(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数のセルと、
前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、
前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、
一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサと、
前記電圧検出線の断線を検知する断線検知手段と、を備えた蓄電装置であって、
前記断線検知手段は、
前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定し、
前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源および他のスイッチ手段を有する断線検知用放電回路を備え、
前記断線検知手段は、前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記均等化放電回路は、直列に接続された他の抵抗器およびスイッチ手段がそれぞれ前記各セルの端子間に並列に接続されており、前記スイッチ手段がオンになって前記他の抵抗器が前記セルの端子間に接続されることで、前記複数のセルの端子間の電圧を均等にし、
前記断線検知手段は、前記スイッチ手段をオフに切り替えて前記セルの端子間に接続されていた前記他の抵抗器が前記セルの端子間から切り離されることで、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記蓄電装置によって電力が供給されるシステムの起動後、一定時間が経過するまでの間、前記断線検知手段は、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電装置によって電力が供給されるシステムが停止処理中である場合、前記断線検知手段は、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記複数のセル中、最大となる前記セルの端子間の電圧が閾値を越える高電圧である場合、前記断線検知手段は、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記最大となるセルの端子間の電圧が前記閾値を越える高電圧である期間、前記断線検知手段は、継続して前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記最大となるセルの端子間の電圧が前記閾値を越える高電圧である期間、前記断線検知手段は、定期的に前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記最大となるセルの端子間の電圧が前記閾値を越える高電圧になった時、前記断線検知手段は、１回だけ前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項９】
前記閾値は、前記複数のセルの端子間の電圧のバラツキが大きいほど、低い値に設定されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項１０】
前記閾値は、前記セルの温度が高いほど、低い値に設定されることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項１１】
直列に接続された複数のセルと、前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサとを備えた蓄電装置に設けられ、前記電圧検出線の断線を検知する断線検知装置であって、
前記断線検知装置は、前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定し、
前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源および他のスイッチ手段を有する断線検知用放電回路を備え、
前記断線検知装置は、前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させることを特徴とする断線検知装置。
【請求項１２】
蓄電装置から電力が供給されるモータを有し、前記モータの駆動力によって走行する車両であって、
前記蓄電装置は、
直列に接続された複数のセルと、
前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、
前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、
一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサと、
前記電圧検出線の断線を検知する断線検知手段と、
を備え、
前記断線検知手段は、前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定し、
前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源および他のスイッチ手段を有する断線検知用放電回路を備え、
前記断線検知手段は、前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させることを特徴とする車両。
【請求項１３】
直列に接続された複数のセルと、前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサと、を備え、前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源および他のスイッチ手段を有する断線検知用放電回路を備えた蓄電装置に適用され、前記電圧検出線の断線を検知する断線検知方法であって、
前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって前記セルの端子間の電圧を検出するステップと、
前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させるステップと、
前記検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定するステップとを有することを特徴とする断線検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルの端子間の電圧検出に用いられる電圧検出線の断線を検知する蓄電装置、断線検知装置、車両及び断線検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオンバッテリからなる複数のセルを直列に接続して電池パックとして使用するシステムでは、セル電圧にバラツキが発生している場合、通常、このバラツキが解消されないまま、全セルの充放電が同時に行われる。このセル電圧のバラツキが解消されない限り、電池パックとして使用できる容量は少なくなってしまう。
【０００３】
このため、電池パックには、セル電圧を検出するセル電圧センサが取り付けられている。このセル電圧センサは、個別にセル電圧を検知して、電池の充電状態や、セル電圧（容量）のバラツキを監視する。そして、このセル電圧センサを用いて、電圧の高いセルを放電して電池パック全体のセル電圧を揃えたり、もしくは電圧の高いセルから電圧の低いセルに充電して電池パック全体のセル電圧を揃えることが行われる。
【０００４】
従って、上述したセル電圧センサの機能が失陥すると、電池が過充電になってしまう可能性があることから、セル電圧センサの機能失陥を検知することが必要である。
【０００５】
セル電圧センサの機能失陥を検知するものとして、従来、特許文献１に記載された断線検知装置が知られている。この断線検知装置は、バイパス処理の実行前後でセル電圧を検出し、実行前と実行後のセル電圧の偏差が判定値より大きい場合、電圧検出線が断線していると判定している。
【０００６】
図９（ａ）及び（ｂ）は、他の従来の蓄電装置の構成およびその断線検知方法を示す図である。蓄電装置１００は、直列に接続された複数のセル１１１ａ〜１１１ｃ、均等化放電回路１１５、フィルタ回路１１８およびセル電圧検出回路（ＩＣ）１２０を有する。均等化放電回路１１５は、直列に接続されたスイッチ素子１１５ａおよび抵抗器１１５ｂが、各セル１１１ａ〜１１１ｃの端子間に並列に接続されることで構成され、セル電圧が高いセル１１１ａ〜１１１ｃに対応するスイッチ素子１１５ａをオンしてセル１１１ａ〜１１１ｃを放電することにより、セル１１１ａ〜１１１ｃの端子間の電圧を均等化する。各セル１１１ａ〜１１１ｃの電圧検出線１１３には、抵抗器１１８ａおよびコンデンサ１１８ｂから形成されるフィルタ回路１１８が設けられている。セル電圧検出回路１２０には、コンデンサ１１８ｂ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）と並列に、スイッチ素子１２１ａおよび定電流源１２１ｂが直列に接続された断線検知用放電回路１２１、および各セル１１１ａ〜１１１ｃの電圧検出線１１３に印加されているセル電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ１２３が設けられている。
【０００７】
この蓄電装置１００では、図９（ａ）に示すように、電圧検出線１１３が正常である場合、断線検知を行うと、各Ａ／Ｄコンバータ１２３から各セル電圧（ここでは、３．６Ｖ）がデジタル値として出力される。一方、例えば、真中のセル１１１ｂのセル電圧を検出するための電圧検出線１１３が断線している場合、このセル電圧は電圧検出線１１３に印加されない。しかしながら、コンデンサＣ２に蓄積された電荷の影響で断線直前の電圧検出線１１３の電位がほぼ保たれているので、このままでは、断線の有無を判断することができない。
【０００８】
そこで、断線検知用放電回路１２１は、断線検知時のみ、スイッチ素子１２１ａをオンに切り替えて定電流源１２１ｂを動作させ、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電させることで、電圧検出線１１３の電圧は０Ｖとなる（図９（ｂ）参照。）。したがって、このＡ／Ｄコンバータ１２３からはセル電圧値として“−３．６Ｖ”が出力される。一方、１つの上にある電圧検出線１１３の電圧値を読み取るＡ／Ｄコンバータ１２３からは、セル電圧値として“１０．８Ｖ”が出力される。
【０００９】
このように、断線検知用放電回路１２１の機能を利用することで、電圧検出線１１３が断線している場合、断線した電圧検出線１１３の上に位置する、セル電圧値が大きく、断線した電圧検出線１１３の下に位置する、セル電圧値が小さいという特性が得られるので、この特性を用いて電圧検出線１１３の断線を検知することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１８０３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、図９に示した従来の蓄電装置の断線検知方法においては、つぎのような問題があった。即ち、断線した真中の電圧検出線１１３の上下の均等化放電回路１１５が動作している場合、図１０（ａ）に示すように、上の電圧検出線１１３に印加される電圧が均等化放電回路１１５内の抵抗器１１５ｂとその下の抵抗器１１５ｂとで分圧され、コンデンサＣ２は充電されることになる。この結果、断線検知時には、真中のＡ／Ｄコンバータ１２３からセル電圧値として正常な場合と同じ“３．８Ｖ”が出力され、断線が検知されなくなってしまう。
【００１２】
また、上記と同様、断線した真中の電線検出線１１３の上下の均等化放電回路１１５が動作している場合、図１０（ｂ）に示すように、真中のセル１１１ｂのセル電圧が“４．５Ｖ”の過充電になっていても、上のセル１１１ｃのセル電圧が“３．１Ｖ”であると、真中のＡ／Ｄコンバータ１２３からはセル電圧値として“３．８Ｖ”が出力され、断線が検知されないばかりか、過充電であることが見逃されてしまうことになる。リチウムイオンバッテリの場合、過充電を放置することは大きなダメージを招くことに繋がるので、過充電とならないように制御する必要がある。
【００１３】
本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、全てのセル電圧を均等に揃えつつ、電圧検出線の断線を正確に検知することができる蓄電装置、断線検知装置、車両及び断線検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の蓄電装置は、
直列に接続された複数のセル（例えば、実施形態のセル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と、
前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段（例えば、実施形態のセル電圧検出回路２０）と、
前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子（例えば、実施形態のセルの端子１１ａ１〜１１ｃ１）と前記セル電圧検出手段の端子（例えば、実施形態のセル電圧検出回路２０の端子２０ａ〜２０ｃ）とを接続する電圧検出線（例えば、実施形態の電圧検出線１３）と、
前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路（例えば、実施形態の均等化放電回路１５）と、
一端が前記セルの端子に抵抗器（例えば、実施形態の抵抗器１８ａ）を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサ（例えば、実施形態のコンデンサ１８ｂ）と、
前記電圧検出線の断線を検知する断線検知手段（例えば、実施形態のＣＰＵ２８）と、を備えた蓄電装置（例えば、実施形態の蓄電装置１０）であって、
前記断線検知手段は、前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定し、
前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源（例えば、実施形態の定電流源２１ｂ）および他のスイッチ手段（例えば、実施形態のスイッチ素子２１ａ）を有する断線検知用放電回路（例えば、実施形態の断線検知用放電回路２１）を備え、
前記断線検知手段は、前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の蓄電装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、
前記均等化放電回路は、直列に接続された他の抵抗器（例えば、実施形態の抵抗器１５ｂ）およびスイッチ手段（例えば、実施形態のスイッチ素子１５ａ）が前記各セルの端子間に並列に接続されており、前記スイッチ手段がオンになって前記他の抵抗器が前記セルの端子間に接続されることで、前記複数のセルの端子間の電圧を均等にし、
前記断線検知手段は、前記スイッチ手段をオフに切り替えて前記セルの端子間に接続されていた前記他の抵抗器が前記セルの端子間から切り離されることで、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の蓄電装置は、請求項１又は２に記載の発明に加え、
前記蓄電装置によって電力が供給されるシステムの起動後、一定時間が経過するまでの間、前記断線検知手段は、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の蓄電装置は、請求項１又は２に記載の発明に加え、
前記蓄電装置によって電力が供給されるシステムが停止処理中である場合、前記断線検知手段は、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の蓄電装置は、請求項１又は２に記載の発明に加え、
前記複数のセル中、最大となる前記セルの端子間の電圧が閾値を越える高電圧である場合、前記断線検知手段は、前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の蓄電装置は、請求項５に記載の発明に加え、
前記最大となるセルの端子間の電圧が前記閾値を越える高電圧である期間、前記断線検知手段は、継続して前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の蓄電装置は、請求項５に記載の発明に加え、
前記最大となるセルの端子間の電圧が前記閾値を越える高電圧である期間、前記断線検知手段は、定期的に前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の蓄電装置は、請求項５に記載の発明に加え、
前記最大となるセルの端子間の電圧が前記閾値を越える高電圧になった時、前記断線検知手段は、１回だけ前記均等化放電回路の動作を禁止することを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の蓄電装置は、請求項５に記載の発明に加え、
前記閾値は、前記複数のセルの端子間の電圧のバラツキが大きいほど、低い値に設定されることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の蓄電装置は、請求項５に記載の発明に加え、
前記閾値は、前記セルの温度が高いほど、低い値に設定されることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１に記載の断線検知装置は、
直列に接続された複数のセルと、前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサと、を備えた蓄電装置に設けられ、前記電圧検出線の断線を検知する断線検知装置（例えば、実施形態のＣＰＵ２８）であって、
前記断線検知装置は、前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定し、
前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源（例えば、実施形態の定電流源２１ｂ）および他のスイッチ手段（例えば、実施形態のスイッチ素子２１ａ）を有する断線検知用放電回路（例えば、実施形態の断線検知用放電回路２１）を備え、
前記断線検知装置は、前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させることを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の車両は、
蓄電装置から電力が供給されるモータ（例えば、実施形態の駆動モータ４０）を有し、前記モータの駆動力によって走行する車両（例えば、実施形態の車両１）であって、
前記蓄電装置は、
直列に接続された複数のセルと、
前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、
前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、
一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサと、
前記電圧検出線の断線を検知する断線検知手段と、
を備え、
前記断線検知手段は、前記均等化放電回路が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定し、
前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源（例えば、実施形態の定電流源２１ｂ）および他のスイッチ手段（例えば、実施形態のスイッチ素子２１ａ）を有する断線検知用放電回路（例えば、実施形態の断線検知用放電回路２１）を備え、
前記断線検知手段は、前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させることを特徴とする。
【００２７】
請求項１３に記載の断線検知方法は、
直列に接続された複数のセルと、前記セルの端子間の電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記セルの端子間の電圧検出に用いられ、前記セルの端子と前記セル電圧検出手段の端子とを接続する電圧検出線と、前記複数のセルの端子間の電圧を均等にする均等化放電回路と、一端が前記セルの端子に抵抗器を介して接続されるとともに前記セル電圧検出手段の端子に接続され、他端が所定の電位に保持され、前記抵抗器とともにフィルタ回路を形成するコンデンサと、を備え、前記セル電圧検出手段は、前記コンデンサに並列に接続され、直列に接続された定電流源（例えば、実施形態の定電流源２１ｂ）および他のスイッチ手段（例えば、実施形態のスイッチ素子２１ａ）を有する断線検知用放電回路（例えば、実施形態の断線検知用放電回路２１）を備えた蓄電装置に適用され、前記電圧検出線の断線を検知する断線検知方法であって、
前記均等化放電回路の動作が動作していない時、前記セル電圧検出手段によって前記セルの端子間の電圧を検出するステップと、
前記電圧検出線の断線の有無が判定される前、前記他のスイッチ手段をオンにして前記コンデンサが前記定電流源に接続されることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させるステップと、
前記検出される前記セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、前記電圧検出線が断線していると判定するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１及び２並びに１１〜１３に記載の発明によれば、均等化放電回路が動作していない時、セルの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、電圧検出線が断線していると判定するので、全てのセル電圧を均等に揃えつつ、電圧検出線の断線を正確に検知することができる。また、車両に搭載された場合、フェイルセーフを果たすことができる。
【００２９】
また、断線検知が行われる前、コンデンサに蓄積されていた電荷を放電させるので、電圧検出線の断線検知を正確に行うことができる。つまり、電圧検出線が断線している場合、コンデンサに蓄えられた電荷によって、セル電圧が誤検出されることがなくなる。
【００３０】
また、請求項３に記載の発明によれば、例えば定常運転によって放電が行われるまでの間、均等化放電回路が使われないタイミングを利用して断線検知を行うことができる。
【００３１】
また、請求項４に記載の発明によれば、停止処理が行われている間、例えばモータの駆動力が要求されないので、停止時間を短時間延ばし、その間に断線検知を行うことができる。また、車両に搭載された場合、停止時に実行することで、アクセル開度など予測が困難な要求駆動力の可変域で断線検知を実行することを避けることができる。
【００３２】
また、請求項５に記載の発明によれば、セルが過充電に至らないように制御することができる。また、車両に搭載された場合、最大となるセル電圧が閾値を越える場合に実行することで、アクセル開度など予測が困難な要求駆動力の可変域で必要以上に断線検知を実行することを避けることができる。
【００３３】
また、請求項６〜８に記載の発明によれば、均等化放電の禁止を適切なタイミングで行うことができる。
【００３４】
また、請求項９に記載の発明によれば、複数のセル電圧のバラツキが大きい場合、高いセル電圧が低く検出される可能性があるので、バラツキが大きいほど閾値を下げることで、断線検知の動作の機会が確保される。
【００３５】
また、請求項１０に記載の発明によれば、温度が高い場合、セルが過充電とならないように、セル電圧を頻繁に測定する必要があり、温度が高いほど閾値を下げることで、断線検知の動作の機会が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明における蓄電装置が搭載された車両の要部の構成を示す図である。
【図２】蓄電装置の構成を示す回路図である。
【図３】蓄電装置の各動作状態を示す図である。
【図４】均等化判定動作手順を示すフローチャートである。
【図５】セル電圧測定動作手順を示すフローチャートである。
【図６】全セル中の最大のセル電圧が閾値を越える場合に設定される均等化禁止フラグの変化を示すタイミングチャートである。
【図７】セル電圧のバラツキの度合に応じて設定される閾値を示すグラフである。
【図８】セルの最高温度に応じて設定される閾値を示すグラフである。
【図９】従来の蓄電装置の構成およびその断線検知方法を示す図である。
【図１０】従来の蓄電装置の断線検知方法における問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係る蓄電装置、断線検知装置、車両及び断線検知方法について図面を参照しながら説明する。本実施形態の蓄電装置は、ハイブリッド車両、燃料電池車両、電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載される。
【００３８】
図１は、本実施形態における蓄電装置が搭載された車両の要部の構成、すなわち、車輪４８を駆動する駆動モータ４０の電力システムの構成を示す図である。車両１は、蓄電装置１０、出力制御器３０、駆動モータ４０、制御装置５０等を有し、駆動モータ４０の駆動力によって走行する。
【００３９】
蓄電装置１０は、後述するように、複数のセルを直列に接続して１モジュールとし、複数のモジュールが並列に接続された電池パック１１（図２参照）を有する。また、蓄電装置１０には、温度センサ２５が取り付けられており、温度センサ２５によって検知された電池パック１１の温度が制御装置５０に伝達される。また、蓄電装置１０の出力端子間には、その出力電圧を検知する電圧センサ６０が設けられている。
【００４０】
出力制御器３０は、制御装置５０からの指示に従って、駆動時には、蓄電装置１０からの出力電流を直流／交流変換して駆動モータ４０に電力を供給し、回生時には、モータ回生電力を蓄電装置１０内の電池パック１１に蓄電する。駆動モータ４０は、出力制御器３０から電力供給を受けると、減速機４２を介して車輪４８に回転動力を与える。
【００４１】
制御装置５０は、電力システムの中心として、車両全体の電力制御を行うものであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を搭載する。また、制御装置５０には、イグニッション（ＩＧ）スイッチ５５、アクセル開度センサ５６等の各種センサ、アクチュエータ等が接続される。
【００４２】
図２は、蓄電装置１０の構成を示す回路図である。蓄電装置１０は、電池パック１１、電圧検出線１３、均等化放電回路１５、フィルタ回路１８、セル電圧検出回路（ＩＣ）２０およびＣＰＵ２８を有する。
【００４３】
電池パック１１は、リチウムイオンバッテリ、電気二重層コンデンサ、電解コンデンサ等からなるキャパシタである、複数のセル１１ａ、１１ｂ、１１ｃが直列に接続されたモジュールから構成される。なお、ここでは、説明を簡単にするために、３個のセルを１モジュールとする電池パックが示されているが、任意の数のセルを１モジュールとし、複数のモジュールが並列に接続された電池パックであってもよいことは勿論である。
【００４４】
３本の電圧検出線１３は、各セル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの端子１１ａ１、１１ｂ１、１１ｃ１とセル電圧検出回路２０の各端子２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、フィルタ回路１８を介してそれぞれ接続するものであり、各セル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの端子間の電圧をセル電圧検出回路２０に伝達する。
【００４５】
フィルタ回路１８は、変動するセル電圧を平滑化して検知するために設けられており、抵抗器１８ａおよびコンデンサ１８ｂから形成される。抵抗器１８ａは電圧検出線１３に介在されている。コンデンサ１８ｂ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）においては、一端が抵抗器１８ａに接続されるとともにセル電圧検出回路２０の端子２０ａ、２０ｂあるいは２０ｃに接続され、他端が接地されている。なお、コンデンサ１８ｂの他端は、所定の電位に保持されればよい。
【００４６】
均等化放電回路１５は、複数のセル電圧を均等に揃えるものであり、各セル１１ａ、１１ｂ、１１ｃの端子間に並列に、それぞれスイッチ素子１５ａおよび抵抗器１５ｂが直列に接続された構成を有する。各スイッチ素子１５ａは、ＦＥＴ素子からなり、セル電圧検出回路２０からの信号によってオンまたはオフにされる。
【００４７】
セル電圧検出回路２０には、各フィルタ回路１８を形成するコンデンサ１８ｂと並列に、スイッチ素子２１ａおよび定電流源２１ｂが直列に接続された断線検知用放電回路２１、および各セルの電圧検出線１３に印加されているセル電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ２３がそれぞれ設けられている。
ＣＰＵ２８は、蓄電装置１０を制御するものであり、後述する動作プログラムを格納するＲＯＭや均等化禁止フラグの状態を記憶するＲＡＭを内蔵する。
【００４８】
このように構成された蓄電装置１０では、電圧検出線１３が断線することなく正常である場合、断線検知を行うと、各Ａ／Ｄコンバータ２３からそれぞれのセル電圧がデジタル値として出力される（図９（ａ）参照）。
【００４９】
なお、本実施形態では、蓄電装置１０の内部に断線検知動作を実行するＣＰＵ２８が設けられ、制御装置５０と通信を行う場合を示したが、蓄電装置内部にＣＰＵ２８を設けることなく、制御装置５０が直接に断線検知動作を実行する構成であってもよい。
【００５０】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、上記構成を有する蓄電装置１０の各動作状態を説明する。
図３（ａ）の通常動作時、つまり断線検知を行っていない時、蓄電装置１０では、均等化放電回路１５内のスイッチ素子１５ａがオンとなり、均等化放電動作が行われている。
【００５１】
図３（ｂ）のセル電圧測定開始前、ＣＰＵ２８からの指示にしたがって、セル電圧検出回路２０は、均等化放電回路１５内のスイッチ素子１５ａをオフにし、均等化放電動作を禁止する。そして、セル電圧検出回路２０は、断線検知用放電回路２１内のスイッチ素子２１ａをオンにし、コンデンサ１８ｂに並列に接続された定電流源２１ｂによってコンデンサ１８ｂに蓄積された電荷を放電する。これにより、電圧検出線１３が断線している場合、コンデンサ１８ｂに蓄えられた電荷によって、セル電圧が誤検出されることがなくなる。
【００５２】
そして、図３（ｃ）のセル電圧測定時、均等化放電回路１５内のスイッチ素子１５ａがオフにされている状態で、セル電圧検出回路２０は、スイッチ素子２１ａをオフにし、Ａ／Ｄコンバータ２３によって電圧検出線１３に印加されているセル電圧をデジタル値に変換し、ＣＰＵ２８に出力する。
【００５３】
図４は、均等化判定動作手順を示すフローチャートである。この動作プログラムはＣＰＵ２８内部のＲＯＭに格納されており、ＣＰＵ２８によって所定時間ごとに繰り返し実行される。まず、ＣＰＵ２８は、例えば、イグニッションスイッチ５５がオンになって、制御装置５０によって電力システムが起動した後、一定時間が経過したか否かを判別する（ステップＳ１）。
【００５４】
一定時間が経過していない場合、ＣＰＵ２８は均等化放電回路１５の動作を禁止する放電化禁止フラグをセットする（ステップＳ５）。この後、ＣＰＵ２８は本動作を終了する。このように、制御装置５０によって電力システムが起動してから一定時間が経過するまでの間、少なくとも１回、均等化放電回路の動作を禁止することで、この間に、断線検知を行うことが可能となる。なお、少なくとも１回、均等化禁止フラグがセットされ、断線検知が行われた後は、一定時間内であっても、均等化禁止フラグはリセットされ、再びセットされないようにしてもよい。
【００５５】
次に、ステップＳ１で一定時間が経過している場合、ＣＰＵ２８は、例えば、イグニッションスイッチ５５がオフになって、制御装置５０が電力システムの停止処理中であるか否かを判別する（ステップＳ２）。停止処理中である場合、ＣＰＵ２８はステップＳ５の処理に進み、前述した動作を行う。
【００５６】
一方、ステップＳ２で停止処理中でない場合、ＣＰＵ２８は、全セル中、最大のセル電圧（ＭＡＸ電圧）が閾値を越える高電圧であるか否かを判別する（ステップＳ３）。なお、ここでは、全セル中、最大のセル電圧が用いられたが、電圧センサ６０によって検出される電池パックの電圧を用いて高電圧であるか否かを判別するようにしてもよい。ステップＳ３で高電圧である場合、ＣＰＵ２８はステップＳ５の処理に進み、前述した動作を行う。
【００５７】
また、ステップＳ３で高電圧でない場合、ＣＰＵ２８は、前回、断線検知（セル電圧検知）を行ってから一定時間が経過したか否かを判別する（ステップＳ４）。なお、この一定時間はステップＳ１と同じ時間でも異なる時間でもよい。ステップＳ４で一定時間が経過した場合、ＣＰＵ２８はステップＳ５の処理に進み、前述した動作を行う。これにより、定期的に前回のセル電圧が更新されることになる。
【００５８】
一方、ステップＳ４で一定時間が経過していない場合、ＣＰＵ２８は、均等化放電回路１５の動作を許可し、放電化禁止フラグをリセットする（ステップＳ６）。この後、ＣＰＵ２８は本動作を終了する。
【００５９】
図５は、セル電圧測定動作手順を示すフローチャートである。この動作プログラムはＣＰＵ２８内部のＲＯＭに格納されており、ＣＰＵ２８によって所定時間ごとに繰り返し実行される。まず、ＣＰＵ２８は、均等化禁止フラグがセットされているか否かを判別する（ステップＳ１１）。均等化禁止フラグがセットされていない場合、ＣＰＵ２８は、そのまま本処理を終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ１１で均等化禁止フラグがセットされている場合、ＣＰＵ２８は、セルごとに、前述した図３（ｂ）、（ｃ）の動作を行い、全セルのセル電圧を検出する（ステップＳ１２）。
【００６１】
ＣＰＵ２８は、電圧検出線の断線検知の対象となるセル（例えば、セル１１ｂ）より１つ上に位置するセル（セル１１ｃ）のセル電圧が第１の所定値より高いか否かを判別する（ステップＳ１３）。１つ上に位置するセル（セル１１ｃ）のセル電圧が第１の所定値より高い場合、ＣＰＵ２８は、さらに、断線検知の対象となるセル（セル１１ｂ）のセル電圧が第２の所定値より低いか否かを判別する（ステップＳ１４）。対象となるセルのセル電圧が第２の所定値より低い場合、ＣＰＵ２８は、対象となるセル（セル１１ｂ）の電圧検出線１３が断線していると判定する（ステップＳ１５）。これは、図９（ｂ）で説明したように、１つの上のセル電圧が高く、その下のセル電圧が低いような特性は、下のセルの電圧検出線１３が断線していることによって発生すると考えられるからである。
なお、１番上に位置するセルの断線検知を行う場合、ステップＳ１３の判別処理は行われることなくスキップし、ステップＳ１４における対象となるセルのセル電圧によってのみ、電圧検出線の断線の有無が判断される。
【００６２】
また、対象となるセルのセル電圧が所定の範囲から外れるような、所定値より低いか否かによってのみ、電圧検出線の断線の有無を判別してもよく、その場合、ステップＳ１３の判別処理は必ずしも必要でなく、ステップＳ１４の判別処理だけが行われるようにしてもよい。つまり、図９（ｂ）で説明したように、真中のセル電圧が−３．６Ｖとなるような低い電圧を示す場合には、この電圧検出線は断線していると判断される。
【００６３】
また、ステップＳ１３、Ｓ１４の処理の代わりに、１つ上に位置するセルのセル電圧と対象となるセルのセル電圧との差（電圧差）が所定の範囲内であるか否かを判別することにより、断線検知を行ってもよい。このように、対象となるセル、あるいはこのセルを含む複数のセルのセル電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、電圧検出線が断線していることが検知される。
【００６４】
一方、ステップＳ１３で１つ上に位置するセルのセル電圧が第１の所定値より高くない場合、あるいはステップＳ１４で対象となるセルのセル電圧が第２の所定値より低くない場合、ＣＰＵ２８は、電圧検出線１３が断線しておらず、正常であると判定する（ステップＳ１６）。
【００６５】
ステップＳ１５あるいはＳ１６の処理後、ＣＰＵ２８は、全てのセルについて断線検知の判定が行われたか否かを判別する（ステップＳ１７）。全てのセルについて判定が済んでいない場合、次のセルについて判定を行うために、ＣＰＵ２８は、ステップＳ１３の処理に戻る。一方、全てのセルについての判定が済むと、ＣＰＵ２８は、全てのセルについて、その判定結果およびセル電圧をＣＰＵ２８内のＲＡＭに記憶するとともに、制御装置５０に出力する（ステップＳ１８）。この後、ＣＰＵ２８は本動作を終了する。
【００６６】
ここで、ステップＳ３で最大のセル電圧が閾値を越え、ステップＳ５で均等化禁止フラグがセットされる場合について説明する。本実施形態では、この均等化禁止フラグの設定には、３通りの方法が用いられる。
【００６７】
図６は全セル中の最大のセル電圧が閾値を越える場合に設定される均等化禁止フラグの変化を示すタイミングチャートである。本実施形態では、閾値は、ヒステリシス特性を有しており、例えば上側４．０Ｖ、下側３．８Ｖに設定される。また、閾値と比較される最大のセル電圧は、前回計測された全セル中、最大となるセル電圧（ＭＡＸ電圧）である。
【００６８】
図６（ａ）では、最大のセル電圧が上側の閾値を上回ってから下側の閾値を下回るまでの全期間、均等化禁止フラグは継続して値１にセットされる。図６（ｂ）では、最大のセル電圧が上側の閾値を上回ってから下側の閾値を下回るまでの期間中、周期的に均等化禁止フラグは値１にセットされる。図６（ｃ）では、最大のセル電圧が上側の閾値を上回った時の１回のみ均等化禁止フラグは値１にセットされる。
【００６９】
このように、種々の方法で均等化禁止フラグを設定することが可能である。例えば、セル電圧の変動が激しい場合、セルが過充電に至らないように、図６（ａ）の代わりに、図６（ｂ）の方法で、均等化放電を行いつつ頻繁に均等化禁止フラグを設定することも可能である。逆に、セル電圧の変動が少ない場合、図６（ｃ）の方法で稀に均等化禁止フラグを設定することも可能である。したがって、均等化放電の禁止を適切なタイミングで行うことができる。
【００７０】
図７は、セル電圧のバラツキの度合に応じて閾値（本実施形態では、上側の閾値）を設定するためのグラフである。このグラフでは、セル電圧のバラツキ０Ｖ〜２．０Ｖの範囲に対応する閾値が設定されている。閾値は、セル電圧のバラツキが大きいほど小さな値になるように設定される。すなわち、セル電圧のバラツキが大きい側では、断線検知が優先的に行われるように、閾値は小さな値となり、一方、セル電圧のバラツキが小さい側では、均等化放電の制御が優先的に行われるように、閾値は大きな値に設定される。これは、セル電圧のバラツキが大きい場合、セル電圧が低く検出される可能性があるので、バラツキが大きいほど閾値を下げることで、断線検知の動作の機会が確保される。この設定された閾値はＣＰＵ２８内のＲＡＭに記憶される。このグラフで表されるセル電圧のバラツキに対応する閾値を示すテーブルは、ＣＰＵ２８内のＲＯＭに格納されている。
【００７１】
図８はセルの最高温度に応じて閾値を設定するためのグラフである。前述したように、電池パック１１には、温度センサ２５が取り付けられている。この温度センサ２５は、全セル共通の温度を検知してもよいし、全セル中の最高となるセル温度だけを検知してもよい。
【００７２】
ＣＰＵ２８は、温度センサ２５によって検知された電池パック１１の温度を、直接にもしくは制御装置５０を経由して取り込み、この温度に対応する閾値をＣＰＵ２８内のＲＡＭに設定する。
【００７３】
このグラフでは、セルの最高温度が３５〜５５℃の範囲で、閾値は、セルの最高温度が高いほど小さな値になるように設定される。すなわち、セルの最高温度が高い側では、断線検知が優先的に行われるように、閾値は小さな値となり、一方、セルの最高温度が低い側では、均等化放電の制御が優先的に行われるように、閾値は大きな値に設定される。この設定された閾値はＣＰＵ２８内のＲＡＭに記憶される。このグラフで表されるセルの最高温度に対応する閾値を示すテーブルは、ＣＰＵ２８内のＲＯＭに格納されている。
【００７４】
このように、温度が高い場合、セルが過充電とならないように、セル電圧を頻繁に測定する必要があり、温度が高いほど閾値を下げることで、断線検知の動作の機会が確保される。なお、図７、図８を用いて設定される閾値は、全セル共通の値に設定されてもよいし、セルごとに異なる値に設定されてもよい。また、セル電圧のバラツキとセルの温度の両方で閾値を設定する場合には、閾値が低い方の値を選択し、断線検知の動作の機会が確保されるようにする。
【００７５】
このように、本実施形態の蓄電装置１０によれば、均等化放電回路１５の動作が禁止されている間、セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの端子間の電圧が所定の電圧範囲から外れる場合、電圧検出線１３が断線していると判定するので、全てのセル電圧を均等に揃えつつ、電圧検出線１３の断線を正確に検知することができる。また、車両においては、フェイルセーフを果たすことができる。
【００７６】
また、断線検知が行われる前、コンデンサ１８ｂに蓄積されていた電荷を放電させるので、電圧検出線１３の断線検知を正確に行うことができる。つまり、電圧検出線１３が断線している場合、コンデンサ１８ｂに蓄えられた電荷によって、セル電圧が誤検出されることがなくなる。
【００７７】
また、断線検知を行う機会としては、定常運転によって放電が行われるまでの間、均等化放電回路が使われないタイミングを利用して断線検知を行うことができる。また、電力システムの停止処理が行われている間、モータの駆動力が要求されないので、停止時間を短時間延ばし、その間に断線検知を行うことができる。このように、車両の停止時に実行することで、アクセル開度など予測が困難な要求駆動力の可変域で断線検知を実行することを避けることができる。
【００７８】
また、最大となるセル電圧が閾値を越える場合に、断線検知を実行することで、セルが過充電に至らないように制御することができ、また、車両のアクセル開度など予測が困難な要求駆動力の可変域で必要以上に断線検知を実行することを避けることができる。
【００７９】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態では、前記均等化放電回路の動作が禁止されている間に断線検知を行っているが、均等化放電回路が動作していない時であれば、均等化放電回路の動作許可中であっても、断線検知の検知ロジック、即ち、均等化放電回路１５内のスイッチ素子１５のオフ動作、断線検知用放電回路２１内のスイッチ素子２１ａのオン・オフ動作、及び電圧測定を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  車両
１０  蓄電装置
１１  電池パック
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  セル
１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１  端子
１３  電圧検出線
１５  均等化放電回路
１５ａ  スイッチ素子（スイッチ手段）
１５ｂ  抵抗器（他の抵抗器）
１８  フィルタ回路
１８ａ  抵抗器
１８ｂ  コンデンサ
２０  セル電圧検出回路
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  端子
２１  断線検知用放電回路
２１ａ  スイッチ素子（他のスイッチ手段）
２１ｂ  定電流源
２３  Ａ／Ｄコンバータ
２５  温度センサ
２８  ＣＰＵ
３０  出力制御器
４０  駆動モータ
４２  減速機
４８  車輪
５０  制御装置
５５  イグニッション（ＩＧ）スイッチ
５６  アクセル開度センサ
６０  電圧センサ
【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】
0005624907.tif 000008
【図８】
0005624907.tif 000009
【図９】
0005624907.tif 000010
【図１０】
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