JP4378117B2 - バッテリの異常検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続した複数のセルを有するバッテリの異常を検出するバッテリの異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車には、複数のセルを直列に接続したバッテリを搭載している。ところで、この種のバッテリは、通常、１００個前後の多数のセルを直列に接続するため、１個のセルに短絡等の故障が発生しても全体のバッテリ電圧にほとんど影響せず、１個のセルの故障を発見しにくい問題ある。しかし、このような故障をそのまま放置した場合には、この故障に基づく発熱や液漏れ等が発生し、重大な二次故障の原因になることから、各セル単位の故障を速やかに発見し、対処することは極めて重要な課題となる。
【０００３】
そこで、本出願人は、既に、このような各セル単位の故障を早期に発見し、対処する際に用いて好適な電圧検出回路を、特開２００２−３５７６２５号公報及び特開２００２−３５９９３２号公報により提案した。これらの電圧検出回路は、各セルの端子電圧を監視し、電圧が規定の値からずれたなら、電圧異常を知らせる検出信号を出力するものである。
【特許文献１】
特開２００２−３５７６２５号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５９９３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の電圧検出回路は、次のような解決すべき課題が存在した。
【０００５】
第一に、各セルの端子電圧をそれぞれ独立した検出回路により検出するため、セル数に応じた数量の検出回路が必要になり、セル数が多くなった場合には、部品点数の大幅な増加に伴う部品コストの上昇及び回路の複雑化に伴う製造コストの上昇を招く。
【０００６】
第二に、装置全体の大型化を招き、電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化の阻害要因になるとともに、無用なエネルギロスも大きくなる。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、大幅なコストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには省スペース化に寄与できるバッテリの異常検出装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、直列に接続した複数のセルＢａ，Ｂｂ…Ｂｎを有するバッテリＢの異常を検出するバッテリの異常検出装置１を構成するに際して、少なくとも検出巻線２ｓ及び各セルＢａ，Ｂｂ…Ｂｎに対応した複数の第一巻線２ａ，２ｂ…２ｎを有するトランス２と、各第一巻線２ａ…にそれぞれ第一スイッチ部３ａ，３ｂ…３ｎを介して各セルＢａ…を直列接続することにより複数の第一ループ回路Ｌａ，Ｌｂ…Ｌｎを構成し、各第一スイッチ部３ａ…をパルス信号ＳａによりＯＮ／ＯＦＦ制御して各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ，Ｅｂ…Ｅｎを均等化する電圧均等化回路Ｃｕと、第一ループ回路Ｌａ…に、セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に回路電流Ｉａ，Ｉｂ…Ｉｎを所定電流値以下に規制する電流規制回路５ａ，５ｂ…５ｎを設けるとともに、検出巻線２ｓから各セルの端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに対応する第一検出電圧Ｅ１を検出し、この第一検出電圧Ｅ１とバッテリＢの両端電圧Ｅｏに基づく第二検出電圧Ｅ２を比較することによりバッテリＢの異常を検出する異常電圧検出回路Ｃｓとを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、検出巻線２ｓからは、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに対応する第一検出電圧Ｅ１が検出されるとともに、バッテリＢの両端電圧Ｅｏからは、この両端電圧Ｅｏに基づく第二検出電圧Ｅ２が検出される。したがって、直列に接続した複数のセルＢａ…中において、一個のセル、例えば、セルＢａに短絡故障が発生した場合、このセルＢａの端子電圧Ｅａは、他のセルＢｂ…に対して異常に低下する。なお、短絡故障により、セルＢａに接続した第一ループ回路Ｌａに、短絡電流（過電流）が流れるため、ヒューズ等により回路電流Ｉａが規制される。この結果、バッテリＢの両端電圧Ｅｏは、セルＢａの端子電圧Ｅａの低下分だけ低下し、これに基づいて第二検出電圧Ｅ２も低下する。他方、第一検出電圧Ｅ１は、検出巻線２ｓの巻線電圧から得る各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに対応する電圧となるため、セルＢａの端子電圧Ｅａの低下分は無視される。よって、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２を比較することにより、バッテリＢの異常が検出可能となる。
【００１０】
この場合、好適な実施の形態により、電流規制回路５ａ…には、第一ループ回路Ｌａ…に直列接続し、セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に第一ループ回路Ｌａ…を遮断するフューズ６ａ…、或いはセルＢａ…の端子電圧Ｅａ…が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に回路電流Ｉａ…を一定電流値以下に制限する定電流回路７ａ…，８ａ…を用いることができる。
【００１１】
また、電圧均等化回路Ｃｕは、トランス２に第二巻線２ｘを設け、この第二巻線２ｘに第二スイッチ部３ｘを介して蓄電部１１を直列接続することにより第二ループ回路Ｌｘを構成し、第一スイッチ部３ａ…と第二スイッチ部３ｘに、交互にＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス信号Ｓａ，Ｓｘを付与して各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…を均等化する機能、或いは直列接続した複数のセルＢａ…，第二巻線２ｘと複数の第一巻線２ａ…を有するトランス２及び複数の第一スイッチ部３ａ…を有し、各第一巻線２ａ…と各第一スイッチ部３ａ…と各セルＢａ…を、それぞれ直列接続して複数の第一ループ回路Ｌａ…を構成した複数のモジュールＭ１，Ｍ２…を備え、各モジュールＭ１…のセルＢａ…同士を直列に接続し、かつ第二巻線２ｘ…同士を並列に接続し、第二巻線２ｘ…同士に第二スイッチ部３ｘと蓄電部１１を直列接続して第二ループ回路Ｌｘ…を構成するとともに、少なくとも一つのモジュールＭ１におけるトランス２に検出巻線２ｓを設け、第一スイッチ部３ａ…と第二スイッチ部３ｘに、交互にＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス信号Ｓａ，Ｓｘを付与して各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…を均等化する機能、さらには、各第一巻線２ａ…と各第一スイッチ部３ａ…と各セルＢａ…をそれぞれ直列接続して複数の第一ループ回路Ｌａ…を構成し、かつ任意数の第一ループ回路Ｌａ…を含む複数のブロックＨ１…に分け、各ブロックＨ１…における第一巻線２ａ…の極性が交互に反転するように設定又は制御するとともに、各ブロックＨ１…に異なるタイミングのパルス信号Ｓ１…を選択的に付与して各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…を均等化する機能を持たせて構成できる。
【００１２】
一方、異常電圧検出回路Ｃｓは、検出巻線２ｓ（２ｓｐ，２ｓｑ）に直列接続し、付与されるパルス信号ＳａによりＯＮ／ＯＦＦ制御される検出スイッチ部３ｓと、この検出スイッチ部３ｓを経た検出巻線２ｓの出力を平均化して第一検出電圧Ｅ１を得るフィルタ回路１２とを備えて構成できる。このフィルタ回路１２としては、ＣＲフィルタ１２ｒ、或いはチョークインプット形フィルタ１２ｃを用いることができる。また、異常電圧検出回路Ｃｓには、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２の電圧差が発生したなら異常検出信号Ｓｅを出力する電位差検出手段１３ｐ，１３ｔ…，１３ｄ…，１３ｃを設けることができる。電位差検出手段１３ｐ，１３ｔ…，１３ｄ…には、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２の電圧差が発生したなら状態を変更するコンパレータ１４，トランジスタ１５又はダイオード１６の少なくとも一つを含ませることができるとともに、他方、電位差検出手段１３ｃは、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２をそれぞれディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１７，１８と、各Ａ／Ｄ変換部１７，１８の出力を演算処理して異常検出信号Ｓｅを出力する演算部１９とを設けて構成できる。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
まず、基本実施例に係る異常検出装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
図１において、Ｂはバッテリ、特に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車等に搭載するバッテリを示す。このバッテリＢは、複数のセルＢａ，Ｂｂ…Ｂｎを直列に接続して構成したものであり、このセルＢａ…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種セル（蓄電素子）を用いることができる。なお、各セルＢａ…は、１個のセルにより構成してもよいし、複数個のセル、例えば、直列接続，並列接続又はこれらの組合わせからなる複数個のセルにより構成してもよい。
【００１６】
そして、このバッテリＢには、バッテリＢの異常を検出する本実施例に係る異常検出装置１を接続する。この異常検出装置１は、トランス２を備えるとともに、このトランス２を利用した電圧均等化回路Ｃｕ及び異常電圧検出回路Ｃｓを備える。この場合、トランス２は、セルＢａ，Ｂｂ…Ｂｎと同数の第一巻線２ａ，２ｂ…２ｎ及び単一の第二巻線２ｘを有するとともに、更に、検出巻線２ｓを有する。なお、トランス２はフライバックタイプを用いる。
【００１７】
電圧均等化回路Ｃｕは、このトランス２の第一巻線２ａ，２ｂ…２ｎと第二巻線２ｘを用いて構成する。一つの第一巻線２ａは、巻始端子をセルＢａの正極側に接続するとともに、同巻線２ａの巻終端子は、第一スイッチ部３ａと電流規制回路５ａの直列回路を介してセルＢａの負極側に接続する。これにより、第一ループ回路Ｌａが構成される。この場合、第一スイッチ部３ａには、図２に示すようなＦＥＴ３０を用いることができる。ＦＥＴ３０を用いる場合には、第一巻線２ａの巻終端子とセルＢａの負極側間に、ＦＥＴ３０のドレイン−ソース間を接続する。図２中、Ｃｐ及びＤｐはＦＥＴ３０の内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。なお、後述する他の第一スイッチ部３ｂ…３ｎ，第二スイッチ部３ｘ及び検出スイッチ部３ｓも同様にＦＥＴ３０を用いることができる。また、電流規制回路５ａは、第一ループ回路Ｌａに直列接続したフューズ６ａを用いる。この電流規制回路５ａは、セルＢａが短絡等の故障により、端子電圧Ｅａが所定電圧値以下になった際に、回路電流Ｉａを所定電流値以下に規制するものであり、フューズ６ａは、過電流（短絡電流等）が流れた際に、第一ループ回路Ｌａを遮断する。図２中、ｒａは、セルＢａ，第一巻線２ａ及び配線の内部抵抗等を含む第一ループ回路Ｌａの全回路抵抗を示す。他方、他の第一巻線２ｂ…２ｎ側も同様に構成し、３ｂ…３ｎは第一スイッチ部、ｒｂ…ｒｎは全回路抵抗、５ｂ…５ｎは電流規制回路（ヒューズ）、Ｌｂ…Ｌｎは第一ループ回路をそれぞれ示す。
【００１８】
一方、トランス２の第二巻線２ｘの巻終端子は、セル（蓄電素子）を用いた蓄電部１１の正極側に接続するとともに、巻始端子は第二スイッチ部３ｘを介して蓄電部１１の負極側に接続する。これにより、第二ループ回路Ｌｘが構成される。また、２１はドライブ回路を示す。ドライブ回路２１は、内蔵するパルス発振器から発振する周波数が数百〔ｋＨｚ〕程度の第一パルス信号Ｓａ及び第二パルス信号Ｓｘを出力する。そして、第一パルス信号Ｓａは、第一スイッチ部３ａ…をＯＮ／ＯＦＦ制御するとともに、第二パルス信号Ｓｘは、第二スイッチ部３ｘをＯＮ／ＯＦＦ制御する。なお、各スイッチ部３ａ…，３ｘに、ＦＥＴ３０を用いる場合には、対応するＦＥＴ３０の各ゲートに各パルス信号Ｓａ，Ｓｘが付与される。さらに、第一パルス信号Ｓａと第二パルス信号Ｓｘは、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように極性が反対となる。したがって、基本的には第一スイッチ部３ａ…がＯＮのときは第二スイッチ部３ｘがＯＦＦとなり、第二スイッチ部３ｘがＯＮのときは第一スイッチ部３ａ…がＯＦＦとなる特性を有している。
【００１９】
他方、異常電圧検出回路Ｃｓは、検出巻線２ｓを用いて構成する。異常電圧検出回路Ｃｓにおいて、３ｓは検出巻線２ｓの巻終端子に直列接続した検出スイッチ部である。この検出スイッチ部３ｓには、前述したＦＥＴ３０を用いることができる。この検出スイッチ部３ｓ（ＦＥＴ３０）には、前述した第一パルス信号Ｓａが付与され、ＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより同期整流が行われる。また、検出スイッチ部３ｓを含む検出巻線２ｓには、フィルタ回路１２の入力側を接続する。フィルタ回路１２は、ＣＲフィルタ１２ｒにより構成し、検出巻線２ｓの巻始端子に直列接続した抵抗Ｒ１と、検出スイッチ部３ｓ，検出巻線２ｓ及び抵抗Ｒ１の直列回路に対して並列に接続したコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ２を備える。これにより、ＣＲフィルタ１２ｒの出力側、即ち、抵抗Ｒ２の両端には、平均化（フィルタリング）された第一検出電圧Ｅ１が得られる。この第一検出電圧Ｅ１は、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに対応する電圧値となる。なお、抵抗Ｒ１による電圧降下は、検出巻線２ｓの巻線電圧よりも十分に小さな値となるように選定する。
【００２０】
さらに、１４は電位差検出手段１３ｐを構成するコンパレータであり、このコンパレータ１４の第一入力ポートに上述した第一検出電圧Ｅ１を付与する。また、コンパレータ１４の第二入力ポートには、バッテリＢの両端電圧Ｅｏに基づく第二検出電圧Ｅ２を付与する。即ち、バッテリＢの正極と負極間に、分圧抵抗ＲｒとＲｉの直列回路（分圧回路）を接続し、分圧抵抗Ｒｉの端子電圧を第二検出電圧Ｅ２としてコンパレータ１４の第二入力ポートに付与する。そして、コンパレータ１４の出力ポートは、異常出力部２３に接続する。このコンパレータ１４は、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２を比較し、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２に電圧差が発生したなら異常検出信号Ｓｅを出力する機能を有しており、この異常検出信号Ｓｅは異常出力部２３に付与される。この場合、異常出力部２３は、異常検出信号Ｓｅが付与された際に、異常を報知する機能を有し、アラームランプの点灯やディスプレイによる異常表示等が行われる。
【００２１】
次に、上述した基本実施例に係る異常検出装置１の動作について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２２】
まず、電圧均等化回路Ｃｕの動作（作用）について、図４を参照して説明する。なお、図４は、図１に示した電圧均等化回路Ｃｕの各部における信号のタイムチャートを示す。また、各第一スイッチ部３ａ…，第二スイッチ部３ｘ及び検出スイッチ部３ｓは、ＦＥＴ３０を用いたものとして説明する。
【００２３】
今、第二スイッチ部３ｘがＯＮした場合を想定する。これにより、蓄電部１１から第二巻線２ｘに対して、図４（ｄ）に示す回路電流Ｉｘが流れ、トランス２には、斜線部分の回路電流Ｉｘによって均等化のためのエネルギが蓄積される。なお、ＯＮ時における第二スイッチ部３ｘの両端電圧Ｖｘの大きさは、図４（ｆ）のようになる。即ち、両端電圧Ｖｘは、直前における第一スイッチ部３ａ…がＯＦＦしてから、第二スイッチ部３ｘの寄生コンデンサＣｐによる静電容量に蓄積された電荷が放電されるため、第二スイッチ部３ｘがＯＮするまでの休止期間にほぼ０〔Ｖ〕になる。
【００２４】
一方、第二スイッチ部３ｘがＯＦＦした後は、第一スイッチ部３ａ…がＯＮになり、トランス２に蓄積されたエネルギが、各第一巻線２ａ…から放出され、各セルＢａ…に対する充電が行われる。この場合、各セルＢａ…にバラツキが存在すれば、図４（ｃ）の斜線期間の回路電流Ｉａ…が、各セルＢａ…における端子電圧の一番低いセルに集中して流れ、これにより、一番低いセルの電圧が上昇する。そして、このような充電作用が繰り返されることにより、全てのセルＢａ…に対する電圧の均等化が行われることになる。
【００２５】
また、トランス２に蓄積されたエネルギが全て放出された時点、即ち、図４（ｃ）に示す時点Ｘｃ以降も、第一スイッチ部３ａ…はＯＮしているため、Ｘｃ時点において各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…にバラツキが残っている場合には、電圧の高いセルから電圧の低いセルに対して充放電が行われ、更なる電圧の均等化が行われる。このときの回路電流Ｉａ…が図４（ｃ）の斜線期間以外の期間となる。そして、この際には、同時にトランス２にもエネルギの蓄積が行われ、この蓄積されたエネルギは、第一スイッチ部３ａ…がＯＦＦになった後に、第二ループ回路Ｌｘにおける回路電流Ｉｘとなって放出される。即ち、第一スイッチ部３ａ…のＯＮ状態が、トランス２のエネルギ放出終了後も継続することにより、回路電流Ｉａ…の方向が反転し、図４（ｃ）に示す斜線期間以外の期間のように、セルＢａ…から第一巻線２ａ…に回路電流Ｉａ…が流れ始める。この逆方向電流は、トランス２を励磁したり、端子電圧の高いセルから端子電圧の低いセルにエネルギの移送を行うことになる。なお、第一スイッチ部３ａ…の両端電圧Ｖａ…を図４（ｅ）に示す。
【００２６】
さらに、第一スイッチ部３ａ…がＯＦＦすると、逆方向電流の一部によって蓄積されたエネルギが、第二巻線２ｘから回路電流Ｉｘとなって放出される。回路電流Ｉｘは、第二ループ回路Ｌｘに流れ、蓄電部１１に充電される。回路電流Ｉｘにより、第二スイッチ部３ｘに存在する寄生コンデンサＣｐによる静電容量に蓄積された電荷が放出され、この電荷の放出が終われば、第二スイッチ部３ｘの寄生ダイオードＤｐに順方向電流が流れている期間の両端電圧Ｖｘは、寄生ダイオードＤｐの順方向電圧（０．５〔Ｖ〕程度）にクランプされる。したがって、図４（ｄ）の波形において、斜線期間以外の期間は、寄生ダイオードＤｐに電流が流れており、この期間で第二スイッチ部３ｘをＯＮさせれば、両端電圧Ｖｘはほぼ０〔Ｖ〕になっているので、ゼロボルトスイッチ動作を実現できる。これにより、ＯＮ時のスイッチング損失を低減できるとともに、スイッチングに伴うノイズを低減できる。以上が電圧均等化回路Ｃｕの動作である。
【００２７】
次に、異常電圧検出回路Ｃｓの動作（作用）について、図３及び図４を参照して説明する。
【００２８】
まず、上述した電圧均等化回路Ｃｕの動作により、フィルタ回路１２の出力側には、第一検出電圧Ｅ１が得られる。ところで、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ，Ｅｂ…Ｅｎの平均値Ｅｖは、セルＢａ，Ｂｂ…Ｂｎの数量をｎとした場合、
Ｅｖ＝（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／ｎ …（１）
により求められる。
【００２９】
一方、第二検出電圧Ｅ２は、抵抗Ｒｉの端子電圧として得られるため、バッテリＢの両端電圧をＥｏとすれば、
Ｅ２＝｛Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）｝・Ｅｏ …（２）
となる。したがって、バッテリＢの両端電圧Ｅｏから、この両端電圧Ｅｏに基づく第二検出電圧Ｅ２が検出される。
【００３０】
他方、各第一巻線２ａ…の巻数をＮ、検出巻線２ｓの巻数をＭとすれば、抵抗Ｒｒ，Ｒｉ、巻数Ｎ，Ｍの選定により、
Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）＝Ｍ／（ｎ・Ｎ） …（３）
の関係が成立する。
【００３１】
これにより、各セルＢａ…が全て正常な場合には、次のように動作する。
【００３２】
まず、各第一巻線２ａ，２ｂ…２ｎの巻線電圧をＶａ，Ｖｂ…Ｖｎとすれば、トランス２からエネルギが放出される際は、Ｖａ＝Ｅａ＋Ｉａ・ｒａ，Ｖｂ＝Ｅｂ＋Ｉｂ・ｒｂ…，Ｖｎ＝Ｅｎ＋Ｉｎ・ｒｎとなる。ここで、Ｖａ＝Ｖｂ＝…＝Ｖｎ＝Ｖ、ｒａ＝ｒｂ＝…＝ｒｎ＝ｒと見做せば、
ｎ・Ｖ＝（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）＋（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）ｒ …（４）
となる。（４）式において、（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）は、トランス２から流出する回路電流Ｉａ，Ｉｂ…Ｉｎの総和であり、（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）の電位差によるそれぞれの回路電流Ｉａ…の総和は零となる。
【００３３】
これに対して、各セルＢａ…からトランス２にエネルギが蓄積される際は、Ｖａ＝Ｅａ−Ｉａ・ｒａ，Ｖｂ＝Ｅｂ−Ｉｂ・ｒｂ…，Ｖｎ＝Ｅｎ−Ｉｎ・ｒｎとなり、
ｎ・Ｖ＝（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）−（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）ｒ …（５）
となる。（５）式において、（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）は、トランス２に流入する回路電流Ｉａ，Ｉｂ…Ｉｎの総和であり、（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）の電位差によるそれぞれの回路電流Ｉａ…の総和は零となる。図４（ｃ）から、トランス２に流入する＋方向の全回路電流Ｉ（＋）及びトランス２から流出する−方向の全回路電流Ｉ（−）は、
Ｉ（＋）＝＋（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）
Ｉ（−）＝−（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）
となる。また、（４）式より、
Ｖ＝｛（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／ｎ｝
＋｛（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）ｒ／ｎ｝ …（６）
さらに、（５）式より、
Ｖ＝｛（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／ｎ｝
−｛（Ｉａ＋Ｉｂ＋…＋Ｉｎ）ｒ／ｎ｝ …（７）
が得られる。（６）式より、トランス２からエネルギが放出される期間（Ｉが（−）の期間）では、全セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに、流出する全回路電流Ｉ（−）の平均値によるｒの電圧降下を加算した電圧が各巻線電圧Ｖになるとともに、（７）式より、トランス２にエネルギを蓄積する期間（Ｉが（＋）の期間）では、全セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖから、流入する全回路電流Ｉ（＋）の平均値によるｒの電圧降下を減算した電圧が各巻線電圧Ｖになる。したがって、第一パルス信号ＳａのＯＮ期間における巻線電圧Ｖは、図３に示すようになる。
【００３４】
定常時では、流出電流Ｉ（＋）と流入電流Ｉ（−）は等しいので、巻線電圧Ｖの平均値は、セル電圧Ｂａ…の平均値Ｅｖとなる。
【００３５】
ここで、第二検出電圧Ｅ２は、
Ｅ２＝｛Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）｝・（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ） …（８）
となり、また、第一検出電圧Ｅ１は、Ｅ１＝（Ｍ／Ｎ）
・｛（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／ｎ｝ …（９）
となるため、（９）式に（３）式を代入すれば、
Ｅ１＝｛Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）｝・（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ） …（１０）
となる。
【００３６】
よって、（８）式と（１０）式から、Ｅ１＝Ｅ２となり、Ｅ１とＥ２間に電圧差は発生しない。したがって、コンパレータ１４から異常検出信号Ｓｅは出力しない。
【００３７】
次に、一個のセル、例えば、セルＢａが故障（短絡故障）した場合の動作について説明する。
【００３８】
この場合、他のセルＢｂ…Ｂｎから故障したセルＢａに対して充電電流が集中的に流れるため、ヒューズ６ａが遮断する。この結果、故障したセルＢａは、事実上存在しない状態となり、残りのセルＢｂ…Ｂｎによって電圧均等化回路Ｃｕが動作する。このようなヒューズ６ａ、即ち、電流規制回路５ａを用いることにより、故障したセルＢａ以外のセルＢｂ…における端子電圧Ｅｂ…の平均値Ｅｖ（第一検出電圧Ｅ１）に対する故障したセルＢａによる影響を回避でき、より確実な異常検出を行うことができる。
【００３９】
今、故障したセルＢａの正常電圧と故障後の電圧の電圧差をＥａｅとすれば、第二検出電圧Ｅ２は、
Ｅ２＝｛Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）｝
・（Ｅａ＋Ｅｂ＋…＋Ｅｎ−Ｅａｅ） …（１１）
となり、第一検出電圧Ｅ１は、
Ｅ１＝（Ｍ／Ｎ）・｛（Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／（ｎ−１）｝ …（１２）
となる。したがって、（１２）式に（３）式を代入すれば、
Ｅ１＝｛Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）｝・｛（Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）
＋（Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／（ｎ−１）｝ …（１３）
となるため、コンパレータ１４では、Ｅ１とＥ２間に、
Ｅ１−Ｅ２＝｛Ｒｉ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）｝・〔｛（Ｅｂ＋…
＋Ｅｎ）／（ｎ−１）｝＋（Ｅａｅ−Ｅａ）〕 …（１４）
の電位差が発生し、コンパレータ１４からは異常検出信号Ｓｅが出力する。なお、抵抗Ｒｒを０に設定すれば、Ｅ１とＥ２の電圧差は、（１４）式から｛（Ｅｂ＋…＋Ｅｎ）／（ｎ−１）｝＋（Ｅａｅ−Ｅａ）となる。
【００４０】
よって、このような基本実施例に係る異常検出装置１によれば、検出巻線２ｓからは、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに対応する第一検出電圧Ｅ１が検出されるとともに、バッテリＢの両端電圧Ｅｏからは、この両端電圧Ｅｏに基づく第二検出電圧Ｅ２が検出されるため、直列に接続した複数のセルＢａ…中において、一個のセル（セルＢａ）に短絡故障が発生した場合であっても第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２を比較することにより、バッテリＢの異常を検出することができる。そして、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…は、それぞれ独立した検出回路により検出する必要がないため、セルＢａ…の数量が多くなった場合であっても異常検出装置１に係わる部品点数は増加しないため、大幅なコストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには省スペース化に寄与できる。
【００４１】
次に、本発明に係る各種変更実施例について、図５〜図１４を参照して説明する。
【００４２】
まず、図５〜図８は、異常電圧検出回路Ｃｓの変更実施例を示す。図５に示す変更実施例は、基本実施例（図１）に対して、検出スイッチ部３ｓと電位差検出手段１３ｐを変更したものである。即ち、基本実施例は、検出スイッチ部３ｓにＦＥＴ３０を使用し、第一パルス信号ＳａによりＯＮ／ＯＦＦ制御した場合を示したが、図５に示す変更実施例は、検出スイッチ部３ｓにダイオード３１を用いた。このダイオード３１は整流器として機能する。このようなダイオード３１を用いることにより回路的に簡素化できる利点がある。また、基本実施例は、電位差検出手段１３ｐとしてコンパレータ１４を用いた場合を示したが、図５に示す変更実施例は、トランジスタ１５を用いて電位差検出手段１３ｔを構成した。この電位差検出手段１３ｔは、図５に示すように、トランジスタ１５のエミッタをフィルタ回路１２の出力側に接続するとともに、トランジスタ１５のベースを抵抗Ｒｒを介してバッテリＢの正極に接続する。一方、トランジスタ１５のコレクタは、抵抗Ｒ３を介してトランジスタ２６のベースに接続するとともに、トランジスタ２６のコレクタは、異常出力部２３に接続し、さらに、トランジスタ２６のエミッタはバッテリＢの負極に接続する。なお、Ｒ４は、トランジスタ２６のベースとバッテリＢの負極間に接続した抵抗を示す。
【００４３】
これにより、正常時には、Ｅ１＝Ｅ２となるため、トランジスタ１５はＯＦＦとなるが、一個のセルＢａ…に短絡故障が発生した際は、Ｅ２が正常時よりも低下し、Ｅ２＜Ｅ１になるため、トランジスタ１５がＯＮする。この結果、トランジスタ２６がＯＮし、トランジスタ２６のコレクタ電圧は、ハイレベルからローレベルに移行する。このローレベルは異常検出信号Ｓｅとなり、異常出力部２３に付与される。その他、基本的な回路構成は図１と同じである。したがって、図５において、図１と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
図６に示す変更実施例は、図５に示した変更実施例に対して、電位差検出手段１３ｔを変更したものである。即ち、図５に示した変更実施例は、電位差検出手段１３ｔとして、トランジスタ１５を用いた場合を示したが、図６に示す変更実施例は、フォトカプラ（フォトリレー）２７を用いて電位差検出手段１３ｄを構成した。この場合、フィルタ回路１２の出力側とバッテリＢの正極間に、フォトカプラ２７のフォトダイオード１６と抵抗Ｒｒの直列回路を接続するとともに、フォトカプラ２７のフォトトランジスタ２７ｔを異常出力部２３に接続する。
【００４５】
これにより、正常時には、Ｅ１＝Ｅ２となるため、フィトダイオード１６に電流は流れないが、一個のセルＢａ…に短絡故障が発生した際は、Ｅ２が正常時よりも低下し、Ｅ２＜Ｅ１になるため、Ｅ１−Ｅ２の電位差に基づいてフィトダイオード１６に順方向電流が流れる。この結果、フォトトランジスタ２７ｔから出力電流が流れる。この出力電流が異常検出信号Ｓｅとなり、異常出力部２３に付与される。その他、基本的な回路構成は図５と同じである。したがって、図６において、図５（図１）と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図７に示す変更実施例は、図５に示した変更実施例に対して、フィルタ回路１２を変更したものである。即ち、図５（図１）に示した変更実施例（基本実施例）は、フィルタ回路１２として、ＣＲフィルタ１２ｒを用いた場合を示したが、図７に示す変更実施例は、フィルタ回路１２として、チョークインプット形フィルタ１２ｃを用いた。この場合、回路的には、図７に示すように、図５における抵抗Ｒ１を、チョークコイル３２に置換することにより実施できる。なお、３３は、検出巻線２ｓと検出スイッチ部３ｓの直列回路間に並列に接続したダイオードを示す。このようなチョークインプット形フィルタ１２ｃを用いることにより、図３に示す巻線電圧Ｖの波形の傾斜部分が平均化され、より平坦な波形が得られる。なお、図７に示す電位差検出手段１３ｔでは、トランジスタ２６は省略した。したがって、トランジスタ１５のＯＮ状態が異常検出信号Ｓｅとなる。その他、基本的な回路構成は図５（図１）と同じである。したがって、図７において、図５（図１）と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
図８に示す変更実施例は、図５に示した変更実施例に対して、電位差検出手段１３ｔを変更したものである。即ち、図８に示す変更実施例は、得られる第一検出電圧Ｅ１及び第二検出電圧Ｅ２を、ディジタル信号処理する電位差検出手段１３ｃを用いた。この場合、電位差検出手段１３ｃは、フィルタ回路１２から得られる第一検出電圧Ｅ１をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１８と、バッテリＢの正極から得られる第二検出電圧Ｅ２をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１７と、各Ａ／Ｄ変換部１７，１８の出力データを演算処理して第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２に電圧差が発生したなら異常検出信号Ｓｅを出力する演算部１９とを有する。これにより、ソフトウェア処理が可能となる。その他、基本的な回路構成は図５（図１）と同じである。したがって、図８において、図５（図１）と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
次に、図９及び図１０は、電圧均等化回路Ｃｕの変更実施例を示す。図９に示す変更実施例は、トランス２に、フォワードタイプを使用したものであり、セルＢａ，Ｂｂ…Ｂｎと同数の第一巻線２ａ，２ｂ…２ｎ及び検出巻線２ｓを有するも第二巻線２ｘは有していない。したがって、第二パルス信号Ｓｘも使用しない回路となる。フォワードタイプによる電圧均等化回路Ｃｕでは、回路電流が、電圧の高いセルから各第一巻線２ａ…を経由して電圧の低いセルに流れることにより、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…が均等化される。なお、異常電圧検出回路Ｃｓには、検出スイッチ部３ｓにＦＥＴ３０を使用するとともに、フォトカプラ２７を用いて電位差検出手段１３ｄを構成した場合を示す。その他、基本的な回路構成は図１及び図６と同じである。したがって、図９において、図１及び図６と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
図１０に示す変更実施例は、トランス２に、フライバックタイプを使用するも第二巻線２ｘを用いない場合の変更実施例を示す。即ち、各第一巻線２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと各第一スイッチ部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと各セルＢａ，Ｂｂ，Ｂｃ，Ｂｄをそれぞれ直列接続して複数の第一ループ回路Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄを構成し、かつ任意数の第一ループ回路Ｌａ，ＬｂとＬｃ，Ｌｄを含む複数のブロックＨ１とＨ２にそれぞれ分け、各ブロックＨ１，Ｈ２における第一巻線２ａ２ｂと２ｃ，２ｄの極性が交互に反転するように設定（又は制御）するとともに、各ブロックＨ１，Ｈ２に異なるタイミングのパルス信号Ｓ１，Ｓ２を選択的に付与して各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…を均等化する機能を有する。なお、図１０は、理解を容易にするため、二つのブロックＨ１，Ｈ２に分けた場合を示したが、このブロックＨ１…の数は任意に設定できるとともに、各ブロックＨ１…内のセルＢａ…の数量も任意に設定できる。
【００５０】
また、異常電圧検出回路Ｃｓは、トランス２に、各ブロックＨ１，Ｈ２に対応した極性の検出巻線２ｓｑ，２ｓｐをそれぞれ設け、各検出巻線２ｓｑ，２ｓｐを用いて図１に示した異常電圧検出回路Ｃｓをそれぞれ構成する。即ち、検出巻線２ｓｑ側に、検出スイッチ部３ｓ及びフィルタ回路１２を接続し、他方、検出巻線２ｓｐ側にも、検出スイッチ部３ｓ及びフィルタ回路１２を接続する。そして、検出巻線２ｓｑ側のフィルタ回路１２の負極側は、バッテリＢの負極に接続し、かつ検出巻線２ｓｑ側のフィルタ回路１２の正極側は、検出巻線２ｓｐ側のフィルタ回路１２の負極側に接続するとともに、検出巻線２ｓｐ側のフィルタ回路１２の正極側は、トランジスタ１５のエミッタに接続する。これにより、各フィルタ回路１２の出力電圧を加算した電圧が第一検出電圧Ｅ１となる。その他、基本的な回路構成は図１及び図５等と同じである。したがって、図１０において、図１及び図５等と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
次に、図１１及び図１２は、複数のモジュールを用いた場合の変更実施例を示す。図１１に示す変更実施例は、直列接続した複数のセルＢａ…Ｂｎ，第二巻線２ｘと複数の第一巻線２ａ…２ｎを有するトランス２及び複数の第一スイッチ部３ａ…３ｎを有し、各第一巻線２ａ…２ｎと各第一スイッチ部３ａ…３ｎと各セルＢａ…Ｂｎを、それぞれ直列接続して複数の第一ループ回路Ｌａ…Ｌｎを構成した複数のモジュールＭ１，Ｍ２…を備える。そして、各モジュールＭ１…のセルＢａ…同士を直列に接続し、かつ第二巻線２ｘ…同士を並列に接続するとともに、第二巻線２ｘ…同士に第二スイッチ部３ｘと蓄電部１１を直列接続して第二ループ回路Ｌｘ…を構成し、第一スイッチ部３ａ…と第二スイッチ部３ｘに、交互にＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス信号Ｓａ，Ｓｘを付与して各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…を均等化する機能を有する。また、異常電圧検出回路Ｃｓは、一つのモジュールＭ２のトランス２に検出巻線２ｓを設けて構成し、他のモジュールＭ１のトランス２には検出巻線２ｓを設けない。この場合、異常電圧検出回路Ｃｓは、トランジスタ２６を使用しない点を除き図５に示した異常電圧検出回路Ｃｓと基本的に同じになる。なお、トランス２は、フライバックタイプを用いる。その他、基本的な回路構成は図１及び図５等と同じである。したがって、図１１において、図１及び図５等と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図１２に示す変更実施例は、複数のモジュールを用いた他の変更実施例を示す。図１２に示す変更実施例は、図１１に示した変更実施例に対して、モジュールＭ１，Ｍ２…毎に異常電圧検出回路Ｃｓ…を設けた点が異なる。これにより、図１２に示す変更実施例の場合には、いずれかのモジュールＭ１，Ｍ２…において第一検出電圧Ｅ１…の低下が発生したなら、各モジュールＭ１，Ｍ２…から異常検出信号Ｓｅが出力する。なお、図１２中、Ｄ１は抵抗Ｒｒに直列接続したダイオード、Ｒ５及びＲ６はそれぞれトランジスタ２６のコレクタ及びベースに直列接続した抵抗を示す。その他、基本的な回路構成は図１及び図５等と同じである。したがって、図１２において、図１及び図５等と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
次に、図１３及び図１４は、電流規制回路５ａの変更実施例を示す。図１３は、定電流ダイオード４１を用いた変更実施例である。これにより、定電流ダイオード４１は、セルＢａの端子電圧Ｅａが所定電圧値以下になった際に回路電流Ｉａを所定電流値以下に制限する定電流回路７ａを構成する。この場合、定電流ダイオード４１は、第一巻線２ａの巻始端子とセルＢａの正極間に接続するとともに、定電流ダイオード４１に、この定電流ダイオード４１に対して逆方向となるダイオードＤ２と抵抗Ｒ７の直列回路を並列に接続して構成する。これにより、第一巻線２ａからエネルギが放出されるときの回路電流Ｉａは、定電流ダイオード４１を流れ、所定電流値以下に制限される。しかし、第一巻線２ａにエネルギが蓄積されるときの回路電流Ｉａは、ダイオードＤ２を流れるため、電流は規制されない。その他、基本的な回路構成は図１と同じである。したがって、図１３において、図１と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図１４は、図１３における定電流ダイオード４１の代わりに電流規制回路４２を用いたものである。これにより、電流規制回路４２は、セルＢａの端子電圧Ｅａが所定電圧値以下になった際に回路電流Ｉａを所定電流値以下に制限する定電流回路８ａを構成する。なお、定電流回路８ａにおいて、４３はトランジスタ、Ｒ８，Ｒ９は抵抗、Ｄ３及びＤ４は直列接続したダイオードを示す。この定電流回路８ａも基本的には定電流ダイオード４１と同じ働きを行う。その他、基本的な回路構成は図１及び図１３と同じである。したがって、図１４において、図１及び図１３と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
よって、このような変更実施例に係る異常検出装置１によっても、検出巻線２ｓからは、各セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖに対応する第一検出電圧Ｅ１が検出されるとともに、バッテリＢの両端電圧Ｅｏからは、この両端電圧Ｅｏに基づく第二検出電圧Ｅ２が検出されるため、直列に接続した複数のセルＢａ…中において、一個のセルに短絡故障が発生した場合であっても第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２を比較することにより、バッテリＢの異常を検出することができ、基本実施例（図１）と同様の効果を享受できる。特に、電位差検出手段１３ｐ，１３ｔ…，１３ｄ…には、第一検出電圧Ｅ１と第二検出電圧Ｅ２の電圧差が発生したなら状態を変更するコンパレータ１４，トランジスタ１５又はダイオード１６を含ませることができるため、極めて簡素な回路で実現でき、更なる装置全体のコストダウン及び小型化に貢献できる。
【００５６】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の回路構成、手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。
【００５７】
例えば、セルＢａ…の異常として、短絡故障によりセルＢａ…の端子電圧Ｅａ…が異常に低下した場合を例示したが、セルＢａ…の端子電圧Ｅａ…が異常に上昇した場合であっても同様に実施できる。この場合、異常電圧により第一ループ回路Ｌａ…が遮断或いは電流規制されるように構成し、Ｅ２＞Ｅ１が発生するようにすればよい。なお、端子電圧Ｅａ…が異常に上昇した場合には、端子電圧Ｅａ…が異常に低下した場合に対して逆方向電流が流れるため、電流規制回路５ａ…において、ヒューズ６ａ…はそのまま使用できるとともに、定電流ダイオード４１等の定電流回路７ａ…，８ａ…を用いる場合は、例示の定電流回路７ａ…，８ａ…に対して、同一の回路を逆方向に並列接続すればよい。
【００５８】
また、各スイッチ部３ａ…，３ｘとしてＦＥＴ３０を例示したが、トランジスタ等の他の同様の機能を有するスイッチ部に置換できる。さらに、セルＢａ…は、モータにより走行する電気自動車又はエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車に搭載するバッテリＢに用いて好適であるが、用途はこれらに限定されるものではない。一方、変更実施例として、電圧均等化回路Ｃｕ及び異常電圧検出回路Ｃｓの各種形態を例示したが、これらの例示に限定されるものではなく、同様の機能を有する各種形態の電圧均等化回路Ｃｕ及び異常電圧検出回路Ｃｓを用いることができる。
【００５９】
【発明の効果】
このように、本発明に係るバッテリの異常検出装置は、少なくとも検出巻線及び各セルに対応した複数の第一巻線を有するトランスと、各第一巻線にそれぞれ第一スイッチ部を介して各セルを直列接続することにより複数の第一ループ回路を構成し、各第一スイッチ部をパルス信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御して各セルの端子電圧を均等化する電圧均等化回路と、第一ループ回路に、セルの端子電圧が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に回路電流を所定電流値以下に規制する電流規制回路を設けるとともに、検出巻線から各セルの端子電圧の平均値に対応する第一検出電圧を検出し、この第一検出電圧とバッテリの両端電圧に基づく第二検出電圧を比較することによりバッテリの異常を検出する異常電圧検出回路とを備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００６０】
（１） 各セルの端子電圧をそれぞれ独立した検出回路により検出する必要がないため、セルの数量が多くなった場合であっても異常検出装置に係わる部品点数は増加せず、大幅なコストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには省スペース化に寄与できる。
【００６１】
（２） 特に、各セルの端子電圧を均等化する電圧均等化回路を利用（兼用）して異常を検出できるため、更なる装置全体のコストダウン及び小型化に貢献できる。
【００６２】
（３） 第一ループ回路には、セルの端子電圧が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に回路電流を所定電流値以下に規制する電流規制回路を備えるため、故障セルによる他の端子電圧の平均値（第一検出電圧）に対する影響を回避でき、より確実な異常検出を行うことができる。
【００６３】
（４） 好適な実施の形態により、異常電圧検出回路に、第一検出電圧と第二検出電圧の電圧差が発生したなら異常検出信号を出力する少なくともコンパレータ，トランジスタ又はダイオードの一つを含む電位差検出手段を設ければ、極めて簡素な回路で実現でき、更なる装置全体のコストダウン及び小型化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例（基本実施例）に係る異常検出装置の電気回路図、
【図２】同異常検出装置においてＦＥＴを用いた場合の一部抽出電気回路図、
【図３】同異常検出装置における動作原理を説明するための波形図、
【図４】同異常検出装置における各部の信号のタイムチャート、
【図５】本発明の変更実施例に係る異常検出装置における異常電圧検出回路を抽出して示す電気回路図、
【図６】本発明の他の変更実施例に係る異常検出装置における異常電圧検出回路を抽出して示す電気回路図、
【図７】本発明の他の変更実施例に係る異常検出装置における異常電圧検出回路を抽出して示す電気回路図、
【図８】本発明の他の変更実施例に係る異常検出装置における異常電圧検出回路を抽出して示す電気回路図、
【図９】本発明の変更実施例に係る電圧均等化回路を具備する異常検出装置の電気回路図、
【図１０】本発明の他の変更実施例に係る電圧均等化回路を具備する異常検出装置の電気回路図、
【図１１】本発明の変更実施例に係る複数のモジュールを用いた異常検出装置の電気回路図、
【図１２】本発明の他の変更実施例に係る複数のモジュールを用いた異常検出装置の電気回路図、
【図１３】本発明の変更実施例に係る異常検出装置における電流規制回路を抽出して示す電気回路図、
【図１４】本発明の他の変更実施例に係る異常検出装置における電流規制回路を抽出して示す電気回路図、
【符号の説明】
１ 異常検出装置
２ トランス
２ｓ 検出巻線
２ｓｐ… 検出巻線
２ａ… 第一巻線
２ｘ 第二巻線
３ａ… 第一スイッチ部
３ｘ 第二スイッチ部
５ａ… 電流規制回路
６ａ… フューズ
７ａ… 定電流回路
８ａ… 定電流回路
１１ 蓄電部
１２ フィルタ回路
１２ｒ ＣＲフィルタ
１２ｃ チョークインプット形フィルタ
１３ｐ 電位差検出手段
１３ｔ… 電位差検出手段
１３ｄ… 電位差検出手段
１３ｃ 電位差検出手段
１４ コンパレータ
１５ トランジスタ
１６ ダイオード
１７… Ａ／Ｄ変換部
１９ 演算部
Ｂ バッテリ
Ｂａ… セル
Ｌａ… 第一ループ回路
Ｌｘ 第二ループ回路
Ｃｕ 電圧均等化回路
Ｃｓ 異常電圧検出回路
Ｓａ パルス信号（第一パルス信号）
Ｓｘ パルス信号（第二パルス信号）
Ｓ１… 異なるタイミングのパルス信号
Ｓｅ 異常検出信号
Ｅａ… セルの端子電圧
Ｅｏ バッテリの両端電圧
Ｅ１ 第一検出電圧
Ｅ２ 第二検出電圧
Ｉａ… 回路電流
Ｍ１… モジュール
Ｈ１… ブロック

Claims (12)

1. 直列に接続した複数のセルを有するバッテリの異常を検出するバッテリの異常検出装置において、少なくとも検出巻線及び各セルに対応した複数の第一巻線を有するトランスと、各第一巻線にそれぞれ第一スイッチ部を介して各セルを直列接続することにより複数の第一ループ回路を構成し、各第一スイッチ部をパルス信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御して各セルの端子電圧を均等化する電圧均等化回路と、前記第一ループ回路に、前記セルの端子電圧が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に回路電流を所定電流値以下に規制する電流規制回路を設けるとともに、前記検出巻線から各セルの端子電圧の平均値に対応する第一検出電圧を検出し、この第一検出電圧と前記バッテリの両端電圧に基づく第二検出電圧を比較することにより前記バッテリの異常を検出する異常電圧検出回路とを備えることを特徴とするバッテリの異常検出装置。
2. 前記電流規制回路は、前記第一ループ回路に直列接続し、前記セルの端子電圧が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に当該第一ループ回路を遮断するフューズを用いることを特徴とする請求項１記載のバッテリの異常検出装置。
3. 前記電流規制回路は、前記セルの端子電圧が所定電圧値以下又は所定電圧値以上になった際に前記回路電流を一定電流値以下に制限する定電流回路を用いることを特徴とする請求項１記載のバッテリの異常検出装置。
4. 前記電圧均等化回路は、前記トランスに第二巻線を設け、この第二巻線に第二スイッチ部を介して蓄電部を直列接続することにより第二ループ回路を構成し、前記第一スイッチ部と前記第二スイッチ部に、交互にＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス信号を付与して各セルの端子電圧を均等化する機能を有することを特徴とする請求項１記載のバッテリの異常検出装置。
5. 前記電圧均等化回路は、各第一巻線と各第一スイッチ部と各セルをそれぞれ直列接続して複数の第一ループ回路を構成し、かつ任意数の第一ループ回路を含む複数のブロックに分け、各ブロックにおける第一巻線の極性が交互に反転するように設定又は制御するとともに、各ブロックに異なるタイミングのパルス信号を選択的に付与して各セルの端子電圧を均等化する機能を有することを特徴とする請求項１記載のバッテリの異常検出装置。
6. 前記電圧均等化回路は、直列接続した複数のセル，第二巻線と複数の第一巻線を有するトランス及び複数の第一スイッチ部を有し、各第一巻線と各第一スイッチ部と各セルを、それぞれ直列接続して複数の第一ループ回路を構成した複数のモジュールを備え、各モジュールのセル同士を直列に接続し、かつ第二巻線同士を並列に接続し、前記第二巻線同士に第二スイッチ部と蓄電部を直列接続して第二ループ回路を構成するとともに、少なくとも一つのモジュールにおけるトランスに前記検出巻線を設け、前記第一スイッチ部と前記第二スイッチ部に、交互にＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス信号を付与して各セルの端子電圧を均等化する機能を有することを特徴とする請求項１記載のバッテリの異常検出装置。
7. 前記異常電圧検出回路は、前記検出巻線に直列接続し、付与されるパルス信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される検出スイッチ部と、この検出スイッチ部を経た前記検出巻線の出力を平均化して前記第一検出電圧を得るフィルタ回路を備えることを特徴とする請求項１記載のバッテリの異常検出装置。
8. 前記フィルタ回路は、ＣＲフィルタを用いることを特徴とする請求項７記載のバッテリの異常検出装置。
9. 前記フィルタ回路は、チョークインプット形フィルタを用いることを特徴とする請求項７記載のバッテリの異常検出装置。
10. 前記異常電圧検出回路は、前記第一検出電圧と前記第二検出電圧の電圧差が発生したなら異常検出信号を出力する電位差検出手段を備えることを特徴とする請求項１又は７記載のバッテリの異常検出装置。
11. 前記電位差検出手段には、前記第一検出電圧と前記第二検出電圧の電圧差が発生したなら状態を変更するコンパレータ，トランジスタ又はダイオードの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１０記載のバッテリの異常検出装置。
12. 前記電位差検出手段は、前記第一検出電圧と前記第二検出電圧をそれぞれディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、各Ａ／Ｄ変換部の出力を演算処理して異常検出信号を出力する演算部とを備えることを特徴とする請求項１０記載のバッテリの異常検出装置。

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