JP2018082535A - 回路保護装置及び電源監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズを有する回路保護装置において、電池セルから過電圧が出力され、既定の過電圧が印加された場合に確実にヒューズを溶断させ、監視回路等の保護対象回路をより確実に保護する。【解決手段】電池セルと保護対象回路とを接続する接続ラインに設けられたヒューズと、複数の接続ラインにブリッジして設けられる保護回路Ｐ１とを備える回路保護装置であって、保護回路Ｐ１は、検出ラインＬ１と検出ラインＬ２との間に設けられるメイントランジスタ４と、電池セルが正常電圧を出力するとメイントランジスタ４をオフ状態とし、電池セルが過電圧を出力するとメイントランジスタ４をオン状態とする駆動回路６とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、回路保護装置及び電源監視装置に関するものである。

下記特許文献１には、組電池の電圧を監視する監視回路を保護する回路保護装置が開示されている。この回路保護装置は、組電池と監視回路との間に介装される回路であり、監視回路の各入力端と組電池を構成する複数の電池セルの各端子とを相互接続する複数の検出ラインの各々に挿入される複数のヒューズと、個々の電池セルに対応する一対の検出ライン間に各々設けられる複数のツェナーダイオードからなる。

このような特許文献１に開示された回路保護装置によれば、組電池に搭載される電池セルから過電圧が出力されると、ツェナーダイオードがブレークダウン状態となり、ツェナーダイオードを通じて一対の検出ライン同士が短絡し、監視回路に過電圧による電流が流れることを防止する。さらには、過電圧による電流によってヒューズが溶断され、電池セルからの電流が遮断される。

特許第５５８５６１６号公報

ところが、ヒューズに過電圧による電流が流れ、ヒューズが溶断するまでには一定の時間が必要となる。監視回路を確実に保護するためには、より短時間で確実にヒューズが溶断されることが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示された回路保護装置では、ツェナーダイオードを介して過電圧による電流が流れるため、ヒューズの溶断特性がツェナーダイオードで許容される尖頭電流と熱損失の範囲に入らなければならない。従ってツェナーダイオードで許容される上記の電気的特性が十分大きな値であることが求められるため、大きな素子を必要とし価格的に不利である。また、その様なツェナーダイオードを用いた場合、過電圧がヒューズ溶断まで至らない小さいエネルギーだった場合、ヒューズが熱ダメージを受けることで初期のヒューズ特性を満足しなくなる可能性がある。この熱ダメージを受けた後では本来の正常動作時に溶断されシステム障害を招いてしまうことにも繋がることから、既定の過電圧が印加された場合は確実に溶断しシステム保護をしなければならない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ヒューズを有する回路保護装置において、電池セルから過電圧が出力され、既定の過電圧が印加された場合に確実にヒューズを溶断させ、監視回路等の保護対象回路をより確実に保護することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、電池セルと保護対象回路とを接続する接続ラインに設けられたヒューズと、複数の接続ラインにブリッジして設けられる保護回路とを備える回路保護装置であって、上記保護回路が、上記電池セルの第１出力端子に接続された上記接続ラインと上記電池セルの第２出力端子に接続された上記接続ラインとの間に設けられるトランジスタと、上記電池セルが正常電圧を出力すると上記トランジスタをオフ状態とし、上記電池セルが過電圧を出力すると上記トランジスタをオン状態とする駆動回路とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、第１の発明において、上記駆動回路が、上記電池セルの出力電圧が一定の閾値を超えたときに上記トランジスタをオン状態とする閾値回路を有するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記閾値回路が、上記電池セルの第１出力端子に接続された上記接続ラインと上記トランジスタの制御端子との間に設けられる閾値回路用トランジスタと、上記電池セルの第１出力端子に接続された上記接続ラインと上記電池セルの第２出力端子に接続された上記接続ラインとの間に設けられると共に、カソード側が上記閾値回路用トランジスタの制御端子に接続されたツェナーダイオードと、上記閾値回路用トランジスタの入力端子と上記閾値回路用トランジスタの制御端子とに接続された閾値回路用抵抗器とを備えるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記駆動回路が、上記電池セルの第１出力端子に接続された上記接続ラインに電流が流れている間、上記トランジスタのオン状態を保持する保持回路を有するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記保持回路が、上記電池セルの第１出力端子に接続された接続ラインと上記トランジスタの制御端子との間に設けられる保持回路用トランジスタと、上記保持回路用トランジスタの入力端子と上記保持回路用トランジスタの制御端子とに接続された保持回路用抵抗器とを備えるという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記駆動回路が、上記トランジスタのオフ状態からオン状態への反応速度を遅延させるフィルタ回路を有するという構成を採用する。

第７の発明は、上記第６の発明において、上記フィルタ回路が、上記電池セルの第１出力端子に接続された接続ラインと上記トランジスタの制御端子とに接続された第１フィルタ回路用抵抗器と、上記電池セルの第２出力端子に接続された接続ラインと上記トランジスタの制御端子とに接続された第２フィルタ回路用抵抗器と、上記第２フィルタ回路用抵抗器をバイパスして、上記電池セルの第２出力端子に接続された接続ラインと上記トランジスタの制御端子との間に設けられるコンデンサとを備えるという構成を採用する。

第８の発明は、電源監視装置であって、上記第１〜第７いずれかの発明である回路保護装置と、上記保護対象回路であって、上記回路保護装置を介して、上記電池セルを監視する監視回路とを備えるという構成を採用する。

本発明によれば、電池セルから過電圧が出力された場合には、駆動回路によりトランジスタがオン状態とされ、トランジスタを介してヒューズが設けられた接続ライン同士が短絡される。このため、ツェナーダイオードを介して過電圧による電流を流す場合と比較して、ヒューズに流れる電流量を増加させることができ、ヒューズを短時間で確実に溶断させることができる。したがって、本発明によれば、ヒューズを有する回路保護装置において、電池セルから過電圧が出力され、既定の過電圧が印加された場合に確実にヒューズを溶断させ、監視回路等の保護対象回路をより確実に保護することが可能となる。

本発明の第１実施形態の電源監視装置の機能構成を含むブロック図である。 本発明の第１実施形態の電源監視装置が備える保護回路の概略構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態の電源監視装置が備える回路保護装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態の電源監視装置が備える保護回路の概略構成を示す回路図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る回路保護装置及び電源監視装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、本第１実施形態の電源監視装置１の機能構成を含むブロック図である。本実施形態の電源監視装置１は、組電池Ｘを監視対象とする装置である。組電池Ｘは、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるバッテリであり、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池である。この組電池Ｘは、図示するように互いに直列接続された複数の電池セルｂ１〜ｂｎを備えている。このような組電池Ｘは、例えば車両の走行動力を発生させる走行モータを駆動するインバータに直流電力を供給する。すなわち、組電池Ｘのプラス端子はインバータの一方の入力端に接続され、組電池Ｘのマイナス端子はインバータの他方の入力端に接続されている。なお、上記「ｎ」は２以上の自然数である。

この組電池Ｘは、図示するようにＣＩＤ（Current Interrupt Device）を備えている。
このＣＩＤは、組電池Ｘを構成する各電池セルｂ１〜ｂｎに対応して各電池セルｂ１〜ｂｎのプラス端子側に設けられており、対応する電池セルの異常によって当該電池セルの内圧が過度に上昇すると作動することにより、各電池セルｂ１〜ｂｎのプラス端子を機械的に解放する遮断素子（ディスコネクト素子）である。

本実施形態の電源監視装置１は、電池セルｂ１のプラス端子と、各電池セルｂ１〜ｂｎ同士の間と、電池セルｂｎのマイナス端子とから各々延出される複数の検出ラインＬ１〜Ｌｎ＋１（接続ライン）を介して組電池Ｘと接続されている。このような本実施形態の電源監視装置１は、監視回路２と、回路保護装置３とを備えている。

監視回路２は、組電池Ｘの出力電圧に基づいて組電池Ｘを監視する回路である。この監視回路２は、各電池セルｂ１〜ｂｎの出力端子（プラス端子及びマイナス端子）に各々対応する複数対の入力端子を備えている。また、各電池セルｂ１〜ｂｎの出力端子（プラス端子及びマイナス端子）と監視回路２の複数対の入力端子とは、各々に検出ラインＬ１〜Ｌｎ＋１によって接続されている。

このような監視回路２には、各電池セルｂ１〜ｂｎの出力端子（プラス端子及びマイナス端子）から出力電圧（プラス電圧あるいはマイナス電圧）が入力される。この監視回路２は、上記各電池セルｂ１〜ｂｎの出力電圧に基づいて各電池セルｂ１〜ｂｎの端子間電圧（プラス電圧とマイナス電圧との差電圧）をセル電圧として検出し、当該セル電圧に基づいて組電池Ｘの状態を監視する。この監視回路２には、組電池Ｘの監視結果を組電池Ｘの充放電を制御するバッテリ制御装置（バッテリＥＣＵ）に出力する。

回路保護装置３は、各々の検出ラインＬ１〜Ｌｎ＋１の途中部位に設置されたヒューズＦ１〜Ｆｎ＋１と、検出ラインＬ１〜Ｌｎ＋１同士の間にブリッジして設けられた複数の保護回路Ｐ１〜Ｐｎとを備えている。ヒューズＦ１〜Ｆｎ＋１は、電池セルｂ１〜ｂｎが過電圧を出力することによって大電流が流れた場合に切断され、自らが設けられた検出ラインＬ１〜Ｌｎ＋１から監視回路２へ流れる電流を遮断する。

各々の保護回路Ｐ１〜Ｐｎは同一の回路構成である。このため、以下、保護回路Ｐ１について、図２を参照して詳細に説明をし、他の保護回路Ｐ２〜Ｐｎについては詳細な説明を省略する。図２は、保護回路Ｐ１の概略構成を示す回路図である。この図に示すように、保護回路Ｐ１は、一端がヒューズＦ１と監視回路２との間にて検出ラインＬ１と接続され、他端がヒューズＦ２と監視回路２との間にて検出ラインＬ２と接続されている。

この保護回路Ｐ１は、検出ラインＬ１及び検出ラインＬ２に対して並列接続された正過電圧保護回路Ｐ１１及び負過電圧保護回路Ｐ１２を備えている。正過電圧保護回路Ｐ１１は、メイントランジスタ４と、ダイオード５と、駆動回路６とを備えている。メイントランジスタ４は、ＮＰＮバイポーラトランジスタであり、ベース端子（制御端子）が駆動回路６の後述する閾値回路６ａ及び駆動回路６の後述する保持回路６ｂと接続され、コレクタ端子が保持回路６ｂを介して高電位側の検出ラインＬ１（すなわち電池セルｂ１の第１出力端子に接続された検出ライン）に接続され、エミッタ端子がダイオード５を介して低電位側の検出ラインＬ２（すなわち電池セルｂ１の第２出力端子）に接続されている。このメイントランジスタ４は、駆動回路６によってオン状態とオフ状態とが切り替えられ、オン状態にて検出ラインＬ１から検出ラインＬ２に電流を流す。

ダイオード５は、メイントランジスタ４のエミッタ端子と検出ラインＬ２との間に設けられており、アノード端子がメイントランジスタ４のエミッタ端子と接続され、カソード端子が検出ラインＬ２と接続されている。このダイオード５は、メイントランジスタ４から検出ラインＬ２に向けてのみ電流を通過可能とし、検出ラインＬ２からメイントランジスタ４側に電流が流れることを防止する。

駆動回路６は、メイントランジスタ４を駆動してオン状態とオフ状態とを切り替える回路であり、閾値回路６ａと、保持回路６ｂと、フィルタ回路６ｃとを備えている。閾値回路６ａは、閾値回路用トランジスタ６ａ１と、ツェナーダイオード６ａ２と、兼用抵抗器６ａ３とを備えている。

閾値回路用トランジスタ６ａ１は、ＰＮＰバイポーラトランジスタであり、検出ラインＬ１とメイントランジスタ４のベース端子との間に設けられている。閾値回路用トランジスタ６ａ１は、エミッタ端子（入力端子）が検出ラインＬ１と接続され、コレクタ端子（出力端子）がメイントランジスタ４のベース端子と接続されている。また、閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子（制御端子）は、兼用抵抗器６ａ３を介して検出ラインＬ１と接続されている。なお、兼用抵抗器６ａ３は、フィルタ回路６ｃの構成要素としても機能する。つまり、閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子は、フィルタ回路６ｃを介して検出ラインＬ１と接続されている。

ツェナーダイオード６ａ２は、検出ラインＬ１と検出ラインＬ２との間に設けられ、カソード端子がフィルタ回路６ｃを介して検出ラインＬ１と接続され、アノード端子がダイオード５を介して検出ラインＬ２に接続されている。このツェナーダイオード６ａ２は、電池セルｂ１が過電圧を出力し、検出ラインＬ１が検出ラインＬ２に対して相対的に高圧となった場合に、ブレークダウン状態となり検出ラインＬ１側から検出ラインＬ２側に電流を通過させる。

兼用抵抗器６ａ３は、一端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のエミッタ端子（入力端子）と接続され、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子（制御端子）に接続されている。この兼用抵抗器６ａ３は、閾値回路用トランジスタ６ａ１のエミッタ端子の入力電圧に対して、閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子の入力電圧を降下させる。なお、兼用抵抗器６ａ３は、閾値回路６ａの構成要素として機能する他、フィルタ回路６ｃの構成要素として機能し、閾値回路６ａの構成要素として機能する場合には本発明における閾値回路用抵抗器として機能する。

このような閾値回路６ａは、電池セルｂ１の出力電圧が一定の閾値（ツェナー電圧）を超えたときにツェナーダイオード６ａ２がブレークダウン状態となり、これによって閾値回路用トランジスタ６ａ１がオン状態となることで、メイントランジスタ４をオン状態とする。

保持回路６ｂは、保持回路用トランジスタ６ｂ１と、保持回路用抵抗器６ｂ２とを備えている。保持回路用トランジスタ６ｂ１は、ＰＮＰバイポーラトランジスタであり、検出ラインＬ１とメイントランジスタ４のベース端子との間に設けられている。この保持回路用トランジスタ６ｂ１は、エミッタ端子（入力端子）が検出ラインＬ１に接続され、コレクタ端子（出力端子）がメイントランジスタ４のベース端子と接続されている。また、保持回路用トランジスタ６ｂ１のベース端子（制御端子）は、メイントランジスタ４のコレクタ端子と接続されている。保持回路用抵抗器６ｂ２は、一端が保持回路用トランジスタ６ｂ１のエミッタ端子（入力端子）と接続され、他端が保持回路用トランジスタ６ｂ１のベース端子（制御端子）に接続されている。この保持回路用抵抗器６ｂ２は、保持回路用トランジスタ６ｂ１のエミッタ端子の入力電圧に対して、保持回路用トランジスタ６ｂ１のベース端子の入力電圧を降下させる。

このような保持回路６ｂでは、メイントランジスタ４がオン状態となり、保持回路用抵抗器６ｂ２を通じて電流が流れる。これによって、保持回路用トランジスタ６ｂ１のベース端子の入力電圧がエミッタ端子よりも高くなり、保持回路用トランジスタ６ｂ１がオン状態となる。保持回路用トランジスタ６ｂ１がオン状態となると、検出ラインＬ１に電流が流れ続ける限り、保持回路用トランジスタ６ｂ１がオン状態とされ、メイントランジスタ４のベース電圧を高くし続ける。つまり、保持回路６ｂは、メイントランジスタ４が一度オン状態となると、検出ラインＬ１に電流が流れている間、メイントランジスタ４をオン状態に保持する。

フィルタ回路６ｃは、上述の兼用抵抗器６ａ３と、フィルタ回路用抵抗器６ｃ１（第２フィルタ回路用抵抗器）と、コンデンサ６ｃ２とによって構成されている。兼用抵抗器６ａ３は、一端が検出ラインＬ１と接続され、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続されている。また、兼用抵抗器６ａ３は、図２に示すように、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１を介してメイントランジスタ４のベース端子に接続されている。この兼用抵抗器６ａ３は、フィルタ回路６ｃの構成要素として機能する場合には、本発明における第１フィルタ回路用抵抗器として機能する。

フィルタ回路用抵抗器６ｃ１は、一端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続され、他端がツェナーダイオード６ａ２及びダイオード５を介して検出ラインＬ２に接続されている。また、フィルタ回路用抵抗器６ｃ１は、図２に示すように、一端が閾値回路用トランジスタ６ａ１を介してメイントランジスタ４のベース端子に接続されている。

このように、本実施形態では、兼用抵抗器６ａ３とフィルタ回路用抵抗器６ｃ１とが直列接続されており、兼用抵抗器６ａ３とフィルタ回路用抵抗器６ｃ１との間に閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子が接続され、兼用抵抗器６ａ３とフィルタ回路用抵抗器６ｃ１によって抵抗分圧された電圧が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に印加される。

コンデンサ６ｃ２は、フィルタ回路用抵抗器６ｃ１をバイパスして、一端がツェナーダイオード６ａ２及びダイオード５を介して検出ラインＬ２に接続され、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続されている。また、コンデンサ６ｃ２は、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１を介してメイントランジスタ４のベース端子に接続されている。

このフィルタ回路６ｃは、電池セルｂ１の過電圧を原因としないような、突発的なサージ電圧が検出ラインＬ１に印加された場合に、メイントランジスタ４が当該サージ電圧によってオン状態とならないように時定数（すなわちフィルタ回路用抵抗器６ｃ１の抵抗値及びコンデンサ６ｃ２の容量）が設定されている。このようなフィルタ回路６ｃは、検出ラインＬ１に大きな電圧が印加された場合における閾値回路用トランジスタ６ａ１のオフ状態からオン状態への反応速度を遅延させる。また、上述のように、閾値回路用トランジスタ６ａ１がオン状態となるとメイントランジスタ４がオン状態となる。したがって、本実施形態においてフィルタ回路６ｃは、検出ラインＬ１に大きな電圧が印加した場合におけるメイントランジスタ４のオフ状態からオン状態への反応速度を間接的に遅延させている。

負過電圧保護回路Ｐ１２は、正過電圧保護回路Ｐ１１を図２の紙面内で１８０°回転させた構造を有している。つまり、負過電圧保護回路Ｐ１２も、メイントランジスタ４と、ダイオード５と、駆動回路６とを備えている。ただし、負過電圧保護回路Ｐ１２においては、メイントランジスタ４のコレクタ端子が保持回路６ｂを介して高電位側の検出ラインＬ１に接続され、メイントランジスタ４のエミッタ端子がダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続されている。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２においてダイオード５は、メイントランジスタ４のエミッタ端子と検出ラインＬ１との間に設けられており、アノード端子がメイントランジスタ４のエミッタ端子と接続され、カソード端子が検出ラインＬ１と接続されている。この負過電圧保護回路Ｐ１２のダイオード５は、メイントランジスタ４から検出ラインＬ１に向けてのみ電流を通過可能とし、検出ラインＬ１からメイントランジスタ４側に電流が流れることを防止する。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２において閾値回路用トランジスタ６ａ１は、検出ラインＬ２とメイントランジスタのベース端子との間に設けられている。負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１は、エミッタ端子（入力端子）が検出ラインＬ２と接続され、コレクタ端子（出力端子）がメイントランジスタ４のベース端子と接続されている。また、負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子（制御端子）は、兼用抵抗器６ａ３を介して検出ラインＬ２と接続されている。なお、兼用抵抗器６ａ３は、フィルタ回路６ｃの構成要素としても機能する。つまり、負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子は、フィルタ回路６ｃを介して検出ラインＬ２と接続されている。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２においてツェナーダイオード６ａ２は、検出ラインＬ１と検出ラインＬ２との間に設けられ、カソード端子がフィルタ回路６ｃを介して検出ラインＬ２と接続され、アノード端子がダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続されている。この負過電圧保護回路Ｐ１２のツェナーダイオード６ａ２は、電池セルｂ１が過電圧を出力し、検出ラインＬ２が検出ラインＬ１に対して相対的に高圧となった場合に、ブレークダウン状態となり検出ラインＬ２側から検出ラインＬ１側に電流を通過させる。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２において保持回路用トランジスタ６ｂ１は、検出ラインＬ２とメイントランジスタ４のベース端子との間に設けられている。この負過電圧保護回路Ｐ１２の保持回路用トランジスタ６ｂ１は、エミッタ端子（入力端子）が検出ラインＬ２に接続され、コレクタ端子（出力端子）がメイントランジスタ４のベース端子と接続されている。この負過電圧保護回路Ｐ１２の保持回路用トランジスタ６ｂ１がオン状態となると、検出ラインＬ２に電流が流れ続ける限り、保持回路用トランジスタ６ｂ１がオン状態とされ、メイントランジスタ４のベース電圧を高くし続ける。つまり、負過電圧保護回路Ｐ１２の保持回路６ｂは、メイントランジスタ４が一度オン状態となると、検出ラインＬ２に電流が流れている間、メイントランジスタ４をオン状態に保持する。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２において兼用抵抗器６ａ３は、一端が検出ラインＬ２と接続され、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続されている。また、負過電圧保護回路Ｐ１２においてフィルタ回路用抵抗器６ｃ１は、一端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続され、他端がツェナーダイオード６ａ２及びダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続されている。また、負過電圧保護回路Ｐ１２において コンデンサ６ｃ２は、フィルタ回路用抵抗器６ｃ１をバイパスして、一端がツェナーダイオード６ａ２及びダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続され、他端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続されている。

この負過電圧保護回路Ｐ１２のフィルタ回路６ｃは、電池セルｂ１の過電圧を原因としないような、突発的なサージ電圧が検出ラインＬ２に印加された場合に、メイントランジスタ４が当該サージ電圧によってオン状態とならないように時定数（すなわちフィルタ回路用抵抗器６ｃ１の抵抗値及びコンデンサ６ｃ２の容量）が設定されている。このようなフィルタ回路６ｃは、検出ラインＬ２の電圧が検出ラインＬ１に対して相対的大きくなった場合における閾値回路用トランジスタ６ａ１のオフ状態からオン状態への反応速度を遅延させる。つまり、負過電圧保護回路Ｐ１２においてフィルタ回路６ｃは、検出ラインＬ２の電圧が検出ラインＬ１に対して相対的大きくなった場合におけるメイントランジスタ４のオフ状態からオン状態への反応速度を間接的に遅延させている。

なお、本実施形態の回路保護装置３の正過電圧保護回路Ｐ１１においては、本発明における「電池セルの第１出力端子に接続された接続ライン」は検出ラインＬ１となり、本発明における「電池セルの第２出力端子に接続された接続ライン」は検出ラインＬ２となる。また、本実施形態の回路保護装置３の負過電圧保護回路Ｐ１２においては、本発明における「電池セルの第１出力端子に接続された接続ライン」は検出ラインＬ２となり、本発明における「電池セルの第２出力端子に接続された接続ライン」は検出ラインＬ１となる。

図３は、上述のように構成された本実施形態の回路保護装置３の動作を説明するためのタイミングチャートである。例えば電池セルｂ１の充電中にＣＩＤが作動すると、電池セルｂ１からプラス電位側の過電圧が出力される。この場合、検出ラインＬ１には検出ラインＬ２に対して相対的に大きな電圧が印加される。これによって、図３に示すように、フィルタ回路６ｃの出力電圧の上昇に伴って正過電圧保護回路Ｐ１１の閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース電圧が上昇し、正過電圧保護回路Ｐ１１の閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース電圧が一定の値を超えたときに正過電圧保護回路Ｐ１１の閾値回路用トランジスタ６ａ１がオン状態となる。正過電圧保護回路Ｐ１１の閾値回路用トランジスタ６ａ１がオン状態となると、図３に示すように正過電圧保護回路Ｐ１１のメイントランジスタ４のベース電圧が立ち上がり、正過電圧保護回路Ｐ１１のメイントランジスタ４がオン状態となる。正過電圧保護回路Ｐ１１のメイントランジスタ４がオン状態となると、メイントランジスタ４を通じて検出ラインＬ１から検出ラインＬ２に電流が流れる。この結果、検出ラインＬ１に設けられたヒューズＦ１と検出ラインＬ２に設けられたヒューズＦ２の少なくともいずれかが溶断される。そして、検出ラインＬ１に設けられたヒューズＦ１と検出ラインＬ２に設けられたヒューズＦ２の少なくともいずれかが溶断されるまでの間、電流は検出ラインＬ１から検出ラインＬ２に流れるため、監視回路２に大きな電流が流れず、監視回路２が保護される。なお、検出ラインＬ１に電流が流れなくなると、正過電圧保護回路Ｐ１１の保持回路用トランジスタ６ｂ１及びメイントランジスタ４がオフ状態となる。

一方、電池セルｂ１の放電中にＣＩＤが作動すると、電池セルｂ１からマイナス電位側の過電圧が出力される。この場合、検出ラインＬ２には検出ラインＬ１に対して相対的に大きな電圧が印加される。これによって、負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース電圧が上昇し、負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース電圧が一定の値を超えたときに負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１がオン状態となる。負過電圧保護回路Ｐ１２の閾値回路用トランジスタ６ａ１がオン状態となると、負過電圧保護回路Ｐ１２のメイントランジスタ４のベース電圧が立ち上がり、負過電圧保護回路Ｐ１２のメイントランジスタ４がオン状態となる。負過電圧保護回路Ｐ１２のメイントランジスタ４がオン状態となると、負過電圧保護回路Ｐ１２メイントランジスタ４を通じて検出ラインＬ２から検出ラインＬ１に電流が流れる。この結果、検出ラインＬ１に設けられたヒューズＦ１と検出ラインＬ２に設けられたヒューズＦ２の少なくともいずれかが溶断される。そして、検出ラインＬ１に設けられたヒューズＦ１と検出ラインＬ２に設けられたヒューズＦ２の少なくともいずれかが溶断されるまでの間、電流は検出ラインＬ２から検出ラインＬ１に流れるため、監視回路２に大きな電流が流れず、監視回路２が保護される。なお、検出ラインＬ２に電流が流れなくなると、負過電圧保護回路Ｐ１１の保持回路用トランジスタ６ｂ１及びメイントランジスタ４がオフ状態となる。

このような本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３によれば、電池セルｂ１が正常電圧を出力する場合には駆動回路６によってメイントランジスタ４がオフ状態とされている。これに対して、電池セルｂ１から過電圧が出力された場合には、駆動回路６によりメイントランジスタ４がオン状態とされ、メイントランジスタ４を介してヒューズＦ１が設けられた検出ラインＬ１とヒューズＦ２が設けられた検出ラインＬ２とが短絡される。このため、特許文献１のようにツェナーダイオードを介して過電圧による電流を流す場合と比較して、ヒューズＦ１及びヒューズＦ２に流れる電流量を増加させることができ、ヒューズＦ１及びヒューズＦ２の少なくとも一方を短時間で確実に溶断させることができる。したがって、本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３によれば、電池セルｂ１から過電圧が出力され、既定の過電圧が印加された場合に確実にヒューズＦ１及びヒューズＦ２の少なくとも一方を溶断させ、監視回路２をより確実に保護することが可能となる。

なお、本実施形態の電源監視装置１では、隣り合う検出ラインＬ１〜Ｌｎ＋１同士に対して全て回路保護装置３が設置されている。このため、どの電池セルｂ１〜ｂｎから過電圧が出力された場合であっても、監視回路２をより確実に保護することができる。

また、本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３は、電池セルｂ１〜ｂｎの出力電圧が一定の閾値を超えたときにメイントランジスタ４をオン状態とする閾値回路６ａを有する。このため、メイントランジスタ４がオフ状態からオン状態となる電圧値を正確に設定することができ、意図せずにメイントランジスタ４がオフ状態からオン状態と切り替わることを防止することができる。なお、このような閾値回路６ａは、例えば抵抗器のみによって形成することも可能である。

また、実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３においては、閾値回路６ａは、検出ラインＬ１（あるいは検出ラインＬ２）とメイントランジスタ４のベース端子との間に設けられる閾値回路用トランジスタ６ａ１と、検出ラインＬ１と検出ラインＬ２との間に設けられると共に、カソード側が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続されたツェナーダイオード６ａ２と、閾値回路用トランジスタ６ａ１の入力端子と閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子とに接続された兼用抵抗器６ａ３とを備える。このため、閾値回路６ａを簡易な回路構成とすることが可能となる。

また、本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３は、検出ラインＬ１（あるいは検出ラインＬ２）に電流が流れている間、メイントランジスタ４のオン状態を保持する保持回路６ｂを有する。このため、ヒューズＦ１及びヒューズＦ２の少なくとも一方が溶断されるまでの間、確実に過電圧による電流をヒューズＦ１及びヒューズＦ２に流すことができ、より確実にヒューズＦ１及びヒューズＦ２の少なくとも一方を溶断させることができる。

また、本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３においては、保持回路６ｂは、検出ラインＬ１（あるいは検出ラインＬ２）とメイントランジスタ４のベース端子との間に設けられる保持回路用トランジスタ６ｂ１と、保持回路用トランジスタ６ｂ１のエミッタ端子と保持回路用トランジスタ６ｂ１のベース端子とに接続された保持回路用抵抗器６ｂ２とを備える。このため、保持回路６ｂを簡易な回路構成とすることが可能となる。

また、本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３は、メイントランジスタ４のオフ状態からオン状態への反応速度を遅延させるフィルタ回路６ｃを有する。このため、電池セルｂ１から出力される過電圧に起因しないようなサージ電圧が突発的に短時間発生したような場合に、メイントランジスタ４がオン状態となることを防止することができる。なお、電池セルｂ１から出力される過電圧に起因しないようなサージ電圧としては、電池セルｂ１〜ｂｎ同士を接続するセルラインが断線した場合やコネクタ接合のチャタリング等によって、電池セルｂ１〜ｂｎの入力に複数の電池セルｂ１〜ｂｎの電圧が印加された場合に発生するサージ電圧、組電池Ｘに対して大電流での充放電を行った場合に発生するサージ電圧、異常な負荷短絡等によりバッテリラインヒューズが溶断した場合に発生するサージ電圧等が挙げられる。

また、本実施形態の電源監視装置１及び回路保護装置３においてフィルタ回路６ｃは、検出ラインＬ１（あるいは検出ラインＬ２）とメイントランジスタ４のベース端子とに接続された兼用抵抗器６ａ３と、検出ラインＬ２（あるいは検出ラインＬ１）とメイントランジスタ４のベース端子とに接続されたフィルタ回路用抵抗器６ｃ１と、フィルタ回路用抵抗器６ｃ１をバイパスして検出ラインＬ２（あるいは検出ラインＬ１）とメイントランジスタ４のベース端子との間に設けられるコンデンサ６ｃ２とを備える。このため、フィルタ回路６ｃを簡易な回路構成とすることが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態については、図４を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態の回路保護装置が備える保護回路Ｐｘの概略構成を示す回路図である。図４に示すように、本実施形態において保護回路Ｐｘは、上述の正過電圧保護回路Ｐ１１と負過電圧保護回路Ｐ１２とが共通ラインＰ２１を挟んで直列的に接続された構成を有している。

本実施形態において、正過電圧保護回路Ｐ１１のメイントランジスタ４は、エミッタ端子が共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して低電位側の検出ラインＬ２に接続されている。また、正過電圧保護回路Ｐ１１のダイオード５は、メイントランジスタ４のエミッタ端子と共通ラインＰ２１との間に設けられており、アノード端子が共通ラインＰ２１を介してメイントランジスタ４のエミッタ端子と接続されている。また、正過電圧保護回路Ｐ１１のツェナーダイオード６ａ２は、検出ラインＬ１と共通ラインＰ２１との間に設けられ、アノード端子が共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して検出ラインＬ２に接続されている。

また、正過電圧保護回路Ｐ１１のフィルタ回路用抵抗器６ｃ１は、一端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続され、他端がツェナーダイオード６ａ２、共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して検出ラインＬ２に接続されている。また、正過電圧保護回路Ｐ１１のコンデンサ６ｃ２は、一端がツェナーダイオード６ａ２、共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して検出ラインＬ２に接続されている。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２のメイントランジスタ４は、エミッタ端子が共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して低電位側の検出ラインＬ１に接続されている。また、負過電圧保護回路Ｐ１２のダイオード５は、メイントランジスタ４のエミッタ端子と共通ラインＰ２１との間に設けられており、アノード端子が共通ラインＰ２１を介してメイントランジスタ４のエミッタ端子と接続されている。また、負過電圧保護回路Ｐ１２のツェナーダイオード６ａ２は、検出ラインＬ１と共通ラインＰ２１との間に設けられ、アノード端子が共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続されている。

また、負過電圧保護回路Ｐ１２のフィルタ回路用抵抗器６ｃ１は、一端が閾値回路用トランジスタ６ａ１のベース端子に接続され、他端がツェナーダイオード６ａ２、共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続されている。また、負過電圧保護回路Ｐ１２のコンデンサ６ｃ２は、一端がツェナーダイオード６ａ２、共通ラインＰ２１及びダイオード５を介して検出ラインＬ１に接続されている。

このような構成の本実施形態の回路保護装置においても、上記第１実施形態の回路保護装置３と同様に、電池セルｂ１から過電圧が出力され、既定の過電圧が印加された場合に確実にヒューズＦ１及びヒューズＦ２の少なくとも一方を溶断させ、監視回路２をより確実に保護することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な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ないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、メイントランジスタ４、閾値回路用トランジスタ６ａ１及び保持回路用トランジスタ６ｂ１として、バイポーラトランジスタを用いる構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、メイントランジスタ４、閾値回路用トランジスタ６ａ１及び保持回路用トランジスタ６ｂ１として、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、ＣＩＤの作動に起因する電池セルｂ１〜ｂｎの過電圧出力から監視回路２を保護することについて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＩＤの作動以外の理由により、電池セルｂ１〜ｂｎが過電圧を出力する場合であっても監視回路２を保護することができる。例えば、組電池ＸにＣＩＤが設けられていない場合であっても、監視回路２を保護することができる。

また、例えば、上記実施形態における全てのヒューズＦ１〜Ｆｎ＋１を単一のパッケージとすることも可能である。このような全てのヒューズＦ１〜Ｆｎ＋１をパッケージ化することにより、ヒューズＦ１〜Ｆｎ＋１の溶断後に容易にヒューズＦ１〜Ｆｎ＋１の交換を行うことが可能となる。また、上記実施形態においては、電池セルｂ１〜ｂｎが過電圧を出力した場合であっても、保護回路Ｐ１〜Ｐｎが損傷することがないため、保護回路Ｐ１〜Ｐｎを交換する必要はない。しかしながら、車両への実装時の作業性を高めるため、全ての保護回路Ｐ１〜Ｐｎを単一のパッケージに収納しても良い。

また、上記実施形態においては、保護対象回路が監視回路２である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、電池セルに接続された他の回路を保護対象回路とすることも可能である。

１……電源監視装置、２……監視回路（保護対象回路）、３……回路保護装置、４……メイントランジスタ（トランジスタ）、５……ダイオード、６……駆動回路、６ａ……閾値回路、６ａ１……閾値回路用トランジスタ、６ａ２……ツェナーダイオード、６ａ３……兼用抵抗器（閾値回路用抵抗器、第１フィルタ回路用抵抗器）、６ｂ……保持回路、６ｂ１……保持回路用トランジスタ、６ｂ２……保持回路用抵抗器、６ｃ……フィルタ回路、６ｃ１……フィルタ回路用抵抗器（第２フィルタ回路用抵抗器）、６ｃ２……コンデンサ、ｂ１〜ｂｎ……電池セル、Ｆ１〜Ｆｎ＋１……ヒューズ、Ｌ１〜Ｌｎ＋１……検出ライン、Ｐ１〜Ｐｎ……保護回路、Ｐ１１……正過電圧保護回路、Ｐ１２……負過電圧保護回路、Ｐｘ……保護回路、Ｐ２１……共通ライン、Ｘ……組電池

Claims (8)

1. 電池セルと保護対象回路とを接続する接続ラインに設けられたヒューズと、複数の接続ラインにブリッジして設けられる保護回路とを備える回路保護装置であって、
   前記保護回路は、
   前記電池セルの第１出力端子に接続された前記接続ラインと前記電池セルの第２出力端子に接続された前記接続ラインとの間に設けられるトランジスタと、
   前記電池セルが正常電圧を出力すると前記トランジスタをオフ状態とし、前記電池セルが過電圧を出力すると前記トランジスタをオン状態とする駆動回路と
   を備える
   ことを特徴とする回路保護装置。
2. 前記駆動回路は、前記電池セルの出力電圧が一定の閾値を超えたときに前記トランジスタをオン状態とする閾値回路を有することを特徴とする請求項１記載の回路保護装置。
3. 前記閾値回路は、
   前記電池セルの第１出力端子に接続された前記接続ラインと前記トランジスタの制御端子との間に設けられる閾値回路用トランジスタと、
   前記電池セルの第１出力端子に接続された前記接続ラインと前記電池セルの第２出力端子に接続された前記接続ラインとの間に設けられると共に、カソード側が前記閾値回路用トランジスタの制御端子に接続されたツェナーダイオードと、
   前記閾値回路用トランジスタの入力端子と前記閾値回路用トランジスタの制御端子とに接続された閾値回路用抵抗器と
   を備えることを特徴とする請求項２記載の回路保護装置。
4. 前記駆動回路は、前記電池セルの第１出力端子に接続された前記接続ラインに電流が流れている間、前記トランジスタのオン状態を保持する保持回路を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の回路保護装置。
5. 前記保持回路は、
   前記電池セルの第１出力端子に接続された接続ラインと前記トランジスタの制御端子との間に設けられる保持回路用トランジスタと、
   前記保持回路用トランジスタの入力端子と前記保持回路用トランジスタの制御端子とに接続された保持回路用抵抗器と
   を備えることを特徴とする請求項４記載の回路保護装置。
6. 前記駆動回路は、前記トランジスタのオフ状態からオン状態への反応速度を遅延させるフィルタ回路を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の回路保護装置。
7. 前記フィルタ回路は、
   前記電池セルの第１出力端子に接続された接続ラインと前記トランジスタの制御端子とに接続された第１フィルタ回路用抵抗器と、
   前記電池セルの第２出力端子に接続された接続ラインと前記トランジスタの制御端子とに接続された第２フィルタ回路用抵抗器と、
   前記第２フィルタ回路用抵抗器をバイパスして、前記電池セルの第２出力端子に接続された接続ラインと前記トランジスタの制御端子との間に設けられるコンデンサと
   を備えることを特徴とする請求項６記載の回路保護装置。
8. 請求項１〜７いずれか一項に記載の回路保護装置と、
   前記保護対象回路であって、前記回路保護装置を介して、前記電池セルを監視する監視回路と
   を備えることを特徴とする電源監視装置。

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