アプリケーションノート 4224

2セルバッテリアプリケーションのホストサイド使用時におけるバッテリ残量ゲージのDS2786の用法


要約: スタンドアロン開放電圧(OCV)をベースにした残量ゲージのDS2786は1セルのリチウムイオン(Li+)バッテリパック用に設計された動作範囲を備えています。しかし、標準的なアプリケーション回路に少し部品を追加すると、DS2786は2セルのアプリケーションにも使用可能になります。このアプリケーションノートは2セルのLi+バッテリパックのホストサイドでDS2786を使用する回路について詳述します。

概要

スタンドアロンの開放電圧(OCV)をベースとした残量ゲージのDS2786は、緩和期間の後の開放状態になったセル電圧をベースにして、リチウムイオン(Li+)およびリチウムポリマー(Li+Poly)バッテリの残容量を推定します。OCVはICに格納された参照表に基づいて相対セル容量を決定するために使用されます。DS2786はこの機能によってバッテリパックを挿入した直後に正確な容量情報の取得が可能になります。

DS2786の動作範囲は1セルのLi+バッテリシステムで使用するように設計されていますが、2セルのシステムにも使用することができます。このアプリケーションノートはDS2786を2セルシステムのホストサイドで使用するとき、1個のみのIC追加によって使用することができることを説明します。この回路では内蔵の電圧、電流、および温度測定、2つの補助電圧入力、および2ワイヤインタフェースなどのDS2786のすべての機能を使用することが可能です。

回路の説明

図1は2セルのLi+バッテリパックのホストサイドでDS2786を使用する回路を示しています。図示の回路には低ドロップアウト(LDO)リニアレギュレータのIC1個の追加、およびDS2786の標準回路で使用する幾つかのディスクリート部品が含まれています。

Figure 1. The DS2786 on the host side of a 2-cell Li+/Li-Poly application.
図1. 2セルのLi+/Liポリマーアプリケーションのホストサイドで使用するDS2786

2セルのバッテリパック電圧はDS2786のVDD端子の最大動作電圧を超えているため、ローパワーのレギュレータによるVDDへの電圧供給が必要になります。回路例ではレギュレートされた電圧を供給するためにLDOのMAX1726EUK5を使用しています。このレギュレータは標準値が2µAの動作電流とわずか0.7µAのシャットダウン時消費電流を備えているため、バッテリ給電のアプリケーションに最適です。DS2786のVDD端子の電圧がVIN端子よりも大きくなることが保証されるために5V出力のLDOを使用します。LDOの入力と出力には安定のためにコンデンサを接続することを推奨します。別のLDOを使用する場合はVDD端子の電圧があらゆる場合にVINを上回るようにしてください。

また、VIN端子への入力電圧は許容定格レベルを超えないように2セルパック電圧を減衰させる必要があり、抵抗R2とR3を使用しパック電圧を分割することによって容易にVIN端子への入力電圧を半分にすることができます。

バッテリの残量ゲージには不要ですが、この回路例にはVOUTに2つの分圧回路が接続されており、抵抗R0とパック識別抵抗によってAIN0の電圧源と個別のパックを識別する方法や、抵抗R1とサーミスタによってAIN1の電圧源とパックの温度を識別する方法を提供します。VOUT、AIN0、およびAIN1は他の目的に使用することも全く使用しないことも可能です。

考察

DS2786はVINに現れる開放電圧に基づいてバッテリパックの容量の推定値を提供します。図1の回路ではパック電圧の半分しか測定されないため、DS2786のEEPROMに格納された電圧をベースにした容量の参照表を適切に変更しなければなりません。バッテリパックの特性評価によって得られる電圧と容量は半分の電圧レベルとしてEEPROMに格納しなければなりません。例えば、バッテリパックは8Vで80%の容量である場合、格納される値は4Vで80%としなければなりません。

R2とR3で形成される抵抗分圧器はバッテリ負荷を最小限に抑えつつ、しかもVINでの正確な電圧測定を維持することは設計者にとっての課題です。抵抗を大きくすると電流が小さくなりますが、VINの入力抵抗(RIN)に起因する電圧誤差が増加します。3種の抵抗値を使用したときの例を、電流負荷およびワーストケースの電圧誤差と共に表1に示します。参照表上のセルの容量と電圧はDS2786によって与えられるデフォルト値です。すべての場合で、測定誤差はおよそ3.67V~4V時で最大であり、この部分ではセル電圧の放電曲線はかなり平坦に留まっています。表1はR2とR3と並列のRINのワーストケースの値(最小15MΩ)による測定誤差のみが考慮されています。別の誤差としてR2とR3の抵抗の相違による誤差があり、R2とR3は同一ロットから得た抵抗の実装を推奨します。

表1 異なった抵抗分圧値に対する誤差計算
  R2 = R3 = 50kΩ,
RIN = 15MΩ
R2 = R3 = 100kΩ,
RIN = 15MΩ
R2 = R3 = 200kΩ,
RIN = 15MΩ
VIN RThevenin
24958.403
VIN RThevenin
49833.889
VIN RThevenin
99337.748
DS2786 Default Lookup Table Values Voltage Measurement Error
0.00166389
Voltage Measurement Error
0.00332226
Voltage Measurement Error
0.00662252
Capacity (%) Cell Voltage (V) Δ Capacity (%) Δ Voltage (mV) Δ Capacity/Δ Voltage Max VIN Error (mV) Max Capacity Error (%) Max Current (µA) Max VIN Error (mV) Max Capacity Error (%) Max Current (µA) Max VIN Error (mV) Max Capacity Error (%) Max Current (µA)
100 4.17114 9.5 84.23 0.11279 6.94 0.78 83.42 13.86 1.56 41.71 27.62 3.12 20.86
90.5 4.08691 5.5 45.17 0.12177 6.80 0.83 81.74 13.58 1.65 40.87 27.07 3.30 20.43
85 4.04175 5 36.62 0.13653 6.73 0.92 80.83 13.43 1.83 40.42 26.77 3.65 20.21
80 4.00513 27.5 174.56 0.15754 6.66 1.05 80.10 13.31 2.10 40.05 26.52 4.18 20.03
52.5 3.83057 27.5 78.13 0.35200 6.37 2.24 76.61 12.73 4.48 38.31 25.37 8.93 19.15
25 3.75244 15 79.35 0.18905 6.24 1.18 75.05 12.47 2.36 37.52 24.85 4.70 18.76
10 3.67310 5 53.71 0.09309 6.11 0.57 73.46 12.20 1.14 36.73 24.33 2.26 18.37
5 3.61938 5 433.35 0.01154 6.02 0.07 72.39 12.02 0.14 36.19 23.97 0.28 18.10
0 3.18604                        

まとめ

DS2786は1セルのLi+バッテリパック用に設計されていますが、2セルアプリケーションのホストサイドの残量ゲージデータ用に容易に作り変えることができます。この論文で説明した回路は2セルアプリケーションでDS2786が動作することができるように1個のICの追加と幾つかのディスクリート部品のみを含んでいます。ここで説明した回路を実装すると、2セルアプリケーションにスタンドアロンでOCVをベースにした残量ゲージ用にDS2786のすべての機能を使用することができます。