JP5884683B2 - 電池監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを直列接続した電池ブロックを有する組電池の状態を監視する電池監視装置に関する。

従来、複数の電池セルを直列接続した電池ブロックを有する組電池には、電池監視装置が接続されている。

この種の電池監視装置は、電池ブロックを構成する各電池セルのセル電圧を検出する電圧検出回路、電池セル毎に各電池セルの両端子を短絡させる短絡スイッチを有する短絡回路を備え、各電池セルのセル電圧に応じて、短絡スイッチを制御することで、各電池セルのセル電圧の均等化を実施する構成となっている。

また、電池監視装置の電圧検出回路は、電圧検出用の検出ライン、および電源ラインを介して各電池セルに対して接続されており、電池ブロックから給電されて駆動するように構成されている。

このように構成される電池監視装置において、電圧検出回路による各電池セルの電圧検出以外にも電圧検出回路と各電池セルとを接続する検出ラインの接続不良（断線）の有無を判定する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来、検出ラインの断線判定手法として、例えば、電池セルに併設された短絡回路の短絡スイッチをオンにした際に、電圧検出回路にて検出したセル電圧が、正常時における電池セルの使用電圧範囲よりも低い値に設定された断線判定閾値以下となる場合に、検出ラインに断線が生じていると判定する方法がある。

特許第３６０３９０１号

ところで、本発明者らは、組電池に発生する過電圧等から電池監視装置を構成する回路（電圧検出回路や短絡スイッチ等）を保護するために、各電池セルの両端子に接続された検出ライン間の電圧を所定の制限電圧以下に制限する手段を併設することを検討している。

ここで、図１５は、本発明者らが検討している電池監視装置の一例を示す回路図である。図１５に示すように、電池ブロックの各電池セルＡ１〜Ａ１４の両端子に接続された各検出ラインＬ１〜Ｌ１５、検出ラインＬ１、Ｌ１５に分岐接続された電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２、各検出ラインＬ１〜Ｌ１５を介して各電池セルＡ１〜Ａ１４のセル電圧を検出する電圧検出回路、短絡スイッチＳＷ１〜ＳＷ１４等を備える電池監視装置に対して、ツェナダイオードＺＤ１〜ＺＤ１４を追加することを検討している。なお、ツェナダイオードＺＤ１〜ＺＤ１４は、その降伏電圧が、各電池セルの正常時に取り得るセル電圧より大きく、低耐電圧素子となる短絡スイッチの耐電圧（例えば、１３Ｖ）よりも低い値に設定されている。

ところが、このような構成とすると、従来技術の断線判定方法によって、各検出ラインの断線を正確に判定できなくなってしまうといった問題がある。

この点について説明すると、例えば、図１５における検出ラインＬ３が断線している状態で、電池セルＡ３に対応する短絡スイッチＳＷ３がオンされると、電池セルＡ２、Ａ３それぞれの電圧がツェナダイオードＺＤ２に印加され、ツェナダイオードＺＤ２がブレークダウンする。これにより、電池セルＡ２の正極端子から、ツェナダイオードＺＤ２→短絡スイッチＳＷ３→電池セルＡ３の負極端子へと放電電流が流れる（図１５の太線矢印参照）。

この際、ツェナダイオードＺＤ２の降伏電圧（制限電圧）が低い値に設定されていると、検出ラインＬ３における電圧が、正常時における電池セルが取り得る電圧範囲内の値となり、断線判定を正確に行うことができない。

例えば、各ツェナダイオードＺＤ１〜ＺＤ１４の降伏電圧が５．１Ｖ、断線判定閾値Ｖｔｈが１．９に設定され、各電池セルＡ１〜Ａ１４それぞれの電圧値が４Ｖ（正常時の電圧範囲：２〜５Ｖ）、電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続された電圧検出回路の耐電圧が８０Ｖであるとする。

この場合、検出ラインＬ３が断線した状態で、短絡スイッチＳＷ３がオンされると、検出ラインＬ３における電圧は、正常時の電池セルＡ３が取り得る電圧範囲内の電圧値（≒２．９Ｖ）となり、断線判定閾値（＝１．９）を大きく上回ってしまう。なお、各ツェナダイオードの降伏電圧（＝５．１Ｖ）の合算値（＝７１．４Ｖ）が電圧検出回路の耐電圧（＝８０Ｖ）以下となり、過電圧に対して電圧検出回路を充分に保護可能となる。

このように、電池監視装置に対して、各電池セルの両端子間に降伏電圧の低いツェナダイオードを付加すると、短絡スイッチをオンした際の電圧検出回路の検出値が、正常時の電池セルＡ１〜Ａ１４が取り得る電圧範囲内となることがあり、従来の断線検出方法では、検出ラインの断線を正確に判定することができない。

これに対して、各ツェナダイオードの降伏電圧を高い値に設定することで、短絡スイッチをオンした際の電圧検出回路の検出値を正常時の電池セルＡ１〜Ａ１４が取り得る電圧範囲よりも低い値とすることも可能であるが、過電圧に対する電圧検出回路の保護が不充分となってしまう。

例えば、各ツェナダイオードＺＤ１〜ＺＤ１４の降伏電圧が８．２Ｖ、断線判定閾値Ｖｔｈが０．５に設定され、各電池セルＡ１〜Ａ１４それぞれの電圧値が４Ｖ（使用電圧範囲：２〜５Ｖ）、電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続された電圧検出回路の耐電圧が８０Ｖであるとする。

この場合、検出ラインＬ３が断線した状態で、短絡スイッチＳＷ３がオンされたとしても、ツェナダイオードＺＤ２がブレークダウンせず、検出ラインＬ３における電圧が断線判定閾値（＝０．５Ｖ）以下のゼロに近い値となる。ところが、各ツェナダイオードＺＤ１〜ＺＤ１４の降伏電圧（＝８．２Ｖ）の合算値（＝１１４．８Ｖ）が、電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続された電圧検出回路の耐電圧（＝８０Ｖ）を越えてしまい、耐電圧を越える過電圧が電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２を介して電圧検出回路に印加される可能性がある。

なお、電圧検出回路の耐電圧を高くすることも考えられるが、電圧検出回路の回路構成の複雑化等が避けられず、電池監視回路のコスト増大を招く要因となってしまうことから採用することが難しい。

本発明は上記点に鑑みて、簡素な構成で構成要素となる回路を保護しつつ、各電池セルに接続された検出ラインの断線を正確に判定可能な電池監視装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電池セル（１０）を直列接続して構成される電池ブロック（Ｂ１〜Ｂｎ）を有する組電池（１）を監視する電池監視装置を対象としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルの両端子に接続された複数の検出ライン（Ｌ）と、複数の検出ラインのうち、電池ブロックにおける最も高電圧側の電池セルの正極端子に接続された検出ラインに分岐接続された正極側電源ライン（Ｌｖ１）と、複数の検出ラインのうち、電池ブロックにおける最も低電圧側の電池セルの負極端子に接続された検出ラインに分岐接続された負極側電源ライン（Ｌｖ２）と、正極側電源ラインおよび負極側電源ラインを介して電池ブロックから給電されることで駆動し、複数の検出ラインを介して電池セルのセル電圧を検出する電圧検出回路（２３２）と、電池セルの両端子に接続された一対の検出ライン同士を短絡させる短絡スイッチ（２３１）と、短絡スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段（２４ａ）と、スイッチ制御手段にて、少なくとも短絡スイッチのオンした際の電圧検出回路の検出値に基づいて、検出ラインに断線が生じているか否かを判定する断線判定手段（２４ｂ）と、を備える。更に、複数の検出ラインを介して複数の電池セルの両端子に並列に接続されて、電池セルの両端子に接続された検出ラインにおける電圧を予め定めた第１制限電圧以下に保持する複数の第１電圧制限手段（２０）と、複数の検出ラインのうち、少なくとも正極側電源ラインに接続された検出ライン、および負極側電源ラインに接続された検出ラインを介して電池ブロックの両端子に並列に接続されて、電池ブロックの両端子に接続された検出ラインにおける電圧を予め定めた第２制限電圧以下に保持する第２電圧制限手段（２１）と、を備え、第２制限電圧は、電池ブロックを構成する電池セルの個数に第１制限電圧を乗じた電圧値よりも低い値となっていることを特徴としている。

これによれば、第２電圧制限手段によって、過電圧に対して電源ラインに接続された電圧検出回路を保護可能となるので、電源ラインに接続された電圧検出回路を保護するために第１電圧制限手段の第１保護電圧を低い値にする必要がない。

このため、断線判定時の電圧検出回路の検出値が正常時に電池セルが取り得る電圧範囲を下回るように、第１電圧制限手段の第１保護電圧を高い値にしたとしても、電源ラインに接続された電圧検出回路自体の耐電圧を不必要に高めることなく、電圧検出回路の保護を図ることができる。

従って、本発明の電池監視装置によれば、簡素な構成で構成要素となる回路を保護しつつ、各電池セルに接続された検出ラインの断線を正確に判定可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る電源システムの全体構成図である。 第１実施形態に係る電池監視装置の要部を示す構成図である。 第１実施形態に係る電池監視装置において、制御部が短絡スイッチのオフ・オフを制御した際の電圧検出回路の検出値の変化を説明するための説明図である。 第１実施形態に係る電池監視装置において、制御部が短絡スイッチのオフ・オフを制御した際の電圧検出回路の検出値の変化を説明するための説明図である。 第１実施形態に係る電池監視装置にて検出ラインが断線した際の放電電流の流れを説明するための説明図である。 第１実施形態に係る電池監視装置にて検出ラインが断線した際の放電電流の流れを説明するための説明図である。 第１実施形態に係る電池監視装置の変形例を示す構成図である。 第２実施形態に係る電池監視装置の要部を示す構成図である。 第３実施形態に係る電池監視装置の要部を示す構成図である。 第３実施形態に係る電池監視装置において、制御部が短絡スイッチのオフ・オフを制御した際の電圧検出回路の検出値の変化を説明するための説明図である。 第３実施形態に係る電池監視装置において、制御部が短絡スイッチのオフ・オフを制御した際の電圧検出回路の検出値の変化を説明するための説明図である。 過電圧発生時に監視回路へ流れる過電流を説明するための説明図である。 第４実施形態に係る電池監視装置の要部を示す構成図である。 第４実施形態に係る電池監視装置の変形例を示す構成図である。 本発明者らが検討した電池監視装置の一例を示す回路構成図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電源システムに、本発明の電池監視装置２を適用している。図１の全体構成図に示すように、本実施形態の電源システムは、主たる構成要素として、組電池１、および電池監視装置２を備えている。

組電池１は、図示しない走行用電動モータを主として、車載された各種電気負荷に給電する電源である。本実施形態の組電池１は、リチウムイオン電池等の二次電池からなる電池セル１０を複数直列に接続したもので、互いに隣接する所定数の電池セル１０毎にグループ化した複数の電池ブロックＢ１〜Ｂｎの直列接続体として構成されている。

電池監視装置２は、組電池１の電圧等の各種状態を検出して、組電池１の状態を監視する装置であり、電圧検出用の複数の検出ラインＬ、および電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２等を介して組電池１に接続されている。

本実施形態の電池監視装置２は、複数の検出ラインＬ、電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２、第１電圧制限部２０、第２電圧制限部２１、フィルタ回路２２、複数の監視回路２３、制御部２４、絶縁部２５を備えている。

複数の検出ラインＬは、各監視回路２３にて各電池セル１０のセル電圧を検出するための配線であり、一端側が各電池セル１０の端子（正極端子および負極端子）に接続され、他端側が監視回路２３に設けられた電圧検出用の検出端子Ｃに接続されている。

本実施形態では、隣接する電池ブロックＢ１〜Ｂｎの間に接続された検出ラインが、隣接する電池ブロックＢ１〜Ｂｎで共用されている。具体的には、隣接する電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうち、高電圧側の電池ブロックにおける最も低電圧側の電池セル１０の負極端子に接続された検出ラインを低電位検出ラインとし、低電圧側の電池ブロックにおける最も高電圧側の電池セル１０の正極端子に接続された検出ラインを高電位検出ラインとしたとき、低電位検出ラインおよび高電位検出ラインは、一本の共用ラインＬｃを介して隣接する電池ブロックの間に接続されている。

電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２は、電池ブロックＢ１〜Ｂｎから各監視回路２３へ給電するための配線であり、監視回路２３に設けられた電源端子Ｃｖに接続された正極側電源ラインＬｖ１、および負極側電源ラインＬｖ２にて構成されている。

具体的には、正極側電源ラインＬｖ１は、複数の検出ラインＬのうち、各電池ブロックにおける最も高電圧側の電池セル１０の正極端子に接続された検出ライン（高電位検出ライン）に分岐接続されている。また、負極側電源ラインＬｖ２は、複数の検出ラインＬのうち、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎにおける最も低電圧側の電池セル１０の負極端子に接続された検出ライン（高電位検出ライン）に分岐接続されている。

第１電圧制限部２０は、各検出ラインＬを介して電池セル１０の両端子に並列に接続されており、電池セル１０の両端子に接続された検出ラインＬの電圧を予め定めた第１制限電圧以下に保持する第１電圧制限手段を構成する。この第１電圧制限部２０によって、検出ラインＬを介して電池セル１０の両端子に接続された回路に印加される電圧が第１制限電圧以下に制限される。

本実施形態の第１電圧制限部２０は、ツェナダイオードで構成されており、電池セル１０の両端子に接続された一対の検出ラインのうち、電池セル１０の高電位側の端子に接続された検出ラインにカソードが接続され、低電位側の端子に接続された検出ラインにアノードが接続されている。第１電圧制限部２０の第１制限電圧の設定範囲については後述する。

第２電圧制限部２１は、各電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続された検出ラインＬを介して電池ブロックＢ１〜Ｂｎの両端子に並列に接続されており、電池ブロックＢ１〜Ｂｎの両端子に接続された検出ラインの電圧を予め定めた第２制限電圧以下に保持する第２電圧制限手段を構成する。この第２電圧制限部２１によって、各電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２を介して電池ブロックＢ１〜Ｂｎの両端子に接続された回路に印加される電圧が第２制限電圧以下に制限される。

本実施形態の第２電圧制限部２１は、ツェナダイオードで構成されており、正極側電源ラインＬｖ１に接続された検出ラインＬにカソードが接続され、負極側電源ラインＬｖ２に接続された検出ラインＬにアノードが接続されている。

第２電圧制限部２１の第２制限電圧は、第１電圧制限部２０で保護できない回路の保護を図るべく、電池ブロックＢ１〜Ｂｎを構成する電池セル１０の個数に第１制限電圧を乗じた電圧値よりも低い値に設定されている。なお、第２電圧制限部２１の第２制限電圧の設定範囲については後述する。

フィルタ回路２２は、各電池セル１０側からの出力に含まれるノイズを除去するもので、各検出ラインＬに設けられている。本実施形態のフィルタ回路２２は、抵抗、および一方が抵抗に接続されると共に他方が接地されたコンデンサからなるＲＣ回路にて構成されている。

ここで、図２は、複数の電池ブロックＢ１〜Ｂｎのうち、隣接する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１および当該電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１に対応する監視回路２３を示す図である。図２に示すように、監視回路２３は、各電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１に対応して複数設けられており、後述する制御部２４からの制御信号に応じて、対応する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１における電圧状態等の検出、および各電池セル１０のセル電圧のバラツキを均等する回路である。

各監視回路２３は、各電池セル１０の両端子に接続された一対の検出ライン同士を短絡させる短絡スイッチ２３１、および各検出ラインＬを介して電池セル１０のセル電圧を検出する電圧検出回路２３２を備えている。

短絡スイッチ２３１は、各電池セル１０に対応して設けられており、一端側が検出ラインＬを介して電池セル１０の正極端子に接続され、他端側が検出ラインＬを介して電池セル１０の負極端子に接続されている。

本実施形態の短絡スイッチ２３１は、電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１を構成する各電池セル１０のうち、他の電池セル１０に比べて高電圧となる電池セル１０の両端子を短絡させ、高電圧となる電池セル１０を放電することで、各電池セル１０のセル電圧のばらつきを均等化する均等化手段として機能する。なお、短絡スイッチ２３１は、後述する制御部２４からの制御信号に応じて作動（オン・オフ）が制御される。

電圧検出回路２３２は、各電池セル１０のセル電圧を検出し、当該セル電圧の検出結果を後述する絶縁部２５を介して制御部２４へ出力する回路であり、検出ラインＬを介して、対応する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１の各電池セル１０に接続されている。なお、電圧検出回路２３２は、後述する制御部２４からの制御信号に応じて作動が制御される。

また、電圧検出回路２３２は、電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２を介してそれぞれ対応する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１に接続されており、対応する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１から給電されることで駆動するように構成されている。

図１に戻り、制御部２４は、ＣＰＵ、各種メモリ（記憶手段）等からなるマイクロコンピュータ、およびその周辺機器で構成され、メモリに記憶された制御プログラムに従って各種処理を実行するように構成されている。

本実施形態の制御部２４は、絶縁部２５を介して各監視回路２３に接続されている。この絶縁部２５は、制御部２４と各監視回路２３との間を絶縁した状態で、制御部２４および各監視回路２３間で信号伝達する回路である。そして、制御部２４は、絶縁部２５を介して短絡スイッチ２３１や電圧検出回路２３２に対する各種制御信号の出力や、各電圧検出回路２３２からセル電圧の検出結果を示す信号の取得が可能となっている。

また、本実施形態の制御部２４は、各電圧検出回路２３２から取得したセル電圧の検出結果に基づいて、各電池セル１０のセル電圧のばらつきを均等化する均等化処理を実行するように構成されている。

例えば、均等化処理では、各電圧検出回路２３２から取得した各電池セル１０のセル電圧のばらつきが拡大した際に、各電池セル１０のうち高電圧となる電池セル１０を放電対象に決定し、当該電池セル１０の放電時間を算出する。そして、制御部２４が、監視回路２３に対して、放電対象となる電池セル１０に対応する短絡スイッチ２３１への放電指示、および放電時間を示す制御信号を出力する。これにより、放電対象となる電池セル１０に対応する短絡スイッチ２３１を放電時間オンすることで、各電池セル１０の均等化が実現される。

加えて、本実施形態の制御部２４は、短絡スイッチ２３１をオンに制御した場合の各電池セル１０のセル電圧に基づいて、隣接する電池セル１０間に接続された検出ラインＬに断線が生じているか否かを判定する断線判定処理を実行するように構成されている。

ここで、検出ラインＬに断線が生じていない場合には、図３に示すように、短絡スイッチ２３１をオフからオンに制御したとしても、電圧検出回路２３２の検出値は殆ど変化しない。

一方、検出ラインＬに断線が生じている場合には、図４に示すように、短絡スイッチ２３１をオフからオンに制御した際に、電圧検出回路２３２の検出値が殆どゼロに近い値にまで低下する。

このため、本実施形態の断線判定処理では、短絡スイッチ２３１をオンにした際の電圧検出回路２３２の検出値（セル電圧）が、予め電池セル１０の正常時における使用電圧範囲（例えば、２Ｖ〜５Ｖ）よりも低い値に設定された断線判定閾値Ｖｔｈ（例えば、１．９）以下となった場合に、隣接する電池セル１０間の検出ラインＬに断線が生じていると判定する。

なお、本実施形態の制御部２４における短絡スイッチ２３１のオンオフを制御する構成（ソフトウェアおよびハードウェア）がスイッチ制御手段２４ａを構成し、スイッチ制御手段２４ａが短絡スイッチ２３１をオンに制御した際の電圧検出回路２３２の検出値に基づいて、検出ラインＬに断線が生じているか否かを判定する構成（ソフトウェアおよびハードウェア）が断線判定手段２４ｂを構成している。

次に、各電圧制限部２０、２１の制限電圧について説明する。各電圧制限部２０、２１の制限電圧は、監視回路２３を構成する回路（短絡スイッチ２３１や電圧検出回路２３２等）の耐電圧、および断線判定処理時の電圧検出回路２３２の検出値を考慮して設定されている。換言すれば、本実施形態では、各電圧制限部２０、２１として、監視回路２３を構成する回路の耐電圧、および断線判定処理時の電圧検出回路２３２の検出値を考慮して、所望の降伏電圧となるツェナダイオードを採用している。

以下、本実施形態の第１電圧制限部２０における第１制限電圧の範囲について説明する。まず、過電圧から短絡スイッチ２３１等の低耐圧素子の保護を図る観点から、第１電圧制限部２０の第１制御電圧は、短絡スイッチ２３１等の低耐圧素子の耐電圧より小さい値に設定する必要がある。

このため、本実施形態では、以下の数式Ｆ１に示すように、第１制御電圧を、短絡スイッチ２３１等の低耐圧素子の耐電圧より小さい値となる範囲に設定している。

Ｖｌ＞Ｖｚ１…（Ｆ１）
但し、「Ｖｚ１」が第１電圧制限部２０の第１制限電圧、「Ｖｌ」が短絡スイッチ２３１等の低耐圧素子の耐電圧を示している。

一方、第１制御電圧を低い値に設定しすぎると、例えば、図５に示すように、検出ラインＬに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値が、正常時における電池セル１０の取り得る電圧範囲内となり、断線判定処理にて検出ラインＬの断線を正確に判定できなくなってしまう。なお、図５に示す太線矢印は、検出ラインＬの断線時に、短絡スイッチ２３１をオンした際の放電電流の流れを示している。

そこで、本実施形態では、第１制御電圧を、以下の数式Ｆ２に示す関係が成立する範囲に設定している。

２×Ｖｃｍａｘ−Ｖｚ１＜Ｖｃｍｉｎ…（Ｆ２）
但し、「Ｖｃｍａｘ」が電池セル１０の正常時に取り得る最大の電圧値（最大値）、「Ｖｃｍｉｎ」が電池セル１０の正常時に取り得る最小の電圧値（最小値）を示している。

この点について説明すると、検出ラインＬに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンすると、隣接する電池セル１０の高電圧側の電池セルに併設された第１電圧制限部２０に対して、最大で隣接する電池セル１０のセル電圧の最大値Ｖｃｍａｘを合算した電圧（＝２×Ｖｃｍａｘ）が印加される。

この際、断線した検出ラインＬに接続された電圧検出回路２３２では、最大で隣接する電池セル１０のセル電圧の最大値Ｖｃｍａｘを合算した電圧から第１制限電圧Ｖｚ１を減算した電圧（＝２×Ｖｃｍａｘ−Ｖｚ１）を検出することとなる。

このため、本実施形態では、断線した検出ラインＬにおける電圧が、電池セル１０の正常時に取り得る電圧の最小値Ｖｃｍｉｎよりも小さい値、つまり、前述の数式Ｆ２に示す関係が成立するように第１制御電圧の上限値を設定している。

なお、前述の数式Ｆ１、Ｆ２の関係を纏めると、本実施形態では、以下の数式Ｆ３に示す関係が成立するように、第１制御電圧を設定することとなる。

２×Ｖｃｍａｘ−Ｖｃｍｉｎ＜Ｖｚ１＜Ｖｌ…（Ｆ３）
これによれば、検出ラインＬに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値が、正常時における電池セル１０の取り得る電圧の最小値以下となるので、断線判定処理にて検出ラインＬの断線を正確に判定できる。

例えば、電池セル１０の正常時に取り得る電圧の最大値Ｖｃｍａｘが５Ｖ、最小値Ｖｃｍｉｎが２Ｖ、短絡スイッチ２３１等の低耐圧素子の耐電圧Ｖｌが１３Ｖである場合、第１制限電圧Ｖｚ１は、８Ｖより高く、１３Ｖより低い値（例えば、８．２Ｖ）に設定すればよい。

この場合、断線した検出ラインＬｓに接続された電圧検出回路２３２では、短絡スイッチ２３１をオンした際の検出値（＝２×Ｖｃｍａｘ−Ｖｚ１）が、断線判定閾値（例えば、１．９）以下の１．８Ｖとなり、断線判定処理にて検出ラインＬの断線を正確に判定できる。

続いて、本実施形態の第２電圧制限部２１における第２制限電圧の範囲について説明する。過電圧から電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の保護を図る観点から、第２電圧制限部２１の第２制御電圧は、電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の耐電圧より小さい値に設定する必要がある。

このため、本実施形態では、以下の数式Ｆ４に示すように、第２制御電圧を、電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の耐電圧より小さい値となる範囲に設定している。

Ｖｈ＞Ｖｚ２…（Ｆ４）
但し、「Ｖｚ２」が第２電圧制限部２１の第２制限電圧、「Ｖｈ」が電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の耐電圧を示している。

一方、第２制御電圧を低い値に設定しすぎると、例えば、図６に示すように、電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１間の共用ラインＬｃに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値が、正常時における電池セル１０の取り得る電圧範囲内となり、断線判定処理にて共用ラインＬｃの断線を正確に判定できなくなってしまう。なお、図６に示す太線矢印は、共用ラインＬｃの断線時に、短絡スイッチ２３１をオンした際の放電電流の流れを示している。

このため、本実施形態では、第２制御電圧を、以下の数式Ｆ５に示す関係が成立する範囲に設定している。

Ｖｃｍａｘ×Ｎ−Ｖｚ２＋Ｖｃｍａｘ＜Ｖｃｍｉｎ…（Ｆ５）
但し、「Ｎ」が電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１を構成する電池セルの個数を示している。

この点について説明すると、共用ラインＬｃに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンすると、隣接する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１における高電圧側の電池ブロックＢｉに併設された第２電圧制御部２１に対して、最大で電池ブロックＢｉの電圧の最大値（＝Ｖｃｍａｘ×Ｎ）に、電池ブロックＢｉ＋１の最も高電圧側の電池セル１０の電圧の最大値（＝Ｖｃｍａｘ）を合算した電圧（＝（Ｎ＋１）×Ｖｃｍａｘ）が印加される。

この際、断線した検出ラインＬｓに接続された電圧検出回路２３２では、最大で電池ブロックＢｉの電圧の最大値に電池ブロックＢｉ＋１の最も高電圧側の電池セル１０の電圧の最大値を合算した電圧から第２制限電圧Ｖｚ２を減算した電圧（＝（Ｎ＋１）×Ｖｃｍａｘ−Ｖｚ２）を検出することとなる。

そこで、本実施形態では、断線した共用ラインＬｃに接続された電圧検出回路２３２に印加される電圧が、電池セル１０の正常時に取り得る電圧の最小値Ｖｃｍｉｎよりも小さい値、つまり、前述の数式Ｆ５に示す関係が成立するように第２制御電圧の上限値を設定している。

なお、前述の数式Ｆ４、Ｆ５の関係を纏めると、本実施形態では、以下の数式Ｆ６に示す関係が成立するように、第２制御電圧を設定することとなる。

（Ｎ＋１）×Ｖｃｍａｘ−Ｖｃｍｉｎ＜Ｖｚ２＜Ｖｈ…（Ｆ６）
これによれば、共用ラインＬｃに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値が、正常時における電池セル１０の取り得る電圧の最小値以下となるので、断線判定処理にて共用ラインＬｃの断線を正確に判定できる。

例えば、電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１を構成する電池セル１０の個数Ｎが１４、電池セル１０の正常時に取り得る電圧の最大値Ｖｃｍａｘが５Ｖ、最小値Ｖｃｍｉｎが２Ｖ、電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の耐電圧Ｖｌが８０Ｖである場合、第２制限電圧Ｖｚ２は、７３Ｖより高く、８０Ｖより低い値（例えば、７５Ｖ）に設定すればよい。

この場合、断線した検出ラインＬｓに接続された電圧検出回路２３２では、短絡スイッチ２３１をオンした際の検出値（＝（Ｎ＋１）×Ｖｃｍａｘ−Ｖｚ２）が、断線判定閾値（例えば、０．５）以下の０Ｖとなり、断線判定処理にて共用ラインＬｃの断線を正確に判定できる。

以上説明した本実施形態によれば、第２電圧制限部２１によって、各電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続された電圧検出回路２３２を保護可能となるので、高耐圧回路である電圧検出回路２３２を保護するために第１電圧制限部２０の第１保護電圧を低い値にする必要がない。

このため、断線判定時の電圧検出回路２３２の検出値が正常時に電池セル１０が取り得る電圧範囲を下回るように、第１電圧制限部２０の第１保護電圧を高い値にしたとしても、高耐電圧回路である電圧検出回路２３２自体の耐電圧を不必要に高めることなく、電圧検出回路２３２の保護を図ることができる。

従って、本発明の電池監視装置によれば、簡素な構成で構成要素となる回路を保護しつつ、各電池セルに接続された検出ラインの断線を正確に判定できる。

なお、本実施形態では、第２電圧制限部２１を、各電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続された検出ラインＬ（高電位検出ライン、低電位検出ライン）に接続したツェナダイオードで構成する例を説明したが、これに限定されない。

例えば、図７に示すように、第２電圧制限部２１を、電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１を２つ以上の電池セル１０毎に分割したセル群に対して並列に接続したツェナダイオードで構成するようにしてもよい。

この場合、過電圧から電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の保護を図る観点から、各ツェナダイオードの降伏電圧の合計が、電圧検出回路２３２の耐電圧よりも低い値となるようにすればよい。

また、第２電圧制限部２１を構成するツェナダイオードのうち、隣接するツェナダイオード間に接続された検出ラインＬに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値が、正常時における電池セル１０の取り得る電圧範囲を下回るように、第２制御電圧を、以下の数式Ｆ７に示す関係が成立する範囲に設定すればよい。

Ｖｃｍａｘ×ｎ−Ｖｚ２＋Ｖｃｍａｘ＜Ｖｃｍｉｎ…（Ｆ７）
但し、「ｎ」は、電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１内において、第２電圧制限部２１を構成するツェナダイオードのうち、隣接するツェナダイオード間に接続される検出ラインＬよりも高電圧側の検出ラインＬに接続された電池セル１０の個数を示している。

これによれば、第２電圧制限部２１を構成するツェナダイオードのうち、隣接するツェナダイオード間に接続された検出ラインＬに断線が生じた際に、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値が、正常時における電池セル１０の取り得る電圧の最小値以下となるので、断線判定処理にて検出ラインＬの断線を正確に判定できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態では、図８に示すように、隣接する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１間の検出ラインが、隣接する電池ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に独立して設けられている。

具体的には、隣接する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１のうち、高電圧側の電池ブロックＢｉにおける最も低電圧となる電池セル１０の負極端子に接続された検出ラインを低電位検出ラインとし、低電圧側の電池ブロックＢｉ＋１における最も高電圧となる電池セル１０の正極端子に接続された検出ラインを高電位検出ラインとしたとき、低電位検出ラインおよび高電位検出ラインは、それぞれ独立して隣接する電池ブロックの間に接続されている。

その他の構成および作動については、第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同様に、簡素な構成で構成要素となる回路を保護しつつ、各電池セルに接続された検出ラインの断線を正確に判定できる。

さらに、本実施形態では、隣接する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１のうち、高電圧側の電池ブロックＢｉの低電位検出ラインと、低電圧側の電池ブロックＢｉ＋１の高電位検出ラインを、それぞれ独立した検出ラインで構成している。つまり、隣接する電池ブロックＢｉ、Ｂｉ＋１間の検出ラインが二重化されていることとなり、低電位検出ラインおよび高電位検出ラインのうち、いずれか一方が断線したとしても、他方を介して電圧検出や給電を継続することが可能となる。

また、本実施形態では、共用ラインＬｃの断線を考慮して第２電圧制限部２１の第２制限電圧を設定する必要がないことから、過電圧から電圧検出回路２３２等の高耐圧回路の保護を図ること可能な範囲で第２電圧制限部２１の第２制御電圧をすればよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態では、図９に示すように、フィルタ回路２２のコンデンサが電池セル１０と並列接続されるように、電池セル１０の両端子に接続された一対の検出ラインに接続されている。

フィルタ回路２２のコンデンサを電池セル１０と並列接続する構成では、検出ラインＬに断線が生じていない場合に断線判定処理を実行すると、図１０に示すように、短絡スイッチ２３１をオフからオンに制御した際に、コンデンサに蓄えられた電荷が放電される。これにより、電圧検出回路２３２の検出値が低下する。その後、短絡スイッチ２３１をオンからオフに制御すると、コンデンサが充電されて、電圧検出回路２３２の検出値がセル電圧まで復帰する。

一方、検出ラインＬに断線が生じている場合に断線判定処理を実行すると、図１１に示すように、短絡スイッチ２３１をオフからオンに制御した際に、電圧検出回路２３２の検出値が殆どゼロに近い値にまで低下する。その後、短絡スイッチ２３１をオンからオフに制御すると、コンデンサが充電されずに、電圧検出回路２３２の検出値が殆どゼロに近い値に維持される。

そこで、本実施形態の断線判定処理では、短絡スイッチ２３１をオンからオフにした際に、電圧検出回路２３２の検出値が、セル電圧まで復帰せず断線判定閾値より低い値に維持される場合に、隣接する電池セル１０間の検出ラインＬに断線が生じていると判定する。

具体的には、短絡スイッチ２３１をオンした際の電圧検出回路２３２の検出値と、短絡スイッチ２３１をオフした際の電圧検出回路２３２の検出値との差が予め定めた基準値以下となる際に、検出ラインＬに断線が生じていると判定すればよい。

その他の構成および作動については、第１実施形態と同様である。従って、本実施形態の如く、フィルタ回路２２の回路構成を変更したとしても、第１実施形態と同様に、簡素な構成で構成要素となる回路を保護しつつ、各電池セル１０に接続された検出ラインの断線を正確に判定できる。

（第４実施形態）
第１〜第３実施形態では、電池セル１０にて生じた過電圧から監視回路２３の回路を保護するために、第１、第２電圧制限部２０、２１を設ける例を説明した。しかしながら、実際に電池セル１０にて過電圧が生じると、図１２に示すように、過電圧が生じてから第１、第２電圧制限部２０、２１が機能するまでの遅れ時間ΔＴに、過電圧による過電流が、検出ラインＬを介して監視回路２３に流れてしまうことが懸念される。なお、監視回路２３に流れる過電流が、監視回路２３の定格電流を越えると、監視回路２３を構成する回路が破壊されてしまう虞がある。

そこで、本実施形態では、過電圧による過電流が監視回路２３へ流れることを抑制するために、図１３に示すように、各検出ラインＬに電流遮断手段としてヒューズ２６を設ける構成としている。

これによれば、電池セル１０に生じた過電圧による過電流が流れた場合、電池セル１０と監視回路２３との間の検出ラインＬに設けたヒューズ２６が溶断して、監視回路２３への過電流が遮断される。従って、監視回路２３を構成する回路を適切に保護できる。

また、電流遮断手段としてヒューズ２６を用いているので、電流遮断手段の追加に伴ってフィルタ回路２２のフィルタ特性が変化してしまうことを抑制できる。

なお、本実施形態では、各検出ラインＬに電流遮断手段としてヒューズ２６を設ける例について説明したが、これに限定されない。

例えば、図１４に示すように、正極側電源ラインＬｖ１および負極側電源ラインＬｖ２に接続された検出ラインＬに電流遮断手段としてヒューズ２６を設け、各電源ラインＬｖ１、Ｌｖ２に接続されていない検出ラインＬに電流遮断手段として、所定の基準電流値以上の電流が流れた際に破断する抵抗２７を設ける構成としてもよい。

これによれば、監視回路２３を構成する回路を適切に保護できる。また、ヒューズ２６よりもコストの低い抵抗２７を用いているので、電流遮断手段の追加に伴うコスト増大を抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、当業者が通常有する知識に基づいて適宜変更できる。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態では、第１、第２電圧制限部２０、２１それぞれをツェナダイオードで構成する例を説明したが、これに限らず、監視回路２３側への電圧を制限可能なものであれば適宜採用することができる。

（２）上述の各実施形態では、組電池１を複数の電池ブロックＢ１〜Ｂｎの直列接続体として構成し、各電池ブロックＢ１〜Ｂｎを複数の監視回路２３で監視する例について説明したが、これに限らず、組電池１の各電池セル１０を単一の監視回路２３で監視するようにしてもよい。

（３）上述の各実施形態では、車両に搭載された組電池１に、本発明の電池監視装置２を適用する例を説明したが、車両以外に用いられる組電池１に適用してもよい。

１ 組電池
１０ 電池セル
２０ 第１電圧制限部（第１電圧制限手段）
２１ 第２電圧制限部（第２電圧制限手段）
２３１ 短絡スイッチ
２３２ 電圧検出回路
２４ａ スイッチ制御手段
２４ｂ 断線判定手段
Ｌ 検出ライン
Ｌｖ１ 正極側電源ライン
Ｌｖ２ 負極側電源ライン

Claims (9)

1. 複数の電池セル（１０）を直列接続して構成される電池ブロック（Ｂ１〜Ｂｎ）を有する組電池（１）を監視する電池監視装置であって、
   前記複数の電池セルの両端子に接続された複数の検出ライン（Ｌ）と、
   前記複数の検出ラインのうち、前記電池ブロックにおける最も高電圧側の前記電池セルの正極端子に接続された検出ラインに分岐接続された正極側電源ライン（Ｌｖ１）と、
   前記複数の検出ラインのうち、前記電池ブロックにおける最も低電圧側の前記電池セルの負極端子に接続された検出ラインに分岐接続された負極側電源ライン（Ｌｖ２）と、
   前記正極側電源ラインおよび前記負極側電源ラインを介して前記電池ブロックから給電されることで駆動し、前記複数の検出ラインを介して前記電池セルのセル電圧を検出する電圧検出回路（２３２）と、
   前記電池セルの両端子に接続された一対の検出ライン同士を短絡させる短絡スイッチ（２３１）と、
   前記短絡スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段（２４ａ）と、
   前記スイッチ制御手段にて、少なくとも前記短絡スイッチのオンした際の前記電圧検出回路の検出値に基づいて、前記検出ラインに断線が生じているか否かを判定する断線判定手段（２４ｂ）と、
   前記複数の検出ラインを介して前記複数の電池セルの両端子に並列に接続されて、前記電池セルの両端子に接続された検出ラインにおける電圧を予め定めた第１制限電圧以下に保持する複数の第１電圧制限手段（２０）と、
   前記複数の検出ラインのうち、少なくとも前記正極側電源ラインに接続された検出ライン、および前記負極側電源ラインに接続された検出ラインを介して前記電池ブロックの両端子に並列に接続されて、前記電池ブロックの両端子に接続された検出ラインにおける電圧を予め定めた第２制限電圧以下に保持する第２電圧制限手段（２１）と、を備え、
   前記第２制限電圧は、前記電池ブロックを構成する前記電池セルの個数に前記第１制限電圧を乗じた電圧値よりも低い値となっていることを特徴とする電池監視装置。
2. 前記電池セルの正常時に取り得る電圧の最大値を「Ｖｃｍａｘ」、前記電池セルの正常時に取り得る電圧の最小値を「Ｖｃｍｉｎ」、前記電池ブロックを構成する前記電池セルの個数を「Ｎ」としたとき、
   前記第１制限電圧は、「２×Ｖｃｍａｘ−Ｖｃｍｉｎ」より高く、且つ、少なくとも前記短絡スイッチの耐電圧よりも低い値になっていることを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記組電池は、前記電池ブロックが複数直列に接続された直列接続体として構成されており、
   前記電圧検出回路は、前記複数の電池ブロックそれぞれに対応して複数設けられており、
   隣接する前記電池ブロックのうち、高電圧側の電池ブロックにおける前記負極側電源ラインに接続された検出ラインを低電位検出ラインとし、低電圧側の電池ブロックにおける前記正極側電源ラインに接続された検出ラインを高電位検出ラインとしたとき、
   前記低電位検出ラインおよび前記高電位検出ラインは、一本の共用ラインを介して隣接する前記電池ブロックの間に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池監視装置。
4. 前記第２制限電圧は、「（Ｎ＋１）×Ｖｃｍａｘ−Ｖｃｍｉｎ」より高く、且つ、予め定められた前記電圧検出回路の耐電圧よりも低い値になっていることを特徴とする請求項３に記載の電池監視装置。
5. 前記組電池は、前記電池ブロックが複数直列に接続された直列接続体として構成されており、
   前記電圧検出回路は、前記複数の電池ブロックそれぞれに対応して複数設けられており、
   隣接する前記電池ブロックのうち、高電圧側の電池ブロックにおける前記負極側電源ラインに接続された検出ラインを低電位検出ラインとし、低電圧側の電池ブロックにおける前記正極側電源ラインに接続された検出ラインを高電位検出ラインとしたとき、
   前記低電位検出ラインおよび前記高電位検出ラインは、それぞれ独立して隣接する前記電池ブロックの間に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池監視装置。
6. 前記複数の検出ラインそれぞれには、所定の基準電流値以上の電流が流れた際に電流の流れを遮断する電流遮断手段（２６、２７）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電池監視装置。
7. 前記電流遮断手段は、ヒューズ（２６）で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電池監視装置。
8. 前記正極側電源ラインおよび前記負極側電源ラインに接続された検出ラインに設けられた前記電流遮断手段は、ヒューズ（２６）で構成され、
   前記複数の検出ラインのうち、前記正極側電源ラインおよび前記負極側電源ラインに接続されていない検出ラインに設けられた前記電流遮断手段は、所定の基準電流値以上の電流が流れた際に破断する抵抗（２７）で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電池監視装置。
9. 前記第１電圧制限手段および前記第２電圧制限手段は、ツェナダイオード（２０、２１）で構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の電池監視装置。

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