JP2010140785A - 故障診断回路、及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、二次電池の充放電経路に設けられた開閉部の故障を診断することができる故障診断回路、及びこのような故障診断回路を備えた電池パックを提供する。
【解決手段】二次電池Ｂ１１を充放電させる充放電経路Ｌｍを開閉する開閉部１０５と、充放電経路Ｌｍ上における、開閉部１０５の、二次電池Ｂ１１と反対側である第１位置Ｐ１の電圧を第１開閉電圧Ｖｐ１として検出する第１開閉電圧検出部４３と、第１位置Ｐ１と第１開閉電圧検出部４３との間を接続する第１導電路Ｌ１を開閉するスイッチング素子ＳＷ１と、スイッチング素子ＳＷ１をオンさせた状態で第１開閉電圧検出部４３によって検出された第１開閉電圧Ｖｐ１、及び開閉部１０５の開閉状態に基づいて、開閉部１０５の故障診断を行う故障診断部４２とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電可能な二次電池を有する充電式の電池パック、及び電池パックに用いられる故障検出回路に関する。

充電可能な二次電池を有する充電式の電池パックにおいて、二次電池への過充電および二次電池からの過放電を防止するために、二次電池の充放電経路に充放電禁止用の開閉部としてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を設ける方法が一般的によく知られている。電池パック内部のＦＥＴが故障状態のまま電池パックが使用し続けられると二次電池の充放電の制御を正しく行うことが出来ないため、安全性が低下する可能性がある。ＦＥＴの故障による安全性の低下を防ぐためには、ＦＥＴの故障を検出する必要がある。その方法として、電池パックの外部端子電圧と二次電池の端子電圧とを測定し、その差分からＦＥＴの故障を検出する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００８−００５５９３号公報

しかし、上述の従来の技術では、二次電池の充放電を管理するために必要な二次電池の端子電圧の他に、電池パックの外部端子電圧を測定する必要があるため、外部端子が電圧測定回路に接続されることとなる。そして、外部端子を測定回路に接続すると、測定回路へリークする漏れ電流が流れるため、外部端子電圧の測定の実行中か否かにかかわらず、常時漏れ電流が流れて二次電池が放電する。

従って、上述のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のために電池パックの外部端子電圧を測定する場合には、漏れ電流による二次電池の放電電流が増加して常に電力を消費してしまうため、実際に電池パックを使用しようとしたときには十分な電力を得られなくなるおそれがあった。

本発明の目的は、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、二次電池の充放電経路に設けられた開閉部の故障を診断することができる故障診断回路、及びこのような故障診断回路を備えた電池パックを提供することである。

本発明に係る故障診断回路は、二次電池を充放電させる充放電経路を開閉する開閉部と、前記充放電経路上における、前記開閉部の、前記二次電池と反対側である第１位置の電圧を第１開閉電圧として検出する第１開閉電圧検出部と、前記第１位置と前記第１開閉電圧検出部との間を接続する第１導電路を開閉する第１故障検出用スイッチング素子と、前記第１故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧、及び前記開閉部の開閉状態に基づいて、前記開閉部の故障診断を行う故障診断部とを備えている。

この構成によれば、開閉部によって、二次電池の充放電経路が開閉される。また、二次電池から見て開閉部を越えた第１位置と第１開閉電圧検出部との間の第１導電路が第１故障検出用スイッチング素子によって開閉され、第１開閉電圧検出部によって、第１導電路によって導かれた第１位置の電圧が第１開閉電圧として検出される。そして、故障診断部によって、第１故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧と、開閉部の開閉状態とに基づいて開閉部の故障診断が行われる。

この場合、故障診断を行う際に第１開閉電圧検出部によって第１開閉電圧が検出されるとき以外は、第１故障検出用スイッチング素子をオフさせることで第１導電路から第１開閉電圧検出部へリークする漏れ電流を遮断することができるので、背景技術のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のための測定回路へ常時漏れ電流が流れるものと比べて、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、開閉部の故障を診断することができる。

また、前記開閉部は、充電方向の電流を開閉すると共に放電方向の電流は常時流す充電用開閉部と、放電方向の電流を開閉すると共に充電方向の電流は常時流す放電用開閉部とが直列接続されて構成されたものであり、前記充電用開閉部と前記放電用開閉部との間である第２位置の電圧を第２開閉電圧として検出する第２開閉電圧検出部と、前記第２位置と前記第２開閉電圧検出部との間を接続する導電路を開閉する第２故障検出用スイッチング素子とをさらに備え、前記開閉部の開閉状態は、前記充電用開閉部及び前記放電用開閉部の開閉状態であり、前記故障診断部は、前記第２故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で前記第２開閉電圧検出部によって検出される第２開閉電圧をさらに用いて、前記充電用開閉部及び前記放電用開閉部の故障診断を行うことが好ましい。

この構成によれば、二次電池から見て充電用開閉部及び放電用開閉部のうちいずれか一方を越えた第２位置と第２開閉電圧検出部との間の第２導電路が第２故障検出用スイッチング素子によって開閉され、第２開閉電圧検出部によって、第２導電路によって導かれた第２位置の電圧が第２開閉電圧として検出される。そして、故障診断部によって、第１故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で第１開閉電圧検出部によって検出される第１開閉電圧と、第２故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で第２開閉電圧検出部によって検出される第２開閉電圧と、充電用開閉部及び放電用開閉部の開閉状態とに基づいて、充電用開閉部及び前記放電用開閉部の故障診断が行われる。

この場合、故障診断を行う際に、第１開閉電圧検出部によって第１開閉電圧が検出されるとき以外は第１故障検出用スイッチング素子をオフさせることで第１導電路から第１開閉電圧検出部へリークする漏れ電流を遮断し、第２開閉電圧検出部によって第２開閉電圧が検出されるとき以外は第２故障検出用スイッチング素子をオフさせることで第２導電路から第２開閉電圧検出部へリークする漏れ電流を遮断することが可能となるので、背景技術のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のための測定回路へ常時漏れ電流が流れるものと比べて、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、開閉部の故障を診断することができる。

また、前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、前記故障診断部は、前記第２故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で前記第２開閉電圧検出部によって検出された第２開閉電圧が実質的にゼロであった場合、前記充電用開閉部がオープン故障していると判定し、当該第２開閉電圧が実質的にゼロでなければ前記充電用開閉部はオープン故障していないと判定することが好ましい。

この構成によれば、二次電池からみて充電用開閉部を越えた第２位置の第２開閉電圧は、二次電池の出力電圧によって上昇するはずである。しかるに第２開閉電圧検出部によって検出された第２開閉電圧が実質的にゼロであった場合、故障診断部は、充電用開閉部がオープン故障していると判定することができる。

また、前記故障診断部は、前記充電用開閉部はオープン故障していないと判定した場合、前記第１故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態でさらに前記放電用開閉部をオンさせて前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が実質的にゼロであったとき、前記放電用開閉部がオープン故障していると判定し、当該第１開閉電圧が実質的にゼロでなければ前記放電用開閉部はオープン故障していないと判定することが好ましい。

この構成によれば、充電用開閉部がオープン故障していなければ、充電用開閉部がオンしているとき、充電用開閉部は放電方向の電流は常時流すから、放電用開閉部が正常にオンすれば、二次電池からみて充電用開閉部と放電用開閉部とを越えた第１位置の第１開閉電圧は、二次電池の出力電圧によって上昇するはずである。しかるに、第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が実質的にゼロであった場合、故障診断部は、放電用開閉部がオープン故障していると判定することができる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電池電圧検出部をさらに備え、前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、前記充電用開閉部は、充電方向の電流を開閉する充電用スイッチング素子と、当該充電用スイッチング素子と並列に放電方向が順方向となる向きに接続された放電方向ダイオードとを備え、前記第１導電路を、前記第１故障検出用スイッチング素子より前記第１開閉電圧検出部側の位置で、グラウンドに接続する第１抵抗をさらに備え、前記故障診断部は、前記第１故障検出用スイッチング素子をオン、前記放電用スイッチング素子をオフ、前記充電用スイッチング素子をオフさせた状態で、前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が前記電池電圧検出部によって検出された前記二次電池の端子電圧から前記放電方向ダイオードにおける順方向電圧を減じた電圧と実質的に等しい場合、前記放電用開閉部がショート故障していると判定することが好ましい。

この構成によれば、放電用開閉部がショート故障している場合、第１故障検出用スイッチング素子をオンすると、二次電池から放電方向ダイオード、放電用開閉部、及び第１抵抗を介してグラウンドへ電流が流れ、放電方向ダイオードで順方向電圧が生じる結果、二次電池からみて放電方向ダイオードと放電用開閉部とを越えた第１位置における第１開閉電圧は、二次電池の端子電圧から放電方向ダイオードの順方向電圧を減じた電圧と実質的に等しくなる。従って、故障診断部は、第１故障検出用スイッチング素子をオンして第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が、放電用スイッチング素子をオフさせた状態で電池電圧検出部によって検出された二次電池の端子電圧から放電方向ダイオードにおける順方向電圧を減じた電圧と実質的に等しい場合に放電用開閉部がショート故障していると判定することで、第１開閉電圧が０Ｖでなかった場合にショート故障していると判定する場合よりも放電用開閉部のショート故障の判定精度を向上することが可能となる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電池電圧検出部をさらに備え、前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、前記第１導電路を、前記第１故障検出用スイッチング素子より前記第１開閉電圧検出部側の位置で、グラウンドに接続する第１抵抗をさらに備え、前記故障診断部は、前記第１故障検出用スイッチング素子をオン、前記放電用スイッチング素子をオフ、前記充電用スイッチング素子をオンさせた状態で、前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が前記電池電圧検出部によって検出された前記二次電池の端子電圧と実質的に等しい場合、前記放電用開閉部がショート故障していると判定することが好ましい。

この構成によれば、この構成によれば、放電用開閉部がショート故障している場合、第１故障検出用スイッチング素子をオンすると、二次電池から放電用開閉部、及び第１抵抗を介してグラウンドへ電流が流れ、二次電池からみて放電用開閉部を越えた第１位置における第１開閉電圧は、二次電池の端子電圧と実質的に等しくなる。従って、故障診断部は、第１故障検出用スイッチング素子をオンして第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が、放電用スイッチング素子をオフさせた状態で電池電圧検出部によって検出された二次電池の端子電圧と実質的に等しい場合に放電用開閉部がショート故障していると判定することで、第１開閉電圧が０Ｖでなかった場合にショート故障していると判定する場合よりも放電用開閉部のショート故障の判定精度を向上することが可能となる。

また、前記二次電池の端子電圧を検出する電池電圧検出部をさらに備え、前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、前記充電用開閉部は、充電方向の電流を開閉する充電用スイッチング素子と、当該充電用スイッチング素子と並列に放電方向が順方向となる向きに接続された放電方向ダイオードとを備え、前記第２導電路を、前記第２故障検出用スイッチング素子より前記第２開閉電圧検出部側の位置で、グラウンドに接続する第２抵抗をさらに備え、前記故障診断部は、前記第２故障検出用スイッチング素子をオン、前記充電用スイッチング素子をオフさせた状態で、前記第２開閉電圧検出部によって検出された第２開閉電圧が前記電池電圧検出部によって検出された前記二次電池の端子電圧と実質的に等しい場合、前記充電用開閉部がショート故障していると判定することが好ましい。

この構成によれば、もし充電用開閉部が正常であれば、第２故障検出用スイッチング素子をオンすると、二次電池から放電方向ダイオードと第２抵抗とを介してグラウンドへ電流が流れ、放電方向ダイオードで順方向電圧が生じる結果、二次電池からみて放電方向ダイオードを越えた第２位置における第２開閉電圧は、二次電池の端子電圧から放電方向ダイオードの順方向電圧を減じた電圧と実質的に等しくなる。にもかかわらず、第２故障検出用スイッチング素子をオン、充電用スイッチング素子をオフさせた状態で、第２開閉電圧検出部によって検出された第２開閉電圧が電池電圧検出部によって検出された二次電池の端子電圧と実質的に等しい場合、故障診断部は、充電用開閉部がショート故障していると判定することができる。

また、本発明に係る電池パックは、上述の故障診断回路と、前記二次電池とを備える。

この構成によれば、故障診断回路を備えた電池パックにおいて、背景技術のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のための測定回路へ常時漏れ電流が流れるものと比べて、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、開閉部の故障を診断することができる。

このような構成の故障診断回路、及び電池パックは、故障診断を行う際に第１開閉電圧検出部によって第１開閉電圧が検出されるとき以外は、第１故障検出用スイッチング素子をオフさせることで第１導電路から第１開閉電圧検出部へリークする漏れ電流を遮断することができるので、背景技術のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のための測定回路へ常時漏れ電流が流れるものと比べて、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、開閉部の故障を診断することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池パックの構成の一例を示す概略ブロック図である。図１に示す電池パック１００は、故障診断回路１と、二次電池Ｂ１１と、接続端子１０１，１０２とを備えて構成されている。

なお、故障診断回路１は、電池パックに組み込まれる例に限らない。例えば、故障診断回路１は、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車、ハイブリットカー等、種々の電池駆動機器や、発電装置の負荷を二次電池によって平準化する電源システム、無停電電源装置等に用いられてもよい。

また、故障診断回路１は、例えば二次電池を充電する発電装置等の充電装置に内蔵されていてもよい。また、充電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、電動車輌における電力回生装置等であってもよい。

接続端子１０１は電池パック１００のプラス端子、接続端子１０２は電池パック１００のマイナス端子である。接続端子１０１，１０２は、電池パック１００と充電装置（図示省略）、あるいは放電負荷装置（図示省略）とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等で構成される。

二次電池Ｂ１１は、例えば複数の素電池Ｂ１が直列接続されて構成された組電池である。なお、二次電池Ｂ１１は、複数の素電池Ｂ１が並列接続されたものであってもよく、直列と並列とか組み合わされて接続されたものでもよく、あるいは素電池単体であってもよい。

故障診断回路１は、スイッチング素子Ｑ１（放電用開閉部），スイッチング素子Ｑ２（充電用開閉部）、スイッチング素子ＳＷ１（第１故障検出用スイッチング素子）、スイッチング素子ＳＷ２（第２故障検出用スイッチング素子）、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３，Ｒ４、電池電圧検出部１０３、及び制御部１０４を備えて構成されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は直列に接続されて、開閉部１０５を構成している。

接続端子１０１は、放電制御用のスイッチング素子Ｑ１と、充電制御用のスイッチング素子Ｑ２とをこの順に介して二次電池Ｂ１１の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。

スイッチング素子Ｑ１は、例えばスイッチング素子Ｑ１１（放電用スイッチング素子）と、スイッチング素子Ｑ１１と並列に充電方向が順方向となる向きに接続された寄生ダイオードＤ１（充電方向ダイオード）とから構成されている。

スイッチング素子Ｑ２は、例えばスイッチング素子Ｑ２１（充電用スイッチング素子）と、スイッチング素子Ｑ２１と並列に放電方向が順方向となる向きに接続された寄生ダイオードＤ２（放電方向ダイオード）とから構成されている。

そして、接続端子１０２は、二次電池Ｂ１１の負極に接続されており、接続端子１０１からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、及び二次電池Ｂ１１を介して接続端子１０２に至る充放電経路Ｌｍが構成されている。また、二次電池Ｂ１１の負極が回路グラウンドにされている。

接続端子１０１とスイッチング素子Ｑ１との接続点である第１位置Ｐ１は、スイッチング素子ＳＷ１と抵抗Ｒ３とを介して制御部１０４に接続されている。この場合、第１位置Ｐ１から制御部１０４に至る導電路が第１導電路Ｌ１に相当している。そして、第１導電路Ｌ１における抵抗Ｒ３と制御部１０４との接続点が、第１抵抗Ｒ１を介して回路グラウンドに接続されている。

これにより、第１位置Ｐ１の電圧Ｖｐ１が、抵抗Ｒ３，Ｒ１によって分圧されて得られた電圧Ｖｉｎ１が、制御部１０４に入力されるようになっている。従って、抵抗Ｒ３，Ｒ１の分圧比を適宜設定することにより、電圧Ｖｐ１を制御部１０４で検出可能な電圧範囲に変換することができる。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点である第２位置Ｐ２は、スイッチング素子ＳＷ２と抵抗Ｒ４とを介して制御部１０４に接続されている。この場合、第２位置Ｐ２から制御部１０４に至る導電路が第２導電路Ｌ２に相当している。そして、第２導電路Ｌ２における抵抗Ｒ４と制御部１０４との接続点が、第２抵抗Ｒ２を介して回路グラウンドに接続されている。

これにより、第２位置Ｐ２の電圧Ｖｐ２が、抵抗Ｒ４，Ｒ２によって分圧されて得られた電圧Ｖｉｎ２が、制御部１０４に入力されるようになっている。従って、抵抗Ｒ４，Ｒ２の分圧比を適宜設定することにより、電圧Ｖｐ２を制御部１０４で検出可能な電圧範囲に変換することができる。

電池電圧検出部１０３は、例えばアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されており、二次電池Ｂ１１の正極端子の電圧、すなわち二次電池Ｂ１１の端子電圧ＶＢを検出し、これをデジタル値に変換して制御部１０４へ出力する。

なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，ＳＷ１，ＳＷ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、その他のスイッチング素子を用いてもよいが、ＦＥＴは、オン抵抗が小さいので、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，ＳＷ１，ＳＷ２として好適である。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，ＳＷ１，ＳＷ２は、ゲートが制御部１０４に接続されており、制御部１０４からの制御信号に応じてオン、オフされるようになっている。

制御部１０４は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１０４は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電制御部４１、故障診断部４２、第１開閉電圧検出部４３、及び第２開閉電圧検出部４４として機能する。

第１開閉電圧検出部４３は、例えばアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されている。そして、第１開閉電圧検出部４３は、第１導電路Ｌ１を介して得られた電圧Ｖｉｎ１から、下記の式（１）に基づき第１位置Ｐ１の電圧Ｖｐ１（第１開閉電圧）を取得する。

Ｖｐ１＝Ｖｉｎ１×（Ｒ_１＋Ｒ_３）／Ｒ_１ ・・・（１）
ただし、Ｒ_１は第１抵抗Ｒ１の抵抗値、Ｒ_３は抵抗Ｒ３の抵抗値である。

第２開閉電圧検出部４４は、例えばアナログデジタルコンバータ等を用いて構成されている。そして、第２開閉電圧検出部４４は、第２導電路Ｌ２を介して得られた電圧Ｖｉｎ２から、下記の式（２）に基づき第２位置Ｐ２の電圧Ｖｐ２（第２開閉電圧）を取得する。

Ｖｐ２＝Ｖｉｎ２×（Ｒ_２＋Ｒ_４）／Ｒ_２ ・・・（２）
ただし、Ｒ_２は第２抵抗Ｒ２の抵抗値、Ｒ_４は抵抗Ｒ４の抵抗値である。

充放電制御部４１は、例えば電池電圧検出部１０３によって検出された端子電圧ＶＢが、過充電を防止するために予め設定された過充電防止電圧以上になると、スイッチング素子Ｑ２をオフして二次電池Ｂ１１の充電を禁止し、過充電を防止する。また、充放電制御部４１は、例えば電池電圧検出部１０３によって検出された端子電圧ＶＢが、過放電を防止するために予め設定された過放電防止電圧以下になると、スイッチング素子Ｑ１をオフして二次電池Ｂ１１の放電を禁止し、過放電を防止する。これにより、二次電池Ｂ１１の過充電や過放電の発生が防止されて、安全性が向上するようになっている。

故障診断部４２は、スイッチング素子ＳＷ１をオン、スイッチング素子ＳＷ２をオフさせた状態で、スイッチング素子Ｑ１の開閉状態、第１開閉電圧検出部４３によって検出された電圧Ｖｐ１に基づいて、スイッチング素子Ｑ１の故障診断を行う。

また、故障診断部４２は、スイッチング素子ＳＷ２をオフ、スイッチング素子ＳＷ２をオンさせた状態で、スイッチング素子Ｑ２の開閉状態、第２開閉電圧検出部４４によって検出された電圧Ｖｐ２に基づいて、スイッチング素子Ｑ２の故障診断を行う。

また、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の故障診断を行わないときは、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフさせることで、第１導電路Ｌ１、及び第２導電路Ｌ２からの第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、及び制御部１０４への漏れ電流を遮断する。

次に、図１に示す電池パック１００の動作について説明する。図２は、図１に示す故障診断回路１の動作の一例を示すフローチャートである。まず、故障診断部４２は、故障診断を開始すると、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフし（ステップＳ１）、さらにスイッチング素子ＳＷ１をオフ、スイッチング素子ＳＷ２をオンする（ステップＳ２）。

スイッチング素子をこのような開閉状態にした状態で故障診断部４２は、第２開閉電圧検出部４４によって検出された第２位置Ｐ２の電圧Ｖｐ２を確認する（ステップＳ３）。ここで、もし仮にスイッチング素子Ｑ２が正常であったとすれば、二次電池Ｂ１１から寄生ダイオードＤ２、スイッチング素子ＳＷ２、抵抗Ｒ４、及び第２抵抗Ｒ２を介してグラウンドに至る電流経路が形成され、寄生ダイオードＤ２に電流が流れることにより順方向電圧Ｖｆの電圧降下が生じる。

そうすると、もし仮にスイッチング素子Ｑ２が正常であれば、第２位置Ｐ２の電圧Ｖｐ２は、ＶＢ−Ｖｆとなるはずである。

ここで、電圧Ｖｐ２がＶＢ−Ｖｆとならず、実質的にゼロであった場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ２がオープン故障したものと判定し（ステップＳ４）、ステップＳ１４へ移行する。

なお、実質的にゼロとは、完全なゼロのみならず、例えば電圧の測定誤差等をゼロに加減算した電圧範囲を含む意味である。

一方、電圧Ｖｐ２が実質的にゼロでなかった場合（ステップＳ３でＮＯ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ２がオープン故障していないと判定し、ステップＳ５へ移行する。

次に、ステップＳ５において、故障診断部４２は、電圧Ｖｐ２を、電池電圧検出部１０３によって検出された端子電圧ＶＢと比較する（ステップＳ５）。上述したように、スイッチング素子Ｑ２が正常であれば、電圧Ｖｐ２は、ＶＢ−Ｖｆとなるはずである。にもかかわらず、電圧Ｖｐ２が実質的に端子電圧ＶＢと等しい場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ２がショート故障したものと判定し（ステップＳ６）、ステップＳ１４へ移行する。

なお、実質的に等しいとは、完全に等しい場合のみならず、例えば電圧の測定誤差程度の差異が生じていても、等しいと見なす意味である。

一方、電圧Ｖｐ２が端子電圧ＶＢと実質的に等しくなかった場合（ステップＳ５でＮＯ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ２がショート故障していないと判定し、ステップＳ７へ移行する。

次に、ステップＳ７において、故障診断部４２は、スイッチング素子ＳＷ１をオン、スイッチング素子ＳＷ２をオフの開閉状態にする（ステップＳ７）。そして、故障診断部４２は、第１開閉電圧検出部４３によって検出された電圧Ｖｐ２を、ＶＢ−Ｖｆと比較する（ステップＳ８）。

ここで、もし仮にスイッチング素子Ｑ１が正常であったとすれば、第１位置Ｐ１における電圧Ｖｐ１は、０Ｖになるはずである。にもかかわらず、電圧Ｖｐ１が実質的に端子電圧ＶＢ−Ｖｆと等しい場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ１がショート故障したものと判定し（ステップＳ９）、ステップＳ１４へ移行する。

なお、ステップＳ８においては、電圧Ｖｐ１が実質的に０Ｖでなければスイッチング素子Ｑ１がショート故障したものと判定するようにしてもよい。しかしながら、電圧Ｖｐ１が実質的に端子電圧ＶＢ−Ｖｆと等しい場合にスイッチング素子Ｑ１がショート故障したものと判定することで、ショート故障の判定精度を向上させることができる。

一方、電圧Ｖｐ１がＶＢ−Ｖｆと実質的に等しくなかった場合（ステップＳ８でＮＯ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ１をオン、スイッチング素子Ｑ２をオフし（ステップＳ１０）、電圧Ｖｐ１の値を確認する（ステップＳ１１）。

ここで、もし仮にスイッチング素子Ｑ１が正常であれば、電圧Ｖｐ１は、ＶＢ−Ｖｆとほぼ等しいはずである。にもかかわらず、電圧Ｖｐ１が実質的にゼロであった場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ１がオープン故障していると判定し（ステップＳ１２）、ステップＳ１４へ移行する。

一方、電圧Ｖｐ１が実質的にゼロではなかった場合（ステップＳ１１でＮＯ）、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ１がオープン故障していないと判定し、ステップＳ１３へ移行する。

ステップＳ１３では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれもが、ショート故障もオープン故障もしていなかったことになるから、故障診断部４２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は正常であると判定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４へ移行する。

次に、ステップＳ１４において、故障診断部４２は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフして、故障診断処理を終了する。これにより、故障診断部４２は、故障診断処理を実行するとき以外は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフするので、故障診断を実行するとき以外は、第１導電路Ｌ１から第１抵抗Ｒ１や制御部１０４を介してリークする漏れ電流、及び第２導電路Ｌ２から第２抵抗Ｒ２や制御部１０４を介してリークする漏れ電流が遮断される。

これによって、背景技術のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のための測定回路へ常時漏れ電流が流れるものと比べて、故障診断を実行する場合にのみ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンさせて測定回路を接続させることができるので、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、二次電池の充放電経路に設けられたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の故障を診断することができる。

そして、例えば、ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２のいずれかにおいて、故障診断部４２によって、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちいずれかの故障が検出された場合、充放電制御部４１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフしたり、図略の保護スイッチをオフして二次電池Ｂ１１の充放電経路Ｌｍを遮断したりする。

また、例えばステップＳ４，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１３において故障診断部４２によって診断された故障診断結果を、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や液晶表示器を用いて表示したり、通信インターフェイス回路を用いて故障診断回路１の外部に通知したりしてもよい。

なお、ステップＳ２において、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を両方ともオンし、ステップＳ７を削除してもよい。これにより、ステップＳ７の処理工数を削減し、処理を簡素化することができる。

一方、ステップＳ２でスイッチング素子ＳＷ１をオフ、スイッチング素子ＳＷ２をオンし、ステップＳ７でスイッチング素子ＳＷ１をオン、スイッチング素子ＳＷ２をオフすることで、ステップＳ３〜Ｓ６の処理中における第１導電路Ｌ１から第１抵抗Ｒ１を介してグランドへリークする漏れ電流や制御部１０４へリークする漏れ電流を遮断することができ、また、ステップＳ８〜Ｓ１３の処理中における第２導電路Ｌ２から第２抵抗Ｒ２を介してグランドへリークする漏れ電流や制御部１０４へリークする漏れ電流を遮断することができるので、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減することができる。

また、第１開閉電圧検出部４３による電圧Ｖｉｎ１の検出が終わった直後にスイッチング素子ＳＷ１をオフし、第２開閉電圧検出部４４による電圧Ｖｉｎ２の検出が終わった直後にスイッチング素子ＳＷ２をオフするようにしてもよい。これにより、さらに漏れ電流が流れる時間を短縮することができるので、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減することができる。

また、例えば図３に示す電池パック１００ａにおける故障診断回路１ａのように、開閉部１０５ａを、寄生ダイオードを備えない単一のスイッチング素子で構成し、スイッチング素子ＳＷ２、抵抗Ｒ４、第２抵抗Ｒ２、及び第２開閉電圧検出部４４を備えない構成としてもよい。

図４は、図３に示す電池パック１００ａの動作の一例を示すフローチャートである。まず、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａの故障診断を行わないときは、スイッチング素子ＳＷ１をオフさせることで、第１導電路Ｌ１からの第１抵抗Ｒ１、及び制御部１０４への漏れ電流を遮断している。そして、故障診断部４２ａは、故障診断を開始すると、開閉部１０５ａをオフし（ステップＳ２１）、さらにスイッチング素子ＳＷ１をオンする（ステップＳ２２）。

この状態で故障診断部４２ａは、第１開閉電圧検出部４３によって検出された第１位置Ｐ１の電圧Ｖｐ１を確認する（ステップＳ２３）。そして、電圧Ｖｐ１が実質的にゼロでなかった場合（ステップＳ２３でＮＯ）、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａがショート故障したものと判定し（ステップＳ２４）、ステップＳ２９へ移行する。

一方、電圧Ｖｐ１が実質的にゼロであった場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａがショート故障していないと判定し、ステップＳ２５へ移行する。

次に、ステップＳ２５において、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａをオンし（ステップＳ２５）、電圧Ｖｐ１の値を確認する（ステップＳ２６）。そして、電圧Ｖｐ１が実質的にゼロであった場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａがオープン故障していると判定し（ステップＳ２７）、ステップＳ２９へ移行する。

一方、電圧Ｖｐ１が実質的にゼロではなかった場合（ステップＳ２６でＮＯ）、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａがオープン故障していないと判定し、ステップＳ２８へ移行する。

ステップＳ２８では、開閉部１０５ａが、ショート故障もオープン故障もしていなかったことになるから、故障診断部４２ａは、開閉部１０５ａは正常であると判定し（ステップＳ２８）、ステップＳ２９へ移行する。

次に、ステップＳ２９において、故障診断部４２ａは、スイッチング素子ＳＷ１をオフして、故障診断処理を終了する。これにより、故障診断部４２ａは、故障診断処理を実行するとき以外は、スイッチング素子ＳＷ１をオフするので、故障診断を実行するとき以外は、第１導電路Ｌ１から第１抵抗Ｒ１や制御部１０４を介してリークする漏れ電流が遮断される。

これによって、背景技術のように二次電池の充放電を管理するために必要な測定の他に、故障診断のための測定回路へ常時漏れ電流が流れるものと比べて、漏れ電流による二次電池の放電電流の増加を低減しつつ、二次電池の充放電経路に設けられた開閉部１０５ａの故障を診断することができる。

なお、図２、図４におけるフローチャートはスイッチング素子の故障診断方法の一例を示したものであり、その他の判定基準を用いても同様の効果を得ることができる。

本発明に係る故障診断回路、及び電池パックは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム、無停電電源装置等の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る電池パックの構成の一例を示す概略ブロック図である。 図１に示す故障診断回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す電池パックの変形例を示す略ブロック図である。 図３に示す故障診断回路の動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１，１ａ 故障診断回路
４１ 充放電制御部
４２，４２ａ 故障診断部
４３ 第１開閉電圧検出部
４４ 第２開閉電圧検出部
１００ 電池パック
１０１，１０２ 接続端子
１０３ 電池電圧検出部
１０４ 制御部
１０５，１０５ａ 開閉部
Ｂ１ 素電池
Ｂ１１ 二次電池
Ｄ１，Ｄ２ 寄生ダイオード
Ｌ１ 第１導電路
Ｌ２ 第２導電路
Ｌｍ 充放電経路
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１，Ｑ２１ スイッチング素子
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３，Ｒ４ 抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子
ＶＢ 端子電圧
Ｖｆ 順方向電圧

Claims (8)

1. 二次電池を充放電させる充放電経路を開閉する開閉部と、
   前記充放電経路上における、前記開閉部の、前記二次電池と反対側である第１位置の電圧を第１開閉電圧として検出する第１開閉電圧検出部と、
   前記第１位置と前記第１開閉電圧検出部との間を接続する第１導電路を開閉する第１故障検出用スイッチング素子と、
   前記第１故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧、及び前記開閉部の開閉状態に基づいて、前記開閉部の故障診断を行う故障診断部と
   を備えることを特徴とする故障診断回路。
2. 前記開閉部は、
   充電方向の電流を開閉すると共に放電方向の電流は常時流す充電用開閉部と、放電方向の電流を開閉すると共に充電方向の電流は常時流す放電用開閉部とが直列接続されて構成されたものであり、
   前記充電用開閉部と前記放電用開閉部との間である第２位置の電圧を第２開閉電圧として検出する第２開閉電圧検出部と、
   前記第２位置と前記第２開閉電圧検出部との間を接続する第２導電路を開閉する第２故障検出用スイッチング素子とをさらに備え、
   前記開閉部の開閉状態は、
   前記充電用開閉部及び前記放電用開閉部の開閉状態であり、
   前記故障診断部は、
   前記第２故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で前記第２開閉電圧検出部によって検出される第２開閉電圧をさらに用いて、前記充電用開閉部及び前記放電用開閉部の故障診断を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の故障診断回路。
3. 前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、
   前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、
   前記故障診断部は、
   前記第２故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態で前記第２開閉電圧検出部によって検出された第２開閉電圧が実質的にゼロであった場合、前記充電用開閉部がオープン故障していると判定し、当該第２開閉電圧が実質的にゼロでなければ前記充電用開閉部はオープン故障していないと判定すること
   を特徴とする請求項２記載の故障診断回路。
4. 前記故障診断部は、
   前記充電用開閉部はオープン故障していないと判定した場合、前記第１故障検出用スイッチング素子をオンさせた状態でさらに前記放電用開閉部をオンさせて前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が実質的にゼロであったとき、前記放電用開閉部がオープン故障していると判定し、当該第１開閉電圧が実質的にゼロでなければ前記放電用開閉部はオープン故障していないと判定すること
   を特徴とする請求項３記載の故障診断回路。
5. 前記二次電池の端子電圧を検出する電池電圧検出部をさらに備え、
   前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、
   前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、
   前記充電用開閉部は、
   充電方向の電流を開閉する充電用スイッチング素子と、当該充電用スイッチング素子と並列に放電方向が順方向となる向きに接続された放電方向ダイオードとを備え、
   前記第１導電路を、前記第１故障検出用スイッチング素子より前記第１開閉電圧検出部側の位置で、グラウンドに接続する第１抵抗をさらに備え、
   前記故障診断部は、
   前記第１故障検出用スイッチング素子をオン、前記放電用スイッチング素子をオフ、前記充電用スイッチング素子をオフさせた状態で、前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が前記電池電圧検出部によって検出された前記二次電池の端子電圧から前記放電方向ダイオードにおける順方向電圧を減じた電圧と実質的に等しい場合、前記放電用開閉部がショート故障していると判定すること
   を特徴とする請求項２記載の故障診断回路。
6. 前記二次電池の端子電圧を検出する電池電圧検出部をさらに備え、
   前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、
   前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、
   前記第１導電路を、前記第１故障検出用スイッチング素子より前記第１開閉電圧検出部側の位置で、グラウンドに接続する第１抵抗をさらに備え、
   前記故障診断部は、
   前記第１故障検出用スイッチング素子をオン、前記放電用スイッチング素子をオフ、前記充電用スイッチング素子をオンさせた状態で、前記第１開閉電圧検出部によって検出された第１開閉電圧が前記電池電圧検出部によって検出された前記二次電池の端子電圧と実質的に等しい場合、前記放電用開閉部がショート故障していると判定すること
   を特徴とする請求項２記載の故障診断回路。
7. 前記二次電池の端子電圧を検出する電池電圧検出部をさらに備え、
   前記充電用開閉部と前記放電用開閉部とは、
   前記二次電池に近い側が前記充電用開閉部になるように接続され、
   前記充電用開閉部は、
   充電方向の電流を開閉する充電用スイッチング素子と、当該充電用スイッチング素子と並列に放電方向が順方向となる向きに接続された放電方向ダイオードとを備え、
   前記第２導電路を、前記第２故障検出用スイッチング素子より前記第２開閉電圧検出部側の位置で、グラウンドに接続する第２抵抗をさらに備え、
   前記故障診断部は、
   前記第２故障検出用スイッチング素子をオン、前記充電用スイッチング素子をオフさせた状態で、前記第２開閉電圧検出部によって検出された第２開閉電圧が前記電池電圧検出部によって検出された前記二次電池の端子電圧と実質的に等しい場合、前記充電用開閉部がショート故障していると判定すること
   を特徴とする請求項２記載の故障診断回路。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の故障診断回路と、
   前記二次電池と
   を備えることを特徴とする電池パック。

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