JP5811874B2 - 電池保護回路及び電池保護装置、並びに電池パック - Google Patents

電池保護回路及び電池保護装置、並びに電池パック Download PDF

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Description

本発明は、複数のセルが直列に接続された二次電池を保護する電池保護回路及び電池保護装置に関する。また、該電池保護装置を備える電池パックに関する。
リチウムイオン二次電池では、複数のセルが多段積みされている場合がある。しかしながら、各セルのセル電圧をモニタするためのモニタ端子が断線した場合、それらのセル電圧を正確にモニタできない。そのため、セルの蓄電状態が過充電や過放電等の異常状態になっても、その異常状態を検出できないおそれがある。電池保護回路は、このような異常状態が継続することを回避するため、断線検出機能を備えている場合がある。例えば特許文献１には、モニタ端子を定電流回路でプルアップ又はプルダウンすることにより、モニタ端子の電位を断線発生時にシフトさせることによって、断線を検出する方法が開示されている。
特開平８−３０８１１５号公報
ところが、二次電池とモニタ端子との間が断線しても、半切れや結線不良などの不安定な断線、モニタ端子に接続される他の回路の動作などの要因によって、モニタ端子の電位がシフトした値に固定されずに不定となる場合がある。そのような場合、断線検出時に行われるべき動作が正しく行われないおそれがある。
そこで、本発明は、断線検出時の誤動作を防止できる、電池保護回路及び電池保護装置、並びに電池パックの提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、
少なくとも第１のセルと第２のセルの複数のセルが直列に接続された二次電池を保護する電池保護回路であって、
前記第１のセルの高電位側に接続される第１の端子と、
前記第１のセルの低電位側と前記第２のセルの高電位側に接続される第２の端子と、
前記第２のセルの低電位側に接続される第３の端子と、
前記二次電池の蓄電状態の異常を検出する蓄電異常検出回路と、
前記二次電池と前記第２の端子との間の断線によって、前記第１の端子側又は前記第３の端子側に前記第２の端子の電位をシフトさせるシフト回路と、
前記第２の端子の電位に基づいて、前記断線を検出する断線検出回路と、
前記断線検出回路の検出結果を保持するラッチ回路とを備え、
前記検出結果が前記ラッチ回路によって保持された後、前記第２の端子の電位シフトが停止する、電池保護回路及び電池保護装置、並びに電池パックを提供するものである。
本発明によれば、断線検出時の誤動作を防止できる。
電池パックの一構成例を示した図である。 電池保護ＩＣの一構成例を示した図である。 電池保護ＩＣの一構成例を示した図である。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の一実施形態である電池パック１００の構成図である。電池パック１００は、負荷接続端子５，６に接続される外部負荷９０に電力を供給可能な二次電池３０と、二次電池３０を保護する保護モジュール８０とを内蔵する。電池パック１００は、外部負荷９０に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。外部負荷９０の具体例として、電動工具、電動アシスト自転車、電動バイクなどの機器が挙げられる。
二次電池３０は、負荷接続端子５，６に接続される不図示の充電器によって充電可能である。二次電池３０の具体例として、リチウムイオン電池などが挙げられる。二次電池３０は、直列に接続された複数のセル（図１には、５つのセル３１〜３５を例示）から構成されている。
二次電池３０の正極は、二次電池３０を構成するセル３１〜３５のうち最も電位の高い最上段のセル３５の正極に接続され、二次電池３０の負極は、二次電池３０を構成するセル３１〜３５のうち最も電位の低い最下段のセル３１の負極に接続されている。なお、セルの正極とは、そのセルの高電位側の電極であり、セルの負極とは、そのセルの低電位側の電極である。
保護モジュール８０は、負荷接続端子５と、負荷接続端子６と、複数のセル接続端子４１〜４６とを備える電池保護装置である。セル接続端子４６は、負荷接続端子５に電源経路９ａを介して繋がり、セル接続端子４１は、負荷接続端子６に電源経路９ｂを介して繋がる。
セル接続端子４１は、二次電池３０の負極（セル３１の負極）に接続線５１を介して接続され、セル接続端子４２は、セル３１の正極及びセル３２の負極に接続線５２を介して接続され、セル接続端子４３は、セル３２の正極及びセル３３の負極に接続線５３を介して接続され、セル接続端子４４は、セル３３の正極及びセル３４の負極に接続線５４を介して接続され、セル接続端子４５は、セル３４の正極及びセル３５の負極に接続線５５を介して接続され、セル接続端子４６は、二次電池３０の正極（セル３５の正極）に接続線５６を介して接続される。
保護モジュール８０は、複数のセルバランス回路２１〜２５を備えている。セルバランス回路２１〜２５は、セル３１〜３５のうち対応する一つのセルに並列に接続され、セル３１〜３５間のセル電圧のばらつきを低減する均等化回路である。セルバランス回路２１は、接続線５１，５２を介してセル３１に並列に接続され、セルバランス回路２２は、接続線５２，５３を介してセル３２に並列に接続され、セルバランス回路２３は、接続線５３，５４を介してセル３３に並列に接続され、セルバランス回路２４は、接続線５４，５５を介してセル３４に並列に接続され、セルバランス回路２５は、接続線５５，５６を介してセル３５に並列に接続される。
セルバランス回路２１は、セル３１のセル電圧が所定の放電開始閾値以上になったとき、セル３１を放電させることを開始し、セル３１のセル電圧が所定の放電停止閾値以下になったとき、セル３１を放電させることを停止する。放電停止閾値は、放電開始閾値以下に設定されている。セルバランス回路２２〜２５についても同様に、対応するセルのセル電圧に応じて、そのセルの放電動作を制御する。セルバランス回路２１〜２５それぞれに設定された放電開始閾値及び放電停止閾値を互いに等しくすることによって、セル３１〜３５それぞれのセル電圧を互いに等しくすることができる。つまり、セル３１〜３５間のセル電圧のバランスを保つことができる。
保護モジュール８０は、トランジスタ１，２を備えている。トランジスタ１は、二次電池３０の充電経路を遮断する充電経路遮断部であり、トランジスタ２は、二次電池３０の放電経路を遮断する放電経路遮断部である。図１の場合、トランジスタ１は、二次電池３０の充電電流が流れる電源経路９ｂを遮断し、トランジスタ２は、二次電池３０の放電電流が流れる電源経路９ｂを遮断する。トランジスタ１，２は、電源経路９ｂの導通／遮断を切り替えるスイッチング素子であり、電源経路９ｂに直列に挿入されている。
トランジスタ１，２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。トランジスタ１は、トランジスタ１の寄生ダイオードの順方向が二次電池３０の放電方向になるように電源経路９ｂに挿入され、トランジスタ２は、トランジスタ２の寄生ダイオードの順方向が二次電池３０の充電方向になるように電源経路９ｂに挿入される。なお、トランジスタ１，２は、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタなどの他の半導体素子でもよい。また、トランジスタ１，２のドレイン−ソース間（又は、コレクタ−エミッタ間）にダイオードが追加されてもよい。
保護モジュール８０は、電池保護ＩＣ（以下、「保護ＩＣ」という）１０を備えている。保護ＩＣ１０は、二次電池３０のセル３１〜３５の保護動作を行う集積回路である。
保護モジュール８０は、保護ＩＣ１０の端子１１から、トランジスタ１をオンさせるハイレベルの信号を出力し、トランジスタ１をオフさせるローレベルの信号を出力する。保護ＩＣ１０は、トランジスタ１をオンさせることによって、二次電池３０を充電する方向の電流が電源経路９ｂに流れることを許可し、トランジスタ１をオフさせることによって、二次電池３０を充電する方向の電流が電源経路９ｂに流れることを禁止する。
また、保護モジュール８０は、保護ＩＣ１０の端子１２から、トランジスタ２をオンさせるハイレベルの信号を出力し、トランジスタ２をオフさせるローレベルの信号を出力する。保護ＩＣ１０は、トランジスタ２をオンさせることによって、二次電池３０を放電する方向の電流が電源経路９ｂに流れることを許可し、トランジスタ２をオフさせることによって、二次電池３０を放電する方向の電流が電源経路９ｂに流れることを禁止する。
保護ＩＣ１０は、充放電制御部７を備えている。充放電制御部７は、端子１３と端子１４との間の電圧の検出値をセル３１のセル電圧の検出値として取得し、端子１４と端子１５との間の電圧の検出値をセル３２のセル電圧の検出値として取得し、端子１５と端子１６との間の電圧の検出値をセル３３のセル電圧の検出値として取得し、端子１６と端子１７との間の電圧の検出値をセル３４のセル電圧の検出値として取得し、端子１７と端子１８との間の電圧の検出値をセル３５のセル電圧の検出値として取得する。
端子１３〜１８は、セル３１〜３５のセル電圧を監視するための、保護ＩＣ１０のモニタ端子として機能する。端子１３は、セル接続端子４１に接続され、端子１４は、セル接続端子４２に接続され、端子１５は、セル接続端子４３に接続され、端子１６は、セル接続端子４４に接続され、端子１７は、セル接続端子４５に接続され、端子１８は、セル接続端子４６に接続されている。また、端子１３は、電源経路９ｂに接続され、例えば保護ＩＣ１０の負側電源端子（ＶＳＳ端子）であり、端子１８は、電源経路９ａに接続され、例えば保護ＩＣ１０の正側電源端子（ＶＤＤ端子）である。
充放電制御部７は、セル３１〜３５の少なくとも一つのセル電圧の検出値が所定の過充電検出閾値以上であるとき、二次電池３０を構成するセルの過充電が検出されたとして、充電異常検出信号を出力する過充電検出回路を有する。充放電制御部７は、二次電池３０についての充電異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ１をオフさせるローレベルの信号を端子１１から出力する。これにより、トランジスタ２のオン状態／オフ状態にかかわらず、二次電池３０を構成するセル３１〜３５を過充電から保護できる。
また、充放電制御部７は、セル３１〜３５の少なくとも一つのセル電圧の検出値が所定の過放電検出閾値以下であるとき、二次電池３０を構成するセルの過放電が検出されたとして、放電異常検出信号を出力する過放電検出回路を有する。充放電制御部７は、二次電池３０についての放電異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ２をオフさせるローレベルの信号を端子１２から出力する。これにより、トランジスタ１のオン状態／オフ状態にかかわらず、二次電池３０を構成するセル３１〜３５を過放電から保護できる。
なお、充放電制御部７は、充電過電流検出回路を有してもよい。充電過電流検出回路は、所定の充電過電流検出閾値以下の負側端子間電圧（負荷接続端子６とセル接続端子４１との間の電圧）を検知することにより、二次電池３０を充電する方向の過電流（充電過電流）が検出されたとして、充電異常検出信号を出力する。充放電制御部７は、充電過電流検出回路から充電異常検出信号が出力されたとき、保護ＩＣ１０の端子１１からローレベルの信号を出力することによって、トランジスタ１をオフする。これにより、トランジスタ２のオン状態／オフ状態にかかわらず、二次電池３０を充電過電流からも保護できる。
また、充放電制御部７は、放電過電流検出回路を有してもよい。放電過電流検出回路は、所定の放電過電流検出閾値以上の負側端子間電圧（負荷接続端子６とセル接続端子４１との間の電圧）を検知することにより、二次電池３０を放電する方向の過電流（放電過電流）が検出されたとして、放電異常検出信号を出力する。充放電制御部７は、放電過電流検出回路から放電異常検出信号が出力されたとき、保護ＩＣ１０の端子１２からローレベルの信号を出力することによって、トランジスタ２をオフする。これにより、トランジスタ１のオン状態／オフ状態にかかわらず、二次電池３０を放電過電流からも保護できる。
また、充放電制御部７は、端子１４〜１７のうち少なくとも一つが断線したことを表す断線異常検出信号を出力する断線検出回路を有している。充放電制御部７は、断線異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ１をオフさせるローレベルの信号を端子１１から出力し、トランジスタ２をオフさせるローレベルの信号を端子１２から出力する。これにより、端子１４〜１７のいずれかが断線することによって、二次電池３０を構成するセル３１〜３５のいずれかの蓄電状態の異常が充放電制御部７により検出されなくても、トランジスタ１又は２がオフ状態にならないことを防止できる。その結果、セル３１〜３５のいずれかの蓄電状態の異常が継続することを回避できる。蓄電状態の異常とは、例えば、過充電検出回路により検出される過充電異常、過放電検出回路により検出される過放電異常などが挙げられる。
なお、充放電制御部７は、断線異常検出信号が出力されたとき、外部負荷９０等の外部装置に対して、断線が検出されたことを知らせる断線通知信号を出力してもよい。外部負荷９０等の外部装置は、断線通知信号を受信することによって、例えば、断線したことを表すエラー情報を、読み出し可能な記憶装置に格納してもよいし、ユーザに対して通知してもよい。
図２は、図１の充放電制御部７及びセルバランス回路２１〜２５の一構成例を具体的に示した図である。
図２の保護ＩＣ１０Ａの充放電制御部７は、蓄電異常検出回路１１０と、中点電位固定回路１０１，１０２と、断線検出回路１２０と、ラッチ回路１５５と、制御回路１５８とを有している。
蓄電異常検出回路１１０は、二次電池３０の蓄電状態の異常を検出する。蓄電異常検出回路１１０は、過充電検出回路及び過放電検出回路として、セル３１〜３５毎に設けられた、ブリーダー抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５及び検出器１１１〜１１５を有している。
ブリーダー抵抗Ｒ２１は、端子１３，１４を介してセル３１に並列に接続され、ブリーダー抵抗Ｒ２２は、端子１４，１５を介してセル３２に並列に接続され、ブリーダー抵抗Ｒ２３は、端子１５，１６を介してセル３３に並列に接続され、ブリーダー抵抗Ｒ２４は、端子１６，１７を介してセル３４に並列に接続され、ブリーダー抵抗Ｒ２５は、端子１７，１８を介してセル３５に並列に接続される。ブリーダー抵抗Ｒ２１〜Ｒ２５は、互いに等しい抵抗値を有している。
ブリーダー抵抗Ｒ２１は、端子１３と端子１４との間の電圧を第１の比で分圧した値を、セル３１の過充電判定用検出値として検出し、端子１３と端子１４との間の電圧を第２の比で分圧した値を、セル３１の過放電判定用検出値として検出する。ブリーダー抵抗Ｒ２２〜Ｒ２５も同様に、ブリーダー抵抗Ｒ２１と同じ分圧比で各端子間の電圧を分圧することによって、セル３２〜３５に対応する過充電判定用検出値及び過放電判定用検出値を検出する。
検出器１１１は、ブリーダー抵抗Ｒ２１によって検出された過充電判定用検出値が過充電検出閾値以上であるとき、セル３１の過充電検出信号を出力し、ブリーダー抵抗Ｒ２１によって検出された過放電判定用検出値が過放電検出閾値以下であるとき、セル３１の過放電検出信号を出力する。検出器１１２〜１１５も同様に、各ブリーダー抵抗によって検出された値に基づいて、各セルの過充電検出信号及び過放電検出信号を出力する。検出器１１１〜１１５は、例えばコンパレータで構成されている。
蓄電異常検出回路１１０は、検出器１１１〜１１５の少なくとも一つから過充電検出信号が出力されたとき、充電異常検出信号を制御回路１５８に対して出力する過充電検出回路として機能し、検出器１１１〜１１５の少なくとも一つから過放電検出信号が出力されたとき、放電異常検出信号を制御回路１５８に対して出力する過放電検出回路として機能する。制御回路１５８は、充電異常検出信号を受信することにより、図１のトランジスタ１をオフさせ、放電異常検出信号を受信することにより、図１のトランジスタ２をオフさせる。
中点電位固定回路１０１は、図２に示されるように、端子１４と端子１５との間に挿入され、端子１４，１５を介してセル３２に並列に接続される回路である。中点電位固定回路１０１は、抵抗Ｒ１１とトランジスタＴ１１との直列回路が挿入された電流経路を有している。トランジスタＴ１１は、二次電池３０の中間電位点３６と端子１４との間の断線又は二次電池３０の中間電位点３７と端子１５との間の断線が発生する前の初期状態では、オンしている。
中点電位固定回路１０１は、二次電池３０の中間電位点３６と端子１４との間の断線によって、端子１５の電位側に固定されるように、端子１４の電位（端子１３と端子１５との間の中点電位）をシフトさせるシフト回路である。また、中点電位固定回路１０１は、二次電池３０の中間電位点３７と端子１５との間の断線によって、端子１４の電位側に固定されるように端子１５の電位（端子１４と端子１６との間の中点電位）をシフトさせるシフト回路である。中間電位点３６は、セル３２の負極とセル３１の正極との接続点であり、中間電位点３７は、セル３３の負極とセル３２の正極との接続点である。
中点電位固定回路１０２は、端子１６と端子１７との間に挿入され、端子１６，１７を介してセル３４に並列に接続される回路である。中点電位固定回路１０２は、抵抗Ｒ１２とトランジスタＴ１２との直列回路が挿入された電流経路を有している。トランジスタＴ１２は、二次電池３０の中間電位点３８と端子１６との間の断線又は二次電池３０の中間電位点３９と端子１７との間の断線が発生する前の初期状態では、オンしている。
中点電位固定回路１０２は、二次電池３０の中間電位点３８と端子１６との間の断線によって、端子１７の電位側に固定されるように、端子１６の電位（端子１５と端子１７との間の中点電位）をシフトさせるシフト回路である。また、中点電位固定回路１０２は、二次電池３０の中間電位点３９と端子１７との間の断線によって、端子１６の電位側に固定されるように、端子１７の電位（端子１６と端子１８との間の中点電位）をシフトさせるシフト回路である。中間電位点３８は、セル３４の負極とセル３３の正極との接続点であり、中間電位点３９は、セル３５の負極とセル３４の正極との接続点である。
断線検出回路１２０は、コンパレータ１２１〜１２４を有している。コンパレータ１２１は、端子１４の電位に基づいて、中間電位点３６と端子１４との間の断線を検出する検出器であり、コンパレータ１２２は、端子１５の電位に基づいて、中間電位点３７と端子１５との間の断線を検出する検出器であり、コンパレータ１２３は、端子１６の電位に基づいて、中間電位点３８と端子１６との間の断線を検出する検出器であり、コンパレータ１２４は、端子１７の電位に基づいて、中間電位点３９と端子１７との間の断線を検出する検出器である。
コンパレータ１２１は、端子１５にプルアップされた端子１４の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ１以上であるとき、中間電位点３６と端子１４との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。コンパレータ１２２は、端子１４にプルダウンされた端子１５の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ２以下であるとき、中間電位点３７と端子１５との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。コンパレータ１２３は、端子１７にプルアップされた端子１６の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ３以上であるとき、中間電位点３８と端子１６との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。コンパレータ１２４は、端子１６にプルダウンされた端子１７の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ４以下であるとき、中間電位点３９と端子１７との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。
断線検出閾値Ｖｔｈ１は、抵抗Ｒ３５とＲ３６とが直列に接続された抵抗分圧回路によって生成される。この抵抗分圧回路は、端子１３と端子１５との間に挿入され、端子１３，１５を介してセル３１とセル３２との直列回路に並列に接続される。断線検出閾値Ｖｔｈ２は、抵抗Ｒ３１とＲ３２とが直列に接続された抵抗分圧回路によって生成される。この抵抗分圧回路は、端子１４と端子１６との間に挿入され、端子１４，１６を介してセル３２とセル３３との直列回路に並列に接続される。断線検出閾値Ｖｔｈ３は、抵抗Ｒ３７とＲ３８とが直列に接続された抵抗分圧回路によって生成される。この抵抗分圧回路は、端子１５と端子１７との間に挿入され、端子１５，１７を介してセル３３とセル３４との直列回路に並列に接続される。断線検出閾値Ｖｔｈ４は、抵抗Ｒ３３とＲ３４とが直列に接続された抵抗分圧回路によって生成される。この抵抗分圧回路は、端子１６と端子１８との間に挿入され、端子１６，１８を介してセル３４とセル３５との直列回路に並列に接続される。
断線検出回路１２０は、コンパレータ１２１〜１２４の少なくとも一つから断線検出信号が出力されたとき、断線異常が検出されたことを表すハイレベルの断線異常検出信号を出力する論理和回路１２５を有している。制御回路１５８は、ラッチ回路１５５を介して断線異常検出信号を受信することにより、断線発生時に行うべき所定の動作を実行する。例えば、制御回路１５８は、図１のトランジスタ１，２をオフしてもよいし、断線が検出されたことを知らせる断線通知信号を出力してもよい。
ラッチ回路１５５は、断線検出回路１２０の断線検出結果を保持するＲＳフリップフロップである。断線検出回路１２０の論理和回路１２５の出力信号が、否定回路１５１及び否定論理和回路１５４を介して、ラッチ回路１５５のセット端子Ｓに入力される。保護ＩＣ１０Ａはラッチ回路１５５を備えることによって、断線検出回路１２０による断線検出後の端子１４〜１７の電位の変動によって、断線検出回路１２０による断線検出が誤って解除されることを防止できる。
例えば、中間電位点３９と端子１７との間が完全に断線していないことによって、端子１７の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ４に対して不安定に上下動しても、コンパレータ１２４による断線検出結果をラッチ回路１５５によって保持できる。他の中間電位点３６〜３８と端子１４〜１６との間の断線検出についても同様である。
また、例えば、接続線５５の断線が発生することによりセルバランス回路２５が動作することによって、端子１７の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ４に対して不安定に上下動しても、コンパレータ１２４による断線検出結果をラッチ回路１５５によって保持できる。
例えば、セルバランス回路２５は、セルバランスＩＣ６５と、抵抗Ｒ５とトランジスタＴ５との直列回路とを有している。セルバランスＩＣ６５は、セル３５のセル電圧（端子１７と端子１８との間の電圧でもよい）に応じて、トランジスタＴ５を駆動する集積回路である。抵抗Ｒ５とトランジスタＴ５との直列回路は、セル接続端子４５と４６との間に挿入され、端子４５，４６を介してセル３５に並列に接続される放電経路である。
セルバランスＩＣ６５は、セル３５のセル電圧が所定の放電開始閾値以上になったとき、トランジスタＴ５をオンすることによって、抵抗Ｒ５を介してセル３５を放電させることを開始する。放電開始閾値は、蓄電異常検出回路１１０で設定された過充電検出閾値よりも低い値に設定されている。また、セルバランスＩＣ６５は、セル３５のセル電圧が所定の放電停止閾値以下になったとき、トランジスタＴ５をオフすることによって、抵抗Ｒ５を介してセル３５を放電させることを停止する。放電停止閾値は、蓄電異常検出回路１１０で設定された過放電検出閾値よりも高い値に設定されている。
例えば、接続線５５が点ａで断線した場合、中点電位固定回路１０２は、抵抗Ｒ１２，Ｒ２４，Ｒ２５による分圧比に従って、端子１６の電位側に近づくように端子１７の電位を低下させる。端子１７の電位の低下によって、セルバランスＩＣ６５の両端に印加される電圧は大きくなるため、セル３５のセル電圧は見かけ上高くなる。このため、セルバランスＩＣ６５がトランジスタＴ５をオンさせることにより、セル３５の放電が開始する。抵抗Ｒ５に流れる放電電流（例えば、２０ｍＡ）は抵抗Ｒ１２，Ｒ２４，Ｒ２５に流れる電流（例えば、２μＡ）よりも十分に大きいため、端子１７の電位は、端子１８の電位側に近づくように上昇する。端子１７の電位の上昇によって、セルバランスＩＣ６５の両端に印加される電圧は小さくなるため、セル３５のセル電圧は見かけ上低くなる。このため、セルバランスＩＣ６５がトランジスタＴ５をオフさせることにより、セル３５の放電が停止される。セル３５の放電停止によって、端子１７の電位は、端子１６側の電位側に近づくように中点電位固定回路１０２によって再び低下する。
このように、接続線５５が点ａで断線することによって、端子１７の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ４に対して不安定に上下動することがある。しかしながら、ラッチ回路１５５が構成されていることによって、断線検出が解除されることを防止できる。また、断線したラインに接続されていた上下のセルが他のセルよりも放電されることによって、各セル間のセル電圧のバランスが悪化することを抑制できる。これらの点は、接続線５３が点ｃで断線することによって、中点電位固定回路１０１が、抵抗Ｒ１１，Ｒ２２，Ｒ２３による分圧比に従って、端子１４の電位側に近づくように端子１５の電位を低下させる場合も同様に考えることができる。
また、中点電位固定回路１０２のトランジスタＴ１２は、断線検出回路１２０による断線検出結果がラッチ回路１５５によって保持された後、端子１７の電位を端子１６の電位側にシフトさせることを停止するスイッチ回路である。トランジスタＴ１２のオフによって、中点電位固定回路１０２の抵抗Ｒ２に流れる電流は遮断されるため、端子１７の電位シフトが停止する。つまり、端子１６の電位側に中点電位固定回路１０２によってプルダウンされた端子１７の電位は、トランジスタＴ１２のオフによる電位シフトの中止によって上昇する。
また、トランジスタＴ１２は、断線検出回路１２０による断線検出結果がラッチ回路１５５によって保持された後、端子１６の電位を端子１７の電位側にシフトさせることを停止するスイッチ回路でもある。トランジスタＴ１２のオフによって、中点電位固定回路１０２の抵抗Ｒ２に流れる電流は遮断されるため、端子１６の電位シフトが停止する。つまり、端子１７の電位側に中点電位固定回路１０２によってプルアップされた端子１６の電位は、トランジスタＴ１２のオフによる電位シフトの中止によって低下する。
このように、中点電位固定回路１０２に流れる電流を制限するトランジスタＴ１２を設けることによって、端子１７又は１６の断線発生後に、端子１７又は１６の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ４又はＶｔｈ３に対して不安定に上下動することを抑えることができる。その結果、断線検出回路１２０による断線検出が解除されにくくなる。このことは、中点電位固定回路１０１のトランジスタＴ１１についても同様である。
また、中点電位固定回路１０２のトランジスタＴ１２は、断線検出回路１２０による断線検出結果がラッチ回路１５５によって保持された後、端子１８と端子１７との間の入力インピーダンスと、端子１７と端子１６との間の入力インピーダンスとを等しくする。つまり、トランジスタＴ１２は、端子１８と端子１７との間の入力インピーダンスと、端子１７と端子１６との間の入力インピーダンスとが等しくなるように、端子１７の電位シフトを停止する。例えば、抵抗Ｒ２４とＲ２５の抵抗値は等しいため、トランジスタＴ１２のオフにより、端子１８と端子１７との間の入力インピーダンスと、端子１７と端子１６との間の入力インピーダンスとが等しくなる。これにより、接続線５５が点ａで断線しても、端子１８と端子１７との間の入力インピーダンスと、端子１７と端子１６との間の入力インピーダンスとの比は、１：１である。そのため、保護ＩＣ１０Ａの内部の電圧バランスが保たれるため、セルバランスＩＣ６５が動くことを防止でき、セルバランスＩＣ６５の動作によってトランジスタＴ５がオン／オフを繰り返すことを防止できる。このことは、中点電位固定回路１０１のトランジスタＴ１１についても同様である。
トランジスタＴ１１，Ｔ１２は、ラッチ回路１５５の反転出力端子（バーＱ）の出力信号に応じてオンオフする。ラッチ回路１５５の反転出力端子（バーＱ）の出力信号は、論理和回路１５２を介して、トランジスタＴ１１，Ｔ１２のゲートに入力される。ラッチ回路１５５の出力端子Ｑの出力信号は、論理和回路１５６に入力される。論理和回路１５６は、論理積回路１５３の出力信号が入力される。論理積回路１５３は、論理和回路１２５の出力信号と、ラッチ機能選択回路１３０の出力信号が入力される。ラッチ機能選択回路１３０の出力信号は、論理和回路１５２、論理積回路１５３及び否定論理和回路１５４に入力される。
ラッチ機能選択回路１３０は、ラッチ回路１５５の有効／無効を切り替える切替手段である。ラッチ機能選択回路１３０は、ヒューズ１３１が接続されているとき、低電位部１３３の電位であるローレベルを出力する。これにより、ラッチ回路１５５の機能が有効になる。また、ラッチ機能選択回路１３０は、ヒューズ１３１が接続されていないとき、電流源１３２を介して高電位部１３４の電位であるハイレベルを出力する。これにより、ラッチ回路１５５の機能が無効になる。
また、ラッチ回路１５５の出力端子Ｑの出力信号は、論理和回路１５６を介して、論理積回路１５７に入力される。また、論理積回路１５７は、断線検出機能選択回路１４０の出力信号が入力され、論理積回路１５７の出力信号は、制御回路１５８に入力される。
断線検出機能選択回路１４０は、断線検出回路１２０の有効／無効を切り替える切替手段である。断線検出機能選択回路１４０は、ヒューズ１４１が接続されているとき、低電位部１４３の電位であるローレベルを出力する。これにより、断線検出回路１２０の機能が有効になる。また、断線検出機能選択回路１４０は、ヒューズ１４１が接続されていないとき、電流源１４２を介して高電位部１４４の電位であるハイレベルを出力する。これにより、断線検出回路１２０の機能が無効になる。
ヒューズ１３１，１４１を構成することにより、レーザートリミングによるヒューズカットの有無によって、ラッチ回路１５５及び／又は断線検出回路１２０の機能の有無の選択ができる。これにより、保護ＩＣ１０Ａを使用する個々のユーザに対応した機能を配線層の修正無しで容易に提供できる。つまり、機能展開によるマスクの作製工数が減る。また、例えば、試作コストや管理コスト、ＩＣの製造のリードタイム、評価時間などを軽減できる。
また、保護ＩＣ１０Ａは、ラッチ回路１５５をリセットするためのリセット端子１９を備えるとよい。リセット端子１９から入力されるリセット信号は、ラッチ回路１５５のリセット端子Ｒに入力される。これにより、保護ＩＣ１０Ａの外部の装置が、ラッチ回路１５５による断線検出結果の保持を任意のタイミングで解除できる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、改良、置換及び組み合わせを行うことができる。
例えば、図２の場合、直列に接続された複数のセルのうち偶数段目のセルに中点電位固定回路が並列に接続されているが、図３に示されるように、奇数段目のセルに中点電位固定回路が並列に接続されてもよい。図３の場合、コンパレータ１２１〜１２４の反転入力端子及び非反転入力端子は、図２に対して逆転している。
図３において、コンパレータ１２１は、端子１３にプルダウンされた端子１４の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ１以下であるとき、中間電位点３６と端子１４との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。コンパレータ１２２は、端子１６にプルアップされた端子１５の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ２以上であるとき、中間電位点３７と端子１５との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。コンパレータ１２３は、端子１５にプルダウンされた端子１６の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ３以下であるとき、中間電位点３８と端子１６との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。コンパレータ１２４は、端子１８にプルアップされた端子１７の電位が断線検出閾値Ｖｔｈ４以上であるとき、中間電位点３９と端子１７との間の断線を検出したことを表すハイレベルの断線検出信号を出力する。
また、例えば、二次電池３０を構成するセルの直列数が５つの場合を例示したが、それ以外の直列数の場合も同様に考えることができる。また、トランジスタ１とトランジスタ２は、図示の配置位置を互いに置換してもよい。
また、上述の実施例は、充電制御用トランジスタ１及び放電制御用トランジスタ２が負側の電源経路９ｂに挿入された形態であった。しかしながら、充電制御用トランジスタ１及び放電制御用トランジスタ２が正側の電源経路９ａに挿入された形態でもよい。
また、上述のセルバランス回路は、電池保護ＩＣの外部の回路であったが、電池保護ＩＣに内蔵されてもよい。
１ 充電制御用トランジスタ
２ 放電制御用トランジスタ
７ 充放電制御部
５，６ 負荷接続端子
７ 充放電制御部
９ａ，９ｂ 電源経路
１０，１０Ａ，１０Ｂ 電池保護ＩＣ
１１〜１９ 外部端子
２１〜２５ セルバランス回路
３０ 二次電池
３１〜３５ セル
４１〜４６ セル接続端子
５１〜５６ 接続線
６１〜６５ セルバランスＩＣ
８０ 保護モジュール
９０ 外部負荷
１００ 電池パック
１０１〜１０５ 中点電位固定回路（シフト回路）
１１０ 蓄電異常検出回路
１１１〜１１５ 検出器
１２０ 断線検出回路
１２１〜１２４ コンパレータ
１２５ 論理和回路
１３０ ラッチ機能選択回路
１４０ 断線検出機能選択回路
１５５ ラッチ回路
１５８ 制御回路
Ｔ＊（＊は数字） トランジスタ
Ｒ＊（＊は数字） 抵抗

Claims (9)

  1. 少なくとも第１のセルと第２のセルの複数のセルが直列に接続された二次電池を保護する電池保護回路であって、
    前記第１のセルの高電位側に接続される第１の端子と、
    前記第１のセルの低電位側と前記第２のセルの高電位側に接続される第２の端子と、
    前記第２のセルの低電位側に接続される第３の端子と、
    前記二次電池の蓄電状態の異常を検出する蓄電異常検出回路と、
    前記二次電池と前記第２の端子との間の断線によって、前記第１の端子側又は前記第３の端子側に前記第２の端子の電位をシフトさせるシフト回路と、
    前記第２の端子の電位に基づいて、前記断線を検出する断線検出回路と、
    前記断線検出回路の検出結果を保持するラッチ回路とを備え、
    前記検出結果が前記ラッチ回路によって保持された後、前記第２の端子の電位シフトが停止する、電池保護回路。
  2. 前記第１の端子と前記第２の端子との間のインピーダンスと、前記第２の端子と前記第３の端子との間のインピーダンスとが等しくなるように、前記第２の端子の電位シフトが停止する、請求項１に記載の電池保護回路。
  3. 前記第２の端子の電位シフトは、スイッチ回路によって停止する、請求項１又は２に記載の電池保護回路。
  4. 前記ラッチ回路をリセットするためのリセット端子を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池保護回路。
  5. 前記ラッチ回路又は前記断線検出回路の有効／無効を切り替える切替手段を備える、１から４のいずれか一項に記載の電池保護回路。
  6. 前記切替手段は、前記ラッチ回路又は前記断線検出回路の有効／無効をヒューズによって切り替える、請求項５に記載の電池保護回路。
  7. 前記第１のセルのセル電圧が所定値以上のとき、前記第１のセルを放電する第１の放電回路と、
    前記第２のセルのセル電圧が所定値以上のとき、前記第２のセルを放電する第２の放電回路とを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池保護回路。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の電池保護回路と、
    前記検出結果に基づいて、前記二次電池に流れる電流を遮断する遮断部とを備える、電池保護装置。
  9. 請求項８に記載の電池保護装置と、前記二次電池とを備える、電池パック。
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