JP2011232171A - 二次電池の電池管理システムの故障検知方法および電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測系の故障を容易にかつ迅速に検出することで、電池監視装置が故障したと判定できることを利用した電池管理システムの故障検知方法および電子監視装置を提供する。
【解決手段】複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と、電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置の故障検知方法であって、その電池監視装置は、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を与えるリファレンス電源１を備える計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、その構成部品の少なくとも１部品の故障を、構成部品あるいは電池セルから出力される電圧値の異常として故障検出回路で検出することにより電池監視装置の故障を検知することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の電池管理システムの故障を検知する方法に関するもので、より詳細には、電池管理システムを構成する電池監視装置の故障を検知する故障検知方法と、その故障検知に使用する故障検出回路に関するものである。

図６に示すような電池監視装置１２を使用して電池の電圧や温度を計測し、その計測値を電池監視装置１２からシリアル通信で受け取り、かつシステムの制御をおこなう電池管理装置１１とから構成される電池管理システム１０において、電池監視装置１２における電池セルの電圧を測定する計測系のＡＤ変換機能１４（ＡＤコンバータと称される場合もある）やリファレンス電源１（Ｒｆ_１）が故障し、電池管理装置１１に異常なデータを送信するとシステムの制御に異常をきたし、安全性や信頼性が損なわれることとなる。
特に、近年電池監視装置の計測系をＩＣ化した計測ＩＣ（バッテリスタックモニタＩＣと称する場合もある）が登場しているが、この計測ＩＣが正常に動作しているかの検出は、信頼性向上のためにも重要となっている。

そこで、この電池監視装置の計測系や計測ＩＣが故障したときの検出方法としては、電池監視装置の計測系や、この計測ＩＣを２つ並列に接続して、その冗長性を加え、一方が故障しても、残る片方の計測系あるいは計測ＩＣで正常な値を取得すると共に、これらの計測値の差から異常を検出する方法、あるいは電池セル電圧の過電圧や過放電のみをコンパレータで検出する方法などが提案されている。しかし、これらの方法はコストがかかり、また回路も複雑になってしまう欠点を抱えている。

また、制御回路の故障検出方法としては、特許文献１に故障検出対象との関係が明白な複数の信号から検出対象を推定し、検出器の結果と比較し、その推定と検出器の結果とに差異が生じた時、検出器の故障を判断する方法が開示されている。

さらに、特許文献２には複数の電池セルが直列に接続された蓄電装置の各電池セルの端子間電圧を検出する電圧検出回路の故障検知装置が開示され、その故障判定方法は、所定電圧を超えたと判定された電池セルの端子間電圧が、各電池セルの端子間電圧の総和に基づいて設定された解除判定電圧を下回った場合においても所定電圧以上である状態が継続している場合には、セルの端子間電圧の検出値が異常であると判断して、電圧検出回路に故障が生じていると判定するものである。

特開２０００−１３７５２１号公報 特開２００４−１７７２０８号公報

本発明は、電池監視装置に使用される計測系の故障を容易にかつ迅速に検出するという上記課題に鑑みなされたもので、電池監視装置の計測系が電圧を計測するには、ＡＤ変換機能（以下、ＡＤコンバータと称する場合もある）およびリファレンス電源が必要であることに着目し、これらの部位の故障が検知されれば、電池監視装置が故障したと判定できることを利用した電池管理システムの故障検知方法、および故障を検知する電池監視装置を提供するものである。
なお、本発明で使用する「計測系」は、少なくともＡＤ変換機能とリファレンス電源を備えるもので、その形態は個々のＡＤ変換機能とリファレンス電源で構成される計測回路、およびこれらの部品をＩＣ化した計測ＩＣを含むものである。

本発明に係る第一の発明は、複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置の故障検知方法であって、その電池監視装置は、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１を備える計測系と、故障検出回路を少なくとも構成部品に有し、その構成部品の少なくとも１部品の故障を構成部品あるいは電池セルから出力される電圧値の異常として故障検出回路で検出することにより電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第二の発明は、第一の発明における故障検出回路が、装置管理用マイクロコントローラに基準電圧を供給するリファレンス電源２と、計測系のリファレンス電源１の電圧値をマイクロコントローラに送るための電圧計測部とから構成される回路で、マイクロコントローラにより計測した計測系のリファレンス電源１の電圧値を、計測系のリファレンス電源１の既知の電圧値と比較して、その電圧値の異常を検出することで電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第三の発明は、第一の発明における故障検出回路が、装置管理用マイクロコントローラに基準電圧を供給するリファレンス電源２と、そのリファレンス電源２の電圧値を計測系のＡＤ変換機能に送るための電圧計測部とから構成される回路で、その計測系のＡＤ変換機能で計測したリファレンス電源２の電圧値を、リファレンス電源２の既知の電圧値と比較して、その電圧値の異常を検出することで電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第四の発明は、第一の発明における故障検出回路が、マイクロコントローラに接続するリファレンス電源２と、バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値をマイクロコントローラに送るための電圧計測部と、最下位電位電池セルの電圧値を分圧するために最下位電位電池セルと並列に設けられた直列接続の抵抗およびスイッチから構成される回路で、最下位電位電池セルの電圧値を、マイクロコントローラおよび計測ＩＣにより各々計測して、それらの計測値の差を求め、その差と予め設定した閾値との比較によって、電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第五の発明は、第一の発明における故障検出回路が、マイクロコントローラに基準電圧を供給するリファレンス電源２と、バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値をマイクロコントローラに送るための電圧計測部と、バッテリスタックの複数の電池セルの各電池セルと計測系のＡＤ変換機能との各計測ライン間に直列に設けられたスイッチと、バッテリスタックの各電池セルと並列に設けられた直列接続の抵抗およびスイッチとから構成される回路で、マイクロコントローラで測定した最下位電位電池セルの電圧値に電池セル数を乗算した値と、計測ＩＣで測定した各電池セルの電圧値を合計した値との差を求め、予め設定した閾値との比較によって、電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第六の発明は、第一の発明において第二から第五の発明に記載の少なくとも２以上の故障検知方法を用いて電池監視装置の故障を検知する電池監視装置の故障検知方法である。

本発明に係る第七の発明は、複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、その故障検出回路が、マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、計測系のリファレンス電源１の電圧値をマイクロコントローラに送る電圧計測部からなる故障検出回路（１）で、その故障検出回路（１）を用いて構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出して、その構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第八の発明は、複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、その故障検出回路は、マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２とリファレンス電源２の電圧値を計測系のＡＤ変換機能に送るための電圧計測部からなる故障検出回路（２）で、その故障検出回路（２）を用いて構成部品から出力される電圧値の異常を検出して構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第九の発明は、複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、その故障検出回路は、マイクロコントローラに基準電圧を供給するリファレンス電源２とバッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値を装置管理用マイクロコントローラに送るための電圧計測部からなる故障検出回路（３）で、その故障検出回路（３）を用いて構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出して、構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第十の発明は、複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、その故障検出回路は、マイクロコントローラに接続するリファレンス電源２と、バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値をマイクロコントローラに送るための電圧計測部と、前記バッテリスタックの電池セル個々の電圧値をバランスさせるための前記電池セルと並列に設けられた直列接続の抵抗およびスイッチと、前記バッテリスタックを構成する各電池セルと前記計測系のＡＤ変換機能との計測ライン間にスイッチを備えた故障検出回路（４）で、その故障検出回路（４）を用いて構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出して、構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより電池監視装置の故障を検知するものである。

本発明に係る第十一の発明は、複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能およびＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、その故障検出回路は故障検出回路（１）、（２）、（３）、（４）の少なくとも２回路を備える故障検出回路（５）であって、その故障検出回路（５）を用いて構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出してその構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより電池監視装置の故障を検知するものである。

電池管理システムを構成する電池監視装置の計測系や計測ＩＣの異常を、安価かつ少ない部品で判断ができ、電池管理システムの信頼性をより向上させることができるものである。

電池管理装置と故障検出回路を持たない電池監視装置とからなる電池管理システムの説明回路図である。 本発明の第一の故障検出方法を示す図で、（ａ）は電池監視装置の故障検出回路図、（ｂ）は故障検出フロー図である。 本発明の第二の故障検出方法を示す図で、（ａ）は故障検出回路図、（ｂ）は故障検出フロー図である。 本発明の第三の故障検出方法を示す図で、（ａ）は故障検出回路図、（ｂ）は故障検出フロー図である。 本発明の第四の故障検出方法を示す図で、（ａ）、（ｂ）は故障検出回路図である。 （ｃ）は本発明の第四の故障検出方法を示す図で、故障検出フロー図である。 電池管理装置と故障検出回路を持たない計測系の電池監視装置とからなる電池管理システムの説明回路図である。

本発明は、図１に示すようなシリアル通信等の伝達手段により結ばれている電池管理装置１１と電池監視装置１２とからなる電池管理システム１０の故障を検知する方法として、電池監視装置１２の計測系やマイクロコントローラ１５が電圧を計測する際に、計測系を構成する計測ＩＣ１３に組み込まれているＡＤ変換機能１４ａ（以下、ＡＤコンバータと称すこともある）やリファレンス電源１（Ｒｆ_１）、およびマイクロコントローラ１５に基準電圧を供給するリファレンス電源（図示せず）やマイクロコントローラ１５に組み込まれているＡＤ変換機能（図示せず、以下ＡＤコンバータと称す場合もある）が、正常に機能していることが必要であることに着目し、これらの部位の故障を検出すれば、電池監視装置１２の故障が検知され、したがって電池管理システム１０が故障したものと判定できることを利用したものである。

なお、本発明における計測系とは、少なくともＡＤ変換機能とリファレンス電源を備えるもので、それぞれ単体で配置、接続された計測回路でも、集積化されてＩＣを形成しているものでも良い。後者の場合、本発明では計測ＩＣと称し、この計測ＩＣにおけるリファレンス電源は、計測ＩＣに組み込まれたものでもよく、また外部に配置して計測ＩＣと接続されているものでもよい。
また、マイクロコントローラ１５には、ＡＤ変換機能（ＡＤコンバータと称すこともある）とマイクロコントローラの基準電圧を供給するリファレンス電源が内蔵されている。

図１において、１０は電池管理システム、１１は電池管理装置、１２は電池監視装置、１３は計測系を集積化した計測ＩＣでバッテリスタックモニタＩＣとも呼ばれる。１４ａは計測ＩＣ１３に組み込まれたＡＤコンバータ、１５はマイクロコントローラ（以下、マイコンと称す）でＡＤコンバータ（図示せず）を備えている。Ｃｅｌｌ_１〜Ｃｅｌｌ_４はバッテリスタックを構成する電池セル、Ｒ_１〜Ｒ_４およびＳＷ_１１〜ＳＷ_１４は各セル（Ｃｅｌl_１〜Ｃｅｌｌ_４）と並列に設けられた抵抗およびスイッチ、Ｒｆはリファレンス電源である。なお、各図において４セルの図にて説明を記載したが、セル数は増減しても問題はない。

表１は、電圧測定、特にＡＤ変換における基準電圧を供給するリファレンス電源の動作状態が、マイコン、計測ＩＣでのリファレンス電源の出力電圧の計測値に与える影響を示すものである。この出力電圧の計測においてリファレンス電源を必要とするマイコン、計測ＩＣ（バッテリスタックモニタＩＣなど）は、リファレンス電源の動作状態に依存していることがわかる。リファレンス電源が故障している場合には、マイコンあるいは計測ＩＣ自体が正常に動作していても、計測される電圧値は異常を示している。表１において、「○」は正常動作、「×」は異常動作（故障）、「×(○)」は、部品自体は正常に動作するが、計測値は異常を示す状態である。
ここで、マイコン、計測ＩＣの故障は主として組み込まれたＡＤコンバータの故障を想定しているが、他の構成部位における故障であってもかまわない。なお、計測ＩＣ１３の代わりに計測系を用いる場合には、表１中の「マイコン、ＩＣ」の項を「マイコン、ＡＤコンバータ」とすることで置き換える。

すなわち、表１からはリファレンス電源あるいはＡＤコンバータを組み込んでいるマイコン、ＩＣ（計測ＩＣ）が故障していた場合には、計測ＩＣ、マイコンは、それら自体に故障がなくても正常な電圧を計測していない。従って、リファレンス電源、ＡＤコンバータのどちらかでも故障している時には、電池監視装置は故障しているものとみなせる。
このＡＤ変換機能（ＡＤコンバータ）やリファレンス電源の故障を検知する本発明の方法を以下に詳細する。これらの方法は、それぞれ単独で用いても良く、あるいは組み合わせて用いても良い。なお、以下では計測系に計測ＩＣを用いた場合の説明を行っているが、個々の部品で構成される計測回路による計測系においても同様に説明できるものである。

（第一の故障検出方法）
本発明の第一の故障検出方法を、図２（ａ）の故障検出回路図と、図２（ｂ）の故障検出フロー図とを参照しながら説明する。
図２（ａ）は、第一の故障検出方法を具現化した回路図で、図１に示す電池監視装置１２のマイコン１５に接続するリファレンス電源２（Ｒｆ_２）と、マイコン１５によりリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の電圧を計測する電圧計測部Ｍ_１から構成される故障検出回路（１）を設けた構成となっている。
図２（ａ）においてＲｆ_１はリファレンス電源１で、計測ＩＣ１３に組み込まれたもの、あるいは外部に配置され計測ＩＣ１３と接続されたものでもよい。Ｒｆ_２はリファレンス電源２でマイコン１５に内蔵されているリファレンス電源でも、外付けのものでも良い。１５はマイコン、Ｍ_１はマイコンにリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の電圧を送るための電圧計測部である。

この第一の故障検出方法における故障検出は、図２（ｂ）のフロー図において、先ずマイコン１５が、電圧計測部Ｍ_１を通じてリファレンス電源１（Ｒｆ_１）から出力された電圧値を計測して、その計測値が異常値であるかどうかの判定が行われる。その判定は、マイコン１５が計測したリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の計測値を、マイコン１５にあらかじめ記憶された計測ＩＣ１３に基準電圧を与えるリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の既知の値と比較して行われる。

次に、判定がＮｏ、すなわち異常値ではない、つまり正常値であるとの判定の場合には次の計測に移る。一方、判定がＹｅｓ、すなわち異常値であるとの判定の場合には、電池管理装置１１に故障信号が送信されて、次の計測に移る。
この方法では、リファレンス電源１（Ｒｆ_１）が異常な電圧を出力していた場合、リファレンス電源２（Ｒｆ_２）を基準としているマイコン１５により検出でき、これによって異常を判定する。もし、このリファレンス電源２（Ｒｆ_２）が異常な電圧を出力している場合には、マイコン１５は正常に動作しなくなる（正常なＡＤ変換ができない状態）ことから、計測したリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の電圧値も異常な値となり、リファレンス電源１（Ｒｆ_１）の基準となる電圧値との比較により異常と判定される。

ここで、故障信号を発生させるタイミングは、ノイズの影響を考慮して任意に設定した複数回連続して異常値が計測された場合、あるいは数秒間継続して発生した場合などの設定を適宜選択するが、以下の各故障検出方法においても同様に適用する。

（第二の故障検出方法）
本発明の第二の故障検出方法を、図３（ａ）の故障検出回路図と、図３（ｂ）の故障検出フロー図とを参照しながら説明する。
図３（ａ）は、第二の故障検出方法を具現化した回路図で、図１に示す電池監視装置１２のマイコン１５に接続するリファレンス電源２（Ｒｆ_２）と、計測ＩＣ１３にリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧を送るための電圧計測部Ｍ_２から構成される故障検出回路（２）を設けた構成となっている。図３（ａ）においてＲｆ_１は、リファレンス電源１で計測ＩＣ１３に組み込まれたもの、あるいは外部に配置され計測ＩＣ１３と接続されたものでもよい。Ｒｆ_２はリファレンス電源２でマイコン１５に内蔵されているリファレンス電源でも、外付けのものでも良く、１５はマイコン、Ｍ_２は計測ＩＣ１３にリファレンス電源２の電圧値を送るための電圧計測部である。

この第二の故障検出方法における故障検出は、図３（ｂ）のフロー図において、先ず計測ＩＣ１３によるリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧値の計測と、その計測値が異常値であるかどうかの判定が行われる。その判定は、計測ＩＣ１３が計測したリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の計測値を、マイコン１５にあらかじめ記憶されたマイコン１５に基準電圧を与えるリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の既知の値と比較して行われる。判定がＮｏ、すなわち正常値であるとの判定の場合には次の計測に戻る。一方、判定がＹｅｓ、すなわち異常値であるとの判定の場合には、電池管理装置１１に故障信号が送信される。

この方法では、マイコン１５に接続されているリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧を計測ＩＣ１３で測定するため、リファレンス電源２（Ｒｆ_２）が故障して異常な電圧を出力していた場合、リファレンス電源１（Ｒｆ_１）を基準電圧とする計測ＩＣ１３で検出でき、これによって異常を判定することができる。もし、このリファレンス電源１（Ｒｆ_１）が故障して異常な電圧を出力している場合には、計測ＩＣ１３は正常に動作しなくなる（正常なＡＤ変換ができない状態）ことから、計測したリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧値も異常な値となり、リファレンス電源２（Ｒｆ_２）の基準となる電圧値との比較により異常と判定される。

（第三の故障検出方法）
本発明の第三の故障検出方法を、図４（ａ）の故障検出回路図と、図４（ｂ）の故障検出フロー図とを参照しながら説明する。
図４（ａ）は、第三の故障検出方法を具現化した回路図で、図１に示す電池監視装置１２のマイコン１５に接続するリファレンス電源２（Ｒｆ_２）と、バッテリスタックの最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧値をマイコン１５に送るための電圧計測部ＭＣ_１から構成される故障検出回路（３）を設けた構成となっている。図４においてＲｆ_１はリファレンス電源１で、Ｒｆ_２はリファレンス電源２で、マイコン１５に内蔵されているリファレンス電源でも、外付けのものでも良い。１５はマイコン、ＭＣ_１はマイコン１５による最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧計測部である。
したがって、最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧値は、マイコン１５および計測ＩＣ１３の両者で計測されている。

この第三の故障検出方法における故障検出は、図４（ｂ）のフロー図において、先ずマイコン１５による電圧計測部ＭＣ_１を通じて測定される最下位電位電池セルＣｅｌｌ_１の計測値Ａと、計測ＩＣ１３による最下位電位電池セルＣｅｌl_１の電圧の計測値Ｂとの差を求め、その差が、あらかじめ設定した閾値に対して異常であるかどうかの判定が行われ、判定がＮｏ、すなわち正常であるとの判定の場合には次の計測に移る。一方、判定がＹｅｓ、すなわち異常判定であるとの判定の場合には、電池管理装置１１に故障信号が送信される。

この方法では、最下位電位電池セルＣｅｌｌ_１の電圧値を、マイコン１５および計測ＩＣ１３による２種類の方法を使用して計測し、その差を求めることで、設定した閾値から外れた場合には、マイコン１５、あるいは計測系や計測ＩＣ１３などのどちらかのＡＤコンバータの故障を検出することができる。

（第四の故障検出方法）
本発明の第四の故障検出方法を、図５（ａ）および（ｂ）の故障検出回路図と、図５（ｃ）の故障検出フロー図とを参照しながら説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、第四の故障検出方法を具現化した回路図で、図１に示す電池監視装置１２のマイコン１５に接続するリファレンス電源２（Ｒｆ_２）と、バッテリスタックの最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧値をマイコン１５により計測する電圧計測部ＭＣ_１を設けた図４（ａ）の電池監視装置に、さらに各電池セル（Ｃｅｌｌ_１〜Ｃｅｌｌ_４）と計測ＩＣ１３との計測ライン間に、スイッチＳＷ_２１〜ＳＷ_２３を備えた故障検出回路（４）を設けた構成となっている。

図５（ａ）、（ｂ）において、Ｒｆ_１はリファレンス電源１で、図１のリファレンス電源Ｒｆと同じものである。Ｒｆ_２はリファレンス電源２で、マイコン１５に内蔵されているリファレンス電源でも、外付けのものでも良い。１５はマイコン、ＭＣ_１はマイコン１５による最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧計測部、Ｒ_１〜Ｒ_４およびＳＷ_１１〜ＳＷ_１４は各セル（Ｃｅｌl_１〜Ｃｅｌｌ_４）と並列に設けられた直列接続された抵抗およびスイッチで、バッテリスタックセルを構成する各電池セルの電圧値のばらつきを解消する均等化用回路として備えられているものである。この構成では、最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧値は、マイコン１５および計測ＩＣ１３の両者で計測されている。

図５（ａ）は、各電池セル（Ｃｅｌｌ_１〜Ｃｅｌｌ_４）と計測ＩＣ１３の計測ライン間に設けられたスイッチＳＷ_２１〜ＳＷ_２３が「ｏｎ」の状態を示し、図５（ｂ）は、それらのＳＷ_２１〜ＳＷ_２３が「ｏｆｆ」の状態を示している。

この第四の故障検出方法における故障検出は、図５（ｃ）のフロー図において、先ず図５（ｂ）のようにＳＷ_２１〜ＳＷ_２３のスイッチを「ｏｆｆ」し、グランド（ＧＮＤ）と最上位電位電池セル（図５ではＣｅｌｌ_４を指す）以外のラインを遮断させながら、ＳＷ_１１〜ＳＷ_１４を「ｏｎ」し、抵抗Ｒ_１〜Ｒ_４でバッテリ総電圧をセル数分の抵抗で分圧させたときの最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の電圧をマイコン１５で計測し、その計測した電圧値にセル数を乗算して計測値Ｃとする。

次に図５（ａ）のようにＳＷ_２１〜ＳＷ_２３のスイッチを「ｏｎ」、およびＳＷ_１１〜ＳＷ_１４を「ｏｆｆ」し、バッテリスタックの全電池セル分を含計して計測値Ｄを求める。
この計測値Ｃと計測値Ｄの差を求め、これらの値が閾値を満足していなかった場合には、故障信号を電池管理装置１１に送信する。

この方法では、計測値Ｃと計測値Ｄの差が閾値を満足していなかった場合には、マイコン１５、あるいは計測系や計測ＩＣ１３のどちらかのＡＤコンバータが、故障していると判定することができる。なお回路の構成に際しては、このスイッチ類および抵抗は、バランサ用(セル均等化制御用)のＦＥＴおよび抵抗を用いても良い。

以上のように、本発明の故障検出方法を用いることで、電池監視装置の故障を検出できる。ここで、電池監視装置の故障が、どの構成部品で起こっているかについては本発明では、そのすべてを明らかにはできないが、故障時は正常な動作ができないため、安全を優先して停止させ、電池監視装置自体を交換するといった処置を考慮すると、故障が検知できれば良く、その故障部位の特定が不十分であることは問題がないといえる。

以下に、本発明の故障検出方法による電池監視装置の故障検知シミュレーションの結果を、それぞれの故障検出方法について示す。
なお、各実施例においては故障を検知する構成部品として、リファレンス電源１（Ｒｆ_１）、マイコン１５、計測ＩＣ１３、リファレンス電源２（Ｒｆ_２）の４部品を対象にした。その動作状態の組み合わせは、表２に示すように１６通りの状態が挙げられる。
表３から表７は、電池監視装置の故障判定を示し、その中の「判定モード」の項目は、各故障検出方法（各実施例ごと）に固有のモード付けとなっている。

（第一の故障検出方法を用いた故障検知）
表３に、第一の故障検出回路（１）を備えた図２（ａ）の電池監視装置の故障判定を示す。
故障判定に際しては、図２（ｂ）のフローチャートを参照して行った。

表３からは、構成部品すべてが正常に動作している場合のみ正常で、故障が検知されないことが示されている。すなわち、マイコン１５によるリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の計測値を、計測ＩＣの基準電圧を与えるリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の既知の値と比較して同じであると判定される場合（Ｎｏ．１−１）である。
一方、リファレンス電源１（Ｒｆ_１）のマイコン１５による計測値が、計測ＩＣ１３に基準電圧を供給するリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の電圧値と異なる場合（Ｎｏ．１−５、９、１３）、あるいは明らかに異常な値を計測している場合（Ｎｏ．１−３、４、Ｎｏ．１−６〜８、Ｎｏ．１−１０〜１２、Ｎｏ．１−１４〜１６）には、何らかの構成部品に故障が生じていることを検出している。一方、計測値がリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の電圧値と比較して同じであると判定されているＮｏ．１−２の場合（計測ＩＣ１３が故障状態）では、計測ＩＣ１３からマイコン１５へ送られる電池セルの電圧の計測値が変動したと認識されるだけなので、第一の故障検出方法では故障であると判定し難いが、例えば計測ＩＣ１３から送られてくる電池セルの電圧値をマイコン１５によってモニターし、電圧値の変動を生じた場合には、「故障に準じるものと」予め規定しておくことによって故障の有無は検出可能である。従って、構成部品の故障による電池監視装置の故障が検知できる。

（第二の故障検出方法を用いた故障検知）
表４に、第二の故障検出回路（２）を備えた図３（ａ）の電池監視装置の故障判定を示す。
故障判定に際しては、図３（ｂ）のフロー図を参照して行った。

表４からは、構成部品すべてが正常に動作している場合のみ正常で、故障が検出されないことが示されている。すなわち、計測ＩＣ１３によるリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の計測値を、マイコンの１５の基準電圧を与えるリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧値と同じであると判定された場合（Ｎｏ．２−１）である。
一方、リファレンス電源２（Ｒｆ_２）の計測ＩＣ１３による計測値が、マイコン１５に基準電圧を供給するリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧値と異なる場合（Ｎｏ．２−２〜５）、あるいは明らかに異常な値を計測している場合（Ｎｏ．２−６〜１６）には、何らかの構成部品に故障が生じていることを検出している。また、計測値がリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧値と比較して同じであると判定されているＮｏ．２−５の場合では、マイコン１５からの送信データが異常となることから故障の有無が判定される。従って、構成部品の故障による電池監視装置の故障が検知できる。

（第三の故障検出方法を用いた故障検知）
表５に、第三の故障検出回路（３）を備えた図４（ａ）の電池監視装置の故障判定を示す。
故障判定に際しては、図４（ｂ）のフロー図を参照して行った。

表５からは、構成部品すべてが正常に動作している場合のみ正常で、故障が検出されないことが示されている。すなわち、マイコン１５と計測ＩＣ１３による最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の計測値Ａ、Ｂの差が閾値を満足する場合（Ｎｏ．３−１）である。
一方、最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の計測値Ａ，Ｂの差が閾値を満足せず、かつ各計測値を比較して異なる場合（Ｎｏ．３−２〜４、Ｎｏ．３−５，９，１３）、あるいは明らかに異常な値を計測している場合（Ｎｏ．３−６〜８、Ｎｏ．３−１０〜１２、Ｎｏ．３−１４〜１６）には、何らかの構成部品に故障が生じていることを検出している。従って、構成部品の故障による電池監視装置の故障が検知できる。

（第四の故障検出方法を用いた故障検知）
表６に、第四の故障検出回路（４）を備えた図５（ａ）の電池監視装置の故障判定を示す。
故障判定に際しては、図５（ｃ）のフローチャートを参照して行った。

表６からは、構成部品すべてが正常に動作している場合のみ正常で、故障が検出されないことが示されている。すなわち、マイコン１５と計測ＩＣ１３による計測値Ｃ、Ｄの差が、設定した閾値を満たしていると判定される場合である（Ｎｏ．４−１）。
一方、その差が閾値を満たさない場合には、何らかの構成部品に故障が生じていることを検出している。従って、構成部品の故障による電池監視装置の故障が検知できる。

（複数の故障検出方法を用いた故障検知）
第一、第二および第三の故障検出方法を組み合わせた場合の電池監視装置の故障判定を表７に示す。

表７からは、構成部品すべてが正常に動作している場合のみ正常で、故障が検知されないことが示されている。すなわち、マイコン１５によるリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の計測値、および計測ＩＣ１３によるリファレンス電源２の計測値が、それぞれの基準電圧を与えるリファレンス電源１（Ｒｆ_１）、リファレンス電源２（Ｒｆ_２）の電圧値と比較して正常状態を示し、かつ最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の計測値Ａ、Ｂの差が閾値を満足する場合（Ｎｏ．５−１）である。
一方、それ以外の最下位電位電池セル（Ｃｅｌｌ_１）の計測値Ａ、Ｂの差が閾値を満足しない場合（Ｎｏ．５−２〜１６）では、何らかの構成部品に故障が生じていることを検出している。従って、構成部品の故障による電池監視装置の故障が検知できる。

さらに、表７からは判定モードにより、どの構成部品が故障しているかの情報が断片的ではあるがより得ることもできる。すなわち、計測ＩＣ１３によるリファレンス電源２（Ｒｆ_２）の計測値が異常値を示し、マイコン１５によるリファレンス電源１（Ｒｆ_１）の計測値が正常値で、計測値Ａ、Ｂの差が閾値を満たさない「判定モード２」では、計測ＩＣの故障が特定される。また、マイコン１５による計測値が異常値を示し、計測ＩＣによる計測値が正常値で、計測値Ａ、Ｂの差が閾値を満たさない「判定モード３」（判定モード２の逆）では、マイコンの故障が特定される。その他の場合には、少なくとも１部品以上の部品が故障していることが推定できる。

以上、実施例１から実施例５で述べたように、本発明の故障検出方法によれば電池監視装置の故障の有無を検知することができ、さらにその故障部位の一部特定を可能とするものである。

１０ 電池管理システム
１１ 電池管理装置
１２ 電池監視装置
１３ 計測ＩＣ
１４ ＡＤ変換機能（ＡＤコンバータ）
１４ａ 計測ＩＣ組み込みＡＤコンバータ
１５ マイクロコントローラ（マイコン）
Ｃｅｌｌ_１〜４ 電池セル
Ｍ_１、Ｍ_２、ＭＣ_１ 電圧計測部
Ｒｆ リファレンス電源
Ｒｆ_１ リファレンス電源１
Ｒｆ_２ リファレンス電源２
Ｒ_１〜４ 抵抗
ＳＷ_{１１〜１４}、ＳＷ_{２１〜２３} スイッチ

Claims (11)

1. 複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と、電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置の故障検知方法であって、
   前記電池監視装置は、装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能および前記ＡＤ変換機能に基準電圧を与えるリファレンス電源１を備える計測系と、故障検出回路を少なくとも構成部品に有し、
   前記構成部品の少なくとも１部品の故障を、前記構成部品あるいは前記電池セルから出力される電圧値の異常として故障検出回路で検出することにより前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする電池監視装置の故障検知方法。
2. 前記故障検出回路が、前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、前記計測系のリファレンス電源１の電圧値を前記マイクロコントローラに送るための電圧計測部からなり、
   前記電圧計測部を通して送られ、前記マイクロコントローラにより計測された前記計測系のリファレンス電源１の電圧値を、前記計測系のリファレンス電源１の既知の電圧値と比較して、前記電圧値の異常を検出することで、前記電池監視装置の故障を検知する請求項１に記載の電池監視装置の故障検知方法。
3. 前記故障検出回路が、前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、前記リファレンス電源２の電圧値を前記計測系のＡＤ変換機能に送るための電圧計測部からなり、
   前記電圧計測部を通して送られ、前記計測系のＡＤ変換機能で計測された前記リファレンス電源２の電圧値を、前記リファレンス電源２の既知の電圧値と比較して、前記電圧値の異常を検出することで、前記電池監視装置の故障を検知する請求項１に記載の電池監視装置の故障検知方法。
4. 前記故障検出回路が、前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、前記バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値を前記マイクロコントローラに送るための電圧計測部と、前記最下位電位電池セルと並列に設けられた直列接続の抵抗およびスイッチからなり、
   前記最下位電位電池セルの電圧値を、前記マイクロコントローラおよび計測ＩＣにより各々計測し、それらの計測値の差を求め、その差と予め設定した閾値との比較により、前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置の故障検知方法。
5. 前記故障検出回路が、前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値を前記マイクロコントローラに送るための電圧計測部と、前記複数の電池セルの各電池セルと計測系との各計測ライン間に直列に設けられたスイッチと、各電池セルと並列に設けられた直列接続の抵抗およびスイッチからなり、
   前記マイクロコントローラで測定した最下位電位電池セルの電圧値に電池セル数を乗算した値と、計測系で測定した各電池セルの電圧値を合計した値との差を求め、予め設定した閾値との比較により、前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置の故障検知方法。
6. 請求項２から請求項５に記載の故障検知方法の少なくとも２以上の故障検出方法を用いて電池監視装置の故障を検知することを特徴とする請求項１記載の電池監視装置の故障検知方法。
7. 複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、
   装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能および前記ＡＤ変換機能に基準電圧を供給するリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、
   前記故障検出回路が、前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、前記計測系のリファレンス電源１の電圧値を前記マイクロコントローラに送るための電圧計測部からなる故障検出回路（１）で、
   前記故障検出回路（１）を用いて前記構成部品から出力される電圧値の異常を検出して、前記構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする電池監視装置。
8. 複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、
   装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能および前記ＡＤ変換機能に基準電圧を与えるリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、
   前記故障検出回路は、前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と前記リファレンス電源２の電圧値を前記計測系のＡＤ変換機能に送るための電圧計測部からなる故障検出回路（２）で、
   前記故障検出回路（２）を用いて前記構成部品から出力される電圧値の異常を検出して前記構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする電池監視装置。
9. 複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、
   装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能および前記ＡＤ変換機能に基準電圧を与えるリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、
   前記故障検出回路は、
   前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、
   前記バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値をマイコン１５に送るための電圧計測部とからなる故障検出回路（３）で、
   前記故障検出回路（３）を用いて前記構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出して、前記構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする電池監視装置。
10. 複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、
    装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能および前記ＡＤ変換機能に基準電圧を与えるリファレンス電源１からなる計測系と、故障検出回路を構成部品に有し、
    前記故障検出回路は、
    前記マイクロコントローラに基準電圧を与えるリファレンス電源２と、
    前記バッテリスタックの最下位電位電池セルの電圧値を前記マイクロコントローラに送るための電圧計測部と、
    前記バッテリスタックの電池セル個々の電圧値を分圧する前記電池セルと並列に設けられた直列接続の抵抗およびスイッチと、
    前記バッテリスタックを構成する各電池セルと前記計測系のＡＤ変換機能との計測ライン間にスイッチを備えた故障検出回路（４）で、
    前記故障検出回路（４）を用いて前記構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出して、前記構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする電池監視装置。
11. 複数の電池セルから構成されるバッテリスタックの電池監視装置と電池管理装置から構成される電池管理システムにおける電池監視装置であって、
    装置管理用マイクロコントローラと、少なくともＡＤ変換機能および前記ＡＤ変換機能に基準電圧を与えるリファレンス電源１からなる計測系と、
    前記故障検出回路（１）、（２）、（３）、（４）の少なくとも２回路を備える故障検出回路（５）で、
    前記故障検出回路（５）を用いて前記構成部品および電池セルから出力される電圧値の異常を検出して、前記構成部品の少なくとも１部品の故障を検出することにより前記電池監視装置の故障を検知することを特徴とする電池監視装置。

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