JP6030820B2

JP6030820B2 - 電池電圧監視回路

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Publication number: JP6030820B2
Application number: JP2010248213A
Authority: JP
Inventors: 昭宏西澤; 武田　貴志; 貴志武田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: KR101845911B1; CN102468676B; US20120112755A1; US8878541B2; CN102468676A; KR20120048485A; JP2012098238A

Description

本発明は、直列接続された複数の二次電池の電池電圧を監視する電池電圧監視回路に関する。

近年、二次電池としてリチウムイオン電池がデジタルカメラなど携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は過充電及び過放電に弱いため、過充電及び過放電の保護回路を備えることが必須となっている。

複数のリチウムイオン電池を直列接続して１つの電池パックとして使用する場合、保護回路では個々のリチウムイオン電池の過充電電圧検出、過放電電圧検出を適切に実施するためには電池と保護回路の間の接続に断線があってはならず、断線があった場合には、充放電禁止等の制御が必要となる。また、電池電圧が何等かの原因で低下した場合、その後の充電は危険を伴うので充電禁止をする必要がある。

ところで、２本以上の電池を直列接続した２次電池のための充放電制御回路であり、各々の電池には電圧分割回路が接続され、その分割電圧を電圧検出回路で検出し、各々の電池が過放電又は過充電状態になると電圧検出回路の電圧が変化し、その信号を制御回路に入力して過放電又は過充電を止めるように信号を電源装置に設けられたスイッチ回路へ出力し、電池の接続点と充放電制御回路の接続点が外れたことを検出するために定電流回路を付加した構成とする技術が知られている。（例えば特許文献１参照）。

また、複数の単電池を直列に接続した組電池から引き出された配線の断線の有無を検出する組電池監視装置において、単電池の夫々と並列に設定抵抗値を有する補助電流経路が接続され、補助電流経路用のスイッチ装置を閉じ状態としたときの検出電圧に基づいて、配線の断線の有無を検出する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開平８−３０８１１５号公報特開２００９−２８８０３４号公報

従来の電池電圧監視回路では、電池パックの正極端子と電池電圧監視回路の電源端子ＶＤＤとの接続部の断線検出、電池パックの負極端子と電池電圧監視回路の電源端子ＶＳＳとの接続部の断線検出を行うことはできなかった。このため、上記電源端子の接続部の断線があった場合には充放電禁止等の制御を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、電池パックの電極端子と電池電圧監視回路の電源端子との接続部の断線を検出できる電池電圧監視回路を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様による電池電圧監視回路は、複数の二次電池（Ｂ１〜Ｂ５）が直列接続された電池パックに接続され前記複数の二次電池の正極端子と負極端子間の電圧を監視する半導体集積回路の電池電圧監視回路であって、
差動段にｎチャネルＭＯＳトランジスタを使用したＮヘッド型の第１比較器（ＣＯＭ２）及び差動段にｐチャネルＭＯＳトランジスタを使用したＰヘッド型の第２比較器（ＣＯＭ１）を備え、
前記電池パックの正極端子が接続される第１の電源端子（ＶＤＤ）の他に、前記電池パックの正極端子が接続される第１の電源電圧センス用端子（Ｖ５）を設け、
前記第１の電源端子（ＶＤＤ）と前記第１の電源電圧センス用端子（Ｖ５）の間に接続される、第１スイッチ（ＳＤ５）と第１抵抗（Ｒ０３）との直列接続回路と、
前記電池パックの正極端子に接続される正極側二次電池（Ｂ５）の負極端子が接続される第２の電源電圧センス用端子（Ｖ４）と前記第１の電源端子（ＶＤＤ）の間に接続される、第２スイッチ（Ｓ４２，ＳＤ２）と第２抵抗（Ｒ００）との直列接続回路と、
前記第１の電源電圧センス用端子と前記第２の電源電圧センス用端子の間に接続される、第３スイッチ（Ｓ４２，Ｓ５２）と前記第２抵抗（Ｒ００）との直列接続回路と、
前記第１の電源電圧センス用端子（Ｖ５）と前記第２の電源電圧センス用端子（Ｖ４）との間に直接接続され、前記第２抵抗の抵抗値と同じ桁数の抵抗値を有する電圧分圧抵抗を有し、前記第１の電源電圧センス用端子と前記第２の電源電圧センス用端子に接続される二次電池の電圧を検出する第１電圧検出ブロック（１５）とを有し、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記電池パックの正極端子と前記第１の電源端子（ＶＤＤ）の間の断線を検出する第１の断線検出時にオンされ、前記第１の断線検出時以外でオフされ、
前記第１の断線検出時に、前記第１の電源端子（ＶＤＤ）の電圧と前記第１の電源電圧センス用端子（Ｖ５）の電圧とを前記第１比較器（ＣＯＭ２）で比較し、比較結果に応じて前記電池パックの正極端子と前記第１の電源端子の間の断線を検出し、
前記第３スイッチは、前記電池パックの正極端子と前記第１の電源電圧センス用端子（Ｖ５）の間の断線を検出する第２の断線検出時にオンされ、前記第２の断線検出時以外でオフされ、
前記第２の断線検出時に、前記第１の電源電圧センス用端子（Ｖ５）の電圧と基準電圧とを前記第１比較器（ＣＯＭ２）で比較し、比較結果に応じて前記電池パックの正極端子と前記第１の電源電圧センス用端子の間の断線を検出する。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、電池パックの電極端子と電池電圧監視回路の電源端子との接続部の断線を検出することができる。

電池電圧監視回路の第１実施形態の回路構成図である。電池電圧監視回路の第１実施形態の回路構成図である。電池電圧監視回路の第１実施形態の回路構成図である。信号タイミングチャートである。接続部ｘＤＤの断線検出時の等価回路図である。接続部ｘＳＳの断線検出時の等価回路図である。接続部ｘ０３の断線検出時の等価回路図である。論理回路ブロックの電源回路の回路構成図である。論理回路ブロックの電源回路の回路構成図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態の回路構成＞
図１乃至図３は本発明の電池電圧監視回路の第１実施形態の回路構成図を示す。電池電圧監視回路は全体が半導体集積化されている。図１において、二次電池であるリチウムイオン電池Ｂ１〜Ｂ５は直列接続されて電池パックを構成している。電池パックの負極端子つまりリチウムイオン電池Ｂ１の負極端子は電池電圧監視回路の電源端子ＶＳＳ及び電源電圧センス用の端子Ｖ０に接続され、リチウムイオン電池Ｂ１の正極端子はリチウムイオン電池Ｂ２の負極端子及び電池電圧監視回路の電源電圧センス用の端子Ｖ１に接続されている。リチウムイオン電池Ｂ２の正極端子はリチウムイオン電池Ｂ３の負極端子及び電池電圧監視回路の電源電圧センス用の端子Ｖ２に接続され、リチウムイオン電池Ｂ３の正極端子はリチウムイオン電池Ｂ４の負極端子及び電池電圧監視回路の電源電圧センス用の端子Ｖ３に接続されている。リチウムイオン電池Ｂ４の正極端子はリチウムイオン電池Ｂ５の負極端子及び電池電圧監視回路の電源電圧センス用の端子Ｖ４に接続され、電池パックの正極端子つまりリチウムイオン電池Ｂ５の正極端子は電池電圧監視回路の電源電圧センス用の端子Ｖ５及び電源端子ＶＤＤに接続されている。

端子ＶＤＤはアナログスイッチＳＤ３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されている。端子Ｖ５はアナログスイッチＳ５３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されると共に、アナログスイッチＳ５４を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の非反転入力端子（ＶＰ）に接続されいる。端子ＶＤＤと端子Ｖ５の間はアナログスイッチＳＤ５と抵抗Ｒ０３の直列接続回路で接続され、また、アナログスイッチＳＤ１とアナログスイッチＳ５１の直列接続回路で接続され、更に、アナログスイッチＳＤ２とアナログスイッチＳ５２の直列接続回路で接続されている。なお、アナログスイッチＳ５２とアナログスイッチＳ５３の接続点にアナログスイッチＳ５４の一端が接続されている。

端子Ｖ４はアナログスイッチＳ４３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されている。また、端子Ｖ５，Ｖ４間に保護回路としての電圧検出ブロック１５が接続されている。

端子Ｖ３はアナログスイッチＳ３３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されている。また、端子Ｖ４，Ｖ３間に保護回路としての電圧検出ブロック１４が接続されている。

端子Ｖ２はアナログスイッチＳ２３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されている。また、端子Ｖ３，Ｖ２間に保護回路としての電圧検出ブロック１３が接続されている。

端子Ｖ１はアナログスイッチＳ１３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されている。また、端子Ｖ２，Ｖ１間に保護回路としての電圧検出ブロック１２が接続されている。

端子Ｖ０はアナログスイッチＳ０３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の反転入力端子（ＶＭ）に接続されると共に、アナログスイッチＳ０４を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の非反転入力端子（ＶＰ）に接続されいる。また、端子Ｖ１，Ｖ０間に保護回路としての電圧検出ブロック１１が接続されている。

端子ＶＳＳはアナログスイッチＳＳ３を介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の非反転入力端子（ＶＰ）に接続されている。端子Ｖ０と端子ＶＳＳの間は抵抗Ｒ０４とアナログスイッチＳＳ０の直列接続回路で接続され、また、アナログスイッチＳ００とアナログスイッチＳＳ１の直列接続回路で接続され、更に、アナログスイッチＳ０２とアナログスイッチＳＳ２の直列接続回路で接続されている。なお、アナログスイッチＳ０２とアナログスイッチＳ０３の接続点にアナログスイッチＳ０４の一端が接続されている。

アナログスイッチＳＤ１とアナログスイッチＳ５１の接続点には定電流回路１６の一端が接続され、定電流回路１６の他端はｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ０のドレイン及びゲートに接続されると共に、アナログスイッチＳＸを介してコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の非反転入力端子（ＶＰ）に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭＮ０のソースはアナログスイッチＳ４１を介して端子Ｖ４に接続され、アナログスイッチＳ３１を介して端子Ｖ３に接続され、アナログスイッチＳ２１を介して端子Ｖ２に接続され、アナログスイッチＳ１１を介して端子Ｖ１に接続されると共に、アナログスイッチＳ００とＳＳ１の接続点に接続されている。

アナログスイッチＳＤ２とアナログスイッチＳ５２の接続点には抵抗Ｒ００の一端が接続され、抵抗Ｒ００の他端はアナログスイッチＳ４２を介して端子Ｖ４に接続され、アナログスイッチＳ３２を介して端子Ｖ３に接続され、アナログスイッチＳ２２を介して端子Ｖ２に接続され、アナログスイッチＳ１２を介して端子Ｖ１に接続されると共に、アナログスイッチＳ０２とＳＳ２の接続点に接続されている。

なお、図１におけるｘＤＤ，ｘ０５，ｘ０４，ｘ０３，ｘ０２，ｘ０１，ｘ００，ｘＳＳそれぞれは、リチウムイオン電池Ｂ５〜Ｂ１と端子ＶＤＤ，Ｖ５，Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１，Ｖ０，ＶＳＳとの接続部を示している。

コンパレータＣＯＭ１は反転入力端子（ＶＭ）＝非反転入力端子（ＶＰ）のとき出力が値０となるようにオフセットを与えたＰヘッド型（差動段にｐチャネルＭＯＳトランジスタを使用）のものであり、コンパレータＣＯＭ２は反転入力端子（ＶＭ）＝非反転入力端子（ＶＰ）のとき出力が値０となるようにオフセットを与えたＮヘッド型（差動段にｎチャネルＭＯＳトランジスタを使用）のものである。コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の出力信号ＶＯＵＴ（異常時に値１となる）はアンド回路１７とオア回路１８を経てＤ型フリップフロップ１９に供給される。

Ｄ型フリップフロップ１９はアンド回路２１で信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１と信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ２から生成した信号ＲＥＳＥＴを供給されてリセットし、インバータ２２から信号ＣＬ１Ｎの反転信号を供給されてオア回路１８出力を取り込む。フリップフロップ１９のＱ端子出力はオア回路１８にフィードバックされてフリップフロップ１９はラッチ回路を構成している。フリップフロップ１９のＱ出力である信号Ｑ１はＤ型フリップフロップ２０に供給され、信号ＣＬ２Ｎによってフリップフロップ２０に取り込まれる。フリップフロップ２０のＱ端子出力は信号ＲＥＳＵＬＴとして出力される。

図２において、例えば周波数１ｋＨｚのクロックＣＬＮはインバータ３０を経てＤ型フリップフロップ３１のクロック入力端子に供給される。Ｄ型フリップフロップ３１〜３７は縦続接続されており、Ｄ型フリップフロップ３１〜３６それぞれはＱＮ端子出力（Ｑ端子の反転出力）をＤ入力端子にフィードバックされることで入力信号の１／２分周を行っている。フリップフロップ３７の出力する信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１はＤ型フリップフロップ３８で１クロック分だけ移相されて信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ２として出力される。

ノア回路３９，４０，４１はフリップフロップ３１〜３３それぞれの出力信号と信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１から信号ＴＡ，ＴＢ，ＴＣそれぞれを生成する。バッファ４２は信号ＴＣを信号ＳＨＤＮとして出力する。ノア回路４３は信号ＴＣと信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１から信号ＳＨＤＰを生成する。なお、アンド回路４４は信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１の反転信号とクロックＣＬＮから信号ＣＬ１Ｎを生成し、アンド回路４５は信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１とクロックＣＬＮと反転した信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ２から信号ＣＬ２Ｎを生成する。

図４に上記の各信号ＣＬＮ，ＩＮＨ＿ＤＥＴ１，ＩＮＨ＿ＤＥＴ２，ＣＬ１Ｎ，ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ，ＳＨＤＰ，ＳＨＤＮ，ＣＬ２Ｎ，ＲＥＳＥＴ，Ｑ１，ＲＥＳＵＬＴ等のタイミングチャートを示す。

図３において、信号ＴＡ，ＴＢ，ＴＣそれぞれはナンド回路５１〜５８に供給され、ナンド回路５１〜５８それぞれの出力がノア回路６１〜６８で信号ＩＮＨ＿ＤＥＴ１と演算されて信号Ｔ０〜Ｔ７が生成される。信号Ｔ０〜Ｔ７はバッファ７１〜７８を経て信号０Ｇ〜７Ｇとして出力されると共に、オア回路８１〜８７及びノア回路８８，８９−１，８９−２に供給され信号８Ｇ〜１３Ｇ，１５Ｇ〜１８Ｇが生成される。この信号０Ｇ〜１８Ｇが図１のアナログスイッチＳ００〜Ｓ５４，ＳＳ０〜ＳＳ４，ＳＤ１〜ＳＤ５，Ｓｘそれぞれの制御端子に供給される。アナログスイッチＳ００〜Ｓ５４，ＳＳ０〜ＳＳ４，ＳＤ１〜ＳＤ５，Ｓｘそれぞれは制御端子に値１の信号を供給されたときに導通し、値０の信号を供給されると非導通となる。

本実施形態では、個々の電池電圧を検出するために、電池電圧監視回路に電池パックに中間端子が接続されるが、この接続に断線が発生すると各電池の電圧検出ブロック１１〜１５内の電圧分割抵抗が、電池電圧監視回路の電源ＶＤＤとＶＳＳ間に直列に接続されるために、分圧により断線発生の端子（Ｖ５，Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１，Ｖ０）に電圧が発生し、異常を検知することが困難となる。

断線のある端子間電圧を異常電圧とするために、端子間に抵抗を接続して電圧低下を発生させ、基準電圧ＶＲＥＦより低い電圧となる場合に断線ありと判定する。断線がない場合は、リチウムイオン電池から電流が供給されて電圧は維持されるので、電圧低下は発生しない。

また、断線による端子間電圧の低下ではなく、電池電圧が基準電圧ＶＲＥＦ以下に低下する場合にも異常状態を検出することになり、断線によるものか電池によるものかの判別はできないが、異常状態として、その後の充放電を禁止することが可能となる。

本実施形態では、第１に、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳの接続部の断線検出のために、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳと電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０を設ける。

第２に、接続部の断線発生時に、電池電圧監視回路の半導体集積回路内部で電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０と電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳ間に存在する寄生ダイオードに順方向電流が流れるような電圧を発生させないために、半導体集積回路内部で電源端子ＶＤＤと電源電圧センス用の端子Ｖ５間に抵抗Ｒ０３とアナログスイッチＳＤ５を設け、同様に、電源端子ＶＳＳと電源電圧センス用の端子Ｖ０間に抵抗Ｒ０４とアナログスイッチＳＳ０を設ける。通常、これらのアナログスイッチＳＤ５，ＳＳ０はオフとする。そして、電源端子ＶＤＤの接続部ｘＤＤの断線検出のタイミングでアナログスイッチＳＤ５をオンとし、電源端子ＶＳＳの接続部ｘＳＳの断線検出のタイミングでアナログスイッチＳＳ０をオンとして、それぞれの断線を検出する。

第３に、断線を検出するために、各端子Ｖ０〜Ｖ５間に接続する抵抗Ｒ００は共用とし、アナログスイッチで接続を切換えて、順次、各端子Ｖ０〜Ｖ５間に接続する。

第４に、断線がある場合、抵抗接続により低下する端子間電圧の判定用の基準電圧ＶＲＥＦをＭＯＳトランジスタＭＮ０の閾値Ｖｔｈを利用して発生し、断線検出と同様に基準電圧ＶＲＥＦを供給する端子を、順次、アナログスイッチＳＤ２，Ｓ５２，ＳＳ２，Ｓ０２，Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２で切換えて選択し、コンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２で電圧を比較する。

第５に、基準電圧ＶＲＥＦは、電池電圧の低下検出の比較電圧としても供用する。

第６に、電池電圧監視回路の電源ＶＤＤからＶＳＳに相当する広範囲の比較入力に対応するために、差動段ｐチャネルＭＯＳトランジスタ構成のコンパレータＣＯＭ１と差動段ｎチャネルＭＯＳトランジスタ構成のコンパレータＣＯＭ２を準備し、それぞれの入力に対応して、使用するコンパレータを切換える。

図１における抵抗Ｒ０３，Ｒ０４の抵抗値を例えば５０ｋΩとし、抵抗Ｒ００の抵抗値を例えば１ＭΩとする。また、電圧検出ブロック１１〜１５それぞれにおける電圧検出用の電圧分割抵抗は５ＭΩとする。また、リチウムイオン電池Ｂ１〜Ｂ５それぞれの最大の充電電圧は４．２Ｖ、電圧低下の検出電圧は２．６Ｖとする。

＜断線検出時の等価回路＞
図５は接続部ｘＤＤの断線検出時の等価回路図を示す。接続部ｘＤＤの断線時には、コンパレータＣＯＭ１における差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は（１）式で求められる。なお、端子Ｖ４，Ｖ５の電圧をＶ４，Ｖ５とする。

（ＶＰ−ＶＭ）＝［（Ｖ５−Ｖ４）／（Ｒ０３＋Ｒ００）］×Ｒ０３
＝（Ｖ５−Ｖ４）／２１ …（１）
差電圧（ＶＰ−ＶＭ）はリチウムイオン電池Ｂ５の電池電圧に依存するが、電池電圧は４．２Ｖから２．６Ｖの範囲であり、差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は約２００ｍＶ〜１２４ｍＶでＶＯＵＴ＝１となり、コンパレータＣＯＭ２による判定が可能である。端子ＶＤＤと端子Ｖ５間の寄生ダイオードＤｐがオンする順方向電圧は、２００ｍＶ以上であり、寄生ダイオードＤｐはオンしないので他の回路への影響は極めて小さい。なお、接続部ｘＤＤが断線していないときは、差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は略０となり、ＶＯＵＴ＝０となる。

図６は接続部ｘＳＳの断線検出時の等価回路図を示す。接続部ｘＳＳの断線時には、コンパレータＣＯＭ１における差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は（２）式で求められる。なお、端子Ｖ０，Ｖ１の電圧をＶ０，Ｖ１とする。

（ＶＰ−ＶＭ）＝［（Ｖ１−Ｖ０）／（Ｒ０４＋Ｒ００）］×Ｒ０４
＝（Ｖ１−Ｖ０）／２１ …（２）
差電圧（ＶＰ−ＶＭ）はリチウムイオン電池Ｂ１の電池電圧に依存するが、電池電圧は４．２Ｖ〜２．６Ｖの範囲であり、差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は約２００ｍＶ〜１２４ｍＶとでＶＯＵＴ＝１となり、コンパレータＣＯＭ１による判定が可能である。端子ＶＳＳと端子Ｖ０間の寄生ダイオードＤｐがオンする順方向電圧は、２００ｍＶ以上であり、寄生ダイオードＤｐはオンしないので他の回路への影響は極めて小さい。なお、接続部ｘＳＳが断線していないときは、差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は略０となり、ＶＯＵＴ＝０となる。

図７（Ａ），（Ｂ）は接続部ｘ０３の断線検出時の等価回路図を示す。接続部ｘ０３の断線時には、コンパレータＣＯＭ２における差電圧（ＶＰ−ＶＭ）は（３）式で求められる。なお、端子Ｖ２の電圧をＶ２とし、リチウムイオン電池Ｂ１〜Ｂ５それぞれの電池電圧（４．２Ｖ〜２．６Ｖ）をＶＢ、電圧検出ブロック１３，１４，１５それぞれの抵抗を５Ｍ［Ω］とする。

ＶＰ−Ｖ２＝ＶＲＥＦ
ＶＭ−Ｖ２＝｛５×ＶＢ／［５Ｍ×４＋Ｒ００×５Ｍ／（Ｒ００＋５Ｍ］｝
×Ｒ００×５Ｍ／（Ｒ００＋５Ｍ
ＶＰ−ＶＭ＝ＶＲＥＦ−（５×ＶＢ／２６） …（３）
接続部ｘ０３に断線があり、ＶＢ＝４．２Ｖ、ＶＲＥＦ＝１．０Ｖとすると、ＶＰ−Ｖ２＝１．０Ｖ、ＶＭ−Ｖ２＝０．８１ＶでＶＯＵＴ＝１となる。ＶＢ＝２．６Ｖ、ＶＲＥＦ＝１．０Ｖとすると、ＶＰ−Ｖ２＝１．０Ｖ、ＶＭ−Ｖ２＝０．５ＶでＶＯＵＴ＝１となる。つまり、ＶＢが２．６Ｖ〜４．２Ｖの範囲で接続部ｘ０３の断線が検出可能である。接続部ｘ０３に断線がなく、リチウムイオン電池Ｂ３の電池電圧がＶＲＥＦ未満となる場合にも、ＶＯＵＴ＝１となり、異常検出となる。断線又は電池電圧低下のいずれの異常であるかの判別はできないが、異常の検出は可能であり、その後の充電禁止の処理は断線又は電池電圧低下であっても同じである。なお、接続部ｘ０３が断線していないときは、ＶＰ≦ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝０となる。

図４に示すクロックＣＬＮの周期はτ（例えば１ｍｓ）である。

期間Ｔ０は接続部ｘＳＳの断線検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＳ２，Ｓ１２，ＳＳ３，Ｓ０３，ＳＤ１，Ｓ５１をオン、ＳＳ０をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、ＳＨＤＰ＝１でコンパレータＣＯＭ１をイネーブルとする。接続部ｘＳＳの断線時には２００ｍＶ＞（ＶＳＳ−Ｖ０）＞１２４ｍＶとなり、ＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ１は接続部ｘ００の断線検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＤ１，Ｓ５１，Ｓ０４，Ｓ１２をオン、Ｓ０２，Ｓ２２をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ１をイネーブルとする。接続部ｘ００の断線時には、２００ｍｖ＞（ＶＳＳ−Ｖ０）＞１２４ｍＶ、かつ、ＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ２は接続部ｘ０１の断線検出とリチウムイオン電池Ｂ１の低下検出を行う期間であり、アナログスイッチＳ００，ＳＳ１，ＳＤ１，Ｓ５１，Ｓ１３，ＳＸをオン、ＳＳ２，Ｓ１２をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ１をイネーブルとする。接続部ｘ０１の断線又はＢ１の電圧低下時にはＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ３は接続部ｘ０２の断線検出とリチウムイオン電池Ｂ２の低下検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＳ０，Ｓ１１，ＳＤ１，Ｓ５１，Ｓ２３，ＳＸをオン、Ｓ１２，Ｓ２２をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ１をイネーブルとする。接続部ｘ０２の断線又はＢ２の電圧低下時にはＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ４は接続部ｘ０３の断線検出とリチウムイオン電池Ｂ３の低下検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＳ０，Ｓ２１，ＳＤ１，Ｓ５１，Ｓ３３，ＳＸをオン、Ｓ２２，Ｓ３２をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ２をイネーブルとする。接続部ｘ０３の断線又はＢ３の電圧低下時にはＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ５は接続部ｘ０４の断線検出とリチウムイオン電池Ｂ４の低下検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＳ０，Ｓ３１，ＳＤ１，Ｓ５１，Ｓ４３，ＳＸをオン、Ｓ３２，Ｓ４２をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ２をイネーブルとする。接続部ｘ０３の断線又はＢ３の電圧低下時にはＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ６は接続部ｘ０５の断線検出とリチウムイオン電池Ｂ５の低下検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＳ０，ＳＳ４１，ＳＤ１，Ｓ５３，ＳＸをオン、Ｓ４２，Ｓ５２をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ２をイネーブルとする。接続部ｘ０４の断線又はＢ４の電圧低下時にはＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

期間Ｔ７は接続部ｘＤＤの断線検出を行う期間であり、アナログスイッチＳＳ０，Ｓ４２，ＳＤ２，ＳＤ３，Ｓ５４をオン、ＳＤ５をオン（それ以外のアナログスイッチはオフ）とし、コンパレータＣＯＭ２をイネーブルとする。接続部ｘＤＤの断線時には、２００ｍｖ＞（ＶＤＤ−Ｖ５）＞１２４ｍＶ、かつ、ＶＰ＞ＶＭとなり、ＶＯＵＴ＝１となる。

上記の期間Ｔ０〜Ｔ７それぞれで、各接続点の断線及び各電池の電圧低下の検出を実行し、期間Ｔ０〜Ｔ７のいずれか一つでＶＯＵＴ＝１となると、フリップフロップ１９のＱ出力である信号Ｑ１＝１となる。信号Ｑ１＝１の状態はオア回路１８による循環で保持され、信号ＣＬ２Ｎの立ち上がりでフリップフロップ２０に読み込んで、図４にＴで示す一周期後の検出タイミングまで保持する。

ところで、期間Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２では、リチウムイオン電池Ｂ１に抵抗Ｒ００が接続され、期間Ｔ３でリチウムイオン電池Ｂ２に抵抗Ｒ００が接続され、期間Ｔ４でリチウムイオン電池Ｂ３に抵抗Ｒ００が接続され、期間Ｔ５でリチウムイオン電池Ｂ４に抵抗Ｒ００が接続され、期間Ｔ６，Ｔ７でリチウムイオン電池Ｂ５に抵抗Ｒ００が接続されが、時間の割合では、リチウムイオン電池Ｂ１に３／８、リチウムイオン電池Ｂ２〜Ｂ４それぞれに１／８、リチウムイオン電池Ｂ５に２／８の割合になる。これがリチウムイオン電池の漏洩電流の一部となって電池容量がアンバランスとなる要因と成り得るか否かについて検証する。

電池電圧４．２Ｖ、抵抗Ｒ００を１ＭΩ、検出の周期を１秒とすると、リチウムイオン電池Ｂ１の検出のための平均漏洩電流は、（４．２Ｖ／１ＭΩ）×（３／１０００）＝１２．６ｎＡであり、リチウムイオン電池Ｂ２〜Ｂ４それぞれの検出のための平均漏洩電流は、（４．２Ｖ／１ＭΩ）×（１／１０００）＝４．２ｎＡであり、リチウムイオン電池Ｂ５の検出のための平均漏洩電流は、（４．２Ｖ／１ＭΩ）×（２／１０００）＝８．４ｎＡである。これは、実際のリチウムイオン電池の漏洩電流に比べ、非常に微小なので、電池バランスを崩す原因とはならない。

＜論理回路ブロックの電源＞
図１乃至図３に示す電池電圧監視回路のアナログスイッチＳＳ０〜ＳＳ３，ＳＤ１〜ＳＤ５，Ｓ００〜Ｓ５４，Ｓｘ及び定電流回路１６〜ノア回路８９−２で構成される論理回路ブロック９０に与える電源は、半導体集積回路の占有面積を縮小するために低電圧で駆動するが、電池パック内の特定のリチウムイオン電池を供給源とすると電池パック内のリチウムイオン電池Ｂ１〜Ｂ５の電圧バランスを崩す原因となる。このため、電池パックの電圧を供給源として、論理回路ブロックを駆動する低電圧を発生させる。

このとき、低電圧発生源と電池パックの接続端子が端子ＶＤＤと端子ＶＳＳだけの場合、片方の断線で論理回路ブロックへの電圧供給は実現不可能となり、論理回路ブロックの機能を果たせなくなる。

このため、図８に示すように、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳ，電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０それぞれと、低電圧発生源であるツェナーダイオードＤｚと論理回路ブロック９０との間にｐチャネルＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３とｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１，ＭＮ２を配置し、論理回路ブロック９０の電源となるツェナーダイオードＤｚの安全性を高め、かつ、断線の検出を可能とする構成とする。

図８では、低電圧源（ツェナーダイオードＤｚ）がＶＤＤを基準とする場合を示しており、端子９１は低電圧の供給端子である。ＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２それぞれのゲートには図３において生成された信号６Ｇ，７Ｇ及び信号１ＧＮ（１Ｇの反転信号），０ＧＮ（０Ｇの反転信号）が供給される。

図８（Ａ）は電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳの接続線が導通している通常時（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２がオン）の低電圧電源の供給経路を示している。図８（Ｂ）は電源端子ＶＤＤの接続線の断線検出時（ＭＰ１，ＭＮ１，ＭＮ２がオン、ＭＰ２がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。図８（Ｃ）は電源電圧センス用の端子Ｖ５の接続線の断線検出時（ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２がオン、ＭＰ１がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。図８（Ｄ）は電源端子ＶＳＳの接続線の断線検出時（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１がオン、ＭＮ２がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。図８（Ｅ）は電源電圧センス用の端子Ｖ０の接続線の断線検出時（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ２がオン、ＭＮ１がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。

また、図９に示すように、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳ，電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０それぞれと、低電圧発生源であるツェナーダイオードＤｚと論理回路ブロック９０との間にｐチャネルＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２とｎチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１，ＭＮ２，ＭＮ３を配置し、論理回路ブロック９０の電源となるツェナーダイオードＤｚの安全性を高め、かつ、断線の検出を可能とする構成とする。

図９では、低電圧源（ツェナーダイオードＤｚ）がＶＳＳを基準とする場合を示しており、端子９２は低電圧の供給端子である。ＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２それぞれのゲートには図３において生成された信号６Ｇ，７Ｇ及び信号１ＧＮ（１Ｇの反転信号），０ＧＮ（０Ｇの反転信号）が供給される。

図９（Ａ）は電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳの接続線が導通している通常時（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２がオン）の低電圧電源の供給経路を示している。図９（Ｂ）は電源端子ＶＤＤの接続線の断線検出時（ＭＰ１，ＭＮ１，ＭＮ２がオン、ＭＰ２がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。図９（Ｃ）は電源電圧センス用の端子Ｖ５の接続線の断線検出時（ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２がオン、ＭＰ１がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。図９（Ｄ）は電源端子ＶＳＳの接続線の断線検出時（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１がオン、ＭＮ２がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。図９（Ｅ）は電源電圧センス用の端子Ｖ０の接続線の断線検出時（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ２がオン、ＭＮ１がオフ）の低電圧電源の供給経路を示している。

上記実施形態によれば、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳについて電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０を設けることで、端子ＶＤＤ，ＶＳＳ，Ｖ５，Ｖ０それぞれの接続部の断線検出を可能とした。また、端子ＶＤＤ，ＶＳＳ，Ｖ５〜Ｖ０それぞれの接続部の断線検出を期間Ｔ０〜Ｔ７に分割し、各機関に必要なアナログスイッチをオンとして検出を行うことで、確実に個々の接続部の断線検出を可能とした。

端子ＶＤＤ，Ｖ５間にアナログスイッチＳＤ５と抵抗Ｒ０３、アナログスイッチＳＤ１とＳ５１を接続し、端子ＶＳＳ，Ｖ０間にアナログスイッチＳＳ０と抵抗Ｒ０４、アナログスイッチＳ００，ＳＳ１を接続する。通常は端子ＶＤＤ，Ｖ５間はアナログスイッチＳＤ５をオン、又は、ＳＤ１とＳ５１をオンすることで接続し、端子ＶＳＳ，Ｖ０間はアナログスイッチＳＳ０をオン、又は、Ｓ００とＳＳ１をオンすることで接続する。端子ＶＤＤ，ＶＳＳの接続部に断線がある場合に端子Ｖ５，Ｖ０から電流供給をしながら、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳと電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０の間の電位差を寄生ダイオードの順方向電流が流れない電圧範囲に留め、半導体基板にベース電流を流さないようにすることで、他の回路への悪影響を避けることが可能となる。

また、各リチウムイオン電池と各電池電圧監視回路の端子間の断線検出時に、隣同士のリチウムイオン電池の端子間に負荷となる抵抗Ｒ００を接続し、断線がある場合に異常電圧が発生するようにしているが、その場合の断線検出用の基準電圧と電池電圧低下時の判定用の基準電圧を同じ値ＶＲＥＦとすることで、断線検出と電池電圧低下の判定を同時に実行可能することができる。

また、断線検出のコンパレータＣＯＭ１，ＣＯＭ２の入力は、電圧ＶＳＳからＶＤＤと広範囲にわたっているので、差動段にｐチャネルＭＯＳトランジスタを使用したコンパレータＣＯＭ１と、差動段にｎチャネルＭＯＳトランジスタを使用したコンパレータＣＯＭ２を用意し、信号ＴＣが値０のときにコンパレータＣＯＭ１、信号ＴＣが値１のときにコンパレータＣＯＭ２と切換えて使用している。

また、電池パックのリチウムイオン電池Ｂ１〜Ｂ５を供給源として、論理回路ブロック９０に必要な低電圧を発生させているが、電源端子ＶＤＤ，ＶＳＳと電源電圧センス用の端子Ｖ５，Ｖ０と、低電圧源（ツェナーダイオードＤｚ）及び論理回路ブロック９０の間に、ＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２，ＭＮ１，ＭＮ２を設け、低電圧源（ツェナーダイオードＤｚ）への電流供給に支障が起こらないようにして断線検出を可能としている。

１１〜１５電圧検出ブロック
１６定電流回路
１７，４４，４５アンド回路
１８，８１〜８７オア回路
１９，２０，３１〜３８フリップフロップ
３０インバータ
３９，４０，４１，４３ノア回路
４２，７１〜７８バッファ
５１〜５８ナンド回路
６１〜６８，８８，８９−１，８９−２ノア回路
９０論理回路ブロック
Ｂ１〜Ｂ５リチウムイオン電池
ＣＯＭ１，ＣＯＭ２コンパレータ
Ｒ００，Ｒ０３，Ｒ０４抵抗
Ｓ００〜Ｓ５４，ＳＳ０〜ＳＳ４，ＳＤ１〜ＳＤ５，Ｓｘアナログスイッチ
ＶＤＤ、ＶＳＳ、Ｖ０〜Ｖ５端子

Claims

複数の二次電池が直列接続された電池パックに接続され前記複数の二次電池の正極端子と負極端子間の電圧を監視する半導体集積回路の電池電圧監視回路であって、
差動段にｎチャネルＭＯＳトランジスタを使用したＮヘッド型の第１比較器及び差動段にｐチャネルＭＯＳトランジスタを使用したＰヘッド型の第２比較器を備え、
前記電池パックの正極端子が接続される第１の電源端子の他に、前記電池パックの正極端子が接続される第１の電源電圧センス用端子を設け、
前記第１の電源端子と前記第１の電源電圧センス用端子の間に接続される、第１スイッチと第１抵抗との直列接続回路と、
前記電池パックの正極端子に接続される正極側二次電池の負極端子が接続される第２の電源電圧センス用端子と前記第１の電源端子の間に接続される、第２スイッチと第２抵抗との直列接続回路と、
前記第１の電源電圧センス用端子と前記第２の電源電圧センス用端子の間に接続される、第３スイッチと前記第２抵抗との直列接続回路と、
前記第１の電源電圧センス用端子と前記第２の電源電圧センス用端子との間に直接接続され、前記第２抵抗の抵抗値と同じ桁数の抵抗値を有する電圧分圧抵抗を有し、前記第１の電源電圧センス用端子と前記第２の電源電圧センス用端子に接続される二次電池の電圧を検出する第１電圧検出ブロックとを有し、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記電池パックの正極端子と前記第１の電源端子の間の断線を検出する第１の断線検出時にオンされ、前記第１の断線検出時以外でオフされ、
前記第１の断線検出時に、前記第１の電源端子の電圧と前記第１の電源電圧センス用端子の電圧とを前記第１比較器で比較し、比較結果に応じて前記電池パックの正極端子と前記第１の電源端子の間の断線を検出し、
前記第３スイッチは、前記電池パックの正極端子と前記第１の電源電圧センス用端子の間の断線を検出する第２の断線検出時にオンされ、前記第２の断線検出時以外でオフされ、
前記第２の断線検出時に、前記第１の電源電圧センス用端子の電圧と基準電圧とを前記第１比較器で比較し、比較結果に応じて前記電池パックの正極端子と前記第１の電源電圧センス用端子の間の断線を検出することを特徴とする電池電圧監視回路。