JP2012021867A - 二次電池を複数個直列に接続した組電池の保護用半導体装置、該保護用半導体装置を内蔵した電池パックおよび電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次電池のセル毎に、該セルの電圧を分圧する電圧センス用分圧抵抗Rs11〜Rs42)と、参照電圧(Vr11〜Vr41)と、電圧センス用分圧抵抗(Rs11〜Rs42)によって分圧された電圧と参照電圧を比較するコンパレータ11,12,13,14を備えるとともに、任意の時間間隔で前記電圧センス用分圧抵抗より小さい抵抗値の内部抵抗R11〜R41を前記電圧センス用分圧抵抗のうち同一の二次電池のセルに対応する電圧センス用分圧抵抗に順次選択的に並列接続させる回路を備え、電圧センス用分圧抵抗と内部抵抗が並列接続されたときの第1のコンパレータ11,12,13,14の出力に基づいてN個の二次電池と保護用半導体装置の接続が断線したことを検出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数個の直列接続された二次電池を保護する保護用半導体装置の処理に際して、以下の特徴を有する。
本発明は、上述したように、二次電池と保護用半導体装置の接続を一定の時間間隔で確認することによって二次電池の使用中にも断線を検出可能にしたことを特徴とするものであり、この構成を本発明における基本発明としている。
以下、本発明の上記特徴を具現化した第1の実施例〜第6の実施例を、図面を用いてより詳細に説明する。
図1は、本発明に係る保護用半導体装置の第1の実施例を示す図(保護用半導体装置と二次電池セルの結線図)である。
次に、本発明に係る保護用半導体装置1の動作の説明を容易にするため、まず、制御回路110の動作について説明する。
次に、本実施例に係る保護用半導体装置の動作について説明をする。
説明の容易化のため、図1に置ける二次電池BAT1からBAT4の電圧VBAT1からVBAT4、電圧センス用分圧抵抗Rs11からRs42の抵抗値は、以下の(数1.1)、(数1.2)の条件であるとする。
<時間T1>
時間T1において二次電池と電池接続端子VC2が断線したとする。このとき、電池接続端子VC2と電池接続端子VC3の間にかかる電圧は電圧センス用分圧抵抗Rs11からRs22の分圧によって与えられるため、以下の(数1.3)式で算出される電圧V2Aとなる。
時間T2において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路B122に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG1を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM1をON状態にする。
時間T3において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力Lに切り換え、論理回路B122に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG1を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM1をOFF状態にする。
時間T4において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路B122に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG2を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM2をON状態にする。
時間T5において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTが出力Hから出力Lに切り換え、論理回路B122に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG2を出力Lから出力Hに切り換えがPMOSトランジスタM2をOFF状態にする。
時間T6において、断線検出を受けて断線した箇所を修正したとする。
時間T7において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTが出力Lから出力Hに切り換え、論理回路B122に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG1を出力Hから出力Lに切り換えがPMOSトランジスタM1をON状態にする。
時間T8において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力LHに切り換え、論理回路B122に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG2を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM2をOFF状態にする。時間T7と同様に電源接続端子VC3は二次電池に接続されるため電池接続端子VC2と電池接続端子VC3の間にかかる電圧が変化することはない。
なお、タイムチャートには動作の説明に必要な信号のみ示している。
以下、タイミングチャートを時間軸に沿って説明する。
ある時間から二次電池の充電を開始し、時間T1において二次電池BAT1の電圧VBAT1が高電圧検出電圧VDを超えたとする。
時間T2において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路B122に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG1を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM1をON状態にする。
時間T3において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力Lに切り換え、論理回路B122に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG1を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM2をOFF状態にする。
時間T4において、高電圧検出の遅延時間が経過したため、遅延回路123の出力VHSDからHパルスを出力し、論理回路A121は高電圧検出信号VHoutをLからHに反転させる。保護用半導体装置1が、高電圧保護検出状態になったため、制御回路110の動作を高電圧検出信号VHoutで停止させる。
時間T5において、二次電池BAT1の電圧VBAT1が負荷接続などで降下し、高電圧検出電圧VD以下になると、コンパレータ11の出力は反転しHとなり、断線・高電圧検出回路10の出力である検出信号VHSは反転しLとなる。
時間T6において、高電圧検出から復帰する遅延時間が経過したため、遅延回路123の出力VHSDからHパルスを出力し、論理回路A121は高電圧検出信号VHoutをHからLに反転させる。保護用半導体装置は、高電圧検出状態ではなくなったため、制御回路110の動作を再開させる。
図6は、本発明に係る保護用半導体装置の第2の実施例を説明するための図(保護用半導体装置と二次電池セルの結線図)である。
同図に示すように、本実施例における保護用半導体装置2は、断線・低電圧検出回路20、内部抵抗変更回路101、VC1断線検出回路102、VSS断線検出回路103、制御回路110、判定回路125などを内蔵している。
なお、判定回路125の構成は、低電圧の検出か断線の検出かを判断する回路であればいかなる構成であっても構わない。
以下、タイミングチャートを時間軸に沿って説明する。
時間T1において、二次電池と電池接続端子VC2が断線したとする。このとき、電池接続端子VC2と電池接続端子VC3の間にかかる電圧は電圧センス用分圧抵抗Rs13からRs24の分圧によって与えられるため、下記(数2.3)で算出される電圧V2Fとなる。
時間T2において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路D127に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG1を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM1をON状態にする。
時間T3において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力LHに切り換え、論理回路D127に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG1を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM1をOFF状態にする。
時間T4において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路D127に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG2を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM2をON状態にする。
時間T5において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力Lに切り換え、論理回路D127に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG2を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM2をOFF状態にする。
時間T6において、断線検出を受けて断線した箇所を修正したとする。
時間T7において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路D127に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG1を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM1をON状態にする。
時間T8において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力LHに切り換え、論理回路D127に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG2を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM2をOFF状態にする。時間T7と同様に電源接続端子VC3は二次電池に接続されるため電池接続端子VC2と電池接続端子VC3の間にかかる電圧が変化することはない。
以下、タイミングチャートを時間軸に沿って説明する。
時間T1において、ある時間から二次電池の放電を開始し、時間T1で二次電池BAT1の電圧VBAT1が低電圧検出電圧VDより低くなったとする。
時間T2において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Lから出力Hに切り換え、論理回路D127に断線検出確認中であることを知らせると同時に制御信号VG1を出力Hから出力Lに切り換え、PMOSトランジスタM1をON状態にする。
時間T3において、制御回路110の出力である断線確認信号LTESTを出力Hから出力LHに切り換え、論理回路D127に断線検出確認が終了したことを知らせると同時に制御信号VG2を出力Lから出力Hに切り換え、PMOSトランジスタM2をOFF状態にする。
時間T4において、低電圧検出の遅延時間が経過したため、遅延回路128の出力VLSDからHパルスを出力し、論理回路C126は低電圧検出信号VLoutをLからHに反転させる。保護用半導体装置2が、低電圧保護検出状態になったため、制御回路110の動作を低電圧検出信号VLoutで停止させる。
時間T5において、二次電池BAT1の電圧VBAT1が充電を行い上昇し、低電圧検出電圧VD以上になると、コンパレータ21の出力は反転しLとなり、断線・低電圧検出回路の出力である検出信号VLSは反転しLとなる。
時間T6において、低電圧検出から復帰する遅延時間が経過したため、遅延回路128の出力VLSDからHパルスを出力し、論理回路C126は低電圧検出信号VLoutをHからLに反転させる。保護用半導体装置2は、低電圧検出状態ではなくなったため、制御回路110の動作を再開させる。
図9は、本発明に係る保護用半導体装置の第3の実施例を説明するための図(保護用半導体装置と二次電池セルの結線図)である。
図10は、本発明に係る保護用半導体装置の第4の実施例を説明するための図(保護用半導体装置と二次電池セルの結線図)である。
図11は、本発明に係る保護用半導体装置の第5の実施例を説明するための図(保護用半導体装置と二次電池セルの結線図)である。
図12は、本発明に係る保護用半導体装置の第6の実施例を説明するための図(VC1断線検出回路とVSS断線回路にコンパレータを用いた場合の結線図)である。
上述した保護用半導体装置は、電池パックに内蔵することができる。また、これらの保護用半導体装置や電池パックは、回路の一部を共用(兼用)しているため小型化が可能であり、例えば、携帯型のパソコン、音響機器、カメラ、ビデオ機器などの各種携帯電子機器を含む様々な電子機器に用いることができる。
10,10’:断線・高電圧検出回路
20,20’:断線・低電圧検出回路
11〜14,21〜24:コンパレータ
15,25:NAND回路
101:内部抵抗変更回路
102:VC1断線検出回路
103:VSS断線検出回路
110:制御回路
120,125,200,210,220:判定回路
121:論理回路A
122:論理回路B
123:遅延回路
124,129:OR回路
126:論理回路C
127:論理回路D
128:遅延回路
130:インバータ
Rs11〜Rs14:電圧センス用分圧抵抗
Rs21〜Rs41:電圧センス用分圧抵抗
R11〜R41:内部抵抗
Claims (18)
- N個の二次電池のセルが直列接続された組電池を保護する保護用半導体装置であって、
前記二次電池のセル毎に、該セルの電圧を分圧する電圧センス用分圧抵抗と、参照電圧と、前記電圧センス用分圧抵抗によって分圧された電圧と前記参照電圧を比較する第1のコンパレータとを備えるとともに、任意の時間間隔で前記電圧センス用分圧抵抗より小さい抵抗値の内部抵抗を前記電圧センス用分圧抵抗のうち同一の二次電池のセルに対応する電圧センス用分圧抵抗に順次選択的に並列接続させる回路を備え、前記電圧センス用分圧抵抗と前記内部抵抗が並列接続されたときの前記第1のコンパレータの出力に基づいて前記N個の二次電池と保護用半導体装置の接続が断線したことを検出する断線検出回路を有することを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1記載の保護用半導体装置において、さらに、
前記N個の二次電池の各セル電圧が所定の第1の電圧以上に上昇した場合に出力を反転する第2のコンパレータを有する高電圧検出回路および/または前記N個の二次電池の各セル電圧が所定の第2の電圧以下に低下した場合に出力を反転する第3のコンパレータを有する低電圧検出回路を備えることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項2に記載の保護用半導体装置において、
前記断線検出回路における前記電圧センス用分圧抵抗と前記参照電圧を前記高電圧検出回路または前記低電圧検出回路で共用するとともに、前記断線検出回路における前記第1のコンパレータを前記高電圧検出回路における第2のコンパレータおよび/または前記低電圧検出回路における第3のコンパレータとして共用することを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項3に記載の保護用半導体装置において、
前記高電圧検出回路における前記第1の電圧および前記低電圧検出回路における前記第2の電圧は、前記電圧センス用分圧抵抗と前記参照電圧によって設定されることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
前記電圧センス用分圧抵抗より小さい抵抗値の内部抵抗を前記電圧センス用分圧抵抗のうち同一の二次電池のセルに対応する電圧センス用分圧抵抗に順次選択的に並列接続させる回路は、前記電圧センス用分圧抵抗に前記内部抵抗とスイッチの直列回路を並列接続し、前記スイッチを順次選択的にオンにすることにより行われることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項3から5のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
前記第1のコンパレータの出力、あるいは、前記第1のコンパレータの出力および前記スイッチを順次選択的にオンにするタイミング信号に基づいて、前記N個の二次電池と保護用半導体装置の接続の断線、前記N個の二次電池の各セル電圧の前記第1の電圧以上への上昇および/または前記N個の二次電池の各セル電圧の前記第2の電圧以下への低下のいずれであるかを判定する判定回路を備えたことを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項6に記載の保護用半導体装置において、
前記判定回路は、さらに、前記N個の二次電池のどの電源端子と保護用半導体装置の接続が断線したかを判定可能であることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1から7のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
N個の二次電池のセルが直列接続された組電池の最上位の二次電池のセルの正極電源端子(以下、電池接続端子VC1という)および/またはN個の二次電池のセルが直列接続された組電池の最下位の二次電池のセルの負極電源端子(以下接地端子という)と保護用半導体装置間の断線を検出する回路を備えたことを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項8記載の保護用半導体装置において、
前記電池接続端子VC1と保護用半導体装置間の断線を検出する回路は、電池接続端子VC1の電位を入力とするインバータにより構成されることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項8記載の保護用半導体装置において、
前記接地端子VSSと保護用半導体装置間の断線を検出する回路は、接地端子VSSの電位を入力とするインバータにより構成されることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項8記載の保護用半導体装置において、
前記電池接続端子VC1と保護用半導体装置間の断線を検出する回路は、電池接続端子VC1の電位を反転入力とし、前記最上位の二次電池のセルの負極電池接続端子の電位を非反転入力とする第4のコンパレータにより構成されることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項8記載の保護用半導体装置において、
前記接地端子VSSと保護用半導体装置間の断線を検出する回路は、接地端子VSSの電位を非反転入力とし、前記最下位の二次電池のセルの正極電池接続端子の電位を反転入力とする第5のコンパレータにより構成されることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項8から12のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
前記判定回路は、さらに、前記電池接続端子VC1と保護用半導体装置間の断線あるいは前記接地端子VSSと保護用半導体装置間の断線を判定可能であることを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1から13のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
前記電圧センス用分圧抵抗より小さい抵抗値の内部抵抗を前記電圧センス用分圧抵抗のうちの同一の二次電池のセルに対応する電圧センス用分圧抵抗に順次選択的に並列接続させる時間間隔を、内部に備えた発振回路により設定することを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1から13のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
前記電圧センス用分圧抵抗より小さい抵抗値の内部抵抗を前記電圧センス用分圧抵抗のうちの同一の二次電池のセルに対応する電圧センス用分圧抵抗に順次選択的に並列接続させる時間間隔を、外部からのトリガ入力の間隔を調整することで制御可能としたことを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1から13のいずれかに記載の保護用半導体装置において、
前記電圧センス用分圧抵抗より小さい抵抗値の内部抵抗を前記電圧センス用分圧抵抗のうちの同一の二次電池のセルに対応する電圧センス用分圧抵抗に順次選択的に並列接続させる時間間隔を、外付けされた容量(コンデンサ)によって設定することを特徴とする保護用半導体装置。 - 請求項1から16のいずれかに記載の保護用半導体装置を内蔵したことを特徴とする電池パック。
- 請求項1から16のいずれかに記載の保護用半導体装置、あるいは、請求項17に記載の電池パックを内蔵したことを特徴とする電子機器。
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