JP6477845B1

JP6477845B1 - 電池制御回路

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Publication number: JP6477845B1
Application number: JP2017236115A
Authority: JP
Inventors: 浩平柴田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: US11159028B2; JP2019106747A; CN109904900A; CN109904900B; US20190181655A1

Abstract

【課題】直列に接続される複数のセルの各セル電圧値を効率良くバランシングすること。
【解決手段】直列に接続される複数のセルの各セル電圧値のバランスを制御する電池制御回路であって、前記複数のセルのうち対応するセルの正極に接続され得る複数の接続端子と、前記電池制御回路の内部グランドに接続され、且つ、前記複数のセルのうち最下段のセルの負極に接続され得るグランド端子と、前記複数の接続端子の中から、前記内部グランドに前記電池制御回路の内部電流経路を介して接続される接続端子を少なくとも一つ選択する制御回路と、前記制御回路により選択される接続端子に正極が接続され得るセルのセル電圧値に応じて電流値が変わる端子電流を、前記制御回路により選択される接続端子から前記内部電流経路を経由して前記内部グランドに流す電流生成回路とを備える、電池制御回路。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池制御回路に関する。

従来、直列に接続される複数のセルの電圧をバランシングするため、複数のセルにバイパス経路が各々形成されるように、対応するセルの正極からグランドに電流を流す複数の電流レギュレータを備えるバランシング回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２０１３４５号公報

しかしながら、従来の技術では、セルの正極に接続される端子には、当該セルのセル電圧値の高低にかかわらず、電流レギュレータによって生成される定電流が流れるので、各セルのセル電圧値を効率良くバランシングすることが難しい。

そこで、本開示は、直列に接続される複数のセルの各セル電圧値を効率良くバランシングできる、電池制御回路を提供する。

本開示は、
直列に接続される複数のセルの各セル電圧値のバランスを制御する電池制御回路であって、
前記複数のセルのうち対応するセルの正極に接続され得る複数の接続端子と、
前記電池制御回路の内部グランドに接続され、且つ、前記複数のセルのうち最下段のセルの負極に接続され得るグランド端子と、
前記複数の接続端子の中から、前記内部グランドに前記電池制御回路の内部電流経路を介して接続される接続端子を少なくとも一つ選択する制御回路と、
前記制御回路により選択される接続端子に正極が接続され得る対応セルのセル電圧値に比例して電流値が変わる端子電流を、前記制御回路により選択される接続端子から前記内部電流経路を経由して前記内部グランドに流す電流生成回路とを備え、
前記端子電流に基づいて、前記対応セルの両端に直接接続された放電トランジスタが前記セル電圧値に比例した電流で前記対応セルを放電するよう制御する、電池制御回路を提供する。

本開示によれば、直列に接続される複数のセルの各セル電圧値を効率良くバランシングすることができる。

電池パックの構成の一例を示す図である。電池制御回路の構成の一例を示す図である。制御回路の機能ブロック図である。電池制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、電池パックの構成の一例を示す図である。図１に示される電池パック１００は、二次電池３０と、電池保護装置８０とを内蔵して備える。

二次電池３０は、充放電可能な電池の一例である。二次電池３０は、プラス端子５（Ｐ＋端子）とマイナス端子６（Ｐ−端子）に接続される負荷９０に電力を供給できる。二次電池３０は、プラス端子５とマイナス端子６に接続される不図示の充電器によって充電されることが可能である。二次電池３０の具体例として、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが挙げられる。電池パック１００は、負荷９０に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。

負荷９０は、電池パック１００の二次電池３０を電源とする負荷の一例である。負荷９０の具体例として、携帯可能な携帯端末装置などの電子機器が挙げられる。携帯端末装置の具体例として、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、ゲーム機、テレビ、音楽や映像のプレーヤー、カメラなどの電子機器が挙げられる。

二次電池３０は、直列に接続される複数のセル（図１では、５個のセル３１〜３５を例示）を含んで構成されている。二次電池３０の正極は、二次電池３０に構成されるセル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に構成されるセル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。

電池保護装置８０は、二次電池３０を電源として動作する電池制御装置の一例であり、二次電池３０の充放電を制御することによって二次電池３０を過充電等から保護する。電池保護装置８０は、プラス端子５と、マイナス端子６と、セルバランス回路２０と、充電制御トランジスタ１と、放電制御トランジスタ２と、電池保護回路７０とを備える。

プラス端子５は、負荷９０又は充電器のプラス側端子に接続される端子の一例である。マイナス端子６は、負荷９０又は充電器のマイナス側端子に接続される端子の一例である。

二次電池３０の正極（セル３５の正極）とプラス端子５とは、プラス側電源経路９ａによって接続され、二次電池３０の負極（セル３１の負極）とマイナス端子６とは、マイナス側電源経路９ｂによって接続される。プラス側電源経路９ａは、二次電池３０の正極とプラス端子５との間の充放電電流経路の一例であり、マイナス側電源経路９ｂは、二次電池３０の負極とマイナス端子６との間の充放電電流経路の一例である。

二次電池３０の負極（セル３１の負極）は、配線１６０を介して、ＶＳＳ端子に接続されている。セル３１の正極及びセル３２の負極は、配線１６１を介して、Ｖ１端子に接続されている。配線１６１には、抵抗１１が直列に挿入されている。セル３２の正極及びセル３３の負極は、配線１６２を介して、Ｖ２端子に接続されている。配線１６２には、抵抗１２が直列に挿入されている。セル３３の正極及びセル３４の負極は、配線１６３を介して、Ｖ３端子に接続されている。配線１６３には、抵抗１３が直列に挿入されている。セル３４の正極及びセル３５の負極は、配線１６４を介して、Ｖ４端子に接続されている。配線１６４には、抵抗１４が直列に挿入されている。二次電池３０の正極（セル３５の正極）は、配線１６５を介して、Ｖ５端子に接続され、且つ、配線１６６を介して、ＶＤＤ端子に接続されている。配線１６５には、抵抗１５が直列に挿入されている。配線１６６には、抵抗１６が直列に挿入されている。

配線１６６には、抵抗１６が直列に挿入されている。また、配線１６６に一端が接続され配線１６４に他端が接続される容量素子４６が設けられている。抵抗１６と容量素子４６とによって、ＶＤＤ端子に印加される電源電圧を平滑化するローパスフィルタが形成される。

セルバランス回路２０は、セル３１〜３５の各セル電圧値のバランスをとって、セル３１〜３５間のセル電圧値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２０は、セル３１〜３５と同数の５個のセルバランス回路部を備える。第１のセルバランス回路部は、セル３１に配線１６０，１６１を介して接続されている。第２のセルバランス回路部は、セル３２に配線１６１，１６２を介して接続されている。第３のセルバランス回路部は、セル３３に配線１６２，１６３を介して接続されている。第４のセルバランス回路部は、セル３４に配線１６３，１６４を介して接続されている。第５のセルバランス回路部は、セル３５に配線１６４，１６５を介して接続されている。

第１のセルバランス回路部は、セル３１の正極からＶ１端子へ流れる端子電流ＩＶ１に従って、セル３１を放電させる。第２のセルバランス回路部は、セル３２の正極からＶ２端子へ流れる端子電流ＩＶ２に従って、セル３２を放電させる。第３のセルバランス回路部は、セル３３の正極からＶ３端子へ流れる端子電流ＩＶ３に従って、セル３３を放電させる。第４のセルバランス回路部は、セル３４の正極からＶ４端子へ流れる端子電流ＩＶ４に従って、セル３４を放電させる。第５のセルバランス回路部は、セル３５の正極からＶ５端子へ流れる端子電流ＩＶ５に従って、セル３５を放電させる。セル３１〜３５のそれぞれのセル電圧値が互いに等しくなるように、セル３１〜３５のそれぞれが放電されることによって、セル３１〜３５間のセル電圧値のバランスを保つことができる。

例えば、第１のセルバランス回路部は、抵抗１１と放電トランジスタ２１と容量素子４１とを含んで構成される放電回路を有する。放電トランジスタ２１は、セル３１に並列に接続されている。抵抗１１は、配線１６１に直列に挿入されている。Ｖ１端子に流入する端子電流ＩＶ１が抵抗１１に流れることによって抵抗１１の両端に電圧降下が発生する。この電圧降下により放電トランジスタ２１がオンすることによって、セル３１は、放電トランジスタ２１を介して、放電される。

第２〜第５のセルバランス回路部の構成は、第１のセルバランス回路部と同じであることが図面から明らかであるので、その詳細説明については省略する。また、第２〜第５のセルバランス回路部の動作も、第１のセルバランス回路部と同じであるので、その詳細説明については省略する。

放電トランジスタ２１〜２５は、例えば、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。例えば、放電トランジスタ２１は、セル３１の負極に接続されるコレクタと、セル３１の正極及び抵抗１１の一端に接続されるエミッタと、抵抗１１の他端に接続されるベースとを有する。放電トランジスタ２２〜２５の構成及び接続先は、放電トランジスタ２１と同じであることが図面から明らかであるので、その詳細説明については省略する。

充電制御トランジスタ１は、二次電池３０の充電経路を遮断する充電経路遮断部の一例であり、放電制御トランジスタ２は、二次電池３０の放電経路を遮断する放電経路遮断部の一例である。図１の場合、充電制御トランジスタ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、放電制御トランジスタ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、Ｎチャネル型のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。

なお、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタを、ＮＭＯＳトランジスタと称し、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタを、ＰＭＯＳトランジスタと称する。

電池保護回路７０は、電池制御回路の一例である。電池保護装置８０に使用される電池保護回路７０は、二次電池３０のセル３１〜３５の保護動作を行う集積回路（ＩＣ）である。電池保護回路７０は、例えば、ＣＯＵＴ端子、Ｖ−端子、ＤＯＵＴ端子、ＶＤＤ端子、ＶＳＳ端子、Ｖ１〜Ｖ５端子及び制御回路１５０を備える。

ＣＯＵＴ端子は、充電制御トランジスタ１のゲートに接続され、充電制御トランジスタ１をオン又はオフさせるゲート制御信号を出力する充電制御端子の一例である。Ｖ−端子は、二次電池３０の負極とマイナス端子６とを繋ぐマイナス側電源経路９ｂのうち、トランジスタ１，２とマイナス端子６との間で接続されている。ＤＯＵＴ端子は、放電制御トランジスタ２のゲートに接続され、放電制御トランジスタ２をオン又はオフさせるゲート制御信号を出力する放電制御端子の一例である。

ＶＤＤ端子は、電池保護回路７０の電源端子であり、セル３５の正極及びプラス側電源経路９ａに接続されている。ＶＤＤ端子は、抵抗１６を介して、セル３５の正極に接続されている。ＶＳＳ端子は、電池保護回路７０のグランド端子であり、セル３１の負極及びマイナス側電源経路９ｂに接続されている。

ＶＳＳ端子及びＶ１端子は、セル３１のセル電圧値の検出に使用される端子である。Ｖ１端子及びＶ２端子は、セル３２のセル電圧値の検出に使用される端子である。Ｖ２端子及びＶ３端子は、セル３３のセル電圧値の検出に使用される端子である。Ｖ３端子及びＶ４端子は、セル３４のセル電圧値の検出に使用される端子である。Ｖ４端子及びＶ５端子は、セル３５のセル電圧値の検出に使用される端子である。また、Ｖ１〜Ｖ５端子には、それぞれ、対応するセル３１〜３５の放電を制御する端子電流ＩＶ１〜ＩＶ５が流れる。したがって、Ｖ１〜Ｖ５端子は、セル電圧値の検出用端子とセルバランスの制御用端子とを兼用している。

制御回路１５０は、例えば、二次電池３０の過充電又は充電過電流が検知された場合、充電制御トランジスタ１をオンからオフにするゲート制御信号をＣＯＵＴ端子から出力する。制御回路１５０は、充電制御トランジスタ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。

制御回路１５０は、例えば、二次電池３０の過放電又は放電過電流が検知された場合、放電制御トランジスタ２をオンからオフにするゲート制御信号をＤＯＵＴ端子から出力する。制御回路１５０は、放電制御トランジスタ２をオフさせることによって、二次電池３０が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。

制御回路１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を使用せずにアナログの複数の論理回路を用いて形成される。

図２は、電池保護回路７０の構成の一例を示す図である。電池保護回路７０は、直列に接続される複数のセルの各セル電圧値のバランスを制御する電池制御回路の一例である。電池保護回路７０は、例えば、ＶＤＤ端子、Ｖ１〜Ｖ５端子、ＶＳＳ端子、制御回路１５０、電流生成回路１７０、スイッチ回路１２０、検出器１３０及び発振器１４０を備える。

ＶＤＤ端子は、電池保護回路７０の内部電源ライン１７２に接続され、且つ、複数のセルのうち最上段のセルの正極に接続される電源端子である。Ｖ１〜Ｖ５端子は、複数のセルのうち対応するセルの正極に接続される複数の接続端子である。ＶＳＳ端子は、電池保護回路７０の内部グランド１７１に接続され、且つ、複数のセルのうち最下段のセルの負極に接続されるグランド端子である。

一実施形態において、制御回路１５０は、複数のＶ１〜Ｖ５端子の中から、内部グランド１７１に電池保護回路７０の内部電流経路を介して接続される接続端子を少なくとも一つ選択する。例えば、制御回路１５０は、選択スイッチ１１１〜１１５のうち少なくとも一つをオンにすることによって、複数のＶ１〜Ｖ５端子の中から、内部グランド１７１に電池保護回路７０の内部電流経路を介して接続される接続端子を少なくとも一つ選択する。この実施形態において、電流生成回路１７０は、制御回路１５０により選択される接続端子に正極が接続され得るセルのセル電圧値に応じて電流値が可変する端子電流を生成する。そして、電流生成回路１７０は、生成した端子電流を、制御回路１５０により選択される接続端子から電池保護回路７０の内部電流経路を経由して内部グランド１７１に流す。

例えば、制御回路１５０により選択される接続端子がＶ２端子である場合、電流生成回路１７０は、セル３２のセル電圧値に応じて電流値が可変する端子電流ＩＶ２を生成する。そして、電流生成回路１７０は、生成した端子電流ＩＶ２を、制御回路１５０により選択されるＶ２端子から電池保護回路７０の内部電流経路を経由して内部グランド１７１に流す。

また、一実施形態において、電流生成回路１７０は、Ｖ１〜Ｖ５端子及びＶＳＳ端子のうち隣り合う端子の間の電圧値に応じて電流値が可変する複数の電流を生成する。この実施形態において、隣り合う端子とは、Ｖ１〜Ｖ５端子とＶＳＳ端子とを合わせた６つの端子の中で隣り合う一対の端子を表す（例えば、Ｖ３端子とＶ２端子、或いはＶ１端子とＶＳＳ端子など）。この実施形態において、制御回路１５０は、電流生成回路１７０により生成される複数の電流の中から、隣り合う端子のうち電位が高い方の端子から電池保護回路７０の内部電流経路を経由して内部グランド１７１に流す端子電流を少なくとも一つ選択する。例えば、制御回路１５０は、選択スイッチ１１１〜１１５のうち少なくとも一つをオンにすることによって、隣り合う端子のうち電位が高い方の端子から電池保護回路７０の内部電流経路を経由して内部グランド１７１に流す端子電流を少なくとも一つ選択する。

また、一実施形態において、制御回路１５０は、複数のセル３１〜３５の中から、放電させるセルを少なくとも一つ選択する。例えば、制御回路１５０は、選択スイッチ１１１〜１１５のうち少なくとも一つをオンにすることによって、放電させるセルを少なくとも一つ選択する。この実施形態において、電流生成回路１７０は、制御回路１５０により選択されるセル（放電させるセル）のセル電圧値に応じて電流値が可変する端子電流を生成する。そして、電流生成回路１７０は、生成した端子電流を、制御回路１５０により選択されるセルの正極が接続され得る接続端子から電池保護回路７０の内部電流経路を経由して内部グランド１７１に流す。

次に、複数のセルのうち少なくとも一つのセルを放電させるセルバランス制御について説明する。以下の説明では、電池保護回路７０がセルバランス制御を行う時にセル３２を放電させる場合の動作を代表して説明する。

図２では、電流生成回路１７０は、Ｖ１〜Ｖ５端子及びＶＳＳ端子のうち隣り合う端子の間の電位差（電圧）を、ＶＳＳ端子に接続される内部グランド１７１基準にそれぞれレベルシフトする。そして、電流生成回路１７０は、そのレベルシフトした後の各電圧を各抵抗９１〜９５の両端に印加することで、各端子電流を生成する。

具体的に説明していくと、Ｖ１端子は、抵抗５２の低電位側端部に接続され、Ｖ２端子は、ＮＭＯＳトランジスタ１２２のゲートに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ１２２は、Ｖ２端子に接続されるゲートと、カレントミラー６２の入力部に接続されるドレインと、抵抗５２の高電位側端部に接続されるソースとを有する。したがって、ＮＭＯＳトランジスタ１２２のドレイン電流の電流値は、（Ｖ２−Ｖ１−Ｖｔｈ）／Ｒ５２となる。ここで、Ｖ２−Ｖ１は、端子Ｖ２と端子Ｖ１との間の電位差を表し、Ｖｔｈは、ＮＭＯＳトランジスタ１２２のゲート−ソース間の電圧を表し、Ｒ５２は、抵抗５２の抵抗値を表す。

ＮＭＯＳトランジスタ１２２のドレイン電流は、カレントミラー６２で折り返され、カレントミラー６２の出力部からＮＭＯＳトランジスタ７２のドレインへ流れ込む。カレントミラー６２は、一対のＰＭＯＳトランジスタを用いて形成されている。ＮＭＯＳトランジスタ７２は、カレントミラー６２の出力部に接続されるドレインと、抵抗８２を介して内部グランド１７１に接続されるソースと、ＮＭＯＳトランジスタ１０２のソースに接続されるゲートとを有する。ＮＭＯＳトランジスタ１０２は、抵抗９２及び選択スイッチ１１２を介して内部グランド１７１に接続されるソースと、ＮＭＯＳトランジスタ１２２のゲート及びＶ２端子に接続されるドレインと、ＮＭＯＳトランジスタ７２のドレインに接続されるゲートとを有する。ＮＭＯＳトランジスタ７２，１２２は、互いに同じトランジスタ特性を有し、抵抗５２，８２は、互いに同じ抵抗値を有する。また、カレントミラー６２は、入出力電流比が１：１となるカレントミラー特性を有する。

したがって、このような回路構成によれば、ＮＭＯＳトランジスタ１０２によるフィードバックによって、ＮＭＯＳトランジスタ１２２のゲート−ソース間の電圧は、ＮＭＯＳトランジスタ１０２のゲート−ソース間の電圧と同じになる。つまり、Ｖ２端子とＶ１端子との間の電位差は、ＶＳＳ基準の電圧にレベルシフトされ、そのレベルシフト後の電圧が、抵抗９２に印加される。したがって、選択スイッチ１１２がオンになることにより、端子電流ＩＶ２が、（Ｖ２−Ｖ１）／Ｒ９２の電流値で、Ｖ２端子から、トランジスタ１０２、抵抗９２及び選択スイッチ１１２を経由して、内部グランド１７１に流れる。ここで、Ｖ２−Ｖ１は、端子Ｖ２と端子Ｖ１との間の電位差を表し、Ｒ９２は、抵抗９２の抵抗値を表す。

端子電流ＩＶ２が流れると、放電トランジスタ２２のベース電流が増加し、放電トランジスタ２２がオンするので、ベース電流のｈｆｅ倍のコレクタ電流でセル３２の放電が行われる。ｈｆｅは、バイポーラトランジスタの直流電流増幅率を表す。

ここで、放電トランジスタ２２のベース電流の電流値Ｉｂ２２は、
Ｉｂ２２＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｒ９２−Ｖｆ／Ｒ１２
＝（Ｖ２ＣＥＬＬ−Ｖｆ）／Ｒ９２−Ｖｆ／Ｒ１２
と表すことができる。Ｖｆは、放電トランジスタ２２のベース−エミッタ間の順方向電圧を表し、Ｒ１２は、抵抗１２の抵抗値を表し、Ｖ２ＣＥＬＬは、セル３２の正極と負極との間のセル電圧値を表す。

例えば、セル３２のセル電圧値が4.2Vであるとき、ベース電流の電流値Ｉｂ２２は、6.3mAとなる。セル３２のセル電圧値が3.9Vであるとき、ベース電流の電流値Ｉｂ２２は、5.7mAとなる。セル３２のセル電圧値が3.6Vであるとき、ベース電流の電流値Ｉｂ２２は、5.1mAとなる。なお、Ｖｆ＝0.7V、Ｒ９２＝500Ω、Ｒ１２=1kΩとする。

このように、セル３２のセル電圧値が高くなるほど、端子電流ＩＶ２の電流値（＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｒ９２）は、増加する。他の端子電流ＩＶ１，ＩＶ３〜ＩＶ５についても同様である。つまり、セルバランス制御時の各端子電流の電流値は、対応するセル電圧値に応じて変化する。したがって、セル電圧値が大きいセルの正極が接続される端子には、大きな端子電流を流すことができ、セル電圧値が小さいセルの正極が接続される端子には、小さな端子電流を流すことができる。そのため、複数のセル間でセル電圧値がばらばらであっても、同一の電圧値に収束させるまでの時間を短縮することができる。よって、直列に接続される複数のセル３１〜３５の各セル電圧値を効率良くバランシングできる。

また、セル３２のセル電圧値が高くなるほど、ベース電流の電流値Ｉｂ２２は増加するので、放電トランジスタ２２のコレクタ電流（つまり、セル３２の放電電流）の電流値も増加する。他のセル３１，３３〜３５の放電電流についても同様である。つまり、セルバランス制御時の各放電電流の電流値は、対応するセル電圧値に応じて変化する。したがって、各セルのセル電圧値を同一値に収束させるまでの時間を短縮することができるので、直列に接続される複数のセル３１〜３５の各セル電圧値を効率良くバランシングできる。

なお、電流生成回路１７０のうち、Ｖ１，Ｖ３〜Ｖ５端子に接続される電流生成部の構成は、Ｖ２端子に接続される電流生成部の上述の構成と同じであることが図面から明らかであるので、その詳細な構成及び動作についてに説明は省略する。

図３は、制御回路１５０の機能ブロック図である。制御回路１５０は、タイマ１５６、セル選択部１５７、セル電圧検出部１５１〜１５５及び選択部１５８とを備える。

タイマ１５６は、発振器１４０からのクロック信号に基づいて、検出器１３０がセル３１〜３５の各セル電圧値をモニタする期間を設定する回路ブロックである。

セル選択部１５７は、セル電圧値のモニタ対象を複数のセル３１〜３５の中から選択する。一実施形態において、セル選択部１５７は、タイマ１５６により設定されるモニタ期間にセル電圧値が検出器１３０によりモニタされるセルを切り替えるためのスイッチ信号を生成する回路ブロックである。各スイッチ信号は、セル電圧検出部１５１〜１５５、選択部１５８及びスイッチ回路１２０（図２参照）に供給される。

スイッチ回路１２０は、セル選択部１５７から供給されるスイッチ信号に基づいて、複数のセル３１〜３５の中から、検出器１３０に接続されるセルを少なくとも一つ選択する。検出器１３０は、自身に接続されるセルのセル電圧値をモニタできるが、自身に接続されていないセルのセル電圧値をモニタできない。

セル電圧検出部１５１〜１５５（図３参照）、セル選択部１５７により選択されるモニタ対象のセル電圧値のモニタ結果を取得する。一実施形態において、セル電圧検出部１５１〜１５５は、対応するモニタ対象であるセルのセル電圧値のモニタ期間に検出器１３０からのモニタ結果を取り込み、モニタ期間ではないとき、取り込んだ電圧値を保持する回路ブロックである。

選択部１５８は、セル電圧検出部１５１〜１５５により取得されるモニタ結果と、セル選択部１５７の選択結果とを用いて、Ｖ１〜Ｖ５端子の中から端子電流を流す端子を少なくとも一つ選択する。一実施形態において、選択部１５８は、セル電圧検出部１５１〜１５５とセル選択部１５７からの入力に応じて、選択スイッチ１１１〜１１５（図２参照）の各々をオン又はオフさせる選択信号を出力する。

図４は、電池保護回路７０の動作の一例を示すタイミングチャートである。この動作例では、一つの検出器１３０が、各セル電圧値を順番にセル一つずつモニタしている。セル電圧値が検出器１３０によりモニタされているセル及びそのモニタ期間は、図４の最上段で示されている。横軸のｔは、時間を表す。縦軸のＶＳＥＬＬは、セルの正極と負極との間のセル電圧値（又は、Ｖ１〜Ｖ５端子及びＶＳＳ端子のうち隣り合う端子間の電圧値）を表す。縦軸の端子電流ＩＶ１〜ＩＶ５は、それぞれの電流値を表す。このタイミングチャートは、セル３５、セル３４、セル３３、セル３２、セル３１の順に、セル電圧値がセルバランスの閾値Ｖｄｅｔを超えた場合の動作の一例を示す。閾値Ｖｄｅｔは、第１の閾値の一例である。

次に、図２，３を参照して、図４に示される動作について説明する。

検出器１３０は、時分割で各セル電圧値をモニタしている。セル電圧検出部１５１〜１５５は、検出器１３０からセル電圧値を取得し、自身に対応するセルのセル電圧値が閾値Ｖｄｅｔを超えているか否かを検出する。選択部１５８は、閾値Ｖｄｅｔを超えるセル電圧値がモニタされたセルを、セル電圧検出部１５１〜１５５からの信号により特定する。選択部１５８は、特定されたセルの正極に接続され得る接続端子に、端子電流が流れるように、選択スイッチ１１１〜１１５を動作させる選択信号を出力する。電流生成回路１７０は、選択部１５８からの選択信号に従って、Ｖ１〜Ｖ５端子のうち少なくとも一つの端子に端子電流を流す。これにより、セル電圧値が閾値Ｖｄｅｔを超えるセルは、放電される。

放電中のセルの正極及び負極に接続されている端子から入力される電圧は、放電トランジスタの順方向電圧Ｖｆ分低下してしまう。そのため、制御回路１５０は、セル電圧値をモニタするときは、そのモニタ対象の放電を停止することで、セル電圧値の検出精度を向上させる。

例えば、Ｖ４端子に端子電流ＩＶ４が流れると、Ｖ４端子の電圧は、外付けの放電トランジスタ２４のベース−エミッタ間の電圧（順方向電圧Ｖｆ）分、低下する。この場合、セル３５のセル電圧値は、Ｖｆ分大きくモニタされ、セル３４のセル電圧値は、Ｖｆ分小さくモニタされてしまう。そのため、セル３５とセル３４のセル電圧値のモニタ中では、制御回路１５０は、端子電流ＩＶ４を流さないように電流生成回路１７０を制御する。

このように、電流生成回路１７０は、例えば、セル電圧値がモニタされている期間、セル電圧値がモニタされているセルの正極に接続され得る接続端子と、セル電圧値がモニタされているセルの負極に接続され得る接続端子とに、端子電流を流さないようにする。

また、複数のセル３１〜３５全てのセル電圧値が閾値Ｖｄｅｔを超えた場合、図４に示されるように、セル電圧値のバランスがセル３１〜３５間でとれている状態となる。そこで、一実施形態において、制御回路１５０は、複数のセル３１〜３５全てのセル電圧値が閾値Ｖｄｅｔを超えた場合、Ｖ１〜Ｖ５端子全てに端子電流を流さないように、電流生成回路１７０を制御する。これにより、セル３１〜３５全てのセルの放電が停止する。

また、一実施形態において、制御回路１５０のセル電圧検出部１５１〜１５５には、閾値Ｖｄｅｔに比べて小さな解除閾値Ｖｄｅｔ２が、セルバランス制御の解除用に設定されている。解除閾値Ｖｄｅｔ２は、第２の閾値の一例である。

制御回路１５０の選択部１５８は、解除閾値Ｖｄｅｔ２よりも低いセル電圧値がモニタされたセルの正極に接続され得る接続端子に、端子電流を流さないように、電流生成回路１７０の選択スイッチ１１１〜１１５を制御する選択信号を出力する（図４の右側参照）。

したがって、一実施形態によれば、セル電圧値の検出用端子とセルバランスの制御用端子とがＶ１〜Ｖ５端子で兼用されているので、電池保護回路７０の外部接続端子の数が削減され、原価低減が可能となる。また、一つの検出器１３０が時分割でセル電圧値をモニタすることにより、電池保護回路７０のチップサイズの縮小と省電力化が可能となる。また、セルバランス制御時の端子電流は、Ｖ１〜Ｖ５端子から電池保護回路７０の内部電流経路を経由して内部グランド１７１へ流れるので、全ての端子電流は、ＶＳＳ端子から流れ出る。言い換えれば、全ての端子電流は、ＶＳＳ端子以外の端子（具体的には、Ｖ１〜Ｖ５端子）から流れ出ない。したがって、複数のセルを同時に放電することが可能となる。また、各セルのセル電圧値ごとに端子電流の電流値が決まるため、端子電流が、他セルのセル電圧値に影響されることを防ぐことができる。

以上、電池制御回路、電池制御装置及び電池パックを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、二次電池３０に構成されるセルの直列数が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１，２の配置位置は、図示の位置に対して互いに置換されてもよい。

また、充電制御トランジスタ１及び放電制御トランジスタ２がマイナス側電源経路９ｂに挿入された形態に限られず、充電制御トランジスタ１及び放電制御トランジスタ２がプラス側電源経路９ａに挿入されてもよい。

また、放電トランジスタは、バイポーラトランジスタに限られず、ＭＯＳトランジスタ等の他のスイッチング素子でもよい。

１充電制御トランジスタ
２放電制御トランジスタ
１１〜１６，５１〜５５、８１〜８５，９１〜９５抵抗
２０セルバランス回路
２１〜２５放電トランジスタ
３０二次電池
３１〜３５セル
４１〜４６容量素子
７０電池保護回路
８０電池保護装置
９０負荷
１００電池パック
１５０制御回路
１７０電流生成回路
１７１内部グランド

Claims

直列に接続される複数のセルの各セル電圧値のバランスを制御する電池制御回路であって、
前記複数のセルのうち対応するセルの正極に接続され得る複数の接続端子と、
前記電池制御回路の内部グランドに接続され、且つ、前記複数のセルのうち最下段のセルの負極に接続され得るグランド端子と、
前記複数の接続端子の中から、前記内部グランドに前記電池制御回路の内部電流経路を介して接続される接続端子を少なくとも一つ選択する制御回路と、
前記制御回路により選択される接続端子に正極が接続され得る対応セルのセル電圧値に比例して電流値が変わる端子電流を、前記制御回路により選択される接続端子から前記内部電流経路を経由して前記内部グランドに流す電流生成回路とを備え、
前記端子電流に基づいて、前記対応セルの両端に直接接続された放電トランジスタが前記セル電圧値に比例した電流で前記対応セルを放電するよう制御する、電池制御回路。
前記電流生成回路は、第１の閾値を超えるセル電圧値がモニタされたセルの正極に接続され得る接続端子に、前記端子電流を流す、請求項１に記載の電池制御回路。
前記電流生成回路は、前記複数のセル全てのセル電圧値が前記第１の閾値を超えた場合、前記複数の接続端子全てに前記端子電流を流さないようにする、請求項２に記載の電池制御回路。
前記第１の閾値に比べて小さな第２の閾値が設定されており、
前記電流生成回路は、前記第２の閾値よりも低いセル電圧値がモニタされたセルの正極に接続され得る接続端子に、前記端子電流を流さないようにする、請求項２又は３に記載の電池制御回路。
前記電流生成回路は、セル電圧値がモニタされている期間、セル電圧値がモニタされているセルの正極に接続され得る接続端子と、セル電圧値がモニタされているセルの負極に接続され得る接続端子とに、前記端子電流を流さないようにする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池制御回路。
前記制御回路は、
セル電圧値のモニタ対象を前記複数のセルの中から選択するセル選択部と、
前記セル選択部により選択されるモニタ対象のセル電圧値のモニタ結果を取得するセル電圧検出部と、
前記セル電圧検出部により取得されるモニタ結果と、前記セル選択部の選択結果とを用いて、前記複数の接続端子の中から前記端子電流を流す接続端子を少なくとも一つ選択する選択部とを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池制御回路。