(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタを有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧をモニタ電流に変換するセル電圧−モニタ電流変換回路と、
前記第１のトランジスタと組み合わさって電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタを有し、前記セル電圧−モニタ電流変換回路で生成されたモニタ電流をモニタ電圧に変換するモニタ電流−モニタ電圧変換回路と、
前記モニタ電流−モニタ電圧変換回路で得られる前記モニタ電圧を所定の基準電圧と比較する比較回路を有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記セル電圧−モニタ電流変換回路が異常検出制御信号に応答して動作して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項２】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタを有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧をモニタ電流に変換するセル電圧−モニタ電流変換回路と、
前記第１のトランジスタと組み合わさって電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタを有し、前記モニタ電流に所定の倍率で比例するミラーモニタ電流を生成するミラーモニタ電流生成回路と、
前記ミラーモニタ電流生成回路で生成されたミラーモニタ電流を所定の基準電流と比較する比較回路を有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記セル電圧−モニタ電流変換回路が異常検出制御信号に応答して動作して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項３】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタを有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧をモニタ電流に変換するセル電圧−モニタ電流変換回路と、
前記第１のトランジスタと組み合わさって電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、前記セル電圧−モニタ電流変換回路で生成されたモニタ電流を所定の基準電流と比較する比較回路とを有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記セル電圧−モニタ電流変換回路が異常検出制御信号に応答して動作して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項４】
前記セル電圧−モニタ電流変換回路が、前記第１および第２のモニタ端子間で前記第１のトランジスタと直列接続される抵抗を更に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセル電圧監視装置。
【請求項５】
前記セル電圧−モニタ電流変換回路が、前記第１および第２のモニタ端子間で前記第１のトランジスタと直列接続されるオン／オフ切換用のスイッチを更に有し、
前記異常検出制御信号に応答して前記スイッチが導通する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセル電圧監視装置。
【請求項６】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタを流れる電流をモニタ電圧に変換する電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路で得られる前記モニタ電圧を所定の基準電圧と比較する比較回路を有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記第１のトランジスタが異常検出制御信号に応答して導通して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項７】
前記電流−電圧変換回路が、
前記第１のモニタ端子と第１の電源電圧端子との間で前記第２のトランジスタと直列に接続される第３のトランジスタと、
前記第３のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第４のトランジスタと、
一定の電圧を与える第２および第３の電源電圧端子の間で前記第４のトランジスタと直列に接続される第１の抵抗と、
を有し、前記第４のトランジスタと前記第１の抵抗との間のノードより前記モニタ電圧を取り出し、
前記比較判定回路が、
前記モニタ電圧を下限監視用の第１の比較基準電圧と比較して、両電圧の高低関係を表わす二値の判定信号を出力する第１の電圧比較回路と、
前記モニタ電圧を上限監視用の第２の比較基準電圧と比較して、両電圧の高低関係を表わす二値の判定信号を出力する第２の電圧比較回路と、
を有する、
請求項６に記載のセル電圧監視装置。
【請求項８】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタを流れる電流を上限監視用の第１のモニタ電圧および下限監視用の第２のモニタ電圧に変換する電流−電圧変換回路と、
前記電流−電圧変換回路で得られる前記第１および第２のモニタ電圧をそれぞれ第１および第２の基準電圧と比較する第１および第２の比較回路を有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記第１のトランジスタが異常検出制御信号に応答して導通して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項９】
前記電流−電圧変換回路が、
前記第１のモニタ端子と第１の電源電圧端子との間で前記第２のトランジスタと直列に接続される第３のトランジスタと、
前記第３のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第４のトランジスタと、
一定の電圧を与える第２および第３の電源電圧端子の間で前記第４のトランジスタと直列に接続される第１の抵抗と、
前記第３のトランジスタと組み合わさって第３の電流ミラー回路を構成する第５のトランジスタと、
前記第２および第３の電源電圧端子の間で前記第５のトランジスタと直列に接続される第２の抵抗と、
を有し、
前記第４のトランジスタと前記第１の抵抗との間のノードより前記第１のモニタ電圧を取り出し、前記第５のトランジスタと前記第２の抵抗との間のノードより前記第２のモニタ電圧を取り出す、
請求項８に記載のセル電圧監視装置。
【請求項１０】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタを流れる電流を所定の基準電流と比較する比較回路を有し、前記電池セルにより選択された前記電池セルの出力電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記第１のトランジスタが異常検出制御信号に応答して導通して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項１１】
前記比較判定回路が、
前記第１のモニタ端子と第１の電源電圧端子との間で前記第２のトランジスタと直列に接続される第３のトランジスタと、
前記第３のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第４のトランジスタと、
一定の電圧を与える第２および第３の電源電圧端子の間で前記第４のトランジスタと直列に接続される下限監視用の第１の定電流源と、
前記第３のトランジスタと組み合わさって第３の電流ミラー回路を構成する第５のトランジスタと、
前記第２および第３の電源電圧端子の間で前記第５のトランジスタと直列に接続される上限監視用の第２の定電流源と、
を有し、
前記第４のトランジスタと前記第１の定電流源との間のノードより前記電池セルの電圧が所定の下限値を割っているか否かを示す第１の判定信号を取り出し、前記第４のトランジスタと前記第２の定電流源との間のノードより前記電池セルの出力電圧が所定の上限値を超えているか否かを示す第２の判定信号を取り出す、
請求項１０に記載のセル電圧監視装置。
【請求項１２】
多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧を測定するためのセル電圧測定回路と、前記第１および第２のモニタ端子間に現れるセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出回路とを含む、セル電圧監視装置であって、
前記セル電圧測定回路が、前記第１および第２のモニタ端子間のセル電圧を保持するための容量素子と、当該容量素子に保持された電圧をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器とを有し、
前記セル電圧異常検出回路が、
前記第１および第２のモニタ端子間に接続される第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタを流れる電流を所定の基準電流と比較する比較回路を有し、前記電池セルにより選択された前記電池セルの出力電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路と、
を有し、
前記選択スイッチにより所望の前記電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、前記第１のトランジスタが異常検出制御信号に応答して導通して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかが判定され、その後、前記セル電圧測定回路によりセル電圧の測定が行われる、
多セル直列電池用のセル電圧監視装置。
【請求項１３】
前記比較判定回路が、
前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、
前記第１のモニタ端子と所定の電源電圧端子との間で前記第２のトランジスタと直列に接続される下限監視用の第１の定電流源と、
前記第１のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第３のトランジスタと、
前記第１のモニタ端子と前記電源電圧端子との間で前記第３のトランジスタと直列に接続される上限監視用の第２の定電流源と、
を有し、
前記第２のトランジスタと前記第１の定電流源との間のノードより前記電池セルの電圧が所定の下限値を割っているか否かを示す第１の判定信号を取り出し、前記第３のトランジスタと前記第２の定電流源との間のノードより前記電池セルの出力電圧が所定の上限値を超えているか否かを示す第２の判定信号を取り出す、
請求項１２に記載のセル電圧監視装置。
【請求項１４】
前記セル電圧異常検出回路が、前記第１および第２のモニタ端子間で前記第１のトランジスタと直列接続される第３の抵抗を更に有する、請求項６〜１３のいずれか一項に記載のセル電圧監視装置。
【請求項１５】
前記セル電圧異常検出回路が、前記第１および第２のモニタ端子間で前記第１のトランジスタと直列接続されるオン／オフ切換用のスイッチを更に有し、
前記異常検出制御信号に応答して前記スイッチが導通する、請求項６〜１４のいずれか一項に記載のセル電圧監視装置。
【請求項１６】
前記セル電圧測定回路が、
前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの出力電圧をサンプリングするためのサンプリング・スイッチと、
前記サンプリング・スイッチによりサンプリングされた電圧によって充電されるコンデンサと、
前記コンデンサの充電電圧を前記Ａ／Ｄ変換器へ転送するためのトランスファ・スイッチと、
を更に有する、
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のセル電圧監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池について電池セルの電圧を監視するセル電圧監視装置に係り、特に電池セル電圧の異常を検出するセル電圧異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車では、電気モータの電源として、多数の電池セルを直列に接続して所望の駆動電圧が得られるようにした多セル直列電池が用いられている。このような多セル直列電池においては、電池セルが二次電池からなり、電気モータの回生により発電された電力を電池に貯蔵できるようになっており、電池セルの電圧が放電で低下したり充電で上昇したりする。しかしながら、電池セルの過放電や過充電は、電気モータのトルク特性ひいては自動車の走行性を低下させるだけでなく、電池セル自体の寿命にも悪影響を及ぼす。このことから、電池セルの電圧を監視して、過充電または過放電の状態になっていれば、速やかにその異常事態を検出して制御部等に通知するセル電圧異常検出装置またはセル電圧監視装置が必要とされている。
【０００３】
従来の典型的なセル電圧異常検出装置は、たとえば特許文献１に記載されるように、多セル直列電池を構成する各々の電池セルに対して当該セル電圧に応じた電流が流れるセル電圧検出素子を並列に接続し、全てのセル電圧検出素子に流れる電流の総量をカレント・トランスからなる素子電流検出手段により検出し、比較判定手段において電流総量検出値を比較基準値と比較して、各電池セルに異常が発生しているか否かを判定するようにしている。
【０００４】
また、多セル直列電池内の各電池セルの電圧を検出または測定する装置においてセル電圧の異常（過充電・過放電）を検出する機能を備えたものもある。たとえば特許文献２に開示されるセル電圧検出回路は、多セル直列電池の任意の電池セルを選択するためのセル選択スイッチと、選択された電池セルの電圧をサンプリングするサンプリング・スイッチと、サンプリングされた電圧で充電されるコンデンサと、サンプリング・スイッチがオフに遷移した後に該コンデンサの電圧をＡ／Ｄ変換器に転送するトランスファ・スイッチとを備え、Ａ／Ｄ変換器の出力より得られるディジタルの電流測定値を判定基準値と比較して異常（過充電・過放電）を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３２７０９１
【特許文献２】特開２００１−２０１５２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されるようなセル電圧異常検出装置は、電池セル毎にセル電圧検出素子を設けるので回路構成が煩雑であるうえ、全てのセル電圧検出素子を流れる電流の総量を検出する外付けの素子電流検出手段（カレント・トランス）を必要とするので装置コストおよび装置サイズが増大するという問題があり、さらには異常セルの識別・確定を個々に行い得ないという不便または制限もある。
【０００６】
また、特許文献２に記載のようなセル電圧検出装置は、セル選択スイッチにより多セル直列電池の中から選択した電池セルの状態を判断するまでに、サンプリング・スイッチを介してコンデンサに充電する時間、トランスファ・スイッチを介してコンデンサの対地電位をグランドまで引き下げ、次いでＡ／Ｄ変換器へ転送する時間、およびＡ／Ｄ変換器におけるＡ／Ｄ変換時間を費やすため、異常の発見が遅れるおそれがある。電気自動車等において電池異常の検出が遅れることは安全上の致命的な欠点になる。また、電圧検出回路の構成（特にサンプリング・スイッチ、コンデンサ、トランスファ・スイッチ）と動作（スイッチング動作、充放電動作）が複雑であり、セル電圧測定値に異常が現れた場合に、果たしてセル電圧の異常なのか、それとも測定回路の異常なのかを区別できないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、簡易・小型で高効率な回路構成により多セル直列電池における電池セルの異常を早期かつ高精度に検出し、多セル直列電池の信頼性、安全性、寿命を向上させる多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置およびセル電圧監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタを流れる電流をモニタ電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路で得られる前記モニタ電圧を所定の基準電圧と比較して、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【０００９】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。そうすると、電流−電圧変換回路では、第１および第２のトランジスタで構成される電流ミラー回路のミラー効果により、モニタ電流に一定のカレントミラー比または倍率で比例する電流が流れ、この電流に応じたモニタ電圧が得られる。比較判定回路は、モニタ電流ひいては当該電池セルの電圧と一定の対応関係を有するモニタ電圧を所定の基準電圧と比較するので、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００１０】
本発明の第２の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタを有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧をモニタ電流に変換するセル電圧−モニタ電流変換回路と、前記第１のトランジスタと組み合わさって電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタを有し、前記モニタ電流に所定の倍率で比例するミラーモニタ電流を生成するミラーモニタ電流生成回路と、前記ミラーモニタ電流生成回路で生成されたミラーモニタ電流を所定の基準電流と比較して、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【００１１】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。そうすると、ミラーモニタ電流生成回路では、第１および第２のトランジスタで構成される電流ミラー回路のミラー効果により、モニタ電流に一定のカレントミラー比または倍率で比例するミラーモニタ電流が生成される。比較判定回路は、モニタ電流ひいては当該電池セルの電圧と一定の対応関係を有するミラーモニタ電流を基準電流と比較することで、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００１２】
本発明の第３の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタを有し、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧をモニタ電流に変換するセル電圧−モニタ電流変換回路と、前記第１のトランジスタと組み合わさって電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタを有し、前記セル電圧−モニタ電流変換回路で生成されたモニタ電流を所定の基準電流と比較して、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【００１３】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。そうすると、比較判定回路では、第１および第２のトランジスタで構成される電流ミラー回路のミラー効果により、モニタ電流に一定のカレントミラー比または倍率で比例するミラーモニタ電流が生成される。比較判定回路は、ミラーモニタ電流を通じてモニタ電流を基準電流と比較することで、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００１４】
本発明の第４の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタを流れる電流をモニタ電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路で得られる前記モニタ電圧を所定の基準電圧と比較して、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【００１５】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。そうすると、第１および第２のトランジスタで構成される電流ミラー回路のミラー効果により、モニタ電流に一定のカレントミラー比または倍率で比例する電流が第２のトランジスタを流れ、この２のトランジスタを流れる電流に応じたモニタ電圧が電流−電圧変換回路より得られる。比較判定回路は、モニタ電流ひいては当該電池セルの電圧と一定の対応関係を有するモニタ電圧を所定の基準電圧と比較するので、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００１６】
本発明の好適な一態様によれば、電流−電圧変換回路は、第１のモニタ端子と第１の電源電圧端子との間で第２のトランジスタと直列に接続される第３のトランジスタと、第３のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第４のトランジスタと、一定の電圧を与える第２および第３の電源電圧端子の間で第４のトランジスタと直列に接続される第１の抵抗とを有し、第４のトランジスタと第１の抵抗との間のノードよりモニタ電圧を取り出す。また、比較判定回路は、モニタ電圧を下限監視用の第１の比較基準電圧と比較して、両電圧の高低関係を表わす二値の判定信号を出力する第１の電圧比較回路と、モニタ電圧を上限監視用の第２の比較基準電圧と比較して、両電圧の高低関係を表わす二値の判定信号を出力する第２の電圧比較回路とを有する。
【００１７】
本発明の第５の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタを流れる電流を下限監視用の第１のモニタ電圧および上限監視用の第２のモニタ電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記電流−電圧変換回路で得られる前記第１および第２のモニタ電圧をそれぞれ第１および第２の基準電圧と比較して、前記選択スイッチにより選択された前記電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【００１８】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。そうすると、第１および第２のトランジスタで構成される電流ミラー回路のミラー効果により、モニタ電流に一定のカレントミラー比または倍率で比例する電流が第２のトランジスタを流れ、この第２のトランジスタを流れる電流に応じた下限監視用および上限監視用の第１および第２のモニタ電圧が電流−電圧変換回路で得られる。比較判定回路は、モニタ電流ひいては当該電池セルの電圧と一定の対応関係を有する第１および第２モニタ電圧をそれぞれ下限監視用および上限監視用の基準電圧と比較することで、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００１９】
本発明の好適な一態様として、電流−電圧変換回路は、第１のモニタ端子と第１の電源電圧端子との間で第２のトランジスタと直列に接続される第３のトランジスタと、この第３のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第４のトランジスタと、一定の電圧を与える第２および第３の電源電圧端子の間で第４のトランジスタと直列に接続される第１の抵抗と、第３のトランジスタと組み合わさって第３の電流ミラー回路を構成する第５のトランジスタと、第２および第３の電源電圧端子の間で第５のトランジスタと直列に接続される第２の抵抗とを有し、第４のトランジスタと第１の抵抗との間のノードより第１のモニタ電圧を取り出し、第５のトランジスタと第２の抵抗との間のノードより第２のモニタ電圧を取り出す。
【００２０】
本発明の第６の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタを流れる電流を所定の基準電流と比較して、前記電池セルにより選択された前記電池セルの出力電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【００２１】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。そうすると、第１および第２のトランジスタで構成される電流ミラー回路のミラー効果により、モニタ電流に一定のカレントミラー比または倍率で比例する電流が第２のトランジスタを流れる。比較判定回路は、モニタ電流ひいては当該電池セルの電圧と一定の対応関係を有する第２のトランジスタを流れる電流を基準電圧と比較することで、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００２２】
本発明の好適な一態様として、比較判定回路は、第１のモニタ端子と第１の電源電圧端子との間で第２のトランジスタと直列に接続される第３のトランジスタと、この第３のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第４のトランジスタと、一定の電圧を与える第２および第３の電源電圧端子の間で第４のトランジスタと直列に接続される下限監視用の第１の定電流源と、第３のトランジスタと組み合わさって第３の電流ミラー回路を構成する第５のトランジスタと、第２および第３の電源電圧端子の間で第５のトランジスタと直列に接続される上限監視用の第２の定電流源とを有し、第４のトランジスタと第１の定電流源との間のノードより電池セルの電圧が所定の下限値を割っているか否かを示す第１の判定信号を取り出し、第４のトランジスタと第２の定電流源との間のノードより電池セルの出力電圧が所定の上限値を超えているか否かを示す第２の判定信号を取り出す。
【００２３】
本発明の第７の観点における多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置は、多数の電池セルを直列接続してなる多セル直列電池においてセル電圧の異常を検出するためのセル電圧異常検出装置であって、前記多セル直列電池の中から任意の電池セルを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子間に取り出すための選択スイッチと、前記第１および第２のモニタ端子間に接続された第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタを流れる電流を所定の基準電流と比較して、前記電池セルにより選択された前記電池セルの出力電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを判定する比較判定回路とを有する。
【００２４】
上記の装置構成においては、選択スイッチにより多セル直列電池の中から所望の電池セルが選択されると、第１および第２のモニタ端子間で当該電池セルの電圧に応じた電流つまりモニタ電流が第１のトランジスタを流れる。比較判定回路は、モニタ電流と一定の対応関係を有するモニタ電流を基準電流と比較することで、当該電池セルの電圧が所定の正常範囲から外れたか否かを適確に判定することができる。
【００２５】
本発明の好適な一態様によれば、比較判定回路が、第１のトランジスタと組み合わさって第１の電流ミラー回路を構成する第２のトランジスタと、第１のモニタ端子と所定の電源電圧端子との間で第２のトランジスタと直列に接続される下限監視用の第１の定電流源と、第１のトランジスタと組み合わさって第２の電流ミラー回路を構成する第３のトランジスタと、第１のモニタ端子と電源電圧端子との間で第３のトランジスタと直列に接続される上限監視用の第２の定電流源とを有し、第２のトランジスタと第１の定電流源との間のノードより電池セルの電圧が所定の下限値を割っているか否かを示す第１の判定信号を取り出し、第３のトランジスタと第２の定電流源との間のノードより電池セルの出力電圧が所定の上限値を超えているか否かを示す第２の判定信号を取り出す。
【００２６】
本発明のセル電圧異常検出装置においては、好適な一態様として、第１および第２のモニタ端子間で第３の抵抗が第１のトランジスタと直列に接続される。この第３の抵抗の抵抗値によってモニタ電流の電流値を調整することができる。また、別の好適な一態様として、第１および第２のモニタ端子間でオン／オフ切換用のスイッチが第１のトランジスタと直列に接続される。このスイッチのオン・オフによってセル電圧異常検出の動作をオン・オフさせることができる。
【００２７】
本発明の多セル直列電池用のセル電圧監視装置は、本発明のセル電圧異常検出装置と、前記多セル直列電池内の各電池セルの電圧を測定するためのセル電圧測定回路とを有する。かかる装置構成によれば、所望の電池セルについてセル電圧測定回路でセル電圧の測定値が得られる前に、セル電圧異常検出装置より当該セル電圧が正常であるか異常であるかのモニタ情報が出されるので、セル電圧の異常を早期に検知して、適確な安全処置をとることができる。
【００２８】
好適な一態様として、セル電圧測定回路は、選択スイッチにより選択された電池セルの出力電圧をサンプリングするためのサンプリング・スイッチと、このサンプリング・スイッチによりサンプリングされた電圧によって充電されるコンデンサと、このコンデンサに充電された電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、コンデンサの充電電圧をＡ／Ｄ変換器へ転送するためのトランスファ・スイッチとを有してよい。また、選択スイッチにより所望の電池セルの電圧を選択している期間の開始直後または前半部で、セル電圧異常検出装置が作動して、当該電池セルの電圧が正常であるか異常であるかを判定するようにしてよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の多セル直列電池用のセル電圧異常検出装置およびセル電圧監視装置によれば、上述したような構成および作用により、多セル直列電池における電池セルの異常を簡易・小型・高効率な回路で早期かつ適確に検出し、多セル直列電池の信頼性、安全性、寿命を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３１】
図１に、本発明の一実施形態による多セル直列電池用のセル電圧監視装置の回路構成を示す。
【００３２】
多セル直列電池１０は、多数（ｎ）個の電池セルＢＴ1，ＢＴ2，・・，ＢＴn-1，ＢＴnを直列に接続してなる。各電池セルＢＴは、たとえばリチウムイオン電池などの二次電池からなり、所定の充電特性および放電負荷特性で充放電するように構成されている。多セル直列電池１０の正極性および負極性の出力端子OUT(+)，OUT(-)は、負荷たとえば電気自動車の場合は電気モータ駆動用のインバータ（図示せず）に接続される。
【００３３】
この多セル直列電池１０を監視するセル電圧監視装置１２は、セル電圧異常検出回路１４およびセル電圧測定回路１６を有しており、装置全体がワンチップの半導体集積回路として構成される。
【００３４】
セル電圧異常検出回路１４は、多セル直列電池１０の中から１セル単位または複数セル（ブロック）単位で任意の電池セルＢＴを選択してその電圧を第１および第２のモニタ端子Ａ，Ｂ間に取り出すための一群の選択スイッチ１８と、セル電圧−モニタ電流変換回路２０と、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２と、比較判定回路２４と、判定信号出力回路２６と、異常検出制御回路２８とを有している。
【００３５】
より詳細には、選択スイッチ１８は、多セル直列電池１０の各電池セルＢＴiの両端子と両モニタ端子Ａ，Ｂとの間にそれぞれ接続されたｎ組のオン／オフ切換スイッチ［ＳＨi，ＳＬi］（ｉ＝１，２，・・ｎ−１，ｎ）で構成されている。たとえば、スイッチ［ＳＨ2，ＳＬ2］〜［ＳＨn，ＳＬn］が全てオフ状態で、スイッチ［ＳＨ1，ＳＬ1］がオンすると、電池セルＢＴ1の電圧がスイッチ［ＳＨ1，ＳＬ1］を介してモニタ端子Ａ，Ｂに取り出されるようになっている。
【００３６】
セル電圧−モニタ電流変換回路２０は、第１および第２のモニタ端子Ａ，Ｂ間で直列に接続されたＰＭＯＳトランジスタ３０、抵抗３２およびオン／オフ切換スイッチ３４を有している。より詳細には、ＰＭＯＳトランジスタ３０のソース端子が正極側のモニタ端子Ａに接続され、ドレイン端子およびゲート端子が抵抗３２およびスイッチ３４を介して負極側のモニタ端子Ｂに接続されている。
【００３７】
選択スイッチ１８においてスイッチ［ＳＨi，ＳＬi］がオンして電池セルＢＴiの電圧Ｖiがモニタ端子Ａ，Ｂ間に取り出されている間に、セル電圧検出回路２０においてスイッチ３０が異常検出制御回路２８からの異常検出制御信号ＭＳに応じてオンすると、ＰＭＯＳトランジスタ３０および抵抗３２に電流ＩM（以下、「モニタ電流ＩM」と称する。）が流れる。このモニタ電流ＩＭは、ＰＭＯＳトランジスタ３０のしきい値電圧をＶＴ30、抵抗３２の抵抗値をＲ32とすると、次式（１）で表わされる。
ＩM＝（Ｖｉ−ＶＴ30）／Ｒ32        ・・・・（１）
【００３８】
モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２は、第１のモニタ端子Ａとグランド端子との間で直列に接続されたＰＭＯＳトランジスタ３６およびＮＭＯＳトランジスタ３８を有している。より詳細には、ＰＭＯＳトランジスタ３６のソース端子が正極側のモニタ端子Ａに接続され、ドレイン端子がＮＭＯＳトランジスタ３８を介してグランド端子に接続されている。そして、ＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート端子がＰＭＯＳトランジスタ３０のゲート端子およびドレイン端子に接続されており、両トランジスタ３０，３６で電流ミラー回路が構成されている。
【００３９】
セル電圧−モニタ電流変換回路２０でモニタ電流ＩMが流れると、電流ミラー回路［３０，３６］におけるミラー効果により、ＰＭＯＳトランジスタ３６およびＮＭＯＳトランジスタ３８の直列回路でモニタ電流ＩMに所望のカレントミラー比または倍率ａで比例する電流ａ＊ＩM（以下、「一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩM」と称する。）が流れるようになっている。
【００４０】
この実施形態では、セル電圧−モニタ電流変換回路２０において消費電力を極力少なくするように、モニタ電流ＩMを微小電流値たとえば数μＡ〜数百μＡに設定するのが好ましく、そのためには抵抗３２の抵抗値Ｒ32を大きな値たとえば数ｋΩ〜数ＭΩに選定してよい。
【００４１】
さらに、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２は、ＮＭＯＳトランジスタ３８と組み合わさってそれぞれ電流ミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ４０，４２と、ＶDD端子およびグランド端子の間でＮＭＯＳトランジスタ４０，４２にそれぞれ直列接続される抵抗４４，４６とを有している。より詳細には、ＮＭＯＳトランジスタ４０，４２のソース端子がグランド端子に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ４０，４２のドレイン端子がそれぞれ抵抗４４，４６を介してＶDD端子に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ４０，４２のゲート端子がＮＭＯＳトランジスタ３８のゲート端子およびドレイン端子に接続されている。
【００４２】
モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２において、ＮＭＯＳトランジスタ３８に一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMが流れると、電流ミラー回路［３８，４０］におけるミラー効果により、ＭＯＳトランジスタ４０および抵抗４４の直列回路に一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMに所望のカレントミラー比または倍率ｂで比例する電流ａｂ＊ＩM（以下、「第１の二次ミラーモニタ電流ａｂ＊ＩM」と称する。）が流れる。また、ＮＭＯＳトランジスタ４２および抵抗４６の直列回路では、電流ミラー回路［３８，４２］におけるミラー効果により、一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMに所望のカレントミラー比または倍率ｃで比例する電流ａｃ＊ＩM（以下、「第２の二次ミラーモニタ電流ａｃ＊ＩM」と称する。）が流れる。
【００４３】
ここで、第１の二次ミラーモニタ電流ａｂ＊ＩMは倍率ａ×ｂでモニタ電流ＩMに比例し、第２の二次ミラーモニタ電流ａｃ＊ＩMは倍率ａ×ｃでモニタ電流ＩMに比例するという関係がある。
【００４４】
抵抗４４の抵抗値をＲ44とすると、ＮＭＯＳトランジスタ４０と抵抗４４との間のノードＦには次の式（２）で表される下限監視または過放電監視用の電圧ＶF（以下、「第１のモニタ電圧ＶF」と称する。）が得られる。
ＶF＝ＶDD−Ｒ44＊（ａｂ＊ＩM）      ・・・・（２）
【００４５】
また、抵抗４６の抵抗値をＲ46とすると、ＮＭＯＳトランジスタ４２と抵抗４６との間のノードＧには次の式（３）で表される上限監視または過充電監視用の電圧ＶG（以下、「第２のモニタ電圧ＶG」と称する。）が得られる。
ＶG＝ＶDD−Ｒ46*（ａｃ＊ＩM）      ・・・・（３）
【００４６】
上記の式（２），（３）からわかるように、モニタ電流ＩMが大きいほど（つまりセル電圧ＶMが高いほど）モニタ電圧ＶF，ＶDは低くなり、モニタ電流ＩMが小さいほど（セル電圧ＶMが低いほど）モニタ電圧ＶF，ＶDは高くなるという関係がある。
【００４７】
比較判定回路２４は、たとえば演算増幅器を用いた第１および第２の電圧比較回路４８，５０を有している。第１の電圧比較回路４８は、正極側の入力端子（＋）にモニタ電流−モニタ電圧変換回路２２からの第１のモニタ電圧ＶFを入力し、負極側の入力端子（−）に基準電圧発生回路５２からの過放電監視用の比較基準電圧ＶＳLを入力する。そして、両入力電圧ＶF，ＶＳLの電圧レベルを比較し、ＶF≦ＶＳLのときはセル電圧ＶMが所定の下限値よりも高い、つまり当該電池セルＢＴiが過放電状態でないことを表わす論理値Ｌの判定信号を出力し、ＶF＞ＶＳLのときはセル電圧ＶMが所定の下限値よりも低い、つまり当該電池セルＢＴiが過放電状態であることを表わす論理値Ｈの判定信号（過放電検出信号）を出力するようになっている。
【００４８】
なお、各電池セルＢＴｉが過放電状態であると認定されるような所定の低いセル電圧まで下がったときにセル電圧−モニタ電流変換回路２０に流れるモニタ電流ＩMの電流値をＩMLとすると、過放電監視用の比較基準電圧ＶＳLは次の式（４）で表される。
ＶＳL＝ＶDD−Ｒ44＊（ａｂ＊ＩML）      ・・・・（４）
【００４９】
第２の電圧比較回路５０は、正極側の入力端子（＋）に基準電圧発生回路５４からの過充電監視用の比較基準電圧ＶＳUを入力し、負極側の入力端子（−）にモニタ電流−モニタ電圧変換回路２２からの第２のモニタ電圧ＶGを入力する。そして、両入力電圧ＶG，ＶＳUの電圧レベルを比較し、ＶG≧ＶＳUのときはセル電圧ＶMが所定の上限値よりも低い、つまり当該電池セルＢＴiが過充電状態でないことを表わす論理値Ｌの判定信号を出力し、ＶG＜ＶＳUのときはセル電圧ＶMが所定の上限値よりも高い、つまり当該電池セルＢＴiが過充電状態であることを表わす論理値Ｈの判定信号（過充電検出信号）を出力するようになっている。
【００５０】
なお、各電池セルＢＴｉが過充電状態であると認定されるような所定の高いセル電圧まで上がったときにセル電圧−モニタ電流変換回路２０に流れるモニタ電流ＩMの電流値をＩMUとすると、過充電監視用の比較基準電圧ＶＳUは次の式（５）で表される。
ＶＳU＝ＶDD−Ｒ46＊（ａｃ＊ＩMU）      ・・・・（５）
【００５１】
判定信号出力回路２６は、それぞれ論理ゲート回路として機能する第１および第２のＡＮＤ回路５６，５８で構成されている。第１のＡＮＤ回路５６は、一方の入力端子に第１の電圧比較回路４８からの判定信号を入力し、他方の入力端子に異常検出制御回路２８からの異常検出制御信号ＭＳを入力する。第２のＡＮＤ回路５８は、一方の入力端子に第２の電圧比較回路５０からの判定信号を入力し、他方の入力端子に異常検出制御回路２８からの異常検出制御信号ＭＳを入力する。異常検出制御信号ＭＳが論理値Ｌのときは、両ＡＮＤ回路５６，５８がそれらの出力を強制的に論理値Ｌにしてディセーブル状態つまり待機モードとなる。異常検出制御信号ＭＳが論理値Ｈのときは、両ＡＮＤ回路５６，５８がイネーブル状態つまりモニタ出力モードとなり、比較判定回路２４からの判定信号、特に論理値Ｈの過放電検出信号または過充電検出信号を出力するようになっている。
【００５２】
判定信号出力回路２６の出力端子は、この多セル直列電池およびセル電圧監視装置を統括制御するコントローラ（図示せず）に接続されてよい。また、選択スイッチ１８も該コントローラの下で制御されてよく、異常検出制御回路２８は該コントローラの下で、またはその一部として動作してよい。
【００５３】
次に、セル電圧測定回路１６について説明する。このセル電圧測定回路１６は、上述した一群の選択スイッチ１８を含むとともに、一対のサンプリング・スイッチ６０Ｈ，６０Ｌ、コンデンサ（フライング・キャパシタ）６２、一対のトランスファ・スイッチ６４Ｈ，６４ＬおよびＡ／Ｄ変換器６６を有している。
【００５４】
より詳細には、正極側のモニタ端子Ａとコンデンサ６２の正極側端子との間に一方のサンプリング・スイッチ６０Ｈが接続され、負極側のモニタ端子Ｂとコンデンサ６２の負極側端子との間に他方のサンプリング・スイッチ６０Ｌが接続される。また、コンデンサ６２の正極側端子とＡ／Ｄ変換器６６の電圧入力端子との間に一方のトランスファ・スイッチ６４Ｈが接続され、コンデンサ６２の負極側端子とＡ／Ｄ変換器６６のグランド端子との間に他方のトランスファ・スイッチ６４Ｌが接続される。
【００５５】
このセル電圧測定回路１６において、多セル直列電池１０内の電池セルＢＴiの電圧を測定する場合は、両トランスファ・スイッチ６４Ｈ，６４Ｌをオフ状態にしておいて、選択スイッチ１８の中でスイッチ［ＳＨi，ＳＬi］のみをオンさせて電池セルＢＴiの電圧をモニタ端子Ａ，Ｂに取り出し、この状態の下で両サンプリング・スイッチ６０Ｈ，６０Ｌをオンにして、コンデンサ６２を電池セルＢＴiの電圧で充電する。このコンデンサ充電が完了した後に、選択スイッチ１８および両サンプリング・スイッチ６０Ｈ，６０Ｌをオフにして電池セルＢＴiをコンデンサ６２から電気的に切り離す。次いで、負極側のトランスファ・スイッチ６４Ｌを先にオンさせて、コンデンサ６２の負極側端子または対地電位をグランド電位まで引き下げ、少し遅れて正極側のトランスファ・スイッチ６４Ｈもオンさせる。これにより、電池セルＢＴiの電圧Ｖiをコピーしたコンデンサ６２の充電電圧が、両トランスファ・スイッチ６４Ｈ，６４Ｌを介してＡ／Ｄ変換器６６に転送される。Ａ／Ｄ変換器６６より得られるディジタル信号はセル電圧測定値として上記コントローラに送られる。
【００５６】
次に、図２を参照してこのセル電圧監視装置内の全体の動作を説明する。図２には、任意の１個の電池セルＢＴiに対してセル電圧異常検出およびセル電圧測定を行う際の各部の波形を示す。多セル直列電池１０の全体に対しては、一端の電池セルＢＴ1から他端の電池セルＢＴnまで１セルずつ図示のモニタサイクルを繰り返してよい。
【００５７】
モニタサイクルの開始直前では、装置内の全てのスイッチがオフ状態となっている。モニタサイクルが開始すると、先ず選択スイッチ１８の中でスイッチ［ＳＨi，ＳＬi］がオンし、これと同時に異常検出制御信号ＭＳがアクティブな論理値Ｈになる。
【００５８】
選択スイッチ［ＳＨi，ＳＬi］がオンすることにより、当該電池セルＢＴiの電圧Ｖiがスイッチ［ＳＨi，ＳＬi］を介してモニタ端子Ａ，Ｂに取り出される。
【００５９】
セル電圧異常検出回路１４においては、セル電圧−モニタ電流変換回路２０でスイッチ３４が論理値Ｈの異常検出制御信号ＭＳに応じてオンし、モニタ端子Ａ，Ｂ間で上記の式（１）で表わされるモニタ電流ＩMが流れる。
【００６０】
そうすると、上述したような電流ミラー効果により、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２の各部で一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMおよび第１および第２の二次ミラーモニタ電流ａｂ＊ＩM，ａｃ＊ＩMが流れ、ノードＦ，Ｇにそれぞれ第１および第２のモニタ電圧ＶF，ＶGが得られる。
【００６１】
そして、比較判定回路２４において、モニタ電圧ＶF，ＶGが過放電監視用および過充電監視用の比較基準電圧ＶＳL，ＶＳUとそれぞれ比較され、それらの比較結果に基づいた第１および第２の判定信号が生成される。その結果、第１の電圧比較回路４８で論理値Ｈの過放電検出信号が得られた場合、あるいは第２の電圧比較回路５０で論理値Ｈの過充電検出信号が得られた場合は、それらの異常検出信号が判定信号出力回路２６を通じて速やかにコントローラに送られる。
【００６２】
セル電圧異常検出回路１４は、異常検出制御回路２８が異常検出制御信号ＭＳをアクティブ（論理値Ｈ）状態に保持している期間中に動作する。この信号ＭＳのアクティブな期間またはパルス幅（ｔ1〜ｔ2）は、電池セルＢＴiの電力消費を極力少なくするうえで出来るだけ短い時間幅が好ましく、たとえば数μｓｅｃ〜数百μｓｅｃに設定されてよい。
【００６３】
セル電圧検出装置１６では、セル電圧異常検出回路１４で異常検出制御信号ＭＳが非アクティブな論理値Ｌになった直後（時点ｔ2）に、サンプリング・スイッチ６０Ｈ，６０Ｌがオンする。そうすると、電池セルＢＴiとコンデンサ６２との間にオン状態の選択スイッチ［ＳＨi，ＳＬi］およびサンプリング・スイッチ６０Ｈ，６０Ｌを介して閉回路が形成され、電池セルＢＴiからコンデンサ６２に充電電流が供給される。こうして、コンデンサ６２の電圧が電池セルＢＴiの電圧Ｖiに等しくなるまで充電される。充電開始から一定期間が経過すると（時点ｔ3で）、サンプリング・スイッチ６０Ｈ，６０Ｌがオフし、電池セルＢＴiがコンデンサ６２から電気的に切り離される。
【００６４】
しかる後、所定のタイミング（時点ｔ4）で、先に負極側のトランスファ・スイッチ６４Ｌがオンしてコンデンサ６２の負極側端子つまり対地電位をグランド電位まで引き下げ、少し遅れて時点ｔ5で正極側のトランスファ・スイッチ６４Ｈもオンする。これにより、電池セルＢＴiの電圧をコピーしたコンデンサ６２の充電電圧が、両トランスファ・スイッチ６４Ｈ，６４Ｌを介してＡ／Ｄ変換器６６に転送される。Ａ／Ｄ変換器６６は、取り込んだアナログのセル電圧Ｖiをディジタル信号に変換し、そのディジタル信号をセル電圧測定値としてコントローラに送る。
【００６５】
上記のように、この実施形態のセル電圧監視装置１２においては、任意の電池セルＢＴiに対するモニタサイクルの開始直後で、つまり電池セルＢＴiの電圧Ｖiをモニタ端子Ａ，Ｂに取り出した直後に、セル電圧異常検出回路１４が働いて、セル電圧Ｖiが正常範囲から外れているか否かを検査する。そして、電池セルＢＴiが異常（過放電または過充電）状態になっているときは、セル電圧検出装置１６でセル電圧ＶiがＡ／Ｄ変換される前に、その異常を示す判定信号がセル電圧異常検出回路１４より出力され、コントローラはセル電圧の異常に対する所要の処置を速やかにとることができる。このことにより、負荷ないしシステム全体の安全性能を向上できるとともに、電池セルの破壊防止や長寿命化を図れる。
【００６６】
実施形態におけるセル電圧異常検出回路１４は、セル電圧検出装置１６内で、特にコンデンサ（フライング・キャパシタ）６２回りで誤動作や不具合があっても、セル電圧異常検出回路１４はその影響を受けることなくセル電圧の異常の有無を適確に判定することができる。他方において、セル電圧検出装置１６でコンデンサ６２が充電される前に、セル電圧検出装置１６の動作が終了するので（スイッチ３４がオフするので）、コンデンサ６２の充電動作に影響を与えることはない。つまり、セル電圧検出装置１６側からセル電圧検出装置１６のセル電圧測定に悪影響（測定誤差）を与えることはない。
【００６７】
また、セル電圧異常検出回路１４は、多セル直列電池１０を構成する多数（たとえば数十個）の電池セルＢＴ1〜ＢＴnの電圧を共通に１つの電圧検出手段（セル電圧−モニタ電流変換回路２０）で検出し、しかもカレントトランスのような外付け部品を不要としており、消費電力が少なく、回路規模および面積も大幅に小さくなっている。さらに、セル電圧検出装置１６と選択スイッチ１８を兼用しているので、この点でも回路構成の効率化が図られている。
【００６８】
また、多セル直列電池１０の正極側出力端子OUT(+)に近い電池セルたとえばＢＴn）が選択された場合は、モニタ端子Ａ，Ｂに高電圧（たとえば５０〜６０ボルト）が印加されるが、セル電圧−モニタ電流変換回路２０で生成されるモニタ電流ＩMが電流ミラー回路を介して次段ないし後段に伝達されるので、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２および比較判定回路２４では低電圧（たとえば３．３ボルト）の電源電圧ＶDDを用いて異常検出の信号処理を行うことができる。これにより、ドレイン−ゲート間にＬＯＣＯＳオフセットを持つ高耐圧ＭＯＳ素子をＰＭＯＳトランジスタ３０，３６等に数個用いるだけで、半導体集積化が容易であり、かつ高電圧に対する耐圧リスクが低くなっている。
【００６９】
図３に、第２の実施形態によるセル電圧監視装置の回路構成を示す。図中、上述した実施形態のセル電圧監視回路（図１）と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００７０】
この第２の実施形態は、セル電圧−モニタ電流変換回路２０の次段で、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２を省いて、ミラーモニタ電流生成回路６８および電流比較型の比較判定回路７０を備えている。
【００７１】
ミラーモニタ電流生成回路６８は、第１のモニタ端子Ａとグランド端子との間で直列に接続されたＰＭＯＳトランジスタ３６およびＮＭＯＳトランジスタ３８を有している。より詳細には、ＰＭＯＳトランジスタ３６のソース端子が正極側のモニタ端子Ａに接続され、ドレイン端子がＮＭＯＳトランジスタ３８を介してグランド端子に接続されている。そして、ＰＭＯＳトランジスタ３６のゲート端子がＰＭＯＳトランジスタ３０のゲート端子およびドレイン端子に接続されており、両トランジスタ３０，３６で電流ミラー回路が構成されている。
【００７２】
セル電圧−モニタ電流変換回路２０にモニタ電流ＩMが流れると、上記第１の実施形態と同様に、電流ミラー回路［３０，３６］におけるミラー効果により、ＰＭＯＳトランジスタ３６およびＮＭＯＳトランジスタ３８の直列回路にモニタ電流ＩMに所望の倍率ａで比例する一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMが流れる。
【００７３】
比較判定回路７０は、ＮＭＯＳトランジスタ３８と組み合わさってそれぞれ電流ミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ４０，４２と、ＶDD端子およびグランド端子の間でＮＭＯＳトランジスタ４０，４２にそれぞれ直列接続される定電流源７２，７４とを有している。より詳細には、ＮＭＯＳトランジスタ４０，４２のソース端子がグランド端子に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ４０，４２のドレイン端子がそれぞれ定電流源７２，７４を介して正極側のＶDD端子に接続され、ＮＭＯＳトランジスタ４０，４２のゲート端子がＮＭＯＳトランジスタ３８のゲート端子およびドレイン端子に接続されている。
【００７４】
そして、定電流源７２とＮＭＯＳトランジスタ４０との間のノードＪは、２段の反転回路７６，７８を介して判定信号出力回路２６のＡＮＤ回路５６の一入力端子に接続される。また、定電流源７４とＮＭＯＳトランジスタ４２との間のノードＫは、一段の反転回路８０を介して判定信号出力回路２６のＡＮＤ回路５８の一入力端子に接続される。
【００７５】
比較判定回路７０においては、定電流源７２とＮＭＯＳトランジスタ４０とで過放電検出用の第１の電流比較回路が構成されている。定電流源７２は下限または過放電監視用の比較基準電流ＩJを与える。電流ミラー回路［３８，４０］におけるカレントミラー比をｂとすると、ＩJ＝ａｂ＊ＩMLと定義される。ここで、ＩMLは、上記第１の実施形態と同様に、各電池セルＢＴｉが過放電状態であると認定されるような所定の低いセル電圧まで下がったときにセル電圧−モニタ電流変換回路２０に流れるモニタ電流ＩMの電流値（下限電流値）である。
【００７６】
セル電圧−モニタ電流変換回路２０にモニタ電流ＩMが流れると、ミラーモニタ電流生成回路６８ではモニタ電流ＩMを一定の比率ａでミラーした一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMがＰＭＯＳトランジスタ３６およびＮＭＯＳトランジスタ３８を流れる。そうすると、比較判定回路７０の第１の電流比較回路では、一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMを一定の比率ｂでミラーした第１の二次ミラーモニタ電流ａｂ＊ＩMがＮＭＯＳトランジスタ４０のソース電流として流れる。ＩJ≦ａｂ＊ＩMのときは、定電流源７２よりドレイン端子に供給される電流よりもソース電流が大きいためにＮＭＯＳトランジスタ４０のドレイン端子つまりノードＪの電位が下がり、反転回路７８の出力端子より当該セル電圧Ｖiが正常範囲内にあることを示す論理値Ｌの判定出力信号が得られる。しかし、ＩJ＞ａｂ＊ＩMのときは、定電流源７２よりドレイン端子に供給される電流よりもソース電流が小さいためにノードＪの電位が上がり、反転回路７８の出力端子より当該セル電圧Ｖiが下限値を割っている、つまり過放電状態にあることを示す論理値Ｈの判定出力信号が得られる。
【００７７】
一方、定電流源７４とＮＭＯＳトランジスタ４２とで過充電検出用の第２の電流比較回路が構成されている。定電流源７４は上限または過充電監視用の比較基準電流ＩKを与える。電流ミラー回路［３８，４２］におけるカレントミラー比をｃとすると、ＩK＝ａｃ＊ＩMUと定義される。ここで、ＩMUは、上記第１の実施形態と同様に、各電池セルＢＴｉが過充電状態であると認定されるような所定の高いセル電圧まで上がったときにセル電圧−モニタ電流変換回路２０に流れるモニタ電流ＩMの電流値（上限電流値）である。
【００７８】
上記のようにミラーモニタ電流生成回路６８に一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMが流れると、比較判定回路７０の第２の電流比較回路では一次ミラーモニタ電流ａ＊ＩMを一定の比率ｃでミラーした第２の二次ミラーモニタ電流ａｃ＊ＩMがＮＭＯＳトランジスタ４２のソース電流として流れる。ＩK≧ａｃ＊ＩMのときは、定電流源７２よりドレイン端子に供給される電流よりもソース電流が小さいためにＮＭＯＳトランジスタ４２のドレイン端子つまりノードＫの電位が上がり、反転回路８０の出力端子より当該セル電圧Ｖiが正常範囲内にあることを示す論理値Ｌの判定出力信号が得られる。ＩK＜ａｃ＊ＩMのときは、定電流源７２よりドレイン端子に供給される電流よりもソース電流が大きいためにノードＫの電位が下がり、反転回路８０の出力端子より当該セル電圧Ｖiが上限値を超えている、つまり過充電状態にあることを示す論理値Ｈの判定出力信号が得られる。
【００７９】
この第２の実施形態におけるセル電圧異常検出回路１４は、上記第１の実施形態と同様の作用効果が得られるだけでなく、電圧比較回路４８，５０を含まないので、より簡易・小型の回路構成となっている。
【００８０】
以上本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形・変更が可能である。
【００８１】
たとえば、上記第１の実施形態では、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２で下限監視用のモニタ電圧ＶFおよび上限監視用のモニタ電圧ＶGを個別に生成するので、比較判定回路２４の電圧比較回路４８，５０における電圧比較の判定ロジックを各々独立に最適化することができる。しかし、図示省略するが、モニタ電流−モニタ電圧変換回路２２で単一のモニタ電圧を生成し、比較回路２４はそのモニタ電圧を電圧比較回路４８，５０で下限監視用の基準電圧および上限監視用の基準電圧と比較して判定信号を得るようにしてもよい。
【００８２】
また、セル電圧異常検出回路１４において、図示省略するが、各ＰＭＯＳトランジスタ３０，３６，４０，４２をＮＭＯＳトランジスタに置換し、ＮＭＯＳトランジスタ３８をＰＭＯＳトランジスタに置換する変形も可能である。
【００８３】
また、上記第２の実施形態において、ミラーモニタ電流生成回路６８を省いて、図４に示すようにセル電圧−モニタ電流変換回路２０に比較判定回路７０を直接接続する構成とすることも可能である。
【００８４】
図４の構成例では、セル電圧−モニタ電流変換回路２０のトランジスタをＮＭＯＳトランジスタ３０'で構成し、このＮＭＯＳトランジスタ３０'と比較判定回路７０のＮＭＯＳトランジスタ４０とで下限監視用の第１の電流比較のための電流ミラー回路を構成し、ＮＭＯＳトランジスタ３０'と比較判定回路７０のＮＭＯＳトランジスタ４２とで上限監視用の第２の電流比較のための電流ミラー回路を構成している。
【００８５】
セル電圧−モニタ電流変換回路２０にモニタ電流ＩMが流れると、このモニタ電流ＩMを一定の比率ｂでミラーした第１のミラーモニタ電流ｂ＊ＩMがＮＭＯＳトランジスタ４０のソース電流として流れる。ＩJ≦ｂ＊ＩMのときは、ノードＪの電位が下がり、後段の反転回路７８（図３）の出力端子より当該セル電圧Ｖiが正常範囲内にあることを示す論理値Ｌの判定出力信号が得られる。しかし、ＩJ＞ｂ＊ＩMのときは、ノードＪの電位が上がり、反転回路７８の出力端子より当該セル電圧Ｖiが下限値を割っている、つまり過放電状態にあることを示す論理値Ｈの判定出力信号が得られる。
【００８６】
また、セル電圧−モニタ電流変換回路２０にモニタ電流ＩMが流れると、このモニタ電流ＩMを一定の比率ｃでミラーした第２のミラーモニタ電流ｃ＊ＩMがＮＭＯＳトランジスタ４２のソース電流として流れる。ＩK≧ｃ＊ＩMのときは、ノードＫの電位が上がり、後段の反転回路８０（図３）の出力端子より当該セル電圧Ｖiが正常範囲内にあることを示す論理値Ｌの判定出力信号が得られる。ＩK＜ｃ＊ＩMのときは、ノードＫの電位が下がり、反転回路８０の出力端子より当該セル電圧Ｖiが上限値を超えている、つまり過充電状態にあることを示す論理値Ｈの判定出力信号が得られる。
【００８７】
上記実施形態では多セル直列電池１０より所望の電池セルＢＴiを１個ずつ選択する例を説明したが、複数の電池セルＢＴをブロック単位で選択してそれらの合成セル電圧をモニタ端子Ａ，Ｂに取り出すことも可能である。たとえば、他のスイッチを全てオフにしてスイッチＳＨ2，ＳＬ1のみをオンにすることで、２つの電池セルＢＴ1，ＢＴ2のセル電圧（Ｖ1＋Ｖ2）をモニタ端子Ａ，Ｂに取り出すことができる。
【００８８】
本発明によるセル電圧異常検出装置およびセル電圧監視装置は、自動車バッテリ以外にも、様々なアプリケーションで用いられる多セル直列電池のモニタリングに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１の実施形態による多セル直列電池用のセル電圧監視装置の回路構成を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態におけるセル電圧監視装置の全体の動作を示すタイミング図である。
【図３】第２の実施形態による多セル直列電池用のセル電圧監視装置の回路構成を示す
【図４】第２の実施形態の一変形例におけるセル電圧異常検出回路の要部の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０    多セル直列電池
１２    セル電圧監視装置
１４    セル電圧異常検出回路
１６    セル電圧測定回路
１８    選択スイッチ
２０    セル電圧−モニタ電流変換回路
２２    モニタ電流−モニタ電圧変換回路
２４    比較判定回路
２６    判定信号出力回路
２８    異常検出制御回路
３０    ＰＭＯＳトランジスタ
３２    抵抗
３４    オン／オフ切換スイッチ
３６    ＰＭＯＳトランジスタ
３８    ＮＭＯＳトランジスタ
４０，４２    ＮＭＯＳトランジスタ
４４，４６    抵抗
４８，５０    電圧比較回路
５２，５４    基準電圧発生回路
５６，５８    ＡＮＤ回路
ＳＨ1，ＳＬ1〜ＳＨn，ＳＬn    オン／オフ・スイッチ
６０Ｈ，６０Ｌ    サンプリング・スイッチ
６２    コンデンサ（フライング・キャパシタ）
６４Ｈ，６４Ｌ    トランスファ・スイッチ
６６    Ａ／Ｄ変換器
６８    ミラーモニタ電流生成回路
７０    比較判定回路
【図１】
0004858378.tif 000002
【図２】
0004858378.tif 000003
【図３】
0004858378.tif 000004
【図４】
0004858378.tif 000005