JP2014020977A - Secondary battery cell monitoring circuit and secondary battery module using the same - Google Patents

Secondary battery cell monitoring circuit and secondary battery module using the same Download PDF

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眞樹 吉永
Masahiro Hayashi
昌宏 林
Satoshi Ueno
聡 上野
Akio Koyama
明夫 小山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the time required for measurement of cell voltages from varying due to the number of vertically stacked secondary battery cells in a battery module constituted of series connection of a plurality of vertically stacked secondary battery cells.SOLUTION: When respective voltage values of vertically stacked secondary battery cells are detected, each secondary battery cell is provided with a comparator COMP for comparing a reference voltage and a cell voltage (partial voltage) and a voltage-current conversion circuit 100 for transmitting the output result of the comparator. The reference voltage of each cell is generated by a current digital-analog conversion circuit (current DAC) 10, and a current value generated by the current DAC corresponds to its control bit Bin. A control bit at the time of inversion of the comparator is detected as a cell voltage by scanning control bits of the current DAC. The control bit of the current DAC at the time of inversion of the comparator is taken in to detect the output voltage value of each cell by one scan independently of the number of cells.

Description

本発明は、複数の二次電池セルが縦積みに直列接続され構成されたバッテリーの各セルの電圧値を測定、監視する電池セル監視回路及びそれを用いた二次電池モジュールに関する。   The present invention relates to a battery cell monitoring circuit for measuring and monitoring a voltage value of each cell of a battery in which a plurality of secondary battery cells are connected in series in a vertical stack, and a secondary battery module using the same.

ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)に搭載されるバッテリーは数百ボルト程度の高い電圧が必要となるため、多数の二次電池セルを直列に接続して構成される。ここで、二次電池、特にリチウムイオン電池は過充電や過放電に弱く、上限電圧、下限電圧範囲内に各二次電池セルの電圧を制御する必要がある。また、各二次電池セルの充電電圧値を精度よく測定し監視する必要がある。   Since a battery mounted on a hybrid electric vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV) requires a high voltage of about several hundred volts, it is configured by connecting a large number of secondary battery cells in series. Here, secondary batteries, particularly lithium ion batteries, are vulnerable to overcharge and overdischarge, and it is necessary to control the voltage of each secondary battery cell within the upper limit voltage and lower limit voltage ranges. In addition, it is necessary to accurately measure and monitor the charging voltage value of each secondary battery cell.

特許文献1では、各セルに参照電圧とコンパレータ(比較回路)を設けて過充電電圧、過放電電圧を検知している。   In Patent Document 1, each cell is provided with a reference voltage and a comparator (comparison circuit) to detect overcharge voltage and overdischarge voltage.

特許文献2では複数の閾値電圧を設けてコンパレータで過充電電圧、過放電電圧を検知している。   In Patent Document 2, a plurality of threshold voltages are provided, and an overcharge voltage and an overdischarge voltage are detected by a comparator.

特許文献3ではマルチプレクサにより切替えを行い、各セルの電圧を計装アンプで測定しアナログデジタル変換回路を使い、その測定値(デジタルデータ)を外部へ送り監視している。   In Patent Document 3, switching is performed by a multiplexer, the voltage of each cell is measured by an instrumentation amplifier, an analog-digital conversion circuit is used, and the measured value (digital data) is sent to the outside for monitoring.

特開2008−136336号公報JP 2008-136336 A 特開2011−78163号公報JP 2011-78163 A 特開2011−237266号公報JP 2011-237266 A

発明者等は本願に先立って、各電池セルの充電電圧値制御技術について検討を行なった。電池セルの充電電圧値制御技術における過充電過放電検知回路については特許文献1の図1、特許文献2の図1に示される。しかし、特許文献1及び特許文献2では同時に各電池セルの過充電電圧、過放電電圧を検知できるが電池セルの電圧値を測定監視できない。   Prior to the present application, the inventors examined a charging voltage value control technique for each battery cell. The overcharge / overdischarge detection circuit in the battery cell charge voltage value control technique is shown in FIG. 1 of Patent Document 1 and FIG. 1 of Patent Document 2. However, Patent Document 1 and Patent Document 2 can simultaneously detect the overcharge voltage and overdischarge voltage of each battery cell, but cannot measure and monitor the voltage value of the battery cell.

一方、各電池セル電圧値の測定監視回路については、特許文献3に示される。しかし、特許文献3では各電池セルの電圧値を測定監視できるが、マルチプレクサによる切替え時間が必要なため、セル数増大に伴い、測定時間が増大する。一定時間内に精度を落とすことなく全セルの電圧を測定するためには、マルチプレクサ切替時間を高速にし、アナログデジタル変換回路の変換時間を高速にする必要があるが、測定監視回路の消費電力が増大してしまう。あるいは、一つの測定監視回路の制御セル数を増加させない代わりに、測定監視回路をいくつも縦続接続させてシステムを構成することは可能と考えられるが、測定監視回路の使用数が増大する。   On the other hand, Patent Document 3 discloses a measurement monitoring circuit for each battery cell voltage value. However, in Patent Document 3, the voltage value of each battery cell can be measured and monitored. However, since switching time by a multiplexer is required, the measurement time increases as the number of cells increases. In order to measure the voltage of all cells without degrading the accuracy within a certain time, it is necessary to increase the multiplexer switching time and the conversion time of the analog-digital conversion circuit. It will increase. Alternatively, instead of increasing the number of control cells of one measurement monitoring circuit, it is possible to configure a system by connecting a number of measurement monitoring circuits in cascade, but the number of measurement monitoring circuits used increases.

このように、二次電池セルが多セル化されることにより顕著になる二次電池セル電圧測定の時間を短縮する必要がある。   Thus, it is necessary to shorten the time for measuring the secondary battery cell voltage, which becomes noticeable when the number of secondary battery cells is increased.

本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。縦積み二次電池セルの各電圧値を検出する際、各二次電池セルに参照電圧とセル電圧(分圧)を比較するコンパレータとその出力結果を伝達する電圧電流変換回路を設ける。各セルの参照電圧は、電流デジタルアナログ変換回路により生成されるものであり、電流デジタルアナログ変換回路(電流DAC)の生成する電流値はその制御ビットに対応している。電流DACの制御ビットをスキャンし、コンパレータが反転したときの制御ビットをセル電圧として電圧検出する。   An example of a representative one of the present invention is as follows. When each voltage value of the vertically stacked secondary battery cells is detected, a comparator that compares the reference voltage and the cell voltage (divided voltage) to each secondary battery cell and a voltage-current conversion circuit that transmits the output result are provided. The reference voltage of each cell is generated by a current digital-to-analog conversion circuit, and the current value generated by the current digital-to-analog conversion circuit (current DAC) corresponds to the control bit. The control bit of the current DAC is scanned, and the voltage is detected using the control bit when the comparator is inverted as the cell voltage.

コンパレータが反転する時点での電流DACの制御ビットを取り込むことで、セル数にかかわらず、各セルの出力電圧値を一度のスキャンにより検出する。これにより、縦積み二次電池セルそれぞれの電圧値を一回のスキャンで測定可能な二次電池セル監視回路及びそれを用いた二次電池モジュールを実現する。   By capturing the control bit of the current DAC at the time when the comparator is inverted, the output voltage value of each cell is detected by one scan regardless of the number of cells. Thereby, the secondary battery cell monitoring circuit which can measure the voltage value of each of the vertically stacked secondary battery cells by one scan and a secondary battery module using the secondary battery cell are realized.

電池モジュールの第一の実施例である。It is a 1st Example of a battery module. 第一の実施例、第二の実施例のタイムチャートである。It is a time chart of a 1st Example and a 2nd Example. 電池モジュールの第二の実施例である。It is a 2nd Example of a battery module. 図4(a)は出力回路Osnの回路例であり、図4(b)(c)は出力回路Osnのタイムチャートである。4 (a) is a circuit example of the output circuit Os n, FIG. 4 (b) (c) is a timing chart of the output circuit Os n. 電池モジュールの第三の実施例である。It is a 3rd Example of a battery module. 第三の実施例のタイムチャートである。It is a time chart of a 3rd Example. 制御ビット取り込みの詳細なタイムチャートである。It is a detailed time chart of control bit capture. 電圧電流変換回路の別の実施例である。It is another Example of a voltage-current conversion circuit. オフセット電圧キャンセル測定のフローチャートである。It is a flowchart of an offset voltage cancellation measurement.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下、説明する電池セル監視回路を構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のバイポーラ、CMOS(相補型MOSトランジスタ)等の集積回路技術によって半導体基板上に形成される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The circuit elements constituting the battery cell monitoring circuit described below are not particularly limited, but are formed on a semiconductor substrate by a known integrated circuit technology such as bipolar or CMOS (complementary MOS transistor).

図1は本発明の電池セル監視回路を適用した電池モジュールの第一の実施例を示したものである。図2にそのタイムチャートを示す。   FIG. 1 shows a first embodiment of a battery module to which the battery cell monitoring circuit of the present invention is applied. FIG. 2 shows the time chart.

二次電池モジュールは、縦積みに直列接続されたn個の二次電池セル200を1単位として1つの電池セル監視回路が設けられる。例えば、二次電池セル200それぞれが3.7Vの電圧を生成する場合、二次電池モジュールでは(3.7×n)Vの電圧(すなわち、ノードVの電圧)を生成する。なお、さらに高電圧を要する場合、電池モジュールを縦積みに直列接続することにより所望の電力を得る。この場合、これら複数の電池モジュールを制御するための上位制御回路が必要となり、複数の電池モジュールとこれらを制御する上位制御回路により二次電池システムを構築する。 The secondary battery module is provided with one battery cell monitoring circuit with n secondary battery cells 200 connected in series in a vertical stack as one unit. For example, when each secondary battery cell 200 generates a voltage of 3.7 V, the secondary battery module generates a voltage of (3.7 × n) V (that is, a voltage of the node V n ). In addition, when a higher voltage is required, desired power is obtained by connecting battery modules in series in series. In this case, an upper control circuit for controlling the plurality of battery modules is required, and a secondary battery system is constructed by the plurality of battery modules and the upper control circuit for controlling them.

電池セル監視回路は、図1に示されるように、各二次電池セル200に対応して設けられる電圧電流変換回路100と複数の電圧電流変換回路100に対して共通に設けられる共通回路とを有している。電圧電流変換回路100について、基準電位(GND)からn番目に縦積みされた電池セル200(n)に対応する電圧電流変換回路100(n)を例にとって説明する。電圧電流変換回路100(n)は、コンパレータCOMPn及びその出力Vonを伝達する出力トランジスタM1nを有している。コンパレータCOMPnは、電流DAC(デジタルアナログ変換回路)と抵抗R1nとにより生成される参照電圧Vi+と抵抗R2n及び抵抗R3nで分圧したセル分圧Vi-とを入力とする。ここで、電流DAC(なお、電圧電流変換回路100(n)においては電流Inを生成する定電流源として表記している)は、後述するDAC制御部20が出力する制御ビットに応じた電流を生成する回路である。DAC制御部20からのkビットの制御ビットBinは各電圧電流変換回路100の電流DAC10に共通に入力され、各電流DACの生成する電流I1〜Inは同じ電流Ioutである。このように、図1の例では、電流DAC10は二次電池セル毎に設けているが、複数の二次電池セルに対して共通の電流DACを設ける構成も可能である。ただし、共通の電流DACを設けた場合には、各電圧電流変換回路100にデバイスばらつきに起因する電流ばらつきの影響が監視精度に影響をおよぼすおそれがある。この課題に対して、監視精度の高精度化を図った実施例(第三の実施例)については後述する。 As shown in FIG. 1, the battery cell monitoring circuit includes a voltage / current conversion circuit 100 provided corresponding to each secondary battery cell 200 and a common circuit provided in common to the plurality of voltage / current conversion circuits 100. Have. The voltage / current conversion circuit 100 will be described by taking the voltage / current conversion circuit 100 (n) corresponding to the battery cell 200 (n) stacked vertically from the reference potential (GND) as an example. Voltage-current conversion circuit 100 (n) has an output transistor M1 n for transmitting the comparator COMP n and the output Vo n. The comparator COMP n receives a reference voltage Vi + generated by a current DAC (digital-to-analog converter circuit) and a resistor R1 n and a cell divided voltage Vi− divided by the resistors R2 n and R3 n . The current DAC (Note, are denoted as a constant current source for generating a current I n in the voltage-current conversion circuit 100 (n)), a current corresponding to the control bit output from the DAC control unit 20 described later Is a circuit that generates Control bits Bin of k bits from the DAC control unit 20 is input in common to the current DAC10 of each voltage-current conversion circuit 100, a current I 1 ~I n for generating the respective current DAC is the same current I out. As described above, in the example of FIG. 1, the current DAC 10 is provided for each secondary battery cell, but a configuration in which a common current DAC is provided for a plurality of secondary battery cells is also possible. However, when a common current DAC is provided, the influence of current variations due to device variations in each voltage-current conversion circuit 100 may affect the monitoring accuracy. With respect to this problem, an embodiment (third embodiment) for improving the monitoring accuracy will be described later.

また、共通回路としてDAC制御部20、二次電池セルのそれぞれに対応して設けられるkビットのレジスタ30を有する。ビット制御部20は、例えば制御ビットを1ビットずつインクリメントするカウンタで実現される。レジスタ30の役割は後述する。   Moreover, it has the k bit register | resistor 30 provided corresponding to each of the DAC control part 20 and a secondary battery cell as a common circuit. The bit control unit 20 is realized by a counter that increments the control bits bit by bit, for example. The role of the register 30 will be described later.

図2を用いて、電圧電流変換回路100(n)の動作を説明する。コンパレータCOMPnのマイナス側入力Vi-には二次電池セル200(n)の生成電圧(Vn−Vn-1)の分圧が入力される。一方、コンパレータCOMPnのプラス側入力Vi+には電流DAC10の電流Inと抵抗R1nにより生成される参照電圧が入力される。DAC制御部20の制御ビットBinを変えていくことにより、Vi+とVi-との大小関係が変化してコンパレータCOMPnの出力が反転したときの制御ビットBinをセル電圧として電圧検出する。
すなわち、
Vi+=Vn−(R1n×Iout)…(1)
Vi-=Vn−(Vn−Vn-1)/2(ただし、R2nの抵抗値=R3nの抵抗値とする)…(2)
(R1n×Iout)<(Vn−Vn-1)/2のとき、Vi+>Vi-となり、コンパレータCOMPnの出力Von[1]は、Von=highレベルとなり、PMOSトランジスタM1nはオフする。よって、電流Itn[1]は流れずノードVtn[1]の電圧レベルはlowレベルとなっている。
The operation of the voltage / current conversion circuit 100 (n) will be described with reference to FIG. The divided voltage of the generated voltage (V n −V n−1 ) of the secondary battery cell 200 (n) is input to the negative input Vi− of the comparator COMP n . On the other hand, to the positive input Vi + of the comparator COMP n reference voltage generated by resistors R1 n and the current I n of the current DAC10 is input. By going to change the control bits Bin of DAC controller 20, to the voltage detection control bit Bin when the output of the comparator COMP n changes the magnitude relationship between Vi + and Vi- is reversed as the cell voltage.
That is,
Vi + = V n − (R1 n × Iout) (1)
Vi− = V n − (V n −V n−1 ) / 2 (where R2 n resistance value = R3 n resistance value) (2)
When (R1 n × Iout) <(V n −V n−1 ) / 2, Vi +> Vi− and the output Vo n [1] of the comparator COMP n becomes Vo n = high level, and the PMOS transistor M1 n Turn off. Therefore, the current It n [1] does not flow, and the voltage level of the node Vt n [1] is low.

制御ビットBinに対応して電流DACの生成電流In(=Iout)が増加することにより、抵抗R1nによる電圧降下量が増大する。その結果、(R1n×Iout)>(Vn−Vn-1)/2となったとき、Vi+<Vi-となり、コンパレータCOMPnの出力Von[1]は、Von=lowレベルとなり、PMOSトランジスタM1nはオンする。電流Itn[1]が流れることによりノードVtn[1]の電圧レベルはhighレベルとなる。ノードVtn[1]の電圧レベルがlowからhighに遷移するタイミングにおける電流DAC10の制御ビットBinであるkビットデータをレジスタ30(n)に取り込む。 As the generation current I n (= Iout) of the current DAC increases corresponding to the control bit Bin, the amount of voltage drop due to the resistor R1 n increases. As a result, when (R1 n × Iout)> (V n −V n−1 ) / 2, Vi + <Vi−, and the output Vo n [1] of the comparator COMP n becomes Vo n = low level. The PMOS transistor M1 n is turned on. When the current It n [1] flows, the voltage level of the node Vt n [1] becomes a high level. The register 30 (n) takes in k-bit data that is the control bit Bin of the current DAC 10 at the timing when the voltage level of the node Vt n [1] transits from low to high.

他の二次電池セルに対応する電圧電流変換回路100も同じ動作をすることにより、電流DAC10の生成電流を一回、電流小から大にスキャンさせることにより、N段縦積みされた全ての二次電池セル200(1)〜200(n)の電圧値を取り込むことができる。このため、測定対象となる二次電池セル数nが増加しても、測定時間は電流DAC10の一回のスキャン時間で決めることができ、電圧検出の高速化を図ることができる。   The voltage-current conversion circuit 100 corresponding to the other secondary battery cells also performs the same operation, so that the generated current of the current DAC 10 is scanned once from the small current to the large current, and thus all the N stages stacked vertically The voltage values of the secondary battery cells 200 (1) to 200 (n) can be taken. For this reason, even if the number n of secondary battery cells to be measured increases, the measurement time can be determined by a single scan time of the current DAC 10, and the speed of voltage detection can be increased.

なお、PMOSトランジスタM1nはそのソース・ドレイン間に、二次電池セルの生成電圧のn倍の電圧が掛けられることになるため、それに耐える耐圧を有するトランジスタを使用する。その他のトランジスタは2次電池セルの生成電圧に対応する低耐圧トランジスタ(例えば、5V程度)を使用できる。 Since the PMOS transistor M1 n is applied with a voltage n times as large as the generation voltage of the secondary battery cell between its source and drain, a transistor having a withstand voltage is used. As the other transistors, low breakdown voltage transistors (for example, about 5 V) corresponding to the generation voltage of the secondary battery cell can be used.

図3は、本発明の電池セル監視回路を適用した電池モジュールの第二の実施例を示したものである。図2にそのタイムチャートを示す。実施例1の構成と対比すると、図3に示すように、電圧電流変換回路101(n)においてコンパレータ出力VonとトランジスタM1nの間に出力回路Osnを追加することで、パルス的ヒゲ状ノイズ除去及び消費電流抑制をはかっている。
図4(a)に出力回路Osnの回路例40を示す。出力回路Osnは、ノイズ除去部とワンショットパルス回路部とを有している。ノイズ除去部は時定数τ1の第1フィルタ41、第1フィルタ41の出力が入力される第1シュミットトリガ付インバータ42を有する。また、ワンショットパルス回路部は、インバータ42の出力が入力され、時定数τ2の第2フィルタ43、第2フィルタ43の出力が入力される第2シュミットトリガ付インバータ43、及びインバータ42とインバータ43の出力が入力されるNAND回路45を有する。
FIG. 3 shows a second embodiment of the battery module to which the battery cell monitoring circuit of the present invention is applied. FIG. 2 shows the time chart. In contrast to the configuration example 1, as shown in FIG. 3, by adding the output circuit Os n in the voltage-current conversion circuit 101 (n) between the comparator output Vo n transistor M1 n, pulsed whiskers Noise removal and current consumption suppression are planned.
Figure 4 (a) shows a circuit example 40 of the output circuit Os n. Output circuit Os n has a noise removing unit and a one-shot pulse circuit portion. The noise removing unit includes a first filter 41 having a time constant τ1, and a first Schmitt trigger-equipped inverter 42 to which the output of the first filter 41 is input. The one-shot pulse circuit section receives the output of the inverter 42, the second filter 43 having the time constant τ2, the second Schmitt trigger inverter 43 to which the output of the second filter 43 is input, and the inverter 42 and the inverter 43. The NAND circuit 45 is input.

図4(b)、(c)に出力回路Osnのタイムチャートを示す。なお、各波形は図4(a)に示すノードA〜Fでの出力電圧を示している。図4(b)が通常入力時であり、図4(c)がヒゲ状ノイズ入力時である。コンパレータCOMPnの入力等にノイズが重畳するとその出力にヒゲ状ノイズが発生する。このようなヒゲ状ノイズによる二次電池セル電圧の誤測定を避けるため、ヒゲ状ノイズより大きな時定数τ1のフィルタ41をワンショットパルス回路の入力側に設けている。これにより時定数τ1よりパルス幅の小さいノイズは除去されワンショットパルス回路には入力されない。 4B and 4C show time charts of the output circuit Os n . Each waveform indicates an output voltage at nodes A to F shown in FIG. FIG. 4B shows a normal input state, and FIG. 4C shows a beard noise input. When noise is superimposed on the input of the comparator COMP n or the like, whisker-like noise is generated at the output. In order to avoid such erroneous measurement of the secondary battery cell voltage due to the beard noise, a filter 41 having a time constant τ1 larger than the beard noise is provided on the input side of the one-shot pulse circuit. As a result, noise having a pulse width smaller than the time constant τ1 is removed and is not input to the one-shot pulse circuit.

一方、時定数τ1より長いパルス幅の信号が入力されると第1シュミットトリガ付インバータ42の出力Cはhighレベルとなる。図1に示した第一の実施例の場合、図2に示すのタイムチャートに示されるように、Vi+<Vi-となる期間Tselにおいて、PMOSトランジスタM1nがオンのままとなり、電流Itnが流れ続けることになる(波形Vtn(Itn)[1]を参照)。この電流Itnによる消費電力を抑制するため、第二の実施例においては、第1シュミットトリガ付インバータ42の出力Cをワンショットパルス回路部に入力する。図4(a)にワンショットパルス発生回路の例として、時定数τ2の第2フィルタ43、第2シュミットトリガ付インバータ44及びNAND回路45で構成した例を示す。これにより図4(b)のタイムチャートに示されるように、時定数τ2のパルスを発生させ、電流Itnが流れるTsel期間を短くすることができる。図2中にコンパレータCOMPn の出力波形Von[2]、出力回路Osnの出力Vgn[2]、PMOSトランジスタM1nの出力波形Vtn(Itn)[2]を示す。 On the other hand, when a signal having a pulse width longer than the time constant τ1 is input, the output C of the first Schmitt trigger-equipped inverter 42 becomes a high level. In the case of the first embodiment shown in FIG. 1, as shown in the time chart shown in FIG. 2, in the period Tsel where Vi + <Vi−, the PMOS transistor M1 n remains on and the current It n is It will continue to flow (see waveform Vt n (It n ) [1]). To suppress the power consumption by the current It n, in the second embodiment, it receives the output C of the first Schmitt trigger with the inverter 42 to the one-shot pulse circuit portion. FIG. 4A shows an example of a one-shot pulse generation circuit configured by a second filter 43 having a time constant τ2, a second Schmitt trigger inverter 44, and a NAND circuit 45. As a result, as shown in the time chart of FIG. 4B, a pulse having a time constant τ 2 can be generated, and the Tsel period in which the current It n flows can be shortened. FIG. 2 shows the output waveform Vo n [2] of the comparator COMP n , the output Vg n [2] of the output circuit Os n , and the output waveform Vt n (It n ) [2] of the PMOS transistor M1 n .

なお、図4(a)に示すように出力回路Osnのインバータとしてシュミットトリガ付インバータを用いているのは、インバータのスレッショルド電圧付近でのノイズによりチャタリングを防止するためである。特に発明を限定するものではないが、図4の例ではシュミットトリガ付インバータのスレッショルド電圧を全振幅の37%と63%に設定することでフィルタの時定数を設定し易くさせている。 Incidentally, what with Schmitt trigger with the inverter as an inverter for the output circuit Os n as shown in FIG. 4 (a), in order to prevent chattering noise near the threshold voltage of the inverter. Although the invention is not particularly limited, in the example of FIG. 4, the time constant of the filter is easily set by setting the threshold voltage of the Schmitt-triggered inverter to 37% and 63% of the total amplitude.

入力振幅Voであり、容量C、抵抗Rより構成される時定数τのフィルタ回路において、フィルタ出力Vは、以下のような関係が成立している。   In a filter circuit having an input amplitude Vo and a time constant τ composed of a capacitor C and a resistor R, the filter output V has the following relationship.

V=Vo(1−exp(−t/τ)) …(3)
t=τのとき、V=Vo×0.63となる。すなわち、スレッショルド電圧を入力振幅の63%に設定する場合、反転するタイミングtはτ(=CR)と一致する。
V = Vo (1-exp (−t / τ)) (3)
When t = τ, V = Vo × 0.63. That is, when the threshold voltage is set to 63% of the input amplitude, the inversion timing t coincides with τ (= CR).

図5は、本発明の電池セル監視回路を適用した電池モジュールの第三の実施例を示したものである。また、図6及び図7には図5の回路のタイムチャートを示す。   FIG. 5 shows a third embodiment of the battery module to which the battery cell monitoring circuit of the present invention is applied. 6 and 7 show time charts of the circuit of FIG.

第三の実施例は、電流DAC10を二次電池セル共通に1つ設けた構成である。電圧電流変換回路102について、基準電位(GND)からn番目に縦積みされた電池セル200(n)に対応する電圧電流変換回路102(n)を例にとって説明する。図3の電圧電流変換回路101(n)と比較すると、ゲート接地トランジスタM3n、対応する二次電池セル未使用時の電流バイパストランジスタM2n、セル分圧保持用容量C1n、接続点切替用スイッチsw2n、sw3n、sw4n、消費電流低減用スイッチSW1n、ダミースイッチsw0n及び出力トランジスタ(M1n)の強制オフ用スイッチsw5nが追加されている。 In the third embodiment, one current DAC 10 is provided in common for the secondary battery cell. The voltage / current conversion circuit 102 will be described by taking the voltage / current conversion circuit 102 (n) corresponding to the battery cell 200 (n) vertically stacked from the reference potential (GND) as an example. Compared with the voltage-current conversion circuit 101 (n) in FIG. 3, the common-gate transistor M3 n , the current bypass transistor M2 n when the secondary battery cell is not used, the cell voltage holding capacity C1 n , and the connection point switching Switches sw2 n , sw3 n , sw4 n , a consumption current reduction switch SW1 n , a dummy switch sw0 n, and a forced-off switch sw5 n of the output transistor (M1 n ) are added.

トランジスタM3nは、共通の電流DAC10から各電圧電流変換回路102の抵抗R1に流す電流を共通にするために設けており、ゲート接地トランジスタの役目を果たしている。すなわち、参照電圧Vi+=Vn−(R1n×Iout)におけるIoutは全て電圧電流変換回路102で共通となる。一方、ゲート接地トランジスタM3のゲート・ソース間電圧Vgsは、プロセスばらつき等に起因して、各電圧電流変換回路102間で異なる。かかるゲート・ソース間電圧Vgsのばらつきの影響を排して電圧検出を高精度化するため、参照電圧とセル分圧とを共通の電位から比較することとし、本実施例では、その基準をゲート接地トランジスタM3のソース点(Vcom)を基準としている。このため、セル電圧の分圧値Vi-を容量C1nに保持し、スイッチSW2n, SW3n, SW4nで接続切替を行い、コンパレータCOMPnで参照電圧Vi+と比較している。 The transistor M3 n is provided in order to share the current that flows from the common current DAC 10 to the resistor R1 of each voltage-current conversion circuit 102, and serves as a common gate transistor. That is, Iout at the reference voltage Vi + = V n − (R1 n × Iout) is all common to the voltage-current conversion circuit 102. On the other hand, the gate-source voltage V gs of the common- gate transistor M3 differs among the voltage-current conversion circuits 102 due to process variations and the like. In order to eliminate the influence of the variation in the gate-source voltage V gs and improve the voltage detection accuracy, the reference voltage and the cell divided voltage are compared from a common potential. This is based on the source point (Vcom) of the common-gate transistor M3. Therefore, to hold the divided voltage value Vi- of the cell voltage to the capacitor C1 n, performs connection switching the switch SW2 n, SW3 n, SW4 n , it compares the reference voltage Vi + and the comparator COMP n.

また、スイッチSW1nは、二次電池セルの電圧測定時以外での電流パスをなくす目的で設けたものであり、ダミースイッチSW0nは常時オンのダミースイッチである。低電位側にスイッチSW1nが設けられたことに応じ、高電位側に直列にダミースイッチSW0nを設けることにより分圧精度を高めている。また、強制オフ用スイッチSW5nは、セル電圧測定時以外では出力トランジスタ(M1n)を強制的にオフさせるスイッチである。 The switch SW1 n is provided for the purpose of eliminating the current path except when measuring the voltage of the secondary battery cell, and the dummy switch SW0 n is a normally-on dummy switch. In response to the provision of the switch SW1 n on the low potential side, the voltage dividing accuracy is improved by providing the dummy switch SW0 n in series on the high potential side. The forced-off switch SW5 n is a switch that forcibly turns off the output transistor (M1 n ) except when measuring the cell voltage.

図6、図7のタイムチャートを用いて、図5の電圧電流変換回路102(n)の回路動作を以下に説明する。スイッチSW1nは、セル電圧測定時以外はオフしており、測定時にオンする。スイッチSW1n, SW2n, SW3nがオンすることにより、容量C1nに分圧値(ノードn1−ノードn2間の電圧)が蓄えられる。Tcharge経過後、スイッチSW2n、次いでスイッチSW3nをオフした後、スイッチSW4nをオンさせることで、トランジスタM3nのソース点Vcomとノードn3との間に容量C1nが接続される。これにより、トランジスタM3nのソース点Vcomを基準とした分圧値がコンパレータCOMPnのマイナス側入力Vi-に印加される。
このとき、トランジスタM3nのゲート・ソース間電圧VgsをVaとすると、
Vi-=Vn−(Vn−Vn-1)/2−Va(ただし、R2nの抵抗値=R3nの抵抗値とする)…(4)
と表わせる。
The circuit operation of the voltage-current conversion circuit 102 (n) in FIG. 5 will be described below using the time charts in FIGS. The switch SW1 n is off except during the cell voltage measurement, and is turned on during the measurement. When the switches SW1 n , SW2 n , and SW3 n are turned on, a divided value (voltage between the node n1 and the node n2) is stored in the capacitor C1 n . After Tcharge elapses, the switch SW2 n and then the switch SW3 n are turned off, and then the switch SW4 n is turned on, whereby the capacitor C1 n is connected between the source point Vcom of the transistor M3 n and the node n3. As a result, the divided voltage value based on the source point Vcom of the transistor M3 n is applied to the negative side input Vi− of the comparator COMP n .
At this time, if the gate-source voltage Vgs of the transistor M3 n is Va,
Vi− = V n − (V n −V n−1 ) / 2−Va (where R2 n resistance value = R3 n resistance value) (4)
It can be expressed as

一方、参照電圧Vi+は、
Vi+=Vn−Va−(R1n×Iout)…(5)
と表わせる。このように、各電圧電流変換回路102において、トランジスタM3のソース点Vcomを基準として参照電圧Vi+とセル分圧Vi-とを比較することにより、トランジスタM3のゲート・ソース間電圧Vgsのばらつきの影響を排除することができる。
On the other hand, the reference voltage Vi + is
Vi + = V n -Va- (R1 n × Iout) ... (5)
It can be expressed as In this way, in each voltage-current conversion circuit 102, the reference voltage Vi + and the cell voltage division Vi- are compared with the source point Vcom of the transistor M3 as a reference, and thereby the influence of the variation in the gate-source voltage Vgs of the transistor M3. Can be eliminated.

トランジスタM3のソース点Vcomを基準とした参照電圧Vi+とセル分圧Vi-とをコンパレータCOMPnの入力にセットした後、スイッチSW5nをオフさせることで、二次電池セルの電圧検出が可能な状態となる。 The voltage of the secondary battery cell can be detected by turning off the switch SW5 n after setting the reference voltage Vi + and the cell voltage division Vi- based on the source point Vcom of the transistor M3 to the input of the comparator COMP n. It becomes a state.

電流DAC10の設定電流を増加させていき、参照電圧Vi+がセル分圧Vi-より低くなった時点TcknでコンパレータCOMPn出力Vonがhighレベルからlowレベルに反転する。これにより、電圧電流変換回路102(n)の出力回路Osnによりワンショットパルスが発生されることにより、電流Itnが流れるとともにノードVtnの電圧がhighレベルとなり、このときの制御bitをレジスタ30(n)に取り込む。 Gradually increasing the set current of the current DAC 10, the reference voltage Vi + is a comparator COMP n output Vo n when Tckn becomes lower than the cell partial pressure Vi- is inverted from a high level to a low level. As a result, a one-shot pulse is generated by the output circuit Os n of the voltage-current conversion circuit 102 (n), so that the current It n flows and the voltage of the node Vt n becomes high level. 30 (n).

図7に制御ビット取り込みの詳細なタイムチャートを示す。なお、この動作は本実施例に限られず、他の実施例においても同様である。kビットの制御ビットBinがインクリメントされることで、参照電圧Vi+を変化させ、参照電圧Vi+とセル分圧Vi-が一致した時の制御ビットBinを対応するレジスタ30に取り込む。その後、スイッチSW5nをオンさせ、各スイッチを初期状態に戻し、二次電池セル電圧測定の一連の動作を終了する。 FIG. 7 shows a detailed time chart of control bit fetching. This operation is not limited to the present embodiment, and the same applies to other embodiments. When the control bit Bin of k bits is incremented, the reference voltage Vi + is changed, and the control bit Bin when the reference voltage Vi + coincides with the cell partial pressure Vi− is taken into the corresponding register 30. Thereafter, the switch SW5 n is turned on, each switch is returned to the initial state, and the series of operations for measuring the secondary battery cell voltage is completed.

なお、トランジスタM2nはセル未使用時の電流バイパス用トランジスタである。対応セルが未使用の場合(図5では二次電池セル200(n−1))、その二次電池セルを短絡することにより、その他の二次電池セルを通常通りに働かせることができる。 The transistor M2 n is a current bypass transistor when the cell is not used. When the corresponding cell is not used (in FIG. 5, the secondary battery cell 200 (n-1)), the other secondary battery cell can be operated normally by short-circuiting the secondary battery cell.

一方、電圧電流変換回路102において、トランジスタM2nのゲートには、対応する二次電池セルの負極端子の電圧が入力されているので、セル使用時(例えば、セル200(n))はトランジスタM2nのゲート電圧はソース電圧より低いためオフ状態となり、トランジスタM2nのソース・ドレイン経路には電流は流れていない。トランジスタM3nに電流DAC10の電流Ioutがそのまま流れる。セル未使用時(例えば、セル200(n−1))には、トランジスタM2n-1のソース電圧がゲート電圧より低くなりオン状態となる。これにより、トランジスタM3n-1に流れる電流は減るが、トランジスタM2n-1とトランジスタM3n-1のドレイン電流合計値は電流DAC10の電流Ioutと一致するため、未使用セルに接続される使用セルの電圧電流変換回路においても電流DACの電流が流れ、電圧測定が可能となる。 On the other hand, in the voltage-current conversion circuit 102, the voltage of the negative terminal of the corresponding secondary battery cell is input to the gate of the transistor M2 n , so that when the cell is used (for example, the cell 200 (n)), the transistor M2 Since the gate voltage of n is lower than the source voltage, the transistor is turned off, and no current flows through the source / drain path of the transistor M2 n . The current Iout of the current DAC10 flows through the transistor M3 n as it is. When the cell is not used (for example, the cell 200 (n−1)), the source voltage of the transistor M2 n−1 is lower than the gate voltage and the transistor M2 n−1 is turned on. As a result, the current flowing through the transistor M3 n-1 is reduced, but the total drain current value of the transistors M2 n-1 and M3 n-1 matches the current Iout of the current DAC10. Also in the voltage-current conversion circuit of the cell, the current DAC flows and voltage measurement is possible.

図8は、本発明の電池セル監視回路を適用した電池モジュールにおける電圧電流変換回路の別の実施例を示したものである。本実施例の電圧電流変換回路103(n)は、コンパレータCOMPnのオフセット電圧Voffをキャンセルし、異常測定時には再測定を行うようにしたものであり、電圧電流変換回路103以外の回路部分は例えば、図5の回路と同様である。また、図9にオフセット電圧キャンセル測定フローチャートを示す。 FIG. 8 shows another embodiment of the voltage-current conversion circuit in the battery module to which the battery cell monitoring circuit of the present invention is applied. The voltage-current conversion circuit 103 (n) of the present embodiment cancels the offset voltage Voff of the comparator COMP n and performs re-measurement at the time of abnormality measurement. Circuit portions other than the voltage-current conversion circuit 103 are, for example, This is the same as the circuit of FIG. FIG. 9 shows an offset voltage cancel measurement flowchart.

コンパレータCOMPnのオフセット電圧Voffをキャンセルするには、別の解決手段としてオフセットキャンセル回路を設けることが考えられる。しかしながら、この手段ではコンパレータの回路規模が大きくなる。本実施例では、二次電池セルの電圧測定の頻度が比較的低いことを勘案し、コンパレータCOMPnの信号入力を入れ替えて電圧測定を実施することにより、コンパレータCOMPnのオフセット電圧Voffをキャンセルする。加えて、複数回の電圧測定を実施することにより、測定値にオフセット電圧Voffに起因する測定ばらつき以上のばらつきが観察された場合には、ノイズ起因のばらつきと判定することにより、電圧の測定精度を高めることができる。 In order to cancel the offset voltage Voff of the comparator COMP n , it is conceivable to provide an offset cancel circuit as another solution. However, this means increases the circuit scale of the comparator. In this embodiment, in consideration of the relatively low frequency of the voltage measurement of the battery cell, by performing a voltage measurement interchanged signal input of the comparator COMP n, to cancel the offset voltage Voff of the comparator COMP n . In addition, by performing voltage measurement multiple times, if the measured value shows a variation greater than the measurement variation due to the offset voltage Voff, the voltage measurement accuracy is determined by determining that the variation is due to noise. Can be increased.

電圧電流変換回路103(n)においては、図5に示した電圧電流変換回路102(n)と比較すると主な相違点は以下の通りである。参照電圧及びセル分圧のコンパレータCOMPnへの入力を切り換えるため、コンパレータCOMPnの入力側に、切替用スイッチSW5n, SW6n, SW7n, SW8nを設けている。また、コンパレータCOMPn入力の切り換えに応じてコンパレータCOMPn出力を反転させるために、コンパレータCOMPnの出力側にインバータINVnと切替用スイッチSW9n, SW10n, SW11nを設けている。 The voltage / current conversion circuit 103 (n) has the following main differences from the voltage / current conversion circuit 102 (n) shown in FIG. In order to switch the input to the comparator COMP n of the reference voltage and the cell voltage division, switching switches SW5 n , SW6 n , SW7 n , SW8 n are provided on the input side of the comparator COMP n . Further, in order to invert the output of the comparator COMP n according to the switching of the comparator COMP n input, an inverter INV n and switching switches SW9 n , SW10 n , SW11 n are provided on the output side of the comparator COMP n .

図9のフローチャートにより回路動作を説明する。ステップ(i)では、電圧電流変換回路103のスイッチSW5, SW6及びSW9をオン、スイッチSW7, SW8, SW10及びSW11をオフとして、実施例3において説明した各二次電池セルの電圧検出動作を行う。   The circuit operation will be described with reference to the flowchart of FIG. In step (i), the switches SW5, SW6, and SW9 of the voltage-current conversion circuit 103 are turned on, and the switches SW7, SW8, SW10, and SW11 are turned off, and the voltage detection operation of each secondary battery cell described in the third embodiment is performed. .

ステップ(i)で検出された、二次電池セル200(1)の電圧Vcell1’=Vc1(1)、二次電池セル200(2)の電圧Vcell2’=Vc2(1)、・・・二次電池セル200(n)の電圧Vcelln’=Vcn(1)とする。   Secondary battery cell 200 (1) voltage Vcell1 '= Vc1 (1), secondary battery cell 200 (2) voltage Vcell2' = Vc2 (1), detected in step (i) Assume that the voltage Vcelln ′ = Vcn (1) of the battery cell 200 (n).

次にステップ(ii)では、コンパレータCOMPへの入力を切り換える。すなわち、電圧電流変換回路103のスイッチSW5, SW6及びSW9をオフ、スイッチSW7, SW8, SW10及びSW11をオンとして、実施例3において説明した各二次電池セルの電圧検出動作を行う。   Next, in step (ii), the input to the comparator COMP is switched. That is, the switches SW5, SW6, and SW9 of the voltage-current conversion circuit 103 are turned off, and the switches SW7, SW8, SW10, and SW11 are turned on, and the voltage detection operation of each secondary battery cell described in the third embodiment is performed.

ステップ(ii)で検出された、二次電池セル200(1)の電圧Vcell1”=Vc1(2)、二次電池セル200(2)の電圧Vcell2”=Vc2(2)、・・・二次電池セル200(n)の電圧Vcelln”=Vcn(2)とする。   The voltage Vcell1 ″ = Vc1 (2) of the secondary battery cell 200 (1), the voltage Vcell2 ″ = Vc2 (2) of the secondary battery cell 200 (2) detected in step (ii), and the secondary Assume that the voltage Vcelln ″ = Vcn (2) of the battery cell 200 (n).

その後、ステップ(iii)-1において、各二次電池セルの第1回目の測定値Vc(1)と第2回目の測定値Vc(2)との差Vckを求める。すなわち、二次電池セル200(1)の電圧差Vck1=Vc1(1)−Vc1(2)、二次電池セル200(2)の電圧差Vck2=Vc2(1)−Vc2(2)、・・・二次電池セル200(n)の電圧差Vckn=Vcn(1)−Vcn(2)となる。   Thereafter, in step (iii) -1, a difference Vck between the first measurement value Vc (1) and the second measurement value Vc (2) of each secondary battery cell is obtained. That is, the voltage difference Vck1 = Vc1 (1) −Vc1 (2) of the secondary battery cell 200 (1), the voltage difference Vck2 = Vc2 (1) −Vc2 (2) of the secondary battery cell 200 (2),. The voltage difference of the secondary battery cell 200 (n) is Vckn = Vcn (1) −Vcn (2).

ステップ(iii)-2では、各二次電池セル200での2回の計測で検出された電圧の差がコンパレータCOMPの入力オフセット電圧によるものか、ノイズによるものかを識別する。例えば、Vckの絶対値が、所定のしきい値、本実施例ではコンパレータCOMPの入力オフセット電圧Voff×2+α(任意の値)より小さいか、大きいかを判定することに行う。   In step (iii) -2, it is identified whether the voltage difference detected by the two measurements in each secondary battery cell 200 is due to the input offset voltage of the comparator COMP or due to noise. For example, it is determined whether or not the absolute value of Vck is smaller than or greater than a predetermined threshold, which is the input offset voltage Voff × 2 + α (arbitrary value) of the comparator COMP in this embodiment.

すなわち、|Vck|<2×Voff+α(αは任意の値)であれば、ステップ(iv)にて二次電池セルの電圧を求め、|Vck|>2×Voff+α(αは任意の値)であれば、ステップ(i)に戻り、再度二次電池セルの電圧検出を行う。なお、再測定する場合は、ノイズによるものと判定された二次電池セルについてのみ電圧検出を行うように制御することも可能である。   That is, if | Vck | <2 × Voff + α (α is an arbitrary value), the voltage of the secondary battery cell is obtained in step (iv), and | Vck |> 2 × Voff + α (α is an arbitrary value) If there is, the process returns to step (i), and the voltage of the secondary battery cell is detected again. In the case of remeasurement, it is also possible to perform control so that voltage detection is performed only for the secondary battery cell determined to be due to noise.

最後にステップ(iv)では、2回の計測値から二次電池セルの電圧を決定する。一例として、2回の測定値(Vcell’、Vcell”)の平均値を用いる。すなわち、二次電池セル200(1)の電圧Vcell1=(Vc1(1)+Vc1(2))/2、二次電池セル200(2)の電圧Vcell2=(Vc2(1)+Vc2(2))/2、・・・二次電池セル200(n)の電圧Vcelln=(Vcn(1)+Vcn(2))/2となる。   Finally, in step (iv), the voltage of the secondary battery cell is determined from the two measured values. As an example, an average value of two measured values (Vcell ′, Vcell ″) is used. That is, the voltage Vcell1 = (Vc1 (1) + Vc1 (2)) / 2 of the secondary battery cell 200 (1), two Voltage Vcell2 of secondary battery cell 200 (2) = (Vc2 (1) + Vc2 (2)) / 2,... Voltage Vcelln = (Vcn (1) + Vcn (2) of secondary battery cell 200 (n) ) / 2.

例として電圧電流変換回路103(n)のコンパレータCOMPnの入力オフセット電圧Voffが10mV、二次電池セル200(n)の電圧が3.6Vとした場合、このときのセル電圧値(Vcelln)測定のフローを示す。 As an example, when the input offset voltage Voff of the comparator COMP n of the voltage-current conversion circuit 103 (n) is 10 mV and the voltage of the secondary battery cell 200 (n) is 3.6V, the cell voltage value (Vcelln) at this time is measured. The flow of is shown.

ステップ(i)では、コンパレータCOMPnの入力Vi+、Vi-は
Vi+=Vcom−Vref−Voff …(6)
Vi-=Vcom−Vcelln/2 …(7)
なお、ここでVcomとはトランジスタM3nのソース電圧、Vrefは抵抗R1nによる降下電圧である。また、式(7)においては、抵抗R2nの抵抗値=抵抗R3nの抵抗値とし、容量C1nにより生じる電位差をVcelln/2としている。
In step (i), the inputs Vi + and Vi- of comparator COMP n are
Vi + = Vcom−Vref−Voff (6)
Vi- = Vcom-Vcelln / 2 (7)
Here, Vcom is a source voltage of the transistor M3 n , and Vref is a voltage drop due to the resistor R1n. In the formula (7), the resistance value of the resistor R2 n = the resistance of the resistor R3 n, has a potential difference generated by the capacitor C1n and Vcelln / 2.

コンパレータCOMPnはVi+=Vi-のとき反転するので、このとき
Vcom−Vref−Voff=Vcom−Vcell/2 …(8)
の関係が成立し、Vref=Vcell/2−Voff となる電流DACの設定値Iout(Iout=Vref/R1n)を読み込む。
Comparator COMP n is inverted when Vi + = Vi-.
Vcom−Vref−Voff = Vcom−Vcell / 2 (8)
Thus, the setting value Iout (Iout = Vref / R1 n ) of the current DAC that satisfies Vref = Vcell / 2−Voff is read.

この場合、コンパレータCOMPnの入力オフセット電圧Voffが存在するため、
Vref=Vcelln/2−Voff=3.6/2−0.01=1.79(V)
したがって、第1回目の測定による二次電池200(n)の電圧Vcelln’=Vcn(1)=Vref×2=3.58(V)となる。
In this case, since the input offset voltage Voff of the comparator COMP n exists,
Vref = Vcelln / 2−Voff = 3.6 / 2−0.01 = 1.79 (V)
Therefore, the voltage Vcelln ′ = Vcn (1) = Vref × 2 = 3.58 (V) of the secondary battery 200 (n) in the first measurement.

次にステップ(ii)では、コンパレータCOMPnの入力Vi+、Vi-は
Vi+=Vcom−Vcelln/2−Voff …(9)
Vi-=Vcom−Vref …(10)
となる。なお、ステップ(ii)においてはコンパレータCOMPnの出力側はインバータINVnを経た径路となるため、トランジスタM1nはステップ(i)と同じ動作になる。
Next, in step (ii), the inputs Vi + and Vi- of the comparator COMP n are
Vi + = Vcom−Vcelln / 2−Voff (9)
Vi- = Vcom-Vref (10)
It becomes. Note that in step (ii), the output side of the comparator COMP n is a path through the inverter INV n , so that the transistor M1 n operates in the same manner as in step (i).

コンパレータCOMPnはVi+=Vi-のとき反転するので、このとき
Vcom−Vcelln/2−Voff=Vcom−Vref …(11)
の関係が成立し、Vref=Vcell/2+Voff となる電流DACの設定値Iout(Iout=Vref/R1n)を読み込む。
Comparator COMP n is inverted when Vi + = Vi-.
Vcom−Vcelln / 2−Voff = Vcom−Vref (11)
Thus, the setting value Iout (Iout = Vref / R1 n ) of the current DAC that satisfies Vref = Vcell / 2 + Voff is read.

この場合、コンパレータCOMPnの入力オフセット電圧Voffが存在するため、
Vref=Vcelln/2−Voff=3.6/2+0.01=1.81(V)
したがって、第2回目の測定による二次電池200(n)の電圧Vcelln”=Vcn(2)=Vref×2=3.62(V)となる。
In this case, since the input offset voltage Voff of the comparator COMP n exists,
Vref = Vcelln / 2−Voff = 3.6 / 2 + 0.01 = 1.81 (V)
Therefore, the voltage Vcelln ″ = Vcn (2) = Vref × 2 = 3.62 (V) of the secondary battery 200 (n) in the second measurement.

ステップ(iii)-1、2では、|Vckn|=|Vcn(1)−Vcn(2)|と(2×Voff+α)との大小関係を比較する。
|Vckn|=|Vcn(1)−Vcn(2)|=|3.58−3.62|=0.04(V)
一方、2×Voff+α=100mVとした場合、
|Vckn|=0.04<0.1となり、ステップ(iv)に進む。その結果、
Vcelln=(Vcn(1)+Vcn(2))/2=(3.58+3.62)/2=3.60(V) …(12)
となり、オフセット電圧Voffが除去されたセル電圧Vcelln(=3.60V)が求まる。
仮に、第2回目の測定時に異常があり、Vcelln’ =Vcn(1)=3.6Vに対して、Vcelln” =Vcn(2)=3.9Vとなった場合、ステップ(iii)では、
フローiii)で|Vckn|=|Vcn(1)−Vcn(2)|=|3.6−3.9|=0.3(V)となり、この場合、2×Voff+α=100mVの値を超えるため、再度ステップ(i)に戻って計測をやり直す。以上のフローによりコンパレータCOMPのオフセット電圧を除去し、さらに、異常測定の再測定ルーチンを行うことができる。なお、図9に示したオフセット電圧キャンセル測定のフローは、第一から第四の実施例の回路に対して適用可能な測定方法であることはいうまでもない。
In steps (iii) -1 and 2, the magnitude relation between | Vckn | = | Vcn (1) −Vcn (2) | and (2 × Voff + α) is compared.
| Vckn | = | Vcn (1) −Vcn (2) | = | 3.58−3.62 | = 0.04 (V)
On the other hand, when 2 × Voff + α = 100 mV,
| Vckn | = 0.04 <0.1, so go to step (iv). as a result,
Vcelln = (Vcn (1) + Vcn (2)) / 2 = (3.58 + 3.62) /2=2.60 (V) (12)
Thus, the cell voltage Vcelln (= 3.60 V) from which the offset voltage Voff has been removed is obtained.
If there is an abnormality during the second measurement and Vcelln '= Vcn (2) = 3.9V versus Vcelln' = Vcn (1) = 3.6V, then step (iii)
In step iii), | Vckn | = | Vcn (1) −Vcn (2) | = | 3.6−3.9 | = 0.3 (V). In this case, the value exceeds 2 × Voff + α = 100 mV. Return to) and repeat the measurement. With the above flow, the offset voltage of the comparator COMP can be removed, and a remeasurement routine for abnormal measurement can be performed. Needless to say, the flow of offset voltage cancellation measurement shown in FIG. 9 is a measurement method applicable to the circuits of the first to fourth embodiments.

100・・・電圧電流変換回路、200・・・二次電池セル、10・・・電流DAC、20・・・DAC制御部、300・・・レジスタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Voltage current conversion circuit, 200 ... Secondary battery cell, 10 ... Current DAC, 20 ... DAC control part, 300 ... Register.

Claims (10)

直列に接続される複数の二次電池セルの出力電圧を監視する二次電池セル監視回路であって、
複数の電圧電流変換回路と、
電流デジタルアナログ変換回路と、
上記電流デジタルアナログ変換回路の電流量を制御する制御ビットを生成するDAC制御部とを有し、
上記電圧電流変換回路は、上記電流デジタルアナログ変換回路の生成する電流に応じた参照電圧と対応する上記二次電池セルの分圧とを比較するコンパレータと出力トランジスタとを有しており、
上記DAC制御部が上記制御ビットをスキャンし、上記コンパレータの出力反転に応じて上記出力トランジスタに出力電流が流れ始めたときの制御ビットの値から上記複数の二次電池セルそれぞれの出力電圧を検出する二次電池セル監視回路。
A secondary battery cell monitoring circuit for monitoring output voltages of a plurality of secondary battery cells connected in series,
A plurality of voltage-current conversion circuits;
A current digital-to-analog converter circuit;
A DAC control unit that generates a control bit for controlling a current amount of the current digital-to-analog converter circuit;
The voltage-current conversion circuit includes a comparator and an output transistor that compare a reference voltage corresponding to a current generated by the current digital-to-analog conversion circuit and a corresponding partial voltage of the secondary battery cell,
The DAC control unit scans the control bit, and detects the output voltage of each of the plurality of secondary battery cells from the value of the control bit when the output current starts to flow through the output transistor according to the output inversion of the comparator. Secondary battery cell monitoring circuit.
請求項1において、
上記電流デジタルアナログ変換回路は、複数の上記電圧電流変換回路に対して共通に設けられ、
上記電流デジタルアナログ変換回路の生成する電流は、対応する上記二次電池セルの出力電圧をゲートに入力されるゲート接地トランジスタを介して上記電圧電流変換回路に供給され、
上記コンパレータは、上記ゲート接地トランジスタのソース点を基準として、上記電流デジタルアナログ変換回路の生成する電流に応じた参照電圧と対応する上記二次電池セルの分圧とを比較する二次電池セル監視回路。
In claim 1,
The current digital-to-analog conversion circuit is provided in common for the plurality of voltage-current conversion circuits,
The current generated by the current digital-to-analog converter circuit is supplied to the voltage-current converter circuit through a grounded gate transistor that inputs the output voltage of the corresponding secondary battery cell to the gate,
The comparator compares a reference voltage corresponding to a current generated by the current digital-to-analog converter circuit with a divided voltage of the corresponding secondary battery cell with reference to a source point of the common-gate transistor. circuit.
請求項2において、
上記電圧電流変換回路は容量を有し、
上記容量に対応する上記二次電池セルの分圧を保持した後に、上記容量の一端を上記ゲート接地トランジスタのソース点に切り換えることにより、上記ゲート接地トランジスタのソース点を基準とする上記二次電池セルの分圧を得る二次電池セル監視回路。
In claim 2,
The voltage-current conversion circuit has a capacity,
After maintaining the partial pressure of the secondary battery cell corresponding to the capacity, the secondary battery with reference to the source point of the grounded gate transistor is switched by switching one end of the capacity to the source point of the grounded gate transistor. A secondary battery cell monitoring circuit for obtaining a partial pressure of the cell.
請求項2において、
上記電圧電流変換回路はバイパストランジスタを有し、
上記バイパストランジスタのドレインは上記ゲート接地トランジスタのドレインが接続され、上記バイパストランジスタのソースは上記コンパレータに上記参照電圧を供給する電位点が接続され、上記バイパストランジスタのゲートは対応する二次電池セルの負極端子の電圧が入力される二次電池セル監視回路。
In claim 2,
The voltage-current conversion circuit has a bypass transistor,
The drain of the bypass transistor is connected to the drain of the grounded gate transistor, the source of the bypass transistor is connected to a potential point for supplying the reference voltage to the comparator, and the gate of the bypass transistor is connected to the corresponding secondary battery cell. A secondary battery cell monitoring circuit to which a negative terminal voltage is input.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
上記電圧電流変換回路において、上記コンパレータと上記出力トランジスタとの間に出力回路を有し、
上記出力回路は、所定の時定数のフィルタを有し、
上記コンパレータの出力は上記フィルタに入力される二次電池セル監視回路。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
In the voltage-current conversion circuit, an output circuit is provided between the comparator and the output transistor,
The output circuit has a filter with a predetermined time constant,
A secondary battery cell monitoring circuit in which the output of the comparator is input to the filter.
請求項5において、
上記出力回路は、さらにワンショットパルス回路を有し、上記コンパレータの出力反転に応じてパルス状信号を発生させる二次電池セル監視回路。
In claim 5,
The output circuit further includes a one-shot pulse circuit, and generates a pulse signal in response to the output inversion of the comparator.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
上記コンパレータのプラス側入力に上記参照電圧を入力し、上記コンパレータのマイナス側入力に対応する上記二次電池セルの分圧を入力して、対応する二次電池セルの第1の出力電圧を検出し、
上記コンパレータのマイナス側入力に上記参照電圧を入力し、上記コンパレータのプラス側入力に対応する上記二次電池セルの分圧を入力して、対応する二次電池セルの第2の出力電圧を検出し、
上記第1の出力電圧と上記第2の出力電圧とに基づいて対応する二次電池セルの出力電圧を決定する二次電池セル監視回路。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The reference voltage is input to the positive side input of the comparator, the partial voltage of the secondary battery cell corresponding to the negative side input of the comparator is input, and the first output voltage of the corresponding secondary battery cell is detected. And
The reference voltage is input to the negative input of the comparator, the partial voltage of the secondary battery cell corresponding to the positive input of the comparator is input, and the second output voltage of the corresponding secondary battery cell is detected. And
A secondary battery cell monitoring circuit that determines an output voltage of a corresponding secondary battery cell based on the first output voltage and the second output voltage.
請求項7において、
上記第1の出力電圧と上記第2の出力電圧との差が所定のしきい値以上に大きい場合には、再度二次電池セルの出力電圧の検出を行う二次電池セル監視回路。
In claim 7,
A secondary battery cell monitoring circuit that detects the output voltage of the secondary battery cell again when the difference between the first output voltage and the second output voltage is greater than a predetermined threshold value.
直列に接続される複数の二次電池セルと、上記複数の二次電池セルのそれぞれの出力電圧を監視する二次電池セル監視回路とを有する二次電池モジュールであって、
上記二次電池セル監視回路は、複数の電圧電流変換回路と、
電流デジタルアナログ変換回路と、上記電流デジタルアナログ変換回路の電流量を制御する制御ビットを生成するDAC制御部とを有し、
上記電圧電流変換回路は、上記電流デジタルアナログ変換回路の生成する電流に応じた参照電圧と対応する上記二次電池セルの分圧とを比較するコンパレータと出力トランジスタとを有しており、
上記DAC制御部が上記制御ビットをスキャンし、上記コンパレータの出力反転に応じて上記出力トランジスタに出力電流が流れ始めたときの制御ビットの値から上記複数の二次電池セルそれぞれの出力電圧を検出する電池モジュール。
A secondary battery module having a plurality of secondary battery cells connected in series and a secondary battery cell monitoring circuit for monitoring the output voltage of each of the plurality of secondary battery cells,
The secondary battery cell monitoring circuit includes a plurality of voltage-current conversion circuits,
A current digital-to-analog conversion circuit; and a DAC control unit that generates a control bit for controlling a current amount of the current digital-to-analog conversion circuit,
The voltage-current conversion circuit includes a comparator and an output transistor that compare a reference voltage corresponding to a current generated by the current digital-to-analog conversion circuit and a corresponding partial voltage of the secondary battery cell,
The DAC control unit scans the control bit, and detects the output voltage of each of the plurality of secondary battery cells from the value of the control bit when the output current starts to flow through the output transistor according to the output inversion of the comparator. Battery module.
請求項9において、
上記電流デジタルアナログ変換回路は、複数の上記電圧電流変換回路に対して共通に設けられ、
上記電流デジタルアナログ変換回路の生成する電流は、対応する上記二次電池セルの出力電圧をゲートに入力されるゲート接地トランジスタを介して上記電圧電流変換回路に供給され、
上記コンパレータは、上記ゲート接地トランジスタのソース点を基準として、上記電流デジタルアナログ変換回路の生成する電流に応じた参照電圧と対応する上記二次電池セルの分圧とを比較する二次電池モジュール。
In claim 9,
The current digital-to-analog conversion circuit is provided in common for the plurality of voltage-current conversion circuits,
The current generated by the current digital-to-analog converter circuit is supplied to the voltage-current converter circuit through a grounded gate transistor that inputs the output voltage of the corresponding secondary battery cell to the gate,
The said comparator is a secondary battery module which compares the reference voltage according to the electric current which the said current digital analog conversion circuit produces | generates with the reference | standard of the source point of the said gate common transistor, and the partial pressure of the said secondary battery cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230125811A1 (en) * 2020-03-22 2023-04-27 Irp Nexus Group Ltd Battery management system (bms) and application
EP4091232A4 (en) * 2020-03-22 2024-03-27 Irp Nexus Group Ltd Battery management system (bms) and application

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