JP4849164B2 - 電圧監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の電圧監視装置に関する。

従来より、電池の過充電検出や過放電検出の閾値が自発変化したことを検出する故障診断機能を備えた電池制御装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、電池の電圧を検出し、当該電圧と閾値とを比較する構成が提案されている。

この構成では、電池の電圧と閾値とを比較するに際し、閾値を本来の値から一定値だけ強制的にシフトさせる。つまり、閾値を１段階だけ切り替える。そして、電池制御装置は、閾値の強制変更にもかかわらず閾値と電池の電圧との大小関係が逆転しないときには、閾値の自発変化が大きいと判定する。このようにして、閾値の特性ずれを検出できるようになっている。

特開２００３−９２８４０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、閾値を１段階切り替えたとき、閾値が自発変化して特性ずれを起こしていたとしても、例えば閾値を切り替える手段に不具合が発生していたときには電池の電圧と閾値との大小関係が逆転してしまう可能性がある。このため、従来では閾値の特性ずれの判定の信頼性が低いという問題があった。

そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、閾値を段階的に切り替えて電池の電圧と各閾値との大小関係を比較することにより、閾値の特性ずれを検出するといった故障診断機能を付加することを案出した。しかし、この場合であっても、故障診断機能が故障すると、閾値を段階的に切り替えるタイミングがノイズ等によりずれるという誤作動が起こる可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、閾値を段階的に切り替えて電池の電圧と各閾値と比較することにより閾値の特性ずれを検出するに際し、閾値の切り替えのタイミングのずれを検出することができる電圧監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電池の電圧と監視閾値とを比較することにより電池の電圧の監視を行う一方、監視閾値の異常の有無を診断するための第１診断閾値および第２診断閾値を設定すると共にこれらの第１診断閾値および第２診断閾値を用いて診断を行う電圧監視装置であって、
監視閾値または第１診断閾値と電池の電圧とを比較し、その比較結果を出力する第１比較手段と、
監視閾値または第２診断閾値と電池の電圧とを比較し、その比較結果を出力する第２比較手段と、
監視を行う際には第１比較手段で用いられる閾値を監視閾値に切り替えると共に第２比較手段で用いられる閾値を監視閾値に切り替え、診断を行う際に、第１比較手段で用いられる監視閾値を第１診断閾値に切り替えると共に第２比較手段で用いられる監視閾値を第１診断閾値と同じ値の第２診断閾値に切り替え、さらに第１診断閾値および第２診断閾値を一定値および一定のタイミングでそれぞれ段階的に切り替える閾値切替手段と、
第１比較手段から出力された比較結果と第２比較手段から出力された比較結果とをそれぞれ入力し、第１比較手段の比較結果と第２比較手段の比較結果とが異なるとき、閾値切替手段により切り替えられる閾値に異常が生じていることを検出する異常検出手段と、を備え、
第１比較手段は、閾値切替手段により第１診断閾値の段階的な切り替えが開始された後、一定時間経過すると異常検出手段に第１強制信号を出力する第１強制出力手段を有し、
第２比較手段は、閾値切替手段により第２診断閾値の段階的な切り替えが開始された後、一定時間経過すると異常検出手段第２強制信号を出力する第２強制出力手段を有しており、
異常検出手段は、第１強制信号を入力するタイミングと第２強制信号を入力するタイミングとが異なるとき、第１診断閾値が段階的に切り替えられるタイミングと第２診断閾値が段階的に切り替えられるタイミングとにずれが生じていることを検出することを特徴とする。

これによると、異常検出手段は第１診断閾値の切り替え開始から一定時間経過後のタイミングを示す第１強制信号を入力すると共に第２診断閾値の切り替え開始から一定時間経過後のタイミングを示す第２強制信号を入力しているので、各強制信号の入力のタイミングのずれを検出することにより各診断閾値の切り替えのタイミングのずれを検出することができる。

請求項２に記載の発明では、第１強制信号および第２強制信号は、ハイ信号とロー信号とが組み合わされた信号であることを特徴とする。

これにより、第１強制信号および第２強制信号を、立ち上がりのタイミングまたは立ち下がりのタイミングを有する信号とすることができる。したがって、異常検出手段に入力される第１強制信号のタイミングと第２強制信号のタイミングとを相互比較することができ、各強制信号の入力のタイミングのずれを検出できるようにすることができる。

請求項３に記載の発明では、第１強制信号および第２強制信号は、閾値切替手段によって第１診断閾値および第２診断閾値が段階的に切り替えられることにより第１比較手段の比較結果および第２比較手段の比較結果がハイ信号からロー信号にそれぞれ切り替わる場合にはロー信号からハイ信号に変化する信号であり、第１比較手段の比較結果および第２比較手段の比較結果がロー信号からハイ信号にそれぞれ切り替わる場合にはハイ信号からロー信号に変化する信号であることを特徴とする。

このように、各比較手段の比較結果が逆転するように各強制信号においてハイ信号とロー信号とを組み合わることができる。

請求項４に記載の発明では、第１診断閾値および第２診断閾値は、電池で使用される電圧の範囲内で段階的に切り替えられることを特徴とする。

これにより、電池の電圧の最小値から最大値までの全範囲に対して第１診断閾値および第２診断閾値を段階的に切り替えなくても良いようにすることができる。

請求項５に記載の発明では、電池の電圧と監視閾値とを比較することにより電池の電圧の監視を行う一方、監視閾値の異常の有無を診断するための診断閾値を設定すると共にこの診断閾値を用いて診断を行う電圧監視装置であって、
監視閾値または診断閾値と電池の電圧との大小関係を比較し、その比較結果を出力する比較手段と、
監視を行う際には比較手段で用いられる閾値を監視閾値に切り替え、診断を行う際には比較手段で用いられる監視閾値を診断閾値に切り替え、さらに診断閾値を一定値および一定のタイミングで段階的に切り替える閾値切替手段と、
電池の電圧を検出し、その検出結果を出力する電圧検出手段と、
電圧検出手段から検出結果を入力し、当該検出結果と診断閾値との大小関係を比較することにより比較手段の比較結果を推定し、その比較推定結果を出力する推定手段と、
比較手段から出力された比較結果と推定手段から出力された比較推定結果とをそれぞれ入力し、比較手段の比較結果と推定手段の比較推定結果とが異なるとき、閾値切替手段により切り替えられる閾値に異常が生じていることを検出する異常検出手段と、を備え、
比較手段は、閾値切替手段により診断閾値の段階的な切り替えが開始された後、一定時間経過すると異常検出手段に強制信号を出力する強制出力手段を有し、
推定手段は、電圧検出手段の検出結果から推定した比較推定結果に基づいて強制出力手段から強制信号が出力されるタイミングを推定してそのタイミング推定結果を異常検出手段に出力し、
異常検出手段は、強制信号を入力するタイミングとタイミング推定結果とが異なるとき、診断閾値が段階的に切り替えられるタイミングにずれが生じていることを検出することを特徴とする。

これによると、推定手段により強制出力手段から強制信号が出力されるタイミングを推定できるので、強制出力手段から異常検出手段に強制信号が入力されるタイミングと推定手段のタイミング推定結果とのずれを検出することにより診断閾値の切り替えのタイミングのずれを検出することができる。

請求項６に記載の発明では、強制信号は、ハイ信号とロー信号とが組み合わされた信号であることを特徴とする。

これにより、強制信号を、立ち上がりのタイミングまたは立ち下がりのタイミングを有する信号とすることができる。したがって、異常検出手段にて強制信号の入力のタイミングと推定手段のタイミング推定結果とを相互比較することができ、ひいては診断閾値の切り替えタイミングのずれを検出できるようにすることができる。

請求項７に記載の発明では、強制信号は、閾値切替手段によって診断閾値が段階的に切り替えられることにより比較手段の比較結果がハイ信号からロー信号に切り替わる場合にはロー信号からハイ信号に変化する信号であり、比較手段の比較結果がロー信号からハイ信号に切り替わる場合にはハイ信号からロー信号に変化する信号であることを特徴とする。

このように、各比較手段の比較結果が逆転するように各強制信号においてハイ信号とロー信号とを組み合わることができる。

請求項８に記載の発明では、診断閾値は、電池で使用される電圧の範囲内で段階的に切り替えられることを特徴とする。

これにより、電池の電圧の最小値から最大値までの全範囲に対して診断閾値を段階的に切り替えなくても良いようにすることができる。

本発明の第１実施形態に係る電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図である。 第１切替部および第２切替部の閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれが無いときの第１比較器および第２比較器の入出力のタイミングチャートである。 第１切替部および第２切替部の閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれがあるときの第１比較器および第２比較器の入出力のタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図である。 閾値の切り替えタイミングのずれが生じているときの第１比較器の入出力のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図である。図１に示されるように、電圧監視システムは、電池１０と電圧監視装置２０とを備えて構成されている。

電池１０は、一定の電圧を発生させることができる電圧源である。この電池１０は、例えば、負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。電池１０としては、例えば、充電できない一次電池や充電可能な二次電池が採用される。本実施形態では、電池１０としてリチウムイオン二次電池を用いる。

電圧監視装置２０は、二次電池である電池１０の過充電および過放電を検出する過充放電検出機能と、これら過充放電検出の閾値の特性ずれを診断するための自己診断機能と、を有するものである。

過充放電検出機能は、電池１０の電圧と規定値（閾値）とを比較することにより電池１０の電圧の監視を行う機能である。電池１０が二次電池の場合、電圧監視装置２０は電池１０の電圧が過充電を検出する規定値（閾値）と過放電を検出する規定値（閾値）との間にあるかを監視することとなる。

また、自己診断機能は、過充放電を検出するための閾値が何らかの原因（例えば回路の故障等）で変化したことを検出する機能である。すなわち、自己診断機能は、過充放電を検出するための閾値の異常の有無を診断するための診断用の閾値を用いて、過充放電検出機能を実現する各部の異常（故障、外乱等）を検出する機能である。

このような電圧監視装置２０は、監視回路部３０とマイクロコンピュータ４０とを備えている。

監視回路部３０は、第１監視回路５０と第２監視回路６０とを備え、これら第１監視回路５０および第２監視回路６０により二重系の回路が構成されたものである。すなわち、第１監視回路５０および第２監視回路６０は、同じ回路構成になっている。監視回路部３０は、例えばＩＣにより構成される。

第１監視回路５０は、閾値と電池１０の電圧とを比較してその比較結果を出力するものであり、第１切替部５１、第１基準電圧源５２、第１比較器５３、トランジスタ５４、および第１強制出力部５５を備えている。

第１切替部５１は、電池１０の電圧から閾値に相当する閾値電圧を生成するものである。このため、第１切替部５１は、電池１０の正電圧に電気的に接続された第１配線３１と、電池１０の負電圧に電気的に接続された第２配線３２との間に接続されている。

このような第１切替部５１は、閾値である閾値電圧を生成するべく、複数の抵抗５１ａと複数のスイッチ５１ｂとを備えて構成されている。複数の抵抗５１ａは第１配線３１と第２配線３２との間に直列に接続されている。

また、スイッチ５１ｂは、例えば抵抗素子やトランジスタ等により構成されたものである。そして、各スイッチ５１ｂは各抵抗５１ａの接続点にそれぞれ接続されると共に、各スイッチ５１ｂが並列接続されている。各スイッチ５１ｂが並列接続された接続点は第１比較器５３の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。

本実施形態では、１１個の抵抗５１ａが直列に接続され、１０個のスイッチ５１ｂが各抵抗５１ａの接続点にそれぞれ接続されている。各抵抗５１ａのうちもっとも第２配線３２側に位置する抵抗５１ａは、過充電検出を行うための可変抵抗である。一方、各抵抗５１ａのうちもっとも第１配線３１側に位置するスイッチ５１ｂは過放電検出を行うためのスイッチである。

そして、各スイッチ５１ｂのうちのいずれか１つがオンされることにより、各抵抗５１ａによって電池１０の電圧が分圧され、この分圧が閾値電圧として第１比較器５３の非反転入力端子に入力される。したがって、各スイッチ５１ｂのうちもっとも第１配線３１側のスイッチ５１ｂがオンされると、第１配線３１に接続された１つの抵抗５１ａと第２配線３２に接続された１０個の抵抗５１ａとの分圧が過放電検出閾値つまり閾値電圧として第１比較器５３に入力される。

このように、各スイッチ５１ｂが切り替えられることにより、過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値のいずれかに相当する分圧が閾値電圧として第１切替部５１から第１比較器５３に出力される。

これら過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値は、電池１０の電圧の範囲内に設定されている。電池１０としてリチウムイオン電池が用いられる場合には、過充電検出閾値は例えば４．２５Ｖであり、過放電検出閾値は例えば１．７５Ｖに設定される。したがって、過充電検出閾値と過放電検出閾値との間の第１閾値〜第８閾値は電池１０の使用範囲に設定され、例えば１．７５Ｖと４．２５Ｖとの間にそれぞれ設定される。

このように、第１閾値〜第８閾値は、電池１０で使用される電圧の範囲内で段階的に切り替えられる。このように各閾値を設定することにより、電池１０の電圧の最小値から最大値までの全範囲に対して診断閾値を段階的に切り替えなくて済む。

また、第１閾値〜第８閾値の各閾値は、電圧監視装置２０が閾値の特性ずれを検出する自己診断を行うために用いられる。第１閾値〜第８閾値の各閾値は、一定値が段階的に変化するように設定されている。例えば、一定値を０．１Ｖとすると、第１閾値と第２閾値との差が０．１Ｖ、第２閾値と第３閾値との差が０．１Ｖ、となるように各閾値が設定されている。言い換えると、各閾値が一定の値で段階的に変化するように、各抵抗５１ａの抵抗値が決められている。本実施形態では、自己診断の際に、もっとも大きい第１閾値からもっとも小さい第８閾値まで段階的に切り替えられる。

第１基準電圧源５２は、一定の第１基準電圧を発生させる電圧源である。この第１基準電圧源５２は、第１比較器５３の反転入力端子（−端子）と第２配線３２との間に接続されている。

第１比較器５３は、第１切替部５１から閾値電圧を入力すると共に第１基準電圧源５２から第１基準電圧を入力し、これらの比較結果を出力端子から第１出力として出力するものである。このような第１比較器５３としてはコンパレータを用いることができる。

上述のように、第１比較器５３の反転入力端子に第１基準電圧が入力され、非反転入力端子に閾値電圧が入力される。したがって、閾値電圧が第１基準電圧よりも大きいときには第１出力はハイレベルの信号となり、閾値電圧が第１基準電圧よりも小さいときには第１出力はローレベルの信号となる。

第１強制出力部５５は、第１切替部５１にて第１閾値〜第８閾値の段階的な切り替えが開始された後、当該切り替え開始から一定時間経過すると第１強制信号を出力するものである。ここで、「一定時間」とは、第１閾値から所定の閾値までの切り替えに要する時間であり、例えば、第１閾値から第５閾値まで切り替えに要する時間や、第８閾値までの閾値の切り替えに要する時間等である。したがって、第１強制信号は、第１閾値から閾値の切り替えが完了したあと一定時間が経過したというタイミングの情報が含まれる。

このような第１強制出力部５５は、電圧源５５ａ、スイッチ５５ｂ、およびスイッチ５５ｃを備えている。電圧源５５ａは、一定電圧を発生させるものである。スイッチ５５ｂは、一方の接点が電圧源５５ａに接続され、他方の接点が第１比較器５３の出力端子に接続されたものである。また、スイッチ５５ｃは、一方の接点が第１比較器５３の出力端子に接続され、他方の接点が第２配線３２に接続されたものである。スイッチ５５ｂ、５５ｃとしては、例えば抵抗素子やトランジスタ等により構成されたものを用いることができる。

上記の構成によると、スイッチ５５ｂがオンし、スイッチ５５ｃがオフすると、第１比較器５３の出力端子の電位は電圧源５５ａの一定電圧に固定されるので、第１出力は強制的にハイ信号とされる。また、スイッチ５５ｂがオフし、スイッチ５５ｃがオンすると、第１比較器５３の出力端子の電位は第２配線３２と同じ電圧に固定されるので、第１出力は強制的にロー信号とされる。このように、各スイッチ５５ｂ、５５ｃの切り替えによって強制的に生成された信号が第１強制信号である。

なお、第１比較器５３から電池１０の電圧の監視結果や第１閾値〜第８閾値の比較結果が出力されるときは、各スイッチ５５ｂ、５５ｃはオフされる。

本実施形態では、第１強制信号は、ロー信号からハイ信号に変化するようにロー信号とハイ信号とが組み合わされた信号である。つまり、第１強制信号は、ある一定のタイミングで決まった論理を示す信号である。

トランジスタ５４は、電池１０が使用されていない状態で第１配線３１と第２配線３２とを繋ぐ各抵抗５１ａに暗電流が流れること防止するための暗電流遮断手段である。これにより、電池１０が使用されていないときには暗電流により電池１０が消費されることを防止できるようになっている。

第２監視回路６０は、第１監視回路５０と共に二重系の回路を構成するものである。第２監視回路６０の回路構成は、第１監視回路５０の回路構成と同じである。すなわち、第２監視回路６０は、閾値と電池１０の電圧とを比較してその比較結果を出力するものであり、第２切替部６１、第２基準電圧源６２、第２比較器６３、トランジスタ６４、および第２強制出力部６５を備えている。

第２切替部６１は、第１切替部５１と同様に、電池１０の電圧から閾値に相当する閾値電圧を生成するものであり、第１配線３１と第２配線３２との間に接続されている。第２切替部６１は、第１切替部５１と同じ構成であり、複数の抵抗６１ａと複数のスイッチ６１ｂとを備えて構成されている。

これら複数の抵抗６１ａおよび複数のスイッチ６１ｂの接続形態は、上記の各抵抗５１ａおよび各スイッチ５１ｂの接続形態と同じである。そして、各スイッチ６１ｂが並列接続された接続点は第２比較器６３の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。スイッチ６１ｂの構成は、第１切替部５１のスイッチ５１ｂと同じ構成になっている。

また、第２切替部６１における過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値は、第１切替部５１の各閾値と同じ値に設定されている。そして、各スイッチ６１ｂが切り替えられることにより、過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値のいずれかに相当する分圧が閾値電圧として第２切替部６１から第２比較器６３に出力される。

第２基準電圧源６２は、第１基準電圧源５２と同様に、一定の第２基準電圧を発生させる電圧源である。第２基準電圧源６２で生成される第２基準電圧は、第１基準電圧源５２で生成される第１基準電圧と同じ値の電圧である。このような第２基準電圧源６２は、第２比較器６３の反転入力端子（−端子）と第２配線３２との間に接続されている。

第２比較器６３は、第２切替部６１から閾値電圧を入力すると共に第２基準電圧源６２から第２基準電圧を入力し、これらの比較結果を出力端子から第２出力として出力するものである。このような第２比較器６３として、第１比較器５３と同様にコンパレータが用いられる。

また、第２比較器６３の反転入力端子に第２基準電圧源６２から第２基準電圧が入力され、非反転入力端子に第２切替部６１から閾値電圧が入力される。そして、閾値電圧が第２基準電圧よりも大きいときには第２出力はハイレベルの信号となり、閾値電圧が第２基準電圧よりも小さいときには第２出力はローレベルの信号となる。

第２強制出力部６５は、第２切替部６１にて第１閾値〜第８閾値の段階的な切り替えが開始された後、当該切り替え開始から一定時間後に第２強制信号を出力するものである。ここで、第２強制出力部６５における「一定時間後」は、第１強制出力部５５における「一定時間後」と同じ時間である。このような第２強制出力部６５は、第１強制出力部５５と同じ構成になっており、電圧源６５ａ、スイッチ６５ｂ、およびスイッチ６５ｃを備えている。

電圧源６５ａは、電圧源５５ａと同様に一定電圧を発生させるものである。スイッチ６５ｂは、一方の接点が電圧源６５ａに接続され、他方の接点が第２比較器６３の出力端子に接続されたものである。また、スイッチ６５ｃは、一方の接点が第２比較器６３の出力端子に接続され、他方の接点が第２配線３２に接続されたものである。スイッチ６５ｂ、６５ｃとしては、例えば抵抗素子やトランジスタ等により構成されたものを用いることができる。

このような構成によると、スイッチ６５ｂがオンし、スイッチ６５ｃがオフすると、第２比較器６３の出力端子の電位は電圧源６５ａの一定電圧に固定されるので、第２出力は強制的にハイ信号とされる。また、スイッチ６５ｂがオフし、スイッチ６５ｃがオンすると、第２比較器６３の出力端子の電位は第２配線３２と同じ電圧に固定されるので、第２出力は強制的にロー信号とされる。このように、各スイッチ６５ｂ、６５ｃの切り替えによって強制的に生成された信号が第２強制信号である。第２強制信号は、第１強制信号と同様にロー信号からハイ信号に変化するようにロー信号とハイ信号とが組み合わされた信号である。

トランジスタ６４は、第１監視回路５０のトランジスタ５４と同様に、電池１０が使用されていない状態で各抵抗５１ａに流れる暗電流を遮断するための暗電流遮断手段である。

以上のように、第１監視回路５０および第２監視回路６０は同じ構成になっている。つまり、監視回路部３０は二重系の回路を備えたものであると言える。

マイクロコンピュータ４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶したプログラムに従って過充放電の監視や閾値の特性ずれを検出する自己診断を行うものである。

また、マイクロコンピュータ４０は、過充放電の監視や閾値の特性ずれの自己診断を行うべく、閾値切替部４１と異常検出部４２とを備えている。

閾値切替部４１は、第１監視回路５０の第１切替部５１および第２監視回路６０の第２切替部６１にそれぞれ指令を出すことにより、第１切替部５１の各スイッチ５１ｂのオン／オフおよび第２切替部６１の各スイッチ６１ｂのオン／オフを切り替えるものである。すなわち、閾値切替部４１は第１切替部５１の分圧比および第２切替部６１の分圧比をそれぞれ切り替えるものである。

ここで、「第１切替部５１の分圧比」とは、直列接続された１１個の抵抗５１ａを第１配線３１側と第２配線３２側とに分ける割合である。例えば、過放電検出閾値に相当する電圧は、直列接続された各抵抗５１ａのうち第１配線３１に接続された１つの抵抗と第２配線３２に接続された１０個の直列接続された抵抗との分圧である。この場合、「第１切替部５１の分圧比を切り替える」とは、各スイッチ５１ｂのうち第１配線３１に接続された抵抗５１ａとこの抵抗５１ａに接続された抵抗５１ａとの接続点に接続されたスイッチ５１ｂをオンして他のスイッチ５１ｂをオフすることである。「第２切替部６１の分圧比」についても同様である。

具体的に、マイクロコンピュータ４０が過充放電の監視を行う場合、閾値切替部４１は第１切替部５１および第２切替部６１それぞれが過充電検出閾値または過放電検出閾値に相当する閾値電圧を出力するように、第１切替部５１および第２切替部６１それぞれに対してスイッチ５１ｂおよびスイッチ６１ｂを切り替える指令を出す。

そして、マイクロコンピュータ４０は、第１監視回路５０および第２監視回路６０から入力した第１出力および第２出力により、電池１０の過放電または過充電の判定を行う。

一方、マイクロコンピュータ４０が閾値の特性ずれの自己診断を行う場合、閾値切替部４１は、第１切替部５１および第２切替部６１それぞれに対して、スイッチ５１ｂ、６１ｂを順番に切り替えることにより第１閾値から順に第８閾値までの各閾値電圧を一定値および一定のタイミングでそれぞれ段階的に切り替えて出力させる指令を出す。これにより、第１切替部５１および第２切替部６１から出力される閾値電圧の値は、一定値および一定のタイミングでそれぞれ段階的に切り替えられる。

すなわち、閾値切替部４１は、自己診断を行う場合、第１切替部５１に設定された過充電検出閾値または過放電検出閾値を第１閾値に切り替えると共に第２切替部６１に設定された過充電検出閾値または過放電検出閾値を第１切替部５１に設定された第１閾値と同じ値の第１閾値に切り替える。この後、閾値切替部４１は各切替部５１、６１の第１閾値を一定値および一定のタイミングでそれぞれ第２閾値に切り替え、これを複数段階繰り返すことにより閾値を第１閾値から第８閾値まで段階的に切り替える。言い換えると、第１切替部５１および第２切替部６１は、第１基準電圧および第２基準電圧を複数段階にそれぞれ相対変化させていると言える。ここで、「一定のタイミング」とは、例えばクロック信号の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングである。

また、閾値切替部４１は、自己診断を行う場合、各切替部５１、６１の閾値を第８閾値に切り替えた後、第１強制出力部５５から第１強制信号を強制的に出力させ、第２強制出力部６５から第２強制信号を強制的に出力させる。すなわち、閾値切替部４１は、各切替部５１、６１の閾値を段階的に切り替えた後、第１強制出力部５５の各スイッチ５５ｂ、５５ｃおよび第２強制出力部６５の各スイッチ６５ｂ、６５ｃをそれぞれ切り替えて第１強制信号および第２強制信号をそれぞれ出力させる。

異常検出部４２は、第１監視回路５０の比較結果（第１出力）と第２監視回路６０の比較結果（第２出力）とが異なるとき、閾値に異常が生じていることを検出するものである。「閾値に異常が生じている」とは、第１監視回路５０においては、第１切替部５１、第１基準電圧源５２、および第１比較器５３のいずれかに故障等の異常が生じたことにより閾値の特性ずれが起こっていることを意味している。第２監視回路６０についても同様である。つまり、異常検出部４２は、第１出力と第２出力とが異なるときに第１切替部５１または第２切替部６１の閾値の特性ずれを検出する。

具体的に、異常検出部４２は、閾値切替部４１により各切替部５１、６１の閾値が１段階切り替えられた後に第１比較器５３から出力された比較結果と第２比較器６３から出力された比較結果とをそれぞれ入力し、第１比較器５３の比較結果と第２比較器６３の比較結果とが異なるとき、閾値に異常が生じていることを検出する。閾値は第１閾値〜第８閾値まであるので、異常検出部４２は各閾値が段階的に切り替えられていったときの各比較器５３、６３の第１出力と第２出力との比較を順に行う。

そして、各監視回路５０、６０で閾値の特性ずれが起こっていなければ第１出力と第２出力とは同じであり、閾値の特性ずれが起こっていれば第１出力と第２出力とは異なる。したがって、異常検出部４２により各出力が異なることを検出することにより、第１監視回路５０または第２監視回路６０で閾値の特性ずれが生じていることを検出することができる。

また、異常検出部４２は、各切替部５１、６１の切り替えのタイミングにずれが生じていないかを検出する補助機能も備えている。このため、異常検出部４２は、第１強制出力部５５から第１強制信号を入力すると共に第２強制出力部６５から第２強制信号を入力し、第１強制信号を入力するタイミングと第２強制信号を入力するタイミングとを比較する。そして、異常検出部４２は、第１強制信号を入力するタイミングと第２強制信号を入力するタイミングとが異なるとき、上記の閾値の特性ずれの判定に関わらず、第１切替部５１にて第１閾値〜第８閾値が段階的に切り替えられるタイミングと第２切替部６１にて第１閾値〜第８閾値が段階的に切り替えられるタイミングとにずれが生じていることを検出する。

これにより、異常検出部４２は、各監視回路５０、６０のいずれかで誤作動が起こっていることを検出することができる。つまり、異常検出部４２は、自己診断機能に異常が生じていることを検出することができる。

以上が本実施形態に係る電圧監視装置２０および当該電圧監視装置２０を含んだ電圧監視システムの全体構成である。

次に、本実施形態に係る電圧監視装置２０の監視の作動すなわち過充放電検出の作動について説明する。電圧監視装置２０における電池１０の電圧監視の作動は、例えば、電圧監視装置２０の電源がオンされたときやオフされたとき、電圧監視装置２０が外部からの指令を受けたとき等に開始される。

電圧監視装置２０の過充放電検出機能には、過充電検出モードと過放電検出モードとがある。まず、過充電検出について説明する。電圧監視装置２０において、過充電検出モードが開始されると、閾値切替部４１から第１監視回路５０の第１切替部５１および第２監視回路６０の第２切替部６１それぞれに対する指令により、各切替部５１、６１から過充電検出閾値に相当する閾値電圧が出力されるように各スイッチ５１ｂ、６１ｂが切り替えられる。

そして、各比較器５３、６３で過充電検出閾値に相当する閾値電圧と第１、第２基準電圧との大小関係が比較され、その結果が各比較器５３、６３からマイクロコンピュータ４０にそれぞれ入力される。マイクロコンピュータ４０では、各比較器５３、６３の各出力がハイレベルかまたはローレベルかにより、電池１０の電圧が過充電になっているか否かが検出される。

一方、電圧監視装置２０において、過放電検出モードが開始されると、閾値切替部４１から各切替部５１、６１それぞれに対する指令により、各切替部５１、６１から過放電検出閾値に相当する閾値電圧が出力されるように各スイッチ５１ｂ、６１ｂが切り替えられる。そして、各比較器５３、６３で過放電検出閾値に相当する閾値電圧と第１、第２基準電圧とが比較され、その結果が各比較器５３、６３からマイクロコンピュータ４０にそれぞれ入力される。マイクロコンピュータ４０では、各比較器５３、６３の出力がハイレベルかまたはローレベルかにより、電池１０の電圧が過放電になっているか否かが判定される。

なお、上記では、各監視回路５０、６０の出力に基づいて過充放電検出が行われているが、各監視回路５０、６０のうちのいずれか一方の出力のみに基づいて過放電検出が行われても良い。

次に、電圧監視装置２０の自己診断の作動について、図２および図３を参照して説明する。図２は、第１切替部５１および第２切替部６１の閾値の特性ずれおよび閾値の切り替えタイミングのずれが無いときの第１比較器５３および第２比較器６３の入出力のタイミングチャートである。また、図３は、第１切替部５１および第２切替部６１の閾値の特性ずれおよび閾値の切り替えタイミングのずれがあるときの第１比較器５３および第２比較器６３の入出力のタイミングチャートである。

電圧監視装置２０において自己診断モードが開始されると、閾値切替部４１から第１監視回路５０の第１切替部５１および第２監視回路６０の第２切替部６１それぞれに対して同じタイミングで同じ内容の第１指令が出される。ここで、「第１指令」とは、各切替部５１、６１から第１閾値に相当する閾値電圧をそれぞれ出力させる指令である。

これにより、第１切替部５１の各スイッチ５１ｂが切り替えられて電池１０の電圧が分圧され、第１切替部５１から第１閾値に相当する閾値電圧が出力される。同様に、第２切替部６１の各スイッチ６１ｂが切り替えられて電池１０の電圧が分圧され、第２切替部６１から第１閾値に相当する閾値電圧が出力される。

そして、第１比較器５３では、第１基準電圧源５２から入力された第１基準電圧と第１切替部５１から入力された閾値電圧とが比較され、その比較結果が第１出力として異常検出部４２に出力される。同様に、第２比較器６３では、第２基準電圧源６２から入力された第２基準電圧と第２切替部６１から入力された閾値電圧とが比較され、その比較結果が第２出力として異常検出部４２に出力される。

この場合、閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも大きいときには第１出力および第２出力はそれぞれハイレベルの信号となり、閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも小さいときには第１出力および第２出力はそれぞれローレベルの信号となる。

異常検出部４２では、第１比較器５３から入力された第１出力と第２比較器６３から入力された第２出力とが比較される。

また、閾値切替部４１から第２指令が出される。第２指令は、各切替部５１、６１から第２閾値に相当する閾値電圧をそれぞれ出力させる指令である。これにより、第１指令が出されたときと同様に、第１比較器５３の第１出力および第２比較器６３の第２出力が異常検出部４２にそれぞれ入力されて比較される。

第２指令の後、閾値切替部４１から第３指令、第４指令、というように、第８指令まで各指令が順に出される。これにより、第１切替部５１および第２切替部６１では、電池１０の電圧が各指令に従った分圧比に順に分圧される。つまり、第１切替部５１および第２切替部６１における閾値が第１閾値から第８閾値まで順に切り替えられ、各閾値に相当する閾値電圧が順に出力される。

このように、閾値切替部４１から出力される第１指令〜第８指令に基づいて、第１切替部５１および第２切替部６１にて閾値が第１閾値〜第８閾値に段階的に切り替えられ、各閾値に相当する閾値電圧がそれぞれ出力される。

そして、各切替部５１、６１の閾値が第８閾値までそれぞれ切り替えられた後、閾値切替部４１から各強制出力部５５、６５に各強制信号をそれぞれ出力させる指令が出される。これにより、第１強制出力部５５では、スイッチ５５ｂがオフされると共にスイッチ５５ｃがオンされてロー信号が強制的に生成された後、スイッチ５５ｂがオンされスイッチ５５ｃがオフされてハイ信号が強制的に生成される。このロー信号／ハイ信号が第１強制信号として第１監視回路５０から異常検出部４２に出力される。

同様に、第２強制出力部６５では、スイッチ６５ｂがオフされると共にスイッチ６５ｃがオンされてロー信号が強制的に生成された後、スイッチ６５ｂがオンされスイッチ６５ｃがオフされてハイ信号が強制的に生成される。このロー信号／ハイ信号が第２強制信号として第２監視回路６０から異常検出部４２に出力される。

なお、各強制信号は、各切替部５１、６１にて第１閾値〜第８閾値の切り替えが完了した後に各監視回路５０、６０からそれぞれ出力されるので、閾値の切り替えが完了したことを示す信号であると言える。

上記のように、第１切替部５１および第２切替部６１の各閾値が段階的に切り替えられると共に閾値の切り替え後に強制信号が出力される自己診断モードが実行される。そして、第１監視回路５０および第２監視回路６０において閾値の特性ずれが無いときおよび切り替えタイミングのずれがないときには、各切替部５１、６１の入出力および各監視回路５０、６０の出力は図２のように示される。

図２に示される上下のタイミングチャートのうち、上段のタイミングチャートの縦軸は第１比較器５３または第２比較器６３の反転入力端子の電圧（−端子電圧）と非反転入力端子の電圧（＋端子電圧）を示している。また、下段のタイミングチャートの縦軸は第１比較器５３の第１出力または第２比較器６３の第２出力の各出力電圧を示している。上下の各タイミングチャートの横軸は、閾値の切り替え段階を示している。タイミングチャートの横軸において、「１〜８」は第１閾値〜第８閾値の各段階、「９」は第１強制信号を構成するロー信号が出力される段階、そして「１０」は第１強制信号を構成するハイ信号が出力される段階である。

上述のように、第１切替部５１と第２切替部６１との各構成はまったく同じであり、第１基準電圧源５２と第２基準電圧源６２とで生成される第１、第２基準電圧はまったく同じ電圧である。したがって、第１監視回路５０および第２監視回路６０において閾値の特性ずれが無いときには、第１比較器５３に入力される閾値電圧および第１基準電圧は図２に示される波形となり、この波形は第２比較器６３に入力される閾値電圧および第２基準電圧と同じである。

閾値切替部４１が第１切替部５１および第２切替部６１の出力を第１閾値から順に段階的に切り替えていったとき、例えば、第１閾値から第５閾値まではこれら各閾値に相当する閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも大きいという大小関係であれば第１比較器５３の第１出力および第２比較器６３の第２出力は同じハイレベルの出力電圧となる。つまり、第１比較器５３および第２比較器６３の各比較結果は同じハイレベルの出力電圧となる。

そして、第６閾値の段階で当該閾値に相当する閾値電圧と第１、第２基準電圧との大小関係が反転して閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも小さいという大小関係となると、第１比較器５３の第１出力および第２比較器６３の第２出力は同じローレベルの出力電圧となる。つまり、第５閾値から第６閾値への切り替えタイミングが各比較器５３、６３の各出力の反転タイミングとなり、各比較器５３、６３の各比較結果は同じローレベルの出力電圧となる。

このように、第１監視回路５０および第２監視回路６０において閾値の特性ずれが無いときには、第１比較器５３および第２比較器６３の入出力は図２に示されるようにまったく同じ結果となる。したがって、異常検出部４２では、第１閾値から第８閾値までの第１監視回路５０および第２監視回路６０の比較結果は同じであると判定し、この判定により第１監視回路５０および第２監視回路６０に異常がないことを検出する。

また、各切替部５１、６１における第１閾値〜第８閾値の各閾値の切り替えのタイミングにずれが生じていないので、第１監視回路５０から出力される第１強制信号のロー信号（Ｌ）／ハイ信号（Ｈ）の出力タイミングと、第２監視回路６０から出力される第２強制信号のロー信号（Ｌ）／ハイ信号（Ｈ）の出力タイミングとは同じである。つまり、ロー信号（Ｌ）からハイ信号（Ｈ）に変化する信号の立ち上がりのタイミングが、図２に示されるように、第１監視回路５０と第２監視回路６０とで同じである。

このため、異常検出部４２は、第１監視回路５０から第１強制信号を入力するタイミングと第２監視回路６０から第２強制信号を入力するタイミングとは同じであると判定する。すなわち、異常検出部４２は、第１切替部５１にて各閾値が段階的に切り替えられるタイミングと第２切替部６１にて各閾値が段階的に切り替えられるタイミングとにずれは生じていないことを検出する。

したがって、上記のように、異常検出部４２が第１監視回路５０および第２監視回路６０に異常がないことを検出したという検出結果は自己診断機能に異常がない状態で得られた正しい結果ということができる。つまり、異常検出部４２における閾値の特性ずれの判定は誤判定ではないということができる。

一方、第１監視回路５０および第２監視回路６０において閾値の特性ずれがあると共に各切替部５１、６１における閾値の切り替えタイミングにずれがある場合には、各監視回路５０、６０の出力は図３に示される結果となる。閾値の特性ずれは、例えば、第１基準電圧源５２や第２基準電圧源６２の特性変化、各抵抗５１ａ、６１ａの抵抗値の変動等が原因で起こる。また、閾値の切り替えタイミングのずれは外部からのノイズ等が原因で起こる。

ここで、例えば、第１監視回路５０では閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれが発生し、第２監視回路６０では閾値の特性ずれや切り替えタイミングのずれは発生しない場合を例に説明する。

この場合、第１監視回路５０における閾値の特性ずれは、第１切替部５１の出力が第２切替部６１の出力に対して一定値だけ小さくシフトする特性ずれであるとする。すなわち、図３に示されるように、第１監視回路５０における第１比較器５３の非反転入力端子の電圧（＋端子電圧）は第２比較器６３の非反転入力端子の電圧よりも一定値だけ小さくなっている。また、第１監視回路５０で生じる閾値の切り替えタイミングのずれは、閾値が第２閾値から第３閾値に切り替わるタイミングで起こり、第１切替部５１では再び第１閾値から閾値を切り替えていくとする。なお、図３における上下のタイミングチャートの縦軸および横軸の関係は図２に示されたものと同じである。

そして、閾値切替部４１が第２切替部６１の閾値を第１閾値から順に段階的に切り替えていったとき、閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれがない第２監視回路６０では、例えば、第１閾値から第５閾値まではこれら各閾値に相当する閾値電圧が第２基準電圧よりも大きいという大小関係であれば上記と同様に第１比較器５３の第１出力および第２比較器６３の第２出力は同じハイレベルの出力電圧となる。つまり、第１閾値から第５閾値までは第１比較器５３および第２比較器６３の各比較結果は同じハイレベルの出力電圧となる。

しかしながら、閾値切替部４１が第１切替部５１の閾値を第１閾値から順に切り替えていったとき、第１閾値から第２閾値までは閾値が段階的に切り替えられていたが、第２閾値から第３閾値に切り替わるタイミングで、切り替えタイミングのずれが生じる。これにより、第１切替部５１は、第２切替部６１が第３閾値を設定している段階で閾値を再び第１閾値に設定する。このため、第１切替部５１における閾値の切り替えは、第２切替部６１における閾値の切り替えに対して２段階遅れることとなる。そして、第１切替部５１の閾値が第１閾値に再設定されたため、第１比較器５３の非反転入力端子に入力される閾値電圧（第１閾値）と第２比較器６３の非反転入力端子に入力される閾値電圧（第３閾値）とが同じ値になる。

この後、閾値切替部４１により各切替部５１、６１の閾値が切り替えられていくと、閾値の特性ずれがない第２監視回路６０では、第５閾値から第６閾値に切り替わるタイミングで閾値電圧と第２基準電圧との大小関係が反転する一方、閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれがある第１監視回路５０では、第３閾値から第４閾値に切り替わるタイミングで閾値電圧と第１基準電圧との大小関係が反転する。したがって、各比較器５３、６３の第１出力および第２出力は同じタイミングでローレベルの出力電圧となる。

続いて、閾値切替部４１が各切替部５１、６１の閾値を切り替えていくと、第２切替部６１における閾値の切り替えは第１切替部５１よりも２段階早いので、第１切替部５１の第７閾値の段階で閾値切替部４１から第２強制出力部６５に第２強制信号を出力させる指令が出される。これにより、第１切替部５１の第７閾値および第８閾値の段階でロー信号／ハイ信号が第２強制信号として第２監視回路６０から異常検出部４２に出力される。

この後、閾値切替部４１が第１切替部５１の閾値を第８閾値まで切り替えると、閾値切替部４１から第１強制出力部５５に第１強制信号を出力させる指令が出される。これにより、第２監視回路６０に対して２段階遅れてロー信号／ハイ信号が第１強制信号として第１監視回路５０から異常検出部４２に出力される。

そして、異常検出部４２では、第１比較器５３の第１出力と第２比較器６３の第２出力とは同じであると判定し、この判定により第１監視回路５０および第２監視回路６０に異常つまり閾値の特性ずれがないことを検出する。しかしながら、異常検出部４２に入力される第１強制信号のタイミングと第２強制信号のタイミングとが異なるので、異常検出部４２は第１切替部５１にて第１閾値〜第８閾値が段階的に切り替えられるタイミングと第２切替部６１にて第１閾値〜第８閾値が段階的に切り替えられるタイミングとにずれが生じていることを検出する。このように、異常検出部４２は自己診断機能の異常を検出し、閾値の特性ずれがないと判定したことは誤判定であったことを検出する。

このように誤判定が判明したときは、閾値切替部４１により再度の閾値の切り替えを実行させて自己診断をリトライしても良い。また、自己診断機能に異常があることをマイクロコンピュータ４０を介して外部に報知しても良い。

以上説明したように、本実施形態では、各監視回路５０、６０にそれぞれ第１強制出力部５５および第２強制出力部６５を設け、閾値切替部４１により第１閾値〜第８閾値の段階的な切り替えを開始した後、閾値を第８閾値に切り替えた後に各強制出力部５５、６５から強制信号をそれぞれ出力させることが特徴となっている。

これによると、第１強制出力部５５から異常検出部４２に第１強制信号が入力されるタイミングと第２強制出力部６５から異常検出部４２に第２強制信号が入力されるタイミングとが異なるとき、各切替部５１、６１で閾値が段階的に切り替えられるタイミングにずれが生じていることを検出することができる。したがって、自己診断機能の故障を検出することができる。

このように、自己診断機能の故障を検出できるので、過充電閾値の特性ずれが起こっていたとしても正常と判定してしまう誤判定を防止することができる。また、過充電閾値の特性ずれを検出できるので、電池１０の劣化等の故障を早期に回避することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、過充電検出閾値および過放電検出閾値が特許請求の範囲の「監視閾値」に対応する。第１監視回路５０が特許請求の範囲の「第１比較手段」に対応し、第２監視回路６０が特許請求の範囲の「第２比較手段」に対応する。第１切替部５１の第１閾値〜第８閾値が特許請求の範囲の「第１診断閾値」に対応し、第２切替部６１の第１閾値〜第８閾値が特許請求の範囲の「第２診断閾値」に対応する。

さらに、閾値切替部４１が特許請求の範囲の「閾値切替手段」に対応し、異常検出部４２が特許請求の範囲の「異常検出手段」に対応する。また、第１強制出力部５５が特許請求の範囲の「第１強制出力手段」に相当し、第２強制出力部６５が特許請求の範囲の「第２強制出力手段」に相当する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、２つの監視回路５０、６０による二重系回路を構成して各回路の出力を相互比較することにより閾値の特性ずれや切り替えタイミングのずれを検出していた。本実施形態では、１つの監視回路における閾値の特性ずれや切り替えタイミングのずれを検出できるようにしたことが特徴となっている。

図４は、本実施形態に係る電圧監視装置２０を含んだ電圧監視システムの全体構成図である。図４に示されるように、電圧監視装置２０は、第１監視回路５０と電圧検出部７０とマイクロコンピュータ４０とを備えて構成されている。このうち、第１監視回路５０は、図１に示された回路と同じものである。

電圧検出部７０は、電池１０の電圧を検出するものである。このため、電圧検出部７０は第１配線３１の電圧と第２配線３２の電圧とをそれぞれ入力できるように各配線３１、３２に接続されている。電圧検出部７０により検出された電池１０の電圧の検出結果はマイクロコンピュータ４０に出力される。

マイクロコンピュータ４０は、上述の閾値切替部４１および異常検出部４２の他に推定部４３を備えている。

推定部４３は、電圧検出部７０から検出結果を入力し、当該検出結果から第１監視回路５０の第１出力（つまり第１比較器５３の比較結果）を推定する手段である。具体的には、推定部４３は、予めマイクロコンピュータ４０に記憶された第１閾値〜第８閾値の各閾値の情報を用いて、第１切替部５１にて第１閾値から第８閾値まで閾値が切り替えられるとき、閾値のどの切り替えタイミングで第１比較器５３の出力が反転するのかを推定する。推定部４３の推定により得られた比較推定結果は異常検出部４２に出力される。

また、推定部４３は、上記の比較推定結果に基づいて第１強制出力部５５から第１強制信号が出力されるタイミングを推定する。具体的には、比較推定結果は、第１比較器５３の出力が反転するタイミングを示しているので、推定部４３は第８閾値まで閾値が切り替えられた後に第１強制信号が出力されるとしたら、どのタイミングで強制的なロー信号／ハイ信号が出力されるのかを推定することができる。このようにして、推定部４３にて推定された第１強制信号が出力されるタイミングはタイミング推定結果として異常検出部４２に出力される。

異常検出部４２は、第１強制出力部５５から第１強制信号を入力すると共に推定部４３からタイミング推定結果を入力し、これらのタイミングを相互比較することにより第１切替部５１における閾値の切り替えタイミングのずれを検出する。そして、異常検出部４２は、第１強制信号を入力するタイミングとタイミング推定結果のタイミングとが異なるとき、第１閾値〜第８閾値の各閾値が段階的に切り替えられるタイミングにずれが生じていることを検出する。以上が、本実施形態に係る電圧監視装置２０の構成である。

次に、本実施形態に係る電圧監視装置２０の閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれの検出の作動について、図５を参照して説明する。図５は、閾値の切り替えタイミングのずれが生じているときの第１比較器５３の入出力のタイミングチャートである。

なお、本実施形態に係る過充放電の検出の作動は、第１実施形態で示された第１監視回路５０の作動と同じである。したがって、本実施形態では過充放電検出の作動の説明を省略する。

電圧監視装置２０において自己診断モードが開始されると、電圧検出部７０により電池１０の電圧が検出され、その検出結果が推定部４３に入力される。

また、推定部４３では、電圧検出部７０の検出結果から、第１切替部５１にて各閾値が切り替えられるときに閾値のどの切り替えタイミングで第１比較器５３の出力が反転するのかが推定される。すなわち、図５に示されるように、閾値の切り替えタイミングにずれがない場合、例えば第５閾値と第６閾値との切り替えタイミングで第１比較器５３に入力される閾値電圧（＋端子電圧）と第１基準電圧（−端子電圧）との大小関係が反転するということが推定される。こうして推定された第１比較器５３の出力の反転を示す結果は比較推定結果として推定部４３から異常検出部４２に入力される。

さらに、推定部４３では、比較推定結果が示す第１比較器５３の出力の反転タイミングから、どのタイミングで強制的なロー信号／ハイ信号第１強制信号として出力されるのかが推定される。この第１強制信号が出力されるタイミングはタイミング推定結果として推定部４３から異常検出部４２に入力される。

これにより、異常検出部４２では、各閾値の切り替えによる第１比較器５３の出力の反転タイミングと、第１強制出力部５５から出力される第１強制信号のタイミングとを基準に、閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれの判定が行われることとなる。

一方、閾値切替部４１から第１監視回路５０の第１切替部５１に対して閾値を第１閾値に設定する指令が出される。これにより、第１切替部５１の各スイッチ５１ｂが切り替えられて電池１０の電圧が分圧され、第１切替部５１から第１閾値に相当する閾値電圧が出力される。

この後、閾値切替部４１から出力される指令に基づいて、第１切替部５１にて閾値が第２閾値〜第８閾値に段階的に切り替えられ、各閾値に相当する閾値電圧がそれぞれ出力される。そして、第１比較器５３にて各閾値電圧と第１基準電圧とが比較され、その比較結果が第１出力として出力される。

また、第１切替部５１の閾値が第８閾値まで切り替えられた後、閾値切替部４１から第１強制出力部５５に第１強制信号を出力させる指令が出される。これにより、第１強制出力部５５では、各スイッチ５５ｂ、５５ｃのオン／オフが制御されて生成されたロー信号／ハイ信号が第１強制信号として第１監視回路５０から異常検出部４２に入力される。

そして、閾値の切り替えタイミングにずれが生じていない場合、第１比較器５３の出力が反転するタイミングと異常検出部４２に入力された比較推定結果が示すタイミングとが、図５に示される第５閾値と第６閾値との切り替えタイミングで一致する。

さらに、第１監視回路５０から異常検出部４２に入力された第１強制信号のタイミングと、推定部４３で推定されたタイミング推定結果が示すタイミングとが図５に示される推定結果の第９、第１０段階の切り替えタイミングで一致する。

したがって、異常検出部４２では、閾値の特性ずれおよび切り替えタイミングのずれが生じていないと判定される。

一方、第１実施形態と同様に、第１監視回路５０において閾値の特性ずれが生じると共に閾値の切り替えタイミングが２段階遅れるという誤作動が生じたとする。この場合、閾値切替部４１が第１切替部５１の閾値を第１閾値から順に切り替えていったとき、図５に示されるように、第１閾値から第２閾値までは閾値が段階的に切り替えられていたが、第２閾値から第３閾値に切り替わるタイミングで閾値が再び第１閾値に設定される。このため、第１比較器５３の非反転入力端子には第１閾値に相当する閾値電圧が入力され、この閾値電圧は閾値の切り替えタイミングのずれがなければ第１比較器５３の非反転入力端子に入力されていたであろう第３閾値に相当する閾値電圧と同じ値になる。

続いて、閾値切替部４１が第１切替部５１の閾値を切り替えていくと、第３閾値から第４閾値に切り替わるタイミングで第１比較器５３の出力が反転する。このように第１比較器５３の出力が反転するタイミングは、推定部４３が推定したタイミングすなわち第５閾値から第６閾値に切り替わるタイミングと一致する。したがって、異常検出部４２では、第１監視回路５０の出力（第１比較器５３の出力）と推定部４３の比較推定結果とが比較され、第１比較器５３の出力が反転するタイミングが一致すると判定される。

また、閾値切替部４１が第１切替部５１の閾値を第８閾値まで切り替えると、閾値切替部４１から第１強制出力部５５に第１強制信号を出力させる指令が出される。これにより、ロー信号／ハイ信号が第１強制信号として第１監視回路５０から異常検出部４２に出力される。

さらに、異常検出部４２では、第１強制信号を入力するタイミングと推定部４３が推定したタイミング推定結果とが比較される。上述のように、第１監視回路５０では閾値の切り替えが２段階遅れているので、図５に示されるように、タイミング推定結果と第１強制信号が示す反転タイミングとが２段階だけ異なっている。したがって、異常検出部４２では、第１監視回路５０において閾値の切り替えタイミングのずれが生じていることが検出される。

このように、第１監視回路５０において閾値の特性ずれが起こっていても、第１比較器５３の出力の反転タイミングは推定部４３の比較推定結果が示すタイミングと一致する場合がある。このような場合は、図５に示されるように、第１強制信号が示すロー信号／ハイ信号の反転タイミングとタイミング比較結果が示すタイミングとが異なるため、「閾値の特性ずれは起こっていない」という判定結果は誤判定であったと検出することができる。

以上説明したように、本実施形態では、電圧検出部７０および推定部４３を用いて第１比較器５３の出力の反転タイミングや第１強制信号の出力タイミングを推定しているので、実際に取得した第１比較器５３の第１出力と各推定結果とを比較することにより閾値の特性ずれや切り替えタイミングのずれを検出することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第１切替部５１の第１閾値〜第８閾値が特許請求の範囲の「診断閾値」に対応する。また、電圧検出部７０が特許請求の範囲の「電圧検出手段」に対応し、推定部４３が特許請求の範囲の「推定手段」に対応する。さらに、第１監視回路が特許請求の範囲の「比較手段」に対応し、第１強制出力部５５が特許請求の範囲の「強制出力手段」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、電圧監視装置２０は電池１０として二次電池の過充放電を検出していたが、電圧監視装置２０は電池１０として一次電池の電圧を監視しても良い。電圧監視装置２０が一次電池の電圧を監視する場合、検出したい電圧が監視閾値に相当する。

上記各実施形態では、各切替部５１、６１は、閾値の特性ずれの自己診断を行うための閾値を第１閾値〜第８閾値の８段階に切り替えるように構成されていたが、この切り替え段数は一例である。

上記各実施形態では、過放電検出閾値は第１閾値よりも大きく、過充電検出閾値は第８閾値よりも小さい値であったが、これらの各検出閾値の値は一例である。例えば、過放電検出閾値は第２閾値と第３閾値との間の値であっても良いし、過充電検出閾値は第６閾値と第７閾値との間の値であっても良い。

上記各実施形態では、各強制出力部５５、６５は各比較器５３、６３の出力端子側に設けられていたが、この配置は一例である。例えば、各強制出力部５５、６５は各比較器５３、６３の非反転入力端子側に設けられていても良い。

上記各実施形態では、電池１０として二次電池を例に説明したが、この二次電池はハイブリッド車等の電気自動車に搭載される車載バッテリに適用することができる。すなわち、電圧監視装置２０は、ハイブリッド・バッテリの電圧を監視するものでも良い。上述のように、電池１０の電圧が変動しないときにも各切替部５１、６１の閾値を段階的に切り替えて閾値の特性ずれや切り替えタイミングのずれを検出しているので、信号待ち等の車両の停車中やイグニッションオフ後に自己診断を行うことができる。この場合、車両が動いていないので、車両走行時に生じる車両ノイズの影響を受けずに自己診断を行うことができ、ひいては閾値の特性ずれや切り替えタイミングのずれの判定精度を向上させることができる。

また、上記各実施形態では、自己診断の際に第１閾値〜第８閾値は閾値が小さくなる降順に切り替えられていたが、閾値が大きくなる昇順に切り替えられても良い。すなわち、上記各実施形態では、閾値切替部４１によって各切替部５１、６１の第１閾値〜第８閾値がそれぞれ段階的に切り替えられることにより第１比較器５３の第１出力および第２比較器６３の第２出力がハイ信号からロー信号にそれぞれ切り替わるので、第１強制信号および第２強制信号をロー信号からハイ信号に変化する信号としていた。しかし、これは一例であり、閾値が大きくなるように昇順に切り替えられ、第１比較器５３の第１出力および第２比較器６３の第２出力がロー信号からハイ信号にそれぞれ切り替わる場合には第１強制信号および第２強制信号をハイ信号からロー信号に変化する信号としても良い。このように、各強制信号は、各比較器５３、６３の各出力を反転させるようにハイ信号とロー信号とが組み合わされたものであることが好ましい。

上記第１実施形態では、１つの電池１０について各監視回路５０、６０の出力を相互比較していたが、例えば複数の電池１０が直列に接続されている場合、各電池１０に対してそれぞれ電圧監視装置２０が接続されていても良い。

上記第２実施形態では、１つの電池１０の電圧を監視していたが、電池１０は１つではなく複数の電池１０が直列接続されていても良い。この場合、電圧検出部７０は、直列接続された複数の電池１０の合計電圧を検出することになるが、推定部４３は電圧検出部７０の検出結果を電池１０の数で割ることにより１つの電池１０の電圧を推定できる。

１０ 電池
４１ 閾値切替部（閾値切替手段）
４２ 異常検出部（異常検出手段）
４３ 推定部（推定手段）
５０ 第１監視回路（第１比較手段）
５５ 第１強制出力部（第１強制出力手段）
６０ 第２監視回路（第２比較手段）
６５ 第２強制出力部（第２強制出力手段）
７０ 電圧検出部（電圧検出手段）

Claims (8)

1. 電池の電圧と監視閾値とを比較することにより前記電池の電圧の監視を行う一方、前記監視閾値の異常の有無を診断するための第１診断閾値および第２診断閾値を設定すると共にこれらの第１診断閾値および第２診断閾値を用いて前記診断を行う電圧監視装置であって、
   前記監視閾値または前記第１診断閾値と前記電池の電圧とを比較し、その比較結果を出力する第１比較手段と、
   前記監視閾値または前記第２診断閾値と前記電池の電圧とを比較し、その比較結果を出力する第２比較手段と、
   前記監視を行う際には前記第１比較手段で用いられる閾値を前記監視閾値に切り替えると共に前記第２比較手段で用いられる閾値を前記監視閾値に切り替え、前記診断を行う際に、前記第１比較手段で用いられる前記監視閾値を前記第１診断閾値に切り替えると共に前記第２比較手段で用いられる前記監視閾値を前記第１診断閾値と同じ値の前記第２診断閾値に切り替え、さらに前記第１診断閾値および前記第２診断閾値を一定値および一定のタイミングでそれぞれ段階的に切り替える閾値切替手段と、
   前記第１比較手段から出力された比較結果と前記第２比較手段から出力された比較結果とをそれぞれ入力し、前記第１比較手段の比較結果と前記第２比較手段の比較結果とが異なるとき、前記閾値切替手段により切り替えられる閾値に異常が生じていることを検出する異常検出手段と、を備え、
   前記第１比較手段は、前記閾値切替手段により前記第１診断閾値の段階的な切り替えが開始された後、一定時間経過すると前記異常検出手段に第１強制信号を出力する第１強制出力手段を有し、
   前記第２比較手段は、前記閾値切替手段により前記第２診断閾値の段階的な切り替えが開始された後、一定時間経過すると前記異常検出手段第２強制信号を出力する第２強制出力手段を有しており、
   前記異常検出手段は、前記第１強制信号を入力するタイミングと前記第２強制信号を入力するタイミングとが異なるとき、前記第１診断閾値が段階的に切り替えられるタイミングと前記第２診断閾値が段階的に切り替えられるタイミングとにずれが生じていることを検出することを特徴とする電圧監視装置。
2. 前記第１強制信号および前記第２強制信号は、ハイ信号とロー信号とが組み合わされた信号であることを特徴とする請求項１に記載の電圧監視装置。
3. 前記第１強制信号および前記第２強制信号は、前記閾値切替手段によって前記第１診断閾値および前記第２診断閾値が段階的に切り替えられることにより前記第１比較手段の比較結果および前記第２比較手段の比較結果がハイ信号からロー信号にそれぞれ切り替わる場合にはロー信号からハイ信号に変化する信号であり、前記第１比較手段の比較結果および前記第２比較手段の比較結果がロー信号からハイ信号にそれぞれ切り替わる場合にはハイ信号からロー信号に変化する信号であることを特徴とする請求項２に記載の電圧監視装置。
4. 前記第１診断閾値および前記第２診断閾値は、前記電池で使用される電圧の範囲内で段階的に切り替えられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電圧監視装置。
5. 電池の電圧と監視閾値とを比較することにより前記電池の電圧の監視を行う一方、前記監視閾値の異常の有無を診断するための診断閾値を設定すると共にこの診断閾値を用いて前記診断を行う電圧監視装置であって、
   前記監視閾値または前記診断閾値と前記電池の電圧との大小関係を比較し、その比較結果を出力する比較手段と、
   前記監視を行う際には前記比較手段で用いられる閾値を前記監視閾値に切り替え、前記診断を行う際には前記比較手段で用いられる前記監視閾値を前記診断閾値に切り替え、さらに前記診断閾値を一定値および一定のタイミングで段階的に切り替える閾値切替手段と、
   前記電池の電圧を検出し、その検出結果を出力する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段から前記検出結果を入力し、当該検出結果と前記診断閾値との大小関係を比較することにより前記比較手段の比較結果を推定し、その比較推定結果を出力する推定手段と、
   前記比較手段から出力された比較結果と前記推定手段から出力された比較推定結果とをそれぞれ入力し、前記比較手段の比較結果と前記推定手段の比較推定結果とが異なるとき、前記閾値切替手段により切り替えられる閾値に異常が生じていることを検出する異常検出手段と、を備え、
   前記比較手段は、前記閾値切替手段により前記診断閾値の段階的な切り替えが開始された後、一定時間経過すると前記異常検出手段に強制信号を出力する強制出力手段を有し、
   前記推定手段は、前記電圧検出手段の検出結果から推定した前記比較推定結果に基づいて前記強制出力手段から前記強制信号が出力されるタイミングを推定してそのタイミング推定結果を前記異常検出手段に出力し、
   前記異常検出手段は、前記強制信号を入力するタイミングと前記タイミング推定結果とが異なるとき、前記診断閾値が段階的に切り替えられるタイミングにずれが生じていることを検出することを特徴とする電圧監視装置。
6. 前記強制信号は、ハイ信号とロー信号とが組み合わされた信号であることを特徴とする請求項５に記載の電圧監視装置。
7. 前記強制信号は、前記閾値切替手段によって前記診断閾値が段階的に切り替えられることにより前記比較手段の比較結果がハイ信号からロー信号に切り替わる場合にはロー信号からハイ信号に変化する信号であり、前記比較手段の比較結果がロー信号からハイ信号に切り替わる場合にはハイ信号からロー信号に変化する信号であることを特徴とする請求項６に記載の電圧監視装置。
8. 前記診断閾値は、前記電池で使用される電圧の範囲内で段階的に切り替えられることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の電圧監視装置。
   

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