JP2014027776A

JP2014027776A - 異常検出装置

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Publication number: JP2014027776A
Application number: JP2012165838A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kamiya; 靖弘神谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】放電回路の異常を検出可能な異常検出装置を提供する。
【解決手段】各電池セル１０の両端子に接続される複数の検出端子Ｃと、各検出端子Ｃと電池セル１０の各端子との間に設けられた第１の抵抗体２１と、第２の抵抗体２２１、および半導体スイッチ２２２を直列に接続した直列接続体で構成される放電回路２２と、半導体スイッチ２２２をオンに制御した際に、各抵抗体２１、２２１間の抵抗間電圧を検出すると共に、半導体スイッチ２２２をオフに制御した際に、各電池セル１０のセル電圧として検出する監視回路２３と、半導体スイッチが異常であるか否かを判定する制御部２４とを備える。そして、制御部２４は、半導体スイッチ２２２をオンに制御した際の抵抗間電圧Ｖｐと半導体スイッチ２２２をオフに制御した際のセル電圧Ｖｃとの差が所定範囲内となる場合に、半導体スイッチ２２２が異常であると判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する異常検出装置に関する。

従来、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池には、各電池セルの電圧異常等を検出する異常検出装置が接続されている。この異常検出装置は、各電池セルの電圧状態を検出可能に構成されており、検出した電圧状態に基づいて、各電池セルの過充放電等の異常を検出するようになっている。

また、この種の異常検出装置には、組電池を構成する各電池セルの電圧のバラツキを抑制するために、電池セル毎に放電回路が設けられている（例えば、特許文献１参照）。この放電回路は、抵抗体および半導体スイッチの直列接続体で構成され、各電池セルに対してそれぞれ並列に接続されており、半導体スイッチがオンされることで、電池セルの両端子間に電流が流れるようになっている。

特開２０１１−１７２４３３号公報

ところで、従来の異常検出装置では、何らかの要因によって放電回路の半導体スイッチに異常が生ずると、各電池セルの正確な電圧状態を把握できなくなったり、各電池セルの過充放電の異常検出や、各電池セルの電圧ばらつきの抑制を適切に実行できなくなってしまうといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、放電回路の異常を検出可能な異常検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電池セル（１０）を直列に接続して構成される組電池（１）の異常を検出する異常検出装置を対象としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルの両端子に接続された複数の検出端子（Ｃ）と、複数の電池セルのうち、少なくとも１つの電池セルの両端子に接続される一対の検出端子における一方の検出端子と、電池セルの一端子との間に接続される第１の抵抗体（２１）と、第２の抵抗体（２２１）および半導体スイッチ（２２２）を直列に接続した直列接続体を有し、直列接続体における第２の抵抗体側の一端が一方の検出端子に接続されると共に、半導体スイッチ側の他端が一対の検出端子における他方の検出端子に接続される放電回路（２２）と、半導体スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段（２３ａ）と、スイッチ制御手段が半導体スイッチをオンに制御した際に、第１の抵抗体と第２の抵抗体との間の抵抗間電圧を検出する抵抗間電圧検出手段（２３ｃ）と、スイッチ制御手段が半導体スイッチをオフに制御した際に、複数の電池セルにおける両端子間の電圧をセル電圧として検出するセル電圧検出手段（２３ｂ）と、半導体スイッチが異常であるか否かを判定するスイッチ異常判定手段（２４ａ)と、を備える。そして、スイッチ異常判定手段は、放電回路に接続された電池セルのセル電圧と、抵抗間電圧との差が所定範囲内となる場合に、半導体スイッチが異常であると判定することを特徴としている。

これよれば、放電回路における半導体スイッチに異常が生じた場合、正常時に比べて、抵抗間電圧とセル電圧との電圧差が小さくなることから、当該電圧差が所定範囲内に収まっている場合に半導体スイッチが異常であると判定することによって、放電回路の異常を検出することができる。

ここで、半導体スイッチの異常時に、抵抗間電圧とセル電圧との電圧差が小さくなる理由について説明すると、例えば、半導体スイッチが正常にオンしない異常時には、抵抗間電圧を検出する際に、放電回路の第２の抵抗体における電圧降下が生じず、正常時よりも抵抗間電圧が大きくなってしまうからである。一方、半導体スイッチが正常にオフしない異常時には、セル電圧を検出する際に、放電回路の第２の抵抗体における電圧降下が生じ、正常時よりもセル電圧が小さくなってしまうからである。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の異常検出装置において、スイッチ異常判定手段は、抵抗間電圧と放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲内となり、且つ、抵抗間電圧が予め抵抗間電圧の電圧値の取り得る電圧範囲に設定された基準電圧範囲内である場合に、半導体スイッチが正常にオフしないオン異常であると判定することを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の異常検出装置において、少なくともセル電圧検出手段（２３ｂ）にて検出した電池セルのセル電圧の電圧値を記憶する記憶手段（２４ｃ）を備え、スイッチ異常判定手段は、抵抗間電圧と放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲外となった際の放電回路に接続された電池セルのセル電圧の電圧値を基準セル電圧として記憶手段に記憶し、放電回路に接続された電池セルのセル電圧と、抵抗間電圧との差が所定範囲内となり、且つ、放電回路に接続された電池セルのセル電圧と記憶手段に記憶された基準セル電圧との差が予め定めた判定基準値以上である場合に、半導体スイッチが正常にオフしないオン異常であると判定することを特徴としている。

請求項２または３に記載の発明によれば、半導体スイッチが正常にオフしないオン異常を検出できるので、放電回路の異常要因を具体的に特定することができる。

ここで、半導体スイッチがオン異常となる場合、セル電圧検出手段にて各電池セル１０のセル電圧を検出することができず、各電池セルの電圧状態を把握することができなくなってしまう。なお、半導体スイッチがオフ異常となった場合であっても、セル電圧検出手段にて各電池セルのセル電圧を検出することができるので、各電池セルの電圧状態を把握することが可能である。

そこで、請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の異常検出装置において、スイッチ異常判定手段にて、半導体スイッチがオン異常であると判定された際に、放電回路に接続された電池セルのセル電圧を推定するセル電圧推定手段（２４ｂ）を備え、セル電圧推定手段は、抵抗間電圧、第１の抵抗体の抵抗値、および第２の抵抗体の抵抗値からセル電圧を推定することを特徴としている。これによれば、半導体スイッチがオン異常となる場合であっても、各電池セルの電圧状態を把握することが可能となる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の異常検出装置において、スイッチ異常判定手段は、抵抗間電圧と放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲内となり、且つ、抵抗間電圧が予め抵抗間電圧の電圧値の取り得る電圧範囲に設定された基準電圧範囲外である場合に、半導体スイッチが正常にオンしないオフ異常であると判定することを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の異常検出装置において、少なくともセル電圧検出手段（２３ｂ）にて検出した電池セルのセル電圧の電圧値を記憶する記憶手段（２４ｃ）を備え、スイッチ異常判定手段は、抵抗間電圧と放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲外となった際の放電回路に接続された電池セルのセル電圧の電圧値を基準セル電圧として記憶手段に記憶し、放電回路に接続された電池セルのセル電圧と、抵抗間電圧との差が所定範囲内となり、且つ、放電回路に接続された電池セルのセル電圧と記憶手段に記憶された基準セル電圧との差が予め定めた判定基準値より小さい場合に、半導体スイッチが正常にオンしないオフ異常であると判定することを特徴としている。

請求項５または６に記載の発明によれば、半導体スイッチが正常にオンしないオフ異常を検出できるので、放電回路の異常要因を具体的に特定することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る電源システムの全体構成図である。第１実施形態に係る異常監視装置の要部を示す構成図である。第１実施形態に係る制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。セル電圧の正常範囲および異常範囲を説明するための説明図である。半導体スイッチにオン異常が生じた際の電池セルの電圧変動を説明するための説明図である。第２実施形態に係る制御部が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。第２実施形態に係る制御部が実行する制御処理の要部の流れを示すフローチャートである。第３実施形態に係る制御部が実行する制御処理の要部の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電源システムに、本発明の異常検出装置を適用している。図１の全体構成図に示すように、本実施形態の電源システムは、主たる構成要素として、組電池１、および異常検出装置２を備えている。

組電池１は、図示しない走行用電動モータを主として、車載された各種電気負荷に給電する電源である。本実施形態の組電池１は、リチウムイオン電池等の二次電池からなる電池セル１０を複数直列に接続したもので、互いに隣接する所定数の電池セル１０毎にグループ化した複数の電池ブロックＢ１〜Ｂｎの直列接続体として構成されている。

異常検出装置２は、組電池１の電圧等の各種状態を検出して、組電池１の異常を検出する装置であり、電圧検出用の検出ラインＬ等を介して組電池１の各電池セル１０の両端子に接続されている。

本実施形態の異常検出装置２は、複数の検出端子Ｃ、複数の第１の抵抗体２１、複数の放電回路２２、複数の監視回路２３、制御部２４、絶縁部２５を備えている。

検出端子Ｃは、各検出ラインＬそれぞれに設けられており、各電池セル１０の両端子（正極端子および負極端子）の少なくとも一方に接続されている。例えば、検出端子Ｃは、組電池１において最も高電位となる電池セル１０の正極端子、および組電池１において最も低電位となる電池セル１０の負極端子を除いて、各電池セル１０の正極端子および負極端子それぞれに接続されている。

第１の抵抗体２１は、各検出ラインＬを介して入力されるノイズから監視回路２３を保護するためのフィルタとして機能するものであり、所定の抵抗値を有する抵抗素子により構成されている。なお、第１の抵抗体２１は、各検出ラインＬそれぞれに設けられている。つまり、第１の抵抗体２１は、電池セル１０の両端子に接続される一対の検出端子Ｃにおける一方の検出端子と、電池セル１０の一端子（正極端子または負極端子）との間に接続されている。

放電回路２２は、複数の電池セル１０のうち、他の電池セル１０に比べて高電圧となる電池セル１０から放電電流を流すことで、各電池セル１０の電圧ばらつきを均等化する回路であり、本実施形態では、各電池セル１０それぞれに対応して複数設けられている。

ここで、図２は、複数の電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうち、１つの電池ブロックＢｉ、および当該電池ブロックＢｉに対応する監視回路２３を示す図である。この図２に示すように、放電回路２２は、第２の抵抗体２２１、および半導体スイッチ２２２を直列に接続した直列接続体で構成されている。

放電回路２２は、直列接続体における第２の抵抗体側の一端が、対応する電池セル１０の正極側の検出端子Ｃ（一方の検出端子）に接続され、直列接続体における半導体スイッチ側の他端が、対応する電池セル１０の負極側の検出端子Ｃ（他方の検出端子）に接続されている。例えば、組電池１の電池ブロックＢｉ（ｉ＝１、２…）における最も高電位側に対応する放電回路２２は、第２の抵抗体２２１側の一端が検出端子Ｃ１に接続され、半導体スイッチ２２２側の他端が検出端子Ｃ２に接続される。

放電回路２２を構成する第２の抵抗体２２１は、所定の抵抗値を有する抵抗素子により構成されている。また、各放電回路２２における半導体スイッチ２２２は、それぞれ監視回路２３からの信号に応じてオンオフが制御され、半導体スイッチ２２２がオンに制御されると、電池セル１０からの放電電流が流れるようになっている。

監視回路２３は、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎに対応して複数設けられており、後述する制御部２４からの制御信号に応じて、対応する電池ブロックＢ１〜Ｂｎにおける電圧状態等の検出、放電回路２２の半導体スイッチ２２２の制御を実行する回路である。

本実施形態の監視回路２３は、スイッチ制御部２３ａ、セル電圧検出部２３ｂ、および抵抗間電圧検出部２３ｃを備えている。

スイッチ制御部２４ａは、制御部２４からの制御信号に応じて、半導体スイッチ２２２のオンオフを制御するスイッチ制御手段である。本実施形態のスイッチ制御部２３ａは、予め定められた順序で各放電回路２２の半導体スイッチ２２２のオンオフを切替可能に構成されている。

セル電圧検出部２３ｂは、各電池セル１０の両端子間の電圧をセル電圧として検出するセル電圧検出手段である。セル電圧検出部２３ｂは、絶縁部２５を介してセル電圧の検出結果を示す信号を制御部２４に対して出力するように構成されている。

本実施形態のセル電圧検出部２３ｂは、半導体スイッチ２２２がオフに制御された際、各電池セル１０の両端子に接続された一対の検出端子Ｃ間の電圧をセル電圧として検出するように構成されている。

例えば、組電池１の電池ブロックＢｉにおける最も高電位となる電池セル１０のセル電圧を検出する場合、一対の検出端子Ｃ１、Ｃ２に接続された半導体スイッチ２２２がオフに制御された際の各検出端子Ｃ１、Ｃ２間の電圧をセル電圧として検出することとなる。

また、抵抗間電圧検出部２３ｃは、半導体スイッチ２２２がオンに制御された際に、第１の抵抗体２１と第２の抵抗体２２１との間の抵抗間電圧（抵抗分圧）を検出する抵抗間電圧検出手段である。抵抗間電圧検出部２３ｃは、セル電圧検出部２３ｂと同様に、絶縁部２５を介して抵抗間電圧の検出結果を示す信号を制御部２４に対して出力するように構成されている。

図１に戻り、制御部２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータ、およびその周辺機器で構成され、ＥＥＰＲＯＭやＲＡＭ等の記憶手段２４ｃに記憶された制御プログラムに従って各種処理を実行するように構成されている。

本実施形態の制御部２４は、絶縁部２５を介して各監視回路２３に接続されている。この絶縁部２５は、制御部２４と各監視回路２３との間を絶縁した状態で、制御部２４および各監視回路２３間で信号伝達する回路であり、制御部２４は、絶縁部２５を介して各監視回路２３への各種制御信号の出力、各監視回路２３からの信号の取得が可能となっている。

また、本実施形態の制御部２４は、各監視回路２３から取得した各電池セル１０のセル電圧に基づいて、各電池セル１０のセル電圧のばらつきを均等化する均等化処理を実行するように構成されている。

例えば、均等化処理では、各監視回路２３から取得した各電池セル１０のセル電圧のばらつきが拡大した際に、各電池セル１０のうち高電圧となる電池セル１０を放電対象に決定し、当該電池セル１０の放電時間を算出する。そして、制御部２４が、監視回路２３に対して、放電対象となる電池セル１０の放電指示、および放電時間を示す制御信号を出力する。これにより、監視回路２３が放電対象となる電池セル１０に対応する放電回路２２の半導体スイッチ２２２を放電時間オンすることで、各電池セル１０の均等化が実現される。

加えて、本実施形態の制御部２４は、各監視回路２３から取得した各電池セル１０のセル電圧、および抵抗間電圧に基づいて、各放電回路２２の半導体スイッチ２２２の異常を判定するスイッチ異常判定処理を実行するように構成されている。なお、本実施形態の制御部２４は、スイッチ異常判定処理において、半導体スイッチ２２２が正常にオンしないオフ異常、および半導体スイッチ２２２が正常にオフしないオン異常をそれぞれ切り分けて判定するように構成されている。

ここで、スイッチ異常判定処理にて判定した異常が、半導体スイッチ２２２のオン異常であった場合、監視回路２３から正確なセル電圧を取得することができず、各電池セル１０の電圧状態が正常であったとしても、組電池１から各電気負荷への給電を停止する処理等を実行する場合がある。

そこで、本実施形態の制御部２４は、スイッチ異常判定処理にて判定した異常が、半導体スイッチ２２２が正常にオフしないオン異常であった場合に、抵抗間電圧の検出値、第１の抵抗体２１の抵抗値、および第２の抵抗体２２１の抵抗値からセル電圧を推定するセル電圧推定処理を実行するように構成されている。

ここで、本実施形態の制御部２４におけるスイッチ異常判定処理を実行する構成（ソフトウェアおよびハードウェア）がスイッチ異常判定手段２４ａを構成し、セル電圧推定処理を実行する構成（ソフトウェアおよびハードウェア）がセル電圧推定手段２４ｂを構成している。

次に、本実施形態に係る制御部２４が実行するスイッチ異常判定処理、セル電圧推定処理等における一連の制御処理の流れについて図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３に示す制御ルーチンは、車両の駐停車中において上位システムからの制御信号等に応じて制御部２４が実行する。

まず、各電池セル１０に対応する放電回路２２の半導体スイッチ２２２のオンを指示する制御信号を各監視回路２３へ出力する（Ｓ１００）。これにより、各監視回路２３が放電回路２２の半導体スイッチ２２２を所定の順序でオンして、半導体スイッチ２２２をオンした際の第１の抵抗体２１と第２の抵抗体２２１と抵抗間電圧Ｖｐを検出する。

そして、半導体スイッチ２２２がオンに制御された際の各抵抗間電圧Ｖｐを各監視回路２３から取得し（Ｓ１１０）、取得した各抵抗間電圧ＶｐをＲＡＭ等の記憶手段２４ｃに記憶する。

続いて、各電池セル１０に対応する放電回路２２の半導体スイッチ２２２のオフを指示する制御信号を各監視回路２３へ出力する（Ｓ１２０）。これにより、各監視回路２３が放電回路２２の半導体スイッチ２２２を所定の順序でオフして、半導体スイッチ２２２をオフした際の各電池セル１０のセル電圧Ｖｃを検出する。

そして、半導体スイッチ２２２がオフに制御された際の各電池セルのセル電圧Ｖｃを各監視回路２３から取得し（Ｓ１３０）、取得したセル電圧ＶｃそれぞれをＲＡＭ等の記憶手段２４ｃに記憶する。

続いて、ステップＳ１１０にて取得した各抵抗間電圧ＶｐとステップＳ１３０にて取得した各セル電圧Ｖｃとの差が、予め定められた所定範囲ΔＶｔｈ（＝Ｖｃ−Ｖｐ）内であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。なお、ステップＳ１４０では、電池セル１０のセル電圧Ｖｃと、当該電池セル１０に対応する第１の抵抗体２１、および放電回路２２の第２の抵抗体における抵抗間電圧Ｖｐとの差により判定する。

ここで、放電回路２２の半導体スイッチ２２２が正常に制御可能な正常時には、少なくとも、第２の抵抗体２２１における電圧降下により、抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差が大きくなるが、半導体スイッチ２２２に異常が生じた場合、正常時に比べて、抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差が小さくなる。

例えば、図２において、検出端子Ｃ２、Ｃ３間に接続された放電回路２２の半導体スイッチ２２２がオフ異常した場合、放電回路２２の第２の抵抗体２２１と検出端子Ｃ２に接続される第１の抵抗体２１との間の抵抗間電圧Ｖｐが、両端子が検出端子Ｃ２、Ｃ３間に接続された電池セル１０のセル電圧Ｖｃと殆ど同様の電圧値となる。

また、検出端子Ｃ２、Ｃ３間に接続された放電回路２２の半導体スイッチ２２２がオン異常した場合、両端子が検出端子Ｃ２、Ｃ３間に接続された電池セル１０のセル電圧Ｖｃが放電回路２２の第２の抵抗体２２１と検出端子Ｃ２に接続される第１の抵抗体２１との間の抵抗間電圧Ｖｐと殆ど同様の電圧値となる。

従って、ステップＳ１４０にて、抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差が所定範囲内である否かを判定することで、半導体スイッチ２２２の異常を検出することが可能となる。

ステップＳ１４０の判定処理の結果、各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと抵抗間電圧Ｖｐとの差が、予め定められた所定範囲ΔＶｔｈ外であると判定された場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、半導体スイッチ２２２が正常であることを検出し（Ｓ１５０）、制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１４０の判定処理の結果、各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと抵抗間電圧Ｖｐとの差が、予め定められた所定範囲ΔＶｔｈ内であると判定された場合（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、さらに、抵抗間電圧Ｖｐが予め設定された基準電圧範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１６０）。

ステップＳ１６０における基準電圧範囲は、半導体スイッチ２２２をオフした際のセル電圧の取り得る電圧範囲よりも低い範囲のうち、半導体スイッチ２２２をオンした際の抵抗間電圧Ｖｐの取り得る正常な電圧範囲に設定されている。なお、基準電圧範囲は、前述の条件を満たす範囲であればよく、例えば、図４に示すように、ステップＳ１６０における基準電圧範囲を、抵抗間電圧Ｖｐの取り得る正常な電圧範囲のうち、電圧検出用の検出ラインＬの断線時における電圧範囲と、電池セル１０の過放電時における電圧範囲との間に設定するようにしてもよい。

ステップＳ１６０の判定処理の結果、抵抗間電圧Ｖｐが基準電圧範囲外であると判定された場合（Ｓ１６０：ＮＯ）、半導体スイッチ２２２をオンに制御しているにも関わらず、半導体スイッチ２２２がオフされていると考えられるので、半導体スイッチ２２２が正常にオンできないオフ異常であることを検出し（Ｓ１７０）、制御処理を終了する。この場合、制御部２４は、半導体スイッチ２２２がオフ異常である旨を上位システムに出力する。

これに対して、ステップＳ１６０の判定処理の結果、抵抗間電圧Ｖｐが基準電圧範囲内であると判定された場合（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、半導体スイッチ２２２をオフに制御した際に、半導体スイッチ２２２がオンされていると考えられるので、半導体スイッチ２２２が正常にオフできないオン異常であることを検出する（Ｓ１８０）。この場合、制御部２４は、半導体スイッチ２２２がオン異常である旨を上位システムに出力する。

ここで、半導体スイッチ２２２がオン異常となる場合、制御部２４において、電池セル１０の正確なセル電圧を把握することができず、例え電池セル１０の電圧状態が正常であっても、組電池１から各種電気負荷への給電を停止する処理等を実施する必要がある。

このため、半導体スイッチ２２２のオン異常を検出した場合、抵抗間電圧Ｖｐ、第１の抵抗体２１の抵抗値Ｒ１、第２の抵抗体２２１の抵抗値Ｒ２からセル電圧Ｖｃを推定し（Ｓ１９０）、制御処理を終了する。なお、抵抗間電圧Ｖｐ、第１の抵抗体２１の抵抗値Ｒ１、および第２の抵抗体２２１の抵抗値Ｒ２から第１の抵抗体２１および第２の抵抗体２２１に印加される入力電圧を算出し、当該入力電圧をセル電圧Ｖｃとして推定すればよい。

以上説明した本実施形態では、放電回路２２における半導体スイッチ２２２に異常が生じた場合、正常時に比べて、抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差が小さくなることに着眼し、当該電圧差が所定範囲内に収まっている場合に半導体スイッチ２２２が異常であると判定することによって、放電回路２２の異常を検出する構成としている。

また、本実施形態では、半導体スイッチ２２２が正常にオンしないオフ異常、および半導体スイッチ２２２が正常にオフしないオン異常のそれぞれを検出する構成としているので、放電回路２２の異常要因を具体的に特定することができる。

さらに、本実施形態では、半導体スイッチ２２２が正常にオフしないオン異常を検出した際に、抵抗間電圧Ｖｐ、第１の抵抗体２１の抵抗値Ｒ１、および第２の抵抗体２２１の抵抗値Ｒ２からセル電圧Ｖｃを推定する構成としているので、半導体スイッチ２２２がオン異常となる場合であっても、各電池セル１０の電圧状態を把握することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、電池セル１０の電圧変動、および抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差に応じて、半導体スイッチ２２２のオン異常を検出する例について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態では、半導体スイッチ２２２のオン異常が生じた際に、図５に示すように、電池セル１０のセル電圧が降下することに着眼し、電池セル１０の電圧降下が生じた際に、抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差を比較することで、半導体スイッチ２２２のオン異常を検出するようにしている。

本実施形態に係る制御部２４が実行するスイッチ異常判定処理、セル電圧推定処理等における一連の制御処理の流れについて図６のフローチャートを用いて説明する。なお、図６に示す制御ルーチンは、車両の駐停車中において上位システムからの制御信号等に応じて制御部２４が実行する。

図６に示すように、ステップＳ１４０の判定処理の結果、各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと抵抗間電圧Ｖｐとの差が、予め定められた所定範囲ΔＶｔｈ外であると判定された場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、電池セル１０の電圧降下による異常判定処理を実行する（Ｓ２００）。

このステップＳ２００にて実行する異常判定処理については、図７のフローチャートを用いて説明する。図７に示すように、まず、ステップＳ１３０にて検出した各電池セル１０のセル電圧Ｖｃを基準セル電圧Ｖｃｔｈとして記憶手段２４ｃに記憶する（Ｓ２１０）。

続いて、現在の各電池セル１０のセル電圧Ｖｃを各監視回路２３から取得し（Ｓ２２０）、取得した各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと記憶手段２４ｃに記憶された基準セル電圧Ｖｃｔｈとを比較して、電池セルの電圧降下が生じているか否かを判定する（Ｓ２３０）。

具体的には、ステップＳ２３０の処理では、ステップＳ２２０にて取得したセル電圧Ｖｃと基準セル電圧Ｖｃｔｈとの差（＝Ｖｃｔｈ−Ｖｃ）が、予め定めた判定基準値ΔＶｔｈ２以下であるか否かを判定する。なお、判定基準値ΔＶｔｈ２は、半導体スイッチ２２２がオン異常となった際の電池セル１０の電圧変動量を基準として設定されている。

この結果、ステップＳ２２０にて取得したセル電圧Ｖｃと基準セル電圧Ｖｃｔｈとの差が、判定基準値ΔＶｔｈ２より小さいと判定された場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、半導体スイッチ２２２のオン異常が生じていないと考えられるので、ステップＳ２２０に戻る。

一方、ステップＳ２２０にて取得したセル電圧Ｖｃと基準セル電圧Ｖｃｔｈとの差が、判定基準値ΔＶｔｈ２以上と判定された場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、半導体スイッチ２２２のオン異常が生じている可能性がある。このため、各電池セル１０に対応する放電回路２２の半導体スイッチ２２２のオンを指示する制御信号を各監視回路２３へ出力し（Ｓ２４０）、半導体スイッチ２２２がオンに制御された際の各抵抗間電圧Ｖｐを各監視回路２３から取得する（Ｓ２５０）。

続いて、ステップＳ２５０にて取得した各抵抗間電圧ＶｐとステップＳ２２０にて取得した各セル電圧Ｖｃとの差が、予め定められた所定範囲ΔＶｔｈ内であるか否かを判定する（Ｓ２６０）。

この結果、各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと抵抗間電圧Ｖｐとの差が、所定範囲ΔＶｔｈ内であると判定された場合（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、半導体スイッチ２２２をオフに制御した際に、半導体スイッチ２２２がオンされていると考えられるので、半導体スイッチ２２２が正常にオフできないオン異常であることを検出する（Ｓ１８０）。この場合、制御部２４は、半導体スイッチ２２２がオン異常である旨を上位システムに出力する。そして、抵抗間電圧Ｖｐ、第１の抵抗体２１の抵抗値Ｒ１、第２の抵抗体２２１の抵抗値Ｒ２からセル電圧Ｖｃを推定して（Ｓ２８０）、制御処理を終了する。

一方、各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと抵抗間電圧Ｖｐとの差が、所定範囲ΔＶｔｈ外であると判定された場合（Ｓ２６０：ＮＯ）、電池セル１０の充放電により電池セル１０の電圧降下が生じたと考えられるので、半導体スイッチ２２２が正常であることを検出し（Ｓ１５０）、制御処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、半導体スイッチ２２２が正常にオフしないオン異常のそれぞれを検出する構成としているので、放電回路２２の異常要因を具体的に特定することができる。

特に、本実施形態では、電池セル１０の電圧降下が生じた際に、抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差を比較して、半導体スイッチ２２２のオン異常を検出する構成としている。これによれば、半導体スイッチ２２２の異常検出処理において、監視回路２３による半導体スイッチ２２２をオンする回数を低減し、電池セル１０の放電を抑制することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、電池セル１０の電圧変動、および抵抗間電圧Ｖｐとセル電圧Ｖｃとの電圧差に応じて、半導体スイッチ２２２のオン異常およびオフ異常の双方を検出する例について説明する。本実施形態では、第２実施形態に対して、電池セル１０の電圧降下による異常判定処理（Ｓ２００）の内容を変更している。このため、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態の電池セル１０の電圧降下による異常判定処理については、図８のフローチャートを用いて説明する。図８に示す制御フローは、図６におけるステップＳ１４０の判定処理の結果、各電池セル１０のセル電圧Ｖｃと抵抗間電圧Ｖｐとの差が所定範囲ΔＶｔｈ外であると判定された場合（Ｓ１４０：ＮＯ）に実行される。

図８に示すように、まず、ステップＳ１３０にて検出した各電池セル１０のセル電圧Ｖｃを基準セル電圧Ｖｃｔｈとして記憶手段２４ｃに記憶する（Ｓ３００）。

続いて、各電池セル１０に対応する放電回路２２の半導体スイッチ２２２のオンを指示する制御信号を各監視回路２３へ出力し（Ｓ３１０）、半導体スイッチ２２２がオンに制御された際の各抵抗間電圧Ｖｐを各監視回路２３から取得する（Ｓ３２０）。

そして、各電池セル１０に対応する放電回路２２の半導体スイッチ２２２のオフを指示する制御信号を各監視回路２３へ出力し（Ｓ３３０）、半導体スイッチ２２２がオフに制御された際の各電池セルのセル電圧Ｖｃを各監視回路２３から取得する（Ｓ３４０）。

続いて、ステップＳ３２０にて取得した各抵抗間電圧ＶｐとステップＳ３４０にて取得した各セル電圧Ｖｃとの差が、予め定められた所定範囲ΔＶｔｈ内であるか否かを判定する（Ｓ３５０）。

この結果、ステップＳ３２０にて取得した各抵抗間電圧ＶｐとステップＳ３４０にて取得した各セル電圧Ｖｃとの差が所定範囲ΔＶｔｈ外であると判定された場合（Ｓ３５０：ＮＯ）、半導体スイッチ２２２が正常であることを検出し（Ｓ３６０）、ステップＳ３１０に戻る。

一方、ステップＳ３２０にて取得した各抵抗間電圧ＶｐとステップＳ３４０にて取得した各セル電圧Ｖｃとの差が所定範囲ΔＶｔｈ内であると判定された場合（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、さらに、ステップＳ３４０にて取得したセル電圧Ｖｃと基準セル電圧Ｖｃｔｈとの差が、判定基準値ΔＶｔｈ２以上であるか否かを判定する（Ｓ３７０）
この結果、ステップＳ３４０にて取得したセル電圧Ｖｃと基準セル電圧Ｖｃｔｈとの差が判定基準値ΔＶｔｈ２より小さいと判定された場合（Ｓ３７０：ＮＯ）、半導体スイッチ２２２をオンに制御しているにも関わらず、半導体スイッチ２２２がオフされていると考えられる。このため、半導体スイッチ２２２が正常にオンできないオフ異常であることを検出し（Ｓ３８０）、制御処理を終了する。

これに対して、ステップＳ３４０にて取得したセル電圧Ｖｃと基準セル電圧Ｖｃｔｈとの差が判定基準値ΔＶｔｈ２以上と判定された場合（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、半導体スイッチ２２２をオフに制御した際に、半導体スイッチ２２２がオンされていると考えられる。このため、半導体スイッチ２２２が正常にオフできないオン異常であることを検出する（Ｓ３８０）。そして、抵抗間電圧Ｖｐ、第１の抵抗体２１の抵抗値Ｒ１、第２の抵抗体２２１の抵抗値Ｒ２からセル電圧Ｖｃを推定して（Ｓ４００）、制御処理を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、放電回路２２の異常要因を具体的に特定することができると共に、半導体スイッチ２２２がオン異常となる場合であっても、各電池セル１０の電圧状態を把握することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、適宜変更することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の第１、第３実施形態の如く、スイッチ異常判定処理において、半導体スイッチ２２２のオフ異常およびオフ異常それぞれを検出することが好ましいが、これに限らず、例えば、スイッチ異常判定処理において、オフ異常やオン異常を特定せず単に半導体スイッチ２２２の異常を検出してもよい。また、第２実施形態の如く、スイッチ異常判定処理において、半導体スイッチ２２２のオフ異常だけを検出してもよい。さらに、スイッチ異常判定処理において、半導体スイッチ２２２のオフ異常だけを検出してもよい。

（２）上述の各実施形態の如く、半導体スイッチ２２２が正常にオフしないオン異常を検出した際に、セル電圧Ｖｃを推定する構成とすることが望ましいが、これに限らず、半導体スイッチ２２２がオン異常である旨を上位システムに出力するだけでもよい。

（３）上述の各実施形態では、放電回路２２を電池セル１０毎に設ける例について説明したが、これに限定されず、例えば、複数の電池セル１０の１つ、又は、複数の電池セル１０の一部に放電回路２２を設けるようにしてもよい。

（４）上述の各実施形態では、セル電圧検出部２３ｂにて、電池セル１０に接続された一対の検出端子間の電圧をセル電圧として検出する例について説明したが、これに限らず、電池セル１０における両端子間の電圧をセル電圧として直接検出するようにしてもよい。

（５）上述の各実施形態では、車両に搭載された組電池１に、本発明の異常検出装置を適用する例を説明したが、車両以外に用いられる組電池１に適用してもよい。

１組電池
１０電池セル
２１第１の抵抗体
２２放電回路
２２１第２の抵抗体
２２２半導体スイッチ
２３ａスイッチ制御部（スイッチ制御手段）
２３ｂセル電圧検出部（セル電圧検出手段）
２３ｃ抵抗間電圧検出部（抵抗間電圧検出手段）
２４ａスイッチ異常判定手段
２４ｂセル電圧推定手段

Claims

複数の電池セル（１０）を直列に接続して構成される組電池（１）の異常を検出する異常検出装置であって、
前記複数の電池セルの両端子に接続された複数の検出端子（Ｃ）と、
前記複数の電池セルのうち、少なくとも１つの電池セルの両端子に接続される一対の前記検出端子における一方の検出端子と、前記電池セルの一端子との間に接続される第１の抵抗体（２１）と、
第２の抵抗体（２２１）および半導体スイッチ（２２２）を直列に接続した直列接続体を有し、前記直列接続体における前記第２の抵抗体側の一端が前記一方の検出端子に接続されると共に、前記半導体スイッチ側の他端が前記一対の検出端子における他方の検出端子に接続される放電回路（２２）と、
前記半導体スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段（２３ａ）と、
前記スイッチ制御手段が前記半導体スイッチをオンに制御した際に、前記第１の抵抗体と前記第２の抵抗体との間の抵抗間電圧を検出する抵抗間電圧検出手段（２３ｃ）と、
前記スイッチ制御手段が前記半導体スイッチをオフに制御した際に、前記複数の電池セルにおける両端子間の電圧をセル電圧として検出するセル電圧検出手段（２３ｂ）と、
前記半導体スイッチが異常であるか否かを判定するスイッチ異常判定手段（２４ａ)と、を備え、
前記スイッチ異常判定手段は、前記放電回路に接続された前記電池セルのセル電圧と、前記抵抗間電圧との差が所定範囲内となる場合に、前記半導体スイッチが異常であると判定することを特徴とする異常検出装置。
前記スイッチ異常判定手段は、前記抵抗間電圧と前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲内となり、且つ、前記抵抗間電圧が予め前記抵抗間電圧の電圧値の取り得る電圧範囲に設定された基準電圧範囲内である場合に、前記半導体スイッチが正常にオフしないオン異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。
少なくとも前記セル電圧検出手段（２３ｂ）にて検出した前記電池セルのセル電圧の電圧値を記憶する記憶手段（２４ｃ）を備え、
前記スイッチ異常判定手段は、
前記抵抗間電圧と前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲外となった際の前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧の電圧値を基準セル電圧として前記記憶手段に記憶し、
前記放電回路に接続された前記電池セルのセル電圧と、前記抵抗間電圧との差が所定範囲内となり、且つ、前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧と前記記憶手段に記憶された前記基準セル電圧との差が予め定めた判定基準値以上である場合に、前記半導体スイッチが正常にオフしないオン異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。
前記スイッチ異常判定手段にて、前記半導体スイッチが前記オン異常であると判定された際に、前記放電回路に接続された前記電池セルのセル電圧を推定するセル電圧推定手段（２４ｂ）を備え、
前記セル電圧推定手段は、前記抵抗間電圧、前記第１の抵抗体の抵抗値、および前記第２の抵抗体の抵抗値から前記セル電圧を推定することを特徴とする請求項２または３に記載の異常検出装置。
前記スイッチ異常判定手段は、前記抵抗間電圧と前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲内となり、且つ、前記抵抗間電圧が予め前記抵抗間電圧の電圧値の取り得る電圧範囲に設定された基準電圧範囲外である場合に、前記半導体スイッチが正常にオンしないオフ異常であると判定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の異常検出装置。
少なくとも前記セル電圧検出手段（２３ｂ）にて検出した前記電池セルのセル電圧の電圧値を記憶する記憶手段（２４ｃ）を備え、
前記スイッチ異常判定手段は、
前記抵抗間電圧と前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧との差が所定範囲外となった際の前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧の電圧値を基準セル電圧として前記記憶手段に記憶し、
前記放電回路に接続された前記電池セルのセル電圧と、前記抵抗間電圧との差が所定範囲内となり、且つ、前記放電回路に接続された電池セルのセル電圧と前記記憶手段に記憶された前記基準セル電圧との差が予め定めた判定基準値より小さい場合に、前記半導体スイッチが正常にオンしないオフ異常であると判定することを特徴とする請求項１ないし４に記載の異常検出装置。