(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率を調整するための少なくとも１つの制御手段(Ｇ１、Ｇ２)を含む前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を具備する電池保護回路(３０)であって、前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)に与えられる電気制御量によって前記導電率が可調整となるようにされる電池保護回路(３０)において、該保護回路(３０)が、前記電気制御量を形成するための手段(２２、２５、２６)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす少なくとも１つの物理量を測定するための手段(２７、２８)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率特性の、前記少なくとも１つの物理量に対する依存性に関する情報を与えるための手段(１０)と、前記少なくとも１つの物理量と前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率特性とに基づいて前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率を決定するための手段(２９)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を通って流れる電流(ＩTOT)を、少なくとも部分的に前記導電率に基づいて決定するための手段(２９、２７)と、を具備し、ここで、前記の決定された電流に少なくとも部分的に基づいて前記電気制御量が形成されるようにされることを特徴とする電池保護回路。
【請求項２】
前記物理量が温度であって、該物理量を測定するための前記手段が、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の該温度を測定するための手段(２８)を具備することを特徴とする請求項１に記載の電池保護回路。
【請求項３】
前記物理量が電気制御量であって、該物理量を測定する前記手段が、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)の少なくとも１つの前記電気制御量を測定するための手段(２７)を具備することを特徴とする請求項１に記載の電池保護回路。
【請求項４】
前記物理量を測定するための前記手段が、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす第１の物理量を測定するための手段(２８)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす第２の物理量を測定するための手段(２７)とを具備し、前記第１の物理量が温度であり、前記第２の物理量が電気制御量であることを特徴とする請求項１に記載の電池保護回路。
【請求項５】
電池(３１)が充電又は放電されるとき、異常状態から前記電池(３１)を保護するように設けられ、また、前記電池(３１)の電圧を測定するための手段を具備し、かつ、前記異常状態が次の状態、すなわち不足電圧、過電圧または過電流の中の少なくとも１つの状態であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池保護回路。
【請求項６】
前記電池(３１)が、１つより多いセルを含み、前記電池保護回路がまた該セルの各々の電圧を個別に測定するための手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の電池保護回路。
【請求項７】
前記電池(３１)がリチウム・ベースの電池であることを特徴とする請求項５または６に記載の電池保護回路。
【請求項８】
インターフェース・バス(ＢＵＳ)を介してホスト装置(３３)に接続される前記保護回路(３０)において、該保護回路(３０)が前記異常状態を検出したとき、前記インターフェース・バス(ＢＵＳ)を介して前記ホスト装置へ前記異常状態に関する情報が伝送されるように設けられることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の電池保護回路。
【請求項９】
前記の不足電圧状態に関する情報が前記電池で該不足電圧状態が生ずる前に前記ホスト装置に伝達されるようにされることを特徴とする請求項８に記載の電池保護回路。
【請求項１０】
前記電池(３１)の充電状態を決定するための手段(２３)が備えられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池保護回路。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率特性の、前記温度及び前記電気制御量に対する前記依存性に関する情報を提供するための前記手段(１０)がパラメータ・メモリ(１０)を具備することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の電池保護回路。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)が電界効果トランジスタであって、前記制御手段が該電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)のゲート(Ｇ１、Ｇ２)であり、前記電気制御量がゲート電圧であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池保護回路。
【請求項１３】
所定の第１の温度Ｔ0 、および、所定の第１のゲート電圧Ｖ0での前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))と、また、前記第１の温度Ｔ0で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する情報と、前記第１のゲート電圧Ｖ0で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する情報と、が前記パラメータ・メモリ(１０)に格納されることを特徴とする請求項１２に記載の電池保護回路。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率特性の、前記温度及び前記電気制御量に対する前記依存性を規定する手段(１０)がパラメータ・メモリ(１０)を具備し、該パラメータ・メモリの中に前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の値が異なる温度とゲート電圧との組合せに対して格納されることを特徴とする請求項１２に記載の電池保護回路。
【請求項１５】
前記電池(３１)から前記電子装置(３３)へ電力を供給するための手段(Ｐ３、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)と、充電装置(３４)から前記電池(３１)へ電力を供給するための手段(Ｐ３、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)とを具備する電池保護回路(３０)において、該保護回路(３０)が第１及び第２の２つの電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を具備し、該電界効果トランジスタのドレイン(Ｄ１、Ｄ２)が直列に接続され、前記の第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)が前記電池(３１)の充電を制御するように設けられ、前記の第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)が、前記電池(３１)から前記電子装置(３３)への電力の供給を制御するように設けられることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の電池保護回路。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の温度を測定するための前記手段(２８)が少なくとも１つの温度センサ(２８)を具備し、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)の電気制御量を測定するための手段(２７)が前記ゲート電圧を測定するための手段(２７)を具備し、かつ、前記保護回路(３０)が前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)のソース(Ｓ１)と、前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)のソース(Ｓ２)との間の電圧(ＵTOT)を測定するための手段(２７)を具備する、ことを特徴とする請求項１５に記載の電池保護回路。
【請求項１７】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)の値が、下記の式
【数１】
0003908463.tif 000006
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)0＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0及び前記第１のゲート電圧Ｖ0でのドレイン−ソース抵抗、
ＫT＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記の電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って推定されることを特徴とする請求項１６に記載の電池保護回路。
【請求項１８】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)の値が以下の式、
【数２】
0003908463.tif 000007
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)0＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0及び前記第１のゲート電圧Ｖ0でのドレイン−ソース抵抗、
ＫT1＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対する温度補正係数、
ＫT2＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対する温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って決定されることを特徴とする請求項１６に記載の電池保護回路。
【請求項１９】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)の値が以下の式、
【数３】
0003908463.tif 000008
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)01＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での、前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)のドレイン−ソース抵抗、
Ｒds(on)02＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での、前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)のドレイン−ソース抵抗、
ＫT＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って決定されることを特徴とする請求項１６に記載の電池保護回路。
【請求項２０】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)の値が以下の式、
【数４】
0003908463.tif 000009
ここで、
ＩTOT＝電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)01＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での、前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)のドレイン−ソース抵抗、
Ｒds(on)02＝前記パラメータ・メモリ(１０)に保存された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での、前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)のドレイン−ソース抵抗、
ＫT1＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on)01)の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対する温度補正係数、
ＫT2＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on02))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対する温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記の電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って決定されることを特徴とする請求項１６に記載の保護回路。
【請求項２１】
少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率を調整するための少なくとも１つの制御手段(Ｇ１、Ｇ２)を含む該少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を具備する電池保護回路(３０)を備えた集積回路(３５)であって、前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)に導かれる電気制御量によって前記導電率が可調整となるようにされる該集積回路(３５)において、前記保護回路(３０)が、該電気制御量を形成するための手段(２２、２５、２６)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす少なくとも１つの物理量を測定するための手段(２７、２８)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記の導電率特性の、前記少なくとも１つの物理量に対する依存性に関する情報を提供するための手段(１０)と、前記少なくとも１つの物理量と前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率特性とに基づいて前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率を決定するための手段(２９)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して通る電流(ＩTOT)を少なくとも部分的に前記導電率に基づいて決定するための手段(２９、２７)と、を具備し、前記の決定された電流に少なくとも部分的に基づいて前記電気制御量を形成するようにされることを特徴とする電池保護回路(３０)を備えた集積回路。
【請求項２２】
少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率を調整するための少なくとも１つの制御手段(Ｇ１、Ｇ２)を含む該少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を具備する電池保護回路(３０)を備えたホスト装置(３３)であって、前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)に導かれる電気制御量によって前記導電率が可調整となるようにされるホスト装置(３３)において、前記保護装置(３０)が、前記電気制御量を形成するための手段(２２、２５、２６)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす少なくとも１つの物理量を測定するための手段(２７、２８)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記の導電率特性の、前記少なくとも１つの物理量に対する依存性に関する情報を提供するための手段(１０)と、前記少なくとも１つの物理量と前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記の導電率特性とに基づいて前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率を決定するための手段(２９)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して通る電流(ＩTOT)を、少なくとも部分的に前記導電率に基づいて決定するための手段(２９、２７)と、を具備し、前記の決定された電流に少なくとも部分的に基づいて前記電気制御量が形成されるようにされることを特徴とする電池保護回路(３０)を備えたホスト装置。
【請求項２３】
電池(３１)と接続して設けられる前記ホスト装置(３３)において、前記保護回路(３０)が前記電池(３１)の充電状態を決定するための手段(２３)を備え、インターフェース・バス(ＢＵＳ)を介して前記ホスト装置(３３)へ前記充電状態に関する情報が伝送されるようにされ、前記ホスト装置(３３)において該情報の表示が行われるようにされることを特徴とする請求項２２に記載の電池保護回路(３０)を備えたホスト装置。
【請求項２４】
前記電池(３１)の前記充電状態に関する情報を利用して前記ホスト装置(３３)のスイッチが切られることを特徴とする請求項２３に記載の電池保護回路(３０)を備えたホスト装置。
【請求項２５】
前記ホスト装置(３３)が無線通信装置であることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の電池保護回路(３０)を備えたホスト装置。
【請求項２６】
電源が電池(３１)であるように設けられる前記ホスト装置(３３)において、該ホスト装置(３３)内に前記保護回路(３０)が配置され、該ホスト装置(３３)に前記電池(３１)が取り外し可能なように取り付けられることを特徴とする請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の電池保護回路(３０)を備えたホスト装置。
【請求項２７】
前記電池(３１)が前記ホスト装置(３３)内に統合されることを特徴とする請求項２６に記載の電池保護回路(３０)を備えたホスト装置。
【請求項２８】
少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率を調整するための少なくとも１つの制御手段(Ｇ１、Ｇ２)を含む該少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を具備する電池保護回路(３０)を接続してなる電池(３１)であって、前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)に導かれる電気制御量によって前記導電率が可調整となるようにされる電池(３１)において、該保護回路(３０)が、前記電気制御量を形成するための手段(２２、２５、２６)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を与える少なくとも１つの物理量を測定するための手段(２７、２８)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記の導電率特性の、前記少なくとも１つの物理量に対する依存性に関する情報を提供するための手段(１０)と、前記少なくとも１つの物理量と前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率特性とに基づいて前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率を決定するための手段(２９)と、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して通る電流(ＩTOT)を、少なくとも部分的に前記導電率に基づいて決定するための手段(２９、２７)と、を具備し、前記の決定された電流に少なくとも部分的に基づいて前記電気制御量を形成するようにすることを特徴とする電池保護回路(３０)を接続してなる電池。
【請求項２９】
ホスト装置(３３)用の電源として設けられる前記電池(３１)において、前記ホスト装置(３３)に取り外し可能なように接続されてなる電池パック(３２)内に前記電池(３１)および前記保護回路(３０)が配置されることを特徴とする請求項２８に記載の電池保護回路(３０)を接続してなる電池。
【請求項３０】
保護回路による電池(３１)保護方法であって、該保護回路(３０)が、制御手段(Ｇ１、Ｇ２)に導かれる電気制御量によって少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の導電率を調整するための少なくとも１つの前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)を具備する該少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を備え、前記方法において、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす少なくとも１つの物理量が測定され、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率が、前記少なくとも１つの物理量と前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記の導電率特性に基づいて決定され、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して通る電流(ＩTOT)が少なくとも部分的に前記導電率に基づいて決定され、前記の決定された電流に少なくとも部分的に基づいて前記電気制御量が形成されることを特徴とする保護回路による電池保護方法。
【請求項３１】
前記物理量が温度であって、前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の温度が測定されることを特徴とする請求項３０に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３２】
前記物理量が電気制御量であって、前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)の該電気制御量が測定されることを特徴とする請求項３０に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす第１の物理量及び該少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)に影響を及ぼす第２の物理量が測定され、該物理量が温度および電気制御量であって、前記制御手段(Ｇ１、Ｇ２)の該温度および該電気制御量が測定されることを特徴とする請求項３０に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３４】
前記保護回路(３０)が、前記電池の充電あるいは放電時に、異状態から前記電池(３１)を保護するために用いられ、前記保護回路(３０)が前記電池(３１)の電圧を測定するための手段をも具備し、かつ、前記異常状態が、不足電圧、過電圧または過電流のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項３０に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３５】
使用される前記電池(３１)がリチウム・ベースの電池であることを特徴とする請求項３４に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３６】
前記保護回路(３０)がインターフェース・バス(ＢＵＳ)を介してホスト装置(３３)と接続される保護回路による電池保護方法において、前記保護回路(３０)が前記異常状態を検出したとき、前記インターフェース・バス(ＢＵＳ)を介して前記ホスト装置へ該異常状態に関する情報が伝送されることを特徴とする請求項３４又は３５に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３７】
前記電池(３１)の前記充電状態が決定されることを特徴とする請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３８】
使用される前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)が電界効果トランジスタであり、前記制御手段が該電界効果トランジスタのゲート(Ｇ１、Ｇ２)であり、前記電気制御量がゲート電圧であり、該ゲート電圧が前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)のドレイン(Ｄ１、Ｄ２)とソース(Ｓ１、Ｓ２)間のドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))を制御するために使用されることを特徴とする請求項３３〜３７のいずれか一項に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項３９】
前記電池(３１)から電子装置へ、あるいは、充電装置(３４)から該電池へ電流が供給される保護回路による電池保護方法において、前記保護回路(３０)が、第１及び第２の２つの電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を具備し、前記の第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)が前記電池の充電を制御するように、また、前記の第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)が前記電池(３１)から前記電子装置(３３)へ供給される電力を制御するように、前記ドレイン(Ｄ１、Ｄ２)同士直列に接続されることを特徴とする請求項３８に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記の導電率特性の、前記温度及び前記電気制御量に対する依存性を規定するために、所定の第１の温度Ｔ0と所定の第１のゲート電圧Ｖ0での前記の電界効果トランジスタの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))に関する情報が格納され、また、前記第１の温度Ｔ0で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する情報、及び、前記第１のゲート電圧Ｖ0で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する情報も同様に格納され、該情報を格納するためにパラメータ・メモリ(１０)を利用することを特徴とする請求項３９に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４１】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記導電率特性の、前記温度及び前記電気制御量に対する依存性を規定するために、温度とゲート電圧の異なる組合せに対する前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の値が前記パラメータ・メモリ(１０)に格納されることを特徴とする請求項３９に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つのスイッチ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記温度が温度センサ(２８)によって測定され、前記ゲート電圧が測定され、かつ、前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)の前記ソース(Ｓ１)と、前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ２)との間の電圧(ＵTOT)が測定されることを特徴とする請求項４０に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４３】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)が、下記の式、
【数５】
0003908463.tif 000010
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)0＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0でのドレイン−ソース抵抗、
ＫT＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記の電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って推定されることを特徴とする請求項４２に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４４】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)が以下の式、
【数６】
0003908463.tif 000011
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)0＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0でのドレイン−ソース抵抗、
ＫT1＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)の温度補正係数、
ＫT2＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対する温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記の電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って決定されることを特徴とする請求項４２に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４５】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)の値が、下記の式、
【数７】
0003908463.tif 000012
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)01＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)のドレイン−ソース抵抗、
Ｒds(on)02＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)のドレイン−ソース抵抗、
ＫT＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式、
に従って決定されることを特徴とする請求項４２に記載の保護回路による電池保護方法。
【請求項４６】
前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる前記電流(ＩTOT)の値が、下記の式、
【数８】
0003908463.tif 000013
ここで、
ＩTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)を介して流れる電流の値、
Ｒds(on)01＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納される前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)のドレイン−ソース抵抗、
Ｒds(on)02＝前記パラメータ・メモリ(１０)に格納される前記第１の温度Ｔ0と前記第１のゲート電圧Ｖ0での前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)のドレイン−ソース抵抗、
ＫT1＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on)01)の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対する温度補正係数、
ＫT2＝一定のゲート電圧で前記温度が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on02))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から前記温度センサ(２８)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対する温度補正係数、
ＫU1＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記の電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第１の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１)に対するゲート電圧補正係数、
ＫU2＝一定の温度で前記ゲート電圧が変化するときの前記ドレイン−ソース抵抗(Ｒds(on))の変化に関する、前記パラメータ・メモリ(１０)に格納された前記情報から、前記電圧測定(２７)によって与えられる値に基づいて得られる前記第２の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ２)に対するゲート電圧補正係数、
ＵTOT＝前記電界効果トランジスタ(ＦＥＴ１、ＦＥＴ２)の前記ソース(Ｓ１、Ｓ２)間の電圧、である式に従って決定されることを特徴とする請求項４２に記載の保護回路による電池保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特許請求の範囲の請求項１に記載のスイッチ（ＦＥＴ）とその導電率を調整するための制御手段を含む電池の保護回路、請求項２１に記載の上記保護回路を備えた集積回路、さらに、請求項２２に記載の上記保護回路を備えたホスト装置、さらに、請求項２８に記載の上記保護回路を備えた電池、さらに、請求項３０に記載の上記保護回路による電池保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、様々な電子装置のユーザにとって、電池の充電が必要になるまで可能な限り長時間電子装置を使用できることは非常に重要である。さらに、特に携帯用装置では電池サイズが重要である。したがって電池の容量を増やすことにより電池を充電する必要性を少なくすることは必ずしも合理的であるとはかぎらない。したがって、特に無線通信装置や携帯用コンピュータでは、Ｌｉイオン(リチウム・イオン；Lithium ion)、Ｌｉポリ(リチウム・ポリマー；Lithium polymer)あるいはＬｉメタル(リチウム金属；Lithium metal)電池のようなリチウムベースの電池の利用がますます一般的になっている。
【０００３】
Ｌｉイオン電池はＮｉＣｄやＮｉＭＨ電池よりかなり軽量でやや大きな容量を持つ。したがって電池サイズを大きくすることなく相当長時間の作動時間が達成される。その一方で、Ｌｉイオン電池の製造はＮｉＣｄやＮｉＭＨ電池の製造に比べるとはるかにコストがかかる。Ｌｉイオン電池の再充電には予め電池を完全に放電する必要はない。一方では、再充電を行う前に電池が完全に放電される場合には最長可能耐用期間が得られるのはＮｉＣｄ電池の場合である。Ｌｉイオン電池では、例えばＮｉＣｄ電池(１ヶ月に約１〜２％の自己放電)に比べると自己放電が生じることが少ない。そのため未使用のＬｉイオン電池は、比較的長時間の間その充電状態を保持することができる。氷点下の温度では、Ｌｉイオン電池の動作はＮｉＭＨ電池と同様であり、言い換えれば特に良いとはいえない。
【０００４】
製造し易く、Ｌｉイオン電池より小型で軽量な電池を作ることが可能であることがＬｉポリ電池の利点である。Ｌｉポリ電池は全く自由な形状にすることが可能である。Ｌｉポリ電池の自己放電率はＬｉイオン電池よりさらに小さい。
【０００５】
ＬｉイオンとＬｉポリ電池はかなり複雑な保護回路によって過電圧と不足電圧から保護されなければならない。なぜなら、そうしないと電池のセルが損傷を受けて使用不能になる場合があるからである。ＬｉイオンとＬｉポリ電池の充電を行うときの最も重要なルールは、充電過程全体を通じて充電電圧をできるだけ一定に保つことである。通常、充電電圧は約４.１Ｖあるいは約４.２Ｖのいずれかである。保護回路の目的は、例えば充電電圧を０.１５Ｖ超えるというような特定の電圧に達したときに充電過程を中断することである。過電圧保護回路の動作後にもかかわらず、電池が放電する可能性がある。電池が放電してしまった場合には再充電を行うことは可能である。充電や放電を行っているときは、ＬｉイオンとＬｉポリ電池は高過ぎる電圧(過電圧)に対してだけでなく、低過ぎる電圧(不足電圧)や過電流に対しても特に敏感である。このような場合、保護回路の目的は電池の放電または充電を中断することである。
【０００６】
保護回路の機能(functionality)を実現するために、保護回路には、少なくとも１つの制御ブロックと、直列に接続された２つの電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)のような２つのスイッチ手段とが好適に含まれるべきである。一方の電界効果トランジスタは過電圧から電池を保護し、他方の電界効果トランジスタは不足電圧から電池を保護する。２つの電界効果トランジスタのこの配列によって、過電圧状態後に電池が放電することができ、また、不足電圧状態後に電池が充電されることができるようにすることが可能となる。
【０００７】
電界効果トランジスタ内部の寄生ダイオード(parasitic diode)のために、電界効果トランジスタが高インピーダンス状態であるときは、電界効果トランジスタを通ってドレインからソースへと反対方向に電流が通ることができる。これによって、過電圧状態後に電池が放電することができ、また、不足電圧状態後に電池の再充電ができるように保護回路によって電池が保護されることが可能となる。
【０００８】
このような先行技術の解決方法では電池の電圧供給ラインに低インピーダンスの抵抗が直列に接続される。この抵抗値の両端の電圧が測定され、その電圧が所定の限界を超えるとき過電流状態を検出することができる。インピーダンスを増加させる構成要素の使用は、電子装置に供給される電圧を下げ、不必要に電力消費量を増加させるので望ましいものではない。このため電池を使用する装置の作動時間が短くなる。
【０００９】
別の先行技術の解決方法では、電界効果トランジスタのドレインとソースの両端の電圧を測定するような方法で過電流状態が検出される。さらに、ドレインとソース間の抵抗の値、いわゆる導通状態のドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)値が、推定される。先行技術の解決方法では、このドレイン−ソース抵抗は一定であると仮定されている。したがって、電流の推定値(estimate)は電界効果トランジスタのドレインとソース間の電圧をドレイン−ソース抵抗で割ることによって得られる。この解決方法の１つの不利な点は、実際にはドレイン−ソース抵抗は一定ではなく、電界効果トランジスタのゲート電圧が変化するにつれてこの抵抗値が変化するということである。さらに、ドレイン−ソース抵抗は電界効果トランジスタの温度にかなりの程度依存する。
【００１０】
先行技術の解決方法では、充電中に生ずる過電流状態は監視されないで、電池はたとえばヒューズによって保護されているだけにすぎない。充電電流は電池が放電しているときに生ずる電流より通常小さく、かつ予測し易く、したがって充電中の過電流が問題として考慮されることはなかった。しかし、過電流状態が、例えば欠陥のある充電装置に起因して充電中も発生することはあり得ないことではない。したがって、充電中に過電流から電池を保護することも好都合なことである。
【００１１】
日本特許出願(ＪＰ)１０２２３２６０は、電流を測定するときに温度の影響を補償し(compensate)、従ってより信頼性の高い測定結果が得られるようにすることを目的とする電池用保護回路を開示している。ＪＰ１０２２３２６０による発明の保護回路は、過電圧および不足電圧検出ユニット２、充電制御ブロック３、過電流保護ブロック４、放電側過熱保護ブロック５、充電側過熱保護ブロック６、及び２つの電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２を備えている(図１)ものである。
【００１２】
過電圧および不足電圧検出ユニット２の目的は、電池のセル１ａ、１ｂ、１ｃの電圧が高くなりすぎたり低くなりすぎたりするときを検出することである。ある負荷(図示せず)、例えば電子装置などがコネクタＰ１、Ｐ２の間に接続されている場合、言いかえれば電池が放電されるとき、過電圧および不足電圧検出ユニット２は電池の各セル１ａ、１ｂ、１ｃを個々に監視して不足電圧状態を検出する。任意のセルの電圧がある第１のしきい値より低くなった場合、過電圧及び不足電圧検出ユニットは、ラインＰを第１の論理状態にセットし、その結果第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１が非導通(non-conductive)になって、その結果電池の放電が終了する。
【００１３】
充電装置(図示せず)がコネクタＰ１とＰ２の間に接続されるとき、すなわち電池が充電されるとき、過電圧及び不足電圧検出ユニット２は電池の各セル１ａ、１ｂ、１ｃを個別に監視して、過電圧状態を検出する。どれかのセルの電圧がある第２のしきい値を超えた場合、過電圧及び不足電圧検出ユニットはラインＬを第２の論理状態にセットし、その結果、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２が非導通になり、その結果電池の充電が終了する。
【００１４】
充電制御ブロック３の目的は、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御して、ラインＬが第２の論理状態にあるとき、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２が充電電流を通さないようにする、すなわち電池が充電されないようにすることである。これに対応して、ラインＬが第１の論理状態にあるときは、第２の電界効果トランジスタは充電電流を通す、すなわち電池が充電される。
【００１５】
過電流保護ブロック４の目的は、電子装置に対して供給される電流が多すぎるときは電池の放電を中断することである。過電流保護ブロックは実質的に等しい特性を持つ２つの対称回路を具備する。これらの回路は第１の電界効果トランジスタのドレインとソースと接続されている。電流が増加するにつれ、第１の電界効果トランジスタのドレインとソース間の電圧差も大きくなる。この電圧差がある値に達するとき過電流保護ブロックによって第１の電界効果トランジスタが非導通状態にセットされるようにする。それによって電子装置への電流供給が中断される。
【００１６】
負荷(図示せず)、例えば電子装置などがコネクタＰ１、Ｐ２の間に接続されている、すなわち電池が放電していて、電池のセル１ａ、１ｂ、１ｃが不足電圧状態ではないと仮定する。この状況では、過電流が生ずると第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１の温度が正常な温度以上に上昇する。第１の電界効果トランジスタがある温度に達すると、放電側過熱保護ブロック５は第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１を非導通状態に切り替え、その結果電池の放電が終了する。
【００１７】
これに対して、充電装置がコネクタＰ１、Ｐ２の間に接続されている、すなわち電池が充電され、かつ、電池のセル１ａ、１ｂ、１ｃは過電圧状態にはないと仮定する。この状況で、過電流が生ずると第２の電界効果トランジスタの温度は正常な温度以上に上昇する。第２の電界効果トランジスタがある温度に達すると、充電側過熱保護ブロック６は第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２を非導通状態に切り替え、その結果電池の充電は終了する。
【００１８】
しかしながら、この解決方法は、温度が変化するにつれて電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗が変化することを考慮に入れていないという欠点がある。前記の説明で述べたように、温度変化によってソースとドレイン間のドレイン−ソース抵抗が変化する。したがって、実際には異なった温度では異なった電流値で、通電の停止(shut-off)が起こる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ＬｉイオンとＬｉポリー電池のような電池用の保護回路を提供することが本発明の目的であり、この保護回路は、電界効果トランジスタの特性が温度及び／又はゲート電圧のような少なくとも１つの物理量に依存することを考慮に入れることにより、電池の充電や放電時に、過電流、過電圧および不足電圧から電池をより正確に保護することができるものである。現在の解決方法と比較して本発明による解決方法ではより正確に電流値を決定することができるので、現在の解決方法と比較するとかなり正確な電池の充電状態(charge)の測定も可能となる。本発明の別の目的は保護回路への追加のインピーダンスの導入を回避することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によって過電流を検出するために、温度及び／又はゲート電圧のような、少なくとも１つの物理量を用いて補償されたドレイン−ソース抵抗値を使用することにより、本発明の第１の目的を達成することができる。異なる温度及び／又は異なるゲート電圧での電界効果トランジスタの挙動(behaviour)に関する情報、並びに測定された温度及び／又は電圧値が保護回路のパラメータ・メモリに格納されるような方法で上記補償が行われる。この情報はできるだけ正確なドレイン−ソースの抵抗値を得るために使用され、それによって先行技術の方法よりさらに正確に実際の電流値を決定することができる。さらに、電池の充電と放電の双方に関連して監視を行うことができる。電流が決定されるときに電界効果トランジスタの温度及び／又はゲート電圧が考慮されるので、先行技術の解決方法と比較して、電池の充電を行うためのより正確な値が得られるということもいえる。先行技術と比較してより正確に電流測定が行われるので、ホスト装置(host device)の作動時間の増加も可能となる。本発明によって、電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗及び／又はドレイン−ソース電圧を使用して過電流の検出を行うようにして本発明の第２の目的を達成することが可能となり、この結果追加の抵抗器は不要となる。本発明による保護回路は特定用途向け集積回路(ＡＳＩＣ)で有利に実施することができ、この場合は個別部品を使用する回路と比較して、電池の保護回路はかなり小型になり、コストも低減される。
【００２１】
更に正確に述べれば、本発明による保護回路は特許請求の範囲の請求項１の特徴部分に記載の内容を特徴とするものである。さらに、本発明による集積回路は請求項２１の特徴部分に記載の内容を特徴とする。また、本発明によるホスト装置は請求項２２の特徴部分に記載の内容を特徴とする。さらに、本発明による電池は請求項２８の特徴部分に記載の内容を特徴とする。さらに、本発明による電池保護方法は請求項３０の特徴部分に記載の内容を特徴とする。
【００２２】
本発明によって、先行技術による解決方法と比較して顕著な利点が達成される。本発明による保護回路は先行技術の解決方法よりかなり良好に過電流から電池を保護するので、より正確な過電流保護の結果として電池が損傷を受ける確率が少なくなるので電池の耐用寿命(Operating life)が延びる。本発明による解決方法によって、電池の放電および充電の双方で過電流から電池を保護することが可能となり、従って電池は、例えば欠陥のある充電装置からも保護される。電力消費を生じさせる不要な抵抗性構成要素を保護回路が含まないように過電流保護が実行されるので、電池を使用する装置の作動時間が増大する。さらに、本発明による保護回路は、単一の特定用途向け集積回路の中に実装する(implement)ことができるので先行技術の保護回路と比較して低コストでしかもより小型になる。先行技術の解決方法を用いるより、本発明による保護回路を用いて電池の充電状態をかなり正確に測定することができるので、例えば使用中の装置の運転停止時間(shutdown time)などの推定を行うことが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適実施例による電池保護回路を示す添付図面を参照しながら本発明についてさらに詳述する。
【００２４】
本発明による電池の保護を行うための方法の目的はできるだけ正確に実際の充電電流と放電電流の決定を行うことである。これを達成するための、第１のステップは、スイッチとして使用される少なくとも１つの電界効果トランジスタに関連する少なくとも１つの物理量、即ち好適には、温度及び／又はゲート電圧の値を決定し、その後、ドレイン−ソース抵抗を決定するときに少なくとも１つの上記量を考慮して補償が実行されることである。
【００２５】
図３は、本発明の好適実施例による、集積回路内に設けられた保護回路３０並びにその各種機能ブロックを示す。電界効果トランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ２の目的は、先行技術の解決方法と実質的に同様の方法ではあるが、しかしそれよりかなり正確に過電圧または不足電圧から電池を保護することである。第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１が過電圧状態で電池３１の充電を防止するような状態においても電池３１を放電させる可能性があるべきであるので、この保護回路は２つの電界効果トランジスタが採用している。同様に、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２が不足電圧状態で電池の放電を防止するようなときにも電池を充電する可能性があるべきである。
【００２６】
電界効果トランジスタは、第１の電界効果トランジスタのドレインＤ１が第２の電界効果トランジスタのドレインＤ２と接続されるように直列に接続される。第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１のソースＳ１はグラウンド電位ＧＮＤと接続されるのが有利であり、これに対し、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２のソースＳ２は電池３１の負極Ｐ４と接続される。第１の電界効果トランジスタのゲートＧ１は電圧測定ブロック２７および過電圧防止ブロック２６と接続される。これに対応して、第２の電界効果トランジスタのゲートＧ２は電圧測定ブロック２７および不足電圧防止ブロック２５と接続される。
【００２７】
例えば電子装置３３(図５)などの負荷がコネクタＰ３とＧＮＤとの間に接続されているとき、すなわち電池３１が放電されるとき、不足電圧防止ブロック２５によって電池の状態が監視される。電池の電圧がある特定の所定のしきい値より低く低下した場合、不足電圧防止ブロック２５は制御ブロック２２へその状態に関する情報を伝送する。結果的に、制御ブロックはインターフェースバスＢＵＳを介して電子装置３３(図５)へ不足電圧状態に関する情報を伝送する。また制御ブロック２２は不足電圧防止ブロック２５へ不足電圧状態に関する信号を伝送する。不足電圧防止ブロック２５は、この信号を受信したとき、ある電圧(好適には、ｎ型電界効果トランジスタの場合は約０Ｖ)を第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートに接続し、それによって第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２のドレイン−ソース抵抗は高インピーダンス状態にされる。またこの結果、電子装置３３への電流供給が中断されるが、しかし電流は第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２を介して反対の方向へ(寄生ダイオードを通って)依然として流れることが可能となる。すなわち電池の充電が依然として可能であることになる。
【００２８】
同様に、充電装置３４(図５)がコネクタＰ３とＧＮＤとの間に接続されているとき、すなわち電池が充電されているとき、過電圧防止ブロック２６は電池３１の状態を監視する。電池の電圧が特定の所定のしきい値を超えた場合、過電圧防止ブロック２６はこの状態に関する情報を制御ブロック２２へ伝送する。その結果、制御ブロック２２はインターフェース・バスＢＵＳを介して過電圧状態に関する情報をホスト装置３３(図５)へ伝送する。また制御ブロック２２は過電圧防止ブロック２６へ過電圧状態を示す信号を伝送する。この場合、過電圧防止ブロック２６は第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートへある電圧を接続し、それによって第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１のドレイン−ソース抵抗は高インピーダンス状態にされる。この結果、電池３１への充電電流の供給は中断されるが、しかし電流は、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１を通って反対方向へ(寄生ダイオードを通って) 依然として導通することが可能となる。すなわち電池の放電が依然としてまだ可能であることになる。
【００２９】
図３は電池３１がただ１つのセルから構成される一例を示す。当然のことであるが、電池３１がいくつかのセルを備えることが可能であり、この場合は、不足電圧防止ブロック２５と過電圧防止ブロック２６とが各セルの電圧を個々に監視するのが有利である。もしどれかのセルの電圧が不足電圧の特定の所定のしきい値より低い場合、あるいはどれかのセルの電圧が過電圧の特定の所定のしきい値を超える場合、上述と同様の処置が実行される。
【００３０】
回路の電源ブロック(power supply block)２４は電池３１の正電圧Ｐ３および保護回路３０のグラウンド電位ＧＮＤと接続される。電池の電圧が許容限度の範囲内、あるいは、過電圧状態になっているときは、回路の電源ブロックは制御ブロック２２を介して保護回路にその所要の電流を供給する、すなわち保護回路は負荷の一部として作動する。電池電圧がしきい値より低く低下したとき、すなわち電池が不足電圧状態になったとき、不足電圧防止ブロック２５は第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２を非導通状態にする。したがって、電池から保護回路並びに負荷への電力供給が中断され、その結果保護回路は電池の電荷(charge)を消費しなくなる。もし保護回路への電力供給が不足電圧状態で中断されなかったとすると、保護回路によって消費される電力のために、電池電圧が非常に低い値まで低下し、その結果、電池は損傷をうけて使用不能になる場合もあり得る。不足電圧状態後に電池の充電が開始されるとき、保護回路は電池を保護するために必要な動作電流を再び受け取る。
【００３１】
上述の不足電圧状態では、制御ブロック２２は不足電圧に関する信号を不足電圧防止ブロック２５へ伝送し、ホスト装置３３に対する電力供給を中断する。しかしながら、この不足電圧状態が生ずる前に、望ましくは、電池３１の電圧があるしきい値より低く低下した段階で、制御ブロック２２はすぐに来ようとしている不足電圧状態に関する情報をホスト装置３３へ伝送するのが好都合である。このしきい値は好適には不足電圧のしきい値よりやや大きい値であるのが都合がよい。この構成によって、電子装置への電力供給が中断される前に、電子装置３３は、電池３１が空になっていることを示してユーザに対して明確に通知することが可能になる。この通知は、例えば、それ自体は公知の方法で音声信号及び／又は表示装置上に表わされるメッセージを用いて与えられる。
【００３２】
補償ブロック２９の目的は、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２の温度とゲート電圧にかかわりなく、その中を通る実際の電流のできるかぎり正確な推定値を得ることである。補償ブロック２９によって供給される電流の実際の大きさの推定値は、放電および充電中の過電流から電池を保護し、また、電池の充電状態をより正確に決定するために使用される。補償ブロック２９が補償された電流の値を計算するためには、電圧測定ブロック２７から得られる、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２のゲート電圧、および、これらの電界効果トランジスタの両端の電圧に関する情報と、温度センサ２８から得られる集積回路の温度に関する情報、並びにパラメータ・メモリ１０から得られる電界効果トランジスタの特性に関する情報とが必要である。
【００３３】
電圧測定ブロック２７は電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２双方のゲート電圧ＵGS1、ＵGS2と電界効果トランジスタの両端電圧ＵTOTの測定を行う。この測定は１つ以上のＡＤ変換器によって行われるのが有利である。この測定は３つの別個のＡＤ変換器によって行われることが好ましく、ここで、電圧は連続して測定すべきではない。このようにして得られた電圧値は補償ブロック２９へ伝送される。
【００３４】
その場合、保護回路３０は双方の電界効果トランジスタ用として別々の温度センサを備えるべきではないので、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２と温度センサ２８とは同じ集積回路内に配置されることが好ましい。さらに、集積回路の表面温度は回路内部の温度と実質的に異なる可能性があり、また、同回路内部に比べて回路表面ではかなりゆっくり温度が変化するので、温度センサ２８は、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２と一緒の集積回路の内部に配置されるのが好ましい。
【００３５】
電界効果トランジスタの両端で、異なる温度(例えば図４ａ)で、また、異なるゲート電圧(例えば図４ｂ)で、十分に広い領域内にわたる基準値Ｔ0とＶ0に関して測定されたドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の挙動は保護回路のパラメータ・メモリ１０内に格納されるのが好ましい。パラメータ・メモリはＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory；電気的に消去可能なプログラム可能なリード・オンリー・メモリ)の形を取り、上述の挙動情報(behaviour information)は保護回路の製造段階で格納されるのが有利である。例として図４ａと４ｂに示した場合には、基準温度Ｔ0は２３℃であり基準電圧Ｖ0は３.５Ｖである。さらに、温度がＴ0で、ゲート電圧がＶ0のときのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値はパラメータ・メモリに格納される。異なる温度におけるドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の挙動が(図４ａの場合のように)特定の関心のある温度範囲にわたって近似的に線形であると仮定できれば、(例えばＴ0＋/−２０℃といった)十分に離れた２つの異なる温度でのこの挙動(例えばＲds(on)値)についての情報を格納することが必要なだけである。これらの点を用いて、他の温度でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値は例えば補間などのそれ自体公知の方法によって得られる。図４ｂに示すように、異なるゲート電圧でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の挙動は実際には厳密には線形ではなく、したがって、少なくとも３つの点(例えば、Ｖ0、Ｖmin及びＶmax)に対するその挙動(例えば、Ｒds(on)の値)をパラメータ・メモリ１０に格納するのが好ましく、それによって、その他のゲート電圧でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の挙動／値が計算できる。これは、例えば、点Ｖ0、Ｖmin及びＶmaxを通る、あるいはそれらの点を近似し、ゲート電圧の変化に関するドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の挙動をモデル化する数学的関数を使用して行うことができる。
【００３６】
ある特定の温度Ｔ及びゲート電圧Ｖでのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値は補正係数(correction coefficient)によって決定され、それらの係数は基準温度Ｔ0及び基準ゲート電圧Ｖ0で規定されたドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値を修正(補正)するために使用されるのが好ましい。基準状態においてＲds(on)0として規定されたドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値を参照して、温度Ｔ0とは異なる温度Ｔ1でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値は、パラメータ・メモリ１０に格納された温度に関連する(temperature-related)挙動情報から温度補正係数を導き出し、そのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)に、上述のように規定された温度補正係数を掛けることによって有利に決定される。同様な方法で、Ｖ0とは異なるゲート電圧Ｖ1でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値が、パラメータ・メモリに格納されたゲート電圧に関連する挙動情報からゲート電圧補正係数を導き出し、そのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)に、このようにして得られたゲート電圧補正係数を掛けることによって決定することができる。温度Ｔ1及びゲート電圧Ｖ1でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値は、温度補正係数とゲート電圧補正係数の両方を導き出し、そしてドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の適当な掛け算を実行することによって有利に得られる。これが如何にして行なわれるかという例は本明細書で後述する。補正係数は、与えられた温度(あるいはゲート電圧)でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値を基準状態でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値(Ｒds(on)0)によって割った両者の間の比を表す数値係数の形を取るのが好ましい。例えば、基準温度Ｔ0とある温度Ｔ1との間で生ずるドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の変化を補償することを意図する温度補正係数は次の関係、即ち、Ｋt(T1)＝Ｒds(on)T1／Ｒds(on)0から決定することができよう。言い換えれば、この温度補正係数は、温度Ｔ１でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値と基準温度Ｔ0でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の値との間の比を効果的に表すものである。ゲート電圧補正係数も同様な方法で考察することができる。温度補正係数がゲート電圧に依存する場合及び(あるいは)ゲート電圧補正係数が温度に依存する場合は、ゲート電圧及び(あるいは)温度に対する幾つかの補正テーブルを用いることが必要であることに注意すべきである。
【００３７】
本説明で述べる温度と電圧に加えて、スイッチＦＥＴ１、ＦＥＴ２の特性、特に導電率(conductivity)に影響を与える他の物理量の補償を行うためにも本発明が適用可能であることは言うまでもない。このような１つの量として経年変化(aging)があり、この点で本発明による方法では、保護回路及び(あるいは)電池の耐用年数(operating age)を考慮に入れることが可能である。
【００３８】
当然のことであるが、異なる温度と異なるゲート電圧でのドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の挙動を示す完全な基準テーブルを格納することが可能である。したがって、ドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)の温度補正係数あるいは補正係数を用いて補正された(乗算された)実際の値が適当な温度範囲(例えば−５０℃から＋１５０℃)にわたって第１のテーブルに、温度測定が可能な分解能(resolution)に応じた間隔で格納されるのが有利である。これに対応して、ドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)のゲート電圧補正係数、あるいは、実際値が、適当な電圧範囲(例えば、２.５Ｖから５.０Ｖ)にわたって、ゲート電圧の測定が可能な分解能に応じた間隔で第２のテーブルに格納されるのが有利である。さらに、これらのテーブルを組み合わせて単一の２次元テーブルを形成し、この単一の２次元テーブルから、各温度−ゲート電圧の組合せに対する補正係数あるいは実際の値を見つけることが可能である。
補正係数の代わりに実際の値をパラメータ・メモリに格納する場合、補正係数を使用する状況にある場合に比べて少ない数の計算しか行う必要がないので、保護回路の動作をある程度高速化することができる。
【００３９】
電界効果トランジスタＦＥＴ１とＦＥＴ２の特性が実質的に同様であることが好ましく、その場合、パラメータ・メモリ１０内に１つの電界効果トランジスタについての情報を格納するだけでよい。これによって、両方の電界効果トランジスタに対してパラメータ・メモリ１０に含まれる同じ情報を利用することが可能となる。電界効果トランジスタが異なる特性を持つ場合は、両方の電界効果トランジスタの特性が別個にパラメータ・メモリに格納される。パラメータ・メモリ１０に格納されたこれらの温度と電圧値が十分正確であることを確実にするために、保護回路３０の製造と連係してこの情報を較正するのが有利である。
【００４０】
図２は、本発明の好適実施例による保護回路が、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２の両方の特性が実質的に同様であるとき、温度とゲート電圧で補正された電流を規定する方法を示すブロック図である。双方の電界効果トランジスタが同じ集積回路内に配置されていて、従って双方の電界効果トランジスタの温度が実質的に同じであるため、双方の電界効果トランジスタに対して同じ温度補正係数を利用することが可能である。さらに、双方の電界効果トランジスタの特性が実質的に同じであるため、双方の電界効果トランジスタに対して同じ値のドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)0値を使用することも可能である。
【００４１】
当然のことであるが、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２が異なるタイプであることも可能であり、その場合は、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２の双方について同じ値のドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)0を用いることはできない。したがってこの場合は、各電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２のドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)0用として別々の挙動モデル(behaviour model)をパラメータ・メモリ１０内に作成する必要がある。さらに、特に電界効果トランジスタが異なるタイプである場合は、電界効果トランジスタの温度が実質的に同じではない可能性がある。この場合は、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２の双方に対して別個の温度センサ２８を使用し、これらの電界効果トランジスタ双方の温度的挙動を別個に格納することが好ましい。
【００４２】
先ず最初に、基準状態Ｔ0とＶ0でのドレイン−ソース抵抗値Ｒds(on)0がパラメータ・メモリから検索される。その次に、温度１１が測定され、その温度に基づいて、パラメータ・メモリ１０(図３)に格納された温度補償値(temperature compensation value)から特定の温度の補正係数(１２)を決定することが可能である。この場合、双方の電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２は同じ温度であると仮定すれば、この場合は双方の電界効果トランジスタに対して同じ温度補正係数を使用することができる。次に、双方の電界効果トランジスタのゲート電圧(１４ａ、１４ｂ)が測定され、このゲート電圧に基づいてパラメータ・メモリ１０に格納されたゲート電圧補償値から特定のゲート電圧の補正係数(１５ａ、１５ｂ)を決定することが可能である。電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２のドレイン−ソース抵抗は直列に接続されるので、ゲート電圧補正係数(１５ａ、１５ｂ)を一緒に加算することができる。加算(１６ａ)の結果として合成ゲート電圧補正係数(combined gate voltage correction coefficient)が得られる。基準状態Ｔ0とＶ0で規定されたドレイン−ソース抵抗(パラメータ・メモリ１０から検索される)に、温度の補正係数(１２)と合成ゲート電圧補正係数を乗算すること(１６ｂ)によって、温度とゲート電圧の双方に関して補償されたドレイン−ソース抵抗(１７)が得られる。このようにして、電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)の両端で測定された電圧(１８)を温度とゲート電圧によって補償されたドレイン−ソース抵抗(１７)で除すること(１９)により電流の実際の値の推定値(２０)が得られる。換言すると、実際の電流は以下の式に従って得られる。
【数９】
0003908463.tif 000002
ＩTOT＝電界効果トランジスタを介して流れる(conducted)電流の推定値
Ｒds(on)0＝基準状態でのドレイン−ソース抵抗値
ＫT＝温度補正係数
ＫU1＝第１の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＫU2＝第２の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＵTOT＝電界効果トランジスタの両端の測定された電圧
【００４３】
電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２が実質的に同じ温度ではないが、しかしそれらの特性が同じである場合は、双方の電界効果トランジスタに対して、温度補正係数に対しては同じＫTの値を用いることはできず、双方の電界効果トランジスタに対して別個の値を使用するべきである。
【数１０】
0003908463.tif 000003
ＩTOT＝電界効果トランジスタを介して流れる電流の推定値
Ｒds(on)0＝基準状態でのドレイン−ソース抵抗値
ＫT1＝第１の電界効果トランジスタに対する温度補正係数
ＫT2＝第２の電界効果トランジスタに対する温度補正係数
ＫU1＝第１の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＫU2＝第２の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＵTOT＝電界効果トランジスタの両端で測定された電圧
【００４４】
一方、電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２の特性が実質的に同様ではないが、しかしそれらが実質的に同じ温度である場合は、双方の電界効果トランジスタに対してドレイン−ソース抵抗Ｒds(on)0の同じ値を計算に使用することはできず、双方の電界効果トランジスタに対して別個の値を使用すべきである。
【数１１】
0003908463.tif 000004
ＩTOT＝電界効果トランジスタを介して流れる電流の推定値
Ｒds(on)01＝基準状態での第１の電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗
Ｒds(on)02＝基準状態での第２の電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗
ＫT＝温度補正係数
ＫU1＝第１の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＫU2＝第２の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＵTOT＝電界効果トランジスタの両端で測定された電圧
【００４５】
電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２の特性が実質的に同様でなく、かつ、それらが実質的に同じ温度でない場合は、温度とゲート電圧の補償は前記の場合よりわずかに複雑になる。同じドレイン−ソース抵抗値Ｒds(on)0も同じ温度補正係数も使用することはできず、双方の電界効果トランジスタに対して別個の値を使用すべきである。
【数１２】
0003908463.tif 000005
ＩTOT＝電界効果トランジスタを介して流れる電流の推定値
Ｒds(on)01＝基準状態での第１の電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗
Ｒds(on)02＝基準状態での第２の電界効果トランジスタのドレイン−ソース抵抗
ＫT1＝第１の電界効果トランジスタに対する温度補正係数
ＫT2＝第２の電界効果トランジスタに対する温度補正係数
ＫU1＝第１の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＫU2＝第２の電界効果トランジスタに対するゲート電圧補正係数
ＵTOT＝電界効果トランジスタの両端で測定された電圧
【００４６】
制御ブロック２２の機能は不足電圧防止ブロック２５と過電圧防止ブロック２６との制御を行って、電池の充電状態、過電流状態および発生する可能性のある過電圧状態あるいは不足電圧状態に関する情報をインターフェース・バスＢＵＳを介して例えば移動電話などのホスト装置へ伝送することである。制御ブロック２２がそのすべての機能を実現するために、制御ブロック２２にメモリ３５が設けられる。制御ブロック２２は、電池の電圧が低すぎることを検出した場合、不足電圧防止ブロック２５へ信号を伝送する。しかしながら、この不足電圧状態になる前に、都合よく電池３１の電圧がある一定のしきい値より下に低下したとき、制御ブロック２２は次にすぐ来るであろう不足電圧状態に関する情報を電子装置３３へ伝送する。このしきい値は不足電圧のしきい値よりやや大きい値であるのが好都合である。本発明によって電池の充電状態がより正確に決定できるようになるので、電子装置３３の作動時間を増大させることが可能となる。なぜなら、絶対的に必須になる前に電子装置のスイッチを切ることは必要でなくなるからである。実際には、電池にとって有害な不足電圧の値は、一般に電子装置が機能を停止する電圧より著しく低いので、電子装置のスイッチは早めに切られる。過電圧状態では、制御ブロック２２は、過電圧防止ブロック２６およびホスト装置３３に対して過電圧に関する情報を伝送するのが有利である。この場合は電子装置への電力は切られないので、ホスト装置３３に対して次にすぐ来るであろう過電圧状態に関する情報を予め伝送する必要はない。
【００４７】
制御ブロック２２が補償ブロック２９から高過ぎる電流値を受けたとき、制御ブロック２２は、電池が放電しているか充電されているかに依存して不足電圧防止ブロック２５または過電圧防止ブロック２６のいずれかへ信号を伝送する。その結果、対応する電界効果トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２が高インピーダンス状態にされる。
【００４８】
充電状態決定ブロック２３では、与えられた時間での電池の充電状態を決定することが可能である。これは、例えば、電池に供給される充電電流を電池の充電中に測定するような公知の方法で行うことができる。本発明による電流のさらに正確な決定によって先行技術の解決方法よりもっと正確な蓄積／残留電荷(accumulated/remaining charge)の決定が可能になる。電流に基づいて充電状態を決定する多数の公知の方法が存在するので、ここで更に詳細にそれについて解説する必要はない。本発明による保護回路では、電流を決定するために温度および電圧補償されたドレイン−ソース抵抗が用いられるので、先行技術の解決方法よりももっと正確に充電状態の決定(charge defirition)を行うことができる。さらに、付加抵抗を導入するような構成要素を用いずに電流の決定を行うことができ、従って、電力消費が先行技術の解決方法に比べ低減される。
【００４９】
単一の特定用途向け集積回路(ＡＳＩＣ)の中に保護回路全体を集積するには集積回路を製作するために用いられる製造技術に関するある程度の特別の知識が要求される。その一方で、同じ特定用途向け集積回路内に保護回路に要求されるすべての部品を配置することができるので、先行技術の解決方法より保護回路３０は安価で小型になる。
【００５０】
複数の電池パック３２を、例えば、無線端末装置３３(図５)のような同じ装置と接続することを意図した場合でも、それらは異なる特性を持つ可能がある。例えば、同じ装置でＬｉイオンとＬｉポリの電池の両方を使用する可能性があり、これらの電池は両方共充電と放電によって引き起される損傷を防止する保護回路を必要とする。しかしながら、これらの電池の特性は異なっているので、各々の異なる電池パックに対しては別個の保護回路を設けるべきであり、また、この保護回路において、丁度その時間に使用する電池パックに対して正しい設定を選択することができるべきであるのが都合がよい。無線通信装置３３内に保護回路３０が配置される場合、如何にして保護回路が電池パックのタイプを認識し、正しい保護値の選択を行うことができるかということに関し問題が生じることがある。この場合は、無線通信装置の製造コストがある程度上昇することになる。
【００５１】
保護回路３０は電池３１を有する電池パック３２内に配置することが好ましく、その場合、電池に対するどんな種類の保護も無線通信装置それ自体の中に設ける必要はなくなる。この場合、各電池３１に対して最適でかつ最も有利な保護回路３０を供給することが可能となるのでコストの低減が可能になる。さらに、価格が高くなり、場所を取る電池タイプ認識装置を電池パックに備えることも不要となる。更に、電池パック内に単一の特定用途向け集積回路３５内に設けられた保護回路３０を備えることにより電池パックのサイズが著しく大きくなることもなくなる。他方、保護されるべき電池３１のタイプにかかわりなく特定用途向け集積回路３５が類似の特性を持ち、実質的に同じように動作することが可能となる。その特定用途向け集積回路の製造に関連して、その集積回路のメモリ１０内に各電池タイプに適したパラメータを格納できるのが有利である。言いかえれば、問題にしている電池の挙動を表す適当なパラメータをパラメータ・メモリ１０に格納することによって、同じ集積回路を、異なった電池／電池タイプを保護するように、適合させることができる。例えば、保護回路は、特定の電池／電池タイプの挙動を表すパラメータを備えるか、あるいは１つ以上の電池／電池タイプの挙動を表すパラメータをそのパラメータ・メモリに格納するようにしてもよい。図５に特定用途向け集積回路が参照番号３５で示されている。
【００５２】
保護回路３０が電池パック３２内に配置されるとき、電圧ラインＰ３、グラウンド電位ラインＧＮＤおよびインターフェース・バスＢＵＳのみが出力として備えられるようにすることが好都合である。無線通信装置３３はその動作電圧を電圧ラインＰ３とグラウンド電位ラインＧＮＤから得る。無線通信装置は、インターフェース・バスＢＵＳを介して、電池の充電状態についての情報並びに異常な状態(exceptional stete)に関する情報を得る。
【００５３】
電池３１を持つ電池パック３２内に保護回路３０を配置しないことももちろん可能である。したがって、例えばホスト装置３３内などに保護回路を設置してもよい。この場合、電池３１のタイプ識別を別個に行って、保護回路が適切に機能できるようにすることが好ましい。したがって、電池のタイプの識別はインターフェース・バスＢＵＳを介して別個に行われるのが有利である。電池タイプが識別されたとき、正確にその電池タイプに対して正しい保護パラメータを保護回路で選択することが可能となる。この状況は例えばホスト装置３３が別個の電池パック３２を含むのではなく、電池がホスト装置の内部に配置されている場合などにも起こり得る。この場合は、保護回路３０は、やはりホスト装置の内部に配置されることが好ましい。
【００５４】
本発明は単に上に述べた実施例に限定されものではなく、添付の特許請求の範囲の請求項の範囲で改変することが可能である。本説明で使用した例はリチウム・ベースの電池に関するものであったが、他のタイプのアキュムレータ(accumulater)や電池でも本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術による保護回路のブロック図を簡略に示す図である。
【図２】本発明の好適実施例による、温度及び電圧補償された電流の決定における保護回路の動作を示す簡略化したブロック図である。
【図３】集積回路に実装された本発明の好適実施例による保護回路、保護回路と保護回路に接続された電池の機能ブロックを示す図である。
【図４】図４(ａ)はドレイン−ソース抵抗の温度依存性の一例を示す図であり、図４ｂはドレイン−ソース抵抗のゲート電圧依存性の一例を示す図である。
【図５】本発明の好適実施例による電池パック、電池パック並びに、電池パックが接続されている無線通信装置の機能ブロックを示す図である。
【符号の説明】
１０…パラメータ・メモリ
１１…温度測定ブロック
１２…補正係数ブロック
１３…掛算器
１４ａ、１４ｂ…電圧測定ブロック
１５ａ、１５ｂ…補正係数ブロック
１６ａ…加算器
１６ｂ…掛算器
１７…補正されたＦＥＴ抵抗
１８…測定されたＦＥＴ電圧
１９…割算器
２０…補正されたＦＥＴ電流値
２２…制御ブロック
２３…電池の充電状態決定ブロック
２４…回路の電源ブロック
２５…不足電圧防止ブロック
２６…過電圧防止ブロック
２７…電圧測定ブロック
２８…温度センサブロック
２９…温度及び電圧補償ブロック
３０…保護回路
３１…電池
３２…電池パック
３３…電子装置
３４…充電装置
３５…ＡＳＩＣ
【図１】
0003908463.tif 000014
【図２】
0003908463.tif 000015
【図３】
0003908463.tif 000016
【図４】
0003908463.tif 000017
【図５】
0003908463.tif 000018