JP6324333B2

JP6324333B2 - セルバランス回路及びその故障診断装置

Info

Publication number: JP6324333B2
Application number: JP2015029760A
Authority: JP
Inventors: 頼正前田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: JP2016152720A

Description

本発明は、組電池に含まれる複数個の電池の残量を平均化するセルバランス回路に関するものであり、特にセルバランス回路の故障を診断する故障診断装置に関する。

電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）及びハイブリッド電気自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）などの電動化車両には、駆動用電源として複数個の電池を直列に接続した組電池が使用されている。セルモニタユニットは、組電池の電圧及び温度などを監視する装置である。

組電池は、製造時のバラつき及び経年劣化により個々の電池の残量にバラつきが生じる。残量にバラつきが生じた状態で組電池を使用すると、個々の電池に過充電又は過放電が生じる可能性がある。また、バラつきが生じた状態で個々の電池の過充電及び過放電を回避して使用すると、組電池を効率的に使用できない問題がある。このため、セルモニタユニットには、複数個の電池を個々に放電することで電池の残量を均等化するセルバランス回路が搭載されている。

セルバランス回路に故障が生じると、電池が放電不能となった場合は発煙発火、連続放電となった場合は過放電が生じる可能性があり、セルモニタユニットでセルバランス回路の故障を自己診断することが求められている。

従来、セルバランス回路の故障診断方式として、電池の放電電流を検出する方式と、抵抗に放電電流が流れることによる電圧降下を検出する方式とが開発されている。放電電流を検出する方式では、電流の検出手段が必要となるため、高価で複雑な回路構成となる。

特許文献１には、放電抵抗の電圧降下を検出する故障診断方式が開示されている。特許文献１の方式では、電池電圧の計測手段とは別に故障診断専用の電圧計測手段が必要になり、高価で複雑な回路構成となる。

また、特許文献２には、放電抵抗とは別に放電回路に挿入した抵抗による電圧降下を検出する故障診断方式が開示されている。特許文献２の方式では、電池電圧の計測手段を用いて電圧降下を検出できるため、安価で簡素な回路構成となるが、放電中は電圧降下が生じるため電池電圧を正しく計測できない問題がある。

特開２００７−８５８４７号公報特開２０１１−７６７７８号公報

特許文献１の故障診断方式は、電池電圧の計測手段とは別に故障診断専用の電圧計測手段が必要になり、高価で複雑な回路構成となる課題があった。一方、特許文献２の故障診断方式は、電池電圧の計測手段を用いて電圧降下を検出できるため、安価で簡素な回路構成となるが、放電中は電圧降下が生じるため電池電圧を正しく計測できない課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、放電中も電池電圧を正しく計測できるセルバランス回路を提供することを目的とする。また、故障診断専用の電圧計測手段を不要として、安価かつ簡素な回路構成で実現できるセルバランス回路故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明のセルバランス回路は、組電池を構成する個々の電池に対して並列に接続された放電用の第１抵抗素子及びスイッチング素子と、電池の電極と電圧計測回路の電圧入力端子との間に接続された第２抵抗素子と、第１抵抗素子とスイッチング素子間と、第２抵抗素子と電圧入力端子間との間に接続された故障診断用の第１コンデンサと、を備えるものである。

本発明のセルバランス回路故障診断装置は、上記セルバランス回路と、電圧計測回路が計測した電圧入力端子間の電圧値を用いて、セルバランス回路の故障を診断する故障診断回路と、を備えるものである。

本発明のセルバランス回路は、故障診断用の第１コンデンサを設けたことにより、放電中も電池電圧を正しく計測できる。また、本発明のセルバランス回路故障診断装置は、電池電圧を計測する電圧計測回路で計測した電圧値を用いてセルバランス回路の故障を診断するので、故障診断専用の電圧計測手段を不要として、安価かつ簡素な回路構成で実現できる。

本発明の実施の形態１に係る組電池、セルバランス回路及びＩＣの要部の構成を示す説明図である。スイッチング素子をオフからオンに切替えたときにセルバランス回路に流れる電流を示す説明図である。スイッチング素子をオンからオフに切替えたときにセルバランス回路に流れる電流を示す説明図である。セルバランス回路が正常な状態における電圧入力端子間の電圧を示す説明図である。セルバランス回路が故障した状態における電圧入力端子間の電圧を示す説明図である。セルバランス回路が故障した状態における電圧入力端子間の電圧を示す説明図である。本発明の実施の形態１に係るセルバランス回路故障診断装置の動作を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る組電池、セルバランス回路及びＩＣの要部の構成を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係るセルバランス回路故障診断装置の動作を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係る組電池、セルバランス回路及びＩＣの要部の構成を示す説明図である。スイッチング素子のオンオフを切替えたときにセルバランス回路に流れる電流を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係るセルバランス回路故障診断装置の動作を示す説明図である。本発明の実施の形態４に係る組電池、セルバランス回路及びＩＣの要部の構成を示す説明図である。スイッチング素子のオンオフを切替えたときにセルバランス回路に流れる電流を示す説明図である。本発明の実施の形態４に係るセルバランス回路故障診断装置の動作を示す説明図である。本発明の実施の形態５に係る組電池、セルバランス回路及びＩＣの要部の構成を示す説明図である。スイッチング素子のオンオフを切替えたときにセルバランス回路に流れる電流を示す説明図である。本発明の実施の形態５に係るセルバランス回路故障診断装置の動作を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、組電池１、セルバランス回路２及びＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）３の要部の構成を示している。図１を参照して、実施の形態１のセルバランス回路２及びセルバランス回路故障診断装置１００について説明する。

組電池１は、直列に接続された複数個の電池により構成されている。図１は、組電池１を３個の電池１１〜１３で構成した例を示している。

電池１１に対して並列に、放電用の第１抵抗素子Ｒ１及びスイッチング素子Ｑ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、いわゆる「Ｎチャネル型」のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されている。

同様に、電池１２に対して並列に、放電用の第１抵抗素子Ｒ２及びスイッチング素子Ｑ２が接続されている。電池１３に対して並列に、放電用の第１抵抗素子Ｒ３及びスイッチング素子Ｑ３が接続されている。

電池１１の正極とＩＣ３の電圧入力端子ＣＶ１との間に、第２抵抗素子Ｒ４が接続されている。電池１１の負極及び電池１２の正極とＩＣ３の電圧入力端子ＣＶ２との間に、第２抵抗素子Ｒ５が接続されている。

同様に、電池１２の負極及び電池１３の正極と電圧入力端子ＣＶ３との間に、第２抵抗素子Ｒ６が接続されている。電池１３の負極と電圧入力端子ＣＶ４との間に、第２抵抗素子Ｒ７が接続されている。

電圧入力端子ＣＶ１に第２コンデンサＣ１の一方の電極が接続されており、他方の電極は電気的に接地されている。第２抵抗素子Ｒ４及び第２コンデンサＣ１により、ノイズ除去用のＲＣフィルタが構成されている。

同様に、電圧入力端子ＣＶ２に第２コンデンサＣ２の一方の電極が接続されており、他方の電極は電気的に接地されている。第２抵抗素子Ｒ５及び第２コンデンサＣ２により、ノイズ除去用のＲＣフィルタが構成されている。また、電圧入力端子ＣＶ３に第２コンデンサＣ３の一方の電極が接続されており、他方の電極は電気的に接地されている。第２抵抗素子Ｒ６及び第２コンデンサＣ３により、ノイズ除去用のＲＣフィルタが構成されている。

なお、第２コンデンサＣ１は、電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間に接続されたものであっても良い。同様に、第２コンデンサＣ２は、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間に接続されたものであっても良い。第２コンデンサＣ３は、電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間に接続されたものであっても良い。

第１抵抗素子Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１間と、第２抵抗素子Ｒ４と電圧入力端子ＣＶ１間との間に、故障診断用の第１コンデンサＣ４が接続されている。同様に、第１抵抗素子Ｒ２とスイッチング素子Ｑ２間と、第２抵抗素子Ｒ５と電圧入力端子ＣＶ２間との間に、故障診断用の第１コンデンサＣ５が接続されている。第１抵抗素子Ｒ３とスイッチング素子Ｑ３間と、第２抵抗素子Ｒ６と電圧入力端子ＣＶ３との間に、故障診断用の第１コンデンサＣ６が接続されている。第１抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、第２抵抗素子Ｒ４〜Ｒ７、第２コンデンサＣ１〜Ｃ３及び第１コンデンサＣ４〜Ｃ６により、セルバランス回路２が構成されている。

ＩＣ３は、制御回路３１、電圧計測回路３２及び故障診断回路３３を有している。制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のゲート端子と電気的に接続されており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオンオフを制御する回路である。なお、図１において、制御回路３１とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３とを繋ぐ配線については図示を省略している。以下、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフからオンに切替える制御を「オン制御」といい、オンからオフに切替える制御を「オフ制御」という。制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオン制御及びオフ制御を実行する前に、オン制御及びオフ制御を実行するタイミングを電圧計測回路３２及び故障診断回路３３に通知するようになっている。

電圧計測回路３２は、制御回路３１から通知されたタイミングに同期して、電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間の電圧と、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧と、電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間の電圧とを計測する回路である。故障診断回路３３は、電圧計測回路３２が計測した電圧値を用いて、セルバランス回路２の故障を診断する回路である。故障診断回路３３は、診断結果を図示しないＢＭＵ（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）などに出力するようになっている。なお、電圧計測回路３２及び故障診断回路３３の詳細な動作については図７を参照して後述する。セルバランス回路２及びＩＣ３により、セルバランス回路故障診断装置１００が構成されている。

なお、ＩＣ３とは別に図示しないマイコン又はシステムＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を設け、このマイコン又はシステムＬＳＩが制御回路３１及び故障診断回路３３を有するものとしても良い。この場合、セルバランス回路２、ＩＣ３及びマイコン又はシステムＬＳＩによりセルバランス回路故障診断装置１００が構成される。

次に、セルバランス回路２による電池１１〜１３の放電動作について説明する。なお、初期状態においてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３はいずれもオフである。

スイッチング素子Ｑ１がオフからオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ１に電流が流れて、電池１１が放電される。同様に、スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ２に電流が流れて、電池１２が放電される。スイッチング素子Ｑ３がオフからオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ３に電流が流れて、電池１３が放電される。

ここで、第１コンデンサＣ４〜Ｃ６を有しない従来のセルバランス回路は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフにかかわらず電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間の電圧が変化しない。同様に、スイッチング素子Ｑ２のオンオフにかかわらず電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が変化せず、スイッチング素子Ｑ３のオンオフにかかわらず電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間の電圧が変化しない。したがって、従来のセルバランス回路故障診断装置は、ＩＣ３の電圧入力端子間の電圧を計測しても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオフ固着及びオン固着などの異常の発生を検出することができなかった。

これに対し、本発明のセルバランス回路２は、故障診断用の第１コンデンサＣ４〜Ｃ６を設けたことにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオンオフを切替えたときに電圧入力端子間の電圧が変化するようになっている。以下、図２〜図６を参照して、セルバランス回路２に流れる電流と、電圧入力端子間の電圧について説明する。

スイッチング素子Ｑ２がオフの状態では、スイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース間電圧が電池１２の電圧と等しいため、第１コンデンサＣ５に電荷は充電されていない。この状態でスイッチング素子Ｑ２がオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ２を通る電池１２の放電電流に加えて、図２に実線矢印で示す経路で電流が流れ、第１コンデンサＣ５が充電される。このとき、ＲＣフィルタを構成する第２抵抗素子Ｒ５に電流が流れて電圧降下が生じることで、図４に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下する。電圧が低下する時間は、数ミリ秒から数マイクロ秒程度である。

次いで、スイッチング素子Ｑ２がオンからオフに切替わると、第１コンデンサＣ５の放電により、図３に破線矢印で示す経路で電流が流れる。このとき、ＲＣフィルタを構成する第２抵抗素子Ｒ５に電流が流れて電圧降下が生じることで、図４に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に上昇する。電圧が上昇する時間は、数ミリ秒から数マイクロ秒程度である。

以上のように、セルバランス回路２が正常に動作している場合、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ２のオン制御を実行したときに電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下し、かつ、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ２のオフ制御を実行したときに電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に上昇する。同様に、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ１のオン制御及びオフ制御を実行したときに電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間の電圧が一時的に変化し、スイッチング素子Ｑ３のオン制御及びオフ制御を実行したときに電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間の電圧が一時的に変化する。

一方、セルバランス回路２が故障している場合、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオン制御又はオフ制御を実行したときに、以下のように電圧入力端子間の電圧が変化しなくなる。

例えば、スイッチング素子Ｑ２のオン固着又はオフ固着が生じている場合、制御回路３１がオン制御及びオフ制御を実行してもスイッチング素子Ｑ２のオンオフが切替わらなくなる。このため、第１コンデンサＣ５の充放電が行われず、図５に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧は一定となる。

また、第１抵抗素子Ｒ２が断線した場合、スイッチング素子Ｑ２がオンすることで第１コンデンサＣ５が充電されるものの、スイッチング素子Ｑ２がオフしても第１コンデンサＣ５が放電されなくなる。このため、図６に示す如く、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ２のオン制御を実行したときに電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下するものの、オフ制御を実行したときには電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が変化しなくなる。

本発明のセルバランス回路故障診断装置１００は、このような電圧入力端子間の電圧変化を用いて、セルバランス回路２の故障を診断するものである。以下、図７を参照して、セルバランス回路故障診断装置１００の詳細な動作の具体例について説明する。

まず、制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ２のオン制御を実行するタイミングを電圧計測回路３２及び故障診断回路３３に通知する。次いで、制御回路３１はスイッチング素子Ｑ２のオン制御を実行する。

電圧計測回路３２は、制御回路３１から通知されたタイミングに基づいて、制御回路３１がオン制御を実行する直前とオン制御を実行した直後に電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧を計測する。故障診断回路３３は、制御回路３１から通知されたタイミングに基づいて、電圧計測回路３２がオン制御の直前に計測した電圧値と、オン制御の直後に計測した電圧値との差分である第１差分ΔＶ１を算出する。

次いで、制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ２のオフ制御を実行するタイミングを電圧計測回路３２及び故障診断回路３３に通知する。次いで、制御回路３１はスイッチング素子Ｑ２のオフ制御を実行する。

電圧計測回路３２は、制御回路３１から通知されたタイミングに基づいて、制御回路３１がオフ制御を実行する直前とオフ制御を実行した直後に電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧を計測する。故障診断回路３３は、制御回路３１から通知されたタイミングに基づいて、電圧計測回路３２がオフ制御の直前に計測した電圧値と、オフ制御の直後に計測した電圧値との差分である第２差分ΔＶ２を算出する。

次いで、故障診断回路３３は、第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２の値を所定の閾値と比較する。この閾値は、電池１２の平均電圧及び第２抵抗素子Ｒ５の抵抗値などに応じて予め設定された値である。第１差分ΔＶ１の値が閾値よりも大きく、かつ、第２差分ΔＶ２の値が閾値よりも大きい場合、故障診断回路３３はセルバランス回路２が正常であると診断する。

一方、第１差分ΔＶ１の値が閾値以下である場合、又は、第２差分ΔＶ２の値が閾値以下である場合、故障診断回路３３はセルバランス回路２が故障していると診断する。具体的には、例えば、第１差分ΔＶ１の値が閾値以下であり、かつ、第２差分ΔＶ２の値が閾値以下である場合、故障診断回路３３はスイッチング素子Ｑ２のオン固着又はオフ固着が発生していると診断する。また、第１差分ΔＶ１の値が閾値よりも大きく、かつ、第２差分ΔＶ２の値が閾値以下である場合、故障診断回路３３は第１抵抗素子Ｒ２が断線していると診断する。

故障診断回路３３は、診断結果をＢＭＵなどに出力する。ＢＭＵが、セルバランス回路２の故障を示す警報画像又は警報音声などを図示しない外部装置に出力させることで、組電池１を駆動電源とする移動体の搭乗者などがセルバランス回路２の故障を把握することができる。

なお、故障診断回路３３は、制御回路３１がオン制御及びオフ制御を実行する直前の電圧値が電圧計測回路３２で計測可能な電圧範囲を超えている場合、セルバランス回路２の故障診断を実行しないものとしても良い。このように、図７に示す第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２を用いた故障診断方式は、電池電圧などの状況に応じて故障診断の実行条件を設定できるメリットがある。

なお、電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間及び電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間の電圧値を用いた故障診断については、図７に示す例と同様であるため説明を省略する。

以上のように、実施の形態１のセルバランス回路２は、組電池１を構成する個々の電池１１〜１３に対して並列に接続された放電用の第１抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３及びスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と、電池１１〜１３の電極と電圧計測回路３２の電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４との間に接続された第２抵抗素子Ｒ４〜Ｒ７と、第１抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３とスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３間と、第２抵抗素子Ｒ４〜Ｒ７と電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４間との間に接続された故障診断用の第１コンデンサＣ４〜Ｃ６とを備える。このような故障診断用の第１コンデンサを設けたことにより、放電中も電池電圧を正しく計測できるセルバランス回路２を提供できる。

また、セルバランス回路２は、一方の電極を電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４に接続しかつ他方の電極を電気的に接地するか、又は、電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４間に接続した第２コンデンサＣ１〜Ｃ３を備える。第２抵抗素子Ｒ４〜Ｒ６及び第２コンデンサＣ１〜Ｃ３によりノイズ除去用のＲＣフィルタを構成している。ＲＣフィルタにより電圧計測回路３２の計測値のノイズを除去することで、電圧計測回路３２による電圧計測の精度を高めて、セルバランス回路故障診断装置１００による故障診断の精度を高めることができる。

また、実施の形態１のセルバランス回路故障診断装置１００は、セルバランス回路２と、電圧計測回路３２が計測した電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ４間の電圧値を用いて、セルバランス回路２の故障を診断する故障診断回路３３とを備える。電池電圧を計測する電圧計測回路３２で計測した電圧値を用いてセルバランス回路２の故障を診断するので、故障診断専用の電圧計測手段を設けることなく、安価かつ簡素な回路構成でセルバランス回路故障診断装置１００を実現できる。

また、セルバランス回路故障診断装置１００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフからオンに切替えるオン制御と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオンからオフに切替えるオフ制御とを実行する制御回路３１を備える。故障診断回路３３は、オン制御の前後における電圧値の差分である第１差分ΔＶ１と、オフ制御の前後における電圧値の差分である第２差分ΔＶ２とを算出し、第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２の値を閾値と比較することでセルバランス回路２の故障を診断する。電圧計測回路３２が制御回路３１のオン制御及びオフ制御に同期して電圧を計測する機能を有する場合、第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２を用いてセルバランス回路２の故障を診断する構成により、電池電圧などの状況に応じて故障処理の実行条件を設定できる。

実施の形態２．
図８を参照して、電圧計測回路３２が制御回路３１のオン制御及びオフ制御に同期して電圧を計測する機能を有しない場合のセルバランス回路故障診断装置１００について説明する。図８において、図１に示す組電池１、セルバランス回路２及びＩＣ３と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。また、セルバランス回路２に流れる電流及び電圧入力端子間の電圧については、実施の形態１と同様であるため図２〜図６を援用して説明する。

制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオン制御及びオフ制御を実行したことを故障診断回路３３に通知するようになっている。電圧計測回路３２は、一定の時間間隔で電圧入力端子間の電圧を計測するようになっている。この時間間隔は、少なくとも、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオンオフ切替時における電圧入力端子間の電圧変化を検出できる程度に短い時間間隔である。

故障診断回路３３は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオンオフを切替えていない状態における電圧入力端子間の電圧値（以下「基準電圧値」という）よりも低い第１閾値Ｖｔｈ１と、基準電圧値よりも高い第２閾値Ｖｔｈ２とを記憶している。なお、第１閾値Ｖｔｈ１及び第２閾値Ｖｔｈ２の値は固定値でも良く、電池１１〜１３の経年劣化等を考慮して組電池１の使用期間に応じて変化する値であっても良い。

故障診断回路３３は、電圧計測回路３２で計測した電圧値を第１閾値Ｖｔｈ１及び第２閾値Ｖｔｈ２と比較するコンパレータを有している。故障診断回路３３は、電圧計測回路３２で計測した電圧値が第１閾値Ｖｔｈ１以下になったことを検出すると、検出値をラッチするようになっている。また、故障診断回路３３は、電圧計測回路３２で計測した電圧値が第２閾値Ｖｔｈ２以上になったことを検出すると、検出値をラッチするようになっている。

図９を参照して、セルバランス回路故障診断装置１００の詳細な動作の具体例について説明する。なお、初期状態においてスイッチング素子Ｑ２はオフであり、電圧計測回路３２は一定の時間間隔で電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧を計測している。

まず、制御回路３１がスイッチング素子Ｑ２のオン制御を実行する。次いで、制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ２のオン制御を実行したことを故障診断回路３３に通知する。

このとき、セルバランス回路２が正常に動作している場合、スイッチング素子Ｑ２がオンになり図２に示した経路で電流が流れ、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下する。故障診断回路３３は、電圧計測回路３２で計測した電圧値が第１閾値Ｖｔｈ１以下になったことを検出し、検出値をラッチする。

次いで、制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ２のオフ制御を実行する。次いで、制御回路３１は、スイッチング素子Ｑ２のオフ制御を実行したことを故障診断回路３３に通知する。

このとき、セルバランス回路２が正常に動作している場合、スイッチング素子Ｑ２がオフになり図３に示した経路で電流が流れ、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に上昇する。故障診断回路３３は、電圧計測回路３２で計測した電圧値が第２閾値Ｖｔｈ２以上になったことを検出し、検出値をラッチする。

故障診断回路３３は、制御回路３１がオン制御及びオフ制御の両方を実行した後に、ラッチしている検出値に応じてセルバランス回路２の故障を診断する。すなわち、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第１閾値Ｖｔｈ１以下になったことを検出しており、かつ、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第２閾値Ｖｔｈ２以上になったことを検出している場合、故障診断回路３３はセルバランス回路２が正常であると診断する。

一方、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第１閾値Ｖｔｈ１以下になったことを検出していない場合、又は、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第２閾値Ｖｔｈ２以上になったことを検出していない場合、故障診断回路３３はセルバランス回路２が故障していると診断する。具体的には、例えば、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第１閾値Ｖｔｈ１以下になったことを検出しておらず、かつ、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第２閾値Ｖｔｈ２以上になったことを検出していない場合、故障診断回路３３はスイッチング素子Ｑ２のオン固着又はオフ固着が発生していると診断する。また、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第１閾値Ｖｔｈ１以下になったことを検出しており、かつ、電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧値が第２閾値Ｖｔｈ２以上になったことを検出していない場合、故障診断回路３３は第１抵抗素子Ｒ２が断線していると診断する。

一般に、電圧計測用のＩＣ３には、過充電検出用及び過放電検出用のアナログコンパレータ又はデジタルコンパレータが内蔵されている。電圧入力端子間の電圧値を図９に示す第１閾値Ｖｔｈ１及び第２閾値Ｖｔｈ２と比較する故障診断方式は、故障診断回路３３のコンパレータとしてＩＣ３に内蔵されたアナログコンパレータ又はデジタルコンパレータを使用できるメリットがある。

なお、電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間及び電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間の電圧値を用いた故障診断については、図９に示す例と同様であるため説明を省略する。

以上のように、実施の形態２のセルバランス回路故障診断装置１００は、故障診断回路３３が、電圧値を基準電圧値よりも低い第１閾値Ｖｔｈ１と比較するとともに、電圧値を基準電圧値よりも高い第２閾値Ｖｔｈ２と比較することでセルバランス回路２の故障を診断する。第１閾値Ｖｔｈ１及び第２閾値Ｖｔｈ２と比較する構成により、電圧計測回路３２が常時計測型であり制御回路３１のオン制御及びオフ制御に同期して電圧を計測する機能を有しない場合であっても、セルバランス回路２の故障を診断することができる。

実施の形態３．
本発明のセルバランス回路２は、図１及び図８に示す回路構成に限定されるものではない。図１０を参照して、セルバランス回路２の変形例について説明する。なお、図１０において、図１及び図８に示す組電池１、セルバランス回路２及びＩＣ３と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

電池１１に対して並列に、スイッチング素子Ｑ１及び第１抵抗素子Ｒ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、いわゆる「Ｐチャネル型」のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

同様に、電池１２に対して並列に、スイッチング素子Ｑ２及び第１抵抗素子Ｒ２が接続されている。電池１３に対して並列に、スイッチング素子Ｑ３及び第１抵抗素子Ｒ３が接続されている。

スイッチング素子Ｑ１と第１抵抗素子Ｒ１間と、第２抵抗素子Ｒ５と電圧入力端子ＣＶ２間との間に第１コンデンサＣ４が接続されている。同様に、スイッチング素子Ｑ２と第１抵抗素子Ｒ２間と、第２抵抗素子Ｒ６と電圧入力端子ＣＶ３間との間に第１コンデンサＣ５が接続されている。スイッチング素子Ｑ３と第１抵抗素子Ｒ３間と、第２抵抗素子Ｒ７と電圧入力端子ＣＶ４間との間に第１コンデンサＣ６が接続されている。

図１１及び図１２を参照して、このように構成されたセルバランス回路２に流れる電流と、電圧入力端子間の電圧とについて説明する。
スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ２を通る電池１２の放電電流に加えて、図１１に実線矢印で示す経路で電流が流れ、第１コンデンサＣ５が充電される。このとき、第２抵抗素子Ｒ６に電流が流れて電圧降下が生じることで、図１２に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下する。

次いで、スイッチング素子Ｑ２がオンからオフに切替わると、第１コンデンサＣ５の放電により、図１１に破線矢印で示す経路で電流が流れる。このとき、第２抵抗素子Ｒ６に電流が流れて電圧降下が生じることで、図１２に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に上昇する。

故障診断回路３３は、図１２に示す如く、実施の形態１と同様の第１差分ΔＶ１及びΔＶ２を算出し、第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２の値を閾値と比較することでセルバランス回路２の故障を検出する。

なお、制御回路３１、電圧計測回路３２及び故障診断回路３３は、実施の形態２と同様の構成であっても良い。この場合、故障診断回路３３は、電圧計測回路３２で計測した電圧値を実施の形態２と同様の第１閾値Ｖｔｈ１及び第２閾値Ｖｔｈ２と比較することでセルバランス回路２の故障を検出する。

実施の形態４．
図１３を参照して、セルバランス回路２の他の変形例について説明する。なお、図１３において、図１及び図８に示す組電池１、セルバランス回路２及びＩＣ３と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

電池１１に対して並列に、第１抵抗素子Ｒ１及びスイッチング素子Ｑ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ１はＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

同様に、電池１２に対して並列に、第１抵抗素子Ｒ２及びスイッチング素子Ｑ２が接続されている。電池１３に対して並列に、第１抵抗素子Ｒ３及びスイッチング素子Ｑ３が接続されている。

第１抵抗素子Ｒ１とスイッチング素子Ｑ１間と、第２抵抗素子Ｒ５と電圧入力端子ＣＶ２間との間に第１コンデンサＣ４が接続されている。同様に、第１抵抗素子Ｒ２とスイッチング素子Ｑ２間と、第２抵抗素子Ｒ６と電圧入力端子ＣＶ３間との間に第１コンデンサＣ５が接続されている。第１抵抗素子Ｒ３とスイッチング素子Ｑ３間と、第２抵抗素子Ｒ７と電圧入力端子ＣＶ４間との間に第１コンデンサＣ６が接続されている。

図１４及び図１５を参照して、このように構成されたセルバランス回路２に流れる電流と、電圧入力端子間の電圧とについて説明する。
スイッチング素子Ｑ２がオンからオフに切替わると、図１４に破線矢印で示す経路で電流が流れ、第１コンデンサＣ５が充電される。このとき、第２抵抗素子Ｒ６に電流が流れて電圧降下が生じることで、図１５に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下する。

次いで、スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ２を通る電池１２の放電電流に加えて、第１コンデンサＣ５の放電により図１４に実線矢印で示す経路で電流が流れる。このとき、第２抵抗素子Ｒ６に電流が流れて電圧降下が生じることで、図１５に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に上昇する。

故障診断回路３３は、図１５に示す如く、実施の形態１と同様の第１差分ΔＶ１及びΔＶ２を算出し、第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２の値を閾値と比較することでセルバランス回路２の故障を検出する。

実施の形態５．
図１６を参照して、セルバランス回路２の他の変形例について説明する。なお、図１６において、図１及び図８に示す組電池１、セルバランス回路２及びＩＣ３と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。

電池１１に対して並列に、スイッチング素子Ｑ１及び第１抵抗素子Ｒ１が接続されている。スイッチング素子Ｑ１はＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

スイッチング素子Ｑ１と第１抵抗素子Ｒ１間と、第２抵抗素子Ｒ４と電圧入力端子ＣＶ１間との間に第１コンデンサＣ４が接続されている。同様に、スイッチング素子Ｑ２と第１抵抗素子Ｒ２間と、第２抵抗素子Ｒ５と電圧入力端子ＣＶ２間との間に第１コンデンサＣ５が接続されている。スイッチング素子Ｑ３と第１抵抗素子Ｒ３間と、第２抵抗素子Ｒ６と電圧入力端子ＣＶ３間との間に第１コンデンサＣ６が接続されている。

図１７及び図１８を参照して、このように構成されたセルバランス回路２に流れる電流と、電圧入力端子間の電圧とについて説明する。
スイッチング素子Ｑ２がオンからオフに切替わると、図１７に破線矢印で示す経路で電流が流れ、第１コンデンサＣ５が充電される。このとき、第２抵抗素子Ｒ５に電流が流れて電圧降下が生じることで、図１８に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に低下する。

次いで、スイッチング素子Ｑ２がオフからオンに切替わると、第１抵抗素子Ｒ２を通る電池１２の放電電流に加えて、第１コンデンサＣ５の放電により図１７に実線矢印で示す経路で電流が流れる。このとき、第２抵抗素子Ｒ５に電流が流れて電圧降下が生じることで、図１８に示す如く電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間の電圧が一時的に上昇する。

故障診断回路３３は、図１８に示す如く、実施の形態１と同様の第１差分ΔＶ１及びΔＶ２を算出し、第１差分ΔＶ１及び第２差分ΔＶ２の値を閾値と比較することでセルバランス回路２の故障を検出する。

なお、実施の形態３〜５に係るセルバランス回路２のいずれにおいても、第２コンデンサＣ１は電圧入力端子ＣＶ１，ＣＶ２間に接続されたものであっても良い。同様に、第２コンデンサＣ２は電圧入力端子ＣＶ２，ＣＶ３間に接続されたものであっても良く、第２コンデンサＣ３は電圧入力端子ＣＶ３，ＣＶ４間に接続されたものであっても良い。

また、実施の形態１〜５に係るセルバランス回路２のうち、実施の形態１，２に係るセルバランス回路２は、第２抵抗素子Ｒ４〜Ｒ６及び第２コンデンサＣ１〜Ｃ３からなるＲＣフィルタの周波数特性に対する影響を最も小さくすることができる。したがって、実施の形態１〜５に係るセルバランス回路２はいずれも放電中に電池電圧を正しく計測できるものの、実施の形態１，２に係るセルバランス回路２を採用するのが特に好適である。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１組電池、２セルバランス回路、３ＩＣ、１１，１２，１３電池、３１制御回路、３２電圧計測回路、３３故障診断回路、１００セルバランス回路故障診断装置、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３第２コンデンサ、Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６第１コンデンサ、ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４電圧入力端子、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３第１抵抗素子、Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７第２抵抗素子。

Claims

組電池を構成する個々の電池に対して並列に接続された放電用の第１抵抗素子及びスイッチング素子と、
前記電池の電極と電圧計測回路の電圧入力端子との間に接続された第２抵抗素子と、
前記第１抵抗素子と前記スイッチング素子間と、前記第２抵抗素子と前記電圧入力端子間との間に接続された故障診断用の第１コンデンサと、
を備えるセルバランス回路。
一方の電極を前記電圧入力端子に接続しかつ他方の電極を電気的に接地するか、又は、前記電圧入力端子間に接続した第２コンデンサを備え、
前記第２抵抗素子及び前記第２コンデンサによりノイズ除去用のＲＣフィルタを構成した
ことを特徴とする請求項１記載のセルバランス回路。
請求項１又は請求項２記載のセルバランス回路と、
前記電圧計測回路が計測した前記電圧入力端子間の電圧値を用いて、前記セルバランス回路の故障を診断する故障診断回路と、
を備えるセルバランス回路故障診断装置。
前記スイッチング素子をオフからオンに切替えるオン制御と、前記スイッチング素子をオンからオフに切替えるオフ制御とを実行する制御回路を備え、
前記故障診断回路は、前記オン制御の前後における前記電圧値の差分である第１差分と、前記オフ制御の前後における前記電圧値の差分である第２差分とを算出し、前記第１差分及び前記第２差分の値を閾値と比較することで前記セルバランス回路の故障を診断する
ことを特徴とする請求項３記載のセルバランス回路故障診断装置。
前記故障診断回路は、
前記第１差分の値が前記閾値よりも大きく、かつ、前記第２差分の値が前記閾値よりも大きい場合、前記セルバランス回路が正常であると診断し、
前記第１差分の値が前記閾値以下である場合、又は、前記第２差分の値が前記閾値以下である場合、前記セルバランス回路が故障していると診断する
ことを特徴とする請求項４記載のセルバランス回路故障診断装置。
前記故障診断回路は、前記電圧値を基準電圧値よりも低い第１閾値と比較するとともに、前記電圧値を前記基準電圧値よりも高い第２閾値と比較することで前記セルバランス回路の故障を診断することを特徴とする請求項３記載のセルバランス回路故障診断装置。
前記スイッチング素子をオフからオンに切替えるオン制御と、前記スイッチング素子をオンからオフに切替えるオフ制御とを実行する制御回路を備え、
前記故障診断回路は、
前記制御回路が前記オン制御及び前記オフ制御を実行した後に、前記電圧値が前記第１閾値以下になったことを検出しており、かつ、前記電圧値が前記第２閾値以上になったことを検出している場合、前記セルバランス回路が正常であると診断し、
前記制御回路が前記オン制御及び前記オフ制御を実行した後に、前記電圧値が前記第１閾値以下になったことを検出していない場合、又は、前記電圧値が前記第２閾値以上になったことを検出していない場合、前記セルバランス回路が故障していると診断する
ことを特徴とする請求項６記載のセルバランス回路故障診断装置。