JP2014149161A - 保護ic及び電池電圧監視方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セル群を複数直列接続して使用する二次電池集合体の各セル群に接続され、各セル群の複数のセルそれぞれの電池電圧を監視する保護IC10,20であって、セル群の複数のセルの接続点及びセル群の両端に接続される複数の端子と、セル群の複数のセルそれぞれの両端電圧を基準電圧と比較して過電圧を検出し、いずれかのセルの過電圧を検出して第1のアラーム信号を生成する第1のアラーム生成部12と、セル群の複数のセルの接続点及びセル群の一端の電圧の低下又は電流の減少を検出することでセル群の複数のセルの接続点及びセル群の両端と複数の端子との間の断線を検出して第2のアラーム信号を生成する第2のアラーム生成部13とを有する。
【選択図】 図1
Description
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端に接続される複数の端子(VDD,V4〜V1,VSS)と、
前記セル群の複数のセルそれぞれの両端電圧を基準電圧と比較して過電圧を検出し、いずれかのセルの過電圧を検出して第1のアラーム信号を生成する第1のアラーム生成部(12)と、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少を検出することで前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端と前記複数の端子との間の断線を検出して前記第2のアラーム信号を生成する第2のアラーム生成部(13)と、を有する。
前記セル群の一端に接続された端子に抵抗を介してドレインを接続され、前記セル群の他端に接続された端子に定電流源を介してソースを接続され、ゲートを前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端に接続され、前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少により、ドレイン電流を減少させる複数の第1トランジスタ(M2〜M5)と、
前記セル群の両端に接続された端子間に縦積みされており、ゲートを前記複数の第1トランジスタのドレインに接続され、前記複数の第1トランジスタのドレイン電流の減少によりオフする複数の第2トランジスタ(M6〜M9)と、
前記複数の第2トランジスタのいずれかのオフによりアラーム信号を生成する第2の論理回路(CM5)と、を有する。
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端に接続される複数の端子を設け、
前記セル群の複数のセルそれぞれの両端電圧を基準電圧と比較して過電圧を検出し、いずれかのセルの過電圧を検出して第1のアラーム信号を生成し、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少を検出することで前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端と前記複数の端子との間の断線を検出して前記第2のアラーム信号を生成する。
前記セル群の一端に接続された端子に抵抗を介して複数の第1トランジスタのドレインを接続し、前記セル群の他端に接続された端子に定電流源を介して前記複数の第1トランジスタのソースを接続し、前記複数の第1トランジスタのゲートを前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端に接続し、前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少により、前記複数の第1トランジスタのドレイン電流を減少させ、
前記セル群の両端に接続された端子間に複数の第2トランジスタを縦積みし、前記複数の第2トランジスタのゲートを前記複数の第1トランジスタのドレインに接続し、前記複数の第1トランジスタのドレイン電流の減少により前記複数の第2トランジスタをオフさせ、
前記複数の第2トランジスタのいずれかのオフによりアラーム信号を生成する。
図1は本発明の保護ICの一実施形態の回路構成図を示す。図1において、二次電池であるリチウムイオン電池のセルCL1〜CL4は直列接続されて第1セル群を構成し、また、リチウムイオン電池のセルCL21〜CL24は直列接続されて第2セル群を構成しており、CL4とセルCL21は直列接続されて二次電池集合体を構成している。
保護IC10,20はセル群を構成する複数のセルそれぞれの電池電圧を監視する半導体集積回路である。保護IC10は端子保護部11、過充電検出部12、断線検出部13を有している。保護IC20は端子保護部21、過充電検出部22、断線検出部23を有している。保護IC10と保護IC20は同一構成であるので、保護IC20内の電子部品には保護IC10と同一符号を付し、その説明を省略する。
過充電検出部12において、端子V4,V3に接続された抵抗R11,R14の他端は抵抗R12,R13で接続され、抵抗R12,R13の接続点はコンパレータCM1の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗R11,R14の他端は定電流源D1及びツェナーダイオードZ6で接続され、定電流源D1とツェナーダイオードZ6の接続点はコンパレータCM1の反転入力端子に接続されている。コンパレータCM1は端子V3,V4間電圧を抵抗R12,R13で分圧した分圧電圧を、ツェナーダイオードZ6で発生した基準電圧と比較して、分圧電圧が基準電圧より高い場合にハイレベルの検出信号を生成してオア回路OR1に供給する。
断線検出部13において、nチャネルMOSトランジスタM2のゲートは抵抗R11を介して端子V4に接続されており、MOSトランジスタM2のドレインはスイッチS1及び抵抗R31を介して端子VDDに接続され、ソースはスイッチS2を介して定電流源D5の一端に接続されている。定電流源D5の他端は抵抗R23を介して端子VSSに接続されている。
ここで、セルCL1〜CL4の第1セル群と保護IC10との接続で断線を検出しようとする部位は、セルCL1〜CL4と、ヒューズF1,抵抗R3,R5,R7の接続点であるA点,B点,C点,D点である。また、セルCL21〜CL24の第2セル群と保護IC20との接続で断線を検出しようとする部位は、セルCL21〜CL24と、ヒューズF21,抵抗R43,R45,R47,端子VSSの接続点であるE点,F点,G点,H点,I点である。
A点で断線が発生した場合、保護IC10の端子V3からツェナーダイオードZ2又はダイオードD2を通して端子VDD及び端子V4に電流が流れ込む。この場合、端子V4,V3間のnチャネルMOSトランジスタM2のゲート電圧よりソース電圧が高くなるので、MOSトランジスタM2がオフする。このため、MOSトランジスタM2のドレイン電圧が高くなり、MOSトランジスタM6のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなりMOSトランジスタM6はオフする。これによって、端子15からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力される。
B点で断線が発生した場合、保護IC10の端子V3から電流I2が流れ出なくなるためにMOSトランジスタM2のドレイン電流が定電流源D5の流す電流だけとなって極めて小さくなりMOSトランジスタM2のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなる。このため、MOSトランジスタM2のドレイン電圧が高くなり抵抗R31での電圧降下が小さくなり、MOSトランジスタM6のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなりMOSトランジスタM6はオフする。これによって、保護IC10の端子15からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
E点で断線が発生した場合、保護IC20の端子VDDに流れ込む電流I11は保護IC10の端子VSSから供給される電流I5だけとなる。この電流I5に対して保護IC20の端子VDDに流れ込む電流I11は十分に大きいため、端子V3の電圧に対して端子VDDの電圧つまり端子V4の電圧は低くなり、MOSトランジスタM2のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなりMOSトランジスタM2はオフする。このため、MOSトランジスタM2のドレイン電圧が高くなり、MOSトランジスタM6のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなりMOSトランジスタM6はオフする。これによって、端子15からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力される。
I点で断線が発生した場合、保護IC20の電流I15はツェナーダイオードZ25又はダイオードD8を通してH点に流れ込む。このため、保護IC20の端子V1の電圧は端子VSSの電圧よりダイオード1個の順方向電圧降下分だけ高くなるので、MOSトランジスタM5がオフする。このため、MOSトランジスタM5のドレイン電圧が高くなり、MOSトランジスタM9のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなりMOSトランジスタM9はオフする。これによって、端子15からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力される。
例えばセルCL2の両端間がショートするセルショートが発生した場合、V3端子とV2端子間の電圧が0Vとなる。この場合はMOSトランジスタM3がオフする。このため、MOSトランジスタM3のドレイン電圧が高くなり、MOSトランジスタM7のゲート・ソース間電圧Vgsが小さくなりMOSトランジスタM7はオフする。これによって、端子15からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力され、セルショートの検出を行うことができる。
10,20 保護IC
11,21 端子保護部
12,22 過充電検出部
13,23 断線検出部
C1〜C30 キャパシタ
CM1〜CM4 コンパレータ
CM5 シュミットトリガ回路
D1〜D8 ダイオード
F1,F21 ヒューズ
M1〜M9 MOSトランジスタ
R1〜R48 抵抗
Z1〜Z25 ツェナーダイオード
Claims (8)
- 二次電池のセルが複数直列接続されたセル群を複数直列接続して使用する二次電池集合体の各セル群に接続され、前記各セル群の複数のセルそれぞれの電池電圧を監視する保護ICであって、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端に接続される複数の端子と、
前記セル群の複数のセルそれぞれの両端電圧を基準電圧と比較して過電圧を検出し、いずれかのセルの過電圧を検出して第1のアラーム信号を生成する第1のアラーム生成部と、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少を検出することで前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端と前記複数の端子との間の断線を検出して前記第2のアラーム信号を生成する第2のアラーム生成部と、
を有することを特徴とする保護IC。 - 請求項1記載の保護ICにおいて、
前記第2のアラーム生成部は、
前記セル群の一端に接続された端子に抵抗を介してドレインを接続され、前記セル群の他端に接続された端子に定電流源を介してソースを接続され、ゲートを前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端に接続され、前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少により、ドレイン電流を減少させる複数の第1トランジスタと、
前記セル群の両端に接続された端子間に縦積みされており、ゲートを前記複数の第1トランジスタのドレインに接続され、前記複数の第1トランジスタのドレイン電流の減少によりオフする複数の第2トランジスタと、
前記複数の第2トランジスタのいずれかのオフによりアラーム信号を生成する第2の論理回路と、
を有することを特徴とする保護IC。 - 請求項2記載の保護ICにおいて、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端に接続される複数の端子間をダイオードで接続した端子保護部
を有することを特徴とする保護IC。 - 請求項1乃至3のいずれか1項記載の保護ICにおいて、
テストモード時に、前記第2のアラーム生成部に動作電流を供給するスイッチを設けたことを特徴とする保護IC。 - 二次電池のセルが複数直列接続されたセル群を複数直列接続して使用する二次電池集合体の各セル群に接続され、前記各セル群の複数のセルそれぞれの電池電圧を監視する電池電圧監視方法であって、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端に接続される複数の端子を設け、
前記セル群の複数のセルそれぞれの両端電圧を基準電圧と比較して過電圧を検出し、いずれかのセルの過電圧を検出して第1のアラーム信号を生成し、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少を検出することで前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端と前記複数の端子との間の断線を検出して前記第2のアラーム信号を生成することを特徴とする電池電圧監視方法。 - 請求項5記載の電池電圧監視方法において、
前記第2のアラーム生成は、
前記セル群の一端に接続された端子に抵抗を介して複数の第1トランジスタのドレインを接続し、前記セル群の他端に接続された端子に定電流源を介して前記複数の第1トランジスタのソースを接続し、前記複数の第1トランジスタのゲートを前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端に接続し、前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の一端の電圧の低下又は電流の減少により、前記複数の第1トランジスタのドレイン電流を減少させ、
前記セル群の両端に接続された端子間に複数の第2トランジスタを縦積みし、前記複数の第2トランジスタのゲートを前記複数の第1トランジスタのドレインに接続し、前記複数の第1トランジスタのドレイン電流の減少により前記複数の第2トランジスタをオフさせ、
前記複数の第2トランジスタのいずれかのオフによりアラーム信号を生成することを特徴とする電池電圧監視方法。 - 請求項6記載の電池電圧監視方法において、
前記セル群の複数のセルの接続点及び前記セル群の両端に接続される複数の端子間をダイオードで接続したことを特徴とする電池電圧監視方法。 - 請求項5乃至7のいずれか1項記載の電池電圧監視方法において、
テストモード時に、前記第2のアラーム生成部に動作電流を供給することを特徴とする電池電圧監視方法。
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