JP2003032907A - 充電状態検出装置 - Google Patents

充電状態検出装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 グループ毎に単位セルの充電状態を検出する
充電状態検出装置において、簡易な構成で装置の故障や
異常を検出できるようにする。 【解決手段】 単位セルＣij毎に設けられた過充電判定
回路Ｕijは、フォトカプラ３０のオフ時には、セル電圧
ＶＣijの許容電圧範囲の上限値ＶＵをしきい値として、
これよりセル電圧ＶＣijの方が大きい場合にハイレベル
となるセル過充電検出信号ＣＵijを生成し、フォトカプ
ラ３０のオン時には、しきい値が、セル過充電検出信号
ＣＵijが確実にハイレベルとなるような大きさのもの
（例えば許容電圧範囲の下限値ＶＬ以下）に切り替わ
る。セル過充電検出信号ＣＵi1〜ＣＵinの論理積を求め
るＡＮＤ回路３３の出力は、フォトカプラ３０のオン時
には、ハイレベルとなるべきだが、故障等により出力Ｃ
Ｕijがロウレベルに固定された過充電判定回路Ｕijが存
在すると、その出力はロウレベルとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、組電池を構成する
ため直列接続された多数の単位セルの充電状態を検出す
る充電状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、地球環境保護の目的から、排
気ガスを排出しない電気自動車（ＥＶ）や排気ガスの排
出を大幅に低減可能なハイブリッド電気自動車（ＨＥ
Ｖ）の研究，開発が行われており、このうちＨＥＶは既
に実用化の段階にある。
【０００３】これらＨＥＶやＥＶの動力源に使用される
２次電池（バッテリー）として、鉛電池，ニッカド電
池，ニッケル水素電池等が知られている他、近年では、
高い重量エネルギ密度（同容量の鉛電池の約４倍，ニッ
ケル水素電池の約２倍）を有し小型軽量化を期待できる
リチウム電池が注目されている。
【０００４】また、ＨＥＶやＥＶにおいて、モータを駆
動して自動車を走行させるには約３００Ｖの電圧が必要
であるため、上述の電池は、その単体（単位セル）を多
数直列接続してなる組電池として使用される。例えば、
鉛電池（約２Ｖ／セル）では１５０、ニッケル水素電池
（約１．２Ｖ／セル）では２５０、リチウム二次電池
（約３．６Ｖ／セル）では８０もの単位セルを直列接続
する必要がある。
【０００５】なお、これらの単位セルは、過充電や過放
電に弱く、定められた使用範囲内の電圧で使用しなけれ
ば、材料の分解による著しい容量の低下や異常発熱を引
き起こして使用不能となるおそれがある。そして、組電
池を構成する各単位セルでは、性能の個体差や周囲温度
および漏れ電流の違い等によって充電可能容量がばらつ
き、組電池の充放電時に各単位セルを流れる電流がどの
単位セルも等しいにも関わらず、各単位セルの残存容量
（ＳＯＣ）、ひいては各単位セルの両端電圧がばらつい
てしまうことが知られている。
【０００６】つまり、組電池として使用する場合には、
組電池を構成する各単位セルが過充電や過放電となるこ
とのないように、各単位セル間の残存容量のばらつきに
起因するセル電圧のばらつきを十分に抑えなければなら
ない。従来の鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池
等を単位セルとする組電池では、組電池の両端電圧を監
視して、この両端電圧（ひいては組電池を構成する各単
位セルの平均セル電圧）が所定の電圧範囲に収まるよう
に充放電制御することで単位セルの過放電や過充電を防
止できたが、リチウム電池を単位セルとする組電池で
は、そのような制御では、単位セルの過充電や過放電が
進行してしまい、使用不可能な状態に到るほどの性能劣
化を引き起こしてしまうという問題があった。
【０００７】即ち、水溶性の電解液を用いて構成された
鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池等では、過充
電時に生じる水の電気分解と置換反応（密閉化反応）に
よって、単位セル間のばらつきがある程度解消（均等充
電）されるため、組電池の両端電圧（組電池を構成する
各単位セルの平均セル電圧）を制御することで、過放電
や過充電を防止できたのであるが、有機系の電解液を用
いて構成されたリチウム電池では、密閉化反応が起こら
ないため上述の均等充電がされず、組電池の両端電圧
（平均セル電圧）を制御する方法では、ばらつきは拡大
する一方であり、過充電や過放電が進行してしまうので
ある。
【０００８】これに対して、例えば実開平２−１３６４
４５号公報に開示されているように、各単位セルに並列
接続された電圧検出器を用いて、各単位セルのセル電圧
を各々検出し、充電時には、いずれの単位セルのセル電
圧も予め設定された上限電圧を上回ることがなく、放電
時には、いずれの単位セルのセル電圧も予め設定された
下限電圧を下回ることがないように充放電電流を制御す
る方法が知られている。
【０００９】ここで、図８（ａ）は、組電池を各々がｎ
個の単位セルからなるセルグループＣＧｉ（ｉ＝１〜
ｍ）に分割し、そのセルグループＣＧｉ毎に設けられ、
セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinの中
に過充電或いは過放電となっているものがあるか否かを
検出する充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉの一例を表す回
路図である。
【００１０】図示の如く、充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵ
ｉは、セルグループＣＧｉを構成する各単位セルＣi1〜
Ｃin毎に、単位セルＣij（ｊ＝１〜ｎ）が過充電状態に
あるか否かを判定し、その判定結果を表すセル過充電検
出信号ＣＵijを生成する過充電判定回路ＰＵijと、単位
セルＣijが過放電状態にあるか否かを判定し、その判定
結果を表すセル過放電検出信号ＣＬijを生成する過放電
判定回路ＰＬijとを備えている。
【００１１】なお、過充電判定回路ＰＵijは、図８
（ｂ）に示すように、抵抗ＲＵａ，ＲＵｂからなり、単
位セルＣijの両端電圧（以下「セル電圧」という）ＶＣ
ijを分圧する分圧回路１２０と、抵抗ＲＵｃ及び電圧発
生源ＤＵからなり、一定の上限基準電圧ＶRUを発生させ
る定電圧回路１２２と、セル電圧ＶＣijに応じた電圧が
分圧回路１２０を介して非反転入力に印加され、定電圧
回路１２２が発生させる上限基準電圧ＶRLが反転入力に
印加されたコンパレータ１２３とからなる。
【００１２】また、過放電判定回路ＰＬijは、抵抗ＲＬ
ａ，ＲＬｂからなりセル電圧ＶＣijを分圧する分圧回路
１２４と、抵抗ＲＬｂ及び電圧発生源ＤＬからなり、一
定の下限基準電圧ＶRLを発生させる定電圧回路１２６
と、セル電圧ＶＣijに応じた電圧が分圧回路１２４を介
して非反転入力に印加され、定電圧回路１２６が発生さ
せる下限基準電圧ＶRLが反転入力に印加されたコンパレ
ータ１２７とからなる。
【００１３】但し、電圧発生源ＤＵ，ＤＬでは、例え
ば、ダイオードの順方向電圧、ツェナーダイオードの降
伏電圧などを利用して基準電圧ＶRU，ＶRLを生成してお
り、過充電判定回路ＰＵijの電圧発生源ＤＵが発生させ
る上限基準電圧ＶRUは、セル電圧ＶＣijの許容電圧範囲
の上限値ＶＵを、抵抗ＲＵａ，ＲＵｂからなる分圧回路
１２０の分圧比にて分圧した大きさ（＝ＶＵ・ＲＵｂ／
（ＲＵａ＋ＲＵｂ））に設定され、一方、過放電判定回
路ＰＬijの電圧発生源ＤＬが発生させる下限基準電圧Ｖ
RLは、セル電圧ＶＣijの許容電圧範囲の下限値ＶＬを、
抵抗ＲＬａ，ＲＬｂからなる分圧回路１２４の分圧比に
て分圧した大きさ（＝ＶＬ・ＲＬｂ／（ＲＬａ＋ＲＬ
ｂ））に設定されている。
【００１４】つまり、過充電判定回路ＰＵijが生成する
過充電検出信号ＣＵijは、セル電圧ＶＣijが許容電圧範
囲の上限値ＶＵより大きい場合に、単位セルＣijがセル
過充電状態にあることを表すハイレベルとなり、上限値
ＶＵより小さい場合にはロウレベルとなる。また、過放
電判定回路ＰＬijが生成するセル過放電検出信号ＣＬij
は、セル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の下限値ＶＬより小
さい場合に、単位セルＣijが過充電状態にあることを表
すロウレベルとなり、下限値ＶＬより大きい場合にはハ
イレベルとなる。
【００１５】また、充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉは、
図８（ａ）に示すように、各過充電判定回路ＰＵi1〜Ｐ
Ｕinからのセル過充電検出信号ＣＵi1〜ＣＵinがいずれ
か一つでもハイレベルの時にハイレベルを出力する論理
和（ＯＲ）回路１３２と、各過放電判定回路ＰＬi1〜Ｐ
Ｌinからのセル過放電検出信号ＣＬi1〜ＣＬinがいずれ
か一つでもロウレベルの時にロウレベルを出力する論理
積（ＡＮＤ）回路１３３とを備え、ＯＲ回路１３２の出
力をグループ過充電検出信号ＯＵｉ、ＡＮＤ回路１３３
の出力をグループ過放電検出信号ＯＬｉとして出力する
ようにされている。
【００１６】つまり、セルグループＣＧｉを構成する全
ての単位セルＣi1〜Ｃinが、いずれも正常な充電状態
（ＶＬ≦ＶＣij≦ＶＵ）にある時には、グループ過充電
検出信号ＯＵijがロウレベル、グループ過放電検出信号
ＯＬijがハイレベルとなり、単位セルＣi1〜Ｃinの中
に、過充電状態（ＶＣij＞ＶＵ）のものが一つでも存在
すればグループ過充電検出信号ＯＵｉがハイレベル、過
放電状態（ＶＣij＜ＶＬ）のものが一つでも存在すれば
グループ過放電検出信号ＯＬｉがロウレベルとなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この充電状態
検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉでは、何等かの原因により、セル
過充電検出信号ＣＵij，セル過放電検出信号ＣＬij，グ
ループ過充電検出信号ＯＵｉ或いはグループ過放電検出
信号ＯＬｉが正常状態を表す信号レベルに固定されてし
まうと、単位セルＣijの過充電状態或いは過放電状態が
検出されなくなるため、過充電状態或いは過放電状態の
まま単位セルＣijが使用され続けることになり、単位セ
ルＣij、ひいては組電池全体が使用不能な状態に至って
しまうという問題があった。
【００１８】本発明は、上記問題点を解決するために、
グループ毎に単位セルの充電状態を検出する充電状態検
出装置において、簡易な構成で装置の故障や異常を検出
できるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項１記載の充電状態検出装置では、充
放電可能な組電池を構成する各単位セル毎に、第１電圧
比較手段及び第２電圧比較手段がそれぞれ設けられてお
り、第１電圧比較手段では、単位セルの両端電圧である
セル電圧が、セル電圧の許容電圧範囲の上限値に設定さ
れた第１しきい値電圧を上回っていると出力がアクティ
ブレベルとなり、一方、第２電圧比較手段では、単位セ
ルのセル電圧が、セル電圧の許容電圧範囲の下限値に設
定された第２しきい値電圧を下回っていると出力がアク
ティブレベルとなる。
【００２０】そして、第１論理和演算手段が、各単位セ
ル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出力の論理和
を求めることにより過充電検出信号を生成し、また、第
２論理和演算手段が、各単位セル毎に設けられた第２電
圧比較手段同士の出力の論理和を求めることにより過放
電検出信号を生成する。
【００２１】つまり、組電池を構成する単位セルのいず
れか一つでも過充電状態（上限値を上回った状態）にな
ると、過充電検出信号がアクティブレベルとなり、ま
た、組電池を構成する単位セルのいずれか一つでも過放
電状態（下限値を下回った状態）になると、過放電検出
信号がアクティブレベルとなる。
【００２２】そして、特に本発明では、しきい値電圧変
更手段が、外部からの指令に従って、第１しきい値電圧
を、許容電圧範囲の下限値以下の第１検査値に変更する
と共に、第２しきい値電圧を、許容電圧範囲の上限値以
上の第２検査値に変更し、第１論理積演算手段が、単位
セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出力の論理
積を求めることにより第１異常検出信号を生成し、第２
論理積演算手段が、単位セル毎に設けられた第２電圧比
較手段同士の出力の論理積を求めることにより第２異常
検出信号を生成する。
【００２３】従って、本発明の充電状態検出装置によれ
ば、過充電検出信号及び過放電検出信号に基づいて、組
電池を構成する単位セルの中に過充電状態のもの及び過
放電状態のものが存在するか否かを検出できるだけでな
く、しきい値電圧変更手段による第１及び第２しきい値
電圧の変更後における第１及び第２異常検出信号を監視
することにより、過充電検出信号を生成する第１電圧検
出手段，第１論理和演算手段や、過放電検出信号を生成
する第２電圧検出手段，第２論理和演算手段の異常を検
出できる。
【００２４】即ち、第１及び第２しきい値電圧の変更後
の第１及び第２電圧比較手段の出力は、いずれもアクテ
ィブレベルとなり、従って、第１及び第２異常検出手段
の出力もアクティブレベルとなるべきであるため、第１
或いは第２異常検出手段の出力が非アクティブレベルと
なっていれば、第１或いは第２電圧比較手段のいずれか
の出力に異常があると判断できるのである。
【００２５】なお、アクティブレベルは、ハイレベル或
いはロウレベルのいずれに設定してもよく、アクティブ
レベルをハイレベルに設定した場合には、第１及び第２
論理和演算手段を論理和（ＯＲ）回路、第１及び第２論
理積演算手段を論理積（ＡＮＤ）回路により構成すれば
よく、逆にアクティブレベルをロウレベルに設定した場
合には、第１及び第２論理和演算手段を論理積（ＡＮ
Ｄ）回路、第１及び第２論理積演算手段を論理和（Ｏ
Ｒ）回路により構成すればよい。
【００２６】次に、請求項２記載の充電状態検出装置で
は、選択手段が、しきい値電圧変更手段による第１及び
第２しきい値電圧の変更前には、過充電検出信号及び過
放電検出信号を選択し、第１及び第２しきい値電圧の変
更後には、第１及び第２異常検出信号を選択して出力す
る。
【００２７】従って、本発明の充電状態検出装置によれ
ば、過充電検出信号及び第１異常検出信号の伝送、過放
電検出信号及び第２異常検出信号の伝送のために、各１
本ずつの信号線があればよく、当該充電状態検出装置か
らの検出信号を利用する外部装置との間の配線を大幅に
削減できる。
【００２８】なお、しきい値電圧変更手段が、第１及び
第２しきい値電圧を変更する方法として、通常では、許
容電圧範囲の上限値或いは下限値に対応するものと、第
１及び第２検査値に対応するものとで、２種類の基準電
圧源を用意しておき、これを切り替えることが考えられ
る。これ以外の方法として、例えば、請求項３記載のよ
うに、第１及び第２電圧比較手段が、セル電圧を分圧す
る分圧回路と、該分圧回路にて生成された比較電圧と許
容電圧範囲の上限値或いは下限値を前記分圧回路の分圧
比にて分圧した大きさに設定された基準電圧とを大小比
較するコンパレータとにより構成されている場合には、
しきい値電圧変更手段は、この分圧回路での分圧比を変
化させて、基準電圧に対する前記比較電圧の大きさを相
対的に変化させることにより、第１或いは第２しきい値
電圧を変化させるようにしてもよい。この場合、高価な
基準電圧源の使用数を削減できる。
【００２９】また、第１及び第２電圧比較手段は、装置
構成を簡易化するために、請求項４記載のように、電圧
比較手段での比較対象となる単位セル、或いは該単位セ
ルが属する単位セルのグループから、電源供給を受けて
動作することが望ましい。更に、組電池を構成する単位
セルとしては、鉛電池，ニッケル系電池等様々なものを
用いることができるが、請求項５記載のように、リチウ
ムイオンを吸蔵放出することが可能な物質からなる電極
を用いて構成されたリチウム系二次電池を用いることが
望ましい。
【００３０】即ち、リチウム系二次電池は、エネルギー
密度が高く、しかも出力電圧が高いため、同じ高電圧を
得るにしても、少ないセル数で、容量の大きな組電池を
構成することができ、組電池自体や当該充電状態制御装
置を小型軽量化することができる。
【００３１】また、当該充電状態検出装置は、いかなる
用途に使用される組電池に適用してもよいが、例えば請
求項６記載のように、電気自動車（ＥＶ）或いはハイブ
リッド電気自動車（ＨＥＶ）の動力源として実装される
車載用のものに適用すれば、ＥＶやＨＥＶの信頼性、耐
久性を向上させることができる。
【００３２】ところで、単位セルの許容電圧範囲を、上
限値或いは下限値のいずれか一方のみで制限する場合、
充電状態検出装置は、電圧比較手段、論理和演算手段、
論理積演算手段をそれぞれ一つずつ有するように構成し
てもよい。即ち、請求項７記載の充電状態検出装置で
は、充放電可能な組電池を構成する各単位セル毎に設け
られた電圧比較手段が、単位セルの両端電圧であるセル
電圧が、セル電圧の許容電圧範囲の境界値に設定された
しきい値電圧を、許容電圧範囲から外れる側に越える
と、出力がアクティブレベルとなり、論理和演算手段
が、単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の
論理和を求めることにより充電状態検出信号を生成す
る。
【００３３】つまり、電圧比較手段の出力は、境界値と
して許容電圧範囲の上限値が設定されていれば、この上
限値をセル電圧が上回った場合にアクティブレベルとな
り、また、境界値として許容電圧範囲の下限値が設定さ
れていれば、この下限値をセル電圧が下回った場合にア
クティブレベルとなる。
【００３４】そして、しきい値電圧変更手段が、外部か
らの指令に従って、しきい値電圧を、境界値から、単位
セルのセル電圧が許容電圧範囲内にあれば電圧比較手段
の出力がアクティブレベルとなる大きさの検査値に変更
し、論理積演算手段が、各単位セル毎に設けられた電圧
比較手段同士の出力の論理積を求めることにより、異常
検出信号を生成する。
【００３５】具体的には、境界値として許容電圧範囲の
上限値が設定されている場合には、検査値を許容電圧範
囲の下限値以下に設定し、境界値として許容電圧範囲の
下限値が設定されている場合には、検査値を許容電圧範
囲の上限値以上に設定すればよい。
【００３６】つまり、本発明の充電状態検出装置では、
電圧検出手段，論理和演算手段，論理積演算手段が、請
求項１における第１電圧検出手段，第１論理和演算手
段，第１論理積演算手段、或いは第２電圧検出手段，第
２論理和演算手段，第２論理積演算手段のいずれかとし
て動作する。
【００３７】従って、本発明の充電状態検出装置によれ
ば、充電状態検出信号に基づいて、組電池を構成する単
位セルの中に過充電状態のもの或いは過放電状態のもの
が存在するか否かを検出できるだけでなく、しきい値電
圧変更手段によるしきい値電圧の変更前後における異常
検出信号を監視することにより、充電状態検出信号を生
成する電圧検出手段や論理和演算手段の異常を検出でき
る。
【００３８】そして、特に請求項８記載のように、境界
値及び検査値のうち、一方を許容電圧範囲の上限値、他
方を許容電圧範囲の下限値に設定した場合には、電圧比
較手段，論理和演算手段，論理積演算手段を、請求項１
における第１電圧比較手段，第１論理和演算手段，第１
論理積演算手段、或いは第２電圧比較手段，第２論理和
演算手段，第２論理積演算手段のいずれとしてでも動作
させることができる。
【００３９】即ち、例えば、境界値を許容電圧範囲の上
限値、検査値を許容電圧範囲の下限値とすれば、電圧比
較手段，論理和演算手段，論理積演算手段は、それぞれ
請求項１における第１電圧比較手段，第１論理和演算手
段，第１論理積演算手段として動作し、また、各手段の
アクティブレベルと非アクティブレベルとを反転させて
考えれば、電圧比較手段，論理積演算手段，論理和演算
手段は、それぞれ請求項１における第２電圧比較手段，
第２論理和演算手段、第２論理積演算手段として動作す
ることは明らかである。
【００４０】従って、本発明の充電状態検出装置によれ
ば、論理和演算手段の出力を第１異常検出信号、論理積
演算手段の出力を第２異常検出信号として検出すると共
に、しきい値電圧変更手段によるしきい値電圧の変更前
には、論理和演算手段の出力を過充電検出信号、しきい
値電圧の変更後には、論理積演算手段の出力を過放電検
出信号として検出することにより、請求項１記載の発明
のほぼ半分の構成にて、これと同等の効果を得ることが
できる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。 ［第１実施形態］図１は、第１実施形態の組電池システ
ム２の全体構成を表すブロック図である。
【００４２】図示の如く、本実施形態の組電池システム
２は、主電源ラインＬ，インバータ（ＩＮＶ）６を介し
てモータ及び発電機を兼ねる電動機（ＭＧ）８に接続さ
れており、更に車両の走行状態や当該組電池システム２
の状態等に応じて、電動機８の始動，停止や、インバー
タ６の動作方向等を制御するＨＥＶコントローラ（ＶＣ
Ｕ）４を備えている。
【００４３】そして、ＶＣＵ４は、エンジンの運転効率
のよい定速走行時等には、エンジンの駆動力を用いて走
行する設定とし、この時、組電池システム２の充電量が
不十分であれば、エンジンからの駆動力が電動機８に伝
達され、且つ電動機８が発電機として動作し、電動機８
にて発電された電力がインバータ６を介して組電池シス
テム２に供給されるように設定して、組電池システム２
に充電を行わせる。
【００４４】一方、エンジンの運転効率の悪い始動時や
フル加速時等には、組電池システム２からの電力がイン
バータ６を介して電動機８に供給され、電動機８がこの
組電池システム２からの供給電力によりモータとして動
作するように設定し、電動機８からの駆動力を利用して
走行するようにされている。
【００４５】また、本実施形態の組電池システム２は、
充放電自在な二次電池であるリチウム電池を単位セルと
して、この単位セルを多数直列接続してなる組電池１０
を備えている。組電池１０は、それぞれが複数個の単位
セルＣi1〜Ｃin（本実施形態ではｎ＝６）からなる複数
のセルグループＣＧ１〜ＣＧｍに分割されている。そし
て、このセルグループＣＧｉ（ｉ＝１〜ｍ）毎に、セル
グループＣＧｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃinの充電
状態を判定し、その判定結果を表すグループ過充電検出
信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉや、内部
の異常を判定するための第１異常検出信号ＥＵｉ及び第
２異常検出信号ＥＬｉを生成する充電状態検出装置ＣＭ
Ｕｉを備えている。
【００４６】なお、グループ過放電検出信号ＯＵｉ及び
第１異常検出信号ＥＵｉは信号線ＬＵｉを介して伝送さ
れ、また、グループ過放電検出信号ＯＬｉ及び第２異常
検出信号ＥＬｉは信号線ＬＬｉを介して伝送され、しか
も、各信号線ＬＵｉ，ＬＬｉでは、電源供給ラインＬＤ
を介した電源供給の有無に応じて伝送信号が切り替わる
ようにされている。
【００４７】更に、本実施形態の組電池システム２は、
組電池１０の充放電時に主電源ラインＬを流れる主回路
電流を検出する電流センサ（ＣＳ）１４と、電流センサ
１４からの検出信号ＩＢや、組電池１０の両端及びセル
グループＣＧｉの境界にて主電源ラインＬから分岐させ
たセルグループ電圧検出線ＬＳ１〜ＬＳm+1 を介して得
られる電圧信号ＶＳ１〜ＶＳm+1 、各充電状態検出装置
ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍからのグループ過充電検出信号ＯＵ
１〜ＯＵｍ、グループ過放電検出信号ＯＬ１〜ＯＬｍに
基づいて、ＶＣＵ４に各種指令ＣＭＤを出力したり、電
源供給ラインＬＤを導通させることにより各充電状態検
出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍの異常を監視する等の処理を
実行する組電池コントローラ（ＢＣＵ）１２を備えてい
る。
【００４８】ここで、図２は、充電状態検出装置ＣＭＵ
ｉ及びＢＣＵ１２の内部構成を表すブロック図である。
図示の如く、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、セルグルー
プＣＧｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃin毎に、セル電
圧ＶＣij（ｊ＝１〜ｎ）が許容電圧範囲の上限値ＶＵ
（本実施形態では４．２Ｖ）より大きいか否かを判定
し、上限値ＶＵより大きい場合にハイレベルとなるセル
過充電検出信号ＣＵijを生成する第１電圧比較手段とし
ての過充電判定回路Ｕijと、セル電圧ＶＣijが許容電圧
範囲の下限値ＶＬ（本実施形態では３．０Ｖ）より小さ
いか否かを判定し、下限値ＶＬより小さい場合にロウレ
ベルとなるセル過放電検出信号ＣＬijを生成する第２電
圧比較手段としての過放電判定回路Ｌijとを備えてい
る。
【００４９】なお、過充電判定回路Ｕijは、図３に示す
ように、セル電圧ＶＣijを分圧する分圧回路２０と、抵
抗ＲＵｃ及び電圧発生源ＤＵからなる定電圧回路２２
と、非反転入力に、セル電圧ＶＣijを分圧回路２０にて
分圧してなる電圧が印加され、反転入力に、定電圧回路
２２が生成する一定の上限基準電圧ＶRUが印加されるコ
ンパレータ２３とからなる。
【００５０】そして、分圧回路２０は、直列接続され、
その接続点がコンパレータ２３の非反転入力に接続され
た抵抗ＲＵａ，ＲＵｂと、抵抗ＲＵａに並列接続された
抵抗ＲＵｘと、抵抗，トランジスタからなり、電源供給
ラインＬＤを介した電源供給がある場合に抵抗ＲＵｘの
電流経路を導通させるスイッチ回路２１とにより構成さ
れている。つまり、分圧回路２０の分圧比は、スイッチ
回路２１のオフ時には、直列接続された抵抗ＲＵａ，Ｒ
Ｕｂにより決まる第１分圧比ＢＵ１となり、スイッチ回
路２１のオン時には、並列接続された抵抗ＲＵａ，ＲＵ
ｘ及びこれと直列接続された抵抗ＲＵｂにより決まる第
２分圧比ＢＵ２となる。
【００５１】
【数１】
【００５２】一方、過放電判定回路Ｌijは、過充電判定
回路Ｕijと同様に、セル電圧ＶＣijを分圧する分圧回路
２４と、抵抗ＲＬｂ及び電圧発生源ＤＬからなる定電圧
回路２６と、非反転入力に、セル電圧ＶＣijを分圧回路
２４にて分圧してなる電圧が印加され、反転入力に、定
電圧回路２６が生成する一定の下限基準電圧ＶRLが印加
されるコンパレータ２７とからなる。
【００５３】そして、分圧回路２４は、直列接続され、
その接続点がコンパレータ２７の非反転入力に接続され
た抵抗ＲＬａ，ＲＬｂと、抵抗ＲＬｂに並列接続された
抵抗ＲＬｘと、抵抗，トランジスタからなり、電源供給
ラインＬＤを介した電源供給がある場合に抵抗ＲＬｘの
電流経路を導通させるスイッチ回路２５とにより構成さ
れている。つまり、分圧回路２４の分圧比は、スイッチ
回路２５のオフ時には、直列接続された抵抗ＲＬａ，Ｒ
Ｌｂにより決まる第１分圧比ＢＬ１となり、スイッチ回
路２５のオン時には、並列接続された抵抗ＲＬｂ，ＲＬ
ｘ及びこれと直列接続された抵抗ＲＬａにより決まる第
２分圧比ＢＬ２となる。
【００５４】
【数２】
【００５５】但し、電圧発生源ＤＵ，ＤＬでは、例え
ば、ダイオードの順方向電圧、ツェナーダイオードの降
伏電圧などを利用して基準電圧ＶRU，ＶRLを生成してお
り、過充電判定回路Ｕijの電圧発生源ＤＵが発生させる
上限基準電圧ＶRUは、単位セルＣijの許容電圧範囲の上
限値ＶＵを抵抗ＲＵａ，ＲＵｂにて分圧した大きさ（＝
ＶＵ・ＢＵ１）に設定され、一方、過放電判定回路Ｌij
の電圧発生源ＤＬが発生させる下限基準電圧ＶRLは、単
位セルＣijの許容電圧範囲の下限値ＶＬを抵抗ＲＬａ，
ＲＬｂにて分圧した大きさ（＝ＶＬ・ＢＬ１）に設定さ
れている。
【００５６】なお、本実施形態では、ＶＵ＝４．２Ｖ、
ＶＬ＝３．０Ｖであり、抵抗ＲＵａ，ＲＵｂ，ＲＵｘ
は、ＢＵ１＝０．５，ＢＵ２＝０．７となり、抵抗ＲＬ
ａ，ＲＬｂ，ＲＬｘは、ＢＬ１＝０．７，ＢＬ２＝０．
５となるように設定されている。
【００５７】つまり、過充電判定回路Ｕijのコンパレー
タ２３は、分圧回路２０の分圧比が第１分圧比ＢＵ１に
設定されている時（即ちスイッチ回路２１のオフ時）に
は、非反転入力に電圧ＶＣij・ＢＵ１、反転入力に電圧
ＶＵ・ＢＵ１が印加されることになる。従って、コンパ
レータ２３の出力であるセル過充電検出信号ＣＵijは、
許容電圧範囲の上限値ＶＵ（＝４．２Ｖ）をしきい値電
圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が
大きければハイレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が小
さければロウレベルとなる。
【００５８】また、コンパレータ２３は、分圧回路２０
の分圧比が第２分圧比ＢＵ２に設定されている時（即ち
スイッチ回路２１のオン時）には、非反転入力に電圧Ｖ
Ｃij・ＢＵ２、反転入力に電圧ＶＵ・ＢＵ１が印加され
ることになる。従って、セル過充電検出信号ＣＵijは、
電圧ＶＵ・ＢＵ１／ＢＵ２（＝３．０Ｖ）をしきい値電
圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が
大きければハイレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が小
さければロウレベルとなる。
【００５９】同様に、過放電判定回路Ｌijのコンパレー
タ２７は、分圧回路２４の分圧比が第１分圧比ＢＬ１に
設定されている時（即ちスイッチ回路２５のオフ時）に
は、非反転入力に電圧ＶＣij・ＢＬ１、反転入力に電圧
ＶＬ・ＢＬ１が印加されることになる。従って、コンパ
レータ２７の出力であるセル過放電検出信号ＣＬijは、
許容電圧範囲の下限値ＶＬ（＝３．０Ｖ）をしきい値電
圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が
小さければロウレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が大
きければハイレベルとなる。
【００６０】また、コンパレータ２７は、分圧回路２４
の分圧比が第２分圧比ＢＬ２に設定されている時（即ち
スイッチ回路２５のオン時）には、非反転入力に電圧Ｖ
Ｃij・ＢＬ２、反転入力に電圧ＶＬ・ＢＬ１が印加され
ることになる。従って、セル過放電検出信号ＣＬijは、
電圧ＶＬ・ＢＬ１／ＢＬ２（＝４．２Ｖ）をしきい値電
圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が
小さければロウレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が大
きければハイレベルとなる。
【００６１】そして、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、図
２に示すように、電源供給ラインＬＤを介して電源供給
を受けるとオン状態となり、過充電判定回路Ｕi1〜Ｕin
を構成するスイッチ回路２１を一斉にオンさせ、分圧回
路２０の分圧比を第１分圧比ＢＵ１から第２分圧比ＢＵ
２に切り替えるフォトカプラ３０と、同じく電源供給ラ
インＬＤを介して電源供給を受けるとオン状態となり、
過放電判定回路Ｌi1〜Ｌinを構成するスイッチ回路２５
を一斉にオンさせ、分圧回路２４の分圧比を第１分圧比
ＢＬ１から第２分圧比ＢＬ２に切り替えるフォトカプラ
３１とを備えている。
【００６２】即ちスイッチ回路２１，２５及びフォトカ
プラ３０，３１が本発明におけるしきい値電圧変更手段
に相当する。更に、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、セル
過充電検出信号ＣＵi1〜ＣＵinの中にいずれか一つでも
ハイレベルのものがある時に出力がハイレベルとなるグ
ループ過充電検出信号ＯＵｉを生成する第１論理和演算
手段としての論理和（ＯＲ）回路３２と、セル過充電検
出信号ＣＵi1〜ＣＵinの全てがハイレベルである時に出
力がハイレベルとなる第１異常検出信号ＥＵｉを生成す
る第１論理積演算手段としての論理積（ＡＮＤ）回路３
３と、フォトカプラ３０がオフ状態の時にグループ過充
電検出信号ＯＵｉを選択し、フォトカプラ３０がオン状
態の時に第１異常検出信号ＥＵｉを選択して、ＢＣＵ１
２に対して出力する選択回路３４とを備えている。
【００６３】また更に、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、
セル過放電検出信号ＣＬi1〜ＣＬinの中にいずれか一つ
でもロウレベルのものがある時に、信号レベルがロウレ
ベルとなるグループ過放電検出信号ＯＬｉを生成する第
２論理和演算手段としてのＡＮＤ回路３６と、セル過放
電検出信号ＣＬi1〜ＣＬinの全てがロウレベルである時
に信号レベルがロウレベルとなる第２異常検出信号ＥＬ
ｉを生成する第２論理積演算手段としてのＯＲ回路３５
と、フォトカプラ３１がオフ状態の時にグループ過放電
検出信号ＯＬｉを選択し、フォトカプラ３１がオン状態
の時に第２異常検出信号ＥＬｉを選択して、ＢＣＵ１２
に対して出力する選択回路３７とを備えている。つま
り、選択回路３４，３７が本発明における選択手段に相
当する。
【００６４】このように構成された充電状態検出装置Ｃ
ＭＵｉは、電源供給ラインＬＤの非導通時には、セルグ
ループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち、い
ずれか一つでも過充電状態であるもの、即ちセル電圧Ｖ
Ｃijが許容電圧範囲の上限値ＶＵより大きいものが存在
すると、信号レベルがハイレベルとなるグループ過充電
検出信号ＯＵｉを、信号線ＬＵｉを介してＢＣＵ１２に
供給すると共に、セルグループＣＧｉを構成する単位セ
ルＣi1〜Ｃinのうち、いずれか一つでも過放電状態であ
るもの、即ちセル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の下限値Ｖ
Ｌより小さいものが存在すると、信号レベルがロウレベ
ルとなるグループ過放電検出信号ＯＬｉを、信号線ＬＬ
ｉを介してＢＣＵ１２に供給する。
【００６５】一方、電源供給ラインＬＤの導通時には、
セルグループＣＧｉを構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃ
inについて、セル電圧ＶＣijが上限値ＶＵより大きいか
或いは許容電圧範囲内にあれば、信号レベルがハイレベ
ルとなる第１異常検出信号ＥＵｉを、信号線ＬＵｉを介
してＢＣＵ１２に供給すると共に、セルグループＣＧｉ
を構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinについて、セル電
圧ＶＣijが下限値ＶＬより小さいか或いは許容電圧範囲
内にあれば、信号レベルがロウレベルとなる第２異常検
出信号ＥＬｉを、信号線ＬＬｉを介してＢＣＵ１２に供
給する。
【００６６】次に、ＢＣＵ１２は、各セルグループＣＧ
１〜ＣＧｍ毎に設けられたグループ電圧検出回路ＶＳＣ
１〜ＶＳＣｍのいずれか一つを選択して、選択されたグ
ループ電圧検出回路ＶＳＣｉにて検出されたグループ電
圧ＶＧｉを取り込むためのマルチプレクサ（ＭＰＸ）４
０と、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍのいずれか
一つを選択し、選択された充電状態検出装置ＣＭＵｉの
信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して供給される信号ＯＵｉ／
ＥＵｉ，ＯＬｉ／ＥＬｉを、それぞれフォトカプラ４
１，４２を介して取り込むためのＭＰＸ４３と、トラン
ジスタ，抵抗からなり、端子ＯＣＤＰ，ＯＣＤＮ間に直
列接続された各充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍの
フォトカプラ３０，３１への電源供給ラインＬＤを導
通，遮断するスイッチ回路４４と、ＭＰＸ４０を介して
得られるグループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍや、イグニション
スイッチの操作状態を表す信号ＩＧ、電流センサ１４か
らの検出信号ＩＢに基づいて、主回路電流を制御するた
めＶＣＵ４に出力する各種指令ＣＭＤを生成する等の処
理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）４５と、その処理
に必要なデータ等を記憶するメモリ４６とを備えてい
る。
【００６７】ここで、ＣＰＵ４５が実行する処理の概要
を説明する。まず、イグニション信号ＩＧにより、イグ
ニションスイッチがオンされたことを検出すると、スイ
ッチ回路４４をオフ状態に設定することにより、各充電
状態検出装置ＣＭＵｉから信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介し
てグループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検
出信号ＯＬｉが供給される設定とし、両信号ＯＵｉ，Ｏ
Ｌｉを、各セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に繰り返し検
出する。
【００６８】この時、セルグループＣＧｉを構成する全
ての単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧がいずれも使用可能
範囲内にある場合には、グループ過充電検出信号ＯＵｉ
はロウレベル、グループ過放電検出信号ＯＬｉはハイレ
ベルとなる。そして、グループ過充電検出信号ＯＵｉが
ロウレベルからハイレベルに変化した場合に、セルグル
ープＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち少なく
とも一つが過充電になったものとして、ＶＣＵ４に主回
路電流の制御を放電優先で行わせるためのコマンドＣＭ
Ｄを出力する。
【００６９】その後、グループ過充電検出信号ＯＵｉが
ハイレベルからロウレベルに変化すると、単位セルの過
充電が解消されたものとして、ＶＣＵ４の制御を通常に
戻すためのコマンドＣＭＤを出力する。一方、放電優先
の制御が開始されてから、予め設定された一定期間が経
過したにも関わらず、グループ過充電検出信号ＯＵｉが
ロウレベルに変化しない場合、或いは、グループ過充電
検出信号ＯＵｉがハイレベルとなったセルグループＣＧ
ｉのグループ電圧ＶＧｉが、予め設定された一定電圧以
上減少したにも関わらず、グループ過充電検出信号ＯＵ
ｉがロウレベルに変化しない場合には、回復不能の異常
が発生したものとして、組電池１０の充放電を禁止する
コマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、そ
の旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に
通知する。
【００７０】同様に、グループ過放電検出信号ＯＬｉが
ハイレベルからロウレベルに変化した場合に、セルグル
ープＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち少なく
とも一つが過放電になったものとして、ＶＣＵ４に主回
路電流の制御を充電優先で行わせるためのコマンドＣＭ
Ｄを出力する。
【００７１】その後、グループ過放電検出信号ＯＬｉ
が、ロウレベルからハイレベルに変化すると、単位セル
の過放電が解消されたものとして、ＶＣＵ４の制御を通
常に戻すためのコマンドＣＭＤを出力する。一方、充電
優先の制御が開始されてから、予め設定された一定期間
が経過したにも関わらず、グループ過放電検出信号ＯＬ
ｉがハイレベルに変化しない場合、或いは、グループ過
放電検出信号ＯＬｉがロウレベルとなったセルグループ
ＣＧｉのグループ電圧ＶＧｉが、予め設定された一定電
圧以上増加したにも関わらず、グループ過放電検出信号
ＯＬｉがハイレベルに変化しない場合には、回復不能の
異常であるとして、組電池１０の充放電を禁止するコマ
ンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨
を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知
する。
【００７２】また、ＣＰＵ４５は、上述の制御以外に、
予め設定された周期毎に、故障診断を実行する。但し、
本故障診断は、全てのグループ過充電検出信号ＯＵ１〜
ＯＵｍがロウレベル、全てのグループ過放電検出信号Ｏ
Ｌ１〜ＯＬｍがハイレベルである場合、即ち全ての単位
セルＣ11〜Ｃmnのセル電圧が使用可能範囲内にあること
が検出されている場合にのみ実行されるものとする。
【００７３】この故障診断では、まず、スイッチ回路４
４をオン状態に設定することにより、各充電状態検出装
置ＣＭＵｉから信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して第１異常
検出信号ＥＵｉ及び第２異常検出信号ＥＬｉが供給され
る設定とし、両信号ＥＵｉ，ＥＬｉを、各セルグループ
ＣＧ１〜ＣＧｍ毎に検出する。
【００７４】この時、セルグループＣＧｉを構成する全
ての単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧がいずれも使用可能
範囲内にあるため、第１異常検出信号ＥＵｉはハイレベ
ル、第２異常検出信号ＥＬｉはロウレベルとなるはずで
ある。ところが、第１異常検出信号ＥＵｉがロウレベル
になっていれば、グループ過充電検出信号ＯＵｉを生成
するための過充電判定回路Ｕi1〜Ｕin及びＯＲ回路３
２、又は第１異常検出信号ＥＵｉ自体を生成するＡＮＤ
回路３３のいずれかに異常があるものとして、組電池１
０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対し
て出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響
装置を介して使用者に通知する。
【００７５】同様に、第２異常検出信号ＥＬｉがハイレ
ベルになっていれば、グループ過放電検出信号ＯＬｉを
生成するための過放電判定回路Ｌi1〜Ｌin及びＡＮＤ回
路３６、又は第２異常検出信号ＥＬｉ自体を生成するＯ
Ｒ回路３５のいずれかに異常があるものとして、組電池
１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対
して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音
響装置を介して使用者に通知する。
【００７６】以上説明したように、本実施形態の組電池
システム２においては、セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎
に、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍが設けられて
おり、充電状態検出装置ＣＭＵｉが出力するグループ過
充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉ
に基づいて、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣ
i1〜Ｃin毎に、過充電或いは過放電となっている単位セ
ルの有無を検出できるだけでなく、充電状態検出装置Ｃ
ＭＵｉが出力する第１及び第２異常検出信号ＥＵｉ，Ｅ
Ｌｉに基づいて、充電状態検出装置ＣＭＵｉ内部の異常
を検出することができる。
【００７７】従って、本実施形態の組電池システム２に
よれば、グループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過
放電検出信号ＯＬｉの信頼性が向上し、単位セルＣijが
過充電或いは過放電の状態で使用され続けることを確実
に防止できるため、組電池１０の性能を最大限に引き出
すことができる。
【００７８】例えば、何等かの故障により、過充電判定
回路Ｕijの出力（セル過充電検出信号ＣＵij）がロウレ
ベルのまま固定されると、単位セルＣijが過充電になっ
たとしても、通常制御時に検出されるグループ過充電検
出信号ＯＵｉはロウレベルのままであるため、これを検
出することができないが、故障診断時に検出される第１
異常検出信号ＥＵｉがロウレベルとなるため異常の発生
を検出でき、同様に、何等かの故障により、過放電判定
回路Ｌijの出力（セル過放電検出信号ＣＬij）がハイレ
ベルのまま固定されると、単位セルＣijが過放電になっ
たとしても、通常制御時に検出されるグループ過放電検
出信号ＯＬｉはハイレベルのままであるため、これを検
出することができないが、故障診断時に検出される第２
異常検出信号ＥＬｉがハイレベルとなるため、異常の発
生を検出できるのである。
【００７９】また例えば、何等かの故障により、ＯＲ回
路３２の出力（グループ過充電検出信号ＯＵｉ）、ＡＮ
Ｄ回路３６の出力（グループ過放電検出信号ＯＬｉ）が
固定された場合も、同様に検出することができる。ま
た、本実施形態によれば、従来装置（図８，９参照）と
比較して、各過充電判定回路Ｕij及び各過放電判定回路
Ｌijにスイッチ回路２１，２５を追加し、各充電状態検
出装置ＣＭＵｉ毎に、フォトカプラ３０，３１及びＡＮ
Ｄ回路３３，ＯＲ回路３５を追加するだけの僅かな構成
の追加により、第１及び第２異常検出信号ＥＵｉ，ＥＬ
ｉの生成を可能としている。しかも、選択回路３４，３
７を設けて、信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して出力する信
号を、グループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放
電検出信号ＯＬｉと、第１及び第２異常検出信号ＥＵ
ｉ，ＥＬｉとで切り替えるようにされているので、充電
状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍとＢＣＵ１２との間の
配線を増加させることなく、第１及び第２異常検出信号
ＥＵｉ，ＥＬｉを、ＢＣＵ１２に供給することができ
る。
【００８０】更に、本実施形態によれば、各充電状態検
出装置ＣＭＵｉは、検出対象となるセルグループＣＧｉ
から電源供給を受けて動作するようにされているので、
どのセルグループＣＧ１〜ＣＧｍに対しても同じ構成の
ものを用いることができ、装置構成を簡易化することが
できる。
【００８１】なお、本実施形態では、第１異常検出信号
ＥＵｉをグループ過充電検出信号ＯＵｉと同じ信号線Ｌ
Ｕｉ、第２異常検出信号ＥＬｉをグループ過放電検出信
号ＯＬｉと同じ信号線ＬＬｉを用いてＢＣＵ１２に伝送
しているが、選択回路３４，３７を省略して、第１異常
検出信号ＥＵｉ，第２異常検出信号ＥＬｉを、信号線Ｌ
Ｕｉ，ＬＬｉとは異なる信号線を用いて個別にＢＣＵ１
２に供給するように構成してもよい。
【００８２】また、本実施形態では、故障診断時におけ
る過充電判定回路Ｕijでのしきい値（検査値）がセル電
圧の使用可能範囲の下限値ＶＬと等しくなり、過放電検
出回路Ｌijでのしきい値（検査値）がセル電圧の使用可
能範囲の上限値ＶＵと等しくなるように設定したが、過
充電判定回路Ｕijでは下限値ＶＬ以下、過放電検出回路
Ｌijでは上限値ＶＵ以上であれば、どのような値に設定
してもよい。 ［第２実施形態］次に、第２実施形態について説明す
る。
【００８３】本実施形態の組電池システム２ａでは、充
電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍが、第１実施形態の
ものとは構成の一部が異なっているだけであるため、こ
の構成の相異する充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍ
を中心に説明する。図４は、本実施形態の組電池システ
ム２ａにおける充電状態検出装置ＣＭＵｉの構成を表す
ブロック図である。
【００８４】図示の如く、本実施形態における充電状態
検出装置ＣＭＵｉは、第１実施形態のものから、過放電
判定回路Ｌi1〜Ｌin、フォトカプラ３１、ＯＲ回路３
５、ＡＮＤ回路３６、選択回路３４，３７を省略し、過
充電判定回路Ｕi1〜Ｕinの代わりに電圧比較手段として
の過充放電判定回路ＵＬi1〜ＵＬinを設け、更に、論理
和演算手段としてのＯＲ回路３２の出力が信号線ＬＵｉ
を介して、論理積演算手段としてのＡＮＤ回路３３の出
力が信号線ＬＬｉを介してＢＣＵ１２に供給されるよう
に構成されている。
【００８５】なお、過充放電判定回路ＵＬi1〜ＵＬin
は、第１実施形態における過充電判定回路Ｕi1〜Ｕinと
全く同様に構成されている（図３参照）。つまり、過充
放電判定回路ＵＬi1〜ＵＬinは、フォトカプラ３０がオ
フ状態の時には、セル電圧の使用可能範囲の上限値ＶＵ
をしきい値として、このしきい値よりセル電圧ＶＣijの
方が大きい時にはハイレベル、セル電圧ＶＣijの方が小
さい時にはロウレベルとなる判定信号を出力する。ま
た、フォトカプラ３０がオン状態の時には、セル電圧の
使用可能範囲の下限値ＶＬをしきい値として、このしき
い値よりセル電圧ＶＣijの方が小さい時にはロウレベ
ル、セル電圧の方が大きい時にはハイレベルとなる判定
信号を出力する。
【００８６】このように構成された充電状態検出装置Ｃ
ＭＵｉでは、フォトカプラ３０がオフ状態の時に、ＯＲ
回路３２の出力が、第１実施形態におけるグループ過充
電検出信号ＯＵｉ及び第２異常検出信号ＥＬｉと全く同
様のものとなり、また、フォトカプラ３０がオン状態の
時に、ＡＮＤ回路３３の出力が、第１実施形態における
グループ過放電検出信号ＯＬｉ及び第１異常検出信号Ｅ
Ｕｉと全く同様のものとなる。
【００８７】そして、本実施形態の組電池システム２ａ
において、ＣＰＵ４５は、セルグループＣＧｉ毎に単位
セルの過充電及び過放電を検出する通常制御と、充電状
態検出装置ＣＭＵｉの異常を検出する故障診断とを同時
に実行する。以下では、その制御の概要を説明する。
【００８８】まず、イグニション信号ＩＧにより、イグ
ニションスイッチがオンされたことを検出すると、以
後、スイッチ回路４４のオン／オフ状態を一定周期毎に
交互に切り替えると共に、各状態毎に、各信号線ＬＵ
ｉ，ＬＬｉを介して得られる信号の信号レベルを記憶す
る。
【００８９】そして、スイッチ回路４４のオフ時、即ち
フォトカプラ３０のオフ時に信号線ＬＬｉを介して供給
される信号（以下「高しきい値ＡＮＤ出力」という）が
ハイレベルである場合、又スイッチ回路４４のオン時、
即ちフォトカプラ３０のオン時に信号線ＬＵｉを介して
供給される信号（以下「低しきい値ＯＲ出力」という）
がロウレベルである場合には、何等かの故障があるもの
として、直ちに、組電池１０の充放電を禁止するコマン
ドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を
図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知す
る。
【００９０】一方、高しきい値ＡＮＤ出力がロウレベ
ル、且つ低しきい値ＯＲ出力がハイレベルの時には、ス
イッチ回路４４のオフ時に信号線ＬＵｉを介して供給さ
れる信号（以下「高しきい値ＯＲ出力」という）、及び
スイッチ回路４４のオン時に信号線ＬＬｉを介して供給
される信号（以下「低しきい値ＡＮＤ出力」という）に
従って、以下の制御を実行する。
【００９１】即ち、高しきい値ＯＲ出力がハイレベル、
且つ低しきい値ＡＮＤ出力がハイレベルであれば、セル
グループＣＧｉ中に過充電の単位セルがあるものとし
て、第１実施形態にて、グループ過充電検出信号ＯＵｉ
がロウレベルからハイレベルに変化した場合と全く同様
に動作する。
【００９２】また、高しきい値ＯＲ出力がロウレベル、
且つ低しきい値ＡＮＤ出力がロウレベルであれば、セル
グループＣＧｉ中に過放電の単位セルがあるものとし
て、第１実施形態にて、グループ過放電検出信号ＯＬｉ
がハイレベルからロウレベルに変化した場合と全く同様
に動作する。
【００９３】更に、高しきい値ＯＲ出力がハイレベル、
且つ低しきい値ＡＮＤ出力がロウレベルの時には、セル
グループＣＧｉ内に、過放電の単位セルと過充電の単位
セルとが混在するか、又はその他の故障が発生したもの
として、直ちに、組電池１０の充放電を禁止するコマン
ドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を
図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知す
る。
【００９４】なお、図５は、信号線ＬＬｉ，ＬＵｉを介
して供給される信号の信号レベルと、それに基づいて推
定される状態との対応関係を表す一覧表である。以上説
明したように、本実施形態の組電池システム２ａによれ
ば、充電状態検出装置ＣＭＵｉの構成が、第１実施形態
のものと比較して、ほぼ半分に削減されているにも関わ
らず、第１実施形態におけるグループ過充電検出信号Ｏ
Ｕｉ（高しきい値ＯＲ出力）、グループ過放電検出信号
ＯＬｉ（低しきい値ＡＮＤ出力）、第１異常検出信号Ｅ
Ｕｉ（低しきい値ＡＮＤ出力）、第２異常検出信号ＥＬ
ｉ（高しきい値ＯＲ出力）と同等の信号を得ることがで
きるため、第１実施形態の場合と同様の効果を得ること
ができる。
【００９５】しかも、これらの信号に加えて、高しきい
値ＡＮＤ出力、及び低しきい値ＯＲ出力も得ることがで
きるため、充電状態検出装置ＣＭＵｉに異常が発生した
場合に、その原因をより詳細に特定することができる。
なお、本実施形態では、ＯＲ回路３２の出力及びＡＮＤ
回路３３の出力をいずれもＢＣＵ１２に供給するように
されているが、充電状態検出装置ＣＭＵｉに、フォトカ
プラ３０がオフ状態の時にはＯＲ回路３２の出力を選択
し、フォトカプラ３０がオン状態の時にはＡＮＤ回路３
３の出力を選択する選択回路を設け、選択回路にて選択
された信号のみを、ＢＣＵ１２に供給するように構成し
てもよい。
【００９６】この場合でも、第１実施形態の組電池シス
テム２と同様の効果を得ることができるだけでなく、充
電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍとＢＣＵ１２との間
の配線を半減させることができる。また、本実施形態で
は、過充放電判定回路ＵＬijにおけるしきい値の切替
を、フォトカプラ３０を介してＢＣＵ１２が制御するよ
うに構成されているが、充電状態検出装置ＣＭＵｉに、
自励の発振回路を設けて、この発振回路の出力を使用し
て自動的に行うように構成してもよい。この場合、電源
供給ラインＬＤが不要となるため、充電状態検出装置Ｃ
ＭＵ１〜ＣＭＵｍとＢＣＵ１２との間の配線を、更に削
減することができる。
【００９７】以上、本発明のいくつかの実施形態につい
て説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、セルグループＣＧｉを構成
する単位セル数を６個としたが、これに限らず、単位セ
ル数は何個であってもよい。但し、充電状態検出装置Ｃ
ＭＵｉを構成する回路素子の耐電圧の問題などから、平
均セル電圧が３．６Ｖのリチウム電池の場合は、４〜６
直列程度とすることが望ましい。特に、充電状態検出装
置ＣＭＵｉを集積回路（ＩＣ）化する場合には、６直列
以下とすることが望ましい。
【００９８】また、上記実施形態では、過充電判定回路
Ｕij、過放電判定回路Ｌij、過充放電判定回路ＵＬij
は、セル電圧ＶＣijを分圧する際の分圧比を変更するこ
とにより、しきい値電圧が相対的に変化するように構成
したが、図６に示すように、抵抗Ｒａ，Ｒｂからなる分
圧回路５０と、抵抗Ｒｃ、２種類の電圧発生源ＤＵ，Ｄ
Ｌ、スイッチ回路４４と連動し、電圧発生源ＤＵ，ＤＬ
のいずれか一方を選択して抵抗Ｒｃと接続する選択回路
５２からなる基準電圧発生回路５４と、分圧回路５０の
出力、及び基準電圧発生回路５４の出力を大小比較する
コンパレータ５６とにより構成し、基準電圧発生回路５
４が発生させるしきい値電圧を直接変化させるようにし
てもよい。
【００９９】更に、過充電判定回路Ｕij、過放電判定回
路Ｌij、過充放電判定回路ＵＬijは、例えば、図７に示
すように、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1
〜Ｃin毎に、単位セルＣijのセル電圧ＶＣijを、セルグ
ループＣＧｉの負極電位を基準とした電圧に変換する電
圧検出回路ＤＶijと、この電圧検出回路ＤＶijの出力と
外部から供給される基準電圧と大小比較するコンパレー
タＣＭＰijとにより構成し、これらとは別に、スイッチ
回路４４と連動し、セルグループＣＧｉの負極電位を基
準とした基準電圧ＶRU，ＶRLのいずれかを発生させる基
準電圧発生回路５８を設け、この基準電圧発生回路５８
にて発生させた基準電圧を、各コンパレータＣＭＰi1〜
ＣＭＰinに供給するように構成してもよい。
【０１００】この場合、電圧検出回路ＤＶijをＩＣ化す
ることはできないが、それ以外の部分は、セルグループ
ＣＧｉを構成する単位セル数が何個であっても、一体に
ＩＣ化することが可能となる。また、上記実施形態で
は、過充電判定回路Ｕijが過充電を検出した時のアクテ
ィブレベルをハイレベル、また過放電判定回路Ｌijが過
放電を検出した時のアクティブレベルをロウレベルに設
定しているが、これに限らず、ハイレベル、ロウレベル
のいずれをアクティブレベルとして設定してもよい。但
し、過放電の検出時に、充電状態検出装置ＣＭＵｉに流
れる動作電流ができるだけ小さくなるように設定するこ
とが望ましい。
【０１０１】また更に、組電池１０を構成する単位セル
Ｃ11〜Ｃmnは、リチウム電池に限らず、鉛電池やニッケ
ル系電池などの他の二次電池、単位セルを複数個直並列
に接続したセルモジュールのような任意の電池を用いる
ことが可能である。これらの電池は、リチウム二次電池
と比較して過充電や過放電に強いため、充電状態の検出
は、必ずしも必要ではないが、これを適用することによ
り、組電池の性能を最大限に引き出し、また寿命を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 組電池システムの全体構成を表すブロック図
である。
【図２】 第１実施形態における充電状態検出装置、及
び組電池コントローラの内部構成を表すブロック図であ
る。
【図３】 過充電判定回路及び過放電判定回路の詳細を
表す回路図である。
【図４】 第２実施形態における充電状態検出装置、及
び組電池コントローラの内部構成を表すブロック図であ
る。
【図５】 充電状態検出装置の出力信号の信号レベル
と、信号レベルから推定される装置の内部状態との関係
を表す一覧表である。
【図６】 過放電判定回路，過充電判定回路，過充放電
判定回路の他の構成例を表す回路図である。
【図７】 過放電判定回路，過充電判定回路，過充放電
判定回路の他の構成例を表す回路図である。
【図８】 （ａ）は従来の充電状態検出装置の構成を表
すブロック図、（ｂ）は過充電判定回路及び過放電判定
回路の詳細を表す回路図である。
【符号の説明】
２，２ａ…組電池システム、４…ＨＥＶコントローラ
（ＶＣＵ）６…インバータ、８…電動機、１０…組電
池、１２…組電池コントローラ（ＢＣＵ）１４…電流セ
ンサ、２０，２４，５０…分圧回路、２１，２５…スイ
ッチ回路、２２，２６…定電圧回路、２３，２７，５６
…コンパレータ、３０，３１…フォトカプラ、３２，３
５…論理和（ＯＲ）回路、３３，３６…論理積（ＡＮ
Ｄ）回路、３４，３７，５２…選択回路、４１，４２…
フォトカプラ、４４…スイッチ回路、４５…ＣＰＵ、４
６…メモリ、５４，５８…基準電圧発生回路、Ｃij…単
位セル、ＣＧｉ…セルグループ、ＣＭＵｉ…充電状態検
出装置、ＤＬ，ＤＵ…電圧発生源、ＤＶ…電圧検出回
路、Ｌij…過放電判定回路、Ｕij…過充電判定回路、Ｕ
Ｌij…過充放電判定回路、ＬＬｉ，ＬＵｉ…信号線、Ｌ
Ｓｉ…セルグループ電圧検出線、ＲＬａ〜ＲＬｃ，ＲＬ
ｘ，ＲＵａ〜ＲＵｃ，ＲＵｘ，Ｒａ〜Ｒｃ…抵抗、ＶＳ
Ｃｉ…グループ電圧検出回路
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２Ｄ ＺＨＶ ＺＨＶＳ (72)発明者 今井 敦志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 山下 晴義 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB12 CC01 CC04 CC06 CC07 CC12 CC27 CC28 CD01 CD04 CD09 CD14 CE07 5G003 AA07 BA03 CA14 CC02 DA07 DA13 EA06 GB06 GC05 5H030 AA03 AA04 AA06 AA10 AS06 AS08 BB10 FF43 FF44 5H115 PA08 PG04 PI18 PU01 PU21 PV09 PV22 SE06 SJ11 TI01 TI05 TI09 TU04 TU16

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 充放電可能な組電池を構成する各単位セ
    ル毎に設けられ、該単位セルの両端電圧であるセル電圧
    が、該セル電圧の許容電圧範囲の上限値に設定された第
    １しきい値電圧を上回っていると出力がアクティブレベ
    ルとなる第１電圧比較手段と、 前記単位セル毎に設けられ、該単位セルのセル電圧が、
    前記許容電圧範囲の下限値に設定された第２しきい値電
    圧を下回っていると出力がアクティブレベルとなる第２
    電圧比較手段と、 前記単位セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出
    力の論理和を求めることにより過充電検出信号を生成す
    る第１論理和演算手段と、 前記単位セル毎に設けられた第２電圧比較手段同士の出
    力の論理和を求めることにより過放電検出信号を生成す
    る第２論理和演算手段と、を備えた充電状態検出装置に
    おいて、 外部からの指令に従って、前記第１しきい値電圧を、前
    記許容電圧範囲の下限値以下の第１検査値に変更すると
    共に、前記第２しきい値電圧を、前記許容電圧範囲の上
    限値以上の第２検査値に変更するしきい値電圧変更手段
    と、 前記単位セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出
    力の論理積を求めることにより第１異常検出信号を生成
    する第１論理積演算手段と、 前記単位セル毎に設けられた第２電圧比較手段同士の出
    力の論理積を求めることにより第２異常検出信号を生成
    する第２論理積演算手段と、を設けたことを特徴とする
    充電状態検出装置。
  2. 【請求項２】 前記しきい値電圧変更手段による前記第
    １及び第２しきい値電圧の変更前には、前記過充電検出
    信号及び過放電検出信号を選択し、前記第１及び第２し
    きい値電圧の変更後には、前記第１及び第２異常検出信
    号を選択して出力する選択手段を設けたことを特徴とす
    る請求項１記載の充電状態検出装置。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２電圧比較手段は、 前記セル電圧を分圧する分圧回路と、 該分圧回路にて生成された比較電圧と前記許容電圧範囲
    の上限値或いは下限値を前記分圧回路の分圧比にて分圧
    した大きさに設定された基準電圧とを大小比較するコン
    パレータと、 からなり、 前記しきい値電圧変更手段は、前記分圧回路での分圧比
    を変化させ、前記基準電圧に対する前記比較電圧の大き
    さを相対的に変化させることにより、前記第１或いは第
    ２しきい値電圧を変化させることを特徴とする請求項１
    又は請求項２記載の充電状態検出装置。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２電圧比較手段は、該電
    圧比較手段での比較対象となる単位セル、或いは該単位
    セルが属する単位セルのグループから、電源供給を受け
    て動作することを特徴とする請求項１ないし請求項３い
    ずれか記載の充電状態検出装置。
  5. 【請求項５】 前記単位セルは、リチウムイオンを吸蔵
    放出する材料からなる電極によって構成されるリチウム
    電池であることを特徴とする請求項１ないし請求項４い
    ずれか記載の充電状態制御装置。
  6. 【請求項６】 前記組電池は、電気自動車或いはハイブ
    リッド電気自動車の動力源として実装される車載用のも
    のであることを特徴とする請求項１ないし請求項５いず
    れか記載の充電状態制御装置。
  7. 【請求項７】 充放電可能な組電池を構成する各単位セ
    ル毎に設けられ、該単位セルの両端電圧であるセル電圧
    が、該セル電圧の許容電圧範囲の境界値に設定されたし
    きい値電圧を、前記許容電圧範囲から外れる側に越える
    と、出力がアクティブレベルとなる電圧比較手段と、 該単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の論
    理和を求める論理和演算手段と、 を備えた充電状態検出装置において、 外部からの指令に従って、前記しきい値電圧を、前記境
    界値から、前記単位セルのセル電圧が前記許容電圧範囲
    内にあれば前記電圧比較手段の出力がアクティブレベル
    となる大きさの検査値に変更するしきい値電圧変更手段
    と、 前記単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の
    論理積を求める論理積演算手段とを設けたことを特徴と
    する充電状態検出装置。
  8. 【請求項８】 前記境界値及び前記検査値のうち、一方
    を前記許容電圧範囲の上限値、他方を該許容電圧範囲の
    下限値に設定したことを特徴とする請求項７記載の充電
    状態検出装置。
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