(57)【要約】  二次電池の正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられた継電器の状態を正しく検出する。正極側メインリレー１２は、第１の正極接点と第２の正極接点との間を導通または遮断し、負極側メインリレー１５は、第１の負極接点と第２の負極接点との間を導通または遮断する。マイコン２は、第１の正極接点と第１の負極接点との間の第１の電圧と、第２の正極接点と第１の負極接点との間の第２の電圧と、第１の正極接点と第２の負極接点との間の第３の電圧とを測定可能である。マイコン２は、第１の電圧の測定および第２の電圧の測定を同期して行ったときの電圧測定結果に基づいて正極側メインリレー１２の状態を検出し、第１の電圧の測定および第３の電圧の測定を同期して行ったときの電圧測定結果に基づいて負極側メインリレー１５の状態を検出する。
2017043238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の正極端子および負極端子と負荷の間にそれぞれ接続された正極側継電器および負極側継電器の状態を検出するための電圧測定を行う電圧測定回路と、
前記電圧測定回路と前記正極側継電器および前記負極側継電器との間に設けられたインターフェース回路群と、を備え、
前記正極側継電器は、前記二次電池の正極端子側に設けられた第１の正極接点と、前記負荷側に設けられた第２の正極接点との間を、導通または遮断し、
前記負極側継電器は、前記二次電池の負極端子側に設けられた第１の負極接点と、前記負荷側に設けられた第２の負極接点との間を、導通または遮断し、
前記電圧測定回路は、
前記第１の正極接点と前記第１の負極接点との間の第１の電圧と、前記第２の正極接点と前記第１の負極接点との間の第２の電圧と、前記第１の正極接点と前記第２の負極接点との間の第３の電圧とを、前記インターフェース回路群を介してそれぞれ測定可能であり、
前記第１の電圧の測定および前記第２の電圧の測定を同期して行ったときの前記第１の電圧の測定結果および前記第２の電圧の測定結果に基づいて、前記正極側継電器の状態を検出し、
前記第１の電圧の測定および前記第３の電圧の測定を同期して行ったときの前記第１の電圧の測定結果および前記第３の電圧の測定結果に基づいて、前記負極側継電器の状態を検出する電池監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池監視装置において、
前記第１の正極接点、前記第２の正極接点、前記第１の負極接点および前記第２の負極接点のいずれか少なくとも一つと前記インターフェース回路群との接続状態を切り替えるための切替スイッチ群をさらに備える電池監視装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池監視装置において、
前記切替スイッチ群は、前記第１の正極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第１の切替スイッチおよび第２の切替スイッチと、前記第２の正極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第３の切替スイッチと、前記第１の負極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第４の切替スイッチおよび第５の切替スイッチと、前記第２の負極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第６の切替スイッチと、を含み、
前記インターフェース回路群は、前記第１の切替スイッチおよび前記第４の切替スイッチを介して前記第１の電圧を前記電圧測定回路に出力する第１のインターフェース回路と、前記第３の切替スイッチおよび前記第５の切替スイッチを介して前記第２の電圧を前記電圧測定回路に出力する第２のインターフェース回路と、前記第２の切替スイッチおよび前記第６の切替スイッチを介して前記第３の電圧を前記電圧測定回路に出力する第３のインターフェース回路と、を含む電池監視装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電池監視装置において、
前記切替スイッチ群は、前記第１の正極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第１の切替スイッチおよび第２の切替スイッチと、前記第２の正極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第３の切替スイッチと、前記第１の負極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第４の切替スイッチおよび第５の切替スイッチと、前記第２の負極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第６の切替スイッチと、を含み、
前記インターフェース回路群は、前記第１の切替スイッチおよび前記第４の切替スイッチを介して前記第１の電圧を前記電圧測定回路に出力する第１のインターフェース回路と、前記第３の切替スイッチおよび前記第５の切替スイッチを介して前記第２の電圧を前記電圧測定回路に出力すると共に、前記第２の切替スイッチおよび前記第６の切替スイッチを介して前記第３の電圧を前記電圧測定回路に出力する第４のインターフェース回路と、を含む電池監視装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電池監視装置において、
前記切替スイッチ群は、前記第１の正極接点と前記インターフェース回路群との間にそれぞれ接続された第１の切替スイッチおよび第２の切替スイッチと、前記第２の正極接点と前記インターフェース回路群との間に接続された第３の切替スイッチと、を含み、
前記インターフェース回路群は、Ａ／Ｄコンバータと、前記第１の切替スイッチを介して前記第１の電圧を前記Ａ／Ｄコンバータに出力する第５のインターフェース回路と、前記第３の切替スイッチを介して前記第２の電圧を前記Ａ／Ｄコンバータに出力する第６のインターフェース回路と、前記第２の切替スイッチを介して前記第３の電圧を前記Ａ／Ｄコンバータに出力する第７のインターフェース回路と、を含み、
前記Ａ／Ｄコンバータは、前記第１の電圧、前記第２の電圧および前記第３の電圧をデジタル値にそれぞれ変換して前記電圧測定回路に出力する電池監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、充放電可能な二次電池を備え、自動車等に搭載された機器に電力を供給する電池システムが知られている。こうした電池システムでは一般に、二次電池と機器との間の導通状態を切り替えるために、二次電池の正極端子側と負極端子側にそれぞれリレー（コンタクタ、継電器）が設けられている。【０００３】
特許文献１には、車両の走行用バッテリの正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられたコンタクタの溶着を検出する電源装置が開示されている。この電源装置は、簡易の電圧検出回路を備えており、この簡易の電圧検出回路に接続されているスイッチを切り替えることで、コンタクタをオフ状態に制御したときの電池側と出力側の電圧をそれぞれ測定する。その結果、電池側と出力側の電圧が一致していれば、コンタクタが溶着していると判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９２６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された電源装置では、コンタクタの溶着を検出できるが、コンタクタが導通できない状態にある場合には、これを検出することができない。また、電池側の電圧検出タイミングと出力側の電圧検出タイミングとの間には、スイッチの切り替え時間に応じた時間差が生じる。そのため、バッテリの充放電により電圧変動が生じている場合には、コンタクタが溶着されていても、電池側の電圧検出値と出力側の電圧検出値とに差異が生じるため、正常であると判定されることがある。このように、従来の技術では、コンタクタの状態を正しく検出できない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電池監視装置は、二次電池の正極端子および負極端子と負荷の間にそれぞれ接続された正極側継電器および負極側継電器の状態を検出するための電圧測定を行う電圧測定回路と、前記電圧測定回路と前記正極側継電器および前記負極側継電器との間に設けられたインターフェース回路群と、を備え、前記正極側継電器は、前記二次電池の正極端子側に設けられた第１の正極接点と、前記負荷側に設けられた第２の正極接点との間を、導通または遮断し、前記負極側継電器は、前記二次電池の負極端子側に設けられた第１の負極接点と、前記負荷側に設けられた第２の負極接点との間を、導通または遮断し、前記電圧測定回路は、前記第１の正極接点と前記第１の負極接点との間の第１の電圧と、前記第２の正極接点と前記第１の負極接点との間の第２の電圧と、前記第１の正極接点と前記第２の負極接点との間の第３の電圧とを、前記インターフェース回路群を介してそれぞれ測定可能であり、前記第１の電圧の測定および前記第２の電圧の測定を同期して行ったときの前記第１の電圧の測定結果および前記第２の電圧の測定結果に基づいて、前記正極側継電器の状態を検出し、前記第１の電圧の測定および前記第３の電圧の測定を同期して行ったときの前記第１の電圧の測定結果および前記第３の電圧の測定結果に基づいて、前記負極側継電器の状態を検出する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、二次電池の正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられた継電器の状態を正しく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による正常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による異常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による正常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態による異常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。図１に示す電池システムにおいて、電池監視装置２３は、二次電池である組電池１１と接続されており、組電池１１を構成する各電池セル１０の電圧を測定して組電池１１を監視する。また、電池監視装置２３は、組電池１１とインバータ１８の間に設けられている正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態をそれぞれ検出し、これらが正常に動作しているか否かを監視する。
【００１０】
組電池１１は、正極側メインリレー１２、プリチャージリレー１３および負極側メインリレー１５を介してインバータ１８と接続されている。正極側メインリレー１２は、組電池１１の正極端子側とインバータ１８側にそれぞれ接点が設けられており、これらの接点の間を導通または遮断する。負極側メインリレー１５は、組電池１１の負極端子側とインバータ１８側にそれぞれ接点が設けられており、これらの接点の間を導通または遮断する。プリチャージリレー１３は、正極側メインリレー１２と同様に、組電池１１の正極端子側とインバータ１８側にそれぞれ接点が設けられており、これらの接点の間を導通または遮断する。なお、プリチャージリレー１３にはプリチャージ抵抗１４が直列に接続されている。
【００１１】
インバータ１８は、組電池１１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１９に出力し、モータ１９を駆動させる。この際にインバータ１８は、組電池１１の負荷として作用する。組電池１１には、インバータ１８と並列に、Ｘコンデンサ１７と、直列接続されたＹコンデンサ１６Ａおよび１６Ｂとが接続されている。
【００１２】
電池監視装置２３は、電源ＩＣ１、マイコン２、通信インターフェース回路３、絶縁通信素子４Ａおよび４Ｂ、セル電圧監視ＩＣ５、リレー制御部７、電流センサインターフェース回路８、センサ接続切替スイッチ群２０および高電圧測定インターフェース回路群２２を有する。電源ＩＣ１は、マイコン２が動作するための電源をマイコン２に供給する。マイコン２は、通信インターフェース回路３および絶縁通信素子４Ａ，４Ｂを介してセル電圧監視ＩＣ５との間で通信を行うことで、組電池１１の各電池セル１０の電圧測定をセル電圧監視ＩＣ５に指示し、その測定結果をセル電圧監視ＩＣ５から取得する。またマイコン２は、電流センサインターフェース回路８を介して、電流センサ９で計測された組電池１１の充放電電流を取得する。この充放電電流の取得は、組電池１１の総電圧の取得と同期して行うことが好ましい。さらにマイコン２は、高電圧測定インターフェース回路群２２を介した電圧測定を行うことで、正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態を検出し、これらのリレー状態が正常であるか否かを判定するためのリレー監視制御を行う。このリレー監視制御の詳細については、後で説明する。
【００１３】
セル電圧監視ＩＣ５は、マイコン２の指示に応じて、組電池１１の各電池セル１０の電圧を測定し、その測定結果をマイコン２に出力する。マイコン２は、セル電圧監視ＩＣ５から取得した各電池セル１０の電圧測定結果に基づいて、各電池セル１０間の電圧ばらつきを抑制するためのセルバランシングを必要に応じてセル電圧監視ＩＣ５に指示する。
【００１４】
リレー制御部７は、マイコン２の指示に応じて、正極側メインリレー１２、負極側メインリレー１５およびプリチャージリレー１３の接続状態をそれぞれ切り替える。組電池１１からインバータ１８への通電を開始するときには、マイコン２はリレー制御部７に対して、負極側メインリレー１５とプリチャージリレー１３を導通した後、正極側メインリレー１２を導通してプリチャージリレー１３を開放するように指示する。これにより、最初はプリチャージ抵抗１４により突入電流が制限された状態でＸコンデンサ１７の充電が開始され、Ｘコンデンサ１７が十分に充電された後で、組電池１１からインバータ１８への電力供給が行われる。またマイコン２は、少なくとも一つの電池セル１０において過充電や過放電の恐れがある場合は、正極側メインリレー１２、負極側メインリレー１５およびプリチャージリレー１３を全て開放状態とするようにリレー制御部７に指示する。これにより、組電池１１を過充電や過放電から保護する。
【００１５】
センサ接続切替スイッチ群２０は、正極側メインリレー１２の両接点および負極側メインリレー１５の両接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との接続状態をそれぞれ切り替えるための複数のスイッチにより構成される。センサ接続切替スイッチ群２０は、切替スイッチ２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ｂ１、２０Ｂ２、２０Ｃ１および２０Ｃ２を有する。切替スイッチ２０Ａ１は、組電池１１の負極端子側に設けられた負極側メインリレー１５の接点（以下、第１の負極接点と称する）と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続されている。切替スイッチ２０Ａ２は、組電池１１の正極端子側に設けられた正極側メインリレー１２の接点（以下、第１の正極接点と称する）と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続されている。切替スイッチ２０Ｂ１は、切替スイッチ２０Ａ１と同様に、第１の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続されている。切替スイッチ２０Ｂ２は、インバータ１８側に設けられた正極側メインリレー１２の接点（以下、第２の正極接点と称する）と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続されている。切替スイッチ２０Ｃ１は、インバータ１８側に設けられた負極側メインリレー１５の接点（以下、第２の負極接点と称する）と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続されている。切替スイッチ２０Ｃ２は、切替スイッチ２０Ａ２と同様に、第１の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続されている。なお、切替スイッチ２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ｂ１、２０Ｂ２、２０Ｃ１および２０Ｃ２の切替状態は、マイコン２によってそれぞれ制御される。
【００１６】
高電圧測定インターフェース回路群２２は、マイコン２と正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５との間に設けられている。マイコン２は、高電圧測定インターフェース回路群２２を介して、第１の正極接点と第１の負極接点との間の電圧（以下、第１の電圧と称する）と、第２の正極接点と第１の負極接点との間の電圧（以下、第２の電圧と称する）と、第１の正極接点と第２の負極接点との間の電圧（以下、第３の電圧と称する）とをそれぞれ測定可能である。すなわち、マイコン２は、高電圧測定インターフェース回路群２２を用いることで、第１の電圧、第２の電圧および第３の電圧を測定するための電圧測定回路として機能する。
【００１７】
本実施形態において、高電圧測定インターフェース回路群２２は、３つのインターフェース回路２２Ａ、２２Ｂおよび２２Ｃにより構成されている。インターフェース回路２２Ａは、切替スイッチ２０Ａ１および２０Ａ２を介して、第１の電圧をマイコン２に出力する。インターフェース回路２２Ｂは、切替スイッチ２０Ｂ１および２０Ｂ２を介して、第２の電圧をマイコン２に出力する。インターフェース回路２２Ｃは、切替スイッチ２０Ｃ１および２０Ｃ２を介して、第３の電圧をマイコン２に出力する。なお、インターフェース回路２２Ａ、２２Ｂおよび２２Ｃは、抵抗器、コンデンサおよびオペアンプを組み合わせてそれぞれ構成されており、第１〜第３の電圧をマイコン２での測定に適した電圧レベルへとそれぞれ変換する。また、インターフェース回路２２Ａ、２２Ｂおよび２２Ｃは、組電池１１に接続されている高電圧回路とマイコン２を含む低電圧回路との間の絶縁性を確保するために、高抵抗の入力インピーダンスをそれぞれ有している。
【００１８】
マイコン２は、インターフェース回路２２Ａを介して第１の電圧を測定する際には、切替スイッチ２０Ａ１および２０Ａ２をオン状態に切り替え、インターフェース回路２２Ａから出力される第１の電圧をデジタル値に変換して取り込む。マイコン２は、インターフェース回路２２Ｂを介して第２の電圧を測定する際には、切替スイッチ２０Ｂ１および２０Ｂ２をオン状態に切り替え、インターフェース回路２２Ｂから出力される第２の電圧をデジタル値に変換して取り込む。マイコン２は、インターフェース回路２２Ｃを介して第３の電圧を測定する際には、切替スイッチ２０Ｃ１および２０Ｃ２をオン状態に切り替え、インターフェース回路２２Ｃから出力される第３の電圧をデジタル値に変換して取り込む。なお、第１の電圧の測定結果は、組電池１１の総電圧値として用いられる。この総電圧値と、セル電圧監視ＩＣ５から取得した各電池セル１０の電圧の合計値とを比較することで、第１の電圧の測定結果の整合性を診断することができる。
【００１９】
以上説明したようにして取得される第１〜第３の電圧の各測定結果に基づいて、マイコン２はリレー監視制御を行う。具体的には、第１の電圧の測定および第２の電圧の測定を同期して行い、これらの測定結果を比較する。その結果、第１の電圧と第２の電圧が一致していれば、正極側メインリレー１２が導通状態であると判断し、一致していなければ、正極側メインリレー１２が開放（遮断）状態であると判断する。これにより、マイコン２は正極側メインリレー１２の状態を検出することができる。またマイコン２は、第１の電圧の測定および第３の電圧の測定を同期して行い、これらの測定結果を比較する。その結果、第１の電圧と第３の電圧が一致していれば、負極側メインリレー１５が導通状態であると判断し、一致していなければ、負極側メインリレー１５が開放（遮断）状態であると判断する。これにより、マイコン２は負極側メインリレー１５の状態を検出することができる。こうして検出した正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態に基づいて、マイコン２は、これらのリレーが正常に動作しているか否かを診断し、リレー監視制御を行うことができる。なお、マイコン２が第１〜第３の電圧の測定切替に要する時間は、マイコン２の入力チャネル切替時間に応じて定まり、一般的には数μｓ程度である。そのため、上記のように第１の電圧の測定と第２の電圧または第３の電圧の測定とを同期して行うことで、マイコン２はこれらの電圧測定を、タイムラグなしでほぼ同時に行うことができる。
【００２０】
インターフェース回路２２Ｂおよび２２Ｃの入力側には、バイアス抵抗２１がそれぞれ接続されている。正極側メインリレー１２または負極側メインリレー１５が開放状態となったときには、このバイアス抵抗２１を介して、Ｘコンデンサ１７に充電されている電荷が放電される。これにより、第１の電圧と第２の電圧または第３の電圧との間に、有意な電位差を発生させることができる。そのため、これらの電圧をマイコン２で測定することで、正極側メインリレー１２または負極側メインリレー１５が開放状態であることを確実に検出することができる。
【００２１】
次に、図４および図５を用いて、リレー監視制御におけるマイコン２の制御シーケンスおよび動作期待値について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態による正常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図であり、図５は、本発明の第１の実施形態による異常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
【００２２】
図４および図５では、図中上側の部分にタイミングチャートを示し、図中下側の部分に判定表を示している。上側のタイミングチャートでは、マイコン２の制御シーケンスの例として、各リレーの制御タイミングおよび第１〜第３の電圧の測定タイミングを例示している。また、Ｘコンデンサ１７の端子間電圧および第１〜第３の各電圧の変化の様子を例示している。一方、下側の判定表では、マイコン２の動作期待値の例として、第１〜第３の各電圧の測定値と、これらの測定値から得られる正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態判定結果とを例示している。なお、図中に破線で示したタイミングチャートの各区間は、図４では判定表の区間１〜区間６にそれぞれ対応し、図５では判定表の区間１〜区間７にそれぞれ対応する。また、図４および図５において、「総電圧」、「正極側リレー電圧」、「負極側リレー電圧」は、第１の電圧、第２の電圧、第３の電圧をそれぞれ表すものとする。
【００２３】
図４および図５に示すように、マイコン２は、第１の電圧の測定を所定の周期ごとに実行する。またマイコン２は、この第１の電圧の測定にそれぞれ同期して、第２の電圧および第３の電圧の測定を、それぞれ所定周期ごとに交互に実行する。
【００２４】
図４において、区間１は、モータ１９により駆動される不図示の上位システムが停止状態であるときの期間に対応する区間である。この区間１では、図１に示した電池システムにおいて、正極側メインリレー１２、プリチャージリレー１３および負極側メインリレー１５が全て開放状態である。区間１においてマイコン２により測定される第１の電圧は、組電池１１の総電圧Ｖ１に等しい。一方、Ｘコンデンサ１７が放電状態であることから、第２の電圧（正極側リレー電圧）および第３の電圧（負極側リレー電圧）はいずれも０Ｖである。すなわち、これらのリレー電圧の測定値は、所定の閾値Ｖｔｈ１よりも小さくなる。したがってマイコン２は、これらのリレー電圧の測定値と第１の電圧の測定値Ｖ１との差から、正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５がいずれも開放状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
【００２５】
図４において、区間２〜５は、上位システムが起動して図１の電池システムが動作を開始するまでの一連の期間に対応する区間である。区間２は、負極側メインリレー１５が接続状態に切り替えられてからプリチャージリレー１３が接続状態に切り替えられるまでの期間に対応する。この区間２では、正極側メインリレー１２およびプリチャージリレー１３は開放状態のままである。そのため、区間１と同様に、区間２においてマイコン２により測定される第１の電圧は組電池１１の総電圧Ｖ１であり、第２の電圧は０Ｖである。一方、負極側メインリレー１５は開放状態から接続状態に切り替えられている。そのため区間２では、組電池１１の総電圧Ｖ１が第３の電圧として測定される。したがってマイコン２は、第１の電圧と第３の電圧が一致することから、負極側メインリレー１５が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
【００２６】
区間３は、プリチャージリレー１３が接続状態に切り替えられてからＸコンデンサ１７が充電されるまでの期間に対応する。この区間３では、プリチャージリレー１３および負極側メインリレー１５が接続状態となることで、Ｘコンデンサ１７の充電が開始される。区間３で測定される第２の電圧をＶ２とすると、Ｘコンデンサ１７の充電状態に応じた端子間電圧が電圧Ｖ２として測定されると共に、組電池１１の総電圧Ｖ１が第３の電圧として測定される。したがってマイコン２は、区間２の場合と同様に、第１の電圧と第３の電圧が一致することから、負極側メインリレー１５が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。なお、マイコン２がＸコンデンサ１７のプリチャージ完了判定を行うための閾値をＶｔｈ３とすると、区間３ではＶ２＜Ｖｔｈ３である。そのため、Ｘコンデンサ１７のプリチャージが継続される。
【００２７】
区間４は、Ｘコンデンサ１７が充電された後、正極側メインリレー１２が接続状態に切り替えられてからプリチャージリレー１３が開放状態に切り替えられるまでの期間に対応する。区間４で測定される第２の電圧をＶ３とすると、Ｘコンデンサ１７の充電が進んで電圧Ｖ３が上昇し、上記の閾値Ｖｔｈ３を上回ることで、マイコン２はＸコンデンサ１７のプリチャージが完了したと判断する。するとマイコン２は、正極側メインリレー１２を接続状態に切り替えた後、プリチャージリレー１３を開放状態に切り替える。
【００２８】
区間５は、プリチャージリレー１３が開放状態に切り替えられた後の期間に対応する。この区間５では、Ｘコンデンサ１７の充電が完了しており、Ｘコンデンサ１７の端子間電圧は組電池１１の総電圧Ｖ１と等しい。また、正極側メインリレー１２およびプリチャージリレー１３が接続状態に切り替えられている。そのため区間５では、組電池１１の総電圧Ｖ１が第２の電圧および第３の電圧としてそれぞれ測定される。したがってマイコン２は、第１の電圧と第２の電圧および第３の電圧とがそれぞれ一致することから、正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
【００２９】
図４において、区間６は、区間５の経過後に正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５がいずれも正常状態であるときの期間に対応する。この区間６では、区間５と同様に、組電池１１の総電圧Ｖ１が第２の電圧および第３の電圧としてそれぞれ測定される。したがってマイコン２は、第１の電圧と第２の電圧および第３の電圧とがそれぞれ一致することから、正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。その結果、マイコン２は、これらのリレーが意図せずに開放状態となる異常が発生していないことを確認することができる。
【００３０】
図５では、区間１〜５において図４と同様の動作が行われた後、区間６において負極側メインリレー１５が意図せずに開放状態に切り替えられた場合を示している。この場合、組電池１１の総電圧Ｖ１が第２の電圧として測定される一方で、区間６で測定される第３の電圧をＶ４とすると、Ｘコンデンサ１７の充電状態に応じた端子間電圧が電圧Ｖ４として測定される。負極側メインリレー１５が開放状態になると、前述のようにＸコンデンサ１７に充電された電荷がバイアス抵抗２１を介して放電されることで、Ｘコンデンサ１７の端子間電圧は徐々に低下する。ここで、マイコン２がリレー開放判定を行うための閾値をＶｔｈ２とし、第１の電圧と第２の電圧または第３の電圧との差がこの閾値Ｖｔｈ２を超えたときに、マイコン２は正極側メインリレー１２または負極側メインリレー１５が開放状態にあると判断することとする。区間６ではＸコンデンサ１７にまだ多くの電荷が残っているため、Ｖ４＞Ｖ１−Ｖｔｈ２である。そのため、この時点では負極側メインリレー１５が正常な状態にあると判断される。
【００３１】
一方、区間７で測定される第３の電圧をＶ５とすると、Ｘコンデンサ１７の放電が進んで端子間電圧が低下することでＶ５＜Ｖ１−Ｖｔｈ２となり、負極側メインリレー１５が開放状態であることをマイコン２が検出する。この負極側メインリレー１５の状態検出結果から、マイコン２は、負極側メインリレー１５において意図しない異常な開放状態への切り替えが発生したと判断することができる。
【００３２】
以上説明したようなリレー監視制御により、マイコン２は、正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態を監視し、異常発生の有無を検知することができる。
【００３３】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００３４】
（１）電池監視装置２３は、二次電池である組電池１１の正極端子および負極端子と負荷であるインバータ１８の間にそれぞれ接続された正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態を検出するための電圧測定を行うマイコン２と、マイコン２と正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５との間に設けられた高電圧測定インターフェース回路群２２と、を備える。正極側メインリレー１２は、組電池１１の正極端子側に設けられた第１の正極接点と、インバータ１８側に設けられた第２の正極接点との間を、導通または遮断する。負極側メインリレー１５は、組電池１１の負極端子側に設けられた第１の負極接点と、インバータ１８側に設けられた第２の負極接点との間を、導通または遮断する。マイコン２は、第１の正極接点と第１の負極接点との間の第１の電圧と、第２の正極接点と第１の負極接点との間の第２の電圧と、第１の正極接点と第２の負極接点との間の第３の電圧とを、高電圧測定インターフェース回路群２２を介してそれぞれ測定可能である。またマイコン２は、第１の電圧の測定および第２の電圧の測定を同期して行ったときの第１の電圧の測定結果および第２の電圧の測定結果に基づいて、正極側メインリレー１２の状態を検出する。さらにマイコン２は、第１の電圧の測定および第３の電圧の測定を同期して行ったときの第１の電圧の測定結果および第３の電圧の測定結果に基づいて、負極側メインリレー１５の状態を検出する。このようにしたので、組電池１１の正極端子側と負極端子側にそれぞれ設けられた正極側メインリレー１２および負極側メインリレー１５の状態を正しく検出することができる。
【００３５】
（２）電池監視装置２３は、第１の正極接点、第２の正極接点、第１の負極接点および第２の負極接点のいずれか少なくとも一つと高電圧測定インターフェース回路群２２との接続状態を切り替えるためのセンサ接続切替スイッチ群２０をさらに備える。具体的には、センサ接続切替スイッチ群２０は、第１の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間にそれぞれ接続された切替スイッチ２０Ａ２および切替スイッチ２０Ｃ２と、第２の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続された切替スイッチ２０Ｂ２と、第１の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間にそれぞれ接続された切替スイッチ２０Ａ１および切替スイッチ２０Ｂ１と、第２の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続された切替スイッチ２０Ｃ１と、を含む。また、高電圧測定インターフェース回路群２２は、切替スイッチ２０Ａ２および切替スイッチ２０Ａ１を介して第１の電圧をマイコン２に出力するインターフェース回路２２Ａと、切替スイッチ２０Ｂ２および切替スイッチ２０Ｂ１を介して第２の電圧をマイコン２に出力するインターフェース回路２２Ｂと、切替スイッチ２０Ｃ２および切替スイッチ２０Ｃ１を介して第３の電圧をマイコン２に出力するインターフェース回路２２Ｃと、を含む。このようにしたので、マイコン２において、第１の電圧、第２の電圧および第３の電圧を、安全にかつ確実に測定することができる。
【００３６】
−第２の実施形態−
図２は、本発明の第２の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。図２に示す電池システムにおいて、図１に示した第１の実施形態による電池システムとの違いは、高電圧測定インターフェース回路群２２が２つのインターフェース回路２２Ａおよび２２Ｄにより構成されている点である。
【００３７】
本実施形態において、インターフェース回路２２Ｄは、図１のインターフェース回路２２Ｂおよび２２Ｃに替えて用いられるものである。すなわちインターフェース回路２２Ｄは、切替スイッチ２０Ｂ１および２０Ｂ２を介して、第２の電圧をマイコン２に出力する。さらに、切替スイッチ２０Ｃ１および２０Ｃ２を介して、第３の電圧をマイコン２に出力する。マイコン２は、このインターフェース回路２２Ｄを介して、第２の電圧および第３の電圧を測定可能である。なお、インターフェース回路２２Ｄの入力側には、バイアス抵抗２１が接続されている。
【００３８】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）と同様の作用効果を奏すると共に、下記（３）の作用効果を奏する。
【００３９】
（３）電池監視装置２３は、第１の正極接点、第２の正極接点、第１の負極接点および第２の負極接点のいずれか少なくとも一つと高電圧測定インターフェース回路群２２との接続状態を切り替えるためのセンサ接続切替スイッチ群２０をさらに備える。具体的には、センサ接続切替スイッチ群２０は、第１の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間にそれぞれ接続された切替スイッチ２０Ａ２および切替スイッチ２０Ｃ２と、第２の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続された切替スイッチ２０Ｂ２と、第１の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間にそれぞれ接続された切替スイッチ２０Ａ１および切替スイッチ２０Ｂ１と、第２の負極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続された切替スイッチ２０Ｃ１と、を含む。また、高電圧測定インターフェース回路群２２は、切替スイッチ２０Ａ２および切替スイッチ２０Ａ１を介して第１の電圧をマイコン２に出力するインターフェース回路２２Ａと、切替スイッチ２０Ｂ２および切替スイッチ２０Ｂ１を介して第２の電圧をマイコン２に出力すると共に、切替スイッチ２０Ｃ２および切替スイッチ２０Ｃ１を介して第３の電圧をマイコン２に出力するインターフェース回路２２Ｄと、を含む。このようにしたので、マイコン２において、第１の電圧、第２の電圧および第３の電圧を、安全にかつ確実に測定することができる。さらに、第１の実施形態と比べて、高電圧測定インターフェース回路群２２の回路規模を小さくし、部品点数の削減を図ることができる。
【００４０】
−第３の実施形態−
図３は、本発明の第３の実施形態に係る電池監視装置を含む電池システムの構成を示す図である。図３に示す電池システムにおいて、図１に示した第１の実施形態による電池システムとの違いは、高電圧測定インターフェース回路群２２がＡ／Ｄコンバータ２４および３つのインターフェース回路２２Ｅ、２２Ｆおよび２２Ｇにより構成されている点と、センサ接続切替スイッチ群２０が３つの切替スイッチ２０Ａ２、２０Ｂ２および２０Ｃ２のみによって構成されている点である。また、電池監視装置２３が絶縁電源２５、絶縁通信素子２６およびＬＤＯ（低ドロップアウトリニアレギュレータ）２７をさらに有する点も、第１の実施形態による電池システムとは異なっている。
【００４１】
インターフェース回路２２Ｅは、切替スイッチ２０Ａ２を介して入力された第１の電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２４の入力電圧範囲内の電圧に変換し、Ａ／Ｄコンバータ２４に出力する。インターフェース回路２２Ｆは、切替スイッチ２０Ｂ２を介して入力された第２の電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２４の入力電圧範囲内の電圧に変換し、Ａ／Ｄコンバータ２４に出力する。インターフェース回路２２Ｇは、切替スイッチ２０Ｃ２を介して入力された第３の電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２４の入力電圧範囲内の電圧に変換し、Ａ／Ｄコンバータ２４に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、入力された第１〜第３の電圧をデジタル値にそれぞれ変換し、絶縁通信素子２６を介してマイコン２に出力する。マイコン２は、第１〜第３の電圧のデジタル値をＡ／Ｄコンバータ２４からそれぞれ取得することで、第１〜第３の電圧をそれぞれ測定することができる。
【００４２】
絶縁電源２５は、電源ＩＣ１から供給される電源に基づいて、電源ＩＣ１から絶縁された電源をＬＤＯ２７に供給する。ＬＤＯ２７は、絶縁電源２５から供給される電源に基づいて、Ａ／Ｄコンバータ２４の動作電源を生成し、Ａ／Ｄコンバータ２４に供給する。
【００４３】
図３の電池システムにおいて、高電圧測定インターフェース回路群２２と電源ＩＣ１およびマイコン２との間の絶縁性は、絶縁電源２５および絶縁通信素子２６により確保されている。これにより、高電圧測定インターフェース回路群２２の入力インピーダンスが低くても、組電池１１に接続されている高電圧回路とマイコン２を含む低電圧回路との間の絶縁性を確保することができる。したがって、センサ接続切替スイッチ群２０を正極側の切替スイッチ２０Ａ２、２０Ｂ２および２０Ｃ２のみで構成し、図１や図２に示した負極側の切替スイッチ２０Ａ１、２０Ｂ１および２０Ｃ１を省略することができる。また、インターフェース回路２２Ｅ、２２Ｆおよび２２Ｇの抵抗をバイアス抵抗として用いることができ、図１や図２に示したバイアス抵抗２１を省略することができる。
【００４４】
図３に示すように、本実施形態の電池システムでは、第１の正極接点から切替スイッチ２０Ａ２および２０Ｃ２への分岐を電池監視装置２３の内部で行う構成としてもよい。これにより、電池監視装置２３の接続線やコネクタ端子の数を減らして、構造の簡略化を図ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態の電池システムでは、図１、２にそれぞれ示した第１、第２の実施形態による電池システムと比較して、第３の電圧の正負が反転して検出される。この点について、以下に図６および図７を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施形態による正常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図であり、図７は、本発明の第３の実施形態による異常時の制御シーケンスおよび動作期待値の例を示す図である。
【００４６】
図４および図５と同様に、図６および図７では、図中上側の部分にタイミングチャートを示し、図中下側の部分に判定表を示している。図６、図７において、上側のタイミングチャートでは、最下段に示した第３の電圧の変化の様子以外の部分は、図４、図５のものとそれぞれ同一である。また、下側の判定表では、第３の電圧の測定値以外の部分は、図４、図５のものとそれぞれ同一である。
【００４７】
図６および図７において、区間１ではＸコンデンサ１７が放電状態であることから、マイコン２により測定される第３の電圧（負極側リレー電圧）は、組電池１１の総電圧Ｖ１に等しい。ここで、マイコン２が負極側メインリレー１５の開放判定を行うための閾値をＶｔｈ４とし、第１の電圧と第３の電圧との差がこの閾値Ｖｔｈ４を下回ったときに、マイコン２は負極側メインリレー１５が開放状態にあると判断することとする。区間１では第１の電圧と第３の電圧が共にＶ１で等しいため、負極側メインリレー１５が開放状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
【００４８】
区間２では、負極側メインリレー１５が開放状態から接続状態に切り替えられているため、第３の電圧の測定値は０Ｖとなり、前述の閾値Ｖｔｈ１よりも小さい。すなわち、第１の電圧と第３の電圧との差は、上記の閾値Ｖｔｈ４よりも小さくなる。したがってマイコン２は、負極側メインリレー１５が接続状態であることを検出し、正常な状態にあると診断することができる。
【００４９】
図６の場合、区間２以降では負極側メインリレー１５が接続状態のままであるため、区間３〜６でも区間２と同様の動作および判定がマイコン２により行われる。一方、図７の場合は、区間６において負極側メインリレー１５が意図せずに開放状態に切り替えられている。そのため、区間６で測定される第３の電圧Ｖ４は、組電池１１の総電圧Ｖ１からＸコンデンサ１７の充電状態に応じた端子間電圧を差し引いた電圧に等しくなる。負極側メインリレー１５が開放状態になると、Ｘコンデンサ１７に充電された電荷がインターフェース回路２２Ｇを介して放電されることで、Ｘコンデンサ１７の端子間電圧は徐々に低下する。区間６ではＸコンデンサ１７にまだ多くの電荷が残っているため、Ｖ４＞Ｖｔｈ１とはなるものの、Ｖ４＜Ｖ１−Ｖｔｈ４である。そのため、この時点では負極側メインリレー１５が正常な状態にあると判断される。
【００５０】
その後は、Ｘコンデンサ１７の放電が進んで端子間電圧が低下することにより、第３の電圧は上昇し、区間７で測定される第３の電圧Ｖ５ではＶ５＞Ｖ１−Ｖｔｈ４となる。これにより、負極側メインリレー１５が開放状態であることをマイコン２が検出する。この負極側メインリレー１５の状態検出結果から、マイコン２は、負極側メインリレー１５において意図しない異常な開放状態への切り替えが発生したと判断することができる。
【００５１】
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）と同様の作用効果を奏すると共に、下記（４）の作用効果を奏する。
【００５２】
（４）電池監視装置２３は、第１の正極接点、第２の正極接点、第１の負極接点および第２の負極接点のいずれか少なくとも一つと高電圧測定インターフェース回路群２２との接続状態を切り替えるためのセンサ接続切替スイッチ群２０をさらに備える。具体的には、センサ接続切替スイッチ群２０は、第１の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間にそれぞれ接続された切替スイッチ２０Ａ２および切替スイッチ２０Ｃ２と、第２の正極接点と高電圧測定インターフェース回路群２２との間に接続された切替スイッチ２０Ｂ２と、を含む。また、高電圧測定インターフェース回路群２２は、Ａ／Ｄコンバータ２４と、切替スイッチ２０Ａ２を介して第１の電圧をＡ／Ｄコンバータ２４に出力するインターフェース回路２２Ｅと、切替スイッチ２０Ｂ２を介して第２の電圧をＡ／Ｄコンバータ２４に出力するインターフェース回路２２Ｆと、切替スイッチ２０Ｃ２を介して第３の電圧をＡ／Ｄコンバータ２４に出力するインターフェース回路２２Ｇと、を含む。Ａ／Ｄコンバータ２４は、第１の電圧、第２の電圧および第３の電圧をデジタル値にそれぞれ変換してマイコン２に出力する。このようにしたので、マイコン２において、第１の電圧、第２の電圧および第３の電圧を、安全にかつ確実に測定することができる。さらに、第１の実施形態と比べて、センサ接続切替スイッチ群２０を構成する切替スイッチの数を減らすと共にバイアス抵抗２１を省略し、部品点数の削減を図ることができる。
【００５３】
以上説明した各実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１：電源ＩＣ
２：マイコン
３：通信インターフェース回路
４Ａ、４Ｂ：絶縁通信素子
５：セル電圧監視ＩＣ
７：リレー制御部
８：電流センサインターフェース回路
９：電流センサ
１０：電池セル
１１：組電池
１２：正極側メインリレー
１３：プリチャージリレー
１４：プリチャージ抵抗
１５：負極側メインリレー
１６Ａ、１６Ｂ：Ｙコンデンサ
１７：Ｘコンデンサ
１８：インバータ
１９：モータ
２０：センサ接続切替スイッチ群
２１：バイアス抵抗
２２：高電圧測定インターフェース回路群
２３：電池監視装置
２４：Ａ／Ｄコンバータ
２５：絶縁電源
２６：絶縁通信素子
２７：ＬＤＯ
【図１】
2017043238.tif 000003
【図２】
2017043238.tif 000004
【図３】
2017043238.tif 000005
【図４】
2017043238.tif 000006
【図５】
2017043238.tif 000007
【図６】
2017043238.tif 000008
【図７】
2017043238.tif 000009
【国際調査報告】
2017043238.tif 000010
2017043238.tif 000011
2017043238.tif 000012
2017043238.tif 000013