WO2024122287A1 - 電源回路 - Google Patents

電源回路 Download PDF

Info

Publication number
WO2024122287A1
WO2024122287A1 PCT/JP2023/041066 JP2023041066W WO2024122287A1 WO 2024122287 A1 WO2024122287 A1 WO 2024122287A1 JP 2023041066 W JP2023041066 W JP 2023041066W WO 2024122287 A1 WO2024122287 A1 WO 2024122287A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
path
battery
battery monitoring
power supply
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/041066
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅彦 伊藤
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Publication of WO2024122287A1 publication Critical patent/WO2024122287A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering

Definitions

  • This disclosure relates to a power supply circuit applied to a battery monitoring device.
  • Non-Patent Document 1 there is a battery monitoring device that includes a power supply circuit that uses a battery as an input source of power, and a battery monitoring IC that operates using power supplied from the power supply circuit and monitors the state of the battery.
  • a fuse is provided in the current path from the battery to the battery monitoring IC, and if a short circuit occurs in the power supply circuit, the fuse will blow to cut off the current.
  • the fuse may not blow even if a short circuit occurs. In this case, the battery may continue to discharge while the short circuit is occurring, and the battery may become over-discharged or overheat.
  • Similar problems can occur not only in metal fuses that blow due to overcurrent, but also in fuse function units including resettable fuses whose resistance increases due to overcurrent, and e-fuses (electronic fuses) that detect overcurrent and cut off the current using a MOSFET.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and its main objective is to cut off the discharge current from a battery in the event of a short circuit in a power supply circuit with a path resistor in the current path, even if the voltage of the input source battery is low or the resistance value of the path resistor is high.
  • the first means for solving the above problem is to A power supply circuit that uses a battery as an input source of power and supplies power to a battery monitoring unit that monitors a state of the battery, a fuse function unit that cuts off a current when a current exceeding a predetermined current flows in a current path from the battery to the battery monitoring unit, a path resistor is provided on the current path between the fuse function unit and the battery monitoring unit,
  • the fuse function unit includes a forming circuit that forms a detour path for allowing a current exceeding the predetermined current to flow through the fuse function unit without passing through the path resistance when a short circuit occurs in the path that passes through the path resistance.
  • the power supply circuit uses a battery as an input power source and supplies power to a battery monitoring unit that monitors the state of the battery.
  • a fuse function unit is provided in the current path from the battery to the battery monitoring unit, which cuts off the current when a current exceeding a predetermined current flows. Therefore, if a short circuit occurs in the power supply circuit and a current exceeding the predetermined current flows through the fuse function unit, the current can be cut off by the fuse function unit.
  • the fuse function unit includes a metal fuse that melts due to an overcurrent, a resettable fuse whose resistance value increases due to an overcurrent, and an e-fuse (electronic fuse) that detects an overcurrent and cuts off the current using a MOSFET.
  • the power supply circuit has a path resistor on the battery monitoring unit side of the fuse function unit in the current path. Therefore, if the battery voltage is low or the resistance value of the path resistance is high, even if a short circuit occurs, the current flowing through the fuse function unit does not exceed the predetermined current, and the fuse function unit may not function.
  • the formation circuit forms a detour path that allows a current exceeding the predetermined current to flow to the fuse function unit without passing through the path resistance. Therefore, even if the current flowing through the fuse function unit through the path resistance does not exceed the predetermined current during a short circuit, the current flowing through the detour path to the fuse function unit can exceed the predetermined current. Therefore, even if the voltage of the input source battery is low or the resistance value of the path resistance is high, the fuse function unit can be operated during a short circuit, and the discharge current from the battery can be cut off.
  • the forming circuit includes a first current-carrying element that is connected to the current path in parallel with the path resistance and that is energized when a voltage exceeding a first predetermined voltage is applied to pass a current exceeding the predetermined current through the fuse function section.
  • the switching element is connected in series on the battery monitoring unit side of the path resistance and the first current-carrying element in the current path, and the open/closed state is controlled by the battery monitoring unit. Therefore, when the switching element is normal, the current flowing to the battery monitoring unit and the voltage applied to the battery monitoring unit are appropriately adjusted. On the other hand, when the switching element is short-circuited, it becomes impossible to cut off the current flowing to the battery monitoring unit. If the fuse function unit does not work when the battery voltage is low or the resistance value of the path resistance is high, there is a risk that discharging from the battery will continue in a short-circuited state.
  • the second energization element is connected in parallel with the battery monitoring unit on the side of the switching element of the current path closer to the battery monitoring unit, and energizes on the condition that a voltage exceeding a second predetermined voltage lower than the first predetermined voltage is applied. Therefore, when the switching element is short-circuited and a voltage exceeding the second predetermined voltage is applied to the second energization element, the second energization element connected in parallel with the battery monitoring unit is energized. As a result, a voltage exceeding the first predetermined voltage is applied to the first energization element, causing the first energization element to be energized, and a bypass path passing through the first energization element and the second energization element is formed.
  • the battery monitoring unit includes a switching element connected in series to the current path from the battery to the battery monitoring unit
  • the battery monitoring unit generally includes a protective element similar to the second current-carrying element of the third means in case the switching element is short-circuited. Therefore, even if the battery monitoring unit includes a switching element whose open/closed state is controlled, as in the fourth means, and the switching element is connected in series to the current path, the same effect as the third means can be achieved.
  • a plurality of the current paths are provided, each of the plurality of current paths is provided with the path resistance, and the forming circuit is provided with the first current-carrying element for each of the plurality of current paths.
  • the forming circuit includes a noise reduction element that reduces noise applied to the first energization element and has a resistance value lower than the path resistance.
  • the forming circuit includes a switch connected in parallel with the battery between the fuse function unit and the path resistance of the current path, and a switch drive unit that closes the switch on the condition that a current exceeding a first current smaller than the predetermined current flows through the path resistance.
  • a switching element whose open/closed state is controlled by the battery monitoring unit is connected in series on the battery monitoring unit side of the path resistance in the current path, and the forming circuit includes a second current-carrying element that is connected in parallel with the battery monitoring unit on the battery monitoring unit side of the switching element in the current path and that conducts current when a voltage exceeding a second predetermined voltage is applied.
  • the second current-carrying element is connected in parallel with the battery monitoring unit on the battery monitoring unit side of the switching element in the current path, and is energized on the condition that a voltage exceeding a second predetermined voltage is applied. Therefore, when the switching element is short-circuited and a voltage exceeding the second predetermined voltage is applied to the second current-carrying element, the second current-carrying element connected in parallel with the battery monitoring unit is energized. This causes a current exceeding the first current to flow through the path resistance, closing the switch, and forming a detour path that passes through the fuse function unit and the switch. Therefore, a current exceeding the predetermined current can be passed through the fuse function unit, and the discharge current from the battery can be cut off when the switching element is short-circuited.
  • a plurality of the current paths are provided, each of the plurality of current paths is provided with the path resistance, and the forming circuit is provided with the switch drive unit for each of the plurality of current paths.
  • the tenth means is A power supply circuit that uses a battery as an input source of power and supplies power to a battery monitoring unit that monitors a state of the battery, a fuse function unit that cuts off a current when a current exceeding a predetermined current flows in a current path from the battery to the battery monitoring unit, a path resistor is provided on the current path between the fuse function unit and the battery monitoring unit, The power supply circuit further includes an interruption circuit that interrupts a current flowing through the path resistance when a short circuit occurs in the path that passes through the path resistance.
  • the power supply circuit uses a battery as an input power source and supplies power to a battery monitoring unit that monitors the state of the battery.
  • a fuse function unit is provided in the current path from the battery to the battery monitoring unit, which cuts off the current when a current exceeding a predetermined current flows. Therefore, if a short circuit occurs in the power supply circuit and a current exceeding the predetermined current flows through the fuse function unit, the current can be cut off by the fuse function unit.
  • the power supply circuit has a path resistor on the battery monitoring unit side of the fuse function unit in the current path. Therefore, if the battery voltage is low or the resistance value of the path resistor is high, even if a short circuit occurs, the current flowing through the fuse function unit does not exceed a predetermined current, and the fuse function unit may not work.
  • the cutoff circuit cuts off the current flowing through the path resistor when a short circuit occurs in the path that passes through the path resistor. Therefore, even if the current flowing through the path resistor to the fuse function unit does not exceed a predetermined current during a short circuit, it is possible to cut off the current flowing through the path resistor. Therefore, even if the voltage of the input source battery is low or the resistance value of the path resistor is high, the discharge current from the battery can be cut off during a short circuit.
  • the cutoff circuit includes a switch connected in series to the fuse function unit and the path resistance in the current path, and a switch drive unit that opens the switch on the condition that a current exceeding a first current smaller than the predetermined current flows through the path resistance.
  • the fuse functional unit is a first fuse functional unit
  • the interruption circuit includes a second fuse functional unit that is connected in series to a specific element connected in parallel to the current path, and that interrupts the current on the condition that a current that does not exceed a first current that is smaller than the specific current does not flow when a short circuit does not occur in the specific element, and a current that exceeds the first current does flow.
  • the fuse function unit functions as a first fuse function unit.
  • the second fuse function unit is connected in series to a specific element connected in parallel to the current path, and cuts off the current on the condition that a current exceeding a first current smaller than the specific current does not flow when a short circuit does not occur in the specific element, and a current exceeding the first current flows. Therefore, when a short circuit does not occur in the specific element, the second fuse function unit does not cut off the current, and a current can flow to the specific element. On the other hand, the second fuse function unit cuts off the current when a current exceeding the first current flows.
  • the second fuse function unit can cut off the current. Therefore, even if the voltage of the input source battery is low or the resistance value of the path resistance is high, the discharge current from the battery can be cut off when a specific element is short-circuited.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery monitoring device
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to a second embodiment
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to a third embodiment
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to a fourth embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery monitoring device
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a modification of the power supply circuit and the battery monitoring IC of the fourth embodiment
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to a fifth embodiment
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a modification of the power supply circuit and the battery monitoring IC of the fifth embodiment
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to a sixth embodiment
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to a seventh embodiment
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to an eighth embodiment
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a modification of the power supply circuit and the battery monitoring IC of the eighth embodiment
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a power supply circuit and a battery monitoring IC according to the ninth embodiment.
  • the parent unit 20 includes a power supply circuit 21, a communication interface (I/F) 22, a temperature detection interface (I/F) 23, a relay driver 24, a microcomputer 25, a communication IC 26, etc.
  • the parent unit 20 communicates with the child unit 30, and causes the child unit 30 to monitor the state of each cell 12 of the battery 11 and the state of the battery 11.
  • the battery 11 is, for example, configured by connecting multiple cells 12 in series, or by connecting multiple battery modules in series, each of which has multiple cells 12 connected in series.
  • the handset 30 includes a battery monitoring IC 31, a detection circuit 32, a power supply circuit 40, etc.
  • the power supply circuit 40 uses the battery 11 as an input power source and supplies power to the battery monitoring IC.
  • the battery monitoring IC (battery monitoring unit) operates using power supplied from the power supply circuit 40, and causes the detection circuit 32 to detect the state of each cell 12 and the battery 11.
  • the detection circuit 32 is controlled by the battery monitoring IC, and performs functions such as detecting the voltage of the cell 12, detecting the temperature of the cell 12, and equalizing the voltage of the cell 12.
  • the detection circuit 32 may also detect the current flowing through the cell 12 (battery 11), detecting the internal pressure of the cell 12, and detecting gas leaks from the cell 12 (battery 11), etc.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the power supply circuit 40 and the battery monitoring IC 31.
  • a fuse F1, a resistor R1, and a transistor T1 are connected in series to the wiring L1 (current path) from the positive terminal of the battery 11 to the power input terminal (Power) of the battery monitoring IC 31.
  • a fuse F2 is connected in series to the wiring L2 (current path) from the GND terminal of the battery monitoring IC to the negative terminal of the battery 11.
  • Fuses F1 and F2 are metallic fuses that melt and cut off the current when a current exceeding, for example, 0.5 to 1.0 A (predetermined current If) flows.
  • metallic fuses are not limited to those equipped with a fuse element made of a wire-shaped metal with a low melting point, but may also be pattern fuses in which the pattern width of the wiring is narrower than other parts and melts when an overcurrent occurs.
  • capacitor C1 is connected in parallel with battery 11 and battery monitoring IC 31.
  • Resistor R1 and capacitor C1 form an RC filter (low-pass filter) that reduces noise applied to transistor T1.
  • the resistance value of resistor R1 (path resistance) is set according to the expected noise frequency, and is, for example, 100 to several k ⁇ .
  • Resistor R1 may be composed of multiple resistors.
  • a capacitor C3 is connected in parallel with the battery 11 and the battery monitoring IC 31 between the transistor T1 and the power input terminal of the battery monitoring IC on the wiring L1.
  • the drive terminal (Drive) of the battery monitoring IC is connected to the base of the transistor T1 (switching element) via an RC filter (low-pass filter) composed of a resistor R2 and a capacitor C2.
  • the transistor T1 is not limited to a bipolar type, and may be a unipolar type such as a MOSFET.
  • the battery monitoring IC 31 controls the open/close period or degree of opening of the transistor T1, i.e., the open/close state, based on the output from the drive terminal. By controlling the open/close state of the transistor T1, the battery monitoring IC 31 controls the charge stored in the capacitor C3, and thus the voltage input to the power input terminal of the battery monitoring IC, to a target voltage.
  • the Zener diode D1 is not connected in parallel to the resistor R1 on the wiring L1 and the capacitor C1 is short-circuited.
  • the current flowing through the fuse F1, resistor R1, capacitor C1, and fuse F2 in that order, may be reduced to several tens to several hundred mA.
  • the current flowing through the fuses F1 and F2 may not exceed the predetermined current If, and the fuses F1 and F2 may not melt.
  • discharging from the battery 11 may continue in the state where a short circuit has occurred, and the battery 11 may become over-discharged or overheat.
  • a Zener diode D1 (first current-carrying element) is connected to the wiring L1 in parallel with the resistor R1.
  • the anode of the Zener diode D1 is connected to the transistor T1 side of the resistor R1 by the wiring B1, and the cathode of the Zener diode D1 is connected to the fuse F1 side of the resistor R1.
  • the Zener diode D1 breaks down and forms a Zener voltage (constant voltage) when a voltage exceeding a first predetermined voltage V1 that is lower than the minimum voltage in the operating range (variation range) of the voltage of the battery 11 is applied.
  • the voltage applied to the Zener diode D1 is lower than the first predetermined voltage V1.
  • the resistance value of the Zener diode D1 in the breakdown state is, for example, several [ ⁇ ].
  • the Zener diode D1 and the wiring B1 that connects the Zener diode D1 to the wiring L1 form a forming circuit.
  • the voltage applied to the Zener diode D1 exceeds the first predetermined voltage V1, causing the Zener diode D1 to break down (conduct).
  • the current bypasses the resistor R1 and flows in the order of fuse F1, Zener diode D1, capacitor C1, and fuse F2.
  • the resistance value of the Zener diode D1 in the breakdown state is sufficiently lower than the resistance value of resistor R1, so even if the voltage of the battery 11 is the minimum voltage in the operating range, a current exceeding the predetermined current If flows through the fuses F1 and F2.
  • the Zener diode D1 is conductive when a voltage exceeding the first predetermined voltage V1 is applied, causing a current exceeding the predetermined current If to flow through the fuses F1 and F2. As a result, at least one of the fuses F1 and F2 melts down, cutting off the current.
  • Zener diode D2 is not connected in parallel with the battery monitoring IC on the line L1 closer to the battery monitoring IC 31 than transistor T1, and transistor T1 is short-circuited. In this case, it becomes impossible to cut off the current flowing to the power input terminal of battery monitoring IC 31. If neither fuse F1 nor F2 works when the voltage of battery 11 is low or the resistance value of resistor R1 is high, there is a risk that discharging from battery 11 will continue in the state of a short circuit.
  • the Zener diode D2 is connected in parallel with the battery monitoring IC on the wiring L1 closer to the battery monitoring IC 31 than the transistor T1.
  • the anode of the Zener diode D2 is connected to the wiring L2 by the wiring B2, and the cathode of the Zener diode D1 is connected to the wiring L1.
  • the Zener diode D2 breaks down when a voltage exceeding a second predetermined voltage V2 lower than the first predetermined voltage V1 is applied, and forms a Zener voltage (constant voltage).
  • the voltage applied to the Zener diode D2 becomes lower than the second predetermined voltage V2.
  • the resistance value of the Zener diode D2 in the breakdown state is, for example, several [ ⁇ ].
  • the Zener diode D1, the wiring B1 connecting the Zener diode D1 to the wiring L1, the Zener diode D2, and the wiring B2 connecting the Zener diode D2 to the wirings L1 and L2 constitute a formation circuit.
  • the voltage applied to the Zener diode D2 exceeds the second predetermined voltage V2, causing the Zener diode D2 to break down (conduct). Subsequently, the voltage applied to the Zener diode D1 exceeds the first predetermined voltage V1, causing the Zener diode D1 to break down (conduct). As a result, the current bypasses the resistor R1 and flows in order from the fuse F1 to the Zener diode D1, the transistor T1, the Zener diode D2, and the fuse F2.
  • Zener diode D1 and its wiring B1 form a detour path that allows a current exceeding a predetermined current If to flow to fuses F1 and F2 without passing through resistor R1 in the event of a short circuit in the path through resistor R1. Therefore, even if the current flowing through fuses F1 and F2 through resistor R1 does not exceed the predetermined current If in the event of a short circuit, it is possible to make the current flowing through fuses F1 and F2 through the detour path exceed the predetermined current If. Therefore, even if the voltage of input source battery 11 is low or the resistance value of resistor R1 is high, fuses F1 and F2 can be operated in the event of a short circuit, and the discharge current from battery 11 can be cut off.
  • the Zener diode D1 connected in parallel to the resistor R1 and the wiring L1 is energized to form a detour path, allowing a current exceeding the predetermined current If to flow through the fuses F1 and F2. Therefore, the discharge current from the battery 11 can be cut off in the event of a short circuit by using a circuit with a simple configuration.
  • the Zener diode D2 is connected in parallel with the battery monitoring IC 31 on the side of the wiring L1 closer to the battery monitoring IC 31 than the transistor T1, and is energized when a voltage exceeding a second predetermined voltage V2 lower than the first predetermined voltage V1 is applied. Therefore, when the transistor T1 is short-circuited and a voltage exceeding the second predetermined voltage V2 is applied to the Zener diode D2, the Zener diode D2 connected in parallel with the battery monitoring IC 31 is energized.
  • a voltage exceeding the first predetermined voltage V1 is applied to the Zener diode D1, causing the Zener diode D1 to be energized, and a bypass path passing through the Zener diodes D1 and D2 is formed. Therefore, a current exceeding the predetermined current If can be passed through the fuses F1 and F2, and the discharge current from the battery 11 can be cut off when the transistor T1 is short-circuited.
  • Zener diode D2 connected in parallel to the wiring L1 is built into (provided in) the battery monitoring IC 31 rather than in the power supply circuit 40.
  • the battery monitoring IC 131 incorporates (is equipped with) a transistor T1 whose open/closed state is controlled, a resistor R2, and capacitors C2 and C3.
  • the transistor T1 is connected in series to a line L1.
  • the power supply circuit 140 includes a Zener diode D1, but does not include the transistor T1, resistor R2, or capacitors C2 and C3.
  • the battery monitoring IC 31 incorporates a transistor T1 connected in series to the wiring L1 from the battery 11 to the battery monitoring IC 131
  • the battery monitoring IC 131 generally includes a protection element (not shown) similar to the Zener diode D2 described above in case the transistor T1 is short-circuited. Therefore, this embodiment can also achieve the same effects as the first embodiment.
  • the power supply circuit 240 includes a wiring L1 (current path) from the positive terminal of the battery 11 to the main power supply input terminal (Power (main)) of the battery monitoring IC 31, and a wiring L0 (current path) from the positive terminal of the battery 11 to the secondary power supply input terminal (Power (sub)) of the battery monitoring IC 31.
  • the wiring L2 is provided with a resistor R0 (path resistance). Between the resistor R0 and the secondary power supply input terminal of the battery monitoring IC in the wiring L0, a capacitor C0 is connected in parallel with the battery 11 and the battery monitoring IC 31.
  • a Zener diode D0 (first current-carrying element) similar to the Zener diode D1 is connected in parallel with the resistor R0 to the wiring L0.
  • the anode of the Zener diode D0 is connected to the battery monitoring IC 31 side with respect to the resistor R1 by the wiring B0, and the cathode of the Zener diode D0 is connected to the fuse F1 side with respect to the resistor R1. That is, in this embodiment, the forming circuit includes Zener diodes D1 and D0 and wirings B1 and B0 for the wirings L1 and L0 (multiple wirings), respectively.
  • the discharge current from battery 11 can be cut off in the event of a short circuit, as in the first embodiment.
  • capacitor C0 (wiring L0) is shorted
  • the voltage applied to Zener diode D0 exceeds the first predetermined voltage V1, causing Zener diode D0 to break down (conduct current).
  • This causes the current to bypass resistor R0 and flow in the order of fuse F1, Zener diode D0, capacitor C0, and fuse F2.
  • at least one of fuses F1 and F2 melts, cutting off the current.
  • the power supply circuit 40 includes a resistor Rf that reduces noise applied to the Zener diode D1 and has a lower resistance than the resistor R1, and a capacitor Cf.
  • the capacitor Cf is connected in parallel with the battery 11 and the battery monitoring IC 31 between the resistor Rf and the resistor R1 in the wiring L1.
  • the resistor Rf and the capacitor Cf form an RC filter (low-pass filter) that reduces noise applied to the Zener diode D1.
  • the resistance of the resistor Rf is lower than the resistance of the resistor R1, for example, several ohms, and is set to a resistance value at which the fuses F1 and F2 melt when the capacitor C1 is short-circuited.
  • the resistor Rf may be composed of multiple resistors.
  • the above configuration prevents the Zener diode D1 from malfunctioning or breaking down due to noise, while preventing the current flowing through the fuses F1 and F2 from being reduced by the resistor Rf. Therefore, even if the voltage of the input source battery 11 is low or the resistance value of the resistor R1 is high, the fuses F1 and F2 can be operated in the event of a short circuit, and the discharge current from the battery 11 can be cut off.
  • the power supply circuit 40 may include a resistor Rf connected in series to the Zener diode D1 on the wiring B1.
  • the resistor Rf reduces noise applied to the Zener diode D1 and has a lower resistance than the resistor R1.
  • the resistance of the resistor Rf is lower than the resistance of the resistor R1, for example, several ohms, and is set to a resistance value at which the fuses F1 and F2 melt when the capacitor C1 is short-circuited.
  • the resistor Rf may be composed of multiple resistors.
  • This configuration also prevents the Zener diode D1 from malfunctioning or breaking down due to noise, while preventing the current flowing through the fuses F1 and F2 from being reduced by the resistor Rf. Therefore, even if the voltage of the input source battery 11 is low or the resistance value of the resistor R1 is high, the fuses F1 and F2 can be operated in the event of a short circuit, and the discharge current from the battery 11 can be cut off.
  • the power supply circuit 40 includes a switch S1 connected in parallel to the battery 11 by a wire B3 between the fuse F1 and resistor R1 of the wire L1, and a comparator Cp1 that drives the switch S1.
  • the switch S1 is, for example, an N-channel MOSFET.
  • a shunt resistor Rs is connected in series to the wire L2 on the battery 11 side of the connection point with the capacitor C1.
  • the gate of the switch S1 is connected to the output of the comparator Cp1, the drain is connected to the connection point between the fuse F1 and resistor R1, and the source is connected to the connection point between the fuse F2 and the shunt resistor Rs.
  • the comparator Cp1 turns on (closes) the switch S1 on the condition that the voltage across the shunt resistor Rs exceeds a threshold value.
  • the threshold value is set to a voltage lower than the voltage applied to the shunt resistor Rs when the capacitor C1 is short-circuited and a predetermined current If flows through the shunt resistor Rs at which the fuse F1 melts. That is, the comparator Cp1 closes the switch S1 on the condition that a current exceeding a first current I1, which is smaller than a predetermined current If, flows through the resistor R1.
  • the first current I1 is smaller than the current flowing through the resistor R1 when the capacitor C1 is short-circuited, when the voltage of the battery 11 is the lowest voltage in the operating range (variation range) or when the resistance value of the resistor R1 is high.
  • the current flowing through the resistor R1 is smaller than the first current I1.
  • the comparator Cp1 and the shunt resistor Rs form a switch drive unit.
  • the switch S1, the wiring B3, the comparator Cp1, and the shunt resistor Rs form a formation circuit.
  • An operational amplifier can also be used instead of the comparator Cp1.
  • the Zener diode D2 (second current-carrying element) is connected in parallel with the battery monitoring IC 31 on the side of the wiring L1 closer to the battery monitoring IC 31 than the transistor T1, and is conductive when a voltage exceeding the second predetermined voltage V2 is applied. Therefore, when the transistor T1 is short-circuited and a voltage exceeding the second predetermined voltage V2 is applied to the Zener diode D2, the Zener diode D2 connected in parallel with the battery monitoring IC 31 is conductive. This causes a current exceeding the first current I1 to flow through the resistor R1, closing the switch S1, and forming a bypass path that passes through the fuse F1, switch S1, and fuse F2 in that order. Therefore, a current exceeding the predetermined current If can be passed through the fuses F1 and F2, and the discharge current from the battery 11 can be cut off when the transistor T1 is short-circuited.
  • the comparator Cp1 may turn on (close) the switch S1 on the condition that the voltage across the resistor R1 exceeds a threshold.
  • the threshold is set to a voltage lower than the voltage applied to the resistor R1 when the capacitor C1 is short-circuited and a predetermined current If at which the fuse F1 melts flows through the resistor R1. That is, the comparator Cp1 closes the switch S1 on the condition that a current exceeding a first current I1 smaller than the predetermined current If flows through the resistor R1. If the capacitor C1 is not short-circuited, the current flowing through the resistor R1 is smaller than the first current I1.
  • the comparator Cp1 and the resistor R1 form a switch drive unit.
  • the switch S1, the wiring B3, the comparator Cp1, and the resistor R1 form a formation circuit.
  • An operational amplifier may be used instead of the comparator Cp1.
  • the power supply circuit 40 includes a switch S2 connected in parallel with the battery 11 between the fuse F1 and resistor R1 of the wiring L1.
  • the switch S2 is, for example, a P-channel MOSFET.
  • the gate of the switch S2 is connected to the connection point between the resistor R1 and the transistor T1 and the capacitor C1 by the wiring L3, the source is connected to the connection point between the fuse F1 and the resistor R1, and the drain is connected to the connection point between the fuse F2 and the capacitor C1 and the GND terminal of the battery monitoring IC.
  • the switch S2 is turned on (closed) on the condition that the voltage at the connection point between the wiring L1 and the wiring L3 falls below a threshold value.
  • the threshold value is set to a voltage higher than the voltage applied to the connection point between the wiring L1 and the wiring L3 when the capacitor C1 is short-circuited and a predetermined current If at which the fuse F1 melts flows through the resistor R1. That is, the switch S2 is closed on the condition that a current exceeding a first current I1 smaller than the predetermined current If flows through the resistor R1.
  • the first current I1 is smaller than the current flowing through resistor R1 when capacitor C1 is short-circuited, when the voltage of battery 11 is the lowest voltage in the operating range (variation range) or when resistor R1 has a high resistance value. When capacitor C1 is not short-circuited, the current flowing through resistor R1 is smaller than the first current I1.
  • the line L3 constitutes a switch drive unit.
  • the switch S2, line B3, and line L3 constitute a formation circuit.
  • Zener diode D2 (second current-carrying element) is energized. This causes a current exceeding the first current I1 to flow through resistor R1, closing switch S2 and forming a detour path passing through fuse F1, switch S2, and fuse F2 in that order. Therefore, a current exceeding the predetermined current If can be caused to flow through fuses F1 and F2, and the discharge current from battery 11 can be cut off when transistor T1 is short-circuited.
  • the power supply circuit 540 includes a wiring L1 (current path) from the positive terminal of the battery 11 to the main power supply input terminal (Power (main)) of the battery monitoring IC 31, and a wiring L0 (current path) from the positive terminal of the battery 11 to the secondary power supply input terminal (Power (sub)) of the battery monitoring IC 31.
  • the wiring L0 is provided with a resistor R0 (path resistance). Between the resistor R0 and the secondary power supply input terminal of the battery monitoring IC in the wiring L0, a capacitor C0 is connected in parallel with the battery 11 and the battery monitoring IC 31.
  • the gate of the switch S2 is connected to the connection point between the resistor R1, the transistor T1, and the capacitor C1 via the wiring L3 and a diode D3.
  • the anode of the diode D3 is connected to the gate of the switch S2, and the cathode is connected to the connection point between the resistor R1, the transistor T1, and the capacitor C1.
  • the gate of the switch S2 is connected to the connection point between the resistor R0, the capacitor C0, and the secondary power supply input terminal (Power (sub)) of the battery monitoring IC via the diode D3 by the wiring L4.
  • the anode of the diode D3 is connected to the gate of the switch S2, and the cathode is connected to the connection point between the resistor R0, the capacitor C0, and the secondary power supply input terminal (Power (sub)) of the battery monitoring IC.
  • the forming circuit includes wirings L3, L4 and a diode D3 (switch driver) for wirings L1, L0 (multiple wirings).
  • the discharge current from battery 11 can be cut off in the event of a short circuit, as in the sixth embodiment.
  • switch S2 closes. This causes the current to bypass resistors R1 and R0 and flow in turn to fuse F1, switch S2, and fuse F2.
  • fuse F1 and F2 melts, cutting off the current.
  • the power supply circuit 640 includes a switch S3 connected in series to the fuse F1 and resistor R1 on the line L1 closer to the battery 11 than the connection point between the resistor R1 (path resistance) and the capacitor C1 and the transistor T1, and a comparator Cp1 that drives the switch S3.
  • the switch S3 is a normally-closed switch that closes when the output from the comparator Cp1 is off and opens when the output is on.
  • the comparator Cp1 opens the switch S3 on the condition that the voltage across the shunt resistor Rs exceeds a threshold.
  • the threshold is set to a voltage lower than the voltage applied to the shunt resistor Rs when the capacitor C1 is short-circuited and a predetermined current If flows through the shunt resistor Rs at which the fuse F1 melts.
  • the comparator Cp1 opens the switch S3 on the condition that a current exceeding a first current I1, which is smaller than the predetermined current If, flows through the resistor R1.
  • the first current I1 is smaller than the current flowing through resistor R1 when capacitor C1 is shorted, when the voltage of battery 11 is the lowest voltage in the operating range (variation range) or when resistor R1 has a high resistance. When capacitor C1 is not shorted, the current flowing through resistor R1 is smaller than the first current I1.
  • comparator Cp1 opens switch S3 to cut off the current flowing through resistor R1.
  • the comparator Cp1 and shunt resistor Rs form a switch drive unit, and switch S3, comparator Cp1, and shunt resistor Rs form a cutoff circuit.
  • An operational amplifier can also be used instead of comparator Cp1.
  • the comparator Cp1 may open the switch S1 on the condition that the voltage across the resistor R1 exceeds a threshold.
  • the threshold is set to a voltage lower than the voltage applied to the resistor R1 when the capacitor C1 is short-circuited and a predetermined current If flows through the resistor R1 at which the fuse F1 melts.
  • the comparator Cp1 opens the switch S3 to cut off the current flowing through the resistor R1.
  • the comparator Cp1 and the resistor R1 form a switch drive unit, and the switch S3, the comparator Cp1, and the resistor R1 form a cutoff circuit.
  • An operational amplifier may be used instead of the comparator Cp1.
  • the power supply circuit 40 includes a fuse F3 on the wiring L5 that connects the capacitor C1 (predetermined element) to the wiring L1 and the wiring L2. That is, the fuse F3 (second fuse function unit, cutoff circuit) is connected in series to the capacitor C1 that is connected in parallel to the wiring L1. The fuse F3 is connected in series to the capacitor C1 that is assumed to be short-circuited. The fuse F3 cuts off the current by melting on the condition that a current that exceeds the first current I1 that is smaller than the predetermined current If at which the fuses F1 and F2 (first fuse function unit) melt is passed.
  • the first current I1 is a current smaller than the current that flows through the resistor R1 when the capacitor C1 is short-circuited when the voltage of the battery 11 is the minimum voltage in the operating range (variation range) or when the resistance value of the resistor R1 is high.
  • the capacitor C1 is not short-circuited (when the capacitor C1 is normal)
  • no current that exceeds the first current I1 that is smaller than the predetermined current If flows through the fuse F3.
  • fuse F3 if there is no short circuit in capacitor C1, fuse F3 does not cut off the current, and current can flow to capacitor C1.
  • fuse F3 cuts off the current when a current exceeding the first current I1 flows. Therefore, if a short circuit occurs in capacitor C1, even if the current flowing through fuses F1 and F2 does not exceed the specified current If and fuses F1 and F2 do not operate, a current exceeding the first current I1, which is smaller than the specified current If, flows through fuse F3, and fuse F3 can cut off the current. Therefore, even if the voltage of input source battery 11 is low or the resistance value of resistor R1 is high, the discharge current from battery 11 can be cut off when capacitor C1 is short circuited.
  • the power supply circuit 40 also includes a fuse F4 similar to the fuse F3 on the wiring L6 that connects the Zener diode D2 (predetermined element) to the wiring L1 and the wiring L2. That is, the fuse F4 (second fuse function part, cutoff circuit) is connected in series with the Zener diode D2 that is connected in parallel to the wiring L1. The fuse F3 is connected in series with the Zener diode D2 that is assumed to be short-circuited. The fuse F4 melts to cut off the current on the condition that a current that exceeds the first current I1 that is smaller than the predetermined current If at which the fuses F1 and F2 (first fuse function part) melt is passed.
  • a fuse F4 similar to the fuse F3 on the wiring L6 that connects the Zener diode D2 (predetermined element) to the wiring L1 and the wiring L2. That is, the fuse F4 (second fuse function part, cutoff circuit) is connected in series with the Zener diode D2 that is connected in parallel to the wiring
  • the switch S3, comparator Cp1, and shunt resistor Rs in FIG. 12, or the switch S3 and comparator Cp1 in FIG. 13 may be provided.
  • Zener diodes D1 and D2 (current-carrying elements) that are energized when a voltage exceeding the first predetermined voltage V1 or the second predetermined voltage V2 (predetermined voltage) is applied are not limited to Zener diodes, and may be TVS diodes, varistors, etc.
  • F1 and F2 are not limited to being provided within the power supply circuit, but may also be provided outside the power supply circuit, such as on the FPC (substrate) or in the battery 11.
  • fuses F1, F2 first fuse functional portion
  • fuses F3, F4 second fuse functional portion
  • resettable fuses whose resistance increases due to an overcurrent e-fuses (electronic fuses) that detect an overcurrent and cut off the current using a MOSFET, etc.
  • fuses F1 to F4 can cut off (substantially cut off) the current when a current exceeding a predetermined current If flows.
  • the battery monitoring device 10 is not limited to a configuration in which the parent unit 20 and the child unit 30 are separate, but may be an integrated configuration that includes the functions of the parent unit 20 and the child unit 30.
  • the battery monitoring device 10 may be mounted on an electric flying object such as a drone or an electric airplane, or may be attached to a stationary storage battery.
  • a power supply circuit (40, 140, 240, 340, 440, 540) that uses a battery (11) as an input source of power and supplies power to a battery monitoring unit (31) that monitors the state of the battery, A fuse function unit (F1, F2) that cuts off a current when a current exceeding a predetermined current flows is provided in a current path (L1, L2) from the battery to the battery monitoring unit, a path resistor (R1, R0) is provided on the battery monitoring unit side of the fuse function unit in the current path, A power supply circuit comprising a forming circuit (D1, B1, D2, B2, D0, B0, S1, S2, B3, Cp1, Rs, R1, L3, L4, D3) that forms a detour path that allows a current exceeding the specified current to flow through the fuse function unit without passing through the path resistance when a short circuit occurs in a path that passes through the path resistance.
  • a forming circuit D1, B1, D2, B2, D0, B0, S1, S2, B3, Cp1, Rs,
  • the forming circuit is The power supply circuit according to configuration 1, further comprising: a first current-carrying element (D1, D0) connected to the current path in parallel with the path resistance and configured to pass current through the fuse function portion when a voltage exceeding a first predetermined voltage is applied thereto.
  • D1, D0 first current-carrying element
  • a switching element (T1) whose open/closed state is controlled by the battery monitoring unit is connected in series to the current path on the battery monitoring unit side of the path resistance and the first current-carrying element,
  • the forming circuit is The power supply circuit according to configuration 2, further comprising: a second current-carrying element (D2) connected in parallel with the battery monitoring unit on the side of the battery monitoring unit closer to the switching element of the current path, and configured to conduct electricity when a voltage exceeding a second predetermined voltage lower than the first predetermined voltage is applied.
  • the battery monitoring unit includes a switching element (T1) whose open/closed state is controlled, 3.
  • the power supply circuit according to configuration 2 wherein the switching element is connected in series to the current path (L1).
  • the current path (L1, L0) is provided in plurality, The plurality of current paths are each provided with the path resistance (R1, R0),
  • Rf noise reducing element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

電源回路(40)は、電池(11)を電力の入力源とし、電池の状態を監視する電池監視部(31)に電力を供給する。電池から電池監視部までの電流経路(L1,L2)には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部(F1,F2)が設けられている。電源回路は、電流経路においてヒューズ機能部よりも電池監視部側に経路抵抗(R1)を備え、経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、経路抵抗を通さずにヒューズ機能部に所定電流を超える電流を流す迂回経路を形成する形成回路(D1,B1,D2,B2)を備える。

Description

電源回路 関連出願の相互参照
 本出願は、2022年12月7日に出願された日本出願番号2022-195420号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、電池監視装置に適用される電源回路に関する。
 従来、電池を電力の入力源とする電源回路と、電源回路から供給される電力により動作して電池の状態を監視する電池監視ICと、を備える電池監視装置がある(非特許文献1参照)。
Texas Instruments BQ79616-Q1データシートRev. D
 ところで、一般的に電池から電池監視ICまでの電流経路にヒューズが設けられ、電源回路で短絡が生じた場合にヒューズが溶断して電流を遮断する。しかし、電池の電圧が低い場合や、電流経路に設けられた抵抗である経路抵抗の抵抗値が高い場合は、短絡が生じてもヒューズが溶断しないおそれがある。この場合、短絡が生じた状態で電池からの放電が継続し、電池が過放電になったり、電池が過熱したりするおそれがある。なお、過電流により溶断する金属製ヒューズに限らず、過電流により抵抗値が増大するリセッタブルヒューズや、過電流を検出してMOSFETにより電流を遮断するeヒューズ(電子ヒューズ)等を含めたヒューズ機能部を備える場合も、同様の問題が生じ得る。
 本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、電流経路に経路抵抗を備える電源回路において、入力源の電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合であっても、短絡時に電池からの放電電流を遮断することにある。
 上記課題を解決するための第1の手段は、
 電池を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部に電力を供給する電源回路であって、
 前記電池から前記電池監視部までの電流経路には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部が設けられており、
 前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗を備え、
 前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗を通さずに前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す迂回経路を形成する形成回路を備える。
 上記構成によれば、電源回路は、電池を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部に電力を供給する。前記電池から前記電池監視部までの電流経路には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部が設けられている。このため、電源回路で短絡が生じて、ヒューズ機能部に所定電流を超える電流が流れた場合は、ヒューズ機能部により電流を遮断することができる。なお、ヒューズ機能部は、過電流により溶断する金属製ヒューズ、過電流により抵抗値が増大するリセッタブルヒューズ、及び過電流を検出してMOSFETにより電流を遮断するeヒューズ(電子ヒューズ)等を含む。
 ここで、電源回路は、前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗を備えている。このため、電池の電圧が低い場合や、経路抵抗の抵抗値が高い場合は、短絡が生じても、ヒューズ機能部に流れる電流が所定電流を超えず、ヒューズ機能部が働かないおそれがある。この点、形成回路は、前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗を通さずに前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す迂回経路を形成する。このため、短絡時に、経路抵抗を通ってヒューズ機能部に流れる電流が所定電流を超えない場合であっても、迂回経路を通ってヒューズ機能部に流れる電流が所定電流を超えるようにすることができる。したがって、入力源の電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合であっても、短絡時にヒューズ機能部を働かせることができ、電池からの放電電流を遮断することができる。
 第2の手段では、前記形成回路は、前記経路抵抗と並列に前記電流経路に接続され、第1所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電して前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す第1通電素子を備える。こうした構成によれば、電源回路で短絡が生じて第1通電素子に第1所定電圧を超える電圧が印加された場合に、経路抵抗と並列に前記電流経路に接続された第1通電素子が通電して迂回経路が形成され、前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流すことができる。したがって、簡潔な構成の形成回路により、短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。なお、第1所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する第1通電素子は、ツェナーダイオード、TVSダイオード、バリスタ等を含む。
 第3の手段では、前記電流経路において前記経路抵抗及び前記第1通電素子よりも前記電池監視部側に、前記電池監視部により開閉状態が制御されるスイッチング素子が直列に接続されており、前記形成回路は、前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、前記第1所定電圧よりも低い第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する第2通電素子を備える。
 上記構成によれば、スイッチング素子は、前記電流経路において前記経路抵抗及び前記第1通電素子よりも前記電池監視部側に直列に接続され、前記電池監視部により開閉状態が制御される。このため、スイッチング素子が正常である場合は、電池監視部に流れる電流や電池監視部に印加される電圧が適切に調整される。一方、スイッチング素子が短絡した場合は、電池監視部に流れる電流を遮断することができなくなる。そして、電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合にヒューズ機能部が働かなければ、短絡が生じた状態で電池からの放電が継続するおそれがある。
 この点、第2通電素子は、前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、前記第1所定電圧よりも低い第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する。このため、スイッチング素子が短絡して第2通電素子に第2所定電圧を超える電圧が印加された場合に、前記電池監視部と並列に接続された第2通電素子が通電する。これにより、第1通電素子に第1所定電圧を超える電圧が印加されて第1通電素子が通電し、第1通電素子及び第2通電素子を通る迂回経路が形成される。したがって、前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流すことができ、スイッチング素子の短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。なお、電流経路に並列に接続された第2通電素子が、電源回路ではなく電池監視部に設けられている場合も、同様の作用効果を奏することができる。
 電池から電池監視部までの電流経路に直列に接続されたスイッチング素子を電池監視部が備えている場合は、スイッチング素子が短絡した場合に備えて、一般的に電池監視部は第3の手段の第2通電素子と同様の保護素子を備えている。したがって、第4の手段のように、前記電池監視部は、開閉状態が制御されるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子は、前記電流経路に直列に接続されている、といった構成を備える場合も、第3の手段と同様の作用効果を奏することができる。
 第5の手段では、前記電流経路を複数備え、複数の前記電流経路には前記経路抵抗がそれぞれ設けられており、前記形成回路は、複数の前記電流経路に対してそれぞれ前記第1通電素子を備える。こうした構成によれば、複数の電流経路のいずれで短絡が生じた場合であっても、第2の手段と同様に、短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。
 第6の手段では、前記形成回路は、前記第1通電素子に印加されるノイズを低減し且つ前記経路抵抗よりも抵抗値が低いノイズ低減素子を備える。こうした構成によれば、第1通電素子がノイズにより誤作動したり故障したりすることを抑制しつつ、ヒューズ機能部に流れる電流がノイズ低減素子により減少することを抑制することができる。
 第7の手段では、前記形成回路は、前記電流経路の前記ヒューズ機能部と前記経路抵抗との間に前記電池と並列に接続されたスイッチと、前記経路抵抗に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れたことを条件として前記スイッチを閉じるスイッチ駆動部と、を備える。こうした構成によれば、電源回路で短絡が生じて経路抵抗に第1電流を超える電流が流れた場合に、前記電流経路の前記ヒューズ機能部と前記経路抵抗との間に前記電池と並列に接続されたスイッチが閉じて迂回経路が形成され、前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流すことができる。したがって、短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。
 第8の手段では、第7の手段を前提として、前記電流経路において前記経路抵抗よりも前記電池監視部側に、前記電池監視部により開閉状態が制御されるスイッチング素子が直列に接続されており、前記形成回路は、前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する第2通電素子を備える。
 上記構成では、上述したように、スイッチング素子が短絡した場合は、電池監視部に流れる電流を遮断することができなくなる。そして、電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合にヒューズ機能部が働かなければ、短絡が生じた状態で電池からの放電が継続するおそれがある。
 この点、第2通電素子は、前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する。このため、スイッチング素子が短絡して第2通電素子に第2所定電圧を超える電圧が印加された場合に、前記電池監視部と並列に接続された第2通電素子が通電する。これにより、経路抵抗に第1電流を超える電流が流れてスイッチが閉じ、ヒューズ機能部及びスイッチを通る迂回経路が形成される。したがって、前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流すことができ、スイッチング素子の短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。
 第9の手段では、前記電流経路を複数備え、複数の前記電流経路には前記経路抵抗がそれぞれ設けられており、前記形成回路は、複数の前記電流経路に対してそれぞれ前記スイッチ駆動部を備える。こうした構成によれば、複数の電流経路のいずれで短絡が生じた場合であっても、第7の手段と同様に、電池からの放電電流を遮断することができる。
 第10の手段は、
 電池を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部に電力を供給する電源回路であって、
 前記電池から前記電池監視部までの電流経路には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部が設けられており、
 前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗を備え、
 前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗に流れる電流を遮断する遮断回路を備える。
 上記構成によれば、電源回路は、電池を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部に電力を供給する。前記電池から前記電池監視部までの電流経路には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部が設けられている。このため、電源回路で短絡が生じて、ヒューズ機能部に所定電流を超える電流が流れた場合は、ヒューズ機能部により電流を遮断することができる。
 ここで、電源回路は、前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗を備えている。このため、電池の電圧が低い場合や、経路抵抗の抵抗値が高い場合は、短絡が生じても、ヒューズ機能部に流れる電流が所定電流を超えず、ヒューズ機能部が働かないおそれがある。この点、遮断回路は、前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗に流れる電流を遮断する。このため、短絡時に、経路抵抗を通ってヒューズ機能部に流れる電流が所定電流を超えない場合であっても、経路抵抗に流れる電流を遮断することができる。したがって、入力源の電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合であっても、短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。
 第11の手段では、前記遮断回路は、前記電流経路において前記ヒューズ機能部及び前記経路抵抗に直列に接続されたスイッチと、前記経路抵抗に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れたことを条件として前記スイッチを開くスイッチ駆動部と、を備える。こうした構成によれば、電源回路で短絡が生じて経路抵抗に第1電流を超える電流が流れた場合に、前記電流経路において前記ヒューズ機能部及び前記経路抵抗に直列に接続されたスイッチが開く。したがって、入力源の電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合であっても、短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。
 第12の手段では、前記ヒューズ機能部は、第1ヒューズ機能部であり、前記遮断回路は、前記電流経路に並列に接続された所定素子に直列に接続され、前記所定素子で短絡が生じていない場合に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れず、前記第1電流を超える電流が流れたことを条件として電流を遮断する第2ヒューズ機能部を備える。
 上記構成によれば、前記ヒューズ機能部は、第1ヒューズ機能部として働く。第2ヒューズ機能部は、前記電流経路に並列に接続された所定素子に直列に接続され、前記所定素子で短絡が生じていない場合に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れず、前記第1電流を超える電流が流れたことを条件として電流を遮断する。このため、前記所定素子で短絡が生じていない場合は、第2ヒューズ機能部は電流を遮断せず、所定素子に電流を流すことができる。一方、第2ヒューズ機能部は、前記第1電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断する。このため、前記所定素子で短絡が生じた場合に、第1ヒューズ機能部に流れる電流が所定電流を超えずに第1ヒューズ機能部が働かなくても、所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が第2ヒューズ機能部に流れれば、第2ヒューズ機能部により電流を遮断することができる。したがって、入力源の電池の電圧が低い場合や経路抵抗の抵抗値が高い場合であっても、所定素子の短絡時に電池からの放電電流を遮断することができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、電池監視装置のブロック図であり、 図2は、第1実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図3は、第1実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図4は、第2実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図5は、第3実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図6は、第4実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図7は、第4実施形態の電源回路及び電池監視ICの変更例を示す回路図であり、 図8は、第5実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図9は、第5実施形態の電源回路及び電池監視ICの変更例を示す回路図であり、 図10は、第6実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図11は、第7実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図12は、第8実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図であり、 図13は、第8実施形態の電源回路及び電池監視ICの変更例を示す回路図であり、 図14は、第9実施形態の電源回路及び電池監視ICを示す回路図である。
 (第1実施形態)
 以下、車両等に搭載される電池監視装置に適用される電源回路に具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。図1に示すように、電池監視装置10は、親機20及び子機30を備えている。
 親機20は、電源回路21、通信インターフェース(I/F)22、温度検出インターフェース(I/F)23、リレー駆動部24、マイコン25、通信IC26等を備えている。親機20は、子機30と通信を行い、子機30により電池11の各セル12及び電池11の状態を監視させる。電池11は、例えば複数のセル12を直列に接続して構成されたり、複数のセル12を直列に接続した電池モジュールを直列に複数接続して構成されたりしている。
 子機30は、電池監視IC31、検出回路32、電源回路40等を備えている。電源回路40は、電池11を電力の入力源として、電池監視ICに電力を供給する。電池監視IC(電池監視部)は、電源回路40から供給される電力により動作し、検出回路32により各セル12及び電池11の状態を検出させる。検出回路32は、電池監視ICにより制御され、セル12の電圧検出、セル12の温度検出、セル12の電圧の均等化等を行う。なお、検出回路32は、セル12(電池11)に流れる電流の検出、セル12の内圧検出、セル12(電池11)からのガス漏れ検出等を行ってもよい。
 図2は、電源回路40及び電池監視IC31を示す回路図である。電池11の正極端子から電池監視IC31の電源入力端子(Power)までの配線L1(電流経路)には、順にヒューズF1、抵抗R1、トランジスタT1が直列に接続されている。電池監視ICのGND端子から電池11の負極端子までの配線L2(電流経路)には、ヒューズF2が直列に接続されている。
 ヒューズF1,F2(ヒューズ機能部)は、例えば0.5~1.0[A](所定電流If)を超える電流が流れた場合に溶断して電流を遮断する金属製ヒューズである。なお、金属製ヒューズは、融点の低い金属をワイヤ状にしたヒューズエレメントを備えるものに限らず、配線のパターン幅を他の部分よりも細らせて過電流により溶断させるパターンヒューズであってもよい。
 配線L1において抵抗R1とトランジスタT1との間には、コンデンサC1が電池11及び電池監視IC31と並列に接続されている。抵抗R1及びコンデンサC1により、トランジスタT1に印加されるノイズを低減するRCフィルタ(ローパスフィルタ)が構成されている。抵抗R1(経路抵抗)の抵抗値は、想定するノイズの周波数に応じて設定され、例えば100~数k[Ω]である。なお、抵抗R1は、複数の抵抗により構成されていてもよい。
 配線L1においてトランジスタT1と電池監視ICの電力入力端子との間には、コンデンサC3が電池11及び電池監視IC31と並列に接続されている。トランジスタT1(スイッチング素子)のベースには、抵抗R2及びコンデンサC2により構成されたRCフィルタ(ローパスフィルタ)を介して、電池監視ICの駆動端子(Drive)が接続されている。なお、トランジスタT1は、バイポーラ型に限らず、MOSFET等のユニポーラ型であってもよい。
 電池監視IC31は、駆動端子からの出力に基づいて、トランジスタT1の開閉期間あるいは開度、すなわち開閉状態を制御する。電池監視IC31は、トランジスタT1の開閉状態を制御することにより、コンデンサC3に蓄電される電荷、ひいては電池監視ICの電源入力端子に入力される電圧を目標電圧に制御する。
 ここで、抵抗R1に並列に配線L1にツェナーダイオードD1が接続されておらず且つコンデンサC1が短絡した場合を想定する。この場合、抵抗R1の抵抗値によっては、順にヒューズF1、抵抗R1、コンデンサC1、ヒューズF2に流れる電流が、数十~数百[mA]に減少することがある。この場合、ヒューズF1,F2に流れる電流が所定電流Ifを超えず、ヒューズF1,F2が溶断しないおそれがある。その結果、短絡が生じた状態で電池11からの放電が継続し、電池11が過放電になったり、電池11が過熱したりするおそれがある。
 そこで、本実施形態では、抵抗R1に並列に配線L1にツェナーダイオードD1(第1通電素子)を接続している。配線B1により、ツェナーダイオードD1のアノードが抵抗R1に対してトランジスタT1側に接続され、ツェナーダイオードD1のカソードが抵抗R1に対してヒューズF1側に接続されている。ツェナーダイオードD1は、電池11の電圧の使用範囲(変動範囲)における最低電圧よりも低い第1所定電圧V1を超える電圧が印加された場合に降伏して、ツェナー電圧(一定電圧)を形成する。コンデンサC1が短絡していない場合は、ツェナーダイオードD1に印加される電圧は第1所定電圧V1よりも低くなる。降伏した状態のツェナーダイオードD1の抵抗値は、例えば数[Ω]である。なお、ツェナーダイオードD1、及びツェナーダイオードD1を配線L1に接続する配線B1により、形成回路が構成されている。
 そして、コンデンサC1が短絡した場合、ツェナーダイオードD1に印加される電圧が第1所定電圧V1を超えて、ツェナーダイオードD1が降伏(通電)する。これにより、電流は、抵抗R1を迂回して、順にヒューズF1、ツェナーダイオードD1、コンデンサC1、ヒューズF2へと流れる。このとき、降伏した状態のツェナーダイオードD1の抵抗値は抵抗R1の抵抗値よりも十分低いため、電池11の電圧が使用範囲における最低電圧であったとしても、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流が流れる。すなわち、ツェナーダイオードD1は、第1所定電圧V1を超える電圧が印加されたことを条件として通電してヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流す。その結果、ヒューズF1,F2の少なくとも一方が溶断して電流が遮断される。
 また、図3において、配線L1においてトランジスタT1よりも電池監視IC31側に電池監視ICと並列にツェナーダイオードD2が接続されておらず且つトランジスタT1が短絡した場合を想定する。この場合、電池監視IC31の電源入力端子に流れる電流を遮断することができなくなる。そして、電池11の電圧が低い場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合にヒューズF1,F2がいずれも働かなければ、短絡が生じた状態で電池11からの放電が継続するおそれがある。
 そこで、本実施形態では、配線L1においてトランジスタT1よりも電池監視IC31側に、電池監視ICと並列にツェナーダイオードD2を接続している。配線B2により、ツェナーダイオードD2のアノードが配線L2に接続され、ツェナーダイオードD1のカソードが配線L1に接続されている。ツェナーダイオードD2は、上記第1所定電圧V1よりも低い第2所定電圧V2を超える電圧が印加された場合に降伏して、ツェナー電圧(一定電圧)を形成する。トランジスタT1が短絡しておらず、トランジスタT1の開閉状態が制御されている場合は、ツェナーダイオードD2に印加される電圧は第2所定電圧V2よりも低くなる。降伏した状態のツェナーダイオードD2の抵抗値は、例えば数[Ω]である。なお、ツェナーダイオードD1、ツェナーダイオードD1を配線L1に接続する配線B1、ツェナーダイオードD2、及びツェナーダイオードD2を配線L1,L2に接続する配線B2により、形成回路が構成されている。
 そして、トランジスタT1が短絡した場合、ツェナーダイオードD2に印加される電圧が第2所定電圧V2を超えて、ツェナーダイオードD2が降伏(通電)する。続いて、ツェナーダイオードD1に印加される電圧が第1所定電圧V1を超えて、ツェナーダイオードD1が降伏(通電)する。これにより、電流は、抵抗R1を迂回して、順にヒューズF1、ツェナーダイオードD1、トランジスタT1、ツェナーダイオードD2、ヒューズF2へと流れる。このとき、降伏した状態のツェナーダイオードD1,D2の抵抗値は抵抗R1の抵抗値よりも十分低いため、電池11の電圧が使用範囲における最低電圧であったとしても、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流が流れる。その結果、ヒューズF1,F2の少なくとも一方が溶断して電流が遮断される。
 以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
 ・ツェナーダイオードD1及びその配線B1は、抵抗R1を通る経路で短絡が生じた場合に、抵抗R1を通さずにヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流す迂回経路を形成する。このため、短絡時に、抵抗R1を通ってヒューズF1,F2に流れる電流が所定電流Ifを超えない場合であっても、迂回経路を通ってヒューズF1,F2に流れる電流が所定電流Ifを超えるようにすることができる。したがって、入力源の電池11の電圧が低い場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合であっても、短絡時にヒューズF1,F2を働かせることができ、電池11からの放電電流を遮断することができる。
 ・電源回路40で短絡が生じてツェナーダイオードD1に第1所定電圧V1を超える電圧が印加された場合に、抵抗R1と並列に配線L1に接続されたツェナーダイオードD1が通電して迂回経路が形成され、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流すことができる。したがって、簡潔な構成の形成回路により、短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 ・ツェナーダイオードD2は、配線L1のトランジスタT1よりも電池監視IC31側に電池監視IC31と並列に接続され、第1所定電圧V1よりも低い第2所定電圧V2を超える電圧が印加されたことを条件として通電する。このため、トランジスタT1が短絡してツェナーダイオードD2に第2所定電圧V2を超える電圧が印加された場合に、電池監視IC31と並列に接続されたツェナーダイオードD2が通電する。これにより、ツェナーダイオードD1に第1所定電圧V1を超える電圧が印加されてツェナーダイオードD1が通電し、ツェナーダイオードD1及びツェナーダイオードD2を通る迂回経路が形成される。したがって、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流すことができ、トランジスタT1の短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 なお、コンデンサC1が短絡した場合に限らず、配線L1における抵抗R1とトランジスタT1との間部分と配線L2とが直接短絡した場合も、同様の作用効果を奏することができる。
 また、配線L1に並列に接続されたツェナーダイオードD2が、電源回路40ではなく電池監視IC31に内蔵され(設けられ)ている場合も、同様の作用効果を奏することができる。
 (第2実施形態)
 以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図4に示すように、電池監視IC131は、開閉状態が制御されるトランジスタT1、抵抗R2、及びコンデンサC2,C3を内蔵して(備えて)いる。トランジスタT1は、配線L1に直列に接続されている。電源回路140は、ツェナーダイオードD1を備え、トランジスタT1、抵抗R2、及びコンデンサC2,C3を備えていない。
 ここで、電池11から電池監視IC131までの配線L1に直列に接続されたトランジスタT1を電池監視IC31が内蔵している場合は、トランジスタT1が短絡した場合に備えて、一般的に電池監視IC131は上記ツェナーダイオードD2と同様の保護素子(図示略)を備えている。したがって、本実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
 (第3実施形態)
 以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図5に示すように、電源回路240は、電池11の正極端子から電池監視IC31の主電源入力端子(Power(main))までの配線L1(電流経路)と、電池11の正極端子から電池監視IC31の副電源入力端子(Power(sub))までの配線L0(電流経路)とを備えている。
 配線L2には抵抗R0(経路抵抗)が設けられている。配線L0において抵抗R0と電池監視ICの副電源入力端子との間には、コンデンサC0が電池11及び電池監視IC31と並列に接続されている。抵抗R0に並列に配線L0にツェナーダイオードD1と同様のツェナーダイオードD0(第1通電素子)が接続されている。配線B0により、ツェナーダイオードD0のアノードが抵抗R1に対して電池監視IC31側に接続され、ツェナーダイオードD0のカソードが抵抗R1に対してヒューズF1側に接続されている。すなわち、本実施形態では、形成回路として、配線L1,L0(複数の配線)に対してそれぞれツェナーダイオードD1,D0、配線B1,B0を備えている。
 上記構成によれば、配線L1,L0のいずれで短絡が生じた場合であっても、第1実施形態と同様に、短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。例えば、コンデンサC0(配線L0)が短絡した場合、ツェナーダイオードD0に印加される電圧が第1所定電圧V1を超えて、ツェナーダイオードD0が降伏(通電)する。これにより、電流は、抵抗R0を迂回して、順にヒューズF1、ツェナーダイオードD0、コンデンサC0、ヒューズF2へと流れる。その結果、ヒューズF1,F2の少なくとも一方が溶断して電流が遮断される。
 (第4実施形態)
 以下、第4実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図6に示すように、電源回路40は、ツェナーダイオードD1に印加されるノイズを低減し且つ抵抗R1よりも抵抗値が低い抵抗Rfと、コンデンサCfとを備えている。配線L1において抵抗Rfと抵抗R1との間に、コンデンサCfが電池11及び電池監視IC31と並列に接続されている。抵抗Rf及びコンデンサCfにより、ツェナーダイオードD1に印加されるノイズを低減するRCフィルタ(ローパスフィルタ)が構成されている。抵抗Rfの抵抗値は、抵抗R1の抵抗値よりも低く、例えば数[Ω]であり、コンデンサC1の短絡時にヒューズF1,F2が溶断する抵抗値に設定されている。なお、抵抗Rfは、複数の抵抗により構成されていてもよい。
 上記構成によれば、ツェナーダイオードD1がノイズにより誤作動したり故障したりすることを抑制しつつ、ヒューズF1,F2に流れる電流が抵抗Rfにより減少することを抑制することができる。このため、入力源の電池11の電圧が低い場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合であっても、短絡時にヒューズF1,F2を働かせることができ、電池11からの放電電流を遮断することができる。
 なお、図7に示すように、図6の抵抗Rf及びコンデンサCfに代えて、電源回路40は、配線B1においてツェナーダイオードD1に直列に接続された抵抗Rfを備えていてもよい。抵抗Rfは、ツェナーダイオードD1に印加されるノイズを低減し且つ抵抗R1よりも抵抗値が低い。抵抗Rfの抵抗値は、抵抗R1の抵抗値よりも低く、例えば数[Ω]であり、コンデンサC1の短絡時にヒューズF1,F2が溶断する抵抗値に設定されている。なお、抵抗Rfは、複数の抵抗により構成されていてもよい。
 こうした構成によっても、ツェナーダイオードD1がノイズにより誤作動したり故障したりすることを抑制しつつ、ヒューズF1,F2に流れる電流が抵抗Rfにより減少することを抑制することができる。このため、入力源の電池11の電圧が低い場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合であっても、短絡時にヒューズF1,F2を働かせることができ、電池11からの放電電流を遮断することができる。
 (第5実施形態)
 以下、第5実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図8に示すように、電源回路40は、配線L1のヒューズF1と抵抗R1との間に配線B3により電池11と並列に接続されたスイッチS1と、スイッチS1を駆動するコンパレータCp1とを備えている。スイッチS1は、例えばNチャネルMOSFETである。配線L2においてコンデンサC1との接続点よりも電池11側には、シャント抵抗Rsが直列に接続されている。スイッチS1のゲートがコンパレータCp1の出力に接続され、ドレインがヒューズF1と抵抗R1との接続点に接続され、ソースがヒューズF2とシャント抵抗Rsとの接続点に接続されている。コンパレータCp1は、シャント抵抗Rsの両端の電圧が閾値を超えたことを条件としてスイッチS1をオンにする(閉じる)。閾値は、コンデンサC1が短絡して、ヒューズF1が溶断する所定電流Ifがシャント抵抗Rsに流れた場合にシャント抵抗Rsに印加される電圧よりも低い電圧に設定されている。すなわち、コンパレータCp1は、抵抗R1に所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流が流れたことを条件としてスイッチS1を閉じる。第1電流I1は、電池11の電圧が使用範囲(変動範囲)における最低電圧である場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合に、コンデンサC1の短絡時に抵抗R1に流れる電流よりも小さい電流である。コンデンサC1が短絡していない場合は、抵抗R1に流れる電流は第1電流I1よりも小さくなる。なお、コンパレータCp1及びシャント抵抗Rsによりスイッチ駆動部が構成されている。スイッチS1、配線B3、コンパレータCp1、シャント抵抗Rsにより形成回路が構成されている。また、コンパレータCp1に代えてオペアンプを採用することもできる。
 上記構成によれば、コンデンサC1が短絡して抵抗R1に第1電流I1を超える電流が流れた場合に、配線L1のヒューズF1と抵抗R1との間に電池11と並列に接続されたスイッチS1が閉じて迂回経路が形成され、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流すことができる。したがって、短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 また、ツェナーダイオードD2(第2通電素子)は、配線L1のトランジスタT1よりも電池監視IC31側に電池監視IC31と並列に接続され、第2所定電圧V2を超える電圧が印加されたことを条件として通電する。このため、トランジスタT1が短絡してツェナーダイオードD2に第2所定電圧V2を超える電圧が印加された場合に、電池監視IC31と並列に接続されたツェナーダイオードD2が通電する。これにより、抵抗R1に第1電流I1を超える電流が流れてスイッチS1が閉じ、順にヒューズF1、スイッチS1、及びヒューズF2を通る迂回経路が形成される。したがって、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流すことができ、トランジスタT1の短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 なお、図9に示すように、コンパレータCp1は、抵抗R1の両端の電圧が閾値を超えたことを条件としてスイッチS1をオンにして(閉じて)もよい。閾値は、コンデンサC1が短絡して、ヒューズF1が溶断する所定電流Ifが抵抗R1に流れた時に、抵抗R1に印加される電圧よりも低い電圧に設定されている。すなわち、コンパレータCp1は、抵抗R1に所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流が流れたことを条件としてスイッチS1を閉じる。コンデンサC1が短絡していない場合は、抵抗R1に流れる電流は第1電流I1よりも小さくなる。なお、コンパレータCp1及び抵抗R1によりスイッチ駆動部が構成されている。スイッチS1、配線B3、コンパレータCp1、抵抗R1により形成回路が構成されている。また、コンパレータCp1に代えてオペアンプを採用することもできる。
 (第6実施形態)
 以下、第6実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図10に示すように、電源回路40は、配線L1のヒューズF1と抵抗R1との間に電池11と並列に接続されたスイッチS2を備えている。スイッチS2は、例えばPチャネルMOSFETである。スイッチS2のゲートが配線L3により抵抗R1とトランジスタT1及びコンデンサC1との接続点に接続され、ソースがヒューズF1と抵抗R1との接続点に接続され、ドレインがヒューズF2とコンデンサC1及び電池監視ICのGND端子との接続点に接続されている。スイッチS2は、配線L1と配線L3との接続点の電圧が閾値を下回ったことを条件としてオンにされる(閉じられる)。閾値は、コンデンサC1が短絡して、ヒューズF1が溶断する所定電流Ifが抵抗R1に流れた時に、配線L1と配線L3との接続点に印加される電圧よりも高い電圧に設定されている。すなわち、スイッチS2は、抵抗R1に所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流が流れたことを条件として閉じられる。第1電流I1は、電池11の電圧が使用範囲(変動範囲)における最低電圧である場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合に、コンデンサC1の短絡時に抵抗R1に流れる電流よりも小さい電流である。コンデンサC1が短絡していない場合は、抵抗R1に流れる電流は第1電流I1よりも小さくなる。なお、配線L3によりスイッチ駆動部が構成されている。スイッチS2、配線B3、及び配線L3により形成回路が構成されている。
 上記構成によれば、コンデンサC1が短絡して抵抗R1に第1電流I1を超える電流が流れた場合に、配線L1のヒューズF1と抵抗R1との間に電池11と並列に接続されたスイッチS2が閉じて迂回経路が形成され、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流すことができる。したがって、短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 また、トランジスタT1が短絡した場合は、ツェナーダイオードD2(第2通電素子)が通電する。これにより、抵抗R1に第1電流I1を超える電流が流れてスイッチS2が閉じ、順にヒューズF1、スイッチS2、及びヒューズF2を通る迂回経路が形成される。したがって、ヒューズF1,F2に所定電流Ifを超える電流を流すことができ、トランジスタT1の短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 (第7実施形態)
 以下、第7実施形態について、第6実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第6実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図11に示すように、電源回路540は、電池11の正極端子から電池監視IC31の主電源入力端子(Power(main))までの配線L1(電流経路)と、電池11の正極端子から電池監視IC31の副電源入力端子(Power(sub))までの配線L0(電流経路)とを備えている。
 配線L0には抵抗R0(経路抵抗)が設けられている。配線L0において抵抗R0と電池監視ICの副電源入力端子との間には、コンデンサC0が電池11及び電池監視IC31と並列に接続されている。スイッチS2のゲートが配線L3によりダイオードD3を介して、抵抗R1とトランジスタT1及びコンデンサC1との接続点に接続されている。ダイオードD3のアノードがスイッチS2のゲートに接続され、カソードが抵抗R1とトランジスタT1及びコンデンサC1との接続点に接続されている。スイッチS2のゲートが配線L4によりダイオードD3を介して、抵抗R0とコンデンサC0及び電池監視ICの副電源入力端子(Power(sub))との接続点に接続されている。ダイオードD3のアノードがスイッチS2のゲートに接続され、カソードが抵抗R0とコンデンサC0及び電池監視ICの副電源入力端子(Power(sub))との接続点に接続されている。すなわち、本実施形態では、形成回路として、配線L1,L0(複数の配線)に対してそれぞれ配線L3,L4及びダイオードD3(スイッチ駆動部)を備えている。
 上記構成によれば、配線L1,L0のいずれで短絡が生じた場合であっても、第6実施形態と同様に、短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。例えば、コンデンサC0が短絡した場合、スイッチS2が閉じる。これにより、電流は、抵抗R1,R0を迂回して、順にヒューズF1、スイッチS2、ヒューズF2へと流れる。その結果、ヒューズF1,F2の少なくとも一方が溶断して電流が遮断される。
 (第8実施形態)
 以下、第8実施形態について、第5実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第5実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図12に示すように、電源回路640は、配線L1において抵抗R1(経路抵抗)とコンデンサC1及びトランジスタT1との接続点よりも電池11側に、ヒューズF1及び抵抗R1に直列に接続されたスイッチS3と、スイッチS3を駆動するコンパレータCp1とを備えている。スイッチS3は、常閉式のスイッチであり、コンパレータCp1からの出力がオフである場合に閉じ、オンである場合に開く。コンパレータCp1は、シャント抵抗Rsの両端の電圧が閾値を超えたことを条件としてスイッチS3を開く。閾値は、コンデンサC1が短絡して、ヒューズF1が溶断する所定電流Ifがシャント抵抗Rsに流れた場合にシャント抵抗Rsに印加される電圧よりも低い電圧に設定されている。コンパレータCp1は、抵抗R1に所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流が流れたことを条件としてスイッチS3を開く。第1電流I1は、電池11の電圧が使用範囲(変動範囲)における最低電圧である場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合に、コンデンサC1の短絡時に抵抗R1に流れる電流よりも小さい電流である。コンデンサC1が短絡していない場合は、抵抗R1に流れる電流は第1電流I1よりも小さくなる。すなわち、コンパレータCp1は、抵抗R1を通る経路で短絡が生じた場合に、スイッチS3を開いて抵抗R1に流れる電流を遮断する。なお、コンパレータCp1及びシャント抵抗Rsによりスイッチ駆動部が構成され、スイッチS3、コンパレータCp1、及びシャント抵抗Rsにより遮断回路が構成されている。また、コンパレータCp1に代えてオペアンプを採用することもできる。
 上記構成によれば、コンデンサC1の短絡時に、抵抗R1を通ってヒューズF1,F2に流れる電流が所定電流Ifを超えない場合であっても、抵抗R1に流れる電流を遮断することができる。具体的には、コンデンサC1が短絡して抵抗R1に第1電流I1を超える電流が流れた場合に、配線L1においてヒューズF1及び抵抗R1に直列に接続されたスイッチS3が開く。したがって、入力源の電池11の電圧が低い場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合であっても、短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 なお、図13に示すように、コンパレータCp1は、抵抗R1の両端の電圧が閾値を超えたことを条件としてスイッチS1を開いてもよい。閾値は、コンデンサC1が短絡して、ヒューズF1が溶断する所定電流Ifが抵抗R1に流れた場合に抵抗R1に印加される電圧よりも低い電圧に設定されている。すなわち、コンパレータCp1は、抵抗R1を通る経路で短絡が生じた場合に、スイッチS3を開いて抵抗R1に流れる電流を遮断する。なお、コンパレータCp1及び抵抗R1によりスイッチ駆動部が構成され、スイッチS3、コンパレータCp1、及び抵抗R1により遮断回路が構成されている。また、コンパレータCp1に代えてオペアンプを採用することもできる。
 (第9実施形態)
 以下、第9実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
 図14に示すように、電源回路40は、配線L1及び配線L2にコンデンサC1(所定素子)を接続する配線L5にヒューズF3を備えている。すなわち、ヒューズF3(第2ヒューズ機能部、遮断回路)は、配線L1に並列に接続されたコンデンサC1に直列に接続されている。ヒューズF3は、短絡が想定されるコンデンサC1に直列に接続されている。ヒューズF3は、ヒューズF1,F2(第1ヒューズ機能部)が溶断する所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流が流れたことを条件として、溶断して電流を遮断する。詳しくは、第1電流I1は、電池11の電圧が使用範囲(変動範囲)における最低電圧である場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合に、コンデンサC1の短絡時に抵抗R1に流れる電流よりも小さい電流である。ヒューズF3には、コンデンサC1で短絡が生じていない場合(コンデンサC1の正常時)に、所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流は流れない。
 上記構成によれば、コンデンサC1で短絡が生じていない場合は、ヒューズF3は電流を遮断せず、コンデンサC1に電流を流すことができる。一方、ヒューズF3は、第1電流I1を超える電流が流れた場合に電流を遮断する。このため、コンデンサC1で短絡が生じた場合に、ヒューズF1,F2に流れる電流が所定電流Ifを超えずにヒューズF1,F2が働かなくても、所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流がヒューズF3に流れて、ヒューズF3により電流を遮断することができる。したがって、入力源の電池11の電圧が低い場合や抵抗R1の抵抗値が高い場合であっても、コンデンサC1の短絡時に電池11からの放電電流を遮断することができる。
 また、電源回路40は、配線L1及び配線L2にツェナーダイオードD2(所定素子)を接続する配線L6に、ヒューズF3と同様のヒューズF4を備えている。すなわち、ヒューズF4(第2ヒューズ機能部、遮断回路)は、配線L1に並列に接続されたツェナーダイオードD2に直列に接続されている。ヒューズF3は、短絡が想定されるツェナーダイオードD2に直列に接続されている。ヒューズF4は、ヒューズF1,F2(第1ヒューズ機能部)が溶断する所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流が流れたことを条件として、溶断して電流を遮断する。ヒューズF4には、ツェナーダイオードD2で短絡が生じていない場合(ツェナーダイオードD2の正常時)に、所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流は流れない。こうした構成によれば、ツェナーダイオードD2で短絡が生じた場合に、ヒューズF1,F2に流れる電流が所定電流Ifを超えずにヒューズF1,F2が働かなくても、所定電流Ifよりも小さい第1電流I1を超える電流がヒューズF4に流れて、ヒューズF4により電流を遮断することができる。
 なお、図14において、図12のスイッチS3、コンパレータCp1、及びシャント抵抗Rs、又は図13のスイッチS3、及びコンパレータCp1を備えていてもよい。
 また、第1~第9実施形態及びその変更例を、以下のように変更して実施することもできる。
 ・第1所定電圧V1,第2所定電圧V2(所定電圧)を超える電圧が印加されたことを条件として通電するツェナーダイオードD1,D2(通電素子)は、ツェナーダイオードに限らず、TVSダイオード、バリスタ等であってもよい。
 ・ヒューズF1,F2は、電源回路内に限らず、電源回路外のFPC(基板)や電池11等に設けられていてもよい。
 ・ヒューズF1,F2(第1ヒューズ機能部)、及びヒューズF3,F4(第2ヒューズ機能部)として、過電流により抵抗値が増大するリセッタブルヒューズ、過電流を検出してMOSFETにより電流を遮断するeヒューズ(電子ヒューズ)等を採用することもできる。これらの場合も、ヒューズF1~F4は、所定電流Ifを超える電流が流れた場合に電流を遮断(実質的に遮断)することができる。
 ・電池監視装置10は、親機20と子機30とが別体の構成に限らず、親機20及び子機30の機能を備える一体の構成であってもよい。
 ・電池監視装置10は、ドローンや電動飛行機等の電動飛行体に搭載されてもよく、据え置き型の蓄電池に取り付けられていてもよい。
 なお、上記各実施形態及びその変更例を、組み合わせ可能な範囲で組み合わせて実施することもできる。
 以下、上述した各実施形態及び変更例から抽出される特徴的な構成を記載する。
[構成1]
 電池(11)を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部(31)に電力を供給する電源回路(40,140,240,340,440,540)であって、
 前記電池から前記電池監視部までの電流経路(L1,L2)には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部(F1,F2)が設けられており、
 前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗(R1,R0)を備え、
 前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗を通さずに前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す迂回経路を形成する形成回路(D1,B1,D2,B2,D0,B0,S1,S2,B3,Cp1,Rs,R1,L3,L4,D3)を備える、電源回路。
[構成2]
 前記形成回路は、
 前記経路抵抗と並列に前記電流経路に接続され、第1所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電して前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す第1通電素子(D1,D0)を備える、構成1に記載の電源回路。
[構成3]
 前記電流経路において前記経路抵抗及び前記第1通電素子よりも前記電池監視部側に、前記電池監視部により開閉状態が制御されるスイッチング素子(T1)が直列に接続されており、
 前記形成回路は、
 前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、前記第1所定電圧よりも低い第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する第2通電素子(D2)を備える、構成2に記載の電源回路。
[構成4]
 前記電池監視部は、開閉状態が制御されるスイッチング素子(T1)を備え、
 前記スイッチング素子は、前記電流経路(L1)に直列に接続されている、構成2に記載の電源回路。
[構成5]
 前記電流経路(L1,L0)を複数備え、
 複数の前記電流経路には前記経路抵抗(R1,R0)がそれぞれ設けられており、
 前記形成回路は、複数の前記電流経路に対してそれぞれ前記第1通電素子(D1,D0)を備える、構成2~4のいずれか1つに記載の電源回路。
[構成6]
 前記形成回路は、前記第1通電素子に印加されるノイズを低減し且つ前記経路抵抗よりも抵抗値が低いノイズ低減素子(Rf)を備える、構成2~5のいずれか1つに記載の電源回路。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (12)

  1.  電池(11)を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部(31)に電力を供給する電源回路(40,140,240,340,440,540)であって、
     前記電池から前記電池監視部までの電流経路(L1,L2)には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部(F1,F2)が設けられており、
     前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗(R1,R0)を備え、
     前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗を通さずに前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す迂回経路を形成する形成回路(D1,B1,D2,B2,D0,B0,S1,S2,B3,Cp1,Rs,R1,L3,L4,D3)を備える、電源回路。
  2.  前記形成回路は、
     前記経路抵抗と並列に前記電流経路に接続され、第1所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電して前記ヒューズ機能部に前記所定電流を超える電流を流す第1通電素子(D1,D0)を備える、請求項1に記載の電源回路。
  3.  前記電流経路において前記経路抵抗及び前記第1通電素子よりも前記電池監視部側に、前記電池監視部により開閉状態が制御されるスイッチング素子(T1)が直列に接続されており、
     前記形成回路は、
     前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、前記第1所定電圧よりも低い第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する第2通電素子(D2)を備える、請求項2に記載の電源回路。
  4.  前記電池監視部は、開閉状態が制御されるスイッチング素子(T1)を備え、
     前記スイッチング素子は、前記電流経路(L1)に直列に接続されている、請求項2に記載の電源回路。
  5.  前記電流経路(L1,L0)を複数備え、
     複数の前記電流経路には前記経路抵抗(R1,R0)がそれぞれ設けられており、
     前記形成回路は、複数の前記電流経路に対してそれぞれ前記第1通電素子(D1,D0)を備える、請求項2~4のいずれか1項に記載の電源回路。
  6.  前記形成回路は、前記第1通電素子に印加されるノイズを低減し且つ前記経路抵抗よりも抵抗値が低いノイズ低減素子(Rf)を備える、請求項2~4のいずれか1項に記載の電源回路。
  7.  前記形成回路は、
     前記電流経路の前記ヒューズ機能部と前記経路抵抗との間に前記電池と並列に接続されたスイッチ(S1,S2)と、
     前記経路抵抗に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れたことを条件として前記スイッチを閉じるスイッチ駆動部(Cp1,Rs,R1,L3,L4,D3)と、
    を備える、請求項1に記載の電源回路。
  8.  前記電流経路において前記経路抵抗よりも前記電池監視部側に、前記電池監視部により開閉状態が制御されるスイッチング素子(T1)が直列に接続されており、
     前記形成回路は、
     前記電流経路の前記スイッチング素子よりも前記電池監視部側に前記電池監視部と並列に接続され、第2所定電圧を超える電圧が印加されたことを条件として通電する第2通電素子(D2)を備える、請求項7に記載の電源回路。
  9.  前記電流経路(L1,L0)を複数備え、
     複数の前記電流経路には前記経路抵抗(R1,R0)がそれぞれ設けられており、
     前記形成回路は、複数の前記電流経路に対してそれぞれ前記スイッチ駆動部(L3,L4,D3)を備える、請求項7又は8に記載の電源回路。
  10.  電池(11)を電力の入力源とし、前記電池の状態を監視する電池監視部(31)に電力を供給する電源回路(640,740)であって、
     前記電池から前記電池監視部までの電流経路(L1,L2)には、所定電流を超える電流が流れた場合に電流を遮断するヒューズ機能部(F1,F2)が設けられており、
     前記電流経路において前記ヒューズ機能部よりも前記電池監視部側に経路抵抗(R1)を備え、
     前記経路抵抗を通る経路で短絡が生じた場合に、前記経路抵抗に流れる電流を遮断する遮断回路(S3,Cp1,Rs,R1,F3,F4)を備える、電源回路。
  11.  前記遮断回路は、
     前記電流経路において前記ヒューズ機能部及び前記経路抵抗に直列に接続されたスイッチ(S3)と、
     前記経路抵抗に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れたことを条件として前記スイッチを開くスイッチ駆動部(Cp1,Rs,R1)と、
    を備える、請求項10に記載の電源回路。
  12.  前記ヒューズ機能部は、第1ヒューズ機能部(F1,F2)であり、
     前記遮断回路は、
     前記電流経路に並列に接続された所定素子(C1,D2)に直列に接続され、前記所定素子で短絡が生じていない場合に前記所定電流よりも小さい第1電流を超える電流が流れず、前記第1電流を超える電流が流れたことを条件として電流を遮断する第2ヒューズ機能部(F3,F4)を備える、請求項10又は11に記載の電源回路。
PCT/JP2023/041066 2022-12-07 2023-11-15 電源回路 WO2024122287A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-195420 2022-12-07
JP2022195420A JP2024081887A (ja) 2022-12-07 2022-12-07 電源回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024122287A1 true WO2024122287A1 (ja) 2024-06-13

Family

ID=91379259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/041066 WO2024122287A1 (ja) 2022-12-07 2023-11-15 電源回路

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2024081887A (ja)
WO (1) WO2024122287A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014007883A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Denso Corp 回路保護装置
JP2014169913A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Denso Corp 組電池の電圧検出装置
JP2018082573A (ja) * 2016-11-17 2018-05-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載電池用の電池監視装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014007883A (ja) * 2012-06-26 2014-01-16 Denso Corp 回路保護装置
JP2014169913A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Denso Corp 組電池の電圧検出装置
JP2018082573A (ja) * 2016-11-17 2018-05-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載電池用の電池監視装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024081887A (ja) 2024-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1724899B1 (en) Apparatus for short circuit protection
US6992463B2 (en) Battery protection circuit
US7800878B2 (en) Power supply control circuit, and electronic control device, power supplying circuit, and power control integrated circuit equipped with power supply control circuit
JP4589966B2 (ja) 電力供給制御装置及び半導体装置
JP4836694B2 (ja) 電力供給制御装置
US8330375B2 (en) Vehicle lamp lighting control device
US7924538B2 (en) Self-protecting crowbar
US20180048142A1 (en) Electronic Circuit Breaker for an Electrical Load in an On-Board Electrical System of a Motor Vehicle
EP1983630B1 (en) Secondary protection approach for power switching applications
US11223193B2 (en) Circuit protection device and voltage detection device
US20160226288A1 (en) Overcharge protection device
US8786312B2 (en) Low voltage electronic module interface
US20200176969A1 (en) Protection device
WO2024122287A1 (ja) 電源回路
JP2005027380A (ja) インテリジェントパワーデバイス及びその負荷短絡保護方法
US7369383B2 (en) Protective circuit
KR20050082126A (ko) 바리스터 기능을 갖는 ptc 과전류 보호 소자
JP2001189650A (ja) 半導体リレー
JP2004248452A (ja) 過電流保護回路
KR102611662B1 (ko) 부하 작동 여부에 관계없이 퓨즈 상태 진단
WO2023062974A1 (ja) 内部診断機能を備えた過電圧保護回路
KR102598770B1 (ko) 프리 차지 회로
JP7112840B2 (ja) 保護回路
KR20190048023A (ko) 차량의 ips 제어 장치 및 그 방법
JP2020025375A (ja) 回路保護装置