JP6699485B2 - 電圧検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池セルの直列接続体を備える組電池に適用される電圧検出装置に関する。
従来、例えば下記特許文献1に見られるように、組電池を構成する電池セルの端子電圧を検出する電圧検出装置が知られている。この電圧検出装置の電圧検出対象となる組電池は、少なくとも2つの電池セルの直列接続体である検出ブロックを複数備えている。
電圧検出装置は、組電池の状態を検出する監視部と、監視部とは別に設けられ、監視部の検出結果が入力される制御部とを備えている。監視部は、検出ブロックにおいて例えば電池セルそれぞれの端子電圧を検出するメイン電圧検出部を備えている。制御部は、入力された電圧検出結果に基づいて、電池セルの充放電制御等を行う。
制御部は、検出ブロックの端子電圧を検出するサブ電圧検出部をさらに備えている。サブ電圧検出部は、電圧検出装置の機能安全を図る観点から、電圧を検出する構成を冗長化するために設けられている。制御部は、サブ電圧検出部の電圧検出結果に基づいて、組電池の異常の有無等を判定する。
特開2014−107979号公報
上記電圧検出装置は、検出ブロックの正極側及び負極側それぞれに接続された電気経路と、各電気経路に設けられたスイッチとを備えている。制御部は、複数の検出ブロックのうち、端子電圧を検出しようとする検出ブロックを選択する。制御部は、選択した検出ブロックに接続された一対の電気経路に設けられたスイッチの閉操作を指令する。そして、スイッチが閉操作された状態で、一対の電気経路を介してサブ電圧検出部が検出ブロックの端子電圧を検出する。
電圧検出用の一対の電気経路は、検出ブロック毎に設けられている。これら電気経路は、制御部に設けられた電圧入力部を介してサブ電圧検出部に接続されている。ここで、スイッチの操作指令を出力する主体が制御部であることを鑑みれば、スイッチが制御部に設けられる構成が考えられる。この場合、制御部に設けられる電圧入力部の数は、上記電気経路の数だけ必要となる。しかしながらこの構成では、組電池の仕様が変わることにより検出ブロックの数が変わると、電圧入力部の数も変わることとなる。その結果、制御部の形状変更が必要となる。このことは、部品の共通化を図る観点から好ましくない。
本発明は、組電池に適用され、部品の共通化を図ることができる電圧検出装置を提供することを主たる目的とする。
第1の発明は、複数の電池セル(10a〜10d)の直列接続体を備える組電池(10)に適用される電圧検出装置において、前記組電池の状態を検出する監視部(MD1〜MDn)と、前記監視部の検出結果が入力され、該監視部とは別に設けられた制御部(20)と、を備える。第1の発明では、前記組電池を構成する前記電池セルのうち少なくとも2つの前記電池セルの直列接続体が検出ブロック(BM1〜BMn)とされており、前記検出ブロックを構成する前記電池セルのそれぞれ、又は前記検出ブロックにおいて該検出ブロックを構成する前記電池セルの数よりも少ない数の前記電池セルの直列接続体が検出対象電池とされている。前記監視部は、前記組電池の状態として、前記各検出対象電池の端子電圧を検出するメイン電圧検出部(30)と、前記検出ブロックの正極側に電気的に接続された正極側入力部(Ci5)と、前記検出ブロックの負極側に電気的に接続された負極側入力部(Ci1)と、前記正極側入力部及び前記負極側入力部を介して、前記組電池の状態として、前記検出ブロックの端子電圧を検出するサブ電圧検出部(40a,40b,41,42)と、を有している。
第1の発明では、監視部が、メイン電圧検出部と、検出ブロックの正極側に電気的に接続された正極側入力部と、検出ブロックの正極側に電気的に接続された正極側入力部とを有している。また、監視部は、正極側入力部及び負極側入力部を介して、検出ブロックの端子電圧を検出するサブ電圧検出部をさらに有している。
サブ電圧検出部が監視部に備えられるため、検出ブロックが複数設けられる構成において、検出ブロックと制御部とを電気的に接続するための電圧入力部を、各検出ブロックに対応した数だけ制御部に設ける必要がない。したがって、組電池の仕様が変わることにより検出ブロックの数が変わったとしても、電圧検出装置を構成する制御部の共通化を図ることができる。
第2の発明では、前記メイン電圧検出部は、厚さ方向に扁平な直方体状をなす集積回路である監視IC(60)を構成しており、前記サブ電圧検出部の少なくとも一部は、厚さ方向に扁平な直方体状をなして、かつ、前記監視ICとは別の集積回路である冗長IC(70)を構成しており、前記監視ICにおいて、その厚さ方向を法線方向とする2つの外面のうち一方の面が監視裏側面(60a)とされ、他方の面が監視表側面(60b)とされており、前記冗長ICにおいて、その厚さ方向を法線方向とする2つの外面のうち一方の面が冗長裏側面(70a)とされ、他方の面が冗長表側面(70b)とされており、前記監視表側面の面積が前記冗長裏側面の面積以上の面積とされており、前記監視ICを前記監視表側面から見た場合において前記冗長ICの輪郭が前記監視ICの輪郭からはみださない状態で、前記冗長裏側面が前記監視表側面に機械的に接続されている。
第2の発明では、メイン電圧検出部が、厚さ方向に扁平な直方体状をなす集積回路である監視ICを構成している。また、サブ電圧検出部の少なくとも一部が、厚さ方向に扁平な直方体状をなして、かつ、監視ICとは別の集積回路である冗長ICを構成している。なお、各ICに付された「監視」及び「冗長」という用語は、メイン電圧検出部が含まれているICと、サブ電圧検出部の少なくとも一部が含まれているICとを単に識別するためのものである。
サブ電圧検出部の電圧検出対象が検出ブロックであるのに対し、メイン電圧検出部の電圧検出対象は、検出ブロックを構成する電池セルの数よりも少ない数の電池セルである。このため、メイン電圧検出部に要求される電圧検出精度は、サブ電圧検出部に要求される電圧検出精度よりも高い。
ここで、メイン電圧検出部を含む監視ICに応力が作用することにより、監視ICが歪み得る。応力が作用する要因としては、例えば熱ストレスが挙げられる。熱ストレスとしては、例えば、監視ICを監視部に取り付ける場合におけるリフロー時の熱ストレス、又は監視ICの周囲環境の温度変化による熱ストレスが挙げられる。監視ICが歪むと、監視ICを構成するメイン電圧検出部の電圧検出精度が低下するおそれがある。
そこで第2の発明では、監視ICの監視表側面の面積が、冗長ICの冗長裏側面の面積以上の面積とされている。そして、監視ICを監視表側面から見た場合において冗長ICの輪郭が監視ICの輪郭からはみださない状態で、冗長裏側面が監視表側面に機械的に接続されている。このため、監視ICに応力が作用したとしても、冗長ICによって監視ICが歪むのを抑えることができる。その結果、監視ICを構成するメイン電圧検出部の電圧検出精度の低下を防止することができる。
加えて第2の発明によれば、監視ICの監視表側面に冗長ICを設けるため、メイン電圧検出部及びサブ電圧検出部を監視部に備える場合に要求される各検出部の実装面積を削減できる。これにより、監視部の小型化を図ることができる。
なお、第2の発明に代えて、例えば第4の発明のように、前記監視IC及び前記冗長ICのそれぞれが、前記監視IC及び前記冗長ICの平面視において並んで配置されている構成を採用することもできる。
第3の発明は、前記監視ICを前記監視裏側面から搭載して、かつ、周囲に複数のリード(80c1)を有するリードフレーム(80)を備えている。第3の発明では、前記監視表側面の面積が前記冗長裏側面の面積よりも大きくされており、前記監視ICは、該監視ICを前記監視表側面から見た場合において該監視表側面のうち前記冗長ICと重ならない領域に、前記監視表側面の一辺に沿って複数形成された電極パッド(61)を有し、前記冗長ICは、前記冗長表側面の一辺に沿って該冗長表側面に複数形成された電極パッド(71)を有し、前記冗長ICの電極パッドと前記監視ICの電極パッドとが同一の方向又は略同一の方向を向いた状態で、前記冗長裏側面が前記監視表側面に機械的に接続されており、前記冗長ICの電極パッドの1つと、前記監視ICの電極パッドの1つとのそれぞれは、複数の前記リードのうち、前記監視IC及び前記冗長ICで共通に使用されるリードにボンディングワイア(90,91)により電気的に接続されている。
冗長ICの電極パッドの1つと、監視ICの電極パッドの1つとのそれぞれの接続先が、複数のリードのうち、前記監視IC及び前記冗長ICで共通に使用されるリードとなる構成がある。この構成において、監視ICを監視表側面から見た場合に、冗長表側面の電極パッドと、共通に使用されるリードとの距離が長いとき、共通に使用されるリードと冗長表側面の電極パッドとを接続するボンディングワイアが切れるおそれがある。この問題を回避すべく、監視ICの監視表側面に中継用の電極パッドを形成し、冗長表側面の電極パッドと中継用の電極パッドとをボンディングワイアにより接続するとともに、中継用の電極パッドと共通に使用されるリードとをボンディングワイアにより接続する構成を採用することも考えられる。ただし、この構成では、中継用の電極パッドを監視ICに余分に形成する必要がある。また、この構成では、ボンディングワイアで接続する作業回数が増加する。
そこで第3の発明では、監視表側面の面積が冗長裏側面の面積よりも大きくされており、監視ICを監視表側面から見た場合において監視表側面のうち冗長ICと重ならない領域に、監視表側面の一辺に沿って複数の電極パッドが形成されている。また、冗長表側面の一辺に沿って冗長表側面に複数の電極パッドが形成されている。そして、冗長ICの電極パッドと監視ICの電極パッドとが同一の方向又は略同一の方向を向いた状態で、冗長裏側面が監視表側面に機械的に接続されている。
第3の発明によれば、監視ICを監視表側面から見た場合に、冗長表側面の電極パッドと、共通に使用されるリードとの距離を短縮できる。このため、冗長ICの電極パッドの1つと、監視ICの電極パッドの1つとのそれぞれを、共通に使用されるリードにボンディングワイアにより直接接続できる。これにより、監視ICに中継用の電極パッドを形成する必要がなくなり、監視ICに形成される電極パッドの数を削減できる。また、ボンディングワイアで接続する作業回数の増加を防止できる。
第5の発明では、前記検出ブロックの数は、複数であり、前記監視部は、前記各検出ブロックに対応して個別に設けられており、前記サブ電圧検出部は、前記検出ブロックの端子電圧を分圧する抵抗体である分圧用抵抗体(40a,40b)と、前記検出ブロックの充電状態を検出するための基準電圧を出力する電源である基準電源(42)と、反転入力端子及び非反転入力端子を含み、該反転入力端子及び該非反転入力端子のうち、一方の端子に前記分圧用抵抗体により分圧された電圧が入力され、他方の端子に前記基準電圧が入力されるコンパレータ(41)と、を有している。第5の発明は、直流電源(50)と、前記直流電源に第1端側が接続された抵抗体(52)と、を備えている。第5の発明では、前記監視部は、信号出力部(Ca)と、前記コンパレータの出力端子の出力電圧の論理に応じて閉状態又は開状態されて、かつ、前記信号出力部及びグランドを電気的に接続するスイッチである通信用スイッチ(45)と、を有し、前記各監視部の前記信号出力部には、前記抵抗体の第2端側が電気的に接続されており、前記制御部は、前記抵抗体の第2端側に電気的に接続された信号入力部(Cb)を有する。
第5の発明では、監視部が信号出力部及び通信用スイッチを有している。また第5の発明は、直流電源と、直流電源に第1端側が接続された抵抗体とを備えている。抵抗体の第2端側には、制御部が有する信号入力部が電気的に接続されている。この構成によれば、組電池の仕様が変わることにより検出ブロックの数が変わったとしても、制御部の信号入力部の数を変える必要がない。このため、組電池の仕様が変わったとしても、電圧検出装置を構成する制御部の共通化を図ることができる。
第5の発明において、サブ電圧検出部は、分圧用抵抗体、基準電源及びコンパレータを備えている。この構成によれば、分圧用抵抗体により分圧された電圧が、検出ブロックの充電状態を検出するための基準電圧を跨ぐことにより、コンパレータの出力端子の出力電圧の論理値が反転する。
コンパレータの出力端子の出力電圧の論理値が判定すると、信号出力部及びグランドを電気的に接続する通信用スイッチの操作状態が、閉状態及び開状態のうち一方の状態から他方の状態に切り替えられる。この構成によれば、各監視部のうち少なくとも1つのコンパレータの出力端子の出力電圧の論理が反転すると、抵抗体の第2端側に電気的に接続された信号入力部の入力信号の論理が反転する。したがって、制御部は、信号入力部の入力信号に基づいて、検出ブロックの充電状態を判定することができる。
ここで、電圧検出装置は、基準電源や、前記コンパレータから前記通信用スイッチ及び前記信号出力部を介して前記信号入力部までの通信系統の診断処理を行うことができる。具体的には例えば、第6の発明のように、診断用電圧を生成して出力する電圧生成部(46)と、閉状態とされることにより、前記検出ブロックと前記分圧用抵抗体との間を電気的に接続し、開状態とされることにより、前記検出ブロックと前記分圧用抵抗体との間を電気的に遮断する第1スイッチ(SW1)と、閉状態とされることにより、前記コンパレータの前記非反転入力端子及び前記反転入力端子のうち前記分圧用抵抗体により分圧された電圧が入力される方の端子である分圧入力端子と、前記電圧生成部との間を電気的に接続し、開状態とされることにより、前記分圧入力端子と前記電圧生成部との間を電気的に遮断する第2スイッチ(SW1)と、を備える。第6の発明では、前記制御部は、前記第1スイッチが開状態とされて、かつ、前記第2スイッチが閉状態とされた状態で、前記基準電圧を跨ぐように前記診断用電圧を変化させるべく前記電圧生成部を操作する処理と、前記診断用電圧が変化させられた場合に前記信号入力部の入力信号の論理が反転したと判定したとき、前記基準電源に異常が生じていない旨判定し、前記診断用電圧が変化させられた場合に前記信号入力部の入力信号の論理が反転しないと判定したとき、前記基準電源に異常が生じている旨判定する処理と、を行う構成を採用することができる。
また、診断処理を行うための構成としては、例えば第7の発明のように、前記制御部は、前記第1スイッチが開状態とされて、かつ、前記第2スイッチが閉状態とされた状態で、前記診断用電圧を前記基準電圧よりも小さくすべく又は前記診断用電圧を前記基準電圧よりも高くすべく前記電圧生成部を操作する処理と、前記診断用電圧が前記基準電圧よりも小さくされた場合又は前記診断用電圧が前記基準電圧よりも高くされた場合における前記信号入力部の入力信号の論理に基づいて、前記通信系統の異常の有無を診断する処理と、を行う構成を採用することができる。
ちなみに、例えば第8の発明のように、前記電圧生成部が前記メイン電圧検出部に設けられている構成を採用することができる。この構成によれば、メイン電圧検出部に設けられる電圧生成部を基準電源や通信系統の異常診断に流用でき、診断のための回路の増大を防止できる。
第1実施形態に係る電源システムの全体構成図。 半導体モジュールの断面図。 半導体モジュールの一部の構成の平面図。 関連技術に係る半導体モジュールの一部の構成の平面図。 第1実施形態に係る診断処理の手順を示すフローチャート。 診断処理の手順を示すフローチャート。 第2実施形態に係る電源システムの全体構成図。 その他の実施形態に係る半導体モジュールの一部の構成の平面図。
(第1実施形態)
以下、本発明に係る電圧検出装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る電圧検出装置は、例えばハイブリッド自動車又は電気自動車に搭載される電源システムに適用される。
図1に示すように、電源システムは、組電池10を備えている。組電池10は、車両の図示しない走行用モータを含む車載電気負荷の電力供給源となる。組電池10は、単電池としての電池セルの直列接続体を備えており、端子間電圧が例えば数百Vとなるものである。電池セルとしては、例えばリチウムイオン電池等の蓄電池を用いることができる。
本実施形態では、組電池10を構成する電池セルのうち、少なくとも2つの電池セルの直列接続体が一体化されることにより、検出ブロックとしての電池モジュールが構成されている。本実施形態では、4つの電池セル10a〜10dの直列接続体が電池モジュールとして構成されている。また、n個の電池モジュールの直列接続体により組電池10が構成されている。本実施形態では、組電池10として、nが3以上の整数となる構成を想定している。なお本実施形態では、組電池10を構成する電池モジュールのうち、低電位側の電池モジュールから順に、第1電池モジュールBM1、第2電池モジュールBM2、…、第n−1電池モジュールBMn−1、第n電池モジュールBMnと称すこととする。
電圧検出装置は、第1〜第n監視部MD1〜MDnと、制御部20とを備えている。各監視部MD1〜MDn、各電池モジュールBM1〜BMnに対応して個別に設けられている。
ここで、mを1〜n−1の整数として定義する。第m電池モジュールBMmの正極側と、この電池モジュールBMmの高電位側に隣り合う第m+1電池モジュールBMm+1の負極側とは、第m導電部材Wmによって電気的に接続されている。本実施形態において、第m導電部材Wmは、導電部材としてのワイアである。
続いて、第1〜第n監視部MD1〜MDnについて説明する。本実施形態において、各監視部MD1〜MDnは、互いに同一の構成である。このため、監視部の構成について、第n監視部MDnを例にして説明する。また図1では、監視部を構成する各部材の符号を、便宜上、各監視部MD1〜MDnで共通の符号としている。
第n監視部MDnは、回路基板を備え、その回路基板には、第1〜第5電池入力部Ci1〜Ci5が設けられている。第1〜第5電池入力部Ci1〜Ci5は、端子として構成されている。なお本実施形態において、第1電池入力部Ci1が「負極側入力部」に相当し、第5電池入力部Ci5が「正極側入力部」に相当する。
第n監視部MDnは、第1端が第5電池入力部Ci5に電気的に接続された高電位電気経路LHMを備えている。また、第n監視部MDnは、第1端が第1電池入力部Ci1に電気的に接続されて、かつ、第2端が高電位電気経路LHMの第2端に電気的に接続された低電位電気経路LLMを備えている。
第1電池入力部Ci1には、第1入力経路L1を介して第n電池モジュールBMnの負極側が接続され、第2電池入力部Ci2には、第2入力経路L2を介して第1電池セル10aの正極側及び第2電池セル10bの負極側が接続されている。第3電池入力部Ci3には、第3入力経路L3を介して第2電池セル10bの正極側及び第3電池セル10cの負極側がそれぞれ接続され、第4電池入力部Ci4には、第4入力経路L4を介して第3電池セル10cの正極側及び第4電池セル10dの負極側がそれぞれ接続されている。第5電池入力部Ci5には、第5入力経路L5を介して第n電池モジュールBMnの正極側が接続されている。
なお、各入力経路L1〜L5は、互いに電気的に絶縁された状態で一体化されてハーネス部材として構成されていればよい。
第n監視部MDnは、メイン電圧検出部30を備えている。メイン電圧検出部30は、第n電池モジュールBMnを構成する各電池セル10a〜10dの端子電圧を個別に検出する機能を有している。すなわち本実施形態では、各電池セルが「検出対象電池」となる。メイン電圧検出部30は、第1入力経路L1及び第2入力経路L2を介して第1電池セル10aの端子電圧を検出し、第2入力経路L2及び第3入力経路L3を介して第2電池セル10bの端子電圧を検出する。また、メイン電圧検出部30は、第3入力経路L3及び第4入力経路L4を介して第3電池セル10cの端子電圧を検出し、第4入力経路L4及び第5入力経路L5を介して第4電池セル10dの端子電圧を検出する。メイン電圧検出部30は、AD変換器を備え、検出した端子電圧をアナログデータからデジタルデータに変換する。
第n監視部MDnにおいて、高電位電気経路LHMには第1スイッチSW1が設けられている。本実施形態において、第1スイッチSW1は、メイン電圧検出部30により開閉操作される。本実施形態において、第1スイッチSW1は、ノーマリオープン型の半導体スイッチング素子である。第1スイッチSW1としては、例えばリレーを用いればよい。
なお、高電位電気経路LHMにおいて、第1スイッチSW1よりも第5電池入力部Ci5側に、抵抗体及びコンデンサを備えるローパスフィルタが設けられていてもよい。
高電位電気経路LHMにおいて、第1スイッチSW1を挟んで第5電池入力部Ci5とは反対側には、第1分圧用抵抗体40aが設けられている。低電位電気経路LLには、第2分圧用抵抗体40bが設けられている。第1分圧用抵抗体40aの一端と第2分圧用抵抗体40bの一端とは、電気的に接続されている。
第n監視部MDnは、第n電池モジュールBMnの充電状態を検出する機能を有している。本実施形態において、第n監視部MDnは、過充電状態であるか否かを検出する機能を有している。この機能を実現するために、第n監視部MDnは、コンパレータ41と、直流電源である基準電源42とを備えている。コンパレータ41の非反転入力端子には、基準電源42が接続され、コンパレータ41の反転入力端子には、第1分圧用抵抗体40a及び第2分圧用抵抗体40bの接続点が接続されている。
基準電源42の出力電圧である基準電圧VREFは、第n電池モジュールBMnが過充電状態であることを判別可能な値に設定されている。具体的には例えば、基準電圧VREFは、第n電池モジュールBMnの端子電圧の許容上限値に対応する値に設定されればよい。より具体的には例えば、基準電圧VREFは、上記許容上限値を第1,第2分圧用抵抗体40a,40bで分圧した値に設定されればよい。
なお本実施形態において、第1分圧用抵抗体40a、第2分圧用抵抗体40b、コンパレータ41及び基準電源42が「サブ電圧検出部」を構成する。
第n監視部MDnは、直流電源である通信用電源43と、通信用抵抗体44と、「通信スイッチ」としてのフォトカプラ45とを備えている。通信用抵抗体44の第1端には、通信用電源43が接続され、通信用抵抗体44の第2端には、フォトカプラ45を構成するフォトダイオードのアノードが接続されている。フォトダイオードのカソードには、コンパレータ41の出力端子が接続されている。
フォトカプラ45を構成するフォトトランジスタのコレクタには、第n監視部MDnの信号出力部Caが接続され、フォトトランジスタのエミッタには、電源システムのグランドが接続されている。本実施形態において、信号出力部Caは、端子として構成されている。
第n監視部MDnは、「電圧生成部」に相当するDA変換器46と、DA変換器46及びコンパレータ41の反転入力端子とを接続する電気経路に設けられた第2スイッチSW2とを備えている。本実施形態において、第2スイッチSW2は、メイン電圧検出部30により開閉操作される。本実施形態において、第2スイッチSW2は、ノーマリオープン型の半導体スイッチング素子である。第2スイッチSW2としては、例えばリレーを用いればよい。なお本実施形態において、DA変換器46は、例えば、メイン電圧検出部30により検出された電圧の補正に用いられる。
本実施形態では、メイン電圧検出部30、第1スイッチSW1、第1分圧用抵抗体40a、第2分圧用抵抗体40b、DA変換器46及び第2スイッチSW2が、1つの集積回路である監視IC60として構成されている。また本実施形態では、コンパレータ41及び基準電源42が、1つの集積回路である冗長IC70として構成されている。冗長IC70は、監視IC60とは別のチップ上に構成されている。
図2及び図3を用いて、監視IC60及び冗長IC70について説明する。
図示されるように、監視IC60及び冗長IC70のそれぞれは、厚さ方向に扁平な直方体状をなしている。監視IC60において、その厚さ方向を法線方向とする2つの外面のうち一方は、監視裏側面60aとされ、他方は、監視表側面60bとされている。冗長IC70において、その厚さ方向を法線方向とする2つの外面のうち一方は、冗長裏側面70aとされ、他方は、冗長表側面70bとされている。
監視表側面60bの面積は、冗長裏側面70aの面積よりも大きくされている。また本実施形態において、監視表側面60b及び冗長裏側面70aは、凹凸のない平坦面とされている。この構成において、冗長裏側面70aの全面を監視表側面60bに当接させた状態で、冗長IC70が監視IC60の中央部に取り付けられている。なお、冗長裏側面70aと監視表側面60bとの間に接着剤を塗布して冗長IC70が監視IC60に機械的に接続されればよい。
冗長裏側面70aの全面を監視表側面60bに当接させた状態で、冗長IC70が監視IC60に取り付けられているのは、監視IC60を構成するメイン電圧検出部30の電圧検出精度の低下を防止するためである。
つまり、第1分圧用抵抗体40a、第2分圧用抵抗体40b、コンパレータ41及び基準電源42を備えるサブ電圧検出部の電圧検出対象が検出ブロックであるのに対し、メイン電圧検出部30の電圧検出対象は、各電池セル10a〜10dである。このため、メイン電圧検出部30に要求される電圧検出精度は、サブ電圧検出部に要求される電圧検出精度よりも高い。ここで、監視IC60に応力が作用することにより、監視IC60が歪み得る。監視IC60が歪むと、監視IC60を構成するメイン電圧検出部30の電圧検出精度が低下し得る。
そこで、冗長裏側面70aの全面を監視表側面60bに当接させた状態で、冗長IC70を監視IC60に取り付ける。これにより、監視IC60に応力が作用したとしても、冗長IC70によって監視IC60が歪むのを抑えることができる。その結果、監視IC60を構成するメイン電圧検出部30の電圧検出精度の低下を防止できる。
なお本実施形態では、監視表側面60b及び冗長裏側面70aが、凹凸のない平坦面とされていたがこれに限らない。例えば、監視表側面60bにおいて冗長IC70と重なる部分の一部、及び冗長裏側面70aの一部のうち、少なくとも一方に、凹凸のある部分が形成されていてもよい。この場合において、監視IC60を監視表側面60bから見た場合において冗長IC70の輪郭が監視IC60の輪郭からはみださない状態で、冗長裏側面70aが監視表側面60bに接着剤等で取り付けられる構成を採用する。この構成によっても、監視IC60の歪みを抑えることができる。
本実施形態において、監視IC60及び冗長IC70は、リードフレーム80及びボンディングワイアとともに封止材であるモールド樹脂100によりパッケージ化され、半導体モジュールとされている。モールド樹脂100は、電気的絶縁性を有する合成樹脂材料にて構成されており、例えばエポキシ樹脂である。
リードフレーム80は、導電性材料からなる板状の部材であり、ダイパッド80a、吊りリード80b及びリード80cを備えている。ダイパッド80aは、リードフレーム80の中央部に位置し、矩形形状をなしている。吊りリード80bは、ダイパッド80aからその対角線上に外側へ向かって延びている4つの部材である。リード80cは、ダイパッド80aの中央部へ向かって延びる細長の部材であり、隣り合う吊りリード80bの間に、ダイパッド80aの周囲に沿って複数設けられている。
リード80cは、モールド樹脂100内に位置するインナーリード80c1と、モールド樹脂100から露出したアウターリード80c2とで構成されている。インナーリード80c1は、ダイパッド80aの延びる方向と平行な方向に延びている。アウターリード80c2は、下方へ屈曲され、その先端部がインナーリード80c1の延びる方向と平行な方向に延びている。
監視IC60を監視表側面60bから見た場合において、監視表側面60bのうち冗長IC70と重ならない領域には、監視表側面60bの各辺に沿って複数の電極パッドが形成されている。図3には、監視表側面60bの4辺のうち特定の一辺に沿って複数形成された電極パッド61を示した。本実施形態において、この特定の一辺に沿って複数形成された電極パッド61の中に、監視IC60に電力を供給する給電端子が含まれている。一方、冗長IC70の冗長表側面70bには、冗長表側面70bの一辺に沿って複数の電極パッド71が形成されている。本実施形態において、この特定の一辺に沿って複数形成された電極パッド71の中に、冗長IC70に電力を供給する給電端子が含まれている。また本実施形態では、冗長IC70の中央部を基準として冗長IC70の電極パッド71と監視IC60の電極パッド71とが同一の方向又は略同一の方向を向いた状態で、冗長IC70が監視IC60に取り付けられている。
本実施形態において、ダイパッド80aの各辺に沿って並ぶインナーリード80c1のうち、電極パッド61,71から臨む方向のインナーリード80c1の1つは、監視IC60及び冗長IC70で共通に使用され、各IC60,70の電力供給源となる電源端子とされている。この電源端子と、監視IC60の電極パッド61のうち給電端子とがボンディングワイア90により電気的に接続されている。また、この電源端子と、冗長IC70の電極パッド71のうち給電端子とがボンディングワイア91により電気的に接続されている。この構成は、監視IC60の電極パッドの数を削減し、また、ボンディングワイアを用いた接続回数を削減する効果を奏するために採用されている。以下、この効果について、本実施形態及び関連技術を比較しつつ説明する。
図4に関連技術に係る半導体モジュールの一部を示す。なお図4において、先の図3に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
図4に示すように、関連技術では、冗長IC70の中央部を基準として冗長IC70の電極パッド72と監視IC60の電極パッド61とが反対の方向を向いた状態で、冗長IC70が監視IC60に取り付けられている。図4に示す構成では、監視IC60を監視表側面60bから見た場合に、冗長表側面70bの電極パッド72と、電源端子としてのインナーリード80c1との距離が、先の図3に示した構成よりも長くなる。この場合、電源端子としてのリード80cと冗長表側面70bの電極パッド72とを1つのボンディングワイアにより直接接続すると、ボンディングワイアが切れるおそれがある。ボンディングワイアの切れを防止するには、ボンディングワイアの中央部を冗長IC70の厚さ方向に円弧状に大きく反らせた状態で、電源端子としてのリード80cと冗長表側面70bの電極パッド72とを接続する必要がある。ただしこの場合、厚さ方向に大きく反ったボンディングワイアを樹脂モールドにより封止することとなり、半導体モジュールの厚さ方向の寸法が増加してしまう。
この問題を回避すべく、図4に示すように、監視IC60の監視表側面60bに、中継用の電極パッド62を形成する。そして、冗長表側面70bの電極パッド72と中継用の電極パッド62とをボンディングワイア94により接続するとともに、中継用の電極パッド62と電源端子としてのリード80c1とをボンディングワイア93により接続する構成を採用することも考えられる。ただし、この構成では、中継用の電極パッド62を監視IC60に余分に形成する必要がある。また、この構成では、ボンディングワイアで電極パッド間を接続する作業回数が増加する。
そこで本実施形態では、図3に示す構成を採用した。これにより、監視IC60を監視表側面60bから見た場合に、冗長表側面70bの電極パッド71と、電源端子としてのリード80c1との距離を、図4に示した構成よりも短縮できる。このため、冗長IC70の電極パッド71と電源端子としてのリード80c1とを1つのボンディングワイア91により直接接続できる。これにより、監視IC60に中継用の電極パッド62を形成する必要がなくなり、監視IC60に形成される電極パッドの数を削減できる。また、ボンディングワイアで接続する作業回数の増加を防止できる。
なお図3において、ボンディングワイア92は、監視IC60を構成するDA変換器46と、冗長IC70を構成するコンパレータ41とを接続するワイアである。また図4において、ボンディングワイア95は、図3のボンディングワイア92に対応している。
先の図1の説明に戻り、電圧検出装置は、直流電源である共通電源50と、共通電源50に接続された通信線である共通通信線51とを備えている。共通通信線51には、抵抗体である共通抵抗体52が設けられている。共通通信線51において、共通抵抗体52を挟んで共通電源50とは反対側には、各監視部MD1〜MDnの信号出力部Caに接続された個別通信線53が接続されている。
制御部20は、端子としての信号入力部Cb、第1通信接続部T1及び第2通信接続部T2を備えている。一方、第1〜第n監視部MD1〜MDnは、端子としての通信入力部TI及び通信出力部TOを備えている。本実施形態では、各監視部MD1〜MDnにおいて、通信入力部TI及び通信出力部TOは、監視IC60に電気的に接続されている。
制御部20及び第1〜第n監視部MD1〜MDnは、通信機能を有している。制御部20の第1通信接続部T1と第n監視部MDnの通信入力部TIとの間、第m+1監視部MDm+1(m=1,2,…,n−1)の通信出力部TOと第m監視部MDmの通信入力部TIとの間、第1監視部MD1の通信出力部TOと制御部20の第2通信接続部T2との間は、それぞれ通信線CCLによって接続されている。すなわち、制御部20及び第1〜第n監視部MD1〜MDnの監視IC60は、デイジーチェーン方式で接続されている。
各監視部MD1〜MDnのメイン電圧検出部30により検出されたデジタルデータとしての各電池セルの端子電圧は、通信線CCL及び第2通信接続部T2を介して制御部20に入力される。
制御部20は、第1〜第n電池モジュールBM1〜BMnの中に過充電状態となっている電池モジュールが存在するか否かを判定する充電状態判定処理を行う。以下、この処理について説明する。
制御部20は、まず、第1スイッチSW1を閉操作してかつ第2スイッチSW2を開操作する指令を第1通信接続部T1及び通信線CCLを介して各監視部MD1〜MDnの監視IC60に対して出力する。これにより、各監視部MD1〜MDnの第1スイッチSW1が閉状態とされて、かつ、第2スイッチSW2が開状態とされる。
そして制御部20は、信号入力部Cbの入力信号VMに基づいて、第1〜第n電池モジュールBM1〜BMnの中に過充電状態となっている電池モジュールが存在するか否かを判定する。第n監視部MDnに対応する第n電池モジュールBMnを例にして説明すると、第n電池モジュールが過充電状態でない場合、第1分圧用抵抗体40a及び第2分圧用抵抗体40bにより分圧された第n電池モジュールBMnの端子電圧が基準電源42から出力される基準電圧VREFよりも低くなる。このため、コンパレータ41の出力信号の論理がHとされ、通信用電源43から通信用抵抗体44及びフォトカプラ45を構成するフォトダイオードを介してコンパレータ41の出力端子側へと電流が流れない。その結果、フォトカプラ45を構成するフォトトランジスタが開状態とされ、共通電源50から共通通信線51、個別通信線53、信号出力部Ca及びフォトトランジスタを介してグランドへと電流が流れない。これにより、信号入力部Cbの入力信号VMの論理がHとされる。制御部20は、信号入力部Cbの入力信号VMの論理がHであると判定した場合、第1〜第n電池モジュールBM1〜BMnのいずれも過充電状態になっていないと判定する。
一方、第n電池モジュールが過充電状態である場合、第1分圧用抵抗体40a及び第2分圧用抵抗体40bにより分圧された第n電池モジュールBMnの端子電圧が基準電源42から出力される基準電圧VREFよりも高くなる。このため、コンパレータ41の出力信号の論理がLとされ、通信用電源43から通信用抵抗体44及びフォトカプラ45を構成するフォトダイオードを介してコンパレータ41の出力端子側へと電流が流れる。その結果、フォトカプラ45を構成するフォトトランジスタが開状態から閉状態に切り替えられ、共通電源50から共通通信線51、個別通信線53、信号出力部Ca及びフォトトランジスタを介してグランドへと電流が流れる。これにより、信号入力部Cbの入力信号VMの論理がHからLに反転する。制御部20は、信号入力部Cbの入力信号VMの論理がLであると判定した場合、第1〜第n電池モジュールBM1〜BMnの少なくとも1つが過充電状態になっていると判定する。
続いて、制御部20により実行される診断処理について説明する。
まず図5を用いて、基準電源42の診断処理について説明する。この処理は、制御部20により所定の診断実行条件が成立したと判定された場合に実施される。ここで診断実行条件としては、例えば、前回診断処理を実施してから所定時間経過したとの条件とすればよい。
この一連の処理では、まずステップS10において、各監視部MD1〜MDnに対して、第1スイッチSW1の開操作指令及び第2スイッチSW2の閉操作指令を出力する。これにより、各監視部MD1〜MDnにおいて、第1スイッチSW1が開状態とされ、第2スイッチSW2が閉状態とされる。
続くステップS12では、基準電圧VREFを下から上へと跨ぐように診断用電圧VTを変化させる指令を、各監視部MD1〜MDnのDA変換器46に対して出力する。そしてステップS14では、診断用電圧VTを変化させる前後で、信号入力部Cbの入力信号VMの論理がHからLに反転したか否かを判定する。
ステップS14において入力信号VMの論理がHからLに反転したと判定した場合には、ステップS16に進み、基準電源42に異常が生じていないと判定する。一方、ステップS14において入力信号VMの論理がHからLに反転しないと判定した場合には、ステップS18に進み、基準電源42に異常が生じていると判定する。
なお、制御部20は、基準電源42に異常が生じている旨判定した場合、サブ電圧検出部による電圧検出を禁止すればよい。
続いて図6を用いて、コンパレータ41から、フォトカプラ45、信号出力部Ca、個別通信線53及び共通通信線51を介して信号入力部Cbまでの通信系統の診断処理について説明する。この処理は、制御部20により所定の診断実行条件が成立したと判定された場合に実施される。ここで診断実行条件としては、例えば、前回診断処理を実施してから所定時間経過したとの条件とすればよい。
この一連の処理では、ステップS10の処理の完了後、ステップS20に進み、診断用電圧VTを基準電圧VREFよりも低い電圧とする指令を、各監視部MD1〜MDnのDA変換器46に対して出力する。そしてステップS22では、信号入力部Cbの入力信号VMの論理がHであるか否かを判定する。
ステップS14において入力信号VMの論理がHであると判定した場合には、ステップS24に進み、上記通信系統に異常が生じていないと判定する。一方、ステップS22において入力信号VMの論理がLであると判定した場合には、ステップS26に進み、上記通信系統に異常が生じていると判定する。
なお、制御部20は、通信系統に異常が生じている旨判定した場合、サブ電圧検出部による電圧検出を禁止すればよい。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)各監視部MD1〜MDnが、メイン電圧検出部30と、第1,第5電池入力部Ci1,Ci5と、第1電池入力部Ci1及び第5電池入力部Ci5を介して各電池モジュールBM1〜BMnの端子電圧を検出するサブ電圧検出部とを備えている。サブ電圧検出部は、各分圧用抵抗体40a,40b、コンパレータ41及び基準電源42を備えている。サブ電圧検出部が各監視部MD1〜MDnに備えられるため、サブ電圧検出部が制御部20に設けられる構成とは異なり、各電池モジュールと制御部20とを電気的に接続するための電圧入力部を、電池モジュールの数であるn個だけ制御部20に設ける必要がない。したがって、組電池10の仕様が変わることにより電池モジュールの数が変わったとしても、電圧検出装置を構成する制御部20の共通化を図ることができる。
(2)監視IC60の監視表側面60bの面積が、冗長IC70の冗長裏側面70aの面積よりも大きくされている。そして、冗長裏側面70aの全面を監視表側面60bに当接させた状態で、冗長IC70を監視IC60に取り付けた。このため、監視IC60が歪むのを冗長裏側面70aの全面で抑えることができる。これにより、メイン電圧検出部30の電圧検出精度の低下を防止することができる。
さらに、監視IC60の監視表側面60bに冗長ICを設けるため、メイン電圧検出部30及びサブ電圧検出部を各監視部MD1〜MDnに備える場合に要求される各検出部の実装面積を削減できる。これにより、各監視部MD1〜MDnの小型化を図ることができ、ひいては電圧検出装置の小型化を図ることができる。
(3)監視表側面60bの一辺に沿って複数の電極パッド61を形成し、冗長表側面70bの一辺に沿って複数の電極パッド71を形成した。そして、冗長IC70の電極パッド71と監視IC60の電極パッド61とが同一の方向又は略同一の方向を向いた状態で、冗長IC70を監視IC60に取り付けた。この構成によれば、監視IC60を監視表側面60bから見た場合に、冗長表側面70bの電極パッド71と、電源端子としてのリード80c1との距離を短縮できる。このため、冗長IC70の電極パッド71と、監視IC60の電極パッド61とのそれぞれを、共通のリード80c1にボンディングワイアにより直接接続できる。これにより、監視IC60に形成される電極パッドの数を削減でき、また、ボンディングワイアで接続する作業回数の増加を防止できる。
(4)各監視部MD1〜MDnが信号出力部Ca及びフォトカプラ45を備えている。また電圧検出装置が、共通電源50及び共通抵抗体52を備えている。そして、共通抵抗体52の両端のうち共通電源50とは反対側には、制御部20の信号入力部Cbが電気的に接続されている。この構成によれば、組電池10の仕様が変わることにより電池モジュールの数が変わったとしても、制御部20の信号入力部Cbの数を変える必要がない。このため、組電池10の仕様が変わったとしても、電圧検出装置を構成する制御部20の共通化を図ることができる。
なお、この構成は、各電池モジュールが車両内の離れたスペースに搭載されている場合において、各監視部MD1〜MDnと制御部20とを接続する通信線を削減するのに有効である。ここで、車両内の離れたスペースとは、例えば、座席の下方に位置するスペースと、車両後ろ側のトランクルームの下方に位置するスペースとを含む。
(5)第1,第2分圧用抵抗体40a,40bにより分圧された電圧が基準電圧VREFを下から上に跨ぐことにより、コンパレータ41の出力信号の論理が反転するようにした。そして、各監視部MD1〜MDnのコンパレータ41の出力信号が、フォトカプラ45、信号出力部Ca、個別通信線53及び共通通信線51を介して信号入力部Cbに入力される構成とした。このため、各監視部MD1〜MDnのうち少なくとも1つのコンパレータ41の出力信号の論理が反転すると、信号入力部Cbの入力信号VMの論理が反転する。したがって、制御部20は、信号入力部Cbの入力信号VMに基づいて、電池モジュールの過充電状態を判定することができる。
さらに本実施形態では、第1,第2分圧用抵抗体40a,40bにより分圧された電圧が基準電圧VREFを下から上に跨ぐまでは、コンパレータ41の出力信号の論理がHとなるようにした。このため、いずれかの電池モジュールが過充電状態となるまでは、フォトカプラ45のフォトダイオードに電流を流さないようにでき、電圧検出装置の消費電力を低減できる。
(6)制御部20は、第1スイッチSW1が開状態とされて、かつ、第2スイッチSW2が閉状態とされた状態で、基準電圧VREFを下から上に跨ぐように診断用電圧VTを変化させた。そして制御部20は、診断用電圧VTを変化させた場合に信号入力部Cbの入力信号VMの論理が反転しないと判定した場合、基準電源42に異常が生じていると判定した。これにより、基準電源42の異常の有無を適正に判定でき、基準電源42の異常が生じた状態で電圧検出装置の使用が継続されるのを防止できる。
(7)制御部20は、第1スイッチSW1が開状態とされて、かつ、第2スイッチSW2が閉状態とされた状態で、診断用電圧VTを基準電圧VREFよりも低い電圧とした。そして制御部20は、入力信号VMの論理がLであると判定した場合、通信系統に異常が生じていると判定した。これにより、通信系統の異常の有無を適正に判定でき、通信系統の異常が生じた状態で電圧検出装置の使用が継続されるのを防止できる。
(8)DA変換器46が監視IC60に設けられている構成とした。このため、診断のために冗長IC70に別途DA変換器を備える必要がない。これにより、診断のための回路を簡素にできる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図7に示すように、メイン電圧検出部30、DA変換器46及び第2スイッチSW2が、1つの集積回路である監視IC60として構成されている。つまり、第1スイッチSW1及び各分圧用抵抗体40a,40bが監視IC60を構成していない。一方、第1スイッチSW1、第1分圧用抵抗体40a、第2分圧用抵抗体40b、コンパレータ41及び基準電源42が、1つの集積回路である冗長IC70として構成されている。なお図7において、先の図1に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
ちなみに本実施形態において、第1スイッチSW1は、例えば、制御部20から指令を受けたメイン電圧検出部30により開閉操作されればよい。
以上説明した本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・監視IC60と冗長IC70との配置手法としては、先の図2,図3に示した手法に限らない。例えば、図8に示すように、監視IC60及び冗長IC70のそれぞれを、監視IC60を監視表側面60bから見た場合において、ダイパッド80a上に搭載して、かつ、樹脂モールド内に並べて配置する手法であってもよい。なお図8において、先の図2,図3に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
・監視IC60及び冗長IC70としては、それぞれ別の集積回路として構成されているものに限らない。例えば、上記第1実施形態において、メイン電圧検出部30、第1スイッチSW1、第1分圧用抵抗体40a、第2分圧用抵抗体40b、DA変換器46、第2スイッチSW2、コンパレータ41及び基準電源42を、同一の集積回路として構成する。そして、同一の集積回路において、メイン電圧検出部30、第1スイッチSW1、第1分圧用抵抗体40a、第2分圧用抵抗体40b、DA変換器46及び第2スイッチSW2のグループと、コンパレータ41及び基準電源42のグループとを分離する。
・上記第1実施形態では、コンパレータ41の出力端子及び信号出力部Caの間を電気的に絶縁しつつ、コンパレータ41の出力端子と信号出力部Caとの間の信号を伝達する絶縁素子として、光絶縁素子としてのフォトカプラ45を用いたがこれに限らない。例えば、磁気絶縁素子としての磁気カプラ等、他の絶縁素子を用いてもよい。
・制御部20の実行する充電状態判定処理として、第1〜第n電池モジュールBM1〜BMnの中に過放電状態となっている電池モジュールが存在するか否かを判定する処理を行ってもよい。この場合、基準電圧VREFは、電池モジュールが過放電状態であることを判別可能な値に設定されればよい。具体的には例えば、基準電圧VREFは、電池モジュールの端子電圧の許容下限値を第1,第2分圧用抵抗体40a,40bで分圧した値に設定されればよい。そしてこの設定において、コンパレータ41の反転入力端子に基準電源42を接続し、非反転入力端子に各分圧用抵抗体40a,40bの接続点を接続すればよい。この構成によれば、各分圧用抵抗体40a,40bにより分圧された電圧が、基準電圧VREFを上から下に跨ぐことにより、コンパレータ41の出力信号の論理がHからLに反転する。したがって、制御部20は、過充電状態の判定と同様に、信号入力部Cbの入力信号VMに基づいて、少なくとも1つの電池モジュールが過放電状態であることを判定することができる。
なお、この構成において、先の図5に示した診断処理を行うことができる。この場合、ステップS12の処理を、基準電圧VREFを上から下に跨ぐように診断用電圧VTを変化させる処理に変更すればよい。
また、この構成において、先の図6に示した診断処理を行うことができる。この場合、ステップS20の処理を、診断用電圧VTを基準電圧VREFよりも高い電圧にする処理に変更すればよい。
・上記第1実施形態において、コンパレータ41の非反転入力端子に第1,第2分圧用抵抗体40a,40bの接続点及び第2スイッチSW2の一端が接続され、反転入力端子に基準電源42が接続されていてもよい。この場合、電池モジュールが過充電状態になっていない場合、コンパレータ41の出力信号の論理がLとなり、フォトカプラ45のフォトダイオードが導通状態となる。
・上記第1実施形態では、サブ電圧検出部を構成するコンパレータ41の出力信号と、メイン電圧検出部30の電圧検出値とを各別の通信系統を用いて制御部20に伝達したがこれに限らず、同一の通信系統を用いて制御部20に伝達する構成としてもよい。この構成としては、具体的には例えば、通信用電源43、通信用抵抗体44、フォトカプラ45及び信号出力部Caを各監視部MD1〜MDnから除去し、デイジーチェーン接続を構成する通信線CCLを用いてコンパレータ41の出力信号を制御部20に伝達すればよい。
・上記第1実施形態において、制御部20が、第1分圧用抵抗体40a及び第2分圧用抵抗体40bの異常を判定する処理を行ってもよい。この処理は、例えば、メイン電圧検出部30により検出された各電池セル10a〜10dと合計値と、第1,第2分圧用抵抗体40a,40bの分圧値から換算した電池モジュールの端子電圧とがずれていると判定した場合に、第1分圧用抵抗体40a及び第2分圧用抵抗体40bの少なくとも一方に異常が生じている旨判定する処理とすればよい。
・上記第1実施形態において、監視表側面60bの面積と冗長裏側面70aの面積とが同じであってもよい。この場合であっても、上記第1実施形態の(2)の構成を得ることはできる。
・上記第1実施形態では、冗長IC70が監視IC60の中央部に設けられたがこれに限らず、例えば、冗長IC70が監視IC60の中央部からずれた位置に設けられていてもよい。
・メイン電圧検出部としては、電池モジュールを構成する電池セルそれぞれの端子電圧を個別に検出するものに限らず、電池モジュールを構成する電池セルの数よりも少ない数の電池セルの直列接続体の端子電圧を検出するものであってもよい。例えば図1において、電池モジュールにおいて2つの電池セルの直列接続体ごとの端子電圧をメイン電圧検出部により検出してもよい。
・電池モジュールを構成する電池セルの数としては、4つに限らず、2つ、3つ、又は5つ以上であってもよい。また、電池モジュールを構成する電池セルの数は、各電池モジュールで等しくなくてもよい。
・組電池10を構成する電池モジュールの数としては、複数に限らず、1つであってもよい。この場合、例えば、電圧検出装置に1つの監視部が備えられればよい。
・組電池としては、複数の電池セルの直列接続体を1つ備えるものに限らない。例えば、複数の電池セルの直列接続体を複数備え、各直列接続体が互いに並列接続された組電池であってもよい。
・第1スイッチSW1及び第2スイッチSW2としては、リレーに限らず、例えば、ソース同士が接続されたNチャネルMOSFET、PチャネルMOSFET、アナログスイッチ又はフォトリレーであってもよい。
・複数のインナーリード80c1のうち、監視IC60及び冗長IC70で共通に使用されるインナーリードとしては、監視IC60及び冗長IC70の双方の電源端子に限らず、例えば共通のグランド端子等、他の端子であってもよい。
・電池セルとしては、例えばニッケル水素蓄電池であってもよい。
10…組電池、10a〜10d…第1〜第4電池セル、20…制御部、30…メイン電圧検出部、40a,40b…第1,第2分圧用抵抗体、41…コンパレータ、42…基準電源、MD1〜MDn…第1〜第n監視部、Ci1〜Ci5…第1〜第5電池入力部。

Claims (8)

  1. 複数の電池セル(10a〜10d)の直列接続体を備える組電池(10)に適用される電圧検出装置において、
    前記組電池の状態を検出する監視部(MD1〜MDn)と、
    前記監視部の検出結果が入力され、該監視部とは別に設けられた制御部(20)と、を備え、
    前記組電池を構成する前記電池セルのうち少なくとも2つの前記電池セルの直列接続体が検出ブロック(BM1〜BMn)とされており、
    前記検出ブロックを構成する前記電池セルのそれぞれ、又は前記検出ブロックにおいて該検出ブロックを構成する前記電池セルの数よりも少ない数の前記電池セルの直列接続体が検出対象電池とされており、
    前記監視部は、
    前記組電池の状態として、前記各検出対象電池の端子電圧を検出するメイン電圧検出部(30)と、
    前記検出ブロックの正極側に電気的に接続された正極側入力部(Ci5)と、
    前記検出ブロックの負極側に電気的に接続された負極側入力部(Ci1)と、
    前記正極側入力部及び前記負極側入力部を介して、前記組電池の状態として、前記検出ブロックの端子電圧を検出するサブ電圧検出部(40a,40b,41,42)と、を有し
    前記メイン電圧検出部は、厚さ方向に扁平な直方体状をなす集積回路である監視IC(60)を構成しており、
    前記サブ電圧検出部の少なくとも一部は、厚さ方向に扁平な直方体状をなして、かつ、前記監視ICとは別の集積回路である冗長IC(70)を構成しており、
    前記監視ICにおいて、その厚さ方向を法線方向とする2つの外面のうち一方の面が監視裏側面(60a)とされ、他方の面が監視表側面(60b)とされており、
    前記冗長ICにおいて、その厚さ方向を法線方向とする2つの外面のうち一方の面が冗長裏側面(70a)とされ、他方の面が冗長表側面(70b)とされており、
    前記監視表側面の面積が前記冗長裏側面の面積以上の面積とされており、
    前記監視ICを前記監視表側面から見た場合において前記冗長ICの輪郭が前記監視ICの輪郭からはみださない状態で、前記冗長裏側面が前記監視表側面に機械的に接続されている電圧検出装置。
  2. 前記監視ICを前記監視裏側面から搭載して、かつ、周囲に複数のリード(80c1)を有するリードフレーム(80)を備え、
    前記監視表側面の面積が前記冗長裏側面の面積よりも大きくされており、
    前記監視ICは、該監視ICを前記監視表側面から見た場合において該監視表側面のうち前記冗長ICと重ならない領域に、前記監視表側面の一辺に沿って複数形成された電極パッド(61)を有し、
    前記冗長ICは、前記冗長表側面の一辺に沿って該冗長表側面に複数形成された電極パッド(71)を有し、
    前記冗長ICの電極パッドと前記監視ICの電極パッドとが同一の方向又は略同一の方向を向いた状態で、前記冗長裏側面が前記監視表側面に機械的に接続されており、
    前記冗長ICの電極パッドの1つと、前記監視ICの電極パッドの1つとのそれぞれは、複数の前記リードのうち、前記監視IC及び前記冗長ICで共通に使用されるリードにボンディングワイア(90,91)によって電気的に接続されている請求項に記載の電圧検出装置。
  3. 前記検出ブロックの数は、複数であり、
    前記監視部は、前記各検出ブロックに対応して個別に設けられており、
    前記サブ電圧検出部は、
    前記検出ブロックの端子電圧を分圧する抵抗体である分圧用抵抗体(40a,40b)と、
    前記検出ブロックの充電状態を検出するための基準電圧を出力する電源である基準電源(42)と、
    反転入力端子及び非反転入力端子を含み、該反転入力端子及び該非反転入力端子のうち、一方の端子に前記分圧用抵抗体により分圧された電圧が入力され、他方の端子に前記基準電圧が入力されるコンパレータ(41)と、を有し、
    直流電源(50)と、
    前記直流電源に第1端側が接続された抵抗体(52)と、を備え、
    前記監視部は、
    信号出力部(Ca)と、
    前記コンパレータの出力端子の出力電圧の論理に応じて閉状態又は開状態されて、かつ、前記信号出力部及びグランドを電気的に接続するスイッチである通信用スイッチ(45)と、を有し、
    前記各監視部の前記信号出力部には、前記抵抗体の第2端側が電気的に接続されており、
    前記制御部は、前記抵抗体の第2端側に電気的に接続された信号入力部(Cb)を有する請求項1又は2に記載の電圧検出装置。
  4. 複数の電池セル(10a〜10d)の直列接続体を備える組電池(10)に適用される電圧検出装置において、
    前記組電池の状態を検出する監視部(MD1〜MDn)と、
    前記監視部の検出結果が入力され、該監視部とは別に設けられた制御部(20)と、を備え、
    前記組電池を構成する前記電池セルのうち少なくとも2つの前記電池セルの直列接続体が検出ブロック(BM1〜BMn)とされており、
    前記検出ブロックを構成する前記電池セルのそれぞれ、又は前記検出ブロックにおいて該検出ブロックを構成する前記電池セルの数よりも少ない数の前記電池セルの直列接続体が検出対象電池とされており、
    前記監視部は、
    前記組電池の状態として、前記各検出対象電池の端子電圧を検出するメイン電圧検出部(30)と、
    前記検出ブロックの正極側に電気的に接続された正極側入力部(Ci5)と、
    前記検出ブロックの負極側に電気的に接続された負極側入力部(Ci1)と、
    前記正極側入力部及び前記負極側入力部を介して、前記組電池の状態として、前記検出ブロックの端子電圧を検出するサブ電圧検出部(40a,40b,41,42)と、を有し、
    前記検出ブロックの数は、複数であり、
    前記監視部は、前記各検出ブロックに対応して個別に設けられており、
    前記サブ電圧検出部は、
    前記検出ブロックの端子電圧を分圧する抵抗体である分圧用抵抗体(40a,40b)と、
    前記検出ブロックの充電状態を検出するための基準電圧を出力する電源である基準電源(42)と、
    反転入力端子及び非反転入力端子を含み、該反転入力端子及び該非反転入力端子のうち、一方の端子に前記分圧用抵抗体により分圧された電圧が入力され、他方の端子に前記基準電圧が入力されるコンパレータ(41)と、を有し、
    直流電源(50)と、
    前記直流電源に第1端側が接続された抵抗体(52)と、を備え、
    前記監視部は、
    信号出力部(Ca)と、
    前記コンパレータの出力端子の出力電圧の論理に応じて閉状態又は開状態されて、かつ、前記信号出力部及びグランドを電気的に接続するスイッチである通信用スイッチ(45)と、を有し、
    前記各監視部の前記信号出力部には、前記抵抗体の第2端側が電気的に接続されており、
    前記制御部は、前記抵抗体の第2端側に電気的に接続された信号入力部(Cb)を有する電圧検出装置。
  5. 前記メイン電圧検出部は、厚さ方向に扁平な直方体状をなす集積回路である監視IC(60)を構成しており、
    前記サブ電圧検出部の少なくとも一部は、厚さ方向に扁平な直方体状をなして、かつ、前記監視ICとは別の集積回路である冗長IC(70)を構成しており、
    前記監視IC及び前記冗長ICのそれぞれは、前記監視IC及び前記冗長ICの平面視において並んで配置されている請求項に記載の電圧検出装置。
  6. 診断用電圧を生成して出力する電圧生成部(46)と、
    閉状態とされることにより、前記検出ブロックと前記分圧用抵抗体との間を電気的に接続し、開状態とされることにより、前記検出ブロックと前記分圧用抵抗体との間を電気的に遮断する第1スイッチ(SW1)と、
    閉状態とされることにより、前記コンパレータの前記非反転入力端子及び前記反転入力端子のうち前記分圧用抵抗体により分圧された電圧が入力される方の端子である分圧入力端子と、前記電圧生成部との間を電気的に接続し、開状態とされることにより、前記分圧入力端子と前記電圧生成部との間を電気的に遮断する第2スイッチ(SW1)と、を備え、
    前記制御部は、
    前記第1スイッチが開状態とされて、かつ、前記第2スイッチが閉状態とされた状態で、前記基準電圧を跨ぐように前記診断用電圧を変化させるべく前記電圧生成部を操作する処理と、
    前記診断用電圧が変化させられた場合に前記信号入力部の入力信号の論理が反転したと判定したとき、前記基準電源に異常が生じていない旨判定し、前記診断用電圧が変化させられた場合に前記信号入力部の入力信号の論理が反転しないと判定したとき、前記基準電源に異常が生じている旨判定する処理と、を行う請求項3〜5のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  7. 診断用電圧を生成して出力する電圧生成部(46)と、
    閉状態とされることにより、前記検出ブロックと前記分圧用抵抗体との間を電気的に接続し、開状態とされることにより、前記検出ブロックと前記分圧用抵抗体との間を電気的に遮断する第1スイッチ(SW1)と、
    閉状態とされることにより、前記コンパレータの前記非反転入力端子及び前記反転入力端子のうち前記分圧用抵抗体により分圧された電圧が入力される方の端子である分圧入力端子と、前記電圧生成部との間を電気的に接続し、開状態とされることにより、前記分圧入力端子と前記電圧生成部との間を電気的に遮断する第2スイッチ(SW1)と、を備え、
    前記制御部は、
    前記第1スイッチが開状態とされて、かつ、前記第2スイッチが閉状態とされた状態で、前記診断用電圧を前記基準電圧よりも小さくすべく又は前記診断用電圧を前記基準電圧よりも高くすべく前記電圧生成部を操作する処理と、
    前記診断用電圧が前記基準電圧よりも小さくされた場合又は前記診断用電圧が前記基準電圧よりも高くされた場合における前記信号入力部の入力信号の論理に基づいて、前記コンパレータから、前記通信用スイッチ及び前記信号出力部を介して前記信号入力部までの通信系統の異常の有無を診断する処理と、を行う請求項3〜6のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  8. 前記電圧生成部は、前記メイン電圧検出部に設けられている請求項6又は7に記載の電圧検出装置。
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