JP2020060436A - 組電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単電池が放電終止状態においても確実に電圧検出線の断線検出を可能とする組電池監視装置を提供する。【解決手段】組電池２内の単電池２１〜２３の各電極に一方を接続された電圧検出線３１〜３４と、その他方に接続されて単電池２１〜２３毎の電圧を測定する電圧測定回路１２と、その制御で個別にオン・オフする複数のスイッチ素子６１〜６３と、電圧測定回路１２の検出値を閾値と比較した比較出力に基づいて断線異常を判定する論理演算部１１と、を備える。直列接続された隣り合うスイッチ素子６２，６３でそれぞれの端子間電圧Ｖ１，Ｖ２を電圧測定回路１２で測定する。一方のスイッチ素子６２をオン・オフ後の前記所定時間内にその端子間電圧Ｖ１が閾値以下、又は他方のスイッチ素子６３をオン・オフ後の所定時間内にその端子間電圧Ｖ２が閾値以下ならば、論理演算部１１により断線と判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、組電池監視装置に関し、より詳細には、組電池と充放電監視制御用ＩＣとの間に設けられた電圧検出線が断線する故障を検出可能な組電池監視装置に関する。

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等では、所望の高電圧を確保するため、二次電池による複数の単電池を直列又は並列に接続して構成される組電池（電池システム）が用いられている。このような組電池では、各単電池の容量計算や保護管理のため、各単電池の状態を監視するとともに充放電を制御するＩＣを用いて各単電池の電圧を適正に調整している。

上記の単電池の管理方法では、電圧検出線が断線すると、単電池の電圧を正確に測定できないため、単電池を正しく管理できない。そこで、これを解決する手段として、特開２０１２−１７２９９２号公報（特許文献１）の検知方法が知られている。この方法では、単電池の正極と負極にそれぞれ接続された電圧検出線の間に抵抗を介して単電池を所定時間だけ放電させる放電回路が動作していないときの電圧検出線間の電圧を所定の電圧範囲と比較することにより、接続不良であるか否かを判断している。

特開２０１２−１７２９９２号公報

特許文献１に記載の技術では、単電池の電圧が高い充電満了時や、単電池の電圧が低い放電終止時において、断線を検出する信頼性に欠けるという問題があった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池電圧の高低に関わらず、確実に断線検出を可能とする組電池監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明に係る組電池監視装置は、複数の単電池により構成された組電池内の各単電池の正極と負極にそれぞれ接続された複数の電圧検出線と、前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を測定する電圧測定回路と、前記複数の単電池にそれぞれ対応して設けられ、各単電池の正極と負極の間を前記電圧検出線を介して導通または遮断する複数のスイッチ素子と、前記電圧測定回路により測定された前記電圧検出線間の電圧に基づいて前記電圧検出線の断線異常の有無を判定する論理演算部と、を備え、前記電圧測定回路は、前記複数のスイッチ素子のうち互いに隣り合う２つのスイッチ素子の一方をオンさせた後にオフさせたときの該一方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第１の電圧として測定するとともに、前記２つのスイッチ素子の他方をオンさせた後にオフさせたときの該他方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第２の電圧として測定し、前記論理演算部は、前記第１の電圧が第１の判定閾値以下であり、かつ、前記第２の電圧が前記第１の判定閾値以下である場合に、前記断線異常と判定する。

本発明によれば、電池電圧の高低に関わらず、確実に断線検出を可能とする。

本発明の実施例１に係る組電池監視装置の構成を示す図である。 電圧検出線が断線した場合の動作説明図である。 放電終止状態で非断線時の電圧の変化を示す図である。 通常状態もしくは充電満了状態で非断線時の電圧の変化を示す図である。 放電終止状態で断線時の電圧の変化を示す図である。 通常状態もしくは充電満了状態で断線時の電圧の変化を示す図である。 電圧検出線の断線診断方法の手順を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、各図にわたって、同一効果を示す箇所には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る組電池監視装置（本装置）１の構成を示す図である。図１に示す本装置１は、組電池２に接続ハーネス３を介して接続されている。

組電池２は、複数の単電池２１〜２３を有している。単電池２１〜２３は、不図示の負荷に対して電力を供給することで放電される。また、単電池２１〜２３は不図示の充電装置等から供給される電力を用いて充電することができる。接続ハーネス３は電圧検出線３１〜３４を有している。

本装置１は、測定用フィルタ回路４、調整回路５、ＩＣ１０、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」又は「論理演算部」ともいう）１１を有する。ＩＣ１０は、放電スイッチ群６、電圧測定回路１２、差動増幅器１３、ＡＤ変換器１４、通信回路１５を有する。ＩＣ１０は、組電池２の状態について、単電池２１〜２３のレベルで監視するとともに、それらの充放電を制御する機能を有する。これらは、一例に過ぎず、１パックのＩＣである必要もなく、一体のＩＣに組み込まれる回路構成等の範囲も限定するものでない。

電圧検出線３１〜３４は、一方が単電池２１〜２３それぞれの正極と負極に接続され、他方は測定用フィルタ回路４を介して電圧測定回路１２と接続される。この測定用フィルタ回路４は、抵抗４１〜４３及びコンデンサ４５〜４７その他によりローパスフィルタが構成さている。このローバスフィルタによって、本装置１が発生する高周波ノイズ成分が電池２及びその負荷装置に与える害を抑止するとともに、大電流を充放電する単電池２１〜２３の母線等と、微弱電流を取り扱う本装置１との間に介在して本装置１を大電流から防護する機能を有する。

電圧測定回路１２は、電圧検出線３１〜３４のうち互いに隣接する各電圧検出線間の電圧を測定することで、各単電池２１〜２３の電圧を測定する。電圧測定回路１２において測定された各各電圧検出線間の電圧は、差動増幅器１３により適切な電圧レベルに増幅されたアナログ値からＡＤ変換器１４でデジタル変換され、通信回路１５を介してマイコン（論理演算部）１１に送信される。

論理演算部１１は、電圧測定回路１２により測定された各電圧検出線間の電圧に基づいて、電圧検出線３１〜３４における断線異常の有無を判断することにより、電圧検出線３１〜３４の断線検知を行う。なお、論理演算部１１が検知する電圧検出線３１〜３４の断線異常とは、電圧検出線３１〜３４が実際に断線している場合だけでなく、電圧検出線３１〜３４の抵抗値が通常時と比べて著しく大きくなっているような状態も含む。論理演算部１１による断線検知方法の詳細については後述する。

放電スイッチ群６は、開閉端子が直列に接続されたスイッチ素子６１〜６３の列により構成される。これらのスイッチ素子６１〜６３は、例えば電圧測定回路１２により制御される。調整回路５は、放電スイッチ群６の各スイッチ素子６１〜６３に対してそれぞれ直列接続される調整用抵抗（以下、単に「抵抗」ともいう）５１〜５４と、各スイッチ素子６１〜６３に対してそれぞれ並列接続される調整用フィルタコンデンサ（以下、単に「コンデンサ」ともいう）５５〜５７で構成されている。これらの抵抗５１〜５４及びコンデンサ５５〜５７は、スイッチ素子６１〜６３とともに単電池２１〜２３の放電回路を形成するものであり、後述する測定時間との関係で、ＲＣ時定数を規定する。また、抵抗５１〜５４は各スイッチ素子６１〜６３のオン抵抗を増加させて、単電池２１〜２３を放電する際の電流調整を行う機能もある。

スイッチ素子６１〜６３は、単電池２１〜２３にそれぞれ対応して設けられており、各単電池２１〜２３の正極と負極の間に接続される。例えば、電圧測定回路１２によって所定の時間だけスイッチ素子６２がオンすると、単電池２２の正極と負極が、調整回路５を介して短絡し、単電池２２が放電される。他のスイッチ素子６１、６３も同様にしてスイッチ制御され、これによって単電池２１、２３がそれぞれ放電される。このとき、単電池２１〜２３の充電状態のばらつきに応じて各スイッチ素子６１〜６３をオンする時間を調整することで、単電池２１〜２３の充電状態のばらつきが解消されるように、組電池２のバランシングが行われる。なお、組電池２のバランシングを行う際、電圧測定回路１２は、互いに隣り合う２つのスイッチ素子６１と６２どうし、およびスイッチ素子６２と６３どうしを同時にオンさせること無く、オンの後に所定のタイミングでオフさせるインターバルを交互に繰り返すように制御する（図３〜図７参照）。

上述のように、開閉端子が直列に接続されて隣接するスイッチ素子、例えばスイッチ素子６１と６２が同時にオンすることは無い。なお、図１では組電池２が３つの単電池２１〜２３の直列接続のみで構成されている例を示しているが、実用化された組電池の構成は、さらに多くの単電池を直列接続したものや、複数の単電池を直列接続したものをさらに並列接続にする等、多様な構成が考えられる。したがって、直列接続による組電池の構成のみに発明を限定するものではない。

複数のスイッチ素子６１〜６３は、単電池２１〜２３毎に対応して設けられており、各単電池２１〜２３の正極と負極の間を、電圧検出線３１〜３４を介して導通（オン）または遮断（オフ）する。スイッチ素子６１〜６３は、電圧測定回路１２の制御により所定のタイミングで個別にオンすることにより、単電池２１〜２３の放電回路をそれぞれ形成する。この放電回路は、直列接続された複数の単電池２１〜２３毎にスイッチ素子６１〜６３及び抵抗５１〜５４を接続して形成される。

つぎに、電圧検出線が断線した場合の検出方法について述べる。図２は電圧検出線３１〜３４のうち、単電池２２の負極及び単電池２３の正極に接続されている電圧検出線３３が断線した時の動作説明図である。図３は放電終止状態で断線が発生していない場合の電圧Ｖ１，Ｖ２の変化を示した図である。なお、放電終止状態とは、単電池２１〜２３の蓄電性能を維持するために、規定の放電終止電圧を下回ることのない限度で単電池２１〜２３の放電を終止した状態をいう。蓄電池の種類にもよるが、一般的に放電終止電圧以下まで蓄電池の放電を継続した場合、蓄電池を著しく劣化させることがあるので、放電終止電圧以下とならないように各種の予防対策を施されていることが多い。

ここで、本装置１の概略を説明する。本装置１は、主に放電終止状態でも断線検出が可能な組電池監視装置である。具体的には、本装置１は、組電池２内の単電池２１〜２３の各電極に接続された電圧検出線３１〜３４と、電圧検出線３１〜３４のうち単電池２１〜２３の両極にそれぞれ接続されている各電圧検出線間の電圧を測定する電圧測定回路１２と、その制御で個別にオン・オフする複数のスイッチ素子６１〜６３と、電圧測定回路１２の検出値を閾値と比較した結果で断線異常を判定する論理演算部１１と、を備えて構成されている。なお、電圧測定回路１２は、各スイッチ素子６１〜６３のオン・オフをインターバル制御する機能も有する。

電圧測定回路１２は、例えば、直列接続されて互いに隣り合う２つのスイッチ素子６２，６３を順次オン・オフさせ、このときのスイッチ素子６２，６３の両端電圧を測定することで、スイッチ素子６２，６３にそれぞれ対応する単電池２２，２３の両極に接続されている各電圧検出線間の電圧Ｖ１，Ｖ２を検出する。すなわち、一方のスイッチ素子６２がオン・オフしてから所定時間後に、単電池２２の両極に接続されている電圧検出線３２，３３間の電圧Ｖ１と、単電池２３の両極に接続されている電圧検出線３３，３４間の電圧Ｖ２とを測定する。これにより、例えば図３に示す測定値Ｖ１ａ，Ｖ２ａが取得される。

同様に、他方のスイッチ素子６３がオン・オフしてから所定時間後にも、電圧Ｖ１，Ｖ２を測定する。これにより、例えば図３に示す測定値Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂが取得される。なお、本装置１は、上述の放電終止時のみならず、充電満了時や、それらの中間的な通常時にも断線検出できるものである。

図４は通常状態もしくは充電満了状態で非断線時の電圧Ｖ１，Ｖ２の変化を示した図である。なお、充電満了状態とは、単電池２１〜２３の蓄電性能を維持するために、所定の充電満了電圧を超えて過充電しないように単電池２１〜２３の充電を終止した状態をいう。蓄電池の種類にもよるが、一般的に充電満了電圧を超えた過充電は、過熱による火災事故の原因となるほか、蓄電池を著しく劣化させることがあるので、過充電とならないように各種の充電管理、及び保安対策を施されていることが多い。

図５は放電終止状態で断線時の電圧Ｖ１，Ｖ２の変化を示した図である。図６は通常状態もしくは充電満了状態で断線時の電圧Ｖ１，Ｖ２の変化を示した図である。なお、図３〜図６の上方に付した符号Ｓ１〜Ｓ７は、図７を用いて後述する断線検出処理のための各ステップＳ１〜Ｓ７に対応している。

まず、放電終止状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、スイッチ素子６２，６３をオフからオンに切り替える前の電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、図３の直線７１，７２で示すように、それぞれ単電池２２，２３の電圧と同じ電圧になる。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が非断線時も同様であり、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、図４の直線７３，７４で示すように、それぞれ単電池２２，２３の電圧とそれぞれ同じ電圧になる。

しかし、放電終止状態で電圧検出線３３（図２）が断線時の場合、電圧検出線３３の電位がフローティング状態となることで、スイッチ素子６２，６３をオフからオンに切り替える前の電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、それぞれ不定となる。その結果、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、例えば図５の直線７５，７６で示すような値となる。これらの値は、部品の特性ばらつきやＩＣの消費電流ばらつきの影響を受けるため、不安定であり規定値に定まらない。

また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が断線時の場合も同様に、電圧検出線３３の電位がフローティング状態となることで、スイッチ素子６２，６３をオフからオンに切り替える前の電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、それぞれ不定となる。その結果、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２は、例えば図６の直線７７，７８で示すような値となる。

ここで、以下の式１に示すように、電圧検出線３３が断線しているか否かに関わらず、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の合計は、単電池２２の電圧と単電池２３の電圧との合計から、スイッチ素子６２または６３がオンであるときに形成される放電回路に流れる電流と当該放電回路の抵抗成分とによって生じる電圧降下の分を差し引いた値に等しくなる。ただし、スイッチ素子６２，６３がオフである場合や、電圧検出線３３が断線している場合は、単電池２２，２３の放電回路が形成されないため、式１の電圧降下分はゼロとなる。すなわち、これらの場合における電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の合計は、単電池２２の電圧と単電池２３の電圧との合計に等しくなる。
Ｖ１＋Ｖ２＝単電池２２電圧＋単電池２３電圧−電圧降下 ・・・（式１）

つぎに、スイッチ素子６２をオンすると、調整用フィルタコンデンサ５６は、スイッチ素子６２を介して放電される。放電終止状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ１は、図３の曲線７９で示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図３の曲線８０で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ１は、図４の曲線８１に示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図４の曲線８２に示すように変化する。これらの場合は、電圧検出線３３が単電池２２の負極と接続されているため、スイッチ素子６２、コンデンサ５６および抵抗５２，５３によって形成される放電回路を介して単電池２２が放電される。

一方、放電終止状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ１は、図５の曲線８３で示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図５の曲線８４で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ１は、図６の曲線８５で示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図６の曲線８６で示すように変化する。これらの場合は、電圧検出線３３が単電池２２の負極と接続されていないため、放電回路が形成されずに単電池２２が放電されない。

つぎに、調整用フィルタコンデンサ５６が放電された後に、スイッチ素子６２をオフすると、電圧検出線３３が単電池２２の負極と接続されている場合には、単電池２２からコンデンサ５６への充電経路があるため、コンデンサ５６の両端電圧は単電池２２の電圧に戻る。その結果、放電終止状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ１は、図３の曲線８７で示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図３の曲線８８で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ１は、図４の曲線８９に示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図４の曲線９０で示すように変化する。

しかし、電圧検出線３３が断線によって単電池２２の負極と接続されていない場合には、調整用フィルタコンデンサ５６の放電後、スイッチ素子６２をオフすると、単電池２２からコンデンサ５６への充電経路がないため、コンデンサ５６の両端電圧は単電池２２の電圧に戻らない。その結果、放電終止状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ１は、図５の曲線９１で示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図５の曲線９２で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ１は、図６の曲線９３で示すように変化し、電圧Ｖ２は、式１に従い図６の曲線９４で示すように変化する。

上述のように、スイッチ素子６２のオン・オフに対応する電圧Ｖ１，Ｖ２の変化は、非断線時と断線時とで違いが生じる。しかし、放電終止状態と通常状態もしくは充電満了状態とを比較した場合、これらの電圧間には非断線時と断線時とで明確に規則付けできるほどの違いは見出し難い。よって、この情報のみで断線の確定が出来ない。

つぎに、スイッチ素子６３をオンすると、調整用フィルタコンデンサ５７は、スイッチ素子６３を介して放電される。放電終止状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ２は、図３の曲線９６で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図３の曲線９５で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ２は、図４の曲線９８で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図４の曲線９７に示すように変化する。これらの場合は、電圧検出線３３が単電池２３の正極と接続されているため、スイッチ素子６３、コンデンサ５７および抵抗５３，５４によって形成される放電回路を介して単電池２３が放電される。

一方、放電終止状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ２は、図５の曲線１００で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図５の曲線９９で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ２は、図６の曲線１０２で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図６の曲線１０１で示すように変化する。これらの場合は、電圧検出線３３が単電池２３の正極と接続されていないため、放電回路が形成されずに単電池２３が放電されない。

つぎに、調整用フィルタコンデンサ５７が放電された後に、スイッチ素子６３をオフすると、電圧検出線３３が単電池２３の正極と接続されている場合には、単電池２３からコンデンサ５７への充電経路があるため、コンデンサ５７の両端電圧は単電池２３の電圧に戻る。その結果、放電終止状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ２は、図３の曲線１０４で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図３の曲線１０３で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が非断線時の場合、電圧Ｖ２は、図４の曲線１０６で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図４の曲線１０５で示すように変化する。

しかし、電圧検出線３３が断線によって単電池２３の正極と接続されていない場合には、調整用フィルタコンデンサ５７を放電後、スイッチ素子６３をオフすると、単電池２３からコンデンサ５７への充電経路がないため、コンデンサ５７の両端電圧は単電池２３の電圧に戻らない。その結果、放電終止状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ２は、図５の曲線１０８で示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図５の曲線１０７で示すように変化する。また、通常状態もしくは充電満了状態で電圧検出線３３が断線時の場合、電圧Ｖ２は、図６の曲線１１０に示すように変化し、電圧Ｖ１は、式１に従い図６の曲線１０９に示すように変化する。

前述したように、スイッチ素子６２だけのオン・オフでは、放電終止状態と通常状態もしくは充電満了状態とを比較した場合、電圧Ｖ１，Ｖ２において非断線時と断線時とで明確に規則付けできるほどの違いが見出し難く、断線を確定するには至らなかった。それに対し、上記で説明したように、スイッチ素子６２をオンからオフに切り替えた後の電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２と、スイッチ素子６３をオンからオフに切り替えた後の電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２との情報から、放電終止状態、通常状態および充電満了状態の各状態において、非断線時と断線時とで明確に規則付けできるほどの違いが見出せる。本装置では、この違いを利用して断線を検出する。

本実施形態に係る断線診断方法の詳細な手順については、図７を用いて後述するが、それより先に診断の要点のみを簡単に説明する。本実施形態における断線の診断は、電圧測定回路１２の出力に基づき、以下に示す第１〜第６の条件を用いて行われる。電圧測定回路１２の出力に対する判断は、図１及び図２に示したマイコン１１で所定のプログラムを実行することによって行う。なお、図７および以下の説明では、電圧検出線３３の断線診断を行う場合を例として、本実施形態に係る断線診断方法を説明する。

［断線の推定］
第１の条件（図７のＳ８）は、スイッチ素子６２をオンからオフした後の所定時間後に電圧Ｖ１を測定し、その測定値Ｖ１ａが第1の判定閾値以下であるという条件である。この条件を満たす場合（Ｓ８でＹｅｓ）に、本装置１は電圧検出線３３について断線の可能性が有ると推定する。ただし、これだけでは１００％の精度ではないので、以下の第２〜第６の条件に該当するか否かについて再確認する。

第２の条件（Ｓ１０下段）は、スイッチ素子６２をオンからオフした後の所定時間後に電圧Ｖ１を測定したときの測定値Ｖ１ａが第２の判定閾値以下であるという条件である。第３の条件（Ｓ１０上段）は、スイッチ素子６３をオンからオフした後の所定時間後に電圧Ｖ１を測定し、その測定値Ｖ１ｂが第３の判定閾値以上であるという条件である。これらの条件を満たす場合（Ｓ１０でＹｅｓ）に、本装置１は電圧検出線３３について断線の可能性が有ると推定する。この第２、第３の条件は、上述した第１の条件により断線の可能性が低いと推定されても、断線の疑いが残るので再確認するための条件である。ただし、これでも１００％の精度ではない。

第４の条件（Ｓ９）は、スイッチ素子６３をオンからオフした後の所定時間後に電圧Ｖ２を測定し、その測定値Ｖ２ｂが第１の判定閾値以下であるという条件である。この条件を満たす場合（Ｓ９でＹｅｓ）に、本装置１は、ステップＳ１２へ進んで電圧検出線３３が断線していると判定する。なお、この第４の条件に非該当（Ｓ９でＮｏ）であり、電圧検出線３３の断線の可能性が低いと推定されても、断線の疑いが残るので、つぎの第５及び第６の条件に該当するか否かについて再確認する。

第５の条件（Ｓ１１下段）は、スイッチ素子６３をオンからオフした後の所定時間後に電圧Ｖ２を測定したときの測定値Ｖ２ｂが第２の判定閾値以下であるという条件である。第６の条件（Ｓ１１上段）は、スイッチ素子６２をオンからオフした後の所定時間後に電圧Ｖ２を測定し、その測定値Ｖ２ａが第３の判定閾値以上であるという条件である。これらの条件を満たす場合（Ｓ１１でＹｅｓ）に、本装置１は、電圧検出線３３が断線していると判定する。

論理演算部１１は、電圧測定回路１２の検出値と各判定閾値とを比較し、その比較結果に基づいて上述した第１の条件〜第６の条件を満たすか否かを判定することで、電圧検出線３３の断線異常の有無を判定する。

具体的には、論理演算部１１は、以下［１］〜［４］に示す４パターンの何れかに該当する場合には、電圧検出線３３において断線異常ありと判定する。
［１］第１の条件を満たし（Ｓ８のＹｅｓ）、かつ、第４の条件を満たす場合（Ｓ９のＹｅｓ）。
［２］第１の条件を満たし（Ｓ８のＹｅｓ）、かつ、第５の条件（Ｓ１１下段）、および第６の条件（Ｓ１１上段）を満たす場合（Ｓ１１のＹｅｓ）。
［３］第２の条件（Ｓ１０下段）および第３の条件（Ｓ１０上段）を満たし（Ｓ１０のＹｅｓ）、かつ、第４の条件を満たす場合（Ｓ９でＹｅｓ）。
［４］第２の条件（Ｓ１０下段）および第３の条件（Ｓ１０上段）を満たし（Ｓ１０のＹｅｓ）、かつ、第５の条件（Ｓ１１下段）および第６の条件（Ｓ１１上段）を満たす場合（Ｓ１１のＹｅｓ）。

［設定値］
つぎに、本装置１及び本方法で採用する詳細な設定値について、以下に一例を示す。電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２を測定するタイミングは、非断線時において、調整用フィルタコンデンサ５５〜５７の放電が終わる時間を設定する。例えば、電圧Ｖ１を測定する場合、コンデンサ５６の容量値[Ｆ]×（抵抗５２の抵抗値[Ω]＋抵抗５３の抵抗値[Ω]）×５[sec]以上とする。なお、この式の「×５」は、電圧Ｖ１に対応する単電池２２の放電回路の時定数を考慮して、コンデンサ５６の放電が終了するまでの十分な時間を定めるために時定数に乗じる係数の一例である。

第１の判定閾値は、単電池２２，２３が放電終止状態のときに電圧検出線３３の断線が検出できる値とする。例えば、放電終止の判定閾値を１．５Ｖと規定した時、第１の判定閾値を１Ｖとする。一方、第２の判定閾値および第３の判定閾値は、単電池２２，２３が通常状態もしくは充電満了状態のときに電圧検出線３３の断線が検出できる値とする。例えば、充電満了の判定閾値を４．５Ｖと規定した時、第２の判定閾値を２Ｖとし、第３の判定閾値を３Ｖとする。ただし、第２の判定閾値は第１の判定閾値よりも大きく設定され、第３の判定閾値は第１の判定閾値および第２の判定閾値よりも大きく設定されるものとする。上述した図１〜図６に加えた図７を用いて、以下に電圧検出線の断線検出の手順を説明する。
［診断の全容］

図７は、電圧検出線３３の断線診断方法（本方法）の手順を説明するためのフローチャートである。図７に示すように、本方法の手順には、スイッチ開閉ステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６と、電圧測定ステップＳ４，Ｓ７と、電圧比較ステップＳ８〜Ｓ１１と、断線判定ステップＳ１２，Ｓ１３とを有する。断線判定ステップＳ１２，Ｓ１３の後にＲｅｔｕｒｎでスイッチ開閉ステップＳ１に戻る。なお、図７に示す断線検出処理のための各ステップＳ１〜Ｓ７は、図３〜図６の上方に付した符号Ｓ１〜Ｓ７で示した手順に対応するとともに、より適切な呼称を用いて説明している。

スイッチ開閉ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６では、放電スイッチ群６（図１、図２）のスイッチ素子６２，６３を適切なタイミングで開閉操作する。なお、放電スイッチ群６には、スイッチ素子６２，６３のほかにスイッチ素子６１もあるが、ここでは電圧検出線３３の断線診断を行うために開閉操作が必要なスイッチ素子６２，６３だけについて説明する。また、電圧測定ステップＳ４，Ｓ７では、電圧測定回路１２（図１、図２）により電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ（図３〜図６）を測定する。

また、電圧比較ステップＳ８〜Ｓ１１では、これら測定された電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂを第１〜第３の判定閾値（図３〜図６）とそれぞれ比較した結果を得る。断線判定ステップＳ１２，Ｓ１３では、電圧比較ステップＳ８〜Ｓ１１の比較結果により、電圧検出線３３について断線か非断線かの判定を行う。以下、各ステップＳ１〜Ｓ１３それぞれについて、詳細な説明をする。

スイッチ開閉ステップＳ１は、断線診断を適宜繰り返す本方法の手順において、診断開始前の初期状態にリセットする意味で放電スイッチ群６（図１、図２）のスイッチ素子６１〜６３を全てオフする。なお、診断は定期的に行われるとしても、例えば、数日に１回の頻度であれば、スイッチ素子６１〜６３の全ては通常オフであり、例えば、１０分間程度の比較的短時間に完了する診断（Ｓ１〜Ｓ１２）のときだけ、適切なタイミングで開閉制御（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６）される。

なお、各ステップＳ１〜Ｓ１３における論理判断は、図１及び図２に示したマイコン１１で所定のプログラムを実行することによって行うが、必ずしもコンピュータを用いる必要はなく、同等機能を有する論理回路を用いても構わない。

まず、第１の条件（図７のＳ８）として、電圧測定ステップＳ４で測定した電圧Ｖ１ａが第1の判定閾値以下であるか否かを判定する。この第１の条件を満たす場合（Ｓ８でＹｅｓ）はステップＳ９に進み、そうでない場合（Ｓ８でＮｏ）はステップＳ１０に進む。すなわち、第１の条件を満たさない場合でも、それだけでは電圧検出線３３に断線異常なしとは限らず、断線の可能性は残っているので、ステップＳ１０で第２、第３の条件を用いて再確認する。

ステップＳ１０では、第２の条件（Ｓ１０下段）および第３の条件（Ｓ１０上段）として、電圧測定ステップＳ４で測定した電圧Ｖ１ａが第２の判定閾値以下であり、かつ、電圧測定ステップＳ７で測定した電圧Ｖ１ｂが第３の判定閾値以上であるか否かを判定する。これら第２および第３の条件をいずれも満たす場合（Ｓ１０でＹｅｓ）は、電圧検出線３３に断線の可能性が有ると推定してステップＳ９に進む。一方、少なくともいずれかの条件を満たさない場合（Ｓ１０でＮｏ）は、断線異常の可能性なしと判断してステップＳ１３に進み、電圧検出線３３が正常であるとの判定結果を下す（Ｓ１３）。

ステップＳ９では、第４の条件として、電圧測定ステップＳ７で測定した電圧Ｖ２ｂが第1の判定閾値以下であるか否かを判定する。この第４の条件を満たす場合（Ｓ９でＹｅｓ）は、断線異常ありと判断してステップＳ１２へ進み、電圧検出線３３が断線しているとの判定結果を下す（Ｓ１２）。このとき、不図示の表示装置等を用いて警報等を発令しても良い。一方、第４の条件を満たさない場合（Ｓ９でＮｏ）はステップＳ１１へ進む。すなわち、第４の条件を満たさない場合でも、それだけでは電圧検出線３３に断線異常なしとは限らず、断線の可能性は残っているので、ステップＳ１１で第５、第６の条件を用いて再確認する。

ステップＳ１１では、第５の条件（Ｓ１１下段）および第６の条件（図７のＳ１１上段）として、電圧測定ステップＳ７で測定した電圧Ｖ２ｂが第２の判定閾値以下であり、かつ、電圧測定ステップＳ４で測定した電圧Ｖ２ａが第３の判定閾値以上であるか否かを判定する。これら第５および第６の条件をいずれも満たす場合（Ｓ１１でＹｅｓ）は、断線異常ありと判断してステップＳ１２へ進み、電圧検出線３３が断線しているとの判定結果を下す（Ｓ１２）。このときも前述と同様に、不図示の表示装置等を用いて警報等を発令しても良い。一方、少なくともいずれかの条件を満たさない場合（Ｓ１１でＮｏ）は、断線異常の可能性なしと判断してステップＳ１３に進み、電圧検出線３３が正常であるとの判定結果を下す（Ｓ１３）。

なお、図７では例として電圧検出線３３に対する断線検出処理のみを説明したが、本装置１は、スイッチ素子６１，６２を開閉操作の対象とし、電圧検出線３１，３２間の電圧、および電圧検出線３２，３３間の電圧を測定対象として、図７と同様の断線検出処理を行うことにより、電圧検出線３２の断線異常の有無を判定することもできる。すなわち、組電池２を構成する単電池２１〜２３について、これらの間にそれぞれ接続されている電圧検出線３２，３３を対象に、断線検出処理の実施が可能である。

以上説明したように、単電池が通常状態、充電満了状態、放電終止状態の全条件において、電池電圧の高低に関わらず、確実に断線検出を可能とする組電池監視装置、電圧検出線の断線診断方法を提供できる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）組電池監視装置１は、単電池２１〜２３により構成された組電池２内の各単電池２１〜２３の正極と負極にそれぞれ接続された電圧検出線３１〜３４と、単電池２２，２３の両極にそれぞれ接続されている電圧検出線３２，３３間の電圧Ｖ１および電圧検出線３３，３４間の電圧Ｖ２を測定する電圧測定回路１２と、単電池２１〜２３にそれぞれ対応して設けられ、各単電池２１〜２３の正極と負極の間を電圧検出線３１〜３４を介して導通または遮断するスイッチ素子６１〜６３と、電圧測定回路１２により測定された電圧検出線間の電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいて電圧検出線３３の断線異常の有無を判定する論理演算部としてのマイコン１１とを備える。電圧測定回路１２は、スイッチ素子６１〜６３のうち互いに隣り合う２つのスイッチ素子６２，６３の一方であるスイッチ素子６２をオンさせた後にオフさせたとき（Ｓ２，Ｓ３）の該一方のスイッチ素子６２に対応する単電池２２の両極に接続されている電圧検出線３２，３３間の電圧Ｖ１を第１の電圧Ｖ１ａとして測定する（Ｓ４）とともに、２つのスイッチ素子６２，６３の他方であるスイッチ素子６３をオンさせた後にオフさせたとき（Ｓ５，Ｓ６）の該他方のスイッチ素子６３に対応する単電池２３の両極に接続されている電圧検出線３３，３４間の電圧Ｖ２を第２の電圧Ｖ２ｂとして測定する（Ｓ７）。マイコン１１は、第１の電圧Ｖ１ａが第１の判定閾値以下であり（Ｓ８：Ｙｅｓ）、かつ、第２の電圧Ｖ２ｂが第１の判定閾値以下である場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）に、電圧検出線３３の断線異常と判定する（Ｓ１２）。このようにしたので、電池電圧の高低に関わらず、確実に断線検出を行うことができる。

（２）電圧測定回路１２は、一方のスイッチ素子６２をオンさせた後にオフさせたとき（Ｓ２，Ｓ３）の他方のスイッチ素子６３に対応する単電池２３の両極に接続されている電圧検出線３３，３４間の電圧Ｖ２を第３の電圧Ｖ２ａとしてさらに測定する（Ｓ４）。マイコン１１は、第１の電圧Ｖ１ａが第１の判定閾値以下であり（Ｓ８：Ｙｅｓ）、かつ、第２の電圧Ｖ２ｂが第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、第３の電圧Ｖ２ａが第３の判定閾値以上である場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）に、電圧検出線３３の断線異常と判定する（Ｓ１２）。このようにしたので、さらに確実に断線検出を行うことができる。

（３）電圧測定回路１２は、他方のスイッチ素子６３をオンさせた後にオフさせたとき（Ｓ５，Ｓ６）の一方のスイッチ素子６２に対応する単電池２２の両極に接続されている電圧検出線３２，３３間の電圧Ｖ１を第４の電圧Ｖ１ｂとしてさらに測定する（Ｓ７）。マイコン１１は、第１の電圧Ｖ１ａが第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、第４の電圧Ｖ１ｂが第３の判定閾値以上であり（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、かつ、第２の電圧Ｖ２ｂが第１の判定閾値以下である場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）に、電圧検出線３３の断線異常と判定する。このようにしたので、さらに確実に断線検出を行うことができる。

（４）電圧測定回路１２は、一方のスイッチ素子６２をオンさせた後にオフさせたとき（Ｓ２，Ｓ３）の他方のスイッチ素子６３に対応する単電池２３の両極に接続されている電圧検出線３３，３４間の電圧Ｖ２を第３の電圧Ｖ２ａとしてさらに測定する（Ｓ４）とともに、他方のスイッチ素子６３をオンさせた後にオフさせたとき（Ｓ５，Ｓ６）の一方のスイッチ素子６２に対応する単電池２２の両極に接続されている電圧検出線３２，３３間の電圧Ｖ１を第４の電圧Ｖ１ｂとしてさらに測定する（Ｓ７）。マイコン１１は、第１の電圧Ｖ１ａが第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、第４の電圧Ｖ１ｂが第３の判定閾値以上であり（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、かつ、第２の電圧Ｖ２ｂが第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、第３の電圧Ｖ２ａが第３の判定閾値以上である場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）に、電圧検出線３３の断線異常と判定する（Ｓ１２）。このようにしたので、さらに確実に断線検出を行うことができる。

（５）マイコン１１は、第１の電圧Ｖ１ａおよび第２の電圧Ｖ２ｂの少なくとも一方が第２の判定閾値より大きい場合（Ｓ１０：ＮｏまたはＳ１１：Ｎｏ）に、２つのスイッチ素子６２，６３にそれぞれ対応する２つの単電池２２，２３の間に接続されている電圧検出線３３には断線異常が生じていないと判定する（Ｓ１３）。このようにしたので、断線異常の可能性がない場合には、これを確実に検出することができる。

（６）電圧測定回路１２は、スイッチ素子６２，６３をそれぞれオンさせた後にオフさせてから所定時間後に、単電池２２の両極に接続されている電圧検出線３２，３３間の電圧Ｖ１および単電池２３の両極に接続されている電圧検出線３３，３４間の電圧Ｖ２を測定する（Ｓ４，Ｓ７）。具体的には、電圧測定回路１２は、スイッチ素子６１〜６３と並列にそれぞれ設けられたコンデンサ成分５５〜５７、および、スイッチ素子６１〜６３と電圧検出線３１〜３４との間にそれぞれ設けられた抵抗成分５１〜５４を有する放電回路をさらに備えており、上記の所定時間は、この放電回路が有するコンデンサ成分５５〜５７および抵抗成分５１〜５４のうち、２つのスイッチ素子６２，６３に対応してそれぞれ設けられたコンデンサ成分５６，５７の容量値および抵抗成分５２〜５４の抵抗値に基づき、例えばこれらの乗算値を５倍した値で設定されている。このようにしたので、スイッチ素子６２，６３の切り替え直後における過渡的な電圧変動の影響を排除して、断線異常の有無を判断するために適切な電圧測定を行うことができる。

（７）電圧比較ステップＳ１０，Ｓ１１において用いられる第３の判定閾値は、第１の判定閾値および第２の判定閾値よりも大きい値である。このようにしたので、単電池２２，２３が放電終止状態、通常状態もしくは充電満了状態のいずれであっても、断線異常の有無を正確に判断することができる。

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 組電池監視装置（本装置）
２ 組電池
２１〜２３ 単電池
３ 接続ハーネス
３１〜３４ 電圧検出線
４ 測定用フィルタ回路
４１〜４４ 測定用フィルタ抵抗
４５〜４７ 測定用フィルタコンデンサ
５ 調整回路
５１〜５４ 調整用抵抗
５５〜５７ 調整用フィルタコンデンサ
６ 放電スイッチ群
６１〜６３ スイッチ素子
１０ ＩＣ
１１ マイクロコンピュータ（マイコン）
１２ 電圧測定回路
１３ 差動増幅器
１４ ＡＤ変換器
１５ 通信回路
７１ 放電終止状態における非断線時の電圧Ｖ１
７２ 放電終止状態における非断線時の電圧Ｖ２
７３ 通常状態もしくは充電満了状態における非断線時の電圧Ｖ１
７４ 通常状態もしくは充電満了状態における非断線時の電圧Ｖ２
７５ 放電終止状態における断線時の電圧Ｖ１
７６ 放電終止状態における断線時の電圧Ｖ２
７７ 通常状態もしくは充電満了状態における断線時の電圧Ｖ１
７８ 通常状態もしくは充電満了状態における断線時の電圧Ｖ２
Ｓ１ 断線検出処理（スイッチ素子６２オフ、６２オフ）
Ｓ２ 断線検出処理（スイッチ素子６２オン、６３オフ）
Ｓ３ 断線検出処理（スイッチ素子６２オフ、６２オフ）
Ｓ４ 断線検出処理（Ｖ１ａ，Ｖ２ａ測定）
Ｓ５ 断線検出処理（スイッチ素子６２オフ、６３オン）
Ｓ６ 断線検出処理（スイッチ素子６２オフ、６２オフ）
Ｓ７ 断線検出処理（Ｖ１ｂ，Ｖ２ｂ測定）
Ｓ８ 断線検出処理（Ｖ１ａと第１の判定閾値との比較）
Ｓ９ 断線検出処理（Ｖ２ｂと第１の判定閾値との比較）
Ｓ１０ 断線検出処理（Ｖ１ａと第２の判定閾値、Ｖ１ｂと第３の判定閾値との比較）
Ｓ１１ 断線検出処理（Ｖ２ｂと第２の判定閾値、Ｖ２ａと第３の判定閾値との比較）
Ｓ１２ 断線検出処理（断線と判定）
Ｓ１３ 断線検出処理（正常、つまり非断線と判定）

Claims (8)

1. 複数の単電池により構成された組電池内の各単電池の正極と負極にそれぞれ接続された複数の電圧検出線と、
   前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を測定する電圧測定回路と、
   前記複数の単電池にそれぞれ対応して設けられ、各単電池の正極と負極の間を前記電圧検出線を介して導通または遮断する複数のスイッチ素子と、
   前記電圧測定回路により測定された前記電圧検出線間の電圧に基づいて前記電圧検出線の断線異常の有無を判定する論理演算部と、を備え、
   前記電圧測定回路は、前記複数のスイッチ素子のうち互いに隣り合う２つのスイッチ素子の一方をオンさせた後にオフさせたときの該一方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第１の電圧として測定するとともに、前記２つのスイッチ素子の他方をオンさせた後にオフさせたときの該他方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第２の電圧として測定し、
   前記論理演算部は、前記第１の電圧が第１の判定閾値以下であり、かつ、前記第２の電圧が前記第１の判定閾値以下である場合に、前記断線異常と判定する組電池監視装置。
2. 請求項１に記載の組電池監視装置において、
   前記電圧測定回路は、前記一方のスイッチ素子をオンさせた後にオフさせたときの前記他方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第３の電圧としてさらに測定し、
   前記論理演算部は、前記第１の電圧が前記第１の判定閾値以下であり、かつ、前記第２の電圧が前記第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、前記第３の電圧が第３の判定閾値以上である場合に、前記断線異常と判定する組電池監視装置。
3. 請求項１に記載の組電池監視装置において、
   前記電圧測定回路は、前記他方のスイッチ素子をオンさせた後にオフさせたときの前記一方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第４の電圧としてさらに測定し、
   前記論理演算部は、前記第１の電圧が前記第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、前記第４の電圧が第３の判定閾値以上であり、かつ、前記第２の電圧が前記第１の判定閾値以下である場合に、前記断線異常と判定する組電池監視装置。
4. 請求項１に記載の組電池監視装置において、
   前記電圧測定回路は、前記一方のスイッチ素子をオンさせた後にオフさせたときの前記他方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第３の電圧としてさらに測定するとともに、前記他方のスイッチ素子をオンさせた後にオフさせたときの前記一方のスイッチ素子に対応する前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を第４の電圧としてさらに測定し、
   前記論理演算部は、前記第１の電圧が前記第１の判定閾値よりも高い第２の判定閾値以下であり、かつ、前記第４の電圧が第３の判定閾値以上であり、かつ、前記第２の電圧が前記第２の判定閾値以下であり、かつ、前記第３の電圧が前記第３の判定閾値以上である場合に、前記断線異常と判定する組電池監視装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の組電池監視装置において、
   前記論理演算部は、前記第１の電圧および前記第２の電圧の少なくとも一方が前記第２の判定閾値より大きい場合に、前記２つのスイッチ素子にそれぞれ対応する２つの前記単電池の間に接続されている前記電圧検出線には前記断線異常が生じていないと判定する組電池監視装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の組電池監視装置において、
   前記電圧測定回路は、前記複数のスイッチ素子をそれぞれオンさせた後にオフさせてから所定時間後に、前記単電池の両極に接続されている前記電圧検出線間の電圧を測定する組電池監視装置。
7. 請求項６に記載の組電池監視装置において、
   前記複数のスイッチ素子と並列にそれぞれ設けられた複数のコンデンサ成分、および、前記複数のスイッチ素子と前記複数の電圧検出線との間にそれぞれ設けられた複数の抵抗成分を有する放電回路をさらに備え、
   前記所定時間は、前記放電回路が有する前記複数のコンデンサ成分および前記複数の抵抗成分のうち、前記２つのスイッチ素子に対応してそれぞれ設けられたコンデンサ成分の容量値および抵抗成分の抵抗値に基づき設定されている組電池監視装置。
8. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の組電池監視装置において、
   前記第３の判定閾値は、前記第１の判定閾値および前記第２の判定閾値よりも大きい値である組電池監視装置。
   

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