JP4864730B2 - 電池電圧監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池が直列接続されて構成された電源装置における電池電圧を検出する電池電圧監視装置に関し、特に、電圧測定に用いる配線の断線時において、配線の断線を検出する電池電圧監視装置に関する。

従来から、環境を考慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車が知られている。電気自動車やハイブリッド車では、車両を駆動するための駆動源としてモータが用いられている。このモータには、充電が可能な二次電池が接続され、二次電池から得られた直流電圧を交流に変換して、モータが駆動される。この二次電池は、高電圧が要求されるため、通常複数の電池セルを直列接続した組電池として構成されている。

この組電池の各電池セルの電圧検出のために、複数の電圧センサが用いられている。この電圧センサは、適当数ずつまとめられモジュール化されている。電気自動車などのように、直列接続される電池セルの数が多数になる場合は、この電圧センサのモジュールも複数用意され、直列に接続される。特許文献１乃至３に、このような組電池の電圧を監視する装置が開示されている。以下、この複数の電圧センサを有するモジュールが１つの半導体装置（ＩＣ）で形成され、この半導体装置をさらに複数個接続して、組電池の電圧を監視する装置について説明する。

図１１は、電圧監視装置を示す模式図である。図に示すように１つのＩＣは４個の電池セルの電圧検出が可能であるとする。ＩＣの各入力端子は電圧測定用の配線Ｌ１０１〜Ｌ１０９を介して電池セルＣ１０１〜Ｃ１０８に接続されている。図に示すＩＣ１０１は、電池セルＣ１０１の正極側（ノードＮ１０１）を電源電位、電池セルＣ１０４の負極側（電池セルＣ１０５の正極側、ノードＮ１０２）をグランド電位として動作する。ＩＣ１０２はＩＣ１０１と直列に接続されるため、電池セルＣ１０５の正極側（ノードＮ１０２）を電源電位とし、電池セルＣ１０８の負極側（ノードＮ１０３）をグランド電位として動作する。各ＩＣは、それぞれの監視対象である電池セルが過電圧あるいは低電圧になったことを検出して、過電圧検出信号あるいは低電圧検出信号を出力する。

ここで、図１１におけるＩＣ１０２を例に、電圧センサモジュールが、過電圧検出信号、あるいは低電圧検出信号を出力する動作について説明する。図１２は、図１１におけるＩＣ１０２の内部構成を示す図である。図１２に示すように、電圧センサモジュールは、複数の電圧センサＳＥＮ１０１〜ＳＥＮ１０４と出力論理回路ＬＯＧ１０１、ＬＯＧ１０２を有している。複数の電圧センサＳＥＮ１０１〜ＳＥＮ１０４は、それぞれの測定する電池セルの過電圧、低電圧を検出した場合、例えば"Ｈ"レベルの過電圧信号あるいは低電圧信号を出力する。いずれかの電圧センサが過電圧、低電圧信号を出力した場合、出力論理回路ＬＯＧ１０１のＯＲ回路が、例えば"Ｌ"出力から"Ｈ"出力に変化する。この動作により、ＩＣ１０２は、過電圧検出信号あるいは低電圧検出信号を出力する。いずれかの電圧センサが低電圧を検出した場合は、例えば出力論理回路ＬＯＧ１０１が"Ｈ"レベルを出力し、高電圧を検出した場合は出力論理回路ＬＯＧ１０２が"Ｈ"レベルを出力する。

このように複数のＩＣなどを直列に接続して組電池の電圧を監視する装置において、電池セルと電圧監視装置とを接続する配線が断線した場合、断線した配線に接続される電圧センサが異常電圧を検出することにより、断線を検出するように構成することも可能である。そのような構成は、例えば本願発明者により、特願２００５−９８５９６において、示されている。しかしながら、例えば、図１１のＬ１０５のようなＩＣのつなぎ目に相当する配線が断線してしまった場合、以下のような問題を起こす場合があった。

図１１における配線Ｌ１０５が断線してしまった場合、図１１及び図１２に示すノードＮ１０４に対しての電池セルからの電圧供給がなくなり、ＩＣ１０１のＶＳＳ１０１から流れ出た電流はＩＣ１０２のＶＣＣ１０２とＶ１０５に流れ込む。仮に、ＩＣ１０２の最上位の電圧センサＳＥＮ１０１が過電圧異常を検出することによって断線を検出するように回路が構成されているとすると、Ｌ１０５の断線時、ノードＮ１０４の電位は上昇し、電圧センサＳＥＮ１０１が過電圧を検出し、出力論理回路ＬＯＧ１０２の出力論理が反転する。この時、論理回路ＬＯＧ１０２にはＩＣ１０２の電源であるＶＣＣ１０２とＶＳＳ１０２の間に貫通電流が流れる。貫通電流が流れると電源電位ＶＣＣ１０２が低下するため、今度はノードＮ１０４の電圧が低下してしまう。ノードＮ１０４の電圧が低下した場合は、電圧センサＳＥＮ１０１は過電圧を検出しなくなるため出力電圧が低下する。出力論理回路ＬＯＧ１０２のしきい値以下にまで電圧センサＳＥＮ１０１の出力電圧が低下した場合、出力論理回路ＬＯＧ１０２は、再び"Ｌ"レベルを出力してしまう。そのため、ＩＣ１０２は、過電圧検出信号を出力せず、断線を検出できなくなってしまう場合があった。また、場合によっては、その後、貫通電流が減少したことにより、再び過電圧を検出すると言った動作を繰り返し、ＩＣ１０２の出力が"Ｈ"と"Ｌ"で反転する動作を繰り返してしまうと言う場合があった。
特開２００３−２０８９２７号公報 特開２００３−１１１２８４号公報 特開２００５−１１７７８０号公報

上記したように、配線の断線により、電圧センサモジュールの出力が誤って出力され、電池電圧監視装置として出力が安定しない場合があった。

本発明の１態様における電池電圧監視装置は、複数の電池セルを有する組電池の電圧を監視する電池電圧監視装置であって、前記複数の電池セルの電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサの出力に基づいて、異常電圧を検出したことを示す電圧検出信号を出力する出力論理回路と、前記電圧センサの出力に所定の遅延を与えて前記出力論理回路へと入力する遅延回路とを有し、前記電圧センサは、ヒステリシス特性を有する比較器を有し、当該比較器の出力に基づいて前記電池セルの電圧を検出することを特徴とする。

配線の断線があった場合でも、電圧センサモジュールの出力を安定させ、誤動作の少ない電池電圧監視装置とすることが可能である。

実施の形態１
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の電圧監視装置１０を説明する概略図である。本実施形態の電圧監視装置１０は、電圧センサモジュールを複数有している。ここで、電圧センサモジュールとは、１つあるいは複数の電圧センサを１つのモジュールとした素子であり、本実施形態では１つのモジュールは１つの半導体装置（ＩＣ）で構成されている。図１は、電圧監視装置１０が２つの電圧センサモジュール（以下、ＩＣとも称す）ＩＣ１、ＩＣ２を有する場合を示している。以下、１つのＩＣが４個の電池セルの電圧を検出する場合を例に実施の形態１を説明する。

図１に示すように、本実施の形態では、電圧監視装置１０の監視対象となる８個の電池セルＣ１〜Ｃ８が直列に接続されている。ここで、ＩＣ１は、電池セルＣ１の正極側の電位（図１、ノードＮ１参照）を第１の電源電位（上位側電源電位）とし電池セルＣ５の正極側の電位（図１、ノードＮ２参照）を第２の電源電位（低位側電源電位）として動作している。ＩＣ２はＩＣ１に直列に接続されるため、電池セルＣ５の正極側の電位（ノードＮ２）を第１の電源電位とし電池セルＣ８の負極側の電位（図１、ノードＮ３参照）を第２の電源電位（グランド電位）として動作している。

各電池セルの正極は、それぞれ配線Ｌ１〜Ｌ８を介してＩＣの入力端子Ｖ１〜Ｖ８に接続されている。図に示すように入力端子Ｖ１〜Ｖ４は、ＩＣ１の入力端子、入力端子Ｖ５〜Ｖ８は、ＩＣ２の入力端子である。また、上記したようにＩＣ１は、電池セルＣ１の正極側の電位を第１の電源電位とするため、電池セルＣ１の正極は、配線Ｌ１を介してＩＣ１の第１の電源端子ＶＣＣ１にも接続される。つまり配線Ｌ１は、電圧センサモジュールのＩＣ１に対する電源配線をかねている。また電池セルＣ５の正極側の電位は、ＩＣ１の第２の電源電位、ＩＣ２の第１の電源電位となるため、電池セルＣ５の正極は配線Ｌ５を介してＩＣ１の第２の電源端子ＶＳＳ１、ＩＣ２の第１の電源端子ＶＣＣ２およびＩＣ２の入力端子Ｖ５に接続される。つまり、配線Ｌ５は、ＩＣ１、ＩＣ２に対する電源配線をかねている。電池セルＣ８の負極は、電源配線Ｌ９を介してＩＣ２の第２の電源端子ＶＳＳ２に接続される。

なお、図１は、本願発明者らによる特願２００５−９８５９６に基づいた断線検出機能を有する電圧監視装置の例を示している。そこで、まず上記出願の断線検出機能を有するＩＣについて図１および図２を用いて簡単に説明する。ここで、図２は、上記出願に基づいたＩＣ１を示す図である。

図２に示すように、実施の形態１のＩＣは、測定する電池セルの数に対応した定電流源Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ４を有している。また、電池セルの数に対応した電圧センサＳＥＮ１〜ＳＥＮ４も有している。各電圧センサは、過電圧検出用分圧抵抗、低電圧検出用分圧抵抗、基準電位回路、過電圧検出用比較器、低電圧検出用比較器などから構成される。電圧センサの詳細な動作に関する説明は、上記出願に記載されているため割愛する。なお、本発明の実施の形態に用いられる電圧センサは電圧検出によって貫通電流などの電流変化がない、または論理回路の貫通電流に対して十分に小さいとする。図２に示すＩＣ１では、定電流源Ｉｒｅｆ１は、ＩＣ１の電源端子ＶＣＣ１から電池セルＣ１の負極に接続される入力端子Ｖ２へと定電流Ｉｒｅｆを流している。定電流源Ｉｒｅｆ２は、ＩＣ１の電源端子ＶＣＣ１から電池セルＣ２の負極に接続される電圧入力端子Ｖ３へと定電流Ｉｒｅｆを流している。他の定電流源も、これと同様に順次接続され、定電流源Ｉｒｅｆ４は、第１の電源端子ＶＣＣ１から第２の電源端子ＶＳＳ１へと定電流Ｉｒｅｆを流している。ＩＣ１と同様にＩＣ２にも定電流源Ｉｒｅｆ５〜Ｉｒｅｆ８が形成されている。ただし、ＩＣ２の定電流源は入力端子Ｖ６〜Ｖ８から第２の電源端子ＶＳＳ２へと電流を流すように接続される（図１参照）。

また、ＩＣ１、ＩＣ２の第１の電源端子ＶＣＣ１（ＶＣＣ２）から第２の電源端子ＶＳＳ１（ＶＳＳ２）へと電流を流す電流路にはスイッチＳＷ１（ＳＷ２）が設けられ、定電流源Ｉｒｅｆ４（Ｉｒｅｆ８）による電流を選択的に流すことが可能なものとする。図１に示したように本実施の形態ではＩＣ１のスイッチＳＷ１は導通状態とされ、ＩＣ２のスイッチＳＷ２は、非導通状態とされる。

図２のＩＣ１を例に説明すると、通常動作時、定電流源によって生成された電流Ｉｒｅｆは、入力端子Ｖ２〜４、ＶＳＳ１および配線Ｌ２〜Ｌ５を介して電池セルの負極へと流れて行く（図２、矢印参照）。つまり、本実施の形態では、配線Ｌ１〜Ｌ８に断線がない場合には、それぞれの入力端子に常に定電流源によって生成される電流Ｉｒｅｆが流れている。

ここで、仮に配線Ｌ３に断線が生じた場合、定電流源Ｉｒｅｆ２によってＶＣＣ１からＶ３へと流れていた電流は、入力端子Ｖ３を流れずに、電圧センサ側へと流れて行く（図２破線矢印参照）。この結果、電圧センサ間のノード（図２、Ｍ参照）の電位が上がることとなり、電圧センサは通常動作時に検出しない値を検出する。この動作により、電池セルと電圧監視装置を接続する配線の断線が検出可能となる。

このような電圧センサモジュールを用いた電圧監視装置１０で、配線Ｌ５が断線した場合について説明する。上述したように、ＩＣ１のＶＣＣ１とＶＳＳ１の間には定電流源Ｉｒｅｆ４が設けられ、ＳＷ１は導通状態となっている。したがって、配線Ｌ５が断線していなければＩｒｅｆ４によって生成された電流Ｉｒｅｆは、電源端子ＶＳＳ１、Ｌ５を介して電池セルＣ４の負極側へと流れる。それに対し配線Ｌ５が断線してしまった場合、Ｉｒｅｆ４によって生成された電流はＩＣ２の入力端子Ｖ５（ノードＮ４）及びＶＣＣ２へと向かって流れていく。そのため、入力端子Ｖ５の電位は上昇し、入力端子Ｖ５、Ｖ６間の電圧が上昇する。つまり、図１のように構成された電圧監視装置１０では、電圧センサモジュールの電源と接続される配線Ｌ５が断線した場合、常に入力端子Ｖ５の電位が上昇する。

このように構成された電圧監視装置において、本実施の形態の電圧センサモジュールは、以下のように構成される。図３は、本発明の実施の形態１における電圧センサモジュールのＩＣ２をより詳細に示す図である。なお、以下の実施の形態の説明に用いられる図面において、図面に特に記載されている場合を除き、上記した断線検出用の電流源は、省略されているが、実際には断線検出用の電流源は接続されている。また、図３では、配線Ｌ５が断線している場合を示すものである。

図３に示すように、電圧センサモジュールであるＩＣ２は、複数の電圧センサＳＥＮ１〜ＳＥＮ４、出力論理回路ＬＯＧ１、ＬＯＧ２を有している。各電圧センサは、接続された電池セルの過電圧、低電圧を検出して過電圧信号、低電圧信号を出力する。また、電池セルと電圧センサモジュールとを接続する配線Ｌ５〜Ｌ９が断線した場合にも異常電圧を検出し、過電圧信号、低電圧信号を出力する。なお、以下の説明においては、ＩＣ１、ＩＣ２が出力する過電圧検出信号、低電圧検出信号と区別するため、比較器が出力する検出結果の信号を、単に過電圧信号、低電圧信号、または電圧信号と称す。出力論理回路ＬＯＧ１、ＬＯＧ２は、各電圧センサのいずれかが、過電圧信号あるいは低電圧信号を出力した場合に、その出力に基づいてＩＣ２としての過電圧検出信号あるいは低電圧検出信号を出力する回路である。本実施の形態では、出力論理回路は、ＶＣＣ２−ＶＳＳ２間で動作するＯＲ回路及び複数のインバータで構成されている。

各電圧センサＳＥＮ１〜ＳＥＮ４は、上記した低電圧検出用分圧抵抗Ｒ１、過電圧検出用分圧抵抗Ｒ２、基準電位回路ＶＲＥＦ、低電圧検出用比較器ＣＭＰ１、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２を有している。過電圧検出用比較器ＣＭＰ２は、過電圧検出用分圧抵抗Ｒ２の分圧点（図中Ａで示す）の電圧と基準電位回路ＶＲＥＦの出力電位Ｖｒｅｆを比較し、分圧点Ａの電位が基準電位回路の出力電位Ｖｒｅｆよりも高くなった場合に過電圧信号を出力する。同様に、低電圧検出用比較器ＣＭＰ１は、低電圧検出用分圧抵抗Ｒ１の分圧点の電位と基準電位回路の出力Ｖｒｅｆを比較し、分圧点の電位が基準電位よりも低くなった場合に低電圧信号を出力する。なお、これらの比較器ＣＭＰ１、ＣＭＰ２は、ＩＣ２の電源ＶＣＣ２−ＶＳＳ２間で動作する。

本実施の形態では、さらに、ＩＣ２の最上位の電圧センサＳＥＮ１にヒステリシス用スイッチＨＳＷ１が設けられている。このスイッチＨＳＷ１は、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力に基づいて動作する。本実施の形態では、このヒステリシス用スイッチＨＳＷ１は、電圧センサＳＥＮ１内の分圧点ＡとノードＮ４との間の抵抗を一部短絡するように接続されている。例えば、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が、"Ｈ"レベルを出力したときに、このスイッチＨＳＷ１が導通状態となることにより、電圧センサＳＥＮ１内の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力特性はヒステリシスを有するようになる。つまり、スイッチＨＳＷ１、抵抗Ｒ２の最上位の抵抗及び過電圧検出用比較器ＣＭＰ２によってヒステリシス特性を有する比較器が形成される。また、最上位電圧センサＳＥＮ１の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２と出力論理回路ＬＯＧ２の間には遅延回路Ｄ１が設けられている。

このように構成された本実施の形態の電圧監視装置１０の動作について、以下に詳細に説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態１の電圧監視装置１０において、配線Ｌ５が断線した場合のノードＮ４（端子Ｖ５）の電位、分圧点Ａの電位、電圧センサＳＥＮ１内の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力、出力論理回路ＬＯＧ２の出力、出力論理回路に流れる貫通電流を示している。また、図４（ｆ）〜（ｊ）、（Ｆ）〜（Ｊ）には、比較例として本実施の形態のヒステリシス用スイッチＨＳＷ１及び遅延回路Ｄ１がない場合の波形も示す。

まず、図３における配線Ｌ５が、図４（ａ）〜（ｅ）における時刻Ｔ１で断線したとする。時刻Ｔ１で、配線Ｌ５が断線した場合、ＩＣ１の電流源Ｉｒｅｆ４により、ノードＮ４の電位が上昇する。ノードＮ４の電位（端子Ｖ５の電位）の上昇に伴って分圧点Ａの電位も上昇し、基準電位Ｖｒｅｆよりも高くなった時点（時刻Ｔ２）で過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力が"Ｈ"レベルとなる（図４（ｃ）参照）。

過電圧検出用比較器の出力が"Ｈ"レベルとなることにより、ヒステリシス用スイッチＨＳＷ１が導通状態となる。スイッチＨＳＷ１により、ノードＮ４と分圧点Ａとの間の抵抗が一部短絡されるため、時刻Ｔ２で分圧点Ａの電位は上昇する（図４（ｂ）参照）。

また、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力は、遅延回路Ｄ１を介して出力論理回路ＬＯＧ２のＯＲ回路に入力される。電圧センサＳＥＮ１の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２と出力論理回路ＬＯＧ２の間には遅延回路Ｄ１が挿入されているため、出力論理回路ＬＯＧ２のＯＲ回路が"Ｈ"レベルを出力するのは、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が"Ｈ"レベルを出力してから所定時間経過した時刻Ｔ３となる（図４（ｄ）参照）。

この時、図４（ｅ）に示すようにＶＣＣ２−ＶＳＳ２間に貫通電流が流れ、ＶＣＣ２の電位が低下する。そのため、ＶＣＣ２に接続されたノードＮ４の電位も低下する。ノードＮ４の電位の低下に伴い分圧点Ａの電位も低下する。しかし、本実施の形態では、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が"Ｈ"レベルを出力した時点Ｔ２で、ヒステリシス用スイッチＨＳＷ１が導通状態となることにより、分圧点Ａの電位が上昇させられている。そのため、出力論理回路ＬＯＧ２に貫通電流が流れても分圧点Ａの電位がＶｒｅｆ以下となることはなく、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力が変化してしまうことはない（図４（ｂ）、（ｄ）参照）。

それに対し、遅延回路Ｄ１が存在せず、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が"Ｈ"レベルを出力するのとほぼ同時にＯＲ回路が"Ｈ"レベルを出力するような場合、過電圧検出用比較器が過電圧を検出するのとほぼ同時に貫通電流が流れてしまう。そのため、この貫通電流によりＶＣＣ２が低下してしまう。このような構成では、図４（ｆ）〜（ｊ）のグラフに示したように貫通電流によるＶＣＣ２低下によって、分圧点の電位がＶｒｅｆ以下となってしまい、過電圧検出用比較器の出力が発振状態となり、動作が不安定となってしまう。このように過電圧検出用比較器の出力が発振状態となってしまった場合の時刻Ｔ２の近傍の電圧波形を図４（Ｆ）〜（Ｊ）に示す。上段に示すグラフに示すように、この場合、基準電圧Ｖｒｅｆを中心に分圧点Ａの電位が上下するために過電圧検出用比較器の出力がハイローを繰り返し、動作が安定しなくなる。

このように、本実施の形態によれば、ＩＣのつなぎ目に当たる電圧センサＳＥＮ１の過電圧検出用比較器にヒステリシス特性を設定し、過電圧検出用比較器が過電圧を検出してから（過電圧信号を出力してから）所定時間後に出力用論理回路の出力を反転させるようにしている。この動作により、出力用論理回路ＬＯＧ２に貫通電流が流れることによって断線を検出できなくなることや、不安定な出力をしてしまうことを防止することが可能である。

実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に関わる電圧監視装置を示す図である。実施の形態２では、図１及び３で示したＩＣ２に、さらにＩＣ１と同一の構成のＩＣ３を接続した電圧監視装置の例を示す図である。このような電圧監視装置２０で、ＩＣ２とＩＣ３のつなぎ目に相当する配線Ｌ９が断線した場合について説明する。

配線Ｌ９が断線した場合、ＩＣ３の電流源Ｉｒｅｆ９〜Ｉｒｅｆ１２には、電池セルＣ９の正極側からの電流が流れ込まなくなる。したがって配線Ｌ９が断線すると、ＩＣ３のＩｒｅｆ９〜Ｉｒｅｆ１２は、ＩＣ２のＶＳＳ２端子（ノードＮ５）から電流を引き込むこととなる。したがってＶＳＳ２端子の電位が下降し、ＩＣ２のＶ８−ＶＳＳ２端子間の電圧が増加する。その結果、ＩＣ２のＶ８−ＶＳＳ２間に接続された電圧センサは過電圧を検出し、過電圧検出信号を出力する。本実施の形態では、この過電圧検出時に貫通電流によるＩＣ２の誤動作を防止する。

図６は、実施の形態２に関わるＩＣ２の構成を示す回路図である。本実施の形態では、実施の形態１における電圧センサＳＥＮ１に加え、電圧センサＳＥＮ４にも、ヒステリシス用スイッチＨＳＷ２が設けられている。また電圧センサＳＥＮ４の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力と出力論理回路ＬＯＧ２の間には、遅延回路Ｄ２が設けられている。なお、図面上、煩雑になるのを防ぐため一部の符号を省略しているが、スイッチＨＳＷ２及び遅延回路Ｄ２以外は、図３に示した回路と同様の構成である。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に電圧センサＳＥＮ４の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が過電圧の検出を出力すると、ヒステリシス用スイッチＨＳＷ２が導通状態となる。図７は、実施の形態２の電圧監視装置２０において、配線Ｌ９が断線した場合のノードＮ５の電位、分圧点Ｂの電位、基準電位回路ＶＲＥＦの出力電位Ｖｒｅｆ、電圧センサＳＥＮ４内の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力、出力論理回路ＬＯＧ２の出力、出力論理回路に流れる貫通電流を示している。

まず、図６における配線Ｌ９が、図７（ａ）〜（ｅ）における時刻Ｔ２１で断線したとする。時刻Ｔ２１で、配線Ｌ９が断線した場合、ＩＣ３の電流源により、ノードＮ５の電位が下降する。ノードＮ５の電位（端子ＶＳＳ２の電位）の下降に伴って、基準電位Ｖｒｅｆ、分圧点Ｂの電位も下降する。この時、分圧点Ｂの下降の傾きは、分圧抵抗Ｒ２によって基準電位Ｖｒｅｆの傾きよりも緩やかになっている（図７（ａ）参照）。分圧点Ｂの電位がＶｒｅｆよりも高くなった時点（時刻Ｔ２２）で過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力が"Ｈ"レベルとなる（図７（ｃ）参照）。

過電圧検出用比較器の出力が"Ｈ"レベルとなることにより、ヒステリシス用スイッチＨＳＷ２が導通状態となる。スイッチＨＳＷ２により、端子Ｖ８と分圧点Ｂとの間の抵抗が一部短絡されるため、時刻Ｔ２２で分圧点Ｂの電位は上昇する（図７（ａ）参照）。

また、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力は、遅延回路Ｄ２を介して出力論理回路ＬＯＧ２のＯＲ回路に入力される。電圧センサＳＥＮ４の過電圧検出用比較器ＣＭＰ２と出力論理回路ＬＯＧ２の間には遅延回路Ｄ１が挿入されているため、出力論理回路ＬＯＧ２のＯＲ回路が"Ｈ"レベルを出力するのは、過電圧検出用比較器２４が"Ｈ"レベルを出力してから所定時間経過した時刻Ｔ２３となる（図７（ｄ）参照）。

この時、図７（ｅ）に示すようにＶＣＣ２−ＶＳＳ２間に貫通電流が流れ、ＶＳＳ２及びＶｒｅｆが上昇する。しかし、本実施の形態では、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が"Ｈ"レベルを出力した時点Ｔ２で、ヒステリシス用スイッチＨＳＷ２が導通状態となることにより、分圧点Ｂの電位が上昇させられている。そのため、出力論理回路ＬＯＧ２に貫通電流が流れても分圧点Ｂの電位がＶｒｅｆ以下となることはなく、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力が変化してしまうことはない（図７（ｂ）、（ｄ）参照）。

このように、下位の電圧センサモジュール（ＩＣ３）とのつなぎ目に当たるような配線に接続される電圧センサＳＥＮ４にも、本発明の適用が可能であり、電圧センサモジュールの誤動作などが防止できる。

変形例１
図８は、本発明の実施の形態に関わる電圧監視装置の変形例を示す図である。この変形例の電圧監視装置も断線検出機能を有している。本実施の形態では、断線検出の仕方が第１、第２の実施の形態と異なっている。図８に示す電圧監視装置では、電圧センサの入力端子間に抵抗が接続されている。ここで、電圧センサＳＥＮ１の入力端子間に接続される抵抗Ｒ３と、電圧センサＳＥＮ２の入力端子間に接続される抵抗Ｒ４はその抵抗値が異なっている。以下の電圧センサの入力端子間には、この抵抗Ｒ３とＲ４が交互に配置されている。

このように構成された電圧監視装置の断線検出動作について説明する。図示していないＩＣ１の４段目の電圧センサには、抵抗値の低い抵抗Ｒ４が接続され、図８の電圧センサＳＥＮ１には、抵抗値の高い抵抗Ｒ３が接続されているとする。仮に配線Ｌ５が断線した場合、ノードＮ４の電位は、それぞれＲ３、Ｒ４に対し並列につながる抵抗値が十分大きければ、電池セルＣ４、Ｃ５二つ分の電位差を、抵抗Ｒ３、Ｒ４の抵抗比で分圧した電位となる。したがって抵抗Ｒ３の方が抵抗値が大きい場合は、ノードＮ４の電位が上昇して過電圧を検出する。

なお、このように断線により過電圧を検出した場合に、ＩＣ２の出力を安定させるためのヒステリシスの設定、遅延回路の動作などは、図３に示した回路と同一であるため省略する。

このように、本発明は、電流源による電位の変動で電圧検出を行う場合以外にも適用が可能である。

実施の形態３
図９は、本発明の実施の形態３に関わる電圧監視装置を示す図である。上記した第１、第２の実施の形態では、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２は、電圧センサモジュール（ＩＣ２）の電源ＶＣＣ２−ＶＳＳ２間で動作する場合を説明している。それに対し、本実施の形態では、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２、低電圧検出用比較器ＣＭＰ１が、電池セル１つ分の電源で動作する場合を示している。図９は、例えば図１のように接続された電圧監視装置において、配線Ｌ２が断線した場合を示している。この場合、電流源Ｉｒｅｆ１によって、端子Ｖ２の電位が上昇し、過電圧を検出する。

ここで、低電圧、過電圧検出用比較器ＣＭＰ１、ＣＭＰ２が電池セル１つ分の電源で動作する場合、その出力は、"Ｈ"レベルで端子Ｖ２の電位、"Ｌ"レベルで端子Ｖ３のレベルとなる。ところが、後段の出力論理回路ＬＯＧ１、ＬＯＧ２は、ＶＣＣ１−ＶＳＳ１間の電源で動作する回路であるため、電池セル１つ分の電位差で動作する比較器の出力では、出力論理回路を動作させることが出来なくなる。そのため、本実施の形態では、低電圧検出用比較器ＣＭＰ１、高電圧検出用比較器ＣＭＰ２の出力に対して、そのレベルを変化させるレベルシフト回路ＬＳ１、ＬＳ２が設けられている。

このレベルシフト回路の貫通電流により、誤動作を生じるおそれがある。以下に、レベルシフト回路の貫通電流について説明する。

図１０は、一般的なレベルシフト回路を示す図である。このレベルシフト回路は、インバータＩＮＶ１、初段レベルシフト回路ＬＳ２_１、２段目のレベルシフトＬＳ２_２を有している。図９におけるＶ２−Ｖ３間に接続した場合を例にレベルシフト回路に流れる貫通電流について説明する。比較器から"Ｈ"レベルとして端子Ｖ２のレベル、あるいは"Ｌ"レベルとして端子Ｖ３のレベルの信号が出力される。この出力は、レベルシフト回路ＬＳ２内のインバータＩＮＶ１を用いて相補的な信号とされ、初段レベルシフト回路ＬＳ２_１に入力される。このインバータは、端子Ｖ２、Ｖ３間に形成されているため、インバータの出力するレベルも端子Ｖ２あるいはＶ３のレベルである。初段レベルシフト回路ＬＳ２_１は、"Ｈ"レベルを示す端子Ｖ２のレベルの信号をＶＣＣ１のレベルに変換して出力する。この時"Ｌ"レベルを示す端子Ｖ３のレベルの信号は、端子Ｖ３のレベルのまま出力される。２段目のレベルシフト回路２_２は、"Ｌ"レベルの信号が入力された場合に、その"Ｌ"レベルを示す端子Ｖ３のレベルの信号を、ＶＳＳ１のレベルの信号に変換する。このようにして端子Ｖ２、Ｖ３のレベルで"Ｈ"、"Ｌ"のレベルを示す信号がＶＣＣ１、ＶＳＳ１のレベルで"Ｈ"、"Ｌ"のレベルを示す信号に変換されて出力する。

ここで、上記したようにレベルシフト回路では、初段のインバータで入力された信号の反転信号が生成される。そのため、このインバータが入力された信号を反転する際にＶ２−Ｖ３間に貫通電流が流れてしまう。この貫通電流は、他の実施の形態の貫通電流と同じように、端子Ｖ２、Ｖ３の電位を変化させてしまい、過電圧検出用比較器などの誤動作を引き起こす場合がある。

そこで、本実施の形態では、他の実施の形態と同様に、過電圧検出用分圧抵抗の一部を端子Ｖ２側に短絡するようなヒステリシス用スイッチＨＳＷ３が設けられている。また、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２と、レベルシフト回路ＬＳ２の間には遅延回路が設けられている。このように構成することで、過電圧検出用比較器ＣＭＰ２が"Ｈ"レベルを出力したときにその特性にヒステリシスを設定し、その後レベルシフト回路ＬＳ２に"Ｈ"レベルの信号を入力することで、電圧監視装置の誤動作を防止することが可能である。

本実施の形態によれば、ＩＣのつなぎ目の配線の断線時に限らず、過電圧検出用比較器にヒステリシスを設定し、過電圧検出回路の出力が次段へ入力されるまでに所定の遅延を設けることで、電圧監視装置の誤動作の防止が可能である。

なお、上述した各実施形態において、遅延回路の構成については特に説明していないが、インバータの複数段接続による遅延回路などでは、インバータ自身に貫通電流が流れてしまうため好ましくない。そのため、上記した実施の形態における遅延回路は、抵抗成分及び容量成分を利用した遅延回路を用いることが好ましい。ただし、比較器の出力から論理回路の入力部分までの配線に所定の遅延特性を持たせることが出来れば、この部分を遅延回路として利用することも可能である。

また、本実施の形態では、ヒステリシス用スイッチを用いて比較器にヒステリシスを設定する構成としているが、このようにヒステリシス用スイッチを用いない場合でも比較器自体がヒステリシスを有するような構成であれば、本発明と同様の効果を奏することが可能である 以上、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は種々の変形が可能である。例えば、実施の形態では過電圧検出時の誤動作を引き起こす例に基づいて説明したが、本発明は低電圧検出時の動作にも適用することが可能である。

断線検出機能を有する電圧監視装置を示す図である。 断線検出機能を有する電圧監視装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態１の電圧監視装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態１の電圧監視装置の動作波形を示す図である。 本発明の実施の形態２の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態２の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態２の電圧監視装置の動作波形を示す図である。 本発明の電圧監視装置の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３の電圧監視装置を示す図である。 本発明の実施の形態３のレベルシフト回路を示す図である。 従来の電圧監視装置を示す図である。 従来の電圧監視装置を示す図である。

符号の説明

Ｃ１〜Ｃ１２ 電池セル
Ｌ１〜Ｌ１２ 接続用配線
Ｖ１〜Ｖ１２ 入力端子
ＶＣＣ１、ＶＳＳ１、ＶＣＣ２、ＶＳＳ２、ＶＣＣ３、ＶＳＳ３ 電源端子
Ｉｒｅｆ１〜１２ 定電流源
Ｄ１〜Ｄ３ 遅延回路
ＬＯＧ１、ＬＯＧ２ 出力論理回路
ＳＥＮ１〜ＳＥＮ４ 電圧センサ
ＣＭＰ１、ＣＭＰ２ 過電圧、低電圧検出用比較器
ＬＳ１、ＬＳ２ レベルシフト回路

Claims (16)

1. 複数の電池セルを有する組電池の電圧を監視する電池電圧監視装置であって、
   前記複数の電池セルの電圧を検出する電圧センサと、
   前記電圧センサの出力に基づいて、前記電池セルの電圧異常を検出したことを示す電圧検出信号を出力する第１の出力論理回路と、
   前記電圧センサの出力に所定の遅延を与えて前記第１の出力論理回路へと入力する遅延回路とを有し、
   前記電圧センサは、
   前記電池セルに並列に接続され、直列接続された少なくとも２つの抵抗を有する第１の分圧抵抗と、
   第１の端子と第２の端子とを有し、直列接続された前記２つの抵抗の間のノードの電圧を前記第１の端子に入力し、第１の基準電圧を前記第２の端子に入力し、前記電圧センサの出力として比較結果を出力する比較器と、
   直列接続された前記２つの抵抗のいずれかと並列に接続され、前記遅延回路を介することなく制御端子に入力する当該電圧センサの出力に基づいて短絡されるスイッチ素子と、を有する、
   電池電圧監視装置。
2. 前記第１の出力論理回路は、前記スイッチ素子が短絡した後に、前記電池セルの電圧が異常であるかを判定することを特徴とする、
   請求項１に記載の電池電圧監視装置。
3. 前記電池電圧監視装置は、さらに、前記遅延回路と前記第１の出力論理回路との間に接続されるレベルシフト回路とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池電圧監視装置。
4. 前記電池電圧監視装置は、さらに、
   前記複数の電池セルに電圧測定線を介してそれぞれ接続される複数の入力端子と、
   複数の電流源と、を有し、
   前記電圧センサは、前記入力端子と接続し、
   前記複数の電流源の各々は、一端が前記複数の入力端子の各々と前記電圧センサの間に接続されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
5. 前記電池電圧監視装置は、さらに、前記複数の電池セルに第１、第２及び第３の電圧測定線を介してそれぞれ接続される第１、第２および第３の入力端子と、
   前記第１及び第２の入力端子に接続され、前記第１及び第２の電圧測定線が非断線状態の時には前記第１及び第２の入力端子間の電位差を第１の所定値に保持する第１の抵抗と、
   前記第２及び第３の入力端子に接続され、前記第２及び第３の電圧測定線が非断線状態の時には前記第２及び第３の入力端子間の電位差を第２の所定値に保持する第２の抵抗とを有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
6. 前記電池電圧監視装置は、それぞれが複数の電圧センサを有する複数の電圧センサモジュールにより構成され、
   前記比較器は、前記電圧センサモジュールの電源電位が与えられる端子に接続される電圧センサに設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
7. 前記遅延回路は、抵抗成分及び容量成分で構成される遅延回路であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
8. 前記比較器は、前記電池セルが過電圧となったことを検出する過電圧検出用比較器であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
9. 前記スイッチ素子は、前記２つの抵抗のうち、高電位側のものと並列に接続されることを特徴とする、
   請求項８に記載の電池電圧監視装置。
10. 前記電池セルの電圧が所定値よりも低下したことを示す低電圧電圧検出信号を出力する第２の出力論理回路を更に有し、
    前記電圧センサは、
    前記電池セルに並列に接続され、直列接続された複数の抵抗を有する第２の分圧抵抗と、
    第３の端子と第４の端子とを有し、前記第２の分圧抵抗の分圧点の電圧を前記第３の端子に入力し、第２の基準電圧を前記第４の端子に入力し、前記電池セルが低電圧となったことを検出する第２の比較器と、を更に有し、
    前記第２の出力論理回路は、前記第２の比較器の出力に基づいて、前記低電圧検出信号を出力し、
    前記第２の分圧抵抗の複数の抵抗の両端は、前記第２の比較器の出力に基づいて短絡されないことを特徴とする、
    請求項８又は９に記載の電池電圧監視装置。
11. 前記比較器の出力は、前記スイッチ素子の前記制御端子に接続されることを特徴とする、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電池電圧監視装置。
12. 複数の電池セルを有する組電池の電圧を監視する電池電圧監視装置であって、
    前記複数の電池セルの電圧を検出する電圧センサと、
    前記電圧センサの出力に基づいて、異常電圧を検出したことを示す電圧検出信号を出力する出力論理回路と、
    前記電圧センサの出力に所定の遅延を与えて前記出力論理回路へと入力する遅延回路とを有し、
    前記電圧センサは、
    前記電池セルに並列に接続される抵抗と、
    入力端子が前記抵抗と接続され、監視対象の電池セルの出力電圧を電源として動作する比較器と、
    前記抵抗の一部と並列に接続され、前記遅延回路を介することなく制御端子に入力する当該電圧センサの出力に基づいて短絡されることにより、前記比較器にヒステリシス特性を与えるスイッチ素子と、を有する、
    電池電圧監視装置。
13. 前記電池電圧監視装置は、さらに、前記遅延回路と前記出力論理回路との間に接続されるレベルシフト回路とを有することを特徴とする請求項１２に記載の電池電圧監視装置。
14. 前記電池電圧監視装置は、さらに、
    前記複数の電池セルに電圧測定線を介してそれぞれ接続される複数の入力端子と、
    複数の電流源と、
    を有し、
    前記電圧センサは、前記入力端子と接続し、
    前記複数の電流源の各々は、一端が前記複数の入力端子の各々と前記電圧センサの間に接続されることを特徴とする、
    請求項１２あるいは１３に記載の電池電圧監視装置。
15. 前記電池電圧監視装置は、それぞれが複数の電圧センサを有する複数の電圧センサモジュールにより構成され、
    前記比較器は、前記電圧センサモジュールの電源電位を設定する端子間に接続される電圧センサに設けられることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の電池電圧監視装置。
16. 前記比較器の出力は、前記スイッチ素子の前記制御端子に接続されることを特徴とする、
    請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の電池電圧監視装置。

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