二次电池用复合集成电路、二次电池用复合装置及电池组的制作方法

文档序号:11137619
二次电池用复合集成电路、二次电池用复合装置及电池组的制造方法

本发明涉及二次电池用复合集成电路、二次电池用复合装置及电池组。



背景技术:

以前,已知一种电池组,其具备通过断开在与二次电池相连接的电源路径上串联插入的开关电路来禁止所述二次电池放电的保护IC(Integrated Circuit集成电路)、以及检测所述二次电池状态的状态检测IC(例如参照专利文献1)。该状态检测IC将接地端子在所述二次电池与所述开关电路之间与所述电源路径相连接。

如上述的电池组那样,设置有控制开关电路的保护IC、将接地端子与二次电池和开关电路之间的电源路径相连接的电池侧IC(在专利文献1的情况下为状态检测IC)。然而,因为电池侧IC的接地端子与二次电池和开关电路之间的电源路径相连接,所以即使通过保护IC断开开关电路来禁止二次电池的放电,也无法抑制电池侧IC的电力消耗。因此,由于电池侧IC的电力消耗二次电池继续放电,二次电池可能会不断放电。

专利文献1:日本特开2009-153238号公报



技术实现要素:

因此,本发明的目的在于提供一种能够抑制二次电池不断放电的二次电池用复合集成电路、二次电池用复合装置以及电池组。

在一个方案中,提供了一种二次电池用复合集成电路,其具备:保护IC,其将二次电池作为电源来进行动作,通过控制在与所述二次电池的负极相连接的电源路径中串联插入的开关电路来许可或禁止所述二次电池的放电;

监视IC,其将所述二次电池作为电源来进行动作,具有在所述二次电池与所述开关电路之间与所述电源路径相连接的接地端子,测定所述二次电池的电压并发送到外部,

所述保护IC通过输出接通所述开关电路的许可信号来许可所述二次电池的放电,通过输出切断所述开关电路的禁止信号来禁止所述二次电池的放电,

所述监视IC在输入了所述禁止信号时,与输入了所述许可信号时相比降低自身的消耗功率。

通过这一方式,能够抑制二次电池的不断放电。

附图说明

图1表示具备二次电池用复合集成电路的电池组的结构的一个例子。

图2表示监视IC的结构的一个例子。

图3表示具备二次电池用复合集成电路的电池组的结构的一个例子。

图4表示监视IC的结构的一个例子。

符号说明

5:正极端子

6:负极端子

7:负极侧电源路径

13:开关电路

91:电源端子

92:接地端子

95:连接检测端子

98:保护控制电路

100:电池组

110:复合装置(二次电池用复合装置的一个例子)

120:保护IC

130:电子设备

139:设备接地

140、142:复合集成电路(二次电池用复合集成电路的一个例子)

150:监视IC

151:电源端子

152:接地端子

153:放电控制输入端子

155:控制电路

159:充电控制输入端子

160:电压测定电路

161:存储器

162:通信电路

200:二次电池

具体实施方式

以下,根据附图说明本发明的实施方式。

图1是表示具备复合集成电路140的电池组100的一个例子的结构图。电池组100内置有:能够向与正极端子5和负极端子6相连接的电子设备130供电的二次电池200、与二次电池200相连接的复合装置110。电池组100可以内置在电子设备130中,也可以外接。

电子设备130是将电池组100的二次电池200作为电源的负载的一个例子。作为电子设备130的具体例子,列举可携带的便携终端装置。作为便携终端装置的具体例子,列举了便携电话、智能电话、平板电脑、游戏机、电视机、音乐或影像的播放器、照相机等电子设备。

作为二次电池200的具体例子,列举了锂离子电池或锂聚合物电池等。

复合装置110是将二次电池200作为电源进行动作的二次电池用复合装置的一个例子。复合装置110例如具备基板111、电阻9、感应电阻10、复合集成电路140、电池正极连接端子3、电池负极连接端子4、正极端子5、负极端子6、外部通信端子15、开关电路13。在基板111中实际安装了电阻9、感应电阻10、复合集成电路140、开关电路13。

复合集成电路140是将二次电池200作为电源进行动作的二次电池用复合集成电路的一个例子。复合集成电路140具备保护IC120、监视IC150。复合集成电路140例如是将保护IC120和监视IC150封装在一个封装内的多芯片。

电池正极连接端子3是与二次电池200的正极201相连接的端子,电池负极连接端子4是与二次电池200的负极202相连接的端子。正极端子5是与电子设备130的设备电源路径141相连接的端子。负极端子6是与电子设备130的设备接地139相连接的端子。

电池正极连接端子3和正极端子5通过正极侧电源路径8相连接,电池负极连接端子4和负极端子6通过负极侧电源路径7相连接。正极侧电源路径8是电池正极连接端子3与正极端子5之间的充放电路径的一个例子,负极侧电源路径7是电池负极连接端子4与负极端子6之间的充放电路径的一个例子。

复合装置110具备开关电路13。开关电路13被串联插入到第一负极侧连接点7a与第二负极侧连接点7b之间的负极侧电源路径7中。开关电路13例如是将充电控制晶体管11和放电控制晶体管12串联连接的串联电路。通过充电控制晶体管11的断开,遮断二次电池200的充电电流流过的负极侧电源路径7,从而禁止二次电池200的充电电流的流动。通过放电控制晶体管12的断开,遮断二次电池200的放电电流流过的负极侧电源路径7,从而禁止二次电池200的放电电流的流动。

充电控制晶体管11和放电控制晶体管12例如分别是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管)。使充电控制晶体管11的寄生二极管11a的正向与二次电池200的放电方向相一致,来将充电控制晶体管11插入到负极侧电源路径7中。使放电控制晶体管12的寄生二极管12a的正向与二次电池200的充电方向相一致,来将放电控制晶体管12插入到负极侧电源路径7中。

通过将开关电路13串联插入到负极侧电源路径7中,与将开关电路13串联插入到正极侧电源路径8中的方式相比,能够使开关电路13的放电控制晶体管12以及充电控制晶体管11小型化。

复合集成电路140具备保护IC120。保护IC120是将二次电池200作为电源来进行动作,通过断开在与二次电池200的负极202相连接的负极侧电源路径7中串联插入的开关电路13来保护二次电池200避免遭受过电流等的保护IC的一个例子。保护IC120通过使用开关电路13来控制二次电池200的充放电,从而保护二次电池200避免遭受过电流等。保护IC120由二次电池200进行供电来保护二次电池200。

保护IC120例如具备电源端子91、接地端子92、充电控制输出端子93、放电控制输出端子94、连接检测端子95、电流检测端子96。

电源端子91是经由正极侧连接点8a以及电池正极连接端子3与二次电池200的正极201相连接的正极侧电源端子,被称为VDD端子。

接地端子92是经由第一负极侧连接点7a以及电池负极连接端子4与二次电池200的负极202相连接的负极侧电源端子,被称为VSS端子。接地端子92通过第一负极侧连接点7a与负极侧电源路径7相连接,并经由感应电阻10与放电控制晶体管12的源极相连接。

充电控制输出端子93是输出充电控制信号的端子,该充电控制信号用于控制可否对二次电池200进行充电,该充电控制输出端子93被称为COUT端子。充电控制输出端子93与充电控制晶体管11的控制电极(例如在MOSFET时为栅极)相连接。

放电控制输出端子94是输出放电控制信号的端子,该放电控制信号用于控制可否对二次电池200进行放电,该放电控制输出端子94被称为DOUT端子。放电控制输出端子94与放电控制晶体管12的控制电极(例如在MOSFET时为栅极)相连接。

连接检测端子95是与负极端子6相连接的端子,该负极端子6与电子设备130的设备接地139相连接,连接检测端子95被称为V-端子。连接检测端子95经由电阻9,通过第二负极侧连接点7b与负极端子6和充电控制晶体管11之间的负极侧电源路径7相连接。连接检测端子95经由电阻9与充电控制晶体管11的源极相连接。

电流检测端子96是通过相对于感应电阻10与第一负极侧连接点7a相反侧的第三负极侧连接点7c与负极侧电源路径7相连接的端子,被称为CS端子。感应电阻10是被串联插入到负极侧电源路径7中的电流检测电阻。感应电阻10的一端经由第一负极侧连接点7a与二次电池200的负极202以及接地端子92相连接,感应电阻10的另一端经由第三负极侧连接点7c与晶体管12的源极以及电流检测端子96相连接。

保护IC120进行保护动作,即通过断开开关电路13来禁止二次电池200的放电或充电。保护IC120具备异常检测电路21、保护控制电路98。异常检测电路21是检测二次电池200的电流或电压的异常的单元的一个例子。保护控制电路98基于异常检测电路21的异常检测结果,输出对开关电路13的开关动作进行控制的控制信号,由此来控制晶体管11、12的接通以及断开。

保护控制电路98例如进行以下动作(过充电保护动作):通过控制晶体管11来保护二次电池200避免过充电。例如,异常检测电路21通过检测电源端子91与接地端子92之间的电压来监视二次电池200的电池电压(单元电压)。异常检测电路21通过检测预定的过充电检测电压Vdet1以上的单元电压,输出表示检测出二次电池200的过充电的过充电检测信号。

检测出过充电检测信号的保护控制电路98进行过充电保护动作,即等待预定的过充电检测延迟时间tVdet1的经过,然后从充电控制输出端子93输出断开晶体管11的低电平的充电控制信号COUT。通过断开晶体管11,与晶体管12的接通状态以及断开状态无关,禁止二次电池200的充电,因此能够防止二次电池200的过充电。

保护控制电路98例如进行以下动作(过放电保护动作):通过控制晶体管12来保护二次电池200避免过放电。例如,异常检测电路21通过检测电源端子91与接地端子92之间的电压来监视二次电池200的电池电压(单元电压)。异常检测电路21通过检测预定的过放电检测电压Vdet2以上的单元电压,输出表示检测出二次电池200过放电的过放电检测信号。

检测出过放电检测信号的保护控制电路98进行过放电保护动作,即等待预定的过放电检测延迟时间tVdet2的经过,然后从放电控制输出端子94输出断开晶体管12的低电平的放电控制信号DOUT。通过断开晶体管12,与晶体管11的接通状态以及断开状态无关,禁止二次电池200的放电,因此能够防止二次电池200的过放电。

保护控制电路98例如进行以下动作(放电过电流保护动作):通过控制晶体管12来保护二次电池200避免放电过电流。例如,异常检测电路21通过在感应电阻10中流过的电流来检测在电流检测端子96与接地端子92之间产生的感应电压。异常检测电路21通过检测预定的放电过电流检测电压Vdet3以上的感应电压,输出表示在负极侧电源路径7中检测出在二次电池200的放电方向上流动的异常电流即放电过电流的放电过电流检测信号。

检测出放电过电流检测信号的保护控制电路98执行放电过电流保护动作,即等待预定的放电过电流检测延迟时间tVdet3的经过,然后从放电控制输出端子94输出断开晶体管12的低电平的放电控制信号DOUT。通过断开晶体管12,与晶体管11的接通状态以及断开状态无关,禁止二次电池200的放电,因此能够防止在对二次电池200进行放电的方向上流过过电流。

保护控制电路98例如进行以下动作(充电过电流保护动作):通过控制晶体管11来保护二次电池200避免充电过电流。例如,异常检测电路21通过在感应电阻10中流动的电流来检测在电流检测端子96与接地端子92之间产生的感应电压。异常检测电路21通过检测预定的充电过电流检测电压Vdet4以下的感应电压,输出表示在负极侧电源路径7中检测出在二次电池200的充电方向上流动的异常电流即充电过电流的充电过电流检测信号。

检测出充电过电流检测信号的保护控制电路98执行充电过电流保护动作,即等待预定的充电过电流检测延迟时间tVdet4的经过,然后从充电控制输出端子93输出断开晶体管11的低电平的充电控制信号COUT。通过断开晶体管11,与晶体管12的接通状态以及断开状态无关,禁止二次电池200的充电,因此能够防止在对二次电池200进行充电的方向上流过过电流。

保护控制电路98例如进行以下的动作(短路保护动作):通过控制晶体管12来保护二次电池200避免短路电流。异常检测电路21例如当在电流检测端子96与接地端子92之间检测出预定的第一短路检测电压Vshort1以上的电压时,输出表示检测出正极端子5与负极端子6之间的短路异常的短路检测信号。或者,异常检测电路21例如当在连接检测端子95与接地端子92之间检测出预定的第二短路检测电压Vshort2以上的电压时,输出表示检测出正极端子5与负极端子6之间的短路异常的短路检测信号。第二短路检测电压Vshort2比第一短路检测电压Vshort1足够大。

检测出短路检测信号的保护控制电路98执行短路保护动作,即从放电控制输出端子94输出断开晶体管12的低电平的控制信号。通过断开晶体管12,与晶体管11的接通状态以及断开状态无关,禁止二次电池200的放电,因此能够防止在对二次电池200进行放电的方向上流过短路电流。

一方面,保护控制电路98在没有通过异常检测电路21检测出应该禁止二次电池200的充电的异常(例如,过充电和充电过电流中的任意一个)时,从充电控制输出端子93输出接通晶体管11的高电平的充电控制信号COUT。保护控制电路98通过从充电控制输出端子93输出接通晶体管11的高电平的充电控制信号COUT,许可二次电池200的充电。

另一方面,保护控制电路98在没有通过异常检测电路21检测出应该禁止二次电池200的放电的异常(例如,过放电、放电过电流、短路异常中的任意一个)时,从放电控制输出端子94输出接通晶体管12的高电平的放电控制信号DOUT。保护控制电路98通过从放电控制输出端子94输出接通晶体管12的高电平的放电控制信号DOUT,许可二次电池200的放电。

如此,断开晶体管11的低电平的充电控制信号COUT是禁止二次电池200的充电的禁止信号的一个例子,接通晶体管11的高电平的充电控制信号COUT是许可二次电池200的充电的许可信号的一个例子。另一方面,断开晶体管12的低电平的放电控制信号DOUT是禁止二次电池200的放电的禁止信号的一个例子,接通晶体管12的高电平的放电控制信号DOUT是许可二次电池200的放电的许可信号的一个例子。

监视IC150是将二次电池200作为电源来进行动作,测定二次电池200的电压来向外部发送该测定值的监视IC的一个例子。监视IC150是不仅测定二次电池200的电压,还可测定二次电池200的电流、温度、剩余容量中的至少一个的电池状态并向外部发送该测定值的集成电路。

监视IC150例如具有电源端子151、接地端子152、放电控制输入端子153、通信端子163、电压测定电路160、通信电路162、控制电路155。

电源端子151与正极侧电源路径8相连接。接地端子152在二次电池200的负极202与开关电路13的晶体管12之间与负极侧电源路径7相连接。监视IC150通过电源端子151与接地端子152之间的电源电压进行动作。放电控制输入端子153输入放电控制信号DOUT,与放电控制输出端子94与晶体管12的栅极之间的信号路径(传递放电控制信号DOUT的路径)相连接。

电压测定电路160是测定二次电池200的电池电压(单元电压)的电路的一个例子。电压测定电路160例如通过检测电源端子151与接地端子152之间的电源电压,来测定二次电池200的电池电压。通过将接地端子152在负极202和开关电路13之间与负极侧电源路径7相连接,能够使电压测定电路160测定的电池电压中不包含基于开关电路13的寄生电阻值的电压降低量。特别是通过将接地端子152在负极202和感应电阻10之间与负极侧电源路径7相连接,能够使电压测定电路160测定的电池电压中不包含基于感应电阻10的电阻值的电压降低量。

通信电路162是包含发送电路的电路,该发送电路经由通信端子163向监视IC150的外部发送通过电压测定电路160测定到的电池电压的测定结果。通信端子163与外部通信端子15相连接,外部通信端子15与电子设备130相连接。因此,通信电路162能够向电子设备130发送通过电压测定电路160测定到的电池电压的测定结果。通信电路162也可以经由保护IC120发送到电子设备130。

控制电路155是当在放电控制输入端子153输入了断开晶体管12的低电平的放电控制信号DOUT时,执行预定的动作的控制电路的一个例子。

根据图1的实施方式,可以将低电平的放电控制信号DOUT用作使监视IC执行的预定的动作开始的触发输入。因此,能够使监视IC150执行的预定的动作与保护IC120的保护动作(例如,过放电保护动作、放电过电流保护动作)联动。

例如,当在放电控制输入端子153输入了高电平的放电控制信号DOUT时,电压测定电路160执行测定二次电池200的电池电压的动作,通信电路162执行发送电压测定电路160的测定结果的动作。然后,控制电路155当在放电控制输入端子153输入了高电平的放电控制信号DOUT时,将监视IC150的功率模式设定为通常模式,不执行降低监视IC150的消耗功率的动作(功率降低动作)。另一方面,控制电路155当在放电控制输入端子153输入了低电平的放电控制信号DOUT时,将监视IC的功率模式设定为省电模式,执行功率降低动作。即,监视IC150的控制电路155当在放电控制输入端子153输入了低电平的放电控制信号DOUT时,与在放电控制输入端子153输入了高电平的放电控制信号DOUT相比,降低监视IC150自身的消耗功率。

因此,监视IC150能够与保护IC120的保护动作进行联动来控制自身的功率模式,能够避免在通过保护IC120执行保护动作的状态(保护状态)下持续消耗电流。即,在通过保护IC120禁止了二次电池200的放电的保护状态下,能够抑制由于监视IC150的消耗电流而使二次电池200进一步不断放电。

例如,在通过异常检测电路21检测出二次电池200的过放电时,保护IC120从放电控制输出端子94输出低电平的放电控制信号DOUT。因此,监视IC150能够抑制在保护IC120禁止二次电池200的放电的过放电检测状态下,由于监视IC150自身的消耗功率而使二次电池200不断放电。

例如在通过异常检测电路21检测出二次电池200的过放电时,与未通过异常检测电路21检测出二次电池200的过放电时相比,保护IC120的保护控制电路98降低保护IC120自身的消耗功率。因此,保护IC120能够抑制在禁止二次电池200的放电的过放电检测状态下,由于保护IC120自身的消耗功率而使二次电池200不断放电。

图2是表示监视IC150的结构的一个例子。监视IC150具有温度传感器164、电压测定电路160、通信电路162、控制电路155。电压测定电路160具有多工器160a、AD转换器(ADC:Analog to Digital Converter模数转换器)160b、数字滤波器160c。控制电路155具有定序器155a、通电复位电路155b、振荡器155c、调节器155d、OTP155e、EEPROM155f、寄存器155g。

定序器155a通过通电复位电路155的复位解除来开始动作。多工器160a是基于定序器155a选择性地切换来自温度传感器164的传感器电压以及电源端子151与接地端子152之间的电源电压来将其输出给AD转换器160b的选择电路。温度传感器164测定监视IC150的内部温度,并输出与该内部温度的测定值对应的传感器电压。定序器155a不需要电子设备130等外部设备的指示,通过AD转换器160b定期地重复执行电源端子151与接地端子152之间的电源电压的AD转换、来自温度传感器164的传感器电压的AD转换。把通过AD转换器160b测定出的电源电压以及传感器电压通过数字滤波器160c实施滤波处理,然后输入到定序器155a。

定序器155a根据AD转换器160b测定出的电源电压(通过数字滤波器160c进行滤波处理后的电源电压)运算二次电池200的电池电压,并将该电池电压的运算值存储在寄存器155g中。另外,定序器155a根据AD转换器160b测定出的传感器电压(通过数字滤波器160c进行滤波处理后的传感器电压)运算监视IC150的周围温度(例如,电池组100的内部温度、二次电池200的电池温度等),并将该周围温度的运算值存储在寄存器155g中。

定序器155a也可根据监视IC150的周围温度的运算值来修正二次电池200的电池电压的运算值,并将该修正后的电池电压的运算值存储在寄存器155g中。通信电路162是在该修正后的电池电压的运算值表示预定的异常值时,经由通信端子163向作为主机设备的电子设备130通知异常的接口。

控制电路155具有当在放电控制输入端子153输入了低电平的放电控制信号DOUT时,限制向监视IC150的内部电路供给的电力的调节器155d。在监视IC150的内部电路中,例如包含模拟电路和数字电路。作为在模拟电路中包含的电路的具体例子,列举了温度传感器164、振荡器155c、AD转换器160b等。作为在数字电路中包含的电路的具体例子,列举了定序器155a、寄存器155g、通信电路162等。

调节器155d是对电源端子151与接地端子152之间的电源电压进行降低调节,生成降压调节后的调节电压的电源电路。该调节电压成为用于使监视IC150的内部电路进行动作的动作电压。调节器155d当在放电控制输入端子153输入了低电平的放电控制信号DOUT时,执行电力降低动作,即通过减小调节电压或使其为零来限制向监视IC150的内部电路供给电力。

以上,通过实施方式说明了二次电池用复合集成电路、二次电池用复合装置以及电池组,但是本发明并不限于上述的实施方式。在本发明的范围内能够进行与其他的实施方式的一部分或全部的组合或替换等各种变形以及改良。

图3是表示具备复合集成电路142的电池组100的一个例子的结构图。对于图3的结构内的与图1相同的结构,引用针对图1的上述说明。复合集成电路142是将二次电池200作为电源来进行动作的、二次电池用复合集成电路的一个例子。

监视IC150具有充电控制输入端子159。充电控制输入端子159输入充电控制信号COUT,与充电控制输出端子93和晶体管11的栅极之间的信号路径(传递充电控制信号COUT的路径)相连接。

控制电路155是当在充电控制输入端子159输入了断开晶体管11的低电平的充电控制信号COUT时,执行预定动作的控制电路的一个例子。

根据图3的实施方式,可将低电平的充电控制信号COUT用作使监视IC150执行的预定动作开始的触发输入。因此,能够使监视IC150执行的预定动作与保护IC120的保护动作(例如,过充电保护动作、充电过电流保护动作)联动。

图4是表示监视IC150的结构的另一个例子。图4的监视IC150具有电池状态测定电路165、存储器161、通信电路162。

电池状态测定电路165是当在放电控制输入端子153输入了低电平的放电控制信号DOUT时,测定二次电池200的电池状态的测定电路的一个例子。电池状态测定电路165例如测定二次电池200的电压、电流、温度、剩余容量中的至少一个电池状态。

通信电路162是包含发送电路的电路,该发送电路经由监视IC150的通信端子163发送由电池状态测定电路165测定出的电池状态。通信电路162经由通信端子163向电子设备130传递由电池状态测定电路165测定出的电池状态。因此,监视IC150能够把在保护IC120执行保护动作的状态(保护状态)下由电池状态测定电路165测定的电池状态传递给电子设备130。

存储器161是存储电池状态测定电路165测定出的电池状态的存储器的一个例子。存储器161例如是非易失性存储器(图2的OTP155e或EEPROM155f等)。通过在存储器161中存储电池状态,能够保存二次电池200在保护状态下的电池状态。通信电路162向电子设备130传递在存储器161中存储的电池状态。

例如,电池状态测定电路165当在放电控制输入端子153输入的放电控制信号DOUT的电平从高电平转移到低电平时开始定时器的动作,测定直到解除保护状态的定时为止的时间。解除保护状态的定时是指在放电控制输入端子153输入的放电控制信号DOUT的电平从低电平转移到高电平时。通信电路162发送由电池状态测定电路165测定出的时间,由此电子设备130能够掌握保护状态的持续时间。

例如,电池状态测定电路165当在放电控制输入端子153输入的放电控制信号DOUT的电平从高电平转移到低电平时,将监视IC150的动作模式转移到定期测定电池状态的模式,开始定期地测定二次电池200在保护状态下的电池状态。即,电池状态测定电路165因为取得二次电池200的电压等电池状态的日志,所以能够测定二次电池200在保护状态下的电池状态的变化,例如,电池状态测定电路165在存储器161中记录过放电时的最低电压、过充电时的最高电压。通信电路162通过发送在存储器161中存储的过放电时的最低电压或过充电时的最高电压,电子设备130能够更详细地掌握二次电池200在保护状态下的举动。

此外,在图4中,可以将用于输入放电控制信号DOUT的放电控制输入端子153置换为输入充电控制信号COUT的充电控制输入端子159。

另外,也可以将放电控制信号DOUT和充电控制信号COUT两方的控制信号用于监视IC150的控制输入。

另外,也可将开关电路13内置在复合集成电路140中。

再多了解一些
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