JP2022134657A - 電池制御装置および電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出線の断線故障と、放電スイッチの短絡故障のいずれが発生しているのかを判断でき、故障原因の切り分けが可能となる電池制御装置を得ること。【解決手段】電池制御装置１００であって、電圧調整用スイッチ素子４１１をオンオフして第１コンデンサの両端電圧Ｖ１ａを測定し、診断対象電路３２０のＡ１電流を測定し、電圧調整用スイッチ素子をオンオフして、第２コンデンサの両端電圧Ｖ２ｂを測定する。そして、両端電圧Ｖ１ａとＶ２ｂとＡ１電流を用いて電圧検出線の断線と電圧調整用スイッチ素子４１２の短絡を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば組電池の電池制御装置および電池システムに関する。

例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池を複数直列または並列に接続して構成される組電池が用いられている。このような組電池においては、各単電池の容量計算や保護管理のため、単電池の状態を監視し、充放電を制御する集積回路（Integrated circuit、以下、ＩＣ）を用いて各単電池の電圧を調整している（以下、当該機能をバランシングと称する）。上記の単電池の監視方法では、電圧検出線の断線や、電圧調整用スイッチ素子の短絡が発生すると、単電池の電圧を正確に測定できず、正しく管理することができない。

そこで、従来から組電池と集積回路（Integrated circuit、以下、ＩＣ）と間に設けられた電圧検出線の断線を検出することを目的とした技術が提案されている。例えば解決手段として、特開２０１２－１７２９９２号公報（特許文献１）や特開２０１１－７５５４号公報（特許文献２）、特開２０１２－２５５７８８号公報（特許文献３）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所定時間だけ放電させ、電圧検出線間の電圧を閾値と比較することにより電圧検出線の断線を判断している。

特開２０１２－１７２９９２号公報 特開２０１１－７５５４号公報 特開２０１２－２５５７８８号公報

上記した従来技術では、電圧検出線の断線故障時と、電圧調整用スイッチ素子の短絡故障時において、電圧検出線間の電圧挙動が近しいことから、短絡故障を断線故障であると誤判断する可能性がある。短絡故障を断線故障であると誤判断した場合、組電池は放電が可能な状態にもかかわらず、充放電を停止してしまう。したがって、例えば緊急避難として車両を動かすことができなくなってしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、組電池と集積回路との間に設けられた電圧検出線の断線と電圧調整用スイッチ素子の短絡とを検出可能な電池制御装置を得ることである。

上記課題を解決する本発明の電池制御装置は、
互いに直列接続された複数の単電池を制御する電池制御装置であって、
前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記スイッチの短絡を検出する短絡検出部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記診断対象電路の電流と、前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて前記診断対象電路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。

本発明によれば、電圧検出線の断線故障と、放電スイッチの短絡故障のいずれが発生しているのかを判断でき、故障原因の切り分けが可能となる。したがって、車両が停止する状況が発生することを抑制できる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

電圧検出線の断線及び、電圧調整用スイッチ素子短絡を検出する電池制御装置の第一の構成図。 電圧検出線が断線した場合の動作説明図。 電圧調整用スイッチ素子が短絡した場合の動作説明図。 正常状態の電圧の変化を示す図。 電圧検出線が断線した場合の電圧の変化を示す図。 電圧調整用スイッチ素子が短絡した場合の電圧の変化を示す図。 正常状態の電流の変化を示す図。 電圧検出線が断線した場合の電流の変化を示す図。 電圧調整用スイッチ素子が短絡した場合の電流の変化を示す図。 電圧調整用スイッチ素子が短絡を検出するフローチャート。 電圧検出線の断線を検出するフローチャート。 断線及び短絡診断とバランシングの実行シーケンスを示すブロック図。

＜実施例１＞
図１は、本発明の一実施形態に係る組電池の電池制御装置１００の構成を示す図である。
組電池の電池制御装置１００は、接続ハーネス３００を介して組電池２００と接続されている。この組電池２００と電池制御装置１００によって電池システムが構成されている。この電池システムは、例えばハイブリッド車両や電気自動車などの車両に搭載されている。

組電池２００は、複数の単電池２１０～２３０を有している。単電池２１０～２３０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２１０～２３０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。組電池２００は、例えば車両走行用モータに電力を供給する動力源として用いられる。

接続ハーネス３００は、電路である電圧検出線３１０～３４０を有している。

電池制御装置１００は、電圧検出線の断線診断、電圧調整用スイッチ素子の短絡診断、およびバランシングを行う。電池制御装置１００は、測定用フィルタ回路１１０、調整回路１２０、電流監視回路１３０、ＩＣ４００、およびマイコン５００を有する。ＩＣ４００は、放電回路４１０、電圧測定回路４２０、差動増幅器４３０、ＡＤ変換器４４０、および通信回路４５０を有する。

測定用フィルタ回路１１０、調整回路１２０、電流監視回路１３０は、それぞれ電圧検出線３１０～３４０に接続されている。測定用フィルタ回路１１０は、測定用フィルタ抵抗である抵抗１１１～１１４と、測定用フィルタコンデンサであるコンデンサ１１５～１１８を有している。調整回路１２０は、調整用抵抗である抵抗１２１～１２４と、調整用コンデンサであるコンデンサ１２５～１２７を有している。電流監視回路１３０は、電圧検出線３１０～３４０の電流を測定する電流計測ＩＣである電流測定部１３１～１３３を有している。電流測定部１３１～１３３は、電圧調整用スイッチ素子に直列に設けられた電流計素子によって、バランシング制御の前後の電流を検出することができる。

電圧検出線３１０～３４０は、一方が単電池２１０～２３０の正極と負極に接続され、他方は測定用フィルタ回路１１０を介して電圧測定回路４２０に接続される。電圧検出線３１０～３４０は、複数の単電池２１０～２３０の各々の両端と電圧測定回路４２０の電圧測定部との間を接続する複数の電路を構成する。電圧測定回路４２０において測定された各単電池の電圧は、差動増幅器４３０により適切な電圧レベルに増幅され、ＡＤ変換器４４０でデジタル変換し、通信回路４５０によりマイコン５００に送信される。

放電回路４１０は、各単電池を個々に放電させることが可能な回路であり、３つの電圧調整用スイッチ素子４１１、４１２、４１３を有する。電圧調整用スイッチ素子４１１～４１３は、マイコン５００により制御される。電圧測定回路４２０は、複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部を有する。

電圧調整用スイッチ素子４１１～４１３は、各単電池の正極と負極の間に設置され、抵抗１２１～１２４を介して単電池２１０から２３０の各々に並列に接続される。例えば、電圧測定回路４２０によって所定の時間、電圧調整用スイッチ素子４１２がオンすると、単電池２２０の正極と負極が、調整回路１２０を介して短絡し、単電池２２０が放電される。この時、隣接する電圧調整用スイッチ素子、例えば電圧調整用スイッチ素子４１１と４１３が同時にオンすることは無い。尚、本実施例では、組電池２００は、図１で示すように、複数の単電池を直列接続とした構成を例に説明したが、組電池の構成は、単電池を並列接続したものをさらに直列接続にするなど、多くの構成が考えられ、図１に示す構成に限定されるものではない。

マイコン５００は、ＣＰＵやメモリなどのハードウエアと、メモリに記憶されたソフトウエアプログラムを備えており、ソフトウエアプログラムが実行されることによって内部機能として、電圧調整用スイッチ素子４１１～４１３のオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、複数の単電池２１０～２３０の両端電圧を均等化するバランシング制御部と、電路の断線を検出する断線検出部と、電圧調整用スイッチ素子の短絡を検出する短絡検出部が実現される。

バランシング制御部は、複数の単電池２１０～２３０の電圧差に基づいて電圧調整用スイッチ素子４１１～４１３をオンオフ制御し、必要に応じて単電池ごとに放電を行うことにより複数の単電池２１０～２３０の両端電圧を均等化するバランシング制御を行う。断線検出部は、スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における診断対象電路（電圧検出線）の電流と、診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて診断対象電路の断線を検出する。短絡検出部は、スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後におけるコンデンサの両端電圧に基づいてスイッチの短絡を検出する。

次に、電圧検出線が断線した場合、または電圧調整用スイッチ素子が短絡した場合の検出方法について述べる。図２は、電圧検出線が断線している場合の動作を示した図である。図３は、電圧調整用スイッチ素子が短絡している場合の動作を示した図である。図４は、断線及び短絡が発生していない場合の電圧の変化を示した図である。図５は、断線が発生している場合の電圧の変化を示した図である。図６は、電圧調整用スイッチ素子の短絡が発生している場合の電圧の変化を示した図である。

本実施例では、電圧測定回路４２０がＶ１電圧、Ｖ２電圧を測定し、電流測定部１３２が診断対象電路である電圧検出線３２０のＡ１電流を測定し、マイコン５００において、電圧検出線３２０の断線を検出する方法、および診断対象のスイッチとして電圧調整用スイッチ素子４１２の短絡を検出する方法を例に説明する。ここで、Ｖ１電圧は、電圧検出線３１０と電圧検出線３２０の線間の電圧値であり、Ｖ２電圧は、電圧検出線３２０と電圧検出線３３０の線間の電圧値であり、Ａ１電流は、電圧検出線３２０の電流を計測する電流測定部１３２が出力する電流値である。

まず、図４、図５、図６を用いて電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡していない場合の電圧の変化について説明する。
電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡していない場合、Ｖ１電圧とＶ２電圧は、図４の６０１、６０２に示されるように、それぞれ単電池２１０、２２０と同じ電圧値になる。図４の６０１、６０２は、正常時のＶ１電圧と、Ｖ２電圧を示す。

電圧検出線３２０が断線している場合、Ｖ１電圧の低電位側とＶ２電圧の高電位側がそれぞれフローティングとなり、Ｖ１電圧とＶ２電圧は、図５の６０３、６０４に示されるように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、定まらない。図５の６０３、６０４は、電圧検出線断線時のＶ１電圧、Ｖ２電圧を示す。

電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡している場合、Ｖ１電圧は、図６の６０５に示されるように、単電池２１０の電圧と同じ電圧になる。一方、Ｖ２電圧は、図６の６０６に示されるように、電圧調整用スイッチ素子４１２の内部抵抗が限りなく小さいため、０に近い値となる。図６の６０５、６０６は、電圧調整用スイッチ素子の短絡時のＶ１電圧、Ｖ２電圧を示す。

次に、電圧調整用スイッチ素子４１１をオンすると調整用コンデンサ１２５は、電圧調整用スイッチ素子４１１を介して放電される。電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、Ｖ１電圧は、図４の６０７に示されるように変化し、Ｖ２電圧は、図４の６０８に示されるように変化する。図４の６０７、６０８は、電圧調整用スイッチ素子４１１のオン後の正常時電圧Ｖ１、Ｖ２を示す。奇数側の電池２１０のＶ１電圧は、放電した分だけ電圧が低下し、偶数側の電池２１１のＶ２電圧は、電圧が上昇する。

電圧検出線３２０が断線している場合、Ｖ１電圧は、図５の６０９に示されるように変化し、Ｖ２電圧は、図５の６１０に示されるように変化する。図５の６０９、６１０は、電圧調整用スイッチ素子４１１のオン後の電圧検出線断線時のＶ１電圧、Ｖ２電圧を示す。

電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡している場合、Ｖ１電圧は、図６の６１１に示されるように変化し、Ｖ２電圧は、図６の６１２に示されるように、電圧調整用スイッチ素子４１２の内部抵抗が限りなく小さいため、０に近い値となる。図６の６１１、６１２は、電圧調整用スイッチ素子４１１のオン後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のＶ１電圧、Ｖ２電圧を示す。

次に、電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、調整用コンデンサ１２５の放電後、電圧調整用スイッチ素子４１１をオフすると、充電経路があるため、単電池２１０の電圧に戻る。Ｖ１電圧は、図４の６１３に示されるように変化し、Ｖ２電圧は、６１４に示されるように変化する。図４の６１３、６１４は、電圧調整用スイッチ素子４１１のオフ後の正常時Ｖ１電圧、Ｖ２電圧を示す。Ｖ１電圧は、異常判定閾値よりも電圧値Ｖ１ａの方が大きくなる。

電圧検出線３２０が断線している場合、調整用コンデンサ１２５の放電後、電圧調整用スイッチ素子４１１をオフすると、充電経路がないため、単電池２１０の電圧に戻らない。Ｖ１電圧は、図５の６１５に示されるように変化し、Ｖ２電圧は、６１６に示されるように変化する。Ｖ１電圧は、異常判定閾値よりも電圧値Ｖ１ａの方が小さくなる。

電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡している場合、調整用コンデンサ１２５の放電後、電圧調整用スイッチ素子４１１をオフすると、充電経路がないため、単電池２１０の電圧に戻らない。Ｖ１電圧は、図６の６１７に示されるように変化し、Ｖ２電圧は、６１８に示されるように、電圧調整用スイッチ素子４１２の内部抵抗が限りなく小さいため、０に近い値となる。図６の６１７、６１８は、電圧調整用スイッチ素子４１１のオフ後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のＶ１電圧、Ｖ２電圧を示す。

次に、電圧調整用スイッチ素子４１２をオンすると、調整用コンデンサ１２６は、電圧調整用スイッチ素子４１２を介して放電される。電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、Ｖ２電圧は、図４の６２０に示されるように変化し、Ｖ１電圧は、６１９に示されるように変化する。図４の６２０、６１９は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオン後の正常時Ｖ２電圧、Ｖ１電圧を示す。奇数側の電池２１０のＶ１電圧は、電圧が上昇し、偶数側の電池２１１のＶ２電圧は、放電した分だけ電圧が低下する。

電圧検出線３２０が断線している場合、Ｖ２電圧は、図５の６２２に示されるように変化し、Ｖ１電圧は、６２１に示されるように変化する。図５の６２２、６２１は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオン後の電圧検出線断線時のＶ２電圧、Ｖ１電圧を示す。Ｖ２電圧は、異常判定閾値よりも電圧値Ｖ２ｂの方が小さくなる。

電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡している場合、Ｖ２電圧は、図６の６２４に示されるように、電圧調整用スイッチ素子４１２の内部抵抗が限りなく小さいため、０に近い値となる。Ｖ１電圧は、６２３に示されるように変化する。図６の６２４、６２３は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオン後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のＶ２電圧、Ｖ１電圧を示す。

次に、電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、調整用コンデンサ１２６の放電後、電圧調整用スイッチ素子４１２をオフすると、充電経路があるため、単電池２２０の電圧に戻る。Ｖ２電圧は、図４の６２６に示されるように変化し、Ｖ１電圧は、６２５に示されるように変化する。図４の６２６、６２５は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオン後の正常時Ｖ２電圧、Ｖ１電圧を示す。Ｖ２電圧は、異常判定閾値よりも電圧値Ｖ２ｂの方が大きくなる。

電圧検出線３２０が断線している場合、調整用コンデンサ１２６の放電後、電圧調整用スイッチ素子４１２をオフすると、充電経路がないため、単電池２２０の電圧に戻らない。Ｖ２電圧は、図５の６２８に示されるように変化し、Ｖ１電圧は、６２７に示されるように変化する。図５の６２８、６２７は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオフ後の電圧検出線断線時のＶ２電圧、Ｖ１電圧を示す。Ｖ２電圧は、異常判定閾値よりも電圧値Ｖ２ｂの方が小さくなる。

電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡している場合、調整用コンデンサ１２６を放電した後、電圧調整用スイッチ素子４１２をオフすると、充電経路がないため、単電池２２０の電圧に戻らない。Ｖ２電圧は、図６の６３０に示されるように、電圧調整用スイッチ素子４１２の内部抵抗が限りなく小さいため、０に近い値となる。Ｖ１電圧は、図６の６２９に示されるように変化する。図６の６３０、６２９は、電圧調整用スイッチ素子４１２オフ後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のＶ２電圧、Ｖ１電圧を示す。

次に、図７、図８、図９を用いて電圧調整用スイッチ素子４１２がオフ、オンされたときの電流の変化について説明する。

電圧検出線３２０が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡していない場合のＡ１電流は、電圧調整用スイッチ素子４１２がオフされた時、図７の７０１に示されるように０に近い値となる。その後、電圧調整用スイッチ素子４１２がオンされた時、図７の７０２に示されるように、単電池２２０の電圧より、経路上の抵抗の合計値を除算した値となる。再び電圧調整用スイッチ素子４１２がオフされた時、図７の７０３に示されるように０に近い値となる。図７の７０１は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオフ後のＡ１電流、図７の７０２は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオン後のＡ１電流、図７の７０３は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオフ後のＡ１電流の変化を示す。

電圧検出線３２０が断線している場合のＡ１電流は、図８の７０４、７０５、７０６に示されるように、電圧調整用スイッチ素子のオフ、オンに影響を受けず常に０に近い値となる。図８の７０４は、電圧調整用スイッチ素子４１２オフ後の電圧検出線断線時のＡ１電流、図８の７０５は、電圧調整用スイッチ素子４１２オン後の電圧検出線断線時のＡ１電流、図８の７０６は、電圧調整用スイッチ素子４１２オフ後の電圧検出線断線時のＡ１電流を示す。

電圧調整用スイッチ素子４１２が短絡している場合のＡ１電流は、図９の７０７、７０８、７０９に示されるように、電圧調整用スイッチ素子のオフ、オンに影響を受けず常に単電池２２０の電圧より、経路上の抵抗の合計値を除算した値となる。図９の７０７は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオフ後の電圧調整用スイッチ素子４１２短絡時のＡ１電流、図９の７０８は、電圧調整用スイッチ素子４１２のオン後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のＡ１電流、図９の７０９は、電圧調整用スイッチ素子４１２オフ後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のＡ１電流である。

前記に示す正常状態と、電圧検出線が断線している状態もしくは電圧調整用スイッチ素子が短絡している状態とでは、電圧調整用スイッチ素子４１２がオフされている状態のＡ１電流の電流値に違いが見受けられる。この違いを利用して故障原因の切り分けが可能となる。すなわち、電圧調整用スイッチ素子４１２がオフされている状態のＡ１電流が異常判定閾値を上回った場合に、前記の断線、もしくは短絡が発生している状態の電圧と合わせて判定することで、短絡と判断できる。以下、図１０、図１１、図１２を用いて、電圧検出線の断線及び電圧調整用スイッチ素子の短絡のいずれに起因する異常であるかを判定する方法について説明する。

図１０に電圧調整用スイッチ素子の短絡を診断するフローチャートを示す。
ステップ８０１から８０４は、前記に示すＶ２電圧の取得をフローチャート上へ表現したものである。

ステップ８０４から続くステップ８０５では、ステップ８０４で取得したＶ２電圧を短絡異常判定閾値と比較し、短絡異常判定閾値未満であればステップ８０６へ進み、電圧調整用スイッチ素子４１２の短絡と判定する。一方、Ｖ２電圧が短絡異常判定閾値以上であればステップ８０７へ進み、正常（電圧調整用スイッチ素子は短絡していない）と判定する。

ここでは、電圧測定回路４２０の電圧測定部により測定されたコンデンサ１２６（第２コンデンサ）の両端電圧Ｖ２ｂと予め設定されている短絡異常判定閾値（図１０のステップ８０５、および図４から図６を参照）とを比較して、コンデンサ１２６の両端電圧Ｖ２ｂの方が短絡異常判定閾値よりも低いときに（ステップ８０５でＹＥＳ）、電圧調整用スイッチ素子４１２（第２スイッチ）に短絡が発生していると判断する処理が行われる（短絡検出部）。

図１１に電圧検出線の断線を診断するフローチャートを示す。
ステップ９０１からステップ９０９は、前記に示すＶ１電圧、Ｖ２電流、Ａ１電流の取得をフローチャート上へ表現したものである。

ステップ９０９から続くステップ９１０では、ステップ９０４で取得したＶ１電圧を閾値（第１断線異常判定閾値）と比較し、断線異常判定閾値以下であればステップ９１１へ進み、断線異常判定閾値超過であればステップ９１５へ進み、正常と判定する。

ステップ９１１では、ステップ９０９で取得したＶ２電圧を閾値（第２断線異常判定閾値）と比較し、断線異常判定閾値以下であればステップ９１２へ進み、断線異常判定閾値超過であればステップ９１５へ進み、正常と判定する。

ステップ９１２では、図１０で説明した電圧調整用スイッチ素子の短絡フローチャートの結果を用いて、短絡異常が検知されていなければステップ９１４へ進み、断線と判定する。短絡異常が検知されていればステップ９１３へ進む。

ステップ９１３では、ステップ９０６で取得したＡ１電流の電流値を短絡異常判定閾値と比較し、Ａ１電流の電流値が短絡異常判定閾値未満であればステップ９１４へ進み、断線と判定する。Ａ１電流の電流値が短絡異常判定閾値以上であればステップ９１５へ進み、正常（電圧検出線３２０は断線していない）と判定する。

上記の判定処理は、マイコン５００により行われる。マイコン５００は、電圧検出線（診断対象電路）３２０を間に挟んで互いに隣り合う単電池（第１単電池）２１０と単電池（第２単電池）２２０のうち、単電池２１０に並列に接続されている電圧調整用スイッチ素子（第１スイッチ）４１１をオンして単電池２１０に並列に接続されているコンデンサ（第１コンデンサ）１２５を放電した後に電圧調整用スイッチ素子４１１をオフする。そして、電圧調整用スイッチ素子４１１をオフしてから所定時間後のコンデンサ１２５の両端電圧である電圧値Ｖ１ａを電圧測定回路４２０の電圧測定部により測定する。この所定時間は、コンデンサ１２５の容量値および抵抗１２１の抵抗値に基づいて設定される。

それから、電圧調整用スイッチ素子４１１と電圧調整用スイッチ素子（第２スイッチ）４１２がオフの状態で電流測定部１３２により診断対象電路３２０のＡ１電流を測定する。そして、スイッチ制御部は、単電池２２０に並列に接続されている電圧調整用スイッチ素子（第２スイッチ）４１２をオンして単電池２２０に並列に接続されているコンデンサ（第２コンデンサ）１２６を放電した後に電圧調整用スイッチ素子４１２をオフする。電圧測定回路４２０の電圧測定部は、電圧調整用スイッチ素子４１２をオフしてから所定時間後のコンデンサ１２６の両端電圧である電圧値Ｖ２ｂを測定する。この所定時間は、コンデンサ１２６の容量値および抵抗１２２の抵抗値に基づいて設定される。

そして、コンデンサ１２５の電圧値Ｖ１ａとコンデンサ１２６の電圧値Ｖ２ｂの両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下（ステップ９１０、９１１のいずれもＹＥＳ）で、かつ、ステップ８０６において短絡が検出されていないときに（ステップ９１２でＹＥＳ）、診断対象電路３２０が断線していると判断する（ステップ９１４）。

また、コンデンサ１２５の電圧値Ｖ１ａとコンデンサ１２６の電圧値Ｖ２ｂの両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下（ステップ９１０、９１１のいずれもＹＥＳ）で、かつ、ステップ８０６において短絡が検出されているときは（ステップ９１２でＮＯ）、診断対象電路３２０のＡ１電流が短絡異常判定閾値よりも小さいか否かを判断する（ステップ９１３）。そして、診断対象電路３２０のＡ１電流が短絡異常判定閾値よりも小さいときは（ステップ９１３でＹＥＳ）、診断対象電路３２０が断線していると判断し（ステップ９１４)、Ａ１電流が短絡異常判定閾値超過のときは（ステップ９１３でＮＯ）、診断対象電路３２０が断線していないと判断する（ステップ９１５）。

図１２に、図１０と図１１で説明した電圧調整用スイッチ素子の短絡診断、電圧検出線の断線診断と、従来機能であるバランシングの処理の流れを表すブロック図を示す。

診断を行うブロック群１００１と、バランシングが実行されるブロック群１００２は、互いを阻害しないようにそれぞれ異なるタイミングで実行されることを表している。ブロック群１００１では、ステップ９０１～９０４が実行され、ブロック群１００２に移行する。そして、ブロック群１００２にて、複数の単電池２１０～２４０のバランシングが実施され、ＳＯＣ演算が行われた後、ブロック群１００１に移行する。ブロック群１００１では、ステップ８０１～８０７と、ステップ９０５～９１５が平行して実行され、ブロック群１００２に移行する。そして、ブロック群１００２において再度、バランシングとＳＯＣ演算が行われる。

図５と図６に示すように、電圧検出線の断線故障時と、電圧調整用スイッチ素子の短絡故障時において、電圧検出線間の電圧挙動が近しいことから、断線故障と検知する可能性がある。本発明の実施例の図８と図９に示すように断線と短絡で電圧検出線上の電流の挙動が異なる点に着目し、電圧検出線上のＡ１電流を取得することで、断線と短絡の故障要因の判別が可能となる。

Ｖ１電圧、Ｖ２電圧、Ａ１電流を測定するタイミングは、正常な場合において、放電が終わる時間を設定する。例えば、Ｖ１電圧を測定する場合、調整用コンデンサ４２６[Ｆ]×（調整用抵抗４２２[Ω]＋調整用抵抗４２３[Ω]）×５[sec]以上とする。

上記した本実施形態の電池システムは、車両に搭載されており、電池制御装置１００は、電圧調整用スイッチ素子に短絡が発生していると判断したときは、組電池２００から車両への電力供給を継続し、電圧検出線が断線していると判断したときは、組電池２００から車両への電力供給を停止する制御を行う。

本実施形態の電池システムによれば、電圧検出線の断線と電圧調整用スイッチ素子の短絡とをそれぞれ判断することができる。したがって、例えば電圧検出線が断線しておらず、電圧調整用スイッチ素子が短絡している場合には、組電池からモータに電力供給を継続して行うことができ、車両を動かすことができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００・・・電池制御装置、１１０・・・測定用フィルタ回路、１２０・・・調整回路、１２１～１２４・・・抵抗、１２５～１２７・・・コンデンサ、１３０・・・電流監視回路、１３１～１３３・・・電流測定部、１４０・・・放電回路、４００・・・ＩＣ、３２０・・・電圧検出線（診断対象電路）、４１０・・・放電回路、４１１～４１３・・・電圧調整用スイッチ素子、４２０・・・電圧測定回路（電圧測定部）

Claims (8)

1. 互いに直列接続された複数の単電池を制御する電池制御装置であって、
   前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
   該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
   前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
   前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
   前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
   前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記スイッチの短絡を検出する短絡検出部と、
   前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記診断対象電路の電流と、前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて前記診断対象電路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池制御装置。
2. 前記スイッチ制御部は、前記複数の単電池の前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う第１単電池と第２単電池のうち、第１単電池に並列に接続されている第１スイッチをオンして前記第１単電池に並列に接続されている第１コンデンサを放電した後に第１スイッチをオフし、
   前記電圧測定部は、前記第１スイッチをオフしてから所定時間後の前記第１コンデンサの両端電圧を測定し、
   前記電流測定部は、前記第１スイッチと前記第２単電池に並列に接続されている第２スイッチとがオフの状態で前記診断対象電路の電流を測定し、
   前記スイッチ制御部は、前記第２スイッチをオンして前記第２単電池に並列に接続されている第２コンデンサを放電した後に前記第２スイッチをオフし、
   前記電圧測定部は、前記第２スイッチをオフしてから所定時間後の前記第２コンデンサの両端電圧を測定し、
   前記断線検出部は、前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧の両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下で、かつ、前記短絡検出部により前記短絡が検出されていないときに前記診断対象電路が断線していると判断することを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
3. 前記断線検出部は、前記第１コンデンサの両端電圧が第１断線異常判定閾値以下で、かつ、前記第２コンデンサの両端電圧が第２断線異常判定閾値以下で、かつ、前記短絡検出部により前記短絡が検出されているときは、前記診断対象電路の電流が短絡異常判定閾値よりも小さいか否かを判断し、前記診断対象電路の電流が短絡異常判定閾値よりも小さいときは前記診断対象電路が断線していると判断することを特徴とする請求項２に記載の電池制御装置。
4. 前記短絡検出部は、前記電圧測定部により測定された前記第２コンデンサの両端電圧と予め設定されている短絡異常判定閾値とを比較して、前記第２コンデンサの両端電圧の方が前記短絡異常判定閾値よりも低いときに前記第２スイッチに短絡が発生していると判断することを特徴とする請求項３に記載の電池制御装置。
5. 前記電圧測定部により測定した前記複数の単電池の各々の両端電圧の差に基づいて前記複数のスイッチのオンオフ制御を行い、前記複数の単電池の両端電圧を均等化するバランシング制御を行うバランシング制御部を有し、
   前記電流測定部は、前記スイッチに直列に設けられた電流計素子によって、前記バランシング制御の前後の電流を検出することを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
6. 前記所定時間は、前記コンデンサの容量値および抵抗の抵抗値に基づくことを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
7. 複数の電池が直列に接続された組電池と、該組電池の各電池の電圧を制御する電池制御装置とを有する電池システムであって、
   前記電池制御装置は、
   前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
   前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
   該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
   前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
   前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
   前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
   前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
   を備え、
   前記複数の単電池の前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う第１単電池と第２単電池のうち、第１単電池に並列に接続されている第１スイッチをオンして前記第１単電池に並列に接続されている第１コンデンサを放電した後に前記第１スイッチをオフし、
   前記第１スイッチをオフしてから所定時間後の前記第１コンデンサの両端電圧を測定し、
   前記第１スイッチと前記第２単電池に並列に接続されている第２スイッチとがオフの状態で前記診断対象電路の電流を測定し、
   前記第２スイッチをオンして前記第２単電池に並列に接続されている第２コンデンサを放電した後に前記第２スイッチをオフし、
   前記第２スイッチをオフしてから所定時間後の前記第２コンデンサの両端電圧を測定し、
   前記電圧測定部により測定された前記第２コンデンサの両端電圧と予め設定されている短絡異常判定閾値とを比較して、前記第２コンデンサの両端電圧の方が前記短絡異常判定閾値よりも低いときに前記第２スイッチに短絡が発生していると判断し、
   前記第１コンデンサの両端電圧と前記第２コンデンサの両端電圧の両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下で、かつ、前記短絡が発生していないと判断されているときに前記診断対象電路が断線していると判断することを特徴とする記載の電池システム。
8. 前記電池システムは、車両に搭載されており、
   前記電池制御装置は、
   前記スイッチに短絡が発生していると判断したときは、前記組電池から前記車両への電力供給を継続し、
   前記電路が断線していると判断したときは、前記組電池から前記車両への電力供給を停止することを特徴とする請求項７に記載の電池システム。

Images