JP4114310B2 - 組電池の状態監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成されるセルグループを複数直列に接続してなる組電池について、各単位セルの状態を監視する組電池の状態監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低公害性と高い走行性能との両立を目的として、電気自動車とガソリンエンジンとのメカニズムを組み合わせたハイブリッド電気自動車（以下、ＨＥＶと称す）が開発されている。ＨＥＶのモータを駆動するためのバッテリとして高電圧の二次電池が必要であるが、小型軽量化のニーズから、鉛，ニッカドやニッケル水素電池などに代わるものとして、リチウム電池が注目されている。リチウム電池は、同容量の鉛やニッカド電池に比して約３〜４倍もの高い重量エネルギ密度を有しており、小形軽量化が要求されるＨＥＶには好適であるとして応用が期待されている。
【０００３】
しかしながら、リチウム電池は、過充電や過放電に弱く、定められた電圧範囲内で使用しないと材料が分解して容量が著しく減少したり、異常に発熱するなどして使用できなくなるおそれがある。そのため、リチウム電池を使用する場合は、上限電圧及び下限電圧を明確に規定して、端子電圧がその範囲内となるように充放電制御したり、或いは、電圧範囲を制限する保護回路とセットで使用するのが一般的である。
【０００４】
ところで、電気自動車やＨＥＶに使用されるバッテリは、モータを駆動するために高い電圧が要求されるので、通常、複数個の単位セルを直列に接続して構成されている。例えば、３００Ｖのバッテリ電圧を得るには、単位セル当たり２Ｖの鉛電池では１５０個程度、単位セル当たり１．２Ｖのニッケル水素電池では２５０個程度、単位セル当たり３．６Ｖのリチウム電池では８０個程度のセルを直列接続する必要がある。
【０００５】
この場合に問題となるのが、各単位セルの残存容量（State Of Charge,以下、ＳＯＣと称す）に基づく各単位セル間の端子電圧のばらつきである。直列接続された状態では各単位セルを流れる電流値は等しいが、各単位セル毎の残存容量には必ずばらつきがあるため、これに起因して各単位セルの端子電圧も異なったものとなる。そのような状態において組電池の端子間電圧を監視して充電制御しても、あくまでも組電池を構成する単位セルの平均電圧を制御しているに過ぎず、平均電圧よりも端子電圧が高い単位セルは過充電気味となり、平均電圧よりも端子電圧が低い単位セルは過放電気味となる。
【０００６】
そして、鉛電池やニッカド或いはニッケル水素電池のような水溶性電解液を使用する電池では、過放電や過充電となっても電池の性能が多少劣化するだけで使用不能の状態には至らず、また、過充電での水の電気分解と置換反応（密閉化反応）を利用することで単位セル毎の電圧ばらつきをある程度解消できることや（均等充電）、単位セル毎の電圧制御はコストの増加につながることから組電池の両端電圧のみを参照して制御することが一般的であった。
しかしながら、リチウム電池を多直列組電池として使用する場合は、過充電や過放電になると前述したように電池として使用できなくなるおそれがあることから、各単位セル夫々が過充電または過放電状態とならないように対策する必要がある。
【０００７】
例えば、実開平２−１３６４４５号公報に開示されている技術では、各単位セルに、夫々の端子電圧を個別に検出する電圧検出器を接続し、ＣＰＵが、その電圧検出信号をマルチプレクサ及びＡ／Ｄコンバータを介して得るように構成されている。そして、ＣＰＵは、充電時には、各単位セルの端子電圧の内最高値を検出してその最高電圧が上限電圧を超えないように制御を行い、放電時には、同最低値を検出してその最低電圧が下限電圧に達すると放電を終了するように制御を行うようになっている。
【０００８】
しかしながら、斯様な方式では、各単位セル毎に電圧検出器を配置しなければならない。そして、各電圧検出器が出力する多数の検出信号を処理するためにマルチプレクサ等が必要となり、加えて、単位セルから電圧検出器への配線数も多くなるため、総じてコストを増大させてしまうという問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、各単位セルの端子電圧を検出する代わりに、複数の単位セルを１つのセルグループとして該セルグループの端子電圧を測定するようにし、セルグループ内の各単位セルについては簡易的に過充電や過放電を検出することでシステムの構成を簡略化する技術がある。
【００１０】
図５は、その一構成例を示すものである。この例では、組電池１を構成する複数の単位セル２の内、６個の単位セル２を１つのセルグループ３としており、各セルグループ３毎にセル状態監視回路部４を並列に接続している。そして、セル状態監視回路部４は、対応するセルグループ３内の何れかの単位セル２が過充電または過放電状態になったことだけを検出して、その検出信号を組電池制御回路部５に出力するようになっている。即ち、過充電検出信号は、信号線６Ｕを介して組電池制御回路部５に出力され、過放電検出信号は、信号線６Ｌを介して組電池制御回路部５に出力される。
【００１１】
組電池制御回路部５は、これらの検出信号から組電池１の状態を把握して、車両制御回路部７に組電池の状態情報を伝達する。車両制御回路部７は、その組電池状態情報と、図示しない各種センサ等によって与えられる車両走行情報（車速、エンジントルク、アクセル開度等）とに基づいて、組電池１を駆動用電源として走行用モータ８を回転駆動するためのインバータ９を制御して、駆動用信号を出力するようになっている。
【００１２】
図６は、セル状態監視回路部４を中心とする詳細な電気的構成を示すものであり、組電池１の内、第ｉ番目のセルグループ３（ｉ）に対応する部分である。各単位セル２当たり２組のコンパレータ１０Ｕ，１０Ｌが配置されている。コンパレータ１０Ｕは、抵抗１１ａ，１１ｂにより分圧した単位セル２の端子電圧を基準電圧ＶRU（上限電圧）と比較することで単位セル２の過充電を検出するようになっている。また、コンパレータ１０Ｌは、抵抗１２ａ，１２ｂにより分圧した単位セル２の端子電圧を基準電圧ＶRL（下限電圧）と比較することで単位セル２の過放電を検出するようになっている。
【００１３】
各コンパレータ１０Ｕ，１０Ｌの出力信号は、ＯＲゲート１３Ｕ，１３Ｌの入力端子に夫々与えられており、ＯＲゲート１３Ｕ，１３Ｌの出力信号は、信号線６Ｕ，６Ｌを介して組電池制御回路部５に過充電検出信号，過放電検出信号として与えられている。組電池制御回路部５の内部において、信号線６Ｕ，６Ｌはフォトカプラ１４Ｕ，１４Ｌの入力側に接続されており、フォトカプラ１４Ｕ，１４Ｌの出力側は、マルチプレクサ１５を介してＣＰＵ１６の入力ポートに接続されている。
【００１４】
また、セルグループ３の両端子には電圧検出器１７が接続されており、電圧検出器１７の出力信号は、マルチプレクサ１８を介してＣＰＵ１６の入力ポートに接続されている。
【００１５】
組電池制御回路部５のＣＰＵ１６は、セル状態監視回路部４より出力される過充電検出信号，過放電検出信号によって各セルグループ３を構成する単位セル２の状態（全てが正常な端子電圧範囲にあるか、また、何れかが過充電状態，過放電状態となったか）を認識することができる。
【００１６】
ところで、以上の構成においては、各セル状態監視回路部４は、対応するセルグループ３より電源の供給を受けて動作するようになっているため、セルグループ３の容量をその分だけ低下させていることになる。また、コンパレータ１０Ｕ，１０Ｌが単位セル２の過充電状態，過放電状態を検出した場合、ＯＲゲート１３Ｕ，１３Ｌは組電池制御回路部５にハイレベルの信号を出力するので、その時には、単位セル２の端子電圧範囲が正常である場合よりも多くの電力をセルグループ３より持ち出すことになってしまう。
【００１７】
その結果、車両の運転を長期間行うことなく放置しておいた場合には、単位セル２の自己放電に加えてセル状態監視回路部４が消費する電力によってセルグループ３の容量が低下し、組電池１は充電されることがないので過放電状態となるおそれがある。更に、何れかの単位セル２が実際に過放電状態となると、セル状態監視回路部４がハイレベルの検出信号を出力することで、その過放電状態を助長することになってしまう。
【００１８】
また、斯様な場合に限ることなく、セル状態監視回路部４が車両の電装品に電源を供給する通常のバッテリ（１２〜１４Ｖ程度）から電源供給を受けている場合であっても、セル状態監視回路部４が該バッテリの容量減少を促進するという点については同様である。
【００１９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、組電池が実質的に非使用状態となっている場合に、セル状態監視手段によって消費される電力を低減することができる組電池の状態監視装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の組電池の状態監視装置によれば、セルグループを構成する各単位セルの状態を監視するセル状態監視手段は、組電池監視手段が監視情報信号の参照を停止している場合に、自身に与えられる電源の供給を少なくとも部分的に停止させる。
【００２１】
即ち、組電池監視手段が監視情報信号を参照しない期間においては、セル状態監視手段は必ずしも監視情報信号を出力する必要が無く、従って、監視情報信号を出力するための構成部分が全て機能している必要はない。そこで、前記期間中に電源の供給を少なくとも部分的に停止させるようにすれば、セル状態監視手段によって消費される電力を低減することが可能となる。
【００２２】
請求項２記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、組電池監視手段に対する監視情報信号の入力を断続させる信号入力スイッチがＯＦＦされた場合に、電源の供給を少なくとも部分的に停止させる。即ち、信号入力スイッチがＯＦＦされた場合は、組電池監視手段は確実に監視情報信号を参照しない状態にあるので、その期間に電源の供給を少なくとも部分的に停止させれば、セル状態監視手段によって消費される電力を効率的に低減することができる。
【００２３】
請求項３記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、監視情報信号を電流または電圧レベルを変化させて出力するので、組電池監視手段は、電流または電圧レベルの変化を捉えることで監視情報信号の出力状態を容易に把握することができる。
【００２４】
請求項４記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、監視情報信号として有為な信号を所定レベルの電流または電圧として出力する構成であるから、信号入力スイッチのＯＮ期間に組電池監視手段が参照した監視情報信号の電流または電圧レベルがゼロであるとすれば、セル状態監視手段は有為な信号を出力していないことになる。
従って、斯様な場合には、セル状態監視手段が正常に機能していない場合や、監視情報信号を伝達するための信号線が断線している場合などが想定されるので、組電池監視手段は、セル状態監視手段が故障していると妥当に判定することができる。
【００２５】
請求項５記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、単位セルの端子電圧を監視する。そして、具体的には、請求項６記載の組電池の状態監視装置のように、単位セルが過放電状態になると監視情報信号としての電流または電圧のレベルを低下させたり、また、請求項７記載の組電池の状態監視装置にように、単位セルが過充電状態になると、監視情報信号としての電流または電圧のレベルを上昇させるようにする。従って、組電池監視手段は、何れかのセルグループの単位セルが過放電状態や過充電状態になったか否かを監視することができる。
【００２６】
請求項８記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、電圧比較手段により単位セルの端子電圧を基準電圧と比較して該単位セルの端子電圧を監視する。従って、組電池監視手段は、電圧比較手段の比較結果に基づいて何れかのセルグループの単位セルが過放電状態や過充電状態などになったか否かを容易に判定することができる。
【００２７】
請求項９記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、組電池監視手段が監視情報信号の参照を停止している場合は、電源供給停止手段によって電圧比較手段に与えられる電源の供給を停止させる。従って、セル状態監視手段によって消費される電力を確実に低減することが可能となる。
【００２８】
請求項１０記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段が単位セルの温度を監視することによって、組電池監視手段は、何れかのセルグループの単位セルに異常が生じることで過昇温状態になったか否かを監視することができる。
【００２９】
請求項１１記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、温度比較手段により単位セルの温度を基準温度と比較することで監視するので、組電池監視手段は、何れかのセルグループが過昇温状態になったか否かを容易に判定することができる。
【００３０】
請求項１２記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、組電池監視手段が監視情報信号の参照を停止している場合は、電源供給停止手段によって温度比較手段に与えられる電源の供給を停止させる。従って、セル状態監視手段により消費される電力を確実に低減することが可能となる。
【００３１】
請求項１３記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段は、自身が接続されており比較的近い位置にあるセルグループより電源を得るので、電源の供給を容易に行うことができる。そして、斯様に構成される場合であっても、セルグループの単位セルが過放電状態になる傾向を従来に比較して抑制することが可能である。
【００３２】
請求項１４記載の組電池の状態監視装置によれば、セル状態監視手段と組電池監視手段とを、監視情報信号を伝達するための信号線のみを介して接続するので、配線数を極力少なくすることができる。
【００３３】
請求項１５記載の組電池の状態監視装置によれば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セルとする組電池に適用することによって、リチウム電池の状態を監視して安全に制御した上で、その電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【００３４】
請求項１６記載の組電池の状態監視装置によれば、組電池を電気自動車またはハイブリッド電気自動車の駆動用バッテリとして用いるので、高い電圧出力を得るために多くの単位セルを直列接続して構成される駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明をＨＥＶに適用した場合の第１実施例について図１を参照して説明する。尚、図５及び図６と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。尚、以下において、組電池１において第ｉ番目のセルグループ３であることに対応する表記“（ｉ）”は、特に示す必要がある場合にだけ表記する。
【００３６】
セル状態監視回路部４に代わるセル状態監視回路部（セル状態監視手段）２０において、コンパレータ（電圧比較手段）１０Ｌ′（１）〜１０Ｌ′（６）の出力端子は、夫々に対応する６個のＮＰＮトランジスタ２１（１）〜２１（６）のベースに夫々接続されている。
【００３７】
尚、コンパレータ１０Ｌ′は、コンパレータ１０Ｌの反転入力端子と非反転入力端子との接続を入れ替えたものであり、単位セル２の分圧された端子電圧が基準電圧（下限電圧）ＶRLを上回っている場合、即ち、単位セル２が過放電状態でなければハイレベルの信号を出力するようになっている。また、各コンパレータ１０Ｌ′（１）〜１０Ｌ′（６）には、自身が接続されている単位セル２（１）〜２（６）より電源が供給されている。
【００３８】
トランジスタ２１（１）のコレクタは、抵抗２２ａ及び２２ｂの直列回路を介してセルグループ３（ｉ）の正側端子３（ｉ）ｐに接続されており、エミッタは、抵抗２３（１）を介してトランジスタ２１（２）のコレクタに接続されている。同様にして、トランジスタ２１（２）〜２１（５）のエミッタは、抵抗２３（２）〜２３（５）を介してトランジスタ２１（３）〜２１（６）のコレクタに夫々接続されており、トランジスタ２１（６）のエミッタは、抵抗２３（６）を介してＮＰＮトランジスタ２４のコレクタに接続されている。トランジスタ２４のエミッタは、セルグループ３（ｉ）の負側端子３（ｉ）ｎに接続されている。
【００３９】
抵抗２２ａ及び２２ｂの共通接続点は、抵抗２５を介してＰＮＰトランジスタ２６のベースに接続されている。トランジスタ２６のエミッタは、正側端子３ （ｉ）ｐに接続されており、コレクタは、抵抗２７及び信号線２８を介して組電池監視回路部（組電池監視手段）２９の入力端子に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ３０のエミッタは、正側端子３（ｉ）ｐに接続されており、コレクタは、抵抗３１ａ及び３１ｂの直列回路を介して負側端子３（ｉ）ｎに接続されている。抵抗３１ａ及び３１ｂの共通接続点は、抵抗３２を介してトランジスタ２４のベースに接続されている。
【００４０】
セルグループ３（ｉ）の正側端子３（ｉ）ｐと信号線２８との間には、抵抗３３ａ及び３３ｂの直列回路が接続されており、抵抗３３ａ及び３３ｂの共通接続点は、抵抗３４を介してトランジスタ３０のベースに接続されている。尚、セル状態監視回路部２０において、単位セル２の過充電状態を検出するためのコンパレータ１０Ｈ側の構成は、図示を省略している。
【００４１】
組電池監視回路部２９において、簡易電圧検出器３５（ｉ）の正側入力端子には、セル状態監視回路部２０からの信号線２８が信号入力スイッチ３６を介して接続されており、負側入力端子には、電源線ＬVnを介してセルグループ３（ｉ）の負側端子３（ｉ）ｎが接続されている。信号入力スイッチ３６は例えばフォトＭＯＳリレーなどで構成され、ＨＥＶのイグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮとなった場合に連動してＯＮとなるスイッチである。
【００４２】
簡易電圧検出器３５（ｉ）は、信号線２８及び電源線ＬVn（信号線）に流れる電流の大きさ（レベル）に応じた電圧を出力するもので、その出力端子は、マルチプレクサ３７を介して図示しないＣＰＵの入力ポートに接続されている。尚、信号線２８及び電源線ＬVnに流れる電流の大きさは、監視情報信号に相当する。また、セルグループ３（ｉ）の正側端子３（ｉ）ｐ，負側端子３（ｉ）ｎは、、電源線ＬVn，ＬVpを介して組電池監視回路部２９の電圧検出器１７（図１では図示せず）の正側入力端子，負側入力端子に夫々接続されている。そして、具体的には図示しないが、組電池１の他のセルグループ３についてもセルグループ３（ｉ）と同様に構成されており、対応する簡易電圧検出器３５の出力信号がマルチプレクサ３７に与えられている。
【００４３】
次に、本実施例の作用について説明する。ＨＥＶの運転が開始される場合にイグニッションスイッチがＯＮされると信号入力スイッチ３６がＯＮとなり、セルグループ３（ｉ）の正側端子３（ｉ）ｐから抵抗３３ａ及び３３ｂを介して、また、トランジスタ３０のエミッタ−ベース及び抵抗３４を介して簡易電圧検出器３５（ｉ）に微小な電流が流入する。すると、簡易電圧検出器３５（ｉ）は、その微小な電流に応じた比較的低い電圧ＶＬを出力する。
そして、トランジスタ３０がＯＮするので、そのコレクタ電流が抵抗３１ａ及び３１ｂ，抵抗３２に流れ、トランジスタ２４もＯＮとなる。
【００４４】
この時、セルグループ３（ｉ）の全ての単位セル２（１）〜２（６）の端子電圧が正常範囲内であり過放電状態でなければ、コンパレータ１０Ｌ′（１）〜１０Ｌ′（６）は全てハイレベルの信号を出力しているので、トーテムポール接続されているトランジスタ２１（１）〜２１（６）は全てＯＮとなり、抵抗２２ａ及び２２ｂ，抵抗２２（１）〜２３（６）並びにトランジスタ２１（１）〜２１（６）を電流が貫流することになる。すると、トランジスタ２６がＯＮするので、簡易電圧検出器３５（ｉ）には、トランジスタ２６のコレクタ電流が抵抗２７を介して流入するので、簡易電圧検出器３５（ｉ）は電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＭを出力する。
【００４５】
また、この場合、単位セル２（１）〜２（６）の何れか１つ以上が過放電状態となっていれば、対応するコンパレータ１０Ｌ′の出力信号がロウレベルとなり、対応するトランジスタ２１はＯＦＦするので上述のように電流を貫流させることはできない。そのため、トランジスタ２６はＯＦＦのままとなって、簡易電圧検出器３５（ｉ）が出力する電圧もＶＬのままとなる。
【００４６】
即ち、トーテムポール接続されているトランジスタ２１（１）〜２１（６）は、コンパレータ１０Ｌ′（１）〜１０Ｌ′（６）の出力信号が入力され、トランジスタ２６のベースに対して信号を出力する６入力ＡＮＤゲートとして作用している。
【００４７】
そして、組電池監視回路部２９は、イグニッションスイッチがＯＮされて信号入力スイッチ３６がＯＮとなった場合に、簡易電圧検出器３５（ｉ）が出力する電圧を参照して、その電圧レベルがＶＭであればセルグループ３（ｉ）を構成する単位セル２（１）〜２（６）の端子電圧範囲は下限電圧を下回っておらず、正常であると判定でき、簡易電圧検出器３５（ｉ）が出力する電圧レベルがＶＬであれば、単位セル２（１）〜２（６）の何れかが過放電状態に至ったものと判定することができる。
【００４８】
また、組電池監視回路部２９は、信号入力スイッチ３６がＯＮされている期間に簡易電圧検出器３５（ｉ）の出力電圧がセルグループ３（ｉ）の監視情報を通常通りに反映していれば、ＶＭ，ＶＬの何れかの電圧レベルを観測することになる。従って、簡易電圧検出器３５（ｉ）の出力電圧レベルが“０”となっている場合（監視情報信号として有為な信号が出力されていない場合）には、セルグループ３（ｉ）の監視情報が通常通りに反映されておらず、何れかの構成部分が故障していると判断することが可能である。即ち、セル状態監視回路部２０や簡易電圧検出器３５（ｉ）が故障している場合、信号線２８が断線している場合などが想定される。
【００４９】
また、イグニッションスイッチがＯＦＦの場合は、信号入力スイッチ３６もＯＦＦとなるので、セルグループ３（ｉ）の正側端子３（ｉ）ｐから抵抗３３ａ及び３３ｂに電流が流れることはなく、トランジスタ３０，２４は何れもＯＦＦのままとなる。この場合、セル状態監視回路部２０に暗電流として流れる電流は、コンパレータ１０Ｌ′の電源，及びその反転入力端子側の抵抗ＲLv及び基準電圧ＶRL，非反転入力端子側の分圧抵抗１２ａ及び１２ｂのみとなる。
【００５０】
また、本実施例では、過充電検出側のコンパレータ１０Ｈ側には本発明を適用していないが、ＨＥＶが非稼働の状態でありイグニッションスイッチがＯＦＦの場合は、組電池１に対する充電は行い得ないため、単位セル２が過充電状態になることは想定し難いからである。
【００５１】
以上のように本実施例によれば、セル状態監視回路部２０は、信号入力スイッチ３６がＯＦＦとなり、組電池監視回路部２９が監視情報信号の参照を停止している場合は、トランジスタ３０及び２４をＯＦＦさせることでセルグループ３ （ｉ）より自身に与えられる電源の供給を部分的に停止させるようにした。即ち、信号入力スイッチ３６がＯＦＦされた場合は、組電池監視回路部２９は確実に監視情報信号を参照しない状態にあるので、その期間にセル状態監視回路部２０に対する電源の供給を部分的に停止させることで、消費電力を効率的に低減することができる。
【００５２】
また、セル状態監視回路部２０は、監視情報信号を電流レベルの変化として出力するので、組電池監視回路部２９は、その電流レベルの変化を簡易電圧検出器３５によって捉えることで監視情報信号の出力状態を容易に把握することができる。そして、セル状態監視回路部２０は、自身が接続されており比較的近い位置にあるセルグループ３（ｉ）より電源を得るので、電源の供給を容易に行うことができる。
【００５３】
また、本実施例によれば、セル状態監視回路部２０は、コンパレータ１０Ｌ′により単位セル２の端子電圧を基準電圧ＶRLと比較してその端子電圧を監視するので、組電池監視回路部２９は、何れかのセルグループ３の単位セル２が過放電状態になったか否かを監視することができる。そして、セル状態監視回路部２０は、単位セル２が過放電状態になると監視情報信号として出力する電流レベルを低下させるので、単位セル２の過放電状態を助長する傾向を極力抑制することが可能となる。
【００５４】
更に、本実施例によれば、セル状態監視回路部２０と組電池監視回路部２９とを、監視情報信号を伝達するための信号線２８のみを介して接続するので、配線数を極力少なくすることができる。そして、組電池監視回路部２９は、信号入力スイッチ３６のＯＮ期間に簡易電圧検出器３５によって参照した監視情報信号の電圧レベルが“０”である場合は、例えば、信号線２８が断線している場合のように、何れかの構成部分が故障していると妥当に判定することができる。
【００５５】
そして、簡易電圧検出器３５は、監視情報信号の電圧レベルとして少なくとも“０”，ＶＬ，ＶＭの３レベルを出力できれば良いので、構成を簡単にすることができる。また、そのＣＰＵ１６がその電圧レベルをＡ／Ｄ変換して読み込む場合に、高いＡ／Ｄ変換精度を要することがない。
【００５６】
加えて、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電，過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セル２とする組電池１に適用したので、リチウム電池の状態を監視して安全に制御した上で、その電池の性能を十分に引出して活用することができる。そして、組電池１をＨＥＶの駆動用バッテリとして用いるので、高い電圧出力を得るために多くの単位セルを直列接続して構成される駆動用バッテリの使用効率を十分向上させることができる。
【００５７】
（第２実施例）
図２及び図３は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。尚、第２実施例では、図示の都合上、図１相当の回路図の左側部分（セルグループ３側）を図２として示し、右側部分（組電池監視回路部２９側）を図３として示している。
【００５８】
第１実施例では、各コンパレータ１０Ｌ′（１）〜１０Ｌ′（６）における正側電源入力端子，抵抗１２ａ及びＲLvは、対応する単位セル２（１）〜２（６）の正側端子に直接接続されていたが、第２実施例では、図２に示すように、両者間にＰＮＰトランジスタ３８（１）〜３８（６）が挿入されており、各コンパレータ１０Ｌ′は、トランジスタ３８のコレクタ側に配置されている。
【００５９】
そして、各トランジスタ３８（電源供給停止手段）のエミッタは、抵抗３９ａ及び３９ｂの直列回路を介してＮＰＮトランジスタ４０のコレクタに共通接続されており、ベースは、抵抗３９ａ及び３９ｂの共通接続点に接続されている。トランジスタ４０のベースは、トランジスタ２４に代わって抵抗３２の一端側に接続されており、エミッタは、セルグループ３（ｉ）の負側端子３（ｉ）ｎに接続されている。また、抵抗２３（６）の一端側も、トランジスタ２４のコレクタに代わって負側端子３（ｉ）ｎに接続されている。
【００６０】
また、第２実施例では、過充電検出用のコンパレータ１０Ｕ側の構成が追加されている。即ち、各コンパレータ１０Ｕ（１）〜１０Ｕ（６）の出力端子は、夫々ダイオード４１及び抵抗４２の直列回路を介して抵抗４３の一端側に接続されており、その抵抗４３の他端側は、負側端子３（ｉ）ｎに接続されている。尚、コンパレータ１０Ｕ（１）〜１０Ｕ（６）の電源も、トランジスタ３８（１）〜３８（６）を介して対応する単位セル２（１）〜２（６）より供給されるようになっている。
【００６１】
抵抗４３の一端側は、図３に示すＮＰＮトランジスタ４４のベースにも接続されており、トランジスタ４４のエミッタは、負側端子３（ｉ）ｎに接続されている。また、トランジスタ４４のコレクタは、抵抗４５ａ及び４５ｂの直列回路を介してトランジスタ３８のコレクタに接続されている。
【００６２】
抵抗４５ａ及び４５ｂの共通接続点は、抵抗４６を介してＰＮＰトランジスタ４７のベースに接続されており、トランジスタ４７のエミッタは正側端子３（ｉ）ｐに接続され、コレクタは抵抗４８を介して信号線２８に接続されている。尚、抵抗４８の抵抗値は、抵抗２７の抵抗値よりも小さくなるように設定されている。以上がセル状態監視回路部（セル状態監視手段）４９を構成している。
【００６３】
次に、第２実施例の作用について説明する。イグニッションスイッチがＯＮされて信号入力スイッチ３６がＯＮとなると、第１実施例と同様にトランジスタ３０がＯＮとなり、トランジスタ２４に代わってトランジスタ４０がＯＮとなる。すると、トランジスタ３８（１）〜３８（６）もベース電流が流れてＯＮするので、コンパレータ１０Ｕ，１０Ｌ′及び基準電源ＶRU，ＶRLに通電が行われる。即ち、イグニッションスイッチがＯＦＦであれば、セル状態監視回路部４９のコンパレータ１０Ｕ，１０Ｌ′を中心とする構成部分は、セルグループ３（ｉ）の各単位セル２の正側端子との接続が遮断されているので、前記構成部分において暗電流が流れることはない。
【００６４】
そして、単位セル２の全てが正常である場合と、コンパレータ１０Ｌ′が単位セル２の何れかが過放電状態を検出した場合については、第１実施例と全く同様に動作する。
また、セルグループ３（ｉ）の何れか１つ以上の単位セル２の分圧された端子電圧が基準電圧ＶRU（上限電圧）を超えて過充電状態になると、対応するコンパレータ１０Ｕの出力信号がハイレベルとなり、ダイオード４１，抵抗４２及び抵抗４３に電流が流れる。すると、トランジスタ４４にベース電流が流れてＯＮとなるので、そのコレクタ電流が抵抗４５ａ及び４５ｂに流れる。そして、更にトランジスタ４７がＯＮするので、そのコレクタ電流が抵抗４８に流れる。
【００６５】
この場合、前述のように、抵抗４８の抵抗値は抵抗２７の抵抗値よりも小さいので、監視情報信号として流れる電流は、単位セル２の端子電圧が正常範囲内にある場合に流れる電流よりも大きくなり、簡易電圧検出器３５は電圧ＶＭよりも高い電圧ＶＨを出力する。従って、組電池監視回路部２９は、簡易電圧検出器３５（ｉ）が出力する電圧レベルがＶＨであれば単位セル２（１）〜２（６）の何れかが過充電状態に至ったものと判定することができる。
【００６６】
以上のように第２実施例によれば、セル状態監視回路部４９は、セルグループ３（ｉ）を構成する単位セル２（１）〜２（６）の何れかが過充電状態に至った場合には、簡易電圧検出器３５（ｉ）が正常状態にある場合に検出する電圧ＶＭよりも高い電圧ＶＨを検出するように、監視情報信号としての電流レベルを変化させるようにした。従って、組電池監視回路部２９は、１本の信号線２８によって、単位セル２が過放電状態になった場合と過充電状態になった場合との何れをも検出することができる。
【００６７】
また、第２実施例によれば、セル状態監視回路部４９は、信号入力スイッチ３６がＯＦＦとなり、組電池監視回路部２９が監視情報信号の参照を停止している場合は、トランジスタ３０をＯＦＦさせると共に、トランジスタ３８（１）〜３８（６）をＯＦＦさせることでセルグループ３（ｉ）より自身に与えられる電源の供給を略完全に停止させるようにした。従って、消費電力を一層低減することが可能となる。
【００６８】
（第３実施例）
図４は本発明の第３実施例を示すものであり、第２実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第３実施例は、本発明を単位セル２（１）〜２（６）の過昇温検出に適用したものである。コンパレータ（温度比較手段）１０Ｔは、第２実施例におけるコンパレータ１０Ｌに代わって配置されている。
【００６９】
単位セル２の両端には、抵抗５０ａ及び５０ｂの直列回路と、抵抗５１及びサーミスタ５２の直列回路とが接続されており、抵抗５０ａ及び５０ｂの共通接続点は、コンパレータ１０Ｔの非反転入力端子に接続されており、抵抗５１及びサーミスタ５２の共通接続点は反転入力端子に接続されている。尚、コンパレータ１０Ｔの電源は、コンパレータ１０Ｕの場合と同様に各単位セル２より得るようになっており、信号入力スイッチ３６がＯＦＦの場合はトランジスタ３８によって電源の供給が停止される。
【００７０】
サーミスタ５２は、単位セル２の表面温度を測定するように配置されており、抵抗５０ａと５１との抵抗値は等しく設定されている。抵抗５０ｂの抵抗値は、単位セル２の表面温度が基準温度（上限温度）に達した場合におけるサーミスタ５２両端の抵抗値に等しく設定されている。そして、コンパレータ１０Ｔの出力端子から先の構成は、第２実施例におけるコンパレータ１０Ｌの出力端子から先の構成と全く同様である。以上がセル状態監視回路部（セル状態監視手段）５３を構成している。
【００７１】
次に、第３実施例の作用について説明する。単位セル２の温度が上昇すると、対応して配置されているサーミスタ５２の抵抗値は上昇する。そして、単位セル２の表面温度が基準温度を超える過昇温状態になると、対応するコンパレータ１０Ｔの出力信号はハイレベルとなる。
【００７２】
すると、第２実施例において過充電状態になった場合と同様にトランジスタ４４，４７がＯＮとなり、トランジスタ４７のコレクタ電流が抵抗４８を介して簡易電圧検出器３５（ｉ）に流入し、簡易電圧検出器３５（ｉ）は、その電流値に応じた電圧ＶＨを出力する。従って、組電池監視回路部２９は、簡易電圧検出器３５（ｉ）の出力電圧レベルがＶＨであった場合に、セルグループ３（ｉ）の何れかの単位セル２が過昇温度状態になったことを検出できる。
【００７３】
以上のように第３実施例によれば、セル状態監視回路部５３のコンパレータ１０Ｔは、サーミスタ５２の端子電圧と基準温度に対応する抵抗５０ｂの端子電圧とを比較して、単位セル２の温度が基準度を超えた場合にハイレベルとなる信号を出力し、セル状態監視回路部５３は、その状態に応じた監視情報信号としての電流値を変化させるようにした。従って、組電池監視回路部２９は、何れかのセルグループ３の単位セル２に異常が生じることで過昇温状態になったか否かを監視することができる。
【００７４】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
例えば、特開２０００−８３３２７号公報に開示されているような組電池の電圧調整装置に本発明を適用しても良い。
第２実施例において、単位セル２の過充電状態を検出する構成のみを設けても良い。
第３実施例において、サーミスタ５２の一端側を各単位セル２の負側端子に夫々接続したが、セルグループ３の負極側端子３ｎに共通に接続しても良い。斯様に構成すれば、電源遮断手段としてはトランジスタ３８（１）のみを設ければ良く、トランジスタ３８（２）〜３８（６）を削除することが可能となり、構成をより簡単にすることができる。
第３実施例の構成を、そのまま第２実施例の構成に追加しても良い。その場合、過充電状態が検出された場合の電圧ＶＨと、過昇温状態が検出された場合の電圧ＶＴとが異なるレベルとなるように、監視情報信号としての電流値を変化させれば良い。
【００７５】
１セルグループ当たりの単位セルの直列接続数は“６”に限ることはない。但し、セル情報監視回路部２０に使用される素子の耐圧などの問題から、単位セルが平均電圧３．６Ｖのリチウム電池の場合は、４〜６直列が適当であると考えられる。また、低コスト化や小型化などを目的としてセル情報監視回路部２０等をＩＣ化する場合には、耐圧の点から６直列が限度であると考えられる。
過充電状態や過放電状態を検出した場合にコンパレータなどによって出力される信号のレベルは適宜変更して良く、例えば、通常状態の場合にハイレベル、異常検出時にロウレベルとなるようにしても良い。
【００７６】
単位セルは、リチウム電池に限らず、鉛電池やニッケル系電池であっても同様に適用が可能である。これらの二次電池は、前述したように過充電や過放電に対して強いためリチウム電池ほど厳密な電圧制御は不要であるが、本発明を適用することで組電池としての性能や寿命を向上させることが期待できる。また、複数の単位セルをの直列接続したグループを複数並列に接続してなるセルモジュールに適用しても良い。
電気自動車やＨＥＶに限ることなく、その他、ノート型パーソナルコンピュータや携帯用ＶＴＲ等の小形民生機器や電力貯蔵用の二次電池設備などのように、複数の単位セルを直列に接続して構成されるバッテリを使用するものであれば適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をハイブリッド電気自動車に適用した場合の一実施例であり、セル状態監視回路部を中心とする詳細な電気的構成を示す図
【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図の左側部分
【図３】図１相当図の右側部分
【図４】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図５】従来技術を示すハイブリッド電気自動車に適用した場合の電気的構成を示す図
【図６】図１相当図
【符号の説明】
１は組電池、２は単位セル、３はセルグループ、１０Ｕ，１０Ｌ′はコンパレータ（電圧比較手段）、１０Ｔはコンパレータ（温度比較手段）、２０はセル状態監視回路部（セル状態監視手段）、２８は信号線、２９は組電池監視回路部 （組電池監視手段）、３６は信号入力スイッチ、３８はトランジスタ（電源供給停止手段）、４９はセル状態監視回路部（セル状態監視手段）、５３はセル状態監視回路部（セル状態監視手段）を示す。

Claims (16)

1. 二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成されるセルグループを複数直列に接続してなる組電池について、前記セルグループを単位として配置され、当該セルグループを構成する各単位セルの状態を監視する複数のセル状態監視手段と、
   これら複数のセル状態監視手段によって出力される監視情報信号に基づいて、組電池全体を監視する組電池監視手段とを備え、
   前記セル状態監視手段は、前記組電池監視手段が前記監視情報信号の参照を停止している場合は、自身に与えられる電源の供給を、少なくとも部分的に停止させるように構成されていることを特徴とする組電池の状態監視装置。
2. 前記組電池監視手段に対する前記監視情報信号の入力を断続させるための信号入力スイッチを備え、
   前記セル状態監視手段は、前記信号入力スイッチがＯＦＦされた場合に、前記電源の供給を少なくとも部分的に停止させることを特徴とする請求項１記載の組電池の状態監視装置。
3. 前記セル状態監視手段は、前記監視情報信号を、電流または電圧レベルを変化させて出力することを特徴とする請求項２記載の組電池の状態監視装置。
4. 前記セル状態監視手段は、前記監視情報信号として有為な信号を所定レベルの電流または電圧として出力するように構成されており、
   前記組電池監視手段は、前記信号入力スイッチがＯＮされた場合に参照した前記監視情報信号の電流または電圧のレベルがゼロである場合は、前記セル状態監視手段が故障していると判定することを特徴とする請求項３記載の組電池の状態監視装置。
5. 前記セル状態監視手段は、前記単位セルの端子電圧を監視することを特徴とする請求項３または４記載の組電池の状態監視装置。
6. 前記セル状態監視手段は、前記単位セルが過放電状態となった場合に、前記監視情報信号としての電流または電圧のレベルを低下させることを特徴とする請求項５記載の組電池の状態監視装置。
7. 前記セル状態監視手段は、前記単位セルが過充電状態となった場合に、前記監視情報信号としての電流または電圧のレベルを上昇させることを特徴とする請求項５または６記載の組電池の状態監視装置。
8. 前記セル状態監視手段は、電圧比較手段を備えて前記単位セルの端子電圧を基準電圧と比較することで、該単位セルの端子電圧を監視することを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の組電池の状態監視装置。
9. 前記セル状態監視手段は、前記組電池監視手段が前記監視情報信号の参照を停止している場合に、前記電圧比較手段に与えられる電源の供給を停止させるための電源供給停止手段を備えていることを特徴とする請求項８記載の組電池の状態監視装置。
10. 前記セル状態監視手段は、前記単位セルの温度を監視することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の組電池の状態監視装置。
11. 前記セル状態監視手段は、温度比較手段を備えて前記単位セルの温度を基準温度と比較することで、該単位セルの温度を監視することを特徴とする請求項１０記載の組電池の状態監視装置。
12. 前記セル状態監視手段は、前記組電池監視手段が前記監視情報信号の参照を停止している場合に、前記温度比較手段に与えられる電源の供給を停止させるための電源供給停止手段を備えていることを特徴とする請求項１１記載の組電池の状態監視装置。
13. 前記セル状態監視手段は、自身が接続されているセルグループより前記電源を得るように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の組電池の状態監視装置。
14. 前記セル状態監視手段と前記組電池監視手段とは、前記監視情報信号を伝達するための信号線のみを介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の組電池の状態監視装置。
15. 前記単位セルは、リチウム電池であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の組電池の状態監視装置。
16. 前記組電池は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の駆動用バッテリとして用いられることを特徴とする請求項１乃至１５の何れかに記載の組電池の状態監視装置。

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