않는다.
(제1 실시예)
상술한 전압 변화 정보가 검출 전지 전압의 변화량인 경우에 대해 설명한다. 마이크로 컴퓨터(20)는, 상술한 도 2의 "마이크로 컴퓨터 AD 입력"의 그래프에 도 시한 바와 같이, 샘플링용의 클럭 주파수에 기초하는 주기로 전압 변화 정보를 취득한다. 스위칭 소자 Tr1가 오프 상태에서는 검출 전지 전압은 거의 5V이다. 한편, 스위칭 소자 Tr1가 온 상태가 되면, 검출 전지 전압은 저하하여, 4.8V나 4.6V 및 4.5V 정도의 수치를 나타낸다. 이들 저하한 검출 전지 전압의 수치에 기초하여, 마이크로 컴퓨터(20) 내의 ROM에 기억된 전지 잔존 용량 특성 테이블을 참조하여 전지(10)의 잔존 용량을 결정한다.
이 전지 잔존 용량 특성 테이블은, 도 3에 도시하는 그래프에 상당하는 수치 데이터의 집합이다. 도 3에 도시하는 그래프(실선)에서는, 스위칭 소자 Tr1이 오프 상태의 5V를 기준으로 한 검출 전지 전압의 변화량(도면에서, "△V")을 횡축으로 하고, 전지 잔존 용량을 종축으로 하고 있다. 즉, 검출 전지 전압의 변화량으로서, 검출 전지 전압이 4.8V인 경우는 그 변화량(절대값)은 0.2V이며, 검출 전지 전압이 4.6V인 경우는 0.4V이고, 검출 전지 전압이 4.5V인 경우는 0.5V이다. 이 도 3의 그래프에 도시한 바와 같이, 검출 전지 전압의 각 변화량에 대응하여 전지 잔존 용량이 결정되지만, 온도의 변화에 대하여 보상할 수 있도록, 다른 온도에 대응한 각 그래프(파선 및 일점쇄선)에 상당하는 전지 잔존 용량 특성 테이블을 준비해 둔다.
검출 전지 전압의 변화량에 관한 다른 예로서는, 상술한 바와 같은 5V를 기준으로 한 차분뿐만 아니라, 그 차분이나 검출 전지 전압에 대한 1차미분 계수 등, 여러가지 변화량에 관한 정보를 이용할 수 있다.
(제2 실시예)
상술한 전압 변화 정보가 전압 회복 시간인 경우에 대해 설명한다. 마이크로 컴퓨터(20)는, 상술한 도 2의 "마이크로 컴퓨터 AD 입력"의 그래프에 도시한 바와 같이, 전압 변화 정보를 취득한다. 스위칭 소자 Tr1이 오프 상태에서는, 검출 전지 전압은 거의 5V이다. 한편, 스위칭 소자 Tr1이 온 상태가 되면, 검출 전지 전압은 저하하여, 4.8V나 4.6V 및 4.5V 정도의 수치를 나타낸다. 그리고, 상술한 바와 같이, 스위칭 소자 Tr1가 온 상태로부터 오프 상태가 되어, 저하되어 있는 검출 전지 전압이 원래의 약 5V(예를 들면, 5V의 95%의 전압)로 되돌아가기까지의 시간을 전압 회복 시간으로 한다. 도 2의 "AD 입력"의 그래프에 도시한 바와 같이, 파선으로 도시되는 그래프 부분의 시간(도면에서, "△t")이 전압 회복 시간이 된다. 이 전압 회복 시간은 검출 전지 전압의 샘플링의 횟수로 카운트할 수 있다.
또한, 도 2의 "마이크로 컴퓨터 AD 입력"의 그래프에서는, 설명의 편의상, 검출 전지 전압의 샘플링의 간격은 길고, 그 샘플링 횟수는 적다. 그러나, 실제로는, 샘플링의 간격은 짧고, 그 샘플링 횟수는 전압 회복 시간을 계측할 수 있는 정도로 충분히 많다. 계측된 전압 회복 시간에 기초하여, 마이크로 컴퓨터(20) 내의 ROM에 기억된 전지 잔존 용량 특성 테이블을 참조하여 전지(10)의 잔존 용량을 결정한다.
이 전지 잔존 용량 특성 테이블은, 도 4에 도시하는 그래프(실선)에 상당하는 수치 데이터의 집합이다. 도 4에 도시하는 그래프에서는, 전압 회복 시간을 횡축으로 하고 전지 잔존 용량을 종축으로 하고 있다. 즉, 이 도 4의 그래프에 도시한 바와 같이, 계측한 전압 회복 시간에 대응하여 전지 잔존 용량이 결정되며, 온 도의 변화에 대하여 보상할 수 있도록, 다른 온도에 따른 각 그래프(파선 및 일점쇄선)에 상당하는 전지 잔존 용량 특성 테이블을 준비해 둔다.
(기타)
도 1에서, 의사적인 부하로서의 저항 R3의 값을 가변으로 하여, 전지(10)로부터 저항 R3에 흐르는 전류를 수시 변화시키는 것에 의해, 전압 변화 정보를 취득하도록 하여도 된다. 구체적으로는, 가변 저항 R3의 각 값에 대응한 각 전지 잔존 용량 특성 테이블을 준비해 두고, 저항 R3를 수시 변화시켜 전압 변화 정보를 취득한다. 이에 의해, 보다 정밀도가 높은 전지 잔존 용량을 결정할 수 있다. 저항 R3의 저항값을 변화시키는 구조로서는, 일례로서, 직렬로 접속된 저항 R3 및 스위칭 소자 Tr1의 조합을 2조 준비하고, 이 2조를 전지(10)에 대하여 병렬로 접속한다. 이 경우, 두개의 스위칭 소자를 각각 온, 오프 제어하기 위해, 마이크로 컴퓨터(20)는 두개의 출력 단자를 이용한다.
또한, 마이크로 컴퓨터(20)측에 가능한 한 구성 요소를 내장시킴으로써, 소형화나 조립 공정수의 저감화를 도모할 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 저항 R1, R2, R4나 스위칭 소자 Tr1을 마이크로 컴퓨터(20)에 내장하도록 할 수 있다. 그리고, 의사적인 부하로서의 저항 R3만을 외장 부품으로 하여, 그 저항값을 적당히 설정 가능하게 할 수 있다.
또한, 의사적인 부하로 하고 있던 저항 R3를 실제 가동하는 부하로 할 수 있다. 즉, 상술한 본 실시예의 전지 관리 회로를 휴대형 전자 기기에 조립하고, 그 기기 본체에 대하여 동작 전원을 공급하는 전지(전지팩)(10)를 관리 대상으로 한 다. 즉, 그 동작 전원이 공급되는 기기 본체의 일부 또는 전부(구성 요소)를 부하인 저항 R3로서 취급한다. 이에 의해, 의사적인 부하로서의 저항 R3을 전용으로 다시 설치할 필요없어, 부품 점수를 줄일 수 있다. 전지 관리 회로가 조립되는 전자 기기로서는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 휴대형 전화 및 휴대형 정보 단말 장치(PDA) 등을 들 수 있다. 그리고, 저항 R3로 될 수 있는 것은, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라에 있어서, 포커스나 줌의 조정 기구에 이용되는 모터로 하거나, 플래시용의 충전지로도 할 수 있다.
또한, 전지(10)는 그 종류나 개체에 차가 있기 때문에, 전지(10)측에, 그 전지 고유의 전지 잔존 용량 특성 테이블을 보유해 둔다. 이에 따라, 보다 정밀한 잔존 용량을 결정할 수 있다. 즉, 장착된 전지(10)로부터 전지 잔존 용량 특성 테이블을 마이크로 컴퓨터(20)가 수시 판독하여, 상술한 본 실시예와 같이, 전지 잔존 용량을 결정한다. 전지(10)측에서 전지 잔존 용량 특성 테이블을 유지하는 구조로서는, 일례로서 전지백에 ROM 등의 적당한 기억 매체나 기억 소자를 조립하여 놓는다.
이 실시예에서는 다음의 효과를 발휘한다.
잔존 용량을 결정할 전지의 전압을 검출하는데 있어서, 상술한 종래 기술과 동일한 검출점에서 전지 전압을 마이크로 컴퓨터가 취득한다. 즉, 저항 R3 및 스위칭 소자 Tr1 등을 설치하는 정도가 간이한 구성을 부가하는 것 만으로, 전지의 정밀한 잔존 용량의 추정을 행할 수 있다. 그리고, 간이한 구성이기 때문에 염가로 할 수 있다.
또한, 여러가지 전지의 특성 데이터를 마이크로 컴퓨터 내에 기억시킬 수 있기 때문에, 여러가지 전지에 맞는 잔존 용량을 추정할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 그 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경 가능하다.
간이한 구성으로, 전지의 정밀한 잔존 용량의 추정을 가능하게 한다.

Claims (7)

  1. 전지의 전압을 검출하기 위한 전지 전압 검출 수단을 구비하는 전지 관리 회로에 있어서,
    직렬로 접속된 저항 및 스위칭 소자가, 상기 전지에 대하여 병렬로 접속되며,
    상기 스위칭 소자를 온시켜 상기 저항에 상기 전지의 전류를 흘리는 것으로, 상기 전지 전압 검출 수단이 검출하는 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보를 취득하는 전지 제어 수단을 포함하며,
    상기 전지 제어 수단은, 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보에 기초하여, 상기 전지의 잔존 용량을 결정하는 것을 특징으로 하는 전지 관리 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 전압 검출 수단은 직렬로 접속된 제1 및 제2 분압 저항을 가지며,
    상기 제1 및 제2 분압 저항은, 상기 전지에 대하여 병렬로 접속되어 이루어져, 상기 제1 분압 저항과 상기 제2 분압 저항의 접속점에서의 전압을 상기 전지의 전압으로서 검출하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 전지 관리 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보는, 상기 스위칭 소자가 온되었을 때, 상기 전지 전압 검출 수단에 의해서 검출되는 상기 전지의 전압의 변화량임을 특징으로 하는 전지 관리 회로.
  4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자가 온의 상태에서 상기 전지 관리 회로에 의해서 검출되는 전지의 전압에 대하여, 상기 스위칭 소자가 오프로 되고 나서 소정의 전압값으로 회복하기까지의 시간을 계측하는 전압 회복 시간 계측 수단을 더 포함하며,
    상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보는, 상기 전압 회복 시간 계측 수단에 의해서 계측되는 상기 시간인 것을 특징으로 하는 전지 관리 회로.
  5. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지의 상기 잔존 용량에 관한 특성 정보를 기억하는 수단을 더 포함하며,
    상기 전지 전압 검출 수단은, 상기 전지의 전압의 변화에 관한 정보에 기초하여, 상기 기억하는 수단의 상기 특성 정보를 참조하여, 상기 전지의 잔존 용량을 결정하는 것을 특징으로 하는 전지 관리 회로.
  6. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 기재된 전지 관리 회로를 구비하고, 상기 전지로부터 동작 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동작 전원에 의한 전력을 소비하는 구성 요소는 상기 저항인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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