KR101555383B1 - 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 Download PDF

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Abstract

캐스케이드 접속한 배터리 상태 감시 회로를 사용한 배터리 장치에 있어서, 논리 회로의 최저 동작 전압 미만의 전원 전압 하에 있어서도 확실하게 충전 금지를 행하는 것으로서, 논리 회로의 최저 동작 전압 미만의 전압에 있어서, 과충전 검출 신호를 송신하기 위한 단자에 설치된 신호 출력 트랜지스터의 게이트에, 신호 출력 트랜지스터를 오프하는 전위를 부여하는 제어 회로를 설치했다.

Description

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 {BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은, 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지 등의 2차 전지의 전압이나 이상을 검지하는 배터리 상태 감시 회로에 관한 것으로, 특히, 복수의 2차 전지를 직렬로 접속한 전지 팩에 있어서, 충전과 방전을 제어할 수 있는 배터리 상태 감시 회로에 관한 것이다.
현재, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 휴대형 게임기기 등의 휴대형 전자 기기에는, 그 전원으로서 2차 전지가 이용되고 있다. 2차 전지 중에서도, 리튬이온 2차전지는, 경량이며 고 에너지 밀도를 가지므로 주류로 되어 있다. 이 2차전지는, 과도한 충전(과충전)에서는 전지가 팽창되는 결과, 전해액의 액 누설 등의 위험성이 있다. 또한, 과도한 방전(과방전)에서는 전지 자체의 특성이 열화되어 버린다. 이 때문에, 과충전이나 과방전으로부터 2차 전지를 보호하는 보호 회로가 사용되고 있다. 특히, 리튬이온 2차전지는 과충전이나 과방전에 약하기 때문에, 보호 회로를 사용하는 것이 필수불가결로 된다.
휴대형 전자기기 중에서도, 노트북 컴퓨터 등에는, 복수의 전지를 병렬로 접 속하고, 다시 직렬 접속한 전지 팩이 이용되고 있다. 전지 팩에 리튬이온 2차전지를 이용하는 경우에는, 직렬 접속된 모든 전지를 보호 회로로 감시할 필요가 있다. 노트북 컴퓨터는, 대부분이 3개(3치) 혹은 4개(4치)의 2차전지가 직렬로 접속된 전지 팩을 사용하고 있다. 따라서, 4개의 전지의 각각을 감시하는 보호 회로를 구비한 4치용의 보호 IC가 시판되고 있다.
또한, 높은 전압으로 구동하는 전동 공구에 있어서도 리튬이온 2차전지를 사용한 제품도 발매되고 있다. 전동 공구에서는, 8치의 전지 팩을 사용하는 것도 검토되고 있다.
이러한 어플리케이션에 있어서, 1개의 배터리 상태 감시 회로로 충방전의 제
어를 행하는 경우, 배터리 상태 감시 회로에는 높은 내전압 특성이 필요해진다. 이 때문에, 2차 전지마다 배터리 상태 감시 회로를 배치하고, 배터리 상태 감시 회로에 내전압 특성 이상의 전압이 인가되지 않도록 된 구성을 취하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 5에, 종래의 배터리 장치의 회로의 일례를 도시한다. 종래의 배터리 장치는, 입력 단자(DCHI 및 CHGI)를 갖는 배터리 상태 감시 회로를 2차 전지마다 구비하고, 각각의 배터리 상태 감시 회로가 감시 정보를 전달함으로써, 다수 직렬 접속된 2차 전지의 충방전의 제어를 행한다.
<선행 기술 문헌>
<특허 문헌 1> 일본국 특개 2007－218680호 공보
그러나, 종래의 배터리 상태 감시 회로에서는, 전달된 감시 정보와 검출한 감시 정보를 AND 회로(510나 516)을 통해 출력 단자(DCHO나 DCGO)에 출력하고, 다음의 배터리 상태 감시 회로나 드라이버(605나 606)에 전달하고 있다. 따라서, 2차 전지의 전압이 논리 회로의 최저 동작 전압 미만으로 된 경우는, 출력 단자의 전압은 보증되지 않고, 충전을 금지할 수 없게 되어 버린다는 과제가 있었다.
본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치는, 상기 과제를 해결하기 위해서 고안된 것이며, 캐스케이드 접속한 배터리 상태 감시 회로를 사용한 배터리 장치에 있어서, 논리 회로의 최저 동작 전압 미만의 전압에 있어서도 확실하게 충전을 금지하는 것을 가능하게 했다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 캐스케이드 접속한 배터리 상태 감시 회로를 사용한 배터리 장치에 있어서의 배터리 상태 감시 회로는, 논리 회로의 최저 동작 전압 미만의 전압에 있어서, 과충전 검출 신호를 송신하기 위한 단자에 설치된 신호 출력 트랜지스터의 게이트에, 신호 출력 트랜지스터를 오프하는 전위를 부여하는 회로를 설치했다.
따라서, 회로가 동작하지 않도록 되는 전원 전압 이하에 있어서, 충전 제어용의 트랜지스터를 확실하게 오프할 수 있어 충전을 금지할 수 있다.
본 발명의 배터리 상태 감시 회로를 구비한 배터리 장치에 의하면, 캐스케이드 접속한 배터리 상태 감시 회로를 사용한 배터리 장치에 있어서, 논리 회로의 최저 동작 전압 미만의 전원 전압 하에 있어서도 확실하게 충전 금지를 행할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 배터리 장치를 나타내는 회로도이다. 도 1의 배터리 장치는, 배터리 상태 감시 회로를 복수개 캐스케이드 접속한 구성이다. 도 1은, 설명의 간략화를 위해 4개의 직렬 접속된 배터리 장치의 도면이다. 여기서, 5개 이상의 직렬 접속된 배터리 장치에 있어서도, 복수개의 배터리 상태 감시 회로를 캐스케이드 접속하여 동일한 회로 구성이 된다.
도 1의 배터리 장치는, 직렬 접속된 4개의 배터리(103a∼103d)와, 각 배터리(103a∼103d)에 대응하여 개별적으로 설치된 4개의 배터리 상태 감시 회로(106∼106d)와, 통신 단자 접속용의 저항((107a∼107c) 및 (108a∼108c))과, 제1 트랜지스터(충전용 P채널형 트랜지스터)(109)와, 제2 트랜지스터(방전용 P채널형 트랜지스터)(111)와, 제1 저항 소자(제1 바이어스용 저항 소자)(110)와, 제2 저항 소자(제2 바이어스용 저항 소자)(112)와, 제1 외부 단자(101) 및 제2 외부 단자(102)를 구비하고 있다.
제1 트랜지스터(109) 및 제2 트랜지스터(111)와, 배터리(103a∼103d)가 제1 외부 단자(101)와 제2 외부 단자(102)의 사이에 직렬 접속되어 있다. 배터리(103a∼103d)에는, 각각 배터리 상태 감시 회로(106a∼106d)가 설치되어 있다. 그리고, 배터리(103a∼103d)의 양극 단자와 음극 단자는, 각각 배터리 상태 감시 회로(106a∼106d)의 제1 전압 감시 단자(VDD)와 제2 전압 감시 단자(VSS)에 접속되어 있다. 제1 저항 소자(110)는, 제1 트랜지스터(109)의 게이트 단자와 제1 외부 단자(101)에 접속한다. 제2 저항 소자(112)는, 제2 트랜지스터(111)의 게이트 단자와 배터리(103a)의 양극 단자에 접속한다.
최고 전위측의 배터리 상태 감시 회로(106a)는, 제1 송신 단자(CO)를 제1 트랜지스터(109)의 게이트 단자에 접속하고, 제2 송신 단자(DO)를 제2 트랜지스터(111)의 게이트 단자에 접속한다. 배터리 상태 감시 회로(106b∼106d)는, 제1 송신 단자(CO)와 제2 송신 단자(DO)를, 고 전위측의 배터리 상태 감시 회로의 제1 수신 단자(CTLC)와 제2 수신 단자(CTLD)에 접속한다. 그리고, 배터리 상태 감시 회로(106d)는, 제1 수신 단자(CTLC)와 제2 수신 단자(CTLD)를, 배터리(103d)의 음극 단자에 접속한다.
배터리 상태 감시 회로(106a∼106d)는 모두 동일한 회로 구성으로 되어 있다. 따라서, 회로 구성을, 공통의 배터리 상태 감시 회로(106)로 하여, 도 3을 이용해 설명한다.
배터리 상태 감시 회로(106)는, 과충전 검출 회로(304)와, 제1 NOR 회로(306)와, 제1 출력 트랜지스터(307)와, 제1 전류원(308)과, 공핍형 트랜지스터(309)와, 저항(310)과, 과방전 검출 회로(305)와, 제2 NOR 회로(311)와, 제2 출력 트랜지스터(312)와, 제2 전류원(313)과, 제1 전압 감시 단자(VDD)와, 제2 전압 감시 단자(VSS)와, 제1 송신 단자(CO)와, 제2 송신 단자(DO)와, 제1 수신 단 자(CTLC)와, 제2 수신 단자(CTLD)를 구비한다.
과충전 검출 회로(304)는, 일단이 제1 전압 감시 단자(VDD)와 접속되고, 타단이 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속되어 있다. 제1 NOR 회로(306)는, 입력 단자가 과충전 검출 회로(304)의 출력 단자 및 제1 수신 단자(CTLC)와 접속하고, 출력 단자가 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자와 접속한다. 제1 출력 트랜지스터(307)는, n 채널형 MOS 트랜지스터이며, 드레인 단자가 제1 송신 단자(CO)와 접속하고, 소스 단자가 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속한다. 제1 전류원(308)은, 제1 전압 감시 단자(VDD)와 제1 수신 단자(CTLC)의 사이에 접속한다. 공핍형 트랜지스터(309)는, 드레인 단자를 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 접속하고, 게이트 단자와 소스 단자를 저항(310)으로 포화 결선(結線)하고, 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속한다.
과방전 검출 회로(305)는, 일단이 제1 전압 감시 단자(VDD)와 접속되고, 타단이 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속되어 있다. 제2 NOR 회로(311)는, 입력 단자가 과방전 검출 회로(305)의 출력 단자 및 제2 수신 단자(CTLD)와 접속하고, 출력 단자가 제2 출력 트랜지스터(312)의 게이트 단자와 접속한다. 제2 출력 트랜지스터(312)는, n채널형 MOS 트랜지스터이며, 드레인 단자가 제2 송신 단자(DO)와 접속하고, 소스 단자가 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속한다. 제2 전류원(313)은, 제1 전압 감시 단자(VDD)와 제2 수신 단자(CTLD)의 사이에 접속한다.
이러한 구성 요소를 구비하는 배터리 상태 감시 회로(106)는, 1칩의 IC(반도체 장치)로 구성되어 있다. 또한, 제1 NOR 회로(306), 제1 출력 트랜지스터(307), 제1 전류원(308)은, 본 발명에 있어서의 과충전 정보 통신 회로를 구성한다. 또한, 제2 NOR 회로(311), 제2 출력 트랜지스터(312), 제2 전류원(313)은, 본 발명에 있어서의 과방전 정보 통신 회로를 구성한다.
다음에, 배터리 상태 감시 회로(106)의 동작을 설명한다.
과충전 검출 회로(304)는, 배터리(103)의 전압이 과충전 전압 이상이 된 경우에, 하이레벨의 신호(과충전 검출 신호)를 출력하고, 배터리(103)의 전압이 과충전 전압 미만인 경우에, 로우 레벨의 신호를 출력한다. 여기서, 과충전 전압이란, 충전 가능한 상한 전압을 가리킨다. 또한, 과충전 검출 회로(304)는, 과방전 검출 회로(305)로부터 하이레벨의 과방전 검출 신호가 입력된 경우에 동작을 정지하는 기능을 가진다.
제1 NOR 회로(306)는, 과충전 검출 회로(304)의 과충전 검출 신호와, 제1 수신 단자(CTLC)로부터의 신호를 입력으로 하여, 이들 양 신호의 부정 논리합 신호를 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 출력한다.
과방전 검출 회로(305)는, 배터리(103)의 전압이 과방전 전압 미만으로 된 경우에, 하이레벨의 신호(과방전 검출 신호)를 출력하고, 배터리(103)의 전압이 과방전 전압 이상인 경우에, 로우 레벨의 신호를 출력한다. 여기서, 과방전 전압이란, 방전 가능한 하한 전압을 가리킨다.
제2 NOR 회로(311)는, 과방전 검출 회로(305)의 과방전 검출 신호와, 제2 수신 단자(CTLD)로부터의 신호를 입력으로 하고, 이들 양 신호의 부정 논리합 신호를 제2 출력 트랜지스터(312)의 게이트 단자에 출력한다.
이와 같이 구성된 배터리 장치는, 제1 외부 단자(101)와 제2 외부 단자(102)의 사이에 부하 또는 충전기를 접속함으로써, 방전 또는 충전을 행하는 것이다.
상술한 것과 같은 배터리 상태 감시 회로(106)를 구비한 배터리 장치는, 이하와 같이 동작을 하고, 배터리(103a∼103d)의 충방전을 제어한다.
통상 상태 시, 즉 배터리(103a∼103d)의 모든 전압이, 과충전 전압 미만이고 또한 과방전 전압 이상의 범위에 포함되어 있는 경우에 대해서 설명한다. 이러한 통상 상태 시에 있어서, 배터리 상태 감시 회로(106a)의 과충전 검출 회로(304)는, 로우 레벨의 과충전 검출 신호를 제1 NOR 회로(306)에 출력한다.
이 때, 배터리 상태 감시 회로(106b)의 제1 출력 트랜지스터(307)는 온으로 되어 있으므로(이 이유에 대해서는 후술한다), 배터리 상태 감시 회로(106a)의 제1 수신 단자(CTLC)는 로우 레벨이 된다. 따라서, 제1 NOR 회로(306)는 하이레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제1 출력 트랜지스터(307)는 온으로 되기 때문에, 제1 송신 단자(CO)는 로우 레벨로 되고, 제1 트랜지스터(109)는 온으로 된다.
여기서, 배터리 상태 감시 회로(106b)의 제1 출력 트랜지스터(307)가 온으로 되어 있는 이유에 대해서 설명한다. 최하단의 배터리 상태 감시 회로(106d)의 제1 수신 단자(CTLC)는 배터리(103d)의 음극 단자와 접속되어 있으므로, 제1 NOR 회로(306)의 입력 단자는 항상 로우 레벨이다. 과충전 검출 회로(304)는, 로우 레벨의 과충전 검출 신호를 제1 NOR 회로(306)에 출력한다. 이에 따라, 제1 NOR 회로(306)는, 하이레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 출력하 고, 제1 출력 트랜지스터(307)는 온으로 된다. 배터리 상태 감시 회로(106d)의 제1 송신 단자(CO)는 로우 레벨로 된다. 이 신호가 순차적으로 전해져, 배터리 상태 감시 회로(106b)의 제1 출력 트랜지스터(307)가 온으로 된다.
또한, 배터리 상태 감시 회로(106a)의 과방전 검출 회로(305)는, 로우 레벨의 과방전 검출 신호를 제2 NOR 회로(311)에 출력한다. 이 때, 배터리 상태 감시 회로(106b)의 제2 출력 트랜지스터(312)도 온으로 되어 있으므로, 배터리 상태 감시 회로(106a)의 제2 수신 단자(CTLD)는 로우 레벨로 된다. 따라서, 제2 NOR 회로(311)는 하이레벨의 신호를 제2 출력 트랜지스터(312)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제2 출력 트랜지스터(312)는 온으로 되므로, 제2 송신 단자(DO)는 로우 레벨로 되고, 제2 트랜지스터(111)는 온으로 된다.
이상과 같이 통상 상태 시에 있어서는, 제1 트랜지스터(109) 및 제2 트랜지스터(111)가 온으로 되기 때문에, 배터리 장치는 충전 및 방전 가능한 상태로 된다.
다음에, 과충전 상태 시, 즉 제1 외부 단자(101)와 제2 외부 단자(102)의 사이에 충전기가 접속되어 배터리(103a∼103d)가 충전되고, 이들 배터리(103a∼103d)의 적어도 1개의 전압이 과충전 전압 이상으로 된 경우에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 배터리(103b)의 전압이 과충전 전압 이상으로 된 것으로 하여 설명한다.
이 경우, 배터리 상태 감시 회로(106b)의 과충전 검출 회로(304)는, 하이레벨의 과충전 검출 신호를 제1 NOR 회로(306)에 출력한다. 따라서, 제1 NOR 회 로(306)는 로우 레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제1 출력 트랜지스터(307)는 오프되고, 제1 송신 단자(CO)는 하이임피던스로 된다.
이 때, 배터리 상태 감시 회로(106a)의 제1 수신 단자(CTLC)는, 제1 전류원(308)에 의해 하이레벨로 풀업(pull-up)되고, 제1 NOR 회로(306)에 하이레벨의 신호가 입력된다. 따라서, 제1 NOR 회로(306)는 로우 레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 출력한다. 그리고, 제1 출력 트랜지스터(307)는 오프한다.
제1 출력 트랜지스터(307)가 오프하면, 제1 트랜지스터(109)의 게이트 단자는 제1 저항 소자(110)에 의해 하이레벨로 되고, 제1 트랜지스터(109)는 오프하여 충전기로부터의 충전이 금지된다.
이상 설명한 바와같이, 과충전 상태로 된 배터리에 대응하는 배터리 상태 감시 회로로부터의 과충전 검출 신호가, 최상단의 배터리 상태 감시 회로(106a)까지 도달함으로써, 제1 트랜지스터(109)는 오프로 되고, 충전기로부터의 충전이 금지된다.
다음에, 과방전 상태 시, 즉 제1 외부 단자(101)와 제2 외부 단자(102)의 사이에 부하가 접속되어 배터리(103a∼103d)가 방전하고, 이들 배터리(103a∼103d)의 적어도 1개의 전압이 과방전 전압 미만으로 된 경우에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 배터리(103b)의 전압이 과방전 전압 미만으로 된 것으로 하여 설명한다.
이 경우, 배터리 상태 감시 회로(106b)의 과방전 검출 회로(305)는, 하이레 벨의 과방전 검출 신호를 제2 NOR 회로(311)에 출력한다. 따라서, 제2 NOR 회로(311)는 로우 레벨의 신호를 제2 출력 트랜지스터(312)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제2 출력 트랜지스터(312)는 오프하고, 제2 송신 단자(DO)는 하이임피던스로 된다.
이 때, 배터리 상태 감시 회로(106a)의 제2 수신 단자(CTLD)는, 제2 전류원(313)에 의해 하이레벨로 풀업되고, 제2 NOR 회로(311)에 하이레벨의 신호가 입력된다. 따라서, 제2 NOR 회로(311)는 로우 레벨의 신호를 제2 출력 트랜지스터(312)의 게이트 단자에 출력한다. 그리고, 제2 출력 트랜지스터(312)는 오프한다.
제2 출력 트랜지스터(312)가 오프하면, 제2 트랜지스터(111)의 게이트 단자는 제2 저항 소자(112)에 의해 하이레벨로 되고, 제2 트랜지스터(111)는 오프하여 부하로의 방전이 금지된다.
이상 설명한 것처럼, 과방전 상태로 된 배터리에 대응하는 배터리 상태 감시회로로부터의 과방전 검출 신호가, 최상단의 배터리 상태 감시 회로(106a)까지 도달함으로써, 제2 트랜지스터(111)는 오프하여 부하로의 방전이 금지된다.
이상이, 배터리 전압이 회로의 동작 전압 이상인 경우의 동작이다.
다음에, 배터리 전압이 논리 회로의 동작 가능한 전압 미만인 경우에 있어서, 확실하게 충전 금지를 행할 때의 동작을 설명한다. 이러한 회로 구성에 있어서, 트랜지스터의 구동 능력을 충분히 얻을 수 없도록 되는 전압까지, 전원 전압이 내려가면, 회로에서 출력되는 신호는 부정(不定)되어 버린다. 그 결과, 제1 출력 트랜지스터(307)의 출력 신호도 부정되어 버린다.
여기서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 출력 트랜지스터(307)가 오프가 되도록 제어하는 제어 회로로서, 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자에 포화 결선한 공핍형 트랜지스터(309)의 드레인 단자를 접속한다. 이와 같이 함으로써, 전원 전압이 논리 회로의 동작 가능한 전압 미만인 경우에 있어서, 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자를 로우 레벨로 할 수 있다. 따라서, 제1 출력 트랜지스터(307)를 확실하게 오프로 할 수 있다.
말할 필요도 없지만, 회로가 정상으로 동작하고 있을 때는, 제1 출력 트랜지스터(307)의 게이트 단자를 컨트롤하기 위해서, 공핍형 트랜지스터(309)보다도 제1 NOR 회로(306)의 출력단의 구동 능력을 높게 설정을 해 둘 필요가 있다.
또한, 도시하지 않지만, 저항(310)에 의해 포화 결선한 공핍형 트랜지스터(309) 대신에, 저항 소자를 설치해도 동일한 효과를 기대할 수 있다.
다음에, 충방전을 제어하는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터에 n채널형 트랜지스터를 사용한 배터리 장치의 예를 설명한다. 도 2는, 본 발명의 다른 예의 배터리 장치의 회로도이다. 도 2는, 설명의 간략화를 위해 4개의 직렬 접속된 배터리 장치의 도면이다. 여기서, 4개 이상의 직렬 접속된 배터리 장치에 있어서도, 복수개의 배터리 상태 감시 회로를 캐스케이드 접속하여 동일한 회로 구성이 된다.
도 2의 배터리 장치는, 직렬 접속된 4개의 배터리(203a∼203d)와, 각 배터리(203a∼203d)에 대응하여 개별적으로 설치된 4개의 배터리 상태 감시 회로(206a∼206d)와, 통신 단자 접속용의 저항((207a∼207c) 및 (208a∼208c))과, 제1 트랜 지스터(충전용 N채널형 트랜지스터)(209)와, 제2 트랜지스터(방전용 N채널형 트랜지스터)(211)와, 제1 저항 소자(제1 바이어스용 저항 소자)(210)와, 제2 저항 소자(제2 바이어스용 저항 소자)(212)와, 제1 외부 단자(201) 및 제2 외부 단자(202)를 구비하고 있다.
제1 트랜지스터(209) 및 제2 트랜지스터(211)와, 배터리(203a∼203d)가 제1 외부 단자(201)와 제2 외부 단자(202)의 사이에 직렬 접속되어 있다. 배터리(203a∼203d)에는, 각각 배터리 상태 감시 회로(206a∼206d)가 설치되어 있다. 그리고, 배터리(203a∼203d)의 양극 단자와 음극 단자는, 각각 배터리 상태 감시 회로(206a∼206d)의 제1 전압 감시 단자(VDD)와 제2 전압 감시 단자(VSS)에 접속되어 있다. 제1 저항 소자(210)는, 제1 트랜지스터(209)의 게이트 단자와 제2 외부 단자(202)에 접속한다. 제2 저항 소자(212)는, 제2 트랜지스터(211)의 게이트 단자와 배터리(203d)의 음극 단자에 접속한다.
최저 전위측의 배터리 상태 감시 회로(206d)는, 제1 송신 단자(CO)를 제1 트랜지스터(209)의 게이트 단자에 접속하고, 제2 송신 단자(DO)를 제2 트랜지스터(211)의 게이트 단자에 접속한다. 배터리 상태 감시 회로(206a∼206c)는, 제1 송신 단자(CO)와 제2 송신 단자(DO)를, 저전위측의 배터리 상태 감시 회로의 제1 수신 단자(CTLC)와 제2 수신 단자(CTLD)에 접속한다. 그리고, 배터리 상태 감시 회로(206a)는, 제1 수신 단자(CTLC)와 제2 수신 단자(CTLD)를, 배터리(203a)의 양극 단자에 접속한다.
배터리 상태 감시 회로(206a∼206d)는 모두 동일한 회로 구성으로 되어 있 다. 따라서, 회로 구성을, 공통의 배터리 상태 감시 회로(206)로 하여, 도 4를 이용하여 설명한다.
배터리 상태 감시 회로(206)는, 과충전 검출 회로(404)와, 제1 0R 회로(406)와, 제1 출력 트랜지스터(407)와, 제1 전류원(408)과, 제1 INV 회로(414)와, 공핍형 트랜지스터(409)와, 저항(410)과, 과방전 검출 회로(405)와, 제2 0R 회로(411)와, 제2 출력 트랜지스터(412)와, 제2 전류원(413)과, 제2 INV 회로(415)와, 제1 전압 감시 단자(VDD)와, 제2 전압 감시 단자(VSS)와, 제1 송신 단자(CO)와, 제2 송신 단자(DO)와, 제1 수신 단자(CTLC)와, 제2 수신 단자(CTLD)를 구비하고 있다.
과충전 검출 회로(404)는, 일단이 제1 전압 감시 단자(VDD)와 접속되고, 타단이 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속되어 있다. 제1 0R 회로(406)는, 입력 단자가 과충전 검출 회로(404)의 출력 단자 및 제1 INV 회로(414)를 통하여 제1 수신 단자(CTLC)와 접속하고, 출력 단자가 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자와 접속한다. 제1 출력 트랜지스터(407)는, p채널형 MOS 트랜지스터이며, 드레인 단자가 제1 송신 단자(CO)와 접속하고, 소스 단자가 제1 전압 감시 단자(VDD)와 접속한다. 제1 전류원(408)은, 제2 전압 감시 단자(VSS)와 제1 수신 단자(CTLC)의 사이에 접속한다. 공핍형 트랜지스터(409)는, 드레인 단자를 제1 전압 감시 단자(VDD)에 접속하고, 게이트 단자와 소스 단자를 저항(410)으로 포화 결선하여, 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자와 접속한다.
과방전 검출 회로(405)는, 일단이 제1 전압 감시 단자(VDD)와 접속되고, 타단이 제2 전압 감시 단자(VSS)와 접속되어 있다. 제2 0R 회로(411)는, 입력 단자 가 과방전 검출 회로(405)의 출력 단자 및 제2 INV 회로(415)를 통해 제2 수신 단자(CTLD)와 접속하고, 출력 단자가 제2 출력 트랜지스터(412)의 게이트 단자와 접속한다. 제2 출력 트랜지스터(412)는, p채널형 MOS 트랜지스터이며, 드레인 단자가 제2 송신 단자(DO)와 접속하고, 소스 단자가 제1 전압 감시 단자(VDD)와 접속한다. 제2 전류원(413)은, 제2 전압 감시 단자(VSS)와 제2 수신 단자(CTLD)의 사이에 접속한다.
이러한 구성 요소를 구비하는 배터리 상태 감시 회로(206)는, 1칩의 IC(반도체 장치)로서 구성되어 있다. 또한, 제1 0R 회로(406), 제1 출력 트랜지스터(407), 제1 전류원(408)은, 본 발명에 있어서의 과충전 정보 통신 회로를 구성한다. 또한, 제2 0R 회로(411), 제2 출력 트랜지스터(412), 제2 전류원(413)은, 본 발명에 있어서의 과방전 정보 통신 회로를 구성한다.
다음에, 배터리 상태 감시 회로(206)의 동작을 설명한다.
과충전 검출 회로(404)는, 배터리(203)의 전압이 과충전 전압 이상으로 된 경우에, 하이레벨의 신호(과충전 검출 신호)를 출력하고, 배터리(203)의 전압이 과충전 전압 미만인 경우에, 로우 레벨의 신호를 출력한다. 여기서, 과충전 전압이란, 충전 가능한 상한 전압을 가리킨다. 또한, 과충전 검출 회로(404)는, 과방전 검출 회로(405)로부터 하이레벨의 과방전 검출 신호가 입력된 경우에 동작을 정지하는 기능을 갖는다.
제1 0R 회로(406)는, 과충전 검출 회로(404)의 과충전 검출 신호와, 제1 INV 회로(414)를 통해 제1 수신 단자(CTLC)로부터의 신호를 입력으로 하고, 이들 양 신 호의 논리합 신호를 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자에 출력한다.
과방전 검출 회로(405)는, 배터리(203)의 전압이 과방전 전압 미만으로 된 경우에, 하이레벨의 신호(과방전 검출 신호)를 출력하고, 배터리(203)의 전압이 과방전 전압 이상인 경우에, 로우 레벨의 신호를 출력한다. 여기서, 과방전 전압이란, 방전 가능한 하한 전압을 가리킨다.
제2 0R 회로(411)는, 과방전 검출 회로(405)의 과방전 검출 신호와, 제2 INV 회로(415)를 통해 제2 수신 단자(CTLD)로부터의 신호를 입력으로 하고, 이들 양 신호의 논리합 신호를 제2 출력 트랜지스터(412)의 게이트 단자에 출력한다.
이와 같이 구성된 배터리 장치는, 제1 외부 단자(201)와 제2 외부 단자(202)의 사이에 부하 또는 충전기를 접속함으로써, 방전 또는 충전을 행하는 것이다.
상술한 것과 같은 배터리 상태 감시 회로(206)를 구비한 배터리 장치는, 이하와 같이 동작을 하고, 배터리(203a∼203d)의 충방전을 제어한다.
통상 상태 시, 즉 배터리(203a∼203d)의 모든 전압이, 과충전 전압 미만 또한 과방전 전압 이상의 범위에 포함되어 있는 경우에 대해서 설명한다. 이러한 통상 상태 시에 있어서, 배터리 상태 감시 회로(206d)의 과충전 검출 회로(404)는, 로우 레벨의 과충전 검출 신호를 제1 0R 회로(406)에 출력한다.
이 때, 배터리 상태 감시 회로(206c)의 제1 출력 트랜지스터(407)는 온으로 되어 있으므로(이 이유에 대해서는 후술한다), 배터리 상태 감시 회로(206d)의 제1 수신 단자(CTLC)는 하이레벨로 된다. 따라서, 제1 0R 회로(406)는 로우 레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제1 출력 트랜지스터(407)는 온으로 되므로, 제1 송신 단자(CO)는 하이레벨로 되고, 제1 트랜지스터(209)는 온으로 된다.
여기서, 배터리 상태 감시 회로(206c)의 제1 출력 트랜지스터(407)가 온으로 되어 있는 이유에 대해서 설명한다. 최상단의 배터리 상태 감시 회로(206a)의 제1 수신 단자(CTLC)는 배터리(203a)의 양극 단자와 접속되어 있으므로, 제1 0R 회로(406)의 입력 단자는 항상 로우 레벨이다. 과충전 검출 회로(404)는, 로우 레벨의 과충전 검출 신호를 제1 0R 회로(406)에 출력한다. 이에 따라, 제1 0R 회로(406)는 로우 레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자에 출력하고, 제1 출력 트랜지스터(407)는 온으로 된다. 배터리 상태 감시 회로(206a)의 제1 송신 단자(CO)는 로우 레벨로 된다. 이 신호가 순차적으로 전해져, 배터리 상태 감시 회로(206c)의 제1 출력 트랜지스터(407)가 온으로 된다.
또한, 배터리 상태 감시 회로(206d)의 과방전 검출 회로(405)는, 로우 레벨의 과방전 검출 신호를 제2 0R 회로(411)에 출력한다. 이 때, 배터리 상태 감시 회로(206c)의 제2 출력 트랜지스터(312)도 온으로 되어 있으므로, 배터리 상태 감시 회로(206d)의 제2 수신 단자(CTLD)는 하이레벨로 된다. 따라서, 제2 0R 회로(411)는 로우 레벨의 신호를 제2 출력 트랜지스터(412)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제2 출력 트랜지스터(412)는 온으로 되므로, 제2 송신 단자(DO)는 하이레벨로 되고, 제2 트랜지스터(211)는 온으로 된다.
이상과 같이 통상 상태 시에 있어서는, 제1 트랜지스터(209) 및 제2 트랜지스터(211)가 온으로 되므로, 배터리 장치는 충전 및 방전 가능한 상태로 된다.
다음에, 과충전 상태 시, 즉 제1 외부 단자(201)와 제2 외부 단자(202)의 사이에 충전기가 접속되어 배터리(203a∼203d)가 충전되고, 이들 배터리(203a∼203d)의 적어도 1개의 전압이 과충전 전압 이상으로 된 경우에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 배터리(203c)의 전압이 과충전 전압 이상이 된 것으로 하여 설명한다.
이 경우, 배터리 상태 감시 회로(206c)의 과충전 검출 회로(404)는, 하이레벨의 과충전 검출 신호를 제1 0R 회로(406)에 출력한다. 따라서, 제1 0R 회로(406)는 하이레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제1 출력 트랜지스터(407)는 오프하고, 제1 송신 단자(CO)는 하이 임피던스로 된다.
이 때, 배터리 상태 감시 회로(206d)의 제1 수신 단자(CTLC)는, 제1 전류원(408)에 의해 로우 레벨로 풀다운되고, 제1 0R 회로(406)에 하이레벨의 신호가 입력된다. 따라서, 제1 0R 회로(406)는 하이레벨의 신호를 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자에 출력한다. 그리고, 제1 출력 트랜지스터(407)는 오프한다.
제1 출력 트랜지스터(407)가 오프하면, 제1 트랜지스터(209)의 게이트 단자는 제1 저항 소자(210)에 의해 로우 레벨로 되고, 제1 트랜지스터(209)는 오프하여 충전기로부터의 충전이 금지된다.
이상 설명한 것처럼, 과충전 상태로 된 배터리에 대응하는 배터리 상태 감시회로로부터의 과충전 검출 신호가, 최하단의 배터리 상태 감시 회로(206d)까지 도달함으로써, 제1 트랜지스터(209)는 오프로 되고, 충전기로부터의 충전이 금지된 다.
다음에, 과방전 상태 시, 즉 제1 외부 단자(201)와 제2 외부 단자(202)의 사이에 부하가 접속되어 배터리(203a∼203d)가 방전하고, 이들 배터리(203a∼203d)의 적어도 1개의 전압이 과방전 전압 미만으로 된 경우에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서는, 배터리(203c)의 전압이 과방전 전압 미만이 된 것으로 하여 설명한다.
이 경우, 배터리 상태 감시 회로(206c)의 과방전 검출 회로(405)는, 하이레벨의 과방전 검출 신호를 제2 0R 회로(411)에 출력한다. 따라서, 제2 0R 회로(411)는 하이레벨의 신호를 제2 출력 트랜지스터(412)의 게이트 단자에 출력한다. 이에 따라, 제2 출력 트랜지스터(412)는 오프하고, 제2 송신 단자(DO)는 하이임피던스로 된다.
이 때, 배터리 상태 감시 회로(206d)의 제2 수신 단자(CTLD)는, 제2 전류원(413)에 의해 로우 레벨로 풀다운되고, 제2 0R 회로(411)에 하이레벨의 신호가 입력된다. 따라서, 제2 0R 회로(411)는 하이레벨의 신호를 제2 출력 트랜지스터(412)의 게이트 단자에 출력한다. 그리고, 제2 출력 트랜지스터(412)는 오프한다.
제2 출력 트랜지스터(412)가 오프하면, 제2 트랜지스터(211)의 게이트 단자는 제2 저항 소자(212)에 의해 로우 레벨로 되고, 제2 트랜지스터(211)는 오프하여 부하로의 방전이 금지된다.
이상 설명한 것처럼, 과방전 상태로 된 배터리에 대응하는 배터리 상태 감시 회로로부터의 과방전 검출 신호가, 최하단의 배터리 상태 감시 회로(206d)까지 도 달함으로써, 제2 트랜지스터(211)는 오프하여 부하로의 방전이 금지된다.
이상이, 배터리 전압이 회로의 동작 전압 이상인 경우의 동작이다.
다음에, 배터리 전압이 논리 회로의 동작 가능한 전압 미만인 경우에 있어서, 확실하게 충전 금지를 행할 때의 동작을 설명한다. 이러한 회로 구성에 있어서, 트랜지스터의 구동 능력을 충분히 얻을 수 없도록 되는 전압까지, 전원 전압이 내려가면, 회로에서 출력되는 신호는 부정되어 버린다. 그 결과, 제1 출력 트랜지스터(407)의 출력 신호도 부정되어 버린다.
여기서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 출력 트랜지스터(407)가 오프가 되도록 제어하는 제어 회로로서, 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자에 포화 결선한 공핍형 트랜지스터(409)의 소스 단자를 접속한다. 이와 같이 함으로써, 전원 전압이 논리 회로의 동작 가능한 전압 미만인 경우에 있어서, 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자를 하이레벨로 할 수 있다. 따라서, 제1 출력 트랜지스터(407)를 확실하게 오프로 할 수 있다.
말할 필요도 없지만, 회로가 정상적으로 동작하고 있을 때는, 제1 출력 트랜지스터(407)의 게이트 단자를 컨트롤하기 위해서, 공핍형 트랜지스터(409)보다도 제1 0R 회로(406)의 출력단의 구동 능력을 높게 설정해 둘 필요가 있다.
또한, 도시는 하지 않지만, 저항(410)에 의해 포화 결선한 공핍형 트랜지스터(409) 대신에, 저항 소자를 설치해도 동일한 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 배터리 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 배터리 장치를 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 도 1의 배터리 장치에 이용되는 배터리 상태 감시 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 도 2의 배터리 장치에 이용되는 배터리 상태 감시 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5는 종래의 배터리 장치를 나타내는 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201 : 제1 외부 단자 102, 202 : 제2 외부 단자
103a∼103d, 203a∼203d : 배터리
106a∼106d, 206a∼206d : 배터리 상태 감시 회로
304, 404 : 과충전 검출 회로 305, 405 : 과방전 검출 회로

Claims (6)

  1. 직렬로 접속된 배터리에 각각 설치되고, 상기 배터리의 전압을 감시함과 더불어, 감시 결과의 데이터를 송수신하는 기능을 구비한 배터리 상태 감시 회로로서,
    상기 배터리와 접속되는 제1 전압 감시 단자 및 제2 전압 감시 단자와,
    제1 송신 단자와,
    제2 송신 단자와,
    제1 수신 단자와,
    제2 수신 단자와,
    상기 제1 전압 감시 단자와 상기 제2 전압 감시 단자의 사이의 전압에 의거하여, 상기 배터리가 과충전 상태인지 여부를 검출하고, 당해 검출 결과를 나타내는 과충전 검출 신호를 출력하는 과충전 검출 회로와,
    상기 제1 전압 감시 단자와 상기 제2 전압 감시 단자의 사이의 전압에 의거하여, 상기 배터리가 과방전 상태인지 여부를 검출하고, 당해 검출 결과를 나타내는 과방전 검출 신호를 출력하는 과방전 검출 회로와,
    상기 제1 수신 단자를 통해 수신한, 다른 배터리가 과충전 상태인지 여부를 나타내는 과충전 신호와, 상기 과충전 검출 회로의 과충전 검출 신호 중 적어도 한쪽이 과충전 상태를 나타내는 경우, 과충전 상태인 것을 나타내는 과충전 신호를 상기 제1 송신 단자로부터 외부로 송신하는 과충전 정보 통신 회로와,
    상기 제2 수신 단자를 통해 수신한, 다른 배터리가 과방전 상태인지 여부를 나타내는 과방전 신호와, 상기 과방전 검출 회로의 과방전 검출 신호 중 적어도 한쪽이 과방전 상태를 나타내는 경우, 과방전 상태인 것을 나타내는 과방전 신호를 상기 제2 송신 단자로부터 외부로 송신하는 과방전 정보 통신 회로를 갖고,
    상기 과충전 정보 통신 회로는,
    상기 제1 송신 단자에 상기 과충전 신호를 출력하는 출력 트랜지스터와,
    상기 배터리의 전압이, 상기 배터리의 전압으로 동작하는 논리 회로의 동작 가능한 전압 미만인 경우에 있어서, 상기 출력 트랜지스터가 상기 과충전 신호를 출력하도록 제어하는 제어 회로를 갖고,
    1개의 반도체 장치로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력 트랜지스터는, 오픈 드레인 출력의 n채널형 트랜지스터이고,
    상기 제어 회로는, 풀다운 회로인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 풀다운 회로는, 게이트 단자와 소스 단자를 포화 결선한 n채널형 공핍 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력 트랜지스터는, 오픈 드레인 출력의 p채널형 트랜지스터이고,
    상기 제어 회로는, 풀업 회로인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 풀업 회로는, 게이트 단자와 소스 단자를 포화 결선한 n채널형 공핍 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  6. 부하 또는 충전기가 접속되는 제1 외부 단자 및 제2 외부 단자와,
    직렬 접속된 복수의 배터리와,
    상기 제1 외부 단자 또는 상기 제2 외부 단자와, 상기 직렬 접속된 복수의 배터리의 사이에 설치된 충방전 제어 스위치와,
    상기 복수의 배터리에 각각 설치된 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 배터리 상태 감시 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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