JP4886588B2 - 電圧センサモジュール及び電圧監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の２次電池が直列接続されて構成された電源装置における電池電圧を検出する電池電圧監視装置に係り、特に、電圧測定に係る異常電圧を検出する電池電圧監視装置に関する。

従来から、環境を考慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車が知られている。電気自動車やハイブリッド車では、車両を駆動するための駆動源としてモータが用いられている。このモータには、充電が可能な２次電池が接続され、２次電池から得られた直流電圧を交流に変換して、モータが駆動される。そして、この２次電池は、高電圧が要求されるため、通常複数の電池セルを直列接続した組電池として構成されている。

この組電池の各電池セルの電圧検出のために、複数の電圧センサが用いられている。この電圧センサは、適当数ずつまとめられモジュール化されている。電気自動車などのように、直列接続される電池セルの数が多数になる場合は、この電圧センサのモジュールも複数用意され、直列に接続される。また、特許文献１および２に、このような組電池の電圧を監視する装置が開示されている。以下、この複数の電圧センサを有するモジュールが１つの半導体装置（ＩＣ）で形成され、この半導体装置をさらに複数個接続して、組電池の電圧を監視する装置について説明する。

図８は、従来の組電池の出力電圧を監視する電圧監視装置を示す。組電池は、直列接続された複数の電池セルと、複数の電池端子とから構成され、各電池セルの出力は、対応する電池端子にそれぞれ接続されている。また、図８では、３．６Ｖの起電圧を有する電池セルが８０個直列接続された例を示している。

電圧監視装置は、電圧センサモジュール（ＩＣ）と、入力端子と、出力端子を備えている。入力端子は、組電池の電池端子と電圧センサモジュールのモジュール入力端子にそれぞれ接続され、各電池セルが出力する電圧を受けて、電圧センサモジュールへ供給する。また、出力端子は、電圧センサモジュールのモジュール出力端子と接続され、電圧センサモジュールの監視結果を電圧監視装置の外部へ出力する。図８では、電圧監視装置が、４個の電池セルの出力電圧を監視することができる電圧センサモジュールを２０個備え、これにより組電池に含まれる８０個全ての電池セルの出力電圧を監視することができるようにしている。

図９は、従来の４個の電池セルの出力電圧を監視する電圧センサモジュールを示す。電圧センサモジュールは、２種類の比較器（過電圧検出用比較器、低電圧検出用比較器）と基準電圧生成回路を有し、基準電圧生成回路から出力される基準電圧と電池セルの出力電圧に基づいて生成された電圧とを比較することで、各電池セルの出力電圧の低電圧検出と過電圧検出を行う。また、１個の電池セルの低電圧検出と過電圧検出を行うために、基準電圧生成回路、低電圧検出用比較器および過電圧検出用比較器をそれぞれ１個ずつ必要とする。

基準電圧生成回路は、組電池の電池端子および電圧監視装置の入力端子を介して１個の電池セルの両端（正極側および負極側）と接続されているモジュール入力端子間に接続され、モジュール入力端子間にかかる電圧に基づいて、基準電圧を生成する。また、モジュール入力端子間には、基準電圧生成回路と並列に、３個の抵抗が直列接続されており、抵抗分圧によって２種類の抵抗分圧が生成される。

ここで、図９の電池セルＡに着目して、基準電圧生成回路（Ｖｒｅｆ）、低電圧検出用比較器および過電圧検出用比較器の接続関係およびその動作（低電圧検出、過電圧検出）について詳細に説明する。

電池セルＡの正極側は、組電池の外部端子Ｎ１および電圧監視装置の入力端子Ｎ２を介して、電圧センサモジュールのモジュール入力端子Ｎ３と電気的に接続される。一方、電池セルＡの負極側は、組電池の外部端子Ｎ４および電圧監視装置の入力端子Ｎ５を介して、電圧センサモジュールのモジュール入力端子Ｎ６と電気的に接続される。また、モジュール入力端子Ｎ３とＮ６間には、ＶｒｅｆＡと直列接続された３個の抵抗が、互いに並列に接続される。なお、図９に示す通り、直列接続された抵抗の接続点をＡ点、Ｂ点とし、それぞれＮ３とＮ６間にかかるモジュール入力端子間電圧を抵抗分圧する（Ａ点の抵抗分圧＞Ｂ点の抵抗分圧）。

低電圧検出用比較器Ａの反転入力端子はＡ点と、非反転入力端子はＶｒｅｆＡとそれぞれ接続される。一方、過電圧検出用比較器Ａの反転入力端子はＶｒｅｆＡと、非反転入力端子はＢ点とそれぞれ接続される。また、低電圧検出用比較器Ａおよび過電圧検出用比較器Ａの出力は、電圧センサモジュールのモジュール出力端子Ｎ７およびＮ８と、それぞれ接続される。

ＶｒｅｆＡが出力する基準電圧および抵抗は、電池セルＡの出力電圧が許容される電圧範囲を取り得る場合、低電圧検出用比較器Ａおよび過電圧検出用比較器Ａが、正常状態を示す'Ｌ'レベルを出力するような値に設定される。従って、電池セルＡの出力電圧が許容範囲より低電圧側になる（異常な値に出力電圧が低下する）と、それに伴いＡ点の抵抗分圧も異常な値に低下し、低電圧検出量比較器Ａは、Ａ点の異常に低い抵抗分圧と基準電圧とを比較して低電圧側に異常となったことを示す信号として'Ｈ'レベルを出力する。また逆に、電池セルＡの出力電圧が許容範囲より過電圧側になる（異常な値に出力電圧が上昇する）と、それに伴いＢ点の抵抗分圧も異常な値に上昇し、過電圧検出用比較器Ａは、Ｂ点の異常に高い抵抗分圧と基準電圧とを比較し、過電圧側に異常となったことを示す信号として'Ｈ'レベルを出力する。このようにして、従来の電圧監視装置は、電池セルの出力電圧が低電圧になったり、あるいは、過電圧になったりした場合に異常を検出する。

なお、組電池の過電圧検出装置および組電池制御装置として、特許文献１および特許文献２がある。
特開平９−１５９７０１号公報 特開２００３−０９２８４０号公報

しかしながら、電池セルの出力電圧に所定のレベル以上の電圧低下が発生すると、電圧低下を起こした電池セルを基にして基準電圧を生成する基準電圧生成回路が、適切な基準電圧を作れなくなってしまう。適切な基準電圧を生成できないとすると、低電圧検出用比較器による低電圧検出システムの正常動作を期待できない。

図１０に、電池セルＡの出力電圧の変化に対するＡ点の電位、ＶｒｅｆＡの出力および低電圧検出用比較器Ａの出力を示す。電池セルＡの出力電圧がＶ１以上である場合には、Ａ点の電位は、ＶｒｅｆＡの出力電圧と比較して大きくなる。この場合には、低電圧検出用比較器Ａの出力は、'Ｌ'レベルの出力となり、電池セルＡが正常な範囲の電圧を出力している（低電圧となっていない）ことが検出される。

電池セルＡの出力電圧がＶ１以下になると、電池セルＡの出力電圧は、低電圧側に異常な電圧となる。また、電池セルＡの出力電圧がＶ２になると、基準電圧が低電圧を検出するための閾値電圧（基準電圧）を生成できなくなり、電池セルＡの出力電圧の低下と共に、ＶｒｅｆＡの出力電圧が徐々に低下していく。ＶｒｅｆＡの出力電圧が、Ａ点の電位を上回っている間（Ｖ３〜Ｖ１）は、低電圧検出用比較器の出力は、'Ｈ'レベルとなるため、電池セルＡの出力電圧が低電圧になっていることを正常に検出することができる。ところが、電池セルＡの出力電圧が、Ｖ３以下になると、ＶｒｅｆＡの出力電圧がさらに低下し、Ａ点の電位を下回ってしまう。この場合、電池セルＡの出力電圧は異常な電圧であるのにもかかわらず、低電圧比較器Ａの出力は、'Ｌ'レベルとなり、電池セルＡが正常な範囲の電圧を出力していることが検出されてしまう。

このように、従来の組電池の電圧監視装置の低電圧検出システムでは、検出対象である電池セルの出力電圧が所定のレベル以上の低電圧に陥ると、電池セルの低電圧異常を検出することができないという問題があった。

本発明の１態様による電圧センサモジュールは、複数の電池セルの電圧を監視する電圧センサモジュールであって、複数の電池セルの両端にかかる電圧を受ける第１および第２の端子と、複数の電池セルに含まれる監視対象の電池セルの両端にかかる電圧を受ける第３および第４の端子と、第１および第２の端子と接続され、複数の電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第１の基準電圧を生成する第１の基準電圧生成回路と、第３および第４の端子間にかかる電圧に基づいて生成される第１の調整電圧と第１の基準電圧とを比較する第１の比較回路とを備える。
本構成により、１つの電池セルの出力が所定レベル以下となっても、他の電池セルが所定レベル以下とならなければ、安定した基準電圧を生成することが可能である。

電池セルの出力する電圧が所定レベル以下となった場合でも電池セルの低電圧異常を検出することが可能となる。

実施の形態１
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の電圧監視装置１を示す概略図である。本実施形態の電圧監視装置１は、電圧センサモジュールを複数有している。ここで、電圧センサモジュールとは、１つあるいは複数の電圧センサを１つのモジュールとした素子であり、本実施形態では１つのモジュールは１つの半導体装置（ＩＣ）で構成されている。図面を簡略化するために、図１では、１つのモジュールのみが示されている。以下、１つの電圧センサモジュール（ＩＣ）が４個の電池セルの電圧を検出する場合を例に実施の形態を説明する。なお、ここで言う電池セルとは、必ずしも１つの電池をさすものではない。電圧センサモジュールの隣接端子間に、複数の電池が接続されている場合はその複数の電池を電池セルと称するものとする。

図１に示すように、本実施の形態では、電圧センサモジュール１０（以下、ＩＣとも称す）の監視対象となる４個の電池セルＣ１〜Ｃ４が直列に接続されている。各電池セルの正極は、組電池２の外部端子および電圧監視装置１の入力端子を介して、電圧センサモジュール１０のモジュール入力端子Ｖ１〜Ｖ４に接続されている。ここで、電圧センサモジュール１０は、電池セルＣ１の正極側の電位を第１の電源電位（上位側電源電位）とし、電池セルＣ４の負極側の電位を第２の電源電位（接地電位）として動作している。そのため、電池セルＣ１の正極は、第１の電源端子ＶＣＣにも接続される。電池セルＣ４の負極は、ＩＣ１０の第２の電源端子ＶＳＳに接続される。

このように構成された電圧監視装置１では、ＩＣ１０が、各電池セル（Ｃ１〜Ｃ４）が出力する電圧を測定する。ＩＣ１０は、電池セルの電圧が過電圧になった場合あるいは低電圧になった場合に過電圧検出信号、低電圧検出信号を出力する。電圧監視装置１は、この過電圧検出信号、低電圧検出信号に基づいて電池セルの電圧を監視している。電圧監視装置１は、ＩＣ１０の出力端子に接続された電圧監視装置１の出力端子ＯＵＴから電池セルの電圧が異常であることを知らせる信号を出力する。なお、図１ではＩＣ１０の出力端子と電圧監視装置１の出力端子が１対１対応で示されているが、必ずしも１対１対応で出力する必要はない。例えば、ＩＣ１０内あるいは電圧監視装置１内でＯＲ回路などによって複数の出力端子をまとめて１つの出力とすることも可能である。この電圧監視装置１に用いられるＩＣ１０の構成について以下に詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の電圧センサモジュールでは、分圧抵抗１１、過電圧検出用比較器１２、低電圧検出用比較器１３及び基準電圧生成回路１４を有している。本実施の形態では１つの電圧センサモジュールが４つの電池セルの過電圧、低電圧を検出するため、それぞれ４つの分圧抵抗１１−１〜１１−４、過電圧検出用比較器１２−１〜１２−４、低電圧検出用比較器１３−１〜１３−４、基準電圧生成回路１４−１〜１４−４を有している。

分圧抵抗１１−１〜１１−４は、ＩＣ１０の隣接端子間に直列に接続された３つの抵抗より構成されている。この３つの抵抗は、隣接端子間の電圧（電池セルの電圧）を分圧している。抵抗列１１−１を例に説明すると、分圧点Ｐ１の電圧＞分圧点Ｑ１の電圧とされる。

過電圧検出用比較器１２−１〜１２−４は、分圧点（Ｐ１〜Ｐ３、Ｑ４点）の電圧（調整電圧）と基準電圧を比較している。過電圧検出用比較器１２−１〜１２−３は、分圧点の電圧が基準電圧よりも低くなった場合に、過電圧検出信号を出力する。過電圧検出用比較器１２−4は、分圧点の電圧が基準電圧よりも高くなった場合に、過電圧検出信号を出力する。

低電圧検出用比較器１３−１〜１３−４は、分圧点（Ｑ１〜Ｑ３、Ｐ４点）の電圧（調整電圧）と基準電圧を比較している。低電圧検出用比較器１３−１〜１３−３は、分圧点の電圧が基準電圧よりも高くなった場合に、低電圧検出信号を出力する。低電圧検出用比較器１３−４は、分圧点の電圧が基準電圧よりも低くなった場合に、低電圧検出信号を出力する。

基準電圧生成回路１４−１〜１４−４は、基準電圧を生成し、各比較器に供給している。

分圧抵抗１１-１の第１の分圧点Ｐ１は、過電圧検出用比較器１２-１の反転入力端子に接続されている。分圧抵抗１１−１の第２の分圧点Ｑ１は、低電圧検出用比較器１３−１の非反転入力端子に接続されている。基準電圧生成部１４−１の出力する電圧Ｖｒｅｆは、過電圧検出用比較器１２−１の非反転入力端子および低電圧検出用比較器１３−１の反転入力端子に接続されている。

以降、同様に分圧抵抗１１―２、１１−３の第１の分圧点Ｐ２、Ｐ３は、過電圧検出用比較器１２−２、１２−３の反転入力端子に接続されている。分圧抵抗１１−２、１１−３の第２の分圧点Ｑ２、Ｑ３は、低電圧検出用比較器１３−２、１３−３の非反転入力端子に接続されている。基準電圧生成部１４−２、１４−３の出力する電圧Ｖｒｅｆは、過電圧検出用比較器１２−２、１２−３の非反転入力端子および低電圧検出用比較器１３−２、１３−３の反転入力端子に接続されている。

本実施の形態では、分圧抵抗１１−４の第１の分圧点Ｐ４は、低電圧検出用比較器１３−４の反転入力端子に接続されている。分圧抵抗の第２の分圧点Ｑ４は、過電圧検出用比較器１２−４の非反転入力端子に接続されている。基準電圧生成部１４−４の出力する電圧Ｖｒｅｆは、過電圧検出用比較器１２−４の反転入力端子および低電圧検出用比較器１３−４の非反転入力端子に接続されている。

ここで、本実施の形態において、基準電圧生成回路１４−１〜１４−４は、２つ以上の電池セルが出力する電圧を利用して基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。本実施の形態では、図１の破線矢印に示すように、基準電圧生成回路１４−１は、Ｖ１−ＶＳＳ間の電圧（第１の端子と第２の端子間の電圧）を利用して、端子Ｖ１の電位を元に基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。基準電圧生成回路１４−２は、Ｖ２−ＶＳＳ間の電圧を利用して、端子Ｖ２の電位を元に基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。基準電圧生成回路１４−３は、Ｖ３−ＶＳＳ間の電圧を利用して、端子Ｖ３の電位を元に基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。基準電圧生成回路１４−４は、Ｖ１−ＶＳＳ間の電圧を利用して、電源端子ＶＳＳの電位を元に基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。２つ以上の電池セルの電圧を利用して基準電圧を生成することが可能であれば、基準電圧生成回路自体はどのような形の回路でも構わない。
過電圧検出用比較器１２−１〜１２−４、低電圧検出用比較器１３−１〜１３−４は、ＩＣ１０の電源電圧（ＶＣＣ−ＶＳＳ間）を電源電圧として動作する回路である。

このように構成されたＩＣ１０の動作について、図２を用いて以下に説明する。図２は端子Ｖ１を例に、Ｐ１点、Ｑ１点の電位と、過電圧検出信号、低電圧検出信号の出力の関係を示した図である。図２にはＶ１、Ｐ１、Ｑ１のみを示しているが、Ｐ２、Ｑ２などについても同様である。過電圧検出用比較器１２−１〜１２−３は、それぞれが接続される分圧点Ｐ１〜Ｐ３の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった場合に"Ｈ"レベルの信号を出力する（図２、Ｏ点参照）。低電圧検出用比較器１３−１〜１３−３は、それぞれが接続される分圧点が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなった場合に"Ｈ"レベルの信号を出力する（図２、Ｕ点参照）。過電圧検出用比較器１２−４は、分圧点Ｑ４の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなった場合に"Ｈ"レベルの信号を出力する。低電圧検出用比較器１３−４は、分圧点Ｐ４が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなった場合に"Ｈ"レベルの信号を出力する。

図１に示した電圧監視装置において、ＩＣ１０のＶ１−Ｖ２間の電圧（第３の端子と第４の端子間の電圧）が低下した場合について説明する。電池セルＣ１の出力電圧が低下した場合、分圧抵抗１１−１の分圧点Ｑ１の電位も低下する。この時、比較対象となる基準電圧Ｖｒｅｆは、Ｖ１―ＶＳＳ間の電位差を参照して生成されている。このように構成することにより、監視対象であるＶ１−Ｖ２間の電圧が低下しても、所望の基準電圧Ｖｒｅｆを生成することが可能である。つまり、Ｖ１−ＶＳＳ間の電圧は、４個の電池セルＣ１〜Ｃ４の出力電圧に基づいている。その内の監視対象である電池セルＣ１の出力電圧が低下しても、その他の電池セルＣ２〜Ｃ４の出力電圧の合計が、所望の基準電圧を生成できる程度の出力電圧となっていれば、正常な低電圧検出が可能となる。

同様にＩＣ１０のＶ２−Ｖ３間の電圧が低下した場合でも、その基準電圧はＶ２−ＶＳＳ間の電位差を参照して生成されているため、電池セルＣ３、Ｃ４の出力電圧が低下しなければ基準電圧の生成が可能である。

なお、本実施の形態では基準電圧生成回路１４−１は、Ｖ１−ＶＳＳ間に接続されている。このように接続することで端子Ｖ１の電位を基準とした基準電圧を生成することが可能となる。同じように基準電圧生成回路１４−２、１４−３は、それぞれＶ２−ＶＳＳ間、Ｖ３−ＶＳＳ間に接続され、端子Ｖ２、Ｖ３の電位を基準とした基準電圧を生成している。なお、基準電圧生成回路１４−４に関しては、端子Ｖ４の電位を基準電圧Ｖｒｅｆの生成に用いようとすると、基準電圧生成回路１４−４をＶ４−ＶＳＳ間に接続しなければならなくなる。このように接続すると、電池セルＣ４の出力電圧が低下した場合に従来と同様の誤動作を生じるおそれがある。そこで基準電圧生成回路１４−４は、Ｖ１−ＶＳＳ間に接続し、接地端子ＶＳＳの電位を基準として基準電圧Ｖｒｅｆを生成する構成としている。このように接続することで、電池セルＣ４の出力が低下しても安定した基準電圧を生成することが可能である。

以上、説明したように本実施の形態では、過電圧検出用比較器、低電圧検出用比較器に入力する基準電圧を複数の電池セルの出力電圧に基づいて生成している。複数の電池セルの出力電圧が同時に低下する可能性は極めて低いため、このように基準電圧生成回路を接続することで誤動作が生じる可能性は極めて低くすることが可能である。

図３は、図１を用いて説明した基準電圧生成回路１４−１〜１４−４の例を示す図である。図３に示す回路では電流源Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を用いて基準電圧を生成している。図３において、Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ３は、ＶＳＳに電流を引き込むタイプの電流源であり、Ｉｒｅｆ４は、Ｖ１から電流を吐き出すタイプの電流源である。基準電圧生成回路１４−１は、ＩＣ１０の端子Ｖ１から電流を引き込んでいる。基準電圧Ｖｒｅｆは、端子Ｖ１の電位から抵抗Ｒ１による電圧降下分を差し引いた値となる。基準電圧生成回路１４−２、１４−３についても同様に、それぞれ端子Ｖ２、Ｖ３の電位から抵抗Ｒ２、Ｒ３によって生じた電圧降下を差し引いた値を基準電圧としている。基準電圧生成回路１４−４は、端子ＶＳＳの電位に対して抵抗Ｒ４による電圧上昇分の電圧を足した値を基準電圧としている。

図３に示した基準電圧生成回路１４−１〜１４−４の回路例を図４に示す。図面の簡略化のため、図４では、基準電圧生成回路１４−１〜１４−４に対応する構成のみを示し、その他の部分は省略している。図４に示すように本実施の形態の基準電圧生成回路１４−１〜１４−３は、バンドギャップリファレンス回路ＢＧＲ、アンプＡＭＰ、ＰＭＯＳトランジスタＰＭ、Ｐ１、Ｐ２、ＮＭＯＳトランジスタＮＭ、Ｎ１〜Ｎ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、ＲＡで構成されている。なお、この抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、図３に示したＲ１〜Ｒ４と同一のものである。

ここで、ＰＭＯＳトランジスタＰＭとＮＭＯＳトランジスタＮＭはＶＣＣ−ＶＳＳ間に直列に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＮ１〜Ｎ３は、ＮＭＯＳトランジスタＮＭにカレントミラー接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＰ１と抵抗Ｒ４は、ＶＣＣ−ＶＳＳ間に直列に接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＰ２と抵抗ＲＡもＶＣＣ−ＶＳＳ間に直列に接続されている。バンドギャップリファレンス回路ＢＧＲの出力は増幅器の非反転入力端子に与えられ、ＰＭＯＳトランジスタＰ２と抵抗ＲＡの間のノードが増幅器の反転入力端子に接続される。増幅器の出力は、ＰＭＯＳトランジスタＰＭ、Ｐ１、Ｐ２のゲートに与えられている。

このように構成された基準電圧生成回路では、ＮＭＯＳトランジスタＮ１〜Ｎ３が図３における電流源Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ３に相当する。またＰＭＯＳトランジスタＰ１が電流源Ｉｒｅｆ４に相当する。ＮＭＯＳトランジスタＮＭとカレントミラー接続されているＮＭＯＳトランジスタＮ１〜Ｎ３には、ＰＭＯＳトランジスタＰＭに流れる基準電流と同じ電流が流れている。抵抗Ｒ１、ＮＭＯＳトランジスタＮ１は、端子Ｖ１とＶＳＳの間に接続されているため、端子Ｖ１の電位から抵抗Ｒ１による電圧降下を差し引いた電位を出力する。つまり、抵抗Ｒ１とＮＭＯＳトランジスタＮ１の間のノードの電位が、図３における基準電圧生成回路１４−１の出力となる。以下、同様に抵抗Ｒ２とＮＭＯＳトランジスタＮ２の間のノードの電位が基準電圧生成回路１４−２の出力、抵抗Ｒ３とＮＭＯＳトランジスタＮ３の間のノードの電位が基準電圧生成回路１４−３の出力となる。基準電圧生成回路１４−４の出力は、ＰＭＯＳトランジスタＰ１と抵抗Ｒ４の間のノードの電位に対応する。

つまり、本実施の形態では、基準電圧生成回路全体としてはＶＣＣ−ＶＳＳ間の電圧を電源として動作しているものの、電圧センサに与える基準電圧は複数の電池セル間の電圧（例えばＶ１−ＶＳＳ間やＶ２−ＶＳＳ間）を利用して生成さている。このような構成により、図１乃至図３を用いて説明したような過電圧検出用比較器、低電圧検出用比較器に入力する基準電圧を複数の電池セルの出力電圧に基づいて生成している。

なお、図１、図３では、端子Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、ＶＳＳの電位を基準として基準電圧を生成する回路を示したが、本実施の形態は、種々の基準電圧生成回路を用いることも可能である。本実施の形態の変形例を図５に示す。

図５に示す回路では、基準電圧生成回路１４−１は、図３と同様の構成である。基準電圧生成回路１４−２'は、Ｖ１―Ｖ３間に接続されたバンドギャップリファレンス回路（ＢＧＲ回路）によって構成されている。同様に基準電圧生成回路１４−３'は、Ｖ２−Ｖ４間に接続されたＢＧＲ回路、基準電圧生成回路１４−４'は、Ｖ３−ＶＳＳ間に接続されたＢＧＲ回路で構成されている。このようにバンドギャップリファレンス回路を用いた場合は、基準電圧生成回路１４−２'、１４−３'、１４−４'は、端子Ｖ３、Ｖ４、ＶＳＳの電位を基準とした基準電圧を生成している。この基準となる電位とそれぞれのＶｒｅｆの関係を図１と同様に破線矢印で図５に示す。なお、比較する基準となる電圧Ｖｒｅｆを低電位側の端子を基準に生成した場合は、分圧抵抗、基準電圧生成回路と過電圧検出用比較器、低電圧検出用比較器の入力端子との接続は、異常検出時'Ｈ'となる論理にする場合、図５に示すように接続される。このように複数の電池セルの出力電圧を参照して基準電圧を生成する回路であれば本実施の形態は種々の変形が可能となる。

実施の形態２
一般的に基準電圧生成回路はその出力電圧が回路の電源電圧の大きさに対して変化しないよう設計されるが、実際はゼロにはできないため多少の影響をうけてしまう。図９に示したように、異常検出対象の電池セル１つの電圧を参照して基準電圧Ｖｒｅｆを生成する場合、基準電圧生成回路が参照している電圧は異常検出設定電圧と常に等しくなるため、検出時の基準電圧Ｖｒｅｆは常に一定の電圧となる。実施の形態１の電圧監視装置では、基準電圧生成回路は異常検出対象の電池セルを含む複数の電池セルの電圧を参照して基準電圧Ｖｒｅｆを生成している。したがって異常検出対象ではない他の電池セルの電圧の大、小によって、基準電圧Ｖｒｅｆが変化してしまう。本来一定であるべき基準電圧が変化すると、電圧検出の精度が悪化することになる。本実施の形態では、複数の電池セルを参照して生成した基準電圧Ｖｒｅｆ１と、１個の電池セルの電圧を参照して生成した基準電圧Ｖｒｅｆ２を用いて低電圧検出を行う。

図６は、本発明の実施の形態２の電圧監視装置を示す概略図である。以下、図６を用いて本実施の形態について説明する。なお、図１〜５と共通する構成に関しては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、ＩＣ２０は、過電圧検出用比較器２２−１〜２２−４、第１の低電圧検出用比較器２３−１〜２３−４、第２の低電圧検出用比較器３３−１〜３３−４、第１の基準電圧生成回路２４−１〜２４−４、第２の基準電圧生成回路３４−１〜３４−４及びＯＲゲート２５−１〜２５−４を有している。

本実施の形態では第１の基準電圧生成回路２４−１〜２４−４は、実施の形態１と同様に２つ以上の電池セルの出力電圧を参照して基準電圧を生成する基準電圧生成回路である。第２の基準電圧生成回路３４−１〜３４−４は監視対象となる１つの電池セルの出力電圧を参照して基準電圧を生成する基準電圧生成回路である。第１、第２の基準電圧生成回路２４−１〜２４−４、３４−１〜３４−４は、第１、第２の基準電圧を生成し、比較器に供給している。

過電圧検出用比較器２２−１〜２２−４は、分圧点（Ｑ２１〜Ｑ２４点）の電圧と第２の基準電圧生成回路３４−１〜３４−４が生成する基準電圧を比較している。過電圧検出用比較器２２−１〜２２−４は、分圧点の電圧が基準電圧よりも高くなった場合に、過電圧検出信号を出力する。

第１の低電圧検出用比較器２３−１〜２３−４は、分圧点（例えばＱ２１〜Ｑ２３、Ｐ２４点）の電圧と第１の基準電圧生成回路が生成する基準電圧を比較している。低電圧検出用比較器２３−１〜２３−３は、分圧点の電圧が基準電圧よりも高くなった場合に、低電圧検出信号を出力する。低電圧検出用比較器２３−４は、分圧点の電圧が基準電圧よりも低くなった場合に、低電圧検出信号を出力する。

第２の低電圧検出用比較器３３−１〜３３−４は、分圧点（例えばＰ２１〜Ｐ２４点）の電圧と第２の基準電圧生成回路が生成する基準電圧を比較している。第２の低電圧検出用比較器３３−１〜３３−４は、分圧点の電圧が基準電圧よりも低くなった場合に、低電圧検出信号を出力する。

分圧抵抗１１-１の第１の分圧点Ｐ２１は、第２の低電圧検出用比較器３３-１の反転入力端子に接続されている。分圧抵抗１１−１の第２の分圧点Ｑ２１は、第１の低電圧検出用比較器２３−１の非反転入力端子、過電圧検出用比較器２２−１の非反転入力端子に接続されている。

以降、同様に分圧抵抗１１―２、１１−３の第１の分圧点Ｐ２２、Ｐ２３は、第２の低電圧検出用比較器３３−２、３３−３の反転入力端子に接続されている。分圧抵抗１１−２、１１−３の第２の分圧点Ｑ２２、Ｑ２３は、第１の低電圧検出用比較器２３−２、２３−３の非反転入力端子、過電圧検出用比較器２２−２、２２−３の非反転入力端子に接続されている。

本実施の形態では、分圧抵抗１１−４の第１の分圧点Ｐ２４は、第１、第２の低電圧検出用比較器２３−４、３３−４の反転入力端子に接続されている。分圧抵抗１１−４の第２の分圧点Ｑ２４は、過電圧検出用比較器２２−４の非反転入力端子に接続されている。

ＯＲゲート２５−１〜２５−４には、それぞれ第１の低電圧検出用比較器２３−１〜２３−４及び第２の低電圧検出用比較器３３−１〜３３−４の出力が接続されている。ＯＲゲートは第１あるいは第２の低電圧検出用比較器が低電圧を検出した場合に低電圧検出信号を出力する。このように構成された電圧監視装置の動作について以下に説明する。

図７は、第１の基準電圧生成回路の出力電圧と電源電圧の関係を示す。ここでは、１つの電池セルの出力が２．０Ｖ〜４．０Ｖが正常な電圧範囲とする。従って、電池セルの出力が２．０Ｖ以下になると、低電圧の異常となり、４．０Ｖ以上になると、過電圧の異常となる。また第１の基準電圧生成回路は４つの電池セルの出力を参照して基準電圧を生成し、第２の基準電圧生成回路は１つの電池セルの出力を参照して基準電圧を生成しているものとする。

低電圧検出時の基準電圧の例で説明する。監視対象の電池セル、例えばＣ１の出力が２．０Ｖより小さくなると、低電圧異常となる。この場合、第１の基準電圧生成回路２４−１の電源電圧は、８．０Ｖ〜１４．０Ｖの範囲内となる。図７に示すように、第１の基準電圧生成回路２４−１の電源電圧に対する出力電圧特性は、一般的に傾き、すなわち電源電圧依存性を持つ。従って、第１の基準電圧出力回路２４−１が出力する電圧は、図７にΔＶで示す幅を有することとなる。これに対し、第２の基準電圧生成回路３４−１は、監視対象の電池セルＣ１の出力電圧を参照している。そのため、監視対象の電池セルがＣ１の出力が２．０Ｖになるときには、必ず、第２の基準電圧生成回路３４−１の電源電圧も２．０Ｖとなる。従って、低電圧検出用比較器３３−１が異常を検出する時の出力電圧は、常に一定となる。

低電圧になりすぎたことによって第２の低電圧検出用比較器３３−１に誤動作が生じ、正常状態を示す'Ｌ'を誤って出力したとしても、その場合には、低電圧検出用比較器２３−１が正常に低電圧検出し'Ｈ'を出力することによって、ＯＲ回路２５−１の出力は'Ｈ'を出力し、正常に異常検出をすることができる。また、第１の低電圧検出閾値の設定を第２の低電圧検出閾値よりも低い電圧に、かつ第２の低電圧検出器が誤動作する電圧よりも高い電圧に設定することによって、低電圧検出を精度の高い第２の低電圧検出器で行い、第２の低電圧検出器が誤動作する電圧になる前に第１低電圧検出器が低電圧検出し'Ｈ'出力を出すことによって検出精度が高く、かつ誤動作のない低電圧検出が可能である。

以上、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが本発明は、上述のような実施の形態に限定されるものでなく種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態1の電圧監視装置を示す図である。 過電圧検出、低電圧検出時の電位の関係を示す図である。 実施の形態1の電圧監視装置を示す図である。 基準電圧生成回路を示す図である。 実施の形態1の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態1の電圧監視装置を示す図である。 基準電圧生成回路の出力電圧と電源電圧の関係を示す図である。 従来の電圧監視装置を示す図である。 従来の電圧センサモジュールを示す図である。 基準電圧出力と電池セル電圧の関係を示す図である。

符号の説明

１ 電圧監視装置
２ 組電池
１０、２ ・電圧センサモジュール（ＩＣ）
１１−１〜１１−４ 分圧抵抗、
１２−１〜１２−４、２２−１〜２２−４ 過電圧検出用比較器
１３−１〜１３−４、２３−１〜２３−４、３３−１〜３３−４ 低電圧検出用比較器
１４−１〜１４−４、２４−１〜２４−４、３４−１〜３４−４ 基準電圧生成回路
２５−１〜２５−４ ＯＲゲート
Ｃ１〜Ｃ４ 電池セル
Ｖ１〜Ｖ４ モジュール端子

Claims (15)

1. 複数の電池セルの電圧を監視する電圧センサモジュールであって、
   前記複数の電池セルの両端にかかる電圧を受ける第１および第２の端子と、
   前記複数の電池セルに含まれる監視対象の電池セルの両端にかかる電圧を受ける第３および第４の端子と、
   前記第１および第２の端子と接続され、前記複数の電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第１の基準電圧を生成する第１の基準電圧生成回路と、
   前記第３および第４の端子と接続され、前記電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第２の基準電圧を生成する第２の基準電圧生成回路と、
   前記第３および第４の端子間にかかる電圧に基づいて生成される第１の調整電圧と前記第１の基準電圧とを比較する第１の比較回路と、
   前記第１の調整電圧と前記第２の基準電圧とを比較する第２の比較回路と、
   を備える電圧センサモジュール。
2. 前記第１の端子と前記第２の端子の一方が、前記第３の端子と前記第４の端子の一方と同一端子であることを特徴とする請求項１に記載の電圧センサモジュール。
3. 前記第１の比較回路は、前記電池セルの出力電圧が予め設定された値以下となった場合に低電圧検出信号を出力する回路であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電圧センサモジュール。
4. 前記第２の比較回路は、前記電池セルの出力電圧が予め設定された値以下となった場合に低電圧検出信号を出力する回路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
5. 前記第１の比較回路の低電圧検出信号あるいは前記第２の比較回路の低電圧検出信号が入力された場合に、当該低電圧検出信号を後段の回路に出力するゲートを有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
6. 前記第１の基準電圧は、前記第２の基準電圧より低い値に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
7. 前記電圧センサモジュールは、さらに、
   前記第３および第４の端子間にかかる電圧に基づいて生成される第２の調整電圧と前記第２の基準電圧とを比較する第３の比較回路を有し、
   当該第３の比較回路は、前記電池セルの出力電圧が予め設定された値以上となった場合に低電圧検出信号を出力する回路であることを特徴とする１乃至６のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
8. 前記第１の調整電圧は、前記第３の端子と前記第４の端子間に接続された抵抗によって生成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
9. 前記第１の基準電圧生成回路は、第１の電流源及び抵抗を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
10. 前記第１の電流源は、電流を引き込む引き込み型の電流源であり、前記第１の端子は前記第３の端子あるいは前記第４の端子と同一であることを特徴とする請求項９に記載の電圧センサモジュール。
11. 前記電圧センサモジュールは、さらに、
    前記複数の電池セルに含まれる他の監視対象の電池セルの両端にかかる電圧を受ける第５および第６の端子と、
    前記第１および第２の端子と接続され、前記複数の電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第３の基準電圧を生成する第３の基準電圧生成回路と、
    前記第５および第６の端子と接続され、前記電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第４の基準電圧を生成する第４の基準電圧生成回路と、
    前記第５および第６の端子間にかかる電圧に基づいて生成される第３の調整電圧と前記第３の基準電圧とを比較する第４の比較回路と、
    前記第３の調整電圧と前記第４の基準電圧とを比較する第５の比較回路と、を有し、
    前記第１の端子と前記第２の端子の一方が、前記第５の端子と前記第６の端子の一方と同一端子であることを特徴とする請求項９あるいは１０に記載の電圧センサモジュール。
12. 前記第３の基準電圧生成回路は、第２の電流源及び抵抗を有し、
    前記第２の電流源は、電流を吐き出す吐き出し型の電流源であり、前記第１の端子は前記第５の端子あるいは前記第６の端子と同一であることを特徴とする請求項１１に記載の電圧センサモジュール。
13. 前記第１の基準電圧生成回路はバンドギャップリファレンス回路であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電圧センサモジュール。
14. 前記電圧センサモジュールは、さらに、
    前記複数の電池セルに含まれる他の監視対象の電池セルの両端にかかる電圧を受ける第５および第６の端子と、
    前記第１および第２の端子と接続され、前記複数の電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第３の基準電圧を生成する第３の基準電圧生成回路と、
    前記第５および第６の端子と接続され、前記電池セルの両端にかかる電圧に基づいて第４の基準電圧を生成する第４の基準電圧生成回路と、
    前記第５および第６の端子間にかかる電圧に基づいて生成される第３の調整電圧と前記第３の基準電圧とを比較する第４の比較回路と、
    前記第３の調整電圧と前記第４の基準電圧とを比較する第５の比較回路と、を有し、
    前記第１の端子と前記第２の端子の一方が、前記第５の端子と前記第６の端子の一方と同一端子であることを特徴とする請求項１あるいは１３に記載の電圧センサモジュール。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の電圧センサモジュールを複数有する組電池の電圧監視装置。

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