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電動自動車向けにコントローラーとのチップセットでLi-ion電池パックの簡単制御が可能【ラピスセミコンダクタ】
2012年9月25日
要旨
ロームグループのラピスセミコンダクタは、多直列セル構成のLi-ionバッテリーパックを搭載するシステム向けに、業界最大※の16セルLi-ionバッテリーパックの制御、保護が可能なLSIチップセット「 MK5238 」を開発しました。 従来は複数の電池保護LSIが必要だったシステムにも1つのチップセットで対応可能であり、システムを低コストで実現できます。
本製品は、バッテリーパックの情報を収集し制御するためのアナログフロントエンドLSI「ML5238」と、アナログフロントエンドLSIをモニタし制御するためのマイクロコントローラLSI「ML610Q486P」から構成。最大100mAに対応したセルバランス用スイッチを内蔵することでセルバランス用外付け回路を不要にするとともに、Li-ionバッテリーの過充電・過放電状態を検出し、外付けの充放電制御用FETを直接駆動して充放電を制御することができます。
なおML5238はラピスセミコンダクタ宮崎（宮崎市）でML610Q486Pはラピスセミコンダクタ宮城（宮城県黒川郡）で、2013年2月から量産出荷を開始する予定です。
※9月25日ラピスセミコンダクタ調べ
背景
近年、世界的な環境問題への取り組みからエネルギーの効率利用が求められ、産業機器、民生機器の分野で鉛蓄電池からエネルギー効率の高いLi-ion電池への置換えが加速しています。中でも、近年電動自転車の普及にともない、従来の鉛蓄電池に対し、環境への影響や電池そのものの軽量化を図るため、徐々にLi-ionバッテリーに切り替えていくケースが増え、電動工具においてもLi-ionバッテリーパックを使用したモデルが増加しています。
ラピスセミコンダクタでは、既にLi-ionバッテリーパックの安全性を確保する電池保護LSIとして、電動自転車向けで需要の大きい最大13セル対応の「 MK5207 」・「 MK5208 」を量産。アナログフロントエンド用ＩＣとマイクロコントローラのチップセットとして構成されており、マイクロコントローラのプログラムを追加・変更することにより個々のシステムに独自の要求を満たすことができるもので、主に電動自転車用途で採用頂いております。
さらに、Li-ion電池の中でも正極材料としてリン酸鉄を使用したリン酸鉄Li-ion電池は、材料にコバルトのようなレアアースを使用しないことと熱暴走の危険性が少なく安全性が高いことから需要が増えることが期待されています。 しかし、このリン酸鉄Li-ion電池は電圧（3.2～3.3V）が一般のLi-ion電池の電圧（3.6～3.7V）よりも低いため、同じ電圧を発生させるためには使用するセル数を多くする必要があり、対応セル数の多い電池保護LSIへのニーズが高まっていました。
新製品の概要
こうしたニーズに応えるため、今回、5～16セル直列構成のLi-ionバッテリーパックを搭載するシステム向けのLSIチップセット「 MK5238 」を開発。80V高耐圧製造プロセスにより、業界最大16セルまでのLi-ionバッテリーパックに対応しながらも、動作時の消費電流は従来同等、またパワーダウン時の消費電流は限りなくゼロに近く抑えており、特に長期保管時のバッテリーパックへの負担を大きく低減しています。
また、セルバランス用には100mA対応のセルバランススイッチを内蔵しており、セルバランスのための外部回路を不要としており、低コストなシステムを構築することができます。 さらに、外部LEDを5個まで駆動でき、バッテリー残量表示機能を容易に構成することができるとともに温度計を接続して最大8箇所の温度をモニタすることができ、より安全なシステムを構築することができます。
ラピスセミコンダクタは、今後もさらに民生機器、産業機器用の他、車載用途の多直列セル構成のLi-ionバッテリーパックに向けた商品ラインアップの拡充を図っていきます。
特長
● 16セルまでの直列接続に対応
・ 1チップで業界最大※の5～16直列セルまでのLi-ionバッテリーパックに対応。
他社製品に比べてより高電圧なシステムを容易にシンプルに構成することが出来ます。
従来13セルのLi-ion電池で構成されていたシステムから16セルのリン酸鉄Li-ion電池で
構成されるシステムへの移行が容易にできます。
● 高精度な電圧測定
・ セル毎の電圧を高精度で測定することが可能です。 電圧測定/検出精度は±10mV（typ.値）です。
● 充放電制御用FETの駆動出力
・ 充放電制御用FETのゲート端子を直接駆動できるため追加のドライバICが不要です。
● 低消費電流
・ 動作時電流を当社従来同等とし、またパワーダウン時の消費電流も限りなくゼロに抑えたことで、
特に長期保管時の電池への負担を減らすことができます。
通常動作時 ： 250µA（typ）
パワーダウン時 ： 0.1µA（typ）
応用分野
○ 電動自転車（特にリン酸鉄Li-ion電池を用いたシステムに最適）
○ 電動工具
○ UPS（無停電電源装置）
販売計画
● 商品名
MK5238 （ML5238, ML610Q486P）
※ML5238とML610Q486Pは個別でも販売しています。
● サンプル出荷時期
出荷中
● サンプル価格
700円（税別）
● 評価ボード（単体）
供給中（貸し出しのみ）
● 量産出荷予定
2013年2月から
主な仕様
● 絶対最大定格電圧
ML5238 ： 86.5V
● 動作温度範囲
ML5238 ： -40℃～+85℃
ML610Q486P ： -40℃～+85℃
● 動作電源電圧
ML5238 ： +7V～+80V
ML610Q486P ： VDD ： +1.6V～+3.6V, AVDD ： +2.2V～+3.6V
● 対応セル数
5～16セル
● 電圧測定精度
±10mV（typ）
● 充放電電流測定精度
±0.5A（typ）
● MCU IF
SPI
● 消費電流
通常動作時 ： 250µA（typ）
パワーダウン時 ： 0.1µA（typ）
● 充放電制御用FET
N-ch FET（直接駆動）
● パッケージ
ML5238 ： 44-pin QFP（14.5mm × 13.5mm × 2.25mm） RoHS準拠、鉛フリー
ML610Q486P ： 48-pin TQFP（9.0mm × 9.0mm × 1.2mm） RoHS準拠、鉛フリー
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