JP2020201153A

JP2020201153A - 制御基板、蓄電装置

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Publication number: JP2020201153A
Application number: JP2019108676A
Authority: JP
Inventors: 清浩藤田; Kiyohiro Fujita
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-12-17

Abstract

【課題】グランド線の断線判断の精度を高める。【解決手段】複数のセル６２を直列に接続した組電池６０のための制御基板６５であって、前記制御基板６５の基準電位である内部グランドＧＮＤと、前記組電池６０の負極に前記内部グランドＧＮＤを接続するグランド線Ｌ１と、前記組電池６０の負極に、電気接続素子１８５を介して、前記内部グランドＧＮＤを接続するバイパス線Ｌａと、断線検出部１３０を備え、前記断線検出部１３０は、複数のセル６２Ａ、セル６２Ｂ、セル６２Ｃ及びセル６２Ｄのうち、最も電位の低い１番目のセル６２Ａを除く、他セル６２Ｂ、他セル６２Ｃ及び他セル６２Ｄのセル電圧Ｖ２、セル電圧Ｖ３、セル電圧Ｖ４に基づいて定められるセル電圧の変動範囲Ｙから、１番目のセル６２Ａのセル電圧Ｖ１が逸脱している場合、前記グランド線Ｌ１は断線していると判断する。【選択図】図６

Description

本発明は、グランド線の断線を検出する技術に関する。

組電池の状態を監視するため制御基板を備えた蓄電装置がある。制御基板は、組電池と基準電位を揃えるため、内部グランドを、組電池の負極にグランド線を介して接続することがある。下記特許文献１は、基板の内部グランドと負荷回路のパワーグランドの間をダイオードで接続することで、内部グランドのグランド線が断線した時に、基板が電気的に浮いた状態になることを抑制している。

下記特許文献１には次の記載がある。内部グランドのグランド線が断線した場合、ダイオードによる電圧ドロップが生じ、電位が最も低い１番目の電池セルの電圧が低く検出される。そのため、１番目の電池セルのセル電圧を検出し、ダイオードの電圧降下に相当する電圧低下があった場合、断線していると判断する。

ＷＯ２０１５／０２９５４４号公報

特許文献１の方法では、１番目の電池セルのセル電圧が、放電により低下した場合、断線と誤判断する場合がある。組電池ではなく、単セルの状態を監視する場合でも同様の課題がある。
本発明は、グランド線の断線判断の精度を高くすることを目的とする。

複数のセルを直列に接続した組電池のための制御基板は、前記制御基板の基準電位である内部グランドと、前記組電池の負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、前記組電池の負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、断線検出部を備え、前記断線検出部は、複数のセルのうち、最も電位の低い１番目のセルを除く、他セルのセル電圧に基づいて定められるセル電圧の変動範囲から、１番目のセルのセル電圧が逸脱している場合、前記グランド線は断線していると判断する。

複数のセルを直列に接続した組電池又は単セルのための制御基板は、前記制御基板の基準電位である内部グランドと、前記組電池又は前記単セルの負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、前記組電池又は前記単セルの負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、断線検出部を備え、前記セルは、セル電圧−ＳＯＣにおいて、ＳＯＣに対するセル電圧の変化が所定値より小さいプラトー領域と、前記プラトー領域よりＳＯＣが低い領域とＳＯＣが高い領域に前記プラトー領域よりもセル電圧の変化が大きい変化領域とを有する特性であり、前記断線検出部は、前記組電池のうち最も電位の低い１番目のセル又は前記単セルが、前記プラトー領域よりＳＯＣが低い前記変化領域に含まれるセル電圧を計測した場合、最も電位の低い１番目のセルの充放電に伴う電圧変化又は単セルの充放電に伴う電圧変化に基づいて、前記グランド線の断線を判断する。

複数のセルを直列に接続した組電池又は単セルのための制御基板は、前記制御基板の基準電位である内部グランドと、前記組電池又は前記単セルの負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、前記組電池又は前記単セルの負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、断線検出部を備え、前記断線検出部は、前記組電池のうち最も電位の低い１番目のセル又は単セルについて、電流積算より算出したＳＯＣとセル電圧より算出したＳＯＣの比較結果に基づいて、前記グランド線の断線を判断する。

本技術は、蓄電装置に適用することが出来る。本技術は、蓄電装置の遠隔監視に適用することも出来る。

本技術により、グランド線の断線判断の精度を高くすることが出来る。

バッテリの分解斜視図二次電池の平面図図２のＡ−Ａ線断面図自動四輪車の側面図バッテリのブロック図断線時の電流経路を示す図各二次電池のセル電圧の変動範囲を示す図断線検出処理のフローチャートバッテリのブロック図放電回路の回路図各二次電池のセル電圧の変動範囲を示す図セル電圧とＳＯＣの相関性を示すグラフ断線検出処理のフローチャートセル電圧とＳＯＣの相関性を示すグラフ断線検出処理のフローチャートバッテリのブロック図電池セル間の充電回路

１番目のセルのセル電圧は、断線だけでなく放電した場合も、低下する。１番目のセルのセル電圧のレベルだけで断線を判断すると、放電により組電池全体の電圧が低下した場合に、断線と誤って判断する場合がある。組電池が放電した場合、全セルのセル電圧が一斉に下がり、１番目のセルのセル電圧は、セル電圧の変動範囲に含まれた状態を維持するので、放電による電圧低下を誤って、断線と判断することを抑制できる。また、セル電圧の変動範囲は、断線の影響を受けない他セルのセル電圧に基づいて定めているから、変動範囲が断線の影響を受けて変わることがない。そのため、断線の有無を精度よく判断することが出来る。

複数のセルを直列に接続した組電池のための制御基板は、前記制御基板の基準電位である内部グランドと、前記組電池の負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、前記組電池の負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、断線検出部を備え、前記セルは、セル電圧−ＳＯＣにおいて、ＳＯＣに対するセル電圧の変化が所定値より小さいプラトー領域と、前記プラトー領域よりＳＯＣが低い領域とＳＯＣが高い領域に前記プラトー領域よりもセル電圧の変化が大きい変化領域とを有する特性であり、前記断線検出部は、前記組電池のうち最も電位の低い１番目のセルが、前記プラトー領域よりＳＯＣが低い前記変化領域に含まれるセル電圧を計測した場合、最も電位の低い１番目のセルの充放電に伴う電圧変化に基づいて、前記グランド線の断線を判断する。組電池は単セルでもよい。

グランド線が断線していると、１番目のセルのセル電圧は実際の電圧より低く計測される。そのため、グランド線の断線による電圧低下で、１番目のセルが、プラトー領域よりもＳＯＣが低い変化領域に含まれるセル電圧を計測した場合、１番目のセルは、プラトー領域よりもＳＯＣが低い変化領域ではなく、実際は、プラトー領域に含まれている場合がある。この場合、充放電しても、その前後でセル電圧は、ほとんど変化しない。一方、放電による電圧低下で、１番目のセルが、プラトー領域よりもＳＯＣが低い変化領域に含まれるセル電圧を計測した場合、１番目のセルのセル電圧は、充放電に伴って変化する。充放電によりセル電圧が変化しない事象は、グランド線の断線に特有の事象であり、放電時には起きない。そのため、１番目のセルの充放電に伴う電圧変化に基づいて、グランド線の断線を判断することで、放電による電圧低下を、断線と誤判断することを、抑制することが出来る。

複数のセルを直列に接続した組電池のための制御基板は、前記制御基板の基準電位である内部グランドと、前記組電池の負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、前記組電池の負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、断線検出部を備え、前記断線検出部は、前記組電池のうち最も電位の低い１番目のセルについて、電流積算より算出したＳＯＣとセル電圧より算出したＳＯＣの比較結果に基づいて、前記グランド線の断線を判断する。組電池は単セルでもよい。

グランド線が断線している場合、１番目のセルのセル電圧は、実際の値よりも低く計測されるため、セル電圧で算出したＳＯＣは、電流積算で算出したＳＯＣと不一致となる。放電の場合、セル電圧の計測値は実際の値と一致しているので、セル電圧で算出したＳＯＣは、電流積算で算出したＳＯＣと一致する。ＳＯＣの不一致は、グランド線の断線に特有の事象であり、放電時には起きない。そのため、２つのＳＯＣの比較に基づいて、グランド線の断線を判断することで、放電による電圧低下を断線と誤判断することを、抑制することが出来る。

＜実施形態１＞
１．バッテリ５０の構造説明
バッテリ５０は、図１に示すように、組電池６０と、制御基板６５と、収容体７１を備える。バッテリ５０は、蓄電装置の一例である。

収容体７１は、合成樹脂材料からなる本体７３と蓋体７４とを備えている。本体７３は有底筒状である。本体７３は、底面部７５と、４つの側面部７６とを備えている。４つの側面部７６によって上端部分に上方開口部７７が形成されている。

収容体７１は、組電池６０と制御基板６５を収容する。組電池６０は１２個のセル６２を有する。セル６２は、リチウムイオン二次電池（以下、「電池セル」と呼ぶ）であってもよい。本実施形態では、１２個の電池セル６２は、３並列で４直列に接続されている。制御基板６５は、回路基板１００と回路基板１００上に搭載される電子部品とを含み、組電池６０の上部に配置されている。

蓋体７４は、本体７３の上方開口部７７を閉鎖する。蓋体７４の周囲には外周壁７８が設けられている。蓋体７４は、平面視略Ｔ字形の突出部７９を有する。蓋体７４の前部のうち、一方の隅部に正極の第１外部端子５１が固定され、他方の隅部に負極の第２外部端子５２が固定されている。

図２及び図３に示すように、本実施形態における電池セル６２は、直方体形状のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容した、プリズマティックセルである。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。代替的に、電池セルは、パウチセルであってもよいし、円筒型セルであってもよい。

本実施形態における電極体８３は、詳細は図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に、多孔性の樹脂フィルム（セパレータ）を配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。巻回型の電極体に代えて、積層型の電極体が用いられてもよい。

正極要素には正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極要素には負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とからなる。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。そのうち、正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、このガスケット９４から外方へ露出されている。

蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、図２に示すように、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限値を超えた時に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。

バッテリ５０は、図４に示すように、自動四輪車１０に搭載して使用することが出来る。バッテリ５０は、自動四輪車１０の駆動装置であるエンジン２０の始動用でもよいし、自動四輪車１０の補機に電源を供給する補機用でもよいし、冗長化のためのバックアップ用でもよい。

図５は、バッテリ５０Ａのブロック図である。バッテリ５０Ａには、自動四輪車１０に搭載されたエンジン２０を始動するためのセルモータ１５とＩＧスイッチ１７とを接続してもよい。

ＩＧスイッチ１７をオンすると、バッテリ５０Ａからセルモータ１５に電流が流れ、セルモータ１５が駆動する。セルモータ１５の駆動により、エンジン２０を始動することが出来る。

バッテリ５０Ａには、セルモータ１５の他に、電装品などの車両負荷（図略）やオルタネータ（図略）を接続してもよい。オルタネータの発電量が車両負荷の電力消費より大きい場合、バッテリ５０Ａはオルタネータによる充電される。オルタネータの発電量が車両負荷の電力消費より小さい場合、バッテリ５０Ａは、その不足分を補うため、放電する。

２．バッテリ５０Ａの電気的構成
バッテリ５０Ａは、図５に示すように、組電池６０と、抵抗器１１０と、電流遮断装置１２０と、制御基板６５を備える。組電池６０は、直列接続された複数の電池セル６２から構成されている。６０Ｐは組電池６０の正極、６０Ｎは組電池６０の負極である。ここでは、組電池６０は、直列接続された４つの電池セル６２Ａ、電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ、電池セル６２Ｄを含むように示されている。

組電池６０、電流遮断装置１２０及び抵抗器１１０は、パワーライン５５Ｐ、５５Ｎを介して、直列に接続されている。パワーライン５５Ｐ、５５Ｎは、組電池６０の充放電経路である。

パワーライン５５Ｐは、正極の外部端子５１と組電池６０の正極とを接続する。パワーライン５５Ｎは、負極の外部端子５２と組電池６０の負極とを接続する。

電流遮断装置１２０は、組電池６０の正極に接続されたパワーライン５５Ｐに設けられている。抵抗器１１０は、組電池６０の負極に接続されたパワーライン５５Ｎに設けられている。

電流遮断装置１２０は、リレーやＦＥＴなどの半導体スイッチである。電流遮断装置１２０をＯＰＥＮすることで、バッテリ５０Ａの電流Ｉを遮断することが出来る。電流遮断装置１２０は、正常時、ＣＬＯＳＥ状態（normally close）になるように制御される。

制御基板６５は、管理部１３０と、計測回路１５０と、を含む。計測回路１５０は、第１計測部１６０と、第２計測部１７０と、を備える。計測回路１５０は、パワーライン５５Ｐに分岐線５７を介して接続されており、組電池６０を電源として電力の供給を受ける。

第１計測部１６０は、マルチプレクサ１６１と、ＡＤコンバータ１６３とを含む。第１計測部１６０は、制御基板６５の内部グランドＧＮＤを基準電位とする。マルチプレクサ１６１は、５つの入力端子１６１Ａ〜１６１Ｅと、１つの出力端子１６１Ｆを備える。５つの入力端子１６１Ａ〜１６１Ｅは、５本の検出線Ｌ１〜Ｌ５を介して、各電池セル６２の電極にそれぞれ電気的に接続される。

マルチプレクサ１６１は、測定対象の電池セル６２を切り換えつつ、各電池セル６２の電圧を順に検出して出力する。つまり、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１、２番目の電池セル６２Ｂのセル電圧Ｖ２、３番目の電池セル６２Ｃのセル電圧Ｖ３、４番目の電池セル６２Ｄのセル電圧Ｖ４を計測する。

ＡＤコンバータ１６３は、マルチプレクサ１６１の出力端子１６１Ｆと接続されており、マルチプレクサ１６１の出力値を、アナログ信号からディジタル信号に変換して出力する。第１計測部１６０は、５つの入力端子１６１Ａ〜１６１Ｅの入力値から、各電池セル６２Ａ〜６２Ｄのセル電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出する電圧検出部である。

５本の検出線Ｌ１〜Ｌ５のうち、１番目の検出線Ｌ１は、制御基板６５の内部グランドＧＮＤに接続されており、制御基板６５の内部グランドＧＮＤを組電池６０の負極６０Ｎに接続するグランド線である。制御基板６５の内部グランドＧＮＤを組電池６０の負極６０Ｎに接続することで、制御基板６５の基準電位を、組電池６０の負極６０Ｎの電位に揃えることが出来る。

第２計測部１７０は、アンプ１７１と、ＡＤコンバータ１７３とを含む。第２計測部１７０は、制御基板６５の内部グランドＧＮＤを基準電位とする。アンプ１７１は、２つの入力端子１７１Ａ、１７１Ｂと、１つの出力端子１７１Ｃを備える。

２つの入力端子１７１Ａ、１７１Ｂは、抵抗器１１０の両側に位置する２つの検出点Ｐａ、Ｐｂに、２つの検出線Ｌａと検出線Ｌｂを介して、それぞれ電気的に接続されている。

アンプ１７１は、２つの入力端子１７１Ａ、１７１Ｂ間の電圧差、つまり、抵抗器１１０の両端電圧を増幅する。ＡＤコンバータ１７３は、アンプ１７１の出力端子１７１Ｃと接続されており、アンプ１７１の出力値をアナログ信号からディジタル信号に変換して出力する。第２計測部１７０は、２つの入力端子１７１Ａ、１７１Ｂの電圧差から、バッテリ５０Ａの電流Ｉを検出する電流検出部である。

マルチプレクサ１６１の検出線Ｌ１とアンプ１７１の検出線Ｌａの間には、電気接続素子１８５が接続されている。電気接続素子１８５はダイオードでもよい。電気接続素子１８５は、アノードを検出線Ｌ１、カソードを検出線Ｌａに接続しており、検出線Ｌ１から検出線Ｌａに向かう方向が順方向である。

電気接続素子１８５により、電圧をクリップすることで、検出線Ｌａの電圧が、制御基板６５の内部グランドＧＮＤに対して開くことを抑えることが出来る。検出線Ｌａの電圧上昇を抑えることで、組電池６０が大電流を放電した時に、アンプ１７１への入力電圧が上昇することを抑えることが出来る。

第１計測部１６０及び第２計測部１７０は、バス１８０を介して、管理部１３０と接続されており、第１計測部１６０、第２計測部１７０の出力（計測値）は、管理部１３０に対して入力される。

管理部１３０は、ＣＰＵ１３１と、メモリ１３５を備える。管理部１３０は、パワーライン５５Ｐに分岐線５８を介して接続されており、組電池６０を電源として電力の供給を受ける。

ＣＰＵ１３１は、第１計測部１６０の出力に基づいて、各電池セル６２のセル電圧Ｖや組電池６０の総電圧を監視する。ＣＰＵ１３１は、第２計測部１７０の出力に基づいて、バッテリ５０Ａの電流Ｉを監視する。各電池セル６２のセル電圧Ｖの監視及び、バッテリ５０Ａの電流Ｉの監視は、所定の計測周期で行ってもよい。

ＣＰＵ１３１は、電池セル６２のセル電圧Ｖ、バッテリ５０Ａの電流Ｉ、温度に異常がある場合、電流遮断装置１２０に指令を送って、電流Ｉを遮断することにより、バッテリ５０Ａを保護してもよい。

ＳＯＣ（state of charge）は、電池セル６２の充電状態である。ＳＯＣは満充電容量（実容量）に対する残存容量の比率であり、下記の（１）式にて定義することが出来る。

ＳＯＣ[％]＝（Ｃｒ／Ｃｏ）×１００（１）
Ｃｏは電池セルの満充電容量、Ｃｒは電池セルの残存容量である。

ＣＰＵ１３１は、電流積算法を用いて、各電池セル６２Ａ〜６２ＤのＳＯＣを推定してもよい。ＣＰＵ３１は、下記の（２）式で示すように、抵抗器１１０により計測される電流Ｉの時間に対する積分値に基づいて、各電池セル６２Ａ〜６２ＤのＳＯＣを推定してもよい。ＳＯＣの推定は所定周期で行ってもよい。

ＳＯＣ＝ＳＯＣｏ＋１００×（∫Ｉｄｔ）／Ｃｏ（２）
ＳＯＣｏは、ＳＯＣの初期値、Ｉは電流である。

３．グランド線Ｌ１の断線検出
図６は、グランド線Ｌ１が断線した時の回路図であり、断線箇所を×印で示している。断線箇所は、制御基板６５から組電池６０までの間（図６のＦ範囲）である。グランド線Ｌ１が断線した場合、制御基板６５の消費電流は、電気接続素子１８５、検出線Ｌａを介して、組電池６０の負極６０Ｎに帰還する。そのため、グランド線Ｌ１が断線しても、制御基板６５の管理部１３０や計測回路１５０は動作し続けることが出来る。検出線Ｌａは、制御基板６５の内部グランドＧＮＤを、電気接続素子１８５を介して、組電池６０の負極６０Ｎに接続するバイパス線である。

グランド線Ｌ１が断線した場合、制御基板６５の内部グランドＧＮＤが、組電池６０の負極６０Ｎに対して、電気接続素子１８５の両端電圧Ｖｒだけ上昇する。そのため、直列に接続された４つの電池セル６２Ａ、電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ及び電池セル６２Ｄのうち、最も電位の低い１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１が、実際の電圧よりも、Ｖｒだけ低く計測される。つまり、誤計測が起きる。

図７は、４つの電池セル６２Ａ、電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ、電池セル６２Ｄのセル電圧を比較した図である。Ｖ１ｏは、１番目の電池セル６２Ａの実際のセル電圧、Ｖ１ｓは断線時の計測値である。Ｖ１ｏとＶ１ｓの差は、電気接続素子１８５の両端電圧である。

管理部１３０は、第２計測部１７０により計測される４つの電池セル６２Ａ、電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ、電池セル６２Ｄのセル電圧Ｖ１、セル電圧Ｖ２、セル電圧Ｖ３、セル電圧Ｖ４に基づいて、グランド線Ｌ１の断線検出を行う。管理部１３０はグランド線Ｌ１の断線検出を行う断線検出部である。

図８は、断線検出処理のフローチャートである。断線検出処理は、第２計測部１７０にて、各電池セル６２Ａ〜６２Ｄの電圧計測が実行される都度、実行してもよい。管理部１３０は、第２計測部１７０の計測値から、セル電圧Ｖの変動範囲Ｙを算出する。変動範囲Ｙは、電池セル６２に異常がなくても、セル電圧Ｖが容量のばらつきや計測誤差により変動する範囲である。セル電圧Ｖの変動範囲Ｙは、最も電位の低い１番目の電池セル６２Ａを除き、他の電池セル６２のセル電圧Ｖから算出してもよい。つまり、２番目の電池セル６２Ｂ、３番目の電池セル６２Ｃ及び４番目の電池セル６２Ｄのセル電圧Ｖ２、セル電圧Ｖ３、セル電圧Ｖ４から算出してもよい。

変動範囲Ｙの平均値ＡＶは、２番目〜４番目の電池セル６２Ｂ〜６２Ｄのセル電圧Ｖ２〜Ｖ４の平均値でもよい。変動範囲Ｙの上限値ＵＰは、平均値ＡＶに対してセル電圧Ｖの最大ばらつき量ｄを加えた値でもよい。変動範囲Ｙの下限値ＤＷは、平均値ＡＶからセル電圧Ｖの最大ばらつき量ｄを減じた値でもよい。

セル電圧の最大ばらつき量ｄは、平均値ＡＶに対する２番目の電池セル６２Ｂの電圧差の絶対値｜ＡＶ−Ｖ２｜、３番目の電池セル６２Ｃの電圧差の絶対値｜ＡＶ−Ｖ３｜、４番目の電池セル６２Ｄの電圧差の絶対値｜ＡＶ−Ｖ４｜の最大値でもよい。

管理部１３０は、Ｓ２０にて、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１を、変動範囲Ｙと比較して、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１が、変動範囲Ｙから逸脱しているか、判断する。

管理部１３０は、変動範囲Ｙの下限値ＤＷよりも、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１が小さい場合、１番目の電池セル６２Ａは、変動範囲Ｙから逸脱していると判断してもよい。

逸脱の判断に、余裕度αを設定してもよい。変動範囲Ｙの下限値ＤＷに対するセル電圧Ｖ１の差（ＤＷ−Ｖ１）が余裕度αより大きい場合、１番目の電池セル６２Ａは、変動範囲Ｙから逸脱していると判断してもよい。余裕度αは、電気接続素子１８５の両端電圧Ｖｒに基づいて設定してもよい。例えば、電気接続素子１８５の両端電圧Ｖｒの１０％〜３０％でもよい。

また電気接続素子１８５の両端電圧Ｖｒは変動範囲Ｙよりも大きくてもよい。Ｖｒ＞Ｙの場合、セル電圧Ｖ１が変動範囲Ｙの上限付近にあっても、断線により、セル電圧Ｖ１の計測値は変動範囲Ｙから逸脱するため、断線を検出することが出来る。

変動範囲Ｙから逸脱していると判断した場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、管理部１３０は、グランド線Ｌ１は、「断線」と判断する（Ｓ３０）。

管理部１３０は、グランド線Ｌ１の断線を検出した場合、エラー処理を行ってもよい。エラー処理は、車両１０に異常を通知する処理や、電流遮断装置１２０をオープンしてバッテリＡの使用を禁止する処理でもよい。変動範囲Ｙから逸脱していないと判断した場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ１０に戻る。

４．効果説明
管理部１３０は、グランド線Ｌ１の断線を検出して、エラー処理を行うので、グランド線Ｌ１が断線した状態で、バッテリ５０Ａが使用され続けることを抑制できる。

また、断線の誤検出を抑制することが出来る。つまり、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１は、断線だけでなく放電した場合も、低下する。１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１のレベルだけで断線を判断すると、放電により組電池全体の電圧が低下した場合に、断線と誤って判断する場合がある。組電池６０が放電した場合、全セルのセル電圧Ｖ１〜Ｖ４が一斉に下がり、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１は、セル電圧Ｖの変動範囲Ｙに含まれた状態を維持するので、放電による電圧低下を誤って、断線と判断することを抑制できる。

また、セル電圧Ｖの変動範囲Ｙは、断線の影響を受けない他の電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ、電池セル６２Ｄのセル電圧Ｖ２、セル電圧Ｖ３、セル電圧Ｖ４に基づいて定めているから、変動範囲Ｙが断線の影響を受けて変わることがない。そのため、断線の有無を精度よく判断することが出来る。

＜実施形態２＞
実施形態２のバッテリ５０Ｂは、実施形態１のバッテリ５０Ａに対して、４つの放電回路１９０Ａ〜１９０Ｄを追加したものである。４つの放電回路１９０Ａ〜１９０Ｄは、４つの電池セル６２Ａ〜６２Ｄに対して並列に接続されており、各電池セル６２〜６２Ｄを個別に放電することが出来る。放電回路１９０は、図１０に示すように、放電抵抗ＲとスイッチＳＷでもよい。

管理部１３０は、放電回路１９０を用いて、４つの電池セル６２Ａ、電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ及び電池セル６２Ｄのセル電圧Ｖ１、セル電圧Ｖ２、セル電圧Ｖ３及びセル電圧Ｖ４を均等化する均等化処理を行ってもよい。均等化処理は、セル電圧Ｖの高い電池セル６２を放電して、最低セル電圧に合わせる処理でもよい。

均等化処理の実行によりセル電圧Ｖは均等化される。図１１に示すように、均等化処理を実行した場合、実行しない場合に比べて、セル電圧Ｙの変動範囲Ｙは狭くなる。グランド線Ｌが断線した場合、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１が、変動範囲Ｙより大きく逸脱することになるので、断線の検出精度が高い。

＜実施形態３＞
電池セル６２はリチウムイオン二次電池でもよい。リウムイオン二次電池は、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極活物質にグラファイトを用いたリン酸鉄系でもよい。

図１２は、リチウムイオン二次電池のＳＯＣ−セル電圧Ｖの相関特性を示す。セル電圧ＶはＯＣＶでもよい。ＯＣＶ（開放電圧 Open Circuit Voltage）は無電流又は無電流とみなせる時のセル電圧Ｖである。

リチウムイオン二次電池は、プラトー領域Ｈｏと変化領域Ｈ１とを有する。プラトー領域Ｈｏは、ＳＯＣが概ね３１％から９７％の範囲である。プラトー領域Ｈｏは、グラフがほぼ平坦である。プラトー領域Ｈｏは、ＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量が所定値以下の領域である。所定値は、一例として２［ｍＶ／％］である。

変化領域Ｈ１は、ＳＯＣが３１％以下の範囲と、ＳＯＣが９７％以上の範囲である。変化領域Ｈ１は、グラフが傾斜している。変化領域Ｈ１はＳＯＣの変化量に対するＯＣＶの変化量がプラトー領域Ｈｏよりも大きい。ＳＯＣが３１％以下の範囲を第１変化領域Ｈ１ａとし、ＳＯＣが９７％以上の範囲を第２変化領域Ｈ１ｂとする。第１変化領域Ｈ１ａは、プラトー領域ＨｏよりもＳＯＣが低い変化領域である。第２変化領域Ｈ１ｂは、プラトー領域ＨｏよりもＳＯＣが高い変化領域である。

グランド線Ｌ１が断線している場合、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１は、実際の電圧よりも低い電圧に計測される。例えば、１番目の電池セル６２Ａがプラトー領域ＨｏのＰ１ｏにある場合、実際の電圧はＶ１ｏであるが、断線時は、第１変化領域Ｈ１ａのＰ１ｓのポイントの電圧Ｖ１ｓとして計測される。

１番目の電池セル６２Ａがプラトー領域ＨｏのＰ１ｏにある場合、充放電をしても、１番目の電池セル６２Ａがプラトー領域Ｈｏに含まれている限り、セル電圧Ｖは、ほぼＶ１ｏのままであり、変化がない。そのため、断線時は、充放電をしても、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１の計測値は、Ｖ１ｓからほぼ変化がない。

従って、１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれている場合、１番目の電池セル６２Ａを充電又は放電した時に、セル電圧Ｖ１が変化に基づいて、グランド線Ｌ１の断線を判断することが出来る。つまり、変化が有る場合、断線は無いと判断でき、変化が無い場合、断線していると判断できる。

図１３は、断線検出処理のフローチャート図である。断線検出処理は、第２計測部１７０にて、各電池セル６２Ａ〜６２Ｄの電圧計測が実行される都度、実行してもよい。

管理部１３０は、セル電圧Ｖの計測値から、１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれているか、否かを判定する（Ｓ５０）。

セル電圧Ｖがプラトー領域Ｈｏの電圧帯ＢＶよりも低い場合、１番目の電池セル６２Ａは、第１変化領域Ｈ１ａに含まれていると判断してもよい。

１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれていない場合（Ｓ５０：ＮＯ）、断線検出処理は終了する。

１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれている場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、管理部１３０は、１番目の電池セル６２Ａを放電する（Ｓ６０）。１番目の電池セル６２Ａは、放電回路１９０Ａにより、放電してもよい。１番目の電池セル６２Ａの放電は、バッテリ５０から車両１０への放電でもよい。

管理部１３０は、１番目の電池セル６２Ａの放電前後のセル電圧Ｖ１を比較して、セル電圧Ｖ１の変化の有無を判断する（Ｓ７０）。セル電圧Ｖ１が変化していない場合、管理部１３０は、グランド線Ｌ１を断線していると判断する（Ｓ８０）。セル電圧Ｖ１が変化している場合、管理部１３０は、グランド線Ｌ１を正常と判断する（Ｓ９０）。この技術は、組電池用の制御基板に限らず、単セル用の制御基板にも適用することが出来る。

充放電によりセル電圧が変化しない事象は、グランド線Ｌ１の断線に特有の事象であり、放電時には起きない。そのため、１番目の電池セル６２Ａの充放電に伴う電圧変化に基づいて、グランド線Ｌ１の断線を判断することで、放電による電圧低下を断線と誤判断することを、抑制することが出来る。

＜実施形態４＞
電池セル６２のＳＯＣは、２つの方法で算出することが出来る。１つは、電流積算法である。電流積算法は、実施形態１の（２）式による方法である。もう１つは、セル電圧ＶとＳＯＣの相関性を利用した方法である。グランド線Ｌ１が断線している場合、１番目の電池セル６２Ａのセル電圧Ｖ１は、実際のセル電圧より低く計測されるため、２つの方法で求めたＳＯＣは一致しない。

図１４に示すように、１番目の電池セル６２Ａがプラトー領域ＨｏのＰ１ｏにある場合、実際の電圧はＶ１ｏであるのに対して、断線時は、第１変化領域Ｈ１ａのＰ１ｓのポイントの電圧Ｖ１ｓとして計測される。この場合、電流積算法で算出したＳＯＣは「ＳＯＣｏ」、セル電圧ＶとＳＯＣの相関性を利用して算出したＳＯＣは「ＳＯＣｓ」である。従って、２つのＳＯＣを比較することで、グランド線Ｌ１が断線しているか、否かを判断することが出来る。つまり、２つのＳＯＣが一致している場合、グランド線Ｌ１は断線していないと判断でき、２つのＳＯＣが一致していない場合、グランド線Ｌ１は断線していると判断することが出来る。

図１５は、断線検出処理のフローチャート図である。断線検出処理は、第２計測部１７０にて、各電池セル６２Ａ〜６２Ｄの電圧計測が実行される都度、実行してもよい。

管理部１３０は、セル電圧Ｖの計測値から、１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれているか、否かを判定する（Ｓ１００）。

１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれていない場合（Ｓ１００：ＮＯ）、断線検出処理は終了する。

１番目の電池セル６２Ａが第１変化領域Ｈ１ａに含まれている場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、管理部１３０は、セル電圧ＶとＳＯＣの相関性を利用して、１番目の電池セル６２ＡのＳＯＣを算出する（Ｓ１１０）。

管理部１３０は、１番目の電池セル６２Ａについて、セル電圧ＶとＳＯＣの相関性を利用して算出したＳＯＣを、電流積算法で算出したＳＯＣと比較して、２つのＳＯＣが一致しているか判断する（Ｓ１２０）。

２つのＳＯＣが一致していない場合、管理部１３０は、グランド線Ｌ１を断線していると判断する（Ｓ１３０）。２つのＳＯＣが一致している場合、管理部１３０は、グランド線Ｌ１を正常と判断する（Ｓ１４０）。この技術は、組電池用の制御基板に限らず、単セル用の制御基板にも適用することが出来る。

ＳＯＣの不一致は、グランド線Ｌ１の断線に特有の事象であり、放電時には起きない。そのため、２つのＳＯＣの比較に基づいて、グランド線Ｌ１の断線を判断することで、放電による電圧低下を断線と誤判断することを、抑制することが出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態１〜４では、セル６２は、二次電池であった。セルは、二次電池に限らず、キャパシタでもよいし、他の充放電可能なセル（蓄電素子）であってもよい。

（２）上記実施形態１〜４では、バッテリ５０を自動四輪車用とした。バッテリ５０は自動二輪車用でもよい、バッテリ５０の使用用途は、特定の用途に限定されない。バッテリ５０は、移動体用（車両用や船舶用、AGVなど）や、定置用（無停電電源システムや太陽光発電システムの蓄電装置）など、種々の用途に使用することが出来る。

（３）図１６は、バッテリ５０Ｃのブロック図である。抵抗器１１０は、組電池６０の正極に配置してもよい。バイパス線Ｌａは、電流計測用の検出線でなくてもよい。制御基板６５の内部グランドＧＮＤを、電気接続素子１８５を介して、組電池６０の負極に接続していれば、用途は問わない。電気接続素子１８５は、ダイオードに限定されない。抵抗に置き換えてもよい。

（４）上記実施形態３の断線検出処理（図１３）では、１番目の電池セル６２Ａを放電し、その時のセル電圧Ｖ１の変化から、グランド線Ｌ１の断線を判断した。１番目の電池セル６２Ａを充電し、その時のセル電圧Ｖ１の変化から、グランド線Ｌ１の断線を判断してもよい。電池セル６２Ａは、他の電池セル６２Ｂ、電池セル６２Ｃ又は電池セル６２Ｄからの充電でもいいし、オルタネータ（車両発電機）により、組電池６０の全体を充電するものでもよい。電池セル間の充電は、図１７に示すように、エネルギー転送回路２００と共通バス２１０を用いて、行ってもよい。エネルギー転送回路２００は、トランスと、スイッチから構成してもよい。

（５）上記実施形態３では、電池セル６２をリチウムイオン二次電池とした。電池セル６２は、第１変化領域Ｈ１ａ、プラトー領域Ｈｏ及び第２変化領域Ｈ１ｂを有する特性であれば、リチウムイオン二次電池以外でもよい。

５０バッテリ（蓄電装置）
６２電池セル
６５制御基板
１３０管理部（断線検出部）
１５０計測回路
１８５電気接続素子
Ｌ１グランド線
Ｌａバイパス線

Claims

複数のセルを直列に接続した組電池のための制御基板であって、
前記制御基板の基準電位である内部グランドと、
前記組電池の負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、
前記組電池の負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、
断線検出部を備え、
前記断線検出部は、複数のセルのうち、最も電位の低い１番目のセルを除く、他セルのセル電圧に基づいて定められるセル電圧の変動範囲から、１番目のセルのセル電圧が逸脱している場合、前記グランド線は断線していると判断する、制御基板。
複数のセルを直列に接続した組電池又は単セルのための制御基板であって、
前記制御基板の基準電位である内部グランドと、
前記組電池又は前記単セルの負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、
前記組電池又は前記単セルの負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、
断線検出部を備え、
前記セルは、セル電圧−ＳＯＣにおいて、ＳＯＣに対するセル電圧の変化が所定値より小さいプラトー領域と、前記プラトー領域よりＳＯＣが低い領域とＳＯＣが高い領域に前記プラトー領域よりもセル電圧の変化が大きい変化領域とを有する特性であり、
前記断線検出部は、前記組電池のうち最も電位の低い１番目のセル又は前記単セルが、前記プラトー領域よりもＳＯＣが低い前記変化領域に含まれるセル電圧を計測した場合、最も電位の低い１番目のセルの充放電に伴う電圧変化又は単セルの充放電に伴う電圧変化に基づいて、前記グランド線の断線を判断する、制御基板。
複数のセルを直列に接続した組電池又は単セルのための制御基板であって、
前記制御基板の基準電位である内部グランドと、
前記組電池又は前記単セルの負極に前記内部グランドを接続するグランド線と、
前記組電池又は前記単セルの負極に、電気接続素子を介して、前記内部グランドを接続するバイパス線と、
断線検出部を備え、
前記断線検出部は、前記組電池のうち最も電位の低い１番目のセル又は単セルについて、電流積算より算出したＳＯＣとセル電圧より算出したＳＯＣの比較結果に基づいて、前記グランド線の断線を判断する、制御基板。
複数のセルを直列に接続した組電池又単セルと、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の制御基板を備えた、蓄電装置。