JP6067236B2 - 組電池モジュール - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、組電池モジュールに関する。

従来、電気自動車等においては、駆動用の電源として組電池装置を搭載しているものが知られている。ここで、組電池装置の一態様として、直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池と当該組電池を監視する組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）とを備えた組電池モジュールを複数用い、これらの組電池モジュールの二次電池セルを全て直列接続するとともに、各組電池モジュールを管理する電池管理装置を設け、この電池管理装置により組電池モジュール全体の電池パックにより供給可能な電力の電圧であるパック電圧およびパック電流、および組電池モジュールを有する二次電池セル毎の電圧であるセル電圧等を管理している。

ところで、組電池装置では、二次電池セルの充放電や温度のばらつきなどにより、直列接続された二次電池セル間の電圧が不均等になってくることが知られている。二次電池セル間の電圧が不均等になることにより、組電池装置としての機能を最大に発揮できるような効率の良い充放電を行なうことができない。そのため、組電池装置においては、二次電池セルに蓄えられた電力を放電させることにより、二次電池セルに蓄えられた電力の電圧を均等化する均等化処理が行われる。二次電池セルに蓄えられた電力の電圧を均等化する方法としては、組電池監視回路内の内部抵抗によりショートさせることで二次電池セルに蓄えられた電力を放電することにより二次電池セルに蓄えられた電力の電圧を高速に均等化する方法、二次電池セル間に放電用のＭＯＳトランジスタを設けて、当該ＭＯＳトランジスタを駆動することで二次電池セルに蓄えられた電力を放電する方法がある。

特開２０１１−７８２４９号公報

しかしながら、二次電池セル間に放電用のＭＯＳトランジスタを設けて当該ＭＯＳトランジスタを駆動することで二次電池セルに蓄えられた電力を放電する方法は、ＭＯＳトランジスタを駆動して二次電池セルの放電を開始した際に、組電池監視回路において検出される電圧に変化が生じないため、ＭＯＳトランジスタが正常に駆動しているか否かを検知することができない、という課題がある。

実施形態の組電池モジュールは、組電池と、複数の分圧抵抗と、スイッチ部と、キャパシタと、検出部と、検知部と、供給源と、充電スイッチ部と、を備える。前記組電池は、直列接続された複数の電池セルを有する。前記複数の分圧抵抗は、前記電池セルの両端に直列接続された。前記スイッチ部は、前記複数の分圧抵抗に直列接続され、オンを指示する信号が入力された場合に前記電池セルと前記複数の分圧抵抗とを電気的に接続する。前記キャパシタは、少なくとも一端が前記複数の分圧抵抗の間に接続され、前記スイッチ部がオフしている場合に前記電池セルと並列接続され、前記スイッチ部がオンした場合に前記複数の分圧抵抗のうち一部の分圧抵抗および前記スイッチ部と並列接続される。前記検出部は、前記キャパシタの両端の電圧を検出する。前記検知部は、前記信号が入力された際に前記検出部により検出された電圧が前記複数の分圧抵抗の分圧比に基づく前記一部の分圧抵抗の電圧より高い場合、および前記信号が入力されていない間に前記検出部により検出された電圧が前記電池セルの電圧未満である場合に、前記スイッチ部の故障を検知する。前記供給源は、前記複数の電池セルから前記キャパシタに対して電流を供給可能である。前記充電スイッチ部は、前記信号が入力されていない場合に、前記供給源と前記キャパシタとを電気的に接続して、前記供給源から供給された電流を前記キャパシタに供給する。

図１は、本実施形態にかかる組電池モジュールを有する二次電池装置を備えた車両の模式図である。 図２は、本実施形態にかかる組電池監視回路の機能ブロックを示す図である。 図３は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。 図４は、本実施形態にかかる組電池監視回路が備える制御部の構成例を示す図である。 図５は、放電信号の入力が停止した際のキャパシタへの充電を説明するための図である。 図６は、放電信号が入力された場合および放電信号が入力されていない場合におけるキャパシタの電圧の変化を説明する図である。

以下、本実施形態にかかる組電池モジュールを有する二次電池装置、および当該二次電池装置を備えた車両について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態にかかる組電池モジュールを有する二次電池装置を備えた車両の模式図である。なお、図１においては、車両１００、車両１００への二次電池装置の搭載箇所、および車両１００の駆動モータなどは概略的に示している。

二次電池装置は、複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）が互いに直列接続されて構成される。ここで、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）は、それぞれ独立して着脱することが可能であり、メンテナンス等において、別の組電池モジュールと交換することができる。組電池モジュール１０１（１）は、組電池１１を有する。組電池モジュール１０１（２）は、組電池１２を有する。また、組電池モジュール１０１（３）は、組電池１３を有する。また、組電池モジュール１０１（４）は、組電池１４を有する。ここで、組電池１１は、直列接続された複数の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）［ｘ：２以上の整数］を有する（図２参照）。なお、組電池１２〜１４は、組電池１１と同様の構成を有している。本実施形態では、二次電池装置は、４つの組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）を直列接続しているが、複数の組電池モジュールを直列接続するものであれば、これに限定するものではない。

二次電池装置が備える複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち低電位側に接続された組電池モジュール１０１（１）の負極端子には、接続ライン３１の一方の端子が接続されている。接続ライン３１は、インバータ４０の負極入力端子に接続されている。

また、二次電池装置が備える複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）のうち高電位側に接続された組電池モジュール１０１（４）の正極端子には、接続ライン３２の一方の端子が、スイッチ装置３３を介して接続されている。接続ライン３２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。

スイッチ装置３３は、複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）に直列接続され、複数の組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の電気的な接続をオンまたはオフする。つまり、スイッチ装置３３は、オンすることにより、組電池１１〜１４間に電流を流す。本実施形態では、スイッチ装置３３は、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の組電池１１〜１４が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）への充電が行われる際にオンするプリチャージスイッチＳＷＰ（図３参照）、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の電力を負荷に供給する際にオンするメインスイッチＳＷＭ（図３参照）を含む。より具体的には、メインスイッチＳＷＭは、二次電池セルへの充電が行われる際に二次電池セルへ供給される電力の電流（突入電流）が車両２側の負荷（例えば、モータ４５など）に流れ込むのを防止するために、二次電池セルへの充電が行なわれた後にオンする。これにより、突入電流によるメインスイッチＳＷＭの溶着を防止する。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、リレー回路として構成されている。

インバータ４０は、印加された直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の電圧に変換する。インバータ４０は、後述する電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）６０または車両１００の全体動作を制御するための電気制御装置７１からの制御信号に基づいて、交流の電圧への変換が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。モータ４５の駆動力（回転）は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪ＷＲ，ＷＬに伝達される。

電池管理装置６０には、独立した外部電源７０が接続されている。外部電源７０は、例えば、車載アクセサリに電力を供給する定格１２Ｖの鉛蓄電池である。また、電池管理装置６０には、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う電気制御装置７１も接続されている。

図２は、本実施形態にかかる組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）の機能ブロックを示す図である。図１および図２に示すように、組電池モジュール１０１（１）は、組電池１１と、組電池監視回路（ＶＴＭ）２１と、を有している。組電池モジュール１０１（２）は、組電池１２と、組電池監視回路２２と、を有する。組電池モジュール１０１（３）は、組電池１３と、組電池監視回路２３と、を有する。組電池モジュール１０１（４）は、組電池１４と、組電池監視回路２４と、を有する。なお、以下の説明では、主として、組電池モジュール１０１（１）の機能ブロックについて説明するが、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）の機能ブロックも同様の構成となっている。

組電池監視回路２１は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２２の第１通信部２１１と接続された第２通信部２１２と、を有している。また、組電池監視回路２２の被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続されかつ組電池監視回路２１の第２通信部２１２と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２３の第１通信部２１１と接続された第２通信部２１２と、を有している。また、組電池監視回路２３の被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続されかつ組電池監視回路２２の第２通信部２１２と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２４の第１通信部２１１と接続された第２通信部２１２と、を有している。また、組電池監視回路２４の被駆動部２１８は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０と接続されかつ組電池監視回路２３の第２通信部２１２と接続された第１通信部２１１と、組電池監視回路２４よりも高電位側に接続された組電池監視回路がある場合に当該組電池監視回路に接続された第２通信部２１２と、を有している。

なお、組電池監視回路２１，２２間の第１通信部２１１と第２通信部２１２とを接続し、かつ組電池監視回路２３，２４間の第１通信部２１１と第２通信部２１２とを接続することにより、組電池監視回路２１，２３の第１通信部２１１が、コネクタ５１を介して電池管理装置６０に接続されるようにしても良い。この場合、組電池監視回路２１，２２は互いの第１通信部２１１および第２通信部２１２を介して接続され双方向通信が可能であり、また組電池監視回路２３，２４も互いの第１通信部２１１および第２通信部２１２を介して接続され双方向通信が可能である。

より具体的には、組電池監視回路２１，２２を接続する場合、組電池監視回路２１の第１通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２１の第２通信部２１２の情報入力出力端子は、組電池監視回路２２の第１通信部２１１の情報入力出力端子に接続される。

また、組電池監視回路２３，２４を接続する場合、組電池監視回路２３の第１通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタ５１を介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２３の第２通信部２１２の情報入力出力端子は、組電池監視回路２４の第１通信部２１１の情報入力出力端子に接続される。

また、組電池監視回路２１は、制御部２１７、温度検出部２１４、および診断用回路２１６を備える。

制御部２１７は、組電池監視回路２１の全体の動作を制御するものである。本実施形態では、制御部２１７は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の二次電池セル毎の電圧（以下、セル電圧とする）を検出する。言い換えると、制御部２１７は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）それぞれの端子間の電圧をセル電圧として検出する。そして、制御部２１７は、検出した全てのセル電圧を表すセル電圧信号を、第１通信部２１１およびインタフェース回路６０４（図３参照）を介して電池管理装置６０に入力する。

さらに、制御部２１７は、インタフェース回路６０４（図３参照）を介して制御回路ＣＴＲ（図３参照）から入力される放電信号に応じて、組電池１１が有する二次電池セル１１に蓄えられた電力を放電して、二次電池セル１１に蓄えられた電力の電圧を均等化する均等化処理を行う。二次電池装置では、二次電池セルの充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされた二次電池セル間の電圧が不均等となってくることが知られている。二次電池セル間の電圧が不均等になることにより、二次電池装置としての機能を最大に発揮できるような効率の良い充放電を行うことができなくなってくる。

均等化処理せずに蓄えられた電力の電圧が高い二次電池セルが存在する状態で充電を行うと、蓄えられた電力の電圧が低い二次電池セルが満充電状態にならないまま、蓄えられた電力の電圧が高い二次電池セルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、制御部２１７により、二次電池セル間の電圧を均等化処理する必要がある。

診断用回路２１６は、組電池モジュール１０１（１）の異常を通知する信号であって、予め設定された基本周波数でハイレベルまたはロウレベルに切り換わる脈動信号（矩形波信号）を出力する。

温度検出部２１４は、組電池１１が有する二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の二次電池セル毎または複数の二次電池セルの近傍の温度を検出する。そして、温度検出部２１４は、検出した温度を表す温度信号を、第１通信部２１１およびインタフェース回路６０４（図３参照）を介して電池管理装置６０に入力する。

図３は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。図３に示すように、電池管理装置６０は、電流検出回路６０２と、コネクタ５１を介して組電池監視回路２１〜２４の第１通信部２１１と接続されたインタフェース回路６０４と、組電池監視回路２１〜２４の診断用回路２１６から入力された脈動信号および制御回路ＣＴＲから送信されたアラート信号を受信しかつ組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）および電池管理装置６０における異常を表すアラート信号を出力するアラートシグナルプロセッサ６０５と、外部電源７０から電源電圧の電力が供給される電源供給管理部６０６と、スイッチ駆動回路６０８と、メモリ６０７と、二次電池装置の動作を制御する制御回路（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）ＣＴＲと、を備えている。

メモリ６０７は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）である。メモリ６０７は、制御回路ＣＴＲの動作を規定するプログラムが記録されている。

組電池監視回路２１〜２４からインタフェース回路６０４には、制御部２１７から入力されたセル電圧信号、温度検出部２１４から入力された温度信号、診断用回路２１６から入力された脈動信号が、コネクタ５１を介して供給される。インタフェース回路６０４から組電池監視回路２１〜２４には、制御回路ＣＴＲから送信された各種信号（例えば、ロジック信号など）がコネクタ５１を介して入力される。

インタフェース回路６０４は、制御部２１７から入力された電圧信号、温度検出部２１３から入力された温度信号等を双方向シリアル通信により制御回路ＣＴＲに供給し、診断用回路２１６から入力された脈動信号をアラートシグナルプロセッサ６０５に供給する。

アラートシグナルプロセッサ６０５は、インタフェース回路６０４から供給された脈動信号および制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号が正常か異常かを判断する。脈動信号または制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号が正常である場合には、アラートシグナルプロセッサ６０５は、予め設定された周波数でハイレベルまたはロウレベルに切り換わるアラート信号を出力する。脈動信号または制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号がハイレベルに切り換わったままである場合には、アラートシグナルプロセッサ６０５は、例えば、正常時のロウレベルのアラート信号をハイレベルのアラート信号として出力する。

アラートシグナルプロセッサ６０５から出力されたアラート信号は、制御回路ＣＴＲ、スイッチ駆動回路６０８、およびコネクタＣＮ２を介して接続された電気制御装置７１に供給される。

スイッチ駆動回路６０８は、制御回路ＣＴＲの制御により、スイッチ装置３３のプリチャージスイッチＳＷＰの動作を制御する信号Ｓ１と、メインスイッチＳＷＭの動作を制御する信号Ｓ２とを出力する。

信号Ｓ１，Ｓ２は、コネクタＣＮ１を介してスイッチ装置３３（図１参照）に供給される。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、信号Ｓ１，Ｓ２によってオンまたはオフするリレー回路である。

例えば、脈動信号が異常である場合には、制御回路ＣＴＲは、供給されたアラート信号により対応する組電池監視回路に異常があると判断し、スイッチ駆動回路６０８を制御して、プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭをオフさせる。

電源供給管理部６０６は、電流検出回路６０２、アラートシグナルプロセッサ６０５、メモリ６０７、および制御回路ＣＴＲに電力を供給する。電源供給管理部６０６は、制御回路ＣＴＲへの電力の供給をオンまたはオフする切替回路６０６Ｓと、当該切替回路６０６Ｓに対して起動を指示するウェイクアップ信号を切替回路６０６Ｓに出力するタイマＴＭと、を備えている。

タイマＴＭには、外部電源７０により印加された１２Ｖの電源電圧がタイマＴＭの前段に配置されたＤＣ／ＤＣ変換回路ＣＡにより５Ｖの直流電圧に変換されて印加される。そして、タイマＴＭは、印加された５Ｖの直流電圧の電力により駆動して、切替回路６０６Ｓにウェイクアップ信号を出力する。切替回路６０６Ｓには、スタート信号ＳＴＡ、外部充電器信号ＣＨＧ、および制御回路ＣＴＲからの切替制御信号、タイマＴＭからのウェイクアップ信号、および外部電源７０からの電力が供給されている。

なお、タイマＴＭからのウェイクアップ信号は、設定された時間毎にハイレベルとなる信号である。ウェイクアップ信号がハイレベルとなるタイミングは制御回路ＣＴＲによって設定される。

ところで、電池管理装置６０には、コネクタＣＮ１を介して、電源電圧、スタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧが、外部電源７０、モータ４５の駆動を指示するスタートボタン（図示しない）が押下されたことを検知するスタート検知部（図示しない）、および外部充電器（図示しない）から供給されている。また、電池管理装置６０は、コネクタＣＮ２を介して、電気制御装置７１との間で信号の送信および受信を行っている。

スタート信号ＳＴＡは、スタート検知部（図示しない）によりスタートボタン（図示しない）が押下されたことが検知されるとハイレベルとなり、再度スタートボタン（図示しない）が押下されたことが検知されるとロウレベルとなる信号である。外部充電器信号ＣＨＧは、外部充電器が二次電池装置に接続されたらハイレベルとなり、接続が解除されたらロウレベルとなる信号である。ウェイクアップ信号、スタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧは、制御回路ＣＴＲにも供給されている。

なお、二次電池装置が車両以外の機器に搭載される場合には、スタート信号ＳＴＡは、二次電池装置が搭載された機器の電源オン操作が成された場合にハイレベルとなり、電源オフ操作が成された場合にはロウレベルとなる信号となる。

スタート信号ＳＴＡ、外部充電器信号ＣＨＧ、およびウェイクアップ信号のうち少なくとも１つがハイレベルとなることにより、切替回路６０６Ｓは、外部電源７０から印加された電源電圧を内部のＤＣ／ＤＣ変換回路によって５Ｖの直流電圧に変換して、アラートシグナルプロセッサ６０５および制御回路ＣＴＲに印加する。

また、スタート信号ＳＴＡ、外部充電器信号ＣＨＧ、およびウェイクアップ信号のうち少なくとも１つがハイレベルとなることにより、切替回路６０６Ｓは、外部電源７０から供給された電源電圧を内部のＤＣ／ＤＣ変換回路によって所定の大きさの直流電圧に変換して、電流検出回路６０２に印加する。

制御回路ＣＴＲには、タイマＴＭからウェイクアップ信号が供給され、コネクタＣＮ１を介してスタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧが供給される。そのため、制御回路ＣＴＲは、切替回路６０６Ｓにより５Ｖの直流電圧が印加された場合に、供給された信号のうちいずれの信号がハイレベルになったかを検出することにより、いずれの信号がハイレベルになったことにより切替回路６０６Ｓがオンされたかを確認することができる。いずれの信号により電力が供給されたかを確認できたら、制御回路ＣＴＲは、切替制御信号をオンとし、切替回路６０６Ｓから電力が供給されている状態を維持させる。

また、制御回路ＣＴＲは、ウェイクアップ信号、スタート信号ＳＴＡ、および外部充電器信号ＣＨＧを監視し、全ての信号がロウレベルになると、切替制御信号をロウレベルとし、切替回路６０６Ｓをオフさせる。したがって、制御回路ＣＴＲ、アラートシグナルプロセッサ６０５、および電流検出回路６０２への電力の供給が停止される。

制御回路ＣＴＲは、エネルギー偏差算出部６０１および放電時間換算部６０３を備える。エネルギー偏差算出部６０１は、制御部２１７から入力された電圧信号を、第１通信部２１１およびインタフェース回路６０４を介して取り込むとともに、電流検出回路６０２から入力された電流信号を取り込む。

放電時間換算部６０３は、取り込まれた電圧信号が表すセル電圧が予め定めた特定電圧に到達するまでの到達時間と、取り込まれた電流信号が表す電流値とから二次電池セル間の容量差を算出し、算出した容量差および到達時間から、二次電池セルの残り容量を同じにするため（すなわち、制御部２１７により均等化処理を行うため）の各二次電池セルの放電時間を算出する。

さらに、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４に動作を制御するための信号をインタフェース回路６０４に供給する。具体的には、制御回路ＣＴＲは、スイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ３（図４参照）のオンを指示する信号をインタフェース回路６０４に供給する。本実施形態では、制御回路ＣＴＲは、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）が備える組電池１１〜１４の放電を指示する放電信号を、後述するスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ３のオンを指示する信号としてインタフェース回路６０４に供給する。

図４は、本実施形態にかかる組電池監視回路が備える制御部の構成例を示す図である。図５は、放電信号の入力が停止した際のキャパシタへの充電を説明するための図である。なお、図４には、組電池モジュール１０１（１）が有する組電池監視回路２１が備える制御部２１７を示しているが、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）が有する組電池監視回路２１が備える制御部２１７も同様の構成を有している。なお、以下の説明では、説明を簡略化するために、組電池モジュール１０１（１）が、直列接続された３つの二次電池セル１１（１）〜１１（３）を有する組電池１１を備える例について説明する。

制御部２１７は、抵抗Ｒ１（１）〜Ｒ１（７）、抵抗Ｒ２（１）〜Ｒ２（４）、キャパシタＣ１〜Ｃ３、スイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ３、主制御部４０１、差分出力部４０２、検知部４０３、およびＡＤ変換部４０４を備えている。

抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）は、二次電池セル１１（１）の両端（つまり、二次電池セル１１（１）の正極端子および負極端子）に直列接続された分圧抵抗である。本実施形態では、抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）は、互いに同じ抵抗値を有する抵抗により構成され、スイッチ部ＳＷ１がオンした場合、二次電池セル１１（１）の電圧Ｖ１を抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）により分圧した電圧を、主制御部４０１の入力端子Ｔ０に印加する。なお、本実施形態では、二次電池セル１１（１）の両端には、２つの分圧抵抗（抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２））が直列接続されているが、二次電池セル１１（１）の両端に複数の分圧抵抗を直列接続されていれば、これに限定するものではない。

抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）は、二次電池セル１１（２）の両端（つまり、二次電池セル１１（２）の正極端子および負極端子）に直列接続された分圧抵抗である。本実施形態では、抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）は、互いに同じ抵抗値を有する抵抗により構成され、スイッチ部ＳＷ２がオンした場合、二次電池セル１１（２）の電圧Ｖ２を抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）により分圧した電圧を、主制御部４０１の入力端子Ｔ１に印加する。なお、本実施形態では、二次電池セル１１（２）の両端には、２つの分圧抵抗（抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４））が直列接続されているが、二次電池セル１１（２）の両端に複数の分圧抵抗を直列接続されていれば、これに限定するものではない。

抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）は、二次電池セル１１（３）の両端（つまり、二次電池セル１１（３）の正極端子および負極端子）に直列接続された分圧抵抗である。本実施形態では、抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）は、互いに同じ抵抗値を有する抵抗により構成され、スイッチ部ＳＷ３がオンした場合、二次電池セル１１（３）の電圧Ｖ３を抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）により分圧した電圧を、主制御部４０１の入力端子Ｔ２に印加する。なお、本実施形態では、二次電池セル１１（３）の両端には、２つの分圧抵抗（抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６））が直列接続されているが、二次電池セル１１（３）の両端に複数の分圧抵抗を直列接続されていれば、これに限定するものではない。

抵抗Ｒ２（１）は、主制御部４０１の入力端子Ｔ０に入力される信号（二次電池セル１１（１）の負極端子の電圧を表す信号）の周波数から高い周波数を取り除く一次ローパスフィルタの一部である。また、抵抗Ｒ２（１）は、スイッチ部ＳＷ１がオフしている場合には、アナログ入力端子ＡＩＮをハイインピーダンスにする。

抵抗Ｒ２（２）は、主制御部４０１の入力端子Ｔ１に入力される信号（二次電池セル１１（２）の負極端子の電圧を表す信号）の周波数から高い周波数を取り除く一次ローパスフィルタの一部である。抵抗Ｒ２（３）は、主制御部４０１の入力端子Ｔ２に入力される信号（二次電池セル（３）の負極端子の電圧を表す信号）の周波数から高い周波数を取り除く一次ローパスフィルタの一部である。抵抗Ｒ１（７），Ｒ２（４）は、主制御部４０１の入力端子Ｔ３に入力される信号（二次電池セル１１（３）の正極端子の電圧を表す信号）の周波数から高い周波数を取り除く一次ローパスフィルタの一部である。

スイッチ部ＳＷ１は、複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）に直列接続され、オンを指示する信号が入力された場合にオンして二次電池セル１１（１）と複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）とを電気的に接続する。これにより、二次電池セル１１（１）の電圧Ｖ１を複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）により分圧した電圧が、主制御部４０１の入力端子Ｔ０に印加される。本実施形態では、スイッチ部ＳＷ１は、ＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰ型トランジスタ、ＮＰＮ型トランジスタ等によって構成され、複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）の間に接続されている。そして、スイッチ部ＳＷ１は、放電信号が入力された場合にオンして、二次電池セル１１（１）と複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）とを電気的に接続して当該複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）を放電抵抗として機能させる。

スイッチ部ＳＷ２は、複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）に直列接続され、オンを指示する信号が入力された場合にオンして二次電池セル１１（２）と複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）とを電気的に接続する。これにより、二次電池セル１１（２）の電圧Ｖ２を複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）により分圧した電圧が、主制御部４０１の入力端子Ｔ１に印加される。本実施形態では、スイッチ部ＳＷ２は、ＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰ型トランジスタ、ＮＰＮ型トランジスタ等によって構成され、複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）の間に接続されている。そして、スイッチ部ＳＷ２は、放電信号が入力された場合にオンして、二次電池セル１１（２）と複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）とを電気的に接続して当該複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）を放電抵抗として機能させる。

スイッチ部ＳＷ３は、複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）に直列接続され、オンを指示する信号が入力された場合にオンして二次電池セル１１（３）と複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）とを電気的に接続する。これにより、二次電池セル１１（３）の電圧Ｖ３を複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）により分圧した電圧が、主制御部４０１の入力端子Ｔ２に印加される。本実施形態では、スイッチ部ＳＷ３は、ＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰ型トランジスタ、ＮＰＮ型トランジスタ等によって構成され、複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）の間に接続されている。そして、スイッチ部ＳＷ３は、放電信号が入力された場合にオンして、二次電池セル１１（３）と複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）とを電気的に接続して当該複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）を放電抵抗として機能させる。

キャパシタＣ１は、少なくとも一端が複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）の間に接続されている。そして、キャパシタＣ１は、スイッチ部ＳＷ１がオフしている場合には、二次電池セル１１（１）と並列接続され、スイッチ部ＳＷ１がオンしている場合には、複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）のうち一部の分圧抵抗およびスイッチ部ＳＷ１と並列接続される。本実施形態では、キャパシタＣ１は、一端が抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）の間に接続され、他端が二次電池セル１１（１）の正極端子に接続されている。そして、キャパシタＣ１は、スイッチ部ＳＷ１がオフしている場合には、二次電池セル１１（１）と並列に接続される。一方、キャパシタＣ１は、スイッチ部ＳＷ１がオンしている場合には、抵抗Ｒ１（２）およびスイッチ部ＳＷ１と並列接続される。

キャパシタＣ２は、少なくとも一端が複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）の間に接続されている。そして、キャパシタＣ２は、スイッチ部ＳＷ２がオフしている場合には、二次電池セル１１（２）と並列接続され、スイッチ部ＳＷ２がオンしている場合には、複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）のうち一部の分圧抵抗およびスイッチ部ＳＷ１と並列接続される。本実施形態では、キャパシタＣ２は、一端が抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）の間に接続され、他端が二次電池セル１１（２）の正極端子に接続されている。そして、キャパシタＣ２は、スイッチ部ＳＷ２がオフしている場合には、二次電池セル１１（２）と並列に接続される。一方、キャパシタＣ２は、スイッチ部ＳＷ２がオンしている場合には、抵抗Ｒ１（４）およびスイッチ部ＳＷ２と並列接続される。

キャパシタＣ３は、少なくとも一端が複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）の間に接続されている。そして、キャパシタＣ３は、スイッチ部ＳＷ３がオフしている場合には、二次電池セル１１（３）と並列接続され、スイッチ部ＳＷ３がオンしている場合には、複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）のうち一部の抵抗およびスイッチ部ＳＷ３と並列接続される。本実施形態では、キャパシタＣ３は、一端が抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）の間に接続され、他端が二次電池セル１１（３）の正極端子に接続されている。そして、キャパシタＣ３は、スイッチ部ＳＷ３がオフしている場合には、二次電池セル１１（３）と並列に接続される。一方、キャパシタＣ３は、スイッチ部ＳＷ３がオンしている場合には、抵抗Ｒ１（６）およびスイッチ部ＳＷ３と並列接続される。

主制御部４０１は、入力端子Ｔ０〜Ｔ３，Ｔ７、出力端子Ｔ４〜Ｔ６、アナログ入力端子ＡＩＮ、およびグランド端子ＧＮＤを有している。

入力端子Ｔ０は、スイッチ部ＳＷ１がオフしている場合には、二次電池セル１１（１）の負極端子の電圧が印加される。一方、入力端子Ｔ０は、スイッチ部ＳＷ１がオンしている場合には、二次電池セル１１（１）の正極端子の電圧Ｖ１を、複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）により分圧された電圧が印加される。

入力端子Ｔ１は、スイッチ部ＳＷ２がオフしている場合には、二次電池セル１１（２）の負極端子（二次電池セル１１（１）の正極端子）の電圧が印加される。一方、入力端子Ｔ１は、スイッチ部ＳＷ２がオンしている場合には、二次電池セル１１（２）の正極端子の電圧Ｖ２を、複数の抵抗Ｒ１（３），Ｒ１（４）により分圧された電圧が印加される。

入力端子Ｔ２は、スイッチ部ＳＷ３がオフしている場合には、二次電池セル１１（３）の負極端子（二次電池セル１１（２）の正極端子）の電圧が印加される。一方、入力端子Ｔ２は、スイッチ部ＳＷ３がオンしている場合には、二次電池セル１１（３）の正極端子の電圧Ｖ３を、複数の抵抗Ｒ１（５），Ｒ１（６）のにより分圧された電圧が印加される。

入力端子Ｔ３は、二次電池セル１１（３）の正極端子の電圧Ｖ３が印加される。入力端子Ｔ７は、二次電池セル１１（１）〜１１（３）の電圧Ｖ１〜Ｖ３を合計した電圧が印加される。

出力端子Ｔ４〜Ｔ６は、インタフェース回路６０４を介して制御回路ＣＴＲから入力された放電信号（オンを指示する信号）をスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ３に出力する。

アナログ入力端子ＡＩＮは、スイッチ部ＳＷ１がオフしている場合には、ハイインピーダンスになる。グランド端子ＧＮＤは、グランドに接続された端子である。

また、主制御部４０１は、検出部４０１ａ、故障検知部４０１ｂ、充電スイッチ部４０１ｃ、電圧選択出力部４０１ｄ、および供給源４０１ｅを備えている。検出部４０１ａは、入力端子Ｔ０に印加された電圧および入力端子Ｔ１に印加された電圧から、キャパシタＣ１の両端の電圧を検出する。本実施形態では、検出部４０１ａは、入力端子Ｔ０に印加された電圧と入力端子Ｔ１に印加された電圧の差分を、キャパシタＣ１の電圧として検出する。検出部４０１ａは、キャパシタＣ２の電圧についても、同様にして、入力端子Ｔ１に印加された電圧および入力端子Ｔ２に印加された電圧から検出する。また、検出部４０１ａは、キャパシタＣ３の電圧についても、同様にして、入力端子Ｔ２に印加された電圧および入力端子Ｔ３に印加された電圧から検出する。

故障検知部４０１ｂは、オンを指示する信号が入力された際に検出された電圧が複数の抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）の分圧比に基づく一部の抵抗の電圧より高い場合、および当該信号が入力されていない間に検出された電圧が二次電池セル１１（１）の電圧未満である場合に、スイッチ部ＳＷ１の故障を検知する。本実施形態では、故障検知部４０１ｂは、放電信号が入力された際に検出された電圧が、二次電池セル１１（１）の電圧を抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）の分圧比に基づいて分圧した抵抗Ｒ１（２）の電圧より高い場合に、スイッチ部ＳＷ１の故障を検知する。一方、故障検知部４０１ｂは、放電信号が入力されていない間に検出された電圧が、二次電池セル１１（１）の電圧未満である場合に、スイッチ部ＳＷ１の故障を検知する。なお、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ２およびスイッチ部ＳＷ３の故障についても同様に検知する。

また、故障検知部４０１ｂは、アナログ入力端子ＡＩＮの抵抗値から、スイッチ部ＳＷ１の故障の故障を検知する。具体的には、故障検知部４０１ｂは、放電信号が入力された場合にアナログ入力端子ＡＩＮがハイインピーダンスになっている場合には、スイッチ部ＳＷ１がオンしない故障を検知する。また、故障検知部４０１ｂは、放電信号が入力されない場合にアナログ入力端子ＡＩＮがハイインピーダンスになっていない場合には、スイッチ部ＳＷ１がオフしない故障を検知する。

供給源４０１ｅは、複数の二次電池セル１１（１）〜１１（３）からの電流を供給する。本実施形態では、供給源４０１ｅは、チャージポン昇圧回路等により構成され、二次電池セル１１（１）のセル電圧、二次電池セル１１（２）のセル電圧、および二次電池セル１１（３）のセル電圧を合計した総電圧（つまり、組電池１１が有する二次電池セルの電圧を合計した電圧）を用いて生成した電流を供給する。充電スイッチ部４０１ｃは、図５に示すように、放電信号が入力されていない場合に、供給源４０１ｅとキャパシタＣ１とを電気的に接続して、供給源４０１ｅから供給された電流をキャパシタＣ１〜Ｃ３に供給する。これにより、スイッチ部ＳＷ１〜３がオフして、キャパシタＣ１〜Ｃ３に電力を供給する際に、二次電池セル１１（１）の電力に加えて、二次電池セル１１（２），１１（３）の電力をキャパシタＣ１〜Ｃ３に供給することができるので、キャパシタＣ１〜Ｃ３を高速に充電することができる。

例えば、放電信号が入力されてスイッチ部ＳＷ１が正常にオンした場合、キャパシタＣ１の両端の電圧は、二次電池セル１１（１）のセル電圧を、抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）により分圧された電圧となる。そのため、放電信号が入力されてスイッチ部ＳＷ１が正常にオンした場合のキャパシタＣ１に蓄えられる電荷量と、放電信号が入力されずスイッチ部ＳＷ１が正常にオフした場合のキャパシタＣ１に蓄えられる電荷量とには、Ｑ＝ＣＶ／２の差が生じる。ここで、Ｖは、二次電池セル１１（１）のセル電圧を表している。そのため、１つの二次電池セルからキャパシタＣ１に供給される電流をＩとし、充電スイッチ部４０１ｃをオンして、二次電池セル１１（１）に加えて二次電池セル１１（２）からキャパシタＣ１に電流２Ｉを供給した場合、キャパシタＣ１への充電が完了するために必要な時間は、Ｔ＝ＣＶ／２Ｉとなり、１つの二次電池セルからキャパシタＣ１に電流を供給する時間の半分となるため、キャパシタＣ１の充電を高速に行なうことができる。

電圧選択出力部４０１ｄは、マルチプレクサ等により構成され、二次電池セル１１（１）〜１１（３）の両端（正極端子、および負極端子）に接続された複数のスイッチ部（図示しない）を有し、スイッチ部（図示しない）をオンまたはオフすることにより、複数の二次電池セル１１（１）〜１１（３）のうちいずれか一つの二次電池セルの両端の電圧を表す電圧信号を選択的に出力する。

差分出力部４０２は、電圧選択出力部４０１ｄから出力された電圧信号が表す二次電池セルの両端の電圧の差分を表す差分信号を出力する。検知部４０３は、差分出力部４０２から出力された差分信号が表す差分から、電圧選択出力部４０１ａが備えるスイッチ部（図示しない）の故障を検知する。ＡＤ変換器４０４は、検知部４０３による検知結果を表すアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。

ここで、放電信号が入力された場合および放電信号が入力されていない場合におけるキャパシタＣ１の電圧の変化について説明する。図６は、放電信号が入力された場合および放電信号が入力されていない場合におけるキャパシタの電圧の変化を説明する図である。なお、以下の説明では、スイッチ部ＳＷ１に放電信号が入力された場合およびスイッチ部ＳＷ１に放電信号が入力されなかった場合のキャパシタＣ１の電圧の変化について説明するが、スイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３に放電信号が入力された場合およびスイッチ部ＳＷ２，ＳＷ３に放電信号が入力されなかった場合のキャパシタＣ２，Ｃ３の電圧も同様に変化する。また、以下の説明では、二次電池セル１１（１）〜１１（３）のセル電圧が全て３Ｖであり、かつ抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）の分圧比が１／２である場合における、キャパシタＣ１の両端の電圧の変化について説明する。

まず、スイッチ部ＳＷ１に放電信号が入力された場合のコンデンサＣ１の電圧の変化について説明する。放電信号が入力されてスイッチ部ＳＷ１が正常にオンした場合、二次電池セル１１（１）のセル電圧は、抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）によって１／２に分圧される。この場合、検出部４０１ａは、キャパシタＣ１と並列接続される抵抗Ｒ１（２）と同じ電圧（１．５Ｖ）を、キャパシタＣ１の両端の電圧として検出する。そのため、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ１が正常にオンしたと判断する。また、放電信号の入力が停止してスイッチ部ＳＷ１が正常にオフした場合、検出部４０１ａは、キャパシタＣ１と二次電池セル１１（１）とが直列接続されるため、二次電池セル１１（１）の電圧（３Ｖ）を、キャパシタＣ１の両端の電圧として検出する。そのため、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ１が正常にオフしたと判断する。

これに対し、スイッチ部ＳＷ１に放電信号が入力されたにも関わらずスイッチ部ＳＷ１が正常にオンせずスイッチ部ＳＷ１への電流の流れ込みが制限された場合、スイッチ部ＳＷ１が抵抗として機能するため、二次電池セル１１（１）の電圧は、スイッチ部ＳＷ１、および抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）によって分圧される。この場合、検出部４０１ａは、キャパシタＣ１と並列接続される抵抗Ｒ１（２）の電圧とスイッチ部ＳＷ１の電圧とを合計した電圧（つまり、１．５Ｖより高い電圧）を、キャパシタＣ１の両端の電圧として検出する。そのため、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ１が正常にオンしない開放故障と判断する。

なお、検出部４０１ａにより検出されるキャパシタＣ１の両端の電圧が、スイッチ部ＳＷ１に放電信号が入力されているか否かに関わらず、抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）により分圧された電圧（１．５Ｖ）である場合には、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ１が正常にオフしない短絡故障（言い換えると、スイッチ部ＳＷ１がオンしたままの故障）と判断する。

また、スイッチ部ＳＷ１への放電信号の入力が停止したにも関わらずスイッチ部ＳＷ１が正常にオフせずにスイッチ部ＳＷ１への電流の流れ込みが発生している場合、二次電池セル１１（１）の電圧は、スイッチ部ＳＷ１、および抵抗Ｒ１（１），Ｒ１（２）によって分圧される。この場合、検出部４０１ａは、キャパシタＣ１と並列接続される抵抗Ｒ１（２）の電圧とスイッチ部ＳＷ１の電圧とを合計した電圧（つまり、１．５Ｖより高く、３Ｖ未満）を、キャパシタＣ１の両端の電圧として検出する。そのため、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ１が正常にオフしない短絡故障と判断する。

なお、検出部４０１ａにより検出されるキャパシタＣ１の両端の電圧が、スイッチ部ＳＷ１に放電信号が入力されているか否かに係らず、二次電池セル１１（１）の電圧（３Ｖ）である場合には、故障検知部４０１ｂは、スイッチ部ＳＷ１が正常にオンしない開放故障と判断する。

このように本実施形態にかかる組電池モジュールによれば、放電信号が入力された際に検出されたキャパシタの両端の電圧が複数の分圧抵抗の分圧比に基づく一部の分圧抵抗の電圧より高い場合、および放電信号が入力されていない間に検出されたキャパシタの両端の電圧が二次電池セルのセル電圧未満である場合に、スイッチ部の故障を検知することにより、スイッチ部をオンして二次電池セルの放電を行なっている場合とスイッチ部がオフして二次電池セルの放電を行なっていない場合とでキャパシタの両端の電圧を変化させることができるので、スイッチ部が正常にオンまたはオフしているかを検知することができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１（１）〜１０１（４） 組電池モジュール
１１〜１４ 組電池
２１〜２４ 組電池監視回路
２１７ 制御部
４０１ 主制御部
４０１ａ 検出部
４０１ｂ 故障検知部
４０１ｃ 充電スイッチ部
４０１ｅ 供給源
ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ部
Ｃ１〜Ｃ３ キャパシタ

Claims (3)

1. 直列接続された複数の電池セルを有する組電池と、
   前記電池セルの両端に直列接続された複数の分圧抵抗と、
   前記複数の分圧抵抗に直列接続され、オンを指示する信号が入力された場合に前記電池セルと前記複数の分圧抵抗とを電気的に接続するスイッチ部と、
   少なくとも一端が前記複数の分圧抵抗の間に接続され、前記スイッチ部がオフしている場合に前記電池セルと並列接続され、前記スイッチ部がオンした場合に前記複数の分圧抵抗のうち一部の分圧抵抗および前記スイッチ部と並列接続されるキャパシタと、
   前記キャパシタの両端の電圧を検出する検出部と、
   前記信号が入力された際に前記検出部により検出された電圧が前記複数の分圧抵抗の分圧比に基づく前記一部の分圧抵抗の電圧より高い場合、および前記信号が入力されていない間に前記検出部により検出された電圧が前記電池セルの電圧未満である場合に、前記スイッチ部の故障を検知する検知部と、
   前記複数の電池セルから前記キャパシタに対して電流を供給可能な供給源と、
   前記信号が入力されていない場合に、前記供給源と前記キャパシタとを電気的に接続して、前記供給源から供給された電流を前記キャパシタに供給する充電スイッチ部と、
   を備えた組電池モジュール。
2. 前記検知部は、
   前記信号が入力されかつ前記検出部により検出された電圧が前記分圧比に基づく前記一部の分圧抵抗の電圧より高い場合、若しくは前記信号が入力されているか否かに関わらず前記検出部により検出される電圧が前記電池セルの電圧である場合、前記スイッチ部の開放故障を検知し、
   前記信号が入力されずかつ前記検出部により検出される電圧が、前記分圧比に基づく前記一部の分圧抵抗の電圧より高くかつ前記電池セルの電圧未満である場合、若しくは前記信号が入力されているか否かに関わらず前記検出部により検出される電圧が、前記分圧比に基づく前記一部の分圧抵抗の電圧である場合、前記スイッチ部の短絡故障を検知する請求項１に記載の組電池モジュール。
3. 前記スイッチ部は、前記電池セルの放電を指示する放電信号が前記信号として入力された場合にオンして前記電池セルと前記複数の分圧抵抗とを電気的に接続して前記複数の分圧抵抗を放電抵抗として機能させる請求項１または２に記載の組電池モジュール。

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