JP2021076613A - 電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システム - Google Patents

電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システム Download PDF

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Abstract

【課題】電圧検出線に接続異常が生じているか否かを誤って判定してしまう可能性を低減する。【解決手段】一端が第1電池(11)の陽極又は陰極に接続される第1電圧検出線(21)の他端に、第1抵抗(41)を介して接続するための第1端子(51)と、第1電圧検出線(21)の他端に、第1抵抗(41)を介さずに接続するための第2端子(52)と、第1端子(51)に接続され、第1端子(51)から電流を引き出す、又は第1端子(51)へ電流を流し込む第1電流生成回路(71)と、第1端子(51)の電圧と第2端子(52)の電圧を検出する電圧検出器(80)とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、電池の電圧を検出する電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システムに関する。
従来、電池と、その電池に接続された、その電池の電圧を検出する電圧検出回路とを含んで構成される電池システムが知られている。
このような電池システムにおいて、電池と電圧検出回路とを接続する電圧検出線に、例えば断線といった接続異常が生じてしまうと、その電圧検出回路は、正しく電池の電圧を検出することができなくなる。
そこで、従来、電圧検出線における接続異常を検出する方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、電圧検出線に接続されるフィルタ回路を構成するコンデンサが放電する前に検出した電池電圧と、そのコンデンサが放電した後に検出した電池電圧とを比較することで、電圧検出線に接続異常が生じているか否かを判定する技術が記載されている。
特開2014−219277号公報
しかしながら、上記特許文献1記載の技術では、コンデンサ放電前の電池電圧を検出するタイミングと、コンデンサ放電後の電池電圧を検出するタイミングとの間に時間差が生じてしまう。このため、コンデンサ放電前に電池電圧を検出するタイミングと、コンデンサ放電後の電池電圧を検出するタイミングとの期間内に電池電圧が変動してしまうと、電圧検出線に接続異常が生じているか否かを誤って判定してしまう恐れがある。
そこで、本発明は、係る問題に鑑みてなされたものであり、従来よりも、電圧検出線に接続異常が生じているか否かを誤って判定してしまう可能性を低減し得る電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る電圧検出回路は、一端が第1電池の陽極又は陰極に接続される第1電圧検出線の他端に、第1抵抗を介して接続するための第1端子と、前記第1電圧検出線の前記他端に、前記第1抵抗を介さずに接続するための第2端子と、前記第1端子に接続され、前記第1端子から電流を引き出す、又は前記第1端子へ電流を流し込む第1電流生成回路と、前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧を検出する電圧検出器とを備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る異常検出装置は、上記電圧検出回路と、前記第1抵抗と、前記第1電圧検出線の前記他端に接続するための第5端子と、前記第1端子と前記第5端子とを、前記第1抵抗を介して接続する第1接続経路と、前記第2端子と前記第5端子とを、前記第1抵抗を介さずに接続する第2接続経路と、前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧に基づいて、前記第1電圧検出線の接続異常を検出する異常判定回路とを備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る電池システムは、上記異常検出装置と、前記第1電池と、前記第1電圧検出線とを備え、前記第1電圧検出線の前記一端は、前記第1電池の陽極又は陰極に接続され、前記第1電圧検出線の前記他端は、前記第5端子に接続されることを特徴とする。
上記電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システムによると、第1電圧検出線に接続異常が生じている場合には、第1電圧検出線の他端が第1電池に接続されないため、第1端子の電圧と第2端子の電圧とに電圧差が生じない。これに対して、第1電圧検出線に接続異常が生じていない場合には、第1電圧線の他端が第1電池に接続されるため、第1電流生成回路によって生じる電流が第1抵抗に流れることによって発生する電圧によって、第1端子の電圧と第2端子の電圧とに電圧差が生じる。そして、上記電圧検出器、異常検出装置、及び電池システムは、第1端子の電圧と第2端子の電圧とを検出する。
このため、上記電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システムによると、上記電圧の差を検出することで、第1電圧検出線に接続異常が生じているか否かを判定することができるようになり、従来のように、互いに異なるタイミングにおける複数回の電圧検出に基づく判定を行う必要がない。
従って、上記電圧検出回路、異常検出装置、及び電池システムを用いることで、従来よりも、電圧検出線に接続異常が生じているか否かを誤って判定してしまう可能性を低減し得る。
図1は、実施の形態1における電池システムの構成を示すブロック図である。 図2は、第1異常検出処理のフローチャートである。 図3Aは、第1電圧異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図3Bは、第1電圧異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図4Aは、第1電圧異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図4Bは、第1電圧異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図5は、実施の形態2における電池システムの構成を示すブロック図である。 図6は、第2異常検出処理のフローチャートである。 図7は、第3異常検出処理のフローチャートである。 図8Aは、第3異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図8Bは、第3異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図9は、実施の形態3における電池システムの構成を示すブロック図である。 図10は、第4異常検出処理のフローチャートである。 図11は、実施の形態4における電池システムの構成を示すブロック図である。 図12は、第5異常検出処理のフローチャートである。 図13は、実施の形態5における電池システムの構成を示すブロック図である。 図14は、実施の形態6における電池システムの構成を示すブロック図である。 図15は、第6異常検出処理のフローチャートである。 図16Aは、第6異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図16Bは、第6異常検出処理における電圧の推移を示す模式図である。 図17Aは、メイン監視系とサブ監視系の一例を示す模式図その1である。 図17Bは、メイン監視系とサブ監視系の一例を示す模式図その2である。 図17Cは、メイン監視系とサブ監視系の一例を示す模式図その3である。 図18Aは、メイン監視系とサブ監視系の一例を示す模式図その4である。 図18Bは、メイン監視系とサブ監視系の一例を示す模式図その5である。 図18Cは、メイン監視系とサブ監視系の一例を示す模式図その6である。 図19は、異常判定回路の一例を示す模式図である。 図20Aは、実施の形態7に係る蓄電モジュールマネジメントシステムの構成図である。 図20Bは、実施の形態7に係る蓄電モジュールマネジメントシステムの構成図である。 図20Cは、実施の形態7に係る蓄電モジュールマネジメントシステムの構成図である。 図21Aは、断線検出手段を説明する回路図の一例である。 図21Bは、非断線時および断線時に係る端子電圧値を示す図である。
以下、本発明の一態様に係る電池システムの具体例について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明における好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、工程、並びに、工程の順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明における最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態1)
[1−1.構成]
図1は、本実施の形態1における電池システム1の構成を示すブロック図である。
同図に示されるように、電池システム1は、組電池10と、電圧検出線群20と、異常検出装置30とを含んで構成される。
組電池10は、第1電池11と、第1電池11の陽極側に直列接続される第2電池12とを含む複数の電池が直列に接続されて構成される。
ここでは、組電池10を構成する各電池は、例えば、リチウムイオン蓄電池であるとするが、必ずしも、リチウムイオン蓄電池である必要はなく、例えば、電気二重層コンデンサ、電解コンデンサ等であっても構わない。
また、ここでは、組電池10を構成する電池の数は、5つの場合の例を図示しているが、2つ以上であれば、必ずしも5つである必要ななく、例えば、3つ、7つ等であっても構わない。
電圧検出線群20は、組電池10を構成する複数の電池の陽極又は陰極と、異常検出装置30の複数の端子とをそれぞれ一対一に接続する複数の電圧検出線によって構成される。
電圧検出線群20には、第1電圧検出線21と第2電圧検出線22とが含まれる。
第1電圧検出線21は、その一端が第1電池11の陽極に接続される。そして、その一端は、第1電池11の陽極側に直列接続される第2電池12の陰極にも接続される。
第2電圧検出線22は、その一端が第2電池12の陽極に接続される。そして、その一端は、第2電池12の陽極側に直列接続される電池の陰極にも接続される。
異常検出装置30は、組電池10を構成する各電池の状態を監視する機能を有する、いわゆる電池監視用ECU(Electronic Control Unit)であって、フィルタ回路40と、電圧検出回路50と、異常判定回路60とを含んで構成される。
また、この異常検出装置30は、電圧検出線群20を構成する各電圧検出線に接続される複数の端子を有する。これら端子には、第1電圧検出線21に接続される第5端子35と、第2電圧検出線22に接続される第6端子36とが含まれる。
フィルタ回路40は、組電池10を構成する各電池の電圧を平滑化するための、抵抗とコンデンサとからなるRC回路によって形成される複数のローパスフィルタによって構成される。
ローパスフィルタを構成する抵抗には、第1抵抗41と第2抵抗42とが含まれる。
第1抵抗41は、第5端子35に接続する。
第2抵抗42は、第6端子36に接続する。
電圧検出回路50は、電流生成回路群70と、電圧検出器80と、マルチプレクサ90とを含んで構成される。
また、電圧検出回路50は、フィルタ回路40に接続する複数の端子を有する。これら端子には、第1端子51と第2端子52と第3端子53と第4端子54とが含まれる。
第1端子51は、第1抵抗41を介して、第1電圧検出線21の他端(第1電池11の陽極に接続されない側の端)に接続する。
第2端子52は、第1抵抗41を介さずに、第1電圧検出線21の他端に接続する。
第3端子53は、第2抵抗42を介して、第2電圧検出線22の他端(第2電池12の陽極に接続されない側の端)に接続する。
第4端子54は、第2抵抗42を介さずに、第2電圧検出線22の他端に接続する。
すなわち、異常検出装置30には、第1端子51と第5端子35とを、第1抵抗41を介して接続する第1接続経路と、第2端子52と第5端子35とを、第1抵抗41を介して接続する第2接続経路とが含まれる。
電流生成回路群70は、電源側電位に接続される、オンオフ切り替え可能な定電流源(以下、「流し込み定電流源」と呼ぶ。)と、グラウンド側電位に接続される、オンオフ切り替え可能な定電流源(以下、「引き出し定電流源」と呼ぶ。)との組からなる複数の電流生成回路によって構成される。これら電流生成回路には、第1電流生成回路71と第2電流生成回路72とが含まれる。
ここで、電源側電位としては、例えば、電圧検出回路50の電源電位、電圧検出回路50の最上位電位、電圧検出回路50内で生成した内部生成電位、外部からの入力端子から供給される外部電位等の例が考えられる。また、グラウンド側電位としては、例えば、電圧検出回路50のグラウンド電位、電圧検出回路50の最下位電位、電圧検出回路50ないで生成した内部生成電位、外部からの入力端子から供給される外部電位等の例が考えられる。この外部電位は、例えば、組電池から供給しても良い。
これら定電流源は、通常状態においてオフとなる。そして、後述する第1異常検出処理において、特定の条件が満たされる場合に限ってオンとなる。
第1電流生成回路71は、第1端子51に接続され、第1端子51から電流を引き出す、又は第1端子51へ電流を流し込む。
第2電流生成回路72は、第3端子53に接続され、第3端子53から電流を引き出す、又は第3端子53へ電流を流し込む。
マルチプレクサ90は、第1マルチプレクサ91と、第2マルチプレクサ92とから構成される。そして、マルチプレクサ90は、第1端子51の電圧及び第2端子52の電圧からなる2つの電圧と、第3端子53の電圧及び第4端子54の電圧からなる2つの電圧とを含む複数の2つの電圧から、いずれかの2つの電圧を選択的に電圧検出器80へ伝達する。
ここで、端子の電圧とは、対象となる端子(以下、「対象端子」と呼ぶ。)に陽極が接続される電池の陰極の電位を基準電位とした場合における、その対象端子の電位のことをいう。そして、対象端子の電圧を電圧検出器80へ伝達するとは、対象端子の電位とその基準電位とを、電圧検出器80に伝達することをいう。すなわち、例えば、対象端子が第3端子53である場合には、マルチプレクサ90は、第3端子53の電位と、その基準電位となる第1端子51の電位とを、電圧検出器80に伝達する。
電圧検出器80は、第1ADコンバータ81と、第2ADコンバータ82とを含んで構成される。そして、マルチプレクサ90によって選択された2つの電圧の差を検出する。マルチプレクサ90によって、第1端子51の電圧及び第2端子52の電圧からなる2つの電圧が選択されている場合には、電圧検出器80は、第1端子51の電圧と第2端子52の電圧をデジタル値に変換後に電位差を検出する。マルチプレクサ90によって、第3端子53の電圧及び第4端子54の電圧からなる2つの電圧が選択されている場合には、電圧検出器80は、第3端子53の電圧と第4端子54の電圧をデジタル値に変換後に電位差を検出する。
第1ADコンバータ81は、マルチプレクサ90によって選択された2つの電圧のうちの一方(第1マルチプレクサ91によって選択された側)の電圧を検出し、検出した電圧のデジタル値を出力する。
すなわち、第1ADコンバータ81は、第1マルチプレクサ91から伝達された、対象端子の電位とその対象端子の基準電位との電位差を検出する。例えば、第1マルチプレクサ91によって、第4端子54の電圧が選択されている場合には、第1マルチプレクサ91から伝達された、第4端子54の電位と、その基準電位である第2端子52の電位との差を検出することで、第4端子54の電圧を検出する。
第2ADコンバータ82は、マルチプレクサ90によって選択された2つの電圧のうちの他方(第2マルチプレクサ92によって選択された側)の電圧を検出し、検出した電圧のデジタル値を出力する。
すなわち、第2ADコンバータ82は、第2マルチプレクサ92から伝達された、端子の電位とその対象端子の基準電位との電位差を検出する。例えば、第2マルチプレクサ92によって、第3端子53の電圧が選択されている場合には、第2マルチプレクサ92から伝達された、第3端子53の電位と、その基準電位である第1端子51の電位との差を検出することで、第3端子53の電圧を検出する。
ここで、第1ADコンバータ81による電圧の検出と、第2ADコンバータ82による電圧の検出とは、略同時(1ms以内)に実行することが可能となっている。
このように、電圧検出回路50は、組電池10を構成する各電池の電圧を監視する2つの系、すなわち、第1マルチプレクサ91と第1ADコンバータ81とからなるメイン監視系と、第2マルチプレクサ92と第2ADコンバータ82とからなるサブ監視系とを有している。
メイン監視系とサブ監視系とは、フィルタ回路40を構成するローパスフィルタを構成する抵抗を介して互いに接続される。そして、サブ監視系には、電流生成回路群70を構成する複数の電流生成回路が接続される。
異常判定回路60は、異常検出装置30に含まれるメモリ(図示せず)を、異常検出装置30に含まれるプロセッサが実行することによって実現される。この異常判定回路60は、電圧検出回路50によって検出された電位差に基づいて、第1電圧検出線21を含む、電圧検出線群20を構成する各電圧検出線の接続異常を検出する。より具体的には、異常判定回路60は、電流生成回路群70に含まれる流し込み定電流源及び引き出し定電流源のオンオフを制御し、第1マルチプレクサ91及び第2マルチプレクサ92の選択状態を制御し、第1ADコンバータ81及び第2ADコンバータ82の動作を制御することで、電圧検出線群20を構成する各電圧検出線の接続異常を検出する。この接続異常の検出方法については、後程<第1異常検出処理>の項目で、より詳しく説明する。
なお、電圧検出器80は各端子電圧をデジタル値に変換するのみとし、電位差の検出および各電圧検出線の接続異常を異常判定回路60で実施してもよい。言い換えると、電圧検出器80は各端子電圧を検出するのみとし、電位差の検出および各電圧検出線の接続異常を異常判定回路60で実施してもよい。
上記構成の電池システム1の行う動作について、以下、図面を参照しながら説明する。
[1−2.動作]
電池システム1は、その特徴的な動作として、第1異常検出処理を行う。
この第1異常検出処理は、主として電圧検出回路50が行う処理であって、電圧検出線群20に含まれる電圧検出線の接続異常を検出する処理である。電圧検出線群20に含まれる電圧検出線であれば、いずれの電圧検出線であっても第1異常検出処理の対象となり得るが、ここでは、これら電圧検出線を代表して、第1電圧検出線21が接続異常の検出対象であるとして説明する。
例えば、電圧検出線群20に含まれる各電圧検出線に対して、順に第1異常検出処理を、行うことで、電圧検出線群20に含まれる全ての電圧検出線に対して接続異常の検出を行うことができる。
図2は、第1異常検出処理のフローチャートである。
第1異常検出処理は、所定条件が満たされる場合(例えば、電圧検出回路50が起動されてから所定時間経過した場合、前回第1異常検出処理が実行されてから所定時間経過した場合、電圧検出回路50に対して、電圧検出回路50を利用するユーザから、所定の操作がなされた場合等)に開始される。
第1異常検出処理が開始されると、異常判定回路60は、接続異常の検出対象となる電圧検出線である第1電圧検出線21に陽極が接続される電池である第1電池11が過放電領域であるか否かを判定する(ステップS5)。ここでは、異常判定回路60は、直近に計測された第1電池11の電圧が所定値(例えば、1.0V)よりも小さい場合に、第1電池11が過放電領域であると判定し、所定値以上の場合に、第1電池11が過放電領域でないと判定する。ここで、例えば、直近に第1電池11の電圧が計測されていない場合には、第1電池11が過放電領域でないと判定するとしてもよい。
ステップS5の処理において、過放電領域でないと判定された場合に(ステップS5:No)、異常判定回路60は、接続異常の検出対象となる電圧検出線である第1電圧検出線21に接続される電流生成回路である第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオンにする(ステップS10)。
そして、異常判定回路60は、第1マルチプレクサ91及び第2マルチプレクサ92の選択状態を制御して、マルチプレクサ90に、第1端子51の電圧及び第2端子52の電圧からなる2つの電圧を選択させる。そして、異常判定回路60は、第1ADコンバータ81及び第2ADコンバータ82の動作を制御して、電圧検出器80に、略同一(1ms以内)のタイミングで、第1ADコンバータ81と第2ADコンバータ82とを動作させることで、第2端子52の電圧(メイン監視系で検出される電圧Vm)と第1端子51の電圧(サブ監視系で検出される電圧Vs)との差(Vm−Vs)を検出させる(ステップS15)。
第2端子52の電圧Vmと第1端子51の電圧Vsとの差(Vm−Vs)が検出されると、異常判定回路60は、そのVm−Vsの値が、予め設定された異常判定値(閾値)Vth_a(例えば0.5V)以下であるか否かを判定する(ステップS20)。
ステップS20の処理において、Vm−Vsの値がVth_a以下である場合に、(ステップS20:Yes)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常があると判定する(ステップS25)。
ステップS20の処理において、Vm−Vsの値がVth_a以下でない場合に、(ステップS20:No)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常がないと判定する(ステップS30)。
ステップS25の処理が終了した場合、又はステップS30の処理が終了した場合に、異常判定回路60は、第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオフに戻す(ステップS35)。
以下、図面を用いて、ステップS5:Yes〜ステップS35までの処理において、異常判定回路60が行う接続異常の有無の判定について、より詳細に説明する。
図3Aは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
図3Bは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
ここでは、第1電池11の電圧が3.7V、フィルタ回路40に含まれるフィルタのうち、メイン監視系側のフィルタ定数が、Rm=50Ω(以下、この抵抗値を生じる抵抗のことを「抵抗m」とも呼ぶ。)、Cm=10nF、サブ監視系側のフィルタ係数が、Rs=1KΩ(この抵抗値を生じる抵抗は、第1抵抗41である。)、Cs=10nF、第1電流生成回路71の引き出し定電流源の電流が1mAであるとしている。
そして、ステップS10の処理において、第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオンにする時刻が時刻t10、ステップS15の処理において、(Vm−Vs)を検出する時刻が時刻t15、ステップS35の処理において、第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオフにする時刻が時刻t35であるとしている。
(a)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合(図3A参照)には、メイン監視系で検出される電圧Vmは、時刻t10で第1電流生成回路71の引き出し電流源がオンになっても、電池11の電圧である3.7Vのまま変わらない。これに対して、サブ監視系で検出される電圧Vsは、時刻t10で第1電流生成回路71の引き出し電流源がオンになると、電池11の電圧(3.7V)から、第1抵抗41(1KΩ)に定電流(1mA)が流れることによって生じる電圧1V(=1KΩ×1mA))だけ減ぜられた値である2.7Vとなる。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、1Vとなる。
一方、(b)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合(図3B参照)には、時刻t10で第1電流生成回路71の引き出し定電流源がオンになると、第1端子51が、第1電池11の陽極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第1端子51の電位は、第1電流生成回路71の引き出し定電流源によって電流が引き出されなくなるまで低下する。このため、サブ監視系で検出される電圧Vsは、第2ADコンバータ82で検知可能な下限値(ここでは、例えば、0Vであるとしている。)まで低下する。第2端子52の場合も同様に、第1電池11の陽極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第2端子52の電位は、第1電流生成回路71の引き出し定電流源によって電流が引き出されなくなるまで低下する。このため、メイン監視系で検出される電圧Vmも、第1ADコンバータ81で検知可能な下限値(ここでは、例えば、0Vであるとしている。)まで低下する。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、0Vとなる。
従って、異常判定値Vth_aを、例えば0.5Vに設定することで、断線による接続異常の有無を検出することができる。
Vm−Vsの値は、フィルタ回路の定数と定電流源による電流値とに応じて異なるため、異常判定値Vth_aも、これら条件に適合するように設定されるとしてもよい。
以下、再び図2に戻って、第1異常検出処理の説明を続ける。
ステップS5の処理において、過放電領域(例えば1.0V)であると判定された場合に(ステップS5:Yes)、異常判定回路60は、接続異常の検出対象となる電圧検出線である第1電圧検出線21に接続される電流生成回路である第1電流生成回路71の流し込み定電流源をオンにする(ステップS40)。
そして、異常判定回路60は、第1マルチプレクサ91及び第2マルチプレクサ92の選択状態を制御して、マルチプレクサ90に、第1端子51の電圧及び第2端子52の電圧からなる2つの電圧を選択させる。そして、異常判定回路60は、第1ADコンバータ81及び第2ADコンバータ82の動作を制御して、略同一(1ms以内)のタイミングで、第1ADコンバータ81と第2ADコンバータ82とを動作させることで、電圧検出器80に、第2端子52の電圧(メイン監視系で検出される電圧Vm)と第1端子51の電圧(サブ監視系で検出される電圧Vs)との差(Vm−Vs)を検出させる(ステップS45)。
第2端子52の電圧Vmと第1端子51の電圧Vsとの差(Vm−Vs)が検出されると、異常判定回路60は、そのVm−Vsの値が、予め設定された異常判定値(閾値)Vth_b(例えば−0.5V)以上であるか否かを判定する(ステップS50)。
ステップS50の処理において、Vm−Vsの値がVth_b以上である場合に、(ステップS50:Yes)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常があると判定する(ステップS55)。
ステップS50の処理において、Vm−Vsの値がVth以上でない場合に、(ステップS50:No)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常がないと判定する(ステップS60)。
ステップS55の処理が終了した場合、又はステップS60の処理が終了した場合に、異常判定回路60は、第1電流生成回路71の流し込み定電流源をオフに戻す(ステップS65)。
以下、図面を用いて、ステップS5:No〜ステップS65までの処理において、異常判定回路60が行う接続異常の有無の判定について、より詳細に説明する。
図4Aは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
図4Bは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
(a)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合(図4A参照)には、メイン監視系で検出される電圧Vmは、時刻t10で第1電流生成回路71の流し込み電流源がオンになっても、電池11の電圧である3.7Vのまま変わらない。これに対して、サブ監視系で検出される電圧Vsは、時刻t10で第1電流生成回路71の流し込み電流源がオンになると、電池11の電圧(1.0V)から、第1抵抗41(1KΩ)に定電流(1mA)が流れることによって生じる電圧(1V(=1KΩ×1mA))だけ加えられた値である2.0Vとなる。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、−1Vとなる。
一方、(b)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合(図4B参照)には、時刻t10で第1電流生成回路71の流し込み定電流源がオンになると、第1端子51が、第1電池11の陽極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第1端子51の電位は、第1電流生成回路71の流し込み定電流源によって電流が流し込まれなくなるまで増加する。このため、サブ監視系で検出される電圧Vmは、ADコンバータで検知可能な上限値(ここでは、例えば、5Vであるとしている。)まで増加する。第2端子52の場合も同様に、第1電池11の陽極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第2端子52の電位は、第1電流生成回路71の流し込み定電流源によって電流が流し込まれなくなるまで増加する。このため、メイン監視系で検出される電圧Vsも、ADコンバータで検知可能な上限値(ここでは、例えば、5Vであるとしている。)まで増加する。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、0Vとなる。
従って、異常判定値Vth_bを、例えば−0.5Vに設定することで、断線による接続異常の有無を検出することができる。
Vm−Vsの値は、フィルタ回路の定数と定電流源による電流値とに応じて異なるため、異常判定値Vth_bも、これら条件に適合するように設定されるとしてもよい。
以下、再び図2に戻って、第1異常検出処理の説明を続ける。
ステップS35の処理が終了した場合、又はステップS65の処理が終了した場合に、電圧検出回路50は、その第1異常検出処理を終了する。
[1−3.効果等]
上記電池システム1によると、メイン監視系の第1ADコンバータ81による第2端子52の電圧の検出と、サブ監視系の第2ADコンバータ82による第1端子51の電圧の検出とが、略同時(1ms以内)に実行される。このため、第1端子51の電圧の検出タイミングと、第2端子52の電圧の検出タイミングとの期間内に、電池11の充放電等による電池電圧の変動の影響を受けにくく、高精度な接続異常の検出を実現することができる。
また、接続異常の検出を行うために、過去の電圧検出値をRAM(Random Access Memory)等の記憶領域に保存しておく必要がない。このため、ソフトウェア設計が比較的容易である。
さらに、第1異常検出処理の実行中において、対象となる電圧接続線に異常がない場合には、サブ監視系は、電流生成回路がオンになることによる影響を受けるものの、メイン監視系は、電流生成回路がオンになることによる影響を受けない。このため、第1異常検出処理の実行中であっても、メイン監視系を用いることで、組電池10を構成する各電池の電圧を、正確に測定することが可能である。
(実施の形態2)
ここでは、本発明の一態様として、実施の形態1における電池システム1から、その構成の一部が変更された実施の形態2における電池システムについて説明する。
実施の形態1における電池システム1では、電流生成回路群70を構成する各電流生成回路が、流し込み定電流源と引き出し定電流源との双方を含む構成の例であった。これに対して実施の形態2における電子システムでは、電流生成回路群を構成する各電流生成回路が、流し込み定電流源を含まずに、引き出し定電流源のみを含む構成の例となっている。
以下、この電池システムの詳細について、実施の形態1における電池システム1との相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
[2−1.構成]
図5は、実施の形態2における電池システム2の構成を示すブロック図である。
この電池システム2は、実施の形態1における電池システム1から、実施の形態1における電流生成回路群70が、電流生成回路群570に変更されるように変形されている。そして、この変更に伴って、実施の形態1における電流生成回路群70の上位階層のブロックである電圧検出回路50と異常検出装置30とが、それぞれ、電圧検出回路550と異常検出装置530とに変更されるように変形されている。
電流生成回路群570は、グラウンド側電位に接続される、オンオフ切り替え可能な定電流源である引き出し定電流源からなる複数の電流生成回路によって構成される。
すなわち、この電流生成回路群570は、実施の形態1における電流生成回路群70に対して、電流生成回路群70を構成する各電流生成回路から流し込み電流源が削除されたものとなっている。
これら電流生成回路には、実施の形態1における第1電流生成回路71に対して、流し込み定電流源が削除された第1電流生成回路571と、実施の形態1における第2電流生成回路72に対して、流し込み定電流源が削除された第2電流生成回路572とが含まれる。
上記構成の電池システム2の行う動作について、以下、図面を参照しながら説明する。
[2−2.動作]
電池システム2は、その特徴的な動作として、実施の形態1における第1異常検出処理から、その一部の処理が変更された第2異常検出処理と、第2異常検出処理から、その一部の処理が変更された第3異常検出処理とを行う。以下、これらの処理について順に説明する。
[2−2−1.第2異常検出処理]
図6は、第2異常検出処理のフローチャートである。
同図において、ステップS610の処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS10の処理に対して、「第1電流生成回路71」を「第1電流生成回路571」に読み替えた処理と同様の処理である。また、ステップS615〜ステップS635の各処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS15〜ステップS35の各処理と同様の処理である。
このため、ステップS610〜ステップS635の各処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS10〜ステップS35の各処理と実質的に同様の処理となっている。従って、これらの処理については既に説明済みであるため、ここでは再度の説明を省略する。
なお、ここでは、第2異常検出処理において、第1ADコンバータ81の検知可能な下限値と、第2ADコンバータ82の検知可能な下限値とが、例えば、0Vであるとして説明(実施の形態1における第1異常検出処理における説明と同様の説明)した。
このような構成の例では、例えば、第1電池11の電圧が、例えば1.0V以下となる過放電領域となっている場合には、第1電圧検出線21に断線が生じていないときに、第1端子51の電圧が0V以下となってしまい、サブ監視系で検出される電圧の下限値よりも低くなってしまう。これに対して、例えば、第1ADコンバータ81の検知可能な下限値と、第2ADコンバータ82の検知可能な下限値とを、例えば、−2Vとしておくことで、電池電圧が1.0V以下となる過放電領域であっても、正しく、接続異常の検出を行うことができる。
[2−2−2.第3異常検出処理]
第2異常検出処理は、接続異常検査の対象となる電圧検出線に陽極が接続される電池の電圧を利用して、その電圧検出線の接続異常検査を行う処理であった。そして、その代表例として、第1電圧検出線21に陽極が接続される第1電池11の電圧を利用して、第1電圧検出線21の接続異常検査を行う場合を用いて説明した。
これに対して、第3異常検出処理は、接続異常検査の対象となる電圧検出線に陰極が接続される電池の電圧を利用して、その電圧検出線の接続異常検査を行う処理となっている。そして、その代表例として、第1電圧検出線に陰極が接続される第2電池12の電圧を利用して、第1電圧検出線21の接続異常検査を行う場合を用いて説明する。
図7は、第3異常検出処理のフローチャートである。
第3異常検出処理は、所定条件が満たされる場合(例えば、電圧検出回路550が起動されてから所定時間経過した場合、前回第3異常検出処理が実行されてから所定時間経過した場合、電圧検出回路550に対して、電圧検出回路550を利用するユーザから、所定の操作がなされた場合等)に開始される。
第3異常検出処理が開始されると、異常判定回路60は、接続異常の検出対象となる電圧検出線である第1電圧検出線21に接続される電流生成回路である第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオンにする(ステップS710)。
そして、異常判定回路60は、第1マルチプレクサ91及び第2マルチプレクサ92の選択状態を制御して、マルチプレクサ90に、第3端子53の電圧及び第4端子54の電圧からなる2つの電圧を選択させる。そして、異常判定回路60は、第1ADコンバータ81及び第2ADコンバータ82の動作を制御して、電圧検出器80に、略同一(1ms以内)のタイミングで、第1ADコンバータ81と第2ADコンバータ82とを動作させることで、第4端子54の電圧(メイン監視系で検出される電圧Vm)と第3端子53の電圧(サブ監視系で検出される電圧Vs)との差(Vm−Vs)を検出させる(ステップS715)。
第4端子54の電圧Vmと第3端子53の電圧Vsとの差(Vm−Vs)が検出されると、異常判定回路60は、そのVm−Vsの値が、予め設定された異常判定値(閾値)Vth_b(例えば−0.5V)以上であるか否かを判定する(ステップS720)。
ステップS720の処理において、Vm−Vsの値がVth_b以上である場合に、(ステップS720:Yes)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常があると判定する(ステップS725)。
ステップS720の処理において、Vm−Vsの値がVth_b以上でない場合に、(ステップS720:No)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常がないと判定する(ステップS730)。
ステップS725の処理が終了した場合、又はステップS30の処理が終了した場合に、異常判定回路60は、第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオフに戻す(ステップS735)。
以下、図面を用いて、ステップS710〜ステップS735までの処理において、異常判定回路60が行う接続異常の有無の判定について、より詳細に説明する。
図8Aは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
図8Bは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
(a)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合(図8A参照)には、メイン監視系で検出される電圧Vmは、時刻t10で第1電流生成回路71の引き出し電流源がオンになっても、電池12の電圧である3.7Vのまま変わらない。これに対して、サブ監視系で検出される電圧Vsは、時刻t10で第1電流生成回路71の引き出し電流源がオンになると、電池12の電圧(3.7V)から、第1抵抗41(1KΩ)に定電流(1mA)が流れることによって生じる電圧(1V(=1KΩ×1mA))だけ加えられた値である4.7Vとなる。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、−1Vとなる。
一方、(b)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合(図8B参照)には、時刻t10で第1電流生成回路71の流し込み定電流源がオンになると、第3端子53が、第2電池12の陰極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第3端子53の電位は、第1電流生成回路71の引き出し定電流源によって電流が流しこまれなくなるまで増加する。このため、サブ監視系で検出される電圧Vsは、ADコンバータで検知可能な上限値(ここでは、例えば、5Vであるとしている。)まで増加する。第4端子54の場合も同様に、第2電池12の陰極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第4端子54の電位は、第1電流生成回路71の流し込み定電流源によって電流が流し込まれなくなるまで増加する。このため、メイン監視系で検出される電圧Vmも、ADコンバータで検知可能な上限値(ここでは、例えば、5Vであるとしている。)まで増加する。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、0Vとなる。
従って、異常判定値Vth_nを、例えば−0.5Vに設定することで、断線による接続異常の有無を検出することができる。
Vm−Vsの値は、フィルタ回路の定数と定電流源による電流値とに応じて異なるため、異常判定値Vth_bも、これら条件に適合するように設定されるとしてもよい。
[2−3.効果等]
上記電池システム2によると、実施の形態1における電池システム1と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態3)
ここでは、本発明の一態様として、実施の形態1における電池システム1から、その構成の一部が変更された実施の形態3における電池システムについて説明する。
実施の形態1における電池システム1では、電流生成回路群70を構成する各電流生成回路が、流し込み定電流源と引き出し定電流源との双方を含む構成の例であった。これに対して実施の形態3における電子システムでは、電流生成回路群を構成する各電流生成回路が、引き出し定電流源を含まずに、流し込み定電流源のみを含む構成の例となっている。
以下、この電池システムの詳細について、実施の形態1における電池システム1との相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
[3−1.構成]
図9は、実施の形態3における電池システム3の構成を示すブロック図である。
この電池システム3は、実施の形態1における電池システム1から、実施の形態1における電流生成回路群70が、電流生成回路群970に変更されるように変形されている。そして、この変更に伴って、実施の形態1における電流生成回路群70の上位階層のブロックである電圧検出回路50と異常検出装置30とが、それぞれ、電圧検出回路950と異常検出装置930とに変更されるように変形されている。
電流生成回路群970は、電源側電位に接続される、オンオフ切り替え可能な定電流源である流し込み定電流源からなる複数の電流生成回路によって構成される。
すなわち、この電流生成回路群970は、実施の形態1における電流生成回路群70に対して、電流生成回路群70を構成する各電流生成回路から引き出し電流源が削除されたものとなっている。
これら電流生成回路には、実施の形態1における第1電流生成回路71に対して、引き出し定電流源が削除された第1電流生成回路971と、実施の形態1における第2電流生成回路72に対して、引き出し定電流源が削除された第2電流生成回路972とが含まれる。
上記構成の電池システム3の行う動作について、以下、図面を参照しながら説明する。
[3−2.動作]
電池システム3は、その特徴的な動作として、実施の形態1における第1異常検出処理から、その一部の処理が変更された第4異常検出処理を行う。以下、これらの処理について順に説明する。
図10は、第4異常検出処理のフローチャートである。
同図において、ステップS1040の処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS40の処理に対して、「第1電流生成回路71」を「第1電流生成回路971」に読み替えた処理と同様の処理である。また、ステップS1045〜ステップS1065の各処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS15〜ステップS35の各処理と同様の処理である。
このため、ステップS1010〜ステップS1035の各処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS40〜ステップS35の各処理と実質的に同様の処理となっている。従って、これらの処理については既に説明済みであるため、ここでは再度の説明を省略する。
なお、ここでは、第2異常検出処理において、第1ADコンバータ81の検知可能な上限値と、第2ADコンバータ82の検知可能な上限値とが、例えば、5.0Vであるとして説明(実施の形態1における第1異常検出処理における説明と同様の説明)した。
このような構成の例では、例えば、第1電池11の電圧が、例えば4.0V以上となる過充電領域となっている場合には、第1電圧検出線21に断線が生じていないときに、第1端子51の電圧が5.0V以上となってしまい、サブ監視系で検出される電圧の上限値よりも高くなってしまう。これに対して、例えば、第1ADコンバータ81の検知可能な上限値と、第2ADコンバータ82の検知可能な上限値とを、例えば、7.0Vとしておくことで、電池電圧が4.0V以上となる過充電領域であっても、正しく、接続異常の検出を行うことができる。
[3−3.効果等]
上記電池システム3によると、実施の形態1における電池システム1と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態4)
ここでは、本発明の一態様として、実施の形態1における電池システム1から、その構成の一部が変更された実施の形態4における電池システムについて説明する。
実施の形態1における電池システム1では、電圧検出回路50が、第1異常検出処理を実行する構成の例であった。これに対して実施の形態4における電池システムでは、電圧検出回路が、第1異常検出処理から、その一部の処理が変更された第4異常検出処理を行う。
以下、この電池システムの詳細について、実施の形態1における電池システム1との相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
[4−1.構成]
図11は、実施の形態4における電池システム4の構成を示すブロック図である。
電池システム4のハードウェアは、実施の形態1における電池システム1から変更されていない。その一方で、電池システム4で実行対象となるソフトウェアは、実施の形態1における電池システム1で実行対象となるソフトウェアから、その一部が変更されている。そして、このことによって、電池システム4は、実施の形態1における電池システム1から、異常判定回路60が異常判定回路1160に変更されるように変形されている。そして、この変更に伴って、実施の形態1における異常判定回路60の上位階層のブロックである異常検出装置30が、異常検出装置1130に変更されるように変形されている。
異常判定回路460は、実施の形態1における異常判定回路60と同様に、電圧検出回路50によって検出された電位差に基づいて、第1電圧検出線21を含む、電圧検出線群20を構成する各電圧検出線の接続異常を検出する。但し、実施の形態1における異常判定回路60は、第1異常検出処理を実行することで、上記接続異常を検出するのに対して、異常判定回路460は、第1異常検出処理から、その一部の処理が変更されるように変形された第5異常検出処理を実行することで、上記接続異常を検出する。
なお、電圧検出器80は各端子電圧をデジタル値に変換するのみとし、電位差の検出および各電圧検出線の接続異常を異常判定回路1160で実施してもよい。言い換えると、電圧検出器80は各端子電圧を検出するのみとし、電位差の検出および各電圧検出線の接続異常を異常判定回路1160で実施してもよい。
上記構成の電池システム4の行う動作について、以下、図面を参照しながら説明する。
[4−2.動作]
図12は、第5異常検出処理のフローチャートである。
同図において、ステップS1210〜ステップS1265の各処理は、実施の形態1における第1異常検出処理のステップS10〜ステップS65の各処理に対して、「異常判定回路60」を「異常判定回路1160」に読み替えた処理と同様の処理である。このため、これらの処理については既に説明済みであるため、ここでは、再度の説明を省略して、ステップS1205の処理を中心に説明する。
第5異常検出処理が開始されると、異常判定回路1160は、接続異常の検出対象となる電圧検出線である第1電圧検出線21に対して前回実行された第5異常検出処理において、第1電圧検出線21に接続される第1電流生成回路71の引き出し定電流源がオンになったか否か、すなわち、第1電圧検出線21に対して前回実行された第5異常検出処理において、ステップS1210の処理に進んだか否かを判定する(ステップS1205)。ここで、例えば、第1電圧検出線21に対して、過去に第5異常検出処理が実行されていない場合には、前回実行された第5異常検出処理において、第1電圧検出線21に接続される第1電流生成回路71の引き出し定電流源がオンになったと判定するとしてもよい。
ステップS1205の処理において、第1電流生成回路71の引き出し定電流源がオンになったと判定された場合、すなわち、第1電圧検出線21に対して前回実行された第5異常検出処理において、ステップS1210の処理に進んだと判定された場合に(ステップS1205:Yes)、ステップS1240の処理に進む。
ステップS1205の処理において、第1電流生成回路71の引き出し定電流源がオンにならなかったと判定された場合、すなわち、第1電圧検出線21に対して前回実行された第5異常検出処理において、ステップS1210の処理に進まずに、ステップS1240の処理に進んでいたと判定された場合に(ステップS1205:No)、ステップS1210の処理に進む。
[4−3.効果等]
上記電池システム4によると、実施の形態1における電池システム1と同様の効果を得ることができるのに加えて、さらに以下の効果も得ることができる。
すなわち、上記電池システム4によると、第5異常検出処理が繰り返し実行される場合には、組電池10を構成する各電池への電流の流し込みと引き出しとが交互に実行されることになる。このため、電圧検出線の接続異常の検査を繰り返し行ったとしても、組電池10を構成する各電池に対して、一方的に電流が流し込まれる状況、及び、一方的に電流が引き出される状況を回避することができるようになる。
(実施の形態5)
ここでは、本発明の一態様として、実施の形態1における電池システム1から、その構成の一部が変更された実施の形態5における電池システムについて説明する。
実施の形態1における電池システム1では、電流生成回路群70を構成する各電流生成回路が、流し込み電流源と引き出し電流源とからなる構成の例であった。これに対して、実施の形態5における電子システムでは、電流生成回路群を構成する各電流生成回路が、サブ監視系において、組電池10を構成する各電池を短絡させるためのスイッチからなる構成の例となっている。
以下、この電池システムの詳細について、実施の形態1における電池システム1との相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
[5−1.構成]
図13は、実施の形態5における電池システム5の構成を示すブロック図である。
この電池システム5は、実施の形態1における電池システム1から、実施の形態1における電流生成回路群70が、電流生成回路群1370に変更されるように変形されている。そして、この変更に伴って、実施の形態1における電流生成回路群70の上位階層のブロックである電圧検出回路50と異常検出装置30とが、それぞれ、電圧検出回路1350と異常検出装置1330とに変更されるように変形されている。
電流生成回路群1370は、サブ監視系において、組電池10を構成する各電池の陽極と陰極とを短絡させるためのスイッチからなる複数の電流生成回路によって構成される。これら電流生成回路には、第1電流生成回路1371と第2電流生成回路1372とが含まれる。
第1電流生成回路1371は、サブ監視系において、第1電池11の陽極と陰極とを、第1抵抗41を介して短絡させるためのスイッチによって構成される。
第2電流生成回路1372は、サブ監視系において、第2電池12の陽極と陰極とを、第2抵抗42を介して短絡させるためのスイッチによって構成される。
これら第1電流生成回路1371と第2電流生成回路1372とを含む電流生成回路を構成するスイッチは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)によって実現される。
これら、スイッチは、組電池10を構成する各電池の均等化に用いる均等化スイッチと兼用してもよい。均等化とは、残存容量に応じて放電が必要な電池が選択され、選択された電池に対応する均等化スイッチをオンすることでその電池の放電を行い、各電池の残存容量を均等化する機能である。
また、核電流生成回路は、スイッチだけでなく、スイッチに直列接続された抵抗を含んでいてもよい。
上記構成の電池システム1の行う動作について、以下説明する。
[5−2.動作]
第1電流生成回路1371のスイッチがオンになると、第1電池11の陽極から陰極へと短絡電流が流れる。このため、第1電流生成回路1371は、第1端子51から電流を引き出す電流源として機能する。
また、第2電流生成回路1372のスイッチがオンになると、第2電池12の陽極から陰極へと短絡電流が流れる。このため、第2電流生成回路1372は、第1端子51へ電流を流し込む電流源、及び、第3端子53から電流を引き出す電流源として機能する。
このように、電流生成回路群1370を構成する各電流生成回路は、実施の形態1における電流生成回路群70を構成する各電流生成回路と同様の電流源として機能する。
従って、実施の形態1における電池システム1と同様の手法により、電圧検出線群20を構成する各電圧検出線の接続異常を検出することができる。
[5−3.効果等]
上記電池システム5によると、実施の形態1における電池システム1と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態6)
ここでは、本発明の一態様として、実施の形態2における電池システム2から、その構成の一部が変更された実施の形態6における電池システムについて説明する。
実施の形態2における電池システム2は、電圧検出器80が、第1ADコンバータ81と、第2ADコンバータ82とを含んで構成される構成の例であった。これに対して、実施の形態6における電池システムは、電圧検出器が、ADコンバータの替わりに比較器を含んで構成される構成の例となっている。
以下、この電池システムの詳細について、実施の形態2における電池システム2との相違点を中心に、図面を参照しながら説明する。
[6−1.構成]
図14は、実施の形態6における電池システム6の構成を示すブロック図である。
この電池システム6は、実施の形態2における電池システム2から、実施の形態2における電圧検出器80とマルチプレクサ90とが、それぞれ、電圧検出器1480と、マルチプレクサ1490とに変更されるように変形されている。そして、この変更に伴って、実施の形態2における電圧検出器80とマルチプレクサ90との上位階層のブロックである電圧検出回路550と異常検出装置530とが、それぞれ、電圧検出回路1450と異常検出装置1430とに変更されるように変形されている。
マルチプレクサ1490は、第1マルチプレクサ1491と、第2マルチプレクサ1492とから構成される。そして、マルチプレクサ1490は、第1端子51の電圧及び第2端子52の電圧からなる2つの電圧と、第3端子53の電圧及び第4端子54の電圧からなる2つの電圧とを含む複数の2つの電圧から、いずれかの2つの電圧を選択的に電圧検出器1480へ伝達する。
ここで、端子の電圧とは、グラウンド電位を基準とした場合における、対象端子の電圧のことをいう。そして、対象端子の電圧を電圧検出器1480へ伝達するとは、対象端子の電位を、電圧検出器1480に伝達することをいう。
このように、電圧検出回路1450は、組電池10を構成する各電池の電圧を監視する2つの系、すなわち、第1マルチプレクサ1491からなるメイン監視系と、第2マルチプレクサ1492からなるサブ監視系とを有している。
電圧検出器1480は、比較器1481を含んで構成される。そして、マルチプレクサ1490によって選択された2つの電圧の差を検出する。
比較器1481は、第1マルチプレクサ1491によって選択的に伝達される電圧と、第2マルチプレクサ1492によって選択的に伝達される電圧との差を検出する。すなわち、第1マルチプレクサ1491が、第1端子51の電圧を選択的に伝達し、第2マルチプレクサ1492が、第2端子52の電圧を選択的に伝達する場合には、電圧検出器1480は、第1端子51の電圧と、第2端子52の電圧との差を検出する。
比較器1481は、オフセット値Vthを設定することができる。すなわち、比較器1481は、オフセット値Vthが設定された場合には、比較対象となる第1電圧と第2電圧とが、オフセット値Vth以上の場合に、論理値“1”を出力し、比較対象となる第1電圧と第2電圧とが、オフセット値Vth以上でない場合に、論理値“0”を出力する。
比較器1481は、一例として、アナログコンパレータによって実現される。
上記構成の電池システム6の行う行動について、以下、図面を参照しながら説明する。
[6−2.動作]
電池システム6は、その特徴的な動作として、第6異常検出処理を行う。
この第6異常検出処理は、主として電圧検出回路1450が行う処理であって、電圧検出線群20に含まれる電圧検出線の接続異常を検出する処理である。電圧検出線群20に含まれる電圧検出線であれば、いずれの電圧検出線であっても第6異常検出処理の対象となり得るが、ここでは、これら電圧検出線を代表して、第1電圧検出線21が接続異常の検出対象であるとして説明する。
例えば、電圧検出線群20に含まれる各電圧検出線に対して、順に第6異常検出処理を、行うことで、電圧検出線群20に含まれる全ての電圧検出線に対して接続異常の検出を行うことができる。
図15は、第6異常検出処理のフローチャートである。
第6異常検出処理は、所定条件が満たされる場合(例えば、電圧検出回路1450が起動されてから所定時間経過した場合、前回第6異常検出処理が実行されてから所定時間経過した場合、電圧検出回路1450に対して、電圧検出回路1450を利用するユーザから、所定の操作がなされた場合等)に開始される。
第6異常検出処理が開始されると、異常判定回路60は、接続異常の検出対象となる電圧検出線である第1電圧検出線21に接続される電流生成回路である第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオンにする(ステップS1510)。
そして、異常判定回路60は、第1マルチプレクサ1491及び第2マルチプレクサ1492の選択状態を制御して、マルチプレクサ90に、第1端子51の電圧及び第2端子52の電圧からなる2つの電圧を選択させる。そして、異常判定回路60は、比較器1481を制御して、電圧検出器1480に、第2端子52の電圧(メイン監視系で検出される電圧Vm)と、第1端子51の電圧(サブ監視系で検出される電圧Vs)との差を検出させる(ステップS1515)。
第2端子52の電圧Vmと第1端子51の電圧Vsとの差(Vm−Vs)が検出されると、異常判定回路60は、そのVm−Vsの値が、予め設定された異常判定値(閾値)Vth(例えば0.5V)以下であるか否かを判定する(ステップS1520)。
ステップS1520の処理において、Vm−Vsの値がVth以下である場合に、(ステップS1520:Yes)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常があると判定する(ステップS1525)。
ステップS1520の処理において、Vm−Vsの値がVth以下でない場合に、(ステップS1520:No)、異常判定回路60は、第1電圧検出線21に接続異常がないと判定する(ステップS1530)。
ステップS1525の処理が終了した場合、又はステップS1530の処理が終了した場合に、異常判定回路60は、第1電流生成回路71の引き出し定電流源をオフに戻す(ステップS1535)。
ステップS1535の処理が終了すると、電圧検出回路1450は、その第6異常検出処理を終了する。
以下、図面を用いて、ステップS1510:No〜ステップS1535までの処理において、異常判定回路60が行う接続異常の有無の判定について、より詳細に説明する。
図16Aは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
図16Bは、第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合において、メイン監視系で検出される電圧Vmの推移と、サブ監視系で検出される電圧Vsの推移と、Vm−Vsの推移とを示す模式図である。
(a)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じていない場合(図16A参照)には、メイン監視系で検出される電圧Vmは、時刻t10で第1電流生成回路571の引き出し電流源がオンになっても、第1電池11の陽極電位である7.4Vのまま変わらない。これに対して、サブ監視系で検出される電圧Vsは、時刻t10で第1電流生成回路571の引き出し電流源がオンになると、電池11の陽極電位(7.4V)から、第1抵抗41(1KΩ)に定電流(1mA)が流れることによって生じる電圧(1V(=1KΩ×1mA))だけ減ぜられた値である6.4Vとなる。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、1Vとなる。
一方、(b)第1電圧検出線21に断線による接続異常が生じている場合(図16B参照)には、時刻t10で第1電流生成回路571の引き出し定電流源がオンになると、第1端子51が、第1電池11の陽極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第1端子51の電圧は、第1電流生成回路571の引き出し定電流源によって電流が引き出されなくなるまで低下する(ここでは、例えば、0Vであるとしている。)。このため、サブ監視系で検出される電圧Vsは0Vまで低下する。第2端子52の場合も同様に、第1電池11の陽極に接続されずにハイインピーダンス状態であるために、第2端子52の電圧は、第1電流生成回路571の引き出し定電流源によって電流が引き出されなくなるまで低下する(ここでは、例えば、0Vであるとしている。)。このため、メイン監視系で検出される電圧Vsも、0Vまで低下する。このため、時刻t15において検出されるVm−Vsは、0Vとなる。
従って、異常判定値Vthを、例えば0.5Vに設定することで、断線による接続異常の有無を検出することができる。
Vm−Vsの値は、フィルタ回路の定数と定電流源による電流値とに応じて異なるため、異常判定値Vthも、これら条件に適合するように設定されるとしてもよい。
[6−3.効果等]
上記電池システム6によると、実施の形態1における電池システム1と同様の効果を得ることができる。
(補足)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1〜6について説明した。しかしながら本開示による技術は、これらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。
(1)実施の形態1〜5において、メイン監視系は、1つのマルチプレクサと1つのADコンバータと(例えば、実施の形態1であれば、第1マルチプレクサ91と第1ADコンバータ81と)によって構成され、サブ監視系は、1つのマルチプレクサと1つのADコンバータと(例えば、実施の形態1であれば、第2マルチプレクサ92と第2ADコンバータ82と)によって構成されるとして説明した。
図17Aは、メイン監視系が、1つのマルチプレクサと1つのADコンバータとによって構成され、サブ監視系が、1つのマルチプレクサと1つのADコンバータとによって構成される例を示すブロック図である。
しかしながら、必ずしも、メイン監視系とサブ監視系とが、それぞれ、1つのマルチプレクサと1つのADコンバータとによって構成される例に限定されない。例えば、図17Bに示されるように、メイン監視系が、複数のマルチプレクサと複数のADコンバータとによって構成される例、図17Cに示されるように、メイン監視系とサブ監視系とが、それぞれ、複数のマルチプレクサと複数のADコンバータとによって構成される例等も考えられる。また、メイン監視系によって測定対象となる電圧の数と、サブ監視系によって測定対象となる電圧の数とは、必ずしも同一である必要はない。さらには、メイン監視系とサブ監視系とが、マルチプレクサを含まず、測定対象となる電圧毎に、ADコンバータを含む構成の例も考えられる。
(2)実施の形態6において、メイン監視系は、1つのマルチプレクサ(第1マルチプレクサ1491)によって構成され、サブ監視系は、1つのマルチプレクサ(第2マルチプレクサ1492)によって構成され、電圧検出器は、1つの比較器(比較器1481)によって構成されるとして説明した。
図18Aは、メイン監視系が1つのマルチプレクサによって構成され、サブ監視系が1つのマルチプレクサによって構成され、電圧検出器が1つの比較器によって構成される例を示すブロック図である。
しかしながら、必ずしも、メイン監視系とサブ監視系とがそれぞれ1つのマルチプレクサで構成され、電圧検出器が1つの比較器によって構成される例に限定されない。例えば、図18Bに示されるように、メイン監視系とサブ監視系とが、それぞれ、複数のマルチプレクサによって構成され、電圧検出器が複数の比較器によって構成される例、図18Cに示されるように、メイン監視系とサブ監視系とが、マルチプレクサを含まず、比較対象となる端子間毎に、比較器を含む構成の例も考えられる。
(3)実施の形態1〜6において、異常検出装置は、1つのフィルタ回路と、1つの電圧検出回路と、1つの異常判定回路とを含んで構成されるとして説明した。
しかしながら、異常判定装置は、必ずしも、上記構成通りの例に限定されない。
図19は、異常判定装置が、複数の電池毎の、フィルタ回路と電圧検出回路とを単位とするユニット(電池監視IC等)を複数含んで構成される例を示すブロック図である。
一例として、異常検出装置は、図19に示される構成である場合の例が考えられる。この場合には、例えば、各ユニットは、互いに通信可能に接続され、異常判定回路は、一のユニットに通信可能に接続され、他の各ユニットとは、ディジーチェーン方式によって通信するとしてもよい。
(4)さらには、以下に示す実施の形態の例も考えられる。
(4−1.実施の形態7)
本実施の形態に係る蓄電モジュールマネジメントシステムは、複数のセルを直列に接続して構成される組電池において、前記複数のセルの両端子にそれぞれ接続される検出端子と、セル電圧の異常を検出する異常検出回路と、接続線を介してセルから電流を出し入れする手段とを備え、異常検出回路には、同一セルの電圧を監視する系を2つ(メインとサブと呼ぶ)備え、前記電流を出し入れする手段を用いてセルから電流を引き込む、または電流を流し込んだ状態におけるメインとサブの電圧値を比較することにより、断線を検出する。
図20A、図20B、図20Cは、それぞれ、実施の形態7に係る蓄電モジュールマネジメントシステムの構成図である。図20A、図20B、図20Cにおいて、C0〜C10を用いて異常判定を行う系がメイン監視系であり、CB0〜CB10を用いて異常判定を行う系がサブ監視系である。
セルから電流を出し入れする手段は、以下が考えられる。
(1−1)検出端子間を短絡させる回路(図20A、20B)
(1−2)検出端子を任意の電位に短絡させる回路。(任意の電位とは、例えば、GND電位、内部生成電圧などである。)
また、(1−1)、(1−2)について、短絡は、完全ショートではなく、間に抵抗素子を介しても良い。短絡は、隣接した検出端子だけでなく、任意の端子間でもよい。回路は、セル電圧を均等化するために使用する均等化回路と兼用しても良い。
(1−3)定電流を引き込む、または、はき出す定電流回路(図20C)
(1−4)上記(1−1)〜(1−3)は、特定セルのみ、複数セル同時のいずれで実施しても良い。
異常検出回路には、以下が考えられる。
(1−5)セル電圧をデジタル信号に変換するAD変換器(図20A)
(1−6)セル電圧を所定の電圧と比較する比較器(図20B)
比較器またはAD変換器の構成として、以下が考えられる。
(1−7)比較器またはAD変換器を、各セルに個別に搭載する。
(1−8)比較器またはAD変換器は複数セル単位で共通にして、マルチプレクサによりセル電圧を順次選択して回路に入力する。
[その他の発明ポイント]
電流出し入れにより断線検出を実施中のセルおよびその上下のセルについて、異常検出回路に入力される電圧は、本来の電圧よりも変動している。したがって、セル電圧の異常検出を行う際は、電流出し入れ停止後、入力電圧が本来の値に復帰するまでの所定の時間を空ける必要がある。
電流出し入れを行った後に異常検出を実施する際、電流出し入れを行ったセルと異なるセルを最初に実施することにより、時間を確保することができる。
例えば、全セル数が10セルの組電池の電圧異常検出を、比較器またはAD変換器が上記(1−8)(マルチプレクサによりセル電圧を順次選択)の構成で実施する場合、通常、セル電圧の測定は、セルE1→セルE2→・・・セルE9→セルE10の順で実施する。
しかし、セルE1の断線検出を行った場合は、その後のセル電圧異常検出は、セルE3→セルE4→・・・セルE9→セルE10→セルE1→セルE2の順で行うことにより、セル1電圧の復帰時間を確保することができる。
なお、メインとサブの測定は、同一タイミングで実施することが好ましい(タイミングが異なると、その間に入力電圧が変動した場合、正確な比較ができないため)。
また、セルから電流を出し入れする手段として定電流回路を使用する場合、引き込みと吐き出しのどちらか一方だけだと、各セルが消費する電流がアンバランスになる。よって、引き込みとはき出しを交互に行い、セルと入力端間の平均電流をゼロに近づけることにより、セルが消費する電流が均等にする。
断線検出手段について、図21Aおよび図21Bを用いて説明する。
サブの監視系の入力端子には、接続線を介してセルから電流を引き込む、または電流をはき出す回路が接続されている。また、セルと入力端子の間にフィルタ用の抵抗素子があり、電流を引込むと、セルに対して電圧が変動した電圧がサブの監視系に入力される。
電流を流した状態でメインとサブの電圧値を比較すると、非断線時は、メインとサブの監視系は、所定の値以上、電圧差が発生する。断線時は、メインの監視系の電圧もサブに引きずられて変動するため、非断線時に対して、電位差は小さくなる。
断線検出のシーケンス例(接続線:H1が断線時)について説明する。
(A)メインとサブのセル電圧を測定する。
(B)セル1の短絡スイッチをOFF→ONへ切り替える。
(C)メインとサブのセル電圧を測定する。
(D)メインとサブAD変換器の電圧差が1.0V以内の場合、断線と判定する。
本発明は、電池の電圧を検出するシステムに広く利用可能である。
1、2、3、4、5、6 電池システム
10 組電池
20 電圧検出線群
21 第1電圧検出線
22 第2電圧検出線
30、530、930、1130、1330、1430 異常検出装置
35 第5端子
36 第6端子
40 フィルタ回路
41 第1抵抗
42 第2抵抗
50、550、950、1350、1450 電圧検出回路
51 第1端子
52 第2端子
53 第3端子
54 第4端子
60、1160 異常判定回路
70、570、970、1370 電流生成回路群
71、571、971、1371 第1電流生成回路
72、572、972、1372 第2電流生成回路
80、1480 電圧検出器
81 第1ADコンバータ
82 第2ADコンバータ
90、1490 マルチプレクサ
91、1491 第1マルチプレクサ
92、1492 第2マルチプレクサ
1481 比較器

Claims (20)

  1. 一端が第1電池の陽極又は陰極に接続される第1電圧検出線の他端に、第1抵抗を介して接続するための第1端子と、
    前記第1電圧検出線の前記他端に、前記第1抵抗を介さずに接続するための第2端子と、
    一端が第1電池の陽極又は陰極に接続される第2電圧検出線の他端に、第2抵抗を介して接続するための第3端子と、
    前記第2電圧検出線の前記他端に、前記第2抵抗を介さずに接続するための第2端子と、
    前記第1端子と前記第3端子に接続される第1電流生成回路と、
    前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧を検出する電圧検出器と、を備え
    前記電圧検出器は、前記第2端子と前記第4端子に接続される少なくとも1つの第1ADコンバータと、前記第1端子と前記第3端子に接続される少なくとも1つの第2ADコンバータとを有する
    電圧検出回路。
  2. 前記電圧検出器は、前記第1ADコンバータによる電圧の検出と、前記第2ADコンバータによる電圧の検出とを略同時に実行する
    請求項1に記載の電圧検出回路。
  3. 前記電圧検出器は、前記第1ADコンバータの電圧と前記第2ADコンバータの電圧を出力する
    請求項1または2に記載の電圧検出回路。
  4. 前記電圧検出器は、前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧をデジタル値に変換する
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  5. 前記第1電流生成回路は、前記第1端子から電流を引き出す第1定電流源と、前記第1端子へ電流を流し込む第2定電流源とを有する
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  6. 前記第1電流生成回路は、前記第1端子と前記電圧検出回路の電源電位との間に接続される電流を流し込む第1定電流源を有する
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  7. 前記第1電流生成回路は、前記第1端子と前記電圧検出回路のグラウンド電位との間に接続される電流を引き出す第2定電流源を有する
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  8. 前記電圧検出器は、前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧との差を出力する比較器を有する
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  9. 前記第3端子に接続される第2電流生成回路を更に備え、
    前記第2電流生成回路は、前記第2電池の陽極と陰極とを、前記第2抵抗を介して短絡させることで、前記第1端子から電流を引き出す、又は前記第3端子へ電流を流し込むスイッチにより構成される
    請求項3又は4に記載の電圧検出回路。
  10. 前記電圧検出器は、前記第3端子の電圧と前記第4端子の電圧の差を検出する比較器を含む
    請求項9に記載の電圧検出回路。
  11. 前記第1端子の電圧及び前記第2端子の電圧からなる2つの電圧と、前記第3端子の電圧及び前記第4端子の電圧からなる2つ電圧との、いずれか一方の2つの電圧を選択的に前記電圧検出器へ伝達するマルチプレクサを備え、
    前記電圧検出器は、前記検出を、前記マルチプレクサによって選択的に伝達された2つの電圧の差を検出することで行う
    請求項10〜11のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  12. 前記第1端子の電圧及び前記第2端子の電圧からなる2つの電圧と、前記第3端子の電圧及び前記第4端子の電圧からなる2つの電圧とを含む複数の2つの電圧から、いずれかの2つの電圧を選択的に前記電圧検出器へ伝達するマルチプレクサを備え、
    前記電圧検出器は、前記検出を、前記マルチプレクサによって選択的に伝達された2つの電圧の差を検出することで行う
    請求項9〜11のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  13. 前記第1電流生成回路は、前記第1電池の陽極と陰極とを、前記第1抵抗を介して短絡させることで、前記第1端子から電流を引き出す、又は前記第1端子へ電流を流し込むスイッチを有する
    請求項1〜12のいずれか1項に記載の電圧検出回路。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の電圧検出回路と、
    前記第1抵抗と、
    前記第1電圧検出線の前記他端に接続するための第5端子と、
    前記第1端子と前記第5端子とを、前記第1抵抗を介して接続する第1接続経路と、
    前記第2端子と前記第5端子とを、前記第1抵抗を介さずに接続する第2接続経路と、
    前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧に基づいて、前記第1電圧検出線の接続異常を検出する異常判定回路とを備える
    異常検出装置。
  15. 前記異常判定回路は、前記第1端子の電圧と前記第2端子の電圧との差を検出する
    請求項14に記載の異常検出装置。
  16. 前記異常判定回路は、電流の流し込み又は電流の引き込みの停止後、前記異常検出装置に入力される電圧が正常なセル電圧値に復帰するまで所定の時間を空けて異常検出を行う
    請求項14または15に記載の異常検出装置。
  17. 前記異常判定回路は、一の電池異常測定後に順次他の電池の異常判定を行い、他の全ての電池の異常判定後に前記一の電池の異常判定行う
    請求項14〜16のいずれか1項に記載の異常検出装置。
  18. 前記電圧検出回路は、一端が前記第1電池の陽極側に直列接続される第2電池の陽極と陰極とのいずれか一方である第2電極に接続される第2電圧検出線を備え、
    前記異常判定回路は、前記第1電圧検出線と前記第2電圧検出線の異常判定を同時に行う
    請求項14〜17のいずれか1項に記載の異常検出装置。
  19. 前記異常判定回路は、前記第5端子に電流を引き込み後に電流を流し込み、その後、異常判定をする
    請求項14〜18のいずれか1項に記載の異常検出装置。
  20. 請求項14〜19のいずれか1項に記載の異常検出装置と、
    前記第1電池と、
    前記第1電圧検出線とを備え、
    前記第1電圧検出線の前記一端は、前記第1電極に接続され、
    前記第1電圧検出線の前記他端は、前記第5端子に接続される
    電池システム。
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