JP3894086B2 - 組電池の異常検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する装置に関し、特に異常検出回路の故障診断機能を備えた組電池の異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のセルを直列に接続して構成される組電池の過充電状態や過放電状態などの異常を検出する装置において、組電池の保護回路の故障診断を行う装置が知られている。例えば、特開平11−252809号公報では、組電池の総電圧を検出するとともに個々のセルの電圧を検出し、全てのセル電圧の加算値と組電池の総電圧とを比較することによって、組電池の保護回路の故障診断を行っている。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−252809号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の故障診断方法では、個々のセルの電圧を検出する装置において、ある1つの電圧検出装置がプラス側に、別の1つの電圧検出装置がマイナス側に電圧を誤検出してしまう場合では、セル電圧の加算値において誤差が相殺されて、保護回路の故障が検出されないという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、組電池の過充電状態または過放電状態を検出する装置の故障を確実に検出する組電池の異常検出装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による組電池の異常検出装置は、充電可能な複数のセルから構成される組電池の異常検出装置であって、複数のセルごとに設けられ、対応するセルの端子電圧と異常判定電圧とに基づいて、対応するセルの異常を検出する異常検出回路と、異常判定電圧の電圧値を変更する判定電圧変更回路と、判定電圧変更回路にて変更された異常判定電圧に基づいて異常検出回路で行われた異常検出結果に基づいて、異常検出回路の故障診断を行う故障診断回路とを備え、異常検出回路は、対応するセルの端子電圧が第1の過充電判定電圧以上になると対応するセルの過充電状態を検出する過充電検出回路と、対応するセルの端子電圧が第1の過放電判定電圧以下になると対応するセルの過放電状態を検出する過放電検出回路とを備え、判定電圧変更回路は、第1の過充電判定電圧および第1の過放電判定電圧の電圧値を変更し、故障診断回路は、判定電圧変更回路にて変更された第2の過充電判定電圧に基づいて過充電検出回路にて行われた過充電判定結果と、判定電圧変更回路にて変更された第2の過放電判定電圧に基づいて過放電検出回路にて行われた過放電判定結果とに基づいて、過充電検出回路および過放電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。
【0007】
【発明の効果】
本発明による組電池の異常検出装置によれば、変更後の第2の過充電判定電圧に基づいて過充電検出回路にて行われた過充電判定結果と、変更後の第2の過放電判定電圧に基づいて過放電検出回路にて行われた過放電判定結果とに基づいて、過充電検出回路および過放電検出回路の故障診断を行うので、過充電検出回路および過放電検出回路の故障を確実に検出することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図である。組電池1は、充放電可能なn個のセルs1〜snを直列に接続して構成される。電流バイパス回路a1〜an、過充電検出回路b1〜bn、過放電検出回路c1〜cn、オア回路d1〜dn、アンド回路e1〜en、スイッチ回路f1〜fnは、各セルごとに設けられている。
【0009】
電流バイパス回路a1〜anは、対応するセルの端子電圧が第1の所定電圧V1より上昇して満充電に近い状態になったことを検出して、対応するセルs1〜snに流れる電流の一部をバイパスする回路である。すなわち、各セルによりDOD(放電深度)が異なるので、満充電に近い状態まで充電されたセルに接続された電流バイパス回路の電流バイパス機能を作動させて、セルに流れる充電電流を低下させるとともに、他のセルの充電を継続させることにより、各セル間の容量バラツキを抑制することができる。
【0010】
過充電検出回路b1〜bnは、対応するセルs1〜snの端子電圧が第2の所定電圧V20より上昇して過充電になったことを検出する。また、過放電検出回路c1〜cnは、対応するセルs1〜snの端子電圧が第3の所定電圧V30より下降して過放電になったことを検出する。過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの検出結果は、オア回路d1〜dnおよびアンド回路e1〜enに入力される。
【0011】
オア回路d1〜dnは、過充電検出回路b1〜bnの検出結果と過放電検出回路c1〜cnの検出結果との論理和を算出する。アンド回路e1〜enは、過充電検出回路b1〜bnの検出結果と過放電検出回路c1〜cnの検出結果との論理積を算出する。スイッチ回路f1〜fnは、オア回路d1〜dnの出力とアンド回路e1〜enの出力のうちのいずれか一方を選択する切り換え回路である。スイッチの切り換えは、後述する充放電制御回路13からの信号に基づいて行われ、L(ロー)レベルの信号が入力された時にオア回路d1〜dnの出力を選択し、H(ハイ)レベルの信号が入力された時にアンド回路e1〜enの出力を選択する。スイッチ回路f1〜fnで選択された方の論理演算結果は、オア回路10およびアンド回路11に入力される。
【0012】
オア回路10は、全てのスイッチ回路f1〜fnにて選択された方の論理演算結果の論理和を算出する。アンド回路は、全てのスイッチ回路f1〜fnにて選択された方の論理演算結果の論理積を算出する。スイッチ回路12は、オア回路10の出力とアンド回路11の出力のうちのいずれか一方を選択する切り換え回路である。スイッチの切り換えは、後述する充放電制御回路13からの信号に基づいて行われ、Lレベルの信号が入力された時にオア回路10の出力を選択し、Hレベルの信号が入力された時にアンド回路11の出力を選択する。スイッチ回路f1〜fnで選択された方の論理演算結果は、充放電制御回路13に入力される。
【0013】
充放電制御回路13は、オア回路10またはアンド回路11からの信号に基づいて、組電池1の充放電を制御する。また、充放電制御回路13は、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障診断を行うために、2つの診断信号A,Bを出力する。
【0014】
アンド回路14は、診断信号Bをインバータ15で反転させた信号と診断信号Aとの論理積を算出する。従って、診断信号AがHレベルであり、診断信号BがLレベルの時にHレベルの信号を出力し、診断信号A,Bがそれ以外の組み合わせの場合にはLレベルの信号を出力する。
【0015】
図2は、セルs2に接続される電流バイパス回路a2、過充電検出回路b2および過放電検出回路c2の詳細な構成を示す図である。電流バイパス回路a2は、コンパレータ(電圧比較器)G1と、抵抗R11,R12,R13と、N型MOSトランジスタQ1と、インバータINV1とを備える。コンパレータG1の−端子には、対応するセルs2の端子電圧Vcが印加され、+端子には電源電圧Vccを抵抗R12と抵抗R13とで分割した電圧V1(=Vcc・R13/(R12+R13))が印加される。コンパレータG1の出力端子は、インバータINV1を介してMOSトランジスタQ1のゲート端子と接続されている。MOSトランジスタQ1のソース端子はセルs2の負極と接続され、ドレイン端子は抵抗R11を介してセルs2の正極と接続されている。
【0016】
なお、コンパレータG1は、−端子に印加される端子電圧Vcが+端子に印加される基準となる第1の電圧V1よりも高い場合に、Lレベルの信号を出力する。このとき、MOSトランジスタQ1のゲート端子には、インバータINV1を介してHレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ1がオンして電流バイパス回路a2の電流バイパス機能が作動する。すなわち、第1の所定電圧V1は、セルs1に流れる充電電流をバイパスさせるためのしきい値電圧であり、予め実験等により求めておく。従って、抵抗R12および抵抗R13は、電圧V1を実現できるように設定する必要がある。
【0017】
過充電検出回路b2は、コンパレータG2と、P型MOSトランジスタQ2と、N型MOSトランジスタQ3と、抵抗R21,R22,R23,R24と、インバータINV2,INV3とを備える。セルs2の過充電を検出する際には、充放電制御回路13からともにLレベルの診断信号A,Bが出力される。この場合、P型MOSトランジスタQ2のゲート端子には、インバータINV3を介してHレベルの信号が入力され、N型MOSトランジスタQ2のゲート端子にはLレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ2,Q3は共にオフとなる。従って、コンパレータG2の−端子には、対応するセルs2の端子電圧Vcが印加され、+端子には電源電圧Vccを抵抗R21,22,23,24で分割した電圧V20(=Vcc・(R23+R24)/(R21+R22+R23+R24))が印加される。
【0018】
コンパレータG2は、セルs2の端子電圧Vcが過充電を検出するためのしきい値電圧V20よりも高い場合にLレベルの信号を出力する。コンパレータG2の出力は、インバータINV2を介してオア回路d2およびアンド回路e2に入力される。なお、インバータINV2を介して出力される信号が過充電検出回路b2の出力となる。
【0019】
過放電検出回路c2は、コンパレータG3と、P型MOSトランジスタQ4と、N型MOSトランジスタQ5と、抵抗R31,R32,R33,R34と、インバータINV4とを備える。セルs2の過放電状態を検出する際には、充放電制御回路13からともにLレベルの診断信号A,Bが出力される。この場合、P型MOSトランジスタQ4のゲート端子には、インバータINV4を介してHレベルの信号が入力され、N型MOSトランジスタQ5のゲート端子にはLレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ4,Q5は共にオフとなる。従って、コンパレータG3の−端子には、対応するセルs2の端子電圧Vcが印加され、+端子には電源電圧Vccを抵抗R31,32,33,34で分割した電圧V30(=Vcc・(R33+R34)/(R31+R32+R33+R34))が印加される。
【0020】
コンパレータG3は、セルs2の端子電圧Vcが過放電を検出するためのしきい値電圧V30よりも低い場合にHレベルの信号を出力する。コンパレータG3から出力される信号はそのまま過放電検出回路c2の出力となるので、セルs2の過放電状態が検出された時には、過放電検出回路c2からHレベルの信号が出力される。コンパレータG3の出力は、オア回路d2およびアンド回路e2に入力される。
【0021】
すなわち、セルs2の過充電および過放電を検出する際には、充放電制御回路13からともにLレベルの診断信号A,Bが出力される。このとき、アンド回路14(図1参照)の出力はLレベルとなるので、スイッチ回路f2はオア回路d2からの出力を選択する。従って、過充電検出回路b2にてHレベルの信号が出力される場合(過充電状態)、または、過放電検出回路c2にてHレベルの信号が出力される場合(過放電状態)には、オア回路d2を介してHレベルの信号が出力される。スイッチ回路12は、アンド回路14からのLレベルの信号に基づいて、オア回路10の出力を選択するので、Hレベルの信号が充放電制御回路13に入力される。これにより、充放電制御回路13は、セルs2の過充電または過放電などの異常を検出することができる。
【0022】
なお、上述したしきい値電圧V1,V20,V30の大小関係は、V20>V1>V30となっている。
【0023】
−過充電検出回路および過放電検出回路の故障診断−
本実施の形態における組電池の異常検出装置では、過充電検出回路b1〜bnの過充電判定しきい値電圧V20、および、過放電検出回路c1〜cnの過放電判定しきい値電圧V30を変更することにより、過充電検出回路b1〜bnと過放電検出回路c1〜cnの故障診断を行う。故障診断は、本実施の形態における組電池の異常検出装置の始動時(電源投入時)、セルs1〜snの異常(過充電または過放電)を示す信号が出力されていない時、または、組電池1の充放電がある期間以上休止している時に行われる。
【0024】
過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障診断を行う際には、充放電制御回路13は、一方をHレベル、他方をLレベルとする診断信号A,Bを出力する。初めに診断信号AをHレベルとし、診断信号BをLレベルとした場合の故障診断方法について説明する。
【0025】
≪(A,B)=(H,L)の場合≫
充放電制御回路13からHレベルの診断信号Aが出力されると、過充電検出回路b2内のN型MOSトランジスタQ3のゲート端子にはHレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ3はオンする。ただし、診断信号BはLレベルであるから、MOSトランジスタQ2はオフしたままである。この場合、MOSトランジスタQ3がオンすることにより、コンパレータG2の+端子には、電源電圧Vccを抵抗R21,R22,R23で分割した電圧V21(=Vcc・R23/(R21+R22+R23))が印加される。
【0026】
この電圧V21が過放電検出回路c2の過放電判定しきい値電圧V30より低くなるように、抵抗R21〜R24およびR31〜R34の抵抗値を定めておく。過充電でも過放電でもない通常の状態におけるセルs2の電圧Vcは、過充電判定しきい値電圧V20より低く、過放電判定しきい値電圧V30より高いので、コンパレータG2の−端子に印加される電圧Vcは、+端子に印加される電圧V21より高くなる。従って、コンパレータG2の出力はLレベルとなり、インバータINV2を介して過充電検出回路b2から出力される信号は、Hレベルとなる。
【0027】
次に過放電検出回路c2の動作について説明する。P型MOSトランジスタQ4のゲート端子には、インバータINV4を介してLレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ4はオンする。一方、診断信号BはLレベルなので、MOSトランジスタQ5はオフのままである。この場合、MOSトランジスタQ4がオンすることにより、コンパレータG3の+端子には、電源電圧Vccを抵抗R32,R33,R34で分割した電圧V31(=Vcc・(R33+R34)/(R32+R33+R34))が印加される。
【0028】
この電圧V31が過充電検出回路b2の過充電判定しきい値電圧V20より高くなるように、抵抗R21〜R24およびR31〜R34の抵抗値を定めておく。上述したように、通常の状態におけるセルs2の電圧Vcは、過充電判定しきい値電圧V20より低く、過放電判定しきい値電圧V30より高いので、コンパレータG3の−端子に印加される電圧Vcは、+端子に印加される電圧V31より低くなる。従って、コンパレータG3の出力は、セルs2が過放電状態であることを示すHレベルとなる。
【0029】
診断信号AがHレベル、診断信号BがLレベルの時には、アンド回路14の2つの入力端子にはともにHレベルの信号が入力されるので、出力端子からはHレベルの信号が出力される。従って、スイッチ回路f2は、アンド回路e2の出力を選択する。上述したように、過充電検出回路b2および過放電検出回路c2からは、共にHレベルの信号が出力されるので、アンド回路e2からはHレベルの信号が出力される。
【0030】
スイッチ回路12は、アンド回路14から出力されるHレベルの信号に基づいて、アンド回路11の出力を選択する。上述したように、アンド回路e2からは、Hレベルの信号が出力されるので、アンド回路11の複数の入力端子のうちの1つには、Hレベルの信号が入力される。図2では、セルs2に対応して設けられている過充電検出回路b2および過放電検出回路c2について説明したが、他の過充電検出回路b1,b3〜bnおよび過放電検出回路c1,c3〜cnについても同様の動作が行われる。すなわち、アンド回路11には、アンド回路e1〜enからHレベルの信号がそれぞれ入力されるので、出力端子からはHレベルの信号が出力されて、充放電制御回路13に入力される。
【0031】
このように、過充電検出回路b1〜bnの過充電判定しきい値電圧を、通常のセル異常検出時の過放電判定しきい値電圧V30より低いV21とすることにより、過充電検出回路b1〜bnからは強制的にHレベルの信号(過充電状態)が出力される。また、過放電検出回路c1〜cnの過放電判定しきい値電圧を、通常のセル異常検出時の過充電判定しきい値電圧V20より高いV31とすることにより、過放電検出回路c1〜cnからは強制的にHレベルの信号(過放電状態)が出力される。これにより、上述したように、充放電制御回路13にHレベルの信号が入力される。
【0032】
これに対して、例えば、コンパレータG2の故障などにより、過充電検出回路b2が故障しており、過充電検出回路b2からLレベルの信号(正常状態)が出力される場合には、アンド回路e2の出力はLレベルとなるので、アンド回路11から充放電制御回路13に入力される信号もLレベルとなる。また、例えば、コンパレータG3の故障などにより、過放電検出回路c2が故障しており、過放電検出回路c2からLレベルの信号(正常状態)が出力される場合にも、アンド回路e2の出力はLレベルとなるので、アンド回路11から充放電制御回路13に入力される信号もLレベルとなる。
【0033】
すなわち、充放電制御回路13は、Hレベルの診断信号AとLレベルの診断信号Bとを出力した際に、Hレベルの信号が入力されれば、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnは正常であり、Lレベルの信号が入力された場合には、いずれかの過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnが故障していると判断する。
【0034】
≪(A,B)=(L,H)の場合≫
次に、診断信号AをLレベルとし、診断信号BをHレベルとした場合の故障診断方法について説明する。なお、本実施の形態における組電池の異常検出装置では、初めに(H,L)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力して、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障診断を行った後に、後述する(L,H)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力する。
【0035】
まず、過充電検出回路b2の動作について説明する。充放電制御回路13からHレベルの診断信号Bが出力されると、P型MOSトランジスタQ2のゲート端子にはLレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ2はオンする。一方、診断信号AはLレベルであるから、N型MOSトランジスタQ3はオフとなる。この場合、MOSトランジスタQ2がオン、MOSトランジスタQ3がオフすることにより、コンパレータG2の+端子には、電源電圧Vccを抵抗R22,R23,R24で分割した電圧V22(=Vcc・(R23+R24)/(R22+R23+R24)が印加される。
【0036】
この電圧V22が過充電判定しきい値電圧V20より高くなるように、抵抗R21〜R24の抵抗値を定めておく。過充電でも過放電でもない通常の状態におけるセルs2の電圧Vcは、過充電判定しきい値電圧V20より低く、過放電判定しきい値電圧V30より高いので、コンパレータG2の−端子に印加される電圧Vcは、+端子に印加される電圧V22より低くなる。従って、コンパレータG2の出力はHレベルとなるので、インバータINV2を介して過充電検出回路b2から出力される信号はLレベルとなる。
【0037】
次に過放電検出回路c2の動作について説明する。P型MOSトランジスタQ4のゲート端子には、インバータINV4を介してHレベルの信号が入力されるので、MOSトランジスタQ4はオフする。一方、診断信号BはHレベルなので、N型MOSトランジスタQ5はオンする。この場合、MOSトランジスタQ4がオフ、Q5がオンすることにより、コンパレータG3の+端子には、電源電圧Vccを抵抗R31,R32,R33で分割した電圧V32(=Vcc・R33/(R31+R32+R33))が印加される。
【0038】
この電圧V32が過放電検出回路c2の過放電判定しきい値電圧V30より低くなるように、R31〜R34の抵抗値を定めておく。上述したように、通常の状態におけるセルs2の電圧Vcは、過充電判定しきい値電圧V20より低く、過放電判定しきい値電圧V30より高いので、コンパレータG3の−端子に印加される電圧Vcは、+端子に印加される電圧V32より高くなる。従って、コンパレータG3、すなわち、過放電検出回路c2の出力はLレベルとなる。
【0039】
診断信号AがLレベル、診断信号BがHレベルの時には、アンド回路14の2つの入力端子にはともにLレベルの信号が入力されるので、出力端子からはLレベルの信号が出力される。従って、スイッチ回路f2は、オア回路d2の出力を選択する。上述したように、過充電検出回路b2および過放電検出回路c2からは共にLレベルの信号が出力されるので、オア回路d2からはLレベルの信号が出力される。他の過充電検出回路b1,b3〜bn、過放電検出回路c1,c3〜cn、スイッチ回路f1,f3〜fnの動作についても同じである。このとき、スイッチ回路12は、オア回路10からの出力を選択するので、オア回路10は、複数の入力端子に入力されるLレベルの信号の論理和を算出する。すなわち、オア回路10から充放電制御回路13には、Lレベルの信号が入力される。
【0040】
このように、過充電検出回路b1〜bnの過充電判定しきい値電圧を、通常のセル異常検出時の過充電判定しきい値電圧V20より高いV22とすることにより、過充電検出回路b1〜bnからは強制的にLレベルの信号(正常状態)が出力される。また、過放電検出回路c1〜cnの過放電判定しきい値電圧を、通常のセル異常検出時の過放電判定しきい値電圧V30より低いV32とすることにより、過放電検出回路c1〜cnからは強制的にLレベルの信号(正常状態)が出力される。これにより、上述したように、充放電制御回路13にLレベルの信号が入力される。
【0041】
これに対して、例えば、コンパレータG2の故障などにより、過充電検出回路b2が故障しており、過充電検出回路b2からHレベルの信号(過充電状態)が出力される場合には、オア回路d2の出力はHレベルとなるので、オア回路10から充放電制御回路13に入力される信号もHレベルとなる。また、例えば、コンパレータG3の故障などにより、過放電検出回路c2が故障しており、過放電検出回路c2からHレベルの信号(過放電状態)が出力される場合にも、オア回路d2の出力はHレベルとなるので、オア回路10から充放電制御回路13に入力される信号もHレベルとなる。
【0042】
すなわち、充放電制御回路13は、Lレベルの診断信号AとHレベルの診断信号Bとを出力した際に、Lレベルの信号が入力されれば、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnは正常であり、Hレベルの信号が入力された場合には、いずれかの過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnが故障していると判断する。
【0043】
図3は、充放電制御回路13から出力される診断信号A,Bの信号レベルの組み合わせと、電流バイパス回路a1〜anで用いられるバイパス電圧V1、過充電検出回路b1〜bnで用いられる過充電判定しきい値電圧V20〜V23、および、過放電検出回路c1〜cnで用いられる過放電判定しきい値電圧V30〜V33の関係をまとめた図である。図3には、診断信号A,Bが共にHレベルの場合のしきい値電圧V23,V33も示しているが、本実施の形態における組電池の異常検出装置では用いない。
【0044】
図4(a)〜図4(c)は、過充電判定しきい値電圧V20〜V23、および、過放電判定しきい値電圧V30〜V33の関係を図示したものである。図4(a)は、通常時の過充電判定しきい値電圧V20と過放電判定しきい値電圧V30を、図4(b)は、診断信号(A,B)が(H,L)の場合の判定しきい値電圧を、図4(c)は、診断信号(A,B)が(L,H)の場合の判定しきい値電圧をそれぞれ示す。なお、図中の●は、各セルの電圧バラツキを示している。
【0045】
以上、一実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、複数のセルs1〜snごとに設けられた過充電検出回路b1〜bnで用いられる過充電判定しきい値電圧、および、過放電検出回路c1〜cnで用いられる過放電判定しきい値電圧を変更することにより、確実に過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障を検出することができる。すなわち、故障診断時に、過充電判定しきい値電圧を通常の過放電判定しきい値電圧V30より低い電圧V21に設定するとともに、過放電判定しきい値電圧を通常の過充電判定しきい値電圧V20より高い電圧V31に設定することにより、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnからは、必ずセルの異常(過充電状態または過放電状態)を示す信号が出力される。逆に、セルの異常を示す信号が出力されなければ、複数の過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnのうちのいずれかが故障していると判断することができる。
【0046】
また、故障診断時に、過充電判定しきい値電圧を通常の過充電判定しきい値電圧V20より高い電圧V22に設定するとともに、過放電判定しきい値電圧を通常の過放電判定しきい値電圧V30より低い電圧V32に設定することにより、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnからは、必ずセルの異常(過充電状態または過放電状態)を示す信号(Hレベル)が出力されない。逆に、セルの異常を示す信号が出力されれば、複数の過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnのうちのいずれかが故障していると判断することができる。
【0047】
本実施の形態における組電池の異常検出装置では、複数の過充電検出回路b1〜bnの出力信号と過放電検出回路c1〜cnの出力信号との論理積を算出するアンド回路e1〜en,11と、論理和を算出するオア回路d1〜dn,10とを備えている。セルの過充電状態および過放電状態を検出する際には、オア回路d1〜dn,10からの出力信号を選択しているが、過充電判定しきい値電圧をV21に設定し、過放電判定しきい値電圧をV31に設定した時は、スイッチ回路f1〜fn,12を用いて、アンド回路e1〜en,11からの出力信号を選択する。これにより、いずれか1つの過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnからLレベルの信号が出力された時は、アンド回路11から充放電制御回路13に入力される信号もLレベルとなるので、確実に過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnの故障を検出することができる。
【0048】
また、過充電判定しきい値電圧をV22に設定し、過放電判定しきい値電圧をV32に設定した時は、スイッチ回路f1〜fn,12を用いて、オア回路d1〜dn,10からの出力信号を選択する。これにより、いずれか1つの過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnからHレベルの信号が出力された時は、オア回路10から充放電制御回路13に入力される信号もHレベルとなるので、確実に過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnの故障を検出することができる。
【0049】
すなわち、本実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障診断を行うための新たな回路を追加する必要が無く、異常検出回路b1〜bn,c1〜cnの異常判定しきい値を変更することにより、確実に故障診断を行うことができる。
【0050】
上述した一実施の形態における組電池の異常検出装置では、(H,L)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力して、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障診断を行った後に、(L,H)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力して故障診断を行った。これにより、過充電検出回路b1〜bnまたは過放電検出回路c1〜cnの故障診断の精度をさらに高めることができる。
【0051】
また、上述した過充電判定しきい値電圧V21,V22および過放電判定しきい値電圧V31,V32の変更と、アンド回路e1〜en,11からの出力信号とオア回路d1〜dn,10からの出力信号との切り換えを、共通の診断信号A,Bに基づいて行うので、信号線の省線化を図ることができる。
【0052】
過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnの故障診断は、本実施の形態における組電池の異常検出装置の始動時(電源投入時)、セルs1〜snの異常(過充電または過放電)を示す信号が出力されていない時、または、組電池1の充放電がある期間以上休止している時に行われる。これにより、セルの端子電圧が安定している時に故障診断が実施されるので、さらに精度良く故障診断を行うことができる。
【0053】
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、上述した一実施の形態では、(H,L)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力して故障診断を行った後に、(L,H)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力したが、いずれか一方のみでも故障診断を行うことはできる。しかし、(H,L)および(L,H)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力して故障診断を行う場合に比べると、故障診断の精度は低くなる。
【0054】
また、(H,L)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力した場合の過充電判定しきい値電圧V21を通常の過放電判定しきい値電圧V30より低い値とし、過放電判定しきい値電圧V31を通常の過充電判定しきい値電圧V20より高い値としたが、必ずしもこのような関係が保たれることは必要ではない。すなわち、故障診断時の過充電判定しきい値電圧V21の設定により、故障が生じていない過充電検出回路b1〜bnで必ずHレベルの信号(過充電状態)が出力されるとともに、故障診断時の過放電判定しきい値電圧V31の設定により、故障が生じていない過放電検出回路c1〜cnで必ずHレベルの信号(過放電状態)が出力されるように、判定しきい値電圧V21,V31が設定されればよい。
【0055】
同様に、(L,H)の組み合わせの診断信号(A,B)を出力した場合の過放電判定しきい値電圧V22を通常の過充電判定しきい値電圧V20より高い値とし、過放電判定しきい値電圧V32を通常の過放電判定しきい値電圧V30より低い値としたが、必ずしもこのような関係が保たれる必要はない。すなわち、故障診断時の過充電判定しきい値電圧V22の設定により、故障が生じていない過充電検出回路b1〜bnで必ずLレベルの信号(正常状態)が出力されるとともに、故障診断時の過放電判定しきい値電圧V32の設定により、故障が生じていない過放電検出回路c1〜cnで必ずLレベルの信号(正常状態)が出力されるように、判定しきい値電圧V22,V32が設定されればよい。
【0056】
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、過充電検出回路b1〜bnおよび過放電検出回路c1〜cnが異常検出回路を、充放電制御回路13が判定電圧変更回路および故障診断回路を、オア回路d1〜dn,10が論理和算出回路を、アンド回路e1〜en,11が論理積算出回路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】本実施の形態における組電池の異常検出装置の構成を示す図
【図2】電流バイパス回路、過充電検出回路および過放電検出回路の詳細な構成を示す図
【図3】診断信号A,Bと、電流バイパス回路で用いられるしきい値V電圧、過充電検出回路で用いられる過充電判定しきい値電圧、および、過放電検出回路で用いられる過放電判定しきい値電圧との関係を示す図
【図4】図4(a)は、通常時の過充電判定しきい値電圧V20と過放電判定しきい値電圧V30を、図4(b)は、診断信号(A,B)が(H,L)の場合の判定しきい値電圧を、図4(c)は、診断信号(A,B)が(L,H)の場合の判定しきい値電圧をそれぞれ示している。
【符号の説明】
1…組電池、10…オア回路、11…アンド回路、12…スイッチ回路、13…充放電制御回路、14…アンド回路、15…インバータ、s1〜sn…セル、a1〜an…電流バイパス回路、b1〜bn…過充電検出回路、c1〜cn…過放電検出回路、d1〜dn…オア回路、e1〜en…アンド回路、f1〜fn…スイッチ回路、R11,R12,R13,R21,R22,R23,R24,R31,R32,R33,R34…抵抗、G1〜G3…コンパレータ、Q1〜Q5…MOSトランジスタ、INV1〜INV4…インバータ
Claims (9)
- 充電可能な複数のセルから構成される組電池の異常検出装置において、
前記複数のセルごとに設けられ、対応するセルの端子電圧と異常判定電圧とに基づいて、前記対応するセルの異常を検出する異常検出回路と、
前記異常判定電圧の電圧値を変更する判定電圧変更回路と、
前記判定電圧変更回路にて変更された異常判定電圧に基づいて前記異常検出回路で行われた異常検出結果に基づいて、前記異常検出回路の故障診断を行う故障診断回路とを備え、
前記異常検出回路は、前記対応するセルの端子電圧が第1の過充電判定電圧以上になると前記対応するセルの過充電状態を検出する過充電検出回路と、前記対応するセルの端子電圧が第1の過放電判定電圧以下になると前記対応するセルの過放電状態を検出する過放電検出回路とを備え、
前記判定電圧変更回路は、前記第1の過充電判定電圧および前記第1の過放電判定電圧の電圧値を変更し、
前記故障診断回路は、前記判定電圧変更回路にて変更された第2の過充電判定電圧に基づいて前記過充電検出回路にて行われた過充電判定結果と、前記判定電圧変更回路にて変更された第2の過放電判定電圧に基づいて前記過放電検出回路にて行われた過放電判定結果とに基づいて、前記過充電検出回路および前記過放電検出回路の故障診断を行うことを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1に記載の組電池の異常検出装置において、
前記判定電圧変更回路は、前記第2の過充電判定電圧を前記第1の過放電判定電圧より低くなるように設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1または2に記載の組電池の異常検出装置において、
前記判定電圧変更回路は、前記第2の過放電判定電圧を前記第1の過充電判定電圧より高くなるように設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項2または3に記載の組電池の異常検出装置において、
前記複数の過充電検出回路の出力信号と前記複数の過放電検出回路の出力信号との論理和を算出する論理和算出回路と、
前記複数の過充電検出回路の出力信号と前記複数の過放電検出回路の出力信号との論理積を算出する論理積算出回路と、
前記論理和算出回路の出力と前記論理積算出回路の出力とを切り換える切り換え回路とをさらに備え、
前記切り換え回路は、前記複数のセルの過充電状態および過放電状態を検出する際には前記論理和算出回路の出力を選択し、前記過充電検出回路および前記過放電検出回路の故障診断を行う際には前記論理積算出回路の出力を選択することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1に記載の組電池の異常検出装置において、
前記判定電圧変更回路は、前記第2の過充電判定電圧を前記第1の過充電判定電圧より高くなるように設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1または5に記載の組電池の異常検出装置において、
前記判定電圧変更回路は、前記第2の過放電判定電圧を前記第1の過放電判定電圧より低くなるように設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項5または6に記載の組電池の異常検出装置において、
前記複数の過充電検出回路の出力信号と前記複数の過放電検出回路の出力信号との論理和を算出する論理和算出回路と、
前記複数の過充電検出回路の出力信号と前記複数の過放電検出回路の出力信号との論理積を算出する論理積算出回路と、
前記論理和算出回路の出力と前記論理積算出回路の出力とを切り換える切り換え回路とをさらに備え、
前記切り換え回路は、前記過充電検出回路および前記過放電検出回路の故障診断を行う際には前記論理和算出回路の出力を選択することを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項4または7に記載の組電池の異常検出装置において、
前記判定電圧変更回路による判定電圧の変更と、前記切り換え回路による切り換えとを共通の信号に基づいて行うことを特徴とする組電池の異常検出装置。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記故障診断回路による故障診断は、前記組電池の異常検出装置の始動時、前記複数のセルの異常を示す信号が出力されていない時、および、前記組電池の充放電が所定期間以上休止している時のうちのいずれかであることを特徴とする組電池の異常検出装置。
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