JP2015219094A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出線の断線診断を行うのに必要なスイッチの短絡時間を短縮し、電力損失を低減する。【解決手段】電池監視装置１は、セルＢＣ１の正極と負極にそれぞれ接続された一対の電圧検出線Ｌ１、Ｌ０とそれぞれ接続された一対の電圧測定線ＳＬ１、ＳＬ０と、この電圧測定線ＳＬ１、ＳＬ０と並列に、一対の電圧検出線Ｌ１、Ｌ０とそれぞれ接続された一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０と、この一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０の間に接続されたバランシングスイッチＢＳＷ１とを備える。そして、一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０間の電圧に基づいて、電圧検出線Ｌ０の断線を診断する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池監視装置に関する。

従来、取扱性の向上や構造の簡略化を目的として、二次電池を用いた電池セルを複数個直列に接続して組電池とすることが行われている。このような組電池において、各電池セルにリチウムイオン電池を使用する場合、各電池セルに電圧検出線を接続して電圧を測定し、その測定結果に基づいて各電池セルの状態を検出することにより、組電池の管理を行う方法が知られている。

上記のような組電池の管理方法では、電圧検出線の断線等により電池セルと電圧測定回路の間に接続不良が発生すると、電池セルの電圧を正確に測定できないため、組電池を正しく管理できない。そこで、これを解決するための断線診断を行う装置として、下記特許文献１のような蓄電池監視装置が知られている。この蓄電池監視装置では、電池セルの正極と負極にそれぞれ接続された一対の電圧検出線に、電池セルの電圧を測定するための一対の測定線と、電池セルを放電させて充電容量を調整するための一対の調整線とが、並列にそれぞれ接続されている。そして、この一対の調整線の間に設けられたスイッチを所定の短絡時間だけ閉じて開いたときの一対の測定線間の電圧を測定することにより、電圧検出線が断線しているか否かを判断している。

特開２００１−１５７３６７号公報

一般的に、電池セルの電圧を測定するための測定線には、ノイズを除去するためのノイズフィルタが接続されている。そのため、上記特許文献１に記載されているような断線診断方法では、電圧検出線が断線しているときにスイッチを閉じて一対の調整線の間を短絡しても、一対の測定線間の電圧が断線ありと判断される電圧まで低下するのに、ノイズフィルタの時定数に応じた放電時間を要する。したがって、電圧検出線の断線診断を行うのに必要なスイッチの短絡時間が長くなり、その分だけ電力損失が増大するという問題がある。

本発明による電池監視装置は、蓄電池の正極と負極にそれぞれ接続された一対の電圧検出線とそれぞれ接続された一対の電圧測定線と、前記電圧測定線と並列に、前記一対の電圧検出線とそれぞれ接続された一対の調整線と、前記一対の調整線の間に接続されたスイッチと、を備え、前記一対の調整線間の電圧に基づいて、前記電圧検出線の断線を診断する。

本発明によれば、電圧検出線の断線診断を行うのに必要なスイッチの短絡時間を短縮し、電力損失を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。 ＡＤ変換器の入力レンジと電圧検出誤差の関係例を示す図である。 電圧検出線が正常である場合の各調整線の電位変動の様子を示す図である。 電圧検出線が断線した場合の各調整線の電位変動の様子を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。図１に示す電池監視装置１は、蓄電池であるｎ個のセルＢＣ１〜ＢＣｎから構成される組電池２と、電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎを介して接続されている。電池監視装置１は、組電池２の各セルの正極と負極の間の電圧（セル電圧）を測定するためのセル電圧測定機能と、充電状態の高いセルを放電して各セルの充電状態を均等化するバランシング機能とを有している。なお、図１では、組電池２を構成するセルＢＣ１〜ＢＣｎのうち、セルＢＣ１、ＢＣｎ−１およびＢＣｎのみを図示し、セルＢＣ２〜ＢＣｎ−２の図示を省略している。ここで、ｎは１以上の任意の自然数であり、各セルのセル電圧や、組電池２が電力を供給する負荷（不図示）の動作電圧等に応じて決定される。

セルＢＣ１の負極と正極には、セルＢＣ１に対応する一対の電圧検出線Ｌ０、Ｌ１がそれぞれ接続されている。同様に、セルＢＣｎ−１の負極と正極には、セルＢＣｎ−１に対応する一対の電圧検出線Ｌｎ−２（不図示）、Ｌｎ−１がそれぞれ接続されており、セルＢＣｎの負極と正極には、セルＢＣｎに対応する一対の電圧検出線Ｌｎ−１、Ｌｎがそれぞれ接続されている。すなわち、組電池２の各セルの正極と負極は、各セルに対応して設けられた一対の電圧検出線を介して電池監視装置１とそれぞれ接続されている。なお、電圧検出線Ｌ０、Ｌｎを除いた電圧検出線Ｌ１〜Ｌｎ−１は、セルＢＣ１〜ＢＣｎ−１の正極にそれぞれ接続されると共に、隣接するセルＢＣ２〜ＢＣｎの負極にもそれぞれ接続されており、これらの各隣接セルの間で共通に用いられる。

電池監視装置１には、電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎにそれぞれ対応して、電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎおよび調整線ＳＷ０〜ＳＷｎが設けられている。各電圧測定線ＳＬｎ〜ＳＬｎと、各調整線ＳＷ０〜ＳＷｎとは、互いに並列に、各電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎとそれぞれ接続されている。なお、電圧検出線Ｌ０には、電圧測定線ＳＬ０および調整線ＳＷ０と並列に、電位の基準となるグランド線ＧＮＤがさらに接続されている。

電池監視装置１は、上記の電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎおよび調整線ＳＷ０〜ＳＷｎに加えて、セルコントローラ１０、マイコン２０、バランシング抵抗回路３０および電圧測定用ノイズフィルタ回路４０をさらに備えている。

セルコントローラ１０は、前述のセル電圧測定機能およびバランシング機能や、各種診断を実現するための電圧測定を行う回路であり、ＩＣ（集積回路）等を用いて構成されている。セルコントローラ１０は、電圧測定端子Ｔａを介して電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎに接続されており、バランシング端子Ｔｂを介して調整線ＳＷ０〜ＳＷｎに接続されており、グランド端子Ｔｇを介してグランド線ＧＮＤに接続されている。セルコントローラ１０において、各バランシング端子Ｔｂの間には、各セルの放電を制御するためのバランシングスイッチＢＳＷ１〜ＢＳＷｎが配置されている。

なお、図１では、一つのセルコントローラ１０のみを図示しているが、電池監視装置１にセルコントローラ１０を複数個配置してもよい。その場合、各セルコントローラ１０とマイコン２０の間の通信は、それぞれ個別で行ってもよいし、デイジーチェーン方式で行ってもよい。たとえば、組電池２のセルを所定個数ごとにグループ化することで、組電池２内に複数のセルグループを設けるようにし、この各セルグループに対してセルコントローラ１０を配置することができる。

セルコントローラ１０は、第一選択回路１１、第二選択回路１２、第三選択回路１３、差動増幅器１４、ＡＤ変換器１５および送受信回路１６を有する。

第一選択回路１１は、セル電圧の測定対象とするセルに対して、当該セルに対応する互いに隣接し合う二つの電圧測定端子Ｔａを選択する。これにより、電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎを介してセルＢＣ１〜ＢＣｎの正極と負極にそれぞれ接続されている電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎの中から、当該セルの正極と負極にそれぞれ接続されている一対の電圧測定線を選択する。そして、選択した二つの電圧測定端子Ｔａの電位、すなわち選択した一対の電圧測定線の電位を、第三選択回路１３に出力する。

第二選択回路１２は、互いに隣接し合う二つのバランシング端子Ｔｂを選択する。これにより、電圧検出線Ｌ０〜Ｌｎに接続されている調整線ＳＷ０〜ＳＷｎの中から、断線診断の対象とする一対の電圧検出線にそれぞれ接続されている一対の調整線を選択する。そして、選択した二つのバランシング端子Ｔｂの電位、すなわち選択した一対の調整線の電位を、第三選択回路１３に出力する。

第三選択回路１３は、第一選択回路１１または第二選択回路１２のいずれか一方を選択し、選択した方の回路において選択されている一対の電圧測定線または調整線の間の電圧を差動増幅器１４に出力する。すなわち、第一選択回路１１を選択した場合、第三選択回路１３は、第一選択回路１１において選択されている一対の電圧測定線間の電圧を、測定対象のセル電圧に応じた電圧信号として差動増幅器１４に出力する。一方、第二選択回路１２を選択した場合、第三選択回路１３は、第二選択回路１２において選択されている一対の調整線間の電圧を、電圧検出線の断線診断用の電圧信号として差動増幅器１４に出力する。

差動増幅器１４は、第三選択回路１３から出力された電圧信号を所定の増幅率で増幅することにより、第三選択回路１３からの電圧信号をＡＤ変換器１５の入力レンジ内の電圧信号に変換する電圧変換を行い、ＡＤ変換器１５に出力する。

ＡＤ変換器１５は、第三選択回路１３から出力されて差動増幅器１４で電圧変換された電圧信号を、所定のＡＤ変換範囲内でアナログ値からデジタル値に変換するための回路である。すなわち、ＡＤ変換器１５は、第一選択回路１１において選択されている一対の電圧測定線間の電圧、または第二選択回路１２において選択されている一対の調整線間の電圧を、所定のＡＤ変換範囲内でアナログ値からデジタル値に変換する。これにより、セルコントローラ１０において、一対の電圧測定線間の電圧または一対の調整線間の電圧が測定される。

送受信回路１６は、マイコン２０との間で通信を行い、各種の情報を送受信する。たとえば、送受信回路１６は、セルコントローラ１０の動作内容を示す情報をマイコン２０から受信する。これにより、セルコントローラ１０は、マイコン２０からの指示を受けることができる。また、送受信回路１６は、セルコントローラ１０において測定された一対の電圧測定線間の電圧または一対の調整線間の電圧をマイコン２０に送信する。これにより、セルコントローラ１０は、セル電圧または断線診断用電圧の測定結果をマイコン２０に出力することができる。

マイコン２０は、セルコントローラ１０との間で通信を行い、セルコントローラ１０の動作を制御する。マイコン２０によるセルコントローラ１０の制御内容は、上位コントローラ（不図示）等により決定される。

バランシング抵抗回路３０は、バランシング機能を用いてセルＢ１〜Ｂｎを放電させるときに調整線ＳＷ０〜ＳＷｎに流れるバランシング電流を制限するための回路である。バランシング抵抗回路３０は、調整線ＳＷ０〜ＳＷｎにそれぞれ接続されたバランシング抵抗ＲＢにより構成されている。

電圧測定用ノイズフィルタ回路４０は、電圧測定機能により電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎを介して測定されるセルＢＣ１〜ＢＣｎのセル電圧からノイズ成分を除去するための回路である。電圧測定用ノイズフィルタ回路４０は、電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎにそれぞれ接続された抵抗ＲＣと、電圧測定線ＳＬ０〜ＳＬｎとグランド線ＧＮＤの間にそれぞれ接続されたコンデンサＣＣとにより構成されている。なお、セルＢＣ１〜ＢＣｎの電圧を精密に測定できるように、電圧測定用ノイズフィルタ回路４０の時定数には、比較的大きな値を設定することが好ましい。

次に、電池監視装置１の断線診断方法について説明する。電池監視装置１は、セルコントローラ１０において、第二選択回路１２により選択された一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定し、その測定結果をセルコントローラ１０からマイコン２０に出力することで、電圧検出線の断線診断を行う。これにより、一対の電圧測定線間の電圧を断線診断用電圧として用いた場合と比べて、断線診断時にバランシングスイッチＢＳＷ１〜ＢＳＷｎをオンする時間を短縮し、電力損失を低減するようにしている。すなわち、一対の電圧測定線間の電圧は、電圧測定用ノイズフィルタ回路４０を介して測定されるものであるため、バランシングスイッチのオンオフの切り替えに応じてこの電圧が変化するためには、電圧測定用ノイズフィルタ回路４０の時定数に応じた分だけの変化時間を要する。これに対して、一対の調整線間の電圧は、こうしたフィルタを介さずに測定されるものであるため、バランシングスイッチのオンオフの切り替えに応じて素早く変化する。したがって、一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として用いることで、断線診断に要するバランシングスイッチの短絡時間を低減することができる。

具体的には、電池監視装置１は、二種類の診断方法のいずれかを用いて、電圧検出線の断線診断を行うことができる。以下では、二種類の診断方法のうち一方を第一の断線診断方法とし、もう一方を第二の断線診断方法として、それぞれ説明する。

最初に第一の断線診断方法について説明する。第一の断線診断方法では、バランシングスイッチＢＳＷ１〜ＢＳＷｎのいずれかをオンし、このときの当該バランシングスイッチの両端電圧、すなわち当該バランシングスイッチが接続されている一対の調整線間の電圧を、断線診断用電圧として測定する。この断線診断用電圧に基づいて、当該バランシングスイッチに対応するセルの両端に接続されている電圧検出線の断線診断を行う。

セルＢＣ１〜ＢＣｎのいずれかを放電するために、電池監視装置１において対応するバランシングスイッチをオンすると、当該セルの両端に接続されている電圧検出線が正常であれば、当該セルの両端間が電圧検出線および調整線を介して導通され、バランシング電流が流れる。このときのバランシングスイッチの両端電圧、すなわち調整線間の電圧をＶとすると、Ｖの値は以下の式（１）により表される。式（１）において、Ｉはバランシング電流を表し、Ｒはバランシングスイッチのオン抵抗値を表している。
Ｖ＝Ｉ×Ｒ ・・・（１）

しかし、電圧検出線が断線している場合は、セルＢＣ１〜ＢＣｎのいずれかを放電するために対応するバランシングスイッチをオンしても、当該セルの両端間が導通されないため、バランシング電流が流れない。このときのバランシングスイッチの両端電圧、すなわち調整線間の電圧Ｖは、電流が流れていないために略０となる。

以上説明したように、電圧検出線が正常である場合と断線している場合とで、バランシングスイッチがオンであるときの調整線間の電圧に差異が生じる。したがって、第一の断線診断方法では、このバランシングスイッチが閉成状態であるときの一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定し、測定した電圧値に基づいて電圧検出線の断線診断を行う。具体的には、たとえば、セルコントローラ１０により測定した断線診断用電圧をマイコン２０に送信し、その電圧値が所定の閾値以下であるか否かをマイコン２０において判断することで、電圧検出線が断線しているか否かを判定することができる。この判定に用いられる閾値は、式（１）で表される正常時の電圧Ｖよりも小さな値で設定することが好ましい。

なお、本実施形態では、ＡＤ変換器１５として、所定の電圧幅（たとえば５Ｖ）のＡＤ変換範囲を有しており、その中心電圧を複数の電圧の中から選択することで、ＡＤ変換範囲を切り替え可能なＡＤ変換器を使用することができる。この場合、上記のように調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定する際には、測定精度を確保するために、ＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲をセル電圧の測定時から切り替えることが好ましい。この点について、図２に示すＡＤ変換器１５の入力レンジと電圧検出誤差の関係例を参照して、以下に説明する。

図２（ａ）は、ＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲が０Ｖ〜５Ｖの場合の入力レンジと電圧検出誤差の関係の一例を示している。図２（ａ）に示すように、ＡＤ変換範囲が０Ｖ〜５Ｖの場合は、その中心電圧の２．５Ｖ付近で電圧検出誤差が最小となり、０Ｖや５Ｖに近づくほど電圧検出誤差が大きくなる。したがって、一対の電圧測定線間の電圧をセル電圧として測定する際には、差動増幅器１４による電圧変換後のセル電圧が図２（ａ）に示す電圧範囲内となるように、ＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲を０Ｖ〜５Ｖに設定することが好ましい。

図２（ｂ）は、ＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲が−２．５Ｖ〜２．５Ｖの場合の入力レンジと電圧検出誤差の関係の一例を示している。図２（ｂ）に示すように、ＡＤ変換範囲が−２．５Ｖ〜２．５Ｖの場合は、その中心電圧の０Ｖ付近で電圧検出誤差が最小となり、−２．５Ｖや２．５Ｖに近づくほど電圧検出誤差が大きくなる。したがって、一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定する際には、差動増幅器１４による電圧変換後の断線診断用電圧が図２（ｂ）に示す電圧範囲内となるように、ＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲を−２．５Ｖ〜２．５Ｖに設定することが好ましい。

以上説明したように、一対の電圧測定線間の電圧をセル電圧として測定する場合と、一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定する場合とで、それぞれの電圧範囲に応じてＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲を変化させることが好ましい。これにより、断線診断用電圧の測定結果に基づいて、電圧検出線の正常時と断線時の違いを確実に検知することができる。その結果、断線診断をより一層正確に行うことができる。

続いて第二の断線診断方法について説明する。第二の断線診断方法では、バランシングスイッチＢＳＷ１〜ＢＳＷｎのいずれかを所定の短絡時間だけオンした後にオフし、それから所定の待機時間を経過したときの当該バランシングスイッチの両端電圧、すなわち当該バランシングスイッチが接続されている一対の調整線間の電圧を、断線診断用電圧として測定する。この断線診断用電圧に基づいて、当該バランシングスイッチに対応するセルの両端に接続されている電圧検出線の断線診断を行う。

前述の第一の断線診断方法では、式（１）に示したバランシングスイッチのオン抵抗値Ｒが小さいと、得られる電圧Ｖの値が０に近くなるため、電圧検出線が断線しているか否かを正確に診断するのが困難となる。これは、バランシングスイッチのオン抵抗値Ｒを大きくしたり、セルコントローラ１０内にバランシングスイッチと直列に抵抗を配置したりすることで解消できるが、これらの措置はセルコントローラ１０の発熱を引き起こし、セルコントローラ１０の誤作動や故障につながるおそれがある。また、セルコントローラ１０の放熱を効率的に行うための放熱機構が必要となり、電池監視装置１の構造を複雑化してしまうという弊害もある。

そこで、第二の断線診断方法では、バランシングスイッチの開閉に伴って変化する一対の調整線間の電圧を測定する。これにより、バランシングスイッチのオン抵抗値Ｒが小さい場合であっても、電圧検出線が断線しているか否かを正確に診断できるようにする。

たとえば、セルＢＣ１〜ＢＣｎのいずれかを放電するために、電池監視装置１において対応するバランシングスイッチをオフからオンに切り替えたとする。このとき、当該セルの両端に電圧検出線を介して接続されている一対の調整線間の電圧は、当該セルのセル電圧から前述の式（１）で求められる電圧Ｖへと変化する。その後、バランシングスイッチを再びオフにすると、電圧検出線が正常であれば速やかに元のセル電圧へと戻るが、電圧検出線が断線している場合は、周辺回路に応じて決定される時定数に応じて比較的ゆっくりと変化する。

上記のように、電圧検出線が正常である場合と断線している場合とで、バランシングスイッチをオンした後にオフしたときの調整線間の電圧変化速度に差異が生じる。したがって、第二の断線診断方法では、バランシングスイッチを閉じて開いてから所定の待機時間経過後の一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定し、測定した電圧値に基づいて電圧検出線の断線診断を行う。具体的には、たとえば、セルコントローラ１０により測定した断線診断用電圧をマイコン２０に送信し、その電圧値とセル電圧との差が所定の閾値以下であるか否かをマイコン２０において判断することで、電圧検出線が断線しているか否かを判定することができる。

なお、第二の断線診断方法においても、第一の断線診断方法で説明したように、一対の電圧測定線間の電圧をセル電圧として測定する場合と、一対の調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定する場合とで、それぞれの電圧範囲に応じてＡＤ変換器１５のＡＤ変換範囲を変化させてもよい。このとき、第一の断線診断方法におけるＡＤ変換範囲と、第二の断線診断方法におけるＡＤ変換範囲とを、それぞれ別のものとしてもよい。

次に、第一の断線診断方法および第二の断線診断方法の詳細について、図３および図４を参照して以下に説明する。図３は、電圧検出線が正常である場合の各調整線の電位変動の様子を示す図であり、図４は、電圧検出線が断線した場合の各調整線の電位変動の様子を示す図である。なお、図３、４では、複数のセルコントローラ１０が直列に接続されており、そのうち互いに隣接する２つのセルコントローラ１０の境界部分での挙動を例示している。

図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、一方のセルコントローラ１０は、上位側（高電位側）にあるセルＢＣ１、ＢＣ２に接続されている。この上位側のセルコントローラ１０において、セルＢＣ１に対応する一対の調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の電圧をＶ１とする。また、もう一方のセルコントローラ１０は、下位側（低電位側）にあるセルＢＣ１１、ＢＣ１２に接続されている。この下位側のセルコントローラ１０において、セルＢＣ１２に対応する一対の調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の電圧をＶ１２とする。

電圧検出線が正常である場合は、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１＿ｏｎにおいてセルＢＣ１に対応するバランシングスイッチＢＳＷ１をオンにすると、調整線ＳＷ０の電位が上昇すると共に、調整線ＳＷ１の電位が低下する。そして、調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の時定数に応じて定まる所定の変動時間を経過すると、これらの電位が一定となる。このときの調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の電圧Ｖ１（ｏｎ）は、バランシングスイッチＢＳＷ１のオン抵抗値に応じて、前述の式（１）により決定される。

同様に、時刻ｔ２＿ｏｎにおいてセルＢＣ１２に対応するバランシングスイッチＢＳＷ１２をオンにすると、調整線ＳＷ１１の電位が上昇すると共に、調整線ＳＷ１２の電位が低下する。そして、調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の時定数に応じて定まる所定の変動時間を経過すると、これらの電位が一定となる。このときの調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の電圧Ｖ１２（ｏｎ）は、バランシングスイッチＢＳＷ１２のオン抵抗値に応じて、前述の式（１）により決定される。

一方、図４（ｂ）に示すように、調整線ＳＷ０およびＳＷ１２と接続されている電圧検出線Ｌ０が断線していたとする。この場合は、図４（ａ）に示すように、時刻ｔ１＿ｏｎにおいてセルＢＣ１に対応するバランシングスイッチＢＳＷ１をオンにすると、調整線ＳＷ０の電位は上昇するが、調整線ＳＷ１の電位は変化しない。そして、所定の変動時間を経過すると、これらの電位が略一致する。このときの調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の電圧Ｖ１（ｏｎ）は、電圧検出線Ｌ０の断線によりバランシング電流が流れないことから、前述のように略０となる。

同様に、時刻ｔ２＿ｏｎにおいてセルＢＣ１２に対応するバランシングスイッチＢＳＷ１２をオンにすると、調整線ＳＷ１２の電位は低下するが、調整線ＳＷ１１の電位は変化しない。そして、所定の変動時間を経過すると、これらの電位が略一致する。このときの調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の電圧Ｖ１２（ｏｎ）は、電圧検出線Ｌ０の断線によりバランシング電流が流れないことから、前述のように略０となる。

第一の断線診断方法では、以上説明したような正常時と断線時での電圧Ｖ１（ｏｎ）、Ｖ１２（ｏｎ）の違いを利用して、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行う。すなわち、セルＢＣ１、ＢＣ１２に対応するバランシングスイッチＢＳＷ１、ＢＳＷ１２をそれぞれオンしたときの電圧Ｖ１（ｏｎ）、Ｖ１２（ｏｎ）を断線診断用電圧としてそれぞれ測定し、これらの測定値が略０であるか否かをそれぞれ判定することで、セルＢＣ１およびＢＣ１２に接続されている電圧検出線Ｌ０の断線診断を行うことができる。

また、電圧検出線Ｌ０が正常である場合は、図３（ａ）に示すように、バランシングスイッチＢＳＷ１をオンにした後、時刻ｔ１＿ｏｆｆにおいてバランシングスイッチＢＳＷ１をオフにすると、調整線ＳＷ０の電位が低下すると共に、調整線ＳＷ１の電位が上昇する。そして、オン時と同様の変動時間を経過すると、これらの電位は、バランシングスイッチＢＳＷ１をオンする前の状態へとそれぞれ戻る。このときの調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の電圧は、セルＢＣ１のセル電圧を表している。なお、時刻ｔ１＿ｏｎから時刻ｔ１＿ｏｆｆまでの時間、すなわちバランシングスイッチＢＳＷ１の短絡時間は、上記の変動時間よりも長く設定することが好ましい。

ここで、バランシングスイッチＢＳＷ１をオフにしてから所定の待機時間Ｔｗを経過したときの時刻ｔ１における調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の電圧Ｖ１（ｔ１）を測定すると、この電圧Ｖ１（ｔ１）は、時刻ｔ１＿ｏｎ以前の電圧Ｖ１、すなわちセルＢＣ１のセル電圧にほぼ等しくなる。なお、待機時間Ｔｗは、上記の変動時間よりも長い値を設定することが好ましい。

同様に、バランシングスイッチＢＳＷ１２をオンにした後、時刻ｔ２＿ｏｆｆにおいてバランシングスイッチＢＳＷ１２をオフにすると、調整線ＳＷ１１の電位が低下すると共に、調整線ＳＷ１２の電位が上昇する。そして、オン時と同様の変動時間を経過すると、これらの電位は、バランシングスイッチＢＳＷ１２をオンする前の状態へとそれぞれ戻る。このときの調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の電圧は、セルＢＣ１２のセル電圧を表している。その後、バランシングスイッチＢＳＷ１をオフにしてから所定の待機時間Ｔｗを経過したときの時刻ｔ２における調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の電圧Ｖ１２（ｔ２）を測定すると、この電圧Ｖ１２（ｔ２）は、時刻ｔ２＿ｏｎ以前の電圧Ｖ１２、すなわちセルＢＣ１２のセル電圧にほぼ等しくなる。

一方、図４（ｂ）に示すように、調整線ＳＷ０およびＳＷ１２と接続されている電圧検出線Ｌ０が断線している場合は、バランシングスイッチＢＳＷ１をオンにした後、時刻ｔ１＿ｏｆｆにおいてバランシングスイッチＢＳＷ１をオフにすると、調整線ＳＷ０の電位はフローティング状態となる。そのため、時刻ｔ１＿ｏｆｆ後の調整線ＳＷ０の電位は、たとえば図４（ａ）において符号４１、４２または４３のいずれかに示すように、正常時と比べてゆっくりと低下する。したがって、時刻ｔ１における調整線ＳＷ０、ＳＷ１間の電圧Ｖ１（ｔ１）は、正常時と比べて低くなる。

同様に、バランシングスイッチＢＳＷ１２をオンにした後、時刻ｔ２＿ｏｆｆにおいてバランシングスイッチＢＳＷ１２をオフにすると、調整線ＳＷ１２の電位はフローティング状態となる。そのため、時刻ｔ２＿ｏｆｆ後の調整線ＳＷ１２の電位についても、たとえば符号４１、４２または４３のいずれかに示すように、正常時と比べてゆっくりと低下する。したがって、時刻ｔ２における調整線ＳＷ１１、ＳＷ１２間の電圧Ｖ１２（ｔ２）は、正常時と比べて低くなる。

第二の断線診断方法では、以上説明したような正常時と断線時での電圧Ｖ１（ｔ１）、Ｖ１２（ｔ２）の違いを利用して、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行う。すなわち、セルＢＣ１、ＢＣ１２に対応するバランシングスイッチＢＳＷ１、ＢＳＷ１２をそれぞれ所定の短絡時間だけオンしてからオフし、その後に所定の経過時間を経過したときの時刻ｔ１、ｔ２における電圧Ｖ１（ｔ１）、Ｖ１２（ｔ２）を断線診断用電圧としてそれぞれ測定する。そして、これらの測定値と、セルＢＣ１、ＢＣ１２の各セル電圧とをそれぞれ比較することで、セルＢＣ１およびＢＣ１２に接続されている電圧検出線Ｌ０の断線診断を行うことができる。なお、セルＢＣ１、ＢＣ１２の各セル電圧は、バランシングスイッチＢＳＷ１、ＢＳＷ１２をそれぞれオンする前の電圧Ｖ１、Ｖ１２の測定値を用いてもよいし、前述のセル電圧測定機能を用いて測定した値を用いてもよい。

以上説明したように、第二の断線診断方法では、正常時と異常時で電圧値が大きく変化する電圧Ｖ１（ｔ１）、Ｖ１２（ｔ２）を用いて、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行う。そのため、正常時と異常時の差が比較的小さい電圧Ｖ１（ｏｎ）、Ｖ１２（ｏｎ）を用いる第一の断線診断方法と比べて、診断能力を向上させることができる。

なお、上記の断線時における調整線の電位低下の早さは、断線部位の周辺回路の状況に応じて変化する。図４（ｂ）に示すように電圧検出線Ｌ０が断線した場合、この電圧検出線Ｌ０は、調整線ＳＷ０およびＳＷ１２の他に、上位側のセルコントローラ１０のグランド線ＧＮＤや、下位側のセルコントローラ１０の電源端子に接続された電源ラインとも共用されている。したがってこの場合、バランシングスイッチＢＳＷ１をオフした後の調整線ＳＷ０の電位変化の早さや、バランシングスイッチＢＳＷ１２をオフした後の調整線ＳＷ１２の電位変化の早さは、主にセルコントローラ１０の消費電流経路における電流やインピーダンスの大きさ等に応じて決定されることとなる。一方、他の電圧検出線、たとえば調整線ＳＷ１と接続されている電圧検出線Ｌ１が断線した場合は、主にセルコントローラ１０内のリーク電流等に応じて、電圧検出線Ｌ１に接続されている調整線ＳＷ１の電位変化の早さが決定される。そのため、図４（ｂ）に示す断線部位の場合は、他の断線部位の場合と比べて、調整線ＳＷ０や調整線ＳＷ１２の電位が比較的早く低下することになり、正常時と異常時の判別が困難になることがある。

そこで、第二の断線診断方法では、図４（ｂ）の断線部位に対応する電圧Ｖ１（ｔ１）および電圧Ｖ１２（ｔ２）の両方を用いて、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行ってもよい。具体的には、以下の式（２）により算出される電圧値Ｖｄ０に基づいて、セルＢＣ１とセルＢＣ１２の間に接続されている電圧検出線Ｌ０が断線しているか否かを判断することができる。式（２）の電圧値Ｖｄ０は、電圧Ｖ１（ｔ１）と電圧Ｖ１２（ｔ２）とを合計した電圧和Ｖ１（ｔ１）＋Ｖ１２（ｔ２）を求め、セルＢＣ１のセル電圧Ｖ１とセルＢＣ１２のセル電圧Ｖ１２との合計値であるＶ１＋Ｖ１２から、この電圧和Ｖ１（ｔ１）＋Ｖ１２（ｔ２）を減算した値を表している。式（２）で求められた電圧値Ｖｄ０が略０であれば、電圧検出線Ｌ０が正常と判断し、そうでない場合は異常、すなわち断線ありと判断することができる。
Ｖｄ０＝Ｖ１＋Ｖ１２−｛Ｖ１（ｔ１）＋Ｖ１２（ｔ２）｝ ・・・（２）

第二の断線診断方法では、以上説明したような診断方法により、さらに診断能力を向上させることができる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池監視装置１は、セルＢＣ１の正極と負極にそれぞれ接続された一対の電圧検出線Ｌ１、Ｌ０とそれぞれ接続された一対の電圧測定線ＳＬ１、ＳＬ０と、この電圧測定線ＳＬ１、ＳＬ０と並列に、一対の電圧検出線Ｌ１、Ｌ０とそれぞれ接続された一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０と、この一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０の間に接続されたバランシングスイッチＢＳＷ１とを備える。そして、一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０間の電圧Ｖ１に基づいて、電圧検出線Ｌ０の断線を診断する。このようにしたので、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行うのに必要なバランシングスイッチＢＳＷ１の短絡時間を短縮し、電力損失を低減することができる。

（２）電池監視装置１は、第一の断線診断方法を用いて、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行うことができる。この第一の断線診断方法では、バランシングスイッチＢＳＷ１が閉成状態であるときの一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０間の電圧Ｖ１（ｏｎ）に基づいて、電圧検出線Ｌ０の断線を診断する。このようにしたので、正常時と断線時での電圧Ｖ１（ｏｎ）の違いが比較的大きい場合は、容易に断線診断を行うことができる。

（３）また、電池監視装置１は、第二の断線診断方法を用いて、電圧検出線Ｌ０の断線診断を行うこともできる。この第二の断線診断方法では、バランシングスイッチＢＳＷ１を閉じて開いてから所定の待機時間Ｔｗを経過したときの一対の調整線ＳＷ１、ＳＷ０間の電圧Ｖ１（ｔ１）に基づいて、電圧検出線Ｌ０の断線を診断する。このようにしたので、正常時と断線時での電圧Ｖ１（ｏｎ）の違いが比較的小さいときでも、確実に断線診断を行うことができる。

（４）電池監視装置１は、電圧測定線ＳＬ１、ＳＬ０に接続された電圧測定用ノイズフィルタ回路４０を備える。そのため、セルＢＣ１のセル電圧の測定値からノイズを除去して、セル電圧を正確に測定することができる。

（５）電池監視装置１は、複数対の調整線および複数対のバランシングスイッチを備える。複数対の調整線は、直列に接続された２つのセルＢＣ１、ＢＣ１２のうち上位のセルＢＣ１の正極に接続された電圧検出線Ｌ１と接続された調整線ＳＷ１と、下位のセルＢＣ１２の正極および上位のセルＢＣ１の負極に接続された電圧検出線Ｌ０とそれぞれ接続された調整線ＳＷ０およびＳＷ１２と、下位のセルＢＣ１２の負極に接続された電圧検出線Ｌ１１と接続された調整線ＳＷ１１とを含む。また、複数のバランシングスイッチは、調整線ＳＷ１と調整線ＳＷ０の間に接続されたバランシングスイッチＢＳＷ１と、調整線ＳＷ１２と調整線ＳＷ１１の間に接続されたバランシングスイッチＢＳＷ１２とを含む。この電池監視装置１は、第二の断線診断方法において、バランシングスイッチＢＳＷ１を閉じて開いてから待機時間Ｔｗを経過したときの調整線ＳＷ１と調整線ＳＷ０間の電圧Ｖ１（ｔ１）と、バランシングスイッチＢＳＷ１２を閉じて開いてから待機時間Ｔｗを経過したときの調整線ＳＷ１２と調整線ＳＷ１１間の電圧Ｖ１２（ｔ２）とを合計した電圧和Ｖ１（ｔ１）＋Ｖ１２（ｔ２）を求め、上位のセルＢＣ１のセル電圧Ｖ１と下位のセルＢＣ１２のセル電圧Ｖ１２との合計値Ｖ１＋Ｖ１２からこの電圧和Ｖ１（ｔ１）＋Ｖ１２（ｔ２）を減算した値Ｖｄ０に基づいて、電圧検出線Ｌ０の断線を診断することができる。このようにしたので、断線診断をより一層正確に行うことができる。

（６）電池監視装置１は、一対の電圧測定線間の電圧または一対の調整線間の電圧を所定のＡＤ変換範囲内でアナログ値からデジタル値に変換するＡＤ変換器１５を備える。このＡＤ変換器１５は、一対の電圧測定線間の電圧を変換する場合と、一対の調整線間の電圧を変換する場合とで、ＡＤ変換範囲を変化させるようにしてもよい。このようにすれば、断線診断をより一層正確に行うことができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図である。図５に示す電池監視装置１ａは、図１に示した第１の実施形態に係る電池監視装置１と比べて、バランシング抵抗回路３０に替えてバランシング用ノイズフィルタ回路３０ａを備える点が異なっている。

バランシング用ノイズフィルタ回路３０ａは、図１のバランシング抵抗回路３０と同様に、調整線ＳＷ０〜ＳＷｎにそれぞれ接続されたバランシング抵抗ＲＢを有している。さらに、バランシング抵抗ＲＢに加えて、調整線ＳＷ０〜ＳＷｎのうち互いに隣接するもの同士の間にそれぞれ接続されたコンデンサＣＢを有している。このバランシング抵抗ＲＢおよびコンデンサＣＢにより、各調整線間の電圧を断線診断用電圧として測定する際に、ノイズ成分を除去して測定を行うことができる。

ここで、電圧測定用ノイズフィルタ回路４０の時定数は、ノイズを効果的に除去してセル電圧を精密に測定できるように、比較的大きく設定する必要がある。一方、断線診断用電圧の測定には、セル電圧の測定ほどの精密さは不要であるため、バランシング用ノイズフィルタ回路３０ａの時定数は、電圧測定用ノイズフィルタ回路４０に比べて非常に小さくすることが可能である。また、断線診断時にバランシングスイッチをオンする時間を短縮して電力損失を低減するためにも、バランシング用ノイズフィルタ回路３０ａの時定数はなるべく小さいほうが好ましい。そのため、第２の実施形態では、電圧測定用ノイズフィルタ回路４０の時定数がバランシング用ノイズフィルタ回路３０ａの時定数よりも大きくなるように、バランシング用ノイズフィルタ回路３０ａの時定数を設定することが好ましい。このようにすれば、セル電圧の測定と断線診断用電圧の測定とを、それぞれ効果的に行うことができる。

なお、以上では種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１、１ａ：電池監視装置、２：組電池、１０：セルコントローラ、１１：第一選択回路、１２：第二選択回路、１３：第三選択回路、１４：差動増幅器、１５：ＡＤ変換器、１６：送受信回路、２０：マイコン、３０：バランシング抵抗回路、３０ａ：バランシング用ノイズフィルタ回路、４０：電圧測定用ノイズフィルタ回路

Claims (7)

1. 蓄電池の正極と負極にそれぞれ接続された一対の電圧検出線とそれぞれ接続された一対の電圧測定線と、
   前記電圧測定線と並列に、前記一対の電圧検出線とそれぞれ接続された一対の調整線と、
   前記一対の調整線の間に接続されたスイッチと、を備え、
   前記一対の調整線間の電圧に基づいて、前記電圧検出線の断線を診断することを特徴とする電池監視装置。
2. 請求項１に記載の電池監視装置において、
   前記スイッチは所定のオン抵抗を有しており、
   前記スイッチが閉成状態であるときの前記一対の調整線間の電圧に基づいて、前記電圧検出線の断線を診断することを特徴とする電池監視装置。
3. 請求項１または２に記載の電池監視装置において、
   前記スイッチを閉じて開いてから所定の待機時間を経過したときの前記一対の調整線間の電圧に基づいて、前記電圧検出線の断線を診断することを特徴とする電池監視装置。
4. 請求項３に記載の電池監視装置において、
   前記電圧測定線に接続された第一のノイズフィルタをさらに備えることを特徴とする電池監視装置。
5. 請求項４に記載の電池監視装置において、
   前記調整線に接続された第二のノイズフィルタをさらに備え、
   前記第一のノイズフィルタの時定数は、前記第二のノイズフィルタの時定数よりも大きいことを特徴とする電池監視装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電池監視装置において、
   複数対の前記調整線および複数の前記スイッチを備え、
   前記複数対の調整線は、直列に接続された２つの前記蓄電池のうち上位の蓄電池の正極に接続された第一の電圧検出線と接続された第一の調整線と、前記２つの蓄電池のうち下位の蓄電池の正極および前記上位の蓄電池の負極に接続された第二の電圧検出線とそれぞれ接続された第二の調整線および第三の調整線と、前記下位の蓄電池の負極に接続された第三の電圧検出線と接続された第四の調整線と、を含み、
   前記複数のスイッチは、前記第一の調整線と前記第二の調整線の間に接続された第一のスイッチと、前記第三の調整線と前記第四の調整線の間に接続された第二のスイッチと、を含み、
   前記第一のスイッチを閉じて開いてから前記待機時間を経過したときの前記第一の調整線と前記第二の調整線の間の電圧と、前記第二のスイッチを閉じて開いてから前記待機時間を経過したときの前記第三の調整線と前記第四の調整線の間の電圧とを合計した電圧和を求め、
   前記上位の蓄電池の電圧と前記下位の蓄電池の電圧との合計値から前記電圧和を減算した値に基づいて、前記第二の電圧検出線の断線を診断することを特徴とする電池監視装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電池監視装置において、
   前記一対の電圧測定線間の電圧または前記一対の調整線間の電圧を所定のＡＤ変換範囲内でアナログ値からデジタル値に変換するＡＤ変換器をさらに備え、
   前記ＡＤ変換器は、前記一対の電圧測定線間の電圧を変換する場合と、前記一対の調整線間の電圧を変換する場合とで、前記ＡＤ変換範囲を変化させることを特徴とする電池監視装置。

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