KR20160126843A - 전지 보호 시스템, 전지 보호 장치 및 전지 보호 방법 - Google Patents

전지 보호 시스템, 전지 보호 장치 및 전지 보호 방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 복수의 전지 보호 장치 사이에서, 단선으로 정보를 쌍방향으로 전달할 수 있는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단] 직렬 접속된 복수의 이차전지 셀에 대하여, 상기 복수의 이차전지 셀에 병렬로 접속된 복수의 이차전지 보호 장치를 갖고, 상기 복수의 이차전지 보호 장치 사이에서 통신이 행해지는 이차전지 보호 시스템에서는, 상기 복수의 이차전지 셀 중, 어느 하나의 제 1 이차전지 셀에 접속된 제 1 이차전지 보호 장치는, 제 1 조건이 되면, 상태에 따라 전류값을 가변시킨 전류 전달 신호를 생성하여 송신하고, 상기 제 1 이차전지 셀과 이웃한 제 2 이차전지 셀에 접속된 제 2 이차전지 보호 장치는, 제 2 조건이 되면, 상태에 따라 전압값을 가변시킨 전압 전달 신호를 생성하여 송신하고, 상기 전류 전달 신호와 상기 전압 전달 신호는 1개의 통신선을 공유하여 송신되고, 상기 제 1 이차전지 보호 장치는 또한, 상기 전압 전달 신호를 수신하고, 상기 제 2 이차전지 보호 장치는 또한, 상기 전류 전달 신호를 수신하고, 상기 제 2 이차전지 보호 장치로부터 상기 제 1 이차전지 보호 장치에 송신되는 상기 전압 전달 신호의 전압 진폭은 상기 제 1 이차전지 셀과 상기 제 2 이차전지 셀의 접속점의 전위에 대하여 각각의 이차전지 셀의 전압보다도 낮은 소정의 전압 이하이며, 상기 소정의 전압은 상기 제 1 이차전지 보호 장치의 내압 미만의 전압인 것으로 상기 과제를 해결한다.

Description

전지 보호 시스템, 전지 보호 장치 및 전지 보호 방법{BATTERY PROTECTION SYSTEM, BATTERY PROTECTION APPARATUS, AND BATTERY PROTECTION METHOD}
본 발명은 전지 보호 시스템, 전지 보호 장치 및 전지 보호 방법에 관한 것이다.
최근에는, 리튬(Li) 이온 전지 등의 이차전지가 보급되고 있다. 또한 이차전지는 충전기에 장착되어 충전된다. 이 경우, 이차전지의 충전 및 방전은 IC(Integrated Circuit) 등에 의해 각각 제어된다. 즉 이차전지의 충전 및 방전의 제어는 이차전지를 과충전 및 과방전 등으로 보호하는 기능 및 이차전지의 잔량을 관리하는 감시 기능 등을 갖는 보호 회로에 의해 행해진다.
이러한 보호 회로에서, 예를 들면, 과방전이 검출된 상태로부터 통상 상태로 복귀(이하 「과방전 복귀」라고 한다.)시키는 방법으로서, 충전기 접속 복귀 및 전압 복귀 등이 알려져 있다. 구체적으로는, 충전기 접속 복귀는 전지 팩에 대해 충전기가 접속되는 것을 검지하여, 과방전의 상태로부터 통상 상태로 복귀시키는 방법 등이다.
도 1은 충전기 접속 복귀를 채용한 종래의 보호 회로의 예를 도시하는 도면이다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 보호 회로(10)는 충방전 제어 IC(20), 스위치 트랜지스터(M1), 스위치 트랜지스터(M2), 저항기(R1), 저항기(R2), B+ 단자, B- 단자, P+ 단자 및 P- 단자를 갖는다. 또한, 충방전 제어 IC(20)는 컴퍼레이터(21), 기준전압(Vref), 로직 회로(22), 스위치(SW1) 및 풀업 저항기(R3)를 갖는다.
B+ 단자와 B- 단자 사이에는, 이차전지(B1)가 접속되고, P+ 단자와 P- 단자 사이에는, 충전기 또는 부하가 접속된다. 또한 P+ 단자와 P- 단자 사이에 충전기가 접속되어, 이차전지(B1)의 전지전압이 과충전 검출 전압 이상이 되면, 충방전 제어 IC(20)는 이차전지(B1)의 과충전을 검출한다. 또한 과충전이 검출되면, 로직 회로(22)는 단자(OV)로부터 스위치 트랜지스터(M2)를 오프시키는 제어 신호를 출력하여 충전을 정지시킨다.
또한 P+ 단자와 P- 단자 사이에 부하가 접속되어, 이차전지(B1)의 전지전압이 과방전 검출 전압 이하로 되면, 충방전 제어 IC(20)는 이차전지(B1)의 과방전을 검출한다. 또한 과방전이 검출되면, 로직 회로(22)는 단자(DCHG)로부터 스위치 트랜지스터(M1)를 오프시키는 제어 신호를 출력하여 방전을 정지시킨다.
이하, 충방전 제어 IC(20)에서의 과방전 복귀의 동작을 설명한다. 우선, 충방전 제어 IC(20)에서 과방전이 검출되면, 로직 회로(22)가 스위치 트랜지스터(M2)를 오프, 스위치(SW1)를 온으로 하기 때문에, V- 단자의 전위는 부하 및 풀업 저항기(R3)에 의해 VDD 전위로 풀업된다. 또한 P+ 단자와 P- 단자 사이에 접속되는 부하가 개방되고, 또한, P+ 단자와 P- 단자 사이에 충전기가 접속되면, P- 단자의 전위는 VSS 이하가 되고, V- 단자의 전위는 기준전압(Vref) 이하의 전위가 된다. 또한, 충방전 제어 IC(20)에서는, V- 단자의 전위가 기준전압(Vref) 이하가 된 것이 검출되면, 과방전 복귀가 행해진다.
또한, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 캐스케이드(cascade) 접속된 배터리의 상태를 감시하는 회로를 갖는 배터리 장치에 있어서, 과충전 검출 신호를 송신하는 단자에 설치된 신호 출력 트랜지스터의 게이트에, 신호 출력 트랜지스터를 오프로 하는 전위를 주는 제어에 의해, 전원 전압이 회로의 최저 동작 전압 이하가 되어도, 충전을 금지할 수 있는 방법이 알려져 있다.
일본 특개 2010-124681호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그렇지만, 종래의 방법에서는, 이차전지 셀을 보호하는 전지 보호 장치가 복수 접속되는 경우, 고전위측으로부터 저전위측으로는 과충전이나 과방전, 온도 보호 등의 검출 정보가 신호 등에 의해 전달되지만, 저전위측으로부터 고전위측으로 부하 및 충전기 접속 유무의 정보는 전달되지 않는다. 따라서, 종래의 방법에서는, 고전위측으로부터 저전위측으로와 같이, 정보는, 일방향으로밖에 전달되지 않는 경우가 있어, 복수의 전지 보호 장치 간에, 정보가 쌍방향으로 전달되지 않아, 기능이 제한될 우려가 있다.
본 발명의 하나의 측면은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 복수의 전지 보호 장치 사이에서, 단선으로 정보를 쌍방향으로 전달할 수 있는 전지 보호 시스템, 전지 보호 장치 및 전지 보호 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 1 태양에 의하면, 직렬 접속된 복수의 이차전지 셀에 대하여, 상기 복수의 이차전지 셀에 병렬로 접속된 복수의 이차전지 보호 장치를 갖고, 상기 복수의 이차전지 보호 장치 사이에서 통신이 이루어지는 이차전지 보호 시스템(1)은, 상기 복수의 이차전지 셀 중, 어느 하나의 제 1 이차전지 셀에 접속된 제 1 이차전지 보호 장치(100)는, 제 1 조건이 되면, 상태에 따라 전류값을 가변시킨 전류 전달 신호(ISIG)를 생성하여 송신하는 전류 송신부(302)를 갖고, 상기 제 1 이차전지 셀과 이웃한 제 2 이차전지 셀에 접속된 제 2 이차전지 보호 장치(120)는, 제 2 조건이 되면, 상태에 따라 전압값을 가변시킨 전압 전달 신호(VSIG)를 생성하여 송신하는 전압 송신부(305)를 갖고, 상기 전류 전달 신호와 상기 전압 전달 신호는 1개의 통신선을 공유하여 송신되고, 상기 제 1 이차전지 보호 장치는 또한 상기 전압 전달 신호를 수신하는 전압 판정부(303)를 갖고, 상기 제 2 이차전지 보호 장치는 또한 상기 전류 전달 신호를 수신하는 전류 판정부(306)를 갖고, 상기 제 2 이차전지 보호 장치로부터 상기 제 1 이차전지 보호 장치에 송신되는 상기 전압 전달 신호의 전압 진폭은 상기 제 1 이차전지 셀과 상기 제 2 이차전지 셀의 접속점의 전위에 대해 각각의 이차전지 셀의 전압보다도 낮은 소정의 전압 이하이며, 상기 소정의 전압은 상기 제 1 이차전지 보호 장치의 내압 미만의 전압인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 복수의 전지 보호 장치 사이에서, 단선으로 정보를 쌍방향으로 전달할 수 있다.
도 1은 충전기 접속 복귀를 채용한 종래의 보호 회로의 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템의 1 예를 도시하는 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 장치의 1 예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 과충전 검출 처리의 1 예를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 과충전 검출 처리의 1 예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 과충전 검출 처리의 처리 결과의 1 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 부하 접속 검출 처리의 1 예를 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 부하 접속 검출 처리의 1 예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 부하 접속 검출 처리의 처리 결과의 1 예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템의 기능 구성의 1 예를 나타내는 기능 블럭도이다.
도 11은 비교예의 전지 보호 시스템의 1 예를 나타내는 회로도이다.
도 12는 다른 비교예의 전지 보호 시스템의 1 예를 나타내는 회로도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 1 실시형태에 대해 설명한다.
(전체 구성예)
도 2는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템의 1 예를 도시하는 전체 구성도이다. 이하, 도시하는 바와 같이, 전지 보호 시스템(1)이, 제 1 전지 보호 장치의 예로서 디바이스(100), 제 3 전지 보호 장치의 예로서 디바이스(110) 및 제 2 전지 보호 장치의 예로서 디바이스(120)를 갖는 예로 설명한다. 또한 도 2에서는, 도시하는 바와 같이, 이차전지 셀(2)과, 이차전지 셀(3)과, 이차전지 셀(4)이 직렬로 접속되는 예이다. 즉 전지 보호 시스템(1)은, 예를 들면, 도시하는 바와 같은 이차전지 셀이 복수 직렬로 접속되는 고전압의 전지 세트 등에 사용된다.
P+ 단자 및 P- 단자는 각각 이차전지 셀의 출력이 되는 단자이다. 즉 P+ 단자 및 P- 단자에는 충전기 또는 이차전지 셀의 전력을 이용하여 구동하는 부하가 접속된다.
또한 도 2에서는, P+ 단자측이 고전위측이 되고, 한편, P- 단자측이 저전위측이 된다. 즉 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(100)가 고전위측이 되고, 디바이스(110)는 디바이스(100)에 대해 저전위측이 된다. 한편, 디바이스(110)는 디바이스(120)에 대해 고전위측이 되고, 디바이스(120)는 저전위측이 된다.
(전지 보호 장치예)
도 3은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 장치의 1 예를 나타내는 회로도이다. 예를 들면, 디바이스(100)는 도 3에 나타내는 구성이다. 또한 디바이스(110) 및 디바이스(120)는, 예를 들면, 디바이스(100)와 동일한 도 3에 나타내는 구성이다. 이하, 디바이스(100)를 예로 들어 설명한다.
디바이스(100)는 전압 클램프(clamp) 회로(C1)와, 전류 판정 회로(C2)와, 전류 출력 회로(C3)와, 전압 판정 회로(C4)와, 충방전 제어 회로(C5)를 포함한다. 또한 디바이스(100)는 송수신 단자(COUT)와, 송수신 단자(SOC)를 포함한다. 또한 디바이스(100)는 제 1 전원 단자(VDD)와, 제 2 전원 단자(VSS)를 포함하고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 디바이스(100)는 제 1 전원 단자(VDD) 및 제 2 전원 단자(VSS)에 의해, 이차전지 셀에 병렬로 접속된다. 즉, 디바이스(100)는 이차전지 셀을 전원 전압으로 하여 동작하는 전지 보호 장치의 예이다.
또한, 디바이스(100)는 입력 단자(SEL)와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 포함하고, 디바이스(100)는 입력 단자(SEL)에 입력되는 논리에 기초하여 송수신 단자(COUT)의 출력 모드를 전환하는 것으로 한다.
도 2에 도시하는 디바이스(110) 및 디바이스(120)와 같이, 고전위측에 접속되는 디바이스(이하, 「상단의 디바이스」라고 하는 경우가 있다.)가 있는 경우, 송수신 단자(SOC)는 상단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(COUT)와 접속된다. 또한, 도 2에서는, 디바이스(100)는 가장 고전위측에 접속되는 디바이스(이하, 「최상단의 디바이스」라고 하는 경우가 있다.)가 된다.
또한 도 2에 도시하는 디바이스(100) 및 디바이스(110)와 같이, 저전위측에 접속되는 디바이스(이하, 「하단의 디바이스」라고 하는 경우가 있다.)가 있는 경우, 상단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(COUT)는 하단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(SOC)와 접속된다. 이 경우, 상단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(COUT)는 전류 전달 신호를 송신하고, 송신되는 전류 전달 신호는 하단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(SOC)에 의해 수신된다. 또한 하단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(SOC)는 전압 전달 신호를 송신하고, 송신되는 전압 전달 신호는 상단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(COUT)에 의해 수신된다.
한편, 도 2에 도시하는 디바이스(120)와 같이, 가장 저전위측에 접속되는 디바이스(이하, 「최하단의 디바이스」라고 하는 경우가 있다.)인 경우, 송수신 단자(COUT)는, 예를 들면, 도시하는 바와 같이, 충방전을 제어하는 n형 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(이하 「FET(5)」라고 한다.) 등에 접속된다. 또한 최하단의 디바이스는 전위를 계측하는 V- 단자를 갖고, V- 단자는, 예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같이, P- 단자에 접속된다. 따라서, 최하단의 디바이스는, V- 단자에 의해, P- 단자의 전압을 측량할 수 있다.
FET(5)는 이차전지 셀의 충전을 제어한다. 구체적으로는, 최하단의 디바이스는, 송수신 단자(COUT)에 의해, 제어 신호를 송신한다. 또한 최하단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(COUT)는 FET(5)가 갖는 게이트(gate)에 접속되고, 최하단의 디바이스는, 제어 신호에 의해, 이차전지 셀의 충전을 제어하여, 이차전지 셀을 보호한다.
(전압 클램프 회로예)
전압 클램프 회로(C1)는, 도시하는 바와 같이, 스위치(SW1)를 갖고, 전압 클램프 회로(C1)는 스위치(SW1)를 전환함으로써, 송수신 단자(SOC)의 전압을 변환한다. 또한 전압 클램프 회로(C1)는, 송수신 단자(SOC)의 전압이 일정한 전압 이하로 되지 않도록, 클램프를 행하는 회로이다. 또한, 송수신 단자(SOC)의 전압은, 전압 클램프 회로에 의해 정해지며, 송수신 단자(SOC)가 상단의 디바이스에 송신하는 전압 전달 신호(VSIG)의 전압이다.
도시하는 바와 같이, 스위치(SW1)가 클로즈 상태의 송수신 단자(SOC)의 전압을 VSOC로 한다. 이것에 대해 스위치(SW1)가 개방으로 되면, 송수신 단자(SOC)의 전압은 다이오드(DIO)에 의해 전압이 내려간다. 여기에서, 각 다이오드에 의해 내려가는 전압을 각각 Vf로 한다. 예를 들면, 도시하는 바와 같이, 전압 클램프 회로(C1)가 2개의 다이오드(DIO)를 갖는 경우, 스위치(SW1)가 개방 상태로 되면, 2개의 다이오드(DIO)에 의해, 송수신 단자(SOC)의 전압은 2×Vf 내려간다. 또한, 다이오드(DIO)의 수는 2개로 한정되지 않고, 변환되는 송수신 단자(SOC)의 전압의 값에 따라 변경되어도 된다.
즉 전압 클램프 회로(C1)는, 스위치(SW1)에 의해, 송수신 단자(SOC)의 전압을「VSOC」 또는 「VSOC-2×Vf」 중 어느 하나의 전압으로 한다. 이 경우, 일방의 전압을 검출 전압으로 한다. 이하, 검출 전압이 「VSOC-2×Vf」인 예로 설명한다. 또한, 전압 클램프 회로(C1)는 송수신 단자(SOC)의 전압이 「VSOC-2×Vf」 이하로 되지 않도록, 클램프를 행한다. 또한, 전압 클램프 회로(C1)에 의해 클램프되는 전압은 상단의 디바이스로부터 송수신 단자(SOC)에 송신되는 전류 전달 신호(ISIG)의 전류에 영향받지 않는다.
(전류 판정 회로예)
전류 판정 회로(C2)는 송수신 단자(SOC)에 입력되는 전류를 판정한다. 구체적으로는, 전류 판정 회로(C2)는 전류 전달 신호(ISIG)의 전류가 검출 전류인지 아닌지를 판정한다. 또한, 전류 전달 신호(ISIG)의 전류는 전류 전달 신호(ISIG)를 송신하는 상단의 디바이스가 전류를 변환한다.
(전류 출력 회로예)
전류 출력 회로(C3)는 전류 전달 신호(ISIG)를 검출 전류로 출력한다. 구체적으로는, 전류 출력 회로(C3)는 하단의 디바이스에 전류 전달 신호(ISIG)를 송신한다. 송수신 단자(COUT)로부터 송신되는 전류 전달 신호(ISIG)는, 하단의 디바이스에서는, 송수신 단자(SOC)에 의해 수신된다. 또한, 전류 출력 회로(C3)에 의해 출력되는 전류는 하단의 디바이스가 갖는 송수신 단자(SOC)로부터 송수신 단자(COUT)에 송신되는 전압 전달 신호(VSIG)의 전압에 영향받지 않는다.
또한 전류 출력 회로(C3)는 1개 이상의 정전류원(PWR)을 갖는다. 전류 출력 회로(C3)는 소정의 조건이 되면, SW2에 의해, 온오프 제어를 행한다. 온오프 제어에 의해, 전류 출력 회로(C3)는 송수신 단자(COUT)가 전류 전달 신호(ISIG)를 검출 전류로 송신할지 검출 전류 이외의 전류로 송신할지를 전환할 수 있다.
(전압 판정 회로예)
전압 판정 회로(C4)는 전압 전달 신호(VSIG)의 전압을 판정한다. 즉 전압 판정 회로(C4)는 전압 전달 신호(VSIG)의 전압이 검출 전압인지 아닌지를 판정한다. 또한, 전압 전달 신호(VSIG)의 전압은 하단의 디바이스에 의해 변환된다.
(충방전 제어 회로예)
충방전 제어 회로(C5)는 송수신 단자(COUT)로부터 이차전지 셀의 충전 및 방전을 제어하는 제어 신호를 송신한다. 또한, 송수신 단자(COUT)가 송신하는 신호는 디바이스가 최하단의 디바이스인지 아닌지에 따라 다르다. 구체적으로는, 도 2에 도시하는 디바이스(120)와 같이, 최하단의 디바이스인 경우, 스위치(SW3)가 도시하는 바와 같이 설정되고, 송수신 단자(COUT)는 이차전지 셀의 충전을 제어하는 제어 신호를 출력한다. 이 경우, 도 2에 도시하는 디바이스(120)와 같이, 송수신 단자(COUT)는 FET(5)에 접속된다.
한편, 도 2에 도시하는 디바이스(100) 및 디바이스(110)와 같이, 최하단의 디바이스가 아닌 경우, 스위치(SW3)가 전환되어, 송수신 단자(COUT)는, 전류 출력 회로(C3)에 의해, 전류 전달 신호(ISIG)를 하단의 디바이스에 송신하고, 전압 판정 회로(C4)에 의해, 전압 전달 신호(VSIG)를 수신한다.
도시하는 바와 같이, 각 디바이스가 최하단의 디바이스인지 아닌지에 기초하여, 스위치(SW3)를 전환함으로써, 송수신 단자(COUT)가 제어 신호를 송신하는 송신 단자인지, 전류 전달 신호(ISIG)를 송신하고 또한 전압 전달 신호(VSIG)를 수신하는 송수신 단자인지가 전환되면, 송수신 단자(COUT)를 공통하여 사용할 수 있어, 디바이스가 갖는 단자수를 절감할 수 있다.
또한, 전류 전달 신호(ISIG)를 송신하는 단자와, 이차전지 셀의 충전 및 방전을 제어하는 제어 신호를 송신하는 단자는 각각 다른 단자가 설치되어도 된다.
(과충전 검출 처리예)
도 4는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 과충전 검출 처리의 1 예를 나타내는 플로우차트이다. 즉 도 4에 도시하는 과충전 검출 처리는, 제 1 조건을 이차전지 셀의 과충전이 검출된 경우로 하고, 최상단의 디바이스로부터 하단의 디바이스로 과충전의 검출 결과를 통신에 의해 전하는 예이다.
(최상단의 디바이스에 의한 과충전의 검출예(스텝 S01))
스텝 S01에서는, 디바이스(100)는 과충전을 검출한다. 구체적으로는, 디바이스(100)는 제 1 전원 단자(VDD) 및 제 2 전원 단자(VSS) 단자에 의해 이차전지 셀의 전압을 계측하고, 전압이 소정의 전압 이상이 되면, 과충전인 것으로 검출한다.
(최상단의 디바이스에 의한 검출 전류로 하단의 디바이스에 제 1 전류 전달 신호를 송신하는 예(스텝 S02))
스텝 S02에서는, 디바이스(100)는 과충전을 검출하면, 검출 전류로 디바이스(110)에 제 1 전류 전달 신호를 송신한다.
(하단의 디바이스에 의한 제 1 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류인지 아닌지의 판정 예(스텝 S03))
스텝 S03에서는, 디바이스(110)는 디바이스(100)로부터 송신되는 제 1 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류인지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 디바이스(110)는 제 1 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류를 나타내는 임계값 이상인지 아닌지에 의해, 검출 전류인지 아닌지를 판정한다.
제 1 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류이면(스텝 S03에서 YES), 디바이스(110)는 스텝 S04로 진행한다. 한편, 제 1 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류가 아니면(스텝 S03에서 NO), 디바이스(110)는 스텝 S05로 진행한다.
(하단의 디바이스에 의한 검출 전류로 최하단의 디바이스에 제 2 전류 전달 신호를 송신하는 예(스텝 S04))
스텝 S04에서는, 디바이스(110)는 검출 전류로 디바이스(120)에 제 2 전류 전달 신호를 송신한다.
(최하단의 디바이스에 의한 제 2 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류인지 아닌지의 판정 예(스텝 S05))
스텝 S05에서는, 디바이스(120)는 디바이스(110)로부터 송신되는 제 2 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류인지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 디바이스(120)는, 스텝 S03과 동일한 수순으로, 검출 전류인지 아닌지를 판정한다.
제 2 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류이면(스텝 S05에서 YES), 디바이스(120)는 스텝 S06으로 진행한다. 한편, 제 2 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류가 아니면(스텝 S05에서 NO), 디바이스(120)는 과충전 검출 처리를 종료한다.
(충전의 제한 예(스텝 S06))
스텝 S06에서는, 디바이스(120)는 충전을 정지시키는 등을 행하여, 충전을 제한한다. 구체적으로는, 스텝 S06에서는, 디바이스(120)는 FET(5)를 오프로 하는 제어 등을 행한다.
도 5는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 과충전 검출 처리의 1 예를 나타내는 회로도이다. 구체적으로는, 도 2에 도시하는 전지 보호 시스템(1)에 의해, 도 4에 도시하는 과충전 검출 처리가 행해지는 경우를 설명한다. 즉 도 5에서는, 제 1 조건은 과충전이 검출된 경우의 예이다.
이차전지 셀의 전압(VCELL)에 기초하여 디바이스(100)가 과충전을 검출하면(도 4의 스텝 S01), 디바이스(100)는 검출 전류로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 송신한다(도 4의 스텝 S02). 다음에 디바이스(110)는 디바이스(100)가 송신하는 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 송수신 단자(SOC)에 의해 수신한다. 이것에 의해, 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(100)로부터 디바이스(110)에 과충전의 검출 결과를 전달할 수 있다.
제 1 전류 전달 신호(ISIG1)의 전류가 검출 전류라고 디바이스(110)에 의해 판정되면(도 4의 스텝 S03에서 YES), 디바이스(110)는 검출 전류로 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 송신한다(도 4의 스텝 S04). 다음에 디바이스(120)는 디바이스(110)가 송신하는 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 송수신 단자(SOC)에 의해 수신한다. 이것에 의해, 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(110)로부터 디바이스(120)로 과충전의 검출 결과를 전달할 수 있다.
제 2 전류 전달 신호(ISIG2)의 전류가 검출 전류이면(도 4의 스텝 S05에서 YES), 디바이스(120)는, 제어 신호(VOUT)에 의한 FET(5)를 오프로 하는 제어 등에 의해, 충전을 제한한다(도 4의 스텝 S06).
도 6은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 과충전 검출 처리의 처리 결과의 1 예를 나타내는 타이밍 차트이다. 구체적으로는, 도 6은, 도 4 및 도 5에 도시하는 각 처리가 행해진 경우, 각 전류 및 각 전압의 각각의 변화를 타이밍 차트로 설명하는 도면이다.
우선, 충전 개시 시각(T1)의 타이밍에, 도 5에 도시하는 전지 보호 시스템(1)에 접속되는 이차전지 셀의 출력인 P+ 단자와 P- 단자 사이에 대하여 충전기가 접속되어, 이차전지 셀의 충전이 개시되는 예로 설명한다.
또한, 도 6에 도시하는 이차전지 셀의 전압(VCELL)은 도 5에 도시하는 제 1 전원 단자(VDD) 및 제 2 전원 단자(VSS) 간의 전압에 상당한다. 또한 도 6에 도시하는 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)의 전류는 도 5에 도시하는 디바이스(100)가 갖는 송수신 단자(COUT)로부터 출력되는 전류 및 디바이스(110)가 갖는 송수신 단자(SOC)에 입력되는 전류에 상당한다. 또한, 도 6에 도시하는 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)의 전류는 도 5에 도시하는 디바이스(110)가 갖는 송수신 단자(COUT)로부터 출력되는 전류 및 디바이스(120)가 갖는 송수신 단자(SOC)에 입력되는 전류에 상당한다. 또한 도 6에 도시하는 제 1 전압 전달 신호(VSIG1)의 전압은 도 5에 도시하는 디바이스(100)가 갖는 송수신 단자(COUT)에 입력되는 전압 및 디바이스(110)가 갖는 송수신 단자(SOC)로부터 출력되는 전압에 상당한다. 또한 도 6에 도시하는 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)의 전압은 도 5에 도시하는 디바이스(110)가 갖는 송수신 단자(COUT)에 입력되는 전압 및 디바이스(120)가 갖는 송수신 단자(SOC)로부터 출력되는 전압에 상당한다. 또한, 도 6에 도시하는 P- 단자의 전압은 도 5에 도시하는 디바이스(120)가 갖는 V- 단자에 의해 계측되는 충전기 또는 이차전지 셀의 전력을 이용하여 구동하는 부하의 부(負)전위이다. 또한 도 6에 도시하는 제어 신호(VOUT)의 전압은 도 5에 도시하는 디바이스(120)가 갖는 송수신 단자(COUT)로부터 FET(5)에 송신되는 제어 신호(VOUT)의 전압 및 FET(5)가 갖는 게이트에 걸리는 전압에 상당한다.
충전기에 의해 충전이 개시되면, 이차전지 셀의 전압(VCELL)은, 도시하는 바와 같이, 충전 개시 시각(T1)에서 전압이 상승한다. 다음에 과충전 검출 전압의 임계값을 SH1로 하면, 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 검출 전압(SH1)이 되면, 디바이스(100)는 과충전을 검출한다(도 4의 스텝 S01). 또한 디바이스(100)에 의해 과충전이 검출된 타이밍을 과충전 검출 시각(T2)으로 한다.
디바이스(100)에 의해 과충전이 검출되면, 디바이스(100)는 검출 전류(DI)로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 송신한다(도 4의 스텝 S02). 또한, 디바이스(100)에 의해 과충전이 검출된 시각으로부터 검출 전류(DI)로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)가 송신될 때까지의 지연시간을 검출 지연(tdet)으로 한다.
검출 전류(DI)로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)가 디바이스(100)로부터 디바이스(110)에 송신되면(도 4의 스텝 S03에서 YES), 디바이스(110)는 검출 전류(DI)로 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 디바이스(110)로부터 디바이스(120)에 송신한다(도 4의 스텝 S04). 또한 디바이스(110)가 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 수신하고, 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 송신할 때까지의 지연시간을 송신 지연(del)으로 한다.
검출 전류(DI)로 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)가 디바이스(110)로부터 디바이스(120)에 송신되면(도 4의 스텝 S05로 YES), 최하단의 디바이스가 되는 디바이스(120)는 제어 신호(VOUT)를 Von(High)으로부터 Voff(Low)로 한다(도 4의 스텝 S06). 또한, 제어 신호(VOUT)가 Von이면, FET(5)는 온이 되고, 충전이 가능하게 된다. 한편, 제어 신호(VOUT)가 Voff이면, FET(5)는 오프가 되고, 충전이 제한된다.
또한, 검출 전류(DI)로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1) 및 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)가 각각 송신되는 경우에도, 도시하는 바와 같이, 제 1 전압 전달 신호(VSIG1)의 전압 및 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)의 전압은 일정하다.
또한 디바이스(120)가 제어 신호(VOUT)를 Von으로부터 Voff로 하는 타이밍을 제한 시각(T3)으로 하면, 과충전 검출 시각(T2)으로부터 제한 시각(T3)까지는 검출 지연(tdet) 및 송신 지연(del)이 있기 때문에, 지연(tdel)이 있다.
충전이 제한되면, 제한 시각(T3) 이후의 이차전지 셀의 전압(VCELL)이, 도시하는 바와 같이, 전압이 상승하는 것이 억제되어, 이차전지 셀이 과충전 상태로 되는 것을 막을 수 있다. 또한 전지 보호 시스템에서는, 최상단의 디바이스에 의해 검출되는 과충전의 검출 결과는, 전류 전달 신호의 전류에 의해 고전위측으로부터 저전위측으로 전달된다. 즉 하단의 디바이스는, 전류 전달 신호의 전류가 검출 전류(DI)인지 아닌지를 판정함으로써, 상단의 디바이스로부터 과충전의 검출 결과 등의 정보를 받을 수 있다. 따라서, 복수의 보호 디바이스 사이에서, 과충전의 검출 결과의 정보를 공유할 수 있다.
(부하 접속 검출 처리예)
도 7은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 부하 접속 검출 처리의 1 예를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 7에 도시하는 처리는, 예를 들면, 이차전지 셀의 과충전을 검출하여 충전을 제한하고, 그 후에 이차전지 셀의 전력을 이용하는 부하가 접속되는 경우에 행해지는 처리이다. 즉 도 7에 도시하는 부하 접속 검출 처리는, 제 2 조건을 이차전지 셀의 전력을 사용하는 부하가 접속된 것이 검출된 경우로 하여, 최하단의 디바이스로부터 상단의 디바이스에 부하 접속의 검출 결과를 통신에 의해 전달하는 예이다.
(최하단의 디바이스에 의한 부하 접속의 검출예(스텝 S11))
스텝 S11에서는, 디바이스(120)는 부하 접속을 검출한다. 구체적으로는, 디바이스(120)는, V- 단자에 의해, P- 단자의 전압을 계측하고, 전압이 소정의 전압 이상 상승하면, 부하가 접속되었다고 검출한다. 즉 부하가 접속되어 방전 전류가 흐르면, FET(5)가 갖는 보디 다이오드(기생 다이오드 또는 내장 다이오드라고도 한다.)에 의해, P- 단자의 전압이 상승한다. 이것에 대해 디바이스(120)는 V- 단자에 의해 전압이 상승하는 것을 검출하여, 부하가 접속되는 것을 검출할 수 있다.
(최하단의 디바이스에 의한 상단의 디바이스에 검출 전압으로 제 2 전압 전달 신호를 송신하는 예(스텝 S12))
스텝 S12에서는, 디바이스(120)는, 부하 접속이 검출되면, 디바이스(110)에 제 2 전압 전달 신호를 검출 전압으로 송신한다.
(상단의 디바이스에 의한 제 2 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압인지 아닌지의 판정 예(스텝 S13))
스텝 S13에서는, 디바이스(110)는 디바이스(120)로부터 송신되는 제 2 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압인지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 디바이스(110)는 제 2 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압을 나타내는 임계값 이하인지 아닌지에 의해, 검출 전압인지 아닌지를 판정한다.
제 2 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압이면(스텝 S13에서 YES), 디바이스(110)는 스텝 S14로 진행한다. 한편, 제 2 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압이 아니면(스텝 S13에서 NO), 디바이스(110)는 스텝 S15로 진행한다.
(상단의 디바이스에 의한 최상단의 디바이스에 검출 전압으로 제 1 전압 전달 신호를 송신하는 예(스텝 S14))
스텝 S14에서는, 디바이스(110)는 디바이스(100)에 제 1 전압 전달 신호를 검출 전압으로 송신한다.
(최상단의 디바이스에 의한 제 1 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압인지 아닌지의 판정 예(스텝 S15))
스텝 S15에서는, 디바이스(100)는 디바이스(110)로부터 송신되는 제 1 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압인지 아닌지를 판정한다. 예를 들면, 디바이스(100)는 스텝 S13과 동일한 수순 등으로, 검출 전압인지 아닌지를 판정한다.
제 1 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압이면(스텝 S15에서 YES), 디바이스(100)는 스텝 S16으로 진행한다. 한편, 제 1 전압 전달 신호의 전압이 검출 전압이 아니면(스텝 S15에서 NO), 디바이스(100)는 부하 접속 검출 처리를 종료한다.
(각 디바이스에 의한 충전의 제어 예(스텝 S16))
스텝 S16에서는, 디바이스(100), 디바이스(110) 및 디바이스(120)는 충전을 제어한다. 예를 들면, 부하 접속이 검출되고, 또한 이차전지 셀의 전압이 과충전 검출 전압(SH1) 미만으로 되면, 디바이스(120)는 도 4의 스텝 S06 등에 의한 충전의 제한을 해제하는 등을 행한다. 구체적으로는, 스텝 S16에서는, 디바이스(120)는 FET(5)를 온으로 하는 제어 등을 행한다.
또한 충전의 제어는, 예를 들면, 부하가 접속된 것을 나타내는 수취한 정보에 기초하여 충전의 제한을 해제하는 타이밍을 빠르게 하거나 또는 부하가 접속될 때까지 충전의 제한을 해제하는 것을 행하지 않고 유지하는, 소위 래치(latch) 제어 등이다.
도 8은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 부하 접속 검출 처리의 1 예를 나타내는 회로도이다. 구체적으로는, 도 2에 도시하는 전지 보호 시스템(1)에 의해, 도 7에 도시하는 부하 접속 검출 처리가 행해지는 경우를 설명한다. 즉 도 8에서는, 제 2 조건은 부하의 접속이 검출된 경우의 예이다.
V- 단자의 전압(VP)에 기초하여 디바이스(120)는 V- 단자의 전압(VP)이 소정의 전압 이상 상승하면, 부하가 접속되었다고 검출한다(도 7의 스텝 S11). 다음에 디바이스(120)가 부하 접속을 검출하면, 디바이스(120)는 검출 전압으로 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)를 송신한다(도 7의 스텝 S12). 이것에 의해, 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(120)로부터 디바이스(110)에 부하 접속의 검출 결과를 전달할 수 있다.
제 2 전압 전달 신호(VSIG2)의 전압이 검출 전압이라고 디바이스(110)에 의해 판정되면(도 7의 스텝 S13에서 YES), 디바이스(110)는 검출 전압으로 제 1 전압 전달 신호(VSIG1)를 송신한다(도 7의 스텝 S14). 이것에 의해, 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(110)로부터 디바이스(100)에 부하 접속의 검출 결과를 전달할 수 있다.
제 1 전압 전달 신호(VSIG1)의 전압이 검출 전압이면(도 7의 스텝 S15에서 YES), 각 디바이스는 충전의 제한을 해제하는 등의 충전의 제어를 행한다(도 7의 스텝 S16).
도 9는 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템에 의한 부하 접속 검출 처리의 처리 결과의 1 예를 나타내는 타이밍 차트이다. 구체적으로는, 도 9는, 도 7 및 도 8에 도시하는 각 처리가 행해진 경우, 각 전류 및 각 전압의 각각의 변화를 타이밍 차트로 설명하는 도면이다.
우선, 도 6과 마찬가지로, 충전 개시 시각(T1)의 타이밍에, 도 5에 도시하는 전지 보호 시스템(1)에 접속되는 이차전지 셀의 출력인 P+ 단자와 P- 단자 사이에 대하여 충전기가 접속되어, 이차전지 셀의 충전이 개시되는 예로 설명한다. 또한, 도 9에 도시하는 각 전류 및 각 전압을 각각 나타내는 타이밍 차트는, 도 6과 동일한 전류, 전압 및 신호를 각각 나타내기 때문에, 설명을 생략한다.
도 6과 마찬가지로, 도 9에서는, 충전 개시 시각(T1)에서 충전이 개시되고, 과충전 검출 시각(T2)에 과충전이 검출된 후, 제한 시각(T3)에서 충전이 제한되는 것으로 한다. 그 후에 충전기 제거 시각(T4)에, 충전기가 이차전지 셀로부터 제거되면, 전지 팩의 출력인 P+ 단자와 P- 단자 사이는 「개방(open)」으로 된다. 다음에 부하 접속 시각(T5)에 부하가 접속되는 것으로 한다.
부하 접속 시각(T5)에서 부하가 이차전지 셀의 출력인 P+ 단자와 P- 단자 사이에 접속되면, 부하는 이차전지 셀에 충전되어 있는 전력을 이용한다. 따라서, 부하가 접속되면, 이차전지 셀의 전압(VCELL)은, 도시하는 바와 같이, 부하 접속 시각(T5)에서 전압이 하강해 간다.
또한 부하 접속 시각(T5)에, 부하가 접속되면, V- 단자의 전압(VP)은, FET(5)가 갖는 보디 다이오드에 방전 전류가 흐름으로써, 전압이 상승한다. 이것을 이용하여, FET(5)가 갖는 보디 다이오드에 의한 전압 상승을 검출할 수 있는 임계값을 부하 접속 검출 임계값(SH2)으로 한다. 이것에 의해, 도시하는 바와 같이, 디바이스(120)는, V- 단자의 전압(VP)이 부하 접속 검출 임계값(SH2) 이상인지 아닌지에 따라, 부하가 접속된 것을 검출할 수 있다. 즉 부하 접속 시각(T5)에서는, 디바이스(120)는 V- 단자의 전압(VP)이 부하 접속 검출 임계값(SH2) 이상이 되면, 부하가 접속되었다고 검출한다(도 7의 스텝 S11).
디바이스(120)에 의해 부하 접속이 검출되면, 검출 전압(DV)으로 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)를 송신한다(도 7의 스텝 S12). 또한, 디바이스(120)에 의해 부하 접속이 검출된 부하 접속 시각(T5)으로부터 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)의 전압이 검출 전압(DV)으로 송신될 때까지의 지연시간을 검출 지연(tdet)으로 한다. 또한 검출 지연(tdet)은 도 6에 도시하는 검출 지연(tdet)과 동일한 지연이 된다고는 할 수 없다.
또한, 검출 전압(DV)은, 도 3에 도시하는 디바이스에서는, 다이오드(DIO)에 의해 「2×Vf」만큼 하강하는(전압 진폭) 전압이다.
디바이스(120)가 검출 전압(DV)으로 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)를 송신하면(도 7의 스텝 S13에서 YES), 디바이스(110)는 검출 전압(DV)으로 제 1 전압 전달 신호(VSIG1)를 송신한다(도 7의 스텝 S14). 또한 디바이스(110)에 의해, 제 2 전압 전달 신호(VSIG2)의 전압이 검출 전압(DV)이라고 판정되고나서, 검출 전압(DV)으로 제 1 전압 전달 신호(VSIG1)가 송신될 때까지의 지연시간을 송신 지연(del)으로 한다. 또한, 송신 지연(del)은, 도 6에 도시하는 송신 지연(del)과 동일한 지연이 된다고는 할 수 없다.
디바이스(100)에 부하 접속의 검출 결과가 전달되는 타이밍을 부하 접속 검출 시각(T6)으로 하면, 디바이스(120)에 의해 부하 접속이 검출되는 부하 접속 시각(T5)으로부터, 최상단의 디바이스인 디바이스(100)에 검출 결과가 전달되는 부하 접속 검출 시각(T6)까지는 지연(tdel)이 있다.
또한, 부하 접속이 검출된 후, 부하 접속에 의해 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 하강하고, 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 검출 전압(SH1) 미만으로 되면, 각 디바이스는 충전의 제어를 행한다(도 7의 스텝 S16). 또한, 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 검출 전압(SH1) 미만이 되는 시각을 과충전 해소 시각(T7)으로 한다.
예를 들면, 도시하는 바와 같이, 디바이스(100)가 부하 접속, 또한 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 검출 전압(SH1) 미만이 되는 것을 검출하면, 디바이스(100)는 검출 전류 이외의 전류(이하 「해제 전류(CI)」라고 한다.)로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 송신한다. 다음에 디바이스(110)는 디바이스(100)가 송신하는 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 송수신 단자(SOC)에 의해 수신한다. 이것에 의해, 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(100)로부터 디바이스(110)에 충전의 제한을 해제하는 것을 전달할 수 있다. 또한, 도 9에서는, 디바이스(100)가 해제 전류(CI)로 제 1 전류 전달 신호(ISIG1)를 송신하는 것은 제 1 전달 신호 송신 시각(T8)의 타이밍이다.
또한, 디바이스(110)는 해제 전류(CI)로 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 송신한다. 다음에 디바이스(120)는 디바이스(110)가 송신하는 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 송수신 단자(SOC)에 의해 수신한다. 이것에 의해, 전지 보호 시스템(1)에서는, 디바이스(110)로부터 디바이스(120)에 충전의 제한을 해제하는 것을 전달할 수 있다. 또한, 도 9에서는, 디바이스(110)가 해제 전류(CI)로 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)를 송신하는 것은 제 2 전달 신호 송신 시각(T9)의 타이밍이다.
해제 전류(CI)로 제 2 전류 전달 신호(ISIG2)가 디바이스(110)로부터 디바이스(120)에 송신되면, 최하단의 디바이스가 되는 디바이스(120)는 제어 신호(VOUT)를 Voff로부터 Von으로 한다(도 7의 스텝 S16). 따라서, 제어 신호(VOUT)가 Von이면, FET(5)는 온이 되어, 충전이 가능하게 된다. 즉 도 4의 스텝 S06 등에서 행해지는 충전의 제한이 해제된다.
이차전지 셀의 전압(VCELL)이 소정의 값 미만이 되면, 전지 보호 시스템(1)은 충전 허가의 제어를 행한다. 예를 들면, 충전의 제한을 해제하는 소정의 값을 과충전 해제 전압(SH3)으로 한다. 즉 충전은 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 해제 전압(SH3) 미만이 될 때까지, 제한된다.
이것에 대하여, 전지 보호 시스템(1)에서는, 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 해제 전압(SH3) 미만이 되기 전에, 부하 접속이 검출되기 때문에, 이차전지 셀의 전압(VCELL)이 과충전 검출 전압(SH1) 미만으로 되면, 충전 허가의 제어를 행한다. 즉 전지 보호 시스템(1)에서는, 과충전 해제 전압(SH3)에 기초하여 충전의 제한을 해제하는 경우와 비교하여, 충전 허가의 제어를 빨리 개시할 수 있다.
충전을 제한하기 위하여, FET(5)가 오프로 되어 있으면, FET(5)가 갖는 보디 다이오드를 경유하여 방전이 행해진다. 그 때문에 FET(5)는 발열하는 경우가 많다. 따라서, 전지 보호 시스템(1)은, 빨리 충전의 제한을 해제하는 등의 충전의 제어에 의해, FET(5)의 발열을 적게 하는 것이 바람직하다. 때문에, 전지 보호 시스템(1)은, 부하 접속의 검출 결과의 정보를 복수의 디바이스에서 공유함으로써 충전의 제어를 행하는 타이밍을 빨리할 수 있다.
(변형예)
복수의 디바이스에서 공유하는 정보는, 과충전의 검출 결과 및 부하 접속의 검출 결과에 한정되지 않는다. 즉 제 1 조건이 과충전이 검출된 경우 및 제 2 조건이 이차전지 셀에 부하가 접속된 것이 검출된 경우인 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 정보는 온도에 따른 보호를 행하는 경우, 온도에 따른 정보여도 된다. 즉 제 1 조건 또는 제 2 조건이 온도에 관계되는 조건이어도 된다. 온도에 따른 정보를 복수의 디바이스에서 공유하면, 도 9에 도시하는 부하 접속의 검출 결과와 마찬가지로, 각 디바이스는 온도에 따른 정보에 기초하여 충전의 제어를 행할 수 있다.
또한 검출 전류(DI) 및 검출 전압(DV)의 임계값은 복수 설정되어도 된다. 복수의 임계값이 설정되면, 전지 보호 시스템(1)은 복수의 종류의 정보를 전달하는 또는 각 정보를 각각 복수의 단계에서 나타내는 등을 할 수 있다.
또한, 전지 보호 시스템(1)에서는, 상단의 디바이스로부터 하단의 디바이스에는, 검출 전류에 기초하여 정보를 전달했지만, 검출 전압에 의해 정보가 전달되어도 된다. 이 경우, 전지 보호 시스템(1)에서는, 하단의 디바이스로부터 상단의 디바이스에는, 정보는 검출 전류에 기초하여 전달된다. 즉 전지 보호 시스템(1)에서는, 검출 전류 및 검출 전압의 사용방법이 반대여도 된다.
또한 전지 보호 시스템(1)은 3개 이상의 디바이스를 가져도 된다. 예를 들면, 전지 보호 시스템(1)은 최상단의 디바이스와 최하단의 디바이스 사이에 접속되는 제 3 전지 보호 장치를 2개 이상 가져도 된다. 구체적으로는, 제 3 전지 보호 장치는, 예를 들면, 도 2에서는, 제 3 전지 보호 장치는 디바이스(110)이다.
한편, 전지 보호 시스템(1)은 제 1 전지 보호 장치 및 제 2 전지 보호 장치의 2개의 디바이스를 갖는 전체 구성이어도 된다.
또한 전지 보호 시스템(1)에서는, 전류 전달 신호가 하이(High) 레벨에서 과충전을 검출한 것을 전달하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전류 전달 신호가 로(Low) 레벨에서 과충전을 검출한 것을 전달해도 된다. 마찬가지로, 전지 보호 시스템(1)에서는, 전압 전달이 로 레벨에서 충전의 제한을 해제하는 것을 전달하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전압 전달 신호가 하이 레벨에서 충전의 제한을 해제하는 것을 전달해도 된다. 즉 하이 레벨 및 로 레벨의 사용 방법은 설명한 방법과 반대의 사용방법이어도 된다.
(기능 구성 예)
도 10은 본 발명의 1 실시형태에 따른 전지 보호 시스템의 기능 구성의 1 예를 나타내는 기능 블럭도이다. 도시하는 바와 같이, 전지 보호 시스템(1)은 제 1 전지 보호 장치의 예인 디바이스(100)와, 제 2 전지 보호 장치의 예인 디바이스(120)를 포함한다.
디바이스(100)는 전류 송신부(302)와, 전압 판정부(303)로 구성되는 전류의 송신, 전압의 수신을 행하는 제 1 송수신부(301)를 포함한다. 또한 디바이스(120)는 전압 송신부(305)와, 전류 판정부(306)로 구성되는 전압의 송신, 전류의 수신을 행하는 제 2 송수신부(304)와, 제어부(307)를 포함한다.
제 1 송수신부(301)는 전류 전달 신호(ISIG)를 송신하는 전류 송신부(302)와 전압 전달 신호(VSIG)를 수신하는 전압 판정부(303)로 구성된다. 또한 전류 송신부(302)는, 제 1 조건이 되면, 검출 전류로 전류 전달 신호(ISIG)를 송신하고, 전압 판정부(303)는 전압 전달 신호(VSIG)의 전압이 검출 전압인지 아닌지를 판정한다. 또한, 제 1 송수신부(301)는 전류 출력 회로(C3)(도 3) 및 전압 판정 회로(C4), 송수신 단자(COUT)(도 3)에 의해 실현된다.
제 2 송수신부(304)는 제 1 송수신부(301)가 송신하는 전류 전달 신호(ISIG)를 수신하는 전류 판정부(306)와, 전압 전달 신호(VSIG)를 송신하는 전압 송신부(305)로 구성된다. 또한 전압 송신부(305)는, 제 2 조건이 되면, 전압 전달 신호(VSIG)를 송신하고, 전류 판정부(306)는 전류 전달 신호(ISIG)의 전류가 검출 전류인지 아닌지를 판정한다. 또한, 제 2 송수신부(304)는 전류 판정 회로(C2), 전압 클램프 회로(C1), 송수신 단자(SOC)(도 3)에 의해 실현된다.
제어부(307)는 전류 판정부(306)에 의한 판정에 기초하여 이차전지 셀의 충전을 제어 신호(VOUT) 등에 의해 제어한다. 또한, 제어부(307)는 충방전 제어 회로(C5)(도 3) 및 송수신 단자(COUT)(도 3)에 의해 실현된다.
상단의 디바이스가 갖는 제 1 송수신부(301)와, 하단의 디바이스가 갖는 제 2 송수신부(304)는, 단선으로 접속되어, 전류 전달 신호(ISIG) 및 전압 전달 신호(VSIG)가 1개의 배선으로 송수신된다. 과충전이 검출되는 등의 제 1 조건이 되면, 최상단의 디바이스는, 제 1 송수신부(301)가 전류 전달 신호(ISIG)를 검출 전류로 송신하기 때문에, 하단의 디바이스는, 전류 판정부(306)에 의해, 과충전의 검출 결과 등의 정보를 수취할 수 있다. 또한 하단의 디바이스가 있는 경우, 하단의 디바이스에는, 상단의 디바이스가 갖는 제 1 송수신부(301)에 의해, 전류 전달 신호(ISIG)가 검출 전류로 송신되기 때문에, 최상단의 디바이스로부터 최하단의 디바이스까지, 과충전의 검출 결과 등의 정보를 각 디바이스에 각각 전달할 수 있다.
한편, 부하 접속이 검출되는 등의 제 2 조건이 되면, 최하단의 디바이스는, 제 2 송수신부(304) 및 전압 송신부(305)에 의해 전압 전달 신호(VSIG)가 검출 전압으로 송신되기 때문에, 상단의 디바이스는, 전압 판정부(303)에 의해, 부하 접속의 검출 결과 등의 정보를 수취할 수 있다. 또한 더욱이 상단의 디바이스가 있는 경우, 상단의 디바이스에는, 하단의 디바이스가 갖는 제 2 송수신부(304) 및 전압 송신부(305)에 의해, 전압 전달 신호(VSIG)가 검출 전압으로 송신되기 때문에, 최하단의 디바이스로부터 최상단의 디바이스까지, 부하 접속의 검출 결과 등의 정보를 각 디바이스에 각각 전달할 수 있다.
따라서, 전지 보호 시스템(1)은, 예를 들면, 상단의 디바이스로부터 하단의 디바이스에는, 전류에 의해, 정보를 전달할 수 있다. 한편, 전지 보호 시스템(1)은, 하단의 디바이스로부터 상단의 디바이스에는, 전압에 의해, 정보를 전달할 수 있다. 때문에, 전지 보호 시스템(1)에서는, 각 디바이스 사이는 단선으로 쌍방향에 정보를 각각 전달할 수 있다. 또한 단선이기 때문에, 각 디바이스는, 정보를 전달하기 위한 단자수가 각각 적게 생긴다. 또한 상단의 디바이스로부터 하단의 디바이스에 송신되는 전류 전달 신호와, 하단의 디바이스로부터 상단의 디바이스에 송신되는 전압 전달 신호는, 서로 영향을 주지 않기 때문에, 상단의 디바이스와 하단의 디바이스를 동기시킬 필요가 없어, 항상 쌍방향에서 신호의 송수신이 가능하게 된다.
(비교예)
도 11은 비교예의 전지 보호 시스템의 1 예를 나타내는 회로도이다.
전지 보호 시스템(1A)은 전지 보호 장치 이외에 신호 합성 회로(130)를 더 갖는다. 전지 보호 시스템(1A)에서는 신호 합성 회로(130)는 각 전지 보호 장치가 출력하는 신호를 합성한다. 이것에 의해, 각 전지 보호 장치는 복수의 전지 보호 장치 사이에서 각종 정보를 공유한다.
신호 합성 회로(130)는 소위 외장형의 회로이다. 그것을 위해 신호 합성 회로(130)를 구성하기 때문에, 부품수가 증가한다. 또한 상단으로부터 하단 및 하단으로부터 상단의 쌍방향에 정보를 전달하도록 하기 위해서는, 부품수가 더 증가하는 경우가 있다. 그 때문에 전지 보호 시스템(1A)은 회로가 복잡하게 되는, 실장 면적이 증가하는 그리고 품질 불량이 증가하는 등의 단점이 있다. 또한, 이차전지 셀 수가 증가하면, 신호 합성 회로(130)는 고내압의 부품이 필요하게 되어, 비용이 증가하는 등의 단점이 있다.
도 12는 다른 비교예의 전지 보호 시스템의 1 예를 나타내는 회로도이다.
전지 보호 시스템(1B)에서는 상단으로부터 하단으로 정보를 전달하기 위해, 전지 보호 장치는 수신 단자(SOC)를 각각 갖는다. 전지 보호 시스템(1B)에서는 각 전지 보호 장치는 이상을 전달하는 신호를 각각 하단의 디바이스에 송신한다. 따라서, 전지 보호 시스템(1B)에서는 상단으로부터 하단으로의 일방향에는, 정보가 전달된다. 그러나, 최하단의 디바이스가 검출하는 정보 등은, 상단의 디바이스에 전달하기 위해서는, 하단으로부터 상단으로 신호를 보낼 필요가 있기 때문에 외장형 회로의 추가가 더 필요하게 되어, 부품수가 증가하는 단점이 있다. 또한 하단으로부터 상단으로 신호를 보내기 위하여, 하단의 디바이스에 송신 단자를 추가하고, 또한, 상단의 디바이스에 수신 단자를 추가하면, 단자수가 증가하여, 비용이 증가하는 등의 단점이 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 여러 변형 또는 변경이 가능하다.
1 전지 보호 시스템
100, 110, 120 디바이스
C1 전압 클램프 회로
C2 전류 판정 회로
C3 전류 출력 회로
C4 전압 판정 회로
C5 충방전 제어 회로
5 FET
COUT 송수신 단자
SOC 송수신 단자

Claims (12)

  1. 직렬 접속된 복수의 이차전지 셀에 대하여,
    상기 복수의 이차전지 셀에 병렬로 접속된 복수의 이차전지 보호 장치를 갖고,
    상기 복수의 이차전지 보호 장치 사이에서 통신이 행해지는 이차전지 보호 시스템으로서,
    상기 복수의 이차전지 셀 중 어느 하나의 제 1 이차전지 셀에 접속된 제 1 이차전지 보호 장치는,
    제 1 조건이 되면, 상태에 따라 전류값을 가변시킨 전류 전달 신호를 생성하여 송신하는 전류 송신부를 갖고,
    상기 제 1 이차전지 셀과 이웃한 제 2 이차전지 셀에 접속된 제 2 이차전지 보호 장치는,
    제 2 조건이 되면, 상태에 따라 전압값을 가변시킨 전압 전달 신호를 생성하여 송신하는 전압 송신부를 갖고,
    상기 전류 전달 신호와 상기 전압 전달 신호는 1개의 통신선을 공유하여 송신되고,
    상기 제 1 이차전지 보호 장치는 또한,
    상기 전압 전달 신호를 수신하는 전압 판정부를 갖고,
    상기 제 2 이차전지 보호 장치는 또한,
    상기 전류 전달 신호를 수신하는 전류 판정부를 갖고,
    상기 제 2 이차전지 보호 장치로부터 상기 제 1 이차전지 보호 장치에 송신되는 상기 전압 전달 신호의 전압 진폭은 상기 제 1 이차전지 셀과 상기 제 2 이차전지 셀의 접속점의 전위에 대해 각각의 이차전지 셀의 전압보다도 낮은 소정의 전압 이하이며, 상기 소정의 전압은 상기 제 1 이차전지 보호 장치의 내압 미만의 전압인 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이차전지 보호 장치는 상기 제 1 이차전지 셀을 전원으로 하고, 상기 제 2 이차전지 보호 장치는 상기 제 2 이차전지 셀을 전원으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 송신부는 1개 이상의 정전류원을 포함하고,
    상기 정전류원을 온오프 제어함으로써 상기 전류 전달 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 송신부는 1개 이상의 정전압 회로를 더 포함하고,
    상기 정전압 회로를 제어하여 상기 전압 전달 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 정전압 회로는 1개 이상의 다이오드를 갖고, 상기 다이오드의 순방향 전압에 기초하여 정전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 판정부 또는 상기 전압 판정부의 어느 일방의 수신 결과에 기초하여 상기 이차전지 셀의 충전 또는 방전을 전환하는 제어 신호를 출력하는 제어부를 갖고,
    타방의 수신 결과에 기초하여 충방전 보호 상태로부터 통상 동작 상태로의 복귀 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 신호가 출력되는 단자와, 상기 전류 전달 신호가 송신되고, 또한 상기 전압 전달 신호를 수신하는 단자가 공통인 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 신호를 출력하는 단자로 할지, 상기 전류 전달 신호를 송신하고 또한 상기 전압 전달 신호를 수신하는 단자로 할지를 전환하는 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 조건은 상기 이차전지 셀의 과충전, 과방전, 과전류 중 어느 하나의 이상이 검출된 경우인 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 조건은, 상기 이차전지 셀에 부하 접속을 검출한 경우, 부하 개방이 검출된 경우, 충전기 접속이 검출된 경우, 충전기 개방이 검출된 경우 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 시스템.
  11. 직렬 접속된 복수의 이차전지 셀에 대하여,
    복수의 셀에 병렬로 접속된 복수의 이차전지 보호 장치를 갖고,
    상기 복수의 이차전지 보호 장치 사이에서 통신이 행해지는 이차전지 보호 방법으로서,
    제 1 이차전지 셀에 접속된 제 1 이차전지 보호 장치는,
    제 1 조건이 되면, 상태에 따라 전류값을 가변시킨 전류 전달 신호를 생성하여 송신하는 전류 송신 수단을 갖고,
    상기 제 1 이차전지 셀과 이웃한 제 2 이차전지 셀에 접속된 제 2 이차전지 보호 장치는,
    제 2 조건이 되면, 상태에 따라 전압값을 가변시킨 전압 전달 신호를 생성하는 전압 송신 수단을 갖고,
    상기 전류 전달 신호와 상기 전압 전달 신호는 1개의 통신선을 공유하여 송신되고,
    상기 제 1 이차전지 보호 장치는 또한,
    상기 전압 전달 신호를 수신하는 전압 판정 수단을 갖고,
    상기 제 2 이차전지 보호 장치는 또한,
    상기 전류 전달 신호를 수신하는 전류 판정 수단을 갖고,
    상기 제 2 이차전지 보호 장치로부터 상기 제 1 이차전지 보호 장치에 송신되는 전압 전달 신호의 전압 진폭은 상기 제 1 이차전지 셀과 상기 제 2 이차전지 셀의 접속점의 전위에 대하여 각각의 이차전지 셀의 전압보다도 낮은 소정의 전압 이하로 하고, 상기 소정의 전압은 상기 제 1 이차전지 보호 장치의 내압 미만의 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 방법.
  12. 직렬 접속된 복수의 이차전지 셀에 대하여,
    복수의 이차전지 셀에 병렬로 접속되어, 접속된 이차전지 셀을 전원으로 하여 구동하는 복수의 이차전지 보호 장치를 갖고,
    상기 복수의 이차전지 보호 장치 사이에서 통신이 행해지는 이차전지 보호 시스템을 구성하는 이차전지 보호 장치로서,
    제 1 조건이 되면, 상태에 따라 전류값을 가변시킨 제 1 전류 전달 신호를 생성하여 송신하는 전류 송신부와,
    상기 제 1 전류 전달 신호와 1개의 통신로를 공유하여, 대향하는 이차전지 보호 장치로부터 송신되는 제 1 전압 전달 신호를 수신하는 전압 판정부와,
    제 2 조건이 되면, 상태에 따라 전압값을 가변시킨 제 2 전압 전달 신호를 생성하여 송신하는 전압 송신부와,
    상기 제 2 전압 전달 신호와 1개의 통신로를 공유하여, 대향하는 이차전지 보호 장치로부터 송신되는 제 2 전류 전달 신호를 수신하는 전류 판정부를 갖고,
    상기 제 2 전압 전달 신호의 전압 진폭은 고전위측 전원 전압 또는 저전위측 전원 전압으로부터 각각의 이차전지 셀의 전압보다도 낮은 소정의 전압 이하이며, 상기 소정의 전압은 이차전지 보호 장치의 내압 미만의 전압인 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 장치.
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