二次電池保護集成電路裝置、二次電池保護模塊和電池組的製作方法

2023-05-04 04:03:06 2

專利名稱：二次電池保護集成電路裝置、二次電池保護模塊和電池組的製作方法
技術領域：
本發明涉及二次電池保護集成電路裝置以及使用它的二次電池保護模塊和電池
組，尤其涉及具有短路檢測電路的二次電池保護集成電路裝置以及使用它的二次電池保護 模塊和電池組，所述短路檢測電路將二次電池的放電電流變換為電壓值來檢測，當該電壓 值為預定的短路檢測電壓以上時，檢測到所述二次電池的短路狀態。
背景技術：
目前，已知保護鋰離子電池等二次電池的二次電池用保護模塊。圖8表示現有的 包含二次電池保護集成電路裝置220的二次電池保護模塊250的一例。在圖8中，現有的 二次電池保護模塊250與二次電池CELL並聯連接，在端子P+、 P-上連接充電器，像這樣作 為整體構成了電池組300。 二次電池保護模塊250，作為充電'放電控制FET (Field Effect Transistor、電場效應電晶體)，使用了導通電阻值為幾十[mQ]左右的N溝道M0S (Metal OxideSemiconductor)電晶體Ml、 M2，通過該充電控制M0S電晶體Ml以及放電控制M0S晶 體管M2的導通電阻，將充放電電流變換為電壓在V-端子進行檢測。充電控制MOS晶體 管Ml通過COUT端子進行導通 截止控制，在過充電狀態或異常充電器連接狀態(充電過 電流狀態)下截止，保護二次電池CELL。另外，放電控制MOS電晶體M2通過DOUT端子進 行導通 截止控制，在過放電狀態、放電過電流狀態或輸出短路狀態下截止，保護二次電池 CELL。 其中，監視VDD端子的電壓，通過過充電檢測電路10以及過放電檢測電路20檢測 過充電狀態以及過放電狀態。另一方面，監視V-端子的電壓，通過充電過電流檢測電路40、 放電過電流檢測電路30以及短路檢測電路150檢測充電過電流狀態、放電過電流狀態以及 輸出短路狀態。 在此，將二次電池保護模塊250構成為，通過充電控制MOS電晶體M1的體二極體 Dl，即使充電控制MOS電晶體Ml截止也可以放電，即使放電控制MOS電晶體M2截止也可以 充電。因此，即使是過充電狀態，在連接了負載時電池也放電，從過充電恢復。另外，即使是 過放電狀態，在連接了充電器時也對二次電池CELL充電，從過放電狀態恢復。
圖9表示在充電控制MOS電晶體Ml以及放電控制MOS電晶體M2中應用的、一般 的N溝道MOS電晶體的截面構造的一例。在圖9中，漏極D-源極S間的通道在不對柵極G 施加正電壓時不打開，但在與源極S連接的背柵BG與漏極D間，經由P型基板通過PN結的 寄生二極體D1流過正向電流。S卩，從背柵BG(源極S)向漏極D，即使N溝道MOS電晶體自 身截止，也會在從源極S向漏極D的方向上流過電流。此時，在PN結流過正向電流時，在PN 結間產生的電壓為0. 6 0. 7[V]。 返回圖8。如在圖9中所說明的那樣，即使在充電控制MOS電晶體Ml截止的情況 下，如果在二次電池CELL上連接了負載，則在體二極體D1的正向上流過放電電流，在充電 控制MOS電晶體Ml上施加正電壓Vf ( " 0. 6[V])。同樣地，即使在放電控制MOS電晶體M2 截止的情況下，如果在P+、 P-端子上連接了充電器，則在體二極體D2的正向上流過充電電
3流，在放電控制MOS電晶體M2上施加負電壓。因此，電池組300即使在過充電中，如果連接
了負載則也可以進行放電，即使在過放電中，如果連接了充電器則也可以進行充電。 已知一種二次電池保護用半導體裝置，其具備用於將電流變換為電壓來進行檢
測的電流檢測端子、從電流檢測端子檢測放電過電流的第1放電過電流檢測電路、從電流
檢測端子檢測短路電流的第2放電過電流檢測電路、使這些放電過電流檢測電路的輸出延
遲預定的延遲時間的延遲電路、以及當在電流檢測端子上施加了預定的負電壓以下的電壓
或預定的正電壓以上的電壓時，生成按照預定的比例縮短延遲時間的延遲時間縮簡訊號的
縮短電路，該二次電池保護用半導體裝置，即使在分為各個階段來檢測電流檢測端子的電
位，與其對應地設定各種延遲時間的情況下，也可以不增加晶片面積地應對多种放電過電
流。(例如，參照專利文獻l)。 但是，在上述圖8所示的現有技術的結構中存在以下問題在二次電池保護模塊 250檢測到過充電的過程中連接負載，在二次電池CELL進行了放電的情況下，通過充電控 制MOS電晶體Ml的體二極體Dl， V-端子的電壓增加Vf ，當體二極體Dl導致V-端子的電 位上升變為短路檢測電壓以上時，短路保護功能起作用。即，此時產生了以下問題當充電 控制MOS電晶體M1由於檢測到過充電而截止時，若放電控制MOS電晶體M2也截止，則成為 既無法充電也無法放電的狀態。 例如，在將V-端子的短路檢測電壓設定為0. 5 [V]的情況下，充電控制MOSFET晶 體管M1的導通電阻為50[mQ]時，由於10[A]以上的短路電流，短路保護起作用。此時，雖 然短路電流本身的設定是適當的，但在短路檢測電壓為0. 5[V]的設定中，由於體二極體Dl 的正向電壓Vf， V-端子的電壓上升到約0.6[V]，因此短路保護功能起作用。於是，儘管是 過充電狀態，放電控制MOS電晶體M2也截止，成為既無法放電也無法充電的狀態。
因此，作為避免這種狀態的對策，例如考慮在檢測到過充電的狀態下不進行短路 檢測的應對策略。但是，在該應對策略中，因為在過充電狀態下可以進行放電，所以可以維 持電池組300的使用方便性，但實際上在過充電中電池組300短路的情況下無法保護二次 電池CELL，作為二次電池CELL的保護功能存在致命的問題。 另外，作為另一應對策略，考慮使短路檢測電壓比由於充電控制MOS電晶體M1的 體二極體D1的正向電壓Vf所導致的V-端子的增加量大的應對策略。此時，可以在過充電 狀態下放電，並且可以保護過充電中的負載短路，但這樣一來，產生了正常時的短路檢測閾 值變大的問題。即，當短路檢測閾值過大時，產生了正常時的短路保護的作用區域變窄的問 題。例如，當把短路檢測電壓設為比0.6[V]高的1.0[V]時，在充電控制M0S電晶體M1的 導通電阻為50[mQ]的情況下，由於20[A]以上的短路電流，短路保護功能進行工作，但該 電流值過大，需要使短路保護功能在流過更小的短路電流的階段進行工作。
圖10示意性地表示了現有的電池組300被短路的狀態。圖10中表示了電池組 300通過阻抗RL130的負載被短路的狀態。如圖10所示，實際上在電池組300被短路的情 況下，通過接觸電阻或斷線電阻、用於物理的過電流保護的熔絲140等，具有幾百[mQ]左 右的阻抗RL而被短路。此時的短路電流受到二次電池CELL的內部阻抗和阻抗RL130限制。 因此，在將短路保護功能進行動作的電流設定得過大時，在必要時保護功能不進行動作。
另夕卜，在使用輸出電流能力小、內部阻抗大的二次電池CELL的小型、電流消耗低 的設備中，通過將短路檢測電壓設定得較小，提高了安全性。因此，當把二次電池保護模塊250的短路檢測電壓設定得大於充電控制MOS電晶體M1的體二極體D1導致的電壓上升Vf 時，無法應對這樣的小型、電流消耗低的設備的要求。 另外，在上述專利文獻l所記載的結構中，可以設定多种放電過電流，並可以設定 多種與其對應的延遲時間，但只是根據檢測電壓的大小使檢測時的延遲時間變化，因此同 樣存在與上述現有技術相同的過充電時的短路檢測的問題。
專利文獻1JP特開2007-49796號公報

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種二次電池保護集成電路裝置以及使用它的二次 電池保護模塊和電池組，該二次電池保護集成電路裝置即使在過充電時也恰當地進行短路 檢測，與正常時、過充電時無關，能夠始終可靠地進行二次電池的短路保護。
為了達成上述目的，本發明第1方式的二次電池保護集成電路裝置(120、120a、 120b)具有將二次電池(CELL)的放電電流變換為電壓值來進行檢測，當該電壓值在預 定的短路檢測電壓以上時，檢測到所述二次電池的短路狀態的短路檢測電路(50、50a、 50b);當通過該短路檢測電路(50、50a、50b)檢測到所述短路狀態時，輸出使所述二次電池 (CELL)的放電停止的控制信號的放電控制端子(DOUT);和檢測所述二次電池(CELL)的過 充電的過充電檢測電路(IO)，所述短路檢測電路(50、50a、50b)具備在通過所述過充電檢 測電路(10)檢測到所述過充電時，變更所述短路檢測電壓的短路檢測電壓變更單元(57、 57a、57b)。 由此，在過充電時變更短路檢測電壓，即使在與正常時不同的條件下，也可以恰當 地檢測到短路狀態，保護二次電池。 本發明的第2方式的特徵在為在第1方式的二次電池保護集成電路裝置(120、 120a、120b)中，所述短路檢測電壓變更單元(57、57a、57b)，在通過所述過充電檢測電路 (10)檢測到所述過充電時，將所述短路檢測電壓變更為比二極體(Dl)的PN結的正向電壓 (Vf)高的電壓值。 由此，即使由於充電控制MOS電晶體的體二極體，在短路檢測端子檢測到的電壓 上升，也可以與其對應地使短路檢測電壓增加，只將真的短路狀態作為短路狀態進行檢測。
本發明的第3方式的特徵為在第1或第2方式的二次電池保護集成電路裝置 (120、120a、120b)中，所述短路檢測電路(50、50a、50b)具有比較器(CMP)，所述短路檢測電 壓變更單元(57、57a、57b)包含生成向所述比較器(CMP)的一個輸入端子提供的所述短路 檢測電壓的分壓電路(55、55a);根據所述過充電的檢測，切換從該分壓電路(55、55a)向所 述比較器(CMP)的所述輸入端子提供的所述短路檢測電壓的開關(SW)。
由此，可以使用開關以及分壓電路容易地進行短路電壓的變更，可以通過簡單的 結構構成短路檢測電壓變更單元，因此，可以不增加晶片面積地，低成本容易地實現短路檢 測電壓的變更。另外，因為使用分壓電路，因此可以準確地進行短路電壓的變更設定。
本發明的第4方式的特徵為在第1或第2方式的二次電池保護集成電路裝置 (120、120a、120b)中，所述短路檢測電路(50、50a、50b)具有CMOS反相器(INV)，所述短路 檢測電壓變更單元(57、57a、57b)包含與構成所述CMOS反相器(INV)的P溝道MOS晶體 管(PM)的高電位側連接的電流源(Is);根據所述過充電的檢測，對連接或不連接該電流源(Is)進行切換的開關(SW)。 由此，可以通過更簡單的結構設置短路檢測電壓變更單元，可以減小安裝元件的 面積，以緊湊的結構實現短路檢測電壓變更單元。 本發明的第5方式是一種二次電池保護模塊(150)，其特徵為具有第1 第4任 意一種方式的二次電池保護集成電路裝置(120、 120a、 120b);以及與該二次電池保護集成 電路裝置(120、 120a、 120b)的放電控制端子(D0UT)連接的放電控制MOS電晶體(M2)。
由此，可以高可靠性地切實進行過充電時的短路檢測，同時可以連接外接的放電 控制MOS電晶體來可靠地進行放電性控制，可以做成二次電池的保護性能高的高性能的二 次電池保護模塊。 本發明的第6方式是一種電池組，其特徵為具有第5方式的二次電池保護模塊 (150);以及連接了該二次電池保護模塊(150)的二次電池(CELL)。 由此，可以做成即使在過充電時也可以恰當地檢測短路狀態的高性能的電池組。
上述括號內的參照符號，是為了易於理解而附加的，只不過是一個例子，不限定於 圖示的形態。 根據本發明，也包含過充電時在內，可以高可靠性地進行短路檢測以及短路保護。


圖1是實施例1的二次電池保護半導體集成電路裝置120、二次電池保護模塊150 以及電池組200的整體結構圖。 圖2表示實施例1的短路檢測電路50的內部結構的一例。
圖3是實施例1的二次電池保護集成電路裝置120的時序圖。
圖4表示實施例2的短路檢測電路50a的結構的一例。
圖5表示實施例3的短路檢測電路50b的結構的一例。
圖6更詳細地表示實施例3的短路檢測電路50b。 圖7用於說明實施例3的短路檢測電路50b的動作的一例，圖7(a)表示反相器
INV的輸入電壓的變化的一例，圖7(b)表示與圖7(a)對應的反相器INV的輸出電壓。 圖8表示現有的二次電池保護模塊的一例。 圖9表示一般的N溝道M0S電晶體的截面構造的一例。 圖10示意性地表示現有的電池組300被短路的狀態。 符號說明 10 :過充電檢測電路；20 :過放電檢測電路；30 :放電過電流檢測電路；
40 :充電過電流檢測電路；50、50a、50b、150 :短路檢測電路；
55、55a :分壓電路；57、57a、57b :短路檢測電壓變更單元；
60 :延遲電路；70、80 :邏輯電路；81 :過充電檢出信號輸出單元；
90 :電平位移電路；100 :計數器；110 :振蕩器； 120、120a、120b 二次電池保護集成電路裝置； 150 、250 :二次電池保護模塊； 200 、300 :電池組；D0UT :放電控制端子；M1 :充電控制M0S電晶體； M2 :放電控制M0S電晶體；D1、 D2 :體二極體；
6
R51、R51a、R52、R52a、R53、R53a :電阻;CMP :比較器; SW :開關;INV :反相器；Is :電流源;PM :P溝道M0S電晶體; NM :N溝道MOS電晶體
具體實施例方式以下，參照

用於實施本發明的最佳方式。 [OO55](實施例1) 圖1是表示應用了本發明的實施例1的二次電池保護半導體集成電路裝置120、二 次電池保護模塊150以及電池組200的整體結構的圖。在圖1中，對於與圖8及圖10的結 構要素相同的結構要素，賦予和圖8及圖10相同的參考符號。 實施例1的電池組200具備二次電池CELL、二次電池保護模塊150、連接端子P+、 P-。 二次電池保護模塊150具備二次電池保護集成電路裝置120、外接的電阻R1、R2、電容 器Cl、充電控制MOS電晶體Ml以及放電控制MOS電晶體M2。 二次電池CELL可以應用各種二次電池，例如可以使用鋰離子二次電池、鋰聚合物 二次電池等。 二次電池保護集成電路裝置120是具有檢測過充電、過放電、放電過電流、短路等 二次電池CELL的異常狀態並保護二次電池CELL的功能的IC(Integrated Circuit、集成電 路)。可以通過把形成有保護電路的半導體基板收納在封裝內，並在外部設置與保護電路相 連的端子，由此作為IC來構成二次電池保護集成電路裝置120。 二次電池保護集成電路裝 置120通過使外接MOS電晶體Ml、 M2截止來保護二次電池CELL。 外接電阻Rl 、外接電容器Cl是用於抑制二次電池保護集成電路裝置120的電源變 化的元件。另外，在對電池組200進行了逆充電時、或者連接了 二次電池保護集成電路裝置 120的絕對額定電壓以上的電壓的充電器時，外接電阻Rl、 R2成為限流電阻。
外接的充電控制MOS電晶體M1，是通過來自COUT端子的信號被進行控制，在過充 電時截止，停止向二次電池CELL充電的開關元件。充電控制M0S電晶體M1例如可以使用N 溝道MOS電晶體。充電控制M0S電晶體M1的漏極與二次電池CELL的負極側連接，源極與 連接端子P-側連接，柵極與COUT端子連接。並且，在充電控制M0S電晶體M1中寄生地形 成了以從源極向漏極作為正方向的體二極體D1。 COUT端子是充電控制端子，輸出高電平或 低電平的電壓信號，控制充電控制MOS電晶體Ml的導通/截止。 外接的放電控制MOS電晶體M2，是通過來自DOUT端子的信號被進行控制，在過放 電時或短路時截止，停止來自二次電池CELL的放電的開關元件。放電控制MOS電晶體M2例 如可以應用N溝道MOS電晶體。放電控制MOS電晶體M2的漏極與充電器連接用端子P-側 連接，源極與二次電池CELL的負極側連接，柵極與DOUT端子連接。另外，在放電控制MOS 電晶體M2中仍然寄生地形成了以從源極向漏極作為正方向的體二極體D2。 DOUT端子是放 電控制端子，作為放電控制信號輸出高電平或低電平的電壓信號，控制放電控制MOS晶體 管M2的導通/截止。 接下來，說明二次電池保護集成電路裝置120的結構要素。二次電池保護集成電 路裝置120具備過充電檢測電路10、過放電檢測電路20、放電過電流檢測電路30、充電過 電流檢測電路40、短路檢測電路50、延遲電路60、邏輯電路70、80、過充電檢出信號輸出單
7元81、電平位移電路90、計數器100、振蕩器110、 VDD端子、VSS端子、DS端子、DOUT端子、 COUT端子和V-端子。 過充電檢測電路IO，是在二次電池CELL充電時，當VDD端子高於預定的過充電檢 測電壓時檢測到二次電池CELL的過充電狀態的電路。過充電檢測電路10在檢測到過充電 狀態時，經由邏輯電路80、電平位移電路90，從COUT端子輸出低電平，使充電控制MOS晶體 管M1截止。 邏輯電路80是對各種輸入進行邏輯電路運算，向電平位移電路90輸出運算結果 信號的邏輯電路。作為輸入，輸入來自過充電檢測電路10、充電過電流檢測電路40以及計 數器100的輸入信號。另外，在本實施例的二次電池保護模塊150中具備過充電檢出信號 輸出單元81，其在邏輯電路80的運算結果中，在通過過充電檢測電路10檢測到過充電的情 況下，向短路檢測電路50輸出過充電檢出信號。在本實施例的二次電池保護模塊150中， 在檢測到過充電狀態時，變更短路檢測電路50的短路檢測電壓的設定，因此成為在檢測到 過充電時，向短路檢測電路50輸出過充電檢出信號的結構。電平位移電路90是把邏輯電 路80的輸出變換為對N溝道MOS電晶體M1、M3進行驅動控制所需的電壓電平的電路。
過放電檢測電路20，是在二次電池CELL放電時，當VDD端子成為預定的過放電檢 測電壓以下時，檢測到二次電池CELL的過放電狀態的電路。過放電檢測電路20在檢測到 過放電時，經由邏輯電路70從DOUT端子輸出低電平來使放電控制MOS電晶體M2截止，使 二次電池CELL停止放電。 放電過電流檢測電路30是在二次電池CELL為可充放電的狀態時，當V-端子達到 預定的放電過電流檢測電壓以上時，檢測到放電過電流狀態的電路。放電過電流檢測電路 30在檢測到放電過電流狀態時，經由邏輯電路70向DOUT端子輸出低電平的電壓，使放電控 制MOS電晶體M2截止，使放電停止，防止在電路中流過大電流。邏輯電路70也進行N溝道 MOS電晶體M4的控制。另外，V-端子是把在電池組200的電路中流過的電流變換為電壓來 進行檢測的電流檢測端子。VSS端子是接地電位，因此，通過檢測該V-端子的電壓可以檢測
出流過電路的電流。v-端子可以檢測充電電流以及放電電流的雙方。V-端子在檢測充電
電流時檢測到負電壓，在檢測放電電流時檢測到正電壓。 短路檢測電路50，是在二次電池CELL為可充放電狀態時，當V-端子成為預定的短 路檢測電壓以上時，檢測到短路狀態的電路。短路是急劇的放電狀態，因此短路檢測電壓被 檢測出正電壓。當短路檢測電路50檢測到短路狀態時，經由延遲電路60以及邏輯電路70 向DOUT端子輸出低電平的電壓，使放電控制MOS電晶體M2截止，使放電停止，防止在電路 中流過因短路導致的大電流。如上所述，DOUT端子作為放電控制端子發揮功能，對放電控 制MOS電晶體M2輸出使放電停止的控制信號和進行放電的控制信號，控制二次電池CELL 的放電。另外，在本實施例的短路檢測電路50中，在檢測到過充電時和除此以外的正常時， 變更短路檢測電壓的設定，考慮二次電池CELL的狀態來恰當地進行短路狀態的檢測。在後 面詳細描述用於進行該動作的具體的結構以及動作。 放電過電流檢測電路30和短路檢測電路50的檢測方法和控制方法大致相同，但 其檢測電壓和所設定的延遲時間等不同。另外，在本實施例的二次電池保護模塊150中，放 電過電流檢測電壓恆定，但短路檢測電壓在過充電時和除此以外的時候變更設定，在這一 點上二者不同。
8
充電過電流檢測電路40，是在可充放電的狀態時，由於連接異常電壓或電流的充
電器等，當v-端子電壓成為充電過電流檢測電壓以下時，檢測到充電過電流狀態的電路。
充電過電流檢測電路40當檢測到充電過電流狀態時，經由邏輯電路80以及電平位移電路90從COUT端子輸出低電平，使充電控制MOS電晶體Ml截止，防止用大電流對電路充電。
DS端子是在檢查電池組200時，用於縮短延遲時間的端子。另外，振蕩器110是用於生成預定頻率的振蕩的單元，計數器100是進行時鐘信號的頻率變換的單元。另外，延遲電路60是用於生成預定的延遲時間的電路。 接下來，使用圖2詳細說明作為實施例1的二次電池保護集成電路裝置120的主要構成要素的短路檢測電路50的內部結構。圖2表示實施例1的二次電池保護集成電路裝置120的短路檢測電路50的內部結構。 在圖2中，實施例1的短路檢測電路50具備短路檢測電壓變更單元57和比較器CMP。短路檢測電壓變更單元57包含分壓電路55和開關SW。分壓電路55通過電阻R51、R52、R53的串聯連接構成，從二次電池保護集成電路裝置120的內部的基準電壓Vref生成了短路檢測電壓。分壓電路55的電阻R53的分壓(R53XVref)/(R51+R52+R53)被輸出到端子A，電阻(R52+R53)的分壓(R52+R53) XVref/(R51+R52+R53)被輸出到端子B。例如，若將電阻R53的兩端的電壓設定為0.5[V]，則向端子A輸出0.5[V]。另外，若將電阻(R52+R53)的兩端的電壓設定為1. 0 [V]，則向端子B輸出1. 0 [V]。若通過開關SW切換該連接，則通過分壓電路55可以生成電壓比Vf大的1.0[V]、和電壓比Vf小的O. 5[V]這兩種短路檢測電壓。 在此，將開關SW的一端構成為切換端子A和端子B的連接，開關SW的另一端與比較器CMP的一個輸入端子相連。另外，比較器CMP的另一端與V-端子相連。因此，通過比較器CMP比較在V-端子檢測出的電壓、和通過分壓電路55生成的短路檢測電壓。在比較器CMP的輸出端子上連接延遲電路60，在延遲電路60上連接了邏輯電路70。並且，將來自邏輯電路70的輸出輸出到DOUT端子，可以使放電控制MOS電晶體M2截止。這一點與圖1中說明的結構相同。開關SW可以應用各種連接切換單元，例如可以應用簡單的模擬開關，也可以應用MOS電晶體等半導體開關元件、或繼電器單元等。 接著，說明短路檢測電壓變更單元57的動作。首先，在過充電檢測電路10未檢測出過充電時，不從過充電檢出信號輸出單元81輸出過充電檢出信號，此時，開關SW與端子A連接。由於不是過充電狀態，因此將短路檢測電壓設定得較低，這是因為最好成為針對小電流的設備，也能可靠地檢測出短路狀態的狀態。當不是過充電狀態時，充電控制MOS電晶體Ml導通，其導通電阻為幾十[m Q ]，因此，通過充電控制MOS電晶體Ml的導通電阻，對V-端子的電位上升造成的影響小到可以忽略的程度。因此，通常的比Vf低的短路檢測電壓，可以設定為例如0.5[V]左右。 另一方面，當通過過充電檢測電路IO檢測到過充電時，從過充電檢出信號輸出單元81向開關SW輸出過充電檢出信號。由此，開關SW將連接從端子A切換到端子B。由此，將短路檢測電壓設定為比Vf高的電壓，例如l.O[V]左右。並且，只要從V-端子檢測出的電壓不超過通過電阻(R53+R52)的分壓電路設定的電壓，就成為未檢測到短路的狀態。在過充電狀態下，V-端子的電壓，由於充電控制MOS電晶體Ml的體二極體Dl的PN結的正向電壓，在短路電流和過放電電流都沒有流過的狀態下上升到0. 6[V]，因此，若將短路檢測電壓設定為l.O[V]，則實質上設定為1.0-0.6 = 0.4[V]，可以恰當地檢測出短路狀態。
如此，根據實施例1的二次電池保護集成電路裝置120，通過分壓電路55、開關SW、將過充電檢出信號輸出給短路檢測電路50的簡單的結構，無論在檢測出過充電狀態還是在未檢測出過充電狀態下，都可以可靠並且恰當地檢測出短路狀態。 圖3表示包含實施例1的二次電池保護集成電路裝置120的二次電池保護模塊150的動作的時序圖的一例。圖3(a)表示VDD端子的電壓變化，圖3(b)表示V-端子的電壓變化。另外，圖3(c)表示COUT端子的電壓變化，圖3(d)表示充電電流和放電電流的變化。此外，在圖3(b)中，通過實線表示了本實施例的二次電池保護集成電路裝置120的時序圖，作為比較例，通過虛線表示了現有的二次電池保護集成電路220的時序圖。
在圖3(a)中，VDD端子的電壓不斷上升，在時刻tl達到過充電檢測電壓VDETl，當經過延遲時間tVDETl時，過充電檢測電路IO在時刻t2檢測到過充電。此時，在圖3(b)中，在檢測到過充電之前，V-端子的短路檢測電壓為VEDT3，但在檢測到過充電後，即在時刻t2，將短路檢測電壓提升到比VDET3大的VDET4。由此，在檢測到過充電時使短路檢測電壓上升，設定成比體二極體D1的正向電壓Vf高的值，設定了適當的短路檢測電壓。此時，如圖3(c)所示，C0UT端子的電壓在時刻t2以前輸出VDD，輸出高電平的信號來使充電控制M0S電晶體M1導通，但通過檢測到過充電，從C0UT端子輸出低電平的信號，進行使充電控制M0S電晶體M2截止的動作。另外，在圖3(d)中，在時刻t2以前流過充電電流，但在時刻t2電流變為0。 接著，當保持充電停止狀態時，二次電池CELL的端子電壓保持恆定，當在時刻t3連接了負載時電壓降低。如圖3(a)所示，端子VDD的電壓，在時刻t3連接了負載後在時刻t4降低到充電恢復電壓VREL1，經過預定的延遲時間tVRELl當到達時刻t5時，成為充電再次開始狀態。此時，如圖3(b)所示，短路檢測電壓，在時刻t5以前是VDET4，但當變為不是過充電狀態時，恢復為通常的短路檢測電壓VDET3。由此，在過充電以外的通常的狀態下，可以設定也將小電流的設備作為對象的短路檢測電壓。另外，此時在圖3(c)中表示了在時刻t5， COUT端子輸出高電平的信號，使充電控制MOS電晶體Ml導通，再次開始充電的動作。另外，在圖3(d)中表示了在連接了負載的時刻t4，電流切換為放電電流，恰當地進行從過充電狀態開始的放電。 如此，如圖3(b)所示，在檢測到過充電時，通過提升短路檢測電壓，如圖3(d)所示
恰當地執行充放電。
(實施例2) 圖4表示應用了本發明的實施例2的二次電池保護集成電路裝置120a的短路檢測電路50a的結構。實施例2的二次電池保護集成電路裝置120a、二次電池保護模塊以及電池組的整體結構與實施例1的圖1相同，因此省略其說明。在實施例2的二次電池保護集成電路裝置120a中，僅短路檢測電路50a的短路檢測電壓變更單元57a的結構與實施例1的二次電池保護集成電路裝置120以及二次電池保護模塊150不同。
在圖4中，實施例2的二次電池保護集成電路裝置120a的短路檢測電路50a具備包含分壓電路55a以及開關SW的短路檢測電壓變更單元57a、以及比較器CMP，在這一點上與實施例1的短路檢測電路50相同。在實施例2的短路檢測電路50a中，在短路檢測電壓變更單元57a的開關SW的位置，設置了用於進行是否將分壓電路55a的電阻R51a短路的
10CN 101752619 A
切換的開關SW，在這一點上與實施例1的短路檢測電路50的短路檢測電壓變更單元57不同。 分壓電路55a通過電阻51a、52a、53a的串聯連接構成，以把電阻R53a的電位輸入到比較器CMP的一個輸入端子的方式進行了固定連接。另一方面，在電阻R51a上並聯連接開關SW，當將開關SW接通時將電阻R51a短路，當將開關SW斷開時，電阻R51a作為分壓電路55a的一部分而被串聯連接，成為構成分壓電路55a的狀態。因為對分壓電路55a施加的電壓為Vref並且恆定，所以通過開關SW的接通/斷開，可以使輸入給比較器CMP的短路檢測電壓的設定不同。另外，針對開關SW，從過充電檢出信號輸出單元81發送信息，輸出過充電檢出信號。在從過充電檢出信號輸出單元81輸出了過充電檢出信號時，將開關SW接通來將電阻R51a短路，提高輸入給比較器CMP的分壓。另一方面，當未輸出過充電檢出信號時，將開關SW斷開，輸入給比較器CMP的分壓降低。通過開關SW的接通/斷開來調整分壓電路55a的電阻R51a、52a、53a，以使輸入給比較器CMP的短路檢測電壓與實施例1相同地，在檢測出過充電時，變得高於體二極體D1的正向電壓Vf，在未檢測出過充電時，變得低於體二極體D1的正向電壓Vf。 另外，在比較器CMP的另一輸入端子上連接V-端子，在輸出端子上連接延遲電路
60以及邏輯電路70，在邏輯電路70的前方連接了作為放電控制端子的DOUT端子，這一點
與實施例1的短路檢測電路50以及二次電池保護集成電路裝置120相同。 根據實施例2的二次電池保護集成電路裝置120a，與實施例1的二次電池保護集
成電路裝置120相同地，使用具有分壓電路55a以及開關SW這樣的簡單結構的短路檢測電
壓變更單元57a，可以準確地進行短路檢測電壓的變更設定。(實施例3) 圖5表示應用了本發明的實施例3的二次電池保護集成電路裝置120b的短路檢測電路50b的結構的一例。實施例3的二次電池保護集成電路裝置120b，在短路檢測電路50b中代替分壓電路55、55a而使用了電流源Is和反相器INV，這一點與實施例1以及實施例2的二次電池保護集成電路裝置120、120a不同。此外，二次電池保護用集成電路120b、二次電池保護模塊150以及電池組200的整體結構可以與圖1相同，因此省略其說明。
在圖5中，實施例3的短路檢測電路50b具備短路檢測電壓變更單元57b和反相器INV。短路檢測電壓變更單元57b包含電流源Is和開關SW。另外，從過充電檢出信號輸出單元81對開關SW輸出過充電檢出信號。在實施例3的短路檢測電路50b中，根據檢測出過充電或未檢測出過充電來變更反相器INV的閾值電壓，由此，變更來自反相器INV的輸出電壓，並變更短路檢測電壓的設定。 圖6進一步詳細表示了圖5所示的實施例3的短路檢測電路50b。在圖6中，反相器INV作為CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)反相器而構成，將高電位側的P溝道MOS電晶體PM、和N溝道MOS電晶體NM的漏極彼此相連來構成。P溝道MOS電晶體PM的源極與電源VDD連接，N溝道MOS電晶體NM的源極接地。另外，P溝道MOS電晶體PM以及N溝道MOS電晶體NM的柵極構成反相器INV的公共輸入，漏極構成公共輸出。而且，在P溝道MOS電晶體PM的漏極和電源VDD之間連接電流源Is，與電流源Is並聯地連接有開關SW，構成了短路檢測電壓變更單元57b。 在該短路檢測電路50b中，在開關SW接通，將電流源Is短路的情況下，反相器INV
11的閾值電壓成為VDD/2。另一方面，在將開關SW斷開，將電流源Is與反相器INV連接的情況下，反相器INV的閾值電壓切換為N溝道MOS電晶體的閾值電位Vth。
圖7用於說明圖5以及圖6所示的實施例3的短路檢測電路50b的動作的一例。圖7(a)表示反相器INV的輸入電壓的變化的一例，圖7(b)表示與圖7(a)對應的反相器INV的輸出電壓。 在圖7 (a)中，首先考慮短路檢測電路50b的開關SW接通，反相器INV的閾值電壓被設定為VDD/2的情況。在圖7(a)中，在向反相器INV的輸入電壓緩緩上升的情況下，在達到閾值電壓VDD/2的時刻t2之前，施加了低電平的輸入電壓，因此如圖7(b)所示，反相器INV輸出高電平H的電壓。然後，在輸入電壓達到VDD/2的時刻t2， N溝道MOS電晶體NM導通，輸出電壓切換為高電平。在圖7(b)中表示了在時刻t2輸出電壓Vout從高電平H切換到低電平L的狀態。如果VDD例如為4[V]，則VDD/2為2[V]，因此可以將高的閾值電壓設定為短路檢測電壓。 另一方面，在開關SW為斷開，將電流源Is與反相器INV連接的情況下，反相器INV的閾值電壓是N溝道MOS電晶體NM的閾值電位Vth。在這種情況下，如圖7(a)所示，在反相器INV的輸入電壓緩緩上升的情況下，在時刻tl達到閾值電位Vth，如圖7(b)中所示那樣，輸出電壓在時刻tl從高電平H切換到低電平L。在此，N溝道MOS電晶體NM的閾值電位Vth也約為0. 6[V]，因此成為與通常的短路檢測電壓的設定相接近的值。
返回圖5。在圖5中，在從過充電檢出信號輸出單元81輸出了過充電檢出信號時，開關SW接通，將反相器INV的閾值電壓提升到VDD/2,將短路檢測電壓設定為VDD/2。由此，可以將短路檢測電壓設定為比體二極體D1的正向電壓Vf高的l[V]以上，例如2[V]左右。另一方面，當未從過充電檢出信號輸出單元81輸出過充電檢出信號時，開關SW斷開，連接電流源Is，將N溝道M0S電晶體NM的閾值電位Vth設定為反相器INV的閾值電壓。由此，可以將短路檢測電壓設定為0. 6[V]左右，即使針對以小電流工作的設備，也能夠充分應對來檢測短路狀態。 此外，在反相器INV的輸入端連接V-端子，在反相器INV的輸出端連接延遲電路60以及邏輯電路70，邏輯電路70的運算結果被輸出到DOUT端子，輸出放電控制信號，這一點與實施例1以及實施例2相同。 如此，如實施例3的二次電池保護集成電路裝置120b那樣，以反相器INV作為輸出元件，通過電流源Is以及開關SW構成切換反相器INV的輸出電壓的短路檢測電壓變更單元57b，通過短路檢測電壓變更單元，可以切換反相器INV的閾值電壓來切換短路檢測電壓的設定。反相器INV和電流源Is，與電阻構成的分壓電路55、55a相比，在半導體基板上可以節省空間，因此可以幾乎不增加晶片面積地在半導體基板上構成短路檢測電路50b。根據實施例3的二次電池保護集成電路裝置120b，可以做成節省空間，並且可靠地進行短路檢測的二次電池保護集成電路裝置120b 。 以上，詳細說明了本發明的優選實施例，但本發明不限於上述實施例，在不脫離本發明的範圍的情況下可以對上述實施例進行各種變形以及替換。
權利要求
一種二次電池保護集成電路裝置，其具有將二次電池的放電電流變換為電壓值來進行檢測，當該電壓值在預定的短路檢測電壓以上時檢測到所述二次電池的短路狀態的短路檢測電路；當通過該短路檢測電路檢測到所述短路狀態時，輸出使所述二次電池的放電停止的控制信號的放電控制端子；和檢測所述二次電池的過充電的過充電檢測電路，所述二次電池保護集成電路裝置的特徵在於，所述短路檢測電路具備在通過所述過充電檢測電路檢測到所述過充電時，變更所述短路檢測電壓的短路檢測電壓變更單元。
2. 根據權利要求1所述的二次電池保護集成電路裝置，其特徵在於， 所述短路檢測電壓變更單元，在通過所述過充電檢測電路檢測到所述過充電狀態時，將所述短路檢測電壓變更為比二極體的PN結的正向電壓高的電壓值。
3. 根據權利要求1或2所述的二次電池保護集成電路裝置，其特徵在於， 所述短路檢測電路具有比較器，所述短路檢測電壓變更單元包含生成向所述比較器的一個輸入端子提供的所述短路 檢測電壓的分壓電路；根據所述過充電的檢測，切換從該分壓電路向所述比較器的所述輸 入端子提供的所述短路檢測電壓的開關。
4. 根據權利要求1或2所述的二次電池保護集成電路裝置，其特徵在於， 所述短路檢測電路具有CMOS反相器，所述短路檢測電壓變更單元包含與構成所述CMOS反相器的P溝道M0S電晶體的高電 位側連接的電流源；根據所述過充電的檢測，對連接或不連接該電流源進行切換的開關。
5. —種二次電池保護模塊，其特徵在於， 具有權利要求1至4的任意一項所述的二次電池保護集成電路裝置；以及 與該二次電池保護集成電路裝置的放電控制端子相連的放電控制M0S電晶體。
6. —種電池組，其特徵在於， 具有權利要求5所述的二次電池保護模塊；以及 連接了該二次電池保護模塊的二次電池。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種在過充電時也可以恰當地進行短路檢測，可靠地進行二次電池的短路保護的二次電池保護集成電路裝置、二次電池保護模塊和電池組。二次電池保護集成電路裝置具有將二次電池的放電電流變換為電壓值來進行檢測，當該電壓值在預定的短路檢測電壓以上時檢測出所述二次電池的短路狀態的短路檢測電路；當通過該短路檢測電路檢測出所述短路狀態時，輸出使所述二次電池停止放電的控制信號的放電控制端子；和檢測所述二次電池的過充電的過充電檢測電路，所述短路檢測電路具備在通過所述過充電檢測電路檢測出所述過充電時，變更所述短路檢測電壓的短路檢測電壓變更單元。
文檔編號H02H9/02GK101752619SQ200910251210
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月3日 優先權日2008年12月4日
發明者武田貴志 申請人:三美電機株式會社