KR102067544B1 - 보호 ｉｃ 및 전지 전압 감시 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀군끼리를 직렬 접속한 위치에 있어서의 셀군과 보호 IC 사이의 단선을 검출할 수 있는 보호 IC 및 전지 전압 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
셀군을 복수 직렬 접속하여 사용하는 이차전지 집합체의 각 셀군에 접속되고, 각 셀군의 복수의 셀 각각의 전지 전압을 감시하는 보호 IC(10, 20)로서, 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자와, 셀군의 복수의 셀 각각의 양단 전압을 기준 전압과 비교하여 과전압을 검출하고, 어느 하나의 셀의 과전압을 검출하여 제1 알람 신호를 생성하는 제1 알람 생성부(12)와, 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소를 검출함으로써 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 셀군의 양단과 복수의 단자 사이의 단선을 검출하여 제2 알람 신호를 생성하는 제2 알람 생성부(13)를 가진다.

Description

보호 ＩＣ 및 전지 전압 감시 방법{PROTECTION IC AND BATTERY VOLTAGE MONITORING METHOD}
본 발명은 이차전지의 전지 전압을 감시하는 보호 IC 및 전지 전압 감시 방법에 관한 것이다.
최근, 이차전지로서 리튬 이온 전지가 디지털 카메라 등 휴대 기기에 탑재되고 있다. 리튬 이온 전지는 과충전 및 과방전에 약하기 때문에, 과충전의 보호 회로 즉 보호 IC(집적 회로)를 구비하는 것이 필수로 되어 있다.
복수의 리튬 이온 전지의 셀을 직렬 접속하여 사용하는 경우, 보호 IC에서는 각각의 리튬 이온 전지의 과충전 전압 검출을 적절하게 실시하기 위해서는, 각 셀과 보호 IC 사이의 접속에 단선이 있어서는 안되고, 단선이 있었던 경우에는 정확한 과충전 전압 검출을 할 수 없게 되어, 충전 금지 등의 제어가 필요하게 된다.
그런데, 단선 검출을 행할 때에 정상 상태에서 각 전압 감시 회로를 경유하여 흐르는 소비 전류보다 큰 검출용 전류를 각 셀과 전압 감시 회로 사이의 접속선에 흘리고, 다이오드는 단선이 발생하면 대응하는 셀의 정측, 부측 접속선 사이의 전위 관계를 반전시키도록 검출용 전류가 흐르는 경로를 변화시키고, 반전 검출 회로는 그 전위 관계의 반전을 검출하여 단선 검출 신호를 출력하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
또, 전지 팩의 전극 단자와 전지 전압 감시 회로의 전원 단자의 접속부의 단선을 검출하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2009-95222호 일본 공개특허공보 2012-98238호
복수의 리튬 이온 전지의 셀을 직렬 접속하여 1개의 셀군으로 하고, 복수의 셀군을 직렬 접속하여 사용하는 경우, 셀군끼리를 직렬 접속한 위치에 있어서의 셀군과 보호 IC 사이의 단선 검출을 할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 셀군끼리를 직렬 접속한 위치에 있어서의 셀군과 보호 IC 사이의 단선을 검출할 수 있는 보호 IC 및 전지 전압 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시태양에 따른 보호 IC는 이차전지의 셀이 복수 직렬 접속된 셀군(CL1~CL4, CL21~CL24)을 복수 직렬 접속하여 사용하는 이차전지 집합체의 각 셀군에 접속되고, 상기 각 셀군의 복수의 셀 각각의 전지 전압을 감시하는 보호 IC(10, 20)로서,
상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자(VDD, V4~V1, VSS)와,
상기 셀군의 복수의 셀 각각의 양단 전압을 기준 전압과 비교하여 과전압을 검출하고, 어느 하나의 셀의 과전압을 검출하여 제1 알람 신호를 생성하는 제1 알람 생성부(12)와,
상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소를 검출함으로써 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단과 상기 복수의 단자 사이의 단선을 검출하여 상기 제2 알람 신호를 생성하는 제2 알람 생성부(13)를 가진다.
바람직하게는, 상기 제2 알람 생성부는,
상기 셀군의 일단에 접속된 단자에 저항을 통하여 드레인이 접속되고, 상기 셀군의 타단에 접속된 단자에 정전류원을 통하여 소스가 접속되고, 게이트가 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단에 접속되고, 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소에 의해, 드레인 전류를 감소시키는 복수의 제1 트랜지스터(M2~M5)와,
상기 셀군의 양단에 접속된 단자 사이에 종으로 쌓여 있고, 게이트가 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인 전류의 감소에 의해 오프가 되는 복수의 제2 트랜지스터(M6~M9)와,
상기 복수의 제2 트랜지스터의 어느 하나의 오프에 의해 알람 신호를 생성하는 제2 논리 회로(CM5)를 가진다.
바람직하게는, 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자 사이를 다이오드(D1~D8)로 접속한다.
바람직하게는, 테스트 모드시에 상기 제2 알람 생성부에 동작 전류를 공급하는 스위치(S1~S11)를 설치한다.
본 발명의 일 실시태양에 따른 전지 전압 감시 방법은, 이차전지의 셀이 복수 직렬 접속된 셀군을 복수 직렬 접속하여 사용하는 이차전지 집합체의 각 셀군에 접속되고, 상기 각 셀군의 복수의 셀 각각의 전지 전압을 감시하는 전지 전압 감시 방법으로서,
상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자를 설치하고,
상기 셀군의 복수의 셀 각각의 양단 전압을 기준 전압과 비교하여 과전압을 검출하고, 어느 하나의 셀의 과전압을 검출하여 제1 알람 신호를 생성하고,
상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소를 검출함으로써 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단과 상기 복수의 단자 사이의 단선을 검출하여 상기 제2 알람 신호를 생성한다.
바람직하게는, 상기 제2 알람 생성은,
상기 셀군의 일단에 접속된 단자에 저항을 통하여 복수의 제1 트랜지스터의 드레인을 접속하고, 상기 셀군의 타단에 접속된 단자에 정전류원을 통하여 상기 복수의 제1 트랜지스터의 소스를 접속하고, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 게이트를 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단에 접속하고, 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소에 의해, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인 전류를 감소시키고,
상기 셀군의 양단에 접속된 단자 사이에 복수의 제2 트랜지스터를 종으로 쌓고, 상기 복수의 제2 트랜지스터의 게이트를 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인에 접속하고, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인 전류의 감소에 의해 상기 복수의 제2 트랜지스터를 오프시키고,
상기 복수의 제2 트랜지스터의 어느 하나의 오프에 의해 알람 신호를 생성한다.
바람직하게는, 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자 사이를 다이오드로 접속한다.
바람직하게는, 테스트 모드시에 상기 제2 알람 생성부에 동작 전류를 공급한다.
또한, 상기 괄호 내의 참조 부호는 이해를 용이하게 하기 위해서 붙인 것이며, 일례에 지나지 않고, 도시의 태양에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 셀군끼리를 직렬 접속한 위치에 있어서의 셀군과 보호 IC 사이의 단선을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 보호 IC의 일 실시형태의 회로 구성도이다.
도 2는 테스트 모드시에 보호 IC에 흐르는 전류를 나타내는 도면이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
<회로 구성>
도 1은 본 발명의 보호 IC의 일 실시형태의 회로 구성도를 나타낸다. 도 1에 있어서, 이차전지인 리튬 이온 전지의 셀(CL1~CL4)은 직렬 접속되어 제1 셀군을 구성하고, 또, 리튬 이온 전지의 셀(CL21~CL24)은 직렬 접속되어 제2 셀군을 구성하고 있으며, CL4와 셀(CL21)은 직렬 접속되어 이차전지 집합체를 구성하고 있다.
셀(CL1)의 정극은 퓨즈(F1) 및 저항(R1)을 통하여 보호 IC(10)의 단자(VDD)에 접속되고, 셀(CL4)의 부극은 셀(CL21)의 정극과 접속됨과 아울러, 퓨즈(F21)의 일단에 접속되어 있다. 퓨즈(F21)의 타단은 보호 IC(10)의 단자(VSS)에 접속됨과 아울러, 저항(R41)을 통하여 보호 IC(20)의 단자(VDD)에 접속되어 있다.
퓨즈(F1)와 저항(R1)의 접속점과 보호 IC(10)의 단자(VSS) 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z1)가 접속되고, 퓨즈(F1)와 저항(R1)의 접속점은 저항(R2)을 통하여 보호 IC(10)의 단자(V4)에 접속되어 있다. 셀(CL1, CL2)의 접속점은 저항(R3, R4)을 통하여 보호 IC(10)의 단자(V3)에 접속되고, 셀(CL2, CL3)의 접속점은 저항(R5, R6)을 통하여 보호 IC(10)의 단자(V2)에 접속되고, 셀(CL3, CL4)의 접속점은 저항(R7, R8)을 통하여 보호 IC(10)의 단자(V1)에 접속되어 있다. 저항(R1, R2)의 접속점과 저항(R3, R4)의 접속점 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z2)가 접속되고, 저항(R3, R4)의 접속점과 저항(R5, R6)의 접속점 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z3)가 접속되고, 저항(R5, R6)의 접속점과 저항(R7, R8)의 접속점 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z4)가 접속되고, 저항(R7, R8)의 접속점과 보호 IC(10)의 단자(VSS) 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z5)가 접속되어 있다.
보호 IC(10)의 단자(VDD, VSS)는 정부의 전원 단자이며, 보호 IC(10)의 단자(V4, V3, V2, V1)는 전압 검출용 단자이다. 보호 IC(10)의 단자(VDD)는 캐패시터(C1, C2)를 통하여 보호 IC(10)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R1)과 캐패시터(C1, C2)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(10)의 단자(V4)는 캐패시터(C3, C4)를 통하여 보호 IC(10)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R2)과 캐패시터(C3, C4)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(10)의 단자(V3)는 캐패시터(C5, C6)를 통하여 보호 IC(10)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R3, R4)과 캐패시터(C5, C6)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(10)의 단자(V2)는 캐패시터(C7, C8)를 통하여 보호 IC(10)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R5, R6)과 캐패시터(C7, C8)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(10)의 단자(V1)는 캐패시터(C9, C10)를 통하여 보호 IC(10)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R7, R8)과 캐패시터(C9, C10)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다.
셀(CL21)의 정극은 퓨즈(F21) 및 저항(R41)을 통하여 보호 IC(20)의 단자(VDD)에 접속되고, 셀(CL24)의 부극은 보호 IC(20)의 단자(VSS)에 접속되어 있다. 퓨즈(F21)와 저항(R41)의 접속점과 보호 IC(20)의 단자(VSS) 사이에는 보호용의 제너 다이오드(Z21)가 접속되고, 퓨즈(F21)와 저항(R41)의 접속점은 저항(R42)을 통하여 보호 IC(20)의 단자(V4)에 접속되어 있다. 셀(CL21, CL22)의 접속점은 저항(R43, R44)을 통하여 보호 IC(20)의 단자(V3)에 접속되고, 셀(CL22, CL23)의 접속점은 저항(R45, R46)을 통하여 보호 IC(20)의 단자(V2)에 접속되고, 셀(CL23, CL24)의 접속점은 저항(R47, R48)을 통하여 보호 IC(20)의 단자(V1)에 접속되어 있다. 저항(R41, R42)의 접속점과 저항(R43, R44)의 접속점 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z22)가 접속되고, 저항(R43, R44)의 접속점과 저항(R45, R46)의 접속점 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z23)가 접속되고, 저항(R45, R46)의 접속점과 저항(R47, R48)의 접속점 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z24)가 접속되고, 저항(R47, R48)의 접속점과 보호 IC(20)의 단자(VSS) 사이에는 정전 보호용의 제너 다이오드(Z25)가 접속되어 있다.
보호 IC(20)의 단자(VDD, VSS)는 정부의 전원 단자이며, 보호 IC(20)의 단자(V4, V3, V2, V1)는 전압 검출용 단자이다. 보호 IC(20)의 단자(VDD)는 캐패시터(C21, C22)를 통하여 보호 IC(20)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R41)과 캐패시터(C21, C22)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(20)의 단자(V4)는 캐패시터(C23, C24)를 통하여 보호 IC(20)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R42)과 캐패시터(C23, C24)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(20)의 단자(V3)는 캐패시터(C25, C26)를 통하여 보호 IC(20)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R43, R44)과 캐패시터(C25, C26)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(20)의 단자(V2)는 캐패시터(C27, C28)를 통하여 보호 IC(20)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R45, R46)과 캐패시터(C27, C28)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다. 보호 IC(20)의 단자(V1)는 캐패시터(C29, C30)를 통하여 보호 IC(20)의 단자(VSS)에 접속되고, 저항(R47, R48)과 캐패시터(C29, C30)는 노이즈 제거용의 필터를 구성하고 있다.
<단자 보호부의 구성>
보호 IC(10, 20)는 셀군을 구성하는 복수의 셀 각각의 전지 전압을 감시하는 반도체 집적 회로이다. 보호 IC(10)는 단자 보호부(11), 과충전 검출부(12), 단선 검출부(13)를 가지고 있다. 보호 IC(20)는 단자 보호부(21), 과충전 검출부(22), 단선 검출부(23)를 가지고 있다. 보호 IC(10)와 보호 IC(20)는 동일 구성이므로, 보호 IC(20) 내의 전자 부품에는 보호 IC(10)와 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
단자 보호부(11)에 있어서, n채널 MOS 트랜지스터(M1)는 소스와 게이트가 단자(VSS)에 접속되고, 드레인이 단자(VDD)에 접속되어 있다. 다이오드(D1)는 단자(V4, VDD) 사이를 순방향으로 접속하고, 다이오드(D2)는 단자(VSS, V4) 사이를 순방향으로 접속하고 있다. 다이오드(D3)는 단자(V3, VDD) 사이를 순방향으로 접속하고, 다이오드(D4)는 단자(VSS, V3) 사이를 순방향으로 접속하고 있다. 다이오드(D5)는 단자(V2, VDD) 사이를 순방향으로 접속하고, 다이오드(D6)는 단자(VSS, V2) 사이를 순방향으로 접속하고 있다. 다이오드(D7)는 단자(V1, VDD) 사이를 순방향으로 접속하고, 다이오드(D8)는 단자(VSS, V1) 사이를 순방향으로 접속하고 있다. 단자(V4, V3, V2, V1, VSS) 각각은 저항(R11, R14, R17, R20, R22)을 통하여 과충전 검출부(12) 및 단선 검출부(13) 각각에 접속되어 있다.
여기서, 예를 들면 단자(VDD)에 순간적으로 높은 전압의 노이즈가 들어간 경우, MOS 트랜지스터(M1)가 브레이크 다운함으로써 단자(VDD)의 보호가 행해진다. 또, 단자(V4)에 순간적으로 높은 전압의 노이즈가 들어간 경우, 이 노이즈는 다이오드(D1)를 통과하여 MOS 트랜지스터(M1)에 인가되고, MOS 트랜지스터(M1)의 브레이크 다운으로 단자(V4)의 보호가 행해진다.
<과충전 검출부의 구성>
과충전 검출부(12)에 있어서, 단자(V4, V3)에 접속된 저항(R11, R14)의 타단은 저항(R12, R13)으로 접속되고, 저항(R12, R13)의 접속점은 콤퍼레이터(CM1)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 또, 저항(R11, R14)의 타단은 정전류원(D1) 및 제너 다이오드(Z6)로 접속되고, 정전류원(D1)과 제너 다이오드(Z6)의 접속점은 콤퍼레이터(CM1)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 콤퍼레이터(CM1)는 단자(V3, V4) 사이 전압을 저항(R12, R13)으로 분압한 분압 전압을, 제너 다이오드(Z6)에서 발생한 기준 전압과 비교하여, 분압 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 하이 레벨의 검출 신호를 생성하여 오어 회로(OR1)에 공급한다.
단자(V3, V2)에 접속된 저항(R14, R17)의 타단은 저항(R15, R16)으로 접속되고, 저항(R15, R16)의 접속점은 콤퍼레이터(CM2)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 또, 저항(R14, R17)의 타단은 정전류원(D2) 및 제너 다이오드(Z7)로 접속되고, 정전류원(D2)과 제너 다이오드(Z7)의 접속점은 콤퍼레이터(CM2)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 콤퍼레이터(CM2)는 단자(V2, V3) 사이 전압을 저항(R15, R16)으로 분압한 분압 전압을, 제너 다이오드(Z7)에서 발생한 기준 전압과 비교하여, 분압 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 하이 레벨의 검출 신호를 생성하여 오어 회로(OR1)에 공급한다.
단자(V2, V1)에 접속된 저항(R17, R20)의 타단은 저항(R18, R19)으로 접속되고, 저항(R18, R19)의 접속점은 콤퍼레이터(CM3)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 또, 저항(R17, R20)의 타단은 정전류원(D3) 및 제너 다이오드(Z8)로 접속되고, 정전류원(D3)과 제너 다이오드(Z8)의 접속점은 콤퍼레이터(CM3)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 콤퍼레이터(CM3)는 단자(V1, V2) 사이 전압을 저항(R18, R19)으로 분압한 분압 전압을, 제너 다이오드(Z8)에서 발생한 기준 전압과 비교하여, 분압 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 하이 레벨의 검출 신호를 생성하여 오어 회로(OR1)에 공급한다.
단자(V1, VSS)에 접속된 저항(R20, R23)의 타단은 저항(R21, R22)으로 접속되고, 저항(R21, R22)의 접속점은 콤퍼레이터(CM4)의 비반전 입력 단자에 접속되어 있다. 또, 저항(R20, R23)의 타단은 정전류원(D4) 및 제너 다이오드(Z9)로 접속되고, 정전류원(D4)과 제너 다이오드(Z9)의 접속점은 콤퍼레이터(CM4)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 콤퍼레이터(CM4)는 단자(VSS, V1) 사이 전압을 저항(R21, R22)으로 분압한 분압 전압을, 제너 다이오드(Z9)에서 발생한 기준 전압과 비교하여, 분압 전압이 기준 전압보다 높은 경우에 하이 레벨의 검출 신호를 생성하여 오어 회로(OR1)에 공급한다.
오어 회로(OR1)는 콤퍼레이터(CM1~CM4)의 어느 하나로부터 하이 레벨의 신호가 공급되면, 하이 레벨의 과충전 알람 신호를 생성하여 단자(14)로부터 도시하지 않는 제어 로직에 공급한다. 또한, 제어 로직에서는 하이 레벨의 과충전 알람 신호가 공급되면, 충전을 금지한다.
<단선 검출부의 구성>
단선 검출부(13)에 있어서, n채널 MOS 트랜지스터(M2)의 게이트는 저항(R11)을 통하여 단자(V4)에 접속되어 있고, MOS 트랜지스터(M2)의 드레인은 스위치(S1) 및 저항(R31)을 통하여 단자(VDD)에 접속되고, 소스는 스위치(S2)를 통하여 정전류원(D5)의 일단에 접속되어 있다. 정전류원(D5)의 타단은 저항(R23)을 통하여 단자(VSS)에 접속되어 있다.
n채널 MOS 트랜지스터(M3)의 게이트는 저항(R14)을 통하여 단자(V3)에 접속되어 있고, MOS 트랜지스터(M3)의 드레인은 스위치(S3) 및 저항(R32)을 통하여 단자(VDD)에 접속되고, 소스는 스위치(S4)를 통하여 정전류원(D6)의 일단에 접속되어 있다. 정전류원(D6)의 타단은 저항(R23)을 통하여 단자(VSS)에 접속되어 있다.
n채널 MOS 트랜지스터(M4)의 게이트는 저항(R17)을 통하여 단자(V2)에 접속되어 있고, MOS 트랜지스터(M4)의 드레인은 스위치(S5) 및 저항(R33)을 통하여 단자(VDD)에 접속되고, 소스는 스위치(S6)를 통하여 정전류원(D7)의 일단에 접속되어 있다. 정전류원(D7)의 타단은 저항(R23)을 통하여 단자(VSS)에 접속되어 있다.
n채널 MOS 트랜지스터(M5)의 게이트는 저항(R20)을 통하여 단자(V1)에 접속되어 있고, MOS 트랜지스터(M5)의 드레인은 스위치(S7) 및 저항(R34)을 통하여 단자(VDD)에 접속되고, MOS 트랜지스터(M5)의 소스는 저항(R23)을 통하여 단자(VSS)에 접속되어 있다.
또, MOS 트랜지스터(M2~M5) 각각의 드레인은 종으로 쌓인 p채널 MOS 트랜지스터(M6, M7, M8, M9) 각각의 게이트에 접속되고, MOS 트랜지스터(M6, M7, M8, M9) 중 최상단의 MOS 트랜지스터(M6)의 소스는 단자(VDD)에 접속되고, 최하단의 MOS 트랜지스터(M9)의 드레인은 스위치(S18)를 통하여 정전류원(D8)의 일단에 접속되어 있다. 정전류원(D8)의 타단은 저항(R23)을 통하여 단자(VSS)에 접속되어 있다. 최상단의 MOS 트랜지스터(M6)의 소스와 최하단의 MOS 트랜지스터(M9)의 드레인에 스위치(S11)의 양단이 접속되어 있다. 여기서, 종으로 쌓인 p채널 MOS 트랜지스터는 일방의 MOS 트랜지스터의 소스를 타방의 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속한 구성이다.
또, MOS 트랜지스터(M9)의 소스는 슈미트 트리거 회로(CM5)의 입력에 접속되어 있다. 슈미터 트리거 회로(CM5)는 MOS 트랜지스터(M6~M9)의 어느 하나가 오프가 되면 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호를 생성하여 단자(15)로부터 도시하지 않는 제어 로직에 공급한다. 또한, 제어 로직에서는 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 공급되면, 충전을 금지한다.
또한, 단자(16)에는 도시하지 않는 제어 로직으로부터 하이 레벨에서 테스트 모드를 지시하는 모드 신호가 공급되어, 스위치(S1~S11)에 공급된다. 모드 신호는 예를 들면 전원 투입시에 수10msec만큼 하이 레벨이 되어 테스트 모드를 지시하고, 이 동안에 단선 검출을 행하여 단선 검출 알람 신호를 생성하고, 도시하지 않는 제어 로직에 공급한다. 이와 같이, 일시적으로 단선 검출을 행하기 때문에, 단선 검출을 위한 소비 전력을 삭감할 수 있다.
스위치(S1~S10)는 하이 레벨의 모드 신호로 온이 되고, 스위치(S11)는 하이 레벨의 모드 신호로 오프가 된다. 모드 신호가 로우 레벨의 통상 모드시에는 스위치(S11)가 온이 되어 슈미터 트리거 회로(CM5)의 입력이 하이 레벨이 되기 때문에 슈미터 트리거 회로(CM5)의 출력은 로우 레벨이 된다.
테스트 모드시에는 스위치(S1~S10)가 온이 되기 때문에, 단선이 없으면, 도 2에 나타내는 바와 같이 전류가 흐른다. 보호 IC(10)에서는 퓨즈(F1), 저항(R1)으로부터 단자(VDD)를 거쳐 저항(R31~R34)에 전류(I1)가 흐르고, 이 전류(I1)가 전류(I2, I3, I4)로 분류한다. 전류(I2)는 저항(R31), 스위치(S1), MOS 트랜지스터(M2), 저항(R14), 단자(V3), 저항(R4, R3)의 경로에서 흐른다. 전류(I3)는 저항(R32), 스위치(S3), MOS 트랜지스터(M3), 저항(R17), 단자(V2), 저항(R6, R5)의 경로에서 흐른다. 전류(I4)는 저항(R33), 스위치(S5), MOS 트랜지스터(M4), 저항(R20), 단자(V1), 저항(R8, R7)의 경로에서 흐른다. 전류(I5)는 저항(R34), 스위치(S7), MOS 트랜지스터(M5), 저항(R23), 단자(VSS)의 경로에서 흐른다.
또, 보호 IC(20)에서는 퓨즈(F21), 저항(R41)으로부터 단자(VDD)를 거쳐 저항(R31~R34)에 전류(I11)가 흐르고, 이 전류(I11)가 전류(I12, I13, I14)로 분류한다. 전류(I12)는 저항(R31), 스위치(S1), MOS 트랜지스터(M2), 저항(R14), 단자(V3), 저항(R4, R3)의 경로에서 흐른다. 전류(I13)는 저항(R32), 스위치(S3), MOS 트랜지스터(M3), 저항(R17), 단자(V2), 저항(R6, R5)의 경로에서 흐른다. 전류(I14)는 저항(R33), 스위치(S5), MOS 트랜지스터(M4), 저항(R20), 단자(V1), 저항(R8, R7)의 경로에서 흐른다. 전류(I15)는 저항(R34), 스위치(S7), MOS 트랜지스터(M5), 저항(R23), 단자(VSS)의 경로에서 흐른다.
<단선 검출 없음>
여기서, 셀(CL1~CL4)의 제1 셀군과 보호 IC(10)의 접속으로 단선을 검출하고자 하는 부위는, 셀(CL1~CL4)과, 퓨즈(F1), 저항(R3, R5, R7)의 접속점인 A점, B점, C점, D점이다. 또, 셀(CL21~CL24)의 제2 셀군과 보호 IC(20)의 접속으로 단선을 검출하고자 하는 부위는, 셀(CL21~CL24)과, 퓨즈(F21), 저항(R43, R45, R47), 단자(VSS)의 접속점인 E점, F점, G점, H점, I점이다.
A점~I점의 모두에 단선이 없는 경우에는, MOS 트랜지스터 보호 IC(10)의 MOS 트랜지스터(M2~M5)는 온이 되고, MOS 트랜지스터(M6~M9)는 온이 되기 때문에, 단자(15)로부터 로우 레벨이 출력된다.
<단선 검출 A>
A점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(10)의 단자(V3)로부터 제너 다이오드(Z2) 또는 다이오드(D2)를 통과하여 단자(VDD) 및 단자(V4)에 전류가 흘러들어간다. 이 경우, 단자(V4, V3) 사이의 n채널 MOS 트랜지스터(M2)의 게이트 전압보다 소스 전압이 높아지므로, MOS 트랜지스터(M2)가 오프가 된다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전압이 높아지고, MOS 트랜지스터(M6)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M6)는 오프가 된다. 이것에 의해, 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력된다.
<단선 검출 B~D, F~H>
B점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(10)의 단자(V3)로부터 전류(I2)가 흘러나오지 않게 되기 때문에 MOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전류가 정전류원(D5)이 흘리는 전류만이 되어 매우 작아지고 MOS 트랜지스터(M2)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아진다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전압이 높아지고 저항(R31)에서의 전압 강하가 작아지고, MOS 트랜지스터(M6)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M6)는 오프가 된다. 이것에 의해, 보호 IC(10)의 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되게 된다.
C점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(10)의 단자(V2)로부터 전류(I3)가 흘러나오지 않게 되기 때문에 MOS 트랜지스터(M3)의 드레인 전류가 정전류원(D5)이 흘리는 전류만이 되어 매우 작아지고 MOS 트랜지스터(M3)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아진다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M3)의 드레인 전압이 높아지고 저항(R32)에서의 전압 강하가 작아지고, MOS 트랜지스터(M7)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M7)는 오프가 된다. 이것에 의해, 보호 IC(10)의 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되게 된다.
D점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(10)의 단자(V1)로부터 전류(I4)가 흘러나오지 않게 되기 때문에 MOS 트랜지스터(M4)의 드레인 전류가 정전류원(D5)이 흘리는 전류만이 되어 매우 작아지고 MOS 트랜지스터(M4)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아진다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M4)의 드레인 전압이 높아지고 저항(R33)에서의 전압 강하가 작아지고, MOS 트랜지스터(M8)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M8)는 오프가 된다. 이것에 의해, 보호 IC(10)의 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되게 된다.
F점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(20)의 단자(V3)로부터 전류(I12)가 흘러나오지 않게 되기 때문에 MOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전류가 정전류원(D5)이 흘리는 전류만이 되어 매우 작아지고 MOS 트랜지스터(M2)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아진다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전압이 높아지고 저항(R31)에서의 전압 강하가 작아지고, MOS 트랜지스터(M6)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M6)는 오프가 된다. 이것에 의해, 보호 IC(20)의 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되게 된다.
G점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(20)의 단자(V2)로부터 전류(I13)가 흘러나오지 않게 되기 때문에 MOS 트랜지스터(M3)의 드레인 전류가 정전류원(D5)이 흘리는 전류만이 되어 매우 작아지고 MOS 트랜지스터(M3)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아진다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M3)의 드레인 전압이 높아지고 저항(R32)에서의 전압 강하가 작아지고, MOS 트랜지스터(M7)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M7)는 오프가 된다. 이것에 의해, 보호 IC(20)의 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되게 된다.
H점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(20)의 단자(V1)로부터 전류(I14)가 흘러나오지 않게 되기 때문에 MOS 트랜지스터(M4)의 드레인 전류가 정전류원(D5)이 흘리는 전류만이 되어 매우 작아지고 MOS 트랜지스터(M4)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아진다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M4)의 드레인 전압이 높아지고 저항(R33)에서의 전압 강하가 작아지고, MOS 트랜지스터(M8)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M8)는 오프가 된다. 이것에 의해, 보호 IC(20)의 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되게 된다.
<단선 검출 E>
E점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(20)의 단자(VDD)에 흘러들어가는 전류(I11)는 보호 IC(10)의 단자(VSS)로부터 공급되는 전류(I5)만이 된다. 이 전류(I5)에 대하여 보호 IC(20)의 단자(VDD)에 흘러들어가는 전류(I11)는 충분히 크기 때문에, 단자(V3)의 전압에 대하여 단자(VDD)의 전압 즉 단자(V4)의 전압은 낮아지고, MOS 트랜지스터(M2)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M2)는 오프가 된다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전압이 높아지고, MOS 트랜지스터(M6)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M6)는 오프가 된다. 이것에 의해, 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력된다.
이렇게 하여, 셀군끼리를 직렬 접속한 위치인 E점에 있어서의 셀군과 보호 IC 사이의 단선을 검출할 수 있다.
<단선 검출 I>
I점에서 단선이 발생한 경우, 보호 IC(20)의 전류(I15)는 제너 다이오드(Z25) 또는 다이오드(D8)를 통과하여 H점에 흘러들어간다. 이 때문에, 보호 IC(20)의 단자(V1)의 전압은 단자(VSS)의 전압보다 다이오드 1개의 순방향 전압 강하분만큼 높아지므로, MOS 트랜지스터(M5)가 오프가 된다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M5)의 드레인 전압이 높아지고, MOS 트랜지스터(M9)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M9)는 오프가 된다. 이것에 의해, 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력된다.
<셀 쇼트 검출>
예를 들면 셀(CL2)의 양단 사이가 쇼트하는 셀 쇼트가 발생한 경우, V3 단자와 V2 단자 사이의 전압이 0V가 된다. 이 경우는 MOS 트랜지스터(M3)가 오프가 된다. 이 때문에, MOS 트랜지스터(M3)의 드레인 전압이 높아지고, MOS 트랜지스터(M7)의 게이트·소스간 전압(Vgs)이 작아지고 MOS 트랜지스터(M7)는 오프가 된다. 이것에 의해, 단자(15)로부터 하이 레벨의 단선 검출 알람 신호가 출력되고, 셀 쇼트의 검출을 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 제1 셀군과 제2 셀군을 직렬 접속하고 있지만, 3개 이상의 셀군을 직렬 접속하는 구성이라도, 각 셀군의 A점으로부터 I점까지의 단선 검출을 행할 수 있으며, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
CL1~CL4, CL21~CL24…셀
10, 20…보호 IC
11, 21…단자 보호부
12, 22…과충전 검출부
13, 23…단선 검출부
C1~C30…캐패시터
CM1~CM4…콤퍼레이터
CM5…슈미터 트리거 회로
D1~D8…다이오드
F1, F21…퓨즈
M1~M9…MOS 트랜지스터
R1~R48…저항
Z1~Z25…제너 다이오드

Claims (8)

  1. 이차전지의 셀이 복수 직렬 접속된 셀군을 복수 직렬 접속하여 사용하는 이차전지 집합체의 각 셀군에 접속되고, 상기 각 셀군의 복수의 셀 각각의 전지 전압을 감시하는 보호 IC로서,
    상기 셀과 병렬로 접속되어 상기 셀의 양단 전압을 분압하는 분압 저항으로 분압된 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 셀의 과충전을 검출하는 과충전 검출부와,
    상기 셀과 상기 보호 IC 사이의 단선을 검출하는 단선 검출부를 가지고,
    상기 단선 검출부는
    테스트 모드시에 상기 복수의 셀의 정극측 최대 전위 노드와 상기 복수의 셀의 각각의 부극 사이에 각각 전류 경로를 설정하는 전류 경로 설정부와,
    단선시에 상기 최대 전위 노드로부터 상기 복수의 셀의 각각의 부극으로 유입하는 전류가 차단되는 것에 의한 상기 전류 경로 내의 전류값 저하에 기초하여 단선을 검출하는 전류 검출부를 가지는 것을 특징으로 하는 보호 IC.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단선 검출부는,
    상기 셀군의 일단에 접속된 단자에 저항을 통하여 드레인이 접속되고, 상기 셀군의 타단에 접속된 단자에 정전류원을 통하여 소스가 접속되고, 게이트가 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단에 접속되고, 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소에 의해, 드레인 전류를 감소시키는 복수의 제1 트랜지스터,
    상기 셀군의 양단에 접속된 단자 사이에 종으로 쌓여 있고, 게이트가 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인 전류의 감소에 의해 오프가 되는 복수의 제2 트랜지스터,
    상기 복수의 제2 트랜지스터의 어느 하나의 오프에 의해 알람 신호를 생성하는 논리 회로를 가지는 것을 특징으로 하는 보호 IC.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자 사이를 다이오드로 접속한 단자 보호부를 가지는 것을 특징으로 하는 보호 IC.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트 모드시에 상기 단선 검출부에 동작 전류를 공급하는 스위치를 설치한 것을 특징으로 하는 보호 IC.
  5. 이차전지의 셀이 복수 직렬 접속된 셀군을 복수 직렬 접속하여 사용하는 이차전지 집합체의 각 셀군의 복수의 셀 각각의 전지 전압을 감시하는 전지 전압 감시 방법으로서,
    상기 셀과 병렬로 접속되어 상기 셀의 양단 전압을 분압하는 분압 저항으로 분압된 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 셀의 과충전을 검출하고,
    테스트 모드시에 상기 복수의 셀의 정극측 최대 전위 노드와 상기 복수의 셀의 각각의 부극 사이에 각각 전류 경로를 설정하고, 단선시에 상기 최대 전위 노드로부터 상기 복수의 셀의 각각의 부극으로 유입하는 전류가 차단되는 것에 의한 상기 전류 경로 내의 전류값 저하에 기초하여 상기 셀과 보호 IC 사이의 단선을 검출하는 것을 특징으로 하는 전지 전압 감시 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 셀과 상기 보호 IC 사이의 단선을 검출하는 것은,
    상기 셀군의 일단에 접속된 단자에 저항을 통하여 복수의 제1 트랜지스터의 드레인을 접속하고, 상기 셀군의 타단에 접속된 단자에 정전류원을 통하여 상기 복수의 제1 트랜지스터의 소스를 접속하고, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 게이트를 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단에 접속하고, 상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 일단의 전압의 저하 또는 전류의 감소에 의해, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인 전류를 감소시키고,
    상기 셀군의 양단에 접속된 단자 사이에 복수의 제2 트랜지스터를 종으로 쌓고, 상기 복수의 제2 트랜지스터의 게이트를 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인에 접속하고, 상기 복수의 제1 트랜지스터의 드레인 전류의 감소에 의해 상기 복수의 제2 트랜지스터를 오프시키고,
    상기 복수의 제2 트랜지스터의 어느 하나의 오프에 의해 알람 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전지 전압 감시 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 셀군의 복수의 셀의 접속점 및 상기 셀군의 양단에 접속되는 복수의 단자 사이를 다이오드로 접속한 것을 특징으로 하는 전지 전압 감시 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트 모드시에 상기 셀과 상기 보호 IC 사이의 단선을 검출하기 위한 동작 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 전지 전압 감시 방법.
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