(57)【要約】【課題】セルの異常検出信号が出力された場合に、各セル間の端子電圧バラツキを抑える。【解決手段】４セル用の電池保護ＩＣ１１でセルｓ１〜ｓ４の異常を示す信号が出力されると、トランジスタＱ１がオンすることにより、セルｓ４の正極端子からセルｓ１の負極端子に電流が流れる。このとき、トランジスタＱ１１がオンすることにより、トランジスタＱ１２がオンする。これにより、セルｓ５〜ｓ１２からも電流を流すことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する装置において、
所定数のセルの異常を検出する複数の異常検出回路と、
前記複数の異常検出回路ごとに設けられ、前記組電池を構成する複数のセルのうちの一部のセル（以下、電源構成セルと呼ぶ）を電源として、対応する前記異常検出回路から出力される信号の電圧レベルを変換する複数の電圧レベル変換回路と、
前記異常検出回路から異常を示す信号が出力された時に、前記電源構成セル以外のセルからも電流が流れるように制御する制御回路とを備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
前記電源構成セルは、前記組電池を構成する複数のセルのうちの最下位のセルから、前記異常検出回路に対応する所定数のセルのうちの最上位のセルまでで構成されることを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組電池の異常検出装置において、
前記制御回路は、前記電源構成セルから流れる電流と同一の大きさの電流を前記電源構成セル以外のセルから流すように制御することを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項４】
請求項２または３のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記制御回路は、前記電源構成セル以外のセルのうちの最上位のセルと最下位のセルとの間に接続されるスイッチ回路を備え、前記異常検出回路から前記異常信号が出力されたときに、前記スイッチ回路をオンさせることを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記電圧レベル変換回路は、対応する前記異常検出回路から前記異常信号が出力された時にオンするトランジスタを少なくとも備え、
前記制御回路は、前記トランジスタに流れる電流に比例した電流が流れるカレントミラー回路を備えることにより、前記電源構成セル以外のセルからも電流を流すことを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出回路は、前記所定数のセルの過充電状態および過放電状態のうちの少なくとも一方を検出することを特徴とする組電池の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルを直列に接続して構成される組電池の過充電状態や過放電状態などの異常を検出する装置が知られている（例えば、特開平１１−３３２１１６号公報）。セルの過充電状態や過放電状態を検出するために、３〜４セル用の電池保護ＩＣを用いる場合には、組電池を構成するセル数が多ければ、複数の電池保護ＩＣが用いられる。複数の電池保護ＩＣから出力される異常検出信号は、電圧レベルが異なるために、電圧レベル変換回路にて電圧のレベル合わせが行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３２１１６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３６８７３号公報
【特許文献３】
特開平８−２９４２３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電圧レベル変換回路に用いられる電源は、組電池を構成する一部のセルから供給されるので、異常検出信号が出力される時には、各セルに流れる電流が一様でなくなり、各セル間の端子電圧（容量）バラツキが増大するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、セルの異常検出信号が出力された場合に、各セル間の端子電圧バラツキを抑える組電池の異常検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による組電池の異常検出装置は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する装置であって、所定数のセルの異常を検出する複数の異常検出回路と、複数の異常検出回路ごとに設けられ、組電池を構成する複数のセルのうちの一部のセル（以下、電源構成セルと呼ぶ）を電源として、対応する異常検出回路から出力される信号の電圧レベルを変換する複数の電圧レベル変換回路と、異常検出回路から異常を示す信号が出力された時に、電源構成セル以外のセルからも電流が流れるように制御する制御回路とを備えることにより、上記目的を達成する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による組電池の異常検出装置によれば、組電池を構成する複数のセルのうちの所定数のセルの異常を検出する異常検出回路からセルの異常を示す信号が出力されたときに、電圧レベル変換回路の電源を構成しないセルからも電流が流れるようにすることにより、電圧レベル変換回路の電源を構成する一部のセルの電圧と、電源を構成しない他のセルの電圧との差が生じるのを抑制することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図である。組電池１は、複数のセルｓ１〜ｓ１２を直列に接続して構成される。電池保護ＩＣ１１〜１３は、セルｓ１〜ｓ１２の過充電状態および過放電状態を検出する４セル用の回路である。電池保護ＩＣ１１〜１３の詳細な構成および動作について、電池保護ＩＣ１１を代表して、図２を用いて説明する。
【０００９】
図２は、電池保護ＩＣ１１の詳細な構成を示す図である。電池保護ＩＣ１１は、過充電検出回路ａ１〜ａ４と、過放電検出回路ｂ１〜ｂ４と、オア回路２１，２２，２３と、インバータＩＮＶとを備える。過充電検出回路ａ１〜ａ４は、各セルｓ１〜ｓ４ごとに設けられて、対応するセルの過充電状態を検出する。例えば、過充電検出回路ａ１は、セルｓ１の端子電圧と所定の過充電判定電圧とを比較することにより、セルｓ１の過充電状態を検出する。セルｓ１の端子電圧が所定の過充電判定電圧よりも高い場合には、過充電検出回路ａ１は、セルｓ１が過充電状態であることを示すＨレベルの信号を出力する。各過充電検出回路ａ１〜ａ４から出力される異常検出信号は、オア回路２１に入力される。
【００１０】
過放電検出回路ｂ１〜ｂ４は、各セルｓ１〜ｓ４ごとに設けられて、対応するセルの過放電状態を検出する。例えば、過放電検出回路ｂ１は、セルｓ１の端子電圧と所定の過放電判定電圧とを比較することにより、セルｓ１の過放電状態を検出する。セルｓ１の端子電圧が所定の過放電判定電圧よりも低い場合には、過放電検出回路ｂ１は、セルｓ１が過放電状態であることを示すＨレベルの信号を出力する。各過放電検出回路ｂ１〜ｂ４から出力される異常検出信号は、オア回路２２に出力される。
【００１１】
オア回路２１は、過充電検出回路ａ１〜ａ４から出力される信号の論理和を算出して、オア回路２３に出力する。従って、少なくとも１つの過充電検出回路ａ１〜ａ４から異常検出信号（Ｈレベル）が出力されると、オア回路２１からは、Ｈレベルの信号が出力される。オア回路２２は、過放電検出回路ｂ１〜ｂ４から出力される信号の論理和を算出して、オア回路２３に出力する。従って、少なくとも１つの過放電検出回路ｂ１〜ｂ４から異常検出信号（Ｈレベル）が出力されると、オア回路２２からは、Ｈレベルの信号が出力される。
【００１２】
オア回路２３は、オア回路２１とオア回路２２から出力される信号の論理和を算出する。オア回路２３で算出された論理和は、インバータＩＮＶを介して出力される。従って、少なくとも１つの過充電検出回路ａ１〜ａ４または過放電検出回路ｂ１〜ｂ４から、セルｓ１〜ｓ４の異常（過充電状態または過放電状態）を示すＨレベルの信号が出力されると、電池保護ＩＣ１１からは、インバータＩＮＶで反転されたＬレベルの信号が出力される。
【００１３】
図２では、電池保護ＩＣ１１の詳細な構成および動作について説明したが、他の電池保護ＩＣ１２，１３についても同様である。すなわち、セルｓ５〜ｓ８のうち、少なくとも１つのセルが過充電状態または過放電状態になると、電池保護ＩＣ１２からはＬレベルの信号が出力され、セルｓ９〜ｓ１２のうち、少なくとも１つのセルが過充電状態または過放電状態になると、電池保護ＩＣ１３からはＬレベルの信号が出力される。
【００１４】
電池保護ＩＣ１１から出力される異常検出信号は、ＰＮＰトランジスタＱ１を介して、オア回路３に入力される。ＰＮＰトランジスタＱ１のベース端子は、電池保護ＩＣ１１の出力端子と接続され、エミッタ端子はセルｓ４の正極端子と、コレクタ端子は、抵抗Ｒ１を介してセルｓ１の負極端子と接続されている。電池保護ＩＣ１１にてセルｓ１〜ｓ４のいずれかの過充電状態または過放電状態が検出されたときは、Ｌレベルの信号が出力されるので、エミッタ電圧がベース電圧より高くなり、ＰＮＰトランジスタＱ１はオンする。これにより、セルｓ４の正極端子から、ＰＮＰトランジスタＱ１と抵抗Ｒ１を介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れるようになり、オア回路３には、セルの異常を示すＨレベルの信号が入力される。
【００１５】
同様に、電池保護ＩＣ１２にてセルｓ５〜ｓ８のいずれかの過充電状態または過放電状態が検出された時に、ＰＮＰトランジスタＱ２はオンする。これにより、セルｓ８の正極端子から、ＰＮＰトランジスタＱ２と抵抗Ｒ２を介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れるようになり、オア回路３には、セルの異常を示すＨレベルの信号が入力される。また、電池保護ＩＣ１３にてセルｓ９〜ｓ１２のいずれかの過充電状態または過放電状態が検出された時に、ＰＮＰトランジスタＱ３はオンする。これにより、セルｓ１２の正極端子から、ＰＮＰトランジスタＱ３と抵抗Ｒ３を介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れるようになり、オア回路３には、セルの異常を示すＨレベルの信号が入力される。
【００１６】
オア回路３は、入力された信号の論理和を算出して、充放電制御回路４に出力する。従って、いずれか１つの電池保護ＩＣ１１〜１３により、セルの過充電状態または過放電状態が検出されると、オア回路３から充放電制御回路にセルの異常を示すＨレベルの信号が入力される。充放電制御回路は、オア回路３からの信号に基づいて、組電池１の充放電を制御する。
【００１７】
上述したＰＮＰトランジスタＱ１と抵抗Ｒ１、ＰＮＰトランジスタＱ２と抵抗Ｒ２、および、ＰＮＰトランジスタＱ３と抵抗Ｒ３は、それぞれ電圧レベル変換回路として機能している。すなわち、電池保護ＩＣ１１〜１３から出力される異常検出信号の電圧レベルが異なるので、オア回路３に入力する異常検出信号の電圧レベルのレベル合わせを行っている。
【００１８】
ＮＰＮトランジスタＱ１１は、抵抗Ｒ１とともに、カレントミラー回路を構成している。ＮＰＮトランジスタＱ１１のエミッタ端子はセルｓ１の負極端子と接続されており、コレクタ端子は抵抗Ｒ１１を介して、セルｓ１２の正極端子と接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＱ１１のベース端子は、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタ端子と抵抗Ｒ１との間に接続されているので、トランジスタＱ１がオンすると、抵抗Ｒ１に電流が流れるため、ＮＰＮトランジスタＱ１１のベース電圧はエミッタ電圧より高くなり、トランジスタＱ１１もオンする。これにより、セルｓ１２の正極端子から抵抗Ｒ１１とトランジスタＱ１１とを介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れる。
【００１９】
ＰＮＰトランジスタＱ１２は、抵抗Ｒ１１とともにカレントミラー回路を構成している。ＰＮＰトランジスタＱ１２のエミッタ端子はセルｓ１２の正極端子と接続され、コレクタ端子はトランジスタＱ１のエミッタ端子と接続されている。また、ベース端子は、トランジスタＱ１１のコレクタ端子と抵抗Ｒ１１との間に接続されている。トランジスタＱ１１がオフしているときは、トランジスタＱ１２もオフしているが、トランジスタＱ１１がオンすると、抵抗Ｒ１１に電流が流れるため、ＰＮＰトランジスタＱ１２のベース電圧は、エミッタ電圧より低くなる。これにより、ＰＮＰトランジスタＱ１２もオンする。
【００２０】
すなわち、トランジスタＱ１がオンすることにより、トランジスタＱ１１がオンし、トランジスタＱ１２がオンする。これにより、セルｓ４の正極端子からトランジスタＱ１と抵抗Ｒ１を介してセルｓ１の負極端子に電流が流れる回路と、セルｓ１２の正極端子からトランジスタＱ１２を介してセルｓ５の負極端子に電流が流れる回路とが生じる。ここで、上述した２つのカレントミラー回路のミラー比を共に１：１に設定することにより、２つの回路で流れる電流の大きさが同一となる。従って、図１に示す端子Ｃ１と端子Ｃ２との間で流れる電流が相殺されるので、セルｓ４の正極端子からセルｓ１の負極端子に流れていた電流と同一の大きさの電流が、セルｓ１２の正極端子から、トランジスタＱ１２，Ｑ１および抵抗Ｒ１を介して、セルｓ１の負極端子に流れることになる。
【００２１】
上述した一連の動作により、電池保護ＩＣ１１から異常検出信号が出力される際に、トランジスタＱ１と抵抗Ｒ１とから構成される電圧レベル変換回路の電源として用いられるセルｓ１〜ｓ４（電源構成セル）の電圧と、セルｓ５〜ｓ１２の電圧との電圧差を抑制することができる。
【００２２】
電圧レベル変換回路として機能するＰＮＰトランジスタＱ２と抵抗Ｒ２についても同じである。すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ２１は、抵抗Ｒ２とともにカレントミラー回路を構成する。従って、トランジスタＱ２がオンすると、抵抗Ｒ２に電流が流れるため、ＮＰＮトランジスタＱ２１のベース電圧は、エミッタ電圧より高くなり、トランジスタＱ２１もオンし、セルｓ１２の正極端子から抵抗Ｒ２１とトランジスタＱ２１とを介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れる。これにより、ＰＮＰトランジスタＱ２２のベース電圧は、エミッタ電圧より低くなるので、ＰＮＰトランジスタＱ２２もオンする。
【００２３】
すなわち、トランジスタＱ２がオンすることにより、トランジスタＱ２１がオンし、トランジスタＱ２２がオンする。これにより、セルｓ８の正極端子からトランジスタＱ２と抵抗Ｒ２を介してセルｓ１の負極端子に電流が流れる回路と、セルｓ１２の正極端子からトランジスタＱ２２を介してセルｓ９の負極端子に電流が流れる回路とが生じる。上述したように、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２１、および、抵抗Ｒ２１とトランジスタＱ２２に流れる電流の比、すなわち、カレントミラーのミラー比を共に１：１に設定しておけば、２つの回路で流れる電流の大きさが同一となるので、図１に示す端子Ｃ３と端子Ｃ４との間で流れる電流が相殺される。これにより、セルｓ８の正極端子からセルｓ１の負極端子に流れていた電流と同一の大きさの電流が、セルｓ１２の正極端子から、トランジスタＱ２２，Ｑ２および抵抗Ｒ２を介して、セルｓ１の負極端子に流れることになる。
【００２４】
上述した一連の動作により、電池保護ＩＣ１２から異常検出信号が出力される際に、トランジスタＱ２と抵抗Ｒ２とから構成される電圧レベル変換回路の電源として用いられるセルｓ１〜ｓ８（電源構成セル）の電圧と、電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルｓ９〜ｓ１２の電圧との電圧差を抑制することができる。
【００２５】
ＰＮＰトランジスタＱ３と抵抗Ｒ３も電圧レベル変換回路として機能するが、抵抗Ｒ１に対応するトランジスタＱ１１の様なカレントミラー回路は設けられていない。ＰＮＰトランジスタＱ３と抵抗Ｒ３とから構成される電圧レベル変換回路の電源は、セルｓ１〜ｓ１２で構成されるため、電池保護ＩＣ１３から異常検出信号が出力された場合には、トランジスタＱ３がオンすることにより、セルｓ１２の正極端子からセルｓ１の負極端子に電流が流れる回路が形成される。すなわち、電池保護ＩＣ１３から異常検出信号が出力された場合に、各セルｓ１〜ｓ１２の間で電圧差が生じることはない。
【００２６】
図３は、本実施の形態における組電池の異常検出装置が備えているようなカレントミラートランジスタＱ１１，Ｑ２１，Ｑ１２，Ｑ２２等を備えていない組電池の異常検出装置の構成を示す図である。図１に示す組電池の異常検出装置を構成する要素と同一の構成要素については、同一の符合を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
４セル用の電池保護ＩＣ１１により、少なくとも１つのセルｓ１〜ｓ４の過充電状態または過放電状態が検出されると、Ｌレベルの信号が出力されるので、ＰＮＰトランジスタＱ１がオンする。同様に、電池保護ＩＣ１２により、少なくとも１つのセルｓ５〜ｓ８の過充電状態または過放電状態が検出されると、Ｌレベルの信号が出力されて、ＰＮＰトランジスタＱ２がオンし、電池保護ＩＣ１３により、少なくとも１つのセルｓ９〜ｓ１２の過充電状態または過放電状態が検出されると、Ｌレベルの信号が出力されて、ＰＮＰトランジスタＱ３がオンする。
【００２８】
図１に示す組電池の異常検出装置と同様に、ＰＮＰトランジスタＱ１と抵抗Ｒ１、ＰＮＰトランジスタＱ２と抵抗Ｒ２、および、ＰＮＰトランジスタＱ３と抵抗Ｒ３は、それぞれ電圧レベル変換回路として機能している。すなわち、オア回路３に入力する異常検出信号の電圧レベルのレベル合わせを行っている。従って、例えば、電池保護ＩＣ１１から異常検出信号が出力されると、セルｓ４の正極端子からトランジスタＱ１および抵抗Ｒ１を介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れるので、セルｓ１〜ｓ４の電圧と、電流が流れないセルｓ５〜ｓ１２の電圧との間で差が生じることになる。
【００２９】
同様に、電池保護ＩＣ１２から異常検出信号が出力されると、トランジスタＱ２がオンすることにより、セルｓ８の正極端子からトランジスタＱ２および抵抗Ｒ２を介して、セルｓ１の負極端子に電流が流れるので、セルｓ１〜ｓ８の電圧と、電流が流れないセルｓ９〜ｓ１２の電圧との間で差が生じることになる。
【００３０】
これに対して、本実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、例えば、トランジスタＱ１１，Ｑ１２および抵抗Ｒ１１を設けることにより、電池保護ＩＣ１１から異常検出信号が出力された場合でも、電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルｓ５〜ｓ１２からも、セルｓ１〜ｓ４から供給される電流と同一の電流を引き出している。これにより、各セルｓ１〜ｓ１２間の電圧に差が生じることを抑制している。
【００３１】
また、電池保護ＩＣ１１〜１３から異常検出信号が出力された時に、電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルからも電流を流すための手段として、抵抗Ｒ１に対するトランジスタＱ１１，Ｑ１２および抵抗Ｒ１１を備えるカレントミラー回路、抵抗Ｒ２に対するトランジスタＱ２１，Ｑ２２および抵抗Ｒ２１を備えるカレントミラー回路を設けた。これにより、簡易な方法により、電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルからも電流を引き出すことができる。
【００３２】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、電池保護ＩＣ１１から異常検出信号が出力された場合に、電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルｓ５〜ｓ１２からも、セルｓ１〜ｓ４から供給される電流と同一の電流を引き出すために、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ１１、および、抵抗Ｒ１１とトランジスタＱ１２に流れる電流の比を共に１：１とした。しかし、この電流比を例えば、１：０．１と０．１：１としても、同一の電流を引き出すことができる。
【００３３】
また、図３に示す回路における問題点、すなわち、電池保護ＩＣ１１，１２から異常検出信号が出力された時に、電流が流れるセルの電圧と、電流が全く流れないセルの電圧との間に差が生じることを鑑みると、電流が流れないセルから少しでも電流を引き出すことができれば、図３に示す回路の問題点は多少なりとも改善される。しかし、上述した一実施の形態のように、電圧レベル変換回路の電源として機能するセルから流れる電流と同一の電流を、電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルから引き出す方法が最も効果を上げることができる。
【００３４】
さらに、電池保護ＩＣ１１〜１３から異常検出信号が出力された時に電圧レベル変換回路の電源として機能していないセルから電流を引き出す手段として、カレントミラー回路を用いたが、他の手段を用いるようにしてもよい。すなわち、本発明は、所定数のセルの異常を検出する電池保護ＩＣ１１〜１３からセルの異常を示す信号が出力された時に、異常検出信号の電圧レベルを変換する電圧レベル変換回路の電源を構成しないセルからも電流が流れるように制御するものである。すなわち、異常検出信号が出力されたときに、電圧レベル変換回路の電源として用いられるセルの電圧と、電圧レベル変換回路の電源として用いられないセルの電圧との電圧差が生じるのを抑制する装置であれば、本発明の技術的範囲に属する。
【００３５】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電池保護ＩＣ１１〜１３が異常検出回路を、トランジスタＱ１と抵抗Ｒ１、トランジスタＱ２と抵抗Ｒ２、および、トランジスタＱ３と抵抗Ｒ３が電圧レベル変換回路を、トランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２，抵抗Ｒ１１，Ｒ２１が制御回路を、トランジスタＱ１２，Ｑ２２がスイッチ回路をそれぞれ構成する。また、請求項５に記載されるトランジスタは、一実施の形態におけるトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３に対応する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図
【図２】電池保護ＩＣの詳細な構成を示す図
【図３】一実施の形態における組電池の異常検出装置の効果を説明するための図
【符号の説明】
１…組電池、３，２１〜２３…オア回路、４…充放電制御回路、１１〜１３…電池保護ＩＣ、ｓ１〜ｓ１２…セル、ａ１〜ａ４…過充電検出回路、ｂ１〜ｂ４…過放電検出回路、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ１２，Ｑ２２…ＰＮＰトランジスタ、Ｑ１１，Ｑ２１…ＮＰＮトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ１１，Ｒ２１…抵抗、ＩＮＶ…インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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