JP5660105B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、電気的に直列に接続された複数の蓄電素子に対して設けられる過電圧保護素子を含む保護回路の異常を検出する技術に関する。

単電池の逆充電状態を回避するために、電気的に直列に接続された複数の単電池のそれぞれに対し、ツェナーダイオードを電気的に並列に接続することができる。例えば、単電池が逆充電状態となったときに、放電電流をツェナーダイオードに流して、単電池をバイパスさせることにより、単電池の過充電状態を解消させることができる。

しかしながら、ツェナーダイオードが故障して異常が生じると、ツェナーダイオードにリーク電流が流れるおそれがある。リーク電流によって並列に接続される単電池の電圧が低下するため、ツェナーダイオードの異常を検出する必要がある。特許文献１では、電池の充放電経路に開閉部（スイッチング素子）の故障を検出するために、別途の故障検出用スイッチング素子を設け、故障検出用スイッチング素子のオン／オフ制御に対して開閉部のオン／オフ状態を検出することで、開閉部の故障を検出している。

特開２０１０−１４０７８５号公報

特許文献１では、故障検出のためにオン／オフ制御可能な別途の故障検出用スイッチング素子を設けなければならないため、回路構成の複雑化を招くとともに、故障検出対象がスイッチング素子に限られてしまい、例えば、ツェナーダイオード等の過電圧保護回路に使用される素子に対する故障検出を行うことができない。

そこで、本発明の目的は、充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、電気的に直列に接続された複数の蓄電ブロックそれぞれに対して設けられる過電圧保護素子を含む保護回路の異常を検出することができる蓄電システムを提供することにある。

本願第１の発明の蓄電システムは、負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、電圧検出ラインを介して各蓄電ブロックと接続され、各蓄電ブロックの電圧値を検出する電圧検出回路と、電圧検出ラインを介して蓄電ブロックに並列に接続される過電圧保護素子と、過電圧保護素子に直列に接続される第１抵抗とを含み、蓄電ブロックそれぞれに設けられる保護回路と、電圧検出ラインを介して過電圧保護素子それぞれに並列に接続されるとともに第１抵抗に直列に接続され、第１抵抗よりも大きい抵抗値を有する第２抵抗を含む放電回路と、電圧検出回路の検出値を用いて蓄電ブロック間で電圧値を比較し、過電圧保護素子の異常を検出するコントローラと、を有する。

コントローラは、負荷に接続されていない状態において、放電回路が動作して第２抵抗に電流を流す放電状態にある第１蓄電ブロックの電圧値と、放電回路による放電状態にない第２蓄電ブロックの電圧値とを比較して、過電圧保護素子の異常を検出する。

本願第１の発明によれば、放電回路の第２抵抗の抵抗値が保護回路の第１抵抗の抵抗値よりも大きく構成されているので、異常が生じた状態の過電圧保護素子に流れる第１抵抗の抵抗値に応じたリーク電流が、放電回路が動作した際の過電圧保護素子に並列に接続された第２抵抗を介した電流経路を流れる電流よりも大きくなる。放電回路により放電状態にある蓄電ブロックの電圧値の低下量よりも、過電圧保護素子に異常が生じることで流れるリーク電流によって低下する電圧値の低下量が大きくなるため、蓄電ブロック間で電圧を比較することにより、過電圧保護素子に異常が生じてリーク電流が流れている蓄電ブロック、すなわち、過電圧保護素子の異常を検出することができる。

コントローラは、負荷に接続されていない状態において放電回路を動作させて各蓄電ブロックの電圧を均等化させる均等化処理を遂行する。このとき、コントローラは、放電回路を動作させて第１蓄電ブロックの電圧値を低下させる均等化処理中に所定の間隔で検出される第１蓄電ブロックの電圧値と、第２蓄電ブロックの電圧値との電圧差を求め、電圧差が所定の閾値を超えた場合に、第２蓄電ブロックに並列に接続される過電圧保護素子が異常状態であると検出することができる。

放電回路は、第２抵抗と、第２抵抗に直列に接続されるスイッチとを含むように構成することができる。また、過電圧保護素子は、ツェナーダイオードで構成することができる。

実施例１の車両に搭載される電池システムの構成を示す図である。 実施例１の組電池及び電圧監視ユニットの構成を示す図である。 実施例１の保護回路の異常によって生じるリーク電流と均等化による放電電流を説明するための図である。 実施例１の保護回路の異常検出を説明するための図である。 実施例１の保護回路の異常検出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本実施例における電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。本実施例では、ハイブリッド自動車を一例に説明しているが、例えば、車両を走行させる動力源として電池システム（組電池）だけを備えている電気自動車であってもよい。

電池システムは、組電池１０を有する。組電池１０の正極端子およびインバータ３１は、正極ライン（ケーブル）ＰＬを介して接続され、組電池１０の負極端子およびインバータ３１は、負極ライン（ケーブル）ＮＬを介して接続されている。正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられており、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。

インバータ３１（負荷）は、組電池１０から供給された直流電力を交流電力に変換する。インバータ３１には、モータ・ジェネレータ３２（交流モータ）が接続されており、モータ・ジェネレータ３２は、インバータ３１から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ３２は、車輪３３と接続されている。また、車両がハイブリッド自動車である場合は、車輪３３に不図示のエンジンが接続され、エンジンで生成された運動エネルギが車輪３３に伝達される。これにより、組電池１０やエンジンの出力を用いて、車両を走行させることができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３１は、モータ・ジェネレータ３２が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０に供給する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。また、ハイブリッド自動車の場合では、回生電力の加え、エンジンによりモータ・ジェネレータ３２を駆動させて電気エネルギを組電池１０に蓄えることもできる。

コントローラ５０は、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２のそれぞれに制御信号を出力して、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２の駆動を制御する。コントローラ５０は、各種の情報を記憶する不図示のメモリを備えることができる。メモリは、コントローラ５０に対して内蔵又は外付けされるように設けることができる。

なお、コントローラ５０は、インバータ３１及びモータ・ジェネレータ３２毎に設けることも可能であり、後述する均等化処理や保護回路の異常検出処理を行うための別途のコントローラを、車両制御と独立して設けることも可能である。つまり、車両全体の制御を司る中央制御装置が、各部を制御したり、各部の制御毎の個別のコントローラを設けて中央制御装置が個別の各コントローラと接続される構成であってもよい。

また、コントローラ５０には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ（ＩＧ−ＯＮ，ＩＧ−ＯＦＦ）に関する情報が入力される。イグニッションスイッチのオン／オフに基づいて、コントローラ５０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇに制御信号を出力することにより、各システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンおよびオフの間で切り替えられる。

コントローラ５０は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからがオンに切り替え、組電池１０とインバータ３１とを接続する。これにより、図１に示す電池システムは、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、コントローラ５０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替え、組電池１０とインバータ３１との接続を遮断する。これにより、図１に示す電池システムは、停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。

なお、電流センサや温度センサを設けることもできる（不図示）。組電池１０の電流経路上に設けられる電流センサは、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ５０に出力することができる。また、組電池１０に設けられる温度センサは、組電池１０の電池温度を検出して、検出結果をコントローラ５０に出力することができる。

コントローラ５０は、電圧監視ユニット２０の検出値、電流値等に基づいて組電池１０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出したり、組電池１０の出入力電力を把握することができ、車両出力要求に応じた充放電制御を行うことができる。

なお、本実施例の組電池１０は、インバータ３１に直接接続されているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０およびインバータ３１の間の電流経路に、昇圧回路を配置することができる。これにより、昇圧回路は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ３１に供給することができる。また、昇圧回路は、インバータ３１の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に供給することができる。

組電池１０は、外部電源を用いて充電することもできる。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。商用電源を用いるときには、交流電力を直流電力に変換する不図示の充電器が必要となる。充電器は、車両の外部において、車両とは別に設けることもできるし、図１に示す電池システムに追加することもできる。

電圧監視ユニット４０は、組電池１０の電圧値を検出したり、組電池１０に含まれる単電池１１の電圧値を検出したりして、検出結果をコントローラ５０に出力する。図２は、組電池１０および電圧監視ユニット４０の構成を示す図である。

図２に示すように、組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１１を有する。組電池１０を構成する単電池１１の数は、組電池１０の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

電圧監視ユニット（電圧検出回路に相当する）４０は、複数の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介して、各単電池１１と接続されている。なお、図２では省略しているが、電圧監視ユニット４０および単電池１１の間に位置する電圧検出ラインＬ１，Ｌ２には、スイッチを設けることができる。このスイッチとしては、例えば、フォトＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）リレーを用いることができる。

２つの電圧検出ラインＬ１は、組電池１０の正極端子および負極端子のそれぞれに接続されている。組電池１０の正極端子は、図２に示す組電池１０の回路構成において、一端に位置する単電池１１の正極端子に相当する。組電池１０の負極端子は、図２に示す組電池１０の回路構成において、他端に位置する単電池１１の負極端子に相当する。電圧検出ラインＬ２は、電気的に直列に接続された２つの単電池１１において、一方の単電池１１の負極端子と、他方の単電池１１の正極端子とに接続されている。

各電圧検出ラインＬ１，Ｌ２には、抵抗Ｒ１１（第１抵抗に相当する）が設けられている。許容電流値よりも大きな電流が抵抗Ｒ１１に流れたとき、抵抗Ｒ１１が溶断することにより、電圧監視ユニット４０および組電池１０の電気的な接続を遮断することができる。これにより、組電池１０（単電池１１）から電圧監視ユニット４０に過大な電流が流れてしまうことを抑制できる。

各単電池１１には、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介してツェナーダイオードＤが電気的に並列に接続されている。ツェナーダイオードＤのカソードは、単電池１１の正極端子と接続されており、カソードおよび正極端子の間の電流経路に抵抗Ｒ１１が設けられている。ツェナーダイオードＤのアノードは、単電池１１の負極端子と接続されており、アノードおよび負極端子の間の電流経路に抵抗Ｒ１１が設けられている。抵抗Ｒ１１は、ツェナーダイオードＤに直列に接続されている。

ツェナーダイオードＤは、組電池１０から電圧監視ユニット４０に過電圧が印加することを抑制するために用いられる。すなわち、組電池１０から電圧監視ユニット４０に過電圧が印加されるときには、ツェナーダイオードＤに電流が流れることにより、電圧監視ユニット４０に過電圧が印加されることを抑制する。ここで、複数のツェナーダイオードＤは、電気的に直列に接続されている。

電圧検出ラインＬ１には、抵抗Ｒ２１が設けられており、抵抗Ｒ２１は、電圧監視ユニット４０に含まれている。抵抗Ｒ１１，Ｒ２１は、電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１の接続点に対して、ツェナーダイオードＤのカソードが接続されている。

電圧検出ラインＬ２は、電圧監視ユニット４０の内部において、２つの分岐ラインＬ２１，Ｌ２２に分岐されている。分岐ラインＬ２１には、抵抗Ｒ２１が設けられており、分岐ラインＬ２２には、抵抗Ｒ２２が設けられている。

電圧検出ラインＬ２において、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１は、電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ１１，Ｒ２１の接続点には、ツェナーダイオードＤのアノードが接続されている。また、電圧検出ラインＬ２において、抵抗Ｒ１１，Ｒ２２は、電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ１１，Ｒ２２の接続点には、ツェナーダイオードＤのアノードが接続されている。

電圧検出ラインＬ１，Ｌ２において、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２（第２抵抗に相当する）は、それぞれツェナーダイオードＤに並列に接続されるとともに、抵抗Ｒ１１（第１抵抗）に直列に接続されている。

ここで、本実施例のツェナーダイオードＤは、過電圧保護素子であり、直列に接続される単電池１１それぞれに対して電圧検出ラインＬ１，Ｌ２又はＬ２，Ｌ２を介して並列に接続され、直列に接続される各抵抗Ｒ１１（第１抵抗）と共に、電圧監視ユニット４０に過電圧が印加されることを抑制するための保護回路を構成している。

電圧検出ラインＬ１および分岐ラインＬ２２には、キャパシタ（フライングキャパシタ）ＣおよびスイッチＳＷ１が接続されている。具体的には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ２１およびサンプリングスイッチＳＷ２１の間に位置する電圧検出ラインＬ１と、抵抗Ｒ２２およびサンプリングスイッチＳＷ２２の間に位置する分岐ラインＬ２２とに接続されている。サンプリングスイッチＳＷ２１は、電圧検出ラインＬ１に接続されており、サンプリングスイッチＳＷ２２は、分岐ラインＬ２２に接続されている。

また、各単電池１１の正極端子および負極端子と接続された２つの電圧検出ラインＬ２に関して、一方の電圧検出ラインＬ２における分岐ラインＬ２１と、他方の電圧検出ラインＬ２における分岐ラインＬ２２には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１が接続されている。具体的には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１は、抵抗Ｒ２１およびサンプリングスイッチＳＷ２１の間に位置する分岐ラインＬ２１と、抵抗Ｒ２２およびサンプリングスイッチＳＷ２２の間に位置する分岐ラインＬ２２とに接続されている。ここで、サンプリングスイッチＳＷ２１は、分岐ラインＬ２１と接続されており、サンプリングスイッチＳＷ２２は、分岐ラインＬ２２と接続されている。

スイッチＳＷ１は、コントローラ５０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチＳＷ１は、組電池１０を構成する、すべての単電池１１における電圧値を均等化させるために用いられる。

具体的には、特定の単電池１１の電圧値が、他の単電池１１の電圧値よりも高いときには、特定の単電池１１と電気的に並列に接続されたスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えることにより、特定の単電池１１を放電させることができる。すなわち、スイッチＳＷ１をオンにすると、特定の単電池１１の放電電流を抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に流すことができ、特定の単電池１１の電圧値を低下させることができる。これにより、特定の単電池１１の電圧値を、他の単電池１１の電圧値に揃えることができる。

本実施例では、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介してツェナーダイオードＤに並列に接続され、均等化のための放電電流を流す抵抗である抵抗Ｒ２１，Ｒ２２（第２抵抗）は、直列に接続されるスイッチＳＷ１（均等化スイッチ）と共に、均等化回路を構成している。なお、本実施例の均等化回路は、電圧監視ユニット４０内に設けているが、電圧監視ユニット４０に対して保護回路との間に個別に設けてもよい。

また、保護回路に含まれる抵抗Ｒ１１と、均等化回路に含まれる抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は、抵抗値において大小関係を有している。具体的には、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２が抵抗Ｒ１１よりも抵抗値が大きく構成されている。詳細については後述する。

キャパシタＣは、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２又は電圧検出ラインＬ２，Ｌ２を介して、単電池１１と電気的に並列に接続されているため、キャパシタＣには、単電池１１に蓄えられた電荷がチャージされる。これにより、キャパシタＣの電圧値は、単電池１１の電圧値と等しくなる。

各単電池１１の正極端子および負極端子と接続されたサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、コンパレータ４１に接続されている。具体的には、サンプリングスイッチＳＷ２１は、コンパレータ４１における一方の入力端子と接続され、サンプリングスイッチＳＷ２２は、コンパレータ４１における他方の入力端子と接続されている。ここで、各サンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、コントローラ５０からの制御信号を受けてオンおよびオフの間で切り替わる。また、複数のサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、マルチプレクサによって構成することができる。

特定の単電池１１に対応したサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２だけをオンにすると、コンパレータ４１は、特定の単電池１１の電圧値（特定の単電池１１に対応するキャパシタＣの電圧値）を出力する。このように、各単電池１１に対応したサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を順次オンにすることにより、各単電池１１の電圧値を順次検出することができる。コンパレータ４１の出力信号は、ＡＤ変換された後に、コントローラ５０に入力される。これにより、コントローラ５０は、各単電池１１の電圧を検出することができる。

次に、本実施例の保護回路の異常検出について説明する。複数の単電池１１を電気的に直列に接続した組電池１０は、組電池１０の充放電によって複数の単電池１１の間で電圧（言い換えれば、ＳＯＣ）にバラツキが発生してしまうことがある。このため、電池システムには、均等化回路が設けられており、コントローラ５０は、均等化回路を動作させて電圧が高い側の単電池１１を放電させることにより、単電池１１間の電圧のバラツキを抑制している。

しかしながら、図２に示す構成において、ツェナーダイオードＤが故障すると、図３の矢印で示す方向において、単電池１１Ｂと電気的に並列に接続されたツェナーダイオードＤにリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋが流れてしまう。この場合、単電池１１Ｂが放電状態となり、蓄えられている電気エネルギが低下して単電池１１Ｂの電圧が低下する。

このとき、コントローラ５０は、ツェナーダイオードＤが故障した単電池１１Ｂ（第２蓄電ブロックに相当する）の電圧が、ツェナーダイオードＤが故障していない他の単電池１１Ａよりも電圧が低下し、単電池１１Ａ，１１Ｂ間で電圧にバラツキが生じるので、単電池１１Ａ，１１Ｂ間の所定の電圧差をトリガーとして、単電池１１Ａの均等化回路を動作させて放電し、単電池１１Ａ（第１蓄電ブロックに相当する）の電圧を単電池１１Ｂの電圧に合わせようと均等化処理を行う。

しかしながら、上述のように単電池１１Ｂがリーク電流により放電状態になるので、例えば、単電池１１Ａの電圧を、リーク電流が流れることで下がり続ける単電池１１Ｂの電圧に追随させるように低下させてしまい、電圧のバラツキの抑制はおろか、単電池１１Ａの電圧（ＳＯＣ）を必要以上に低下させてしまうおそれがある。このため、ツェナーダイオードＤの故障を検出する必要がある。

そこで、本実施例では、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２（Ｌ２，Ｌ２）を介して単電池１１に接続される保護回路においてツェナーダイオードＤに直列に接続される抵抗Ｒ１１に対し、ツェナーダイオードＤに並列に接続される抵抗Ｒ２１（又はＲ２２）を含む均等化回路における当該抵抗Ｒ２１（又はＲ２２）の抵抗値を大きく構成している。

つまり、均等化回路の抵抗Ｒ２１（又はＲ２２）の抵抗値を、保護回路の抵抗Ｒ１１の抵抗値よりも大きくすることで、異常が生じた状態のツェナーダイオードＤに流れる抵抗Ｒ１１の抵抗値に応じたリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋが、均等化回路が動作した際のツェナーダイオードＤに並列に接続された抵抗Ｒ２１（又はＲ２２）を介した電流経路を流れる放電電流Ｉ_Ａｖｅよりも大きくすることができる。

したがって、ツェナーダイオードＤにリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋが流れない単電池１１Ａの均等化による消費電力よりも、ツェナーダイオードＤにリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋが流れる単電池１１の消費電力が大きくなるので、リーク電流Ｉ_Ｌｅａｋが流れることで単電池１１Ａ，１１Ｂ間に生じる電圧のバラツキによって遂行される均等化処理中でも、単電池１１Ａ，１１Ｂ間の電圧差が、時間の経過とともに徐々に大きくなる。

言い換えれば、均等化処理は、単電池１１間の電圧にバラツキが生じた場合に、そのバラツキを抑制する処理であることから、ツェナーダイオードＤが故障した単電池１１Ｂは、ツェナーダイオードＤが故障していない単電池１１Ａよりも電圧が低くなり、当該均等化処理によってツェナーダイオードＤの故障の可能性が判断できる。そして、本実施例では、さらに、均等化回路の抵抗Ｒ２１（又はＲ２２）の抵抗値を保護回路の抵抗Ｒ１１の抵抗値よりも大きく構成し、ツェナーダイオードＤにリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋが流れない単電池１１Ａの均等化電流値よりも、ツェナーダイオードＤに流れるリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋの電流値が大きくなるために単電池１１Ａ，１１Ｂ間の電圧差が時間の経過とともに徐々に拡大していく現象を捉え、ツェナーダイオードＤの異常を検出する。

なお、保護回路に含まれる抵抗Ｒ１１の抵抗値と、抵抗Ｒ１１の抵抗値よりも大きい均等化回路に含まれる抵抗Ｒ２１（Ｒ２２）の抵抗値とは、ツェナーダイオードＤにある電流値以上のリーク電流が流れた場合に、ツェナーダイオードＤの異常が検出できるような値に規定することができる。このとき、抵抗Ｒ２１（Ｒ２２）の抵抗値は、抵抗Ｒ１１の抵抗値よりも大きい値で、かつ均等化処理の放電能力（例えば、単位時間当たりの電圧低下率）に応じた値とすることができる。

図４は、本実施例の保護回路の異常検出を説明するための図である。図４に示すように、ツェナーダイオードＤにリーク電流が流れる異常（リーク異常）が生じていない場合、単電池１１Ａの電圧Ｖａ、単電池１１Ｂの電圧Ｖｂは、例えば、同じ電圧値となる。

そして、単電池１１Ｂに並列に接続されるツェナーダイオードＤにリーク電流が流れるリーク異常が生じると、電圧Ｖａに対して電圧Ｖｂが低下し続け、電圧Ｖａ−電圧Ｖｂ間で電圧差が生じる。

コントローラ５０は、電圧Ｖａ−電圧Ｖｂ間の電圧差が、予め設定された均等化処理を行うトリガーとなる電圧差Ｖ_ａｂ１よりも大きくなった場合、単電池１１ＡのスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替え、均等化回路を動作させて抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に放電電流を流す。このとき、コントローラ５０は、例えば、均等化処理を開始する時点の電圧Ｖｂを目標値（Ｖ_ｂａｓｅ）として、放電電流を流す時間を算出し、算出された時間だけ均等化回路を動作させて抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に放電電流を流すように制御することができる。

均等化回路が動作している単電池１１Ａの電圧Ｖａは、目標値（Ｖ_ｂａｓｅ）に向かって低下するが、ツェナーダイオードＤにリーク異常が生じている単電池１１Ｂの電圧Ｖｂは、均等化回路は動作していない状態（スイッチＳＷ１がオフ状態）でも、ツェナーダイオードＤに流れるリーク電流Ｉ_Ｌｅａｋによって低下するとともに、単電池１１Ａの均等化処理により低下する電圧値よりも高い低下率で単電池１１Ｂの電圧が低下する。

コントローラ５０は、均等化処理中の単電池１１Ａ，１１Ｂの各電圧を所定の時間間隔で取得し、単電池１１Ａ，１１Ｂ間の電圧差を求める。単電池１１Ａ，１１Ｂ間の電圧差が予め設定された閾値Ｖ_ａｂ２を超えた時点で、単電池１１Ｂに接続されるツェナーダイオードＤが異常状態にあることを検出することができる。閾値Ｖ_ａｂ２は、例えば、予め設定された均等化処理を行うトリガーとなる電圧差Ｖ_ａｂ１よりも大きい値とすることができる。

図５は、本実施例の保護回路の異常検出処理の処理フローを示すフローチャートである。異常検出処理は、コントローラ５０によって遂行され、本実施例では、コントローラ５０が行う均等化処理に伴って（処理中に）遂行される。

図５に示すように、コントローラ５０は、車両のイグニッションスイッチがオフ状態であるか否かを判別する（Ｓ１０１）。均等化処理は、負荷と接続されていない状態（システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフ状態）、すなわち、単電池１１が充放電を行っていない電圧変動がほぼない状況下で遂行される。

コントローラ５０は、イグニッションスイッチがオフである場合、各単電池１１の電圧を電圧監視ユニット４０から取得し、単電池１１間に予め設定された均等化処理を行うトリガーとなる電圧差Ｖ_ａｂ１が生じているか否かを判別する（Ｓ１０２）。電圧差Ｖ_ａｂ１が単電池１１間で生じていない場合は、均等化処理（異常検出処理）を終了する。

コントローラ５０は、ステップＳ１０２において電圧差Ｖ_ａｂ１が単電池１１間で生じていると判別された場合、均等化処理を遂行する（Ｓ１０３）。コントローラ５０は、電圧管理ユニット４０から取得した各電圧値から、単電池１１間で生じた電圧差に対して電圧値が低い単電池１１を特定し、電圧値が高い各単電池１１の均等化回路を動作させる。このとき、電圧値が低い単電池１１以外の均等化回路を動作させ、電圧値が低い単電池１１の均等化回路を動作させないように制御される。

コントローラ５０は、均等化処理が開始された後に、所定の時間間隔ですべての単電池１１の電圧値を取得し（Ｓ１０４）、各単電池１１の電圧値が目標値（Ｖ_ｂａｓｅ）に達したか否かをモニタリングし、目標値に達した単電池１１に対しては均等化回路の動作を終了させて、目標値に達していない単電池１１に対しては均等化回路の動作を継続させる。

さらに、コントローラ５０は、取得した電圧値を用いて電圧値が低い単電池１１、すなわち、均等化回路が動作していない単電池１１の電圧値と他のいずれかの単電池１１の電圧値との電圧差を算出する。コントローラ５０は、均等化回路が動作していない単電池１１（第２蓄電ブロック）の電圧値と均等化回路が動作している単電池１１（第１蓄電ブロック）の電圧値との間の電圧差が、閾値Ｖ_ａｂ２を超えたか否かを判別する（Ｓ１０５）。

コントローラ５０は、均等化回路が動作していない単電池１１の電圧値と均等化回路が動作している単電池１１の電圧値との間の電圧差が、閾値Ｖ_ａｂ２を超えていないと判別された場合、ツェナーダイオードＤにリーク異常が生じていない（保護回路に異常が生じていない）正常判定を行い（Ｓ１０６）、均等化処理が終了するまでステップＳ１０３からステップＳ１０５を繰り返し行う（Ｓ１０７）。

一方、ステップＳ１０５においてコントローラ５０は、均等化回路が動作していない単電池１１の電圧値と均等化回路が動作している単電池１１の電圧値との間の電圧差が、閾値Ｖ_ａｂ２を超えていると判別された場合は、均等化回路が動作していない単電池１１のツェナーダイオードＤにリーク異常が生じている（保護回路に異常が生じている）異常判定を行い（Ｓ１０８）、均等化処理を終了する。

ステップＳ１０８において、コントローラ５０は、ツェナーダイオードＤのリーク異常判定に伴い、警告ランプの点灯や音声又は表示部を介したメッセージ出力などを通じてユーザ等に知らせる警告処理を行うことができる。

このように本実施例によれば、保護回路の異常検出のために別途の異常検出用スイッチング素子などを設けずに簡単な構成で異常を検出することができ、さらには、ツェナーダイオード等のスイッチング素子以外の保護回路に使用される素子に対する異常検出を行うことができる。

特に、本実施例では、均等化回路で使用される抵抗Ｒ２１（Ｒ２２）を、保護回路で使用される抵抗Ｒ１１の抵抗値よりも大きく構成するだけで、ツェナーダイオードのリーク異常を検出することができる。したがって、保護回路及び均等化回路を備える電池システムに対し、既存の抵抗を取り替えるだけでツェナーダイオードのリーク異常検出を容易に実現でき、ツェナーダイオードのリーク異常検出のために別途の異常検出用の素子を加えたり、既存の回路構成を変更する必要がなく、ツェナーダイオードのリーク異常検出及び電池システム全体に設計の自由度が極めて高い効果を得ることができる。

なお、上記実施例において電圧監視ユニット４０は、１つのコンパレータ４１で複数の各単電池１１それぞれの電圧をコントローラ５０に出力しているが、例えば、各単電池１１毎にコンパレータ４１を設け、各コンパレータ４１から単電池１１それぞれの電圧を個別にコントローラ５０に出力するように構成してもよい。

１０：組電池
１１：単電池（蓄電素子）
３１：インバータ
３２：モータ・ジェネレータ
３３：車輪
４０：電圧監視ユニット（電圧検出回路）
５０：コントローラ
Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２：抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２１，ＳＷ２２：スイッチ
Ｄ：ツェナーダイオード
Ｃ：キャパシタ、
ＰＬ：正極ライン
ＮＬ：負極ライン
Ｌ１，Ｌ２：電圧検出ライン
Ｌ２１，Ｌ２２：分岐ライン

Claims (4)

1. 負荷と接続されて充放電を行う蓄電素子をそれぞれ含み、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、
   電圧検出ラインを介して前記各蓄電ブロックと接続され、前記各蓄電ブロックの電圧値を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出ラインを介して前記蓄電ブロックに並列に接続される過電圧保護素子と、前記過電圧保護素子に直列に接続される第１抵抗とを含み、前記蓄電ブロックそれぞれに設けられる保護回路と、
   前記電圧検出ラインを介して前記過電圧保護素子それぞれに並列に接続されるとともに前記第１抵抗に直列に接続され、前記第１抵抗よりも大きい抵抗値を有する第２抵抗を含む放電回路と、
   前記電圧検出回路の検出値を用いて前記蓄電ブロック間で電圧値を比較し、前記過電圧保護素子の異常を検出するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記負荷に接続されていない状態において、前記放電回路が動作して前記第２抵抗に電流を流す放電状態にある第１蓄電ブロックの電圧値と、前記放電回路による前記放電状態にない第２蓄電ブロックの電圧値とを比較して、前記過電圧保護素子の異常を検出することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記コントローラは、前記負荷に接続されていない状態において前記放電回路を動作させて前記各蓄電ブロックの電圧値を均等化させる均等化処理を遂行するとともに、
   前記放電回路を動作させて前記第１蓄電ブロックの電圧値を低下させる前記均等化処理中に所定の間隔で検出される前記第１蓄電ブロックの電圧値と、前記第２蓄電ブロックの電圧値との電圧差を求め、前記電圧差が所定の閾値を超えた場合に、前記第２蓄電ブロックに並列に接続される前記過電圧保護素子が異常状態であると検出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記放電回路は、前記第２抵抗と、前記第２抵抗に直列に接続されるスイッチとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記過電圧保護素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
   

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