TW201403921A - 二次電池監控裝置及電池套件 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供可以實現可靠性高的過電流檢測之二次電池監控裝置及具備其之電池套件。[解決手段]利用經由放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc之導通電阻所產生的電流檢測電壓Vidt，針對流通於二次電池BAT的過電流進行檢測時，係具備用於產生補正電壓Viov的電壓補正電路VCTL，該補正電壓Viov係具有伴隨著電源電壓之增大而以正斜率或負斜率呈變化之特性者，藉由可以使檢測電壓所產生的電壓變化之斜率被抵消的極性，將補正電壓附加於檢測電壓或基準電源電壓並輸入至比較電路CMPd。如此則可以減少過電流判斷電流之變動。

Description

二次電池監控裝置及電池套件
本發明係關於二次電池監控裝置及電池套件，例如適用於對鋰離子二次電池進行監控的二次電池監控裝置，及包含該二次電池監控裝置與鋰離子二次電池的電池套件的有效技術。
例如專利文獻1~專利文獻4揭示，針對二次電池中之過電流，藉由插入該電流路徑的FET之導通(ON)電阻進行檢測，據此而進行過電流之保護方式。具體言之為，專利文獻1係揭示，不受電池電壓影響而將充電控制開關元件及放電控制開關元件之閘極電壓設為一定，而將各開關元件之導通電阻保持於一定的技術。該閘極電壓，係設為例如電池電壓能採用的最低電壓。專利文獻2係揭示，使充電及放電FET具有同一特性，設置被施加有同一閘極電壓的第1及第2基準FET，以藉由第1及第2基準FET產生的電壓為基準電壓，而對經由充電及放電FET之導通電阻所檢測出的電壓進行判別的技術。
又，專利文獻3係揭示，將經由FET之導通電阻所 檢測出的檢測電壓，和基準電壓控制電路產生的基準電壓(伴隨電池電壓之增加而呈曲線降低的電壓)進行比較，在檢測電壓大於基準電壓時將該FET設為非導通(OFF)的驅動技術。專利文獻4係揭示，在經由放電控制用FET之導通電阻所檢測出的檢測電壓，以該FET之閘極電壓作為補償電壓而進行加算，使用該加算後的放電電流檢測電壓進行過電流之檢測技術。如此則，使用導通電阻低的放電控制用FET時，對該FET無須流入必要以上過多之電流亦可進行過電流之檢測。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2002-374630號公報
[專利文獻2]特開2009-131020號公報
[專利文獻3]特開2001-14042號公報
[專利文獻4]特開平11-127543號公報
例如以行動電話為代表者行動用電子機器，基於重量輕、高容量，週期壽命之長短等之理由，大多使用鋰離子二次電池。但是，鋰離子二次電池為高容量因此於過充電或外部端子間之短路等之狀態下會有膨脹、發熱、發火之高危險性。因此，為了迴避危險狀態而於鋰離子二次電池 安裝二次電池監控裝置。二次電池監控裝置，例如係對二次電池中之過電壓(過充電電壓，過放電電壓)或過電流(過放電電流，過充電電流)進行檢測，對應於彼等檢測結果而進行放電控制用開關及充電控制用開關之導通．非導通。
圖17(a)為本發明之發展過程中所檢討的習知電池套件，其之主要部分之構成例之概略圖，圖17(b)係表示圖17(a)中之驅動器電路之構成例的電路圖。圖17(a)所示電池套件，係具備：二次電池BAT，及對BAT之充放電電流進行控制的二次電池監控裝置BATCTL’。BATCTL’，係具備：放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc，及對應於BAT之狀態進行彼等開關之導通．非導通控制的開關控制部SWCTL’。於BATCTL’之正極端子PP與負極端子PN之間，係連接著進行BAT之充電的充電器CGR或藉由BAT被驅動的負荷電路LD。
放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc，係由例如場效電晶體構成，於二次電池BAT之電流路徑上係將源極．汲極間予以串聯連接。開關控制部SWCTL’，係具備：擔當過電流保護機能的過電流判斷區塊IJGEBK’，FETd，分別對FETc之閘極進行驅動的驅動器電路DRVd、DRVc，及對應於IJGEBK’之判斷結果而產生DRVd、DRVc之輸入信號的控制邏輯電路LOG。
開關控制部SWCTL’，在通常動作時，係控制FETd、FETc同時成為導通，而將充電及放電設為同時可能之 狀態。此時，SWCTL’，係藉由串聯連接的FETd、FETc之導通電阻，對流入二次電池BAT的電流Ibat進行檢測及電壓轉換，使用過電流判斷區塊IJGEBK’對該電流檢測電壓Vidt之大小進行監控。例如放電時於IDT端子係被檢測出Vidt之正的電壓，因此IJGEBK’內之比較電路CMPd，係以作為Vidt而產生的正的電壓大於特定的過電流判斷電壓Vref1時對控制邏輯電路LOG輸出檢測信號。因此，在BAT之放電電流(Ibat)過剩時，該要旨係藉由CMPd被檢測出，藉由LOG及驅動器電路DRVd而將FETd控制成為非導通。結果，BAT之放電路徑被切斷，因此僅經由FETd之本體二極體D1與處於導通狀態的FETc來形成充電路徑。
另外，充電時於IDT端子係檢測出作為Vidt之負的電壓，因此在作為檢測電壓Vidt而產生的負的電壓經由反相放大器電路AMPR實施極性轉換後產生之正的電壓比起特定過電流判斷電壓Vref2大時，過電流判斷區塊IJGEBK’內之比較電路CMPc係對控制邏輯電路LOG輸出檢測信號。因此，二次電池BAT之充電電流(Ibat)過剩時，該要旨係經由CMPc被檢測出，係經由LOG及驅動器電路DRVc而將FETc控制成為非導通。結果，BAT之充電路徑切斷，僅藉由FETc之本體二極體D2與導通狀態之FETd形成放電路徑。如此則，達成對BAT之過電流之保護。又，驅動器電路DRVc、DRVd，如圖17(b)所示，係藉由例如設定BAT之輸出成為電源電壓VCC的 CMOS反相器電路構成。
但是，於該構成例，驅動器電路DRVc、DRVd之輸出電壓係受二次電池之輸出電壓(電源電壓VCC)影響而變化，結果，放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc之導通電阻會變化，有可能導致難以進行可靠性高的過電流之檢測。圖18(a)，圖18(b)，係圖17之構成例中之問題點之一例之說明圖。如圖18(a)所示，FETd、FETc之導通電阻(Ron)，係隨著閘極．源極間電壓VGS(係藉由驅動器電路DRV被供給電源電壓VCC而作為VSG，因此於圖18(a)標記為VCC(=VGS)。其他圖面亦同樣。)變大而呈曲線降低。另外，過電流判斷區塊IJGEBK’內之比較電路CMPd，係依據不受電源電壓VCC之影響而成為一定的過電流判斷電壓Vref1，對電流檢測電壓Vidt(=Ibat×Ron)進行判斷，當Vidt(=Ibat×Ron)≧Vref1時判斷為放電過電流檢測。同樣，比較電路CMPc係在Vidt(=Ibat×Ron)≧Vref2時判斷為充電過電流檢測。
結果，實動作上被判斷為過電流的電流Ibat之值(換言之實動作上之Ibat之臨限值(容許值)，本說明書中稱其為過電流判斷電流Iov)，係如圖18(a)及圖18(b)所示，對於電源電壓VCC具有相關性。具體言之為，基於「Iov×Ron=Vref1(一定)」之關係，當伴隨著VCC之增大而降低導通電阻(Ron)時，Iov會上升該被抵消分。如此則，例如Iov朝大的方向變動時，有可能造成二次 電池BAT之損傷。又，Ron，嚴格講係具有溫度相關性，因此如圖18(b)所示，Iov更嚴格講亦具有溫度相關性。但是，實際上，相較於該溫度相關性伴隨產生的變動，VCC伴隨產生的變動更大。
為了減低該過電流判斷電流Iov之變動，可考慮專利文獻1~專利文獻3所示技術。專利文獻1之技術，係減低導通電阻(Ron)本身對於電源電壓VCC之相關性的方式，專利文獻2及專利文獻3之技術，係於過電流判斷電壓(Vref)側，具有和電流檢測電壓Vidt側同樣之VCC相關性的方式。但是，使用專利文獻1之技術，對變動的VCC實施降壓而產生一定之閘極．源極間電壓VGS時，雖可將VGS設為較低(例如VCC之下限值)而於寬廣範圍消除VCC相關性，但是反面為，全體的導通電阻(Ron)之增大有可能伴隨著電力損失之。反之，將VGS設為較高，電力損失雖可減低，但是反面為，當VCC低於該設定電壓時存在著VCC相關性。
又，使用專利文獻2或專利文獻3之技術時，有可能伴隨著過電流判斷電壓(Vref)之調整而無法獲得充分的容易性或自由度，或者製作於半導體基板上時電路面積之間接負擔(overhead)過剩之可能性存在。又，專利文獻4之揭示，並未特別針對電源電壓VCC之相關性觀點進行檢討，僅單純地以閘極．源極間電壓VGS直接作為補償電壓並加算於電流檢測電壓Vidt的電路。
本發明有鑑於上述問題，目的之一在於提供可以實現 高可靠性的過電流檢測的二次電池監控裝置及具備其的電池套件。本發明之上述及其他目的及新規特徵可由本說明書之記述及添付圖面予以理解。
本發明之代表者實施形態之概要簡單說明如下。
本實施之一形態之二次電池監控裝置，係利用經由充電控制用及放電控制用之FET之導通電阻而產生的電流檢測電壓，針對流通於二次電池的過電流進行檢測時，係產生補正電壓，該補正電壓係具有：針對伴隨著電源電壓之增大而呈減少的上述檢測電壓之斜率，藉由近似的正斜率或負斜率使其變化之特性者，藉由可以使上述檢測電壓所產生的電壓變化之斜率被抵消的極性，將上述補正電壓附加於上述檢測電壓或基準電源電壓並輸入至比較電路，如此而藉由上述補正電壓對上述比較電路之輸入進行補正，而可以減少過電流判斷電流之變動。
另外，本實施之一形態之二次電池監控裝置，係利用經由充電控制用及放電控制用之FET之導通電阻而產生的電流檢測電壓，針對流通於二次電池的過電流進行檢測時，係產生補正電壓，該補正電壓係具有：針對伴隨著電源電壓而變化的上述檢測電壓之特性，藉由一次函數或二次函數實施近似之特性者，藉由可以使上述檢測電壓所產生的電壓變化之斜率被抵消的極性，將上述補正電壓附加於上述檢測電壓或基準電源電壓並輸入至比較電路，藉由 上述補正電壓對上述比較電路之輸入進行補正，如此而可以減少過電流判斷電流之變動。
另外，本實施之一形態之二次電池監控裝置，係利用經由充電控制用及放電控制用之FET之導通電阻而產生的電流檢測電壓，針對流通於二次電池的過電流進行檢測時，係包含：產生補正電壓的手段，該補正電壓係具有伴隨著電源電壓之增大而以正斜率呈增大之特性者；及將上述補正電壓相加於上述檢測電壓而產生補正檢測電壓的手段；於比較電路之一方施加基準電源電壓，將上述補正檢測電壓施加於比較電路之另一方。
又，本實施之其他形態之二次電池監控裝置，係利用經由充電控制用及放電控制用之FET之導通電阻而產生的電流檢測電壓，針對流通於二次電池的過電流進行檢測時，係包含：產生補正電壓的手段，該補正電壓係具有伴隨著上述第1電源電壓之增大而以負斜率呈減少之特性者；及將上述補正電壓相加於上述基準電源電壓而產生補正基準電壓的手段；於比較電路之一方施加藉由上述補正電壓補正後的基準電壓，比較電路之另一方被施加電流檢測電壓，藉由上述補正電壓對上述比較電路之輸入進行補正，如此而可以減少過電流判斷電流之變動。
本發明之代表者實施形態所能獲得的效果簡單說明如下，二次電池監控裝置及具備其的電池套件，可以實現可 靠性高的過電流檢測。
AMP‧‧‧放大器電路
AMPR‧‧‧反相放大器電路
BAT‧‧‧二次電池
BATCTL，BATCTL’‧‧‧二次電池監控裝置
BN，PN‧‧‧負極端子
BP、PP‧‧‧正極端子
CGR‧‧‧充電器
CHG‧‧‧充電控制端子
CM‧‧‧電流鏡電路
CMP‧‧‧比較電路
D‧‧‧二極體
DCH‧‧‧放電控制端子
DRV‧‧‧驅動器電路
FET‧‧‧開關
FS‧‧‧熔絲
GND‧‧‧接地電源電壓
IDT‧‧‧電流檢測端子
IJGEBK，IJGEBK’‧‧‧過電流判斷區塊
Iov‧‧‧過電流判斷電流
LD‧‧‧負荷電路
LOG‧‧‧控制邏輯電路
MN‧‧‧NMOS電晶體
R‧‧‧電阻
SWCTL，SWCTL’‧‧‧開關控制部
VCC‧‧‧電源電壓
VCTL‧‧‧電壓補正電路
VDD‧‧‧電源電壓
VGEN‧‧‧電源電壓產生電路
VN，VP‧‧‧補正後電壓
VRGEN‧‧‧基準電壓產生電路
Vidt‧‧‧電流檢測電壓
Vref‧‧‧過電流判斷電壓
[圖1](a)及(b)係表示本發明之實施形態1之電池套件的主要部分之構成例之概略圖。
[圖2](a)及(b)係表示於圖1之開關控制部，其之電壓補正電路之概略構成例及動作例的說明圖。
[圖3](a)係表示圖2(a)及圖2(b)中之電流檢測電壓之另一特性例的說明圖，(b)係表示圖3(a)之電流檢測電壓之特性例對應之過電流判斷電流之特性例的說明圖。
[圖4](a)係表示於圖2(a)適用圖3時，其之補正後電壓之特性之概略調整方法之一例之模式圖，(b)係表示於圖2(b)適用圖3時，其之補正後電壓之特性之概略調整方法之一例之模式圖。
[圖5](a)係表示於圖1之開關控制部，其之電壓補正電路之詳細構成例的電路圖，(b)係表示(a)中之過電流補正電壓之特性例的說明圖。
[圖6](a)~(c)係表示圖5(a)之電壓補正電路之動作例的說明圖。
[圖7]本發明之實施形態2之二次電池監控裝置中，其之電壓補正電路之詳細構成例的電路圖。
[圖8](a)~(c)係表示圖7之電壓補正電路之動作例的說明圖。
[圖9](a)及(b)係表示於本發明之實施形態3之電池套件，其之主要部分之構成例的概略圖。
[圖10](a)~(d)係表示圖9之開關控制部之概略動作例的說明圖。
[圖11]於圖9之開關控制部，其之電壓補正電路及驅動器電路周圍之詳細構成例的電路圖。
[圖12](a)~(d)係表示圖11之電壓補正電路之動作例的說明圖。
[圖13]於圖9之開關控制部，其之電壓補正電路及驅動器電路周圍之另一詳細構成例的電路圖。
[圖14](a)~(d)係表示圖13之電壓補正電路之動作例的說明圖。
[圖15]於本發明之實施形態4之二次電池監控裝置，其之電壓補正電路之詳細構成例的電路圖。
[圖16](a)~(e)係表示圖15之電壓補正電路之動作例的說明圖。
[圖17](a)係表示作為本發明之前提被檢討的電池套件，其之主要部分之構成例的概略圖，(b)係表示(a)中之驅動器電路之構成例的電路圖。
[圖18](a)、(b)係表示圖17(a)之構成例中之問題點之一例的說明圖。
(實施發明之形態)
以下實施形態中方便上或必要時分割為多數段落(section)或實施形態加以說明，但除特別明示以外，彼等並非無關係，而是一方具有另一方之一部分或全部之變形例、詳細、補充說明等之關係。又，以下說明之實施形態中，言及要素之數等(包含個數、數值、量、範圍等)時，除特別明示以及原理上明確限定為特定數以外，並非限定於該特定數，而是可為特定數以上或以下。
又，以下說明之實施形態中，其構成要素(包含要素步驟等)時，除特別明示以及原理上明確為必須以外，並非一定必要。同樣，以下說明之實施形態中，言及構成要素等之形狀、位置關係等時，除特別明示以及原理上明確為非如此不可以外，實質上包含和其之形狀近似或類似者。此一情況，關於上述數值及範圍亦同樣。
又，構成實施形態之各機能區塊的電路元件，雖未特別限定，可藉由習知之CMOS(互補型MOS電晶體)等之積體電路技術，形成於單結晶矽之半導體基板上。
以下，參照圖面詳細說明本發明之實施形態。又，於說明實施形態之全圖，同一之構件原則上附加同一之符號，並省略重複說明。
(實施形態1) 《電池套件之全體構成及動作》
圖1(a)為本發明之實施形態1之電池套件之主要部分之構成例的概略圖。圖1所示電池套件，係具備：二 次電池(電池)BAT，熔絲FS，及進行BAT之充電控制或放電控制的二次電池監控裝置BATCTL。BAT之代表為鋰離子二次電池。熔絲FS，係在大電流流通於BAT時切斷該電流路徑而實現BAT之保護。BATCTL，係具備：將BAT予以連接之正極端子BP及負極端子BN，對BAT進行充電的充電器CGR或將藉由BAT進行驅動的負荷電路LD予以連接之正極端子PP及負極端子PN。於BP係被供給BAT的電源電壓VCC，BN係被供給BAT之接地電源電壓GND。於PP、PN間連接有CGR或LD時，係於該BP與PP之間，及BN與PN之間個別形成電流路徑。
二次電池監控裝置BATCTL，係具備：於負極端子BN與PN之間之電流路徑上被串聯插入的放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc，及依據BAT之狀態對彼等開關之導通．非導通進行控制的開關控制部SWCTL1。放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc，係藉由例如n通道型之MOS場效電晶體構成，於BN與PN之間之電流路徑上係將源極．汲極間予以串聯。其中，FETd之源極係結合於BN(接地電源電壓GND)，汲極係結合於FETc之汲極。FETc之源極係結合於負極端子PN。FETd、FETc係分別具備，將源極．汲極間並聯連接，以源極側作為陽極，以汲極側作為陰極的本體二極體D1、D2。雖未特別限定，SWCTL1與開關(FETd、FETc)係分別由不同的半導體晶片形成，被搭載於同一之封裝內或同一之配線基板上。
開關控制部SWCTL1，係具備：作為過電流保護機能的過電流判斷區塊IJGEBK，分別驅動FETd、FETc之閘極的驅動器電路DRVd、DRVc，對應於IJGEBK之判斷結果而產生DRVd、DRVc之輸入信號的控制邏輯電路LOG。SWCTL1、係以由負極端子BN供給的接地電源電壓GND為基準，使用由正極端子BP介由電阻Rvcc被供給的電源電壓VCC進行動作。驅動器電路DRVd、DRVc可使用例如圖1(b)圖示的驅動器電路。
過電流判斷區塊IJGEBK，係包含過放電電流判斷區塊IJGEBK1與過充電電流判斷區塊IJGEBK2。IJGEBK1，係除了比較電路CMPd及判斷基準電壓Vref1以外，另外具備本發明之電壓補正電路VCTL1。同樣，過充電電流判斷區塊IJGEBK2係除了比較電路CMPc及判斷基準電壓Vref2以外，另外具備本發明之電壓補正電路VCTL3。VCTL3，係具備和IJGEBK1中之VCTL1同樣之構成。以下之說明雖說明過放電電流判斷區塊IJGEBK1之例，但過充電電流判斷區塊IJGEBK2亦具有和IJGEBK1同樣之機能。又，充電時於IDT端子係檢測出負電壓之電流檢測電壓Vidt，檢測的Vidt係藉由反相放大器電路AMPR被施加於過充電電流判斷區塊IJGEBK2。
詳細如後述說明，電壓補正電路VCTL1，係接受電流檢測電壓Vidt及判斷基準電壓Vref1，將兩者分別傳送至比較電路CMPd之2輸入之同時，於該傳送時，於其中任一方進行特定補正電壓之加算的電路。Vidt，係藉由電 阻Ridt被結合於充電控制用開關FETc之源極的電流檢測端子IDT而上所產生的電壓，係和FETc之源極中之電壓大致同電位。CMPd，係針對輸入至2輸入之一方(於此為正極節點(+)側)的電壓，依據被施加於2輸入之另一方(於此為負極節點(-)側)的電壓為基準而進行大小之判斷。又，電阻Rvcc、Ridt，例如係為了保護SWCTL1免於外部雜訊之靜電破壞而設，具有比較高的電阻值。
通常動作時，開關控制部SWCTL1內之驅動器電路DRVd，係藉由放電控制端子DCH所輸出的放電控制信號DCHout對放電控制用開關FETd進行導通控制，驅動器電路DRVc，係藉由充電控制端子CHG所輸出的充電控制信號CHGout對充電控制用開關FETc進行導通控制。此時，SWCTL1內之過電流判斷區塊IJGEBK1，係對流入二次電池BAT的電流Ibat進行監控。具體言之為，利用FETd、FETc之導通電阻將Ibat轉換為電壓，以該電壓作為前述電流檢測電壓Vidt而進行監控。
控制邏輯電路LOG，當藉由比較電路CMPd檢測出「正極節點(+)側電壓≧負極節點(-)側電壓」之狀態時，係對驅動器電路DRVd輸出控制信號。DRVd，係接受其而使放電控制用開關FETd由導通變為非導通。如此則，二次電池BAT之放電路徑被切斷，僅藉由FETd之本體二極體D1與導通狀態之FETc而形成充電路徑。
又，於過充電電流判斷區塊IJGEBK2，充電時作為 Vidt而於IDT端子被檢測出的負電壓係經由反相放大器電路AMPR反轉而被輸出，該輸出及判斷基準電壓Vref2係被輸入至比較電路CMPc，於輸入至比較電路CMPc之一方係將電壓補正電路VCTL3所產生的補正電壓予以相加。以下同樣，於各實施形態，為說明之簡略化而說明過放電電流保護電路之例，但彼等亦適用於過充電電流保護電路對適用。又，本發明之電壓補正電路VCTL，可以適用於過放電電流保護電路及過放電電流保護電路之兩方，或僅適用於一方而另一方由習知電路構成。
《電壓補正電路之概要》
圖2(a)及圖2(b)係表示，於圖1之開關控制部SWCTL1中之電壓補正電路VCTL之概略構成例及動作例的說明圖。如圖18(a)所述，進行過電流檢測時，因為和放電控制用開關FETd及充電控制用開關FETc之導通電阻(Ron)所產生的電源電壓VCC之變化之間的相關性(亦即對於閘極．源極間電壓VGS之變化的相關性)，過電流判斷電流Iov會對應於VCC之變化(亦即VGS之變化)而變化的問題存在。為了解決該問題，如圖2(a)所示，針對在比較電路CMPd之負極節點與判斷基準電壓Vref1(一定)之間附加補正電壓時之動作進行說明。以比較電路CMPd之正極節點(+)之電壓為VP，以負極節點(-)之電壓為VN時，由Vidt=Ron×Iov所決定的電壓VP係被施加於比較電路CMPd之正極節點，於負極節點 係被施加判斷基準電壓VN。其中，為了實現Iov不受VCC影響而設為一定之條件，於圖2(a)，電壓補正電路VCTL1，係進行控制而對判斷基準電壓Vref1(一定)附加和VCC具有相關性的特定之補正電壓Viov，以使VN成為和電流檢測電壓Vidt一致。
取代圖2(a)改用圖2(b)所示的方式，亦可使過電流判斷電流Iov不受電源電壓VCC影響而設為一定。於圖2(b)，電壓補正電路VCTL2係對電流檢測電壓Vidt附加補正電壓Viov而使比較電路CMPd之正極節點(+)側之補正後電壓VP成為和過電流判斷電壓Vref1一致而進行控制。但是，此時Viov之付加時之極性係成為相反之關係。
亦即，使用伴隨著電源電壓之增大而具有以正斜率或負斜率變化之特性的補正電壓Viov，藉由可以將產生於檢測電壓的電壓變化之斜率予以抵消的極性，將補正電壓附加於檢測電壓或基準電源電壓並輸入至比較電路。因此，如圖2(a)(b)所示，係和所產生的補正電壓之變化之斜率及附加於補正電壓或附加於基準電源電壓的付加時之極性而予以決定。又，於CMPd之負極節點(-)側加上| Viov |之運算(加算)，係等同於由CMPd之正極節點(+)側減掉| Viov |之運算(減算)，由CMPd之負極節點(-)側減掉| Viov |，係等同於在CMPd之正極節點(+)側加上| Viov |。
圖3(a)係表示圖2(a)及圖2(b)中之電流檢測 電壓之另一特性例的說明圖，圖3(b)為和圖3(a)之電流檢測電壓之特性例對應的過電流判斷電流之特性例的說明圖。例如於前述圖2(a)，為了使比較電路CMPd之負極節點(-)之補正後電壓VN和電流檢測電壓Vidt一致，而使補正電壓Viov對應於電源電壓VCC呈曲線變化進行控制乃較好者，為進行該控制而需要複雜的電路及電路參數之調整。於此，於圖3(a)所示實施例，係使該曲線特性(Vidt)近似於(一次近似)直線近似特性(Vidt’)，以此為前提來決定對應的補正後電壓VN(過電流檢測電壓Viov)之特性，此乃實用者。如此則，在半導體基板上配置電壓補正電路VCTL時需要的電路面積之間接負擔可以減低，又，電路參數之調整亦變為容易化。
其中，如圖3(a)所示，使曲線特性(Vidt)近似於直線特性(Vidt’)時，儘可能使2個特性間之誤差(△V)變小乃較好者。該誤差(△V)，係如圖3(b)(過電流判斷電流Iov之電源電壓VCC相關性)中之特性SP1(圖3(a)所示一次近似特性)所示，係以其和特性SP2(電源電壓VCC相關性為0之理想特性)間之誤差(△I)予以呈現。但是，和使用圖17所示習知之過電流判斷區塊IJGEBK’時產生的圖18(a)所示之曲線特性SP3比較，誤差大幅變小。於圖3(a)，為使曲線特性(Vidt)與直線近似特性(Vidt’)之誤差(△V)成為最小，例如可於VCC之動作範圍(變動幅度)之區間使用所謂最小平方法(least-squares method)來決定變化之中心點與斜率 (=Vidt’/VCC)。
但是，曲線特性(Vidt)之形狀，會依據導通電阻(Ron)特性(亦即作為開關使用的FETd、FETc之電路參數，和構成或製造條件相關的特性)或過電流判斷電流Iov之設定值(亦即以何種程度之電流值作為過電流進行判斷)而變動。因此，對應於彼等各種條件以高的自由度決定直線近似特性(Vidt’)，欲獲得和其對應的補正後電壓VN之特性時，係以Vidt’對應的過電流補正電壓Viov之斜率及變化之中心點個別作為獨立之參數，以增加可以設定的電路設計中之選擇部位的方式針對電壓補正電路VCTL加以設計乃較好者。又，其中雖以圖2(a)之例作為說明，但圖2(b)亦同樣。於此，針對圖2(a)及圖2(b)之構成例使用圖3之直線近似(一次近似)，則於電路設計中對於前述斜率與變化之中心點之個別獨立選擇之設定變為容易。
圖4(a)為，於圖2(a)適用圖3說明的設計概念時，該補正後電壓之特性之概略調整方法之一例之模式圖，圖4(b)表示於圖2(b)適用圖3說明的設計概念時，該補正後電壓之特性之概略調整方法之一例之模式圖。圖4(a)之上圖係表示各種信號之電壓特性，圖4(a)之下圖係表示針對過電流補正電壓的電壓特性。同樣，圖4(b)之上圖係表示各種信號之電壓特性示，圖4(b)之下圖係表示針對過電流補正電壓的電壓特性。
於圖4(a)之上圖，首先，如圖3(a)所示決定設 為目標之直線近似特性(Vidt’)。Vidt’，係對應於導通電阻(Ron)及過電流判斷電流Iov之設定值(以何種程度之電流值作為過電流進行判斷)而使斜率與變化之中心點變化。接著，於該直線近似特性(Vidt’)上決定變化之中心點(例如於Vidt’上對應於VCC之變動範圍之中間點的位置)，例如於該變化之中心點上設定過電流判斷電壓Vref1。之後，為了使該Vref1與Vidt’一致，而決定應附加於Vref1的過電流補正電壓Viov之特性。該Viov之特性，係如圖4(a)之下圖所示，成為具有和Vidt’之負斜率為同一值之負斜率，於Vref1上之變化之中心點和Vref1呈交叉的特性。
於圖4(b)之上圖亦同樣，在目標之直線近似特性(Vidt’)決定後，於該Vidt’上決定變化之中心點，例如於該變化之中心點上設定過電流判斷電壓Vref1。之後，為了使該Vidt’與Vref1一致而針對應附加於Vidt’的過電流補正電壓Viov之特性加以決定。該Viov之特性，係如圖4(b)之下圖所示，係和圖4(b)之上圖中之Vidt’之斜率為同一絕對值，具有符號反轉的正斜率，於Vidt’上之變化之中心點和Vidt’呈交叉的特性。於圖4(a)及圖4(b)，對於Viov之電源電壓VCC的斜率特性係使用直線近似，因此例如利用VCC之電阻分壓電路可以容易設定。又，Viov之變化之中心點，於圖4(a)時可以藉由Vref1之值，及Vref1與Viov之交叉點之調整予以，於圖4(b)時可以藉由Vref1之值，及Vidt’與Viov之交叉點 之調整予以設定。如此則，針對圖2(a)及圖2(b)之構成例使用圖3之直線近似(一次近似)時，Viov之斜率與變化之中心點之獨立控制容易。
另外，專利文獻2或專利文獻3之技術，係不使用圖2(a)及圖2(b)所示過電流判斷電壓Vref1或圖3所示直線近似(一次近似)，換言之，係使用在圖2(a)中之比較電路CMPd之負極節點(-)以固定方式將和電源電壓VCC相關的電壓曲線予以製作的方式。結果，有可能導致電路或電路參數調整之複雜化或設計自由度之降低之問題。
例如專利文獻2之技術，作為補正電路係設置和開關用電晶體(FETd、FETc)為同一特性之電晶體，需要將兩者常時組合使用，安裝設計上之自由度有可能降低。又，專利文獻3之技術，針對比較電路CMPd之負極節點(-)之電壓曲線係由複雜的電晶體電路來實現，例如需要配合作為開關用電晶體(FETd、FETc)使用的電晶體特性而進行必要之電路參數之調整，有可能導致複雜化。另外，專利文獻3之技術亦有可能導致電路面積之某種程度之增大。相對於此，使用藉由圖2及圖3說明的設計思想所構成的電壓調整電路，則可以對應於開關用電晶體(FETd、FETc)之特性，以高的自由度容易進行過電流之檢測條件(補正特性)，可以實現可靠性高的過電流檢測。
《電壓補正電路之詳細》
圖5(a)係於圖1之開關控制部SWCTL1，表示電壓補正電路VCTL之詳細構成例的電路圖，圖5(b)為圖5(a)中之過電流補正電壓之特性例的說明圖。圖6(a)~圖6(c)為圖5(a)之電壓補正電路之動作例的說明圖。圖5(a)所示電壓補正電路VCTL2a，係於前述圖2(b)之電壓補正電路VCTL2適用圖3之直線近似(一次近似)的構成例。VCTL2a，係具備：對電源電壓VCC與接地電源電壓GND之間實施電阻分壓的電阻R1、R2，及對該電阻分壓節點與電流檢測端子IDT之間實施電阻分壓的電阻R3、R4。於R1、R2之電阻分壓節點產生電壓VCCR，於R3、R4之電阻分壓節點產生過電流補正電壓Viov，該電阻分壓節點(Viov)係被結合於比較電路CMPd之正極節點(+)。於CMPd之負極節點(-)被施加成為固定值的過電流判斷電壓Vref1。
使用該構成例，則如圖6(a)所示，係對應於電源電壓VCC之增大而產生具有和電阻R1、R2之分壓比呈對應的正斜率之電壓VCCR。該VCCR，係以電流檢測端子IDT中之電流檢測電壓Vidt為基準，對應於電阻R3、R4之分壓比而被分壓。結果，如圖6(b)所示，當VCC(VCCR)增大時，由R3流入R4的電流增大，而產生以Vidt為基準具有正斜率的過電流補正電壓Viov。如此則，如圖2(b)及圖4(b)所示過電流判斷電流Iov之和VCC之相關性被減低，可獲得圖6(c)所示的Iov之特 性。
圖5(a)之動作更詳細說明如下。首先，電壓VCCR之電壓位準為V(volts)單位，相對於此，電流檢測端子IDT之電壓位準為較小的mV(millivolts)單位，IDT端子等效上可設為大致開放，電壓VCCR係由式(1)決定，過電流補正電壓Viov係由式(2)決定。將式(2)代入式(1)可得式(3)。
VCCR=(R2/(R1+R2))×VCC (1) Viov=(VCCR-Vidt)×(R4/(R3+R4))+Vidt (2)[數1]
圖5(b)為藉由式(3)獲得的過電流補正電壓Viov之特性圖。由圖5(b)可知，使用圖5(a)之電壓補正電路VCTL2a，則Viov之正斜率可由電阻R1~R4之值予以設定。又，圖4(b)所述的「變化之中心點」(亦即，Vidt’(實際為Vidt)與Viov之交叉點)，由圖5(b)可知可由電阻R3、R4之值予以設定。亦即，「變化之中心點」與「斜率」可以個別獨立設定。如此則，可以針對開關(FETd、FETc)之導通電阻(Ron)之特性或過電流之判斷條件(過電流判斷電流Iov之值)等，容易以高自由度設定和其對應的Viov之特性。
另外，針對電源電壓VCC之相關性未加以考慮者，例如專利文獻4，係於圖5揭示，於電阻分壓節點(VCCR)直接將開關(FETd、FETc)之閘極電壓節點予以連接的構成。此時，假設閘極電壓節點之電壓值為電源電 壓VCC時，亦難以具有如圖5(a)，圖5(b)所述的高自由度。亦即，此時「變化之中心點」之設定與「斜率」之，需要且僅能共通使用電阻R3、R4進行，個別獨立設定乃困難者。又，圖5(a)之構成例，和專利文獻2或專利文獻3之技術比較，可由較小的電路面積實現，此點亦有利。
以上，藉由使用本實施形態1之二次電池監控裝置或電池套件，代表性可以對應於開關(FETd、FETc)之特性等進行誤差小的過電流之檢測，能實現可靠性高的過電流檢測。又，於圖5(a)，圖5(b)，係採用以電流檢測電壓Vidt為基準而產生具有正斜率之過電流補正電壓Viov，將其加於Vidt的電路方式，但電路方式可以適宜變更。例如亦可使用以Vidt為基準而產生具有負斜率之過電流補正電壓，由Vidt減掉其的電路方式等。
(實施形態2) 《電壓補正電路之詳細(變形例[1])》
圖7係表示本發明之實施形態2之二次電池監控裝置中的電壓補正電路之詳細構成例的電路圖。圖8(a)~圖8(c)為圖7之電壓補正電路之動作例的說明圖。圖7所示電壓補正電路VCTL1a，係於前述圖2(a)之電壓補正電路VCTL1適用圖3之直線近似(一次近似)的構成例。VCTL1a，係具備：對電源電壓VCC與接地電源電壓GND之間實施電阻分壓的電阻R1、R2，對該電阻分壓節 點比較電路CMPd之負極節點(-)之間實施電阻分壓的電阻R3、R4，及放大器電路AMP1。
放大器電路AMP1，於正極節點(+)係由基準電壓產生電路(代表者為能隙參照電路)VRGEN被輸入過電流判斷電壓Vref1，於負極節點(-)係被結合著電阻R3、R4之電阻分壓節點，於輸出節點係被結合著比較電路CMPd之負極節點(-)。於電阻R1、R2之電阻分壓節點產生電壓VCCR，於CMPd之負極節點(-)產生過電流補正電壓Viov。於CMPd之正極節點(+)，係由電流檢測端子IDT被輸入電流檢測電壓Vidt輸入。
使用該構成例，則如圖8(a)所示，對應於電源電壓VCC之增大而產生具有和電阻R1、R2之分壓比對應之正斜率的電壓VCCR。另外，放大器電路AMP1，係將電阻R3、R4之電阻分壓節點設定於過電流判斷電壓Vref1。因此，伴隨著VCC(VCCR)之增大由R3流入R4的電流I1增大，結果，如圖8(b)所示，以Vref1為基準而產生具有負斜率的過電流補正電壓Viov。如此則，如圖2(a)及圖4(a)所述過電流判斷電流Iov之VCC相關性被減低，獲得如圖8(c)所示的Iov之特性。
圖7之動作更詳細說明如下。首先，電壓VCCR係由式(4)決定，流入電阻R3的電流I1係由式(5)決定。又，過電流補正電壓Viov係由式(6)決定。因此，將式(6)反映於式(4)及式(5)可得式(7)。
VCCR=(R2/(R1+R2))×VCC (4) I1=(VCCR-Vref1)/R3 (5) Viov=Vref1-(I1×R4) (6)[數2]
和前述圖5(b)(式(3))時同樣，由式(7)可知，使用圖7之電壓補正電路VCTL1a時，過電流補正電壓Viov之斜率可由電阻R1~R4之值決定。又，圖4(a)所述的「變化之中心點」(亦即Vref1與Viov之交叉點)可由電阻R3、R4之值決定。亦即，「變化之中心點」之設定與「斜率」之設定可以個別獨立設定。如此則，對應於開關(FETd、FETc)之導通電阻(Ron)之特性或過電流之判斷條件(過電流判斷電流Iov之值)等，容易以高自由度設定和其對應的Viov之特性。
以上，藉由使用本實施形態2之二次電池監控裝置或電池套件，代表性可以對應於開關(FETd、FETc)之特性等進行誤差小的過電流之檢測，能實現可靠性高的過電流檢測。又，和圖5(a)之構成例比較，圖7之構成例之電路面積會增大放大器電路AMP1之分，因此就此一觀點而言，圖5(a)之構成例乃較好者。又，於圖7係採用以過電流判斷電壓Vref1為基準而產生具有負斜率的過電流補正電壓Viov，將其相加於Vref1的電路方式，但電路方式可以適宜變更。例如亦可使用以Vref1為基準而產生具有正斜率之過電流補正電壓，由Vref1減掉其的電路方式等。
(實施形態3) 《電池套件之全體構成及動作(變形例)》
圖9係表示本發明之實施形態3之電池套件的主要部分之構成例的概略圖。圖9所示電池套件，和圖1之電池套件比較係於開關控制部SWCTL2內附加電源電壓產生電路VGEN，此點不同。其以外之構均和圖1同樣，詳細說明予以省略。電源電壓產生電路VGEN，係由二次電池(電池)BAT接受電源電壓VCC，將其降壓而產生電源電壓VDD。產生VDD的電源電壓產生電路VGEN之代表，可由濟納二極體(Zener diode)或降壓調整器電路構成。該VDD係作為電源電壓供給至驅動器電路DRVc、DRVd。
圖10(a)~圖10(d)為圖9之開關控制部之概略動作例的說明圖。首先，如圖10(a)所示，電源電壓產生電路VGEN，在電源電壓VCC到達特定限制電壓Vclp1之前係產生和VCC之增大呈比例增大的電源電壓VDD，但到達Vclp1以後係和VCC之增大無關而產生具有特定限制電壓Vclp2之電壓值的VDD。如此則，驅動器電路DRVc、DRVd使用圖9(b)之構成例時，如圖10(b)之特性SP10所示，開關(FETd、FETc)之導通電阻(Ron)，在VCC成為Vclp1以後係不受VCC之增大影響而成為一定值。又，SP11係對應於圖18(a)之左上圖中之曲線。
在開關(FETd、FETc)之導通電阻(Ron)成為一定時，前述過電流判斷電流Iov之和電源電壓VCC之相關性不存在。前述專利文獻1雖揭示將該Ron設為一定的方式。但是，此時，為了消除Iov與VCC之相關性，需要將限制電壓Vclp1(其對應之Vclp2)設為例如VCC之變動範圍之最低值等，實動作上Ron被固定於高的值，伴隨著產生的電力損失有可能存在。相對於此，於本實施形態3，係將Vclp1(和其對應之Vclp2)設為某一程度高的值(例如VCC之變動範圍之中間值等)，伴隨著而在VCC<Vclp1之範圍所產生的Iov對於VCC之相關性，則藉由前述實施形態1或實施形態2之方式予以減低。
此時，如圖10(c)所示，過電流補正電壓Viov，在VCC<Vclp1之範圍係對應於電源電壓VCC之增大而以具有負斜率(圖4(a)時)或正斜率(圖4(b)時)的方式被控制，在VCC≧Vclp1(VDD=Vclp2)之範圍則成為一定而被控制。結果，如圖10(d)之特性SP12所示，過電流判斷電流Iov對於VCC相關性被減低。又，該時係如圖10(c)所示，和圖3(a)時比較，可以縮小補正對象範圍(直線近似範圍)。結果，直線近似之誤差比起圖3(a)時可以設為更小，結果，比起實施形態1或實施形態2時更能減低Iov對於VCC之相關性。但是，就導通電阻(Ron)伴隨產生的電力損失之觀點而言，實施形態1或實施形態2之方式之方乃較好者。又，圖10(d)中之SP13係對應於圖18(a)之右圖示曲線。
《電壓補正電路及驅動器電路周圍之詳細》
圖11係表示圖9之開關控制部SWCTL2中之電壓補正電路VCTL及驅動器電路DRV周圍之詳細構成例的電路圖。圖12(a)~圖12(d)為圖11之電壓補正電路之動作例的說明圖。圖11係於圖9所述的電源電壓產生電路VGEN及驅動器電路DRVd、DRVc，將圖5(a)所示電壓補正電路VCTL2a予以組合的構成例。來自VGEN之電源電壓VDD，係作為電源電壓被供給至DRVd、DRVc之同時，亦取代圖5(a)示電源電壓VCC而被供給至VCTL2a內之電阻R1之一端。
使用該構成例，則如圖12(a)所示，電源電壓VDD，在和電源電壓VCC之增大呈比例增大至限制電壓Vclp為止，在到達Vclp以後係被固定於Vclp之電壓值。對應之此，電阻R1、R2之電阻分壓節點之電壓VCCR，如圖12(b)所示，在VDD<Vclp之範圍內係和VCC之增大呈比例而對應於R1、R2之電阻比增大，在VDD=Vclp之範圍則被固定於Vclp×(R2/(R1+R2))。對應於此，過電流補正電壓Viov，係如圖12(c)所示，在VDD<Vclp之範圍內係和VCC之增大呈比例，以電流檢測電壓Vidt為基準而以正斜率上昇，在VDD=Vclp之範圍係成為一定值。結果，如圖12(d)所示，過電流判斷電流Iov之VCC相關性被減低。
《電壓補正電路及驅動器電路周圍之詳細(變形例)》
圖13為圖9之開關控制部SWCTL2之電壓補正電路VCTL及驅動器電路DRV周圍之另一詳細構成例的電路圖。圖14(a)~圖14(d)為圖13之電壓補正電路之動作例的說明圖。圖13係於圖9所述的電源電壓產生電路VGEN及驅動器電路DRVd、DRVc，將圖7示電壓補正電路VCTL1a予以組合的構成例。VGEN之電源電壓VDD係作為電源電壓被供給至DRVd、DRVc之同時，亦取代圖7所示電源電壓VCC被供給至VCTL1a內之電阻R1之一端。又，其中，VGEN係由電阻R0與濟納二極體Dz之串聯電路構成的箝位電路構成，由R0與Dz之節點(Dz之陰極)產生電源電壓VDD。
圖13之構成例，係如圖14(a)~圖14(d)所示，和前述圖12(a)~圖12(d)大致同樣之動作。和圖12(a)~圖12(d)之差異在於，限制電壓Vclp被濟納二極體Dz之濟納電壓Vz取代，及過電流補正電壓Viov之特性被取代成為，和電源電壓VCC之增大呈比例，以過電流判斷電壓Vref1為基準而以負斜率下降的方式。
以上，藉由使用本實施形態3之二次電池監控裝置或電池套件，代表性者為可以對應於開關(FETd、FETc)之特性等進行誤差小的過電流之檢測，能實現可靠性高的過電流檢測。
(實施形態4)
圖15為本發明之實施形態4之二次電池監控裝置之電壓補正電路之詳細構成例的電路圖。圖15所示電壓補正電路VCTL2b，係對應於前述圖2(b)之電壓補正電路VCTL2，於比較電路CMPd之負極節點(-)被施加過電流判斷電壓Vref1’，於正極節點(+)被施加過電流補正電壓Viov之構成例。圖15之VCTL2b，係具備：對電源電壓VCC實施電阻分壓的電阻R1、R2，以該電阻分壓節點之電壓作為閘極．源極間電壓VGS1而動作的NMOS電晶體MN1，進行MN1之源極．汲極間電流(Ids)之反映的電流鏡電路CM，及電阻R3。R3，一端係被結合於電流檢測端子IDT，另一端係被供給經由CM反映的電流(Iidt)。該R3之另一端，係被結合於CMPd之正極節點(+)之同時，成為Viov之產生節點。
圖16(a)~圖16(e)為圖15之電壓補正電路VCTL2b之動作例的說明圖。如圖16(a)所示，電源電壓VCC增加時，對應於電阻R1、R2之比率而使NMOS電晶體MN1之閘極．源極間電壓VGS1增加。對應之此，MN1係如圖16(b)所示，對應於VGS1之增大而以其之平方曲線增大而產生源極．汲極間電流(Ids)。該Ids，係如圖16(c)所示，對應於電流鏡電路CM之電流鏡比(於此為2個PMOS電晶體之電晶體尺寸比)作為電流(Iidt)被反映。Iidt係經由電阻R3實施電壓轉換，如圖16(d)所示，將對應於VCC之增大而呈正斜率增大的過電流補正電壓Viov，付加於電流檢測端子IDT中之電流檢 測電壓Vidt。
如此則，如圖16(e)所示，和圖2(b)或圖4(b)時同樣，可以減少過電流判斷電流Iov對於電源電壓VCC之相關性。但是，於此不使用圖4(b)之直線近似(一次近似)，而產生曲線(平方函數)的過電流補正電壓Viov。開關(FETc，FETd)之導通電阻(Ron)，係如圖3(a)等所示，實際係成為曲線(二次函數)的特性，因此藉由產生其對應之曲線(二次函數)的Viov，則和圖3等之直線近似時比較可以減少Iov對於VCC相關性。又，使用NMOS電晶體MN1，因此圖18(b)所述的溫度相關性亦可減低至某一程度。
圖15之構成例之動作更詳細說明如下。首先，電壓VCCR係由式(8)決定，流入NMOS電晶體MN1的電流(Ids)，係使用MN1之閘極寬度(W)/閘極長度(L)、電子之移動度μ、單位閘極容量Cox及臨限值Vth由式(9)決定。
VCCR=(R2/(R1+R2))×VCC (8)[數3]
又，電流鏡電路CM之反映電流(Iidt)，係使用電流鏡比(A/B)由式(10)決定。因此，過電流判斷電壓Viov成為式(11)。將式(8)~式(10)代入式(11)可得式(12)。
Iidt=Ids×(A/B) (10) Viov=Iidt×R3+Vidt (11)[數4]
由式(12)可知，過電流補正電壓Viov之特性，可藉由電阻R1、R2，使用的NMOS電晶體MN1之各種參數，電流鏡電路CM之電流鏡比(A/B)及電阻R3進行調整。因此，可以高的自由度進行調整。但是，和使用前述直線近似(一次近似)時比較，電路之複雜化或電路參數之調整有可能複雜化。又，電路面積有可能些微增大。就此一觀點而言，適用實施形態1~3之直線近似方式乃較好者。
以上，依據實施形態具體說明本發明者的發明，但本發明不限定於上述實施形態，在不脫離該要旨範圍內可作各種變更。
例如前述實施形態，係在二次電池BAT之負極端子側之電流路徑插入充電控制用及放電控制用開關的構成例，但亦可考慮例如將該開關插入正極端子側之電流路徑之構成，本實施形態亦同樣適用該構成。
[產業上之利用]
本實施形態之電池套件，例如係以行動電話等之行動機器使用的鋰離子二次電池套件為代表，可以廣泛適用於包含筆記型電腦或自動車等搭載有電池的機器全體。
AMPR‧‧‧反相放大器電路
BAT‧‧‧二次電池
BATCTL‧‧‧二次電池監控裝置
BN，PN‧‧‧負極端子
BP、PP‧‧‧正極端子
CGR‧‧‧充電器
CHG‧‧‧充電控制端子
CHGout‧‧‧充電控制信號
CM‧‧‧電流鏡電路
CMPc、CMPd‧‧‧比較電路
D1、D2‧‧‧二極體
DCH‧‧‧放電控制端子
DCHout‧‧‧放電控制信號
DRV、DRVc、DRVd‧‧‧驅動器電路
FETd、FETc‧‧‧開關
FS‧‧‧熔絲
GND‧‧‧接地電源電壓
IDT‧‧‧電流檢測端子
IJGEBK、IJGEBK1、IJGEBK2‧‧‧過電流判斷區塊
Iov‧‧‧過電流判斷電流
LD‧‧‧負荷電路
LOG‧‧‧控制邏輯電路
SWCTL1‧‧‧開關控制部
VCC‧‧‧電源電壓
VCTL1、VCTL3‧‧‧電壓補正電路
VDD‧‧‧電源電壓
Vidt‧‧‧電流檢測電壓
Vref1、Vref2‧‧‧過電流判斷電壓
VGS‧‧‧閘極．源極間電壓
Ibat‧‧‧電流

Claims (19)

  1. 一種二次電池監控裝置，係具備：第1及第2電池連接端子，係連接於二次電池；第1及第2外部端子，係連接於負荷或充電器；第1電流路徑，用於連接上述第1電池連接端子與上述第1外部端子之間；第2電流路徑，用於連接上述第2電池連接端子與上述第2外部端子之間；開關電路，其包含對放電電流之流通與充電電流之流通分別進行控制的一對FET，係以對流通於上述二次電池的充放電電流進行控制的方式被插入上述第2電流路徑；及開關控制部；上述開關控制部，係具備：第2電源端子，係在用於連接上述第2電池連接端子與上述開關電路之一端的連接線上，被連接於上述第2電流路徑；第1電源端子，係以上述第2電源端子之電壓為基準，經由上述第1電流路徑而由上述二次電池被供給第1電源電壓；一對控制端子；驅動器電路，係經由上述控制端子而對對應的FET之閘極供給控制電壓；檢測端子，係在用於連接上述開關電路之另一端與上述第2外部端子的連接線，被連接於上述第2電流路徑；第1檢測電路，係依據上述檢測端子所檢測的檢測電壓來監控流通於上述第2電流路徑的充電電流，在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；第2檢測電路，係進行放電電流之監控而在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；及控制電路，係響應於上述檢測信號而經由對應的上述驅動器電路供給控制電壓，並對 對應的上述FET進行切斷控制；上述第1及第2檢測電路之至少一方係具備：比較電路，係以一方之輸入節點之電壓為基準而進行另一方之輸入節點之電壓之大小判斷，並依據該判斷結果而輸出上述檢測信號；及電壓補正電路，係具備：用於產生補正電壓之手段，該補正電壓之特性為具有以近似之斜率來變化伴隨著上述第1電源電壓之增大而呈減少的上述檢測電壓之斜率；及藉由使上述檢測電壓產生之變化之斜率被抵消的極性，而將上述補正電壓附加於上述檢測電壓或基準電源電壓，並輸入至上述比較電路的手段。
  2. 如申請專利範圍第1項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路係構成為，當上述補正電壓為伴隨著上述第1電源電壓之增大而以正斜率增大時，係藉由(a)將基準電源電壓減去上述補正電壓後產生的電壓輸入至上述一方之輸入節點，將上述檢測電壓輸入至上述另一方之輸入節點，或者(b)將上述補正電壓加於上述檢測電壓後產生的電壓輸入至上述另一方之輸入節點，將基準電源電壓輸入至上述一方之輸入節點，的其中之一而藉由上述補正電壓針對上述比較電路之輸入進行補正。
  3. 如申請專利範圍第2項之二次電池監控裝置，其中於上述(b)，係具有於輸入節點之一方被施加基準 電源電壓，於輸入節點之另一方被施加經由上述補正電壓補正的檢測電壓之狀態，以上述一方之輸入節點之電壓為基準而對施加於上述另一方之輸入節點的電壓之大小進行判斷，依據該判斷結果將上述檢測信號予以輸出的構成。
  4. 如申請專利範圍第1項之二次電池監控裝置，其中另外具備：電源電壓產生電路，係在上述第1電源電壓之值位於第1值為止的第1範圍內時，產生具有和上述第1電源電壓之增大呈比例增大之值的第2電源電壓，當上述第1電源電壓之值位於大於上述第1值的第2範圍內時，產生固定值的上述第2電源電壓；上述第1及第2驅動器電路，係藉由上述第2電源電壓而動作，上述電壓補正電路，在上述第1範圍內係產生伴隨著上述第1電源電壓之增大而呈正斜率增大的上述補正電壓，於上述第2範圍內係產生固定值的上述補正電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路，係具備：第3電阻分壓電路，係藉由第3電阻比實施上述第2電源電壓之電阻分壓；及第4電阻分壓電路，係以上述檢測電壓為基準，藉由第4電阻比針對上述第3電阻分壓電路分壓之電壓進行分壓；係以經由上述第4電阻分壓電路分壓的電壓產生作為補正後的檢測電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項之二次電池監控裝置，其中上述檢測電路係具有以下構成：當上述補正電壓具有伴隨著上述第1電源電壓之增大而呈負斜率減少之特性時，係以基準電源電壓加上上述補正電壓而成的電壓作為補正基準電壓而輸入至上述輸入節點之一方，於輸入節點之另一方被施加有上述檢測電壓的狀態下，以上述補正基準電壓為基準進行上述檢測電壓之大小判斷。
  7. 如申請專利範圍第1項之二次電池監控裝置，其中另外具備：電源電壓產生電路，係在上述第1電源電壓之值位於第1值為止的第1範圍內時，產生具有和上述第1電源電壓之增大呈比例增大之值的第2電源電壓，當上述第1電源電壓之值位於大於上述第1值的第2範圍內時，產生固定值的上述第2電源電壓；上述第1及第2驅動器電路，係藉由上述第2電源電壓而動作，上述電壓補正電路，在上述第1範圍內係產生伴隨著上述第1電源電壓之增大而呈負斜率減少的上述補正電壓，於上述第2範圍內係產生固定值的上述補正電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路，係具備：第2電阻分壓電路，係以第2電阻比實施上述第2電 源電壓之電阻分壓；於正極輸入節點被施加有上述基準電源電壓的放大器電路；第3電阻，係被結合於上述第2電阻分壓電路之分壓節點與上述放大器電路之負極輸入節點之間；及第4電阻，係被結合於上述放大器電路之負極輸入節點與上述放大器電路之輸出節點之間；係以上述放大器電路之輸出節點獲得的電壓為上述補正基準電壓。
  9. 一種二次電池監控裝置，係具備：第1及第2電池連接端子，係連接於二次電池；第1及第2外部端子，係連接於負荷或充電器；第1電流路徑，用於連接上述第1電池連接端子與上述第1外部端子之間；第2電流路徑，用於連接上述第2電池連接端子與上述第2外部端子之間；開關電路，其包含對放電電流之流通與充電電流之流通分別進行控制的一對FET，係以對流通於上述二次電池的充放電電流進行控制的方式被插入上述第2電流路徑；及開關控制部；上述開關控制部，係具備：第2電源端子，係在用於連接上述第2電池連接端子與上述開關電路之一端的連接線上，被連接於上述第2電流路徑；第1電源端子，係以上述第2電源端子之電壓為基準，經由上述第1電流路徑而由上述二次電池被供給第1電源電壓；一對控制端子；驅動器電路，係經由上述控制端子而對對應的FET之閘 極供給控制電壓；檢測端子，係在用於連接上述開關電路之另一端與上述第2外部端子的連接線，被連接於上述第2電流路徑；第1檢測電路，係依據上述檢測端子所檢測的檢測電壓來監控流通於上述第2電流路徑的充電電流，在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；第2檢測電路，係進行放電電流之監控而在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；及控制電路，係響應於上述檢測信號而經由對應的上述驅動器電路供給控制電壓，並對對應的上述FET進行切斷控制；上述第1及第2檢測電路之至少一方係具備：比較電路，係以一方之輸入節點之電壓為基準而進行另一方之輸入節點之電壓之大小判斷，並依據該判斷結果而輸出上述檢測信號；及電壓補正電路，係具備：用於產生補正電壓之手段，該補正電壓之特性為具有針對伴隨著上述第1電源電壓而變化的上述檢測電壓之特性，藉由一次函數或2次函數實施近似的特性；及藉由使上述檢測電壓產生之電壓變化之斜率被抵消的極性，而將上述補正電壓附加於上述檢測電壓或基準電源電壓，並輸入至上述比較電路的手段。
  10. 如申請專利範圍第9項之二次電池監控裝置，其中上述補正電壓之斜率，係反映於針對構成上述開關電路的上述FET之導通電阻值所產生的上述第1電源電壓相關性之斜率實施一次近似而成的斜率，而事先予以決 定。
  11. 如申請專利範圍第10項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路，係具備：第1電阻分壓電路，係藉由第1電阻比實施上述第1電源電壓之電阻分壓；及第2電阻分壓電路，係以上述檢測電壓為基準，藉由第2電阻比針對上述第1電阻分壓電路分壓之電壓進行分壓；係以經由上述第2電阻分壓電路分壓的電壓作為具有正斜率的補正後的檢測電壓予以。
  12. 如申請專利範圍第10項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路，係具備：第1電阻分壓電路，係以第1電阻比實施上述第1電源電壓之電阻分壓；於正極輸入節點被施加有上述基準電源電壓的放大器電路；第1電阻，係被結合於上述第1電阻分壓電路之分壓節點與上述放大器電路之負極輸入節點之間；及第2電阻，係被結合於上述放大器電路之負極輸入節點與上述放大器電路之輸出節點之間；係以上述放大器電路之輸出節點獲得的電壓作為具有負斜率的上述補正基準電壓。
  13. 一種二次電池監控裝置，係具備：第1及第2電池連接端子，係連接於二次電池；第1及第2外部端子，係連接於負荷或充電器；第1電流路徑，用於連接上述第1電池連接端子與上述第1外部端子之間；第2電流路徑，用於連接上述第2電池連接端子與上述第2外部端子之間；開關電路，其包含對放電電流之流通與充電電流之流通分別進行控制的一對FET，係以對流通於上述二次電池的充放電電流進行控制的方式被插入上述第2電流路徑；及開關控制部；上述開關控制部，係具備：第2電源端子，係在用於連接上述第2電池連接端子與上述開關電路之一端的連接線上，被連接於上述第2電流路徑；第1電源端子，係以上述第2電源端子之電壓為基準，經由上述第1電流路徑而由上述二次電池被供給第1電源電壓；一對控制端子；驅動器電路，係經由上述控制端子而對對應的FET之閘極供給控制電壓；檢測端子，係在用於連接上述開關電路之另一端與上述第2外部端子的連接線，被連接於上述第2電流路徑；第1檢測電路，係依據上述檢測端子所檢測的檢測電壓來監控流通於上述第2電流路徑的充電電流，在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；第2檢測電路，係進行放電電流之監控而在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；及控制電路，係響應於上述檢測信號而經由對應的上述驅動器電路供給控制電壓，並對對應的上述FET進行切斷控制； 上述第1及第2檢測電路之至少一方係具備：比較電路，係以輸入至一方之輸入節點的基準電源電壓為基準而進行另一方之輸入節點之電壓之大小判斷，並依據該判斷結果而輸出上述檢測信號；及電壓補正電路，其包含：第1電阻分壓電路，係藉由第1電阻比實施上述第1電源電壓之電阻分壓；及第2電阻分壓電路，係以上述檢測電壓為基準，藉由第2電阻比針對上述第1電阻分壓電路分壓之電壓進行分壓；係將經由上述第2電阻分壓電路分壓產生的電壓，輸入至上述比較電路之另一方之輸入節點而構成。
  14. 如申請專利範圍第9項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路，係包含：第1電阻分壓電路，係藉由第1電阻比實施上述第1電源電壓之電阻分壓；MOSFET，係以上述第1電阻分壓電路分壓的電壓作為閘極輸入；電流鏡電路，係將流入上述MOSFET之汲極．源極間的電流予以反映；及電阻，一端被連接於上述電流鏡電路，另一端連接於上述檢測端子；係以上述電阻之上述一端所產生的具有近似於平方函數而變化之特性的電壓作為上述補正電壓，並輸入至上述比較電路之上述另一方之輸入節點而構成。
  15. 一種二次電池監控裝置，係具備：第1及第2電池連接端子，係連接於二次電池；第1及第2外部端子，係連接於負荷或充電器；第1電流路徑，用於連接上述第1電池連接端子與上述第1外部端子之間；第2電流路徑，用於連接上述第2電池連接端子與上述第2外部端子之間；開關電路，其包含對放電電流之流通與充電電流之流通分別進行控制的一對FET，係以對流通於上述二次電池的充放電電流進行控制的方式被插入上述第2電流路徑；及開關控制部；上述開關控制部，係具備：第2電源端子，係在用於連接上述第2電池連接端子與上述開關電路之一端的連接線上，被連接於上述第2電流路徑；第1電源端子，係以上述第2電源端子之電壓為基準，經由上述第1電流路徑而由上述二次電池被供給第1電源電壓；一對控制端子；驅動器電路，係經由上述控制端子而對對應的FET之閘極供給控制電壓；檢測端子，係在用於連接上述開關電路之另一端與上述第2外部端子的連接線，被連接於上述第2電流路徑；第1檢測電路，係依據上述檢測端子所檢測的檢測電壓來監控流通於上述第2電流路徑的充電電流，在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；第2檢測電路，係進行放電電流之監控而在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出；及控制電路，係響應於上述檢測信號而經由對應的上述驅動器電路供給控制電壓，並對對應的上述FET進行切斷控制； 上述第1及第2檢測電路之至少一方係具備：比較電路，係以一方之輸入節點之電壓為基準而進行另一方之輸入節點之電壓之大小判斷，並依據該判斷結果而輸出上述檢測信號；及電壓補正電路，係藉由以下之(a)與(b)的其中之一，藉由補正電壓針對上述比較電路之輸入進行補正者，(a)包含有：用於產生補正電壓的手段，該補正電壓係具有伴隨著上述第1電源電壓之增大而以正斜率呈增大之特性者，及將上述補正電壓加算於上述檢測電壓而產生補正檢測電壓的手段；將上述補正檢測電壓輸入至上述另一方之輸入節點，將基準電源電壓輸入至上述一方之輸入節點，或者(b)包含有：用於產生補正電壓的手段，該補正電壓係具有伴隨著上述第1電源電壓之增大而以負斜率呈減少之特性者，及將上述補正電壓加算於基準電源電壓而產生補正基準電壓的手段；將上述補正基準電壓輸入至上述一方之輸入節點，將上述檢測電壓輸入至上述另一方之輸入節點。
  16. 如申請專利範圍第15項之二次電池監控裝置，其中上述電壓補正電路中之產生上述補正電壓的手段，當上述第1電源電壓之值位於第1值為止之第1範圍內時係產生伴隨著上述第1電源電壓之變動而變動的上述補正電壓，當上述第1電源電壓之值位於大於上述第1值的第2範圍內時係產生成為固定值的上述補正電壓。
  17. 如申請專利範圍第1~16項中任一項之二次電池監控裝置，其中，上述第1及第2檢測電路係分別具備上述電壓補正電路，上述檢測端子檢測的檢測電壓之針對上述充電電流監控用的上述第1檢測電路之供給，係藉由連接於上述檢測端子與上述第1檢測電路之間的反相放大器進行。
  18. 一種電池套件，係具備：二次電池；第1及第2電池連接節點，係結合於上述二次電池；第1及第2外部端子，係結合於負荷或充電器；第1電流路徑，用於結合上述第1電池連接節點與上述第1外部端子之間；第2電流路徑，用於結合上述第2電池連接節點與上述第2外部端子之間；開關電路，係以對流通於上述二次電池的充放電電流進行控制的方式被插入上述第2電流路徑，由控制放電電流之流通的第1FET及控制充電電流之流通的第2FET構成；及開關控制電路，用於控制上述開關電路之導通．非導通；上述開關控制電路，係具備：連接於上述第2電流路徑的第1電源節點，該第1電源節點係用於結合上述第2電池連接節點與上述開關電路之一端；第2電源節點，係結合於上述第1電流路徑，係以上述第1電源節點為基準，經由上述第1電池連接節點而由上述二次電池被供給第1電源電壓；第1及第2控制節點；經由上述第1控制節點對上述第1FET之閘極供給控制電壓的第1驅動器電路；經由上述第2控制節點對上述第2FET之閘極供給控 制電壓的第2驅動器電路；連接於上述第2電流路徑的檢測節點，該第2電流路徑係用於結合上述第2外部端子與上述開關電路之另一端；依據上述檢測節點產生的檢測電壓對流通於上述二次電池的充電電流進行監控，在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出的第1檢測電路；對放電電流進行監控而在該電流大於特定之電流時將檢測信號予以輸出的第2檢測電路；經由上述檢測信號被輸出時對應之上述驅動器電路進行控制電壓之供給，切斷對應的上述FET而將流通於上述二次電池的充電電流或放電電流之一方予以切斷的控制電路；上述第1及第2檢測電路之至少一方，係具備：比較電路，係以一方之輸入節點之電壓為基準而進行另一方之輸入節點之電壓之大小判斷，並依據該判斷結果而輸出上述檢測信號；及電壓補正電路，係具備：用於產生補正電壓之手段，該補正電壓之特性為具有以近似之斜率來變化伴隨著上述第1電源電壓之增大而減少的上述檢測電壓之斜率；及藉由使上述檢測電壓產生之電壓變化之斜率被抵消的極性，而將上述補正電壓附加於上述檢測電壓或基準電源電壓，並輸入至上述比較電路的手段。
  19. 一種電池套件，係具備：二次電池；第1及第2電池連接節點，係結合於上述二次電池；第1及第2外部端子，係結合於負荷或充電器；第1電流路徑，用於結合上述第1電池連接節點與上述第1外部端子之間；第2電 流路徑，用於結合上述第2電池連接節點與上述第2外部端子之間；開關電路，係以對流通於上述二次電池的充放電電流進行控制的方式被插入上述第2電流路徑，由控制放電電流之流通的第1FET及控制充電電流之流通的第2FET構成；及開關控制電路，用於控制上述開關電路之導通.非導通；上述開關控制電路，係具備：第1電源節點，係於結合上述第2電池連接節點與上述開關電路之一端的連接線，被連接於上述第2電流路徑；第2電源節點，係結合於上述第1電流路徑，係以上述第1電源節點之電壓為基準，經由上述第1電池連接節點而由上述二次電池被供給第1電源電壓；第1及第2控制節點；經由上述第1控制節點對上述第1FET之閘極供給控制電壓的第1驅動器電路；經由上述第2控制節點對上述第2FET之閘極供給控制電壓的第2驅動器電路；在結合上述第2外部端子與上述開關電路之另一端的連接線，被連接於上述第2電流路徑的檢測節點；依據上述檢測節點產生的檢測電壓對流通於上述二次電池的充電電流進行監控，在上述檢測電壓達特定值時將檢測信號予以輸出的第1檢測電路；對放電電流進行監控而在該電流大於特定之電流時將檢測信號予以輸出的第2檢測電路；經由上述檢測信號被輸出時對應之上述驅動器電路進行控制電壓之供給，切斷對應的上述FET而將流通於上述二次電池的充電電流或放電電流之一方予以切斷的控制電路； 上述第1及第2檢測電路之至少一方，係具備：比較電路，係以一方之輸入節點之電壓為基準而進行另一方之輸入節點之電壓之大小判斷，並依據該判斷結果而輸出上述檢測信號；及電壓補正電路，係具備：用於產生補正電壓之手段，該補正電壓之特性為具有針對伴隨著上述第1電源電壓而變化的上述檢測電壓之特性，藉由一次函數或2次函數實施近似之特性者；及藉由使上述檢測電壓產生之電壓變化之斜率被抵消的極性，而將上述補正電壓附加於上述檢測電壓或基準電源電壓，並輸入至上述比較電路的手段。
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