JP4082069B2

JP4082069B2 - 組電池の異常検出装置

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Publication number: JP4082069B2
Application number: JP2002107840A
Authority: JP
Inventors: 誠岩島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP2003303626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単位セルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する組電池の異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッド電気自動車においては、走行駆動源の一つとして、複数個の充電可能な二次電池（単位セル）を直列に接続して構成される組電池が用いられる。電気自動車に使用される組電池の電圧は、一般的に３００Ｖ以上にも達するため、例えば単位セルとして正負極端子間電圧が3.5Ｖのリチウムイオン二次電池を用いる場合には、９０個前後の単位セルが直列に接続されることになる。このような組電池においては、個々のセルの状態を把握しながら充放電制御を行うのが一般的であり、セルの正負極端子間電圧に異常があるか否かを検出する異常検出回路を各セルごとに設けて、セルに異常を検出した時には充放電制御側に異常検出信号を送出している。従来の組電池の異常を検出する装置としては、特開２００１−２５１７３号公報に開示されている組電池の異常判定装置がある。
【０００３】
図７は、従来の組電池の異常を検出する装置の一例を示すブロック図である。組電池１は、充電可能な複数のセルＣ１〜Ｃｎを直列に接続して構成されている。異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎは、各セルＣ１〜Ｃｎごとに設けられ、対応するセルの正負極端子間電圧が第１の所定電圧より上昇して過充電状態になったことを検出し、また、正負極端子間電圧が第２の所定電圧より下降して過放電状態になったことを検出する。異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎにて、対応するセルＣ１〜Ｃｎの異常が検出された時は、異常検出信号が出力される。
【０００４】
各異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎとそれぞれ接続されているアイソレータＴ１〜Ｔｎは、対応する異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎから出力される異常検出信号を電気的に絶縁する。電気自動車用の組電池では、上述したように、最上位の異常検出回路Ｓ１の出力電圧レベルと、最下位の異常検出回路Ｓｎの出力電圧レベルとの電圧差は３００Ｖ以上にもなるため、全ての異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎの出力電圧レベルを一緒に取り扱うことはできない。従って、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎの出力側にアイソレータＴ１〜Ｔｎを設けて、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎから出力される異常検出信号を電気的に絶縁している。
【０００５】
各アイソレータＴ１〜Ｔｎは、オア回路Ｕ０と接続されている。オア回路Ｕ０は、アイソレータＴ１〜Ｔｎにて電気的に絶縁された異常検出信号の論理和を演算し、演算結果を充放電制御側に出力する。少なくとも１つの異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎにてセルの異常が検出された場合は、オア回路Ｕ０からセルに異常が発生している旨の信号が出力される。
【０００６】
図７に示した従来の組電池の異常検出装置に対して、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎおよびオア回路の一部をＩＣ化した時のブロック図の一例を図８に示す。図７に示すブロック図と同一の構成要素については、同一の符号を付して動作説明は省略する。
【０００７】
図８に示すブロック図では、３個の異常検出回路に対して１つのオア回路が設けられている。例えば、異常検出回路Ｓ１〜Ｓ３から出力される異常検出信号の論理和がオア回路Ｕ１にて演算されて、演算結果がアイソレータＴ１に出力される。すなわち、ＩＣ（１）〜ＩＣ（Ｎ）は、３個の異常検出回路と１つのオア回路とを備え、２０〜３０Ｖ程度の耐圧を持つ汎用的なバイポーラプロセスを用いることにより、３個のセルの異常検出部分をＩＣ化している。
【０００８】
ＩＣ（１）〜ＩＣ（Ｎ）内のオア回路Ｕ１〜ＵＮにて論理和演算が行われた結果（異常検出信号）は、対応するアイソレータＴ１〜ＴＮを介してオア回路Ｕ０に入力される。すなわち、３個の異常検出回路から出力される異常検出信号の論理和を演算するオア回路Ｕ１〜ＵＮを各ＩＣ（１）〜ＩＣ（Ｎ）に設けることにより、図７に示す組電池の異常検出装置に比べて、アイソレータＴ１〜Ｔｎの数を３分の１に減らすことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組電池の異常検出装置では、組電池を構成するセルの数と同等もしくは、異常検出部分のＩＣ化を行った場合でもＩＣの数と同程度の数（図８では、セル数の３分の１）のアイソレータが必要となる。現状では、アイソレータが非常に高価なものであるために、結果的に組電池の異常検出装置のコストが高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、アイソレータを用いずに組電池を構成するセルの異常を検出する組電池の異常検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明は、充放電可能なｎ個（ｎは３以上の自然数）のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する組電池の異常検出装置において、ｎ個のセルごとに設けられて、対応するセルの異常を検出する異常検出手段と、最上位のセルに対応する第１の異常検出手段からの出力と、最上位より１つ下位のセルに対応する第２の異常検出手段からの出力との論理和を演算する第１の論理和演算手段と、第（ｋ−１）の論理和演算手段からの出力と、最上位よりｋだけ下位のセルに対応する第ｋの異常検出手段からの出力との論理和を演算する第ｋ｛ｋは２以上（ｎ−１）以下の全ての自然数｝の論理和演算手段とを備えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１の組電池の異常検出装置において、第ｍ｛ｍは２以上（ｎ−２）以下の自然数｝の論理和演算手段に入力される信号の電圧は、最上位よりｍだけ下位のセルの負極端子電圧を基準とし、第ｍの論理和演算手段は、最上位より（ｍ＋１）だけ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルの信号を出力することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２の組電池の異常検出装置において、第１の異常検出手段は、出力信号の電圧レベルを最上位のセルより１つ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換する電圧レベル変換機能を備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項２の組電池の異常検出装置において、第１の異常検出手段と第１の論理和演算手段との間に設けられ、第１の異常検出手段からの出力信号の電圧レベルを最上位のセルより１つ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換して、第１の異常検出手段からの出力信号を第１の論理和演算手段に出力する電圧レベル変換手段をさらに備えることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの組電池の異常検出装置において、第（ｎ−１）の論理和演算手段からの出力を組電池の最終的な異常検出信号とすることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの組電池の異常検出装置において、異常検出手段は、対応するセルの正負極端子間電圧が第１の所定電圧以上である状態または第２の所定電圧以下である状態を検出することにより、対応するセルが異常であると判断することを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの組電池の異常検出装置において、（ｎ−１）個の異常検出手段および論理和演算手段の少なくとも一部をＩＣ化することを特徴とする。
【００１２】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図１と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１〜７の発明によれば、充放電可能なｎ個（ｎは３以上の自然数）のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する組電池の異常検出装置において、ｎ個のセルごとに設けられて、対応するセルの異常を検出する異常検出手段と、最上位のセルに対応する第１の異常検出手段からの出力と、最上位より１つ下位のセルに対応する第２の異常検出手段からの出力との論理和を演算する第１の論理和演算手段と、第（ｋ−１）｛ｋは２以上（ｎ−１）以下の自然数｝の論理和演算手段からの出力と、最上位よりｋだけ下位のセルに対応する第ｋの異常検出手段からの出力との論理和を演算する第ｋの論理和演算手段とを備えることにより、アイソレータを用いることなく、組電池の異常を検出することができる。
（２）請求項２の発明によれば、第ｍ｛ｍは２以上（ｎ−２）以下の自然数｝の論理和演算手段に入力される信号の電圧は、最上位よりｍだけ下位のセルの負極端子電圧を基準とし、第ｍの論理和演算手段は、最上位より（ｍ＋１）だけ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルの信号を出力するので、電圧レベルを統一して入力信号、出力信号を扱うことができる。
（３）請求項３の発明によれば、第１の異常検出手段は、出力信号の電圧レベルを最上位のセルより１つ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換する電圧レベル変換機能を備えるので、第１の異常検出手段からの出力の電圧レベルと第１の論理和演算手段に入力される信号の電圧レベルが相違するのを防ぐことができる。
（４）請求項４の発明によれば、第１の異常検出手段と第１の論理和演算手段との間に電圧レベル変換手段を設けるので、第１の異常検出手段からの出力の電圧レベルと第１の論理和演算手段に入力される信号の電圧レベルが相違するのを防ぐことができる。
（５）請求項６の発明によれば、セルの正負極端子間電圧が第１の所定電圧以上である状態または第２の所定電圧以下である状態を検出することにより、確実にセルの異常を検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による組電池の異常検出装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。組電池１は、充放電可能な複数のセルＣ１〜Ｃｎを直列に接続して構成されている。各セルＣ１〜Ｃｎごとに設けられている異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎは、対応するセルの正負極端子間電圧が第１の所定電圧より上昇して過充電状態になったことを検出し、または、正負極端子間電圧が第２の所定電圧より下降して過放電状態になったことを検出する。異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎにて、対応するセルＣ１〜Ｃｎが過充電状態または過放電状態となる異常が検出された時は、異常検出信号が出力される。
【００１５】
オア回路Ｕ２〜Ｕｎは、２つの入力信号の論理和を演算し、演算結果を出力する回路であり、セルＣ１〜Ｃｎの数よりも１個少ないｎ−１個設けられている。本明細書では、組電池１の高電位側を上位、低電位側を下位と呼ぶことにして、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎおよびオア回路Ｕ２〜Ｕｎの関係を説明する。オア回路Ｕ２には、最上位の異常検出回路Ｓ１の出力信号と、異常検出回路Ｓ１に対して１つ下位の異常検出回路Ｓ２の出力信号とが入力される。オア回路Ｕ２の出力信号は、１つ下位のオア回路Ｕ３に入力される。
【００１６】
オア回路Ｕ３には、１つ上位のオア回路Ｕ２の出力信号と、異常検出回路Ｓ３の出力信号とが入力されて、出力信号が１つ下位のオア回路Ｕ４に出力される。オア回路Ｕ４以下のオア回路Ｕ４〜Ｕｎ−１についても同様に、１つ上位のオア回路の出力信号と、同位の異常検出回路の出力信号とが入力されて、論理演算結果である出力信号が１つ下位のオア回路に出力される。ここでの「同位の異常検出回路」とは、オア回路Ｕｋ（ｋは２以上ｎ以下の整数）に対する異常検出回路Ｓｋのことである。
【００１７】
最下位のオア回路Ｕｎには、１つ上位のオア回路Ｕｎ−１の出力信号と、同位の異常検出回路Ｓｎの出力信号とが入力される。各オア回路Ｕ２〜Ｕｎは、入力される信号の論理和を演算するので、いずれか１つの異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎが異常検出信号を出力すると、オア回路Ｕｎは、組電池１が異常である旨の信号を充放電制御側に出力する。
【００１８】
図２は、本実施の形態における組電池の異常検出装置を構成するオア回路の詳細な構成を示す図であり、オア回路Ｕ２〜Ｕｎのうち、オア回路Ｕｎ−１およびＵｎの構成を示している。オア回路Ｕｎ−１は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、ＰＮＰトランジスタＱ１と、ＮＰＮトランジスタＱ２とを備える。同様に、オア回路Ｕｎは、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４と、ＰＮＰトランジスタＱ１１と、ＮＰＮトランジスタＱ１２とを備える。
【００１９】
抵抗Ｒ１の一方の端子は、異常検出回路Ｓｎ−１と接続されており、オア回路Ｕｎ−１の入力端子となっている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端およびＰＮＰトランジスタＱ１のベース端子と接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタ端子は、抵抗Ｒ２の他端と共にセルＣｎ−１の正極端子と接続されており、コレクタ端子は、直列に接続されている抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とを介してセルＣｎの負極端子と接続されている。
【００２０】
ＮＰＮトランジスタＱ２のベース端子は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続部分に接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタ端子は、セルＣｎの負極端子と接続されており、コレクタ端子は、オア回路Ｕｎ−１の出力端子となっている。なお、オア回路Ｕｎ−１の入力端子、すなわち、抵抗Ｒ１の一方の端子には、オア回路Ｕｎ−２の出力端子および異常検出回路Ｓｎ−１の出力端子の両端子がワイヤードオアで接続されている。
【００２１】
オア回路Ｕｎにおいても同様に、抵抗Ｒ１１の一方の端子は、オア回路Ｕｎの入力端子となっており、抵抗Ｒ１１の他端は、抵抗Ｒ１２の一端およびＰＮＰトランジスタＱ１１のベース端子と接続されている。ＰＮＰトランジスタＱ１１のエミッタ端子は、抵抗Ｒ１２の他端と共にセルＣｎの正極端子と接続されており、コレクタ端子は、直列に接続されている抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４とを介してセルＣｎの負極端子と接続されている。
【００２２】
ＮＰＮトランジスタＱ１２のベース端子は、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４の接続部分に接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＱ１２のエミッタ端子は、セルＣｎの負極端子と接続されており、コレクタ端子は、オア回路Ｕｎの出力端子となっている。なお、オア回路Ｕｎの入力端子、すなわち、抵抗Ｒ１１の一方の端子には、オア回路Ｕｎ−１の出力端子、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタ端子および異常検出回路Ｓｎの出力端子の両端子がワイヤードオアで接続されている。
【００２３】
図３は、図２に示すオア回路の動作を説明するための動作波形図である。以下では、単セルＣ１〜Ｃｎとして正負極端子間電圧が3.5Ｖであるリチウムイオン二次電池を用いるとともに、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎとしてオア回路Ｕ２〜Ｕｎと同様のＮＰＮトランジスタによるオープンコレクタ出力形式を用いた場合について説明する。最下位のセルＣｎの負極端子電圧を０Ｖとすると、セルＣｎの正極端子電圧、すなわち、セルＣｎ−１の負極端子電圧は3.5Ｖであり、セルＣｎ−１の正極端子電圧は７Ｖとなる。
【００２４】
オア回路Ｕｎ−１の動作について説明する。オア回路Ｕｎ−１に信号を出力する異常検出回路Ｓｎ−１およびオア回路Ｕｎ−２からの出力信号がない場合、すなわち、オア回路Ｕｎ−１の入力端子に接続されているＮＰＮトランジスタ（図２のＱａおよびＱｂ）が共にオフの場合には、抵抗Ｒ１およびＲ２には電流が流れない。従って、オア回路Ｕｎ−１の入力端子の電圧とＰＮＰトランジスタＱ１のベース端子の電圧は、セルＣｎ−１の正極端子電圧と同電位である７Ｖとなる（図３のＹ１）。すなわち、ＰＮＰトランジスタＱ１はオフ状態である。
【００２５】
ＰＮＰトランジスタＱ１がオフであることから抵抗Ｒ３およびＲ４には電流が流れず、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタ端子の電圧と、ＮＰＮトランジスタＱ２のベース端子の電圧は、セルＣｎの負極端子電圧と同じ０Ｖとなる（図３のＹ３）。すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ２もオフとなっており、オア回路Ｕｎ−１からの出力信号も無い状態である。
【００２６】
これに対して、異常検出回路Ｓｎ−１またはオア回路Ｕｎ−２のいずれか一方または双方から出力信号がある場合、すなわち、オア回路Ｕｎ−１の入力端子に接続されているＮＰＮトランジスタ（図２のＱａおよびＱｂ）のいずれか一方または双方がオンしている場合には、オンしているＮＰＮトランジスタを介して、抵抗Ｒ１およびＲ２に電流が流れる。この場合、オア回路Ｕｎ−１の入力端子は、セルＣｎの正極端子（セルＣｎ−１の負極端子）の電圧である3.5Ｖ近い電圧まで下降するので（図３のＹ２）、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース端子電圧もＰＮＰトランジスタＱ１がオンするに足る電圧まで下降する。
【００２７】
この結果、ＰＮＰトランジスタＱ１はオンして、抵抗Ｒ３およびＲ４に電流が流れるので、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタ端子電圧は、セルＣｎ−１の正極端子電圧である７Ｖ近い電圧まで上昇する（図３のＹ４）。これに伴い、ＮＰＮトランジスタＱ２のベース端子電圧もＮＰＮトランジスタＱ２がオンするに足る電圧まで上昇するので、ＮＰＮトランジスタＱ２もオンする。すなわち、オア回路Ｕｎ−１からオア回路Ｕｎに出力される出力信号がある状態となる。
【００２８】
オア回路Ｕｎに信号を出力する異常検出回路Ｓｎおよびオア回路Ｕｎ−１からの出力信号がない場合、すなわち、オア回路Ｕｎの入力端子に接続されているＮＰＮトランジスタ（図２のＱｃおよびＱ２）が共にオフの場合には、抵抗Ｒ１１およびＲ１２には電流が流れない。従って、オア回路Ｕｎの入力端子の電圧は、セルＣｎの正極端子電圧と同電位である3.5Ｖとなる（図３のＹ５）。この状態から、ＮＰＮトランジスタＱｃおよびＱ２のいずれか一方または双方がオンすることにより、異常検出回路Ｓｎおよびオア回路Ｃｎ−１のいずれか一方または双方から出力信号が出力される状態に遷移すると、抵抗Ｒ１１およびＲ１２に電流が流れて、オア回路Ｃｎの入力端子の電圧はセルＣｎの負極端子電圧の０Ｖに近い電圧まで下降する（図３のＹ６）。
【００２９】
すなわち、オア回路Ｕｎ−１は、２つの入力信号の論理和を演算して、演算結果を出力すると共に、出力信号の電圧レベルを１つ下位のセルＣｎの負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換して下位のオア回路Ｃｎに出力することが可能となる。従って、従来の組電池の異常検出装置のように、アイソレータを設ける必要がない。上述した説明では、オア回路Ｕｎ−１について説明したが、他のオア回路Ｕ２〜Ｕｎ−２についても同じである。すなわち、オア回路Ｕｋに入力される信号の電圧は、セルＣｋの負極端子電圧が基準とされるので、オア回路Ｕｋから出力される信号の電圧レベルをセルＣｋ＋１の負極端子電圧に変換することにより、入力信号および出力信号の電圧レベルを統一することができる。
【００３０】
次に、オア回路Ｕｎの動作について説明する。異常検出回路Ｓｎおよびオア回路Ｕｎ−１からの出力信号がない場合、すなわち、オア回路Ｕｎの入力端子に接続されているＮＰＮトランジスタ（図２のＱｃおよびＱ２）が共にオフの場合には、抵抗Ｒ１１およびＲ１２には電流が流れない。従って、オア回路Ｕｎの入力端子の電圧およびＰＮＰトランジスタＱ１１のベース端子電圧は、セルＣｎの正極端子電圧と同電位である3.5Ｖとなる（図３のＹ５）。すなわち、ＰＮＰトランジスタＱ１１はオフ状態である。
【００３１】
ＰＮＰトランジスタＱ１１がオフであることから抵抗Ｒ１３およびＲ１４には電流が流れず、ＰＮＰトランジスタＱ１１のコレクタ端子の電圧と、ＮＰＮトランジスタＱ１２のベース端子の電圧は、セルＣｎの負極端子電圧と同じ０Ｖとなる（図３のＹ７）。すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１２もオフとなっており、オア回路Ｕｎからの出力信号は無い状態である。
【００３２】
これに対して、異常検出回路Ｓｎまたはオア回路Ｕｎ−１のいずれか一方または双方から出力信号がある場合、すなわち、オア回路Ｕｎの入力端子に接続されているＮＰＮトランジスタ（図２のＱｃおよびＱ２）のいずれか一方または双方がオンしている場合には、オンしているＮＰＮトランジスタを介して、抵抗Ｒ１１およびＲ１２に電流が流れる。この場合、オア回路Ｕｎの入力端子は、セルＣｎの負極端子電圧である０Ｖ近い電圧まで下降するので（図３のＹ６）、ＰＮＰトランジスタＱ１１のベース端子電圧もＰＮＰトランジスタＱ１１がオンするに足る電圧まで下降する。
【００３３】
この結果、ＰＮＰトランジスタＱ１１はオンして、抵抗Ｒ１３およびＲ１４に電流が流れるので、ＰＮＰトランジスタＱ１１のコレクタ端子電圧は、セルＣｎの正極端子電圧である3.5Ｖ近い電圧まで上昇する（図３のＹ８）。これに伴い、ＮＰＮトランジスタＱ１２のベース端子電圧もＮＰＮトランジスタＱ１２がオンするに足る電圧まで上昇するので、ＮＰＮトランジスタＱ１２もオンする。すなわち、オア回路Ｕｎから充放電制御側に出力信号が出力される。各オア回路は、同位の異常検出回路からの出力信号と１つ上位のオア回路からの出力信号との論理和を演算して、１つ下位のオア回路に出力するので、いずれか１つの異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎにてセルの異常が検出された時には、最下位のオア回路Ｕｎから充放電制御側に異常検出信号が出力されることになる。
【００３４】
−変形例−
なお、オア回路Ｕ２には、異常検出回路Ｓ１および異常検出回路Ｓ２からの出力信号が入力されるため、異常検出回路Ｓ１からの出力とオア回路Ｕ２の入力との間に基準電圧レベルの違いが存在する。この問題を解決するために、図４に示すように、異常検出回路Ｓ１の出力端子とオア回路Ｕ２の入力端子との間に、図２に示したオア回路Ｕｎ−１と同一の回路Ｕ１を挿入する構成とすることができる。すなわち、図２に示したオア回路Ｕｎ−１と同一構成のレベル変換回路（オア回路）を挿入することにより、異常検出回路Ｓ１の出力信号の電圧レベルを１つ下位のセルＣ２の負極端子電圧の電圧レベルに変換して、オア回路Ｕ２に入力することができる。
【００３５】
第１の実施の形態における組電池の異常検出装置の構成についてまとめておく。第１の実施の形態の組電池の異常検出装置は、ｎ個の異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎと、（ｎ−１）個のオア回路Ｕ２〜Ｕｎとを備える。組電池１が、充放電可能なｎ個（ｎは３以上の自然数）のセルを直列に接続して構成される場合、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎは、ｎ個のセルごとに設けられて、対応するセルの異常を検出する。オア回路Ｕ２は、最上位のセルＣ１に対応する異常検出回路Ｓ１からの出力と、最上位より１つ下位のセルＣ２に対応する異常検出回路Ｓ２からの出力との論理和を演算する。オア回路Ｕｋ｛ｋは３以上ｎ以下の自然数｝は、オア回路Ｕｋ−１からの出力と、最上位よりｋ−１だけ下位のセルＣｋに対応する異常検出回路Ｓｋからの出力との論理和を演算する。オア回路Ｕｋから出力される信号の電圧レベルをセルＣｋ−１の負極端子電圧に変換してから信号を出力するので、アイソレータを設ける必要がない。
【００３６】
−第２の実施の形態−
図５は、第２の実施の形態における組電池の異常検出装置の構成を示す図である。第２の実施の形態における組電池の異常検出装置では、図４に示す組電池の異常検出装置の異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎの一部とオア回路Ｕ１〜Ｕｎの一部をＩＣ化している。図５において、ＩＣ（１）〜ＩＣ（Ｎ）は、それぞれ３個の異常検出回路と３個のオア回路とを備えたＩＣである。例えば、ＩＣ（Ｎ）は、異常検出回路Ｓｎ−２〜Ｓｎと、オア回路Ｕｎ−２〜Ｕｎとを備える。
【００３７】
図６は、図５に示したＩＣ（Ｎ）の詳細な構成を示す図である。各ＩＣ内の異常検出回路およびオア回路の接続構成は、図４に示す異常検出回路およびオア回路の接続構成と同じである。図６において、端子Ｖ１はＩＣ（Ｎ）内の高位のセルＣｎ−２の正極端子と接続されており、端子Ｖ２は高位のセルＣｎ−２の負極端子および中位のセルＣｎ−１の正極端子が接続されている。端子Ｖ３は中位のセルＣｎ−１の負極端子および下位のセルＣｎの正極端子が接続されており、端子Ｖ４は下位のセルＣｎの負極端子が接続されている。
【００３８】
端子ＩＮは、ＩＣ（Ｎ）より１つ上位のＩＣ（Ｎ−１）内に設けられているオア回路Ｕｎ−３からの出力信号が入力される入力端子であり、端子ＯＵＴは下位のオア回路Ｕｎの出力端子である。ＩＣ（Ｎ）を除く他のＩＣのＯＵＴ端子は、１つ下位のＩＣの入力端子である端子ＩＮと接続されているが、ＩＣ（Ｎ）のＯＵＴ端子には、充放電制御側に最終出力するためのインタフェイス回路が接続されている。
【００３９】
第１の実施の形態における組電池の異常検出装置と同様に、組電池１を構成するセルとして、正負極端子間電圧が3.5Ｖであるリチウムイオン二次電池を用いた場合について説明する。端子Ｖ４の電圧を基準電圧の０Ｖとすると、端子Ｖ３の電圧は3.5Ｖ、端子Ｖ２の電圧は７Ｖ、端子Ｖ１の電圧は10.5Ｖとなる。端子ＩＮの電圧は、異常検出回路Ｓｎ−２および１つ上位のＩＣ（Ｎ−１）からの出力の状態に応じて、端子Ｖ２の電圧値から端子Ｖ１よりセル１個分の電圧値だけ高い電圧値までの値、すなわち、７Ｖ〜13.5Ｖ前後の値を取り得る。
【００４０】
一方、端子ＯＵＴの電圧は、異常検出回路Ｓｎおよびオア回路Ｕｎ−１の出力の状態に応じて、端子Ｖ３の電圧値から端子Ｖ４よりセル１個分の電圧値だけ低い電圧値までの値、すなわち、3.5Ｖ〜−3.5Ｖ前後の値を取り得る。すなわち、ＩＣ（Ｎ）の取り得る電圧範囲は、-3.5Ｖ〜13.5Ｖ前後となるので、２０〜３０Ｖ程度の耐圧を持つ汎用的なバイポーラプロセスを用いることにより、組電池１の異常検出部分を容易にＩＣ化することができる。
【００４１】
以上、組電池１の異常検出部分を一部ＩＣ化した第２の実施の形態における組電池の異常検出装置においても、コストが高いアイソレータを用いる必要がないため、組電池の異常検出装置のコストを低減することができる。なお、第２の実施の形態における組電池の異常検出装置は、図４に示す組電池の異常検出装置の異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎの一部とオア回路Ｕ１〜Ｕｎの一部をＩＣ化したが、図１に示される第１の実施の形態の組電池の異常検出装置の異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎの一部とオア回路Ｕ２〜Ｕｎの一部をＩＣ化することもできる。すなわち、第１の実施の形態における組電池の異常検出装置は、アイソレータを用いることなく、かつ、容易にＩＣ化が可能な構成となっている。
【００４２】
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、組電池１を構成するセルとして、正負極端子間電圧が3.5Ｖであるリチウムイオン二次電池を用いた場合について説明したが、本発明が単セルの種類およびセルの端子間電圧に限定されることはない。また、図４に示した変形構成例では、異常検出回路Ｓ１の出力端子とオア回路Ｕ２の入力端子との間に、電圧レベルを調整するためのレベル回路（図２に示したオア回路Ｕｎ−１と同一のオア回路）を挿入したが、異常検出回路Ｓ１に、出力信号の電圧レベルを、１つ下位のセルＣ２の負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換する機能を持たせてもよい。
【００４３】
特許請求の範囲の構成要素と第１の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、異常検出回路Ｓ１〜Ｓｎが異常検出手段を、異常検出回路Ｓ１が第１の異常検出手段を、異常検出回路Ｓ２が第２の異常検出手段を、オア回路Ｕ２が第１の論理和演算手段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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の異常検出装置の第１の実施の形態の構成を示す図
【図２】オア回路の詳細な構成を示す図
【図３】オア回路の動作波形を示す図
【図４】第１の実施の形態における組電池の異常検出装置の変形例による構成を示す図
【図５】本発明による組電池の異常検出装置の第２の実施の形態の構成を示す図
【図６】ＩＣ（Ｎ）の詳細な構成を示す図
【図７】従来の組電池の異常検出装置の構成を示す図
【図８】従来の組電池の異常検出装置の構成の一部をＩＣ化した時の構成を示す図
【符号の説明】
１…組電池、Ｃ１〜Ｃｎ…セル、Ｓ１〜Ｓｎ…異常検出回路、Ｕ１〜Ｕｎ…オア回路、Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑ２，Ｑ１２…ＮＰＮトランジスタ、Ｑ１，Ｑ１１…ＰＮＰトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４…抵抗、Ｔ１〜Ｔｎ…アイソレータ、ＩＣ（１）〜ＩＣ（Ｎ）…ＩＣ

Claims

充放電可能なｎ個（ｎは３以上の自然数）のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する組電池の異常検出装置において、
前記ｎ個のセルごとに設けられて、対応するセルの異常を検出する第１〜第ｎの異常検出手段と、
最上位のセルに対応する第１の異常検出手段からの出力と、前記最上位より１つ下位のセルに対応する第２の異常検出手段からの出力との論理和を演算する第１の論理和演算手段と、
第（ｋ−１）の論理和演算手段からの出力と、前記最上位よりｋだけ下位のセルに対応する第（ｋ＋１）の異常検出手段からの出力との論理和を演算する第ｋ｛ｋは２以上（ｎ−１）以下の全ての自然数｝の論理和演算手段とを備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
第ｍ｛ｍは２以上（ｎ−２）以下の自然数｝の論理和演算手段に入力される信号の電圧は、前記最上位よりｍだけ下位のセルの負極端子電圧を基準とし、
前記第ｍの論理和演算手段は、前記最上位より（ｍ＋１）だけ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルの信号を出力することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項２に記載の組電池の異常検出装置において、
前記第１の異常検出手段は、出力信号の電圧レベルを前記最上位のセルより１つ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換する電圧レベル変換機能を備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項２に記載の組電池の異常検出装置において、
前記第１の異常検出手段と前記第１の論理和演算手段との間に設けられ、前記第１の異常検出手段からの出力信号の電圧レベルを前記最上位のセルより１つ下位のセルの負極端子電圧を基準とする電圧レベルに変換して、前記第１の異常検出手段からの出力信号を前記第１の論理和演算手段に出力する電圧レベル変換手段をさらに備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
第（ｎ−１）の論理和演算手段からの出力を前記組電池の最終的な異常検出信号とすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段は、対応するセルの正負極端子間電圧が第１の所定電圧以上である状態または第２の所定電圧以下である状態を検出することにより、前記対応するセルが異常であると判断することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
（ｎ−１）個の前記異常検出手段および前記論理和演算手段の少なくとも一部をＩＣ化することを特徴とする組電池の異常検出装置。