JP2009159769A

JP2009159769A - 組電池の電池管理装置

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Publication number: JP2009159769A
Application number: JP2007337236A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakamura; 将司中村
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP5224095B2

Abstract

【課題】放電スイッチが故障したとしても、電池の放電を回避可能な組電池の電池管理装置を提供する。
【解決手段】複数の単位電池Ｅ１〜Ｅ３を直列的に接続してなる組電池であって、単位電池Ｅ１〜Ｅ３の直列接続段数に応じた段数の入力端子Ａ１〜Ａ３を有する電圧検出装置１０と、前記各入力端子Ａ１〜Ａ３と各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の正極とを接続する各入力ラインＬ１〜Ｌ３と、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１と、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１を経由して負極に至る各放電ループ内に設けられる各放電抵抗Ｒａ、Ｒｂと、前記各入力ラインＬ１〜Ｌ３上に設けられ、同入力ラインＬ１〜Ｌ３を開閉する各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２と、を備え、かつ前記入力ラインＬ１〜Ｌ３上において前記計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２を、前記単位電池Ｅ１〜Ｅ３側から見て前記放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１に対する節点Ｐ１〜Ｐ３よりも近い側に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池の電池管理装置に関する。

従来より、複数の単位電池を直列的に接続して、所定の高電圧を得るようにした組電池が広く知られている。この種の組電池は、例えば下記特許文献１にもあるように、各単位電池に対応して放電抵抗よりなる放電回路をそれぞれ設け、電圧の高い単位電池を、電圧の低い単位電池に合わて放電させ、各単位電池の電池電圧を均等化している。
特開２００１−２１８３７６公報

一般に、上記放電抵抗には、これと直列的に放電用スイッチが設けられており、放電用スイッチを必要な場合にのみ閉じて、特定の単位電池を放電させる構成をとっているが、仮に放電用スイッチが故障してしまうと、放電抵抗に電流が流れ続けることとなり、単位電池が過度に放電してしまう。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放電スイッチが故障したとしても、電池の放電を回避可能な組電池の電池管理装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の単位電池を直列的に接続してなる組電池の電池管理装置であって、前記単位電池の直列接続段数に応じた段数の入力部を有する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の各入力部と前記各単位電池の正極とを１対１の対応関係で接続する各入力ラインと、初段の入力ラインとグラウンドとの間、及び前記各入力ライン間において前記各単位電池と１対１の対応関係で設けられる放電スイッチと、前記各単位電池の正極から各放電スイッチを経由して負極に至る各放電ループ内に設けられる各放電抵抗と、前記各入力ライン上に設けられ、同入力ラインを開閉する各計測スイッチと、前記放電スイッチ、及び前記計測スイッチの開閉を制御するスイッチ制御手段と、を備え、前記各計測スイッチをオン、前記各放電スイッチをオフさせて、前記各単位電池の電池電圧を前記電圧検出手段にて検出し、検出電圧値の高い単位電池に対応する放電スイッチをオンさせて、当該検出電圧値の高い単位電池を前記放電抵抗を通じて放電させることで各単位電池の電池電圧を均等化する電圧均等化機能を少なくとも有すると共に、前記入力ライン上において前記計測スイッチを、前記放電スイッチに対する節点よりも前記単位電池に近い側に設けたところに特徴を有する。

この発明の実施態様として以下の構成とすることが好ましい。
・前記電圧検出手段にて計測される電圧の、前記放電スイッチの開閉に伴なう変動パターンに基づいて当該放電スイッチの故障の有無を診断する。このようにしておけば、比較的簡単に放電スイッチの故障を診断でき、また電池管理装置の回路構成も簡単な構成で済む。

・前記放電スイッチを開閉させたときに、前記電圧検出手段にて計測される電圧が、予め決められた分圧比に従って変化するように前記放電ループ内に前記放電抵抗を少なくとも２以上配置する。このようにしておけば、放電スイッチの故障診断を確実に行うことが可能となる。

・初段の入力ラインとグラウンドとの間、及び前記各入力ライン間であって、前記放電スイッチよりも前記電圧検出手段側に近い位置に、前記各単位電池と１対１で対応関係でホールドコンデンサを設け、前記単位電池の電池電圧を各ホールドコンデンサに一旦ホールドさせ、ホールドされた電圧を前記電圧検出手段にて計測可能な回路構成とすると共に、前記電圧検出手段にて計測された電圧が所定レベル以上であるか否かに基づいて、前記放電スイッチの故障の有無を診断する。このようにしておけば、比較的簡単に放電スイッチの故障を診断でき、また電池管理装置の回路構成も簡単な構成で済む。

本発明によれば、入力ライン上において計測スイッチを、放電スイッチに対する節点よりも単位電池に近い側に設けてある。従って、放電スイッチがショートモードで故障したとしても、計測スイッチをオフしてやれば、単位電池の放電を回避できる。

＜実施形態１＞
本実施形態１は、本発明の電池管理装置Ｕを用いて、バッテリＢを管理するようにしたものである。尚、バッテリＢは本発明の組電池に相当するものであり、本実施形態では三つの単位電池Ｅ１〜Ｅ３を直列的に接続してなる。

本電池管理装置Ｕは図１を参照して以下詳しく説明するように、電圧検出装置１０、入力ラインＬ１〜Ｌ３、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１、放電抵抗Ｒａ、Ｒｂ、計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２、及び放電抵抗Ｒａ、Ｒｂの抵抗値を予め記憶したメモリ５０を主体に構成され、単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電圧検出機能、単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電圧均等化機能、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の故障診断機能などを有している。

電圧検出装置１０は、ＡＤ１〜ＡＤ３の３つのＡ／Ｄ変換ポートを備えたＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０の入力段に設けられる計測回路３０とから構成されている。

計測回路３０は単位電池Ｅの直列接続段数に応じた段数、すなわち３段の入力端子Ａ１〜Ａ３とグラウンド端子Ｇ、及び３つの出力端子Ｂ１〜Ｂ３を備え、各出力端子Ｂ１〜Ｂ３がそれぞれ、ＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換ポートＡＤ１〜ＡＤ３に１対１の対応関係で接続されている。

この計測回路３０は各端子Ａ１〜Ａ３、Ｇに印加される電圧差を計測し、各出力端子Ｂ１〜Ｂ３を通じて出力する機能を担うものであり、本計測回路３０は複数個の差動アンプ（図略）等より構成されている。

そして、一段目の単位電池Ｅ１の正極と第一入力端子Ａ１とが、第一入力ラインＬ１により接続され、二段目の単位電池Ｅ２の正極と第二入力端子Ａ２とが第二入力ラインＬ２により接続され、三段目の単位電池Ｅ３と第三入力端子Ａ３とが第三入力ラインＬ３により接続されている。そして、一段目の単位電池Ｅ１の負極と、グラウンド端子Ｇとの間がグラウンドラインＬ０により接続されている。

これにより、第一入力ラインＬ１を通じて第一入力端子Ａ１に印加された電圧Ｖ１が、出力端子Ｂ１を通じてＣＰＵ２０のＡＤ１に入力され、また第二入力ラインＬ２を通じて第二入力端子Ａ２に印加された電圧（グラウンドを基準とした電位）と第一入力ラインＬ１を通じて第一入力端子Ａ１に印加された電圧（グラウンドを基準とした電位）の差分に相当する電圧Ｖ２が、出力端子Ｂ２を通じてＣＰＵ２０のＡＤ２に入力され、また第三入力ラインＬ３を通じて第三入力端子Ａ３に印加された電圧（グラウンドを基準とした電位）と第二入力ラインＬ２を通じて第二入力端子Ａ２に印加された電圧（グラウンドを基準とした電位）の差分に相当する電圧Ｖ３が出力端子Ｂ３を通じてＣＰＵ２０のＡＤ３に出力される構成となる。

そして、各ライン間には各単位電池Ｅ１〜Ｅ３と１対１の対応関係で放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１が設けられている。具体的には、一段目の単位電池Ｅ１の正極に連なる第一入力ラインＬ１と負極に連なるグラウンドラインＬ０との間に、放電抵抗Ｒａを直列的に接続した放電スイッチＳ１１が設けられている。

また、二段目の単位電池Ｅ２の正極に連なる第二入力ラインＬ２と負極に連なる第一入力ラインＬ１との間に、放電抵抗Ｒａを直列的に接続した放電スイッチＳ２１が設けられている。そして、更に三段目の単位電池Ｅ３の正極に連なる第三入力ラインＬ３と、負極に連なる第二入力ラインＬ２との間に、放電抵抗Ｒａを直列的に接続した放電スイッチＳ３１が設けられている。

また、各入力ラインＬ１〜Ｌ３にはそれぞれ計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２が設けられている。計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２は各入力ラインＬ１〜Ｌ３を開閉するものであり、各入力ラインＬ１〜Ｌ３上において、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３側から見て、前記放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１に対する節点Ｐ１〜Ｐ３よりも各単位電池Ｅ１〜Ｅ３に近い位置に設けられている。

また、各入力ラインＬ１〜Ｌ３上であって、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の正極と計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２との間にはそれぞれ放電抵抗Ｒｂが挿入され、更にクラウンドラインＬ０にも放電抵抗Ｒｂが挿入されている。

そして、上記した各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１とＣＰＵ２０との間、計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２とＣＰＵ２０との間はいずれも不図示の信号線を介して電気的に連なっており、ＣＰＵ２０から制御信号を与えることで各スイッチＳ１１〜Ｓ３１、Ｓ１２〜Ｓ２を個別に開閉制御できる構成となっている。

上記の如く回路構成された電池管理装置Ｕの回路動作について、電圧計測動作、バランス動作、故障診断動作の３つの動作に分けて説明する。尚、これら各動作がなされていない通常の状態では、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１、各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２はＣＰＵ２０により全てオフ状態に制御されている。

（ａ）電圧計測動作
各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３を計測するには、まず、図２に示すように、ＣＰＵ２０により各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２をオンしてやる。

すると、計測回路３０の各入力端子Ａ１〜Ａ３には各入力ラインＬ１〜Ｌ３を通じて単位電池Ｅ１〜Ｅ３の正極の電圧（グラウンドを基準とした電位）がそのまま印加され、さらに、ＣＰＵ２０の各入力ポートＡＤ１〜ＡＤ３には、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３に応じた電圧信号が入力される。よって、ＣＰＵ２０にて、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３のレベルを計測できる。

そして、ＣＰＵ２０にて各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３のレベルが一通り計測されると、一旦、各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２はオフされ、次に電池電圧(検出電圧値）Ｖｅの高い単位電池Ｅを対象としてバランス動作が行われる。尚、ここでは、一段目と二段目の単位電池Ｅ１、Ｅ２の電池電圧Ｖｅ１、Ｖｅ２のレベルは等しく、三段目の単位電池Ｅ３のみ電池電圧Ｖｅ３のレベルが高かったものとして、以下説明を続ける。

（ｂ）バランス動作
バランス動作が開始されると、ＣＰＵ２０は電池電圧Ｖｅの高かった単位電池Ｅの正負両極に連なる入力ラインＬに設けられる計測スイッチをオン状態、電池電圧Ｖの高かった単位電池Ｅに対応する放電スイッチをオン状態に制御し、他のスイッチは全てオフ状態に制御する。

従って、ここでは、図３にて示すように、三段目の単位電池Ｅ３の正極に連なる第三入力ラインＬ３上に設けられる計測スイッチＳ３２、三段目の単位電池Ｅ３の負極に連なる第二入力ラインＬ２上に設けられる計測スイッチＳ２２、及び放電スイッチＳ３１がオン状態に制御され、他のスイッチは全てオフ状態に制御される。

これにより、三段目の単位電池Ｅ３の正極から、放電抵抗Ｒｂ、計測スイッチＳ３２、放電スイッチＳ３１、放電抵抗Ｒａ、計測スイッチＳ２２、放電抵抗Ｒｂを経由して負極に至る放電ループが形成される結果、同ループ内を放電電流Ｉｆが流れ、単位電池Ｅ３は放電する。

そして、放電が開始され、三段目の単位電池Ｅ３の電池電圧Ｖｅ３が、他の単位電池Ｅ１、Ｅ２の電池電圧Ｖｅ１、Ｖｅ２のレベルに下がると、ＣＰＵ２０は、オン状態にあった計測スイッチＳ３２、計測スイッチＳ２２、及び放電スイッチＳ３１をいずれもオフ状態に制御する。かくして、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３がバランス（均等化）される。

上記電圧計測動作及びバランス動作を定期的に行うことで各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３を常に、バランス出来る。

（Ｃ）各放電スイッチの故障診断
故障診断は、ＣＰＵ２０にて計測される電圧（端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３）が、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の開閉に伴って如何様に変動するのか、その変動パターンに基づいて行うことが出来る。

すなわち、放電スイッチＳ３１について診断する場合であれば、（ａ）の電圧計測動作時と同様に、計測スイッチＳ２２、Ｓ３２については予めオン状態としておき、その状態で診断対象となる放電スイッチＳ３１をオフさせたときの端子間電圧Ｖ３と、放電スイッチＳ３１をオンさせたときの端子間電圧Ｖ３の双方をＣＰＵ２０にて、計測してやればよい。

まず、放電スイッチＳ３１が正常に開閉できる場合について説明を行うと、放電スイッチＳ３１をオフ（開）させれば、単位電池Ｅ３の正極の電圧（グラウンドを基準とした電位）が計測回路３０の入力端子Ａ３にそのまま入力され、単位電池Ｅ３の負極の電圧（グラウンドを基準とした電位）が計測回路３０の入力端子Ａ２にそのまま入力される。

従って、このとき、ＣＰＵ２０では、単位電池Ｅ３の電池電圧Ｖｅ３がそのまま計測されることとなる。
Ｖ３＝Ｖｅ３・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

その一方、放電スイッチＳ３１をオン（閉）させた場合には、放電ループ内にある３つの抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｂに、電池電圧Ｖｅ３が抵抗比に応じて加わる。そして、抵抗Ｒａは計測回路３０の両入力端子Ａ３、Ａ２間に結線されているから、計測回路３０の両入力端子Ａ３、Ａ２間には抵抗Ｒａによる電圧降下分の電圧が加わる。従って、この場合、ＣＰＵ２０では、端子間電圧Ｖ３として、抵抗Ｒａによる電圧降下分の電圧が計測される。

Ｖ３＝Ｚ×Ｖｅ３・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
Ｚ＝（Ｒａ／Ｒ０）・・・・・・・・・・・・・・・（３）
Ｒ０＝Ｒａ＋２Ｒｂ・・・・・・・・・・・・・・・（４）

このように、放電スイッチＳ３１が正常に開閉できる場合であれば、放電スイッチＳ３１を開閉させると、ＣＰＵ２０にて計測される端子間電圧Ｖ３が抵抗の分圧比Ｚに従って、常に変化する変動パターンとなる。

そのため、放電スイッチＳ３１の開閉に伴って計測される端子間電圧Ｖ３が、分圧比Ｚに従って変化することをもって、放電スイッチＳ３１が正常に動作していると、ＣＰＵ２０にて診断できる。

また、本実施形態では、メモリ５０に各放電抵抗Ｒａ、Ｒｂの抵抗値を予め記憶してある。そのため、メモリ５０に記憶された抵抗値から算出される分圧比（抵抗比）と、上記した診断動作により得られた分圧比とを照合することで、放電スイッチＳ３１が正常に動作しているか否かについて、信頼性の高い診断を行うことが可能である。

その一方、放電スイッチＳ３１がショートモードで故障している場合には、図４に示すように放電ループが常に形成されてしまう。そのため、放電スイッチＳ３１の開閉に拘わらず、ＣＰＵ２０により計測される端子間電圧Ｖ３は、電池電圧Ｖｅ３を抵抗の分圧比Ｚによりドロップした値となる。

従って、放電スイッチＳ３１の開閉に拘わらず、常にドロップした値が計測される変動パターンの場合には、これをもって、放電スイッチＳ３１がショートモード（短絡）で故障しているとＣＰＵ２０にて診断できる。放電スイッチＳ３１の故障が検出された場合、ＣＰＵ２０は即時に、全計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２をオフ状態に制御し、これと同時にエラー信号を出力する。

これにより、放電スイッチＳ３１の故障を外部に報知出来、また放電スイッチＳ３１の短絡故障に起因する単位電池Ｅ３の放電を回避出来る。

また、放電スイッチＳ３１がオープンモードで故障している場合には、放電スイッチＳ３１の開閉に拘わらず、ＣＰＵ２０により計測される端子間電圧Ｖ３は、常に電池電圧Ｖｅ３となる変動パターンとなる。そのため、常に電池電圧Ｖｅ３が計測されることをもって、放電スイッチＳ３１がオープンモード（開放）で故障していると、ＣＰＵ２０にて診断できる。

尚、上記では放電スイッチＳ３１を例にとって説明したが、他の放電スイッチＳ１１、Ｓ２１についても同様の診断動作を順に行うことで、全放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１について故障の有無をＣＰＵ２０にて診断できる。

また、故障診断は、（ａ）の電圧計測動作、（ｂ）のバランス動作とは別の専用動作として行うことが可能である他、（ａ）の電圧計測動作、（ｂ）のバランス動作と併せて行うことができる。

すなわち、（ａ）の電圧計測動作時、（ｂ）のバランス動作時の双方とも、ＣＰＵ２０にて計測される端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれメモリ５０に記憶させておき、次に動作を行うときに、前回の動作時に計測された端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３と比べてやれば、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の開閉に伴って計測される電圧の変動パターンをＣＰＵ２０にて監視出来るので、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の故障を判別できる。

本実施形態によれば、各入力ラインＬ１〜Ｌ３上において、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１に対する節点Ｐ１〜Ｐ３よりも各単位電池Ｅ１〜Ｅ３に近い位置に各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２を設置している。従って、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１がショートモードで故障したとしても、計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２をオフしてやれば、故障した放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１に対応する単位電池Ｅ１〜Ｅ３の放電を回避することが出来、効果的である。

また、本実施形態では、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の開閉に伴う各端子間電圧Ｖ１〜Ｖ３の変動パターンに着目して放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の故障を診断している。このような構成であれば、故障診断それ専用の回路部品を要せず、この点も効果的である。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５ないし図７によって説明する。
実施形態２のものは、実施形態１の構成に対して、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３に対応して、ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３を設けた点が相違し、これに伴って計測回路についても図５にて示すような回路構成のものに変更している。

順に説明すると、図５に示すように、ホールドコンデンサＣ１は入力ラインＬ１とグラウンドラインＬ０の間に設けられ、ホールドコンデンサＣ２は入力ラインＬ２と入力ラインＬ１との間に設けられ、ホールドコンデンサＣ３は入力ラインＬ３と入力ラインＬ２との間に設けられており、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３と１対１の対応関係となっている。

また、これら各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３は、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３側から見て各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１よりも、次に説明する計測回路７０に近い位置に設けられており、各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３が放電ループの外側に位置している。

計測回路７０は、３つのコンデンサスイッチＳ１３〜Ｓ３３を備えている。各コンデンサスイッチＳ１３〜Ｓ３３は各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３の正極を抵抗Ｒｃを介して接地させるように結線されている。

そして、単位電池Ｅ１の正極に連なる入力ラインＬ１が、バッファＤ１を介してＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換ポートＡＤ１に接続され、単位電池Ｅ２の正極に連なる入力ラインＬ２が、バッファＤ２を介してＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換ポートＡＤ２に接続され、単位電池Ｅ３の正極に連なる入力ラインＬ３が、バッファＤ３を介してＣＰＵ２０のＡ／Ｄ変換ポートＡＤ３に接続されている。

次に上記の如く回路構成された電池管理装置Ｕの回路動作について説明する。
まず、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３を計測するには、図６に示すように、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１、及び各コンデンサスイッチＳ１３〜Ｓ３３についてはいずれもオフ状態にしておき、その状態から各入力ラインＬ１〜Ｌ３上に設けられる計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２を一斉にオンさせる。

すると、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３から各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３に充電電流が流れて各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３は各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧に充電される。具体的には、ホールドコンデンサＣ１は、コンデンサの両端電圧が初段の単位電池Ｅ１の電池電圧Ｖｅ１に充電される。また、ホールドコンデンサＣ２は、コンデンサの両端電圧が二段目の単位電池Ｅ２の電池電圧Ｖｅ２に充電され、ホールドコンデンサＣ３は、コンデンサの両端電圧が三段目の単位電池Ｅ３の電池電圧Ｖｅ３に充電されることとなる（電池電圧のサンプル動作）。

そして、充電動作が完了すると、オン状態にあった各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２がいずれもオフ状態に切り替えられる（図７参照）。

あとは、各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３の両端電圧を、ＣＰＵ２０にて順に計測してやればよく、まず、ホールドコンデンサＣ１の両端電圧、すなわち単位電池Ｅ１の電池電圧Ｖｅ１がＣＰＵ２０により計測される。

そして、ホールドコンデンサＣ１の両端電圧が計測されたら、次に、コンデンサスイッチＳ１３をオンさせて、ホールドコンデンサＣ１にチャージされた電荷を放電させ、入力ラインＬ１のライン電圧をグラウンドレベルにしてやる。これにより、ＣＰＵ２０により、次段のホールドコンデンサＣ２の両端電圧、すなわち単位電池Ｅ２の電池電圧Ｖｅ２を計測できる。

このような計測動作をホールドコンデンサＣ３についても行うことで、全単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電池Ｖｅ１〜Ｖｅ３を計測できる。

このように本実施形態のものは、各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖ１〜Ｖ３を一斉にホールドさせている。このようにしておけば、計測の同時性が図られ、個々の電池電圧Ｖ１〜Ｖ３の電圧レベルを正確に検出できる。尚、係る計測動作に関する技術については、本願出願人により出願済みの特開２００２−１７１６８１によって開示されている。

さて、図７にて示すように、単位電池Ｅ３に対応する放電スイッチＳ３１がショートモードで故障していたとすると、ホールドコンデンサＣ３の正極、放電スイッチＳ３１、放電抵抗Ｒａ、負極に至る放電ループが形成される結果、ホールドコンデンサＣ３にチャージされた電荷は全て放電してしまう。

従って、放電スイッチＳ３１がショートモードにて故障していた場合、上述した電圧計測動作を行なうと、放電スイッチＳ３１に対応する単位電池Ｅ３の電池電圧Ｖｅ３は、例えばゼロボルトにほぼ近い低いレベルの電圧、或いは計測レンジの下限値（例えば、ＣＰＵ２０による計測レンジが１Ｖ〜４Ｖ程度に設定されているケースでは、下限値である１Ｖ）の電圧として計測される。

従って、電圧計測動作を行ったにも拘わらず、所定レベル以下の計測結果が得られた場合には、その単位電池に対応する放電スイッチは、故障しているとＣＰＵ２０にて診断できる。

このように放電スイッチの故障が検出された場合、ＣＰＵ２０は即時に、全計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２をオフ状態に制御し、これと同時にエラー信号を出力する。

これにより、放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の故障を外部に報知出来、また放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の短絡故障に起因する単位電池Ｅ１〜Ｅ３の放電を回避出来る。

また、本実施形態では、電圧計測動作により計測される電圧レベルに着目して放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１の故障を診断している。このような構成であれば、故障診断それ専用の回路部品を要せず、また診断それ自体も電圧計測と併せて行うことが出来、効果的である。

尚、上記した電圧測定動作が正常に行われた場合、計測された各単位電池Ｅ１〜Ｅ３の電池電圧Ｖｅ１〜Ｖｅ３にレベル差があれば、実施形態１の場合と同様に、ＣＰＵ２０の指令の下、バランス動作が実行されることとなるが、バランス動作については、実施形態１と同じであるので、ここでは説明を割愛するものとする。

また、各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２を閉操作（オン）して各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３にそれに対応する単位電池Ｅ１〜Ｅ３によって電荷をチャージした後、各計測スイッチＳ１２〜Ｓ３２を開操作（オフ）し、その後、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１を開閉操作して、開閉に伴う各入力ラインＬ１〜Ｌ３のライン電圧（言い換えれば、ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３の両端電圧）をＣＰＵ２０にて検出する動作を行えば、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１のオープンモードでの故障を検出することが可能である。すなわち、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１が正常に機能していれば、開閉により電荷の移動が起こり各ホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３は一斉に放電する。よって、各入力ラインＬ１〜Ｌ３のライン電圧が一斉にゼロボルト、或いはそれに準ずる低レベルの電位となり、ＣＰＵ２０ではそれに対応する計測結果が得られる。これに対して放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１が故障していると、それに対応するホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３においては電荷の移動が起きない。よって、故障した放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１に対応するホールドコンデンサＣ１〜Ｃ３の正極に連なる入力ラインＬ１〜Ｌ３、及びそれよりも上位に位置する入力ラインＬ１〜Ｌ３のライン電圧は、いずれも高い電圧レベルとなり、ＣＰＵ２０ではそれに対応する計測結果が得られるからである。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１、２では、組電池として三つの単位電池Ｅ１〜Ｅ３を直列接続してなる構成のものを例示したが、単位電池の接続段数は三段に限定されるものでなく四段、五段あるいはそれ以上であってもよい。

（２）実施形態１では、各放電スイッチＳ１１〜Ｓ３１に対して直列的に放電抵抗Ｒａを接続する回路例を示したが、この放電抵抗Ｒａを廃止してもよい。

実施形態１に適用された電池管理装置Ｕの回路構成を示す図電圧計測動作を示す図バランス動作を示す図放電スイッチの短絡故障を示す図実施形態２に適用された電池管理装置Ｕの回路構成を示す図電圧計測動作を示す図電圧計測動作を示す図

符号の説明

１０…電圧検出装置（本発明の「電圧検出手段」に相当）
２０…ＣＰＵ（本発明の「診断手段」、「スイッチ制御手段」に相当）
３０…計測回路
Ｓ１１〜Ｓ３１…放電スイッチ
Ｓ１２〜Ｓ３２…計測スイッチ
Ｕ…電池管理装置
Ａ１…第一入力端子（本発明の「入力部」に相当）
Ａ２…第二入力端子（本発明の「入力部」に相当）
Ａ３…第二入力端子（本発明の「入力部」に相当）
Ｌ１…第一入力ライン
Ｌ２…第二入力ライン
Ｌ３…第三入力ライン
Ｒａ…放電抵抗
Ｒｂ…放電抵抗
Ｐ１…節点
Ｐ２…節点
Ｐ３…節点

Claims

複数の単位電池を直列的に接続してなる組電池の電池管理装置であって、
前記単位電池の直列接続段数に応じた段数の入力部を有する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の各入力部と前記各単位電池の正極とを１対１の対応関係で接続する各入力ラインと、
初段の入力ラインとグラウンドとの間、及び前記各入力ライン間において前記各単位電池と１対１の対応関係で設けられる放電スイッチと、
前記各単位電池の正極から各放電スイッチを経由して負極に至る各放電ループ内に設けられる各放電抵抗と、
前記各入力ライン上に設けられ、同入力ラインを開閉する各計測スイッチと、
前記放電スイッチ、及び前記計測スイッチの開閉を制御するスイッチ制御手段と、を備え、
前記各計測スイッチをオン、前記各放電スイッチをオフさせて、前記各単位電池の電池電圧を前記電圧検出手段にて検出し、検出電圧値の高い単位電池に対応する放電スイッチをオンさせて、当該検出電圧値の高い単位電池を前記放電抵抗を通じて放電させることで各単位電池の電池電圧を均等化する電圧均等化機能を少なくとも有すると共に、
前記入力ライン上において前記計測スイッチを、前記放電スイッチに対する節点よりも前記単位電池に近い側に設けたことを特徴とする組電池の電池管理装置。
前記電圧検出手段にて計測される電圧の、前記放電スイッチの開閉に伴なう変動パターンに基づいて、当該放電スイッチの故障の有無を診断する診断手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の組電池の電池管理装置。
前記放電スイッチを開閉させたときに、前記電圧検出手段にて計測される電圧が、予め決められた分圧比に従って変化するように前記放電ループ内に前記放電抵抗を少なくとも２以上配置したことを特徴とする請求項２に記載の電池管理装置。
初段の入力ラインとグラウンドとの間、及び前記各入力ライン間であって、前記放電スイッチよりも前記電圧検出手段側に近い位置に、前記各単位電池と１対１で対応関係でホールドコンデンサを設け、
前記単位電池の電池電圧を各ホールドコンデンサに一旦ホールドさせ、ホールドされた電圧を前記電圧検出手段にて計測可能な回路構成とすると共に、
前記電圧検出手段にて計測された電圧が所定レベル以上であるか否かに基づいて、前記放電スイッチの故障の有無を診断する診断手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の組電池の電池管理装置。