JP2014090635A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】直列に接続される各蓄電ブロックに対して設けられる電圧均等化のための放電回路の異常を検出する。
【解決手段】蓄電システムは、負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、各蓄電ブロックそれぞれと電圧検出ラインを介して接続され、各蓄電ブロックの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出ラインを介して各蓄電ブロックと接続され、蓄電ブロックそれぞれの電圧を均等化する放電回路と、放電回路の異常を検出するコントローラと、を有する。１つの蓄電ブロックに対し、放電回路を介して電圧検出回路に接続される第１電圧検出経路と、放電回路を介さずに電圧検出回路に接続される第２電圧検出経路とを備え、コントローラは、第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値を比較して、放電回路の異常を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、電気的に直列に接続された複数の蓄電ブロックにおける電圧を検出する蓄電システムに関する。

複数の電池セルそれぞれの電圧を検出する電圧監視装置は、例えば、特許文献１のように、各電池セルの電圧均等化のための放電回路を備えることができる。

特開２０１１−１７２４３３号公報

しかしながら、放電回路を介した電池セルの電圧検出は、放電回路が故障等すると、例えば、放電回路にリーク電流が流れ、リーク電流が流れる電流経路上の抵抗によって電圧降下が生じ、電池セルの電圧を精度良く検出できないおそれがある。

一方で、リーク電流が流れることで電圧降下が生じるが、リーク電流が流れた状態で検出される電圧値から放電回路の故障等（リーク異常）を精度良く検出することができない課題がある。つまり、検出電圧が実際の電圧よりも小さくなってしまう異常が、放電回路にリーク異常が発生したことによるものなのか、電圧バラツキによるものなのかを区別できないため、放電回路にリーク異常が発生した際に、電圧降下によって検出電圧が実際の電圧よりも小さくなってしまう異常を精度良く検出できない課題がある。

そこで、本発明の目的は、充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、電気的に直列に接続された複数の蓄電ブロックそれぞれに対して設けられる電圧均等化のための放電回路の異常を検出することができる蓄電システムを提供することにある。

本願第１の発明の蓄電システムは、負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、各蓄電ブロックそれぞれと電圧検出ラインを介して接続され、各蓄電ブロックの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出ラインを介して各蓄電ブロックと接続され、蓄電ブロックそれぞれの電圧を均等化する放電回路と、放電回路の異常を検出するコントローラとを有する。蓄電システムは、１つの蓄電ブロックに対し、放電回路を介して電圧検出回路に接続される第１電圧検出経路と、放電回路を介さずに電圧検出回路に接続される第２電圧検出経路とが設けられており、第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値を比較することで、コントローラは、放電回路の異常を検出する。

本願第１の発明によれば、１つの蓄電ブロックに対し、放電回路を介した第１電圧検出経路と、放電回路を介さない第２電圧検出経路とで検出される各電圧値を比較する。このため、放電回路の故障（例えば、リーク電流が流れるリーク異常）の影響を受けない第２電圧検出回路を介して検出される第２電圧値に対し、第１電圧検出経路を介して検出される第１電圧値はリーク異常の発生に応じて相違するので、放電回路のリーク異常を精度良く把握することができる。

第１電圧検出経路は、蓄電ブロックの正極端子及び放電回路の一端側に接続される第１電圧検出ラインと、蓄電ブロックの負極端子及び放電回路の他端側に接続される第２電圧検出ラインとを含んで構成することができる。また、第２電圧検出経路は、蓄電ブロックの正極端子と放電回路との間において第１電圧検出ラインに接続される第３電圧検出ラインと、蓄電ブロックの負極端子と放電回路との間において第２電圧検出ラインに接続される第４電圧検出ラインとを含んで構成することができる。

第３電圧検出ラインは、第１蓄電ブロックの正極端子に直列に接続される第２蓄電ブロックの負極端子及び第２蓄電ブロックに接続される放電回路の他端側に接続され、第２蓄電ブロックにおける第２電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインとして構成することができ、さらに、第４電圧検出ラインは、第１蓄電ブロックの負極端子に直列に接続される第３蓄電ブロックの正極端子及び第３蓄電ブロックに接続される放電回路の一端側に接続され、第３蓄電ブロックにおける第１電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインとして構成することができる。そして、第３電圧検出ライン及び第４電圧検出ラインを介して入力される第１蓄電ブロックの正極側電位及び負極側電位を反転させて電圧検出回路に出力する反転回路を設けることができる。

第１電圧検出ライン及び第２電圧検出ライン間に接続される第１キャパシタと、第３電圧検出ライン及び第４電圧検出ライン間に接続される第２キャパシタと、をさらに設けることができる。

蓄電ブロックの電流を検出する電流センサをさらに含むように構成することができる。このとき、コントローラは、第１電圧検出経路による電圧検出の際に検出される電流値と、第２電圧検出経路による電圧検出の際に検出される電流値との差分が所定の閾値よりも小さい場合に、第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値を比較して、放電回路の異常を検出することができる。

コントローラは、第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値の電圧差が所定の閾値よりも大きい場合に、放電回路が異常状態であると検出することができる。

本願第２の発明は、負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックの各電圧を検出する電圧監視装置である。電圧監視装置は、各蓄電ブロックそれぞれと電圧検出ラインを介して接続され、各蓄電ブロックの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出ラインを介して各蓄電ブロックと接続され、蓄電ブロックそれぞれの電圧を均等化する放電回路と、１つの蓄電ブロックに対し、放電回路を介して電圧検出回路に接続される第１電圧検出経路及び放電回路を介さずに電圧検出回路に接続される第２電圧検出経路と、を備えている。

第１電圧検出回路は、蓄電ブロックの正極端子及び放電回路の一端側に接続される第１電圧検出ラインと、蓄電ブロックの負極端子及び放電回路の他端側に接続される第２電圧検出ラインとを含み、第２電圧検出回路は、蓄電ブロックの正極端子と放電回路との間において第１電圧検出ラインに接続される第３電圧検出ラインと、蓄電ブロックの負極端子と放電回路との間において第２電圧検出ラインに接続される第４電圧検出ラインとを含んで構成することができる。ここで、第３電圧検出ラインは、第１蓄電ブロックの正極端子に直列に接続される第２蓄電ブロックの負極端子及び第２蓄電ブロックに接続される放電回路の他端側に接続され、第２蓄電ブロックのおける第２電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインを用いることができ、第４電圧検出ラインは、第１蓄電ブロックの負極端子に直列に接続される第３蓄電ブロックの正極端子及び第３蓄電ブロックに接続される放電回路の一端側に接続され、第３蓄電ブロックのおける第１電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインを用いることができる。そして、第３電圧検出ライン及び第４電圧検出ラインを介して入力される第１蓄電ブロックの正極側電位及び負極側電位を反転させて電圧検出回路に出力する反転回路を備えることができる。

本願第２の発明によれば、直列に接続された蓄電ブロックそれぞれの電圧を検出する電圧検出回路を備えた電圧監視装置に対し、反転回路を追加するだけで放電回路の故障（例えば、リーク電流が流れるリーク異常）の影響を受けない第２電圧検出回路を介した電圧検出と、放電回路のリーク異常の影響を受ける第１電圧検出経路を介した電圧検出とを行うことができ、放電回路のリーク異常を精度良く把握するための電圧監視装置を、簡単かつ安価に実現することができる。

実施例１における電池システムの構成を示す図である。 実施例１における電池システムにおいて、組電池および監視ユニットの構成を示す図である。 実施例１における組電池および電圧監視ユニットにおいて、放電回路の影響を受けない第２電圧検出経路を介した電圧検出の説明図である。 実施例１におけるリーク異常を判別する処理を示すフローチャートである。 実施例１の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）

本発明の実施例１における電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、本実施例における電池システムの構成を示す概略図である。

図１に示す電池システムは、車両に搭載される。この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池の他に、燃料電池やエンジン等を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として組電池だけを備えた車両である。

組電池１０の正極端子には、正極ラインＰＬが接続されており、正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ１が設けられている。また、組電池１０の負極端子には、負極ラインＮＬが接続されており、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ２が設けられている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えることにより、組電池１０を負荷（後述する昇圧回路２２）と接続することができる。

電流センサ２１は、組電池１０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例では、組電池１０を放電したときの電流値として、正の値を用い、組電池１０を充電したときの電流値として、負の値を用いている。本実施例では、電流センサ２１を負極ラインＮＬに設けているが、これに限るものではない。電流センサ２１は、組電池１０に流れる電流値を検出できればよい。例えば、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの少なくとも一方に電流センサ２１を設けることができる。また、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの一方に対して、複数の電流センサ２１を設けることもできる。

組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、昇圧回路２２に接続されている。昇圧回路２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ２３に出力する。インバータ２３は、昇圧回路２２から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ２４に出力する。モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３からの交流電力を受けることにより、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギを、車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。

車両を減速させるときや、車両を停止させるとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。ここで、車両が下り坂を走行するときにも、モータ・ジェネレータ２４は、制動力を発生させるために、運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ２４が生成した交流電力は、インバータ２３によって直流電力に変換される。また、昇圧回路２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に供給する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

コントローラ３０は、昇圧回路２２、インバータ２３およびモータ・ジェネレータ２４のそれぞれに制御信号を出力して、昇圧回路２２、インバータ２３およびモータ・ジェネレータ２４の動作を制御する。コントローラ３０は、各種の情報を記憶するメモリ３１を備えることができる。メモリ３１は、コントローラ３０に対して内蔵又は外付けされるように設けることができる。

なお、コントローラ３０は、昇圧回路２２、インバータ２３およびモータ・ジェネレータ２４毎に設けることも可能であり、後述する均等化処理や放電回路の異常検出処理を行うための別途のコントローラを、車両制御と独立して設けることも可能である。つまり、車両全体の制御を司る中央制御装置が、各部を制御したり、各部の制御毎の個別のコントローラを設けて中央制御装置が個別の各コントローラと接続される構成であってもよい。

コントローラ３０には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフに関する情報が入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えることにより、組電池１０を昇圧回路２２と接続する。これにより、図１に示す電池システムは、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンからオフに切り替えることにより、組電池１０および昇圧回路２２の接続を遮断する。これにより、図１に示す電池システムは、停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。

監視ユニット４０は、組電池１０の電圧値を検出したり、組電池１０に含まれる単電池の電圧値を検出したりして、検出結果をコントローラ３０に出力する。図２には、組電池１０および監視ユニット４０の構成を示している。

図２に示すように、組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池（本発明の蓄電素子に相当する）１１を有する。組電池１０を構成する単電池１１の数は、組電池１０の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

監視ユニット（本発明の電圧検出回路に相当する）４０は、複数の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介して、各単電池１１と接続されている。なお、図２では省略しているが、監視ユニット４０および単電池１１の間に位置する電圧検出ラインＬ１，Ｌ２には、スイッチを設けることができる。このスイッチとしては、例えば、フォトＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）リレーを用いることができる。

２つの電圧検出ラインＬ１は、組電池１０の正極端子および負極端子のそれぞれに接続されている。組電池１０の正極端子は、図２に示す組電池１０の回路構成において、一端に位置する単電池１１の正極端子に相当する。組電池１０の負極端子は、図２に示す組電池１０の回路構成において、他端に位置する単電池１１の負極端子に相当する。

電圧検出ラインＬ２は、電気的に直列に接続された２つの単電池１１において、一方の単電池１１の負極端子と、他方の単電池１１の正極端子とに接続されている。本実施例の電圧検出ラインＬ２は、直列に接続される単電池１１間に接続され、その一部が隣り合う単電池１１で共通する１つの電圧検出ラインとして構成されている。

複数の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２は、後述するように、コンパレータ４１の２つの入力端子それぞれに接続される入力ラインＬＮ１，ＬＮ２に接続されている。２つの入力ラインＬＮ１，ＬＮ２は、複数の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２で共有して使用され、各電圧検出ラインＬ１，Ｌ２に設けられたサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２のオン／オフ操作を通じて、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２又は電圧検出ラインＬ２，Ｌ２を介し、検出対象の単電池１１の正極側電位及び負極側電位がコンパレータ４１の各入力端子に出力されて電圧が検出される。

単電池１１と監視ユニット４０との間には、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介して各単電池１１に接続される保護回路が設けられている。具体的には、各電圧検出ラインＬ１，Ｌ２に、抵抗Ｒ１１を設けるとともに、各単電池１１に対して電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介してツェナーダイオードＤを電気的に並列に接続し、保護回路を形成している。

ツェナーダイオードＤのカソードは、単電池１１の正極端子と接続されており、カソードおよび正極端子の間の電流経路に抵抗Ｒ１１が設けられている。ツェナーダイオードＤのアノードは、単電池１１の負極端子と接続されており、アノードおよび負極端子の間の電流経路に抵抗Ｒ１１が設けられている。

例えば、許容電流値よりも大きな電流が抵抗Ｒ１１に流れた際に、抵抗Ｒ１１が溶断することにより、監視ユニット４０および組電池１０の電気的な接続を遮断することができる。これにより、組電池１０（単電池１１）から監視ユニット４０に過大な電流が流れてしまうことを抑制できる。

また、ツェナーダイオードＤは、組電池１０から監視ユニット４０に過電圧が印加することを抑制する。例えば、組電池１０から監視ユニット４０に過電圧が印加されるときに、ツェナーダイオードＤに電流が流れることにより、監視ユニット４０に過電圧が印加されることを抑制することができる。なお、複数のツェナーダイオードＤは、電気的に直列に接続されている。

電圧検出ラインＬ１には、抵抗Ｒ２１が設けられており、抵抗Ｒ２１は、監視ユニット４０に含まれている。抵抗Ｒ１１，Ｒ２１は、電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１の接続点に対して、ツェナーダイオードＤのカソードが接続されている。

電圧検出ラインＬ２は、監視ユニット４０の内部において、２つの分岐ラインＬ２１，Ｌ２２に分岐されている。分岐ラインＬ２１には、抵抗Ｒ２１が設けられており、分岐ラインＬ２２には、抵抗Ｒ２２が設けられている。

電圧検出ラインＬ２において、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１は、電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１の接続点には、ツェナーダイオードＤのアノードが接続されている。また、電圧検出ラインＬ２において、抵抗Ｒ１１，Ｒ２２は、電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ１１，Ｒ２２の接続点には、ツェナーダイオードＤのアノードが接続されている。

電圧検出ラインＬ１および分岐ラインＬ２２には、キャパシタ（フライングキャパシタ）ＣおよびスイッチＳＷ１が接続されている。具体的には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ２１およびサンプリングスイッチＳＷ２１の間に位置する電圧検出ラインＬ１と、抵抗Ｒ２２およびサンプリングスイッチＳＷ２２の間に位置する分岐ラインＬ２２とに接続されている。サンプリングスイッチＳＷ２１は、電圧検出ラインＬ１に接続されており、サンプリングスイッチＳＷ２２は、分岐ラインＬ２２に接続されている。

また、各単電池１１の正極端子および負極端子と接続された２つの電圧検出ラインＬ２に関して、一方の電圧検出ラインＬ２における分岐ラインＬ２１と、他方の電圧検出ラインＬ２における分岐ラインＬ２２には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１が接続されている。具体的には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ２１およびサンプリングスイッチＳＷ２１の間に位置する分岐ラインＬ２１と、抵抗Ｒ２２およびサンプリングスイッチＳＷ２２の間に位置する分岐ラインＬ２２とに接続されている。ここで、サンプリングスイッチＳＷ２１は、分岐ラインＬ２１と接続されており、サンプリングスイッチＳＷ２２は、分岐ラインＬ２２と接続されている。

スイッチＳＷ１は、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチＳＷ１は、組電池１０を構成する、すべての単電池１１における電圧値を均等化させるために用いられる。

具体的には、特定の単電池１１の電圧値が、他の単電池１１の電圧値よりも高いときには、特定の単電池１１と電気的に並列に接続されたスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えることにより、特定の単電池１１を放電させることができる。すなわち、スイッチＳＷ１をオンにすると、特定の単電池１１の放電電流を抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に流すことができ、特定の単電池１１の電圧値を低下させることができる。これにより、特定の単電池１１の電圧値を、他の単電池１１の電圧値に揃えることができる。

本実施例の監視ユニット４０は、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介して各単電池１１それぞれに電圧均等化のための放電回路（均等化回路）が設けられ、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は、均等化のための放電電流を流す抵抗として用いられる。これら抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に直列に接続されるスイッチＳＷ１（均等化スイッチ）と共に放電回路を構成しており、放電回路を介して単電池１１の電圧が検出される。なお、本実施例の放電回路は、電圧監視ユニット４０内に設けているが、電圧監視ユニット４０に対して保護回路との間に個別に設けてもよい。

キャパシタＣは、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２又は電圧検出ラインＬ２，Ｌ２を介して、単電池１１と電気的に並列に接続されているため、キャパシタＣには、単電池１１に蓄えられた電荷がチャージされる。これにより、キャパシタＣの電圧値は、単電池１１の電圧値と等しくなる。

各単電池１１の正極端子と接続されたサンプリングスイッチＳＷ２１は、入力ラインＬＮ１を介してコンパレータ４１の正極側入力端子に接続され、各単電池１１の負極端子と接続されたサンプリングスイッチＳＷ２２は、入力ラインＬＮ２を介してコンパレータ４１の負極側入力端子に接続されている。

各サンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、コントローラ３０からの制御信号を受けてオンおよびオフの間で切り替わる。また、複数のサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、マルチプレクサによって構成することができる。

特定の単電池１１に対応したサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２だけをオンにすると、コンパレータ４１は、特定の単電池１１の電圧値（特定の単電池１１に対応するキャパシタＣの電圧値）を出力する。このように、各単電池１１に対応したサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を順次オンにすることにより、各単電池１１の電圧値を順次検出することができる。コンパレータ４１の出力信号は、ＡＤ変換された後に、コントローラ３０に入力される。これにより、コントローラ３０は、各単電池１１の電圧を検出することができる。

このように本実施例では、キャパシタＣで接続される電圧検出ラインＬ１，Ｌ２及び電圧検出ラインＬ２，Ｌ２は、それぞれ放電回路（スイッチＳＷ１）を介して単電池１１毎に互いに接続されており、放電回路を介した電圧検出経路で単電池１１の電圧が検出される。

つまり、単電池１１の正極端子及び放電回路の一端側に接続される電圧検出ラインＬ１及び単電池１１の負極端子及び放電回路の他端側に接続される電圧検出ラインＬ２２は、放電回路を介した電圧検出経路（第１電圧検出経路）を形成しており、同様に単電池１１の正極端子及び放電回路の一端側に接続される電圧検出ラインＬ２の分岐ライン２１及び単電池１１の負極端子及び放電回路の他端側に接続される電圧検出ラインＬ２の分岐ライン２２は、放電回路を介した電圧検出経路（第１電圧検出経路）を形成している。

ここで、図２に示す構成において、均等化スイッチであるスイッチＳＷ１が故障すると、図３の矢印（太字点線）で示す方向において、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れてしまう。図３の例において単電池１１Ａの電圧値を、放電回路を介した電圧検出経路で検出するとき、コンパレータ４１から出力される電圧値は、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れる分だけ、単電池１１の実際の電圧値よりも低下してしまう。

例えば、コンパレータ４１から出力される電圧値Ｖｄｅｃｔとすると、下記式（１）で示すように、スイッチＳＷ１に流れるリーク電流Ｉ＿ｌｅａｋに応じて電圧降下が生じて単電池１１の実際の電圧値よりも低下した電圧値が検出されてしまう。
（式１）Ｖｄｅｃｔ＝Ｖｃｅｌｌ−２×Ｉ＿ｌｅａｋ×Ｒ

上記式（１）において、Ｖｃｅｌｌは、単電池１１の実際の電圧値であり、Ｒは、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ２１（抵抗Ｒ２２）の合計抵抗値である。なお、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２とは同じ抵抗値とすることができる。「Ｉ＿ｌｅａｋ×Ｒ」は、抵抗Ｒ１１にリーク電流が流れることに伴う電圧降下量を示す。ここで、図３に示すリーク電流が流れる経路では、抵抗Ｒ１１及びＲ２１と抵抗Ｒ１１及びＲ２２とが設けられているため、電圧降下量は、「Ｉ＿ｌｅａｋ×Ｒ」の２倍となる。

したがって、放電回路を介した電圧検出経路で単電池１１の電圧を検出すると、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れるリーク異常が生じた際、リーク電流が流れる電流経路上の抵抗（抵抗Ｒ２１，Ｒ２２）によって電圧降下が生じてしまい、単電池１１の電圧を精度良く検出できない。このため、例えば、電圧値Ｖｄｅｃｔに基づいて、単電池１１（組電池１０）の充放電を制御すると、単電池１１を過充電してしまうおそれがある。ここで、単電池１１の充電を制御するときには、電圧値Ｖｄｅｃｔが、予め定めた上限電圧値よりも高くならないように、単電池１１の充電が制御される。

一方で、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れることで電圧降下が生じるものの、コンパレータ４１からの検出電圧が実際の電圧よりも小さくなってしまう異常が、放電回路にリーク異常が発生したことによるものなのか、電圧バラツキによるものなのかを明確に区別できないおそれがあり、放電回路にリーク異常が発生した際に電圧降下によって検出電圧が実際の電圧よりも小さくなってしまう異常を精度良く検出できないことがある。

そこで、本実施例では、図２に示す構成において１つの単電池１１に対し、上述した放電回路を介した電圧検出経路（第１電圧検出経路）に加えて、放電回路を介さない電圧検出経路（第２電圧検出経路）で電圧を検出できるようにし、それぞれの各電圧検出経路を介して検出される各電圧値を比較して、リーク異常を検出する。

具体的には、検出対象の単電池１１の正極端子と放電回路（スイッチＳＷ１）との間において電圧検出ラインＬ２に接続される他の単電池１１の電圧検出ライン（分岐ライン２１）と、検出対象の単電池１１の負極端子と放電回路との間において電圧検出ライン２に接続される他の単電池１１の電圧検出ライン（分岐ライン２２）とを利用することにより、検出対象の単電池１１に対して放電回路を介さない電圧検出経路で電圧を検出する。

図３に示す太字の点線は、放電回路を介さないで単電池１１Ａの電圧値を検出する電圧検出経路を示している。図３に示すように、単電池１１Ａの正極端子に直列に接続される単電池１１Ｂの負極端子及び単電池１１Ｂに接続される放電回路の他端側に接続され、単電池１１Ｂの負極側電位をコンパレータ４１に出力するための分岐ラインＬ２２を、単電池１１Ａの正極側電位をコンパレータ４１に出力するための放電回路を介さない電圧検出ライン（第３電圧検出ライン）として使用するとともに、単電池１１Ａの負極端子に直列に接続される単電池１１Ｃの正極端子及び単電池１１Ｃに接続される放電回路の一端側に接続され、単電池１１Ｃの正極側電位をコンパレータ４１に出力する分岐ライン２１を、単電池１１Ａの負極側電位をコンパレータ４１に出力するための放電回路を介さない電圧検出ライン（第４電圧検出ライン）として使用する。

そして、第３電圧検出ラインと第４電圧検出ラインとの間には、キャパシタＣｉが接続される。キャパシタＣｉは、単電池１１Ａの放電回路を介した第１電圧検出経路に設けられるキャパシタＣとは個別に、分岐ラインＬ２２，Ｌ２１を介して単電池１１Ａと電気的に並列に接続されている。このため、キャパシタＣｉにはキャパシタＣ同様、単電池１１Ａに蓄えられた電荷がチャージされ、キャパシタＣｉの電圧値を単電池１１Ａの電圧値として検出することができる。

このとき、分岐ラインＬ２２が入力ラインＮＬ２に接続されていることから、コンパレータ４１の負側入力端子に単電池１１Ａの正極側電位が入力され、分岐ラインＬ２１が入力ラインＮ１に接続されていることから、コンパレータ４１の正側入力端子に単電池１１Ａの負極側電位が入力されてしまう。このため、これらの分岐ラインＬ２２，Ｌ２１を介した放電回路を介さない電圧検出経路で入力される単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位を反転させてコンパレータ４１の各入力端子に出力する反転回路４２が、入力ラインＬＮ１，ＬＮ２（コンパレータ４１）に接続されている。

反転回路４２は、２つの入力端子ＩＮ１，ＩＮ２と入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に対応する２つの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を備えている。入力端子ＩＮ１，ＩＮ２は、バイパスラインＬ３，Ｌ４を介して入力ラインＬＮ１，ＬＮ２それぞれに接続されており、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、バイパスラインＬ５，Ｌ６を介してコンパレータ４１の正端側入力端子及び負側入力端子それぞれに接続されている。

例えば、反転回路４２は、入力端子ＩＮ１に入力された入力値の正負を反転させて出力端子ＯＵＴ１に出力し、入力端子ＩＮ２に入力された入力値の正負を反転させて出力端子ＯＵＴ２に出力することができる。このように構成することで、出力端子ＯＵＴ１からコンパレータ４１の正側入力端子に単電池１１の正極側電位が入力され、出力端子ＯＵＴ２からコンパレータ４１の負側入力端子に単電池１１の負極側電位が入力されるようになる。

また、本実施例では、複数の電圧検出ラインに対して２つの入力ラインＬＮ１，ＬＮ２が共有して使用される。そこで、放電回路を介さない電圧検出経路での単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位が反転回路４２を経由してコンパレータ４１に出力される経路と、反転回路４２を経由せずに放電回路を介した電圧検出経路での単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位がコンパレータ４１に出力される経路とを切り換えるスイッチＳＷ３〜ＳＷ６を設け、これらのスイッチＳＷ３〜ＳＷ６のスイッチング制御により、１つの単電子１１に対して別経路での２つの電圧値を検出する。

スイッチＳＷ５，ＳＷ６は、入力ラインＬＮ１，ＬＮ２に設けられ、入力ラインＬＮ１，ＬＮ２は、スイッチＳＷ５，ＳＷ６を介してコンパレータ４１に接続される。一方、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２とスイッチＳＷ５，ＳＷ６との間の入力ラインＬＮ１，ＬＮ２から反転回路４２に分岐するバイパスラインＬ３，Ｌ４に設けられる。反転回路４２の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２から延設されるバイパスラインＬ５，Ｌ６は、スイッチＳＷ５，ＳＷ６とコンパレータ４１との間の入力ラインＬＮ１，ＬＮ２に接続されている。

図２及び図３の例において、コントローラ３０は、キャパシタＣに接続されるサンプリングスイッチＳ２１，Ｓ２２のオフからオンへの切り換え制御に伴って、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフにし、かつスイッチＳＷ５，ＳＷ６をオンに切り替える。したがって、第１電圧検出経路で入力される単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位は、反転回路４２を介さずにコンパレータ４１に直接出力される。

一方、コントローラ３０は、キャパシタＣｉに接続されるサンプリングスイッチＳ２１，Ｓ２２のオフからオンへの切り換え制御に伴って、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンにし、かつスイッチＳＷ５，ＳＷ６をオフに切り替える。したがって、第２電圧検出経路で入力される単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位は、反転回路４２を経由して反転された後に、コンパレータ４１に出力される。

このように放電回路が設けられる１つの単電池１１に対し、放電回路を介した電圧検出第１電圧検出経路（リーク電流が流れる抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を通るルート）とは別の放電回路を介しない第２電圧検出経路（リーク電流が流れない抵抗Ｒ２１，抵抗２２を通るルート）で電圧を検出し、２つの経路それぞれで検出される電圧値を比較することで、例えば、第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値の電圧差が所定の閾値よりも大きい場合に、放電回路が異常状態であること（例えば、均等化スイッチであるスイッチＳＷ１にリーク異常が生じていること）を、検出することができる。

図４は、本実施例の放電回路のリーク異常判別処理の一例を示すフローチャートである。図４に示すリーク異常判定処理は、コントローラ３０によって遂行され、上述した各単電池１１の電圧検出処理に伴って又は電圧検出処理とは個別に行うことができる。

コントローラ３０は、検出対象の単電池１１の電圧値Ｖａを第１電圧検出経路で検出する（Ｓ１０１）。具体的には、スイッチＳＷ１がオフ状態で、検出対象の単電池１１のキャパシタＣに接続されるサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２をオフからオンに切り換え、その他のサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２全てをオフ状態にすることで、検出対象の単電池１１の電圧値Ｖａ（特定の単電池１１に対応するキャパシタＣの電圧値）がコンパレータ４１を介して出力される。このとき、コントローラ３０は、第１電圧検出経路で電圧検出を行う際の電流値Ｉａを電流センサ２１から取得する（Ｓ１０２）。

続いて、コントローラ３０は、同じ検出対象の単電池１１に対して第２電圧検出経路で電圧Ｖｂを検出する（Ｓ１０３）。具体的には、スイッチＳＷ１がオフ状態で、検出対象の単電池１１のキャパシタＣｉに接続されるサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２をオフからオンに切り換え、その他のサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２全てをオフ状態にすることで、検出対象の単電池１１の電圧値Ｖｂ（特定の単電池１１に対応するキャパシタＣｉの電圧値）がコンパレータ４１を介して出力される。このときも、コントローラ３０は、第２電圧検出経路で電圧検出を行う際の電流値Ｉｂを電流センサ２１から取得する（Ｓ１０４）。なお、第２電圧検出経路での電圧検出及び電流値の取得後に、第１電圧検出経路での電圧検出及び電流値の取得を行うようにしてもよい。

第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれで電圧検出を行った後に、コントローラ３０は、各電圧検出経路での電圧検出時の電流値Ｉａ，Ｉｂを用いて、リーク異常判定処理を続行するか否かを判断する（Ｓ１０５）。これは、各電圧検出時に流れる電流値Ｉａ，Ｉｂ間で変動が大きいと、検出される電圧値間の変動も大きくなるので、電流値Ｉａ，Ｉｂ間の差分が所定の閾値よりも小さい場合、言い換えれば、電流変動が小さい所定の状況である場合にはリーク異常判定処理を続行し、電流変動が大きい状況ではリーク異常判定処理を続行せずに処理を終了させて次タイミングで再度リーク異常判定処理を行うようにする。

コントローラ３０は、ステップＳ１０５において電流値Ｉａ，Ｉｂ間の差分が所定の閾値よりも小さいと判別された場合、電圧Ｖａと電圧Ｖｂとを比較し（Ｓ１０６）、例えば、電圧Ｖａと電圧Ｖｂの電圧差が所定の閾値よりも大きい場合、放電回路のリーク異常と判定する（Ｓ１０７）。一方、電圧Ｖａと電圧Ｖｂの電圧差が所定の閾値よりも小さい場合は、正常（放電回路のリーク異常が生じていない）と判定する（Ｓ１０８）。

なお、ステップＳ１０７において、コントローラ３０は、リーク異常判定に伴い、警告ランプの点灯や音声又は表示部を介したメッセージ出力などを通じてユーザ等に知らせる警告処理を行うことができる。

図４に示したリーク異常判別処理は、各単電池１１全てに対して行われ、単電池１１それぞれに設けられる放電回路のリーク異常を検出することができる。なお、本実施例のリーク異常判定処理は、車両のイグニッションスイッチがオフで組電池１０が負荷（例えば、昇圧回路２２）と接続されていない状態（システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフ状態）や、車両のイグニッションスイッチがオンで組電池１０が負荷と接続されている状態（電池システム起動中）に行うことができる。

このように本実施例によれば、検出対象の１つの単電池１１に対し、放電回路を介した第１電圧検出経路と、放電回路を介さない第２電圧検出経路とで検出される各電圧値を比較して、放電回路のリーク異常を判定する。このため、リーク異常の影響を受けない第２電圧検出回路を介して検出される第２電圧値を基準に、第１電圧検出経路を介して検出される第１電圧値を比較することで、放電回路のリーク異常を精度良く把握することができる。

特に、本実施例のリーク異常検出処理は、直列に接続される単電池１１間の各電圧を比較したり、単電池１１それぞれの各電圧の総和と組電池１０の総電圧を比較せずに、検出対象の単電池１１のみの電圧を用いて、リーク異常を検出している。複数の単電池１１の各電圧を取得するためには、サンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を順次、単電池１１の数だけオン／オフ制御しなければならないため、例えば、一番最初の電圧検出時の電流に対してそれ以降の電圧検出時の電流が変動することがあり、リーク異常検出のための電圧値を精度良く検出することができない。これに対して本実施例では、単に検出対象の単電池１１に対して２回続けて各経路での電圧検出を行えばよく、リーク異常検出のための電圧値を精度良く検出することができる。

また、直列に接続された単電池１１それぞれの電圧を検出する既存の監視ユニット４０に対し、キャパシタＣｉや反転回路４１を追加するだけで、各単電池それぞれに設けられる放電回路のリーク異常を検出でき、簡単かつ安価に実現することができる。

図５は、本実施例の変形例を示す図である。図５の変形例は、図２に示した反転回路４２の代わりに、２つのコンパレータ４１，４１Ａを組み合わせ、各コンパレータ４１，４１Ａからの出力を論理和（ＯＲ）回路４３に入力させて、第１電圧検出経路及び第２電圧検出経路それぞれの電圧値を検出する。

図５に示すように、コンパレータ４１は図２の例と同様に、入力ラインＬＮ１，ＬＮ２と接続される。一方、コンパレータ４１Ａは、入力ラインＬＮ１，ＬＮ２から分岐した入力ラインＬＮ１１，ＬＮ２１に接続される。このとき、コンパレータ４１Ａの２つの入力端子は、コンパレータ４１の２つの入力端子と正負が逆になっている。

入力ラインＬＮ１から分岐した入力ラインＬＮ１１は、コンパレータ４１Ａの負側入力端子に接続され、入力ラインＬＮ２から分岐した入力ラインＬＮ２１は、コンパレータ４１Ａの正側入力端子に接続される。

例えば、放電回路を介した第１電圧検出経路での単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位は、コンパレータ４１に入力されるとともに、コンパレータ４１Ａに入力される。このとき、コンパレータ４１は、正負の２つの入力端子に対して単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位が正しい組み合わせで入力されるので、単電池１１Ａの電圧をＯＲ回路４３に出力する。一方、コンパレータ４１Ａは、正負の２つの入力端子に対して単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位が逆の組み合わせで入力されるので、単電池１１Ａの電圧をＯＲ回路４３に出力しない（出力できない）。このため、ＯＲ回路４３は、コンパレータ４１を通じて放電回路を介した第１電圧検出経路での単電池１１Ａの電圧を出力することができる。

また、放電回路を介さない第２電圧検出経路での単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位も、コンパレータ４１に入力されるとともに、コンパレータ４１Ａに入力される。このとき、コンパレータ４１Ａは、正負の２つの入力端子に対して単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位が正しい組み合わせで入力されるので、単電池１１Ａの電圧をＯＲ回路４３に出力する。一方、コンパレータ４１は、正負の２つの入力端子に対して単電池１１Ａの正極側電位及び負極側電位が逆の組み合わせで入力されるので、単電池１１Ａの電圧をＯＲ回路４３に出力しない。このため、ＯＲ回路４３は、コンパレータ４１Ａを通じて放電回路を介さない第２電圧検出経路での単電池１１Ａの電圧を出力することができる。

なお、放電回路を介した第１電圧検出経路に対して設けられる第２電圧検出経路は、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２とは個別の電圧検出ラインを含むように構成してもよい。例えば、図３の構成において、単電池１１Ｂの電圧検出ラインＬ１に対して第２電圧検出経路用の分岐ラインを個別に接続し、第２電圧検出経路用の分岐ラインと単電池１１Ａの分岐ラインＬ２１とで放電回路を介さない第２電圧検出経路を形成することができる。

１０：組電池、１１：単電池（蓄電素子）、２１：電流センサ、２２：昇圧回路、
２３：インバータ、２４：モータ・ジェネレータ、３０：コントローラ、３１：メモリ、
４０：監視ユニット（電圧検出回路）、４１：コンパレータ、４２：反転回路
Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２：抵抗、
ＳＷ１，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３〜ＳＷ６：スイッチ、
Ｄ：ツェナーダイオード、Ｃ，Ｃｉ：キャパシタ、
ＰＬ：正極ライン、ＮＬ：負極ライン、Ｌ１，Ｌ２：電圧検出ライン、Ｌ２１，Ｌ２２：分岐ライン、ＬＮ１，ＬＮ２：入力ライン、Ｌ３〜Ｌ６：バイパスライン

Claims (7)

1. 負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、
   前記各蓄電ブロックそれぞれと電圧検出ラインを介して接続され、前記各蓄電ブロックの電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出ラインを介して前記各蓄電ブロックと接続され、前記蓄電ブロックそれぞれの電圧を均等化する放電回路と、
   前記放電回路の異常を検出するコントローラと、を有し、
   １つの前記蓄電ブロックに対し、前記放電回路を介して前記電圧検出回路に接続される第１電圧検出経路と、前記放電回路を介さずに前記電圧検出回路に接続される第２電圧検出経路とを備え、
   前記コントローラは、前記第１電圧検出経路及び前記第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値を比較して、前記放電回路の異常を検出することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記第１電圧検出経路は、前記蓄電ブロックの正極端子及び前記放電回路の一端側に接続される第１電圧検出ラインと、前記蓄電ブロックの負極端子及び前記放電回路の他端側に接続される第２電圧検出ラインとを含み、
   前記第２電圧検出経路は、前記蓄電ブロックの正極端子と前記放電回路との間において前記第１電圧検出ラインに接続される第３電圧検出ラインと、前記蓄電ブロックの負極端子と前記放電回路との間において前記第２電圧検出ラインに接続される第４電圧検出ラインとを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記第３電圧検出ラインは、第１蓄電ブロックの正極端子に直列に接続される第２蓄電ブロックの負極端子及び前記第２蓄電ブロックに接続される前記放電回路の他端側に接続され、前記第２蓄電ブロックにおける前記第２電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインであり、
   前記第４電圧検出ラインは、前記第１蓄電ブロックの負極端子に直列に接続される第３蓄電ブロックの正極端子及び前記第３蓄電ブロックに接続される前記放電回路の一端側に接続され、前記第３蓄電ブロックにおける前記第１電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインであり、
   前記第３電圧検出ライン及び前記第４電圧検出ラインを介して入力される前記第１蓄電ブロックの正極側電位及び負極側電位を反転させて前記電圧検出回路に出力する反転回路をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記第１電圧検出ライン及び前記第２電圧検出ライン間に接続される第１キャパシタと、前記第３電圧検出ライン及び第４電圧検出ライン間に接続される第２キャパシタと、をさらに含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電システム。
5. 前記蓄電ブロックの電流を検出する電流センサをさらに含み、
   前記コントローラは、前記第１電圧検出経路による電圧検出の際に検出される電流値と、前記第２電圧検出経路による電圧検出の際に検出される電流値との差分が所定の閾値よりも小さい場合に、前記第１電圧検出経路及び前記第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値を比較して、前記放電回路の異常を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 前記コントローラは、前記第１電圧検出経路及び前記第２電圧検出経路それぞれで検出される各電圧値の電圧差が所定の閾値よりも大きい場合に、前記放電回路が異常状態であると検出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
7. 負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックの各電圧を検出する電圧監視装置であって、
   前記各蓄電ブロックそれぞれと電圧検出ラインを介して接続され、前記各蓄電ブロックの電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出ラインを介して前記各蓄電ブロックと接続され、前記蓄電ブロックそれぞれの電圧を均等化する放電回路と、
   １つの前記蓄電ブロックに対し、前記放電回路を介して前記電圧検出回路に接続される第１電圧検出経路及び前記放電回路を介さずに前記電圧検出回路に接続される第２電圧検出経路と、を備えるとともに、
   前記第１電圧検出経路は、前記蓄電ブロックの正極端子及び前記放電回路の一端側に接続される第１電圧検出ラインと、前記蓄電ブロックの負極端子及び前記放電回路の他端側に接続される第２電圧検出ラインとを含み、
   前記第２電圧検出経路は、前記蓄電ブロックの正極端子と前記放電回路との間において前記第１電圧検出ラインに接続される第３電圧検出ラインと、前記蓄電ブロックの負極端子と前記放電回路との間において前記第２電圧検出ラインに接続される第４電圧検出ラインとを含んでおり、
   前記第３電圧検出ラインは、第１蓄電ブロックの正極端子に直列に接続される第２蓄電ブロックの負極端子及び前記第２蓄電ブロックに接続される前記放電回路の他端側に接続され、前記第２蓄電ブロックにおける前記第２電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインであり、
   前記第４電圧検出ラインは、前記第１蓄電ブロックの負極端子に直列に接続される第３蓄電ブロックの正極端子及び前記第３蓄電ブロックに接続される前記放電回路の一端側に接続され、前記第３蓄電ブロックにおける前記第１電圧検出ラインに相当する電圧検出ラインであり、
   前記第３電圧検出ライン及び前記第４電圧検出ラインを介して入力される前記第１蓄電ブロックの正極側電位及び負極側電位を反転させて前記電圧検出回路に出力する反転回路をさらに備えていることを特徴とする電圧監視装置。

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