JP2002218662A - Voltage control system for lithium ion secondary battery - Google Patents
Voltage control system for lithium ion secondary batteryInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン2
次電池の過充電及び過放電を防止するための制御システ
ムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a control system for preventing overcharge and overdischarge of a secondary battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、リチウムイオン2次電池は、パソ
コンや携帯電話等の携帯用電子機器の電源電池として広
く普及している。このリチウムイオン2次電池は、ニッ
カド電池、ニッケル水素電池等のそれ以前に開発された
2次電池が1個で1.2Vの電圧を供給するのに対し
て、1個で3.6Vという3倍の電圧を供給することが
できる点で、電源電池の軽量化及び小型化に適してい
る。2. Description of the Related Art In recent years, lithium ion secondary batteries have been widely used as power batteries for portable electronic devices such as personal computers and mobile phones. In this lithium ion secondary battery, a single secondary battery, such as a nickel-cadmium battery or a nickel-metal hydride battery, supplies a voltage of 1.2 V while a single secondary battery supplies a voltage of 1.2 V. Since it can supply twice the voltage, it is suitable for reducing the weight and size of the power supply battery.
【0003】しかし、リチウムイオン電池は、その特有
な化学的な充電メカニズムに起因して、過充電によって
液漏れが生じ、爆発を引き起こす危険があることが判明
した。またリチウムイオン電池は、過放電によっても致
命的な損傷を生じ、利用不可能となるという問題もあっ
た。そこで、現在リチウムイオン電池は過充電及び過放
電を防止するための監視機能を有する制御用ICと共に
販売され、使用されている。However, it has been found that a lithium ion battery has a danger of causing an explosion due to liquid leakage due to overcharging due to its unique chemical charging mechanism. Lithium-ion batteries also have a problem in that fatal damage is caused even by overdischarge, making them unusable. Therefore, lithium-ion batteries are currently sold and used together with control ICs having a monitoring function for preventing overcharge and overdischarge.
【0004】図2に、従来のリチウムイオン2次電池の
電圧制御システムの回路図を示す。1は、リチウムイオ
ン2次電池、100は制御用ICである。リチウムイオ
ン2次電池1のセル電圧(+端子)は制御用IC100
の端子2を介して、第1のコンパレータ3の+入力端子
及び第2のコンパレータ4の−入力端子に供給されてい
る。また、リチウムイオン2次電池1の−端子は制御用
IC100の端子5を介して接地されている。FIG. 2 shows a circuit diagram of a conventional voltage control system for a lithium ion secondary battery. 1 is a lithium ion secondary battery, and 100 is a control IC. The cell voltage (+ terminal) of the lithium ion secondary battery 1 is controlled by the control IC 100.
, And is supplied to the + input terminal of the first comparator 3 and the − input terminal of the second comparator 4. The negative terminal of the lithium ion secondary battery 1 is grounded via the terminal 5 of the control IC 100.
【0005】第1のコンパレータ3の−入力端子には基
準電圧Vref1、Vref2がスイッチSW1,SW2によって
選択的に供給される。また、第2のコンパレータ4の+
入力端子には基準電圧Vref3、Vref4がスイッチSW3,
SW4によって選択的に供給される。Reference voltages Vref1 and Vref2 are selectively supplied to the-input terminal of the first comparator 3 by switches SW1 and SW2. Also, the + of the second comparator 4
Reference voltages Vref3 and Vref4 are connected to input terminals of switches SW3 and SW3.
It is selectively supplied by SW4.
【0006】第1のコンパレータ3及び第2のコンパレ
ータ4の出力はトランジスタ制御回路6に供給されてい
る。トランジスタ制御回路6の充電制御ラインJCはリ
チウムイオン2次電池1の充電経路に設けられたPチャ
ネル型のMOSトランジスタM1のゲートに接続されて
いる。また、トランジスタ制御回路6の放電制御ライン
HCはリチウムイオン2次電池1の放電経路に設けられ
たMOSトランジスタM2のゲートに接続されている。
こうして、トランジスタ制御回路6は、第1のコンパレ
ータ3及び第2のコンパレータ4の比較結果に応じて、
リチウムイオン2次電池1の充放電経路に設けられたM
OSトランジスタM1,M2のオンオフを制御する。The outputs of the first comparator 3 and the second comparator 4 are supplied to a transistor control circuit 6. The charge control line JC of the transistor control circuit 6 is connected to the gate of a P-channel type MOS transistor M1 provided on the charge path of the lithium ion secondary battery 1. The discharge control line HC of the transistor control circuit 6 is connected to the gate of the MOS transistor M2 provided on the discharge path of the lithium ion secondary battery 1.
Thus, the transistor control circuit 6 responds to the comparison result of the first comparator 3 and the second comparator 4,
M provided in the charge / discharge path of the lithium ion secondary battery 1
On / off of the OS transistors M1 and M2 is controlled.
【0007】いま、出力端子B+,B−を充電器に接続
することにより、リチウムイオン2次電池1の充電が行
なわれているとする。ここで、出力端子B+→ダイオー
ドD2→MOSトランジスタM1という充電経路で電流
が流れリチウムイオン2次電池1の充電が行なわれる。
そして、セル電圧が予め選択された基準電圧(V ref1、
Vref2のいずれか一方)以上になると、トランジスタ制
御回路6は充電制御ラインJCにハイレベルを出力す
る。これにより、MOSトランジスタM1はオフし、リ
チウムイオン2次電池1の充電経路は遮断される。一
方、出力端子B+,B−を機器に接続した使用状態で
は、ダイオードD1→MOSトランジスタM2→出力端
子B+という放電経路で電流が流れることにより、リチ
ウムイオン2次電池1の放電が起こる。そして、セル電
圧が予め選択された基準電圧(Vref3、Vref4のいずれか
一方)以下になると、トランジスタ制御回路6は放電制
御ラインHCにハイレベルを出力する。これにより、M
OSトランジスタM2はオフし、リチウムイオン2次電
池1の放電経路は遮断される。このようにして、従来の
リチウムイオン2次電池の電圧制御システムは過充電及
び過放電を防止していた。Now, it is assumed that the lithium ion secondary battery 1 is being charged by connecting the output terminals B + and B- to a charger. Here, a current flows through the charging path of the output terminal B + → the diode D2 → the MOS transistor M1, and the lithium ion secondary battery 1 is charged.
Then, the cell voltage is set to a preselected reference voltage (Vref1,
When the voltage becomes equal to or more than one of Vref2), the transistor control circuit 6 outputs a high level to the charge control line JC. As a result, the MOS transistor M1 is turned off, and the charging path of the lithium ion secondary battery 1 is cut off. On the other hand, in a use state in which the output terminals B + and B− are connected to a device, a current flows through a discharge path of the diode D1 → the MOS transistor M2 → the output terminal B +, so that the lithium ion secondary battery 1 is discharged. Then, when the cell voltage becomes equal to or lower than a preselected reference voltage (one of Vref3 and Vref4), the transistor control circuit 6 outputs a high level to the discharge control line HC. This gives M
The OS transistor M2 is turned off, and the discharge path of the lithium ion secondary battery 1 is cut off. Thus, the conventional voltage control system for a lithium ion secondary battery has prevented overcharge and overdischarge.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン2次電
池は製造メーカ、型番や個々の電池特性のばらつき、さ
らには使用による経時変化などにより、過充電電圧(そ
れ以上充電すると過充電となるしきい値)及び過放電電
圧(それ以下に放電すると過放電となるしきい値)が異
なる。The lithium ion secondary battery has an overcharge voltage (a threshold for overcharging if the battery is charged more than that) due to variations in the manufacturer, model number, individual battery characteristics, and aging with use. Value) and the overdischarge voltage (the threshold at which overdischarge occurs when discharged below).
【0009】しかしながら、上述した従来のリチウムイ
オン2次電池の電圧制御システムでは、セル電圧と比較
される基準電圧源の数が2〜3個であったために細かな
基準電圧設定ができなかった。一方、基準電圧源の数を
増加させるとチップサイズが大幅に増加してしまうとい
う問題があった。また、基準電圧源の数を増加させたと
しても、使用による経時変化に応じて基準電圧を最適に
制御することはできなかった。However, in the above-described conventional voltage control system for a lithium ion secondary battery, since the number of reference voltage sources to be compared with the cell voltage is two or three, a fine reference voltage cannot be set. On the other hand, when the number of reference voltage sources is increased, there is a problem that the chip size is significantly increased. Further, even if the number of reference voltage sources is increased, it has not been possible to optimally control the reference voltage according to a temporal change due to use.
【0010】そこで、本発明はリチウムイオン2次電池
の個々の電池特性データに応じて、セル電圧と比較され
る基準電圧を設定することにより、当該電池の特性を十
分に発揮させることを可能にすることを目的とする。Accordingly, the present invention makes it possible to fully exhibit the characteristics of a lithium ion secondary battery by setting a reference voltage to be compared with the cell voltage in accordance with the individual battery characteristic data. The purpose is to do.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明のリチウムイオン
2次電池の電圧制御システムは、リチウムイオン2次電
池のセル電圧と過充電基準電圧とを比較する第1のコン
パレータと、前記セル電圧と過放電基準電圧とを比較す
る第2のコンパレータと、前記リチウムイオン2次電池
の充電経路に設けられた第1のトランジスタと、前記リ
チウムイオン2次電池の放電経路に設けられた第2のト
ランジスタと、前記第1及び第2のコンパレータの比較
結果に応じて第1及び第2のトランジスタのオンオフを
制御するトランジスタ制御手段と、を備えたリチウムイ
オン2次電池の電圧制御システムにおいて、過充電電圧
データ及び過放電電圧データを電気的に書き込み及び読
み出し可能な不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリか
ら読み出された前記過充電電圧データ及び過放電電圧デ
ータをアナログ変換するDAコンバータと、を設け、前
記DAコンバータによって変換されたアナログデータを
過充電基準電圧及び過放電基準電圧として、前記第1の
コンパレータ及び第2のコンパレータの入力端子に供給
したことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a voltage control system for a lithium ion secondary battery, comprising: a first comparator for comparing a cell voltage of the lithium ion secondary battery with an overcharge reference voltage; A second comparator for comparing with an overdischarge reference voltage, a first transistor provided on a charging path of the lithium ion secondary battery, and a second transistor provided on a discharging path of the lithium ion secondary battery And a transistor control means for controlling on / off of the first and second transistors according to a comparison result of the first and second comparators. A nonvolatile memory capable of electrically writing and reading data and over-discharge voltage data, and a memory before being read from the nonvolatile memory. A DA converter for converting overcharge voltage data and overdischarge voltage data into analog data, wherein the analog data converted by the DA converter is used as an overcharge reference voltage and an overdischarge reference voltage, and the first comparator and the second The signal is supplied to an input terminal of a comparator.
【0012】リチウムイオン2次電池の特性は、製造メ
ーカ、型番等により、およそわかっている。本発明によ
れば、過充電電圧データ及び過放電電圧をデジタルデー
タとして電気的に書き込み及び読み出し可能な不揮発性
メモリ(EEPROM)に書き込む。そして、そのデー
タに応じたDA変換出力を過充電基準電圧及び過放電基
準電圧として利用しているので、より細かな基準電圧設
定をすることができる。また、個々の電池の電池特性及
び経時変化等を補正パラメータとして、上記EEPRO
Mのデータを書き換えることにより、基準電圧値を可変
制御することも可能となる。The characteristics of the lithium ion secondary battery are known by the manufacturer, model number and the like. According to the present invention, overcharge voltage data and overdischarge voltage are written as digital data in an electrically writable and readable nonvolatile memory (EEPROM). Then, since the DA conversion output corresponding to the data is used as the overcharge reference voltage and the overdischarge reference voltage, more detailed reference voltage setting can be performed. Further, the above-mentioned EEPRO
By rewriting the data of M, the reference voltage value can be variably controlled.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1に、本発明のリチウ
ムイオン2次電池の電圧制御システムの回路図を示す。
なお、図1中、図2と同一の構成部分については同一の
符号を付してその説明を省略する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of a voltage control system for a lithium ion secondary battery according to the present invention.
In FIG. 1, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0014】制御用IC中には、過充電電圧データ及び
過放電電圧データを電気的に書き込み及び読み出し可能
な不揮発性メモリ10(以下、EEPROMという)、
及びDAコンバータ11が含まれている。EEPROM
10内には、過充電電圧データが例えば8ビットデータ
として書き込まれる。また、過放電電圧データが例えば
8ビットデータとして書き込まれる。In the control IC, a nonvolatile memory 10 (hereinafter referred to as an EEPROM) capable of electrically writing and reading overcharge voltage data and overdischarge voltage data,
And a DA converter 11. EEPROM
In 10, overcharge voltage data is written as, for example, 8-bit data. In addition, overdischarge voltage data is written as, for example, 8-bit data.
【0015】EEPROM10はリチウムイオン2次電
池1が電源電池として使用される電子機器を制御するた
めのマイクロコンピュータ12と通信可能に接続されて
いる。このマイクロコンピュータ12は、過充電電圧及
び過放電電圧の経時変化に応じて、EEPROM10に
格納された過充電電圧データ及び過放電電圧データの書
き換えを実行する。なお、マイクロコンピュータ12と
制御用IC100とを同一チップ上に集積化すること、
つまり1チップ化することも可能である。The EEPROM 10 is communicably connected to a microcomputer 12 for controlling electronic equipment in which the lithium ion secondary battery 1 is used as a power supply battery. The microcomputer 12 rewrites the overcharge voltage data and the overdischarge voltage data stored in the EEPROM 10 in accordance with the temporal change of the overcharge voltage and the overdischarge voltage. Note that the microcomputer 12 and the control IC 100 are integrated on the same chip,
That is, it is also possible to make it into one chip.
【0016】DAコンバータ11には、EEPROM1
0からの過充電電圧データDATA1及び過放電電圧デ
ータDATA2が供給され、これらのデータに応じた2
56通りのアナログデータAN1、AN2を出力する。The DA converter 11 has an EEPROM 1
Overcharge voltage data DATA1 and overdischarge voltage data DATA2 from 0 are supplied, and 2 corresponding to these data is supplied.
It outputs 56 kinds of analog data AN1 and AN2.
【0017】一方、リチウムイオン2次電池1のセル電
圧(+端子)は制御用IC100の端子2を介して、第
1のコンパレータ3の+入力端子及び第2のコンパレー
タ4の−入力端子に供給されている。また、リチウムイ
オン2次電池1の−端子は制御用IC100の端子5を
介して接地されている。過充電電圧アナログデータAN
1は基準電圧として第1のコンパレータ3の−入力端子
に供給される。また、過放電電圧アナログデータAN2
は基準電圧として第2のコンパレータ4の+入力端子に
供給される。On the other hand, the cell voltage (+ terminal) of the lithium ion secondary battery 1 is supplied to the + input terminal of the first comparator 3 and the − input terminal of the second comparator 4 via the terminal 2 of the control IC 100. Have been. The negative terminal of the lithium ion secondary battery 1 is grounded via the terminal 5 of the control IC 100. Overcharge voltage analog data AN
1 is supplied to the negative input terminal of the first comparator 3 as a reference voltage. Also, the overdischarge voltage analog data AN2
Is supplied to the + input terminal of the second comparator 4 as a reference voltage.
【0018】次に、上述した構成のリチウムイオン2次
電池1の電圧制御システムの動作について説明する。Next, the operation of the voltage control system for the lithium ion secondary battery 1 having the above configuration will be described.
【0019】まず、マイクロコンピュータ12から過充
電電圧(それ以上充電すると過充電となるしきい値)及
び過放電電圧(それ以下に放電すると過放電となるしき
い値)に応じた、過充電電圧データ及び過放電電圧デー
タをEEPROM10に書き込む。First, an overcharge voltage corresponding to an overcharge voltage (a threshold value at which the battery is overcharged to be overcharged) and an overdischarge voltage (a threshold value at which the battery is discharged under the overcharge voltage) are supplied from the microcomputer 12. Data and overdischarge voltage data are written in the EEPROM 10.
【0020】いま、出力端子B+,B−を充電器に接続
することにより、リチウムイオン2次電池1の充電が行
なわれているとする。ここで、出力端子B+→ダイオー
ドD2→MOSトランジスタM1という充電経路で電流
が流れリチウムイオン2次電池1の充電が行なわれる。
そして、セル電圧がDAコンバータからの過充電電圧ア
ナログデータAN1以上の値になると、トランジスタ制
御回路6は充電制御ラインJCにハイレベルを出力す
る。これにより、MOSトランジスタM1はオフし、リ
チウムイオン2次電池1の充電経路は遮断される。一
方、出力端子B+,B−を機器に接続した使用状態で
は、ダイオードD1→MOSトランジスタM2→出力端
子B+という放電経路で電流が流れることにより、リチ
ウムイオン2次電池1の放電が起こる。そして、セル電
圧が過放電電圧アナログデータAN2以下の値になる
と、トランジスタ制御回路6は放電制御ラインHCにハ
イレベルを出力する。これにより、MOSトランジスタ
M2はオフし、リチウムイオン2次電池1の放電経路は
遮断される。Now, it is assumed that the lithium ion secondary battery 1 is being charged by connecting the output terminals B + and B- to a charger. Here, current flows through the charging path of the output terminal B + → the diode D2 → the MOS transistor M1, and the lithium ion secondary battery 1 is charged.
When the cell voltage becomes equal to or higher than the overcharge voltage analog data AN1 from the DA converter, the transistor control circuit 6 outputs a high level to the charge control line JC. As a result, the MOS transistor M1 is turned off, and the charging path of the lithium ion secondary battery 1 is cut off. On the other hand, in a use state in which the output terminals B + and B− are connected to a device, a current flows through a discharge path of the diode D1 → the MOS transistor M2 → the output terminal B +, so that the lithium ion secondary battery 1 is discharged. When the cell voltage becomes equal to or less than the overdischarge voltage analog data AN2, the transistor control circuit 6 outputs a high level to the discharge control line HC. As a result, the MOS transistor M2 is turned off, and the discharge path of the lithium ion secondary battery 1 is cut off.
【0021】通常のリチウムイオン2次電池において、
使用開始時に過充電電圧アナログデータAN1は4.2
5V、過放電電圧アナログデータAN2は2.7Vに設
定される。In a normal lithium ion secondary battery,
At the start of use, the overcharge voltage analog data AN1 is 4.2
5V, the overdischarge voltage analog data AN2 is set to 2.7V.
【0022】ここで使用による電池の経時変化により、
過充電電圧及び過放電電圧が変動すると、それに応じて
マイクロコンピュータ12により、EEPROM10の
過充電電圧データDATA1及び過放電電圧データDA
TA2を書き換えることにより、電池特性の経時変化に
応じて電池の性能を発揮させることができる。Here, due to the change over time of the battery due to use,
When the overcharge voltage and the overdischarge voltage fluctuate, the microcomputer 12 responds accordingly to the overcharge voltage data DATA1 and the overdischarge voltage data DA of the EEPROM 10.
By rewriting TA2, the performance of the battery can be exhibited in accordance with the change over time in the battery characteristics.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明のリチウムイオン2次電池の電圧
制御システムによれば、過充電電圧データ及び過放電電
圧をデジタルデータとしてEEPROMに書き込み、そ
のデジタルデータに応じたDA変換出力を過充電基準電
圧及び過放電基準電圧として利用しているのでより細か
な基準電圧設定をすることができ、過充電及び過放電を
防止すると共に、電池の性能を十分に発揮させることが
できる。According to the voltage control system for a lithium ion secondary battery of the present invention, overcharge voltage data and overdischarge voltage are written as digital data in an EEPROM, and a DA conversion output corresponding to the digital data is used as an overcharge reference. Since the reference voltage is used as the voltage and the overdischarge reference voltage, it is possible to set a more detailed reference voltage, prevent overcharge and overdischarge, and sufficiently exhibit the performance of the battery.
【0024】また、経時変化等を補正パラメータとし
て、上記EEPROMのデータを書き換えることによ
り、基準電圧値を可変制御することも可能となる。The reference voltage value can be variably controlled by rewriting the data in the EEPROM using a change over time or the like as a correction parameter.
【図1】本発明の実施形態に係るリチウムイオン2次電
池の電圧制御システムの回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a voltage control system for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来例に係るリチウムイオン2次電池の電圧制
御システムの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a voltage control system for a lithium ion secondary battery according to a conventional example.
1 リチウムイオン2次電池 2,5 端子 3 第1のコンパレータ 4 第2のコンパレータ 6 トランジスタ制御回路 10 不揮発性メモリ(EEPROM) 11 DAコンバータ 12 マイクロコンピュータ 100 制御用IC JC 充電制御ライン HC 放電制御ライン M1,M2 MOSトランジスタ B+,B− 出力端子 D1,D2 ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2,5 terminal 3 First comparator 4 Second comparator 6 Transistor control circuit 10 Nonvolatile memory (EEPROM) 11 DA converter 12 Microcomputer 100 Control IC JC Charge control line HC Discharge control line M1 , M2 MOS transistor B +, B- Output terminal D1, D2 Diode
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Claims (3)
充電基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記
セル電圧と過放電基準電圧とを比較する第2のコンパレ
ータと、前記リチウムイオン2次電池の充電経路に設け
られた第1のトランジスタと、前記リチウムイオン2次
電池の放電経路に設けられた第2のトランジスタと、前
記第1及び第2のコンパレータの比較結果に応じて第1
及び第2のトランジスタのオンオフを制御するトランジ
スタ制御手段と、を備えたリチウムイオン2次電池の電
圧制御システムにおいて、 過充電電圧データ及び過放電電圧データを電気的に書き
込み及び読み出し可能な不揮発性メモリと、前記不揮発
性メモリから読み出された前記過充電基準電圧データ及
び過放電基準電圧データをアナログ変換するDAコンバ
ータと、を設け、前記DAコンバータによって変換され
たアナログデータを過充電基準電圧及び過放電基準電圧
として前記第1のコンパレータ及び第2のコンパレータ
の入力端子に供給したことを特徴とするリチウムイオン
2次電池の電圧制御システム。A first comparator for comparing a cell voltage of a lithium ion secondary battery with an overcharge reference voltage; a second comparator for comparing the cell voltage with an overdischarge reference voltage; A first transistor provided in a charging path of the secondary battery, a second transistor provided in a discharging path of the lithium ion secondary battery, and a first transistor provided in accordance with a comparison result of the first and second comparators.
And a transistor control means for controlling on / off of the second transistor. A non-volatile memory capable of electrically writing and reading overcharge voltage data and overdischarge voltage data in a voltage control system of a lithium ion secondary battery comprising: And a D / A converter for converting the overcharge reference voltage data and the overdischarge reference voltage data read from the nonvolatile memory into analog data, and converting the analog data converted by the DA converter into the overcharge reference voltage and the overvoltage data. A voltage control system for a lithium ion secondary battery, wherein the voltage is supplied as a discharge reference voltage to input terminals of the first comparator and the second comparator.
ータ及び過放電基準電圧データを書き込み可能なマイク
ロコンピュータを備えることを特徴とする請求項1に記
載のリチウムイオン2次電池の電圧制御システム。2. The voltage control system according to claim 1, further comprising a microcomputer capable of writing overcharge reference voltage data and overdischarge reference voltage data to the nonvolatile memory.
トランジスタ制御手段、前記不揮発性メモリ、前記DA
コンバータ及び前記マイクロコンピュータを単一チップ
上に集積化したことを特徴とする請求項2に記載のリチ
ウムイオン2次電池の電圧制御システム。3. The first and second comparators, the transistor control means, the nonvolatile memory, and the DA.
3. The voltage control system for a lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the converter and the microcomputer are integrated on a single chip.
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---|---|---|---|
JP2001009362A JP2002218662A (en) | 2001-01-17 | 2001-01-17 | Voltage control system for lithium ion secondary battery |
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