KR100643052B1 - 전지상태 감시회로, 전지장치 및 이 전지장치가 장착된 전자장비 - Google Patents

Abstract

마이크로컴퓨터의 저 전원전압인 경우 또는 마이크로컴퓨터의 전원전압이 저전압부터 상승하는 경우, 충전 및 방전전류를 제어하기 위한 스위칭 소자가 오프상태에 있다는 것과, 마이크로컴퓨터의 전원전압이 마이크로컴퓨터가 정상으로 동작하게 되는 전압으로 충분히 높아진 것이 인식된 후에, 마이크로컴퓨터는 충전 및 방전전류를 제어하기 위한 스위칭 소자를 턴온하도록 명령신호를 보낸다.

Description

전지상태 감시회로, 전지장치 및 이 전지장치가 장착된 전자장비{Battery state monitoring circuit, battery device and electronic equipment on which the battery device is mounted}

도 1은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치를 도시한 블록도.

도 2는 전지상태 감시회로를 사용하는 종래의 전지상태 감시회로 및 전지장치를 도시한 블록도.

도 3은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치에서 사용되는 레귤레이터를 도시한 회로도.

도 4는 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치에 사용되는 전류 감시회로를 도시한 회로도.

도 5는 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치에 사용되는 전지전압 감시회로를 도시한 회로도.

도 6은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치에 사용되는 제어회로를 도시한 회로도.

도 7은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치에 사용되는 마이크로컴퓨터와 제어회로간 통신신호의 타이밍도.

도 8은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치에 사용되는 마이크로컴퓨터에서 제어회로에 대한 명령신호를 도시한 설명도.

도 9는 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치의 동작 타이밍을 도시한 설명도.

도 10은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치 동작흐름을 보인 설명도.

도 11은 본 발명에 따라 전지상태 감시회로 및 이 전지상태 감시회로를 사용하는 전지장치의 다른 예를 도시한 블록도.

도 12는 본 발명에 따라 전자장비의 실시예를 도시한 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 레귤레이터 2 : 전압 검출회로

3 : 전류 감시기 회로 4 : 전지전압 감시기 회로

5 : 제어회로 6 : 마이크로컴퓨터

7-10 : 2차전지 11 : 감지 저항기

12, 13, 36, 37, 41, 42 : 스위칭 소자

14 : 전지상태 감시회로 20 : 부하

21 : 충전기 22 : 전지장치

23, 24 : 저항기 26 : 비교기

34 : 전지전압 감시기 증폭기 35 : 비교기

39 : 직렬/병렬 변환회로 40 : 논리회로

본 발명은 리튬 이온 2차전지와 같은 2차전지의 잔류용량을 계산할 수 있는 전지장치 및 전지상태 감시회로에서 2차전지의 안전성 개선 및 2차전지의 잔류용량 계산의 정확성 개선에 관한 것이다.

종래의 전지상태 감시회로는 도 2의 회로 블록도에 도시한 바와 같이 공지되어 있다. 예를 들면, 일본국 특허출원 공개번호 평9-312172호의 "전지팩, 충전기, 충전 시스템 및 충전방법"은 도 2에 도시한 구조를 개시하고 있다. 이것은 "스마트 전지시스템" 등이라고 하는 전지장치에 관한 것이다.

스마트 전지 시스템에서 사용되는 리튬 이온 2차전지는 니켈 카드뮴 전지와 같은 자기보호 작용이 없기 때문에 과전류 보호회로를 필요로 한다. 이러한 이유로, 전지장치는 전지전압을 검출하는 전지전압 감시회로(4A) 및 외부로부터 충전동작을 중지시키기 위한 스위칭 소자(12A)를 구비하고 있다.

전지장치(22A)에서, 전류감시 회로(3A) 및 전지전압 감시회로(4A)로부터 신호(A3A, A4A)를 수신하였을 때, 정보처리 수단으로서 기능하는 마이크로컴퓨터(6A)는 2차전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 각각의 전지전압, 충전전류 및 방전전류를 감시한다. 정보(각각의 전지전압, 충전전류 및 방전전류)를 사용하여, 마이크로컴퓨터(6A)는 2차전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 잔류용량을 계산하여, 전류 제 한 수단으로서 기능하는 스위칭 소자(12A, 13A)의 온/오프 동작을 제어함으로써 2차전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 충전동작 및 방전동작을 제어한다.

이와 같이 구성된 전지장치(22A)는 2차전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 잔류용량 표시 및 충전동작의 정지를 수행한다. 마이크로컴퓨터(6A)에는 전류 감시기 회로(3A) 및 전지전압 감시기 회로(4A)로부터의 출력전압(A3A, A4A)이 입력되고, 이 마이크로컴퓨터(6A)는 입력된 전압(A3A, A4A)에 따라 2차전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 각각의 충전전류, 방전전류 및 전지전압을 계산하여, 그럼으로서 2차전지의 잔류용량을 계산할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(6A)는 2차전지의 상태(정상, 과충전, 과방전 및 과전류)에 따라 스위칭 소자(12A, 13A)의 온/오프 제어를 수행한다. 이러한 식으로, 마이크로컴퓨터(6A)는 전지장치(22A)의 보호기능(과충전 보호, 과방전 보호 및 과전류 보호)의 안전성을 떠맡고 있다.

전술한 바와 같이 구성면에서 중요한 부품인 마이크로컴퓨터(6A)에 전원으로서 일정전압이 제공될 필요가 있다. 예를 들면, 그 전압에 대한 일반적인 값은 3.5V 및 5.0V이다. 전지상태 감시회로(14A)의 전원은 일반전으로 2차전지(7A, 8A, 9A, 10A)의 전체 전지전압(E2A)으로부터 인가된다. 2차전지의 전체 전지전압(E2A)는 플러스 단자(15A)와 마이너스 단자(17A)간에 접속된 부하(20A)의 상태에 따라 변하기 때문에, 2차전지의 전체 전지전압(E2A)은 레귤레이터(1A)에 의해 3.3V, 5.0V 등으로 제어되고, 그럼으로서 일정한 전압을 마이크로컴퓨터(6A)에 인가하게 된다.

그러나, 일정한 전압(E4A)이 레귤레이터(1A)에 의해 출력되어 마이크로컴퓨터(6A)에 인가될지라도, 전지장치(22A)의 방전동작이 계속된다면, 2차전지의 전체 전지전압(E2A)는 낮아진다. 따라서, 레귤레이터(1A)에 의해 출력된 일정전압(E4A)는 마이크로컴퓨터(6A)가 안전하게 동작할 수 있는 전압보다 낮아지게 되는 경우가 있다. 최악의 경우, 보통 마이크로컴퓨터(6A)의 "런어웨이"라고 하는 현상이 발생한다. 마이크로컴퓨터(6A)가 런어웨이되면, 스위칭 소자(12A, 13A)의 온/오프 동작을 포함하여 모든 제어동작은 이루어지지 않기 때문에, 전지장치(22A)의 안전은 전혀 보장되지 않는다.

전형적으로 마이크로컴퓨터(6A)가 런어웨이하지 않도록 마이크로컴퓨터(6A)의 전원에 전압 검출회로(2A)가 접속된다. 전압 검출회로(2A)는 예를 들면 비교기 및 기준전압으로 구성되며, 이의 출력전압은 입력된 전압이 소정의 설정전압으로 될 때 바뀌도록 설계된다. 도 2에서, 레귤레이터(1A)의 출력전압(4A)이 소정의 설정전압(리셋 검출전압)보다 낮아질 때, 전압 검출회로(2A)의 출력은 하이에서 로우로 변한다. 마이크로컴퓨터(6A)는 전압 검출회로(2A)의 출력이 변할 때 오기능을 방지하도록 동작을 멈춘다. 이러한 제어방법을 "리셋"이라고 한다. 마이크로컴퓨터의 리셋 검출전압은 마이크로컴퓨터(6A)가 오기능(런어웨이)하지 않는 가장 낮는 동작전압이며, 보통 5V 입력의 마이크로컴퓨터의 경우, 리셋 검출전압은 약 4.6V로 설정된다.

이어서, 마이크로컴퓨터(6A)에 전원전압이 증가하여 다시 동작할 수 있게 되었을 때, 일단 마이크로컴퓨터(6A)에 입력신호를 초기화할 필요가 있다(이하 이를 "전원 온 클리어"라고 함). 이러한 이유로, 파워 온 클리어 회로는 마이크로컴퓨터(6A)가 동작하기 시작한 후의 일정기간동안에만 파워 온 클리어가 이루어지도록 마이크로컴퓨터(6A)에 접속된 입력 신호라인 상에 배치된다. 이러한 상태에서, 파워 온 클리어 회로의 파워 온 클리어 동작은 마이크로컴퓨터가 동작하기 시작하는 시간과 동기될 필요가 있다. 마이크로컴퓨터의 동작시작이 파워 온 클리어와 잘 동기되지 않으면, 오동작이 유발될 가능성이 있다. 이 경우, 마이크로컴퓨터는 동작할 수 없는 상태로 되어 전지팩의 안전을 보장할 수 없게 된다. 따라서, 파워 온 클리어 회로에 확실한 동작이 요구된다.

그러나, 파워 온 회로의 동작을 마이크로컴퓨터의 동작시작과 일치되게 하기 위해서는 마이크로컴퓨터의 동작시작을 항상 감시해야 하며, 결국 회로구조가 복잡하게 되는 문제로 된다. 이와 같이 동작되는 파워 온 클리어 회로를 설치함으로써 비용이 증가하게 되기 때문에, 종래의 전지감시 회로 및 전지팩에서 파워 온 클리어 회로를 보통 마이크로컴퓨터(6A)의 초기화 기능 자체로 대치하는 경우가 많이 있다. 그러나, 이러한 경우, 초기화 기능이 안정된 마이크로컴퓨터를 사용해야 하며, 결국 마이크로컴퓨터의 선택이 제한된다고 하는 문제로 된다.

전술한 바에 비추어, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제를 해결하는 것이며, 안전성이 높으며 저렴한 전지상태 감시회로 및 전지팩을 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따라, 전지상태 감시회로 및 전지장치는 마이크로컴퓨터가 정지하게되는 저 전원전압의 경우 또는 마이크로컴퓨터의 전원전압이 저전압부터 상승하는 경우(예를 들면, 전원전압이 한번 리셋 검출전압보다 낮은 상태로부터 복귀한 경우, 전원전압이 0V부터 상승하는 경우, 등), 스위칭 소자가 오프인 상태에서 충전기가 접속되었다는 것과, 마이크로컴퓨터의 전원전압이 마이크로컴퓨터가 정상으로 동작할 만큼 충분히 높은 전압으로 된 것(전원전압이 리셋 해제전압 또는 그 이상의 전압에 도달한 것)이 인식된 후, 스위칭 소자를 턴온시키기 위한 명령신호가 마이크로컴퓨터로부터 전송되어, 그럼으로써 스위칭 소자를 턴온시키도록 구성된다.

구체적으로, 전지상태 감시회로는 스위칭 제어신호에 응하여 충전 및 방전회로를 개방/폐쇄하기 위해 충전/방전회로에 직렬로 접속된 스위칭 소자, 각 부를 제어하며 스위치 제어신호에 대응하는 제어신호를 출력하는 마이크로컴퓨터, 전원회로의 전원전압이 소정의 전압 또는 그 보다 낮게 되었음을 검출하여 리셋신호를 마이크로컴퓨터에 출력하도록 마이크로컴퓨터의 전원회로에 접속된 전원전압 검출회로, 및 전원전압 검출회로, 마이크로컴퓨터 및 스위칭 소자에 접속되어 전원전압 검출회로부터 리셋신호가 입력되었을 때 상기 스위칭 소자를 턴오프시키는 스위치 제어신호를 출력하는 제어회로로 구성된다.

상기 구성에서, 제어회로는 리셋신호가 입력되지 않았을 때 마이크로컴퓨터로부터 출력된 제어신호에 기초하여 스위칭 제어신호를 출력하도록 구성된다.

또한, 상기 구성에서, 2차전지에 접속된 측에 충전 및 방전회로의 전압을 입력하고, 충전기에 접속된 측에 충전 및 방전회로의 전압을 입력하고, 이들 전압 중 더 높은 전압을 선택하여 선택된 전압을 마이크로컴퓨터의 전원회로에 공급하는 전 원 스위칭 회로가 더 구비될 수 있다.

더욱이, 상기 기술된 바와 같이 구성된 전지상태 감시회로를 갖는 전지장치가 구성될 수 있는데, 여기서 상기 2차전지는 전지상태 감시회로의 충전 및 방전회로의 일단에 접속되고, 충전기의 접속을 위한 충전단자는 충전 및 방전회로의 타단에 배치된다.

더욱이, 전자장비는 전원장치로서 구성된 전지장치를 갖고 구성될 수 있으며, 전자장비에서, 전자장치 내에 배치된 CPU는 전지장치 내의 전지상태 감시회로의 정보처리 수단으로서 사용될 수 있다.

상기 기술된 구성을 실현하기 위해서, 본 발명에 따라, 마이크로컴퓨터의 입력신호 및 출력신호를 제어하는 제어회로가 새롭게 제공된다. 전압 검출회로(2A)의 출력 신호는 마이크로컴퓨터 및 제어회로에 입력된다. 제어회로(5)는 적어도 "데이터 리셋 기능"을 갖는다.

도 1은 본 발명이 적용된 전지 상태 감시회로의 구조예 및 이 회로를 사용한 전지 장치를 도시한 것이다. 이하, 본 발명의 실시예를 도 1을 참조하여 기술한다.

전지장치는 복수의 2차전지(예를 들면, 리튬 이온 2차전지)가 직렬 또는 병렬로 접속되어 있고, 전지상태 감시회로, 충전 및 방전 전류 등을 제어하는 스위칭 소자가 제공된 구조를 갖는 것이다. 도 1의 예에서, 4개의 2차전지(7 내지 10)는 직렬로 접속되며, 2차전지(10)의 음극은 감지 저항기(11)에 접속된다. 또한, 감지 저항기(11)는 전지장치(22)의 마이너스 단자(17)에 접속된다. 2차전지(7)의 양극은 FET(전계효과 트랜지스터) 등으로 구성된 스위칭 소자(13)에 접속된다. 스위칭 소자(13)는 스위칭 소자(12)에 직렬로 접속된다. 스위칭 소자(12)는 전지장치(22)의 플러스 단자(15)에 직렬로 접속된다. 스위칭 소자(12, 13)은 충전기(21)의 충전동작 및 2차 전지(7 내지 10)의 방전동작을 제어하는데 사용된다. 2차전지(7 내지 10)의 충전금지는 스위칭 소자(12)를 턴오프함으로써 수행될 수 있다. 2차전지(8 내지 10)의 방전 금지는 스위칭 소자(13)를 턴오프함으로서 수행될 수 있다. 스위칭 소자(12, 13)는 2차전지(10)의 음극과 감지 저항기(11)간에 접속된다. 이 경우, 스위칭 소자(예를 들면, FET)의 종류(n-채널, p-채널) 등은 이러한 접속에 따라 적합하게 변경될 필요가 있다. 마찬가지로, 감지 저항기(11)는 전지장치(22)의 플러스 단자(15) 측에 접속될 수 있다.

전지상태 감시회로(14)는 레귤레이터(1), 전압 검출회로(2), 전류 감시기 회로(3), 전지전압 감시기 회로(4), 제어회로(5), 마이크로컴퓨터(6) 등으로 구성된다.

레귤레이터(1)는 예를 들면 저항기(23, 24), 기준전압(25), 비교기(26) 및 p-채널 구동기(27)로 구성되며, 입력전압(E3)이 변동하여도 출력전압(E4)이 항상 일정하게 유지되도록(예를 들면, 3.5V 또는 5V) 기능한다. 또한, 제어신호(B1)은 레귤레이터(1)의 출력이 온/오프 제어될 수 있게 한다.

레귤레이터(1)의 출력은 전압 검출회로(2)에 접속된다. 전압 검출회로(2)는 예를 들면 도 1에 점선으로 표시한 사각형으로 나타낸 바와 같이 비교기 및 기준전압으로 구성되며, 전압 검출회로(2)의 출력전압은 입력된 전압이 소정의 설정전압으로 될 때 변경된다. 도 1에서, 레귤레이터(1)의 출력전압(E4)이 소정의 설정전압(리셋 검출전압)이거나 그 이하일 때, 전압 검출회로(2)의 출력(RS)는 하이에서 로우로 바뀐다. 마이크로컴퓨터(6)는 출력(RS)이 변할 때 동작을 중지하고, 그럼으로써 오동작을 방지할 수 있다. 보통, 이러한 제어방법을 "리셋"이라고 한다. 마이크로컴퓨터의 리셋 검출전압은 마이크로컴퓨터가 오기능하지 않는 최소한의 동작전압이며, 보통 5V 입력의 마이크로컴퓨터의 경우, 리셋 검출전압은 약 4.6V로 설정된다.

전류 감시기 회로(3)는 충전 및 방전전류에 의해 감시 저항기(11)의 양단간에 나타나는 전압을 마이크로컴퓨터(6)가 읽을 수 있는 전압으로 증폭하여 이를 제어회로(5)에 출력하는 회로이다. 감지 저항기(11)의 저항은 일반적으로 수십mΩ만큼 작기 때문에, 전류 감시기 회로(3)는 감지 저항기(11) 양단간의 전압을 수십 내지 수백배로 증폭하여 이를 제어회로(5)에 출력한다. 도 4는 전류 감시기 회로(3)의 구조예를 도시한 것이다. 참조부호 G1 및 G2는 감지 저항기를 접속하는 단자를 나타낸다. 감지 저항기의 양단간에 나타나는 전압은 충전 전류 감시기 증폭기(28) 및 방전 전류 감시기 증폭기(29)에 의해 증폭된다. 신호(B3)는 스위칭 소자(30) 및 스위칭 소자(31)의 온/오프 상태를 스위칭하는데 사용되는 신호이며, 충전전류에 비례하는 전압 혹은 방전전류에 비례하는 전압은 상기 스위칭 소자들을 스위칭함으로써 단자(A3)로 출력된다.

전지전압 감시기 회로(4)는 2차전지(7 내지 10)의 각각의 전압을 마이크로컴퓨터(6)가 읽을 수 있는 전압으로 변환하여 이를 출력한다. 도 5는 전지전압 감시기 회로(4)의 구조예를 도시한 것이다. 전지전압 감시기 회로(4)는 전환 스위칭 회로(33), 전지전압 감시기 증폭기(34) 등으로 구성된 회로이다. 2차전지의 각각 의 전지전압은 전환 스위칭 회로(33)에 의해 선택되며, 선택된 전지전압은 전지전압 감시기 증폭기(34)에 의해서 마이크로컴퓨터(6)가 쉽게 읽을 수 있는 전압으로 변환되고 이어서 전압(V4)으로서 하나의 신호라인에 출력된다. 제어신호(B4)는 마이크로컴퓨터(6)에 의해 제어된 신호이며, 제어신호(B4)에 의해서 어느 전지가 선택되어야 할 것인지가 결정되고, 각각의 전지의 전압은 연속하여 하나의 신호라인으로 출력된다. 제어신호(B4)를 도 5에 하나의 라인으로 도시하였으나, 복수의 신호라인으로 구성되는 경우가 있다. 전환 스위칭 회로(33) 내에 스위치를 도시한 도 5의 도면은 개략적으로 표현된 것이며, 전지전압 각각이 출력될 수 있도록 스위치를 구성한다면, 임의의 구조라도 사용될 수 있다.

제어회로(5)는 "전원전압 스위칭 기능", 마이크로컴퓨터와 통신기능 및 각각의 제어블록에 대한 제어기능", "아날로그 신호 스위칭 기능", 및 "데이터 리셋 기능"을 갖는다.

도 6은 제어회로(5)의 구조예를 도시한 것이다. 제어회로(5)의 "전원전압 스위칭 기능"은 비교기(35)로 충전기의 전압(E1)을 2차전지들의 전체 전지전압(E2)와 비교하고, 그 결과에 기초하여 스위칭 소자(36, 37)를 전환하며, 이의 더 높은 전압을 레귤레이터(1)의 전원전압으로서 E3로 출력한다.

"마이크로컴퓨터와 통신기능 및 각각의 회로 블록에 대한 제어기능"은 도 6에 도시된 직렬/병렬 변환회로(39)로 직렬 데이터 신호(DA)(마이크로컴퓨터(6)로부터)를 병렬 데이터 신호(D5 내지 D0)로 변환하며, 논리 회로(40)에 의해서 이들 병렬 데이터 신호를 각각의 회로블록에 대한 제어신호(B1, B3, B4, F1, F2, H)로 변환한다.

마이크로컴퓨터(6)로부터 통신신호는 도 7에 도시한 바와 같이 예를 들면 타이밍 클럭신호(TK) 및 직렬 데이터 신호(DA)로 구성되며, 타이밍 클럭신호(TK)가 하이일 때 직렬 데이터 신호(DA)는 마이크로컴퓨터(6)로부터 전송된 명령신호이다. 도 7의 예에서, 하나의 명령은 6비트 직렬 데이터로 구성된다. 신호의 시간축은 우측에서 좌측 방향이며, D0는 시간적으로 이전의 신호이며 D5는 시간적으로 나중의 신호이다. 이 예에서, 하이는 "1"이고 로우는 "0"이라고 가정하고, D5 내지 D0는 "011010"의 데이터를 나타낸다.

도 8은 6비트 명령의 예를 도시한 것이다. 예를 들면, 전지상태 감시회로(14)가 초기화될 경우(리셋), "000000"의 데이터는 마이크로컴퓨터(6)로부터 D5 내지 D0으로서 전송된다. 충전전류를 감시할 경우, "101100"의 데이터는 마이크로컴퓨터(6)로부터 D5 내지 D0으로서 전송된다. 도 7 및 도 8의 마이크로컴퓨터(6)의 명령이 6비트로 형성될지라도, 명령은 6비트로 형성되지 않을 수도 있다. 또한, 마이크로컴퓨터로부터 전송된 신호의 수가 TK 및 DA로 구성된 2개일지라도, 2개가 아닐 수도 있다. 또한, 마이크로컴퓨터로부터 전송된 명령은 도 8에 의해 한정되는 것은 아니며, 하이 및 로우의 논리는 다를 수도 있다.

도 6의 논리 회로(40)는 각각의 회로블록(예를 들면, 전류 감시기 회로(3), 등)에 제어신호(예를 들면, B3 등)에 전송하도록 동작하며, 도 8에 도시한 명령과 부합하도록 논리소자(예를 들면, NAND 회로, NOR 회로, 인버터, 등)를 사용하여 병렬 데이터 신호(D5 내지 D0)을 논리적으로 구성한다. 예를 들면, 충전전류 감시기의 "101100"의 명령의 경우, B3만이 하이로 설정되며, 다른 제어전압(B1, B4, F1, F2 및 H)는 변경되지 않는 로직에 의해서 구성된다.

제어회로(5)의 "아날로그 신호 스위칭 기능"은 전류 감시기 회로(3)의 출력신호(A3) 및 도 1에 도시한 전지전압 감시기 회로(4)의 출력신호(A4)를, 도 6의 논리 회로(40)에 의해 처리된 신호 H로 스위칭 소자(41, 42)를 스위칭함으로써 아날로그 신호(AN)로서 마이크로컴퓨터(5)에 전송한다. 아날로그 신호(AN)의 출력은 마이크로컴퓨터(6)로부터 신호(TK, DA)에 응하여 충전전류, 방전전류 및 각각의 전지전압 중 어느 하나를 선택하도록 설계된다.

제어회로(5)의 "데이터 리셋 기능"은 도 1의 레귤레이터(1)의 출력전압(E4)이 마이크로컴퓨터(6)의 리셋 검출전압보다 낮을 때 변하는 신호(RS)에 의해서, 도 6에 도시한 직렬/병렬 변환회로(39)의 병렬 데이터 신호(D5 내지 D0) 전부를 0으로 설정한다(제어회로(5) 내의 데이터를 초기화한다). 그러면, 초기화된 상태에서, 도 6의 논리회로(40)의 로직은 도 1에 도시한 충전 및 방전동작을 제어하는 스위칭 소자(12, 13)을 턴오프하도록 설계된다.

제어회로(5)의 "데이터 리셋 기능"이 수행될 때, 마이크로컴퓨터(6)에 입력신호(AN)는 로우로 된다. 이 상태는 레귤레이터(1)의 출력전압(E4)이 마이크로컴퓨터(6)의 리셋 검출전압을 초과할 때까지 유지되어 마이크로컴퓨터(6)가 동작하기 시작하여 소정의 데이터를 요청한다. 따라서, 파워 온 클리어는 마이크로컴퓨터가 동작하기 시작할 때 항상 수행된다. 마이크로컴퓨터(6)의 데이터 요청기능이 작동하지 않고 동작하지 않을지라도, 입력신호(AN)의 로우 상태는 그대로 유지된다. 따라서, 마이크로컴퓨터(6)가 오류 입력신호(AN)를 입력하여 오기능하는 경우는 없으며, 따라서 전지팩의 안전성이 향상된다. 즉, 본 발명에서, 신호(RS)는 마이크로컴퓨터(6)의 리셋 및 입력신호(AN)의 파워 온 클리어가 동시에 제어될 수 있게 할 수 있다.

도 1에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컴퓨터(6)는 전지전압, 2차전지(7 내지 10)의 충전전류 및 방전전류을 감시하는 기능 및 이들 정보로부터 2차전지(7 내지 10)의 잔류용량을 계산하는 기능을 갖는다. 마이크로컴퓨터(6)는 A/D 변환 및 산술연산 기능, 통신기능 등을 갖고 있으며 회로(5)를 제어하기 위해서 명령신호(TK, DA)를 제어회로(5)에 보내며, 전류 감시기 회로(3) 및 전지 전압 감시기 회로(4)로부터 아날로그 신호(A3 및 A4)를 아날로그 신호(AN)로서 출력한다. 또한, 마이크로컴퓨터(6)는 충전전류 및 방전 전류를 일체로 하여, 아날로그 신호(AN)을 입력하고 입력된 아날로그 신호(AN)에 대해 A/D 변환을 수행한 후 각각의 전지전압에 관해 2차전지의 잔류용량을 계산한다.

더욱이, 마이크로컴퓨터(6)는 각각의 전지전압 및 2차전지(7)의 방전전류를 감시하며 각각의 2차전지의 전압 및 방전전류에 따라 스위칭 소자(12, 13)의 온/오프 동작을 제어함으로써 전지장치(22)를 보호하도록 한다.

마이크로컴퓨터(6)은 전지장치(22)의 보호기능(과충전 보호, 과방전 보호 및 과전류 보호)의 안전성을 떠 맡고 있기 때문에, 전지장치(22)는 마이크로컴퓨터(6)가 정지 또는 고장이 나 보호기능을 행하지 않는 최악의 경우 폭발할 가능성이 있다. 이러한 상황에서, 마이크로컴퓨터(6)가 정지하게 되는 저 전원전압의 경우 혹은 마이크로컴퓨터(6)의 전원전압이 저전압으로부터 상승하게 되는 경우(예를 들 면, 전원전압이 한번 리셋 검출전압보다 낮은 상태로부터 복귀하는 경우, 마이크로컴퓨터(6)의 전원전압이 0V로부터 상승하는 경우, 등), 마이크로컴퓨터(6)가 정지 또는 고장이 나도 전지장치(22)를 안전하게 제어하기 위해서, 전압 검출회로(2)에 의해 리셋이 이루어져 스위칭 소자(12, 13)을 턴오프하도록 한다. 그러면, 충전기(21)가 접속되어, 마이크로컴퓨터(6)가 정상적으로 동작하게 되는 전압 또는 이 이상의 전압으로 되게 마이크로컴퓨터(6)에 인가될 전원전압(E4)이 상승한 후에는 명령신호가 마이크로컴퓨터(6)에서 제어회로(5)로 전송되어 스위칭 소자(12, 13)을 턴온한다. 예를 들면, 도 8의 예에서, 마이크로컴퓨터(6)는 명령신호 "100111"를 제어회로(5)로 보내어 처음으로 스위칭 소자(12, 13)을 턴온시킨다.

상기 동작은 마이크로컴퓨터(6)가 스위칭 소자(12, 13)을 턴온시키는 명령을 전송하고 있는 한 스위칭 소자(12, 13)가 턴오프된 상태로 유지되게 하기 때문에, 충전동작이나 방전동작을 할 수 없게 하는 상태는 예를 들면 마이크로컴퓨터(6)가 정지 또는 고장이 나서 제어를 할 수 없게 되었을 지라도 연속적으로 유지된다. 이러한 식으로, 마이크로컴퓨터(6)가 정지 또는 고장이 난 경우에도, 전지장치(22)의 안전을 보장할 수 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(6)가 리셋상태로 복귀할 때, 스위칭 소자(12, 13)은 스위칭 소자(12, 13)가 오프된 상태부터 시작하여 마이크로컴퓨터(6)가 완전히 안전하게 동작한 후에 턴온되기 때문에, 측정될 수 없는 충전전류 또는 방전전류는 제거되고, 그럼으로서 2차전지의 잔류 용량계산의 정확성이 개선된다.

이어서, 이 실시예의 동작을 도 9 및 도 10을 참조하여 기술한다. 도 9는 이 실시예의 동작 타이밍을 보인 도면이다. 횡축은 시간을 나타내며 종축은 전압을 나타낸 것으로 전제 전지전압 및 레귤레이터(1)의 출력전압을 도시한 것이다. 시간 0 내지 ta의 기간 동안, 전류는 전지장치(22)에서 부하(20)로 공급되며, 전체 전지전압은 시간이 경과함에 따라 떨어진다. 시간 ta에서, 전제 전지전압은 레귤레이터(1)의 출력전압과 동일하게 된다. 시간 taa에서, 레귤레이터(1)의 출력전압은 전압 검출회로(2)의 검출전압(마이크로컴퓨터의 리셋 검출전압)에 도달한다. 이 때, 전압 검출회로(2)의 출력전압(RS)는 마이크로컴퓨터(6)로의 입력신호(AN)가로우로 리셋되도록 마이크로컴퓨터(6)를 리셋하고 또한 제어회로(5)를 리셋하도록 변경된다.

이어서, 시간 tb에서, 충전기(21)가 접속된다. 도 1에 도시한 바와 같이 구성된 전지장치(22)에서, 충전기(21)가 접속되는 즉시 충전기의 전압 또는 전체 전지전압 중 더 높은 전압이 레귤레이터(1)의 입력에 인가된다. 충전기(21)의 전압이 레귤레이터(1)의 원하는 출력전압(예를 들면, 3.3V 또는 5V)보다 높다면, 레귤레이터(1)는 충전기(21)가 접속되는 즉시 원하는 일정한 전압(예를 들면, 3.3V 또는 5V)을 마이크로컴퓨터(6)에 인가한다. 전압 검출회로(2)는 레귤레이터(1)의 출력전압을 감시하며, 레귤레이터(1)의 출력전압이 마이크로컴퓨터(6)가 정상적으로 동작하게 되는 전압(마이크로컴퓨터(6)의 리셋 해제 전압 또는 그 이상의 전압)이 되면, 전압 검출회로(2)의 출력(RS)는 반전되고, 마이크로컴퓨터(6)는 동작하기 시작한다. 이 때, 입력신호(AN)은 아직 로우로 유지되고 있다. 이어서, 마이크로컴퓨터(6)가 자기진단을 통해 정상인 것으로 인식한 후에, 마이크로컴퓨터(6)는 소정의 데이터 요청 명령을 시간 tc에서 제어회로(5)에 보낸다. 제어회로(5)는 신호를 처리한 후 데이터를 전류 감시기 회로(3) 및 전지전압 감시기 회로(4)로 보낸다. 수신된 데이터에 응하여, 전류 감시기 회로(3) 및 전지전압 감시기 회로(4)는 대응하는 데이터를 제어회로(5)로 다시 출력한다. 먼저 데이터를 수신하였을 때, 제어회로(5)는 소정의 신호(AN)을 마이크로컴퓨터(6)에 출력한다. 즉, 마이크로컴퓨터(6)가 안정된 동작으로 된 후에 파워 온 클리어가 해제되기 때문에, 2차전지의 잔류용량 계산의 정확성이 개선된다.

도 10은 도 9의 동작흐름을 보인 도면이다. 시간 ta에서, 전체 전지전압은 전류를 부하에 공급함으로써 레귤레이터의 출력전압과 동일하게 되며, 그후 방전동작이 진행되고, 레귤레이터(1)의 출력전압이 전압 검출회로(2)의 검출전압(리셋 검출전압)이 되거나 시간 taa에서 낮아질 때, 리셋 신호(RS)는 하이에서 로우로 바뀐다.

마이크로컴퓨터(6)는 리셋신호(RS)에 따라 리셋되며, 동시에 제어회로(5)는 입력신호(AN)을 로우가 되게 리셋된다.

그후, 충전기(21)가 접속되었을 때, 충전기(21)의 전압(전제 전지전압보다 높은 전압 또는 레귤레이터(1)의 원하는 전압)이 레귤레이터(1)의 입력에 인가되기 때문에, 레귤레이터(1)의 출력전압은 리셋 해제전압 또는 그 보다 높은 전압으로 된다(원하는 전압이 된다).

그후, 마이크로컴퓨터(6)는 리셋상태로 복귀하여 자기진단을 수행한다. 마이크로컴퓨터의 자기진단 결과로서 NG가 되면, 마이크로컴퓨터(6)로부터 소정의 데 이터를 요청하는 명령이 전송되지 않기 때문에, 입력신호(AN)은 로우로 유지된다.

마이크로컴퓨터(6)의 자기진단의 결과로 OK가 주어지면, 마이크로컴퓨터(6)로부터 소정의 데이터를 요청하는 명령이 제어회로(5)에 전송된다. 이 때, 어느 명령도 전송되지 않으면, 입력신호(AN)은 로우로 유지되며, 명령이 전송되면, 입력신호(AN)은 데이터 요청에 대응하는 소정의 값으로 된다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 이 실시예에서, 마이크로컴퓨터(6)은 전지상태 감시회로(14)와는 다른 구성요소로서 구성된다. 구성요소 및 동작원리는 도 1에 기술된 실시예의 것들과 완전히 동일하다. 이러한 식으로, 본 발명에 따른 전지장치에서, 모든 기능을 하나의 구성요소(IC)로 제공하는 것이 효과적이며, 마이크로컴퓨터 및 스위칭 소자가 기판에 장착되어 복수의 구성요소를 제공할지라도 동일한 효과가 얻어진다.

도 11에 도시한 실시예에서, 여러 가지 형태의 마이크로컴퓨터(6)를 함께 결합할 수 있다. 마이크로컴퓨터(6)가 일단 리셋되어 복귀되었을 때, 불안정한 입력신호(AN)가 그대로 있다면, 동작을 시작하지 않은 마이크로컴퓨터(6)가 선택될지라도, 본 발명에서 불편함은 전혀 발생하지 않는다. 본 발명은 결합될 마이크로컴퓨터가 선택되는 범위가 넓다는 점에서 매우 효과적이다.

도 1 및 도 11에 도시한 실시예 형태에서, 각각의 2차전지(7 내지 10)가 직렬로 접속되는 구성예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 복수의 2차전지가 병렬로 접속되는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.

본 발명에 따라, 마이크로컴퓨터(6)가 다른 회로블록과 일체로 되어 있어(원 칩) 마이크로컴퓨터(6)를 다른 회로블록과 구별하기기 어렵더라도, 2차 전지의 전지전압, 충전전류 및 방전전류를 감시하는 기능 및 이들 정보로부터 2차전지의 잔류용량을 계산하는 기능을 갖는 회로블록을 마이크로컴퓨터로서 적용할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 전지장치가 장착되는 전자장비의 실시예를 도시한 설명도이다. 도 12에서, 전지장치(22)는 전원으로서, 전자장비인 노트북 형태의 개인용 컴퓨터(99)에 조립된다. 전지상태 감시회로(14)는 전지장치(2)에 조립된다. 기존의 노트북 형태의 개인용 컴퓨터에 주로 장착되는 리튬 2차전지에서, 리튬의 높은 응답성 때문에 화재, 폭발 등의 위험이 지적된다. 즉, 노트북 형태의 개인용 컴퓨터의 안전성은 주로 전지장치의 안전성에 의해 결정되며, 노트북 형태의 개인용 컴퓨터의 안전성이 향상되어 간다면, 전지상태 감시회로 및 전지장치의 안전성을 향상시키는 것은 필수인 것이다. 그러나, 본 발명의 전지상태 감시회로 및 전지장치는 상기 기술된 바와 같이 안전성이 높으며, 노트북 형태의 개인용 컴퓨터의 전지로서는 최적이며, 노트북 형태의 개인용 컴퓨터의 안전성에 크게 기여한다. 따라서, 본 발명은 전지장치와 조립되는 노트북 형태의 개인용 컴퓨터(99)에 적용된다.

또한, 본 발명은 마이크로컴퓨터들을 선택할 수 있는 범위가 넓다는 점에서 우수하며, 예를 들면 전지 잔류용량 계산기능을 노트북 개인용 컴퓨터의 마이크로컴퓨터로 수행하는 것이 가능하다. 이러한 점에서, 본 발명의 전지장치는 전지장치와 조립되는 전자장비에 크게 관련되어, 본 발명의 적용되는 범위가 넓다.

도 12에 도시한 노트북 형태의 개인용 컴퓨터(99)는 전자장비의 단지 한 예 를 도시한 것이며, 본 발명은 동일한 이유로 노트북 형태의 개인용 컴퓨터이외의 전자장비에 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지상태 감시회로 및 전지장치에서, 전압 검출회로(2A)의 출력신호는 또한 파워 온 클리어 신호로서 기능하기 때문에, 마이크로컴퓨터의 전원전압이 낮거나 마이크로컴퓨터의 전원전압이 낮은 상태에서 상승하고 있는 경우, 마이크로컴퓨터로의 입력신호는 초기상태로 설정될 수 있다. 따라서, 전지상태 감시회로, 전지팩 또는 전지팩이 조립되는 전자장비에 높은 안전성이 제공될 수 있다. 또한 전지상태 감시회로에 결합될 수 있는 마이크로컴퓨터들이 선택되는 범위가 넓어진다.

Claims (14)

1. 충전 및 방전될 수 있는 2차전지의 전류를 조정하는 전류제한 수단을 제어하며, 상기 2차전지의 상태를 감시하는 전지상태 감시회로에 있어서, 적어도

   상기 2차전지의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 감시하여 2차전지 정보를 출력하는 상태 감시수단;

   상기 상태 감시수단으로부터 입력된 상기 2차전지 정보를 변환하여 출력하는 제어회로;

   상기 제어회로에 의해 변환되어 입력된 상기 2차전지 정보를 계산하고 이 계산 결과에 기초하여 상기 전류 제한 수단을 제어하는 정보처리 수단; 및

   필요할 경우 상기 제어회로 및 상기 정보처리 수단을 리셋 또는 리셋 해제하는 리셋 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어회로는 상기 리셋회로로부터 리셋 명령이 입력되었을 때 소정의 초기값을 출력하고 상기 리셋회로로부터 리셋 해제명령이 입력되었을 때 상기 정보처리 수단으로부터 2차전지 정보 요청 명령을 입력받아 리셋을 해제하고 상기 2차전지 정보를 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류제한 수단은 스위칭 트랜지스터를 포함하여, 상기 2차전지의 충전전류 및 방전전류 중 적어도 하나를 턴온/오프할 수 있는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
4. 충전 및 방전될 수 있는 2차전지 및 상기 2차전지의 전류를 조정하는 전류 제한 수단이 외부단자들인 플러스 단자와 마이너스 단자 사이에 접속되고,

   제1항에 청구된 전지상태 감시회로가 상기 전류 제한 수단을 제어하고 상기 2차전지의 상태를 감시하도록 제공된 것을 특징으로 하는 전지장치.
5. 정보처리 수단을 구비하고, 상기 정보처리 수단으로부터의 명령신호에 따라 충전 및 방전전류를 제어하는 스위칭 소자를 턴온/오프함으로써 2차전지로의 충전 및 방전전류가 제어되도록 구성된 전지상태 감시회로에 있어서,

   상기 정보 처리 수단의 전원전압이 소정의 전압보다 낮을 때, 또는 상기 정보처리 수단의 전원전압이 상기 소정의 전압보다 낮지 않아도 상기 정보처리 수단의 전원전압이 상기 소정의 전압보다 낮은 전압부터 상승할 때, 상기 충전 및 방전전류를 제어하는 스위칭 소자는 오프상태로 유지되며, 상기 스위칭 소자는 상기 정보처리 수단이 상기 스위칭 소자를 턴온하기 위한 명령을 전송할 때까지 오프상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
6. 플러스 단자, 마이너스 단자, 충전 및 방전전류를 제어하는 스위칭 소자, 2차전지, 상기 충전 및 방전전류를 감시하는 감지 저항기 및 전지상태 감시회로를 구비하고 있고, 정보 처리 수단으로부터의 명령 신호에 의해 상기 충전 및 방전전류를 제어하는 스위칭 소자가 턴온/오프되어 상기 2차전지로의 충전 및 방전전류를 제어하는 전지장치에 있어서,

   상기 정보처리 수단의 전원전압이 소정의 전압보다 낮을 때, 또는 상기 정보처리 수단의 전원전압이 상기 소정의 전압보다 낮지 않아도 상기 정보처리 수단의 전원전압이 상기 소정의 전압보다 낮은 전압부터 상승할 때, 상기 충전 및 방전전류를 제어하는 스위칭 소자는 오프상태로 유지되며, 상기 스위칭 소자는 상기 정보처리 수단이 상기 스위칭 소자를 턴온하기 위한 명령을 전송할 때까지 오프상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 전지장치.
7. 전지상태 감시회로에 있어서,

   충전 및 방전회로에 직렬로 접속되어, 스위칭 제어신호에 따라 상기 충전 및 방전회로를 개방/폐쇄하는 스위칭 소자;

   각 부를 제어하고 상기 스위칭 제어신호에 대응하는 제어신호를 출력하는 정보처리 수단;

   전원회로에 접속되어, 상기 전원회로의 전원전압이 소정의 전압보다 낮음을 검출하여 리셋 신호를 상기 정보처리 수단에 출력하는 전원전압 검출회로; 및

   상기 전원전압 검출회로, 상기 정보처리 수단 및 상기 스위칭 소자에 접속되어, 상기 전원전압 검출회로로부터 상기 리셋신호가 입력되었을 때 상기 스위칭 소자를 턴오프하기 위해 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
8. 전지상태 감시회로에 있어서,

   충전 및 방전회로에 직렬로 접속되어, 스위칭 제어신호에 따라 상기 충전 및 방전회로를 개방/폐쇄하는 스위칭 소자;

   각 부를 제어하고 상기 스위칭 제어신호에 대응하는 제어신호를 출력하는 정보처리 수단;

   전원회로에 접속되어, 상기 전원회로의 전원전압이 소정의 전압보다 낮음을 검출하여 리셋 신호를 상기 정보처리 수단에 출력하는 전원전압 검출회로; 및

   상기 전원전압 검출회로, 상기 정보처리 수단 및 상기 스위칭 소자에 접속되어, 상기 전원전압 검출회로로부터 상기 리셋신호가 입력되었을 때 상기 스위칭 소자를 턴오프하기 위한 상기 스위칭 제어신호를 출력하며, 상기 리셋신호가 입력되지 않았을 때 상기 정보처리 수단으로부터 출력된 상기 제어신호에 기초하여 상기 스위칭 제어신호를 출력하는 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 2차전지에 접속된 측의 상기 충전 및 방전회로의 전압과 충전기에 접속된 측의 상기 충전 및 방전회로의 전압을 입력받아, 이들 전압 중 더 높은 전압을 선택하여 이 선택된 전압을 상기 정보처리 수단의 전원회로에 공급하는 전원전압 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지상태 감시회로.
10. 제7항 또는 제8항에 청구된 전지상태 감시회로를 포함하고, 상기 전지상태 감시회로의 충전 및 방전회로의 일단에 2차전지가 접속되고, 상기 충전 및 방전회로의 타단에 충전기를 접속하기 위한 충전단자가 제공된 것을 특징으로 하는 전지장치.
11. 제4항에 청구된 전지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장비.
12. 제11항에 있어서, 상기 전자장비는 CPU를 구비하고 있고, 상기 CPU는 상기 전지상태 감시회로의 정보처리 수단으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 전자장비.
13. 제10항에 청구된 전지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장비.
14. 제13항에 있어서, 상기 전자장비는 CPU를 구비하고 있고, 상기 CPU는 상기 전지상태 감시회로의 정보처리 수단으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 전자장비.

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