JPWO2013098932A1 - 電池システム、および地絡検知装置 - Google Patents

Abstract

第１の電池パック（２５２−１）は、正極端子（３５２）および負極端子（３５３）間に複数の電池セル（３１０）を直列接続してなる電池モジュール（３１４）と、複数の電池セル（３１０）のうち相互に隣り合う電池セル（３１０）間に係る電池間接続点（３１１）および接地点（２３）の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗（４５）と、正極端子（３５２）に設けられて電池モジュール（３１４）のうち高電位を昇圧した昇圧電位を出力する昇圧部（１１）と、昇圧部（１１）の出力側である第３の接続点（１９）および接地点（２３）の間に直列に設けられる保護抵抗（２５）および地絡検知抵抗（２７）と、保護抵抗（２５）および地絡検知抵抗（２７）間に係る抵抗間接続点（２９）の電位と、予め定められるしきい値の電位（Ｖref ）との比較結果に基づいて、電池モジュール（３１４）における地絡の有無を検知する地絡検知部（４１）と、を有する。

Description

本発明は、電流路における地絡を検知する地絡検知機能を有する電池システム、および地絡検知装置に関する。

電流路と大地との間は、電気的な絶縁状態を常に維持していることが求められる。この電気的な絶縁状態が何らかの異常発生によって破壊されると、電流路を流れていた電流が大地に向かって流れる、“地絡”と呼ばれる現象が起こる。
従来、電流路での地絡を検知する地絡検知技術としては、地絡箇所からアースを介して流れる地絡電流を検出することで地絡の有無を検知するものが知られている。かかる地絡検知技術では、地絡電流を流すための起電力が発生しない電位（地絡検知回路の基準電位）で地絡が生じた場合は、地絡電流が流れないため、地絡の有無を検知することができないという不感帯の問題がある。

かかる地絡検知の不感帯を除くために、特許文献１には、地絡検知回路の基準電位を予め複数用意し、これらを動的に切り替えて地絡検知を行う地絡検知技術が開示されている。
特許文献１に係る地絡検知技術では、例えば、非接地直流電源の負極側を基準電位とする第１の地絡検知回路で負極側以外（非接地直流電源の正極側または内部）の地絡を検知する一方、負極側の地絡は、負極側以外（非接地直流電源の正極側または内部がとりえる範囲の任意の電位）を基準電位とする第２の地絡検知回路で検知する構成を採用している。
特許文献１に係る地絡検知技術によれば、地絡検知に係る不感帯を生じさせることなく地絡発生の有無を精度良く検出することができる。

特開２００５−１８９００５号公報

しかしながら、特許文献１に係る地絡検知技術では、複数種類の地絡検知用基準電位を動的に切り替える制御回路を備える必要があるため、切り替えによる検知の時間遅れや、装置構成の複雑化を招くという問題が生じていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知可能な電池システム、および地絡検知装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池システムは、一対の非接地端子間に複数の電池を直列接続してなる直流電源部と、前記複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点および接地点の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗と、前記一対の非接地端子のうち高電位の側に設けられて当該高電位を昇圧した昇圧電位を出力する昇圧部と、前記昇圧部の出力側および前記接地点の間に直列に設けられる保護抵抗および地絡検知抵抗と、前記保護抵抗および前記地絡検知抵抗間に係る抵抗間接続点の電位と、予め定められるしきい値の電位との比較結果に基づいて、前記直流電源部における地絡の有無を検知する地絡検知部と、を有することを最も主要な特徴とする。

本発明に係る電池システムによれば、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知することができる。

本発明に係る電池システムが適用される電力システムの概要を表すブロック図である。 本発明に係る電池システムの階層構造を概念的に表すブロック図である。 本発明に係る電池システムの回路構成図である。 図３Ａに示す電池システムのうち、電池パック周辺を拡大して表す回路構成図である。 本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第１の電池パック、および地絡検知装置を表す回路構成図である。 第１の電池パック、および地絡検知装置における地絡検知動作の手順を表すフローチャート図である。 地絡が生じた場合のコンパレータの出力電圧波形、および、地絡検知信号波形を対比して表すタイムチャート図である。 地絡が発生し、かつ、昇圧部の出力が昇圧電位（昇圧あり）である場合に、第１の電池パック（第１の地絡検知装置）内に形成される閉ループ回路を表す説明図である。 地絡が発生し、かつ、昇圧部の出力が高電位（昇圧なし）である場合に、第１の電池パック（第１の地絡検知装置）内に形成される閉ループ回路を表す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る電池システムに相当する第２の電池パック、および地絡検知装置を表す回路構成図である。

以下、本発明の第１および第２実施形態に係る電池システムについて、図面を参照して説明する。

［本発明に係る電池システムの概要］
はじめに、本発明の第１および第２実施形態に係る電池システムを包括する概念である、本発明に係る電池システムの概要について説明する。

本発明に係る電池システムは、地絡検知機能を有する地絡検知装置を備える。本発明に係る電池システム、および地絡検知装置は、一対の非接地端子間に複数の電池を直列接続してなる直流電源部と、複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点および接地点の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗と、一対の非接地端子のうち高電位の側に設けられて当該高電位を昇圧した昇圧電位を出力する昇圧部と、昇圧部の出力側および接地点の間に直列に設けられる保護抵抗および地絡検知抵抗と、保護抵抗および地絡検知抵抗間に係る抵抗間接続点の電位と、予め定められるしきい値の電位との比較結果に基づいて、直流電源部における地絡の有無を検知する地絡検知部と、を有することを最も主要な特徴とする。

前記の直流電源部において、複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点は、接地点（大地の電位）に対して絶縁されている。具体的には、地絡を生じていない通常時では、メガオーム単位の抵抗（本発明の“地絡抵抗”に相当する。）が、電池間接続点および接地点のそれぞれの間に存在する。

本発明者らは、従来の地絡検知技術が不可避的に有する、複数種類の地絡検知用基準電位を動的に切り替えるために生じる検知の時間遅れや、装置構成の複雑化を招くといった問題を解決する目的で、鋭意研究を進めていた。特に、単一種類の地絡検知用基準電位を用いて地絡の検知を遂行することについて、試行錯誤を繰り返していた。

そうしたところ、本発明者らは、地絡検知用基準電位を直流電源部の外にとれば、いわゆる不感体（地絡検知不能電位）を生じさせることなく、単一種類の地絡検知用基準電位を用いて地絡の検知を遂行することができるのではないか、との発想を得た。

そして、本発明者らは、前記発想をブラッシュアップすることによって、地絡の発生有無に加えて、地絡の発生状態（地絡の発生箇所や、地絡の程度の軽重）をも検知することができることを見出し、本発明を完成させた。

本発明に係る電池システム、および地絡検知装置によれば、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知することができる。

さて、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギーに由来する電力系統では、自然環境に及ぼす負荷が少ないという利点がある反面、その発電能力が自然環境に左右される。具体的には、風力や太陽光の強さは時々刻々と変化するため、電力系統に周波数変動や電圧変動などの悪影響を及ぼすことが懸念される。

こうした懸念を除くアプローチのひとつとして、自然エネルギー発電装置に電池システムを併設し、電力系統の周波数変動や電圧変動の抑制を図る電力システムが提案された。図１は、本発明に係る電池システム２０１が適用される電力システム１０１の概要を表すブロック図である。

電力システム１０１は、図１に示すように、電力系統１０２と、発電装置１０３と、インバータ１０４と、本発明に係る電池システム２０１とを備えて構成される。
なお、本発明に係る電池システム２０１とは、後記する第１および第２実施形態に係る電池システムの両者を包括する概念である。

発電装置１０３は、例えば、自然エネルギーに由来して発電した電力を電力系統１０２に供給する機能を有する。発電装置１０３と電力系統１０２との間を接続する電線１０５の連結点Ａには、インバータ１０４を介して、本発明に係る電池システム２０１が接続されている。

インバータ１０４は、発電装置１０３で発電された電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を電池システム２０１へ送る機能と、電池システム２０１に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を電力系統１０２へ送る機能とを有する。負荷への給電は、交流の電力系統１０２を介して行われる。

発電装置１０３として自然エネルギー発電装置１０３を採用した場合、その出力は、天候や季節などの自然環境の変化に係る影響を受けて変動する。この出力変動は、電力系統１０２の周波数変動や電圧変動を招き、電力系統１０２の電力品質を低下させる要因となる。

この点、本発明に係る電池システム２０１は、電力系統１０２の周波数や電圧の変動が所定の範囲に収まるように機能する。すなわち、電池システム２０１は、電力系統１０２に過剰な電力が供給された場合はその過剰電力を電池システム２０１に充電する一方、電力が不足する場合は電池システム２０１に蓄えられた電力を放電する、いわゆるバッファ機能を有する。これにより、本発明に係る電池システム２０１は、電力系統１０２の周波数変動や電圧変動を抑制することができる。

［本発明に係る電池システム２０１の具体的構成］
次に、本発明に係る電池システム２０１の具体的構成について、図２、図３Ａ、および図３Ｂを参照して説明する。
図２は、本発明に係る電池システム２０１の階層構造を概念的に表すブロック図である。図３Ａは、本発明に係る電池システム２０１の回路構成図である。図３Ｂは、図３Ａに示す電池システム２０１のうち、電池パック２５２周辺を拡大して表す回路構成図である。

本発明に係る電池システム２０１は、図２および図３Ａに示すように、複数の電池セル３１０を直列に接続してなる電池モジュール３１４と、複数の電池モジュール３１４を直並列に接続してなる電池パック２５２と、複数の電池パック２５２を並列に接続してなる電池ブロック２１２とを、相互に階層化して構成されている。
なお、“直並列に接続”とは、複数の構成要素間を直列に接続するとともに、こうして直列に接続したもの同士をさらに並列に接続すること意味する。

〔電池モジュール３１４の構成〕
本発明に係る電池システム２０１において、電池システム２０１を構成する基本単位のうち最小規模の基本単位が、電池モジュール３１４である。
複数の電池モジュール３１４のそれぞれは、その基本構成がいずれも同一である。そこで、ひとつの電池モジュール３１４の構成を代表して説明することにより、全体の説明に代えることとする。このことは、後記する複数の電池パック２５２、および、複数の電池ブロック２１２についても同様である。

個々の電池モジュール３１４は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、正極端子３５２および負極端子３５３を介して、他の電池パック２５２に属する電池モジュール３１４に対して直列に接続されている。電池モジュール３１４は、図３Ｂに示すように、それぞれ４つの電池グループ３１２を有する。４つの電池グループ３１２は、それぞれ１２個を組とする電池セル３１０を有する。

ひとつの電池モジュール３１４に属する４つの電池グループ３１２は、図２および図３Ｂに示すように、一対の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２をそれぞれ備えている。これにより、個々の電池グループ３１２は、一対の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２によって分担管理される。１２個を１組とする電池セル３１０は、高電位側および低電位側の各６つづつに分けられる。各電池セル３１０の高電位側および低電位側の両端子は、一対の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２の入力端子（不図示）にそれぞれ接続されている。

ひとつの電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２は、６つの電池セル３１０の管理を担当する。ただし、電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２の数を３つとし、ひとつの電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２が４つの電池セル３１０を管理するなどといったように、ひとつの電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２がその管理を担当する電池セル３１０の数は、任意の数に設定にしてもよい。

高電位側および低電位側の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２は、それぞれの入力端子に接続された各電池セル３１０の端子間電圧を検出し、検出した各電池セル３１０の端子間電圧に基づいて、各電池セル３１０毎の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge 以下、ＳＯＣと省略する場合がある。）を演算する。さらに各電池セル３１０毎の端子間電圧に基づいて、過充電または過放電の診断を行う。

〔電池パック２５２の構成〕
本発明に係る電池システム２０１において、電池システム２０１を構成する基本単位のうち、電池モジュール３１４に対して直近上位の階層規模に属する基本単位が、電池パック２５２である。図２の例では、３組の電池パック２５２が描かれている。

個々の電池パック２５２は、図２，図３Ａ，および図３Ｂに示すように、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４をそれぞれ有している。
なお、図２では、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４の支配下に電池モジュール３１４を複数接続した態様を示しているが、図３Ｂでは、構成を簡潔に示すために、電池モジュール３１４をただ１つ接続した態様を示している。以下では、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４には、その支配下に複数の電池モジュール３１４が属しているものとして説明を進める。また、図２では、符号２２２Ａ，２２２Ｂの記載を省略している。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、自身の支配下にある電池モジュール３１４に属する電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２から、電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）に係るＳＯＣ情報を受ける。このＳＯＣ情報に基づいて、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、自身の支配下にある電池モジュール３１４について、過充電または過放電の診断を含む管理を行う。

また、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、上記のＳＯＣ情報などを、自身の上位の制御装置である統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６およびシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０（ＢＳＣＵ）へ報告する。
〔電池ブロック２１２の構成〕

本発明に係る電池システム２０１において、電池システム２０１に係る基本単位のうち、最上位の階層規模に属する基本単位が、電池ブロック２１２である。図２の例では、３組の電池ブロック２１２が描かれている。

個々の電池ブロック２１２は、図３Ａに示すように、２組の電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂを並列に接続してなる。２組の各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂは、さらに複数の電池パック２５２を有している。本発明に係る電池システム２０１では、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂは、それぞれ３つの電池パック２５２を有している。

なお、蓄電する直流電圧の大きさによっては、個々の電池ブロック２１２に属する２組の電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂを直列に接続する構成を採用してもよい。また、個々の電池ブロック２１２が有する電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂの数は、２組に限るものではない。本発明に係る電池システム２０１の使用目的や使用条件を考慮して、適宜の数を設定すればよい。

個々の電池ブロック２１２は、図２，図３Ａ，図３Ｂに示すように、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６をそれぞれ有している。統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、自身の支配下にある電池パック２５２に属する電池モジュール３１４にさらに属する電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２から、電池セル３１０の充電状態（ＳＯＣ）に係るＳＯＣ情報を受ける。このＳＯＣ情報に基づいて、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、自身の支配下にある電池パック２５２について、過充電または過放電の診断を含む管理を行う。

また、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、上記のＳＯＣ情報などを、自身の上位の制御装置であるシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へ報告する。
〔統合ユニット２２４の構成〕
個々の電池ブロック２１２は、図３Ａに示すように、統合ユニット２２４をそれぞれ有している。各統合ユニット２２４は、図３Ａに示すように、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６の他、継電器２３２，２３３，２３４，２３５と、電流センサ２２７，２２８と、電圧センサ２２９，２３０，２３１とを備えている。統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電池ブロック２１２内の管理を行う。継電器２３２，２３３，２３４，２３５は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂの給電経路を電気的に開放または閉止するように動作する。電流センサ２２７，２２８は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂをそれぞれ流れる電流の大きさを検出する。

電圧センサ２２９は、図３Ａに示すように、本発明に係る電池システム２０１の主電源ラインの正極側電圧（正極端子２４４の電圧）を検出する。電圧センサ２３０，２３１は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂの給電経路の正極側電圧を検出する。具体的には、電圧センサ２３０，２３１は、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂのそれぞれの端子間電圧を検出する。

統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電流センサ２２７，２２８による充放電電流の検出値、電圧センサ２２９，２３０，２３１による各部の電圧検出値、並びに、自身の支配下にある電池パック２５２からの地絡発生状態を含む各種情報、または、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０からの情報を受信する。こうして受信した各種の検出値、および情報に基づき、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、継電器２３２，２３３，２３４，２３５の開閉制御を行う。

また、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６は、電池パック２５２からの地絡発生状態を含む各種情報、電流センサ２２７，２２８による充放電電流の検出値、並びに、電圧センサ２２９，２３０，２３１による各部の電圧検出値を、上位のシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へ報告する。

〔継電器２３２，２３４、並びに開閉器２３８，２３９，２４０，２４２の動作〕
本発明に係る電池システム２０１では、複数の各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂ毎にそれぞれ保守点検を行う。このため、保守点検作業を行っている間は、電池システム２０１の使用を停止する。このように使用を停止していた電池セル３１０では、運転を継続していた電池セル３１０と比べて、充電状態（ＳＯＣ）が異なってくる。相互に充電状態（ＳＯＣ）の異なる電池ユニット２２２を並列に接続した場合、充電状態（ＳＯＣ）の大きい電池ユニット２２２から充電状態（ＳＯＣ）の小さい電池ユニット２２２へ向かって大電流の流れるおそれがある。また、電池ユニット２２２のうちいずれかで地絡が生じた場合も、接地端子へと大電流の流れるおそれがある。

こうした大電流の流通に係るリスクを避けるため、各電池ユニット２２２Ａ，２２２Ｂには、電流制限器２３６，２３７が設けられている。例えば、電池ユニット２２２Ａを、正極結線２４６および負極結線２４７の間に接続する場合には、まず、継電器２３２を閉止させる。これにより、電池ユニット２２２Ａを正極結線２４６と負極結線２４７間に、電流制限器２３６を介して接続する。このとき、電流制限器２３６に流れる電流値を電流センサ２２７により検出する。

電流センサ２２８による検出値（電池ユニット２２２Ａの充電または放電電流値）が、予め定めた値以下である場合、継電器２３４を閉止した後、継電器２３２を開放する。かかる手順を採用することにより、電池セル３１０の充放電電流値を安全な値に収束させる。

本発明に係る電池システム２０１では、電池セル３１０としてリチウムイオン二次電池を採用している。リチウムイオン二次電池の端子間電圧は、ＳＯＣに基づいて変化する。従って、電圧センサ２３０の検出値を用いて、継電器２３４の投入時の電流を予測することができる。電池ユニット２２２Ａの投入時は安全性向上の点から継電器２３２を投入するようにして電流制限器２３６で流れる電流を安全な値に制限し、電圧センサ２３０の検出値に基づいて継電器２３４の投入を制御する構成を採用してもよい。

さらに、電圧センサ２３０の検出値が、他の電池ユニット２２２Ｂの端子間電圧に対して規定の範囲内にある場合は、継電器２３２の投入を省略して、いきなり継電器２３４を投入してもよい。なお、電池ユニット２２２Ｂに関する継電器２３３，２３５の制御手順は、上述した電池ユニット２２２Ａに関する説明内容と同じである。

個々の電池ブロック２１２がそれぞれ有する正負の極性端子のうちの正極端子２４４は、図３Ａに示すように、複数の断路器２３８をそれぞれ介して正極結線２４６に並列接続されている。正極結線２４６は、ひとつの遮断機２４２を介して正極出力端２４８に接続されている。遮断機２４２は、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０の制御信号に従って開閉制御される。

同様に、個々の電池ブロック２１２がそれぞれ有する負極端子２４５は、図３Ａに示すように、複数の断路器２３９をそれぞれ介して負極結線２４７に並列接続されている。負極結線２４７は、ひとつの遮断機２４０を介して負極出力端２４８に接続されている。

以下の説明では、断路器２３８，２３９、並びに遮断機２４０，２４２を総称して“開閉器”と呼ぶ場合がある。開閉器２３８，２３９，２４０，２４２が閉じている場合、図３Ａに示すように、正極出力端２４８および負極出力端２４９に対して、各電池ブロック２１２が並列に接続された状態となる。同様に、正極出力端２４８および負極出力端２４９に対して、つまり、インバータ１０４に対して、本発明に係る電池システム２０１が接続された状態となる。

図３Ａに示す電池システム２０１を、図１に示す電力システム１０１（インバータ１０４）から電気的に切り離す場合は、切り離し対象となる電池システム２０１において以下の手順を実行する。すなわち、まず、システム制御装置ＢＳＣＵ２７０の指令に基づいて、遮断機２４２を開放し、電池モジュール３１４の充電電流または放電電流を遮断する。その後、開閉器２３８，２３９，２４０を順次開放する。

これとは逆に、図３Ａに示す電池システム２０１を、その他の電池システム２０１と並列接続する場合は、接続対象となる電池システム２０１において以下の手順を実行する。すなわち、まず、開閉器２３８，２３９，２４０を順次閉止する。その後、システム制御装置ＢＳＣＵ２７０の指令に基づいて、遮断機２４２を閉止する。

〔電池システム２０１の情報伝送と制御〕
本発明に係る電池システム２０１では、例えば、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６からの情報は、情報バス２７２を介してシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０に伝送される。さらに、図１に示す電池システム２０１の管理装置（不図示）からは、情報入出力端２７４を介してシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０宛に様々な情報が送られてくる。

システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０は、遮断機２４２の開閉制御を行う。システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０は、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６からの情報や要求に基づいて、または、上位の電池システム２０１の管理装置からの情報に基づいて、電池システム２０１を電池システム２０１から電気的に切り離す条件が成立した場合に、遮断機２４２を開放させる制御を行う。

遮断機２４２が開放されると、電池システム２０１は、図１に示す電力システム１０１の系統から電気的に切り離される。これにより、電池システム２０１内を流通する電流の流れが遮断される。その後、断路器２４０が開放されるとともに、各電池ブロック２１２毎の断路器２３８，２３９も開放される。こうした手順で電池システム２０１の給電経路を開放することにより、各個別の電池システム２０１単位での保守点検作業を容易に行わせると共に、同作業時の安全性を確保する。

〔制御用電力の供給〕
本発明に係る電池システム２０１では、図３Ａに示すように、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、並びに、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと省略する。）にインストールされたソフトウェアによって各種の機能を実現する。そこで、マイコンを動作させるための制御用電力をマイコンに供給することが必要となる。

マイコンは、例えば５Ｖ程度の比較的低い直流電力で動作する。このため、本発明に係る電池システム２０１では、蓄電している直流電力に代えて、交流電力を直流電力に変換して用いる。ただし、マイコンに供給する直流電力としては、外部からの交流電力を直流電力に変換して用いてもよいし、内部に蓄電している直流電力を用いてもよい。

本発明に係る電池システム２０１では、図３Ａに示すように、外部からの交流電力が制御用電源入力端２８２を介して供給される。制御用電源入力端２８２からの交流電力は、無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４に供給される。通常は、制御用電源入力端２８２を介して供給される交流電力によって、制御用の直流電力が作られる。ただし、外部からの交流電力の供給が停止した場合には、無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４が代わって必要な直流電力を供給する。

無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４から供給された直流電力は、電源ユニット（ＰＳＵ）２８６を介して、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、および、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４にそれぞれ供給される。

本発明に係る電池システム２０１は、無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４を備えているので、仮に、制御用電源入力端２８２からの交流電力が遮断されるような異常事態が生じた場合でも、電池システム２０１の運転を継続することができる。かかる異常事態が生じた場合は、外部からの交流電力の利用から無停電電源装置（ＵＰＳ）２８４が供給する直流電力の利用に切り替わるからである。

〔電池パック２５２内の伝送路〕
電池パック２５２内の２組の絶縁回路（シリアル伝送路）３４６Ａ，３４６Ｂは、図３Ｂに示すように、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂを介して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に接続されている。第２伝送線３４４は、相互に隣接する電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２の間を接続している。電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、図３Ａに示すように、制御用電源ライン２８８からの直流電力の供給を受けて動作する。

各電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２は、自身の支配下にある電池セル３１０から直流電力の供給を受けて動作する。このため、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に供給される電源電圧の基準電位と各電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２に供給される電源電圧の基準電位とは、相互に異なっている。つまり、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂの電位と第２伝送線３４４の電位とは、相互に異なっている。そこで、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂと第２伝送線３４４との間を、絶縁回路３４６Ａ，３４６Ｂを介して接続するようにしている。

絶縁回路３４６Ａ，３４６Ｂは、具体的にはフォトカプラやトランスである。絶縁回路３４６Ａ，３４６Ｂは、電気信号を一旦他の伝送媒体である光信号や磁束信号に変調し、その後再び電気信号に復調する役割を果たす。これにより、第１伝送線３４２Ａ，３４２Ｂと第２伝送線３４４との間を確実に電気的に絶縁することができる。

本発明に係る電池システム２０１では、電位の高い電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２から順に電位の低い方に向かって伝送されるが、これとは逆に、電位の低い方から電位の高い方へ向かって伝送してもよい。また、電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２の出力端を次の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２の入力端に電気的に接続する場合に、電気抵抗やダイオードを介して接続してもよいし、コンデンサを介して接続してもよい。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４から送られた各電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２宛のデータは、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４から第１伝送線３４２Ａを介して絶縁回路３４６Ａに送られる。次いで、絶縁回路３４６Ａから第２伝送線３４４を介して高電位側の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２へ送られる。次いで、第２伝送線３４４を経由したデータは絶縁回路３４６Ｂに伝えられる。そして、第１伝送線３４２Ｂを介して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４に戻る。

各電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２では、送られてきたデータの内のアドレスデータが自分宛であるか否かを確認し、アドレスデータが自分宛である場合は、そのデータに応答する。さらに、送られてきたデータに、必要に応じて命令内容に基づき要求された情報を加えて、伝送方向の順に次の電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２へと送信する。

各電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２は、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４の要求に対応して、各種の検知結果や診断結果を付加して電池制御装置（ＢＣＵ）２６４へ伝送する。各電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２は、過充電や過放電のほかにも様々な診断を行うことが可能であり、これらの診断結果を付加して送信してもよい。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、情報バス２７２および情報バス用コネクタ３５６をそれぞれ介して、上位の制御装置である統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６に接続されている。第２伝送線３４４を経由して受信した各種の検知結果や診断結果のデータは、統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６に送信される。

また、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４が受信した各種の検知結果や診断結果のデータは、不揮発性メモリ２６６に記憶保持される。特に、地絡の発生状態に係る情報（地絡の発生箇所や、地絡の軽重レベルに関する情報）を含む異常診断結果を受信した場合、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、その異常診断の基となった検知結果を、その異常診断に係る電池セル３１０の識別データと共に不揮発性メモリ２６６に記憶保持する。電池制御装置（ＢＣＵ）２６４から統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６へ報告された情報は、さらに情報バス２７２を介してシステム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へと報告される。

さて、前記のように構成された本発明に係る電池システム２０１において、地絡の発生有無を検知する地絡検知機能を有する第１の地絡検知装置１０−１を備えてなるのが、本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する、第１の電池パック２５２−１である。

［本発明の第１実施形態に係る電池システム（第１の電池パック２５２−１）、および第１の地絡検知装置１０−１の構成］
本発明の第１実施形態に係る電池システム、および第１の地絡検知装置１０−１の構成について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１の回路構成図である。

第１の電池パック２５２−１は、図４に示すように、地絡検知機能を有する第１の地絡検知装置１０−１を備えて構成される。第１の地絡検知装置１０−１は、前記した電池モジュール３１４、昇圧部１１、ヒューズ１７、ダイオード２１、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４、および、地絡抵抗４５を備えて構成されている。
なお、ヒューズ１７は、本発明において必須の構成要件ではないため、これを省略してもよい。

複数の電池セル３１０を直列接続してなる電池モジュール３１４は、図３Ｂおよび図４に示すように、正極端子３５２および負極端子３５３の間に介挿されている。電池モジュール３１４は、本発明の“直流電源部”に相当する。正極端子３５２および負極端子３５３は、本発明の“一対の非接地端子”に相当する部材であり、これらはいずれも接地されていない。また、正極端子３５２は、本発明の“非接地端子のうち高電位の側”に相当する一方、負極端子３５３は、本発明の“非接地端子のうち低電位の側”に相当する。

正極端子３５２に連なる第１の接続点１３は、図４に示すように、昇圧部１１の入力側に連なる第２の接続点１５に対し、ヒューズ１７を介して接続されている。また、第２の接続点１５と、昇圧部１１の出力側に連なる第３の接続点１９との間には、昇圧部１１、および、ダイオード２１がそれぞれ並列に接続されている。

昇圧部１１は、電池モジュール３１４のうち高電位（図４の電位Ｅ0 参照）の側（第１の接続点１３）に設けられて当該高電位を昇圧した昇圧電位（図４の電位Ｅ0 ＋Ｅ2 参照）を出力する機能を有する。昇圧部１１としては、例えば絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータなどを適宜用いればよい。昇圧部１１における昇圧分の電位（図４の電位Ｅ2 参照）は、例えば、直流電源部（電池モジュール３１４）の電圧容量が４８０Ｖである場合、その５％（２４Ｖ）〜２０％（９６Ｖ）の範囲内で設定するのが好ましい。

高電位に対する割合が小さすぎると、昇圧部１１をコンパクトに構成することができる反面、地絡の検知精度を高めるのが難しくなる。また、高電位に対する割合が大きすぎると、地絡の検知精度を高めるのに有利な反面、昇圧部１１をコンパクトに構成することが難しくなる。

ダイオード２１は、昇圧部１１に対して並列に、カソード端子を第２の接続点１５に接続する一方、アノード端子を第３の接続点１９に接続するように配設されている。

電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、図４に示すように、保護抵抗２５、地絡検知抵抗２７、電圧センサ３１、コンパレータ３３、第１および第２抵抗３５，３７、並びに、地絡検知部４１を備えて構成されている。

第３の接続点１９および接地端子２３の間には、図４に示すように、保護抵抗（抵抗値；Ｒ0 ）２５および地絡検知抵抗（抵抗値；Ｒ1 ）２７が直列に接続されている。保護抵抗２５の抵抗値；Ｒ0 は、地絡検知抵抗２７の抵抗値；Ｒ1 と比べて十分に大きい値となるように、それぞれの抵抗値；Ｒ0 ，Ｒ1 が設定される。具体的には、例えば、保護抵抗２５の抵抗値；Ｒ0 をメガオーム単位に設定する一方、地絡検知抵抗２７の抵抗値；Ｒ1 を、抵抗値；Ｒ0 の２０〜３０分の１程度に設定する。

保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る第１抵抗間接続点２９と、接地端子２３との間には、地絡検知抵抗２７に対して並列に、電圧センサ３１が設けられている。この電圧センサ３１は、地絡検知抵抗２７の端子間電圧を検出し出力する機能を有する。
なお、第１抵抗間接続点２９は、本発明の“抵抗間接続点”に相当する。

第１抵抗間接続点２９は、コンパレータ３３の非反転入力端子（＋）に接続されている。コンパレータ３３の反転入力端子（−）に対する入力信号を生成するために、直流電源（電圧；Ｖcc）３４と接地端子２３との間には、第１および第２抵抗３５，３７が直列に接続されている。第１および第２抵抗３５，３７間に係る第２抵抗間接続点３９は、コンパレータ３３の反転入力端子（−）に接続されている。そして、コンパレータ３３の出力端子（出力電圧；Ｖout ）は、地絡検知部４１に接続されている。

地絡検知部４１は、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る第１抵抗間接続点２９の電位と、予め定められるしきい値の電位（第１および第２抵抗３５，３７間に係る第２抵抗間接続点３９の電位；Ｖref ）との大小関係に係る比較結果に基づいて、電池モジュール３１４における地絡の発生状態を検知する機能を有する。ここで、地絡の発生状態とは、後記するように、地絡の発生箇所と、同地絡の程度とを含む概念である。
なお、地絡検知部４１は、昇圧部１１に対して、昇圧部１１が有する昇圧機能をオンまたはオフさせるオンオフ制御信号を出力するようになっている。

具体的には、地絡検知部４１は、昇圧部１１のオン時において、地絡検知電圧Ｖ1 がしきい値の電位Ｖref を超えている旨の判定が下された場合に、電池モジュール３１４において地絡が発生したとみなすこととしている。その作用機序は次のとおりである。

すなわち、地絡が発生していない通常状態では、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位は、第２の接続点１５に係る高電位（図４に示す電位Ｅ0 ）に対して昇圧分の電位（図４に示す電位Ｅ2 ）を加えた昇圧電位（図４に示す電位（Ｅ0 ＋Ｅ2 ））を、保護抵抗（抵抗値；Ｒ0 ）２５および地絡検知抵抗（抵抗値；Ｒ1 ）２７の各抵抗値で分圧した値（Ｒ1 ×（Ｅ0 ＋Ｅ2 ）／（Ｒ0 ＋Ｒ1 ））となる。

これに対し、地絡が発生している異常状態では、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位は、第２の接続点１５に係る高電位（図４に示す電位Ｅ0 ）から、後記する地絡の発生箇所４３の相対電位（図４に示す電位Ｅ1 ）を引き算した電位（図４に示す電位（Ｅ0 −Ｅ1 ））に対し、さらに昇圧分の電位（図４に示す電位Ｅ2 ）を加えた電位（図４に示す電位（Ｅ0 −Ｅ1 ＋Ｅ2 ））を、保護抵抗（抵抗値；Ｒ0 ）２５、並びに、地絡検知抵抗（抵抗値；Ｒ1 ）２７および後記の地絡抵抗（抵抗値；Ｒ2 ）４５に係る合成抵抗（抵抗値；Ｒ1＋Ｒ2 ）の各抵抗値で分圧した値（Ｒ1 ×（Ｅ0 −Ｅ1 ＋Ｅ2 ）／（Ｒ0 ＋Ｒ1 ＋Ｒ2 ））となる。

ここで、地絡が発生していない通常状態では、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位である地絡検知電圧Ｖ1 は、しきい値の電位Ｖref 以下に収まっている。ところが、地絡が発生している異常状態では、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位は、地絡の発生箇所４３の相対電位Ｅ1 に関する減少分を考慮しても、地絡が発生していない通常状態の昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位と比べて、地絡抵抗４５に係る抵抗値；Ｒ2 で消費される分だけ上昇する。その結果、地絡が発生している異常状態では、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位である地絡検知電圧Ｖ1 は、しきい値の電位Ｖref を超えることとなる。

したがって、地絡検知部４１は、昇圧部１１のオン時において、地絡検知電圧Ｖ1 がしきい値の電位Ｖref を超えている旨の判定が下された場合に、電池モジュール３１４において地絡が発生したとみなすこととしている。

ここで、しきい値の電位Ｖref は、昇圧部１１のオン時において、地絡が発生していない通常状態、および、地絡が発生している異常状態でのそれぞれの第１抵抗間接続点２９の電位（地絡検知電圧Ｖ1 ）を参照して設定される。具体的には、しきい値の電位Ｖref は、昇圧部１１のオン時において、通常状態の地絡検知電圧Ｖ1 がしきい値の電位Ｖref 以下に収束すると共に、異常状態の地絡検知電圧Ｖ1 がしきい値の電位Ｖref を超えることを考慮して設定される。

なお、本第１実施形態では、図４に示す第１の接続点１３で地絡が生じた場合に、最も低い起電力が発生する。このとき地絡検知抵抗（抵抗値；Ｒ1 ）２７に発生する地絡検知電圧Ｖ1 （第１抵抗間接続点２９の電位）は、Ｅ2 ×Ｒ1 ／（Ｒ0 ＋Ｒ1 ＋Ｒ2 ）により求められる。このため、Ｖref ≦Ｅ2 ×Ｒ1 ／（Ｒ0 ＋Ｒ1 ＋Ｒ2 ）が成立するようにしきい値の電位Ｖref を設定すれば、いずれかの電池セル３１０間で地絡が生じたとしても、この地絡を確実に検知することができる。また、しきい値の電位Ｖref の設定条件を評価すると、昇圧分の電位Ｅ2 の値を大きくすればするほど、しきい値の電位Ｖref を大きくすることができることがわかる。したがって、昇圧分の電位Ｅ2 の値を大きくすればするほど、地絡検知精度を向上することができる。

電池モジュール３１４において地絡が発生していない通常状態では、相互に隣接する電池セル３１０（図３Ｂ参照）間に係る電池間接続点３１１（図４参照）のそれぞれは、接地点２３に対して電気的に絶縁されている。このとき、任意の電池間接続点３１１と、接地点２３との間には、メガオーム単位の抵抗値を有する絶縁抵抗が存在する。

仮に、電池モジュール３１４における任意の電池間接続点４３（図４参照）において、地絡が生じたとする。この場合、電池間接続点４３（以下、“地絡箇所４３”と呼ぶ場合がある。）および接地点２３の間に、地絡の程度に応じた値を有する地絡抵抗（抵抗値；Ｒ2 ）４５があらわれる。この地絡抵抗４５の抵抗値；Ｒ2 は、メガオーム単位の抵抗値を有する絶縁抵抗と比べて低い値となる。

本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１では、後記するように、この地絡抵抗４５の抵抗値；Ｒ2 を求めると共に、この抵抗値；Ｒ2 を用いることにより、地絡の発生状態を判定するようにしている。

［本発明の第１実施形態に係る電池システム（第１の電池パック２５２−１）、および第１の地絡検知装置１０−１の動作］
次に、本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１の動作について、図５および図６（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図５は、第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１における地絡検知処理の手順を表すフローチャート図である。図６（ａ）は、時間ｔ１において地絡が生じた場合のコンパレータ３３の出力電圧波形Ｖout を表すタイムチャート図、図６（ｂ）は、時間ｔ１において地絡が生じた場合の地絡検知信号波形を表すタイムチャート図である。

第１の電池パック２５２−１（第１の地絡検知装置１０−１）内における地絡の有無を検知するための図５に示す地絡検知処理は、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４において実行される。電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、第１の電池パック２５２−１（第１の地絡検知装置１０−１）の稼働時において、図５に示す地絡検知処理を、所定のサイクルタイムで繰り返し実行する。仮に、地絡の発生が検知され、かつ、その地絡の程度が重度である場合、本発明に係る電池システム２０１から第１の電池パック２５２−１や第１の地絡検知装置１０−１を電気的に切り離すなどの適切な処置を速やかに行う必要があるからである。

図５に示すステップＳ１１において、地絡検知部４１は、昇圧部１１の昇圧機能をオンさせる旨の制御信号を昇圧部１１へ送る。これを受けて昇圧部１１は、第２の接続点１５に係る高電位（図４に示す電位Ｅ0 ）に対して昇圧分の電位（図４に示す電位Ｅ2 ）を加えた昇圧電位（図４に示す電位（Ｅ0 ＋Ｅ2 ））を出力する。昇圧部１１は、自身の昇圧機能がオンして昇圧電位（Ｅ0 ＋Ｅ2 ）を出力したとき、その旨を地絡検知部４１に返す。

ステップＳ１２において、地絡検知部４１は、昇圧部１１からの昇圧電位出力に係る返信を受けたタイミングをもって、電圧センサ３１の検出値を入力する。これにより、地絡検知部４１は、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位である地絡検知電圧Ｖ1 を検出する。

ステップＳ１３において、地絡検知部４１は、ステップＳ１２で検出した地絡検知電圧Ｖ1 と、予め定められるしきい値の電位（第１および第２抵抗３５，３７間に係る第２抵抗間接続点３９の電位）Ｖref との大小関係を比較する。

ステップＳ１３の比較の結果、地絡検知電圧Ｖ1 がしきい値の電位Ｖref 以下である旨の判定が下された場合（ステップＳ１３の“Ｎｏ”）、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、処理の流れをステップＳ１１へと戻し、以下の処理を行わせる。

一方、ステップＳ１３の比較の結果、地絡検知電圧Ｖ1 がしきい値の電位Ｖref を超えている旨の判定が下された場合（ステップＳ１３の“Ｙｅｓ”、図６（ａ）参照）、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、電池モジュール３１４において地絡が発生したとみなして、処理の流れを次のステップＳ１４へと進ませる。

ステップＳ１４において、地絡検知部４１は、昇圧部１１の昇圧機能をオフさせる旨の制御信号を昇圧部１１へ送る。これを受けて昇圧部１１は、第２の接続点１５に係る高電位（図４に示す電位Ｅ0 ）を出力する。昇圧部１１は、自身の昇圧機能をオフして高電位Ｅ0 を出力したとき、その旨を地絡検知部４１に返す。

ステップＳ１５において、地絡検知部４１は、昇圧部１１からの高電位出力に係る返信を受けたタイミングをもって、電圧センサ３１の検出値を入力する。これにより、地絡検知部４１は、昇圧部１１のオフ時における第１抵抗間接続点２９の電位である地絡検知電圧Ｖ2 を検出する。

ステップＳ１６において、地絡検知部４１は、地絡検知電圧Ｖ1 ・Ｖ2 を用いて、地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 、および、地絡箇所４３の相対電位Ｅ1 を算出する。
なお、地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 、および、地絡箇所の相対電位Ｅ1 の算出手順について、詳しくは後記する。

ステップＳ１７において、地絡検知部４１は、ステップＳ１６で算出した地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 、および、地絡箇所の相対電位Ｅ1 に基づいて、地絡の発生状態を演算する。
なお、地絡の発生状態の演算手法について、詳しくは後記する。

ステップＳ１８において、地絡検知部４１は、ステップＳ１７の演算によって取得した地絡の発生状態を含む地絡検知信号（図６（ｂ）参照）を生成する。これを受けて電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、生成した地絡検知信号を、自身の上位の統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、および、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０へ送出する。その後、電池制御装置（ＢＣＵ）２６４は、処理の流れをステップＳ１１へと戻し、以下の処理を行わせる。
なお、地絡検知信号を受けた統合制御装置（ＩＢＣＵ）２２６、および、システム制御装置（ＢＳＣＵ）２７０のそれぞれは、地絡の発生状態を判断し、その判断結果に従って、例えば、本発明に係る電池システム２０１から第１の電池パック２５２−１や第１の地絡検知装置１０−１を電気的に切り離すなどの、適切な処置を行う。

［地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 、および、地絡箇所の相対電位Ｅ1 の算出手順］
次に、地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 、および、地絡箇所の相対電位Ｅ1 の算出手順について、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。
図７Ａは、ある電池間接続点（地絡箇所）４３において地絡が発生しており、かつ、昇圧部１１の出力が昇圧電位（昇圧あり）である場合に、第１の電池パック２５２−１（第１の地絡検知装置１０−１）内に形成される閉ループ回路Ｃ１を表す説明図である。図７Ｂは、ある電池間接続点（地絡箇所）４３において地絡が発生しており、かつ、昇圧部１１の出力が高電位（昇圧なし）である場合に、第１の電池パック２５２−１（第１の地絡検知装置１０−１）内に形成される閉ループ回路Ｃ２を表す説明図である。

はじめに、地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 の算出手順について説明する。
いま、ある電池間接続点（地絡箇所）４３において地絡が発生しており、かつ、昇圧部１１の出力が昇圧電位（昇圧あり）であるとする。この場合、第１の電池パック２５２−１（第１の地絡検知装置１０−１）内には、図７Ａに示すように、電池モジュール３１４、第１の接続点１３、ヒューズ１７、第２の接続点１５、昇圧部１１、第３の接続点１９、保護抵抗２５、第１抵抗間接続点２９、地絡検知抵抗２７、接地端子２３、接地端子２３間を結ぶ仮想導線２４、接地端子２３、および、地絡抵抗４５をそれぞれ介して、地絡箇所である電池間接続点４３に至る閉ループ回路Ｃ１が形成される。

この閉ループ回路Ｃ１において、起電力としての総電圧はＥ0 -Ｅ1 +Ｅ2 で表され、総抵抗はＲ0 +Ｒ1 +Ｒ2 で表される。したがって、閉ループ回路Ｃ１に流れる電流I1 は、次の（式１）で記述することができる。
I1 = (Ｅ0 -Ｅ1 +Ｅ2 ) / (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) （式１）

ここで、地絡検知抵抗Ｒ1 に着目すると、電圧センサ３１によって、昇圧部１１のオン時における第１抵抗間接続点２９の電位である地絡検知電圧Ｖ1 を検出することができる。このため、閉ループ回路Ｃ１に流れる電流I1 を、地絡検知抵抗Ｒ1 に流れる電流I1 として、次の（式２）で記述することができる。
I1 = Ｖ1 / Ｒ1 （式２）

前記の（式１）および（式２）から、次の（式３）および（式４）をそれぞれ導くことができる。
(Ｅ0 -Ｅ1 +Ｅ2 ) / (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) = Ｖ1 /Ｒ1 （式３）
Ｅ0 -Ｅ1 +Ｅ2 = (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) × Ｖ1 / Ｒ1 （式４）

次に、ある電池間接続点（地絡箇所）４３において地絡が発生している状態で、昇圧部１１の出力が高電位（昇圧なし）に切り替えられたとする。この場合、第１の電池パック２５２−１（第１の地絡検知装置１０−１）内には、図７Ｂに示すように、電池モジュール３１４、第１の接続点１３、ヒューズ１７、第２の接続点１５、第３の接続点１９、保護抵抗２５、第１抵抗間接続点２９、地絡検知抵抗２７、接地端子２３、接地端子２３間を結ぶ仮想導線２４、接地端子２３、および、地絡抵抗４５をそれぞれ介して、地絡箇所である電池間接続点４３に至る閉ループ回路Ｃ２が形成される。

この閉ループ回路Ｃ２において、起電力としての総電圧はＥ0 -Ｅ1 で表され、総抵抗はの閉ループ回路Ｃ１と同様のＲ0 +Ｒ1 +Ｒ2 で表される。したがって、閉ループ回路Ｃ２に流れる電流I2 は、次の（式５）で記述することができる。
I2 = (Ｅ0 -Ｅ1 ) / (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) （式５）

ここで、地絡検知抵抗Ｒ1 に着目すると、電圧センサ３１によって、昇圧部１１のオフ時における第１抵抗間接続点２９の電位である地絡検知電圧Ｖ2 を検出することができる。このため、閉ループ回路Ｃ２に流れる電流I2 を、地絡検知抵抗Ｒ1 に流れる電流I2 として、次の（式６）で記述することができる。
I2 = Ｖ2 / Ｒ1 （式６）

前記の（式５）および（式６）から、次の（式７）および（式８）を順次導くことができる。
(Ｅ0 -Ｅ1) / (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) = Ｖ2 /Ｒ1 （式７）
Ｅ0 -Ｅ1 = (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) × Ｖ2 / Ｒ1 （式８）

次に、前記の（式４）から（式８）を引き算すると、次の（式９）および（式１０）を順次導くことができる。
Ｅ2 = (Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 ) × (Ｖ1 / Ｒ1 -Ｖ2 / Ｒ1 ) （式９）
Ｒ2 = (Ｅ2 / (Ｖ1 -Ｖ2 ) -1) × Ｒ1 -Ｒ0 （式１０）
ここで、（式１０）の右辺に現れるＲ1 ，Ｒ0 ，Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｅ2 はいずれも既知であるから、（式１０）の右辺にそれぞれの値を代入することにより、地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 を求めることができる。

次に、地絡箇所の相対電位Ｅ1 の算出手順について説明する。
前記の（式４）および（式８）をそれぞれ変形すると、次の（式１１）および（式１２）をそれぞれ導くことができる。
(Ｅ0 -Ｅ1 +Ｅ2 ) / (Ｖ1 /Ｒ1 ) = Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 （式１１）
(Ｅ0 -Ｅ1 ) / (Ｖ2 / Ｒ1 ) = Ｒ0 +Ｒ1 +Ｒ2 （式１２）

前記の（式１１）から（式１２）を引き算すると、次の（式１３）〜（式１５）を順次導くことができる。
(Ｅ0 -Ｅ1 +Ｅ2 ) / (Ｖ1 /Ｒ1 ) - (Ｅ0 -Ｅ1 ) / (Ｖ2 / Ｒ1 ) = 0 （式１３）
(Ｅ0 +Ｅ2 ) × Ｖ2 -Ｅ0 × Ｖ1 + (Ｖ1 -Ｖ2 )×Ｅ1 = 0 （式１４）
Ｅ1 = Ｅ0 -Ｅ2 × Ｖ2 / (Ｖ1 -Ｖ2 ) （式１５）
ここで、式（１５）の右辺に現れるＶ1 ，Ｖ2 ，Ｅ0 ，Ｅ2 はいずれも既知であるから、式（１５）の右辺にそれぞれの値を代入することにより、地絡箇所の相対電位Ｅ1 を求めることができる。

地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 は、地絡が生じていない通常状態では、メガオーム単位の値である。ところが、地絡が生じている異常状態では、地絡の程度に応じて、その値は減少してくる。そこで、地絡抵抗４３に係る抵抗値Ｒ2 を評価することを通じて、地絡箇所（電池間接続点）４３における地絡の程度が、軽度のものか、中位のものか、または、重度のものかを認識することができる。

また、地絡箇所の相対電位Ｅ1は、地絡が生じていない通常状態ではゼロである。ところが、地絡が生じている異常状態では、電池モジュール３１４における地絡箇所の位置に応じて、その値は変動する。そこで、複数の電池間接続点がそれぞれ属する電位幅を予め規定しておき、地絡箇所の相対電位Ｅ1 が、どの電位幅に係る電池間接続点に対応するかを調べることによって、電池モジュール３１４における地絡箇所の位置を一意に特定することができる。

具体的には、例えば、ひとつの電池セル３１０の蓄電電圧が３Ｖであるとする。このとき、最低電位の電池間接続点（Ｌ１）の電位幅は２．７Ｖ〜３．３Ｖ、同最低電位の電池間接続点（Ｌ１）に対して高電位側に隣接する電池間接続点（Ｌ２）の電位幅は５．７Ｖ〜６．３Ｖ、同電池間接続点（Ｌ２）に対して高電位側に隣接する電池間接続点（Ｌ３）の電位幅は８．７Ｖ〜９．３Ｖ、などといったように、複数の電池間接続点（Ｌ１〜Ｌ３）がそれぞれ属する電位幅を予め規定しておく。こうした複数の電池間接続点（Ｌ１〜Ｌ３）がそれぞれ属する電位幅のデータは、電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２に記憶管理されている。

かかるケースにおいて、地絡箇所の相対電位Ｅ1 が、仮に６．１Ｖであったとする。地絡箇所の相対電位Ｅ1（６．１Ｖ）は、電池間接続点（Ｌ２）に係る電位幅（５．７Ｖ〜６．３Ｖ）に属している。したがって、地絡検知部４１は、地絡箇所の相対電位Ｅ1 と、電池セル監視部（ＣＣＵ）３３２に記憶管理されている、複数の電池間接続点（Ｌ１〜Ｌ３）がそれぞれ属する電位幅のデータとに基づいて、電池モジュール３１４における地絡箇所の位置が、最低電位の電池間接続点（Ｌ１）に対して高電位側に隣接する電池間接続点（Ｌ２）であることを一意に特定することができる。

［本発明の第１実施形態に係る電池システム（第１の電池パック２５２−１）、および第１の地絡検知装置１０−１の作用効果］
本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１では、図４に示すように、一対の非接地端子（正極端子３５２および負極端子３５３）間に複数の電池セル３１０を直列接続してなる直流電源部（電池モジュール３１４）と、複数の電池セル３１０のうち相互に隣り合う電池セル３１０間に係る電池間接続点３１１および接地点２３の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗４５と、一対の非接地端子（正極端子３５２および負極端子３５３）のうち高電位の側（正極端子３５２）に設けられて当該高電位を昇圧した昇圧電位を出力する昇圧部１１と、昇圧部１１の出力側（第３の接続点１９）および接地点２３の間に直列に設けられる保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７と、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る抵抗間接続点２９の電位と、予め定められるしきい値の電位Ｖref との比較結果に基づいて、直流電源部（電池モジュール３１４）における地絡の有無を検知する地絡検知部４１と、を有する構成を採用することとした。

本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１によれば、直流電源部（電池モジュール３１４）の高電位（Ｅ0 ）を昇圧した昇圧電位（Ｅ0 ＋Ｅ2 ）を、地絡検知用基準電位として採用したので、いわゆる不感体（地絡検知不能電位）を生じさせることなく、単一種類の地絡検知用基準電位を用いて、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知することができる。

また、地絡検知部４１は、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る抵抗間接続点２９の電位がしきい値の電位Ｖrefを超えた場合に、直流電源部（電池モジュール３１４）に地絡が生じた旨を検知する、構成を採用している。

このように構成すれば、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る抵抗間接続点２９の電位がしきい値の電位Ｖrefを超えたか否かを判定することを通じて、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知することができる。

また、昇圧部１１は、高電位（Ｅ0 ）、または、昇圧電位（Ｅ0 ＋Ｅ2 ）のいずれか一方を切り替えて出力する機能を有し、地絡検知部４１は、昇圧部１１の出力が昇圧電位の場合の抵抗間接続点２９の電位と、昇圧部１１の出力が高電位の場合の抵抗間接続点２９の電位とを用いて、直流電源部（電池モジュール３１４）における地絡の発生状態を検知する、構成を採用してもよい。

このように構成すれば、前記の作用効果に加えて、直流電源部（電池モジュール３１４）における地絡の発生状態を検知することができるため、地絡の発生状態に係る詳細な情報を把握すると共に、把握した詳細な情報に基づいて、本発明に係る電池システム２０１から第１の電池パック２５２−１や第１の地絡検知装置１０−１を電気的に切り離すなどの適切な処置を速やかに遂行することができる。

［本発明の第２実施形態に係る電池システム（第２の電池パック２５２−２）、および第２の地絡検知装置１０−２の構成］
本発明の第２実施形態に係る電池システム、および第２の地絡検知装置１０−２の構成について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第１実施形態に係る電池システムに相当する第２の電池パック２５２−２、および第１の地絡検知装置１０−２の回路構成図である。

第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１と、第２の電池パック２５２−２、および第２の地絡検知装置１０−２とは、昇圧部１１に代えて降圧部５１を採用した点を除き、その他の構成は原則として共通である。そこで、前記両者の相違点について説明することで、本発明の第２実施形態に係る電池システム（第２の電池パック２５２−２）、および第２の地絡検知装置１０−２の説明に代える。

第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１では、直流電源部（電池モジュール３１４）の高電位（Ｅ0 ）を昇圧部１１によって昇圧した昇圧電位（Ｅ0 ＋Ｅ2 ）を、地絡検知用基準電位として採用しているのに対し、第２の電池パック２５２−２、および第２の地絡検知装置１０−２では、直流電源部（電池モジュール３１４）の低電位（例えば、０Ｖ）を降圧部５１によって降圧した降圧電位を、地絡検知用基準電位として採用している。降圧部５１としては、例えば絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータなどを適宜用いればよい。

降圧部５１における降圧分の電位は、例えば、直流電源部（電池モジュール３１４）の電圧容量が４８０Ｖである場合、昇圧部１１のケースと同様に、その５％（２４Ｖ）〜２０％（９６Ｖ）の範囲内で設定するのが好ましい。その理由は、昇圧部１１のケースと同じである。

この降圧部５１の採用に伴って、第２の電池パック２５２−２、および第２の地絡検知装置１０−２では、第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１と比べて、電圧の正負の関係が逆転している。具体的には、第２の電池パック２５２−２、および第２の地絡検知装置１０−２では、降圧部５１に対して並列に設けられるダイオード２１は、第１の電池パック２５２−１、および第１の地絡検知装置１０−１での向きとは逆に、カソード端子を第３の接続点１９に接続する一方、アノード端子を第２の接続点１５に接続するように配設されている。

［本発明の第２実施形態に係る電池システム（第２の電池パック２５２−２）、および第２の地絡検知装置１０−２の作用効果］
本発明の第２実施形態に係る電池システムに相当する第２の電池パック２５２−２、および第２の地絡検知装置１０−２では、図８に示すように、一対の非接地端子（正極端子３５２および負極端子３５３）間に複数の電池セル３１０を直列接続してなる直流電源部（電池モジュール３１４）と、複数の電池セル３１０のうち相互に隣り合う電池セル３１０間に係る電池間接続点３１１および接地点２３の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗４５と、一対の非接地端子（正極端子３５２および負極端子３５３）のうち低電位の側（負極端子３５３）に設けられて当該低電位を降圧した降圧電位を出力する降圧部５１と、降圧部５１の出力側（第３の接続点１９）および接地点２３の間に直列に設けられる保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７と、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る抵抗間接続点２９の電位と、予め定められるしきい値の電位Ｖref との比較結果に基づいて、直流電源部（電池モジュール３１４）における地絡の有無を検知する地絡検知部４１と、を有する構成を採用することとした。
なお、本第２実施形態の場合も、基本的な考え方を第１実施形態と同じとして、図８に示す第１の接続点１３で地絡が生じた場合を想定して、しきい値の電位Ｖref を適宜設定すればよい。

本発明の第２実施形態に係る電池システムに相当する第２の電池パック２５２−２、および第２の地絡検知装置１０−２によれば、直流電源部（電池モジュール３１４）の低電位を降圧した降圧電位を、地絡検知用基準電位として採用したので、いわゆる不感体（地絡検知不能電位）を生じさせることなく、単一種類の地絡検知用基準電位を用いて、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知することができる。

また、地絡検知部４１は、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る抵抗間接続点２９の電位がしきい値の電位Ｖrefを下回るように超えた場合に、直流電源部（電池モジュール３１４）に地絡が生じた旨を検知する、構成を採用している。

このように構成すれば、保護抵抗２５および地絡検知抵抗２７間に係る抵抗間接続点２９の電位がしきい値の電位Ｖrefを下回るように超えたか否かを判定することを通じて、実時間で地絡の有無を簡素な構成をもって精度よく検知することができる。

また、降圧部５１は、低電位、または、降圧電位のいずれか一方を切り替えて出力する機能を有し、地絡検知部４１は、降圧部５１の出力が降圧電位の場合の抵抗間接続点２９の電位と、降圧部５１の出力が低電位の場合の抵抗間接続点２９の電位とを用いて、直流電源部（電池モジュール３１４）における地絡の発生状態を検知する、構成を採用してもよい。

このように構成すれば、前記の作用効果に加えて、直流電源部（電池モジュール３１４）における地絡の発生状態を検知することができるため、地絡の発生状態に係る詳細な情報を把握すると共に、把握した詳細な情報に基づいて、本発明に係る電池システム２０１から第１の電池パック２５２−１や第１の地絡検知装置１０−１を電気的に切り離すなどの適切な処置を速やかに遂行することができる。

［その他の実施形態］
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

例えば、本発明の第１または第２実施形態に係る電池システムの説明において、第１または第２の電池パック２５２−１，２５２−２のいずれか一方で地絡の発生が検知された場合、地絡の発生検知がなされた該当する電池パックを、本発明に係る電池システム２０１から電気的に切り離す例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。

第１または第２実施形態に係る電池システムのいずれか一方または両者で地絡の発生が検知された場合、地絡の発生検知がなされた該当する電池パックを、本発明に係る電池システム２０１から電気的に切り離すと共に、その旨を警告または報知する構成を採用してもよい。

また、本発明の第１または第２の地絡検知装置１０−１，１０−２の説明において、第１または第２の地絡検知装置１０−１，１０−２のいずれか一方で地絡の発生が検知された場合、地絡の発生検知がなされた該当する地絡検知装置を、本発明に係る電池システム２０１から電気的に切り離す例をあげて説明したが、本発明はこの例に限定されない。

第１または第２の地絡検知装置１０−１，１０−２のいずれか一方または両者で地絡の発生が検知された場合、地絡の発生検知がなされた該当する地絡検知装置を、本発明に係る電池システム２０１から電気的に切り離すと共に、その旨を警告または報知する構成を採用してもよい。

１０−１ 第１の地絡検知装置（地絡検知装置）
１０−２ 第２の地絡検知装置（地絡検知装置）
１１ 昇圧部
１３ 第１の接続点
１５ 第２の接続点
１７ ヒューズ
１９ 第３の接続点
２１ ダイオード
２３ 接地点
２５ 保護抵抗
２７ 地絡検知抵抗
２９ 第１抵抗間接続点（抵抗間接続点）
３１ 電圧センサ
３３ コンパレータ
３５ 第１抵抗
３７ 第２抵抗
３９ 第２抵抗間接続点
４１ 地絡検知部
４３ 地絡発生箇所（電池間接続点）
４５ 地絡抵抗
５１ 降圧部
２０１ 本発明に係る電池システム
２５２−１ 第１の電池パック（本発明の第１実施形態に係る電池システム）
２５２−２ 第２の電池パック（本発明の第２実施形態に係る電池システム）
２２６ 統合制御装置（ＩＢＣＵ）
２６４ 電池制御装置（ＢＣＵ）
２７０ システム制御装置（ＢＳＣＵ）
３１０ 電池セル
３１１ 電池間接続点
３１４ 電池モジュール
３３２ 電池セル監視部（ＣＣＵ）
３５２ 正極端子（非接地端子のうち高電位の側）
３５３ 負極端子（非接地端子のうち低電位の側）

Claims (10)

1. 一対の非接地端子間に複数の電池を直列接続してなる直流電源部と、
   前記複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点および接地点の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗と、
   前記一対の非接地端子のうち高電位の側に設けられて当該高電位を昇圧した昇圧電位を出力する昇圧部と、
   前記昇圧部の出力側および前記接地点の間に直列に設けられる保護抵抗および地絡検知抵抗と、
   前記保護抵抗および前記地絡検知抵抗間に係る抵抗間接続点の電位と、予め定められるしきい値の電位との比較結果に基づいて、前記直流電源部における地絡の有無を検知する地絡検知部と、
   を有することを特徴とする電池システム。
2. 一対の非接地端子間に複数の電池を直列接続してなる直流電源部と、
   前記複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点および接地点の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗と、
   前記一対の非接地端子のうち低電位の側に設けられて当該低電位を降圧した降圧電位を出力する降圧部と、
   前記降圧部の出力側および前記接地点の間に直列に設けられる保護抵抗および地絡検知抵抗と、
   前記保護抵抗および前記地絡検知抵抗間に係る抵抗間接続点の電位と、予め定められるしきい値の電位との比較結果に基づいて、前記直流電源部における地絡の有無を検知する地絡検知部と、
   を有することを特徴とする電池システム。
3. 請求項１または２に記載の電池システムであって、
   前記地絡検知部は、前記抵抗間接続点の電位が前記しきい値の電位を超えた場合に、前記直流電源部に地絡が生じた旨を検知する、
   ことを特徴とする電池システム。
4. 請求項１に記載の電池システムであって、
   前記昇圧部は、前記高電位、または、前記昇圧電位のいずれか一方を切り替えて出力する機能を有し、
   前記地絡検知部は、前記昇圧部の出力が前記昇圧電位の場合の前記抵抗間接続点の電位と、前記昇圧部の出力が前記高電位の場合の前記抵抗間接続点の電位とを用いて、前記直流電源部における地絡の発生状態を検知する、
   ことを特徴とする電池システム。
5. 請求項２に記載の電池システムであって、
   前記降圧部は、前記高電位、または、前記降圧電位のいずれか一方を切り替えて出力する機能を有し、
   前記地絡検知部は、前記降圧部の出力が前記低電位の場合の前記抵抗間接続点の電位と、前記降圧部の出力が前記降圧電位の場合の前記抵抗間接続点の電位とを用いて、前記直流電源部における地絡の発生状態を検知する、
   ことを特徴とする電池システム。
6. 一対の非接地端子間に複数の電池を直列接続してなる直流電源部と、
   前記複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点および接地点の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗と、
   前記一対の非接地端子のうち高電位の側に設けられて当該高電位を昇圧した昇圧電位を出力する昇圧部と、
   前記昇圧部の出力側および前記接地点の間に直列に設けられる保護抵抗および地絡検知抵抗と、
   前記保護抵抗および前記地絡検知抵抗間に係る抵抗間接続点の電位と、予め定められるしきい値の電位との比較結果に基づいて、前記直流電源部における地絡の有無を検知する地絡検知部と、
   を有することを特徴とする地絡検知装置。
7. 一対の非接地端子間に複数の電池を直列接続してなる直流電源部と、
   前記複数の電池のうち相互に隣り合う電池間に係る電池間接続点および接地点の間にそれぞれあらわれる地絡抵抗と、
   前記一対の非接地端子のうち低電位の側に設けられて当該低電位を降圧した降圧電位を出力する降圧部と、
   前記降圧部の出力側および前記接地点の間に直列に設けられる保護抵抗および地絡検知抵抗と、
   前記保護抵抗および前記地絡検知抵抗間に係る抵抗間接続点の電位と、予め定められるしきい値の電位との比較結果に基づいて、前記直流電源部における地絡の有無を検知する地絡検知部と、
   を有することを特徴とする地絡検知装置。
8. 請求項６または７に記載の地絡検知装置であって、
   前記地絡検知部は、前記抵抗間接続点の電位が前記しきい値の電位 を超えた場合に、前記直流電源部に地絡が生じた旨を検知する、
   ことを特徴とする地絡検知装置。
9. 請求項６に記載の地絡検知装置であって、
   前記昇圧部は、前記高電位、または、前記昇圧電位のいずれか一方を切り替えて出力する機能を有し、
   前記地絡検知部は、前記昇圧部の出力が前記昇圧電位の場合の前記抵抗間接続点の電位と、前記昇圧部の出力が前記高電位の場合の前記抵抗間接続点の電位とを用いて、前記直流電源部における地絡の発生状態を検知する、
   ことを特徴とする地絡検知装置。
10. 請求項７に記載の地絡検知装置であって、
    前記降圧部は、前記高電位、または、前記降圧電位のいずれか一方を切り替えて出力する機能を有し、
    前記地絡検知部は、前記降圧部の出力が前記低電位の場合の前記抵抗間接続点の電位と、前記降圧部の出力が前記降圧電位の場合の前記抵抗間接続点の電位とを用いて、前記直流電源部における地絡の発生状態を検知する、
    ことを特徴とする地絡検知装置。

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