JP4548501B2 - 組電池システムの断線検出装置及び組電池システムの断線検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池セルを直列に接続して構成される組電池システムについて、各セルと監視回路との間の断線を検出する組電池システムの断線検出装置及び方法に関する。

特許文献１には、組電池の充放電状態を監視する装置について、組電池と装置との間の断線を検出する技術が開示されている。この技術では、各セルＳに対して抵抗素子Ｒ及びＦＥＴ＿Ｑの直列回路を並列に接続する。そして、断線検出時には、上位，下位２つのセルの組について、上位のＦＥＴをＯＦＦにすると共に下位のＦＥＴをＯＮにする。この時、２つのセルの共通線（上位の負側，下位の正側）が断線していると、上位側の異常検出回路は過充電を、下位側の異常検出回路は過放電を検出するので、その検出状態を得た場合に断線が検出されるようになっている。
特開２００４−１０４９８９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、セルの電圧が低く２セルの合計電圧が過充電の検出しきい値以下である場合には、断線を検出できないという問題がある。例えば、正常時のセル電圧が２Ｖ〜４Ｖの範囲で変動し、４．５Ｖで過充電，１．５Ｖで過放電を検出するように設定されている場合、各セルの電圧が２Ｖであれば合計は４Ｖであるから、過充電（断線）は検出されない。
また、セルの電圧が高い場合でも、最上位（セルＳｎの正側）と最下位（セルＳ１の負側）の電源線の断線は検出することができない（過放電として検出されるが、断線との判別ができない）。このように、条件によっては断線が検出できない場合が存在する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、断線の検出をより幅広い条件で行うことができる組電池システムの断線検出装置及び組電池システムの断線検出方法を提供することにある。

請求項１記載の組電池システムの断線検出装置によれば、検出用電流供給手段は、断線検出を行う際に、監視回路を経由して流れる消費電流よりも大なる検出用電流を、セル，監視回路間の接続線に流す。そして、電流経路変化手段は、断線が発生すると、対応するセルの正側，負側電源線間の電位関係を反転させるように検出用電流が流れる経路を変化させるので、断線検出手段は、その時の電位関係の反転を検出して断線検出信号を出力する。

すなわち、セルとの間に断線が発生していない正常時に検出用電流供給手段が検出用電流を供給しても、電流経路変化手段が機能せず、断線検出手段は電位関係の反転を検出しない。一方、何れかのセルとの間に断線が発生すると電流経路変化手段が機能する結果、正側，負側の電位関係に反転が生じる。この場合、断線検出手段は、セル毎に上記電位関係の反転を検出するので、セルの端子電圧の高低にかかわりなく断線を検出することができる。また、最上位セルの正側電源線が断線した場合でも、同様に検出が可能となる。

請求項２記載の組電池システムの断線検出装置によれば、セル数が２ｎ（ｎは自然数）の場合に、ｎ個の検出用電流供給手段を、接続される端子がそれぞれ異なるようにｎ直列のセルに並列接続する。斯様に構成すれば、１つの検出用電流供給手段によって２つのセルに検出用電流を供給し、供給手段の数を最小にすることができる。また、全ての検出用電流供給手段を同時に動作させた場合、検出用電流が各接続線に分散して流れるので、全体をバランス良く構成できる。

請求項３記載の組電池システムの断線検出装置によれば、電流経路変化手段を、カソードがセルの正極側に接続されるダイオードで構成するので、断線が発生したセルの負側から正側にダイオードを介して検出用電流を流すことで、両者の電位関係を簡単に反転させることができる。

請求項４記載の組電池システムの断線検出装置によれば、組電池の最高電位側，並びに最低電位側に配置されるセルと対応する監視回路との間に断線が発生すると、電流経路変化手段は、対応するセルの正側電源線，負側電源線間の電位関係を反転させるように両電源線間に流れる電流の経路を変化させ、断線検出手段は、前記電位関係の反転を検出して断線検出信号を出力する。
即ち、特許文献１の問題は、組電池の最上位と最下位の電源線の断線を検出することができないことであるから、少なくとも組電池の最上位電源線と最下位電源線との断線を、電流経路変化手段と断線検出手段により検出することが可能となれば、上記の問題は解消できる。

請求項５記載の組電池システムの断線検出装置によれば、断線検出手段は、正側，負側電流変換手段により、対応するセルの正側電源線，負側電源線の電圧を正側電流，負側電流に変換し、電流比較手段によって正側電流と負側電流との大きさを比較し、その比較結果が、負側電流が正側電流より大きくなったことを示す場合に断線検出信号を出力する。即ち、（負側電流）＞（正側電流）となった場合は（負側電圧）＞（正側電圧）であることに対応するので、電流値を比較することで電位の反転−断線を検出できる。

請求項６記載の組電池システムの断線検出装置によれば、正側，負側電流変換手段を第１，第２カレントミラー回路で構成し、電流比較手段を、第２ミラー電流により決定される第３ミラー電流が、第１カレントミラー回路のミラー側トランジスタに供給される第３カレントミラー回路と、負側電源線より電流が供給される出力トランジスタとで構成する。そして、出力トランジスタの導通を、第３カレントミラー回路を構成するトランジスタと、第１カレントミラー回路を構成するトランジスタとの共通接続点に流れる電流で制御する。

即ち、第１カレントミラー回路による第１ミラー電流は正側電流に対応し、第３カレントミラー回路による第３ミラー電流は負側電流に対応している。そして、第３カレントミラー回路を構成するトランジスタと、第１カレントミラー回路を構成するトランジスタとの共通接続点において流入又は流出する電流は、負側電流と正側電流との差に相当する。従って、（負側電流）＞（正側電流）となった場合に出力トランジスタの導通状態が変化するように、第１ミラー電流と第３ミラー電流との電流比を設定すれば、出力トランジスタを介して断線検出信号を出力するための電流供給を制御することができる。

請求項７記載の組電池システムの断線検出装置によれば、第１，第２カレントミラー回路と、負側電源線よりも低電位となる電源線との間に検出用トランジスタを備え、そのトランジスタを断線検出を行う場合に導通制御する。従って、第１〜第３カレントミラー回路は、断線検出が行われる場合にだけ動作してミラー電流を流すので、電流消費を抑制することができる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明を、２次電池セルの直列数が例えば８（＝２ｎ）個のシステムに適用した構成を示す。組電池１は、例えばリチウム電池などのセル２（１〜８）を直列接続して構成されており、各セル２には、電圧監視回路３がそれぞれ並列に接続されている。電圧監視回路３は、対応するセル２の端子電圧を監視して過充電状態や過放電状態を検出したり、充放電を制御して電圧の均等化処理を行う。

また、各セル２には、逆方向のダイオード（電流経路変化手段）４及び反転検出回路（断線検出手段）５も並列に接続されている。加えて、断線検出用の４（＝ｎ）個の電流制御回路６（１〜４，検出用電流供給手段）が、それぞれ接続端子が異なるように、４個のセル２の直列回路に対して並列に接続されている。これらの各セル２（１〜８）の正側端子に対する接続状態は、以下のようになっている。
電流制御回路６（１）：上流側 セル２（１）
：下流側 セル２（５）
電流制御回路６（２）：上流側 セル２（２）
：下流側 セル２（６）
電流制御回路６（３）：上流側 セル２（３）
：下流側 セル２（７）
電流制御回路６（４）：上流側 セル２（４）
：下流側 セル２（８）
組電池１に断線が発生しておらず正常である場合、組電池１より供給される電流Ｉccは、８個の電圧監視回路３を介して流れる（すなわち、電圧監視回路３の消費電流に相当する）。そして、電流制御回路６は、組電池１について断線検出を行う時だけ機能して、検出用電流Ｉｓ１〜Ｉｓ４を流すようになっている。例えば電流制御回路６（１）は、セル２（１）の正側端子から、セル２（５）の正側端子（＝セル２（４）の負側端子）に検出用電流Ｉｓ１を流す。そして、検出用電流Ｉｓは、正常時の消費電流Ｉccよりも大きな値に設定されている。

ダイオード４は、詳細は後述するが、組電池１の何れかのセル２に断線が発生した場合に、検出用電流Ｉｓを自身を経由させて流すことで、セル２の正側電源端子，負側電源端子間の電位関係を反転させる機能をなす。そして、反転検出回路５は、その電位関係が反転した状態を検出すると、検出信号をＡＮＤゲート（断線検出手段）７に出力する。例えば反転検出回路５（１）は、セル２（１）の正側電位Ｖ１と負側電位Ｖ２の反転を検出し、反転検出回路５（２）は、セル２（２）の正側電位Ｖ２と負側電位Ｖ３の反転を検出する。ＡＮＤゲート７は、負論理のＯＲとして機能し、全ての反転検出回路５が断線（電位関係の反転）を検出していなければハイレベル（インアクティブ）を出力しており、何れか１つ以上の反転検出回路５が断線を検出すると出力レベルをロウ（アクティブ）に変化させる。

次に、本実施例の作用について説明する。以下、断線が発生したセル２の位置が異なる場合に分けて説明する。また、以下では、各セル２の端子電圧Ｖ１〜Ｖ８をそれぞれの正側電源線を示す名称（Ｖ＊接続線と称す）にも使用する。例えば、Ｖ１接続線はセル２（１）の正側電源線であり、Ｖ２接続線はセル２（１）の負側電源線であると共にセル２（２）の正側電源線となる。

＜最上位セル２（１）の正側：接続線Ｖ１が断線した場合＞
断線が発生していない状態では、電流制御回路６（１）が検出用電流Ｉｓ１を流した場合、その電流Ｉｓ１は接続線Ｖ１→Ｖ５の経路でセル２（４）の負側端子に流れる（実線で示す）。そして、Ｖ１接続線が断線すると、電流Ｉｓ１は、セル２（２）の正側端子であるＶ２接続線よりダイオード２（１）を経由して（電流Ｉｄ１）Ｖ１接続線に流れる（一点鎖線で示す）。その結果、電圧Ｖ１，Ｖ２の大小関係が反転するので、その状態が反転検出回路５（１）により検出される。

＜セル２（２）〜２（４）の正側：接続線Ｖ２〜Ｖ４が断線した場合＞
例えばセル２（２）に対応するＶ２接続線が断線した場合を想定すると、上位からは電圧監視回路３（１）を介して通常の消費電流Ｉccが流入するが、Ｉcc＜Ｉｓ２であるから、電流Ｉｓ２は、セル３（３）の正側端子であるＶ３接続線よりダイオード２（２）を経由して（電流Ｉｄ２）上位側のＶ２接続線に流れる。すると、電圧Ｖ２，Ｖ３の大小関係が反転し、その状態が反転検出回路５（２）により検出される。他のセル２（３），２（４）についても同様の作用で、反転検出回路５（３），５（４）により断線が検出される。

＜セル２（５）〜２（８）の正側：接続線Ｖ５〜Ｖ８が断線した場合＞
例えばセル２（１）の正側端子より引き出された検出用電流Ｉｓ１は、Ｖ５接続線を介してセル２（４）の負側端子に流入する。そして、接続線Ｖ５が断線すると、電流Ｉｓ１は、ダイオード４（４）を経由して（電流Ｉｄ５）上位側のセル２（４）の正側端子に流れる（破線で示す）。すると、電圧Ｖ４，Ｖ５の大小関係が反転するので、その状態が反転検出回路５（４）により検出される。すなわち、接続線Ｖ４，Ｖ５が断線した場合は何れも反転検出回路５（４）により検出が行われる。他のセル２（６）〜２（８）についても同様の作用で、反転検出回路５（５）〜５（７）により断線が検出される。

＜最下位セル２（８）の負側ＧＮＤが断線した場合＞
ＧＮＤ線（接続線）には、電流制御回路６からの検出用電流Ｉｓは供給されないが、ＧＮＤ線が断線すると、電圧監視回路３（８）を介して流入する電流Ｉccが、セル２（８）の負側端子に流れず、ダイオード４（８）を介して（電流Ｉｄｇ）セル２（８）の正側端子に流れる。すると、電圧Ｖ８，ＧＮＤの大小関係が反転するので、その状態が反転検出回路５（８）により検出される。したがって、このケースは、電流制御回路６を機能させずとも断線が検出される。

次に、断線が同時に２か所で発生した場合について、図２を参照して説明する。
＜接続線Ｖ１，Ｖ２の断線＞
この場合、電流制御回路６（１）が検出用電流Ｉｓ１を流すと、その電流Ｉｓ１は、セル２（３）の正側端子よりダイオード２（２），２（１）を経由して（電流Ｉｄ１）Ｖ１接続線に流れる。その結果、電圧Ｖ１，Ｖ２の大小関係と、電圧Ｖ２，Ｖ３の大小関係とが同時に反転するので、その状態が反転検出回路５（１），５（２）により検出される。

＜接続線Ｖ４，Ｖ５の断線＞
この場合、電流制御回路６（４）が検出用電流Ｉｓ４を流すと、その電流Ｉｓ４は、セル２（６）の正側端子よりダイオード２（５），２（４）を経由して（電流Ｉｄ４）Ｖ４接続線に流れる。その結果、電圧Ｖ４，Ｖ５の大小関係と、電圧Ｖ５，Ｖ６の大小関係とが同時に反転し、その状態が反転検出回路５（４），５（５）により検出される。

＜接続線Ｖ８，ＧＮＤの断線＞
この場合、電圧監視回路３（８）を介して流入する電流Ｉccが、セル２（８）の負側端子に流れず、ダイオード４（８），４（７）を介して（電流Ｉｄｇ）セル２（７）の正側端子に流れる。すると、電圧Ｖ７，Ｖ８の大小関係と、電圧Ｖ８，ＧＮＤの大小関係が反転するので、その状態が反転検出回路５（７），５（８）により検出される。したがって、このケースも、電流制御回路６を機能させずとも断線が検出される。

次に、反転検出回路５並びに電流制御回路６の具体構成例について図３を参照して説明する。電流制御回路６は、接続線Ｖ５とＧＮＤ線との間に接続される電流源１１及びＮＰＮトランジスタ１２（０）の直列回路と、このトランジスタ１２（０）とミラー対を構成する４つのＮＰＮトランジスタ１２（１〜４）とを備えている。各接続線Ｖ１〜Ｖ４とトランジスタ１２（１〜４）のコレクタとの間には、ＰＮＰトランジスタのミラー対１３（１〜４）を構成する各トランジスタのａ側（コレクタに両者のベースが接続されている側，他方をｂ側と称す）及び抵抗素子１４（１〜４）の直列回路が接続されている。

接続線Ｖ５〜Ｖ８には、ＮＰＮトランジスタのミラー対１５（１〜４）が構成されており、これらのミラー対１５（１〜４）のａ側のコレクタは、ミラー対１３（１〜４）のｂ側のコレクタに接続され、ミラー対１５（１〜４）のｂ側のコレクタは、抵抗素子１６（１〜４）を介して接続線Ｖ１〜Ｖ４に接続されている。

一方、反転検出回路５は、接続線Ｖ５とＧＮＤ線との間に接続される電流源１７及びＮＰＮトランジスタ１８（０）の直列回路と、このトランジスタ１８（０）とミラー対を構成する８つのＮＰＮトランジスタ１８（１〜８）とを備えている（但し、図示の都合上、トランジスタ１８（３〜６）は省略）。各接続線Ｖ１〜Ｖ４とトランジスタ１８（１〜４）のコレクタとの間には、ＰＮＰトランジスタのミラー対１９（１〜４）を構成する各トランジスタのａ側及び抵抗素子２０（１〜４）の直列回路が接続されている（但し、図示は（１，２）のみ）。

反転検出回路５（１）において、ミラー対１９のｂ側トランジスタのコレクタには、ＮＰＮトランジスタ２１（検出用トランジスタ）のベースが接続されており、トランジスタ２１のエミッタは接続線Ｖ４に接続されている。そして、接続線Ｖ１とトランジスタ２１のコレクタとの間には、抵抗素子２２を介してＮＰＮトランジスタのミラー対２３（第１カレントミラー回路，正側電流変換手段）のａ側が接続され、接続線Ｖ２とトランジスタ２１のコレクタとの間には、抵抗素子２４を介してＮＰＮトランジスタのミラー対２５（第２カレントミラー回路，負側電流変換手段）のａ側が接続されている。

接続線Ｖ２には、ＰＮＰトランジスタのミラー対２６（第３カレントミラー回路，電流比較手段）が配置されており、ミラー対２６のａ側トランジスタのコレクタはミラー対２５のｂ側トランジスタのコレクタに接続され、ミラー対２６のｂ側トランジスタのコレクタは、ミラー対２３のｂ側トランジスタ（ミラー側トランジスタ）のコレクタ及びＰＮＰトランジスタ２７のベースにそれぞれ接続されている。トランジスタ２７（出力トランジスタ）のエミッタは接続線Ｖ２に接続され、コレクタは抵抗素子２８及び２９（１）を介してＧＮＤ線に接続されている。そして、抵抗素子２８及び２９の共通接続点は、ＡＮＤゲート７（実際は図１に示すように８入力であるが、一部を省略した４入力として図示）の入力端子に接続されている。
反転検出回路５（２）については、反転検出回路５（１）と同様の構成が、接続線Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５間に配置されている。また、反転検出回路５（３，４）については図示を省略している。

反転検出回路５（７）において、接続線Ｖ５，Ｖ８の間には、ＰＮＰトランジスタ３１，ＰＮＰトランジスタのミラー対３２のａ側コレクタ，抵抗素子３３の直列回路が接続されている。また、トランジスタ３１のコレクタには、ＰＮＰトランジスタのミラー対３４及びＮＰＮトランジスタ３５のエミッタが接続されている。ミラー対３２のｂ側コレクタは、接続線Ｖ７に配置されているＮＰＮトランジスタのミラー対３６のａ側コレクタに接続され、ミラー対３６のｂ側コレクタは、ミラー対３４のｂ側コレクタ及びＮＰＮトランジスタ３５のベースに接続されている。そして、ミラー対３４のａ側コレクタは、抵抗素子３７を介して接続線Ｖ７に接続され、トランジスタ３５のコレクタは、抵抗素子３８及び２９（７）を介してＧＮＤ線に接続されている。
反転検出回路５（８）については、反転検出回路５（７）と同様の構成が、接続線Ｖ６，ＧＮＤ間に配置されている。また、反転検出回路５（５，６）については図示を省略している。

次に、電流制御回路６及び反転検出回路５の回路動作を説明する。電流制御回路６については、図示しない断線検出を制御する回路によって、例えば周期的に電流源１１が通電を行うように制御される。それに伴い、ミラー対１２，１３，１５が通電動作する結果、電流制御回路６（１）は接続線Ｖ１より電流を引き出して接続線Ｖ５側に流し、電流制御回路６（２）は接続線Ｖ２より電流を引き出して接続線Ｖ６側に流す。

一方、反転検出回路５を構成する電流源１７についても、上記電流源１１と同じタイミングで通電を行うように制御される。すると、ミラー対１８が通電動作して、反転検出回路５（１〜４）に関してはミラー対１９（１〜４）が通電動作する。ここで、図４は、反転検出回路５（１）の一部を動作説明用に切り出して示すものである。ミラー対１９が動作するとトランジスタ２１がＯＮとなり、ミラー対２３，２５，２６が動作する。この時、ミラー対２３のａ側に流れるコレクタ電流Ｉａ（第１ミラー電流，正側電流），ミラー対２５のａ側に流れるコレクタ電流Ｉｂ（第２，第３ミラー電流，負側電流）は、それぞれ（１），（２）式で表される。
Ｉａ＝（Ｖ１−Ｖ４−Ｖsat−Ｖｆ）／Ｒ１ …（１）
Ｉｂ＝（Ｖ２−Ｖ４−Ｖsat−Ｖｆ）／Ｒ２ …（２）
Ｖsatはトランジスタ２１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧，Ｖｆはミラー対２３，２５を構成するトランジスタのベース−エミッタ間電圧，Ｒ１，Ｒ２は抵抗素子２２，２４の抵抗値である。（１），（２）式において、Ｒ１＝Ｒ２であれば、
Ｖ１＞Ｖ２ → Ｉａ＞Ｉｂ
Ｖ１＜Ｖ２ → Ｉａ＜Ｉｂ
となる。

そして、トランジスタ２７のベース電流Ｉｃは（＝Ｉａ−Ｉｂ）であるから、Ｖ１＞Ｖ２であればトランジスタ２７がＯＮとなり、抵抗素子２９（１）に電流が供給され、ＡＮＤゲート７の入力端子はハイレベルとなる。一方、接続線Ｖ１が断線することで接続線Ｖ２からダイオード４（１）を介して電流Ｉｄ１が流れ、Ｖ１＜Ｖ２（電位の大小関係が反転した場合）となった場合は、トランジスタ２７がＯＦＦとなり抵抗素子２９（１）に電流が供給されず、ＡＮＤゲート７の出力端子はロウレベルとなる。すなわち、ＡＮＤゲート７は負論理のＯＲとして機能している。

尚、上記では、説明の都合上、抵抗素子２２，２４の抵抗値Ｒ１，Ｒ２をＲ１＝Ｒ２として説明したが、反転検出回路５（１）の動作目的は、Ｖ１＜Ｖ２となった場合にトランジスタ２７をＯＦＦさせることにある。そして、断線が発生することで反転した電位の差は、ダイオード４の順方向電圧：約０．７Ｖ程度である。従って、実際には、Ｒ１＜Ｒ２となるように設定した方が、ミラー電流Ｉｂをより大きな電流として流すことができ、トランジスタ２７を確実にＯＦＦさせるのに適する。

反転検出回路５（５〜８）に関しても基本的には同様である。反転検出回路５（７）について説明すると、ミラー対１８が通電動作するとトランジスタ３１がＯＮして、ミラー対３２，３４，３６が動作する。この時、ミラー対３２のａ側に流れるコレクタ電流をＩｄ，ミラー対３４のａ側に流れるコレクタ電流をＩｅとすると、それぞれ（３），（４）式で表される。
Ｉｄ＝（Ｖ５−Ｖsat−Ｖｆ−Ｖ８）／Ｒ３ …（３）
Ｉｅ＝（Ｖ５−Ｖsat−Ｖｆ−Ｖ７）／Ｒ４ …（４）
Ｖsatはトランジスタ３１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧，Ｖｆはミラー対３２，３４を構成するトランジスタのベース−エミッタ間電圧，Ｒ３，Ｒ４は抵抗素子３３，３７の抵抗値である。（３），（４）式において、Ｒ３＝Ｒ４であれば、
Ｖ７＞Ｖ８ → Ｉｄ＞Ｉｅ
Ｖ７＜Ｖ８ → Ｉｄ＜Ｉｅ
となる。

そして、トランジスタ３５のベース電流をＩｆとすると、Ｉｆ＝Ｉｄ−Ｉｅであるから、Ｖ７＞Ｖ８であればトランジスタ３５がＯＮとなり、抵抗素子２９（７）に電流が供給され、ＡＮＤゲート７の入力端子はハイレベル，Ｖ７＜Ｖ８の場合はトランジスタ３５がＯＦＦとなり抵抗素子２９（７）に電流が供給されず、ＡＮＤゲート７の出力端子はロウレベルとなる。
尚、例えば反転検出回路５（１）において、トランジスタ２１のエミッタを接続線Ｖ４に接続しているのは、電圧Ｖ３，Ｖ４間に電位関係の反転が生じた場合でも、反転検出回路５（１）を適正に動作させるためである。

以上のように本実施例によれば、電流制御回路６は、断線検出を行う際に、正常状態で各電圧監視回路３を経由して流れる消費電流Ｉccよりも大なる検出用電流Ｉｓを、各セル２と，電圧監視回路３との間の接続線Ｖ１〜Ｖ８に流す。そして、ダイオード４は、断線が発生すると、対応するセル２の正側，負側接続線間の電位関係を反転させるように検出用電流が流れる経路を変化させ、反転検出回路５は、その電位関係の反転を検出して断線検出信号を出力する。したがって、従来よりも断線検出を幅広い条件で行うことができる。また、最下位セル２（８）の負側接続線，すなわちＧＮＤ線には検出用電流Ｉｓは供給されないが、断線した場合は、電圧監視回路３（８）を介して流れる電流Ｉccの経路がダイオード４（８）により変更されるので、同様に検出が可能となる。

また、本実施例によれば、セル２の数が８個の場合に４個の電流制御回路６を用意して、接続される各端子がそれぞれ異なるように４直列のセル２に並列接続したので、１つの電流制御回路６により２つのセル２に検出用電流Ｉｓを供給し、電流制御回路６の数を最小にすることができる。また、全ての電流制御回路６を同時に動作させた場合、検出用電流Ｉｓが各接続線Ｖ１〜Ｖ８に分散して（特定の接続線に集中することなく）流れるので、全体をバランス良く構成できる。

そして、反転検出回路５を、ミラー対２３，２５，２６とトランジスタ２７とで構成し、対応するセル２の正側電圧と負側電圧とをそれぞれミラー電流Ｉｂ，Ｉａに変換して、両者の差である電流Ｉｃによりトランジスタ２７の導通を制御するように構成したので、電流値を比較することで電位の反転−断線を検出できる。また、トランジスタ２１により、ミラー対２３，２５，２６を断線検出が行われる場合にだけ動作させてミラー電流を流すようにしたので、電流消費を抑制することができる。

（第２実施例）
図５は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例では、各セル２に逆並列接続されるダイオード４を、２個（ａ，ｂ）直列にした場合であり、その他の構成は第１実施例と同様である。斯様に構成した第２実施例によれば、上段側セルと下段側セルとの電位関係が逆転した場合、発生する電位差が２Ｖｆになるので、電位の反転検出をより容易に行うことができる。

（第３実施例）
図６は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。第３実施例では、各ダイオード４（１）〜４（７）のアノードを、一段下のセル（２）〜セル２（８）の正側端子並びにＧＮＤ線に順次シフトして接続した場合である。斯様に構成した場合は、例えばＶ２接続線が断線すると検出電流Ｉｓ２は、Ｖ４接続線からダイオード４（２）を介してＶ２接続線に流れる。その結果、電圧Ｖ２，Ｖ３間における電位の判定と、電圧Ｖ３，Ｖ４間における電位の判定とが、反転検出回路５（２），５（３）により同時に検出される。したがって、第１実施例と同様の効果が得られる。

（第４実施例）
図７は本発明の第４実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。第４実施例では、電流制御回路６（１）〜６（４）の下流側を、全てＧＮＤ線に接続した場合を示す。この場合、例えば電流制御回路６（１）〜６（４）が、正常時にセル２（１）〜（４）より引き出した検出電流Ｉｓ１〜Ｉｓ４は、全てＧＮＤ線に流れる。したがって、図７では図示を省略しているが、接続線Ｖ５〜Ｖ８の断線を検出するにはそれらに対応する電流制御回路６（５）〜６（８）が別途必要となる。
以上のように構成される第４実施例による場合も、各セル２（１）〜２（８）に接続される接続線Ｖ１〜Ｖ８，並びにＧＮＤ線について、断線検出を行うことができる。

（第５実施例）
図８は本発明の第５実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分について説明する。第５実施例では、第１実施例の反転検出回路５（１）〜５（８）を、コンパレータ（断線検出手段）３１（１）〜３１（８）（但し、図示は（１），（２），（７），（８）のみ）に置き換えたものである。この場合、接続線Ｖ１〜Ｖ４に対応するコンパレータ３１（１）〜３１（４）は入力差動対がＮＰＮトランジスタで構成されているものを使用し、接続線Ｖ５〜Ｖ８に対応するコンパレータ３１（５）〜３１（８）は入力差動対がＰＮＰトランジスタで構成されているものを使用する。
コンパレータ３１（１）の（＋），（−）電源端子は、それぞれ接続線Ｖ１，Ｖ４に接続され、コンパレータ３１（２）の（＋），（−）電源端子は、それぞれ接続線Ｖ２，Ｖ５に接続されている。そして、コンパレータ３１の出力端子が抵抗素子２９に接続されている。斯様に構成した第５実施例による場合も、第１実施例と同様の効果が得られる。

（第６実施例）
図９は本発明の第６実施例を示すものである。第６実施例は、前提構成として特許文献１の図１に開示されているものと同じ構成について、組電池１の最上位側セル２（１），最下位側セル２（８）に対してのみ、ダイオード４及び反転検出回路５を並列に接続した構成を示す。この場合、これらに対応する電流制御回路６は不要である。
即ち、特許文献１の問題は、組電池１の最上位と最下位の電源線の断線を検出することができない点であるから、最上位電源線と最下位電源線との断線を、ダイオード４（１，８）及び反転検出回路５（１，８）により検出することが可能となれば、上記の問題を解消できる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
第１実施例において、例えば反転検出回路５（１）を構成するトランジスタ２１のエミッタを、接続線Ｖ３，Ｖ５等に接続しても良い。
トランジスタ２１は必要に応じて配置すれば良く、トランジスタ２１を使用しない場合は、ミラー対２３，２５のエミッタを電源線Ｖ４等に直接接続すれば良い。
第２実施例のダイオード４を、３つ以上直列に接続しても良い。
第５実施例のコンパレータを、ＭＯＳトランジスタで構成したコンパレータにしても良い。
電流経路変更手段は、ダイオード４に限ることなく、トランジスタを用いて構成しても良い。

ダイオード４は、少なくとも各カソードが対応するセル２の正側端子に接続されていれば良く、アノードについては、下段側のセル２であればどこに接続しても良い。
組電池を構成するセルの直列段数は「８」に限ることなく、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
また、ダイオード４や反転検出回路５は、必ずしも全てのセル２に対応して配置する必要はない。
監視回路は、少なくともセルの充放電を監視する機能を備えていれば良い。
断線検出は、ＡＮＤゲート７を介すことなく個別に検出を行うようにしても良い。
二次電池セルは、リチウム電池に限ることはない

本発明の第１実施例であり、断線検出装置の構成を示す機能ブロック 断線が同時に２か所で発生した場合を説明する図１相当図 反転検出回路並びに電流制御回路の具体構成例を示す図 反転検出回路の一部を動作説明用に切り出して示す図 本発明の第２実施例を示す図１相当図 本発明の第３実施例を示す図１相当図 本発明の第４実施例を示す図１相当図 本発明の第５実施例を示す図３相当図 本発明の第６実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１は組電池、２はセル（二次電池セル）、３は電圧監視回路、４はダイオード（電流経路変化手段）、５は反転検出回路（断線検出手段）、６は電流制御回路（検出用電流供給手段）、７はＡＮＤゲート（断線検出手段）、２１はＮＰＮトランジスタ（検出用トランジスタ）、２３はミラー対（第１カレントミラー回路，正側電流変換手段）、２５はミラー対（第２カレントミラー回路，負側電流変換手段）、２６はミラー対（第３カレントミラー回路，電流比較手段）、２７はＰＮＰトランジスタ（出力トランジスタ）、３１はコンパレータ（断線検出手段）を示す。

Claims (9)

1. 複数の二次電池セルを直列に接続して構成される組電池と、前記セルに並列に接続されて対応するセルの充放電状態を監視する複数の監視回路とで構成されるシステムに配置され、前記セルと対応する監視回路との間の断線を検出する組電池システムの断線検出装置において、
   断線検出を行う際に、正常状態で前記監視回路を経由して流れる消費電流よりも大なる検出用電流を、前記セルと監視回路との間の接続線に流す検出用電流供給手段と、
   断線が発生した場合、対応するセルの正側電源線，負側電源線間の電位関係を反転させるように、前記検出用電流が流れる経路を変化させる電流経路変化手段と、
   前記電位関係の反転を検出して断線検出信号を出力する断線検出手段とを備えることを特徴とする組電池システムの断線検出装置。
2. 前記セル数が２ｎ（ｎは自然数）の場合、前記検出用電流供給手段をｎ個配置し、
   各検出用電流供給手段を、接続される端子がそれぞれ異なるように、ｎ直列のセルに並列接続したことを特徴とする請求項１記載の組電池システムの断線検出装置。
3. 前記電流経路変化手段は、カソードが前記セルの正極側に接続されるダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の組電池システムの断線検出装置。
4. 複数の二次電池セルを直列に接続して構成される組電池と、前記セルに並列に接続されて対応するセルの充放電状態を監視する複数の監視回路とで構成されるシステムに配置され、前記セルと対応する監視回路との間の断線を検出する組電池システムの断線検出装置において、
   前記組電池の最高電位側，並びに最低電位側に配置されるセルの間にそれぞれ並列に接続され、
   前記最高電位電源線，又は前記最低電位電源線に断線が発生した場合、対応するセルの正側電源線，負側電源線間の電位関係を反転させるよう両電源線間に流れる電流の経路を変化させる電流経路変化手段と、
   前記電位関係の反転を検出して断線検出信号を出力する断線検出手段とを備えることを特徴とする組電池システムの断線検出装置。
5. 前記断線検出手段は、
   対応するセルの正側電源線の電圧を正側電流に変換する正側電流変換手段と、
   対応するセルの負側電源線の電圧を負側電流に変換する負側電流変換手段と、
   前記正側電流と前記負側電流との大きさを比較する電流比較手段とを備え、
   前記負側電流が前記正側電流より大きくなった場合に、前記断線検出信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の組電池システムの断線検出装置。
6. 前記正側電流変換手段は、前記負側電源線よりも低電位となる電源線側に配置され、第１ミラー電流が、前記正側電源線を介して供給される電流により決定される第１カレントミラー回路で構成され、
   前記負側電流変換手段は、前記負側電源線よりも低電位となる電源線側に配置され、第２ミラー電流が、前記負側電源線を介して供給される電流により決定される第２カレントミラー回路で構成され、
   前記電流比較手段は、前記負側電源線側に配置され、前記第２ミラー電流により決定される第３ミラー電流が、前記第１カレントミラー回路のミラー側トランジスタに供給される第３カレントミラー回路と、前記負側電源線より電流が供給される出力トランジスタとで構成され、
   前記出力トランジスタは、前記第３カレントミラー回路を構成するトランジスタと、前記第１カレントミラー回路を構成するトランジスタとの共通接続点に流れる電流により導通が制御されることを特徴とする請求項５記載の組電池システムの断線検出装置。
7. 前記第１，第２カレントミラー回路と、前記負側電源線よりも低電位となる電源線との間に接続され、断線検出を行う場合に導通制御される検出用トランジスタを備えたことを特徴とする請求項６記載の組電池システムの断線検出装置。
8. 複数の二次電池セルを直列に接続して構成される組電池と、前記セルに並列に接続されて対応するセルの充放電状態を監視する複数の監視回路とで構成されるシステムにおいて、前記セルと対応する監視回路との間の断線を検出する方法であって、
   断線検出を行う際に、正常状態で前記監視回路を経由して流れる消費電流よりも大なる検出用電流を、前記セルと監視回路との間の接続線に流し、
   断線が発生した場合、対応するセルの正側電源線，負側電源線間の電位関係を反転させるように前記検出用電流が流れる経路を変化させ、
   前記電位関係の反転を検出することで断線検出を行うことを特徴とする組電池システムの断線検出方法。
9. 複数の二次電池セルを直列に接続して構成される組電池と、前記セルに並列に接続されて対応するセルの充放電状態を監視する複数の監視回路とで構成されるシステムに配置され、前記組電池の最高電位側，並びに最低電位側に配置されるセルと対応する監視回路との間の断線を検出する方法であって、
   前記最高電位電源線，又は前記最低電位電源線に断線が発生した場合、対応するセルの正側電源線，負側電源線間の電位関係を反転させるよう両電源線間に流れる電流の経路を変化させ、
   前記電位関係の反転を検出することで断線検出を行うことを特徴とする組電池システムの断線検出方法。

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