JP2010127722A - バッテリシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出回路が電池セルの電圧を正確に検出できるかどうかを判定して、正常に動作する電圧検出回路で電池セルの電圧を正確に検出する。
【解決手段】バッテリシステムは、充電できる複数の電池セル２を直列に接続している電池１と、各々の電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路３と、電池セル２に接続されて電池セル２を放電する放電回路４と、電圧検出回路３で検出される電池セル２の検出電圧から電池セル２と電圧検出回路３との接続状態を判定する判定回路５とを備えている。バッテリシステムは、電圧検出回路３が、放電回路４による電池セル２の放電状態における電池セル２の放電電圧と、電池セル２の非放電状態における非放電電圧とを検出し、判定回路５が、検出される電池セル２の非放電電圧と放電電圧の電圧差を正常電圧に比較し、又は電池セル２の放電電圧を正常電圧に比較して、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源装置に最適なバッテリシステムに関する。

リチウムイオン電池などの充電できる多数の電池セルを直列に接続しているバッテリシステムは、各々の電池セルの電圧を検出して電池の充放電を管理している。電池セルの過充電や過放電を防止して、電池セルの寿命を長くしながら安全に充放電できるからである。複数の電池セルを直列に接続しているバッテリシステムは、各々の電池セルを同じ電流で充放電するが、電池セルの電気特性のアンバランスから、全ての電池の電圧や残容量を均等にはできない。電池セルにおこる電圧や残容量のアンバランスは、特定の電池セルを過充電し、あるいは過放電することになる。この状態は、過充電や過放電される電池セルの劣化を甚だしくする。電池セルが過充電や過放電で著しく電気特性を劣化させるからである。さらに、過充電による電池セルの電圧上昇は、電池の安全性を低下させる原因ともなる。このことから、車両用の電源装置のように、多量の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしているバッテリシステムは、電池セルの電圧を検出して、電圧のアンバランスを解消している。（特許文献１参照）
特開２００４−２６６９９２号公報

特許文献１に記載されるように、電池セルの電圧を検出して高電圧の電池セルを放電して電圧のアンバランスを解消するバッテリシステムは、特定の電池セルの過充電や過放電を防止して、安全で長寿命にできる。しかしながら、電池セルの電圧を検出する電圧検出回路が正常に電池セルの電圧を検出できなくなると、電池セルの電圧差のアンバランスを解消できなくなる。電圧検出回路は、その入力側をリード線でもって電池セルの電極端子に接続していることから、リード線の接続部の接触抵抗が大きくなることがある。この接触抵抗は、電圧検出回路の入力側に直列に接続されて、電池セルの電圧を低下して電圧検出回路に入力する。したがって、接触抵抗が大きくなるにしたがって、電池セルの電圧が正常に電圧検出回路に入力されなくなる。接触抵抗による電圧検出の誤差は、電圧検出回路の入力インピーダンスと接触抵抗の比率で特定され、接触抵抗が入力インピーダンスに対して十分に小さい状態で正確に電池セルの電圧を検出できる。入力インピーダンスに対して接触抵抗が大きくなるほど、検出誤差は大きくなる。したがって、電圧検出回路の入力インピーダンスを大きくして接触抵抗による検出誤差を小さくできる。ただ、電圧検出回路の入力インピーダンスを大きくすると、雑音による影響を受けやすくなって、電池セルの電圧を正確に検出することが難しくなる。

たとえば、電池セルをリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、電池セルの電圧差によるアンバランスを相当に高い精度に均等化することが大切である。このことを実現するには、各々の電池セルの電圧を極めて高い精度で検出することが要求される。したがって小さい接触抵抗による検出誤差も電池セルを劣化させる原因となる。

さらに、接触抵抗の増加は、電池セルの検出電圧を低くするので、電圧が高くなって放電する必要のある電池セルの電圧が低く検出されて、放電されなくなる。この状態は、接触抵抗が増加するにしたがって甚だしくなる。この状態は、電圧が高くなって過充電される電池セルを放電できない状態となることから、バッテリシステムの安全性が低下する原因となる。

さらに、電圧検出回路は、入力インピーダンスを大きくすることで、リード線の接触抵抗による検出誤差を小さくできるが、入力インピーダンスの大きい電圧検出回路は、入力側の絶縁抵抗の低下が検出電圧の誤差の原因となる。絶縁抵抗が電池セルの入力電圧を低下させるからである。したがって、電圧検出回路の入力側の絶縁抵抗が小さくなっても、電池セルの電圧を正確に検出できなくなる。絶縁抵抗の低下も、電池セルの電圧を低く検出することになるので、高電圧となって過充電傾向の電池セルを放電できなくなって、安全性が低下する原因となる。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電圧検出回路が電池セルの電圧を正確に検出できるかどうかを判定して、正常に動作することを確認してなる電圧検出回路で電池セルの電圧を正確に検出できるバッテリシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の請求項１のバッテリシステムは、充電できる複数の電池セル２を直列に接続している電池１と、各々の電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路３と、電池セル２に接続されて電池セル２を放電する放電回路４と、電圧検出回路３で検出される電池セル２の検出電圧から電池セル２と電圧検出回路３との接続状態を判定する判定回路５とを備えている。バッテリシステムは、電圧検出回路３が、放電回路４による電池セル２の放電状態における電池セル２の放電電圧と、電池セル２の非放電状態における非放電電圧とを検出し、判定回路５が、検出される電池セル２の非放電電圧と放電電圧の電圧差を正常電圧に比較し、又は電池セル２の放電電圧を正常電圧に比較して、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定する。

以上のバッテリシステムは、判定回路でもって電圧検出回路が電池セルの電圧を正確に検出できるかどうかを判定して、正常に動作することを確認してなる電圧検出回路でもって電池セルの電圧を正確に検出できる特徴がある。それは、判定回路が電池セルの放電電圧から、あるいは非放電電圧と放電電圧との電圧差から、電池セルと電圧検出回路との接続異常を検出できるからである。

本発明のバッテリシステムは、放電回路４を、直列に接続している電池セル２の電圧のアンバランスを解消する均等化回路７とすることができる。
以上のバッテリシステムは、均等化回路を利用して、電池セルの電圧が正常に電圧検出回路に入力されるかどうかを判定するので、電池セルの放電電圧を検出するために専用の放電回路を設ける必要がない。したがって、簡単な回路構成としながら、電池セルと電圧検出回路との接続異常を検出できる。

本発明のバッテリシステムは、放電回路４が、互いに直列に接続してなる放電抵抗１５と放電スイッチ１６とを備えることができる。

本発明のバッテリシステムは、判定回路５が、放電回路４の放電スイッチ１６を制御して、電池セル２の放電電圧を検出することができる。
以上のバッテリシステムは、判定回路で放電スイッチを制御するので、電圧検出回路が正常に動作するかどうかを最適なタイミングで検出できる。たとえば、車両用の電源装置に使用されるバッテリシステムにあっては、イグニッションスイッチをオンに切り換えるタイミングで判定回路が放電スイッチをオンに切り換えて放電電圧を検出することで、電圧検出回路が正常に動作するかどうかをイグニッションスイッチをオンに切り換える毎に判定できる。

本発明の請求項５のバッテリシステムは、充電できる複数の電池セル２を直列に接続している電池１と、各々の電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路３と、電池セル２に接続されて電池セル２を放電する放電抵抗１５と放電スイッチ１６の直列回路からなる放電回路４と、この放電回路４の放電抵抗１５と並列に接続してなる定電圧回路３０と、電圧検出回路３で検出される電池セル２の検出電圧から電池セル２と電圧検出回路３との接続状態と電圧検出回路３の入力側の漏電を検出する判定回路３５とを備えている。バッテリシステムは、放電スイッチ１６がオンに切り換えられる状態で電池セル２の放電電圧を検出し、検出される放電電圧から判定回路３５が電池セル２と電圧検出回路３との接続異常と、電圧検出回路３の入力側の漏電とを検出する。

以上のバッテリシステムは、判定回路でもって電圧検出回路が電池セルの電圧を正確に検出できるかどうかを判定して、正常に動作することを確認してなる電圧検出回路でもって電池セルの電圧を正確に検出できる特徴がある。それは、判定回路が、放電電圧から電池セルと電圧検出回路との接続異常を検出し、さらに、電圧検出回路の入力側の漏電を検出できるからである。とくに、このバッテリシステムは、電池セルと電圧検出回路との接続異常に加えて、電圧検出回路の入力側の漏電をも検出して、電圧検出回路が正常に動作することを確認して、電池セルの電圧を正確に検出できる特徴がある。

本発明のバッテリシステムは、判定回路３５の判定を、電圧検出回路３で検出される電池セル２の放電電圧が、定電圧回路３０の安定化電圧の所定の範囲を超えた場合とすることができる。このバッテリシステムは、簡単かつ確実に、電池セルと電圧検出回路との接続異常を検出し、また、電圧検出回路の入力側の漏電を検出できる。

本発明のバッテリシステムは、定電圧回路３０を、電池セル２を電圧検出回路３に接続する直列抵抗３１と、この直列抵抗３１と直列に接続してなるツェナーダイオード３２の直列回路として、この直列回路を放電抵抗１５と並列に接続し、電圧検出回路３が直列回路の直列抵抗３１とツェナーダイオード３２との接続点の電圧を検出して電池セル２の電圧を検出することができる。以上のバッテリシステムは、簡単な回路構成の定電圧回路でもって、電圧検出回路の入力側の漏電を検出できる。

本発明のバッテリシステムは、放電回路４を、直列に接続している電池セル２の電圧のアンバランスを解消する均等化回路７とすることができる。
以上のバッテリシステムは、均等化回路を利用して、電池セルの電圧が正常に電圧検出回路に入力されるかどうかを判定するので、電池セルの放電電圧を検出するために専用の回路を設ける必要がない。したがって、簡単な回路構成としながら、電池セルの放電電圧を検出できる。

本発明のバッテリシステムは、判定回路３５が、放電回路４の放電スイッチ１６を制御して、電池セル２の放電電圧を検出することができる。
以上のバッテリシステムは、判定回路で放電スイッチを制御するので、電圧検出回路が正常に動作するかどうかを最適なタイミングで検出できる。たとえば、車両用の電源装置に使用されるバッテリシステムにあっては、イグニッションスイッチをオンに切り換えるタイミングで判定回路が放電スイッチをオンに切り換えて放電電圧を検出することで、電圧検出回路が正常に動作するかどうかをイグニッションスイッチをオンに切り換える毎に判定できる。

本発明のバッテリシステムは、電池セル２を、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池とすることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステムを以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示すバッテリシステムは、ハイブリッドカー、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載されて、負荷２０として接続されるモーター２２を駆動して車両を走行させる。電池１の負荷２０となるモーター２２は、インバータ２３を介して電池１に接続される。インバータ２３は、電池１の直流を３相の交流に変換して、モーター２２への供給電力をコントロールする。

この図のバッテリシステムは、充電できる複数の電池セル２を直列に接続している電池１と、この電池１を構成する電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路３と、各々の電池セル２を放電する放電回路４と、電圧検出回路３で検出される放電回路４で放電される電池セル２の放電電圧を正常電圧に比較して電池セル２と電圧検出回路３との接続状態を判定する判定回路５とを備える。

電池１は、コンタクタ９を介して車両側のインバータ２３に電力を供給し、インバータ２３からモーター２２に電力を供給する。モーター２２に大電力を供給できるように、電池１は多数の充電できる電池セル２を直列に接続して出力電圧を高くしている。電池セル２は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である。ただ、電池セルには、ニッケル水素電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。電池セル２をリチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池とするバッテリシステムは、複数のリチウムイオン電池を直列に接続している。電池セルをニッケル水素電池とするバッテリシステムは、複数のニッケル水素電池を直列に接続して電池セルとし、さらに複数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。

電池１は、モーター２２に大電力を供給できるように、たとえば、出力電圧を１００〜４００Ｖと高くしている。ただし、バッテリシステムは、電池の電圧を昇圧して負荷に電力を供給することもできる。このバッテリシステムは、直列に接続する電池の個数を少なくして、電池の出力電圧を低くできる。

電圧検出回路３は、各々の電池セル２の電圧を検出する。電池セル２をリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、電圧検出回路３でもって、各々のリチウムイオン電池の電圧を検出し、電池セルをニッケル水素電池とするバッテリシステムは、電圧検出回路でもって、複数のニッケル水素電池を直列に接続している電池セルの電圧を検出する。

図の電圧検出回路３は、リード線８を介して各々の電池セル２の正負の電極端子に接続している。リード線８は、接続端子（図示せず）を介して、あるいはコネクタを介して一端を電池セル２の電極端子に接続している。接続端子は、止ネジで電池セル２の電極端子に固定して接続される。リード線８の他端は、ハンダ付けして電圧検出回路３を実装している回路基板（図示せず）に接続される。ただ、リード線の他端は、コネクタを介して電圧検出回路を実装する回路基板に接続することもできる。

電圧検出回路３は、電圧を検出する電池セル２を切り換える切換回路１１と、この切換回路１１から出力される電圧を入力する差動アンプ１２と、この差動アンプ１２の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ１３とを備える。

切換回路１１は、各々の電池セル２の正負の電極端子を切り換えて電圧検出回路３の入力側に接続するスイッチング素子１４で、順番に電池セル２の電圧を差動アンプ１２の入力側に入力する。各々の電池セル２の正負の電極端子に接続している一対のスイッチング素子１４がオンに切り換えられて、この電池セル２の電圧は差動アンプ１２に入力される。一対のスイッチング素子１４をオンに切り換える状態で、他の全てのスイッチング素子１４はオフに切り換えて、オンに切り換えるスイッチング素子１４を接続している電池セル２の電圧のみを差動アンプ１２に入力する。各々の電池セル２の正負の電極端子に接続している一対のスイッチング素子１４が順番にオンに切り換えられて、各々の電池セル２の電圧は差動アンプ１２に入力される。スイッチング素子１４は、判定回路５を備える制御回路６に制御されてオンオフに切り換えられる。

差動アンプ１２は、正負の入力端子に入力される電圧差を増幅して出力する。差動アンプ１２は、入力される電池セル２の電圧を、Ａ／Ｄコンバータ１３の入力電圧に増幅する。Ａ／Ｄコンバータ１３の入力電圧範囲が、電池セル２の電圧を検出する検出電圧範囲よりも大きい場合、差動アンプ１２は入力電圧を増幅してＡ／Ｄコンバータ１３に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１３は差動アンプ１２から入力されるアナログ信号の電圧信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換して出力する。

放電回路４は、放電抵抗１５と放電スイッチ１６の直列回路で、電池セル２と並列に接続される。電池セル２を放電して、各々の電池セル２の電圧のアンバランスを解消する均等化回路７を備えるバッテリシステムは、この均等化回路７を放電回路４に併用できる。このバッテリシステムは、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を検出するために専用の放電回路を設ける必要がなく、回路構成を簡単にして接続異常を検出できる。均等化回路を備えないバッテリシステム、あるいは均等化回路を備えるバッテリシステムにおいても、専用の放電回路を設けて電池セルと電圧検出回路との接続異常を検出することができる。

放電回路４の放電抵抗１５は、電池セル２を放電するための抵抗であって、均等化回路７に併用される放電回路４にあっては、電気抵抗を約１００Ω〜３００Ωとしている。ただし、放電抵抗の電気抵抗は、１０Ω〜１０００Ωとすることもできる。とくに、均等化回路に併用されない放電回路は、放電抵抗の電気抵抗を小さくして、接続異常をより正確に判定できる。放電抵抗１５は、電気抵抗を小さくして放電電流を大きくできる。ただ、放電抵抗１５の消費電力は電気抵抗に反比例して大きくなるので、電気抵抗が小さいと消費電力が大きくなって発熱量が多くなる。このため、均等化回路７に併用される放電抵抗１５は、電池セル２の放電電流と発熱量とを考慮して最適値に設定される。均等化回路に併用されない放電抵抗は、放電スイッチをオンに切り換えるタイミングを短くして、トータル発熱量を小さくできるので、放電抵抗の電気抵抗を小さくできる。

放電スイッチ１６は、トランジスタやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。放電スイッチ１６がオンに切り換えられて、放電回路４と並列に接続している電池セル２は放電される。均等化回路７の放電回路４は、電圧の高い電池セル２に接続している放電スイッチ１６をオンに切り換えて、電池セル２を放電して電圧を低下して、電圧を均等化する。したがって、均等化回路７の放電回路４は、放電スイッチ１６を制御回路６で制御する。制御回路６は、各々の電池セル２の電圧から高電圧な電池セル２と並列に接続している放電回路４の放電スイッチ１６をオンに切り換えて、この電池セル２を放電して電圧を低下して電圧差のアンバランスを解消する。

放電回路４の放電スイッチ１６は、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定するタイミングでオンに切り換えられる。バッテリシステムは、全ての電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を検出するために、順番に電池セル２を放電回路４で放電して、放電するタイミングで接続異常を検出する。したがって、均等化回路７に併用される放電回路４は、電池セル２の電圧差のアンバランスを解消するタイミングで放電スイッチ１６をオンオフに制御し、さらに、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定するタイミングで放電スイッチ１６をオンオフに制御する。電池セル２を放電して接続異常を検出するタイミングは、たとえば１０ｍｓｅｃと非常に短くできるので、接続異常を検出するために放電スイッチ１６をオンに切り換えるタイミングは短くできる。したがって、電池セル２と電圧検出回路３との接続状態を検出するために電池セル２を放電する容量は極めて小さくできる。

判定回路５は、電池セル２の非放電電圧と放電電圧の電圧差から、あるいは放電電圧から電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定する。図２は、リード線８と電池セル２との接続部に接触抵抗（Ｒ）が発生する状態を示す回路図である。接触抵抗（Ｒ）の電圧降下は、流れる電流との積に比例する。したがって、接触抵抗（Ｒ）の電圧降下は電流が大きい状態で大きくなる。放電スイッチ１６をオフとする状態で、接触抵抗（Ｒ）に流れる電流は小さい。電圧検出回路３の入力インピーダンスが大きいからである。したがって、放電スイッチ１６をオフとする状態で、接触抵抗（Ｒ）の電圧降下は小さく、この状態で電池セル２の電圧はわずかに低下して非放電電圧として検出される。接触抵抗（Ｒ）による電圧降下が小さいことから、非放電電圧からは、接触抵抗（Ｒ）による電圧降下と電池セル２の電圧低下とを判別できない。

放電スイッチ１６がオンに切り換えられると、放電抵抗１５によって電池セル２が放電される状態となる。この状態で、電池セル２の放電電流は相当に大きくなる。放電抵抗１５の電気抵抗が電圧検出回路３の入力インピーダンスに比較して極めて小さいからである。たとえば、放電抵抗１５を１００Ω、電圧検出回路３の入力インピーダンスを１００ｋΩとすると、放電抵抗１５の電気抵抗は電圧検出回路３の入力インピーダンスの１／１０００と小さくなる。したがって、放電電流が大きくなって接触抵抗（Ｒ）による電圧降下が大きくなる。たとえば、放電抵抗１５を１００Ω、接触抵抗（Ｒ）を２ｋΩとすれば、電圧検出回路３に入力される電圧は、電池セル２の電圧が約１／２０に分圧して入力される。電池セル２の電圧が２Ｖ〜４Ｖの範囲で変化するとすれば、電圧検出回路３に入力される電圧は、０．１Ｖ〜０．２Ｖに低下して入力される。

放電スイッチ１６をオフとする状態で、電圧検出回路３が検出する電池セル２の非放電電圧は、ほぼ電池セル２の電圧となる。接触抵抗（Ｒ）の電流が小さく、接触抵抗（Ｒ）による電圧降下が極めて小さいからである。ところが、この状態で放電スイッチ１６がオンに切り換えられて電池セル２の放電電圧が検出される状態になると、検出される放電電圧は非放電電圧から著しく低下する。放電抵抗１５によって接触抵抗（Ｒ）の電流が大きくなって、接触抵抗（Ｒ）の電圧降下が大きくなるからである。したがって、判定回路５は、非放電電圧と放電抵抗１５の電圧差から接触抵抗（Ｒ）の電圧降下を検出して、接触抵抗（Ｒ）による電圧降下が設定値よりも大きくなることを検出して、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定できる。

したがって、判定回路５は、放電スイッチ１６をオフからオンに切り換えて、非放電電圧と放電電圧の電圧差から電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定できる。電圧検出回路３は、放電スイッチ１６をオフにする状態で検出する電池セル２の非放電電圧と、放電スイッチ１６をオンに切り換える状態で検出する電池セル２の放電電圧を検出して判定回路５に出力する。判定回路５は、電圧検出回路３で検出される電池の非放電電圧と放電電圧との電圧差を正常電圧に比較し、電圧差が正常電圧よりも大きい状態で接続異常と判定する。電圧差が接触抵抗（Ｒ）による電圧降下となるからである。電圧差に相当する接触抵抗（Ｒ）の電圧降下は、接触抵抗（Ｒ）の電気抵抗に比例して大きくなるので、電圧差が大きいことは、接触抵抗（Ｒ）が大きく、接続状態が異常な状態と判定できる。この正常電圧は、電池セル２の最低電圧よりも小さく、たとえば、電池セル２をリチウムイオン電池とするバッテリシステムにあっては、１．９Ｖに設定される。

判定回路５は、放電スイッチ１６をオンに切り換えて放電される電池セル２の放電電圧から、接続異常を判定することもできる。この判定回路５は、電圧検出回路３で検出される電池の放電電圧を正常電圧に比較し、放電電圧が正常電圧よりも小さい状態で接続異常と判定する。正常電圧は電池セル２の最低電圧よりも小さく、接続異常と判定する接触抵抗（Ｒ）から特定される。たとえば、正常電圧は、０．２Ｖに設定される。この判定回路５は、放電電圧を正常電圧の０．２Ｖに比較し、放電電圧が０．２Ｖよりも小さいと、接続異常と判定する。電池セル２の電圧を２Ｖ、接触抵抗（Ｒ）を１ｋΩ、放電抵抗１５を１００Ωとする状態で、電圧検出回路３が検出する放電電圧は約０．２Ｖとなる。したがって、正常電圧を０．２Ｖと設定する判定回路５は、電池セル２の電圧が２Ｖの状態で、接触抵抗（Ｒ）が１ｋΩよりも大きくなる状態で接続異常と判定できる。また、電池セル２の電圧が４Ｖの状態では、接触抵抗（Ｒ）が２ｋΩよりも大きくなる状態で接続異常と判定できる。電池セル２をリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、電池セル２の電圧が２Ｖ〜４Ｖの範囲で変化するので、この判定回路５は、２ｋΩよりも大きな接続異常を確実に判定できる。

判定回路５は、制御回路６でもって、順番に放電する電池セル２を切り換え、電池セル２を放電する状態で各々の電池セル２の放電電圧を検出し、この非放電電圧と放電電圧との電圧差、あるいは放電電圧を正常電圧に比較して、各々の電池セル２と電圧検出回路３との接続異常を判定する。

さらに、図３の回路図に示すバッテリシステムは、放電抵抗１５と並列に定電圧回路３０を接続している。このバッテリシステムは、放電スイッチ１６がオンに切り換えられる状態で電池セル２の放電電圧を検出して、電圧検出回路３の入力側の漏電、すなわち絶縁抵抗の低下を検出することができる。

定電圧回路３０は、直列抵抗３１とツェナーダイオード３２の直列回路である。図の定電圧回路３０は、ツェナーダイオード３２と直列に逆電流を阻止するダイオード３３を接続している。このダイオード３３は、省力することもできる。直列抵抗３１は、電池セル２と電圧検出回路３の入力側との間に接続している。さらに、図のバッテリシステムは、直列抵抗３１と電圧検出回路３の入力側との間に入力抵抗３４を接続している。定電圧回路３０を実現する直列抵抗３１とツェナーダイオード３２の直列回路は、放電回路４の放電抵抗１５と並列に接続している。ツェナーダイオード３２のツェナー電圧は、電池セル２の最低電圧よりも低く設定している。

図３のバッテリシステムは、電池セル２と電圧検出回路３との接続異常に加えて、判定回路３５でもって、電圧検出回路３の入力側の漏電も検出できる。判定回路３５は、電圧検出回路３で検出する放電電圧から入力側の漏電を判定する。この図のバッテリシステムは、接触抵抗（Ｒ）が十分に小さく、かつ電圧検出回路３の入力側に漏電がない状態で、放電電圧はほぼツェナー電圧となる。すなわち、電池セル２の放電電圧は、定電圧回路３０によって安定化電圧範囲となる。定電圧回路３０が、オン状態の放電スイッチ１６を介して、電圧検出回路３の入力側の正負の入力端子に接続されるからである。電圧検出回路３が検出する電池セル２の放電電圧は、正確にはツェナー電圧＋ダイオード電圧＋放電スイッチ１６であるトランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧の加算値となる。

以上の状態に対して、電圧検出回路３の入力側が漏電して、入力側に図４の鎖線で示す漏電抵抗（Ｒｌ）が接続される状態になると、漏電抵抗（Ｒｌ）によって流れる電流により、判定回路３５の入力抵抗３４で電圧降下が発生し、検出電圧が定電圧回路３０の安定化電圧外となる。したがって、入力側が漏電する状態になると、電圧検出回路３が検出する放電電圧が定電圧回路３０の安定化電圧、すなわちツェナー電圧よりも低くなる。また、漏電抵抗（Ｒｌ）が電池セル２の電圧より高い＋電圧から接続される場合においても、入力電圧は、安定化電圧範囲の上限を越えるため、回路異常を判定することが可能となる。

さらにまた、電圧検出回路３の入力側の漏電が発生しない状態においても、接触抵抗（Ｒ）が大きくなると接触抵抗（Ｒ）の電圧降下が大きくなる。この電圧降下が大きくなると、定電圧回路３０に供給される電圧、図４においては放電抵抗１５と直列抵抗３１との接続点の電圧が安定化電圧、図４にあってはツェナー電圧よりも低くなる。定電圧回路３０である直列抵抗３１とツェナーダイオード３２との直列回路は、供給される電圧を低下させて出力電圧を一定に保持する回路であるから、基準電圧が安定化電圧よりも低くなると、出力電圧は安定化電圧よりも低くなる。したがって、電圧検出回路３に供給される電圧が、安定化電圧であるツェナー電圧よりも低くなる。

以上のことから、電圧検出回路３が検出する放電電圧は、電圧検出回路３の入力側が漏電し、あるいは電池セル２と電圧検出回路３の接続異常のいずれの状態となっても、安定化電圧のツェナー電圧の範囲外の電圧となる。したがって、判定回路３５は、電圧検出回路３で検出される放電電圧が安定化電圧の範囲外の電圧となると、電圧検出回路３の入力側が漏電し、あるいは電池セル２と電圧検出回路３との接続異常と判定できる。

定電圧回路３０の安定化電圧、すなわちツェナー電圧は、電池セル２の最低電圧よりも低く設定している。したがって、電池セル２の電圧が最低電圧まで低下する状態においても、電圧検出回路３が正常に電池セル２の電圧を検出できる状態、すなわち電圧検出回路３の入力側に漏電は発生しておらず、かつ電池セル２と電圧検出回路３との接続異常がない状態では、電圧検出回路３に検出される放電電圧は安定化電圧のツェナー電圧となる。したがって、図３のバッテリシステムは、放電スイッチ１６をオンに切り換えて、オン状態の放電スイッチ１６を接続している電池セル２の放電電圧を検出し、この放電電圧から、判定回路３５は、電圧検出回路３が正常に動作するかどうかを判定できる。このことから、バッテリシステムは、電圧検出回路３が正常に電池セル２の電圧を正確に検出できることを確認して、電池セル２の電圧を正確に検出できる。

車両用の電源装置に使用されるバッテリシステムは、イグニッションスイッチをオンに切り換える毎に放電スイッチ１６をオンに切り換えて、電圧検出回路３が正常に電池セル２の電圧を検出できることを確認して、電池セル２の電圧を正確に検出することができる。

本発明の一実施例にかかるバッテリシステムの回路図である。 図１に示すバッテリシステムに接触抵抗が発生する状態を示す回路図である。 本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの回路図である。 図３に示すバッテリシステムが漏電する状態を示す回路図である。

符号の説明

１…電池
２…電池セル
３…電圧検出回路
４…放電回路
５…判定回路
６…制御回路
７…均等化回路
８…リード線
９…コンタクタ
１１…切換回路
１２…差動アンプ
１３…Ａ／Ｄコンバータ
１４…スイッチング素子
１５…放電抵抗
１６…放電スイッチ
２０…負荷
２２…モーター
２３…インバータ
３０…定電圧回路
３１…直列抵抗
３２…ツェナーダイオード
３３…ダイオード
３４…入力抵抗
３５…判定回路

Claims (10)

1. 充電できる複数の電池セル(2)を直列に接続している電池(1)と、各々の電池セル(2)の電圧を検出する電圧検出回路(3)と、前記電池セル(2)に接続されて電池セル(2)を放電する放電回路(4)と、前記電圧検出回路(3)で検出される電池セル(2)の検出電圧から電池セル(2)と電圧検出回路(3)との接続状態を判定する判定回路(5)とを備え、
   前記電圧検出回路(3)でもって、放電回路(4)による電池セル(2)の放電状態における電池セル(2)の放電電圧と、電池セル(2)の非放電状態における非放電電圧とが検出され、前記判定回路(5)によって検出される前記電池セル(2)の非放電電圧と放電電圧の電圧差が正常電圧に比較され、又は前記電池セル(2)の放電電圧が正常電圧に比較されて、前記電池セル(2)と前記電圧検出回路(3)との接続異常が判定されるようにしてなるバッテリシステム。
2. 前記放電回路(4)が直列に接続している電池セル(2)の電圧のアンバランスを解消する均等化回路(7)である請求項１に記載されるバッテリシステム。
3. 前記放電回路(4)が、互いに直列に接続してなる放電抵抗(15)と放電スイッチ(16)とを備える請求項１に記載されるバッテリシステム。
4. 前記判定回路(5)が放電回路(4)の放電スイッチ(16)を制御して、電池セル(2)の放電電圧を検出する請求項３に記載されるバッテリシステム。
5. 充電できる複数の電池セル(2)を直列に接続している電池(1)と、各々の電池セル(2)の電圧を検出する電圧検出回路(3)と、前記電池セル(2)に接続されて電池セル(2)を放電する放電抵抗(15)と放電スイッチ(16)の直列回路からなる放電回路(4)と、この放電回路(4)の放電抵抗(15)と並列に接続してなる定電圧回路(30)と、前記電圧検出回路(3)で検出される電池セル(2)の検出電圧から電池セル(2)と電圧検出回路(3)との接続状態と電圧検出回路(3)の入力側の漏電を検出する判定回路(35)とを備え、
   前記放電スイッチ(16)がオンに切り換えられる状態で電池セル(2)の放電電圧が検出され、検出される放電電圧から前記判定回路(35)が電池セル(2)と電圧検出回路(3)との接続異常と、前記電圧検出回路(3)の入力側の漏電とを検出するバッテリシステム。
6. 前記判定回路(35)の判定を、前記電圧検出回路(3)で検出される電池セル(2)の放電電圧が、前記定電圧回路(30)の安定化電圧の所定の範囲を超えた場合とすることを特徴とする請求項５に記載されるバッテリシステム。
7. 前記定電圧回路(30)が、前記電池セル(2)を電圧検出回路(3)に接続する直列抵抗(31)と、この直列抵抗(31)と直列に接続してなるツェナーダイオード(32)の直列回路であって、この直列回路は放電抵抗(15)と並列に接続しており、前記電圧検出回路(3)が直列回路の直列抵抗(31)とツェナーダイオード(32)との接続点の電圧を検出して電池セル(2)の電圧を検出する請求項５に記載されるバッテリシステム。
8. 前記放電回路(4)が直列に接続している電池セル(2)の電圧のアンバランスを解消する均等化回路(7)である請求項５に記載されるバッテリシステム。
9. 前記判定回路(35)が、前記電圧検出回路(3)で検出される電池セル(2)の検出電圧で均等化回路(7)の放電回路(4)を制御して電池セル(2)の電圧のアンバランスを解消する請求項８に記載されるバッテリシステム。
10. 前記電池セル(2)がリチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である請求項１又は５に記載されるバッテリシステム。

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