電池余量檢測電路的制作方法

專利名稱：電池余量檢測電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池余量檢測電路，特別是涉及基于電池的充放電電流來檢測電池余量的電池余量檢測電路。
背景技術：
近年來，鋰離子電池被搭載于數碼相機等便攜式設備中。一般認為鋰離子電池根據其電池電壓來檢測電池余量較難。為此，通過對電池的充放電電流進行累計，來測定電池余量的方法就得以采用(參照專利文獻1)。
例如，數碼相機從電源接通開始怎樣能夠在短時間進行攝影成為非常重要的課題。眾所周知上述從電源接通到可以攝影為止的時間，隨電源接通時的電流消耗增加而相應變短。
在利用了對充放電電流進行累計的電池余量檢測電路的情況下，若無法檢測電源接通時的較大的電流消耗，則電池余量的誤差就變大。這是因為電池余量檢測電路自身將消耗電流，所以為了抑制這一自身電流消耗，電池余量檢測電路間歇地進行電流測定。
專利文獻1特開2001-174534號公報圖8是以往的電池余量檢測電路一例的動作說明圖。同一圖中，tm11、tm12表示測定定時，Δt11、Δt12(Δt11＞Δt12)表示測定間隔。
例如，在負荷的電源切斷時等，電流消耗的變動及電流消耗自身較小，所以為了降低電池余量檢測電路中的電流消耗就以比較長的測定間隔Δt11(例如，數分左右)來進行測定，在負荷的電源接通時，依照負荷的狀態電流消耗較大地變動，所以就以比較短的測定間隔Δt12(例如，數秒左右)來進行測定。
此時，如圖8所示那樣在時刻t10負荷被接通電源的情況下，從最后的測定定時tm11起經過了測定間隔Δt11的時刻t11開始以測定間隔Δt12來進行余量檢測，所以根據測定定時tm11，無法檢測圖8中斜線所示的在負荷接通了電源時的比較大的電流消耗。從而，在反復進行電源接通及切斷的情況下就有無法準確地檢測電池余量之類的問題。
為了解決這一問題，考慮如圖9所示那樣縮短測定間隔。圖9表示以往的電池余量檢測電路的其他一例的動作說明圖。同一圖中，tm21、tm22表示測定定時，Δt21、Δt22(Δt21＞Δt22)表示測定間隔。
在圖9中將負荷的電源切斷時的測定間隔Δt21(例如，數10秒左右)比圖8的負荷的電源切斷時的測定間隔Δt11還短地進行設定。由此，如圖9所示那樣，在時刻t20負荷被接通電源的情況下，從最后的測定定時tm21起經過了測定間隔Δt21的時刻t21開始以測定間隔Δt22來進行余量檢測，雖然也無法檢測圖9中斜線所示的負荷接通了電源時的電流消耗，但與圖8相比電池余量的誤差變小。
但是，在圖9所示的方法中，由于負荷的電源被切斷時的測定間隔縮短為Δt21，所以就有電池余量檢測電路中的電流消耗變大之類的問題。
在以往的余量檢測電路中，根據余量測定的處理定時，就存在錯過電源接通時等的較大的電流消耗的測定，不能進行準確的余量檢測之類的問題。

發明內容
本發明就是鑒于上述問題點而完成的，其目的為提供一種能夠較小地抑制電流消耗，且能夠進行準確的電池余量檢測的電池余量檢測電路。
根據本發明一實施方式的電池余量檢測電路，具有檢測電池(102)的充放電電流的電流檢測部件(123)；在由上述電流檢測部件(123)檢測出的充放電電流小于等于規定值時以第1時間間隔，在上述充放電電流超過上述規定值時則以比上述第1時間間隔短的第2時間間隔，對上述充放電電流進行累計來測定上述電池(102)之余量的余量測定部件(112、113)；以及在上述充放電電流超過基準值時生成中斷信號并向上述余量測定部件(112、113)指示上述電池余量的測定的中斷信號生成部件(116)，由此就能夠較小地抑制電流消耗，且能夠進行準確的電池余量檢測。
在上述電池余量檢測電路，能夠采用以下構成上述電流檢測部件(123)作為上述充放電電流流經的電阻(Rs)的兩端間電壓來進行檢測，上述中斷信號生成部件(116)在上述充放電電流流經的電阻(Rs)的兩端間電壓超過第1基準值時、以及在上述充放電電流流經的電阻的兩端間電壓不足比上述第1基準值低的第2基準值時，生成上述中斷信號。
在上述電池余量檢測電路，能夠采用以下構成上述中斷信號生成部件(116)由窗口比較器構成。
此外，上述括弧內的參照標記是為了使理解容易而附加的，只不過是一個例子，并不是限定于圖示的方式。
根據本發明，就能夠較小地抑制電流消耗，且能夠進行準確的電池余量檢測。


圖1是本發明的電池余量檢測電路的一實施方式的塊構成圖。
圖2是中斷信號生成電路的塊構成圖。
圖3是中斷信號生成電路的動作說明圖。
圖4是CPU的處理流程圖。
圖5是本發明的一實施方式的動作說明圖。
圖6是應用了本發明電路的電池組的一實施方式的框圖。
圖7是使用了圖6的電池組的便攜式電子設備的一實施方式的框圖。
圖8是以往的電池余量檢測電路一例的動作說明圖。
圖9是以往的電池余量檢測電路的其他一例的動作說明圖。
具體實施例方式
圖1表示本發明的電池余量檢測電路的一實施方式的塊構成圖。同一圖中，電池余量檢測電路101例如被形成在單一的半導體基板上，采用包括檢測部111、σ·δ調制器112、CPU113、存儲器114、調節器(regulator)115、中斷信號生成電路116、通信電路117的構成。
檢測部111采用包括電壓檢測部121、溫度檢測部122、電流檢測部123、多路轉接器(multiplexer)124的構成。
電壓檢測部121被連接到電池102的兩端，檢測電池102的電壓。用電壓檢測部121檢測出的檢測信號被供給到多路轉接器124。溫度檢測部122檢測周圍溫度，生成并輸出與周圍溫度相應的檢測信號。溫度檢測部122的檢測信號被供給到多路轉接器124。
電流檢測部123例如由差動放大器所構成，被連接到在電池102與端子T-之間所連接的電流檢測電阻Rs的兩端，檢測依照電流檢測電阻Rs上流經的電流而在電流檢測電阻Rs上發生的電壓，并輸出與電池102的充放電電流相應的檢測信號。
此外，這時，檢測信號例如在電池102上沒有流過充放電電流時成為基準電壓V0，在流過充電電流時成為超過基準電壓V0的值，在流過放電電流時成為不足基準電壓V0的值而被輸出。電流檢測部123的檢測信號被提供給中斷信號生成電路116及多路轉接器124。
多路轉接器124基于來自CPU113的控制信號來選擇電壓檢測部121的檢測信號、溫度檢測部122的檢測信號、電流檢測部123的檢測信號中的某一個，并提供給σ·δ調制器112。
中斷信號生成電路116基于電流檢測電路123的檢測信號生成中斷信號，并提供給CPU113。
σ·δ調制器112對來自多路轉接器124的模擬信號進行PDM(脈沖密度調制)、也就是1位數字調制并提供給CPU113。
CPU113執行存儲器114中所存儲的數字濾波處理程序并將PDM信號變換成多位的數字值、也就是PCM(脈沖碼調制)數據。進而，執行余量計算程序處理以計算出電池102的余量。此外，在本說明書中所說的CPU中包含微處理器等處理器。
通信電路117將CPU113計算出的電池余量對外部電路進行發送。調節器115從電池102得到電源，并生成電池余量檢測電路101中所需要的電源電壓，提供給電池余量檢測電路101的各部分。
<中斷信號生成電路的構成>
圖2表示中斷信號生成電路116的塊構成圖，圖3表示中斷信號生成電路116的動作說明圖。
中斷信號生成電路116由比較器131、132；發生第1基準電壓V1的基準電壓源133；發生第2基準電壓V2的基準電壓源134；和“或”門136所構成，如圖3所示那樣，構成僅在輸入電壓處于第1基準電壓(第1基準值)V1與第2基準電壓(第2基準值)V2之間時，輸出為低電平的窗口比較器。
比較器131在非逆轉輸入端子上供給電流檢測部123的檢測信號，并在逆轉輸入端子上從第1基準電壓源133供給第1基準電壓V1。第1基準電壓V1被設定成比檢測信號的基準電壓V0(例如，電壓0.8V左右)例如高500mV的電壓。此外，差電壓|V1-V0|＝|V2-V0|＝相當于閾值電流Ith(例如電流50mA左右)。
如果檢測信號比第1基準電壓V1高，比較器131就將輸出設為高電平，如果低就將輸出設為低電平。比較器131的輸出被供給“或”門136。
比較器132在非逆轉輸入端子上從基準電壓源134供給第2基準電壓V2，在逆轉輸入端子上供給電流檢測部123的檢測信號。第2基準電壓V2被設定成比檢測信號的基準電壓V0例如低500mV的電壓。
如果檢測信號比第2基準電壓V2高，比較器132就將輸出設為低電平，如果低就將輸出設為高電平。比較器132的輸出被供給“或”門136。
“或”門136輸出比較器131的輸出與比較器132的輸出的“或”邏輯。“或”門136的輸出如圖3所示那樣當檢測信號在第1基準電壓V1和第2基準電壓V2之間為低電平，當檢測信號大于第1基準電壓V1時以及檢測信號小于第2基準電壓V2時為高電平。“或”門136的輸出作為中斷信號被供給CPU113。
圖4表示CPU113的處理流程圖。為了降低電力消耗，CPU113通常處于休眠狀態，每當內置的中斷計時器所設定的時間就起動，來執行數字濾波處理及余量測定處理。
同一圖中，CPU113在步驟S1-1中成為休眠狀態，使除電流檢測部123、中斷信號生成電路116、CPU113及存儲器114以外的電池余量檢測電路101的各電路的動作電流的供給停止。
當CPU113在步驟S1-2中產生利用中斷計時器的計時器中斷，在步驟S1-4中CPU113就從休眠狀態成為喚醒狀態。然后，在步驟S1-5中控制多路轉接器124分別從電壓檢測部121、溫度檢測部122、電流檢測部123順次選擇電壓、溫度、充放電電流各自的檢測信號，并通過σ·δ調制器112變換成PDM信號而取入內部，進行數字濾波處理及余量測定處理來測定電池的余量。
另一方面，當在步驟S1-2中沒有產生計時器中斷的情況下，進入步驟S1-3，該CPU113判斷是否利用中斷信號生成電路116產生了電流檢測中斷，在電流檢測中斷沒有產生的情況下，進入步驟S1-1成為休眠狀態，反復步驟S1-1～S1-3。
若在步驟S1-3中產生利用中斷信號生成電路116的電流檢測中斷，在步驟S1-4中CPU113就從休眠狀態成為喚醒狀態。然后，在步驟S1-5中控制多路轉接器124分別從電壓檢測部121、溫度檢測部122、電流檢測部123順次選擇電壓、溫度、充放電電流各自的檢測信號，并通過σ·δ調制器112變換成PDM信號而取入內部，進行數字濾波處理及余量測定處理來測定電池的余量。
此外，CPU113在來自中斷信號生成電路116的中斷信號從低電平反轉成高電平時，就認為有中斷。
在執行了步驟S1-4、S1-5以后，CPU113在步驟S1-6中判斷電流檢測部123檢測出的充放電電流是否為超過規定值(例如，10～50mA左右)的大電流。
在充放電電流為小于等于規定值的小電流的情況下，亦即例如在端子T+、T-從負荷被切斷的情況下，在步驟S1-7中判斷這一狀態(充放電電流為小電流的狀態)是否繼續規定時間(例如，數分)。如果這一狀態沒有繼續規定時間就進入步驟S1-1。若這一狀態繼續規定時間繼續，CPU113就在步驟S1-8中將中斷計時器的計時器中斷時間間隔設為較長的值Δt1(Δt1＞Δt2)以后，進入步驟S1-1。
在充放電電流超過規定值為大電流的情況下，亦即例如在端子端子T+、T-被連接到負荷的情況下，CPU113在步驟S1-9中將中斷計時器的計時器中斷時間間隔設為較短的值Δt2以后，進入步驟S1-1。
圖5表示本發明的一實施方式的動作說明圖。同一圖中，tm1表示來自中斷信號生成電路116的中斷信號為低電平、且計時器中斷時間間隔為較長的值Δt1時的利用CPU113的測定處理的定時，tm2表示計時器中斷時間間隔為較短的值Δt2時的利用CPU113的測定處理的定時。從上述定時tm1或者tm2起CPU113例如在數m秒的期間執行數字濾波處理及余量測定處理。
這里，在時刻t0對端子T+、T-上所連接的負荷電流從電池102開始流動。當在時刻t1電流檢測部123的檢測信號達到V1且充放電電流超過閾值電流Ith時，將中斷信號生成電路116的輸出設為低電平對CPU113產生中斷，CPU113立即執行數字濾波處理及余量測定處理。
因此，無論計時器中斷時間間隔是Δt1、Δt2中的哪一個，都可以進行電流測定而不會錯過電源接通時的超過閾值電流Ith的比較大的電流被消耗的時刻，并可以進行準確的電流測定。據此，就能夠進行準確的電池余量檢測。
<電池組>
圖6表示應用了本發明電路的電池組的一實施方式的框圖。同一圖中，作為電池余量檢測電路的燃料表IC(fuel gauge IC)200被半導體集成化，大致由數字部210和模擬部250構成。此外，由于在燃料表IC200的外部設置有調節器/保護電路304，所以在燃料表IC200內未設置圖1所示的調節器115。
在數字部210內設置有CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、中斷控制部215、總線控制部216、I2C部217、串行通信部218、計時器部219、電源接通復位部220。這些電路通過內部總線222相互連接起來。
CPU211執行ROM212中所存儲的程序來控制燃料表IC200全體，并執行對電池的充放電電流進行累計而算出電池余量的處理等。此時RAM213被作為作業區域而使用。在EEPROM214中存儲著修整(trimming)信息等。此外，CPU211相當于圖1所示的CPU113，ROM212、RAM213、EEPROM214相當于存儲器114。
中斷控制部215從燃料表IC200的各部被供給中斷請求，依照各中斷請求的優先度發生中斷并通知給CPU211。總線控制部216進行哪個電路部來使用內部總線的控制。
I2C部217經由端口231、232連接到通信線來進行2線式的串行通信。串行通信部218相當于圖1所示的通信電路117，經由端口233連接到未圖示的通信線來進行1線式的串行通信。
計時器部219對系統時鐘進行計數，其計數值被CPU211參照。電源接通復位部220檢測出端口235上所供給的電源Vdd上升而發生復位信號來進行燃料表IC200全體的復位。
在模擬部250內設置有振蕩電路251、晶體振蕩電路252、多路轉接器(MPX)253、分頻器254、電壓傳感器255、溫度傳感器256、電流傳感器257、多路轉接器258、σ·δ調制器259。
振蕩電路251是持有PLL的振蕩器，輸出數MHz的振蕩信號。晶體振蕩電路252在端口271、272上外裝晶體振子來進行振蕩，輸出數MHz的振蕩信號。晶體振蕩電路252的振蕩頻率相對于振蕩電路251是高精度。
多路轉接器253基于從端口273供給的選擇信號來選擇振蕩電路251與晶體振蕩電路252中的某一方輸出的振蕩頻率信號，并作為系統時鐘供給到燃料表IC200的各部，同時提供給分頻器254。于是，多路轉接器253在從端口273未供給選擇信號的情況下選擇例如振蕩電路251輸出的振蕩頻率信號。分頻器254對系統時鐘分頻并生成各種時鐘提供給燃料表IC200的各部分。
電壓傳感器255檢測分別外裝在端口274、275上的電池(鋰離子電池)301、302的電壓，將模擬的檢測電壓提供給多路轉接器258。溫度傳感器256檢測燃料表IC200的環境溫度，將模擬的檢測溫度提供給多路轉接器258。
在端口276、277上連接著電流檢測用的電阻303的兩端，電流傳感器257根據端口276、277各自的電位差來檢測流過電阻303的電流，將模擬的檢測電流提供給多路轉接器258。
多路轉接器258順次選擇模擬的檢測電壓、模擬的檢測溫度、模擬的檢測電流并提供給σ·δ調制器259。σ·δ調制器259對各檢測值進行σ·δ變換，由此通過內部總線222將脈沖密度調制信號提供給CPU211，并用CPU211進行數字濾波處理來進行檢測電壓、檢測溫度、檢測電流各自的數字化。另外，CPU211通過對電池的充放電電流進行累計而算出電池余量。此時檢測溫度被使用于溫度校正。
此外，電壓傳感器255相當于如圖1所示的電壓檢測部121，溫度傳感器256相當于溫度檢測部122，電流傳感器257相當于電流檢測部123，多路轉接器258相當于多路轉接器124，σ·δ調制器259相當于σ·δ調制器112，電流檢測用的電阻303相當于電流檢測電阻Rs。
上述的燃料表IC200與電池301、302；電流檢測用的電阻303；調節器/保護電路304；電阻305及開關306一起被收納在框體310中而構成電池組300。在電池組300的端子311上連接電池301的正電極以及調節器/保護電路304的電源輸入端子，調節器/保護電路304的電源輸出端子被連接燃料表IC200的電源Vdd的端口235。端子312經由電阻305被連接到調節器/保護電路304的接地端子，同時經由開關306被連接到電流檢測用的電阻303與端口277的連接點。調節器/保護電路304穩定端子311、312間的電壓，同時在此電壓成為規定范圍以外的情況下將開關306斷開來進行保護。
另外，電流檢測用的電阻303與端口276的連接點被連接燃料表IC200的電源Vss的端口236。在電池組300的端子313、314上連接著燃料表IC200的端口231、232。
圖7表示使用了圖6的電池組300的便攜式電子設備的一實施方式的框圖。同一圖中，便攜式電子設備400是例如便攜式個人計算機、數字照相機、便攜式電話等主體電路。便攜式電子設備400具有通信裝置410。
電池組300的端子311～314被分別連接到便攜式電子設備400的電源Vdd、Vss的端子401、402、以及連接著時鐘線L1和數據線L2的端子403、404。由此，從電池組300內的電池301、302對便攜式電子設備400供給電源。
在此情況下，通常，便攜式電子設備400作為控制方、燃料表IC200作為被控方來動作，根據來自便攜式電子設備400的請求，燃料表IC200對便攜式電子設備400的通信裝置410應答所算出的電池余量。
此外，本發明并不限定于上述實施方式，在不脫離本發明要旨的范圍內還可以有種種變形例。
權利要求
1.一種電池余量檢測電路，其特征在于，包括電流檢測部件，檢測電池的充放電電流；余量測定部件，在由上述電流檢測部件檢測出的充放電電流小于等于規定值時以第1時間間隔，在上述充放電電流超過上述規定值時則以比上述第1時間間隔短的第2時間間隔，對上述充放電電流進行累計來測定上述電池的余量；以及中斷信號生成部件，在上述充放電電流超過基準值時生成中斷信號并向上述余量測定部件指示上述電池余量的測定。
2.按照權利要求1所述的電池余量檢測電路，其特征在于上述電流檢測部件作為上述充放電電流流經的電阻的兩端間電壓來進行檢測，上述中斷信號生成部件在上述充放電電流流經的電阻的兩端間電壓超過第1基準值時、以及在上述充放電電流流經的電阻的兩端間電壓不足比上述第1基準值低的第2基準值時，生成上述中斷信號。
3.按照權利要求2所述的電池余量檢測電路，其特征在于上述中斷信號生成部件由窗口比較器構成。
全文摘要
本發明以提供一種能夠較小地抑制電流消耗，且能夠進行準確的電池余量檢測的電池余量檢測電路為目的。其具有檢測電池(102)的充放電電流的電流檢測部件(123)；在用電流檢測部件(123)檢測出的充放電電流小于等于規定值時以第1時間間隔，在充放電電流超過上述規定值時則以比第1時間間隔短的第2時間間隔，對充放電電流進行累計來測定電池(102)之余量的余量測定部件(112、113)；以及在充放電電流超過基準值時生成中斷信號并對余量測定部件(112、113)指示電池余量的測定的中斷信號生成部件(116)。
文檔編號G01R19/00GK101025437SQ20071000576
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月13日 優先權日2006年2月13日
發明者中野一樹, 池內亮 申請人:三美電機株式會社