(57)【要約】【課題】電池モジュールと電圧監視回路との間の半導体スイッチブロック等を交換することなく繰り返し使用可能として、経済性を向上させた過電圧保護回路を提供する。【解決手段】二次電池セルＣａに対応する第１ノードＡ、第２ノードＢ、第３ノードａ及び第４ノードｂの間に接続された半導体スイッチブロックＳＡを、第１スイッチ素子〜第４スイッチ素子としてのＰＭＯＳ Ｑａ１〜Ｑａ４と抵抗Ｒａ１〜Ｒａ３とにより構成し、他の二次電池セルＣｂ〜Ｃｆについても同様に半導体スイッチブロックＳＢ〜ＳＦを構成する。二次電池セルの充電中または放電中に電流遮断用スイッチＳＷが開放されたときに二次電池両端の正極側電路と負極側電路との間に発生する過電圧を半導体スイッチブロックＳＡ〜ＳＦの動作により低減し、電圧監視回路５１を過電圧から保護する。【選択図】図１
2016165192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池セルが複数、直列に接続され、かつ、前記セルのうち少なくとも一組の隣接するセル間に電流遮断用スイッチが設けられた電池モジュールと、前記セルの電圧を監視する電圧監視回路と、の間の正極側電路及び負極側電路に接続され、
前記電圧監視回路に入力される過電圧から前記電圧監視回路を保護するための過電圧保護回路において、
前記正極側電路上の前記セル側の第１ノード、前記電圧監視回路側の第２ノード、前記第１ノードと前記第２ノードとの間の第３ノード、及び、前記負極側電路上の第４ノードの間に、半導体スイッチブロックを接続し、
前記半導体スイッチブロックは、
前記第１ノードに電流出力端子が接続され、かつ電流入力端子が前記第３ノードに接続されると共に逆並列ダイオードを備えた第１スイッチ素子と、
前記第３ノードに電流入力端子が接続され、かつ電流出力端子が前記第２ノードに接続されると共に逆並列ダイオードを備えた第２スイッチ素子と、
前記第３ノードと前記第４ノードとの間に互いに直列接続された複数の抵抗からなる抵抗直列回路と、
前記第３ノードに電流出力端子が接続され、かつ逆並列ダイオードを備えた第３スイッチ素子と、
前記第３スイッチ素子に直列に接続されて互いの電流入力端子を共有し、かつ逆並列ダイオードを備えた第４スイッチ素子と、
前記第４スイッチ素子の電流出力端子と前記第４ノードとの間に接続された抵抗と、
を備え、
前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の制御端子を前記第４スイッチ素子の電流出力端子に接続し、かつ、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子の制御端子を前記抵抗直列回路内の抵抗同士の接続点に接続したことを特徴とする過電圧保護回路。
【請求項２】
請求項１に記載した過電圧保護回路において、
前記二次電池セルの充電中または放電中に前記電流遮断用スイッチが開放されたときに前記正極側電路と負極側電路との間に発生する過電圧を、前記第１スイッチ素子〜第４スイッチ素子の動作により低減することを特徴とする過電圧保護回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載した過電圧保護回路において、
前記第１スイッチ素子〜第４スイッチ素子をＰ型ＭＯＳＦＥＴにより構成したことを特徴とする過電圧保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池セルの電圧を検出して監視する電圧監視回路を過電圧から保護するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）のようにモータの駆動力によって走行する車両においては、電池ボックス内の電池モジュール（組電池ともいう）が発生する直流高電圧により、インバータを介してモータを駆動している。ここで、電池モジュールは、充放電可能な二次電池セルを複数、直列に接続して構成されており、前記各セルの残容量を表す電圧は、電圧監視回路によって常時監視されている。
【０００３】
電気自動車の安全ガイドラインとして、電池モジュールを電圧的に二分する中央部付近に手動の電流遮断用スイッチを設けることを求める規格「GUIDELINES FOR ELECTRIC VEHICLE SAFETY-SAE J2344 JUN 1998 (4.3.2.1 Suggested Disconnect Location and Type)」があり、保守点検時に前記スイッチを開状態として直流電圧を低減することが示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、電気自動車における高電圧回路の導通や遮断に使用するサービスプラグにおいて、電流遮断用スイッチと一体にヒューズを配置する構成が示されている。  
更に、特許文献２には、電池モジュールにおいて、過充電等により電解液が分解してガスが発生し、蓄電池の内圧が上昇した場合には、その蓄電池の内部に設けた接点を開状態として電流を遮断する技術が開示されている。
【０００５】
一方、電池モジュールの電圧監視回路としては、直列接続された二次電池セルの正極端子及び負極端子を差動増幅器に接続し、各セルの電圧を前記差動増幅器により検出して電圧を常時監視するものが知られている。
このような電圧監視回路が設けられている場合、前述した規格や特許文献１，２における電流遮断手段（スイッチ、ヒューズ、接点）を閉状態から開状態へ遷移させると、電圧監視回路に対して過電圧を印加する要因となり、電圧監視回路を破損させるおそれがある。
【０００６】
このため、電流遮断手段の開閉に伴う電圧監視回路の破損を回避するための過電圧保護回路が、特許文献３に開示されている。
図２，図３は特許文献３に記載された従来技術を示しており、図２は、電池モジュールの電圧監視回路を含むハイブリッド自動車の全体構成図、図３は、図２における電圧監視回路の構成図である。
【０００７】
図２において、１０は多数の二次電池セル１１が直列に接続された電池モジュール、１２は電池モジュール１０を電圧的にほぼ二分する中央部に設けられた電流遮断用スイッチ、１３はヒューズ、２１，２２はコンタクタ、２３は突入電流制限用の抵抗、２４はスイッチ、３０は負荷である。この負荷３０は、電池モジュール１０を直流電源とするインバータ３１、車両駆動用のモータ３２及びエンジン３３、トランスミッション３４により構成されている。３５は降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ、３６は低圧バッテリー、４０は制御装置である。
【０００８】
また、５０は二次電池セル１１の電圧をそれぞれ監視する電圧監視ユニットであり、その構成は図３に示すとおりである。なお、図３では、図２における二次電池セル１１の数を一部省略し、また、ヒューズ１３を省略してある。
【０００９】
図３において、全ての二次電池セル１１の両端には、何れも同一構成の半導体スイッチブロック５３を介して、電圧監視回路５１内の抵抗５２が接続されている。抵抗５２の両端には、図示されていない差動増幅器やＡ／Ｄ変換器等が接続されており、抵抗５２の両端に現れる二次電池セル１１の電圧を検出してその状態を監視するようになっている。
また、半導体スイッチブロック５３は、スイッチ素子５３ａ，５３ｂ、アンチヒューズ素子５３ｃ及び抵抗５３ｄを備えている。アンチヒューズ素子５３ｃは、両端に印加される電圧が閾値を上回ると、抵抗値が高抵抗状態から低抵抗状態に不可逆的に遷移するものである。
【００１０】
この従来技術において、電池モジュール１０の充電中に電流遮断用スイッチ１２が何らかの理由により閉状態から開状態へ遷移した場合には、負荷３０が有するインダクタンスの作用により二次電池セル１１の電圧が上昇する。これにより、半導体スイッチブロック５３内のアンチヒューズ素子５３ｃへの印加電圧が上昇するため、アンチヒューズ素子５３ｃは高抵抗状態から低抵抗状態に変化してスイッチ素子５３ａ，５３ｂがオフする。
従って、電池モジュール１０と電圧監視回路５１との間の電路が遮断され、電池モジュール１０に発生する過電圧が電圧監視回路５１の入力側に印加されるのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０-８３７５３号公報（図１等）
【特許文献２】特開２００５−４４５２３号公報（図２，図４等）
【特許文献３】特許第５２９０４７６号（段落[００２６]〜[００６０]、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、アンチヒューズ素子５３ｃは、閾値を上回る電圧が印加されることによって高抵抗状態から低抵抗状態へと不可逆的に変化する特性を持つ。このため、電池モジュール１０の過電圧状態、すなわち異常状態が解消されて定常状態へ復帰した後でも、アンチヒューズ素子５３ｃは低抵抗状態を引き続き維持する。
その結果、電池モジュール１０と電圧監視回路５１との間の電路は遮断されたままとなり、上記電路が導通している定常状態に戻すためには、アンチヒューズ素子５３ｃを含む半導体スイッチブロック５３や過電圧保護回路全体を交換しなければならないという問題がある。
そこで、本発明の解決課題は、異常発生時に電池モジュールと電圧監視回路との間の電路を遮断するための部品や回路を交換することなく繰り返し使用可能として、経済性を向上させた過電圧保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電池モジュールと電圧監視回路との間の電路に設けた半導体スイッチブロック内のスイッチ素子の動作により、電池モジュールを構成する各セルの両端電位差が所定範囲を超えた場合に前記電路を遮断し、所定範囲内にあるときは前記電路を導通させるものである。
すなわち、請求項１に係る発明は、充放電可能な二次電池セルが複数、直列に接続され、かつ、前記セルのうち少なくとも一組の隣接するセル間に電流遮断用スイッチが設けられた電池モジュールと、前記セルの電圧を監視する電圧監視回路と、の間の正極側電路及び負極側電路に接続され、
前記電圧監視回路に入力される過電圧から前記電圧監視回路を保護するための過電圧保護回路において、
前記正極側電路上の前記セル側の第１ノード、前記電圧監視回路側の第２ノード、前記第１ノードと前記第２ノードとの間の第３ノード、及び、前記負極側電路上の第４ノードの間に、半導体スイッチブロックを接続し、
前記半導体スイッチブロックは、
前記第１ノードに電流出力端子が接続され、かつ電流入力端子が前記第３ノードに接続されると共に逆並列ダイオードを備えた第１スイッチ素子と、
前記第３ノードに電流入力端子が接続され、かつ電流出力端子が前記第２ノードに接続されると共に逆並列ダイオードを備えた第２スイッチ素子と、
前記第３ノードと前記第４ノードとの間に互いに直列接続された複数の抵抗からなる抵抗直列回路と、
前記第３ノードに電流出力端子が接続され、かつ逆並列ダイオードを備えた第３スイッチ素子と、
前記第３スイッチ素子に直列に接続されて互いの電流入力端子を共有し、かつ逆並列ダイオードを備えた第４スイッチ素子と、
前記第４スイッチ素子の電流出力端子と前記第４ノードとの間に接続された抵抗と、を備え、
前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子の制御端子を前記第４スイッチ素子の電流出力端子に接続し、かつ、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子の制御端子を前記抵抗直列回路内の抵抗同士の接続点に接続したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した過電圧保護回路において、前記二次電池セルの充電中または放電中に前記電流遮断用スイッチが開放されたときに前記正極側電路と負極側電路との間に発生する過電圧を、前記第１スイッチ素子〜第４スイッチ素子の動作により低減することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した過電圧保護回路において、前記第１スイッチ素子〜第４スイッチ素子をＰ型ＭＯＳＦＥＴにより構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電池モジュールに電圧異常が発生し、半導体スイッチブロック内の第１〜第４スイッチ素子が動作して過電圧保護機能が働いた場合でも、その後に電池モジュールの電圧異常が解消されて定常状態に復帰した場合には、前記第１〜第４スイッチ素子の動作により過電圧保護機能も定常状態へと復帰する。このため、半導体スイッチブロック等の回路や部品を交換することなく繰り返し使用することができ、経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】特許文献３に記載された従来技術の構成図である。
【図３】図２における電圧監視ユニットの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る過電圧保護回路の構成を、負荷３０、電池モジュール１０及び電圧監視回路５１と共に示したものである。図１において、負荷３０の両端には、電池モジュール１０を構成する複数の二次電池セルＣａ〜Ｃｆが、電流遮断用スイッチＳＷを介して直列に接続されている。二次電池セルＣａ〜Ｃｆの定常時における電圧は全て等しく、Ｖｃであるものとする。
【００１９】
なお、負荷３０は、図２に示したインバータ３１、モータ３２等のように電力回生機能を持ち、電池モジュール１０の放電により負荷３０に直流電力が供給されると共に、負荷３０からの回生電力により電池モジュール１０を充電可能となっている。ここで、直列接続される二次電池セルの個数は図示例に限定されないことは勿論である。
また、図１の回路では、二次電池セルＣａ〜Ｃｆの直列回路の中間電位点となるノードＤに１個の電流遮断用スイッチＳＷが配置されているが、電流遮断用スイッチの個数及び位置も図示例に何ら限定されるものではない。
【００２０】
二次電池セルＣａの正極側電路上の第１ノードであるノードＡと、第２ノードである電圧監視回路５１側のノードＡ’との間路には、第１スイッチ素子，第２スイッチ素子としてのＰ型ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳという）Ｑａ１，Ｑａ２が、互いにソース端子を共有するように直列に接続される。ここで、ＰＭＯＳ Ｑａ１，Ｑａ２のソース端子を、第３ノードとしてのノードａとする。
二次電池セルＣａ側と同様に、二次電池セルＣａの負極側のノードＢと電圧監視回路５１側のノードＢ’との間にも、ソース端子を共有するようにＰＭＯＳ Ｑｂ１，Ｑｂ２が直列に接続され、ＰＭＯＳ Ｑｂ１，Ｑｂ２のソース端子により第４ノードとしてのノードｂが形成される。
【００２１】
上記のノードａ−ｂ間には、互いにソース端子及びゲート端子を共有するようにＰＭＯＳ Ｑａ３，Ｑａ４が直列に接続され、その直列回路に抵抗Ｒａ３が直列に接続されている。なお、ＰＭＯＳ Ｑａ３のドレイン端子はノードａに接続され、ＰＭＯＳ Ｑａ４のドレイン端子（ＰＭＯＳ Ｑａ４と抵抗Ｒａ３との接続点）は、ＰＭＯＳ Ｑａ１，Ｑａ２のゲート端子に接続されている。
また、ノードａ−ｂ間には抵抗Ｒａ１，Ｒａ２が直列に接続されており、これらの抵抗Ｒａ１，Ｒａ２同士の接続点であるノードａ’は、ＰＭＯＳ Ｑａ３，Ｑａ４のゲート端子に接続されている。
【００２２】
以降、二次電池セルＣｂ〜Ｃｆの各一端のノードＢ〜Ｆと電圧監視回路５１側のノードＢ’ 〜Ｆ’との間の電路にも、前述した二次電池セルＣａ側の電路と同様に、ＰＭＯＳ Ｑｂ１〜Ｑｂ４，Ｑｃ１〜Ｑｃ４，Ｑｄ１〜Ｑｄ４，Ｑｅ１〜Ｑｅ４，Ｑｆ１〜Ｑｆ４及び抵抗Ｒｂ１〜Ｒｂ３，Ｒｃ１〜Ｒｃ３，Ｒｄ１〜Ｒｄ３，Ｒｅ１〜Ｒｅ３，Ｒｆ１〜Ｒｆ３がそれぞれ接続されている。
なお、電流遮断用スイッチＳＷが閉状態である定常時に最下位電位となるノードＧと電圧監視回路５１側のノードＧ’との間の電路には、ＰＭＯＳが接続されていない。
ここで、各抵抗の抵抗値は、Ｒａ１＝Ｒｂ１＝，……，＝Ｒｆ１，Ｒａ２＝Ｒｂ２＝，……，＝Ｒｆ２，Ｒａ３＝Ｒｂ３＝……＝Ｒｆ３となるように設定されている。
【００２３】
上記の構成において、例えば二次電池セルＣａに対応する第１〜第４のノードＡ，Ａ’，ａ，ｂ間に接続されるＰＭＯＳ Ｑａ１〜Ｑａ４及び抵抗Ｒａ１〜Ｒａ３からなる部分を、半導体スイッチブロックＳＡといい、以下同様に、半導体スイッチブロックＳＢ〜ＳＦというものとする。
なお、電圧監視回路５１は、図３と同様に、二次電池セルＣａ〜Ｃｆに対応する同一抵抗値の抵抗ｒがノードＡ’〜Ｇ’間にそれぞれ接続され、各抵抗ｒの両端電圧が図示されていない差動増幅器等によって検出されるようになっている。
【００２４】
以下に、
（１）電流遮断用スイッチＳＷが閉状態にある定常時の回路動作、（２）負荷３０から電池モジュール１０への充電中に電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態に遷移した異常時の回路動作、（３）電池モジュール１０から負荷３０への放電中に電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態に遷移した異常時の回路動作、について順に説明する。
【００２５】
（１）電流遮断用スイッチＳＷが閉状態にある定常時の回路動作
電流遮断用スイッチＳＷが閉状態にある定常時においては、図１の回路の最低電位であるノードＧの電位に対して、ノードＦの電位はＶｃだけ高く、ノードＦの電位に対してノードＥの電位はＶｃだけ高く、同様にノードＡまでの電位がそれぞれＶｃずつ高くなっている。
【００２６】
いま、ノードＡ−Ａ’の電路に介在するＰＭＯＳ Ｑａ１，Ｑａ２のゲート端子電位は、Ｑａ３，Ｑａ４がＯＦＦ状態にあるならば、抵抗Ｒａ３を介してノードｂから供給される。Ｑａ１，Ｑａ２のソース端子であるノードａの電位は、ノードｂよりもＶｃだけ高いため、ＶｃがＱａ１，Ｑａ２の閾値電圧よりも高い場合には、Ｑａ１，Ｑａ２は共にＯＮ状態となってノードＡ−Ａ’が導通し、ノードＡの電位が電圧監視回路５１に入力される。
【００２７】
電流遮断用スイッチＳＷが閉状態にある定常時の各二次電池セルの満充電電位をＶｃｆとし、Ｑａ３，Ｑａ４の閾値電圧を（−Ｖｔｈ）とすると、（−Ｖｃｆ）×Ｒａ１／（Ｒａ１＋Ｒａ２）＞（−Ｖｔｈ）となるように抵抗Ｒａ１，Ｒａ２の定数（抵抗値）を設定することにより、定常時においてＱａ３，Ｑａ４はＯＦＦ状態を維持する。
【００２８】
また、ノードＢ−Ｂ’の電路に介在するＰＭＯＳ Ｑｂ１,Ｑｂ２のゲート端子電位は、Ｑｂ３，Ｑｂ４がＯＦＦ状態にあるならば、抵抗Ｒｂ３を介してノードｃから供給される。Ｑｂ１，Ｑｂ２のソース端子であるノードｂの電位は、ノードｃよりもＶｃだけ高いため、ＶｃがＱｂ１，Ｑｂ２の閾値電圧よりも高い場合には、Ｑｂ１，Ｑｂ２は共にＯＮ状態となってノードＢ−Ｂ’が導通し、ノードＢの電位が電圧監視回路５１に入力される。
【００２９】
Ｑａ３，Ｑａ４と同様に、Ｑｂ３，Ｑｂ４の閾値電圧を（−Ｖｔｈ）とすると、（−Ｖｃｆ）×Ｒｂ１／（Ｒｂ１＋Ｒｂ２）＞（−Ｖｔｈ）となるように抵抗Ｒｂ１とＲｂ２の定数（抵抗値）を設定することにより、定常時においてＱｂ３，Ｑｂ４はＯＦＦ状態を維持する。
【００３０】
以降、同様の条件のもとで、各ノードＢ〜Ｆの電位が電圧監視回路５１に入力されると共に、ノードＧ−Ｇ’の電路にはＰＭＯＳが介在しないため、ノードＧの電位は無条件に電圧監視回路５１に入力される。
電圧監視回路５１では、ノードＡ’−Ｂ’の電位差を検出することにより、二次電池セルＣａの電圧を監視することが可能であり、同様に各ノードＢ’−Ｇ’の電位差を検出して各セルＣｂ〜Ｃｆの電圧を監視することができる。
【００３１】
（２）負荷３０から電池モジュール１０への充電中に電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態に遷移した異常時の回路動作
負荷３０からの回生電力によって電池モジュール１０を充電しているときに電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態へと遷移した場合、負荷３０の両端電圧は開放電圧Ｖｏｐｅｎとなる。一般に、この開放電圧Ｖｏｐｅｎは、電池モジュール１０を構成する二次電池セルＣａ〜Ｃｆの直列電圧（６×Ｖｃ）よりも高くなる。
【００３２】
電池モジュール１０への充電中に電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態へ遷移した場合、ノードＧを基準電位とし、ノードＡの電位をＶｏｐｅｎとすると、中間電位点であるノードＤの電位は（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）になろうとする一方、ノードＥの電位は２Ｖｃとなる。
いま、仮に、半導体スイッチブロックＳＡ〜ＳＦがないと仮定した場合、電圧監視回路５１に入力されるノードＤ’とノードＥ’との電位差は（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）−２Ｖｃ＝Ｖｏｐｅｎ−５Ｖｃとなり、この値が電圧監視回路５１の入力許容範囲を超えた場合には、電圧監視回路５１が破損してしまう。
【００３３】
そこで、図１の回路では、ノードＤとノードｄとの間に介在するＰＭＯＳ Ｑｄ１は寄生ダイオードのアノードがノードＤ、カソードがノードｄとなるような極性で接続されているため、ノードＤの電位が（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）になろうとした場合、ＰＭＯＳ Ｑｄ１のＯＮ／ＯＦＦ状態に関わらず、ノードｄの電位もまた、（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）になろうとする。
【００３４】
この時、ノードａの電位はＶｏｐｅｎであるから、ノードａとノードｄとの電位差は（Ｖｏｐｅｎ−（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）＝３Ｖｃとなる。この電位差３Ｖｃが、抵抗Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｃ１，Ｒｃ２によって分圧されるため、ノードａとノードｂとの電位差、ノードｂとノードｃとの電位差、ノードｃとノードｄとの電位差は、それぞれＶｃを維持する。
【００３５】
ノードｇの電位を基準電位＝０とした場合、ノードｄとノードｇとは抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｅ１，Ｒｅ２，Ｒｆ１，Ｒｆ２を介して接続されており、これらの抵抗を通して電流が流れるので、ノードｄとノードｅとの電位差は（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）／３に抑制されることになり、これによってノードＤ’とノードＥ’との電位差も抑制することができる。
ただし、ノードｅとノードｆとの電位差、ノードｆとノードｇとの電位差は、Ｖｃから（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）／３に大きくなる。
【００３６】
ここで、ＰＭＯＳ Ｑｄ３，Ｑｄ４の閾値電圧を（−Ｖｔｈ）として、｛−（Ｖｏｐｅｎ−３Ｖｃ）／３｝×｛Ｒｄ１／（Ｒｄ１＋Ｒｄ２）｝＜（−Ｖｔｈ）となるほどに開放電圧Ｖｏｐｅｎが大きい場合、Ｑｄ３，Ｑｄ４がＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移することで、Ｑｄ１，Ｑｄ２のソース端子であるノードｄが、Ｑｄ１，Ｑｄ２のゲート端子と導通し、Ｑｄ１，Ｑｄ２のゲート−ソース間電圧が概ね０［Ｖ］となるため、Ｑｄ１，Ｑｄ２はＯＦＦ状態になる。
ノードｅ、ノードｆを有する電路においてもＱｅ１〜Ｑｅ４，Ｑｆ１〜Ｑｆ４が同様に動作することで、ノードＤ’〜Ｆ’がフローティング状態となるため、これらのノードＤ’〜Ｆ’の電位が印加される電圧監視回路５１は開放電圧Ｖｏｐｅｎによる高電位から保護されることとなる。
なお、フローティング状態となったノードＤ’〜Ｆ’の電位は、ノードＣ’とノードＧ’との電位差を、電圧監視回路５１の内部インピーダンス（４つの抵抗ｒの各抵抗値）によりそれぞれ分圧した値に遷移する。
【００３７】
以上の動作によって電圧監視回路５１を開放電圧Ｖｏｐｅｎによる高電位から保護した後、各ノードａ〜ｆの電位は、漏れ電流等の影響により次第に低下し、各ノードａ〜ｆ間の電位差も低下する。ノードｄとノードｅとの電位差が所定値以下まで低下すると、ＰＭＯＳ Ｑｄ３，Ｑｄ４がＯＮ状態からＯＦＦ状態へ復帰し、Ｑｄ１，Ｑｄ２がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ復帰するので、ノードＤ−Ｄ’の電路は再度導通し、ノードＥ−Ｅ’の電路、及びノードＦ−Ｆ’の電路も同様に導通する。
【００３８】
（３）電池モジュール１０から負荷３０への放電中に電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態に遷移した異常時の回路動作
電池モジュール１０から負荷３０に放電している時に、電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態へと遷移した場合、ノードＤの電位を基準電位＝０とすると、ノードＣの電位はＶｃ、ノードＢの電位は２Ｖｃ、ノードＡの電位は３Ｖｃとなる。また、理解を容易にするため、負荷３０の両端電位差を０とすると、ノードＧの電位は３Ｖｃ、ノードＦの電位は４Ｖｃ、ノードＥの電位は５Ｖｃとなる。
【００３９】
ＰＭＯＳ Ｑｅ１は寄生ダイオードのアノードがノードＥ、カソードがノードｅとなるように接続されているため、ノードＥの電位が５Ｖｃになる場合、Ｑｅ１のＯＮ／ＯＦＦ状態に関わらずノードｅの電位もまた、５Ｖｃになる。
仮に、半導体スイッチブロックＳＡ〜ＳＦがないと仮定した場合、電圧監視回路５１に入力されるノードＤ’とノードＥ’との電位差は（−５Ｖｃ）となり、定常時と比較して５倍の逆電圧が印加されることになる。
【００４０】
図１の回路では、ノードｄの電位＜ノードｅの電位となる場合には、ＰＭＯＳ Ｑｄ３，Ｑｄ４のゲート−ソース間電圧であるノードｄ’とノードｄの電位差は正となり、Ｑｄ３，Ｑｄ４は定常時と同じくＯＦＦ状態を維持するが、Ｑｄ１，Ｑｄ２のゲート端子電位は抵抗Ｒｄ３を介してノードｅから供給されるため、Ｑｄ１，Ｑｄ２のゲート−ソース間電圧であるノードｅとノードｄとの電位差が正となるので、Ｑｄ１，Ｑｄ２はＯＦＦ状態となる。
このためノードｄの電位は、ノードｃとノードｅとの電位差を抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２，Ｒｄ１，Ｒｄ２により分圧した値になる。ここでは、Ｒｃ１＋Ｒｃ２＝Ｒｄ１＋Ｒｄ２としているので、ノードｄの電位は、（ノードｃの電位＋ノードｅの電位）／２である３Ｖｃになる。
【００４１】
すると、ノードｃの電位＜ノードｄの電位となるので、Ｑｃ３，Ｑｃ４はＯＦＦ状態を維持し、Ｑｃ１，Ｑｃ２がＯＦＦ状態になる。この場合、ノードｃとノードｄとの電位は、ノードｂとノードｅとの電位差を抵抗分圧した値となる。
順次同様の動作により、電流遮断用スイッチＳＷが開状態になった際にノードＤとノードＥとの間に生じた電位差は、抵抗分圧によって抑制され、かつ、電圧監視回路５１の入力側の各ノードＡ’〜Ｆ’は電路から遮断されるため、電圧監視回路５１を高電圧から保護することが可能となる。
【００４２】
以上のように、この実施形態においては、電池モジュール１０の充電時または放電時に電流遮断用スイッチＳＷが閉状態から開状態に遷移した場合、半導体スイッチブロックＳＡ〜ＳＦを構成するＰＭＯＳ Ｑａ１〜Ｑf４の動作により、電池モジュール１０と電圧監視回路５１との間の電路を遮断して過電圧印加を回避すると共に、その後に上記電路を再び導通させることができる。
従って、前述した特許文献３のように、過電圧保護機能が働いた後に電路が遮断されたままになるおそれがなく、回路や部品を交換しなくても過電圧保護回路を繰り返し動作させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る過電圧保護回路は、例えば、電池モジュールが搭載された電気自動車等において、電池モジュールの電圧監視回路に対する過電圧保護に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
Ｃａ〜Ｃｆ：二次電池セル
Ｑａ１〜Ｑａ４，Ｑｂ１〜Ｑｂ４，Ｑｃ１〜Ｑｃ４，Ｑｄ１〜Ｑｄ４，Ｑｅ１〜Ｑｅ４，Ｑｆ１〜Ｑｆ４：Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（ＰＭＯＳ）
Ｒａ１〜Ｒａ３，Ｒｂ１〜Ｒｂ３，Ｒｃ１〜Ｒｃ３，Ｒｄ１〜Ｒｄ３，Ｒｅ１〜Ｒｅ３，Ｒｆ１〜Ｒｆ３，ｒ：抵抗
Ａ〜Ｇ，Ａ’〜Ｇ’，ａ〜ｇ，ａ’〜ｆ ’：ノード
ＳＡ〜ＳＦ：半導体スイッチブロック
ＳＷ：電流遮断用スイッチ
１０：電池モジュール
３０：負荷
５１：電圧監視回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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