JP6477593B2

JP6477593B2 - 組電池監視システム

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Publication number: JP6477593B2
Application number: JP2016097918A
Authority: JP
Inventors: 亮太郎三浦; 幸拓朝長
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2036-05-16
Also published as: WO2017199534A1; CN109247040B; JP2017208880A; US10901036B2; CN109247040A; US20190064272A1

Description

本発明は、組電池を構成する各電池セルの電圧を監視する組電池監視システムに関する。

組電池には、各電池セルの電圧を検出し、各電圧が均等になるように均等化処理等を行うための電圧監視装置が接続されるが、両者の間にはノイズを除去するためのＲＣフィルタが配置されている。このＲＣフィルタの接続形態には様々なタイプがある。その１つに、フィルタを構成する抵抗素子とは別個に放電用の抵抗素子を配置し、各フィルタを構成するコンデンサの両端子が、隣接する電池セルの同コンデンサの端子に直接接続されない形態の、所謂単型のフィルタがある。

この単独型のフィルタは、各電池セルについてカットオフ周波数のばらつきが無く、例えば特許文献１に開示されている非単独型のフィルタに比較すると、ノイズ除去性能が高くなる。また、例えば特許文献２に開示されている、フィルタコンデンサの他端がそれぞれグランドに接続される対地型のフィルタに比較すると、差動的な振動の揺れにも強いというメリットがある。

特開２０１４−９０５３６号公報特開２０１４−６４４０４号公報

しかしながら、単独型フィルタを用いた従来の組電池監視システムでは、均等化処理のため電池セルを放電させると、フィルタコンデンサの充電電荷も放電されるようになっている。そのため、フィルタコンデンサが再度充電されるまで次の電圧検出等の処理に移行することができず、総じて処理時間が長くなるという問題がある。また、ＲＣフィルタの時定数が変更されると、それに合わせて各処理のタイムスケジュールを組み直す必要もある。
そこで、本発明では、単独型フィルタを用いた構成においても、電池セルの放電処理を迅速に実施できる組電池監視システムを提供する。

また、組電池監視システムでは、各電池セルに対応して接続されている放電用スイッチについても、電流リーク等の故障が無いか診断する必要がある。しかしながら、従来の構成では、そのために必要な回路素子等を追加する必要があった。
そこで本発明では、上記の構成において回路素子を追加することなく、各電池セルに対応して設けられている放電用スイッチの故障診断を行うことができる組電池監視システムを提供する。

請求項１記載の組電池監視システムによれば、各電池セルと電圧監視装置との間にそれぞれ接続される放電用抵抗素子及びＲＣフィルタと、各電池セルに対応して電圧監視装置の内部に配置され、対応する電池セルを放電させる放電用スイッチとを備える。電圧監視装置に設けられる３つ以上の接続端子の内２つは、ＲＣフィルタの出力端子を介して電池セルの電圧を監視するために使用され、残りの１つ以上は、放電用スイッチがオンされた際に電池セルの放電経路を形成するために使用される。そして、前記放電経路においては、放電用抵抗素子が、ＲＣフィルタを構成するコンデンサの充電電荷を放電させない位置に配置されている。

具体的には、例えば請求項３記載の組電池監視システムでは、ＲＣフィルタの入力端子は対応する電池セルの正側に接続され、コンデンサの低電位側端子は電池セルの負側に接続される。そして、放電用抵抗素子は、電池セルの正側及び負側の少なくとも一方と、電圧監視装置の対応する接続端子との間に接続される。

また、例えば請求項５記載の組電池監視システムでは、ＲＣフィルタの入力端子は対応する電池セルの負側に接続され、コンデンサの高電位側端子は電池セルの正側に接続される。そして、放電用抵抗素子は、請求項３と同様に、電池セルの正側及び負側の少なくとも一方と、電圧監視装置の対応する接続端子との間に接続される。

これらのように構成すれば、放電用スイッチのオン時に形成される放電経路は、電池セルに対しＲＣフィルタと共に並列になるので、コンデンサの充電電荷を放電させることが無い。したがって、電池セルの放電処理に要する時間が短縮され、次の処理にも迅速に移行できる。

加えて、請求項１記載の組電池監視システムでは、故障診断部が、２つ以上の間隔を空けた２つの放電用スイッチを同時にオンし、これら２つの放電用スイッチの間にある電池セルの端子電圧がオフ時から一定電圧を超えて変化した際に、前記同時にオンしたものの間にある放電用スイッチの故障を判定する。これにより、別途回路素子を付加することなく、既存の放電用スイッチをオンさせた際の電池セルの電圧変化を参照するだけで、放電用スイッチの故障を判定できる。

第１参考例であり、組電池監視システムの要部を示す回路図組電池監視システムの全体構成と共に、偶数番目の電池セルを放電させた状態を示す図組電池監視システムの全体構成と共に、奇数番目の電池セルを放電させた状態を示す図偶数番目の電池セルと奇数番目の電池セルとを、それぞれ一括して放電させる場合のタイミングチャート偶数番目の電池セルと奇数番目の電池セルとを、それぞれ複数回に分けて放電させる場合のタイミングチャート放電用スイッチのＯＮ，ＯＦＦに伴う差電圧Ｖｎ−Ｓｎの変化を示すタイミングチャート従来構成について、放電用スイッチのＯＮ，ＯＦＦに伴う差電圧Ｖｎ−Ｓｎの変化を示すタイミングチャート従来構成の一例を示す図第２参考例であり、組電池監視システムの要部を示す回路図第１実施形態であり、第１参考例に示す構成において、３セル毎に２つの放電用スイッチをＯＮして行う故障診断の原理を説明する図（その１）故障診断の原理を説明する図（その２）故障診断の原理を説明する図（その３）故障診断の原理を説明する図（その４）故障診断の原理を説明する図（その５）故障診断の原理を説明する図（その６）４セル毎に２つの放電用スイッチをＯＮして行う故障診断の原理を説明する図（その１）故障診断の原理を説明する図（その２）故障診断の原理を説明する図（その３）故障診断の原理を説明する図（その４）２セル毎に２つの放電用スイッチをＯＮした場合は、故障診断ができないことを説明する図制御装置及び電圧検出装置による電圧検出処理を示すフローチャート制御装置による判定処理を示すフローチャート第２実施形態であり、第２参考例に示す構成において、制御装置及び電圧検出装置による電圧検出処理を示すフローチャート制御装置による判定処理を示すフローチャート故障診断の原理を説明する図（その１）故障診断の原理を説明する図（その２）第３参考例を示す図

（第１参考例）
以下、第１参考例について説明する。図１に示すように、組電池１は、二次電池である複数個の電池セル２（１，２，３，…）が多段直列接続されて構成されている。電圧監視ＩＣ３は、各電池セル２の負側端子に対応した接続端子４Ｎを備え、接続端子４Ｎは放電用抵抗素子５Ｎを介して、対応する電池セル２の負側端子にそれぞれ接続されている。電圧監視ＩＣ３は電圧監視装置に相当する。

尚、例えば電池セル２（１）の正側端子は、その上位側，つまり高電圧側の電池セル２（２）の負側端子と共通であるから、電池セル２の正側端子に対応した接続端子を４Ｐとすれば、接続端子４Ｐ（１）は接続端子４Ｎ（２）に相当する。また、以下では、電池セル２の位置によらず、ある１つの電池セル２の正側に接続される端子を４Ｎ（＋），負側に接続される端子を４Ｎ（−）と記載することがある。

各電池セル２の正側端子，負側端子には、抵抗素子６及びコンデンサ７の直列回路が接続されており、これらはＲＣフィルタ８を構成している。電圧監視ＩＣ３において、各電池セル２に対応する接続端子４Ｎの間には、フィルタ接続端子９が設けられている。フィルタ接続端子９には、抵抗素子６及びコンデンサ７の共通接続点であるＲＣフィルタ８の出力端子が接続されている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される放電用スイッチ１０は、電池セル２に対応して、電圧監視ＩＣ３の内部において接続端子４Ｎ間に接続されている。一例として、放電用抵抗素子５Ｎの抵抗値は８２Ω，抵抗素子６の抵抗値は３２０Ω，コンデンサ７の容量は１μＦ程度である。

図２に示すように、電圧監視ＩＣ３は、制御装置１１及び電圧検出装置１２を備えている。各電池セル２に対応するフィルタ接続端子９と接続端子４Ｎとは、それぞれスイッチ１３及び１４を介して電圧検出装置１２の各入力端子に共通に接続されている。制御装置１１は、スイッチ１３及び１４のＯＮ／ＯＦＦを制御して、電圧検出装置１２に各電池セル２の電圧を個別に検出させる。その検出結果は、制御装置１１に入力される。また、制御装置１１は、放電用スイッチ１０のＯＮ／ＯＦＦを制御して各電池セル２の電圧均等化処理を行う。以上が組電池監視システム１５を構成している。尚、図中では、放電用スイッチ１０を「均等化スイッチ」と示す場合がある。

本参考例の構成において均等化処理を行う際には、例えば図２に示すように、偶数番目の電池セル２（２）及び２（４）の放電を行った後、図３に示すように奇数番目の電池セル２（１）及び２（３）の放電を行うように切替えることで放電電流を低減し、発熱を抑制することが望ましい。またこの場合、図４に示すように、偶数番目の電池セル２（２）及び２（４）の放電と、奇数番目の電池セル２（１）及び２（３）の放電をそれぞれ一括して行ったり、図５に示すようにそれぞれの放電を複数回繰り返すことで行うようにしても良い。

次に、本参考例の作用について説明する。放電用スイッチ１０をＯＮさせた際の電池セル２（１）の放電経路は、
電池セル２（１）の正側端子→放電用抵抗素子５Ｎ（２）→接続端子４Ｎ（２）→放電用スイッチ１０（１）→接続端子４Ｎ（１）→放電用抵抗素子５Ｎ（１）→電池セル２（１）の負側端子
となる。したがって、ＲＣフィルタ８を構成するコンデンサ７の充電電荷を放電させることが無い。

ここで、フィルタ接続端子９の電圧をＶｎ，対応する接続端子４Ｎの電圧をＳｎとすると、図６に示すように、放電用スイッチ１０をＯＮさせた際の差電圧Ｖｎ−Ｓｎは電池セル２の端子電圧Ｖcellの１／２に低下し、放電用スイッチ１０をＯＦＦさせると差電圧Ｖｎ−Ｓｎは直ちに端子電圧Ｖcellに復帰する。したがって、次の処理に迅速に移行することが可能になる。

これに対して図８は従来構成の一例を示す。この構成では、フィルタ用の抵抗素子を６Ｐ，６Ｎに分割して、電池セル２の正側，負側端子とコンデンサ７の両端との間に接続している。そして、抵抗素子を６Ｐ，６Ｎを放電用としても用いている。この構成において電池セル２の放電経路を形成すると、抵抗素子６Ｎがコンデンサ７の充電電荷を放電させる経路に配置されているため、図７に示すように、放電用スイッチ１０をＯＮさせた際の差電圧Ｖｎ−Ｓｎは略０Ｖまで低下する。そして、放電用スイッチ１０をＯＦＦさせた後、差電圧Ｖｎ−Ｓｎが端子電圧Ｖcellに復帰するまでには、コンデンサ７の充電が完了するまでの時間を要するため、次の処理に迅速に移行できない。

以上のように本参考例によれば、各電池セル２と電圧監視ＩＣ３との間に夫々接続される放電用抵抗素子５及びＲＣフィルタ８と、各電池セル２に対応して電圧監視ＩＣ３の内部に配置され、対応する電池セル２を放電させる放電用スイッチ１０とを備える。電圧監視ＩＣ３に設けられる接続端子９及び４Ｎ（−）は、ＲＣフィルタ８の出力端子を介して電池セル２の電圧を監視するために使用され、接続端子４Ｎ（＋）は、放電用スイッチ１０がＯＮされた際に電池セル２の放電経路を形成するために使用される。そして、前記放電経路においては、放電用抵抗素子５Ｎが、ＲＣフィルタ８を構成するコンデンサ７の充電電荷を放電させない位置に配置されている。

具体的には、ＲＣフィルタ８の入力端子は対応する電池セル２の正側に接続され、コンデンサ７の低電位側端子は同負側に接続される。そして、放電用抵抗素子５Ｎは、電池セル２の正側及び負側と、電圧監視ＩＣ３の対応する接続端子４Ｎ（＋），４Ｎ（−）との間に接続される。このように構成すれば、放電用スイッチ１０のＯＮ時に形成される放電経路は、電池セル２に対しＲＣフィルタ８と共に並列になるので、コンデンサ７の充電電荷を放電させることが無い。したがって、電池セル２の放電処理に要する時間が短縮され、次の処理にも迅速に移行することができる。

（第２参考例）
以下、第１参考例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図９に示すように、第２参考例の組電池監視システム２１では、ＲＣフィルタ８を構成する抵抗素子６及びコンデンサ７の直列回路が、対応する電池セル２の負側端子と正側端子との間に接続されている。つまり、第１参考例とは逆方向に接続されている。そして、ＲＣフィルタ８の出力端子は、第１参考例の接続端子４Ｎに対応するフィルタ接続端子９に接続されている。

また、第１参考例の放電用抵抗素子５Ｎに対応する放電用抵抗素子５Ｐは、対応する電池セル２の正側端子と、第１参考例のフィルタ接続端子９に対応する接続端子４Ｐとの間に接続されている。そして、放電用スイッチ１０は電圧監視ＩＣ３Ａの内部において、接続端子４Ｐとその上位側電池セル２の接続端子４Ｐとの間に接続されている。

次に、第２参考例の作用について説明する。放電用スイッチ１０（２）をＯＮさせた際の電池セル２（２）の放電経路は、
電池セル２（２）の正側端子→放電用抵抗素子５Ｐ（２）→接続端子４Ｐ（２）→放電用スイッチ１０（２）→接続端子４Ｐ（１）→放電用抵抗素子５Ｐ（１）→電池セル２（２）の負側端子
となる。したがって、この構成による場合もＲＣフィルタ８を構成するコンデンサ７の充電電荷を放電させることが無い。

以上のように第２参考例によれば、ＲＣフィルタ８の入力端子を対応する電池セル２の負側端子に接続し、コンデンサ７の高電位側端子を電池セル２の正側端子に接続する。そして、放電用抵抗素子５Ｐは、電池セル２の正側及び負側端子と、電圧監視ＩＣ３の対応する接続端子４Ｐ（＋）及び４Ｐ（−）との間に接続する。したがって、第１参考例と同様の効果が得られる。

（第１実施形態）
上述した第１及び第２参考例は、本願発明が前提構成とする、放電経路中における放電用抵抗素子の配置に関するものであった。第１実施形態では、例えば第１参考例の構成において、故障診断部の機能も有している電圧監視ＩＣ３が、各放電用スイッチ１０の故障判定を行う場合を示す。本実施形態では、間隔を２つ以上空けた２つの放電用スイッチ１０を同時にＯＮした際の電池セル２の電圧変化に基づいて、放電用スイッチ１０の故障の有無を診断する。

尚、以下では説明を簡単にするため、放電用抵抗素子５ＮをＲ１，抵抗素子６をＲ２とする。また、５つの電池セル２及びその端子電圧を低電位側からそれぞれＶ１〜Ｖ５とし、これらの電池セル２に対応する放電用スイッチをそれぞれＳＷ１〜ＳＷ５とする。

図１０に示すように、ＳＷ１〜５の全てがＯＦＦの状態でこれらに故障が無ければ、各セルの端子電圧Ｖ１〜Ｖ５がそのまま検出される。この状態から、図１１に示すようにＳＷ２及びＳＷ５を同時にＯＮすると、これらのスイッチを介して流れる電流をＩ５とすると、各セルについて検出される電圧は以下のようになる。
Ｖ５→Ｖ５−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ４→Ｖ４
Ｖ３→Ｖ３＋Ｒ１×Ｉ５
Ｖ２→Ｖ２−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ１→Ｖ１
この時、セルＶ４について検出される電圧は変化しない。

一方、図１２に示すように、ＳＷ１〜５の全てがＯＦＦの状態でＳＷ３にリーク電流Ｉ１が流れているとする。この状態で各セルについて検出される電圧は以下のようになる。
Ｖ５：Ｖ５
Ｖ４：Ｖ４＋Ｒ１×Ｉ１
Ｖ３：Ｖ３−Ｒ１×Ｉ１
Ｖ２：Ｖ２
Ｖ１：Ｖ１

この状態から、図１３に示すようにＳＷ２及びＳＷ５を同時にＯＮすると、各部に流れる電流が変化するため、セルＶ５〜Ｖ１について検出される電圧は以下のように変化する。尚、ＳＷ２，ＳＷ５を介して流れる電流をそれぞれＩ４，Ｉ５とし、セルＶ２の正側端子から抵抗素子Ｒ１に流れる電流をＩ３とすると、ＳＷ３に流れるリーク電流がＩ２に変化する。すなわち、（Ｉ４＝Ｉ２＋Ｉ３）となる。
Ｖ５：Ｖ５−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ４：Ｖ４＋Ｒ１×Ｉ２
Ｖ３：Ｖ３＋Ｒ１×Ｉ３
Ｖ２：Ｖ２−Ｒ１×Ｉ４
Ｖ１：Ｖ１
ここで、セルＶ４について検出される電圧に着目すると、ＳＷ３に流れるリーク電流の変化に応じて変化している。この変化により、セルＶ３又はＶ４に電流リークが発生していることが検出できる。

また、図１４に示すように、ＳＷ１〜５の全てがＯＦＦの状態でＳＷ４にリーク電流Ｉ１が流れている場合、各セルについて検出される電圧は以下のようになる。
Ｖ５：Ｖ５＋Ｒ１×Ｉ１
Ｖ４：Ｖ４−Ｒ１×Ｉ１
Ｖ３：Ｖ３
Ｖ２：Ｖ２
Ｖ１：Ｖ１

この状態で、図１５に示すようにＳＷ２及びＳＷ５を同時にＯＮすると、セルＶ５〜Ｖ２について検出される電圧は以下のように変化する。尚、ＳＷ２，ＳＷ５を介して流れる電流をそれぞれＩ５，Ｉ４とし、ＳＷ５のソースから抵抗素子Ｒ１に流れる電流をＩ３とすると、ＳＷ４に流れるリーク電流がＩ２（Ｉ４＝Ｉ２＋Ｉ３）に変化する。
Ｖ５：Ｖ５−Ｒ１×Ｉ３
Ｖ４：Ｖ４−Ｒ１×Ｉ２
Ｖ３：Ｖ３＋Ｒ１×Ｉ５
Ｖ２：Ｖ２−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ１：Ｖ１

この場合も、セルＶ４について検出される電圧がＳＷ４に流れるリーク電流の変化に応じて変化するので、セルＶ３又はＶ４に電流リークが発生していることが検出できる。ここで、図１３に示すケースではセルＶ４の電圧が上昇しており、図１５に示すケースではセルＶ４の電圧が低下している。これらの変化の状態に応じて、前者の場合はセルＶ３に、後者の場合はセルＶ４に電流リークが発生していることが峻別できる。

また、図１６に示すように、ＳＷ１〜５の全てがＯＦＦの状態でＳＷ２にリーク電流Ｉ１が流れているとする。この状態で各セルについて検出される電圧は以下のようになる。
Ｖ５：Ｖ５
Ｖ４：Ｖ４
Ｖ３：Ｖ３＋Ｒ１×Ｉ１
Ｖ２：Ｖ２−Ｒ１×Ｉ１
Ｖ１：Ｖ１

この状態から、図１７に示すように間隔を３つ空けて２つの放電用スイッチをＳＷ１及びＳＷ５を同時にＯＮすると、セルＶ５〜Ｖ１について検出される電圧は以下のように変化する。尚、ＳＷ１，ＳＷ５を介して流れる電流をそれぞれＩ４，Ｉ５とし、セルＶ１の正側端子から抵抗素子Ｒ１に流れる電流をＩ３とすると、ＳＷ２に流れるリーク電流がＩ２に変化する。
Ｖ５：Ｖ５−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ４：Ｖ４
Ｖ３：Ｖ３＋Ｒ１×Ｉ２
Ｖ２：Ｖ２＋Ｒ１×Ｉ３
Ｖ１：Ｖ１−Ｒ１×Ｉ４
セルＶ３について検出される電圧は、ＳＷ３に流れるリーク電流の変化に応じて変化するので、セルＶ３又はＶ２に電流リークが発生していることが検出できる。

また、図１８に示すように、ＳＷ１〜５の全てがＯＦＦの状態でＳＷ４にリーク電流Ｉ１が流れているとする。この状態で各セルについて検出される電圧は以下のようになる。
Ｖ５：Ｖ５＋Ｒ１×Ｉ１
Ｖ４：Ｖ４−Ｒ１×Ｉ１
Ｖ３：Ｖ３
Ｖ２：Ｖ２
Ｖ１：Ｖ１

この状態から、図１９に示すように間隔を３つ空けて２つの放電用スイッチをＳＷ１及びＳＷ５を同時にＯＮすると、セルＶ５〜Ｖ１について検出される電圧は以下のように変化する。尚、ＳＷ１，ＳＷ５を介して流れる電流をそれぞれＩ５，Ｉ４とし、ＳＷ５のソースから抵抗素子Ｒ１に流れる電流をＩ３とすると、ＳＷ４に流れるリーク電流がＩ２に変化する。
Ｖ５：Ｖ５−Ｒ１×Ｉ３
Ｖ４：Ｖ４−Ｒ１×Ｉ２
Ｖ３：Ｖ３
Ｖ２：Ｖ２＋Ｒ１×Ｉ５
Ｖ１：Ｖ１−Ｒ１×Ｉ５
セルＶ４について検出される電圧は、ＳＷ４に流れるリーク電流の変化に応じて電圧が変化するので、セルＶ４又はＶ３に電流リークが発生していることが検出できる。

尚、図２０に示すように、放電用スイッチを１つおきにＯＮすると、全てのセルについて検出される電圧がＯＦＦの場合から以下のように変化するため、故障を診断することはできない。
Ｖ５：Ｖ５−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ４：Ｖ４＋Ｒ１×Ｉ５
Ｖ３：Ｖ３−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ２：Ｖ２＋Ｒ１×Ｉ５
Ｖ１：Ｖ１−Ｒ１×Ｉ５

次に、電池セルの直列接続段数が「２０」の場合を例とする、本実施形態の作用について説明する。２つの放電用スイッチをＯＮする間隔は図１２〜図１７と同様であり、間に２つのセルを措く３セル毎とする。尚、各電池セルについては、低電位側から高電位側に付した番号「１〜２０」で示す。

図２１に示すように、制御装置１１は、全ての放電用スイッチがＯＦＦの状態でスイッチ１３及び１４のＯＮ／ＯＦＦを制御し、電圧検出装置１２に各電池セル１〜２０の電圧を個別に検出させる（Ｓ１）。それらの検出結果は、制御装置１１に入力される（Ｓ２）。ここで入力された検出結果を結果（１）とする。

次に、制御装置１１は、放電用スイッチを低電位側の「１」から３セル毎にＯＮする。すなわち、
ＳＷ１，４，７，１０，１３，１６，１９
がＯＮになる（Ｓ３）。この状態で、各ペアの内、高電位側にある放電用スイッチの１つ低電位側に対応する電池セル、
セル３，６，９，１２，１５，１８
の電圧を検出させると（Ｓ４）、ステップＳ３でＯＮした放電用スイッチをＯＦＦにする（Ｓ５）。それから、ステップＳ４での検出結果を制御装置１１に入力させる（Ｓ６）。ここで入力された検出結果を結果（２）とする。

それから、制御装置１１は、ステップＳ３でＯＮした放電用スイッチを、１つ高電位側にずらして３セル毎にＯＮする。すなわち、
ＳＷ２，５，８，１１，１４，１７，２０
がＯＮになる（Ｓ７）。この状態で、同じく各ペアの内、高電位側にある放電用スイッチの１つ低電位側に対応する電池セル、
セル１，４，７，１０，１３，１６，１９
の電圧を検出させると（Ｓ８）、ステップＳ７でＯＮした放電用スイッチをＯＦＦにする（Ｓ９）。そして、ステップＳ８での検出結果を制御装置１１に入力させる（Ｓ１０）。ここで入力された検出結果を結果（３）とする。

ここで、このように故障診断を行うため２つの放電用スイッチをＯＮしてセルの端子電圧を測定するのに要する時間については、ＲＣフィルタ８の効果を有効とするため、その時定数よりも短くなるように設定するのが好適である。例えば本実施形態の基礎となる第１参考例のようにＲ＝３２０Ω，Ｃ＝１μＦの場合、ＲＣフィルタ８のカットオフ周波数は約５００Ｈｚとなる。この場合は、測定時間を２ｍｓ以下とする。また、上記の定数においてＲ＝３２００Ωに変更すればカットオフ周波数は約５０Ｈｚとなるから、測定時間を２０ｍｓ以下とすれば良い。

図２２に示すように、制御装置１１は、結果（２）と、結果（２）で検出対象となった電池セルの結果（１）とを比較する。ここで、電池セルが例えばリチウムイオン電池であり、通常時の端子電圧が４Ｖ程度であるとする。そして、それぞれのセルについて、結果（１）と結果（２）との間で±５０ｍＶ以上の電圧変化があったか否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、判定対象セルの電圧変化が±５０ｍＶ未満であれば、判定対象セルの１段及び２段低電位側にあるセル，すなわち、
セル２，３，５，６，８，９，１１，１２，１４，１５，１７，１８
については「異常無し」と判定する（Ｓ１２）。

次に、制御装置１１は、結果（３）と、結果（３）で検出対象となった電池セルの結果（１）とを比較する。そして同様に、それぞれのセルについて結果（１）と結果（３）との間で±５０ｍＶ以上の電圧変化があったか否かを判断する（Ｓ１３）。判定対象セルの電圧変化が±５０ｍＶ未満であれば、判定対象セル及びその１段低電位側にあるセル，すなわち、
セル１，３，４，６，７，９，１０，１２，１３，１５，１６，１８，１９
について「異常無し」と判定する（Ｓ１４）。そして、判定処理を終了する。

ここで、上記の「セル１」については、対応するスイッチＳＷ１にリークが発生している場合、スイッチＳＷ２をＯＮすることでセル１の負極側に流れる電流が変化する。したがって、このようなセル１の電圧変化の有無を検出することで判定できる。

一方、ステップＳ１１又はＳ１３において、判定対象セルの電圧変化が±５０ｍＶ以上となったものがある場合は、その電池セルの電圧変化が増減の何れかを判定する（Ｓ１５）。電圧変化が「増」であれば、ステップＳ１１又はＳ１３における判定対象セルに対応する放電用スイッチに異常があると判定する（Ｓ１６）。また、電圧変化が「減」であれば、前記判定対象セルの１段低電位側に対応する放電用スイッチに異常があると判定する（Ｓ１７）。

以上のように本実施形態によれば、制御装置１１は、２つ以上の間隔を空けた２つの放電用スイッチ１０を同時にオンし、これら２つの放電用スイッチ１０の間にある電池セル２の端子電圧がオフ時から一定電圧を超えて変化した際に、前記同時にオンしたものの間にある放電用スイッチ１０の故障を判定する。この場合、前記２つのうち高電位側に位置する放電用スイッチ１０の１つ低電位側に位置する電池セル２の端子電圧を比較して前記故障を判定する。

これにより、別途回路素子を付加することなく、既存の放電用スイッチ１０をオンさせた際の電池セル２の電圧変化を参照するだけで故障を判定できる。そして、同時にオンする２つの放電用スイッチ１０の間隔を「３」に設定することで、故障診断を効率良く行うことができる。

更に、制御装置１１は、前記端子電圧の一定電圧を超える変化が前記電圧の上昇であれば、当該電圧が変化した電池セル２に対応する放電用スイッチ１０が故障していると判定し、前記変化が前記電圧の低下であれば、前記電池セル２の１つ低電位側にある放電用スイッチが故障していると判定する。したがって、２つのうち何れの電池セル２が故障しているかを特定できる。

更にまた、制御装置１１は、前記２つの放電用スイッチ１０をオンした際の端子電圧の測定を、ＲＣフィルタ８の時定数よりも短い時間で行う。これにより、ＲＣフィルタ８の効果を有効にした状態で故障診断を行うことができる。加えて、故障診断部としての機能を制御装置１１に設けることで、第１参考例に示す均等化処理と故障診断処理とを回路規模を増大させることなく実行できる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第２参考例の構成に対応した故障診断処理を示す。この場合は、図２３に示すように、結果（２）とするステップＳ４Ａにおける電圧検出対象の電池セルが第１実施形態と異なる。ここでは、各ペアの内、高電位側にある放電用スイッチの２つ低電位側に対応する電池セル、
セル２，５，８，１１，１４，１７
の電圧を検出させる。

また、結果（３）を得るために、ステップＳ７Ａ，Ｓ９ＡでＯＮ，ＯＦＦさせる２回目の放電用スイッチのペアが異なり、ここでは、
ＳＷ３，６，９，１２，１５，１８
をＯＮ，ＯＦＦさせる。それに伴い、図２４に示すように、ステップＳ１１Ａにおける電圧の比較対象セルが、第１実施形態とは異なっている。加えて、ステップＳ１２Ａにおいて「異常無し」と判定される対象には「セル２０」が追加されている。

例えば図２５に示すように、ＳＷ１〜５の全てがＯＦＦの状態でＳＷ３にリーク電流Ｉ１が流れているとする。この状態で各セルについて検出される電圧は以下のようになる。
Ｖ５：Ｖ５
Ｖ４：Ｖ４
Ｖ３：Ｖ３−Ｒ１×Ｉ１
Ｖ２：Ｖ２＋Ｒ１×Ｉ１
Ｖ１：Ｖ１

この状態から、図２６に示すようにＳＷ２及びＳＷ５を同時にＯＮすると、セルＶ５〜Ｖ１について検出される電圧は以下のように変化する。尚、ＳＷ２，ＳＷ５を介して流れる電流をそれぞれＩ４，Ｉ５とし、セルＶ２の正側端子から抵抗素子Ｒ１に流れる電流をＩ３とすると、ＳＷ３に流れるリーク電流がＩ２に変化する。
Ｖ５：Ｖ５−Ｒ１×Ｉ５
Ｖ４：Ｖ４＋Ｒ１×Ｉ５
Ｖ３：Ｖ３−Ｒ１×Ｉ２
Ｖ２：Ｖ２−Ｒ１×Ｉ３
Ｖ１：Ｖ１＋Ｒ１×Ｉ４
ここで、セルＶ３について検出される電圧に着目すると、ＳＷ３に流れるリーク電流の変化に応じて変化している。この変化により、セルＶ３又はＶ４に電流リークが発生していることが検出できる。

また、図２４に示すステップＳ１５において、電圧変化が「減」であれば、前記判定対象セルの１段高電位側に対応する放電用スイッチに異常があると判定する（Ｓ１７Ａ）。そして、ステップＳ１３における比較結果が全ての対象セルについて±５０ｍＶ未満であれば、判定対象セル及びその１段高電位側にあるセル，すなわち、
セル２，４，５，７，８，１０，１１，１３，１４，１６，１７，１９
について「異常なし」と判定する（Ｓ１４Ａ）。

以上のように第２実施形態によれば、制御装置１１は、同時にＯＮする２つの放電用スイッチ１０のうち高電位側に位置する放電用スイッチ１０の２つ低電位側に位置する電池セル２の端子電圧を比較して故障を判定する。したがって、第２参考例の構成に対応して第１実施形態と同様の故障診断を行うことができる。

この場合、制御装置１１は、電池セル２の端子電圧の一定電圧を超える変化が前記電圧の上昇であれば、当該電圧が変化した電池セル２に対応する放電用スイッチ１０が故障していると判定し、前記変化が前記電圧の低下であれば、前記電池セル２の１つ高電位側にある放電用スイッチ１０が故障していると判定する。したがって、この場合も２つのうち何れの電池セル２が故障しているかを特定できる。

（第３参考例）
図２７は第３参考例として、既存の放電用スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御するのではなく、各放電用スイッチに対して別途電流源をそれぞれ並列に接続し、各電流源の動作を制御することで、例えば第１実施形態と同様の故障診断が行えることを示す。しかしながら、このような構成は、敢えて電流源を追加することで冗長とならざるを得ない。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
電池セル２は、リチウム電池に限ることはない。
各電池セル２の正側端子とＲＣフィルタ８等との間にインダクタを挿入したり、電池セル２に並列にツェナーダイオードや平滑コンデンサを接続しても良い。
ＲＣフィルタの時定数や放電用抵抗素子の抵抗値，異常判定用の閾値電圧等は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。

各スイッチを構成する素子は、ＦＥＴやバイポーラトランジスタ，アナログスイッチ等何れでも良い。
例えば特許第４５４８５０１号公報に開示されているように、電流源を用いて組電池の断線検出を行う構成に単独型のＲＣフィルタを用いる場合についても、本発明を適用することができる。
故障診断部として機能する部分は、必ずしも電圧監視ＩＣ３の内部にある必要はない。

１組電池、２電池セル、３電圧監視ＩＣ、４Ｎ接続端子、５Ｎ放電用抵抗素子、６抵抗素子、７コンデンサ、８ＲＣフィルタ、９フィルタ接続端子、１０放電用スイッチ、１５組電池監視システム。

Claims

複数の電池セル（２）を多段直列接続して構成される組電池（１）における、前記各電池セルの電圧を監視する電圧監視装置（３）と、
前記各電池セルと前記電圧監視装置との間に夫々接続される放電用抵抗素子（５，２７）及びＲＣフィルタ（８，３２）と、
前記各電池セルに対応して前記電圧監視装置の内部に配置され、対応する電池セルを放電させる放電用スイッチ（１０）と、
前記各放電用スイッチのオンオフを制御して、当該各放電用スイッチの故障診断を行う故障診断部（１１）とを備え、
前記電圧監視装置には、１つの電池セルに対応して３つ以上の接続端子（４Ｎ，４Ｐ，５Ｎ，５Ｐ）が設けられ、それらの内２つは、前記ＲＣフィルタの出力端子を介して前記電池セルの電圧を監視するために使用され、残りの１つ以上は、前記放電用スイッチがオンされた際に前記電池セルの放電経路を形成するために使用されており、
前記放電経路において、前記放電用抵抗素子が、前記ＲＣフィルタを構成するコンデンサ（７）の充電電荷を放電させない位置に配置され、
前記故障診断部は、２つ以上の間隔を空けた２つの放電用スイッチを同時にオンし、これら２つの放電用スイッチの間にある電池セルの端子電圧が前記放電用スイッチのオフ時から一定電圧を超えて変化した際に、前記同時にオンしたものの間にある放電用スイッチの故障を判定する組電池監視システム。
前記故障診断部は、同時にオンする２つの放電用スイッチの間隔を「３」に設定する請求項１記載の組電池監視システム。
前記ＲＣフィルタ（８）の入力端子は、対応する電池セルの正側に接続され、
前記コンデンサの低電位側端子は、前記電池セルの負側に接続され、
前記放電用抵抗素子は、前記電池セルの正側及び負側の少なくとも一方と、前記電圧監視装置の対応する接続端子との間に接続されており、
前記故障診断部は、前記２つのうち高電位側に位置する放電用スイッチの１つ低電位側に位置する電池セルの端子電圧を比較して前記故障を判定する請求項２記載の組電池監視システム。
前記故障診断部は、前記端子電圧の一定電圧を超える変化が前記電圧の上昇であれば、当該電圧が変化した電池セルに対応する放電用スイッチが故障していると判定し、
前記変化が前記電圧の低下であれば、前記電池セルの１つ低電位側にある放電用スイッチが故障していると判定する請求項３記載の組電池監視システム。
前記ＲＣフィルタ（８）の入力端子は、対応する電池セルの負側に接続され、
前記コンデンサの高電位側端子は、前記電池セルの正側に接続され、
前記放電用抵抗素子は、前記電池セルの正側及び負側の少なくとも一方と、前記電圧監視装置の対応する接続端子との間に接続されており、
前記故障診断部は、前記２つのうち高電位側に位置する放電用スイッチの２つ低電位側に位置する電池セルの端子電圧を比較して前記故障を判定する請求項２記載の組電池監視システム。
前記故障診断部は、前記端子電圧の一定電圧を超える変化が前記電圧の上昇であれば、当該電圧が変化した電池セルに対応する放電用スイッチが故障していると判定し、
前記変化が前記電圧の低下であれば、前記電池セルの１つ高電位側にある放電用スイッチが故障していると判定する請求項５記載の組電池監視システム。
前記放電用スイッチは、前記電圧監視装置の対応する接続端子間に接続されている請求項２から６の何れか一項に記載の組電池監視システム。
前記故障診断部は、前記２つの放電用スイッチをオンした際の端子電圧の測定を、前記ＲＣフィルタの時定数よりも短い時間で行う請求項１から７の何れか一項に記載の組電池監視システム。
前記故障診断部は、前記電圧監視装置に設けられている請求項１から８の何れか一項に記載の組電池監視システム。