JP6372419B2 - 電池監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルが直列に接続された電池ブロックの各電池セルの電圧を監視する電池監視装置の構造に関する。

近年、モータジェネレータにより車両を駆動する電動車両が多く用いられるようになってきている。このような電動車両にはモータジェネレータに電力を供給し、或いは、モータジェネレータで発電した電力を充電する電池が搭載されている。電池は、ニッケル水素電池やリチウム電池のような二次電池の電池セルを多数直列に接続して高電圧を出力するものが多く用いられている。近年の高電圧電池では、５０〜１００個程度の電池セルを直列に接続することによって構成されているものが多い。

このような構成の高電圧電池では充放電を繰り返すうちに各電池セルの両端電圧、即ち充電状態（ＳＯＣ）にバラツキが生じる。電池の充放電にあたっては、各電池セルの耐久性や安全確保の観点からＳＯＣ（又は両端電圧）の最も高い電池セルが設定上限ＳＯＣ（又は上限両端電圧値）に到達した時点で充電を禁止し、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も低い電池セルが設定下限ＳＯＣ（又は下限両端電圧値）に到達した時点で放電を禁止する必要がある。従って、各電池セルにＳＯＣのバラツキが生じると、実質上、電池の使用可能容量が減少することになる。このため、各電池セルのＳＯＣを均等化するために、各電池セルの両端電圧を検出することが必要となる。

各電池セルの電圧の検出は、１０個程度の電池セルの電圧の検出が行える電圧検出ＩＣを複数個用いて電池セルを１０個程度直列接続したブロック毎に行われるが、電圧検出ＩＣとブロックの各電池セルとの間を接続する検出電路が断線し、電圧検出が不安定になる場合がある。このため、ブロックの電池セルと電圧検出ＩＣとの間に断線検出回路を備える方法が用いられている。断線検出回路には、いろいろな種類があるが、例えば、ブロックの各電池セルと並列にコンデンサとオン・オフスイッチを接続し、スイッチをオンとしてコンデンサを放電させた後、スイッチをオフとして電池セルでコンデンサを充電し、充電速度の大きさ、或いは、所定期間中のコンデンサの両端の電圧上昇により検出電路の断線を検知する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２５６１５５号公報

ところで、特許文献１に記載されたような電池セルの電圧を検出する電圧検出ＩＣは、１２Ｖ或いは、２４Ｖの補機用電池から作動電力が供給されている。しかし、仮に、電池が１００個の電池セルを直列接続した構成で、１０個の電池セルで構成される電池ブロックについて１つの電圧検出ＩＣが用いられるとすると、１０か所に電圧検出ＩＣが配置されることになる。通常、電圧検出ＩＣは電圧検出を行う電池ブロックに隣接して設けられるので、この場合には、補機用電池から１０か所の電圧検出ＩＣそれぞれに給電電路を敷設する必要があり、電動車両の構造が複雑になってしまうという問題があった。このため、電圧監視ＩＣに隣接する電池ブロックから電圧検出ＩＣに作動電力を供給する方法が検討されている。この場合、電池ブロックの正極及び負極は正極及び負極電路によって電圧検出ＩＣに接続され、電池ブロックから電圧検出ＩＣに作動電力が供給される。また、電圧検出ＩＣは正極及び負極電路の電圧を電池ブロックの正極の電位及び電圧ブロックの負極の電位として検出し、電池ブロックの正極電位と負極電位を参照電位として各電池セルの電圧検出を行う。正極及び負極電路には、各電路の切り離し、接続を可能にする電源コネクタが取り付けられているが、この電源コネクタの接触抵抗が上昇すると、電圧検出ＩＣが参照する電池ブロックの正極の電位、負極の電位が変動し、電池セルの検出電位が変動してしまい、電圧検出の精度が低下してしまう場合がある。

そこで、本発明は、電圧監視を行う電池セルが直列に接続された電池ブロックから作動電力が供給される電圧監視装置において精度よく各電池セルの電圧検出を行うことを目的とする。

本発明の電池監視装置は、電圧監視を行う複数の電池セルが直列に接続された電池ブロックから作動電力が供給され、前記各電池セルの電圧を監視する監視ＩＣと、前記電池ブロックの正極端及び負極端にそれぞれ接続されて前記監視ＩＣに作動電力を供給する正極及び負極電路にそれぞれ設けられる正極及び負極電源コネクタと、前記各電池セルの各両端と前記監視ＩＣの複数の入力端子とをそれぞれ接続する複数の検出電路と、前記正極電路の前記正極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのブロック電圧入力端子とを接続するブロック電圧検出電路と、前記負極電路の前記負極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのグランド入力端子とを接続するグランド電路と、を備える電池監視装置であって、前記監視ＩＣは、前記正極及び負極電路に作動電流が流れた際の前記正極又は負極電源コネクタの電圧降下を検出する電圧降下検出部と、前記電圧降下検出部で検出した電圧値に基づいて前記正極又は負極電源コネクタの抵抗上昇を判定する制御部と、を備え、前記電圧降下検出部は、前記ブロック電圧検出電路と、前記電池ブロックの最正極段の第１電池セルの正極と前記監視ＩＣとを接続する第１検出電路との間の電圧を検出する第１電圧センサと、前記グランド電路と、前記電池ブロックの最負極段の第２電池セルの負極と前記監視ＩＣとを接続する第２検出電路との間の電圧を検出する第２電圧センサと、を含み、前記制御部は、前記第１電圧センサ、または、前記第２電圧センサで検出した電圧値が所定の閾値以上の場合に前記正極又は負極電源コネクタの抵抗が増加していると判定すること、を特徴とする。

本発明の電池監視装置は、正極及び負極コネクタの電圧降下検出部を設けて検出した電圧値が所定の閾値以上の場合に正極及び負極の抵抗が上昇したと判定するので、電池ブロックから作動電力が供給されても精度よく各電池セルの電圧検出を行うことができる。

本発明の電池監視装置は、電圧監視を行う複数の電池セルが直列に接続された電池ブロックから作動電力が供給され、前記各電池セルの電圧を監視する監視ＩＣと、前記電池ブロックの正極端及び負極端にそれぞれ接続されて前記監視ＩＣに作動電力を供給する正極及び負極電路にそれぞれ設けられる正極及び負極電源コネクタと、前記各電池セルの各両端と前記監視ＩＣの複数の入力端子とをそれぞれ接続する複数の検出電路と、前記正極電路の前記正極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのブロック電圧入力端子とを接続するブロック電圧検出電路と、前記負極電路の前記負極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのグランド入力端子とを接続するグランド電路と、を備える電池監視装置であって、前記監視ＩＣは、前記正極及び負極電路に作動電流が流れた際の前記正極又は負極電源コネクタの電圧降下を検出する電圧降下検出部と、前記電圧降下検出部で検出した電圧値に基づいて前記正極又は負極電源コネクタの抵抗上昇を判定する制御部と、を備え、前記電圧降下検出部は、前記ブロック電圧検出電路と、前記電池ブロックの最正極段の第１電池セルの負極と前記監視ＩＣとを接続する第３検出電路との間の電圧を検出する第３電圧センサと、前記グランド電路と、前記電池ブロックの最負極段の第２電池セルの正極と前記監視ＩＣとを接続する第４検出電路との間の電圧を検出する第４電圧センサと、を含み、前記制御部は、前記第３電圧センサで検出した電圧と前記第１電池セルの電圧との電圧差、または、前記第４電圧センサで検出した電圧と前記第２電池セルの電圧との電圧差に基づいて前記正極又は負極電源コネクタの抵抗上昇を判定すること、を特徴とする。

本発明の電池監視装置は、検出電圧と電池セルの電圧との電圧差により正極及び負極コネクタの抵抗上昇を判定するので、精度よく各電池セルの電圧検出を行うことができる。

本発明の電池監視装置において、前記第１電池セルの正極と前記監視ＩＣとを接続する第１検出電路に配置された第１検出コネクタと、前記第２電池セルの負極と前記監視ＩＣとを接続する第２検出電路に配置された第２検出コネクタと、を含み、前記制御部は、前記第３電圧センサで検出した電圧と前記第１電池セルの電圧との電圧差の絶対値が所定の電圧未満の場合には、前記正極電源コネクタ及び前記第１検出コネクタは正常であると判定し、前記第３電圧センサで検出した電圧が前記第１電池セルの電圧よりも所定の電圧以上大きい場合には、前記第１検出コネクタの抵抗が増加していると判定し、前記第３電圧センサで検出した電圧が前記第１電池セルの電圧よりも所定の電圧以上小さい場合には、前記正極電源コネクタの抵抗が増加していると判定し、前記第４電圧センサで検出した電圧と前記第２電池セルの電圧との電圧差の絶対値が所定の電圧未満の場合には、前記負極電源コネクタ及び前記第２検出コネクタは正常であると判定し、前記第４電圧センサで検出した電圧が前記第２電池セルの電圧よりも所定の電圧以上大きい場合には、前記第２検出コネクタの抵抗が増加していると判定し、前記第４電圧センサで検出した電圧が前記第２電池セルの電圧よりも所定の電圧以上小さい場合には、前記負極電源コネクタの抵抗が増加していると判定すること、としても好適である。

本発明の電池監視装置は、検出電圧と電池セルの電圧との電圧差により正極及び負極コネクタの抵抗上昇及び検出コネクタの抵抗上昇を判定するので、より精度よく各電池セルの電圧検出を行うことができる。

本発明は、電圧監視を行う電池セルが直列に接続された電池ブロックから作動電力が供給される電圧監視装置において、精度よく各電池セルの電圧検出を行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における電池監視装置の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態における電池監視装置の検出コネクタの抵抗及び検出電路の断線検出の際のコンデンサの充電を示す回路図である。 本発明の実施形態における電池監視装置の検出コネクタの抵抗及び検出電路の断線検出の際のコンデンサの放電を示す回路図である。 図２Ｂでコンデンサを放電させた際のコンデンサ電圧の時間変化を示すグラフである。 本発明の実施形態における電池監視装置の正極電源コネクタの抵抗検出動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における電池監視装置の負極電源コネクタの抵抗検出動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における正極及び負極電源コネクタの抵抗検出の際の電流の流れを示す回路図である。 本発明の他の実施形態における電池監視装置の構成を示す系統図である。 本発明の他の実施形態における電池監視装置の正極電源コネクタ、第１検出コネクタの抵抗検出動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態における電池監視装置の負極電源コネクタ、第２検出コネクタの抵抗検出動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態における正極及び負極電源コネクタ、第１、第２検出コネクタの抵抗検出の際の電流の流れを示す回路図である。

＜電圧監視装置の構成＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の電池監視装置５００は、８〜１６個程度の電池セル２１〜２４が直列に接続された電池ブロック１０から作動電圧が供給され、各電池セル２１〜２４の各電圧を検出する監視ＩＣ１００と、各電池セル２１〜２４と監視ＩＣ１００との間を接続する各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６と、電池ブロック１０の正極端１１及び負極端１３に接続されて監視ＩＣ１００に作動電力を供給する正極電路３１及び負極電路４１とを備えている。なお、図１では、電池ブロック１０の中間の電池セル、検出電路、入力端子及び後で説明する電圧センサ、スイッチについては図示を省略している。各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６の電池ブロック１０の側には、各電池セル２１〜２４と監視ＩＣ側の中間で各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６の切り離し、接続を可能とする各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７が設けられている。また、正極及び負極電路３１，４１の電池ブロック１０側には、電池ブロック１０の正極端１１及び負極端１３と監視ＩＣとの間で正極及び負極電路３１，４１の切り離し、接続を可能とする正極及び負極電源コネクタ３２，４２が設けられている。また、各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６の各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７の監視ＩＣ１００側にはフューズ５３，６３，７３，８３，９３，９８が配置され、各電源コネクタ３２，４２の監視ＩＣ１００側にはフューズ３３，４３が配置されている。

正極電路３１は、監視ＩＣの高電圧入力端子１０１に接続される。また、正極電路３１の正極電源コネクタ３２の監視ＩＣ１００側の接続点３９と監視ＩＣ１００のブロック電圧入力端子１０２とはブロック電圧検出電路３７によって接続されている。ブロック電圧検出電路３７には抵抗３５が直列に接続され、ブロック電圧検出電路３７の抵抗３５とブロック電圧入力端子１０２との間はコンデンサ３６を介してグランドに接続されている。負極電路４１は、負極電源コネクタ４２の監視ＩＣ１００側の接続点４９で監視ＩＣ１００のグランド入力端子１０３に接続されるグランド電路４７に接続されている。

監視ＩＣ１００は、各電池セル２１〜２４にそれぞれ接続され、各入力端子１１１〜１１６から内部に延びる各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６と、各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６の間に各電池セル２１〜２４と並列に接続され、各電池セル２１〜２４の電圧を検出する電圧センサ１３１〜１３４と、各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６の間に電圧センサ１３１〜１３４と並列に接続され、各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６間の接続をオン・オフするスイッチ１４１〜１４４を備えている。また、監視ＩＣ１００の各入力端子１１１〜１１６と各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７との間の各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６には、各電池セル２１〜２４と並列にコンデンサ５５，６５，７５，９５および各ツェナーダイオードが接続されており、各コンデンサ５５，６５，７５，９５と各ツェナーダイオードの間の各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６には、それぞれ抵抗５４，６４，７４，８４，９４，９９が接続されている。

ブロック電圧検出電路３７の一端である接続点３９と、監視ＩＣ１００の入力端子１２１との間および、入力端子１２１と監視ＩＣ１００の内部の検出電路５１との間は、電圧検出電路３８によって接続され、監視ＩＣ１００の内部の電圧検出電路３８には電圧センサ２０１が配置されている。また、グランド電路４７の一端である接続点４９と監視ＩＣ１００の入力端子１２２との間、及び、入力端子１２２と監視ＩＣ１００の内部の検出電路６１との間は電圧検出電路４８によって接続され、監視ＩＣ内部の電圧検出電路４８には、電圧センサ２０２が配置されている。電圧センサ２０１と電圧センサ２０２は一体として電圧降下検出部２００を構成する。

監視ＩＣ１００には、情報処理及び演算を行う制御部３００が内蔵されている。監視ＩＣ１００の内部の各電圧センサ１３１〜１３４、２０１，２０２は、それぞれ制御部３００に接続されて、検出した電圧情報が制御部３００に入力される。また、監視ＩＣ１００の内部の各スイッチ１４１〜１４４は、制御部３００の指令によってオン・オフ動作するように構成されている。制御部３００は、データバス３０１で上位制御装置である電池ＥＣＵに接続されており、検出した各電池セル２１〜２４の電圧等のデータを電池ＥＣＵに送信すると共に、電池ＥＣＵからの指令を受信する。なお、図１において、一点鎖線は、信号線を示す。

図１に示す様に、高電圧入力端子１０１は、電池ブロック１０の正極端１１に接続され、電池監視装置５００のグランド入力端子１０３は、電池ブロック１０の負極端１３と接続されているので、監視ＩＣ１００を作動するための作動電力を電池ブロック１０から供給する場合には、［正極端１１→高電圧入力端子１０１→監視ＩＣ１００→グランド入力端子１０３→負極端１３］と電流の流れる回路Ｒ１によって作動電流が流れる。

＜電圧監視装置における検出コネクタの抵抗上昇判定動作＞
以上説明した電圧監視装置５００の各電源コネクタ３２，４２の抵抗上昇判定動作について説明する前に、各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７の抵抗上昇判定動作について図２Ａ、図２Ｂ、図３を参照しながら、簡単に説明する。

図２Ａに示すように、制御部３００は、スイッチ１４１，１４３，１４４をオフにしている状態から、スイッチ１４３のみをオンにする。すると、コンデンサ７５に蓄積されていた電荷は、スイッチ１４３を通って放電される。そのため、図２Ａに示すように、［電池セル２３→電池セル２１→検出電路５１→検出コネクタ５２→コンデンサ５５→検出電路７１→スイッチ１４３→検出電路９１→検出コネクタ９２→電池セル２３］と電流が流れる回路Ｒ１０（破線で示す）と、［電池セル２４→電池セル２３→検出電路７１→検出コネクタ７２→スイッチ１４３→検出電路９１→コンデンサ９５→検出電路９６→検出コネクタ９７→電池セル２４］と電流が流れる回路Ｒ１１（実線で示す）とが形成され、コンデンサ５５とコンデンサ９５には電池セル２１，２３，２４から電荷がチャージされ、各コンデンサ５５、９５の両端の電圧は、電池セル２個の電圧であるＶＣ２まで上昇する。制御部３００は、所定の時間だけコンデンサ５５、９５を充電したら、スイッチ１４３をオフとする。すると、図２Ａに示した回路Ｒ１０，Ｒ１１は遮断される。各コンデンサ５５，９５の両端の電圧は各電池セル２１，２３又は２３，２４の合計電圧ＶＣ２で、各電池セル２１，２３，２４単一の電圧ＶＣ１よりも高いので、スイッチ１４３がオフとなると、図２Ｂに示す様に、［コンデンサ５５→検出電路５１→検出コネクタ５２→電池セル２１→検出コネクタ７２→検出電路７１→コンデンサ５５］と電流の流れる回路Ｒ１２（破線で示す）と、［コンデンサ９５→検出電路９１→検出コネクタ９２→電池セル２４→検出コネクタ９７→検出電路９６→コンデンサ９５］と電流の流れる回路Ｒ１３（実線で示す）とが形成され、各コンデンサ５５，９５の電圧は、各電池セル２１，２４の電圧、即ち、電池セル１個分の電圧である電圧ＶＣ１まで低下する。

スイッチ１４３をオフとした後の時間に対するコンデンサ５５，９５の両端の電圧の低下を図３に示す。図３に示す実線ａは、各検出コネクタ５２，９２が正常で抵抗が増加していない場合の電圧変化を示し、破線ｂは、各検出コネクタ５２，９２の抵抗が増加している場合の電圧変化を示し、一点鎖線ｃは、各検出電路５１，９１が断線している場合の電圧変化を示す。

図３の実線ａに示すように、各検出コネクタ５２，９２が正常で抵抗の増加がない場合には、コンデンサ５５，９５の両端の電圧は急速にＶＣ２（電池セル２個分の電圧）からＶＣ１（電池セル１個分の電圧）に低下する。このため、図３に示す時刻ｔ２に電圧センサ１３１、１３４によって検出する各コンデンサ５５，９５の両端の電圧は、ＶＣ１となっている。一方、各検出コネクタ５２，９２の抵抗が増加している場合には、図３の破線ｂに示すように、各コンデンサ５５，９５の放電に時間が掛るので、図３に示す時刻ｔ２に電圧センサ１３１，１３４によって検出する各コンデンサ５５，９５の両端の電圧は、ＶＣ１よりも大きなＶＣ３となる。また、各検出電路５１，９１が断線している場合には、各コンデンサ５５，９５の電圧は電池セル２個分の電圧ＶＣ２から低下しないので、図３に示す時刻ｔ２に電圧センサ１３１，１３４によって検出する各コンデンサ５５，９５の両端の電圧は、ＶＣ２となっている。

制御部３００は、図３の時刻ｔ２に電圧センサ１３１，１３４によって検出した電圧がそれぞれＶＣ１であれば、検出コネクタ５２，９２は正常であると判定し、検出した電圧がＶＣ３であれば、検出コネクタ５２，９２の抵抗が上昇していると判定し、検出した電圧がＶＣ２であれば、検出電路５１，９１に断線が発生していると判定する。制御部３００は、検出コネクタ５２，９２の抵抗が上昇していると判定した場合、或いは、検出電路５１，９１に断線が発生していると判定した場合には、電圧セル２１〜２４の電圧検出精度が低下する可能性があるので、データバス３０１を介してフェール信号を電池ＥＣＵに出力する。

以上、検出コネクタ５２，９２の抵抗上昇検出について説明したが、制御部３００は、スイッチ１４３の次にスイッチ１４４をオン・オフして検出コネクタ７２，９７の抵抗上昇検出の検出を行う。以下、制御部３００は、電池ブロック１０の正極側から負極側に向かって順次一つずつスイッチをオン・オフさせることにより、各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７の抵抗上昇、或いは検出電路の断線判定を行う。

＜電圧監視装置５００における正極及び負極電源コネクタの抵抗上昇判定動作＞
次に、図４Ａ，４Ｂ、図５を参照しながら、正極及び負極電源コネクタ３２，４２の抵抗上昇判定について説明する。以下の説明は、各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７は全て正常であるという判定がなされているとして説明する。

図４ＡのステップＳ１０１に示すように、制御部３００は図５に示す電圧センサ２０１
（第１電圧センサ）によって電圧Ｖｓ１を検出する。電圧センサ２０１は、ブロック電圧検出電路３７と電池セル２１（第１電池セル）の正極に接続されている検出電路５１との間の電圧を検出するものである。ブロック電圧検出電路３７は、正極電源コネクタ３２を介して電池ブロック１０の最正極段の電池セル２１（第１電池セル）の正極に接続されている。また、検出電路５１（第１検出電路）は、検出コネクタ５２を介して電池セル２１の正極に接続されている。従って、電圧センサ２０１の両端は、ともに電池セル２１の正極に接続されているので、正極電源コネクタ３２、検出コネクタ５２の抵抗が非常に小さい場合には、検出電圧はゼロとなる。また、先に説明したように、図５に示す回路Ｒ１を通って監視ＩＣ１００に作動電力が供給された際の正極電源コネクタ３２での電圧降下は非常に小さく、監視ＩＣ１００のブロック電圧入力端子１０２には、図５の破線Ｒ２に示すように、電池ブロック１０の正極電圧と同等の電圧が入力されるので、監視ＩＣ１００は、電池ブロック１０の正極電圧を正確に検出することができる。

一方、正極電源コネクタ３２の抵抗が上昇してくると、正極電源コネクタ３２の監視ＩＣ１００側の電圧は、電池ブロック１０から監視ＩＣ１００に回路Ｒ１を通って流れる電流により電圧降下ΔＶｐが発生する。この場合、先に述べたように、検出コネクタ５２は正常で抵抗はほとんどゼロであることから、電圧センサ２０１は電圧降下ΔＶｐの電圧を検出する（一点鎖線で示す回路Ｒ３参照）。また、監視ＩＣ１００のブロック電圧入力端子１０２には電池ブロック１０の正極電圧よりもΔＶｐだけ低い電圧が入力されるので（破線Ｒ２参照）、電池セル２１〜２４の電圧を検出する場合の参照電位にずれが発生し、電池セル２１〜２４、特に、電池セル２１の電圧の検出が不正確になってしまう。

そこで、制御部３００は、図４ＡのステップＳ１０２に示すように、電圧センサ２０１で検出した電圧Ｖｓ１が所定の閾値以上の場合には、図４ＡのステップＳ１０４に示すように正極電源コネクタ３２の抵抗が上昇していると判定し、電圧センサ２０１で検出した電圧Ｖｓ１が所定の閾値未満である場合には、図４のステップＳ１０３に示すように、正極電源コネクタ３２は正常であると判定する。ここで、所定の電圧は、自在に決定することができるが、電池セル２１〜２４の電圧検出精度が低下しない程度の電圧とすればよい。

同様に、制御部３００は、図４ＢのステップＳ１０５に示すように、電圧センサ２０２（第２電圧センサ）によって電圧Ｖｓ２を検出する。電圧センサ２０２は、グランド電路４７と電池セル２２（第２電池セル）の負極に接続されている検出電路６１との間の電圧を検出するものである。グランド電路４７は、負極電源コネクタ４２を介して電池ブロック１０の最負極段の電池セル２２（第２電池セル）の負極に接続されている。また、検出電路６１（第２検出電路）は、検出コネクタ６２を介して電池セル２２の負極に接続されている。従って、電圧センサ２０２の両端は、ともに電池セル２２の負極に接続されているので、負極電源コネクタ４２、検出コネクタ６２の抵抗が非常に小さい場合には、検出電圧はゼロとなる。また、先に説明したように、図５に示す回路Ｒ１を通って監視ＩＣ１００に作動電力が供給された際の負極電源コネクタ４２での電圧降下は非常に小さく、監視ＩＣ１００のグランド入力端子１０３の電圧は電池ブロック１０の負極電圧と同等の電圧となり、監視ＩＣ１００は、電池ブロック１０の正極電圧を正確に検出することができる。

一方、負極電源コネクタ４２の抵抗が上昇してくると、監視ＩＣ１００のグランド入力端子１０３の電圧は、回路Ｒ１に流れる電流による電圧降下ΔＶｎだけ低い電圧或いは電位となる。この場合、先に述べたように、検出コネクタ６２は正常で抵抗はほとんどゼロであることから、電圧センサ２０２は電圧降下ΔＶｎの電圧を検出する（一点鎖線で示す回路Ｒ４参照）。また、監視ＩＣ１００のグランド入力端子１０３には電池ブロック１０の負極電圧よりもΔＶｎだけ低い電圧或いは電位が入力されるので、電池セル２１〜２４の電圧を検出する場合の参照電圧にずれが発生し、電池セル２１〜２４の電圧の検出が不正確になってしまう。

そこで、制御部３００は、図４ＢのステップＳ１０６に示すように、電圧センサ２０２で検出した電圧Ｖｓ２が所定の閾値以上の場合には、図４のステップＳ１０８に示すように負極電源コネクタ４２の抵抗が上昇していると判定し、電圧センサ２０２で検出した電圧Ｖｓ２が所定の閾値未満である場合には、図４ＢのステップＳ１０７に示すように、負極電源コネクタ４２は正常であると判定する。ここで、所定の電圧は、自在に決定することができるが、正極電源コネクタ３２の場合と同様、電池セル２１〜２４の電圧検出精度が低下しない程度の電圧とすればよい。以上説明したように、制御部３００は、電圧センサ２０１、２０２の電圧が所定の閾値以上になっているかどうかによって正極及び負極電源コネクタ３２，４２の抵抗上昇を判定することができる。

制御部３００は、図４ＡのステップＳ１０４又は、図４ＡのステップＳ１０８で正極又は負極電源コネクタ３２，４２の抵抗が上昇していると判定した場合には、電圧セル２１〜２４の電圧検出精度が低下する可能性があると判定して、データバス３０１を介してフェール信号を電池ＥＣＵに出力する。

以上説明したように、本実施形態の電池監視装置５００は、電圧監視を行う電池セル２１〜２４が直列に接続された電池ブロック１０から作動電力が供給される場合に、正極及び負極電源コネクタ３２，４２の抵抗上昇を容易に判定することができるので、各電源コネクタ３２，４２の抵抗上昇により各電池セル２１〜２４の電圧検出精度が低下した状態で各電池セル２１〜２４の電圧検出を行わず、各電源コネクタ３２，４２が正常で各電池セル２１〜２４の電圧検出精度が確保できる状態で各電池セル２１〜２４の電圧検出を行うので、各電池セル２１〜２４の電圧を精度よく検出できるという効果を奏する。

次に、図６〜図８を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図１〜図５を参照して説明したと同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

図６に示す様に、本実施形態の電池監視装置６００は、先に図１〜図５を参照して説明した電池監視装置５００の電圧センサ２０１，２０２に代えてブロック電圧検出電路３７と検出電路７１との間の電圧を検出する電圧センサ２０３と、グランド電路４７と検出電路８１との間の電圧を検出する電圧センサ２０４を備えるものであり、電圧センサ２０３が配置される電圧検出電路３８は、監視ＩＣ１００の入力端子１２３を介してブロック電圧検出電路３７の一端の接続点３９と監視ＩＣ１００の内部の検出電路７１とを接続し、電圧センサ２０４が配置される電圧検出電路４８は、監視ＩＣ１００の入力端子１２４を介してグランド電路４７の一端の接続点４９と監視ＩＣ１００内部の検出電路８１とを接続するよう構成されている。なお、図６に示す電圧センサ２０３，２０４，１３１，１３２は一体として電圧降下検出部２１０を構成する。

図６に示す実施形態の電池監視装置６００における各検出コネクタ５２，６２，７２，８２，９２，９７の抵抗上昇判定、各検出電路５１，６１，７１，８１，９１，９６の断線判定は、先に図２Ａ〜図３を参照して説明したと同様である。

＜電圧監視装置６００における正極及び負極電源コネクタの抵抗上昇判定動作＞
次に、図７Ａ，７Ｂ、図８を参照しながら、正極及び負極電源コネクタ３２，４２の抵抗上昇判定について説明する。以下の説明は、検出コネクタ５２、６２以外の各検出コネクタ７２、９２、９７、８２は全て正常であるという判定がなされているとして説明する。

まず、正極電源コネクタ３２、検出コネクタ５２の抵抗上昇判定について説明する。図７ＡのステップＳ２０１に示すように、制御部３００は図６に示す電圧センサ１３１によって電池セル２１（第１電池セル）の電圧Ｖｂ１を検出する。次に、制御部３００は、図７ＡのステップＳ２０２に示すように電圧センサ２０３によって電圧Ｖｓ３を検出する。電圧センサ２０３は、ブロック電圧検出電路３７と電池セル２１（第１電池セル）の負極に接続されている検出電路７１との間の電圧を検出するものである。ブロック電圧検出電路３７は、正極電源コネクタ３２を介して電池ブロック１０の最正極段の電池セル２１（第１電池セル）の正極に接続されている。また、検出電路７１は、検出コネクタ７２を介して電池セル２１の負極に接続されている。今、検出コネクタ７２の抵抗は非常に小さいので、正極電源コネクタ３２の抵抗が非常に小さい場合には、電圧センサ２０３は図８に一点鎖線で示すように、正極電源コネクタ３２を通る回路Ｒ６によって電池セル２１の電圧を検出することになる。一方、電圧センサ１３１は、図８に破線で示す回路Ｒ５によって電池セル２１の電圧を検出する。今、検出コネクタ７２の抵抗は非常に小さいので、検出コネクタ５２の抵抗が非常に小さい場合には電圧センサ１３１の検出する電圧Ｖｂ１は、電池セル２１の電圧となる。従って、正極電源コネクタ３２、検出コネクタ５２の抵抗が非常に小さい場合には、電圧センサ２０３の検出する電圧Ｖｓ３と電圧センサ１３１の検出する電圧Ｖｂ１は同一の電圧となる。

ここで、正極電源コネクタ３２の抵抗が上昇してくると、正極電源コネクタ３２の監視ＩＣ１００側の電圧は、電池ブロック１０から監視ＩＣ１００に回路Ｒ１を通って流れる電流により発生する電圧降下ΔＶｐにより電池ブロック１０の正極端１１の電圧、つまり、電池セル２１の正極側の電圧よりも低くなる。このため、電圧センサ２０３が検出する電圧Ｖｓ３は電池セル２１の電圧より電圧降下ΔＶｐだけ低い電圧となる（一点鎖線で示す回路Ｒ６参照）。一方、検出コネクタ５２，７２が正常で抵抗がほとんどゼロである場合には、電圧センサ１３１は正極電源コネクタ３２の抵抗上昇には関係なく電池セル２１の電圧を検出する。このため、正極電源コネクタ３２の抵抗が上昇してくると、電圧センサ２０３の検出する電圧Ｖｓ３は、電圧センサ１３１が検出する電圧Ｖｂ１よりも小さくなる。

また、検出コネクタ５２（第１検出コネクタ）の抵抗が上昇してくると、検出コネクタ５２の両端に電圧降下ΔＶｐ１が発生する。検出コネクタ７２が正常で抵抗がほとんどゼロである場合には、電圧センサ１３１は電池セル２１の電圧より電圧降下ΔＶｐ１だけ低い電圧を検出する（破線で示す回路Ｒ５参照）。一方、正極電源コネクタ３２、検出コネクタ７２の抵抗がほとんどゼロである場合には、電圧センサ２０３は検出コネクタ５２の抵抗上昇とは関係なく電池セル２１の電圧を検出する。このため、検出コネクタ５２（第１検出コネクタ）の抵抗が上昇してくると、電圧センサ２０３の検出する電圧Ｖｓ３は、電圧センサ１３１が検出する電圧Ｖｂ１よりも大きくなる。

そこで、制御部３００は、図７ＡのステップＳ２０３に示すように、電圧センサ２０３で検出した電圧Ｖｓ３と電圧センサ１３１で検出した電圧Ｖｂ１との電圧差の絶対値ΔＶｄ３を計算し、図７ＡのステップＳ２０４に示すように電圧差の絶対値ΔＶｄ３が所定の電圧未満となるかどうかを判定する。そして、電圧差の絶対他ΔＶｄ３が所定の電圧未満の場合（図７ＡのステップＳ２０４でＹＥＳと判定した場合）には、図７ＡのステップＳ２０５に進み、正極電源コネクタ３２、検出コネクタ５２ともに正常であると判定する。

また、制御部３００は、図７ＡのステップＳ２０４でＮＯと判定した場合には、図７ＡのステップＳ２０６に進み、電圧センサ２０３で検出した電圧Ｖｓ３が電圧センサ１３１で検出した電圧Ｖｂ１よりも所定の電圧以上大きいかどうかを判定する。制御部３００は、図７ＡのステップＳ２０６でＹＥＳと判定した場合には、図７ＡのステップＳ２０７に進み、検出コネクタ５２（第１検出コネクタ）の抵抗が上昇していると判定する。

また、制御部３００は、図７ＡのステップＳ２０６でＮＯと判定した場合、つまり、電圧センサ２０３で検出した電圧Ｖｓ３が電圧センサ１３１で検出した電圧Ｖｂ１よりも所定の電圧以上小さい場合には、図７ＡのステップＳ２０８に進み、正極電源コネクタ３２の抵抗が上昇していると判定する。以上説明したように、制御部３００は、電圧センサ２０３と電圧センサ１３１の検出する電圧の電圧差に基づいて、正極電源コネクタ３２、検出コネクタ５２の抵抗上昇を判定することができる。

制御部３００は、図７ＡのステップＳ２０７又はステップＳ２０８で検出コネクタ５２または正極電源コネクタ３２の抵抗が上昇していると判定した場合には、電圧セル２１〜２４の電圧検出精度が低下する可能性があると判定し、データバス３０１を介してフェール信号を電池ＥＣＵに出力する。

次に、負極電源コネクタ４２、検出コネクタ６２の抵抗上昇判定について説明する。図７ＢのステップＳ３０１に示すように、制御部３００は図６に示す電圧センサ１３２によって電池セル２２（第２電池セル）の電圧Ｖｂ２を検出する。次に、制御部３００は、図７ＢのステップＳ３０２に示すように電圧センサ２０４によって電圧Ｖｓ４を検出する。電圧センサ２０４は、グランド電路４７と電池セル２２（第２電池セル）の正極に接続されている検出電路８１との間の電圧を検出するものである。グランド電路４７は、負極電源コネクタ４２を介して電池ブロック１０の最負極段の電池セル２２（第２電池セル）の負極に接続されている。また、検出電路８１は、検出コネクタ８２を介して電池セル２２の正極に接続されている。今、検出コネクタ８２の抵抗は非常に小さいので、負極電源コネクタ４２の抵抗が非常に小さい場合には、電圧センサ２０４は図８に一点鎖線で示す負極電源コネクタ４２を通る回路Ｒ８によって電池セル２２の電圧を検出することになる。一方、電圧センサ１３２は、図８に破線で示す回路Ｒ７によって電池セル２２の電圧を検出する。今、検出コネクタ８２の抵抗は非常に小さいので、検出コネクタ６２の抵抗が非常に小さい場合には電圧センサ１３２の検出する電圧Ｖｂ２は、電池セル２２の電圧となる。従って、負極電源コネクタ４２、検出コネクタ６２の抵抗が非常に小さい場合には、電圧センサ２０４の検出する電圧Ｖｓ４と電圧センサ１３２の検出する電圧Ｖｂ２は同一の電圧となる。

ここで、負極電源コネクタ４２の抵抗が上昇してくると、負極電源コネクタ４２の監視ＩＣ１００側の電圧は、電池ブロック１０の負極端１３の電圧、つまり、電池セル２２の負極側の電圧より電圧降下ΔＶｎだけ高くなる。このため、電圧センサ２０４が検出する電圧Ｖｓ４は電池セル２２の電圧より電圧降下ΔＶｎだけ小さい電圧となる（一点鎖線で示す回路Ｒ８参照）。一方、検出コネクタ６２、８２が正常で抵抗がほとんどゼロである場合には、電圧センサ１３２は負極電源コネクタ４２の抵抗上昇には関係なく電池セル２２の電圧を検出する。このため、負極電源コネクタ４２の抵抗が上昇してくると、電圧センサ２０４の検出する電圧Ｖｓ４は、電圧センサ１３２が検出する電圧Ｖｂ２よりも小さくなる。

また、検出コネクタ６２（第２検出コネクタ）の抵抗が上昇してくると、検出コネクタ６２の両端に電圧降下ΔＶｎ１が発生する。検出コネクタ８２が正常で抵抗がほとんどゼロである場合には、電圧センサ１３２は電池セル２２の電圧より電圧降下ΔＶｎ１だけ小さい電圧を検出する（破線で示す回路Ｒ７参照）。一方、負極電源コネクタ４２、検出コネクタ８２の抵抗がほとんどゼロである場合には、電圧センサ２０４は検出コネクタ６２の抵抗上昇とは関係なく電池セル２２の電圧を検出する。このため、検出コネクタ６２（第２検出コネクタ）の抵抗が上昇してくると、電圧センサ２０４の検出する電圧Ｖｓ４は、電圧センサ１３２が検出する電圧Ｖｂ２よりも大きくなる。

そこで、制御部３００は、図７ＢのステップＳ３０３に示すように、電圧センサ２０４で検出した電圧Ｖｓ４と電圧センサ１３２で検出した電圧Ｖｂ２との電圧差の絶対値ΔＶｄ４を計算し、図７ＢのステップＳ３０４に示すように電圧差の絶対値ΔＶｄ４が所定の電圧未満となるかどうかを判定する。そして、電圧差の絶対他ΔＶｄ４が所定の電圧未満の場合（図７ＢのステップＳ３０４でＹＥＳと判定した場合）には、図７ＢのステップＳ３０５に進み、負極電源コネクタ４２、検出コネクタ６２ともに正常であると判定する。

また、制御部３００は、図７ＢのステップＳ３０４でＮＯと判定した場合には、図７ＢのステップＳ３０６に進み、電圧センサ２０４で検出した電圧Ｖｓ４が電圧センサ１３２で検出した電圧Ｖｂ２よりも所定の電圧以上大きいかどうかを判定する。制御部３００は、図７ＢのステップＳ３０６でＹＥＳと判定した場合には、図７ＢのステップＳ３０７に進み、検出コネクタ６２（第２検出コネクタ）の抵抗が上昇していると判定する。

また、制御部３００は、図７ＢのステップＳ３０６でＮＯと判定した場合、つまり、電圧センサ２０４で検出した電圧Ｖｓ４が電圧センサ１３２で検出した電圧Ｖｂ２よりも所定の電圧以上小さい場合には、図７ＢのステップＳ３０８に進み、負極電源コネクタ４２の抵抗が上昇していると判定する。以上説明したように、制御部３００は、電圧センサ２０４と電圧センサ１３２の検出する電圧の電圧差に基づいて、負極電源コネクタ４２、検出コネクタ６２の抵抗上昇を判定することができる。

制御部３００は、図７ＢのステップＳ３０７又はステップＳ３０８で検出コネクタ６２または負極電源コネクタ４２の抵抗が上昇していると判定した場合には、電圧セル２１〜２４の電圧検出精度が低下する可能性があると判定し、データバス３０１を介してフェール信号を電池ＥＣＵに出力する。

本実施形態の電池監視装置６００は、先に説明した電池監視装置５００と同様の効果に加え、検出コネクタ５２，６２（第１、第２検出コネクタ）の抵抗上昇を検出することができるという効果を奏する。

１０ 電池ブロック、１１ 正極端、１３ 負極端、２１〜２４ 電池セル、３１ 正極電路、３２ 正極電源コネクタ、３３，４３，５３，６３，７３，８３，９３，９８ フューズ、３５，５４，６４，７４，８４，９４，９９ 抵抗、３６，５５，６５，７５，９５ コンデンサ、３７ ブロック電圧検出電路、３８，４８ 電圧検出電路、３９，４９ 接続点、４１ 負極電路、４２ 負極電源コネクタ、４７ グランド電路、５１，６１，７１，８１，９１，９６ 検出電路、５２，６２，７２，８２，９２，９７ 検出コネクタ、１００ 監視ＩＣ、１０１ 高電圧入力端子、１０２ ブロック電圧入力端子、１０３ グランド入力端子、１１１〜１１６，１２１〜１２４ 入力端子、１３１〜１３４、２０１〜２０４ 電圧センサ、１４１〜１４４ スイッチ、２００，２１０ 電圧降下検出部、３００ 制御部、３０１ データバス、５００，６００ 電池監視装置。

Claims (3)

1. 電圧監視を行う複数の電池セルが直列に接続された電池ブロックから作動電力が供給され、前記各電池セルの電圧を監視する監視ＩＣと、
   前記電池ブロックの正極端及び負極端にそれぞれ接続されて前記監視ＩＣに作動電力を供給する正極及び負極電路にそれぞれ設けられる正極及び負極電源コネクタと、
   前記各電池セルの各両端と前記監視ＩＣの複数の入力端子とをそれぞれ接続する複数の検出電路と、
   前記正極電路の前記正極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのブロック電圧入力端子とを接続するブロック電圧検出電路と、
   前記負極電路の前記負極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのグランド入力端子とを接続するグランド電路と、
   を備える電池監視装置であって、
   前記監視ＩＣは、
   前記正極及び負極電路に作動電流が流れた際の前記正極又は負極電源コネクタの電圧降下を検出する電圧降下検出部と、
   前記電圧降下検出部で検出した電圧値に基づいて前記正極又は負極電源コネクタの抵抗上昇を判定する制御部と、を備え、
   前記電圧降下検出部は、
   前記ブロック電圧検出電路と、前記電池ブロックの最正極段の第１電池セルの正極と前記監視ＩＣとを接続する第１検出電路との間の電圧を検出する第１電圧センサと、
   前記グランド電路と、前記電池ブロックの最負極段の第２電池セルの負極と前記監視ＩＣとを接続する第２検出電路との間の電圧を検出する第２電圧センサと、を含み、
   前記制御部は、
   前記第１電圧センサ、または、前記第２電圧センサで検出した電圧値が所定の閾値以上の場合に前記正極又は負極電源コネクタの抵抗が増加していると判定すること、
   を特徴とする電池監視装置。
2. 電圧監視を行う複数の電池セルが直列に接続された電池ブロックから作動電力が供給され、前記各電池セルの電圧を監視する監視ＩＣと、
   前記電池ブロックの正極端及び負極端にそれぞれ接続されて前記監視ＩＣに作動電力を供給する正極及び負極電路にそれぞれ設けられる正極及び負極電源コネクタと、
   前記各電池セルの各両端と前記監視ＩＣの複数の入力端子とをそれぞれ接続する複数の検出電路と、
   前記正極電路の前記正極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのブロック電圧入力端子とを接続するブロック電圧検出電路と、
   前記負極電路の前記負極電源コネクタの前記監視ＩＣ側と前記監視ＩＣのグランド入力端子とを接続するグランド電路と、
   を備える電池監視装置であって、
   前記監視ＩＣは、
   前記正極及び負極電路に作動電流が流れた際の前記正極又は負極電源コネクタの電圧降下を検出する電圧降下検出部と、
   前記電圧降下検出部で検出した電圧値に基づいて前記正極又は負極電源コネクタの抵抗上昇を判定する制御部と、を備え、
   前記電圧降下検出部は、
   前記ブロック電圧検出電路と、前記電池ブロックの最正極段の第１電池セルの負極と前記監視ＩＣとを接続する第３検出電路との間の電圧を検出する第３電圧センサと、
   前記グランド電路と、前記電池ブロックの最負極段の第２電池セルの正極と前記監視ＩＣとを接続する第４検出電路との間の電圧を検出する第４電圧センサと、を含み、
   前記制御部は、
   前記第３電圧センサで検出した電圧と前記第１電池セルの電圧との電圧差、または、前記第４電圧センサで検出した電圧と前記第２電池セルの電圧との電圧差に基づいて前記正極又は負極電源コネクタの抵抗上昇を判定すること、
   を特徴とする電池監視装置。
3. 請求項２に記載の電池監視装置であって、
   前記第１電池セルの正極と前記監視ＩＣとを接続する第１検出電路に配置された第１検出コネクタと、
   前記第２電池セルの負極と前記監視ＩＣとを接続する第２検出電路に配置された第２検出コネクタと、を含み、
   前記制御部は、
   前記第３電圧センサで検出した電圧と前記第１電池セルの電圧との電圧差の絶対値が所定の電圧未満の場合には、前記正極電源コネクタ及び前記第１検出コネクタは正常であると判定し、
   前記第３電圧センサで検出した電圧が前記第１電池セルの電圧よりも所定の電圧以上大きい場合には、前記第１検出コネクタの抵抗が増加していると判定し、
   前記第３電圧センサで検出した電圧が前記第１電池セルの電圧よりも所定の電圧以上小さい場合には、前記正極電源コネクタの抵抗が増加していると判定し、
   前記第４電圧センサで検出した電圧と前記第２電池セルの電圧との電圧差の絶対値が所定の電圧未満の場合には、前記負極電源コネクタ及び前記第２検出コネクタは正常であると判定し、
   前記第４電圧センサで検出した電圧が前記第２電池セルの電圧よりも所定の電圧以上大きい場合には、前記第２検出コネクタの抵抗が増加していると判定し、
   前記第４電圧センサで検出した電圧が前記第２電池セルの電圧よりも所定の電圧以上小さい場合には、前記負極電源コネクタの抵抗が増加していると判定すること、
   を特徴とする電池監視装置。

Images