JP2004282798A - 組電池の異常検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】充電可能な複数のセルから構成される組電池の異常検出装置において、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnは、セルの異常を検出する機能と、自己の故障診断を行う機能とを備えている。全てのセルが正常であると判定された時に出力される信号レベルと、自己の故障診断の結果が正常である時に出力される信号レベルとは異なるレベルであり、セルの異常検出信号と故障診断信号とを1本の信号線にて時分割して交互に出力する。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルから構成される組電池の異常を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
組電池を構成するセルの両端子のそれぞれに接続される検出端子を有し、両検出端子間の電圧に基づいて、セルの過充電や過放電を検出する装置が知られている(特許文献1参照)。このような装置は、セルの過充電や過放電を検出する装置自身の故障診断を行う機能を備えている場合もある。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−157367号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、セルの異常を検出する装置自身が故障しているか否かを診断するために、異常検出装置を診断モードに切り換えるためのトリガを入力するためのトリガ信号線が必要となるため、セルの異常検出結果を出力するための信号線を考慮すると、信号線の一本化ができなくなるという問題があった。
【0005】
本発明は、セルの異常を検出する異常検出手段による検出結果と異常検出手段の故障を診断する故障診断手段による診断結果とを1本の信号線を用いて出力する組電池の異常検出装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による組電池の異常検出装置は、各セルの異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段の故障を診断する故障診断手段とを備える。異常検出手段により全てのセルが正常であると判定された時に出力される信号レベルと、故障診断手段により異常検出手段が正常であると診断された時に出力される信号レベルとは異なるレベルであり、異常検出手段により出力される信号と故障診断手段により出力される信号とを1本の信号線にて時分割して交互に出力することを特徴とする。
【0007】
【発明の効果】
本発明による組電池の異常検出装置によれば、セルの異常検出結果と、セルの異常を検出する異常検出手段の故障診断結果とを1本の信号線にて出力することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図である。一実施の形態における組電池の異常検出装置100は、過充電検出回路a1〜anと、過放電検出回路b1〜bnと、オア回路2,c1〜cnと、アンド回路3,d1〜dnと、スイッチ4,e1〜enと、クロック回路10と、信号伝送用フォトカプラ20(以下、単にフォトカプラ20と呼ぶ)と、NPNトランジスタ30とを備える。フォトカプラ20は、発光ダイオード21とフォトトランジスタ30とを備える。
【0009】
組電池1は、充放電可能なn個のセルs1〜snを直列に接続して構成される。過充電検出回路a1〜an、過放電検出回路b1〜bn、オア回路c1〜cn、アンド回路d1〜dn、および、スイッチe1〜enは、各セルごとに設けられている。
【0010】
過充電検出回路a1〜anは、対応するセルs1〜snの端子電圧が第1の所定電圧より上昇して過充電になったことを検出する。また、過充電検出回路a1〜anは、過充電検出機能が故障していないかを診断する自己診断機能を有する。過充電検出機能と自己診断機能との切り換えは、クロック回路10から入力されるクロック信号に基づいて行われる。本実施の形態では、入力されるクロック信号がHiレベルの場合に、過充電検出回路自身の自己診断を行う。この場合、過充電検出回路a1〜anは、自己診断の結果が正常であればHiレベルの信号を出力し、異常であればLowレベルの信号を出力する。なお、信号がHiレベルの状態とは電流が流れている状態であり、Lowレベルの状態とは、電流が流れていない状態である。
【0011】
一方、クロック回路10から入力されるクロック信号がLowレベルの場合には、対応するセルs1〜snの過充電検出を行う。この場合、過充電検出回路a1〜anは、対応するセルs1〜snが過充電状態ではなく正常であると判断するとLowレベルの信号を出力し、過充電状態であると判断するとHiレベルの信号を出力する。
【0012】
過放電検出回路b1〜bnは、対応するセルs1〜snの端子電圧が第2の所定電圧より下降して過放電になったことを検出する。また、過放電検出回路b1〜bnは、過放電検出機能が故障していないかを診断する自己診断機能を有する。過放電検出機能と自己診断機能との切り換えは、クロック回路10から入力されるクロック信号に基づいて行われる。本実施の形態では、入力されるクロック信号がHiレベルの場合に、過放電検出回路自身の自己診断を行う。この場合、過放電検出回路b1〜bnは、自己診断の結果が正常であればHiレベルの信号を出力し、異常であればLowレベルの信号を出力する。
【0013】
一方、クロック回路10から入力されるクロック信号がLowレベルの場合には、対応するセルs1〜snの過放電検出を行う。この場合、過放電検出回路b1〜bnは、対応するセルs1〜snが過放電状態ではなく正常であると判断するとLowレベルの信号を出力し、過放電状態であると判断するとHiレベルの信号を出力する。過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnの検出結果は、オア回路d1〜dnおよびアンド回路e1〜enに入力される。
【0014】
スイッチe1〜enは、オア回路c1〜cnからの出力とアンド回路d1〜dnからの出力とを切り換える。出力の切り換えは、クロック回路10から入力されるクロック信号に基づいて行われる。過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnの自己診断を行う時、すなわち、クロック信号がHiレベルの場合には、アンド回路d1〜dnからの出力が選択される。一方、過充電検出回路a1〜anによるセルの過充電検出および過放電検出回路b1〜bnによるセルの過放電検出が行われる場合、すなわち、クロック信号がLowレベルの場合は、オア回路c1〜cnからの出力が選択される。スイッチe1〜enの切り換えにより選択された出力は、オア回路2およびアンド回路3に入力される。
【0015】
オア回路2で行われる論理和演算結果およびアンド回路3で行われる論理積演算結果のうち、一方の演算結果がスイッチ4により選択されて出力される。出力の切り換えは、クロック回路10から入力されるクロック信号に基づいて行われる。すなわち、クロック信号がHiレベルの場合には、アンド回路3からの出力が選択され、クロック信号がLowレベルの場合には、オア回路2からの出力が選択される。
【0016】
上述した動作についてまとめておく。クロック信号がHiレベルの場合には、全ての過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnは、自己の検出回路の故障診断を行う。過充電検出回路a1〜anの自己診断結果と過放電検出回路b1〜bnの自己診断結果は、アンド回路d1〜dnで論理積演算が行われた後、演算結果がアンド回路3に入力されて論理積演算が行われる。自己診断結果が正常の時には、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnからはHiレベルの信号が出力されるので、全ての検出回路a1〜an,b1〜bnの自己診断結果が正常であれば、アンド回路3の出力は、Hiレベルとなる。一方、少なくともいずれか1つの検出回路a1〜an,b1〜bnの自己診断結果が異常を示す場合には、アンド回路3の出力は、Lowレベルとなる。
【0017】
クロック信号がLowレベルの場合には、過充電検出回路a1〜anは対応するセルs1〜snの過充電検出を行い、過放電検出回路b1〜bnは対応するセルs1〜snの過放電検出を行う。過充電検出および過放電検出の結果は、オア回路c1〜cnで論理和演算が行われた後、演算結果がオア回路2に入力されて論理和演算が行われる。セルs1〜snが正常の時には、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnからはLowレベルの信号が出力されるので、全てのセルs1〜snが正常(過充電状態でも過放電状態でもない状態)であれば、オア回路2の出力はLowレベルとなる。一方、少なくともいずれか1つのセルs1〜snが過充電状態または過放電状態であれば、オア回路2の出力はHiレベルとなる。スイッチ4を介して出力される信号レベルをクロック信号のレベル、セルs1〜snの状態、自己診断結果に基づいてまとめた図を図2に示す。
【0018】
スイッチ4により選択されるオア回路2の出力またはアンド回路3の出力は、NPNトランジスタ30のベース端子に入力される。NPNトランジスタ30のエミッタ端子は組電池1の負極端子に接続され、コレクタ端子はフォトカプラ20の発光ダイオード21を介して、組電池1の正極端子に接続されている。これにより、NPNトランジスタ30は、ベース端子に入力される信号がHiレベルの時にオンし、Lowレベルの時にオフする。
【0019】
NPNトランジスタ30がオンすると、発光ダイオード21に電流が流れることにより、フォトカプラ20のフォトトランジスタ22がオンする。フォトトランジスタ22のコレクタ端子は、抵抗R0を介して電圧Vddの電源と接続され、エミッタ端子は接地されている。従って、フォトトランジスタ22がオンすると、フォトトランジスタ22のコレクタ−エミッタ間電圧Vtは、グランド電位と等しくなる。一方、トランジスタ30がオフとなっている場合には、フォトトランジスタ22もオフとなっているので、フォトトランジスタ22のコレクタ−エミッタ間電圧Vtは、電圧Vddと等しくなる。なお、抵抗R0の抵抗値は、フォトカプラの1次側、すなわち、発光ダイオード21が非通電の時の2次側(フォトトランジスタ22)の抵抗値に比べて、十分に小さいものとする。
【0020】
一実施の形態における組電池の異常検出装置100は、フォトトランジスタ22のコレクタ−エミッタ間電圧Vtを検出することにより、セルs1〜snの異常(過充電状態または過放電状態)、および、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bn自身の異常を検出する。この原理について、図3(a)〜(e)を用いて説明する。
【0021】
図3(a)は、クロック回路10から出力されるクロック信号のレベル変化(時間変化)を示している。図3(b)は、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnが全て正常の場合の出力電圧Vtの変化を示す図であり、図3(a)に示すクロック信号のレベル変化と対応している。上述したように、クロック信号がHiレベル(回路の自己診断)の場合には、アンド回路3の出力がHiレベルとなるので、トランジスタ30およびフォトトランジスタ22がオンするので、出力電圧Vtは0(グランドレベル)となる。また、クロック信号がLowレベル(セルの異常検出)の場合には、オア回路2の出力がLowレベルとなるので、トランジスタ30およびフォトトランジスタ22はオフとなり、出力電圧VtはVddとなる。
【0022】
図3(c)は、検出回路a1〜an,b1〜bnは全て正常であるが、いずれかのセルs1〜snが過充電状態または過放電状態である場合の出力電圧Vtの変化を示す図である。図3(c)に示す出力電圧Vtの変化も、図3(a)に示すクロック信号のレベル変化と対応している。クロック信号がHiレベルの時、すなわち、検出回路a1〜an,b1〜bnの自己診断を行う時の出力電圧Vtは、図3(b)の場合と同じLowレベルである。クロック信号がLowレベルの時には、いずれかのセルs1〜snが過充電状態または過放電状態であれば、オア回路2からの出力信号がHiレベルとなるので、トランジスタ30およびフォトトランジスタ22がオンする。従って、出力電圧Vtは0(グランドレベル)となる。すなわち、図3(c)に示すように、クロック信号のレベルに関わらず、出力電圧VtはLowレベルとなる。
【0023】
図3(d)は、全てのセルs1〜snが正常であるが、いずれかの検出回路a1〜an,b1〜bnに故障が発生している場合の出力電圧Vtの変化を示す図である。図3(d)に示す出力電圧Vtの変化も、図3(a)に示すクロック信号のレベル変化と対応している。クロック信号がLowレベルの時、すなわち、セルs1〜snの異常検出を行うときの出力電圧Vtは、図3(b)の場合と同じHiレベルである。クロック信号がHiレベルの時には、いずれか1つの検出回路a1〜an,b1〜bnが自己診断の結果、異常があると判断すると、アンド回路3から出力される信号はLowレベルとなるので、トランジスタ20およびフォトトランジスタ22がともにオフとなり、出力電圧VtはVddとなる。すなわち、図3(d)に示すように、クロック信号のレベルに関わらず、出力電圧VtはHiレベルとなる。
【0024】
図3(e)は、いずれかのセルs1〜snが過充電状態または過放電状態であり、かつ、いずれかの検出回路a1〜an,b1〜bnに故障が発生している場合の出力電圧Vtの変化を示す図である。図3(e)に示す出力電圧Vtの変化も、図3(a)に示すクロック信号のレベル変化と対応している。この場合には、図3(b)に示す、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnが全て正常の場合の出力電圧Vtの特性と逆の特性を示す。すなわち、クロック信号がHiレベルの時には、いずれか1つの検出回路a1〜an,b1〜bnが自己診断の結果、異常があると判断して、アンド回路3から出力される信号はLowレベルとなるので、トランジスタ20およびフォトトランジスタ22がともにオフとなり、出力電圧VtはVdd(Hiレベル)となる。また、クロック信号がLowレベルの時には、いずれかのセルs1〜snが過充電状態または過放電状態であるため、オア回路2からの出力信号がHiレベルとなるので、トランジスタ30およびフォトトランジスタ22がともにオンして、出力電圧Vtは0(Lowレベル)となる。
【0025】
一実施の形態における組電池の異常検出装置100では、クロック信号がHiレベルとなっている期間とLowレベルとなっている期間の長さを変えている。これにより、図3(a)〜図3(e)に示す4つの信号パターンを解析するためのデコーダを用いずに、積分回路を用いて識別することができる。本実施の形態では、クロック信号がHiレベルの時の期間がLowレベルの期間より短いため、フォトトランジスタ22を流れる電流を積分した値は、図3(d)、図3(b)、図3(e)、図3(c)の順に小さくなる。すなわち、クロック信号のレベルに応じた出力電圧Vtの大きさを検出しなくても、フォトトランジスタ22を流れる電流を積分する積分回路を用いることにより、4つの信号パターンを識別することができる。従って、一実施の形態における組電池の異常検出装置100から出力される信号を受信して、セルs1〜snの異常および検出回路a1〜an,b1〜bn自身の異常の有無を判定する充放電制御回路(不図示)の回路構成を簡易なものとすることができる。
【0026】
また、クロック信号がHiレベルの時の期間をLowレベルの期間よりも短くしたので、異常検出装置に流れる消費電流を低減することができる。すなわち、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnが全て正常の場合には、発光ダイオード21が導通するのは、検出回路a1〜an,b1〜bnの自己診断時、すなわち、クロック信号がHiレベルの時である。従って、クロック信号をHiレベルとする期間をLowレベルとする期間よりも短くすることにより、装置全体で消費される電流を低減することができる。
【0027】
一実施の形態における組電池の異常検出装置100によれば、セルs1〜snの異常(過充電状態または過放電状態)検出信号と、セルの異常検出を行う検出回路a1〜an,b1〜bn自身の故障診断信号とを1本の信号線にて出力することができる。具体的には、全てのセルが正常であることを示す信号の信号レベルと、全ての検出回路が正常であることを示す信号の信号レベルとを異なるレベルとし、両信号を1本の信号線にて時分割して交互に出力するので、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnが共に正常であるときの出力信号をパルス化して、1本の信号線にて出力することができる。すなわち、セルs1〜snの異常検出信号と、セルの異常検出を行う検出回路a1〜an,b1〜bn自身の故障診断信号とを1本の信号線にて時分割して交互に出力するので、両信号を効率よく出力することができるとともに、セルの異常およびセルの異常検出回路自身の故障を簡易な構成により検出することができる。
【0028】
セルの異常検出結果を示す信号と、検出回路a1〜an,b1〜bnの故障診断結果を示す信号とを、一実施の形態における組電池の異常検出装置100が備えているクロック回路10が出力するクロック信号(内部クロック)に基づいて時分割するので、出力信号を切り換えるための外部からの信号線(トリガ信号用の線)が不要となる。
【0029】
また、セルの異常検出結果を示す信号の出力期間の長さと、故障診断結果を示す信号の出力期間の長さを変えたので、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnの双方に異常が発生していることも検出することができる。すなわち、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnの双方に異常が発生している場合の出力電圧Vtの変化は、図3(e)に示すように、HiレベルとLowレベルの状態が交互に現れるため、出力電圧VtがHiレベルとLowレベルとが交互に現れる正常時の信号レベル(図3(a))と判別し難い。しかし、一実施の形態における組電池の異常検出装置100では、セルの異常を検出する期間の長さと、検出回路a1〜an,b1〜bnの故障診断を行う期間の長さとを変えたので、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnの双方に異常が発生していることも容易に検出することができる。
【0030】
一実施の形態における組電池の異常検出装置100では、セルs1〜snおよび検出回路a1〜an,b1〜bnの双方が正常の場合に、セルの異常検出時と検出回路の故障診断時とにおいて、異常検出装置100内で消費される電流量が異なるため、消費電流が大きくなる時の信号出力期間を消費電流が小さい方の信号出力期間より短く。これにより、異常検出装置全体で消費される電流を低減することができる。
【0031】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、クロック信号がHiレベルの時に検出回路a1〜an,b1〜bnの故障診断を行い、クロック信号がLowレベルの時にセルs1〜snの異常検出を行ったが、クロック信号のHi/Lowは逆でもよい。また、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnは、ともに自己の回路の故障診断機能を備えているが、別途、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnの故障診断を行う故障診断回路を備えるようにしてもよい。
【0032】
また、セルs1〜snの過充電状態および過放電状態を検出するために、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnを備えるようにしたが、セルの過充電状態と過放電状態とを1つの異常検出回路を用いて検出する構成としてもよい。この場合、異常検出回路は、セルの過充電状態を検出する際に用いる電圧判定しきい値と、過放電状態を検出する際に用いる電圧判定しきい値とを用意すればよい。
【0033】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、過充電検出回路a1〜anおよび過放電検出回路b1〜bnが異常検出手段および故障診断手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図
【図2】スイッチ4を介して出力される信号レベルをクロック信号のレベル、セルの状態、自己診断結果に基づいてまとめた図
【図3】図3(a)はクロック信号の状態を示す図、図3(b)〜図3(e)は、出力電圧Vtの変化を示す図
【符号の説明】
1…組電池、2…オア回路、3…アンド回路、4…スイッチ、10…クロック回路、20…フォトカプラ、21…発光ダイオード、22…フォトトランジスタ、30…NPNトランジスタ、s1〜sn…セル、a1〜an…過充電検出回路、b1〜bn…過放電検出回路、c1〜cn…オア回路、d1〜dn…アンド回路、e1〜en…スイッチ
Claims (4)
- 充電可能な複数のセルから構成される組電池の異常検出装置において、
各セルの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段の故障を診断する故障診断手段とを備え、
前記異常検出手段により全てのセルが正常であると判定された時に出力される信号レベルと、前記故障診断手段により前記異常検出手段が正常であると診断された時に出力される信号レベルとは異なるレベルであり、
前記異常検出手段から出力される信号と前記故障診断手段から出力される信号とを1本の信号線にて時分割して交互に出力することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1に記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段により出力される信号と前記故障診断手段により出力される信号とを内部クロックに基づいて時分割することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1または2に記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段から出力される信号の出力期間と前記故障診断手段から出力される信号の出力期間とを異なる長さとすることを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段により全てのセルが正常であると判定された時に信号を出力する時と、前記故障診断手段により前記異常検出手段が正常であると診断された時に信号を出力する時とにおいて、前記組電池の異常検出装置内の消費電流が異なる場合には、消費電流が大きい方の信号出力期間を消費電流が小さい方の信号出力期間より短くすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
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