JP4075785B2 - 組電池の異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の異常検出装置に関し、特に、セルごとに設けられている検出端子とセルとの間の接続線の断線を検出する装置に関する。

組電池を構成するセルの両端子のそれぞれに接続される検出端子を有し、両検出端子間の電圧に基づいて、セルの過充電や過放電を検出する装置において、セルと検出端子間の接続不良を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。この接続不良検出方法では、セルごとに接続された放電回路を所定時間短絡させた後に放電回路を開放し、開放したときの電圧が短絡状態の電圧とほぼ同じ場合には、セルと検出端子間の接続が不良であると判断している。

特開２００１−１５７３６７号公報

しかしながら、上述した従来の方法では、過放電検出回路に用いられている電圧比較回路を使用して短絡状態と開放状態の電圧を比較する場合には、セルが過放電になっている状態と接続不良になっている状態との区別がつかない。従って、両者の区別をつけるためには、接続不良判断用と過放電状態判断用の２つの電圧比較回路を用意する必要があるという問題があった。

本発明による組電池の異常検出装置は、奇数番目のセルの検出端子間を短絡させるとともに、偶数番目のセルの検出端子間を開放させた時に異常検出回路から出力される信号と、奇数番目のセルの検出端子間を開放させるとともに、偶数番目のセルの検出端子間を短絡させた時に異常検出回路から出力される信号とに基づいて、セルと対応する検出端子との間の接続線の断線を検出することを特徴とする。

本発明による組電池の異常検出装置によれば、セルが過放電状態または過充電状態の場合でも、セルと対応する検出端子との間の接続線の断線を検出することができる。

図１は、本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図である。組電池１は、充放電可能なｎ個のセルｓ1〜ｓnを直列に接続して構成される。検出端子Ｃ0〜Ｃnは、各セルｓ1〜ｓnの正極端子または負極端子と接続されている。例えば、検出端子Ｃ0は、セルｓ1の負極端子と接続されており、検出端子Ｃ1は、セルｓ1の正極端子およびセルｓ2の負極端子と接続されている。

電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａnは、各セルｓ1〜ｓnごとに設けられており、対応するセルｓ1〜ｓnの端子間電圧が第１の所定電圧Ｖ1より上昇したことを検出すると、Ｈレベルの信号を第１のロジック回路に出力する。第１のロジック回路は、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1およびオア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nから構成される。例えば、電流バイパス電圧検出回路ａ1の出力はアンド回路ＡＮＤ11に入力され、電流バイパス電圧検出回路ａ2の出力はオア回路ＯＲ12に入力される。

すなわち、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1とオア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nとが交互に電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａnと接続されている。なお、ここでは、電流が流れている状態をＨレベルの信号が出力されている状態とし、電流が流れていない状態をＬレベルの信号が出力されている状態とする。

アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1およびオア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nのもう一方の入力端子には、後述する充放電制御回路５から出力される第１の断線診断実施信号Ｓg1が入力される。ただし、充放電制御回路５からアンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1に入力される第１の断線診断実施信号Ｓg1は、インバータ回路ＩＮＶ11〜ＩＮＶ1n-1にて信号レベルが反転されてから入力される。

アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1およびオア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nの出力端子は、第２のロジック回路と接続されている。第２のロジック回路は、アンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nおよびオア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1から構成される。例えば、アンド回路ＡＮＤ11の出力はオア回路ＯＲ21に入力され、オア回路ＯＲ12の出力はアンド回路ＡＮＤ22に入力される。すなわち、アンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nの一方の入力端子は、オア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nの出力端子とそれぞれ接続されており、オア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1の一方の入力端子は、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1の出力端子と接続されている。

オア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1およびアンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nのもう一方の入力端子には、充放電制御回路５から出力される第２の断線診断実施信号Ｓg2が入力される。ただし、アンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nに入力される第２の断線診断実施信号Ｓg2は、インバータ回路ＩＮＶ22〜ＩＮＶ2nにて信号レベルが反転されてから入力される。

オア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1およびアンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nの出力端子は、ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnのゲート端子と接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnのドレイン端子は、抵抗Ｒ1〜Ｒnと接続されている。

上述した電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａn、第１のロジック回路、第２のロジック回路、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑn、および、抵抗Ｒ1〜Ｒnにより電流バイパス回路が構成される。上述したように、電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａnは、対応するセルｓ1〜ｓnの端子間電圧が第１の所定電圧Ｖ1より上昇して満充電に近い状態になったことを検出すると、Ｈレベルの信号を出力し、第１のロジック回路および第２のロジック回路を介して、対応するＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑnをオンする。ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑnがオンすると、オンしたＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑnと接続されている抵抗Ｒ1〜Ｒnを介して、対応するセルｓ１〜ｓｎに流れる充電電流の一部が流れる。これにより、各セル間の容量バラツキを抑制することができる。なお、第１のロジック回路および第２のロジック回路の動作については後述する。

セルｓ1〜ｓnごとに設けられている異常検出回路ｂ1〜ｂnは、充放電制御回路５から出力される過充電／過放電検出切り換え信号Ｓg3（以下、切り換え信号Ｓg3と呼ぶ）に基づいて、対応するセルｓ1〜ｓnの過充電状態および過放電状態を検出する。切り換え信号Ｓg3の信号レベルがＬレベルの場合には、セルの過充電検出処理を行う。すなわち、対応するセルの端子間電圧（検出端子間電圧）が第２の所定電圧Ｖ2（過充電判定しきい値電圧）より上昇すると、過充電状態であると判定する。

また、切り換え信号Ｓg3の信号レベルがＨレベルの場合には、セルの過放電検出処理を行う。すなわち、対応するセルの端子間電圧が第３の所定電圧Ｖ3（過放電判定しきい値電圧）より下降すると、過放電状態であると判定する。異常検出回路ｂ1〜ｂnは、セルの過充電状態または過放電状態を検出すると、Ｈレベルの異常検出信号をオア回路４に出力する。

オア回路４は、いずれか１つの異常検出回路ｂ1〜ｂnから異常検出信号が出力されると、セルに異常が発生したことを示す信号を充放電制御回路５に出力する。なお、３つの所定電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の大小関係は、Ｖ2＞Ｖ1＞Ｖ3に設定されている。

充放電制御回路５は、オア回路４からの信号に基づいて、組電池１の充放電を制御する。また、充放電制御回路５は、セルｓ1〜ｓnと検出端子Ｃ0〜Ｃnとの間の接続線の断線診断を行うための断線診断実施信号Ｓg1，Ｓg2を出力するとともに、セルの過充電または過放電を検出するための切り換え信号Ｓg3を出力する。断線診断実施信号Ｓg1，Ｓg2を出力する時期は、充放電制御回路５の始動時（電源投入時）や組電池１の充放電が所定期間以上休止している時である。

第１のロジック回路のうち、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1の動作について、アンド回路ＡＮＤ11を代表して説明する。アンド回路ＡＮＤ11は、電流バイパス電圧検出回路ａ1の出力信号と、第１の断線診断実施信号Ｓg1をインバータ回路ＩＮＶ11にて反転した信号との論理積演算結果を第２のロジック回路のオア回路ＯＲ21に出力する。

充放電制御回路５から第１の断線診断実施信号Ｓg1が出力されていない場合、すなわち、第１の断線診断実施信号Ｓg1の信号レベルがＬレベルの場合、アンド回路ＡＮＤ11にはインバータ回路ＩＮＶ11を介してＨレベルの信号が入力されるため、電流バイパス電圧検出回路ａ1の出力がそのままアンド回路ＡＮＤ11の出力となる。

一方、充放電制御回路５から第１の断線診断実施信号Ｓg1が出力されている場合、すなわち、第１の断線診断実施信号Ｓg1の信号レベルがＨレベルの場合、アンド回路ＡＮＤ11にはインバータ回路ＩＮＶ11を介してＬレベルの信号が入力される。従って、この場合には、電流バイパス電圧検出回路ａ1の出力信号のレベルに関わらず、アンド回路ＡＮＤ11の出力信号はＬレベルとなる。

続いて、オア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nの動作について、オア回路ＯＲ12を代表して説明する。オア回路ＯＲ12は、電流バイパス電圧検出回路ａ2の出力信号と、充放電制御回路５からの第１の断線診断実施信号Ｓg1との２信号の論理和を演算し、演算結果をアンド回路ＡＮＤ22に出力する。

充放電制御回路５から第１の断線診断実施信号Ｓg1が出力されていない場合、すなわち、第１の断線診断実施信号Ｓg1の信号レベルがＬレベルの場合には、電流バイパス電圧検出回路ａ2の出力がそのままオア回路ＯＲ12の出力となる。一方、充放電制御回路５から第１の断線診断実施信号Ｓg1が出力されている場合、すなわち、第１の断線診断実施信号Ｓg1の信号レベルがＨレベルの場合には、電流バイパス電圧検出回路ａ2の出力信号のレベルに関わらず、オア回路ＯＲ12の出力信号もＨレベルとなる。

説明は省略するが、セルｓ3，ｓ5，…，ｓn-1に対応して設けられているアンド回路ＡＮＤ13，ＡＮＤ15，…，ＡＮＤ1n-1の動作、および、セルｓ4，ｓ6，…，ｓnに対応して設けられているオア回路ＯＲ4，ＯＲ6，…，ＯＲnの動作についても同様である。上述したように、充放電制御回路５から第１の断線診断実施信号Ｓg1が出力されると、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1の出力は常にＬレベルとなり、オア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nの出力は常にＨレベルとなる。

次に、第２のロジック回路のうち、オア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1の動作について、オア回路ＯＲ21を代表して説明する。オア回路ＯＲ21は、第１のロジック回路を構成するアンド回路ＡＮＤ11の出力信号と、充放電制御回路５から出力される第２の断線診断実施信号Ｓg2との論理和を演算し、演算結果をＭＯＳトランジスタＱ１のゲート端子に出力する。

充放電制御回路５から第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されていない場合、すなわち、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＬレベルの場合には、アンド回路ＡＮＤ11の出力がそのままオア回路ＯＲ21の出力となる。従って、アンド回路ＡＮＤ11からＨレベルの信号が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ１はオンし、Ｌレベルの信号が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ１はオフする。

一方、充放電制御回路５から第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されている場合、すなわち、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＨレベルの場合には、アンド回路ＡＮＤ11の出力信号のレベルに関わらず、オア回路ＯＲ21の出力信号はＨレベルとなる。従って、ＭＯＳトランジスタＱ１は強制的にオンとなる。

続いて、第２のロジック回路のうち、アンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nの動作について、アンド回路ＡＮＤ22を代表して説明する。アンド回路ＡＮＤ22は、第１のロジック回路のオア回路ＯＲ12の出力信号と、第２の断線診断実施信号Ｓg2をインバータ回路ＩＮＶ22にて反転した信号との論理積演算結果をＭＯＳトランジスタＱ２のゲート端子に出力する。

充放電制御回路５から第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されていない場合、すなわち、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＬレベルの場合には、アンド回路ＡＮＤ22には、インバータ回路ＩＮＶ22を介してＨレベルの信号が入力されるので、オア回路ＯＲ12の出力がそのままアンド回路ＡＮＤ22の出力となる。従って、アンド回路ＡＮＤ22からＨレベルの信号が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ２はオンし、Ｌレベルの信号が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ２はオフする。

一方、充放電制御回路５から第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されている場合、すなわち、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＨレベルの場合には、アンド回路ＡＮＤ22には、インバータ回路ＩＮＶ22を介してＬレベルの信号が入力される。従って、オア回路ＯＲ12の出力信号のレベルに関わらず、アンド回路ＡＮＤ22の出力信号はＬレベルとなる。この結果、ＭＯＳトランジスタＱ２は強制的にオフとなる。

説明は省略するが、セルｓ3，ｓ5，…，ｓn-1に対応して設けられているオア回路ＯＲ23，ＯＲ25，…，ＯＲ2n-1の動作、および、セルｓ4，ｓ6，…，ｓnに対応して設けられているアンド回路ＡＮＤ24，ＡＮＤ26，…，ＡＮＤ2nの動作についても同様である。上述したように、充放電制御回路５から第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されると、オア回路ＯＲ21，ＯＲ23，…，ＯＲ2n-1と接続されているＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ３，…，Ｑｎは強制的にオンとなり、アンド回路ＡＮＤ22，ＡＮＤ24，…，ＡＮＤ2nと接続されているＭＯＳトランジスタＱ２，Ｑ４，…，Ｑｎ-1は強制的にオフとなる。

また、第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されていない場合には、アンド回路ＡＮＤ13，ＡＮＤ15，…，ＡＮＤ1n-1の出力がそのままオア回路ＯＲ23，ＯＲ25，…，ＯＲ2n-1の出力となり、オア回路ＯＲ14，ＯＲ16，…，ＯＲ1nの出力がそのままアンド回路ＡＮＤ24，ＡＮＤ26，…，ＡＮＤ2nの出力となる。

上述したように、充放電制御回路５から第１の断線診断実施信号Ｓg1が出力されると、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1の出力は常にＬレベルとなり、オア回路ＯＲ12〜ＯＲ1nの出力は常にＨレベルとなる。従って、第１の断線診断実施信号Ｓg1の信号レベルがＨレベル、かつ、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＬレベルの場合には、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ３，…，Ｑn-1は強制的にオフとなり、ＭＯＳトランジスタＱ２，Ｑ４，…，Ｑnは強制的にオンとなる。

すなわち、第１の断線診断実施信号Ｓg1の信号レベルがＨレベル、かつ、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＬレベルの場合には、奇数番目のセルｓ1，ｓ3，…，ｓn-1の検出端子間が開放されるとともに、偶数番目のセルｓ2，ｓ4，…，ｓnの検出端子間が短絡される。また、第２の断線診断実施信号Ｓg2の信号レベルがＨレベルの場合には、奇数番目のセルの検出端子間が短絡されるとともに、偶数番目のセルの検出端子間が開放される。図２は、断線診断実施信号Ｓg1，Ｓg2の信号レベルと、その時のオア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1、アンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nの出力信号レベル、および、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン／オフの状態の関係をまとめた図である。

ここで、図３に示すように、セルｓ2の正極端子（セルｓ3の負極端子）と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線した場合について考察する。断線が発生した時のセルｓ3の端子間電圧は、第１の所定電圧Ｖ1より高く、かつ、第２の所定電圧Ｖ2より低いものとする。また、断線が発生した時のセルｓ2は過放電状態、すなわち、端子間電圧は、第３の所定電圧Ｖ3より低いものとする。

＜（Ｓg1，Ｓg2）＝（Ｈ，Ｌ）の場合＞
充放電制御回路５からＨレベルの第１の断線診断実施信号Ｓg1、および、Ｌレベルの第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ２は強制的にオンとなり、ＭＯＳトランジスタＱ３は強制的にオフとなる（図２参照）。この状態では、検出端子Ｃ2の電圧は、オンしているＭＯＳトランジスタＱ２および抵抗Ｒ２を介して、セルｓ2の負極端子（検出端子Ｃ1）の電圧と等しくなる。

この時、充放電制御回路５から出力される切り換え信号Ｓg3のレベルがＨレベル（過放電検出）であれば、異常検出回路ｂ2からは、セルｓ2が過放電状態であることを示す異常検出信号（Ｈレベル）が出力される。これにより、充放電制御回路５には、オア回路４を介してＨレベルの信号が入力される。

＜（Ｓg1，Ｓg2）＝（Ｌ，Ｈ）の場合＞
また、充放電制御回路５からＬレベルの第１の断線診断実施信号Ｓg1、および、Ｈレベルの第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ２は強制的にオフとなり、ＭＯＳトランジスタＱ３は強制的にオンとなる（図２参照）。この状態では、検出端子Ｃ2の電圧は、オンしているＭＯＳトランジスタＱ３および抵抗Ｒ３を介して、セルｓ3の正極端子（検出端子Ｃ3）の電圧と等しくなる。

この時、充放電制御回路５から出力される切り換え信号Ｓg3のレベルがＬレベル（過充電検出）であれば、異常検出回路ｂ2からは、セルｓ2が過充電状態であることを示す異常検出信号（Ｈレベル）が出力される。これにより、充放電制御回路５には、オア回路４を介してＨレベルの信号が入力される。

すなわち、セルｓ2の正極端子と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線すると、切り換え信号Ｓg3の信号レベルがＨレベル（過放電検出）およびＬレベル（過充電検出）のいずれの場合においても、異常検出回路ｂ2からはＨレベルの信号が出力されて、充放電制御回路５に入力されることになる。セルｓ2が過放電状態であり、かつ、セルｓ2の正極端子と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線した場合に、異常検出回路ｂ2から出力される信号のレベルを図４にまとめておく。

一方、上述した箇所の断線が生じていない場合には、検出端子Ｃ1−Ｃ2間、および、検出端子Ｃ2−Ｃ3間の電圧は、それぞれセルｓ2およびｓ3の電圧となる。従って、切り換え信号Ｓg3の信号レベルがＨレベル（過放電検出）の場合にのみ、セルＳ2が過放電状態であることを示すＨレベルの信号が異常検出回路ｂ2から出力される。セルｓ2が過放電状態であり、かつ、上述した箇所の断線が生じていない場合に、異常検出回路ｂ2から出力される信号のレベルを図５にまとめておく。

すなわち、一実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、セルが過放電状態の場合でも、断線診断実施信号Ｓg1，Ｓg2を出力した時の異常検出回路ｂ1〜ｂnからの出力に基づいて、セルと検出端子とを接続する線の断線を確実に検出することができる。

上述した説明では、断線が発生する直前のセルｓ3の端子間電圧は、第１の所定電圧Ｖ1より高く、かつ、第２の所定電圧Ｖ2より低いものとした。また、セルｓ2の端子間電圧は、第３の所定電圧Ｖ3より低いものとした。しかし、断線が発生する直前のセルｓ2およびｓ3の端子間電圧は、第１の所定電圧Ｖ1、第２の所定電圧Ｖ2、および、第３の所定電圧Ｖ3との関係において、どのような値でも、断線を検出することができる。また、断線が生じる箇所も、セルｓ2の正極端子と検出端子Ｃ2との間の接続線には限られない。

例えば、図６に示すように、セルｓ1の正極端子（セルｓ2の負極端子）と検出端子Ｃ1との間の接続線が断線した場合について考察する。ここでは、断線が発生する直前のセルｓ1は過充電状態、すなわち、セルｓ1の端子間電圧は、第２の所定電圧Ｖ2より高いものとする。

＜（Ｓg1，Ｓg2）＝（Ｈ，Ｌ）の場合＞
充放電制御回路５からＨレベルの第１の断線診断実施信号Ｓg1、および、Ｌレベルの第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ１は強制的にオフとなり、ＭＯＳトランジスタＱ２は強制的にオンとなる（図２参照）。この状態では、検出端子Ｃ1の電圧は、オンしているＭＯＳトランジスタＱ２および抵抗Ｒ２を介して、セルｓ2の正極端子（検出端子Ｃ2）の電圧と等しくなる。

この時、充放電制御回路５から出力される切り換え信号Ｓg3のレベルがＬレベル（過充電検出）であれば、異常検出回路ｂ1からは、セルｓ1が過充電状態であることを示す異常検出信号（Ｈレベル）が出力される。これにより、充放電制御回路５には、オア回路４を介してＨレベルの信号が入力される。

＜（Ｓg1，Ｓg2）＝（Ｌ，Ｈ）の場合＞
また、充放電制御回路５からＬレベルの第１の断線診断実施信号Ｓg1、および、Ｈレベルの第２の断線診断実施信号Ｓg2が出力されると、ＭＯＳトランジスタＱ１は強制的にオンとなり、ＭＯＳトランジスタＱ２は強制的にオフとなる（図２参照）。この状態では、検出端子Ｃ1の電圧は、オンしているＭＯＳトランジスタＱ１および抵抗Ｒ１を介して、セルｓ1の負極端子（検出端子Ｃ0）の電圧と等しくなる。

この時、充放電制御回路５から出力される切り換え信号Ｓg3のレベルがＨレベル（過放電検出）であれば、異常検出回路ｂ1からは、セルｓ1が過放電状態であることを示す異常検出信号（Ｈレベル）が出力される。これにより、充放電制御回路５には、オア回路４を介してＨレベルの信号が入力される。

すなわち、セルｓ1の正極端子と検出端子Ｃ1との間の接続線が断線した場合でも、切り換え信号Ｓg3の信号レベルがＨレベルおよびＬレベルのいずれの場合においても、異常検出回路ｂ1からはＨレベルの信号が出力されて、充放電制御回路５に入力されることになる。セルｓ1が過充電状態であり、かつ、セルｓ1の正極端子と検出端子Ｃ1との間の接続線が断線した場合に、異常検出回路ｂ1から出力される信号のレベルを図７にまとめておく。

一方、セルｓ1の正極端子と検出端子Ｃ1との間の断線が生じていない場合には、検出端子Ｃ0−Ｃ1間、および、検出端子Ｃ1−Ｃ2間の電圧は、それぞれセルｓ1およびｓ2の電圧となる。従って、切り換え信号Ｓg3の信号レベルがＬレベル（過充電検出）の場合にのみ、セルＳ1が過充電状態であることを示すＨレベルの信号が異常検出回路ｂ1から出力される。セルｓ1が過充電状態であり、かつ、上述した箇所の断線が生じていない場合に、異常検出回路ｂ2から出力される信号のレベルを図８にまとめておく。

図９は、一実施の形態における組電池の異常検出装置を搭載した電気自動車において、断線診断実施プログラムの処理内容を示すフローチャートである。ステップＳ１０から始まる処理は、充放電制御回路５により行われる。ステップＳ１０では、Ｈレベルの断線診断実施信号Ｓg1を出力して、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、オア回路４を介して異常検出回路ｂ1〜ｂnから入力される信号に基づいて、異常発生の有無を検知する。ここでは、ＨレベルおよびＬレベルの切り換え信号Ｓg3をそれぞれ出力した時に、オア回路４を介して入力される信号のレベルを検知する。

ステップＳ３０では、ステップＳ２０で行った異常診断の結果、オア回路４を介してＨレベルの信号が入力されたか否かを判定する。ＨレベルおよびＬレベルの切り換え信号Ｓg3を出力した時のいずれの場合も、Ｌレベルの信号が入力されたと判定すると、ステップＳ１０に戻り、Ｈレベルの信号が入力されたと判定するとステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、Ｈレベルの断線診断実施信号Ｓg2を出力して、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、ステップＳ２０と同様の処理、すなわち、オア回路４を介して異常検出回路ｂ1〜ｂnから入力される信号に基づいて、異常発生の有無を検知する。ステップＳ６０では、ステップＳ５０で行った異常診断の結果、ＨレベルおよびＬレベルの切り換え信号Ｓg3を出力した時のいずれの場合も、オア回路４を介してＨレベルの信号が入力されたか否かを判定する。いずれの場合もＨレベルの信号が入力されたと判定するとステップＳ７０に進み、Ｌレベルの信号が入力されたと判定すると、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ７０では、セルと検出端子との間の接続線に断線が発生したと判断して、車両の走行モードを異常発生時の走行モードであるリンプ走行モードに設定する。これにより、電気自動車は、異常が発生したため通常の走行を行うことはできないが、リンプ走行モード時における低速走行を行うことができるので、例えば、サービス工場まで自走することができる。車両の走行モードをリンプ走行モードに設定すると、ステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ８０では、異常検出回路ｂ1〜ｂnから入力されたＨレベルの信号が断線に起因するものではなく、セルの過充電または過放電に起因するものであると判定し、セルの充放電制御を行う。すなわち、Ｌレベルの切り換え信号Ｓg3を出力した時に、Ｈレベルの信号が入力された場合には、過充電状態となっているセルが存在するため、セルの放電処理を行い、Ｈレベルの切り換え信号Ｓg3を出力した時に、Ｈレベルの信号が入力された場合には、過放電状態となっているセルが存在するため、セルの充電処理を行う。セルの充放電制御を行うと、ステップＳ１０に戻る。

一実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、奇数番目のセルの検出端子間を短絡させるとともに、偶数番目のセルの検出端子間を開放させた時に異常検出回路ｂ1〜ｂnから出力される信号と、奇数番目のセルの検出端子間を開放させるとともに、偶数番目のセルの検出端子間を短絡させた時に異常検出回路から出力される信号とに基づいて、セルと対応する検出端子との間の接続線の断線を検出する。これにより、セルと対応する検出端子との間の接続線の断線を確実に検出することができる。

特に、断線診断実施信号Ｓg1，Ｓg2をそれぞれ出力した時に、セルの過充電検出時（Ｓg3：Ｌレベル）および過放電検出時（Ｓg3：Ｈレベル）のいずれの場合でも、異常検出回路ｂ1〜ｂnからＨレベルの信号が出力された時に、セルと対応する検出端子との間の接続線が断線していると判定するので、断線の発生の有無と、セルの過充電状態または過放電状態とを確実に区別することができる。すなわち、一実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、セルが過充電状態または過放電状態である場合でも、セルと対応する検出端子との間の接続線の断線の有無を検出することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、電流バイパス回路を構成する半導体スイッチとしてＭＯＳトランジスタを用いたが、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いてもよい。また、各セルｓ1〜ｓnの両端子にそれぞれ接続される検出端子間を短絡する回路および開放する回路の構成も、図１に示すものに限定されることはない。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、検出端子Ｃ1〜Ｃnが検出端子を、異常検出回路ｂ1〜ｂnが異常検出回路を、アンド回路ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1，ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2n、オア回路ＯＲ12〜ＯＲ1n，ＯＲ22〜ＯＲ2n、インバータ回路ＩＮＶ11〜ＩＮＶ1n-1，ＩＮＶ22〜ＩＮＶ2n、ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnが短絡・開放回路を、充放電制御回路５が制御回路を、オア回路４および充放電制御回路５が断線検出回路をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図 断線診断実施信号Ｓg1，Ｓg2の信号レベルと、その時のオア回路ＯＲ21〜ＯＲ2n-1、アンド回路ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2nの出力信号レベル、および、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン／オフの状態の関係をまとめた図 セルｓ2の正極端子（セルｓ3の負極端子）と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線した様子を示す図 セルｓ2が過放電状態であり、かつ、セルｓ2の正極端子と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線した場合に、異常検出回路ｂ2から出力される信号レベルをまとめた図 セルｓ2が過放電状態であり、かつ、セルｓ2の正極端子と検出端子Ｃ2との間の接続線の断線が発生していない場合に、異常検出回路ｂ2から出力される信号レベルをまとめた図 セルｓ1の正極端子（セルｓ2の負極端子）と検出端子Ｃ1との間の接続線が断線した様子を示す図 セルｓ1が過充電状態であり、かつ、セルｓ1の正極端子と検出端子Ｃ1との間の接続線が断線した場合に、異常検出回路ｂ1から出力される信号レベルをまとめた図 セルｓ1が過充電状態であり、かつ、セルｓ1の正極端子と検出端子Ｃ1との間の接続線の断線が発生していない場合に、異常検出回路ｂ1から出力される信号レベルをまとめた図 一実施の形態における組電池の異常検出装置を搭載した電気自動車において、断線診断実施プログラムの処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１…組電池、４…オア回路、５…充放電制御回路、ｓ1〜ｓn…セル、ａ1〜ａn…電流バイパス電圧検出回路、ｂ1〜ｂn…異常検出回路、ＡＮＤ11〜ＡＮＤ1n-1，ＡＮＤ22〜ＡＮＤ2n…アンド回路、ＯＲ12〜ＯＲ1n，ＯＲ21〜ＯＲ2n-1…オア回路、Ｒ1〜Ｒn…抵抗、Ｑ1〜Ｑn…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、Ｃ0〜Ｃn…検出端子、ＩＮＶ11〜ＩＮＶ1n-1，ＩＮＶ22〜ＩＮＶ2n…インバータ回路

Claims (4)

1. 充電可能な複数のセルを直列に接続して構成される組電池の異常検出装置において、
   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、
   前記複数のセルごとに設けられ、前記検出端子間の電圧に基づいて、対応するセルの過充電状態および過放電状態を検出する異常検出回路と、
   前記複数のセルに対応する前記検出端子間をそれぞれ１つ置きに短絡させるとともに、短絡させる検出端子間と隣接する検出端子間を開放させる短絡・開放回路と、
   前記短絡・開放回路を制御する制御回路と、
   前記制御回路が前記短絡・開放回路により、奇数番目のセルの検出端子間を短絡させるとともに、偶数番目のセルの検出端子間を開放させた時に前記異常検出回路から出力される信号（以下、第１の信号）と、前記奇数番目のセルの検出端子間を開放させるとともに、前記偶数番目のセルの検出端子間を短絡させた時に前記異常検出回路から出力される信号（以下、第２の信号）とに基づいて、前記セルと対応する検出端子との間の接続線の断線を検出する断線検出回路とを備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
2. 請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記断線検出回路は、前記第１の信号および前記第２の信号に基づいて、前記断線と、前記セルの過充電状態または過放電状態とを区別することを特徴とする組電池の異常検出装置。
3. 請求項１または２に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記断線検出回路は、前記第１の信号および前記第２の信号のうち、一方が過充電状態を示す信号であり、他方が過放電状態を示す信号である場合に、前記断線が生じていると判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
   前記短絡・開放回路は、前記検出端子間の電圧が所定電圧以上になると対応するセルに流れる充電電流の一部をバイパスさせる電流バイパス回路としても機能することを特徴とする組電池の異常検出装置。
   

Images