KR101022630B1

KR101022630B1 - 배터리 팩, 배터리 보호 처리 장치, 및 배터리 보호 처리장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR101022630B1
Application number: KR1020040092325A
Authority: KR
Inventors: 사또히데유끼; 쯔찌야유끼오; 나까미찌류지; 나가시마오사무; 고이데도시히로
Original assignee: 맥심 저팬 가부시끼가이샤; 소니 주식회사
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-03-16
Also published as: EP1746702B1; EP1746702A3; EP1533882B1; HK1078994A1; TW200531397A; EP1750345A3; EP1750344A3; TWI305696B; ES2314347T3; US7579811B2; KR20050046605A; EP1746702A2; ATE413006T1; ES2435772T3; EP1533882A3; JP4059838B2; EP1750345B1; EP1533882A2; CN100568662C; JP2005151696A

Abstract

이차 전지의 보호 기능을 주로 소프트웨어 제어에 의해 안정적으로 실현하여, 회로의 실장 면적이나 부품 비용, 소비 전력이 삭감된 배터리 팩을 제공한다. 마이크로컴퓨터(30)는, AD 컨버터(38)로부터 출력되는, 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 전압값에 기초하여, 이차 전지가 과충전 상태, 통상 동작 상태 및 과방전 상태 중 어느 상태인지를 판별하고, 판별한 상태에 따라서, FET 드라이버(42)를 통하여 방전 전류 차단 수단 및 충전 전류 차단 수단의 동작을 제어한다. 또한, 과전류 검출 회로(20)는 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에, 마이크로컴퓨터(30)에 의한 제어보다 우선적으로 방전 전류 차단 수단을 차단 상태로 되도록 제어한다.

마이크로컴퓨터, 배터리 셀, 이차 전지, 방전 전류, 과전류, AD 컨버터

Description

배터리 팩, 배터리 보호 처리 장치, 및 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법{BATTERY PACK, BATTERY PROTECTION PROCESSING APPARATUS, AND CONTROL METHOD OF THE BATTERY PROTECTION PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩의 내부 구성 예를 도시하는 도면.

도 2는 통합 처리 회로의 내부 구성 예를 도시하는 블록도.

도 3은 충전 시에 있어서의 배터리 셀의 전압 변화를 나타내는 그래프.

도 4는 리세트 회로로부터의 출력 신호와, 배터리 셀 및 마이크로컴퓨터의 전원 전압의 관계를 나타내는 도면.

도 5는 마이크로컴퓨터의 기동 시 및 안정 동작 시에 공급되는 전원의 경로를 모식적으로 도시하는 도면.

도 6은 기동 직후에 있어서의 마이크로컴퓨터의 처리의 흐름을 설명하는 흐름도.

도 7은 배터리 셀의 전압에 따른 상태 천이를 설명하기 위한 도면.

도 8은 상태 천이 제어의 흐름을 자세히 설명하기 위한 도면.

도 9는 과전류 검출 회로의 내부 구성 예를 도시하는 도면.

도 10은 비디오 카메라의 동작 시에서의 소비 전류의 변화를 도시하는 그래 프.

도 11은 연료계의 내부 구성 예를 도시하는 도면.

도 12는 마이크로컴퓨터의 동작 모드의 변화를 설명하기 위한 도면.

도 13은 마이크로컴퓨터에 의한 처리의 전체의 흐름을 설명하는 흐름도.

도 14는 마이크로컴퓨터에 의한 배터리 보호 처리의 흐름을 설명하는 흐름도.

도 15는 마이크로컴퓨터에 의한 배터리 잔량 산출 처리의 흐름을 설명하는 흐름도.

도 16은 직렬 접속한 복수의 배터리 셀을 이용한 경우의 배터리 팩의 내부 구성 예를 도시하는 도면.

도 17은 리튬 이온 이차 전지에 있어서의 방전 시 및 과전류 발생 시의 전압 및 전류의 변화 예를 나타내는 그래프.

도 18은 종래의 배터리 팩의 내부 구성 예를 도시하는 도면.

도 19는 종래의 배터리 팩에 있어서의 배터리 셀의 상태를 모식적으로 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 배터리 셀

2 : 통합 처리 회로

3 : 서미스터

4 : 컨트롤 단자

10 : 전원 회로

11 : 차지 펌프 회로

12 : 리니어 레귤레이터

13, 14 : 리세트 회로

20 : 과전류 검출 회로

30 : 마이크로 컨트롤러

31 : CPU

32 : 프로그램 메모리

33 : ROM

34 : RAM

35 : EPPROM

36 : 타이머

37 : 워치독 타이머

38 : AD 컨버터

39 : 연료계

40 : I/O 포트

41 : 통신 I/F

42 : FET 드라이버

43 : 데이터 버스

44a, 44b : 클럭 발진기

C1 : 컨덴서

CPin1, CPin2 : 전원 단자

Eb1 : 플러스극 단자

Eb2 : 마이너스극 단자

Rs, Rth1, Rth2 : 저항

SW1, SW2 : 보호 스위치

ADCin, AIN0, CSP, CSN, HVIN, ODI, PCKP : 입력 단자

CHG, DIS, THRM, VAA : 출력 단자

UART : 입출력 단자

본 발명은 이차 전지의 이상 발생에 대한 보호를 포함하는 처리를 실행하는 처리 회로가 이 이차 전지와 일체로 수용된 배터리 팩, 그 처리를 실행하는 배터리 보호 처리 장치, 및 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

최근, 예를 들면 디지털 비디오 카메라 등의 휴대형의 전자 기기가 급증하고 있으며, 이들 전자 기기에 탑재되는 이차 전지의 성능이 중요시되고 있다. 이러한 이차 전지의 하나로서, 리튬 이온형이라고 불리는 것이 있다.

리튬 이온 이차 전지에서는, 특히 과충전으로 된 경우에 리튬 이온이 금속 리튬으로 되어 마이너스극에 석출되고, 최악의 경우에는 전지로부터 발연, 발화가 일어나거나, 파열하는 것이 알려져 있다. 또한, 과방전으로 된 경우에는, 전극 내부의 미소 단락이나 용량 열화가 발생하고, 플러스극, 마이너스극을 단락시킨 경우에는 과전류가 흐름으로써 이상 발열이 발생하는 것도 알려져 있다. 이 때문에, 리튬 이온 이차 전지에는 통상, 과충전, 과방전, 단락(과전류)을 방지하기 위해서, 이들의 이상 상태를 감시하는 보호 기능과, 이상 상태를 회피하기 위한 스위치가 마련되어 있다.

도 17은 리튬 이온 이차 전지에 있어서의 방전 시 및 과전류 발생 시의 전압 및 전류의 변화의 예를 도시하는 그래프이다.

도 17에서는, 가정용의 디지털 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라 등에 사용되는 리튬 이온 배터리 셀에 대한 예를 나타내고 있고, 만충전 전압이 4.2V이고, 과방전 검출 전압을 3.0V로 하고 있다. 도 17의 (a)에서는 2W의 전력 소비에 의한 방전 시의 배터리 셀 전압의 변화를 나타내고 있다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 만충전 상태에서 약 90분 후에는, 배터리 셀 전압은 과방전 검출 전압까지 저하한다. 또한, 방전 부하를 해방하면, 배터리 셀 전압은 일시적으로 상승하지만, 그 후, 자기 방전에 의해 전압은 완만히 저하해 가기 때문에, 장기간 방치한 경우에는, 배터리 셀 전압은 0V까지 저하하게 된다. 또한, 플러스극과 마이너스극이 단락된 경우에는, 도 17의 (B)에 도시한 바와 같이, 배터리 셀 전압이 순간적으로 1V 가까이까지 저하하고, 이 때 15A 정도의 과전류가 흐른다.

한편, 이차 전지를 전원으로서 이용하는 상기와 같은 휴대형의 전자 기기에서는, 배터리 잔량 표시 기능을 탑재하는 것이 증가하고 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지에서는, 상기의 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 방전의 개시 직후 및 종료 직전을 제외하면, 배터리 셀 전압이 완만하고 직선적으로 저하하기 때문에, 배터리 셀의 전압만으로는 배터리 잔류 용량을 고정밀도로 검출할 수 없어, 배터리 셀의 전압 외에, 충방전 전류의 적산값이나 배터리 셀의 온도 등을 이용함으로써, 사용 가능한 잔여 시간을 정확하게 계산하는 것이 가능하게 된다. 이러한 잔량 표시 기능을 실현하기 위해서, 이차 전지와 마이크로 컨트롤러 등의 회로가 동일 패키지 내에 수용된 배터리 팩이 시판되고 있다.

도 18은 종래의 배터리 팩의 내부 구성 예를 도시하는 도면이다.

도 18에 도시하는 종래의 배터리 팩은, 리튬 이온 이차 전지를 포함하는 배터리 셀(1), 각각 구조상, 소스와 드레인의 사이에 다이오드가 등가적으로 내장된 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)를 포함하는 방전 제어용, 충전 제어용의 보호 스위치 SW11 및 SW12, 전류 검출용의 저항 Rs, 배터리 보호 회로(110), 마이크로 컨트롤러(이하, 마이크로컴퓨터라고 약칭함)(120), 마이크로컴퓨터 동작용의 클럭 발진기(130), 배터리 셀(1)의 온도를 검출하는 서미스터(140), 이 배터리 팩이 장착된 전자 기기와의 사이에서 통신을 행하기 위한 통신 I/F(인터페이스)(150) 등을 포함한다.

이 배터리 팩에 있어서, 보호 스위치 SW11 및 SW12는 각각 FET 및 다이오드를 포함하고, 보호 스위치 SW11은 방전 전류, 보호 스위치 SW12는 충전 전류를 각각 차단하는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 배터리 셀(1)의 충전 시에는, 플러스극 단자 Eb1 및 마이너스극 단자 Eb2에 충전기가 접속됨과 함께, 보호 스위치 SW12가 온된다. 또한, 플러스극 단자 Eb1 및 마이너스극 단자 Eb2에 방전 부하로 되는 기기가 접속되면, 보호 스위치 SW11이 온됨으로써, 이 기기에 전원을 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한, 배터리 보호 회로(110)에는 마이크로컴퓨터에 대하여 전원을 공급하기 위한 각종 회로도 일체로 집적되어 있다.

마이크로컴퓨터(120)는, 배터리 셀(1)의 잔량 표시에 필요한 정보를 산출하는 회로로서, 배터리 보호 회로(110)로부터 공급되는 전원에 의해 동작한다. 또한, 안정적인 동작을 위해, 배터리 보호 회로(110)에 의해 기동 타이밍이 제어된다. 그리고, 배터리 보호 회로(110)로부터 공급되는 충방전 전류 및 배터리 셀 전압을 디지털화한 값과, 서미스터(140)에 의한 온도 검출값에 기초하여, 필요한 정보를 소프트웨어 제어에 의해 산출하고, 이 배터리 팩이 장착되어 있는 전자 기기에 대하여, 통신 I/F(150) 및 컨트롤 단자(4)를 통해 송신한다. 이에 의해, 전자 기기 본체에 있어서의 잔량 표시가 가능하게 되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같이, 이차 전지에서는 그 배터리 셀 전압이 상태에 의해 크게 변화한다. 이에 대하여, 마이크로컴퓨터는 통상 자신에게 공급되는 전원 전압이 안정되어 있는 것을 전제로 시스템 설계가 이루어져 있다. 이 때문에, 종래의 배터리 팩에서는 도 18과 같이, 이차 전지의 과충전, 과방전, 과전류 등의 이상 상태를 감시하는 보호 기능을, 마이크로컴퓨터와는 다른 회로에 의해 실현하고 있었다. 이러한 예로서, 배터리 셀의 보호 기능을, 전용의 전압 비교기(컴패레이터)를 주된 구성 요소로 한 회로에 의해 실현한 것이 있었다(예를 들면, 특허 문헌1 참조).

도 19는 종래의 배터리 팩에 있어서의 배터리 셀의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.

종래의 배터리 팩은, 예를 들면 도 19에 도시한 바와 같이, 배터리 셀(1)의 전압이 3.0V∼4.25V인 경우에 통상 상태로 된다. 이 상태에서는, 보호 스위치 SW11 및 SW12가 모두 온되고, 방전 부하에 대한 전원 공급, 및 충전기를 접속한 충전 동작의 쌍방이 가능하게 된다. 또한, 배터리 셀(1)의 전압이 4.25V를 넘은 경우에는, 과충전의 상태로 되고, 보호 스위치 SW12가 오프되어, 충전이 금지된다. 반대로, 배터리 셀(1)의 전압이 3.0V보다 낮고, 2.50V 이상인 경우에는, 과방전의 상태로 되고, 보호 스위치 SW11이 오프되어, 방전이 금지된다. 단, 이 상태에서는 마이크로컴퓨터(120)로의 전원 공급이 계속되어, 마이크로컴퓨터(120)는 동작 상태로 된다.

그리고 또한, 배터리 셀(1)의 전압이 2.50V보다 낮아지면, 배터리 셀(1)의 용량 열화 등을 방지하기 위해서 일체의 방전을 정지시킨다. 이에 의해, 마이크로컴퓨터(120) 등의 동작이 정지된다. 이 후, 충전기 측의 단자로부터 전압이 인가됨으로써, 배터리 셀(1)에의 충전이 개시되어, 전압이 소정값을 넘은 단계에서 마이크로컴퓨터(120)가 기동된다.

또한, 전류 검출용의 저항 Rs를 이용한 방전 전류의 검출에 의해, 방전 전류가 3.0A를 넘은 경우에는, 과전류의 상태로 되고, 보호 스위치 SW11이 오프되어, 방전이 금지된다. 이 상태에서는 마이크로컴퓨터(120) 등의 동작도 정지되고, 방전 부하가 개방됨으로써 자동 복귀한다.

<특허 문헌1>

특허 제3136677호 공보(단락 번호〔0011〕∼〔0016〕, 도 1)

상기와 같이, 종래의 배터리 팩에서는, 리튬 이온 이차 전지의 보호 회로와, 배터리 잔량 표시 계산용의 마이크로컴퓨터가 개별로 탑재되어 있었다. 이에 대하여, 최근에는, 소형화나 부품 점수, 부품 비용의 삭감이라고 하는 관점에서, 상기의 보호 회로의 기능을 주로 마이크로컴퓨터에 의해 실현하여, 회로의 대부분을 하나의 반도체 기판 상에 집적하는 것이 기대되고 있다.

그러나, 상술한 바와 같이, 이차 전지의 전압은 상황에 따라 불안정하기 때문에, 마이크로컴퓨터 자신에 대하여 전원 전압이 안정적으로 공급되지 않는다는 점에서, 마이크로컴퓨터에 의한 소프트웨어 제어를 주로 하여 이차 전지의 이상 상태를 감시하는 것은 곤란했다. 이 때문에, 보호 기능의 일부를 마이크로컴퓨터로 실현했다고 해도, 그 경우에는, 전압 비교기 등의 전용의 하드웨어에 의한 보호 기능을 주로 하고, 그것에 대한 보조적인 기능으로서 마이크로컴퓨터가 사용되고 있는 것이 현재의 실정이었다.

또한, 이차 전지의 보호 기능을 주로 마이크로컴퓨터로 실현하는 경우에는, 마이크로컴퓨터 자신의 소비 전력을 될 수 있는 한 억제하고, 이차 전지로부터 마이크로컴퓨터에 대하여 안정적인 전원 공급을 행하는 것이 중요해진다.

또한, 배터리 팩에서는, 접속되는 기기의 부하의 크기에 따라서, 복수의 배터리 셀을 직렬로 접속하여 사용하는 경우가 있다. 이 경우, 각 배터리 셀에 대하여 개별로 과충전, 과방전의 상태를 판별할 필요가 있다. 그러나, 상기와 같이 전압 비교기를 이용하여 배터리 셀의 전압을 검출하는 경우, 직렬 접속하는 배터리 셀의 수만큼 전압 비교기를 포함하는 보호 회로를 마련할 필요가 있어, 설계 비용이나 설치 면적이 커지는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 이차 전지의 보호 기능을 주로 소프트웨어 제어에 의해 안정적으로 실현하여, 회로의 실장 면적이나 부품 비용, 소비 전력이 삭감된 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 이차 전지의 보호 기능을 주로 소프트웨어 제어에 의해 안정적으로 실현하여, 회로의 실장 면적이나 부품 비용, 소비 전력이 삭감된 배터리 보호 처리 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 이차 전지의 보호 기능을 주로 소프트웨어 제어에 의해 안정적으로 실현하여, 회로의 실장 면적이나 부품 비용, 소비 전력을 삭감하는 것을 가능하게 하는 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해서, 이차 전지의 이상 발생에 대한 보호를 포함하는 처리를 실행하는 처리 회로가 상기 이차 전지와 일체로 수용된 배터리 팩에 있어서, 상기 이차 전지의 방전 전류를 선택적으로 차단하는 방전 전류 차단 수단과, 상기 이차 전지의 충전 전류를 선택적으로 차단하는 충전 전류 차단 수단과, 상기 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 전압을 디지털화하여 출 력하는 전압 검출 수단과, 상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값에 기초하여, 상기 이차 전지가 과충전 상태, 통상 동작 상태 및 과방전 상태 중 어느 상태인지를 판별하고, 판별한 상태에 따라서 상기 방전 전류 차단 수단 및 상기 충전 전류 차단 수단의 동작을 제어하는 보호 처리 수단과, 상기 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 상기 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에, 상기 보호 처리 수단보다 우선적으로 상기 방전 전류 차단 수단을 차단 상태로 되도록 제어하는 과전류 검출 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 제공된다.

이러한 배터리 팩에서는, 전압 검출 수단에 의해, 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 전압이 디지털 신호로서 검출된다. 그리고, 보호 처리 수단에 의해서, 방전 전류 차단 수단 및 충전 전류 차단 수단의 각각의 동작이, 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값에 따라서 제어된다. 예를 들면, 이차 전지가 과충전 상태라고 판별된 경우에는, 충전 전류 차단 수단에 의해 충전 전류가 차단되고, 이차 전지가 과방전 상태라고 판별된 경우에는, 방전 전류 차단 수단에 의해 방전 전류가 차단됨으로써, 이차 전지는, 과충전이나 과방전의 이상 상태로부터 보호된다. 또한, 과전류 검출 수단은, 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에 방전 전류 차단 수단을 차단 상태로 하여, 방전 전류를 차단한다. 이 과전류 검출 수단에 의한 방전 전류 차단 수단의 제어는, 보호 처리 수단의 제어보다 우선적으로 행해지기 때문에, 보호 처리 수단의 동작 상태에 관계없이 이차 전지를 과방전으로부터 보호할 수 있다.

또한, 예를 들면, 이차 전지의 충방전 전류의 적산값에 따른 신호를 출력하 는 전류 적산 수단과, 이차 전지로부터 전원의 공급을 받는 외부 기기와의 사이에서 통신하는 통신 수단과, 적어도 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값과 전류 적산 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 이차 전지의 잔량에 관한 잔량 정보를 산출하여 통신 수단을 통해 외부 기기에 송신하는 잔량 정보 산출 수단과, 상기의 일정 시간마다의 통신 수단에 의한 외부 기기와의 통신의 가부에 기초하여, 이 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급의 유무를 판별하는 전원 공급 판별 수단을 더 마련하여도 된다.

이 경우, 전원 공급 판별 수단에 의해 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우에는, 잔량 정보 산출 수단이, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보의 산출과 그 산출값의 외부 기기에의 송신을 행하고, 보호 처리 수단이, 상기의 일정 시간보다 짧은 시간 간격으로 이차 전지의 상태를 판별하도록 동작하고, 또한, 전원 공급 판별 수단에 의해 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있지 않다고 판별된 경우에는, 잔량 정보 산출 수단이, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보를 산출하여 불휘발성 기억 수단에 기억시키고, 보호 처리 수단이, 상기의 일정 시간마다 이차 전지의 상태를 판별하도록 동작함으로써, 잔량 정보 산출 수단의 동작을 필요 충분한 시간 간격으로 동작시켜, 동작이 정지하는 시간을 증가시킬 수 있음과 함께, 이차 전지의 방전 전압의 변동이 큰, 외부 기기에의 전원 공급 시에는, 보호 처리 수단의 동작 간격을 짧게 하여 안전성을 높이고, 전원 공급이 없을 때에는 보호 처리 수단의 동작 간격을 길게 하여, 동작이 정지하는 시간을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 이차 전지의 이상 발생에 대한 보호를 포함하는 처리를 행하는 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 극간 전압에 기초하여, 상기 이차 전지가 과충전 상태, 통상 동작 상태 및 과방전 상태 중 어느 상태인지를 판별하고, 판별한 상태에 따라서 상기 이차 전지의 방전 전류를 선택적으로 차단하는 방전 전류 차단 회로, 및 상기 이차 전지의 충전 전류를 선택적으로 차단하는 충전 전류 차단 회로의 각각의 동작을 제어하는 보호 처리를 행하고, 상기 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 상기 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에, 상기 보호 처리보다 우선적으로 상기 방전 전류 차단 회로를 차단 상태로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법이 제공된다.

이러한 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법에서는, 방전 전류 차단 회로 및 충전 전류 차단 회로의 각각의 동작이, 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 극간 전압에 따라서 제어된다. 예를 들면, 이차 전지가 과충전 상태라고 판별된 경우에는, 충전 전류 차단 회로에 의해 충전 전류가 차단되고, 이차 전지가 과방전 상태라고 판별된 경우에는, 방전 전류 차단 회로에 의해 방전 전류가 차단됨으로써, 이차 전지는 과충전이나 과방전의 이상 상태로부터 보호된다. 또한, 이와 함께, 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에 방전 전류 차단 회로를 차단 상태로 하여, 방전 전류를 차단하는 과전류 검출 처리가 행해진다. 이 과전류 검출 처리에 의한 방전 전류 차단 회로의 제어는, 상기의 극간 전압에 기초하는 보호 처리보다 우선적으로 행해지기 때문에, 극간 전압에 기초하는 보호 처리의 처리 상태에 관계없이 이차 전지를 과방전으로부터 보호할 수 있다.

또한 예를 들면, 적어도, 이차 전지의 극간 전압과 이차 전지의 충방전 전류의 적산값에 기초하여, 이차 전지의 잔량에 관한 잔량 정보를 산출하는 잔량 산출 처리와, 이 잔량 산출 처리에 의해서 산출된 잔량 정보를, 이차 전지로부터 전원의 공급을 받는 외부 기기에 대하여 송신하는 잔량 정보 송신 처리를 또한 실행하고, 상기의 일정 시간마다의 외부 기기와의 통신의 가부에 기초하여, 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급의 유무를 판별하고, 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우에는, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보 산출 처리와 그 산출값을 이용한 잔량 정보 송신 처리를 실행함과 함께, 상기의 일정 시간보다 짧은 시간 간격으로 이차 전지의 상태를 판별하여 판별 결과에 기초하는 보호 처리를 실행하고, 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있지 않다고 판별된 경우에는, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보 산출 처리를 실행하여 산출된 잔량 정보를 불휘발성 메모리에 기억시킴과 함께, 상기의 일정 시간마다 이차 전지의 상태를 판별하여 판별 결과에 기초하는 보호 처리를 실행하도록 하여도 된다.

이러한 경우, 잔량 정보 산출 처리를 필요 충분한 시간 간격으로 실행하고, 처리가 정지하고 있는 시간을 증가시킬 수 있음과 함께, 이차 전지의 방전 전압의 변동이 큰, 외부 기기에의 전원 공급 시에는, 보호 처리의 실행 간격을 짧게 하여 안전성을 높이고, 전원 공급이 없을 때에는 보호 처리의 실행 간격을 길게 하여, 처리가 정지하고 있는 시간을 증가시킬 수 있다.

<실시예>

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩의 내부 구성 예를 도시하는 도면이다.

본 발명의 배터리 팩은, 이차 전지와, 이 이차 전지의 잔량 표시를 위한 처리 기능이나 이차 전지의 이상 상태에 대한 보호 기능을 실현하는 회로를, 일체의 패키지 내에 수용한 것이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이차 전지로서 리튬 이온형의 것을 이용하고 있지만, 리튬 이온 이차 전지와 같이, 방전 전압이 비교적 완만하고 또한 직선적으로 저하하는 방전 특성을 갖는 이차 전지를 이용함으로써, 배터리 잔류 용량을 고정밀도로 검출하여, 예를 들면 사용 가능한 잔여 시간으로서 배터리 잔량을 표시하는 것이 가능하게 된다.

도 1에 도시하는 배터리 팩은, 리튬 이온 이차 전지를 포함하는 배터리 셀(1), 상기의 잔량 표시용 처리 기능이나 보호 기능의 동작을 제어하는 회로가 동일 반도체 기판 상에 형성된 통합 처리 회로(2), 방전 제어용, 충전 제어용의 보호 스위치 SW1 및 SW2, 전류 검출용의 저항 Rs, 출력 전압의 안정화를 위한 컨덴서 C1, 임계값 설정을 위한 저항 Rth1 및 Rth2, 배터리 셀(1)의 온도를 검출하는 서미스터(3)를 포함하고 있다.

이 배터리 팩에 있어서, 보호 스위치 SW1 및 SW2는 각각 구조상, 소스와 드레인의 사이에 다이오드가 등가적으로 내장된 MOSFET를 포함하고, 보호 스위치 SW1은 방전 전류, 보호 스위치 SW2는 충전 전류를 각각 차단하는 것이 가능하게 되어 있다. 따라서, 배터리 셀(1)의 충전 시에는, 플러스극 단자 Eb1 및 마이너스극 단자 Eb2에 충전기가 접속됨과 함께, 보호 스위치 SW2가 온된다. 또한, 플러스극 단자 Eb1 및 마이너스극 단자 Eb2에 방전 부하로 되는 기기가 접속되면, 보호 스위치 SW1이 온됨으로써, 이 기기에 전원을 공급하는 것이 가능하게 된다.

또한, 통합 처리 회로(2)의 전원은, 전원 단자 CPin1 및 CPin2의 2개소에서 공급되고, 이들은 통합 처리 회로(2) 내에서 전환되어 사용된다. 전원 단자 CPin1은 배터리 셀(1)의 플러스극 측에 접속되고, 배터리 셀(1)의 전압(이하, 셀 전압이라고 함)을 통합 처리 회로(2)에 공급한다. 또한, 전원 단자 CPin2는 보호 스위치 SW1와 SW2의 사이에 접속되어 있고, 후술하는 바와 같이, 셀 전압이 극단적으로 낮을 때에, 충전기로부터의 공급 전압에 의해 통합 처리 회로(2)를 동작시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 보호 스위치 SW1 및 SW2의 동작은 각각 출력 단자 DIS 및 CHG로부터의 출력 전압에 따라서 전환된다.

또한, 통합 처리 회로(2)는 각종의 입출력 단자를 더 포함하고 있다. 입력 단자 ADCin은 배터리 셀(1)의 플러스극 측에 접속되고, 입력 단자 CSP 및 CSN은 저항 Rs의 양단에 각각 접속되고, 입력 단자 HVIN은 플러스극 단자 Eb1과 보호 스위치 SW2의 사이에 접속된다. 입출력 단자 UART는 이 배터리 팩이 장착된 기기와의 사이에서 통신을 행하기 위한 단자이고, 컨트롤 단자(4)를 통해 기기의 통신 단자와 접속된다. 출력 단자 VAA는 3.4V의 기준 전압(통합 처리 회로(2)의 동작 전압)을 출력한다. 입력 단자 ODI는, 출력 단자 VAA에서의 기준 전압이 저항 Rth1 및 Rth2에 의해 분압된 전압이 인가된다. 출력 단자 THRM에서는 서미스터(3)에 대한 제어 신호가 출력되고, 서미스터(3)로부터의 출력 신호가 입력 단자 AIN0에 공급된다.

도 2는 통합 처리 회로(2)의 내부 구성 예를 도시하는 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 통합 처리 회로(2)는 크게 나누어, 전원 회로(10), 과전류 검출 회로(20), 및 마이크로 컨트롤러(이하, 마이크로컴퓨터라고 약칭함)(30)를 포함하고 있다. 전원 회로(10)는, 마이크로컴퓨터(30)의 구동 전압을 공급하기 위한 차지 펌프 회로(11) 및 리니어 레귤레이터(12)와, 마이크로컴퓨터(30)를 리세트하기 위한 리세트 회로(13 및 14)를 포함하고 있다.

차지 펌프 회로(11)는 전원 단자 CPin1 및 CPin2 중 어느 것으로부터의 공급 전압을 선택하고, 1.5배 또는 2.0배로 승압한다. 리니어 레귤레이터(12)는 차지 펌프 회로(11)에 의해서 승압된 입력 전압을, 3.4V로 안정화한다. 리니어 레귤레이터(12)의 출력 전압은, 구동 전압으로서 마이크로컴퓨터(30)에 공급됨과 함께, 출력 단자 VAA로부터 출력되고, 또한 리세트 회로(13 및 14)에도 공급된다.

리세트 회로(13 및 14)는 리니어 레귤레이터(12)의 출력 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기를 포함하고, 마이크로컴퓨터(30)의 기동 동작을 제어하기 위한 파워 온 리세트 신호(이하, 신호 POR이라고 함) 및 파워 페일 경고 신호(이하, 신호 PFW라고 함)의 각 출력 레벨을, 비교기의 비교 결과에 따라서 변화시킨다. 리세트 회로(13)는, 리니어 레귤레이터(12)의 출력 전압이, 마이크로컴퓨터(30)를 기동하기 위해서 최저한 필요한 전압(본 실시 형태에서는 2.7V) 이상일 때에, 신호 POR을 L 레벨로 한다. 또한, 리세트 회로(14)는, 리니어 레귤레이터(12)의 출력 전압이, 마이크로컴퓨터(30)가 안정 동작하는 최저 전압(본 실시 형태에서는 3.0V) 이상일 때에, 신호 PFW를 L 레벨로 한다. 각 리세트 회로(13 및 14)의 출력 신호는, 마이크로컴퓨터(30)의 리세트 타이밍을 검출하기 위한 도시하지 않은 리세트 단자에 입력된다.

과전류 검출 회로(20)는 입력 단자 CSN과 ODI의 단자 사이 전압으로부터 전류값을 검출하여, 과전류라고 판단된 경우에, 이것을 인터럽트에 의해 마이크로컴퓨터(30)(CPU(31))에 통지함과 함께, 보호 스위치 SW1 및 SW2를 제어하여 배터리 셀(1)을 보호하기 위한 동작을 행한다. 또한, 이 과전류 검출 회로(20)의 내부 구성에 대해서는, 후의 도 9에 있어서 설명한다.

마이크로컴퓨터(30)는, CPU(Central Processing Unit)(31), 프로그램 메모리(32), ROM(Read Only Memory)(33), RAM(Random Access Memory)(34), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)(35), 타이머(36), 워치독 타이머(Watch Dog Timer)(37), AD 컨버터(38), 연료계(Fuel Gauge)(39), I/O 포트(40), 통신 I/F(인터페이스)(41), 및 FET 드라이버(42)가, 데이터 버스(43)에 의해 서로 접속된 구성을 갖고 있다. 또한, 각 블록을 동작시키기 위한 서로 다른 주파수(32kHz, 6MHz)의 인스트럭션 클럭을 각각 발생시키는 클럭 발진기(44a 및 44b)를 내장하고 있다.

CPU(31)는 프로그램 메모리(32)나 EEPROM(35)에 저장된 프로그램을 판독하여 실행함으로써, 마이크로컴퓨터(30) 전체의 동작을 제어한다. 프로그램 메모리(32)는 불휘발성의 기억 매체로서, 마이크로컴퓨터(30)의 각 부분을 동작시키기 위한 프로그램이 미리 기억된다. ROM(33)에는 CPU(31)에 의한 프로그램의 실행 시에 필요한 데이터 등이 미리 기억된다. RAM(34)은 예를 들면 SRAM(Static RAM)을 포함하고, CPU(31)에 실행되는 프로그램의 일부나, 프로그램에 의한 처리에 필요한 데이터를 일시적으로 기억한다. 또한, 마이크로컴퓨터(30)는 이 외에, 불휘발성 메모리로서 EEPROM(35)를 포함하고 있으며, EEPROM(35)에는 CPU(31)에 실행시키는 소프트웨어나 설정 데이터 등을 기억시킴과 함께, 이들을 수시 재기입하는 것이 가능하게 되어 있다.

타이머(36)는 마이크로컴퓨터(30) 내의 각 부분에서 필요한 시간을 계측한다. 워치독 타이머(37)는 타이머(36)에 의한 계시 시간에 기초하여, CPU(31)에 의해 실행되는 커맨드를 감시하고, 시스템의 이상 정지 상태라고 판별한 경우에, 마이크로컴퓨터(30)를 자동적으로 리세트한다.

AD 컨버터(38)는 입력 단자 ADCin, AIN0, HVIN 및 PCKP로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하여, CPU(31)에 공급한다. 이에 의해, 마이크로컴퓨터(30)는, 배터리 셀(1)의 충방전 전압이나 온도, 충전기의 장착 유무, 충전 전압의 인가 유무 등의 정보를 취득하는 것이 가능하게 되어 있다.

연료계(39)는, 입력 단자 CSP 및 CSN의 단자간 전압으로부터 배터리 셀(1)에 흐르는 전류의 양을 카운트하여, 그 전류값을 적산하는 회로이다. 적산한 전류값은 CPU(31)에 출력되고, 배터리 셀(1)의 잔량을 계산하기 위해서 이용된다. 또한, 연료계(39)의 내부 구성에 대해서는, 후의 도 11에서 설명한다.

I/O 포트(40)는 각종 입출력 단자로부터의 데이터 입출력을 행하는 포트이고, 예를 들면, CPU(31)로부터의 제어 신호가 I/O 포트(40)로부터 출력 단자 THRM에 출력되어, 서미스터(3)의 동작이 제어된다. 통신 I/F(41)는, 이 배터리 팩이 장착된 기기와의 사이에서 통신을 행하기 위한 인터페이스 회로로서, 주로, 배터리 셀(1)의 잔량 표시에 필요한 정보를 CPU(31)로부터 받아 기기에 송신한다.

FET 드라이버(42)는 방전, 충전 제어를 위한 보호 스위치 SW1 및 SW2의 동작을 제어하기 위한 드라이버 회로로서, CPU(31) 및 과전류 검출 회로(20)로부터의 제어 신호에 기초하여 동작한다.

이러한 통합 처리 회로(2)에서는, 배터리 셀(1)의 잔량 표시용 처리가 마이크로컴퓨터(30)에 의해 실현됨과 함께, 배터리 셀(1)의 보호 기능에 대해서도, 주로 마이크로컴퓨터(30)의 제어에 의해 실현된다. 구체적으로는, 마이크로컴퓨터(30)는, AD 컨버터(38)에 의해 취득되는 전압이나 온도 등의 정보를 기초로, 배터리 셀(1)이 과충전 및 과방전으로 된 상태를 검출하여, 충전용, 방전용의 보호 스위치 SW1 및 SW2 등을 제어함으로써, 이들 이상 상태로부터 배터리 셀(1)을 보호한다.

또한, 이러한 보호 기능을 실현하는 마이크로컴퓨터(30)는, 오동작 없이 안정적으로 동작할 필요가 있다. 그러나, 마이크로컴퓨터(30)의 전원으로서는, 통상 동작 시에는 당연히, 배터리 셀(1)의 출력 전압이 이용되고, 배터리 셀(1)의 출력 전압은 상황에 따라 크게 변동하기 때문에, 마이크로컴퓨터(30)를 안정 동작시키는 것이 어렵다. 이 때문에, 전원 회로(10) 내의 리세트 회로(13 및 14)의 출력 신호에 따라서, 마이크로컴퓨터(30)의 기동 시의 동작을 제어함과 함께, 배터리 셀(1)의 상태에 따라서, 전원으로서 배터리 셀(1)로부터의 공급 전압과 배터리 팩에 접속된 충전기로부터의 공급 전압을 전환함으로써, 마이크로컴퓨터(30)를 안정적으로 동작시킨다. 이에 의해, 전원 회로(10) 등의 주변 회로와 마이크로컴퓨터(30)의 단일칩화가 가능하게 된 것이, 본 발명의 특징이다.

〔마이크로컴퓨터의 기동 제어〕

우선, 마이크로컴퓨터(30)를 안정적으로 동작시키기 위한 전제로 되는 기동 시의 제어에 대하여 설명한다.

상기의 마이크로컴퓨터(30)는, 그것 자체가 배터리 셀(1)에 대한 보호 기능을 제어하는 점에서, 동작 시에 있어서의 안정성을 보증할 필요가 있다. 그러나, 이차 전지는, 자기 방전이나, 과전류에 의한 단락에 의해, 셀 전압이 현저히 저하하는 경우가 있다. 이러한 전압 저하에 의해, 전원 회로(10)로부터 마이크로컴퓨터(30)에 공급되는 전압이, 마이크로컴퓨터(30)의 동작 전압(본 실시예에서는 3.4V)보다 낮아지는 경우가 있는데, 이 경우에는 마이크로컴퓨터(30)를 안정적으로 동작시킬 수 없다. 또한, 장시간 방치된 경우에는 0V까지 저하되는 경우도 있을 수 있다. 이 경우에는, 마이크로컴퓨터(30)의 제어에 의해 배터리 셀(1)을 충전시키는 것도 불가능하게 된다.

마이크로컴퓨터(30)의 안정 동작을 위해, 예를 들면, 마이크로컴퓨터(30)의 최저 동작 전압을 보다 저하시키는(예를 들면 1.8V 등) 방법을 채용하는 것이 생각된다. 그러나, 이 방법에 의해 마이크로컴퓨터(30)의 동작이 불안정하게 되는 사 태가 발생할 확률을 낮게 하는 것은 가능하지만, 마이크로컴퓨터(30)의 불안정 상태가 없어지는 것이 아니어서, 보호 기능의 안정 동작은 보증되지 않는다. 따라서, 특히, 배터리 셀(1)이 장시간 방치되어, 전압이 0V에 가까운 경우를 반드시 상정하여, 보호 기능이 안정적으로 동작하도록 설계할 필요가 있다.

이하, 예로서, 셀 전압이 0V로 된 경우를 상정하여 설명하지만, 셀 전압의 저하에 의해 마이크로컴퓨터(30)가 정지 상태(셧다운)로 된 경우에는, 마찬가지의 제어가 행해진다.

도 3은 충전 시에 있어서의 배터리 셀(1)의 전압 변화를 나타내는 그래프이다.

배터리 셀(1)의 충전이 행해질 때에는, 플러스극 단자 Eb1 및 마이너스극 단자 Eb2에 충전기가 접속된다. 도 3에서는, 셀 전압이 0V인 상태로부터 충전을 개시한 경우의 셀 전압과 함께, 충전기의 출력 전류값의 변화도 병기하고 있다.

셀 전압이 0V와 같이 극단적으로 낮은 경우에는, 배터리 셀(1)의 열화나, 그 내부에 있어서 전극의 미소 단락이 발생하고 있을 가능성이 있어, 신뢰성, 안전성에 문제가 있다. 이 때문에, 도 3과 같이, 충전 개시 직후의 일정 시간에서는, 충전기에 의한 충전 전류를 50㎃∼100㎃ 정도로 낮게 설정하는 것이, 종래부터 행해지고 있다. 이러한 초기 충전 전류에 의해, 셀 전압은 완만히 상승하여, 일정 시간 후에 충전기가 통상 동작으로 이행하면, 680㎃의 정전류를 출력한다. 또한, 본 실시 형태에서 이용한 리튬 이온 이차 전지의 셀에서는, 5 시간 용량 측정법에 의해 방전 용량이 680㎃h로 되기 때문에, 1C(680㎃)의 정전류로 충전이 행해진다. 그리고, 셀 전압이 과충전 검출 전압의 4.25V에 달하면, 이 이후에는 보호 스위치 SW2가 오프됨으로써(혹은, 이에 덧붙여서 충전기 측의 출력 제어에 의해) 셀 전압은 4.25V로 유지된다.

그런데, 본 실시 형태에서는, 마이크로컴퓨터(30)의 전원 전압은 3.4V이고, 또한, 배터리 셀(1)의 만충전 전압은 4.2V, 방전 종지 전압은 3.0V이기 때문에, 방전 종지 전압은 마이크로컴퓨터(30)의 전원 전압 이하로 된다. 이 때문에, 배터리 셀(1)의 방전 전압을 승압하여 마이크로컴퓨터(30)에 공급할 필요가 있고, 이를 위해 전원 회로(10)에 차지 펌프 회로(11) 및 리니어 레귤레이터(12)를 마련하고 있다. 즉, 차지 펌프 회로(11)에 입력된 전압은 2.0배 또는 1.5배로 승압되고, 리니어 레귤레이터(12)에 있어서 3.4V로 안정화된다.

또한, 마이크로컴퓨터(30)를 안정적으로 기동하고, 동작시키기 위한 타이밍을 부여하기 위해서, 리니어 레귤레이터(12)의 출력 전압을 비교기에 의해 기준 전압과 비교하는 리세트 회로(13 및 14)가 마련되어 있다.

도 4는, 리세트 회로(13 및 14)로부터의 출력 신호와, 배터리 셀(1) 및 마이크로컴퓨터(30)의 전원 전압의 관계를 나타내는 도면이다.

플러스극 단자 Eb1 및 마이너스극 단자 Eb2에 충전기가 접속되고, 충전이 개시되면, 충전기로부터 도 3과 같이 초기 충전 전류로서 50㎃∼100㎃의 전류가 흐른다. 이에 의해, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 셀 전압은 완만히 상승해 간다. 그리고, 예를 들면 셀 전압이 1.2V에 달했을 때, 전원 회로(10)가 기동한다. 이 때, 차지 펌프 회로(11)는 입력 전압을 2.0배로 승압하고, 도 4의 (b)와 같이 마이 크로컴퓨터(30)에는 2.4V의 전압이 인가된다(타이밍 T41).

또한, 전원 회로(10)는, 마이크로컴퓨터(30)에의 공급 전압이, 마이크로컴퓨터(30)가 기동하기 위한 최저의 전압 Vpor(2.7V)에 달하는지, 혹은 그것보다 미소하게 낮은 전압에 달하는 상태로 된 경우에 기동하도록 설정된다. 또한, 리니어 레귤레이터(12)의 출력측에 접속된 컨덴서 C1의 용량은, 배터리 셀(1)의 접점의 단락이나 셀 내부의 미소 단락에 의해, 충전 개시 후에 셀 전압이 불안정하게 상승한 경우를 상정하고, 이 때의 전압 변동 폭을 흡수하여, 출력 전압이 안정화하도록 설정된다.

전원 회로(10)로부터의 출력 전압이 전압 Vpor에 달하고 있지 않을 때는, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 리세트 회로(13 및 14)로부터의 신호 POR 및 PFW는 모두 H 레벨로 되어 있다. 그리고, 이 후에 전원 회로(10)의 출력 전압이 전압 Vpor에 달하면, 리세트 회로(13)로부터의 신호 POR이 L 레벨로 된다(타이밍 T42). 이 타이밍은, 마이크로컴퓨터(30)의 리세트 타이밍을 부여하는 것이다. 마이크로컴퓨터(30)는, 공급되는 전원 전압이 전압 Vpor 부근에 달함으로써 기동하지만, 인가 전압이 충분하지 않기 때문에, 불안정한 상태대로 동작하여, 폭주할 가능성이 있다. 이 때문에, 신호 POR이 L 레벨로 된 타이밍에서, 마이크로컴퓨터(30)의 시스템을 리세트함으로써, 그 후의 마이크로컴퓨터(30)의 동작을 확실하게 안정화시킬 수 있다.

여기서, 상기의 타이밍 T42에서는, 예를 들면 CPU(31) 내 혹은 RAM(34) 내의 레지스터의 초기화 등만 실행되고, 배터리 셀(1)을 보호 처리를 위한 초기 설정 처 리가 실행되지 않도록 해 놓는다. 그리고, 더욱 셀 전압이 상승하여, 마이크로컴퓨터(30)에의 공급 전압이, 이 마이크로컴퓨터(30)가 안정 동작하는 최저의 전압 Vpfw(3.0V)에 달했을 때, 리세트 회로(14)로부터의 신호 PFW가 L 레벨로 된다(타이밍 T43). 이 때, 마이크로컴퓨터(30)의 정상 동작이 가능한 상태라는 것이 판정되어, 배터리 셀(1)의 보호 처리를 위한 설정값의 판독 등이 개시되고, 보호 기능의 동작이 개시된다.

이상과 같이, 리세트 회로(13 및 14)로부터의 출력 신호에 기초하여, 마이크로컴퓨터(30)에 공급되는 전원 전압이, 기동하는 데 충분한 값으로 될 때까지 마이크로컴퓨터(30)를 기동시키지 않고서, 기동 직후에 마이크로컴퓨터(30)를 자동적으로 초기화하여, 또한, 전원 전압이 안정 동작이 가능한 값으로 될 때까지 마이크로컴퓨터(30)에 의한 배터리 셀(1)의 보호 처리를 기동시키지 않도록 제어함으로써, 마이크로컴퓨터(30)가 불안정한 상태로 기동하여 폭주하여, 배터리 셀(1)의 보호 기능이 정확하게 동작하지 않는 사태가 회피된다. 또한, 이러한 제어가, 리세트 회로(13, 14)라는 최소한의 아날로그 회로를 이용하여 실현되어, 마이크로컴퓨터(30)와 동일한 반도체 기판 상에 용이하게 집적하는 것이 가능하게 되어 있다.

그런데, 셀 전압이 0V나 그것에 가까운 상태에서는, 전원 단자 CPin1로부터의 공급 전압에 의해 마이크로컴퓨터(30)를 기동시킬 수가 없다. 그러나, 충전이 개시된 상태에서는, 충전기의 출력이 안정적으로 공급된다. 이 때문에, 상기의 통합 처리 회로(2)에서는, 셀 전압이 소정값(예를 들면 2.2V) 이하인 경우에는, 충전기의 출력 전압, 즉 전원 단자 CPin2로부터 공급되는 전압을 이용하여 마이크로컴 퓨터(30)를 기동하도록 하고 있다.

도 5는 마이크로컴퓨터(30)의 기동 시 및 안정 동작 시에 공급되는 전원의 경로를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 5의 (a)는 셀 전압이 2.2 V 이하의 상태로부터 충전을 개시했을 때의 전원 공급 경로를 나타내고 있다. 이 때, 마이크로컴퓨터(30)는 정지 상태(셧다운)이고, 보호 스위치 SW1 및 SW2는 모두 통전 상태로 되어 있다. 따라서, 차지 펌프 회로(11)의 입력을 전원 단자 CPin2의 측으로 전환시켜 놓음으로써, 마이크로컴퓨터(30)에 대하여 전원을 공급하여, 기동시키는 것이 가능하게 된다.

마이크로컴퓨터(30)의 기동 후, 전원 전압이 어느 정도 안정되기까지의 동안, 마이크로컴퓨터(30)는 충전기로부터의 인가 전압에 의해 동작한다. 그리고, CPU(31)의 처리에 의해, AD 컨버터(38)로부터의 출력 신호에 기초하여 셀 전압이 소정값(본 실시 형태에서는 2.5V)에 달한 것이 검출되면, 차지 펌프 회로(11)에의 입력을 전원 단자 CPin1로 전환한다. 이에 의해, 차지 펌프 회로(11)에는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 배터리 셀(1)로부터의 출력 전압이 인가되고, 이 전압에 의해 마이크로컴퓨터(30)의 전원 전압이 생성된다. 또한, 이와 같이 기동 후에 동작이 안정된 타이밍에서 차지 펌프 회로(11)의 입력을 전원 단자 CPin1로 전환함으로써, 충전기가 착탈된 경우라도 마이크로컴퓨터(30)가 배터리 셀(1)로부터의 전원 공급을 계속해서 받는 것이 가능하게 된다.

또한, 차지 펌프 회로(11)의 입력을 전원 단자 CPin1로 전환하는 타이밍을 부여하기 위한 검출 전압은, 배터리 셀(1)이 후술하는 과방전 상태라는 것을 마이 크로컴퓨터(30)가 판별하는 셀 전압(본 실시 형태에서는 2.5V)보다 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마이크로컴퓨터(30)를 보다 안정적으로 동작시킬 수 있다.

도 6은 기동 직후에 있어서의 마이크로컴퓨터(30)의 처리의 흐름을 설명하는 흐름도이다.

단계 S601에 있어서, 리세트 회로(13)로부터의 신호 POR가 L 레벨로 되면, 단계 S602로 진행한다. 단계 S602에 있어서, 마이크로컴퓨터(30)가 기동되어, CPU(31) 내 혹은 RAM(34) 내의 레지스터의 초기화 등의 초기화 처리가 실행된다. 여기서는, 마이크로컴퓨터(30)의 기동 후에 최저한 필요한 처리만 행해지고, 배터리 셀(1)의 보호 처리는 기동하지 않는다.

단계 S603에 있어서, 리세트 회로(14)로부터의 신호 PFW의 레벨을 감시하여, 신호 PFW가 L 레벨로 되면, 배터리 셀(1)의 보호나 배터리 잔량 산출 등의 마이크로컴퓨터(30)의 통상 처리가 CPU(31)에 의해 실행되고, 마이크로컴퓨터(30)가 완전하게 기동한다. 이 프로그램의 초기 처리로서, 이하와 같은 처리가 행해진다.

단계 S604에 있어서, 워치독 타이머(37)의 설정값을 클리어한다. 마이크로컴퓨터(30)에 내장된 워치독 타이머(37)는, 마이크로컴퓨터(30)의 폭주를 방지하는 기능을 갖고 있지만, 전원 전압의 상승에 수반하는 기동 시에는 마이크로컴퓨터(30) 자신과 마찬가지로, 워치독 타이머(37) 자신의 초기 설정이 일정하지 않을 가능성이 있다. 마이크로컴퓨터(30) 자신이 배터리 셀(1)의 보호 기능을 주로 실현하는 측면에서는, 이러한 사태를 방지할 필요가 있고, 마이크로컴퓨터(30)의 기동 직후의 타이밍에서, 예를 들면 폭주 상태를 판정하기 위한 시간 등, 워치독 타이머(37)의 설정값을 클리어하여, 동작 가능 상태로 하는 것이, 마이크로컴퓨터(30)의 안정 동작을 위해서 효과적이다. 또한, 워치독 타이머(37)는 초기 설정값을 클리어하면, 동작 가능 상태로 되었음을 나타내는 인에이블 신호를 CPU(31)에 대하여 송신한다.

단계 S605에 있어서, 단계 S603에서 신호 PFW가 L 레벨로 된 타이밍으로부터, 타이머(36)에 의해 300msec의 시간을 카운트시키고, 그 동안 마이크로컴퓨터(30)를 대기 상태로 한다. 이 단계에서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 마이크로컴퓨터(30)에의 전원 전압이 기동 후에 더욱 상승할 가능성이 있기 때문에, 될 수 있는 한 전원 전압을 상승시켜 마이크로컴퓨터(30)를 안정적으로 동작시키기 위해서, 마이크로컴퓨터(30)의 인스트럭션 클럭의 주파수에 대하여 충분히 긴 시간만큼 대기 상태로 한 후, 이하의 처리를 실행하도록 하고 있다.

단계 S606에 있어서, 실행 중의 소프트웨어에 미리 설정된 각종 설정값을 반영시켜, 과충전, 과방전 등의 배터리 셀(1)의 이상 상태에 대한 보호 처리의 실행을 개시한다. 여기서 반영되는 설정값로서는, 예를 들면, AD 컨버터(38)에의 입력치에 의해 검출되는, 과충전, 과방전 등의 이상 상태를 검출하기 위한 배터리 셀(1)의 전압이나 온도 등을 포함한다. 단계 S607에 있어서, CPU(31) 등 마이크로컴퓨터(30) 내부에 마련된 레지스터의 값을 초기화한다.

마이크로컴퓨터(30)는 그 자신의 제어에 의해 배터리 셀(1)의 보호 기능을 실현하지만, 이 보호 기능을 위한 각종 설정값은, 불휘발성 메모리(본 실시 형태에서는 EEPROM(35))를 이용하여 자유롭게 변경하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 제조된 개개의 마이크로컴퓨터(30)에서는 특성에 변동이 발생하는 경우가 있어, 상기 각종 설정값에 마이크로컴퓨터(30)마다의 보정값을 반영시킨 값을 불휘발성 메모리에 기억시키고, 이 값을 이용하여 동작시키는 것도 가능하게 되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 셀 전압의 저하에 의해 마이크로컴퓨터(30)가 정지했을 때에, 정지하기 직전(예를 들면, 셀 전압이 소정의 전압보다 낮게 되었을 때)에, 재기동 후의 처리에 필요한 각종 설정값을 불휘발성 메모리에 기억해 놓고, 재기동 후에 이 설정값을 판독 처리에 사용하는 것도 가능하게 되어 있다.

그러나, 불휘발성 메모리에 기억된 설정값을 판독하여 CPU(31)의 동작에 반영시키기 위해서는, 어느 정도의 시간이 필요하여, 기동 직후부터 보호 기능을 안정적으로 작동시키는 데에는 적당하지 않다. 따라서, 마이크로컴퓨터(30)의 기동 직후에는, 실행 중인 소프트웨어 내에서 미리 설정된 설정값을 이용하여 동작시킨다. 즉, 이 때 이용되는 설정값은 프로그램 메모리(32)에 미리 기억된 것으로, 프로그램 메모리(32) 내의 소프트웨어의 실행에 수반하여 CPU(31)에 판독된다. 그리고, 그 후의 소정의 타이밍에서 불휘발성 메모리에 기억된 설정값을 다시 판독하여 동작시킨다. 이러한 제어에 의해, 기동 직후부터 계속적으로 또한 안정적으로 보호 기능을 작동시킬 수 있음과 함께, 각종 설정값의 자유도를 높여, 범용성을 갖게 할 수 있다.

불휘발성 메모리에 기억된 설정값을 반영시키는 타이밍은, 예를 들면 마이크로컴퓨터(30)의 전원 전압이 일정값에 달한 타이밍으로 할 수 있다. 즉, 단계 S608에 있어서, AD 컨버터(38)를 통하여 검출되는 셀 전압에 기초하여, 마이크로컴퓨터(30)에 공급되는 전원 전압이 2.5V 이상으로 되었을 때에, 단계 S609로 진행한다. 단계 S609에 있어서, 설정값 변경을 위해서 필요한 레지스터를 초기화한다. 그리고, 단계 S610에 있어서, EEPROM(35)으로부터 판독한 설정값을 반영시켜, 배터리 셀(1)의 보호 처리를 속행한다. 이에 의해, 마이크로컴퓨터(30)는 통상의 동작 상태로 천이한다. 또한, 단계 S611에 있어서, 차지 펌프 회로(11)의 입력을 전원 단자 CPin1로 전환시켜, 배터리 셀(1)로부터의 전원을 공급받도록 한다.

이상의 처리에 의해, 셀 전압이 마이크로컴퓨터(30)의 구동이 불가능한 값까지 저하한 경우에도, 마이크로컴퓨터(30)를 확실하게 안정적으로 기동하여, 동작시켜, 배터리 셀(1)에 대한 보호 기능을 정확하게 동작시키는 것이 가능하게 된다.

〔배터리 셀의 상태 천이 제어〕

다음에, 마이크로컴퓨터(30)에 의한 배터리 셀(1)의 보호 기능의 제어에 대하여, 자세히 설명한다. 이 보호 기능에서는 셀 전압의 값을 A/D 컨버터를 통하여 검출함으로써 그 상태를 파악하고, 상태에 따른 처리를 주로 마이크로컴퓨터(30)의 소프트웨어 제어에 의해 안정적으로 실현시킨다.

도 7은 셀 전압에 따른 상태 천이를 설명하기 위한 도면이다.

도 7에서는 배터리 셀(1)이 만충전인 상태를 기점으로 하여, 셀 전압의 변화에 따라서 규정되는 상태를 순차 나타내고 있다. 이차 전지에서는, 수명의 단축이나 용량 열화, 전지 자신의 변질 등을 일으키지 않도록, 통상의 사용 시에는 셀 전압이 어떤 일정한 범위 내인 것이 요구된다. 리튬 이온 이차 전지의 경우, 셀 전 압이 3.0V∼4.2V의 범위 내에서 사용되는 것이 추장되어 있다. 이 때문에, 셀 전압을 기준으로 한 경우에는, 셀 전압이 거의 상기의 범위로 되는 통상 동작 상태를 사이에 두고, 셀 전압이 과잉된 과충전 상태와, 셀 전압이 부족한 과방전 상태가 규정된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들면 배터리 셀(1)이 만충전인 상태와 같은 통상 동작 상태에서는, 충전기에 의한 추가적인 충전과, 방전 부하의 접속에 의한 방전의 쌍방이 허가된다. 즉, 마이크로컴퓨터(30)의 제어에 의해, 보호 스위치 SW1 및 SW2가 온된다. 이 상태에서, 방전에 의해 셀 전압이 소정값 이하로 저하하면, 배터리 셀(1)을 보호하기 위해서 방전을 불허하는 과방전 상태로 이행하고, 보호 스위치 SW1이 오프된다.

그런데, 마이크로컴퓨터(30) 자신도 셀 전압을 전원으로 하여 동작하고 있기 때문에, 셀 전압이 더욱 저하하면 동작하는 것이 불가능해진다. 이 때, 마이크로컴퓨터(30)를 정지시키는 상태(셧다운)로 이행한다.

또한, 상술한 바와 같이, 충전기가 접속되고, 셀 전압이 어느 정도 상승하면, 마이크로컴퓨터(30)가 기동된다. 기동 후에는 과방전 상태로 이행하지만, 그 중 기동 직후의 단계에서는, 도 6에서 설명한 바와 같은 기동 처리가 행하여지는 기동 처리 상태로 되고, 충전만 허가, 즉 보호 스위치 SW1 및 SW2가 각각 오프, 온의 상태로 됨과 함께, 전원의 공급원이 충전기 측(즉 전원 단자 CPin2)으로 된다. 그리고, 충전에 의해 셀 전압이 소정값 이상으로 되면, 전원의 공급원을 전원 단자 CPin1로 전환시켜, 배터리 셀(1)을 전원으로서 동작시킨다. 또한, 셀 전압이 소정값 이상으로 되면, 통상 상태로 되돌아가, 보호 스위치 SW1도 온되어, 충전, 방전의 쌍방이 허가된다.

또한, 배터리 셀(1)이 만충전으로 된 후에도 충전이 더욱 속행되면, 과충전 상태로 이행하여, 보호 스위치 SW2가 오프되고, 방전만 허가된 상태로 된다. 과충전 상태에서는, 방전에 의해 셀 전압이 소정값 이하로 저하했을 때에, 통상 상태로 이행한다.

이상의 상태 천이에 있어서, 각 상태로의 이행을 판정하기 위한 셀 전압의 값은, 배터리 셀(1)의 특성을 충분히 고려하여 설정된다. 이 때문에, 예를 들면, 상태가 천이하는 방향에 의해서, 서로 다른 임계값을 이용할 필요가 발생하는 경우도 있다. 상태 천이에 따른 처리를 소프트웨어 제어에 의해 실행함으로써, 복잡한 회로를 이용하는 일없이, 임계값 등을 용이하게 정밀하게 설정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기의 상태 외에, 전극 사이나 셀 내부의 단락에 의해 방전 전류가 과잉으로 되는 과전류 상태로 이행하는 경우도 있다. 과전류 상태로의 이행은, 과전류 검출 회로(20)에 의해 판단되지만, 이 상태로부터의 복귀는 마이크로컴퓨터(30)에 의해 제어된다.

도 8은 상태 천이 제어의 흐름을 자세히 설명하기 위한 도면이다. 이하, 이 도 8을 이용하여, 상태가 천이할 때의 셀 전압· 방전 전류의 구체적인 임계값, 및 이 때의 처리에 대하여 설명한다.

(1) 과충전 상태의 검출·복귀

배터리 셀(1)의 과충전 상태는, 마이크로컴퓨터(30)에 있어서, AD 컨버터(38)를 통해 검출되는 셀 전압 Vcell에 기초하여, CPU(31)에 의해 판단된다. 도 8에 도시한 바와 같이, 셀 전압 Vcell이 4.25V에 달했을 때, 과충전 상태인 것을 검출하고, FET 드라이버(42)로부터 출력 단자 CHG에 출력하는 제어 전압을 변화시켜, 보호 스위치 SW2를 오프시킨다. 이에 의해, 배터리 셀(1)의 충전이 강제적으로 정지된다.

또한, 이러한 처리와 함께, CPU(31)는, 과충전 상태로 된 것을, 상태 천이의 이력으로서 EEPROM(35)에 기입한다. 이 이력은, 예를 들면 배터리 셀(1)의 잔량 산출 처리 시에, 이상 발생에 따라서 산출값을 보정하기 위해서, 혹은 배터리 셀(1)의 고장 검출 등에 사용할 수 있다.

그리고, 과충전 상태로부터, 셀 전압 Vcell이 4.15V보다 낮게 되었을 때, 통상 상태로 된 것을 검출하여, 보호 스위치 SW2를 온 상태로 복귀한다. 여기서, 과충전 상태로의 천이 시와, 통상 동작 상태로의 복귀 시에서 검출 전압을 동일하게 한 경우에는, 과충전 상태로 천이하여 보호 스위치 SW2를 오프했을 때에, 셀 전압 Vcell이 바로 저하하여, 통상 동작 상태로의 천이가 검출된다. 이에 따라 충전이 재개되어, 셀 전압 Vcell이 또한 상승하여, 과충전 상태로 천이하고, 과충전 상태와 통상 동작 상태의 사이에서 천이를 몇 번이나 반복하는 헌팅이 발생한다. 이러한 사태를 방지하기 위해서, 리튬 이온 이차 전지의 만충전 전압인 4.2V를 사이에 두고, 통상 상태로의 복귀 시의 검출 전압을, 천이 시의 검출 전압보다 낮게 설정하고 있다.

이상의 처리에 의해, 과충전 상태의 발생을 마이크로컴퓨터(30)에 의해 정확하게 검출하여, 충전 동작을 정지시킬 수 있고, 배터리 셀(1)의 전극에 이온이 석출되거나, 혹은 발연, 발화가 일어나는 등의 사태가 확실하게 방지되어, 안전성을 유지할 수 있다. 또한, 배터리 팩에 접속하는 충전기의 고장을 검출하는 것도 가능하다.

또한, 이상의 설명에서는, 상태 천이의 검출을 셀 전압 Vcell에만 기초하여 행하고 있지만, 이에 덧붙여서 서미스터(3)에 의해 검출되는 배터리 셀(1)의 온도 정보를 AD 컨버터(38)로부터 취득하여, 상태 천이 검출에 이용함으로써, 안전성을 보다 높일 수 있다. 예를 들면, 온도 정보의 값이 60℃를 넘는 경우에는, 어떠한 상태에서도 충전을 금지한다. 혹은, 온도 정보의 값이 60℃를 넘는 경우에는, 과충전을 검출하는 임계값 전압을 0.1V 정도 저하시키도록 해도 된다.

(2) 과방전 상태의 검출·복귀

통상 동작 상태로부터 과방전 상태로의 천이는, 셀 전압 Vcell이 2.6V보다 낮게 되었을 때에 검출된다. 이 검출에 의해, 보호 스위치 SW1을 오프로 하여, 방전 전류를 차단한다. 또한, 이 때, 상기의 과충전 상태로의 천이 시와 마찬가지로, 과방전 상태로 천이하였음을, 이력으로서 EEPROM(35)에 기입하여 놓는다.

여기서, 리튬 이온 이차 전지의 경우, 방전 종지 전압은 3.0V로 설정되어 있고, 배터리 셀(1)을 전원으로서 동작하고 있는 기기는, 이 방전 종지 전압에 있어서 기기의 동작을 정지하도록 설정되어 있는 경우가 있다. 이 때, 마이크로컴퓨터(30)에 의한 과방전 상태의 검출 전압을, 방전 종지 전압과 동일하게 해 버리면, 접속된 기기의 동작 정지 타이밍과, 보호 스위치 SW1을 오프 상태로 하는 타이밍이 일치하여, 기기에서의 동작 정지를 위한 처리가 정상적으로 완료되지 않아, 문제점이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 과방전 상태의 검출 전압을 방전 종지 전압보다 미소하게 낮게 하여, 기기가 정상적으로 동작을 정지한 후에, 보호 스위치 SW1을 오프하고, 방전 전류를 차단하도록 하고 있다.

또한, 과방전 상태로 천이한 경우에는, 이 후에 더욱 셀 전압 Vcell이 저하하여, 마이크로컴퓨터(30)의 동작을 정지시키는 상태(셧다운)로 천이할 가능성이 있다. 이 때문에, 과방전 상태로 천이한 시점에, 마이크로컴퓨터(30)의 RAM(34) 등에 일시적으로 설정된 값 등, 그 후에 마이크로컴퓨터(30)가 재기동된 경우에 필요한 정보를, EEPROM(35)에 기억해 둔다. 또한, 이 때 기억시킨 정보는, 마이크로컴퓨터(30)가 다시 기동된 후, 마이크로컴퓨터(30)에의 전원 전압이 안정된 타이밍에 CPU(31)에 의해 판독되어, 동작에 반영시킬 수 있다(도 6의 단계 S610에 대응).

한편, 과방전 상태로부터 통상 동작 상태로의 천이는, 셀 전압 Vcell이 2.65V보다 높게 되고, 또한, 충전기가 접속되어 충전이 행해지고 있는 것이 검출되어 있는 경우에 판정한다. 리튬 이온 이차 전지에서는, 방전을 정지시킨 직후에, 셀 전압이 일시적으로 상승한다는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 통상 동작 상태로부터 과방전 상태로의 천이의 검출 전압과, 통상 동작 상태로의 복귀 검출 전압을 동일하게 하면, 이들 상태의 사이에서 천이를 반복하는 헌팅이 발생하는 경우가 있다. 그래서, 통상 동작 상태로의 복귀 검출 전압을, 과방전 상태의 검출 전압보다 미소하게 높게 하고, 또한, 충전이 개시되지 않는 한 통상 동작 상태로 복귀시 키지 않음으로써, 과방전 상태로의 천이로부터 통상 동작 상태로의 복귀까지 시간을 요하도록 하여, 헌팅의 발생을 확실하게 방지하고 있다.

또한, 충전 개시의 검출은, 충전기의 접속을 검지하는 입력 단자 PCKP로부터의 신호 레벨과, 플러스극 단자 Eb1에 접속된 입력 단자 HVIN의 전압값을, CPU(31)가 AD 컨버터(38)를 통하여 취득하여, 판정함으로써 행해진다.

이상의 처리에 의해, 과방전 상태의 발생을 마이크로컴퓨터(30)에 의해 정확하게 검출하여, 방전 동작을 정지시킬 수 있고, 전극 내부의 미소 단락이나 용량 열화 등이 확실하게 방지되어, 안전성을 유지함과 함께, 배터리 셀(1)의 수명의 단축화를 방지할 수 있다.

(3) 셧다운의 검출·복귀

과방전 상태로부터, 셀 전압 Vcell이 더욱 저하하면, 마이크로컴퓨터(30)의 동작이 불가능한 상태로 된다. 과방전 상태에서는 방전 전류가 차단되어 있기 때문에, 셀 전압 Vcell은 주로 마이크로컴퓨터(30) 및 전원 회로(10)의 전력 소비에 의해 완만히 저하해 간다. 그리고, 배터리 셀(1)의 방전을 더욱 진행시키지 않기 때문에, 셀 전압 Vcell이 2.2V보다 낮아졌을 때에, 마이크로컴퓨터(30)는 동작을 정지한 상태(셧다운)로 천이한다.

이 때, 셀 전압 Vcell의 저하에 의해 배터리 셀(1)을 이용하여 마이크로컴퓨터(30)를 기동할 수 없는 상태이기 때문에, 차회의 기동 시에 충전기로부터 전원 공급을 받을 수 있도록, 차지 펌프 회로(11)의 입력을 전원 단자 CPin2로 전환시켜 놓는다.

그리고, 셧다운의 상태로부터 과방전 상태로의 복귀는, 도 6에서 서술한 바와 같이, 마이크로컴퓨터(30)에의 공급 전압의 상승에 따라서 리세트 회로(13 및 14)로부터 공급되는 리세트 타이밍 및 기동 처리 개시 타이밍에 기초하여 행해진다. 기동 직후에는 충전기로부터의 공급 전압을 전원으로서 동작하고, 그 전압이 어느 정도 안정화된 단계, 예를 들면 셀 전압 Vcell이 2.5V를 넘은 단계에서, 차지 펌프 회로(11)의 입력을 전원 단자 CPin1로 전환시켜, 과방전 상태로 완전하게 복귀한다.

이상의 처리에 의해, 배터리 셀(1)의 전력 저하를 극력 억제함과 함께, 충전 개시 후에 마이크로컴퓨터(30)를 오동작하지 않고 기동시켜, 배터리 셀(1)의 보호 처리를 안정적으로 개시시킬 수 있다.

(4) 과전류 상태의 검출·복귀

배터리 셀(1)의 접점이 단락된 경우 등에는, 과대한 방전 전류가 흘러, 배터리 셀(1)이 이상 발열을 일으키는 등의 사태가 발생하는 경우가 있다. 이러한 사태를 방지하기 위해서, 저항 Rs를 이용하여 방전 전류를 검출하고, 과전류가 발생한 경우에 보호 스위치 SW1을 오프하여 방전 전류를 차단한다.

단, 이 과전류의 검출과 보호 스위치 SW1의 제어는, 마이크로컴퓨터(30)와는 별도로 전용의 하드웨어로서 마련된 과전류 검출 회로(20)에 의해 행한다. 이것은, 예를 들면 단락의 발생 시 등에, 보호 스위치 SW1의 전환을 고속으로 또한 안정적으로 행할 필요가 있기 때문이다. 가령, 단락에 의한 과전류 발생을 마이크로컴퓨터(30)의 소프트웨어 제어에 의해 검출한 경우, 단락 발생 후에 마이크로컴퓨터(30) 내의 인터럽트가 발생하여, 마이크로컴퓨터(30)의 인스트럭션이 작동하기 때문에, 인터럽트 처리의 개시 직전에 있어서의 마이크로컴퓨터(30)의 인스트럭션 상태에 의해서 보호 스위치 SW1에 대한 오프 제어의 시간이 변화하여, 크게 지연되는 경우도 있을 수 있다. 이 때문에, 마이크로컴퓨터(30) 내의 인스트럭션에 상관없이 보호 스위치 SW1을 동작시킬 필요가 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 과전류 상태로부터의 복귀는 충전 개시에 의해 행해지기 때문에, 과충전 상태로부터 과전류 상태로 천이한 경우에도, 보호 스위치 SW2를 온하여, 충전 가능한 상태로 하게 한다. 또한, 보호 스위치 SW2를 온으로 하는 제어는, 보호 스위치 SW1의 오프 제어와 마찬가지로 과전류 검출 회로(20)에 의해 직접 행해지거나, 혹은 과전류 상태의 천이 후에 CPU(31)의 처리에 의해 행해져도 무방하다.

여기서, 도 9는 과전류 검출 회로(20)의 내부 구성 예를 도시하는 도면이다.

과전류 검출 회로(20)는 도 9에 도시한 바와 같이, 비교기(21), 디지털 딜레이 회로(22), 래치 회로(23), 및 AND 게이트 회로(24)를 포함하고 있다. 비교기(21)의 입력 단자는, 각각 입력 단자 ODI 및 CSN에 접속되고, 비교기(21)는, 입력 단자 사이의 전압이 소정값 이상일 때에, 출력 신호를 H 레벨로 한다. 여기서, 과전류 상태로의 천이를 검출하는 임계값은 3.4A로 되고, 비교기(21)에서의 전압 비교에 의해 3.4A의 임계값 전류의 비교가 가능해지도록, 저항 Rth1 및 Rth2의 저항값이 설정된다.

디지털 딜레이 회로(22)는 비교기(21)의 출력 신호를 5msec만큼 지연시킨다. 또한, 입력 신호가 H 레벨의 상승 타이밍으로부터 5msec 이내에 L 레벨로 변한 경우에는, 출력 신호를 리세트한다. 이에 의해, 5msec 이하의 순간적인 과전류를 검출하지 않도록 설정되어 있다.

래치 회로(23)는 클럭 발진기(44a 또는 44b)로부터의 클럭 신호에 의해, 디지털 딜레이 회로(22)의 출력을 래치한다. 래치된 신호는 FET 드라이버(42)에 공급되고, 이 신호가 H 레벨로 된 타이밍에서, 보호 스위치 SW1이 강제적으로 오프된다. 또한, 래치된 신호는, 다른 쪽의 입력 단자에 클럭 신호가 입력되는 AND 게이트를 통해 CPU(31)에 공급되고, 이 신호에 의해 CPU(31)에 인터럽트가 행해진다.

이러한 과전류 검출 회로(20)에 의해, 마이크로컴퓨터(30)의 인스트럭션 상태에 관계없이, 비교기(21)에 의한 과전류 검출에 기초하여 보호 스위치 SW1을 고속으로 오프시켜, 배터리 셀(1)의 보호 효과를 높일 수 있다.

단, 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라와 같이, 렌즈 구동이나 테이프 권취 등에 모터를 사용하는 전자 기기에서는, 모터를 구동할 때에 매우 큰 돌입 전류(래쉬 전류)가 순간적으로 발생한다는 것이 알려져 있다. 마찬가지의 돌입 전류는, 스트로브 사용 시 등에도 발생한다. 비교기(21)를 이용함으로써 과전류를 고속으로 검출할 수 있지만, 돌입 전류의 발생 시에 과전류 발생으로 잘못 판단하여 보호 스위치 SW1을 오프하는 사태를 회피할 필요가 있다. 이 때문에, 디지털 딜레이 회로(22)를 이용하여, 5msec 이하의 순간적인 과전류를 검출하지 않도록 설정함으로써, 돌입 전류에 의한 오동작을 방지하여, 보호 기능의 동작 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 과전류의 검출에 의해, 과전류 검출 회로(20)로부터는 마이크로컴퓨터(30)에 대하여 인터럽트가 행해진다. 마이크로컴퓨터(30)의 CPU(31)는, 인터럽트 발생을 검출하면, 이상 상태를 기억하는 레지스터(여기서는 RAM(34))에, 과전류의 발생을 나타내는 상태 설정을 행한다. 그리고 CPU(31)는, 인터럽트 발생 후에 이 레지스터의 설정값을 판독함으로서, 과전류의 발생을 인식할 수 있고, 그 후의 과전류 상태로부터의 복귀 처리를 마이크로컴퓨터(30)의 제어에 의해 원활하게 실행할 수 있다. 또한, 판독된 설정값은 EEPROM(35)에 이력으로서 기록되고, 고장 검출 등에 활용할 수 있다. 예를 들면 과전류가 반복하여 발생하고 있는 경우에는, 배터리 팩에 접속되는 기기의 방전 전류가 크거나, 혹은 배터리 셀(1)이 단락되어 있을 가능성이 높다고 판단할 수 있다.

여기서, 도 8로 되돌아가, 과전류 상태로부터의 복귀 처리에 대하여 더 설명한다.

과전류 상태로부터 통상 동작 상태로 복귀하는 방법으로서는, 방전 부하가 개방되었음을 검출하여 자동 복귀하는 방법이 생각된다. 그러나, 예를 들면 배터리 팩을 포켓 등에 넣어 놓았을 때에, 키 등의 금속이 전극에 접촉하여 단락이 발생하는 경우에, 금속과 전극이 접촉·이반을 반복하는 체인 단락이라고 불리는 사태가 발생하는 경우가 있다. 이 때, 상기의 복귀 방법에서는, 배터리 셀(1)은 과전류 상태와 통상 상태를 반복하게 되어, 이상 발열이 발생하는 경우가 있다. 또한, 과전류의 발생 시에는 셀 전압이 마이크로컴퓨터(30)의 동작 전압 이하로 저하하기 때문에, 이러한 사태가 반복되면 마이크로컴퓨터(30)의 동작이 불안정하게 된다.

이상의 것을 감안하여, 도 8에 도시한 바와 같이, 과전류 상태에서는 충전을 행하지 않는 한 복귀하지 않도록 하고 있다. 즉, 입력 단자 PCKP 및 HVIN으로부터의 검출 신호에 의해, 충전기의 접속과 충전 전압의 인가가 검출되었을 때에, 통상 동작 상태로 복귀하도록 제어한다.

또한, 과전류 검출 후에, 장기간 충전이 행하여지지 않는 경우도 있을 수 있는데, 이 경우에는, 과방전 상태로부터 마이크로컴퓨터(30)의 정지 상태(셧다운)로 천이하는 경우와 마찬가지로, 셀 전압 Vcell이 2.2V보다 낮아진 경우에, 마이크로컴퓨터(30)의 동작을 정지시키도록 제어한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관한 배터리 팩에서는, 배터리 셀(1)의 보호 기능 중, 과충전 상태에서의 충전 전류 차단 제어, 및 과방전 상태에서의 방전 전류 차단 제어를, 마이크로컴퓨터(30)의 제어에 의해 안정적으로 행하는 것이 가능하다. 또한, 과전류 상태의 검출과 이 때의 방전 전류 차단 제어는, 마이크로컴퓨터(30)에 의한 제어와는 무관하게 동작하는 과전류 검출 회로(20)에 의해 행해지기 때문에, 과전류에 대한 보호 동작도 확실하게 실행된다.

이와 같이, 배터리 셀(1)의 보호 기능을 주로 마이크로컴퓨터(30)의 소프트웨어 제어에 의해 실현함으로써, 회로 규모나 제조 비용이 삭감됨과 함께, 이상 상태 검출을 위한 임계값 전압을 용이하게 정밀하게 설정할 수 있는 등, 배터리 셀(1)의 특성에 따른 보다 고정밀도의 제어를 행하는 것이 가능하게 된다.

〔마이크로컴퓨터에 의한 배터리 셀 보호 처리 및 잔량 산출 처리의 최적화〕

상술한 바와 같이, 배터리 셀(1)의 보호 기능은, 셀 전압의 검출에 기초하여 과충전 및 과방전의 상태를 검출하고, 또한 방전 전류의 검출에 기초하여 과전류의 상태를 검출하여, 각 상태에 따른 충전 전류, 방전 전류의 차단 제어를 행함으로써 실현된다. 이 중, 마이크로컴퓨터(30)의 처리에서는, CPU(31)가, AD 컨버터(38)를 통하여 셀 전압의 값을 취득하고, 통상 동작 상태, 과충전 상태 및 과방전 상태를 판단하여, 상태에 따라서 보호 스위치 SW1 및 SW2의 동작을 FET 드라이버(42)를 통하여 제어한다. 또한, 셀 전압 외에, 서미스터(3)에 의해서 검출된 배터리 셀(1)의 온도의 정보를, AD 컨버터(38)를 통하여 취득하고, 마찬가지로 보호 스위치 SW1 및 SW2의 동작을 제어하여 이상 발열 등으로부터 보호하도록 하여도 된다.

이러한 처리에서는, 마이크로컴퓨터(30)의 CPU(31)는, 배터리 셀(1)의 전압이나 온도의 정보를 소정 시간마다 AD 컨버터(38)로부터 판독하고, 이들 값에 따른 처리를 실행한다. 예를 들면, 배터리 팩에 기기가 접속되고, 그 기기에 배터리 셀(1)로부터 전원이 공급되어 있는 상태에서는, 배터리 셀(1)을 안전하게 보호하기 위해서, 배터리 셀(1)의 전압이나 온도를 AD 컨버터(38)로부터 판독하는 간격은 될 수 있는 한 짧은 것이 바람직하다.

한편, 마이크로컴퓨터(30)는, 상기와 같은 배터리 셀(1)의 보호 처리와 함께, 배터리 셀(1)의 잔량을 산출하고, 기기와 통신하여 산출한 정보를 기기에 송신하는 처리를 행한다. 이러한 처리에 의해, 기기에 탑재된 디스플레이에, 배터리 셀(1)의 잔류 용량이나, 사용 가능한 잔여 시간 등을 표시시키는 것이 가능하게 된다.

배터리 잔량 산출 처리를 행하기 위해서, CPU(31)는 상술한 보호 처리와 마찬가지로, AD 컨버터(38)를 통하여, 배터리 셀(1)의 전압, 충방전 전류, 방전 종지 전압(실제로는 과방전 상태의 검출 전압에 의해 근사), 온도를 취득할 필요가 있다. 또한, 배터리 잔량 산출 처리에서는 또한, 접속된 기기가 소비한 전력(전류)과, 이 기기에 고유하게 설정되는 방전 종지 전압(최저 동작 전압)이 필요하다. 그리고, 이들 정보를 기초로 산출한 값을, 통신 I/F(41)를 통하여 기기에 송신한다.

여기서, 기기가 배터리 셀(1)을 전원으로서 동작하는 경우, 예를 들면 비디오 카메라의 경우에는 연속 촬영 가능 시간이 10 시간 정도, 디지털 스틸 카메라의 경우에는 1 시간 정도라고 했듯이, 1 시간 이상의 비교적 긴 시간에 걸쳐 동작하기 대문에, 배터리 잔량의 표시는, 예를 들면 1분 혹은 5∼10분 정도의 간격으로 갱신함으로써, 사용자로부터 요구되는 표시 정밀도를 충분히 만족시킬 수 있다.

따라서, 배터리 잔량 산출 처리에 의한 산출값은, 보호 처리만큼 짧은 주기로 기기에 송신할 필요는 없다. 정리하면, 배터리 잔량 산출 처리와 그 산출값의 기기에의 송신 처리는, 필요할 때에만 행해지면 된다. 이로부터, 본 실시 형태에서는, 이들 처리를, 마이크로컴퓨터(30)에 대하여 예를 들면 기기 측으로부터의 통신에 의한 외부 인터럽트를 행함으로써 실행하고, 이 때에 AD 컨버터(38)로부터의 정보 취득을 행하기로 한다. 그리고, 이 외부 인터럽트의 간격을, 보호 처리의 실행 간격보다 길게 함으로써, 안정 동작과 소비 전력의 저감을 양립시킨다.

단, 배터리 잔량을 산출하기 위해서는, 기기의 동작이나 방전에 의해 소비된 전력(또는 전류)을 검출할 필요가 있다. 상기와 같이, 배터리 잔량 산출 처리를 소정 시간 간격으로 행하도록 하기 위해서는, 소비 전력의 검출값을 일정 시간 간격으로 판독하는 것을 가능하게 할 필요가 있다.

여기서, 소비 전력의 검출을 위해 필요한 정보에 대하여 설명한다. 도 10은 비디오 카메라의 동작 시에서의 소비 전류의 변화를 도시하는 그래프이다.

도 10에서는, 배터리 팩에 접속되는 기기의 예로서, 자기 테이프를 모터를 이용하여 구동하는 비디오 카메라의 소비 전류의 변화의 예를 나타내고 있다. 이 도 10에 도시한 바와 같이, 비디오 카메라에서는, 전원이 투입되고(타이밍 T101), 또한 내부 회로의 동작이 개시(타이밍 T102)된 후, 모터의 초기화 동작이 행해진다(타이밍 T103). 이 때, 모터가 구동됨으로써 돌입 전류가 흘러, 소비 전류가 순간적으로 크게 증가한다. 또한, 자기 테이프에의 기록이 개시되면(타이밍 T104), 모터 구동에 의해 다시 돌입 전류가 흘러, 소비 전류가 증가한다.

이와 같이, 비디오 카메라의 동작 시에는, 소비 전류는 단시간에 크게 변동한다. 또한, 예를 들면 디지털 스틸 카메라의 경우에도, 렌즈 구동 시나 스트로브 발광 시 등에 돌입 전류가 발생하기 때문에, 마찬가지로 소비 전류의 변동은 크다. 그러나, 배터리 잔량을 고정밀도로 산출하기 위해서는, 단시간의 전류 변화의 측정이 아니라, 기기의 평균 소비 전류(소비 전력)를 측정하는 것이 중요하다.

종래, 평균 소비 전류를 검출하기 위해서는, 배터리 셀과 직렬로 삽입한 저항을 이용하여 전류를 전압으로 변환하고, 전압 파형을 AD 컨버터를 통하여 검출하여, 검출값을 연산에 의해 평균화하고 있었다. 그러나, 이 방법에서는, 마이크로 컴퓨터에 의한 평균화 연산의 처리가 복잡해지고, 또한 고정밀도의 연산을 행하기 위해서는, 처리의 빈도를 높게 하거나, 혹은 검출값을 저장하는 메모리 량을 크게 할 필요가 있었다. 혹은, AD 컨버터의 입력측에 필터를 마련하여, 이 필터에 의해 평균값을 측정하는 방법도 있지만, 이 방법에서는 비교적 큰 외장 부품의 설치 면적이 필요하게 되어, 제조 비용도 높아진다.

이에 대하여, 본 실시 형태에서는, 마이크로컴퓨터(30) 내에 연료계(39)를 마련하여 평균 소비 전류의 검출을 행함으로써, 마이크로컴퓨터(30)에 의한 소비 전류의 검출 처리를 용이하게 하고 있다. 도 11은, 연료계(39)의 내부 구성 예를 도시하는 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 연료계(39)는, 전류 검출용의 저항 Rs의 양단에 각 입력 단자가 접속된 차동 증폭기(39a)와, 차동 증폭기(39a)의 출력 단자와 반전 입력 단자의 사이에 접속된 컨덴서 Cint와, 저항 Rs의 배터리 셀(1) 측과 차동 증폭기(39a)의 반전 입력 단자의 사이에 직렬로 접속된 저항 Rint와, 차동 증폭기(39a)의 출력과 기준 전압 Vref를 모두 입력으로 하는 비교기(39b 및 39c)와, 비교기(39b 및 39c)의 각각의 출력에 접속된 충전 카운터(39d), 방전 카운터(39e)를 포함한다.

이 연료계(39)에서는, 저항 Rs에 의해 소비 전류가 전압으로서 검출되고, 차동 증폭기(39a)의 입력이 컨덴서 Cint를 통해 반전 귀환된 구성에 의해, 차동 증폭기(39a)는 입력 전압에 대한 적분기로서 동작한다. 또한, 차동 증폭기(39a)의 출력은, 비교기(39b)의 정상측의 입력 단자, 및 비교기(39b)의 반전 입력 단자에 입력되고, 비교기(39b)의 반전 입력 단자, 및 비교기(39c)의 정상 측의 입력 단자에는, 기준 전압 Vref가 입력된다. 이에 의해, 비교기(39b 및 39c)는 각각 극성이 반대의 비교 동작을 행한다.

비교기(39b)는, 충전 전류가 흘렀을 때, 차동 증폭기(39a)로부터의 입력 전압이 기준 전압을 넘으면, 입력 전압을 리세트하여 펄스 신호를 출력한다. 또한, 차동 증폭기(39a)에의 입력 전압이 상승하면, 비교기(39b)의 출력 주파수가 상승한다. 따라서, 충전 카운터(39d)에 의해, 비교기(39c)로부터 출력되는 펄스 수를 일정 시간 간격으로 카운트함으로써, 그 기간에 저항 Rs에 흐른 충전 전류의 적산값(전하량)이 계측된다. 마찬가지로, 방전 전류가 흘렀을 때, 비교기(39c)는, 차동 증폭기(39a)로부터의 입력 전압이 기준 전압 미만으로 되면 입력 전압을 리세트하여 펄스 신호를 출력하고, 방전 카운터(39e)는, 비교기(39c)로부터 출력되는 펄스 수를 일정 시간 간격으로 카운트한다. 이에 의해, 저항 Rs에 흐른 방전 전류의 적산값이 계측된다.

이러한 연료계(39)를 이용함으로써, 마이크로컴퓨터(30)에서는, 소정 시간 간격으로 충전 카운터(39d) 및 방전 카운터(39e)의 카운트값을 판독함으로써, 각각 소비된 전력 및 배터리 셀(1)에 축적된 전력을 환산하여, 배터리 잔량 산출 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 연료계(39)에서는 소비 전력이나 축적 전력이 평균화된 값이 출력되기 때문에, 배터리 잔량 표시를 위한 CPU(31)의 처리 부담을 대폭 경감할 수 있다. 이와 함께, 도 11과 같이 연료계(39)는 간단한 회로 구성으로 실현 가능하기 때문에, 회로 설치 면적이나 소비 전력, 제조 비용을 저감할 수 있다. 따라서, 배터리 셀(1)의 보호 기능과 잔량 산출 기능을 마이크로컴퓨터(30)에 의해 안정적으로 실현하기 때문에 바람직하다.

여기서, 예를 들면, 배터리 셀(1)의 전압 저하가 매우 완만한 경우에는, 전류를 적산하는 단위 시간을 길게 한 쪽이, 그 단위 시간에 있어서의 소비 전류를 정확하게 검출하여, 배터리 잔량 표시의 정밀도를 향상할 수 있다. 그러나, 기기에 있어서 배터리 잔량 표시를 갱신하는 타이밍은, 너무 길게 하는 것은 바람직하지 않다. 이로부터, CPU(31)가, 연료계(39)로부터의 소비 전류값을 취득하는 간격은, 소비 전류의 계측의 정확성과, 배터리 잔량 표시의 편리성의 밸런스를 고려하여 설정하는 것이 바람직하다. 디지털 비디오 카메라나 디지털 스틸 카메라와 같은 휴대형의 기기에 전원을 공급하는 경우, 이 간격은 2초 정도가 적당하다. 따라서, 기기에의 전원 공급 시에서는, CPU(31)에 의한 배터리 잔량 산출 처리 및 산출값의 기기에의 송신 처리를 2초 간격으로 인터럽트 처리에 의해 실행하고, 그것보다 짧은 간격으로 CPU(31)에 의한 배터리 셀(1)의 보호 처리를 실행하면 된다.

그런데, 전원 공급 대상의 기기가 접속되어 있지 않은 경우, 혹은 접속되어 있는 기기의 전원이 오프인 경우에는, 배터리 셀(1)의 소비 전력이 매우 작고, 셀 전압의 저하가 매우 완만하다. 이 때문에, 이 상태에서는, 과충전, 과방전의 상태의 판단은, 기기에의 전원 공급 시만큼 빈번히 행할 필요는 없으며, AD 컨버터(38)로부터의 전압이나 온도의 판독 간격을, 마이크로컴퓨터(30)의 인스트럭션 클럭 주기보다도 충분히 길게 해도, 안전성을 유지할 수 있다고 말할 수 있다.

AD 컨버터(38)를 통한 배터리 셀(1)의 전압 및 온도의 정보 취득과, 과충전, 과방전의 상태 판정에 요하는 시간은, 통상 수 밀리초 정도이다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 기기가 접속되어 있지 않은 상태, 및 접속되어 있는 기기의 전원이 오프인 상태에서는, CPU(31)에 의한 배터리 셀(1)의 보호 처리를, 배터리 잔량 산출 처리와 동일한 2초 간격으로 실행하는 전력 절약화 모드로서, 소비 전력을 대폭 저감시킨다.

도 12는 마이크로컴퓨터(30)의 동작 모드의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 12에서는, 배터리 팩에 전원 공급 대상의 기기가 접속되고, 그 기기의 전원이 온인 경우의 마이크로컴퓨터(30)의 동작 모드를 「액티브 모드」, 기기의 전원이 오프이거나, 혹은 기기가 접속되어 있지 않은 경우의 동작 모드를 「전력 절약화 모드」로 하고 있다. 액티브 모드에서는, 6MHz의 고속 클럭에 의해 동작하고, 전력 절약화 모드에서는, 32 kHz의 저속 클럭에 의해 동작함으로써, 소비 전력의 저감 효과를 더욱 높이고 있다.

액티브 모드는 「통신 실행 상태」 및 「통신 미확정 상태」로 대별된다. 통신 실행 상태는, 기기와 마이크로컴퓨터(30)의 사이에서 통신이 실행되는 상태이고, 타이머(36)의 계시에 기초하여 2초마다 인터럽트가 행해짐으로써 천이한다. 혹은, 접속된 기기로부터의 인터럽트에 의해 천이한다. 통신 인터럽트가 발생하면, CPU(31)는, AD 컨버터(38) 및 연료계(39)로부터의 정보를 판독하여, 과전류, 과충전, 통상 동작의 각 상태에 따른 보호 스위치 SW1 및 SW2의 온/ 오프 제어를 행함과 함께, 배터리 잔량의 표시에 필요한 정보를 산출하여, 통신 I/F(41)를 통하여 기기에 송신한다. 그리고, 정보 송신 후에 기기와의 통신이 종료하면, 통신 미확정 상태로 천이한다.

통신 미확정 상태에서는, 타이머(36)에 의한 0.2초의 카운트마다, AD 컨버터(38)로부터 정보를 판독하고, 상태의 판정에 따른 보호 스위치 SW1 및 SW2의 온/ 오프 제어가 행해진다. 이 때, 연료계(39)로부터의 정보 판독 처리는 행해지지 않는다.

이와 같이, 액티브 모드에서는, 배터리 셀(1)의 보호 처리가 0.2초 주기로 실행되고, 배터리 잔량 산출 처리가 2초 주기의 통신 인터럽트에 따라서 실행된다. 이러한 제어가 행하여짐으로써, 셀 전압의 변동에 대한 보호 처리를 항상 안정적으로 실행시키면서도, 배터리의 고 기능화로서 중요한 배터리 잔량 표시에 필요한 정보 산출 및 기기와의 통신 처리를, 저소비 전력으로 또한 필요 충분한 정밀도로 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 액티브 모드에서는, 배터리 셀(1)의 보호 처리와 배터리 잔량 산출 처리의 쌍방이 실행되는 주기는, 보호 처리만 실행되는 주기의 짝수배인 것이 바람직하다. 이들 주기의 관계가 홀수배인 경우에는, 마이크로컴퓨터(30)의 제어 안정성이 손상되지만, 짝수배로 한 경우에는, 안정성을 유지한 채로 제어를 간략화할 수 있다.

또한, 통신 미확정 상태에서는, 타이머(36)의 카운트에 따라서 2초 경과 시에 통신 인터럽트가 발생하면, 통신 실행 상태로 천이한다. 한편, 2초 경과 후에도 통신 인터럽트가 발생하지 않는 경우에는, 슬립 상태로 천이한다. 슬립 상태에서는, AD 컨버터(38) 및 연료계(39)로부터의 정보 판독이 2초 주기로 실행되고, 상태 판정에 따른 보호 스위치 SW1 및 SW2의 온/ 오프 제어와, 잔량 표시에 필요한 정보 산출이 행해진다. 또한, 산출값은 예를 들면 EEPROM(35)에 기억되고, 산출 처리마다 이용됨과 함께, 새로운 산출값에 의해 갱신된다. 또한, 통신 미확정 상태에서는, 통신 인터럽트가 발생한 시점에, 액티브 모드로 되어, 통신 실행 상태로 천이한다.

이상과 같이, 마이크로컴퓨터(30)는 기기의 접속 유무, 혹은 접속된 기기의 전원이 투입되어 있는지의 여부를, 기기와의 통신이 일정 간격으로 행해지고 있는지의 여부에 의해서 판단함으로써, 액티브 모드와 전력 절약화 모드의 상태 천이를 제어하고 있다. 즉, 기기와의 통신이 일정 시간 이상 행해지지 않는 경우에는, 배터리 셀(1)의 방전 부하가 작아져 있다고 판단하여, 전력 절약화 모드로의 동작이 허가된다.

그리고, 전력 절약화 모드에서는, 배터리 셀(1)의 보호 처리의 실행 간격을 크게 하고, AD 컨버터(38)가 동작 정지 상태로 되는 시간을 증가시킴으로써, 소비 전력을 대폭 저감시킬 수 있다.

또한, 마이크로컴퓨터(30)가 전력 절약화 모드로 되어 있는 경우라도, 과전류 검출 회로(20)에 의한 과전류의 검출은 항상 행해져, 과전류가 검출된 경우에는 그 상태에 따라서 보호 스위치 SW1 및 SW2가 제어된다. 이 때, 마이크로컴퓨터(30)에는 인터럽트가 행해지며, 마이크로컴퓨터(30)는 인터럽트 발생을 검출하면, RAM(34)에 대한 과전류의 상태 설정의 실행 등을 위해서, 일시적으로 슬립 상태로부터 복귀한다.

이와 같이, 상기의 배터리 팩에서는, 기기에의 전원 공급이 행하여지지 않는 경우에도, 마이크로컴퓨터(30)에 의한 배터리 셀(1)의 보호 처리 외에, 과전류 검출 회로(20)도 항상 동작시킬 필요가 있다. 따라서, 마이크로컴퓨터(30)의 소비 전력을 저감하는 것은, 배터리 셀(1)에 대한 안정적인 보호 기능을 실현하는 데에 있어서, 매우 중요하다.

또한, 마이크로컴퓨터(30)에는, 특히 배터리 셀(1)의 보호 기능의 안정 동작을 확보하기 위해서, 워치독 타이머(37)가 마련되어 있다. 워치독 타이머(37)는, 보호 처리가 실행되는 타이밍을 항상 감시하여, 2초 이상의 소정 시간 내에 보호 처리가 실행되지 않는 경우에 마이크로컴퓨터(30)가 폭주하고 있다고 판단하여, 마이크로컴퓨터(30)를 리세트한다. 따라서, 각 동작 모드에서는, 보호 처리(즉, 셀 전압에 기초한 상태 판정 및 상태에 따른 보호 스위치 SW1 및 SW2의 제어)가 종료할 때마다, 워치독 타이머(37)의 카운트값이 리세트된다. 이에 의해, 어떠한 경우에도 마이크로컴퓨터(30) 자신의 폭주가 회피되어, 배터리 셀(1)의 보호 기능을 정상적으로 동작시킬 수 있다.

〔기동 후의 마이크로컴퓨터의 전체 처리〕

이상 설명한 마이크로컴퓨터(30)에 의한 배터리 셀(1)의 보호 및 배터리 잔량 산출을 포함하는 처리의 전체의 흐름에 관해서, 흐름도를 이용하여 설명한다.

도 13은 마이크로컴퓨터(30)에 의한 처리의 전체의 흐름을 설명하는 흐름도이다.

단계 S1301에 있어서, 셀 전압의 상승에 의해, 마이크로컴퓨터(30)에 공급되 는 전원 전압이 소정값까지 상승하면, 전원 회로(10)로부터의 타이밍 신호에 기초하여 마이크로컴퓨터(30)가 기동한다. 이 기동 직후의 처리는 도 6의 처리에 대응하기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

단계 S1302에 있어서, 타이머(36)에 의한 카운트가 개시되고, 2초 경과했을 때에 단계 S1303으로 진행한다.

단계 S1303에 있어서, CPU(31)는 2초의 카운트의 사이에 통신 인터럽트가 발생하였는지 여부를 판정한다. 발생하지 않은 경우에는 단계 S1304로 진행하고, 발생한 경우에는 단계 S1307로 진행한다.

단계 S1304 내지 S1306은 전력 절약화 모드에서의 처리로 된다. 단계 S1304에 있어서, 배터리 셀(1)의 보호 처리(이하, 배터리 보호 처리라고 약칭함)의 서브 루틴을 실행한다. 이에 의해, 셀 전압의 검출에 기초하여 배터리 셀(1)의 이상 상태가 판별되고, 상태에 따라서 충방전이 제어된다. 또한, 이 서브 루틴에 대해서는 후의 도 14에서 설명한다.

단계 S1305에 있어서, 배터리 잔량 검출 처리의 서브 루틴을 실행한다. 이에 의해, 접속되는 기기에 있어서 배터리 잔량을 표시시키기 위해서 필요한 정보가 산출된다. 또한, 이 서브 루틴에 대해서는 후의 도 15에서 설명한다.

단계 S1306에 있어서, 워치독 타이머(37)의 카운트값을 리세트한다. 그리고, 단계 S1302로 되돌아가, 또한 2초 동안에 통신 인터럽트가 발생하였는지 여부를 판정한다.

또한, 2초 이내에 통신 인터럽트가 발생한 경우에는, 액티브 모드로서의 처 리가 실행된다. 단계 S1307에 있어서, 단계 S1304와 마찬가지의 배터리 보호 처리를 실행한다.

단계 S1308에 있어서, 단계 S1305와 마찬가지의 배터리 잔량 산출 처리를 실행한다.

단계 S1309에 있어서, 단계 S1308의 처리에 의해 산출된 값 등, 잔량 표시에 필요한 정보를, 통신 I/F(41)를 통하여 기기에 대하여 송신한다. 이 정보로서는, 예를 들면, 배터리 셀(1)의 현재의 전압, 온도, 전류 적산값으로부터 산출한 방전 전류 적산 잔량 및 소비 전력, 배터리 셀(1)에 고유한 온도 계수 등이다.

단계 S1310에 있어서, 워치독 타이머(37)의 카운트값을 리세트한다.

단계 S1311에 있어서, 타이머(36)의 카운트에 기초하여, 통신 인터럽트의 발생(단계 S1303에 대응)으로부터 0.2초가 경과했을 때에, 단계 S1312로 진행한다.

단계 S1312에 있어서 또한, 통신 인터럽트의 발생으로부터 2초가 경과하였는지 여부를 판정하여, 경과하지 않은 경우에는 단계 S1313으로 진행한다. 또한, 2초 경과한 경우에는 단계 S1303으로 되돌아가, 통신 인터럽트가 발생하였는지의 여부를 판정한다.

단계 S1313에 있어서, 단계 S1304 및 S1307과 마찬가지의 배터리 보호 처리를 실행한다. 이에 의해, 배터리 보호 처리가 0.2초 간격으로 실행되게 된다. 한편, 단계 S1308의 배터리 잔량 산출 처리는, 2초 간격으로 실행되게 된다.

또한, 도시하지 않지만, 마이크로컴퓨터(30)의 동작에 관계없이, 과전류 검출 회로(20)에서는 배터리 셀(1)에 있어서의 과전류의 검출이 항상 행해지고 있다. 과전류 검출 회로(20)는, 과전류를 검출하면, 보호 스위치 SW1 및 SW2를 각각 오프, 온의 상태로 함과 함께, 마이크로컴퓨터(30)에 대하여 과전류 발생에 의한 인터럽트를 행한다.

마이크로컴퓨터(30)에서는, CPU(31)는 상기 흐름도의 처리중에 있어서, 과전류 검출 회로(20)로부터의 인터럽트를 수시 감시한다. 그리고, 과전류에 의한 인터럽트를 검출하면, RAM(34) 상에 설정한, 상태를 나타내는 모드 정보(Safe 모드)를, 과전류 상태를 나타내도록 재기입한다.

도 14는 마이크로컴퓨터(30)에 의한 배터리 보호 처리(도 13의 단계 S1304, S1307 및 S1313에 대응)의 흐름을 설명하는 흐름도이다.

우선, CPU(31)는 RAM(34)에 설정된 Safe 모드를 판독하여, 현재의 보호 상태를 인식한다(단계 S1401, S1407, S1415 및 S1419에 대응).

단계 S1401에 있어서, 현재가 과방전 상태인 경우에는 단계 S1402로 진행한다.

단계 S1402에 있어서, AD 컨버터(38)로부터 셀 전압(Vcell)을 판독하고, 셀 전압이 2.2V보다 낮을 때는 단계 S1403으로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 단계 S1404로 진행한다.

단계 S1403에 있어서, 셀 전압이 현저하게 낮다고 판단하여, 마이크로컴퓨터(30) 자신을 셧다운한다.

또한, 단계 S1404에 있어서, AD 컨버터(38)로부터, 셀 전압과 함께, 충전기의 접속 유무 및 충전 전압의 인가 유무를 각각 나타내는 정보를 판독하고, 셀 전 압이 2.65V보다 높고, 또한 충전이 개시된 경우에, 단계 S1405로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는, 서브 루틴을 종료한다.

단계 S1405에 있어서, FET 드라이버(42)에 제어 신호를 송신하여, 보호 스위치 SW1을 온시킨다. 또한, 이 때 보호 스위치 SW2는 온되어 있다.

단계 S1406에 있어서, RAM(34) 상의 Safe 모드를, 통상 동작을 나타내도록 재기입하고, 서브 루틴을 종료한다.

또한, 단계 S1407에 있어서, 판독한 Safe 모드에 기초하여, 현재가 통상 동작 상태인 경우에는, 단계 S1408로 진행한다.

단계 S1408에 있어서, AD 컨버터(38)로부터 판독한 셀 전압이 2.6V보다 낮은 경우에는 단계 S1409로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 단계 S1412로 진행한다.

단계 S1409에 있어서, FET 드라이버(42)에 제어 신호를 송신하여, 보호 스위치 SW1을 오프시킨다. 또한, 이 때 보호 스위치 SW2는 온되어 있다.

단계 S1410에 있어서, RAM(34) 상의 Safe 모드를 과방전 상태를 나타내도록 재기입한다.

단계 S1411에 있어서, 이 후에 더욱 셀 전압이 저하하여, 마이크로컴퓨터(30)가 셧다운되는 사태에 대비하여, RAM(34) 등에 기억된 현재의 동작 상태에 관한 설정값을 EEPROM(35)에 복사하여 대피시킨다. 그리고, 서브 루틴을 종료한다.

또한, 단계 S1412에 있어서, 셀 전압이 4.25V보다 높은 경우에는 단계 S1413으로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 서브 루틴을 종료한다.

단계 S1413에 있어서, 보호 스위치 SW2를 오프시킨다.

단계 S1414에 있어서, RAM(34) 상의 Safe 모드를 과충전 상태를 나타내도록 재기입하고, 서브 루틴을 종료한다.

또한, 단계 S1415에 있어서, 판독한 Safe 모드에 기초하여, 현재가 과충전 상태인 경우에는 단계 S1416으로 진행한다.

단계 S1416에 있어서, AD 컨버터(38)로부터 판독한 셀 전압이 4.15V보다 낮은 경우에는 단계 S1417로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 서브 루틴을 종료한다.

단계 S1417에 있어서, 보호 스위치 SW2를 온시킨다.

단계 S1418에 있어서, RAM(34) 상의 Safe 모드를 통상 동작 상태를 나타내도록 재기입하고, 서브 루틴을 종료한다.

또한, 단계 S1415의 판정에서, 현재가 과충전 상태가 아니라고 판단된 경우에는, 현재가 과전류 상태라고 판단되어, 단계 S1419로 진행한다.

단계 S1419에 있어서, AD 컨버터(38)로부터 판독한 셀 전압이 2.2V보다 낮은 경우에는 단계 S1420으로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 단계 S1421로 진행한다.

단계 S1420에 있어서, 마이크로컴퓨터(30) 자신을 셧다운한다.

단계 S1421에 있어서, AD 컨버터(38)로부터, 충전기의 접속 유무 및 충전 전압의 인가 유무를 각각 나타내는 정보를 판독하여, 충전이 개시된 경우에는 단계 S1422로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 서브 루틴을 종료한다.

단계 S1422에 있어서, 보호 스위치 SW1을 온시킨다.

단계 S1423에 있어서, RAM(34) 상의 Safe 모드를 통상 동작을 나타내도록 재기입하고, 서브 루틴을 종료한다.

이상의 처리에 의해, 현재의 셀 전압에 따른 충방전 제어, 및 과전류 상태로부터의 복귀가, 마이크로컴퓨터(30)에 있어서의 소프트웨어 제어에 의해 실현된다. 또한, Safe 모드를 재기입할 때는, EEPROM(35)에 대하여 상태 천이의 이력을 남기도록 해도 된다.

도 15는 마이크로컴퓨터(30)에 의한 배터리 잔량 산출 처리(도 13의 단계 S1305 및 S1308에 대응)의 흐름을 설명하는 흐름도이다.

단계 S1501에 있어서, AD 컨버터(38)로부터의 출력 신호로부터, 배터리 셀(1)의 온도를 판독한다.

단계 S1502에 있어서, AD 컨버터(38)로부터의 출력 신호로부터, 배터리 셀(1)의 전압을 판독한다.

단계 S1503에 있어서, 연료계(39)로부터, 충방전 전류의 적산값을 판독한다.

단계 S1504에 있어서, AD 컨버터(38)로부터의 출력 신호로부터, 충전기에 의한 충전 동작의 유무를 판별한다.

단계 S1505에 있어서, 단계 S1501 내지 S1504에서 취득한 정보를 기초로 하여, 기기에 있어서의 배터리 잔량 표시에 필요한 정보를 산출한다. 여기서는, 예를 들면, 연료계(39)로부터 취득한 전류 적산값을 기초로 방전 전류 적산 잔량이나 소비 전력 등이 산출된다.

단계 S1506에 있어서, 산출된 값을 EEPROM(35)에 저장한다. 또한, 이 때, 예를 들면, 검출된 배터리 셀(1)의 전압, 온도 등도 저장된다.

단계 S1507에 있어서, 연료계(39)의 충전 카운터(39d) 및 방전 카운터(39e)의 카운트값을 클리어하여, 서브 루틴을 종료한다.

이상의 도 15의 처리가 일정 시간마다 실행됨으로써, 배터리 잔량이 고정밀도로 감시된다.

〔복수의 배터리 셀이 직렬 접속된 경우의 회로 구성〕

그런데, 이상의 설명에서는 1개의 배터리 셀을 사용한 경우에 대해 설명하였지만, 실제로는, 접속되는 기기의 부하의 크기에 따라서, 복수의 배터리 셀을 직렬로 접속하여 사용하는 경우가 있다. 이 경우, 각 배터리 셀에 대하여 개별로 과충전, 과방전의 상태를 판별할 필요가 있다. 이하, 이러한 경우의 회로 구성 및 동작에 대하여, 보충 설명한다.

도 16은 직렬 접속한 복수의 배터리 셀을 이용한 경우의 배터리 팩의 내부 구성 예를 도시하는 도면이다. 또한 도 16에서는, 상기의 도 1에 대응하는 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.

복수의 배터리 셀이 직렬 접속된 경우, 각 배터리 셀의 셀 전압을 개별로 검출하기 위해서, 배터리 셀의 수에 따른 AD 컨버터의 입력 채널을 마련할 필요가 있다. 도 16에서는, 예로서 2개의 배터리 팩(1a, 1b)이 직렬로 접속된 경우를 도시하고 있고, 배터리 팩(1a, 1b)의 각각의 플러스극 측의 전압을 검출하기 위한 입력 단자 ADCin1 및 ADCin2가 개별로 마련되어 있다. 그리고, 마이크로컴퓨터 내의 AD 컨버터는, 차동형의 입력을 갖고 있고, 각 입력 단자 ADCin1와 ADCin2와의 사이, 및 입력 단자 ADCin2와 설치 전위 사이의 각각의 차분을 검출하도록 해 놓는다. 이에 의해, 마이크로컴퓨터의 CPU는 각 배터리 셀(1a, 1b)의 셀 전압을 개별로 취득할 수 있다.

여기서, 도 13을 참조하면, 복수의 배터리 셀을 직렬 접속한 경우, 단계 S1304 및 S1307에 도시한 배터리 보호 처리를, 배터리 셀마다 행하면 되게 된다. 단, 안전성을 고려하면, 통상 동작 상태일 때에, 1개라도 과방전 상태인 배터리 셀이 나타났을 때는, 충전 전류를 차단할 필요가 있다. 예를 들면, 도 14를 참조하면, 단계 S1408에 있어서, 적어도 1개의 배터리 셀의 셀 전압이 2.6V보다 낮아진 경우에는, 단계 S1409로 진행하여 과방전 상태로 천이할 필요가 있다. 또한, 단계 S1404에 있어서, 모든 배터리 셀의 셀 전압이 2.65V보다 낮아질 때까지는, 통상 동작 상태로 복귀시켜서는 안 된다.

마찬가지로, 1개라도 과충전 상태로 된 배터리 셀이 나타났을 때는, 방전 전류를 차단할 필요가 있다. 예를 들면, 도 14의 단계 S1412에 있어서, 적어도 1개의 배터리 셀의 셀 전압이 4.25V보다 높아진 경우에는, 단계 S1413으로 진행하여 과충전 상태로 천이할 필요가 있다. 또한, 단계 S1416에 있어서, 모든 배터리 셀의 셀 전압이 4.15V보다 낮아질 때까지는, 통상 동작 상태로 복귀시켜서는 안 된다.

이와 같이, 과충전, 과방전의 상태를 마이크로컴퓨터의 소프트웨어 제어에 의해 판별함으로써, 복수의 배터리 셀을 직렬 접속하여 사용한 경우에도, 프로그램 모듈의 일부를 루프시키는 것을 기본으로 한 용이한 소프트웨어의 개변에 의해 대응할 수 있다. 이 때문에, 종래와 같이, 사용하는 배터리 셀의 수에 따라서 새로 운 회로를 마련할 필요가 없게 되어, 설계 비용이나 회로 규모가 억제된다.

반대로, 당초부터 복수의 배터리 셀을 직렬 접속한 경우에 대응하는 소프트웨어를 실장해 두면, 상정한 수 이하의 배터리 셀을 이용한 모든 배터리 팩에 대하여, 동일한 소프트웨어를 이용하여 보호 처리를 실행시킬 수 있다. 예를 들면, 도 16과 같이 2개의 배터리 셀을 직렬 접속한 경우에 대응하는 소프트웨어는, 배터리 셀을 1개로 한 경우에는, 입력 단자 ADCin1 및 ADCin2의 각 전압을 동일하다고 간주함으로써, 소프트웨어의 내용을 전혀 변경하지 않고, 보호 처리를 실행시킬 수 있다.

본 발명의 배터리 팩에 따르면, 과전류 검출 수단에 의한 방전 전류 차단 수단의 제어가, 보호 처리 수단의 제어보다 우선적으로 행해지기 때문에, 보호 처리 수단의 동작 상태에 관계없이 이차 전지를 과방전으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 보호 처리 수단의 처리가 소프트웨어 제어에 의해 실행된 경우에도, 과전류의 검출 시부터 방전 전류의 차단까지의 사이에, 보호 처리 수단의 동작 상태에 따른 지연이 발생하는 일이 없게 되기 때문에, 이차 전지를 보다 확실하게 보호하면서도, 회로의 실장 면적이나 제조 비용을 삭감하고, 또한 고정밀도의 보호 처리를 용이하게 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 예를 들면, 이차 전지의 충방전 전류의 적산값에 따른 신호를 출력하는 전류 적산 수단과, 이차 전지로부터 전원의 공급을 받는 외부 기기와의 사이에서 통신하는 통신 수단과, 적어도 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값과 전류 적산 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 이차 전지의 잔량에 관한 잔량 정보를 산출하여 통신 수단을 통해 외부 기기에 송신하는 잔량 정보 산출 수단과, 상기의 일정 시간마다의 통신 수단에 의한 외부 기기와의 통신의 가부에 기초하여, 이 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급의 유무를 판별하는 전원 공급 판별 수단을 더 마련하고, 전원 공급 판별 수단에 의해 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우에는, 잔량 정보 산출 수단이, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보의 산출과 그 산출값의 외부 기기에의 송신을 행하고, 보호 처리 수단이, 상기의 일정 시간보다 짧은 시간 간격으로 이차 전지의 상태를 판별하도록 동작하고, 또한, 전원 공급 판별 수단에 의해 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있지 않다고 판별된 경우에는, 잔량 정보 산출 수단이, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보를 산출하여 불휘발성 기억 수단에 기억시키고, 보호 처리 수단이, 상기의 일정 시간마다 이차 전지의 상태를 판별하도록 동작함으로써, 이차 전지의 안전성이나 잔량 산출에 의한 편리성을 손상시키지 않고서, 보호 처리 수단 및 잔량 정보 산출 수단의 소비 전력을 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명의 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법에 따르면, 과전류 검출 처리에 의한 방전 전류 차단 회로의 제어는, 이차 전지의 극간 전압에 기초하는 보호 처리보다 우선적으로 행해지기 때문에, 극간 전압에 기초하는 보호 처리의 처리 상태에 관계없이 이차 전지를 과방전으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 극간 전압에 기초하는 보호 처리가 소프트웨어 제어에 의해 실행된 경우에도, 과전류의 검출 시부터 방전 전류의 차단까지의 사이에, 보호 처리의 처리 상태에 따른 지연이 발 생하는 일이 없게 되기 때문에, 이차 전지를 보다 확실하게 보호하면서도, 회로의 실장 면적이나 제조 비용을 삭감하고, 또한 고정밀도의 보호 처리를 용이하게 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한 예를 들면, 적어도, 이차 전지의 극간 전압과 이차 전지의 충방전 전류의 적산값에 기초하여, 이차 전지의 잔량에 관한 잔량 정보를 산출하는 잔량 산출 처리와, 이 잔량 산출 처리에 의해서 산출된 잔량 정보를, 이차 전지로부터 전원의 공급을 받는 외부 기기에 대하여 송신하는 잔량 정보 송신 처리를 또한 실행하고, 상기의 일정 시간마다의 외부 기기와의 통신의 가부에 기초하여, 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급의 유무를 판별하고, 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우에는, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보 산출 처리와 그 산출값을 이용한 잔량 정보 송신 처리를 실행함과 함께, 상기의 일정 시간보다 짧은 시간 간격으로 이차 전지의 상태를 판별하여 판별 결과에 기초하는 보호 처리를 실행하고, 외부 기기에의 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있지 않다고 판별된 경우에는, 상기의 일정 시간마다 잔량 정보 산출 처리를 실행하여 산출된 잔량 정보를 불휘발성 메모리에 기억시킴과 함께, 상기의 일정 시간마다 이차 전지의 상태를 판별하여 판별 결과에 기초하는 보호 처리를 실행함으로써, 이차 전지의 안전성이나 잔량 산출에 의한 편리성을 손상시키지 않고서, 보호 처리 및 잔량 정보 산출 처리의 실행에 수반하는 소비 전력을 삭감할 수 있다.

Claims

이차 전지의 이상 발생에 대한 보호를 포함하는 처리를 실행하는 처리 회로가 상기 이차 전지와 일체로 수용된 배터리 팩으로서,

상기 이차 전지의 방전 전류를 선택적으로 차단하는 방전 전류 차단 수단과,

상기 이차 전지의 충전 전류를 선택적으로 차단하는 충전 전류 차단 수단과,

상기 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 전압을 디지털화하여 출력하는 전압 검출 수단과,

적어도 상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값에 기초하여, 상기 이차 전지가 과충전 상태, 통상 동작 상태 및 과방전 상태 중 어느 상태인지를 판별하고, 판별한 상태에 따라서 상기 방전 전류 차단 수단 및 상기 충전 전류 차단 수단의 동작을 제어하는 보호 처리 수단과,

상기 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 상기 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에, 상기 보호 처리 수단보다 우선적으로 상기 방전 전류 차단 수단을 차단 상태로 되도록 제어하는 과전류 검출 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 이차 전지에 대한 충전기에 의한 충전 동작의 유무를 검출하는 충전 검출 수단을 더 포함하고,

상기 과전류 검출 수단은, 상기 이차 전지가 상기 과전류 상태라고 판별한 경우에, 상기 보호 처리 수단에 대하여 인터럽트를 행하고,

상기 보호 처리 수단은, 상기 과전류 검출 수단으로부터의 인터럽트를 검출하면, 상기 이차 전지가 상기 과전류 상태라고 판별하고, 상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값이 소정의 임계값 이상이고, 또한 상기 충전 검출 수단에 의해 상기 충전 동작의 실행이 검출되면, 상기 이차 전지의 상태를 상기 통상 동작 상태로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제2항에 있어서,

상기 보호 처리 수단은, 상기 과전류 검출 수단으로부터의 인터럽트를 검출하면, 상기 이차 전지가 상기 과전류 상태로 되었음을 나타내는 이력 정보와, 상기 보호 처리 수단의 동작에 필요한 현재의 설정 정보를, 불휘발성 기억 수단에 기억시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 보호 처리 수단은, 상기 이차 전지가 과방전 상태일 때, 상기 전압 검출 수단에 의한 검출 전압이, 상기 과방전 상태로의 천이를 식별하기 위한 임계값보다 더욱 낮은 소정값 미만으로 저하하면, 상기 보호 처리 수단의 동작에 필요한 현재의 설정 정보를 불휘발성 기억 수단에 기억시킨 후, 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 과전류 검출 수단은, 상기 이차 전지의 충방전 전류의 크기가 소정 시간만큼 소정의 임계값 이상으로 되었을 때, 상기 이차 전지가 상기 과전류 상태라고 판별하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 과전류 검출 수단은, 상기 이차 전지에 대하여 직렬로 접속한 저항의 양단 전압을 기준 전압과 비교하는 전압 비교기를 이용하여, 상기 과전류 상태인지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 이차 전지의 온도를 디지털화하여 출력하는 온도 검출 수단을 더 포함하고,

상기 보호 처리 수단은, 상기 온도 검출 수단으로부터의 출력값에 따라서 상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압을 보정한 값에 기초하여, 상기 이차 전지의 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

적어도 상기 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 전압을 승압하는 승압 수단을 더 포함하고,

전원 전압은 상기 승압 수단을 통해 상기 보호 처리 수단에 공급되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 이차 전지가 직렬로 접속된 복수의 이차 전지 셀을 포함하는 경우, 상기 전압 검출 수단은, 상기 각 이차 전지 셀에 대하여 개별로 플러스극과 마이너스극 사이의 전압을 검출하고, 상기 보호 처리 수단은, 상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값에 기초하여, 상기 각 이차 전지 셀에 대하여 개별로 상기 과충전 상태, 상기 통상 동작 상태 및 상기 과방전 상태 중 어느 것인지를 판별하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제9항에 있어서,

상기 보호 처리 수단은, 적어도 1개의 상기 이차 전지 셀이 상기 과충전 상태라고 판별했을 때, 상기 충전 전류 차단 수단을 차단 상태로 되도록 제어하고, 적어도 1개의 상기 이차 전지 셀이 상기 과방전 상태라고 판별했을 때, 상기 방전 전류 차단 수단을 차단 상태로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 이차 전지의 충방전 전류의 적산값에 따른 신호를 출력하는 전류 적산 수단과,

상기 이차 전지로부터 전원의 공급을 받는 외부 기기와의 사이에서 통신하는 통신 수단과,

적어도 상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값과 상기 전류 적산 수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 상기 이차 전지의 잔량에 관한 잔량 정보를 산출하여 상기 통신 수단을 통해 상기 외부 기기에 송신하는 잔량 정보 산출 수단과,

일정 시간마다의 상기 통신 수단에 의한 상기 외부 기기와의 통신의 가부에 기초하여, 상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급의 유무를 판별하는 전원 공급 판별 수단

을 더 포함하고,

상기 전원 공급 판별 수단에 의해 상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우에는, 상기 잔량 정보 산출 수단은, 상기 일정 시간마다 상기 잔량 정보의 산출과 그 산출값의 상기 외부 기기에의 송신을 행하고, 상기 보호 처리 수단은, 상기 일정 시간보다 짧은 시간 간격으로 상기 이차 전지의 상태를 판별하고,

상기 전원 공급 판별 수단에 의해 상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있지 않다고 판별된 경우에는, 상기 잔량 정보 산출 수단은, 상기 일정 시간마다 상기 잔량 정보를 산출하여 불휘발성 기억 수단에 기억시키고, 상기 보호 처리 수단은, 상기 일정 시간마다 상기 이차 전지의 상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,

상기 일정 시간은, 상기 보호 처리 수단 및 상기 잔량 정보 산출 수단의 인스트럭션 클럭 주기보다 충분히 긴 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,

상기 일정 시간마다의 상기 보호 처리 수단 및 상기 잔량 정보 산출 수단의 동작의 유무에 기초하여, 적어도 한쪽이 폭주 상태인 것을 검출하면, 상기 보호 처리 수단 및 상기 잔량 정보 산출 수단에 초기화 처리를 실행시키는 폭주 회피 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제11항에 있어서,

상기 전원 공급 판별 수단에 의해 상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우, 상기 일정 시간이, 상기 보호 처리 수단이 상기 이차 전지의 상태를 판별하는 주기의 짝수배로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
이차 전지의 이상 발생에 대한 보호를 포함하는 처리를 행하는 배터리 보호 처리 장치로서,

상기 이차 전지의 방전 전류를 선택적으로 차단하는 방전 전류 차단 수단과,

상기 이차 전지의 충전 전류를 선택적으로 차단하는 충전 전류 차단 수단과,

상기 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 전압을 디지털화하여 출력하는 전압 검출 수단과,

상기 전압 검출 수단으로부터의 출력 전압값에 기초하여, 상기 이차 전지가 과충전 상태, 통상 동작 상태 및 과방전 상태 중 어느 상태인지를 판별하고, 판별한 상태에 따라서 상기 방전 전류 차단 수단 및 상기 충전 전류 차단 수단의 동작을 제어하는 보호 처리 수단과,

상기 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 상기 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에, 상기 보호 처리 수단보다 우선적으로 상기 방전 전류 차단 수단을 차단 상태로 되도록 제어하는 과전류 검출 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 처리 장치.
이차 전지의 이상 발생에 대한 보호를 포함하는 처리를 행하는 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법으로서,

상기 이차 전지의 플러스극과 마이너스극 사이의 극간 전압에 기초하여, 상기 이차 전지가 과충전 상태, 통상 동작 상태 및 과방전 상태 중 어느 상태인지를 판별하고, 판별한 상태에 따라서 상기 이차 전지의 방전 전류를 선택적으로 차단하는 방전 전류 차단 회로, 및 상기 이차 전지의 충전 전류를 선택적으로 차단하는 충전 전류 차단 회로의 각각의 동작을 제어하는 보호 처리를 행하고,

상기 이차 전지의 충방전 전류의 크기에 기초하여, 상기 이차 전지가 과전류 상태라고 판별한 경우에, 상기 보호 처리보다 우선적으로 상기 방전 전류 차단 회로를 차단 상태로 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법.
제16항에 있어서,

적어도, 상기 이차 전지의 상기 극간 전압과, 상기 이차 전지의 충방전 전류의 적산값에 기초하여, 상기 이차 전지의 잔량에 관한 잔량 정보를 산출하는 잔량 산출 처리와, 상기 잔량 산출 처리에 의해서 산출된 상기 잔량 정보를, 상기 이차 전지로부터 전원의 공급을 받는 외부 기기에 대하여 송신하는 잔량 정보 송신 처리를 또한 실행하고,

일정 시간마다의 상기 외부 기기와의 통신의 가부에 기초하여, 상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급의 유무를 판별하고,

상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있다고 판별된 경우에는, 상기 일정 시간마다 상기 잔량 정보 산출 처리와 그 산출값을 이용한 상기 잔량 정보 송신 처리를 실행함과 함께, 상기 일정 시간보다 짧은 시간 간격으로 상기 이차 전지의 상태를 판별하여 판별 결과에 기초하는 상기 보호 처리를 실행하고,

상기 외부 기기에의 상기 이차 전지로부터의 전원 공급이 행해지고 있지 않다고 판별된 경우에는, 상기 일정 시간마다 상기 잔량 정보 산출 처리를 실행하여 산출된 상기 잔량 정보를 불휘발성 메모리에 기억시킴과 함께, 상기 일정 시간마다 상기 이차 전지의 상태를 판별하여 판별 결과에 기초하는 상기 보호 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호 처리 장치의 제어 방법.