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半導体早わかりガイド、ラピスセミコンダクタのLSIをポイントしぼってわかりやすく解説、表示用ドライバLSI編

液晶ドライバ技術で業界をリードするラピスセミコンダクタ表示用ドライバLSI、電磁ノイズに強いドライバ




リチウムイオン電池パックの安全性、信頼性向上
-ラピスセミコンダクタの電池監視LSI-


リチウムイオン電池の特長・メリット

最初に、電池監視LSIのご紹介の前に、リチウムイオン電池の特長について少し解説します。
【図.1】は、リチウムイオン電池の特長を、他の2次電池と比較したものです。
リチウムイオン電池は、他の2次電池に比べ、体積あたり、重量あたりのエネルギー密度が非常に大きいことから、小型、軽量化に適していると言えます。
また、リチウムイオン電池は、公称電圧が高く、他の2次電池よりも、同じ駆動電圧なら使用する電池セル数を少なくでき、電池パックの小型、軽量化にもつながります。
リチウムイオン電池の多くは、小型・軽量化が求められるスマートフォン、ノートPCを中心に使われています。


リチウムイオン電池のデメリット

しかしながら、リチウムイオン電池にはデメリットもあります。【図.2】
リチウムイオン電池は、化学反応によって電池電圧を作っています。充電することで電池電圧が上昇し、そのままずっと充電し続けると、発熱、発火、爆発するといった、危険な過充電状態に至ります。
また、負荷を接続し放電し続けてしまうと過放電状態に至り、電池容量の低下や、電池寿命を速め、再充電してもすぐに消耗してしまうことが発生します。
リチウムイオン電池は、常に電池セルの状態をモニタし、過充電、過放電といった状態を回避するよう、専用の保護回路とともに使用します。その保護回路の中心的役割を担うLSIが、電池監視LSIです。


電池監視LSIの基本構成

【図.3】は、電池監視LSIの基本構成を示し、保護回路をイメージしたものです。保護回路には次の3つの役割があります。

  • 「過充電、過放電を検出」セルごとの電圧測定回路で構成され、各電池セルの電圧値を検出します。
  • 「過電流を検出」電池パックに流れる回路電流を、電流測定回路で検出します。
  • 「異常温度を検出」外付けサーミスタを使い、温度測定回路で検出します。

電池パックでは、電池セルが異常な状態になっていないか、電圧、電流、温度を常に検出し、異常の有無を判定しています。もしどれか一つでも電池セルに異常ありと判定されると、充放電制御用スイッチで電流回路を遮断し、電池セルやシステム回路の保護を行います。


ラピスセミコンダクタの取り組み

【図.4】に、当社の電池監視LSIに対する取り組みをご紹介します。
リチウムイオン電池は、小型軽量が必要なスマートフォン、ノートPCなどモバイル・コンシューマ市場でもっとも多く使われています。
今後は、リチウムイオン電池の技術的な発展、応用範囲の拡大にともない、電動工具、電動アシスト自転車、蓄電システムといった動力系ハイパワーを使うアプリケーションでの需要が高まりつつあります。
当社ではこれらの産業機器市場をターゲットに、4直列セルから200直列セルなど、多くの電池セルを直列接続して使用する電池パックに向けて、
・多セルに対応
・低消費電流、高精度な電圧測定
・周辺回路内蔵
といった特長を持たせ、お客様へご提案しています。次にこれらの特長について解説します。