JP6827383B2 - 制御装置、電池監視システム、および電池監視方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、制御装置、電池監視システム、および電池監視方法に関する。

従来、電池セルにおける過充放電や過電流に起因して電池セルの内部圧力が異常上昇した場合に、ＣＩＤ（Current Interrupt Device）によって電池セルの電流経路を機械的に遮断するＣＩＤ遮断の発生を検知する制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２４３８８０号公報

しかしながら、従来の制御装置は、ＣＩＤ遮断の発生を検知する構成が複雑であった。実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でＣＩＤ遮断の発生を検知することができる制御装置、電池監視システム、および電池監視方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る制御装置は、ＣＩＤ（Current Interrupt Device）によって電池の電流経路が遮断されるＣＩＤ遮断の発生により所定電圧以上の電圧が前記電流経路に印加されたことを検出して前記電流経路を地絡させる電池監視装置によって、前記電流経路の電圧が第１閾値以上となったことが検知された後、前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下になったことが検知された場合に、前記ＣＩＤ遮断の発生を検知する。

実施形態の一態様に係る制御装置、電池監視システム、および電池監視方法は、簡易な構成でＣＩＤ遮断の発生を検知することができる。

図１は、実施形態に係る電池監視システムの構成を示す機能ブロック図である。 図２は、実施形態に係る電池監視装置の構成の一例を示す説明図である。 図３は、実施形態に係るＣＩＤ遮断が発生した場合の電池監視装置およびマイコンの状態を示す説明図である。 図４は、実施形態に係る過充電が発生した場合の電池監視装置およびマイコンの状態を示す説明図である。 図５は、実施形態に係るマイコンによる過充電とＣＩＤ遮断との判別方法および故障判定方法の説明図である。 図６は、実施形態に係るマイコンが実行する処理を示すフローチャートである。 図７は、実施形態に係るマイコンが実行する処理を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係るマイコンが実行する処理を示すフローチャートである。 図９は、実施形態の変形例に係る電池監視装置の構成の一例を示す説明図である。 図１０は、実施形態の変形例に係るマイコンによる過充電とＣＩＤ遮断との判別方法および故障判定方法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電池監視装置、ＣＩＤ遮断検知回路、電池監視システム、および電池監視方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る電池監視システム１００の構成を示す機能ブロック図である。なお、図１には、電池監視システム１００の概略構成を示している。電池監視システム１００の具体的な構成の一例については、図２を参照して後述する。

電池監視システム１００は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、および、燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）等の車両に搭載される。

かかる電池監視システム１００は、電池パック１と、制御装置の一例であるマイクロコンピュータ（以下「マイコン２」と記載する）とを備える。電池パック１は、複数の電池ブロック１０が直列に接続された組電池と、電池ブロック１０毎に設けられる電池監視装置２０とを備える。

各電池ブロック１０は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などであり、直列に接続された複数の電池セル１１を備える。各電池セル１１には、内部圧力が上昇した時に、機械的に電流経路を遮断する不図示のＣＩＤ(Current Interrupt Device)が設けられている。かかる組電池は、例えば、車両を走行させる電動機へ電力を出力する場合に放電し、電動機の回生制動によって発電される電力が入力される場合に充電する。

電池監視装置２０は、対応する電池ブロック１０が備える各電池セル１１の充電状態などを監視し、電池ブロック１０の状態をマイコン２へ通知する。各電池監視装置２０は、それぞれ互いに離間した位置に配置されるサテライト基板（以下、単に「基板」と記載する）に設けられる。

かかる電池監視装置２０は、それぞれ監視ＩＣ（Integrated Circuit）２１と、過充電検知部２２と、ＣＩＤ遮断検知部２３とを備える。監視ＩＣ２１は、電池ブロック１０や電池セル１１の電圧を検知してマイコン２へ出力する。

過充電検知部２２は、電池ブロック１０における過充電の発生を検知してマイコン２へ通知する。また、ＣＩＤ遮断検知部２３は、ＣＩＤによって電池ブロック１０の電流経路が機械的に遮断されるＣＩＤ遮断の発生を検知してマイコン２へ通知する。

マイコン２は、例えば、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。かかるマイコン２は、電池監視装置２０から通知される電池ブロック１０の状態に基づいて、組電池の充放電制御を行う。

例えば、マイコン２は、電池監視装置２０から電池ブロック１０における過充電の発生が通知される場合には、組電池の充電を抑制する充電制御を行う。マイコン２は、電池監視装置２０からＣＩＤ遮断の発生が通知される場合、過充放電または過電流が発生した可能性があるため、例えば、組電池と電動機とを接続するリレーを切断する充放電制御を行う。

次に、図２を参照し、実施形態に係る電池監視装置２０の構成の一例について説明する。図２は、実施形態に係る電池監視装置２０の構成の一例を示す説明図である。なお、ここで、電池ブロック１０、監視ＩＣ２１、およびマイコン２の既に説明した機能については説明を省略する。

図２に示すように、電池監視装置２０は、監視ＩＣ２１、過充電検知部２２、ＣＩＤ遮断検知部２３、分圧回路２４、およびヒューズ溶断回路２５を備える。監視ＩＣ２１は、電池ブロック１０の電流経路を介して供給される電力によって動作し、マイコン２との間で双方向に情報の送受信を行う。

分圧回路２４は、一端がヒューズＦを介して電池ブロック１０の高電圧側電極に接続され、他端が電池ブロック１０の低電圧側電極（グランド）に接続される。かかる分圧回路２４は、直列に接続される抵抗Ｒ１，Ｒ２を備え、抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧した電池ブロック１０の電圧を、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点から過充電検知部２２およびＣＩＤ遮断検知部２３へ出力する。

ヒューズ溶断回路２５は、分圧回路２４と並列に接続される。かかるヒューズ溶断回路２５は、直列に接続される抵抗Ｒ３とツェナーダイオードＤ１，Ｄ２とを備える。ヒューズ溶断回路２５の抵抗Ｒ３は、抵抗値が分圧回路２４の抵抗Ｒ１，Ｒ２に比べて極めて小さい値に設定される。

また、ツェナーダイオードＤ１，Ｄ２の接続点と、分圧回路２４の抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とは接続される。ツェナーダイオードＤ１，Ｄ２は、電池ブロック１０が過充電状態となってもカソードからアノードへ電流を流すことがなく、ＣＩＤ遮断が発生して過充電状態よりも高い所定電圧以上になる場合にカソードからアノードへ電流を流すように降伏電圧が設定される。

これにより、電池ブロック１０の電圧が過充電状態の電圧以下の場合には、分圧回路２４を通る電流経路が形成され、分圧回路２４の抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧された電池ブロック１０の電圧が過充電検知部２２およびＣＩＤ遮断検知部２３へ出力される。

また、電池ブロック１０でＣＩＤ遮断が発生した場合には、ヒューズ溶断回路２５を通る電流経路が形成され、電池ブロック１０の電流経路が地絡される。このとき、前述したように、ヒューズ溶断回路２５の抵抗Ｒ３は、抵抗値が分圧回路２４の抵抗Ｒ１，Ｒ２に比べて極めて低いため大電流を流す。

こうして、ヒューズ溶断回路２５は、ＣＩＤ遮断の発生により所定電圧以上の電圧が電流経路に印加されたことを検出して電流経路を地絡させ、大電流を流してヒューズＦを溶断させることにより、ＣＩＤ遮断に伴って発生する過電圧および過電流から電池監視装置２０を保護することができる。

このように、抵抗Ｒ１，Ｒ２およびツェナーダイオードＤ１，Ｄ２によって構成される回路は、ＣＩＤ遮断の発生により所定電圧以上の電圧が電流経路に印加されたことを検出する遮断電圧検出部として機能する。

過充電検知部２２は、電源端子３０、入力端子３１、および出力端子３２を備える。さらに、過充電検知部２２は、比較器３３、定電圧源（以下「ＬＤＯ（Low Drop Out）３４」と記載する）、閾値調整部３５、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７、コンデンサＣ１、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、およびフォトカプラＰＣを備える。

電源端子３０は、ヒューズＦ、抵抗Ｒ８、およびトランジスタＴｒを介して、電池ブロック１０の高電圧側電極に接続される。監視ＩＣ２１は、例えば、車両のイグニッションスイッチがＯＮされる場合にトランジスタＴｒをＯＮにして、電池ブロック１０から電源端子３０へ電源電圧を供給させる。

入力端子３１は、ヒューズ溶断回路２５におけるツェナーダイオードＤ１，Ｄ２の接続点を介して、分圧回路２４における抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に接続され、電池ブロック１０の電圧に応じた電圧が入力される。出力端子３２は、マイコン２に接続される。

抵抗Ｒ４は、一端が入力端子３１に接続され、他端が比較器３３の非反転入力端子（+端子）に接続される。また、抵抗Ｒ４の他端とグランドとの間には、コンデンサＣ１が接続される。コンデンサＣ１は、入力端子３１から入力される電圧に含まれるノイズ成分を除去するフィルタとして機能する。

ＬＤＯ３４は、一端が電源端子３０に接続され、他端が比較器３３の反転入力端子（-端子）に接続される。ＬＤＯ３４は、電源端子３０から入力される電源電圧から過充電検知用の閾値電圧を生成して、比較器３３の反転入力端子（-端子）へ入力する。

過充電検知用の閾値電圧は、電池ブロック１０が通常の充放電状態である場合の最大電圧である。閾値調整部３５は、マイコン２が分圧回路２４や過充電検知部２２等の故障診断を行う場合に、マイコン２の制御に従って比較器３３へ入力する閾値電圧を調整する。かかるマイコン２による故障診断の一例については後述する。

抵抗Ｒ５は、一端が電源端子３０に接続され、他端が比較器３３の出力端子とトランジスタＴｒ１のベースとの接続点に接続される。抵抗Ｒ６は、一端が電源端子３０に接続され、他端がトランジスタＴｒ１のコレクタおよびトランジスタＴｒ２のベースに接続される。

トランジスタＴｒ１は、ＮＰＮトランジスタであり、エミッタがグランドに接続される。また、トランジスタＴｒ２は、ＰＮＰトランジスタであり、エミッタが電源端子３０に接続され、コレクタが抵抗Ｒ７の一端に接続される。抵抗Ｒ７の他端は、フォトカプラＰＣが備える発光ダイオードＤ３のアノードに接続される。

フォトカプラＰＣは、発光ダイオードＤ３とフォトトランジスタＴｒ３とを備え、発光ダイオードＤ３に電流が流れる場合に、フォトトランジスタＴｒ３がＯＮになり、出力端子３２からマイコン２へ信号を出力する。

かかる過充電検知部２２は、入力端子３１から入力される電池ブロック１０の電圧に応じた電圧が、ＬＤＯ３４によって生成される過充電検知用の閾値電圧を超える場合に、電池ブロック１０における過充電を検知し、検知信号をマイコン２へ出力する。

具体的には、過充電検知部２２では、比較器３３が電池ブロック１０の電圧に応じた電圧と、過充電検知用の閾値電圧とを比較する。比較器３３は、電池ブロック１０の電圧に応じた電圧が閾値電圧以下の場合に、Ｌｏｗレベルの信号を出力する。かかる場合、トランジスタＴｒ１は、ベースにＬｏｗレベルの電圧が印加されるので、ＯＦＦの状態を維持する。

また、比較器３３は、電池ブロック１０の電圧に応じた電圧が閾値電圧を超える場合に、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。かかる場合、トランジスタＴｒ１は、ベースにＨｉｇｈレベルの電圧が印加されるのでＯＮになる。

これにより、トランジスタＴｒ２は、ベースがグランドに接続されてＯＮになり、フォトカプラＰＣの発光ダイオードＤ３に電流を流してフォトトランジスタＴｒ３をＯＮにし、フォトカプラＰＣからマイコン２へ検知信号を出力させる。

このように、フォトカプラＰＣは、検知信号を出力する検知信号出力部として機能する。かかる過充電検知部２２は、電池ブロック１０における過充電の発生を検知して、マイコン２へ通知することができる。

なお、前述したように、過充電検知部２２は、分圧回路２４またはヒューズ溶断回路２５から入力される電圧と、過充電検知用の閾値電圧とを比較して過充電の発生を検知する。したがって、電池監視装置２０が電池ブロック１０における過充電の発生を検知する場合、分圧回路２４およびヒューズ溶断回路２５は、過充電検知部２２の一部として機能する。

ＣＩＤ遮断検知部２３は、電源端子４０、入力端子４１、出力端子４２、制御端子４３，４４、定電圧源（以下、「ＬＤＯ４５」と記載する）、ダイオードＤ４、コンデンサＣ２、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５、および抵抗Ｒ９を備える。

電源端子４０は、ヒューズＦ、抵抗Ｒ８、およびトランジスタＴｒを介して、電池ブロック１０の高電圧側電極に接続される。監視ＩＣ２１は、例えば、車両のイグニッションスイッチがＯＮされる場合にトランジスタＴｒをＯＮにして、電池ブロック１０から電源端子４０へ電源電圧を供給させる。

入力端子４１は、ヒューズ溶断回路２５におけるツェナーダイオードＤ１，Ｄ２の接続点を介して、分圧回路２４における抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に接続され、電池ブロック１０の電圧に応じた電圧が入力される。

出力端子４２は、フォトカプラＰＣが備える発光ダイオードＤ３のアノードに接続される。制御端子４３，４４は、監視ＩＣ２１に接続され、監視ＩＣ２１から制御信号が入力される。

ＬＤＯ４５は、一端が制御端子４３に接続され、他端がダイオードＤ４に接続される。ＬＤＯ４５は、電源端子４０から入力される電源電圧から所定の一定電圧を生成してダイオードＤ４へ出力する。

かかるＬＤＯ４５は、制御端子４３から入力される制御信号に従って、一定電圧の出力および出力停止を行う。監視ＩＣ２１は、ＣＩＤ遮断検知部２３の後述する故障診断を行う場合に、ＬＤＯ４５からの一定電圧の出力を停止させ、それ以外の期間には、ＬＤＯ４５から一定電圧を出力させる。

トランジスタＴｒ４は、ＰＭＯＳトランジスタであり、ゲートが入力端子４１に接続され、ソースがダイオードＤ４のカソードに接続され、ドレインが抵抗Ｒ９を介して出力端子４２に接続される。

コンデンサＣ２は、トランジスタＴｒ４のソースとダイオードＤ４のカソードとの接続点に一端が接続され、他端がグランドに接続される。コンデンサＣ２は、ＬＤＯ４５から一定電圧が出力される場合に、一定電圧によって蓄電される。

トランジスタＴｒ５は、ＮＰＮトランジスタであり、ベースが制御端子４４に接続され、コレクタがトランジスタＴｒ４のゲートに接続され、エミッタがグランドに接続される。

かかるトランジスタＴｒ５は、制御端子４４から入力される制御信号に従ってＯＮとＯＦＦとが切り替えられる。監視ＩＣ２１は、ＣＩＤ遮断検知部２３の後述する故障診断を行う場合に、トランジスタＴｒ５をＯＮにし、それ以外の期間には、トランジスタＴｒ５をＯＦＦにする。

かかるＣＩＤ遮断検知部２３は、入力端子４１から入力される電池ブロック１０の電圧に応じた電圧が、過充電検知用の閾値電圧よりも低いＣＩＤ遮断検知用の閾値電圧を下回った場合に、ＣＩＤ遮断の発生を検知し、検知信号をマイコン２へ出力する。

具体的には、ＣＩＤ遮断が発生していない場合、ＣＩＤ遮断検知部２３の入力端子４１には、分圧回路２４によって分圧された電圧が入力される。かかる場合、トランジスタＴｒ４は、ＰＭＯＳトランジスタであるため、ゲートに分圧回路２４によって分圧された電圧が印加されてＯＦＦの状態を維持する。

このため、ＣＩＤ遮断検知部２３は、フォトカプラＰＣへ電流を流すことがない。したがって、フォトカプラＰＣは、このとき、過充電検知部２２によって過充電の発生が検知されていなければ、マイコン２へ検知信号を出力することはない。

また、ＣＩＤ遮断が発生した場合、電池ブロック１０の電圧は、一時的に急上昇した後、ヒューズ溶断回路２５が備えるツェナーダイオードＤ１，Ｄ２の降伏電圧を超えると、電流経路が分圧回路２４経由からヒューズ溶断回路２５に切り替わって地絡されるので急降下する。

このため、ＣＩＤ遮断検知部２３のトランジスタＴｒ４は、ゲートに印加される電圧が低下し、ＣＩＤ遮断検知用の閾値電圧を下回ると、ＯＮになり、フォトカプラＰＣへ電流を流す。これにより、フォトカプラＰＣからマイコン２へ検知信号が出力される。

このように、トランジスタＴｒ４は、充電されたコンデンサＣ２と、フォトカプラＰＣとの間に接続され、前述した遮断電圧検出部（抵抗Ｒ１，Ｒ２、ツェナーダイオードＤ１，Ｄ２からなる回路）の出力に応じてＯＮする第１のスイッチングとして機能する。

また、トランジスタＴｒ５は、第１のスイッチング素子であるトランジスタＴｒ４をＯＮさせる第２のスイッチング素子として機能する。また、フォトカプラＰＣは、検知信号を出力する検知信号出力部として機能する。

ここでのＣＩＤ遮断検知用の閾値電圧は、過充電検知用の閾値電圧よりも低く、さらに充電されたコンデンサＣ２の電圧より低い電圧である。このように、ＣＩＤ遮断検知部２３は、電池ブロック１０におけるＣＩＤ遮断の発生を検知して、マイコン２へ通知することができる。

なお、前述したように、ＣＩＤ遮断検知部２３は、分圧回路２４またはヒューズ溶断回路２５から入力される電圧がＣＩＤ遮断検知用の閾値電圧を下回る場合に、ＣＩＤ遮断の発生を検知する。したがって、電池監視装置２０が電池ブロック１０におけるＣＩＤ遮断の発生を検知する場合、分圧回路２４およびヒューズ溶断回路２５は、ＣＩＤ遮断検知部２３の一部として機能する。

このように、電池監視装置２０は、過充電検知部２２およびＣＩＤ遮断検知部２３を備えることにより、電池ブロック１０における過充電の発生およびＣＩＤ遮断の発生の両方を検知することができる。

また、分圧回路２４およびヒューズ溶断回路２５は、過充電の発生を検知するための参照電圧となる電圧を過充電検知部２２へ出力し、ＣＩＤ遮断の発生を検知するための参照電圧をＣＩＤ遮断検知部２３へ出力する。

つまり、分圧回路２４およびヒューズ溶断回路２５は、電池監視装置２０による過充電の検知およびＣＩＤ遮断の検知に兼用される。このため、電池監視装置２０は、過充電の検知用およびＣＩＤ遮断の検知用に、それぞれ参照電圧を生成する回路が設けられる場合に比べて、部品点数を低減することができ、製造コストを低く抑えることができる。

また、電池監視装置２０では、フォトカプラＰＣが、過充電検知部２２からマイコン２への過充電の検知結果の通知、およびＣＩＤ遮断検知部２３からマイコン２へのＣＩＤ遮断の検知結果の通知に兼用される。

これにより、電池監視装置２０は、過充電の検知結果を通知するフォトカプラと、ＣＩＤ遮断の検知結果を通知するフォトカプラとが個別に設けられる場合に比べて、部品点数を低減することができ、製造コストを低く抑えることができる。

マイコン２は、フォトカプラＰＣから入力される検知信号と、監視ＩＣ２１との通信の可否とに基づいて、過充電の発生とＣＩＤ遮断の発生とを判別すると共に、電池ブロック１０や電池監視装置２０またはマイコン２自体の故障を判定することができる。

ここで、図３〜図５を参照し、ＣＩＤ遮断が発生した場合の電池監視装置２０およびマイコン２の状態、過充電が発生した場合の電池監視装置２０およびマイコン２の状態、マイコン２による過充電とＣＩＤ遮断との判別方法および故障判定方法について説明する。

図３は、実施形態に係るＣＩＤ遮断が発生した場合の電池監視装置２０およびマイコン２の状態を示す説明図である。図４は、実施形態に係る過充電が発生した場合の電池監視装置２０およびマイコン２の状態を示す説明図である。図５は、実施形態に係るマイコン２による過充電とＣＩＤ遮断との判別方法および故障判定方法の説明図である。

なお、図３および図４に示す電池電圧は、電池ブロック１０の電圧であり、ヒューズの状態の接続は、ヒューズＦが溶断していない状態であり、ヒューズの状態の切断は、ヒューズＦが溶断している状態である。

また、図３および図４に示す基板内の電源電圧は、ヒューズＦと抵抗Ｒ８との接続点の電圧であり、コンデンサの電圧は、ＣＩＤ遮断検知部２３のコンデンサＣ２の電圧である。また、図３および図４に示す第１閾値は、過充電検知用の閾値電圧である。また、図３に示す第２閾値は、ＣＩＤ遮断検知用の閾値電圧である。

また、図３および図４に示すフォトカプラの状態のＯＮは、フォトカプラＰＣがマイコン２へ検知信号を出力している状態であり、フォトカプラの状態のＯＦＦは、フォトカプラＰＣがマイコン２へ検知信号を出力していない状態である。

また、図３および図４に示す監視ＩＣとの通信不能は、マイコン２が監視ＩＣ２１から所定の信号を受信できていない状態であり、監視ＩＣとの通信可能は、マイコン２が監視ＩＣ２１から所定の信号を受信できている状態である。

図３に示すように、例えば、時刻ｔ１１でＣＩＤ遮断が発生すると、電池電圧が急激に上昇する。これに伴い、基板内の電源電圧も上昇し、時刻ｔ１２で第１閾値を超える。これにより、フォトカプラＰＣは、過充電検知部２２が過充電を検知するので、時刻ｔ１２でＯＮになる。

その後、さらに電池電圧が上昇し、ヒューズ溶断回路２５が備えるツェナーダイオードＤ１，Ｄ２の降伏電圧に達すると、ヒューズＦに大電流が流れてヒューズＦが切断され、電池電圧および基板内の電源電圧が急激に降下する。

これにより、フォトカプラＰＣは、基板内の電源電圧が第１閾値を下回ると、ＯＮからＯＦＦになり、さらに基板内の電源電圧が下降して第２閾値を下回ると、ＣＩＤ遮断検知部２３がＣＩＤ遮断の発生を検知するので、時刻ｔ１４でＯＦＦからＯＮになる。

その後、基板内の電源電圧が低下するので、ＣＩＤ遮断検知部２３のＬＤＯ４５が一定電圧を出力不可能となるが、コンデンサＣ２が充電されているため、コンデンサＣ２の放電によりフォトカプラＰＣがＯＮを維持する。そして、フォトカプラＰＣは、時刻ｔ１５でコンデンサＣ２の電圧が検知信号の出力に必要な最低電圧を下回ると、ＯＮからＯＦＦになる。

ここで、マイコン２は、時刻ｔ１４までは、監視ＩＣ２１が基板内の電源電圧を電力として使用して動作することができるため、監視ＩＣ２１との通信が可能である。しかし、マイコン２は、時刻ｔ１４以降になると、基板内の電源電圧の低下に伴い監視ＩＣ２１が動作できなくなるため、監視ＩＣ２１との通信が不能となる。

また、図４に示すように、例えば、電池ブロック１０の過充電により、電池電圧が上昇し、これに伴って基板内の電源電圧が上昇して時刻ｔ１０で第１閾値を超えると、過充電検知部２２が過充電を検知するので、フォトカプラＰＣがＯＦＦからＯＮになる。

ここで、過充電では、ＣＩＤ遮断が発生する場合ほど基板内の電源電圧が上昇しないので、ヒューズＦが切断されることがない。このため、ＣＩＤ遮断検知部２３のＬＤＯ４５に継続して基板内の電源電圧が供給され、コンデンサＣ２が充電状態を維持する。

また、監視ＩＣ２１にも継続して基板内の電源電圧が供給される。このため、監視ＩＣ２１は、動作を継続することができる。したがって、マイコン２は、過充電が発生する場合、監視ＩＣ２１との通信が不能になることがない。

マイコン２は、上記したようなＣＩＤ遮断が発生した場合と、過充電が発生した場合とで異なる電池監視装置２０およびマイコン２の状態の違いを利用して、過充電とＣＩＤ遮断との判別および故障判定を行う。

例えば、図５に示すように、マイコン２は、フォトカプラＰＣの状態がＯＦＦで監視ＩＣ２１との通信が可能な場合、電池監視装置２０およびマイコン２自体を正常と判定する。また、マイコン２は、フォトカプラＰＣの状態がＯＮであり、監視ＩＣ２１との通信が不能の場合に、ＣＩＤ遮断が発生したと判定する。そして、マイコン２は、かかる場合、電池ブロック１０が故障していると判定する。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣの状態がＯＮであり、監視ＩＣ２１との通信が可能な場合に、過充電が発生したと判定する。そして、マイコン２は、かかる場合、例えば、電池ブロック１０の充電を抑制する充電制御を行う。また、マイコン２は、フォトカプラＰＣの状態がＯＦＦであり、監視ＩＣ２１との通信が不能な場合に、電池監視装置２０またはマイコン２の故障と判定する。

このように、マイコン２は、フォトカプラＰＣから入力される検知信号（フォトカプラＰＣの状態）と、監視ＩＣ２１との通信の可否とに基づいて、過充電の発生とＣＩＤ遮断の発生とを判別することができる。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣから入力される検知信号（フォトカプラＰＣの状態）と、監視ＩＣ２１との通信の可否とに基づいて、電池ブロック１０や電池監視装置２０またはマイコン２自体の故障を判定することができる。これにより、電池監視システム１００によれば、ディーラでの故障部位の特定が可能となるので、修理作業を効率化することができ、修理コストを低減することができる。

なお、上記したＣＩＤ遮断の発生と過充電の発生との判別方法は一例であり、マイコン２は、他の方法によって、ＣＩＤ遮断の発生と過充電の発生とを判別することもできる。図３に示したように、ＣＩＤ遮断が発生した場合、基板内の電源電圧が第１閾値を超えた後、第１閾値よりも小さい第２閾値を下回る。一方、図４に示したように、過充電が発生した場合、基板内の電源電圧は、第１閾値を上回った後、その状態を継続する。

そこで、マイコン２は、電池監視装置２０によって、基板内の電源電圧が第１閾値を超えたことが検知された後、第１閾値よりも小さい第２閾値を下回ったことが検知された場合に、ＣＩＤ遮断が発生したと判定する。また、マイコン２は、基板の電源電圧が第１閾値を上回る状態が継続する場合に、過充電が発生したと判定する。これにより、マイコン２は、ＣＩＤ遮断の発生と過充電の発生とを的確に判別することができる。

マイコン２は、かかる判定をフォトカプラＰＣの状態に基づいて行うことができる。例えば、図３に示すように、フォトカプラＰＣは、基板内の電源電圧が第１閾値を上回っている期間および第２閾値を下回っている期間にＯＮになる。

そして、フォトカプラＰＣは、図３に示すように、ＣＩＤ遮断が発生した場合、ＯＮになった後、ＯＦＦになり、その後、ＯＮになる。また、フォトカプラＰＣは、図４に示すように、過充電が発生した場合、ＯＮになった後、ＯＮの状態を継続する。

このため、マイコン２は、電池監視装置２０から、フォトカプラＰＣをＯＮにした後、ＯＦＦにし、その後、ＯＮにしたことが通知される場合に、ＣＩＤ遮断が発生したと判定することができる。また、マイコン２は、電池監視装置２０から、フォトカプラＰＣをＯＮにした後、ＯＮの状態を継続していることが通知される場合に、過充電が発生したと判定する。

このように、マイコン２は、監視ＩＣ２１との通信の可否を判定しなくても、簡易な構成によりＣＩＤ遮断の発生と、過充電の発生とを判別することができる。これにより、マイコン２は、フォトカプラＰＣと接続されるハーネスを介して入力される検知信号だけでＣＩＤ遮断の発生と、過充電の発生とを判別することができるので、監視ＩＣ２１と接続されるハーネスが不要となるのでコストを低減することができる。

なお、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮになった後、ＯＦＦになり、再度ＯＮになった後、所定時間（例えば、図３に示す時刻ｔ１４から時刻ｔ１５）までの時間が経過した時点でＯＦＦになった場合に、ＣＩＤ遮断が発生したと判定することもできる。これにより、マイコン２は、より正確にＣＩＤ遮断の発生を検知することができる。

図２へ戻り、ＣＩＤ遮断検知部２３および過充電検知部２２の故障診断について説明する。マイコン２は、ＣＩＤ遮断検知部２３の故障診断を行う場合、監視ＩＣ２１へ診断要求を出力する。

監視ＩＣ２１は、マイコン２から遮断要求が入力される場合に、マイコン２にＣＩＤ遮断検知部２３の故障を診断させる処理部として機能する。監視ＩＣ２１は、マイコン２から遮断要求が入力されると、ＣＩＤ遮断検知部２３をＣＩＤ遮断が発生した場合と同様の状態にさせる。そして、監視ＩＣ２１は、ＣＩＤ遮断検知部２３からマイコン２へ検知信号が出力されるか否かに基づいて、マイコン２にＣＩＤ遮断検知部２３の故障を診断させる。

マイコン２は、ＣＩＤ遮断検知部２３から検知信号が出力される場合に、ＣＩＤ遮断検知部２３を正常と診断することができる。また、マイコン２は、ＣＩＤ遮断検知部２３から検知信号が出力されない場合に、ＣＩＤ遮断検知部２３を故障と診断することができる。

具体的には、監視ＩＣ２１は、マイコン２から診断要求が入力されると、ＣＩＤ遮断検知部２３のＬＤＯ４５をＯＦＦにし、トランジスタＴｒ５をＯＮにする。これにより、ＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＴｒ４のゲートに印加される電圧が０Ｖになる。これにより、ＣＩＤ遮断検知部２３は、ＣＩＤ遮断が発生した場合と同様の状態にすることができる。

このとき、トランジスタＴｒ４が正常にＯＮすれば、フォトカプラＰＣがＯＮになり、トランジスタＴｒ４がＯＮしなければ、フォトカプラＰＣがＯＮにならない。このため、マイコン２は、フォトカプラＰＣから検知信号が入力されれば、トランジスタＴｒ４を正常と診断する。また、マイコン２は、フォトカプラＰＣから検知信号が入力されなければ、トランジスタＴｒ４を故障と診断する。

また、トランジスタＴｒ４が正常にＯＮする場合、ＣＩＤ遮断検知部２３のコンデンサＣ２からトランジスタＴｒ４および抵抗Ｒ９を介してフォトカプラＰＣの発光ダイオードＤ３に流れ、フォトカプラＰＣがＯＮになる。

このため、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮとなっている時間が所定時間（例えば、図３に示す時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの時間）であれば、コンデンサＣ２の容量を正常と診断する。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮとなっている時間が所定時間でない場合、コンデンサＣ２の容量を異常と診断する。また、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮした後、ＯＦＦしない場合、ＬＤＯ４５を故障と診断する。このように、マイコン２は、ＣＩＤ遮断検知部２３の動作だけでなく、ＣＩＤ遮断検知部２３が備える回路素子の故障診断まで行うことができる。

また、マイコン２は、過充電検知部２２の故障診断を行う場合、監視ＩＣ２１から各電池セル１１の電圧を取得し、各電池セル１１の電圧に基づいて電池ブロック１０の電圧を算出する。

さらに、マイコン２は、算出した電池ブロック１０の電圧、分圧回路２４の抵抗Ｒ１，Ｒ２、および過充電検知部２２の抵抗Ｒ４の抵抗値に基づいて、比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧を算出する。

そして、マイコン２は、比較器３３の反転入力端子（-端子）へ入力される閾値電圧が比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧よりも少し高くなるように、閾値電圧を調整させる制御信号を閾値調整部３５へ出力する。

このとき、過充電検知部２２は、故障していなければ、検知信号をマイコン２へ出力することはない。このため、マイコン２は、このときに過充電検知部２２から検知信号が入力される場合に、過充電検知部２２を故障と診断する。

さらに、マイコン２は、比較器３３の反転入力端子（-端子）へ入力される閾値電圧が比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧よりも少し低くなるように、換言すれば疑似的に過電圧状態となるように、閾値電圧を調整させる制御信号を閾値調整部３５へ出力する。

このとき、過充電検知部２２は、故障していなければ、検知信号をマイコン２へ出力する。このため、マイコン２は、このときに過充電検知部２２から検知信号が入力されない場合に、過充電検知部２２を故障と判定する。

また、マイコン２は、算出した比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧よりも少し高い閾値電圧から、徐々に閾値電圧を下げるように閾値電圧を調整させる制御信号を閾値調整部３５へ出力する。

そして、マイコン２は、過充電検知部２２から検知信号が入力された時点の閾値電圧を閾値調整部３５から取得し、取得した電圧が算出した比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧と等しい場合に、分圧回路２４を正常と診断する。

また、マイコン２は、過充電検知部２２から検知信号が入力された時点の閾値電圧を閾値調整部３５から取得し、取得した電圧が算出した比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧と等しくない場合に、分圧回路２４を異常と診断する。

つまり、マイコン２は、算出した比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される電圧と、実際に比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力されている電圧とが等しい場合に、分圧回路２４を正常と診断し、等しくない場合に、異常と診断する。

このように、マイコン２は、閾値調整部３５によって、比較器３３の非反転入力端子（+端子）へ入力される閾値電圧を調整させ、過充電検知部２２から入力される検知信号に基づいて、過充電検知部２２および分圧回路２４の故障診断を行うことができる。

次に、図６〜図８を参照し、実施形態に係るマイコン２が実行する処理について説明する。図６〜図８は、実施形態に係るマイコン２が実行する処理を示すフローチャートである。

なお、図６には、マイコン２がフォトカプラＰＣの状態、および監視ＩＣ２１との通信可否に基づいて、電池ブロック１０および電池監視装置２０の状態を判定する場合に実行する処理を示している。

また、図７には、マイコン２がフォトカプラＰＣの状態に基づいて、電池ブロック１０の状態を判定する場合に実行する処理を示している。また、図８には、マイコン２がＣＩＤ遮断検知部２３の故障診断を行う場合に実行する処理を示している。

図６に示すように、マイコン２は、フォトカプラＰＣの状態、および監視ＩＣ２１との通信可否に基づいて、電池ブロック１０および電池監視装置２０の状態を判定する場合、まず、フォトカプラＰＣがＯＦＦか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＦＦであると判定した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、監視ＩＣ２１と通信可能か否かを判定する（ステップＳ１０２）。そして、マイコン２は、監視ＩＣ２１と通信可能と判定した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、電池ブロック１０および電池監視装置２０を正常と判定し（ステップＳ１０４）、処理を終了する。

また、マイコン２は、監視ＩＣ２１と通信可能でないと判定した場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、電池監視装置２０またはマイコン２の故障と判定し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＦＦでないと判定した場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、監視ＩＣ２１と通信可能か否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、マイコン２は、監視ＩＣ２１と通信可能と判定した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、電池ブロック１０を過充電と判定し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

また、マイコン２は、監視ＩＣ２１と通信可能でないと判定した場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ＣＩＤ遮断が発生したと判定すると共に、電池ブロック１０を故障と判定し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。なお、マイコン２は、かかる図６に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣの状態に基づいて、電池ブロック１０の状態を判定する場合、図７に示すように、まず、フォトカプラＰＣがＯＮになったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

そして、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮになっていないと判定した場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、処理を終了する。また、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮになったと判定した場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、その後、第１の所定時間の間にフォトカプラＰＣがＯＦＦになったか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

第１の所定時間は、図３のｔ１４−ｔ１２に相当する予め定めた時間である。すなわち、ＣＩＤ遮断が発生していればこの第１の所定時間の間にフォトカプラＰＣがＯＦＦになるが、過充電であれば第１の所定時間が経過してもＯＦＦにならない。

そして、マイコン２は、第１の所定時間が経過してもフォトカプラＰＣがＯＦＦになっていないと判定した場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、電池ブロック１０を過充電と判定し（ステップＳ２０６）、処理を終了する。また、マイコン２は、フォトカプラＰＣが第１の所定時間の間にＯＦＦになったと判定した場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、その後、第２の所定時間以内にフォトカプラＰＣがＯＮになったか否かを判定する（ステップＳ２０３）。第２の所定時間は、図３のｔ１４−ｔ１３に相当する予め定めた時間である。

そして、マイコン２は、第２の所定時間が経過してもフォトカプラＰＣがＯＮになっていないと判定した場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、過充電が解消したと判定し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。また、マイコン２は、第２の所定時間以内にフォトカプラＰＣがＯＮになったと判定した場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、ＣＩＤ遮断が発生したと判定し（ステップＳ２０４）、処理を終了する。なお、マイコン２は、かかる図７に示す処理を所定周期で繰り返し実行する。

また、マイコン２は、ＣＩＤ遮断検知部２３の故障診断を行う場合、図８に示すように、まず、監視ＩＣ２１へ診断要求を出力し（ステップＳ３０１）、その後、第３の所定時間経過時点でフォトカプラＰＣがＯＮになっているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。第３の所定時間は、診断要求を出力してから、正常であればフォトカプラＰＣがＯＮになるまでの時間に相当する予め定めた時間である。

そして、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮになっていないと判定した場合（ステップＳ３０２，Ｎｏ）、ＣＩＤ遮断検知部２３のＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＴｒ４を異常と判定し（ステップＳ３０９）、処理を終了する。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣがＯＮになったと判定した場合（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、ＣＩＤ遮断検知部２３のＰＭＯＳトランジスタであるトランジスタＴｒ４を正常と診断する（ステップＳ３０３）。

その後、マイコン２は、第４の所定時間の間にフォトカプラＰＣがＯＦＦになったか否かを判定する（ステップＳ３０４）。第４の所定時間は、図３のｔ１５−ｔ１４に相当する時間より大きい予め定めた時間である。そして、マイコン２は、第４の所定時間が経過してもフォトカプラＰＣがＯＦＦになっていないと判定した場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、ＣＩＤ遮断検知部２３のＬＤＯ４５を異常と診断し（ステップＳ３０８）、処理を終了する。

また、マイコン２は、第４の所定時間の間にフォトカプラＰＣがＯＦＦになったと判定した場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、フォトカプラＰＣのＯＮ時間が第５の所定時間であったか否かを判定する（ステップＳ３０５）。第５の所定時間は、正常な場合のＯＮ時間（ｔ１５−ｔ１４）を中心に所定の幅を有する時間である。

そして、マイコン２は、フォトカプラＰＣのＯＮ時間が第５の所定時間でなかったと判定した場合（ステップＳ３０５，Ｎｏ）、ＣＩＤ遮断検知部２３のコンデンサＣ２を容量異常と診断し（ステップＳ３０７）、処理を終了する。

また、マイコン２は、フォトカプラＰＣのＯＮ時間が第５の所定時間であったと判定した場合（ステップＳ３０５，Ｙｅｓ）、ＣＩＤ遮断検知部２３のコンデンサＣ２を容量正常と診断し（ステップＳ３０６）、処理を終了する。

なお、図２に示す電池監視装置２０の構成は、一例であり種々の変形が可能である。次に、図９および図１０を参照し、変形例に係る電池監視装置２０ａについて説明する。図９は、実施形態の変形例に係る電池監視装置２０ａの構成の一例を示す説明図である。

また、図１０は、実施形態の変形例に係るマイコン２ａによる過充電とＣＩＤ遮断との判別方法および故障判定方法の説明図である。なお、ここでは、図９に示す構成要素のうち、図２に示す構成要素と同一の構成要素については、図２と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。

図９に示すように、変形例に係る電池監視装置２０ａは、ＣＩＤ遮断検知部２３（図２参照）を備えていない点と、電池電圧測定部５を備える点とが、図２に示す電池監視装置２０とは異なる。

電池電圧測定部５は、電池ブロック１０の電圧を測定し、測定結果をマイコン２ａへ出力する。かかる電池電圧測定部５は、監視ＩＣ２１および過充電検知部２２が設けられる基板とは、別の基板に設けられる。

これにより、電池監視装置２０ａによれば、ＣＩＤ遮断検知部２３（図２参照）が設けられない分、監視ＩＣ２１および過充電検知部２２が設けられる基板の小型化を図ることができる。そして、変形例に係るマイコン２ａは、図１０に示すように、電池電圧の測定値、および監視ＩＣ２１との通信の可否に基づいて、過充電とＣＩＤ遮断との判別および故障判定を行う。

なお、図１０に示す電池電圧の測定値の正常は、電池ブロック１０の電圧が過充放電でない正常な電圧範囲内であることを意味している。また、図１０に示す電池電圧の測定値の異常は、電池ブロック１０の電圧が過充放電でない正常な電圧範囲外であることを意味している。

マイコン２ａは、電池電圧の測定値が正常であり、監視ＩＣ２１との通信が可能な場合、電池監視装置２０およびマイコン２ａ自体を正常と判定する。また、マイコン２ａは、電池電圧の測定値が異常であり、監視ＩＣ２１との通信が不能の場合に、ＣＩＤ遮断が発生したと判定する。そして、マイコン２ａは、かかる場合、電池ブロック１０が故障していると判定する。

また、マイコン２ａは、電池電圧の測定値が異常であり、監視ＩＣ２１との通信が可能な場合に、過充放電が発生したと判定する。また、マイコン２は、電池電圧の測定値が正常であり、監視ＩＣ２１との通信が不能な場合に、電池監視装置２０またはマイコン２ａ自体の故障と判定する。

このように、マイコン２ａは、電池電圧の測定値、および監視ＩＣ２１との通信の可否に基づいて、過充電とＣＩＤ遮断とを判別することができる。しかも、マイコン２ａは、電池ブロック１０や電池監視装置２０ａまたはマイコン２ａ自体の故障を判定することができるので、ディーラでの故障部位の特定が可能となり、修理作業を効率化することができ、修理コストを低減することができる。

なお、上述した実施形態では、実施形態に係る電池監視システムが車両に搭載される場合を例に挙げたが、本実施形態は、例えば、家庭用の二次電池等、他の二次電池を監視する任意の電池監視システムに適用することが可能である。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１００ 電池監視システム
１ 電池パック
１０ 電池ブロック
１１ 電池セル
２、２ａ マイコン
２０、２０ａ 電池監視装置
２１ 監視ＩＣ
２２ 過充電検知部
２３ ＣＩＤ遮断検知部
２４ 分圧回路
２５ ヒューズ溶断回路
５ 電池電圧測定部

Claims (5)

1. ＣＩＤ（Current Interrupt Device）によって電池の電流経路が遮断されるＣＩＤ遮断の発生により所定電圧以上の電圧が前記電流経路に印加されたことを検出して前記電流経路を地絡させる電池監視装置によって、前記電流経路の電圧が第１閾値を超えたことが検知された後、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回ったことが検知された場合に、前記ＣＩＤ遮断の発生を検知する
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記電流経路の電圧が前記第１閾値以上となったこと、および、前記電流経路の電圧が前記第２閾値以下となったことを、フォトカプラをオンにすることによって前記制御装置へ通知する前記電池監視装置から、前記フォトカプラをオンにした後、オフにし、その後、オンにしたことが通知される場合に、前記ＣＩＤ遮断の発生を検知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記電流経路の電圧が前記第１閾値を上回る状態が継続する場合に、前記電池における過充電の発生を検知する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 電池の状態を監視する電池監視装置と制御装置とを備え、
   前記電池監視装置は、
   前記電池の電流経路の電圧を検知し、ＣＩＤ（Current Interrupt Device）によって前記電池の電流経路が遮断されるＣＩＤ遮断の発生により所定電圧以上の電圧が前記電流経路に印加されたことを検出して前記電流経路を地絡させ、
   前記制御装置は、
   電池監視装置によって、前記電流経路の電圧が第１閾値を超えたことが検知された後、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回ったことが検知された場合に、前記ＣＩＤ遮断の発生を検知する
   ことを特徴とする電池監視システム。
5. ＣＩＤ（Current Interrupt Device）によって電池の電流経路が遮断されるＣＩＤ遮断の発生により所定電圧以上の電圧が前記電流経路に印加されたことを検出して前記電流経路を地絡させる電池監視装置によって、前記電流経路の電圧が第１閾値を超えたことが検知された後、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回ったことが検知された場合に、前記ＣＩＤ遮断の発生を検知する工程
   を含むことを特徴とする電池監視方法。

Images