JP5251682B2

JP5251682B2 - 組電池の状態監視装置

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Publication number: JP5251682B2
Application number: JP2009088643A
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Inventors: 雅也伊藤
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Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-07-31
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Description

本発明は、１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池が複数直列に接続された組電池について、前記組電池を構成する２個以上の単位電池のそれぞれの状態を監視する監視ユニットであって且つ、上流に対応するものから下流に対応するものへと順次信号を伝達させる通信線によって互いに接続される監視ユニットを備え、信号伝達の最下流の監視ユニットにより、光絶縁手段の１次側の通電操作がなされることで２次側から前記状態の監視結果に応じた信号を出力する組電池の状態監視装置に関する。

例えばハイブリッド自動車等に搭載される高圧バッテリは、電池セルの直列接続体としての組電池からなるものが一般的である。ここで、電池セルとして、エネルギ効率の高いリチウムイオン２次電池が注目を浴びている。ただし、リチウムイオン２次電池は、過度の充電状態（過充電状態）や過度の放電状態（過放電状態）により信頼性が低下しやすいというデメリットを有する。このため、高圧バッテリを構成する電池セルのうち隣接する複数毎にグループ化してブロックとし、各ブロック毎に、このブロックを電源として且つブロックを構成する各電池セルの状態を監視する監視ユニットを備える高圧バッテリの監視装置が開発されている。

ところで、高圧バッテリを備える車載高圧システムは、車載低圧システムから絶縁されている。そして、各電池セルの状態の監視結果は、通常、車載低圧システム内に備えられる制御装置において管理される。ただし、低圧システム内の制御装置に監視結果を伝達すべく、各監視ユニット毎に制御装置に監視結果信号を出力する場合には、監視ユニットと制御装置とを絶縁する絶縁手段の数が増大する。

そこで従来、例えば下記特許文献１に見られるように、隣接する監視ユニット間を通信線で接続し、高電位側の監視ユニットにおける電池セルの状態（過充電状態、過放電状態）の監視結果を、通信線を介して最低電位の監視ユニットに伝達させる技術も提案されている。すなわち、各監視ユニットでは、対象となるブロック内の電池セルの状態の監視結果と、隣接する高電位側の監視ユニットから通信線を介して入力される信号との合成信号を生成して隣接する低電位側の監視ユニットに通信線を介して出力する。そして、最低電位の監視ユニットでは、隣接する高電位側の監視ユニットから通信線を介して入力される信号と、対象となるブロック内の電池セルの監視結果との合成信号を生成し、制御装置に出力する。ここで、最低電位の監視ユニットから出力される信号は、全ブロックの監視結果を合成した信号となる。このため、この信号によって、少なくとも１つの電池セルに過充電異常や過放電異常があるか否かを判断することができる。特に、この信号は、最低電位の監視ユニットから出力されるものであるため、最低電位の監視ユニットと制御装置とを絶縁する手段（フォトカプラ）を備えるのみで、各監視ユニットの監視結果を制御装置において把握することが可能となる。

特開２００７−２７８９１３号公報

上記最低電位の監視ユニットと制御装置とを絶縁する手段であるフォトカプラは、入力される電気信号を１次側の発光素子における電光変換によって光信号に変換し、この光信号を２次側の受光素子における光電変換によって電気信号に変換するものである。ここで、発光素子に入力すべき電力は、監視ユニットの動作に要求される電力と比較して大きなものとなっている。このため、上記技術では、最低電位の監視ユニットの監視対象とするブロックの電力消費量のみが大きくなり、ブロック間の残存容量に大きなばらつきを生じさせる要因となるおそれがある。

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、組電池を構成する２個以上の単位電池のそれぞれの状態を監視する監視ユニットであって且つ、上流に対応するものから下流に対応するものへと順次信号を伝達させる通信線によって互いに接続される監視ユニットを備えるものにあって、単位電池同士の容量のばらつきを好適に抑制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、１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池が複数直列に接続された組電池について、前記組電池を構成する２個以上の単位電池のそれぞれの状態を監視する監視ユニットであって且つ、上流に対応するものから下流に対応するものへと順次信号を伝達させる通信線によって互いに接続される監視ユニットを備え、信号伝達の最下流の監視ユニットにより、光絶縁手段の１次側の通電操作がなされることで２次側から前記状態の監視結果に応じた信号を出力する組電池の状態監視装置において、前記組電池を構成する任意の複数の単位電池のうちのいずれかと前記光絶縁手段の１次側とを選択的に接続する選択手段と、前記単位電池の電圧検出用のキャパシタと、前記電圧検出用のキャパシタの充電電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出用のキャパシタ及び前記電圧検出手段間を開閉する低電圧側開閉手段と、を備え、前記選択手段は、前記電圧検出用のキャパシタ及び前記単位電池間を開閉する高電圧側開閉手段を備えて構成されることを特徴とする。

上記発明では、光絶縁素子の１次側に、複数の単位電池を接続可能とすることで、特定の１つの単位電池の蓄電エネルギのみが光絶縁素子の１次側の通電操作によって消費される事態を回避することができる。このため、単位電池同士の容量のばらつきを好適に抑制することができる。
さらに、上記発明では、単位電池の電圧検出のために用いられる高電圧側開閉手段を用いて選択手段を構成することで、部品点数の増加を抑制することができる。

なお、ここで光絶縁素子とは、１次側において入力される電気信号を光信号に変換し、２次側において上記光信号を受光する手段をいう。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光絶縁手段の１次側の一対の入力端子に並列接続されるキャパシタを更に備えることを特徴とする。

上記発明では、単位電池によってキャパシタを充電することで、キャパシタをフローティング電源として用いることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の組電池の発明において、前記光絶縁手段の１次側の通電操作を、該通電操作用の絶縁手段を介して前記最下流の監視ユニットの出力信号によって行うことを特徴とする。

上記光絶縁手段の１次側には、複数の単位電池が接続可能とされるため、１次側の電位は変動し、特に、最下流の監視ユニットの電位と大きく離間するおそれがある。このため、１次側の通電操作を行うための開閉器等の手段に要求される耐圧が過度に高くなるおそれがある。この点、上記発明では、通電操作用の絶縁手段を備えることで、最下流の監視ユニットと光絶縁素子の１次側との接続を適切に行うことができる。

なお、最下流の監視ユニットと光絶縁手段の１次側とは、フォトＭＯＳリレー等の光絶縁手段の２次側によって接続されることが望ましい。これにより、１次側を低圧システムにおいて操作することが可能となる。

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、前記電圧検出用のキャパシタ及び前記光絶縁手段間を開閉する出力用開閉手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、出力用開閉手段を備えることで、電圧検出用のキャパシタの電荷が光絶縁手段の１次側によって消費されることを望まない状況において、これを確実に回避することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記選択手段は、電位の隣接する単位電池のうちの高電位側のものの負極端子と低電位側のものの正極端子とのそれぞれを前記電圧検出用のキャパシタに接続するための電気経路を共有化するものであり、前記出力用開閉手段は、前記電圧検出用のキャパシタの一方及び他方の電極のそれぞれを前記光絶縁手段の１次側の一方及び他方の入力端子のそれぞれに接続する第１の接続状態と、前記電圧検出用のキャパシタの一方及び他方の電極のそれぞれを前記光絶縁手段の１次側の他方及び一方の入力端子のそれぞれに接続する第２の接続状態とを実現可能な手段であることを特徴とする。

上記発明では、隣接する単位電池のうちの高電位側のものの負極端子と低電位側のものの正極端子とのそれぞれを前記電圧検出用のキャパシタに接続するための電気経路を共有化することで、電気経路の数を低減することができる。ただし、この場合、１次側の光絶縁手段の一対の入力端子に印加される電圧の極性が反転するおそれがある。この点、上記発明では、上記出力用開閉手段を備えることでこうした事態を回避することができる。

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電圧検出処理態様を例示するタイムチャート。第２の実施形態にかかる電圧検出処理態様を例示するタイムチャート。第３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電圧検出処理態様を例示するタイムチャート。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電圧検出処理態様を例示するタイムチャート。

（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、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示される組電池１０は、２次電池である電池セルの直列接続体である。これら電池セルは、リチウムイオン２次電池である。これら電池セルは、隣接する複数個ずつでグループ化され、ブロックＢｉ（ｉ＝１〜ｎ）を構成している。

上記ブロックＢｉの両端は、マルチプレクサＭＰＸを構成するスイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｍに接続されている。スイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｍは、ブロックＢｉの両端とフライングキャパシタ１２との電気的な開閉を行う開閉器である。これらスイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｍは、フォトＭＯＳリレーにて構成されている。一方、フライングキャパシタ１２の両端は、検出線Ｌａ，Ｌｂを介して電圧検出回路１４に接続されている。検出線Ｌａ，Ｌｂには、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂが設けられている。スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂは、フライングキャパシタ１２の両端と電圧検出回路１４の一対の入力端子との電気経路（検出線Ｌａ，Ｌｂ）の電気的な開閉を行う開閉器である。スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂは、フォトＭＯＳリレーにて構成されている。

電圧検出回路１４の出力信号であるブロックＢｉの電圧の検出結果信号は、マイクロコンピュータ（マイコン１６）に取り込まれる。

上記各ブロックＢｉには、その状態を監視する監視ユニットＵｉが備えられている。これら各監視ユニットＵｉは、クロック信号ＣＬＫを取り込むクロック入力端子と、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（図中、ＣＬＫＯＵＴ）と、隣接する監視ユニットの出力信号を取り込む入力端子（図中、ＩＮ）と、出力信号を出力する出力端子（図中、ＯＵＴ）とを備えている。

そして、上記マイコン１６は、ブロックＢｉ内の各電池セル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に出力することで、監視ユニットＵ１〜Ｕｎの全てに対しクロック信号ＣＬＫを伝達させる。詳しくは、フォトカプラ１８を介して、最上流の監視ユニットＵ１のクロック入力端子にクロック信号ＣＬＫを出力する。ここで、フォトカプラ１８は、マイコン１６を備えて構成される車載低圧システムと、組電池１０を備えて構成される車載高圧システムとを絶縁するための手段である。

クロック信号ＣＬＫが取り込まれると、各監視ユニットＵｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）は、これを電流信号に変換し、隣接する下流の監視ユニットＵ（ｋ＋１）に、クロック信号ＣＬＫを出力する。これにより、隣接する下流の監視ユニットＵ（ｋ＋１）では、隣接する上流の監視ユニットＵｋのクロック出力端子から出力される信号を、クロック線ＣＬ及びクロック入力端子を介して取り込むこととなる。

そして、クロック信号ＣＬＫが取り込まれると、各監視ユニットＵｉは、ブロックＢｉを構成する各電池セル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「Ｈ」のときには、各電池セルの両端の電圧が、電池セル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「Ｌ」のときには、各電池セルの両端の電圧が、電池セル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、隣接する上流の監視ユニットの出力信号との合成信号を出力端子から出力する。

詳しくは、上記フォトカプラ１８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が監視ユニットＵ１のクロック入力端子に出力される。更に、組電池１０の正極側と、ブロックＢ１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２０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の入力端子には、電池セル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２０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、出力端子を介して出力する。

そして、最上流以外の各監視ユニットＵ２、Ｕ３…、Ｕｎは、隣接する上流の監視ユニットの出力端子から出力される出力信号を、信号線ＳＬ及び入力端子を介して取り込む。そして、クロック入力端子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、出力端子を介して出力する。

そして、上記最下流の監視ユニットＵｎの出力信号は、フォトカプラ２６を介してマイコン１６に取り込まれる。

ここで、フォトカプラ１８，２６は、１次側の発光素子に入力される電気信号を電光変換によって光信号に変換し、２次側の受光素子を駆動するものである。このため、１次側の電力消費量が特に大きくなる傾向がある。したがって、フォトカプラ１８の２次側の電力供給源については、さほど電力を消費されない一方、フォトカプラ２６の１次側の電極供給源については、電力消費量が特に大きくなりやすい。ここで、これらフォトカプラ１８の２次側やフォトカプラ２６の１次側が、高圧システムを構成するものであることに鑑みれば、フォトカプラ２６の１次側の電力供給源が特に問題となる。すなわち、フォトカプラ２６の１次側の電力供給源を特定のブロックに固定したのでは、そのブロックの容量が特に減少し、ひいては、組電池１０を構成するブロック同士の容量のばらつきが大きくなるおそれがある。

そこで本実施形態では、組電池１０を構成する各ブロックＢｉをフォトカプラ２６の電力供給源とすべく、以下の構成を有する。すなわち、フォトカプラ２６の１次側の発光素子にスイッチング素子２４を直列接続し、これらに並列にフローティング電源２２を接続する。ここで、スイッチング素子２４には、スイッチング素子Ｓｅを介して監視ユニットＵｎの出力信号が印加される。ここで、スイッチング素子Ｓｅは、フォトＭＯＳリレーにて構成されている。

一方、フローティング電源２２は、コンデンサにて構成されている。また、フローティング電源２２の静電容量は、フライングキャパシタ１２の静電容量よりも大きくなっている。これは、フローティング電源２２が、フォトカプラ２６の１次側の電源として機能するものであることによる。このフローティング電源２２の両端は、それぞれ給電ラインＬｃ、Ｌｄを介してフライングキャパシタ１２の両端に接続可能となっている。そして、給電ラインＬｃ，Ｌｄには、これを開閉する開閉手段（スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄ）が設けられている。ここで、スイッチング素子Ｓｃ、Ｓｄは、フォトＭＯＳリレーにて構成されている。

こうした構成によれば、フローティング電源２２を充電するためのブロックを、マルチプレクサＭＰＸの操作によって自由に選択することができる。このため、フォトカプラ２６の１次側への電力供給に起因して、特定のブロックの電力消費量が特に多くなることを回避することができる。

図２に、本実施形態にかかる電圧検出処理、及び状態監視結果の出力処理の態様を示す。詳しくは、図２は、スイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｍ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅの操作状態の推移を示している。なお、これらスイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｍ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅは、マイコン１６によって操作される。すなわち、マイコン１６からこれらの１次側の発光素子に電気信号が出力されることで開操作され、電気信号が遮断されることで閉操作される。

図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂを閉状態とする期間（電圧検出期間Ｄ）に先立つフライングキャパシタ１２の充電期間Ｃｆを、フローティング電源２２の充電期間Ｃｐとする。すなわち、スイッチング素子Ｓｃ、Ｓｄを閉操作することで、フローティング電源２２を電圧の検出対象となるブロックに接続する。これにより、電圧の検出対象となるブロックによって、フライングキャパシタ１２及びフローティング電源２２が充電される。

すなわち、ブロックＢｉが電圧検出対象である場合、スイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｎと、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄを閉状態とすることで、フライングキャパシタ１２及びフローティング電源２２を、ブロックＢｉにて充電する。そして、フライングキャパシタ１２の電圧がブロックＢｉの電圧となると想定される期間以上の充電期間を経て、スイッチング素子Ｓｉｐ，Ｓｉｎと、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄとが開状態とされる。その後、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂが閉状態とされることで、フライングキャパシタ１２の電圧が検出され、これにより、ブロックＢｉの電圧が検出される。

電圧検出期間Ｄが終了すると、スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂを開操作し、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｍとスイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅとが閉操作されることで、監視ユニットＵｎからフォトカプラ２６を介してマイコン１６に信号が出力される（出力期間Ｏ）。ここで、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｍ、Ｓｃ，Ｓｄは、フローティング電源２２の両端の電位（給電ラインＬｃ，Ｌｄの電位）を、ブロックＢｎの電位とするためにオン操作されている。また、スイッチング素子Ｓｅは、監視ユニットＵｎの出力信号を、スイッチング素子２４に出力するために閉操作されている。

こうした態様にて、各ブロックＢｉの電圧検出に先立つフライングキャパシタ１２の充電期間Ｃｆ毎に、フローティング電源２２を充電し、各ブロックＢｉの電圧検出が完了する毎に、監視ユニットＵｎからマイコン１６に信号を出力することができる。

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）組電池１０を構成するブロックＢ１〜Ｂｎのうちのいずれかとフォトカプラ２６の１次側とを、マルチプレクサＭＰＸによって選択的に接続可能とした。これにより、特定の１つのブロックの蓄電エネルギのみがフォトカプラ２６の１次側の通電操作によって消費される事態を回避することができる。このため、ブロック同士の容量のばらつきを好適に抑制することができる。

（２）フォトカプラ２６の１次側の一対の入力端子に並列接続されるフローティング電源２２を備えた。これにより、ブロックの電気エネルギを蓄電することができるため、フォトカプラ２６の１次側からブロックが切り離された後に、ブロックの電気エネルギをフォトカプラ２６の１次側に供給することができる。

（３）フォトカプラ２６の１次側の通電操作を、スイッチング素子Ｓｅを介して最下流の監視ユニットＵｎの出力信号によって行った。これにより、スイッチング素子２４に対する要求耐圧を過度に高くすることなく、最下流の監視ユニットＵｎとフォトカプラ２６の１次側との接続を適切に行うことができる。

（４）フライングキャパシタ１２及びフォトカプラ２６の１次側間を開閉するスイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄを更に備えた。これにより、電圧検出用のフライングキャパシタ１２の電荷がフォトカプラ２６の１次側によって消費されることを望まない状況において、これを確実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。

図３に、本実施形態にかかる電圧検出処理、及び状態監視結果の出力処理の態様を示す。

本実施形態では、ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧検出処理の一周期において、フローティング電源２２の充電期間Ｃｐと、フォトカプラ２６からの信号の出力期間Ｏとを一度のみ設ける。詳しくは、ブロックＢ１〜Ｂｎのうち電圧の最も高いもの（図では、ブロックＢｊを想定）によるフライングキャパシタ１２の充電期間Ｃｆにおいて、フローティング電源２２を充電すべく、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄを閉操作する。ここで、ブロックＢ１〜Ｂｎのうちのいずれの電圧が高いかは、電圧検出処理の前回の周期における電圧検出結果を用いて特定すればよい。そして、ブロックＢｎによるフライングキャパシタ１２の充電期間Ｃｆにおいて、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅを閉操作することで、監視ユニットＵｎからフォトカプラ２６を介してマイコン１６に信号を出力する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第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）フォトカプラ２６の１次側の電源（フローティング電源２２の充電手段）として、ブロックＢ１〜Ｂｎのうちの電圧の高いものを選択して用いた。これにより、ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧のばらつきを低減することができる。

（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。

図４に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるように、本実施形態では、フライングキャパシタ１２の充電経路を、ブロックＢｋ（ｋ＝１〜ｎ−１）の負極とブロックＢ（ｋ＋１）の正極とで共有する。詳しくは、マルチプレクサＭＰＸを、ブロックＢｉの正極とフライングキャパシタ１２とを接続するスイッチングＳｉと、ブロックＢｎの負極とフライングキャパシタ１２とを接続するスイッチング素子Ｓ（ｎ＋１）とを備えて構成する。そして、これらスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…は、電位の隣接するもの同士で、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る。

こうした構成によれば、ブロックＢ１〜Ｂｎのうちのいずれが検出対象として選択されているかに応じて、給電ラインＬｃ，Ｌｄの極性が変動する。このため、本実施形態では、検出線Ｌａ側をフォトカプラ２６のフォトダイオードのアノード側及びカソードのそれぞれに接続するためのスイッチング素子Ｓｃ，Ｓｆを備える。また、検出線Ｌｂ側をフォトカプラ２６のフォトダイオードのアノード側及びカソード側のそれぞれに接続するスイッチング素子Ｓｇ，Ｓｄを備える。

図５に、本実施形態にかかる電圧検出処理、及び状態監視結果の出力処理の態様を示す。

本実施形態でも、ブロックＢ１〜Ｂｎの電圧検出処理の一周期において、フローティング電源２２の充電期間Ｃｐと、フォトカプラ２６からの信号の出力期間Ｏとを一度のみ設ける。詳しくは、ブロックＢ１〜Ｂｎのうち電圧の最も高いもの（図では、ブロックＢｊを想定）によるフライングキャパシタ１２の充電期間Ｃｆにおいて、フローティング電源２２を充電すべく、スイッチング素子Ｓｃ、Ｓｄ，Ｓｆ，Ｓｇのうちの２つ（ここでは、Ｓｃ，Ｓｄ）を閉操作する。その後、ブロックＢｎによるフライングキャパシタ１２の充電期間Ｃｆにおいて、スイッチング素子Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｅを閉操作することで、監視ユニットＵｎからフォトカプラ２６を介してマイコン１６に信号を出力する。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態や第２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）フライングキャパシタ１２の一方及び他方の電極のそれぞれをフォトカプラ２６の１次側の一方及び他方の入力端子のそれぞれに接続するスイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄと、フライングキャパシタ１２の一方及び他方の電極のそれぞれをフォトカプラ２６の１次側の他方及び一方の入力端子のそれぞれに接続するスイッチング素子Ｓｆ、Ｓｇとを備えた。これにより、マルチプレクサＭＰＸの構成にかかわらず、フローティング電源２２やフォトカプラ２６の１次側に印加される電圧の極性を固定することができる。

（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、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるように、本実施形態では、マルチプレクサＭＰＸを迂回して、フローティング電源２２の負極端子側を、組電池１０の負極（ブロックＢｎの負極）側に接続するためのスイッチング素子Ｓｈを更に備える。このスイッチング素子Ｓｈは、マルチプレクサＭＰＸによって、フローティング電源２２とブロックＢｎとが電気的に接続されていない場合に、フローティング電源２２の電位をブロックＢｎの負極電位を基準とすることを可能とするものである。これにより、マルチプレクサＭＰＸによってブロックＢｎが選択されていない場合であっても、監視ユニットＵｎによって、スイッチング素子２４を操作することが可能となり、ひいては、フォトカプラ２６の通電操作が可能となる。

図７に、本実施形態にかかる電圧検出処理、及び状態監視結果の出力処理の態様を示す。

本実施形態では、各ブロックＢｉによってフライングキャパシタ１２及びフローティング電源２２を充電した後（充電期間Ｃｆ，Ｃｐ）、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄをオフしている期間において、スイッチング素子Ｓｅ，Ｓｈを閉状態とすることで、監視ユニットＵｎからフォトカプラ２６を介してマイコン１６に信号を出力する。詳しくは、この出力期間Ｏを、電圧検出期間Ｄと重複させることで、電圧検出処理時間や、状態の監視結果の伝達処理時間の短縮を図っている。

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。

（７）マルチプレクサＭＰＸを介することなくブロックＢｎの負極とフローティング電源２２とを接続するスイッチング素子Ｓｈを備えた。これにより、マルチプレクサＭＰＸの操作と独立に、フローティング電源２２の電位をブロックＢｎ基準に定めることができ、ひいてはフォトカプラ２６を介した信号の出力機会を増大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。

・上記各実施形態においては、スイッチング素子２４として、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタを想定したが、これに限らず、例えばＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ等であってもよい。

・上記第４の実施形態において、マルチプレクサＭＰＸを迂回して且つブロックＢｎの負極とフローティング電源２２の負極とを接続する経路を開閉する開閉手段を備える代わりに、マルチプレクサＭＰＸを迂回して且つブロックＢｎの正極とフローティング電源２２の正極とを接続する経路を開閉する開閉手段を備えてもよい。この場合、スイッチング素子２４を、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタや、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタにて構成することが望ましい。

・上記第１〜３の実施形態において、スイッチング素子２４として高耐圧のものを用いるなら、スイッチング素子Ｓｅを備えなくてもよい。

・上記第１〜第３の実施形態において、スイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄを削除してもよい。この場合であっても、電圧検出期間Ｄの後であって、フライングキャパシタ１２及びフローティング電源２２の充電期間Ｃｆ／Ｃｐに再度なる以前に、フォトカプラ２６を介した信号の出力期間Ｏを設けるなら、電圧検出期間Ｄにおいてフライングキャパシタ１２の電荷がフォトカプラ２６によって消費されることはない。このため、電圧検出期間Ｄにおいて、フライングキャパシタ１２の充電電圧をブロック電圧とすることができるため、電圧検出処理を適切に行うことができる。なお、この際には、フライングキャパシタ１２とフローティング電源２２とを共有化してもよい。

・上記第３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１の実施形態を変更してもよい。

・上記第２、３の実施形態では、ブロック電圧検出の１周期において、最も電圧の高いブロックに限って、これを用いてフローティング電源２２を充電したがこれに限らない。例えば、電圧の高い２個以上のブロックを用いてフローティング電源２２を充電してもよい。これは、上記電圧の高いブロックとフライングキャパシタ１２との接続期間よりも、このブロックとフローティング電源２２との接続期間の方が短くなるようにスイッチング素子Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｆ，Ｓｇを操作することで行うことができる。

・上記第４の実施形態では、フライングキャパシタ１２の充電とともに必ずフローティング電源２２を充電し、それに引き続く期間において必ずフォトカプラ２６を介した信号の出力期間Ｏを設けたがこれに限らない。例えば、電圧の高いブロックによるフライングキャパシタ１２の充電期間に限って、このブロックによってフローティング電源２２を充電してもよい。

・上記各実施形態では、フライングキャパシタ１２よりも電圧検出回路１４側に給電ラインＬｃ，Ｌｄを接続したがこれに限らず、フライングキャパシタ１２とマルチプレクサＭＰＸとの間を接続してもよい。この場合、検出線Ｌａ，Ｌｂの抵抗値よりも給電ラインＬｃ，Ｌｄの抵抗値を小さく設定しておいてもよい。すなわち、上述したようにフローティング電源２２の静電容量は、フライングキャパシタ１２の静電容量よりも大きいため、上記各実施形態では、フライングキャパシタ１２の充電所要時間がフローティング電源２２の充電速度によって制限されるおそれがある。これに対し、上記態様にて抵抗値を設定するなら、フライングキャパシタ１２及びフローティング電源２２の充電期間を短縮することができる。

・上記各実施形態において、監視ユニットＵｎの出力端子に１次側が接続されるフォトカプラを更に備え、このフォトカプラの２次側に流れる電流によってスイッチング素子２４を操作するようにしてもよい。この場合、監視ユニットＵｎの電力消費量が多くなることには相違ないが、監視ユニットＵｎの電力がフォトカプラによって消費される際に、マルチプレクサＭＰＸの操作によって選択されたブロックの電力をフォトカプラ２６によって消費させることができる。

・上記各実施形態では、組電池１０を構成する全ブロックについてこれを監視対象とする監視ユニットＵ１〜Ｕｎのそれぞれによる状態の監視結果を、監視ユニットＵｎから低圧側に出力する構成としたがこれに限らない。換言すれば、監視結果の伝達経路で接続された監視ユニットを、組電池１０を構成する全ブロックについてこれを監視対象とする監視ユニットＵ１〜Ｕｎの全てとするものに限らない。信号を低圧側に出力する監視ユニットが複数となる場合であっても、これら各監視ユニットの出力信号を低圧側に出力する光絶縁素子の１次側への電力供給源として、複数のブロックを用いることができるようにすることは有効である。

・給電ラインＬｃ，Ｌｄと２個以上のブロックとを選択的に接続する選択手段としては、フライングキャパシタ１２の充電用のマルチプレクサＭＰＸを備えて構成されるものに限らない。選択手段を、ブロック電圧検出手段の部品を流用することなく構成する場合であっても、フォトカプラ２６の１次側の電力消費に起因したブロック間の容量のばらつきを低減することはできる。

・監視ユニットＵｉの監視対象としては、各電池セルの過充電や、過放電に限らない。例えば隣接する複数の電池の平均容量の過充電や過放電であってもよい。また、ブロックに代えて、単一の電池セルを監視対象としてもよい。

・電池セルとしては、リチウムイオン２次電池等の２次電池に限らず、例えば燃料電池等であってもよい。

・上記各実施形態では、ハイブリッド車に本発明を適用したがこれに限らず、例えば電気自動車に適用してもよい。

１０…組電池、１２…フライングキャパシタ、２２…フローティング電源、２４…スイッチング素子、２６…フォトカプラ、ＭＰＸ…マルチプレクサ、Ｓ１〜Ｓｎ、Ｓａ〜Ｓｈ…スイッチング素子。

Claims

１又は隣接する複数個の電池セルである単位電池が複数直列に接続された組電池について、前記組電池を構成する２個以上の単位電池のそれぞれの状態を監視する監視ユニットであって且つ、上流に対応するものから下流に対応するものへと順次信号を伝達させる通信線によって互いに接続される監視ユニットを備え、信号伝達の最下流の監視ユニットにより、光絶縁手段の１次側の通電操作がなされることで２次側から前記状態の監視結果に応じた信号を出力する組電池の状態監視装置において、
前記組電池を構成する任意の複数の単位電池のうちのいずれかと前記光絶縁手段の１次側とを選択的に接続する選択手段と、
前記単位電池の電圧検出用のキャパシタと、
前記電圧検出用のキャパシタの充電電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出用のキャパシタ及び前記電圧検出手段間を開閉する低電圧側開閉手段と、を備え、
前記選択手段は、前記電圧検出用のキャパシタ及び前記単位電池間を開閉する高電圧側開閉手段を備えて構成されることを特徴とする組電池の状態監視装置。
前記光絶縁手段の１次側の一対の入力端子に並列接続されるキャパシタを更に備え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。
前記光絶縁手段の１次側の通電操作を、該通電操作用の絶縁手段を介して前記最下流の監視ユニットの出力信号によって行う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。
前記電圧検出用のキャパシタ及び前記光絶縁手段間を開閉する出力用開閉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状態監視装置。
前記選択手段は、電位の隣接する単位電池のうちの高電位側のものの負極端子と低電位側のものの正極端子とのそれぞれを前記電圧検出用のキャパシタに接続するための電気経路を共有化するものであり、
前記出力用開閉手段は、前記電圧検出用のキャパシタの一方及び他方の電極のそれぞれを前記光絶縁手段の１次側の一方及び他方の入力端子のそれぞれに接続する第１の接続状態と、前記電圧検出用のキャパシタの一方及び他方の電極のそれぞれを前記光絶縁手段の１次側の他方及び一方の入力端子のそれぞれに接続する第２の接続状態とを実現可能な手段であることを特徴とする請求項４記載の組電池の状態監視装置。