WO2018083851A1 - 電圧検出装置 - Google Patents

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WO2018083851A1
WO2018083851A1 PCT/JP2017/028259 JP2017028259W WO2018083851A1 WO 2018083851 A1 WO2018083851 A1 WO 2018083851A1 JP 2017028259 W JP2017028259 W JP 2017028259W WO 2018083851 A1 WO2018083851 A1 WO 2018083851A1
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WO
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voltage
charge pump
pump circuit
detection
value
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/028259
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English (en)
French (fr)
Inventor
幸拓 朝長
一隆 本多
Original Assignee
株式会社デンソー
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a voltage detection device that detects a voltage applied to an input node.
  • voltage detection devices that detect the voltage of lithium-ion batteries, such as voltage detection devices that require extremely high voltage detection accuracy, and that require high functional safety, can detect faults with high accuracy. It is necessary to have the function to do.
  • a voltage detection device includes, for example, a charge pump circuit that generates a boosted voltage for driving a switch used in a multiplexer that selects a battery cell to be detected.
  • Patent Document 1 discloses a method for detecting a failure in a charge pump circuit that generates a boosted voltage for driving a buffer amplifier that inputs a voltage of a battery cell.
  • a switch for bypassing the charge pump circuit is provided, and the failure of the charge pump circuit is detected based on the difference between the output of the buffer amplifier when the switch is turned on and the output of the buffer amplifier when the switch is turned off.
  • An object of the present disclosure is to provide a voltage detection device that can accurately detect a failure of a charge pump circuit.
  • the voltage detection device detects a voltage applied to an input node, and includes a switching element interposed in series in a path from the input node to a voltage detection circuit that detects the voltage, and an input And a charge pump circuit for generating a boosted voltage for boosting the voltage to drive the switching element on.
  • the charge pump circuit when the charge pump circuit completely fails, the charge pump circuit cannot generate a boosted voltage. Then, since the switching element cannot be turned on, voltage detection by the voltage detection circuit cannot be performed.
  • the detected value of the voltage by the voltage detection circuit is a value that is significantly different from that in the normal state, so that a failure can be easily detected.
  • the charge pump circuit when the charge pump circuit is in a semi-failed state, the boosted voltage generated by the charge pump circuit is lower than desired. Therefore, although the switching element cannot be sufficiently turned on, the switching element is turned on with a high on-resistance. Then, although the voltage detection by the voltage detection circuit is performed, the detection value becomes a value slightly deviated from the normal time, so that it is difficult to set a threshold value for failure determination, and failure cannot be detected easily.
  • the voltage detection device further includes a boosting capability reduction unit and a failure detection unit.
  • the boosting capability reduction unit executes a capability reduction operation that reduces the boosting capability of the charge pump circuit.
  • the boosted voltage generated is lower than the desired voltage. That is, reducing the boosting capability of the charge pump circuit means shifting the charge pump circuit to the failure state side. Therefore, if the boosting capability lowering operation is performed on the charge pump circuit in a semi-failure state, the boosted voltage generated by the charge pump circuit is further reduced.
  • the switching element cannot be turned on, or can be turned on only when the on-resistance is higher. Then, the value of the detection voltage output from the voltage detection circuit is a value greatly deviated from the normal time.
  • the failure detection unit includes a first detection value that is a value of a detection voltage output from the voltage detection circuit and a capability reduction operation during a period when the capability reduction operation by the boosting capability reduction unit is not performed.
  • the failure of the charge pump circuit is detected based on the second detection value output from the voltage detection circuit during the period in which is executed.
  • the first detection value and the second detection value are greatly different. Therefore, the failure detection unit can easily detect a failure of the charge pump circuit based on the first detection value and the second detection value. Therefore, according to the above configuration, an excellent effect that a failure of the charge pump circuit can be detected with high accuracy can be obtained.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a timing chart schematically showing the current control signal, the output voltage of the charge pump circuit, and the cell detection voltage according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart schematically showing the clock signal, the output voltage of the charge pump circuit, and the cell detection voltage according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a timing chart schematically showing the current control signal, the output voltage of the charge pump circuit, and the cell detection voltage according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart schematically showing
  • FIG. 6 is a timing chart schematically showing the clock signal, the output voltage of the charge pump circuit, and the cell detection voltage according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a specific configuration of the charge pump circuit according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a timing chart schematically showing the capacitance switching signal, the output voltage of the charge pump circuit, and the cell detection voltage according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the configuration of the voltage detection device according to the sixth embodiment.
  • the assembled battery 1 has a configuration in which a plurality of battery cells 2 (1, 2, 3,...) That are secondary batteries such as lithium ion batteries are connected in series.
  • the battery monitoring IC 3 that monitors the voltage of the battery cell 2 includes connection terminals 4N (1, 2, 3,%) Corresponding to the low-potential side terminals of the battery cells 2, and each connection terminal 4N includes a discharge resistance element 5. (1, 2, 3,...) Are connected to the low potential side terminals of the corresponding battery cells 2, respectively.
  • the high potential side terminal of the battery cell 2 (1) is the same as the upper potential side, that is, the low potential side terminal of the battery cell 2 (2) on the high voltage side. If the connection terminal corresponding to is 4P, the connection terminal 4P (1) corresponds to the connection terminal 4N (2).
  • a series circuit of a resistance element 6 (1, 2, 3,%) And a capacitor 7 (1, 2, 3,%) Is connected to the high potential side terminal and the low potential side terminal of each battery cell 2, These constitute the RC filter 8 (1, 2, 3,).
  • filter connection terminals 9 (1, 2, 3,...) are provided between the connection terminals 4N corresponding to the respective battery cells 2.
  • the filter connection terminal 9 is connected to an output terminal of an RC filter 8 which is a common connection point of the resistance element 6 and the capacitor 7.
  • the connection terminal 4N and the filter connection terminal 9 correspond to input nodes.
  • the battery monitoring IC 3 includes a voltage detection circuit 10, a control device 11, and a drive circuit 12.
  • the filter connection terminal 9 and the connection terminal 4N corresponding to each battery cell 2 are connected to the voltage detection circuit 10 via the switch 13 (1, 2, 3,...) And the switch 14 (1, 2, 3,. Commonly connected to input terminals.
  • the switches 13 and 14 correspond to switching elements that are interposed in series in a path from the connection terminal 4N and the filter connection terminal 9 to the voltage detection circuit 10.
  • the control device 11 drives the switches 13 and 14 via the drive circuit 12.
  • the control device 11 controls on / off of the switches 13 and 14 to cause the voltage detection circuit 10 to individually detect the voltage of each battery cell 2.
  • the detection voltage (cell detection voltage) indicating the detection result of the voltage by the voltage detection circuit 10 is given to the control device 11.
  • the switches 13 and 14 are configured by, for example, N-channel MOS transistors. Therefore, in order to turn on the switches 13 and 14, it is necessary to give the gate a voltage higher than the drain voltage of the transistor, that is, the voltage of each battery cell 2. Therefore, the battery monitoring IC 3 includes a charge pump circuit 15 that generates a boosted voltage for turning on the switches 13 and 14.
  • the charge pump circuit 15 has a known configuration including two diodes D1 and D2 and two capacitors C1 and C2.
  • An input voltage Vi inputted to the battery monitoring IC 3 through the power supply terminal 16 is given to the input terminal Pi of the charge pump circuit 15.
  • the charge pump circuit 15 boosts and outputs the input voltage Vi.
  • the output voltage Vo output through the output terminal Po of the charge pump circuit 15 is given to the drive circuit 12.
  • the clock signal CLK and CLK bar for operating the charge pump circuit 15 are generated by the clock generator 17.
  • the clock signal CLK bar is an inverted signal of the clock signal CLK. In FIG. 1 and the like, “ ⁇ ” is added to the top of CLK.
  • the clock generation device 17 operates by receiving a power supply voltage from the power supply device 18. Operations of the clock generation device 17 and the power supply device 18 are controlled by the control device 11.
  • the clock generation device 17 generates a clock signal CLK, CLK bar having a voltage level Vclk corresponding to the power supply voltage supplied from the power supply device 18 and having a predetermined frequency fCHG.
  • the battery monitoring IC 3 includes a boost capability reduction unit 19 that executes a capability reduction operation that reduces the boost capability of the charge pump circuit 15.
  • the boosting amount ⁇ V (hereinafter referred to as charge pump voltage ⁇ V) by the charge pump circuit 15 can be expressed by the following equation (1) when the voltage drop due to the diodes D1 and D2 is ignored.
  • the output current of the charge pump circuit 15 is Iout
  • the capacitance of the capacitor C2 provided in the final stage of the charge pump circuit 15 is C.
  • ⁇ V Vclk ⁇ (Iout / (fCHG ⁇ C)) (1)
  • the step-up capability reduction unit 19 of the present embodiment is configured to reduce the step-up capability of the charge pump circuit 15 using the method (a).
  • the boosting capability reduction unit 19 includes a current variable unit 20 that varies the output current Iout of the charge pump circuit 15 and a control device 11 that controls the operation of the current variable unit 20.
  • the current variable unit 20 is configured by a series circuit of a constant current source 21 and a switch 22.
  • One terminal of the series circuit is connected to the output terminal Po of the charge pump circuit 15, and the other terminal is connected to the reference potential terminal 23.
  • the reference potential terminal 23 is a terminal to which the reference potential of the circuit is applied, and is connected to, for example, the low potential side terminal of the battery cell 2 at the lowest stage of the assembled battery 1.
  • the on / off of the switch 22 is controlled based on the current control signal Sa output from the control device 11.
  • the switch 22 is turned on (ON) when the current control signal Sa is at a high level (H level), and is turned off (OFF) when the current control signal Sa is at a low level (L level).
  • the output current Iout of the charge pump circuit 15 becomes a steady value. That is, the period in which the switch 22 is off corresponds to a period in which the output current Iout is not increased and the capability reduction operation by the boost capability reduction unit 19 is not executed.
  • the output current Iout of the charge pump circuit 15 is a current value obtained by adding the current value of the constant current source 21 to the steady value, and is a value larger than the steady value. In other words, the period in which the switch 22 is on corresponds to the period in which the output current Iout is increased and the capability reduction operation by the boost capability reduction unit 19 is performed.
  • the controller 11 increases the output current Iout by turning on the switch 22, thereby realizing a capability reduction operation for reducing the boosting capability of the charge pump circuit 15.
  • the current value of the constant current source 21 is set to such a value that a failure determination of the charge pump circuit 15 described later can be performed with a desired accuracy according to the specifications of each circuit, the performance of the control device 11, and the like. .
  • the control device 11 transmits / receives data to / from the external microcomputer 24 via communication.
  • the microcomputer 24 corresponds to a failure detection unit that detects a failure of the charge pump circuit 15.
  • a voltage detection device 25 is configured by the battery monitoring IC 3 and the microcomputer 24.
  • the microcomputer 24 instructs the control device 11 to execute and stop the capability reduction operation by the boosting capability reduction unit 19.
  • the control device 11 transmits data corresponding to the cell detection voltage to the microcomputer 24.
  • the first detection value V1 which is the value of the cell detection voltage obtained during the period when the capability reduction operation by the boosting capability reduction unit 19 is not executed, and the capability reduction operation by the boosting capability reduction unit 19 are executed.
  • the failure of the charge pump circuit 15 is detected based on the second detection value V2, which is the value of the cell detection voltage obtained during a certain period.
  • the microcomputer 24 periodically performs such a detection operation when the voltage detection device 25 is operating. The detection operation may be performed when the voltage detection device 25 is activated.
  • the operation of the above configuration will be described.
  • the value of the cell detection voltage at a predetermined detection timing t1 is Obtained as the first detection value V1.
  • the detection timing t1 among the switches 13 and 14, the switch interposed between the battery cell 2 to be detected and the voltage detection circuit 10 is turned on.
  • the value of the cell detection voltage at the predetermined detection timing t2 is the second detection value. Obtained as V2.
  • the charge pump circuit 15 When the charge pump circuit 15 is normal, the value of the output voltage Vo in the period Ta and the value of the output voltage Vo in the period Tb do not differ greatly. Therefore, when the charge pump circuit 15 is normal, the first detection value V1 (indicated by the symbol A in FIG. 2) and the second detection value V2 (indicated by the symbol A ′ in FIG. 2) are The values are almost the same. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is less than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 15 is normal.
  • the charge pump circuit 15 when the charge pump circuit 15 is in a semi-failure state (minor failure), the value of the output voltage Vo in the period Ta is significantly different from the value of the output voltage Vo in the period Tb. Therefore, when the charge pump circuit 15 is in a semi-failure state, for example, when detecting the voltage at the high potential side terminal of the battery cell 2, the second detection value V2 (indicated by the symbol B ′ in FIG. 2) is the first. It is a value that is greatly reduced as compared to one detection value V1 (shown with reference sign B in FIG. 2). Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 15 has failed.
  • the following effects can be obtained.
  • the charge pump circuit 15 when the charge pump circuit 15 completely fails, the charge pump circuit 15 cannot generate a boosted voltage. As a result, the drive circuit 12 cannot turn on the switches 13 and 14, and voltage detection by the voltage detection circuit 10 cannot be performed.
  • the detection value of the voltage of the battery cell 2 is greatly different from the normal value, such as the cell detection voltage output from the voltage detection circuit 10 is about 0 V, it is easy to detect a failure. Can do.
  • the drive circuit 12 can turn on the switches 13 and 14 in a state in which the on resistance is high, although the switches 13 and 14 cannot be sufficiently turned on. Then, although the voltage detection by the voltage detection circuit 10 is performed, the detection value becomes a value slightly deviated from the normal time, so that it is difficult to set a threshold value for failure determination, and failure cannot be detected easily.
  • a boosting capability reduction unit 19 that performs a capability reduction operation that reduces the boosting capability of the charge pump circuit 15 is provided.
  • the boosting capability of the charge pump circuit 15 is lowered, the boosted voltage generated is lower than the desired voltage. That is, reducing the boosting capability of the charge pump circuit 15 means shifting the charge pump circuit 15 to the failure state side. Therefore, if the boosting capability lowering operation is performed on the charge pump circuit 15 in a semi-failure state, the boosted voltage generated by the charge pump circuit 15 is further reduced.
  • the drive circuit 12 cannot turn on the switches 13 and 14 or can be turned on only when the on-resistance is higher. Then, the value of the detection voltage output from the voltage detection circuit 10 becomes a value greatly deviated from the normal time.
  • the microcomputer 24 has a first detection value V1 that is a value of the detection voltage output from the voltage detection circuit 10 during a period when the capability reduction operation by the boosting capability reduction unit 19 is not executed, and the capability.
  • a failure of the charge pump circuit 15 is detected based on the second detection value V2 output from the voltage detection circuit 10 during the period in which the lowering operation is being performed. In this case, if the charge pump circuit 15 is in a semi-failure state, the first detection value V1 and the second detection value V2 are greatly different values.
  • the microcomputer 24 can easily detect the failure of the charge pump circuit 15 by determining whether or not the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth. Therefore, according to the above configuration, an excellent effect that a failure of the charge pump circuit 15 can be detected with high accuracy is obtained.
  • a configuration for determining the failure of the charge pump circuit 15 a configuration for performing determination based on the output voltage of the charge pump circuit 15 (hereinafter referred to as a comparative example) may be employed.
  • the comparative example has the following problems. That is, the output voltage Vo of the charge pump circuit 15 has fluctuations (ripples) due to the switching operation by the clock signals CLK and CLK bars. Even if an attempt is made to determine a failure by comparing the unstable output voltage Vo having such fluctuations with a threshold value, it is difficult to detect particularly a half-failure state with high accuracy, and the detection accuracy cannot be improved.
  • the cell detection voltage output from the voltage detection circuit 10 does not have a ripple like the output voltage Vo of the charge pump circuit 15. According to this embodiment in which a failure of the charge pump circuit 15 is determined using such a stable cell detection voltage without fluctuation, it is possible to accurately detect a half-failure state or the like. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the detection accuracy for the failure of the charge pump circuit 15 as compared with the comparative example.
  • the battery monitoring IC 32 constituting the voltage detection device 31 of the present embodiment includes a boosting capability reduction unit 33 instead of the boosting capability reduction unit 19 in contrast to the battery monitoring IC 3 of the first embodiment. Is different.
  • the step-up capability reduction unit 33 of the present embodiment is configured to reduce the step-up capability of the charge pump circuit 15 by reducing the method (b) described above, that is, by reducing the frequency fCHG.
  • the step-up capability reduction unit 33 includes a clock generation device 34 and a control device 11 that controls the operation of the clock generation device 34.
  • the clock generation device 34 of the present embodiment has a function of changing the frequency fCHG of the clock signals CLK and CLK bars to be generated, and corresponds to a frequency variable unit.
  • the battery monitoring IC 32 does not include the current variable unit 20 and the reference potential terminal 23.
  • the change of the frequency fCHG of the clock signals CLK and CLK bar is controlled by the control device 11.
  • the control device 11 realizes a capability reduction operation for reducing the frequency fCHG of the clock signals CLK and CLK bars from the steady value, thereby reducing the boosting capability of the charge pump circuit 15. is doing.
  • the amount of decrease in the frequency fCHG may be set to a value at which failure determination can be performed with a desired accuracy according to the specifications of each circuit, etc., like the current value of the constant current source 21 in the first embodiment.
  • the value of the cell detection voltage at the predetermined detection timing t2 is the second detection value V2.
  • the first detection value V1 (indicated by reference sign A in FIG. 4) and the second detection value V2 (reference sign in FIG. 4).
  • a ' is generally the same value. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is less than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 15 is normal.
  • the second detection value V2 (indicated by reference sign B ′ in FIG. 2) is the first detection value V1 (indicated by reference sign B in FIG. 2).
  • the value is significantly lower than that shown in FIG. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 15 has failed.
  • the microcomputer 24 charges by determining whether or not the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth. A failure of the pump circuit 15 can be easily detected. Therefore, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the battery monitoring IC 42 constituting the voltage detection device 41 of the present embodiment includes a boosting capability reduction unit 43 instead of the boosting capability reduction unit 19 with respect to the battery monitoring IC 3 of the first embodiment. Is different.
  • the step-up capability reduction unit 43 of the present embodiment is configured to reduce the step-up capability of the charge pump circuit 15 by reducing the method (c) described above, that is, the voltage level Vclk.
  • the step-up capability reduction unit 43 includes a clock generation device 44 and a control device 11 that controls the operation of the clock generation device 44.
  • the clock generation device 44 of this embodiment has a function of varying the voltage level Vclk of the clock signals CLK and CLK bars to be generated, and corresponds to a voltage variable unit.
  • the battery monitoring IC 42 does not include the current variable unit 20 and the reference potential terminal 23.
  • the change of the voltage level Vclk of the clock signals CLK and CLK bar is controlled by the control device 11.
  • the control device 11 performs the capability reduction operation for reducing the voltage level Vclk of the clock signals CLK and CLK bars from the steady value, thereby reducing the boosting capability of the charge pump circuit 15. Realized. It should be noted that the amount of decrease in the voltage level Vclk may be set to a value at which failure determination can be performed with a desired accuracy according to the specifications of each circuit, as with the current value of the constant current source 21 in the first embodiment. .
  • the value of the cell detection voltage at the predetermined detection timing t2 is the second detection value. Obtained as V2.
  • the first detection value V1 (indicated by reference sign A in FIG. 6) and the second detection value V2 (reference sign in FIG. 6).
  • a ' is generally the same value. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is less than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 15 is normal.
  • the second detection value V2 (indicated by the symbol B ′ in FIG. 6) is the first detection value V1 (indicated by the symbol B in FIG. 6).
  • the value is significantly lower than that shown in FIG. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 15 has failed.
  • the microcomputer 24 charges by determining whether or not the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth. A failure of the pump circuit 15 can be easily detected. Therefore, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the battery monitoring IC 52 constituting the voltage detection device 51 of the present embodiment includes a boosting capability reduction unit 53 instead of the boosting capability reduction unit 19 with respect to the battery monitoring IC 3 of the first embodiment. Is different.
  • the step-up capability reduction unit 53 of the present embodiment is configured to reduce the step-up capability of the charge pump circuit by reducing the method (d) described above, that is, by reducing the capacitance C.
  • the step-up capability reduction unit 53 includes a partial configuration (details will be described later) of the charge pump circuit 54 and a control device 11 that controls the operation thereof.
  • the charge pump circuit 54 of the present embodiment is different from the charge pump circuit 15 in that a capacitor C51 is provided instead of the capacitor C2.
  • the capacitor C51 has a function as a capacitance variable unit that changes its capacitance.
  • the capacitor C51 functioning as the variable capacitance unit corresponds to a part of the configuration of the charge pump circuit 54 described above, and constitutes the boosting capability reduction unit 53 together with the control device 11.
  • the capacitance C of the capacitor C51 is switched based on a capacitance switching signal Sb given from the control device 11. Specifically, the capacitance C of the capacitor C51 is switched so as to be a steady value when the capacitance switching signal Sb is low level and to be a value lower than the steady value when the capacitance switching signal Sb is high level.
  • the capacitor C51 includes a capacitor C52 and a series circuit of a switch S51 and a capacitor C53 connected between terminals of the capacitor C52.
  • the on / off state of the switch S51 is switched according to the capacity switching signal Sb. Specifically, the switch 51 is turned on when the capacitance switching signal Sb is at a low level, and is turned off when it is at a high level.
  • the parallel combined capacity of the capacitors C52 and C53 is set to be approximately the same as the capacity of the capacitor C2 of the charge pump circuit 15. Therefore, when the capacitance switching signal Sb becomes low level and the switch S51 is turned on, the capacitance of the capacitor C51 becomes the same as that of the capacitor C2. On the other hand, when the capacity switching signal Sb becomes high level and the switch S51 is turned off, the capacity of the capacitor C51 becomes smaller than the capacity of the capacitor C2.
  • the control device 11 sets the capacitance switching signal Sb to a high level, thereby reducing the capacitance of the capacitor C51 in the final stage of the charge pump circuit 54 from a steady value.
  • the amount of decrease in the capacitance of the capacitor C51 is set to such a value that the failure determination can be performed with a desired accuracy according to the specifications of each circuit, etc., like the current value of the constant current source 21 in the first embodiment. Good.
  • the first detection value V1 (indicated by reference sign A in FIG. 9) and the second detection value V2 (reference sign in FIG. 9).
  • a ' is generally the same value. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is less than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 54 is normal.
  • the second detection value V2 (indicated by the symbol B ′ in FIG. 9) is the first detection value V1 (indicated by the symbol B in FIG. 9).
  • the value is significantly lower than that shown in FIG. Therefore, the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth, and it is determined that the charge pump circuit 54 has failed.
  • the microcomputer 24 charges by determining whether or not the absolute value of the difference between the first detection value V1 and the second detection value V2 is equal to or greater than the threshold value Vth. A failure of the pump circuit 54 can be easily detected. Therefore, according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the battery monitoring IC 62 constituting the voltage detection device 61 of the present embodiment includes a current variable unit 63 instead of the current variable unit 20 with respect to the battery monitoring IC 3 of the first embodiment. Is different.
  • the current variable unit 63 is different from the current variable unit 20 in that a resistor 64 is provided instead of the constant current source 21.
  • the voltage boosting capacity reduction unit 65 is configured by the current variable unit 63 and the control device 11 that controls the operation thereof. Even with such a configuration, as in the first embodiment, when the switch 22 is off, the output current Iout of the charge pump circuit 15 is a steady value, and when the switch 22 is on, the output current Iout of the charge pump circuit 15 is Will be increased.
  • the controller 11 turns on the switch 22 to increase the output current Iout, thereby realizing a capability reduction operation for reducing the boosting capability of the charge pump circuit 15.
  • the resistance value of the resistor 64 may be set to a value at which failure determination can be performed with a desired accuracy according to the specifications of each circuit, etc., like the current value of the constant current source 21 in the first embodiment. Also according to this embodiment, the same operations and effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the boosting capability of the charge pump circuit is reduced by using any one of the methods (a) to (d) described above.
  • a configuration may be adopted in which at least two of the methods are combined to reduce the boosting capability of the charge pump circuit. In the present embodiment, an example of such a configuration will be described.
  • the battery monitoring IC 72 included in the voltage detection device 71 of the present embodiment is different from the battery monitoring IC 3 of the first embodiment in that the clock generation device 34 of the second embodiment is used instead of the clock generation device 17. It has different points.
  • the current variable unit 20, the clock generation device 34, and the control device 11 constitute a boosting capability reduction unit 73.
  • the step-up capability reducing unit 73 is configured to reduce the step-up capability of the charge pump circuit 15 by increasing the output current Iout and reducing the frequency fCHG in the methods (a) and (b).
  • the same operation and effect as the first embodiment can be obtained by the configuration of the present embodiment. Furthermore, according to this embodiment, the following effects are also obtained. That is, for example, when the boosting capability of the charge pump circuit 15 is reduced (semi-failure state) due to an abnormality (voltage drop, frequency drop) related to the clock signals CLK and CLK bars, the clock signals CLK and CLK bars Even if an attempt is made to reduce the boosting capability by reducing the frequency fCHG or the voltage level Vclk, there is a high possibility that the clock generator 17 or the like has failed in the first place, and the boosting capability may not be reduced. Unless the boosting capability can be reduced as intended, it is not possible to accurately detect a failure such as a semi-failure state.
  • the boosting capability is reduced by lowering the frequency CHG of the clock signals CLK and CLK bars, but also the boosting capability is lowered by increasing the output current Iout. In this way, the boosting capability can be more reliably reduced, and as a result, even when a failure occurs in the clock generation device 17, a failure in the charge pump circuit 15 can be detected with high accuracy.
  • the failure determination method may be changed as follows. That is, when the ratio (ratio) between the first detection value V1 and the second detection value V2 is less than the threshold value Vth, it is determined that the charge pump circuit is normal. It may be determined that
  • the present disclosure is not limited to the voltage detection device that detects the voltage of the battery cell 2 of the assembled battery 1 but generates a boosted voltage for driving a switching element that is interposed in a path from the input node to the voltage detection circuit that detects the voltage.
  • the present invention can be applied to all voltage detection devices having a charge pump circuit.
  • the microcomputer 24 provided outside the battery monitoring IC realizes the function as the failure detection unit.
  • the function as the failure detection unit is replaced with the battery monitoring IC. It may be changed so as to be realized by the internal configuration of, for example, the control device 11 or the like.

Abstract

入力ノード（４Ｎ、９）に与えられる電圧を検出する電圧検出装置（２５、３１、４１、５１、６１、７１）は、前記入力ノードから電圧を検出する電圧検出回路（１０）に至る経路に直列に介在するスイッチング素子（１３、１４）と、入力電圧を昇圧して前記スイッチング素子をオン駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路（１５、５４）と、昇圧能力低下部（１９、３３、４３、５３、６５、７３）と、故障検出部（２４）と、を備える。前記昇圧能力低下部は、前記チャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実行する。前記故障検出部は、前記昇圧能力低下部による前記能力低下動作が実行されていない期間に前記電圧検出回路から出力される検出電圧の値である第１検出値と、前記能力低下動作が実行されている期間に前記電圧検出回路から出力される第２検出値と、に基づいて、前記チャージポンプ回路の故障を検出する。

Description

電圧検出装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年１１月１日に出願された日本出願番号２０１６－２１４２６６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、入力ノードに与えられる電圧を検出する電圧検出装置に関する。
　例えば、リチウムイオン電池の電圧を検出する電圧検出装置など、電圧の検出精度として非常に高い精度が要求されるとともに、高い機能安全性が求められる電圧検出装置においては、自身の故障を精度良く検出する機能を有する必要がある。また、このような電圧検出装置は、例えば、検出対象の電池セルを選択するマルチプレクサに用いられるスイッチを駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路を備えている。
　この場合、チャージポンプ回路が故障すると、上記スイッチを駆動することができなくなるため、電池セルの電圧信号が後段の検出回路に正しく伝達されなくなり、その結果、電圧の検出精度が低下してしまう。したがって、上記電圧検出装置において、チャージポンプ回路の故障を精度良く検出することは非常に重要なこととなる。
　例えば、特許文献１には、電池セルの電圧を入力するバッファアンプを駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路の故障検出の方法が開示されている。この場合、チャージポンプ回路をバイパスするスイッチを設け、そのスイッチをオンしたときのバッファアンプの出力とオフしたときのバッファアンプの出力の差分によりチャージポンプ回路の故障を検出するようになっている。
特許第５６０６８５７号公報
　特許文献１記載の方法では、チャージポンプ回路が完全に故障し、その昇圧電圧の供給を受けて駆動されるバッファアンプが完全に駆動不可能となった場合には、チャージポンプ回路の故障を検出することができる。しかし、この方法では、チャージポンプ回路が所望するよりも低い昇圧電圧を出力する、といった微小な故障の状態（以下、半故障状態とも呼ぶ）になった場合、その故障を検出することができない。つまり、特許文献１記載の方法では、故障の検出精度を十分に高めることができない。
　本開示の目的は、チャージポンプ回路の故障を精度良く検出することができる電圧検出装置を提供することにある。
　本開示の第一の態様において、電圧検出装置は、入力ノードに与えられる電圧を検出するものであり、入力ノードから電圧を検出する電圧検出回路に至る経路に直列に介在するスイッチング素子と、入力電圧を昇圧してスイッチング素子をオン駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路とを備えている。このような構成において、チャージポンプ回路が完全に故障した場合、チャージポンプ回路は昇圧電圧を生成することができない。そうすると、スイッチング素子をオンすることができなくなるため、電圧検出回路による電圧検出を行うこともできない。このような場合、電圧検出回路による電圧の検出値が正常時とは大きく異なる値となるため、容易に故障を検出することができる。
　これに対し、チャージポンプ回路が半故障状態となった場合、チャージポンプ回路が生成する昇圧電圧が所望するよりも低くなる。そのため、スイッチング素子は、十分にはオンできないものの、そのオン抵抗が高い状態でオンされることになる。そうすると、電圧検出回路による電圧検出は行われるものの、その検出値が正常時から少しずれた値となるため、故障判定の閾値設定が困難であり、容易に故障を検出することができない。
　そこで、電圧検出装置は、さらに、昇圧能力低下部および故障検出部を備えている。昇圧能力低下部は、チャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実行する。チャージポンプ回路は、その昇圧能力が低下すると、生成する昇圧電圧が所望する電圧よりも低くなってしまう。つまり、チャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる、ということは、チャージポンプ回路を故障状態側へと遷移させることを意味する。したがって、半故障状態のチャージポンプ回路に対し、昇圧能力低下動作を実行すれば、チャージポンプ回路により生成される昇圧電圧が一層低下する。その結果、スイッチング素子は、オンすることができなくなったり、あるいはオン抵抗が一層高い状態でしかオンできなくなったりする。そうすると、電圧検出回路から出力される検出電圧の値は、正常時から大きくずれた値となる。
　このような点を考慮し、故障検出部は、昇圧能力低下部による能力低下動作が実行されていない期間に電圧検出回路から出力される検出電圧の値である第１検出値と、能力低下動作が実行されている期間に電圧検出回路から出力される第２検出値と、に基づいて、チャージポンプ回路の故障を検出する。この場合、チャージポンプ回路が半故障状態であると、第１検出値と第２検出値とが大きく異なる値となる。そのため、故障検出部は、第１検出値および第２検出値に基づいてチャージポンプ回路の故障を容易に検出することができる。したがって、上記構成によれば、チャージポンプ回路の故障を精度良く検出することができるという優れた効果が得られる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、第１実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図であり、 図２は、第１実施形態に係る電流制御信号、チャージポンプ回路の出力電圧およびセル検出電圧を模式的に示すタイミングチャートであり、 図３は、第２実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図であり、 図４は、第２実施形態に係るクロック信号、チャージポンプ回路の出力電圧およびセル検出電圧を模式的に示すタイミングチャートであり、 図５は、第３実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図であり、 図６は、第３実施形態に係るクロック信号、チャージポンプ回路の出力電圧およびセル検出電圧を模式的に示すタイミングチャートであり、 図７は、第４実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図であり、 図８は、第４実施形態に係るチャージポンプ回路の具体的な構成を模式的に示す図であり、 図９は、第４実施形態に係る容量切替信号、チャージポンプ回路の出力電圧およびセル検出電圧を模式的に示すタイミングチャートであり、 図１０は、第５実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図であり、 図１１は、第６実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図である。
　以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　　　（第１実施形態）
　以下、第１実施形態について図１および図２を参照して説明する。
　図１に示すように、組電池１は、リチウムイオン電池などの二次電池である複数個の電池セル２（１、２、３、…）が多段に直列接続された構成となっている。
　電池セル２の電圧を監視する電池監視ＩＣ３は、各電池セル２の低電位側端子に対応した接続端子４Ｎ（１、２、３、…）を備え、各接続端子４Ｎは放電用抵抗素子５（１、２、３、…）を介して、対応する電池セル２の低電位側端子にそれぞれ接続されている。なお、例えば電池セル２（１）の高電位側端子は、その上段側、つまり高電圧側の電池セル２（２）の低電位側端子と共通であるから、電池セル２の高電位側端子に対応した接続端子を４Ｐとすれば、接続端子４Ｐ（１）は接続端子４Ｎ（２）に相当する。
　各電池セル２の高電位側端子、低電位側端子には、抵抗素子６（１、２、３、…）およびコンデンサ７（１、２、３、…）の直列回路が接続されており、これらはＲＣフィルタ８（１、２、３、…）を構成している。電池監視ＩＣ３において、各電池セル２に対応する接続端子４Ｎの間には、フィルタ接続端子９（１、２、３、…）が設けられている。フィルタ接続端子９には、抵抗素子６およびコンデンサ７の共通接続点であるＲＣフィルタ８の出力端子が接続されている。本実施形態では、接続端子４Ｎおよびフィルタ接続端子９は、入力ノードに相当する。
　電池監視ＩＣ３は、電圧検出回路１０、制御装置１１および駆動回路１２を備えている。各電池セル２に対応するフィルタ接続端子９および接続端子４Ｎは、それぞれスイッチ１３（１、２、３、…）およびスイッチ１４（１、２、３、…）を介して電圧検出回路１０の各入力端子に共通に接続されている。スイッチ１３、１４は、接続端子４Ｎおよびフィルタ接続端子９から電圧検出回路１０に至る経路に直列に介在するスイッチング素子に相当する。制御装置１１は、駆動回路１２を介してスイッチ１３、１４を駆動する。制御装置１１は、スイッチ１３、１４のオンオフを制御し、電圧検出回路１０に各電池セル２の電圧を個別に検出させる。
　電圧検出回路１０による電圧の検出結果を表す検出電圧（セル検出電圧）は、制御装置１１に与えられる。本実施形態では、スイッチ１３、１４は、例えばＮチャネル型のＭＯＳトランジスタにより構成されている。そのため、スイッチ１３、１４をオンするためには、トランジスタのドレイン電圧、つまり各電池セル２の電圧よりも高い電圧をゲートに与える必要がある。そこで、電池監視ＩＣ３は、スイッチ１３、１４をオン駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路１５を備えている。
　チャージポンプ回路１５は、２つのダイオードＤ１、Ｄ２および２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を備えた周知の構成である。チャージポンプ回路１５の入力端子Ｐｉには、電源端子１６を通じて電池監視ＩＣ３に入力される入力電圧Ｖｉが与えられている。なお、入力電圧Ｖｉは、例えば、所定数の電池セル２からなるブロックの電圧（＝ブロック電圧）となっている。チャージポンプ回路１５は、入力電圧Ｖｉを昇圧して出力する。チャージポンプ回路１５の出力端子Ｐｏを通じて出力される出力電圧Ｖｏは、駆動回路１２に与えられている。
　チャージポンプ回路１５を動作させるためのクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーは、クロック生成装置１７により生成される。なお、クロック信号ＣＬＫバーは、クロック信号ＣＬＫの反転信号であり、図１などでは、ＣＬＫの上に「－」を付して示している。クロック生成装置１７は、電源装置１８から電源電圧の供給を受けて動作する。クロック生成装置１７および電源装置１８の動作は、制御装置１１により制御される。クロック生成装置１７は、電源装置１８から供給される電源電圧に対応した電圧レベルＶclkであり、且つ所定の周波数ｆCHGのクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーを生成する。
　電池監視ＩＣ３は、チャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実行する昇圧能力低下部１９を備えている。ここで、チャージポンプ回路１５による昇圧量ΔＶ（以下、チャージポンプ電圧ΔＶと称す）は、ダイオードＤ１、Ｄ２による電圧降下を無視すると、下記（１）式により表すことができる。ただし、チャージポンプ回路１５の出力電流をＩoutとし、チャージポンプ回路１５の最終段に設けられるコンデンサＣ２の容量をＣとする。
　　　　ΔＶ＝Ｖclk－（Ｉout／（ｆCHG×Ｃ））　　　…（１）
　上記（１）から明らかなように、チャージポンプ回路１５のチャージポンプ電圧ΔＶを低下させる、つまり昇圧能力を低下させる方法としては、下記（ａ）～（ｄ）の方法が考えられる。
　　　（ａ）出力電流Ｉoutを増加させる
　　　（ｂ）周波数ｆCHGを低下させる
　　　（ｃ）電圧レベルＶclkを低下させる
　　　（ｄ）容量Ｃを低下させる
　本実施形態の昇圧能力低下部１９は、上記（ａ）の方法を用いてチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる構成となっている。すなわち、昇圧能力低下部１９は、チャージポンプ回路１５の出力電流Ｉoutを可変する電流可変部２０と、その電流可変部２０の動作を制御する制御装置１１により構成されている。
　この場合、電流可変部２０は、定電流源２１およびスイッチ２２の直列回路により構成されている。その直列回路の一方の端子はチャージポンプ回路１５の出力端子Ｐｏに接続され、他方の端子は、基準電位端子２３に接続されている。基準電位端子２３は、回路の基準電位が与えられる端子であり、例えば組電池１の最下段の電池セル２の低電位側端子に接続されている。
　スイッチ２２のオンオフは、制御装置１１から出力される電流制御信号Ｓａに基づいて制御される。この場合、スイッチ２２は、電流制御信号Ｓａがハイレベル（Ｈレベル）である場合にオン（ＯＮ）されるとともに、ロウレベル（Ｌレベル）である場合にオフ（ＯＦＦ）される。
　このような構成によれば、スイッチ２２がオフのとき、チャージポンプ回路１５の出力電流Ｉoutは定常値となる。つまり、スイッチ２２がオフの期間は、出力電流Ｉoutが増加されておらず、昇圧能力低下部１９による能力低下動作が実行されていない期間に相当する。一方、スイッチ２２がオンのとき、チャージポンプ回路１５の出力電流Ｉoutは、定常値に定電流源２１の電流値を加えた電流値となり、定常値よりも大きな値となる。つまり、スイッチ２２がオンの期間は、出力電流Ｉoutが増加されており、昇圧能力低下部１９による能力低下動作が実行されている期間に相当する。
　このように、昇圧能力低下部１９では、制御装置１１がスイッチ２２をオンすることにより出力電流Ｉoutを増加させ、それによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実現している。なお、定電流源２１の電流値は、各回路の仕様や制御装置１１の性能などに応じて、後述するチャージポンプ回路１５の故障判定を所望する精度で行い得るような値に設定されている。
　制御装置１１は、外部のマイコン２４と通信を介してデータの送受信を行うようになっている。マイコン２４は、チャージポンプ回路１５の故障を検出する故障検出部に相当する。なお、本実施形態では、電池監視ＩＣ３およびマイコン２４により電圧検出装置２５が構成されている。この場合、マイコン２４は、制御装置１１に対し、昇圧能力低下部１９による能力低下動作の実行および停止を指令する。また、制御装置１１は、セル検出電圧に対応したデータをマイコン２４に送信する。
　マイコン２４は、昇圧能力低下部１９による能力低下動作が実行されていない期間に得られたセル検出電圧の値である第１検出値Ｖ１と、昇圧能力低下部１９による能力低下動作が実行されている期間に得られたセル検出電圧の値である第２検出値Ｖ２とに基づいてチャージポンプ回路１５の故障を検出する。
　具体的には、マイコン２４は、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値（＝｜Ｖ１－Ｖ２｜）が所定の閾値Ｖｔｈ未満である場合、チャージポンプ回路１５が正常であると判定し、閾値Ｖｔｈ以上である場合、チャージポンプ回路１５が故障であると判定する。マイコン２４は、このような検出動作を、電圧検出装置２５が動作している際、定期的に実行する。なお、上記検出動作は、電圧検出装置２５の起動時に実行してもよい。
　次に、上記構成の作用について説明する。
　図２に示すように、電流制御信号Ｓａがロウレベルである期間Ｔａ、つまりスイッチ２２がオフされて能力低下動作が停止されている期間Ｔａのうち、所定の検出タイミングｔ１におけるセル検出電圧の値が第１検出値Ｖ１として取得される。なお、この場合、検出タイミングｔ１以前に、各スイッチ１３、１４のうち、検出対象の電池セル２と電圧検出回路１０との間に介在するスイッチがオンされている。その後、電流制御信号Ｓａがハイレベルである期間Ｔｂ、つまりスイッチ２２がオンされて能力低下動作が実行されている期間Ｔｂのうち、所定の検出タイミングｔ２におけるセル検出電圧の値が第２検出値Ｖ２として取得される。
　チャージポンプ回路１５が正常である場合、期間Ｔａの出力電圧Ｖｏの値と期間Ｔｂの出力電圧Ｖｏの値とは大きく異なることはない。そのため、チャージポンプ回路１５が正常である場合、第１検出値Ｖ１（図２では符号Ａを付して示す）と第２検出値Ｖ２（図２では符号Ａ’を付して示す）とは概ね同一の値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ未満となり、チャージポンプ回路１５が正常であると判定される。
　これに対し、チャージポンプ回路１５が半故障状態（微小故障）である場合、期間Ｔａの出力電圧Ｖｏの値と期間Ｔｂの出力電圧Ｖｏの値とは大きく異なった値となる。そのため、チャージポンプ回路１５が半故障状態である場合、例えば電池セル２の高電位側端子の電圧を検出する際、第２検出値Ｖ２（図２では符号Ｂ’を付して示す）が第１検出値Ｖ１（図２では符号Ｂを付して示す）に比べて大きく低下した値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上となり、チャージポンプ回路１５が故障していると判定される。
　以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
　上記構成において、チャージポンプ回路１５が完全に故障した場合、チャージポンプ回路１５は昇圧電圧を生成することができない。そうすると、駆動回路１２がスイッチ１３、１４をオンすることができなくなるため、電圧検出回路１０による電圧検出を行うこともできない。このような場合、電圧検出回路１０から出力されるセル検出電圧が約０Ｖになるなど、電池セル２の電圧の検出値が正常時とは大きく異なる値となるため、容易に故障を検出することができる。
　これに対し、チャージポンプ回路１５が半故障状態となった場合、チャージポンプ回路１５が生成する昇圧電圧が所望するよりも低くなる。そのため、駆動回路１２は、スイッチ１３、１４を、十分にはオンできないものの、そのオン抵抗が高い状態でオンすることが可能となる。そうすると、電圧検出回路１０による電圧検出は行われるものの、その検出値が正常時から少しずれた値となるため、故障判定の閾値設定が困難であり、容易に故障を検出することができない。
　そこで、本実施形態では、チャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実行する昇圧能力低下部１９を設けている。チャージポンプ回路１５は、その昇圧能力が低下すると、生成する昇圧電圧が所望する電圧よりも低くなってしまう。つまり、チャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる、ということは、チャージポンプ回路１５を故障状態側へと遷移させることを意味する。したがって、半故障状態のチャージポンプ回路１５に対し、昇圧能力低下動作を実行すれば、チャージポンプ回路１５により生成される昇圧電圧が一層低下する。その結果、駆動回路１２は、スイッチ１３、１４をオンすることができなくなったり、あるいはオン抵抗が一層高い状態でしかオンできなくなったりする。そうすると、電圧検出回路１０から出力される検出電圧の値は、正常時から大きくずれた値となる。
　このような点を考慮し、マイコン２４は、昇圧能力低下部１９による能力低下動作が実行されていない期間に電圧検出回路１０から出力される検出電圧の値である第１検出値Ｖ１と、能力低下動作が実行されている期間に電圧検出回路１０から出力される第２検出値Ｖ２とに基づいて、チャージポンプ回路１５の故障を検出する。この場合、チャージポンプ回路１５が半故障状態であると、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２とが大きく異なる値となる。そのため、マイコン２４は、第１検出値Ｖ１および第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上であるか否かの判定によってチャージポンプ回路１５の故障を容易に検出することができる。したがって、上記構成によれば、チャージポンプ回路１５の故障を精度良く検出することができるという優れた効果が得られる。
　なお、チャージポンプ回路１５の故障判定を行う構成として、チャージポンプ回路１５の出力電圧に基づく判定を行う構成（以下、比較例と呼ぶ）を採用することも考えられる。ただし、比較例では、次のような問題がある。すなわち、チャージポンプ回路１５の出力電圧Ｖｏは、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーによる切り替え動作に起因した変動（リップル）を有している。このような変動の有る不安定な出力電圧Ｖｏを閾値と比較することで故障を判定しようとしても、特に半故障状態などを精度良く検出することは難しく、その検出精度を向上することができない。
　これに対し、電圧検出回路１０から出力されるセル検出電圧は、チャージポンプ回路１５の出力電圧Ｖｏのようなリップルを有していない。このような変動の無い安定したセル検出電圧を用いてチャージポンプ回路１５の故障を判定する本実施形態によれば、半故障状態なども精度良く検出することが可能となる。そのため、本実施形態によれば、比較例に比べ、チャージポンプ回路１５の故障についての検出精度を高めることができる。
　　　（第２実施形態）
　以下、第２実施形態について図３および図４を参照して説明する。
　図３に示すように、本実施形態の電圧検出装置３１を構成する電池監視ＩＣ３２は、第１実施形態の電池監視ＩＣ３に対し、昇圧能力低下部１９に代えて昇圧能力低下部３３を備えている点が異なる。
　本実施形態の昇圧能力低下部３３は、前述した（ｂ）の方法、つまり周波数ｆCHGを低下させることによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる構成となっている。昇圧能力低下部３３は、クロック生成装置３４と、そのクロック生成装置３４の動作を制御する制御装置１１により構成されている。
　本実施形態のクロック生成装置３４は、生成するクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数ｆCHGを可変する機能を有するもので、周波数可変部に相当する。なお、この場合、電池監視ＩＣ３２は、電流可変部２０および基準電位端子２３を備えていない。クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数ｆCHGの変更は、制御装置１１により制御される。
　このような構成の昇圧能力低下部３３では、制御装置１１がクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数ｆCHGを定常値よりも低下させ、それによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実現している。なお、周波数ｆCHGの低下量は、第１実施形態における定電流源２１の電流値と同様、各回路の仕様などに応じて故障判定を所望する精度で行い得るような値に設定すればよい。
　次に、上記構成の作用および効果について説明する。
　図４に示すように、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数ｆCHGが低下されていない期間Ｔａ、つまり能力低下動作が停止されている期間Ｔａのうち、所定の検出タイミングｔ１におけるセル検出電圧の値が第１検出値Ｖ１として取得される。なお、この場合も、第１実施形態と同様、検出タイミングｔ１以前に、各スイッチ１３、１４のうち、検出対象の電池セル２と電圧検出回路１０との間に介在するスイッチがオンされている。その後、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数ｆCHGが低下されている期間Ｔｂ、つまり能力低下動作が実行されている期間Ｔｂのうち、所定の検出タイミングｔ２におけるセル検出電圧の値が第２検出値Ｖ２として取得される。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、チャージポンプ回路１５が正常である場合、第１検出値Ｖ１（図４では符号Ａを付して示す）と第２検出値Ｖ２（図４では符号Ａ’を付して示す）とは概ね同一の値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ未満となり、チャージポンプ回路１５が正常であると判定される。
　また、チャージポンプ回路１５が半故障状態（微小故障）である場合、第２検出値Ｖ２（図２では符号Ｂ’を付して示す）が第１検出値Ｖ１（図２では符号Ｂを付して示す）に比べて大きく低下した値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上となり、チャージポンプ回路１５が故障していると判定される。
　このように、本実施形態によっても、第１実施形態と同様、マイコン２４は、第１検出値Ｖ１および第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上であるか否かの判定によってチャージポンプ回路１５の故障を容易に検出することができる。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　　　（第３実施形態）
　以下、第３実施形態について図５および図６を参照して説明する。
　図５に示すように、本実施形態の電圧検出装置４１を構成する電池監視ＩＣ４２は、第１実施形態の電池監視ＩＣ３に対し、昇圧能力低下部１９に代えて昇圧能力低下部４３を備えている点が異なる。
　本実施形態の昇圧能力低下部４３は、前述した（ｃ）の方法、つまり電圧レベルＶclkを低下させることによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる構成となっている。昇圧能力低下部４３は、クロック生成装置４４と、そのクロック生成装置４４の動作を制御する制御装置１１により構成されている。
　本実施形態のクロック生成装置４４は、生成するクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの電圧レベルＶclkを可変する機能を有するもので、電圧可変部に相当する。なお、この場合、電池監視ＩＣ４２は、電流可変部２０および基準電位端子２３を備えていない。クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの電圧レベルＶclkの変更は、制御装置１１により制御される。
　このような構成の昇圧能力低下部４３では、制御装置１１がクロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの電圧レベルＶclkを定常値よりも低下させ、それによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実現している。なお、電圧レベルＶclkの低下量は、第１実施形態における定電流源２１の電流値と同様、各回路の仕様などに応じて故障判定を所望する精度で行い得るような値に設定すればよい。
　次に、上記構成の作用および効果について説明する。
　図６に示すように、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの電圧レベルＶclkが低下されていない期間Ｔａ、つまり能力低下動作が停止されている期間Ｔａのうち、所定の検出タイミングｔ１におけるセル検出電圧の値が第１検出値Ｖ１として取得される。なお、この場合も、第１実施形態と同様、検出タイミングｔ１以前に、各スイッチ１３、１４のうち、検出対象の電池セル２と電圧検出回路１０との間に介在するスイッチがオンされている。その後、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの電圧レベルＶclkが低下されている期間Ｔｂ、つまり能力低下動作が実行されている期間Ｔｂのうち、所定の検出タイミングｔ２におけるセル検出電圧の値が第２検出値Ｖ２として取得される。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、チャージポンプ回路１５が正常である場合、第１検出値Ｖ１（図６では符号Ａを付して示す）と第２検出値Ｖ２（図６では符号Ａ’を付して示す）とは概ね同一の値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ未満となり、チャージポンプ回路１５が正常であると判定される。
　また、チャージポンプ回路１５が半故障状態（微小故障）である場合、第２検出値Ｖ２（図６では符号Ｂ’を付して示す）が第１検出値Ｖ１（図６では符号Ｂを付して示す）に比べて大きく低下した値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上となり、チャージポンプ回路１５が故障していると判定される。
　このように、本実施形態によっても、第１実施形態と同様、マイコン２４は、第１検出値Ｖ１および第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上であるか否かの判定によってチャージポンプ回路１５の故障を容易に検出することができる。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　　　（第４実施形態）
　以下、第４実施形態について図７～図９を参照して説明する。
　図７に示すように、本実施形態の電圧検出装置５１を構成する電池監視ＩＣ５２は、第１実施形態の電池監視ＩＣ３に対し、昇圧能力低下部１９に代えて昇圧能力低下部５３を備えている点が異なる。
　本実施形態の昇圧能力低下部５３は、前述した（ｄ）の方法、つまり容量Ｃを低下させることによりチャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる構成となっている。昇圧能力低下部５３は、チャージポンプ回路５４の一部の構成（詳細は後述する）と、その動作を制御する制御装置１１により構成されている。
　本実施形態のチャージポンプ回路５４は、チャージポンプ回路１５に対し、コンデンサＣ２に代えてコンデンサＣ５１を備えている点が異なる。コンデンサＣ５１は、その容量を変更する容量可変部としての機能を有している。この容量可変部として機能するコンデンサＣ５１は、前述したチャージポンプ回路５４の一部の構成に相当し、制御装置１１とともに昇圧能力低下部５３を構成する。
　コンデンサＣ５１の容量Ｃは、制御装置１１から与えられる容量切替信号Ｓｂに基づいて切り替えられる。具体的には、コンデンサＣ５１の容量Ｃは、容量切替信号Ｓｂがロウベルのときに定常値となり、ハイレベルのときに定常値よりも低下した値となるように切り替えられる。
　このようなコンデンサＣ５１の具体的な構成としては、例えば図８に示すような構成を採用することができる。図８に示すように、コンデンサＣ５１は、コンデンサＣ５２と、そのコンデンサＣ５２の端子間に接続されたスイッチＳ５１およびコンデンサＣ５３の直列回路と、から構成されている。スイッチＳ５１のオンオフは、容量切替信号Ｓｂに応じて切り替えられる。具体的には、スイッチ５１は、容量切替信号Ｓｂがロウレベルのときにオンされ、ハイレベルのときにオフされる。
　この場合、コンデンサＣ５２およびＣ５３の並列合成容量は、チャージポンプ回路１５のコンデンサＣ２の容量と同程度に設定されている。したがって、容量切替信号ＳｂがロウレベルとなってスイッチＳ５１がオンされると、コンデンサＣ５１の容量は、コンデンサＣ２と同じ容量となる。これに対し、容量切替信号ＳｂがハイレベルとなってスイッチＳ５１がオフされると、コンデンサＣ５１の容量は、コンデンサＣ２の容量よりも小さい容量となる。
　このような構成により、本実施形態の昇圧能力低下部５３では、制御装置１１が容量切替信号Ｓｂをハイレベルにすることでチャージポンプ回路５４の最終段のコンデンサＣ５１の容量を定常値よりも低下させ、それによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実現している。なお、コンデンサＣ５１の容量の低下量は、第１実施形態における定電流源２１の電流値と同様、各回路の仕様などに応じて故障判定を所望する精度で行い得るような値に設定すればよい。
　次に、上記構成の作用および効果について説明する。
　図９に示すように、容量切替信号ＳｂがロウレベルとなってコンデンサＣ５１の容量が定常値となっている期間Ｔａ、つまり能力低下動作が停止されている期間Ｔａのうち、所定の検出タイミングｔ１におけるセル検出電圧の値が第１検出値Ｖ１として取得される。なお、この場合も、第１実施形態と同様、検出タイミングｔ１以前に、各スイッチ１３、１４のうち、検出対象の電池セル２と電圧検出回路１０との間に介在するスイッチがオンされている。その後、容量切替信号ＳｂがハイレベルとなってコンデンサＣ５１の容量が低下されている期間Ｔｂ、つまり能力低下動作が実行されている期間Ｔｂのうち、所定の検出タイミングｔ２におけるセル検出電圧の値が第２検出値Ｖ２として取得される。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、チャージポンプ回路５４が正常である場合、第１検出値Ｖ１（図９では符号Ａを付して示す）と第２検出値Ｖ２（図９では符号Ａ’を付して示す）とは概ね同一の値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ未満となり、チャージポンプ回路５４が正常であると判定される。
　また、チャージポンプ回路５４が半故障状態（微小故障）である場合、第２検出値Ｖ２（図９では符号Ｂ’を付して示す）が第１検出値Ｖ１（図９では符号Ｂを付して示す）に比べて大きく低下した値となる。したがって、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上となり、チャージポンプ回路５４が故障していると判定される。
　このように、本実施形態によっても、第１実施形態と同様、マイコン２４は、第１検出値Ｖ１および第２検出値Ｖ２の差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ以上であるか否かの判定によってチャージポンプ回路５４の故障を容易に検出することができる。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　　　（第５実施形態）
　以下、第５実施形態について図１０を参照して説明する。
　図５に示すように、本実施形態の電圧検出装置６１を構成する電池監視ＩＣ６２は、第１実施形態の電池監視ＩＣ３に対し、電流可変部２０に代えて電流可変部６３を備えている点が異なる。
　電流可変部６３は、電流可変部２０に対し、定電流源２１に代えて抵抗６４を備えている点が異なる。この場合、電流可変部６３と、その動作を制御する制御装置１１により昇圧能力低下部６５が構成されている。このような構成によっても、第１実施形態と同様、スイッチ２２がオフのとき、チャージポンプ回路１５の出力電流Ｉoutは定常値となり、スイッチ２２がオンのとき、チャージポンプ回路１５の出力電流Ｉoutが増加される。
　このように、昇圧能力低下部６５では、制御装置１１がスイッチ２２をオンすることにより出力電流Ｉoutを増加させ、それによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実現している。なお、抵抗６４の抵抗値は、第１実施形態における定電流源２１の電流値と同様、各回路の仕様などに応じて故障判定を所望する精度で行い得るような値に設定すればよい。このような本実施形態によっても、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
　　　（第６実施形態）
　以下、第６実施形態について図１１を参照して説明する。
　上記各実施形態では、前述した（ａ）～（ｄ）の方法のうちいずれか１つを用いてチャージポンプ回路の昇圧能力を低下させるような構成としていたが、（ａ）～（ｄ）の方法のうち少なくとも２つを組み合わせてチャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる構成としてもよい。本実施形態では、このような構成の一例について説明する。
　図１１に示すように、本実施形態の電圧検出装置７１が備える電池監視ＩＣ７２は、第１実施形態の電池監視ＩＣ３に対し、クロック生成装置１７に代えて第２実施形態のクロック生成装置３４を備えている点が異なる。この場合、電流可変部２０、クロック生成装置３４および制御装置１１により昇圧能力低下部７３が構成されている。
　昇圧能力低下部７３は、（ａ）および（ｂ）の方法、つまり出力電流Ｉoutを増加させるとともに周波数ｆCHGを低下させることによりチャージポンプ回路１５の昇圧能力を低下させる構成となっている。
　本実施形態の構成によっても第１実施形態と同様の作用および効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、次のような効果も得られる。すなわち、例えば、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーに関する異常（電圧低下、周波数低下）が原因でチャージポンプ回路１５の昇圧能力が低下している状態（半故障状態）のとき、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数ｆCHGや電圧レベルＶclkを低下させることにより昇圧能力低下動作を実現しようとしても、そもそもクロック生成装置１７などに故障が生じている可能性が高く、昇圧能力を低下させることができないおそれがある。昇圧能力を意図通りに低下することができなければ、特に半故障状態などの故障を精度良く検出することができない。
　そこで、本実施形態では、クロック信号ＣＬＫ、ＣＬＫバーの周波数CHGの低下により昇圧能力を低下させるだけでなく、それに加えて出力電流Ｉoutを増加させることにより昇圧能力の低下を実現している。このようにすれば、より確実に昇圧能力を低下させることができ、その結果、クロック生成装置１７に故障が生じている場合でも、チャージポンプ回路１５の故障を精度良く検出することができる。
　　　（その他の実施形態）
　なお、本開示は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
　上記各実施形態では、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２との差分の絶対値が閾値Ｖｔｈ未満である場合、チャージポンプ回路が正常であると判定し、閾値Ｖｔｈ以上である場合、チャージポンプ回路が故障であると判定するようになっていたが、故障判定の方法を次のように変更してもよい。すなわち、第１検出値Ｖ１と第２検出値Ｖ２との比（比率）が閾値Ｖｔｈ未満である場合、チャージポンプ回路が正常であると判定し、閾値Ｖｔｈ以上である場合、チャージポンプ回路が故障であると判定してもよい。
　本開示は、組電池１の電池セル２の電圧を検出する電圧検出装置に限らず、入力ノードから電圧を検出する電圧検出回路に至る経路に介在するスイッチング素子を駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路を備えた電圧検出装置全般に適用することができる。
　上記各実施形態では、故障検出部としての機能を電池監視ＩＣの外部に設けられたマイコン２４が実現するようになっていたが、これに代えて、故障検出部としての機能を、電池監視ＩＣの内部の構成、例えば制御装置１１などが実現するように変更してもよい。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

  1. 　入力ノード（４Ｎ、９）に与えられる電圧を検出する電圧検出装置（２５、３１、４１、５１、６１、７１）であって、
    　前記入力ノードから電圧を検出する電圧検出回路（１０）に至る経路に直列に介在するスイッチング素子（１３、１４）と、
    　入力電圧を昇圧して前記スイッチング素子をオン駆動するための昇圧電圧を生成するチャージポンプ回路（１５、５４）と、
    　前記チャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる能力低下動作を実行する昇圧能力低下部（１９、３３、４３、５３、６５、７３）と、
    　前記昇圧能力低下部による前記能力低下動作が実行されていない期間に前記電圧検出回路から出力される検出電圧の値である第１検出値と、前記能力低下動作が実行されている期間に前記電圧検出回路から出力される第２検出値と、に基づいて、前記チャージポンプ回路の故障を検出する故障検出部（２４）と、
    　を備える電圧検出装置。
  2. 　前記昇圧能力低下部（１９、６５、７３）は、
    　前記チャージポンプ回路の出力電流を可変する電流可変部（２０、６３）を備え、
    　前記電流可変部により前記出力電流を増加させることにより前記能力低下動作を実現する請求項１に記載の電圧検出装置。
  3. 　前記電流可変部（２０）は、
    　前記チャージポンプ回路の出力端子に接続された定電流源（２１）およびスイッチ（２２）の直列回路を備え、
    　前記スイッチをオンすることにより前記出力電流を増加させる請求項２に記載の電圧検出装置。
  4. 　前記電流可変部（６３）は、
    　前記チャージポンプ回路の出力端子に接続された抵抗（６４）およびスイッチ（２２）の直列回路を備え、
    　前記スイッチをオンすることにより前記出力電流を増加させる請求項２に記載の電圧検出装置。
  5. 　前記昇圧能力低下部（３３、７３）は、
    　前記チャージポンプ回路で用いられるクロック信号の周波数を可変する周波数可変部（３４）を備え、
    　前記周波数可変部により前記クロック信号の周波数を低下させることにより前記能力低下動作を実現する請求項１から４のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
  6. 　前記昇圧能力低下部（４３）は、
    　前記チャージポンプ回路で用いられるクロック信号の電圧レベルを可変する電圧可変部（４４）を備え、
    　前記電圧可変部により前記クロック信号の電圧レベルを低下させることにより前記能力低下動作を実現する請求項１から５のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
  7. 　前記昇圧能力低下部（５３）は、
    　前記チャージポンプ回路の最終段に設けられるコンデンサの容量を可変する容量可変部（Ｃ５１）を備え、
    　前記容量可変部により前記コンデンサの容量を低下させることにより前記能力低下動作を実現する請求項１から６のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
  8. 　前記故障検出部は、前記第１検出値と前記第２検出値との差分が所定の閾値以上である場合、前記チャージポンプ回路が故障していると判断する請求項１から７のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
  9. 　前記故障検出部は、前記第１検出値と前記第２検出値との比が所定の閾値以上である場合、前記チャージポンプ回路が故障していると判断する請求項１から７のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
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