JP4894776B2 - 組電池の監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池セルの直列接続体としての組電池を構成する１又は隣接する複数の電池セルからなる単位電池のそれぞれの電圧を検出すべく、高電位側接続手段によって前記単位電池及びキャパシタ間を電気的に接続することで前記キャパシタに前記単位電池の電圧を印加した後、前記接続を解除し、低電位側接続手段によって前記キャパシタ及び電圧検出手段間を電気的に接続することで前記単位電池の電圧を検出する組電池の監視装置に関する。

図８（ａ）に、この種の監視装置の構成を例示する。図示される組電池１０は、電池セルＢ０〜Ｂ３の直列接続体であり、これら各電池セルＢｉ（ｉ＝０〜３）の負極は、スイッチング素子ＳＷｉを介してフライングキャパシタ１２に接続可能とされ、電池セルＢｉの正極は、スイッチング素子ＳＷ（ｉ＋１）を介してフライングキャパシタと接続可能とされる。フライングキャパシタ１２は、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂを介して電圧検出回路１４に接続可能とされる。こうした構成において、例えばスイッチング素子ＳＷ０、ＳＷ１をオン状態とすることで電池セルＢ０の電圧をフライングキャパシタ１２に印加した後、これらスイッチング素子ＳＷ０、ＳＷ１をオフ状態とし、更にスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂをオン状態とすることで、電圧検出回路１４によって電池セルＢ０の電圧を検出することができる。

図９（ａ）には、２つのフライングキャパシタ１２ａ，１２ｂ及び電圧検出回路１４ａ，１４ｂを備えることで、一度に２つの電池セルの電圧を検出することを可能とした場合を例示している。

なお、こうした組電池の監視装置としては、他にも例えば下記特許文献１にみられるものがある。
特開２００２−２８１６８１号公報

ところで、上記スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４のいずれかに短絡状態となる異常（ショート）が生じる場合には、フライングキャパシタ１２，１２ａ，１２ｂに印加される電圧が選択された電池セルの電圧とは相違することとなるため、電圧を適切に検出することができなくなる。図８（ｂ）には、図８（ａ）の構成においてスイッチング素子ＳＷ０〜４のそれぞれがショートした場合についての電池セルＢ０〜Ｂ３の電圧の検出値Ｖ０〜Ｖ３を示す。なお、ここでは、各電池セルＢ０〜Ｂ３の実際の電圧を全て「１０」としている。また、図９（ｂ）には、図９（ａ）の構成においてスイッチング素子ＳＷ０〜４のそれぞれがショートした場合についての電池セルＢ０〜Ｂ３の電圧の検出値Ｖ０〜Ｖ３を示す。

このように、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４のいずれかがショートした場合には、電池セルの電圧を適切に検出することができない。

一方、電池セルＢ０〜Ｂ３の電圧は、その充電状態等の電池セルＢ０〜Ｂ３自身の異常の有無に応じても変動し得る。このため、電池セルＢ０〜Ｂ３の電圧の検出値Ｖ０〜Ｖ３によっては、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常であるのか、電池セルＢ０〜Ｂ４自身の異常であるのかを特定できなくなる懸念がある。特に、図９（ｂ）に示した結果の方が図８（ｂ）に示した結果と比較して異常の程度が低いことからもわかるように、一般に、単一の電圧検出回路にて検出対象となる電池セルの数が少なくなるほど、上記特定が困難となる。

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、電池セルの直列接続体としての組電池を構成する１又は隣接する複数の電池セルからなる単位電池及び蓄電手段間を接続する高電位側接続手段と蓄電手段及び電圧検出手段間を接続する低電位側接続手段との少なくとも一方の異常の有無をより的確に判断することのできる組電池の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、電池セルの直列接続体としての組電池を構成する１又は隣接する複数の電池セルからなる単位電池のそれぞれの電圧を検出すべく、高電位側接続手段によって前記単位電池及び蓄電手段間を電気的に接続することで前記蓄電手段に前記単位電池の電圧を印加した後、前記接続を解除し、低電位側接続手段によって前記蓄電手段及び電圧検出手段間を電気的に接続することで前記単位電池の電圧を検出する組電池の監視装置において、前記組電池にキャパシタ及び抵抗体を介して出力端子が電気的に接続される交流信号出力手段と、該交流信号出力手段によって交流信号が出力されて且つ前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれか一方による前記電気的な接続がなされている期間における前記抵抗体及びキャパシタ間の電圧に基づき、前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれか他方の異常の有無を判断する判断手段とを備えることを特徴とする。

交流信号出力手段によって交流信号が出力されると、キャパシタ及び抵抗体間の電圧は、交流信号の電圧変動に応じて変動する。一方、低電位側接続手段及び電圧検出手段を備える電気経路と接地との抵抗は、通常の絶縁レベルよりも低い傾向にある。しかし、低電位側接続手段及び高電位側接続手段のいずれか一方による電気的な接続がなされている場合であっても、いずれか他方による電気的な接続がなされていないなら、キャパシタ及び抵抗体間の電圧の変動状態は変わらない。ただし、いずれか他方にその絶縁不良が生じる異常が生じている場合には、いずれか一方による電気的な接続がなされることで、上記低電位側接続手段及び電圧検出手段を備える電気経路から上記抵抗体及びキャパシタ間までが導通状態とされ、ひいては、抵抗体及びキャパシタ間から上記電気経路を経由して接地までの電気系統が導通状態となる。そしてこれにより、上記交流信号出力手段から交流信号が出力される際の上記キャパシタ及び抵抗体間の電圧が低下する。上記発明では、この点に着目することで、上記いずれか他方の異常（絶縁不良異常）を的確に判断することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記高電位側接続手段は、複数の前記単位電池のいずれかを選択して前記蓄電手段に電気的に接続可能とするマルチプレクサであることを特徴とする。

上記発明では、高電位側接続手段がマルチプレクサであるために、複数の単位電池のうちの特定の単位電池を蓄電手段に電気的に接続する手段に絶縁不良の異常が生じている場合には、この影響で他の単位電池の電圧を適切に検出することができなくなることがある。しかし、この電圧値の異常がマルチプレクサの異常に起因するものか、電池セル自体の異常に起因するものかを特定するのは困難である。この点、上記発明では、判断手段を備えることで、マルチプレクサの異常を的確に判断することができる。

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、前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれかによる前記判断手段による判断処理のための前記電気的な接続時間を、前記単位電池の電圧検出時における前記高電位側接続手段による電気的な接続時間よりも長く設定する設定手段を更に備え、前記判断手段は、前記設定手段により前記接続時間が設定されている場合に前記判断を行うことを特徴とする。

低電位側接続手段及び電圧検出手段を備える電気経路に絶縁不良が生じることに起因してキャパシタ及び抵抗体間に現れる交流信号の波高値が低下する現象は、上記キャパシタが十分に充電された後に顕著に生じる。一方、上記キャパシタは、通常、上記蓄電手段よりも容量が大きくなる傾向にある。このため、キャパシタの充電時間を確保するうえでは、低電位側接続手段及び高電位側接続手段のいずれか一方の接続時間を、単位電池の電圧検出のために蓄電手段に電圧を印加する際の高電位側接続手段による接続時間よりも長くすることが望ましい。上記発明では、この点に鑑み、設定手段を備えることで、キャパシタが十分に充電されると想定される時間の経過を待って異常の有無を判断することができ、ひいては判断精度を向上させることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記組電池は、車両に搭載されるものであり、前記交流信号出力手段によって交流信号が出力されて且つ前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれによる前記電気的な接続もなされていない期間における前記抵抗体及びキャパシタ間の電圧に基づき、前記組電池を備える高圧システムと車体との絶縁不良の有無を検出する絶縁不良検出手段を更に備えることを特徴とする。

交流信号出力手段によって交流信号が出力されると、キャパシタ及び抵抗体間の電圧は、交流信号の電圧変動に応じて変動する。ここで、組電池を備える高圧システムと車体とが絶縁不良である場合には、上記抵抗体及びキャパシタ間から高圧システムを経由して接地までの電気系統が導通状態となる。そしてこれにより、上記交流信号出力手段から交流信号が出力される際の上記キャパシタ及び抵抗体間の電圧が低下する。上記発明では、この点に着目することで、車体と高圧システムとの絶縁不良の有無を適切に検出することができる。特に、この検出処理は、上記判断処理と部分的に同一であるため、判断手段及び絶縁不良検出手段は、自身の構成要素の一部を互いに共有することができるとともに、上記交流信号出力手段についてもこれを共有することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記判断手段は、前記絶縁不良検出手段による絶縁不良の検出の有無に基づき、前記判断を行うことを特徴とする。

上記絶縁不良検出手段によって絶縁不良が検出される場合には、低電位側接続手段及び高電位側接続手段のいずれにも異常がない場合であっても、交流信号が出力されて且つ上記いずれか一方による電気的な接続がなされている期間における抵抗体及びキャパシタ間の電圧に異常が生じ得る。上記発明では、この点に鑑み、絶縁不良検出手段による絶縁不良の検出の有無に基づき上記いずれか他方の異常の有無を判断することで、高圧システム及び車体間の絶縁不良に起因する異常を上記いずれか他方の異常と誤判断することを回避することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記低電位側接続手段及び前記電圧検出手段間を地絡させる地絡手段を更に備え、前記判断手段は、前記地絡手段によって低電圧側接続手段及び前記電圧検出手段間が地絡されている場合に、前記判断を行うことを特徴とする。

交流信号の出力時における抵抗体及びキャパシタ間の電圧が、上記いずれか他方の接続手段の異常の有無に応じて変化する度合いは、低電位側接続手段及び電圧検出手段を備える電気経路と接地との抵抗値に依存する。そして、この抵抗値が大きいほど、上記変化の度合いが小さくなる。この点、上記発明では、地絡手段を備えることで、低電位側接続手段及び電圧検出手段と接地との間の抵抗値を好適に低減することができ、ひいては、交流信号の出力時における抵抗体及びキャパシタ間の電圧を上記いずれか他方の接続手段の異常の有無に応じて大きく変化させることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる組電池の監視装置をハイブリッド車に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態のシステム構成を示す。図示される組電池１０は、車載高圧バッテリを構成するものであり、車載回転機に電力を供給したり、車載回転機から供給される電気エネルギを充電したり、更には、図示しない降圧コンバータを介して車載低圧バッテリに電力を供給したりする。組電池１０は、電池セルＢ０〜Ｂ３の直列接続体である。ここで、電池セルＢｉ（ｉ＝０〜３）は、リチウム２次電池である。なお、図１においては、模式的に４個の電池セルＢ０〜Ｂ３の直列接続体として組電池１０を記載しているが、実際には、所望の高電圧（例えば「２８８Ｖ」）を実現すべく、数十個の電池セルＢｉの直列接続体にて組電池１０が構成される。

組電池１０を構成する各電池セルＢｉの負極端子には、配線Ｌｉが接続されており、各電池セルＢｉの正極端子には、配線Ｌ（ｉ＋１）が接続されている。各配線Ｌｊ（ｊ＝０〜４）はそれぞれ抵抗体１１を備えており、抵抗体１１の他方の端部でマルチプレクサＭＰＸに接続されている。

マルチプレクサＭＰＸは、一対の配線Ｌｉ、Ｌ（ｉ＋１）を選択的にフライングキャパシタ１２に接続するものである。詳しくは、マルチプレクサＭＰＸは、隣接する電池セルの電圧がフライングキャパシタ１２に印加される際の充電極性が互いに逆となる態様にて一対の配線Ｌｉ、Ｌ（ｉ＋１）をフライングキャパシタ１２に接続する。マルチプレクサＭＰＸは、各配線Ｌｊに対応したスイッチング素子ＳＷｊを備えて構成されており、これらスイッチング素子ＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４とスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３とがフライングキャパシタ１２の互いに相違する電極に接続されている。なお、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４は、例えばフォトＭＯＳリレー等の絶縁素子にて構成されている。

フライングキャパシタ１２は、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂを介して電圧検出回路１４に接続可能とされている。フライングキャパシタ１２が電圧検出回路１４に電気的に接続されることで、フライングキャパシタ１２の電圧が電圧検出回路１４によって検出される。ここで、本実施形態では、電圧検出回路１４として、オペアンプにて構成される差動増幅回路を例示している。なお、図中、電圧検出回路１４を構成するオペアンプの反転入力端子と接地との間が抵抗体１６にて電気的に接続されていると記載しているが、この抵抗体１６は、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂ及び電圧検出回路１４を備える実際の電気系統と接地との間の合成インピーダンスを模式的に示したものである。また、上記スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂは、フォトＭＯＳリレー等の絶縁素子にて構成されている。

電圧検出回路１４の出力信号は、組電池用の電子制御装置（電池ＥＣＵ２０）に取り込まれる。電池ＥＣＵ２０は、アナログデジタル変換装置（Ａ／Ｄ変換装置２２）を備えており、これにより電圧検出回路１４の出力電圧をデジタルデータに変換する。制御部２４では、Ａ／Ｄ変換装置２２の出力するデジタルデータに基づき、各種のデジタル処理を行う。

また、制御部２４では、上記マルチプレクサＭＰＸや、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂを操作することで、電池セルＢｉの電圧を検出する。すなわち、電池セルＢｉの電圧を検出する際には、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂをオフ状態として且つ、スイッチング素子ＳＷｉ，ＳＷ（ｉ＋１）を所定時間Ｔａ（例えば「数ｍｓ」）の間オン状態とすることで、フライングキャパシタ１２に電池セルＢｉの電圧を印加する。そしてその後、電池セルＢｉとフライングキャパシタ１２とを絶縁した後、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂをオン状態とすることで、フライングキャパシタ１２の電圧を電圧検出回路１４に印加する。これにより、電池ＥＣＵ２０では、各電池セルＢｉの電圧を検出することができる。

更に、電池ＥＣＵ２０では、組電池１０を備える車載高圧システムと車体との絶縁不良の有無を検出する処理を行う。これは、高圧システムを車体に対して絶縁しなければならないという法規制に対応した処理である。なお、電池ＥＣＵ２０にとってのグランドラインは、車体とされている。

こうした処理を実行すべく、制御部２４では、矩形波状の交流信号（矩形波信号ＲＳ）を出力する。矩形波信号ＲＳは、インピーダンス変換手段としてのボルテージフォロワ２６に取り込まれる。そして、ボルテージフォロワ２６の出力は、抵抗体２８及びコンデンサ３８を介して組電池１０に電気的に接続されている。詳しくは、本実施形態では、組電池１０の負極側の配線Ｌ０に接続されている。一方、抵抗体２８及びコンデンサ３８の接続点は、コンパレータ３０の反転入力端子に印加され、コンパレータ３０の非反転入力端子には、閾値電圧Ｖｔｈが印加される。ここで、閾値電圧Ｖｔｈは、電源３２の電圧が抵抗体３４，３６によって分圧されることで生成されるものである。コンパレータ３０の出力は、制御部２４に取り込まれる。制御部２４では、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４及びスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのオフ状態時において、矩形波信号ＲＳが出力される際のコンパレータ３０の出力に基づき、高圧システムと車体との絶縁不良の有無を判断する。

すなわち、高圧システムと車体との絶縁が良好である場合には、コンパレータ３０の反転入力端子に印加される電圧Ｖａ、換言すれば抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａは、制御部２４が出力する矩形波信号ＲＳそのものとなる。これに対し、高圧システムと車体との絶縁が不十分である場合には、車体、抵抗体２８、コンデンサ３８、及び高圧システムを備える閉ループ回路が形成されるため、矩形波信号ＲＳの出力時の電圧Ｖａが低下する。このため、閾値電圧Ｖｔｈを、これら絶縁不良の有無による電圧Ｖａの変化を判断することのできる値に設定することで、高圧システムと車体との絶縁不良の有無を判断することができる。

ところで、マルチプレクサＭＰＸを構成するスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４のオフ操作時において、これらが電気的な導通状態となる異常が生じることがある。そしてこの場合には、組電池１０を構成する電池セルＢｉの電圧を適切に検出することができないことについては上述したとおりである。

そこで本実施形態では、上述した高圧システムと車体との絶縁不良の有無の判断に用いたハードウェアを利用しつつ、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の絶縁不良の有無を判断する。これは、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのオン状態時において矩形波信号ＲＳが出力される際の抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａに基づき行うことができる。図２に、上記スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の絶縁不良の有無の判断手法を示す。

図２（ａ）は、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４に異常がない正常時の場合を示している。図示されるように、この場合、矩形波信号ＲＳが抵抗体２８に印加されることで、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａは、矩形波信号ＲＳに応じた交流信号となって且つ、その波高値は、上記閾値電圧Ｖｔｈを超える。これは、抵抗体２８の抵抗値Ｒ１（例えば数百ｋΩ）が、高圧システム及び車体間の抵抗（例えば数十ＭΩ）と比較して無視し得るほど小さいことによる。

これに対し、図２(ｂ)に例示するように、スイッチング素子ＳＷ１が絶縁不良となっている場合には、抵抗体２８、コンデンサ３８、スイッチング素子ＳＷ１、スイッチング素子ＳＳｂ、抵抗体１６及び車体を備える閉ループ回路が形成される。このため、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧は、制御部２４から出力された矩形波信号ＲＳの電圧を、抵抗体２８及び抵抗体１６にて分圧したものとなる。ここで、抵抗体１６の抵抗値Ｒ３（例えば数百ｋΩ）は、抵抗体２８の抵抗値Ｒ１と同程度となるため、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａは、正常時と比較して小さくなる。このため、閾値電圧Ｖｔｈを超えることはない。なお、上記の議論において、抵抗体１１の抵抗値は、抵抗体２８，１６のそれと比較して無視できるとした。

図３に、本実施形態にかかるスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無の判断処理の手順を示す。この処理は、制御部２４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、異常診断実行条件が成立しているか否かを判断する。ここで、異常診断実行条件としては、例えば以下のいずれかとすればよい。
ａ．車載制御装置の主電源がオンとなった直後との条件：ここで、車載制御装置としては、車載動力発生装置を制御対象とする制御装置とすることが望ましい。ここで主電源がオン状態とされるのは、例えばユーザが自己を認識させる手段を車両に近づけたり、ユーザが携帯の操作手段を操作して上記オン状態となるような指令信号を出力した場合等である。
ｂ．所定時間経過時：所定周期で異常診断を実行するなら、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常を早期発見できる。
ｃ．車載制御装置の主電源のオフ直後：ここでも、車載制御装置は、車載動力発生装置を制御対象とする制御装置とすることが望ましい。ここで主電源がオフ状態とされるのは、例えばユーザが自己を認識させる手段を車両から所定以上離間させたり、ユーザが携帯の操作手段を操作して上記オフ状態となるような指令信号を出力した場合等である。
ｄ．電力変換回路への電力供給停止：組電池は、電力変換回路（インバータ）を介して車載動力発生装置としての回転機に接続されている。ここで、組電池及び電力変換回路間には、これらの間を電気的に導通及び遮断するリレー等の導通制御手段が設けられている。この導通制御手段によって組電池と電力変換回路との間が遮断されることを条件とする。なお、これらの導通の指示は、通常、ユーザが車載操作部を操作することで行われる。

上記異常診断実行条件が成立すると判断される場合、ステップＳ１２において、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂをオン状態とし、また、矩形波信号ＲＳを出力する。ステップＳ１２の処理が完了する場合、所定時間Ｔの間、待機する（ステップＳ１４）。これは、コンデンサ３８が充電されるまでの間は、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａの挙動が、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を的確に反映したものとならないことによる。ここで、所定時間Ｔは、電池セルＢｉの電圧検出時におけるスイッチング素子ＳＷｉ、ＳＷ（ｉ＋１）をオン操作する所定時間Ｔａよりも長い時間（例えば「数百ｍｓ」）とされる。これは、コンデンサ３８の静電容量が、フライングキャパシタ１２の静電容量よりも大きいためである。このため、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａの挙動がスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を的確に反映したものとなると想定されるまでに要する時間は、電池セルＢｉの電圧検出のタイムスケールと比較して長くなる。ちなみに、矩形波信号ＲＳの周期ＴＰも、電圧検出に際してスイッチング素子ＳＷｉ、ＳＷ（ｉ＋１）をオン操作する所定時間Ｔａよりも長い時間（例えば「数百ｍｓ」）に設定される。

上記所定時間Ｔが経過すると、ステップＳ１６において、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きいか否かを判断する。より正確には、周期的に閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなるか否かを判断する。そして、大きいと判断される場合には、ステップＳ１８において、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４は正常であると判断する。これに対し、閾値電圧以下であると判断される場合には、ステップＳ２０において、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４は異常であると判断する。

このように、本実施形態では、高圧システム及び車体間の絶縁不良の有無を検出するためのハードウェア手段を流用することで、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を適切に判断することができる。このため、電圧検出結果が異常である場合、その異常が電池セルＢｉ自体に起因するものなのか、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常に起因するものなのかを特定することができる。したがって、異常時のフェールセーフ処理としても、マルチプレクサＭＰＸに異常が生じたことを前提とした処理とすることができる。また、部品交換の際にも、異常個所が特定されるために、不必要に大量の部品を交換する必要もない。これに対し、先の図８、図９に示したように、電圧検出結果の異常のみからは、電池セルＢｉの異常なのかマルチプレクサＭＰＸの異常なのかを特定できないことがあり、この場合、フェールセーフ処理としても、双方の異常を前提とした過剰な処理を行わなければならない。更に、部品交換に際しても、過剰な部品交換がなされるおそれがある。

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）矩形波信号ＲＳが出力されて且つスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂによるフライングキャパシタ１２及び電圧検出回路１４間の電気的な接続がなされている期間における抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧に基づき、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断した。これにより、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の絶縁不良異常の有無を的確に判断することができる。

（２）スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４を、複数の電池セルＢ０〜Ｂ３のいずれかを選択してフライングキャパシタ１２に電気的に接続可能とするマルチプレクサＭＰＸとした。この場合、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４に異常がある場合には、電池セルＢｉの電圧を適切に検出することができなくなることがある。しかし、この電圧値の異常がマルチプレクサＭＰＸの異常に起因するものか、電池セルＢｉ自体の異常に起因するものかを特定するのは困難である。このため、本発明の利用価値が特に高い。

（３）スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断するに際し、スイッチング素子ＳＳａ、ＳＳｂのオン時間（所定時間Ｔ）を、電池セルＢｉの電圧検出時にスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４をオン状態とする所定時間Ｔａよりも長くした。これにより、コンデンサ３８が十分に充電されると想定される時間の経過を待って異常の有無を判断することができ、ひいては判断精度を向上させることができる。

（４）矩形波信号ＲＳが出力されて且つスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂ及びスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４のいずれもオフ状態である期間における抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａに基づき、高圧システムと車体との絶縁不良の有無を検出する手段を流用することで、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断した。これにより、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断するために、新たに追加する部品点数を低減することができる。

（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、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂの異常の有無を判断する。図４に、本実施形態にかかる異常の有無の判断処理の手順を示す。この処理は、制御部２４によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図４において、先の図３に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１０において異常診断実行条件が成立していると判断される場合、ステップＳ１２ａにおいて、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４をオン状態とする。そして、先の図３の処理の要領で、ステップＳ１６の処理における判断結果に応じて、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂが正常である旨の判断（ステップＳ１８ａ）、又はスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂが異常である旨の判断（ステップＳ２０ａ）を行う。

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（１），（３），（４）の効果に準じた効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、第３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、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４及びスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのオフ状態において矩形波信号ＲＳを出力することによる絶縁不良の有無の検出結果に基づき、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無の判断を行う。

図５に、本実施形態にかかる異常の有無の判断処理の手順を示す。この処理は、制御部２４によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図５において、先の図３に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、絶縁不良が検出されているか否かを判断する。そして、絶縁不良が検出されていない場合に限って、先の図３に示した要領でスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断する処理を行う。これは、高圧システムと車体との間が絶縁不良である場合には、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無にかかわらず、抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａが閾値電圧Ｖｔｈを下回るようになるからである。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（５）絶縁不良の検出の有無に基づき、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断した。これにより、高圧システム及び車体間の絶縁不良に起因する異常をスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常と誤判断することを回避することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４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６に、本実施形態のシステム構成を示す。

図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのそれぞれと電圧検出回路１４との間を短絡させるショートスイッチ４０，４２を備えている。これは、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無の判断処理時において、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのそれぞれと電圧検出回路１４との間を低インピーダンスで車体に電気的に接続するために設けたものである。

図７に、本実施形態にかかる異常の有無の判断処理の手順を示す。この処理は、制御部２４によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図５において、先の図３に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

この一連の処理では、先の図３に示したステップＳ１２に代えて、ステップＳ１２ｂにおいて、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのオン操作とともに、ショートスイッチ４０，４２をオン操作する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断すべく矩形波信号ＲＳを出力する期間において、ショートスイッチ４０，４２をオン状態とした。これにより、スイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂ及び電圧検出回路１４と接地との間の抵抗値を好適に低減することができ、ひいては、矩形波信号ＲＳの出力時における抵抗体２８及びコンデンサ３８間の電圧Ｖａをスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無に応じて大きく変化させることができる。

（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の実施形態に対する第２の実施形態の変更点によって、第３、４の実施形態を変更してもよい。

・上記第１の実施形態に対する第３の実施形態の変更点によって、上記第４の実施形態を変更してもよい。

・上記第１、３，４の実施形態では、低圧側のスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂの双方をオン状態とすることで、高圧側のスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無を判断したが、これに限らず、いずれか一方のみオン状態としてもよい。これにより、異常があると判断される場合、異常のあるスイッチング素子をオン状態とされるスイッチング素子に接続可能とされているものに絞り込むことができる。すなわち、スイッチング素子ＳＳａをオン状態とした際に異常があると判断されるなら、スイッチング素子ＳＳａに接続可能とされるスイッチング素子ＳＷ０，ＳＷ３，ＳＷ４の少なくとも１つに異常があると判断することができる。

・上記第２の実施形態では、高圧側のスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の全てをオン状態とすることで、低圧側のスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂの異常の有無を判断したが、これに限らず、低圧側のスイッチング素子ＳＳａ，ＳＳｂのいずれか一方に接続可能とされるもののみオン状態としてもよい。これにより、異常があると判断される場合には、異常があるスイッチング素子がいずれであるかを特定することができる。

・フライングキャパシタや電圧検出回路の数は、１個ずつに限らず、複数であってもよい。この場合、複数の電圧検出回路のそれぞれに、検出対象とする電池セルを適宜割り振ればよい。

・上記第３の実施形態では、予め絶縁不良である旨判断される場合には、スイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４の異常の有無の判断処理を実行しないこととしたが、これに限らない。例えば、先の図３に例示した処理によってスイッチング素子ＳＷ０〜ＳＷ４に異常があると判断された場合にこれを仮異常として且つ、この判断から所定期間内に絶縁不良である旨判断される場合には、上記仮異常を取り消すようにしてもよい。

・電池セル及びフライングキャパシタ（蓄電手段）を電気的に接続可能とする高電位側接続手段としては、マルチプレクサＭＰＸに限らない。例えばフライングキャパシタを電池セルと同数備えて且つ、各電池セルの電圧を対応するフライングキャパシタにて検出すべくこれらを電気的に接続するものであってもよい。この場合であっても、この高電位側接続手段や、各フライングキャパシタを電圧検出回路に接続する低電位側接続手段の異常の有無を判断するうえで、本発明の適用は有効である。

・交流信号としては、矩形波信号に限らない。例えば正弦波信号であってもよい。これにより、矩形波のように高次高調波が生じることを回避することができる。

・上記各実施形態では、電圧検出回路による電圧の検出対象を電池セルＢｉとしたが、これに限らない。例えば、互いに隣接する複数の電池セルからなるブロック毎にその電圧を検出するようにしてもよい。

・電池セルとしては、リチウム２次電池に限らない。例えばニッケル水素２次電池であってもよい。

・組電池の監視装置としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。更に、車両に搭載されるものにも限らない。こうした場合であっても、単位電池及びキャパシタ間を接続する高電位側接続手段やキャパシタ及び電圧検出手段間を接続する低電位側接続手段の異常の有無を判断するためには、本発明の適用は有効である。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるスイッチング素子の異常検出原理を示す図。 同実施形態にかかるスイッチング素子の異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかるスイッチング素子の異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかるスイッチング素子の異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 第４の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるスイッチング素子の異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 従来の組電池の監視装置を示す図。 従来の組電池の監視装置を示す図。

符号の説明

１０…組電池、１２…フライングキャパシタ、１４…電圧検出回路、２４…電池ＥＣＵ（組電池の監視装置の一実施形態）、ＳＷ０〜ＳＷ４…スイッチング素子（高電位側接続手段の一実施形態）、ＳＳａ，ＳＳｂ…スイッチング素子（低電位側接続手段の一実施形態）。

Claims (6)

1. 電池セルの直列接続体としての組電池を構成する１又は隣接する複数の電池セルからなる単位電池のそれぞれの電圧を検出すべく、高電位側接続手段によって前記単位電池及び蓄電手段間を電気的に接続することで前記蓄電手段に前記単位電池の電圧を印加した後、前記接続を解除し、低電位側接続手段によって前記蓄電手段及び電圧検出手段間を電気的に接続することで前記単位電池の電圧を検出する組電池の監視装置において、
   前記組電池にキャパシタ及び抵抗体を介して出力端子が電気的に接続される交流信号出力手段と、
   該交流信号出力手段によって交流信号が出力されて且つ前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれか一方による前記電気的な接続がなされている期間における前記抵抗体及びキャパシタ間の電圧に基づき、前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれか他方の異常の有無を判断する判断手段とを備えることを特徴とする組電池の監視装置。
2. 前記高電位側接続手段は、複数の前記単位電池のいずれかを選択して前記蓄電手段に電気的に接続可能とするマルチプレクサであることを特徴とする請求項１記載の組電池の監視装置。
3. 前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれかによる前記判断手段による判断処理のための前記電気的な接続時間を、前記単位電池の電圧検出時における前記高電位側接続手段による電気的な接続時間よりも長く設定する設定手段を更に備え、
   前記判断手段は、前記設定手段により前記接続時間が設定されている場合に前記判断を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の組電池の監視装置。
4. 前記組電池は、車両に搭載されるものであり、
   前記交流信号出力手段によって交流信号が出力されて且つ前記低電位側接続手段及び前記高電位側接続手段のいずれによる前記電気的な接続もなされていない期間における前記抵抗体及びキャパシタ間の電圧に基づき、前記組電池を備える高圧システムと車体との絶縁不良の有無を検出する絶縁不良検出手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池の監視装置。
5. 前記判断手段は、前記絶縁不良検出手段による絶縁不良の検出の有無に基づき、前記判断を行うことを特徴とする請求項４記載の組電池の監視装置。
6. 前記低電位側接続手段及び前記電圧検出手段間を地絡させる地絡手段を更に備え、
   前記判断手段は、前記地絡手段によって低電圧側接続手段及び前記電圧検出手段間が地絡されている場合に、前記判断を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池の監視装置。

Images