專利名稱：電池組的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池組，特別是涉及對電池余量進行測定的電池組。
背景技術：
近年來，鋰離子電池被搭載于數碼相機等便攜式設備中。一般認為鋰離子電池根據其電池電壓來檢測電池余量較難。為此，通過對電池的充放電電流進行累計，來測定電池余量的方法就得以采用(參照專利文獻1)。
這時，由于即便鋰離子電池從便攜式設備拆下時也要耗費電流，所以對電池的充放電電流進行累計來測定電池余量的電池余量檢測電路就需要與鋰離子電池及調節器/保護電路等一起收容在殼體中，作為電池組來提供。
電池余量檢測電路采用將電流值等模擬信號變換成多位的數字值、即PCM(脈沖碼調制)數據，并對此PCM數據進行累計的構成。因此，就必須將檢測出的電池的充放電電流變換成PCM數據的模擬-數字變換器。(參照專利文獻2、3)。
專利文獻1特開2001-174534號公報專利文獻2特開2001-102925號公報專利文獻3特開2003-204267號公報伴隨便攜式設備的小型化就要求電池組小型化。然而，由于模擬-數字變換器其電路規模大，所以就有將電池余量檢測電路搭載于小型電池組上較為困難之類的問題。
發明內容
本發明就是鑒于上述問題點而完成的，其目的為提供一種可以具備電池余量的檢測功能，且小型化的電池組。
根據本發明一實施方式的電池組，具有電池(101)；檢測上述電池(101)的充放電電流，并輸出與上述充放電電流相應的模擬信號的電流檢測部件(133)；對上述模擬信號進行脈沖密度調制并輸出脈沖密度調制信號的調制部件(122)；存儲了將上述脈沖密度調制信號變換成脈沖碼調制數據的變換程序(147)、和對上述脈沖碼調制數據進行累計而算出電池余量的余量計算程序(148)的存儲器(124)；以及從上述調制部件(122)被供給上述脈沖密度調制信號，并基于上述存儲器(124)中所存儲的上述變換程序(147)將上述脈沖密度調制信號變換成作為數字信號的脈沖碼調制數據，基于上述存儲器(124)中所存儲的余量計算程序(148)對上述脈沖碼調制數據進行累計而算出電池余量的CPU(123)，由此就可以具備電池余量的檢測功能，且小型化。
在上述電池組中，能夠采用以下構成上述CPU(123)間歇地啟動上述變換程序，從上述調制部件取入上述脈沖密度調制信號并變換成上述脈沖碼調制數據。
在上述電池組中，能夠采用以下構成具有檢測上述電池的電壓的電壓檢測部件(131)；檢測溫度的溫度檢測部件(132)；和選擇由上述電流檢測部件(133)、上述電壓檢測部件(131)、上述溫度檢測部件(132)中的任意一個輸出的模擬信號并提供給上述調制部件(122)的選擇部件(134)，上述余量計算程序(148)在對上述充放電電流的脈沖碼調制數據進行累計時，利用上述電壓的脈沖碼調制數據和上述溫度的脈沖碼調制數據來進行電池余量的校正。
在上述電池組中，能夠采用以下構成
上述調制部件(122)是σ·δ調制器。
在上述電池組中，能夠采用以下構成上述電流檢測部件(133)、上述調制部件(122)、上述存儲器(124)和上述CPU(123)被搭載于同一半導體集成電路裝置(111)中。
此外，上述括弧內的參照標記是為了使理解容易而附加的，只不過是一個例子，并不是限定于圖示的方式。
根據本發明，就可以具備電池余量的檢測功能，且小型化。
圖1是本發明的電池組的一實施方式的斜視圖。
圖2是本發明的電池組的一實施方式的分解斜視圖。
圖3是電路基板的斜視圖。
圖4是燃料表IC的塊構成圖。
圖5是σ·δ調制器的塊構成圖。
圖6是存儲器的數據構成圖。
圖7是CPU的處理流程圖。
圖8是硬件構成的間除濾波器的一實施方式的塊構成圖。
圖9是數字濾波處理的詳細流程圖。
圖10是本發明的一實施方式的動作說明圖。
圖11是本發明的電池組的其他實施方式的框圖。
圖12是使用了圖11的電池組的便攜式電子設備的一實施方式的框圖。
具體實施例方式
圖1表示本發明的電池組的一實施方式的斜視圖，圖2表示本發明的電池組的一實施方式的分解斜視圖。
在圖1、圖2中，本實施方式的電池組100采用將電池101及電路基板102收納在殼體103中的構成。電池101是鋰離子電池，通過連接端子104與電路基板102連接起來。
圖3表示電路基板102的斜視圖。同一圖中，電路基板102采用將燃料表IC(fuel gauge IC)111、調節器/保護電路112、晶體管113、電流檢測用電阻Rs搭載在兩層或者多層的印制電路布線板114上的構成。
燃料表IC111通過對電池101的充放電電流進行累計來檢測電池101的余量。用燃料表IC111檢測出的余量被輸出到外部。
調節器/保護電路112通過對電池101的電壓、以及流入端子T-的電流進行檢測來檢測電池101的過充電、過放電、過電流、短路等，并通過控制晶體管113，將端子T-從負荷切斷，由此來保護電池101及端子T+和端子T-上所連接的負荷，同時使從電池101獲得的電源穩定并提供給作為電池余量檢測電路的燃料表IC111。
圖4表示燃料表IC111的塊構成圖。
燃料表IC111例如是1芯片的半導體集成電路，采用包括檢測部121、σ·δ調制器122、CPU123、存儲器124、通信電路126的構成，是通過對電池101的充放電電流進行累計來計算電池101的余量的電路。此外，電池101例如由鋰離子電池所構成。
構成燃料表IC111的檢測部121采用包括電壓檢測部131、溫度檢測部132、電流檢測部133、多路轉接器(multiplexer)134的構成。
電壓檢測部131被連接到電池101的兩端，檢測電池101的電壓。用電壓檢測部131檢測出的檢測信號被供給到多路轉接器134。溫度檢測部132檢測周圍溫度，生成并輸出與周圍溫度相應的檢測信號。溫度檢測部132的檢測信號被供給到多路轉接器134。
電流檢測部133例如由差動放大器所構成，被連接到在電池101與端子T-之間所連接的電流檢測電阻Rs的兩端，檢測依照電流檢測電阻Rs上流經的電流而在電流檢測電阻Rs上發生的電壓，并輸出與電池101的充放電電流相應的檢測信號。
此外，這時，檢測信號例如在電池101上沒有流過充放電電流時成為基準電壓V0，在流過充電電流時成為超過基準電壓V0的值，在流過放電電流時成為不足基準電壓V0的值而被輸出。電流檢測部133的檢測信號被提供給多路轉接器134。
多路轉接器134基于來自CPU123的控制信號來選擇電壓檢測部131的檢測信號、溫度檢測部132的檢測信號、電流檢測部133的檢測信號中的某一個，并提供給σ·δ調制器122。
σ·δ調制器122對來自多路轉接器134的模擬信號進行PDM(脈沖密度調制)、也就是1位數字調制并提供給CPU123。
CPU123執行存儲器124中所存儲的數字濾波處理程序并將PDM信號變換成多位的數字值、也就是PCM(脈沖碼調制)數據。進而，執行余量計算程序處理以計算出電池101的余量。此外，在本說明書中所說的CPU中包含微處理器等處理器。通信電路116將CPU123計算出的電池余量對外部電路進行發送。
<σ·δ調制器的構成>
圖5表示σ·δ調制器122的塊構成圖。同一圖中，σ·δ調制器122由減法器141、積分器142、比較器143、遲延電路144、1位D/A變換器145所構成。
減法器141從在輸入端子Tin自多路轉接器134供給的模擬信號中減去1位D/A變換器145的輸出而得到差分。減法器141輸出的差分信號被供給到積分器142。
積分器142對自減法器141供給的差分信號進行積分。積分器142輸出的積分信號被供給到比較器143。
比較器143對自積分器142供給的積分信號和在內部所設定的基準電壓V0進行比較，例如，如果積分信號比基準電壓大就輸出成為高電平的信號，如果被積分的模擬信號比基準電壓小，就輸出成為低電平的信號。
比較器143的輸出信號從輸出端子Tout被輸出，同時被供給到遲延電路144。遲延電路144使比較器143的輸出信號延遲1采樣期間并輸出。
用遲延電路144經過遲延后的信號被供給到1位D/A變換器145。1位D/A變換器145對來自遲延電路144的信號進行1位D/A變換并提供給減法器141。
從σ·δ調制器122的輸出端子Tout輸出對來自多路轉接器134的模擬信號進行了PDM(脈沖密度調制)、也就是1位數字調制的信號。
從該σ·δ調制器122的輸出端子Tout輸出的PDM信號被供給到CPU123。CPU123基于存儲器124中所存儲的程序來執行處理。
<存儲器的數據構成>
存儲器124由2K字節左右的比較小的存儲容量的ROM和RAM等存儲介質所構成，在ROM中存儲著用CPU123執行的程序。在存儲器124內的ROM中，如圖6的數據構成圖所示，存儲著數字濾波處理程序147及余量計算程序148。RAM被用于CPU123進行執行時的作業區域等。
數字濾波處理程序147例如是對來自σ·δ調制器122的PDM信號進行數字濾波處理，進行將σ·δ調制器122輸出的PDM信號變換成多位的數字值、也就是PCM數據的處理的程序，例如是執行間除濾波處理的程序。
間除濾波處理由CIC(Cascaded Integrated Combinatorial)濾波處理和FIR(Finite Impulse Response)濾波處理所構成。此外，也可以取代FIR濾波處理而使用IIR(Infinite Impulse Response)濾波處理。
余量計算程序148通過對用數字濾波處理程序147所變換后的PCM數據進行累計，來進行計算電池101的余量的處理，并將計算出的余量存儲在存儲器124中。
<CPU的處理>
其次，就CPU123中的處理進行說明。圖7表示CPU123的處理的流程圖。CPU123為了降低電力消耗而借助于內置的中斷計時器間歇地執行處理。
若在步驟S1-1中有計時器中斷，CPU123就在步驟S1-2中從σ·δ調制器122取入PDM信號。此外，CPU123例如按相當于PDM信號的8位串的規定期間(例如，1msec左右)發生計時器中斷。
接著，CPU123對在步驟S1-2中從σ·δ調制器122取入的PDM信號執行與數字濾波處理程序147相應的處理。由此，從σ·δ調制器122取入的PDM信號被變換成多位的數字值、也就是PCM數據。
此外，這時，CPU123控制多路轉接器134，將基于來自電壓檢測部131、溫度檢測部132、電流檢測部133的模擬檢測信號的PDM信號順次取入，并通過數字濾波處理程序147順次變換成PCM數據，存儲在存儲器124中。
接著，CPU123在步驟S1-4中執行余量計算程序148，并基于已變換成PCM數據的電壓值、溫度、電流值而算出電池101的余量。例如，通過對電流值進行累計，而算出電池余量。此時，根據電壓值及溫度來進行電池余量的校正。
<間除濾波處理>
就間除濾波處理進行說明。圖8表示硬件構成的間除濾波器的一實施方式的塊構成圖。間除濾波器由CIC濾波器部151和FIR濾波器部152所構成。
CIC濾波器部151由被級聯的3級積分電路153、154、155、間除電路156、被級聯的3級微分電路157、158、159所構成。
積分電路153～155分別由對輸入數據和延遲元件162的輸出數據進行加法運算的加法器161；將加法器161的輸出數據延遲1采樣期間后提供給加法器161的延遲元件162所構成。微分電路157～159分別由將輸入數據延遲1采樣期間的延遲元件163；從輸入數據中減去延遲元件163的輸出數據的減法器164；將減法器164的輸出數據用N進行除法運算的除法器165所構成。
間除電路(decimation circuit)156通過將積分電路155的輸出數據在N采樣期間取出1次來進行數據的間隔剔除，并將所取出的PCM數據提供給微分電路157。
被供給到端子175的PDM信號用積分電路153～155進行積分而成為PCM數據后，用間除電路156進行N1的間除，進而用微分電路157～159進行微分而作為PCM數據被輸出。
FIR濾波器部152由被級聯的i級延遲元件1711～171i；在i級延遲元件171各自輸出的PCM數據上分別乘以系數A1～Ai的乘法1721～172i；對乘法器1721～172i各自的輸出進行加法運算的加法器173；間除電路174所構成。
積分電路155輸出的PCM數據用延遲元件1711～171i順次遲延，并用乘法器1721～172i分別乘以系數A1～Ai后，用加法器173取得總和。加法器173輸出的PCM數據通過用間除電路174在M采樣期間取出1次來進行數據的間隔剔除(M1的間除)，經過數字濾波處理并從端子176被輸出。
CPU123執行的數字濾波處理程序147是通過軟件實現了與圖8所示的硬件構成的間除濾波器同樣的處理。
圖9表示步驟S1-2中CPU123執行的數字濾波處理的詳細流程圖。同一圖中，CPU123在步驟S2-1中例如將8位串的PDM信號從存儲器124讀出并進行與積分電路153～155等同的積分處理。接著，在步驟S2-2中進行N1的間除處理，在步驟S2-3中進行與微分電路157～159等同的微分處理，并將所得到的PCM數據寫入存儲器124中。
進而，CPU123在步驟S2-4中從存儲器124將i個PCM數據及預先寫入存儲器124中的i個系數A1～Ai順次讀出，進行與乘法器1721～172i等同的乘法處理。接著，在步驟S2-5中進行與加法器173等同的加算處理，進而在步驟S2-6中進行M1的間除處理，并將所得到的PCM數據寫入存儲器124中。
圖10表示本發明的一實施方式的動作說明圖。同一圖中，時刻t11、t12、t13表示計時器中斷的定時。若在時刻t11、t12、t13有計時器中斷，則CPU123在步驟S1-2中從σ·δ調制器122取入PDM信號，在步驟S1-3中通過執行與數字濾波處理程序147相應的處理，將電壓檢測部131、溫度檢測部132、電流檢測部133所取得的模擬信號變換成PCM數據。
CPU123基于在步驟S1-3取得的PCM數據來計算電池101的余量。計算出的電池余量被存儲在存儲器124中。存儲器124中所存儲的電池余量根據來自外部電路的請求被調用，并經由通信電路126被發送給外部電路。
根據本實施方式，由于用σ·δ調制器122將模擬信號作為PDM信號，并通過用CPU123對此PDM信號進行數字濾波處理而變換成PCM數據，所以就能夠將構成復雜的AD變換器置換成簡單構成的σ·δ調制器122，進而就能夠用CPU123進行電池的余量計算處理。由于CPU123中的余量計算處理的負荷輕微，能夠充分地執行數字濾波處理所以這是能夠實現的。
此外，本實施方式，將檢測部121、σ·δ調制器122、CPU123、存儲器124搭載在同一半導體芯片上，但也可以將檢測部121及σ·δ調制器122的模擬電路、和CPU123及存儲器124的數字電路作為各自的半導體芯片。進而，在本實施方式中，將CPU123和存儲器124內置于燃料表IC111內部，但也可以作為不同的半導體器件。
<電池組>
圖11表示本發明的電池組的其他實施方式的框圖。同一圖中，燃料表IC200被半導體集成化，大致由數字部210和模擬部250構成。
在數字部210內設置有CPU211、ROM212、RAM213、EEPROM214、中斷控制部215、總線控制部216、I2C部217、串行通信部218、計時器部219、電源接通復位部220。這些電路通過內部總線222相互連接起來。
CPU211執行ROM212中所存儲的程序來控制燃料表IC200全體，并執行對電池的充放電電流進行累計而算出電池余量的處理等。此時RAM213被作為作業區域而使用。在EEPROM214中存儲著修整(trimming)信息等。此外，CPU211相當于圖4所示的CPU123，ROM212、RAM213、EEPROM214相當于存儲器124。
中斷控制部215從燃料表IC200的各部被供給中斷請求，依照各中斷請求的優先度發生中斷并通知給CPU211。總線控制部216進行哪個電路部來使用內部總線的控制。
I2C部217經由端口231、232連接到通信線來進行2線式的串行通信。串行通信部218相當于圖4所示的通信電路126，經由端口233連接到未圖示的通信線來進行1線式的串行通信。
計時器部219對系統時鐘進行計數，其計數值被CPU211參照。電源接通復位部220檢測出端口235上所供給的電源Vdd上升而發生復位信號來進行燃料表IC200全體的復位。
在模擬部250內設置有振蕩電路251、晶體振蕩電路252、多路轉接器(MPX)253、分頻器254、電壓傳感器255、溫度傳感器256、電流傳感器257、多路轉接器258、σ·δ調制器259。
振蕩電路251是持有PLL的振蕩器，輸出數MHz的振蕩信號。晶體振蕩電路252在端口271、272上外裝晶體振子來進行振蕩，輸出數MHz的振蕩信號。晶體振蕩電路252的振蕩頻率相對于振蕩電路251是高精度。
多路轉接器253基于從端口273供給的選擇信號來選擇振蕩電路251與晶體振蕩電路252中的某一方輸出的振蕩頻率信號，并作為系統時鐘供給到燃料表IC200的各部，同時提供給分頻器254。于是，多路轉接器253在從端口273未供給選擇信號的情況下選擇例如振蕩電路251輸出的振蕩頻率信號。分頻器254對系統時鐘分頻并生成各種時鐘提供給燃料表IC200的各部分。
電壓傳感器255檢測分別外裝在端口274、275上的電池(鋰離子電池)301、302的電壓，將模擬的檢測電壓提供給多路轉接器258。溫度傳感器256檢測燃料表IC200的環境溫度，將模擬的檢測溫度提供給多路轉接器258。
在端口276、277上連接著電流檢測用的電阻303的兩端，電流傳感器257根據端口276、277各自的電位差來檢測流過電阻303的電流，將模擬的檢測電流提供給多路轉接器258。
多路轉接器258順次選擇模擬的檢測電壓、模擬的檢測溫度、模擬的檢測電流并提供給σ·δ調制器259。σ·δ調制器259對各檢測值進行σ·δ變換，由此通過內部總線222將脈沖密度調制信號提供給CPU211，并用CPU211進行數字濾波處理來進行檢測電壓、檢測溫度、檢測電流各自的數字化。另外，CPU211通過對電池的充放電電流進行累計而算出電池余量。此時檢測溫度被使用于溫度校正。
此外，電壓傳感器255相當于如圖4所示的電壓檢測部131，溫度傳感器256相當于溫度檢測部132，電流傳感器257相當于電流檢測部133，多路轉接器258相當于多路轉接器134，σ·δ調制器259相當于σ·δ調制器122，電流檢測用的電阻303相當于電流檢測電阻Rs。
上述的燃料表IC200與電池301、302；電流檢測用的電阻303；調節器/保護電路304；電阻305及開關306一起被收納在框體310中而構成電池組300。在電池組300的端子311上連接電池301的正電極以及調節器/保護電路304的電源輸入端子，調節器/保護電路304的電源輸出端子被連接燃料表IC200的電源Vdd的端口235。端子312經由電阻305被連接到調節器/保護電路304的接地端子，同時經由開關306被連接到電流檢測用的電阻303與端口277的連接點。調節器/保護電路304穩定端子311、312間的電壓，同時在此電壓成為規定范圍以外的情況下將開關306斷開來進行保護。
另外，電流檢測用的電阻303與端口276的連接點被連接燃料表IC200的電源Vss的端口236。在電池組300的端子313、314上連接著燃料表IC200的端口231、232。
圖12表示使用了圖11的電池組300的便攜式電子設備的一實施方式的框圖。同一圖中，便攜式電子設備400是例如便攜式個人計算機、數字照相機、便攜式電話等主體電路。便攜式電子設備400具有通信裝置410。
電池組300的端子311～314被分別連接到便攜式電子設備400的電源Vdd、Vss的端子401、402、以及連接著時鐘線L1和數據線L2的端子403、404。由此，從電池組300內的電池301、302對便攜式電子設備400供給電源。
在此情況下，通常，便攜式電子設備400作為控制方、燃料表IC200作為被控方來動作，根據來自便攜式電子設備400的請求，燃料表IC200對便攜式電子設備400的通信裝置410應答所算出的電池余量。
此外，本發明并不限定于上述實施方式，在不脫離本發明要旨的范圍內還可以有種種變形例。
權利要求
1.一種電池組，其特征在于，包括電池；電流檢測部件，檢測上述電池的充放電電流，并輸出與上述充放電電流相應的模擬信號；調制部件，對上述模擬信號進行脈沖密度調制并輸出脈沖密度調制信號；存儲器，存儲了將上述脈沖密度調制信號變換成脈沖碼調制數據的變換程序、和對上述脈沖碼調制數據進行累計而算出電池余量的余量計算程序；以及CPU，從上述調制部件被供給上述脈沖密度調制信號，并基于上述存儲器中所存儲的上述變換程序將上述脈沖密度調制信號變換成作為數字信號的脈沖碼調制數據，基于上述存儲器中所存儲的余量計算程序對上述脈沖碼調制數據進行累計而算出電池余量。
2.按照權利要求1所述的電池組，其特征在于上述CPU間歇地啟動上述變換程序，從上述調制部件取入上述脈沖密度調制信號并變換成上述脈沖碼調制數據。
3.按照權利要求1或2所述的電池組，其特征在于，還包括檢測上述電池的電壓的電壓檢測部件；檢測溫度的溫度檢測部件；和選擇由上述電流檢測部件、上述電壓檢測部件、上述溫度檢測部件中的任意一個輸出的模擬信號并提供給上述調制部件的選擇部件，上述余量計算程序在對上述充放電電流的脈沖碼調制數據進行累計時，利用上述電壓的脈沖碼調制數據和上述溫度的脈沖碼調制數據來進行電池余量的校正。
4.按照權利要求1至3中任意一項所述的電池組，其特征在于上述調制部件是σ·δ調制器。
5.按照權利要求1至4中任意一項所述的電池組，其特征在于上述電流檢測部件、上述調制部件、上述存儲器和上述CPU被搭載于同一半導體集成電路裝置中。
全文摘要
本發明以提供一種可以具有電池余量的檢測功能，且小型化的電池組為目的。本發明的電池組具有電池(101)；檢測電池的充放電電流，并輸出與充放電電流相應的模擬信號的電流檢測部件(133)；對模擬信號進行脈沖密度調制并輸出脈沖密度調制信號的調制部件(122)；存儲了將脈沖密度調制信號變換成脈沖碼調制數據的變換程序(147)、和對脈沖碼調制數據進行累計而算出電池余量的余量計算程序(148)的存儲器(124)；以及從調制部件(122)被供給脈沖密度調制信號，并基于存儲器(124)中所存儲的變換程序將脈沖密度調制信號變換成作為數字信號的脈沖碼調制數據，基于存儲器(124)中所存儲的余量計算程序對脈沖碼調制數據進行累計而算出電池余量的CPU(123)。
文檔編號H03M1/82GK101022180SQ20071000576
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月13日 優先權日2006年2月13日
發明者中野一樹, 池內亮 申請人:三美電機株式會社