KR101982639B1 - 이차전지용 복합 집적 회로, 이차전지용 복합 장치 및 전지 팩 - Google Patents

이차전지용 복합 집적 회로, 이차전지용 복합 장치 및 전지 팩 Download PDF

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미쓰미덴기가부시기가이샤
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Abstract

(과제)
이차전지의 방전의 진행을 억제할 수 있는 이차전지용 복합 집적 회로의 제공.
(해결 수단)
이차전지를 전원으로 하여 동작하고, 상기 이차전지의 부극에 접속되는 전원 경로에 직렬로 삽입되는 스위치 회로를 제어함으로써 상기 이차전지의 방전을 허가 또는 금지하는 보호 IC와, 상기 이차전지를 전원으로 하여 동작하고, 상기 이차전지와 상기 스위치 회로 사이에서 상기 전원 경로에 접속되는 그라운드 단자를 가지고, 상기 이차전지의 전압을 측정하여 외부에 송신하는 감시 IC를 구비하고, 상기 보호 IC는 상기 스위치 회로를 온으로 하는 허가 신호를 출력함으로써 상기 이차전지의 방전을 허가하고, 상기 스위치 회로를 오프로 하는 금지 신호를 출력함으로써 상기 이차전지의 방전을 금지하고, 상기 감시 IC는 상기 금지 신호가 입력되어 있는 경우, 상기 허가 신호가 입력되어 있는 경우보다 자신의 소비 전력을 저감하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 집적 회로.

Description

이차전지용 복합 집적 회로, 이차전지용 복합 장치 및 전지 팩{COMPLEX INTEGRATED CIRCUIT FOR SECONDARY BATTERY, COMPLEX DEVICE FOR SECONDARY BATTERY AND BATTERY PACK}
본 발명은 이차전지용 복합 집적 회로, 이차전지용 복합 장치 및 전지 팩에 관한 것이다.
종래 이차전지에 접속되는 전원 경로에 직렬로 삽입되는 스위치 회로를 오프로 함으로써 상기 이차전지의 방전을 금지하는 보호 IC(Integrated Circuit)와, 상기 이차전지의 상태를 검출하는 상태 검출 IC를 구비하는 전지 팩이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 이 상태 검출 IC는 그라운드 단자가 상기 이차전지와 상기 스위치 회로 사이에서 상기 전원 경로에 접속되어 있다.
일본 특개 2009-153238호 공보
상기 서술한 전지 팩과 같이, 스위치 회로를 제어하는 보호 IC와, 그라운드 단자가 이차전지와 스위치 회로 사이의 전원 경로에 접속되는 전지측 IC(특허문헌 1의 경우, 상태 검출 IC)가 설치되는 경우가 있다. 그러나 전지측 IC의 그라운드 단자는 이차전지와 스위치 회로 사이의 전원 경로에 접속되어 있으므로, 보호 IC가 스위치 회로를 오프로 함으로써 이차전지의 방전을 금지해도 전지측 IC의 전력 소비를 억제할 수 없다. 그 때문에 이차전지의 방전이 전지측 IC의 전력 소비에 의해 계속되어 이차전지의 방전이 진행될 우려가 있다.
그래서 이차전지의 방전의 진행을 억제할 수 있는 이차전지용 복합 집적 회로, 이차전지용 복합 장치 및 전지 팩의 제공을 목적으로 한다.
하나의 안으로는,
이차전지를 전원으로 하여 동작하고, 상기 이차전지의 부극에 접속되는 전원 경로에 직렬로 삽입되는 스위치 회로를 제어함으로써 상기 이차전지의 방전을 허가 또는 금지하는 보호 IC와,
상기 이차전지를 전원으로 하여 동작하고, 상기 이차전지와 상기 스위치 회로 사이에서 상기 전원 경로에 접속되는 그라운드 단자를 가지고, 상기 이차전지의 전압을 측정하여 외부에 송신하는 감시 IC를 구비하고,
상기 보호 IC는 상기 스위치 회로를 온으로 하는 허가 신호를 출력함으로써 상기 이차전지의 방전을 허가하고, 상기 스위치 회로를 오프로 하는 금지 신호를 출력함으로써 상기 이차전지의 방전을 금지하고,
상기 감시 IC는 상기 금지 신호가 입력되어 있는 경우, 상기 허가 신호가 입력되어 있는 경우보다 자신의 소비 전력을 저감하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 집적 회로가 제공된다.
하나의 태양에 의하면 이차전지의 방전의 진행을 억제할 수 있다.
도 1은 이차전지용 복합 집적 회로를 구비하는 전지 팩의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 감시 IC의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 이차전지용 복합 집적 회로를 구비하는 전지 팩의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 감시 IC의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.
도 1은 복합 집적 회로(140)를 구비하는 전지 팩(100)의 일례를 나타내는 구성도이다. 전지 팩(100)은 플러스 단자(5)와 마이너스 단자(6)에 접속되는 전자기기(130)에 전력을 공급 가능한 이차전지(200)와, 이차전지(200)에 접속된 복합 장치(110)를 내장하여 구비한다. 전지 팩(100)은 전자기기(130)에 내장되어도 되고, 외부 부착되어도 된다.
전자기기(130)는 전지 팩(100)의 이차전지(200)를 전원으로 하는 부하의 일례이다. 전자기기(130)의 구체예로서 휴대 가능한 휴대 단말 장치 등을 들 수 있다. 휴대 단말 장치의 구체예로서 휴대전화, 스마트폰, 태블릿형 컴퓨터, 게임기, 텔레비전, 음악이나 영상의 플레이어, 카메라 등의 전자기기를 들 수 있다.
이차전지(200)의 구체예로서 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지 등을 들 수 있다.
복합 장치(110)는 이차전지(200)를 전원으로 하여 동작하는 이차전지용 복합 장치의 일례이다. 복합 장치(110)는 예를 들면 기판(111)과, 저항(9)과, 센스 저항(10)과, 복합 집적 회로(140)와, 전지 정극 접속 단자(3)와, 전지 부극 접속 단자(4)와, 플러스 단자(5)와, 마이너스 단자(6)와, 외부 통신 단자(15)와, 스위치 회로(13)를 구비한다. 저항(9)과, 센스 저항(10)과, 복합 집적 회로(140)와, 스위치 회로(13)는 기판(111)에 실장되어 있다.
복합 집적 회로(140)는 이차전지(200)를 전원으로 하여 동작하는 이차전지용 복합 집적 회로의 일례이다. 복합 집적 회로(140)는 보호 IC(120)와, 감시 IC(150)를 구비한다. 복합 집적 회로(140)는 예를 들면 보호 IC(120)와 감시 IC(150)가 하나의 패키지 내에 패키지된 멀티칩이다.
전지 정극 접속 단자(3)는 이차전지(200)의 정극(201)에 접속되는 단자이며, 전지 부극 접속 단자(4)는 이차전지(200)의 부극(202)에 접속되는 단자이다. 플러스 단자(5)는 전자기기(130)의 기기 전원 경로(141)에 접속되는 단자이다. 마이너스 단자(6)는 전자기기(130)의 기기 그라운드(139)에 접속되는 단자이다.
전지 정극 접속 단자(3)와 플러스 단자(5)는 플러스측 전원 경로(8)에 의해 접속되고, 전지 부극 접속 단자(4)와 마이너스 단자(6)는 마이너스측 전원 경로(7)에 의해 접속된다. 플러스측 전원 경로(8)는 전지 정극 접속 단자(3)와 플러스 단자(5) 사이의 충방전 경로의 일례이며, 마이너스측 전원 경로(7)는 전지 부극 접속 단자(4)와 마이너스 단자(6) 사이의 충방전 경로의 일례이다.
복합 장치(110)는 스위치 회로(13)를 구비한다. 스위치 회로(13)는 제1 마이너스측 접속점(7a)과 제2 마이너스측 접속점(7b) 사이의 마이너스측 전원 경로(7)에 직렬로 삽입된다. 스위치 회로(13)는 예를 들면 충전 제어 트랜지스터(11)와 방전 제어 트랜지스터(12)가 직렬로 접속된 직렬 회로이다. 충전 제어 트랜지스터(11)의 오프에 의해 이차전지(200)의 충전 전류가 흐르는 마이너스측 전원 경로(7)가 차단되어 이차전지(200)의 충전 전류의 흐름이 금지된다. 방전 제어 트랜지스터(12)의 오프에 의해 이차전지(200)의 방전 전류가 흐르는 마이너스측 전원 경로(7)가 차단되어 이차전지(200)의 방전 전류의 흐름이 금지된다.
충전 제어 트랜지스터(11)와 방전 제어 트랜지스터(12)는 각각 예를 들면 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이다. 충전 제어 트랜지스터(11)는 충전 제어 트랜지스터(11)의 기생 다이오드(11a)의 순방향을 이차전지(200)의 방전 방향에 일치시켜 마이너스측 전원 경로(7)에 삽입된다. 방전 제어 트랜지스터(12)는 방전 제어 트랜지스터(12)의 기생 다이오드(12a)의 순방향을 이차전지(200)의 충전 방향에 일치시켜 마이너스측 전원 경로(7)에 삽입된다.
스위치 회로(13)가 마이너스측 전원 경로(7)에 직렬로 삽입됨으로써, 스위치 회로(13)가 플러스측 전원 경로(8)에 직렬로 삽입되는 형태에 비해, 스위치 회로(13)의 방전 제어 트랜지스터(12) 및 충전 제어 트랜지스터(11)의 소형화가 가능하다.
복합 집적 회로(140)는 보호 IC(120)를 구비한다. 보호 IC(120)는 이차전지(200)를 전원으로 하여 동작하고, 이차전지(200)의 부극(202)에 접속되는 마이너스측 전원 경로(7)에 직렬로 삽입되는 스위치 회로(13)를 오프로 함으로써 이차전지(200)를 과전류 등으로부터 보호하는 보호 IC의 일례이다. 보호 IC(120)는 이차전지(200)의 충방전을 스위치 회로(13)에 의해 제어함으로써 이차전지(200)를 과전류 등으로부터 보호한다. 보호 IC(120)는 이차전지(200)로부터 급전되어 이차전지(200)를 보호한다.
보호 IC(120)는 예를 들면 전원 단자(91)와, 그라운드 단자(92)와, 충전 제어 출력 단자(93)와, 방전 제어 출력 단자(94)와, 접속 검출 단자(95), 전류 검출 단자(96)를 구비한다.
전원 단자(91)는 플러스측 접속점(8a) 및 전지 정극 접속 단자(3)를 통하여 이차전지(200)의 정극(201)에 접속되는 정극측 전원 단자이며, VDD 단자라고 불리는 경우가 있다.
그라운드 단자(92)는 제1 마이너스측 접속점(7a) 및 전지 부극 접속 단자(4)를 통하여 이차전지(200)의 부극(202)에 접속되는 부극측 전원 단자이며, VSS 단자라고 불리는 경우가 있다. 그라운드 단자(92)는 마이너스측 전원 경로(7)에 제1 마이너스측 접속점(7a)에서 접속되고, 방전 제어 트랜지스터(12)의 소스에 센스 저항(10)을 통하여 접속된다.
충전 제어 출력 단자(93)는 이차전지(200)의 충전의 허가 여부를 제어하는 충전 제어 신호를 출력하는 단자이며, COUT 단자라고 불리는 경우가 있다. 충전 제어 출력 단자(93)는 충전 제어 트랜지스터(11)의 제어 전극(예를 들면 MOSFET의 경우 게이트)에 접속된다.
방전 제어 출력 단자(94)는 이차전지(200)의 방전의 허가 여부를 제어하는 방전 제어 신호를 출력하는 단자이며, DOUT 단자라고 불리는 경우가 있다. 방전 제어 출력 단자(94)는 방전 제어 트랜지스터(12)의 제어 전극(예를 들면, MOSFET의 경우 게이트)에 접속된다.
접속 검출 단자(95)는 전자기기(130)의 기기 그라운드(139)에 접속되는 마이너스 단자(6)에 접속되는 단자이며, V- 단자라고 불리는 경우가 있다. 접속 검출 단자(95)는 마이너스 단자(6)와 충전 제어 트랜지스터(11) 사이의 마이너스측 전원 경로(7)에 저항(9)을 통하여 제2 마이너스측 접속점(7b)에서 접속된다. 접속 검출 단자(95)는 저항(9)을 통하여 충전 제어 트랜지스터(11)의 소스에 접속된다.
전류 검출 단자(96)는 센스 저항(10)에 대하여 제1 마이너스측 접속점(7a)과는 반대측의 제3 마이너스측 접속점(7c)에서 마이너스측 전원 경로(7)에 접속되는 단자이며, CS 단자라고 불리는 경우가 있다. 센스 저항(10)은 마이너스측 전원 경로(7)에 직렬로 삽입되는 전류 검출 저항이다. 센스 저항(10)의 일단은 제1 마이너스측 접속점(7a)을 통하여 이차전지(200)의 부극(202) 및 그라운드 단자(92)에 접속되고, 센스 저항(10)의 타단은 제3 마이너스측 접속점(7c)을 통하여 트랜지스터(12)의 소스 및 전류 검출 단자(96)에 접속된다.
보호 IC(120)는 스위치 회로(13)를 오프로 함으로써 이차전지(200)의 방전 또는 충전을 금지하는 보호 동작을 행한다. 보호 IC(120)는 이상 검출 회로(21)와, 보호 제어 회로(98)를 구비한다. 이상 검출 회로(21)는 이차전지(200)의 전류 또는 전압의 이상을 검출하는 수단의 일례이다. 보호 제어 회로(98)는 이상 검출 회로(21)에 의한 이상 검출 결과에 기초하여, 스위치 회로(13)의 스위치 동작을 제어하는 제어 신호를 출력함으로써, 트랜지스터(11, 12)의 온 및 오프를 제어한다.
보호 제어 회로(98)는 예를 들면 트랜지스터(11)를 제어함으로써 이차전지(200)를 과충전으로부터 보호하는 동작(과충전 보호 동작)을 행한다. 예를 들면 이상 검출 회로(21)는 전원 단자(91)와 그라운드 단자(92) 사이의 전압을 검출함으로써, 이차전지(200)의 전지 전압(셀 전압)을 감시한다. 이상 검출 회로(21)는 소정의 과충전 검출 전압 Vdet1 이상의 셀 전압을 검지함으로써, 이차전지(200)의 과충전이 검출된 것을 나타내는 과충전 검출 신호를 출력한다.
과충전 검출 신호를 검지한 보호 제어 회로(98)는 소정의 과충전 검출 지연 시간 tVdet1의 경과를 기다려, 트랜지스터(11)를 오프로 하는 로우 레벨의 충전 제어 신호 COUT를 충전 제어 출력 단자(93)로부터 출력하는 과충전 보호 동작을 실행한다. 트랜지스터(11)가 오프가 됨으로써, 트랜지스터(12)의 온 상태 및 오프 상태에 관계없이 이차전지(200)의 충전이 금지되어, 이차전지(200)가 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
보호 제어 회로(98)는 예를 들면 트랜지스터(12)를 제어함으로써 이차전지(200)를 과방전으로부터 보호하는 동작(과방전 보호 동작)을 행한다. 예를 들면 이상 검출 회로(21)는 전원 단자(91)와 그라운드 단자(92) 사이의 전압을 검출함으로써, 이차전지(200)의 전지 전압(셀 전압)을 감시한다. 이상 검출 회로(21)는 소정의 과방전 검출 전압 Vdet2 이하의 셀 전압을 검지함으로써, 이차전지(200)의 과방전이 검출된 것을 나타내는 과방전 검출 신호를 출력한다.
과방전 검출 신호를 검지한 보호 제어 회로(98)는 소정의 과방전 검출 지연 시간 tVdet2의 경과를 기다려, 트랜지스터(12)를 오프로 하는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT를 방전 제어 출력 단자(94)로부터 출력하는 과방전 보호 동작을 실행한다. 트랜지스터(12)가 오프가 됨으로써, 트랜지스터(11)의 온 상태 및 오프 상태에 관계없이 이차전지(200)의 방전이 금지되어, 이차전지(200)가 과방전되는 것을 방지할 수 있다.
보호 제어 회로(98)는 예를 들면 트랜지스터(12)를 제어함으로써 이차전지(200)를 방전 과전류로부터 보호하는 동작(방전 과전류 보호 동작)을 행한다. 예를 들면 이상 검출 회로(21)는 센스 저항(10)에 흐르는 전류에 의해 전류 검출 단자(96)와 그라운드 단자(92) 사이에 발생하는 센스 전압을 검출한다. 이상 검출 회로(21)는 소정의 방전 과전류 검출 전압 Vdet3 이상의 센스 전압을 검지함으로써, 마이너스측 전원 경로(7)에 이차전지(200)의 방전 방향으로 흐르는 이상 전류인 방전 과전류가 검출된 것을 나타내는 방전 과전류 검출 신호를 출력한다.
방전 과전류 검출 신호를 검지한 보호 제어 회로(98)는 소정의 방전 과전류 검출 지연 시간 tVdet3의 경과를 기다려, 트랜지스터(12)를 오프로 하는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT를 방전 제어 출력 단자(94)로부터 출력하는 방전 과전류 보호 동작을 실행한다. 트랜지스터(12)가 오프가 됨으로써, 트랜지스터(11)의 온 상태 및 오프 상태에 관계없이 이차전지(200)의 방전이 금지되어, 이차전지(200)를 방전하는 방향으로 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
보호 제어 회로(98)는 예를 들면 트랜지스터(11)를 제어함으로써 이차전지(200)를 충전 과전류로부터 보호하는 동작(충전 과전류 보호 동작)을 행한다. 예를 들면 이상 검출 회로(21)는 센스 저항(10)에 흐르는 전류에 의해 전류 검출 단자(96)와 그라운드 단자(92) 사이에 발생하는 센스 전압을 검출한다. 이상 검출 회로(21)는 소정의 충전 과전류 검출 전압 Vdet4 이하의 센스 전압을 검지함으로써, 마이너스측 전원 경로(7)에 이차전지(200)의 충전 방향으로 흐르는 이상 전류인 충전 과전류가 검출된 것을 나타내는 충전 과전류 검출 신호를 출력한다.
충전 과전류 검출 신호를 검지한 보호 제어 회로(98)는 소정의 충전 과전류 검출 지연 시간 tVdet4의 경과를 기다려, 트랜지스터(11)를 오프로 하는 로우 레벨의 충전 제어 신호 COUT를 충전 제어 출력 단자(93)로부터 출력하는 충전 과전류 보호 동작을 실행한다. 트랜지스터(11)가 오프가 됨으로써, 트랜지스터(12)의 온 상태 및 오프 상태에 관계없이 이차전지(200)의 충전이 금지되어, 이차전지(200)를 충전하는 방향으로 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
보호 제어 회로(98)는 예를 들면 트랜지스터(12)를 제어함으로써 이차전지(200)를 단락 전류로부터 보호하는 동작(단락 보호 동작)을 행한다. 이상 검출 회로(21)는 예를 들면 소정의 제1 단락 검출 전압 Vshort1 이상의 전압을 전류 검출 단자(96)와 그라운드 단자(92) 사이에서 검지한 경우, 플러스 단자(5)와 마이너스 단자(6) 사이의 단락 이상이 검출된 것을 나타내는 단락 검출 신호를 출력한다. 또는 이상 검출 회로(21)는 예를 들면 소정의 제2 단락 검출 전압 Vshort2 이상의 전압을 접속 검출 단자(95)와 그라운드 단자(92) 사이에서 검지한 경우, 플러스 단자(5)와 마이너스 단자(6) 사이의 단락 이상이 검출된 것을 나타내는 단락 검출 신호를 출력한다. 제2 단락 검출 전압 Vshort2는 제1 단락 검출 전압 Vshort1보다 충분히 크다.
단락 검출 신호를 검지한 보호 제어 회로(98)는 트랜지스터(12)를 오프로 하는 로우 레벨의 제어 신호를 방전 제어 출력 단자(94)로부터 출력하는 단락 보호 동작을 실행한다. 트랜지스터(12)가 오프가 됨으로써, 트랜지스터(11)의 온 상태 및 오프 상태에 관계없이 이차전지(200)의 방전이 금지되어, 이차전지(200)를 방전하는 방향으로 단락 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
한편, 보호 제어 회로(98)는 이차전지(200)의 충전을 금지해야 할 이상(예를 들면, 과충전과 충전 과전류 모두)이 이상 검출 회로(21)에 의해 검출되어 있지 않은 경우, 트랜지스터(11)를 온으로 하는 하이 레벨의 충전 제어 신호 COUT를 충전 제어 출력 단자(93)로부터 출력한다. 보호 제어 회로(98)는 트랜지스터(11)를 온으로 하는 하이 레벨의 충전 제어 신호 COUT를 충전 제어 출력 단자(93)로부터 출력함으로써, 이차전지(200)의 충전을 허가한다.
한편, 보호 제어 회로(98)는 이차전지(200)의 방전을 금지해야 할 이상(예를 들면, 과방전과 방전 과전류와 단락 이상 모두)이 이상 검출 회로(21)에 의해 검출되어 있지 않은 경우, 트랜지스터(12)를 온으로 하는 하이 레벨의 방전 제어 신호 DOUT를 방전 제어 출력 단자(94)로부터 출력한다. 보호 제어 회로(98)는 트랜지스터(12)를 온으로 하는 하이 레벨의 방전 제어 신호 DOUT를 방전 제어 출력 단자(94)로부터 출력함으로써, 이차전지(200)의 방전을 허가한다.
이와 같이 트랜지스터(11)를 오프로 하는 로우 레벨의 충전 제어 신호 COUT는 이차전지(200)의 충전을 금지하는 금지 신호의 일례이며, 트랜지스터(11)를 온으로 하는 하이 레벨의 충전 제어 신호 COUT는 이차전지(200)의 충전을 허가하는 허가 신호의 일례이다. 한편, 트랜지스터(12)를 오프로 하는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT는 이차전지(200)의 방전을 금지하는 금지 신호의 일례이며, 트랜지스터(12)를 온으로 하는 하이 레벨의 방전 제어 신호 DOUT는 이차전지(200)의 방전을 허가하는 허가 신호의 일례이다.
감시 IC(150)는 이차전지(200)를 전원으로 하여 동작하고, 이차전지(200)의 전압을 측정하여 그 측정값을 외부에 송신하는 감시 IC의 일례이다. 감시 IC(150)는 이차전지(200)의 전압을 측정할 뿐만아니라 이차전지(200)의 전류와 온도와 잔용량의 적어도 하나의 전지 상태도 측정하여 그 측정값을 외부에 송신하는 집적 회로여도 된다.
감시 IC(150)는 예를 들면 전원 단자(151)와, 그라운드 단자(152)와, 방전 제어 입력 단자(153)와, 통신 단자(163)와, 전압 측정 회로(160)와, 통신 회로(162)와, 제어 회로(155)를 가진다.
전원 단자(151)는 플러스측 전원 경로(8)에 접속된다. 그라운드 단자(152)는 이차전지(200)의 부극(202)과 스위치 회로(13)의 트랜지스터(12) 사이에서 마이너스측 전원 경로(7)에 접속된다. 감시 IC(150)는 전원 단자(151)와 그라운드 단자(152) 사이의 전원 전압에 의해 동작한다. 방전 제어 입력 단자(153)는 방전 제어 신호 DOUT가 입력되고, 방전 제어 출력 단자(94)와 트랜지스터(12)의 게이트 사이의 신호 경로(방전 제어 신호 DOUT가 전달하는 경로)에 접속된다.
전압 측정 회로(160)는 이차전지(200)의 전지 전압(셀 전압)을 측정하는 회로의 일례이다. 전압 측정 회로(160)는 예를 들면 전원 단자(151)와 그라운드 단자(152) 사이의 전원 전압을 검출함으로써, 이차전지(200)의 전지 전압을 측정한다. 그라운드 단자(152)가 부극(202)과 스위치 회로(13) 사이에서 마이너스측 전원 경로(7)에 접속됨으로써, 스위치 회로(13)의 기생 저항값에 따른 전압 강하분을 전압 측정 회로(160)에 의해 측정되는 전지 전압에 포함시키지 않을 수 있다. 특히, 그라운드 단자(152)가 부극(202)과 센스 저항(10) 사이에서 마이너스측 전원 경로(7)에 접속됨으로써, 센스 저항(10)의 저항값에 따른 전압 강하분도 전압 측정 회로(160)에 의해 측정되는 전지 전압에 포함시키지 않을 수 있다.
통신 회로(162)는 전압 측정 회로(160)에 의해 측정된 전지 전압의 측정 결과를 통신 단자(163)를 통하여 감시 IC(150)의 외부에 송신하는 송신 회로를 포함하는 회로이다. 통신 단자(163)는 외부 통신 단자(15)에 접속되고, 외부 통신 단자(15)는 전자기기(130)에 접속된다. 따라서 통신 회로(162)는 전압 측정 회로(160)에 의해 측정된 전지 전압의 측정 결과를 전자기기(130)에 송신할 수 있다. 통신 회로(162)는 보호 IC(120)를 경유하여 전자기기(130)에 송신해도 된다.
제어 회로(155)는 트랜지스터(12)를 오프로 하는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 소정의 동작을 실행하는 제어 회로의 일례이다.
도 1의 실시형태에 의하면, 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 감시 IC(150)에서 실행되는 소정의 동작을 개시시키는 트리거 입력으로서 이용 가능하다. 따라서 감시 IC(150)에서 실행되는 소정의 동작을 보호 IC(120)의 보호 동작(예를 들면, 과방전 보호 동작, 방전 과전류 보호 동작)에 연동시킬 수 있다.
예를 들면, 하이 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 전압 측정 회로(160)는 이차전지(200)의 전지 전압을 측정하는 동작을 실행하고, 통신 회로(162)는 전압 측정 회로(160)에 의한 측정 결과를 송신하는 동작을 실행한다. 그리고, 제어 회로(155)는 하이 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 감시 IC(150)의 전력 모드를 통상 모드로 설정하고, 감시 IC(150)의 소비 전력을 저감하는 동작(전력 저감 동작)을 실행하지 않는다. 한편, 제어 회로(155)는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 감시 IC(150)의 전력 모드를 전력 절약 모드로 설정하고, 전력 저감 동작을 실행한다. 즉, 감시 IC(150)의 제어 회로(155)는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 하이 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우보다 감시 IC(150) 자신의 소비 전력을 저감한다.
따라서 감시 IC(150)는 보호 IC(120)의 보호 동작에 연동하여 자신의 전력 모드를 제어할 수 있고, 보호 IC(120)에 의한 보호 동작의 실행 상태(보호 상태)에 있어서 전류를 계속해서 소비하는 것을 회피할 수 있다. 즉, 이차전지(200)의 방전이 보호 IC(120)에 의해 금지되어 있는 보호 상태에 있어서, 감시 IC(150)의 소비 전류에 의해 이차전지(200)의 방전이 더욱 진행하는 것을 억제할 수 있다.
예를 들면, 이차전지(200)의 과방전이 이상 검출 회로(21)에 의해 검출되어 있는 경우, 보호 IC(120)는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT를 방전 제어 출력 단자(94)로부터 출력하고 있다. 따라서 감시 IC(150)는 보호 IC(120)가 이차전지(200)의 방전을 금지하는 과방전 검출 상태에 있어서, 감시 IC(150) 자신의 소비 전력에 의해 이차전지(200)의 방전이 진행하는 것을 억제할 수 있다.
보호 IC(120)의 보호 제어 회로(98)는 예를 들면 이차전지(200)의 과방전이 이상 검출 회로(21)에 의해 검출되어 있는 경우, 이차전지(200)의 과방전이 이상 검출 회로(21)에 의해 검출되어 있지 않은 경우보다 보호 IC(120) 자신의 소비 전력을 저감한다. 따라서 보호 IC(120)는 이차전지(200)의 방전을 금지하는 과방전 검출 상태에 있어서, 보호 IC(120) 자신의 소비 전력에 의해 이차전지(200)의 방전이 진행하는 것을 억제할 수 있다.
도 2는 감시 IC(150)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 감시 IC(150)는 온도 센서(164)와, 전압 측정 회로(160)와, 통신 회로(162)와, 제어 회로(155)를 가진다. 전압 측정 회로(160)는 멀티플렉서(160a)와, AD 컨버터(ADC:Analog to Digital Converter)(160b)와, 디지털 필터(160c)를 가진다. 제어 회로(155)는 시퀀서(155a)와, 파워 온 리셋 회로(155b)와, 발진기(155c)와, 레귤레이터(155d)와, OTP(155e)와, EEPROM(155f)과, 레지스터(155g)를 가진다.
시퀀서(155a)는 파워 온 리셋 회로(155b)에 의한 리셋 해제에 의해 동작을 개시한다. 멀티플렉서(160a)는 온도 센서(164)로부터의 센서 전압과, 전원 단자(151)와 그라운드 단자(152) 사이의 전원 전압을 시퀀서(155a)에 의해 선택적으로 전환하여 AD 컨버터(160b)에 출력하는 선택 회로이다. 온도 센서(164)는 감시 IC(150)의 내부 온도를 측정하고, 그 내부 온도의 측정값에 대응하는 센서 전압을 출력한다. 시퀀서(155a)는 전자기기(130) 등의 외부 기기의 지시를 필요로 하지 않고, 전원 단자(151)와 그라운드 단자(152) 사이의 전원 전압의 AD 변환과, 온도 센서(164)로부터의 센서 전압의 AD 변환을 AD 컨버터(160b)에 의해 정기적으로 반복하여 실행한다. AD 컨버터(160b)에 의해 측정된 전원 전압 및 센서 전압은 디지털 필터(160c)에 의한 필터 처리가 시행되어 시퀀서(155a)에 입력된다.
시퀀서(155a)는 AD 컨버터(160b)에 의해 측정된 전원 전압(디지털 필터(160c)에 의한 필터 처리 후의 전원 전압)으로부터 이차전지(200)의 전지 전압을 연산하고, 그 전지 전압의 연산값을 레지스터(155g)에 격납한다. 또, 시퀀서(155a)는 AD 컨버터(160b)에 의해 측정된 센서 전압(디지털 필터(160c)에 의한 필터 처리 후의 센서 전압)으로부터 감시 IC(150)의 주위 온도(예를 들면, 전지 팩(100)의 내부 온도, 이차전지(200)의 전지 온도 등)를 연산하고, 그 주위 온도의 연산값을 레지스터(155g)에 격납한다.
시퀀서(155a)는 감시 IC(150)의 주위 온도의 연산값에 따라 이차전지(200)의 전지 전압의 연산값을 보정하고, 그 보정 후의 전지 전압의 연산값을 레지스터(155g)에 격납해도 된다. 통신 회로(162)는 그 보정 후의 전지 전압의 연산값이 소정의 이상값을 나타낸 경우, 호스트 기기인 전자기기(130)에 통신 단자(163)를 통하여 이상을 알리는 인터페이스이다.
제어 회로(155)는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 감시 IC(150)의 내부 회로에 공급되는 전력을 제한하는 레귤레이터(155d)를 가진다. 감시 IC(150)의 내부 회로에는 예를 들면 아날로그 회로와 디지털 회로가 포함된다. 아날로그 회로에 포함되는 회로의 구체예로서 온도 센서(164), 발진기(155c), AD 컨버터(160b) 등을 들 수 있다. 디지털 회로에 포함되는 회로의 구체예로서 시퀀서(155a), 레지스터(155g), 통신 회로(162) 등을 들 수 있다.
레귤레이터(155d)는 전원 단자(151)와 그라운드 단자(152) 사이의 전원 전압을 강압 레귤레이트하고, 강압 레귤레이트한 레귤레이트 전압을 생성하는 전원 회로이다. 당해 레귤레이트 전압은 감시 IC(150)의 내부 회로를 동작시키기 위한 동작 전압이 된다. 레귤레이터(155d)는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 레귤레이트 전압을 작게 또는 0로 함으로써, 감시 IC(150)의 내부 회로에 공급되는 전력을 제한하는 전력 저감 동작을 실행한다.
이상, 이차전지용 복합 집적 회로, 이차전지용 복합 장치 및 전지 팩을 실시형태에 의해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시형태의 일부 또는 전부와의 조합이나 치환 등의 각종 변형 및 개량이 본 발명의 범위 내에서 가능하다.
도 3은 복합 집적 회로(142)를 구비하는 전지 팩(100)의 일례를 나타내는 구성도이다. 도 3의 구성 중 도 1과 마찬가지의 구성에 대해서는, 도 1에 대한 상기 서술한 설명을 원용한다. 복합 집적 회로(142)는 이차전지(200)를 전원으로 하여 동작하는 이차전지용 복합 집적 회로의 일례이다.
감시 IC(150)는 충전 제어 입력 단자(159)를 가진다. 충전 제어 입력 단자(159)는 충전 제어 신호 COUT가 입력되고, 충전 제어 출력 단자(93)와 트랜지스터(11)의 게이트 사이의 신호 경로(충전 제어 신호 COUT가 전달하는 경로)에 접속된다.
제어 회로(155)는 트랜지스터(11)를 오프로 하는 로우 레벨의 충전 제어 신호 COUT가 충전 제어 입력 단자(159)에 입력되어 있는 경우, 소정의 동작을 실행하는 제어 회로의 일례이다.
도 3의 실시형태에 의하면, 로우 레벨의 충전 제어 신호 COUT가 감시 IC(150)에서 실행되는 소정의 동작을 개시시키는 트리거 입력으로서 이용 가능하다. 따라서 감시 IC(150)에서 실행되는 소정의 동작을 보호 IC(120)의 보호 동작(예를 들면, 과충전 보호 동작, 충전 과전류 보호 동작)에 연동시킬 수 있다.
도 4는 감시 IC(150)의 구성의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 도 4의 감시 IC(150)는 전지 상태 측정 회로(165)와, 메모리(161)와, 통신 회로(162)를 가진다.
전지 상태 측정 회로(165)는 로우 레벨의 방전 제어 신호 DOUT가 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되어 있는 경우, 이차전지(200)의 전지 상태를 측정하는 측정 회로의 일례이다. 전지 상태 측정 회로(165)는 예를 들면 이차전지(200)의 전압과 전류와 온도와 잔용량의 적어도 하나의 전지 상태를 측정한다.
통신 회로(162)는 감시 IC(150)의 통신 단자(163)를 통하여 전지 상태 측정 회로(165)에 의해 측정된 전지 상태를 송신하는 송신 회로를 포함하는 회로이다. 통신 회로(162)는 통신 단자(163)를 통하여 전지 상태 측정 회로(165)에 의해 측정된 전지 상태를 전자기기(130)에 전달한다. 따라서 감시 IC(150)는 보호 IC(120)에 의한 보호 동작의 실행 상태(보호 상태)에 있어서 전지 상태 측정 회로(165)에 의해 측정되는 전지 상태를 전자기기(130)에 전달할 수 있다.
메모리(161)는 전지 상태 측정 회로(165)에 의해 측정된 전지 상태를 기억하는 메모리의 일례이다. 메모리(161)는 예를 들면 불휘발성 메모리(도 2의 OTP(155e) 또는 EEPROM(155f) 등)이다. 메모리(161)에 전지 상태가 기억됨으로써, 이차전지(200)의 보호 상태에서의 전지 상태를 보존할 수 있다. 통신 회로(162)는 메모리(161)에 기억된 전지 상태를 전자기기(130)에 전달한다.
예를 들면, 전지 상태 측정 회로(165)는 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되는 방전 제어 신호 DOUT의 레벨이 하이 레벨로부터 로우 레벨로 천이했을 때에 타이머의 동작을 개시하고, 보호 상태가 해제되는 타이밍까지의 시간을 측정한다. 보호 상태가 해제되는 타이밍은 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되는 방전 제어 신호 DOUT의 레벨이 로우 레벨로부터 하이 레벨로 천이했을 때이다. 통신 회로(162)는 전지 상태 측정 회로(165)에 의해 측정된 시간을 송신함으로써, 전자기기(130)는 보호 상태의 계속 시간을 파악할 수 있다.
예를 들면, 전지 상태 측정 회로(165)는 방전 제어 입력 단자(153)에 입력되는 방전 제어 신호 DOUT의 레벨이 하이 레벨로부터 로우 레벨로 천이했을 때, 감시 IC(150)의 동작 모드를 전지 상태를 정기적으로 측정하는 모드로 이행하고, 이차전지(200)의 보호 상태에서의 전지 상태를 정기적으로 측정하는 것을 개시한다. 즉, 전지 상태 측정 회로(165)는 이차전지(200)의 전압 등의 전지 상태의 로그를 취득하므로, 이차전지(200)의 보호 상태에서의 전지 상태의 변화를 측정할 수 있다. 예를 들면, 전지 상태 측정 회로(165)는 과방전시의 최저 전압, 과충전시의 최고 전압을 메모리(161)에 기록한다. 통신 회로(162)는 메모리(161)에 기억된 과방전시의 최저 전압 또는 과충전시의 최고 전압을 송신함으로써, 전자기기(130)는 이차전지(200)의 보호 상태에서의 거동을 보다 상세하게 파악할 수 있다.
또한, 도 4에 있어서, 방전 제어 신호 DOUT가 입력되는 방전 제어 입력 단자(153)는 충전 제어 신호 COUT가 입력되는 충전 제어 입력 단자(159)로 치환되어도 된다.
또, 방전 제어 신호 DOUT와 충전 제어 신호 COUT의 양쪽의 제어 신호가 감시 IC(150)의 제어 입력에 이용되어도 된다.
또, 스위치 회로(13)는 복합 집적 회로(140)에 내장되어도 된다.
5…플러스 단자
6…마이너스 단자
7…마이너스측 전원 경로
13…스위치 회로
91…전원 단자
92…그라운드 단자
95…접속 검출 단자
98…보호 제어 회로
100…전지 팩
110…복합 장치(이차전지용 복합 장치의 일례)
120…보호 IC
130…전자기기
139…기기 그라운드
140, 142…복합 집적 회로(이차전지용 복합 집적 회로의 일례)
150…감시 IC
151…전원 단자
152…그라운드 단자
153…방전 제어 입력 단자
155…제어 회로
159…충전 제어 입력 단자
160…전압 측정 회로
161…메모리
162…통신 회로
200…이차전지

Claims (5)

  1. 이차전지를 전원으로 하여 동작하고, 상기 이차전지의 부극에 접속되는 전원 경로에 직렬로 삽입되는 스위치 회로를 제어함으로써 상기 이차전지의 방전을 허가 또는 금지하는 보호 IC와,
    상기 이차전지를 전원으로 하여 동작하고, 상기 이차전지와 상기 스위치 회로 사이에서 상기 전원 경로에 접속되는 그라운드 단자를 가지고, 상기 이차전지의 전압을 측정하여 외부에 송신하는 감시 IC를 구비하고,
    상기 보호 IC는 상기 스위치 회로를 온으로 하는 허가 신호를 출력함으로써 상기 이차전지의 방전을 허가하고, 상기 스위치 회로를 오프로 하는 금지 신호를 출력함으로써 상기 이차전지의 방전을 금지하고,
    상기 감시 IC는 상기 금지 신호가 입력되어 있는 경우, 상기 허가 신호가 입력되어 있는 경우보다 자신의 소비 전력을 저감하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 집적 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 IC는 상기 이차전지의 과방전이 검출되어 있는 경우, 상기 이차전지의 과방전이 검출되어 있지 않은 경우보다 자신의 소비 전력을 저감함과 아울러 상기 금지 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 집적 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 감시 IC는 상기 금지 신호가 입력되어 있는 경우, 상기 감시 IC의 내부 회로에 공급되는 전력을 제한하는 레귤레이터를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 집적 회로.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 이차전지용 복합 집적 회로와 상기 스위치 회로를 구비하는 이차전지용 복합 장치.
  5. 제 4 항에 기재된 이차전지용 복합 장치와 상기 이차전지를 구비하는 전지 팩.
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