CN101025437A - 电池余量检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明以提供一种能够较小地抑制电流消耗，且能够进行准确的电池余量检测的电池余量检测电路为目的。其具有：检测电池(102)的充放电电流的电流检测部件(123)；在用电流检测部件(123)检测出的充放电电流小于等于规定值时以第1时间间隔，在充放电电流超过上述规定值时则以比第1时间间隔短的第2时间间隔，对充放电电流进行累计来测定电池(102)之余量的余量测定部件(112、113)；以及在充放电电流超过基准值时生成中断信号并对余量测定部件(112、113)指示电池余量的测定的中断信号生成部件(116)。

Description

电池余量检测电路

技术领域

本发明涉及电池余量检测电路，特别是涉及基于电池的充放电电流来检测电池余量的电池余量检测电路。

背景技术

近年来，锂离子电池被搭载于数码相机等便携式设备中。一般认为锂离子电池根据其电池电压来检测电池余量较难。为此，通过对电池的充放电电流进行累计，来测定电池余量的方法就得以采用(参照专利文献1)。

例如，数码相机从电源接通开始怎样能够在短时间进行摄影成为非常重要的课题。众所周知上述从电源接通到可以摄影为止的时间，随电源接通时的电流消耗增加而相应变短。

在利用了对充放电电流进行累计的电池余量检测电路的情况下，若无法检测电源接通时的较大的电流消耗，则电池余量的误差就变大。这是因为电池余量检测电路自身将消耗电流，所以为了抑制这一自身电流消耗，电池余量检测电路间歇地进行电流测定。

【专利文献1】特开2001-174534号公报

图8是以往的电池余量检测电路一例的动作说明图。同一图中，tm11、tm12表示测定定时，Δt11、Δt12(Δt11＞Δt12)表示测定间隔。

例如，在负荷的电源切断时等，电流消耗的变动及电流消耗自身较小，所以为了降低电池余量检测电路中的电流消耗就以比较长的测定间隔Δt11(例如，数分左右)来进行测定，在负荷的电源接通时，依照负荷的状态电流消耗较大地变动，所以就以比较短的测定间隔Δt12(例如，数秒左右)来进行测定。

此时，如图8所示那样在时刻t10负荷被接通电源的情况下，从最后的测定定时tm11起经过了测定间隔Δt11的时刻t11开始以测定间隔Δt12来进行余量检测，所以根据测定定时tm11，无法检测图8中斜线所示的在负荷接通了电源时的比较大的电流消耗。从而，在反复进行电源接通及切断的情况下就有无法准确地检测电池余量之类的问题。

为了解决这一问题，考虑如图9所示那样缩短测定间隔。图9表示以往的电池余量检测电路的其他一例的动作说明图。同一图中，tm21、tm22表示测定定时，Δt21、Δt22(Δt21＞Δt22)表示测定间隔。

在图9中将负荷的电源切断时的测定间隔Δt21(例如，数10秒左右)比图8的负荷的电源切断时的测定间隔Δt11还短地进行设定。由此，如图9所示那样，在时刻t20负荷被接通电源的情况下，从最后的测定定时tm21起经过了测定间隔Δt21的时刻t21开始以测定间隔Δt22来进行余量检测，虽然也无法检测图9中斜线所示的负荷接通了电源时的电流消耗，但与图8相比电池余量的误差变小。

但是，在图9所示的方法中，由于负荷的电源被切断时的测定间隔缩短为Δt21，所以就有电池余量检测电路中的电流消耗变大之类的问题。

在以往的余量检测电路中，根据余量测定的处理定时，就存在错过电源接通时等的较大的电流消耗的测定，不能进行准确的余量检测之类的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题点而完成的，其目的为提供一种能够较小地抑制电流消耗，且能够进行准确的电池余量检测的电池余量检测电路。

根据本发明一实施方式的电池余量检测电路，具有：

检测电池(102)的充放电电流的电流检测部件(123)；

在由上述电流检测部件(123)检测出的充放电电流小于等于规定值时以第1时间间隔，在上述充放电电流超过上述规定值时则以比上述第1时间间隔短的第2时间间隔，对上述充放电电流进行累计来测定上述电池(102)之余量的余量测定部件(112、113)；以及

在上述充放电电流超过基准值时生成中断信号并向上述余量测定部件(112、113)指示上述电池余量的测定的中断信号生成部件(116)，由此就能够较小地抑制电流消耗，且能够进行准确的电池余量检测。

在上述电池余量检测电路，能够采用以下构成：

上述电流检测部件(123)作为上述充放电电流流经的电阻(Rs)的两端间电压来进行检测，

上述中断信号生成部件(116)在上述充放电电流流经的电阻(Rs)的两端间电压超过第1基准值时、以及在上述充放电电流流经的电阻的两端间电压不足比上述第1基准值低的第2基准值时，生成上述中断信号。

在上述电池余量检测电路，能够采用以下构成：

上述中断信号生成部件(116)由窗口比较器构成。

此外，上述括弧内的参照标记是为了使理解容易而附加的，只不过是一个例子，并不是限定于图示的方式。

根据本发明，就能够较小地抑制电流消耗，且能够进行准确的电池余量检测。

附图说明

图1是本发明的电池余量检测电路的一实施方式的块构成图。

图2是中断信号生成电路的块构成图。

图3是中断信号生成电路的动作说明图。

图4是CPU的处理流程图。

图5是本发明的一实施方式的动作说明图。

图6是应用了本发明电路的电池组的一实施方式的框图。

图7是使用了图6的电池组的便携式电子设备的一实施方式的框图。

图8是以往的电池余量检测电路一例的动作说明图。

图9是以往的电池余量检测电路的其他一例的动作说明图。

具体实施方式

图1表示本发明的电池余量检测电路的一实施方式的块构成图。同一图中，电池余量检测电路101例如被形成在单一的半导体基板上，采用包括检测部111、σ·δ调制器112、CPU113、存储器114、调节器(regulator)115、中断信号生成电路116、通信电路117的构成。

检测部111采用包括电压检测部121、温度检测部122、电流检测部123、多路转接器(multiplexer)124的构成。

电压检测部121被连接到电池102的两端，检测电池102的电压。用电压检测部121检测出的检测信号被供给到多路转接器124。温度检测部122检测周围温度，生成并输出与周围温度相应的检测信号。温度检测部122的检测信号被供给到多路转接器124。

电流检测部123例如由差动放大器所构成，被连接到在电池102与端子T-之间所连接的电流检测电阻Rs的两端，检测依照电流检测电阻Rs上流经的电流而在电流检测电阻Rs上发生的电压，并输出与电池102的充放电电流相应的检测信号。

此外，这时，检测信号例如在电池102上没有流过充放电电流时成为基准电压V0，在流过充电电流时成为超过基准电压V0的值，在流过放电电流时成为不足基准电压V0的值而被输出。电流检测部123的检测信号被提供给中断信号生成电路116及多路转接器124。

多路转接器124基于来自CPU113的控制信号来选择电压检测部121的检测信号、温度检测部122的检测信号、电流检测部123的检测信号中的某一个，并提供给σ·δ调制器112。

中断信号生成电路116基于电流检测电路123的检测信号生成中断信号，并提供给CPU113。

σ·δ调制器112对来自多路转接器124的模拟信号进行PDM(脉冲密度调制)、也就是1位数字调制并提供给CPU113。

CPU113执行存储器114中所存储的数字滤波处理程序并将PDM信号变换成多位的数字值、也就是PCM(脉冲码调制)数据。进而，执行余量计算程序处理以计算出电池102的余量。此外，在本说明书中所说的CPU中包含微处理器等处理器。

通信电路117将CPU113计算出的电池余量对外部电路进行发送。调节器115从电池102得到电源，并生成电池余量检测电路101中所需要的电源电压，提供给电池余量检测电路101的各部分。

<中断信号生成电路的构成>

图2表示中断信号生成电路116的块构成图，图3表示中断信号生成电路116的动作说明图。

中断信号生成电路116由比较器131、132；发生第1基准电压V1的基准电压源133；发生第2基准电压V2的基准电压源134；和“或”门136所构成，如图3所示那样，构成仅在输入电压处于第1基准电压(第1基准值)V1与第2基准电压(第2基准值)V2之间时，输出为低电平的窗口比较器。

比较器131在非逆转输入端子上供给电流检测部123的检测信号，并在逆转输入端子上从第1基准电压源133供给第1基准电压V1。第1基准电压V1被设定成比检测信号的基准电压V0(例如，电压0.8V左右)例如高500mV的电压。此外，差电压|V1-V0|＝|V2-V0|＝相当于阈值电流Ith(例如电流50mA左右)。

如果检测信号比第1基准电压V1高，比较器131就将输出设为高电平，如果低就将输出设为低电平。比较器131的输出被供给“或”门136。

比较器132在非逆转输入端子上从基准电压源134供给第2基准电压V2，在逆转输入端子上供给电流检测部123的检测信号。第2基准电压V2被设定成比检测信号的基准电压V0例如低500mV的电压。

如果检测信号比第2基准电压V2高，比较器132就将输出设为低电平，如果低就将输出设为高电平。比较器132的输出被供给“或”门136。

“或”门136输出比较器131的输出与比较器132的输出的“或”逻辑。“或”门136的输出如图3所示那样当检测信号在第1基准电压V1和第2基准电压V2之间为低电平，当检测信号大于第1基准电压V1时以及检测信号小于第2基准电压V2时为高电平。“或”门136的输出作为中断信号被供给CPU113。

图4表示CPU113的处理流程图。为了降低电力消耗，CPU113通常处于休眠状态，每当内置的中断计时器所设定的时间就起动，来执行数字滤波处理及余量测定处理。

同一图中，CPU113在步骤S1-1中成为休眠状态，使除电流检测部123、中断信号生成电路116、CPU113及存储器114以外的电池余量检测电路101的各电路的动作电流的供给停止。

当CPU113在步骤S1-2中产生利用中断计时器的计时器中断，在步骤S1-4中CPU113就从休眠状态成为唤醒状态。然后，在步骤S1-5中控制多路转接器124分别从电压检测部121、温度检测部122、电流检测部123顺次选择电压、温度、充放电电流各自的检测信号，并通过σ·δ调制器112变换成PDM信号而取入内部，进行数字滤波处理及余量测定处理来测定电池的余量。

另一方面，当在步骤S1-2中没有产生计时器中断的情况下，进入步骤S1-3，该CPU113判断是否利用中断信号生成电路116产生了电流检测中断，在电流检测中断没有产生的情况下，进入步骤S1-1成为休眠状态，反复步骤S1-1～S1-3。

若在步骤S1-3中产生利用中断信号生成电路116的电流检测中断，在步骤S1-4中CPU113就从休眠状态成为唤醒状态。然后，在步骤S1-5中控制多路转接器124分别从电压检测部121、温度检测部122、电流检测部123顺次选择电压、温度、充放电电流各自的检测信号，并通过σ·δ调制器112变换成PDM信号而取入内部，进行数字滤波处理及余量测定处理来测定电池的余量。

此外，CPU113在来自中断信号生成电路116的中断信号从低电平反转成高电平时，就认为有中断。

在执行了步骤S1-4、S1-5以后，CPU113在步骤S1-6中判断电流检测部123检测出的充放电电流是否为超过规定值(例如，10～50mA左右)的大电流。

在充放电电流为小于等于规定值的小电流的情况下，亦即例如在端子T+、T-从负荷被切断的情况下，在步骤S1-7中判断这一状态(充放电电流为小电流的状态)是否继续规定时间(例如，数分)。如果这一状态没有继续规定时间就进入步骤S1-1。若这一状态继续规定时间继续，CPU113就在步骤S1-8中将中断计时器的计时器中断时间间隔设为较长的值Δt1(Δt1＞Δt2)以后，进入步骤S1-1。

在充放电电流超过规定值为大电流的情况下，亦即例如在端子端子T+、T-被连接到负荷的情况下，CPU113在步骤S1-9中将中断计时器的计时器中断时间间隔设为较短的值Δt2以后，进入步骤S1-1。

图5表示本发明的一实施方式的动作说明图。同一图中，tm1表示来自中断信号生成电路116的中断信号为低电平、且计时器中断时间间隔为较长的值Δt1时的利用CPU113的测定处理的定时，tm2表示计时器中断时间间隔为较短的值Δt2时的利用CPU113的测定处理的定时。从上述定时tm1或者tm2起CPU113例如在数m秒的期间执行数字滤波处理及余量测定处理。

这里，在时刻t0对端子T+、T-上所连接的负荷电流从电池102开始流动。当在时刻t1电流检测部123的检测信号达到V1且充放电电流超过阈值电流Ith时，将中断信号生成电路116的输出设为低电平对CPU113产生中断，CPU113立即执行数字滤波处理及余量测定处理。

因此，无论计时器中断时间间隔是Δt1、Δt2中的哪一个，都可以进行电流测定而不会错过电源接通时的超过阈值电流Ith的比较大的电流被消耗的时刻，并可以进行准确的电流测定。据此，就能够进行准确的电池余量检测。

<电池组>

图6表示应用了本发明电路的电池组的一实施方式的框图。同一图中，作为电池余量检测电路的燃料表IC(fuel gauge IC)200被半导体集成化，大致由数字部210和模拟部250构成。此外，由于在燃料表IC200的外部设置有调节器/保护电路304，所以在燃料表IC200内未设置图1所示的调节器115。

在数字部210内设置有CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、中断控制部215、总线控制部216、I2C部217、串行通信部218、计时器部219、电源接通复位部220。这些电路通过内部总线222相互连接起来。

CPU211执行ROM212中所存储的程序来控制燃料表IC200全体，并执行对电池的充放电电流进行累计而算出电池余量的处理等。此时RAM213被作为作业区域而使用。在EEPROM214中存储着修整(trimming)信息等。此外，CPU211相当于图1所示的CPU113，ROM212、RAM213、EEPROM214相当于存储器114。

中断控制部215从燃料表IC200的各部被供给中断请求，依照各中断请求的优先度发生中断并通知给CPU211。总线控制部216进行哪个电路部来使用内部总线的控制。

I2C部217经由端口231、232连接到通信线来进行2线式的串行通信。串行通信部218相当于图1所示的通信电路117，经由端口233连接到未图示的通信线来进行1线式的串行通信。

计时器部219对***时钟进行计数，其计数值被CPU211参照。电源接通复位部220检测出端口235上所供给的电源Vdd上升而发生复位信号来进行燃料表IC200全体的复位。

在模拟部250内设置有振荡电路251、晶体振荡电路252、多路转接器(MPX)253、分频器254、电压传感器255、温度传感器256、电流传感器257、多路转接器258、σ·δ调制器259。

振荡电路251是持有PLL的振荡器，输出数MHz的振荡信号。晶体振荡电路252在端口271、272上外装晶体振子来进行振荡，输出数MHz的振荡信号。晶体振荡电路252的振荡频率相对于振荡电路251是高精度。

多路转接器253基于从端口273供给的选择信号来选择振荡电路251与晶体振荡电路252中的某一方输出的振荡频率信号，并作为***时钟供给到燃料表IC200的各部，同时提供给分频器254。于是，多路转接器253在从端口273未供给选择信号的情况下选择例如振荡电路251输出的振荡频率信号。分频器254对***时钟分频并生成各种时钟提供给燃料表IC200的各部分。

电压传感器255检测分别外装在端口274、275上的电池(锂离子电池)301、302的电压，将模拟的检测电压提供给多路转接器258。温度传感器256检测燃料表IC200的环境温度，将模拟的检测温度提供给多路转接器258。

在端口276、277上连接着电流检测用的电阻303的两端，电流传感器257根据端口276、277各自的电位差来检测流过电阻303的电流，将模拟的检测电流提供给多路转接器258。

多路转接器258顺次选择模拟的检测电压、模拟的检测温度、模拟的检测电流并提供给σ·δ调制器259。σ·δ调制器259对各检测值进行σ·δ变换，由此通过内部总线222将脉冲密度调制信号提供给CPU211，并用CPU211进行数字滤波处理来进行检测电压、检测温度、检测电流各自的数字化。另外，CPU211通过对电池的充放电电流进行累计而算出电池余量。此时检测温度被使用于温度校正。

此外，电压传感器255相当于如图1所示的电压检测部121，温度传感器256相当于温度检测部122，电流传感器257相当于电流检测部123，多路转接器258相当于多路转接器124，σ·δ调制器259相当于σ·δ调制器112，电流检测用的电阻303相当于电流检测电阻Rs。

上述的燃料表IC200与电池301、302；电流检测用的电阻303；调节器/保护电路304；电阻305及开关306一起被收纳在框体310中而构成电池组300。在电池组300的端子311上连接电池301的正电极以及调节器/保护电路304的电源输入端子，调节器/保护电路304的电源输出端子被连接燃料表IC200的电源Vdd的端口235。端子312经由电阻305被连接到调节器/保护电路304的接地端子，同时经由开关306被连接到电流检测用的电阻303与端口277的连接点。调节器/保护电路304稳定端子311、312间的电压，同时在此电压成为规定范围以外的情况下将开关306断开来进行保护。

另外，电流检测用的电阻303与端口276的连接点被连接燃料表IC200的电源Vss的端口236。在电池组300的端子313、314上连接着燃料表IC200的端口231、232。

图7表示使用了图6的电池组300的便携式电子设备的一实施方式的框图。同一图中，便携式电子设备400是例如便携式个人计算机、数字照相机、便携式电话等主体电路。便携式电子设备400具有通信装置410。

电池组300的端子311～314被分别连接到便携式电子设备400的电源Vdd、Vss的端子401、402、以及连接着时钟线L1和数据线L2的端子403、404。由此，从电池组300内的电池301、302对便携式电子设备400供给电源。

在此情况下，通常，便携式电子设备400作为控制方、燃料表IC200作为被控方来动作，根据来自便携式电子设备400的请求，燃料表IC200对便携式电子设备400的通信装置410应答所算出的电池余量。

此外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内还可以有种种变形例。

Claims (3)

1.一种电池余量检测电路，其特征在于，包括：

电流检测部件，检测电池的充放电电流；

余量测定部件，在由上述电流检测部件检测出的充放电电流小于等于规定值时以第1时间间隔，在上述充放电电流超过上述规定值时则以比上述第1时间间隔短的第2时间间隔，对上述充放电电流进行累计来测定上述电池的余量；以及

中断信号生成部件，在上述充放电电流超过基准值时生成中断信号并向上述余量测定部件指示上述电池余量的测定。

2.按照权利要求1所述的电池余量检测电路，其特征在于：

上述电流检测部件作为上述充放电电流流经的电阻的两端间电压来进行检测，

上述中断信号生成部件在上述充放电电流流经的电阻的两端间电压超过第1基准值时、以及在上述充放电电流流经的电阻的两端间电压不足比上述第1基准值低的第2基准值时，生成上述中断信号。

3.按照权利要求2所述的电池余量检测电路，其特征在于：

上述中断信号生成部件由窗口比较器构成。

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