JP2009216447A - 組電池の監視装置および故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の監視装置の故障を診断する。
【解決手段】組電池１を構成するセル１１の電圧Ｖｃを検出する電圧検出手段３１，４１と、検出されたセルの電圧Ｖｃと第１判定閾値Ｖ１とに基づいて第１の判定を行うとともに、前記検出されたセルの電圧Ｖｃと第２判定閾値Ｖ２とに基づいて前記第１の判定を行い、検出されたセルの電圧Ｖｃと第２判定閾値Ｖ２とに基づいて第２の判定を行うとともに、検出されたセルの電圧Ｖｃと第１判定閾値Ｖ１とに基づいて第２の判定を行い、これら第１及び第２の判定結果に基づいて判定手段の故障診断を行う故障診断手段５を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、組電池の監視装置および故障診断方法に関するものである。

複数のセルを接続した組電池の過充電状態や過放電状態などの異常を検出する装置において、異常検出回路の自己診断を行うものが知られている（特許文献１）。

従来の自己診断手法は、自己診断時において過充電状態の閾値と過放電状態の閾値とを、故障が生じていない検出回路では必ず同じＨｉレベル信号又はＬｏレベル信号が出力されるようにそれぞれ異なる閾値に変更し、コンパレータの故障を診断するものである。

特開２００４−１２７６６３号公報

しかしながら、従来の自己診断手法では、判定閾値を設定する分圧抵抗回路などの短絡や断線故障により閾値がずれた場合には、故障を診断することができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、組電池の監視装置の故障を診断できる監視装置および故障診断方法を提供することである。

本発明は、セルの状態を判定する複数の閾値を互いに入れ替え、入れ替え前後における判定結果に基づいて監視装置の故障診断を行うことにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、複数の判定閾値を互いに入れ替えて故障診断するので、判定閾値がずれる故障をも含めた監視装置の故障を診断することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る組電池の監視装置を示すブロック図である。本例の組電池の監視装置は、電気自動車、ハイブリッド車両、エンジン車両のバッテリのほか、車両以外の装置に用いられるバッテリに適用することができる。

本例の組電池１は、二次電池であるセル（単電池）１１を複数個直列もしくは並列または直列および並列に接続したものである。なお、本例では説明の便宜上５個のセル１１を直列に接続した組電池１を例に挙げて監視装置を説明するが、異常検出（保護）対象たる組電池１のセルの接続数や並列および直列などの接続形態は、本例に限定されるものではない。

組電池１は、電流センサ５１、電圧センサ５２およびメインリレー６を介してインバーター７に接続され、インバーター７へ直流電力を供給する。インバーター７は、組電池１の直流電力を交流電力に変換して走行駆動用交流モータ８に印加し、モータ８を駆動して車両を走行させる。インバーター７はまた、車両の制動時にモータ８で発生した交流回生電力を直流電力に変換し、組電池１を充電する。なお、メインリレー６はＣＰＵ５により開閉され、組電池１とモータ８との間の接続と開放を行う。

電流センサ５１は、組電池１からインバーター７へ流れる放電電流と、インバーター７から組電池１へ流れる充電電流とを検出しこれをＣＰＵ５へ出力する。また、電圧センサ５２は、組電池１の総電圧を検出しこれをＣＰＵ５へ出力する。電流センサ５１が本発明の電流検出手段に相当し、電圧センサ５２が本発明の組電池電圧検出手段に相当する。

バッテリーコントローラーは、容量調整回路２、過充電検出回路３、過放電検出回路４およびＣＰＵ５から構成され、上述した電流センサ５１および電圧センサ５２とともに、組電池１の充放電と容量調整を制御するとともに、セル１１の過充電状態、過放電状態および満充電状態などの検出を行う。

容量調整回路２は、ＣＰＵ５で検出した各セル１１の端子電圧に基づいて、セル間の電池容量バラツキを補正する。

図２は、本例の容量調整回路２の一例を示す電気回路図であり、説明の便宜上、一つのセル１１のみを示すが、他の４つのセル１１に設けられた容量調整回路２も同じ構成である。また以下では、一つのセル１１に対する動作のみを説明するが、他の４つのセル１１に対する動作も同様である。

組電池１のセル１１には、抵抗器２１とトランジスタ２２の直列回路が並列に接続されている。抵抗器２１とトランジスタ２２の直列回路は、セル１１の充電容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を放電するための回路であり、抵抗器２１は放電抵抗であり、トランジスタ２２は放電と停止を行うためのスイッチング素子である。なお、スイッチング素子として、トランジスタ２２に代えてＦＥＴなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどを用いることもできる。

ＣＰＵ５は、検出した各セル１１の端子電圧に基づいて容量調整すべきセル１１とその容量調整量を演算し、該当するセル１１のトランジスタ２２のベースへ信号を送り、トランジスタ２２のオン（導通）とオフ（非導通）を制御する。トランジスタ２２がオンすると、セル１１の充電電力が抵抗器２１を介して放電し、放電分だけ充電容量ＳＯＣが減少する。ＣＰＵ５は、トランジスタ２２のオンとオフを繰り返してデューティー制御を行う。このデューティー比は、セル１１の放電容量と放電時間（容量調整時間）とに基づいて決定する。更に詳述すると、並列セルブロック１１Ａの充電容量と目標充電容量（詳細後述）との差に基づいて、並列セルブロック１１Ａから抵抗器２１へ電流を流す（放電する）時間である放電時間を算出する。そして、予め定められた容量調整開始から容量調整が終了するまでの所定時間と放電時間に基づいてデューティ比を決定する。尚、予め定められた容量調整開始から容量調整が終了するまでの所定時間とは、例えば並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄのうち最も容量調整に時間がかかる並列セルブロックの容量調整開始から容量調整が終了するまでの所定時間とすれば、全ての並列セルブロックが同時に容量調整を終える事ができるが、これに限らず例えばシステムの都合上定められた時間であっても良く、適宜設計上の都合に応じて設定可能な時間である。

また、トランジスタ２２のコレクターとエミッター間には電圧センサ２３が接続されている。トランジスタ２２がオンするとコレクター〜エミッター間電圧がほぼ０Ｖになり、オフするとコレクター〜エミッター間電圧がセル１１の両端電圧になる。ＣＰＵ５は、電圧センサ２３によりトランジスタ２２のコレクター〜エミッター間電圧をモニターし、トランジスタ２２の動作状況、つまりセル１１の容量調整状況を確認しながら容量調整を実行する。

なお、容量調整回路２は、組電池１のセル１１単位で容量調整を行い、いずれかのセル１１が過充電状態または過放電状態になって組電池１の容量が十分に利用できなくなることを防止する。すなわち、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの各並列セルブロックに容量バラツキが有ると、負荷駆動時の放電や充電によって、充電容量の少ない並列セルブロックは過放電となりやすく、充電容量の大きい並列セルブロックは過充電となりやすい。これを防止する為に充電容量の少ない並列セルブロックの容量が過放電となる可能性が有る場合に組電池１の出力電力を制限したり、充電容量の大きい並列セルブロックの容量が過放電となる可能性が有る場合に組電池１への入力（充電）電力を制限したりすると、他の並列ブロックは電力を入力/出力可能であるにも関わらず、入力/出力ができなくなり、組電池１の容量を充分に利用できなくなってしまう。このため、容量調整部２は各並列セルブロックの容量バラツキを減少させる様に目標充電容量を設定し、各並列セルブロックの充電容量が目標充電容量となるように放電する事により、各セルブロックに容量バラツキを調整する。なお目標充電容量は、例えば全ての並列セルブロックの容量のうちの最小値や中間値等、各並列セルブロックの容量バラツキを減少させる事ができる容量が設定される。

過充電検出回路３は、予め設定された判定電圧Ｖ１に基づいてセル１１の過充電状態を検出し、その検出結果をＣＰＵ５へ出力する。また、過放電検出手段４は、予め設定された判定電圧Ｖ２に基づいて過放電状態を検出し、その検出結果をＣＰＵ５へ出力する。

なお、過充電検出回路３および過放電検出回路４が本発明の判定手段に相当し、過充電検出回路３の判定電圧Ｖ１が本発明の第１判定閾値に相当し、過放電検出回路４の判定電圧Ｖ２が本発明の第２判定閾値に相当し、過充電検出回路３にて行う過充電状態の検出が本発明の第１の判定に相当し、過放電検出回路４で行う過放電状態の検出が本発明の第２の判定に相当する。

図３は、本実施形態に係る過充電検出回路３および過放電検出回路４示す電気回路図である。

同図に示す本例の過充電検出回路３は、コンパレータ３１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２とを有し、コンパレータ３１の＋端子にセル１１の正極側の電圧が印加され、−端子に電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分割した比較基準電圧Ｖ１（＝Ｖｃｃ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２），過充電状態を規定する閾電圧値）が印加されている。なお、切替器５３による−端子への印加電圧については後述する。コンパレータ３１は、セル１１の正極側電圧Ｖｃと比較基準電圧Ｖ１とを比較し、セル電圧Ｖｃが過充電の比較基準電圧Ｖ１以上（Ｖｃ≧Ｖ１）のときは、出力端子からＨｉレベルの信号をＣＰＵ５へ出力し、セル電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ１よりも低い（Ｖｃ＜Ｖ１）ときは、出力端子からＬｏレベルの信号をＣＰＵ５へ出力する。

一方、同図に示す本例の過放電検出回路４は、コンパレータ４１と、抵抗Ｒ１，Ｒ３とを有し、コンパレータ４１の−端子にセル１１の正極側の電圧が印加され、＋端子に電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１，Ｒ３で分割した比較基準電圧Ｖ２（＝Ｖｃｃ・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３），過放電状態を規定する閾電圧値）が印加されている。なお、切替器５４による＋端子への印加電圧については後述する。コンパレータ４１は、セル１１の正極側電圧Ｖｃと比較基準電圧Ｖ２とを比較し、セル電圧Ｖｃが過放電の比較基準電圧Ｖ２以下（Ｖｃ≦Ｖ２）のときは、出力端子からＨｉレベルの信号をＣＰＵ５へ出力し、セル電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ２より高い（Ｖｃ＞Ｖ２）ときは、出力端子からＬｏレベルの信号をＣＰＵ５へ出力する。

なお言うまでもないが、過充電状態を判定する第１判定閾値は過放電状態を判定する第１判定閾値より高い電圧値であることから、比較基準電圧Ｖ１は比較基準電圧Ｖ２より高い電圧値であり、これを規定する抵抗Ｒ２も抵抗Ｒ３より大きい抵抗値を有する。

本実施形態では、過充電検出回路３のコンパレータ３１の−端子に印加する比較基準電圧Ｖ１と、過放電検出回路４のコンパレータ４１の＋端子に印加する比較基準電圧Ｖ２とを入れ替えるための切替器５３，５４を備えている。

過充電検出回路３のコンパレータ３１の−端子に接続された切替器５３は、当該−端子に印加する比較基準電圧を、過放電検出回路４のコンパレータ４１の比較基準電圧Ｖ２にするために、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１，Ｒ３で分割した電位の回路に接続された接点Ｂを有する。そして、上述した比較基準電圧Ｖ１が印加される接点Ａと当該接点Ｂとの切り替えによって、コンパレータ３１の−端子に印加される比較基準電圧は、接点ＡのときはＶ１、接点ＢのときはＶ２にそれぞれ切り替えられる。

また、過放電検出回路４のコンパレータ４１の＋端子に接続された切替器５４は、当該＋端子に印加する比較基準電圧を、過充電検出回路３のコンパレータ３１の比較基準電圧Ｖ１にするために、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分割した電位の回路に接続された接点Ｂを有する。そして、上述した比較基準電圧Ｖ２が印加される接点Ａと当該接点Ｂとの切り替えによって、コンパレータ４１の＋端子に印加される比較基準電圧は、接点ＡのときはＶ２、接点ＢのときはＶ１にそれぞれ切り替えられる。

これら切替器５３，５４への接点Ａ，Ｂの切替指示はＣＰＵ５からの信号によって制御されるが、切替器５３が接点Ａに切り替えられているときは切替器５４も接点Ａに切り替えられ、切替器５３が接点Ｂに切り替えられているときは切替器５４も接点Ｂに切り替えられる。

なお、コンパレータ３１が本発明の第１比較器およびセルの電圧を検出する電圧検出手段に相当し、コンパレータ４１が本発明の第２比較器およびセルの電圧を検出する電圧検出手段に相当し、切替器５３，５４が本発明の切替器に相当し、ＣＰＵ５が本発明の制御部に相当し、比較基準電圧Ｖ１が本発明の第１判定閾値に相当し、比較基準電圧Ｖ２が本発明の第２判定閾値に相当する。

図１に戻り、ＣＰＵ５は、電流センサ５１により検出される組電池１全体に流れる電流（インバータ７に供給される電流）と、組電池電圧センサ５２により検出される組電池１全体の電圧とを監視する。一方、上述した過充電検出回路３および過放電検出回路４により検出される過充電状態および過放電状態を監視し、組電池１を構成する各セル１１の容量バランスを、容量調整回路２を用いて適宜のタイミングで調整する。

また、ＣＰＵ５は、過充電検出回路３および過放電検出回路４の故障を診断する機能も備えている。この故障診断は、セル１１が過充電状態や過放電状態ではない場合であって、モータ８が駆動する前の組電池システムの起動時（電源投入時）や、組電池１の充放電が一定時間以上休止している時など、組電池１に電流が流れていない無負荷状態の時に実施することが望ましい。こうした状態は、電流センサ５１及び組電池電圧検出センサ５２からの検出信号により判断することができる。

次に、故障診断の処理手順について説明する。

ＣＰＵ５は、切替器５３，５４を制御してこれらを接点Ａに切り替え、そのときのコンパレータ３１，４１からそれぞれ出力される出力レベルを記憶する。次いで、切替器５３，５４を制御してこれらを接点Ｂに切り替え、そのときのコンパレータ３１，４１からそれぞれ出力される出力レベルを記憶する。

これら２つのステップで出力されたコンパレータ３１，４１からの出力結果に基づいて、過充電検出回路３および過放電検出回路４の故障を診断することができる。

説明の便宜上、コンパレータ３１，４１の比較基準電圧を本来の電圧Ｖ１，Ｖ２に設定して（切替器５３，５４の接点をＡ）行った判定を「正規判定」、コンパレータ３１，４１の比較基準電圧を互いに入れ替えて（切替器５３，５４の接点をＢ）行った判定を「逆判定」と称することにする。

図４は、本例の故障診断方法を説明するための図であり、以下においてはセル１１の端子電圧Ｖｃが正常値、すなわち過充電の比較基準電圧Ｖ１よりも低く、過放電の比較基準電圧Ｖ２よりも高い場合（Ｖ２＜Ｖｃ＜Ｖ１）について説明する。

過充電検出回路３および過放電検出回路４の比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２の回路がともに正常である場合は、図４（Ａ）に示すように、正規判定では、コンパレータ３１の出力はＬｏレベル、コンパレータ４１の出力もＬｏレベルとなる一方で、逆判定では、コンパレータ３１の出力はＨｉレベル、コンパレータ４１の出力もＨｉレベルとなる。

これに対し、過充電検出回路３の比較基準電圧Ｖ１の回路が短絡し、比較基準電圧Ｖ２より低い電圧値（たとえばＶ２が２Ｖである場合における０Ｖ）になっているという異常がある場合は、同図（Ｂ）に示すように、正規判定では、コンパレータ３１の出力はＨｉレベル、コンパレータ４１の出力はＬｏレベルとなる一方で、逆判定では、コンパレータ３１の出力はＨｉレベル、コンパレータ４１の出力はＬｏレベルとなる。

また、過放電検出回路４の比較基準電圧Ｖ２の回路が開放し、比較基準電圧Ｖ１より高い電圧値（たとえばＶ１が４Ｖである場合における５Ｖ）になっているという異常がある場合は、同図（Ｃ）に示すように、正規判定では、コンパレータ３１の出力はＬｏレベル、コンパレータ４１の出力はＨｉレベルとなる一方で、逆判定では、コンパレータ３１の出力はＬｏレベル、コンパレータ４１の出力はＨｉレベルとなる。

なお、過充電検出回路３および過放電検出回路４ともに上述した異常がある場合は、図示は省略するが、正規判定では、コンパレータ３１の出力はＨｉレベル、コンパレータ４１の出力もＨｉレベルとなる一方で、逆判定では、コンパレータ３１の出力はＬｏレベル、コンパレータ４１の出力もＬｏレベルとなる。

以上の結果を表１に示す。

このように、過充電検出回路３および過放電検出回路４がともに正常である場合の正規判定と逆判定の結果に対し、少なくともいずれか一方の検出回路３，４に故障がある場合の正規判定と判定の結果は、表１に示すようにいずれも互いに相違する。したがって、過充電検出回路３の故障か、過放電検出回路４の故障か、あるいは過充電検出回路３および過放電検出回路４ともに故障かを特定しつつ、故障を診断することができる。

特に本実施形態では、コンパレータ３１,４１の比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２を設定する抵抗Ｒ１〜Ｒ３の短絡や開放故障が生じて比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２がずれても、これを検出することができる。

《第２実施形態》
図５は、本発明の他の実施形態に係る過充電検出回路３および過放電検出回路４を示すブロック図である。説明の便宜上、一つのセル１１のみを示すが、他の４つのセル１１に設けられたＡ／Ｄコンバータ３５及び比較論理回路３６も同じ構成である。また以下では、一つのセル１１に対する動作のみを説明するが、他の４つのセル１１に対する動作も同様である。

上述した第１実施形態では過充電検出回路３と過放電検出回路４をアナログ回路で構成したが、本実施形態ではこれら過充電検出回路３と過放電検出回路４をデジタル回路で構成している。このため、セル１１の端子間に接続されたＡ／Ｄコンバータ３５と、マイクロプロセッサなどで構成される比較論理回路３６を有し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル変換されたセル１１の電圧Ｖｃは比較論理回路３６へ出力される。

比較論理回路３６は、Ａ／Ｄコンバータ３６により変換されたセル電圧が、過充電状態の判定閾値である比較基準電圧Ｖ１以上か否かの判定と、過放電状態の判定閾値である比較基準電圧Ｖ２以下か否かの判定を実行する。そして、この判定結果をＣＰＵ５へ出力する。

これら過充電の比較基準電圧Ｖ１と過放電の比較基準電圧Ｖ２の設定数値は、ＣＰＵ５から出力されるコマンドに含まれるが、後述するようにそれぞれのセル１１に対して共通のコマンドとしてＣＰＵ５から出力される。

各セル１１の比較論理回路３６は、隣接するセルの比較論理回路３６とカスケード接続され、ＣＰＵ５から送信される共通のコマンドを受信し、さらにこのコマンドを隣接するセル１１の比較論理回路３６へ送信する。この比較論理回路３６が、本発明の第１論理回路及び第２論理回路に相当する。

図６は、本例の情報処理手順を示すフローチャートである。

まず、組電池システムが故障診断モードになると、ＣＰＵ５は、過充電の比較基準電圧Ｖ１と過放電の比較基準電圧Ｖ２を含めた故障診断コマンドを生成し、セル１１の比較論理回路３６へ出力する（ステップＳ１）。ここでは、たとえばＶ１＝４Ｖ、Ｖ２＝２Ｖとする。上述したように、この故障診断コマンドは、たとえば図１に示す組電池１の正極側に最も近い第１番目のセル１１の比較論理回路３６へ送信する。

第１番目のセル１１の比較論理回路３６は、この故障診断コマンドを受信し（ステップＳ２）、比較論理回路３６の過充電の比較基準電圧Ｖ１と過放電の比較基準電圧Ｖ２の数値をコマンドの値に設定する。

そして、当該比較論理回路３６は、Ａ／Ｄコンバータ３５を介して検出された当該セル１１の電圧Ｖｃが、設定された過充電の比較基準電圧Ｖ１以上か否かを判断し、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ１以上の場合はＨｉレベル信号をＣＰＵ５へ出力する一方で、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ１未満の場合はＬｏレベル信号をＣＰＵ５へ出力する。以下、この出力を過充電フラグともいう。

また、比較論理回路３６は、過放電の比較基準電圧Ｖ２に基づいて、Ａ／Ｄコンバータ３５を介して検出された当該セル１１の電圧Ｖｃが、設定された過放電の比較基準電圧Ｖ２以下か否かを判断し、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ２以下の場合はＨｉレベル信号をＣＰＵ５へ出力する一方で、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ２より高い場合はＬｏレベル信号をＣＰＵ５へ出力する（ステップＳ３）。以下、この出力を過放電フラグともいう。なお、ＣＰＵ５は、セル１１の比較論理回路３６から送られてきた過充電フラグ及び過放電フラグの判定結果をセル１１に対応付けて一時的に記憶する。

ここでのセル１１は第１番目のセル１１であるため、ステップＳ４はジャンプしてステップＳ５へ進む。

ステップＳ５においては、第１番目のセル１１の比較論理回路３６は、ＣＰＵ５から送信されてきた故障診断コマンドを隣接する第２番目のセル１１の比較論理回路３６へ送信する。そして、第２番目のセル１１の比較論理回路３６はこのコマンドを受信し、当該比較論理回路３６の過充電の比較基準電圧Ｖ１と過放電の比較基準電圧Ｖ２の数値をコマンドの値に設定する。このステップＳ２→Ｓ３→Ｓ５の処理を、故障診断コマンドが最終段のセル１１（組電池１の陰極側に最も近いセル１１）の比較論理回路３６にて受信されるまで繰り返す。

最終段のセル１１の比較論理回路３６における判定結果がＣＰＵ５へ出力されたら、ステップＳ４を介してステップＳ６へ進む。ここでは、比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２は互いに入れ替えられていないのでステップＳ７へ進む。

ステップＳ７において、ＣＰＵ５は、過充電の比較基準電圧Ｖ１と過放電の比較基準電圧Ｖ２とを入れ替え、この比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２を含めた故障診断コマンドを生成し、第１番目のセル１１の比較論理回路３６へ出力してステップＳ２へ戻る。先に送信した故障診断コマンドでは、Ｖ１＝４Ｖ，Ｖ２＝２Ｖであったため、ここではＶ１＝２Ｖ、Ｖ２＝４Ｖとなる。

第１番目のセル１１の比較論理回路３６は、この故障診断コマンドを受信し（ステップＳ２）、比較論理回路３６の過充電の比較基準電圧Ｖ１と過放電の比較基準電圧Ｖ２の数値をコマンドの値に設定する。そして、当該比較論理回路３６は、Ａ／Ｄコンバータ３５を介して検出された当該セル１１の電圧Ｖｃが、設定された過充電の比較基準電圧Ｖ２以上か否かを判断し、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ２以上の場合はＨｉレベル信号をＣＰＵ５へ出力する一方で、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ２未満の場合はＬｏレベル信号をＣＰＵ５へ出力する。また、比較論理回路３６は、過放電の比較基準電圧Ｖ１に基づいて、Ａ／Ｄコンバータ３５を介して検出された当該セル１１の電圧Ｖｃが、設定された過放電の比較基準電圧Ｖ１以下か否かを判断し、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ１以下の場合はＨｉレベル信号をＣＰＵ５へ出力する一方で、セル１１の電圧Ｖｃが比較基準電圧Ｖ１より高い場合はＬｏレベル信号をＣＰＵ５へ出力する（ステップＳ３）。なお、ＣＰＵ５は、セル１１の比較論理回路３６から送られてきた、この２回目の判定結果を、先に記憶した第１回目の判定結果と対応付けて、セルごとに一時的に記憶する。

最終段のセル１１の比較論理回路３６における２回目の判定結果がＣＰＵ５へ出力されたら、ステップＳ４及びステップＳ６を介してステップＳ８へ進み、ＣＰＵ５は、一時的に記憶した１回目の判定結果と、比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２を互いに入れ替えた２回目の判定結果に基づいて比較論理回路３６の故障診断を行う。

この故障診断は、図４を参照して説明した第１実施形態の考え方と同じであり、セル１１の端子電圧Ｖｃが正常値、すなわち過充電の比較基準電圧Ｖ１よりも低く、過放電の比較基準電圧Ｖ２よりも高い場合（Ｖ２＜Ｖｃ＜Ｖ１）について説明すると以下のとおりである。なお、ここでも説明の便宜上、比較論理回路３６の比較基準電圧を本来の電圧Ｖ１，Ｖ２に設定して行った判定を「正規判定」、比較論理回路３６の比較基準電圧を互いに入れ替えて行った判定を「逆判定」と称することにする。

比較論理回路３６が正常である場合、正規判定では、過充電フラグはＬｏレベル、過放電フラグもＬｏレベルとなる一方で、逆判定では、過充電フラグはＨｉレベル、過放電フラグもＨｉレベルとなる。

これに対し、比較論理回路３６の過充電の比較基準電圧Ｖ１の設定機能が故障し、比較基準電圧Ｖ２より低い電圧値（たとえばＶ２が２Ｖである場合における０Ｖに固定されている。）になっているという異常がある場合は、正規判定では、過充電フラグはＨｉレベル、過放電フラグはＬｏレベルとなる一方で、逆判定では、過充電フラグはＨｉレベル、過放電フラグはＨｉレベルとなる。

また、本例の比較論理回路３６では、当該比較論理回路３６の過充電の比較基準電圧Ｖ１の設定機能が故障し、比較基準電圧Ｖ１より高い電圧値（たとえばＶ１が４Ｖである場合における５Ｖに固定されている。）になっているという異常も考えられる。この場合は、正規判定では、過充電フラグはＬｏレベル、過放電フラグはＬｏレベルとなる一方で、逆判定では、過充電フラグはＬｏレベル、過放電フラグはＨｉレベルとなる。

一方、比較論理回路３６の過放電の比較基準電圧Ｖ２の設定機能が故障し、比較基準電圧Ｖ２より低い電圧値（たとえばＶ２が２Ｖである場合における０Ｖに固定されている。）になっているという異常がある場合は、正規判定では、過充電フラグはＬｏレベル、過放電フラグはＨｉレベルとなる一方で、逆判定では、過充電フラグはＨｉレベル、過放電フラグはＨｉレベルとなる。

また、本例の比較論理回路３６では、当該比較論理回路３６の過放電の比較基準電圧Ｖ２の設定機能が故障し、比較基準電圧Ｖ１より高い電圧値（たとえばＶ１が４Ｖである場合における５Ｖに固定されている。）になっているという異常も考えられる。この場合は、正規判定では、過充電フラグはＬｏレベル、過放電フラグはＨｉレベルとなる一方で、逆判定では、過充電フラグはＨｉレベル、過放電フラグはＨｉレベルとなる。

以上の結果を表２に示す。

このように、比較論理回路３６が正常である場合の正規判定と逆判定の結果に対し、比較論理回路３６の比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２の設定機能の少なくともいずれか一方に故障がある場合の正規判定と判定の結果は、表２に示すようにいずれも互いに相違する。したがって、過充電の比較基準電圧の設定機能の故障か、過放電の比較基準電圧の設定機能の故障かを特定しつつ、故障を診断することができる。

特に本実施形態では、比較論理回路３６の比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２を設定する機能が故障して比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２がずれても、これを検出することができる。

また、本実施形態のように、ＣＰＵ５と各セル１１をカスケード接続し、比較基準電圧Ｖ１，Ｖ２を含む故障診断コマンドを共通化して送信するシステムに適用することで比較論理回路３６の故障を事前に検出することができる。その結果、故障による通信タイミングのズレ、ひいては通信不能を防止することができる。また、通信タイミングのズレを補うために比較論理回路３６やＣＰＵ５の演算速度を速くする対策も不要となる。

なお、上述した第１及び第２の実施形態では、第１判定閾値として過充電の比較基準電圧、第２判定閾値として過放電の比較基準電圧を例示したが、これ以外の第１または第２判定閾値として満充電の比較基準電圧を適用することもできる。この場合、満充電の基準電圧Ｖ３は、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１であることから、第１判定閾値を満充電の比較基準電圧とし、第２判定閾値を過放電の比較基準電圧としたり、または第１判定閾値を過放電の比較基準電圧とし、第２判定閾値を満充電の比較基準電圧としたりすることができる。

本発明の実施形態に係る組電池の監視装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る容量調整回路を示す電気回路図である。 本発明の実施形態に係る過充電検出回路および過放電検出回路を示す電気回路図である。 図３に示す実施形態の故障診断方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る過充電検出回路および過放電検出回路を示すブロック図である。 図５に示す実施形態の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…組電池
１１…セル
２…容量調整回路
２１…抵抗器
２２…トランジスタ
２３…電圧センサ
３…過充電検出回路
３１…コンパレータ
４…過放電検出回路
４１…コンパレータ
５…ＣＰＵ
５１…電流センサ
５２…電圧センサ
５３，５４…切替器

Claims (8)

1. 組電池を構成するセルの電圧を検出する電圧検出手段と、
   検出されたセル電圧が判定閾値以上であるか否かの第１の判定を行うとともに、前記検出されたセルの電圧が判定閾値より小さいか否かの第２の判定を行う判定手段と、を備えた組電池の監視装置において、
   予め定められた所定の第１判定閾値を前記判定閾値として前記第１の判定を行うとともに、前記第１判定閾値とは異なる予め定められた所定の第２判定閾値を前記判定閾値として前記第２の判定を行い、
   前記第２判定閾値を前記判定閾値として前記第１の判定を行うとともに、前記第１判定閾値を前記判定閾値として前記第２の判定を行い、
   これら第１及び第２の判定結果に基づいて前記判定手段の故障診断を行う故障診断手段を備えることを特徴とする組電池の監視装置。
2. 請求項１に記載の組電池の監視装置において、
   前記第１判定閾値は前記第２判定閾値よりも大きい値であって、
   前記第１の判定は前記セルの過充電状態の判定、前記第２の判定は前記セルの過放電状態の判定であることを特徴とする組電池の監視装置。
3. 請求項１または２に記載の組電池の監視装置において、
   前記組電池の電圧を検出する組電池電圧検出手段と、
   前記組電池の電流を検出する電流検出手段と、をさらに備え、
   前記自己診断手段は、前記検出された組電池の電圧および電流が所定範囲にある場合に前記故障診断を行うことを特徴とする組電池の監視装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池の監視装置において、
   前記判定手段は、前記セル電圧が判定閾値以上であるか否かの前記第１の判定を行う第１比較器と、前記セル電圧が判定閾値より小さい否かの前記第２の判定を行う第２比較器とを有し、
   前記故障診断手段は、前記第１比較器の判定閾値と前記第２比較器の判定閾値とを入れ替える切替器と、当該切替器を制御する制御部とを有することを特徴とする組電池の監視装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池の監視装置において、
   前記判定手段は、前記第１の判定を行う第１論理回路と前記第２の判定を行う第２論理回路とを有し、
   前記故障診断手段は、前記第１論理回路の判定閾値と前記第２論理回路の判定閾値とを入れ替える切替信号を前記判定手段へ出力する制御部を有することを特徴とする組電池の監視装置。
6. 請求項５に記載の組電池の監視装置において、
   前記制御部は、前記切替信号を、前記それぞれのセルの判定手段に対し共通のコマンドとして出力することを特徴とする組電池の監視装置。
7. 組電池を構成するセルの電圧と複数の判定閾値とに基づいて複数の判定を行う組電池監視装置を故障診断する方法であって、
   前記複数の判定閾値による判定と、前記複数の判定閾値の値を互いに入れ替えた判定閾値による判定とに基づいて、前記組電池監視装置の故障診断を行うことを特徴とする故障診断方法。
8. 請求項７に記載の故障診断方法において、
   前記判定は、少なくとも前記セルの過充電状態の判定および過放電状態の判定を含むことを特徴とする故障診断方法。

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