JP3780977B2 - セル電圧検出回路の故障診断装置および故障診断方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池のセル電圧を検出するセル電圧検出回路の故障箇所を特定することができる診断装置および故障診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数のセルから構成される組電池のセル電圧を検出する回路の故障診断装置が知られている。特開平11−252809号公報には、組電池の総電圧VAを検出するとともに、各セル電圧を検出して加算することにより加算電圧VTを求めて、両電圧値VA,VTを比較して一致しなければ、異常が発生したと判定する技術が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の故障診断装置では、両電圧値VA,VTが不一致であった場合に、いずれの箇所に故障が発生したかを特定することができなかった。
【0004】
本発明の目的は、セル電圧検出回路の故障診断を行うセル電圧検出回路の故障診断装置および故障診断方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置は、組電池を構成するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回路と、複数のセル電圧検出回路のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、基準電圧を印加するセル電圧検出回路を切り替える印加電圧切替回路と、基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、印加された基準電圧とに基づいて、基準電圧が印加されたセル電圧検出回路の故障診断を行う故障診断回路とを備えることにより、上記目的を達成する。
(2)本発明によるセル電圧検出回路の故障診断方法は、組電池を構成するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加し、印加された基準電圧をセル電圧検出回路にて検出し、基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、実際に印加された基準電圧とに基づいて、セル電圧検出回路の故障診断を行うことにより、上記目的を達成する。
【0006】
【発明の効果】
本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置およびセル電圧検出回路の故障診断方法によれば、セルごとに設けられるセル電圧検出回路に印加された基準電圧を検出した検出電圧と、実際に印加された基準電圧とに基づいて、セル電圧検出回路の故障診断を行うことにより、セル電圧検出回路の故障を確実に検出することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1および図2は、本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置の一実施の形態の構成を示す図である。組電池1は、8つのセルC1〜C8を直列に接続して構成される。容量調整回路E1〜E8は、各セルC1〜C8ごとにセルと並列に接続されて、対応するセルを放電させることによる容量調整を行い、各セル間の容量バラツキを抑制する。
【0008】
切替スイッチ部5は、CPU10から送られる制御信号Iに基づいて、スイッチSW1〜SW8を切り替える。制御信号IがLoレベルの時は、SW1〜SW8をセル電圧回路側にセットし、制御信号IがHiレベルの時は、SW1〜SW8を基準電圧回路側にセットする。図1では、スイッチSW1〜SW8が全てセル電圧回路側にセットされている状態を示しており、この状態では、後述するセル電圧検出回路3により、各セル電圧を検出することができる。
【0009】
セル電圧検出回路3は、差動増幅部D1〜D8を備える。スイッチSW1〜SW8がセル電圧回路側にセットされている時は、差動増幅部D1〜D8の出力にて、対応するセルC1〜C8のセル電圧Vc1〜Vc8を検出する。一方、スイッチSW1〜SW8が基準電圧回路側にセットされている時は、差動増幅部D1〜D8に印加される基準電圧を検出する。検出した電圧値は、それぞれCPU10に送信される。なお、基準電圧とは、セル電圧検出回路3の故障診断時に用いられる電圧のことである。
【0010】
図2は、セル電圧検出回路3の診断回路部の詳細な構成を示す図である。診断回路部は、切替スイッチ部5と、セル電圧検出回路3の故障診断を行う際に用いられる基準電圧を設定する基準電圧設定部6と、基準電圧設定部6で設定された基準電圧をセル電圧検出回路3に印加するためのアナログスイッチIC部7と、CPU10とを備える。アナログスイッチIC部7は、基準電圧を印加する切替スイッチ部5を定めるマルチプレクサMPX1と、接地電圧を印加する切替スイッチ部5を定めるマルチプレクサMPX2とを有する。上述したように、切替スイッチ部5は、CPUから送られる制御信号Iに基づいて、スイッチSW1〜SW8の切替を行い、制御信号IがHiレベルの場合には、スイッチSW1〜SW8を基準電圧回路側にセットする。
【0011】
D/Aコンバータを有する基準電圧設定部6は、CPU10から送られる制御信号に基づいて、故障診断に用いる基準電圧のアナログ信号を発生して、アナログスイッチIC部7のマルチプレクサMPX1のXポートに送る。基準電圧は任意の値を設定することができるが、本実施の形態では、2.0(V)〜4.5(V)の範囲の電圧値を基準電圧として用いる。アナログスイッチIC部7は、CPU10から送られる制御信号A,B,Cに基づいて、基準電圧を印加するセル間を切り替える。基準電圧を印加するセル間の切替方法について、図3を用いて説明する。
【0012】
図3は、CPU10の制御信号I,A,B,Cの信号レベルに応じて、いずれのセル間に基準電圧が印加されるかを示す表である。制御信号IがLoレベルの時は、MPX1,2の端子Xと端子X0〜X7間は、全てオフとなる。制御信号IがHiレベルの場合には、制御信号A,B,Cのレベルに応じて、MPX1,2は、ともに各々の端子Xと端子X0〜X7のうちのいずれか1つの端子との間がオンとなる。例えば、制御信号A,B,Cの全てがLoレベルの場合には、図3に示すように、端子Xと端子X0との間がオンとなる。この場合、差動増幅部D1のプラス側には基準電圧設定部6で設定された基準電圧VdがMPX1を介して印加され、マイナス側にはMPX2を介して接地電圧(0V)が印加される。従って、差動増幅部D1は、印加される基準電圧Vdを入力電圧Vin1として検出して、CPU10に出力する。
【0013】
同様に、制御信号(A,B,C)の信号レベルが(H,L,L)の時には、差動増幅部D2に基準電圧Vdが入力電圧Vin2として印加され、(L,H,L)の時には、差動増幅部D3に基準電圧Vdが入力電圧Vin3として印加される。差動増幅部D4〜D8に基準電圧Vdを印加するときの制御信号(A,B,C)の信号レベルはそれぞれ、(H,H,L)、(L,L,H)、(H,L,H)、(H,H,L)、(H,H,H)である。なお、差動増幅部D8のマイナス側は接地されているので、MPX2を介して接地電圧が印加されることは無い。
【0014】
セル電圧検出回路3の故障診断方法について説明する。CPU10は、制御信号IをHレベルにすることにより、スイッチSW1〜SW8を基準電圧回路側にセットする。差動増幅部D1の故障診断を行う場合は、制御信号(A,B,C)の信号レベルを(L,L,L)とする。これにより、差動増幅部D1には、基準電圧Vdが印加されるので、差動増幅部D1は、基準電圧Vdを入力電圧Vin1として検出して、CPU10に出力する。CPU10は、差動増幅部D1にて検出された電圧Vin1と実際に印加した基準電圧Vdとを比較し、両電圧の差が所定の範囲内になければ、差動増幅部D1に故障があると判定する。本実施の形態では、基準電圧Vdを2.0(V)および4.3(V)とし、所定の範囲を0.15(V)とする。
【0015】
図4は、本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置による故障診断制御手順を示す一実施の形態のフローチャートである。ステップS1から始まる処理は、CPU10にて行われる。ステップS1では、制御信号IをLoレベルからHiレベルに切り替える。これにより、スイッチSW1〜SW8がセル電圧回路側から基準電圧回路側に切り替えられる。次のステップS2では、診断基準電圧Vdを4.3(V)とするデジタル信号を基準電圧設定部6に送信する。本実施の形態では、各セルの過充電時の電圧が4.5(V)であるので、基準電圧Vdを4.3(V)に設定することにより、過充電検知領域での故障診断を行う。
【0016】
診断基準電圧Vdを4.3(V)に設定すると、ステップS3に進む。ステップS3では、故障診断を行うセル間に応じて、制御信号A,B,Cの信号レベルを切り替える。セルC1に対応する差動増幅部D1の故障診断を行う場合には、制御信号A,B,Cを全てLoレベルとする。これにより、差動増幅部D1は、印加される基準電圧Vdを入力電圧Vin1として検出して、CPU10に出力する。次のステップS4では、差動増幅部D1で検出した電圧Vin1とステップS2で設定した基準電圧Vdとの差が所定の範囲内(0.15(V))であるか否かを判定する。電圧Vin1とVdとの差が所定の範囲内であると判定するとステップS5に進み、両電圧差が所定の範囲内に無いと判定するとステップS11に進む。ステップS11では、差動増幅部D1に故障が発生したと判定して、本フローチャートによる処理を終了する。
【0017】
ステップS5では、全ての差動増幅部D1〜D8に対して、故障診断を行ったか否かを判定する。全ての差動増幅部D1〜D8に対して故障診断を行っていないと判定すると、ステップS3に戻って、故障診断を行っていない差動増幅部に対して、上述したステップS3,S4の処理を行う。全ての差動増幅部D1〜D8に対して故障診断を行ったと判定すると、ステップS6に進む。
【0018】
ステップS6では、各セルの過放電時の電圧が1.8(V)であるので、診断基準電圧Vdを2.0(V)とするデジタル信号を基準電圧設定部6に送信する。すなわち、ステップS6以降の処理では、過放電検知領域での故障診断を行う。ステップS6に続くステップS7では、故障診断を行うセル間に応じて、制御信号A,B,Cの信号レベルを切り替える。ステップS7で行う処理は、ステップS3で行った処理と同じである。故障診断を行うセル間に応じて制御信号A,B,Cの信号レベルを切り替えると、ステップS8に進む。ステップS8では、ステップS7の信号レベル切替制御により基準電圧が印加される差動増幅部で検出した電圧Vinと、ステップS6で設定した基準電圧Vdとの差が所定の範囲内(0.15(V))であるか否かを判定する。電圧VinとVdとの差が所定の範囲内であると判定するとステップS9に進み、両電圧差が所定の範囲内に無いと判定するとステップS12に進む。ステップS12では、差動増幅部D1に故障が発生したと判定して、本フローチャートによる処理を終了する。
【0019】
ステップS9では、全ての差動増幅部D1〜D8に対して、基準電圧Vdを2.0(V)とした時の故障診断を行ったか否かを判定する。全ての差動増幅部D1〜D8に対して故障診断を行っていないと判定すると、ステップS7に戻って、故障診断を行っていない差動増幅部に対して、上述したステップS7,S8の処理を行う。全ての差動増幅部D1〜D8に対して故障診断を行ったと判定すると、ステップS10に進む。ステップS10では、制御信号IをHiレベルからLoレベルに切り替えて、本フローチャートによる処理を終了する。これにより、スイッチSW1〜SW8は、基準電圧回路側からセル電圧回路側に切り替えられるとともに、MPX1,2からの出力が禁止される。
【0020】
なお、ステップS11またはステップS12にて、差動増幅部に故障が発生したと判定された場合には、不図示のインジケータやスピーカにより、故障が生じたことを知らせることができる。この場合、故障診断は、各差動増幅部D1〜D8ごとに行うので、故障が発生した差動増幅部を特定して故障が生じたことを報知することができる。
【0021】
(1)本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置によれば、差動増幅部D1〜D8に印加された基準電圧を検出した検出電圧Vinと、実際に印加された基準電圧Vdとに基づいて、差動増幅部D1〜D8の故障診断を行うことにより、差動増幅部D1〜D8の故障を確実に検出することができる。基準電圧を印加する差動増幅部D1〜D8は、アナログスイッチIC部7にて順次切り替えられるので、全ての差動増幅部D1〜D8の故障診断を行うことができる。また、故障診断に用いられる基準電圧は、CPU10からの指令に基づいて基準電圧設定部6にて任意の値に設定することができるので、差動増幅部D1〜D8の電圧検出範囲の全域に渡る故障診断を行うことができる。
【0022】
(2)複数のセルを接続して構成される組電池では、セル電圧を検出することにより、組電池の過充電および過放電を防止する機能を備えるものが多い。従って、故障診断に用いる基準電圧をセルの過充電電圧領域の値、および、過放電電圧領域の値に各々設定して診断することにより、差動増幅部D1〜D8の過充電検知領域および過放電電圧領域での故障診断を各々行い、確実に組電池の過充電および過放電を防止することができる。本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置のように、1回の故障診断時に基準電圧をセルの過充電電圧領域の値に設定した後、過放電電圧領域の値に設定することにより、一度に過充電および過放電検知領域での故障診断を行うことができる。
【0023】
(3)差動増幅部D1〜D8の故障診断を行う際には、スイッチSW1〜SW8をセル電圧回路側から基準電圧回路側に切り替えることにより、差動増幅部D1〜D8に基準電圧を印加するようにした。これにより、故障診断時には、容量調整回路E1〜E8と差動増幅部D1〜D8とが切り離されるので、セルC1〜C8の容量調整の有無に関わらず、故障診断を行うことができる。すなわち、セルC1〜C8の容量調整を行っている時にセル電圧検出回路3(差動増幅部D1〜D8)の故障診断を行う場合でも、容量調整を中断する必要はない。
【0024】
(4)従来の故障診断方法のように、組電池の総電圧VAを検出するとともに、各セル電圧を検出して加算することにより加算電圧VTを求めて、両電圧を比較する方法では、いずれのセル電圧検出回路に故障が生じたかを特定することができない。また、ある一つのセル電圧検出回路の検出値がプラス側にずれるとともに、別のセル電圧検出回路の検出値がマイナス側にずれて、加算電圧VTを求めた時に両者のずれ幅が相殺される場合には、故障が無いと判定される可能性もある。これに対して、本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置では、セル電圧を検出する差動増幅部ごとに故障診断を行うので、故障が生じた差動増幅部を確実に特定することができる。また、セル電圧と組電池の総電圧との電圧サンプリングを考慮する必要もない。
【0025】
(5)所定の数のセルを接続してモジュールを構成する組電池においては、1つのモジュール内に含まれる電圧検出回路に基準電圧を印加して、電圧検出回路の故障診断を行うことも考えられる。すなわち、印加する基準電圧をモジュールを構成するセル数で割った値と、電圧検出回路で検出された電圧値とを比較することにより、故障診断を行う方法である。しかし、この方法では、セルの過充電検知領域での故障診断を行う際には、満充電時のセル電圧にモジュールを構成するセル数を乗じた電圧を基準電圧として印加する必要があるので、コストアップにつながる可能性がある。本実施の形態のセル電圧検出回路の故障診断装置によれば、セル単位ごとに基準電圧を印加して故障診断を行うので、上述したような問題は生じることはない。また、印加する基準電圧をモジュールを構成するセル数で割った値を基準値とする方法に比べて、精度良く確実に故障診断を行うことができる。
【0026】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、故障診断時に用いる基準電圧は、上述した4.3(V)や2.0(V)に限定されることはなく、任意の値を設定することができる。また、上述した一実施の形態の説明では、過充電検知領域の故障診断と過放電検知領域の故障診断を同時に行ったが、別々に行うこともできる。さらに、本発明が、組電池を構成するセル数や、基準電圧を印加する差動増幅部D1〜D8を順次切り替える方法に限定されることもなく、組電池を使用する製品についても何ら限定されることはない。本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置は、例えば、組電池を走行駆動源とする電気自動車に搭載することができる。
【0027】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、差動増幅部D1〜D8がセル電圧検出回路を、基準電圧設定部6,アナログスイッチIC部7が基準電圧印加回路を、基準電圧設定部6が変更部を、アナログスイッチIC部7が印加電圧切替回路を、CPU10が故障診断回路を、容量調整回路E1〜E8が容量調整回路を、スイッチSW1〜SW8が切り離し手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置の一実施の形態の構成を示す図
【図2】セル電圧検出回路の診断時に用いられる基準電圧印加回路の詳細な構成を示す図
【図3】CPUの制御信号I,A,B,Cの信号レベルに応じて、いずれのセル間に基準電圧が印加されるかを示す表
【図4】本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置による故障診断制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【符号の説明】
1…組電池、3…セル電圧検出回路、5…切替スイッチ部、6…基準電圧設定部、7…アナログスイッチIC部、10…CPU、C1〜C8…セル、D1〜D8…差動増幅部、E1〜E8…容量調整回路、SW1〜SW8…スイッチ
Claims (8)
- 組電池を構成する複数のセルごとに設けられて、対応するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回路と、
前記複数のセル電圧検出回路のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、
前記基準電圧を印加する前記セル電圧検出回路を切り替える印加電圧切替回路と、
前記基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、前記印加された基準電圧とに基づいて、前記基準電圧が印加されたセル電圧検出回路の故障診断を行う故障診断回路とを備えることを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 請求項1に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧印加回路は、前記印加する基準電圧を変更する変更部を有することを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 請求項1または2に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧は、前記セルの過充電電圧領域の値であることを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 請求項1または2に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧は、前記セルの過放電電圧領域の値であることを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 請求項1または2に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧印加回路は、前記セルの過充電電圧領域の値および前記セルの過放電電圧領域の値をそれぞれ基準電圧として印加し、
前記故障診断回路は、前記印加される基準電圧を用いて一度に過充電検知領域および過放電検知領域の故障診断を行うことを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記複数のセルごとに設けられて、対応するセルの容量調整を行う容量調整回路と、
前記容量調整回路と前記セル電圧検出回路とを切り離す切り離し手段とをさらに備え、
前記切り離し手段は、前記基準電圧印加回路により前記セル電圧検出回路に前記基準電圧を印加する時は、前記容量調整回路と前記セル電圧検出回路とを切り離すことを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記故障診断回路は、前記印加された基準電圧を前記セル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、前記印加された基準電圧との差が所定の範囲外であるときに、前記セル電圧検出回路に故障が発生したと判定することを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。 - 組電池を構成する複数のセルごとに設けられて、対応するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回路の故障診断を行うセル電圧検出回路の故障診断方法は、
前記複数のセル電圧検出回路のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加し、
前記印加された基準電圧を前記セル電圧検出回路にて検出し、
前記基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、実際に印加された基準電圧とに基づいて、前記セル電圧検出回路の故障診断を行うことを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断方法。
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