JP2006064639A - 電池電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一定数直列に接続したリチウムイオン二次電池の各電池セルの電圧が正常な電圧範囲内にある状態において過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かを確認できるようにすること。
【解決手段】４セルが正常時電圧範囲にある場合に端子ＳＣからスイッチ２３，２４に監視モードの切替制御信号を与え、次に診断モードの切替制御信号を与える。過充電検出用のコンパレータ４〜７の基準電圧は電圧「４．２５Ｖ」から外部電源２の電圧に切り替わる。過放電検出用のコンパレータ８〜１１の基準電圧は電圧「２．５０Ｖ」から外部電源３の電圧に切り替わる。外部電源２の電圧＜電圧「４．２５Ｖ」、外部電源３の電圧＞電圧「２．５０Ｖ」、コンパレータ４〜７，８〜１１の全てが正常に検出動作できる状態にあれば、端子ＳＣＯの電圧レベルはＬレベルからＨレベルに立ち上がる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、二次電池（特にリチウムイオン二次電池）の電圧監視を行う電池電圧監視装置に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、他の二次電池と比較して、（１）高エネルギー密度（高出力密度）が得られる、（２）１電池セル当たりの電池電圧が高い（４．２Ｖ）、（３）充放電エネルギー効率が高い、（４）メモリー効果が無い、などの特長があり、従来から携帯電話機やビデオカメラ、ノート型パソコン等の小型機器用の電源として幅広く用いられている。

また、大容量二次電池を用いるハイブリッド車やモータ駆動機器等の分野においても、従来は、ニッケル水素二次電池が一般的に用いられていたが、上記特長によって、リチウムイオン二次電池への置き換えが期待されている。

ところで、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いことから、何らかの問題により内部短絡等が発生した場合、そのエネルギーが一気に放出されて危険な状態となる可能性がある。それを回避するために、（１）熱安定性のよい材料を使用する、（２）過充電状態や過放電状態など異常な状態に陥らないようにする、（３）異常な状態に陥った場合に発熱・発火しないようにする、などの対策を施すことが一般的である。

この中で、（２）の異常な状態に陥らないようにする対策として、例えば、非特許文献１では、リチウムイオン二次電池の電池電圧の監視による保護と充放電電流の監視による保護との双方を行う電池保護装置が開示されている。ここでは、非特許文献１に開示されている電池保護装置のうち、リチウムイオン二次電池の電圧監視を行う電池電圧監視装置について説明する。

リチウムイオン二次電池は、通常、その使用機器において必要な電圧を取り出すために複数個の電池セルを直列に接続して使用されるので、非特許文献１に開示されている電池電圧監視装置は、例えば図７に示すように、直列に接続した４個の電池セルの電圧を一括してモニタし、いずれか一つ以上の電池セルが、満充電状態から更に充電が行われ過充電状態に陥った場合や、過放電状態に陥った場合に異常信号を出力し、充電や放電を強制的に停止させる措置を採ることができるようになっている。

図７は、従来の電池電圧監視装置の構成例を示す回路図である。図７に示す電池電圧監視装置８０は、パッケージの主な端子として、４個の電池接続端子ＶＩＮ１〜ＶＩＮ４と、電源端子ＶＤＤと、接地端子ＶＳＳと、過充電検出端子ＯＶＯと、過放電検出端子ＵＶＯと、コンデンサ外付用の端子ＣＯＶ，ＣＶＯとを備えている。

また、主な内部回路として、過充電検出用のコンパレータ４〜７と、過放電検出用のコンパレータ８〜１１と、レベルシフト回路１２〜１４と、基準電圧源１５と、バッファ１６と、抵抗分圧回路（Ｒ１，Ｒ２）と、ＯＲ回路１７，１８と、遅延回路１９，２０とを備えている。

４個の電池セルを直列に接続したリチウムイオン二次電池２１では、第１セルの負極端は接地（ＧＮＤ）に接続され、その第１セルの正極端と第２セルの負極端との接続端は電池接続端子ＶＩＮ１に接続されている。第２セルの正極端と第３セルの負極端との接続端は電池接続端子ＶＩＮ２に接続され、第３セルの正極端と第４セルの負極端との接続端は電池接続端子ＶＩＮ３に接続され、第４セルの正極端は電池接続端子ＶＩＮ４に接続されている。

内部回路では、電池接続端子ＶＩＮ１には、コンパレータ４の正相入力端（＋）とコンパレータ８の逆相入力端（−）とが接続されている。電池接続端子ＶＩＮ２には、レベルシフト回路１２を介してコンパレータ５の正相入力端（＋）とコンパレータ９の逆相入力端（−）とが接続されている。電池接続端子ＶＩＮ３には、レベルシフト回路１３を介してコンパレータ６の正相入力端（＋）とコンパレータ１０の逆相入力端（−）とが接続されている。電池接続端子ＶＩＮ４には、レベルシフト回路１４を介してコンパレータ７の正相入力端（＋）とコンパレータ１１の逆相入力端（−）とが接続されている。

基準電圧源１５は、バンドギャップリファレンス回路よって高精度の基準電圧を発生する。この基準電圧源１５の出力端にはバッファ１６が接続され、バッファ１６の出力端と接地との間に抵抗分圧回路（Ｒ１，Ｒ２）が接続されている。抵抗分圧回路（Ｒ１，Ｒ２）は、基準電圧源１５の出力電圧から過充電検出用の基準電圧（例えば「４．２５Ｖ」）と、過放電検出用の基準電圧（例えば「２．５０Ｖ」）とを分圧生成する。

過充電検出用の基準電圧「４．２５Ｖ」は、過充電検出用のコンパレータ４〜７の逆相入力端（−）に印加され、過放電検出用の基準電圧「２．５０Ｖ」は、過放電検出用のコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に印加されている。

過充電検出用のコンパレータ４〜７の各出力端はＯＲ回路１７の入力端に接続され、ＯＲ回路１７の出力端は遅延回路１９を介して過充電検出端子ＯＶＯに接続されている。また過放電検出用のコンパレータ８〜１１の各出力端はＯＲ回路１８の入力端に接続され、ＯＲ回路１８の出力端は遅延回路２０を介して過放電検出端子ＵＶＯに接続されている。そして、遅延回路１９の遅延制御端は端子ＣＯＶに接続され、遅延回路２０の遅延制御端は端子ＣＶＯに接続されている。

以上の構成において、過充電検出用のコンパレータ４〜７では、正相入力端（＋）に印加される電池セルの電圧が、逆相入力端（−）に印加される過充電検出用電圧「４．２５Ｖ」を超えないときは、出力を低レベル（以降「Ｌレベル」と記す）にし、過充電検出用電圧「４．２５Ｖ」を超えると、出力を高レベル（以降「Ｈレベル」と記す）にする。過充電検出用のコンパレータ４〜７の出力状態は、ＯＲ回路１７および遅延回路１９を介して過充電検出端子ＯＶＯに出力される。

また過放電検出用のコンパレータ８〜１１では、逆相入力端（−）に印加される電池セルの電圧が、正相入力端（＋）に印加される過放電検出用電圧「２．５０Ｖ」よりも大きいときは、出力をＬレベルにし、過放電検出用電圧「２．５０Ｖ」よりも小さくなると、出力をＨレベルにする。過放電検出用のコンパレータ８〜１１の出力状態は、ＯＲ回路１８および遅延回路２０を介して過放電検出端子ＵＶＯに出力される。

すなわち、図７に示す従来の電池電圧監視装置８０では、４個の電池セル全ての電圧が正常な電圧範囲内にあるときは、過充電検出端子ＯＶＯおよび過放電検出端子ＵＶＯの電圧レベルは、共にＬレベルであるが、４個の電池セルのうちいずれか一つの電池電圧が過充電状態となると、過充電検出端子ＯＶＯの電圧レベルがＬレベルからＨレベルに立ち上がり、また、４個の電池セルのうちいずれか一つの電池電圧が過放電状態となると、過放電検出端子ＵＶＯの電圧レベルがＬレベルからＨレベルに立ち上がることで、過充電状態の発生や過放電状態の発生を外部に報知するようになっている。

なお、遅延回路１９，２０が検出信号（ＯＲ回路１７，１８の出力）に与える遅延時間は、電池電圧に生ずる多少の変動によって誤検出が起こることを防止するための不感時間であり、端子ＣＯＶ，ＣＶＯに外付けするコンデンサの容量値によって調整・設定するようになっている。

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しかしながら、上記した従来の電池電圧監視装置では、過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かは、実際に電池電圧が異常電圧にならない限り、つまり、電池電圧が正常な電圧範囲内にある状態では、確認できないという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、一定数直列に接続したリチウムイオン二次電池の各電池セルの電圧が正常な電圧範囲内にある状態において過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かを診断する機構を備えた電池電圧監視装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、一定数直列に接続した二次電池の各電池電圧と過充電検出用基準電圧との大小関係をそれぞれ比較して過充電状態の発生有無を検出する第１のコンパレータおよび前記各電池電圧と過放電検出用基準電圧との大小関係をそれぞれ比較して過放電状態の発生有無を検出する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータの検出結果を外部に出力するための第１の検出端子および前記第２のコンパレータの検出結果を外部に出力するための第２の検出端子とを備える電池電圧監視装置において、外部から入力される監視モードと診断モードとを示す切替制御信号を受けて、前記第１のコンパレータに対して、前記監視モード時では前記過充電検出用基準電圧を選択して供給し、前記診断モード時では前記過充電検出用基準電圧よりも低いが前記各電池電圧が正常時電圧範囲にある場合において前記第１のコンパレータが過充電検出動作を行うのに十分な電圧である第１の基準電圧を選択して供給する第１のスイッチと、前記切替制御信号を受けて、前記第２のコンパレータに対して、前記監視モード時では前記過放電検出用基準電圧を選択して供給し、前記診断モード時では前記過放電検出用基準電圧よりも高いが前記各電池電圧が正常時電圧範囲にある場合において前記第２のコンパレータが過放電検出動作を行うのに十分な電圧である第２の基準電圧を選択して供給する第２のスイッチと、前記第１のコンパレータと前記第２のコンパレータの全出力レベルが一致するとき出力を一方のレベルにする一致検出回路と、前記一致検出回路の検出結果を外部に出力するための機能確認用端子とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２のコンパレータに与える基準電圧を、通常の動作モードである監視モード時と診断モード時とで切り替える機構を設け、診断モード時に供給する基準電圧に、電池電圧が正常な電圧範囲内にある場合に各コンパレータが対応する検出動作を行うことができる電圧を用いるので、異常電圧が実際に発生しなくとも、各コンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かを機能確認用端子にて確認し、診断することができるようになる。

この発明によれば、一定数直列に接続した二次電池の各電池セルの電圧が正常な電圧範囲内にある状態において過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かを診断することができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる電池電圧監視装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明に実施の形態１による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。なお、図１では、図７（従来例）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態１に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、図１に示すように、実施の形態１による電池電圧監視装置１は、図７に示した電池電圧監視装置８０において、パッケージの主な端子として、４個の電池接続端子ＶＩＮ１〜ＶＩＮ４と、電源端子ＶＤＤと、接地端子ＶＳＳと、過充電検出端子ＯＶＯと、過放電検出端子ＵＶＯと、コンデンサ外付用端子ＣＯＶ，ＣＶＯとの他に、外部電源２，３を接続するためのリファレンス端子ＲＥＦ１，ＲＥＦ２と、スイッチ制御端子ＳＣと、ファンクション確認用端子ＳＣＯとが追加されている。

主な内部回路としては、過充電検出用のコンパレータ４〜７と、過放電検出用のコンパレータ８〜１１と、レベルシフト回路１２〜１４と、基準電圧源１５と、バッファ１６、抵抗分圧回路（Ｒ１，Ｒ２）と、ＯＲ回路１７，１８と、遅延回路１９，２０との他に、ＡＮＤ回路２２と、２入力１出力のスイッチ２３，２４とが追加されている。

スイッチ２３の一方の入力端には過充電検出用の基準電圧（例えば「４．２５Ｖ」）が入力され、他方の入力端にはリファレンス端子ＲＥＦ１に接続される外部電源２の電圧（その値をＥ１と記す）が入力され、出力端は過充電検出用のコンパレータ４〜７の逆相入力端（−）に接続されている。ここで、外部電源２の電圧値Ｅ１は、基準電圧「４．２５Ｖ」よりも低いが、４セルが正常時電圧範囲内にあるときに、これをコンパレータ４〜７の逆相入力端（−）に印加すると、コンパレータ４〜７が過充電検出を行い、出力をＨレベルにするのに十分な電圧である。

スイッチ２４の一方の入力端には過放電検出用の基準電圧（例えば「２．５０Ｖ」）が入力され、他方の入力端にはリファレンス端子ＲＥＦ２に接続される外部電源３の電圧（その値をＥ２と記す）が入力され、出力端は過放電検出用のコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に接続されている。ここで、外部電源３の電圧値Ｅ２は、基準電圧「２．５０Ｖ」よりも高いが、４セルが正常時電圧範囲内にあるときに、これをコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に印加すると、コンパレータ８〜１１が過放電検出を行い、出力をＨレベルにするのに十分な電圧である。

そして、スイッチ２３，２４の制御端は、スイッチ制御端子ＳＣに接続されている。スイッチ制御端子ＳＣには、通常の監視動作である監視モード時にはスイッチ２３，２４に一方の入力端を選択させ、監視動作を確認する診断モード時にはスイッチ２３，２４に他方の入力端を選択させる切替制御信号が外部から入力される。

ＡＮＤ回路２２の入力端には、ＯＲ回路１７，１８の各４入力信号が並列に入力され、出力端は、ファンクション確認用端子ＳＣＯに接続されている。すなわち、過充電検出用のコンパレータ４〜７と、過放電検出用のコンパレータ８〜１１とが、全てＨレベルを出力したとき、ファンクション確認用端子ＳＣＯにはＨレベルが出力され、いずれか一つのコンパレータでもＬレベルを出力すると、ファンクション確認用端子ＳＣＯにはＬレベルが出力される。

次に、以上のように構成される実施の形態１による電池電圧監視装置１が備える監視動作の診断機能について説明する。まず、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する選択制御信号を与え、ファンクション確認用端子ＳＣＯに現れる電圧レベルの状態を確認する。この場合には、４セルの電圧が正常電圧範囲内にあり、かつ、各コンパレータが正常に動作できる状態にあれば、ファンクション確認用端子ＳＣＯには、Ｌレベルが出力される。

次いで、リファレンス端子ＲＥＦ１に外部電源２を接続し、リファレンス端子ＲＥＦ２に外部電源３を接続し、スイッチ制御端子ＳＣに診断モードを指示する選択制御信号を与え、ファンクション確認用端子ＳＣＯに現れる電圧レベルの状態を確認する。この場合には、４セルの電圧が正常電圧範囲内にあり、かつ、各コンパレータが正常に動作できる状態にあれば、ファンクション確認用端子ＳＣＯには、Ｈレベルが出力される。一方、コンパレータの中に１つでも正常に動作できないものがあるときは、ファンクション確認用端子ＳＣＯには、Ｌレベルが出力される。

このように、実施の形態１によれば、電池電圧が正常な電圧範囲内にある状態において、過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に監視動作できる状態にあるか否かを確認することができるので、電池パックに組み込まれ実使用の状態にあるときでも、正常に監視動作が行える状態にあるか否かを診断することができる。

実施の形態２．
図２は、この発明に実施の形態２による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。なお、図２では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図２に示すように、実施の形態２による電池電圧監視装置３０は、図１（実施の形態１）に示した構成において、ＡＮＤ回路２２に代えて、ＮＡＮＤ３１が設けられている。

この構成では、ファンクション確認用端子ＳＣＯに出力される電圧Ｌレベルが反転するだけであるので、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

実施の形態３．
図３は、この発明に実施の形態３による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。なお、図３では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

図３に示すように、実施の形態３による電池電圧監視装置４０は、図１（実施の形態１）に示した構成において、リファレンス端子ＲＥＦ１，ＲＥＦ２が削除され、スイッチ２３の他方の入力端には内部電圧の一つである接地電位ＧＮＤが入力され、スイッチ２４の他方の入力端には内部電圧の一つであるが電源電圧ＶＤＤが入力される。

接地電位ＧＮＤは、過充電検出用の基準電圧［４．２５Ｖ］よりも低いが、４セルが正常時電圧範囲内にあるときに、これをコンパレータ４〜７の逆相入力端（−）に印加すると、コンパレータ４〜７では過充電検出が行われ、出力をＨレベルにする。

また、電源電圧ＶＤＤは、過放電検出用の基準電圧「２．５０Ｖ」よりも高いが、４セルが正常時電圧範囲内にあるときに、これをコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に印加すると、コンパレータ８〜１１では過放電検出が行われ、出力をＨレベルにする。

このように、診断モード時での過充電検出や過放電検出の基準電圧として内部電圧（接地電位ＧＮＤ、電源電圧ＶＤＤ）をコンパレータに供給しても、コンパレータ４〜７，８〜１１は、正常動作可能の状態にあれば対応する検出動作が行える。したがって、実施の形態３においても実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

実施の形態４．
図４は、この発明に実施の形態４による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。なお、図４では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。

図４に示すように、実施の形態４による電池電圧監視装置５０は、図１（実施の形態１）に示した構成において、リファレンス端子ＲＥＦ１，ＲＥＦ２が削除され、スイッチ２３，２４に代えて、１入力２出力のスイッチ５１，５２が設けられている。

スイッチ５１の入力端には、過充電検出用の基準電圧［４．２５Ｖ］が印加され、一方の出力端は過充電検出用のコンパレータ４〜８の逆相入力端（−）に接続され、他方の出力端は過放電検出用のコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に接続されている。

スイッチ５２の入力端には、過放電検出用の基準電圧［２．５０Ｖ］が印加され、一方の出力端は過充電検出用のコンパレータ４〜８の逆相入力端（−）に接続され、他方の出力端は過放電検出用のコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に接続されている。

そして、スイッチ５１，５２の制御端は、スイッチ制御端子ＳＣに接続されている。スイッチ制御端子ＳＣには、通常の監視動作である監視モード時にはスイッチ５１，５２に一方の出力端を選択させ、監視動作を確認する診断モード時にはスイッチ５１，５２に他方の出力端を選択させる切替制御信号が外部から入力される。

この構成によれば、診断モード時には、過充電検出用のコンパレータ４〜７の逆相入力端（−）に与えられる基準電圧は、過充電検出用の基準電圧「４．２５Ｖ」から過放電検出用の基準電圧「２．５０Ｖ」に切り替えられるので、４セルが正常時電圧範囲内にあるときに、コンパレータ４〜７では過充電検出が行われ、出力をＨレベルにする。

また、過放電検出用のコンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）に与えられる基準電圧は、過放電検出用の基準電圧「２．５０Ｖ」から過充電検出用の基準電圧「４．２５Ｖ」に切り替えられるので、４セルが正常時電圧範囲内にあるときに、コンパレータ８〜１１では過放電検出が行われ、出力をＨレベルにする。

このように、診断モード時での過充電検出や過放電検出の基準電圧として内部電圧（基準電圧「４．２５Ｖ」、基準電圧「２．５０Ｖ」）をコンパレータに供給しても、コンパレータ４〜７，８〜１１は、正常動作可能の状態にあれば対応する検出動作が行える。したがって、実施の形態４においても実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

実施の形態５．
図５は、この発明に実施の形態５による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態５に関わる部分を中心に説明する。

図５に示すように、実施の形態５による電池電圧監視装置６０は、図１（実施の形態１）に示した構成において、ファンクション確認用端子ＳＣＯが削除され、遅延回路１９の出力端と過充電検出端子ＯＶＯとの間にＯＲ回路６１が設けられ、遅延回路２０の出力端と過放電検出端子ＵＶＯとの間にＯＲ回路６２が設けられている。ＯＲ回路６１，６２の他方の入力端にはＡＮＤ回路２２の出力端が接続されている。

以上の構成において、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する切替制御信号を与えると、コンパレータ４〜７の逆相入力端（−）には過充電検出用の基準電圧［４．２５Ｖ］が与えられ、コンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）には過放電検出用の基準電圧「２．５０Ｖ」が与えられる。コンパレータ４〜７，８〜１１は、４セルが正常時電圧範囲内にあれば、出力をＬレベルにする。ＡＮＤ回路２２の出力はＬレベルになる。その結果、ＯＲ回路６１，６２の出力は共にＬレベルになるので、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルは共にＬレベルになる。

このように、監視モードにおいて過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＬレベルになることの確認ができると、今度は、スイッチ制御端子ＳＣに診断モードを指示する切替制御信号を与えて、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルを確認する。コンパレータ４〜７の逆相入力端（−）には外部電源２の電圧が与えられ、コンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）には外部電源３の電圧が与えられる。コンパレータ４〜７，８〜１１は、正常に動作可能な状態にあれば、４セルが正常時電圧範囲内にある状態において、異常電圧を検出して出力をＨレベルにするので、ＡＮＤ回路２２の出力はＨレベルになる。その結果、ＯＲ回路６１，６２の出力は共にＨレベルなるので、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルは共にＨレベルになる。

以上の動作過程において、監視モードにおいては、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＨレベルになることは無い。そして、過充電検出や過放電検出では、誤検出を防止するために、遅延回路１９，２０が作る不感時間によって検出の一定時間後に検出結果を確定するようにしている。一方、診断モードにおいては、ＡＮＤ回路２２の出力がＨレベルになるのは、全てのコンパレータが正常に動作できる状態にある場合のみである。これは、遅延回路１９，２０を経由せず直接的に過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯから出力される。

したがって、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する切替制御信号を与えて過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＬレベルになることを確認し、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する切替制御信号を与えて過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＨレベルになることを確認すれば、４セルが正常時電圧範囲内にある状態において、全てのコンパレータが正常に監視動作できる状態にあることを確認することができる。

このように、実施の形態５によれば、過充電検出端子と過放電検出端子を、過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に動作できる状態にあるか否かを確認するファンクション確認用端子と共用することができる。

実施の形態６．
図６は、この発明に実施の形態６による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。なお、図６では、図５（実施の形態５）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態６に関わる部分を中心に説明する。

図６に示すように、実施の形態６による電池電圧監視装置７０は、図５（実施の形態５）に示した構成において、ＯＲ回路１７の出力端と遅延回路１９の入力端との間に２入力のＡＮＤ回路７１が設けられ、ＯＲ回路１８の出力端と遅延回路２０の入力端との間に２入力のＡＮＤ回路７２が設けられている。

ＡＮＤ回路７１，７２は、非反転入力端と反転入力端とを備えている。ＡＮＤ回路７１の非反転入力端にはＯＲ回路１７の出力端が接続され、反転入力端にはスイッチ制御端子ＳＣが接続され、出力端は遅延回路１９の入力端に接続されている。また、ＡＮＤ回路７２の非反転入力端にはＯＲ回路１８の出力端が接続され、反転入力端にはスイッチ制御端子ＳＣが接続され、出力端は遅延回路２０の入力端に接続されている。

以上の構成において、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する切替制御信号（Ｌレベルである）を与えると、コンパレータ４〜７の逆相入力端（−）には過充電検出用の基準電圧［４．２５Ｖ］が与えられ、コンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）には過放電検出用の基準電圧「２．５０Ｖ」が与えられる。コンパレータ４〜７，８〜１１は、４セルが正常時電圧範囲内にあれば、出力をＬレベルにする。ＡＮＤ回路２２の出力はＬレベルになる。ＯＲ回路１７，１８の出力は共にＬレベルなる。ＡＮＤ回路７１，７２では反転入力端のレベルがＬレベルであるので、出力をＬレベルにする。その結果、ＯＲ回路６１，６２の出力は共にＬレベルなるので、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルは共にＬレベルになる。

このように、監視モードにおいて過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＬレベルになることの確認ができると、今度は、スイッチ制御端子ＳＣに診断モードを指示する切替制御信号（Ｈレベルである）を与えて、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルを確認する。コンパレータ４〜７の逆相入力端（−）には外部電源２の電圧が与えられ、コンパレータ８〜１１の正相入力端（＋）には外部電源３の電圧が与えられる。コンパレータ４〜７，８〜１１は、正常に動作可能な状態にあれば、４セルが正常時電圧範囲内にある状態において、異常電圧を検出して出力をＨレベルにするので、ＡＮＤ回路２２の出力はＨレベルになる。ＯＲ回路１７，１８の出力は共にＨレベルなる。しかし、ＡＮＤ回路７１，７２では反転入力端のレベルがＨレベルであるので、出力をＬレベルにする。その結果、ＯＲ回路６１，６２では、ＡＮＤ回路２２の出力（Ｈレベル）を出力するので、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルは共にＨレベルになる。

以上の動作過程において、監視モードにおいては、過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＨレベルになることは無い。診断モードにおいては、ＡＮＤ回路２２の出力がＨレベルになるのは、全てのコンパレータが正常に動作できる状態にある場合のみである。そして、診断モードにおいては、コンパレータが出力する過充電検出信号、過放電検出信号は無効にするようにしている。

したがって、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する切替制御信号を与えて過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＬレベルになることを確認し、スイッチ制御端子ＳＣに監視モードを指示する切替制御信号を与えて過充電検出端子ＯＶＯと過放電検出端子ＵＶＯの出力レベルが共にＨレベルになることを確認すれば、４セルが正常時電圧範囲内にある状態において、全てのコンパレータが正常に監視動作できる状態にあることを確認することができる。

このように、実施の形態６によれば、実施の形態５と同様に、過充電検出端子と過放電検出端子を、過充電状態や過放電状態の発生有無を監視するコンパレータが正常に動作できる状態にあるか否かを確認するファンクション確認用端子と共用することができる。

なお、各実施の形態では、過充電や過放電を監視する基準電圧値として、４．２５Ｖ、２．５０Ｖを示したが、この値は、電池電圧監視装置の製品に応じて異なる値となることは言うまでもない。

以上のように、この発明にかかる電池電圧監視装置は、一定数直列に接続した二次電池の各電池セルの電圧が過充電状態や過放電状態になるのを監視する機能の正常性を、各電池セルの電圧が正常な電圧範囲内にある状態において診断するのに有用である。

この発明の実施の形態１による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態２による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態３による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態４による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態５による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態６による電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。 従来の電池電圧監視装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１，３０，４０，５０，６０，７０ 電池電圧監視装置
２，３ 外部電源
４〜７ 過充電検出用のコンパレータ
８〜１１ 過放電検出用のコンパレータ
１２〜１４ レベルシフト回路
１５ 基準電圧源
１６ バッファ
１７，１８ ＯＲ回路
１９，２０ 遅延回路
２１ リチウムイオン二次電池
２２ ＡＮＤ回路
２３，２４ ２入力１出力のスイッチ
３１ ＮＡＮＤ回路
５１，５２ １入力２出力のスイッチ
６１，６２ ＯＲ回路
７１，７２ ＡＮＤ回路

Claims (6)

1. 一定数直列に接続した二次電池の各電池電圧と過充電検出用基準電圧との大小関係をそれぞれ比較して過充電状態の発生有無を検出する第１のコンパレータおよび前記各電池電圧と過放電検出用基準電圧との大小関係をそれぞれ比較して過放電状態の発生有無を検出する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータの検出結果を外部に出力するための第１の検出端子および前記第２のコンパレータの検出結果を外部に出力するための第２の検出端子とを備える電池電圧監視装置において、
   外部から入力される監視モードと診断モードとを示す切替制御信号を受けて、前記第１のコンパレータに対して、前記監視モード時では前記過充電検出用基準電圧を選択して供給し、前記診断モード時では前記過充電検出用基準電圧よりも低いが前記各電池電圧が正常時電圧範囲にある場合において前記第１のコンパレータが過充電検出動作を行うのに十分な電圧である第１の基準電圧を選択して供給する第１のスイッチと、
   前記切替制御信号を受けて、前記第２のコンパレータに対して、前記監視モード時では前記過放電検出用基準電圧を選択して供給し、前記診断モード時では前記過放電検出用基準電圧よりも高いが前記各電池電圧が正常時電圧範囲にある場合において前記第２のコンパレータが過放電検出動作を行うのに十分な電圧である第２の基準電圧を選択して供給する第２のスイッチと、
   前記第１のコンパレータと前記第２のコンパレータの全出力レベルが一致するとき出力を一方のレベルにする一致検出回路と、
   前記一致検出回路の検出結果を外部に出力するための機能確認用端子と、
   を備えたことを特徴とする電池電圧監視装置。
2. 一定数直列に接続した二次電池の各電池電圧と過充電検出用基準電圧との大小関係をそれぞれ比較して過充電状態の発生有無を検出する第１のコンパレータおよび前記各電池電圧と過放電検出用基準電圧との大小関係をそれぞれ比較して過放電状態の発生有無を検出する第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータの各検出結果の論理和を取った信号を一定時間だけ遅延する第１の遅延回路および前記第２のコンパレータの各検出結果の論理和を取った信号を一定時間だけ遅延する第２の遅延回路と、前記第１の遅延回路の出力を外部に出力するための第１の検出端子および前記第２の遅延回路の出力を外部に出力するための第２の検出端子とを備える電池電圧監視装置において、
   外部から入力される監視モードと診断モードとを示す切替制御信号を受けて、前記第１のコンパレータに対して、前記監視モード時では前記過充電検出用基準電圧を選択して供給し、前記診断モード時では前記過充電検出用基準電圧よりも低いが前記各電池電圧が正常時電圧範囲にある場合において前記第１のコンパレータが過充電検出動作を行うのに十分な電圧である第１の基準電圧を選択して供給する第１のスイッチと、
   前記切替制御信号を受けて、前記第２のコンパレータに対して、前記監視モード時では前記過放電検出用基準電圧を選択して供給し、前記診断モード時では前記過放電検出用基準電圧よりも高いが前記各電池電圧が正常時電圧範囲にある場合において前記第２のコンパレータが過放電検出動作を行うのに十分な電圧である第２の基準電圧を選択して供給する第２のスイッチと、
   前記第１のコンパレータと前記第２のコンパレータの全出力レベルが一致するとき出力を一方のレベルにする一致検出回路と、
   前記一致検出回路の検出結果と前記第１の遅延回路の出力との論理和を取って前記第１の検出端子に出力する第１のＯＲ回路と、
   前記一致検出回路の検出結果と前記第２の遅延回路の出力との論理和を取って前記第１の検出端子に出力する第２のＯＲ回路と、
   を備えたことを特徴とする電池電圧監視装置。
3. 前記切替制御信号を受けて、前記第１のコンパレータおよび前記第２のコンパレータの検出結果を、前記監視モード時では有効とし、前記診断モード時では無効とする制御手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電池電圧監視装置。
4. 前記第１の基準電圧と第２の基準電圧は、それぞれ外部から供給されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電池電圧監視装置。
5. 前記第１の基準電圧は接地電位であり、前記第２の基準電圧は電源電圧であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電池電圧監視装置。
6. 前記第１の基準電圧は前記過放電検出用基準電圧であり、前記第２の基準電圧は前記過充電検出用基準電圧であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電池電圧監視装置。
   
   
   
   

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