WO2021186795A1 - 管理装置、及び電源システム - Google Patents

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WO2021186795A1
WO2021186795A1 PCT/JP2020/043108 JP2020043108W WO2021186795A1 WO 2021186795 A1 WO2021186795 A1 WO 2021186795A1 JP 2020043108 W JP2020043108 W JP 2020043108W WO 2021186795 A1 WO2021186795 A1 WO 2021186795A1
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中山　正人
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三洋電機株式会社
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a management device and a power supply system that manage the states of a plurality of cells connected in series.
  • HVs hybrid vehicles
  • PSVs plug-in hybrid vehicles
  • EVs electric vehicles
  • These electric vehicles are equipped with a secondary battery as a key device.
  • Nickel-metal hydride batteries and lithium-ion batteries are mainly used as in-vehicle secondary batteries. It is expected that the spread of lithium-ion batteries with high energy density will accelerate in the future.
  • in-vehicle secondary batteries are constantly monitored for battery voltage, temperature, and current from the viewpoint of ensuring safety.
  • lithium-ion batteries require strict voltage control because the normal area and the prohibited area are close to each other, and the voltage is measured on a cell-by-cell basis. The measured cell voltage is used for SOC (State Of Charge) management, equalization control, and the like.
  • the cell voltage measurement circuit (for example, composed of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit)) is connected to each node of a plurality of cells connected in series constituting a battery module by a voltage measurement line.
  • the voltage measuring circuit measures the voltage of each cell by measuring the voltage between two adjacent voltage measuring lines.
  • the voltage measurement line (hereinafter, hereinafter, the voltage measurement line) is also attached to the lower node of the lowest cell in addition to the ground line. It is necessary to connect the lowest voltage measurement line (referred to as the lowest voltage measurement line) (see, for example, Patent Document 1). As a result, it is possible to eliminate the influence of the voltage drop due to the current flowing through the ground wire from the measured voltage of the lowest cell.
  • the switching circuit In a general voltage measurement circuit that switches a plurality of measurement channels and shares one A / D converter to measure the voltage of each cell, the switching circuit is configured based on the ground potential, and the switching circuit is configured via a parasitic diode of the FET or the like. Therefore, a path through which a current flows from the lowest voltage measurement line to the ground line is formed. Even when a current flows from the lowest voltage measurement line to the ground line, the potential of the lowest voltage measurement line does not become higher than the potential of the ground line by a constant voltage (for example, the forward voltage Vf of the diode) and is large. Even if a current flows, it is clamped at a potential that is a constant voltage higher than the potential of the ground wire.
  • a constant voltage for example, the forward voltage Vf of the diode
  • a mechanism to detect the disconnection of the voltage measurement line is required. For example, there is a method of detecting a disconnection of a voltage measuring line by passing a current through the voltage measuring line and detecting a change in the measured voltage. If the voltage measurement line is broken, the measured voltage when a current is applied drops significantly.
  • a method of passing a current through the voltage measurement line there are a method of using a discharge circuit for equalization connected in parallel to the cell and a method of using a predetermined current source.
  • the measured voltage of the lowest cell does not drop significantly even if the lowest voltage measurement line is broken. Only the forward voltage Vf (usually ⁇ 0.7V) of the diode between the lowest voltage measurement line and the ground line drops. While the vehicle is running, the cell voltage may fluctuate in the range of about 4.2 to 3V. In that case, it is difficult to determine whether the decrease in the measured voltage of the lowest cell is due to disconnection or voltage fluctuation due to the running of the vehicle.
  • a protection diode is inserted in the opposite direction between each voltage measurement terminal of the voltage measurement circuit and the ground. Further, a filter resistor for forming a filter and a discharge resistor for equalizing discharge are connected to each voltage measuring terminal of the voltage measuring circuit.
  • the current consumption of the voltage measurement circuit itself flows into the voltage measurement terminal through the protection diode, and the current flows into the cell through the filter resistor and discharge resistor.
  • the measured voltage of the lowest cell decreases by the amount of the voltage drop due to the current flowing through the filter resistor and the discharge resistor. In this case as well, it is difficult to determine whether the decrease in the measured voltage of the lowest cell is due to disconnection or voltage fluctuation due to the running of the vehicle.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and an object thereof is to provide a technique capable of detecting disconnection of the lowest voltage measurement line or ground line of a voltage measurement circuit with high accuracy.
  • the management device of a certain aspect of the present disclosure includes a voltage measuring circuit for measuring the voltage of each of a plurality of cells connected in series, each node of the plurality of cells, and the voltage measuring circuit.
  • a plurality of voltage measuring lines connecting between each voltage measuring terminal of the above, a lower reference connecting between a lower node of the lowest cell of the plurality of cells and a lower reference terminal of the voltage measuring circuit.
  • the voltage dividing resistance connected between the lowest voltage measuring line, the voltage dividing point potential of the voltage dividing resistance, and the lower reference potential of the voltage measuring circuit. It is provided with a control circuit for monitoring the voltage of the lowermost voltage measuring line or diagnosing the presence or absence of disconnection of the lower reference potential line.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power supply system 1 according to a comparative example.
  • the power supply system 1 is mounted on the electric vehicle and used as a drive battery for the electric vehicle.
  • the power supply system 1 includes a power storage module 10 and a management device 20.
  • the power storage module 10 includes a plurality of cells E1-E12 connected in series.
  • As the cell a lithium ion battery cell, a nickel hydrogen battery cell, a lead battery cell, an electric double layer capacitor cell, a lithium ion capacitor cell, or the like can be used.
  • a lithium ion battery cell nominal voltage: 3.6-3.7 V
  • FIG. 1 since 12 cells E1 to E12 are connected in series, a 48V power supply system 1 is constructed. The number of cells in series is not limited to 12.
  • the management device 20 includes a voltage measurement circuit 30 and a control circuit 40.
  • the voltage measuring circuit 30 is composed of an ASIC which is a dedicated custom IC.
  • the voltage measuring circuit 30 measures the voltage of each cell E1 to E12 by measuring the voltage between two adjacent voltage measuring lines.
  • a specific description will be given.
  • the voltage measurement circuit 30 has a plurality of voltage measurement terminals. Each node of the plurality of cells E1-E12 connected in series and each voltage measurement terminal of the voltage measurement circuit 30 are connected by a voltage measurement line.
  • the first voltage measurement line L1 connected to the node on the negative side of the first cell E1 and the second voltage connected to the node between the first cell E1 and the second cell E2. Only the measurement line L2 and the third voltage measurement line L3 connected to the node on the positive side of the second cell E2 are drawn.
  • a filter resistor Rf1-Rf3 is inserted into each of the plurality of voltage measurement lines L1-L3.
  • Capacities Cf1-Cf2 are connected to each of two adjacent voltage measurement lines.
  • the filter resistors Rf1-Rf3 and the capacitance Cf1-Cf2 form a low-pass filter and suppress aliasing.
  • the voltage measurement circuit 30 has a plurality of discharge terminals. Each node of the plurality of cells E1-E12 connected in series and each discharge terminal of the voltage measurement circuit 30 are connected by a discharge line.
  • the first discharge line Ld1 connected to the node on the negative side of the first cell E1 and the second discharge line connected to the node between the first cell E1 and the second cell E2. Only the third discharge line Ld3 connected to the node on the positive side of Ld2 and the second cell E2 is drawn.
  • Discharge resistors Rd1-Rd3 are inserted into each of the plurality of discharge lines Ld1-Ld3. Both ends of the first cell E1 are connected via a second discharge resistor Rd2, a first discharge switch Sd1, and a first discharge resistor Rd1.
  • the second discharge resistor Rd2, the first discharge switch Sd1, and the first discharge resistor Rd1 form a discharge circuit connected in parallel with the first cell E1.
  • Both ends of the second cell E2 are connected via a third discharge resistor Rd3, a second discharge switch Sd2, and a second discharge resistor Rd2.
  • the third discharge resistor Rd3, the second discharge switch Sd2, and the second discharge resistor Rd2 form a discharge circuit connected in parallel with the second cell E2.
  • Capacities Cd1-Cd2 are connected to each of two adjacent discharge lines.
  • a semiconductor switch such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) can be used for the first discharge switch Sd1 and the second discharge switch Sd2.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the first discharge switch Sd1 and the second discharge switch Sd2 are provided in the ASIC.
  • the voltage measurement circuit 30 has a power supply terminal and a ground terminal.
  • the power supply terminal is connected to the positive electrode terminal of the power storage module 10 via the power supply line, and the ground terminal is connected to the negative electrode terminal of the power storage module 10 via the ground wire Lg.
  • the voltage measuring circuit 30 includes a power switch Ss1, an LDO (Low Drop Out) 31 and a measuring unit 32.
  • the positive reference potential terminal of the LDO 31 is connected to the power supply terminal of the voltage measurement circuit 30 via the power supply switch Ss1.
  • the negative reference potential terminal of the LDO 31 is connected to the ground terminal of the voltage measurement circuit 30.
  • the LDO 31 is a kind of linear regulator, and steps down the voltage of the power storage module 10 (48V in the present specification) to generate the operating voltage of the voltage measuring circuit 30 (5V in the present specification).
  • the LDO 31 supplies the generated voltage to the measuring unit 32.
  • DC / DC converter such as an LDO 31 that generates an operating voltage of the voltage measuring circuit 30 may be provided outside the ASIC.
  • the positive reference potential terminal of the measuring unit 32 is connected to the output terminal of the LDO 31.
  • the negative reference potential terminal of the measuring unit 32 is connected to the ground terminal of the voltage measuring circuit 30.
  • the negative electrode potential of the power storage module 10, the negative reference potential of the LDO 31, and the negative reference potential of the measuring unit 32 are fixed to a common potential by the ground line Lg, which is the lower reference potential line.
  • the measuring unit 32 includes a multiplexer and an A / D converter.
  • the multiplexer outputs the voltages input to each measurement channel of the plurality of cells E1-E12 to the A / D converter in a predetermined order.
  • the A / D converter samples the analog voltage input from the multiplexer at a predetermined timing, and converts the sampled analog voltage into a digital value.
  • the voltage values of the plurality of cells E1-E12 converted into digital values are transmitted to the control circuit 40. Since the voltage measuring circuit 30 has a higher voltage than the control circuit 40, the voltage measuring circuit 30 and the control circuit 40 are connected by a communication line in an insulated state.
  • the forward diode Df is a diode formed between the lowest voltage measurement line L1 and the ground line Lg so that the lowest voltage measurement line L1 side is the anode and the ground line Lg side is the cathode.
  • the forward diode Df is composed of a parasitic diode of the FET that forms a part of the multiplexer.
  • the parasitic diode is not formed between the lowest voltage measurement line L1 and the ground line Lg. .. In that case, a diode element is connected as a forward diode Df between the lowest voltage measurement line L1 and the ground line Lg.
  • the first protection diode D1 is connected between the plurality of voltage measurement lines and the ground line Lg so that the voltage measurement line side is the cathode and the ground line Lg side is the anode.
  • a second protection diode D2 is connected between the plurality of discharge lines and the ground line Lg so that the discharge line side is the cathode and the ground line Lg side is the anode.
  • FIG. 1 in order to simplify the drawing, only the first protection diode D1 between the first voltage measurement line L1 and the ground line Lg and the second protection diode D2 between the first discharge line Ld1 and the ground line Lg are drawn. There is.
  • control circuit 40 is composed of a microcomputer and a non-volatile memory (for example, EEPROM, flash memory).
  • the control circuit 40 can execute the equalization process between the plurality of cells E1-E12 based on the voltage values of the plurality of cells E1-E12 received from the voltage measurement circuit 30.
  • the other cells are discharged to the capacity of the cell having the smallest capacity among the plurality of cells E1-E12 (hereinafter referred to as a target value).
  • the target value may be defined by the actual capacity, SOC (State Of Charge), or voltage.
  • the target value may be defined by the dischargeable amount or the rechargeable amount.
  • the control circuit 40 sets the measured value of the cell having the smallest capacity among the plurality of cells E1-E12 as the target value, and calculates the difference between the target value and the measured values of the other plurality of cells.
  • the control circuit 40 calculates the discharge amount of each of the other plurality of cells based on the calculated difference.
  • the control circuit 40 calculates the discharge time of each of the other plurality of cells based on the calculated discharge amount.
  • the control circuit 40 generates a control signal for equalization processing including discharge times of a plurality of cells, and transmits the control signal to the voltage measurement circuit 30.
  • the voltage measurement circuit 30 controls a plurality of discharge switches to be turned on for a designated time based on the control signal received from the control circuit 40.
  • the control circuit 40 has a diagnostic mode for diagnosing the presence or absence of disconnection between a plurality of voltage measurement lines and the ground line Lg.
  • disconnection is not limited to disconnection of physical wiring, but also includes electrical disconnection.
  • a disconnection includes a poor connection between the harness constituting the voltage measurement wire and the connector.
  • a plurality of discharge switches are sequentially switched and turned on.
  • the measurement voltage of the cell connected to the two voltage measurement lines drops to approximately 0V.
  • the third voltage measurement line L3 is disconnected, when the second discharge switch Sd2 is turned on, the potential of the third voltage measurement line L3 is attracted to the potential of the second voltage measurement line L2, and the second measurement is performed.
  • the measured voltage V2 of the channel drops to approximately 0V.
  • the measurement voltage V2 of the second measurement channel is the voltage measured as it is in the second cell E2.
  • FIG. 2 is a diagram showing a current flowing in a diagnostic mode when the lowest voltage measurement line L1 is disconnected in the power supply system 1 of FIG.
  • the first discharge switch Sd1 When the first discharge switch Sd1 is turned on while the lowest voltage measurement line L1 is disconnected, the second discharge resistor Rd2, the first discharge switch Sd1, and the first discharge resistor Rd1 are turned on from the positive electrode terminal of the first cell E1.
  • a current flows through the ground wire Lg via the first filter resistor Rf1 and the forward diode Df.
  • the measurement voltage V1 of the first measurement channel is the voltage obtained by subtracting the forward voltage Vf of the forward diode Df from the voltage of the first cell E1.
  • the measurement voltage V1 of the first measurement channel is the voltage measured as it is in the first cell E1.
  • the forward voltage Vf of the forward diode Df is, for example, about 0.7V
  • the difference between the case where the lowest voltage measurement line L1 is disconnected and the case where the disconnection does not occur is about 0.7V.
  • the load fluctuation is large, and the cell voltage may fluctuate in the range of about 4.2 to 3 V during traveling.
  • FIG. 3 is a diagram showing a current flowing when the ground wire Lg is disconnected in the power supply system 1 of FIG.
  • the current consumption of the measuring unit 32 becomes the first in two paths, that is, the path of the first protection diode D1 and the first filter resistor Rf1 and the path of the second protection diode D2 and the first discharge resistor Rd1. It flows to the negative electrode terminal of cell E1.
  • the first filter resistor Rf1 is 1 k ⁇
  • the value of the first discharge resistor Rd1 is 100 ⁇
  • the current consumption of the measuring unit 32 is 10 mA.
  • a current of about 0.9 mA flows through the first filter resistor Rf1 and a current of about 9.1 mA flows through the first discharge resistor Rd1.
  • the first filter resistor Rf1 and the first discharge resistor Rd1 are collectively referred to as a terminal resistor.
  • a voltage drop of about 0.9V occurs.
  • the potential of the lowest voltage measuring line L1 rises by about 0.9V.
  • the width at which the potential of the lowest voltage measuring line L1 rises differs depending on the current consumption of the measuring unit 32 and the value of the terminal resistance.
  • the measurement voltage V1 of the first measurement channel is the voltage drop due to the terminal resistance (about 0.9V in the above example) from the voltage of the first cell E1. It becomes the subtracted voltage.
  • the measurement voltage V1 of the first measurement channel is the voltage measured as it is in the first cell E1. Even when the ground wire Lg is disconnected in this way, it is difficult to determine whether the decrease in the measured voltage V1 of the lowest cell E1 is due to the disconnection of the ground wire Lg or the load fluctuation.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the power supply system 1 according to the embodiment.
  • a voltage dividing resistor in which the first voltage dividing resistor Rv1 and the second voltage dividing resistor Rv2 are connected in series is connected between the output potential of the LDO 31 and the lowest voltage measuring line L1.
  • the lower side of the voltage dividing resistor is connected to the node N1 of the lowest voltage measuring line L1 on the lowest cell E1 side of the first filter resistor Rf1.
  • the voltage dividing point of the voltage dividing resistor is connected to the analog general-purpose input / output terminal GPIO (General-Purpose Input / Output) of the voltage measuring circuit 30.
  • the measuring unit 32 constantly measures the voltage between the voltage dividing point potential of the voltage dividing resistor and the lower reference potential (ground potential) of the voltage measuring circuit 30 as the monitoring voltage Vm.
  • the control circuit 40 can diagnose the presence or absence of disconnection of the lowest voltage measurement line L1 or the ground line Lg by monitoring the measured monitoring voltage Vm. When the measured monitoring voltage Vm is higher than the normal monitoring voltage Vm by the first set value or more, the control circuit 40 diagnoses that the lowest voltage measuring line L1 is broken. When the measured monitoring voltage Vm is lower than the normal monitoring voltage Vm by the second set value or more, the control circuit 40 diagnoses that the ground wire Lg is broken.
  • the output potential of the LDO 31 is 5 V.
  • the lowest voltage measurement line L1 and the ground line Lg are not disconnected, the lowest voltage measurement line L1 and the ground line Lg have the same potential. Since the voltage generated by the LDO 31 is stable even if the load fluctuates, the monitoring voltage Vm is always maintained at about 2.5 V as shown in the following (Equation 1).
  • FIG. 5 is a diagram showing a current flowing when the lowest voltage measurement line L1 is disconnected in the power supply system 1 of FIG.
  • the output terminal of the LDO 31 connects to the ground line Lg via the first voltage dividing resistor Rv1, the second voltage dividing resistor Rv2, the first filter resistor Rf1, and the forward diode Df. Current flows.
  • the potential of the lowest voltage measuring line L1 is higher than the lower reference potential (ground potential) of the voltage measuring circuit 30 in the forward voltage Vf of the forward diode Df. It rises by the amount.
  • the monitoring voltage Vm is 2.861V as shown in the following (Equation 2). That is, the monitoring voltage Vm at the time of disconnection of the lowest voltage measuring line L1 is about 0.36V higher than the monitoring voltage Vm at the normal time.
  • the first set value is set to about 0.36 V in consideration of the margin.
  • the control circuit 40 determines that the lowest voltage measuring line L1 is broken.
  • FIG. 6 is a diagram showing a current flowing when the ground wire Lg is disconnected in the power supply system 1 of FIG.
  • the current consumption of the measuring unit 32 changes with the path of the first protection diode D1 and the first filter resistor Rf1 and the second protection diode D2 and the first discharge, as in the comparative example shown in FIG. It flows to the negative electrode terminal of the first cell E1 by two paths of the resistor Rd1.
  • the value of the first filter resistor Rf1 is 1 k ⁇
  • the value of the first discharge resistor Rd1 is 100 ⁇
  • the current consumption of the measuring unit 32 is 10 mA
  • the forward voltage Vf of the first protection diode D1 is 0.7 V
  • the second protection diode is 0.7V.
  • the first filter resistor Rf1 and the first discharge resistor Rd1 are collectively referred to as a terminal resistor Rt
  • the voltage drop due to the current flowing through the terminal resistor Rt is referred to as Vrt.
  • the monitoring voltage Vm is 1.7V as shown in the following (Equation 3). That is, when the ground line Lg is disconnected, the potential of the lowest voltage measurement line L1 is higher than the lower reference potential (ground potential) of the voltage measurement circuit 30 with the forward voltage Vf of the protection diodes D1 and D2. The voltage drop of the terminal resistance Rt is reduced by the amount of Vrt. Under the above conditions, the voltage drops by about 1.6V. Therefore, the monitoring voltage Vm when the ground wire Lg is disconnected is about 0.8 V lower than the normal monitoring voltage Vm.
  • the second set value is set to about 0.8 V in consideration of the margin.
  • the present embodiment it is possible to detect the disconnection of the lowest voltage measurement line L1 or the ground line Lg of the voltage measurement circuit 30 with high accuracy.
  • the fluctuation of the monitoring voltage Vm when the lowest voltage measurement line L1 or the ground line Lg is broken is smaller than the voltage fluctuation when the other voltage measurement lines are broken, but the normal monitoring voltage Vm is stable.
  • the possibility of false positives is low. That is, since the voltage obtained by dividing the output voltage of the LDO 31 by resistance is monitored, even if the cell voltage fluctuates due to the running of an electric vehicle or the like, there is almost no effect on the monitoring voltage Vm, and the fluctuation of the monitoring voltage Vm is used.
  • the disconnection of the lowest voltage measurement line L1 or the ground line Lg can be easily and highly accurately determined.
  • Disconnection detection unlike general voltage measurement line disconnection detection, it does not require switch switching control for turning on / off the cell discharge circuit or current source, and the lowest voltage measurement line L1 or ground line Lg. Disconnection detection can be performed at all times. In the disconnection detection that requires switch switching control, there is a period during which the cell voltage cannot be measured, but in the disconnection detection according to the embodiment, there is basically no period during which the cell voltage cannot be measured.
  • the GPIO terminal provided in a general ASIC can be used, and only two additional parts, the first voltage dividing resistor Rv1 and the second voltage dividing resistor Rv2, are sufficient. Therefore, by adding a simple configuration, it is possible to configure a diagnostic circuit for disconnection of the lowest voltage measurement line L1 or the ground line Lg. Since it can be determined whether or not the diagnostic circuit is operating normally based on whether or not 2.5V can be measured, it is easy to determine whether or not the diagnostic circuit has a failure without the need for an additional failure detection circuit. Can be detected.
  • the lowest voltage measurement line L1 is broken or the ground line Lg is broken depending on the fluctuation direction of the monitoring voltage Vm. That is, when the monitoring voltage Vm rises, it can be determined that the lowest voltage measurement line L1 is disconnected, and when the monitoring voltage Vm decreases, it can be determined that the ground line Lg is disconnected.
  • the voltage generated by the LDO 31 is used as the voltage applied to the voltage dividing resistor.
  • a fixed voltage generated by another power supply circuit may be applied to the voltage dividing resistor.
  • a fixed voltage generated by a DC / DC converter that steps down the voltage of a 12V lead battery to 5V may be applied.
  • the fixed voltage generated by the DC / DC converter can be used as the operating voltage of the voltage measuring circuit 30 without providing the LDO 31.
  • the power supply system 1 is used for an electric vehicle.
  • it can also be used for electric flying objects such as drones, electric ships, stationary power storage systems, and electronic devices such as notebook PCs and smartphones.
  • the embodiment may be specified by the following items.
  • the voltage between the voltage dividing point potential of the voltage dividing resistors (Rv1, Rv2) and the lower reference potential of the voltage measuring circuit (30) is first set from the normal voltage.
  • the voltage between the voltage dividing point potential of the voltage dividing resistors (Rv1 and Rv2) and the lower reference potential of the voltage measuring circuit (30) is set to the second setting from the normal voltage.
  • a plurality of filter resistors (Rf1, Rf2, Rf3, ...) Inserted into each of the plurality of voltage measurement lines (L1, L2, L3, ...) are further provided.
  • the lower side of the voltage dividing resistor (Rv1, Rv2) is connected to the node on the lowest cell (E1) side of the filter resistor (Rf1) on the lowest voltage measurement line (L1).
  • the management device (20) according to any one of items 1 to 3, which is a feature.
  • a DC / DC converter (31) for stepping down the voltage across the plurality of cells (E1-E12) to generate a power supply voltage for the voltage measuring circuit (30) is further provided.
  • Item 2. The management device (20) according to any one of items 1 to 4, wherein the output potential of the DC / DC converter (31) is applied to the upper side of the voltage dividing resistors (Rv1, Rv2). ). According to this, it is possible to reduce the influence of load fluctuation and measure a stable voltage dividing voltage.
  • the management device (20) according to any one of items 1 to 5, further comprising). According to this, it is possible to detect the presence or absence of failure of the voltage dividing resistors (Rv1, Rv2).
  • Rv1, Rv2 the voltage dividing resistors
  • the management device (20) according to any one of items 1 to 6, further comprising a plurality of protection diodes (D1). According to this, the voltage measuring circuit (30) can be protected from overvoltage and the like.
  • a power supply system (1) According to this, it is possible to construct a power supply system (1) capable of detecting the disconnection of the lowest voltage measurement line (L1) or the lower reference potential line (Lg) with high accuracy.
  • 1 power supply system 10 power storage module, 20 management device, 30 voltage measurement circuit, 31 LDO, 32 measurement unit, 40 control circuit, E1-E12 cell, L1-L3 voltage measurement line, Ld1-Ld3 discharge line, Lg ground line, Rf1-Rf3 filter resistance, Rd1-Rd3 discharge resistance, Rv1-Rv2 voltage division resistance, Cf1, Cf2, Cd1, Cd2 capacitance, Sd1-Sd2 discharge switch, Ss1 power switch, D1 first protection diode, D2 second protection diode, Df forward diode.

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Abstract

管理装置（２０）において、電圧測定回路（３０）は、直列接続された複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）のそれぞれの電圧を測定する。複数の電圧測定線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）は、複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）の各ノードと、電圧測定回路（３０）の各電圧測定端子との間を接続する。下側基準電位線（グランド線Ｌｇ）は、複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）の最下位セル（Ｅ１）の下側のノードと、電圧測定回路（３０）の下側の基準端子間を接続する。分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）は、所定の固定電位と、最下位の電圧測定線（Ｌ１）との間に接続される。制御回路（４０）は、分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の分圧点電位と電圧測定回路（３０）の下側基準電位との間の電圧を監視して、最下位の電圧測定線（Ｌ１）または下側基準電位線（グランド線Ｌｇ）の断線の有無を診断する。

Description

管理装置、及び電源システム
　本開示は、直列接続された複数のセルの状態を管理する管理装置、及び電源システムに関する。
　近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの電動車両にはキーデバイスとして二次電池が搭載される。車載用二次電池としては主に、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池が普及している。今後、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池の普及が加速すると予想される。
　通常、車載用二次電池では安全性担保の観点から、電池の電圧、温度、電流が常時監視されている。特にリチウムイオン電池は常用領域と使用禁止領域が近接しているため厳格な電圧管理が必要であり、セル単位で電圧が測定されている。測定されたセル電圧は、ＳＯＣ(State Of Charge)管理、均等化制御などに使用される。
　セルの電圧測定回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成される）は、電池モジュールを構成する直列接続された複数のセルの各ノードと電圧測定線で接続される。電圧測定回路は、隣接する２本の電圧測定線間の電圧をそれぞれ測定することにより、各セルの電圧を測定する。
　電池モジュールと電圧測定回路のグランドが共通の構成において、最下位セルの電圧を高精度に測定するためには、グランド線と別に、最下位セルの下側のノードにも電圧測定線（以下、最下位の電圧測定線という）を接続する必要がある（例えば、特許文献１参照）。これにより、最下位セルの測定電圧から、グランド線を流れる電流による電圧降下の影響をなくすことができる。
　複数の測定チャンネルを切り替えて一つのＡ／Ｄ変換器を共有して各セルの電圧を測定する一般的な電圧測定回路では、切替回路がグランド電位基準で構成され、ＦＥＴの寄生ダイオード等を介して、最下位の電圧測定線からグランド線に電流が流れる経路が形成される。最下位の電圧測定線からグランド線に電流が流れた場合でも、最下位の電圧測定線の電位は、グランド線の電位より一定電圧（例えば、ダイオードの順方向電圧Ｖｆ）以上高くならず、大きな電流が流れてもグランド線の電位より一定電圧高い電位でクランプされる。
　セルの電圧測定が正常に行われていることを担保するには、電圧測定線の断線を検知する仕組みが必要となる。例えば、電圧測定線に電流を流して測定電圧の変化を検出することにより、電圧測定線の断線を検知する方法がある。電圧測定線が断線している場合、電流を流したときの測定電圧が大きく低下する。電圧測定線に電流を流す方法として、セルに並列接続された均等化用の放電回路を使用する方法や、所定の電流源を使用する方法がある。
　最下位の電圧測定線からグランド線に電流経路が形成されている場合、最下位の電圧測定線が断線した場合でも、最下位セルの測定電圧が大きく低下しない。最下位の電圧測定線とグランド線との間のダイオードの順方向電圧Ｖｆ（通常、～０．７Ｖ）しか低下しない。車両の走行中は、セル電圧が４．２～３Ｖ程度の範囲で変動することがある。その場合、最下位セルの測定電圧の低下が、断線によるものか、車両の走行による電圧変動によるものか判別が難しい。
　ところで、電圧測定回路の各電圧測定端子とグランド間にはそれぞれ、逆向きに保護ダイオードが挿入されることが一般的である。また、電圧測定回路の各電圧測定端子には、フィルタを構成するためのフィルタ抵抗や、均等化放電のための放電抵抗が接続される。
　グランド線の断線時は、電圧測定回路自身の消費電流が、保護ダイオードを通じて電圧測定端子に流れ込み、フィルタ抵抗や放電抵抗を通じてセルに電流が流れ込む。これにより、最下位セルの測定電圧は、フィルタ抵抗や放電抵抗に流れる電流による電圧降下の分、低下する。この場合も、最下位セルの測定電圧の低下が、断線によるものか、車両の走行による電圧変動によるものか判別が難しい。
国際公開第２０１７／２０８７４０号
　本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電圧測定回路の最下位の電圧測定線またはグランド線の断線を高精度に検知することができる技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本開示のある態様の管理装置は、直列接続された複数のセルのそれぞれの電圧を測定する電圧測定回路と、前記複数のセルの各ノードと、前記電圧測定回路の各電圧測定端子との間を接続する複数の電圧測定線と、前記複数のセルの最下位セルの下側のノードと、前記電圧測定回路の下側の基準端子間を接続する下側基準電位線と、所定の固定電位と、最下位の電圧測定線との間に接続された分圧抵抗と、前記分圧抵抗の分圧点電位と前記電圧測定回路の下側基準電位との間の電圧を監視して、前記最下位の電圧測定線または前記下側基準電位線の断線の有無を診断する制御回路と、を備える。
　本開示によれば、電圧測定回路の最下位の電圧測定線またはグランド線の断線を高精度に検知することができる。
比較例に係る電源システムの構成を示す図である。 図１の電源システムにおいて、最下位の電圧測定線が断線したときの診断モードで流れる電流を示す図である。 図１の電源システムにおいて、グランド線が断線したときに流れる電流を示す図である。 実施の形態に係る電源システムの構成を示す図である。 図４の電源システムにおいて、最下位の電圧測定線が断線したときに流れる電流を示す図である。 図４の電源システムにおいて、グランド線が断線したときに流れる電流を示す図である。
（比較例）
　図１は、比較例に係る電源システム１の構成を示す図である。電源システム１は、電動車両の駆動用電池として電動車両に搭載されて使用される。電源システム１は、蓄電モジュール１０及び管理装置２０を備える。蓄電モジュール１０は、直列接続された複数のセルＥ１－Ｅ１２を含む。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。図１では、１２個のセルＥ１－Ｅ１２が直列接続されているため、４８Ｖ系の電源システム１が構築されている。なお、セルの直列数は１２個に限るものではない。
　管理装置２０は、電圧測定回路３０及び制御回路４０を含む。本明細書では電圧測定回路３０は、専用のカスタムＩＣであるＡＳＩＣにより構成される。電圧測定回路３０は、隣接する２本の電圧測定線間の電圧をそれぞれ測定することにより、各セルＥ１－Ｅ１２の電圧を測定する。以下、具体的に説明する。
　電圧測定回路３０は複数の電圧測定端子を有する。直列接続された複数のセルＥ１－Ｅ１２の各ノードと、電圧測定回路３０の各電圧測定端子間がそれぞれ電圧測定線で接続される。図１では図面を簡略化するために、第１セルＥ１の負側のノードに接続された第１電圧測定線Ｌ１、第１セルＥ１と第２セルＥ２間のノードに接続された第２電圧測定線Ｌ２、第２セルＥ２の正側のノードに接続された第３電圧測定線Ｌ３のみを描いている。
　複数の電圧測定線Ｌ１－Ｌ３のそれぞれにフィルタ抵抗Ｒｆ１－Ｒｆ３が挿入される。隣接する２本の電圧測定線間のそれぞれに容量Ｃｆ１－Ｃｆ２が接続される。フィルタ抵抗Ｒｆ１－Ｒｆ３と容量Ｃｆ１－Ｃｆ２はローパスフィルタを構成し、エイリアシングを抑制する。
　電圧測定回路３０は複数の放電端子を有する。直列接続された複数のセルＥ１－Ｅ１２の各ノードと、電圧測定回路３０の各放電端子間がそれぞれ放電線で接続される。図１では図面を簡略化するために、第１セルＥ１の負側のノードに接続された第１放電線Ｌｄ１、第１セルＥ１と第２セルＥ２間のノードに接続された第２放電線Ｌｄ２、第２セルＥ２の正側のノードに接続された第３放電線Ｌｄ３のみを描いている。
　複数の放電線Ｌｄ１－Ｌｄ３のそれぞれに放電抵抗Ｒｄ１－Ｒｄ３が挿入される。第１セルＥ１の両端が、第２放電抵抗Ｒｄ２、第１放電スイッチＳｄ１、及び第１放電抵抗Ｒｄ１を介して接続される。第２放電抵抗Ｒｄ２、第１放電スイッチＳｄ１、及び第１放電抵抗Ｒｄ１は、第１セルＥ１と並列に接続された放電回路を構成する。第２セルＥ２の両端が、第３放電抵抗Ｒｄ３、第２放電スイッチＳｄ２、及び第２放電抵抗Ｒｄ２を介して接続される。第３放電抵抗Ｒｄ３、第２放電スイッチＳｄ２、及び第２放電抵抗Ｒｄ２は、第２セルＥ２と並列に接続された放電回路を構成する。隣接する２本の放電線間のそれぞれに容量Ｃｄ１－Ｃｄ２が接続される。
　第１放電スイッチＳｄ１及び第２放電スイッチＳｄ２には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチを使用することができる。図１に示す例では、第１放電スイッチＳｄ１及び第２放電スイッチＳｄ２はＡＳＩＣ内に設けられる。
　電圧測定回路３０は電源端子とグランド端子を有する。電源端子は蓄電モジュール１０の正極端子と電源線を介して接続され、グランド端子は蓄電モジュール１０の負極端子とグランド線Ｌｇを介して接続される。
　電圧測定回路３０は、電源スイッチＳｓ１、ＬＤＯ(Low Drop Out)３１及び測定部３２を含む。ＬＤＯ３１の正側基準電位端子は、電圧測定回路３０の電源端子と電源スイッチＳｓ１を介して接続される。ＬＤＯ３１の負側基準電位端子は、電圧測定回路３０のグランド端子に接続される。ＬＤＯ３１は、リニアレギュレータの一種であり、蓄電モジュール１０の電圧（本明細書では４８Ｖ）を降圧して、電圧測定回路３０の動作電圧（本明細書では５Ｖ）を生成する。ＬＤＯ３１は、生成した電圧を測定部３２に供給する。
　なお、ＬＤＯ３１の代わりに他の種類のＤＣ／ＤＣコンバータを使用してもよい。また、電圧測定回路３０の動作電圧を生成するＬＤＯ３１等のＤＣ／ＤＣコンバータが、ＡＳＩＣの外に設けられてもよい。
　測定部３２の正側基準電位端子はＬＤＯ３１の出力端子に接続される。測定部３２の負側基準電位端子は、電圧測定回路３０のグランド端子に接続される。蓄電モジュール１０の負極電位、ＬＤＯ３１の負側基準電位、及び測定部３２の負側基準電位は、下側基準電位線であるグランド線Ｌｇにより共通の電位に固定されている。
　測定部３２は、マルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含む。マルチプレクサは、複数のセルＥ１－Ｅ１２の各測定チャンネルに入力される電圧を所定の順番でＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ電圧を所定のタイミングでサンプリングし、サンプリングしたアナログ電圧をデジタル値に変換する。デジタル値に変換された複数のセルＥ１－Ｅ１２の電圧値は、制御回路４０に送信される。電圧測定回路３０は制御回路４０に対して高圧であるため、電圧測定回路３０と制御回路４０間は絶縁された状態で、通信線で接続される。
　順方向ダイオードＤｆは、最下位の電圧測定線Ｌ１とグランド線Ｌｇとの間に、最下位の電圧測定線Ｌ１側がアノード及びグランド線Ｌｇ側がカソードとなる向きに形成されるダイオードである。例えば、順方向ダイオードＤｆは、マルチプレクサの一部を構成するＦＥＴの寄生ダイオードで構成される。
　なお測定部３２内において、マルチプレクサが設けられずに、測定チャンネルごとにＡ／Ｄ変換器が設けられる設計の場合、最下位の電圧測定線Ｌ１とグランド線Ｌｇとの間に寄生ダイオードが形成されない。その場合、最下位の電圧測定線Ｌ１とグランド線Ｌｇとの間に順方向ダイオードＤｆとして、ダイオード素子が接続される。
　電圧測定回路３０内において、複数の電圧測定線とグランド線Ｌｇ間のそれぞれに、電圧測定線側がカソード及びグランド線Ｌｇ側がアノードとなる向きに第１保護ダイオードＤ１がそれぞれ接続される。また電圧測定回路３０内において、複数の放電線とグランド線Ｌｇ間のそれぞれに、放電線側がカソード及びグランド線Ｌｇ側がアノードとなる向きに第２保護ダイオードＤ２がそれぞれ接続される。図１では図面を簡略化するために、第１電圧測定線Ｌ１とグランド線Ｌｇ間の第１保護ダイオードＤ１、及び第１放電線Ｌｄ１とグランド線Ｌｇ間の第２保護ダイオードＤ２のみを描いている。
　本明細書では制御回路４０は、マイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）により構成される。制御回路４０は、電圧測定回路３０から受信した複数のセルＥ１－Ｅ１２の電圧値をもとに、複数のセルＥ１－Ｅ１２間の均等化処理を実行することができる。一般的なパッシブセルバランス方式では、複数のセルＥ１－Ｅ１２の内、最も容量が少ないセルの容量（以下、目標値という）まで、他のセルを放電する。なお目標値は、実容量、ＳＯＣ(State Of Charge)、又は電圧で規定されてもよい。なお目標値は放電可能量または充電可能量で規定されてもよい。
　制御回路４０は、複数のセルＥ１－Ｅ１２の内、最も容量が少ないセルの測定値を目標値に設定し、当該目標値と他の複数のセルの測定値との差分をそれぞれ算出する。制御回路４０は、算出したそれぞれの差分をもとに当該他の複数のセルの放電量をそれぞれ算出する。制御回路４０は、算出したそれぞれの放電量をもとに当該他の複数のセルの放電時間をそれぞれ算出する。制御回路４０は、複数のセルの放電時間を含む均等化処理の制御信号を生成し、電圧測定回路３０に送信する。電圧測定回路３０は、制御回路４０から受信した制御信号をもとに、複数の放電スイッチをそれぞれ指定された時間、オン状態に制御する。
　制御回路４０は、複数の電圧測定線とグランド線Ｌｇの断線の有無を診断する診断モードを有する。本明細書において、断線とは物理的な配線の切断に限定されず、電気的な切断も含むものとする。例えば、電圧測定線を構成するハーネスと、コネクタ間の接続不良も断線に含まれる。診断モードでは、複数の放電スイッチを順次切り替えてオンする。
　断線した電圧測定線と、その１つ下位の電圧測定線間が放電スイッチのオンにより導通すると、当該２本の電圧測定線に接続されたセルの測定電圧が略０Ｖに低下する。例えば、第３電圧測定線Ｌ３が断線している場合、第２放電スイッチＳｄ２がオンされると、第３電圧測定線Ｌ３の電位が第２電圧測定線Ｌ２の電位に引き寄せられ、第２測定チャンネルの測定電圧Ｖ２が略０Ｖに低下する。断線が発生していない場合、第２測定チャンネルの測定電圧Ｖ２は、第２セルＥ２の電圧がそのまま測定された電圧となる。
　図２は、図１の電源システム１において、最下位の電圧測定線Ｌ１が断線したときの診断モードで流れる電流を示す図である。最下位の電圧測定線Ｌ１が断線した状態で、第１放電スイッチＳｄ１がオンされると、第１セルＥ１の正極端子から、第２放電抵抗Ｒｄ２、第１放電スイッチＳｄ１、第１放電抵抗Ｒｄ１、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１、順方向ダイオードＤｆを介してグランド線Ｌｇに電流が流れる。この場合、第１測定チャンネルの測定電圧Ｖ１は、第１セルＥ１の電圧から順方向ダイオードＤｆの順方向電圧Ｖｆを引いた電圧となる。最下位の電圧測定線Ｌ１に断線が発生していない場合、第１測定チャンネルの測定電圧Ｖ１は、第１セルＥ１の電圧がそのまま測定された電圧となる。
　順方向ダイオードＤｆの順方向電圧Ｖｆが例えば、約０．７Ｖの場合、最下位の電圧測定線Ｌ１に断線が発生している場合と発生していない場合との差が、約０．７Ｖとなる。この場合、最下位セルＥ１の測定電圧Ｖ１の低下が、最下位の電圧測定線Ｌ１の断線によるものか、負荷変動によるものか判別が難しい。電動車両の場合、負荷変動が大きく、走行中にセル電圧が４．２～３Ｖ程度の範囲で変動することがある。
　図３は、図１の電源システム１において、グランド線Ｌｇが断線したときに流れる電流を示す図である。グランド線Ｌｇが断線すると、測定部３２の消費電流が、第１保護ダイオードＤ１及び第１フィルタ抵抗Ｒｆ１の経路と、第２保護ダイオードＤ２及び第１放電抵抗Ｒｄ１の経路の２つの経路で第１セルＥ１の負極端子に流れる。
　例えば、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１の値が１ｋΩ、第１放電抵抗Ｒｄ１の値が１００Ω、測定部３２の消費電流が１０ｍＡの場合を考える。この場合、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１に約０．９ｍＡの電流が流れ、第１放電抵抗Ｒｄ１に約９．１ｍＡの電流が流れる。以下、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１と第１放電抵抗Ｒｄ１を総称して端子抵抗と呼ぶ。端子抵抗に電流が流れることにより、約０．９Ｖの電圧降下が発生する。これにより、最下位の電圧測定線Ｌ１の電位が約０．９Ｖ上昇する。なお、最下位の電圧測定線Ｌ１の電位が上昇する幅は、測定部３２の消費電流、及び端子抵抗の値に応じて異なる。
　このようにグランド線Ｌｇに断線が発生している場合、第１測定チャンネルの測定電圧Ｖ１は、第１セルＥ１の電圧から、端子抵抗による電圧降下分（上記の例では約０．９Ｖ）を引いた電圧となる。グランド線Ｌｇに断線が発生していない場合、第１測定チャンネルの測定電圧Ｖ１は、第１セルＥ１の電圧がそのまま測定された電圧となる。このようにグランド線Ｌｇが断線した場合も、最下位セルＥ１の測定電圧Ｖ１の低下が、グランド線Ｌｇの断線によるものか、負荷変動によるものか判別が難しい。
（実施の形態）
　図４は、実施の形態に係る電源システム１の構成を示す図である。以下、図１に示した比較例に係る電源システム１の構成との相違点を説明する。ＬＤＯ３１の出力電位と、最下位の電圧測定線Ｌ１との間に、第１分圧抵抗Ｒｖ１と第２分圧抵抗Ｒｖ２が直列接続された分圧抵抗が接続される。分圧抵抗の下側は、最下位の電圧測定線Ｌ１の、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１より最下位セルＥ１側のノードＮ１に接続される。分圧抵抗の分圧点は、電圧測定回路３０のアナログの汎用入出力端子ＧＰＩＯ（General-Purpose Input/Output）に接続される。測定部３２は、分圧抵抗の分圧点電位と、電圧測定回路３０の下側基準電位（グランド電位）間の電圧を監視電圧Ｖｍとして常時測定する。
　制御回路４０は、測定される監視電圧Ｖｍを監視することにより、最下位の電圧測定線Ｌ１またはグランド線Ｌｇの断線の有無を診断することができる。制御回路４０は、測定される監視電圧Ｖｍが、正常時の監視電圧Ｖｍより第１設定値以上高いとき、最下位の電圧測定線Ｌ１が断線していると診断する。制御回路４０は、測定される監視電圧Ｖｍが、正常時の監視電圧Ｖｍより第２設定値以上低いとき、グランド線Ｌｇが断線していると診断する。
　以下、第１分圧抵抗Ｒｖ１と第２分圧抵抗Ｒｖ２に、同じ１００ｋΩの抵抗を用いる例を考える。また、ＬＤＯ３１の出力電位は５Ｖとする。最下位の電圧測定線Ｌ１及びグランド線Ｌｇが断線していない状態では、最下位の電圧測定線Ｌ１とグランド線Ｌｇは同電位になる。ＬＤＯ３１で生成される電圧は、負荷が変動しても安定しているため、監視電圧Ｖｍは下記（式１）に示すように、常時、略２．５Ｖを維持する。
　Ｖｍ＝ＶＤＤ×Ｒｖ２／（Ｒｖ１＋Ｒｖ２）＝５Ｖ×１００ｋΩ×２００ｋΩ＝２．５Ｖ　・・・（式１）
　図５は、図４の電源システム１において、最下位の電圧測定線Ｌ１が断線したときに流れる電流を示す図である。最下位の電圧測定線Ｌ１が断線した状態では、ＬＤＯ３１の出力端子から、第１分圧抵抗Ｒｖ１、第２分圧抵抗Ｒｖ２、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１、順方向ダイオードＤｆを介してグランド線Ｌｇに電流が流れる。最下位の電圧測定線Ｌ１が断線している状態では、最下位の電圧測定線Ｌ１の電位が電圧測定回路３０の下側基準電位（グランド電位）よりも、順方向ダイオードＤｆの順方向電圧Ｖｆの分、上昇する。
　例えば、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１の値が１ｋΩ、順方向ダイオードＤｆの順方向電圧Ｖｆが０．７Ｖの場合を考える。最下位の電圧測定線Ｌ１が断線している状態では、監視電圧Ｖｍは下記（式２）に示すように２．８６１Ｖとなる。即ち、最下位の電圧測定線Ｌ１の断線時の監視電圧Ｖｍは、正常時の監視電圧Ｖｍより約０．３６Ｖ上昇する。
　Ｖｍ＝Ｖｆ＋（ＶＤＤ－Ｖｆ）×（Ｒｖ２＋Ｒｆ１）／（Ｒｖ１＋Ｒｖ２＋Ｒｆ１）＝０．７Ｖ＋（４．３Ｖ×１０１ｋΩ／２０１ｋΩ）＝２．８６１Ｖ　・・・（式２）
　上記第１設定値は、約０．３６Ｖにマージンを考慮した値に設定される。制御回路４０は、測定される監視電圧Ｖｍが、正常時の監視電圧Ｖｍより第１設定値以上高いとき、最下位の電圧測定線Ｌ１が断線していると判定する。
　図６は、図４の電源システム１において、グランド線Ｌｇが断線したときに流れる電流を示す図である。グランド線Ｌｇが断線すると、図３に示した比較例と同様に、測定部３２の消費電流が、第１保護ダイオードＤ１及び第１フィルタ抵抗Ｒｆ１の経路と、第２保護ダイオードＤ２及び第１放電抵抗Ｒｄ１の経路の２つの経路で第１セルＥ１の負極端子に流れる。
　以下、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１の値が１ｋΩ、第１放電抵抗Ｒｄ１の値が１００Ω、測定部３２の消費電流が１０ｍＡ、第１保護ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆが０．７Ｖ、第２保護ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆが０．７Ｖの場合を考える。以下、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１と第１放電抵抗Ｒｄ１を総称して端子抵抗Ｒｔと呼び、端子抵抗Ｒｔに電流が流れることによる電圧降下をＶｒｔと表記する。
　グランド線Ｌｇが断線している状態では、監視電圧Ｖｍは下記（式３）に示すように１．７Ｖとなる。即ち、グランド線Ｌｇが断線している状態では、最下位の電圧測定線Ｌ１の電位が電圧測定回路３０の下側基準電位（グランド電位）よりも、保護ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧Ｖｆと端子抵抗Ｒｔの電圧降下Ｖｒｔの分、低下する。上記条件では約１．６Ｖ低下する。従って、グランド線Ｌｇの断線時の監視電圧Ｖｍは、正常時の監視電圧Ｖｍより約０．８Ｖ低下する。
　Ｖｍ＝（Ｖｆ＋Ｖｒｔ）＋（ＶＤＤ－（Ｖｆ＋Ｖｒｔ））×Ｒｖ２／（Ｒｖ１＋Ｒｖ２）＝（－０．７Ｖ－０．９Ｖ）＋（５Ｖ－（－０．７Ｖ－０．９Ｖ））×１００ｋΩ／２００ｋΩ）＝１．７Ｖ　・・・（式３）
　上記第２設定値は、約０．８Ｖにマージンを考慮した値に設定される。制御回路４０は、測定される監視電圧Ｖｍが、正常時の監視電圧Ｖｍより第２設定値以上低いとき、グランド線Ｌｇが断線していると判定する。
　以上説明したように本実施の形態によれば、電圧測定回路３０の最下位の電圧測定線Ｌ１またはグランド線Ｌｇの断線を高精度に検知することができる。最下位の電圧測定線Ｌ１またはグランド線Ｌｇの断線時の監視電圧Ｖｍの変動は、他の電圧測定線の断線時の電圧変動より小さいが、正常時の監視電圧Ｖｍが安定しているため、誤検知の可能性が低い。即ち、ＬＤＯ３１の出力電圧を抵抗分圧した電圧を監視しているため、電動車両の走行等によりセル電圧が変動しても監視電圧Ｖｍへの影響は殆どなく、監視電圧Ｖｍの変動をもとに、最下位の電圧測定線Ｌ１またはグランド線Ｌｇの断線を、簡単かつ高精度に判定することができる。
　また、一般的な電圧測定線の断線検知と異なり、セルの放電回路や電流源などをオン／オフするためのスイッチの切替制御を必要とせず、最下位の電圧測定線Ｌ１またはグランド線Ｌｇの断線検知を常時行うことができる。スイッチの切替制御を必要とする断線検知では、セル電圧を測定できない期間が発生するが、実施の形態に係る断線検知ではセル電圧を測定できない期間が基本的に発生しない。
　また、一般的なＡＳＩＣに設けられているＧＰＩＯ端子を利用可能であり、追加部品は第１分圧抵抗Ｒｖ１と第２分圧抵抗Ｒｖ２の２個のみで足りる。従って、簡単な構成の追加で、最下位の電圧測定線Ｌ１またはグランド線Ｌｇの断線の診断回路を構成することができる。当該診断回路が正常に動作しているか否かは、２．５Ｖを測定できているか否かにより判定できるため、当該診断回路の故障の有無を、追加の故障検出回路を必要とせずに、簡単に検知することができる。
　また、ＬＤＯ３１から分圧抵抗に電流を供給することで、電圧測定回路３０が動作していない期間は、分圧抵抗に電流が流れず、無駄な消費電流が発生しない。また、ＬＤＯ３１は蓄電モジュール１０の両端電圧を降圧して動作電圧を生成しているため、分圧抵抗の消費電流により、蓄電モジュール１０を構成する複数のセルＥ１－Ｅ１２の容量バランスが崩れることがない。また、分圧抵抗の下側を、第１フィルタ抵抗Ｒｆ１の外側に接続しているため、正常時は分圧抵抗に流れる電流が第１フィルタ抵抗Ｒｆ１に流れ込まない。従って、正常時は分圧抵抗に流れる電流により、最下位セルＥ１の電圧測定精度が悪化することがない。
　また、監視電圧Ｖｍの変動方向により、最下位の電圧測定線Ｌ１が断線したか、グランド線Ｌｇが断線したかを特定することができる。即ち、監視電圧Ｖｍが上昇したときは最下位の電圧測定線Ｌ１、監視電圧Ｖｍが低下したときはグランド線Ｌｇが断線したと判定することができる。
　以上、本開示を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　上述の実施の形態では、分圧抵抗に印加される電圧として、ＬＤＯ３１により生成される電圧を使用する例を説明した。この点、分圧抵抗に別の電源回路により生成される固定電圧が印加されてもよい。例えば、１２Ｖの鉛電池の電圧を５Ｖに降圧するＤＣ／ＤＣコンバータにより生成された固定電圧が印加されてもよい。なお、ＬＤＯ３１を設けずに、当該ＤＣ／ＤＣコンバータにより生成された固定電圧を、電圧測定回路３０の動作電圧として使用することもできる。
　なお図４において、順方向ダイオードＤｆを省略した構成も可能である。その構成において、最下位の電圧測定線Ｌ１が断線した場合、監視電圧Ｖｍが５Ｖに上昇する。この構成では、診断回路が正常に動作しているか否かを、２．５Ｖを測定できているか否かだけで判定することが難しくなるが、それ以外は上記実施の形態の説明と同様である。
　上述の実施の形態では電源システム１を電動車両に使用する例を説明した。この点、ドローンなどの電動飛行体、電動船舶、定置型蓄電システム、ノート型ＰＣやスマートフォンなどの電子機器にも使用可能である。
　なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
［項目１］
　直列接続された複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）のそれぞれの電圧を測定する電圧測定回路（３０）と、
　前記複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）の各ノードと、前記電圧測定回路（３０）の各電圧測定端子との間を接続する複数の電圧測定線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）と、
　前記複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）の最下位セル（Ｅ１）の下側のノードと、前記電圧測
定回路（３０）の下側の基準端子間を接続する下側基準電位線（Ｌｇ）と、
　所定の固定電位と、最下位の電圧測定線（Ｌ１）との間に接続された分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）と、
　前記分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の分圧点電位と前記電圧測定回路（３０）の下側基準電位との間の電圧を監視して、前記最下位の電圧測定線（Ｌ１）または前記下側基準電位線（Ｌｇ）の断線の有無を診断する制御回路（４０）と、
　を備えることを特徴とする管理装置（２０）。
　これによれば、最下位の電圧測定線（Ｌ１）または下側基準電位線（Ｌｇ）の断線を高精度に検知することができる。
［項目２］
　前記制御回路（４０）は、前記分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の分圧点電位と前記電圧測定回路（３０）の下側基準電位との間の電圧が、正常時の電圧より第１設定値以上高いとき、前記最下位の電圧測定線（Ｌ１）が断線していると診断することを特徴とする項目１に記載の管理装置（２０）。
　これによれば、最下位の電圧測定線（Ｌ１）の断線を高精度に検知することができる。
［項目３］
　前記制御回路（４０）は、前記分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の分圧点電位と前記電圧測定回路（３０）の下側基準電位との間の電圧が、正常時の電圧より第２設定値以上低いとき、前記下側基準電位線（Ｌｇ）が断線していると診断することを特徴とする項目１または２に記載の管理装置（２０）。
　これによれば、下側基準電位線（Ｌｇ）の断線を高精度に検知することができる。
［項目４］
　前記複数の電圧測定線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）にそれぞれに挿入された複数のフィルタ抵抗（Ｒｆ１、Ｒｆ２、Ｒｆ３、・・・）をさらに備え、
　前記分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の下側は、前記最下位の電圧測定線（Ｌ１）上の、前記フィルタ抵抗（Ｒｆ１）より前記最下位セル（Ｅ１）側のノードに接続されることを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の管理装置（２０）。
　これによれば、最下位セル（Ｅ１）の電圧測定精度への悪影響を防止することができる。
［項目５］
　前記複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）の両端電圧を降圧して前記電圧測定回路（３０）の電源電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ（３１）をさらに備え、
　前記分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の上側には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３１）の出力電位が印加されることを特徴とする項目１から４のいずれか１項に記載の管理装置（２０）。
　これによれば、負荷変動の影響を少なくし、安定した分圧電圧を測定することができる。
［項目６］
　前記最下位の電圧測定線（Ｌ１）と前記下側基準電位線（Ｌｇ）との間に、前記下側基準電位線（Ｌｇ）側がカソードとなる向きに接続または形成された順方向ダイオード（Ｄｆ）をさらに備えることを特徴とする項目１から５のいずれか１項に記載の管理装置（２０）。
　これによれば、分圧抵抗（Ｒｖ１、Ｒｖ２）の故障の有無を検知することができる。
［項目７］
　前記複数の電圧測定線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）と前記下側基準電位線（Ｌｇ）との間に、前記下側基準電位線（Ｌｇ）側がアノードとなる向きに、それぞれ接続された複数の保護ダイオード（Ｄ１）をさらに備えることを特徴とする項目１から６のいずれか１項に記載の管理装置（２０）。
　これによれば、電圧測定回路（３０）を過電圧などから保護することができる。
［項目８］
　直列接続された複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）と、
　前記複数のセル（Ｅ１－Ｅ１２）を管理する項目１から７のいずれか１項に記載の管理装置（２０）と、
　を備えることを特徴とする電源システム（１）。
　これによれば、最下位の電圧測定線（Ｌ１）または下側基準電位線（Ｌｇ）の断線を高精度に検知することができる電源システム（１）を構築することができる。
　１　電源システム、　１０　蓄電モジュール、　２０　管理装置、　３０　電圧測定回路、　３１　ＬＤＯ、　３２　測定部、　４０　制御回路、　Ｅ１－Ｅ１２　セル、　Ｌ１－Ｌ３　電圧測定線、　Ｌｄ１－Ｌｄ３　放電線、　Ｌｇ　グランド線、　Ｒｆ１－Ｒｆ３　フィルタ抵抗、　Ｒｄ１－Ｒｄ３　放電抵抗、　Ｒｖ１－Ｒｖ２　分圧抵抗、　Ｃｆ１，Ｃｆ２，Ｃｄ１，Ｃｄ２　容量、　Ｓｄ１－Ｓｄ２　放電スイッチ、　Ｓｓ１　電源スイッチ、　Ｄ１　第１保護ダイオード、　Ｄ２　第２保護ダイオード、　Ｄｆ　順方向ダイオード。

Claims (8)

  1. 　直列接続された複数のセルのそれぞれの電圧を測定する電圧測定回路と、
    　前記複数のセルの各ノードと、前記電圧測定回路の各電圧測定端子との間を接続する複数の電圧測定線と、
    　前記複数のセルの最下位セルの下側のノードと、前記電圧測定回路の下側の基準端子間を接続する下側基準電位線と、
    　所定の固定電位と、最下位の電圧測定線との間に接続された分圧抵抗と、
    　前記分圧抵抗の分圧点電位と前記電圧測定回路の下側基準電位との間の電圧を監視して、前記最下位の電圧測定線または前記下側基準電位線の断線の有無を診断する制御回路と、
    　を備えることを特徴とする管理装置。
  2. 　前記制御回路は、前記分圧抵抗の分圧点電位と前記電圧測定回路の下側基準電位との間の電圧が、正常時の電圧より第１設定値以上高いとき、前記最下位の電圧測定線が断線していると診断することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
  3. 　前記制御回路は、前記分圧抵抗の分圧点電位と前記電圧測定回路の下側基準電位との間の電圧が、正常時の電圧より第２設定値以上低いとき、前記下側基準電位線が断線していると診断することを特徴とする請求項１または２に記載の管理装置。
  4. 　前記複数の電圧測定線にそれぞれに挿入された複数のフィルタ抵抗をさらに備え、
    　前記分圧抵抗の下側は、前記最下位の電圧測定線上の、前記フィルタ抵抗より前記最下位セル側のノードに接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
  5. 　前記複数のセルの両端電圧を降圧して前記電圧測定回路の電源電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
    　前記分圧抵抗の上側には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電位が印加されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の管理装置。
  6. 　前記最下位の電圧測定線と前記下側基準電位線との間に、前記下側基準電位線側がカソードとなる向きに接続または形成された順方向ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の管理装置。
  7. 　前記複数の電圧測定線と前記下側基準電位線との間に、前記下側基準電位線側がアノードとなる向きに、それぞれ接続された複数の保護ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の管理装置。
  8. 　直列接続された複数のセルと、
    　前記複数のセルを管理する請求項１から７のいずれか１項に記載の管理装置と、
    　を備えることを特徴とする電源システム。
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