JP5535531B2 - 断線検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、断線検出装置に係り、特に、互いに直列接続された複数の単位セルを複数に分割して得たブロックのうち互いに隣接して接続された上位ブロック及び下位ブロックの接続点と、前記上位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の接地端子及び下位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の電源端子の両端子と、の間に接続された電線の断線を検出する断線検出装置に関するものである。
近年、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（以下ＨＥＶ）が普及してきている。このＨＥＶは、上記エンジン始動用の１２Ｖ程度の低圧バッテリと、上記電動モータ駆動用の高圧バッテリと、の２種類のバッテリを備えている。上述した高圧バッテリは、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池を単位セルとして、この単位セルを複数直列接続して高電圧を得ている。
上述した高圧バッテリは充放電を繰り返すうちに各単位セルの両端電圧、即ち充電状態（ＳＯＣ）にばらつきが生じる。バッテリの充放電にあたっては、各単位セルの耐久性や安全確保の観点より、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も高い単位セルが設定上限ＳＯＣ（又は上限両端電圧値）に到達した時点で充電を禁止し、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も低い単位セルが設定下限ＳＯＣ（又は下限両端電圧値）に到達した時点で放電を禁止する必要がある。従って、各単位セルにＳＯＣのバラツキが生じると、実質上、バッテリの使用可能容量が減少することになる。このため、ＨＥＶにおいては、登坂時にガソリンに対してバッテリエネルギーを補充したり、降坂時にバッテリにエネルギーを回生したりする、いわゆるアシスト・回生が不十分となり、実車動力性能や燃費を低下させることになる。そこで、各単位セルのＳＯＣを均等化するために、各単位セルの両端電圧を検出する必要がある。
従来では複数の単位セルを複数のブロックに分割して、ブロック毎に電圧検出ＩＣ（電圧検出手段）を設けて、この電圧検出ＩＣによって対応するブロックを構成する各単位セルの両端電圧を検出していた。また、電圧検出ＩＣを構成するデバイスの耐圧を下げるために電圧検出ＩＣは、対応するブロックから電源供給を受けて動作するように設けられている。即ち、電圧検出ＩＣは、対応するブロックの最上位単位セルの正電位を電源電位とし、対応するブロックの最下位単位セルの負電位を接地電位とするように設けられている。
上述した構成によれば、互いに隣接する上位ブロック及び下位ブロック間の接続点は、電線によって上位ブロックに対応する電圧検出ＩＣの接地端子及び下位ブロックに対応する電圧検出ＩＣの電源端子の両端子に接続されている。上記電線に断線が生じると、上位ブロックの最下位単位セル及び下位ブロックの最上位単位セルの両端電圧が検出できなくなる。また、上記電線が断線しても、上位ブロックに対応する電圧検出ＩＣの接地端子及び下位ブロックに対応する電圧検出ＩＣの電源端子には、電位が発生する。その電位は上位ブロックに対応する電圧検出ＩＣのインピーダンスと、下位ブロックに対応する電圧検出ＩＣのインピーダンスと、のバランスによって決まり、まったく同じインピーダンスであればその電位は、上位ブロックの最上位単位セルの正電位と、下位ブロックの最下位単位セルの負電位と、の中間となる。
このように中間となった場合、電圧検出ＩＣにより検出された上位ブロックの最下位単位セル及び下位ブロックの最上位単位セルの両端電圧は正常時とほとんど変わらないため、断線を検出することができない。これに対して上位ブロックに対応した電圧検出ＩＣのインピーダンスが小さければ上位ブロックの最上位単位セルの正電位側にシフトし、下位ブロックに対応した電圧検出ＩＣのインピーダンスが小さければ下位ブロックの最下位電位セルの負電位側にシフトする。このようにシフトしても、単位セルの異常によりシフトしたのか、断線した結果シフトしたのかを区別することができない。
そこで、上述した断線を検出する装置として、例えば特許文献１に記載された電池電圧測定装置が提案されている（特許文献１）。この電池電圧測定装置は、各ブロックの両端間にそれぞれ抵抗を接続して、隣接する上位ブロック及び下位ブロックの両端間にそれぞれ接続された抵抗の抵抗値を互いに異ならせている。これにより、断線時にブロックの両端電圧を測定すると、上位ブロックの正電位−下位ブロックの負電位間の電圧を上位ブロックに接続された抵抗と下位ブロックに接続された抵抗とで分圧した値が測定される。このため、断線時にブロックの両端電圧を測定すると、正常時には検出されないようなブロック電圧が検出されるため、これを利用して断線を検出している。
上述した電池電圧測定装置は、例えばフライングキャパシタ方式では抵抗が大きいので充電時間を十分とれば検出できるが、充電時間が短いと正確に電圧は測定できない。上述したように電圧検出ＩＣの電源が単位セルから供給されているような電池電圧測定装置に適用した場合、接続されている抵抗が大きく断線したときに電流を供給できない。電源を低圧バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを用いて供給するとコストアップとなる、という問題があった。又、ブロック間のバラツキが小さい（１０％ＭＡＸとしている）場合には有効であるが、ブロック間のバラツキが大きいと電圧のバラツキにより断線と誤検出してしまう（特許文献１）。
特許第３３００３０９号公報
そこで、本発明は、断線時と正常時とで電圧検出手段に供給される電源電圧が大きく変動することなく、安価な回路構成により確実に断線検出を行うことができる断線検出装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、互いに直列接続された複数の単位セルを複数に分割して得たブロックのうち互いに隣接して接続された上位ブロック及び下位ブロックの接続点と、前記上位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の接地端子及び下位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の電源端子の両端子と、の間に接続された電線の断線を検出する断線検出装置において、前記上位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の前記電源端子及び前記接地端子間に設けられ、当該電圧検出手段のインピーダンスよりも小さい、互いに直列接続された抵抗及びスイッチ素子と、前記スイッチ素子をオン状態にしたときに前記電圧検出手段により検出された前記上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧に基づいて前記電線の断線を検出する断線検出手段と、を備えたことを特徴とする断線検出装置に存する。
請求項２記載の発明は、前記断線検出手段が、前記スイッチ素子をオン状態にしたときに前記電圧検出手段により検出された前記上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧と、閾値と、の比較に基づいて前記断線を検出するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の断線検出装置に存する。
請求項３記載の発明は、前記上位ブロックの最下位単位セルの負端子から正端子に向かって順方向になるように前記上位ブロックの最下位単位セルの両端間に接続された第１ダイオードと、前記下位ブロックの最上位単位セルの負端子から正端子に向かって順方向になるように前記下位ブロックの最上位単位セルの両端電圧間に接続された第２ダイオードと、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の断線検出装置に存する。
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、上述した電線が正常なときはスイッチ素子をオンしても上位ブロックに対応する電圧検出手段の接地端子の電位は、上位ブロックの最下位単位セルの負電位と等しくなる。よって、上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧を検出すると正電圧となる。一方、電線が断線しているときにスイッチ素子をオンすると上位ブロックに対応する電圧検出手段の接地端子の電位は、上位ブロックのインピーダンスが小さくなるので、上位ブロックの最下位単位セルの正電位よりも高くなる。よって、上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧を検出すると小さな電圧となる。よって、スイッチ素子をオン状態にしたときに上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧を検出することにより電線の断線を検出することができる。
請求項２記載の発明によれば、正確に断線を検出することができる。
請求項３記載の発明によれば、第１ダイオード及び第２ダイオードのクランプにより、スイッチ素子をオン状態にしても上位ブロックに対応する電圧検出手段の接地端子及び下位ブロックに対応する電圧検出手段の電源端子の電位が高くなりすぎることがないので、電圧検出手段に異常が発生するのを防止することができる。
本発明の断線検出装置を組み込んだ電圧検出装置の一実施形態を示す概略回路図である。 図１に示す電圧検出ＩＣの詳細を示す回路図である。 図１に示す第１の絶縁Ｉ／Ｆとしてフォトカプラを用いたときの詳細な電気接続図である。 図１に示す第２の絶縁Ｉ／Ｆとしてフォトカプラを用いたときの詳細な電気接続図である。 図１に示す単位セルＢＴ10〜ＢＴ24と電圧検出ＩＣ１１〜１３との間の詳細回路図である。 電線Ｌ１が断線したときの電線Ｌ１の電圧ＶL1を説明するための回路図である。 図２に示す制御回路の断線検出処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態において、電圧検出装置は車両に搭載されている。図１中引用符号ＢLは、低圧バッテリである。低圧バッテリＢLは、図１に示すように、複数の二次電池から構成されている。低圧バッテリＢLは、エンジンを始動するスタータの駆動電源として用いられ、その両端にはオルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。
また、図１中引用符号ＢHは高圧バッテリである。上記高圧バッテリＢHは、エンジンと電動モータを走行駆動源として併用するＨＥＶにおいて前記電動モータの電源として用いられ、その両端には電動モータが必要に応じて負荷として接続されると共にオルタネータ等が必要に応じて充電器として接続される。
高圧バッテリＢHは、例えば５個のブロックＢ１〜Ｂ５に分けられている。各ブロックＢ１〜Ｂ５はそれぞれ例えば１１個の単位セルＢＴ1〜ＢＴ11、ＢＴ12〜ＢＴ22、ＢＴ23〜ＢＴ33、ＢＴ34〜ＢＴ44、ＢＴ45〜ＢＴ55から構成されている。単位セルＢＴ1〜ＢＴ55はそれぞれ一つの二次電池から構成されている。
電圧検出装置は、制御手段としてのメインマイコン１０と、電圧検出手段としての電圧検出ＩＣ１１〜１５と、を備えている。メインマイコン１０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されており、低圧系電源回路２０から電源供給を受けて動作し、電圧検出ＩＣ１１〜１５を制御する。低圧系電源回路２０は、低圧バッテリＢLの供給電圧からメインマイコン１０の動作電圧ＶＣを生成する。
上記電圧検出ＩＣ１１〜１５は、各ブロックＢ１〜Ｂ５に対応して設けられている。電圧検出ＩＣ１１〜１５は、図２に示すように、複数のブロックＢ１〜Ｂ５のうち対応するブロックＢ１〜Ｂ５を構成する単位セルＢＴ1〜ＢＴ11、ＢＴ12〜ＢＴ22、ＢＴ23〜ＢＴ33、ＢＴ34〜ＢＴ44、ＢＴ45〜ＢＴ55のみから電源供給を受けて動作する。即ち、電圧検出ＩＣ１１〜１５は、対応するブロックＢ１〜Ｂ５の最上位単位セルＢＴ11、ＢＴ22、ＢＴ33、ＢＴ44、ＢＴ55の正電位を電源電位とし、対応するブロックＢ１〜Ｂ５の最下位単位セルＢＴ1、ＢＴ12、ＢＴ23、ＢＴ34、ＢＴ45の負電位を接地電位とするように設けられている。これにより、電圧検出ＩＣ１１〜１５を構成するデバイスの耐圧を下げることができる。
電圧検出ＩＣ１１〜１５はそれぞれ、選択スイッチ群１６と、差動増幅器ＯＰと、Ａ／Ｄ変換器１７と、制御回路１８と、高圧系電源回路１９と、遮断スイッチＳと、を備えている。上記選択スイッチ群１６は、単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端に各々設けられた常開のスイッチから構成されていて、複数の単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の一つの両端を差動増幅器ＯＰに接続する。差動増幅器ＯＰは、選択スイッチ群１６によって接続された単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端電圧をＡ／Ｄ変換器１７に対して出力する。Ａ／Ｄ変換器１７は、差動増幅器ＯＰからの単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端電圧をデジタル変換して制御回路１８に出力する。
制御回路１８は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されており、電圧検出ＩＣ１１〜１５全体の制御を司る。高圧系電源回路１９は、対応するブロックＢ１〜Ｂ５の供給電圧から上記差動増幅器ＯＰ、Ａ／Ｄ変換器１７及び制御回路１８の動作電圧Ｖｃｃを生成する。遮断スイッチＳは、各ブロックＢ１〜Ｂ５の正面側と高圧系電源回路１９との間に設けられている。遮断スイッチＳは、高圧系電源回路１９に対するブロックＢ１〜Ｂ５の両端電圧の供給をオンオフして、電圧検出ＩＣ１１〜１５に対する電源供給をオンオフするスイッチである。遮断スイッチＳは、例えば、ＰＮＰ型のトランジスタから構成されている。
また、上述した電圧検出装置は、図１などに示すように、第１の通信ラインとしての第１の送信ラインＬＴ１及び第１の受信ラインＬＲ１と、第１の絶縁インタフェース（Ｉ／Ｆ）２１と、を備えている。第１の送信ラインＬＴ１及び第１の受信ラインＬＲ１は、電圧検出ＩＣ１１〜１５を互いに直列に接続するように設けられている。電圧検出ＩＣ１１〜１５は互いにグランドレベルが異なるので、電圧検出ＩＣ１１〜１５間に設けられた第１の送信ラインＬＴ１及び第１の受信ラインＬＲ１にはレベルシフト回路（図示せず）を設ける必要がある。
また、第１の送信ラインＬＴ１及び第１の受信ラインＬＲ１は、電圧検出ＩＣ１１〜１５のうち最下位の電圧検出ＩＣ１１及びメインマイコン１０間を接続するように設けられている。即ち、第１の送信ラインＬＴ１及び第１の受信ラインＬＲ１は、メインマイコン１０、電圧検出ＩＣ１１、電圧検出ＩＣ１２、電圧検出ＩＣ１３、電圧検出ＩＣ１４、電圧検出ＩＣ１５がこの順で互いに直列に接続されるように設けられている。
第１の絶縁Ｉ／Ｆ２１は、最下位の電圧検出ＩＣ１１及びメインマイコン１０間に設けられた第１の送信ラインＬＴ１及び第１の受信ラインＬＲ１上に設けられていて、電圧検出ＩＣ１１とメインマイコン１０とを電気的に絶縁した状態で結合するものである。最下位の電圧検出ＩＣ１１及びメインマイコン１０は、第１の絶縁Ｉ／Ｆ２１によって互いに絶縁した状態で情報の送受信を行うことができる。これにより、高圧バッテリＢHと低圧バッテリＢLとの絶縁を保つことができる。第１の絶縁Ｉ／Ｆ２１としては、例えば発光素子及び受光素子から成るフォトカプラといった光を媒体にしたものや、磁気カプラといった磁気を媒体にしたものが公知である。
図３に第１の絶縁Ｉ／Ｆ２１としてフォトカプラを用いたときの図１に示す電圧検出装置の詳細な電気接続図を示す。同図において、電圧検出ＩＣ１１の詳細などは省略してある。同図に示すように、第１の絶縁Ｉ／Ｆ２１は、低圧側システムに設けられた発光素子ＬＥ１及び受光素子ＬＤ２と、高圧側システムに設けられた発光素子ＬＥ２及び受光素子ＬＤ１と、を有している。同図に示すように、発光素子ＬＥ１は、一端がメインマイコン１０に接続され、他端がグランドに接続されていて、メインマイコン１０から電気信号が出力されると電流が流れて発光する。
一方、受光素子ＬＤ１は、ブロックＢ１の高圧系電源回路１９と単位セルＢＴ1の負側との間に設けられている。受光素子ＬＤ１は、発光素子ＬＥ１からの光を受光するとオンして、第１の送信ラインＬＴ１を通じて制御回路１８に電気信号を供給する。以上の構成によれば、メインマイコン１０から電気的に絶縁した状態で電気信号をブロックＢ１の制御回路１８に送信することができる。
また、発光素子ＬＥ２は、一端が制御回路１８に接続され、他端が単位セルＢＴ1の負側に接続されていて、制御回路１８から電気信号が出力されると電流が流れて発光する。一方、受光素子ＬＤ２は、低圧系電源回路２０とグランドとの間に設けられている。受光素子ＬＤ２は、発光素子ＬＥ２からの光を受光するとオンして、第１の受信ラインＬＲ１を通じてメインマイコン１０に電気信号を供給する。以上の構成によれば、ブロックＢ１の制御回路１８から電気的に絶縁した状態で電気信号をメインマイコン１０に送信することができる。
また、上述した電圧検出装置は、図１などに示すように、第２の通信ラインとしての第２の送信ラインＬＴ２と、第２の絶縁Ｉ／Ｆ２２と、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１〜３５と、を備えていて、これらによりメインマイコン１０からの電源信号の出力に応じて遮断スイッチＳをオンできるようになっている。即ち、第２の送信ラインＬＴ２は、各遮断スイッチＳを構成するＰＮＰ型トランジスタのベースとメインマイコン１０との間に設けられている。第２の送信ラインＬＴ２は、一端がメインマイコン１０側に接続される主線Ｌｓと、この主線Ｌｓの他端から分岐した複数の分岐線Ｌｂ１〜Ｌｂ５と、から構成されている。分岐線Ｌｂ１〜Ｌｂ５は、図４に示すように、その他端が遮断スイッチＳを構成するＰＮＰ型トランジスタのベースに接続されている。
第２の絶縁Ｉ／Ｆ２２は、図１に示すように、主線Ｌｓ上に設けられていて、遮断スイッチＳとメインマイコン１０とを電気的に絶縁した状態で結合するものである。これにより、高圧バッテリＢHと低圧バッテリＢLとの絶縁を保つことができる。第２の絶縁Ｉ／Ｆ２２としては、例えば発光素子及び受光素子から成るフォトカプラといった光を媒体にしたものや、磁気カプラといった磁気を媒体にしたものが公知である。上記ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１〜３５は、各分岐線ｌｂ１〜ｌｂ５に対応して設けられていて、メインマイコン１０から送信された電源信号を、遮断スイッチＳをオンオフするために適切な信号レベルに変換する。
次に、図４を参照して、上述した第２の通信ラインとしての第２の送信ラインＬＴ２と、第２の絶縁Ｉ／Ｆ２２と、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１〜３５と、の詳細な構成について説明する。同図に示すように、第２の絶縁Ｉ／Ｆ２２は、低圧側システムに設けられた発光素子ＬＥ３と、低圧側システムに設けられた受光素子ＬＤ３と、を有している。同図に示すように、発光素子ＬＥ３は、一端がメインマイコン１０に接続され、他端がグランドに接続されていて、メインマイコン１０から電源信号が出力されると電流が流れて発光する。
一方、受光素子ＬＤ３は、一端が最上位のブロックＢ５のプラス側に接続され、他端が分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ６を介して最下位のブロックＢ１のマイナス側に接続されている。そして、上記分圧抵抗Ｒ１と分圧抵抗Ｒ２との接点が、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１を構成するＮＰＮ型トランジスタのベースに接続されている。分圧抵抗Ｒ２と分圧抵抗Ｒ３との接点が、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３２を構成するＮＰＮ型トランジスタのベースに接続されている。分圧抵抗Ｒ３と分圧抵抗Ｒ４との接点が、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３３を構成するＮＰＮ型トランジスタのベースに接続されている。分圧抵抗Ｒ４と分圧抵抗Ｒ５との接点が、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３４を構成するＮＰＮ型トランジスタのベースに接続されている。分圧抵抗Ｒ５と分圧抵抗Ｒ６との接点が、ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３５を構成するＮＰＮ型トランジスタのベースに接続されている。
ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１〜３５を構成するＮＰＮ型トランジスタのエミッタは、各ブロックＢ１〜Ｂ５のマイナス側に接続されている。ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１〜３５を構成するＮＰＮ型トランジスタのコレクタは、遮断スイッチＳを構成するＰＮＰ型トランジスタのベースに接続される。以上の構成によれば、メインマイコン１０が発光素子ＬＥ３に対して電源信号を供給すると、発光素子ＬＥ３に電源が流れて発光する。この発光素子ＬＥ３からの光を受光すると受光素子ＬＤ３がオンする。この受光素子ＬＤ３のオンにより各ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１〜３５を構成するＮＰＮ型トランジスタがオンする。そして、各ｏｎ／ｏｆｆＩ／Ｆ３１のオンに応じて遮断スイッチＳを構成するＰＮＰ型トランジスタがオンして、各電圧検出ＩＣ１１〜１５に電源が供給される。即ち、メインマイコン１０から電源信号の供給によって、各電圧検出ＩＣ１１〜１５の電源のオンオフを制御することができる。
次に、上述した電圧検出装置に組み込まれた断線検出装置３０の構成について図５を参照して説明する。断線検出装置３０は、図１に示す電線Ｌ１〜Ｌ４の断線を検出する装置である。電線Ｌ１は、互いに隣接して接続されたブロックＢ２（上位ブロック）及びブロックＢ１（下位ブロック）の接続点と、電圧検出ＩＣ１２の接地端子及び電圧検出ＩＣ１１の電源端子の両端子と、の間を接続する電線である。電線Ｌ２は、互いに隣接して接続されたブロックＢ３（上位ブロック）及びブロックＢ２（下位ブロック）の接続点と、電圧検出ＩＣ１３の接地端子及び電圧検出ＩＣ１２の電源端子の両端子と、の間を接続する電線である。
電線Ｌ３は、互いに隣接して接続されたブロックＢ４（上位ブロック）及びブロックＢ３（下位ブロック）の接続点と、電圧検出ＩＣ１４の接地端子及び電圧検出ＩＣ１３の電源端子の両端子と、の間を接続する電線である。電線Ｌ４は、互いに隣接して接続されたブロックＢ５（上位ブロック）及びブロックＢ４（下位ブロック）の接続点と、電圧検出ＩＣ１５の接地端子及び電圧検出ＩＣ１４の電源端子の両端子と、の間を接続する電線である。図５に示すように、断線検出装置３０は、複数の抵抗Ｒと、複数のスイッチ素子ＳＷ１と、複数のコンデンサＣと、複数のスイッチ素子ＳＷ２と、複数の抵抗Ｒ２１及びダイオードＤ１と、複数の抵抗Ｒ２２及びダイオードＤ２と、を備えている。
上記複数の抵抗Ｒは、複数の単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端と電圧検出ＩＣ１１〜１５との間にそれぞれ設けられている。複数のスイッチ素子ＳＷ１は、上記抵抗Ｒを介して単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の各々に並列接続される。複数のコンデンサＣは、上記抵抗Ｒを介して単位セルＢＴ1〜ＢＴ55及びスイッチ素子ＳＷ１の各々に並列接続される。上記複数のスイッチ素子ＳＷ１及びコンデンサＣは、単位セルＢＴ1〜ＢＴ55と同じ数設けられている。上述した単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端に設けた抵抗Ｒと、単位セルＢＴ1〜ＢＴ55に並列に接続されたコンデンサＣと、で単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端電圧からノイズ成分を除去するノイズフィルタ回路を構成している。また、上記抵抗Ｒと、スイッチ素子ＳＷ１と、で単位セルＢＴ1〜ＢＴ55をそれぞれ放電するバイパス回路を構成している。即ち、両端電圧が高い単位セルＢＴ1〜ＢＴ55に対応するスイッチ素子ＳＷ１をオンして単位セルＢＴ1〜ＢＴ55を放電することにより、単位セルＢＴ1〜ＢＴ55の両端電圧を均等化することができる。
上記スイッチ素子ＳＷ２は、互いに隣接して接続されるブロックＢ１及びＢ２、Ｂ２及びＢ３、Ｂ４及びＢ５のうち上位側のブロックＢ２〜Ｂ５に対応する電圧検出ＩＣ１２〜１５の電源端子ＶＢＢ及び接地端子ＧＢＢとの間に設けられている。よって、スイッチ素子ＳＷ２をオンすると、各電圧検出ＩＣ１２〜１５のインピーダンスが小さくなる。上記抵抗Ｒ２１及び第１ダイオードとしてのダイオードＤ１は、互いに隣接して接続されるブロックＢ１及びＢ２、Ｂ２及びＢ３、Ｂ４及びＢ５のうち上位側のブロックＢ２〜Ｂ５の最下位単位セルＢＴ12、ＢＴ23、ＢＴ34及びＢＴ45の両端間に接続されている。ダイオードＤ１は、最下位単位セルＢＴ12、ＢＴ23、ＢＴ34及びＢＴ45の負端子から正端子に向かって順方向に直列接続されている。このダイオードＤ１によりクランプされて電圧検出ＩＣ１２〜１５の接地端子ＧＢＢの電位は、各最下位単位セルＢＴ12、ＢＴ23、ＢＴ34及びＢＴ45の正端子の電位よりもダイオードＤ１のダイオード電圧を超えて上がることがない。
上記抵抗Ｒ２２及び第２ダイオードとしてのダイオードＤ２は、互いに隣接して接続されるブロックＢ１及びＢ２、Ｂ２及びＢ３、Ｂ４及びＢ５のうち下位側のブロックＢ１〜Ｂ４の最上位単位セルＢＴ11、ＢＴ22、ＢＴ33及びＢＴ44の両端間に接続されている。ダイオードＤ２は、最上位単位セルＢＴ11、ＢＴ22、ＢＴ33及びＢＴ44の負端子から正端子に向かって順方向に直列接続されている。このダイオードＤ２によりクランプされて電圧検出ＩＣ１１〜１４の電源端子ＶＢＢの電位は、各最上位単位セルＢＴ11、ＢＴ22、ＢＴ33及びＢＴ44の負端子の電位よりもダイオードＤ１のダイオード電圧を超えて上がることがない。
次に、上述した電圧検出装置に組み込まれた断線検出装置３０の断線検出原理について説明する。説明を簡単にするためにブロックＢ１及びブロックＢ２の間の電線Ｌ１の断線についてのみ説明するが、電線Ｌ２〜Ｌ４についても同様の原理で断線を検出することができる。上述した背景技術で説明したように、電線Ｌ１が断線するとその電線Ｌ１は、ブロックＢ２に対応する電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢと、ブロックＢ１に対応する電圧検出ＩＣ１１の電源端子ＶＢＢと、に接続されていて電圧検出ＩＣ１２と電圧検出ＩＣ１１のインピーダンスの割合に応じた電圧が発生する。詳しくは、図６に示すように、電線Ｌ１が断線したときの電線Ｌ１の電圧ＶL1は下記の式（１）に示すような値となる。
ＶL1＝（ＶB1＋ＶB2）×Ｒｉ１／（Ｒｉ１＋Ｒｉ２） …（１）
なお、ＶB1、ＶB2はそれぞれ電圧検出ＩＣ１１、電圧検出ＩＣ１２に接続されたブロックＢ１、Ｂ２の両端電圧を示し、Ｒｉ１、Ｒｉ２はそれぞれ電圧検出ＩＣ１１、ＩＣ１２のインピーダンスを示す。その電位はブロックＢ１に対応する電圧検出ＩＣ１１のインピーダンスＲｉ１と、ブロックＢ２に対応する電圧検出ＩＣ１２のインピーダンスＲｉ２と、のバランスによって決まる。
このように断線した状態でスイッチ素子ＳＷ２をオンして上位側のブロックＢ２に対応する電圧検出ＩＣ１２のインピーダンスを小さくすると、電圧検出ＩＣ１２のインピーダンスＲｉ１と電圧検出ＩＣ１２のインピーダンスＲｉ２のバランスがかたより、インピーダンスに応じた分圧が発生する。このため、電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢの電位が、電源端子ＶＢＢの電位、即ち最上位単位セルＢＴ22の正電位に引っ張られて最小単位セルＢＴ12の正端子よりも高くなる。インピーダンスを小さくすればするほど電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢの電位は上昇してゆき、インピーダンスを十分小さくすると、ダイオードＤ１によりクランプされて、電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢの電位は、最下位単位セルＢＴ12の正電位にダイオード電圧を加算した値となる。よって、断線時に電圧検出ＩＣ１２により最下位単位セルＢＴ12の両端電圧を検出すると、その検出値は負電圧となる。
一方、電線Ｌ１が断線していないときは、電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢの電位は、最下位単位セルＢＴ12の負端子の電位と等しくなる。このような正常な状態でスイッチ素子ＳＷをオンして、電圧検出ＩＣ１２に流れる回路電流と電圧検出ＩＣ１１に流れる回路電流とのバランスを崩しても電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢの電位は、最下位単位セルＢＴ12の負端子の電位と等しいままである。よって、正常時に電圧検出ＩＣ１２により最下位単位セルＢＴ12の両端電圧を検出すると、その検出値は正電圧となる。そこで、本発明の断線検出装置３０は、スイッチ素子ＳＷ２をオンしたときに計測した最小単位セルＢＴ12の両端電圧に基づいて断線を検出する。
上述した断線検出原理を踏まえて上述した構成の電圧検出装置の断線検出処理について図７を参照して説明する。まず、断線検出処理に切り替わると、メインマイコン１０は、処理を開始して、メインマイコン１０は、第１の送信ラインＬＴ１を介して接続されたブロックＢ１の制御回路１８に対して断線検出命令を送信する。この断線検出命令は、第１の送信ラインＬＴを通じてブロックＢ１の制御回路１８から上位のブロックＢ２〜Ｂ５の制御回路１８に順々に伝送される。
その後、制御回路１８は、スイッチ素子ＳＷ２をオン制御して（ステップＳ１）、電圧検出ＩＣ１２のインピーダンスを小さくする。次に、制御回路１８は、最下位単位セルＢＴ12の両端電圧を検出して両端電圧Ｖ２としてＲＡＭに格納した後（ステップＳ２）、スイッチ素子ＳＷ２をオフ制御する（ステップＳ３）。上述したように電線Ｌ１が断線していなければ、両端電圧Ｖ２は正電圧となり、電線Ｌ１が断線していれば、両端電圧Ｖ２は小さくなる。そして、制御回路１８は、断線検出手段として働き、両端電圧Ｖ２が閾値以下であれば（ステップＳ４でＹ）、電線Ｌ１は断線していると判断し、その旨を断線検出結果としてＲＡＭに格納する（ステップＳ５）。上記インピーダンスを十分小さくすれば両端電圧Ｖ２は負の値となる。
一方、制御回路１８は、検出した両端電圧Ｖ２が閾値より大きければ（ステップＳ４でＮ）、電線Ｌ１は正常であると判断し、その旨を断線検出結果としてＲＡＭに格納する（ステップＳ６）。その後、制御回路１８は、断線検出結果をメインマイコン１０に対して送信した後（ステップＳ７）、処理を終了する。ブロックＢ３〜Ｂ５の制御回路１８も同様に断線検出処理を行う。メインマイコン１０は、上記断線検出結果を受け取り、断線があると判断すれば、その旨を報知する。
上述した実施形態によれば、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態にしたときに電圧検出ＩＣ１２により検出された最下位単位セルＢＴ12の両端電圧に基づいて電線Ｌ１の断線を検出している。スイッチ素子ＳＷ２がオフ状態のときは電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢの電位は、ブロックＢ２の最上位単位セルＢＴ22の正電位と、ブロックＢ１の最下位単位セルＢＴ1の負電位と、のほぼ中間となるため、断線時と正常時とで電圧検出ＩＣ１２に供給される電源電圧が大きく変動することなく、安価な回路構成により確実に断線検出を行うことができる。
また、上述した実施形態によれば、制御回路１８が、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態にしたときに電圧検出ＩＣ１２により検出された最下位単位セルＢＴ12の両端電圧Ｖ２と、閾値との比較に基づいて断線を検出するように設定されているので、正確に断線を検出することができる。
また、上述した実施形態によれば、ダイオードＤ１が、ブロックＢ２の最下位単位セルＢＴ12の負端子から正端子に向かって順方向になるように最下位単位セルＢＴ12の両端間に接続されている。また、ダイオードＤ２が、ブロックＢ１の最上位単位セルＢＴ11の負端子から正端子に向かって順方向になるように最上位単位セルＢＴ11の両端間に接続されている。このダイオードＤ１及びＤ２のクランプ効果により、スイッチ素子ＳＷ２をオン状態にしても電圧検出ＩＣ１２の接地端子ＧＢＢ及び電圧検出ＩＣ１１の電源端子ＶＢＢに供給される電圧が上がりすぎることがないので、電圧検出ＩＣ１１及び１２に異常が発生するのを防止することができる。
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
１１〜１５ 電圧検出ＩＣ（電圧検出手段）
１８ 制御回路（断線検出手段）
Ｂ１〜Ｂ５ ブロック
ＢＴ1 〜ＢＴ55 単位セル
Ｄ１ 第１ダイオード
Ｄ２ 第２ダイオード
ＳＷ２ スイッチ素子
Ｌ１〜Ｌ４ 電線
ＶＢＢ 電源端子
ＧＢＢ 接地端子

Claims (3)

  1. 互いに直列接続された複数の単位セルを複数に分割して得たブロックのうち互いに隣接して接続された上位ブロック及び下位ブロックの接続点と、前記上位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の接地端子及び下位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の電源端子の両端子と、の間に接続された電線の断線を検出する断線検出装置において、
    前記上位ブロックを構成する単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段の前記電源端子及び前記接地端子間に設けられ、当該電圧検出手段のインピーダンスよりも小さい、互いに直列接続された抵抗及びスイッチ素子と、
    前記スイッチ素子をオン状態にしたときに前記電圧検出手段により検出された前記上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧に基づいて前記電線の断線を検出する断線検出手段と、
    を備えたことを特徴とする断線検出装置。
  2. 前記断線検出手段が、前記スイッチ素子をオン状態にしたときに前記電圧検出手段により検出された前記上位ブロックの最下位単位セルの両端電圧と、閾値と、の比較に基づいて前記断線を検出するように設定されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の断線検出装置。
  3. 前記上位ブロックの最下位単位セルの負端子から正端子に向かって順方向になるように前記上位ブロックの最下位単位セルの両端間に接続された第１ダイオードと、
    前記下位ブロックの最上位単位セルの負端子から正端子に向かって順方向になるように前記下位ブロックの最上位単位セルの両端電圧間に接続された第２ダイオードと、
    を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の断線検出装置。
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