JP6496687B2 - 電池監視システム - Google Patents
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Description
本発明は、組電池を構成する電池セルの状態を監視する電池監視システムに関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車などは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池に蓄電された電力により、モータを駆動させて駆動力を得ている。
このような二次電池は、例えば複数の電池セルが互いに直列に接続されて組電池を構成している。
組電池は、各電池セルへの充放電が繰り返し行われることにより、徐々に経年劣化し、各電池セルの出力電圧も変化する。
また、組電池は、車両の走行状態の変化等の付加変動、或いは温度や湿度等の外乱によっても各電池セルの出力電圧は変化する。
特にリチウムイオン電池を使った組電池の場合には、各電池セルの過充電や過放電を防ぐために、各電池セルの電圧等を確度良く監視する必要があり、電池監視に関する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、図３に示すように、特許文献１に係る電圧検出装置５２０は、電池セル５１１が直列接続された組電池５１０の各々の電池セル５１１のうちの何れかを選択的に接続するマルチプレクサ５４０、５４１と、マルチプレクサ５４０、５４１の出力電圧であるセル電圧を検出する複数の電圧検出手段５５０、５５１とを備えている。
さらに、電圧検出装置５２０は、各電圧検出手段５５０、５５１で異なる電池セル５１１のセル電圧を検出する第１のモードと、各電圧検出手段５５０、５５１で同じ電池セル５１１のセル電圧を検出する第２のモードとを切り替える切り替え手段５３０を備えた構成となっている。
このような構成の電圧検出装置５２０によれば、測定経路を２経路（電圧検出手段５５０、５５１等）設け、その各経路が同一の対象電圧を測定した際に、測定結果に差異を生じた場合には、何れかの経路の故障の発生、或いは両方の経路に何らかの故障が発生したか判るとしている。
ところが、特許文献１に開示の技術には、次のような不都合があった。
即ち、従来技術では、２つの測定経路の両方で電圧を正しく測定できていない場合であっても、同一の測定結果を出力している状況から、測定経路に異常はないと判定されてしまうという不都合がある。そのため、故障検出の信頼度が低いという問題があった。
また、２つの測定経路の両方で同一の測定結果を出力し、且つ故障している状況としては、両経路に共通に使用されている電源類等に故障を生じていることが考えられる。しかしながら、従来技術では、このような故障を正確に検出できないので、監視対象としての組電池の使用を中止して、組電池を搭載した車両等の装置を安全に停止等させる等の措置を取ることができない可能性があり、システム全体の機能安全性に劣るという問題があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、故障検出の信頼度を向上できると共に、システム全体の機能安全性を高めることのできる電池監視システムを提供すること、また、故障発生部が電圧測定経路の片側に限定される場合には、故障のない経路のみを使ったシステム全体の機能継続をも可能にする電池監視システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る電池監視システムは、直列に複数段にわたって接続されたｎ個（ｎは整数）の電池セルを備える組電池の状態を監視する電池監視システムであって、前記各電池セルの電圧を入力する入力回路と、前記ｎ個の電池セルの中から電圧を検出する電池セルを選択すると共に、前記入力回路から入力された電圧を選択して出力するマルチプレクサと、電池監視システム自身の故障状況を診断するための自己診断用電圧を生成する自己診断用電圧生成回路と、前記自己診断用電圧生成回路から出力される自己診断用電圧に基いて、または前記入力回路から入力される電池セルの電圧に基いて、前記マルチプレクサを介して入力される第１系統および第２系統の電圧を同時に測定する第１の電圧測定回路および第２の電圧測定回路と、前記第１の電圧測定回路の測定結果および前記第２の電圧測定回路の測定結果を比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果に基いて、前記第１の電圧測定回路または前記第２の電圧測定回路に接続される測定経路、前記第１の電圧測定回路自体または前記第２の電圧測定回路自体の故障の有無を判定する共に、前記入力回路、前記マルチプレクサ、前記比較回路および前記自己診断用電圧生成回路の制御を行う制御部と、を備え、前記入力回路は、前記各電池セルの電圧を均等化する均等化スイッチとしてのＦＥＴｎ（ｎは、電池数に相当する整数）と、前記ＦＥＴｎのドレイン端子側と前記各電池セルのプラス側との間に接続される電池セルの均等化のため抵抗器と、前記各抵抗器と前記各電池セルのプラス側との接続点に接続されて第１系統の電圧を入力するｎ個の第１モニタ端子と、前記ＦＥＴｎのドレイン端子側と前記抵抗器との接続点に接続されて第２系統の電圧を入力するｎ個の第２モニタ端子と、を備え、前記入力回路と前記マルチプレクサとの間には、前記各第１モニタ端子の経路および前記各第２モニタ端子の経路に対して選択的に前記自己診断用電圧生成回路との接続をオン・オフする第１のスイッチ群が設けられ、前記各第１モニタ端子および前記第２モニタ端子の上流側には、同じ時定数を有するローパスフィルタが設けられていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明に係る電池監視システムは、請求項１に記載の発明において、前記自己診断用電圧生成回路は、同じ段に属する前記第１モニタ端子の経路および前記第２モニタ端子の経路に対して、段毎に異なる電圧の自己診断用電圧を出力する自己診断電圧出力部を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明に係る電池監視システムは、請求項３または請求項２に記載の発明において、前記自己診断用電圧生成回路と前記第１のスイッチ群との間には、該自己診断用電圧生成回路で生成された自己診断用電圧を、前記マルチプレクサを介して第１の電圧測定回路および第２の電圧測定回路に対して選択的に印加する第２のスイッチ群が設けられていることを特徴とする。
また、第２のスイッチ群がオンしている際は、第１のスイッチ群はオフしていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明に係る電池監視システムは、請求項３に記載の発明において、前記自己診断用電圧生成回路と前記第２のスイッチ群との間には、該自己診断用電圧生成回路で生成された自己診断用電圧の印加を強制的に遮断する第３のスイッチ群が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、故障検出の信頼度を向上できると共に、システム全体の機能安全性を高めることのできる電池監視システムを提供することができる。また、故障発生部が電圧測定経路の片側に限定される場合には、故障のない経路のみを使ったシステム全体の機能継続をも可能にすることができる。
［実施の形態］
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る電池監視システムＳ１について説明する。
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る電池監視システムＳ１について説明する。
ここで、図１は実施の形態に係る電池監視システムＳ１の全体構成を示す回路図、図２は電池監視システムＳ１で実行される自己診断処理の処理手順を示すフローチャートである。
（電池監視システムの全体構成について）
図１に示すように、電池監視システムＳ１は、直列に複数段にわたって接続されたｎ個（ｎは整数）の電池セルＶＢＡＴｎ（ＶＢＡＴ１〜３）を備える組電池の状態を監視する電池監視システムであって、各電池セルＶＢＡＴｎの電圧を入力する入力回路ＩＮ−Ｃと、ｎ個の電池セルの中から電圧を検出する電池セルＶＢＡＴｎを選択すると共に、回路から入力された電圧を選択して出力するマルチプレクサ１１と、電池監視システムＳ１自身の故障状況を診断するための自己診断用電圧を生成する自己診断用電圧生成回路１５と、自己診断用電圧生成回路１５から出力される自己診断用電圧に基いて、または入力回路ＩＮ−Ｃから入力される電池セルの電圧に基いて、マルチプレクサ１１を介して入力される第１系統および第２系統の電圧を同時に測定する第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂと、第１の電圧測定回路１２ａの測定結果および第２の電圧測定回路１２ｂの測定結果を比較する比較回路１３と、入力回路ＩＮ−Ｃ、マルチプレクサ１１、第１の電圧測定回路１２ａ、第２の電圧測定回路１２ｂ、比較回路１３および自己診断用電圧生成回路１５の制御を行うマイクロコンピュータ等で構成される制御部１４とから構成されている。また、図示は省略するが第１のスイッチ群１００、第２のスイッチ群１０１、第３のスイッチ群１０２の制御、均等化スイッチであるＦＥＴｎの制御信号出力も制御部１４に含まれる。
図１に示すように、電池監視システムＳ１は、直列に複数段にわたって接続されたｎ個（ｎは整数）の電池セルＶＢＡＴｎ（ＶＢＡＴ１〜３）を備える組電池の状態を監視する電池監視システムであって、各電池セルＶＢＡＴｎの電圧を入力する入力回路ＩＮ−Ｃと、ｎ個の電池セルの中から電圧を検出する電池セルＶＢＡＴｎを選択すると共に、回路から入力された電圧を選択して出力するマルチプレクサ１１と、電池監視システムＳ１自身の故障状況を診断するための自己診断用電圧を生成する自己診断用電圧生成回路１５と、自己診断用電圧生成回路１５から出力される自己診断用電圧に基いて、または入力回路ＩＮ−Ｃから入力される電池セルの電圧に基いて、マルチプレクサ１１を介して入力される第１系統および第２系統の電圧を同時に測定する第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂと、第１の電圧測定回路１２ａの測定結果および第２の電圧測定回路１２ｂの測定結果を比較する比較回路１３と、入力回路ＩＮ−Ｃ、マルチプレクサ１１、第１の電圧測定回路１２ａ、第２の電圧測定回路１２ｂ、比較回路１３および自己診断用電圧生成回路１５の制御を行うマイクロコンピュータ等で構成される制御部１４とから構成されている。また、図示は省略するが第１のスイッチ群１００、第２のスイッチ群１０１、第３のスイッチ群１０２の制御、均等化スイッチであるＦＥＴｎの制御信号出力も制御部１４に含まれる。
そして、制御部１４は、比較回路１３による比較結果に基いて、第１の電圧測定回路１２ａまたは第２の電圧測定回路１２ｂに接続される測定経路、第１の電圧測定回路１２ａ自体または第２の電圧測定回路１２ｂ自体の故障の有無を判定するようになっている。具体的な処理手順等については後述する。
なお、電池監視システムＳ１はモジュール化して、一つのＬＳＩチップに搭載するようにできる。また、入力回路ＩＮ−Ｃや後述の第１〜第３のスイッチ群等をＬＳＩ化するようにしてもよい。
また、図１に示す構成例では、監視対象としての電池セルは、説明の容易化のため、電池セルＶＢＡＴ１〜３の３個とされているが、これには限定されず、任意の個数（ｎ個）とすることができる。
（入力回路等の概略構成について）
図１に示すように、入力回路ＩＮ−Ｃ等は、概略的には、各電池セルＶＢＡＴｎの電圧を均等化する均等化スイッチとしてのＦＥＴｎ（ｎは、電池数に相当する整数）と、各ＦＥＴｎのドレイン端子側と各電池セルＶＢＡＴｎのプラス側との間に接続される電池セルの均等化のための抵抗器Ｒ０−１〜Ｒ０−３と、各抵抗器Ｒ０−１〜Ｒ０−３と各電池セルＶＢＡＴｎのプラス側との接続点ノードｎ５、ｎ６、ｎ７に接続されて第１系統の電圧を入力するｎ個の第１モニタ端子Ｖｎ（Ｖ１〜Ｖ３）と、各ＦＥＴｎのドレイン端子側と抵抗器Ｒ０−１〜Ｒ０−３との接続点Ｘ点、Ｙ点、Ｚ点に接続されて第２系統の電圧を入力するｎ個の第２モニタ端子ＤＶｎ（ＤＶ１〜ＤＶ３）とを備えている。
図１に示すように、入力回路ＩＮ−Ｃ等は、概略的には、各電池セルＶＢＡＴｎの電圧を均等化する均等化スイッチとしてのＦＥＴｎ（ｎは、電池数に相当する整数）と、各ＦＥＴｎのドレイン端子側と各電池セルＶＢＡＴｎのプラス側との間に接続される電池セルの均等化のための抵抗器Ｒ０−１〜Ｒ０−３と、各抵抗器Ｒ０−１〜Ｒ０−３と各電池セルＶＢＡＴｎのプラス側との接続点ノードｎ５、ｎ６、ｎ７に接続されて第１系統の電圧を入力するｎ個の第１モニタ端子Ｖｎ（Ｖ１〜Ｖ３）と、各ＦＥＴｎのドレイン端子側と抵抗器Ｒ０−１〜Ｒ０−３との接続点Ｘ点、Ｙ点、Ｚ点に接続されて第２系統の電圧を入力するｎ個の第２モニタ端子ＤＶｎ（ＤＶ１〜ＤＶ３）とを備えている。
さらに、入力回路ＩＮ−Ｃとマルチプレクサ１１との間には、各第１モニタ端子Ｖｎおよび各第２モニタ端子ＤＶｎに対して選択的に接続をオン・オフする第１のスイッチ群（ＳＷ１群：ＳＷ１−１〜ＳＷ１−６）１００が設けられている。
また、自己診断用電圧生成回路１５は、同じ段に属する第１モニタ端子Ｖｎおよび第２モニタ端子ＤＶｎが第１のスイッチ群１００を介してマルチプレクサ１１に繋がる経路に対して、段毎に異なる電圧（例えば、１〜２Ｖの範囲の差異を付けた電圧）の自己診断用電圧を出力する自己診断電圧出力部１５ａ〜１５ｃを備えている。
図１に示す構成例では、自己診断用電圧生成回路１５で生成された自己診断用電圧を選択的に印加する第２のスイッチ群（ＳＷ２群：ＳＷ２−１〜ＳＷ２−６）１０１が設けられている。
さらに、自己診断用電圧生成回路１５と第２のスイッチ群１０１との間には、自己診断用電圧生成回路１５で生成された自己診断用電圧の印加を制御部１４の制御により強制的に遮断する第３のスイッチ群（ＳＷ３群：ＳＷ３−１〜ＳＷ３−３）１０２が設けられている。
これにより、万一、第２のスイッチ群１０１の故障により、入力回路ＩＮ−Ｃ側（電池セル）に自己診断用電圧生成回路１５で生成された自己診断用電圧が印加され続ける状態となった場合であっても、制御部１４の制御によって第３のスイッチ群１０２をオフすることにより、自己診断用電圧を強制的に遮断することができる。このように、自己診断回路系の故障が原因で、電池セルの電圧測定機能を阻害することが無い様に対処し、またセル電圧と回路電圧との衝突が起こらぬ様に安全性を向上させている。
なお、入力回路ＩＮ−Ｃ内、各第１モニタ端子Ｖｎおよび第２モニタ端子ＤＶｎの上流側には、同じ時定数を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）が設けられている。
また、第１の電圧測定回路１２ａと第２の電圧測定回路１２ｂとで、同時に同一対象電圧を測定することが可能であり、更にそれらの結果を比較することができる。
これらにより、制御部１４で、第１のスイッチ群１００、第２のスイッチ群１０１、第３のスイッチ群１０２を制御することにより、第１の電圧測定回路１２ａまたは第２の電圧測定回路１２ｂに接続される測定経路、第１の電圧測定回路１２ａ自体または第２の電圧測定回路１２ｂ自体の故障の有無を漏れなく検出することができる。
（入力回路の構成例について）
図１を参照して、入力回路ＩＮ−Ｃの具体的な構成例について説明する。
図１を参照して、入力回路ＩＮ−Ｃの具体的な構成例について説明する。
まず、一段目として、ノードｎ１、ｎ２間に配置された電池セルＶＢＡＴ１と並列に、ノードｎ５、Ｚ点、ノードｎ１１、ｎ１０およびｎ４を介して、抵抗器Ｒ０−１と、均等化スイッチを構成するＦＥＴ１が接続されている。なお、電池セルＶＢＡＴ１は、マイナス側がノードｎ１、プラス側がノードｎ２となるように設けられている。
また、ノードｎ１１、ｎ１０間には、寄生ダイオードｄ１が形成されている。
なお、ＦＥＴ１は、ソース端子がノードｎ１０側、ドレイン端子がノードｎ１１側となるように設けられている。
また、マルチプレクサ１１との接続端子の一つであるグランド電位のＶＳＳ端子と、ＦＥＴ１の駆動端子ＣＢ１との間には、ノードｎ２０、ｎ２１を介して抵抗器Ｒ３が接続されている。
ＦＥＴ１の駆動端子ＣＢ１は、ノードｎ２１を介してＦＥＴ１のゲート端子に接続されている。
マルチプレクサ１１との接続端子の一つであり、電池セルＶＢＡＴ１のセル電圧を検出する第１のモニタ端子Ｖ１には、ノードｎ２２、ｎ３１を介して抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されている。
なお、この抵抗器Ｒ１の一端は、ノードｎ２２、ｎ５、ｎ２を介して電池セルＶＢＡＴ１のプラス側に接続されている。
また、マルチプレクサ１１との接続端子の一つであり、ＦＥＴ１のドレイン電圧を検出する第２のモニタ端子ＤＶ１には、ノードｎ３０を介して抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されている。
次いで、二段目として、ノードｎ２、ｎ３間に配置された電池セルＶＢＡＴ２と並列に、ノードｎ６、Ｙ点、ノードｎ１３、ｎ１２およびｎ５を介して、抵抗器Ｒ０−２と、均等化スイッチを構成するＦＥＴ２が接続されている。なお、電池セルＶＢＡＴ２は、マイナス側がノードｎ２、プラス側がノードｎ３となるように設けられている。
また、ノードｎ１３、ｎ１２間には、寄生ダイオードｄ２が形成されている。
なお、ＦＥＴ２は、ソース端子がノードｎ１２側、ドレイン端子がノードｎ１３側となるように設けられている。
また、マルチプレクサ１１との接続端子の一つである第１のモニタ端子Ｖ１と、ＦＥＴ２の駆動端子ＣＢ２との間には、ノードｎ２２、ｎ２３を介して抵抗器Ｒ３が接続されている。
ＦＥＴ２の駆動端子ＣＢ２は、ノードｎ２３を介してＦＥＴ２のゲート端子に接続されている。
マルチプレクサ１１との接続端子の一つであり、電池セルＶＢＡＴ２のセル電圧を検出する第１のモニタ端子Ｖ２には、ノードｎ２４、ｎ３３を介して抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されている。
なお、この抵抗器Ｒ１の一端は、ノードｎ２４、ｎ６、ｎ３を介して電池セルＶＢＡＴ２のプラス側に接続されている。
また、マルチプレクサ１１との接続端子の一つであり、ＦＥＴ２のドレイン電圧を検出する第２のモニタ端子ＤＶ２には、ノードｎ３２を介して抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されている。
次いで、三段目として、ノードｎ３、ｎ７間に配置された電池セルＶＢＡＴ３と並列に、ノードｎ７、Ｘ点、ノードｎ１５、ｎ１４およびｎ６を介して、抵抗器Ｒ０−３と、均等化スイッチを構成するＦＥＴ３が接続されている。なお、電池セルＶＢＡＴ３は、マイナス側がノードｎ３、プラス側がノードｎ７となるように設けられている。
また、ノードｎ１４、ｎ１５間には、寄生ダイオードｄ３が形成されている。
なお、ＦＥＴ３は、ソース端子がノードｎ１４側、ドレイン端子がノードｎ１５側となるように設けられている。
また、マルチプレクサ１１との接続端子の一つである第１のモニタ端子Ｖ２と、ＦＥＴ３の駆動端子ＣＢ３との間には、ノードｎ２４、ｎ２５を介して抵抗器Ｒ３が接続されている。
ＦＥＴ３の駆動端子ＣＢ３は、ノードｎ２５を介してＦＥＴ２のゲート端子に接続されている。
マルチプレクサ１１との接続端子の一つであり、電池セルＶＢＡＴ３のセル電圧を検出する第１のモニタ端子Ｖ３には、ノードｎ７、ｎ３５を介して抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されている。
なお、この抵抗器Ｒ１の一端は、ノードｎ７を介して電池セルＶＢＡＴ３のプラス側に接続されている。
また、マルチプレクサ１１との接続端子の一つであり、ＦＥＴ３のドレイン電圧を検出する第２のモニタ端子ＤＶ３には、ノードｎ３４を介して抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されている。
また、ノードｎ７と駆動電源の端子ＶＣＣとの間には抵抗器Ｒ２が設けられている。また、抵抗器Ｒ２の一端にはノードｎ３６を介してコンデンサＣ２が接続されている。
ここで、電池セルＶＢＡＴ１〜３の出力電圧は、定格上、何れも３Ｖであるが、これに限らない。
また、上述のように図１に示す入力回路ＩＮ−Ｃでは、監視対象（検出対象）としての電池セルは、電池セルＶＢＡＴ１〜３の３個とされているが、これには限定されず、任意の個数（ｎ個：ｎは整数）とすることができる。
そして、この電池セルＶＢＡＴの個数（ｎ個）に応じて、入力回路ＩＮ−Ｃには、第１のモニタ端子Ｖｎ（ｎは整数）および第２のモニタ端子ＤＶｎ（ｎは整数）が設けられることになる。
なお、第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂは、同クロックで動作され、両回路１２ａ、１２ｂの動作タイミングの完全な同期が図られている。
また、第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂとしては、同一特性のものが用いられる。
さらに、抵抗器Ｒ０（Ｒ０−１〜Ｒ０−３）の抵抗値は、抵抗器Ｒ１の抵抗値に比して非常に小さくなるように選定されている。
これにより、第１のモニタ端子Ｖｎおよび第２のモニタ端子ＤＶｎには、抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１とによって構成される外付けローパスフィルタ（ＬＰＦ）が両端子共に同様な時定数になっている。なお、このローパスフィルタの時定数を調整することにより、電圧変動を抑制することができる。
また、図１において、符号ＶＨ０〜ＶＨ３は、電池セルＶＢＡＴ１〜３の電圧を検出する検出線である。なお、電池セルＶＢＡＴの個数（ｎ個）に応じて、（ｎ＋１）本の検出線が設けられる。
（電池セルＶＢＡＴｎの電圧測定について）
第１の電圧測定回路１２ａは、第１系統の電圧として、グランド電位のＶＳＳ端子と最下段の第１モニタ端子Ｖ１との間の電圧、または隣合う上下段の各第１モニタ端子Ｖｎ間の電圧を測定し、第２の電圧測定回路１２ｂは、第２系統の電圧として、グランド電位のＶＳＳ端子と最下段の第２モニタ端子ＤＶ１との間の電圧、または隣合う上下段の第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎ＋１との間の電圧を測定する。
第１の電圧測定回路１２ａは、第１系統の電圧として、グランド電位のＶＳＳ端子と最下段の第１モニタ端子Ｖ１との間の電圧、または隣合う上下段の各第１モニタ端子Ｖｎ間の電圧を測定し、第２の電圧測定回路１２ｂは、第２系統の電圧として、グランド電位のＶＳＳ端子と最下段の第２モニタ端子ＤＶ１との間の電圧、または隣合う上下段の第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎ＋１との間の電圧を測定する。
図１に示すように、電池セルＶＢＡＴ１の電圧は、グラウンド電位であるＶＨ０とプラス側の電位ＶＨ１との間の電位として検出され、電池セルＶＢＡＴ２の電圧は、ＶＨ１と電位ＶＨ２間の電位として検出され、電池セルＶＢＡＴ３の電圧は、ＶＨ２と電位ＶＨ３間の電位として検出される。
制御部１４によって均等化スイッチを構成するＦＥＴｎ（ＦＥＴ１〜３）が制御された場合を下記する。
ＦＥＴ１がオフの場合には、第１のモニタ端子Ｖ１と、第２のモニタ端子ＤＶ１には同じ電圧が現れる。
一方、ＦＥＴ１がオンの場合には、第１のモニタ端子Ｖ１に、電池セルＶＢＡＴ１のセル電位が現れ、第２のモニタ端子ＤＶ１に抵抗器Ｒ０−１で生じる電圧降下分を引いた電圧（略ＶＳＳ）が現れる。
同様にして、ＦＥＴ２がオフの場合には、第１のモニタ端子Ｖ２と、第２のモニタ端子ＤＶ２には同じ電圧が現れ、ＦＥＴ２がオンの場合には、第１のモニタ端子Ｖ２に、電池セルＶＢＡＴ２のセル電位が現れ、第２のモニタ端子ＤＶ２には抵抗器Ｒ０−２で生じる電圧降下分を引いた電圧（略Ｖ１）が現れる。
また、ＦＥＴ３がオフの場合には、第１のモニタ端子Ｖ３と、第２のモニタ端子ＤＶ３には同じ電圧が現れ、ＦＥＴ３がオンの場合には、第１のモニタ端子Ｖ３に、電池セルＶＢＡＴ３のセル電位が現れ、第２のモニタ端子ＤＶ３には抵抗器Ｒ０−３で生じる電圧降下分を引いた電圧（略Ｖ２）が現れる。
制御部１４の制御により、マルチプレクサ１１はこれらの電圧を選択して２つの電圧測定回路１２ａ、１２ｂに同時に入力する。
より具体的には、電池セルＶＢＡＴ１の電圧測定に関して、第１の電圧測定回路１２ａには、第１のモニタ端子Ｖ１とＶＳＳ端子間の電圧を入力し、第２の電圧測定回路１２ｂには、第２のモニタ端子ＤＶ１とＶＳＳ端子間の電圧を入力する。
また、電池セルＶＢＡＴ２の電圧測定に関して、第１の電圧測定回路１２ａには、第１のモニタ端子Ｖ２とＶ１端子間の電圧を入力し、第２の電圧測定回路１２ｂには、第２のモニタ端子ＤＶ２と第１のモニタ端子Ｖ１間の電圧を入力する。
また、電池セルＶＢＡＴ３の電圧測定に関して、第１の電圧測定回路１２ａには、第１のモニタ端子Ｖ３とＶ２端子間の電圧を入力し、第２の電圧測定回路１２ｂには、第２のモニタ端子ＤＶ３と第１のモニタ端子Ｖ２間の電圧を入力する。
そして、これらの電圧を第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂで同時に測定する。その結果を比較回路１３で比較することにより、測定確度が確認できるため、各電池セルＶＢＡＴ１〜３の電圧を高精度に検出することができる。
均等化中は第１のモニタ端子Ｖｎと第２のモニタ端子ＤＶｎの電圧は一致しない。その際は比較回路による比較は基本的に行わない。但し、図１の回路より、均等化しながらの自己診断は可能である。理由としては、均等化のためのＦＥＴの制御と電圧測定は各々単独に制御可能であるため、ＦＥＴをオンさせた状態で第１のスイッチ群１００のスイッチをオープンにすることで可能になる。
（自己診断について）
一方、電池監視システムＳ１の自己診断を行う場合には、制御部１４により、第１のスイッチ群（ＳＷ１群：ＳＷ１−１〜ＳＷ１−６）１００、第２のスイッチ群（ＳＷ２群：ＳＷ２−１〜ＳＷ２−６）１０１および第３のスイッチ群（ＳＷ３群：ＳＷ３−１〜ＳＷ３−３）１０２のオン・オフ制御と、自己診断用電圧生成回路１５による自己診断用電圧生成の制御を行う。
一方、電池監視システムＳ１の自己診断を行う場合には、制御部１４により、第１のスイッチ群（ＳＷ１群：ＳＷ１−１〜ＳＷ１−６）１００、第２のスイッチ群（ＳＷ２群：ＳＷ２−１〜ＳＷ２−６）１０１および第３のスイッチ群（ＳＷ３群：ＳＷ３−１〜ＳＷ３−３）１０２のオン・オフ制御と、自己診断用電圧生成回路１５による自己診断用電圧生成の制御を行う。
より具体的には、マイクロコンピュータ等で構成される制御部１４において図２に示す自己診断処理を実行する。
ここで、図２のフローチャートを参照して、自己診断処理の処理手順について説明する。
この処理が開始されると、まずステップＳ１０において、第１のスイッチ群ＳＷ１の全スイッチをオフにしてステップＳ１１に移行する。
これにより、電池セルＶＢＡＴｎと入力回路ＩＮ−Ｃまでの部分とそれ以外の部分との接続を遮断することができる。
ステップＳ１１では、第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎの自己診断用電圧の出力を第２スイッチ群ＳＷ２と第３スイッチ群ＳＷ３を制御部１４で制御してマルチプレクサ１１の入力側と接続する。なお、「ｎ」の初期値は「１」である。
ここで、自己診断用電圧の印加について説明する。
具体的には次のようなスイッチ制御を行う。
１）第１モニタ端子Ｖ１と第２モニタ端子ＤＶ１の自己診断用電圧を出力するとき、ＶＳＳ端子と、第１モニタ端子Ｖ１の経路および第２モニタ端子ＤＶ１の経路間に同一の電圧を印加するように第１のスイッチ群１００、第２のスイッチ群１０１および第３のスイッチ群１０２の制御を行う。
２)第１モニタ端子Ｖ２と第２モニタ端子ＤＶ２の自己診断用電圧を出力するとき、第１モニタ端子Ｖ１の経路と、Ｖ２の経路および第２モニタ端子ＤＶ２の経路間に同一の電圧を印加するように第１のスイッチ群１００、第２のスイッチ群１０１および第３のスイッチ群１０２の制御を行う。
３)第１モニタ端子Ｖ３と第２モニタ端子ＤＶ３の自己診断用電圧を出力するとき、第１モニタ端子Ｖ２の経路と、Ｖ３の経路および第２モニタ端子ＤＶ３の経路間に同一の電圧を印加するように第１のスイッチ群１００、第２のスイッチ群１０１および第３のスイッチ群１０２の制御を行う。
前記した第１モニタ端子Ｖ１と第２モニタ端子ＤＶ１の自己診断用電圧出力、第１モニタ端子Ｖ２と第２モニタ端子ＤＶ２の自己診断用電圧出力、第１モニタ端子Ｖ３と第２モニタ端子ＤＶ３の自己診断用電圧出力は同時に出力することも、単独で出力することもできる。図２のフローチャートでは単独出力を連続的に実行する形で説明をしている。
図２のフローチャートに戻って、ステップＳ１２では、第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎの自己診断用電圧の出力を開始して、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１３では、電池セルＶＢＡＴｎを測定する際と同様の処理（シーケンス）で、第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂにより電圧測定を実行してステップＳ１４に移行する。
ステップＳ１４では、第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎの自己診断用電圧の出力を停止して、ステップＳ１５およびステップＳ１８に移行する。
まず、ステップＳ１５では、「第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎの自己診断用電圧の出力理想値」＝「第１の電圧測定回路１２ａの測定結果」であるか否かが判定される。
ここで、「第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎの自己診断用電圧の出力理想値」とは、自己診断用電圧生成回路１５の各診断用電圧出力（設計値または出荷時の値）に対して例えば１０ｍＶ以内で保証された電圧値をいう。
そして、判定結果が「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１６に移行して、第１モニタ端子Ｖｎの経路と第１の電圧測定回路１２ａは正常状態であると判定してステップＳ２１に移行する。
ステップＳ１５の判定結果が「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ１７に移行して、第１モニタ端子Ｖｎの経路と第１の電圧測定回路１２ａのどこかに故障が有ると判定してステップＳ２１に移行する。
一方、ステップＳ１８では、「第１モニタ端子Ｖｎと第２モニタ端子ＤＶｎの自己診断用電圧の出力理想値」＝「第２の電圧測定回路１２ｂの測定結果」であるか否かが判定され、判定結果が「Ｙｅｓ」の場合にはステップＳ１９に移行する。
ステップＳ１９では、第２モニタ端子ＤＶｎの経路と第２の電圧測定回路１２ｂは正常状態であると判定してステップＳ２１に移行する。
ステップＳ１８の判定結果が「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ２０に移行して、第２モニタ端子ＤＶｎの経路と第２の電圧測定回路１２ｂのどこかに故障が有ると判定してステップＳ２１に移行する。
ステップＳ２１では、「ｎ」を「１」インクリメントしてステップＳ２２に移行する。
ステップＳ２２では、ｎ＞ｍａｘか否かが判定され、「Ｙｅｓ」の場合には処理を終了し、「Ｎｏ」の場合にはステップＳ１１に戻って同様の処理を繰り返して実行することとなる。
上記の説明は、自己診断対象が３つの場合であり、それらを連続実行する形であるが、単独で、選択したものを行うことも可能である。
このような自己診断処理によれば、自己診断用電圧により各経路に生じた誤差量を確認（精度保証）し、判定閾値を超えた場合には故障と判定することができる。これにより、システム全体の機能安全性を向上することができる。
また、自己診断で精度保証された正常経路のみを使って電池セルＶＢＡＴｎの電圧測定等の機能継続ができる。
さらに、自己診断処理では、セル電圧測定と同じ測定処理（シーケンス）を用いて、２経路を同時に同一の自己診断用電圧を測定しているため、第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂの確からしさに加えて、測定処理（シーケンス）の確からしさ（例えば、測定プログラムにおけるバグの有無等）も確認することができる。
また、マルチプレクサ１１の動作確認については、切り替えるチャンネル数に合わせて、自己診断用電圧をチャンネル固有の値とすることで、接続の確認を行うことができる。
なお、従来技術では、２つの測定経路で故障を生じた場合には、その故障を検出できなかったが、本発明では、この問題を解決するために、任意のタイミングで２つの測定経路と、その機能を自己診断処理を用いて確認し、セル電圧測定機能の確からしさを保証するようにしている。
また、故障等の検出精度を確保するために、本実施の形態に係る電池監視システムは、１つのＬＳＩで構成することが望ましい。
以上、本発明の電池監視システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
例えば、マルチプレクサ１１を用いずに、自己診断用電圧を第１の電圧測定回路１２ａおよび第２の電圧測定回路１２ｂに直接印加して自己診断するようにしてもよい。その場合には、マルチプレクサ１１については、別の診断手段で自己診断するようにできる。
また、本実施の形態では、第３スイッチ群（ＳＷ３群）１０２を設けた場合を示したが、この第３スイッチ群（ＳＷ３群）は、必須の構成ではなく、省略することが可能である。
Ｓ１…電池監視システム
ＩＮ−Ｃ…入力回路
ＶＢＡＴｎ（ＶＢＡＴ１〜３）…電池セル
Ｖｎ（Ｖ１〜３）…第１のモニタ端子
ＤＶｎ（ＤＶ１〜３）…第２のモニタ端子
ＶＨｎ（ＶＨ１〜３）…検出線
Ｒ０−１〜Ｒ０−３…抵抗器
ＣＢｎ（ＣＢ１〜３）…駆動端子
１１…マルチプレクサ
１２ａ、１２ｂ…電圧測定回路
１３…比較回路
１４…制御部
１５…自己診断用電圧生成回路
１００…第１スイッチ群（ＳＷ１群）
１０１…第２スイッチ群（ＳＷ２群）
１０２…第３スイッチ群（ＳＷ３群）
ＩＮ−Ｃ…入力回路
ＶＢＡＴｎ（ＶＢＡＴ１〜３）…電池セル
Ｖｎ（Ｖ１〜３）…第１のモニタ端子
ＤＶｎ（ＤＶ１〜３）…第２のモニタ端子
ＶＨｎ（ＶＨ１〜３）…検出線
Ｒ０−１〜Ｒ０−３…抵抗器
ＣＢｎ（ＣＢ１〜３）…駆動端子
１１…マルチプレクサ
１２ａ、１２ｂ…電圧測定回路
１３…比較回路
１４…制御部
１５…自己診断用電圧生成回路
１００…第１スイッチ群（ＳＷ１群）
１０１…第２スイッチ群（ＳＷ２群）
１０２…第３スイッチ群（ＳＷ３群）
Claims (4)
- 直列に複数段にわたって接続されたｎ個（ｎは整数）の電池セルを備える組電池の状態を監視する電池監視システムであって、
前記各電池セルの電圧を入力する入力回路と、
前記ｎ個の電池セルの中から電圧を検出する電池セルを選択すると共に、前記入力回路から入力された電圧を選択して出力するマルチプレクサと、
電池監視システム自身の故障状況を診断するための自己診断用電圧を生成する自己診断用電圧生成回路と、
前記自己診断用電圧生成回路から出力される自己診断用電圧に基いて、または前記入力回路から入力される電池セルの電圧に基いて、前記マルチプレクサを介して入力される第１系統および第２系統の電圧を同時に測定する第１の電圧測定回路および第２の電圧測定回路と、
前記第１の電圧測定回路の測定結果および前記第２の電圧測定回路の測定結果を比較する比較回路と、
前記比較回路による比較結果に基いて、前記第１の電圧測定回路または前記第２の電圧測定回路に接続される測定経路、前記第１の電圧測定回路自体または前記第２の電圧測定回路自体の故障の有無を判定する共に、前記入力回路、前記マルチプレクサ、前記比較回路および前記自己診断用電圧生成回路の制御を行う制御部と、を備え、
前記入力回路は、
前記各電池セルの電圧を均等化する均等化スイッチとしてのＦＥＴｎ（ｎは、電池数に相当する整数）と、
前記ＦＥＴｎのドレイン端子側と前記各電池セルのプラス側との間に接続される電池セルの均等化のため抵抗器と、
前記各抵抗器と前記各電池セルのプラス側との接続点に接続されて第１系統の電圧を入力するｎ個の第１モニタ端子と、
前記ＦＥＴｎのドレイン端子側と前記抵抗器との接続点に接続されて第２系統の電圧を入力するｎ個の第２モニタ端子と、
を備え、
前記入力回路と前記マルチプレクサとの間には、前記各第１モニタ端子の経路および前記各第２モニタ端子の経路に対して選択的に前記自己診断用電圧生成回路との接続をオン・オフする第１のスイッチ群が設けられ、
前記各第１モニタ端子および前記第２モニタ端子の上流側には、同じ時定数を有するローパスフィルタが設けられていることを特徴とする電池監視システム。 - 前記自己診断用電圧生成回路は、
同じ段に属する前記第１モニタ端子の経路および前記第２モニタ端子の経路に対して、段毎に異なる電圧の自己診断用電圧を出力する自己診断電圧出力部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池監視システム。 - 前記自己診断用電圧生成回路と前記第１のスイッチ群との間には、該自己診断用電圧生成回路で生成された自己診断用電圧を、前記マルチプレクサを介して第１の電圧測定回路および第２の電圧測定回路に対して選択的に印加する第２のスイッチ群が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池監視システム。
- 前記自己診断用電圧生成回路と前記第２のスイッチ群との間には、該自己診断用電圧生成回路で生成された自己診断用電圧の印加を強制的に遮断する第３のスイッチ群が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電池監視システム。
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