WO2010082564A1 - フューエルゲージ回路及びバッテリパック - Google Patents

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WO2010082564A1
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terminal
fuel gauge
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communication
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孝俊 板垣
亮 池内
真喜男 阿部
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ミツミ電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel gauge circuit and a battery pack, and more particularly, to a fuel gauge circuit for detecting a remaining battery level and a battery pack equipped with the fuel gauge circuit.
  • a fuel gauge IC semiconductor integrated circuit that detects the remaining battery level by integrating the charge / discharge current of the lithium ion battery is:
  • a battery pack is provided by being mounted on a printed circuit board together with a protection IC having a regulator function and housed in a case together with a lithium ion battery.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of an example of a battery pack
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of a circuit portion of a conventional battery pack.
  • a printed circuit board 2 is fixed to the upper surface of a rectangular lithium ion battery 1.
  • a fuel gauge IC 3 for detecting the remaining battery level and a protection IC 4 having a regulator function are fixed to the central portion of the printed circuit board 2.
  • positive and negative power supply terminals 5 and 6 and a communication terminal 7 are provided at the end of the printed circuit board 2.
  • the power terminals 5 and 6 are connected to the positive and negative electrodes of the lithium ion battery 1 through the through holes of the printed circuit board 2, and the power terminals 5 and 6 are connected to the positive and negative power terminals of a portable device (not shown).
  • the communication terminal 7 is connected to the communication terminal of the portable device, and transmits and receives information such as the remaining battery level between the fuel gauge IC 3 and the portable device.
  • Patent Document 1 discloses a circuit module provided with a protection circuit for protecting a lithium ion battery and a charge / discharge circuit for controlling charge / discharge of the lithium ion battery.
  • the positive and negative power supply terminals 5 and 6 of the printed circuit board 2 are connected to the positive and negative power supply terminals of the fuel gauge IC 3 and the protection IC 4 through the through holes. Each is connected. Further, in the fuel gauge IC 3 and the protection IC 4, it is necessary to provide wiring for monitoring the power supply voltage (voltage at the terminal 5) of the lithium ion battery 1.
  • wiring 8 is provided on the printed circuit board 2 in order to monitor the power supply voltage in the fuel gauge IC 3 and the protection IC 4.
  • the wiring 8 connects the power supply terminal 5 on the printed circuit board 2, the power supply voltage monitoring terminal of the fuel gauge IC 3, and the power supply voltage monitoring terminal of the protection IC 4.
  • the power supply terminal 5 extending in the X direction on the printed circuit board 2
  • the power supply terminal 5 the power supply voltage monitoring terminal of the fuel gauge IC 3 and the power supply voltage monitoring terminal of the protection IC 4 are connected. Therefore, in the conventional battery pack, the width (dimension in the Y direction) of the printed circuit board 2 is increased.
  • the width (dimension in the Y direction) of the printed circuit board 2 is increased.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a fuel gauge circuit and a battery pack that can reduce the size of the substrate and can be used for thinning the battery.
  • a fuel gauge circuit is a fuel gauge circuit that is disposed on a substrate together with a protection circuit that protects charging and discharging of a battery, and detects the remaining amount of the battery, A voltage monitor terminal provided on one side of the substrate facing the positive power supply terminal and connected to the positive power supply terminal of the substrate and connected to a voltage sensor in the circuit, and one side of the substrate facing the positive power supply terminal And a voltage through terminal connected to the voltage monitor terminal of the protection circuit provided on one side opposite to the protection circuit on the opposite side, and a connection between the voltage monitor terminal of the fuel gauge circuit and the voltage through terminal within the circuit Wiring.
  • the size of the substrate can be reduced and the battery can be made thinner.
  • FIG. 1 is a plan view showing a circuit portion of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a printed circuit board 20 shown in FIG. 1 is used by being fixed to the upper surface of the rectangular lithium ion battery 1 shown in FIG.
  • a fuel gauge IC 30 for detecting the remaining battery level and a protection IC 40 having a regulator function are arranged at the center of the printed circuit board 20 to form a circuit portion of a COB (Chip On Board) structure. is doing. Further, positive and negative power supply terminals 21 and 22 and a communication terminal 23 are provided at the end of the printed circuit board 20.
  • COB Chip On Board
  • the power terminals 21 and 22 are respectively connected to positive and negative electrodes of the lithium ion battery 1 through through holes (TH) of the printed circuit board 20, and the power terminals 21 and 22 are connected to positive and negative power terminals of the portable device.
  • the communication terminal 23 is connected to the communication terminal of the mobile device.
  • the terminals T1 to T5 are provided on one side of the fuel gauge IC 30 facing the power supply terminal 21, and the terminals T6 to T10 are provided on the opposite side of the fuel gauge IC 30 facing the protection IC 40.
  • the terminal T1 is a voltage monitor terminal, and the terminal T1 is connected to the power supply terminal 21 of the printed circuit board 20 through the resistor R11.
  • the terminal T1 is connected to the voltage sensor 31 in the fuel gauge IC 30 and connected to the terminal T6 by a wiring (for example, metal wiring) 32.
  • the terminal T2 is a positive power supply terminal, and is connected to the terminal T22 of the protection IC 40 through the through holes 25a and 25b of the printed circuit board 20.
  • the fuel gauge IC 30 is supplied with an operating current via the protection IC 40.
  • Terminals T3 and T4 are current monitoring terminals and are connected to a current sensor in the fuel gauge IC 30.
  • the terminal T5 is a negative power supply terminal, and is connected to the negative power supply terminal T16 of the protection IC 40 and the power supply terminal 22 of the printed circuit board 20 through the through holes 25c, 25d, and 25e of the printed circuit board 20.
  • the terminal T6 is a voltage through terminal, connected to the wiring 32, and connected to the terminal T11 of the protection IC 40 facing each other by a wiring 26a such as a bonding wire.
  • Terminals T7, T8, and T9 are communication terminals, and are connected to opposing terminals T12, T13, and T14 of the protective IC 40 that face each other by wirings 26b, 26c, and 26d such as bonding wires, for example.
  • the fuel gauge IC 30 and the protection IC 40 communicate signals with each other using the wirings 26b, 26c, and 26d.
  • the wiring 26b is for transmission / reception of a signal instructing to stop discharging
  • the wiring 26c is for transmission / reception of a signal instructing to stop charging
  • the wiring 26b is for transmission / reception of a control signal (enable).
  • the terminal T10 is a communication terminal between portable devices, and is connected to the communication unit 33 in the fuel gauge IC 30 and is connected to the facing terminal T15 of the protection IC 40 facing each other by a wiring 26e such as a bonding wire.
  • the protective IC 40 is provided with terminals T11 to T16 on one side facing the fuel gauge IC 30 and terminals T17 to T22 on one side facing the communication terminal 23 on the opposite side.
  • a terminal T11 is a voltage monitor terminal and is connected to a terminal T6 of the fuel gauge IC 30 facing each other by a wiring 26a.
  • Terminals T12, T13, and T14 are communication terminals, and are connected to opposing terminals T7, T8, and T9 of the opposing fuel gauge IC 30 by wirings 26b, 26c, and 26d.
  • the terminal T15 is a communication terminal between portable devices, and is connected to a terminal T10 of the fuel gauge IC 30 facing each other by a wiring 26e and to a level shift circuit (L / S) 41 in the protection IC 40.
  • the level shift circuit 41 level-shifts (steps down) the communication signal from the fuel gauge IC 30 and supplies it to the terminal T21 that is a communication terminal between portable devices.
  • the terminal T21 is connected to the communication terminal 23 of the printed circuit board 20.
  • the terminal T21 is provided with a protective element for preventing electrostatic breakdown.
  • the terminal T16 is a negative power supply terminal and is connected to the power supply terminal 22 of the printed circuit board 20 through the through holes 25d and 25e of the printed circuit board 20.
  • the terminal T17 is a positive power supply terminal, and is connected to the positive power supply terminal 21 through the through holes 25f and 25g of the printed circuit board 20 and the resistor R12 (R11 >> R12).
  • the terminal T17 is connected to a regulator (REG) 42 in the protection IC 40.
  • Terminal T18 is a short-circuit detection terminal and is connected to a resistor (305) not shown in FIG.
  • Terminals T19 and T20 are control terminals for discharge control and charge control, respectively, and are connected to gates of MOS transistors (M11 and M12) for discharge control and charge control not shown in FIG.
  • the stabilized power supply voltage output from the regulator 42 is supplied from the terminal T22 which is a positive power supply terminal to the terminal T2 of the fuel gauge IC 30 through the through holes 25b and 25a of the printed circuit board 20.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel gauge circuit of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the fuel gauge IC of the present embodiment, and is not a diagram showing the positional relationship between the components.
  • the fuel gauge IC 200 shown in FIG. 2 corresponds to the fuel gauge IC 30 shown in FIG.
  • the fuel gauge IC 200 includes a digital part 210 and an analog part 250.
  • CPU 211, ROM 212, RAM 213, EEPROM 214, interrupt control unit 215, bus control unit 216, communication unit 217, serial communication unit 218, timer unit 219, power-on reset unit 220, register 221, test port state A setting circuit 222, a test control circuit 223, and a filter circuit 290 are provided in the digital unit 210.
  • the CPU 211, ROM 212, RAM 213, EEPROM 214, interrupt control unit 215, bus control unit 216, communication unit 217, serial communication unit 218, timer unit 219, and register 221 are connected to each other via an internal bus.
  • the CPU 211 executes a program stored in the ROM 212 to control the fuel gauge IC 200 as a whole, and executes processing for calculating the remaining battery level by integrating the charge / discharge current of the battery.
  • the RAM 213 is used as a work area.
  • the EEPROM 214 stores trimming information and the like.
  • the interrupt control unit 215 is supplied with an interrupt request from each unit of the fuel gauge IC 200, generates an interrupt according to the priority of each interrupt request, and notifies the CPU 211.
  • the bus control unit 216 performs arbitration control to determine which circuit unit preferentially uses the internal bus so that no competition occurs between the circuit units.
  • the communication unit 217 communicates with the protection IC 304 via the ports 230, 231, and 232.
  • the serial communication unit 218 is connected to the protection IC 304 via the port 233, and communicates with the mobile device via the protection IC 304.
  • the protection IC 304 corresponds to the protection IC 40 in FIG. 1
  • the ports 230, 231, and 232 correspond to the terminals T7, T8, and T9 in FIG. 1, respectively
  • the serial communication unit 218 and the port 233 1 corresponds to the communication unit 33 and the terminal T10.
  • the timer unit 219 counts the system clock, and the count value is referred to the CPU 211.
  • the power-on reset unit 220 detects that the power supply voltage Vdd supplied to the port 235 connected via the filter circuit 290 has risen, generates a reset signal, and supplies the reset signal to each unit of the fuel gauge IC 200.
  • the test port state setting circuit 222 short-circuits between the test ports 237 and 238 and the test control circuit 223 according to the information held in the register 221, and also connects the test control circuit 223 connected to the test ports 237 and 238. Set the input to a predetermined level.
  • test control circuit 223 When the test control circuit 223 is supplied with the input of the test ports 237 and 238, the test control circuit 223 changes the state of the internal circuit in accordance with the input and can test the internal circuit of the fuel gauge IC 200.
  • an oscillation circuit 251 In the analog unit 250, an oscillation circuit 251, a crystal oscillation circuit 252, a selection control circuit 253, a frequency divider 254, a voltage sensor 255, a temperature sensor 256, a current sensor 257, a multiplexer 258, and a delta-sigma modulator 259 are provided. ing.
  • the oscillation circuit 251 is an oscillator having a PLL and outputs an oscillation signal having a frequency of several MHz.
  • the crystal oscillation circuit 252 oscillates with a crystal resonator externally attached to the ports 271 and 272, and outputs an oscillation signal having a frequency of several MHz.
  • the oscillation frequency of the crystal oscillation circuit 252 is highly accurate with respect to the oscillation frequency of the oscillation circuit 251.
  • the selection control circuit 253 selects an oscillation frequency signal output from either the oscillation circuit 251 or the crystal oscillation circuit 252 based on the selection signal supplied from the port 273, and supplies it as a system clock to each part of the fuel gauge IC 200.
  • the selection control circuit 253 generates a reset signal RST and a control signal CNT. By the way, when the selection signal is not supplied from the port 273, the selection control circuit 253 selects, for example, the oscillation frequency signal output from the oscillation circuit 251.
  • the frequency divider 254 divides the system clock to generate various clocks and supplies them to each part of the fuel gauge IC 200.
  • the voltage sensor 255 detects the power supply voltage of the battery 301 externally attached to the port 274 and supplies the analog detection voltage to the multiplexer 258.
  • the temperature sensor 256 detects the environmental temperature of the fuel gauge IC 200 and supplies an analog detected temperature to the multiplexer 258.
  • Both ends of a current detection resistor 303 are connected to the ports 276 and 277, and the current sensor 257 detects the current flowing through the resistor 303 from the potential difference between the ports 276 and 277 and supplies an analog detection current to the multiplexer 258. .
  • voltage sensor 255 and port 274 correspond to voltage sensor 31 and terminal T1 in FIG. 1, respectively, and ports 276 and 277 correspond to terminals T3 and T4 in FIG. 1, respectively.
  • the multiplexer 258 sequentially selects an analog detection voltage, an analog detection temperature, and an analog detection current and supplies them to the delta-sigma modulator 259.
  • the delta sigma modulator 259 supplies the pulse density modulation data to the CPU 211 via the internal bus by performing delta sigma conversion on each detected value.
  • the CPU 211 performs digital filter processing to digitize the detected voltage, detected temperature, and detected current. Further, the CPU 211 calculates the remaining battery level by integrating the charging / discharging current of the battery. At this time, the detected temperature is used for temperature correction.
  • the fuel gauge IC 200 described above is housed in a housing 310 together with a battery 301, a current detection resistor 303, a protection IC 304, a resistor 305, and a switch 306 to form a battery pack 300.
  • the protection IC 304 in FIG. 2 corresponds to the protection IC 40 in FIG.
  • the positive electrode of the battery 301 and the power supply input terminal of the protection IC 304 are connected to the terminal 311 of the battery pack 300, and the power supply output terminal of the protection IC 304 is connected to the port 235 of the power supply voltage Vdd of the fuel gauge IC200.
  • the terminal 312 is connected to the ground terminal of the protection IC 304 through the resistor 305 and is connected to a connection point with the port 277 of the current detection resistor 303 through the switch 306.
  • the protection IC 304 stabilizes the voltage between the terminals 311 and 312 and performs protection by blocking the switch 306 when the voltage is out of a predetermined range.
  • connection point between the current detection resistor 303 and the port 276 is connected to the port 236 of the power supply voltage Vss of the fuel gauge IC 200.
  • the port of the protection IC 304 is connected to the terminal 313 of the battery pack 300. Note that the terminals 311, 312, and 313 in FIG. 2 correspond to the power terminals 21 and 22 and the communication terminal 23 in FIG. 1, respectively.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the protection circuit according to the embodiment of the present invention.
  • the protection IC 400 shown in FIG. 3 corresponds to the protection IC 40 shown in FIG.
  • the protection IC 400 is provided with ports 401 to 403, ports 405 to 408, and ports 410 to 414.
  • the level shift circuit 415 in FIG. 3 corresponds to the level shift circuit 41 in FIG. 1, and the other input / output terminal of the level shift circuit 415 is connected to a port 411 corresponding to the inter-portable-device communication terminal T21 in FIG. .
  • the port 411 is provided with a protective element for preventing electrostatic breakdown.
  • the regulator 416 stabilizes the power supply voltage supplied from the port 402 and supplies it to each part of the protection IC 400. Further, in order to supply the stabilized power supply voltage to the fuel gauge IC 30, the output terminal of the regulator 416 is connected to the port 410 corresponding to the positive power supply terminal T22 of FIG.
  • 3 corresponds to the voltage monitor terminal T11 in FIG. 1, and is connected to the overcharge detection circuit 421 and the overdischarge detection circuit 422 in the protection IC 400.
  • the port 405 in FIG. 3 corresponds to the negative power supply terminal T16 in FIG.
  • Ports 406 and 407 in FIG. 3 correspond to the control terminal T19 for discharge control and the control terminal T20 for charge control in FIG. 1, respectively, and are connected to the gates of external MOS transistors M11 and M12, respectively.
  • FIG. 3 corresponds to the short-circuit detection terminal T18 of FIG. 1, and is connected to an external resistor R20.
  • the MOS transistors M11 and M12 in FIG. 3 correspond to the switch 306 in FIG. 2, and the resistor R20 in FIG. 3 corresponds to the resistor 305 in FIG.
  • the communication circuit 417 performs communication with the communication unit 217 in FIG.
  • the protection IC 400 includes an overcharge detection circuit 421, an overdischarge detection circuit 422, a charge overcurrent detection circuit 423, a discharge overcurrent detection circuit 424, and a short circuit detection circuit 604.
  • the overcharge detection circuit 421 detects overcharge of the lithium ion battery 1 from the voltage at the port 403 and supplies a detection signal to the oscillator 426 and the logic circuit 428.
  • the overdischarge detection circuit 422 detects overdischarge of the lithium ion battery 1 from the voltage at the port 403 and supplies a detection signal to the oscillator 426 and the logic circuit 430.
  • the charge overcurrent detection circuit 423 detects an overcurrent in which the current flowing through the MOS transistor M11 and the MOS transistor M12 becomes excessive from the voltage of the port 408, and supplies a detection signal to the oscillator 426 and the logic circuit 428.
  • the discharge overcurrent detection circuit 424 detects an overcurrent in which the currents flowing through the MOS transistors M11 and M12 are excessive from the voltage at the port 408, and supplies a detection signal to the oscillator 426 and the logic circuit 430.
  • the short circuit detection circuit 604 detects a short circuit between the ports 402 and 408 from the voltage of the port 408 and supplies a detection signal from the delay circuit 431 to the logic circuit 430.
  • the counter circuit 427 counts the clock signal supplied from the oscillator 426, and the signal output from the counter circuit 427 is supplied to the logic circuits 428 and 430.
  • the overcharge detection circuit 421 or the charge overcurrent detection circuit 423 outputs a detection signal during charging (the MOS transistors M11 and M12 are on)
  • the oscillator 426 oscillates and outputs a clock signal
  • the counter circuit 427 When the clock signal is counted by a predetermined value, a high level output is supplied to the logic circuit 428.
  • the logic circuit 428 When the logic circuit 428 is supplied with the high level output of the counter circuit 427 after being supplied with the detection signal, the logic circuit 428 sets the control signal to be supplied to the gate of the MOS transistor M12 to stop charging, and this control signal. Is shifted by a predetermined value by the level shift circuit 429 and supplied from the port 407 to the gate of the MOS transistor M12. Thereby, charge of the lithium ion battery 1 stops. This level shift is performed with respect to the port 405 because the other end of the resistor R20 having one end connected to the port 408 has a lower potential.
  • the oscillator 426 oscillates and outputs a clock signal.
  • the clock signal is counted by a predetermined value, a high level output is supplied to the logic circuit 430.
  • the logic circuit 430 sets the control signal supplied to the gate of the MOS transistor M11 to stop discharging, and this control signal Is supplied from the port 406 to the gate of the MOS transistor M11.
  • the detection signal of the short circuit detection circuit 604 is delayed by the delay circuit 431 in the same manner as the delay by the counter circuit 427 and supplied to the logic circuit 430.
  • the logic circuit 430 is supplied to the gate of the MOS transistor M11 to stop discharging.
  • the signal is set to low level, and this control signal is supplied from the port 406 to the gate of the MOS transistor M11. Thereby, the discharge of the lithium ion battery 1 is stopped.
  • the logic circuits 428 and 430 are connected to the communication circuit 417, and the charge stop or discharge stop signal output from the logic circuits 428 and 430 is supplied from the communication circuit 417 to the communication unit 217 of the fuel gauge IC 200. Conversely, a charge stop or discharge stop signal may be supplied from the communication unit 217 of the fuel gauge IC 200 to the logic circuits 428 and 430 via the communication circuit 417.
  • the voltage monitor terminal T1 and the voltage through terminal T6 are connected by the wiring 32 in the fuel gauge IC 30, it is necessary to provide a wiring extending in the X direction on the printed circuit board 20.
  • the width dimension (dimension in the Y direction) of the printed circuit board 20 can be reduced, and the lithium ion battery 1 can be made thinner.
  • the communication terminals T7, T8, T9 of the fuel gauge IC 30 and the communication terminals T12, T13, T14 of the protection IC 40 are provided on the opposing sides of the fuel gauge IC 30 and the protection IC 40, respectively, and the communication terminals T7, T8, T9 are provided. Since the communication terminals T12, T13, and T14 face each other, the wiring lengths of the wirings 26b, 26c, and 26d that connect the communication terminals T7, T8, and T9 and the communication terminals T12, T13, and T14, respectively, are minimized. be able to.
  • the inter-portable device communication terminal T10 of the fuel gauge IC 30 and the inter-portable device communication terminal T15 of the protection IC 40 are respectively provided on opposite sides of the fuel gauge IC 30 and the protection IC 40. Since the inter-device communication terminal T15 is opposed, the wiring length of the wiring 26e connecting the inter-mobile device communication terminal T10 and the inter-mobile device communication terminal T15 can be minimized.
  • level shift circuit 41 in the protection IC 40 bidirectional communication can be performed between the fuel gauge IC 30 having a different signal voltage and the portable device. Furthermore, electrostatic breakdown of the fuel gauge IC 30 can be prevented by providing a protection element for preventing electrostatic breakdown at the communication terminal T21 between portable devices of the protection IC 40.

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Abstract

 電池1の充放電を保護する保護回路40と共に基板20上に配設され、電池の残量を検出するフューエルゲージ回路であって、基板の正の電源端子21に対向する一辺に設けられ基板の正の電源端子21に接続されると共に回路内部の電圧センサ31に接続される電圧モニタ端子T1と、基板の正の電源端子21に対向する一辺とは逆側の保護回路に対向する一辺に設けられ保護回路の電圧モニタ端子T11に接続される電圧スルー端子T6と、フューエルゲージ回路の電圧モニタ端子T1と電圧スルー端子T11間を回路内部で接続する配線32とを有することを特徴とする。

Description

フューエルゲージ回路及びバッテリパック
 本発明は、フューエルゲージ回路及びバッテリパックに関し、特に、電池の残量を検出するフューエルゲージ回路、及びフューエルゲージ回路を搭載したバッテリパックに関する。
 近年、リチウムイオン電池を用いたバッテリパックがデジタルカメラなどの携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は、一般に、その電圧により電池残量を検出することが難しいとされている。このため、マイコンなどによりリチウムイオン電池の充放電電流を検出し、検出した充放電電流を積算することにより、電池残量を検出する方法が採用されている。
 このとき、リチウムイオン電池は、携帯機器から外したときにも電流が消費されるため、リチウムイオン電池の充放電電流を積算して電池残量を検出するフューエルゲージIC(半導体集積回路)は、レギュレータ機能を持つ保護ICと共にプリント基板上に搭載され、リチウムイオン電池と共にケースに収容されることにより、バッテリパックとして提供される。
 図4はバッテリパックの一例の外観を示す斜視図であり、図5は従来のバッテリパックの回路部の一例を示す平面図である。図4において、角形のリチウムイオン電池1の上面にはプリント基板2が固定されている。図5に示すように、電池残量を検出するフューエルゲージIC3と、レギュレータ機能を持つ保護IC4とがプリント基板2の中央部に固定されている。また、プリント基板2の端部には正負の電源端子5、6と、通信端子7とが設けられている。
 電源端子5、6はプリント基板2のスルーホールを介してリチウムイオン電池1の正負の電極に接続されており、この電源端子5、6が携帯機器(図示なし)の正負の電源端子に接続される。また、通信端子7は携帯機器の通信端子に接続されてフューエルゲージIC3と携帯機器との間で電池残量等の情報の送受信を行う。
 なお、特許文献1には、リチウムイオン電池を保護する保護回路とリチウムイオン電池の充放電を制御する充放電回路とを設けた回路モジュールが記載されている。
特開2008-103219号公報
 フューエルゲージIC3及び保護IC4に、リチウムイオン電池1からの動作電流を供給するため、プリント基板2の正負の電源端子5、6はスルーホールを介してフューエルゲージIC3及び保護IC4の正負の電源端子にそれぞれ接続されている。また、フューエルゲージIC3と保護IC4において、リチウムイオン電池1の電源電圧(端子5の電圧)をモニタするための配線を設ける必要がある。
 図5に示すように、従来のバッテリパックでは、フューエルゲージIC3と保護IC4において電源電圧をモニタするために、プリント基板2上に配線8を設けている。この配線8によって、プリント基板2上の電源端子5と、フューエルゲージIC3の電源電圧モニタ用端子と、保護IC4の電源電圧モニタ用端子とを接続している。
 このように、プリント基板2上でX方向に延在する配線8を設けることにより、電源端子5と、フューエルゲージIC3の電源電圧モニタ用端子と、保護IC4の電源電圧モニタ用端子とを接続するために、従来のバッテリパックではプリント基板2の幅(Y方向の寸法)が大きくなる。リチウムイオン電池1を薄型化(Y方向寸法の縮小化)する場合に、従来のバッテリパックでは対応することが困難であるという問題があった。
 本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、基板の寸法を小さくでき、電池の薄型化に対応できるフューエルゲージ回路及びバッテリパックを提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するため、本発明に係るフューエルゲージ回路は、電池の充放電を保護する保護回路と共に基板上に配設され、前記電池の残量を検出するフューエルゲージ回路であって、前記基板の正の電源端子に対向する一辺に設けられ前記基板の正の電源端子に接続されると共に回路内部の電圧センサに接続される電圧モニタ端子と、前記基板の正の電源端子に対向する一辺とは逆側の前記保護回路に対向する一辺に設けられ前記保護回路の電圧モニタ端子に接続される電圧スルー端子と、前記フューエルゲージ回路の電圧モニタ端子と前記電圧スルー端子間を回路内部で接続する配線とを有することを特徴とする。
 本発明に係るフューエルゲージ回路及びバッテリパックによれば、基板の寸法を小さくでき、電池の薄型化に対応できる。
本発明の一実施形態のバッテリパックの回路部を示す平面図である。 本発明の一実施形態のフューエルゲージ回路の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の保護回路の構成を示すブロック図である。 バッテリパックの一例の外観を示す斜視図である。 従来のバッテリパックの回路部の一例を示す平面図である。
 以下、本発明を実施するための形態について、添付図面と共に説明する。
 <バッテリパックの回路部>
 図1は、本発明の一実施形態のバッテリパックの回路部を示す平面図である。図1に示すプリント基板20は、図4に示す角形のリチウムイオン電池1の上面に固定されて使用される。
 図1に示すように、電池残量を検出するフューエルゲージIC30と、レギュレータ機能を持つ保護IC40とがプリント基板20の中央部に配設されて、COB(Chip On Board)構造の回路部を構成している。また、プリント基板20の端部には正負の電源端子21、22と、通信端子23とが設けられている。
 電源端子21、22はプリント基板20のスルーホール(TH)を介してリチウムイオン電池1の正負の電極にそれぞれ接続されており、この電源端子21、22が携帯機器の正負の電源端子に接続される。また、通信端子23は携帯機器の通信端子に接続される。
 電源端子21に対向する、フューエルゲージIC30の一辺には端子T1~T5が設けられ、保護IC40に対向する、フューエルゲージIC30の反対側の一辺には端子T6~T10が設けられる。端子T1は電圧モニタ端子であり、端子T1は抵抗R11を介してプリント基板20の電源端子21に接続される。また、端子T1はフューエルゲージIC30内において電圧センサ31に接続されると共に、配線(例えば金属配線)32により端子T6に接続されている。
 端子T2は正の電源端子であり、プリント基板20のスルーホール25a、25bを介して保護IC40の端子T22に接続されており、フューエルゲージIC30は保護IC40を介して動作電流を供給される。
 端子T3、T4は電流モニタ用端子であり、フューエルゲージIC30内の電流センサに接続されている。端子T5は負の電源端子であり、プリント基板20のスルーホール25c、25d、25eを介して保護IC40の負の電源端子T16及びプリント基板20の電源端子22に接続されている。
 端子T6は電圧スルー端子であり、配線32が接続されると共に、例えばボンディングワイヤ等の配線26aにより互いに対向する保護IC40の端子T11に接続されている。端子T7、T8、T9はそれぞれ通信端子であり、例えばボンディングワイヤ等の配線26b、26c、26dにより互いに対向する保護IC40の対向する端子T12、T13、T14に接続されている。フューエルゲージIC30と保護IC40とは配線26b、26c、26dを用いて信号を相互に通信する。例えば配線26bは放電停止を指示する信号の送受信用であり、配線26cは充電停止を指示する信号の送受信用であり、配線26bは制御信号(イネーブル)の送受信用である。
 端子T10は携帯機器間通信端子であり、フューエルゲージIC30内の通信部33に接続されると共に、例えばボンディングワイヤ等の配線26eにより互いに対向する保護IC40の対向する端子T15に接続されている。
 保護IC40は、フューエルゲージIC30に対向する一辺に端子T11~T16が設けられ、それとは逆側の通信端子23に対向する一辺に端子T17~T22が設けられている。端子T11は電圧モニタ端子であり、配線26aにより互いに対向するフューエルゲージIC30の端子T6に接続されている。
 端子T12、T13、T14それぞれは通信端子であり、配線26b、26c、26dにより互いに対向するフューエルゲージIC30の対向する端子T7、T8、T9に接続されている。
 端子T15は携帯機器間通信端子であり、配線26eにより互いに対向するフューエルゲージIC30の端子T10に接続されると共に、保護IC40内のレベルシフト回路(L/S)41に接続されている。
 レベルシフト回路41は、フューエルゲージIC30からの通信信号をレベルシフト(降圧)して携帯機器間通信端子である端子T21に供給する。端子T21はプリント基板20の通信端子23に接続されている。なお、端子T21には静電破壊防止用の保護素子が設けられている。
 端子T16は負の電源端子であり、プリント基板20のスルーホール25d、25eを介してプリント基板20の電源端子22に接続されている。
 端子T17は正の電源端子であり、プリント基板20のスルーホール25f、25g及び抵抗R12(R11>>R12)を介して正の電源端子21に接続されている。また、端子T17は保護IC40内においてレギュレータ(REG)42に接続されている。
 端子T18は短絡検出用端子であり、図1には示されない抵抗(305)に接続される。端子T19、T20それぞれは放電制御用、充電制御用の制御端子であり、図1には示されない放電制御用、充電制御用のMOSトランジスタ(M11、M12)のゲートに接続される。
 レギュレータ42から出力される安定化した電源電圧は、正の電源端子である端子T22からプリント基板20のスルーホール25b、25aを介してフューエルゲージIC30の端子T2に供給される。
 <フューエルゲージ回路>
 図2は、本発明の一実施形態のフューエルゲージ回路の構成を示すブロック図である。図2は本実施形態のフューエルゲージICの回路構成を示す図であり、各構成部分同士の位置関係を正確に示す図ではない。図2に示すフューエルゲージIC200は、図1に示すフューエルゲージIC30に相当する。概略すると、フューエルゲージIC200はデジタル部210とアナログ部250とから構成される。
 デジタル部210内には、CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、割込み制御部215、バス制御部216、通信部217、シリアル通信部218、タイマ部219、パワーオンリセット部220、レジスタ221、テストポート状態設定回路222、テスト制御回路223、フィルタ回路290が設けられている。CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、割込み制御部215、バス制御部216、通信部217、シリアル通信部218、タイマ部219、及びレジスタ221は内部バスにて相互に接続されている。
 CPU211は、ROM212に記憶されているプログラムを実行してフューエルゲージIC200全体を制御し、バッテリの充放電電流を積算してバッテリ残量を算出する処理等を実行する。この際にRAM213が作業領域として使用される。EEPROM214にはトリミング情報等が記憶される。
 割込み制御部215は、フューエルゲージIC200の各部から割込み要求を供給され、各割込み要求の優先度に応じて割込みを発生しCPU211に通知する。バス制御部216は、各回路部間で競合が発生しないように、どの回路部が内部バスを優先的に使用するかを判別する調停制御を行う。
 通信部217はポート230、231、232を介して保護IC304との間で通信を行う。シリアル通信部218はポート233を介して保護IC304に接続されており、保護IC304を介して携帯機器との間で通信を行う。
 なお、図2において、保護IC304は図1の保護IC40に相当し、ポート230、231、232は図1の端子T7、T8、T9にそれぞれ相当し、かつ、シリアル通信部218、ポート233は図1の通信部33、端子T10にそれぞれ相当する。
 タイマ部219はシステムクロックをカウントし、そのカウント値はCPU211に参照される。パワーオンリセット部220は、フィルタ回路290を介して接続されているポート235に供給される電源電圧Vddが立ち上がったことを検出して、リセット信号を発生し、フューエルゲージIC200の各部に供給する。
 レジスタ221にはEEPROM214からの情報が転送される。テストポート状態設定回路222は、レジスタ221に保持された情報に応じて、テストポート237、238とテスト制御回路223との間を短絡すると共に、テストポート237、238に接続するテスト制御回路223の入力を所定のレベルに設定する。
 テスト制御回路223は、テストポート237、238の入力を供給されると、その入力に応じて内部回路の状態を変化させて、フューエルゲージIC200の内部回路のテストが可能となる。
 アナログ部250内には、発振回路251、水晶発振回路252、選択制御回路253、分周器254、電圧センサ255、温度センサ256、電流センサ257、マルチプレクサ258、デルタ・シグマ変調器259が設けられている。
 発振回路251はPLLを有する発振器であり、数MHzの周波数の発振信号を出力する。水晶発振回路252はポート271、272に水晶振動子を外付けされて発振を行い、数MHzの周波数の発振信号を出力する。水晶発振回路252の発振周波数は発振回路251の発振周波数に対し高精度である。
 選択制御回路253はポート273から供給される選択信号に基づいて発振回路251と水晶発振回路252のいずれか一方の出力する発振周波信号を選択し、システムクロックとしてフューエルゲージIC200の各部に供給すると共に、分周器254に供給する。また、選択制御回路253はリセット信号RSTと制御信号CNTを生成している。ところで、選択制御回路253はポート273から選択信号が供給されない場合には、例えば発振回路251の出力する発振周波信号を選択する。分周器254はシステムクロックを分周して各種クロックを生成し、フューエルゲージIC200の各部に供給する。
 電圧センサ255はポート274に外付けされるバッテリ301の電源電圧を検出し、アナログの検出電圧をマルチプレクサ258に供給する。温度センサ256はフューエルゲージIC200の環境温度を検出し、アナログの検出温度をマルチプレクサ258に供給する。
 ポート276、277には電流検出用の抵抗303の両端が接続されており、電流センサ257はポート276、277それぞれの電位差から抵抗303を流れる電流を検出しアナログの検出電流をマルチプレクサ258に供給する。
 なお、図2において、電圧センサ255、ポート274は図1の電圧センサ31、端子T1にそれぞれ相当し、ポート276、277は図1の端子T3、T4にそれぞれ相当する。
 マルチプレクサ258は、アナログの検出電圧、アナログの検出温度、アナログの検出電流を順次選択してデルタ・シグマ変調器259に供給する。デルタ・シグマ変調器259は各検出値をデルタ・シグマ変換することで、パルス密度変調データを内部バスを介してCPU211に供給する。CPU211は、デジタルフィルタ処理を行って、検出電圧、検出温度、検出電流をそれぞれデジタル化する。また、CPU211は、バッテリの充放電電流を積算することによりバッテリ残量を算出する。この際に、検出温度は温度補正のために使用される。
 上記のフューエルゲージIC200は、バッテリ301、電流検出用の抵抗303、保護IC304、抵抗305及びスイッチ306と共に筐体310に収納されてバッテリパック300が構成されている。なお、図2の保護IC304は図1の保護IC40に相当する。
 バッテリパック300の端子311にバッテリ301の正電極及び保護IC304の電源入力端子が接続され、保護IC304の電源出力端子がフューエルゲージIC200の電源電圧Vddのポート235に接続されている。端子312は抵抗305を介して保護IC304の接地端子に接続されると共に、スイッチ306を介して電流検出用の抵抗303のポート277との接続点に接続されている。保護IC304は、端子311、312間の電圧を安定化すると共に、この電圧が所定範囲外となった場合にスイッチ306を遮断して保護を行う。
 また、電流検出用の抵抗303のポート276との接続点はフューエルゲージIC200の電源電圧Vssのポート236に接続される。バッテリパック300の端子313には保護IC304のポートが接続されている。なお、図2の端子311、312、313は図1の電源端子21、22、通信端子23にそれぞれ相当する。
 <保護回路>
 図3は、本発明の一実施形態の保護回路の構成を示すブロック図である。図3に示す保護IC400は図1に示す保護IC40に相当する。図3に示すように、保護IC400にはポート401~403、ポート405~408、ポート410~414が設けられている。
 図3のポート401は図1の携帯機器間通信端子T15に相当し、レベルシフト回路415の一方の入出力端子に接続されている。図3のレベルシフト回路415は図1のレベルシフト回路41に相当し、レベルシフト回路415の他方の入出力端子は、図1の携帯機器間通信端子T21に相当するポート411に接続されている。なお、ポート411には静電破壊防止用の保護素子が設けられている。
 図3のポート402は図1の正の電源端子T17に相当し、レギュレータ416に接続されている。レギュレータ416はポート402から供給される電源電圧を安定化して保護IC400の各部に供給する。また、安定化した電源電圧をフューエルゲージIC30に供給するため、レギュレータ416の出力端子は、図1の正の電源端子T22に相当するポート410に接続されている。
 図3のポート403は図1の電圧モニタ端子T11に相当し、保護IC400内の過充電検出回路421と過放電検出回路422に接続されている。
 図3のポート405は図1の負の電源端子T16に相当する。図3のポート406、407は図1の放電制御用の制御端子T19、充電制御用の制御端子T20にそれぞれ相当し、外付けされるMOSトランジスタM11、M12のゲートにそれぞれ接続されている。
 図3のポート408は図1の短絡検出用端子T18に相当し、外付けされる抵抗R20に接続されている。なお、図3のMOSトランジスタM11、M12は図2のスイッチ306に相当し、図3の抵抗R20は図2の抵抗305に相当する。
 図3のポート412、413、414は図1の通信端子T12、T13、T14にそれぞれ相当し、保護IC400内の通信回路417に接続されている。通信回路417は図2の通信部217との間で通信を行う。
 保護IC400は、過充電検出回路421、過放電検出回路422、充電過電流検出回路423、放電過電流検出回路424、短絡検出回路604を内蔵している。過充電検出回路421はポート403の電圧からリチウムイオン電池1の過充電を検出して検出信号を発振器426、論理回路428に供給する。過放電検出回路422はポート403の電圧からリチウムイオン電池1の過放電を検出して検出信号を発振器426、論理回路430に供給する。
 充電過電流検出回路423はポート408の電圧からMOSトランジスタM11、MOSトランジスタM12に流れる電流が過大となる過電流を検出して検出信号を発振器426、論理回路428に供給する。放電過電流検出回路424はポート408の電圧からMOSトランジスタM11、MOSトランジスタM12に流れる電流が過大となる過電流を検出して検出信号を発振器426、論理回路430に供給する。短絡検出回路604はポート408の電圧からポート402、408間の短絡を検出して検出信号を遅延回路431から論理回路430に供給する。
 カウンタ回路427は発振器426からクロック信号が供給されてカウントし、カウンタ回路427の出力する信号は論理回路428、430に供給される。ここで、充電時(MOSトランジスタM11、M12がオン)に、過充電検出回路421又は充電過電流検出回路423が検出信号を出力すると、発振器426が発振してクロック信号を出力し、カウンタ回路427でクロック信号を所定値だけカウントした時点で論理回路428にハイレベル出力を供給する。
 論理回路428は、上記検出信号を供給された後、カウンタ回路427のハイレベル出力を供給されると、充電停止するためにMOSトランジスタM12のゲートに供給する制御信号をローレベルとし、この制御信号をレベルシフト回路429で所定値だけ低下させるレベルシフトを行ってポート407からMOSトランジスタM12のゲートに供給する。これにより、リチウムイオン電池1の充電が停止する。なお、このレベルシフトは、ポート405に対して、ポート408に一端を接続された抵抗R20の他端が、電位が低くなるために行っている。
 また、放電時(MOSトランジスタM11、M12がオン)に、過放電検出回路422又は放電過電流検出回路424が検出信号を出力すると、発振器426が発振してクロック信号を出力し、カウンタ回路427でクロック信号を所定値だけカウントした時点で論理回路430にハイレベル出力を供給する。論理回路430は、上記検出信号を供給された後、カウンタ回路427のハイレベル出力を供給されると、放電停止するためにMOSトランジスタM11のゲートに供給する制御信号をローレベルとし、この制御信号をポート406からMOSトランジスタM11のゲートに供給する。
 なお、短絡検出回路604の検出信号は遅延回路431でカウンタ回路427による遅延と同様に遅延されて論理回路430に供給され、論理回路430は放電停止するためにMOSトランジスタM11のゲートに供給する制御信号をローレベルとし、この制御信号をポート406からMOSトランジスタM11のゲートに供給する。これにより、リチウムイオン電池1の放電が停止する。
 論理回路428、430は通信回路417と接続されており、論理回路428、430の出力する充電停止又は放電停止信号は通信回路417からフューエルゲージIC200の通信部217に供給される。また逆に、フューエルゲージIC200の通信部217から通信回路417を介し論理回路428、430に充電停止又は放電停止信号が供給される場合もある。
 上記実施形態によれば、フューエルゲージIC30内において電圧モニタ端子T1と電圧スルー端子T6との間を配線32で接続しているため、プリント基板20上でX方向に延在する配線を設ける必要がなく、プリント基板20の幅寸法(Y方向の寸法)を小さくすることができ、リチウムイオン電池1の薄型化に対応することができる。
 また、フューエルゲージIC30の通信端子T7、T8、T9と、保護IC40の通信端子T12、T13、T14とを、フューエルゲージIC30及び保護IC40の対向する各辺にそれぞれ設け、通信端子T7、T8、T9と通信端子T12、T13、T14をそれぞれ対向させているため、通信端子T7、T8、T9と通信端子T12、T13、T14の間をそれぞれ接続する配線26b、26c、26dの配線長を最短にすることができる。
 同様に、フューエルゲージIC30の携帯機器間通信端子T10と、保護IC40の携帯機器間通信端子T15とを、フューエルゲージIC30及び保護IC40の対向する各辺にそれぞれ設け、携帯機器間通信端子T10と携帯機器間通信端子T15を対向させているため、携帯機器間通信端子T10と携帯機器間通信端子T15の間を接続する配線26eの配線長を最短にすることができる。
 また、保護IC40内にレベルシフト回路41を設けることで、信号電圧の異なるフューエルゲージIC30と携帯機器の間で双方向通信を行うことができる。更に、保護IC40の携帯機器間通信端子T21に静電破壊防止用の保護素子を設けることでフューエルゲージIC30の静電破壊を防止することができる。
 以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されない。本発明の主旨を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
 本国際出願は、2009年1月14日に出願された日本国特許出願2009-006161号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願2009-006161号の全内容を本国際出願に援用する。
 20 プリント基板
 21、22 電源端子
 23 通信端子
 25a~25g スルーホール
 26a~26e 配線
 30 フューエルゲージIC
 31 電圧センサ
 32 配線
 33 通信部
 40 保護IC
 41 レベルシフト回路
 T1~T22 端子
 

Claims (4)

  1.  電池の充放電を保護する保護回路と共に基板上に配設され、前記電池の残量を検出するフューエルゲージ回路であって、
     前記基板の正の電源端子に対向する一辺に設けられ前記基板の正の電源端子に接続されると共に回路内部の電圧センサに接続される電圧モニタ端子と、
     前記基板の正の電源端子に対向する一辺とは逆側の前記保護回路に対向する一辺に設けられ前記保護回路の電圧モニタ端子に接続される電圧スルー端子と、
     前記フューエルゲージ回路の電圧モニタ端子と前記電圧スルー端子間を回路内部で接続する配線と、
     を有することを特徴とするフューエルゲージ回路。
  2.  請求項1記載のフューエルゲージ回路において、
     前記保護回路に対向する一辺に設けられ、前記保護回路の通信端子と接続されて双方向通信を行う通信端子を有することを特徴とするフューエルゲージ回路。
  3.  請求項2記載のフューエルゲージ回路において、
     前記保護回路に対向する一辺に設けられ前記保護回路の携帯機器間通信端子と接続される携帯機器間通信端子を有し、
     前記保護回路を介して前記回路内部の通信部と前記電池が搭載される携帯機器の通信部との間で双方向通信を行うことを特徴とするフューエルゲージ回路。
  4.  電池の一面に、前記電池の充放電を保護する保護回路と前記電池の残量を検出する請求項3記載のフューエルゲージ回路を有する基板を配設したバッテリパックであって、
     前記保護回路は、前記フューエルゲージ回路の通信部と前記携帯機器の通信部との間で通信される通信信号のレベルシフトを行うレベルシフト回路を有することを特徴とするバッテリパック。 
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