JP5479270B2 - 電池の状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の検出対象電池の電圧を検出する電池の状態監視装置に関する。

この種の状態監視装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、燃料電池を構成する複数の電池セルのうちの１つをマルチプレクサによってＡ／Ｄ変換器に選択的に接続するものも提案されている。

特開平１１−３４５６２２号公報

ところで、電池の状態監視装置に対する要求としては、複数の電池セルのそれぞれの電圧値の全てを検出するものに限らない。例えば電池セルに異常が生じることでその電池セルの電圧が低下する場合、複数の電池セルの電圧のうちの最低値に関する情報によって、複数の電池セルの異常の有無を監視することができる。同様に、例えば電池セルが燃料電池の場合、燃料ガスの供給を停止制御しているときに意図せぬ発電がなされる異常については、複数の電池セルの電圧の最高値に関する情報によって診断することができる。

ただし、このように最大値や最小値を検出するものにあっても、その検出系に異常が生じる場合には、電池セルの状態の監視の信頼性が低下する。

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、複数の検出対象電池の状態をより適切に監視することのできる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、およ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、複数の検出対象電池の電圧を検出する電池の状態監視装置において、前記複数の検出対象電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池を構成するものであり、基準電圧を出力する基準電圧出力手段と、複数の入力信号のそれぞれを共通の基準電位の電圧に変換して出力する電位変換手段を備えて且つ、該電位変換手段の出力電圧のうちの最小値および最大値の少なくとも一方の検出結果信号を出力する電圧出力手段と、前記電位変換手段の入力信号を、前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとするか前記基準電圧とするかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、複数の検出対象電池の情報のうち特に要求される度合いが大きい情報である最小値や最大値に関する情報を取得することができるため、複数の検出対象電池の状態を簡易且つ適切に監視することができる。さらに、選択手段を備えることで、電圧出力手段の出力信号の値や、出力信号に対応する検出対象電池を特定することができる。このため、電池セルや電圧出力手段等の異常の有無を適切に診断することもできる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記基準電圧は、前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとして想定し得ない電圧に設定されていることを特徴とする。

上記発明では、電圧出力手段の出力信号が、検出対象電池に応じたものであるときと基準電圧に応じたものであるときとで相違するため、これらのきりわけが容易である。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記選択手段は、前記入力信号を前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとするか前記基準電圧とするかの選択を、前記複数の検出対象電池のそれぞれについて各別に行なうものであり、前記基準電圧は、前記複数の検出対象電池のうちの特定の１つに関する電圧のみが前記電圧出力手段の入力として選択されて且つ残りの検出対象電池の代わりに前記基準電圧が前記電圧出力手段の入力として選択される状況下、正常時においては前記電圧出力手段の出力が前記特定の検出対象電池の電圧に応じたものとなるように設定されており、前記状況下、前記電圧出力手段の出力が前記基準電圧とは相違するものであることを条件に前記特定の１つと前記電圧出力手段との接続が正常であると診断する診断手段を備えることを特徴とする。

上記状況下、電圧出力手段と特定の１つとの接続が正常であれば、電圧出力手段の出力は、特定の１つの電圧に応じたものとなると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、診断手段を構成した。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記選択手段は、前記入力信号を前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとするか前記基準電圧とするかの選択を、前記複数の検出対象電池のそれぞれについて各別に行なうものであり、前記基準電圧は、前記電位出力手段の入力として前記複数の検出対象電池に関する電圧のうちの特定の１つのみが除かれて代わりに前記基準電圧が選択される状況下、正常時においては前記電圧出力手段の出力が前記基準電圧に応じたものとなるように設定されており、前記状況下、前記電圧出力手段の出力が前記基準電圧とは相違するものであることを条件に前記電圧出力手段に異常がある旨診断する診断手段を備えることを特徴とする。

上記状況下、電圧出力手段が正常なら、電圧出力手段の出力は、基準電圧に応じたものとなると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、診断手段を構成した。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記診断手段により異常がある旨診断される場合、前記電圧出力手段の出力のずれを学習する学習手段と、前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかが前記入力信号とされる際に、前記電圧出力手段の出力を前記ずれに基づき補正する補正手段とをさらに備えることを特徴とする。

上記発明では、学習手段を備えることで、検出対象電池の電圧の検出精度を向上させることができる。

請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記電圧出力手段の入力として前記検出対象電池に関する電圧が選択されているときに前記電圧出力手段の出力が前記検出対象電池の電圧に応じたものとして想定外のものであるか否かを診断する診断手段と、該診断手段によって想定外のものであると診断される場合、前記電圧出力手段の入力を前記基準電圧に切り替え、該切り替え後の電圧が前記基準電圧に応じたものであるか否かに応じて前記検出対象電池の異常であるか前記電圧出力手段の異常であるかを識別する識別手段をさらに備えることを特徴とする。

検出対象電池の電圧が選択されているときの電圧出力手段の出力が想定外のものである場合、その要因としては、検出対象電池の異常に加えて電圧出力手段自体の異常が考えられる。この点、上記発明では、識別手段を備えることで、異常の要因を特定することができる。

請求項７記載の発明は、請求項３〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記診断手段は、前記検出対象電池の出力電流が所定以下となることを条件に前記診断を行なうことを特徴とする。

上記発明では、複数の検出対象電池の電圧同士がばらつきにくいと想定される期間等に異常の有無を診断することができ、ひいては診断精度を向上させることができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記組電池は、前記電位変換手段によって１の基準電位の電圧に変換される複数の検出対象電池を複数組備えて且つ、これら各組の検出対象電池の電圧は、互いに相違する基準電位の電圧に前記電位変換手段によって変換されることを特徴とする。

上記発明では、組電池内の電位差が大きくなる場合であっても、電位変換手段に要求される耐圧を低減することができる。

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監視ユニットの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる接続異常の有無の診断処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる検出系異常の有無を診断処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる異常の有無を診断処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。 第４の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる電池の状態監視装置を車載主機の電力源としての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、車載主機としての電動機（図示略）に対する電力供給源である。組電池１０は、燃料電池によって構成される電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）の直列接続体である。電池セルＣｉｊは、全て同一仕様であり、個体差や経年変化を除き端子電圧が等しくなるものである。電池セルＣｉｊは、隣接するｎ個ずつでグループ化され、ブロックＢｉを構成している。各ブロックＢｉの状態は、監視ユニットＵｉによって監視される。

上記組電池１０や監視ユニットＵｉは、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムを構成するものである。監視ユニットＵｉは、ブロックＢｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの電圧のうちの最小値（ブロック内最小値ＭＩＮｉ）を、フォトカプラ２２を介して低電圧システムを構成する制御装置２４に出力し、ブロックＢｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの電圧のうちの最大値（ブロック内最大値ＭＡＸｉ）を、フォトカプラ２３を介して制御装置２４に出力する。詳しくは、これらブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉがブロックＢｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの最小値や最大値を示すのは、制御装置２４からフォトカプラ２０を介して監視ユニットＵｉに出力される切替信号ＳＳｉが全電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎを選択しているときである。

上記制御装置２４は、低電圧バッテリ４０を電源とする。また、監視ユニットＵｉは、低電圧バッテリ４０の電力を入力とするフライバックコンバータ４２を電源とする。すなわち、フライバックコンバータ４２は、２次側コイル４４をｍ個備えており、これらの出力電圧がダイオードを介して各監視ユニットＵｉにそれぞれ印加される。

図２に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。

図示されるように、各電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの一対の電極は、マルチプレクサＭＰＸを介して各電位変換回路５０のそれぞれの一対の入力端子に接続され、これにより、各電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの電圧が同一の電位基準の電圧に変換される。電位変換回路５０は、オペアンプ５１を備えて構成される差動増幅回路である。すなわち、非反転入力端子に抵抗体５３が接続され、反転入力端子に抵抗体５５が接続され、抵抗体５３と非反転入力端子との間に抵抗体５７が接続されている。そして、反転入力端子と出力端子との間に抵抗体５９が接続されている。ここで、上記抵抗体５７のうち、抵抗体５３と非反転入力端子との接続側でない方は、基準電位とされる。なお、図２では、基準電位として、フライバックコンバータ４２の負極側の出力端子の電位を例示している。

上記電位変換回路５０の各出力は、ダイオード６０のカソードに接続され、これら一対のダイオード６０のアノード同士は接続（短絡）されている。このアノード同士の接続点の電圧は、電位変換回路５０の出力電圧の最小値（より正確には、最小値よりもダイオード６０の電圧降下だけ高い値）となる。そしてこれらアノード同士の接続点の電圧がコンパレータ７０の非反転入力端子に印加され、コンパレータ７０の反転入力端子には、発振器７２の出力する周期電圧信号（キャリア）が印加されている。これにより、コンパレータ７０の出力は、アノード同士の接続点の電圧をキャリアによってＰＷＭ処理したものとなる。このコンパレータ７０の出力が、ブロック内最小値ＭＩＮｉである。

また、上記電位変換回路５０の各出力は、ダイオード６１のアノードに接続され、これら一対のダイオード６１のカソード同士は接続（短絡）されている。このカソード同士の接続点の電圧は、電位変換回路５０の出力電圧の最大値（より正確には、最大値よりもダイオード６１の電圧降下だけ低い値）となる。そしてこれらカソード同士の接続点の電圧がコンパレータ７１の非反転入力端子に印加され、コンパレータ７１の反転入力端子には、発振器７３の出力する周期電圧信号（キャリア）が印加されている。これにより、コンパレータ７１の出力は、カソード同士の接続点の電圧をキャリアによってＰＷＭ処理したものとなる。このコンパレータ７１の出力が、ブロック内最大値ＭＡＸｉである。

上記マルチプレクサＭＰＸは、電池セルＣｉｊの正極電圧と、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ８６の出力電圧とのいずれか一方を選択的に出力するものであり、この際、電池セルＣｉｊの負極電位と、電池セルＣｉｎの負極電位とのいずれか一方が選択的に出力されるものである。ここで、マルチプレクサＭＰＸは、上記切替信号ＳＳｉによって操作される。上記ボルテージフォロワを構成するオペアンプ８６の非反転入力端子には、電源８０（フライバックコンバータ４２の２次側コイル４４側）の電圧が抵抗体８２，８４によって分圧されたものが印加されている。これにより、ボルテージフォロワは、電源８０の電圧を抵抗体８２，８４によって分圧した電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。ここで、本実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆとして、電池セルＣｉｊが正常であるときに取りうる最小値よりも小さい値を設定している。なお、基準電圧Ｖｒｅｆの精度を向上させるうえで、フライバックコンバータ４２の出力電圧をシリーズレギュレータによって降圧したものを電源８０としてもよい。

こうした構成によれば、電位変換回路５０の出力電圧を、電池セルＣｉｊに応じたものとすることができるのみならず、基準電圧Ｖｒｅｆに応じたものとすることもできる。以下、この基準電圧Ｖｒｅｆの利用手法を示す。

図３は、本実施形態にかかる電池セルＣｉｊと電位変換回路５０との接続が正常であるか否かを診断する処理の手順を示す。この処理は、制御装置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、組電池１０の出力電流Ｉが閾値電流Ｉｔｈ以下であるか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊの電圧が過度に小さくなる状況にないか否かを判断するものである。そして、ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１２において、ブロックＢｉ内の電池セルＣｉｊの番号を示す変数ｊを「１」とする。続くステップＳ１４においては、マルチプレクサＭＰＸにおいて、電池セルＣｉｊを選択するとともに、これ以外については、電池セルに代えて基準電圧Ｖｒｅｆを選択する。

続くステップＳ１６においては、ブロック内最大値ＭＡＸｉが最小側閾値Ｖｍｉｎと最大側閾値Ｖｍａｘとの間にあるか否かを判断する。ここで、最小側閾値Ｖｍｉｎは、電池セルＣｉｊが正常である場合にとりうると想定される下限値以下に設定され、最大側閾値Ｖｍａｘは、電池セルＣｉｊが正常である場合にとりうると想定される上限値以上に設定される。この処理は、電池セルＣｉｊが電位変換回路５０に正常に接続されているか否かを診断するためのものである。すなわち、電池セルＣｉｊが正常に接続されている場合、ブロック内最大値ＭＡＸｉは電池セルＣｉｊの電圧となると考えられるため、最小側閾値Ｖｍｉｎと最大側閾値Ｖｍａｘとの間となると考えられる。

ステップＳ１６において肯定判断される場合、ステップＳ１８において電池セルＣｉｊと電位変換回路５０との接続が正常である旨診断する。これに対し、ステップＳ１６において否定判断される場合、ステップＳ２０において、電池セルＣｉｊと電位変換回路５０との接続が異常である旨診断する。

ステップＳ１８、Ｓ２０の処理が完了する場合、ステップＳ２２に移行し、変数ｊが「ｎ」であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２４において変数ｊをインクリメントしてステップＳ１４に戻る。これに対し、ステップＳ２２において肯定判断される場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図４に、本実施形態にかかる電位変換回路５０のゲイン異常等の異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置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、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１２の処理の後、ステップＳ３０において、マルチプレクサＭＰＸによって電池セルＣｉｊ以外の電池セルを選択するとともに、電池セルＣｉｊに代えて基準電圧Ｖｒｅｆを選択する。続くステップＳ３２においては、ブロック内最小値ＭＩＮｉと基準電圧Ｖｒｅｆとの差Δｉｊの絶対値が閾値ΔｔｈＨ以上であるか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊに対応する電位変換回路５０のゲイン（入力電圧に対する出力電圧の変換比）の異常の有無を診断するためのものである。ここで閾値ΔｔｈＨは、電位変換回路５０の個体差や経年変化によるゲインばらつきとして許容できない値の下限値とされる。そしてステップＳ３２において肯定判断される場合、ステップＳ３４において電位変換回路５０のゲイン異常である旨診断する。

一方、ステップＳ３２において否定判断される場合、ステップＳ３６に移行し、差Δｉｊの絶対値が閾値ΔｔｈＨよりも小さい閾値ΔｔｈＬ以上であるか否かを判断する。ここで、閾値ΔｔｈＬは、電位変換回路５０のゲインの誤差を補償することが望まれる下限値とされる。これは、制御装置２４によるブロック内最小値ＭＩＮｉ等の電圧の解像度等に基づき定まるものである。すなわち、閾値ΔｔｈＬは、制御装置２４の最小分解能程度に設定される。ステップＳ３６において肯定判断される場合、ステップＳ３８において、差Δｉｊを電池セルＣｉｊ用の電位変換回路５０の出力誤差として学習し、制御装置２４の主電源の状態にかかわらずデータを保持する記憶手段（先の図１に示した制御装置２４のＥＥＰＲＯＭ２４ａ）に記憶する。これにより、電池セルＣｉｊの電圧の検出時において、この差Δｉｊを用いることで電池セルＣｉｊを高精度に検出することができる。ここで、電池セルＣｉｊの電圧の検出値は、例えば先の図３のステップＳ１４と同様の処理時におけるブロック内最大値ＭＡＸｉとすればよい。

なお、上記ステップＳ３４、Ｓ３８の処理が完了する場合や、ステップＳ１０、Ｓ３６において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

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）電位変換回路５０の入力を、電池セルＣｉｊの電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとで切替可能とした。これにより、監視ユニットＵｉの検出系の異常等を検出することができる。

（２）基準電圧Ｖｒｅｆを、電池セルＣｉｊの正常時の電圧として想定しえない小さい値に設定した。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆを選択することで、ブロック内最小値ＭＩＮｉとして基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電圧を出力させることができる。

（３）電位変換回路５０の入力として、電池セルＣｉｊのみが選択され、残りの電池セルに代えて基準電圧Ｖｒｅｆが選択される際のブロック内最大値ＭＡＸｉに基づき、電池セルＣｉｊと電位変換回路５０との接続が正常か否かを診断した。これにより、接続異常の有無を好適に診断することができる。

（４）電位変換回路５０の入力として、電池セルＣｉｊ以外の電池セルが選択されて且つ電池セルＣｉｊに代えて基準電圧Ｖｒｅｆが選択される状況下、ブロック内最小値ＭＩＮｉに基づき電池セルＣｉｊ用の電位変換回路５０のゲイン異常の有無を診断した。これにより、ゲイン異常の有無を好適に診断することができる。

（５）上記電池セルＣｉｊ用の電位変換回路５０のゲイン異常が小さい場合、電位変換回路５０の出力電圧のずれを学習した。これにより、電池セルＣｉｊの電圧を高精度に検出することが可能となる。

（６）組電池１０の出力電流Ｉが閾値電流Ｉｔｈ以下となることを条件に診断を行なった。これにより、診断精度を向上させることができる。

（７）複数の検出対象電池を、いずれも同一個数の電池セルとした。これにより、電位変換回路５０等の構成を同一としつつも、最小値に関する信号を適切に生成することができる。

（８）ブロックＢ１〜Ｂｍのそれぞれの電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎが、電位変換回路５０によって互いに共通の基準電位の電圧に変換されて且つ、ブロック毎に基準電位を相違させた。これにより、電位変換回路５０に要求される耐圧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、基準電圧Ｖｒｅｆを、電池セルＣｉｊの正常時において想定しえない高電圧に設定する。

図５に、本実施形態にかかる異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置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Ｓ４０において、組電池１０の出力電流Ｉが閾値電流Ｉｔｈ以下であるか否かを判断する。この処理は、先の図３のステップＳ１０の処理と同様の趣旨で設けられたものである。ステップＳ４０において肯定判断される場合、ブロックＢｉ内の全電池セルＣｉｊがマルチプレクサＭＰＸによって選択される状況下、ブロック内最小値ＭＩＮｉが最小側下限値Ｖｍｉｎよりも小さいか否かを判断する。そしてステップＳ４２において肯定判断される場合、ステップＳ４４において、ブロックＢｉ内の電池セルＣｉｊの番号を示す変数ｊを「１」とする。続くステップＳ４６においては、電池セルＣｉｊ用の電位変換回路５０の入力を基準電圧Ｖｒｅｆに切り替える。そして、ステップＳ４８において、ブロック内最小値ＭＩＮｉが最小側閾値Ｖｍｉｎよりも小さいか否かを判断する。この処理は、ステップＳ４２においてブロック内最小値ＭＩＮｉが最小側閾値Ｖｍｉｎよりも小さくなった要因が、電池セルＣｉｊ用の電位変換回路５０の異常なのか電池セルＣｉｊ自体の異常なのかを判断するためのものである。すなわち、電池セルＣｉｊ自体の異常である場合には、基準電圧Ｖｒｅｆに切り替えることで、ブロック内最小値ＭＩＮｉが最小側閾値Ｖｍｉｎ以上となると考えられる。

ステップＳ４８において肯定判断される場合、ステップＳ５０において電池セルＣｉｊの異常がある旨診断する。一方、ステップＳ４８において否定判断される場合、ステップＳ５２において、変数ｊが「ｎ」であるか否かを判断する。ステップＳ５２において否定判断される場合、ステップＳ５４において変数ｊをインクリメントしてステップＳ４６に戻る。これに対し、ステップＳ５２において肯定判断される場合、ステップＳ５６において電位変換回路５０の異常である旨診断する。

なお、ステップＳ５０、Ｓ５６の処理が完了する場合や、ステップＳ４０，Ｓ４２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の上記（１）、（２）、（６）〜（８）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（９）ブロック内最小値ＭＩＮｉが最小側閾値Ｖｍｉｎよりも小さい場合、電池セルＣｉｊを基準電圧Ｖｒｅｆに順次切り替えることで、電池セルＣｉｊの異常であるか電位変換回路５０の異常であるかを判断した。これにより、異常の要因を好適に特定することができる。
＜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監視ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図６において、先の図２に示した部材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、電位変換回路５０に入力する一対の基準電圧ＶｒｅｆＨ，ＶｒｅｆＬをともに電源８０の電圧の分圧値とする。すなわち、電源８０の電圧を抵抗体８２，８４によって分圧したものを基準電圧ＶｒｅｆＨとするとともに、電源８０の電圧を抵抗体９０，９２によって分圧したものを基準電圧ＶｒｅｆＬとしてボルテージフォロワを構成するオペアンプ９４の非反転入力端子に印加する。
＜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７に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図７において、先の図２に示した部材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。

本実施形態では、基本的には、検出対象電池を、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）（ｋ＝１〜ｎ−２）とする。すなわち、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）の両端の電圧が、各別の電位変換回路５０に入力される。ただし、本実施形態では、ブロックＢｉの電池セル数として奇数を想定しており、このため、電池セルＣｉｎについては、これが単独で検出対象電池となり、その両端の電圧が電位変換回路５０に入力される。

この際、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０と電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０とのゲインを相違させる。詳しくは、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０の抵抗体５３，５５の抵抗値Ｒ１を、電池セルＣｉｎの電位変換回路５０の抵抗体５３，５５の抵抗値Ｒ３の２倍とする。

これにより、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０は、電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０と比較して、入力電圧の出力電圧への変換比が「１／２」となる。このため、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０のそれぞれの出力と、電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０の出力とを、同一数の電池セル当たりの電圧に規格化することができる。

ただし、この場合、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０に入力する基準電圧Ｖｒｅｆ１と、電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０に入力する基準電圧Ｖｒｅｆ２とを相違させる。図では、電源８０の電圧を抵抗体８２，８４によって分圧したものと、抵抗体１００，１０２によって分圧したものとをそれぞれ基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２としている（実際には、これらをボルテージフォロワを構成するオペアンプ８６，１０６の非反転入力端子に印加した場合の出力をマルチプレクサＭＰＸの入力としている）。
＜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。
「電圧出力手段について」
電圧出力手段としては、電位変換回路の出力電圧の最大値および最小値の双方の検出結果信号を出力するものに限らず、例えば最小値の検出結果信号のみを出力するものであってもよい。

最小値や最大値に対応する電圧信号を選択的に出力する手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、電位変換回路５０の全ての出力を取り込みそのいずれか１つを選択的に出力するマルチプレクサを備える構成であってもよい。この場合、電位変換回路５０の一対の出力電圧同士の大小を比較するコンパレータを複数用いることで電圧が最も低い（高い）ものを特定し、この特定結果に応じてマルチプレクサを操作すればよい。

さらに、例えば先の図２等において、電位変換回路５０の出力信号とキャリアとの大小比較に基づき、このアナログ電圧信号を論理「Ｈ」および論理「Ｌ」の２値信号（ＰＷＭ信号）に変調し、この２値信号の論理和または論理積によって最大値や最小値の検出結果信号を生成してもよい。
「基準電圧出力手段について」
基準電圧Ｖｒｅｆの設定としては上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、上記第１の実施形態において、基準電圧Ｖｒｅｆを、電池セルＣｉｊが正常である場合の電圧の上限Ｖｍａｘよりも大きくしてもよい。この場合、先の図３に示した処理において、ステップＳ１６のブロック内最大値ＭＡＸｉをブロック内最小値ＭＩＮｉに変更することで、電池セルＣｉｊの接続異常の有無を診断することができる。また、先の図４に示した処理において、ステップＳ３２のブロック内最小値ＭＩＮｉをブロック内最大値ＭＡＸｉに変更することで、検出系の異常の有無を診断することができる。

また、基準電圧Ｖｒｅｆとしては、電池セルＣｉｊが正常である場合の電圧の上限Ｖｍａｘよりも大きい値や下限Ｖｍｉｎよりも小さい値に限らない。例えばこれらの間の値であってもよい。この場合であっても、例えば上記第２の実施形態において、異常原因を特定することはできる。

さらに、１の電位変換回路５０に入力可能とされる基準電圧Ｖｒｅｆは、単一ではなく複数の相違する値であってもよい。ここでは、電池セルＣｉｊが正常である場合の電圧の上限Ｖｍａｘよりも大きい値と下限Ｖｍｉｎよりも小さい値との一対の値であることが望ましい。
「選択手段について」
選択手段としては、電位変換回路５０毎に、その入力を、検出対象電池とするか基準電圧とするかを各別に選択するものに限らない。例えば一対の電位変換回路５０毎に選択するものであってもよく、またブロックＢｉ内において一律いずれか一方を選択するものであってもよい。
「診断実行条件について」
診断実行条件としては、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Ｃｉｊの電圧のばらつきが小さいと想定される状況を条件とする場合、この条件として、電池セルＣｉｊへの燃料ガスの充填量が多いときとの条件を加えてもよい。
「診断手段について」
診断手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、先の図３のステップＳ１４の処理の後、ブロック内最小値ＭＩＮｉに基づき、電池セルＣｉｊ自体の異常の有無を診断するものであってもよい。
「学習手段について」
学習手段としては、ずれ自体を記憶するものに限らない。例えば電位変換回路５０の実際の出力値自体を記憶するものであってもよい。
「絶縁手段について」
高電圧システムと低電圧システムとの絶縁を維持しつつ信号を伝播させる光絶縁素子としては、フォトカプラに限らず、フォトＭＯＳリレー等であってもよい。また光絶縁素子に限らず、例えば、トランス等の磁気絶縁素子であってもよい。
「電位変換手段について」
電位変換回路５０の基準電位としては、フライバックコンバータ４２の負極側出力端子の電位に限らない。

電位変換手段としては、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Ｃｉ１〜Ｃｉ（ｎ−１）のそれぞれの電圧を電流に変換する電流変換手段と、この電流を電池セルＣｉｎの負極電位基準の電圧に変換する抵抗体等の電圧変換手段とを備えるものであってもよい。

電位変換手段に入力される電池セルＣｉｊの電圧に応じた信号としては、電池セルＣｉｊの端子電圧に限らず、例えばこれを抵抗体によって分圧したものであってもよい。
「検出対象電池について」
検出対象電池としては、１の電池セルまたは２個直列接続された電池セルに限らない。例えば３つ以上の直列接続された電池セルであってもよい。また、電池セルとしては、燃料電池に限らず、例えば２次電池であってもよい。ここで、２次電池としてリチウムイオン２次電池等を採用するなら、その充電状態を厳密に監視する要求が高いため、電圧の最大値および最小値を上記態様にて監視することが特に有効である。
（そのほか）
・監視ユニットＵｉの電源としては、フライバックコンバータ４２に限らない。例えば、各ブロックＢｉであってもよい。この場合であっても、組電池１０の電圧が安定した後に最小電圧等を監視することなどはできる。また、組電池１０を２次電池とする場合には、こうした構成であっても常時電圧を監視することができる。

１０…組電池、２４…制御装置、５０…電位変換回路、Ｕｉ…監視ユニット、Ｃｉｊ…電池セル。

Claims (8)

1. 複数の検出対象電池の電圧を検出する電池の状態監視装置において、
   前記複数の検出対象電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池を構成するものであり、
   基準電圧を出力する基準電圧出力手段と、
   複数の入力信号のそれぞれを共通の基準電位の電圧に変換して出力する電位変換手段を備えて且つ、該電位変換手段の出力電圧のうちの最小値および最大値の少なくとも一方の検出結果信号を出力する電圧出力手段と、
   前記電位変換手段の入力信号を、前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとするか前記基準電圧とするかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする電池の状態監視装置。
2. 前記基準電圧は、前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとして想定し得ない電圧に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電池の状態監視装置。
3. 前記選択手段は、前記入力信号を前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとするか前記基準電圧とするかの選択を、前記複数の検出対象電池のそれぞれについて各別に行なうものであり、
   前記基準電圧は、前記複数の検出対象電池のうちの特定の１つに関する電圧のみが前記電圧出力手段の入力として選択されて且つ残りの検出対象電池の代わりに前記基準電圧が前記電圧出力手段の入力として選択される状況下、正常時においては前記電圧出力手段の出力が前記特定の検出対象電池の電圧に応じたものとなるように設定されており、
   前記状況下、前記電圧出力手段の出力が前記基準電圧とは相違するものであることを条件に前記特定の１つと前記電圧出力手段との接続が正常であると診断する診断手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電池の状態監視装置。
4. 前記選択手段は、前記入力信号を前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかとするか前記基準電圧とするかの選択を、前記複数の検出対象電池のそれぞれについて各別に行なうものであり、
   前記基準電圧は、前記電圧出力手段の入力として前記複数の検出対象電池に関する電圧のうちの特定の１つのみが除かれて代わりに前記基準電圧が選択される状況下、正常時においては前記電圧出力手段の出力が前記基準電圧に応じたものとなるように設定されており、
   前記状況下、前記電圧出力手段の出力が前記基準電圧とは相違するものであることを条件に前記電圧出力手段に異常がある旨診断する診断手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電池の状態監視装置。
5. 前記診断手段により異常がある旨診断される場合、前記電圧出力手段の出力のずれを学習する学習手段と、
   前記複数の検出対象電池の両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかが前記入力信号とされる際に、前記電圧出力手段の出力を前記ずれに基づき補正する補正手段とをさらに備えることを特徴とする請求項４記載の電池の状態監視装置。
6. 前記電圧出力手段の入力として前記検出対象電池に関する電圧が選択されているときに前記電圧出力手段の出力が前記検出対象電池の電圧に応じたものとして想定外のものであるか否かを診断する診断手段と、
   該診断手段によって想定外のものであると診断される場合、前記電圧出力手段の入力を前記基準電圧に切り替え、該切り替え後の電圧が前記基準電圧に応じたものであるか否かに応じて前記検出対象電池の異常であるか前記電圧出力手段の異常であるかを識別する識別手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の電池の状態監視装置。
7. 前記診断手段は、前記検出対象電池の出力電流が所定以下となることを条件に前記診断を行なうことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の電池の状態監視装置。
8. 前記組電池は、前記電位変換手段によって１の基準電位の電圧に変換される複数の検出対象電池を複数組備えて且つ、これら各組の検出対象電池の電圧は、互いに相違する基準電位の電圧に前記電位変換手段によって変換されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池の状態監視装置。

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