JP2016223797A - バッテリの断線検出装置、充電装置及びバッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセルを直列接続することにより構成されるバッテリにおいて、セル同士の接続点から引き出されたセルモニタラインの断線を正確に検出できるようにする。【解決手段】断線検出装置は、セルモニタラインを介してセルＣＥ１、ＣＥ２のセル電圧を検出する電圧検出部と、セルモニタラインに抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を介して基準電圧を印加するためのスイッチング素子（Ｔｒ１）と、スイッチング素子のオフ時に電圧検出部を介して各セルのセル電圧を検出し、セル毎に断線判定を許可するか否かを判定する許可判定部と、スイッチング素子をオン状態にして、許可判定部にて断線判定が許可されたセルのセル電圧を、電圧検出部を介して検出し、セルモニタラインの断線の有無を判定する断線判定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のセルを直列接続することにより構成されるバッテリにおいて、セル同士の接続点から引き出されたセルモニタラインの断線を検出するためのバッテリの断線検出装置、この断線検出装置を備えた充電装置及びバッテリパックに関する。

複数のセルを直列接続することにより構成されるバッテリには、セル同士の接続点からセルモニタラインが引き出され、このセルモニタラインを介して、各セルの状態（セル電圧等）を監視できるように構成されたものがある。

また、この種のバッテリにおいては、セルモニタラインの断線を検出するために、隣接する２つのセルモニタライン間にコンデンサとダイオードを設け、各モニタラインを、抵抗を介してグランドラインに接地することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この提案の技術では、セルモニタライン間に設けられるダイオードが、低電位側のセルモニタラインから高電位側のセルモニタラインに向けて順方向となるように配置される。
このため、隣接する２つのセルモニタラインのうち、高電位側のセルモニタラインが断線した際に、２つのセルモニタラインの電位が略同電位となり、その電位差から、高電位側のセルモニタラインの断線を検出することができる。

特許第５５４９１２１号

ところで、上記提案の技術では、セルモニタライン間にコンデンサを設け、各セルモニタラインを、抵抗を介してグランドラインに接地することにより、セルモニタラインに断線が生じていない正常時には、セルモニタライン間の電位差がセル電圧になるようにしている。

このため、各セルからは、抵抗を介してグランドラインに常時放電電流が流れることになり、バッテリの消費電力量が多くなって、バッテリの使用可能時間が短くなるという問題がある。

また、例えば、バッテリの放電、セル電圧のアンバランス、等によって、セルモニタライン間のセル電圧（つまり電位差）が低下した場合には、セルモニタラインの断線を誤検出してしまうことも考えられる。

本発明は、複数のセルを直列接続することにより構成されるバッテリにおいて、セル同士の接続点から引き出されたセルモニタラインの断線を、正確に検出できるようにすることを目的とする。

本発明の断線検出装置は、複数のセルを直列接続することにより構成されたバッテリにおいて、セル同士の接続点から引き出されたセルモニタラインの断線を検出するためのものであり、電圧検出部、スイッチング素子、許可判定部、及び、断線判定部を備える。

電圧検出部は、セルモニタラインを介して各セルの電圧（セル電圧）を検出するためのものであり、スイッチング素子は、セルモニタラインに抵抗を介して基準電圧を印加するためのものである。

許可判定部は、スイッチング素子のオフ時に、電圧検出部を介して各セルのセル電圧をそれぞれ検出し、その検出したセル電圧に基づき、セル毎に、断線判定を許可するか否かを判定する。

また、断線判定部は、スイッチング素子をオン状態にして、許可判定部にて断線判定が許可されたセルのセル電圧を、電圧検出部を介して検出し、その検出したセル電圧の電圧値若しくは変化量に基づき、当該セルに接続されたセルモニタラインの断線の有無を判定する。

このように、本発明では、断線判定部がセルモニタラインの断線判定を実施するときにだけ、スイッチング素子をオン状態にして、セルモニタラインに抵抗を介して基準電圧を印加する。

このとき、セルモニタラインには、抵抗の抵抗値とその両端電圧（セルモニタラインと基準電圧との電位差）とで決まる放電電流若しくは充電電流が流れることになるが、この電流が流れる期間は、断線判定部による断線判定時に制限される。

従って、本発明によれば、従来のように抵抗を介して電流が常時流れることはなく、バッテリの消費電力を抑えることができる。
また、本発明では、許可判定部がスイッチング素子のオフ時に電圧検出部を介して検出されるセル電圧に基づき、断線判定部による断線判定を許可するか否かを判定する。

このため、例えば、バッテリの放電、セル電圧のアンバランス、等によって、セル電圧が低下しているときに、断線判定部が、そのセル電圧を検出して、セルモニタラインが断線していると誤判定するのを防止できる。

この理由は、次の通りである。
セル電圧が低下しているときに、断線判定部がセルモニタラインの断線を誤判定するのを防止するには、セル電圧が、誤判定を生じさせることのない電圧以上であることを確認し、その条件下で、断線判定部を動作させる必要がある。

しかし、セルモニタラインが断線している場合には、電圧検出部にてセル電圧を直接検出することはできない。
一方、セルモニタラインには、セル状態（セル電圧等）を監視するため監視部が接続されており、バッテリの正極側及び負極側に接続される正負の電源ラインと共に監視部に接続される。

この監視部内には、セル電圧を入力する端子間に抵抗やフィルタリングのためのコンデンサが接続されている。
このため、バッテリから引き出されたセルモニタラインが断線している場合、そのセルモニタラインの断線判定部側の電位は、監視部を介して、バッテリ電圧をコンデンサや抵抗を介して分圧した電位となる。

従って、セルモニタラインが断線していても、電圧検出部では、セル電圧を、監視部を介して間接的に検出することができるようになる。
この結果、本発明によれば、許可判定部が、電圧検出部にて検出されたセル電圧に基づき断線判定部による断線判定を許可するか否かを判断することによって、断線判定部がセルモニタラインの断線を誤判定するのを防止できるようになる。

また、許可判定部が断線判定を禁止した場合、断線判定部によるセルモニタラインの断線判定を実施できなくなるが、バッテリが充電されてセル電圧が正常電圧に戻れば、許可判定部にて断線判定が許可されるため、セルモニタラインの断線を判定できなくなるのを防止することもできる。

ここで、許可判定部は、電圧検出部を介して検出したセル電圧が既定値以上であるときに、当該セル電圧に対応するセルに対する断線判定を許可するよう構成されていてもよい。このようにすれば、セル電圧が低い場合に、断線判定部による断線判定を禁止させて、断線判定部によるセルモニタラインの断線判定精度を向上することができる。

また、スイッチング素子は、オン状態であるとき、抵抗を介して、バッテリの負極と同電位のグランドラインにセルモニタラインを接地するように構成されていてもよい。
このようにすれば、セルモニタラインを、抵抗を介してグランドラインに接地するだけで、セルモニタラインに基準電圧（グランド電位）を印加することができるようになり、基準電圧を生成するようにした場合に比べて、回路構成を簡単にすることができる。

なお、セルモニタラインに抵抗を介して印加する基準電圧としては、バッテリの正極側の電圧（バッテリ電圧）を利用することもできる。
ただし、このようにすると、断線発生時にセルモニタライン間の電位差が逆転して、不具合が生じることが考えられるので、上記特許文献１に記載のダイオード等、電位差が逆転するのを防止する回路構成が必要となる。

また、スイッチング素子が、セルモニタラインをグランドラインに接地するよう構成されている場合、断線判定部は、スイッチング素子のオン時にセル電圧が閾値以下であれば、そのセルの正極側のセルモニタラインが断線していると判定するよう、構成してもよい。

このようにすれば、セルモニタラインの断線を簡単に判定することができるようになる。
一方、本発明のバッテリの断線検出装置は、バッテリを内蔵したバッテリパックを装着可能で、そのバッテリパックが装着されているときにバッテリへの充電を行う充電装置に、バッテリ状態（セル状態）の監視部と共に設けられていてもよい。

また、本発明のバッテリの断線検出装置は、バッテリを内蔵したバッテリパック内に、バッテリ状態（セル状態）の監視部と共に設けられていてもよい。

実施形態のバッテリパック及び充電装置の構成を表す回路図である。 充電装置に設けられたスイッチング電源の構成を表す回路図である。 充電装置の状態遷移を表す説明図である。 温度待機モードでの制御回路の動作を表すフローチャートである。 プリ充電モードでの制御回路の動作を表すフローチャートである。 図５、図６に示す断線チェック判別処理を表すフローチャートである。 保護ＩＣを介してセルモニタラインに印加される電圧経路を表す説明図である。 断線検出装置としての機能を有するバッテリパックの構成を表す回路図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態の充電装置１０は、充放電可能な複数（図では３個）のセルＣＥ１、ＣＥ２、ＣＥ３を直列接続することにより構成されたバッテリ４に対し、充電を行うためのものである。

バッテリ４は、例えば、リチウムイオンバッテリであり、所謂バッテリパック２として、セル温度検出用の温度センサ（サーミスタ等）６と共に合成樹脂製のパッケージ内に収納されている。そして、バッテリパック２には、充電装置１０への接続用端子として、５つの端子Ｔ０〜Ｔ４が設けられている。

このうち、端子Ｔ０はバッテリ４の負極側に接続され、端子Ｔ１は、バッテリ４の負極側のセルＣＥ１と中央のセルＣＥ２との接続点に抵抗Ｒ１を介して接続されている。
また、端子Ｔ２は、バッテリ４の正極側のセルＣＥ３と中央のセルＣＥ２との接続点に抵抗Ｒ２を介して接続され、端子Ｔ３は、バッテリ４の正極側に接続され、端子Ｔ４は、温度センサ６の一端に接続されている。

なお、温度センサ６の他端は、バッテリ４の負極側と同電位のグランドラインに接地されている。
このため、バッテリパック２からは、端子Ｔ０、Ｔ３を介してバッテリ電圧が出力され、端子Ｔ２、Ｔ３は、セルＣＥ１〜ＣＥ３同士の接続点の電位を出力する出力端子として機能し、端子Ｔ４は、温度検出信号出力用の出力端子として機能する。

一方、充電装置１０には、充電装置１０のケース外部に設けられた装着部（図示せず）にバッテリパック２を装着した際、上記各端子Ｔ０〜Ｔ４にそれぞれ接続される端子Ｔ１０〜Ｔ１４が設けられている。

充電装置１０において、端子Ｔ１０、Ｔ１３は、正・負の充電経路を介してスイッチング電源（以下、ＳＷ電源という）３０に接続されている。
なお、端子Ｔ１３とＳＷ電源３０との間の正極側の充電経路には、バッテリ４への充電経路を導通・遮断するための充電スイッチ１６が設けられており、端子Ｔ１０は、充電装置１０のグランドラインに接地されている。

ＳＷ電源３０は、外部の交流電源（例えば商用電源）から電力供給を受けて、バッテリパック２への充電電圧や充電装置１０の電源電源（直流定電圧）Ｖｃを生成するためのものであり、図２に示すように構成されている。

すなわち、ＳＷ電源３０には、外部の交流電源から電力供給を受けるための電源端子Ｔ２１、Ｔ２２が備えられている。
そして、ＳＷ電源３０において、電源端子Ｔ２１、Ｔ２２に入力された交流電圧（ＡＣ）は、整流回路３２にて整流され、コンデンサＣ１１にて平滑されることにより、直流電圧に変換される。

また、コンデンサＣ１１の正極側には、絶縁トランス３４の一次巻線Ｌ１の一端が接続されており、コンデンサＣ１１の負極側は、絶縁トランス３４の一次側のグランドラインに接地されている。

また、絶縁トランス３４の一次巻線Ｌ１の他端は、通電用スイッチＳＷ２を介して、絶縁トランス３４の一次側のグランドラインに接地されている。
この絶縁トランス３４は、外部電源と充電装置１０の内部回路とを絶縁すると共に、コンデンサＣ１にて平滑化された直流電圧を降圧して、充電装置１０内に取り込むためのものである。

そして、通電用スイッチＳＷ２は、一次巻線Ｌ１の他端とグランドラインとの間をスイッチング（導通・遮断）することで、絶縁トランス３４の二次側に、降圧した交流電力を発生させる。

なお、通電用スイッチＳＷ２は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されており、抵抗Ｒ５１を介して、駆動回路３６からゲートにハイレベルの信号が入力されたときにオン状態となる。

また、絶縁トランス３４には、バッテリ４への充電電圧を生成るための二次巻線Ｌ２１と、充電装置１０の内部回路駆動用の電源電圧Ｖｃを生成するための一対の二次巻線Ｌ２２、Ｌ２３と、の３つの二次巻線が備えられている。

このうち、二次巻線Ｌ２１には、整流用のダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ１２が並列接続されている。
このコンデンサＣ１２には、通電用スイッチＳＷ２のスイッチングにより直流電圧が充電され、その直流電圧がバッテリ４への充電電圧として、端子Ｔ２３、Ｔ２４から、正・負の充電経路を介して、充電電圧出力用の端子Ｔ１３、Ｔ１０へと出力される。

また、コンデンサＣ１２と負極側の端子Ｔ２４との間の負極側の充電経路には、バッテリ４への充電時に流れる充電電流を検出するための電流検出部３８が設けられている。
電流検出部３８は、例えば、負極側の充電経路に直列に接続された抵抗と、抵抗の両端電圧を電流の検出結果として出力する検出回路とにより構成される。

そして、電流検出部３８からの検出信号は、バッテリ４への充電電流を制御する電流制御部４０に入力される。
電流制御部４０は、充電装置１０内の制御回路２０から端子Ｔ２５に入力される充電指令に従い、バッテリ４への充電電流を制御するためのものであり、フォトカプラ４２を介して、駆動回路３６に所定デューティ比のスイッチング信号を出力する。

この結果、通電用スイッチＳＷ２は、駆動回路３６を介して所定デューティ比でオン・オフされ、絶縁トランス３４の二次巻線Ｌ２１、ダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１２を介して、充電指令に対応した所望の充電電流が出力されることになる。

なお、フォトカプラ４２は、例えば、発光ダイオードＤ１２とフォトトランジスタＴＦとにより構成される周知のものである。
つまり、フォトカプラ４２においては、電流制御部４０から抵抗Ｒ５２を介して発光ダイオードＤ１２に順方向電圧が印加されると、発光ダイオードＤ１２が発光し、フォトトランジスタＴＦがオン状態となる。

このため、充電装置１０の内部回路と、外部電源側とは、絶縁トランス３４と、フォトカプラ４２とにより絶縁されることになる。
次に、電源電圧Ｖｃ生成用の一対の二次巻線Ｌ２２、Ｌ２３は、互いに逆方向に巻回されており、その一端には、ダイオードＤ１３、Ｄ１４のアノードが接続され、他端は、絶縁トランス３４の二次側（換言すれば充電装置１０内）のグランドラインに接地されている。

また、ダイオードＤ１３、Ｄ１４のカソードには、コンデンサＣ１３が接続されている。
コンデンサＣ１３は、ダイオードＤ１３、Ｄ１４からの出力により充電されることにより、電源電圧Ｖｃ生成用の電荷を蓄積するためのものであり、ダイオードＤ１３、Ｄ１４との接続点とは反対側は、充電装置１０内のグランドラインに接地されている。

このため、コンデンサＣ１３は、ダイオードＤ１３、Ｄ１４を介して、通電用スイッチＳＷ２のオン時及びオフ時の両方で充電されることになる。
従って、例えば、バッテリ４が満充電近くまで充電されて、二次巻線Ｌ２１から充電電流を出力させるための通電用スイッチＳＷ２の駆動デューティ比が小さくなったときにでも、コンデンサＣ１３には、所望の電荷が蓄積されることになる。

そして、コンデンサＣ１３に蓄積された電荷は、電源電圧Ｖｃ生成用のレギュレータ４４に取り込まれ、レギュレータ４４にて生成された電源電圧Ｖｃは、端子Ｔ２６を介して、充電装置１０の内部回路に供給される。また、コンデンサＣ１３の両端電圧は、後述のバッファ１１，１２の電源電圧Ｖｓとして、端子Ｔ２７から出力される。

次に、制御回路２０は、メモリや入出力回路を備えたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）にて構成されており、充電装置１０にバッテリパック２が装着されているときに、バッテリ電圧、セル電圧、バッテリ温度等を検出して、バッテリ４への充電を制御する。

つまり、制御回路２０は、ＳＷ電源３０にて生成された電源電圧Ｖｃを受けて動作し、端子Ｔ１１から、抵抗Ｒ１１、バッファ１１及び分圧抵抗Ｒ１３、Ｒ１４を介して、セルＣＥ１・ＣＥ２同士の接続点の電位を取り込む。

また、制御回路２０は、端子Ｔ１２から、抵抗Ｒ１２、バッファ１２及び分圧抵抗Ｒ１５、Ｒ１６を介して、セルＣＥ２・ＣＥ３同士の接続点の電位を取り込み、端子Ｔ１３から、検出用スイッチＳＷ１及び分圧抵抗Ｒ３１、Ｒ３２を介して、バッテリ電圧を取り込む。

そして、制御回路２０は、その取り込んだセル同士の接続点の電位及びバッテリ電圧からバッテリ４を構成する各セルＣＥ１、ＣＥ２、ＣＥ３のセル電圧を検出し、その検出結果からバッテリ４に異常があるか否かを判断して、異常があればバッテリ４への充電を禁止する。

また、端子Ｔ１４には、温度センサ６に電力供給を行うために、一端に電源電圧Ｖｃが印加された抵抗Ｒ４１が接続されており、その接続点は、温度検出信号からノイズ等の不要信号成分を除去するために、コンデンサＣ５を介してグランドラインに接地されている。

そして、制御回路２０は、端子Ｔ１４からの温度検出信号を、抵抗Ｒ４２を介して取り込み、その温度検出信号から得られるバッテリ温度が予め設定された許容範囲内にあるか否かを判断して、バッテリ温度が許容範囲内になければ、バッテリ４への充電を禁止する。

次に、制御回路２０が端子Ｔ１３からバッテリ電圧を取り込む電圧検出経路は、ＳＷ電源３０と端子Ｔ１３との間の充電経路ではなく、端子Ｔ１３から直接引き出されている。これは、充電経路にバッテリ４への充電電流が流れているときに、充電経路で生じる電圧降下の影響を受けることなく、バッテリ電圧を検出できるようにするためである。

そして、本実施形態では、その電圧検出経路に検出用スイッチＳＷ１を設け、制御回路２０がバッテリ電圧を取り込む（検出する）ときにだけ、検出用スイッチＳＷ１をオンさせる。これは、バッテリ４から電圧検出用の分圧抵抗Ｒ３１，Ｒ３２に常時電流が流れて、バッテリ４の電力が無駄に消費させるのを防止するためである。

ここで、検出用スイッチＳＷ１は、ソースが端子Ｔ１３に接続され、ドレインが分圧用の抵抗Ｒ３１に接続された、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴにて構成されている。
また、検出用スイッチＳＷ１のゲートは、抵抗Ｒ３３を介してソースに接続されると共に、抵抗Ｒ３４及びトランジスタＴｒ２を介してグランドラインに接地されている。

そして、制御回路２０は、トランジスタＴｒ２をオン状態にして、検出用スイッチＳＷ１のゲートを、抵抗Ｒ３４を介して接地させることにより、検出用スイッチＳＷ１をオン状態にし、バッテリ電圧を検出する。

なお、トランジスタＴｒ２は、エミッタがグランドラインに接地されたＮＰＮトランジスタにて構成されており、制御回路２０から駆動信号（ハイレベル）を受けるベースは、抵抗Ｒ３５を介してグランドラインに接地されている。

また、図１において、検出用スイッチＳＷ１のドレイン−ソース間のダイオードＤ３は、寄生ダイオードを表している。
また、バッファ１１、１２を構成するオペアンプの電源電圧Ｖｓには、ＳＷ電源３０にて生成される内部回路駆動用の電源電圧Ｖｃではなく、ＳＷ電源３０にて電源電圧Ｖｃを生成するのに用いられるコンデンサＣ１３の両端電圧が利用される。

これは、端子Ｔ１１、Ｔ１２から各バッファ１１、１２に入力される電位が、各バッファ１１、１２の電源電圧よりも高くなるのを防止するためである。
次に、充電装置１０には、制御回路２０とは別に、バッテリ電圧及びセル電圧を監視し、過充電或いはセルの故障等によって、監視中の電圧値に異常が生じたときには、充電スイッチ１６を強制的に遮断（オフ）する保護ＩＣ１４も設けられている。

この保護ＩＣ１４には、抵抗Ｒ１１とバッファ１１との間のセル電圧入力経路、及び、抵抗Ｒ１２とバッファ１２との間のセル電圧入力経路から、それぞれ、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を介して分岐された、セル電圧入力経路が接続されている。また、保護ＩＣ１４には、端子Ｔ１３からバッテリ電圧を取り込むためのバッテリ電圧入力経路も接続されている。

そして、グランドラインとこれら各電圧入力経路との間には、各セルＣＥ１〜ＣＥ３のセル電圧をフィルタリングするためのコンデンサＣ１〜Ｃ３が設けられており、保護ＩＣ１４には、これら各コンデンサＣ１〜Ｃ３を介して、セル電圧が入力される。

また、保護ＩＣ１４には、端子Ｔ１３とグランドラインとの間に設けられたコンデンサＣ４から、抵抗Ｒ２８を介してバッテリ電圧が印加されており、保護ＩＣ１４は、そのバッテリ電圧を受けて、制御回路２０とは別に動作する。

このため、バッテリ４への充電時に、制御回路２０の故障等によって、保護機能が働かず、バッテリ４が過充電されるような場合には、保護ＩＣ１４の動作によってバッテリ４を保護することができる。

また、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２から保護ＩＣ１４に至るセル電圧の入力経路には、それぞれ、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４、及び、ダイオードＤ１、Ｄ２を介して、エミッタ接地されたトランジスタＴｒ１のコレクタが接続されている。

ダイオードＤ１、Ｄ２は、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４側をアノード、トランジスタＴｒ１のコレクタ側をカソード、として配置することにより、各セル電圧の入力経路からグランドラインに向けて順方向に電流を流すように配置されている。

トランジスタＴｒ１は、ＮＰＮトランジスタにて構成されており、ベースは、抵抗Ｒ２６を介して制御回路２０に接続されると共に、抵抗Ｒ２７を介してグランドラインに接地されている。

このため、トランジスタＴｒ１は、制御回路２０からハイレベルの駆動信号が入力されることにより、オン状態となる。
そして、トランジスタＴｒ１がオン状態になると、端子Ｔ１１、Ｔ１２から抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を介してバッファ１１、１２に至るセル電圧の入力経路が、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４及びダイオードＤ１、Ｄ２を介して、グランドラインに接地されることになる。

つまり、トランジスタＴｒ１は、本発明のスイッチング素子として機能し、制御回路２０によりオン状態に切り換えられると、各バッファ１１、１２へのセル電圧の入力経路（セルモニタライン）に、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を介して、グランドラインの基準電圧（０Ｖ）を印加する。

上記のように構成された本実施形態の充電装置１０においては、図３に示すように、バッテリパック２が充電装置１０から外されて、充電不可能なとき（充電不可）には、スタンバイモードとなる。

そして、スタンバイモードで、バッテリパック２が装着されると、バッテリ温度が許容温度範囲になるのを待機する温度待機モードとなり、温度待機モードで、バッテリ温度が許容範囲内にあることが確認されると、バッテリ４へのプリ充電を行うプリ充電モードとなる。

プリ充電モードでは、バッテリ４を所定の閾値電圧Ｖｔｈまで充電するプリ充電を行い、プリ充電が完了すると、バッテリ４を満充電させる充電モードに移行する。また、プリ充電モードでは、バッテリ温度が許容範囲外になると、温度待機モードに移行する。

充電モードでは、制御回路２０は、ＳＷ電源３０に充電指令を出力することにより、バッテリ電圧が目標電圧に達するまではバッテリ４を定電流充電させ、バッテリ電圧が目標電圧に達すると、定電圧充電に切り替える、所謂ＣＣＣＶ充電を行う。

そして、充電モードでバッテリ４が満充電されると、完了モードに移行して、その旨を報知し、その後、バッテリパック２が充電装置１０から外されると、スタンバイモードに移行する。

また、充電モードでは、制御回路２０は、バッテリ電圧やセル電圧を監視し、異常時には、エラーモードに移行して、充電スイッチ１６をオフすることで、充電を停止させ、その旨を報知する。

なお、こうした充電完了或いは異常の報知は、発光ダイオードの点灯・点滅等により行われる。また、充電装置１０の動作モードも、発光ダイオードの点灯・点滅等により報知される。

また、図４、図５に示すように、温度待機モード及びプリ充電モードでは、制御回路２０は、バッテリ４のセル電圧を検出するのに利用されるセルモニタラインに、断線若しくは接触不良が生じたか否かを判定する断線チェック判別処理を実施する。

つまり、温度待機モードでは、制御回路２０は、図４に示すように、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）にて、断線チェック判別処理を実施する。
そして、その後、Ｓ１２０にて、バッテリ温度ＴＨが、下限値ＴＨ１よりも大きく上限値ＴＨ２よりも小さい許容範囲内にあるか否かを判断し、バッテリ温度ＴＨが許容範囲内にあればプリ充電モードへ移行し、許容範囲内になければＳ１１０に移行する。

また、プリ充電モードでは、制御回路２０は、図５に示すように、まずＳ２１０にて断線チェック判別処理を実施する。
そして、続くＳ２２０では、上述した２つのセルモニタラインの断線チェックは完了し、且つ、バッテリパック２から供給されるパック電圧（つまり、バッテリ電圧）は所定の閾値電圧Ｖｔｈ以上である、か否かを判断する。

Ｓ２２０にて、断線チェックが完了していて、パック電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上である、と判断されると、充電モードへ移行し、そうでなければ、Ｓ２３０にて、バッテリ４へプリ充電用の定電流を供給することで、プリ充電を実施する。

Ｓ２３０にてバッテリ４へのプリ充電を実施した後は、Ｓ２４０にて、バッテリ温度ＴＨが、下限値ＴＨ１よりも大きく上限値ＴＨ２よりも小さい許容範囲内にあるか否かを判断する。そして、バッテリ温度ＴＨが許容範囲内にあればＳ２５０に移行し、許容範囲内になければ温度待機モードへ移行する。

Ｓ２５０では、プリ充電の時間が予め設定された規定時間△Ｔｃｈに達したか否かを判断する。そして、プリ充電時間が規定時間△Ｔｃｈに達していれば、バッテリ４への充電経路等に何らかの異常があると判断して、エラーモードへ移行し、そうでなければ、Ｓ２１０に移行する。

なお、Ｓ２２０にて、パック電圧（バッテリ電圧）が閾値電圧Ｖｔｈ以上であるか否かを判断するのは、バッテリ電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上になるまで、Ｓ２３０でのプリ充電を実施させるためである。

これは、Ｓ１１０、Ｓ２１０の断線チェック判別処理において、トランジスタＴｒ１のオフ時に、各セルＣＥ１、ＣＥ２のセル電圧が低いと、各セルＣＥ１、ＣＥ２に対応するセルモニタラインが断線しているか否かを特定できないようにされているためである。なお、この断線チェック判別処理については、後述する。

つまり、プリ充電モードでは、バッテリ電圧を閾値電圧Ｖｔｈまで充電させることにより、各セルＣＥ１、ＣＥ２のセル電圧を上昇させて、Ｓ１１０又はＳ２１０の断線チェック判別処理にて、セルモニタラインが断線しているか否かを特定できるようにしている。

次に、Ｓ１１０、Ｓ２１０にて実行される断線チェック判別処理について説明する。
なお、制御回路２０は、この断線チェック判別処理を実行する際、セルモニタラインの電位を、バッファ１１、１２及び分圧抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６を介して取り込むことで、セルＣＥ１、ＣＥ２のセル電圧Ｖ１、Ｖ２を検出し、その検出結果から各セルモニタラインの断線を判定する。

このため、本実施形態において、断線チェックの対象となるセルモニタラインは、バッテリパック２内でセル同士の接続点から端子Ｔ１、Ｔ２に至るセル電圧の出力経路、この端子Ｔ１、Ｔ２と充電装置１０の端子Ｔ１１、Ｔ１２との接続部、及び、充電装置１０内で端子Ｔ１１、Ｔ１２から抵抗Ｒ１１、Ｒ１２に至るセル電圧の入力経路となる。

また、制御回路２０は、通常、トランジスタＴｒ１をオフ状態に保持しており、断線チェック判別処理において、後述のＳ３９０〜Ｓ４６０の処理期間中にだけ、一時的にトランジスタＴｒ１をオン状態に切り替える。

図６に示すように、断線チェック判別処理においては、まずＳ３１０にて、セルＣＥ１の正極側に接続されるセルモニタラインの断線チェック（以下、単にセルＣＥ１の断線チェックという）は、完了しているか否かを判断する。

そして、セルＣＥ１の断線チェックが完了していれば、Ｓ３４０に移行し、そうでなければ、Ｓ３２０に移行する。
Ｓ３２０では、バッファ１１を介して入力されるセルモニタラインの電位から、セルＣＥ１のセル電圧Ｖ１を検出し、セル電圧Ｖ１は閾値電圧Ｖｔｈ１１（例えば、１．８Ｖ）以上か否かを判断することにより、セルＣＥ１の断線チェックを許可するか否かを判断する。

そして、セル電圧Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈ１１以上であれば、断線チェックフラグＦ１をセットすることで、セルＣＥ１の断線チェックを許可し、Ｓ３４０に移行する。また逆に、セル電圧Ｖ１が閾値電圧Ｖｔｈ１１に達していなければ、そのままＳ３４０に移行する。

次に、Ｓ３４０では、セルＣＥ２の正極側に接続されるセルモニタラインの断線チェック（以下、単にセルＣＥ２の断線チェックという）は、完了しているか否かを判断する。
そして、セルＣＥ２の断線チェックが完了していれば、Ｓ３７０に移行し、そうでなければ、Ｓ３５０に移行する。

Ｓ３５０では、バッファ１１、１２を介して入力されるセルモニタラインの電位差から、セルＣＥ２のセル電圧Ｖ２を検出し、セル電圧Ｖ２は閾値電圧Ｖｔｈ２１（例えば、１．８Ｖ）以上か否かを判断することにより、セルＣＥ２の断線チェックを許可するか否かを判断する。

そして、セル電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ２１以上であれば、断線チェックフラグＦ２をセットすることで、セルＣＥ２の断線チェックを許可し、Ｓ３７０に移行する。また逆に、セル電圧Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ２１に達していなければ、そのままＳ３７０に移行する。

なお、断線チェックフラグＦ１、Ｆ２は、制御回路２０の起動時およびバッテリを抜いた時にクリア状態に初期設定されるフラグである。
次に、Ｓ３７０では、断線チェックフラグＦ１又はＦ２（換言すれば、断線チェックフラグＦ１及びＦ２の少なくとも一方）がセットされているか否かを判断する。

そして、断線チェックフラグＦ１又はＦ２がセットされていれば、Ｓ３８０に移行し、断線チェックフラグＦ１及びＦ２が共にクリア状態であれば、断線チェック判別処理を終了する。

Ｓ３８０では、充電スイッチ１６をオフすることにより、バッテリ４へ流れる電流を遮断する。そして、続くＳ３９０では、トランジスタＴｒ１をオン状態に切り替え、各セルＣＥ１、ＣＥ２のセルモニタラインを、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を介してグランドラインに接地させる。

次に、Ｓ４００では、断線チェックフラグＦ１がセットされているか否かを判断し、断線チェックフラグＦ１がセットされていなければ、Ｓ４３０に移行し、断線チェックフラグＦ１がセットされていれば、Ｓ４１０に移行する。

Ｓ４１０では、バッファ１１を介して入力されるセルモニタラインの電位から、セルＣＥ１のセル電圧Ｖ１を検出し、セル電圧Ｖ１は閾値電圧Ｖｔｈ１２（例えば、１．５Ｖ）以上か否かを判断することにより、セルＣＥ１の断線チェックを実施する。

そして、Ｓ４１０にて、セル電圧Ｖ１は閾値電圧Ｖｔｈ１２以上であると判断されると、セルＣＥ１のセルモニタラインは断線していないと判断して、Ｓ４２０にて、その旨（セルＣＥ１断線チェックＯＫ）を記憶し、Ｓ４３０に移行する。また、Ｓ４１０にて、セル電圧Ｖ１は閾値電圧Ｖｔｈ１２以上ではないと判断されると、セルＣＥ１のセルモニタラインは断線していると判断して、エラーモードへ移行する。

次に、Ｓ４３０では、断線チェックフラグＦ２がセットされているか否かを判断し、断線チェックフラグＦ２がセットされていなければ、Ｓ４６０に移行し、断線チェックフラグＦ２がセットされていれば、Ｓ４４０に移行する。

Ｓ４４０では、バッファ１１、１２を介して入力されるセルモニタラインの電位差から、セルＣＥ２のセル電圧Ｖ２を検出し、セル電圧Ｖ２は閾値電圧Ｖｔｈ２２（例えば、１．５Ｖ）以上か否かを判断することにより、セルＣＥ２の断線チェックを実施する。

そして、Ｓ４４０にて、セル電圧Ｖ２は閾値電圧Ｖｔｈ２２以上であると判断されると、セルＣＥ２のセルモニタラインは断線していないと判断して、Ｓ４５０にて、その旨（セルＣＥ２断線チェックＯＫ）を記憶し、Ｓ４６０に移行する。

Ｓ４６０では、トランジスタＴｒ１をオフ状態に戻し、断線チェック判別処理を終了する。また、Ｓ４４０にて、セル電圧Ｖ２は閾値電圧Ｖｔｈ２２以上ではないと判断されると、セルＣＥ２のセルモニタラインは断線していると判断して、エラーモードへ移行する。

以上のように、断線チェック判別処理では、トランジスタＴｒ１がオフ状態にあるときに検出されるセル電圧Ｖ１、Ｖ２が、許可判定用の閾値電圧Ｖｔｈ１１、Ｖｔｈ２１以上であるとき、断線チェックフラグＦ１、Ｆ２をセットする（Ｓ３１０〜Ｓ３６０）。

そして、断線チェックフラグＦ１、Ｆ２がセットされているときに、トランジスタＴｒ１をオン状態に切り替えてセル電圧Ｖ１、Ｖ２を検出し、その検出したセル電圧が断線判定用の閾値電圧Ｖｔｈ１２、Ｖｔｈ２２以上であるとき、セルモニタラインは断線していないと判断する（Ｓ３７０〜Ｓ４６０）。

このため、本実施形態によれば、従来技術に比べ、セルＣＥ１、ＣＥ２が抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を介して放電される期間を制限して、セルＣＥ１、ＣＥ２の電圧低下を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、Ｓ３１０〜Ｓ３６０の処理を実行することなく、セルモニタラインの断線を判定するようにした場合に比べ、セルモニタラインの断線チェックを、より正確に実行することができる。

つまり、トランジスタＴｒ１をオン状態に切り替えて検出したセル電圧Ｖ１、Ｖ２だけで、セルモニタラインの断線を判定するようにすると、放電等によって元々セル電圧Ｖ１、Ｖ２が低い場合に、セルモニタラインの断線を誤検出してしまう。

そこで、本実施形態では、トランジスタＴｒ１がオフ状態にあるときに、各セルＣＥ１、ＣＥ２のセル電圧Ｖ１、Ｖ２を検出し、セル電圧Ｖ１、Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ１１、Ｖｔｈ２１以上であるときに、セルモニタラインの断線チェックを許可するようにしているのである。

従って、本実施形態の断線チェック判別処理によれば、特許文献１に記載の従来技術に比べ、断線チェックのために消費されるバッテリ４の電力量を抑えることができると共に、セルモニタラインの断線を誤判定する確率を低減することができる。

なお、Ｓ３１０〜Ｓ３６０の処理にて、トランジスタＴｒ１がオフ状態にあるときに、セルモニタラインが断線していても、セル電圧Ｖ１、Ｖ２を検出することができるのは、セルモニタラインに、監視部としての保護ＩＣ１４が接続されているためである。

保護ＩＣ１４は、バッテリ４を構成する各セルＣＥ１〜ＣＥ３の状態（セル電圧等）を監視するものである。
図７に示すように、保護ＩＣ１４の内部では、グランドライン−セルＣＥ１、ＣＥ２のセルモニタライン−バッテリ電圧の検出経路が、それぞれ、入力抵抗Ｒ６１、Ｒ６２、Ｒ６３にて接続された状態となる。

よって、例えば、バッテリパック２内でセルＣＥ２のセルモニタラインが断線していたとしても、バッファ１２に接続されるセルモニタラインには、保護ＩＣ１４の入力抵抗Ｒ６３を介して、セル電圧Ｖ２が印加されることになる。

従って、制御回路２０は、セルモニタラインが断線していたとしても、バッファ１１、１２を介して、セル電圧Ｖ１、Ｖ２を検出することができるようになるのである。
また、本実施形態では、セル電圧Ｖ１、Ｖ２が許可判定用の閾値電圧Ｖｔｈ１１、Ｖｔｈ２１未満であれば、セルモニタラインの断線チェックは禁止される。

その禁止期間中は、プリ充電により、バッテリ４への充電が実施されるので、セル電圧Ｖ１、Ｖ２が低い状態が保持されることはない。
そして、プリ充電により、セル電圧Ｖ１、Ｖ２が閾値電圧Ｖｔｈ１１、Ｖｔｈ２１以上になれば、セルモニタラインの断線チェックが実施されることから、チェック結果が正常であれば、バッテリ４を通常通り充電することができる。

また、本実施形態では、セルモニタラインの断線チェックを実施する際、セルモニタラインを、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を介してグランドラインに接地し、基準電圧として０Ｖを印加するようにしている。

このため、セルモニタラインに、グランドライン以外の基準電圧（例えば、バッテリ電圧、電源電圧Ｖｃ、等）を印加するようにした場合に比べて、基準電圧を印加するための回路構成を簡単にすることができる。

なお、本実施形態においては、保護ＩＣ１４が、本発明の監視部に相当し、バッファ１１、１２及び制御回路２０が、本発明の電圧検出部に相当し、トランジスタＴｒ１が、本発明のスイッチング素子に相当する。

また、制御回路２０は、本発明の許可判定部及び断線判定部として機能し、このうち、許可判定部としての機能は、図６に示すＳ３１０〜Ｓ３６０の処理にて実現され、断線判定部としての機能は、図６に示すＳ３７０〜Ｓ４６０の処理にて実現される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、Ｓ４１０、Ｓ４４０にて、セルモニタラインの断線チェックを実施する際、各セルＣＥ１、ＣＥ２のセル電圧Ｖ１、Ｖ２を用いるものとして説明した。

これに対し、スイッチング素子であるトランジスタＴｒ１のオフ時に検出したセル電圧Ｖ１、Ｖ２と、トランジスタＴｒ１のオン時に検出したセル電圧Ｖ１、Ｖ２との電圧差（換言すればセル電圧Ｖ１、Ｖ２の変化量）を用いて、セルモニタラインの断線を判定するようにしてもよい。

つまり、セルモニタラインが断線している場合、トランジスタＴｒ１のオフ時とオン時とでは、セル電圧Ｖ１、Ｖ２が大きく変化することから、その変化量に基づきセルモニタラインの断線を判定するようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、バッテリパック２内のバッテリ４への充電を行う充電装置１０に、本発明の断線検出装置としての機能を設けたものについて説明したが、本発明の断線検出装置としての機能は、バッテリパックに設けるようにしてもよい。

そして、この場合、バッテリパックは、図８に示すように構成すればよい。
すなわち、図８に示すバッテリパック５０には、バッテリ４の両端に接続される正負一対の端子ＴＰ、ＴＧに加え、バッテリパック５０が装着される充電装置若しくは負荷（電動工具等）に設けられた充電用若しくは放電用の制御回路との間で通信を行うための端子ＴＳ、が備えられている。

また、バッテリパック５０には、セル電圧を含むバッテリ状態を監視するための制御回路６０が設けられており、この制御回路６０周囲には、図１に示した制御回路２０と同様に構成されたバッテリ状態監視用の周辺回路、及び、保護ＩＣ１４が設けられている。

そして、制御回路６０は、周辺回路を介してバッテリ状態（バッテリ電圧、セル電圧、バッテリ温度等）を監視し、異常を検出すると、バッテリ４の正極側の電源ライン上に設けられた充電スイッチ１６（この場合、充放電兼用のスイッチ）を遮断する。

また、保護ＩＣ１４も、バッテリ状態（バッテリ電圧、セル電圧）の異常を検出すると、充電スイッチ１６を遮断する。
従って、バッテリパック２をこのように構成すれば、制御回路６０にて、図６に示した断線チェック判別処理を実行するようにすることで、上記実施形態と同様に、セルＣＥ１〜ＣＥ３同士の接続点から引き出されたセルモニタラインの断線を検出することができるようになる。

なお、図８に示すバッテリパック５０には、バッテリ４から電力供給を受けて、制御回路６０及びその周辺回路に供給するための電源電圧Ｖｃを生成する、レギュレータ５２が設けられている。

ここで、図８に示すバッテリパック５０には、監視部としての保護ＩＣ１４が設けられるものとして説明したが、例えば、バッテリパック５０の充電装置側に保護ＩＣ１４が設けられるような場合には、バッテリパック５０に保護ＩＣ１４を設ける必要はない。

また、図１、図８に示した制御回路２０、６０及びその周辺回路にて実現される本発明の断線検出装置としての機能は、図１に示したバッテリパック２から電力供給を受けて動作する電動工具等の負荷に設けるようにしてもよい。

一方、図１、図８に示した制御回路２０、６０は、セルモニタラインの断線チェックを実施する際、セルモニタラインを、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４を介してグランドラインに接地し、基準電圧として０Ｖを印加する。

しかし、断線チェック時にセルモニタラインに印加する基準電圧には、バッテリ電圧、電源電圧Ｖｃ等を利用するようにしてもよく、或いは、断線チェック用に定電圧回路にて別途生成した基準電圧を利用するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、バッテリ４は、３つのセルＣＥ１〜ＣＥ３を直列接続することにより構成され、断線チェックは、これらセル同士の接続点から引き出された２本のセルモニタラインに対し実施するものとして説明した。しかし、バッテリ４を構成するセルの数や断線チェックの対象となるセルモニタラインの数は、適宜変更してもよい。

２，５０…バッテリパック、４…バッテリ、ＣＥ１〜ＣＥ３…セル、６…温度センサ、１０…充電装置、１１，１２…バッファ、１４…保護ＩＣ、１６…充電スイッチ、２０，６０…制御回路、Ｒ２１〜Ｒ２４…抵抗、Ｔｒ１…トランジスタ（スイッチング素子）、ＳＷ１…検出用スイッチ、Ｔｒ２…トランジスタ、３０…ＳＷ電源、３２…整流回路、３４…絶縁トランス、３６…駆動回路、３８…電流検出部、４０…電流制御部、４２…フォトカプラ、４４，５２…レギュレータ。

Claims (6)

1. 複数のセルを直列接続することにより構成されたバッテリにおいて、前記セル同士の接続点から引き出され、前記各セルの状態を監視する監視部に接続するのに利用されるセルモニタライン、の断線を検出するための断線検出装置であって、
   前記セルモニタラインを介して前記各セルのセル電圧を検出する電圧検出部と、
   前記セルモニタラインに抵抗を介して基準電圧を印加するためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のオフ時に、前記電圧検出部を介して前記各セルのセル電圧をそれぞれ検出し、該検出したセル電圧に基づき、前記セル毎に断線判定を許可するか否かを判定する許可判定部と、
   前記スイッチング素子をオン状態にして、前記許可判定部にて断線判定が許可されたセルのセル電圧を、前記電圧検出部を介して検出し、該検出したセル電圧の電圧値若しくは変化量に基づき、当該セルに接続されたセルモニタラインの断線の有無を判定する断線判定部と、
   を備えた、バッテリの断線検出装置。
2. 前記許可判定部は、前記検出したセル電圧が既定値以上であるとき、当該セル電圧に対応するセルに対する断線判定を許可するよう構成されている、請求項１に記載のバッテリの断線検出装置。
3. 前記スイッチング素子は、オン状態であるとき、前記抵抗を介して、前記バッテリの負極と同電位のグランドラインに前記セルモニタラインを接地するように構成されている、請求項１又は請求項２に記載のバッテリの断線検出装置。
4. 前記断線判定部は、前記スイッチング素子をオン状態にしたときに、前記許可判定部にて断線判定が許可されたセルのセル電圧が閾値以下であるとき、当該セルの正極側のセルモニタラインが断線していると判定するように構成されている、請求項３に記載のバッテリの断線検出装置。
5. 複数のセルを直列接続することにより構成されたバッテリを内蔵したバッテリパックを装着可能で、該バッテリパックが装着されているときに、前記バッテリへの充電を行うように構成された充電装置であって、
   前記バッテリパックが装着されているときに、前記バッテリパック内の前記セル同士の接続点にセルモニタラインを介して接続され、前記バッテリの状態を監視する監視部と、
   前記セルモニタラインの断線を検出するための断線検出部と、
   を備え、前記断線検出部は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の断線検出装置にて構成されている、充電装置。
6. 複数のセルを直列接続することにより構成されたバッテリを内蔵したバッテリパックであって、
   前記セル同士の接続点から引き出されたセルモニタラインの断線を検出する断線検出部として、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の断線検出装置を備えている、バッテリパック。

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