KR100665167B1

KR100665167B1 - 전지 장치

Info

Publication number: KR100665167B1
Application number: KR1020017004263A
Authority: KR
Inventors: 나카시모다카오; 무카이나카노히로시
Original assignee: 세이코 인스트루 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2007-01-04
Also published as: JP3522162B2; TW521467B; US6489749B1; CN1319274A; JP2001054242A; HK1041118B; KR20010085881A; WO2001011753A1; HK1041118A1; CN1197217C

Abstract

리티움이온 이차전지의 잔량을 계산할 수 있는 전지장치의 안전성향상과 소비전류의 저감에 관한 것이다. 충방전 전류가 소정의 값 이하가 된 경우에는, 전류 감시회로를 포함한 회로가 전류 소비를 감소시키도록 동작한다. 이 때에 전류 감시회로가 동작을 정지한다. 제어회로가 미분회로에 접속되어 있고 센스 저항의 양단 간의 전압이 변화하였을 때에는, 충방전 전류 감시 회로를 다시 동작시킨다. 이 해결수단으로, 전류 소비를 제한하고 동시에 전류 감시의 정밀도를 개선할 수 있다.

Description

전지 장치{Battery device}

본 발명은 리티움 이온 이차전지와 같은 이차전지의 잔량을 계산할 수 있는 전지 장치 및 전지상태감시회로에서 안전성향상 및 소비전류를 저감하는 기술에 관한 것이다.

종래의 전지상태감시회로로서는, 도2의 회로도에 도시한 바와 같은 장치가 알려지고 있었다. 이러한 구성은, 예컨대, 일본 특허 출원 공보 제9-312172호, "전지 팩, 충전기, 충전 시스템, 및 충전 방법"에 개시되어 있다. 이것은 "스마트 전지 시스템"이라고 불리는 전지 장치에 관련된 것이다.

스마트 전지 시스템에 사용되는 리티움 이온 이차전지는 니켈 카드늄 전지와는 달리 자기보호작용을 하지 않기 때문에 과충전 방지 회로가 필요하다. 전지 장치(22A)는 전지 전압을 측정하기 위한 전지 전압 감시 회로(4A)와 외부 충전기(21)를 통한 충전을 정지시키기 위한 스위치 소자(12)를 장착하고 있다.

전지 장치(22A)는 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 잔량 표시와 충전 정지 등의 제어를 한다. 마이크로컴퓨터(6A)는 전류 감시회로(3A)의 출력 전압(V3a)과 전지 전압 감시 회로(4A)로부터의 출력 전압(V4a)을 입력받는다. 마이크로컴퓨터(6A)는 입력 전압(V3, V4a)으로부터 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 충전 전류와 방전 전류 및 각각의 전지 전압을 계산하여 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 잔량을 산출할 수 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(6A)는 이차전지의 상태(정상, 과충전, 과방전, 과전류)에 따라 스위칭 소자(12, 13)의 온/오프 동작을 제어한다. 즉, 마이크로컴퓨터(6A)는 전지 장치(22A)의 보호 기능(과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 방지)을 제어한다.

전지 장치(22A)에서 전지 상태 감시 회로(14A)는 전원으로 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 총 전지 전압(VBa)을 갖는다.

마이크로컴퓨터(6A)의 전원으로서, 레귤레이터(1A)의 출력(V1a)이 입력된다. 이차 전지들(7, 8, 9, 10)의 총 전지 전압(VBa)이 전지 장치(22A)의 양극 단자(15)와 음극단자(17) 사이에 접속된 부하(20)의 상태에 따라 변하기 때문에, 총 전지 전압(Vba)이 레귤레이터(1A)에 의하여 3.3 V 또는 5.0 V와 같은 일정한 전압(V1a)으로 조절된 후에 마이크로컴퓨터(6A)에 공급된다.

마이크로컴퓨터(6A)는 전류 감시 회로(3A)의 출력 전류(I3a)를 입력으로 받아 출력 전류(I3a)에 따른 전지의 잔량을 계산한다. 일반적으로, 전류 감시 회로(3A)의 출력은 마이크로컴퓨터(6A)가 전지의 잔량을 계산하기 위하여 디지털 값으로 변환되어야 하는 아날로그 값이다. 이러한 이유 때문에, A/D 변환기 회로가 마이크로컴퓨터(6A)에 내장되어 있다.

상술한 바와 같이, 전지 상태 감시 회로(14A)의 전원이 이차전지들(7, 8, 9, 10)로부터 공급되기 때문에, 이 이차전지들로부터 전력이 소비된다.

또한, 이차전지들로부터의 충방전 전압/전류는 일정한 것이 아니라, 부하(20)의 상태나 충전기(21)의 상태에 따라 단시간에 크게 변한다. 이러한 이유로, 전지 상태 감시 회로(14A)는 이차전지들(7, 8, 9, 10)로부터의 충전 및 방전 전류를 보다 정확히 감시하기 위해서는, 마이크로컴퓨터(6A)에 내장되어 있는 A/D 변환기의 동작 주파수가 높아야 한다. A/D 변환기의 동작 주파수를 높게 설정하면, 마이크로컴퓨터(6A)의 전류 소비가 더욱 늘어나게 되고 이차전지로부터의 전력 소비도 더욱 늘어나게 된다.

이것 때문에, 마이크로컴퓨터(6A)안의 A/D 변환기와 충방전 전류 감시 기능을 정지하도록 하는 방법이 하나의 기술로 제안되었다. 이 기술을 사용하면 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 충방전 전류가 이차 전지의 전지 용량에 비교하여 예컨대 0~10 mA로 작을 때, 충방전 감시 회로(3A)를 포함한 전체 회로의 전류 소비가 감소하고, 이로써 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 전력 소비를 억제한다.

이러한 상태에선, 전지 상태 감시 회로(14A)의 소비 전류가 1/10 내지 1/1000까지 감소한다. 이러한 방법으로, 소비 전류가 감소한 상태를 "파워 세이브 모드(power save mode)"라고 한다.

그렇지만, 상기의 파워 세이브 모드에서 정상 동작으로 돌아올 때에는 어떤 조건들이 필요하다. 전지 상태 감시 회로(14A)를 정상 동작으로 돌아오게 하는 기능을 "웨이크-업(wake-up)"이라고 한다. 웨이크-업하는 조건은, 예컨대 "이차전지들(7, 8, 9, 10)의 충방전 전류가 1 암페어(ampere)를 넘었을 때"와 같이 설정된다. 이러한 조건에서, 충전기(21A)의 음극 전압(V21a)은 50 mV 보다 작은 값이다.

이러한 미소 전압을 검지하기 위해서, 전류 감시 회로(3A)는 웨이크-업 검출 전압의 변동을 작게 하기 위하여 오프셋(offset) 전압을 작게 해야 한다. 또한, 전류 감시 회로(3A)는 파워 세이브 모드일 때에도 동작하므로, 전류 소비를 줄여야 한다. 이러한 전류 감시 회로는 구성이 복잡하게 되어, 간단하고 염가인 회로에서는 실현되지 않는다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 충방전 전류의 값이 작게 되었을 때에는, 회로 전체의 소비 전류를 저감함과 동시에, 충방전 전류가 커졌을 때에는 전류 검출을 가능하게 하는 필터(filter)를 센스 저항단과 제어회로의 사이에 마련하도록 하였다.

충방전 전류의 값이 작을 때에는 전류 감시 회로만을 동작하는 방식으로 회로를 구성함과 동시에 센스 저항단과 제어회로전류의 입력단을 커패시터로 접속함으로써 충방전 전류가 변화하였을 때에는 전지 잔량을 검출하기 위한 모든 기능이 시작되도록 구성하였다.

도1은 본 발명에 의한 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치를 보여주는 도면이다.

도2는 종래의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치를 보여주는 도면이다.

도3은 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에 쓰이고 있는 레귤레이터의 회로도이다.

도4는 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에 쓰이고 있는 전류 감시 회로의 도면이다.

도5는 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에 쓰이고 있는 전지 전압 감시 회로의 도면이다.

도6은 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에 쓰이고 있는 제어회로의 도면이다.

도7은 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에 쓰이고 있는 마이크로컴퓨터와 제어회로사이의 통신신호의 타이밍 차트이다.

도8은 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 쓴 전지 장치에 쓰이고 있는 마이크로컴퓨터의 제어회로로 전송되는 명령신호들의 표이다.

도9는 충방전 전류 감시 회로 및 A/D 변환기 회로와 충방전 전류사이의 관계를 보인 그래프이다.

도10은 충방전 전류 감시 회로 및 A/D 변환회로와 충방전 전류사이의 관계를 보인 그래프이다.

도11은 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치의 다른 예를 게시한 회로도이다.

도12는 종래의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에서의 슬립 모드(sleep mode)와 웨이크-업 모드(wake-up mode)의 타이밍 챠트이다.

도13은 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에서의 웨이크-업 모드를 위한 회로도이다.

도14는 본 발명의 전지 상태 감시 회로 및 그것을 사용한 전지 장치에서의 웨이크-업 모드를 위한 회로의 타이밍 챠트이다.

본 발명을 보다 상세히 서술하기 위해서 첨부한 도면에 따라 설명한다.

도1은 본 발명을 적용한 전지 상태 감시 회로와 이것을 사용한 전지 장치의 구성 예를 도시한 것이다. 이하에 이 발명의 실시예를 도1에 따라서 설명한다. 도1에 있어서, 전지 장치(22)는 이차전지들(7, 8, 9, 10) (예컨대 리티움 이온 이차전지)를 복수개 직렬 또는 병렬로 접속한 것과, 전지 상태 감시 회로(14)와, 충방전제어를 위한 스위칭 소자(12, 13)등을 구비한 것이다. 실시예에서는, 4개의 이차전지들(7, 8, 9, 10)은 직렬로 접속되고, 이차전지(10)의 음극은 센스 저항(11)에 접속되어 있다. 센스 저항(11)의 다른 단자는 전지 장치(22)의 음극 단자(17)에 접속되어 있다. 이차전지(7)의 양극은 FET(Field Effect Transistor)와 다이오드로 구성된 스위칭 소자(13)에 접속되어 있다. 스위칭 소자(12)는 스위칭 소자(13)에 직렬로 접속되어 있고, 또한, 스위칭 소자(12)는 전지 장치(22)의 양극 단자(15)에 직렬로 접속되어 있다.

스위칭 소자(12, 13)는 전지 장치(22)의 양극 단자(15)와 음극 단자(17)에 접속되는 충전기(21)로부터의 충전이나, 이차전지들(7, 8, 9, 10)로부터의 부하 (20)에의 방전을 전지 상태 감시 회로(14)로부터의 제어신호에 의해서 제어한다. 예컨대, 이차전지(7, 8, 9, 10)에의 충전을 금지하는 때에는 스위칭 소자(12)를 오프로 하면 되고, 이차전지(7, 8, 9, 10)로부터의 방전을 금지하는 때에는 스위칭 소자(13)를 오프로 하면 된다.

스위칭 소자(12, 13)는 이차전지(10)의 음극과 센스 저항(11) 사이에 접속하더라도 좋다. 이 때 스위칭 소자(예컨대 FET)의 종류(n-채널, p-채널)를 접속되는 장소나 입력되는 제어신호에 적합하게 변경하는 것도 가능하다. 마찬가지로 센스 저항(11)을 전지 장치(22)의 양극 단자(15)와 스위칭 소자(12) 사이에 접속하는 것도 가능하다.

전지 상태감시회로(14)는 레귤레이터(1), 전압검출회로(2), 전류 감시 회로(3),전지 전압 감시 회로(4), 제어회로(5), 마이크로컴퓨터(6)등으로 구성된다.

레귤레이터(1)는, 예컨대, 도3에 도시한 바와 같이 저항(23, 24), 기준전압(25), 비교기(26), p-채널 드라이버(27)로 이루어져 있고, 입력전압(E1)이 변동하더라도 출력전압(E2)이 항상 일정(예컨대, 3.3 V나 5 V)하도록 동작한다. 또한, 제어신호(E5)에 의해 레귤레이터(1)의 출력을 온/오프로 제어할 수 있다.

레귤레이터(1)의 출력에는 전압검출회로(2)가 접속되어 있다. 전압검출 회로(2)는, 예컨대, 도1과 같이 비교기(60)와 기준전압(61)으로 이루어지며, 레귤레이터(1)의 출력전압(E2)이 어떤 설정전압(리셋 검출전압) 이하가 되면 출력(RS)이 하이(high)에서 로우(low)로 변화한다. 마이크로컴퓨터(6)는 이 출력(RS)에 변화가 일어난 경우, 동작을 정지하는 것으로 오동작을 미연에 막는다. 통상, 이러한 제어방법을 리셋(reset)이라고 부른다. 마이크로컴퓨터(6)의 리셋 검출전압이란 마이크로컴퓨터(6)가 오동작(폭주(run away))하지 않은 최저 동작전압이다. 예컨대, 일반적으로, 마이크로컴퓨터 (6)의 동작 전압이 5 V이면, 리셋 검출전압은 4.6 V 정도의 값이 된다.

전류 감시 회로(3)는 전지 장치(22)의 음극 단자(17)와 이차전지(10)의 음극 단자의 사이의 전압을 증폭하고 있다. 전지 장치(22)의 음극 단자(17)와 이차전지 (10)의 음극 단자의 사이에는 센스 저항(11)이 설치되어 있으며, 전류 감시 회로 (3)는 충방전 전류에 의하여 센스 저항(11)의 양단에 생기는 전압을 마이크로컴퓨터(6)가 읽기 가능한 전압으로 증폭하고, 증폭된 전압을 제어회로(5)에 전한다.

일반적으로 센스 저항(11)의 저항치는 수십 mΩ 정도로 작기 때문에, 전류 감시 회로(3)는 센스 저항(11)의 양단의 전압을 수십 배에서 수백 배로 증폭하여 제어회로(5)에 공급하고 있다.

도4에 전류 감시 회로(3)의 구성예를 도시한다. 센스 저항(11)의 양단에 생기는 전압(G1과 G2사이의 전위차)을 충전전류 감시증폭기(28) 및 방전전류 감시증폭기(29)로 증폭한다. 충전전류 감시증폭기(28)에 접속된 스위칭 소자(30)와 방전 전류 감시 증폭기(29)에 접속된 스위칭 소자(31)를 신호(C1)로 온/오프 시킴으로써, 충전전류 감시증폭기(28)로부터의 충전전류에 비례한 전압, 또는 방전전류 감시증폭기(29)로부터의 방전전류에 비례한 전압이 A1로부터 출력된다.

전지전압 감시회로(4)는 이차전지들(7, 8, 9, 10) 각각의 전압을 검출하여, 마이크로컴퓨터(6)가 읽기 가능한 전압으로 변환하여 A2로서 출력하고 있다.

도5에 전지전압 감시회로(4)의 일례를 도시하였다. 전지전압 감시회로(4)는 전환 스위칭 회로(33)와 전지전압 감시증폭기(34) 등으로 이루어진다. 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 각 전지전압을 전환 스위칭 회로(33)로 선택하고, 전지전압 감시증폭기(34)로 마이크로컴퓨터(6)가 읽기 쉬운 전압으로 변환하여, 전압 A2로서 출력한다. 이러한 상황에서, 마이크로컴퓨터(6)로 제어되는 제어신호(B2)에 의해서 어떤 전지를 선택하는가를 정하고, 각 전지의 전압이 순차적으로 출력된다. 도5에 제어신호(B2)는 하나의 선으로 그려져 있지만, 복수 신호의 모임인 경우도 있다. 또한, 도면에서 전환 스위칭 회로(33) 내부의 전환 스위치가 도식적으로 표현되었으며, 하나씩 전지 전압을 출력할 수 있도록 하는 스위치의 구성이면 어떠한 것이라도 상관없다.

도1의 본 발명의 실시예의 마이크로컴퓨터(6)는 이차전지(7, 8, 9, 10)의 전지 전압과 충방전 전류를 감시하는 기능과, 이들 정보로부터 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 잔량을 계산하는 기능을 갖는다.

마이크로컴퓨터(6)는 A/D변환, 연산기능 및 통신기능 등을 갖고 있다. 마이크로컴퓨터(6)는 제어회로(5)에 명령신호(TK, DA)를 전송함으로써, 제어회로(5)부터의 아날로그 신호인, 전류 감시 회로(3)로부터의 전압신호(A1), 전지 전압 감시 회로(4)로부터의 전압신호(A2)를 아날로그 신호(AN)로서 순차 선택 출력한다. 마이크로컴퓨터(6)는 아날로그 신호(AN)을 디지털 신호로 A/D 변환하며, 충전전류 및 방전전류를 적산하여, 각 전지 전압으로부터 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 잔량을 계산한다.

또한, 마이크로컴퓨터(6)는 이차전지들(7, 8, 9, 10)의 각 전지 전압이나 방전 전류를 감시하여, 각 이차전지의 전압과 방전전류에 응해서 스위칭 소자(12, 13)의 온/오프를 제어함으로써 전지장치(22)를 보호하고 있다. 마이크로컴퓨터(6)는 전지들의 충전전류 및 방전전류를 검출하기 위해서, A/D 변환을 하고 있다. 이 경우, 전류치를 정확히 감시하고자 하면 소비전류는 커진다. 이것을 도9와 도10을 참조하여 설명한다.

도9는 시간 t1의 간격으로, 도10은 시간 t2의 간격으로 전류 감시 회로(3)의 출력신호를 마이크로컴퓨터(6)로 A/D 변환하는 경우를 보인 것이다. 도9, 도10에 있어서 충방전 전류의 조건은 같고, 샘플링 간격시간은 t1 > t2로 되어있다. A/D 변환회로에서 충방전 전류를 보다 정확히 감시하기 위해서는, 동작간격을 짧게 하지 않으면 안 된다. 그렇지만, A/D 변환회로의 동작간격 t를 짧게 하면, 마이크로컴퓨터(6)의 소비 전류가 커져 버린다. 즉, 충방전 전류를 검출하는 정밀도를 올리면 소비전류가 커지고, 반대로 소비전류를 제한하기 위해서 동작간격을 길게 하면 전류 검출 정밀도가 열화한다고 하는 문제가 발생한다.

그래서, 상기 문제를 해결하기 위하여, 충방전 전류가 소정의 값 이하가 되었을 때에는, 전류 감시회로(3) 이외의 회로에서의 전류 소비를 정지한다. 이 방법은, 소정의 조건에서, 시스템이 반가동상태가 된다. 이 상태를 슬립 모드(sleep mode)라고 부른다. 슬립 모드에서는 시스템 전체의 전류 소비가 저감된다.

충방전 전류가 작아서 시스템이 슬립 모드에 들어 갈 때에는, 전류잔량 감시기능이 정지하더라도 괜찮다. 따라서, 시스템에 슬립 모드를 도입하는 것으로, 저소비전류와 고정밀도 전지잔량 감시가 실현된다.

그렇지만, 이 시스템으로 문제가 되는 것은 슬립 모드로부터 해제되는 조건 및 회로이다. 이것에 관해서 도12를 사용하여 설명한다. 도12에서 시간 ta까지는 충방전 전류가 크기 때문에, 시스템은 정상의 동작을 하고 있다. 시간 ta에서 충방전 전류는 Isleep 이하가 되어 전지 상태 감시 회로(14)는 슬립 모드에 들어간다. 슬립 모드에 있서 전류 감시회로(3) 이외의 회로에서의 전류 소비는 정지하고, 시간 ta 이후의 소비전류가 저감된다.

도2와 같은 종래의 회로에서는, 시스템이 슬립 모드로부터 해제되는 것은, Isleep 이상의 전류값이 정지(stationary) 상태에서 발생한 경우이다. 이것 때문에, 충방전 전류 감시회로(3A)는 슬립 모드 동안에도 기능을 계속해야 한다. 이것 때문에, 슬립 모드를 마련하였다고 해도, 슬립 모드로부터 해제되기 위해서, 충방전 전류를 감시해야 하기 때문에 전류 감시회로(3A)는 전류를 소비한다. 즉, 슬립 모드를 마련하더라도 소비전류 저감이 실현되지 않는다.

그래서, 본 발명에서는 센스 저항(11)과 미분 회로(62)를 이용하여 슬립 모드의 해제를 하도록 하고 있다. 여기서는, 슬립 모드를 해제하는 기능을 웨이크-업 기능이라고 부른다.

도1에 도시한 바와 같이, 센스 저항(11)과 제어회로(5) 사이에 미분회로 (62)를 구성한다. 미분회로(62)는 커패시터(50)와 저항(51)으로 이루어진다. 미분회로(62)의 출력은 신호(G3)로서 전지 상태 감시 회로(14)의 제어회로(5)에 입력된다. 전류 감시회로(3)의 출력(A1)이 소정의 값 이하가 되었을 때에, 제어회로(5)는 전류 감시회로(3)의 기능을 정지하고, 전류 감시회로(3)가 전류를 소비하지 않도록 지시한다. 제어회로(5)가 전류 감시회로(3)를 다시 기동하는 것은, 상기 미분회로(62)로부터 신호가 다시 입력되었을 때가 된다.

미분회로(62)와 제어회로(5)의 기능을 도13을 사용하여 상세히 설명한다. 도13에 있어서, 전압원(52)은 도1의 센스 저항(11)의 양단의 전위차를 도식적으로 보여준다. 또한, 제어회로(5a)는 도1의 제어회로(5)의 일부 회로를 보여준다. 도면에서, 전압원(52)에서 발생한 전압(J1)의 변화는 미분회로(62)를 통하여 신호(G3)로서 전달된다. 이것이 도14에 나타나 있다. 신호(G3)는 제어회로(5a)에 입력되어, 제어회로(5a)에서 신호(C2)로서 출력된다.

마이크로컴퓨터(6)는 전지 장치(22)에서 보호기능(과충전 방지, 과방전 방지, 과전류 방지)의 안전성을 맡고 있다. 이것 때문에, 마이크로컴퓨터(6)의 정지나 고장 등에 의해, 상기의 보호기능이 동작하지 않게 되면, 전지장치(22)가 파손될 가능성이 있다. 그래서, 마이크로컴퓨터(6)가 정지하거나 고장나더라도, 전지장치(22)를 안전한 상태로 유지하기 위한 구성이 필요하다. 마이크로컴퓨터(6)가 정지할 정도의 낮은 전원전압의 경우나 마이크로컴퓨터(6)의 전원전압이 낮은 전압으로부터 높아진 경우, 예컨대, 전원 전압이 한번 리셋 검출전압을 하회한 상태로부터 복귀하는 경우나 마이크로컴퓨터(6)의 전원 전압이 0 V에서부터 높아진 경우 등은, 마이크로컴퓨터(6)가 전압검출회로(2)의 출력(RS)에 의하여 리셋되어 스위칭 소자들(12, 13)을 오프로 한다.

그 후, 충전기(21)가 전지장치(22)에 접속되어, 마이크로컴퓨터(6)의 전원전압인 E2가 높아져, 마이크로컴퓨터(6)가 정상으로 동작하는 전압 이상으로 되었을 때, 마이크로컴퓨터(6)로부터 제어회로(5)에 명령신호(TK, DA)를 보내어, 스위칭 소자들(12, 13)을 온하도록 명령한다.

상기와 같이, 마이크로컴퓨터(6)가 스위칭 소자들(12, 13)을 온하는 명령을 보내지 않은 한 스위칭 소자들(12, 13)은 오프한 채로 되기 때문에, 전지장치(22)의 안전성을 확보할 수가 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(6)가 리셋 상태로부터 복귀할 때, 스위칭 소자들(12, 13)은 오프의 상태이고, 마이크로컴퓨터(6)가 완전히 안정 동작하고 나서 스위칭 소자들(12, 13)을 온하기 때문에, 이차전지의 잔량 계산의 정밀도가 향상한다.

다음에, 본 실시예의 동작에 관해서 설명한다. 도9는 본 실시예의 동작 타이밍을 보이는 그래프이고, 횡축이 시간, 세로축이 전압을 나타내고 있고, 총 전지전압과 레귤레이터(1)의 출력전압이 도시되어 있다.

제어회로(5)는 상기의 웨이크-업 기능 외에 "전원전압의 스위칭 기능", "마이크로컴퓨터와의 통신기능 및 각 회로 블록의 제어기능", "아날로그 신호의 스위칭 기능", "데이터 리셋 기능" 등을 갖고 있다.

도6에 제어회로(5)의 구성예를 도시한다. 제어회로(5)의 "전원 전압의 스위칭 기능"은 충전기의 전압신호(E4)와 이차전지의 총 전지전압신호(E3)를 비교기(35)로 비교하여, 스위칭 소자들(36, 37)을 구동하고, 더 높은 전압을 E5로 출력하여, 레귤레이터(1)의 전원 전압으로 하는 것이다.

제어회로(5)의 "마이크로컴퓨터와의 통신기능 및 각 회로 블록의 제어기능"은 도6에 도시한 직렬-병렬 변환회로(39)에 의해서 마이크로컴퓨터(6)로부터의 직렬 데이터 신호(DA)를 병렬 데이터 신호(D5∼D0)로 변환하고, 또한, 논리회로(40)로 각 회로 블록에의 제어신호(B1, B3, B4, F1, F2, H)로 변환하는 것이다.

마이크로컴퓨터(6)로부터의 통신신호는 도7에 도시한 바와 같이 타이밍 클록 신호(TK)와 직렬 데이터 신호(DA)로 이루어진다. 타이밍 클록 신호(TK)가 하이일 때, 직렬 데이터 신호(DA)는 마이크로컴퓨터(6)로부터 전송된 명령신호이다.

도7의 예에서는 6 비트의 직렬 데이터로 하나의 명령을 구성하고 있다. 신호의 시간축은 오른쪽에서 왼쪽으로 향하고, DO가 시간적으로 앞서는 신호이고, D5가 시간적으로는 뒤의 신호이다. 이 예에서 하이를 "1"로 하고, 로우를 "O"으로 하면, D5∼DO는 "O11O1O"이라는 데이터가 설정되는 것이다.

도8에 6 비트 명령의 예를 도시한다. 예컨대, 전지 상태 감시 회로(14)를 초기화(리셋)하고자 하는 경우, 마이크로컴퓨터(6)로부터 D5∼D0가 "O000OO"로 되는 직렬 데이터 신호(DA)가 전송된다. 충전전류를 감시하고자 하는 경우에는 "1O11OO"로 되는 직렬 데이터 신호(DA)가 마이크로컴퓨터(6)로부터 전송된다. 도7과 도8에서 마이크로컴퓨터(6)의 명령을 6비트로 하였지만, 6비트 이외로 명령을 구성하더라도 좋다. 더우기, 이 예에서, 마이크로컴퓨터(6)로부터 보내져 오는 신호의 수를 2개로, 이들은 타이밍 클록 신호(TK)와 직렬 데이터 신호(DA)이다. 그렇지만, 제어는 2개 이외의 다른 신호를 포함할 수도 있다. 또한, 마이크로컴퓨터(6)로부터 보내져 오는 명령은 도8로 한정되는 것이 아니며, 하이와 로우의 논리가 다르더라도 좋다.

도6에 있어서의 논리회로(40)는 각 회로 블록(예컨대, 전류 감시회로(3))으로 제어신호를 보내는 기능을 가진다. 논리회로(40)는 병렬 데이터 신호(D5∼DO)를 논리소자(예컨대, NAND 회로, NOR 회로, 인버터 등)를 사용하여 도8에 도시한 명령에 맞도록 논리 합성한다. 예컨대, 충전전류 감시기의 명령이 "101100"인 경우는 B3만을 하이이고, 그 밖의 제어신호(B1, B4, F1, F2, H)는 변하지 않도록 논리구성된다.

제어회로(5)에서 아날로그 신호의 스위칭 기능은 신호 H에 응답하여 스위칭 소자(41, 42)를 스위치하며, 도1의 전류 감시회로(3)의 출력신호(A1)와 전지 전압 감시회로(4)의 출력신호(A2) 중 어느 하나를, 마이크로컴퓨터(6)에 아날로그 신호(AN)로서 보내는 것이다. 아날로그 신호(AN)의 출력은 마이크로컴퓨터(6)로부터의 신호(TK, DA)에 응답하여 충전전류, 방전전류 또는 각 전지 전압 중에서 어느것인가를 선택하도록 되어 있다.

제어회로(5)의 "데이터 리셋 기능"은 도1에 도시한 레귤레이터(1)의 출력 전압(E2)이 마이크로컴퓨터(6)의 리셋 검출전압을 하회하였을 때에, 전압검출회로(2)로부터 출력되는 신호(RS)에 응답하여, 도6에 도시한 직렬-병렬 변환회로(39)의 병렬 데이터 신호(D5∼DO)의 모두를 무조건 O으로 하는 (제어회로 5 내부의 데이터를 초기화하는) 것이다. 이 상태에서, 도6에 도시한 논리회로(40)의 논리는 충방전을 제어하는 스위칭 소자(12, 13)가 오프되도록 신호(F1,F2)를 출력한다.

도11은 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서는, 마이크로컴퓨터 (6)는 전지 상태 감시 회로(14)와는 다른 부품으로서 구성되어 있다. 구성요소와 동작원리는 도1에서 설명한 실시예와 완전히 같다. 이와 같이, 본 발명의 전지 장치는 하나의 부품(IC) 속에 모든 기능을 갖게 하더라도 유효하고, 기판상에 마이크로컴퓨터나 스위칭 소자 등을 설치하여, 복수개의 부품으로 구성하더라도 같은 효과가 얻어진다.

도1과 도11에 보이는 실시의 형태는, 각각의 이차전지들(7, 8, 9, 10)이 직렬에 접속된 경우의 구성예에 관해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 복수의 이차전지가 병렬로 접속된 경우에도 유사하게 적용할 수 있다.

본 발명은, 가령 마이크로컴퓨터(6)가 그 밖의 회로 블록들과 일체화(원칩화)하고 있어 다른 회로 블록과 식별이 곤란하였다고해도, 이차전지의 전지전압과 충전전류와 방전전류를 감시하는 기능과 그것들의 정보로부터 이차전지의 잔량을 계산하는 기능을 갖는 회로 블록을 마이크로컴퓨터라고 간주하고 적용할 수가 있다.

본 발명은, 이상 설명한 것과 같이, 이차 전지의 잔량을 계산할 수가 있는 전지 장치 및 전지 상태감시회로에서 충방전 전류 검출 정밀도를 희생하는 일없이, 소비전류를 저감할 수 있기 때문에, 전지 장치로부터의 전류소비가 작게 되어, 정확한 전지잔량계측을 장시간 할 수 있는 전지 장치와 전지 상태 감시 회로를 공급할 수 있다.

Claims

이차 전지와, 상기 이차 전지의 충방전을 제어하는 스위치 소자와, 상기 이차 전지의 전지 전압을 감시하는 전지 전압 모니터 회로와, 상기 이차 전지의 충방전 전류를 센스하기 위한 센스 저항과, 상기 센스 저항의 양단을 모니터하여 충방전 전류를 감시하는 전류 모니터 회로와, 상기 전지 전압 모니터 회로 및 전류 모니터 회로의 출력을 받아 충방전을 제어하는 제어 회로와, 상기 센스 저항과 상기 제어 회로 간에 접속된 미분 회로로 이루어지는 전지 장치에서, 충방전 전류가 임계값 이하인 경우에 상기 전류 모니터 회로의 동작을 정지하는 슬립 모드로 되고, 또한 충방전 전류가 증가했을 때에 상기 미분 회로의 출력에 의해 상기 슬립 모드를 해제하는 것을 특징으로 하는 전지 장치.
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