JP4508145B2 - 組電池の管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の電池セルの直列接続体として構成される組電池における単一の電池セル及び隣接するいくつかからなる電池セルのいずれかである単位電池について、該単位電池の状態を管理する管理ユニットを備える組電池の管理装置に関する。

この種の管理装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、各電池セルを放電させる放電経路と、同放電経路に設けられる放電スイッチと、同放電スイッチをオン・オフ操作するフリップフロップとからなる管理ユニットを備えるものも提案されている。この管理装置では、指示手段（マイコン）からデコーダを介して各フリップフロップに指令信号を出力することで、放電スイッチを操作し、電池セルの放電処理を行なうことが可能となる。

また、例えば下記特許文献２に見られるように、指示手段（コントローラ）の出力信号に応じて、グループ内の電池セルの電圧が過度に高い過充電異常と同電池セルの電圧が過度に低い過放電異常とのいずれかを検出するものも提案されている。

ところで、上記各管理装置にあっては、指示手段によって上記管理ユニットに所望の処理をするように指示する信号を出力するに際し、高圧となる組電池側、すなわち、管理ユニット側と、指示手段側との間を高耐圧の素子にて絶縁することが望まれる。このため、管理ユニットの処理が増加すればするほど、いずれの処理を行なわせるかを指示する信号を出力する際に、指示手段側と管理ユニット側とを絶縁するための素子の数が増大するという問題がある。
特開２０００−９２７３３号公報 特開２００３−３２９０７号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高耐圧の素子の増加を抑制しつつも、組電池を構成する単位電池の状態を管理することのできる組電池の管理装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、複数個の電池セルの直列接続体として構成される組電池における単一の電池セル及び隣接するいくつかからなる電池セルのいずれかである単位電池について、該単位電池の状態を管理する管理ユニットを備える組電池の管理装置において、前記管理ユニットとは別に、前記単位電池のいずれかを選択する選択手段と、該選択された単位電池の両端の電圧を検出する電圧検出手段とを備えて且つ、前記管理ユニットは、管理対象とする単位電池が前記選択手段によって選択されることでその端子及び前記電圧検出手段を接続する接続経路を電流が流れることによって前記端子側と前記電圧検出手段側との間に検出される電位差を前記単位電池の管理に関する処理の指令信号として用いることを特徴とする。

上記構成では、管理に関する処理をさせる指令を管理ユニットに出力することが要求される。そして、上記処理をさせるべく指示する指示手段から指令信号を出力する場合には、この指令信号を出力する電気経路において、指示手段側と管理ユニット側との絶縁をとることが望まれる。

この点、上記構成では、選択手段の選択状態に応じて管理に関する処理が指令されるために、管理に関する処理を指令する指令系統を、電圧検出手段により両端の電圧を検出する処理の指令系統と共有することができる。このため、指示手段側と管理ユニット側との絶縁をとるための高耐圧の素子を用いることなく、管理に関する処理を指令することができる。すなわち、選択手段を操作することで、管理に関する処理の指令を行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧検出手段は、フライングキャパシタを備えて且つ、前記選択手段は、前記フライングキャパシタと前記単位電池のいずれかの両端とを選択的に接続する手段であり、前記管理ユニットは、管理対象とする単位電池の両端を前記選択手段を介して前記フライングキャパシタに接続する接続経路の前記電位差を前記単位電池の管理に関する処理の指令信号として用いることを特徴とする。

上記構成では、フライングキャパシタを介在させることで、単位電池の両端の電圧についての情報を取得する低圧側と高圧の組電池側とを好適に絶縁することができる。そして、フライングキャパシタと単位電池とを接続する経路の電流の有無に応じて、選択手段の選択状態を好適に把握することもできる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記管理ユニットは、前記接続経路の前記電位差の検出結果を出力する手段と、該手段の出力電圧をラッチするラッチ手段とを備え、前記ラッチ手段の出力を前記単位電池の管理に関する処理の指令信号とすることを特徴とする。

上記選択手段によって単位電池とフライングキャパシタとの間が選択的に接続されるときには、これらの接続経路に電流が流れるとはいえ、その電流は減衰していき、フライングキャパシタの電圧と単位電池の両端の電圧とが等しくなることでゼロとなる。この点、上記構成では、接続経路を流れる電流を電圧に変換してこれをラッチすることで、電流の減衰にかかわらず、所定の値に維持される指令信号を生成することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記電池セルは、２次電池であり、前記管理ユニットは、前記単位電池を放電させる放電経路と、該放電経路を導通及び遮断する放電スイッチと、前記指令信号に応じて前記放電スイッチをオン・オフ操作する操作手段とを備えて且つ、前記指令信号に基づき前記放電スイッチをオン操作することを特徴とする。

上記構成では、放電スイッチをオン操作することで、単位電池を放電させることができ、ひいては単位電池の電圧を組電池内の他の単位電池の電圧に近似させることなどができる。そして、こうした放電処理を、選択手段の選択状態によって指令することで、放電処理を行う旨の指令をするに際し、新たに高耐圧の絶縁素子を設ける必要が生じない。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記管理ユニットは、クロック信号を取り込む手段と、該クロック信号の論理値に応じて、前記単位電池が過度の高圧状態にあるか否かを判断するための閾値及び前記単位電池が過度の低圧状態にあるか否かを判断するための閾値のいずれかと前記単位電池の両端の電圧とを比較し、比較結果を出力する出力手段と、前記クロック信号が取り込まれるとき、前記指令信号にかかわらず、前記放電スイッチのオン操作を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする。

上記構成において、単位電池の両端の電圧と２つの閾値電圧とを比較するときと、放電処理を行なうときとは通常異なる。この点、上記構成によれば、クロック信号が取り込まれるときに放電スイッチのオン操作を禁止することで、放電処理を所望しないときであって、電圧を検出する処理をするときに、放電処理がなされることを好適に回避することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる組電池の管理装置をハイブリッド車に搭載される組電池の管理装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、上記組電池及び管理装置の構成を示す。

組電池１０は、複数（ここではｍ×ｎ個）のリチウム２次電池（電池セルＢ１１〜Ｂｎｍ）の直列接続体として構成されている。組電池１０は、ブレーキ時の制動エネルギ等を車載発電機により電力回収する際の受け皿として機能するとともに、蓄えた電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して低圧（例えば「１２Ｖ」）の車載バッテリに供給するものである。また、組電池１０は、車両加速時にはモータでエンジンをアシストする際の電力供給源として機能する。

一方、管理装置１２は、「ｍ（≧２）」個ずつの電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍ，…，Ｂｎ１〜Ｂｎｍを、１つのブロックとして、これら各ブロックの両端の電圧を選択的に検出するためのフライングキャパシタ１４を備えている。すなわち、フライングキャパシタ１４と、各ブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍ（ｉ＝１〜ｎ）の両端とは、接続ラインＣＬ１〜ＣＬ（ｎ＋１）とスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）とによって、選択的に電気接続可能（導通可能）となっている。この際、互いに隣接するブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍと電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＝ｉ＋１、ｉ＝１〜ｎ−１）とでは、その正極と接続されるフライングキャパシタの端子が互いに異なるように設定されている。フライングキャパシタ１４の電圧は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を介して、電圧検出回路１６に取り込まれる。そして、電圧検出回路１６によって検出されるフライングキャパシタの両端の電圧が、マイクロコンピュータ（マイコン２４）に取り込まれる。

なお、上記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）と、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とは、電池セルの両端電圧の高々数倍の電圧にて低圧駆動されるマイコン２４側と高圧の組電池１０側とを絶縁する高耐圧の絶縁素子によって構成されている。この高耐圧の絶縁素子は、例えばフォトＭＯＳリレーとすればよい。

更に、管理装置１２は、ブロックの状態を管理する管理ユニットＵ１〜Ｕｎを備えている。これら各管理ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、クロック信号ＣＬＫを取り込むクロック端子Ｔ１と、クロック信号ＣＬＫを電流に変換して出力するクロック出力端子Ｔ２と、隣接する管理ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）の出力信号を取り込む入力端子Ｔ３と、出力信号を出力する出力端子Ｔ４とを備えている。

上記マイコン２４は、組電池１０の各電池セルＢ１１の所定の状態を監視させる旨の指示信号としてのクロック信号ＣＬＫを、管理ユニットＵ１〜Ｕｎに出力する。詳しくは、シリアルラインＬ１及びフォトカプラ２６を介して、最上流の管理ユニットＵ１のクロック端子Ｔ１にクロック信号ＣＬＫを出力する。ここで、フォトカプラ２６は、低圧駆動されるマイコン２４と、組電池１０側との絶縁を取るための素子である。なお、マイコン２４の出力信号の論理値と、フォトカプラ２６の出力信号の論理値とは互いに逆であるが、以下では、説明の便宜上、クロック信号ＣＬＫの論理値を、フォトカプラ２６の出力信号の論理値と定義する。

クロック信号ＣＬＫが取り込まれると、各管理ユニットＵｉは、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態のうちクロック信号ＣＬＫの論理値に応じた状態を監視する。ここで、本実施形態では、論理「Ｌ」のときには、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの信頼性の低下を招く過度な高圧である異常状態（過充電状態）にあるか否かを監視する。また、論理「Ｈ」のときには、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの信頼性の低下を招く過度な低圧である異常状態（過放電状態）にあるか否かを監視する。そして、監視結果に応じた信号と、隣接する上流の管理ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）の出力信号との合成信号を出力端子Ｔ４から出力する。

上記フォトカプラ２６の受光素子のコレクタは、組電池１０の正極側と接続されており、受光素子のエミッタからクロック信号ＣＬＫが出力される。更に、組電池１０の正極側と、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの負極側との間に、コレクタ及びエミッタが接続されるトランジスタ２８が備えられており、そのベースには、クロック信号ＣＬＫに応じた信号が取り込まれる。これにより、最上流の管理ユニットＵ１の入力端子Ｔ３には、電池セルＢ１１〜Ｂｎｍの状態が正常である旨と対応する信号として、トランジスタ２８のコレクタ電圧が印加される。そして、最上流の管理ユニットＵ１では、入力端子Ｔ３に印加される信号と、監視結果とを論理合成した信号を生成し、出力端子Ｔ４を介して出力する。

そして、最上流以外の各管理ユニットＵｉ（ｉ＝２〜ｎ）は、隣接する上流の管理ユニットＵ（ｉ−１）のクロック出力端子Ｔ２から出力される信号を、クロック端子Ｔ１を介して取り込む。また、隣接する上流の管理ユニットＵ（ｉ−１）の出力端子Ｔ４から出力される出力信号を、入力端子Ｔ３を介して取り込む。そして、クロック端子Ｔ１から取り込まれる信号に応じて、上記２つの状態のいずれか一方を監視し、監視結果に応じた信号と、入力端子Ｔ３から取り込まれた信号とを論理合成した信号を生成し、出力端子Ｔ４を介して出力する。

そして、最下流の管理ユニットＵｎの出力信号は、トランジスタ３０のベースに出力される。トランジスタ３０のエミッタは、組電池１０の負極側と接続されており、トランジスタ３０のコレクタは、フォトカプラ３２の発光ダイオードを介して、電池セルＢｎ１〜Ｂｎｍの正極側と接続されている。これにより、最下流の管理ユニットＵｎの出力信号が、フォトカプラ３２及びシリアルラインＬ２を介してマイコン２４に取り込まれる。このフォトカプラ３２も、マイコン２４側と組電池１０側との絶縁をとるための部材である。

なお、最下流の管理ユニットＵｎのみは、クロック出力端子Ｔ２を有しない構成となっている。

図２に、管理ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）について、特に、上記過充電異常及び過放電異常の監視に関する処理を行なう部分の構成を示す。

図示されるように、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫは、トランジスタ７０のベースに入力される。トランジスタ７０のコレクタは、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側と接続されており、エミッタがクロック出力端子Ｔ２と接続されている。これにより、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫが、クロック出力端子Ｔ２を介して下流の管理ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）へと出力される（ただし、最下流の管理ユニットＵｎは、クロック出力端子Ｔ２を備えない）。

また、ブロック内のｍ個の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍ（ｉ＝１〜ｎ）のそれぞれの状態は、検出部４０によって検出され、検出結果が２つの信号に集約されて検出合成部５０に出力される。検出合成部５０では、集約された２つの信号と、クロック信号ＣＬＫとを論理合成することで、単一の監視結果信号を生成し、これを合成部６０に出力する。合成部６０には、監視結果信号に加えて、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫと、入力端子Ｔ３から取り込まれる上流の管理ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の出力信号とが取り込まれる（ただし、管理ユニットＵ１については、入力端子Ｔ３から、トランジスタ２８のコレクタ電圧が取り込まれる）。詳しくは、入力端子Ｔ３には、トランジスタ７１のベースが接続されており、ベースに入力される信号に応じて、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端と接続されるコレクタ及びエミッタ間に電流が流れるようになっている。そして、コレクタの電位が、合成部６０に取り込まれる。

合成部５０では上記３つの信号が論理合成され、これが、トランジスタ７２のベースに出力される。そして、トランジスタ７２は、エミッタが電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側と接続され、コレクタが出力端子Ｔ４と接続されている。このため、合成部５０の出力信号（電圧信号）は、トランジスタ７２によって電流信号に変換されて、外部へと出力されることとなる。

図３に、検出部４０の構成を示す。

検出部４０は、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）毎に、その両端の電圧を閾値電圧と比較するコンパレータ４１を備えている。コンパレータ４１の反転入力端子には、各電池セルＢｉｊの負極電位を基準とする基準電圧源４２の基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。一方、コンパレータ４１の非反転入力端子には、各電池セルＢｉｊの両端の電圧の所定の分圧が印加される。そして、この分圧と基準電圧Ｖｒｅｆとによって、閾値電圧が設定されるようになっている。

具体的には、各電池セルＢｉｊの両端には、抵抗４３，４４の直列接続体が接続されており、これら抵抗４３及び抵抗４４の接続点であるノードＮ１がコンパレータ４１の非反転入力端子と接続されている。また、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の正極側には、トランジスタ４６のコレクタが接続されており、トランジスタ４６のエミッタが抵抗４５を介してノードＮ１と接続されている。そして、トランジスタ４６のベースは、ダイオード４７、スイッチング素子ＳＷのコレクタ及びエミッタを介して、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側と接続されている。

スイッチング素子ＳＷは、クロック信号ＣＬＫに応じて駆動される。すなわち、上記クロック端子Ｔ１は、抵抗７４，７６を介して電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側と接続されており、抵抗７４，７６の接続点がスイッチング素子ＳＷのベースと接続されることで、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」であるときに、スイッチング素子ＳＷが導通状態となる。これにより、トランジスタ４６がオンとなるため、ノードＮ１の電圧が変化する。これは以下の理由による。

今、抵抗４３，４４，４５の抵抗値をそれぞれ抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とし、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の両端の電圧値を電圧Ｖとする。このとき、トランジスタ４６がオフ状態であるときには、ノードＮ１の電圧は、「Ｖ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）」となる。一方、トランジスタ４６がオン状態となると、ノードＮ１の電圧は、「Ｖ×Ｒ２／｛Ｒ２×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｒ２｝」となる。このように、トランジスタ４６がオンとなることで、非反転入力端子に入力される値が上昇する。このため、トランジスタ４６をオンさせることで、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の両端の電圧と比較する閾値電圧を低下させるのと同一の効果を得ることができる。そして、本実施形態では、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」であるときの閾値電圧を、上記過放電状態と対応する電圧とする。また、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｌ」であるときの閾値電圧を、上記過充電状態と対応する電圧とする。

上記「ｍ」個の各コンパレータ４１の出力から、ＯＲ回路４８によって、それらの論理和信号が生成されるとともに、ＡＮＤ回路４９によって、それらの論理積信号が生成される。そして、これら論理和信号及び論理積信号が、上記検出合成部５０に出力される。

図４（ａ）に、検出合成部５０の構成を示す。検出合成部５０は、上記ＯＲ回路４８の論理反転信号と上記ＡＮＤ回路４９の論理反転信号との論理積信号ａ１を生成するＡＮＤ回路５２と、クロック信号ＣＬＫと上記ＡＮＤ回路４９の出力の論理反転信号との論理積信号ａ２を生成するＡＮＤ回路５４と、クロック信号ＣＬＫと上記ＯＲ回路４８の出力の論理反転信号ａ３との論理積信号を生成するＡＮＤ回路５６とを備えている。そして、ＯＲ回路５８では、これら論理積信号ａ１〜ａ３の論理和信号ＯＵＴ１を生成する。

図４（ｂ）に、上記クロック信号ＣＬＫ、ＡＮＤ回路４９の論理積信号ＡＮＤ、ＯＲ回路４８の論理和信号ＯＲ、論理積信号ａ１〜ａ３、論理和信号ＯＵＴ１の関係を示す。図示されるように、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｌ」である過充電状態検出時において、論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｈ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過充電ではなく正常であることを意味する。また、同過充電検出時において、論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｌ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過充電状態であるか、管理ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。

一方、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」である過放電検出時において論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｌ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過放電ではなく正常であることを意味する。また、同過放電検出時において、論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｈ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過放電状態であるか、管理ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。

論理和信号ＯＵＴ１は、１つのブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態の監視結果を示す監視結果信号であり、これに上記入力端子Ｔ３から取り込まれる信号が、上記合成部６０にて論理合成される。

図５（ａ）に、合成部６０の構成を示す。

合成部６０は、上記論理和信号ＯＵＴ１と上記入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号ＩＮとの論理積信号ｂ１を生成するＡＮＤ回路６２と、クロック信号ＣＬＫと上記入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号ＩＮとの論理積信号ｂ２を生成するＡＮＤ回路６４と、クロック信号ＣＬＫと上記論理和信号ＯＵＴ１の論理積信号ｂ３を生成するＡＮＤ回路５６とを備えている。そして、ＯＲ回路６８では、これら論理積信号ｂ１〜ｂ３の論理和信号である出力信号ＯＵＴ２を生成する。

図５（ｂ）に、上記クロック信号ＣＬＫ、入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号ＩＮ、論理和信号ＯＵＴ１、論理積信号ｂ１〜ｂ３、出力信号ＯＵＴ２の関係を示す。図示されるように、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｌ」である過充電状態検出時において、出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｈ」であるときには、当該管理ユニットＵｉ及びその上流の管理ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過充電ではなく正常であることを意味する。また、同過充電検出時において、出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｌ」であるときには、上記監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過充電状態であるか、管理ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。

一方、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」である過放電検出時において出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｌ」であるときには、当該管理ユニットＵｉ及びその上流の管理ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過放電ではなく正常であることを意味する。また、同過放電検出時において、出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｈ」であるときには、上記監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過放電状態であるか、管理ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。

このように、本実施形態では、先の図１に示したマイコン２４によって、シリアルラインＬ１を介してクロック信号ＣＬＫを出力することで、過充電状態及び過放電状態の２つの状態のいずれかを監視するように指示することができる。そして、マイコン２４では、監視結果を、シリアルラインＬ２を介して取り込むことができる。

上記管理ユニットＵｉは、更に、各ブロックの電圧（電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧）を均等化すべく、これらブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち、他よりも電圧が高いものを放電させる機能を有する。

図６に、管理ユニットＵｉのうち、特に、各ブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧を均等化するための上記放電処理を行なう部分の構成を示す。

図示されるように、管理ユニットＵｉにおいては、抵抗体８１及び放電スイッチ８２の直列接続体を備える放電経路８０が、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端と並列に接続されている。この放電スイッチ８２がオン操作されることで、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍと放電経路８０とで閉ループ回路が構成され、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍが放電される。

そして、本実施形態では、上記放電スイッチ８２をオン・オフ操作するための指令信号を、上記接続ラインＣＬｉを流れる電流に基づき生成する。すなわち、スイッチング素子Ｓｉとスイッチング素子Ｓ（ｉ＋１）とが選択的にオン状態となると、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍから接続ラインＣＬｉを介して先の図１に示したフライングキャパシタ１４に電流が流れる。ここで、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍ、接続ラインＣＬｉ、フライングキャパシタ１４、接続ラインＣＬ（ｉ＋１）の閉ループ回路が形成されるときには、必ずフライングキャパシタ１４のうち、接続ラインＣＬｉ側が低電位となっているため、接続ラインＣＬｉを流れる電流は、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側からフライングキャパシタ１４側へと向かう方向を順方向とする。

上記接続ラインＣＬｉを流れる電流は、ノードＮ３と接続されるモニタ端子Ｔ０を介してレベル変換回路８４に取り込まれる。レベル変換回路８４は、モニタ端子Ｔ０を介して取り込まれる信号を、管理ユニットＵｉ内の論理回路の動作電圧レベルにレベル変換する回路である。

詳しくは、レベル変換回路８４は、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極電位側からモニタ端子Ｔ０へと電流の流れを許容する抵抗体８５及びダイオード８６を備えている。そして、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極及び負極がコレクタ及びエミッタと接続されたトランジスタ８７のベース電流を、抵抗体８５及びダイオード８６の接続点を流れる電流とする。これにより、抵抗体８５及びダイオード８６を流れる電流がレベル変換されてトランジスタ８７のコレクタから出力される。そして、コレクタから出力される電流が、バッファ回路８８によって規定電圧の信号に変換されて出力される。このバッファ回路８８の出力が、レベル変換回路８４の出力である。

バッファ回路８８の出力端子は、ＮチャネルＭＯＳ型のトランジスタ９０のソース及びドレインを介してＴフリップフロップ９２のＴ入力端子と接続されている。Ｔフリップフロップ９２は、Ｔ入力端子に印加される信号の論理値が周期的に変化するに際し、その周期毎に出力端子から出力される信号の論理値を反転させてその状態を保持する回路である。Ｔフリップフロップ９２の出力は、放電処理を行なうべく放電スイッチ８２をオン状態とするよう指令する指令信号となる。このように、ラッチ機能を有するＴフリップフロップ９２を用いることで、接続ラインＣＬｉに流れる電流が減衰していくものであるにもかかわらず、この減衰する電流に基づき所定の論理値を維持する指令信号を生成することが可能となる。

Ｔフリップフロップ９２の出力は、ＲＳフリップフロップ９４のセット端子に印加される。このＲＳフリップフロップ９４の出力端子は、放電スイッチ８２の導通制御端子（例えば、ゲートやベース等）と接続されている。このため、ＲＳフリップフロップ９４のセット端子に論理「Ｈ」の信号が印加されることで、放電スイッチ８２がオン操作される。したがって、接続ラインＣＬｉに電流が流れることでＴフリップフロップ９２の出力が反転し、その反転後の出力が論理「Ｈ」となるときには、放電スイッチ８２がオン状態となり、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍが放電される。

このように、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かに応じて、換言すれば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）による電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの選択状態に応じて、放電処理を指令することで、放電処理の指令のために、マイコン２４と管理ユニットＵｉとの間の絶縁をとる部材を新たに追加することを回避することができる。ただし、この場合には、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧をフライングキャパシタ１４を介して検出するたびに、放電処理が指令されることが懸念される。

図７に、接続ラインＣＬｉの電流の有無に応じてＴフリップフロップ９２が直接動作するとした場合において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）、ＳＷ１、ＳＷ２の操作態様と、フライングキャパシタ１４の電圧と、管理ユニットＵｉのＴフリップフロップ９２の出力とのそれぞれの推移を示す。

図示されるように、任意の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧を検出する際には、まず、スイッチング素子Ｓｉ，Ｓ（ｉ＋１）をオン状態としてフライングキャパシタ１４の両端に電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧を印加する。これにより、フライングキャパシタ１４の両端の電圧が電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧と等しくなると想定される時間の経過後、スイッチング素子Ｓｉ，Ｓ（ｉ＋１）をオフとし、且つスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２をオン状態とする。これにより、電圧検出回路１６によってフライングキャパシタ１４の電圧が検出され、その検出結果がマイコン２４に出力される。なお、スイッチング素子Ｓｉ，Ｓ（ｉ＋１）をオフしてからスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオンするのは、マイコン２４側と組電池１０側との絶縁をとるためである。

次に、隣接する電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＝ｉ＋１）の電圧を検出すべく、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフとした後、スイッチング素子Ｓｊ、Ｓ（ｊ＋１）をオン状態として、フライングキャパシタ１４の両端に電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍの電圧を印加する。これにより、フライングキャパシタ１４の両端の電位は反転する。これは、上述したように、隣接するブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍ、Ｂｊ１〜Ｂｊｍのそれぞれの正極側と接続されるフライングキャパシタ１４の端子が異なるように設定したためである。

これにより、管理ユニットＵｉのＴフリップフロップ９２は、スイッチング素子Ｓｉ、Ｓ（ｉ＋１）がオンとされてから次にオンとされるまでの期間に渡って、論理「Ｈ」となる。

このように、フライングキャパシタ１４を介して電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧を検出するたびに、いずれかの管理ユニットＵｉにおけるＴフリップフロップ９２の出力が論理反転すると、同管理ユニットＵｉにおいて意図せずして放電処理がなされる懸念がある。特に本実施形態では、放電処理を車両の起動スイッチ（イグニッションスイッチ）がオフ状態であるときに放電処理を行なうのであるが、イグニッションスイッチがオン状態であるときに電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧がフライングキャパシタ１４を介して検出されると、放電処理が誤ってなされる懸念がある。そこで、本実施形態では、イグニッションスイッチがオン状態であるときには、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かにかかわらず、放電処理を禁止する。

具体的には、先の図６に示すように、上記クロック信号ＣＬＫに基づき、イグニッションスイッチがオン状態であるときには放電処理を禁止する禁止回路１００を備えている。ここで、クロック信号ＣＬＫは、イグニッションスイッチがオン状態の間絶えず管理ユニットＵｉに入力されるものであるため、クロック端子Ｔ１からクロック信号ＣＬＫが入力されるか否かに基づき、イグニッションスイッチの状態を判断する。そして、禁止回路１００は、クロック信号ＣＬＫが入力されている間は、トランジスタ９０をオフすべく、そのゲートに論理「Ｌ」の信号を印加する。

更に、禁止回路１００の上記出力信号は、ＮＡＮＤ回路１０２に取り込まれる。そしてこのＮＡＮＤ回路１０２の出力がＲＳフリップフロップ９４のリセット端子に印加される。このため、禁止回路１００によって論理「Ｌ」の信号が出力されるイグニッションスイッチのオン状態時にあっては、ＮＡＮＤ回路１０２から論理「Ｈ」の信号が出力されるため、ＲＳフリップフロップ９４のリセット端子には論理「Ｈ」の信号が印加される。これにより、イグニッションスイッチがオン状態であるときには、ＲＳフリップフロップ９４の出力が論理「Ｌ」となるため、放電スイッチ８２がオン操作されることはない。

上記ＮＡＮＤ回路１０２には、更に、Ｔフリップフロップ９２の出力が取り込まれる。すなわち、ＮＡＮＤ回路１０２は、禁止回路１００の出力とＴフリップフロップ９２の出力との論理積の反転信号を生成する回路である。このため、ＲＳフリップフロップ９２は、禁止回路１００の出力が論理「Ｈ」であって且つＴフリップフロップ９２の出力が論理「Ｈ」であるときにのみ論理「Ｈ」の信号を出力する。

上記構成によれば、イグニッションスイッチがオン状態とされ、クロック信号ＣＬＫが取り込まれているときには、禁止回路１００により放電処理が禁止される。そして、イグニッションスイッチのオフ状態時において、特定のブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの放電処理が所望されるとき、マイコン２４によりスイッチング素子Ｓｉ，Ｓ（ｉ＋１）をオン操作することで、管理ユニットＵｉに放電処理をする旨指令することができる。なお、放電処理を行なうに当たっては、イグニッションスイッチがオフとされた後、各ブロックの電池セルＢｉ〜Ｂｉｍの両端の電圧をフライングキャパシタ１４を介して一旦検出し、検出結果に基づき他と比較して電圧が高い電池セルを放電させることが望ましい。この電圧の検出に際しては、クロック信号ＣＬＫを出力することで、禁止回路１００によって放電処理を禁止する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）選択手段としてのスイッチング素子Ｓｉ，Ｓ（ｉ＋１）により、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が選択的に検出されるか否かに応じて、管理ユニットＵｉに管理に関する処理を行なわせた。これにより、両端の電圧の検出の処理の指令とそれ以外の処理の指令とを同一の指令系統によって行なうことができるため、両端の電圧の検出の処理の指令のために、マイコン２４側と管理ユニットＵｉ側との絶縁をとるための高耐圧の素子を新たに設けることを回避することができる。

（２）接続ラインＣＬｉの電流の有無に基づき、指令信号を適切に生成することができる。

（３）接続ラインＣＬｉの電流を所定の電圧に変換するレベル変換回路８４と、レベル変換回路８４の出力電圧をラッチするＴフリップフロップ９２とを備え、Ｔフリップフロップ９２の出力を指令信号とした。これにより、接続ラインＣＬｉを流れる電流の減衰にかかわらず、指令信号を所定の値に維持することができる。

（４）上記指令信号に応じて、放電スイッチ８２による放電処理を行なった。これにより、放電処理を行う旨の指令をするに際し、新たに高耐圧の絶縁素子を設ける必要が生じない。

（５）クロック信号ＣＬＫが取り込まれるとき、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かにかかわらず、放電スイッチ８２のオン操作を禁止する禁止回路１００を備えた。これにより、フライングキャパシタ１４を介した電圧を検出する処理をするときに、放電処理がなされることを好適に回避することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かの状態に応じて、対応する電池セルＢｉ〜Ｂｉｍの過充電異常及び過放電異常を選択的に監視する。

図８に、本実施形態にかかる管理ユニットＵｉのうち、特に、電池セルＢｉ〜Ｂｉｍの過充電異常及び過放電異常を検出する処理を行なう部分の構成を示す。なお、図８において、先の図２及び図６と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、検出合成部５０の出力と、入力端子Ｔ３を介して取り込まれる入力信号とがセレクタ１１０に取り込まれる。セレクタ１１０では、入力される２つの信号のいずれかを選択的に出力端子Ｔ４へ出力する。こうした構成によれば、特定の管理ユニットＵｉにおいてのみ検出合成部５０の出力を出力端子Ｔ４を介して出力して且つ、その下流の管理ユニットＵｊ（ｉ＜ｊ）については、管理ユニットＵｉの出力信号をレベル変換して出力するようにすることができる。

ここで、セレクタ１１０の切り替えを、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かに応じて行う。すなわち、接続ラインＣＬｉを流れる電流は、レベル変換回路８４、バッファ回路８８によって所定の電圧レベルの電圧信号に変換され、この電圧信号がトランジスタ９０を介してＴフリップフロップ９２に出力される。そして、Ｔフリップフロップ９２の出力によってセレクタを切り替える。

上記トランジス９０は、本実施形態では、クロック信号ＣＬＫが入力されるときに禁止回路１００によってオンとされる。こうした構成によれば、過充電異常又は過放電異常を検出するに際しては、マイコン２４からクロック信号ＣＬＫを出力することでトランジスタ９０をオン状態として且つ、特定のスイッチング素子Ｓｉ，Ｓ（ｉ＋１）をオン操作することで、管理ユニットＵｉの検出合成部５０の出力をマイコン２４に取り込むことが可能となる。

以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）に準じた効果が得られる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、特定の管理ユニットＵｉについて、先の図３に示したＯＲ回路４８の出力とＡＮＤ回路４９の出力とのいずれかを選択的に出力端子Ｔ４を介して出力する。これにより、先の図４（ｂ）に示したように、ＡＮＤ回路４９の出力が論理「Ｈ」であるにもかかわらず、ＯＲ回路３８の出力が論理「Ｌ」であるか否かをマイコン２４側で識別することができ、ひいては、管理ユニットＵｉの異常の有無を把握することができる。

図９に、管理ユニットＵｉのうち、特に、電池セルＢｉ〜Ｂｉｍの過充電異常及び過放電異常を検出する処理を行なう部分の構成を示す。なお、図９において、先の図８と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、検出部４０のＯＲ回路３８の出力とＡＮＤ回路３９の出力とをセレクタ１１２によって選択的に切り替える。そして、このセレクタ１１２の出力と、入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号とがセレクタ１１０に取り込まれ、これらのいずれかが選択的に出力端子Ｔ４を介して出力される。

また、本実施形態では、クロック信号ＣＬＫを周波数変調することで、いずれのブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍを選択するかを指示する指示情報をクロック信号ＣＬＫに重畳する。そして、管理ユニットＵｉにＦＶ変換部１１４を備えて、クロック信号ＣＬＫをデコードし、その周波数情報から電圧信号を生成する。そして、この電圧信号に応じてセレクタ１１０を切り替える。

一方、上記Ｔフリップフロップ９２は、セレクタ１１２を切り替える。すなわち、本実施形態では、ＯＲ回路３８の出力とＡＮＤ回路３９の出力とのいずれを選択するかを指令する指令信号が、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かに応じて生成される。

以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）に準じた効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・接続ラインＣＬｉに電流が流れるか否かに基づき指令される管理に関する処理としては、先の第１〜第３の実施形態で例示された処理に限らない。例えば、上記各実施形態における閾値電圧を、接続ラインＣＬｉに電流が流れるか否かに基づき切り替えるよう指令するようにしてもよい。この際、上記各実施形態で例示した構成に限らず、例えば上記特許文献２に見られる構成において、接続ラインＣＬｉを電流が流れるか否かの状態に応じて閾値電圧を変更してもよい。ちなみに、上記特許文献２において、図２に示すフォトカプラ３０や、図７に示した基準電圧発生回路５８は、組電池側と低圧側とを絶縁する絶縁素子を備えて構成されているが、本発明を適用することでこの絶縁素子を削減することができる。

・上記各実施形態では、接続ラインＣＬｉを流れる電流に応じて２値の指令信号を生成したが、これに限らず、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）のスイッチング周波数を可変として先の図７に示したフライングキャパシタ１４の電圧の反転周波数を周波数変調させることで、３値以上の指令信号を生成してもよい。

・電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧を検出する手法としては、フライングキャパシタ１４を介して行なう手法に限らない。例えば、単一のブロックの電圧レベル内の電圧をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を備え、その出力をフォトカプラ等の光絶縁素子や、トランス等の磁気絶縁素子を介してマイコンに出力する手法であってもよい。この場合であっても、電圧の検出対象としていずれのブロックの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍが選択されたか否かに応じて、管理ユニットＵｉにおける管理に関する処理（電圧検出回路１６による両端の電圧の検出以外の処理）を指令することは有効である。

また、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧を検出する手段を備えるものに限らず、単一の電池セルの両端の電圧を検出する手段を備えるものであってもよい。この場合、いずれの電池セルが選択されているかに基づき、管理ユニットＵｉにおける管理に関する処理を指令すればよい。

・上記各実施形態では、組電池の管理装置を、ハイブリッド車に搭載したが、これに限らず、例えば電気自動車に搭載してもよい。

第１の実施形態における組電池及びその管理装置の全体構成を示す図。 同実施形態における管理ユニットについて、特に異常の有無の監視に関する処理をする部分の構成を示す図。 同実施形態における検出部の構成を示す図。 同実施形態における検出合成部の構成及び動作を示す図。 同実施形態における合成部の構成及び動作を示す図。 同実施形態における管理ユニットについて、特に放電処理をする部分の構成を示す図。 同実施形態における電圧検出時の動作を示すタイムチャート。 第２の実施形態における管理ユニットについて、特に異常の有無の監視に関する処理をする部分の構成を示す図。 第３の実施形態における管理ユニットについて、特に異常の有無の監視に関する処理をする部分の構成を示す図。

１０…組電池、１２…管理装置、１４…フライングキャパシタ、２４…マイコン、Ｕｉ…管理ユニット、Ｓ１〜Ｓ（ｎ＋１）…スイッチング素子、８０…放電経路、８２…放電スイッチ、９２…Ｔフリップフロップ（ラッチ手段の一実施形態）、１００…禁止回路（禁止手段の一実施形態）。

Claims (5)

1. 複数個の電池セルの直列接続体として構成される組電池における単一の電池セル及び隣接するいくつかからなる電池セルのいずれかである単位電池について、該単位電池の状態を管理する管理ユニットを備える組電池の管理装置において、
   前記管理ユニットとは別に、前記単位電池のいずれかを選択する選択手段と、該選択された単位電池の両端の電圧を検出する電圧検出手段とを備えて且つ、
   前記管理ユニットは、管理対象とする単位電池が前記選択手段によって選択されることでその端子及び前記電圧検出手段を接続する接続経路を電流が流れることによって前記端子側と前記電圧検出手段側との間に検出される電位差を前記単位電池の管理に関する処理の指令信号として用いることを特徴とする組電池の管理装置。
2. 前記電圧検出手段は、フライングキャパシタを備えて且つ、前記選択手段は、前記フライングキャパシタと前記単位電池のいずれかの両端とを選択的に接続する手段であり、
   前記管理ユニットは、管理対象とする単位電池の両端を前記選択手段を介して前記フライングキャパシタに接続する接続経路の前記電位差を前記単位電池の管理に関する処理の指令信号として用いることを特徴とする請求項１記載の組電池の管理装置。
3. 前記管理ユニットは、前記接続経路の前記電位差の検出結果を出力する手段と、該手段の出力電圧をラッチするラッチ手段とを備え、前記ラッチ手段の出力を前記単位電池の管理に関する処理の指令信号とすることを特徴とする請求項２記載の組電池の管理装置。
4. 前記電池セルは、２次電池であり、
   前記管理ユニットは、前記単位電池を放電させる放電経路と、該放電経路を導通及び遮断する放電スイッチと、前記指令信号に応じて前記放電スイッチをオン・オフ操作する操作手段とを備えて且つ、前記指令信号に基づき前記放電スイッチをオン操作することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の管理装置。
5. 前記管理ユニットは、クロック信号を取り込む手段と、該クロック信号の論理値に応じて、前記単位電池が過度の高圧状態にあるか否かを判断するための閾値及び前記単位電池が過度の低圧状態にあるか否かを判断するための閾値のいずれかと前記単位電池の両端の電圧とを比較し、比較結果を出力する出力手段と、前記クロック信号が取り込まれるとき、前記指令信号にかかわらず、前記放電スイッチのオン操作を禁止する禁止手段とを備えることを特徴とする請求項４記載の組電池の管理装置。

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