(57)【要約】【課題】  組電池との間の配線に断線が発生していないにも拘わらず、断線が発生したと誤って判断されることを防止することが出来る電圧検出回路を提供する。【解決手段】  本発明に係る電圧検出装置においては、複数の電圧入力端子からそれぞれ電圧検出線が引き出され、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路には容量素子が介在し、各電圧検出線は電圧検出手段に接続されている。少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線がそれぞれ１或いは複数の断線検知用抵抗を介してグランドに接続されており、電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて組電池の複数の電圧検出点と複数の電圧入力端子との間の配線の断線を検知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する装置であって、配線を介して組電池の複数の電圧検出点と接続されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される複数の電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第１連結線路とを具え、該複数の第１連結線路の各第１連結線路には容量素子が介在し、前記複数の電圧検出線の各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されており、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線がそれぞれ１或いは複数の断線検知用抵抗を介してグランドに接続され、前記電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて組電池の複数の電圧検出点と前記複数の電圧入力端子との間の配線の断線を検知する断線検知手段を具えている電圧検出装置。
【請求項２】
前記断線検知手段は、電圧検出線の電位が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記第１連結線路に並列に設けられ、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第２連結線路を具え、該複数の第２連結線路の各第２連結線路に、整流素子が順方向を組電池の正極側となる方向に向けて介在していることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項４】
前記断線検知手段は、隣り合う２本の電圧検出線の電位差が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することを特徴とする請求項３に記載の電圧検出装置。
【請求項５】
複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する装置であって、配線を介して組電池の複数の電圧検出点と接続されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される複数の電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第１連結線路と、前記第１連結線路に並列に設けられ、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第２連結線路とを具え、前記複数の第１連絡線路の各第１連結線路には容量素子が介在し、前記複数の電圧検出線の各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されており、前記複数の第２連結線路の各第２連結線路には、少なくとも２つのスイッチング素子と１或いは複数の抵抗とを互いに直列に接続してなる放電回路が介在しており、各放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子の内、一部の１或いは複数のスイッチング素子のベース或いはゲートがそれぞれ１或いは複数の抵抗からなる第１抵抗回路を介してグランドに接続され、各第１抵抗回路の放電回路側の一端と各放電回路の正極側の電圧検出線とを互いに連結する各第３連結線路には、１或いは複数の抵抗からなる第２抵抗回路が介在しており、前記電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて組電池の複数の電圧検出点と前記複数の電圧入力端子との間の配線の断線を検知する断線検知手段を具えている電圧検出装置。
【請求項６】
前記断線検知手段は、電圧検出線の電位が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することを特徴とする請求項５に記載の電圧検出装置。
【請求項７】
前記第１連結線路に並列に設けられ、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第４連結線路を具え、該複数の第４連結線路の各第４連結線路には、整流素子が順方向を組電池の正極側となる方向に向けて介在していることを特徴とする請求項５に記載の電圧検出装置。
【請求項８】
前記断線検知手段は、隣り合う２本の電圧検出線の電位差が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することを特徴とする請求項７に記載の電圧検出装置。
【請求項９】
複数のセルを直列に接続してなる組電池と、請求項１乃至請求項８の何れかに記載の電圧検出装置とを具えているバッテリシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のバッテリシステムと、前記バッテリシステムからの電力により駆動されるモータと、前記モータの回転力により回転する車輪とを備えることを特徴とする電動車両。
【請求項１１】
複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する回路であって、組電池の複数の電圧検出点の電位が入力されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される複数の電圧検出線とを具え、該複数の電圧検出線の各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されており、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線がそれぞれ１或いは複数の断線検知用抵抗を介してグランドに接続されている電圧検出回路。
【請求項１２】
複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する回路であって、組電池の複数の電圧検出点の電位が入力されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される複数の電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第１連結線路とを具え、前記複数の電圧検出線の各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されており、前記複数の第１連結線路の各第１連結線路には、少なくとも２つのスイッチング素子と１或いは複数の抵抗とを互いに直列に接続してなる放電回路が介在しており、各放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子の内、一部の１或いは複数のスイッチング素子のベース或いはゲートがそれぞれ１或いは複数の抵抗からなる第１抵抗回路を介してグランドに接続され、各第１抵抗回路の放電回路側の一端と各放電回路の正極側の電圧検出線とを互いに連結する各第２連結線路には、１或いは複数の抵抗からなる第２抵抗回路が介在している電圧検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する装置であって、特に、組電池との間の配線（例えば、ワイヤハーネスなど）の断線を検知することが可能な電圧検出装置及び該装置を具えたバッテリシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド自動車においては、走行用モータの電源として、複数のリチウムイオン二次電池(セル)を直列に接続してなる組電池が搭載されているが、組電池を構成するセルが過充電状態或いは過放電状態になると、発煙や発火が起こる危険性がある。そこで、図２０に示す如きバッテリシステムを構成して、組電池を構成する各セルの両端電圧を監視することが行なわれている。
【０００３】
該バッテリシステムは、リチウムイオン二次電池からなる複数(図示する例では１０個)のセルＢ１〜Ｂ１０を直列に接続してなる組電池(１)と、各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置(６)とを具えており、組電池(１)の両端Ｐ１、Ｐ１１及びセルどうしの連結点Ｐ２〜Ｐ１０と電圧検出装置(６)の１１個の電圧入力端子(601)〜(611)とがそれぞれワイヤハーネス(401)〜(411)によって互いに接続されている。尚、組電池(１)の正極及び負極からはそれぞれ電力供給線(図示省略)が引き出され、走行用モータ等からなる負荷に接続されている。
【０００４】
電圧検出装置(６)においては、前記１１個の電圧入力端子(601)〜(611)からそれぞれ電圧検出線(621)〜(631)が引き出され、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路(641)〜(650)には、静電気電圧から回路を保護するためのコンデンサＣ１〜Ｃ１０が介在している。１１本の電圧検出線(621)〜(631)の内、第１番目の電圧検出線(621)からは電源ライン(620)が引き出され、電圧検出装置(６)の電源端子(図示省略)に接続されている。又、第１１番目の電圧検出線(631)は、グランドに接続されている。１１本の電圧検出線(621)〜(631)はアナログ−デジタルコンバータ(以下、ＡＤＣという)(61)の１１個の入力端子に接続され、該ＡＤＣ(61)の１つの出力端子はマイクロコンピュータからなる制御回路(62)に接続されている。
【０００５】
上記電圧検出装置(６)においては、１１本の電圧検出線(621)〜(631)にそれぞれ、組電池(１)を構成する各セルＢ１〜Ｂ１０の正極或いは負極の電位が発生することとなり、１１本の電圧検出線(621)〜(631)の電位がそれぞれＡＤＣ(61)の１１個の入力端子に入力される。ＡＤＣ(61)は、隣り合う２つの入力端子間の各電位差、即ち各セルの両端電圧をデジタルの電圧検出データに変換して出力端子から出力する。制御回路(62)は、ＡＤＣ(61)の出力端子から得られる１０セル分の電圧検出データに基づいて、各セルが過充電状態或いは過放電状態となっていないかどうかを監視する。
【０００６】
ところで、ハイブリッド自動車のバッテリシステムにおいては、構造上、組電池と電圧検出装置とを互いに接続するワイヤハーネスが断線しやすく、ワイヤハーネスが断線すると、各セルの両端電圧を正確に検出することが出来なくなるという不具合が生じる。
【０００７】
そこで、従来は組電池との間のワイヤハーネスの断線を検知する機能を有する電圧検出装置を設けて、断線の検知を行なうこととしている。
【０００８】
例えば図２１に示す電圧検出装置は、５個のセルＢ１〜Ｂ５に対してそれぞれ並列に接続されたコンデンサＣ１１〜Ｃ１５と、セルＢ１〜Ｂ５とコンデンサＣ１１〜Ｃ１５との間に設けられた第１スイッチング回路(71)と、コンデンサＣ１１〜Ｃ１５の両端電圧をそれぞれ選択的に検出する１つのコンデンサ電圧検出回路(74)と、コンデンサＣ１１〜Ｃ１５とコンデンサ電圧検出回路(74)との間に設けられた第２スイッチング回路(72)と、各コンデンサの両端を電圧検出後に短絡する第３スイッチング素子(73)とを具えている(特許文献１)。コンデンサＣ１２、Ｃ１４の容量は、コンデンサＣ１１、Ｃ１３、Ｃ１５の容量のｍ倍(ｍ＞１)に設定されている。
【０００９】
上記電圧検出装置においては、例えば図２１中に×印で示す如くセルＢ３とセルＢ４の連結点Ｐ４から伸びるワイヤハーネスに断線が発生した場合、上述の如くコンデンサＣ１３の容量はコンデンサＣ１４の容量の１／ｍ倍に設定されているので、コンデンサＣ１３の両端には、コンデンサＣ１４の両端にかかる電圧のｍ倍の電圧がかかることになる。そこで、隣り合う２つのコンデンサの両端電圧の比率がｍ或いは１／ｍとなったときに、断線が発生したものと判断される。
【００１０】
尚、組電池を構成する複数のセルの両端にそれぞれ接続されるべき検出端子を具え、奇数番目のセルの検出端子間を短絡すると共に偶数番目のセルの検出端子間を開放したときに異常検出回路から出力される信号と、奇数番目のセルの検出端子間を開放すると共に偶数番目のセルの検出端子間を短絡したときに異常検出回路から出力される信号とに基づいてセルと検出端子との間の断線を検出する異常検出装置が提案されている(特許文献２)。
【００１１】
又、電圧測定線を介して二次電池の出力する電圧が入力される複数の電圧入力端子と、電圧入力端子間に接続された複数の電圧センサと、電圧入力端子間に接続された複数の定電流源とを具え、電圧センサによって電圧測定線に断線が発生したことを検知することが可能な電圧測定回路が提案されている(特許文献３)。
【特許文献１】特開２００７−２２５４８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６８１１８号公報
【特許文献３】特開２００６−２７５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図２１に示す従来の電圧検出装置においては、組電池を構成する各セルの充電状態によっては、断線が発生していないにも拘わらず、断線が発生したと誤って判断される事態が発生する問題があった。
【００１３】
即ち、組電池を構成する複数のセルの充電状態にばらつきが生じて、隣り合う２つのセルの両端電圧の比率がｍ或いは１／ｍとなったときには、これらのセルにそれぞれ並列に接続された２つのコンデンサの両端電圧の比率がｍ或いは１／ｍとなるので、断線が発生したと誤って判断されることになる。
【００１４】
本発明の目的は、組電池との間の配線に断線が発生していないにも拘わらず、断線が発生したと誤って判断されることを防止することが出来る電圧検出装置及びこれを具えたバッテリシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る第１の電圧検出装置は、複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する装置であって、配線を介して組電池の複数の電圧検出点(組電池の両端及びセルどうしの連結点)と接続されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第１連結線路とを具え、該複数の第１連結線路の各第１連結線路には容量素子が介在し、各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されている。そして、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線(全ての電圧検出線、或いは組電池の負極側の端部に位置することとなる電圧検出線を除く一部の電圧検出線)がそれぞれ１或いは複数の断線検知用抵抗を介してグランドに接続され、前記電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて組電池の複数の電圧検出点と前記複数の電圧入力端子との間の配線の断線を検知する断線検知手段を具えている。
【００１６】
上記本発明に係る第１の電圧検出装置において、何れの配線にも断線が発生していない正常な状態では、各セルから隣り合う２本の電圧検出線の間に介在する各容量素子に電流が供給されて各容量素子は電荷が蓄えられた状態(満充電状態)に維持されることとなって、各電圧検出線には各セルの正極或いは負極の電位が発生することとなる。従って、電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００１７】
これに対し、例えばある１本の配線に断線が発生した場合には、該配線に接続されている電圧検出線の負極側に接続されている容量素子に対する電流の供給が停止されて、該容量素子から蓄えられていた電荷が放出されて該電圧検出線及び断線検知用抵抗を経てグランドへ流れ込み、該電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位よりも低下して零或いは略零となる。従って、断線検知手段は、正極側の電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位を下回ったとき、或いは電圧検出線の電位が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することが出来る。ここで閾値は、例えば、電圧検出線毎に設定され、各閾値は、組電池の負極側の端部に位置する電圧検出線と各電圧検出線との間に介在する全てのセルの充電容量が零となったときのそれらのセル電圧の積算値以下の値に設定される。
【００１８】
上記本発明に係る第１の電圧検出装置においては、組電池を構成する複数のセルの充電状態にどの様なばらつきが生じていても、断線が発生していない正常な状態では、正極側の電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位よりも低くなることはなく、電圧検出線の電位が前記所定の閾値を下回って零或いは略零となることもないので、断線が発生していないにも拘わらず断線が発生したと誤って判断されることはない。
【００１９】
また、上記第１の電圧検出装置において、前記第１連結線路に並列に設けられ、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第２連結線路を備え、該複数の第２連結線路の各第２連結線路に、整流素子が順方向を組電池の正極側となる方向に向けて介在していることを特徴とする。
【００２０】
この様にすることで、何れの配線にも断線が発生していない正常な状態では、各セルから隣り合う２本の電圧検出線の間に介在する各容量素子に電流が供給されて各容量素子は電荷が蓄えられた状態(満充電状態)に維持されることとなって、各電圧検出線には各セルの正極或いは負極の電位が発生することとなる。従って、電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００２１】
これに対し、例えばある１本の配線に断線が発生した場合には、該配線に接続されている電圧検出線の負極側に接続されている容量素子に対する電流の供給が停止されて、該容量素子から蓄えられていた電荷が放出されて該電圧検出線及び断線検知用抵抗を経てグランドへ流れ込み、該電圧検出線の電位が低下する。この過程で該電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位と等しくなったとき、電流が該負極側電圧検出線から整流素子を経て断線が発生した配線に接続されている電圧検出線に流れ始めるため、該電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位よりも低下することはなく、両電圧検出線の電位差は零或いは略零となる。従って、断線検知手段は、隣り合う２本の電圧検出線の電位差が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することが出来る。ここで閾値は、例えば隣り合う２本の電圧検出線毎、即ちセル毎に設定され、各閾値は、各セルの充電容量が零となったときの両端電圧以下の値に設定される。
【００２２】
尚、整流素子を具えていない構成においては、ある１本の配線に断線が発生した場合、断線が発生した配線に接続されている電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位よりも低くなって、両電圧検出線がそれぞれ接続されている電圧検出手段の２つの入力端子間に正負が逆の電圧が印加されると共に、断線が発生した配線に接続されている電圧検出線と隣接する正極側の電圧検出線がそれぞれ接続されている電圧検出手段の２つの入力端子間に高電圧が印加されることになる。
【００２３】
これに対し、上記のように整流素子を具えている電圧検出装置においては、隣り合う２本の電圧検出線の間に整流素子が順方向を組電池の正極側に向けて介在しているので、上述の如く断線が発生した配線に接続されている電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位よりも低くなることはなく、電圧検出手段に正負が逆の電圧が印加されると共に高電圧が印加されることを防止することが出来る。
【００２４】
具体的構成において、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線からそれぞれ電流線路が引き出され、複数本の電流線路の内、１本の電流線路の先端は断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子を介してグランドに接続され、他の電流線路の先端は該１本の電流線路に接続され、各電流線路に前記１或いは複数の断線検知用抵抗が介在している。
【００２５】
断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子がオンの状態では、組電池を構成する各セルから僅かな電流が電圧検出線及び断線検知用抵抗を経てグランドに流れ込む。従って、例えば電圧検出装置の電源がオフであって断線を検知することが出来ない状態であるときに前記スイッチング素子をオンに設定した場合には、各セルの電力が無駄に消費されることになる。
【００２６】
そこで、上記具体的構成においては、例えば電圧検出装置の電源がオンに設定されたときにのみ断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子がオンに設定され、これによって各セルの電力が無駄に消費されることを防止することが出来る。
【００２７】
又、具体的構成において、各電流線路には、整流素子が順方向をグランド側に向けて介在している。これによって、電圧の高い電流線路から電圧の低い電流線路に電流が逆流することを防止することが出来る。
【００２８】
更に具体的構成において、１本の電圧検出線に接続されている断線検知用抵抗は１つであって、該断線検知用抵抗の抵抗値は、組電池の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定されている。
【００２９】
組電池を構成する各セルから僅かな電流が電圧検出線及び断線検知用抵抗を経てグランドに流れ込む。ここで、組電池の正極側の端部に位置する第１番目のセルからは第１番目の断線検知用抵抗のみ、第２番目のセルからは第１番目と第２番目の断線検知用抵抗、第３番目のセルからは第１番目と第２番目と第３番目の断線検知用抵抗・・・第ｎ番目のセルからは第１番目〜第ｎ番目の断線検知用抵抗に電流が流れ込むことになるが、各セルの消費電流にばらつきが発生すると各セルの両端電圧にばらつきが発生することになる。そこで、断線検知用抵抗の抵抗値は、組電池の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定されており、これによって各セルの消費電流のばらつきを小さく抑えることが出来る。
【００３０】
また、１本の電圧検出線に接続されている断線検知用抵抗は複数であって、それら複数の断線検知用抵抗の抵抗値の和（合成抵抗値）は、組電池の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定されている。
【００３１】
具体的構成において、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線(全ての電圧検出線、或いは組電池の負極側の端部に位置することとなる電圧検出線を除く一部の電圧検出線)にはそれぞれ、断線検知用抵抗との連結点よりも電圧入力端子側にＰＴＣ素子が介在している。
【００３２】
上記具体的構成においては、電圧検出線に過電流が流れたとき、ＰＴＣ素子が発熱し、これに伴って電気抵抗値が急増する。この結果、電圧検出線を流れる過電流がＰＴＣ素子によって遮断されることになる。これによって、ＰＴＣ素子の後段回路に過電流が流れることを防止することが出来る。又、配線に断線が発生していない状態であっても、各セルから僅かな電流がＰＴＣ素子及び断線検知用抵抗を経てグランドに流れ込むのであるが、ＰＴＣ素子の抵抗値は通常の状態では数Ω程度であるので、ＰＴＣ素子による電圧降下量は無視できる程度の量となる。従って、ＰＴＣ素子を具えていない電圧検出装置と同程度の高い精度で各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００３３】
ところで、従来、組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する機能を有する電圧検出装置が知られている。
【００３４】
例えば図２２に示す従来の電圧検出装置(８)においては、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路(851)〜(860)に、トランジスタからなる１つの第１放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ１０と均等化用抵抗ｒとを直列に接続してなる放電回路(80)が介在している。各放電回路(80)の第１放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ１０のベースから電流線路(861)〜(870)が引き出され、各電流線路の先端が第２放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ２０を介してグランドに接続されている。各第２放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ２０は制御回路(82)によってオン／オフ制御される。
【００３５】
又、各電流線路(861)〜(870)には、第１のスイッチング制御用抵抗Ｒ３１〜Ｒ４０が介在しており、各抵抗の放電回路(80)側の一端と各放電回路(80)の正極側の電圧検出線(821)〜(830)とを互いに連結する各連結線路(871)〜(880)には、第２のスイッチング制御用抵抗Ｒ４１〜Ｒ５０が介在している。第２放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ２０が制御回路(82)によってオンに設定されると、第１放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ１０もオンとなってセルが放電されることになる。
【００３６】
ところで、上記従来の電圧検出装置(８)において、第１放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ１０が常にオンとなるオン故障が発生した場合、その後、オン故障が発生した放電回路に接続されているセルが該放電回路により常に放電されて該セルの容量が低下する事態が発生する。
【００３７】
そこで、本発明者は、鋭意研究の結果、放電回路に少なくとも２つのスイッチング素子を設けると共に、これら少なくとも２つのスイッチング素子の内、一部の１或いは複数のスイッチング素子にそれぞれ接続されている２つのスイッチング制御用抵抗を断線検知用抵抗として兼用することに想到し、本発明に係る第２の電圧検出装置を完成するに至った。
【００３８】
本発明に係る第２の電圧検出装置は、複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する装置であって、配線を介して組電池の複数の電圧検出点(組電池の両端及びセルどうしの連結点)と接続されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第１連結線路と、前記第１連結線路に並列に設けられ、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第２連結線路とを具え、前記複数の第１連絡線路の各第１連結線路には容量素子が介在し、各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されている。前記複数の第２連結線路の各第２連結線路には、少なくとも２つのスイッチング素子と１或いは複数の抵抗とを互いに直列に接続してなる放電回路が介在している。各放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子の内、一部の１或いは複数のスイッチング素子のベース或いはゲートがそれぞれ１或いは複数の抵抗からなる第１抵抗回路を介してグランドに接続され、各第１抵抗回路の放電回路側の一端と各放電回路の正極側の電圧検出線とを互いに連結する各第３連結線路には、１或いは複数の抵抗からなる第２抵抗回路が介在している。そして、前記電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて組電池の複数の電圧検出点と前記複数の電圧入力端子との間の配線の断線を検知する断線検知手段を具えている。
【００３９】
上記本発明に係る第２の電圧検出装置においては、各セルから隣り合う２本の電圧検出線の間に介在する各容量素子に電流が供給されて各容量素子は電荷が蓄えられた状態(満充電状態)に維持されると共に、各セルから僅かな電流が電圧検出線、スイッチング制御用／断線検知用の第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドに流れ込む。
【００４０】
何れの配線にも断線が発生していない正常な状態では、上述の如く各容量素子は満充電状態に維持されることとなって、各電圧検出線には各セルの正極或いは負極の電位が発生することとなる。従って、電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００４１】
又、上記電圧検出装置は、組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する機能を有しており、均等化処理においては、例えば両端電圧が均等化目標電圧を超えるセルに対してそれぞれ放電回路による放電が実施される。上述の如く各セルから僅かな電流がグランドに向って流れている状態で、放電の対象とするセルに接続されている放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子の内、例えばトランジスタ或いはＦＥＴ(電界効果トランジスタ)からなる前記一部の１或いは複数のスイッチング素子以外のスイッチング素子がオンに設定されると、それら１或いは複数のスイッチング素子もオンとなって、該セルから放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子及び１或いは複数の抵抗に電流が流れて該セルが放電されることになる。これによって、各セルの充電状態を均等化することが出来る。
【００４２】
又、例えばある１本の配線に断線が発生した場合には、該配線に接続されている電圧検出線の負極側に接続されている容量素子に対する電流の供給が停止されて、該容量素子から蓄えられていた電荷が放出されて該電圧検出線、第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドへ流れ込み、該電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位よりも低下して零或いは略零となる。従って、断線検知手段は、正極側の電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位を下回ったとき、或いは電圧検出線の電位が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することが出来る。ここで閾値は、例えば、電圧検出線毎に設定され、各閾値は、組電池の負極側の端部に位置する電圧検出線と各電圧検出線との間に介在する全てのセルの充電容量が零となったときのそれらのセル電圧の積算値以下の値に設定される。
【００４３】
上記本発明に係る第２の電圧検出装置においては、組電池を構成する複数のセルの充電状態にどの様なばらつきが生じていても、断線が発生していない正常な状態では、正極側の電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位を下回ることはなく、電圧検出線の電位が前記所定の閾値を下回って零或いは略零となることもないので、断線が発生していないにも拘わらず断線が発生したと誤って判断されることはない。
【００４４】
具体的構成において、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線(全ての電圧検出線、或いは組電池の負極側の端部に位置することとなる電圧検出線を除く一部の電圧検出線)にはそれぞれ、第２連結線路よりも電圧入力端子側にＰＴＣ素子が介在している。
【００４５】
上記具体的構成においては、電圧検出線に過電流が流れたとき、ＰＴＣ素子が発熱し、これに伴って電気抵抗値が急増する。この結果、電圧検出線を流れる過電流がＰＴＣ素子によって遮断されることになる。これによって、ＰＴＣ素子の後段回路に過電流が流れることを防止することが出来る。又、配線に断線が発生していない状態であっても、各セルから僅かな電流がＰＴＣ素子、第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドに流れ込むのであるが、ＰＴＣ素子の抵抗値は通常の状態では数Ω程度であるので、ＰＴＣ素子による電圧降下量は無視できる程度の量となる。従って、ＰＴＣ素子を具えていない電圧検出装置と同程度の高い精度で各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００４６】
また、上記第２の電圧検出装置において、前記第１連結線路に並列に設けられ、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第４連結線路を具え、該複数の第４連結線路の各第４連結線路には、整流素子が順方向を組電池の正極側となる方向に向けて介在していることを特徴とする。
【００４７】
この様にすることで、各セルから隣り合う２本の電圧検出線の間に介在する各容量素子に電流が供給されて各容量素子は電荷が蓄えられた状態(満充電状態)に維持されると共に、各セルから僅かな電流が電圧検出線、スイッチング制御用／断線検知用の第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドに流れ込む。
【００４８】
何れの配線にも断線が発生していない正常な状態では、上述の如く各容量素子は満充電状態に維持されることとなって、各電圧検出線には各セルの正極或いは負極の電位が発生することとなる。従って、電圧検出手段は、各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００４９】
又、上記電圧検出装置は、組電池を構成する各セルの充電状態を均等化する機能を有しており、均等化処理においては、例えば両端電圧が均等化目標電圧を超えるセルに対してそれぞれ放電回路による放電が実施される。上述の如く各セルから僅かな電流がグランドに向って流れている状態で、放電の対象とするセルに接続されている放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子の内、例えばトランジスタ或いはＦＥＴからなる前記一部の１或いは複数のスイッチング素子以外のスイッチング素子がオンに設定されると、それら１或いは複数のスイッチング素子もオンとなって、該セルから放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子及び１或いは複数の抵抗に電流が流れて該セルが放電されることになる。これによって、各セルの充電状態を均等化することが出来る。
【００５０】
又、例えばある１本の配線に断線が発生した場合、該配線に接続されている電圧検出線の負極側の容量素子に対する電流の供給が停止されて、該容量素子から蓄えられていた電荷が放出されて該電圧検出線、第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドへ流れ込み、該電圧検出線の電位が低下する。この過程で該電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位と等しくなったとき、電流が該負極側電圧検出線から整流素子を経て断線が発生した配線に接続されている電圧検出線に流れ始めるため、該電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位よりも低下することはなく、両電圧検出線の電位差は零或いは略零となる。従って、断線検知手段は、隣り合う２本の電圧検出線の電位差が所定の閾値以下に低下したときに断線が発生したものと判断することが出来る。ここで閾値は、例えば隣り合う２本の電圧検出線毎、即ちセル毎に設定され、各閾値は、各セルの充電容量が零となったときの電圧値以下の値に設定される。
【００５１】
尚、整流素子を具えていない構成においては、ある１本の配線に断線が発生した場合、断線が発生した配線に接続されている電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位よりも低くなって、両電圧検出線がそれぞれ接続されている電圧検出手段の２つの入力端子間に正負が逆の電圧が印加されると共に、断線が発生した配線に接続されている電圧検出線と隣接する正極側の電圧検出線がそれぞれ接続されている電圧検出手段の２つの入力端子間に高電圧が印加されることになる。
【００５２】
これに対し、上記本発明に係る第４の電圧検出装置においては、隣り合う２本の電圧検出線の間に整流素子が順方向を組電池の正極側に向けて介在しているので、上述の如く断線が発生した配線に接続されている電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位よりも低くなることはなく、電圧検出手段に正負が逆の電圧が印加されると共に高電圧が印加されることを防止することが出来る。
【００５３】
上記第２の電圧検出装置の具体的構成において、各放電回路の１つのスイッチング素子のベース或いはゲートから電流線路が引き出され、複数本の電流線路の内、１本の電流線路の先端は断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子を介してグランドに接続され、他の電流線路の先端は該１本の電流線路に接続され、各電流線路に前記第１抵抗回路が介在している。
【００５４】
断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子がオンの状態では、組電池を構成する各セルから僅かな電流が電圧検出線、第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドに流れ込む。従って、例えば電圧検出装置の電源がオフであって断線を検知することが出来ない状態であるときに前記スイッチング素子をオンに設定した場合には、各セルの電力が無駄に消費されることになる。
【００５５】
そこで、上記具体的構成においては、例えば電圧検出装置の電源がオンに設定されたときにのみ断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子がオンに設定され、これによって各セルの電力が無駄に消費されることを防止することが出来る。
【００５６】
又、上記具体的構成においては、放電回路を構成する少なくとも２つのスイッチング素子の内、トランジスタ或いはＦＥＴからなる前記１つのスイッチング素子以外のスイッチング素子にオン故障が発生したとしても、断線検知オン／オフ切換えスイッチがオフに設定されていれば前記１つのスイッチング素子はオンとならないので、オン故障が発生した放電回路に接続されているセルが該放電回路により放電されることはない。
【００５７】
又、具体的構成において、各電流線路には、整流素子が順方向をグランド側に向けて介在している。これによって、電圧の高い電流線路から電圧の低い電流線路に電流が逆流することを防止することが出来る。
【００５８】
又、具体的構成において、各放電回路は、順方向を組電池の負極側となる方向に向けた整流素子を具えている。これによって、配線の断線時に、隣り合う２本の電圧検出線の内、電圧が低い電圧検出線から両電圧検出線の間に介在する放電回路に電流が逆流することを防止することが出来る。
【００５９】
又、具体的構成において、各放電回路は、順方向を組電池の負極側となる方向に向けた整流素子を具えている。これによって、配線の断線時に、隣り合う２本の電圧検出線の内、電圧が低い電圧検出線から両電圧検出線の間に介在する放電回路に電流が逆流することを防止することが出来る。
【００６０】
更に具体的構成において、第１抵抗回路の抵抗値と第２抵抗回路の抵抗値の和は、組電池の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定されている。
【００６１】
組電池を構成する各セルから僅かな電流が電圧検出線、第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドに流れ込む。ここで、組電池の正極側の端部に位置する第１番目のセルからは第１番目の２つの抵抗回路(第１抵抗回路及び第２抵抗回路)のみ、第２番目のセルからは第１番目の２つの抵抗回路と第２番目の２つの抵抗回路、第３番目のセルからは第１番目の２つの抵抗回路と第２番目の２つの抵抗回路と第３番目の２つの抵抗回路・・・第ｎ番目のセルからは第１番目〜第ｎ番目の２つの抵抗回路に電流が流れ込むことになるが、各セルの消費電流にばらつきが発生すると各セルの両端電圧にばらつきが発生することになる。そこで、第１抵抗回路の抵抗値と第２抵抗回路の抵抗値の和は、組電池の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定されており、これによって各セルの消費電流のばらつきを小さく抑えることが出来る。
【００６２】
本発明に係るバッテリシステムは、複数のセルを直列に接続してなる組電池と、該組電池を構成する各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置とを具え、該電圧検出装置として、上記本発明に係る第１或いは第２の電圧検出装置の何れかの電圧検出装置を採用したものである。
【００６３】
また、上記バッテリシステムにおいて、前記配線にはＰＴＣ素子が介在していることを特徴とする。
【００６４】
この様な構成を有することで、配線に過電流が流れたとき、ＰＴＣ素子が発熱し、これに伴って電気抵抗値が急増する。この結果、電圧検出線を流れる過電流がＰＴＣ素子によって遮断されることになる。これによって、ＰＴＣ素子の後段回路に過電流が流れることを防止することが出来る。又、配線に断線が発生していない状態であっても、各セルから僅かな電流がＰＴＣ素子、第２抵抗回路及び第１抵抗回路を経てグランドに流れ込むのであるが、ＰＴＣ素子の抵抗値は通常の状態では数Ω程度であるので、ＰＴＣ素子による電圧降下量は無視できる程度の量となる。従って、ＰＴＣ素子を具えていない電圧検出装置と同程度の高い精度で各セルの両端電圧を検出することが出来る。
【００６５】
又、本発明に係る電動車輌は、上記のバッテリシステムと、前記バッテリシステムからの電力により駆動されるモータと、前記モータの回転力により回転する車輪とを備える。
【００６６】
上述の如く、本発明に係る電圧検出装置及びこれを具えたバッテリシステムによれば、組電池との間の配線に断線が発生していないにも拘わらず、断線が発生したと誤って判断されることを防止することが出来る。
【００６７】
本発明に係る第１の電圧検出回路は、複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する回路であって、組電池の複数の電圧検出点の電位が入力されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される複数の電圧検出線とを具え、該複数の電圧検出線の各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されており、少なくとも各セルの正極側に位置することとなる電圧検出線がそれぞれ１或いは複数の断線検知用抵抗を介してグランドに接続されている。
【００６８】
この様に構成される第１の電圧検出回路は、組電池の複数の電圧検出点と接続されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子から引き出された複数の電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路に介在する容量素子とを具えた回路に接続され、これによって、上記本発明に係る第１電圧検出装置が構成されることとなる。
【００６９】
また、上記１の電圧検出回路において、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路には、整流素子が順方向を組電池の正極側となる方向に向けて介在していることを特徴とする。
【００７０】
本発明に係る第２の電圧検出回路は、複数のセルを直列に接続してなる組電池を対象として各セルの両端電圧を検出する回路であって、組電池の複数の電圧検出点の電位が入力されるべき複数の電圧入力端子を具え、これら複数の電圧入力端子からそれぞれ引き出される電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する複数の第１連結線路とを具え、前記複数の電圧検出線の各電圧検出線は各電圧検出線からの入力電圧に基づいて各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段に接続されており、前記複数の第１連結線路の各第１連結線路には、少なくとも２つのスイッチング素子と１或いは複数の抵抗とを互いに直列に接続してなる放電回路が介在しており、各放電回路の少なくとも２つのスイッチング素子の内、一部の１或いは複数のスイッチング素子のベース或いはゲートがそれぞれ１或いは複数の抵抗からなる第１抵抗回路を介してグランドに接続され、各第１抵抗回路の放電回路側の一端と各放電回路の正極側の電圧検出線とを互いに連結する各第２連結線路には、１或いは複数の抵抗からなる第２抵抗回路が介在している。
【００７１】
この様に構成される第２の電圧検出回路は、組電池の複数の電圧検出点と接続されるべき複数の電圧入力端子と、これら複数の電圧入力端子から引き出された複数の電圧検出線と、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路に介在する容量素子とを具えた回路に接続され、これによって、上記本発明に係る第２の電圧検出装置が構成されることとなる。
【００７２】
また、上記第２の電圧検出回路において、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各第３連結線路には、整流素子が順方向を組電池の正極側となる方向に向けて介在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００７３】
本発明に依れば、組電池との間の配線に断線が発生していないにも拘わらず、断線が発生したと誤って判断されることを防止することが出来る電圧検出装置及びこれを具えたバッテリシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第１実施例のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図２】上記バッテリシステムにおいてワイヤハーネスに断線が発生した場合に電流が流れる経路を表わす回路図である。
【図３】上記バッテリシステムにおいて第３番目のワイヤハーネスに断線が発生した場合の２つのコンデンサＣ２、Ｃ３の両端電圧の変化を表わすグラフである。
【図４】上記バッテリシステムにおいて第１１番目のワイヤハーネスに断線が発生した場合に電流が流れる経路を表わす回路図である。
【図５】第２実施例のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図６】第３実施例のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図７】上記バッテリシステムを構成する放電回路のダイオードの機能を説明するための回路図である。
【図８】上記バッテリシステムにおいて断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷがオンに設定されたときに電流が流れる経路を表わす回路図である。
【図９】上記バッテリシステムにおいて均等化処理時に電流が流れる経路を表わす回路図である。
【図１０】上記バッテリシステムにおいてワイヤハーネスに断線が発生した場合に電流が流れる経路を表わす回路図である。
【図１１】第４実施例のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図１２】保護抵抗を断線検知抵抗が介在する電流線路よりも組電池側に配設した場合の問題点を説明するための回路図である。
【図１３】１ＭΩの抵抗に結露が生じた場合の合成抵抗を表わす回路図である。
【図１４】１００ｋΩの抵抗に結露が生じた場合の合成抵抗を表わす回路図である。
【図１５】第５実施例のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図１６】第３実施例のバッテリシステムの変形例を表わす回路図である。
【図１７】第５実施例のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図１８】第３実施例のバッテリシステムの変形例を表わす回路図である。
【図１９】本発明に係る電動車輌の構成を表わすブロック図である。
【図２０】従来のバッテリシステムの構成を表わす回路図である。
【図２１】断線検知機能を有する従来の電圧検出装置の構成を表わす回路図である。
【図２２】均等化機能を有する従来の電圧検出装置の構成を表わす回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
以下、本発明をハイブリッド自動車のバッテリシステムに実施した形態につき、５つの実施例に基づいて具体的に説明する。尚、以下では、１０個のセルからなる組電池を具えたバッテリシステムについて説明するが、本発明は、１０個以外の複数個のセルからなる組電池を具えたバッテリシステムにも同様に実施することが可能である。又、リチウムイオン二次電池に限らず、種々の二次電池からなるセルを直列に接続して構成される組電池を具えたバッテリシステムにも同様に実施することが可能である。
（第１実施例）
第１実施例のバッテリシステムは、図１に示す如く、リチウムイオン二次電池からなる１０個のセルを直列に接続してなる組電池(１)と、各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置(２)とを具えており、組電池(１)の正極点Ｐ１、セルどうしの連結点Ｐ２〜Ｐ１０及び組電池(１)の負極点Ｐ１１と電圧検出装置(２)の１１個の電圧入力端子(201)〜(211)とがそれぞれワイヤハーネス(401)〜(411)によって互いに接続されている。尚、組電池(１)の正極及び負極からはそれぞれ電力供給線(図示省略)が引き出され、走行用モータ等からなる負荷に接続されている。
【００７６】
電圧検出装置(２)においては、前記１１個の電圧入力端子(201)〜(211)からそれぞれ電圧検出線(221)〜(231)が引き出され、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路(241)〜(250)には、静電気電圧から回路を保護するためのコンデンサＣ１〜Ｃ１０が介在している。コンデンサＣ１〜Ｃ１０は、例えば０.１μＦの容量を有している。１１本の電圧検出線(221)〜(231)の内、第１番目の電圧検出線(221)からは電源ライン(220)が引き出され、電圧検出装置(２)の電源端子(図示省略)に接続されている。又、第１１番目の電圧検出線(231)は、グランドに接続されている。１１本の電圧検出線(221)〜(231)はＡＤＣ(21)の１１個の入力端子に接続され、該ＡＤＣ(21)の１つの出力端子はマイクロコンピュータからなる制御回路(22)に接続されている。
【００７７】
上記電圧検出装置(２)は、組電池(１)の電圧検出点Ｐ１〜Ｐ１１と電圧入力端子(201)〜(211)との間のワイヤハーネス(401)〜(411)の断線を検知する機能を有しており、１１本の電圧検出線(221)〜(231)の内、第１１番目の電圧検出線(231)を除く電圧検出線(221)〜(230)のコンデンサＣ１〜Ｃ１０よりもＡＤＣ(21)側に位置する一点(251)〜(260)からそれぞれ電流線路(261)〜(270)が引き出され、これらの電流線路(261)〜(270)の先端はグランドに接続されている。各電流線路(261)〜(270)には、例えば２００ＫΩ程度の抵抗値を有する断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０が介在している。
【００７８】
又、隣り合う２本の電圧検出線を前記一点(251)〜(260)よりもＡＤＣ(21)側にて互いに連結する各連結線路(271)〜(280)には、クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０が介在している。即ち、各連結線路(271)〜(280)は、コンデンサが介在する各連結線路(241)〜(250)と並列に設けられている。各クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０は、電流が負極側の電圧検出線から正極側の電圧検出線に流れる方向に接続されている。
【００７９】
上記電圧検出装置(２)においては、ワイヤハーネス(401)〜(411)の何れにも断線が発生していない正常な状態では、各セルＢ１〜Ｂ１０から各コンデンサＣ１〜Ｃ１０に電流が供給されて各コンデンサは電荷が蓄えられた状態(満充電状態)に維持されることとなって、１１本の電圧検出線(221)〜(231)にはそれぞれ、各セルＢ１〜Ｂ１０の正極或いは負極の電位が発生することとなり、１１本の電圧検出線(221)〜(231)の電位がそれぞれＡＤＣ(21)の１１個の入力端子に入力される。ＡＤＣ(21)は、隣り合う２つの入力端子間の各電位差、即ち各セルの両端電圧をデジタルの電圧検出データに変換して出力端子から出力する。制御回路(22)は、ＡＤＣ(21)の出力端子から得られる１０セル分の電圧検出データに基づいて、各セルが過充電状態或いは過放電状態となっていないかどうかを監視する。
【００８０】
例えば、図２中に×印で示す如く組電池(１)の第３電圧検出点Ｐ３と電圧検出装置(２)の第３電圧入力端子(図示省略)との間の第３ワイヤハーネス(403)に断線が発生した場合には、セルＢ３からコンデンサＣ３に対する電流の供給が停止されて、コンデンサＣ３から蓄えられていた電荷が放出されて図中に実線の矢印で示す如く第３電圧検出線(223)、第３電流線路(263)及び断線検知用抵抗Ｒ３を経てグランドへ流れ込み、第３電圧検出線(223)の電位は徐々に低下する。この過程で第３電圧検出線(223)の電位が第４電圧検出線(224)の電位と等しくなったとき、図中に破線の矢印で示す如く第４電圧検出線(224)からクランプダイオードＤ３を経て第３電圧検出線(223)に電流が流れ始めるため、第３電圧検出線(223)の電位が第４電圧検出線(224)の電位よりも低下することはなく、両電圧検出線(223)(224)の電位差、即ちコンデンサＣ３の両端電圧は略零となる。又、この様にコンデンサＣ３の両端電圧が略零となるので、コンデンサＣ２の両端電圧はセルＢ２とセルＢ３の合計電圧と等しくなる。
【００８１】
図３は、第３ワイヤハーネス(403)に断線が発生したときのコンデンサＣ２、Ｃ３の両端電圧の変化を表わしている。尚、断線が発生したときのセルＢ２、Ｂ３の両端電圧をそれぞれＶ２、Ｖ３とする。
【００８２】
断線発生前のコンデンサＣ３の両端電圧は、同図(ｂ)に示す如くセルＢ３の両端電圧Ｖ３と等しいが、断線が発生すると略ゼロとなる。一方、断線発生前のコンデンサＣ２の両端電圧は、同図(ａ)に示す如くセルＢ２の両端電圧Ｖ２と等しいが、断線が発生すると、セルＢ２とセルＢ３の合計電圧(＝Ｖ２＋Ｖ３)と等しくなる。
【００８３】
上述の如く、第ｎ番目(１≦ｎ≦１０)のワイヤハーネスに断線が発生すると、第ｎ番目のコンデンサＣｎの両端電圧が略零となって、制御回路(22)に入力される第ｎ番目のセルの両端電圧は略零となる。実際のリチウム二次電池の使用範囲では、両端電圧が充電容量が零のときの電圧値以下に低下することはあり得ない。そこで、図１に示す制御回路(22)は、ＡＤＣ(21)から入力される各セルの両端電圧を監視し、第ｎ番目のセルの両端電圧が所定の閾値まで低下したときに第ｎ番目のワイヤハーネスに断線が発生したと判断する。ここで、閾値はセル毎に設定され、各閾値は、各セルの充電容量が零となったときの両端電圧以下の値に設定される。全てのセルの閾値を零に設定することも可能である。
【００８４】
尚、第１１番目のワイヤハーネス(411)に断線が発生した場合には、図４に矢印で示す如く電流が流れて、コンデンサＣ１０の両端電圧が略零となるので、セルＢ１０の両端電圧が所定の閾値まで低下したときに第１１番目のワイヤハーネス(411)に断線が発生したと判断することが出来る。
【００８５】
ところで、２本の電圧検出線の間にクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０が設けられていない構成においては、例えば上述の如く第３ワイヤハーネス(403)に断線が発生した場合、第３電圧検出線(223)の電位が第４電圧検出線(224)の電位よりも低下して、ＡＤＣ(21)の第３チャンネルの入力端子ＣＨ３と第４チャンネルの入力端子ＣＨ４との間に正負が逆の電圧が印加されると共に、ＡＤＣ(21)の第３チャンネルの入力端子ＣＨ３と第２チャンネルの入力端子ＣＨ２との間に高電圧が印加されることになる。
【００８６】
これに対し、上記電圧検出装置(２)においては、第３電圧検出線(223)と第４電圧検出線(224)との間にクランプダイオードＤ３が順方向を組電池(１)の正極側に向けて介在しているので、上述の如く第３電圧検出線(223)の電位が第４電圧検出線(224)の電位よりも低下することはなく、ＡＤＣ(21)の第３チャンネルの入力端子ＣＨ３と第４チャンネルの入力端子ＣＨ４との間に正負が逆の電圧が印加されることも、第３チャンネルの入力端子ＣＨ３と第２チャンネルの入力端子ＣＨ２との間に高電圧が印加されることもない。
【００８７】
この様に、隣り合う２本の電圧検出線の間に順方向を組電池(１)の正極側に向けたクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０を設けることによって、ＡＤＣ(21)に正負が逆の電圧が印加されると共に高電圧が印加されることを防止することが出来る。
【００８８】
本実施例のバッテリシステムにおいては、組電池(１)を構成する複数のセルの充電状態にどの様なばらつきが生じていても、断線が発生していない正常な状態では、隣り合う２本の電圧検出線の電位差が前記所定の閾値を下回って略零となることはないので、断線が発生していないにも拘わらず断線が発生したと誤って判断されることはない。
（第２実施例）
本実施例のバッテリシステムは、図５に示す如く、第１実施例のバッテリシステムと同様に、リチウムイオン二次電池からなる１０個のセルを直列に接続してなる組電池(１)と、各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置(20)とを具えており、組電池(１)の正極点Ｐ１、セルどうしの連結点Ｐ２〜Ｐ１０及び組電池(１)の負極点Ｐ１１と電圧検出装置(20)の１１個の電圧入力端子(201)〜(211)とがそれぞれワイヤハーネス(401)〜(411)によって互いに接続されている。尚、組電池の正極及び負極からはそれぞれ電力供給線(図示省略)が引き出され、走行用モータ等からなる負荷に接続されている。
【００８９】
電圧検出装置(20)においては、１１本の電圧検出線(221)〜(231)の内、第１１番目の電圧検出線(231)を除く電圧検出線(221)〜(230)のコンデンサＣ１〜Ｃ１０よりもＡＤＣ(21)側に位置する一点(251)〜(260)からそれぞれ電流線路(281)〜(290)が引き出され、１０本の電流線路(281)〜(290)の内、第１０番目の電流線路(290)の先端が断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを介してグランドに接続され、他の９本の電流線路(281)〜(289)の先端は第１０番目の電流線路(290)に接続されている。該スイッチング素子ＳＷは、制御回路(23)によってオン／オフ制御される。
【００９０】
各電流線路(281)〜(290)には、例えば２００ＫΩ程度の抵抗値を有する断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０が介在すると共に、ダイオードＤ１１〜Ｄ２０が介在している。各ダイオードＤ１１〜Ｄ２０は、電流が各電圧検出線(221)〜(230)からグランドに向って流れる方向に接続されており、これによって、電圧の高い電流線路から電圧の低い電流線路に電流が逆流することを防止することが出来る。その他の構成及び動作は、第１実施例の電圧検出回路と同じであるので、説明を省略する。
【００９１】
ハイブリッド自動車のバッテリシステムにおいては、イグニッションスイッチがオフの状態では組電池の充放電が行なわれないため、組電池を構成する各セルの両端電圧を監視する必要はなく、電圧検出装置の電源はオフに設定されている。
【００９２】
本実施例のバッテリシステムにおいては、電圧検出装置(20)の断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷがオンの状態では、組電池(１)を構成する各セルＢ１〜Ｂ１０から僅かな電流が電圧検出線(221)〜(230)及び断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０を経てグランドに流れ込む。従って、仮に電圧検出装置(20)の電源がオフであって断線を検知することが出来ない状態であるときに該スイッチング素子ＳＷをオンに設定した場合には、各セルの電力が無駄に消費されることになる。そこで、上記制御回路(23)は、イグニッションスイッチがオンに設定されることによって電圧検出装置(20)の電源がオンに設定されたときに、断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷをオンに設定する。この様に、電圧検出装置の電源がオンに設定されたときにのみ断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷをオンに設定することによって、各セルの電力が無駄に消費されることを防止することが出来る。
（第３実施例）
本実施例のバッテリシステムは、図６に示す如く、リチウムイオン二次電池からなる１０個のセルを直列に接続してなる組電池(１)と、各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置(５)とを具えており、組電池(１)の正極点Ｐ１、セルどうしの連結点Ｐ２〜Ｐ１０及び組電池(１)の負極点Ｐ１１と電圧検出装置(５)の１１個の電圧入力端子(501)〜(511)とがそれぞれワイヤハーネス(401)〜(411)によって互いに接続されている。尚、組電池の正極及び負極からはそれぞれ電力供給線(図示省略)が引き出され、走行用モータ等からなる負荷に接続されている。
【００９３】
電圧検出装置(５)においては、前記１１個の電圧入力端子(501)〜(511)からそれぞれ電圧検出線(521)〜(531)が引き出され、隣り合う２本の電圧検出線を互いに連結する各連結線路(541)〜(550)には、静電気電圧から回路を保護するためのコンデンサＣ１〜Ｃ１０が介在している。コンデンサＣ１〜Ｃ１０は、例えば０.１μＦの容量を有している。１１本の電圧検出線(521)〜(531)の内、第１番目の電圧検出線(521)からは電源ライン(520)が引き出され、電圧検出装置(５)の電源端子(図示省略)に接続されている。又、第１１番目の電圧検出線(531)は、グランドに接続されている。１１本の電圧検出線(521)〜(531)はＡＤＣ(51)の１１個の入力端子に接続され、該ＡＤＣ(51)の１つの出力端子はマイクロコンピュータからなる制御回路(52)に接続されている。
【００９４】
上記電圧検出装置(５)は、組電池(１)を構成する各セルの充電状態を均等化する機能を有しており、コンデンサが介在する連結線路(541)〜(550)と並列に設けられ隣り合う２本の電圧検出線をコンデンサＣ１〜Ｃ１０よりもＡＤＣ(51)側にて互いに連結する各連結線路(551)〜(560)には、トランジスタからなる２つのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２と均等化用抵抗ｒとダイオードＤ０とを直列に接続してなる放電回路(50)が介在している。ここで、均等化用抵抗ｒは、例えば１００Ω程度の抵抗値を有している。又、各ダイオードＤ０は、電流が正極側の電圧検出線から負極側の電圧検出線に向けて流れる方向に接続されており、これによって、ワイヤハーネスの断線時に図７に破線の矢印で示す如く電流が流れることを防止することが出来る。
【００９５】
図６に示す各放電回路(50)の２つのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の内、１つのスイッチング素子ＳＷ２のベースから電流線路(561)〜(570)が引き出され、１０本の電流線路(561)〜(570)の内、第１番目の電流線路(561)の先端は断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを介してグランドに接続され、他の９本の電流線路(562)〜(570)の先端は第１番目の電流線路(561)に接続されている。断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷは、制御回路(52)によってオン／オフ制御される。
【００９６】
各電流線路(561)〜(570)には、第１のスイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０及びダイオードＤ２１〜Ｄ３０が介在しており、各第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗の放電回路(50)側の一端と各放電回路(50)の正極側の電圧検出線(521)〜(530)とを放電回路(50)よりもＡＤＣ(51)側で互いに連結する各連結線路(571)〜(580)には、第２のスイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０が介在している。第１のスイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０は、例えば２００ＫΩ程度の抵抗値を有しており、第２のスイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０は、例えば５０ＫΩ程度の抵抗値を有している。各ダイオードＤ２１〜Ｄ３０は、電流がスイッチング素子ＳＷ２からグランドに向けて流れる方向に接続されている。これによって、電圧の高い電流線路から電圧の低い電流線路に電流が流れることを防止することが出来る。
【００９７】
又、コンデンサが介在する連結線路(541)〜(550)と並列に設けられ隣り合う２本の電圧検出線を前記第２のスイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０よりもＡＤＣ(51)側にて互いに連結する各連結線路(581)〜(590)には、クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０が介在している。各クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０は、電流が負極側の電圧検出線から正極側の電圧検出線に流れる方向に接続されている。
【００９８】
尚、各放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ１のベースには、図２０に示す従来の放電回路(80)と同様に、第１スイッチング制御用抵抗Ｒ３１〜Ｒ４０、第２スイッチング制御用抵抗Ｒ４１〜Ｒ５０及び放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ２０(何れも図示省略)が接続されており、放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ２０は、制御回路(52)によってオン／オフ制御されている。放電オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷ２０がオンに設定されると、放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ１がオンとなる。
【００９９】
本実施例のバッテリシステムにおいては、図示省略するイグニッションスイッチがオンに設定されることによって電圧検出装置(５)の電源がオンに設定されたとき、制御回路(52)は、断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷをオンに設定する。これによって、各セルＢ１〜Ｂ１０から各コンデンサＣ１〜Ｃ１０に電流が供給されて各コンデンサは電荷が蓄えられた状態(満充電状態)に維持されると共に、図８に破線の矢印で示す如く、各セルＢ１〜Ｂ１０から僅かな電流が各電圧検出線(521)〜(530)、各第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０、各第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０、各ダイオードＤ２１〜Ｄ３０及び断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを経てグランドに流れ込むことになる。
【０１００】
ワイヤハーネス(401)〜(411)の何れにも断線が発生していない正常な状態では、上述の如く各コンデンサＣ１〜Ｃ１０は満充電状態に維持されることとなって、１１本の電圧検出線(521)〜(531)にはそれぞれ、各セルＢ１〜Ｂ１０の正極或いは負極の電位が発生することとなり、１１本の電圧検出線(521)〜(531)の電位がそれぞれＡＤＣ(51)の１１個の入力端子に入力される。ＡＤＣ(51)は、隣り合う２つの入力端子間の各電位差、即ち各セルの両端電圧をデジタルの電圧検出データに変換して出力端子から出力する。制御回路(52)は、ＡＤＣ(51)の出力端子から得られる１０セル分の電圧検出データに基づいて、各セルが過充電状態或いは過放電状態となっていないかどうかを監視する。
【０１０１】
又、上記電圧検出装置(５)による均等化処理においては、両端電圧が均等化目標電圧を超えるセルに対してそれぞれ放電回路(50)による放電が実施される。上述の如く電圧検出装置(５)の断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷがオンに設定されて各セルから僅かな電流がグランドに向って流れている状態で、放電の対象とするセルに接続されている放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ１がオンに設定されると、スイッチング素子ＳＷ２もオンとなって該セルが放電されることになる。例えば、セルＢ１に接続されている放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ１がオンに設定されると、図９に破線の矢印で示す如くセルＢ１からスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、均等化用抵抗ｒ及びダイオードＤ０に電流が流れて該セルが放電されることになる。この様にして、両端電圧が均等化目標電圧を越せるセルを放電させることによって、各セルの充電状態を均等化することが出来る。
【０１０２】
又、例えば、図１０中に×印で示す如く組電池(１)の第３電圧検出点Ｐ３と電圧検出回路(５)の第３電圧入力端子(図示省略)との間の第３ワイヤハーネス(403)に断線が発生した場合には、セルＢ３からコンデンサＣ３に対する電流の供給が停止されて、コンデンサＣ３に蓄えられていた電荷が放出されて図中に実線の矢印で示す如く第３電圧検出線(523)、第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２３、第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１３、ダイオードＤ２３及び断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを経てグランドへ流れ込み、第３電圧検出線(523)の電位は徐々に低下する。この過程で第３電圧検出線(523)の電位が第４電圧検出線(524)の電位と等しくなったとき、図中に破線の矢印で示す如く第４電圧検出線(524)からクランプダイオードＤ３を経て第３電圧検出線(523)に電流が流れ始めるため、第３電圧検出線(523)の電位が第４電圧検出線(524)の電位よりも低下することはなく、両電圧検出線(523)(524)の電位差、即ちコンデンサＣ３の両端電圧は略零となる。又、この様にコンデンサＣ３の両端電圧が略零となるので、コンデンサＣ２の両端電圧はセルＢ２とセルＢ３の合計電圧と等しくなる。
【０１０３】
尚、第１実施例と同様に、隣り合う２本の電圧検出線の間に順方向を組電池(１)の正極側に向けたクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０を設けることによって、ＡＤＣ(51)に正負が逆の電圧が印加されると共に高電圧が印加されることを防止することが出来る。
【０１０４】
上述の如く、第ｎ番目(１≦ｎ≦１０)のワイヤハーネスに断線が発生すると、第ｎ番目のコンデンサＣｎの両端電圧が略零となって、制御回路(52)に入力される第ｎ番目のセルの両端電圧は略零となる。実際のリチウム二次電池の使用範囲では、両端電圧が充電容量が零のときの電圧値以下に低下することはあり得ない。そこで、図６に示す制御回路(52)は、ＡＤＣ(51)から入力される各セルの両端電圧を監視し、第ｎ番目のセルの両端電圧が所定の閾値まで低下したときに第ｎ番目のワイヤハーネスに断線が発生したと判断する。ここで、閾値はセル毎に設定され、各閾値は、各セルの充電容量が零となったときの両端電圧以下の値に設定される。全てのセルの閾値を零に設定することも可能である。
【０１０５】
尚、第１１番目のワイヤハーネス(411)に断線が発生した場合には、コンデンサＣ１０の両端電圧が略零となるので、セルＢ１０の両端電圧が所定の閾値まで低下したときに第１１番目のワイヤハーネス(411)に断線が発生したと判断することが出来る。
【０１０６】
本実施例のバッテリシステムにおいては、組電池(１)を構成する複数のセルの充電状態にどの様なばらつきが生じていても、断線が発生していない正常な状態では、隣り合う２本の電圧検出線の電位差が前記所定の閾値を下回って略零となることはないので、断線が発生していないにも拘わらず断線が発生したと誤って判断されることはない。
【０１０７】
又、電圧検出装置(５)の電源がオンに設定されたときにのみ断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷがオンに設定されるので、第２実施例のバッテリシステムと同様に、各セルの電力が無駄に消費されることを防止することが出来る。
【０１０８】
又、放電回路が１つのみのスイッチング素子を具えているバッテリシステムにおいては、該スイッチング素子が常にオンとなるオン故障が発生した場合、その後、オン故障が発生した放電回路に接続されているセルが該放電回路により常に放電されることになる。イグニッションスイッチがオフの状態で放電回路のスイッチング素子にオン故障が発生してセルの容量が所定量以下に低下すると、その後、イグニッションスイッチをオン操作したときにエンジンがかからない事態が発生する。本実施例のバッテリシステムにおいては、放電回路(50)の２つのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２に同時にオン故障が発生する可能性は極めて低く、２つのスイッチング素子に同時にオン故障が発生して上記事態が発生する可能性は極めて低い。イグニッションスイッチがオフの状態では、放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ１にオン故障が発生した場合であっても、断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷはオフに設定されているので放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ２がオンとなることはなく、上記事態が発生することはない。又、放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ２にオン故障が発生した場合であっても、スイッチング素子ＳＷ１はオフに設定されているので、上記事態が発生することはない。
【０１０９】
更に、本実施例の電圧検出装置(５)においては、スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０、Ｒ２１〜Ｒ３０が放電回路(50)のスイッチング素子ＳＷ２に対するスイッチング制御用抵抗と断線検知用抵抗として兼用されているので、スイッチング制御用抵抗及び断線検知用抵抗とが別に設けられている構成に比べて部品点数が少なく、構成が簡易である。
（第４実施例）
本実施例のバッテリシステムは、図１１に示す如く、リチウムイオン二次電池からなる１０個のセルを直列に接続してなる組電池(１)と、各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置(24)とを具えており、組電池(１)の正極点Ｐ１、セルどうしの連結点Ｐ２〜Ｐ１０及び組電池(１)の負極点Ｐ１１と電圧検出装置(24)の１１個の電圧入力端子(201)〜(211)とがそれぞれワイヤハーネス(401)〜(411)によって互いに接続されている。尚、組電池の正極及び負極からはそれぞれ電力供給線(図示省略)が引き出され、走行用モータ等からなる負荷に接続されている。
【０１１０】
電圧検出装置(24)においては、第１１番目の電圧検出線(231)を除く電圧検出線(221)〜(230)上の一点(251)〜(256)からぞれぞれ引き出された電流線路(281)〜(290)にはそれぞれ、複数の抵抗（図１１においては１つの抵抗のみを記載）を直列に接続してなる断線検知用抵抗回路RC１〜RC１０とダイオードD１１〜D２０とが介在している。又、ＡＤＣ(21)及び制御回路(23)によってＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)が構成されており、電圧検出線(221)〜(231)にはそれぞれ、前記一点(251)〜(260)とクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０が介在する連結線路(271)〜(280)との連結点の間に、ＡＳＩＣ内で短絡が生じたときにＡＳＩＣに過電流が流れることを防止するための保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０が介在している。保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０は、例えば５ｋΩ程度の抵抗値を有している。尚、その他の構成は、第２実施例の電圧検出装置と同一である。
【０１１１】
上述の如く、断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０が介在する電流線路(281)〜(290)よりもＡＳＩＣ側に保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０が配設される理由は次の通りである。
【０１１２】
図１２は、保護抵抗を断線検知用抵抗回路が介在する電流線路よりも組電池(１)側に配設したバッテリシステムの一部の構成を表わしており、図示の如く組電池(１)の負極側から３つ目までのセルの両端電圧をそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３、保護抵抗Ｒ５８、Ｒ５９、Ｒ６０による電圧降下量をＶＲ５８、ＶＲ５９、ＶＲ６０とした場合、ＡＤＣ(21)によって検出されるセルの両端電圧は、Ｖ１−ＶＲ６０、Ｖ２−ＶＲ５９＋ＶＲ６０、Ｖ３−ＶＲ５８＋ＶＲ５９となり、ＡＤＣ(21)によって検出される各セルの両端電圧に保護抵抗による誤差が生じることになる。断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷがオンの状態では、各セルから僅かな電流が保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０及び断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０を経てグランドに流れ込むのであるが、各セルからグランドに流れ込む電流の大きさにはばらつきが生じるため、保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０による電圧降下量ＶＲ５１〜ＶＲ６０は区々となる。例えば、断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０に流れる電流のばらつき幅が１０μＡである場合には、保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０による電圧降下量は５０ｍＡ(＝５ｋΩ×１０μＡ)のばらつき幅でばらつくことになる。従って、ＡＤＣ(21)によって検出される各セルの両端電圧に生じる誤差は区々となり、電圧検出精度は低いものとなる。そこで、図１１に示す如く、断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０が介在する電流線路(281)〜(290)よりもＡＳＩＣ側に保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０が配設されるのである。
【０１１３】
本実施例のバッテリシステムによれば、上述の如く、保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０を断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０よりもＡＳＩＣ側に配設することによって、ＡＳＩＣ内で短絡が生じたときにＡＳＩＣに過電流が流れることを防止すると共に保護抵抗Ｒ５１〜Ｒ６０を具えていない電圧検出装置と同程度の高い電圧検出精度を得ることが出来る。
【０１１４】
また、本実施例の断線検知用抵抗回路RC１〜RC１０の合成抵抗値は、組電池(１)を構成する各セルの消費電流が略等しくなる様、組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定することも可能である。この理由は次の通りである。
【０１１５】
断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷがオンの状態に、各セルＢ１〜Ｂ１０から僅かな電流が断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０を経てグランドに流れ込む。ここで、セルＢ１からは断線検知用抵抗回路ＲC１のみ、セルＢ２からは断線検知用抵抗回路ＲC１と断線検知用抵抗回路ＲC２、セルＢ３からは断線検知用抵抗回路ＲC１と断線検知用抵抗回路ＲC２と断線検知用抵抗回路ＲC３、・・・セルＢ１０からは断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０に電流が流れることとなるため、セルの消費電流にばらつきが生じることとなって、セルの両端電圧にばらつきが生じることになる。そこで、各セルの消費電流が略等しくなる様、断線検知用抵抗回路RＣ１〜RＣ１０の合成抵抗値を組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定するのである。
【０１１６】
また、断線検知回路RＣ１〜RＣ１０は、複数の抵抗を複数直列に接続して構成すると良い。この理由は次の通りである。
【０１１７】
基板上の抵抗に結露が生じた場合や硫化ガスや塩素ガスが吸着した場合には、基板上の抵抗は図１３及び図１４に示す如く１０ＭΩ程度の抵抗が並列に接続されたときの合成抵抗値と同程度の値まで小さくなる。例えば図１３に示す如く１ＭΩの抵抗に結露が生じた場合には、抵抗値は９００ｋΩ(１ＭΩの抵抗と１０ＭΩの抵抗の合成抵抗値)程度まで小さくなる。一方、図１４に示す如く１００ｋΩの抵抗に結露が生じた場合には、抵抗値は９９ｋΩ(１００ｋΩの抵抗と１０ＭΩの抵抗の合成抵抗値)程度まで小さくなる。この様に、抵抗値の小さな抵抗を採用した方が結露が生じることによる抵抗値の減少量は少ない。そこで、断線検知回路RＣ１〜RＣ１０は、複数の抵抗を複数直列に接続して構成することによって、結露等による断線検知用抵抗回路RＣ１〜RＣ１０の合成抵抗値のばらつきを抑えることができるので、各セルＢ１〜Ｂ１０から僅かな電流が断線検知用抵抗回路ＲC１〜ＲC１０を経てグランドに流れ込む電流のばらつきが抑えられ、セルの両端電圧に生じるばらつきを小さく抑えることが出来る。
（第５実施例）
本実施例のバッテリシステムは、図１５に示す如く、リチウムイオン二次電池からなる１０個のセルを直列に接続してなる組電池(１)と、各セルの両端電圧を検出する電圧検出装置(25)とを具えており、組電池(１)の正極点Ｐ１、セルどうしの連結点Ｐ２〜Ｐ１０及び組電池(１)の負極点Ｐ１１と電圧検出装置(25)の１１個の電圧入力端子(201)〜(211)とがそれぞれワイヤハーネス(401)〜(411)によって互いに接続されている。尚、組電池の正極及び負極からはそれぞれ電力供給線(図示省略)が引き出され、走行用モータ等からなる負荷に接続されている。
【０１１８】
電圧検出装置(25)においては、１１本の電圧検出線(221)〜(231)がＡＳＩＣ(３)の１１個の電圧入力端子(301)〜(311)に接続されており、第１１番目の電圧検出線(231)を除く電圧検出線(221)〜(230)には、コンデンサＣ１〜Ｃ１０よりも電圧入力端子(201)〜(210)側にＰＴＣ素子(291)〜(300)が介在している。ＡＳＩＣ(３)内で短絡が生じて電圧検出線に過電流が流れたとき、ＰＴＣ素子が発熱し、これに伴って電気抵抗値が急増する。この結果、電圧検出線を流れる過電流がＰＴＣ素子によって遮断されることになる。これによって、ＡＳＩＣ(３)に過電流が流れることを防止することが出来る。
【０１１９】
ＡＳＩＣ(３)においては、前記１１個の電圧入力端子(301)〜(311)からそれぞれ電圧検出線(321)〜(331)が引き出されており、１１本の電圧検出線(321)〜(331)はＡＤＣ(31)の１１個の入力端子に接続され、該ＡＤＣ(31)の１つの出力端子はマイクロコンピュータからなる制御回路(32)に接続されている。
【０１２０】
前記１１本の電圧検出線(321)〜(331)の内、第１１番目の電圧検出線(331)を除く電圧検出線(321)〜(330)上の一点(351)〜(360)からそれぞれ電流線路(361)〜(370)が引き出されており、１０本の電流線路(361)〜(370)の内、第１０番目の電流線路(370)の先端が断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを介してグランドに接続され、他の９本の電流線路(361)〜(369)の先端は第１０番目の電流線路(370)に接続されている。該スイッチング素子ＳＷは、制御回路(32)によってオン／オフ制御される。各電流線路(361)〜(370)には、複数の抵抗（図１５においては１つの抵抗のみを記載）に接続してなる断線検知用抵抗回路ＲC１´〜ＲC１０´が介在すると共に、ダイオードＤ１１〜Ｄ２０が介在している。断線検知用抵抗回路ＲC１´〜ＲC１０´はそれぞれ１ＭΩ程度の抵抗値の大きな抵抗を用いて構成されており、組電池(１)の正極に最も近い断線検知用抵抗回路ＲC１´は、例えば４.３ＭΩの抵抗値を有している。
【０１２１】
又、隣り合う２本の電圧検出線を前記一点(351)〜(360)よりも電圧入力端子(301)〜(310)側にて互いに連結する各連結線路(341)〜(350)には、クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０が介在している。その他の構成は、第２実施例の電圧検出装置と同一である。
【０１２２】
本実施例のバッテリシステムにおいては、断線検知用抵抗回路ＲC１´〜ＲC１０´が介在する電流線路(361)〜(370)よりも電圧入力端子(301)〜(310)側にＰＴＣ素子(291)〜(300)が配設されているが、ＰＴＣ素子の抵抗値は通常の状態では数Ω程度であるので、ＰＴＣ素子による電圧降下量は無視できる程度の量となる。例えば断線検知用抵抗回路に０.１ｍＡの電流が流れた場合には、ＰＴＣ素子による電圧降下量は１ｍＶ以下となる。従って、ＡＳＩＣ(３)内で短絡が生じたときにＡＳＩＣ(３)に過電流が流れることを防止すると共に、ＰＴＣ素子(291)〜(300)を具えていない電圧検出装置と同程度の高い電圧検出精度を得ることが出来る。尚、ＰＴＣ素子に代えて、抵抗値の小さい保護素子、例えばヒューズを採用することも可能である。
【０１２３】
又、本実施例のバッテリシステムにおいては、断線検知用抵抗回路ＲC１´〜ＲC１０´、ダイオードＤ１１〜Ｄ２０、及び断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを含む断線検知回路がＡＳＩＣ(３)に内蔵されているので、断線検知回路がＡＳＩＣの外部回路として設けられているバッテリシステムに比べて電圧検出装置が小型となり、その結果、システム全体が小型となる。
【０１２４】
更に、本実施例のバッテリシステムにおいては、ＡＳＩＣ(３)を構成するパッケージ内に断線検知用抵抗回路ＲC１´〜ＲC１０´が収容されるので、これらの抵抗に結露が生じたり硫化ガスや塩素ガスが吸着することはない。また、抵抗に結露が生じたり硫化ガスや塩素ガスが吸着することはないので、抵抗値の大きな抵抗を用いることができ、抵抗の数を抑えて抵抗値が十分に大きな断線検知用抵抗回路ＲC１´〜ＲC１０´を構成することが出来る。これによって、ASIC(３)の回路規模を抑えつつもセルの両端電圧に生じるばらつきを小さく抑えることが出来る。
【０１２５】
尚、図１６は、第３実施例のバッテリシステムの変形例を表わしており、第１１番目の電圧検出線(531)を除く電圧検出線(521)〜(530)には、コンデンサＣ１〜Ｃ１０よりも電圧入力端子(501)〜(510)側にＰＴＣ素子(291)〜(300)が介在すると共に、複数の抵抗（図１６においては１つの抵抗のみを記載）を直列に接続してなるスイッチング制御用／断線検知用抵抗回路RC１１〜RC２０、RC２１〜RC３０を含む断線検知回路と放電回路(50)とクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０とがＡＳＩＣ(30)に内蔵されている。
【０１２６】
図１９は、本発明に係る電動車輌の構成を表わしており、該電動車輌においては、バッテリシステム(100)から得られる電力が電力変換部(91)を経てモータ(92)に供給され、モータ(92)が駆動される。これによって、車輪(93)が駆動される。アクセル(94)の操作量及びブレーキ(95)の操作量に応じたトルク指令が車輌側制御部(96)に供給されると共に、モータ(92)の回転数が該車輌側制御部(96)に供給され、該車輌側制御部(96)によって前記電力変換部(91)の動作が制御される。バッテリシステム(100)と電力変換部(91)との間にはコンタクタ(90)が介在しており、該コンタクタ(90)は、バッテリシステム(100)を構成する制御回路(図示省略)によってオン／オフ制御される。車輌側制御部(96)とバッテリシステム(100)の制御回路とは互いに通信を行なうことが可能であって、イグニッションキーがオン操作されると、車輌側制御部(96)がこれを検知してバッテリシステム(100)の制御回路に通知し、該制御回路はコンタクタ(90)をオンに設定する。これによって、バッテリシステム(100)から電力変換部(91)に対する電力供給が開始されて、車輌が走行可能な状態となる。一方、イグニッションキーがオフ操作されると、車輌側制御部(96)がこれを検知してバッテリシステム(100)の制御回路に通知し、該制御回路はコンタクタ(90)をオフに設定する。これによって、バッテリシステム(100)から電力変換部(91)に対する電力供給が停止される。バッテリシステム(100)の具体的構成としては、例えば図１５に示す第５実施例のバッテリシステムの構成を採用することが出来る。尚、第５実施例以外の他の実施例のバッテリシステムの構成を採用することも可能である。又、上記コンタクタ(90)に代えて、リレーを採用することも可能である。
【０１２７】
上記車輌側制御部(96)は、加速時や登坂時には上述の如くバッテリシステム(100)の組電池からモータ(92)に電力を供給することによりモータ(92)を駆動する放電制御を行ない、減速時や降坂時にはモータ(92)に発生した電力によってバッテリシステム(100)の組電池を充電する充電制御を行なう。
【０１２８】
本発明に係る電動車輌においては、バッテリシステム(100)の制御回路は、コンタクタ(90)がオンに設定されている状態で、上述の如く組電池と電圧検出装置の電圧入力端子との間の何れかのワイヤハーネスに断線が発生したことを検知したとき、コンタクタ(90)をオフに切り替えると共に、断線が発生した旨の通知を車輌側制御部(96)に発する。車輌側制御部(96)は、該通知を受けて所定の制御動作を実行する。この様に、断線の発生が検知されたとき、コンタクタ(90)がオフに切り換えられるので、バッテリシステム(100)の組電池からモータ(92)に対して電力が供給されることもモータ(92)に発生した電力がバッテリシステム(100)の組電池に供給されることもなく、組電池を構成するセルが過充電状態或いは過放電状態となることを回避することが出来る。
【０１２９】
尚、断線の発生が検知されたときにコンタクタ(90)をオフに切り替える構成に代えて、後述の構成を採用することも可能である。例えば、特にセルが過充電状態となることが危険であるため、車輌側制御部(96)は、バッテリシステム(100)の制御回路から断線が発生した旨の通知を受けたときには、充電を禁止し、放電のみを許可することも可能である。又、放電のみを許可すると共に、モータ(92)の出力(モータトルク×回転数)を制限することによってバッテリシステム(100)の組電池の出力を制限することも可能である。
【０１３０】
上記の実施例のバッテリシステムにおいては、図１、図５、図６、図１１、図１５及び図１６に示す如く、隣り合う２本の電圧検出線の間にクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０が設けられているが、クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０を省略することも可能である。クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０を省略したバッテリシステムにおいては、ある１本のワイヤハーネスに断線が発生した場合、該ワイヤハーネスに接続されている電圧検出線の電位が隣接する負極側の電圧検出線の電位よりも低下して略零となる。従って、電圧検出線の電位が所定の閾値まで低下したとき、或いは正極側の電圧検出線の電位が負極側の電圧検出線の電位を下回ったときに、断線が発生したものと判断することが出来る。尚、閾値は電圧検出線毎に設定され、各閾値は、組電池の負極側の端部に位置する電圧検出線と各電圧検出線との間に介在する全てのセルの充電容量が零となったときのそれらのセル電圧の積算値以下の値に設定される。
【０１３１】
又、第３実施例のバッテリシステムにおいては、図６に示す如く、第１番目の電流線路(561)の先端が断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子ＳＷを介してグランドに接続されているが、該スイッチング素子ＳＷを省略して、１０本の電流線路(561)〜(570)をグランドに接続することも可能である。又、１０本の電流線路(561)〜(570)の先端にそれぞれ断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子を接続して、各電流線路の先端を各断線検知オン／オフ切換えスイッチング素子を介してグランドに接続することも可能である。
【０１３２】
又、第３実施例のバッテリシステムにおいては、放電回路(50)の２つのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の内、一方のスイッチング素子ＳＷ２のベースがスイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０を介してグランドに接続されているが、３つ以上のスイッチング素子を設け、それら３つのスイッチング素子の内、一部の複数のスイッチング素子のベースをそれぞれスイッチング制御用／断線検知用抵抗を介してグランドに接続することも可能である。
【０１３３】
又、第１実施例及び第２実施例のバッテリシステムにおいては、断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０を介してグランドに接続されている一点(251)〜(260)は容量素子Ｃ１〜Ｃ１０よりもＡＤＣ(21)側に位置し、クランプダイオードＤ１〜Ｄ１０はこれらの一点(251)〜(260)よりもＡＤＣ(21)側に位置しているが、容量素子Ｃ１〜Ｃ１０と前記一点(251)〜(260)とクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０の位置関係は、入力端子(201)〜(211)とＡＤＣ(21)との間であれば、どの様な位置関係であってもよい。
【０１３４】
又、第３実施例のバッテリシステムにおいては、容量素子Ｃ１〜Ｃ１０と放電回路(50)と第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０とクランプダイオードＤ１〜Ｄ１０の位置関係は、入力端子(501)〜(511)とＡＤＣ(51)との間であれば、どの様な位置関係であってもよい。
【０１３５】
更に、第１実施例及び第２実施例のバッテリシステムにおいては、図１及び図５に示す断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０の抵抗値を全て同じ値に設定しているが、組電池(１)を構成する各セルの消費電流が略等しくなる様、組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定することも可能である。この理由は次の通りである。
【０１３６】
即ち、ワイヤハーネス(401)〜(411)に断線が発生していない状態であっても、各セルＢ１〜Ｂ１０から僅かな電流が断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０を経てグランドに流れ込む。ここで、セルＢ１からは断線検知用抵抗Ｒ１のみ、セルＢ２からは断線検知用抵抗Ｒ１と断線検知用抵抗Ｒ２、セルＢ３からは断線検知用抵抗Ｒ１と断線検知用抵抗Ｒ２と断線検知用抵抗Ｒ３、・・・セルＢ１０からは断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０に電流が流れることとなるため、セルの消費電流にばらつきが生じることとなって、セルの両端電圧にばらつきが生じることになる。そこで、各セルの消費電流が略等しくなる様、断線検知用抵抗Ｒ１〜Ｒ１０の抵抗値を組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値に設定するのである。
【０１３７】
尚、各電流線路に複数の断線検知用抵抗が介在する構成においては、複数の断線検知用抵抗の抵抗値の和が組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値となる様、各断線検知用抵抗の抵抗値が設定される。
【０１３８】
更に又、第３実施例のバッテリシステムにおいては、図６に示す第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０の抵抗値と第２スイッチング制御用断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０の抵抗値との和が組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値となる様、第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗及び第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗の抵抗値を設定することも可能である。
【０１３９】
尚、第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ１１〜Ｒ２０及び第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗Ｒ２１〜Ｒ３０に代えて、複数の抵抗を直列に接続してなる第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗回路及び複数の抵抗を直列に接続してなる第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗回路を具えた構成においては、第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗回路の抵抗値と第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗回路の抵抗値との和が組電池(１)の正極に近い電圧検出線に接続されているものほど大きな値となる様、第１スイッチング制御用／断線検知用抵抗回路を構成する各抵抗の抵抗値及び第２スイッチング制御用／断線検知用抵抗回路を構成する各抵抗の抵抗値が設定される。
【０１４０】
実施例においてセル同士の連結点Ｐ１〜Ｐ１０と電圧入力端子とを接続する配線としてワイヤハーネスを用いたが、フレキシブル回路基板を用いて接続するようにしても良い。この場合、フレキシブル回路基板にプリントされる導線がセル同士の連結点Ｐ１〜Ｐ１０と電圧入力端子とを接続する配線の役割を果たす。
【０１４１】
実施例において、ＰＴＣ素子は、図１５、図１６に示すように電圧検出線(221)〜(230)、(521)〜(530)に介在しているが、図１７、図１８に示すように、配線(401)〜(410)に介在するように配置しても良い。この様にすることでも、ＰＴＣ素子を電圧検出線(221)〜(230)、(521)〜(530)に介在させた場合と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１４２】
(１)  組電池
Ｐ１〜Ｐ１１  電圧検出点
(２)  電圧検出回路
(100)  バッテリシステム
(201)〜(211)  電圧入力端子
(221)〜(231)  電圧検出線
(261)〜(270)  電流線路
(291)〜(300)  ＰＴＣ
Ｃ１〜Ｃ１０  コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ１０  断線検知用抵抗
Ｄ１〜Ｄ１０  クランプダイオード
(21)  ＡＤＣ
(22)  制御回路
(401)〜(411)  ワイヤハーネス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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