特開 2024-143050 電池監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143050

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】電池監視装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/54 20200101AFI20241003BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01R31/54

G01R19/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055527

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】320012037

【氏名又は名称】ラピステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 凌

【テーマコード（参考）】

2G014

2G035

【Ｆターム（参考）】

2G014AA02

2G014AB29

2G014AB33

2G014AB61

2G035AB03

2G035AC01

2G035AD03

2G035AD55

2G035AD56

(57)【要約】

【課題】複数の電池セルの各々に接続される複数の接続ラインについての断線検出を短時間で行う。
【解決手段】電池監視装置は、複数の電池セルが直列接続された組電池の電池セルの各々に接続される複数の接続ラインの各々について断線を検出する機能を備える。電池監視装置は、複数の接続ラインの各々に接続される複数の内部配線と、複数の内部配線に対応して設けられ、対応する内部配線及びこれと隣接する内部配線との電位差に応じてオン状態となる複数のトランジスタと、複数のトランジスタの出力電圧に基づいて複数の接続ラインの各々について断線の有無を判定する判定処理を行う判定回路と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが直列接続された組電池の前記電池セルの各々に接続される複数の接続ラインの各々について断線を検出する機能を備えた電池監視装置であって、
前記複数の接続ラインの各々に接続される複数の内部配線と、
前記複数の内部配線に対応して設けられ、対応する内部配線及びこれと隣接する内部配線との電位差に応じてオン状態となる複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタの出力電圧に基づいて、前記複数の接続ラインの各々について断線の有無を判定する判定処理を行う判定回路と、
を含む電池監視装置。

【請求項2】

前記複数のトランジスタは、ソースが対応する内部配線に接続され、ゲートが低電位側において隣接する内部配線に接続され、ドレインが第１の電流源に接続されたＰチャネル型のトランジスタを含み、
前記Ｐチャネル型のトランジスタの各々のドレインに生じる電圧が前記出力電圧として前記判定回路に入力される
請求項１に記載の電池監視装置。

【請求項3】

最低電位の接続ラインに接続された内部配線であって、前記最低電位の接続ラインの非断線時においてグランド電位が印加される最低電位内部配線と、
最低電位内部配線をバイアスする第２の電流源と、
ゲートが前記最低電位内部配線に接続され、ソースがグランド電位が印加されるグランド配線に接続され、ドレインが第３の電流源に接続されたＮチャネル型のトランジスタと、を含み、
前記Ｎチャネル型のトランジスタのドレインに生じる電圧が前記出力電圧として前記判定回路に入力される
請求項１に記載の電池監視装置。

【請求項4】

前記判定回路には、前記複数のトランジスタの前記出力電圧が同時に入力される
請求項１に記載の電池監視装置。

【請求項5】

前記判定回路は、前記複数の接続ラインのうち断線が生じているものを示す情報を出力する
請求項１に記載の電池監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の技術は電池監視装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電池セルが直列接続された組電池の各電池セルの電極に接続された接続ラインの断線検出に関する技術として以下の技術が知られている。特許文献１には、複数の単電池を直列に接続した組電池から引き出された配線の断線の有無を検出する組電池監視装置において、単電池の夫々と並列に設定抵抗値を有する補助電流経路が接続され、補助電流経路用のスイッチ装置を閉じ状態としたときの検出電圧に基づいて、配線の断線の有無を検出するように構成されたものが記載されている。

【0003】

特許文献２には、隣接する電池セルの接続点及び組電池の端部にそれぞれ接続可能な検出線、隣接する検出線間の単位電圧を対応する電池セルのセル電圧として検出する電圧検出回路と、組電池の上端部に接続される検出線と、これとは異なる検出線との間に接続されたコンデンサと、隣接する検出線に両端がそれぞれ接続されたセル間スイッチと、セル間スイッチと並列に接続された電流を流すダイオードと、検出線間に接続された反転用スイッチと、を備え、セル間スイッチを所定期間オンにしてからオフにした後、反転用スイッチをオンにした際に、最上位のセル電圧の極性に基づいて、組電池の上端部に接続される検出線の断線を判定するように構成されたものが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－２８８０３４号公報

【特許文献2】特開２０１５－１００１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

複数の電池セルが直列接続された組電池の各電池セルの状態を監視する電池監視装置において、各電池セルの電極に接続される接続ラインの断線を検出するための構成として、以下の構成が考えられる。例えば、接続ラインの各々に対応して設けられた複数のスイッチと、接続ラインの各々に対応して設けられ、対応する接続ラインに接続された複数の電流源と、判定回路とを備えた電池監視装置が想定される。この電池監視装置においては、複数のスイッチのいずれかが選択的にオン状態とされることによって、複数の電池セルのうちの１つが選択される。選択された電池セルは、接続ライン及びオン状態とされたスイッチを介して判定回路に接続され、当該電池セルの正極と負極の間の電圧（以下、セル電圧と称する）が判定回路によって測定される。判定回路は、測定対象の電池セルについて、電流源をオン状態としたときのセル電圧と、電流源をオフ状態にしたときのセル電圧との差分に基づいて、対応する接続ラインについて断線の有無を判定する。

【0006】

しかしながら、上記の断線検出手法によれば、複数のスイッチを順次オン状態として電池セルを順次選択し、選択した電池セルについて電流源のオンオフを切り替えてセル電圧を測定することが必要となる。このたため、全ての接続ラインについて断線検出を行うためには比較的長い時間を要する。

【0007】

開示の技術は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルの各々に接続される複数の接続ラインについての断線検出を短時間で行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

開示の技術に係る電池監視装置は、複数の電池セルが直列接続された組電池の前記電池セルの各々に接続される複数の接続ラインの各々について断線を検出する機能を備えた電池監視装置であって、前記複数の接続ラインの各々に接続される複数の内部配線と、前記複数の内部配線に対応して設けられ、対応する内部配線及びこれと隣接する内部配線との電位差に応じてオン状態となる複数のトランジスタと、前記複数のトランジスタの出力電圧に基づいて、前記複数の接続ラインの各々について断線の有無を判定する判定処理を行う判定回路と、を含む。

【発明の効果】

【0009】

開示の技術によれば、複数の電池セルの各々に接続される複数の接続ラインについての断線検出を短時間で行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】開示の技術の実施形態に係る電池監視装置の構成の一例を示す図である。

【図2】比較例に係る電池監視装置の構成の一例を示す図である。

【図3】開示の技術の実施形態に係る電池監視装置の判定回路及び比較例に係る電池監視装置の判定回路が、接続ラインの断線検出を行う場合に実施する各処理の流れの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、開示の技術の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。

【0012】

図１は、開示の技術の実施形態に係る電池監視装置１０の構成の一例を示す図である。電池監視装置１０は、直列に接続された複数の電池セル４０_１、４０_２、・・・、４０_ｎ－１及び４０_ｎを含んで構成される組電池の各電池セルの状態を監視する機能を有する。複数の電池セル４０_１、４０_２、・・・、４０_ｎ－１及び４０_ｎを区別しない場合又はこれらを総称する場合、電池セル４０と表記する。

【0013】

電池監視装置１０は、各電池セル４０の正極と負極の間の電圧（以下、セル電圧と称する）を測定する機能を有していてもよい。電池監視装置１０は、セル電圧を測定するために、セル選択スイッチ及びアナログ・デジタル変換器を有していてもよい。セル選択スイッチは、複数の電池セル４０のうちのいずれかを選択的にアナログ・デジタル変換器に接続する。アナログ・デジタル変換器は、セル選択スイッチによって選択された電池セルのセル電圧に相当するデジタル値を出力する。

【0014】

電池監視装置１０は、各電池セル４０の電極の各々に接続される複数の接続ライン５０_０、５０_１、５０_２・・・５０_ｎ－１及び５０_ｎについて断線を検出する機能を有する。複数の接続ライン５０_０、５０_１、５０_２・・・５０_ｎ－１及び５０_ｎを区別しない場合又はこれらを総称する場合、接続ライン５０と表記する。図１には、電池監視装置１０における、接続ライン５０の断線検出に関連する機能部分が示されている。

【0015】

電池監視装置１０は、半導体基板上に設けられた集積回路によって構成されている。電池監視装置１０は、複数の接続ライン５０に対応して設けられた複数の入力端子１１を有する。入力端子１１の各々は、対応する接続ライン５０を介して対応する電池セル４０に接続されている。接続ライン５０は電池セル４０と入力端子１１とを接続する導電経路である。各接続ライン５０上には、ノイズを抑制するためのローパスフィルタ４１が設けられている。

【0016】

電池監視装置１０は、接続ライン５０の各々に接続された複数の内部配線２１_０、２１_１、２１_２、・・・２１_ｎ－１及び２１_ｎを有する。複数の内部配線２１_０、２１_１、２１_２、・・・２１_ｎ－１及び２１_ｎを区別しない場合又はこれらを総称する場合、内部配線２１と表記する。電池監視装置１０は、電源配線２２及びグランド配線２３を有する。電源配線２２は、電源端子１２及び電源接続ライン５１を介して最高電位の電池セル４０の正極に接続されている。最高電位の電池セル４０の正極に接続された接続ライン５０_ｎは、電池監視装置１０の外部において電源接続ライン５１に接続されている。したがって、接続ライン５０_ｎに断線が生じない限り、内部配線２１_ｎは電源配線２２と同電位である。

【0017】

グランド配線２３は、グランド端子１３及びグランド接続ライン５２を介して最低電位の電池セル４０_１の負極に接続されるとともに、グランド電位に接続されている。接続ライン５０_０は、電池監視装置１０の外部においてグランド接続ライン５２に接続されている。したがって、接続ライン５０_０に断線が生じない限り、内部配線２１_０はグランド配線２３と同電位（すなわちグランド電位）となる。電源接続ライン５１上及びグランド接続ライン５２上には、それぞれローパスフィルタ４１が設けられている。

【0018】

電池監視装置１０は、接続ライン５０の断線検出に関連する機能部分として、検出電圧出力回路２０及び判定回路３０を有する。検出電圧出力回路２０は、複数の内部配線２１に対応して設けられた複数のＰチャネル型のトランジスタ２４_１、２４_２・・・２４_ｎ－１、２４_ｎと、これらのトランジスタに対応して設けられた複数の電流源２５_１、２５_２・・・２５_ｎ－１、２５_ｎを有する。複数の電流源２５_１、２５_２・・・２５_ｎ－１、２５_ｎを区別しない場合又はこれらを総称する場合には電流源２５と表記する。なお電流源２５は、開示の技術における「第１の電流源」の一例である。電流源２５は、電池監視装置１０において接続ライン５０の断線検出処理が行われる期間に稼働し、それ以外の期間は動作を停止させる。

【0019】

トランジスタ２４_１、２４_２・・・２４_ｎ－１、２４_ｎの各々は、対応する内部配線２１及びこれと隣接する内部配線２１との電位差に応じてオン状態となる。トランジスタ２４_１、２４_２・・・２４_ｎ－１、２４_ｎの各々は、ソースが対応する内部配線２１に接続され、ゲートが低電位側において隣接する内部配線２１に接続され、ドレインが対応する電流源２５に接続されている。例えば、トランジスタ２４_２は、ソースが内部配線２１_２に接続され、ゲートが内部配線２１_１に接続され、ドレインが電流源２５_２に接続されており、内部配線２１_２の電位Ｖ_２と内部配線２１_１の電位Ｖ_１と差（Ｖ_２－Ｖ_１）が、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合（Ｖ_２－Ｖ_１＞Ｖｔｈ）にオン状態となり、それ以外の場合にオフ状態となる。トランジスタ２４_１、２４_２・・・２４_ｎ－１、２４_ｎと対応する電流源２５との接続点の各々は判定回路３０に接続されている。すなわち、トランジスタ２４_１、２４_２、２４_３・・・２４_ｎ－１、２４_ｎの各々のドレインに生じる電圧が判定回路３０に入力される。

【0020】

検出電圧出力回路２０は、電流源２６、２７及びＮチャネル型のトランジスタ２４_０を有する。電流源２６は、電源配線２２と内部配線２１_０との間に設けられており、内部配線２１_０をバイアスする。なお、内部配線２１_０は、開示の技術における「最低電位内部配線」の一例である。電流源２６は、開示の技術における第２の電流源の一例である。電流源２６は、電池監視装置１０において接続ライン５０の断線検出処理が行われる期間に稼働し、それ以外の期間は動作を停止させる。

【0021】

トランジスタ２４_０は、ゲートが内部配線２１_０に接続され、ソースがグランド配線２３に接続され、ドレインが電流源２７に接続されている。電流源２７は電源配線２２とトランジスタ２４_０のドレインとの間に設けられている。電流源２７は、電池監視装置１０において接続ライン５０の断線検出処理が行われる期間に稼働し、それ以外の期間は動作を停止させる。トランジスタ２４_０は、内部配線２１_０の電位Ｖ_０とグランド配線２３の電位Ｖ_ＧＮＤと差（Ｖ_０－Ｖ_ＧＮＤ）が、閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合（Ｖ_０－Ｖ_ＧＮＤ＞Ｖｔｈ）にオン状態となり、それ以外の場合にオフ状態となる。トランジスタ２４_０と電流源２７との接続点は、判定回路３０に接続されている。すなわち、トランジスタ２４_０のドレインに生じる電圧が判定回路３０に入力される。以下において、トランジスタ２４_０、２４_１、２４_２・・・２４_ｎ－１、２４_ｎを区別しない場合又はこれらを総称する場合にはトランジスタ２４と表記する。

【0022】

トランジスタ２４のドレインに生じる電圧のレベルは、対応する接続ライン５０の断線の有無に応じてレベルが変化する。断線が生じていない接続ライン５０に対応するトランジスタ２４のドレインに生じる電圧はハイレベルとなる一方、断線が生じている接続ライン５０に対応するトランジスタ２４のドレインに生じる電圧はローレベルとなる。すなわち、トランジスタ２４のドレインに生じる電圧は、対応する接続ライン５０における断線の有無を示す検出電圧である。複数のトランジスタ２４の各々のドレインに生じる検出電圧は、判定回路３０に同時に入力される。

【0023】

判定回路３０はトランジスタ２４の各々のドレインに生じる検出電圧に基づいて、複数の接続ライン５０の各々について断線の有無を判定する判定処理を行う。判定回路３０は、上記の判定処理として、複数の接続ライン５０のうち、断線が生じているものを示す情報を出力してもよい。

【0024】

以下において、電池監視装置１０における、接続ライン５０の断線を検出する態様について説明する。以下の説明では、接続ライン５０_２に断線が生じており、接続ライン５０_２以外の接続ライン５０には断線が生じていない場合を例示する。接続ライン５０_２に断線が生じている場合、接続ライン５０_２に接続される内部配線２１_２には、電池セル４０_２の正極の電位が印加されない状態となり、接続ライン５０_２は、接続ライン５０_１と略同電位となる。したがってトランジスタ２４_２はオフ状態となり、トランジスタ２４_２のドレインからは、接続ライン５０_２に断線が生じていることを示すローレベルの検出電圧が出力される。

【0025】

一方、接続ライン５０_２以外の接続ライン５０に接続された内部配線２１の各々においては、隣接する内部配線２１との間にセル電圧に相当する電位差が生じる。これにより、トランジスタ２４_２以外のＰチャネル型の各トランジスタ２４はオン状態となり、これらの各トランジスタ２４のドレインからは、対応する接続ライン５０に断線が生じていないことを示すハイレベルの検出電圧が出力される。一方、Ｎチャネル型のトランジスタ２４_０はオフ状態となり、トランジスタ２４_０のドレインからは、対応する接続ライン５０_０に断線が生じていないことを示すハイレベルの検出電圧が出力される。

【0026】

判定回路３０には、トランジスタ２４の各々のドレインに生じる検出電圧が同時に入力される。判定回路３０は、トランジスタ２４の各々のドレインに生じる検出電圧に基づいて、接続ライン５０_２に断線が生じており、接続ライン５０_２以外の接続ライン５０には断線が生じていないものと判定する。判定回路３０は、接続ライン５０_２に断線が生じていることを示す情報を出力する。

【0027】

以上の説明では、接続ライン５０_２における断線検出の態様を例示したが、接続ライン５０_０における断線検出の態様は、以下のようになる。接続ライン５０_０に断線が生じていない場合には、接続ライン５０_０に接続される内部配線２１_０は、グランド配線２３と同電位（すなわちグランド電位）となる。これによりトランジスタ２４_０はオフ状態となり、トランジスタ２４_０のドレインからは、対応する接続ライン５０_０に断線が生じていないことを示すハイレベルの検出電圧が出力される。一方、接続ライン５０_０に断線が生じている場合には、内部配線２１_０は、電流源２６によってバイアスされる。これによりトランジスタ２４_０はオン状態となり、トランジスタ２４_０のドレインからは、対応する接続ライン５０_０に断線が生じていることを示すローレベルの検出電圧が出力される。

【0028】

図２は、比較例に係る電池監視装置１０Ｘの構成の一例を示す図である。図２には、電池監視装置１０Ｘにおける、接続ライン５０の断線検出に関連する機能部分が示されている。比較例に係る電池監視装置１０Ｘは、電流源回路６０、セル選択回路７０及び判定回路８０を有する。セル選択回路７０は、複数の接続ライン５０に対応して設けられた複数のスイッチ７１を有する。スイッチ７１の各々は、一端が内部配線２１を介して対応する接続ライン５０に接続され、他端が判定回路３０に接続されている。電流源回路６０は、内部配線２１の各々に接続された複数の電流源６１を有する。

【0029】

比較例に係る電池監視装置１０Ｘにおいては、セル選択回路７０を構成する複数のスイッチ７１のいずれかが選択的にオン状態とされることによって、複数の電池セル４０のうちの１つが選択される。選択された電池セル４０は、接続ライン５０、内部配線２１及びオン状態とされたスイッチ７１を介して判定回路８０に接続され、当該電池セル４０のセル電圧が判定回路８０によって測定される。判定回路８０は、測定対象の電池セル４０について、電流源６１をオン状態としたときのセル電圧と、電流源６１をオフ状態にしたときのセル電圧との差分に基づいて、対応する接続ライン５０について断線の有無を判定する。

【0030】

図３の左側は、比較例に係る電池監視装置１０Ｘの判定回路８０が、接続ライン５０の断線検出を行う場合に実施する各処理の流れを示している。比較例に係る判定回路８０は、はじめに、電流源６１をオン状態としたときの電池セル４０_１のセル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ１}を測定する。次に、判定回路８０は電流源６１をオフ状態としたときの電池セル４０_１のセル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ１}を測定する。次に、判定回路８０は電流源６１をオン状態としたときの電池セル４０_２のセル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ２}を測定する。次に、判定回路８０は電流源６１をオフ状態としたときの電池セル４０_２のセル電圧Ｖ_{ｃｅｌｌ２}を測定する。判定回路８０は、以降同様に、全て電池セル４０について、電流源６１をオン状態にしたときのセル電圧及び電流源６１をオフ状態にしたときのセル電圧を順次測定する。判定回路８０は電流源６１をオン状態としたときのセル電圧と、電流源６１をオフ状態にしたときのセル電圧との差分に基づいて、接続ライン５０の各々について断線の有無についての判定結果を出力する。

【0031】

図３の右側は、開示の技術の実施形態に係る電池監視装置１０の判定回路３０が、接続ライン５０の断線検出を行う場合に実施する各処理の流れを示している。電池監視装置１０の判定回路３０は、初めにトランジスタ２４の各々のドレインに生じる検出電圧の入力を一括して受け付ける。次に、判定回路３０は検出電圧に基づいて、接続ライン５０の各々について断線の有無についての判定結果を出力する。図３から明らかなように、開示の技術の実施形態に係る電池監視装置１０によれば、接続ライン５０の断線検出に要する時間を、比較例に係る電池監視装置１０Ｘに対して大幅に短縮することができる。

【0032】

以上のように、開示の技術の実施形態に係る電池監視装置１０は、複数の電池セル４０が直列接続された組電池の各電池セル４０の各々に接続される複数の接続ライン５０の各々について断線を検出する機能を備える。電池監視装置１０は、複数の接続ライン５０の各々に接続される複数の内部配線２１と、複数の内部配線２１に対応して設けられ、対応する内部配線２１及びこれと隣接する内部配線２１との電位差に応じてオン状態となる複数のトランジスタ２４と、複数のトランジスタ２４の出力電圧に基づいて、複数の接続ライン５０の各々について断線の有無を判定する判定処理を行う判定回路３０と、を含む。

【0033】

開示の技術の実施形態に係る電池監視装置１０によれば、複数のトランジスタ２４の出力電圧が、複数の接続ライン５０の各々における断線の有無を示す検出電圧として判定回路３０に同時に入力される。判定回路３０は、この検出電圧に基づいて上記の判定処理を行う。したがって、開示の技術の実施形態に係る電池監視装置１０によれば、複数の接続ラインについての断線検出を短時間で行うことが可能となる。

【0034】

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
複数の電池セルが直列接続された組電池の前記電池セルの各々に接続される複数の接続ラインの各々について断線を検出する機能を備えた電池監視装置であって、
前記複数の接続ラインの各々に接続される複数の内部配線と、
前記複数の内部配線に対応して設けられ、対応する内部配線及びこれと隣接する内部配線との電位差に応じてオン状態となる複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタの出力電圧に基づいて、前記複数の接続ラインの各々について断線の有無を判定する判定処理を行う判定回路と、
を含む電池監視装置。

【0035】

（付記２）
前記複数のトランジスタは、ソースが対応する内部配線に接続され、ゲートが低電位側において隣接する内部配線に接続され、ドレインが第１の電流源に接続されたＰチャネル型のトランジスタを含み、
前記Ｐチャネル型のトランジスタの各々のドレインに生じる電圧が前記出力電圧として前記判定回路に入力される
付記１に記載の電池監視装置。

【0036】

（付記３）
最低電位の接続ラインに接続された内部配線であって、前記最低電位の接続ラインの非断線時においてグランド電位が印加される最低電位内部配線と、
最低電位内部配線をバイアスする第２の電流源と、
ゲートが前記最低電位内部配線に接続され、ソースがグランド電位が印加されるグランド配線に接続され、ドレインが第３の電流源に接続されたＮチャネル型のトランジスタと、を含み、
前記Ｎチャネル型のトランジスタのドレインに生じる電圧が前記出力電圧として前記判定回路に入力される
付記１又は付記２に記載の電池監視装置。

【0037】

（付記４）
前記判定回路には、前記複数のトランジスタの前記出力電圧が同時に入力される
付記１から付記３のいずれか１つに記載の電池監視装置。

【0038】

（付記５）
前記判定回路は、前記複数の接続ラインのうち断線が生じているものを示す情報を出力する
付記１から付記４のいずれか１つに記載の電池監視装置。

【符号の説明】

【0039】

１０ 電池監視装置
２１ 内部配線
２２ 電源配線
２３ グランド配線
２４ トランジスタ
２５、２６、２７ 電流源
３０ 判定回路
４０ 電池セル
５０ 接続ライン

【図1】

【図2】

【図3】