JP2010187532A - 保護監視回路、電池パック、二次電池監視回路、及び保護回路 - Google Patents

保護監視回路、電池パック、二次電池監視回路、及び保護回路 Download PDF

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Abstract

【課題】二次電池監視回路から保護回路の保護機能を動作させ、また、保護回路の動作状態を問合わせることを可能とし、また、保護回路から二次電池監視回路に対して動作状態を伝える。
【解決手段】充放電可能な二次電池１１０の状態を検出する二次電池監視回路１２０と、前記二次電池１１０と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御して前記二次電池１１０を保護する保護回路１３０とを備える保護監視回路１０１であって、前記二次電池監視回路は、前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオン／オフさせる制御信号を出力し、前記保護回路１３０は、前記制御信号を受信すると、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタをオン／オフ制御することにより上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、保護監視回路、電池パック、二次電池監視回路、及び保護回路に関する。
近年では、二次電池としてリチウムイオン電池がデジタルカメラや携帯電話等の携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は、一般的に過充電、過電流、及び過放電等に弱く、過充電、過電流、及び過放電等を検出してリチウムイオン電池を保護する保護回路を備えた電池パックの形態で使用される。
また、電池パック内には、温度センサ等が設けられ、電池パック内の温度変化に対応した電圧変化等を検出して、リチウムイオン電池の電池残量等の状態を検出する二次電池監視回路等が搭載される場合がある。この場合、電池パックには、二次電池監視回路からの出力信号を携帯機器に送信するための通信端子が別途設けられ、この通信端子から出力される電池パックの状態情報を取得して電池パックの状態管理を行う。
従来では、電池パックに設けた通信端子から、電池パックの充電を制御するための制御信号を受信する充電装置が記載されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２０９７８８号公報
しかしながら、上記において、電池パック内に設けられている保護回路や二次電池監視回路は、お互いに通信手段を有しておらず、それぞれが独立して動作していたため、二次電池監視回路において、保護回路が動作したことを知る術がなかった。そのため、二次電池監視回路において、保護回路が動作したか否かを判断するには、二次電池監視回路自身が持つ電圧センサ及び電流センサをモニタして、保護回路が動作する条件に当てはまるか否か、常時演算し続ける必要があった。
一方、二次電池監視回路の演算によって保護動作の有無を判断する場合には、以下の問題があった。まず、過充電保護の動作の有無に関しては、電池電圧モニタ等により問題なく判断することができた。しかしながら、過放電保護の動作の有無に関しては、過放電検出電圧に非常に近い電圧で二次電池監視回路の電源が落ちたこと、すなわち、再度、二次電池監視回路の電源が起動されたこと、通常は、パワーオンリセットが働いたことを検出することで実現されるが、誤検出の可能性もあり、厳密には保護回路が動作したか否かを判断することが困難であった。
また、過電流保護及び短絡保護の動作の有無についても、保護回路が動作したことを判断するのは非常に困難であった。その理由は、保護回路の過電流検出電流値は、二次電池監視回路の電流測定可能レンジの外側にあり、保護回路の過電流検出までの遅延時間が非常に短く、二次電池監視回路が電流測定を終える前に保護回路が動作するため、電流値の測定が困難なためである。したがって、正確に保護回路の動作状態を二次電池監視回路に記録したい場合には、何等かの通知メカニズムが必要であった。
更に、二次電池監視回路において検出した、例えば過充電、過電流等に基づき、二次電池監視回路から強制的に保護回路を動作させることにより、保護機能を二重化して安全性を高めることも求められている。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、二次電池監視回路から保護回路の保護機能を動作させ、また、保護回路の動作状態を問合わせることを可能とし、また、保護回路から二次電池監視回路に対して動作状態を伝えることを可能とする保護監視回路、電池パック、二次電池監視回路、及び保護回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、充放電可能な二次電池（１１０）の状態を検出する二次電池監視回路（１２０）と、前記二次電池（１１０）と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタ（Ｍ１１、Ｍ１２）をオン／オフ制御して前記二次電池（１１０）を保護する保護回路（１３０）とを備える保護監視回路（１０１）であって、前記二次電池監視回路（１２０）は、前記保護回路（１３０）に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタ（Ｍ１１、Ｍ１２）を強制的にオン／オフさせる制御信号を出力し、前記保護回路（１３０）は、前記制御信号を受信すると、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタをオン／オフ制御することを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記二次電池監視回路（１２０）は、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出し、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つが検出された場合に、前記保護回路（１３０）に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力し、前記保護回路（１３０）は、前記オフさせる制御信号に応じて、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオフ制御することを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記保護回路（１３０）が前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流を検出するために設定される各閾値は、前記二次電池監視回路（１２０）が前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流を検出するために設定される各閾値とそれぞれ異なることを特徴とする。
また本発明の保護監視回路（１０１）において、前記二次電池監視回路（１２０）は、前記保護回路（１３０）に対して動作状態を問合わせる動作状態問合わせ信号を出力し、前記保護回路（１３０）は、前記問合わせ信号を受信すると、前記二次電池監視回路（１２０）に対して前記保護回路（１３０）の動作状態を通知する動作状態通知信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記保護回路（１３０）は、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出すると、前記二次電池監視回路（１２０）に対して検出した旨を通知する通知信号を出力し、前記二次電池監視回路（１２０）は、不揮発性メモリ（１２４）を有し、前記通知信号又は前記動作状態通知信号を受信すると、前記検出した旨又は前記動作状態を示す情報を前記不揮発性メモリ（１２４）に記録することを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記二次電池監視回路（１２０）は、前記通知信号又は前記動作状態通知信号に基づき、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流それぞれの検出回数をカウントして、カウントしたそれぞれの検出回数を前記不揮発性メモリ（１２４）に記録することを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記二次電池監視回路（１２０）は、前記検出回数がそれぞれに設定された所定回数を超えた場合に、前記所定回数を超えたときの検出結果に応じて、前記保護回路（１３０）に対して前記充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記保護回路（１３０）は、前記二次電池監視回路（１２０）と接続される第１の通信端子（１５２）と、前記負荷との通信端子（１１６）に接続される第２の通信端子（１５３）と、前記第１の通信端子（１５２）と前記第２の通信端子（１５３）とを接続する回路とを有し、前記回路は、前記二次電池監視回路（１２０）と前記負荷との間の通信信号を通過させることを特徴とする。
また、本発明の保護監視回路（１０１）において、前記負荷との通信端子（１１６）と前記第２の通信端子（１５３）との間に接続される抵抗（Ｒ４）を備えることを特徴とする。
また、本発明の電池パック（１００）は、上述した保護監視回路（１０１）を備えることを特徴とする。
また、本発明の二次電池監視回路（１２０）は、充放電可能な二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出して、前記二次電池（１１０）と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御して前記二次電池（１１０）を保護する保護回路（１３０）と接続されている前記二次電池（１１０）の状態を検出する二次電池監視回路（１２０）において、前記保護回路（１３０）に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオン／オフさせる制御信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の二次電池監視回路（１２０）は、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出した場合に、前記保護回路（１３０）に対して前記充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の二次電池監視回路（１２０）は、不揮発性メモリ（１２４）を有し、前記保護回路（１３０）から、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のいずれか一つを検出した旨を通知する通知信号又は前記保護回路（１３０）の動作状態を通知する動作状態通知信号を受信すると、前記検出した旨又は前記動作状態を示す情報を前記不揮発性メモリ（１２４）に記録することを特徴とする。
また、本発明の二次電池監視回路（１２０）は、前記通知信号又は前記動作状態通知信号に基づき、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流それぞれの検出回数をカウントして、カウントしたそれぞれの検出回路を前記不揮発性メモリ（１２４）に記録し、前記回数がそれぞれに設定された所定回数を超えた場合に、前記所定回数を超えたときの検出結果に応じて、前記保護回路（１３０）に対して前記充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の保護回路（１３０）は、充放電可能な二次電池（１１０）の状態を検出し、当該保護回路による制御状態を記憶する不揮発性メモリ（１２４）を有する二次電池監視回路（１２０）と接続され、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出して、前記二次電池（１１０）と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御して前記二次電池（１１０）を保護する保護回路（１３０）において、前記二次電池監視回路（１２０）から出力された前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオン／オフさせる制御信号を受信すると、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタをオン／オフ制御することを特徴とする。
また、本発明の保護回路（１３０）は、前記二次電池監視回路（１２０）に対して、前記二次電池（１１０）の過充電、過放電、及び過電流のいずれか一つを検出した旨を通知する通知信号を出力することを特徴とする。
尚、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、本願発明が図示の態様に限定されるものではない。
本発明によれば、二次電池監視回路から保護回路の保護機能を動作させ、また、保護回路の動作状態を問合わせることを可能とし、また、保護回路から二次電池監視回路に対して動作状態を伝えることを可能とする。
本実施形態の電池パックの回路図の一例を示す図である 二次電池監視ＩＣのハードウェア構成を示す図である。 保護ＩＣの内部構成の一例を示す図である。 外部端子に、充電器が逆接続された様子を示す図である。 本実施形態における二次電池監視ＩＣから保護ＩＣに出力される信号の一例を示す図である。 保護ＩＣにおいて認識されるコマンドの一覧を示す図である。 二次電池監視ＩＣに通知する保護ＩＣ内の保護検出状態通知コマンドの一例を示す図である。 過放電以外を検出した場合における保護ＩＣから二次電池監視ＩＣへの通信時における動作の一例を示す図である。 過放電を検出した場合における保護ＩＣから二次電池監視ＩＣへの通信時における動作の一例を示す図である。 二次電池監視ＩＣにおいて認識されるコマンドの一覧を示す図である。 本実施形態に係る保護監視回路を備えた電池パック、及び電池パックを搭載した携帯機器の一例を示す図である。
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
＜電池パックの回路図＞
図１は、本実施形態の電池パックの回路図の一例を示す図である。図１に示すように、電池パック１００は、保護監視回路１０１と、電池ユニット１１１とを有するように構成される。保護監視回路１０１と、電池ユニット１１１とは、二次電池接続正極端子１１２及び二次電池負極端子１１３とにより接続されている。
保護監視回路１０１は、二次電池監視ＩＣ１２０と、保護ＩＣ１３０と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、コンデンサＣ１〜Ｃ３と、寄生ダイオードＤ１を有するＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタＭ１１と、寄生ダイオードＤ２を有するＭＯＳトランジスタＭ１２と、正極端子１１４、負極端子１１５、外部端子１１６とを同一の基板上に配設し、保護モジュール又はＣＯＢ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ）として構成される。なお、二次電池監視回路及び保護回路は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で実現され、例えばＩＣパッケージ又はＣＯＢの形態で提供されても良い。
電池パック１００は、正極端子１１４及び負極端子１１５により携帯機器や充電装置等と接続して用いられる。電池パック１００は、二次電池監視ＩＣ１２０によって、二次電池１１０を複数有する電池ユニット１１１の状態を監視し、保護ＩＣ１３０によって過充電、過電流、及び過放電等から電池ユニット１１１を保護する。
＜二次電池監視ＩＣ１２０について＞
次に、図１における二次電池監視ＩＣ１２０について説明する。二次電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の状態を監視し、電池ユニット１１１の状態情報を取得し、例えば電池の残量等を検出する。また、二次電池監視ＩＣ１２０は、例えば携帯機器等から電池ユニット１１１の状態情報の参照要求を受け取ると、参照要求に応じた状態情報を携帯機器へ提供する。なお、二次電池監視ＩＣ１２０は、例えば製品名ＭＭ８００２等が用いられる。
また、二次電池監視ＩＣ１２０は、電源端子であるＶＤＤ１端子と、基準電位端子であるＶＳＳ端子と、電池ユニット１１１の電圧検知端子であるＶＢＡＴ１端子と、抵抗Ｒ３の両端の電圧を検出する一組の電圧検出端子であるＶＲＳＰ端子及びＶＲＳＭ端子と、携帯機器等との通信端子であるＳＩＯ端子と、保護ＩＣ１３０との通信端子であるＰＯＲＴ０端子、ＰＯＲＴ１端子、及びＰＯＲＴ２端子とを有するように構成される。
また、二次電池監視ＩＣ１２０は、電源端子であるＶＤＤ１端子を介して、保護ＩＣ１３０からレギュレート（安定化）された電源電圧が供給される。また、二次電池監視ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の正極に接続された電圧検知端子であるＶＢＡＴ１端子を介して電池ユニット１１１の電圧を検出する。また、電圧検出端子であるＶＲＳＭ端子と、ＶＲＳＰ端子とは、二次電池監視ＩＣ１２０の外部で抵抗Ｒ３の両端の電圧を検出することで、抵抗Ｒ３を流れる電流を検出する。これにより、電池ユニット１１１の充放電電流を検出する。
また、二次電池監視ＩＣ１２０のＳＩＯ端子は、保護ＩＣ１３０を介して、携帯機器等との通信端子として使用される外部端子１１６に接続されている。本実施形態の二次電池監視ＩＣ１２０は、ＳＩＯ端子及び保護ＩＣ１３０を介して携帯機器等との通信を行う。
二次電池監視ＩＣ１２０は、保護ＩＣ１３０と接続された通信端子であるＰＯＲＴ０端子と、ＰＯＲＴ１端子と、ＰＯＲＴ２端子とを介して、保護ＩＣ１３０との通信を行う。
例えば、二次電池監視ＩＣ１２０は、ＰＯＲＴ０端子と、ＰＯＲＴ１端子と、ＰＯＲＴ２端子とを介して、保護ＩＣに、保護ＩＣ１３０の放電制御トランジスタ又は充電制御トランジスタであるＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を強制的にオフ又はオフに対する解除（強制的にオン）を行う制御信号を出力する。
具体的には、二次電池監視ＩＣ１２０は、予め設定した過充電検出電圧値よりも電池ユニット１１１の電池電圧が高くなったと判断した場合には、保護ＩＣ１３０に対して充電制御トランジスタとしてのＭＯＳトランジスタＭ１２を強制的にオフさせる充電制御信号を出力する。また、二次電池監視ＩＣ１２０は、予め設定した過放電検出電圧値よりも電池ユニット１１１の電池電圧が低くなったと判断した場合には、保護ＩＣ１３０に対して放電制御トランジスタとしてのＭＯＳトランジスタＭ１１を強制的にオフさせる放電制御信号を出力する。
更に、二次電池監視ＩＣ１２０は、予め設定した充電過電流検出電流値よりも電池ユニット１１１の充電電流が高くなったと判断した場合には、保護ＩＣ１３０に対して充電制御トランジスタとしてのＭＯＳトランジスタＭ１２を強制的にオフさせる充電制御信号を出力する。更にまた、二次電池監視ＩＣ１２０は、予め設定した放電過電流値よりも電池ユニット１１１の放電電流が低くなったと判断した場合には、保護ＩＣ１３０に対して放電制御トランジスタとしてのＭＯＳトランジスタＭ１１を強制的にオフさせる放電制御信号を出力する。
また、二次電池監視ＩＣ１２０は、保護ＩＣ１３０に対して動作状態を問合わせる動作状態問合わせ信号を出力し、問合わせに応じて保護ＩＣ１３０から保護ＩＣ１３０内の動作状態を通知する動作状態通知信号を受信する。また、二次電池監視ＩＣ１２０は、保護ＩＣ１３０から過充電、過放電、充電過電流、放電過電流が検出された旨を通知する通知信号を受信する。
二次電池監視ＩＣ１２０は、保護ＩＣ１３０から受信した通知信号に基づき、過充電、過放電、充電過電流、放電過電流が検出された旨、又は、保護ＩＣ１３０から受信した動作状態通知信号に基づき、保護ＩＣ１３０の動作状態を示す情報を不揮発性メモリに記録する。
＜保護ＩＣ１３０について＞
次に、図１における保護ＩＣ１３０について説明する。保護ＩＣ１３０は、過充電検出回路、過電流検出回路、及び過放電検出回路等を内蔵して、二次電池ユニット１１１の過充電、過電流、過放電等を検出し、二次電池に対する負荷となる携帯機器等又は二次電池に対して電源を供給する充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御する。これにより、保護ＩＣ１３０は、二次電池の過充電、過電流、過放電等から電池ユニット１１１を保護する。なお、保護ＩＣ１３０は、例えば製品名ＭＭ３２８９等が用いられる。
保護ＩＣ１３０は、電源端子であるＶＤＤ２端子及び基準電位端子であるＶＳＳ端子と、電圧検知端子であるＶＳＥＮＳＥ端子と、レギュレートされた電圧を二次電池監視ＩＣ１２０に出力する端子であるＶＲＥＧＯＵＴ端子とを有するように構成される。
また、保護ＩＣ１３０は、電池パック１００の充放電を遮断するＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２のゲートにそれぞれ接続されるＤＯＵＴ端子とＣＯＵＴ端子と、二次電池監視ＩＣ１２０との通信端子であるＣＣＮＴ端子、ＤＣＮＴ端子、及びＩＮＴ端子とを有するように構成される。
保護ＩＣ１３０は、電池ユニット１１１の正極に接続された電源端子であるＶＤＤ２端子を介して、電源電圧が供給される。基準電位端子であるＶＳＳ端子は、電池ユニット１１１の負極に接続される。
また、保護ＩＣ１３０は、低飽和レギュレータする電圧レギュレータ（ＬＤＯ）１３１を有し、電源端子であるＶＤＤ２端子に供給された電源電圧を、電圧レギュレータ１３１によってレギュレートし、レギュレートされた電源電圧を、ＶＲＥＧＯＵＴ端子を介して、二次電池監視ＩＣ１２０に供給する。なお、本実施形態では、電圧レギュレータ１３１は、保護ＩＣ１３０に一体化されて集積される構成としたが、別体としても良く、これには限定されない。
保護ＩＣ１３０は、電池ユニット１１１の正極へ接続された電圧検知端子であるＶＳＥＮＳＥ端子を介して電池ユニット１１１の電圧を検出する。また、保護ＩＣ１３０は、過放電、及び放電過電流等を検出したとき、ＤＯＵＴ端子の出力をＬｏｗレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断（オフ）する。また、保護ＩＣ１３０は、過充電、及び充電過電流を検出したとき、ＣＯＵＴ端子の出力をＬｏｗレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断（オフ）する。
また、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０と接続された通信端子であるＣＣＮＴ端子、ＤＣＮＴ端子、及びＩＮＴ端子を介して、二次電池監視ＩＣ１２０と通信を行う。
例えば、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０から出力されたＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を強制的にオフ又はその解除をさせる制御信号、及び保護ＩＣ１３０の動作状態を問合わせる動作状態問合わせ信号を受信する。
保護ＩＣ１３０は、これらの制御信号、動作状態問合わせ信号を受信すると、制御信号に基づきＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を制御し、動作状態問合わせ信号に応じて保護ＩＣ１３０内の動作状態を通知する動作状態通知信号を出力する。
具体的には、上述したように、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０から充電制御トランジスタとしてのＭＯＳトランジスタＭ１２をオフさせる充電制御信号を受信した場合には、ＭＯＳトランジスタＭ１２をオフさせる。また、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０から放電制御トランジスタとしてのＭＯＳトランジスタＭ１１をオフさせる放電制御信号を受信した場合には、ＭＯＳトランジスタＭ１１をオフさせる。
また、保護ＩＣ１３０は、過充電、過電流、及び過放電を検出すると、二次電池監視ＩＣ１２０に対して、検出した旨を通知する通知信号を出力する。
上述したように、二次電池監視ＩＣ１２０及び保護ＩＣ１３０は、それぞれ電池ユニット１１１の過充電、過電流、過放電等を検出する。二次電池監視ＩＣ１２０が過充電等を検出した場合には、保護ＩＣ１３０に対してＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を制御する制御信号を出力し、保護ＩＣ１３０は、この制御信号に基づいてＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を制御する。保護ＩＣ１３０が過充電等を検出した場合には、自らＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を制御する。これにより、保護監視回路１０１は、二次電池ＩＣ１２０及び保護ＩＣ１３０によって、電池ユニット１１１を過充電、過電流、及び過放電等から二重に保護することが可能となる。
また、このとき、例えば保護ＩＣ１３０が電池ユニットの過充電、過放電、及び過電流を検出するために設定される各閾値は、例えば二次電池監視ＩＣ１２０が電池ユニットの過充電、過放電、及び過電流を検出するために設定される各閾値とそれぞれ異なるように設定することができる。これにより、保護監視回路１０１は、二次電池監視ＩＣ１２０及び保護ＩＣ１３０の二系統によって二重に過充電等を検出することが可能となる。
例えば、保護ＩＣ１３０の過充電の検出電圧閾値を二次電池監視ＩＣ１２０の過充電の検出電圧閾値よりも高く設定し、二次電池監視ＩＣ１２０の過放電の検出電圧閾値を保護ＩＣ１３０の過放電の検出電圧閾値よりも高く設定した場合には、二次電池監視ＩＣ１２０が過充電及び過放電の一次検出を担い、保護ＩＣ１３０が二次検出を担うこととなる。
この場合には、一次検出を担う電池監視ＩＣ１２０の電圧測定機能によって、電圧測定の高精度化を可能にすると共に、電池監視ＩＣ１２０に内蔵するマイコンに不具合が生じた場合であっても保護ＩＣ１３０による二次検出が可能となる。また、電池監視ＩＣ１２０の不揮発性メモリデータの書き換えのみによって一次検出側の閾値の変更が可能となる。
また、例えば、保護ＩＣ１３０の過充電の検出電圧閾値を二次電池監視ＩＣ１２０の過充電の検出電圧閾値よりも低く設定し、二次電池監視ＩＣ１２０の過放電検出電圧の閾値を保護ＩＣ１３０の過放電検出電圧よりも低く設定した場合には、保護ＩＣ１３０が過充電及び過放電を優先的に検出する一次検出を担い、二次電池監視ＩＣ１２０が二次検出を担うこととなる。
この場合には、保護ＩＣ１３０の方が電池監視ＩＣ１２０よりも集積度が非常に低いため、故障率が低くなり、過充電及び過放電の一次検出を保護ＩＣ１３０によって行うことで信頼性が高くなる。
また、例えば、保護ＩＣ１３０の充電過電流の検出電流閾値を二次電池監視ＩＣ１２０の充電過電流の検出電流閾値よりも高く設定し、二次電池監視ＩＣ１２０の放電過電流の検出電流閾値を保護ＩＣ１３０の放電過電流の検出電流閾値よりも高く設定した場合には、二次電池監視ＩＣ１２０が充電過電流及び放電過電流の一次検出を担い、保護ＩＣ１３０が二次検出を担うこととなる。
この場合には、一次検出を担う電池監視ＩＣ１２０の電流測定機能によって、電流測定の高精度化が可能となり、不揮発性メモリデータの書き換えのみによって閾値の変更が可能となる。
また、例えば保護ＩＣ１３０の充電過電流の検出電流閾値を二次電池監視ＩＣ１２０の充電過電流の検出電流閾値よりも低く設定し、二次電池監視ＩＣ１２０の放電過電流の検出電流閾値を保護ＩＣ１３０の放電過電流の検出電流閾値よりも低く設定した場合には、保護ＩＣ１３０が充電過電流及び放電過電流の一次検出を担い、二次電池監視ＩＣ１２０が二次検出を担うことになる。
この場合には、一次検出を担う保護ＩＣ１３０において過電流検出時の反応速度を数ｍｓオーダに設定することが可能であるため、発熱の危険性をなくすことができる。
上述した点を考慮しながら、二次電池監視ＩＣ１２０と保護ＩＣ１３０の検出電圧閾値及び検出電流閾値をそれぞれ異なった閾値として設定することで、二次電池監視ＩＣ１２０及び保護ＩＣ１３０を用いて優先的に一次検出を行い、補助的に二次検出を行う複数の組み合わせを実現することが可能である。
したがって、例えば、上述した過充電、過放電の一次検出を電池監視ＩＣ１２０によって行い、充電過電流、放電過電流の一次検出を保護１３０によって行うことも可能である。また、後述する電池監視ＩＣ１２０の温度検出機能により、電池ユニット１１１の温度の変化時に電池監視ＩＣ１２０の各検出閾値を変化させて検出させても良い。
＜二次電池監視ＩＣ１２０のハードウェア構成＞
次に、図２を参照して、二次電池監視ＩＣ１２０の詳細を説明する。図２は、二次電池監視ＩＣのハードウェア構成を示す図である。図２において、二次電池監視ＩＣ１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１と、センサ部１２２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２３と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）１２４と、シリアルインタフェース（Ｉ／Ｆ）１２５と、Ｉ／Ｏ ＰＯＲＴ（入出力ポート）１２６とを有するように構成される。
ＣＰＵ１２１は、二次電池監視ＩＣ１２０の各部を制御する。センサ部１２２は、電池ユニット１１１の電圧、電流、及び温度を検出する。ＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１が二次電池監視ＩＣ１２０の各部を制御するために実行するプログラムを格納する。
また、ＣＰＵ１２１は、センサ部１２２によって検出された電池ユニット１１１の電圧、電流及び温度の各パラメータ等の情報に基づいて、過充電、過電流、過放電等のうち少なくとも一つを検出する。
また、ＣＰＵ１２１は、保護ＩＣ１３０に対する制御信号、保護ＩＣ１３０の動作（保護）状態を問合わせるための動作状態問合わせ信号を生成し、生成した信号を、Ｉ／Ｏ ＰＯＲＴ１２６を介して、保護ＩＣ１３０と接続されたＰＯＲＴ０端子、ＰＯＲＴ１端子、及びＰＯＲＴ２端子から保護ＩＣ１３０に出力する。
例えば、保護ＩＣ１３０に対する制御信号として、ＣＰＵ１２１は、電池パック１００の充放電を制御するＭＯＳトランジスタＭ１１、ＭＯＳトランジスタＭ１２を強制的にオン／オフさせる制御信号を生成し出力する。
より具体的には、ＣＰＵ１２１は、過充電、過放電、放電過電流、充電過電流等のうち少なくとも一つを検出した場合、保護ＩＣ１３０に対してＭＯＳトランジスタＭ１１又はＭＯＳトランジスタＭ１２を強制的にオフさせる放電制御信号又は充電制御信号等の制御信号を生成し出力する。
また、ＣＰＵ１２１は、例えば保護ＩＣ１３０から過充電、過電流等を検出した旨の通知信号を受信した後等に、保護ＩＣ１３０の動作（保護）状態をモニタするための動作状態問合わせ信号を生成して出力する。
また、ＣＰＵ１２１は、保護ＩＣ１３０からＰＯＲＴ０端子、ＰＯＲＴ１端子、及びＰＯＲＴ２端子を介して過充電、過放電、放電過電流、充電過電流等のうち少なくとも一つが検出された旨を通知する通知信号、又は、保護ＩＣ１３０の動作状態を通知する通知信号を受信すると、通知信号、又は動作状態通知信号に基づき、後述するＥＥＰＲＯＭ１２４等の不揮発性メモリに保護ＩＣ１３０において過充電、過放電、放電過電流、充電過電流等が検出された旨又は保護ＩＣ１３０の動作状態を示す情報を記録する。
このとき、ＣＰＵ１２１は、保護ＩＣ１３０から受信した通知信号又は動作状態通知信号に基づき、電池ユニット１１１の過充電、過放電、放電過電流、充電過電流等のそれぞれの検出回数を、例えばレジスタ等を用いてインクリメントすることによってカウントし、カウントしたそれぞれの検出回数を例えばＥＥＰＲＯＭ１２４等に記録する。
また、ＣＰＵ１２１は、カウントした検出回数がそれぞれに設定された所定回数を超えた場合に、所定回数を超えたときの検出結果に応じて、保護ＩＣ１３０に対してＭＯＳトランジスタＭ１１、ＭＯＳトランジスタＭ１２を強制的にオフさせる制御信号を生成し出力することができる。
ＥＥＰＲＯＭ１２４は、センサ部１２２によって検出された電池ユニット１１１の電圧、電流及び温度の各パラメータ等の情報を格納する。
また、ＥＥＰＲＯＭ１２４は、Ｉ／Ｏ ＰＯＲＴ１２６から３つの通信端子であるＰＯＲＴ０端子、ＰＯＲＴ１端子、及びＰＯＲＴ２端子を介して受信した保護ＩＣ１３０からの過充電、過放電、放電過電流、充電過電流を検出した旨を示す情報等を格納する。
Ｉ／Ｏ ＰＯＲＴ１２６は、３つの通信端子であるＰＯＲＴ０端子、ＰＯＲＴ１端子、及びＰＯＲＴ２端子を介して、保護ＩＣ１３０と通信するための信号の入出力を行う。
ＣＰＵ１２１と、センサ部１２２と、ＲＯＭ１２３と、ＥＥＰＲＯＭ１２４と、シリアルＩ／Ｆ１２５と、Ｉ／Ｏ ＰＯＲＴ１２６とは、バス１２７によって接続されており、それぞれの間でデータ及びプログラム等をやり取りすることができる。
またセンサ部１２２は、温度センサ回路１２２ａと、電圧センサ回路１２２ｂと、電流センサ回路１２２ｃと、マルチプレクサ１２２ｄと、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１２２ｅとを有するように構成される。
温度センサ回路１２２ａは、電池ユニット１１１の温度を検出する。電圧センサ回路１２２ｂは、電池ユニット１１１へ接続された電圧検知端子ＶＢＡＴ１を介して、電池ユニット１１１の出力電圧を検出する。電流センサ回路１２２ｃは、外部抵抗Ｒ３の両端に接続された電圧検出端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭを介して、抵抗Ｒ３を流れる電流、即ち、電池ユニット１１１の充放電電流を検出する。
温度センサ回路１２２ａ、電圧センサ回路１２２ｂ、及び電流センサ回路１２２ｃの各出力は、マルチプレクサ１２２ｄへ接続されており、マルチプレクサ１２２ｄによって一つの信号として出力される。Ａ／Ｄ変換回路１２２ｅは、マルチプレクサ１２２ｄによって出力された信号をアナログからデジタルに変換する。
＜保護ＩＣ１３０の内部構成の概略例＞
次に、図３を参照して、保護ＩＣ１３０の内部構成の概略例について説明する。図３は、保護ＩＣの内部構成の概略例を示す図である。
図３に示すように、保護ＩＣ１３０は、電圧レギュレータ（ＬＤＯ）１３１と、過充電検出回路１３２と、過放電検出回路１３３と、過電流検出回路１３４と、ショート（短絡）検出回路１３５とを有するように構成されている。
また、保護ＩＣ１３０は、上記の各検出回路からの検出信号に基づいて制御信号としての出力信号を生成する論理回路１３６と、不感応時間設定回路としての遅延回路１３７と、二次電池監視ＩＣ１２０との双方向の通信を制御する通信制御回路１３８とを有するように構成されている。
また、図３における保護ＩＣ１３０は、ＶＳＳ端子１４２と、ＶＤＤ端子１４３と、ＤＯＵＴ端子１４４と、ＣＯＵＴ端子１４５と、Ｖ−（マイナス）入力端子１４６と、ＶＲＥＧＯＵＴ端子１４７と、ＶＳＥＮＳＥ端子１４８と、ＣＣＮＴ端子１４９と、ＤＣＮＴ端子１５０と、ＩＮＴ端子１５１とを有するように構成されている。
電圧レギュレータ１３１は、電源端子であるＶＤＤ端子１４３（図１におけるＶＤＤ２端子）に接続され、保護ＩＣ１３０内に供給された電源電圧をレギュレートする。また、電圧レギュレータ１３１は、ＶＲＥＧＯＵＴ端子１４７に接続され、レギュレートした電源電圧をＶＲＥＧＯＵＴ端子１４７から二次電池監視ＩＣ１２０に出力する。
過充電検出回路１３２は、コンパレータを含み、その非反転入力端子はＶＳＳ端子１４２と、ＶＳＥＮＳＥ端子１４８との間に直列接続された抵抗Ｒ１１とＲ１２との間の接続点に接続され、反転入力端子は基準電圧源Ｖｒｅｆ１の正極側に接続されている。
過放電検出回路１３３においても、過充電検出回路１３２と同様にコンパレータを含み、その非反転入力端子はＶＳＳ端子１４２と、ＶＳＥＮＳＥ端子１４８との間に直列接続された抵抗Ｒ１３とＲ１４との間の接続点に接続され、反転入力端子は基準電圧源Ｖｒｅｆ１の正極側に接続されている。
過電流検出回路１３４においても、上述の過充電検出回路１３２や過放電検出回路１３３と同様にコンパレータを含み、その非反転入力端子は抵抗Ｒ１５を介してＶ−入力端子１４６に接続され、反転入力端子は基準電圧源Ｖｒｅｆ２の正極側に接続されている。なお、基準電圧源Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２の負極側は、ＶＳＳ端子１４２に接続されている。
ショート検出回路１３５は、ヒステリシス機能付きのアンプから成り、抵抗Ｒ１５を介してＶ−入力端子１４６に接続されている。
過充電検出回路１３２は、過充電状態を検出すると過充電検出信号を出力する。過放電検出回路１３３は、過放電状態を検出すると過放電検出信号を出力し、過放電復帰状態を検出すると、過放電復帰信号を出力する。過電流検出回路１３４は、過電流を検出すると過電流検出信号を出力する。
ここで、出力された過充電検出信号、過放電検出信号、過電流検出信号は、それぞれ、過充電状態、過放電状態、過電流状態が続いている間維持され、論理回路１３６に入力される。論理回路１３６は、過充電検出信号、過放電検出信号、過電流検出信号等の入力があると、それぞれの場合に応じた信号を遅延回路１３７及び通信制御回路１３８に出力する。
遅延回路１３７は、論理回路１３６から、例えば過放電検出に対応する信号を受けると、過放電検出に対応して設定された第１段階の不感応時間を経過した時に、第１の過放電指示信号を論理回路１３６に出力する。また、遅延回路１３７は、第２段階の不感応時間を経過した時に、第２の過放電指示信号を論理回路１３６に出力する。
ここで、論理回路１３６は、上述した第１の過放電指示信号を受けると、放電電流を遮断するための放電制御信号をインバータ１４０、抵抗Ｒ１６経由でＤＯＵＴ端子１４４から出力する。また、論理回路１３６は、上述した第２の過放電指示信号を受けると、論理回路１３６は、電圧レギュレータ１３１をシャットダウンさせる電圧レギュレータオフ信号を電圧レギュレータ１３１に対して出力する。
また、遅延回路１３７は、論理回路１３６から過電流検出に対応する信号を受けると、過電流検出に対応して設定された不感応時間を経過した時に過電流指示信号を論理回路１３６に出力する。このとき、論理回路１３６は、過電流指示信号を受けると、放電電流を遮断するための放電制御信号をＤＯＵＴ端子１４４から出力する。
また、論理回路１３６は、ショート検出回路１３５からショート検出信号を受けた場合は、不感応時間無しで放電電流を遮断するための放電制御信号をＤＯＵＴ端子１４４から出力する。
また、論理回路１３６は、過放電検出回路１３３から過放電復帰信号を受けた場合は、不感応時間無しで電圧レギュレータ１３１をオンさせる電圧レギュレータオン信号を電圧レギュレータ１３１に対して出力する。
更に、遅延回路１３７は、論理回路１３６から例えば過充電検出に対応する信号を受けると、過充電検出に対応して設定された不感応時間を経過した時に、過充電指示信号を論理回路１３６に出力する。このとき、論理回路１３６は、過充電指示信号を受けると、充電電流を遮断するための充電制御信号をインバータ１４１、抵抗Ｒ１７経由でＣＯＵＴ端子１４５から出力する。
通信制御回路１３８は、二次電池監視ＩＣ１２０から出力された保護検出状態（動作状態）問合わせ信号（コマンド）をＣＣＮＴ端子１４９、ＤＣＮＴ端子１５０、及びＩＮＴ端子１５１を介して受け取ると、論理回路１３６の状態を取得して、例えば過充電検出、放電過電流検出、充電過電流検出、通常状態等の状態を示す信号を、ＣＣＮＴ端子１４９、ＤＣＮＴ端子１５０及びＩＮＴ端子１５１から出力する。
また、通信制御回路１３８は、同様に、二次電池監視ＩＣ１２０から、ＣＣＮＴ端子１４９、ＤＣＮＴ端子１５０、及びＩＮＴ端子１５１を介してＭＯＳトランジスタＭ１１又はＭＯＳトランジスタＭ１２を強制オフ（遮断）させる信号等を受けると、論理回路１３６にＭＯＳトランジスタＭ１１又はＭＯＳトランジスタＭ１２の強制オフを通知する通知信号等を出力し、論理回路１３６は、ＤＯＵＴ端子１４４、ＣＯＵＴ端子１４５から上述した放電制御信号、充電制御信号等を出力する。
また、通信制御回路１３８は、上述した論理回路１３６から過充電検出、過放電検出、放電過電流検出、充電過電流検出等に応じた信号を受けると、ＣＣＮＴ端子１４９、ＤＣＮＴ端子１５０、及びＩＮＴ端子１５１から、過充電検出、過放電検出、放電過電流検出、充電過電流検出等を通知する通知信号を、二次電池監視ＩＣ１２０に対して出力する。
なお、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０と接続される第１の通信端子としてのＳＩＯＩ端子１５２と、携帯機器等との通信を行う外部端子１１６に接続される第２の通信端子としてのＳＩＯＥ端子１５３と、ＳＩＯＩ端子１５２とＳＩＯＥ端子１５３とを接続する回路とを有する。
レベルシフト回路１３９は、ＳＩＯＩ端子１５２から入力された状態情報を示す通信パルス信号のレベルをシフトしてＳＩＯＥ端子１５３から出力する。なお、ＳＩＯＩ端子１５２は二次電池監視ＩＣ１２０の電源電圧、ＳＩＯＥ端子１５３は携帯機器側の電源電圧によってそれぞれプルアップされ、二次電池監視ＩＣ１２０でのＨｉｇｈレベル、携帯機器側でのＨｉｇｈレベルが異なる場合がある。
レベルシフト回路１３９は、二次電池監視ＩＣ１２０と携帯機器側それぞれのＨｉｇｈレベル電圧の変換を行うことで、上述したようにＨｉｇｈレベルの電圧が異なっていた場合でも双方の通信を可能とする。また、一方の端子の電圧がＬｏｗレベルになると、もう一方の端子にＬｏｗを出力し、双方向ともに同じ動作を行う。この回路により、二次電池監視ＩＣ１２０と携帯機器等との通信信号を通過させる。
なお、二次電池監視ＩＣ１２０は、マイコン内蔵の微細な（静電気に対して弱い）ＩＣ製造プロセスである一方、保護ＩＣ１３０は、高耐圧で静電気に強いＩＣ製造プロセスである。携帯機器等との通信端子は、電池パックの端子として使用されるため、電池パックの安全性の規格値を満足させ、静電気や高電圧に対応する必要がある。
しかしながら、二次電池監視ＩＣ１２０の通信端子であるＳＩＯ端子を携帯機器本体等との情報伝達のためにそのまま利用すると、静電気等の規格を満足させるのが困難である。
したがって、本実施形態では、上述したように、保護ＩＣ１３０において、二次電池監視ＩＣ１２０の通信端子であるＳＩＯ端子と接続するＳＩＯＩ端子１５２と、携帯機器本体との通信出力端子である外部端子１１６と接続するＳＩＯＥ端子１５３と、ＳＩＯＩ端子１５２とＳＩＯＥ端子１５３との間で通信信号を通過させる回路を構成する。
これにより、二次電池監視ＩＣ１２０のＳＩＯ端子は、携帯機器等からの通信信号を保護ＩＣ１３０経由で受信するため、静電気や高電圧に強い通信端子として実現される。
また、本実施形態では、上述した二次電池監視ＩＣ１２０の通信端子の破壊を保護するためにツェナーダイオードやコンデンサや抵抗等の静電保護部品を追加する必要もなくなるため、コストを抑え、基板面積を小さくして小型化を可能とする。また、これにより、認証、二次電池の残量検出等の付加機能を実現するチップ等の搭載を可能とする。
なお、本実施形態において、図１に示す外部端子１１６は、上述したように、二次電池監視ＩＣ１２０が携帯機器等との情報伝達のために用いられる通信端子であり、電池パック１００と携帯機器等との情報の入出力を行うための端子である。
ここで、外部端子１１６とＳＩＯＥ端子１５３との間には、図１に示すように、抵抗Ｒ４が接続される。常時、正極端子１１４と負極端子１１５に対して中間電位が印加される外部端子１１６に、例えば誤って充電装置等が逆接続された場合であっても、抵抗Ｒ４によって電流が制限されるため、保護ＩＣ１３０が破壊されることなく、安全に利用可能となる。
次に、携帯機器等との通信端子として用いられる外部端子１１６に、充電装置等が逆接続された場合について説明する。
図４は、外部端子に、充電器が逆接続された様子を示す図である。図４に示すように、例えば充電器の正極側が外部端子１１６に接続され、充電器の負極側が正極端子１１４に接続された場合、保護ＩＣ１３０の電源方向が逆となる。このような場合、図４に示すように、保護ＩＣ１３０は、構造上、順方向のダイオードとして機能する。したがって、保護ＩＣ１３０には、接続された充電器の最大能力の電流が流れ続けることとなるため、保護監視回路１０１は発熱する危険性が生じてしまう。
しかしながら、本実施形態では、保護ＩＣ１３０のＳＩＯＥ端子１５３と、外部端子１１６との間に例えば１ｋΩから１０ｋΩ程度の抵抗Ｒ４を直列に接続することで、電流を制限し、発熱を生じさせない程度の電流にする。これにより、上述したように充電装置等が逆接続された場合であっても、保護ＩＣ１３０に対する保護を可能とする。
なお、抵抗Ｒ４の抵抗値が高いほど電流制限の効果は大きいが、本来の通信機能に影響を及ぼす可能性がある。したがって、例えば、通信仕様にもよるが、約数ｋΩ程度の抵抗とするのが好ましい。また、例えば１線式の双方向通信仕様の場合には、逆充電保護抵抗として抵抗Ｒ４を付加することにより、１００ｋＨｚを超える高速通信は困難となり、数１０ｋＨｚ（ｂｐｓ）程度の通信仕様となる。
＜二次電池監視ＩＣ１２０から保護ＩＣ１３０への通信プロトコルの例＞
次に、図５及び図６を参照して、二次電池監視ＩＣ１２０から保護ＩＣ１３０への通信プロトコルの例について説明する。図５は、本実施形態における二次電池監視ＩＣから保護ＩＣへの通信時における動作の一例を示す図である。また、図６は、保護ＩＣにおいて認識されるコマンドの一覧を示す図である。
保護ＩＣ１３０は、保護ＩＣ１３０の基本的な動作として、図５に示すＩＮＴ端子立下り時に、ＣＣＮＴ端子と、ＤＣＮＴ端子のレベルで、図６に示すようなコマンドを認識する。また、ＩＮＴ端子立上り時は、ＤＣＮＴ端子とＣＣＮＴ端子の出力状態を無視する。
図５に示す例では、ＣＣＮＴ（ＰＯＲＴ０）端子が「０」に設定され、ＤＣＮＴ（ＰＯＲＴ１）端子が「０」に設定された後、ＩＮＴ（ＰＯＲＴ２）端子がプルダウンされている。保護ＩＣ１３０は、ＩＮＴ端子の立下りで、ＣＣＮＴ端子とＤＣＮＴ端子とをラッチする。
図５に示す例は、図６のコマンド一覧に示すように、ＤＣＮＴ＝０及びＣＣＮＴ＝０の場合であり、二次電池監視ＩＣ１２０は、保護ＩＣ１３０に対して、強制的にＦＥＴの制御を解除するための強制ＦＥＴ制御解除コマンドを保護ＩＣ１３０に通知する。
また、図６によれば、二次電池監視ＩＣ１２０は、ＤＣＮＴ＝０及びＣＣＮＴ＝１の場合に、ＤＯＵＴ端子を強制的にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルにするコマンドを保護ＩＣ１３０に通知し、ＤＣＮＴ＝１及びＣＣＮＴ＝０の場合に、ＣＯＵＴ端子を強制的にＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルにするコマンドを保護ＩＣ１３０に通知する。
また、二次電池監視ＩＣ１２０は、ＤＣＮＴ＝１及びＣＣＮＴ＝１の場合には、保護ＩＣ１３０に対して、保護ＩＣ１３０の動作状態である保護検出状態を問合わせるためのコマンドを通知する。
上述のコマンドが通知された場合において、保護ＩＣ１３０は、ＤＯＵＴ／ＣＯＵＴ端子の強制制御の場合には、ＤＯＵＴ端子とＣＯＵＴ端子に対して上書き制御（内部論理的にはＯＲ論理）を行う。また、保護ＩＣ１３０は、コマンドが保護検出状態の問合わせの場合には、次の図７に示す保護検出状態を二次電池監視ＩＣ１２０に通知する。
上述のように、二次電池監視ＩＣ１２０は、保護ＩＣ１３０に対して保護ＩＣ１３０の放電制御ＦＥＴ、充電制御ＦＥＴであるＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を強制的にオフさせる機能とその解除を行う機能とを実現する。また、二次電池監視ＩＣ１２０から保護ＩＣ１３０の内部の保護検出状態を問合わせる機能を実現する。
＜保護ＩＣ１３０が、二次電池監視ＩＣ１２０から保護検出状態の問合わせコマンドを受け取った場合の二次電池監視ＩＣ１２０に対する保護検出状態の通知例＞
ここで、図７を参照して、保護ＩＣ１３０が、二次電池監視ＩＣ１２０から保護検出状態問合わせコマンドを受け取った場合に、保護ＩＣ１３０が二次電池監視ＩＣに対して保護ＩＣ１３０内の保護検出状態（動作状態）を通知する通知例について説明する。図７は、二次電池監視ＩＣに通知する保護ＩＣ内の保護検出状態通知コマンドの一例を示す図である。
本実施形態では、保護ＩＣ１３０は、通信制御回路１３８において保護検出状態問合わせコマンドを受け取った場合に、論理回路１３６の状態を取得して、例えば過充電検出、放電過電流検出、充電過電流検出、通常状態等の状態を示す信号を、ＣＣＮＴ端子１４９、ＤＣＮＴ端子１５０等を以下のように設定し、図７に示すステータス情報として通知する。
例えば、図７によれば、保護ＩＣ１３０は、ＤＣＮＴ＝０及びＣＣＮＴ＝０の場合に、異常なし（通常状態）のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知し、ＤＣＮＴ＝０及びＣＣＮＴ＝１の場合に、放電過電流検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知する。
また、保護ＩＣ１３０は、ＤＣＮＴ＝１及びＣＣＮＴ＝０の場合に、充電過電流検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知し、ＤＣＮＴ＝１及びＣＣＮＴ＝１の場合に、過充電検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知する。
上述のように、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０の保護検出状態問合わせに対して、保護ＩＣ１３０内の保護検出状態を通知する機能を実現する。
＜保護ＩＣ１３０から二次電池監視ＩＣ１２０に対する通信プロトコルの例＞
次に、図８、図９、及び図１０を参照して、保護ＩＣ１３０から二次電池監視ＩＣ１２０に対する通信プロトコルの例について説明する。本実施形態では、保護ＩＣ１３０は、通信制御回路１３８により、論理回路１３６から過充電検出、過放電検出、放電過電流検出、及び充電過電流検出等に応じた信号を受けると、以下のように、ＣＣＮＴ端子１４９、ＤＣＮＴ端子１５０、及びＩＮＴ端子１５１を設定して、過充電検出、過放電検出、放電過電流検出、及び充電過電流検出等を通知する通知信号を、二次電池監視ＩＣ１２０に対して出力する。
図８は、保護ＩＣにおいて過放電以外を検出した場合（ＣＣＮＴ（ＰＯＲＴ０）、ＤＣＮＴ（ＰＯＲＴ１）の論理は充電過電流検出状態を示す）における保護ＩＣから二次電池監視ＩＣへの通信時における動作の一例を示す図である。また、図９は、保護ＩＣにおいて過放電を検出した場合における保護ＩＣから二次電池監視ＩＣへの通信時における動作の一例を示す図である。また、図１０は、二次電池監視ＩＣにおいて認識されるコマンドの一覧を示す図である。
保護ＩＣ１３０は、過放電を検出した場合と、過放電以外を検出した場合とで異なる動作を行う。具体的には、過放電以外の過充電、放電過電流、充電過電流を検出した場合には、ＣＣＮＴ端子とＤＣＮＴ端子とを図１０に示す一覧表にしたがって設定した後に、ＩＮＴ端子にパルスを出力する。
即ち、図８に示すように、保護ＩＣ１３０において過放電以外の例えば充電過電流を検出した場合には、ＣＣＮＴ（ＰＯＲＴ０）端子をＬｏｗレベル（０）に設定し、ＤＣＮＴ（ＰＯＲＴ１）端子をＨｉｇｈレベル（１）に設定し、その後、ＩＮＴ（ＰＯＲＴ２）端子に、一定期間、Ｌｏｗレベルのパルスを出力する。次に、ＣＣＮＴ（ＰＯＲＴ０）端子を開放（Ｈｉｇｈレベル）する。
ここで、二次電池監視ＩＣ１２０は、ＩＮＴ端子の立下りを割り込みトリガとしてＣＣＮＴ端子とＤＣＮＴ端子をラッチする。また、ＩＮＴ端子のパルス幅は、例えば３８．４ｋＨｚで確実にラッチできるように、ＭＩＮ＝１００ｕｓとする。
過放電を検出した場合には、図９に示すように、保護ＩＣ１３０において、ＣＣＮＴ（ＰＯＲＴ０）端子をＬｏｗレベルに設定し、ＤＣＮＴ（ＰＯＲＴ１）端子をＬｏｗレベルに設定し、ＩＮＴ（ＰＯＲＴ２）端子をプルダウンする（Ｌｏｗレベルに設定して保持する。）。
図１０に示すように、保護ＩＣ１３０は、ＤＣＮＴ＝０及びＣＣＮＴ＝０の場合に、過放電検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知し、ＤＣＮＴ＝０及びＣＣＮＴ＝１の場合に、放電過電流検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知する。
また、保護ＩＣ１３０は、ＤＣＮＴ＝１及びＣＣＮＴ＝０の場合に、充電過電流検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知し、ＤＣＮＴ＝１及びＣＣＮＴ＝１の場合に、過充電検出のコマンドを二次電池監視ＩＣ１２０に通知する。
なお、保護ＩＣ１３０は、過放電を検出してＤＯＵＴ端子をＬｏｗレベルとした後も、ＩＮＴ（ＰＯＲＴ２）端子をＬｏｗレベルに維持し、二次電池監視ＩＣ１２０への電圧を供給する電圧レギュレータ１３１をオフした後、ＨｉＺ（ハイインピーダンス状態）とする。電圧レギュレータ１３１はオフされるため、見かけ上Ｌｏｗが出力され続ける。
上述のように、保護ＩＣ１３０は、二次電池監視ＩＣ１２０に対して、割り込みを発生させて、過充電、過放電、充電過電流、放電過電流を検出したことを通知し、保護ＩＣ１３０において保護機能が働いたことを二次電池監視ＩＣ１２０に対して伝える機能を実現する。
このように、二次電池監視ＩＣ１２０と、保護ＩＣ１３０とは、３線の双方向通信インタフェースを用いることにより、上記した機能を実現する。３線の内１本は、通信すべき状態となったときに、相手側に割り込みをかける割り込み信号線であり、残りの２本で、通信したい内容を示している。
二次電池監視ＩＣ１２０と、保護ＩＣ１３０とにおける上述した機能を実行するため、３本の通信線を用いているが、上述した機能を更に拡張する場合には、例えば通信線を４本以上にする等、必要に応じて線数を増加することにより対応できる。
なお、一般的に利用されているような、１本線又は２本線のインタフェースでは、信号パターンの解析や、タイミング制御が必要となり、送受信回路の規模が複雑となるため、保護ＩＣ１３０に搭載するには適しない。また、保護ＩＣ１３０には、高耐圧や、高静電気耐量が求められるため、微細な製造プロセスを適用できない。したがって、大規模回路を必要とする通信仕様には適さないため、非常に小規模の回路構成で実現できる通信インタフェースが求められるが、二次電池監視ＩＣ１２０と、保護ＩＣ１３０は、３線の双方向通信インタフェースを用いて、非常に小規模の回路構成により上述した機能を実現する。
＜保護監視回路を備えた電池パック、及び該電池パックを搭載した携帯機器の例＞
次に、図１１を参照して、本実施形態に係る保護監視回路１０１を備えた電池パック１００、及び該電池パック１００を搭載した携帯機器１６０について説明する。図１１は、本実施形態に係る保護監視回路を備えた電池パック、及び該電池パックを搭載した携帯機器の一例を示す図である。
図１１に示すように、本実施形態に係る保護監視回路１０１は、電池パック１００内に備えられる。また、保護監視回路１０１を備えた電池パック１００は、例えば携帯機器１６０等に搭載されて用いられる。
上述のように、本発明によれば、二次電池監視回路から保護回路に対して保護回路の保護機能を強制的に動作させることを可能とする。これにより、電池パックにおける過充電、過電流、過放電等に対する保護機能を二重化して安全性を高めることが可能となる。例えば、二次電池監視回路による電圧監視により、検出電圧の高精度化を図ることが可能となる。
また、本発明によれば、二次電池監視回路から保護回路に対して任意のタイミングで、現在の保護動作状態を問合わせることを可能する。これにより、二次電池監視回路において保護回路における保護動作がいつまで継続していたかモニタすることが可能となる。
また、本発明によれば、保護回路において保護動作が行なわれた場合に、二次電池監視回路に対して、割り込みを発生させて、保護回路が動作したことを通知することが可能となるため、二次電池監視回路において保護動作の履歴の記録が正確なものとなる。これにより、二次電池監視回路において保護回路の保護動作の履歴を確実に検出することが可能となり、電池パックの保護動作の履歴等を残すことができる。
また、この保護動作の履歴に基づいて、携帯機器本体でこの電池パックの使用を停止したり、電池パックへの充電を禁止したり、電池パックの交換を促すことが可能となる。したがって、万が一、電池パックが膨らむ、発熱等の異常が発生した場合には、販売店で電池パックの保護動作の履歴を読み出すことで、正常に使用された状態での異常なのか、あるいはユーザの間違った使用による異常なのかを判断することができる。つまり、異常状態となった電池パックの解析時にも有効な情報として利用することが可能となる。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
１００ 電池パック
１０１ 保護監視回路
１１１ 電池ユニット
１１２ 二次電池接続正極端子
１１３ 二次電池負極端子
１１４ 正極端子
１１５ 負極端子
１１６ 外部端子
１２０ 二次電池監視ＩＣ
１２１ ＣＰＵ
１２２ａ 温度センサ回路
１２２ｂ 電圧センサ回路
１２２ｃ 電流センサ回路
１２２ｄ マルチプレクサ
１２２ｅ アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路
１２３ ＲＯＭ
１２４ ＥＥＰＲＯＭ
１２５ シリアルＩ／Ｆ
１２６ Ｉ／Ｏ ＰＯＲＴ
１２７ バス
１３０ 保護ＩＣ
１３１ 電圧レギュレータ（ＬＤＯ）
１３２ 過充電検出回路
１３３ 過放電検出回路
１３４ 過電流検出回路
１３５ ショート（短絡）検出回路
１３６ 論理回路
１３７ 遅延回路
１３８ 通信制御回路
１３９ レベルシフト回路
１４０，１４１，１５４，１５５ インバータ
１４２ ＶＳＳ端子
１４３ ＶＤＤ端子
１４４ ＤＯＵＴ端子
１４５ ＣＯＵＴ端子
１４６ Ｖ−（マイナス）入力端子
１４７ ＶＲＥＧＯＵＴ端子
１４８ ＶＳＥＮＳＥ端子
１４９ ＣＣＮＴ端子
１５０ ＤＣＮＴ端子
１５１ ＩＮＴ端子
１５２ ＳＩＯＩ端子
１５３ ＳＩＯＥ端子
１６０ 携帯機器

Claims (16)

  1. 充放電可能な二次電池の状態を検出する二次電池監視回路と、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出して、前記二次電池と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御して前記二次電池を保護する保護回路とを備える保護監視回路であって、
    前記二次電池監視回路は、前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオン／オフさせる制御信号を出力し、
    前記保護回路は、前記制御信号を受信すると、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタをオン／オフ制御することを特徴とする保護監視回路。
  2. 前記二次電池監視回路は、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出し、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つが検出された場合に、前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力し、
    前記保護回路は、前記オフさせる制御信号に応じて、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオフ制御することを特徴とする請求項１に記載の保護監視回路。
  3. 前記保護回路が前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流を検出するために設定される各閾値は、前記二次電池監視回路が前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流を検出するために設定される各閾値とそれぞれ異なることを特徴とする請求項２に記載の保護監視回路。
  4. 前記二次電池監視回路は、前記保護回路に対して動作状態を問合わせる動作状態問合わせ信号を出力し、
    前記保護回路は、前記問合わせ信号を受信すると、前記二次電池監視回路に対して前記保護回路の動作状態を通知する動作状態通知信号を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の保護監視回路。
  5. 前記保護回路は、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出すると、前記二次電池監視回路に対して検出した旨を通知する通知信号を出力し、
    前記二次電池監視回路は、不揮発性メモリを有し、前記通知信号又は前記動作状態通知信号を受信すると、前記検出した旨を示す情報又は前記動作状態を示す情報を前記不揮発性メモリに記録することを特徴とする請求項４に記載の保護監視回路。
  6. 前記二次電池監視回路は、前記通知信号又は前記動作状態通知信号に基づき、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流それぞれの検出回数をカウントして、カウントしたそれぞれの検出回数を前記不揮発性メモリに記録することを特徴とする請求項５に記載の保護監視回路。
  7. 前記二次電池監視回路は、前記検出回数がそれぞれに設定された所定回数を超えた場合に、前記所定回数を超えたときの検出結果に応じて、前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の保護監視回路。
  8. 前記保護回路は、前記二次電池監視回路と接続される第１の通信端子と、前記負荷との通信端子に接続される第２の通信端子と、前記第１の通信端子と前記第２の通信端子とを接続する回路とを有し、
    前記回路は、前記二次電池監視回路と前記負荷との間の通信信号を通過させることを特徴とする請求項1乃至８のいずれか一項に記載の保護監視回路。
  9. 前記負荷との通信端子と前記第２の通信端子との間に接続される抵抗を備えることを特徴とする請求項８に記載の保護監視回路。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の保護監視回路を備えることを特徴とする電池パック。
  11. 充放電可能な二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出して、前記二次電池と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御して前記二次電池を保護する保護回路と接続されている前記二次電池の状態を検出する二次電池監視回路において、
    前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオン／オフさせる制御信号を出力することを特徴とする二次電池監視回路。
  12. 前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出した場合に、前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項１１に記載の二次電池監視回路。
  13. 不揮発性メモリを有し、
    前記保護回路から、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のいずれか一つを検出した旨を通知する通知信号又は前記保護回路の動作状態を通知する動作状態通知信号を受信すると、前記検出した旨又は前記動作状態を示す情報を前記不揮発性メモリに記録することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の二次電池監視回路。
  14. 前記通知信号又は前記動作状態通知信号に基づき、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流それぞれの検出回数をカウントして、カウントしたそれぞれの検出回路を前記不揮発性メモリに記録し、前記回数がそれぞれに設定された所定回数を超えた場合に、前記所定回数を超えたときの検出結果に応じて、前記保護回路に対して前記充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタを強制的にオフさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項１３に記載の二次電池監視回路。
  15. 充放電可能な二次電池の状態を検出し、当該保護回路による制御状態を記憶する不揮発性メモリを有する二次電池監視回路と接続され、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のうち少なくとも一つを検出して、前記二次電池と負荷又は充電装置との間に設けられた充電制御トランジスタ又は放電制御トランジスタをオン／オフ制御して前記二次電池を保護する保護回路において、
    前記二次電池監視回路から出力された前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタを強制的にオン／オフさせる制御信号を受信すると、前記充電制御トランジスタ又は前記放電制御トランジスタをオン／オフ制御することを特徴とする保護回路。
  16. 前記二次電池監視回路に対して、前記二次電池の過充電、過放電、及び過電流のいずれか一つを検出した旨を通知する通知信号を出力することを特徴とする請求項１５に記載の保護回路。
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