JP4793338B2 - 組電池の状態監視装置 - 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を、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グループ化して且つ、これら各単位電池毎にその状態を監視する監視ユニットを備え、該監視ユニットのうちの２個以上の監視ユニットについて、隣接するもの同士が通信経路によって互いに接続されてなる組電池の状態監視装置に関する。

ハイブリッド車両等、車両の動力発生装置として電動機を用いるものにあっては、インバータを介して電動機に高圧の電圧を印加するために高圧バッテリが搭載されている。高圧バッテリは、その両電極間の電圧が非常に大きいため、車両のメインテナンス時等において、高圧バッテリを含む閉ループ回路が形成されることのないようにすることが望まれる。

そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、複数個の電池セルの直列接続体としての組電池からなる高圧バッテリについて、その組電池の中央部分にサービスプラグを設けることも提案され、実用されている。サービスプラグは、組電池の中央部分において隣接する電池セル間を導通状態とする機能を有するプラグである。そして、メインテナンス時等においては、サービスプラグを抜くことで、組電池を電池セルの２つの直列接続体に分割する。これにより、万一、高圧バッテリを備えて構成される車載高圧システムに何らかの部材が接触したとしても、この部材に印加される電圧値を半減させることができる。
特開２００１−３２０８０１号公報

ところで、近年、車載高圧バッテリに用いられる組電池を構成する電池セルとして、リチウム電池を用いることが提案されている。リチウム電池は、ニッケル水素電池等と比較して、過度に充電される状態（過充電状態）等によって信頼性が低下しやすい。このため、リチウム電池を用いて組電池を構成する場合には、その充電状態等を監視することが望まれる。

ここで、単一の電池セル又は隣接するいくつかからなる電池セルのいずれかを単位電池とし、これら各単位電池毎に、その状態を監視する監視ユニットを設けることが考えられる。この際、各監視ユニットによる監視結果を各別に低圧システムに送信したのでは、高圧システム及び低圧システム間を絶縁するためのフォトカプラ等の絶縁手段の数が大幅に増大することとなる。このため、隣接する監視ユニット間で通信を行い、全ての監視ユニットによる監視結果を最下流の監視ユニットを介して低圧システムに出力することが望ましい。

ただし、この場合、上記サービスプラグの遮断時において、監視ユニット間を接続する通信線が電流の迂回経路となり得る。そしてこの場合には、サービスプラグを外したにもかかわらず、組電池に何らかの部材が接触した際等には、組電池を含むループ回路の絶縁性（開ループ性）が低下する懸念がある。

なお、上記リチウム電池の状態監視装置を備えるものに限らず、上述した監視ユニット間で監視結果を授受するものにあっては、組電池に何らかの部材が接触した際等に組電池を含むループ回路の絶縁性が低下することが懸念されるこうした実情も概ね共通したものとなっている。

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、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のうちの、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の状態を監視する監視ユニットを備えて且つ監視ユニット間で監視結果を授受するものにあって、組電池に何らかの部材が接触した際に組電池を含むループ回路の絶縁性を好適に維持することのできる組電池の状態監視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を、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グループ化して且つ、これら各単位電池毎にその状態を監視する監視ユニットを備え、該監視ユニットのうちの２個以上の監視ユニットについて、隣接するもの同士が通信線によって互いに接続されてなる組電池の状態監視装置において、前記通信線を介して前記監視ユニットのうちの低電位側から高電位側へと電流が流動することを阻止可能な阻止手段を備えることを特徴とする。

組電池の両電極間等、組電池を構成する電池セルをある程度の数だけ含む直列接続体の両端に何らかの導体又は絶縁性が低いものが接触する場合、たとえ上記直列接続体のどこかにこれを分割する絶縁手段が設けられていたとしても、上記監視ユニットや上記通信線が絶縁手段を迂回する手段となることが懸念される。そして、この場合、組電池を含むループ回路の絶縁性が低下する。この点、上記発明では、阻止手段を備えることで、こうした場合であっても、組電池を含むループ回路について、その低電位側から高電位側への電流の流れに対する絶縁性を好適に維持することができる。

なお、組電池や監視ユニットについての「低電位側」及び「高電位側」とは、組電池が途中で分離されない状態における電位の高低によって定義するものとする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記組電池には、隣接する前記単位電池間を導通及び遮断する組電池用開閉手段が設けられており、前記阻止手段は、前記組電池用開閉手段によって絶縁される単位電池に対応する監視ユニット間に設けられてなることを特徴とする。

上記発明では、組電池用開閉手段によって絶縁される単位電池に対応する監視ユニット間に阻止手段が設けられるために、組電池用開閉手段を迂回する経路についてその低電位側から高電位側への電流の流動に対する絶縁性を好適に維持することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記阻止手段は、前記２個以上の監視ユニットのうちの高電位側の監視ユニットから低電位側の監視ユニットへと向かう方向を順方向とする整流手段を備えて構成されてなることを特徴とする。

組電池の両電極間等、組電池を構成する電池セルをある程度の数だけ含む直列接続体の両端に何らかの導体又は絶縁性が低いものが接触する場合、直列接続体内を流れる電流は低電位側から高電位側へと向かう方向となる。このため、監視ユニット及び通信線が直列接続体を迂回する場合、その電流も低電位側から高電位側へと向かう方向となる。この点、上記発明では、高電位側の監視ユニットから低電位側の監視ユニットへと向かう方向を順方向とする整流手段を備えることで、直列接続体を迂回して低電位側から高電位側へと向かう方向に電流が流れることを好適に回避することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記整流手段は、前記通信線に設けられてなることを特徴とする。

組電池の両電極間等、組電池を構成する電池セルをある程度の数だけ含む直列接続体の両端に抵抗値の低い部材が接触する際等において、直列接続体を迂回して上記通信線に低電位側から高電位側へと向かう方向に電流が流れようとする際には、その電流値も大きくなり、通信線に印加される電圧も高くなる。このため、上記整流手段としては、動作電圧が単位電池の両端電圧に応じて定まる監視ユニット内の素子に要求される耐圧よりも高耐圧のものを用いることが望ましい。ただし、高耐圧のものを監視ユニットに設けることは困難である。この点、上記発明では、通信線に整流手段を備えることで、整流手段を好適に配置することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記阻止手段は、前記通信線に設けられて且つ該通信線によって接続される監視ユニット間を導通及び遮断する通信線用開閉手段であることを特徴とする。

上記発明では、通信線用開閉手段を備えることで、組電池の両電極間等、組電池を構成する電池セルをある程度の数だけ含む直列接続体の両端に何らかの導体又は絶縁性が低いものが接触する際、通信線によって直列接続体の迂回経路が形成されることを好適に回避することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記組電池には、隣接する前記単位電池間を導通及び遮断する組電池用開閉手段が設けられており、前記通信線用開閉手段は、前記組電池用開閉手段と連動して開閉するよう設定されてなることを特徴とする。

上記発明では、通信線用開閉手段が組電池用開閉手段と連動して開閉するために、組電池を含むループ回路の絶縁性が要求される状況下、双方の手段を各別に操作する必要が生じない。このため、操作を簡易に行うことができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記２個以上の監視ユニットによって監視対象とされる単位電池が前記組電池を構成する全ての単位電池であることを特徴とする。

上記発明では、互いに通信線で接続された監視ユニットに組電池を構成する全ての単位電池が接続されているために、監視ユニット及び通信線を介した迂回経路が特に形成されやすい。このため、上記発明は、阻止手段の作用効果を特に好適に奏することができる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記阻止手段は、前記監視ユニットを略２等分する位置に設けられてなることを特徴とする。

上記発明では、阻止手段が監視ユニットを略２等分する位置に設けられるため、単位電池の直列接続体を略２分割することができ、ひいてはこれら各直列接続体の電圧を効果的に低下させることができる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記監視ユニットには、当該監視ユニット内部を静電気による過電圧から保護する静電気保護手段が、外部との信号の授受を行う端子に接続される態様にて備えられてなることを特徴とする。

監視ユニットの端子に何らかの部材が接触する場合、静電気によって端子を通じて監視ユニット内部に過度の電圧が印加され、監視ユニットの信頼性の低下を招くことが懸念される。これは、監視ユニットを小型化、必要最小限度において低耐圧化すればするほど深刻な問題となる。この点、上記発明では、静電気保護手段を備えることで、こうした問題を回避することができる。

ただし、この場合、静電気保護手段及び通信線が、組電池を構成する低圧側の電池セルから高圧側の電池セルへと電流を流通させる迂回経路を構成する傾向にある。このため、上記発明は、阻止手段の作用効果を特に好適に奏することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる組電池の状態監視装置をハイブリッド車に搭載される組電池の状態監視装置に適用した第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、上記組電池及び状態監視装置の構成を示す。

以下では、まず図１に示す状態監視装置による状態監視機能について説明し、その後、状態監視装置の静電破壊保護機能、状態監視装置の備える絶縁機能について順に説明する。

＜状態監視機能について＞
組電池１０は、複数（ここではｍ×ｎ個）のリチウム２次電池（電位セル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、状態監視装置２０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、ブロックの状態を監視する監視ユニットＵ１〜Ｕｎを備えている。これら各監視ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、クロック信号ＣＬＫを取り込むクロック入力端子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、隣接する監視ユニット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。

また、マイクロコンピュータ（マイコン２４）は、各監視ユニットＵｉに、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍ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、監視ユニット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、最上流の監視ユニットＵ１のクロック入力端子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、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。

上記クロック信号ＣＬＫが論理「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させる。また、クロック信号ＣＬＫが論理「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させる。

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、最上流の監視ユニット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、最上流の監視ユニット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、最上流以外の各監視ユニットＵｉ（ｉ＝２〜ｎ）は、隣接する上流の監視ユニットＵ（ｉ−１）のクロック出力端子Ｔ２からクロック線ＣＬに出力される信号を、クロック入力端子Ｔ１を介して取り込む。また、隣接する上流の監視ユニットＵ（ｉ−１）の出力端子Ｔ４から信号線ＳＬに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、クロック入力端子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を介して信号線ＳＬに出力する。

そして、最下流の監視ユニット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、最下流の監視ユニット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、最下流の監視ユニット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、監視ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）の構成を示す。

図示されるように、クロック入力端子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、クロック入力端子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を介して下流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）へと出力される（ただし、上述したように、最下流の監視ユニット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、クロック入力端子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監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の出力信号とが取り込まれる（ただし、監視ユニット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６０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６０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、上記クロック入力端子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／｛Ｒ１×Ｒ３／（Ｒ１＋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との論理積信号ａ３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、監視ユニット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、監視ユニット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、これと、上記入力端子Ｔ３から取り込まれる信号とが、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６６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、当該監視ユニットＵｉ及びその上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝０〜ｉ−１）の監視対象とする電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＝０〜ｉ）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Ｂｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＝０〜ｉ）のうち少なくとも１つが過充電状態であるか、監視ユニットＵｊ（ｊ＝０〜ｉ）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、当該監視ユニットＵｉ及びその上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝０〜ｉ−１）の監視対象とする電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＝０〜ｉ）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Ｂｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＝０〜ｉ）のうち少なくとも１つが過放電状態であるか、監視ユニットＵｊ（ｊ＝０〜ｉ）に異常があるかのいずれかであることを意味する。

監視ユニットＵｉを上記構成とし、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。

＜状態監視装置の静電気保護機能について＞
上記各監視ユニットＵｉは、それぞれが集積回路（ＩＣ）としてチップ化されて構成されている。そしてこの場合、各監視ユニットＵｉを極力小型化するなどの目的から、各監視ユニットＵｉの耐圧は、各ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの電圧に応じて設定されている。しかし、この場合、例えば状態監視装置の製造時等において、各監視ユニットＵｉを互いに接続する際等に、監視ユニットＵｉの端子が何らかの部材と接触する際に静電気が生じることで、監視ユニットＵｉの端子に耐圧を超える電圧が印加されるおそれがある。

そこで本実施形態では、監視ユニットＵｉの各端子に、監視ユニットＵｉの内部の回路(素子)を静電気に起因する過電圧の印加から保護する保護機能を設けている。具体的には、先の図２に示すように、クロック入力端子Ｔ１及び入力端子Ｔ３と、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側との間には、同正極側をカソード側とするダイオードＤ１、Ｄ２が設けられている。また、クロック入力端子Ｔ１及び入力端子Ｔ３と、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側との間には、同負極側をアノード側とするダイオードＤ３，Ｄ４が設けられている。ここで、ダイオードＤ１，Ｄ２は、クロック入力端子Ｔ１や入力端子Ｔ３に過度に高い電位の部材が接触した場合に、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側との電位差をこれらダイオードＤ１，Ｄ２の電圧降下量程度に制限する機能を有する。一方、ダイオードＤ３、Ｄ４は、クロック入力端子Ｔ１や入力端子Ｔ３に過度に低い電位の部材が接触した場合に、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側との電位差をこれらダイオードＤ３，Ｄ４の電圧降下量程度に制限する機能を有する。

更に、クロック出力端子Ｔ２及び出力端子Ｔ４と、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側との間には、同正極側をカソード側とするダイオードＤ５、Ｄ６が設けられている。これらダイオードＤ５，Ｄ６の機能は、ダイオードＤ１，Ｄ２の機能と同一である。また、クロック出力端子Ｔ２と、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側との間には、同負極側をアノード側とするダイオードＤ７と、ダイオードＤ７のカソード側をカソード側とするツェナーダイオードＺＤ１とが直列接続されている。また、出力端子Ｔ４と、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側との間には、同負極側をアノード側とするダイオードＤ８と、ダイオードＤ８のカソード側をカソード側とするツェナーダイオードＺＤ２とが直列接続されている。ここで、ダイオードＤ７、Ｄ８の機能は、上記ダイオードＤ３，Ｄ４の機能と同一である。また、ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２は、監視ユニットＵｉを下流側の監視ユニットＵ（ｉ＋１）と接続した際、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側から出力端子Ｔ４側へと電流が流れることを阻止する機能を有する。これらツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２の耐圧は、正常時においてはオン状態とならない程度の値に設定されている。

更に、先の図３に示すように、監視ユニットＵｉと、ブロック内の各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両電極間とを接続するための端子間に、ダイオードＤ９が設けられている。これにより、ブロック内の各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両電極間を接続するための端子と接触する部材の電位が過度に高かったり低かったりした場合であっても、監視ユニットＵｉ内の回路（素子）を保護することができる。

＜状態監視装置の絶縁機能について＞
先の図１に示されるように、本実施形態では、組電池１０の中央部分、すなわち、電池セルＢ（ｎ／２）ｍと、電池セルＢ（ｎ／２＋１）１との間に、これらの間を絶縁するサービスプラグＳＰが設けられている。これにより、例えばメインテナンス時等の組電池１０を含むループ回路の絶縁性を高めることが望まれる状況下、サービスプラグＳＰを開状態とすることで、組電池１０の両端に何らかの部材が接触する場合であっても、組電池１０を、電池セルＢ１１〜Ｂ（ｎ／２）ｍの直列接続体と、電池セルＢ（ｎ／２＋１）１〜Ｂｎｍの直列接続体とに分割することができる。ただし、サービスプラグＳＰが開状態とされるときであっても、監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）及び監視ユニットＵ（ｎ／２）の上記静電気保護機能と、クロック線ＣＬ又は信号線ＳＬとによって、サービスプラグＳＰを迂回する経路が生成されるおそれがある。

そこで本実施形態では、図１に示すように、監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）及び監視ユニットＵ（ｎ／２）を接続するクロック線ＣＬ及び信号線ＳＬに、高電位側の監視ユニットＵ（ｎ／２）から低電位側の監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）へ向かう方向を順方向とするダイオード８０，８２をそれぞれ設ける。

これにより、図６に１点鎖線にて示すように、組電池１０の両電極間等に何らかの部材が接触した場合であっても、サービスプラグＳＰを迂回して、監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）及び監視ユニットＵ（ｎ／２）の上記静電気保護機能と、クロック線ＣＬ又は信号線ＳＬを介して電流が流れることを回避することができる。ちなみに、図６に示す例のように組電池１０の両電極間に何らかの部材が接触する場合において、この部材が低抵抗の部材である場合には、サービスプラグＳＰの両端の電圧が、組電池１０の両端の電圧程度となる。また、例えばサービスプラグＳＰが閉状態とされる車両の走行時においても、サービスプラグＳＰと直列接続されるヒューズ（図示略）が溶断して且つこの際、組電池１０の両電極間に接続されているＤＣ−ＤＣコンバータ（図示略）のインピーダンスが小さくなる場合にも、ヒューズの両端の電圧が組電池１０の両端の電圧程度となる。こうした場合には、ダイオード８０，８２にもこの程度の電圧が加わるため、これに耐え得る程度の高耐圧の素子をダイオード８０，８２として採用することが望ましい。

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）監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）及び監視ユニットＵ（ｎ／２）を接続するクロック線ＣＬ及び信号線ＳＬに、高電位側の監視ユニットＵ（ｎ／２）から低電位側の監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）へ向かう方向を順方向とするダイオード８０，８２をそれぞれ設けた。これにより、サービスプラグＳＰを迂回して組電池１０の低電位側から高電位側へと向かう方向に電流が流れることを好適に回避することができる。

（２）ダイオード８０，８２を、サービスプラグＳＰによって絶縁される電池セルＢ（ｎ／２）１〜Ｂ（ｎ／２）ｍと、電池セルＢ（ｎ／２＋１）１〜Ｂ（ｎ／２＋１）ｍとに対応する監視ユニットＵ（ｎ／２）と監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）との間に設けた。これにより、サービスプラグＳＰを迂回する経路の絶縁性を好適に維持することができる。

（３）ダイオード８０，８２を、クロック線ＣＬ及び信号線ＳＬに設けた。これにより、サービスプラグＳＰの開放時等において組電池１０の両端に低抵抗な部材が接触する場合等において印加される高電圧に耐え得るだけの高耐圧の素子のダイオードを簡易に取り付けることができる。これに対し、監視ユニットＵｉに高耐圧のダイオードを形成する場合、監視ユニットＵｉが大型化する問題がある。また、監視ユニットＵｉを、フォトリソグラフィ等によって製造する場合、ダイオードの耐圧だけ高めることは困難であるため、全体の素子の大型化にもつながりやすい。

（４）サービスプラグＳＰを、組電池１０を２等分する位置に設けて且つ、ダイオード８０，８２を、監視ユニットＵｉを２等分する位置に設けた。これにより、組電池１０の任意の電池セルＢｉｊの２つの電極間に何らかの部材が接触した場合であっても、この部材に印加される電圧の最大値を半減させることができる。

（５）監視ユニットＵｉに、当該監視ユニットＵｉ内部を静電気による過電圧から保護する静電気保護手段としてのダイオードＤ１〜Ｄ９及びツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２を備えた。これにより、監視ユニットＵｉを静電気から保護することができる反面、これら保護手段によってサービスプラグＳＰの迂回経路が形成される可能性が生じる。このため、上記ダイオード８０，８２の作用効果を特に好適に奏することができる。

（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。

図７に、本実施形態にかかる組電池及び状態監視装置の構成を示す。なお、図７において、先の図１に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、サービスプラグＳＰによって絶縁される電池セルＢ（ｎ／２）１〜Ｂ（ｎ／２）ｍと、電池セルＢ（ｎ／２＋１）１〜Ｂ（ｎ／２＋１）ｍとに対応する監視ユニットＵ（ｎ／２）と監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）との間に、開閉器９０、９２を設ける。詳しくは、監視ユニットＵ（ｎ／２）と監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）とを接続するクロック線ＣＬ及び信号線ＳＬに、それぞれ開閉器９０，９２を設ける。これら開閉器９０，９２は、いずれもサービスプラグＳＰに連動して開閉するものである。すなわち、ユーザによりサービスプラグＳＰが開状態とされると、これに連動して開閉器９０，９２も開状態となる。また、ユーザによりサービスプラグＳＰが閉状態とされると、これに連動して開閉器９０，９２も閉状態となる。ちなみに、図７では、サービスプラグＳＰ、開閉器９０，９２の全てが開状態となっている場合を示している。

なお、サービスプラグＳＰと開閉器９０，９２とを連動させる構成は、例えば特開２００６−３２７２５１号公報の図３〜図５に例示されている２つの電気系統を一度に遮断する機構を３つの電気系統を一度に遮断する機構に拡張することで実現すればよい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）〜（５）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）監視ユニットＵ（ｎ／２）と監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）との間に、開閉器９０、９２を設けた。これにより、クロック線ＣＬや信号線ＳＬによってサービスプラグＳＰの迂回経路が形成されることを好適に回避することができる。

（７）開閉器９０，９２を、サービスプラグＳＰと連動して開閉するよう設定した。これにより、サービスプラグＳＰ及び開閉器９０，９２の開操作を簡易に行うことができる。

（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。

・上記第１の実施形態では、ダイオード８０，８２をそれぞれクロック線ＣＬ及び信号線ＳＬに設けたがこれに限らない。例えば、監視ユニットＵｎ／２の内部から出力端子Ｔ４及びクロック出力端子Ｔ２のそれぞれに向かう方向を順方向とするダイオードを設けてもよい。

・上記第２の実施形態では、開閉器９０、９２をサービスプラグの開閉に連動させる構成としたがこれに限らない。これら開閉器９０，９２のそれぞれについても各別にユーザが開状態に操作可能なものとしてもよい。

・監視ユニットのうちの低電位側から高電位側への電流の流動を阻止可能な阻止手段としては、上記のものに限らない。例えば、高圧側の監視ユニットＵｎ／２から低圧側の監視ユニットＵ（ｎ／２＋１）へと向かう方向を順方向とするサイリスタを設けてもよい。

・監視ユニットＵｎの数としては、偶数個に限らない。例えば（２ｎ＋１）個であってもよい。この場合、上記第１及び第２の実施形態において、ダイオード８０，８２や開閉器９０，９２を、監視ユニットＵｎとＵ（ｎ＋１）との間、又は、監視ユニットＵ（ｎ＋１）と監視ユニットＵ（ｎ＋２）との間に設けることが望ましい。ただし、この場合、サービスプラグについても、これと対応する位置に設けることとする。

・監視ユニットのうちの低電位側から高電位側への電流の流動を阻止可能な阻止手段としては、複数の監視ユニットＵｎを略２等分する位置に設けるものに限らない。例えば略３等分ずつしたそれぞれの位置に設けるものであってもよい。ただし、この場合、サービスプラグについても、これと対応する位置にそれぞれ設けることとする。

・上記各実施形態では、監視ユニットＵｉのクロック出力端子Ｔ２を介して出力されるクロック信号ＣＬＫや出力端子Ｔ４を介して出力される出力信号等を、隣接する監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）に出力したがこれに限らない。例えば監視ユニットＵ（ｉ＋２）に出力してもよい。この場合、最下流の監視ユニットＵ（ｎ−１）とＵｎとのそれぞれの出力信号をマイコン２４に出力すればよい。

・監視ユニットＵｉの監視する状態としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍを指定し、これについての過充電異常及び過放電異常を監視する機能を備えてもよい。これは、クロック信号として、いずれの電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍとするかの情報及び過充電異常及び過放電異常のいずれかを指定する情報が周波数変調により重畳された信号を用いるとともに、各監視ユニットＵｉにおいて、クロック信号を復調する機能を備えることで行うことができる。また、監視ユニットＵｉを各電池セルＢｉｊ毎に設けてもよい。

・電池セルとしては、リチウム２次電池に限らない。要は、複数の監視ユニットを備えて且つ、これら各監視ユニット同士が信号の授受を行う通信線を備えるものであれば、サービスプラグＳＰを迂回する電気経路が形成され得ることに鑑みれば、本発明の適用は有効である。

・上記各実施形態では、状態監視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監視装置の全体構成を示す図。 同実施形態の監視ユニットの構成を示す図。 同実施形態の検出部の構成を示す図。 同実施形態の検出合成部の構成及び動作を示す図。 同実施形態の合成部の構成及び動作を示す図。 同実施形態の作用効果を示す図。 第２の実施形態における監視装置の全体構成を示す図。

符号の説明

１０…組電池、２４…マイコン、４０…検出部、５０…検出合成部、６０…合成部、Ｂ１１〜Ｂｎｍ…電池セル、Ｕ１〜Ｕｎ…監視ユニット、８０，８２…ダイオード（整流手段の一実施形態）、ＳＰ…サービスプラグ（組電池用開閉手段の一実施形態）。

Claims (9)

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を、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グループ化して且つ、これら各単位電池毎にその状態を監視する監視ユニットを備え、該監視ユニットのうちの２個以上の監視ユニットについて、隣接するもの同士が通信線によって互いに接続されてなる組電池の状態監視装置において、
   前記通信線を介して前記監視ユニットのうちの低電位側から高電位側へと電流が流動することを阻止可能な阻止手段を備えることを特徴とする組電池の状態監視装置。
2. 前記組電池には、隣接する前記単位電池間を導通及び遮断する組電池用開閉手段が設けられており、
   前記阻止手段は、前記組電池用開閉手段によって絶縁される単位電池に対応する監視ユニット間に設けられてな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. 前記阻止手段は、前記２個以上の監視ユニットのうちの高電位側の監視ユニットから低電位側の監視ユニットへと向かう方向を順方向とする整流手段を備えて構成されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の組電池の状態監視装置。
4. 前記整流手段は、前記通信線に設けられてな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. 前記阻止手段は、前記通信線に設けられて且つ該通信線によって接続される監視ユニット間を導通及び遮断する通信線用開閉手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の組電池の状態監視装置。
6. 前記組電池には、隣接する前記単位電池間を導通及び遮断する組電池用開閉手段が設けられており、
   前記通信線用開閉手段は、前記組電池用開閉手段と連動して開閉するよう設定されてな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２個以上の監視ユニットによって監視対象とされる単位電池が前記組電池を構成する全ての単位電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の組電池の状態監視装置。
8. 前記阻止手段は、前記監視ユニットを略２等分する位置に設けられてなることを特徴とする請求項７記載の組電池の状態監視装置。
9. 前記監視ユニットには、当該監視ユニット内部を静電気による過電圧から保護する静電気保護手段が、外部との信号の授受を行う端子に接続される態様にて備えられてなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の組電池の状態監視装置。

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