JP3343853B2 - Battery level measurement device - Google Patents
Battery level measurement deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、Ni-MH電池やL
iイオン電池のような充電可能な2次電池の電池残量を
高精度に計測する上で必要な電流計測回路を備え、上記
2次電池と共にパッケージ化するに好適な電池残量測定
装置に関する。[0001] The present invention relates to a Ni-MH battery and an L-type battery.
The present invention relates to a battery remaining amount measuring device including a current measuring circuit necessary for measuring the remaining amount of a rechargeable secondary battery such as an i-ion battery with high accuracy, and suitable for packaging together with the secondary battery.
【0002】[0002]
【関連する背景技術】近時、Ni-MH電池やLiイオン
電池のような充電可能な2次電池の普及が目覚ましく、
パーソナルコンピュータを始めとする各種電子機器の電
源として幅広く用いられている。また最近では、上記2
次電池に対する各種保護回路や、その電池残量を計測す
る電池残量計測装置等を一体に組み込んでパッケージ化
した、所謂電池パックの開発も種々試みられている。[Related Background Art] Recently, rechargeable secondary batteries such as Ni-MH batteries and Li-ion batteries have been remarkably popularized.
It is widely used as a power source for various electronic devices such as personal computers. Recently, the above 2
Various attempts have been made to develop a so-called battery pack in which various protection circuits for the next battery, a battery remaining amount measuring device for measuring the remaining battery amount, and the like are integrated and packaged.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで電池残量計測
装置(Fuel Gauge)は、一般的には2次電池に直列に介
挿した充放電電流検出用の抵抗(シャント抵抗)の両端
間に発生する電圧からその充放電電流を求める電流計測
回路を備え、この電流計測回路にて検出された充放電電
流をマイクロプロセッサにおいて積算することで、その
電池残量を求める如く構成される。この際、上記電流計
測回路においては、2次電池の充放電電流を如何にして
高精度に検出するかが大きな問題となる。しかも電流計
測回路等を含む電池残量計測装置は上記2次電池から電
源供給を受けて作動することになるので、その消費電力
が極力少ないことが要求される。In general, a battery remaining amount measuring device (Fuel Gauge) is generated between both ends of a charge / discharge current detection resistor (shunt resistor) inserted in series with a secondary battery. A current measuring circuit for calculating the charge / discharge current from the voltage to be applied is provided, and the charge / discharge current detected by the current measuring circuit is integrated by a microprocessor to determine the remaining battery level. At this time, in the current measuring circuit, how to detect the charge / discharge current of the secondary battery with high accuracy is a major problem. In addition, since the battery remaining amount measuring device including the current measuring circuit and the like operates by receiving power supply from the secondary battery, it is required that the power consumption thereof is as small as possible.
【0004】しかしながら従来の電流計測回路は、専
ら、ディスクリート回路部品を用いて構築されているに
過ぎず、その消費電力も比較的大きい。しかも電流計測
回路における電流計測精度を高めようとすると、その回
路構成が複雑化することが否めない。この為、電流計測
回路を含む電池残量計測装置を、2次電池に一体に組み
込んで電池パックを構成することが非常に困難であっ
た。[0004] However, the conventional current measurement circuit is constructed exclusively using discrete circuit components, and its power consumption is relatively large. Moreover, in order to improve the accuracy of current measurement in the current measurement circuit, it is unavoidable that the circuit configuration becomes complicated. For this reason, it was very difficult to form a battery pack by integrating a battery remaining amount measuring device including a current measuring circuit into a secondary battery.
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、2次電池の充放電電流を高精度
に計測可能で、消費電力の少ない電流計測回路を備え、
上記2次電池と共にパッケージ化するに好適な電池残量
測定装置を提供することにある。特に本発明は、高入力
インピーダンスで、消費電力が少なく、しかもその計測
精度を十分に高め得る電流計測回路を備え、ASIC化
するに好適な電池残量測定装置を提供することにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a current measuring circuit which can measure the charging / discharging current of a secondary battery with high accuracy and consumes less power.
It is an object of the present invention to provide a battery remaining amount measuring device suitable for packaging together with the secondary battery. In particular, it is an object of the present invention to provide a battery remaining amount measuring apparatus which has a high input impedance, consumes little power, and has a current measuring circuit capable of sufficiently increasing the measurement accuracy, and is suitable for ASIC.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る電池残量測定装置は、充電可能な2次
電池の充放電電流を計測する電流計測回路を備えて集積
回路化されるものであって、前記電流計測回路を、前記
2次電池の充放電路に直列に介挿された充放電電流検出
用の抵抗の両端間電圧を検出する差動増幅回路と、この
差動増幅回路と共に集積されて所定の基準電圧を発生す
るオフセット電源と、このオフセット電源が発生する所
定の基準電圧を抵抗分圧して複数の互いに異なるオフセ
ット電圧を生成する抵抗群と、この抵抗群により生成さ
れたオフセット電圧を前記差動増幅器に選択的に加えて
該差動増幅器にオフセットを与えるオフセット回路と、
オフセットが与えられた前記差動増幅回路の出力に応じ
て該差動増幅回路の利得を可変する利得設定手段とを備
えて構成したことを特徴としている。Means for Solving the Problems A battery remaining capacity measuring apparatus according to the present invention in order to achieve the above object, integrated a current measuring circuit for measuring charging and discharging currents of the rechargeable secondary battery
It is those that are circuitized, a differential amplifier circuit for detecting the current measuring circuit, the voltage across the resistor for charging and discharging current detection interposed in series in the charge and discharge path of the secondary battery, Integrated with this differential amplifier circuit to generate a predetermined reference voltage
Offset power supply and where this offset power supply
A fixed reference voltage is divided by a resistor to generate a plurality of different offsets.
And a resistor group that generates the reset voltage.
The offset voltage selectively applied to the differential amplifier.
An offset circuit for giving an offset to the differential amplifier ;
Gain setting means for varying the gain of the differential amplifier circuit in accordance with the output of the differential amplifier circuit to which the offset has been given.
【0007】即ち、本発明は、充放電電流検出用の抵抗
の両端間電圧を検出する差動増幅回路にオフセットを付
与するオフセット回路と、差動増幅回路の利得を調整す
る利得設定手段とを備え、オフセットの付与と利得の調
整とにより該差動増幅回路における絶対測定精度の向上
を図るようにしたことを特徴としている。特に本発明の
好ましい態様として、請求項2に記載するように、前記
差動増幅回路を、単一極性の電源によって駆動される差
動増幅器を用いて構成し、その入力段に該差動増幅器の
出力に応じて、前記両端間電圧の入力極性を切り換える
極性反転スイッチ回路を設けることで、2次電池の放
電、或いは充電に拘わらず、簡易にして高精度にその充
放電電流を計測するようにし、またその消費電力を低減
したことを特徴としている。That is, the present invention provides an offset circuit for providing an offset to a differential amplifier circuit for detecting a voltage between both ends of a resistor for detecting a charge / discharge current, and a gain setting means for adjusting a gain of the differential amplifier circuit. It is characterized in that the absolute measurement accuracy in the differential amplifier circuit is improved by giving an offset and adjusting the gain. In a particularly preferred aspect of the present invention, the differential amplifier circuit is configured by using a differential amplifier driven by a single-polarity power supply, and the differential amplifier is provided at an input stage thereof. By providing a polarity inversion switch circuit for switching the input polarity of the voltage between both ends in accordance with the output of the secondary battery, the charge / discharge current of the secondary battery can be measured simply and with high accuracy irrespective of discharging or charging. And the power consumption is reduced.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る電池残量測定装置について、2次電池と
共にパッケージ化する場合を例に説明する。図1は2次
電池と共に電池残量測定装置をパッケージ化して構築さ
れる電池パックの概略構成を示しており、1はNi-MH
電池やLiイオン電池からなる2次電池である。この2
次電池1は、単一の電池セルからなる場合もあるが、一
般的には複数の電池セルを直列接続、更には並列接続し
た組電池をなす。このように組電池をなす2次電池1に
は、その充放電電流を検出する為のシャント抵抗2が直
列に介挿され、更にその出力はFET等からなる半導体
スイッチ3を介して取り出されるようになっている。
尚、2次電池1の近傍には、該2次電池1の温度を検出
するための、サーミスタ等の温度センサ4が組み込まれ
る。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a battery level measuring device according to an embodiment of the present invention; FIG. 1 shows a schematic configuration of a battery pack constructed by packaging a battery remaining amount measuring device together with a secondary battery, and 1 is a Ni-MH.
The secondary battery is a battery or a Li-ion battery. This 2
The secondary battery 1 may be composed of a single battery cell, but is generally an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series and further connected in parallel. As described above, the shunt resistor 2 for detecting the charging / discharging current is inserted in series in the secondary battery 1 forming the assembled battery, and the output thereof is taken out through the semiconductor switch 3 composed of an FET or the like. It has become.
In the vicinity of the secondary battery 1, a temperature sensor 4 such as a thermistor for detecting the temperature of the secondary battery 1 is incorporated.
【0009】一方、上記2次電池1の電池残量を計測す
ると共に、その充放電を制御する電池残量測定装置は、
マイクロプロセッサ5と専用回路化されたASIC6と
からなる。このASIC6の詳細については後述する
が、基本的には前記2次電池1の充放電電流を計測する
電流計測回路10、2次電池1の過電流を検出して前記
半導体スイッチ3を遮断する等の保護回路を機能させる
過電流保護回路20、前記2次電池1をなす複数の電池
セルの各端子電圧を計測する電圧計測回路30,前記半
導体スイッチ3を駆動するスイッチドライバ(ドライブ
回路)40、更に省電力化の為のパワースイッチ回路5
0等を備えて構成される。またマイクロプロセッサ5と
しては、簡単なA/D変換器5aを内蔵したものが用い
られる。On the other hand, a battery remaining amount measuring device that measures the remaining battery amount of the secondary battery 1 and controls charging and discharging thereof is
It comprises a microprocessor 5 and an ASIC 6 which is a dedicated circuit. Although the details of the ASIC 6 will be described later, basically, a current measuring circuit 10 for measuring the charging / discharging current of the secondary battery 1, the overcurrent of the secondary battery 1 is detected, and the semiconductor switch 3 is cut off. An overcurrent protection circuit 20 that functions as a protection circuit, a voltage measurement circuit 30 that measures each terminal voltage of a plurality of battery cells forming the secondary battery 1, a switch driver (drive circuit) 40 that drives the semiconductor switch 3, Power switch circuit 5 for further power saving
0 and the like. As the microprocessor 5, a microprocessor having a simple A / D converter 5a is used.
【0010】尚、この電池パックには、上記マイクロプ
ロセッサ5とASIC6とからなる電池残量測定装置に
加えて、付加的機能として2次電池1に対する過電圧保
護回路7も一体に組み込まれる。この過電圧保護回路7
については、前記ASIC6と一体に集積化しても良い
ものであるが、ここではその動作電圧等を考慮して電流
計測回路10や過電流保護回路20等からなるASIC
6とは別の回路ユニットとして構成されている。更には
この電池パックには、2次電池1の出力を受けてマイク
ロプロセッサ5やASIC6等を駆動する定電圧源(図
示せず)等が組み込まれる。The battery pack incorporates an overvoltage protection circuit 7 for the secondary battery 1 as an additional function in addition to the remaining battery level measuring device including the microprocessor 5 and the ASIC 6. This overvoltage protection circuit 7
May be integrated with the ASIC 6, but in this case, the ASIC including the current measuring circuit 10, the overcurrent protection circuit 20, etc.
6 is configured as a separate circuit unit. Further, a constant voltage source (not shown) for driving the microprocessor 5 and the ASIC 6 upon receiving the output of the secondary battery 1 is incorporated in the battery pack.
【0011】しかしてマイクロプロセッサ5は、温度セ
ンサ4によって検出される2次電池1の温度を、内蔵し
たA/D変換器5aを介して直接入力している。このよ
うにしてマイクロプロセッサ5に取り込まれる温度情報
は、2次電池1の充放電電流に基づいて電池残量を計測
の際の補正データとして用いられる。即ち、2次電池1
の容量特性は該2次電池1の温度に依存することから、
2次電池1の充放電電流を積算して電池残量を求める
際、上記温度情報に基づいてその演算補正が行われる。The microprocessor 5 directly inputs the temperature of the secondary battery 1 detected by the temperature sensor 4 via the built-in A / D converter 5a. The temperature information thus taken into the microprocessor 5 is used as correction data when measuring the remaining battery level based on the charging / discharging current of the secondary battery 1. That is, the secondary battery 1
Is dependent on the temperature of the secondary battery 1,
When the charge / discharge current of the secondary battery 1 is integrated to determine the remaining battery level, the calculation and correction are performed based on the temperature information.
【0012】さて前記ASIC6は、全体的には図2に
示すように構成される。即ち、ASIC6は前述した電
流計測回路10、過電流保護回路20、電圧計測回路3
0,スイッチドライバ(ドライブ回路)40、パワース
イッチ回路50に加えて、マイクロプロセッサ5から与
えられる制御データを電流計測回路10やパワースイッ
チ回路50、および電圧計測回路30に分配する論理デ
ータ分配回路60や、2つの電圧検出回路70,80を
備えて構成される。The ASIC 6 is generally constructed as shown in FIG. That is, the ASIC 6 includes the current measurement circuit 10, the overcurrent protection circuit 20, and the voltage measurement circuit 3 described above.
0, a switch driver (drive circuit) 40, and a power switch circuit 50, and a logical data distribution circuit 60 that distributes control data provided from the microprocessor 5 to the current measurement circuit 10, the power switch circuit 50, and the voltage measurement circuit 30. And two voltage detection circuits 70 and 80.
【0013】ちなみに前記電流計測回路10は、2次電
池1の充放電電流に応じて前記シャント抵抗2の両端間
に発生する電圧からその充放電電流を計測し、その計測
出力(アナログ値)を前記A/D変換器5aを介してマ
イクロプロセッサ5に与える役割を担う。また過電流保
護回路20は、前記シャント抵抗2の両端間に発生する
電圧から過電流を検出したとき、その検出出力(デジタ
ル値)をマイクロプロセッサ5に与える役割を担う。更
に電圧計測回路30は2次電池1の端子電圧、または各
電池セルの電圧を計測し、その計測出力(アナログ値)
を前記A/D変換器5aを介してマイクロプロセッサ5
に与える役割を担う。同様に2つの電圧検出回路70,
80は、保護回路等の周辺回路の電圧を検出し、その検
出出力(デジタル値)を前記マイクロプロセッサ5に与
える役割を担う。Incidentally, the current measuring circuit 10 measures the charging / discharging current from the voltage generated between both ends of the shunt resistor 2 according to the charging / discharging current of the secondary battery 1, and outputs the measured output (analog value). It has a role to give to the microprocessor 5 through the A / D converter 5a. The overcurrent protection circuit 20 has a function of giving an output (digital value) of the detection to the microprocessor 5 when an overcurrent is detected from a voltage generated between both ends of the shunt resistor 2. Further, the voltage measuring circuit 30 measures the terminal voltage of the secondary battery 1 or the voltage of each battery cell, and outputs the measured output (analog value).
To the microprocessor 5 via the A / D converter 5a.
Take the role of giving to. Similarly, two voltage detection circuits 70,
Reference numeral 80 plays a role of detecting voltages of peripheral circuits such as a protection circuit and giving a detection output (digital value) to the microprocessor 5.
【0014】これに対してスイッチドライバ(ドライブ
回路)40は、マイクロプロセッサ5の制御の下で動作
し、2次電池1の出力側に設けられた半導体スイッチ3
等の作動を制御する役割を担う。このドライブ回路40
による半導体スイッチ3の動作制御により、2次電池1
に対する充電と放電とがそれぞれ制御される。このドラ
イブ回路40は、pチャネル形FET,nチャネル形F
ET等によって実現される種々構成の半導体スイッチ3
に対応可能なように構成される。On the other hand, the switch driver (drive circuit) 40 operates under the control of the microprocessor 5 and operates on the semiconductor switch 3 provided on the output side of the secondary battery 1.
It plays the role of controlling the operation of such as. This drive circuit 40
Control of the semiconductor switch 3 by the secondary battery 1
Is controlled respectively. The drive circuit 40 includes a p-channel FET and an n-channel F
Semiconductor switches 3 of various configurations realized by ET etc.
It is constituted so that it can respond to.
【0015】ここで本発明の特徴的なASIC6に組み
込まれる電流計測回路10について詳しく説明すると、
この電流計測回路10は、例えば図3に示すように構成
される。この電流計測回路10は、単一極性の電源(片
電源)によって駆動される高入力インピーダンスの3つ
の演算増幅器11,12,13を備えている。第1の演算
増幅器11は、利得[2]以上の入力バッファアンプと
して用いられており、第2の演算増幅器12と協働して
前記シャント抵抗2の両端間電圧を計測する差動増幅回
路を構成している。また第3の演算増幅器13は上記差
動増幅回路の出力段に設けられて、その利得を可変設定
する出力バッファアンプをなしている。即ち、第3の演
算増幅器13を出力段に備えた第2の演算増幅器12
は、一方の入力端に前記第1の演算増幅器11を介して
抽出されるシャント抵抗2の一方の端子電圧を入力し、
他方の入力端に上記シャント抵抗2の他方の端子電圧を
入力することで、該シャント抵抗2の両端間電圧を計測
するように構成されており、これらの3つの演算増幅器
11,12,13により、高入力インピーダンスで、且つ
利得可変型の計装用差動増幅器が構成されている。Here, the current measuring circuit 10 incorporated in the ASIC 6 of the present invention will be described in detail.
The current measuring circuit 10 is configured as shown in FIG. 3, for example. The current measuring circuit 10 includes three operational amplifiers 11, 12, and 13 having a high input impedance and driven by a single-polarity power supply (single power supply). The first operational amplifier 11 is used as an input buffer amplifier having a gain of [2] or more, and includes a differential amplifier circuit that measures the voltage across the shunt resistor 2 in cooperation with the second operational amplifier 12. Make up. The third operational amplifier 13 is provided at the output stage of the differential amplifier circuit, and forms an output buffer amplifier for variably setting the gain. That is, the second operational amplifier 12 having the third operational amplifier 13 in the output stage
Inputs one terminal voltage of the shunt resistor 2 extracted through the first operational amplifier 11 to one input terminal,
By inputting the other terminal voltage of the shunt resistor 2 to the other input terminal, the voltage between both ends of the shunt resistor 2 is measured, and these three operational amplifiers 11, 12, 13 A high input impedance, variable gain type instrumentation differential amplifier is configured.
【0016】しかしてこのような計装用差動増幅器の入
力段には、互いに反転動作してシャント抵抗2の両端間
電圧の極性を入れ替える極性反転スイッチ(SW1,SW2)
14が組み込まれている。この極性反転スイッチ14の
択一的な作動により、2次電池1の充電時と放電時とで
電流の向きが変化し、これによってシャント抵抗2の両
端に発生する電圧の極性が異なる場合であっても、計装
用差動増幅器の入力端に対して常に単一極性の電圧が与
えられるようになっている。換言すれば単一極性の電源
によって駆動され、その動作極性が規定されている差動
増幅器に対して、シャント抵抗2の両端間電圧が同極性
の電圧として与えられるようになっている。In the input stage of such an instrumentation differential amplifier, polarity inverting switches (SW1, SW2) for inverting each other and exchanging the polarity of the voltage between both ends of the shunt resistor 2 are provided.
14 are incorporated. The alternative operation of the polarity reversing switch 14 changes the direction of the current when the secondary battery 1 is charged and when the secondary battery 1 is discharged, and the polarity of the voltage generated at both ends of the shunt resistor 2 is different. Even so, a voltage of a single polarity is always supplied to the input terminal of the instrumentation differential amplifier. In other words, the voltage between both ends of the shunt resistor 2 is supplied as a voltage of the same polarity to a differential amplifier driven by a power supply having a single polarity and having its operating polarity defined.
【0017】一方、前記第1および第2の演算増幅器1
1,12の各入力端子には、オフセットを付与するため
の第1のスイッチ群(SW3,〜SW7)15が接続されてい
る。この第1のスイッチ群15をなすスイッチSW3,SW4,
SW5は、直列接続されて外付けされた抵抗群(R10,〜R1
3)16と前記第2の演算増幅器12の入力端子との間
に介挿されており、またスイッチSW6は第1および第2
の演算増幅器11,12の入力端子間を短絡するよう
に、更にスイッチSW7は第1の演算増幅器11の入力端
子を接地するように設けられている。ちなみに上記抵抗
群16は、例えば基準電圧1.25Vのオフセット電源
17によって駆動されて所定のオフセット電圧を発生す
るものである。このような第1のスイッチ群15の互い
に連動した選択的な導通駆動により、前記第1および第
2の演算増幅器11,12の入力端子間にオフセット電
圧が付与され、差動増幅特性にオフセットが与えられ
る。このような第1のスイッチ群15の駆動によるオフ
セットの付与は、前述したマイクロプロセッサ5の制御
の下で実行される。On the other hand, the first and second operational amplifiers 1
A first switch group (SW3, to SW7) 15 for applying an offset is connected to each of the input terminals 1 and 12. The switches SW3, SW4,
SW5 is an external resistor group (R10, to R1) connected in series.
3) The switch SW6 is interposed between the input terminal 16 of the second operational amplifier 12 and the input terminal of the second operational amplifier 12.
The switch SW7 is provided so as to short-circuit the input terminals of the operational amplifiers 11 and 12, and to ground the input terminal of the first operational amplifier 11. Incidentally, the resistor group 16 is driven by an offset power supply 17 having a reference voltage of 1.25 V, for example, to generate a predetermined offset voltage. By such selective conduction driving of the first switch group 15 in conjunction with each other, an offset voltage is applied between the input terminals of the first and second operational amplifiers 11 and 12, and an offset is added to the differential amplification characteristics. Given. The provision of the offset by driving the first switch group 15 is performed under the control of the microprocessor 5 described above.
【0018】また第3の演算増幅器13の入出力端子間
には、第2のスイッチ群(SW8,〜SW11)18を介して抵
抗群(R5,〜R8)19が設けられており、上記第2のス
イッチ群18の互いに連動した導通駆動により抵抗群
(R5,〜R8)19が選択的に接続されて、該第3の演算
増幅器13のフィードバック系が構成されるようになっ
ている。このような帰還抵抗群(R5,〜R8)19の介挿
により、第3の演算増幅器13の利得、ひいては計装用
差動増幅器の全体的な利得が可変設定される。この第2
のスイッチ群18の選択的な駆動による帰還抵抗R5,〜R
8の介挿もまた、前記マイクロプロセッサ5によって制
御される。制御端子(SEL0,〜SEL4)は、マイクロプロ
セッサ5からの制御コマンドを入力し、上述した第1お
よび第2のスイッチ群15,18の作動を制御するため
のものである。A resistor group (R5, R8) 19 is provided between the input / output terminals of the third operational amplifier 13 via a second switch group (SW8, SW11) 18. The resistance group (R5, to R8) 19 is selectively connected by conducting drive of the second switch group 18 in conjunction with each other, so that a feedback system of the third operational amplifier 13 is configured. By interposing the feedback resistor group (R5, to R8) 19, the gain of the third operational amplifier 13 and the overall gain of the instrumentation differential amplifier are variably set. This second
Feedback resistors R5, R
The interposition of 8 is also controlled by the microprocessor 5. The control terminals (SEL0, to SEL4) are for inputting a control command from the microprocessor 5 and controlling the operation of the first and second switch groups 15, 18.
【0019】かくしてこのように構成された電流計測回
路10によれば、シャント抵抗2の両端間電圧を計測す
ることで2次電池1の充放電電流を計測する計装用差動
増幅器が、単一極性の電源で駆動される3つの演算増幅
器11,12,13で構成されており、その入力インピー
ダンスは十分に高く設定されている。そして計装用差動
増幅器の動作極性に適合させるべく、2次電池1の充電
時と放電時とによって変化する電流の向きに応じて極性
反転スイッチ14を切り換えることにより、シャント抵
抗2の両端間に発生する電圧の極性を反転させて計装用
差動増幅器に与えるようになっている。According to the current measuring circuit 10 thus configured, a single instrumentation differential amplifier for measuring the charge / discharge current of the secondary battery 1 by measuring the voltage between both ends of the shunt resistor 2 has a single function. It comprises three operational amplifiers 11, 12, and 13 driven by polar power supplies, and its input impedance is set sufficiently high. The polarity inversion switch 14 is switched in accordance with the direction of the current that changes between the time of charging and the time of discharging the secondary battery 1 so as to match the operating polarity of the instrumentation differential amplifier. The polarity of the generated voltage is inverted and applied to the instrumentation differential amplifier.
【0020】従ってこのような回路構成であれば、差動
増幅器としての動作範囲を両極性に亘って設定する必要
がないので、その駆動電源を含めて計装用差動増幅器の
構成を簡素化し、またその消費電力を低く抑えることが
できる。しかも上記計装用差動増幅器をASICの一部
として実現した場合、これをディスクリート回路部品を
用いて構築した場合に比較して素子間のばらつきをなく
すことができ、特に差動増幅器をなす第1および第2の
演算増幅器11,12が同一素子上に形成されるので、
動作特性上の相対計測精度を飛躍的に高めることができ
る。Accordingly, with such a circuit configuration, it is not necessary to set the operating range of the differential amplifier over both polarities, so that the configuration of the instrumentation differential amplifier including its drive power supply is simplified, In addition, the power consumption can be kept low. Moreover, when the instrumentation differential amplifier is realized as a part of an ASIC, it is possible to reduce the variation between elements as compared with a case where the differential amplifier is constructed using discrete circuit components. And the second operational amplifiers 11 and 12 are formed on the same element,
The relative measurement accuracy in the operation characteristics can be dramatically improved.
【0021】しかしながらシャント抵抗2の両端間電圧
を計測するに際しての絶対計測精度については、ASI
C6自体の素子特性に依存することが否めない。この
点、この電流計測回路10においては、第2のスイッチ
群15によって設定可能なオフセット付与手段を備え、
更には第2のスイッチ群18によって可変設定可能な利
得設定手段を備えているので、簡単な校正処理により絶
対計測精度を高めることができる。However, regarding the absolute measurement accuracy when measuring the voltage across the shunt resistor 2, the ASI
It cannot be denied that it depends on the element characteristics of C6 itself. In this regard, the current measurement circuit 10 includes an offset imparting unit that can be set by the second switch group 15,
Further, since a gain setting means variably set by the second switch group 18 is provided, the absolute measurement accuracy can be improved by a simple calibration process.
【0022】具体的には、例えばシャント抵抗2に規定
の電流を流し、そのときに計測されるシャント抵抗2の
両端間電圧を計測し、これに相当する電流をマイクロプ
ロセッサ5にて計測する。同様にして上記シャント抵抗
2に流す規定電流値を変えながら、そのときに計測され
る両端間電圧、ひいては電流値をそれぞれ計測する。こ
のようにして計測される電流値と、そのときにシャント
抵抗2に流した電流値とを対比すれば、電流計測回路1
0の計測特性を求めることが可能となり、その計測特性
に応じて前述したオフセットを与え、同時に計測利得を
可変設定するようにすれば良い。換言すればシャント抵
抗2に流した電流値と、電流計測回路10を介して計測
される電流値とが等しくなるように第1および第2のス
イッチ群15,18を駆動し、該電流計測回路10を構
成する計装用差動増幅器に対してオフセットを与え、且
つその利得を調整するようにすれば良い。Specifically, for example, a specified current is applied to the shunt resistor 2, a voltage across the shunt resistor 2 measured at that time is measured, and a current corresponding thereto is measured by the microprocessor 5. Similarly, while changing the specified current value flowing through the shunt resistor 2, the voltage between both ends measured at that time, and furthermore, the current value is measured. By comparing the current value measured in this way with the current value passed through the shunt resistor 2 at that time, the current measurement circuit 1
A measurement characteristic of 0 can be obtained, and the above-described offset may be given according to the measurement characteristic, and the measurement gain may be variably set at the same time. In other words, the first and second switch groups 15 and 18 are driven so that the current value flowing through the shunt resistor 2 and the current value measured via the current measurement circuit 10 are equalized. An offset may be given to the instrumentation differential amplifier constituting 10 and its gain may be adjusted.
【0023】従ってこのようにして計装用差動増幅器の
動作特性を校正すれば、その絶対計測精度を十分に高め
ることが可能となり、それ自信の相対計測精度が十分に
高いことと相俟って、2次電池1の充放電電流を高精度
に、しかも安定に計測することが可能となる。また上述
したオフセットの付与と、利得の調整による絶対計測精
度の校正については比較的簡単に行うことができ、一
旦、その校正処理を完了すればその状態を保持すれば良
いので、マイクロプロセッサ5の処理負担となることが
ない。またこのようにして校正された電流計測回路10
によれば、その計測精度が十分に高いので、構成が簡単
で、安価なマイクロプロセッサ5を用いても、高精度に
計測された充放電電流の下で、2次電池1の電池残量を
高精度に求めることが可能となる。Therefore, if the operating characteristics of the instrumentation differential amplifier are calibrated in this way, it is possible to sufficiently increase the absolute measurement accuracy, and in combination with the relative measurement accuracy of itself is sufficiently high. In addition, the charging / discharging current of the secondary battery 1 can be measured with high accuracy and stably. Further, the above-described provision of the offset and the calibration of the absolute measurement accuracy by adjusting the gain can be performed relatively easily, and once the calibration processing is completed, the state may be maintained. There is no processing burden. The current measurement circuit 10 calibrated in this manner is
According to the method described above, the measurement accuracy is sufficiently high, so that even if an inexpensive microprocessor 5 having a simple configuration is used, the remaining amount of the battery 1 of the secondary battery 1 can be reduced under the charge / discharge current measured with high accuracy. It can be obtained with high accuracy.
【0024】一方、前述した過電流保護回路20は、例
えば図4に示すように構成される。この過電流保護回路
20もまた前記シャント抵抗2の両端間電圧から該シャ
ント抵抗2に流れる電流を検出するものであるが、上述
した電流計測回路10と異なるところは、2次電池1の
定常的な充放電電流ではなく、特に2次電池1における
過電流の発生を検出する点にある。On the other hand, the above-mentioned overcurrent protection circuit 20 is configured, for example, as shown in FIG. The overcurrent protection circuit 20 also detects the current flowing through the shunt resistor 2 from the voltage between both ends of the shunt resistor 2, but differs from the above-described current measurement circuit 10 in that the overcurrent protection circuit 20 constantly operates the secondary battery 1. The point is that the occurrence of an overcurrent in the secondary battery 1 is detected instead of an appropriate charge / discharge current.
【0025】即ち、この過電流保護回路20は、その入
力段に並列に設けられた2つの差動増幅器21a,21
bを備えている。これらの差動増幅器21a,21b
も、前述した電流計測回路10における演算増幅器1
1,12,13と同様に、単一極性の電源によって駆動さ
れその動作範囲(極性)が規定されたものであり、これ
らの差動増幅器21a,21bには前記シャント抵抗2
の端子間電圧が、その極性を異ならせて並列に入力され
るようになっている。具体的には、差動増幅器21aは
2次電池1の充電電流を検出するように設けられ、また
差動増幅器21bは2次電池の放電電流を検出するよう
に設けられている。That is, the overcurrent protection circuit 20 includes two differential amplifiers 21a, 21a provided in parallel at its input stage.
b. These differential amplifiers 21a, 21b
The operational amplifier 1 in the current measuring circuit 10 described above
As in the case of 1, 12, and 13, they are driven by a single-polarity power supply and their operating range (polarity) is defined. These shunt resistors 2a and 2b are provided in these differential amplifiers 21a and 21b.
Are input in parallel with different polarities. Specifically, the differential amplifier 21a is provided to detect a charging current of the secondary battery 1, and the differential amplifier 21b is provided to detect a discharging current of the secondary battery.
【0026】尚、この過電流保護回路20においては、
前述した電流計測回路10に示した極性反転スイッチ1
4を設けることに代えて、2つの差動増幅器21a,2
1bを並列に設けており、これによって2次電池1の充
放電に拘わることなく、その過電流を速やかに検出する
ものとなっている。つまりスイッチの切り替えによる時
間的ロスを招くことなく、2次電池1の充電および放電
に伴う過電流の発生をそれぞれ確実に、且つ速やかに検
出するものとなっている。In this overcurrent protection circuit 20,
The polarity inversion switch 1 shown in the above-described current measurement circuit 10
4, two differential amplifiers 21a, 21a
1b are provided in parallel, so that the overcurrent of the secondary battery 1 can be quickly detected regardless of the charging and discharging of the secondary battery 1. In other words, the occurrence of overcurrent accompanying the charging and discharging of the secondary battery 1 is reliably and promptly detected without causing a time loss due to the switching of the switch.
【0027】しかして一方の差動増幅器21aによって
検出されたシャント抵抗2の両端間電圧(シャント抵抗
2に流れる電流)は、並列に設けられた第1および第2
の比較器22a,22bにそれぞれ与えられて第1およ
び第2の基準値とそれぞれ比較される。また他方の差動
増幅器21bによって検出されたシャント抵抗2の両端
間電圧は、並列に設けられた第3および第4の比較器,
22c,22dにそれぞれ与えられ、前記第1および第
2の基準値とそれぞれ比較される。The voltage between both ends of the shunt resistor 2 (the current flowing through the shunt resistor 2) detected by the one differential amplifier 21a is equal to the first and second voltages provided in parallel.
, And are compared with the first and second reference values, respectively. The voltage between both ends of the shunt resistor 2 detected by the other differential amplifier 21b is equal to the third and fourth comparators provided in parallel,
22c and 22d, respectively, and are compared with the first and second reference values, respectively.
【0028】尚、上記第1および第3の比較器22a,
22cは、外部抵抗(R1,R2)23aの調整によって設
定された第1の過電流検出レベル(第1の基準値;CREF
1)と前記各差動増幅器21a,21bにより検出された
電流値と比較し、検出電流値が上記第1の基準値を超え
るとき、過電流検出信号を発生する役割を担う。また前
記第2および第4の比較器22b,22dは、外部抵抗
(R3,R4)23bの調整によって設定された第2の過電
流検出レベル(第2の基準値;CREF2)と前記各差動増幅
器21a,21bにより検出された電流値と比較して過
電流検出信号を発生する役割を担う。換言すれば、差動
増幅器21aによって検出される2次電池1の充電電流
は、第1および第2の比較器22a,22bにて第1の
基準値(CREF1)および第2の基準値(CREF2)とそれぞれ比
較され、また差動増幅器21bによって検出される2次
電池1の放電電流は、第3および第4の比較器22c,
22dにより、第1の基準値(CREF1)および第2の基準
値(CREF2)とそれぞれ比較されるようになっている。The first and third comparators 22a, 22a,
Reference numeral 22c denotes a first overcurrent detection level (first reference value; CREF) set by adjusting the external resistors (R1, R2) 23a.
1) is compared with the current values detected by the differential amplifiers 21a and 21b, and plays a role of generating an overcurrent detection signal when the detected current value exceeds the first reference value. The second and fourth comparators 22b and 22d are connected to a second overcurrent detection level (second reference value; CREF2) set by adjusting the external resistances (R3 and R4) 23b and the respective differentials. It serves to generate an overcurrent detection signal in comparison with the current value detected by the amplifiers 21a and 21b. In other words, the charging current of the secondary battery 1 detected by the differential amplifier 21a is supplied to the first and second comparators 22a and 22b by the first reference value (CREF1) and the second reference value (CREF2). ), And the discharge current of the secondary battery 1 detected by the differential amplifier 21b is equal to the third and fourth comparators 22c and 22c.
By 22d, comparison is made with the first reference value (CREF1) and the second reference value (CREF2), respectively.
【0029】しかして第1および第2の比較器22a,
22bによる過電流の検出出力は、オア回路(OR)2
4aからバッファを介して、その検出タイミングにて直
接出力されるようになっている。一方、前記各差動増幅
器21a,21bの各出力(検出電流値)を前記第1の
基準値(CREF1)とそれぞれ比較する第1および第3の比
較器22a,22cの各出力(過電流検出結果)は、オ
ア回路24bにて論理和されている。また前記各差動増
幅器21a,21bの各出力(検出電流値)を前記第2
の基準値(CREF2)とそれぞれ比較する第2および第4の
比較器22b,22dの各出力(過電流検出結果)は、
オア回路24cにて論理和されている。The first and second comparators 22a, 22a,
The output of the overcurrent detection by the 22b is provided by an OR circuit (OR) 2
4a is output directly via the buffer at the detection timing. On the other hand, each output (the overcurrent detection) of the first and third comparators 22a and 22c for comparing each output (detected current value) of each of the differential amplifiers 21a and 21b with the first reference value (CREF1), respectively. (Result) is ORed by the OR circuit 24b. In addition, each output (detection current value) of each of the differential amplifiers 21a and 21b is
The outputs (overcurrent detection results) of the second and fourth comparators 22b and 22d respectively comparing with the reference value (CREF2) of
The logical sum is obtained by the OR circuit 24c.
【0030】これらのオア回路24b,24cは、外付
けされたコンデンサ25a,25bの充電特性を利用し
た2系統のタイマー回路26a,26bをそれぞれ駆動
するものである。即ち、各タイマー回路26a,26b
は、スイッチSW1a,SW2aを介して上記コンデンサ25a,
25bをそれぞれ一定電流で充電する定電流源Iconst1,
Iconst2と、上記コンデンサ25a,25bを短絡してリ
セットするスイッチSW1b,SW2b、そしてコンデンサ25
a,25bの充電電圧を所定の基準電圧と比較する比較
器27a,27bとからなる。オア回路24b,24c
は、このようなタイマー回路26a,26bのスイッチ
群SW1a,SW2a,SW1b,SW2bを選択的に動作させることで、
定電流源Iconst1,Iconst2によるコンデンサ25a,25
bの充電を開始させる。比較器27a,27bは、この
ようにして充電されるコンデンサ25a,25bの充電
電圧と基準電圧とを比較し、該充電電圧が基準電圧に達
したときにその出力を発生する。従って比較器27a,
27bは、コンデンサ25a,25bの充電電圧が基準
電圧に達するまでの時間、前記オア回路24b,24c
の出力を遅延させる役割を担っている。尚、このような
タイマー回路26a,26bによる遅延時間は、外付け
されたコンデンサ25a,25bの容量を可変すること
で調整される。These OR circuits 24b and 24c drive two timer circuits 26a and 26b, respectively, utilizing the charging characteristics of externally attached capacitors 25a and 25b. That is, each timer circuit 26a, 26b
Are connected to the capacitors 25a, 25a through the switches SW1a, SW2a.
25b, each of which is charged with a constant current.
Iconst2, switches SW1b and SW2b for resetting by short-circuiting the capacitors 25a and 25b, and the capacitor 25
and comparators 27a and 27b for comparing the charging voltages of a and 25b with a predetermined reference voltage. OR circuit 24b, 24c
By selectively operating the switch groups SW1a, SW2a, SW1b, SW2b of such timer circuits 26a, 26b,
Capacitors 25a, 25 using constant current sources Iconst1, Iconst2
The charging of b is started. The comparators 27a and 27b compare the charging voltages of the capacitors 25a and 25b charged in this way with a reference voltage, and generate an output when the charging voltage reaches the reference voltage. Therefore, the comparator 27a,
27b is a time until the charging voltage of the capacitors 25a and 25b reaches the reference voltage, and the OR circuits 24b and 24c
It has the role of delaying the output. The delay time of the timer circuits 26a and 26b is adjusted by changing the capacitance of the externally connected capacitors 25a and 25b.
【0031】しかしてタイマー回路26a,26bを介
して遅延された前記第1〜第4の比較器22a,22b,
22c,22dの各出力は、たすき掛け接続されたオア
回路からなるラッチ回路28により保持された後、バッ
ファを介して出力される。即ち、前記第1〜第4の比較
器22a,22b,22c,22dによってそれぞれ検出
された過電流検出結果は、タイマー回路26a,26b
を介して所定時間遅延された後、ラッチ回路28により
保持され、バッファを介して出力されるようになってい
る。The first to fourth comparators 22a, 22b, 22d, delayed by the timer circuits 26a, 26b,
Each output of 22c and 22d is held by a latch circuit 28 composed of a cross-connected OR circuit, and then output via a buffer. That is, the overcurrent detection results detected by the first to fourth comparators 22a, 22b, 22c, and 22d respectively correspond to the timer circuits 26a and 26b.
After being delayed for a predetermined time via the latch circuit 28, the data is held by the latch circuit 28 and output via the buffer.
【0032】尚、上述した如く差動増幅器21a,21
b介して計測された電流値を、比較器22a,22b,2
2c,22dによりレベル判定することで検出され、バ
ッファを介して出力される過電流検出結果(デジタル
値)は、前述したように充電・放電をスイッチ制御する
半導体スイッチ(パワーFET)3のドライバ回路40
やマイクロプロセッサ5に与えられる。但し、図4にお
いては、上記ドライバ回路40とマイクロプロセッサ5
の入力段を、抵抗とコンデンサとからなる等価的な負荷
として示してある。As described above, the differential amplifiers 21a, 21a
The current values measured through the comparators 22a, 22b, 2
The overcurrent detection result (digital value), which is detected by the level determination based on 2c and 22d and output via the buffer, is a driver circuit of the semiconductor switch (power FET) 3 for controlling the charge / discharge as described above. 40
And the microprocessor 5. However, in FIG. 4, the driver circuit 40 and the microprocessor 5
Is shown as an equivalent load consisting of a resistor and a capacitor.
【0033】かくして上述した如く構成される過電流保
護回路20においては、2次電池1の充電電流と放電電
流とを2系統の差動増幅器21a,21bによりそれぞ
れ独立に計測している。そしてこれらの各差動増幅器2
1a,21bにより計測される電流値は、外部抵抗23
a,23bの調整によって設定された第1および第2の
過電流検出レベル(第1および第2の基準値;CREF1,CRE
F2)の下で、前述した比較器22a,22b,22c,2
2dによりそれぞれ独立に比較判定され、過電流の検出
が行われる。そしてその過電流検出結果は、コンデンサ
25a,25bの容量調整により可変設定されたタイマ
ー回路26a,26を介して所定時間遅延されて出力さ
れる。In the overcurrent protection circuit 20 configured as described above, the charging current and the discharging current of the secondary battery 1 are independently measured by the two differential amplifiers 21a and 21b. And each of these differential amplifiers 2
The current values measured by 1a and 21b are
a, 23b (first and second reference values; CREF1, CRE1)
Under F2), the above-described comparators 22a, 22b, 22c, 2
The comparison and determination are independently performed by 2d, and the overcurrent is detected. The overcurrent detection result is output after being delayed by a predetermined time via timer circuits 26a and 26 variably set by adjusting the capacitance of the capacitors 25a and 25b.
【0034】即ち、この過電流保護回路20において
は、その主体部をASIC6の一部として集積回路化し
たにも拘わらず、外部抵抗23a,23bの調整によっ
て過電流の検出レベルを可変設定し、また過電流検出の
応答時間をコンデンサ25a,25bの調整により可変
設定し得る構成となっている。この結果、2次電池1の
特性や、その用途に応じた過電流保護を適宜施すことが
できるように汎用化されている。That is, in the overcurrent protection circuit 20, the detection level of the overcurrent is variably set by adjusting the external resistors 23a and 23b, despite the fact that the main part is integrated as a part of the ASIC 6. Further, the response time of the overcurrent detection can be variably set by adjusting the capacitors 25a and 25b. As a result, it has been widely used so that overcurrent protection according to the characteristics of the secondary battery 1 and its use can be appropriately provided.
【0035】またこの過電流保護回路20においては、
特に2次電池1の充電時における過電流を検出するため
の検出系(差動増幅器21a,第1および第2の比較器
22a,22b)と、2次電池1の放電時時における過
電流を検出するための検出系(差動増幅器21b,第3
および第4の比較器22c,22d)とが独立に設けら
れ、これらの各系毎に選択的に電源供給がなされるよう
になっている。このような選択的な電源供給は、後述す
るパワースイッチ回路50の下で制御される。この結
果、検出系が2系統設けられていると雖もその一方だけ
が駆動され、これによってその消費電力が略半分に低減
されている。特にこのような選択的な電源供給は、マイ
クロプロセッサ5によるスイッチドライバ(ドライブ回
路)40の駆動に連動して実行され、従って2次電池1
の充放電の切り替えタイミングに遅れることなく、即時
的に電源供給の選択切り替えが行われるものとなってい
る。In this overcurrent protection circuit 20,
In particular, a detection system (differential amplifier 21a, first and second comparators 22a and 22b) for detecting an overcurrent when the secondary battery 1 is charged, and an overcurrent when the secondary battery 1 is discharged. Detection system for detection (differential amplifier 21b, third
And the fourth comparators 22c and 22d) are provided independently, and power is selectively supplied to each of these systems. Such selective power supply is controlled under a power switch circuit 50 described later. As a result, even though two detection systems are provided, only one of them is driven, thereby reducing the power consumption by almost half. In particular, such selective power supply is performed in conjunction with the drive of the switch driver (drive circuit) 40 by the microprocessor 5, and therefore, the secondary battery 1
The power supply selection switching is performed immediately without delaying the charging / discharging switching timing.
【0036】従って上述した構成の過電流保護回路20
によれば、その入力段が高入力インピーダンスの差動増
幅器21a,21bによって構成されており、その回路
構成全体が低消費電力化されているので、ASIC6の
一部として集積回路化するに好適である。しかも2つの
差動増幅器21a,21bや、4つの比較器22a,22
b,22c,22d等を1つの素子上に形成することがで
きるので、これらの動作特性のばらつきを抑え、全体に
安定した動作を確保することができる。また過電流検出
レベルを設定する抵抗23a,23bと、検出応答時間
の調整の為のコンデンサ25a,25bだけを外付け部
品としているので、その調整が容易であり、2次電池1
の仕様や、その使用形態に応じた調整が可能となる等の
効果が奏せられる。Accordingly, the overcurrent protection circuit 20 having the above-described configuration is used.
According to the above, the input stage is constituted by the differential amplifiers 21a and 21b having high input impedance, and the entire circuit configuration is reduced in power consumption. Therefore, it is suitable for forming an integrated circuit as a part of the ASIC 6. is there. Moreover, two differential amplifiers 21a, 21b and four comparators 22a, 22
Since b, 22c, 22d, and the like can be formed on one element, variations in these operating characteristics can be suppressed, and stable operation can be secured as a whole. Also, since only the resistors 23a and 23b for setting the overcurrent detection level and the capacitors 25a and 25b for adjusting the detection response time are external components, the adjustment is easy and the secondary battery 1
This makes it possible to make adjustments according to the specifications of the device and its usage.
【0037】ところで前述した過電流保護回路20にお
ける2系統の検出系に対して選択的に電源供給するパワ
ースイッチ回路50は、例えば図5に示すようにマイク
ロプロセッサ5からの制御コマンドを入力してその制御
動作を解析し、制御動作の形態に応じて電源スイッチ群
(SW1,〜SW5)51の作動を個別に制御する制御ロジッ
ク52によって構成される。即ち、制御ロジック52
は、図6にその制御テーブルを示すように、マイクロプ
ロセッサ5から与えられる制御信号(PS3,CHG1,CHG2,DC
1)に応じて、特に前記過電流保護回路20に対する電
源供給を選択制御するものとなっている。The power switch circuit 50 for selectively supplying power to the two detection systems in the above-described overcurrent protection circuit 20 receives a control command from the microprocessor 5 as shown in FIG. 5, for example. A control logic 52 that analyzes the control operation and individually controls the operation of the power switch group (SW1, SW5) according to the form of the control operation is provided. That is, the control logic 52
As shown in the control table of FIG. 6, the control signals (PS3, CHG1, CHG2, DC
According to 1), the power supply to the overcurrent protection circuit 20 is selectively controlled.
【0038】ここで上記電源スイッチ群51における第
1のスイッチSW1は、マイクロプロセッサ5のA/D変
換器5aにA/D変換に用いる基準電圧(PWAD)を与え
るものである。また第2のスイッチSW2は、補助回路と
しての図示しないEEPROMに対してその駆動電圧
(PWEP)を選択的に与える。このEEPROMは、前述
した電流計測回路10を校正する際の計測データ等を記
憶する役割を担う。また第3のスイッチSW3は、電流計
測回路10および電圧計測回路30に対する駆動電圧
(PWI)を選択的に出力する役割を担っている。Here, the first switch SW1 in the power switch group 51 gives the reference voltage (PWAD) used for A / D conversion to the A / D converter 5a of the microprocessor 5. The second switch SW2 selectively supplies a drive voltage (PWEP) to an EEPROM (not shown) as an auxiliary circuit. This EEPROM has a role of storing measurement data and the like when the current measurement circuit 10 is calibrated. The third switch SW3 plays a role of selectively outputting a drive voltage (PWI) to the current measurement circuit 10 and the voltage measurement circuit 30.
【0039】しかして電源スイッチ群51におけるスイ
ッチSW4,SW5,SW6は、前記過電流検出回路20に対し
て、その駆動電圧(PWVA,PWVB,PWVC)を選択的に供給す
るものである。特に図4に示すように上記駆動電圧(PW
VA)は充電電流検出系をなす差動増幅器21a、第1お
よび第2の比較器22a,22bに与えられ、駆動電圧
(PWVB)は放電電流検出系をなす差動増幅器21b、第
3および第4の比較器22c,22dに与えられる。そ
して駆動電圧(PWVC)は、タイマー回路に設けられた比
較器27a,27bにそれぞれ与えられるようになって
いる。The switches SW4, SW5 and SW6 in the power switch group 51 selectively supply the drive voltages (PWVA, PWVB and PWVC) to the overcurrent detection circuit 20. In particular, as shown in FIG.
VA) is supplied to a differential amplifier 21a forming a charging current detection system and first and second comparators 22a and 22b, and a drive voltage (PWVB) is supplied to a differential amplifier 21b forming a discharge current detection system, and 4 comparators 22c and 22d. The drive voltage (PWVC) is supplied to comparators 27a and 27b provided in the timer circuit.
【0040】パワースイッチ回路50は、上述した如く
各回路機能部に対して個別に電源供給する電源スイッチ
群51の作動を、制御ロジック52の下で選択的に制御
することで、上記各回路機能部を選択的に作動させてい
る。換言すれば動作させる必要のない回路機能部に対す
る電源供給を停止することで、無駄な電力消費を阻止
し、これによってASIC6全体の省電力化を図ってい
る。特にパワーセーブ時等においては、例えばマイクロ
プロセッサ5の動作状態をEEPROMに格納した後、
各回路機能部への電源供給を停止することで、その状態
を維持したまま2次電池1の電力消費を極力抑えるもの
となっている。The power switch circuit 50 selectively controls the operation of the power switch group 51 for individually supplying power to each circuit function section under the control logic 52, as described above, so that Section is selectively activated. In other words, by stopping the power supply to the circuit function units that do not need to be operated, wasteful power consumption is prevented, and thereby the power consumption of the entire ASIC 6 is reduced. In particular, at the time of power saving, for example, after storing the operation state of the microprocessor 5 in the EEPROM,
By stopping the power supply to each circuit function unit, the power consumption of the secondary battery 1 is minimized while maintaining the state.
【0041】かくして上述した如く構成された電流計測
回路10や過電流保護回路20、更にはパワーセーブ回
路50等を備えて構成されるASIC6によれば、各回
路機能部が省電力化されている上、シャント抵抗2の両
端間電圧から2次電池1の充放電電流を検出する差動増
幅器が高入力インピーダンス化され、更に高精度化され
ているので、2次電池1の動作状態を確実に検出し、監
視することができる。特に電流計測回路10にあって
は、その相対計測精度が十分に高いことと相俟って、差
動増幅回路に対するオフセットの付与と、利得の調整に
よってその絶対計測精度も十分高く設定し得るので、そ
の充放電電流を高精度に計測することができる。この結
果、マイクロプロセッサ5における計測電流の積算処理
による電池残量の計測も、簡易にして高精度に行うこと
が可能となる。Thus, according to the ASIC 6 including the current measuring circuit 10, the overcurrent protection circuit 20, the power saving circuit 50, and the like configured as described above, the power consumption of each circuit function unit is reduced. In addition, the differential amplifier for detecting the charging / discharging current of the secondary battery 1 from the voltage between both ends of the shunt resistor 2 has a high input impedance and is further improved in accuracy. Can be detected and monitored. Particularly, in the current measurement circuit 10, the absolute measurement accuracy can be set sufficiently high by providing an offset to the differential amplifier circuit and adjusting the gain, in combination with the sufficiently high relative measurement accuracy. In addition, the charge / discharge current can be measured with high accuracy. As a result, the measurement of the battery remaining amount by the integration processing of the measurement current in the microprocessor 5 can be performed simply and with high accuracy.
【0042】また過電流保護回路20にあっては、過電
流の検出レベルとその検出応答時間をそれぞれ可変設定
可能であり、特にこの実施形態においては過電流の検出
レベルを2段階に、また検出応答時間についても2段階
に設定することが可能であるので、2次電池1の仕様
や、その用途に応じた最適な過電流保護対策を講じるこ
とが可能である。In the overcurrent protection circuit 20, the overcurrent detection level and the detection response time can be variably set, and in this embodiment, the overcurrent detection level can be set in two stages. Since the response time can also be set in two stages, it is possible to take optimal overcurrent protection measures according to the specifications of the secondary battery 1 and its use.
【0043】また上述した構成のASIC6によれば、
全体的な電力消費量が抑えられており、パワーセーブ機
能によって各回路機能部の発熱も極力抑えられるので、
マイクロプロセッサ5等と共に2次電池1に一体に組み
込んで電池パック化するに好適である。特に電池パック
を実現する場合、上述した電流計測回路10や過電流保
護回路20等は2次電池1と共に密閉容器に収容される
ことになるので、小型で安価であり、しかも発熱が小さ
く安全性が高いことが要求される。従ってこれらの各回
路機能部を集積一体化したASIC6によれば、上記各
要求を効果的に満たすことが可能となるので簡単に、且
つ効果的に電池パック化することが可能となる。According to the ASIC 6 having the above configuration,
The overall power consumption is reduced, and the power saving function minimizes the heat generated by each circuit function,
It is suitable for being integrated into the secondary battery 1 together with the microprocessor 5 and the like to form a battery pack. In particular, when a battery pack is realized, the above-described current measurement circuit 10, overcurrent protection circuit 20, and the like are housed in a closed container together with the secondary battery 1, so they are small and inexpensive, and generate little heat and are safe. Is required to be high. Therefore, according to the ASIC 6 in which these circuit functions are integrated and integrated, it is possible to effectively satisfy the above-mentioned requirements, and it is possible to easily and effectively make a battery pack.
【0044】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。この例では図1および図2に示すよう
に、動作電圧が大きく異なる過電圧保護回路7と、デジ
タル動作するマイクロプロセッサを除いた2次電池1の
アナログ周辺回路の全てを一括してASIC化したが、
特定の回路機能部だけをまとめてASIC化することも
可能である。ちなみに図3に示す構成のASIC6にお
いては、64ピンの標準パッケージに収まるように回路
機能を搭載しているが、これに捕らわれることはない。The present invention is not limited to the above embodiment. In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, the overvoltage protection circuit 7 having greatly different operating voltages and all the analog peripheral circuits of the secondary battery 1 except for the microprocessor operating digitally are integrated into an ASIC. ,
It is also possible to combine only specific circuit functional units into an ASIC. Incidentally, although the ASIC 6 having the configuration shown in FIG. 3 has a circuit function so as to fit in a standard package of 64 pins, it is not limited to this.
【0045】また電流計測回路10において差動増幅回
路に付与するオフセットのレベルを更に細かく設定する
ことも可能であり、その利得についても更に細かく調整
可能に構成しても良い。更には過電流保護回路20にお
ける過電流検出レベルを1系統、或いは3系統以上に設
定可能に構成することも勿論可能であり、更にはその検
出応答時間についても1系統、或いは3系統以上に設定
可能に構成することも可能である。その他、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが
できる。In the current measurement circuit 10, the level of the offset given to the differential amplifier circuit can be set more finely, and the gain thereof may be adjusted more finely. Further, it is of course possible to set the overcurrent detection level in the overcurrent protection circuit 20 to one system or to three systems or more, and to set the detection response time to one system or three systems or more. It is also possible to configure as possible. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電池残
量測定装置の集積回路化される電流計測回路によれば、
2次電池の充放電路に直列に介挿された充放電電流検出
用の抵抗の両端間電圧を検出する差動増幅回路に対し
て、この差動増幅回路と共に集積されて所定の基準電圧
を発生するオフセット電源と、このオフセット電源が発
生する所定の基準電圧を抵抗分圧して複数の互いに異な
るオフセット電圧を生成する抵抗群と、この抵抗群によ
り生成されたオフセット電圧を前記差動増幅器に選択的
に加えて該差動増幅器にオフセットを与えるオフセット
回路と、オフセットが与えられた前記差動増幅回路の出
力に応じて該差動増幅回路の利得を可変する利得設定手
段とを備えているので、この電流計測回路をASIC化
するに際しての絶対計測誤差を効果的に補償し、その相
対計測誤差が十分に高いことと相俟ってその計測精度を
十分に高めることができる。As described above, according to the current measuring circuit integrated into the battery remaining amount measuring device according to the present invention,
For a differential amplifier circuit for detecting a voltage between both ends of a charge / discharge current detection resistor inserted in series in a charge / discharge path of a secondary battery , a predetermined reference voltage integrated with the differential amplifier circuit
And the offset power supply
A predetermined reference voltage generated is divided by a resistor to generate a plurality of different reference voltages.
And a resistor group that generates an offset voltage
The generated offset voltage is selectively applied to the differential amplifier.
In addition to the above, an offset circuit that gives an offset to the differential amplifier, and a gain setting unit that varies the gain of the differential amplifier circuit according to the output of the differential amplifier circuit to which the offset is given, are provided. It is possible to effectively compensate for an absolute measurement error when the current measurement circuit is formed into an ASIC, and to sufficiently increase the measurement accuracy in combination with a sufficiently high relative measurement error.
【0047】しかも請求項2に記載するように差動増幅
回路を、単一極性の電源によって駆動される構成とし、
その入力段に該差動増幅器の出力に応じて、前記両端間
電圧の入力極性を切り換える極性反転スイッチ回路を設
けることで2次電池の充放電に対処し得るようにしてい
るので、効果的に省電力化を図ることができ、この点で
もASIC化に好適である等の利点を有する。Further, the differential amplifier circuit is driven by a single-polarity power supply,
By providing a polarity reversing switch circuit for switching the input polarity of the voltage between both ends according to the output of the differential amplifier in the input stage, it is possible to deal with charging and discharging of the secondary battery, so that it is possible to effectively deal with the problem. Power saving can be achieved, and this also has advantages such as being suitable for ASIC.
【図1】本発明の一実施形態に係る電池残量測定装置を
備えて構成される電池パックの概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery pack including a battery remaining amount measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す電池残量測定装置の一部をなすAS
ICの概略構成を示す図。FIG. 2 is an AS which is a part of the battery level measuring device shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an IC.
【図3】ASICに組み込まれる電流計測回路の構成例
を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a current measurement circuit incorporated in an ASIC.
【図4】ASICに組み込まれる過電流保護回路の構成
例を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an overcurrent protection circuit incorporated in an ASIC.
【図5】ASICに組み込まれるパワースイッチ回路の
構成例を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a power switch circuit incorporated in an ASIC.
【図6】パワースイッチ回路における制御ロジックの制
御テーブルの構成例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a control table of control logic in the power switch circuit.
1 2次電池 2 シャント抵抗 3 半導体スイッチ 5 マイクロプロセッサ 5a A/D変換器 6 ASIC 7 過電圧保護回路 10 電流計測回路 11,12,13 演算増幅器(差動増幅回路) 14 極性反転スイッチ 15 第1のスイッチ群(オフセット付与) 18 第2のスイッチ群(利得調整) 20 過電流検出回路 21a,21b 差動増幅器 22a,22b,22c,22d 比較器 23a,23b 外部抵抗 24a,24b,24c オア回路 25a,25b コンデンサ 26a,26b タイマー回路 27a,27b 比較器 28 ラッチ回路 30 電圧検出回路 40 スイッチドライバ(ドライブ回路) 50 パワースイッチ回路 51 スイッチ群 52 制御ロジック 60 論理データ配分回路 70 電圧検出回路 80 電圧検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Secondary battery 2 Shunt resistor 3 Semiconductor switch 5 Microprocessor 5a A / D converter 6 ASIC 7 Overvoltage protection circuit 10 Current measurement circuit 11,12,13 Operational amplifier (differential amplifier circuit) 14 Polarity inversion switch 15 First Switch group (offset addition) 18 Second switch group (gain adjustment) 20 Overcurrent detection circuit 21a, 21b Differential amplifier 22a, 22b, 22c, 22d Comparator 23a, 23b External resistance 24a, 24b, 24c OR circuit 25a, 25b Capacitor 26a, 26b Timer circuit 27a, 27b Comparator 28 Latch circuit 30 Voltage detection circuit 40 Switch driver (drive circuit) 50 Power switch circuit 51 Switch group 52 Control logic 60 Logical data distribution circuit 70 Voltage detection circuit 80 Voltage detection circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土畑 誠 東京都品川区南品川3丁目4番10号 東 芝電池株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−323580(JP,A) 特開 平8−233617(JP,A) 特開 平8−17478(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/36 G01R 19/165 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Tsuchata 3-4-10 Minamishinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Toshiba Battery Corporation (56) References JP-A-4-323580 (JP, A) JP-A-8-233617 (JP, A) JP-A-8-17478 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 31/36 G01R 19/165
Claims (2)
する電流計測回路を備えて集積回路化される電池残量測
定装置であって、 前記電流計測回路は、 前記2次電池の充放電路に直列に介挿された充放電電流
検出用の抵抗の両端間電圧を検出する差動増幅回路と、 この差動増幅回路と共に集積されて所定の基準電圧を発
生するオフセット電源と、 このオフセット電源が発生する所定の基準電圧を抵抗分
圧して複数の互いに異なるオフセット電圧を生成する抵
抗群と、 この抵抗群により生成されたオフセット電圧を前記差動
増幅器に選択的に加えて該差動増幅器 にオフセットを与
えるオフセット回路と、前記オフセットが選択的に 与えられた前記差動増幅回路
の出力に応じて該差動増幅回路の利得を可変する利得設
定手段とを具備したことを特徴とする電池残量測定装
置。1. A battery residual amount measurement device which is an integrated circuit includes a current measuring circuit for measuring charging and discharging currents of the rechargeable secondary battery, the current measuring circuit, the charge of the secondary battery A differential amplifier circuit for detecting a voltage between both ends of a charge / discharge current detecting resistor inserted in series with a discharge path; and a predetermined reference voltage integrated with the differential amplifier circuit.
Generated offset power supply and a predetermined reference voltage generated by this offset power supply
Voltage to generate a plurality of different offset voltages.
And an offset voltage generated by the resistance group and the resistance group.
An offset circuit for selectively adding an offset to the differential amplifier in addition to an amplifier; and a gain setting for varying a gain of the differential amplifier circuit according to an output of the differential amplifier circuit to which the offset is selectively applied. And a means for measuring a remaining battery level.
よって駆動されるものであって、その入力段に該差動増
幅器の出力に応じて、前記両端間電圧の入力極性を切り
換える極性反転スイッチ回路を備えることを特徴とする
請求項1に記載の電池残量測定装置。2. The differential amplifier circuit is driven by a single-polarity power supply, and has an input stage for switching the input polarity of the voltage between both ends according to the output of the differential amplifier. The battery level measuring device according to claim 1, further comprising an inversion switch circuit.
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