JP2018021880A - 電圧監視装置および組電池監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図ることができる電圧監視装置および組電池監視システムを提供すること。【解決手段】実施形態に係る電圧監視装置は、複数の電池ブロックを有する組電池の電池ブロック毎に設けられる電圧監視装置であって、整流ブリッジ回路と、断線検出部とを備える。整流ブリッジ回路は、電池ブロックの両端に接続され、電池ブロックの電圧を整流する。断線検出部は、整流ブリッジ回路の出力電圧に基づいて、電池ブロックの断線を検出する。【選択図】図１０

Description

本発明は、電圧監視装置および組電池監視システムに関する。

電気自動車やハイブリッド型自動車などの車両は、電動機および電源を有しており、電源に蓄積された電力によって電動機を駆動する。かかる電源として、複数の電池セルが直列接続されて構成される複数の電池ブロックを有する組電池が用いられており、各電池ブロックの断線を監視する電圧監視装置として、フライングキャパシタを用いた装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−８４０１５号公報

しかしながら、従来の電圧監視装置を電池ブロック毎に設ける場合、フライングキャパシタの電圧を検出するためのＡＤ変換器を含むマイクロコンピュータを電池ブロック毎に配置することになり、低コスト化の妨げになる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、例えば、低コスト化を図ることができる電圧監視装置および組電池監視システムを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る電圧監視装置は、複数の電池ブロックを有する組電池の前記電池ブロック毎に設けられる電圧監視装置であって、整流ブリッジ回路と、断線検出部とを備える。前記整流ブリッジ回路は、前記電池ブロックの両端に接続され、前記電池ブロックの電圧を整流する。前記断線検出部は、前記整流ブリッジ回路の出力電圧に基づいて、前記電池ブロックの断線を検出する。

実施形態の一態様に係る電圧監視装置および組電池監視システムによれば、例えば、低コスト化を図ることができる。

図１は、実施形態に係る組電池監視システムを含む車両搭載用システムの構成例を示す図である。 図２は、ブロック監視部を含むサテライト基板の構成例を示す図である。 図３は、過電圧検出部の構成例を示す図である。 図４は、ブロック電圧が正常状態から過電圧になった場合の分圧電圧、検出信号および検出結果信号の変化の一例を示す図である。 図５は、電池状態監視部による自己診断処理が実行された場合の閾値電圧、調整信号および検出信号の変化の一例を示す図である。 図６は、電源電圧が上昇する異常が発生する前後の状態における電源電圧、分圧電圧および異常検出信号の状態変化を示す図である。 図７は、過電圧検出部の具体的な構成例を示す図である。 図８は、電池状態監視部の構成のうち自己診断処理を行う構成例を示す図である。 図９は、電池状態監視部が行う自己診断処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、高電圧検出部の構成例を示す図である。 図１１は、電池セルが有する電流遮断デバイスの作動状態と、電池セルの充放電状態と、電流遮断デバイスの両端電圧との関係を説明するための図である。 図１２は、高電圧検出部の具体的な構成例を示す図である。 図１３は、電池ブロックの放電時にＣＩＤ切れの発生によるＣＩＤ電圧、各出力電圧、および、検出結果信号の変化を示す図である。 図１４は、電池ブロックの充電時にＣＩＤ切れの発生によるＣＩＤ電圧、各出力電圧、および、検出結果信号の変化を示す図である。 図１５は、ＣＩＤ電圧、出力部の抵抗に流れる電流およびフォトカプラのオン／オフ状態を示す図である。 図１６は、高電圧検出部の他の構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る電圧監視装置および組電池監視システムを詳細に説明する。なお、かかる実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

［１．車両搭載用システムの構成］
図１は、実施形態に係る組電池監視システムを含む車両搭載用システムの構成例を示す図である。車両搭載用システム１００は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、および、燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）等の車両に搭載される。

かかる車両搭載用システム１００は、組電池１と、組電池監視システム２と、車両制御装置３と、電動機４と、電力変換器５と、リレー６とを備える。

組電池１は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などであり、図示しない車体に対して絶縁されている。組電池１は、複数の電池ブロック１０が直列に接続されて構成される。各電池ブロック１０は、直列に接続された複数の電池セル１１を備える。そして、各電池セル１１には、内部圧力が上昇した時に、機械的に電流経路を遮断する不図示の電流遮断デバイス(Current Interrupt Device)が設けられている。

組電池監視システム２は、組電池１の充電状態などを監視し、車両制御装置３へ通知する。かかる組電池監視システム２は、複数のサテライト基板２１と、電池状態監視部２３とを備える。各サテライト基板２１は、ブロック監視部２２（電圧監視装置の一例）を有しており、電池ブロック１０毎に個別に設けられる。なお、複数のサテライト基板２１は、例えば、互いに離間した位置に配置される。

ブロック監視部２２は、電池ブロック１０や電池セル１１の電圧を検出したり、電池ブロック１０の過電圧や電池ブロック１０の断線などを検出したりし、これらの検出結果を電池状態監視部２３へ通知する。なお、かかるブロック監視部２２の構成および動作については後で詳述する。

また、電池状態監視部２３は、例えば電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。かかる電池状態監視部２３は、複数のブロック監視部２２から取得した情報に基づいて、組電池１の充電状態を判定する。電池状態監視部２３は、組電池１の充電状態を車両制御装置３へ通知したり、組電池１の充電状態に基づいて、リレー６をオフにして、組電池１に対する充放電を停止させたりすることができる。

例えば、電池状態監視部２３は、組電池１の電圧が許容値より大きい場合に組電池１またはブロック監視部２２に異常があると判定し、リレー６をオフにして、組電池１に対する充放電を停止させることができる。また、電池状態監視部２３は、ブロック監視部２２によって電池ブロック１０の異常が検出された場合、リレー６をオフにして、組電池１に対する充放電を停止させることができる。

車両制御装置３は、組電池１の充電状態に応じて組電池１に対する充放電を行って車両を制御する。例えば、車両制御装置３は、組電池１に充電された電圧を電力変換器５に直流から交流の電圧に変換させ、変換された電圧を電動機４へ供給して電動機４を駆動させる。これにより、組電池１が放電される。

また、車両制御装置３は、電動機４の回生制動によって発電した電圧を電力変換器５に交流から直流の電圧に変換させ、組電池１へ供給する。これにより、組電池１が充電される。このように、車両制御装置３は、組電池監視システム２から取得した組電池１の充電状態に基づいて組電池１の電圧を監視し、監視結果に応じた制御を実行する。

［２．ブロック監視部２２］
図２は、ブロック監視部２２を含むサテライト基板２１の構成例を示す図である。図２に示すように、サテライト基板２１は、電池ブロック１０毎に設けられており、複数のセル接続端子Ｔ１と、通信端子Ｔ２と、出力端子Ｔ３、Ｔ５と、入力端子Ｔ４と、ブロック監視部２２とを備える。

ブロック監視部２２は、複数のヒューズ３０と、電源電圧生成部３１と、セルモニタＩＣ（Integrated Circuit）３２と、通信部３３と、過電圧検出部３４と、高電圧検出部３５とを備える。

電源電圧生成部３１は、電池ブロック１０の正極と負極との間の電圧Ｖｂｒ（以下、ブロック電圧Ｖｂｒと記載する場合がある）に基づいて、電源電圧Ｖｃを生成する。かかる電源電圧Ｖｃ（＜Ｖｂｒ）は、電源電圧生成部３１からセルモニタＩＣ３２、通信部３３、過電圧検出部３４および高電圧検出部３５へ出力される。セルモニタＩＣ３２、通信部３３、過電圧検出部３４および高電圧検出部３５は、電源電圧Ｖｃによって動作する。

各電池セル１１の正極および負極のそれぞれは異なるセル接続端子Ｔ１に接続され、セルモニタＩＣ３２（セル電圧検出部の一例）は、複数のヒューズ３０を介して各電池セル１１の正極および負極のそれぞれと接続される。セル接続端子Ｔ１とセルモニタＩＣ３２との間に大きな電流が流れた場合、ヒューズ３０が溶断し、セルモニタＩＣ３２が保護される。

セルモニタＩＣ３２は、電池ブロック１０を構成する各電池セル１１の電圧（以下、セル電圧Ｖｃｅと記載する場合がある）やブロック電圧Ｖｂｒを検出する。かかるセルモニタＩＣ３２は、例えば、電池状態監視部２３から電圧検出要求に応じてセル電圧Ｖｃｅやブロック電圧Ｖｂｒを検出し、かかる検出結果を電池状態監視部２３へ通知することができる。

通信部３３は、絶縁性の通信インターフェイスであり、通信端子Ｔ２とセルモニタＩＣ３２との間に設けられる。かかる通信部３３は、電池状態監視部２３との間で通信信号Ｓ１を送受信する。かかる通信部３３によってセルモニタＩＣ３２と電池状態監視部２３との間の絶縁性を保ちつつ、電池状態監視部２３とセルモニタＩＣ３２との間で通信を行うことができる。

過電圧検出部３４は、電池ブロック１０の電圧が過電圧になったか否かを判定し、かかる判定結果を示す検出結果信号Ｓ２を出力端子Ｔ３経由で電池状態監視部２３へ出力する。かかる過電圧検出部３４は、ブロック電圧Ｖｂｒに対応する電圧と閾値電圧Ｖａｔｈとを比較し、かかる比較結果に基づいて電池ブロック１０の過電圧を検出する。このように、セルモニタＩＣ３２に加え、過電圧検出部３４を設けることで、電池ブロック１０の電圧の監視をより適切に行うことができる。

また、過電圧検出部３４は、電池状態監視部２３から入力端子Ｔ４へ入力される閾値調整要求信号Ｓ３に基づいて、閾値電圧Ｖａｔｈを変更することができる。これにより、閾値電圧Ｖａｔｈを電池状態監視部２３から調整することができる。なお、かかる過電圧検出部３４の構成については後で詳述する。

高電圧検出部３５は、「ＣＩＤ切れ」や「バスバー外れ」などのような電池ブロック１０の断線が発生したか否かを判定し、かかる判定結果を示す検出結果信号Ｓ４を出力端子Ｔ５経由で電池状態監視部２３へ出力することができる。なお、「ＣＩＤ切れ」は、電池セルに設けられた電流遮断デバイス（図示せず）が作動して電池セル１１の電流経路が遮断された状態である。また、「バスバー外れ」は、電池セル１１間を接続するバスバー（図示せず）が電池セル１１間から外れた状態である。

高電圧検出部３５は、整流ブリッジ回路を有しており、かかる整流ブリッジ回路の出力電圧に基づいて、電池ブロック１０の断線を検出する。そのため、高電圧検出部３５は、電池ブロック１０の放電時および充電時のいずれの場合においても、電池ブロック１０の断線を精度よく検出することができる。

このように、セルモニタＩＣ３２に加え、高電圧検出部３５を設けることで、電池ブロック１０の監視をより適切に行うことができる。また、高電圧検出部３５により電池セルの断線を検出することで、フライングキャパシタにより電池セルの断線を検出する場合に比べ、低コスト化を図ることができる。なお、かかる高電圧検出部３５の構成については後で詳述する。

［３．過電圧検出部３４の構成例］
図３は、過電圧検出部３４の構成例を示す図である。図３に示す過電圧検出部３４は、分圧回路４１と、閾値電圧出力部４２と、コンパレータ４３と、出力部４４と、入力部４５と、閾値電圧調整部４６と、電源電圧監視部４７とを備える。

分圧回路４１は、ブロック電圧Ｖｂｒに対応する電圧を生成する。具体的には、分圧回路４１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２を有しており、ブロック電圧Ｖｂｒを分圧した電圧である分圧電圧Ｖａ（＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））を生成する。なお、ブロック電圧Ｖｂｒに比例する電圧をコンパレータ４３に出力できる構成であればよく、図２に示す分圧回路４１に限定されない。

閾値電圧出力部４２は、閾値電圧Ｖａｔｈを生成して出力する。かかる閾値電圧Ｖａｔｈは、ブロック電圧Ｖｂｒが正常範囲にある場合に、ブロック電圧Ｖｂｒよりも高い電圧である。

かかる閾値電圧出力部４２は、例えば、分圧回路４１と同様の分圧回路を有しており、ブロック電圧Ｖｂｒを分圧した電圧を閾値電圧Ｖａｔｈとして生成する。なお、閾値電圧出力部４２は、例えば、抵抗とツェナーダイオードの直列回路などによって構成してもよい。

コンパレータ４３は、分圧電圧Ｖａと閾値電圧Ｖａｔｈとを比較し、かかる比較結果を示す検出信号Ｓｃｍｐを出力する。具体的には、コンパレータ４３は、分圧電圧Ｖａが閾値電圧Ｖａｔｈ以上である場合に、電池ブロック１０が過電圧であることを示すＨｉｇｈレベルの検出信号Ｓｃｍｐを出力する。一方、コンパレータ４３は、分圧電圧Ｖａが閾値電圧Ｖａｔｈ未満である場合に、電池ブロック１０が過電圧でないことを示すＬｏｗレベルの検出信号Ｓｃｍｐを出力する。

このように、過電圧検出部３４は、コンパレータ４３により電池ブロック１０が過電圧であるか否かを判定することから、フライングキャパシタとマイクロコンピュータとにより過電圧を検出する場合に比べ、過電圧検出部３４を低コストで構成することができる。

出力部４４は、絶縁性の出力部であり、出力端子Ｔ３とコンパレータ４３の出力との間に設けられる。かかる出力部４４は、検出信号Ｓｃｍｐに応じた検出結果信号Ｓ２を電池状態監視部２３へ出力する。かかる出力部４４によって過電圧検出部３４と電池状態監視部２３との間の絶縁性を保ちつつ、検出信号Ｓｃｍｐに応じた検出結果信号Ｓ２を電池状態監視部２３へ出力することができる。

図４は、ブロック電圧Ｖｂｒが正常状態から過電圧になった場合の分圧電圧Ｖａ、検出信号Ｓｃｍｐおよび検出結果信号Ｓ２の変化の一例を示す図である。図４に示すように、電池ブロック１０の過充電などによってブロック電圧Ｖｂｒが閾値電圧Ｖａｔｈ以上になった場合（時刻ｔ１）、検出信号ＳｃｍｐはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ変化する。そのため、過電圧を示す検出結果信号Ｓ２が出力部４４から電池状態監視部２３へ出力される。

図３に戻って、過電圧検出部３４の説明を続ける。過電圧検出部３４の入力部４５は、絶縁性の入力部であり、入力端子Ｔ４と閾値電圧調整部４６の出力との間に設けられる。入力部４５は、閾値電圧Ｖａｔｈの調整を要求する閾値調整要求信号Ｓ３を電池状態監視部２３から入力端子Ｔ４を介して受信する。

かかる入力部４５は、受信した閾値調整要求信号Ｓ３に応じた調整信号Ａｄを閾値電圧調整部４６へ出力する。かかる入力部４５によって電池状態監視部２３と過電圧検出部３４との間の絶縁性を保ちつつ、電池状態監視部２３と過電圧検出部３４との間の通信を行うことができる。

閾値電圧調整部４６は、入力部４５から出力された調整信号Ａｄに基づいて、閾値電圧Ｖａｔｈを調整する。閾値調整要求信号Ｓ３および調整信号Ａｄは、例えば、デューティ比を有するパルス信号であるが、閾値電圧Ｖａｔｈが調整できればよく、閾値調整要求信号Ｓ３および調整信号Ａｄは、デューティ比を有するパルス信号に限定されない。

閾値電圧調整部４６は、調整信号Ａｄのデューティ比に基づいて、閾値電圧Ｖａｔｈを調整することができる。この場合、例えば、閾値電圧出力部４２には出力端にコンデンサが接続されており、かかるコンデンサの電荷を調整信号Ａｄのデューティ比で放電させることで、コンデンサの電圧を減少させる。これにより、閾値電圧Ｖａｔｈが調整される。

電池状態監視部２３は、閾値調整要求信号Ｓ３を調整することによって、セルモニタＩＣ３２や過電圧検出部３４が正常に動作しているかどうかの自己診断処理を実行することができ、サテライト基板２１の故障などを精度よく検出することができる。

例えば、電池状態監視部２３は、セルモニタＩＣ３２による検出結果に基づいて、閾値電圧Ｖａｔｈがブロック電圧Ｖｂｒよりも少し高い程度の電圧になるように閾値調整要求信号Ｓ３を調整することができる。かかる調整により、異常ありを示す検出結果信号Ｓ２が出力部４４から電池状態監視部２３へ出力された場合、電池状態監視部２３は、セルモニタＩＣ３２または過電圧検出部３４に異常があることを検出することができる。

また、電池状態監視部２３は、セルモニタＩＣ３２による検出結果に基づいて、閾値電圧Ｖａｔｈがブロック電圧Ｖｂｒよりも少し低い程度の電圧になるように閾値調整要求信号Ｓ３を調整することができる。かかる調整により、異常ありを示す検出結果信号Ｓ２が出力部４４から電池状態監視部２３へ出力されない場合、電池状態監視部２３は、セルモニタＩＣ３２または過電圧検出部３４に異常があることを検出することができる。

図５は、電池状態監視部２３による自己診断処理が実行された場合の閾値電圧Ｖａｔｈ、調整信号Ａｄおよび検出信号Ｓｃｍｐの変化の一例を示す図である。なお、図５においては、調整信号Ａｄの大きさは、ディーティ比を示すものとし、また、セルモニタＩＣ３２は正常に動作しているものとする。

図５に示すように、自己診断処理が実行される前（時刻ｔ１０よりも前）において、調整信号Ａｄはディーティ比がゼロであり、閾値電圧調整部４６によって閾値電圧Ｖａｔｈは調整されない。この状態では、閾値電圧Ｖａｔｈは、分圧電圧Ｖａよりもある程度高く、検出信号ＳｃｍｐはＬｏｗレベルである。

その後、時刻ｔ１０において、自己診断処理が実行されると、電池状態監視部２３は、セルモニタＩＣ３２の検出結果に応じたブロック電圧Ｖｂｒに基づいてディーティ比がＤｕｔｙ１の閾値調整要求信号Ｓ３を生成する。

このとき、入力部４５から出力される調整信号Ａｄのディーティ比はＤｕｔｙ１であり、閾値電圧調整部４６によって閾値電圧Ｖａｔｈが調整され、閾値電圧Ｖａｔｈが分圧電圧Ｖａを少し上回るぐらいまで低下する。この状態では、閾値電圧Ｖａｔｈが分圧電圧Ｖａより高いため、検出信号ＳｃｍｐはＬｏｗレベルである。

一方で、例えば、分圧回路４１が故障して分圧電圧Ｖａが通常よりも高い電圧Ｖａ’になっていると仮定する。この場合、時刻ｔ１１で閾値電圧Ｖａｔｈが電圧Ｖａ’を下回る。そのため、検出信号Ｓｃｍｐは、「Ｓｃｍｐ’」に示すようにＨｉｇｈレベルになり、過電圧を示す検出結果信号Ｓ２が出力部４４から電池状態監視部２３へ出力される。

したがって、電池状態監視部２３は、過電圧検出部３４から出力される検出結果信号Ｓ２に基づいて、分圧回路４１の故障、すなわち、過電圧検出部３４の異常を検出することができる。

また、分圧回路４１が正常である場合であっても、閾値電圧出力部４２または閾値電圧調整部４６の故障によって、閾値電圧Ｖａｔｈが通常よりも低くなった場合も同様に、閾値電圧Ｖａｔｈが分圧電圧Ｖａを上回ることがある。この場合にも、過電圧検出部３４から出力される検出結果信号Ｓ２に基づいて、閾値電圧出力部４２または閾値電圧調整部４６の故障、すなわち、過電圧検出部３４の異常を検出することができる。

電池状態監視部２３は、過電圧検出部３４に異常がないと判定した場合、時刻ｔ１２に、閾値調整要求信号Ｓ３のディーティ比をＤｕｔｙ１からＤｕｔｙ２へ上げる。これにより、Ｄｕｔｙ２の調整信号Ａｄによって閾値電圧調整部４６により閾値電圧Ｖａｔｈが調整され、閾値電圧Ｖａｔｈが分圧電圧Ｖａを少し下回るぐらいまで低下する。この状態では、閾値電圧Ｖａｔｈが分圧電圧Ｖａより低いため、検出信号ＳｃｍｐはＨｉｇｈレベルであり、過電圧を示す検出結果信号Ｓ２が出力部４４から電池状態監視部２３へ出力される。

一方、例えば、分圧回路４１が故障して分圧電圧Ｖａが通常よりも低い電圧Ｖａ”になっていると仮定する。この場合、時刻ｔ１３〜ｔ１５の期間で閾値電圧Ｖａｔｈが電圧Ｖａ”を上回る。そのため、検出信号Ｓｃｍｐは、「Ｓｃｍｐ”」に示すようにＬｏｗレベルのままであり、過電圧を示す検出結果信号Ｓ２は出力部４４から電池状態監視部２３へ出力されない。したがって、電池状態監視部２３は、検出結果信号Ｓ２に基づいて、分圧回路４１の故障、すなわち、過電圧検出部３４の異常を検出することができる。

また、分圧回路４１が正常である場合であっても、閾値電圧出力部４２または閾値電圧調整部４６の故障によって、閾値電圧Ｖａｔｈが通常よりも高くなった場合も同様に、閾値電圧Ｖａｔｈが分圧電圧Ｖａを下回ることがある。この場合にも、同様に過電圧検出部３４の異常を検出することができる。

なお、過電圧検出部３４が正常であっても、セルモニタＩＣ３２が正常に動作しておらず、ブロック電圧Ｖｂｒが正常に検出できない場合、上述した場合と同様に、閾値調整要求信号Ｓ３に応じた適切な検出結果信号Ｓ２が出力されない場合がある。このような場合には、セルモニタＩＣ３２が故障等の異常を検出することができる。

図３に戻って、過電圧検出部３４の説明を続ける。過電圧検出部３４の電源電圧監視部４７は、電源電圧Ｖｃが上昇する異常を検出することができる。電源電圧監視部４７は、電源電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｃｔｈ以上に上昇した場合、電源電圧Ｖｃが異常であると判定する。

電源電圧Ｖｃが異常であると判定した場合、電源電圧監視部４７は、Ｈｉｇｈレベルの異常検出信号Ｓａｂを出力部４４へ出力し、異常を示す検出結果信号Ｓ２を出力部４４から電池状態監視部２３へ出力させる。なお、異常を示す検出結果信号Ｓ２は、過電圧を示す検出結果信号Ｓ２と共用することで、出力部４４の構成を簡易化することができる。

閾値電圧Ｖａｔｈの大きさが電源電圧Ｖｃの大きさに依存して変化する場合、電源電圧Ｖｃが上昇する異常が発生すると、閾値電圧Ｖａｔｈも上昇する。そのため、電池ブロック１０が過電圧になる場合に、分圧電圧Ｖａが閾値電圧Ｖａｔｈ以上になるまでの時間がかかったり、分圧電圧Ｖａが閾値電圧Ｖａｔｈ以上にならなかったりする場合がある。このような場合、過電圧の検出が遅れたり、過電圧の検出ができなかったりするため、電池ブロック１０がさらに過充電されてしまうおそれがある。

そこで、電源電圧監視部４７は、電源電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｃｔｈ以上に上昇した場合、電源電圧Ｖｃの異常であると判定し、出力部４４から異常を示す検出結果信号Ｓ２を電池状態監視部２３へ出力させる。これにより、電池状態監視部２３は、例えば、リレー６（図１参照）をオフにし、組電池１への充放電を停止させることができ、電池ブロック１０の過充電の抑制が遅延することを防止することができる。

図６は、電源電圧Ｖｃが上昇する異常が発生する前後の状態における電源電圧Ｖｃ、分圧電圧Ｖａおよび異常検出信号Ｓａｂの状態変化を示す図である。図６に示すように、時刻ｔ２０において、電源電圧生成部３１に故障が発生した場合、電源電圧Ｖｃが上昇し、かかる電源電圧Ｖｃの上昇に伴って閾値電圧Ｖａｔｈが上昇する。

そして、電源電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｃｔｈ以上になった場合（時刻ｔ２１）、電源電圧監視部４７は、電源電圧Ｖｃが異常であることを示すＨｉｇｈレベルの異常検出信号Ｓａｂを出力部４４へ出力する。これにより、出力部４４から異常を示す検出結果信号Ｓ２が電池状態監視部２３へ出力される。

このように、過電圧検出部３４は、電源電圧監視部４７を有しており、電源電圧Ｖｃの異常によって過電圧の検出が遅れるような場合や過電圧の検出ができないような場合であっても、電池ブロック１０を適切に保護することができる。

［４．過電圧検出部３４の具体的な構成例］
図７は、過電圧検出部３４の具体的な構成例を示す図である。図７に示すように、閾値電圧出力部４２は、抵抗Ｒ３〜Ｒ５と、コンデンサＣ１を備える。ブロック電圧Ｖｂｒは、抵抗Ｒ３、Ｒ４によって分圧され、かかる分圧電圧は、抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ１へ入力され、コンデンサＣ１の両端電圧が、閾値電圧Ｖａｔｈとして出力される。

かかる閾値電圧出力部４２は、入力端子Ｔ４への閾値調整要求信号Ｓ３の入力がない場合、すなわち、閾値調整要求信号Ｓ３のデューティ比がゼロである場合、ブロック電圧Ｖｂｒの分圧電圧を閾値電圧Ｖａｔｈ（＝Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４））として出力する。

一方、閾値電圧出力部４２は、入力端子Ｔ４への閾値調整要求信号Ｓ３の入力がある場合、閾値電圧調整部４６によって閾値調整要求信号Ｓ３に応じてコンデンサＣ１の両端電圧が低下させられる。そのため、かかる低下後の電圧が閾値電圧Ｖａｔｈとなる。

出力部４４は、抵抗Ｒ６〜Ｒ８、Ｒ１８と、コンデンサＣ２と、トランジスタＱ１、Ｑ２と、フォトカプラＰＣ１とを備える。なお、トランジスタＱ１は、ＮＰＮ型トランジスタであり、トランジスタＱ２は、ＰＮＰ型トランジスタである。

図７に示すように、抵抗Ｒ６とトランジスタＱ１とによって第１のエミッタ接地回路が構成され、抵抗Ｒ７とトランジスタＱ２とによって第２のエミッタ接地回路が構成される。そして、トランジスタＱ１のコレクタがトランジスタＱ２のベースに入力される。

かかる構成によって、コンパレータ４３から出力される検出信号ＳｃｍｐがＬｏｗレベルの場合、トランジスタＱ１がオフであり、トランジスタＱ２がオフである。そのため、検出信号ＳｃｍｐがＬｏｗレベルの場合、フォトカプラＰＣ１はオフであり、出力端子Ｔ３を構成する端子Ｔ３ａとＴ３ｂとは接続されていない状態であることから過電圧を示す検出結果信号Ｓ２は出力端子Ｔ３から出力されない。

一方、コンパレータ４３から出力される検出信号ＳｃｍｐがＨｉｇｈレベルの場合、トランジスタＱ１がオンであり、トランジスタＱ２がオンである。そのため、検出信号ＳｃｍｐがＨｉｇｈレベルの場合、フォトカプラＰＣ１はオンであり、端子Ｔ３ａとＴ３ｂとが接続された状態であることから過電圧を示す検出結果信号Ｓ２が出力端子Ｔ３から出力される。

このように、フォトカプラＰＣ１によって検出結果信号Ｓ２が出力端子Ｔ３から出力されるため、絶縁性を高めつつ、電池状態監視部２３と過電圧検出部３４との間の通信を行うことができる。なお、抵抗Ｒ６およびコンデンサＣ２はノイズ除去用のフィルタを構成する。これにより、フォトカプラＰＣ１がノイズ等の影響によってオンになってしまうことを防止することができる。

入力部４５は、フォトカプラＰＣ２と抵抗Ｒ９、Ｒ１０とを有する。フォトカプラＰＣ２のダイオードは、入力端子Ｔ４を構成する端子Ｔ４ａとＴ４ｂとの間に接続される。したがって、端子Ｔ４ａとＴ４ｂとの間に電流が流れた場合にフォトカプラＰＣ２はオンになり、端子Ｔ４ａとＴ４ｂとの間に電流が流れない場合にはフォトカプラＰＣ２はオフになる。

図７に示す過電圧検出部３４の構成の場合、閾値調整要求信号Ｓ３は、電池状態監視部２３によってデューティ比が調整されたパルス信号である。抵抗Ｒ９は、フォトカプラＰＣ２のトランジスタのコレクタと電源電圧Ｖｃとの間に接続されており、抵抗Ｒ１０は、フォトカプラＰＣ２のトランジスタのエミッタとグランドとの間に接続されている。

抵抗Ｒ９の抵抗値は、抵抗Ｒ１０の抵抗値に対して十分に小さい。そのため、フォトカプラＰＣ２がオンのとき、調整信号Ａｄは、Ｈｉｇｈレベルになり、フォトカプラＰＣ２がオフのとき、調整信号Ａｄは、Ｌｏｗレベルになる。これにより、入力部４５は、閾値調整要求信号Ｓ３のディーティ比と同じデューティ比の調整信号Ａｄを出力する。

閾値電圧調整部４６は、抵抗Ｒ１１と、トランジスタＱ３とを備える。調整信号Ａｄは、トランジスタＱ３のゲートに入力される。調整信号Ａｄがオフ（Ｌｏｗレベル）の場合、トランジスタＱ３がオフになり、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ１１を介してグランドに接続されない。

一方、調整信号Ａｄがオン（Ｈｉｇｈレベル）の場合、トランジスタＱ３がオンになり、コンデンサＣ１が抵抗Ｒ１１およびトランジスタＱ３を介してグランドに接続される。そのため、調整信号Ａｄのデューティ比がゼロでない場合、コンデンサＣ１の電圧が低下して閾値電圧Ｖａｔｈが低下し、調整信号Ａｄのディーティ比が高いほど、閾値電圧Ｖａｔｈを低下させることができる。

電源電圧監視部４７は、抵抗Ｒ１２と、コンパレータ４８と、トランジスタＱ４とを備える。コンパレータ４８の非反転入力端子には電源電圧Ｖｃが入力され、コンパレータ４８の反転入力端子には閾値電圧Ｖｃｔｈが入力される。なお、閾値電圧Ｖｃｔｈはブロック電圧Ｖｂｒから生成される。例えば、ブロック電圧Ｖｂｒをツェナーダイオードに抵抗を介して接続することによって、ツェナーダイオードのツェナーを閾値電圧Ｖｃｔｈとすることができる。

電源電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｃｔｈ未満である場合、コンパレータ４８はＬｏｗレベルの信号を出力する。そのため、トランジスタＱ４はオフであり、Ｈｉｇｈレベルの異常検出信号Ｓａｂが出力されるため、過電圧の異常がない場合、フォトカプラＰＣ１はオフである。一方、電源電圧Ｖｃが閾値電圧Ｖｃｔｈ以上である場合、コンパレータ４８はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。そのため、トランジスタＱ４はオンであり、Ｌｏｗレベルの異常検出信号Ｓａｂが出力され、フォトカプラＰＣ１はオンである。

［５．電池状態監視部２３］
次に、上述した自己診断処理を行う電池状態監視部２３の構成および動作についてさらに詳細に説明する。図８は、電池状態監視部２３の構成のうち自己診断処理を行う構成例を示す図であり、その他の機能を行う構成については省略している。

図８に示すように、電池状態監視部２３は、通信端子Ｔ１０と、入力端子Ｔ１１と、出力端子Ｔ１２と、通信部６０と、ブロック電圧値要求部６１と、ブロック電圧値取得部６２と、閾値電圧調整要求部６３と、異常判定部６４とを備える。

かかる電池状態監視部２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、通信部６０、ブロック電圧値要求部６１、ブロック電圧値取得部６２、閾値電圧調整要求部６３および異常判定部６４として機能する。

また、通信部６０、ブロック電圧値要求部６１、ブロック電圧値取得部６２、閾値電圧調整要求部６３および異常判定部６４の少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

通信部６０は、通信端子Ｔ１０を介して通信信号Ｓ１をセルモニタＩＣ３２との間で例えばシリアルデータ形式またはパラレルデータ形式で情報や要求を送受信する。ブロック電圧値要求部６１は、通信部６０から電圧検出要求をセルモニタＩＣ３２へ出力する。これにより、セルモニタＩＣ３２に電池セル１１の電圧または電池ブロック１０の電圧を検出させる。

ブロック電圧値取得部６２は、電圧検出要求に応じてセルモニタＩＣ３２から送信される各電池セル１１の電圧値または電池ブロック１０の電圧値の情報を取得する。ブロック電圧値取得部６２は、セルモニタＩＣ３２から各電池セル１１の電圧値を取得した場合、電池ブロック１０を構成するすべての電池セル１１の電圧値を積算することで電池ブロック１０の電圧値の情報を取得する。

閾値電圧調整要求部６３は、ブロック電圧値取得部６２によって取得された電池ブロック１０の電圧値に基づいて、電池ブロック１０の電圧値に応じたデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して、出力端子Ｔ１２を介して過電圧検出部３４へ出力する。

かかる閾値電圧調整要求部６３は、例えば、過電圧検出部３４毎に対応するブロック電圧Ｖｂｒに応じたデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して、過電圧検出部３４毎の閾値調整要求信号Ｓ３を出力端子Ｔ１２から出力することができる。なお、出力端子Ｔ１２は、過電圧検出部３４毎に設けられており、これにより、過電圧検出部３４毎に閾値調整要求信号Ｓ３を出力することができる。

また、閾値電圧調整要求部６３は、複数の過電圧検出部３４に対して共通の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して、かかる共通の閾値調整要求信号Ｓ３を出力端子Ｔ１２から複数の過電圧検出部３４へ出力することができる。この場合、閾値電圧調整要求部６３は、複数のブロック電圧Ｖｂｒの平均値、最小値または最大値に対応するデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を共通の閾値調整要求信号Ｓ３として生成することができる。

また、出力端子Ｔ１２は、過電圧検出部３４毎に設けられてもよいが、複数の過電圧検出部３４に対して出力端子Ｔ１２を共通化することができる。例えば、複数の過電圧検出部３４の入力端子Ｔ４をカスケード接続し、カスケード接続された複数の入力端子Ｔ４の一端と他端を出力端子Ｔ１２に接続する構成にもできる。これにより、出力端子Ｔ１２の数を低減することができ、電池状態監視部２３の小型化を図ることができる。

かかる閾値電圧調整要求部６３は、第１デューティ比出力部６５と、第２デューティ比出力部６６とを備える。第１デューティ比出力部６５は、過電圧検出部３４毎に対応するブロック電圧Ｖｂｒよりも少し高い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して出力端子Ｔ１２を介して過電圧検出部３４へ出力する。

なお、第１デューティ比出力部６５は、複数の過電圧検出部３４に対して共通の閾値調整要求信号Ｓ３を生成する場合、複数のブロック電圧Ｖｂｒの最大値より閾値電圧Ｖａｔｈの方が少し高い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成することもできる。

また、第２デューティ比出力部６６は、過電圧検出部３４毎に対応するブロック電圧Ｖｂｒよりも少し低い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して出力端子Ｔ１２を介して過電圧検出部３４へ出力する。

なお、第２デューティ比出力部６６は、複数の過電圧検出部３４に対して共通の閾値調整要求信号Ｓ３を生成する場合、複数のブロック電圧Ｖｂｒの最小値よりも閾値電圧Ｖａｔｈの方が少し低い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成することもできる。

異常判定部６４は、第１デューティ比出力部６５からの検出結果信号Ｓ２が過電圧検出部３４へ出力された際に、過電圧検出部３４から出力された閾値調整要求信号Ｓ３が異常ありを示す場合、セルモニタＩＣ３２または過電圧検出部３４が異常であると判定する。また、異常判定部６４は、第２デューティ比出力部６６からの検出結果信号Ｓ２が過電圧検出部３４へ出力された際に、過電圧検出部３４から出力された閾値調整要求信号Ｓ３が異常なしを示す場合、セルモニタＩＣ３２または過電圧検出部３４が異常であると判定する。

なお、入力端子Ｔ１１は、過電圧検出部３４毎に設けられており、出力端子Ｔ３を構成する端子Ｔ３ａ、Ｔ３ｂをそれぞれ接続する２つの端子を備える。これにより、過電圧検出部３４毎に検出結果信号Ｓ２を入力することができる。

異常判定部６４には、出力端子Ｔ３を構成する端子Ｔ３ａ、Ｔ３ｂ間の導通状態を検出する検出部（図示せず）を有しており、かかる検出部によって、過電圧検出部３４毎の検出結果信号Ｓ２の状態を判定し、過電圧検出部３４毎に過電圧異常や電源電圧異常を検出する。なお、端子Ｔ３ａ、Ｔ３ｂ間の導通状態は、例えば、端子Ｔ３ａ、Ｔ３ｂ間に電圧を印加し、その際に電流が流れるか否かによって判定することができる。

また、複数の過電圧検出部３４に対して入力端子Ｔ１１を共通化することができる。例えば、複数の過電圧検出部３４の出力端子Ｔ３を入力端子Ｔ１１に並列に接続する構成にもできる。これにより、複数の過電圧検出部３４のうちいずれか一つに過電圧異常や電源電圧異常が生じたことを検出可能としつつ入力端子Ｔ１１の数を低減することができ、電池状態監視部２３の小型化を図ることができる。

図９は、電池状態監視部２３が行う自己診断処理の流れを示すフローチャートである。なお、セルモニタＩＣ３２は正常であるとして説明する。

図９に示すように、電池状態監視部２３は、過電圧検出部３４の自己診断開始タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。過電圧検出部３４の自己診断開始タイミングであると判定した場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、電池状態監視部２３は、セルモニタＩＣ３２へ電圧検出要求を行い、ブロック電圧Ｖｂｒの情報を取得する（ステップＳ１１）。

次に、電池状態監視部２３は、ステップＳ１１で取得したブロック電圧Ｖｂｒよりも少し高い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して出力端子Ｔ１２を介して過電圧検出部３４へ出力する（ステップＳ１２）。その後、電池状態監視部２３は、検出結果信号Ｓ２が正常を示すか否かを判定する（ステップＳ１３）。

検出結果信号Ｓ２が正常を示すと判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、電池状態監視部２３は、ブロック電圧Ｖｂｒよりも少し低い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号Ｓ３を生成して出力端子Ｔ１２を介して過電圧検出部３４へ出力する（ステップＳ１４）。その後、電池状態監視部２３は、検出結果信号Ｓ２が異常を示すか否かを判定する（ステップＳ１５）。

検出結果信号Ｓ２が異常を示すと判定した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、電池状態監視部２３は、過電圧検出部３４は正常であると判定する（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１３において検出結果信号Ｓ２が正常を示さないと判定した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、または、検出結果信号Ｓ２が異常を示さないと判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ステップＳ１５において電池状態監視部２３は、過電圧検出部３４は異常であると判定する（ステップＳ１７）。

自己診断開始タイミングではないと判定した場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、ステップＳ１６またはステップＳ１７の処理が終了した場合、図９に示す処理をステップＳ１０から繰り返し行う。

［６．高電圧検出部３５］
次に、高電圧検出部３５について説明する。図１０は、高電圧検出部３５の構成例を示す図である。

図１０に示すように、高電圧検出部３５は、整流ブリッジ回路５１と、断線検出部５２とを備える。整流ブリッジ回路５１は、電池ブロック１０の負極と正極との間に接続され、ブロック電圧Ｖｂｒを整流して出力する。

断線検出部５２は、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅが所定電圧Ｖｒｅｔｈ以上である場合に、電池ブロック１０の断線があることを示す検出結果信号Ｓ４（以下、断線を示す検出結果信号Ｓ４と記載する）を出力する。一方、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅが所定電圧Ｖｒｅｔｈ未満である場合に、断線を示す検出結果信号Ｓ４を出力しない。

断線検出部５２は、後で詳述するように、例えば、複数の電圧制限回路を有する構成であり、これらの制限電圧回路の出力電圧差が所定値以上である場合に、出力電圧Ｖｒｅが所定電圧Ｖｒｅｔｈ以上であるとして、断線を示す検出結果信号Ｓ４を出力することができる。

また、断線検出部５２は、例えば、出力電圧Ｖｒｅを分圧する分圧回路とコンパレータを有する構成であってもよい。この場合、断線検出部５２は、出力電圧Ｖｒｅの分圧電圧が所定電圧以上である場合に、出力電圧Ｖｒｅが所定電圧Ｖｒｅｔｈ以上であるとして、断線を示す検出結果信号Ｓ４を出力することができる。

図１１は、電池セル１１が有する電流遮断デバイス（ＣＩＤ）の作動状態と、電池セル１１の充放電状態と、電流遮断デバイスの両端電圧との関係を説明するための図である。なお、図１１において、ＣＩＤ切れが発生した場合を「ＣＩＤ切れ」と記載し、ＣＩＤ切れが発生してない場合を「ＣＩＤ正常」と記載している。また、ＣＩＤ切れが発生した場合の電流遮断デバイスの両端電圧は、一例として±３００Ｖであるとしている。

図１１に示すように、電池ブロック１０の放電中にＣＩＤ切れが発生するとＣＩＤ切れ発生箇所の電圧Ｖｃｉｄ（以下、ＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄと記載する）は、＋３００Ｖになり、電池ブロック１０の充電中にＣＩＤ切れが発生するとＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄは、−３００Ｖになる。

上述したように、電池ブロック１０の両極間は、整流ブリッジ回路５１に接続されており、かかる整流ブリッジ回路５１によってブロック電圧Ｖｂｒが整流されて整流ブリッジ回路５１から出力される。したがって、ＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄが＋３００Ｖであっても−３００Ｖであっても、整流ブリッジ回路５１から同じ正電圧が出力される。

そのため、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅを監視することで、電池ブロック１０の充電時にＣＩＤ切れが発生した場合であっても、電池ブロック１０の充電時にセル電流遮断が発生した場合であっても、ＣＩＤ切れを精度よく検出することができる。

また、バスバー外れの場合、ＣＩＤ切れの場合と同様に、バスバーが外れた電池ブロック１０間で正の高電圧または負の高電圧が発生するため、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅを監視することで、電池ブロック１０の充電時と放電時とに関わらず、バスバー外れを精度よく検出することができる。

さらに、高電圧検出部３５は、図２に示すように、ヒューズ３０を介さずに電池ブロック１０の両端（負極と正極）に接続される。そのため、例えば、電池ブロック１０の断線によってセルモニタＩＣ３２と電池ブロック１０との間に過電流が流れてヒューズ３０が溶断された場合であっても、電池ブロック１０の断線を検出することができる。

したがって、電池ブロック１０の断線によって、ヒューズ３０が溶断し、セルモニタＩＣ３２および過電圧検出部３４によって電池ブロック１０の電圧が検出できず、電池状態監視部２３への電圧の情報を通知できない場合であっても、電池ブロック１０の断線を検出することができる。

［７．高電圧検出部３５の具体的な構成例］
図１２は、高電圧検出部３５の具体的な構成例を示す図である。図１２に示すように、整流ブリッジ回路５１は、４つのダイオードＤ１０〜Ｄ１３がブリッジ接続されたダイオードブリッジ回路で構成される。

断線検出部５２は、第１電圧制限回路５３と、第２電圧制限回路５４と、判定部５５と、出力部５６とを備える。

第１電圧制限回路５３は、出力電圧Ｖｒｅが第１電圧Ｖ１以下である場合に、出力電圧Ｖｒｅに応じた電圧を出力電圧Ｖｃｐ１として出力し、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅが第１電圧Ｖ１より高い場合に、出力電圧Ｖｃｐ１を第１電圧Ｖ１に制限して出力する。なお、「出力電圧Ｖｒｅに応じた電圧」は、第１電圧制限回路５３の入出力間の電圧を無視できるとした場合、出力電圧Ｖｒｅと同じ電圧である。

第１電圧Ｖ１は、電池ブロック１０が正常である場合のブロック電圧Ｖｂｒよりも高い電圧に設定される。例えば、ブロック電圧Ｖｂｒの正常値が１１０Ｖ以下である場合、第１電圧Ｖ１は、例えば、１３０Ｖに設定される。

したがって、ブロック電圧Ｖｂｒの正常値である場合、ブロック電圧Ｖｂｒに応じた電圧が出力電圧Ｖｃｐ１として第１電圧制限回路５３から出力される。一方、電池ブロック１０の断線などによってブロック電圧Ｖｂｒが正常値に対して高電圧になった場合、第１電圧Ｖ１が出力電圧Ｖｃｐ１として第１電圧制限回路５３から出力される。

かかる第１電圧制限回路５３は、抵抗Ｒ２０と、コンデンサＣ１０と、ツェナーダイオードＺＤ１とを備える。抵抗Ｒ２０の一端は、整流ブリッジ回路５１の出力に接続され、抵抗Ｒ２０の他端とグランドとの間にはコンデンサＣ１０およびツェナーダイオードＺＤ１が並列に接続される。なお、抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ１０とによりＲＣフィルタが構成される。

ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は、第１電圧Ｖ１に設定されており、出力電圧Ｖｒｅが第１電圧Ｖ１より低い場合、出力電圧Ｖｒｅに応じた電圧が出力電圧Ｖｃｐ１として出力される。

一方、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅが第１電圧Ｖ１より高い場合、ツェナーダイオードＺＤ１によって抵抗Ｒ２０の他端の電圧がクランプされる。これにより、出力電圧Ｖｒｅが第１電圧Ｖ１を超える場合に、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第１電圧Ｖ１になり、第２電圧制限回路５４および判定部５５に加わる電圧を第１電圧Ｖ１以下に制限することができる。

そのため、第２電圧制限回路５４および判定部５５に高電圧が加わることを避けることができ、高電圧が加わる場合に比べ、第２電圧制限回路５４および判定部５５を構成する各素子の定格電圧を抑えることができ、低コスト化や小型化を図ることができる。

第２電圧制限回路５４は、出力電圧Ｖｃｐ１が第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２（＜Ｖ１）以下である場合に、出力電圧Ｖｃｐ１に応じた電圧を出力電圧Ｖｃｐ２として出力する。なお、「出力電圧Ｖｃｐ１に応じた電圧」は、第２電圧制限回路５４の入出力間の電圧を無視できるとした場合、出力電圧Ｖｃｐ１と同じ電圧である。

一方、第２電圧制限回路５４は、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第２電圧Ｖ２より高い場合に、出力電圧Ｖｃｐ２を第２電圧Ｖ２に制限して出力する。

第２電圧Ｖ２は、電池ブロック１０が正常である場合のブロック電圧Ｖｂｒよりも高い電圧に設定され、かつ、第１電圧Ｖ１よりも低い電圧に設定される。例えば、ブロック電圧Ｖｂｒの正常値が１１０Ｖ以下である場合、第２電圧Ｖ２は、例えば、１２０Ｖに設定される。

第２電圧制限回路５４は、抵抗Ｒ２１と、コンデンサＣ１１と、ツェナーダイオードＺＤ２とを備え、第１電圧制限回路５３と同様に構成される。ただし、ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧は、第２電圧Ｖ２に設定されており、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第２電圧Ｖ２以下である場合、出力電圧Ｖｒｅに応じた電圧が出力電圧Ｖｃｐ２として出力される。

一方、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第２電圧Ｖ２を超える場合、ツェナーダイオードＺＤ２によって抵抗Ｒ２１の他端の電圧がクランプされる。これにより、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第２電圧Ｖ２を超える場合に、第２電圧制限回路５４の出力電圧Ｖｃｐ２が第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２になる。

したがって、電池ブロック１０の断線などによってブロック電圧Ｖｂｒが高電圧になった場合、第１電圧制限回路５３から第１電圧Ｖ１が出力電圧Ｖｃｐ１として出力され、第２電圧制限回路５４から第２電圧Ｖ２が出力電圧Ｖｃｐ２として出力される。このように、電池ブロック１０の断線が発生した場合、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２とは、電圧差ΔＶ（＝Ｖ１−Ｖ２）を生じる。

そこで、判定部５５は、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との差に基づいて、電池ブロック１０の断線があるか否かを判定する。例えば、判定部５５は、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との差が所定値ΔＶｃｐ（＜ΔＶ）以上である場合に、電池ブロック１０の断線があると判定する。一方、判定部５５は、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との差が所定値ΔＶｃｐ未満である場合、電池ブロック１０の断線がないと判定する。

判定部５５は、例えば、入力抵抗Ｒ２２とトランジスタＱ１０とを備える。トランジスタＱ１０のエミッタには、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が入力され、トランジスタＱ１０のベースには、入力抵抗Ｒ２２を介して第２電圧制限回路５４の出力電圧Ｖｃｐ２が入力される。

そのため、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との電圧差がトランジスタＱ１０の閾値電圧以上になった場合にトランジスタＱ１０がオンになり、電池ブロック１０の断線があると判定した状態になる。したがって、図１２に示す回路の場合、所定値ΔＶｃｐは、トランジスタＱ１０の閾値電圧以上の電圧である。一方、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との電圧差がトランジスタＱ１０の閾値電圧未満である場合、トランジスタＱ１０はオフであり、電池ブロック１０の断線がないと判定した状態になる。

出力部５６は、絶縁性の出力部であり、判定部５５の出力と出力端子Ｔ５との間に設けられる。かかる出力部５６は、電池状態監視部２３へ判定部５５の判定結果に応じた検出結果信号Ｓ４を出力する。かかる出力部５６によって高電圧検出部３５と電池状態監視部２３との間の絶縁性を保ちつつ、判定部５５の判定結果に応じた検出結果信号Ｓ４を電池状態監視部２３へ出力することができる。

かかる出力部５６は、抵抗Ｒ２３と、フォトカプラＰＣ３とを備える。フォトカプラＰＣ３のダイオード側は、抵抗Ｒ２３と直列接続され、フォトカプラＰＣ３のトランジスタ側には、出力端子Ｔ５を構成する端子Ｔ５ａとＴ５ｂが接続される。

トランジスタＱ１０がオフである場合、フォトカプラＰＣ３はオフであり、端子Ｔ５ａとＴ５ｂとは接続されていない状態であり、断線を示す検出結果信号Ｓ４は出力端子Ｔ５から出力されない。一方、トランジスタＱ１０がオンである場合、フォトカプラＰＣ３はオンであり、端子Ｔ５ａとＴ５ｂとは接続された状態であり、断線を示す検出結果信号Ｓ４が出力端子Ｔ５から出力される。

なお、電池状態監視部２３は、端子Ｔ５ａとＴ５ｂとにそれぞれ接続される２つの端子を有する入力端子Ｔ１５（図示せず）と、入力端子Ｔ１５の２つの端子の導通状態を検出する検出部（図示せず）を有している。電池状態監視部２３は、かかる検出部によって、高電圧検出部３５毎の検出結果信号Ｓ４の状態を判定し、高電圧検出部３５毎に電池ブロック１０の断線を検出することができる。なお、端子Ｔ５ａとＴ５ｂ間の導通状態は、例えば、端子Ｔ５ａとＴ５ｂ間に電圧を印加し、その際に電流が流れるか否かによって判定することができる。

また、電池状態監視部２３は、複数の高電圧検出部３５の出力端子Ｔ５を入力端子Ｔ１５（図示せず）に並列に接続する構成にもできる。これにより、複数の高電圧検出部３５のうちいずれか一つに電池ブロック１０の断線が生じたことを検出可能としつつ入力端子Ｔ１５の数を低減することができ、電池状態監視部２３の小型化を図ることができる。なお、複数の高電圧検出部３５の出力端子Ｔ５は、入力端子Ｔ１１に出力端子Ｔ３と並列に接続されてもよい。

このように、図１２に示す断線検出部５２は、ブロック電圧Ｖｂｒの正常値よりも高い電圧制限であって制限電圧が互いに異なる２つの電圧制限回路を設け、これらの電圧制限回路の出力の差に基づき、電池ブロック１０の断線があるか否かを判定することができる。そのため、例えば、抵抗、ツェナーダイオード、コンデンサおよびトランジスタのみを用いた比較的簡易かつ安価に断線検出部５２を構成することができる。

なお、図１２に示す判定部５５では、トランジスタＱ１０によって、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との電圧差が所定値以上であることを検出したが、かかる構成に限定されない。

例えば、抵抗Ｒ２３とフォトカプラＰＣ３の直列回路（図１２参照）の抵抗Ｒ２３側に出力電圧Ｖｃｐ１を入力し、かかる直列回路のフォトカプラＰＣ３側に出力電圧Ｖｃｐ２を入力する構成であってもよい。これにより、抵抗Ｒ２３とフォトカプラＰＣ３の直列回路に出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との電圧差ΔＶに応じた電流が流れる。

また、この場合、抵抗Ｒ２３とフォトカプラＰＣ３の直列回路に１以上のダイオードを直列に追加することでフォトカプラＰＣ３がオンになる出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との電圧差を調整することができる。この場合、ダイオードの順方向はフォトカプラＰＣ３の順方向と同じである。

図１３は、電池ブロック１０の放電時にＣＩＤ切れの発生によるＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄ、出力電圧Ｖｒｅ、Ｖｃｐ１、Ｖｃｐ２、および、検出結果信号Ｓ４の変化を示す図である。

図１３に示すように、電池ブロック１０の放電時にＣＩＤ切れが発生した場合（時刻ｔ３１）、ＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄおよび出力電圧Ｖｒｅ、Ｖｃｐ１、Ｖｃｐ２が上昇する。そして、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第２電圧Ｖ２より高くなった場合（時刻ｔ３２）、第２電圧制限回路５４の出力電圧Ｖｃｐ２が第２電圧Ｖ２に制限される。

その後、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が上昇して、出力電圧Ｖｃｐ１と出力電圧Ｖｃｐ２との電圧差が所定値ΔＶｃｐ以上になった場合（時刻ｔ３３）に、判定部５５が電池ブロック１０の断線があると判定し、出力部５６が断線を示す検出結果信号Ｓ４を出力端子Ｔ５から出力する。

図１４は、電池ブロック１０の充電時にＣＩＤ切れの発生によるＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄ、出力電圧Ｖｒｅ、Ｖｃｐ１、Ｖｃｐ２、および、検出結果信号Ｓ４の変化を示す図である。

図１４に示すように、電池ブロック１０の充電時にＣＩＤ切れが発生した場合（時刻ｔ３１）、ＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄが負電圧になるが、整流ブリッジ回路５１から出力される出力電圧Ｖｒｅは、図１３に示す場合と同様に正電圧である。そのため、図１３に示す場合と同様に、判定部５５が電池ブロック１０の断線があると判定し、出力部５６が断線を示す検出結果信号Ｓ４を出力端子Ｔ５から出力することができる。

ここで、出力部５６の抵抗Ｒ２３とフォトカプラＰＣ３のダイオードとに流れる電流Ｉａと、フォトカプラＰＣ３のオン／オフとの関係を説明する。図１５は、ＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄ、電流ＩａおよびフォトカプラＰＣ３のオン／オフ状態を示す図である。

図１５に示すように、ＣＩＤ電圧Ｖｃｉｄが所定電圧Ｖｃｉｄｔｈ以上になった場合に、電流Ｉａが閾値Ｉｔｈ以上となって、フォトカプラＰＣ３がオンになり、断線を示す検出結果信号Ｓ４が出力端子Ｔ５から出力される。なお、所定電圧Ｖｃｉｄｔｈは、所定電圧Ｖｒｅｔｈに対応する電圧であり、整流ブリッジ回路５１の内部ロス分を無視した場合、例えば、Ｖｃｉｄｔｈ＝Ｖｒｅｔｈである。

以上のように、高電圧検出部３５は、整流ブリッジ回路５１を有し、かかる整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅに基づいて電池ブロック１０の断線を検出する。そのため、電池ブロック１０が充電状態である場合も放電状態である場合も、電池ブロック１０の断線を同様の構成にて検出することができる。

なお、図１２に示す高電圧検出部３５は、第２電圧制限回路５４の入力側が第１電圧制限回路５３の出力側に接続されるが、高電圧検出部３５は図１２に示す構成に限定されない。図１６は、高電圧検出部３５の他の構成例を示す図である。図１６に示す高電圧検出部３５は、第２電圧制限回路５４の入力側が整流ブリッジ回路５１の出力側に接続される。

図１６に示す高電圧検出部３５は、第１電圧制限回路５３の入力側と第２電圧制限回路５４の入力側とがそれぞれ整流ブリッジ回路５１の出力側に接続される。そのため、コンデンサＣ１０によって出力電圧Ｖｃｐ１の立ち上がりが遅延する場合であっても、かかる遅延による出力電圧Ｖｃｐ２の立ち上がりの遅延を抑制することができる。そのため、電池ブロック１０の断線を迅速に検出することができる。

以上のように、実施形態に係るブロック監視部２２（電圧監視装置の一例）は、複数の電池ブロック１０を有する組電池１の電池ブロック１０毎に設けられる。かかるブロック監視部２２は、整流ブリッジ回路５１と、断線検出部５２とを備える。整流ブリッジ回路５１は、電池ブロック１０の両端に接続され、電池ブロック１０の電圧を整流する。断線検出部５２は、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅに基づいて、電池ブロック１０の断線を検出する。整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｒｅを監視することで、電池ブロック１０が充放電状態に関わらず電池ブロック１０の断線を検出できることから、例えば、フライングキャパシタおよびマイクロコンピュータを用いる場合に比べ、例えば、低コスト化や小型化などを図ることができる。

また、断線検出部５２は、第１電圧制限回路５３と、判定部５５とを備える。第１電圧制限回路５３は、整流ブリッジ回路５１の出力に接続され、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｃｐ１が第１電圧Ｖ１より高い場合に出力する電圧を第１電圧Ｖ１に制限する。判定部５５は、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１に基づき、電池ブロック１０の断線を判定する。これにより、判定部５５に高電圧が加わることを避けることができ、高電圧が加わる場合に比べ、判定部５５を構成する各素子の定格電圧を抑えることができ、低コスト化や小型化を図ることができる。

また、断線検出部５２は、第２電圧制限回路５４を備える。第２電圧制限回路５４は、第１電圧制限回路５３の出力に接続され、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１が第１電圧Ｖ１よりも低い第２電圧Ｖ２より高い場合に出力する電圧を第２電圧Ｖ２に制限する。判定部５５は、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１と第２電圧制限回路５４の出力電圧Ｖｃｐ２との差に基づき、電池ブロック１０の断線を判定する。これにより、第２電圧制限回路５４および判定部５５に高電圧が加わることを避けることができ、高電圧が加わる場合に比べ、第２電圧制限回路５４および判定部５５を構成する各素子の定格電圧を抑えることができ、低コスト化や小型化を図ることができる。

また、断線検出部５２は、第２電圧制限回路５４を備える。第２電圧制限回路５４は、整流ブリッジ回路５１の出力に接続され、整流ブリッジ回路５１の出力電圧Ｖｃｐ２が第１電圧Ｖ１より低い第２電圧Ｖ２よりも高い場合に出力する電圧を第２電圧Ｖ２に制限する。判定部５５は、第１電圧制限回路５３の出力電圧Ｖｃｐ１と第２電圧制限回路５４の出力電圧Ｖｃｐ２との差に基づき、電池ブロック１０の断線を判定する。これにより、例えば、コンデンサＣ１０によって出力電圧Ｖｃｐ１の立ち上がりが遅延する場合であっても、かかる遅延による出力電圧Ｖｃｐ２の立ち上がりの遅延を抑制することができる。そのため、電池ブロック１０の断線を迅速に検出することができる。

また、ブロック監視部２２は、セルモニタＩＣ３２（セル電圧検出部の一例）を備える。セルモニタＩＣ３２は、電池ブロック１０の両端のそれぞれにヒューズ３０を介して接続され、電池ブロック１０を構成する複数の電池セル１１の電圧を検出する。整流ブリッジ回路５１は、ヒューズ３０を介さずに電池ブロック１０の両端に接続される。電池ブロック１０の断線によって、ヒューズ３０が溶断し、セルモニタＩＣ３２および過電圧検出部３４によって電池ブロック１０の電圧が検出できず、電池状態監視部２３への電圧の情報を通知できない場合であっても、電池ブロック１０の断線を検出することができる。

また、実施形態に係る組電池監視システム２は、ブロック監視部２２を複数備えると共に、複数のブロック監視部２２との間で通信を行う電池状態監視部２３とを備える。電池状態監視部２３は、ブロック監視部２２が電池ブロック１０の断線を検出した場合に、組電池１の充放電を停止する。これにより、電池ブロック１０毎にブロック監視部２２を設けつつ、ブロック監視部２２が電池ブロック１０の断線を検出した場合に、組電池１の充放電を停止することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 組電池
２ 組電池監視システム
１０ 電池ブロック
１１ 電池セル
２１ サテライト基板
２２ ブロック監視部
２３ 電池状態監視部
３０ ヒューズ
３１ 電源電圧生成部
３２ セルモニタＩＣ
３４ 過電圧検出部
３５ 高電圧検出部
５１ 整流ブリッジ回路
５２ 断線判定部
５３ 第１電圧制限回路
５４ 第２電圧制限回路
５５ 判定部
５６ 出力部

Claims (6)

1. 複数の電池ブロックを有する組電池の前記電池ブロック毎に設けられる電圧監視装置であって、
   前記電池ブロックの両端に接続され、前記電池ブロックの電圧を整流する整流ブリッジ回路と、
   前記整流ブリッジ回路の出力電圧に基づいて、前記電池ブロックの断線を検出する断線検出部と、を備える
   ことを特徴とする電圧監視装置。
2. 前記断線検出部は、
   前記整流ブリッジ回路の出力に接続され、前記整流ブリッジ回路の出力電圧が第１電圧より高い場合に出力する電圧を前記第１電圧に制限する第１電圧制限回路と、
   前記第１電圧制限回路の出力電圧に基づき、前記電池ブロックの断線を判定する判定部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧監視装置。
3. 前記断線検出部は、
   前記第１電圧制限回路の出力に接続され、前記第１電圧制限回路の出力電圧が前記第１電圧よりも低い第２電圧より高い場合に出力する電圧を前記第２電圧に制限する第２電圧制限回路を備え、
   前記判定部は、
   前記第１電圧制限回路の出力電圧と前記第２電圧制限回路の出力電圧との差に基づき、前記電池ブロックの断線を判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電圧監視装置。
4. 前記断線検出部は、
   前記整流ブリッジ回路の出力に接続され、前記整流ブリッジ回路の出力電圧が前記第１電圧より低い第２電圧よりも高い場合に出力する電圧を前記第２電圧に制限する第２電圧制限回路を備え、
   前記判定部は、
   前記第１電圧制限回路の出力電圧と前記第２電圧制限回路の出力電圧との差に基づき、前記電池ブロックの断線を判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電圧監視装置。
5. 前記電池ブロックの両端のそれぞれにヒューズを介して接続され、前記電池ブロックを構成する複数の電池セルの電圧を検出するセル電圧検出部を備え、
   前記整流ブリッジ回路は、前記ヒューズを介さずに前記電池ブロックの両端に接続される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電圧監視装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の電圧監視装置を複数備えると共に、
   前記複数の電圧監視装置との間で通信を行う電池状態監視部と、を備え、
   前記電池状態監視部は、
   前記電圧監視装置が前記電池ブロックの断線を検出した場合に、前記組電池の充放電を停止する
   ことを特徴とする組電池監視システム。

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