JP3670522B2 - バッテリパック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，携帯情報端末等に用いられるバッテリパックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３２は，従来のバッテリの保護モニタ回路を持つバッテリパックの例を示す。図中，１００はバッテリパック，２００はバッテリパック１００から供給される電流を消費する携帯情報端末等の本体装置を表す。
【０００３】
バッテリパック１００は，充放電可能なバッテリ３００と，バッテリ３００を保護する保護回路部４００と，ファームウェアによって本体装置２００等へバッテリ３００の状態を報告するための管理回路部５００を備える。
【０００４】
保護回路部４００は，過電流を検出する過電流検出回路１３０，過充電を検出する過充電検出回路１５０，過電流および過充電からバッテリ３００を保護する過電流保護／過充電保護回路１４０，バッテリパック１００内の温度を検出する温度検出回路１６０を備え，管理回路部５００は，ファームウェアによって各検出回路，保護回路を制御し，本体装置２００への状態報告を行うＭＣＵ回路１８０を備える。
【０００５】
本体装置２００におけるシステム電源制御部６００は，バッテリパック１００からの電力ＰＯＷを本体のシステムに供給し，またバッテリパック１００の電力状態をシステムに報告する。
【０００６】
図３２に示すような従来のバッテリパック１００内の保護素子等は，バッテリ３００に接続され，常に必要最小限の動作を続けている。したがって，少ないながら電力を消費しており，バッテリパック１００内の自己放電の一部となっている。
【０００７】
さらに，本体装置２００に装着されたバッテリパック１００は，使用されていなくても，その存在と使用可否を明示するために，バッテリパック１００内の保護回路部４００と管理回路部５００とが動作し続けている。
【０００８】
バッテリ３００の端子電圧がほとんど０Ｖになったバッテリパック１００は，内部の保護回路部４００，管理回路部５００の正常な動作を期待できない。したがって，その後，過放電状態が解除されて保護回路部４００，管理回路部５００が正常に動作し始めるまでは，本体装置２００側の制御で，バッテリパック１００側の保護機能なしで充電を行う。そのため，本体（充電器）に充電電流とパック電圧を測定する機能が必要になるが，本体側での測定は，グランドの浮き等により精度が悪く，またこれらの測定機能はバッテリパック１００内の回路機能と重複するため，コストアップになっていた。
【０００９】
また，最近のバッテリ３００は蓄積しているエネルギーが大きいため，故障の状態によっては発煙，発火に至る危険性がある。したがって，安全機構が採用されており，例えば，バッテリセル自体には，過電流による回路の開放や異常温度上昇による内圧上昇解除弁が設けられ，バッテリパック１００には，保護回路部４００による出力ショート保護や過充電保護，システム電源制御部６００には，異常充電制御保護や温度異常保護などの機能が設けられている。
【００１０】
保護回路部４００には，過電流検出回路１３０や過充電検出回路１５０等の各種の検出回路が設けられており，これらの回路ではコンパレータを用いた検出が行われている。
【００１１】
図３３は，従来の検出回路の例を示す。図３３において，ＣＯＭＰはコンパレータ，Ｒ，Ｒ１，Ｒ２は抵抗，Ｃはコンデンサ，ＩＮは入力電圧，Ｖout は出力電圧，Ｖthはしきい値電圧を表している。
【００１２】
図３３（Ａ）に示す回路は，誤検出をなくすためにコンパレータＣＯＭＰにヒステリシスを持たせる方法である。Ｈｉｇｈ出力時の出力電圧をＶＯＨ，Ｌｏｗ出力時の出力電圧をＶＯＬとすると，ＨｉｇｈとＬｏｗ時のしきい値電圧はそれぞれ次のようになる。
【００１３】
Ｖth(HIGH)＝(VOH-VB)/(R1+R2)×R1＋VB ：Ｈｉｇｈ出力時
Ｖth(LOW) ＝(VOL-VB)/(R1+R2)×R1＋VB ：Ｌｏｗ出力時
ΔＶth＝Ｖth(HIGH)−Ｖth(LOW) ＝(VOH− V0L) ×R1／(R1+R2)
また，誤検出をなくすために，図３３（Ｂ）に示すように，被検出信号に抵抗ＲとコンデンサＣを接続し，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成して帯域制限する方法も従来用いられている。
【００１４】
例えば，図３２に示す従来のバッテリパック１００において，保護回路部４００，管理回路部５００は，１個または複数個のＬＳＩによって構成することができるが，保護回路部４００と管理回路部５００とを別のＬＳＩで構成する場合，各検出回路からのアナログ信号のモニタデータは，ＭＣＵ回路１８０のＡ／Ｄ変換機能を持つＡＤＣ入力ポートで受信し，デジタル信号のステータス情報はＭＣＵ回路１８０のＩ／Ｏポートで受信する。このように，各種のモニタデータ，ステータス情報が，保護回路部４００から管理回路部５００へパラレルで出力されるため，ＬＳＩの入出力ピン数が増える要因になっていた。
【００１５】
また，従来の保護回路部４００における過充電検出回路１５０における過充電検出のしきい値は単一であり，過電流検出回路１３０における検出も単一のしきい値が用いられていた。
【００１６】
例えば，過充電に対する保護として，過充電によるバッテリ３００の温度上昇を検出し，充電を止める方法が用いられているが，この方法は精度が悪い，応答時間が長いなどの欠点があった。また，過充電に伴うバッテリ電圧の変化，その変化率，電流変化，内部インピーダンスの変化等を検出し，充電を止める方法も用いられているが，精度が悪い，回路が複雑になるなどの問題があった。
【００１７】
また，過放電に対する保護としては，過放電によるバッテリ３００の各セルの電圧低下を検出し，放電を止める方法が用いられている。この方法は，複数のセルのうち，いずれかのセル電圧が予め決められたしきい値より低くなるのを検出するため，バッテリパック１００としてはまだ使用できる電力があるにもかかわらず，過放電を検出する。この方法は，バッテリパック１００の使用可能電力を十分に使用することができないという欠点があった。
【００１８】
しかし，セル毎の過放電電圧をモニタしないで，バッテリ３００全体の過放電電圧をモニタする方法は，充電時と放電時のモニタ手段を共用するのが一般的であるため，リチウム系バッテリの過充電時の危険性回避には，セル毎のモニタが必須となり，使用することができない。
【００１９】
新品の状態で，バッテリセルの端子電圧が揃うように選別してバッテリパック１００を構成しても，充放電劣化特性の個体差が大きいので，使用が進むとセル毎の端子電圧に差が生じ，前述したバッテリパック１００の使用可能電力を十分に使用することができないという欠点が生じる。
【００２０】
過放電時のシステムの安定動作を保証するため，過放電検出しきい値は高めに設定するのが普通であるが，この場合，バッテリパック１００によっては，まだ十分使用可能な容量が残っていても，過放電として検出される場合がある。
【００２１】
また，過放電時のシステムの安定動作を保証するため，バッテリ３００の電圧，電流をモニタして残容量を管理する方法があるが，図３２に示すようにＭＣＵ回路１８０等を使用するため，ファームウェア（もしくはソフトウェア）のバグや，ＭＣＵ回路１８０の暴走の可能性があり，確実な保護の保証が困難であるという問題がある。
【００２２】
過電流に対する保護としては，バッテリ３００に流れる電流を検出し，その値が予め決められた値を超えたとき，充放電路の一般には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されるスイッチをオフにする方法がとられている。過電流によるヒューズ溶断により保護する方法もあるが，動作後はヒューズ交換が必要になるため，ヒューズ溶断の前に保護する機能が望まれる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
バッテリパックは，単体で流通，店頭展示，在庫，保存している期間中に，放電が進み空になってしまう場合がある。また，本体装置のメインスイッチをオフにしておいても，バッテリが空になる場合もある。このような事態を避けるためには，未使用状態でのバッテリパックの自己放電（保護回路部，管理回路部の動作電力を含む）を極力小さくする必要がある。
【００２４】
また，バッテリパックの端子電圧がほとんど０Ｖになったバッテリパックは，内部の保護回路部，管理回路部の正常な動作を期待できない。このようなバッテリパックでもその状態を把握して，安全に充電できる必要がある。すなわち，素性の判らない端子電圧が低下しているバッテリパックにおいて，再充電すれば使用できる正常なバッテリパックと，再充電しても使用できないバッテリパックまたは再充電すると危険なバッテリパックを，装置に実装した状態で容易に切り分け可能とする必要がある。
【００２５】
また，バッテリパックの管理回路部による管理・モニタ機能が故障しても，保護機能は影響なく動作し，バッテリパックの安全性を確保する必要がある。例えば，ＭＣＵ回路のファームウェアのバグ等により，過電流検出回路または過充電検出回路における比較電圧の設定が異常になると，正しい検出ができなくなるが，このような事態を回避する必要がある。また，ＭＣＵ回路のファームウェアのバグ等により，保護回路部が正常であっても充放電ができなくなる場合があるが，それを回避する必要がある。
【００２６】
また，保護回路部の各種検出回路において，負荷の急変，本体装置への着脱時の過渡電流，インパルスノイズ等により誤検出が発生することがある。これに対する対策として，被検出信号に抵抗ＲとコンデンサＣを接続し，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成して帯域制限する方法は，必要な周波数領域が低いため，ＣＲの値が大きくなり，ＬＳＩに内蔵することができない。このため，コンデンサを外付けすると，ＬＳＩのピン数が増加するという問題がある。
【００２７】
また，保護回路部で検出したステータス，モニタデータを，管理回路部内のＭＣＵ回路に送出する必要があるが，多くのモニタ，ステータス信号を，ＬＳＩのピン数を多くしないで，かつ制御回路の規模を大きくしないでＭＣＵ回路に送出可能にすることが望まれる。
【００２８】
過充電検出のしきい値が単一の場合，そのしきい値で正常に検出しても，その検出結果に基づく保護（制御）手段が正常に動作しないと充電が継続され，バッテリの過充電が進み，最悪の場合，発煙・発火の危険がある。バッテリのセル毎に内圧抜き弁等のメカニカルな対策が採られている場合もあるが，エネルギーが大きいバッテリの保護のためには，保護手段の二重化による信頼性向上が重要である。
【００２９】
この場合，同一の保護回路を二重化するより，別の観点による異なる保護手段を構成するほうが，システムの安全性向上のために有効である。２系統の保護機能を持たせた場合，両者が相互干渉して正常な動作に支障をきたさないようにする必要がある。
【００３０】
また，過放電検出のしきい値が単一の場合，そのしきい値で過放電を正常に検出しても，その検出結果に基づく保護（制御）手段が正常に動作しないと放電が継続され，バッテリの過放電が進み，最悪の場合，バッテリ内で非可逆反応が進んで再充電できなくなる場合がある。また，過放電領域に入ると，使用エネルギーに対する端子電圧低下が増大し，突然，システムの動作に支障をきたすことがある。システムの安定動作を保証するためには，保護手段の二重化による信頼性向上が重要である。
【００３１】
過放電に対する保護の場合も過充電の保護の場合と同様に，同一の保護回路を二重化するより，別の観点による異なる保護手段を構成するほうが，システムの安全性向上のために有効である。２系統の保護機能を持たせた場合，両者が相互干渉して正常な動作に支障をきたさないようにする必要がある。
【００３２】
また，バッテリパック内に正常動作範囲外の過電流が流れた場合に，確実に，かつ回路・部品に損傷を与えないでバッテリパックを保護する必要がある。
【００３３】
また，パック電流が充電方向か放電方向かを正確に検出する必要がある。特に，本体装置がスタンバイ状態またはスリープ状態のように低電流の場合に充電状態か放電状態かを正確に識別するため，充電方向か放電方向かを正確に検出する必要がある。
【００３４】
本発明は上記問題点の解決を図り，携帯情報端末等に適した低コストで安全性の高いバッテリパックを提供することを目的とする。より具体的には，バッテリパックの自己消費電力を小さくし，過放電バッテリパックを再使用できるよう不良品と判別でき，もしＭＣＵが暴走してもバッテリの保護機能はなんの影響もなく動作し，誤検出が無く，保護回路をＬＳＩで構成したときのパッケージのピン数を少なくすることができるようにすることを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，バッテリパックに，外部から電源起動信号を入力する入力端子を持ち，この入力端子に電源起動信号が入力されたとき，バッテリから保護モニタ回路への電源を接続し，入力端子に電源起動信号が入力されないとき，保護モニタ回路への電源を遮断するパック電源制御部を持つことを特徴とする。
【００３６】
これにより，未使用状態でのバッテリパックの自己放電（保護回路部，管理回路部の動作電力を含む）を極力小さくすることができる。
【００３７】
また，バッテリからの電圧を外部のスイッチを介して電源起動信号として前記入力端子に印加するための，バッテリに接続される電源出力端子も備える。これにより，装置の電源システム内にＡＣアダプタ，別のバッテリが存在しない場合でも，前記電源出力端子から前記入力端子に電源起動信号の電圧を印加することができる。
【００３８】
さらに，電源起動信号の入力端子が保護モニタ回路の電源に接続され，入力端子に入力される電源起動信号の電力を，保護モニタ回路によるプリ充電制御のための電源として用いる。これによって，バッテリパックの端子電圧がほとんど０Ｖになったバッテリパックでも，電源起動信号の入力端子からの電力供給で，バッテリパック内の保護回路部および管理回路部を正常に動作させ，この結果からバッテリの良否の判定も正確に行うことができる。
【００３９】
バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告するための管理回路部とからなり，管理回路部は，保護回路部からの信号を受け，保護回路部は，管理回路部からの制御を受けない回路として構成される。
【００４０】
保護回路部が管理回路部からの制御を受けない回路として構成されるため，管理回路部を動作させるファームウェアにバグ等があっても，過電流，過充放電からバッテリを安全に保護することができる。
【００４１】
保護回路部の検出回路は，ある検出状態が所定の時間以上継続した場合に，その状態を検出したと確定し検出信号を出力する検出不感応時間を持つ回路を備える。この検出不感応時間は，サンプリングクロックの周波数またはカウント数を設定できるようにし，予め定めた異なる継続時間に対応可能に構成することができる。これにより，ノイズその他のインパルス性の変化による誤検出を防止することができる。
【００４２】
また，保護モニタ回路は，保護回路部から管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線を有し，保護回路部から管理回路部へ送出される各信号が，所定のタイムスロットに割り振られ，所定のシーケンスで繰り返し同一の信号線上に時分割多重で送出されるように構成される。これにより，保護回路部および管理回路部をＬＳＩで構成したときに，ＬＳＩの入出力ピン数を削減することができる。
【００４３】
保護回路部から管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線とは別に，シーケンスの先頭を確定するためのシーケンス開始信号が送出される信号線を持つ。これにより，管理回路部は，ステータスおよびモニタデータを２ピンのみで受信することができる。
【００４４】
このステータスおよびモニタ用の信号線は，管理回路部におけるデジタル信号入力用のポートと，アナログ信号入力用のポートの両方に接続される。これによって，アナログ信号もディジタル信号も同じ信号線で，保護回路部から管理回路部へ送ることができる。
【００４５】
保護回路部は，第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部とを備える。この第１の過充電検出部の検出により，第２の過充電検出部が有効となるように構成される。または，第１の過充電検出部と第２の過充電検出部とが，独立に過充電を検出するように構成される。これによって，過充電の検出を確実に行うことができる。
【００４６】
例えば，第１の過充電検出部が過充電を検出した場合には，充電経路のスイッチをオフにして充電を強制停止し，第２の過充電検出手段が過充電を検出した場合には，充電経路のヒューズを溶断して充電を強制停止する充放電禁止制御部を設ける。これにより，過充電検出時に安全に充電を禁止することができる。
【００４７】
また，保護回路部は，第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部とを備える。この第１の過放電検出部の検出により，第２の過放電検出部が有効となるように構成される。または，第１の過放電検出部と第２の過放電検出部とが，独立に過放電を検出するように構成される。また，第１の過放電検出部または第２の過放電検出部のいずれかが，バッテリパックの電圧を予め決められた電圧と比較して過放電を検出するように構成される。これによって，過放電の検出を確実に行うことができる。
【００４８】
例えば，第１の過放電検出部が過放電を検出した場合に，過放電状態を管理回路部に送出して警告し，第２の過放電検出手段が過放電を検出した場合に，放電経路のスイッチをオフにして放電を強制停止する充放電禁止制御部を備える。こにより，無駄のない過放電の禁止制御を実現することができる。
【００４９】
保護回路部は，過放電の検出によって放電経路のスイッチをオフにするとき，当該保護モニタ回路の電源をオフにするかまたは当該保護モニタ回路の動作をディセイブルにする。これによって，過放電検出後の消費電力を削減することができる。
【００５０】
また，保護回路部は，第１の過電流検出しきい値による出力ショート検出などの第１の過電流検出部と，第２の過電流検出しきい値による第２の過電流検出部とを備える。過電流検出しきい値の大きいほうの過電流検出部の不感応時間を短くし，過電流検出しきい値の小さいほうの過電流検出部の不感応時間を長くする。また，第１の過電流検出部と第２の過電流検出部とを，完全に独立に過電流を検出するように構成する。これにより，過電流の検出を確実に行うことができる。
【００５１】
また，保護回路部は，パック電流が充電方向か放電方向かを検出し，モニタ出力電圧の大きさをパック電流の方向にかかわらずパック電流の絶対値に比例する値として検出する過電流モニタ部を備える。これにより，本体装置がスタンバイ状態やスリープ状態で低電流の場合でも，正確に検出することが可能になる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
図１は，本発明の概要を説明するための図である。図中，１はバッテリパック，２はバッテリパック１から供給される電流を消費する携帯情報端末等の本体装置を表す。バッテリパック１は，充放電可能なバッテリ３と，バッテリ３を保護する保護回路部４と，ファームウェアによって本体装置２へバッテリ３の状態を報告するための管理回路部５を備える。
【００５３】
保護回路部４は，過電流を検出する過電流検出回路１３，過充電を検出する過充放電検出回路１５，過電流および過充電からバッテリ３を保護する過電流保護／過充電保護回路１４，バッテリパック１内の温度を検出する温度検出回路１６，ステータスおよびモニタデータを時分割多重化して出力するための出力セレクタ回路１７を備え，管理回路部５は，保護回路部４が検出した情報に基づいてファームウェアにより本体装置２への状態報告を行うＭＣＵ回路１８を備える。
【００５４】
本体装置２におけるシステム電源制御部６は，バッテリパック１からの電力ＰＯＷを本体のシステムに供給し，またバッテリパック１の電力状態をシステムに報告する。１２は本体装置２の主電源スイッチである。
【００５５】
バッテリパック１の入出力端子として，電源起動信号を入力する入力端子（以下，WAKE＿UP＿POWER 端子という）７と，バッテリ３に接続される電源出力端子（以下， BATTERY＿POWER 端子という）８と，本体装置２に電力を供給し，また充電器（図示省略）から電力を得るための充放電端子（ＰＯＷ）９と，グランド端子（ＧＮＤ）１０と，管理回路部５からバッテリパック１の状態を本体装置２等へ報告するための信号端子１１とがある。Ｄ１〜Ｄ３は電流の逆流を防止するためのダイオードである。
【００５６】
〔バッテリパックの起動方法〕
パック電源制御回路１９は，保護回路部４および管理回路部５に対する電力の供給および遮断を制御する回路である。本発明では，バッテリパック１にWAKE＿UP＿POWER 端子７を設け，バッテリパック１内の回路の電源のオン／オフをパック電源制御回路１９によって制御する。
【００５７】
図２は，パック電源制御回路１９の概要説明図である。図２において，Ｄ４，Ｄ５はダイオード，Ｒは抵抗，ＩＮＶはインバータ，ＦＥＴは電界効果トランジスタを表す。
【００５８】
バッテリパック１が単体で存在するとき，または本体装置２に装着されていても，本体装置２の主電源スイッチ１２がオフのとき，WAKE＿UP＿POWER 端子７には電圧が印加されないため，バッテリ電圧によりＦＥＴのゲートがＨｉｇｈになり，ＦＥＴは非導通状態になる。本体装置２の主電源スイッチ１２がオンになり，電源起動信号の電圧がWAKE＿UP＿POWER 端子７に印加されると，インバータＩＮＶを介することにより，ＦＥＴのゲートがＬｏｗになり，ＦＥＴは導通状態になる。ＦＥＴが導通状態になることよって，保護回路部４の各部および管理回路部５にバッテリから電力が供給されることになる。
【００５９】
これにより，バッテリパック１の未使用時には，バッテリパック１内の保護回路部４，管理回路部５などの全ての電源をオフにして，その消費電力を零にする。バッテリパック１を使用する時は，システム側からWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧を印加してバッテリパック１内の保護回路部４，管理回路部５などの全ての電源をオンにして正常動作を可能にする。
【００６０】
本体装置２側にＡＣアダプタや他のバッテリがないと，主電源スイッチ１２がオンになってもWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧が印加されないため，装置の電源を起動できなくなる。そこで，バッテリパック１に BATTERY＿POWER 端子８を設け，バッテリパック１からWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧供給できるように，装置の主電源スイッチ１２を介してWAKE＿UP＿POWER 端子７と接続する。
【００６１】
これにより，装置の電源システム内にＡＣアダプタまたは別バッテリが存在しない場合でも，本バッテリパック１からの電力でWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧を供給でき，パック電源制御回路１９による電源制御が可能になる。
【００６２】
〔バッテリパックの充電方法〕
さらに，パック電源制御回路１９のWAKE＿UP＿POWER 端子７を，図２（Ｂ）に示すように，ダイオードＤ５を介してバッテリ３からの電源供給線に接続する。これにより，バッテリ３の端子電圧がほとんど０になったバッテリパック１でも，WAKE＿UP＿POWER 端子７への電力供給で，バッテリパック１内の回路が必要とする電力をまかない，保護回路部４および管理回路部５を正常に動作させる。
【００６３】
この状態で，充電器（図示省略）から短時間（数秒〜数分程度），プリ充電（小電流での充電）を行い，その直後のバッテリ電圧変化の様子をモニタして，バッテリの良否を判定する。電圧低下の大きいバッテリは不良とする。この判定が微妙な場合，プリ充電の充電時間を長くするか，充電電流を少し大きくして充電し，バッテリの良否を判定する。良品であることが確定できたならば，本充電を行う。
【００６４】
なお，WAKE＿UP＿POWER 端子７に印加する電圧は，内部回路の動作保証電源電圧＋ＶＦ以上とする。充電が進んで，バッテリ電圧がWAKE＿UP＿POWER 端子７の電圧より高くなれば，内部回路への電源電流供給は，バッテリ３から行う。
【００６５】
〔ＭＣＵの誤動作に影響されない保護モニタ方法〕
もし，管理回路部５のＭＣＵ回路１８が，保護回路部４内の検出回路，保護回路を制御する構成の場合，ＭＣＵ回路１８のファームウェアにバグ等があったり，ＭＣＵ回路１８が故障した場合，保護回路部４が正常であっても充放電できなくなることがあり，また過電流または過充放電の正しい検出ができなくなることがある。これを解決するため，保護回路部４は，管理回路部５のＭＣＵ回路１８による制御を受けないで動作する回路構成とする。
【００６６】
保護回路部４は，ＭＣＵ回路１８に対して，ステータスと測定値（モニタデータ）を送出する。ＭＣＵ回路１８は，保護回路部４からステータスと測定値の信号を受け，システム電源制御部６と通信する。保護回路部４内の検出回路，保護回路は，ＭＣＵ回路１８に干渉を受けないで，過充電，過放電，過電流状態を検出し，バッテリパック１を保護する。
【００６７】
〔不感応時間による誤動作防止〕
負荷の急変，バッテリパック１の着脱時の過渡電流，インパルスノイズ等による過充放電検出回路１５の誤検出，過電流検出回路１３の誤検出を防止するため，検出回路で用いるコンパレータには，従来通りヒステリシスを持たせる。さらに，保護回路部４を構成するＬＳＩ内に，検出不感応時間を持たせる回路を組み込む。この回路は，当然，ＣＲによるローパスフィルタを設けるときより，ＬＳＩ内の必要エリアは小さい。
【００６８】
各検出回路内では，コンパレータの出力をサンプリングし続け，同一論理レベルが規定のサンプリング回数の間，連続したときに初めてその論理を検出したと確定し，検出結果を出力する。したがって，規定されたサンプリング回数の間，連続しないインパルス性の変化を誤検出することはない。チェックするサンプリング回数またはサンプリングのクロック周波数を変更するだけで，検出不感応時間を容易に変更することができる。
【００６９】
〔ＬＳＩ化する場合のピン数の削減方法〕
例えば，バッテリ３の各セルの電圧モニタ出力，バッテリパック１の電圧モニタ出力，バッテリパック１の電流モニタ出力，各セルの過充電電圧検出状態，各セルの過放電電圧検出状態，バッテリパックの過放電電圧検出状態，過充電電流検出状態，過放電電流検出状態，各検出回路のキャリブレーションデータ（アナログ信号），基準電圧チューニング用データ（アナログ信号）等を，保護回路部４から管理回路部５へＬＳＩの入出力ピン数を増やさないで送出するため，出力セレクタ回路１７を保護回路部４内に設け，各出力を予め定めた順番で時分割多重化し，まとめて管理回路部５のＭＣＵ回路１８に送る。すなわち，送出する各信号を一定のタイムスロットに割り振り，一定のシーケンスで繰り返す。
【００７０】
シーケンスの先頭を確定するため，別のピンを使用してシーケンス開始信号を送る。アナログ信号もデジタル信号も同一の信号線を使用し，ＭＣＵ回路１８側はデジタルの入力ポートとＡＤＣの入力ポートの両方に接続する。
【００７１】
〔過充電検出方法〕
図１に示す過充放電検出回路１５には，従来の過充電検出しきい値と値が異なる過充電検出手段を追加し，過電流保護／過充電保護回路１４に充放電経路を遮断する保護手段を追加する。すなわち，第１の過充電検出手段と第２の過充電検出手段とを設ける。第１の過充電検出手段と第２の過充電検出手段の動作は，シーケンシャルであっても，全く独立であってもよい。一方の検出手段に接続される保護手段は，従来通り，充放電経路に入れたスイッチをオフにすることにより過充電からバッテリ３を保護し，他方の検出手段に接続される保護手段は，加熱抵抗付きヒューズ等の素子を充放電経路に入れ，過充電検出時にこれに通電してヒューズを溶断し，過充電から保護する。
【００７２】
この作用は以下のとおりである。充電が進むと，まず第１の過充電検出手段により過充電が検出され，充放電経路に入れたスイッチをオフにし過充電保護を行う。しかし，スイッチの故障等により充放電経路を断にできずに，過充電がさらに進むと，バッテリ電圧がさらに上昇する。このとき，第２の過充電検出手段が過充電を検出し，加熱抵抗体付きヒューズの加熱抵抗体に通電してヒューズを溶断し，充放電経路を断にする。
【００７３】
このように，第１の過充電検出手段と保護手段が正常に動作すれば，第２の過充電検出手段と保護手段は動作せず，充放電を継続的に繰り返すことができる。しかし，第１の過充電検出手段と保護手段が正常に動作しないで，第２の過充電検出手段と保護手段が動作すると，バッテリ３の継続的な充放電はできなくなる。この場合，第１の過充電検出手段と保護手段が正常動作しない原因を究明し，対策を講じてヒューズを交換することになる。
【００７４】
また，第１の過充電検出手段の検出により，第２の過充電検出手段の機能を有効にするように構成することもできる。この方法により，第２の過充電検出手段を使用しないとき，この部分の回路をオフ（またはディセーブル）にすることができ，消費電力を低減させることができる。
【００７５】
第１の過充電検出手段の検出しきい値より，第２の過充電検出しきい値を高く設定することにより，両者間の動作に干渉は生じない。
【００７６】
〔過放電検出方法〕
過放電検出・保護の信頼性をより高くするため，第１の過放電検出手段とその検出結果で動作する第１の過放電保護手段，および第２の過放電検出手段とその検出結果で動作する第２の過放電保護手段を設ける。
【００７７】
第１の過放電検出手段が過放電を検出すると，第１の過放電保護手段を動作させるとともに，第２の過放電検出手段を有効にする。その結果，放電がさらに進むと第２の過放電検出手段が過放電を検出し，第２の過放電検出手段を動作させる。第１の過放電検出手段により過放電が検出されるまで，第２の過放電検出手段の電源をオフ（またはディセーブル）にする。
【００７８】
また，第１の過放電検出手段と第２の過放電検出手段を全く独立に機能させる構成では，第１の過放電検出手段の動作異常に影響されないで，第２の過放電検出手段を動作させることができる。
【００７９】
一方の過放電検出手段は，バッテリ３の各セルの端子電圧をモニタし，いずれかのセルの値が予め決められたしきい値以下になったとき，過放電を検出し，もう一方の過放電検出手段は，バッテリ３全体の端子電圧（パック電圧）をモニタし，その値が予め決められたしきい値以下になったとき，過放電を検出する。バッテリ３の各セルごとの端子電圧をモニタして検出した過放電状態の場合には，充放電経路に入れたスイッチはオンのままとし，過放電のアラーム信号を送出するだけにとどめる。本体側のシステムは，この間に重要な処理を強制終了させ，別のバッテリへの切り換えや，ＡＣアダプタの接続をユーザに催促する。
【００８０】
パック電圧をモニタして検出した過放電状態の場合には充放電経路に入れたスイッチをオフにして，放電を強制的に止める。ただし，この場合でも，本体側のシステムの安定動作を保証するために，過放電検出後，一定期間は電力を供給し続け，その後にオフする。この間にシステムは，データ等の緊急退避を行うことができる。
【００８１】
パック電圧による過放電検出手段の検出しきい値は，保護回路部４の最低動作電圧近くまで低く設定する。パック電圧のモニタにより過放電を検出すると，充放電経路を遮断するとともに，自己放電を極力小さくするため，保護回路部４，管理回路部５などのバッテリパック１内のすべての回路の電源をオフ（またはディセーブル）にする。
【００８２】
バッテリ３の各セルの端子電圧により過放電を検出してアラームを出しているが，同時に各セルの端子電圧も管理回路部５を介して本体側のシステムに報告する。システムは，この値が予め規定した値より小さくなると，該当するセルが非可逆の化学反応を始めるのを防止するために，このバッテリパック１から電力供給を受けないようにシステム電源制御部６により制御する。
【００８３】
この方法の作用は以下のとおりである。放電が進むと，まず第１の過放電検出手段（この例では各セル毎の端子電圧が予め決められた電圧より低くなった場合に検出する）により過放電が検出され，過放電状態のアラームが送出される。この状態でさらに放電が進むと，パック電圧がさらに低下して，第２の過放電検出手段が過放電を検出し，充放電経路のスイッチをオフにして充放電経路を遮断する。
【００８４】
このように，第１の過放電検出手段により，システム側にデータ等の退避処理と別電源への切り換えを促し，過放電状態のバッテリ３の消費電力を小さくしていく。システム側の対応が遅いと，第２の過放電検出手段がパック電圧が低下したことを検出し，その状態をシステムに通知するとともに，一定時間経過後に強制的に充放電経路を遮断して，バッテリパック１が非可逆的な過放電状態になることを防止する。
【００８５】
第１の過放電検出手段と第２の過放電検出手段とを全く独立に機能させる場合には，第１の過放電検出手段によりアラームが送出されていない状態で，第２の過放電検出手段が機能する場合がある。しかし，第２の過放電検出手段が過放電を検出してから一定期間内は放電を継続するので，その期間内に本体側のシステムにおいて緊急退避と必要最小限の処理は可能である。
【００８６】
第１の過放電検出手段の検出により，第２の過放電検出手段の機能を有効にするように構成することもできる。この方法を用いれば，第２の過放電検出手段を使用しないとき，この部分の回路をオフ（またはディセーブル）にでき，消費電力を低減することができる。
【００８７】
第１の過放電検出手段（セル電圧）のしきい値と，第２の過放電検出手段（パック電圧）のしきい値は，セルの電圧とバッテリ全体の電圧という別の電圧を対象としているため，両者間の動作に干渉は生じない。
【００８８】
パック電圧による過放電検出手段のしきい値を，保護回路部４の動作保証電圧の最小限まで下げることにより，バッテリ３の持っているエネルギーをできる限り使い切ることができる。パック電圧により過放電を検出すると，充放電経路を遮断するとともに，自己放電を極力小さくするために，保護回路部４，管理回路部５等のバッテリパック１内の全ての回路の電源をオフ（またはディセーブル）にする。これにより，バッテリ３の放電がさらに進んで非可逆反応を起こし再充電できなくなるような故障を回避することができる。
【００８９】
バッテリ３の各セルの端子電圧，パック電圧は，定期的にモニタされ，管理回路部５のＭＣＵ回路１８を介して本体装置２のシステムに報告される。システムは，この値を参照し，必要な保護処置を実施する。
【００９０】
〔過電流検出方法〕
バッテリパック１に正常動作範囲外の過電流が流れた場合に，確実に，かつ回路・部品に損傷を与えずにバッテリパック１を保護するために，過電流検出回路１３の過電流検出手段を２系統にして，信頼性の向上を図る。ヒューズ溶断による保護手段は，信頼性確保のため併用する。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段の検出しきい値を別の値にする。また，第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段の検出応答時間を別の値にする。検出しきい値の大きい過電流検出手段の検出応答時間を短くし，検出しきい値の小さい過電流検出手段の検出応答時間を長くする。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段は，完全に独立して機能する構成とする。
【００９１】
この方法の作用は，以下のとおりである。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段が故障しても，ヒューズ溶断による保護機能は確実に動作する。２系統の過電流検出手段を設け，一方は出力ショート等の電流値の大きい過電流を対象とし，他方は定格電流オーバ等の比較的電流値の小さい過電流を対象とする。前者は短時間でも影響が大きいので検出応答時間を短くし，後者は継続時間が長いと影響が出るので検出応答時間を長くする。
【００９２】
過電流は，バッテリと直列に接続されたセンス抵抗を用い，その両端の電圧を測定する。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段は，アンプのゲインを変えることにより，等価的に検出しきい値を変える。また，検出応答時間は，アンプの周波数帯域幅の制限またはローパスフィルタ（ＬＰＦ）により変える。２系統の過電流検出手段は，前述したように検出対象が異なるので，完全に独立して動作するよう構成する。
【００９３】
〔電流モニタ方法〕
パック電流が低電流の場合でも，正確な検出を可能にするため，充電時も放電時も共通に電流の絶対値に比例した電流モニタ出力電圧を測定する。充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路を併設し，その出力により，充電状態か放電状態かを識別する。両センス回路は同一回路で入力信号の極性のみを逆接続する。
【００９４】
電流が充電方向か放電方向かを識別するためのコンパレータ回路を追加し，確実に識別する。コンパレータ回路の後部に不感応時間生成回路を設け，一定時間は従来状態を保持し，チャタリングの影響をなくす。電流モニタ出力は，充電方向か放電方向かの識別結果により充電か放電かを切り換えて出力する。
【００９５】
この方法の作用は，以下のとおりである。充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路は同一の回路構成とし，ＬＳＩ内のレイアウト上でも同等性を考慮してほぼ同一の特性を実現する。したがって，両者の出力電圧は電流が流れれば必ず差があり，その差は専用のコンパレータで識別可能である。例えば微小な電流が流れれば，充電電流用のセンス回路の出力がプラス方向にシフトし，充電電流用のセンス回路の出力がマイナス方向にシフト（または検出範囲外のため変化なし）し，コンパレータで充電状態を識別する。
【００９６】
充電電流も放電電流も流れないということは，バッテリパック１からこの電流モニタ回路の電源を得ているので，この電流モニタ回路が動作するときにはあり得ない。しかし，低電流で充電中か放電中かをノイズ等の影響を受けないで識別するために，コンパレータ回路の後部に，充電状態か放電状態かの変化があったときその状態が一定時間継続した場合に初めてその状態変化を出力する不感応時間生成回路を設ける。この回路により，装置がスリープモードに移行して消費電流が微小になっても，確実に放電状態であることを認識（保持）できる。
【００９７】
上記識別結果が充電状態であれば，充電用センス回路の出力を電流モニタ回路の出力とし，放電状態であれば，放電用センス回路の出力を電流モニタ回路の出力とする。
【００９８】
【実施例】
図３に本発明の実施例に係るバッテリパック１の具体的な回路構成を示す。図３において，図１と同符号ものは図１に示すものに対応する。２０はバッテリ３の各セルをバランスよく充電するためのセルバランス回路，２１はバッテリ３の各セルとバッテリ全体の電圧をモニタするセルおよびパック電圧モニタ回路，２２はパック電流をモニタするパック電流モニタ回路，２３はバッテリパック１の状態情報を保持するステータスレジスタ回路，２４は各回路に必要な電圧を生成する電圧レギュレータ回路，２５は図１の過電流保護／過充電保護回路１４に相当する充放電禁止制御回路，２６は充放電経路に設けれたスイッチやヒューズ等からなる充放電禁止回路，２７は回路の動作タイミング信号，クロック信号を生成する制御回路，３１はバッテリパック１の電力を消費する本体装置の負荷，３２は電流検出用抵抗（ＲＳ），５０はＭＣＵ回路１８を動作させるマイクロプログラム等が格納されたＥＥＰＲＯＭ回路を表す。以下，これらの各部について図面を参照して詳細に説明する。
【００９９】
図４は，セルおよびパック電圧モニタ回路２１の第１の構成例，図５は，その動作説明図である。図中のＳＷ１〜ＳＷ１７はスイッチ，Ｒは抵抗，ＯＰ１〜ＯＰ６はオペアンプ，Ｔ１〜Ｔ１０は出力タイミング信号，ＳＥＬはセレクタ，Ｖ４３０は電圧レギュレータ回路２４が生成した４．３Ｖの電圧を表す。
【０１００】
この例では，バッテリ３が，セル−１からセル−４の４個のセルで構成されている。オペアンプＯＰ６のＯＵＴ端子の出力内容は，図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように，Ｔ１のタイミングがパック電圧のモニタ出力，Ｔ２のタイミングがバッテリ３における１番目のセル−１の電圧モニタ出力，Ｔ３のタイミングが２番目のセル−２の電圧モニタ出力，Ｔ４のタイミングが３番目のセル−３の電圧モニタ出力，Ｔ５のタイミングが４番目のセル−４の電圧モニタ出力である。また，図５（Ａ）および（Ｃ）に示すように，Ｔ６のタイミングがパック電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ７のタイミングが１番目のセル−１電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ８のタイミングが２番目のセル−２電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ９のタイミングが３番目のセル−３電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ１０のタイミングが４番目のセル−４電圧モニタ回路のキャリブレーション出力である。
【０１０１】
セルおよびパック電圧モニタ回路２１は，図６に示すように構成することもできる。図６は，セルおよびパック電圧モニタ回路２１の第２の構成例，図７は，その動作説明図である。
【０１０２】
前述した図４の回路例では，パック電圧と各セル電圧の測定用に対応したオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５が用意され，これらの出力をセレクタＳＥＬで選択出力しているのに対し，図６の回路例では，図７の動作タイミングに示されるように，各セル毎のキャリブレーション出力は省略し，回路の簡易化を図っている。そのため，オペアンプＯＰ７が各電圧モニタ出力およびキャリブレーション出力に共用される構成になっている。
【０１０３】
図８はパック電流モニタ回路２２と過電流検出回路１３の第１の構成例を示し，図９はそのパック電流モニタ回路２２の出力タイミングを示している。
【０１０４】
図８に示されるように，パック電流モニタ回路２２において，充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路とは同一の回路構成とし，電流検出用抵抗３２の両端にそれぞれ対称にオペアンプＯＰ１０，ＯＰ１１を接続し，それらの出力の極性を逆接続にしたオペアンプＯＰ１２，ＯＰ１３を設ける。出力部のオペアンプＯＰ１４からは，充電時も放電時も電流の絶対値に比例した電流モニタの値が，Ｔ１１のタイミングで出力される。
【０１０５】
電流が充電方向か放電方向かは，コンパレータＣＯＭＰ１によって識別する。コンパレータＣＯＭＰ１の出力に，例えば１５．６ｍｓの不感応時間生成回路２２１を接続し，本体装置２がスリープモードに移行して消費電流が微小になったようなときにも確実な検出を可能とする。この不感応時間生成回路２２１の出力は，充放電フラグとしてステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１０６】
キャリブレーション出力のタイミングＴ１２では，オペアンプＯＰ１０，ＯＰ１１をスイッチＳＷ４２，ＳＷ４３を介してグランド端子ＧＮＤに接続し，オペアンプＯＰ１４からキャリブレーション出力を得る。
【０１０７】
過電流検出回路１３は，オペアンプＯＰ１２，ＯＰ１３の出力電圧を，コンパレータＣＯＭＰ２により４．０Ｖの基準電圧と比較し，定格電流オーバ等の過電流を検出する。コンパレータＣＯＭＰ２の出力には，例えば２５０ｍｓの不感応時間生成回路１３１を設け，検出を確実にする。この出力は，放電時には過放電電流−１として，充電時には過充電電流−１として，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１０８】
また，オペアンプＯＰ１３とはゲインの異なるオペアンプＯＰ１５を，オペアンプＯＰ１０，ＯＰ１１に接続し，この出力をコンパレータＣＯＭＰ３により４．０Ｖの基準電圧と比較して，出力ショートを検出する。アンプのゲインを変えることにより，同じ基準電圧を用いて過電流検出しきい値を変えている。コンパレータＣＯＭＰ３の出力にも，不感応時間生成回路１３２を設けるが，この不感応時間は極めて短い時間とする。不感応時間生成回路１３２の出力は，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１０９】
図１０は，パック電流モニタ回路２２と過電流検出回路１３の第２の構成例を示し，図１１は，そのパック電流モニタ回路２２の出力タイミングを示す図である。
【０１１０】
この例では，電流モニタ出力のタイミングＴ１１で，電流検出用抵抗３２の両端の電圧を，オペアンプＯＰ２０，ＯＰ２１に逆転させて入力させている。これにより，充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路とを同一の回路構成とし，出力部のオペアンプＯＰ２２からは，充電時も放電時も電流の絶対値に比例した電流モニタの値が，Ｔ１１のタイミングで出力されるようにしている。
【０１１１】
電流が充電方向か放電方向かは，コンパレータＣＯＭＰ１０によって識別する。コンパレータＣＯＭＰ１０の出力に，例えば１５．６ｍｓの不感応時間生成回路２２２を接続し，本体装置２がスリープモードに移行して消費電流が微小になったようなときにも確実な検出を可能とする。この不感応時間生成回路２２２の出力は，充放電フラグとしてステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１１２】
過電流検出回路１３は，オペアンプＯＰ２０，ＯＰ２１の出力電圧を，コンパレータＣＯＭＰ１１により４．０Ｖの基準電圧と比較し，定格電流オーバ等の過電流を検出する。コンパレータＣＯＭＰ１１の出力には，例えば２５０ｍｓの不感応時間生成回路１３３を設け，検出を確実にする。この出力は，放電時には過放電電流−１として，充電時には過充電電流−１として，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１１３】
また，オペアンプＯＰ２０，ＯＰ２１とはゲインの異なるオペアンプＯＰ２３を，電流検出用抵抗３２の両端に接続し，この出力をコンパレータＣＯＭＰ１２により４．０Ｖの基準電圧と比較して，出力ショートを検出する。この例でも図８に示した例と同様に，アンプのゲインを変えることにより，同じ基準電圧を用いて過電流検出しきい値を変えている。コンパレータＣＯＭＰ１２の出力にも，不感応時間生成回路１３４を設けるが，この不感応時間は極めて短い時間とする。不感応時間生成回路１３４の出力は，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１１４】
図１２は，過充放電検出回路１５の構成例を示し，図１３は，その回路の動作を示すタイミング図である。
【０１１５】
過充放電検出回路１５は，セルおよびパック電圧モニタ回路２１で検出した電圧モニタ出力を，コンパレータＣＯＭＰ２０により基準電圧と比較する。このコンパレータＣＯＭＰ２０の基準電圧は，動作モードによって切り換え，通常の充電状態では４．３Ｖの基準電圧Ｖ４３０を接続し，過充電−１を検出する。過充電−１が検出されると，４．４５Ｖの基準電圧Ｖ４４５を接続し，過充電−２を検出する。また，通常の放電状態では２．５Ｖの基準電圧Ｖ２５０を接続し，過放電−１を検出する。過放電−１が検出されると，１．５Ｖの基準電圧Ｖ１５０を接続し，過放電−２を検出する。
【０１１６】
過充放電検出回路１５のＯＵＴ端子の出力内容は，Ｔ１のタイミングがパック電圧の過充電または過放電検出，Ｔ２のタイミングがバッテリ３のセル−１の過充電または過放電検出，Ｔ３のタイミングがバッテリ３のセル−２の過充電または過放電検出，Ｔ４のタイミングがバッテリ３のセル−３の過充電または過放電検出，Ｔ５のタイミングがバッテリ３のセル−４の過充電または過放電検出状態である。Ｔ１Ａ，Ｔ１Ｂは，タイミング信号Ｔ１から図１３に示すように作られる信号であり，Ｔ２Ａ，Ｔ２Ｂ，Ｔ３Ａ，Ｔ３Ｂ，…も同様である。
【０１１７】
これらの各検出タイミングに同期して動作する不感応時間生成回路１５０〜１５４が設けられ，過充放電検出回路１５内に組み込まれている。不感応時間生成回路１５０は，パック電圧の過充電／過放電検出に対する不感応時間を生成する回路であり，例えば３２秒の時間，過放電検出のための不感応時間を設ける。ＣＬＫ＿４Ｓは４秒周期のクロックである。
【０１１８】
不感応時間生成回路１５１，１５２，１５３，１５４は，それぞれバッテリ３のセルー１，セル−２，セル−３，セル−４に対応する過充電／過放電検出の不感応時間を生成する回路であり，０．５秒周期のクロックＣＬＫ＿０５Ｓを入力し，充電２秒，放電２秒の不感応時間を設ける。
【０１１９】
図１４は，不感応時間生成回路の第１の構成例を示す。図中，ＦＦはＤ型フリップフロップ，ＥＸＯＲは排他的論理和回路，ＮＯＲはノア回路，ＡＮＤはアンド回路を表す。
【０１２０】
この回路は，データ入力ＤＡＴＡをＣＬＯＣＫとＴＩＭの入力信号から生成するクロックでサンプリングし続け，４回の連続したサンプリング結果が全てＨｉｇｈになっとき，出力ＯＵＴＰＵＴをＨｉｇｈにする。データ入力ＤＡＴＡがＬｏｗのときには，２段目以降のフリップフロップＦＦのクロックＣＫを止める。データ入力ＤＡＴＡが変化し，１段目のフリップフロップＦＦの出力Ｑとデータ入力ＤＡＴＡが不一致になると，全フリップフロップＦＦをクリアする。
【０１２１】
図１５は，不感応時間生成回路の第２の構成例を示す。図中，ＦＦはＤ型フリップフロップ，ＡＮＤはアンド回路，ＩＮＶはインバータを表す。
【０１２２】
この回路は，データ入力ＤＡＴＡをＣＬＯＣＫとＴＩＭの入力信号から生成するクロックでサンプリングし続け，４回の連続したサンプリング結果が全てＨｉｇｈになっとき，クロックを止めてその状態をラッチする。出力ＯＵＴＰＵＴはＨｉｇｈにラッチされる。クリア入力ＣＬＥＡＲを一旦Ｌｏｗにすると，全フリップフロップＦＦがクリアされてクロック入力ＣＫが有効になり，クリア入力ＣＬＥＡＲをＨｉｇｈに戻すと，データ入力ＤＡＴＡのサンプリングを繰り返す状態に戻る。
【０１２３】
図１６は，不感応時間生成回路の第３の構成例を示す。図１６のＦＦはＪＫ型フリップフロップである。
【０１２４】
この回路は，データ入力ＤＡＴＡをＣＬＯＣＫとＴＩＭの入力信号から生成するクロックでサンプリングし続け，データ入力ＤＡＴＡのＨｉｇｈ状態が連続して３クロック期間以上続くと，出力ＯＵＴＰＵＴがＨｉｇｈになり，それを反転した信号でクロックを止める。これにより，出力ＯＵＴＰＵＴはＨｉｇｈにラッチされる。データ入力ＤＡＴＡがＬｏｗになると，ＪＫ型フリップフロップＦＦはクリアされ，カウント数がリセットされる。
【０１２５】
クリア入力ＣＬＥＡＲを一旦Ｌｏｗにすると，ＪＫ型フリップフロップＦＦはクリアされ，出力ＯＵＴＰＵＴがＬｏｗになり，クロック入力ＣＫが有効になる。クリア入力ＣＬＥＡＲをＨｉｇｈに戻すと，データ入力ＤＡＴＡのサンプリングを繰り返す状態に戻る。
【０１２６】
図１７は，以上の不感応時間生成回路の不感応時間とその出力（ＯＵＴ）波形の関係を示している。なお，ＤＡＴＡは入力信号，ＴＩＭは入力信号が有効な期間を設定する信号（Ｈｉｇｈのとき有効），ＣＬＯＣＫは不感応時間を生成する基本クロック（上記回路例では４クロック時間が不感応時間），ＣＬＥＡＲはフリップフロップのクリア信号，ＯＵＴＰＵＴは入力信号が連続して４クロック連続したときＨｉｇｈになる出力信号を表す。図１７（Ａ）は，ＣＬＯＣＫとＴＩＭとが同一の周期のときの例，図１７（Ｂ）はＣＬＯＣＫがＴＩＭの４倍周期のときの例を示している。
【０１２７】
図１８は，ステータスレジスタ回路２３の構成例を示す。検出回路の各部からパック電圧異常，セル−１電圧異常，セル−２電圧異常，セル−３電圧異常，セル−４電圧異常の信号，充放電フラグ，出力ショート，過充電電流，過放電電流の信号の他，電源立ち上がり時のクリア信号ＣＬＥＡＲおよび各種の出力タイミング信号Ｔｉが入力され，これらの信号に応じて充放電フラグ，過充電−１，過充電−２，過放電−１，過放電−２，出力ショート，過充電電流，過放電電流のステータスを，Ｄ型フリップフロップ群で構成されるレジスタＳＴＡＴＵＳ＿ＲＥＧに保持する。
【０１２８】
図１９は，出力セレクタ回路１７の構成例，図２０は，出力セレクタ回路１７からの出力のタイミングの例を示す。出力セレクタ回路１７は，ステータスレジスタ回路２３からのステータス信号を入力するとともに，電圧モニタ出力，電流モニタ出力，基準電圧のＶ４３０モニタ出力，Ｖ１２５モニタ出力を入力し，Ｔ１〜Ｔ２２のタイミングに信号に応じて，時分割多重で使用される信号線ＭＯＮＩ＿ＯＵＴにモニタデータおよびステータス信号を出力する。信号線ＭＯＮＩ＿ＯＵＴは，後述するように管理回路部５のＭＣＵ回路１８におけるディジタル入力ポートとＡＤＣ入力ポートに接続されている。
【０１２９】
図２０において信号線ＭＯＮＩ＿ＯＵＴに流れる信号は，以下のとおりである。
【０１３０】
(a) Ｔ１：パック電圧モニタ
(b) Ｔ２：セル−１電圧モニタ
(c) Ｔ３：セル−２電圧モニタ
(d) Ｔ４：セル−３電圧モニタ
(e) Ｔ５：セル−４電圧モニタ
(f) Ｔ６：パック電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(g) Ｔ７：セル−１電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(h) Ｔ８：セル−２電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(i) Ｔ９：セル−３電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(j) Ｔ１０：セル−４電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(k) Ｔ１１：パック電流モニタ
(l) Ｔ１２：パック電流キャリブレーション出力
(m) Ｔ１３：充放電フラグ
(n) Ｔ１４：過充電−１ステータス
(o) Ｔ１５：過充電−２ステータス
(p) Ｔ１６：過放電−１ステータス
(q) Ｔ１７：過放電−２ステータス
(r) Ｔ１８：出力ショートステータス
(s) Ｔ１９：過充電電流ステータス
(t) Ｔ２０：過放電電流ステータス
(u) Ｔ２１：Ｖ４３０モニタ出力
(v) Ｔ２２：Ｖ１２５モニタ出力
図２１は，充放電禁止制御回路２５の構成例を示す。図中，ＦＥＴ１４，ＦＥＴ１５は電界効果トランジスタを表す。この充放電禁止制御回路２５は，ステータスレジスタ回路２３から，過充電−１，過充電−２，過放電−２のステータスを入力し，また，過電流検出回路１３から，充放電フラグ，過充電電流，出力ショート，過放電電流の信号を入力し，第１の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿１，第２の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿２，放電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＤＩＳＣＨＧを出力する。
【０１３１】
この充放電禁止制御回路２５による制御出力の条件は，図２２に示すとおりである。第１の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿１は，充電中に過充電−１が検出されたとき，または充電中で過充電電流が検出されたとき出力される。第２の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿２は，充放電フラグにかかわらず過充電−２が検出されたとき出力される。放電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＤＩＳＣＨＧは，放電中に過放電−２が検出されたとき，出力ショートが検出されたとき，または過放電電流が検出されたときに出力される。
【０１３２】
図２３は，充放電禁止回路２６の構成例を示す。この充放電禁止回路２６は，バッテリ３と本体装置２または充電器との間の充放電経路に挿入される。図中，ＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１３は電界効果トランジスタ，２６０はヒューズ，２６１はポリスイッチ，２６２は抵抗体付きサーマルヒューズを表す。
【０１３３】
充放電禁止制御回路２５の出力する第１の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿１がＨｉｇｈのとき，ＦＥＴ１１がオフになり，充電をストップする。また，第２の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿２がＨｉｇｈのとき，ＦＥＴ１３がオンになり，抵抗体付きサーマルヒューズ２６２中の抵抗に電流が流れて，ヒューズが溶断し，充電がストップする。放電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＤＩＳＣＨＧがＨｉｇｈのとき，ＦＥＴ１２はオフになり，放電をストップする。
【０１３４】
図２４は，パック電源制御回路１９の構成例を示す。その電源制御シーケンスを図２５に示す。WAKE＿UP＿POWER 端子に電圧が印加されると，電源供給路に設けられたＦＥＴがオンになり，バッテリ３からの電力またはWAKE＿UP＿POWER 端子からのプリ充電用の電力が，電圧レギュレータ回路２４を介して保護回路部４および管理回路部５に供給される。バッテリパック１の使用中に過放電−２のステータスが検出されると，その状態がラッチ６０に保持され，ＦＥＴ１がオンになるため，電源供給路のＦＥＴがオフになり，保護回路部４および管理回路部５への電力供給は断たれる。過放電−２のステータスが解除された後，WAKE＿UP＿POWER 端子への電圧の印加がなくなると，ラッチ６０はクリアされ，その後に再度，WAKE＿UP＿POWER 端子に電圧が印加されると，ＦＥＴはオンになって，保護回路部４および管理回路部５への電力供給が再開される。
【０１３５】
図２６は，電圧レギュレータ回路２４の構成例を示す。電圧レギュレータ回路２４は，パック電源制御回路１９からの電力で，バンドギャップリファレンス（ＢＧＲ）回路２４１，レギュレータ２４２，オペアンプＯＰ４０〜ＯＰ４６等により，５Ｖ，４．４５Ｖ，４．０Ｖ，２．５Ｖ，１．５Ｖ，１．０Ｖの電圧Ｖ５００，Ｖ４４５，Ｖ４３０，Ｖ４００，Ｖ２５０，Ｖ１５０，Ｖ１００を作り出す。また，電圧検出回路２４３にリセット信号ＲＥＳＥＴを生成する。
【０１３６】
図２７は，セルバランス回路２０の構成例を示す。スイッチＳＷ８０，ＳＷ８１，ＳＷ８２，ＳＷ８３は，それぞれセル−１，セル−２，セル−３，セル−４が過充電−１の状態になったときに導通状態になり，その過充電になったセルへの充電をバイパスさせる。これにより，全てのセルが満充電になるまで，バランスよく充電されることになる。
【０１３７】
図２８は，制御回路２７の構成例を示す。発振回路２７２は，水晶振動子などの振動子２７１に接続され，１５．５３μｓの周期で発振する信号を出力する。分周回路２７３は，発振回路２７２の出力信号を入力し，１／２1 分周，１／２2 分周，１／２8 分周，１／２11分周，１／２15分周，１／２19分周することにより，３０．５μｓのクロックＣＬＫ＿３０ＵＳと，６１μｓのクロックＣＬＫ＿６１ＵＳと，３．９ｍｓのクロックＣＬＫ＿４ＭＳと，３１．３ｍｓのクロックＣＬＫ＿３１ＭＳと，０．５ｓのクロックＣＬＫ＿５００ＭＳと，８ｓのクロックＣＬＫ＿８Ｓとを生成する。クロックＣＬＫ＿３１ＭＳは，さらに１６進リングカウンタ等によって構成されるリングカウンタ２７４に入力され，リングカウンタ２７４は，このクロッククロックＣＬＫ＿３１ＭＳからＴ１〜Ｔ２４の出力タイミング信号を生成する。図２９は，リングカウンタ２７４が生成した出力タイミング信号のタイミング図であり，この信号は制御回路２７から保護回路部４の各部へ出力される。
【０１３８】
図３０は，管理回路部５の構成例を示す。管理回路部５は，マイクロプロセッサによるＭＣＵ回路１８とマイクロプログラム等が格納されるＥＥＰＲＯＭ回路５０とから構成される。
【０１３９】
ＭＣＵ回路１８は，電圧レギュレータ回路２４から５Ｖの電源電圧Ｖ５００，リセット信号ＲＥＳＥＴを入力する。また，ステータスレジスタ回路２３から時分割多重化されたステータスおよびモニタデータの信号ＭＯＮＩ＿ＯＵＴが，アナログ信号用のＡＤＣポートと，ディジタル信号用のＩ／Ｏポートの両方に入力される。また，ＥＥＰＲＯＭ回路５０は，ＭＣＵ回路１８の内部バスのインタフェースＳ−Ｉ／Ｆに接続される。さらに，制御回路２７からのセルモニタタイミング信号がＩ／Ｏポートに入力され，３２．７６８ＫＨｚ（３０．５μｓ）のクロック信号ＣＬＫがＭＣＵ回路１８のクロック入力端子ＣＬＫに入力される。
【０１４０】
ＭＣＵ回路１８から本体装置２へのバッテリパック１の状態の報告は，データ信号端子ＳＢＳ＿ＤＡＴＡとクロック端子ＳＢＳ＿ＣＬＫとを用いて，本体装置２のシステムバスＳＭＢｕｓに対して行われる。
【０１４１】
図３１を用いて，本実施例における電流モニタ方法を補足説明する。従来の技術では，例えば図３１（Ａ）に示すように，電流モニタ出力電圧が，ある値以上が充電電流，ある値以下が放電電流と認識していた。したがって，このある値近傍の電流が０となる付近では，ノイズ，回路特性，プロセスバラツキ等により，充電中か放電中かを正確に識別できないといった問題があった。また，モニタ出力のアナログ値をディジタル値に変換するとき，充電時と放電時をＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジでカバーしているため，Ａ／Ｄ変換時の量子化誤差が大きいという問題があった。
【０１４２】
本発明では，例えば図８，図１０に示した回路のように，充電時も放電時も電流の絶対値に比例したモニタ電圧を出力する。すなわち，図３１（Ｂ）に示すように，電流モニタ出力電圧を電流の大きさに応じた絶対値で出力する。充電電流であるか放電電流であるかは，別にコンパレータによって識別する。したがって，上述した問題が解決されることになる。
【０１４３】
本実施例の特徴を列挙すると，以下のとおりである。
【０１４４】
（１）本バッテリパックは，外部から電源起動信号を入力する入力端子と，その入力端子に電源起動信号が入力されたとき，バッテリから保護モニタ回路への電源を接続し，前記入力端子に電源起動信号が入力されないとき，保護モニタ回路への電源を遮断するパック電源制御部とを有する。
【０１４５】
（２）上記（１）のバッテリパックにおいて，さらに，バッテリからの電圧を外部のスイッチを介して電源起動信号として前記入力端子に印加するためのバッテリに接続される電源出力端子を有する。
【０１４６】
（３）上記（１）または（２）のバッテリパックにおいて，さらに，電源起動信号の入力端子が保護モニタ回路への電源入力部に接続され，前記入力端子に入力される電源起動信号の電力が，保護モニタ回路によるプリ充電制御のための電源として用いられるように構成される。
【０１４７】
（４）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，前記管理回路部は，前記保護回路部からの信号を受け，前記保護回路部は，前記管理回路部からの制御を受けない回路として構成される。
【０１４８】
（５）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部の検出回路は，ある検出状態が所定の時間以上継続した場合に，その状態を検出したと確定し検出信号を出力する検出不感応時間を持つ回路を備える。
【０１４９】
（６）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，前記保護回路部から前記管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線を有し，前記保護回路部から前記管理回路部へ送出される各信号が，所定のタイムスロットに割り振られ，同一の前記信号線上に所定のシーケンスで送出されるように構成される。
【０１５０】
（７）上記（６）のバッテリパックは，さらに，前記信号線とは別に，前記シーケンスの先頭を確定するためのシーケンス開始信号が送出される信号線を有する。
【０１５１】
（８）また，上記（６）のバッテリパックにおいて，さらに前記ステータスおよびモニタ用の信号線は，前記管理回路部におけるデジタル信号入力用のポートと，アナログ信号入力用のポートの両方に接続される。
【０１５２】
（９）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部とを備える。
【０１５３】
（１０）上記（９）のバッテリパックは，前記第１の過充電検出部の検出により，前記第２の過充電検出部が有効となるように構成される。
【０１５４】
（１１）または，上記（９）のバッテリパックは，前記第１の過充電検出部と前記第２の過充電検出部とが，独立に過充電を検出するように構成される。
【０１５５】
（１２）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部と，前記第１の過充電検出部が過充電を検出した場合に，充電経路のスイッチをオフにして充電を強制停止し，前記第２の過充電検出手段が過充電を検出した場合に，充電経路のヒューズを溶断して充電を強制停止する充放電禁止制御部とを備える。
【０１５６】
（１３）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部とを備える。
【０１５７】
（１４）上記（１３）のバッテリパックは，前記第１の過放電検出部の検出により，前記第２の過放電検出部が有効となるように構成される。
【０１５８】
（１５）または，上記（１３）のバッテリパックは，前記第１の過放電検出部と前記第２の過放電検出部とが，独立に過放電を検出するように構成される。
【０１５９】
（１６）また，上記（１３）のバッテリパックは，前記第１の過放電検出部または前記第２の過放電検出部のいずれかが，バッテリパックの電圧を予め決められた電圧と比較して過放電を検出するように構成される。
【０１６０】
（１７）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，前記保護回路部は，第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部と，前記第１の過放電検出部が過放電を検出した場合に，過放電状態を前記管理回路部に送出して警告し，前記第２の過放電検出手段が過放電を検出した場合に，放電経路のスイッチをオフにして放電を強制停止する充放電禁止制御部とを備える。
【０１６１】
（１８）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，過放電の検出によって放電経路のスイッチをオフにするとき，当該保護モニタ回路の電源をオフにするかまたは当該保護モニタ回路の動作をディセイブルにする。
【０１６２】
（１９）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過電流検出しきい値による第１の過電流検出部と，第２の過電流検出しきい値による第２の過電流検出部とを備える。
【０１６３】
（２０）上記（１９）のバッテリパックにおいて，前記第１の過電流検出しきい値が前記第２の過電流検出しきい値より大きい値であり，前記第１の過電流検出部の不感応時間が前記第２の過電流検出部の不感応時間より短い。
【０１６４】
（２１）上記（１９）のバッテリパックは，前記第１の過電流検出部と前記第２の過電流検出部とが，独立に過電流を検出するように構成される。
【０１６５】
（２２）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，パック電流が充電方向か放電方向かを検出し，モニタ出力電圧の大きさをパック電流の方向にかかわらず，パック電流の絶対値に比例する値として検出する過電流モニタ部を備える。
【０１６６】
本実施例のバッテリパックおよびバッテリの保護モニタ回路は，以上のように構成されるため，次のような効果がある。
【０１６７】
バッテリパックが本体装置に装着されているときでも，本体装置の主電源スイッチが切れているときには，バッテリパックの内部回路電源がオフになるので，バッテリパックの自己放電が最小になる。バッテリパックが単体のときも，バッテリパックの内部回路電源がオフになり，バッテリパックの自己放電が最小になる。
【０１６８】
また，過放電状態のバッテリパックでも，そのバッテリの良否にかかわらず，WAKE＿UP＿POWER 端子からの電力で充電電流，バッテリ電圧の測定が可能になる。その結果，バッテリの良否の判定を適切に行うことができる。
【０１６９】
管理回路部におけるＭＣＵ回路のファームウェアにバグ等があっても，異常検出および保護のための保護回路部は影響なく動作する。ＭＣＵ回路が故障によって暴走したときも同様に保護回路部は影響なく動作する。
【０１７０】
各検出回路では，コンパレータの出力をサンプリングし続け，同一論理レベルが規定のサンプリング回数の間連続したときに初めてその論理を検出したと確定し出力する。したがって，規定のサンプリング回数の間連続しない変化，例えば負荷の急変，着脱時の過渡電流，インパルスノイズ等による誤検出がなくなる。不感応時間生成回路は小規模のディジタル回路で構成することができ，ＬＳＩチップサイズにほとんど影響なく内蔵させることができる。サンプリングのクロック周波数を変更するだけで不感応時間を容易に変更することができ，回路の共用化が可能になる。
【０１７１】
また，保護回路部から管理回路部へのステータスおよびモニタデータの出力を，時分割多重化して送出するので，その信号用とシーケンス開始信号用に２ピン用意するだけでよく，管理回路部をＬＳＩ化した場合のピン数を少なくすることができる。一定の信号を一定の時間毎に固定のシーケンスで送出するため，制御回路規模を小さくすることができる。必要な不感応時間が出力の１タイムスロットより大きい場合にも容易に対応することができる。
【０１７２】
過充電の検出・保護回路を二重化することにより，第１の過充電検出・保護手段が故障して正常に機能しなくなっても，第２の過充電検出・保護手段が機能して充放電経路を遮断し，過放電を阻止する。したがって，より信頼性の高い保護機能を実現することができる。第１の過充電検出手段と第２の過充電検出手段の動作をシーケンシャルにすることにより，未使用の回路をオフ（ディセーブル）にし，低消費電力化を実現することができる。また，第１の過充電検出・保護手段と第２の過充電検出・保護手段とを完全に独立にすれば，より信頼性の高い保護機能を実現することができる。
【０１７３】
また，第１の過放電検出・保護手段と第２の過放電検出・保護手段を設け，第１の過放電検出・保護手段は，セル電圧による過放電検出を過放電アラームとして使用することにより，本体のシステム側でデータ退避などの確実な退避処理が可能になる。また，セル電圧による過放電検出を過放電アラームとして使用することにより，再充電可能な範囲内で，各セルのエネルギーを使い切る状態に近づけることができる。
【０１７４】
パック電圧による過放電検出により充放電経路をオフにするため，再充電可能な範囲内で，バッテリパック全体のエネルギーを使い切る状態に近づけることができる。パック電圧による過放電検出により充放電経路をオフにするとき，一定期間は放電を許容することにより，本体のシステム側で必要な退避処理を行うことができる。パック電圧による過放電検出後に，パック内部の全ての回路の電源をオフにするため，バッテリの過放電が進んで非可逆反応を起こして再充電できなくなるような故障を回避することができる。
【０１７５】
過放電を２系統（あるいは異なるしきい値）で検出するため，検出系の信頼性が高くなる。パック電圧による検出とセル電圧による検出を併用し，本体側のシステムにそのモニタ値を報告することにより，１個のセル電圧が異常に低下した場合には，システム側でもこのバッテリパックから電力供給を受けないように制御することができる。これにより，パック電圧が正常で，セル電圧異常アラーム状態のまま電力供給を続けることによって，電圧異常個別セルが非可逆反応を起こすことを防止することができる。
【０１７６】
過電流検出手段の２重化により，大きい過電流は短時間でも検出し，小さい過電流は長時間継続したときだけ検出することができ，きめ細かく確実なバッテリパックの保護が可能になる。過電流検出のための回路上のしきい値は同一であっても，アンプのゲインを変えて過電流検出しきい値を変えることにより，第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段とで基準電源回路の共用が可能になる。アンプの帯域制限で検出応答時間を決めることにより，電流の平均値で過電流を検出することができ，ノイズ等による誤検出をなくすことができる。
【０１７７】
充電時も放電時も電流の絶対値に比例した電流モニタ出力電圧を測定することにより，充電時／放電時毎にモニタ出力をフルスケールで使用することができ，本体側の装置がスタンバイ状態またはスリープ状態のように低電流の場合でも，より正確な電流モニタが可能である。充電中か放電中かは，パック電流が充電方向か放電方向かを識別することにより，正確に識別することができる。電流の絶対値が同じであれば，電流モニタ出力は，充電時も放電時も同じモニタ値を出力する。したがって，Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを充電時／放電時にフルに使用することができ，量子化誤差を小さくすることができる。本体装置がスタンバイ状態に移行するなど，電流が微小になっても，不感応時間生成回路の機能により放電状態を保持するため，微小電流の領域でもノイズ等による誤動作がなく，チャタリングが生じない。
【０１７８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，携帯情報端末等に適した低コストで安全性の高いバッテリパックを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を説明するための図である。
【図２】パック電源制御回路の概要説明図である。
【図３】本発明の実施例に係るバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図４】セルおよびパック電圧モニタ回路の第１の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す回路の動作説明図である。
【図６】セルおよびパック電圧モニタ回路の第２の構成例を示す図である。
【図７】図６に示す回路の動作説明図である。
【図８】パック電流モニタ回路と過電流検出回路の第１の構成例を示す図である。
【図９】パック電流モニタ回路の出力タイミングを示す図である。
【図１０】パック電流モニタ回路と過電流検出回路の第２の構成例を示す図である。
【図１１】パック電流モニタ回路の出力タイミングを示す図である。
【図１２】過充放電検出回路の構成例を示す図である。
【図１３】図１２に示す回路の動作を示すタイミング図である。
【図１４】不感応時間生成回路の第１の構成例を示す図である。
【図１５】不感応時間生成回路の第２の構成例を示す図である。
【図１６】不感応時間生成回路の第３の構成例を示す図である。
【図１７】不感応時間生成回路の不感応時間とその出力波形の関係を示す図である。
【図１８】ステータスレジスタ回路の構成例を示す。
【図１９】出力セレクタ回路の構成例を示す図である。
【図２０】出力セレクタ回路からの出力のタイミングの例を示す図である。
【図２１】充放電禁止制御回路の構成例を示す図である。
【図２２】充放電禁止制御回路による制御出力の条件を示す図である。
【図２３】充放電禁止回路の構成例を示す図である。
【図２４】パック電源制御回路の構成例を示す図である。
【図２５】パック電源制御回路の電源制御シーケンスの例を示す図である。
【図２６】電圧レギュレータ回路の構成例を示す図である。
【図２７】セルバランス回路の構成例を示す図である。
【図２８】制御回路の構成例を示す図である。
【図２９】制御回路が出力する出力タイミング信号のタイミング図である。
【図３０】管理回路部の構成例を示す図である。
【図３１】電流モニタ方法を説明する図である。
【図３２】従来のバッテリパックの例を示す図である。
【図３３】従来の検出回路の例を示す図である。
【符号の説明】
１ バッテリパック
２ 本体装置
３ バッテリ
４ 保護回路部
５ 管理回路部
６ システム電源制御部
７〜１１ バッテリパックの入出力端子
１２ 主電源スイッチ
１３ 過電流検出回路
１４ 過電流保護／過充電保護回路
１５ 過充放電検出回路
１６ 温度検出回路
１７ 出力セレクタ回路
１８ ＭＣＵ回路
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は，携帯情報端末等に用いられるバッテリパックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３２は，従来のバッテリの保護モニタ回路を持つバッテリパックの例を示す。図中，１００はバッテリパック，２００はバッテリパック１００から供給される電流を消費する携帯情報端末等の本体装置を表す。
【０００３】
バッテリパック１００は，充放電可能なバッテリ３００と，バッテリ３００を保護する保護回路部４００と，ファームウェアによって本体装置２００等へバッテリ３００の状態を報告するための管理回路部５００を備える。
【０００４】
保護回路部４００は，過電流を検出する過電流検出回路１３０，過充電を検出する過充電検出回路１５０，過電流および過充電からバッテリ３００を保護する過電流保護／過充電保護回路１４０，バッテリパック１００内の温度を検出する温度検出回路１６０を備え，管理回路部５００は，ファームウェアによって各検出回路，保護回路を制御し，本体装置２００への状態報告を行うＭＣＵ回路１８０を備える。
【０００５】
本体装置２００におけるシステム電源制御部６００は，バッテリパック１００からの電力ＰＯＷを本体のシステムに供給し，またバッテリパック１００の電力状態をシステムに報告する。
【０００６】
図３２に示すような従来のバッテリパック１００内の保護素子等は，バッテリ３００に接続され，常に必要最小限の動作を続けている。したがって，少ないながら電力を消費しており，バッテリパック１００内の自己放電の一部となっている。
【０００７】
さらに，本体装置２００に装着されたバッテリパック１００は，使用されていなくても，その存在と使用可否を明示するために，バッテリパック１００内の保護回路部４００と管理回路部５００とが動作し続けている。
【０００８】
バッテリ３００の端子電圧がほとんど０Ｖになったバッテリパック１００は，内部の保護回路部４００，管理回路部５００の正常な動作を期待できない。したがって，その後，過放電状態が解除されて保護回路部４００，管理回路部５００が正常に動作し始めるまでは，本体装置２００側の制御で，バッテリパック１００側の保護機能なしで充電を行う。そのため，本体（充電器）に充電電流とパック電圧を測定する機能が必要になるが，本体側での測定は，グランドの浮き等により精度が悪く，またこれらの測定機能はバッテリパック１００内の回路機能と重複するため，コストアップになっていた。
【０００９】
また，最近のバッテリ３００は蓄積しているエネルギーが大きいため，故障の状態によっては発煙，発火に至る危険性がある。したがって，安全機構が採用されており，例えば，バッテリセル自体には，過電流による回路の開放や異常温度上昇による内圧上昇解除弁が設けられ，バッテリパック１００には，保護回路部４００による出力ショート保護や過充電保護，システム電源制御部６００には，異常充電制御保護や温度異常保護などの機能が設けられている。
【００１０】
保護回路部４００には，過電流検出回路１３０や過充電検出回路１５０等の各種の検出回路が設けられており，これらの回路ではコンパレータを用いた検出が行われている。
【００１１】
図３３は，従来の検出回路の例を示す。図３３において，ＣＯＭＰはコンパレータ，Ｒ，Ｒ１，Ｒ２は抵抗，Ｃはコンデンサ，ＩＮは入力電圧，Ｖout は出力電圧，Ｖthはしきい値電圧を表している。
【００１２】
図３３（Ａ）に示す回路は，誤検出をなくすためにコンパレータＣＯＭＰにヒステリシスを持たせる方法である。Ｈｉｇｈ出力時の出力電圧をＶＯＨ，Ｌｏｗ出力時の出力電圧をＶＯＬとすると，ＨｉｇｈとＬｏｗ時のしきい値電圧はそれぞれ次のようになる。
【００１３】
Ｖth(HIGH)＝(VOH-VB)/(R1+R2)×R1＋VB ：Ｈｉｇｈ出力時
Ｖth(LOW) ＝(VOL-VB)/(R1+R2)×R1＋VB ：Ｌｏｗ出力時
ΔＶth＝Ｖth(HIGH)−Ｖth(LOW) ＝(VOH− V0L) ×R1／(R1+R2)
また，誤検出をなくすために，図３３（Ｂ）に示すように，被検出信号に抵抗ＲとコンデンサＣを接続し，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成して帯域制限する方法も従来用いられている。
【００１４】
例えば，図３２に示す従来のバッテリパック１００において，保護回路部４００，管理回路部５００は，１個または複数個のＬＳＩによって構成することができるが，保護回路部４００と管理回路部５００とを別のＬＳＩで構成する場合，各検出回路からのアナログ信号のモニタデータは，ＭＣＵ回路１８０のＡ／Ｄ変換機能を持つＡＤＣ入力ポートで受信し，デジタル信号のステータス情報はＭＣＵ回路１８０のＩ／Ｏポートで受信する。このように，各種のモニタデータ，ステータス情報が，保護回路部４００から管理回路部５００へパラレルで出力されるため，ＬＳＩの入出力ピン数が増える要因になっていた。
【００１５】
また，従来の保護回路部４００における過充電検出回路１５０における過充電検出のしきい値は単一であり，過電流検出回路１３０における検出も単一のしきい値が用いられていた。
【００１６】
例えば，過充電に対する保護として，過充電によるバッテリ３００の温度上昇を検出し，充電を止める方法が用いられているが，この方法は精度が悪い，応答時間が長いなどの欠点があった。また，過充電に伴うバッテリ電圧の変化，その変化率，電流変化，内部インピーダンスの変化等を検出し，充電を止める方法も用いられているが，精度が悪い，回路が複雑になるなどの問題があった。
【００１７】
また，過放電に対する保護としては，過放電によるバッテリ３００の各セルの電圧低下を検出し，放電を止める方法が用いられている。この方法は，複数のセルのうち，いずれかのセル電圧が予め決められたしきい値より低くなるのを検出するため，バッテリパック１００としてはまだ使用できる電力があるにもかかわらず，過放電を検出する。この方法は，バッテリパック１００の使用可能電力を十分に使用することができないという欠点があった。
【００１８】
しかし，セル毎の過放電電圧をモニタしないで，バッテリ３００全体の過放電電圧をモニタする方法は，充電時と放電時のモニタ手段を共用するのが一般的であるため，リチウム系バッテリの過充電時の危険性回避には，セル毎のモニタが必須となり，使用することができない。
【００１９】
新品の状態で，バッテリセルの端子電圧が揃うように選別してバッテリパック１００を構成しても，充放電劣化特性の個体差が大きいので，使用が進むとセル毎の端子電圧に差が生じ，前述したバッテリパック１００の使用可能電力を十分に使用することができないという欠点が生じる。
【００２０】
過放電時のシステムの安定動作を保証するため，過放電検出しきい値は高めに設定するのが普通であるが，この場合，バッテリパック１００によっては，まだ十分使用可能な容量が残っていても，過放電として検出される場合がある。
【００２１】
また，過放電時のシステムの安定動作を保証するため，バッテリ３００の電圧，電流をモニタして残容量を管理する方法があるが，図３２に示すようにＭＣＵ回路１８０等を使用するため，ファームウェア（もしくはソフトウェア）のバグや，ＭＣＵ回路１８０の暴走の可能性があり，確実な保護の保証が困難であるという問題がある。
【００２２】
過電流に対する保護としては，バッテリ３００に流れる電流を検出し，その値が予め決められた値を超えたとき，充放電路の一般には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されるスイッチをオフにする方法がとられている。過電流によるヒューズ溶断により保護する方法もあるが，動作後はヒューズ交換が必要になるため，ヒューズ溶断の前に保護する機能が望まれる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
バッテリパックは，単体で流通，店頭展示，在庫，保存している期間中に，放電が進み空になってしまう場合がある。また，本体装置のメインスイッチをオフにしておいても，バッテリが空になる場合もある。このような事態を避けるためには，未使用状態でのバッテリパックの自己放電（保護回路部，管理回路部の動作電力を含む）を極力小さくする必要がある。
【００２４】
また，バッテリパックの端子電圧がほとんど０Ｖになったバッテリパックは，内部の保護回路部，管理回路部の正常な動作を期待できない。このようなバッテリパックでもその状態を把握して，安全に充電できる必要がある。すなわち，素性の判らない端子電圧が低下しているバッテリパックにおいて，再充電すれば使用できる正常なバッテリパックと，再充電しても使用できないバッテリパックまたは再充電すると危険なバッテリパックを，装置に実装した状態で容易に切り分け可能とする必要がある。
【００２５】
また，バッテリパックの管理回路部による管理・モニタ機能が故障しても，保護機能は影響なく動作し，バッテリパックの安全性を確保する必要がある。例えば，ＭＣＵ回路のファームウェアのバグ等により，過電流検出回路または過充電検出回路における比較電圧の設定が異常になると，正しい検出ができなくなるが，このような事態を回避する必要がある。また，ＭＣＵ回路のファームウェアのバグ等により，保護回路部が正常であっても充放電ができなくなる場合があるが，それを回避する必要がある。
【００２６】
また，保護回路部の各種検出回路において，負荷の急変，本体装置への着脱時の過渡電流，インパルスノイズ等により誤検出が発生することがある。これに対する対策として，被検出信号に抵抗ＲとコンデンサＣを接続し，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を構成して帯域制限する方法は，必要な周波数領域が低いため，ＣＲの値が大きくなり，ＬＳＩに内蔵することができない。このため，コンデンサを外付けすると，ＬＳＩのピン数が増加するという問題がある。
【００２７】
また，保護回路部で検出したステータス，モニタデータを，管理回路部内のＭＣＵ回路に送出する必要があるが，多くのモニタ，ステータス信号を，ＬＳＩのピン数を多くしないで，かつ制御回路の規模を大きくしないでＭＣＵ回路に送出可能にすることが望まれる。
【００２８】
過充電検出のしきい値が単一の場合，そのしきい値で正常に検出しても，その検出結果に基づく保護（制御）手段が正常に動作しないと充電が継続され，バッテリの過充電が進み，最悪の場合，発煙・発火の危険がある。バッテリのセル毎に内圧抜き弁等のメカニカルな対策が採られている場合もあるが，エネルギーが大きいバッテリの保護のためには，保護手段の二重化による信頼性向上が重要である。
【００２９】
この場合，同一の保護回路を二重化するより，別の観点による異なる保護手段を構成するほうが，システムの安全性向上のために有効である。２系統の保護機能を持たせた場合，両者が相互干渉して正常な動作に支障をきたさないようにする必要がある。
【００３０】
また，過放電検出のしきい値が単一の場合，そのしきい値で過放電を正常に検出しても，その検出結果に基づく保護（制御）手段が正常に動作しないと放電が継続され，バッテリの過放電が進み，最悪の場合，バッテリ内で非可逆反応が進んで再充電できなくなる場合がある。また，過放電領域に入ると，使用エネルギーに対する端子電圧低下が増大し，突然，システムの動作に支障をきたすことがある。システムの安定動作を保証するためには，保護手段の二重化による信頼性向上が重要である。
【００３１】
過放電に対する保護の場合も過充電の保護の場合と同様に，同一の保護回路を二重化するより，別の観点による異なる保護手段を構成するほうが，システムの安全性向上のために有効である。２系統の保護機能を持たせた場合，両者が相互干渉して正常な動作に支障をきたさないようにする必要がある。
【００３２】
また，バッテリパック内に正常動作範囲外の過電流が流れた場合に，確実に，かつ回路・部品に損傷を与えないでバッテリパックを保護する必要がある。
【００３３】
また，パック電流が充電方向か放電方向かを正確に検出する必要がある。特に，本体装置がスタンバイ状態またはスリープ状態のように低電流の場合に充電状態か放電状態かを正確に識別するため，充電方向か放電方向かを正確に検出する必要がある。
【００３４】
本発明は上記問題点の解決を図り，携帯情報端末等に適した低コストで安全性の高いバッテリパックを提供することを目的とする。より具体的には，バッテリパックの自己消費電力を小さくし，過放電バッテリパックを再使用できるよう不良品と判別でき，もしＭＣＵが暴走してもバッテリの保護機能はなんの影響もなく動作し，誤検出が無く，保護回路をＬＳＩで構成したときのパッケージのピン数を少なくすることができるようにすることを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，バッテリパックに，外部から電源起動信号を入力する入力端子を持ち，この入力端子に電源起動信号が入力されたとき，バッテリから保護モニタ回路への電源を接続し，入力端子に電源起動信号が入力されないとき，保護モニタ回路への電源を遮断するパック電源制御部を持つことを特徴とする。
【００３６】
これにより，未使用状態でのバッテリパックの自己放電（保護回路部，管理回路部の動作電力を含む）を極力小さくすることができる。
【００３７】
また，バッテリからの電圧を外部のスイッチを介して電源起動信号として前記入力端子に印加するための，バッテリに接続される電源出力端子も備える。これにより，装置の電源システム内にＡＣアダプタ，別のバッテリが存在しない場合でも，前記電源出力端子から前記入力端子に電源起動信号の電圧を印加することができる。
【００３８】
さらに，電源起動信号の入力端子が保護モニタ回路の電源に接続され，入力端子に入力される電源起動信号の電力を，保護モニタ回路によるプリ充電制御のための電源として用いる。これによって，バッテリパックの端子電圧がほとんど０Ｖになったバッテリパックでも，電源起動信号の入力端子からの電力供給で，バッテリパック内の保護回路部および管理回路部を正常に動作させ，この結果からバッテリの良否の判定も正確に行うことができる。
【００３９】
バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告するための管理回路部とからなり，管理回路部は，保護回路部からの信号を受け，保護回路部は，管理回路部からの制御を受けない回路として構成される。
【００４０】
保護回路部が管理回路部からの制御を受けない回路として構成されるため，管理回路部を動作させるファームウェアにバグ等があっても，過電流，過充放電からバッテリを安全に保護することができる。
【００４１】
保護回路部の検出回路は，ある検出状態が所定の時間以上継続した場合に，その状態を検出したと確定し検出信号を出力する検出不感応時間を持つ回路を備える。この検出不感応時間は，サンプリングクロックの周波数またはカウント数を設定できるようにし，予め定めた異なる継続時間に対応可能に構成することができる。これにより，ノイズその他のインパルス性の変化による誤検出を防止することができる。
【００４２】
また，保護モニタ回路は，保護回路部から管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線を有し，保護回路部から管理回路部へ送出される各信号が，所定のタイムスロットに割り振られ，所定のシーケンスで繰り返し同一の信号線上に時分割多重で送出されるように構成される。これにより，保護回路部および管理回路部をＬＳＩで構成したときに，ＬＳＩの入出力ピン数を削減することができる。
【００４３】
保護回路部から管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線とは別に，シーケンスの先頭を確定するためのシーケンス開始信号が送出される信号線を持つ。これにより，管理回路部は，ステータスおよびモニタデータを２ピンのみで受信することができる。
【００４４】
このステータスおよびモニタ用の信号線は，管理回路部におけるデジタル信号入力用のポートと，アナログ信号入力用のポートの両方に接続される。これによって，アナログ信号もディジタル信号も同じ信号線で，保護回路部から管理回路部へ送ることができる。
【００４５】
保護回路部は，第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部とを備える。この第１の過充電検出部の検出により，第２の過充電検出部が有効となるように構成される。または，第１の過充電検出部と第２の過充電検出部とが，独立に過充電を検出するように構成される。これによって，過充電の検出を確実に行うことができる。
【００４６】
例えば，第１の過充電検出部が過充電を検出した場合には，充電経路のスイッチをオフにして充電を強制停止し，第２の過充電検出手段が過充電を検出した場合には，充電経路のヒューズを溶断して充電を強制停止する充放電禁止制御部を設ける。これにより，過充電検出時に安全に充電を禁止することができる。
【００４７】
また，保護回路部は，第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部とを備える。この第１の過放電検出部の検出により，第２の過放電検出部が有効となるように構成される。または，第１の過放電検出部と第２の過放電検出部とが，独立に過放電を検出するように構成される。また，第１の過放電検出部または第２の過放電検出部のいずれかが，バッテリパックの電圧を予め決められた電圧と比較して過放電を検出するように構成される。これによって，過放電の検出を確実に行うことができる。
【００４８】
例えば，第１の過放電検出部が過放電を検出した場合に，過放電状態を管理回路部に送出して警告し，第２の過放電検出手段が過放電を検出した場合に，放電経路のスイッチをオフにして放電を強制停止する充放電禁止制御部を備える。こにより，無駄のない過放電の禁止制御を実現することができる。
【００４９】
保護回路部は，過放電の検出によって放電経路のスイッチをオフにするとき，当該保護モニタ回路の電源をオフにするかまたは当該保護モニタ回路の動作をディセイブルにする。これによって，過放電検出後の消費電力を削減することができる。
【００５０】
また，保護回路部は，第１の過電流検出しきい値による出力ショート検出などの第１の過電流検出部と，第２の過電流検出しきい値による第２の過電流検出部とを備える。過電流検出しきい値の大きいほうの過電流検出部の不感応時間を短くし，過電流検出しきい値の小さいほうの過電流検出部の不感応時間を長くする。また，第１の過電流検出部と第２の過電流検出部とを，完全に独立に過電流を検出するように構成する。これにより，過電流の検出を確実に行うことができる。
【００５１】
また，保護回路部は，パック電流が充電方向か放電方向かを検出し，モニタ出力電圧の大きさをパック電流の方向にかかわらずパック電流の絶対値に比例する値として検出する過電流モニタ部を備える。これにより，本体装置がスタンバイ状態やスリープ状態で低電流の場合でも，正確に検出することが可能になる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
図１は，本発明の概要を説明するための図である。図中，１はバッテリパック，２はバッテリパック１から供給される電流を消費する携帯情報端末等の本体装置を表す。バッテリパック１は，充放電可能なバッテリ３と，バッテリ３を保護する保護回路部４と，ファームウェアによって本体装置２へバッテリ３の状態を報告するための管理回路部５を備える。
【００５３】
保護回路部４は，過電流を検出する過電流検出回路１３，過充電を検出する過充放電検出回路１５，過電流および過充電からバッテリ３を保護する過電流保護／過充電保護回路１４，バッテリパック１内の温度を検出する温度検出回路１６，ステータスおよびモニタデータを時分割多重化して出力するための出力セレクタ回路１７を備え，管理回路部５は，保護回路部４が検出した情報に基づいてファームウェアにより本体装置２への状態報告を行うＭＣＵ回路１８を備える。
【００５４】
本体装置２におけるシステム電源制御部６は，バッテリパック１からの電力ＰＯＷを本体のシステムに供給し，またバッテリパック１の電力状態をシステムに報告する。１２は本体装置２の主電源スイッチである。
【００５５】
バッテリパック１の入出力端子として，電源起動信号を入力する入力端子（以下，WAKE＿UP＿POWER 端子という）７と，バッテリ３に接続される電源出力端子（以下， BATTERY＿POWER 端子という）８と，本体装置２に電力を供給し，また充電器（図示省略）から電力を得るための充放電端子（ＰＯＷ）９と，グランド端子（ＧＮＤ）１０と，管理回路部５からバッテリパック１の状態を本体装置２等へ報告するための信号端子１１とがある。Ｄ１〜Ｄ３は電流の逆流を防止するためのダイオードである。
【００５６】
〔バッテリパックの起動方法〕
パック電源制御回路１９は，保護回路部４および管理回路部５に対する電力の供給および遮断を制御する回路である。本発明では，バッテリパック１にWAKE＿UP＿POWER 端子７を設け，バッテリパック１内の回路の電源のオン／オフをパック電源制御回路１９によって制御する。
【００５７】
図２は，パック電源制御回路１９の概要説明図である。図２において，Ｄ４，Ｄ５はダイオード，Ｒは抵抗，ＩＮＶはインバータ，ＦＥＴは電界効果トランジスタを表す。
【００５８】
バッテリパック１が単体で存在するとき，または本体装置２に装着されていても，本体装置２の主電源スイッチ１２がオフのとき，WAKE＿UP＿POWER 端子７には電圧が印加されないため，バッテリ電圧によりＦＥＴのゲートがＨｉｇｈになり，ＦＥＴは非導通状態になる。本体装置２の主電源スイッチ１２がオンになり，電源起動信号の電圧がWAKE＿UP＿POWER 端子７に印加されると，インバータＩＮＶを介することにより，ＦＥＴのゲートがＬｏｗになり，ＦＥＴは導通状態になる。ＦＥＴが導通状態になることよって，保護回路部４の各部および管理回路部５にバッテリから電力が供給されることになる。
【００５９】
これにより，バッテリパック１の未使用時には，バッテリパック１内の保護回路部４，管理回路部５などの全ての電源をオフにして，その消費電力を零にする。バッテリパック１を使用する時は，システム側からWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧を印加してバッテリパック１内の保護回路部４，管理回路部５などの全ての電源をオンにして正常動作を可能にする。
【００６０】
本体装置２側にＡＣアダプタや他のバッテリがないと，主電源スイッチ１２がオンになってもWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧が印加されないため，装置の電源を起動できなくなる。そこで，バッテリパック１に BATTERY＿POWER 端子８を設け，バッテリパック１からWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧供給できるように，装置の主電源スイッチ１２を介してWAKE＿UP＿POWER 端子７と接続する。
【００６１】
これにより，装置の電源システム内にＡＣアダプタまたは別バッテリが存在しない場合でも，本バッテリパック１からの電力でWAKE＿UP＿POWER 端子７に電圧を供給でき，パック電源制御回路１９による電源制御が可能になる。
【００６２】
〔バッテリパックの充電方法〕
さらに，パック電源制御回路１９のWAKE＿UP＿POWER 端子７を，図２（Ｂ）に示すように，ダイオードＤ５を介してバッテリ３からの電源供給線に接続する。これにより，バッテリ３の端子電圧がほとんど０になったバッテリパック１でも，WAKE＿UP＿POWER 端子７への電力供給で，バッテリパック１内の回路が必要とする電力をまかない，保護回路部４および管理回路部５を正常に動作させる。
【００６３】
この状態で，充電器（図示省略）から短時間（数秒〜数分程度），プリ充電（小電流での充電）を行い，その直後のバッテリ電圧変化の様子をモニタして，バッテリの良否を判定する。電圧低下の大きいバッテリは不良とする。この判定が微妙な場合，プリ充電の充電時間を長くするか，充電電流を少し大きくして充電し，バッテリの良否を判定する。良品であることが確定できたならば，本充電を行う。
【００６４】
なお，WAKE＿UP＿POWER 端子７に印加する電圧は，内部回路の動作保証電源電圧＋ＶＦ以上とする。充電が進んで，バッテリ電圧がWAKE＿UP＿POWER 端子７の電圧より高くなれば，内部回路への電源電流供給は，バッテリ３から行う。
【００６５】
〔ＭＣＵの誤動作に影響されない保護モニタ方法〕
もし，管理回路部５のＭＣＵ回路１８が，保護回路部４内の検出回路，保護回路を制御する構成の場合，ＭＣＵ回路１８のファームウェアにバグ等があったり，ＭＣＵ回路１８が故障した場合，保護回路部４が正常であっても充放電できなくなることがあり，また過電流または過充放電の正しい検出ができなくなることがある。これを解決するため，保護回路部４は，管理回路部５のＭＣＵ回路１８による制御を受けないで動作する回路構成とする。
【００６６】
保護回路部４は，ＭＣＵ回路１８に対して，ステータスと測定値（モニタデータ）を送出する。ＭＣＵ回路１８は，保護回路部４からステータスと測定値の信号を受け，システム電源制御部６と通信する。保護回路部４内の検出回路，保護回路は，ＭＣＵ回路１８に干渉を受けないで，過充電，過放電，過電流状態を検出し，バッテリパック１を保護する。
【００６７】
〔不感応時間による誤動作防止〕
負荷の急変，バッテリパック１の着脱時の過渡電流，インパルスノイズ等による過充放電検出回路１５の誤検出，過電流検出回路１３の誤検出を防止するため，検出回路で用いるコンパレータには，従来通りヒステリシスを持たせる。さらに，保護回路部４を構成するＬＳＩ内に，検出不感応時間を持たせる回路を組み込む。この回路は，当然，ＣＲによるローパスフィルタを設けるときより，ＬＳＩ内の必要エリアは小さい。
【００６８】
各検出回路内では，コンパレータの出力をサンプリングし続け，同一論理レベルが規定のサンプリング回数の間，連続したときに初めてその論理を検出したと確定し，検出結果を出力する。したがって，規定されたサンプリング回数の間，連続しないインパルス性の変化を誤検出することはない。チェックするサンプリング回数またはサンプリングのクロック周波数を変更するだけで，検出不感応時間を容易に変更することができる。
【００６９】
〔ＬＳＩ化する場合のピン数の削減方法〕
例えば，バッテリ３の各セルの電圧モニタ出力，バッテリパック１の電圧モニタ出力，バッテリパック１の電流モニタ出力，各セルの過充電電圧検出状態，各セルの過放電電圧検出状態，バッテリパックの過放電電圧検出状態，過充電電流検出状態，過放電電流検出状態，各検出回路のキャリブレーションデータ（アナログ信号），基準電圧チューニング用データ（アナログ信号）等を，保護回路部４から管理回路部５へＬＳＩの入出力ピン数を増やさないで送出するため，出力セレクタ回路１７を保護回路部４内に設け，各出力を予め定めた順番で時分割多重化し，まとめて管理回路部５のＭＣＵ回路１８に送る。すなわち，送出する各信号を一定のタイムスロットに割り振り，一定のシーケンスで繰り返す。
【００７０】
シーケンスの先頭を確定するため，別のピンを使用してシーケンス開始信号を送る。アナログ信号もデジタル信号も同一の信号線を使用し，ＭＣＵ回路１８側はデジタルの入力ポートとＡＤＣの入力ポートの両方に接続する。
【００７１】
〔過充電検出方法〕
図１に示す過充放電検出回路１５には，従来の過充電検出しきい値と値が異なる過充電検出手段を追加し，過電流保護／過充電保護回路１４に充放電経路を遮断する保護手段を追加する。すなわち，第１の過充電検出手段と第２の過充電検出手段とを設ける。第１の過充電検出手段と第２の過充電検出手段の動作は，シーケンシャルであっても，全く独立であってもよい。一方の検出手段に接続される保護手段は，従来通り，充放電経路に入れたスイッチをオフにすることにより過充電からバッテリ３を保護し，他方の検出手段に接続される保護手段は，加熱抵抗付きヒューズ等の素子を充放電経路に入れ，過充電検出時にこれに通電してヒューズを溶断し，過充電から保護する。
【００７２】
この作用は以下のとおりである。充電が進むと，まず第１の過充電検出手段により過充電が検出され，充放電経路に入れたスイッチをオフにし過充電保護を行う。しかし，スイッチの故障等により充放電経路を断にできずに，過充電がさらに進むと，バッテリ電圧がさらに上昇する。このとき，第２の過充電検出手段が過充電を検出し，加熱抵抗体付きヒューズの加熱抵抗体に通電してヒューズを溶断し，充放電経路を断にする。
【００７３】
このように，第１の過充電検出手段と保護手段が正常に動作すれば，第２の過充電検出手段と保護手段は動作せず，充放電を継続的に繰り返すことができる。しかし，第１の過充電検出手段と保護手段が正常に動作しないで，第２の過充電検出手段と保護手段が動作すると，バッテリ３の継続的な充放電はできなくなる。この場合，第１の過充電検出手段と保護手段が正常動作しない原因を究明し，対策を講じてヒューズを交換することになる。
【００７４】
また，第１の過充電検出手段の検出により，第２の過充電検出手段の機能を有効にするように構成することもできる。この方法により，第２の過充電検出手段を使用しないとき，この部分の回路をオフ（またはディセーブル）にすることができ，消費電力を低減させることができる。
【００７５】
第１の過充電検出手段の検出しきい値より，第２の過充電検出しきい値を高く設定することにより，両者間の動作に干渉は生じない。
【００７６】
〔過放電検出方法〕
過放電検出・保護の信頼性をより高くするため，第１の過放電検出手段とその検出結果で動作する第１の過放電保護手段，および第２の過放電検出手段とその検出結果で動作する第２の過放電保護手段を設ける。
【００７７】
第１の過放電検出手段が過放電を検出すると，第１の過放電保護手段を動作させるとともに，第２の過放電検出手段を有効にする。その結果，放電がさらに進むと第２の過放電検出手段が過放電を検出し，第２の過放電検出手段を動作させる。第１の過放電検出手段により過放電が検出されるまで，第２の過放電検出手段の電源をオフ（またはディセーブル）にする。
【００７８】
また，第１の過放電検出手段と第２の過放電検出手段を全く独立に機能させる構成では，第１の過放電検出手段の動作異常に影響されないで，第２の過放電検出手段を動作させることができる。
【００７９】
一方の過放電検出手段は，バッテリ３の各セルの端子電圧をモニタし，いずれかのセルの値が予め決められたしきい値以下になったとき，過放電を検出し，もう一方の過放電検出手段は，バッテリ３全体の端子電圧（パック電圧）をモニタし，その値が予め決められたしきい値以下になったとき，過放電を検出する。バッテリ３の各セルごとの端子電圧をモニタして検出した過放電状態の場合には，充放電経路に入れたスイッチはオンのままとし，過放電のアラーム信号を送出するだけにとどめる。本体側のシステムは，この間に重要な処理を強制終了させ，別のバッテリへの切り換えや，ＡＣアダプタの接続をユーザに催促する。
【００８０】
パック電圧をモニタして検出した過放電状態の場合には充放電経路に入れたスイッチをオフにして，放電を強制的に止める。ただし，この場合でも，本体側のシステムの安定動作を保証するために，過放電検出後，一定期間は電力を供給し続け，その後にオフする。この間にシステムは，データ等の緊急退避を行うことができる。
【００８１】
パック電圧による過放電検出手段の検出しきい値は，保護回路部４の最低動作電圧近くまで低く設定する。パック電圧のモニタにより過放電を検出すると，充放電経路を遮断するとともに，自己放電を極力小さくするため，保護回路部４，管理回路部５などのバッテリパック１内のすべての回路の電源をオフ（またはディセーブル）にする。
【００８２】
バッテリ３の各セルの端子電圧により過放電を検出してアラームを出しているが，同時に各セルの端子電圧も管理回路部５を介して本体側のシステムに報告する。システムは，この値が予め規定した値より小さくなると，該当するセルが非可逆の化学反応を始めるのを防止するために，このバッテリパック１から電力供給を受けないようにシステム電源制御部６により制御する。
【００８３】
この方法の作用は以下のとおりである。放電が進むと，まず第１の過放電検出手段（この例では各セル毎の端子電圧が予め決められた電圧より低くなった場合に検出する）により過放電が検出され，過放電状態のアラームが送出される。この状態でさらに放電が進むと，パック電圧がさらに低下して，第２の過放電検出手段が過放電を検出し，充放電経路のスイッチをオフにして充放電経路を遮断する。
【００８４】
このように，第１の過放電検出手段により，システム側にデータ等の退避処理と別電源への切り換えを促し，過放電状態のバッテリ３の消費電力を小さくしていく。システム側の対応が遅いと，第２の過放電検出手段がパック電圧が低下したことを検出し，その状態をシステムに通知するとともに，一定時間経過後に強制的に充放電経路を遮断して，バッテリパック１が非可逆的な過放電状態になることを防止する。
【００８５】
第１の過放電検出手段と第２の過放電検出手段とを全く独立に機能させる場合には，第１の過放電検出手段によりアラームが送出されていない状態で，第２の過放電検出手段が機能する場合がある。しかし，第２の過放電検出手段が過放電を検出してから一定期間内は放電を継続するので，その期間内に本体側のシステムにおいて緊急退避と必要最小限の処理は可能である。
【００８６】
第１の過放電検出手段の検出により，第２の過放電検出手段の機能を有効にするように構成することもできる。この方法を用いれば，第２の過放電検出手段を使用しないとき，この部分の回路をオフ（またはディセーブル）にでき，消費電力を低減することができる。
【００８７】
第１の過放電検出手段（セル電圧）のしきい値と，第２の過放電検出手段（パック電圧）のしきい値は，セルの電圧とバッテリ全体の電圧という別の電圧を対象としているため，両者間の動作に干渉は生じない。
【００８８】
パック電圧による過放電検出手段のしきい値を，保護回路部４の動作保証電圧の最小限まで下げることにより，バッテリ３の持っているエネルギーをできる限り使い切ることができる。パック電圧により過放電を検出すると，充放電経路を遮断するとともに，自己放電を極力小さくするために，保護回路部４，管理回路部５等のバッテリパック１内の全ての回路の電源をオフ（またはディセーブル）にする。これにより，バッテリ３の放電がさらに進んで非可逆反応を起こし再充電できなくなるような故障を回避することができる。
【００８９】
バッテリ３の各セルの端子電圧，パック電圧は，定期的にモニタされ，管理回路部５のＭＣＵ回路１８を介して本体装置２のシステムに報告される。システムは，この値を参照し，必要な保護処置を実施する。
【００９０】
〔過電流検出方法〕
バッテリパック１に正常動作範囲外の過電流が流れた場合に，確実に，かつ回路・部品に損傷を与えずにバッテリパック１を保護するために，過電流検出回路１３の過電流検出手段を２系統にして，信頼性の向上を図る。ヒューズ溶断による保護手段は，信頼性確保のため併用する。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段の検出しきい値を別の値にする。また，第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段の検出応答時間を別の値にする。検出しきい値の大きい過電流検出手段の検出応答時間を短くし，検出しきい値の小さい過電流検出手段の検出応答時間を長くする。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段は，完全に独立して機能する構成とする。
【００９１】
この方法の作用は，以下のとおりである。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段が故障しても，ヒューズ溶断による保護機能は確実に動作する。２系統の過電流検出手段を設け，一方は出力ショート等の電流値の大きい過電流を対象とし，他方は定格電流オーバ等の比較的電流値の小さい過電流を対象とする。前者は短時間でも影響が大きいので検出応答時間を短くし，後者は継続時間が長いと影響が出るので検出応答時間を長くする。
【００９２】
過電流は，バッテリと直列に接続されたセンス抵抗を用い，その両端の電圧を測定する。第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段は，アンプのゲインを変えることにより，等価的に検出しきい値を変える。また，検出応答時間は，アンプの周波数帯域幅の制限またはローパスフィルタ（ＬＰＦ）により変える。２系統の過電流検出手段は，前述したように検出対象が異なるので，完全に独立して動作するよう構成する。
【００９３】
〔電流モニタ方法〕
パック電流が低電流の場合でも，正確な検出を可能にするため，充電時も放電時も共通に電流の絶対値に比例した電流モニタ出力電圧を測定する。充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路を併設し，その出力により，充電状態か放電状態かを識別する。両センス回路は同一回路で入力信号の極性のみを逆接続する。
【００９４】
電流が充電方向か放電方向かを識別するためのコンパレータ回路を追加し，確実に識別する。コンパレータ回路の後部に不感応時間生成回路を設け，一定時間は従来状態を保持し，チャタリングの影響をなくす。電流モニタ出力は，充電方向か放電方向かの識別結果により充電か放電かを切り換えて出力する。
【００９５】
この方法の作用は，以下のとおりである。充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路は同一の回路構成とし，ＬＳＩ内のレイアウト上でも同等性を考慮してほぼ同一の特性を実現する。したがって，両者の出力電圧は電流が流れれば必ず差があり，その差は専用のコンパレータで識別可能である。例えば微小な電流が流れれば，充電電流用のセンス回路の出力がプラス方向にシフトし，充電電流用のセンス回路の出力がマイナス方向にシフト（または検出範囲外のため変化なし）し，コンパレータで充電状態を識別する。
【００９６】
充電電流も放電電流も流れないということは，バッテリパック１からこの電流モニタ回路の電源を得ているので，この電流モニタ回路が動作するときにはあり得ない。しかし，低電流で充電中か放電中かをノイズ等の影響を受けないで識別するために，コンパレータ回路の後部に，充電状態か放電状態かの変化があったときその状態が一定時間継続した場合に初めてその状態変化を出力する不感応時間生成回路を設ける。この回路により，装置がスリープモードに移行して消費電流が微小になっても，確実に放電状態であることを認識（保持）できる。
【００９７】
上記識別結果が充電状態であれば，充電用センス回路の出力を電流モニタ回路の出力とし，放電状態であれば，放電用センス回路の出力を電流モニタ回路の出力とする。
【００９８】
【実施例】
図３に本発明の実施例に係るバッテリパック１の具体的な回路構成を示す。図３において，図１と同符号ものは図１に示すものに対応する。２０はバッテリ３の各セルをバランスよく充電するためのセルバランス回路，２１はバッテリ３の各セルとバッテリ全体の電圧をモニタするセルおよびパック電圧モニタ回路，２２はパック電流をモニタするパック電流モニタ回路，２３はバッテリパック１の状態情報を保持するステータスレジスタ回路，２４は各回路に必要な電圧を生成する電圧レギュレータ回路，２５は図１の過電流保護／過充電保護回路１４に相当する充放電禁止制御回路，２６は充放電経路に設けれたスイッチやヒューズ等からなる充放電禁止回路，２７は回路の動作タイミング信号，クロック信号を生成する制御回路，３１はバッテリパック１の電力を消費する本体装置の負荷，３２は電流検出用抵抗（ＲＳ），５０はＭＣＵ回路１８を動作させるマイクロプログラム等が格納されたＥＥＰＲＯＭ回路を表す。以下，これらの各部について図面を参照して詳細に説明する。
【００９９】
図４は，セルおよびパック電圧モニタ回路２１の第１の構成例，図５は，その動作説明図である。図中のＳＷ１〜ＳＷ１７はスイッチ，Ｒは抵抗，ＯＰ１〜ＯＰ６はオペアンプ，Ｔ１〜Ｔ１０は出力タイミング信号，ＳＥＬはセレクタ，Ｖ４３０は電圧レギュレータ回路２４が生成した４．３Ｖの電圧を表す。
【０１００】
この例では，バッテリ３が，セル−１からセル−４の４個のセルで構成されている。オペアンプＯＰ６のＯＵＴ端子の出力内容は，図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように，Ｔ１のタイミングがパック電圧のモニタ出力，Ｔ２のタイミングがバッテリ３における１番目のセル−１の電圧モニタ出力，Ｔ３のタイミングが２番目のセル−２の電圧モニタ出力，Ｔ４のタイミングが３番目のセル−３の電圧モニタ出力，Ｔ５のタイミングが４番目のセル−４の電圧モニタ出力である。また，図５（Ａ）および（Ｃ）に示すように，Ｔ６のタイミングがパック電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ７のタイミングが１番目のセル−１電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ８のタイミングが２番目のセル−２電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ９のタイミングが３番目のセル−３電圧モニタ回路のキャリブレーション出力，Ｔ１０のタイミングが４番目のセル−４電圧モニタ回路のキャリブレーション出力である。
【０１０１】
セルおよびパック電圧モニタ回路２１は，図６に示すように構成することもできる。図６は，セルおよびパック電圧モニタ回路２１の第２の構成例，図７は，その動作説明図である。
【０１０２】
前述した図４の回路例では，パック電圧と各セル電圧の測定用に対応したオペアンプＯＰ１〜ＯＰ５が用意され，これらの出力をセレクタＳＥＬで選択出力しているのに対し，図６の回路例では，図７の動作タイミングに示されるように，各セル毎のキャリブレーション出力は省略し，回路の簡易化を図っている。そのため，オペアンプＯＰ７が各電圧モニタ出力およびキャリブレーション出力に共用される構成になっている。
【０１０３】
図８はパック電流モニタ回路２２と過電流検出回路１３の第１の構成例を示し，図９はそのパック電流モニタ回路２２の出力タイミングを示している。
【０１０４】
図８に示されるように，パック電流モニタ回路２２において，充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路とは同一の回路構成とし，電流検出用抵抗３２の両端にそれぞれ対称にオペアンプＯＰ１０，ＯＰ１１を接続し，それらの出力の極性を逆接続にしたオペアンプＯＰ１２，ＯＰ１３を設ける。出力部のオペアンプＯＰ１４からは，充電時も放電時も電流の絶対値に比例した電流モニタの値が，Ｔ１１のタイミングで出力される。
【０１０５】
電流が充電方向か放電方向かは，コンパレータＣＯＭＰ１によって識別する。コンパレータＣＯＭＰ１の出力に，例えば１５．６ｍｓの不感応時間生成回路２２１を接続し，本体装置２がスリープモードに移行して消費電流が微小になったようなときにも確実な検出を可能とする。この不感応時間生成回路２２１の出力は，充放電フラグとしてステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１０６】
キャリブレーション出力のタイミングＴ１２では，オペアンプＯＰ１０，ＯＰ１１をスイッチＳＷ４２，ＳＷ４３を介してグランド端子ＧＮＤに接続し，オペアンプＯＰ１４からキャリブレーション出力を得る。
【０１０７】
過電流検出回路１３は，オペアンプＯＰ１２，ＯＰ１３の出力電圧を，コンパレータＣＯＭＰ２により４．０Ｖの基準電圧と比較し，定格電流オーバ等の過電流を検出する。コンパレータＣＯＭＰ２の出力には，例えば２５０ｍｓの不感応時間生成回路１３１を設け，検出を確実にする。この出力は，放電時には過放電電流−１として，充電時には過充電電流−１として，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１０８】
また，オペアンプＯＰ１３とはゲインの異なるオペアンプＯＰ１５を，オペアンプＯＰ１０，ＯＰ１１に接続し，この出力をコンパレータＣＯＭＰ３により４．０Ｖの基準電圧と比較して，出力ショートを検出する。アンプのゲインを変えることにより，同じ基準電圧を用いて過電流検出しきい値を変えている。コンパレータＣＯＭＰ３の出力にも，不感応時間生成回路１３２を設けるが，この不感応時間は極めて短い時間とする。不感応時間生成回路１３２の出力は，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１０９】
図１０は，パック電流モニタ回路２２と過電流検出回路１３の第２の構成例を示し，図１１は，そのパック電流モニタ回路２２の出力タイミングを示す図である。
【０１１０】
この例では，電流モニタ出力のタイミングＴ１１で，電流検出用抵抗３２の両端の電圧を，オペアンプＯＰ２０，ＯＰ２１に逆転させて入力させている。これにより，充電電流用のセンス回路と放電電流用のセンス回路とを同一の回路構成とし，出力部のオペアンプＯＰ２２からは，充電時も放電時も電流の絶対値に比例した電流モニタの値が，Ｔ１１のタイミングで出力されるようにしている。
【０１１１】
電流が充電方向か放電方向かは，コンパレータＣＯＭＰ１０によって識別する。コンパレータＣＯＭＰ１０の出力に，例えば１５．６ｍｓの不感応時間生成回路２２２を接続し，本体装置２がスリープモードに移行して消費電流が微小になったようなときにも確実な検出を可能とする。この不感応時間生成回路２２２の出力は，充放電フラグとしてステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１１２】
過電流検出回路１３は，オペアンプＯＰ２０，ＯＰ２１の出力電圧を，コンパレータＣＯＭＰ１１により４．０Ｖの基準電圧と比較し，定格電流オーバ等の過電流を検出する。コンパレータＣＯＭＰ１１の出力には，例えば２５０ｍｓの不感応時間生成回路１３３を設け，検出を確実にする。この出力は，放電時には過放電電流−１として，充電時には過充電電流−１として，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１１３】
また，オペアンプＯＰ２０，ＯＰ２１とはゲインの異なるオペアンプＯＰ２３を，電流検出用抵抗３２の両端に接続し，この出力をコンパレータＣＯＭＰ１２により４．０Ｖの基準電圧と比較して，出力ショートを検出する。この例でも図８に示した例と同様に，アンプのゲインを変えることにより，同じ基準電圧を用いて過電流検出しきい値を変えている。コンパレータＣＯＭＰ１２の出力にも，不感応時間生成回路１３４を設けるが，この不感応時間は極めて短い時間とする。不感応時間生成回路１３４の出力は，ステータスレジスタ回路２３に出力される。
【０１１４】
図１２は，過充放電検出回路１５の構成例を示し，図１３は，その回路の動作を示すタイミング図である。
【０１１５】
過充放電検出回路１５は，セルおよびパック電圧モニタ回路２１で検出した電圧モニタ出力を，コンパレータＣＯＭＰ２０により基準電圧と比較する。このコンパレータＣＯＭＰ２０の基準電圧は，動作モードによって切り換え，通常の充電状態では４．３Ｖの基準電圧Ｖ４３０を接続し，過充電−１を検出する。過充電−１が検出されると，４．４５Ｖの基準電圧Ｖ４４５を接続し，過充電−２を検出する。また，通常の放電状態では２．５Ｖの基準電圧Ｖ２５０を接続し，過放電−１を検出する。過放電−１が検出されると，１．５Ｖの基準電圧Ｖ１５０を接続し，過放電−２を検出する。
【０１１６】
過充放電検出回路１５のＯＵＴ端子の出力内容は，Ｔ１のタイミングがパック電圧の過充電または過放電検出，Ｔ２のタイミングがバッテリ３のセル−１の過充電または過放電検出，Ｔ３のタイミングがバッテリ３のセル−２の過充電または過放電検出，Ｔ４のタイミングがバッテリ３のセル−３の過充電または過放電検出，Ｔ５のタイミングがバッテリ３のセル−４の過充電または過放電検出状態である。Ｔ１Ａ，Ｔ１Ｂは，タイミング信号Ｔ１から図１３に示すように作られる信号であり，Ｔ２Ａ，Ｔ２Ｂ，Ｔ３Ａ，Ｔ３Ｂ，…も同様である。
【０１１７】
これらの各検出タイミングに同期して動作する不感応時間生成回路１５０〜１５４が設けられ，過充放電検出回路１５内に組み込まれている。不感応時間生成回路１５０は，パック電圧の過充電／過放電検出に対する不感応時間を生成する回路であり，例えば３２秒の時間，過放電検出のための不感応時間を設ける。ＣＬＫ＿４Ｓは４秒周期のクロックである。
【０１１８】
不感応時間生成回路１５１，１５２，１５３，１５４は，それぞれバッテリ３のセルー１，セル−２，セル−３，セル−４に対応する過充電／過放電検出の不感応時間を生成する回路であり，０．５秒周期のクロックＣＬＫ＿０５Ｓを入力し，充電２秒，放電２秒の不感応時間を設ける。
【０１１９】
図１４は，不感応時間生成回路の第１の構成例を示す。図中，ＦＦはＤ型フリップフロップ，ＥＸＯＲは排他的論理和回路，ＮＯＲはノア回路，ＡＮＤはアンド回路を表す。
【０１２０】
この回路は，データ入力ＤＡＴＡをＣＬＯＣＫとＴＩＭの入力信号から生成するクロックでサンプリングし続け，４回の連続したサンプリング結果が全てＨｉｇｈになっとき，出力ＯＵＴＰＵＴをＨｉｇｈにする。データ入力ＤＡＴＡがＬｏｗのときには，２段目以降のフリップフロップＦＦのクロックＣＫを止める。データ入力ＤＡＴＡが変化し，１段目のフリップフロップＦＦの出力Ｑとデータ入力ＤＡＴＡが不一致になると，全フリップフロップＦＦをクリアする。
【０１２１】
図１５は，不感応時間生成回路の第２の構成例を示す。図中，ＦＦはＤ型フリップフロップ，ＡＮＤはアンド回路，ＩＮＶはインバータを表す。
【０１２２】
この回路は，データ入力ＤＡＴＡをＣＬＯＣＫとＴＩＭの入力信号から生成するクロックでサンプリングし続け，４回の連続したサンプリング結果が全てＨｉｇｈになっとき，クロックを止めてその状態をラッチする。出力ＯＵＴＰＵＴはＨｉｇｈにラッチされる。クリア入力ＣＬＥＡＲを一旦Ｌｏｗにすると，全フリップフロップＦＦがクリアされてクロック入力ＣＫが有効になり，クリア入力ＣＬＥＡＲをＨｉｇｈに戻すと，データ入力ＤＡＴＡのサンプリングを繰り返す状態に戻る。
【０１２３】
図１６は，不感応時間生成回路の第３の構成例を示す。図１６のＦＦはＪＫ型フリップフロップである。
【０１２４】
この回路は，データ入力ＤＡＴＡをＣＬＯＣＫとＴＩＭの入力信号から生成するクロックでサンプリングし続け，データ入力ＤＡＴＡのＨｉｇｈ状態が連続して３クロック期間以上続くと，出力ＯＵＴＰＵＴがＨｉｇｈになり，それを反転した信号でクロックを止める。これにより，出力ＯＵＴＰＵＴはＨｉｇｈにラッチされる。データ入力ＤＡＴＡがＬｏｗになると，ＪＫ型フリップフロップＦＦはクリアされ，カウント数がリセットされる。
【０１２５】
クリア入力ＣＬＥＡＲを一旦Ｌｏｗにすると，ＪＫ型フリップフロップＦＦはクリアされ，出力ＯＵＴＰＵＴがＬｏｗになり，クロック入力ＣＫが有効になる。クリア入力ＣＬＥＡＲをＨｉｇｈに戻すと，データ入力ＤＡＴＡのサンプリングを繰り返す状態に戻る。
【０１２６】
図１７は，以上の不感応時間生成回路の不感応時間とその出力（ＯＵＴ）波形の関係を示している。なお，ＤＡＴＡは入力信号，ＴＩＭは入力信号が有効な期間を設定する信号（Ｈｉｇｈのとき有効），ＣＬＯＣＫは不感応時間を生成する基本クロック（上記回路例では４クロック時間が不感応時間），ＣＬＥＡＲはフリップフロップのクリア信号，ＯＵＴＰＵＴは入力信号が連続して４クロック連続したときＨｉｇｈになる出力信号を表す。図１７（Ａ）は，ＣＬＯＣＫとＴＩＭとが同一の周期のときの例，図１７（Ｂ）はＣＬＯＣＫがＴＩＭの４倍周期のときの例を示している。
【０１２７】
図１８は，ステータスレジスタ回路２３の構成例を示す。検出回路の各部からパック電圧異常，セル−１電圧異常，セル−２電圧異常，セル−３電圧異常，セル−４電圧異常の信号，充放電フラグ，出力ショート，過充電電流，過放電電流の信号の他，電源立ち上がり時のクリア信号ＣＬＥＡＲおよび各種の出力タイミング信号Ｔｉが入力され，これらの信号に応じて充放電フラグ，過充電−１，過充電−２，過放電−１，過放電−２，出力ショート，過充電電流，過放電電流のステータスを，Ｄ型フリップフロップ群で構成されるレジスタＳＴＡＴＵＳ＿ＲＥＧに保持する。
【０１２８】
図１９は，出力セレクタ回路１７の構成例，図２０は，出力セレクタ回路１７からの出力のタイミングの例を示す。出力セレクタ回路１７は，ステータスレジスタ回路２３からのステータス信号を入力するとともに，電圧モニタ出力，電流モニタ出力，基準電圧のＶ４３０モニタ出力，Ｖ１２５モニタ出力を入力し，Ｔ１〜Ｔ２２のタイミングに信号に応じて，時分割多重で使用される信号線ＭＯＮＩ＿ＯＵＴにモニタデータおよびステータス信号を出力する。信号線ＭＯＮＩ＿ＯＵＴは，後述するように管理回路部５のＭＣＵ回路１８におけるディジタル入力ポートとＡＤＣ入力ポートに接続されている。
【０１２９】
図２０において信号線ＭＯＮＩ＿ＯＵＴに流れる信号は，以下のとおりである。
【０１３０】
(a) Ｔ１：パック電圧モニタ
(b) Ｔ２：セル−１電圧モニタ
(c) Ｔ３：セル−２電圧モニタ
(d) Ｔ４：セル−３電圧モニタ
(e) Ｔ５：セル−４電圧モニタ
(f) Ｔ６：パック電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(g) Ｔ７：セル−１電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(h) Ｔ８：セル−２電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(i) Ｔ９：セル−３電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(j) Ｔ１０：セル−４電圧モニタ回路のキャリブレーション出力
(k) Ｔ１１：パック電流モニタ
(l) Ｔ１２：パック電流キャリブレーション出力
(m) Ｔ１３：充放電フラグ
(n) Ｔ１４：過充電−１ステータス
(o) Ｔ１５：過充電−２ステータス
(p) Ｔ１６：過放電−１ステータス
(q) Ｔ１７：過放電−２ステータス
(r) Ｔ１８：出力ショートステータス
(s) Ｔ１９：過充電電流ステータス
(t) Ｔ２０：過放電電流ステータス
(u) Ｔ２１：Ｖ４３０モニタ出力
(v) Ｔ２２：Ｖ１２５モニタ出力
図２１は，充放電禁止制御回路２５の構成例を示す。図中，ＦＥＴ１４，ＦＥＴ１５は電界効果トランジスタを表す。この充放電禁止制御回路２５は，ステータスレジスタ回路２３から，過充電−１，過充電−２，過放電−２のステータスを入力し，また，過電流検出回路１３から，充放電フラグ，過充電電流，出力ショート，過放電電流の信号を入力し，第１の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿１，第２の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿２，放電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＤＩＳＣＨＧを出力する。
【０１３１】
この充放電禁止制御回路２５による制御出力の条件は，図２２に示すとおりである。第１の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿１は，充電中に過充電−１が検出されたとき，または充電中で過充電電流が検出されたとき出力される。第２の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿２は，充放電フラグにかかわらず過充電−２が検出されたとき出力される。放電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＤＩＳＣＨＧは，放電中に過放電−２が検出されたとき，出力ショートが検出されたとき，または過放電電流が検出されたときに出力される。
【０１３２】
図２３は，充放電禁止回路２６の構成例を示す。この充放電禁止回路２６は，バッテリ３と本体装置２または充電器との間の充放電経路に挿入される。図中，ＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１３は電界効果トランジスタ，２６０はヒューズ，２６１はポリスイッチ，２６２は抵抗体付きサーマルヒューズを表す。
【０１３３】
充放電禁止制御回路２５の出力する第１の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿１がＨｉｇｈのとき，ＦＥＴ１１がオフになり，充電をストップする。また，第２の充電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＣＨＧ＿２がＨｉｇｈのとき，ＦＥＴ１３がオンになり，抵抗体付きサーマルヒューズ２６２中の抵抗に電流が流れて，ヒューズが溶断し，充電がストップする。放電禁止制御信号ＩＮＨＩ＿ＤＩＳＣＨＧがＨｉｇｈのとき，ＦＥＴ１２はオフになり，放電をストップする。
【０１３４】
図２４は，パック電源制御回路１９の構成例を示す。その電源制御シーケンスを図２５に示す。WAKE＿UP＿POWER 端子に電圧が印加されると，電源供給路に設けられたＦＥＴがオンになり，バッテリ３からの電力またはWAKE＿UP＿POWER 端子からのプリ充電用の電力が，電圧レギュレータ回路２４を介して保護回路部４および管理回路部５に供給される。バッテリパック１の使用中に過放電−２のステータスが検出されると，その状態がラッチ６０に保持され，ＦＥＴ１がオンになるため，電源供給路のＦＥＴがオフになり，保護回路部４および管理回路部５への電力供給は断たれる。過放電−２のステータスが解除された後，WAKE＿UP＿POWER 端子への電圧の印加がなくなると，ラッチ６０はクリアされ，その後に再度，WAKE＿UP＿POWER 端子に電圧が印加されると，ＦＥＴはオンになって，保護回路部４および管理回路部５への電力供給が再開される。
【０１３５】
図２６は，電圧レギュレータ回路２４の構成例を示す。電圧レギュレータ回路２４は，パック電源制御回路１９からの電力で，バンドギャップリファレンス（ＢＧＲ）回路２４１，レギュレータ２４２，オペアンプＯＰ４０〜ＯＰ４６等により，５Ｖ，４．４５Ｖ，４．０Ｖ，２．５Ｖ，１．５Ｖ，１．０Ｖの電圧Ｖ５００，Ｖ４４５，Ｖ４３０，Ｖ４００，Ｖ２５０，Ｖ１５０，Ｖ１００を作り出す。また，電圧検出回路２４３にリセット信号ＲＥＳＥＴを生成する。
【０１３６】
図２７は，セルバランス回路２０の構成例を示す。スイッチＳＷ８０，ＳＷ８１，ＳＷ８２，ＳＷ８３は，それぞれセル−１，セル−２，セル−３，セル−４が過充電−１の状態になったときに導通状態になり，その過充電になったセルへの充電をバイパスさせる。これにより，全てのセルが満充電になるまで，バランスよく充電されることになる。
【０１３７】
図２８は，制御回路２７の構成例を示す。発振回路２７２は，水晶振動子などの振動子２７１に接続され，１５．５３μｓの周期で発振する信号を出力する。分周回路２７３は，発振回路２７２の出力信号を入力し，１／２1 分周，１／２2 分周，１／２8 分周，１／２11分周，１／２15分周，１／２19分周することにより，３０．５μｓのクロックＣＬＫ＿３０ＵＳと，６１μｓのクロックＣＬＫ＿６１ＵＳと，３．９ｍｓのクロックＣＬＫ＿４ＭＳと，３１．３ｍｓのクロックＣＬＫ＿３１ＭＳと，０．５ｓのクロックＣＬＫ＿５００ＭＳと，８ｓのクロックＣＬＫ＿８Ｓとを生成する。クロックＣＬＫ＿３１ＭＳは，さらに１６進リングカウンタ等によって構成されるリングカウンタ２７４に入力され，リングカウンタ２７４は，このクロッククロックＣＬＫ＿３１ＭＳからＴ１〜Ｔ２４の出力タイミング信号を生成する。図２９は，リングカウンタ２７４が生成した出力タイミング信号のタイミング図であり，この信号は制御回路２７から保護回路部４の各部へ出力される。
【０１３８】
図３０は，管理回路部５の構成例を示す。管理回路部５は，マイクロプロセッサによるＭＣＵ回路１８とマイクロプログラム等が格納されるＥＥＰＲＯＭ回路５０とから構成される。
【０１３９】
ＭＣＵ回路１８は，電圧レギュレータ回路２４から５Ｖの電源電圧Ｖ５００，リセット信号ＲＥＳＥＴを入力する。また，ステータスレジスタ回路２３から時分割多重化されたステータスおよびモニタデータの信号ＭＯＮＩ＿ＯＵＴが，アナログ信号用のＡＤＣポートと，ディジタル信号用のＩ／Ｏポートの両方に入力される。また，ＥＥＰＲＯＭ回路５０は，ＭＣＵ回路１８の内部バスのインタフェースＳ−Ｉ／Ｆに接続される。さらに，制御回路２７からのセルモニタタイミング信号がＩ／Ｏポートに入力され，３２．７６８ＫＨｚ（３０．５μｓ）のクロック信号ＣＬＫがＭＣＵ回路１８のクロック入力端子ＣＬＫに入力される。
【０１４０】
ＭＣＵ回路１８から本体装置２へのバッテリパック１の状態の報告は，データ信号端子ＳＢＳ＿ＤＡＴＡとクロック端子ＳＢＳ＿ＣＬＫとを用いて，本体装置２のシステムバスＳＭＢｕｓに対して行われる。
【０１４１】
図３１を用いて，本実施例における電流モニタ方法を補足説明する。従来の技術では，例えば図３１（Ａ）に示すように，電流モニタ出力電圧が，ある値以上が充電電流，ある値以下が放電電流と認識していた。したがって，このある値近傍の電流が０となる付近では，ノイズ，回路特性，プロセスバラツキ等により，充電中か放電中かを正確に識別できないといった問題があった。また，モニタ出力のアナログ値をディジタル値に変換するとき，充電時と放電時をＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジでカバーしているため，Ａ／Ｄ変換時の量子化誤差が大きいという問題があった。
【０１４２】
本発明では，例えば図８，図１０に示した回路のように，充電時も放電時も電流の絶対値に比例したモニタ電圧を出力する。すなわち，図３１（Ｂ）に示すように，電流モニタ出力電圧を電流の大きさに応じた絶対値で出力する。充電電流であるか放電電流であるかは，別にコンパレータによって識別する。したがって，上述した問題が解決されることになる。
【０１４３】
本実施例の特徴を列挙すると，以下のとおりである。
【０１４４】
（１）本バッテリパックは，外部から電源起動信号を入力する入力端子と，その入力端子に電源起動信号が入力されたとき，バッテリから保護モニタ回路への電源を接続し，前記入力端子に電源起動信号が入力されないとき，保護モニタ回路への電源を遮断するパック電源制御部とを有する。
【０１４５】
（２）上記（１）のバッテリパックにおいて，さらに，バッテリからの電圧を外部のスイッチを介して電源起動信号として前記入力端子に印加するためのバッテリに接続される電源出力端子を有する。
【０１４６】
（３）上記（１）または（２）のバッテリパックにおいて，さらに，電源起動信号の入力端子が保護モニタ回路への電源入力部に接続され，前記入力端子に入力される電源起動信号の電力が，保護モニタ回路によるプリ充電制御のための電源として用いられるように構成される。
【０１４７】
（４）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，前記管理回路部は，前記保護回路部からの信号を受け，前記保護回路部は，前記管理回路部からの制御を受けない回路として構成される。
【０１４８】
（５）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部の検出回路は，ある検出状態が所定の時間以上継続した場合に，その状態を検出したと確定し検出信号を出力する検出不感応時間を持つ回路を備える。
【０１４９】
（６）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，前記保護回路部から前記管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線を有し，前記保護回路部から前記管理回路部へ送出される各信号が，所定のタイムスロットに割り振られ，同一の前記信号線上に所定のシーケンスで送出されるように構成される。
【０１５０】
（７）上記（６）のバッテリパックは，さらに，前記信号線とは別に，前記シーケンスの先頭を確定するためのシーケンス開始信号が送出される信号線を有する。
【０１５１】
（８）また，上記（６）のバッテリパックにおいて，さらに前記ステータスおよびモニタ用の信号線は，前記管理回路部におけるデジタル信号入力用のポートと，アナログ信号入力用のポートの両方に接続される。
【０１５２】
（９）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部とを備える。
【０１５３】
（１０）上記（９）のバッテリパックは，前記第１の過充電検出部の検出により，前記第２の過充電検出部が有効となるように構成される。
【０１５４】
（１１）または，上記（９）のバッテリパックは，前記第１の過充電検出部と前記第２の過充電検出部とが，独立に過充電を検出するように構成される。
【０１５５】
（１２）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部と，前記第１の過充電検出部が過充電を検出した場合に，充電経路のスイッチをオフにして充電を強制停止し，前記第２の過充電検出手段が過充電を検出した場合に，充電経路のヒューズを溶断して充電を強制停止する充放電禁止制御部とを備える。
【０１５６】
（１３）また，本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部とを備える。
【０１５７】
（１４）上記（１３）のバッテリパックは，前記第１の過放電検出部の検出により，前記第２の過放電検出部が有効となるように構成される。
【０１５８】
（１５）または，上記（１３）のバッテリパックは，前記第１の過放電検出部と前記第２の過放電検出部とが，独立に過放電を検出するように構成される。
【０１５９】
（１６）また，上記（１３）のバッテリパックは，前記第１の過放電検出部または前記第２の過放電検出部のいずれかが，バッテリパックの電圧を予め決められた電圧と比較して過放電を検出するように構成される。
【０１６０】
（１７）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，前記保護回路部は，第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部と，前記第１の過放電検出部が過放電を検出した場合に，過放電状態を前記管理回路部に送出して警告し，前記第２の過放電検出手段が過放電を検出した場合に，放電経路のスイッチをオフにして放電を強制停止する充放電禁止制御部とを備える。
【０１６１】
（１８）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，過放電の検出によって放電経路のスイッチをオフにするとき，当該保護モニタ回路の電源をオフにするかまたは当該保護モニタ回路の動作をディセイブルにする。
【０１６２】
（１９）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，第１の過電流検出しきい値による第１の過電流検出部と，第２の過電流検出しきい値による第２の過電流検出部とを備える。
【０１６３】
（２０）上記（１９）のバッテリパックにおいて，前記第１の過電流検出しきい値が前記第２の過電流検出しきい値より大きい値であり，前記第１の過電流検出部の不感応時間が前記第２の過電流検出部の不感応時間より短い。
【０１６４】
（２１）上記（１９）のバッテリパックは，前記第１の過電流検出部と前記第２の過電流検出部とが，独立に過電流を検出するように構成される。
【０１６５】
（２２）本バッテリパックの保護モニタ回路は，過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，この保護回路部は，パック電流が充電方向か放電方向かを検出し，モニタ出力電圧の大きさをパック電流の方向にかかわらず，パック電流の絶対値に比例する値として検出する過電流モニタ部を備える。
【０１６６】
本実施例のバッテリパックおよびバッテリの保護モニタ回路は，以上のように構成されるため，次のような効果がある。
【０１６７】
バッテリパックが本体装置に装着されているときでも，本体装置の主電源スイッチが切れているときには，バッテリパックの内部回路電源がオフになるので，バッテリパックの自己放電が最小になる。バッテリパックが単体のときも，バッテリパックの内部回路電源がオフになり，バッテリパックの自己放電が最小になる。
【０１６８】
また，過放電状態のバッテリパックでも，そのバッテリの良否にかかわらず，WAKE＿UP＿POWER 端子からの電力で充電電流，バッテリ電圧の測定が可能になる。その結果，バッテリの良否の判定を適切に行うことができる。
【０１６９】
管理回路部におけるＭＣＵ回路のファームウェアにバグ等があっても，異常検出および保護のための保護回路部は影響なく動作する。ＭＣＵ回路が故障によって暴走したときも同様に保護回路部は影響なく動作する。
【０１７０】
各検出回路では，コンパレータの出力をサンプリングし続け，同一論理レベルが規定のサンプリング回数の間連続したときに初めてその論理を検出したと確定し出力する。したがって，規定のサンプリング回数の間連続しない変化，例えば負荷の急変，着脱時の過渡電流，インパルスノイズ等による誤検出がなくなる。不感応時間生成回路は小規模のディジタル回路で構成することができ，ＬＳＩチップサイズにほとんど影響なく内蔵させることができる。サンプリングのクロック周波数を変更するだけで不感応時間を容易に変更することができ，回路の共用化が可能になる。
【０１７１】
また，保護回路部から管理回路部へのステータスおよびモニタデータの出力を，時分割多重化して送出するので，その信号用とシーケンス開始信号用に２ピン用意するだけでよく，管理回路部をＬＳＩ化した場合のピン数を少なくすることができる。一定の信号を一定の時間毎に固定のシーケンスで送出するため，制御回路規模を小さくすることができる。必要な不感応時間が出力の１タイムスロットより大きい場合にも容易に対応することができる。
【０１７２】
過充電の検出・保護回路を二重化することにより，第１の過充電検出・保護手段が故障して正常に機能しなくなっても，第２の過充電検出・保護手段が機能して充放電経路を遮断し，過放電を阻止する。したがって，より信頼性の高い保護機能を実現することができる。第１の過充電検出手段と第２の過充電検出手段の動作をシーケンシャルにすることにより，未使用の回路をオフ（ディセーブル）にし，低消費電力化を実現することができる。また，第１の過充電検出・保護手段と第２の過充電検出・保護手段とを完全に独立にすれば，より信頼性の高い保護機能を実現することができる。
【０１７３】
また，第１の過放電検出・保護手段と第２の過放電検出・保護手段を設け，第１の過放電検出・保護手段は，セル電圧による過放電検出を過放電アラームとして使用することにより，本体のシステム側でデータ退避などの確実な退避処理が可能になる。また，セル電圧による過放電検出を過放電アラームとして使用することにより，再充電可能な範囲内で，各セルのエネルギーを使い切る状態に近づけることができる。
【０１７４】
パック電圧による過放電検出により充放電経路をオフにするため，再充電可能な範囲内で，バッテリパック全体のエネルギーを使い切る状態に近づけることができる。パック電圧による過放電検出により充放電経路をオフにするとき，一定期間は放電を許容することにより，本体のシステム側で必要な退避処理を行うことができる。パック電圧による過放電検出後に，パック内部の全ての回路の電源をオフにするため，バッテリの過放電が進んで非可逆反応を起こして再充電できなくなるような故障を回避することができる。
【０１７５】
過放電を２系統（あるいは異なるしきい値）で検出するため，検出系の信頼性が高くなる。パック電圧による検出とセル電圧による検出を併用し，本体側のシステムにそのモニタ値を報告することにより，１個のセル電圧が異常に低下した場合には，システム側でもこのバッテリパックから電力供給を受けないように制御することができる。これにより，パック電圧が正常で，セル電圧異常アラーム状態のまま電力供給を続けることによって，電圧異常個別セルが非可逆反応を起こすことを防止することができる。
【０１７６】
過電流検出手段の２重化により，大きい過電流は短時間でも検出し，小さい過電流は長時間継続したときだけ検出することができ，きめ細かく確実なバッテリパックの保護が可能になる。過電流検出のための回路上のしきい値は同一であっても，アンプのゲインを変えて過電流検出しきい値を変えることにより，第１の過電流検出手段と第２の過電流検出手段とで基準電源回路の共用が可能になる。アンプの帯域制限で検出応答時間を決めることにより，電流の平均値で過電流を検出することができ，ノイズ等による誤検出をなくすことができる。
【０１７７】
充電時も放電時も電流の絶対値に比例した電流モニタ出力電圧を測定することにより，充電時／放電時毎にモニタ出力をフルスケールで使用することができ，本体側の装置がスタンバイ状態またはスリープ状態のように低電流の場合でも，より正確な電流モニタが可能である。充電中か放電中かは，パック電流が充電方向か放電方向かを識別することにより，正確に識別することができる。電流の絶対値が同じであれば，電流モニタ出力は，充電時も放電時も同じモニタ値を出力する。したがって，Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを充電時／放電時にフルに使用することができ，量子化誤差を小さくすることができる。本体装置がスタンバイ状態に移行するなど，電流が微小になっても，不感応時間生成回路の機能により放電状態を保持するため，微小電流の領域でもノイズ等による誤動作がなく，チャタリングが生じない。
【０１７８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，携帯情報端末等に適した低コストで安全性の高いバッテリパックを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を説明するための図である。
【図２】パック電源制御回路の概要説明図である。
【図３】本発明の実施例に係るバッテリパックの回路構成を示す図である。
【図４】セルおよびパック電圧モニタ回路の第１の構成例を示す図である。
【図５】図４に示す回路の動作説明図である。
【図６】セルおよびパック電圧モニタ回路の第２の構成例を示す図である。
【図７】図６に示す回路の動作説明図である。
【図８】パック電流モニタ回路と過電流検出回路の第１の構成例を示す図である。
【図９】パック電流モニタ回路の出力タイミングを示す図である。
【図１０】パック電流モニタ回路と過電流検出回路の第２の構成例を示す図である。
【図１１】パック電流モニタ回路の出力タイミングを示す図である。
【図１２】過充放電検出回路の構成例を示す図である。
【図１３】図１２に示す回路の動作を示すタイミング図である。
【図１４】不感応時間生成回路の第１の構成例を示す図である。
【図１５】不感応時間生成回路の第２の構成例を示す図である。
【図１６】不感応時間生成回路の第３の構成例を示す図である。
【図１７】不感応時間生成回路の不感応時間とその出力波形の関係を示す図である。
【図１８】ステータスレジスタ回路の構成例を示す。
【図１９】出力セレクタ回路の構成例を示す図である。
【図２０】出力セレクタ回路からの出力のタイミングの例を示す図である。
【図２１】充放電禁止制御回路の構成例を示す図である。
【図２２】充放電禁止制御回路による制御出力の条件を示す図である。
【図２３】充放電禁止回路の構成例を示す図である。
【図２４】パック電源制御回路の構成例を示す図である。
【図２５】パック電源制御回路の電源制御シーケンスの例を示す図である。
【図２６】電圧レギュレータ回路の構成例を示す図である。
【図２７】セルバランス回路の構成例を示す図である。
【図２８】制御回路の構成例を示す図である。
【図２９】制御回路が出力する出力タイミング信号のタイミング図である。
【図３０】管理回路部の構成例を示す図である。
【図３１】電流モニタ方法を説明する図である。
【図３２】従来のバッテリパックの例を示す図である。
【図３３】従来の検出回路の例を示す図である。
【符号の説明】
１ バッテリパック
２ 本体装置
３ バッテリ
４ 保護回路部
５ 管理回路部
６ システム電源制御部
７〜１１ バッテリパックの入出力端子
１２ 主電源スイッチ
１３ 過電流検出回路
１４ 過電流保護／過充電保護回路
１５ 過充放電検出回路
１６ 温度検出回路
１７ 出力セレクタ回路
１８ ＭＣＵ回路
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
Claims (10)
- 充放電可能なバッテリと，該バッテリの充放電に関する保護モニタ回路とを有するバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，
ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，
前記管理回路部は，前記保護回路部からの信号を受け，
前記保護回路部は，前記管理回路部からの制御を受けない回路として構成された
ことを特徴とするバッテリパック。 - 充放電可能なバッテリと，該バッテリの充放電に関する保護モニタ回路とを有するバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，
ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，
前記保護回路部から前記管理回路部へのステータスおよびモニタ用の信号線を有し，
前記保護回路部から前記管理回路部へ送出される各信号が，所定のタイムスロットに割り振られ，同一の前記信号線上に所定のシーケンスで送出されるように構成された
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
外部から電源起動信号を入力する入力端子と，
前記入力端子に電源起動信号が入力されたとき，前記バッテリから前記保護モニタ回路への電源を接続し，前記入力端子に電源起動信号が入力されないとき，前記保護モニタ回路への電源を遮断するパック電源制御部とを有する
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護回路部の検出回路は，ある検出状態が所定の時間以上継続した場合に，その状態を検出したと確定し検出信号を出力する検出不感応時間を持つ回路を備える
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，
前記保護回路部は，
第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，
第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部とを備える
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，
前記保護回路部は，
第１の過充電検出しきい値による第１の過充電検出部と，
第２の過充電検出しきい値による第２の過充電検出部と，
前記第１の過充電検出部が過充電を検出した場合に，充電経路のスイッチをオフにして充電を強制停止し，前記第２の過充電検出手段が過充電を検出した場合に，充電経路のヒューズを溶断して充電を強制停止する充放電禁止制御部とを備える
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，
前記保護回路部は，
第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，
第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部とを備える
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部と，
ファームウェアによって外部へバッテリの状態を報告する管理回路部とを備え，
前記保護回路部は，
第１の過放電検出しきい値による第１の過放電検出部と，
第２の過放電検出しきい値による第２の過放電検出部と，
前記第１の過放電検出部が過放電を検出した場合に，過放電状態を前記管理回路部に送出して警告し，前記第２の過放電検出手段が過放電を検出した場合に，放電経路のスイッチをオフにして放電を強制停止する充放電禁止制御部とを備える
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，
前記保護回路部は，過放電の検出によって放電経路のスイッチをオフにするとき，当該保護モニタ回路の電源をオフにするかまたは当該保護モニタ回路の動作をディセイブルにする
ことを特徴とするバッテリパック。 - 請求項１または請求項２に記載のバッテリパックにおいて，
前記保護モニタ回路は，
過電流または／および過充放電を検出する検出回路と，過電流または／および過充放電から該バッテリを保護する回路とを有する保護回路部を備え，
前記保護回路部は，
第１の過電流検出しきい値による第１の過電流検出部と，
第２の過電流検出しきい値による第２の過電流検出部とを備える
ことを特徴とするバッテリパック。
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