(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列に接続して構成された組電池の異常判定装置であって、各単電池の端子電圧に複数の電圧判定点を設定し、単電池の端子電圧を各判定点の判定電圧とのしきい値比較で検出する電圧判定手段と、
各単電池の同じ電圧判定点の電圧検出結果をロジック演算するロジック演算手段と、
各ロジック演算手段の出力の組み合わせから各単電池の最小の電圧値および最大の電圧値が存在し得る電圧判定点の範囲のうち、最低の電圧判定点の電圧値と最大の電圧判定点の電圧値との差で表される単電池の電圧分布域を検出する電圧分布検出手段と、
前記単電池の電圧分布域が所定範囲内か否かによって組電池の異常を判定する異常判定手段とを有することを特徴とする組電池の異常判定装置。
【請求項２】
前記電圧判定点は、過放電電圧、放電末期電圧、バイパスによる充電電流の調整を許可する電圧、バイパスによる充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧、過充電電圧からなり、
前記ロジック演算手段は前記過放電電圧と放電末期電圧を検出する電圧判定手段の検出結果がそれぞれ入力されるＡＮＤ回路と、前記バイパス許可電圧、充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧および過充電電圧を検出する電圧判定手段の検出結果がそれぞれ入力されるＯＲ回路とからなり、
前記電圧分布検出手段は、前記ＡＮＤ回路とＯＲ回路の出力の組み合わせにより前記単電池の電圧分布域を検出することを特徴とする請求項１記載の組電池の異常判定装置。
【請求項３】
前記各ロジック演算手段の出力から、実存しない電圧分布域の組み合わせが検出されると、前記異常判定手段は装置が故障したと判断する自己診断機能を有することを特徴とする請求項１または２記載の組電池の異常判定装置。
【請求項４】
複数の単電池を直列に接続して構成された組電池の異常判定装置であって、各単電池の端子電圧に電圧判定点を設定し、単電池の端子電圧を各判定点の判定電圧とのしきい値比較で検出する電圧判定手段と、
前記組電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
各単電池の同じ電圧判定点の電圧判定結果をロジック演算するロジック演算回路と、
ロジック演算回路の演算結果から各単電池の最小の電圧値および最大の電圧値が存在し得る電圧判定点の範囲のうち、最低の電圧判定点の電圧値と最大の電圧判定点の電圧値との差で表される単電池の電圧分布域を検出する電圧分布検出回路と、
前記電圧判定手段の判定結果と前記電圧検出手段で検出した端子電圧から求めた単電池の平均端子電圧とに基いて組電池の異常を判定する異常判定手段とを備え、
前記電圧判定点は、過放電電圧、放電末期電圧、バイパスによる充電電流の調整を許可する電圧、バイパスによる充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧、過充電電圧からなり、
前記ロジック演算回路は、前記過放電電圧と放電末期電圧を検出する電圧判定手段の検出結果がそれぞれ入力されるＡＮＤ回路と、前記バイパス許可電圧、充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧および過充電電圧を検出する電圧判定手段の検出結果がそれぞれ入力されるＯＲ回路とからなり、
前記電圧分布検出回路は、前記ＡＮＤ回路とＯＲ回路の出力の組み合わせにより前記単電池の電圧分布域を検出し、
前記異常判定手段は前記電圧分布域から過放電電圧を下回った電圧または過充電電圧を上回った電圧を検出したときに、前記平均端子電圧が所定範囲内に収まっていない場合組電池の異常と判定することを特徴とする組電池の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、組電池の異常判定装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
組電池は複数の単電池を直列に接続して構成される。各単電池はそれぞれ組電池の一部として機能し、一個の単電池でも故障すれば、組電池全体の機能が損なわれて異常となる。組電池の異常判定は、各単電池ごとの故障検出によって行える。
単電池は固有の端子電圧をもち、その端子電圧が通常一定の範囲内で変動するため、範囲外の電圧検出は単電池の故障であり、それによって組電池の異常を判定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の検出方法では、例えば電気自動車用の組電池のように高電圧が必要となる場合、使用する単電池の個数が増える。このように組電池を構成する単電池の個数が増えると、それに応じて故障判断装置の個数も増大することになり、構成される異常判定装置が大型となり、コストが高くなるという問題も生ずる。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組電池内の単電池の電圧分布を簡単に検出し、その分布から異常な単電池の発生を検知する組電池の異常判定装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明は、複数の単電池を直列に接続して構成された組電池の異常判定装置であって、各単電池の端子電圧に複数の電圧判定点を設定し、単電池の端子電圧を各判定点の判定電圧とのしきい値比較で検出する電圧判定手段と、
各単電池の同じ電圧判定点の電圧検出結果をロジック演算するロジック演算手段と、
各ロジック演算手段の出力の組み合わせから各単電池の最小の電圧値および最大の電圧値が存在し得る電圧判定点の範囲のうち、最低の電圧判定点の電圧値と最大の電圧判定点の電圧値との差で表される単電池の電圧分布域を検出する電圧分布検出手段と、
前記単電池の電圧分布域が所定範囲内か否かによって組電池の異常を判定する異常判定手段とを有するものとした。
また、前記異常判定手段は、前記ロジック演算手段の出力の組み合わせにより、実存しない分布電圧の検出の有無から、装置が故障したかの自己診断を行なうこともできる。
【０００５】
請求項４記載の発明は、複数の単電池を直列に接続して構成された組電池の異常判定装置であって、各単電池の端子電圧に電圧判定点を設定し、単電池の端子電圧を各判定点の判定電圧とのしきい値比較で検出する電圧判定手段と、
前記組電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
各単電池の同じ電圧判定点の電圧判定結果をロジック演算するロジック演算回路と、
ロジック演算回路の演算結果から各単電池の最小の電圧値および最大の電圧値が存在し得る電圧判定点の範囲のうち、最低の電圧判定点の電圧値と最大の電圧判定点の電圧値との差で表される単電池の電圧分布域を検出する電圧分布検出回路と、
前記電圧判定手段の判定結果と前記電圧検出手段で検出した端子電圧から求めた単電池の平均端子電圧とに基いて組電池の異常を判定する異常判定手段とを備え、
前記電圧判定点は、過放電電圧、放電末期電圧、バイパスによる充電電流の調整を許可する電圧、バイパスによる充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧、過充電電圧からなり、
前記ロジック演算回路は、前記過放電電圧と放電末期電圧を検出する電圧判定手段の検出結果がそれぞれ入力されるＡＮＤ回路と、前記バイパス許可電圧、充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧および過充電電圧を検出する電圧判定手段の検出結果がそれぞれ入力されるＯＲ回路とからなり、
前記電圧分布検出回路は、前記ＡＮＤ回路とＯＲ回路の出力の組み合わせにより前記単電池の電圧分布域を検出し、
前記異常判定手段は前記電圧分布域から過放電電圧を下回った電圧または過充電電圧を上回った電圧を検出したときに、前記平均端子電圧が所定範囲内に収まっていない場合組電池の異常と判定するものとした。
【０００６】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、各単電池の端子電圧に複数の電圧判定点を設定し、電圧判定手段は単電池の端子電圧を各判定点の判定電圧とのしきい値比較で検出する。ロジック演算手段は各単電池の同じ電圧判定点の電圧検出結果をロジック演算し、その演算出力により、電圧分布検出手段は組電池の電圧分布域を検出する。異常判定手段は、単電池の電圧分布域が所定範囲内か否かを判断して組電池に異常があるかどうかを判定する。これにより、各単電池ごとの故障検出を必要とせず、装置の構成が簡単となるという効果が得られる。
【０００７】
請求項４記載の発明では、組電池の端子電圧から単電池の平均端子電圧が算出される。組電池内に単電池個数が多いので、個数の少ない単電池が故障しても平均端子電圧への異常電圧の影響は無視できる。単電池の電圧分布域から過放電電圧を下回った電圧または過充電電圧を上回った電圧を検出したときに、上記平均端子電圧が所定範囲内に収まっていない場合組電池の異常と判定する。これによって、単電池の異常が確実に検知できる効果が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、実施例により説明する。
図１は、本発明の実施例の構成を示す。複数の単電池１（１ａ、１ｂ、…、１ｎ）が直列に接続され組電池を構成する。各単電池１の端子には電圧判定回路２、３、４、５、６が接続される。なお、図中では各単電池１ａ、１ｂ、…、１ｎに対応して添字ａ、ｂ、…、ｎを付してある。電圧判定回路２、３、４、５、６の判定電圧はそれぞれＶｃｃ、Ｖｅｅ、Ｖｂｂ、Ｖｂｓ、Ｖｏｖとし、Ｖｃｃは単電池１の過放電電圧の２Ｖに、Ｖｅｅは単電池１の放電末期電圧の３．４Ｖに、Ｖｂｂは単電池１の充電電流をバイパスにより調整を許可する電圧の４．０８Ｖに、Ｖｂｓは単電池１のバイパスによる充電電流の調整代が飽和した直後の端子電圧の４．１５Ｖに、Ｖｏｖは単電池１の過充電電圧の４．２Ｖにそれぞれ対応して設定されている。
これらの判定電圧値は、充放電制御に用いられる電圧であって、その設定は充放電制御において固有の用途があるが、本実施例ではそれらを兼用したものである。判定電圧の設定値はこれらに拘束されるものでなく、単電池の使用電圧内であればよく、また判定点は必要に応じてそれ以上に増やしてもよい。
【０００９】
電圧判定回路２ａ、２ｂ、…、２ｎの出力はＡＮＤ回路７Ａに、電圧判定回路３ａ、３ｂ、…、３ｎの出力はＡＮＤ回路７Ｂに接続される。電圧判定回路４ａ、４ｂ、…、４ｎの出力はＯＲ回路７Ｃに、電圧判定回路５ａ、５ｂ、…、５ｎの出力はＯＲ回路７Ｄに、電圧判定回路６ａ、６ｂ、…、６ｎの出力はＯＲ回路７Ｅにそれぞれ接続される。各ＡＮＤ回路７Ａ、７ＢおよびＯＲ回路７Ｃ、７Ｄ、７Ｅの出力が異常判定部８に接続される。
【００１０】
図２は電圧判定回路２の構成を示す。
単電池１に接続されるしきい値発生回路１０はしきい値電圧を生成して比較器１２のマイナス端子に出力する。しきい値電圧は判定電圧に対応して設定され単電池１の端子電圧が変わっても変化することはない。電圧の分圧回路１１は単電池１の端子電圧を分圧して比較器１２のプラス端子に印加する。比較器１２は単電池の端子電圧の変化に応じて、しきい値以下の場合低電位のＬ信号を出力し、しきい以上の場合は、高電位のＨ信号を出力する。その判定信号はフォトカプラ１３を介し電気的な絶縁が行なわれてＡＮＤ回路７Ａに出力する。
他の電圧判定回路３〜６も同様構成で、その判定信号がフォトカプラを介して対応するＡＮＤ回路あるいはＯＲ回路へ出力される。
【００１１】
異常判定部８は電圧分布検出回路８１と異常判定回路８２を有し、電圧分布検出回路８１は、ＡＮＤ回路７Ａ、７ＢとＯＲ回路７Ｃ〜７Ｅのロジック出力から組電池内の単電池電圧の分布を検出し、異常判定回路８２はその分布差の最小値が許容値ΔＶ内か否かを判定し、許容値ΔＶを超えた場合組電池に異常端子電圧を発生する単電池があるものと判定する。ここでは許容値ΔＶは０．２Ｖとする。
図３はＡＮＤ回路とＯＲ回路のロジック出力と組電池内の端子電圧の分布との対応関係のすべてを示している。図３の（ａ）は、端子電圧と対応関係を持った１２のパタ−ンのロジック出力信号の組み合わせを示し、図３の（ｂ）は信号の組み合わせが示す単電池電圧の分布幅の最大範囲すなわち存在可能性がある範囲を示している。
【００１２】
ロジック回路の出力の組み合わせによる電圧分布の検出は以下の通りである。
Ｎｏ．１の組み合わせの場合は、すべての電圧は３．４Ｖ以上で、しかも少なくとも１つの電圧が４．２Ｖ以上であると判断できる。その電圧分布幅の最小値は０Ｖである。
Ｎｏ．２の組み合わせの場合は、すべての電圧が２Ｖ以上で、少なくとも１つの電圧が３．４Ｖ以下と、少なくとも１つの電圧が４．２Ｖ以上と判断できる。その電圧分布幅の最小値は０．８（４．２−３．４）Ｖである。
【００１３】
Ｎｏ．３の組み合わせの場合は、少なくとも、１つの電圧が２Ｖ以下と、少なくとも１つの電圧が４．２Ｖ以上と判断できる。電圧分布幅の最小値は２．２（４．２−２）Ｖである。
Ｎｏ．４の組み合わせの場合は、すべての電圧が３．４Ｖ以上と、少なくとも１つの電圧が４．１５Ｖ以上、かつすべての電圧が４．２Ｖ以下であると判断できる。電圧分布幅は０である。
【００１４】
Ｎｏ．５の組み合わせの場合は、すべての電圧が２Ｖ以上で、少なくとも１つの電圧が３．４Ｖ以下、かつ少なくとも１つの電圧が４．１５Ｖ以上と、すべての電圧が４．２Ｖ以下であると判断できる。電圧分布最小幅は０．７５（４．１５−３．４）Ｖである。
Ｎｏ．６の組み合わせの場合は、少なくとも１つの電圧が２Ｖ以下で、しかも少なくとも１つの電圧が４．１５Ｖ以上、かつすべてが４、２Ｖ以下であると判断できる。その電圧最小分布幅は２．１５（４．１５−２）Ｖである。
Ｎｏ．７の組み合わせの場合は、全ての電圧が３．４Ｖ以上で、かつ全ての電圧が４．１５Ｖ以下であると判断できる、その電圧最小分布幅は０Ｖである。
【００１５】
Ｎｏ．８の組み合わせの場合は、全ての電圧が２Ｖ以上で、かつすべての電圧が４．１５以下と、少なくとも１の電圧が３．４Ｖ以下と４．０８Ｖ以上に存在すると判断できる。その最小電圧幅は０．６８（４．０８−３．４）Ｖである。
【００１６】
Ｎｏ．９の組み合わせの場合は、全ての電圧は４．１５Ｖ以下と同時に少なくとも１つの電圧が４．０８Ｖ以上、かつ少なくとも１つの電圧が２Ｖ以下であると判断できる。その電圧最小値幅は２．０８（４．０８−２）Ｖである。
Ｎｏ．１０の組み合わせの場合は、全ての電圧は３．４Ｖ以上であると同時にすべての電圧が４．０８Ｖ以下であると判断できる。その電圧最小値幅はその範囲中での０Ｖである。
【００１７】
Ｎｏ．１１の組み合わせの場合は、全ての電圧は２Ｖ以上、かつ４．０８Ｖ以下の範囲中で、少なく１つの電圧が３．４Ｖ以下と判断できる。その電圧最小値幅は０Ｖである。
Ｎｏ．１２の組み合わせの場合は、全ての電圧は４．０８Ｖ以下と同時に、少なくとも１つの電圧が２Ｖ以下であると判断できる。その電圧最小値幅は０Ｖである。
【００１８】
したがって異常判定部８では、上記Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．８、Ｎｏ．９のロジック出力の組み合わせを検出すると、許容値ΔＶの０．２Ｖを超えるため組電池が異常と判定する。
本実施例は以上のように構成され、各単電池に制御すべき５つの端子電圧をしきい値比較で検出し、ロジック演算により端子電圧の分布を求め、その電圧分布の最小値が所定値を超えたかどうかによって組電池の異状を検出するため、単電池ごとの故障検出が不要で、装置の構成が簡単となるという効果が得られる。
なお、上記１２のパタ−ン以外の組み合わせは電圧検出値と対応関係を持たないため、異常判定部８の故障判定に用いることができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、端子電圧の分布の最小値から組電池の異常判定を示したが、この実施例は、各単電池の平均端子電圧を検出し、端子電圧の分布が所定領域を超えたときに、平均端子電圧が所定値に収まっているか否かによって組電池の異常を判定するものである。
【００２０】
単電池は図４に示すように端子電圧にばらつきがある。端子電圧のばらつきは、通常平均電圧Ｖａｖｅに対し一定の範囲内に収まっている。したがってＮｏ．８のように端子電圧が平均値から大きく離れた単電池が発生すると、組電池が異常と判定できる。この判定は単電池の使用電圧範囲の全域内で行える。本実施例では、最も異常が検出しやすい使用上限電圧である過充電電圧Ｖｏｖと使用下限電圧である過放電電圧Ｖｃｃで行う。判定条件も単電池の電圧感度を考慮して、上限での判定条件はＶｔ１とし、下限での判定条件はＶｔ２とする。図５に示す結果は過放電電圧Ｖｃｃ（２Ｖ）を下回ったときに端子の平均端子電圧ＶａｖｅとＶｃｃの差がＶｔ２より大きいから、異常状態と判断される。
【００２１】
図６は、本実施例の構成を示し、図１が示す第１の実施例の異常判定部８の代わりに異常判定部８Ａを用い、組電池の端子電圧を検出する電圧検出計９を設けたものである。
異常判定部８Ａは電圧分布検出回路８３と、平均端子電圧算出回路８４および異常判定回路８５を有し、異常判定回路８５には判定条件としての比較基準値Ｖｔ１とＶｔ２を設けている。
平均端子電圧算出回路８４は電圧検出計の検出値を単電池の数で割って単電池の平均端子電圧を算出する。この算出される平均電圧は、単電池の個数が多いため、少数の単電池が故障しても平均値への異常電圧の影響は無視できる。
電圧分布検出回路８３は、ＡＮＤ回路とＯＲ回路からのロジック信号により、前記図３に示すように端子電圧の分布を検出する。異常判定回路８５は検出される端子電圧の分布から、例えばＮｏ．３、Ｎｏ．６、Ｎｏ．９のようにＶｃｃ以下の検出値がある場合は、電圧Ｖｃｃと端子電圧の平均値を比較し、その差がＶｔ２より大きいなら組電池が異常と判定する。
本実施例によっても、上記第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、単電池の平均電圧を検出して、各々の単電池電圧と平均電圧との偏差の大きさから、異常な単電池が発生していることを検出するため、検知性に優れ、異常を逃さず検知できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、複数の電圧判定点の電圧をしきい値として単電池の端子電圧を比較し、ロジック演算を行って単電池の電圧分布域を求め、これにより組電池の異常を判断するものとしたので、各単電池ごとの故障検出が必要とせず、装置の構成が簡単となるという効果が得られる。
請求項４の発明では、過放電電圧を下回った電圧または過充電電圧を上回った電圧を検出したときに、単電池の平均端子電圧が所定範囲内に収まっているかどうかによって組電池の異常を判定するようにしたので、請求項１の発明と同様な効果を得られるとともに、検知性がより優れ、異常を逃さず検知できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】電圧判定回路の構成図である。
【図３】ロジック回路の出力と端子電圧の分布の関係を示す図である。
【図４】単電池の故障を示す図である。
【図５】故障の検出状態を示す図である。
【図６】第２実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、…、１ｎ          単電池
２、３、４、５、６            電圧判定回路
７ａ、７ｂ                    ＡＮＤ回路
７ｃ、７ｄ、７ｅ              ＯＲ回路
８、８ａ                      異状判定部
９                            端子電圧の検出回路
８１、８３                    電圧分布検出回路
８２、８５                    異常判定回路
８４                    平均端子電圧演算回路
【図１】
0003711639.tif 000002
【図２】
0003711639.tif 000003
【図３】
0003711639.tif 000004
【図４】
0003711639.tif 000005
【図５】
0003711639.tif 000006
【図６】
0003711639.tif 000007