JP6268712B2 - 保護ｉｃ及び保護回路及び電池電圧監視方法 - Google Patents

保護ｉｃ及び保護回路及び電池電圧監視方法 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池の電池電圧を監視する保護ＩＣ及び保護回路及び電池電圧監視方法に関する。
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、過充電の保護回路つまり保護ＩＣ（集積回路）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のセルを直列接続して使用する場合、保護ＩＣでは個々のリチウムイオン電池の過充電電圧検出を適切に実施するためには、各セルと保護ＩＣ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、正確な過充電電圧検出ができなくなり、充電禁止等の制御が必要となる。
ところで、断線検出を行う際に正常状態で各電圧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各セルと電圧監視回路との間の接続線に流し、ダイオードは断線が発生すると対応するセルの正側，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技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
また、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技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００９−９５２２２号公報 特開２０１２−９８２３８号公報
複数のリチウムイオン電池のセルを直列接続して１つのセル群とし、複数のセル群を直列接続して使用する場合、セル群同士を直列接続した位置におけるセル群と保護ＩＣとの間の断線検出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、セル群同士を直列接続した位置におけるセル群と保護ＩＣとの間の断線を検出できる保護ＩＣ及び保護回路及び電池電圧監視方法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保護ＩＣは、二次電池のセルが複数直列接続されて使用される二次電池集合体の前記セルに接続され、前記セルの電池電圧を監視する保護ＩＣであって、
前記セルと並列に接続され前記セルの両端電圧を分圧する分圧抵抗と、前記分圧抵抗で分圧された電圧を基準電圧と比較して前記セルの過充電を検出するコンパレータとを有する過充電検出部（１２）と、
前記セルと前記保護ＩＣ間の断線を検出する断線検出部（１３）とを有し、
前記断線検出部は、
前記二次電池集合体の最高電位側セルと最低電位側セルを除く中間セル（ＣＬ２，ＣＬ３）の高電位側端子に接続される第１端子（Ｖ３）と、前記中間セルの低電位側端子に接続される第２端子（Ｖ２）と、ゲートが前記第１端子に接続され、ドレインが第１抵抗（Ｒ３２）を介して前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子に接続される第１電源端子（ＶＤＤ）に接続され、ソースが前記中間セルの第２端子に接続された第１のトランジスタ（Ｍ３，Ｍ４）を有し、
前記第１のトランジスタのソースから前記中間セルに流れるソース電流値による前記第１抵抗の電圧降下に基づいて前記第２端子と前記中間セルとの間の断線を検出する。
本発明の他の実施態様による保護ＩＣは、二次電池のセルが複数直列接続されて使用される二次電池集合体の前記セルに接続され、前記セルの電池電圧を監視する保護ＩＣであって、
前記セルと並列に接続され前記セルの両端電圧を分圧する分圧抵抗と、前記分圧抵抗で分圧された電圧を基準電圧と比較して前記セルの過充電を検出するコンパレータとを有する過充電検出部（１２）と、
前記セルと前記保護ＩＣ間の断線を検出する断線検出部（１３）と、
保護ＩＣの端子を保護する端子保護部（１１）を有し、
前記端子保護部は、
前記セルの高電位側端子に接続される端子（Ｖ１〜Ｖ４）から前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子に接続される第１電源端子（ＶＤＤ）と前記二次電池集合体の最低電位側セルの低電位側端子に接続される第２電源端子（ＶＳＳ）それぞれに逆向きに接続されたダイオード（Ｄ１〜Ｄ８）を有し、
前記断線検出部は、
前記二次電池集合体の最高電位側セル（ＣＬ１）と最低電位側セル（ＣＬ４）を除く中間セル（ＣＬ２，ＣＬ３）の高電位側端子に接続される第１端子（Ｖ３，Ｖ２）と、前記中間セルの低電位側端子に接続される第２端子（Ｖ２，Ｖ１）と、ゲートが前記第１端子に接続され、ドレインが第１抵抗（Ｒ３２，Ｒ３３）を介して前記第１電源端子（ＶＤＤ）に接続され、ソースが前記第２端子に接続された第１のトランジスタ（Ｍ３，Ｍ４）を有し、前記第１のトランジスタのソースから前記中間セルに流れるソース電流値による前記第１抵抗の電圧降下に基づいて前記第２端子と前記中間セルとの間の断線を検出し、
前記最高電位側セル（ＣＬ１）の高電位側端子に接続される第３端子（Ｖ４）と、前記最高電位側セル（ＣＬ１）の低電位側端子に接続される第４端子（Ｖ３）と、ゲートが前記第３端子（Ｖ４）に接続され、ドレインが第２抵抗（Ｒ３１）を介して前記第１電源端子（ＶＤＤ）に接続され、ソースが前記第４端子（Ｖ３）に接続された第２のトランジスタ（Ｍ２）を有し、前記第３端子（Ｖ４）と前記第４端子（Ｖ３）は、前記最高電位側セル（ＣＬ１）との間の接続が断線した場合に、前記第１電源端子と前記第２電源端子とを、前記第２抵抗及び前記第２のトランジスタを介して接続する第１経路と前記端子保護部の導通した前記ダイオードにより電位が決定され、決定された前記第３端子（Ｖ４）と前記第４端子（Ｖ３）の間の電位差に基づいて前記第２のトランジスタ（Ｍ２）により、前記第３端子（Ｖ４）と前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子との間の断線を検出し、
前記最低電位側セル（ＣＬ４）の高電位側端子に接続される第５端子（Ｖ１）と、ゲートが前記第５端子（Ｖ１）に接続され、ドレインが第３抵抗（Ｒ３４）を介して前記第１電源端子（ＶＤＤ）に接続され、ソースが前記第２電源端子（ＶＳＳ）に接続された第３のトランジスタ（Ｍ５）とを有し、前記第２電源端子（ＶＳＳ）は、前記最低電位側セル（ＣＬ４）との間の接続が断線した場合に、前記第１電源端子と前記第２電源端子とを、前記第３抵抗及び前記第３のトランジスタを介して接続する第２経路と前記端子保護部の導通した前記ダイオードにより電位が決定され、決定された前記第５端子と前記第２電源端子（ＶＳＳ）の間の電位差に基づいて前記第３のトランジスタ（Ｍ５）により前記第２電源端子（ＶＳＳ）と前記二次電池集合体の最低電位側セルの低電位側端子との間の断線を検出する。
好ましくは、前記過充電検出部と前記断線検出部とをセル毎に有し、
各断線検出部における前記第１抵抗乃至第３抵抗の電圧降下を監視して閾値電圧以下となった時にオフする各セルに対応する複数の第４のトランジスタを有し、前記複数の第４のトランジスタを縦積み接続し、前記セル毎の断線検出部でいずれかのセルとの接続の断線を検出した場合に、論理和としてアラーム信号を出力する論理和回路を有し、
前記複数の第４のトランジスタそれぞれのゲートは、前記第１のトランジスタ乃至前記第３のトランジスタそれぞれのドレインに接続され、前記複数の第４のトランジスタのうち最高電位側のトランジスタのソースは前記第１電源端子に接続され、前記複数の第４のトランジスタのうち最低電位側のトランジスタのドレインは前記第２電源端子に接続され、互いに隣接する前記複数の第４のトランジスタにおいて、一方の第４のトランジスタのソースが、他方の第４のトランジスタのドレインに接続されている。
好ましくは、前記第１経路、第２経路、並びに前記第１電源端子と前記第２電源端子とを、前記第１抵抗及び前記第１のトランジスタを介して接続する第３経路のそれぞれにおいて、前記第１電源端子と前記第２電源端子との接続及び遮断を制御する第１のスイッチ（Ｓ１〜Ｓ７）と、
前記複数の第４のトランジスタと直列に接続され、前記複数の第４のトランジスタを介した前記第１電源端子と前記第２電源端子の接続及び遮断を制御する第２のスイッチ（Ｓ１０）と、
前記複数の第４のトランジスタと並列に接続された第３のスイッチ（Ｓ１１）とを有し、
テストモードを指示するモード信号によって、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチがオンし、前記第３のスイッチがオフする。


本発明の一実施態様による電池電圧監視方法は、二次電池のセルが複数直列接続されて使用される二次電池集合体の前記セルに接続された保護ＩＣを用いて前記セルの電池電圧を監視する電池電圧監視方法であって、
前記セルと並列に接続された分圧抵抗でセルの両端電圧を分圧してコンパレータに供給し、前記分圧抵抗で分圧された電圧を基準電圧と比較して前記セルの過充電を検出し、
前記セルと前記保護ＩＣ間の断線を検出し、
前記断線の検出は、
前記二次電池集合体の最高電位側セルと最低電位側セルを除く中間セル（ＣＬ２，ＣＬ３）の高電位側端子に接続される第１端子（Ｖ３）と、前記中間セルの低電位側端子に接続される第２端子（Ｖ２）と、ゲートが前記第１端子に接続され、ドレインが第１抵抗（Ｒ３２）を介して前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子に接続される第１電源端子（ＶＤＤ）に接続され、ソースが前記第２端子に接続された第１のトランジスタ（Ｍ３，Ｍ４）を用い、前記第１のトランジスタのソースから前記中間セルに流れるソース電流値による前記第１抵抗の電圧降下に基づいて前記第２端子と前記中間セルと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、セル群同士を直列接続した位置におけるセル群と保護ＩＣとの間の断線を検出することができる。
本発明の保護ＩＣの一実施形態の回路構成図である。 テストモード時に保護ＩＣに流れる電流を示す図である。
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。
＜回路構成＞
図１は本発明の保護ＩＣの一実施形態の回路構成図を示す。図１において、二次電池であるリチウムイオン電池のセルＣＬ１〜ＣＬ４は直列接続されて第１セル群を構成し、また、リチウムイオン電池のセルＣＬ２１〜ＣＬ２４は直列接続されて第２セル群を構成しており、ＣＬ４とセルＣＬ２１は直列接続されて二次電池集合体を構成している。
セルＣＬ１の正極はヒューズＦ１及び抵抗Ｒ１を介して保護ＩＣ１０の端子ＶＤＤに接続され、セルＣＬ４の負極はセルＣＬ２１の正極と接続されると共に、ヒューズＦ２１の一端に接続されている。ヒューズＦ２１の他端は保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳに接続されると共に、抵抗Ｒ４１を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＤＤに接続されている。
ヒューズＦ１と抵抗Ｒ１の接続点と保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳの間には静電保護用のツェナーダイオードＺ１が接続され、ヒューズＦ１と抵抗Ｒ１の接続点は抵抗Ｒ２を介して保護ＩＣ１０の端子Ｖ４に接続されている。セルＣＬ１，ＣＬ２の接続点は抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して保護ＩＣ１０の端子Ｖ３に接続され、セルＣＬ２，ＣＬ３の接続点は抵抗Ｒ５，Ｒ６を介して保護ＩＣ１０の端子Ｖ２に接続され、セルＣＬ３，ＣＬ４の接続点は抵抗Ｒ７，Ｒ８を介して保護ＩＣ１０の端子Ｖ１に接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点と抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ２が接続され、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点と抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ３が接続され、抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点と抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ４が接続され、抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点と保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳの間の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ５が接続されている。
保護ＩＣ１０の端子ＶＤＤ，ＶＳＳは正負の電源端子であり、保護ＩＣ１０の端子Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１は電圧検出用端子である。保護ＩＣ１０の端子ＶＤＤはキャパシタＣ１，Ｃ２を介して保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１，Ｃ２はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ１０の端子Ｖ４はキャパシタＣ３，Ｃ４を介して保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ２とキャパシタＣ３，Ｃ４はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ１０の端子Ｖ３はキャパシタＣ５，Ｃ６を介して保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ３，Ｒ４とキャパシタＣ５，Ｃ６はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ１０の端子Ｖ２はキャパシタＣ７，Ｃ８を介して保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ５，Ｒ６とキャパシタＣ７，Ｃ８はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ１０の端子Ｖ１はキャパシタＣ９，Ｃ１０を介して保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ７，Ｒ８とキャパシタＣ９，Ｃ１０はノイズ除去用のフィルタを構成している。
セルＣＬ２１の正極はヒューズＦ２１及び抵抗Ｒ４１を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＤＤに接続され、セルＣＬ２４の負極は保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳに接続されている。ヒューズＦ２１と抵抗Ｒ４１の接続点と保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳの間には保護用のツェナーダイオードＺ２１が接続され、ヒューズＦ２１と抵抗Ｒ４１の接続点は抵抗Ｒ４２を介して保護ＩＣ２０の端子Ｖ４に接続されている。セルＣＬ２１，ＣＬ２２の接続点は抵抗Ｒ４３，Ｒ４４を介して保護ＩＣ２０の端子Ｖ３に接続され、セルＣＬ２２，ＣＬ２３の接続点は抵抗Ｒ４５，Ｒ４６を介して保護ＩＣ２０の端子Ｖ２に接続され、セルＣＬ２３，ＣＬ２４の接続点は抵抗Ｒ４７，Ｒ４８を介して保護ＩＣ２０の端子Ｖ１に接続されている。抵抗Ｒ４１，Ｒ４２の接続点と抵抗Ｒ４３，Ｒ４４の接続点の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ２２が接続され、抵抗Ｒ４３，Ｒ４４の接続点と抵抗Ｒ４５，Ｒ４６の接続点の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ２３が接続され、抵抗Ｒ４５，Ｒ４６の接続点と抵抗Ｒ４７，Ｒ４８の接続点の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ２４が接続され、抵抗Ｒ４７，Ｒ４８の接続点と保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳの間の間には静電保護用のツェナーダイオードＺ２５が接続されている。
保護ＩＣ２０の端子ＶＤＤ，ＶＳＳは正負の電源端子であり、保護ＩＣ２０の端子Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１は電圧検出用端子である。保護ＩＣ２０の端子ＶＤＤはキャパシタＣ２１，Ｃ２２を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ４１とキャパシタＣ２１，Ｃ２２はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ２０の端子Ｖ４はキャパシタＣ２３，Ｃ２４を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ４２とキャパシタＣ２３，Ｃ２４はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ２０の端子Ｖ３はキャパシタＣ２５，Ｃ２６を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ４３，Ｒ４４とキャパシタＣ２５，Ｃ２６はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ２０の端子Ｖ２はキャパシタＣ２７，Ｃ２８を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ４５，Ｒ４６とキャパシタＣ２７，Ｃ２８はノイズ除去用のフィルタを構成している。保護ＩＣ２０の端子Ｖ１はキャパシタＣ２９，Ｃ３０を介して保護ＩＣ２０の端子ＶＳＳに接続され、抵抗Ｒ４７，Ｒ４８とキャパシタＣ２９，Ｃ３０はノイズ除去用のフィルタを構成している。
＜端子保護部の構成＞
保護ＩＣ１０，２０はセル群を構成する複数のセルそれぞれの電池電圧を監視する半導体集積回路である。保護ＩＣ１０は端子保護部１１、過充電検出部１２、断線検出部１３を有している。保護ＩＣ２０は端子保護部２１、過充電検出部２２、断線検出部２３を有している。保護ＩＣ１０と保護ＩＣ２０は同一構成であるので、保護ＩＣ２０内の電子部品には保護ＩＣ１０と同一符号を付し、その説明を省略する。
端子保護部１１において、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１はソースとゲートを端子ＶＳＳに接続され、ドレインを端子ＶＤＤに接続されている。ダイオードＤ１は端子Ｖ４，ＶＤＤ間を順方向に接続し、ダイオードＤ２は端子ＶＳＳ，Ｖ４間を順方向に接続している。ダイオードＤ３は端子Ｖ３，ＶＤＤ間を順方向に接続し、ダイオードＤ４は端子ＶＳＳ，Ｖ３間を順方向に接続している。ダイオードＤ５は端子Ｖ２，ＶＤＤ間を順方向に接続し、ダイオードＤ６は端子ＶＳＳ，Ｖ２間を順方向に接続している。ダイオードＤ７は端子Ｖ１，ＶＤＤ間を順方向に接続し、ダイオードＤ８は端子ＶＳＳ，Ｖ１間を順方向に接続している。端子Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１，ＶＳＳそれぞれは抵抗Ｒ１１，Ｒ１４，Ｒ１７，Ｒ２０，Ｒ２２を介して過充電検出部１２及び断線検出部１３それぞれに接続されている。
ここで、例えば端子ＶＤＤに瞬間的に高い電圧のノイズが入来した場合、ＭＯＳトランジスタＭ１がブレークダウンすることによって端子ＶＤＤの保護が行われる。また、端子Ｖ４に瞬間的に高い電圧のノイズが入来した場合、このノイズはダイオードＤ１を通しＭＯＳトランジスタＭ１に印加され、ＭＯＳトランジスタＭ１のブレークダウンで端子Ｖ４の保護が行われる。
＜過充電検出部の構成＞
過充電検出部１２において、端子Ｖ４，Ｖ３に接続された抵抗Ｒ１１，Ｒ１４の他端は抵抗Ｒ１２，Ｒ１３で接続され、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の接続点はコンパレータＣＭ１の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１１，Ｒ１４の他端は定電流源ＣＣ０１及びツェナーダイオードＺ６で接続され、定電流源ＣＣ０１とツェナーダイオードＺ６の接続点はコンパレータＣＭ１の反転入力端子に接続されている。コンパレータＣＭ１は端子Ｖ３，Ｖ４間電圧を抵抗Ｒ１２，Ｒ１３で分圧した分圧電圧を、ツェナーダイオードＺ６で発生した基準電圧と比較して、分圧電圧が基準電圧より高い場合にハイレベルの検出信号を生成してオア回路ＯＲＪに供給する。
端子Ｖ３，Ｖ２に接続された抵抗Ｒ１４，Ｒ１７の他端は抵抗Ｒ１５，Ｒ１６で接続され、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６の接続点はコンパレータＣＭ２の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１４，Ｒ１７の他端は定電流源ＣＣ０２及びツェナーダイオードＺ７で接続され、定電流源ＣＣ０２とツェナーダイオードＺ７の接続点はコンパレータＣＭ２の反転入力端子に接続されている。コンパレータＣＭ２は端子Ｖ２，Ｖ３間電圧を抵抗Ｒ１５，Ｒ１６で分圧した分圧電圧を、ツェナーダイオードＺ７で発生した基準電圧と比較して、分圧電圧が基準電圧より高い場合にハイレベルの検出信号を生成してオア回路ＯＲＪに供給する。
端子Ｖ２，Ｖ１に接続された抵抗Ｒ１７，Ｒ２０の他端は抵抗Ｒ１８，Ｒ１９で接続され、抵抗Ｒ１８，Ｒ１９の接続点はコンパレータＣＭ３の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１７，Ｒ２０の他端は定電流源ＣＣ０３及びツェナーダイオードＺ８で接続され、定電流源ＣＣ０３とツェナーダイオードＺ８の接続点はコンパレータＣＭ３の反転入力端子に接続されている。コンパレータＣＭ３は端子Ｖ１，Ｖ２間電圧を抵抗Ｒ１８，Ｒ１９で分圧した分圧電圧を、ツェナーダイオードＺ８で発生した基準電圧と比較して、分圧電圧が基準電圧より高い場合にハイレベルの検出信号を生成してオア回路ＯＲＪに供給する。
端子Ｖ１，ＶＳＳに接続された抵抗Ｒ２０，Ｒ２３の他端は抵抗Ｒ２１，Ｒ２２で接続され、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の接続点はコンパレータＣＭ４の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ２０，Ｒ２３の他端は定電流源ＣＣ０４及びツェナーダイオードＺ９で接続され、定電流源ＣＣ０４とツェナーダイオードＺ９の接続点はコンパレータＣＭ４の反転入力端子に接続されている。コンパレータＣＭ４は端子ＶＳＳ，Ｖ１間電圧を抵抗Ｒ２１，Ｒ２２で分圧した分圧電圧を、ツェナーダイオードＺ９で発生した基準電圧と比較して、分圧電圧が基準電圧より高い場合にハイレベルの検出信号を生成してオア回路ＯＲＪに供給する。
オア回路ＯＲＪはコンパレータＣＭ１〜ＣＭ４のいずれかからハイレベルの信号を供給されると、ハイレベルの過充電アラーム信号を生成して端子１４から図示しない制御ロジックに供給する。なお、制御ロジックではハイレベルの過充電アラーム信号を供給されると、充電を禁止する。
＜断線検出部の構成＞
断線検出部１３において、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ２のゲートは抵抗Ｒ１１を介して端子Ｖ４に接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレインはスイッチＳ１及び抵抗Ｒ３１を介して端子ＶＤＤに接続され、ソースはスイッチＳ２を介して定電流源ＣＣ０５の一端に接続されている。定電流源ＣＣ０５の他端は抵抗Ｒ２３を介して端子ＶＳＳに接続されている。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ３のゲートは抵抗Ｒ１４を介して端子Ｖ３に接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ３のドレインはスイッチＳ３及び抵抗Ｒ３２を介して端子ＶＤＤに接続され、ソースはスイッチＳ４を介して定電流源ＣＣ０６の一端に接続されている。定電流源ＣＣ０６の他端は抵抗Ｒ２３を介して端子ＶＳＳに接続されている。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ４のゲートは抵抗Ｒ１７を介して端子Ｖ２に接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ４のドレインはスイッチＳ５及び抵抗Ｒ３３を介して端子ＶＤＤに接続され、ソースはスイッチＳ６を介して定電流源ＣＣ０７の一端に接続されている。定電流源ＣＣ０７の他端は抵抗Ｒ２３を介して端子ＶＳＳに接続されている。
ｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ５のゲートは抵抗Ｒ２０を介して端子Ｖ１に接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ５のドレインはスイッチＳ７及び抵抗Ｒ３４を介して端子ＶＤＤに接続され、ＭＯＳトランジスタＭ５のソースは抵抗Ｒ２３を介して端子ＶＳＳに接続されている。
また、ＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ５それぞれのドレインは縦積みされたｐチャネルＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７，Ｍ８，Ｍ９それぞれのゲートに接続され、ＭＯＳトランジスタＭ６，Ｍ７，Ｍ８，Ｍ９のうち最上段のＭＯＳトランジスタＭ６のソースは端子ＶＤＤに接続され、最下段のＭＯＳトランジスタＭ９のドレインはスイッチＳ１８を介して定電流源ＣＣ０８の一端に接続されている。定電流源ＣＣ０８の他端は抵抗Ｒ２３を介して端子ＶＳＳに接続されている。最上段のＭＯＳトランジスタＭ６のソースと最下段のＭＯＳトランジスタＭ９のドレインにスイッチＳ１１の両端が接続されている。ここで、縦積みされたｐチャネルＭＯＳトランジスタとは、一方のＭＯＳトランジスタのソースを他方のＭＯＳトランジスタのドレインに接続した構成である。
また、ＭＯＳトランジスタＭ９のソースはシュミットトリガ回路ＣＭ５の入力に接続されている。シュミットトリガ回路ＣＭ５はＭＯＳトランジスタＭ６〜Ｍ９のいずれかがオフするとハイレベルの断線検出アラーム信号を生成して端子１５から図示しない制御ロジックに供給する。なお、制御ロジックではハイレベルの断線検出アラーム信号を供給されると、充電を禁止する。
なお、端子１６には図示しない制御ロジックからハイレベルでテストモードを指示するモード信号が供給され、スイッチＳ１〜Ｓ７，Ｓ１０，Ｓ１１に供給される。モード信号は例えば電源投入時に数１０ｍｓｅｃだけハイレベルとなってテストモードを指示し、この間に断線検出を行って断線検出アラーム信号を生成し、図示しない制御ロジックに供給する。このように、一時的に断線検出を行うため、断線検出のための消費電力を削減することができる。
スイッチＳ１〜Ｓ７，Ｓ１０はハイレベルのモード信号でオンし、スイッチＳ１１はハイレベルのモード信号でオフする。モード信号がローレベルの通常モード時にはスイッチＳ１１がオンしてシュミットトリガ回路ＣＭ５の入力がハイレベルとなるためにシュミットトリガ回路ＣＭ５の出力はローレベルとなる。
テストモード時にはスイッチＳ１〜Ｓ７，Ｓ１０がオンするため、断線がなければ、図２に示すように電流が流れる。保護ＩＣ１０では、ヒューズＦ１，抵抗Ｒ１から端子ＶＤＤを経て抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４に電流Ｉ１が流れ、この電流Ｉ１が電流Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４に分流する。電流Ｉ２は抵抗Ｒ３１，スイッチＳ１，ＭＯＳトランジスタＭ２，抵抗Ｒ１４，端子Ｖ３，抵抗Ｒ４，Ｒ３の経路で流れる。電流Ｉ３は抵抗Ｒ３２，スイッチＳ３，ＭＯＳトランジスタＭ３，抵抗Ｒ１７，端子Ｖ２，抵抗Ｒ６，Ｒ５の経路で流れる。電流Ｉ４は抵抗Ｒ３３，スイッチＳ５，ＭＯＳトランジスタＭ４，抵抗Ｒ２０，端子Ｖ１，抵抗Ｒ８，Ｒ７の経路で流れる。電流Ｉ５は抵抗Ｒ３４，スイッチＳ７，ＭＯＳトランジスタＭ５，抵抗Ｒ２３，端子ＶＳＳの経路で流れる。
また、保護ＩＣ２０では、ヒューズＦ２１，抵抗Ｒ４１から端子ＶＤＤを経て抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４に電流Ｉ１１が流れ、この電流Ｉ１１が電流Ｉ１２，Ｉ１３，Ｉ１４に分流する。電流Ｉ１２は抵抗Ｒ３１，スイッチＳ１，ＭＯＳトランジスタＭ２，抵抗Ｒ１４，端子Ｖ３，抵抗Ｒ４，Ｒ３の経路で流れる。電流Ｉ１３は抵抗Ｒ３２，スイッチＳ３，ＭＯＳトランジスタＭ３，抵抗Ｒ１７，端子Ｖ２，抵抗Ｒ６，Ｒ５の経路で流れる。電流Ｉ１４は抵抗Ｒ３３，スイッチＳ５，ＭＯＳトランジスタＭ４，抵抗Ｒ２０，端子Ｖ１，抵抗Ｒ８，Ｒ７の経路で流れる。電流Ｉ１５は抵抗Ｒ３４，スイッチＳ７，ＭＯＳトランジスタＭ５，抵抗Ｒ２３，端子ＶＳＳの経路で流れる。
＜断線検出なし＞
ここで、セルＣＬ１〜ＣＬ４の第１セル群と保護ＩＣ１０との接続で断線を検出しようとする部位は、セルＣＬ１〜ＣＬ４と、ヒューズＦ１，抵抗Ｒ３，Ｒ５，Ｒ７の接続点であるＡ点，Ｂ点，Ｃ点，Ｄ点である。また、セルＣＬ２１〜ＣＬ２４の第２セル群と保護ＩＣ２０との接続で断線を検出しようとする部位は、セルＣＬ２１〜ＣＬ２４と、ヒューズＦ２１，抵抗Ｒ４３，Ｒ４５，Ｒ４７，端子ＶＳＳの接続点であるＥ点，Ｆ点，Ｇ点，Ｈ点，Ｉ点である。
Ａ点〜Ｉ点の全てに断線がない場合には、ＭＯＳトランジスタ保護ＩＣ１０のＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ５はオンとなり、ＭＯＳトランジスタＭ６〜Ｍ９はオンとなるため、端子１５からローレベルが出力される。
＜断線検出Ａ＞
Ａ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ１０の端子Ｖ３からツェナーダイオードＺ２又はダイオードＤ３を通して端子ＶＤＤ及び端子Ｖ４に電流が流れ込む。この場合、端子Ｖ４，Ｖ３間のｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ２のゲート電圧よりソース電圧が高くなるので、ＭＯＳトランジスタＭ２がオフする。このため、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電圧が高くなり、ＭＯＳトランジスタＭ６のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ６はオフする。これによって、端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力される。
＜断線検出Ｂ〜Ｄ，Ｆ〜Ｈ＞
Ｂ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ１０の端子Ｖ３から電流Ｉ２が流れ出なくなるためにＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流が定電流源ＣＣ０５の流す電流だけとなって極めて小さくなりＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電圧が高くなり抵抗Ｒ３１での電圧降下が小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭ６のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ６はオフする。これによって、保護ＩＣ１０の端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
Ｃ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ１０の端子Ｖ２から電流Ｉ３が流れ出なくなるためにＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン電流が定電流源ＣＣ０５の流す電流だけとなって極めて小さくなりＭＯＳトランジスタＭ３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン電圧が高くなり抵抗Ｒ３２での電圧降下が小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭ７のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ７はオフする。これによって、保護ＩＣ１０の端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
Ｄ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ１０の端子Ｖ１から電流Ｉ４が流れ出なくなるためにＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電流が定電流源ＣＣ０５の流す電流だけとなって極めて小さくなりＭＯＳトランジスタＭ４のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電圧が高くなり抵抗Ｒ３３での電圧降下が小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭ８のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ８はオフする。これによって、保護ＩＣ１０の端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
Ｆ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ２０の端子Ｖ３から電流Ｉ１２が流れ出なくなるためにＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流が定電流源ＣＣ０５の流す電流だけとなって極めて小さくなりＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電圧が高くなり抵抗Ｒ３１での電圧降下が小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭ６のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ６はオフする。これによって、保護ＩＣ２０の端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
Ｇ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ２０の端子Ｖ２から電流Ｉ１３が流れ出なくなるためにＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン電流が定電流源ＣＣ０５の流す電流だけとなって極めて小さくなりＭＯＳトランジスタＭ３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン電圧が高くなり抵抗Ｒ３２での電圧降下が小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭ７のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ７はオフする。これによって、保護ＩＣ２０の端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
Ｈ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ２０の端子Ｖ１から電流Ｉ１４が流れ出なくなるためにＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電流が定電流源ＣＣ０５の流す電流だけとなって極めて小さくなりＭＯＳトランジスタＭ４のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ４のドレイン電圧が高くなり抵抗Ｒ３３での電圧降下が小さくなり、ＭＯＳトランジスタＭ８のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ８はオフする。これによって、保護ＩＣ２０の端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力されることになる。
＜断線検出Ｅ＞
Ｅ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ２０の端子ＶＤＤに流れ込む電流Ｉ１１は保護ＩＣ１０の端子ＶＳＳから供給される電流Ｉ５だけとなる。この電流Ｉ５に対して保護ＩＣ２０の端子ＶＤＤに流れ込む電流Ｉ１１は十分に大きいため、端子Ｖ３の電圧に対して端子ＶＤＤの電圧つまり端子Ｖ４の電圧は低くなり、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ２はオフする。このため、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電圧が高くなり、ＭＯＳトランジスタＭ６のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ６はオフする。これによって、端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力される。
このようにして、セル群同士を直列接続した位置であるＥ点におけるセル群と保護ＩＣとの間の断線を検出できる。
＜断線検出Ｉ＞
Ｉ点で断線が発生した場合、保護ＩＣ２０の電流Ｉ１５はツェナーダイオードＺ２５又はダイオードＤ８を通してＨ点に流れ込む。このため、保護ＩＣ２０の端子Ｖ１の電圧は端子ＶＳＳの電圧よりダイオード１個の順方向電圧降下分だけ低くなるので、ＭＯＳトランジスタＭ５がオフする。このため、ＭＯＳトランジスタＭ５のドレイン電圧が高くなり、ＭＯＳトランジスタＭ９のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ９はオフする。これによって、端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力される。
＜セルショート検出＞
例えばセルＣＬ２の両端間がショートするセルショートが発生した場合、Ｖ３端子とＶ２端子間の電圧が０Ｖとなる。この場合はＭＯＳトランジスタＭ３がオフする。このため、ＭＯＳトランジスタＭ３のドレイン電圧が高くなり、ＭＯＳトランジスタＭ７のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓが小さくなりＭＯＳトランジスタＭ７はオフする。これによって、端子１５からハイレベルの断線検出アラーム信号が出力され、セルショートの検出を行うことができる。
なお、本実施形態では、第１セル群と第２セル群を直列接続しているが、３つ以上のセル群を直列接続する構成であっても、各セル群のＡ点からＩ点までの断線検出を行うことができ、上記実施形態に限定されるものではない。
ＣＬ１〜ＣＬ４，ＣＬ２１〜ＣＬ２４ セル
１０，２０ 保護ＩＣ
１１，２１ 端子保護部
１２，２２ 過充電検出部
１３，２３ 断線検出部
Ｃ１〜Ｃ３０ キャパシタ
ＣＭ１〜ＣＭ４ コンパレータ
ＣＭ５ シュミットトリガ回路
Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード
Ｆ１，Ｆ２１ ヒューズ
Ｍ１〜Ｍ９ ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１〜Ｒ４８ 抵抗
Ｚ１〜Ｚ２５ ツェナーダイオード

Claims (6)

  1. 二次電池のセルが複数直列接続されて使用される二次電池集合体の前記セルに接続され、前記セルの電池電圧を監視する保護ＩＣであって、
    前記セルと並列に接続され前記セルの両端電圧を分圧する分圧抵抗と、前記分圧抵抗で分圧された電圧を基準電圧と比較して前記セルの過充電を検出するコンパレータとを有する過充電検出部と、
    前記セルと前記保護ＩＣ間の断線を検出する断線検出部とを有し、
    前記断線検出部は、
    前記二次電池集合体の最高電位側セルと最低電位側セルを除く中間セルの高電位側端子に接続される第１端子と、前記中間セルの低電位側端子に接続される第２端子と、ゲートが前記第１端子に接続され、ドレインが第１抵抗を介して前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子に接続される第１電源端子に接続され、ソースが前記第２端子に接続された第１のトランジスタを有し、
    前記第１のトランジスタのソースから前記中間セルに流れるソース電流値による前記第１抵抗の電圧降下に基づいて前記第２端子と前記中間セルとの間の断線を検出する
    ことを特徴とする保護ＩＣ。
  2. 二次電池のセルが複数直列接続されて使用される二次電池集合体の前記セルに接続され、前記セルの電池電圧を監視する保護ＩＣであって、
    前記セルと並列に接続され前記セルの両端電圧を分圧する分圧抵抗と、前記分圧抵抗で分圧された電圧を基準電圧と比較して前記セルの過充電を検出するコンパレータとを有する過充電検出部と、
    前記セルと前記保護ＩＣ間の断線を検出する断線検出部と、
    保護ＩＣの端子を保護する端子保護部を有し、
    前記端子保護部は、
    前記セルの高電位側端子に接続される端子から前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子に接続される第１電源端子と前記二次電池集合体の最低電位側セルの低電位側端子に接続される第２電源端子それぞれに逆向きに接続されたダイオードを有し、
    前記断線検出部は、
    前記二次電池集合体の最高電位側セルと最低電位側セルを除く中間セルの高電位側端子に接続される第１端子と、前記中間セルの低電位側端子に接続される第２端子と、ゲートが前記第１端子に接続され、ドレインが第１抵抗を介して前記第１電源端子に接続され、ソースが前記第２端子に接続された第１のトランジスタを有し、前記第１のトランジスタのソースから前記中間セルに流れるソース電流値による前記第１抵抗の電圧降下に基づいて前記第２端子と前記中間セルとの間の断線を検出し、
    前記最高電位側セルの高電位側端子に接続される第３端子と、前記最高電位側セルの低電位側端子に接続される第４端子と、ゲートが前記第３端子に接続され、ドレインが第２抵抗を介して前記第１電源端子に接続され、ソースが前記第４端子に接続された第２のトランジスタを有し、前記第３端子と前記第４端子は、前記最高電位側セルとの間の接続が断線した場合に、前記第１電源端子と前記第２電源端子とを、前記第２抵抗及び前記第２のトランジスタを介して接続する第１経路と前記端子保護部の導通した前記ダイオードにより電位が決定され、決定された前記第３端子と前記第４端子の間の電位差に基づいて前記第２のトランジスタにより、前記第３端子と前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子との間の断線を検出し、
    前記最低電位側セルの高電位側端子に接続される第５端子と、ゲートが前記第５端子に接続され、ドレインが第３抵抗を介して前記第１電源端子に接続され、ソースが前記第２電源端子に接続された第３のトランジスタを有し、前記第２電源端子は、前記最低電位側セルとの間の接続が断線した場合に、前記第１電源端子と前記第２電源端子とを、前記第３抵抗及び前記第３のトランジスタを介して接続する第２経路と前記端子保護部の導通した前記ダイオードにより電位が決定され、決定された前記第５端子と前記第２電源端子の間の電位差に基づいて前記第３のトランジスタにより前記第２電源端子と前記二次電池集合体の最低電位側セルの低電位側端子との間の断線を検出する
    ことを特徴とする保護ＩＣ。
  3. 請求項２記載の保護ＩＣにおいて、
    前記過充電検出部と前記断線検出部とをセル毎に有し、
    各断線検出部における前記第１抵抗乃至第３抵抗の電圧降下を監視して閾値電圧以下となった時にオフするセルに対応する複数の第４のトランジスタを有し、前記複数の第４のトランジスタを縦積み接続し、前記セル毎の断線検出部でいずれかのセルとの接続の断線を検出した場合に、論理和としてアラーム信号を出力する論理和回路を有し、
    前記複数の第４のトランジスタそれぞれのゲートは、前記第１のトランジスタ乃至前記第３のトランジスタそれぞれのドレインに接続され、前記複数の第４のトランジスタのうち最高電位側のトランジスタのソースは前記第１電源端子に接続され、前記複数の第４のトランジスタのうち最低電位側のトランジスタのドレインは前記第２電源端子に接続され、互いに隣接する前記複数の第４のトランジスタにおいて、一方の第４のトランジスタのソースが、他方の第４のトランジスタのドレインに接続されている
    ことを特徴とする保護ＩＣ。
  4. 請求項３記載の保護ＩＣにおいて、
    前記第１経路、第２経路、並びに前記第１電源端子と前記第２電源端子とを、前記第１抵抗及び前記第１のトランジスタを介して接続する第３経路のそれぞれにおいて、前記第１電源端子と前記第２電源端子との接続及び遮断を制御する第１のスイッチと、
    前記複数の第４のトランジスタと直列に接続され、前記複数の第４のトランジスタを介した前記第１電源端子と前記第２電源端子の接続及び遮断を制御する第２のスイッチと、
    前記複数の第４のトランジスタと並列に接続された第３のスイッチとを有し、
    テストモードを指示するモード信号によって、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチがオンし、前記第３のスイッチがオフする
    ことを特徴とする保護ＩＣ。
  5. 互いに直列接続された複数の前記二次電池集合体のそれぞれに対して接続された、請求項１乃至４のいずれか１項記載の保護ＩＣを有する
    ことを特徴とする保護回路。
  6. 二次電池のセルが複数直列接続されて使用される二次電池集合体の前記セルに接続された保護ＩＣを用いて前記セルの電池電圧を監視する電池電圧監視方法であって、
    前記セルと並列に接続された分圧抵抗でセルの両端電圧を分圧してコンパレータに供給し、前記分圧抵抗で分圧された電圧を基準電圧と比較して前記セルの過充電を検出し、
    前記セルと前記保護ＩＣ間の断線を検出し、
    前記断線の検出は、
    前記二次電池集合体の最高電位側セルと最低電位側セルを除く中間セルの高電位側端子に接続される第１端子と、前記中間セルの低電位側端子に接続される第２端子と、ゲートが前記第１端子に接続され、ドレインが第１抵抗を介して前記二次電池集合体の最高電位側セルの高電位側端子に接続される第１電源端子に接続され、ソースが前記第２端子に接続された第１のトランジスタを用い、前記第１のトランジスタのソースから前記中間セルに流れるソース電流値による前記第１抵抗の電圧降下に基づいて前記第２端子と前記中間セルとの間の断線を検出する
    ことを特徴とする電池電圧監視方法。
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