JP7279460B2

JP7279460B2 - 電池管理装置、蓄電装置、電池管理方法、及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP7279460B2
Application number: JP2019061520A
Authority: JP
Inventors: 佑樹今中
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Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: JP2020159955A

Description

本発明は、電池管理装置、蓄電装置、電池管理方法、及びコンピュータプログラムに関する。

リチウムイオン電池等の蓄電装置には、過充電・過放電等を防止するための電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）が設けられている。電池管理装置は、蓄電装置に含まれる蓄電素子に流れる電流を計測する電流計測部を有している。電流計測部は、蓄電素子に接続されたシャント抵抗器に流れる電流を計測する。電池管理装置は、蓄電素子の電圧、電流及び温度を計測し、異常を検出した場合に蓄電素子に流れる電流を遮断することにより、蓄電素子が危険な状態になることを防止している。電池管理装置は、蓄電素子の充放電電流を計測し、電流値を積算することにより、蓄電素子のＳＯＣ（State Of Charge）を推定できる。特許文献１は、電池管理装置の例を開示している。

特開２０１８－３１７７８号公報

蓄電装置では、シャント抵抗器が非接続になるという故障が発生することがある。例えば、蓄電装置が自動車に備えられている場合、自動車の振動によってシャント抵抗器が回路から外れることがある。シャント抵抗器が非接続になった状態は、シャント抵抗器の回路からの外れ、及びシャント抵抗器と回路との接触不良を含む。従来の電池管理装置は、シャント抵抗器が非接続になることを判定できない。

本発明は、シャント抵抗器の非接続を判定できる電池管理装置、蓄電装置、電池管理方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る電池管理装置は、シャント抵抗器が接続された蓄電素子を管理する電池管理装置において、前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を増幅する差動増幅回路を用いて、前記一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部と、前記シャント抵抗器が当該電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する判定部とを備える。前記電流計測部は、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を有し、前記差動ＡＤ変換部は、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードへ動作モードを変更することが可能であり、前記判定部は、前記電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する。
本発明の一局面に係る電池管理装置は、シャント抵抗器が接続された蓄電素子を管理する電池管理装置において、前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を増幅する差動増幅回路を用いて、前記一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部と、前記シャント抵抗器が当該電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する判定部とを備える。前記判定部は、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を有し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する。

本発明の一局面に係る蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子に接続されるシャント抵抗器と、前記蓄電素子を管理する本発明に係る電池管理装置とを備える。

本発明の一局面に係る電池管理方法は、シャント抵抗器が接続された蓄電素子を電池管理装置により管理する方法において、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出し、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定し、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を用い、前記シャント抵抗器の状態を判定する際には、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する。
本発明の一局面に係る電池管理方法は、シャント抵抗器が接続された蓄電素子を電池管理装置により管理する方法において、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出し、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定し、前記シャント抵抗器の状態を判定する際には、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を用い、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する。

本発明の一局面に係るコンピュータプログラムは、蓄電素子に接続されたシャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を有し、前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部とを含む電池管理装置を制御するコンピュータに、前記蓄電素子を管理するための処理を実行させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータに、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させ、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理の際には、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させる。
本発明の一局面に係るコンピュータプログラムは、蓄電素子に接続されたシャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部とを含む電池管理装置を制御するコンピュータに、前記蓄電素子を管理するための処理を実行させるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータに、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させ、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理の際には、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を用い、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させる。

上記構成により、シャント抵抗器の非接続を判定でき、シャント抵抗器が非接続になることによる蓄電装置の故障の診断が可能となる。

蓄電装置の配置例を示す概念図である。蓄電装置の外観の例を示す模式的斜視図である。蓄電装置の構成例を示す模式的な分解斜視図である。実施形態１に係る蓄電装置の電気的構成例を示すブロック図である。実施形態１に係る電池管理装置が行うシャント抵抗器の非接続を判定する処理の手順を示すフローチャートである。実施形態２に係る蓄電装置の電気的構成例を示すブロック図である。実施形態３に係る蓄電装置の電気的構成例を示すブロック図である。実施形態３に係る電池管理装置が行うシャント抵抗器の非接続を判定する処理の手順を示すフローチャートである。実施形態４に係る蓄電装置の電気的構成例を示すブロック図である。

シャント抵抗器が接続された蓄電素子を管理する電池管理装置は、前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を増幅する差動増幅回路を用いて、前記一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部と、前記シャント抵抗器が当該電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する判定部とを備える。シャント抵抗器が蓄電素子の回路から非接続になり、蓄電素子とシャント抵抗器とが非接続の状態になった場合は、入力信号線はシャント抵抗器に非接続となり、差動増幅回路の基準電圧に応じて、入力信号線の電位が所定の電圧に対して変化する。判定部は、入力信号線の電位の所定の電圧に対する変化を検出することにより、シャント抵抗器の非接続を判定する。

電池管理装置は、シャント抵抗器に流れる電流を計測し、電流値に基づいて蓄電素子を管理するための処理を行っている。シャント抵抗器が非接続になった場合、計測した電流値からは、シャント抵抗器が非接続になったか否かを判定することはできない。実施形態に係る電池管理装置では、シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出する差動増幅回路を利用する。シャント抵抗器が非接続になった場合、差動増幅回路の基準電圧に応じて、入力信号線の電位が所定の電圧に対して変化する。電池管理装置は、入力信号線の電位の所定の電圧に対する変化を検出することにより、シャント抵抗器の非接続を判定できる。

前記電流計測部は、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を有してもよい。前記差動ＡＤ変換部は、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードへ動作モードを変更することが可能であり、前記判定部は、前記電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定してもよい。信号線は、シャント抵抗器の両端に接続されるので、入力信号線に接続される。シャント抵抗器が非接続になった場合、差動ＡＤ変換部へは信号線を通じて入力信号線の電位が入力され、電池管理装置は、動作モードを電位変換モードへ変更した差動ＡＤ変換部を用いて、入力信号線の電位の絶対値を計測する。入力信号線の電位の絶対値を計測することにより、入力信号線の電位の所定の電位に対する変化が検出できる。

前記電流計測部は、複数の前記差動ＡＤ変換部を有し、前記複数の前記差動ＡＤ変換部の内の一の前記差動ＡＤ変換部が、前記電位変換モードへ動作モードを変更することが可能であってもよい。電池管理装置は、動作モードを電位変換モードへ変更した一の差動ＡＤ変換部を用いて、入力信号線の電位の絶対値を計測し、他の差動ＡＤ変換部を用いて、シャント抵抗器に流れる電流を安定して計測する。電池管理装置は、計測された電流値に基づいた処理を安定して行いながら、シャント抵抗器の非接続の判定を可能とする。

前記判定部は、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を有し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定してもよい。電池管理装置は、電流計測部を用いて、シャント抵抗器に流れる電流を安定して計測しながら、電位計測部を用いて、入力信号線の電位の絶対値を計測する。電池管理装置は、計測された電流値に基づいた処理を安定して行いながら、シャント抵抗器の非接続の判定を可能とする。

前記所定の電位は、当該電池管理装置の接地電位であってもよい。接地電位を所定の電位とすることにより、電位の基準となる所定の電位が容易に定まる。

蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子に接続されるシャント抵抗器と、前記蓄電素子を管理する電池管理装置とを備える。前記電池管理装置は、前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を増幅する差動増幅回路を用いて、前記一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部と、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する判定部とを有する。蓄電素子とシャント抵抗器とが非接続の状態になった場合は、入力信号線はシャント抵抗器に非接続となり、差動増幅回路の基準電圧に応じて、入力信号線の電位が所定の電位に対して変化する。判定部は、入力信号線の電位の所定の電圧に対する変化を検出することにより、シャント抵抗器の非接続を判定する。

前記蓄電素子は、移動体のエンジンを始動させるための電流を供給してもよい。エンジンを始動させるための蓄電装置は、大電流を供給可能である。電池管理装置で大電流を計測するためには、低抵抗のシャント抵抗器を用いる必要がある。低抵抗のシャント抵抗器は、大きく重いことがある。蓄電装置は移動体に設けられており、蓄電装置に含まれる重いシャント抵抗器に振動が加わった場合は、シャント抵抗器を固定している部分に加わる応力が大きくなり、シャント抵抗器が非接続になることがある。電池管理装置は、シャント抵抗器の非接続を判定できるので、シャント抵抗器が非接続になりうる蓄電装置について、適切に故障を診断できる。

前記移動体は四輪自動車であってもよい。四輪自動車のエンジンを始動させるためには、多くの電力が必要となり、蓄電装置は大電流を供給する必要がある。電池管理装置で大電流を計測するためにシャント抵抗器は大きく重いことがある。四輪自動車に設けられた電池管理装置に振動が加わった場合は、シャント抵抗器を固定している部分に加わる応力が大きくなり、シャント抵抗器が非接続になることがある。電池管理装置は、シャント抵抗器の非接続を判定することにより、適切に蓄電装置の故障を診断できる。

シャント抵抗器が接続された蓄電素子を電池管理装置により管理する方法では、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出し、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する。シャント抵抗器が蓄電素子の回路から非接続になり、蓄電素子とシャント抵抗器とが非接続の状態になった場合は、入力信号線はシャント抵抗器に非接続となり、差動増幅回路の基準電圧に応じて、入力信号線の電位が所定の電圧に対して変化する。入力信号線の電位の所定の電圧に対する変化を検出することにより、シャント抵抗器の非接続を判定できる。

蓄電素子に接続されたシャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部とを含む電池管理装置を制御するコンピュータに、前記蓄電素子を管理するための処理を実行させるコンピュータプログラムは、前記コンピュータに、前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させる。シャント抵抗器が蓄電素子の回路から非接続になり、蓄電素子とシャント抵抗器とが非接続の状態になった場合は、入力信号線はシャント抵抗器に非接続となり、差動増幅回路の基準電圧に応じて、入力信号線の電位が所定の電圧に対して変化する。入力信号線の電位の所定の電圧に対する変化を検出することにより、シャント抵抗器の非接続を判定できる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、蓄電装置１の配置例を示す概念図である。蓄電装置１は、移動体１００内に設けられている。蓄電装置１は、移動体１００が備えるエンジン１０に接続されている。移動体１００は四輪自動車である。蓄電装置１は、エンジン１０を始動させるための電流を供給する。

図２は、蓄電装置１の外観の例を示す模式的斜視図である。蓄電装置１は直方体状のケース２１とケース２１の開口部を閉塞する蓋部２２を有する。図３は、蓄電装置１の構成例を示す模式的な分解斜視図である。ケース２１には、複数の蓄電素子２７１を含んでなる電池部２７が収容される。蓄電素子２７１は、例えば、リチウムイオン電池のセルである。蓄電素子２７１は、リチウムイオン電池以外の電池のセルであってもよい。ケース２１内には、仕切り板２１１が設けられている。夫々の仕切り板２１１の間に、蓄電素子２７１が挿入されている。蓋部２２と蓄電素子２７１との間には、中蓋２６が配置されている。中蓋２６には、複数の金属製のバスバー２６１が載置されている。蓄電素子２７１の端子が設けられている端子面に中蓋２６が配置され、隣り合う蓄電素子２７１の隣り合う端子がバスバー２６１により接続され、蓄電素子２７１が直列に接続されている。

蓋部２２上には、収容部２３が設けられており、収容部２３をカバー２４が覆っている。収容部２３は箱状をなし、一長側面の中央部に、外側に角型に突出した突出部２３１を有する。蓋部２２における突出部２３１の両側には、鉛合金等の金属製で、極性が異なる一対の外部端子２２１，２２１が設けられている。外部端子２２１，２２１は、蓄電装置１の外部と接続するための端子である。収容部２３内には、制御基板２５及びシャント抵抗器２８が収容されている。制御基板２５は、蓄電素子２７１を管理する電池管理装置を含んでいる。収容部２３に制御基板２５及びシャント抵抗器２８を収容し、カバー２４により収容部２３を覆うことにより、電池部２７と制御基板２５及びシャント抵抗器２８とが接続される。

図４は、実施形態１に係る蓄電装置１の電気的構成例を示すブロック図である。制御基板２５には、電池管理装置３及び電流遮断部４が含まれている。電池管理装置３は、電池管理方法を実行する。一対の外部端子２２１，２２１の間には、直列に、電流遮断部４、電池部２７及びシャント抵抗器２８が接続されている。電池部２７は複数の蓄電素子２７１を含む。蓄電素子２７１の数は四個に限らない。夫々の蓄電素子２７１が放電することにより、外部端子２２１，２２１から電力が出力される。また、外部端子２２１，２２１の間に外部から電圧が印加されることにより、複数の蓄電素子２７１は充電される。シャント抵抗器２８には、蓄電素子２７１が充放電を行うときの電流が流れる。電流遮断部４は、必要に応じて電流を遮断し、蓄電素子２７１の充放電を停止させる。電流遮断部４は、例えば、リレーを含んで構成されている。

電池管理装置３は、制御部３１を備えている。制御部３１は、プロセッサ及びメモリを用いて構成されている。例えば、制御部３１はＣＰＵ（Central Processing Unit ）を用いて構成されている。制御部３１は、電池管理装置３の各部分を制御する。制御部３１には、不揮発性のメモリ３２が接続されている。メモリ３２はコンピュータプログラム３２１を記憶している。制御部３１は、コンピュータプログラム３２１に従って必要な処理を実行するコンピュータである。制御部３１は、電流遮断部４に接続されており、電流遮断部４の動作を制御する。

電池管理装置３は、電圧計測部３３を備えている。電圧計測部３３は、電池部２７に接続されており、夫々の蓄電素子２７１の電圧を計測する。電圧計測部３３は、制御部３１に接続されており、計測した夫々の蓄電素子２７１の電圧の値を制御部３１へ入力する。制御部３１は、電圧値に基づいて、夫々の蓄電素子２７１の状態を判定する。例えば、制御部３１は、蓄電素子２７１が異常であると判定した場合、電流遮断部４に、電流を遮断させる。

電池管理装置３は、電流計測部３４を備えている。電流計測部３４は、シャント抵抗器２８の両端に接続されている。電流計測部３４は、差動ＡＤ（Analog-to-digital ）変換部３４１を有している。差動ＡＤ変換部３４１は、シャント抵抗器２８の両端に接続される一対の信号線３４２，３４２が接続されており、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換する。これにより、電流計測部３４は、シャント抵抗器２８の両端の電圧の値を取得する。

電流計測部３４は、シャント抵抗器２８の両端の電圧に基づいて、シャント抵抗器２８に流れる電流の値を計算する。例えば、電流計測部３４は、シャント抵抗器２８の抵抗値を予め記憶しており、電圧値を抵抗値で除することにより、電流値を計算する。このようにして、電流計測部３４は、シャント抵抗器２８に流れる電流の値を計測する。電流計測部３４は、制御部３１に接続されており、計測した電流値を制御部３１へ入力する。制御部３１は、電流値に基づいて、蓄電素子２７１の状態を判定する。例えば、制御部３１は、蓄電素子２７１が異常であると判定した場合、電流遮断部４に、電流を遮断させる。更に、制御部３１は、電流値を積算する。制御部３１は、電流の積算値に基づいて蓄電素子２７１のＳＯＣを計算してもよい。制御部３１は、電流値、電流の積算値、又はＳＯＣをメモリ３２に記憶させてもよい。電池管理装置３は、電流値又はＳＯＣ等の蓄電素子２７１の状態を表す情報を外部へ出力する出力部を備えていてもよい。

電池管理装置３は、温度計測部３６を備えている。温度計測部３６は、電池部２７内の温度を計測する。例えば、温度計測部３６は、熱電対又はサーミスタを用いて温度を計測する。温度計測部３６は、制御部３１に接続されており、計測した温度の値を制御部３１へ入力する。制御部３１は、温度値に基づいて、蓄電素子２７１の状態を判定し、蓄電素子２７１が異常であると判定した場合、電流遮断部４に、電流を遮断させる。

電池管理装置３は、電位差検出部３５を備えている。電位差検出部３５は、差動増幅回路３５１を有している。差動増幅回路３５１の入力端には、シャント抵抗器２８の両端に接続される一対の入力信号線３５４，３５４が接続されている。差動増幅回路３５１の基準電圧は、電圧源３５５及び増幅部３５３を用いて電池管理装置３の接地電位から上昇された電位である。差動増幅回路３５１の出力端には、コンパレータ３５２が接続されている。コンパレータ３５２は、制御部３１に接続されている。

差動増幅回路３５１は、一対の入力信号線３５４，３５４の電位の差、即ち、シャント抵抗器２８の両端の電位の差を増幅して出力する。コンパレータ３５２は、差動増幅回路３５１から出力された電位差の値と所定の閾値とを比較する。このようにして、電位差検出部３５はシャント抵抗器２８の両端の電位差を検出する。コンパレータ３５２は、電位差の値が閾値を超過している場合に、制御部３１へ電流の遮断指示を入力する。制御部３１は、コンパレータ３５２から電流の遮断指示が入力された場合、電流遮断部４に、電流を遮断させる。コンパレータ３５２からの電流の遮断指示に応じた処理は、割り込み処理として実行される。なお、コンパレータ３５２は、電位差の値が閾値以上である場合に制御部３１へ電流の遮断指示を入力してもよい。

シャント抵抗器２８の両端の電位差が大きい場合は、シャント抵抗器２８の両端の間に過電流が流れている。例えば、蓄電装置１の外部からの短絡により、過電流が発生する。電位差検出部３５は、過電流の発生を検出し、電流を遮断させる。電位差検出部３５は、電流計測部３４が電流を周期的に計測する合間にも、過電流の発生を検出する。また、電位差検出部３５は、電流計測部３４よりも低消費電力で動作できる。蓄電素子２７１が充放電を停止している場合等、消費電力を低く保っている状態でも、電位差検出部３５は、外部からの短絡等の原因による過電流の発生を検出できる。

蓄電装置１では、外部端子２２１，２２１の間の回路から、シャント抵抗器２８が非接続になることがある。シャント抵抗器２８が非接続になった場合は、シャント抵抗器２８は蓄電素子２７１と非接続の状態になる。この状態では、電流計測部３４は、シャント抵抗器２８に流れる電流を計測できず、電池管理装置３は、蓄電素子２７１を管理できない。

電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を行う。電流計測部３４及び電位差検出部３５は、外部端子２２１，２２１の間の回路にシャント抵抗器２８を介して接続されている。このため、シャント抵抗器２８が非接続になった場合は、電流計測部３４及び電位差検出部３５は、外部端子２２１，２２１の間の回路に非接続の状態となる。差動ＡＤ変換部３４１は、動作モードを、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換するモードから、信号線３４２の電位の絶対値をデジタル信号へ変換する電位変換モードへ変更できるようになっている。電位の絶対値は、電池管理装置３の接地電位に対する電位の値である。

図５は、実施形態１に係る電池管理装置３が行うシャント抵抗器２８の非接続を判定する処理の手順を示すフローチャートである。以下、ステップをＳと略す。差動ＡＤ変換部３４１は、動作モードを電位変換モードへ変換する（Ｓ１１）。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４１が変換した電位の絶対値を計測する（Ｓ１２）。シャント抵抗器２８が非接続になっていない場合、電流計測部３４は、外部端子２２１，２２１の間の回路の電位を計測する。シャント抵抗器２８が非接続になっている場合、信号線３４２及び入力信号線３５４は、外部端子２２１，２２１の間の回路に非接続である。信号線３４２は入力信号線３５４に接続されているので、差動ＡＤ変換部３４１へは信号線３４２を通じて入力信号線３５４の電位が入力され、電流計測部３４は、入力信号線３５４の電位を計測する。入力信号線３５４は差動増幅回路３５１の入力端に接続されており、差動増幅回路３５１の基準電圧は電圧源３５５及び増幅部３５３により接地電位から上昇している。このため、電圧源３５５及び増幅部３５３により接地電位から上昇した電位が、差動ＡＤ変換部３４１へ入力され、電流計測部３４が計測する。

電流計測部３４は、計測した電位の値を制御部３１へ入力する。制御部３１は、電位の値に基づいて、シャント抵抗器２８の状態を判定する（Ｓ１３）。外部端子２２１，２２１の間の回路の電位の値と、電圧源３５５及び増幅部３５３により接地電位から上昇した電位の値とは異なる。Ｓ１３では、制御部３１は、電位の値に基づいて、シャント抵抗器２８が非接続になっているか否かを判定する。このとき、制御部３１は、電位の値に基づいて、入力信号線３５４の電位が電池管理装置３の接地電位に対して上昇することを検出する。例えば、制御部３１は、計測された電位の絶対値が所定の基準範囲に含まれない場合に、シャント抵抗器２８が非接続になっていると判定する。基準範囲は、外部端子２２１，２２１の間の回路の電位の値が含まれ、電圧源３５５及び増幅部３５３により接地電位から上昇した電位の値が含まれないように、予め定められ、メモリ３２に記憶されている。電位の値が基準範囲に含まれない場合は、入力信号線３５４の電位が接地電位に対して上昇している場合であり、このようにして、制御部３１は、入力信号線３５４の電位が接地電位に対して上昇することを検出する。電池管理装置３の接地電位は、所定の電位に対応する。Ｓ１１～Ｓ１３の処理は、判定部に対応する。

差動ＡＤ変換部３４１は、動作モードを、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換するモードへ戻し（Ｓ１４）、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を終了する。制御部３１は、シャント抵抗器２８が非接続になっていると判定した場合に、電流遮断部４に電流を遮断させてもよく、電流値に基づいて蓄電素子２７１を管理する処理を停止してもよい。電池管理装置３が出力部を備える形態では、制御部３１は、シャント抵抗器２８が非接続になっていると判定した場合に、シャント抵抗器２８の非接続を示す情報を出力部に出力させてもよい。電池管理装置３は、Ｓ１１～Ｓ１４の処理を定期的に実行する。例えば、電池管理装置３は、一時間に一度、Ｓ１１～Ｓ１４の処理を実行する。Ｓ１３の処理は、コンピュータプログラム３２１に従って制御部３１が実行する。Ｓ１１、Ｓ１２及びＳ１４の処理は、コンピュータプログラム３２１に従って制御部３１が電流計測部３４を制御することにより、実行されてもよい。

以上詳述した如く、本実施形態においては、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の両端に接続される一対の入力信号線３５４，３５４の電位の差を増幅する差動増幅回路３５１を備え、入力信号線３５４の電位が電池管理装置３の接地電位に対して上昇することを検出することにより、シャント抵抗器２８の非接続を判定する。電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定できる。このため、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８が非接続になることによる蓄電装置１の故障の診断が可能となる。電池管理装置３は、差動ＡＤ変換部３４１の動作モードを電位変換モードへ変更し、入力信号線３５４の電位の絶対値を計測することにより、入力信号線３５４の電位の接地電位に対する上昇を検出する。差動ＡＤ変換部３４１を有する電流計測部３４を利用して、入力信号線３５４の電位の接地電位に対する上昇を容易に検出できる。

本実施形態においては、蓄電装置１は、エンジン１０を始動させるために移動体１００に備えられている。蓄電装置１は、エンジン１０を始動させるために、大電流を供給可能である。移動体１００は四輪自動車であり、四輪自動車のエンジン１０を始動させるためには大電流が必要である。電池管理装置３で大電流を計測するためには、低抵抗のシャント抵抗器２８を用いる必要がある。低抵抗のシャント抵抗器２８大きく重いことがある。移動体１００の移動に伴って、蓄電装置１に振動が加わり、重いシャント抵抗器２８に振動が加わった場合は、シャント抵抗器２８を固定している部分に加わる応力が大きくなり、シャント抵抗器２８が電池管理装置３と非接続になることがある。電池管理装置３は、シャント抵抗器２８が非接続になった場合に、シャント抵抗器２８の非接続を判定でき、蓄電装置１の故障を適切に診断できる。特に、四輪自動車に備えられる蓄電装置１について、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を確実に判定し、適切に故障を診断できる。

＜実施形態２＞
図６は、実施形態２に係る蓄電装置１の電気的構成例を示すブロック図である。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４１と、他の差動ＡＤ変換部３４３を有している。差動ＡＤ変換部３４１及び３４３は、信号線３４２を介して並列にシャント抵抗器２８の両端に接続されている。差動ＡＤ変換部３４１及び３４３は、夫々に、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換する。これにより、電流計測部３４は、シャント抵抗器２８の両端の電圧の値を並列に複数取得する。電流計測部３４は、シャント抵抗器２８に流れる電流の値を複数計算し、複数の電流値を制御部３１へ入力する。制御部３１は、複数の電流値に基づいて処理を行う。例えば、制御部３１は、複数の電流値が異なる場合に、電池管理装置３が故障したと判定する。

差動ＡＤ変換部３４１及び３４３の内、差動ＡＤ変換部３４１は、実施形態１と同様に、動作モードを、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換するモードから、電位変換モードへ変更できるようになっている。差動ＡＤ変換部３４３は、動作モードを変更しない。電池管理装置３のその他の部分の構成は、実施形態１と同様である。また、蓄電装置１及び移動体１００の電池管理装置３以外の部分の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態２においても、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を行う。電池管理装置３は、図５のフローチャートに示した処理と同様の処理により、シャント抵抗器２８の非接続を判定する。差動ＡＤ変換部３４１は、動作モードを電位変換モードへ変換する（Ｓ１１）。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４１が変換した電位の絶対値を計測する（Ｓ１２）。シャント抵抗器２８が非接続になっていない場合、差動ＡＤ変換部３４３が一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換し、電流計測部３４は、電流の計測を続行することができる。電流計測部３４は、計測した電位の値を制御部３１へ入力し、制御部３１は、電位の値に基づいて、シャント抵抗器２８の状態を判定する（Ｓ１３）。差動ＡＤ変換部３４１は、動作モードを、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換するモードへ戻し（Ｓ１４）、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を終了する。電池管理装置３は、Ｓ１１～Ｓ１４の処理を定期的に実行する。

本実施形態においても、電池管理装置３は、入力信号線３５４の電位が電池管理装置３の接地電位に対して上昇することを検出することにより、シャント抵抗器２８の非接続を判定する。電流計測部３４は、複数の差動ＡＤ変換部を有し、一の差動ＡＤ変換部３４１の動作モードを電位変換モードへ変更し、入力信号線３５４の電位の絶対値を計測する。他の差動ＡＤ変換部３４３は、動作モードを一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換するモードから変更しない。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３を用いて、シャント抵抗器２８に流れる電流を安定して計測しながら、差動ＡＤ変換部３４１を用いて、入力信号線３５４の電位の絶対値の計測を可能とする。電池管理装置３は、計測された電流値に基づいた処理を安定して行いながら、シャント抵抗器２８の非接続の判定を可能とする。

＜実施形態３＞
図７は、実施形態３に係る蓄電装置１の電気的構成例を示すブロック図である。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３と、電池管理装置３の接地電位に対する信号線３４２の電位をデジタル信号へ変換する電位変換部３４４とを有している。差動ＡＤ変換部３４３及び電位変換部３４４は、信号線３４２を介して並列にシャント抵抗器２８の両端に接続されている。差動ＡＤ変換部３４３は、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換する。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３によりシャント抵抗器２８の両端の電圧の値を取得し、シャント抵抗器２８に流れる電流の値を計算する。

電位変換部３４４は、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換する処理は行なわず、接地電位に対する信号線３４２の電位をデジタル信号へ変換する処理を専用で行う。電池管理装置３のその他の部分の構成は、実施形態１と同様である。また、蓄電装置１及び移動体１００の電池管理装置３以外の部分の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態３においても、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を行う。図８は、実施形態３に係る電池管理装置３が行うシャント抵抗器２８の非接続を判定する処理の手順を示すフローチャートである。電位変換部３４４は、接地電位に対する信号線３４２の電位をデジタル信号へ変換し、電流計測部３４は、電位変換部３４４が変換した電位の絶対値を計測する（Ｓ２１）。シャント抵抗器２８が非接続になっていない場合、差動ＡＤ変換部３４３が一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換し、電流計測部３４は、電流の計測を続行することができる。電流計測部３４は、計測した電位の値を制御部３１へ入力し、制御部３１は、電位の値に基づいて、シャント抵抗器２８の状態を判定し（Ｓ２２）、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を終了する。

Ｓ２１及びＳ２３の処理は、判定部に対応する。電位変換部３４４を用いて電位の値を計測する電流計測部３４の処理は、電位計測部に対応する。電池管理装置３は、Ｓ２１及びＳ２３の処理を定期的に実行してもよく、差動ＡＤ変換部３４３を用いて電流を計測する処理と並行して随時実行してもよい。Ｓ２２の処理は、コンピュータプログラム３２１に従って制御部３１が実行する。Ｓ２１の処理は、コンピュータプログラム３２１に従って制御部３１が電流計測部３４を制御することにより、実行されてもよい。

本実施形態においても、電池管理装置３は、入力信号線３５４の電位が電池管理装置３の接地電位に対して上昇することを検出することにより、シャント抵抗器２８の非接続を判定する。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３と、電位変換部３４４とを有する。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３を用いて、シャント抵抗器２８に流れる電流を安定して計測しながら、電位変換部３４４を用いて、入力信号線３５４の電位の絶対値の計測を可能とする。差動ＡＤ変換部３４３及び電位変換部３４４は、共に、動作モードを変更せず、専用の処理を行うので、安定して動作する。電池管理装置３は、計測された電流値に基づいた処理を安定して行いながら、シャント抵抗器２８の非接続の判定を可能とする。

＜実施形態４＞
図９は、実施形態４に係る蓄電装置１の電気的構成例を示すブロック図である。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３を有している。差動ＡＤ変換部３４３は、一対の信号線３４２，３４２の間の電圧をデジタル信号へ変換する。電流計測部３４は、差動ＡＤ変換部３４３によりシャント抵抗器２８の両端の電圧の値を取得し、シャント抵抗器２８に流れる電流の値を計算する。

電池管理装置３は、電位計測部３７を備えている。電位計測部３７は、信号線３４２に接続されており、電池管理装置３の接地電位に対する信号線３４２の電位を計測する。電位計測部３７は、制御部３１に接続されており、計測した電位の値を制御部３１へ入力する。電池管理装置３のその他の部分の構成は、実施形態１と同様である。また、蓄電装置１及び移動体１００の電池管理装置３以外の部分の構成は、実施形態１と同様である。

実施形態４においても、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を行う。電池管理装置３は、図８のフローチャートに示した処理と同様の処理により、シャント抵抗器２８の非接続を判定する。電位計測部３７は、接地電位に対する信号線３４２の電位を計測する（Ｓ２１）。シャント抵抗器２８が非接続になっていない場合、電流計測部３４は、電流の計測を続行することができる。電位計測部３７は、計測した電位の値を制御部３１へ入力し、制御部３１は、電位の値に基づいて、シャント抵抗器２８の状態を判定し（Ｓ２２）、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８の非接続を判定する処理を終了する。

Ｓ２１及びＳ２３の処理は、判定部に対応する。電池管理装置３は、Ｓ２１及びＳ２３の処理を定期的に実行してもよく、電流計測部３４を用いて電流を計測する処理と並行して随時実行してもよい。Ｓ２２の処理は、コンピュータプログラム３２１に従って制御部３１が実行する。Ｓ２１の処理は、コンピュータプログラム３２１に従って制御部３１が電位計測部３７を制御することにより、実行されてもよい。

本実施形態においても、電池管理装置３は、入力信号線３５４の電位が電池管理装置３の接地電位に対して上昇することを検出することにより、シャント抵抗器２８の非接続を判定する。電池管理装置３は、電位計測部３７により、入力信号線３５４の電位の絶対値を計測する。電流計測部３４及び電位計測部３７は、共に、専用の処理を行うので、安定して動作する。電池管理装置３は、計測された電流値に基づいた処理を安定して行いながら、シャント抵抗器２８の非接続の判定を可能とする。

実施形態１～４においては、電流遮断部４が電池管理装置３の外部に存在する形態を示した。代替的に、電池管理装置３は、電流遮断部４を内部に備えていてもよい。実施形態１～４においては、シャント抵抗器２８が電池管理装置３の外部に存在する形態を示した。代替的に、電池管理装置３は、シャント抵抗器２８を内部に備えていてもよい。実施形態１～４においては、入力信号線３５４の電位が電池管理装置３の接地電位に対して上昇することを検出することによってシャント抵抗器２８の非接続を判定する形態を示した。代替的に、所定の電位は、電圧源によって得られる電位等、接地電位以外の電位であってもよく、電池管理装置３は、入力信号線３５４の電位が所定の電位に対して上昇又は下降することを検出することによってシャント抵抗器２８の非接続を判定してもよい。実施形態１～４においては、移動体１００が四輪自動車であり、蓄電装置１がエンジン１０を始動させるために使用される例を示した。代替的に、蓄電装置１は、移動体１００内の種々の機器を駆動させるための電力を供給する等、エンジン１０の始動以外の用途に用いられてもよい。蓄電装置１は、四輪自動車以外の移動体に備えられてもよい。蓄電装置１は、移動体以外の用途に用いられてもよい。

本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１蓄電装置
１０エンジン
１００移動体
２２１外部端子
２５制御基板
２７電池部
２７１蓄電素子
２８シャント抵抗器
３電池管理装置
３１制御部
３２メモリ
３２１コンピュータプログラム
３４電流計測部
３４１、３４３差動ＡＤ変換部
３４２信号線
３４４電位変換部
３５電位差検出部
３５１差動増幅回路
３５４入力信号線
３７電位計測部
４電流遮断部

Claims

シャント抵抗器が接続された蓄電素子を管理する電池管理装置において、
前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、
前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を増幅する差動増幅回路を用いて、前記一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部と、
前記シャント抵抗器が当該電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する判定部とを備え、
前記電流計測部は、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を有し、
前記差動ＡＤ変換部は、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードへ動作モードを変更することが可能であり、
前記判定部は、前記電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する、
電池管理装置。
前記電流計測部は、複数の前記差動ＡＤ変換部を有し、
前記複数の前記差動ＡＤ変換部の内の一の前記差動ＡＤ変換部が、前記電位変換モードへ動作モードを変更することが可能である、
請求項１に記載の電池管理装置。
シャント抵抗器が接続された蓄電素子を管理する電池管理装置において、
前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、
前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を増幅する差動増幅回路を用いて、前記一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部と、
前記シャント抵抗器が当該電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する判定部とを備え、
前記判定部は、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を有し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する、
電池管理装置。
前記所定の電位は、当該電池管理装置の接地電位である、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の電池管理装置。
蓄電素子と、
前記蓄電素子に接続されるシャント抵抗器と、
前記蓄電素子を管理する請求項１乃至４のいずか一つに記載の電池管理装置と
を備える蓄電装置。
前記蓄電素子は、移動体のエンジンを始動させるための電流を供給する、
請求項５に記載の蓄電装置。
前記移動体は四輪自動車である、
請求項６に記載の蓄電装置。
シャント抵抗器が接続された蓄電素子を電池管理装置により管理する方法において、
差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出し、
前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定し、
前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を用い、
前記シャント抵抗器の状態を判定する際には、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する、
電池管理方法。
シャント抵抗器が接続された蓄電素子を電池管理装置により管理する方法において、
差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出し、
前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定し、
前記シャント抵抗器の状態を判定する際には、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を用い、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する、
電池管理方法。
蓄電素子に接続されたシャント抵抗器の両端に接続される一対の信号線の間の電圧をデジタル信号へ変換する差動ＡＤ変換部を有し、前記シャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部とを含む電池管理装置を制御するコンピュータに、前記蓄電素子を管理するための処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させ、
前記シャント抵抗器の状態を判定する処理の際には、前記所定の電位に対する前記信号線の電位をデジタル信号へ変換する電位変換モードで動作する前記差動ＡＤ変換部を用いて、前記信号線を通じて入力される前記入力信号線の電位の絶対値を計測し、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させる、
コンピュータプログラム。
蓄電素子に接続されたシャント抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部と、差動増幅回路を用いて、前記シャント抵抗器の両端に接続される一対の入力信号線の電位の差を検出する電位差検出部とを含む電池管理装置を制御するコンピュータに、前記蓄電素子を管理するための処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記シャント抵抗器が前記電池管理装置と非接続の状態になった場合に前記入力信号線の電位が所定の電位に対して変化することを検出することにより、前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させ、
前記シャント抵抗器の状態を判定する処理の際には、前記入力信号線の電位の絶対値を計測するための専用の電位計測部を用い、計測した電位の絶対値に基づいて前記シャント抵抗器の状態を判定する処理を実行させる、
コンピュータプログラム。