(57)【要約】複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、第１の制御装置は、単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを単電池セル毎に備え、電圧検出線には、第１の抵抗が直列に設けられ、バランシングスイッチと当該バランシングスイッチに直列に接続された第２の抵抗とで構成されるバランシング放電回路が単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続され、バランシング放電回路と単電池セルの正極に接続された電圧検出線との接続点およびバランシング放電回路と単電池セルの負極に接続された電圧検出線との接続点は、それぞれ第１の抵抗よりセルグループ側に設けられる。
2013035183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、
前記セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、
前記第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、
前記第１の制御装置の近傍の温度を測定する温度検出部と、
前記単電池セルの端子間電圧を測定するための、前記単電池セルの正極および負極のそれぞれと前記第１の制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、
前記第１の制御装置は、前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを前記単電池セル毎に備え、
前記電圧検出線には、第１の抵抗が直列に設けられ、
前記バランシングスイッチと当該バランシングスイッチに直列に接続された第２の抵抗とで構成されるバランシング放電回路が前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続され、
前記バランシング放電回路と前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線との接続点および前記バランシング放電回路と前記単電池セルの負極に接続された電圧検出線との接続点は、それぞれ前記第１の抵抗より前記セルグループ側に設けられる電池システム監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池システム監視装置において、
前記第１の制御装置は、
一の単電池セルの正極および負極のそれぞれに接続された電圧検出線あるいは、前記温度検出部に接続された温度検出線を選択し、前記一の単電池セルの正極電位および負極電位または前記温度検出部の出力電圧を出力する選択部と、
前記選択部から出力された前記一の単電池セルの正極電位および負極電位または前記温度検出部の出力電圧から、前記一の単電池セルの端子間電圧または温度検出部の出力電圧を測定する電圧測定部とを備え、
前記第２の制御装置は、
前記温度検出部の出力電圧を温度に変換するデータを格納する記憶部を備える電池システム監視装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
前記電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、前記第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値以下であるかまたは所定の上限値以上である場合は、前記車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルに対するバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
前記電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、前記第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値より大きく、かつ所定の上限値より小さい場合に、前記電池システムに前記車両を駆動する負荷が接続されていない状態で、前記セルグループの前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧を測定して、前記複数の単電池セルの各々の残存容量（ＳＯＣ）を算出するとともに、このＳＯＣに基づいてバランシング放電を行う電池システム監視装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が全て所定の電圧範囲に入っている場合に、
前記複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電池システム監視装置において、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合で、ＯＣＶを用いて前回ＳＯＣを算出したときから所定の時間が経過している場合は、
前記第２の制御装置は、前記複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、
前記車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項８】
請求項４に記載の電池システム監視装置において、
前記電池システムの充放電電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記第２の制御装置は、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、
前記車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行い、
前記複数の単電池セルの各々のＳＯＣを、前記車両の前回停止時のＳＯＣに前記電流検出部が検出した前記電池システムの充放電電流と前記単電池セルのバランシング放電の電流を積算して算出する電池システム監視装置。
【請求項９】
請求項３または７に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、前記バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行う電池システム監視装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、前記バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行う電池システム監視装置。
【請求項１１】
請求項３または７または９のいずれか１項に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
前記バランシング放電の対象である単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置の近傍の温度が前記所定の上限値未満となるように、前記バランシング放電の対象となった単電池セルに対応したバランシングスイッチをデューティー制御して行う電池システム監視装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１に記載の電池システム監視装置において、
直列に接続されたＮ個（Ｎ≧１）の前記セルグループと、
前記Ｎ個のセルグループを制御するＭ個（Ｍ≧１）の前記第１の制御装置と、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置の上位制御装置である前記第２の制御装置とを備え、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置のうち最上位の第１の制御装置と、前記第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置のうち最下位の第１の制御装置と、前記第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置は互いに通信ラインで接続され、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置は、前記第２の制御装置からの制御信号および制御データによって制御される電池システム監視装置。
【請求項１３】
複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、前記複数の単電池は、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性に関して、所定のＯＣＶの範囲では前記ＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が少なく、所定のＯＣＶの範囲以外では前記ＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が大きい特性を有する電池システム監視装置において、
前記電池システムの充放電電流を検出する電流検出部と、
前記セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、
前記第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、
前記単電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の近傍の温度を測定する温度検出部と、
前記複数の単電池セルのＳＯＣのばらつきを低減するバランシング放電制御を行うバランシング放電回路とを備え、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、
前記電圧検出回路によって検出された前記複数の単電池セルのＯＣＶに基づいて、各単電池セルのＳＯＣを算出する第１のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出し、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、
前記電流検出部によって検出された前記電池システムの充放電電流と前記バランシング放電回路による前記複数の単電池セルの各々のバランシング放電電流を積算して各単電池セルのＳＯＣを算出する第２のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出する電池システム監視装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電池システム監視装置において、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、
各単電池セルのＳＯＣを前記第１のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、前記バランシング放電回路の発熱量を抑制した第１バランシング放電制御を行い、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、
各単電池セルのＳＯＣを前記第２のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、前記バランシング放電回路の発熱量を抑制しない第２バランシング放電制御を行う電池システム監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池システム監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを多数直列接続して構成される組電池（電池システム）が用いられている。このような組電池においては、各単電池セルの容量計算や保護管理のため、セル電圧（単電池セルの端子間電圧）の計測と充電状態すなわち残存容量の均等化（バランシング）を行う集積回路を組電池の監視装置内に用いて単電池セルの管理を行っている。この集積回路は信頼性を上げるためにセル電圧測定と均等化だけでなく、セル電圧検出線の断線検出を含む各種診断を行って信頼性を上げている。（例えば特許文献１参照）。【０００３】
近年、リチウム電池等の二次電池からなる組電池は、電気自動車（ＥＶ）あるいはプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）での用途が大幅に増加している。二次電池がＥＶあるいはＰＨＶで使用される場合は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）で使用される場合と比較して、これら二次電池のＳＯＣの使用範囲が更に広いため、また、大電流出力によるＳＯＣの変動が早いために、全セルの電圧監視と診断を高速に行うことが要求されている。また、電圧監視と診断の精度の向上のために、二次電池の広い使用範囲に渡って、全セルの電圧測定精度を向上することが要求されている。【０００４】
単電池セルの端子間電圧を測定する回路は温度特性を持つので、端子間電圧の測定精度を向上するためには、この電圧測定回路の温度を所定の範囲内とする必要がある。【０００５】
特許文献２では、多数の単電池セルの容量を調整するためのバイパス電流の大きさを、バイパス抵抗周辺の温度に基づいて変更する組電池の容量調整装置が記載されている。
特許文献３では、複数の単電池セルを複数のグループに分け、各々のグループ毎に各単電池セルの容量を調整するタイミングを選択して各単電池セルの容量を調整することによって、容量調整中の温度上昇を抑える容量調整回路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８９４８８号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５６４０号公報
【特許文献３】特開２００８−６７４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
各単電池セルの充電状態の均等化を行うためのバランシング放電は、集積回路内のバランシングスイッチのオン抵抗で発熱を生じさせ、この集積回路での単電池セルの端子間電圧測定精度に影響を与える。また、単電池セル内の分極も端子間電圧から推定するＳＯＣの精度に影響を与える。従来は集積回路での電圧測定精度を考慮したＳＯＣの算出方法に対応したバランシング放電が行われていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の第１の態様によると、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、第１の制御装置の近傍の温度を測定する温度検出部と、単電池セルの端子間電圧を測定するための、単電池セルの正極および負極のそれぞれと第１の制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、第１の制御装置は、単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを単電池セル毎に備え、電圧検出線には、第１の抵抗が直列に設けられ、バランシングスイッチと当該バランシングスイッチに直列に接続された第２の抵抗とで構成されるバランシング放電回路が単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続され、バランシング放電回路と単電池セルの正極に接続された電圧検出線との接続点およびバランシング放電回路と単電池セルの負極に接続された電圧検出線との接続点は、それぞれ第１の抵抗よりセルグループ側に設けられる。
（２）本発明の第２の態様によると、第１の態様の電池システム監視装置において、第１の制御装置は、一の単電池セルの正極および負極のそれぞれに接続された電圧検出線あるいは、温度検出部に接続された温度検出線を選択し、一の単電池セルの正極電位および負極電位または温度検出部の出力電圧を出力する選択部と、選択部から出力された一の単電池セルの正極電位および負極電位または温度検出部の出力電圧から、一の単電池セルの端子間電圧または温度検出部の出力電圧を測定する電圧測定部とを備え、第２の制御装置は、温度検出部の出力電圧を温度に変換するデータを格納する記憶部を備えることが好ましい。
（３）本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値以下であるかまたは所定の上限値以上である場合は、車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルに対するバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい。
（４）本発明の第４の態様によると、第１または第２の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値より大きく、かつ所定の上限値より小さい場合に、電池システムに車両を駆動する負荷が接続されていない状態で、セルグループの複数の単電池セルの各々の端子間電圧を測定して、複数の単電池セルの各々の残存容量（ＳＯＣ）を算出するとともに、このＳＯＣに基づいてバランシング放電を行うことが好ましい。
（５）本発明の第５の態様によると、第４の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が全て所定の電圧範囲に入っている場合に、複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい。
（６）本発明の第６の態様によると、第４の態様の電池システム監視装置において、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合で、ＯＣＶを用いて前回ＳＯＣを算出したときから所定の時間が経過している場合は、第２の制御装置は、複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい
（７）本発明の第７の態様によると、第４乃至第６の態様のいずれか１つの態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい。
（８）本発明の第８の態様によると、第４の態様の電池システム監視装置において、電池システムの充放電電流を検出する電流検出部をさらに備え、第２の制御装置は、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行い、複数の単電池セルの各々のＳＯＣを、車両の前回停止時のＳＯＣに電流検出部が検出した電池システムの充放電電流と単電池セルのバランシング放電の電流を積算して算出することが好ましい。
（９）本発明の第９の態様によると、第３または第７の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行うことが好ましい。
（１０）本発明の第１０の態様によると、第８の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行うことが好ましい。
（１１）本発明の第１１の態様によると、第３または第７または第９の態様のいずれか１つの態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、バランシング放電の対象である単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置の近傍の温度が所定の上限値未満となるように、バランシング放電の対象となった単電池セルに対応したバランシングスイッチをデューティー制御して行うことが好ましい。
（１２）本発明の第１２の態様によると、第１乃至第１１の態様のいずれか１つの態様の電池システム監視装置において、直列に接続されたＮ個（Ｎ≧１）のセルグループと、Ｎ個のセルグループを制御するＭ個（Ｍ≧１）の第１の制御装置と、Ｍ個の第１の制御装置の上位制御装置である第２の制御装置とを備え、Ｍ個の第１の制御装置のうち最上位の第１の制御装置と、第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、Ｍ個の第１の制御装置のうち最下位の第１の制御装置と、第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、Ｍ個の第１の制御装置は互いに通信ラインで接続され、Ｍ個の第１の制御装置は、第２の制御装置からの制御信号および制御データによって制御されることが好ましい。
（１３）本発明の第１３の態様によると、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、複数の単電池は、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性に関して、所定のＯＣＶの範囲ではＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が少なく、所定のＯＣＶの範囲外ではＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が大きい特性を有する電池システム監視装置において、電池システムの充放電電流を検出する電流検出部と、セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、単電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路の近傍の温度を測定する温度検出部と、複数の単電池セルのＳＯＣのばらつきを低減するバランシング放電制御を行うバランシング放電回路とを備え、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、電圧検出回路によって検出された複数の単電池セルのＯＣＶに基づいて、各単電池セルのＳＯＣを算出する第１のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出し、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、電流検出部によって検出された電池システムの充放電電流とバランシング放電回路による複数の単電池セルの各々のバランシング放電電流を積算して各単電池セルのＳＯＣを算出する第２のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出する。
（１４）本発明の第１４の態様によると、第１３の態様の電池システム監視装置において、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、各単電池セルのＳＯＣを第１のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、バランシング放電回路の発熱量を抑制した第１バランシング放電制御を行い、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、各単電池セルのＳＯＣを第２のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、バランシング放電回路の発熱量を抑制しない第２バランシング放電制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による電池システム監視装置を用いることにより、この電池システム監視装置に備えられた、単電池セルの端子間電圧測定回路の測定精度を損なうことなく、バランシング放電を行うことができる。またこの電圧測定回路の測定精度に対応してバランシング放電を行うので、効率の良いバランシング放電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による電池システム監視装置を組み込んだ蓄電装置を備えたハイブリッド自動車の電動駆動装置の構成例である。
【図２】図１に示す蓄電装置のバッテリーコントローラに総電圧検出回路を組み込んだ蓄電装置を備えたハイブリッド自動車の電動駆動装置の構成例である。
【図３】図１あるいは図２に示すセルコントローラ２００内の、セルコントローラＩＣ３００とバッテリーコントローラ５００内のマイクロコンピュータ５０４の間の通信線の接続例を示す図である。
【図４】図１あるいは図２に示すセルコントローラ２００内の、セルコントローラＩＣ３００とバッテリーコントローラ５００内のマイクロコンピュータ５０４の間の通信線のもう１つの接続例を示す図である。
【図５】セルコントローラＩＣ３００の内部構成例を示す図である。
【図６】セルコントローラＩＣ３００のロジック部の構成例を示す図である。
【図７】セルコントローラＩＣ３００が最上位設定の場合の、起動検出部、通信受信部、ＦＦ入力部の外部回路との接続を示す図である。
【図８】セルコントローラＩＣ３が最下位設定の場合のマイクロコンピュータ５０４への接続の詳細を示す説明図である。
【図９】セルコントローラＩＣ３００の通信受信部の内部構成を示す説明図である。
【図１０】ＦＳＫ方式の通信波形例を示す説明図である。
【図１１】ブロック電圧の測定を行うために、ブロック電圧をマルチプレクサに入力する回路の概略図である。
【図１２】図１１に示すブロック電圧入力部２２５のＲＣフィルターや分圧抵抗をセルコントローラＩＣ３００の外部に設置する場合の回路の概略図である。（ａ）はフィルターコンデンサのみを外部に設置する場合の例であり、（ｂ）は分圧抵抗とフィルターコンデンサー共に外部に設置する場合の例である。
【図１３】異なる特性をもつ２つの二次電池のＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線の例を示す図である。
【図１４】図１３に示すタイプＢの二次電池でのＳＯＣ算出誤差を説明する図である。
【図１５】電圧測定回路の半導体のジャンクション温度と、電圧測定精度の関係の一例を示す図である。
【図１６】バランシングスイッチのデューティ比（％）とセルコントローラＩＣのチップの温度上昇の関係を模式的に示す図である。
【図１７】本発明による電池システム監視装置を用いたバランシング放電動作を、図１３および図１４で説明したタイプＢの二次電池に対し行う場合のフローの概略を示す図である。
【図１８】１２個の単電池セル（セル１〜セル１２）からなるセルグループのバランシング放電を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜図１８を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明による電池システム監視装置を備えた蓄電装置を、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などに用いられる電池システムを備えた蓄電装置に対して適用した場合の例である。なお、本発明はＨＥＶに限らず、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）、鉄道車両などに搭載される各種蓄電装置に対して幅広く適用可能である。
【００１２】
以下の実施例では、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして３．０〜４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定しているが、それ以外でもＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）の高すぎる場合（過充電）や低すぎる場合（過放電）に使用を制限するような、電気を蓄え放電可能なデバイスであれば何でもよく、ここでは、それらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。
【００１３】
以下に説明する実施形態では、単電池セルを複数個（概ね数個から十数個）直列に接続したものをセルグループと呼び、このセルグループを複数個直列に接続したものを電池モジュールと呼ぶ。更にこのセルグループあるいは電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものを電池システムと呼称する。セルグループ、電池モジュールおよび電池システムを総称して組電池と呼んでいる。各単電池セルのセル電圧を検出し、バランシング動作等を行いながら電池状態を監視するセルコントローラＩＣはセルグループ毎に設けられる。
【００１４】
まず、図１を用いて、本発明による蓄電装置をハイブリッド自動車用駆動システムに適用した例について説明する。
【００１５】
蓄電装置１００は、リレー６００、６１０を介してインバータ７００に接続され、インバータ７００はモータ８００に接続されている。車両の発進・加速時には蓄電装置１００から放電電力がインバータ７００を通じてモータ８００に供給されて図示されないエンジンをアシストする。車両停止・減速時には、モータ８００からの回生電力がインバータ７００を通じて蓄電装置１００に充電される。なお、ここではインバータ７００は複数の半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、半導体スイッチング素子のゲート駆動回路と、ゲート駆動回路をＰＷＭ制御するパルス信号を発生するモーターコントローラとを備えているが、図１では省略されている。
【００１６】
蓄電装置１００は、主に、複数のリチウムイオン単電池セル１０１から構成されるセルグループ１０２と、複数のセルグループ１０２が直列接続された電池システム１０４と、各単電池セル１０１の電圧を検出し、バランシング放電動作を行うセルコントローラＩＣ３００を複数備えたセルコントローラ２００と、セルコントローラ２００の動作を制御し、各単電池セルの状態判定を行うバッテリーコントローラ５００で構成される。本実施形態に示す蓄電装置の例では、定格容量５．５Ａｈのリチウムイオン単電池を９６個直列に接続したものを使用している。バッテリーコントローラ５００は絶縁素子群４００を介して複数のセルコントローラＩＣ３００と通信を行って、これらのセルコンローラＩＣの制御を行う。セルコントローラＩＣ３００は、前述のように、セルグループ１０２毎に設けられている。なお、電池システム１０４とセルコントローラ２００の間の電圧検出線は、不図示のコネクタでセルコントローラ２００に接続されている。
【００１７】
バッテリーコントローラ５００は、電池システム１０４に流れる充放電電流を検出する電流センサ５０３に接続される電流検出回路５０２と、セルコントローラ２００とインバータ７００及び図示されない上位の車両コントローラとの通信を含む、バッテリーコントローラ５００の全体の制御を行うマイクロコンピュータ５０４と、記憶部５０５とを備えている。記憶部５０５は、各単電池セルの電圧や、上記の電流センサ５０３を用いた電流測定値、後述する各種の断線診断の結果等、蓄電装置１００の動作に関連した種々のデータを格納している。このデータには、後述する、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度の算出とバランシング放電を行った際の温度の算出に関するデータが格納されている。
また、インバータ７００の内部には電池システム１０４の総電圧を測定する総電圧測定回路７０１が設けられている。また、図１には示されていないがバッテリーコントローラ５００は、セルコントローラＩＣ３００に接続された温度検出回路によって測定された単電池セル１０１の温度に基づいて、電池状態のパラメータの温度補正を行っている。
【００１８】
なお、上記の、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度を算出するためのデータを格納する記憶部は、バッテリーコントローラ５００ではなく、セルコントローラＩＣ３００に設けてもよい。この場合は、温度検出部の出力電圧をセルコントローラＩＣ３００のロジック部で温度に換算されたデータがバッテリーコントローラに送信される。また、たとえばバランシングスイッチ２２２の抵抗の温度補正を行う場合は、この補正データをセルコントローラＩＣ毎に保持する方が管理しやすい。
【００１９】
図２は総電圧検出回路５０１がバッテリーコントローラ５００にも設置された例である。後述するように、電池システム１０４の総電圧を測定できれば、総電圧検出回路５０１は、図１のようにバッテリーコントローラ５００の内部に設けられていなくともよい。
なお、図１、２では省略されているが、セルコントローラ２００とバッテリーコントローラ５００は、１つの基板の上に設けられており、これらは金属製のケースに収納されている。また、電池システム１０４も金属製のケースに収納されている。セルコントローラ２００と電池システム１０４とは、複数の電圧検出線や単電池セルの温度センサ（不図示）の接続線等が束ねられたハーネスで接続されている。
【００２０】
この蓄電装置１００の起動後に以下の動作が行われる。バッテリーコントローラ５００は、セルコントローラ２００が全単電池セルのＯＣＶ（開路電圧）測定を行う指令を絶縁素子群４００を介して送信する。測定された各単電池セルのＯＣＶのデータは、セルコントローラ２００からセルグループ単位で絶縁素子群４００を介して、バッテリコントローラ５００に送信される。バッテリーコントローラ５００は受信した各単電池セルのＯＣＶをＳＯＣに変換し、全単電池セルのＳＯＣの偏差を算出する。ＳＯＣの偏差が所定の値よりも大きい単電池セルがバランシング放電を行う対象となる。バランシング放電の対象となった単電池セルのＳＯＣの偏差が０となるまでの時間が計算され、この時間だけセルコントローラＩＣ３００内のバランシングスイッチをオンとする制御動作を行う指令が、バッテリーコントローラ５００からセルコントローラ２００に送られ、バランシング対象の単電池セルのバランシング放電が行われる。
【００２１】
上記で測定された各単電池セルのＯＣＶから、電池システム１０４のＳＯＣが算出された後、インバータ７００あるいは上位コントローラである車両コントローラ（不図示）がリレー６００とリレー６１０とをオンとして、蓄電装置１００がインバータ７００とモータ８００に接続され、車両コントローラからの充放電指令をインバータ７００が受けて、インバータ７００が動作してモータ８００を駆動するとともに、蓄電装置１００の充放電動作が行われる。
【００２２】
リレー６００及びリレー６１０をオンとして蓄電装置１００が充放電を開始する時から、バッテリーコントローラ５００は、一定時間毎に充放電電流と総電圧を測定する。得られた総電圧と充放電電流の値から、バッテリーコントローラ５００は組電池の充電状態（ＳＯＣ）と電池の内部抵抗（ＤＣＲ）をリアルタイムに算出（算出方法は省略）する。さらに、これらの値から電池システム１０４が充放電可能な電流あるいは電力をリアルタイムに算出して、インバータ７００に送信し、インバータ７００はその範囲内で充放電電流あるいは電力を制御する。尚、図１では総電圧をバッテリーコントローラ５００が測定していないが、後述する方法でセルコントローラ２００から総電圧値を得ている。
【００２３】
図３は、セルコントローラ２００内のセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄとバッテリーコントローラ５００内のマイクロコンピュータ５０４の間の通信接続例を示す図である。マイクロコンピュータ５０４はセルコントローラ２００内のセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄを起動させるための起動信号出力ポートと、コマンド及びデータを送信するための送信ポートＴＸＤと、過充電状態を検出するためのデータパケット（ＦＦ信号）を出力するためのＦＦ信号出力ポートを有している。
【００２４】
図３の例では、複数の単電池セルを直列接続したセルグループ１０２を２個直列接続した電池モジュール１０３を、サービスディスコネクトスイッチ（ＳＤ−ＳＷ）１０５の上下に配した構成となっている。電池モジュール１０３を構成するセルグループの数は２個に限定されず、３個以上であってもよい。またこれらのセルグループ１０２ａ〜１０２ｄに対応して、それぞれセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄが設けられている。
なお、ここでは図３で一番下のセルコントローラＩＣ３００ａを、マイクロコンピュータ５０４からの信号を最初に受信する最上位セルコントローラとしている。図３の一番上側のセルコントローラＩＣ３００ｄを最上位セルコントローラとする構成でもよい。
【００２５】
以下単にセルコントローラＩＣあるいはセルコントローラＩＣ３００と呼ぶ場合は、セルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄを特に限定しない場合とする。また、同様にセルグループ１０２ａ〜１０２ｄに対しても、これらを特に限定しない場合は、セルグループあるいはセルグループ１０２と呼ぶ。
【００２６】
サービスディスコネクトスイッチ（以下ＳＤ−ＳＷと呼ぶ）１０５は、高電圧の組電池でよく用いられるスイッチであり、保守点検時にこのＳＤ−ＳＷ１０５を開放することによって、組電池の電流経路を遮断し、作業者の感電を防止することを目的としている。このＳＤ−ＳＷ１０５を開放しておけば、電池の直列接続が絶たれるため組電池の最上位端子と最下位端子を人間が触っても高電圧が人体に印加されることはないので、感電が防止できる。
【００２７】
コマンドおよびデータ信号の通信ラインでは、コマンドおよびデータ信号がマイクロコンピュータ５０４の送信ポートＴＸＤから高速絶縁素子４０１とコンデンサ４０３を通じて最上位のセルコントローラＩＣ３００ａの通信受信端子ＲＸＤに送信される。起動信号出力ポートは低速絶縁素子４０２を通じてセルコントローラＩＣ３００ａの起動信号入力端子ＷＵ＿Ｒｘに接続される。また、ＦＦ信号の通信ラインでは、ＦＦ信号がＦＦ信号出力ポートから低速絶縁素子４０２とコンデンサ４０３を通じてセルコントローラＩＣ３００ａのＦＦ入力端子ＦＦＩＮに送信される。最上位のセルコントローラＩＣ３００ａは、その通信出力端子ＴＸＤが一つ下位のセルコントローラＩＣ３００ｂの通信受信端子ＲＸＤにコンデンサ結合で接続され、またＦＦ出力端子ＦＦＯＵＴがセルコントローラＩＣ３００ｂのＦＦ入力端子ＦＦＩＮにコンデンサ結合で接続される。また、セルコントローラＩＣ３００ａの起動出力端子ＷＵ＿Ｔｘは、この一つ下位のセルコントローラＩＣ３００ｂの起動信号入力端子ＷＵ＿Ｒｘに接続される。
これらの高速絶縁素子４０１、低速絶縁素子４０２、および、コンデンサ４０３で、マイクロコンピュータ５０４と最上位のセルコントローラＩＣ３００ａとの間の通信経路経路で用いられている絶縁素子をまとめて絶縁素子群４００（図１）としている。
【００２８】
サービスディスコネクトスイッチ（ＳＤ−ＳＷ）１０５の上側の電池モジュール１０３に接続されているセルコントローラＩＣの最上位セルコントローラＩＣ３００ｃと、下側の電池モジュール１０３に接続されているセルコントローラＩＣの最下位セルコントローラＩＣ３００ｂとの間の通信は、絶縁して行う必要がある。これは、上側および下側の電池モジュール１０３それぞれに直列接続されている単電池セルの数が多いために、電池モジュール１０３の端子間電圧が高くなるためである。このため、コマンドおよびデータ信号の通信ラインに高速の絶縁素子４０１が挿入され、ＦＦ信号の通信ラインに低速の絶縁素子４０２が挿入される。もしもこれらの通信ラインを直結するとその接続を通じて組電池が直列接続されることになり、ＳＤ−ＳＷ１０５の切り離しを行っても組電池の直列接続が維持されるため、組電池の通電を遮断できなくなり、作業者が感電する可能性を生じることになる。なお、図３のＳＤ−ＳＷ１０５の上側（下位側）のセルコントローラＩＣ３００ｃにも、マイクロコンピュータ５０４の起動信号出力ポートから、低速絶縁素子４０２を通じて、起動信号が出力される。
【００２９】
最下位のセルコントローラＩＣ３００ｄでは、通信出力端子ＴＸＤが高速絶縁素子４０１を介してマイクロコンピュータ５０４の通信受信ポートＲＸＤに接続される。同様に、セルコントローラＩＣ３００ｄのＦＦ出力端子ＦＦＯＵＴがマイクロコンピュータ５０４のＦＦ信号入力ポートに低速の絶縁素子４０２を介して接続される。
【００３０】
セルコントローラ２００を起動する場合は、マイクロコンピュータ５０４は起動信号を出力し、セルコントローラＩＣ３００ａとセルコントローラＩＣ３００ｃは低速絶縁素子４０２を通じて起動信号を受信して起動される。起動されたセルコントローラＩＣは次のセルコントローラＩＣに起動信号を出力する。このようにして全部のセルコントローラＩＣ３００は順番に起動される。
【００３１】
なお、低速絶縁素子４０２にはフォトカプラのような直流信号も伝送できる絶縁素子を用いており、マイクロコンピュータ５０４からのセルコントローラＩＣ３００ａとセルコントローラＩＣ３００ｃへの起動信号は直流信号または比較的時間幅の広いパルス信号で行われる。これは、蓄電装置１００の起動時はノイズや電圧変動が発生し易いので、この影響を除去するためである。最初に起動されたセルコントローラＩＣ３００ａまたは３００ｃから次のセルコントローラＩＣを起動するための信号は短パルスあるいは交流パルス信号により行われる。
【００３２】
セルコントローラ２００の起動後は、マイクロコンピュータ５０４は高速絶縁素子４０１を通じてセルコントローラＩＣ３００ａの受信端子ＲＸＤにコマンド信号及びデータ（データパケット）を送信する。セルコントローラＩＣ３００ａはコマンド信号とデータパケットを受信し、さらにこれらを出力端子ＴＸＤから次のセルコントローラＩＣ３００ｂに送信する。このようにして全部のセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄはコマンド信号とデータを受信し、このコマンド信号とデータに従って動作を行う。セルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄがそれぞれ制御するセルグループ１０２ａ〜１０２ｄの単電池セルの端子間電圧（セル電圧と呼ぶ）等のデータを得る場合には、ぞれぞれのセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄがデータパケットにデータを付加して、送信端子ＴＸＤから次のセルコントローラＩＣのＲＸＤ端子に送信し、最終的にマイクロコンピュータ５０４のＲＸＤ端子で受信される。マイクロコンピュータ５０４は自分が送信したコマンド信号を含めたデータパケットを受信し、正常にコマンド信号転送が行われ、かつセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄが付加したデータがある場合にはそのデータが受信される。
【００３３】
なお、ＦＦ信号のセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄのＦＦ入力端子ＦＦＩＮおよびＦＦ出力端子ＦＦＯＵＴを経由するループは、単電池セルの過充電あるいは過放電の状態を検出するループであり、リチウムイオン単電池セルの安全性確保のために重要な過充電の検出の信頼性を、ＴＸＤ端子とＲＸＤ端子を経由する通信ラインとは別の系統で検出するためのものである。ＦＦ信号は一定周期の矩形波信号を想定しており、例えば、正常状態は１ｋＨｚの矩形波で、過充電状態は２ＫＨｚの矩形波とする。セルコントローラＩＣ３００はＦＦ入力端子ＦＦＩＮ入力に１ＫＨｚの矩形波が入力された場合、上位のセルコントローラＩＣ３００は正常な状態である（過充電でない）と認識し、当該セルコントローラＩＣ３００のセル電圧検出値が過充電電圧を検出した場合には、ＦＦ入力端子ＦＦＩＮの入力信号の周波数が１ｋＨｚか２ｋＨｚのどちらの場合でも、ＦＦ出力端子ＦＦＯＵＴ出力に２ｋＨｚの矩形波を出力し、過充電状態を下位のセルコントローラＩＣ３００に出力する。また、ＦＦＩＮ端子の入力信号の周波数が１ｋＨｚあるいは２ｋＨｚ以外の信号の場合は、ＦＦ出力端子ＦＦＯＵＴに矩形波を出力しないものとする。
【００３４】
あるセルコントローラＩＣ３００がその制御するセルグループの単電池セルの過充電電圧を検出していなくても、ＦＦ入力端子ＦＦＩＮに他のセルコントローラＩＣ３００から２ｋＨｚの矩形波が入力されると、当該セルコントローラＩＣはＦＦ出力端子ＦＦＯＵＴに２ｋＨｚの矩形波を出力する。このようにしてＦＦ信号ループはいずれかのセルコントローラＩＣ３００が過充電を検出したことを出力し、マイクロコンピュータ５０４は高速の通信信号ループとは別の経路で過充電を検出できる。
【００３５】
尚、マイクロコンピュータ５０４は、通常、最上位のセルコントローラＩＣ３００ａに１ｋＨｚの正常状態を示す矩形波を出力するものとする。マイクロコンピュータ５０４が２ｋＨzの過充電を示す矩形波を出力すれば、マイクロコンピュータ５０４は、全部のセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄが過充電電圧を検出していなくても、戻ってきたＦＦ信号の矩形波が２ｋＨｚであれば、ＦＦループが正常に動作していることを確認することができる。また、ＦＦループに障害が発生した場合、例えば断線した場合は、矩形波が伝送されないのでその状態を識別できる。
【００３６】
図４はセルコントローラ２００内のセルコントローラＩＣ３００ａ〜３００ｄとバッテリーコントローラ５００内のマイクロコンピュータ５０４の間を別の方法で接続する例を示す図である。図３との違いは、各ラインの接続で、組電池の中間点のスイッチ１０３の間の通信接続ラインにコンデンサ４０３を用いた点である。コマンド信号、ＦＦ信号は短パルスの矩形波信号であり、コンデンサ結合を用いてもデータ通信は可能であるので、このような回路を採用することで、フォトカプラのような電源を必要とする絶縁素子を削減することができ、このような絶縁素子による消費電流を削減することができる。
【００３７】
図５は、１つのセルコントローラＩＣ３００の内部構成を示す説明図である。また、ロジック部２１３の構成概略を図６に示す。
ここでは、セルグループ１０２は１２個の単電池セル１０１（セル１〜１２とする）から構成されている。セルグループ１０２とこれを制御するセルコントローラＩＣ３００とは、各々の単電池セルの電圧検出を行う電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ１３とを介して、それぞれの電圧検出用のＣＶ端子（ＣＶ１〜１３端子）とバランシング動作を行うＢＳ端子（ＢＳ０１Ｈ〜ＢＳ１２Ｈ端子およびＢＳ０１Ｌ〜ＢＳ１２Ｌ端子)とに接続されている。各単電池セルの両端すなわち正極端子と負極端子はそれぞれ、セル入力抵抗Ｒｃｖ２０２を経由してＣＶ端子に接続され、それぞれのＣＶ端子には最下位のＧＮＤ端子との間にセル入力コンデンサＣｉｎ２０３が接続されている。
【００３８】
このセル入力抵抗Ｒｃｖ２０２とセル入力コンデンサＣｉｎ２０３でＲＣフィルタを構成し、インバータ７００の動作に起因してセル電圧に重畳するリップル電圧を主とするノイズを抑制する。単電池セルの両端の電圧端子はバランシング抵抗（Ｒｂ）２０１を通じてバランシングスイッチ端子（ＢＳ端子）に接続される。ＩＣ内部にはバランシング電流を通電するバランシングスイッチ（ＢＳ）２２２が接続されている。ＢＳ２２２をオンとするとバランシング抵抗２０１を通じて当該セルのバランシング電流が流れる。尚、ＢＳ端子間にはバランシング端子コンデンサ（Ｃｂ）２０４が接続されている。これは、バランシングスイッチ診断（詳細は省略）時の誤動作防止のためのもので、インバータ７００の動作に起因するリップル電圧等のノイズで誤検出しないようにしている。なお、図５ではバランシング抵抗２０１、バランシングスイッチ毎にこのバランシングスイッチを挟むように２個設けられているが、１個だけ設けるようにしてもよい。
【００３９】
なお、各単電池セルのバランシング放電用のＢＳ端子と、端子間電圧測定用のＣＶ端子とはそれぞれ専用の端子として設けられている。また、バランシング抵抗Ｒｂ２０１と、バランシングスイッチＢＳ２２２とで構成されるバランシング放電回路は、セル入力抵抗Ｒｃｖ２０２より単電池セル側で電圧検出線に接続されている。これによって、バランシング電流がセル入力抵抗Ｒｃｖ２０２を流れないため、正確な端子間電圧測定が可能となっている。電圧検出線に断線の無い正常な状態では、バランシング放電回路のバランシング抵抗Ｒｂ２０１とバランシング端子コンデンサＣｂ２０４、およびバランシングスイッチ２２２のオン・オフは、端子間電圧測定に影響を与えない。従来は、特開２０１０−２４９７９３号公報に記載されているように、バランシング放電用の回路の一部が端子間電圧測定用の回路（電圧検出線とセル入力抵抗）と共通となっている場合が多く、バランシング放電を行うと端子間電圧が低下するようになっていた。従って、正確な端子間電圧測定は、バランシング放電を停止して実施していた。
また、セル入力コンデンサＣｉｎ２０３は、従来は各単電池セルの正負極に接続された電圧検出線の間に接続されていたが、本発明による構成では、このセル入力コンデンサＣｉｎ２０３の負極側が、ＧＮＤに接続されている。この回路構成を採用することにより、断線の無い正常な状態においては、バランシングスイッチのオン・オフによって、コンデンサＣｉｎ２０３が放電されることがなく、従って、バランシング放電中に各単電池セルの端子間電圧測定を正確に行うことができる。
【００４０】
ＣＶ端子はセルコントローラＩＣ３００の内部でマルチプレクサ２１０の入力端子（Ｍｉｎ端子、Ｍｉｎ１〜Ｍｉｎ１３）に接続されている。マルチプレクサ２１０は各々のセルを選択して、その正極電位と負極電位を出力するもので、ロジック部２１３のマルチプレクサ入力選択レジスタ２４５からの出力で制御される。マルチプレクサ２１０の出力は差動増幅器２１１を通じて各単電池セルの端子間電圧に変換され、その電圧はＡＤコンバータ２１２でデジタル値に変換される。ＡＤコンバータ２１２の動作はロジック部２１３で制御され、ＡＤコンバータ２１２の出力はロジック部２１３で処理される。すなわち、差動増幅器２１１とＡＤコンバータ２１２とで電圧測定を行っている。
【００４１】
このＡＤコンバータ２１２には例えば逐次比較型等の高速なＡＤコンバータを採用している。このような高速なＡＤコンバータを用いることで、マルチプレクサの診断（詳細は省略）などを高速に行うことができるようになっている。
高速なＡＤコンバータは信号にノイズ成分があると、これをそのまま検出してＡＤ変換してしまう。このため、端子間電圧測定用のＣＶ端子に接続されている電圧検出線の各々にセル入力抵抗Ｒｃｖ２０２とセル入力コンデンサＣｉｎ２０３を設けてＲＣフィルタを構成し、ノイズを除去してからマルチプレクサ２１０、差動増幅器２１１を経由してＡＤコンバータ２１２に入力されるようになっている。
【００４２】
例えば、このＣＶ端子のＲＣフィルタのカットオフ周波数は５０Ｈｚ程度となるようにしている。これにより、インバータ７００の半導体スイッチング素子のスイッチングによるノイズ（ｐ−ｐで約２０％、２０ｋＨｚ程度）は１／１００以下にすることができる。
なお、バランシング端子（ＢＳ端子）に接続されたコンデンサＣｂ２０４はバランシングスイッチのノイズ対策用に設けられているバイパスコンデンサである。バランシング抵抗Ｒｂ２０１とバランシング端子コンデンサＣｂ２０４で構成されるＲＣフィルタのバランシング放電回路の時定数は小さいので、バランシング電流検出での断線判定（詳細は省略）を高速に行うことができる。
【００４３】
なお、ＣＶ端子のＲＣフィルタのカットオフ周波数を上記より高めに設定し、これにより取り切れないノイズ成分を除去するために、ＡＤコンバータでサンプリングを複数回行い、この複数のサンプリング結果を平均化してノイズ成分を取り除くことも可能である。
【００４４】
図５においては、単電池セル（セル１〜セル１２）の正極あるいは負極からマルチプレクサ２１０の入力端子Ｍｉｎ１〜Ｍｉｎ１３までの間を電圧検出線としている。
【００４５】
マルチプレクサ２１０の入力端子Ｍｉｎ１〜Ｍｉｎ１３に接続される電圧入力ライン（すなわち電圧検出線）で、２つの隣り合う電圧入力ライン、すなわち各単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間にはマルチプレクサ入力短絡スイッチ２２４が設けられている。各単電池セルに対応したマルチプレクサ入力短絡スイッチ２２４をそれぞれＳＷＸ１〜ＳＷＸ１２とする。また各電圧入力ラインにはマルチプレクサ入力保護用の抵抗Ｒｍｐｘが設けられている。
なお、マルチプレクサ２１０の入力端子Ｍｉｎ１４〜Ｍｉｎ１７はるブロック電圧入力部２２５からの出力電圧の入力のために設けられており、これらの入力ラインの間にもマルチプレクサ入力短絡スイッチＳＷＸ１４〜ＳＷＸ１６が設けられている。
【００４６】
セルコントローラＩＣ３００には、サーミスタ２５１、サーミスタ分割抵抗２５２、サーミスタ入力抵抗２５３、サーミスタ入力コンデンサ２５４から構成される温度検出回路２５０が接続される補助入力端子ＡＵＸＩＮとＡＧＮＤが設けられている。図５には、１つの温度検出回路２５０と補助入力端子ＡＵＸＩＮとＡＧＮＤが１対のみ示されているが、実際は補助入力端子は複数組設けられている。
この補助入力端子には、温度検出回路等、電圧を発生する回路が接続され、この回路からの電圧をマルチプレクサ２１０で選択し、差動増幅器２１１およびＡＤコンバータ２１２を介してデジタル化された電圧値がロジック部２１３に入力される。セルコントローラ２００内の温度や単電池セルの温度を検出するため、温度検出回路２５０も複数設けられており、これらの出力電圧が複数の補助入力端子に入力されている。また、これらの出力電圧は上記の電圧検出線と同様に、セルコントローラＩＣ３００内の配線（温度電圧検出線と称する）を介してマルチプレクサ２１０の入力端子Ｍｉｎ１６とＭｉｎ１７に接続されている。
【００４７】
サーミスタ２５１は、設置された場所の温度によりその抵抗値が大きく変化する。このサーミスタ２５１と直列に接続されたサーミスタ分割抵抗２５２とでＶＤＤ電圧を分割し、サーミスタ２５１の端子間電圧が補助入力端子ＡＵＸＭＩＮとＡＧＮＤからセルコントローラＩＣ３００に入力される。サーミスタ入力抵抗２５３とサーミスタ入力コンデンサは、この補助入力端子へ入力される信号のノイズを除去するＲＣフィルターとして作用する。すなわち、サーミスタ２５１が温度の変化に対応して発生する電圧は、このＲＣフィルターでノイズ除去されてセルコントローラＩＣ３００に入力される。
【００４８】
ロジック部２１３から、コマンド信号出力部２２０を介して、上位制御装置（バッテリーコントローラ５００）にデジタル化されたサーミスタ２５１の端子間電圧が送信され、バッテリーコントローラ５００で、このサーミスタ２５１の端子間電圧から、サーミスタ２５１が設置された場所の温度が算出される。この温度の算出は、サーミスタ２５１の抵抗温度特性に依存するサーミスタ２５１の端子間電圧と温度との関係式、もしくはサーミスタ２５１の端子間電圧と温度関係をテーブル化したデータを用いて行うことができる。
【００４９】
本発明による電池システム監視装置では、後述するように、サーミスタ２５１をセルコントローラＩＣ３００に近接して設置し、セルコントローラＩＣ３００の温度を正確に測定し、差動増幅器２１１およびＡＤコンバータ２１２等から構成される端子間電圧の測定回路の温度を所定の範囲となるように制御している。これにより、この電圧測定回路に含まれている半導体素子のジャンクションの温度特性に依存する測定電圧値の精度を維持するようにしている。
【００５０】
なお、複数の温度検出回路２５０は、電池システムあるいは電池監視装置を蓄電装置内の温度を測定し、もし異常な温度が検出された場合には、この情報をさらに上位制御装置に送信し、電池システムの使用を停止したり、車両の制御を変更する等の動作を行うとともに、アラーム等を発生して電動車両の操作者に知らせることにも用いられる。
【００５１】
図６はロジック部２１３の構成の概略を示したものである。ロジック部２１３にはＡＤコンバータ２１２からの検出電圧信号が入力され、これが電圧比較部２４０で所定の閾値と比較される。例えば、検出電圧信号が所定の閾値より大きければ、正常な電圧が検出されたとして検出結果「１」を検出結果レジスタ２４１に、マルチプレクサ２１０で選択された入力の測定順に格納する。
【００５２】
なお、バランシングスイッチ状態検出回路２２３を動作させて、バランシング電流の有無の検出あるいは、バランシングスイッチ２２２の診断を行った場合は、これらの結果が検出結果格納レジスタ２４１に直接格納される（図５の２参照）。なお、バランシングスイッチ２２２の診断結果のデータは、実際は電位変換回路（不図示）を介して検出結果格納レジスタ２４１に格納されるがこの説明は省略する。
【００５３】
検出結果レジスタ２４１に格納された検出結果に基づいて、断線判定部２４２は電圧検出線の断線判定を行う。電圧検出線の断線判定の結果は診断結果レジスタ２４３に格納される。
なお、断線検出に関与する回路およびロジックの診断のための測定を行った場合にも、検出結果レジスタ２４３にこれらの測定結果が格納される。これらの診断における測定結果に基づく断線検出に関与する回路およびロジックの診断では、１回の連続した測定で、この測定に対応した部分の診断が断線判定部２４２で行われ、同様に診断結果レジスタに格納される。
【００５４】
ＡＤコンバータ２１２の出力は、上述のように、マルチプレクサ２１０で選択された単電池セルの端子間電圧、あるいは入力端子Ｍｉｎ１〜Ｍｉｎ１３に接続された２つの電圧検出線の間の電圧である。断線検出や診断以外の通常の蓄電装置１００の動作では、各単電池セルの端子間電圧は電圧測定結果レジスタ２４４に格納される。断線検出を単電池セルの端子間電圧の測定値を用いて行う場合にも、各単電池セルの端子間電圧は電圧測定結果レジスタ２４４に格納される。
【００５５】
診断結果レジスタ２４３に格納された断線検出結果または診断結果と、電圧測定結果レジスタ２４４に格納された各単電池セルの端子間電圧は、上述のように、セルコントローラＩＣ３００から通信ラインを介して上位コントローラ（バッテリコントローラ５００）に送信される。
なお、断線判定の内容および動作については、詳細を省略する。
【００５６】
ロジック部２１３は、セルコントローラＩＣ３００に設けられた各種のスイッチを制御するレジスタを備えている。
マルチプレクサ入力選択レジスタ２４５には、マルチプレクサ２４５を切り替えて入力を選択するためのデータが格納されている。マルチプレクサ診断レジスタ２４６には、マルチプレクサの診断を行うための、マルチプレクサ入力短絡スイッチ２２４を制御するデータが格納されている。バランシングスイッチ制御レジスタ２４７には、各セル毎に設けられたバランシングスイッチ２２２のオン・オフを制御するためのデータが格納されている。バランシングスイッチ状態診断レジスタ２４８には、バランシングスイッチ２２２の診断（詳細は省略）を行うための、バランシングスイッチ状態検出回路２２３のスイッチ回路を制御するデータが格納されている。Ｓ／Ｈ制御レジスタ２４９には図５に示すブロック電圧入力部２２５のサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）内のスイッチ（不図示）を制御するためのデータが格納されている。
なお、マルチプレクサ入力選択レジスタ２４５の出力は、実際はマルチプレクサ駆動回路に入力され、このマルチプレクサ駆動回路（不図示）の出力によってマルチプレクサ２１０が駆動されている。また、同様に、マルチプレクサ診断レジスタ２４６、バランシングスイッチ制御レジスタ２４７、バランシングスイッチ診断レジスタ２４８の出力は、それぞれ駆動回路（不図示）に接続され、これらの駆動回路を介して、マルチプレクサ入力短絡スイッチ２２４、バランシングスイッチ２２２、バランシングスイッチ状態検出回路２２３のスイッチ回路（不図示）が駆動されている。ここでは簡単のため、これらの駆動回路は省略されている。
【００５７】
セルコントローラＩＣ３００の動作電源はＶｃｃ端子から供給される（図５、７、８参照）。Ｖｃｃ端子に接続されたＶｃｃコンデンサ（Ｃｖｃｃ）２０６はノイズを抑えるコンデンサである。Ｖｃｃ端子には、電源供給線ＶＬ１を介して、セルグループ１０２の端子間電圧Ｖｃｃが入力される。この電源供給線ＶＬ１は、図５、７、８に示すように、最上位の電圧検出線ＳＬ１において抵抗Ｒｃｖ２０２よりセルグループ側に接続されているか、あるいはセルグループ１０２の最上位セルであるセル１の正極側に接続されている。Ｖｃｃ端子は更に、セルコントローラＩＣ３００内で電源部２２６に接続され、その内部のレギュレータはロジック部を含むＶＤＤ電源で動作する回路に３．３Ｖ動作電源ＶＤＤを供給する。電源ＶＤＤはまた、セルコントローラＩＣ３００のＶＤＤ端子に接続されている。動作安定用のＶＤＤコンデンサ（Ｃｖｄｄ）２０６が接続され、外部のＶｄｄで動作する回路へも電源供給を行う。
【００５８】
電源部２２６は起動信号検出部２１５の出力で起動する起動信号検出回路を有しており、上位セルコントローラＩＣあるいはマイクロコンピュータ５０４から絶縁素子４０２を介して起動信号を受信すると、レギュレータへの電源供給が行われると共に、起動とＰＯＲ（パワーオンリセット）動作を行う。セルコントローラＩＣ３００が起動するとロジック部２１３からの出力で起動信号出力部２１６が動作し、下位のセルコントローラＩＣ３００に起動信号を出力する。尚、起動信号出力部２１６にはセルコントローラＩＣ３００の外側にコンデンサが接続されるようになっている。このコンデンサはチャージポンプ動作をおこなうもので、このセルコントローラＩＣ３００の電源Ｖｃｃよりも設定電圧だけ高い電圧を発生させるためのものである。
【００５９】
Ｖｃｃ端子は起動信号検出部２１５へ常時接続され、セルコントローラＩＣ３００の全体の動作が停止している状態でも、起動信号検出部２１５にのみ電源が供給されている。ただし、セルコントローラＩＣが動作停止状態では電源は電池（セルグループ１０２）から供給されるため、起動信号検出部２１５は、その消費電流をできるだけ少なくする回路構成となっている。
【００６０】
図７は、図３の最上位セルコントローラＩＣ３００ａについて、その起動信号検出部２１５、コマンド信号受信部２１７、およびＦＦ信号入力部２１８と外部回路との接続例を示す図である。セルコントローラＩＣ３００が最上位設定の場合、起動信号入力端子はＷＵ＿ＲＸ端子が使用される。この端子にはフォトカプラである起動用低速絶縁素子４０２が接続され、マイクロコンピュータ５０４が駆動用トランジスタ４０４を通じて起動用の低速絶縁素子４０２のダイオードに電流を通電することで、絶縁されたトランジスタ側がオンとなる。低速絶縁素子４０２のトランジスタ側はコレクタ側がセルコントローラＩＣ３００のＶｃｃに抵抗を介して接続されており、トランジスタ側がオンとなると、セルコントローラＩＣ３００のＷＵ＿ＲＸ端子にはＶｃｃが印加される。起動信号検出部２１５は設定された閾値を有するコンパレータであり、絶縁素子４０２のトランジスタのオン状態を検出すると電源部２２６へ起動検出信号を出力する。このようにすれば、上述したように、動作停止状態の消費電流を下げることが可能となる。
【００６１】
また、コマンド信号受信部２１７には端子ＲＸＤが使用される。この端子にはコンデンサ４０３を介してトランスを用いた小型の通信用の高速絶縁素子４０１が接続され、マイクロコンピュータ５０４から通信信号が送信される。この高速通信用絶縁素子には、例えばデジタルアイソレータを使用するが、これはフォトカプラと異なり、送信側にも動作電源が必要である。この動作電源はセルコントローラＩＣ３００の動作電源ＶＤＤがＶＤＤ端子を用いて供給される。このＶＤＤは動作停止時に出力されないため、動作停止中に暗電流が流れることはない。尚、コマンド信号受信部２１７はパルス信号を検出するもので、検出されたパルス信号はデジタル通信信号としてロジック部２１３で利用される。
【００６２】
また、ＦＦ信号入力部２１８には端子ＦＦＩＮが使用され、コマンド信号受信部２１７の場合と同様に、フォトカプラである低速絶縁素子４０２とコンデンサ４０３を通じて、マイクロコンピュータ５０４が駆動用トランジスタ４０５を駆動して、ＦＦ信号が伝達される。尚、ＦＦ信号入力部２１８はパルス信号を検出するもので、検出されたパルス信号はロジック部２１３で過充電あるいは過放電信号として検出される。
【００６３】
図８は、図３の最下位セルコントローラＩＣ３００ｄについて、そのコマンド信号出力部２２０、ＦＦ信号出力部２２１と外部回路との接続例を示す図である。コマンド信号出力部２２０のコマンド出力信号は、出力端子ＴＸＤから出力され、コマンド信号通信用の高速絶縁素子４０１を経由してマイクロコンピュータ５０４のデータ受信ポートＲＸＤで受信される。トランスを用いた通信用の高速絶縁素子４０１は送信側の供給電源としてセルコントローラＩＣ３００のＶＤＤが使用される。ＦＦ信号出力部２２１の出力信号端子ＦＦＯは、駆動用トランジスタ４１０を通じてフォトカプラである起動用の低速絶縁素子４０２を駆動し、フォトカプラからの出力信号はマイクロコンピュータ５０４のＦＦ信号入力ポートに入力される。なお、マイクロコンピュータ５０４から出力された起動信号がすべてのセルコントローラＩＣで受信されたことは、最下位セルコントローラＩＣ３００ｄが起動された後のＦＦ信号出力がマイクロコンピュータ５０４で受信されたことによって確認される。低速、高速絶縁素子４０１、４０２を介した信号の授受は図７で説明した場合と同様であるので、説明は省略する。
【００６４】
図３、図４、図７に示したように、セルコントローラＩＣ３００間の通信およびＦＦ信号の伝達はコンデンサ４０３を用いて行うようにしている。具体的な受信部の回路構成を図９に示す。コンデンサ結合された入力端子ＲＸには、Ｖｄｄ／２の電圧が印加された負荷抵抗が接続され、その正極側端子は、Ｖｄｄ／２を閾値とするヒステリシス特性を有するコンパレータに接続され、入力端子ＲＸに印加されたパルス信号がコマンド信号として再生される。
【００６５】
なお、コンデンサ結合ではコマンド信号のＤＵＴＹ比によって直流成分が変動するため、ＤＵＴＹ比が５０％であることが、ノイズ耐性の点から好ましい。したがって、ＦＦ信号はＤＵＴＹ比が５０％の矩形波としているが、高速の通信信号もＤＵＴＹ比が５０％の信号であることが好ましい。その通信信号方式として、論理“０”と“１”で矩形波の周波数を変えるＦＳＫ方式(Frequency Shift Keying)、あるいは、論理“０”と“１”で矩形波のパルス幅を変えるＰＷＭ方式(Pulse Width Modulation)があり、この方式を使用することでノイズ耐性をあげて、信頼性を確保することが可能となる。図１０にＦＳＫ方式の通信波形例を示す。図に示されるようにデータ“１”送信時のパルス信号周期がデータ“０”送信時のパルス信号周期の半分となっているので、データ送信時のデューティ比は５０％であり、直流成分の変動はなく、図９のような回路構成で信頼性の高い通信が可能である。
【００６６】
図５、図７、図８では、図で上側に示すセルコントローラＩＣ３００を下位コントローラＩＣ３００とし、下側に示すセルコントローラＩＣ３００を上位セルコントローラＩＣ３００としている。これは、図３、図４に示すように、本発明による蓄電装置の例では、マイクロコンピュータ５０４からの指令は、図で下側に示すセルコントローラＩＣに最初に送信されており、通信経路での順番に基づいてセルコントローラの上位・下位としているためである。マイクロコンピュータ５０４からの指令を図で上側に示すセルコントローラＩＣが最初に受信するような回路構成でもよいので、セルコントローラＩＣの上位・下位については図示されている状態に限定されるものではない。
また図３、図４の各セルグループの参照番号１０２ａ〜１０２ｄも、ここで示すセルコントローラＩＣの上位・下位の関係に合わせて設定しており、図で一番下側のセルグループが１０２ａとなっている。
ただし、各セルグループの中での単電池セルに関しては、図の上側の単電池セルの電位が高いので、図で上側に示す単電池セルを上位の単電池セルとしている。
【００６７】
(ブロック電圧測定)
図１１は、ブロック電圧の測定を行う回路の説明図である。図２で示されるように、バッテリーコントローラ５００は総電圧測定回路を有していない。その代わりとして、バッテリーコントローラ５００は、上位コントローラ（インバータまたは車両コントローラ）から電池システム１０４の総電圧を測定する指令をＣＡＮ（Controller Area Network）通信で受信すると、電池システム１０４の複数のセルグループのそれぞれのセルグループ全体の電圧（ブロック電圧と呼ぶ）をほぼ同時に測定する指令を、図３と図４で説明したように、複数のセルコントローラＩＣ３００に送信する。セルコントローラＩＣ３００の各々は、制御対象である１２個の単電池セルからなるセルグループ全体の電圧(ブロック電圧)を測定し、バッテリーコントローラ５００はそのデータを通信で受信して各ブロック電圧を積算し、電池システム１０４の総電圧とする。
【００６８】
(ブロードキャストコマンドによるブロック電圧測定)
この際、バッテリーコントローラ５００は一回のコマンドで全部のセルコントローラＩＣ３００に対してそれぞれが制御するセルグループのブロック電圧の測定を行う指令を出す。このコマンドは特定のアドレスのセルコントローラＩＣ３００を指定するものではなく、全部のセルコントローラＩＣ３００に対して一度のコマンド送信で行われる。各セルコントローラＩＣ３００がこのブロック電圧測定の指令を受信するタイミングは、信号の伝送経路長による遅延のため、μｓｅｃオーダーの差が生じ、従って、各セルコントローラＩＣがブロック電圧測定を行うタイミングもμｓｅｃオーダーでずれることになる。しかしながら、ブロック電圧入力部２２５には、以下で説明するようにカットオフ周波数の低いフィルタが入っており、μｓｅｃオーダーのタイミング差では、ブロック電圧の測定値には殆ど差が生じないため、各ブロック電圧の測定はほぼ同時に行われると見なすことができ、電池システム１０４の総電圧の測定には影響しない。
【００６９】
このように、ブロードキャストコマンドによるブロック電圧測定を行うことで、全セルコントローラＩＣが、それらに対応する各セルグループの端子間電圧を、ほぼ同時に測定する。上位コントローラ（バッテリーコントローラ５００）は、その各セルグループの端子間電圧を通信ラインを介して読み込み、それらの総和をとることにより組電池の総電圧とすることが可能となる。
【００７０】
図１１に示すように、１つのセルグループ全体の電圧、すなわち１つのセルグループの端子間電圧（＝ブロック電圧）は、Ｖｃｃ端子を通じて電源部２２６に印加される。電源部２２６にはブロック電圧通電スイッチ２３０が内蔵され、このスイッチはセルコントローラＩＣ３００が起動するとオンとなる。ブロック電圧通電スイッチ２３０の出力電圧は高精度の高抵抗を用いた分圧抵抗２３１と２３２で分圧され、ノイズ除去用ＲＣフィルタであるフィルタ抵抗２３３とフィルタコンデンサ２３４を介してサンプルホールド回路２３６に入力される。このＲＣフィルタのカットオフ周波数は、前述のＣＶ端子のＲＣフィルタのカットオフ周波数と同程度に設定されている。
【００７１】
サンプルホールド回路２３６はロジック部２１３で制御され、サンプルホールドコンデンサ２３６に上記の分圧されたブロック電圧を保持する。サンプルホールド回路２３６の出力は、後述するマルチプレクサ入力短絡スイッチ２２４を経由してマルチプレクサ２１０に入力される。ブロック電圧測定時はマルチプレクサ２１０の入力切り替えがロジック部２１３から指定されて、入力１５と入力１７に分圧されたブロック電圧が入力される。マルチプレクサに入力された分圧されたブロック電圧は、さらに差動増幅器２１１を経由してＡＤコンバータ２１２でデジタル値に変換される（図５参照）。なお、このサンプルホールド回路２３６内のスイッチ（不図示）は、ロジック部２１３のＳ／Ｈ制御レジスタ２４９の出力により、サンプルホールドを行う場合にオンとするように制御される。
【００７２】
ブロック電圧測定による各セルグループの端子間電圧の測定は、セルグループの各単電池セルの端子間電圧の測定とは別に、上記のようにブロードキャストコマンドによって一斉に行われる。また、電池システム１０４の総電圧は、常時監視されている必要があるため、このブロック電圧測定は、ほぼ一定間隔（例えば１００ｍｓ毎）で頻繁に行われる。
サンプルホールド回路２３６は、後述する断線診断において各単電池セルの端子間電圧測定等を実施する場合は、その測定が終了してから、セルグループの端子間電圧とこのセルグループの各単電池セルの端子間電圧とを一緒に上位コントローラ（バッテリーコントローラ５００）に送信するので、この断線診断での単電池セルの端子間電圧測定が終了するまで、ブロック電圧の測定結果を保持する必要があるためである。従って、断線診断を行わない場合にはサンプルホールド回路２３６を設ける必要はない。
なお、上記の各セルグループの端子間電圧（ブロック電圧）を分圧した電圧から、上位コントローラ（バッテリーコントローラ５００）で、分圧抵抗２３１と２３２の抵抗値を用いて、各セルグループの端子間電圧値が算出される。全てのセルグループの端子間電圧の総和が組電池の総電圧として求められる。
【００７３】
(ブロック電圧入力部２２５の暗電流遮断)
また、ブロック電圧通電スイッチ２３０を設けている理由は、セルコントローラＩＣ３００の動作停止時に分圧抵抗２３１と２３２に流れる電流を遮断して、暗電流を小さくするためである。
【００７４】
(フィルタコンデンサの外部接続によるＲＣフィルタの周波数特性設定)
なお、上記のＲＣフィルタを構成するフィルタ抵抗２３３は、その機能を分圧抵抗２３１に代替させることにより省略することができる。更に、フィルタコンデンサ２３４をセルコントローラＩＣ３００の外部に設置し、このフィルタコンデンサ２３４の容量を適宜選択することにより、ＲＣフィルタを所望の周波数特性を持つようにすることができる。
図１２（ａ）はこの場合の回路の例を示すものであり、特に図１０のブロック電圧入力部２２５の部分を抜き出して示したものである。ここでは、フィルタコンデンサ２３４をセルコントローラＩＣ３００の外部に設置するため、外部接続端子ＶｂｌｋＦが設けられている。
【００７５】
また、セルコントローラＩＣ３００内に高精度の分圧抵抗を内蔵できない場合には、例えば、図１２（ｂ）に示すように、更に外部接続端子Ｖｖｄを設けて、セルコントローラＩＣ３００の外部に分圧抵抗２３１と２３２を設置しても良い。ここでは、分圧抵抗２３１と２３２をセルコントローラＩＣ３００の外部に設置するため、更に外部接続端子Ｖｖｄが設けられている。
【００７６】
（本発明による電池システム監視装置でのバランシング放電制御）
本発明による電池システム監視装置でのバランシング放電制御では、車両始動時にＯＣＶを測定して各単電池セルのＳＯＣを算出する。このＳＯＣに基づいて、各単電池セルのＳＯＣを均等化するようにバランシング放電が行われるが、このバランシング放電の実効放電電流を制御して、バランシング放電電流による発熱を抑え、単電池セルの端子間電圧が必要とされる精度で測定されるように、この端子間電圧を測定する電圧測定回路の温度を所定の範囲となるようにしている。
以下では、まずバランシング放電制御の基本的動作を説明し、さらに全体の動作フローについて説明する。
【００７７】
（二次電池のＯＣＶ−ＳＯＣ特性）
二次電池は、例えばリチウムイオン電池に属する二次電池であっても、内部の電極材料の違いによりＯＣＶとＳＯＣの関係を表わす特性曲線であるＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線が異なるものがある。図１３は、異なる特性をもつ２つの二次電池の例を示す。なお、これらのＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線は、単電池セルの分極の無い安定した状態のものである。電池システムにインバータなどの負荷が接続されて充放電が行われると、電池内部の分極の状態により、特に換算曲線の中央部が上下に移動する。
タイプＡの二次電池では、ＳＯＣが１００％から０％の全領域で、ＯＣＶとＳＯＣがほぼ線形の関係を持っている。すなわち、タイプＡの二次電池では、分極の影響を無視できる状態であれば、図１３の全領域で、測定されたＯＣＶ（開路電圧）からＳＯＣが精度よく求められる。
【００７８】
これに対しタイプＢの二次電池では、ＳＯＣが６０％以上の領域（図１３のＡの部分）で、ＯＣＶとＳＯＣはタイプＡの二次電池と同様の線形関係となっているが、ＳＯＣが６０％以下の部分で、ＯＣＶとＳＯＣが線形の関係から大きくずれ、ＳＯＣの変化に対しＯＣＶがあまり変化しない領域（図１４のＢの部分）となっている。
図１４のＢの領域でＯＣＶからＳＯＣを算出すると、Ａの領域で算出した場合より精度が低下する。図１４の下に示す２つの曲線Ｃ、Ｄはそれぞれ、ＯＣＶの測定誤差が１５ｍＶと１０ｍＶの場合のＳＯＣの算出誤差を示す。
したがって、本発明による電池システム監視装置でのバランシング放電制御では、タイプＢのような二次電池に対して、良好な精度でＳＯＣを算出するため、領域Ｂでは、このＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線を用いないことが好ましい。
【００７９】
もし、タイプＢのような特性の二次電池から構成される電池システムが用いられている場合、電動車両始動時にＯＣＶから算出されるＳＯＣが領域Ｂにある場合は、たとえば上位コントローラ（バッテリーコントローラ５００）に保存されている、前回のＳＯＣ値を用いて電池システムの充放電制御が行われる。すなわち、この場合のＳＯＣは前回のＳＯＣ値と充放電電流およびバランシング放電電流の積算値を用いる（後述）。
【００８０】
ただし、場合によっては、領域Ｂで二次電池を使用することも考えられる。これはＳＯＣの変動に対してＯＣＶの変動が少ない、すなわち端子間電圧が安定しているという利点がある。また、長時間電流の積算値を用いてＳＯＣを算出している場合は、充放電電流の変動と電流センサ５０３を用いた電流検出タイミングの関係および電流検出の精度そのものによって生じる、検出電流値の誤差が蓄積して、電流の積算値を用いて算出されたＳＯＣが実際のＳＯＣからずれてしまう。
このような場合は、領域Ｂであったとしても、このＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線を用いてＳＯＣを算出する方が正確な値を得られる。また、たとえば複数回の電圧測定の平均によりノイズを抑制する等を行うことにより、ＯＣＶの測定誤差を小さくすれば、さらに正確なＳＯＣが算出できる。
複数回の電圧測定を行うとその分時間がかかるので、上記の種々な方法のＳＯＣ算出手段を適宜用いて状況に応じて最も正確なＳＯＣを算出するようにする。たとえば、前回ＯＣＶを測定したときから所定の時間経過している場合は、車両始動時に二次電池の状態が領域Ｂであったとしても、ＯＣＶを測定してＳＯＣを算出する。
【００８１】
このように、２つのＳＯＣ算出方法を選択して用いることにより、二次電池の特性およびその使用状態に合わせて、最適なＳＯＣ算出方法、すなわち二次電池の特性およびその使用状態におけるもっとも正確なＳＯＣを算出する方法を用いることが可能となる。これにより電池システムを効率よく稼働させるとともに、過放電や過充電を避けることができ、車両の安定した駆動が可能となる。
【００８２】
なお、電動車両の始動時であっても、前回電動車両が停止した時から所定の時間が経過していない場合は、単電池セルの分極が解消されておらず、ＯＣＶが図１３で表わされるような特性曲線上の値となっていない。したがって、ＯＣＶを測定して、これからＳＯＣを算出する場合は、前回の車両の停止時から所定時間経過していなければならない。所定時間が経過していない場合は、さらにその前に算出されて保存されているＳＯＣ値を用いる。この所定時間は、二次電池の仕様により異なるが、例えばリチウムイオン電池では、概ね数時間程度である。また、鉛蓄電池では分極解消時間はリチウムイオン電池より長い。
【００８３】
（ジャンクション温度とバランシング放電制御）
図１５は、電圧測定回路（図５の差動増幅器２１１やＡＤコンバータ２１２）に含まれる半導体のジャンクション温度と、この電圧測定回路により測定される電圧測定精度の関係の一例を示すものである。ジャンクション温度が０℃から４０℃の間では、端子間電圧測定回路の種々の半導体の特性が揃えられて、電圧検出精度は±５ｍＶとなっている。また、０℃から４０℃以外の温度では、電圧検出精度は±１０ｍＶとなっている。
これは、単電池セルの端子間電圧を精度よく測定する場合は、ジャンクション温度が０℃から４０℃の間で行う必要があることを示している。
【００８４】
（ジャンクション温度へのバランシングスイッチ２２２の発熱の影響）
ジャンクション温度Ｔｊは、上述の温度検出回路２５０（図５参照）を用いて測定された、セルコントローラＩＣ３００の付近の温度Ｔａから、以下の式（１）を用いて算出される。
Ｔｊ＝Ｔａ＋Θｊａ・（Ｐ０＋ＰＢＳ）                                            ．．．（１）
Ｔｊ：ジャンクション温度、
Ｔａ：セルコントローラＩＣ３００の周辺温度（サーミスタ２５１の設置場所の温度）、
Θｊａ：セルコントローラＩＣ３００パッケージを含む、
ジャンクション−サーミスタ２５１間の温度抵抗
Ｐ０：バランシング放電していない時のセルコントローラＩＣ３００の消費電力、
ＰＢＳ：バランシング放電でのバランシングスイッチのオン抵抗による消費電力
なお、電圧測定回路とバランシングスイッチ２２２は、セルコントローラＩＣ３００の１枚のチップ内にあり、それらのジャンクション温度はチップ内でほぼ同じとしている。また、バランシング放電時のバランシング抵抗２０１による発熱の影響は、セルコントローラＩＣ３００の周辺温度Ｔａに繰り込まれているとしている。
【００８５】
ジャンクション−サーミスタ２５１間の温度抵抗Θｊａは、既知のＩＣパッケージの熱抵抗と、セルコントローラＩＣ３００とサーミスタ２５１の間の基板の熱抵抗などから算出しておけばよい。あるいは実際の電池監視装置の構成と同様な構造を作製し、実験的に求めてもよい。
【００８６】
（バランシングスイッチのオン抵抗による消費電力）
１つのバランシングスイッチ２２２でのバランシング放電時の消費電力ＰＢＳは、１つの単電池セルの端子間電圧ＶＣＣＶ、バランシング抵抗２０１の抵抗値Ｒｂ、バランシングスイッチ２２２のオン抵抗をＲＢＳとして、
ＰＢＳ＝ＶＣＣＶ２・ＲＢＳ／（２・Ｒｂ＋ＲＢＳ）２                                ．．．（２）
で求められる（図５参照）。
バランシング抵抗２０１は、セルコントローラＩＣ３００の外付けの抵抗であり、精度のよい抵抗が用いられている。バランシングスイッチ２２２のオン抵抗値ＲＢＳは、セルコントローラＩＣ３００の半導体チップの製造工程上ある程度のばらつきがある。
【００８７】
バランシング抵抗２０１の抵抗値Ｒｂは、単電池セルの容量や、セルグループあるいは組電池を構成する複数の単電池セルの残存容量のばらつきや、このばらつきをどの程度の時間をかけてバランシング放電により解消するかによって決定されるが、ここでは詳細な説明を省略する。
単電池セルの容量は年々増加する傾向にあり、これに伴いバランシング電流を大きくして、速やかに単電池セルの残存容量の均等化を行うことが要求されている。したがって、バランシング抵抗２０１の抵抗値は小さくなる傾向にあるが、現状ではＲＢＳ＜Ｒｂとなっている。バランシングスイッチ２２２はＭＯＳＦＥＴで構成されているので、その温度特性を考慮して、Ｒｂを平均的なバランシングスイッチの抵抗値より大きめに設定しておくことが望ましい。
あるいは、セルコントローラＩＣ３００の各バランシングスイッチ２２２のオン抵抗値ＲＢＳを測定しておき、上記式（２）を用いてバランシングスイッチ２２２のオン抵抗ＲＢＳによる消費電力を求めてもよい。
さらには、後述するようにバランシング放電電流量（すなわちＳＯＣの補正量）とバランシング抵抗値Ｒｂおよびバランシングスイッチのオン抵抗値ＲＢＳから算出した、各単電池セルのバランシング放電時間と実際にかかったバランシング放電時間から正確なバランシングスイッチ２２２のオン抵抗ＲＢＳが計算で求められるので、これを用いてもよい。
【００８８】
ここでは以下の説明を簡単にするため、上記の式（２）を以下のように表わす。
ＰＢＳ＝ＶＣＣＶ２・ＦＢＳ                                                    ．．．（３）
ＦＢＳは、バランシングスイッチ２２２のオン抵抗値に依存する係数である。
図１５でジャンクション温度が０℃〜４０℃の範囲で電圧検出精度を良好に維持できるようにセルコントローラＩＣ３００が設計されていると同様に、この係数ＦＢＳは、この温度範囲でバランシングスイッチ２２２のオン抵抗ＲＢＳの温度変化が無視できるように、例えば温度補償回路を追加する等により、バランシングスイッチ２２２を設計することも可能である。
【００８９】
式（１）と式（２）を比較すると、
ＦＢＳ＝ＲＢＳ／（２・Ｒｂ＋ＲＢＳ）２                                        ．．．（４）
と表わされる。
バランシングスイッチ２２２のオン抵抗を測定していない場合に、たとえば、０℃〜４０℃の範囲を維持しながら、バランシングスイッチ２２２のオン抵抗を無視して、ＦＢＳ＝１／（２・Ｒｂ）と仮定して、１つの単電池セルのバランシング放電を所定の時間ｔ行い、この単電池セルのＳＯＣがＳＯＣ０からＳＯＣ１に減少したとする。なおＳＯＣ０およびＳＯＣ１は、それぞれ単電池セルのＯＣＶ（開路電圧）を測定して、図１３に示すようなＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線から求めるものとする。
バランシングスイッチ２２２のオン抵抗ＲＢＳを無視した場合のバランシング電流Ｉｂ０は、式（３）の端子間電圧ＶＣＣＶを用いて（ここでは説明のため、分極などによる端子間電圧の変化は無視する。）、
Ｉｂ０＝ＶＣＣＶ／（２・Ｒｂ）                                            ．．．（５）
と表わされるので、ＦＢＳ＝１／（２・Ｒｂ）が正しい係数であったとすれば、
ＳＯＣ０−ＳＯＣ１＝Ｉｂ０・ｔ                                        ．．．（６）
と表わされる。
【００９０】
ところが、実際は、
ＳＯＣ０−ＳＯＣ１＝Ｉｂ１・ｔ≠Ｉｂ０・ｔ                            ．．．（７）
でる。Ｉｂ１が正しいバランシング電流であるので、
Ｉｂ１＝ＶＣＣＶ／（２・Ｒｂ＋ＲＢＳ）                                    ．．．（８）
となる。
上記式（５）と（８）を比較することにより、
ＲＢＳ＝２・Ｒｂ・（Ｉｂ０−Ｉｂ１）／Ｉｂ０                            ．．．（９）
として、バランシングスイッチ２２２の抵抗値ＲＢＳを求めることができる。
ただし、この方法では、バランシング電流による放電電流量が多い場合は分極の影響があるので、分極が解消した状態でＯＣＶを測定して式（８）、（９）からバランシングスイッチ２２２の抵抗値ＲＢＳとバランシング放電電流Ｉｂ１をを求める。また、ＳＯＣ０とＳＯＣ１の算出のためのそれぞれのＯＣＶ測定の間の時間が長いと単電池セルの自己放電の影響もあるので、これらの影響も考慮して、あるいは影響が無いような条件でＲＢＳを算出する必要がある。
【００９１】
以上のように、バランシングスイッチ２２２の抵抗値ＲＢＳを所望の方法で求めておき、式（４）で係数ＦＢＳを算出し、式（３）により、バランシングスイッチ２２２での消費電力ＰＢＳを算出することができる。
【００９２】
（各単電池セルのバランシング放電時間とバランシング放電制御）
ＨＥＶ、ＰＨＥＶ、ＥＶなどの電動車両の起動時に測定されたＯＣＶを用いて、図１３のＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線に基づいて、まず初期ＳＯＣを求める。例として１個の単電池セルの場合を説明する。
単電池セルのＳＯＣの初期値をＳＯＣ０とする。蓄電装置１００とインバータ８００が接続されたときの電池システム１０４とインバータ８００間の充放電電流をＩ、またバランシング放電電流をＩｂとすると、この単電池セルのＳＯＣは、以下のように表わされる。
ＳＯＣ＝ＳＯＣ０  −  ∫Ｉ（ｔ）ｄｔ  −  ∫Ｉｂ（ｔ）ｄｔ            ．．．（１０）
なお、∫Ｉは充放電電流Ｉ（ｔ）の積算値を示し、∫Ｉｂはバランシング放電電流Ｉｂ（ｔ）の積算値を示す。（ｔ）は時間により変動していることを示している。Ｉ（ｔ）は充放電電流であるので、電池システムが充電されている場合は、Ｉ（ｔ）は負の値であり、ＳＯＣは増加する。バランシング放電電流は、上記で説明したように、各単電池セルの端子間電圧の変化に対応して多少変動する。なお、バランシング放電は、全単電池セルのＳＯＣを求め、ＳＯＣのばらつきΔＳＯＣ（＞０）が所定の閾値ΔＳＯＣｔｈ（＞０）より大きい単電池セルに対して行われる。各単電池セルのＳＯＣは、バッテリーコントローラ５００とセルコントローラ２００によって管理される。
【００９３】
本発明による電池監視装置を含む電池制御装置を搭載した蓄電装置の一実施の形態によれば、各単電池セルのＳＯＣのばらつきを補正するバランシング放電電流Ｉｂを上述のように正確に求めて、短時間でばらつきを解消することができる。すなわち、バランシング放電とは、原理的には、
ΔＳＯＣ  −  ∫Ｉｂ（ｔ）ｄｔ  ＝０                                  ．．．（１１）  
となるまでバランシングスイッチ２２２をオンとして放電を行うことである。
実際は、たとえば、
ΔＳＯＣ  −  ∫Ｉｂ（ｔ）ｄｔ  ≦ΔＳＯＣｔｈ                        ．．．（１２）  
となった時点で速やかにバランシング放電を停止する。
ここでは、上記で説明したように、Ｉｂ（ｔ）が、前述の所望の方法で算出したバランシングスイッチ２２２のオン抵抗を用いて算出した、一定の電流値Ｉｂであるとすると、概略のバランシング放電時間ｔは、たとえば以下の式で求めることができる。
ΔＳＯＣ  −  Ｉｂ・ｔ  ＝０                                          ．．．（１３）
実際のバランシング放電では、ΔＳＯＣｔｈの設定を含め、色々な方法が考えられるので、以下で説明する方法は、１つの例であり、また概略のみを示している。
【００９４】
（バランシングスイッチの総消費電力の制限）
式（１）は、説明のため、１つの単電池セルの消費電力のみ含んだ式であるが、実際のセルコントローラＩＣ３００には複数のバランシングスイッチ２２２が設けられている。上記で説明した実施形態では、１つのセルグループは１２個の単電池セルで構成されており、これに対応して１つのセルグループを制御するセルコントローラＩＣ３００には１２個のバランシングスイッチ２２２が設けられている。さらに電池システムは複数個のセルグループから構成されており、これらのセルグループを制御するセルコントローラＩＣ３００も同時に動作している。
図１、２では省略されているが、セルコントローラ２００とバッテリーコントローラ５００は、１つの基板の上に設けられており、これらは金属製のケースに収納されている。また、バランシング抵抗２０１もこの基板上に設けられている。
単電池セルの個数分のバランシングスイッチ２２２とバランシング抵抗２０１が１つの金属ケースの中に収納されていて、これらがバランシング放電でバランシングスイッチ２２２がオンとされた場合に発熱する。バランシングスイッチ２２２は、以下に説明するように複数個が同時に動作する場合がある。
上記のセルコントローラＩＣ３００の周辺温度は、セルコントローラＩＣ３００毎にその付近で測定されている。以下の説明では簡単のため、１つのセルコントローラＩＣでのバランシングスイッチ２２２の制御について説明する。
【００９５】
１つのセルコントローラにｎ個のバランシングスイッチが備えられているとし、これに対応して、式（１）のＰＢＳをΣｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ）に置き換えて、以下のように表わす。
Ｔｊ＝Ｔａ＋Θｊａ・（Ｐ０＋Σｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ））                        ．．．（１４）
ジャンクション温度を上記で説明したように、最低温度０℃から最高温度４０℃の間にするように制御するということは、０℃≦Ｔｊ≦４０℃であるから、
０℃≦Ｔａ＋Θｊａ・（Ｐ０＋Σｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ））≦４０℃                ．．．（１５）
となるようにΣｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ）を制御することになる。すなわち、ｉ番目の単電池セルのバランシングスイッチ２２２をオフとすると、ＰＢＳ（ｉ）＝０となるので、ｎ個のバランシングスイッチ２２２のオン・オフを制御することになる。
【００９６】
セルコントローラＩＣ３００を含む電池監視装置が、車両の始動時にＴａ≦０℃のような場合、式（１５）から、Ｔａ＋Θｊａ・（Ｐ０＋Σｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ））＜０であれば、いくらバランシング電流を流してもジャンクション温度は０℃以上にならない。しかしながら、実際はＴａ＜０℃の場合でも、ジャンクション温度はセルコントローラＩＣ３００の発熱だけで、すぐに上昇し、
Ｔｊ＝Ｔａ＋Θｊａ・Ｐ０となる。
Ｔａｍｉｎ＝−Θｊａ・Ｐ０とすれば、Ｔａｍｉｎ≦Ｔａの場合に単電池セルの端子間電圧を高精度に測定することができる。したがって、Ｔａ＜Ｔａｍｉｎの場合には、たとえばバランシング電流をある程度流して、Ｔａが式（１５）の左側の不等号の条件を満たすような状態になった場合に、単電池セルの端子間電圧を測定すれば、高精度な電圧測定が可能となる。あるいは、別に設けたヒータ（不図示）等で、セルコントローラＩＣを暖めることも可能である。
【００９７】
式（１５）の右側の不等号の条件より、
Σｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ）≦（４０℃−Ｔａ）／Θｊａ−Ｐ０                        ．．．（１６）
を満たすように、ｎ個のバランシングスイッチのオン・オフを制御することが重要となる。なお、電動車両の始動時に既にＴａ≧４０℃であれば、ジャンクション温度を４０℃以下とするためには、追加の冷却器が必要となる。
ここでは、このような場合は、電池監視装置において単電池セルの高精度な電圧値が必要な制御あるいは動作のための単電池セルの端子間電圧測定は行わないとして説明する。
周囲温度が高精度電圧測定に不適な高温あるいは低温であっても、たとえば断線診断では高精度な電圧測定が不要であるので、電圧測定回路での端子間電圧の測定は適宜行っている。また、バランシング放電において、バランシングスイッチ２２２が４０℃以上となっても、ＭＯＳＦＥＴスイッチのオン抵抗の温度係数は正であるので、バランシング電流は減少する方向である。したがってバランシング放電により、予測された以上の放電は行われないので、これによって過放電となることはなく、バランシング放電も適宜行われる。
【００９８】
（バランシング放電での消費電力制御とセルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａの制御）
複数のバランシングスイッチ２２２のオン・オフを、式（１６）の条件を満たすように制御して、バランシング放電を行う。
Ｐ０は、バランシング放電に関係しないセルコントローラＩＣ３００の動作の消費電力であるので、ほぼ一定である。したがって、式（１６）の右側が、（４０℃−Ｔａ）／Θｊａ−Ｐ０＝０となる、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度ＴａをＴａｍａｘとすると、式（１２）による制御を行う場合には、
Ｔａｍａｘ＝４０℃−Ｐ０・Θｊａ                                            ．．．（１７）
を満たす温度Ｔａｍａｘでは、バランシング放電電流は０としなければならない。すなわち、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度がＴａ≧Ｔａｍａｘの場合、バランシングスイッチ２２２を全てオフとしなければならないが、これは既に説明したように、高精度な端子間電圧測定ができないということを意味するものであり、バランシング放電をまったく行わないということを意味するものではない。
【００９９】
セルコントローラＩＣ３００の周囲温度が式（１７）で設定される温度未満であれば、すなわちＴａ＜Ｔａｍａｘであれば、複数のバランシングスイッチ２２２を適宜オン・オフして、ジャンクション温度を４０℃以下に制御することができる。
【０１００】
バランシング放電が行われると、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａは、このバランシング放電による消費電力（バランシング抵抗とバランシングスイッチのオン抵抗）により上昇する。この温度上昇は、周囲温度を測定している場所での温度と、さらにその外部、たとえば電池監視装置の外部の温度、およびこれらの間の熱抵抗に依存する。
電池監視装置内部の温度変化に対して、このような電池監視装置の外部で、温度が変化しない場所、あるいはセルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａの測定場所の近辺で熱容量の大きい部所があれば、このような場所の温度を基準として、バランシング放電の消費電力に対応した、すなわちバランシングスイッチ２２２のオンとなっている個数に対応した消費電力に対応した周囲温度Ｔａの上昇を算出することが可能である。
少なくとも、前回の電動車両の運転停止からある程度の時間経過した後での、電動車両の始動時では、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａは、電池監視装置の外部の温度あるいは大気温度とほぼ同じになっていると考えられる。したがって、車両始動時のセルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａを基準とすれば、たとえば１個のバランシングスイッチ２２２をオンとした時に、この１個のバランシングスイッチ２２２によるバランシング放電での消費電力の影響で、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度ＴａがＴａｍａｘに到達するかどうか、事前に判断が可能である。
バランシング放電を行った時の消費電力に依存する、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａの上昇を事前に実験測定してテーブル化しておき、このテーブルをたとえばバッテリーコントローラ５００の記憶部５０５に格納しておけばよい。あるいは、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａの上昇のデータはコンピュータシミュレーションで算出したものであってもよい。
【０１０１】
（バランシングスイッチ２２２の制御による消費電力の制御）
バランシングスイッチのオン・オフによる、バランシング放電での消費電力の制御方法には基本的に２つの方法がある。
１つは、バランシングスイッチ２２２のオン・オフのデューティ比を制御することである。すなわち、バランシングスイッチのオンとなっている時間を０％から１００％の間で制御して、平均的なバランシング電流を０％から１００％の間で変化させることである。バランシングスイッチ２２２にはたとえばＭＯＳＦＥＴスイッチが用いられており、このＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートをＰＷＭ制御すればよい。
この方法は、１つのバランシングスイッチ２２２を常時オンとしただけで、Ｔａ≧Ｔａｍａｘとなるような場合にも適用できる。
【０１０２】
もう１つの方法は、複数の単電池セルがバランシング放電の対象となっている場合、すなわち、複数の単電池セルのＳＯＣの偏差ΔＳＯＣが、バランシング放電が必要とされる所定の閾値ΔＳＯＣｔｈより大きい場合、バランシング放電の対象となっているバランシングスイッチを全て同時にオンとしない方法である。たとえば、一定時間毎にオンとするバランシングスイッチを変更することにより、て、バランシング放電による消費電力をＴａ＜Ｔａｍａｘの条件を満たすように制御することができる。
なお、このようにオンとするバランシングスイッチを適宜選択してバランシング放電を行う方法も広い意味でのデューティ制御の範疇である。
【０１０３】
図１６は、セルコントローラＩＣ３００内の全バランシングスイッチ（ここでは１２個）を平均的にデューティ制御した場合のジャンクション温度、すなわちチップ温度の上昇を模式的に示したものである。バランシングスイッチのオン抵抗での発熱によるチップ温度の上昇であるので、上記式（１４）のΣｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ）の消費電力のみによる温度上昇を示している。バランシングスイッチのオン抵抗や、チップの熱容量は、セルコントローラＩＣ３００の仕様により異なるので、図１６は単にバランシングスイッチのオン・オフのデューティ比とチップ温度上昇の関係の例を示している。
【０１０４】
図１６に示す例では、たとえば式（１４）で、バランシング放電以外のセルコントローラＩＣ３００の消費電量Ｐ０を無視し、周囲温度Ｔａが２５℃であった場合、全バランシングスイッチの平均デューティ比が約４０％でチップ温度が４０℃となることが分かる。すなわち、この場合、全バランシングスイッチの平均デューティ比を約４０％以下とする必要がある。
なお、これは周囲温度Ｔａが２５℃であった時の、短時間の消費電力に対応する平均デューティ比である。この状態を持続すると、周囲温度Ｔａが上昇するので、これに対応して平均デューティ比は下げる必要がある。
【０１０５】
上記で説明した、バランシング放電での種々の条件を考慮し、複数のバランシングスイッチを選択してオンとして、このバランシングスイッチに対応した単電池セルのバランシング放電を行う場合は、以下の規則に準じて行う。
１）バランシング放電を行っていない状態でＴａ≧Ｔａｍａｘの場合は、単電池セルの高精度の電圧測定は行わない。
２）バランシング放電を行っていない状態でＴａ＜Ｔａｍａｘの場合は、単電池セルの高精度の電圧測定を行うことができ、またバランシング放電も以下の手順で同時に行うことができる。
３）最もＳＯＣの高い単電池セルを優先的にバランシング放電する。
４）同じ程度のＳＯＣの単電池セルが複数ある場合は、これらを同時にバランシング放電する。
５）１個の単電池セルの場合も含め、単電池セルのバランシング放電による消費電力の和（＝Σｉ＝１，ｎＰＢＳ（ｉ））が、式（１６）を満足するように、
ａ）バランシング放電のデューティ比を変更する。
ｂ）バランシング放電を行う単電池セルを切り替える。
バランシングスイッチのオン・オフは、セルコントローラＩＣ３００の所定の制御サイクル毎に、バランシングスイッチ制御レジスタ２４７の内容を変更することによって行われており、上記の３）、４）、５）の動作も全てバランシングスイッチ制御レジスタ２４７の内容によって制御されている。
【０１０６】
図１７は、本発明による電池システム監視装置を用いたバランシング放電動作を、図１３および図１４で説明したタイプＢの二次電池に対し行う場合のフローの概略を示すものである。なお、図１７は、マイクロコンピュータ５０４での処理を中心に記載しており、また本発明に関する部分のみ抜き出して、まとめて示したものである。たとえば、電動車両始動時（ステップＳ１）には、まず各セルコントローラＩＣが起動されるが、この起動シーケンスは省略されている。また、各単電池セルおよびセルコントローラＩＣ自身の内部回路動作の診断、あるいは電圧検出線の断線診断などはこのフローには含まれていない。インバータ７００は、車両の起動時には蓄電装置１００と接続されておらず、リレー６００、６１０はオープン状態である。インバータ７００と蓄電装置１００の接続は、図１７のフローの途中で行われるが、図示は省略されている。
各単電池セルの端子間電圧の測定はこれらの各種診断以外でも、たとえば各単電池セルの内部抵抗（ＤＣＲ）のリアルタイム計算（説明は省略）などにも用いられる。したがって、各単電池セルの端子間電圧の測定は、適宜所定のサイクルで行われており、また周囲温度Ｔａの測定も各単電池セルの端子間電圧の測定の一部として行われている。図５に示されているように、各単電池セルの端子間電圧と温度検出回路の出力電圧は、マルチプレクサ２１０の切り替えで選択される。これらの電圧はまとめてデータパケットとして、図３および４で説明した通信経路を介して、各セルコントローラＩＣ３００に送信される。
【０１０７】
ステップＳ１で電動車両が始動後、ステップＳ２で、マイクロコンピュータ５０４は各セルコントローラＩＣの周囲温度を測定する指令を発生し、この指令は図３および４で説明した通信経路を介して、各セルコントローラＩＣ３００に送信される。
セルコントローラＩＣ３００は、バランシングスイッチ２２２がオフの状態で、マルチプレクサ２１０で温度検出回路の出力を選択し、この電圧を差動増幅器２１１に入力する。温度検出回路からの出力電圧はＡＤコンバータ２１２でデジタル化されロジック部２１３に入力される。ロジック部２１３は、このデジタル化された温度検出回路の出力電圧をさらに、通信経路を介してマイクロコンピュータ５０４に送信する。
【０１０８】
マイクロコンピュータ５０４は、記憶部５０５に格納された、温度検出回路の出力電圧を温度に換算するためのデータを用いて、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａを算出する（ステップＳ３）。
ステップＳ４で、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａが所定の下限温度Ｔａｍｉｎと上限温度Ｔａｍａｘの間の範囲に入っていなければ、ＯＣＶ測定を行わないので、ステップＳ５からＳ１２をスキップしてステップＳ１３の処理動作を行う。この際、前回のバランシング放電を続いて行うので、前回バランシング放電が未完了であった単電池セルに対してバランシング放電が行われる。すなわち、以下で説明する、バランシング放電対象となる単電池セルのリストやこれらの単電池セルのバランシング放電スケジュールは前回のものを引き継いで使用する。
【０１０９】
Ｔａｍｉｎ＜Ｔａ＜ＴａｍａｘであればステップＳ５に進み、マイクロコンピュータ５０４は各単電池セルのＯＣＶ測定を行う指令を発生する。
セルコントローラＩＣ３００は、ステップＳ５Ｃ１で各単電池セルの端子間電圧を測定し、測定結果をマイクロコンピュータ５０４に送信する。
なお、この時の端子間電圧の測定は、電動車両の始動時に行われているので、蓄電装置１００はインバータ７００とまだ接続されておらず、したがって測定された端子間電圧は開路電圧（ＯＣＶ）となる。
【０１１０】
ステップＳ６で、測定された単電池セルのＯＣＶが１個でも、図１４で説明した領域Ｂに入っている場合はステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、上記で図１４を参照して説明したように、前回ＯＣＶを測定してＳＯＣを算出した時から所定の時間が経過しているかどうか判定される。前回ＯＣＶを測定してＳＯＣを算出した時から所定の時間が経過していると判定された場合は、測定された単電池セルのＯＣＶが図１４の領域Ｂにある場合でも、ステップＳ８〜Ｓ１３の処理動作を行う。この際、バッテリコントローラ５００の記憶部５０５に保存されている前回のＯＣＶ測定のデータが用いられる。
なお、この所定時間は二次電池の仕様や、使用状態により決定されるが詳細は省略する。
【０１１１】
ステップＳ７で、前回ＯＣＶ測定してＳＯＣを算出した時から所定の時間経過していないと判断された場合は、ＳＯＣ算出を行わず、以下のステップＳ８〜Ｓ１３をスキップしてステップＳ１４の処理動作を行う。この場合も同様に前回にバランシング放電のデータに基づいてバランシング放電を行う。
このような動作により、二次電池の状態に応じた、最も正確なＳＯＣに基づいて二次電池のバランシング放電を行うことができる。
【０１１２】
ステップＳ６で、各単電池セルのＯＣＶが図１４の領域Ａに入っていると判断された場合、もしくはステップＳ７で前回のＯＣＶ測定から所定の時間経過していると判断された場合は、ステップＳ８で各単電池セルのＳＯＣが算出される。このＳＯＣの算出は前述のように、図１３および図１４で説明したＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線を用いて行われる。 
【０１１３】
ステップＳ９では、ステップＳ８で算出された各単電池セルのＳＯＣから、ＳＯＣの偏差ΔＳＯＣがそれぞれの単電池セルに対して計算される。また、このときＳＯＣの大きさの順も算出される。
【０１１４】
ステップＳ１０ではバランシング放電対象となる単電池セルがあるかどうかが判断される。バランシング放電は、ＳＯＣの偏差ΔＳＯＣが所定の閾値ΔＳＯＣｔｈより大きいものに対して行われる。ΔＳＯＣｔｈより大きい偏差のＳＯＣを持つ単電池セルがない場合は、ステップＳ１９で終了となる。
【０１１５】
バランシング放電対象となる単電池セルがある場合は、ステップＳ１１でバランシング対象となる単電池セルのリストが作成される。さらにステップＳ１２では、このバランシング放電対象の単電池セルで各々の目標総バランシング放電電流量（式（１０）〜（１２）の∫Ｉｂ（ｔ）ｄｔ、あるいは式（１３）のＩｂ・ｔ）が算出される。例えば、式（１０）を用いて目標総バランシング放電電流量とする場合は、ＳＯＣの偏差ΔＳＯＣが目標総バランシング放電電流量となる。または、たとえば、ΔＳＯＣ−ΔＳＯＣｔｈを目標総バランシング放電電流量としてもよい。ΔＳＯＣｔｈならびに目標総バランシング放電電流量の設定は様々に行うことができ、この説明はここでは省略する。
【０１１６】
ステップＳ１３では、バランシング放電対象単電池セルのバランシング放電スケジュールが設定される。このバランシング放電のスケジューリングは、上述のバランシング放電での規則に準じて行う。
図１８（ａ）は、１２個の単電池セル（セル１〜セル１２）からなるセルグループのＳＯＣの初期状態（車両の始動時でのＳＯＣ値）を示す例である。ＳＯＣは通常％で表わされる。図１８（ａ）のＳＯＣのレベルＬ０〜Ｌ４の値が、図１４の領域Ａに入っていれば、電動車両の始動時に上記のステップＳ８でＳＯＣが算出される。また図１４の領域Ｂであれば、上記のようにステップＳ８〜Ｓ１３はスキップされ、ステップＳ１４以降でのバランシング放電は、前回車両停止時のＳＯＣの値とバランシング放電スケジュールを用いて行われる。
なお、電池システム１０４がインバータ７００と接続されている場合は、ＳＯＣのレベルＬ０は、電池システム１０４の充放電電流により変動しているが、ここでは図１８でΔＳＯＣのみに着目するので、Ｌ０の変化は無視している。
【０１１７】
バランシング放電のスケジューリングとは、ステップＳ１１で選択された単電池セルを、どのような順序でバランシング放電を行うか決定することである。以下にこのスケジューリングについて、バランシング放電全体の流れとともに説明する。
【０１１８】
通常ばらつきのある測定値の偏差とは、これらの測定値の平均値からの差で定義されるが、バランシング放電の場合は、もっとも低いＳＯＣ値を基準にしてＳＯＣの偏差ΔＳＯＣとする。これはバランシング放電でＳＯＣの大きな単電池セルからバランシング放電を行うためである。すなわちここでは、各単電池セルのＳＯＣの偏差ΔＳＯＣは、これらの単電池セルの最も小さな値であるレベルＬ０からの差で定義される。
バランシング放電は、各単電池セルのＳＯＣの偏差が所定の閾値ΔＳＯＣｔｈ以上のものに対して行われる。ΔＳＯＣｔｈは、使用している二次電池の仕様や、バランシング抵抗、またどの程度のバランシング放電時間で各単電池セルのＳＯＣの均等化を行うかによっても異なるが、たとえばΔＳＯＣｔｈ＝１％となるようにバランシング放電を行うとする。
【０１１９】
バランシング放電は、各単電池セルのＳＯＣの偏差ΔＳＯＣがΔＳＯＣｔｈ以下となるように各単電池セルの放電を行う。図１８（ａ）では、ΔＳＯＣｔｈ以上の偏差を有するセル２、セル６、セル８、セル１１がバランシング放電され、例えば図１８（ｂ）に示すような状態とされる。
このようなバランシング放電は色々な方法が考えられ、たとえばΔＳＯＣｔｈ以上のＳＯＣの単電池セルをそのΔＳＯＣが０となるまで行うような方法であってもよいし、またΔＳＯＣがΔＳＯＣｔｈ／２になるまで行うようにしてもよい。
また、このバランシング放電は、従来のように、単に各単電池セルのΔＳＯＣが大きいものから順にバランシング放電を行ってもよい。
【０１２０】
以下の説明ではセル１〜セル１２の各単電池セルのバランシングスイッチをオンとした時のバランシングスイッチでの消費電力をＰＢＳ（ｉ）；ｉ＝１〜１２とする。
【０１２１】
図１８に示す例では、まずセル２が最初に、そのＳＯＣがレベルＬ４からＬ３になるまで、バランシングスイッチ２２２をオンとしてバランシング放電される。この時、この１個の単電池セルのバランシング放電のみで、ＰＢＳ（２）＞（４０℃−Ｔａ）／Θｊａ−Ｐ０となる場合は、セル２のバランシングスイッチ２２２をオンとするデューティ比を変更する。このデューティ比をＤとすると、
ＰＢＳ（２）・Ｄ≦（４０℃−Ｔａ）／Θｊａ−Ｐ０                          ．．．（１８）
となるようにバランシングスイッチ２２２を制御する。
Ｄ＝５０％としなければならない場合は、所定のサイクル毎、たとえばセルコントローラＩＣ３００の制御サイクルで１サイクルおきにバランシングスイッチをオンとなるようにする。
【０１２２】
セル２がＳＯＣのレベルＤまでバランシング放電されると、セル２、セル６、セル１１が同じＳＯＣのレベルＬ３となるので、これらのセルのバランシング放電を行う。複数の単電池セルのバランシング放電を行う方法は、上述のとおり２通りある。すなわち、３個の単電池セル（セル２、セル６、セル１１）を同時にオン・オフしてデューティ制御する方法と、３個の単電池セルのバランシングスイッチ２２２を切り替えながらオンとしてデューティ制御する方法がある。
デューティ制御のサイクルが充分短ければ、３個のバランシングスイッチが同時にオンとなるときがあっても、以下の式（１９）を満たすように制御することができる。
（ＰＢＳ（２）＋ＰＢＳ（６）＋ＰＢＳ（１１））・Ｄ≦（４０℃−Ｔａ）／Θｊａ−Ｐ０
．．．（１９）
【０１２３】
あるいは、３個のバランシングスイッチを切り替えながらデューティ制御する場合は、それぞれの単電池セルのバランシングスイッチ２２２のデューティ比を、Ｄ（２）、Ｄ（６）、Ｄ（１１）として、以下のようにも制御することができる。
ＰＢＳ（２）・Ｄ（２）＋ＰＢＳ（６）・Ｄ（６）＋ＰＢＳ（１１）・Ｄ（１１）
≦（４０℃−Ｔａ）／Θｊａ−Ｐ                                      ．．．（２０）
ただし、Ｄ（２）、Ｄ（６）、Ｄ（１１）は、３個のバランシングスイッチが同時にオンとならないように定義する。
【０１２４】
デューティ制御を行った場合の各単電池セルのバランシング放電によるＳＯＣの減少は電流量（式（１０）〜（１２）の∫Ｉｂ（ｔ）ｄｔあるいは式（１３）のＩｂ・ｔ）に対応して、Ｄ＊∫Ｉｂ（ｔ）ｄｔあるいはＤ・Ｉｂ・ｔと表わされる。ただし、ｔはデューティ制御を含めバランシング放電を行っている時間である。この場合、Ｄ・ｔがバランシングスイッチが実際にオンとなっている時間に対応する。
【０１２５】
３個の単電池セル（セル２、セル６、セル１１）が、ＳＯＣのレベルＬ２までバランシング放電されると、４個の単電池セル（セル２、セル６、セル８、セル１１）が同じレベルＬ２となるので、上記と同様にバランシング放電動作を行って、４個の単電池セルのＳＯＣのレベルがＬ１となるようにする。
【０１２６】
以上の動作により、１２個の単電池セルのＳＯＣがすべてΔＳＯＣｔｈの範囲に入るので、バランシング放電動作は終了となる。 
【０１２７】
以上に説明したような方法で、バランシング放電スケジュールを決定し、ステップＳ１４以下でバランシング放電を実行する。
まずステップＳ１４で、バランシング対象（デューティ制御を考慮）である単電池セルのバランシング放電指令が発生され、この指令に基づいてセルコントローラＩＣ３００で、バランシング対象の単電池セルのバランシングスイッチ２２２がオンとされてバランシング放電される（ステップＳ１４Ｃ１）。この制御は所定のサイクル毎に行われる。それぞれのサイクルでオンの指定が無い場合はバランシングスイッチはオフとされデューティー制御が行われる。
【０１２８】
前述のように、セルコントローラ２００あるいは各セルコントローラＩＣ３００が動作している間は、バッテリーコントローラ５００からの指令により単電池セルの端子間電圧の測定が、適宜（ほぼリアルタイム）行われており、この測定された端子間電圧に基づいて、各単電池セルのバランシング電流が算出されるとともに、バランシング放電電流の積算値が算出され、単電池セルのＳＯＣが算出される（ステップＳ１５）。
なお、この際、上記の式（１２）で説明したように、算出された単電池セルのＳＯＣがバランシング放電終了状態となっていれば、バッテリーコントローラ５００からセルコントローラＩＣ３００に、この単電池セルのバランシング放電を停止する指令が送信され、この単電池セルに対応したバランシングスイッチがオフとされる（ステップＳ１５Ｃ１）。
【０１２９】
ステップＳ１６では、算出された各単電池セルのＳＯＣから、バランシング放電未完了の単電池セルがあるかどうか、たとえば上記の閾値ΔＳＯＣｔｈと式（１２）を用いて判断される。全ての単電池セルが式（１２）を満たしていれば、バランシング放電終了となる（ステップＳ１９）。
【０１３０】
バランシング放電対象の単電池セルが残っていれば、これらがバランシング対象単電池セルのリストに残るようにこのリストを調整する（ステップＳ１７）。続いてステップＳ１８で、バランシング放電の再スケジューリングを行う、ステップＳ１４に戻ってバランシング放電を続行する。
【０１３１】
図１８に示すような簡単な例では、最初に各単電池セル毎に、バランシング放電に必要な時間を算出すれば、ステップＳ１５からＳ１８の処理は不要に見える。しかしながら、実際は各単電池セルのＳＯＣは図１８に示すよりも細かくばらついている。また各単電池セルのバランシング放電電流も、バランシングスイッチのオン抵抗や各単電池セルの内部状態によってそれぞれ異なるので、適宜所定のサイクルで単電池セルの端子間電圧を測定し、これに基づいてバランシング放電電流さらにＳＯＣを算出し、セルコントローラＩＣの周囲温度を参考にしながら制御を行う必要がある。
また、電池システムを効率よく稼働させるため、および車両の安全稼働のため、各単電池セルの過放電は確実に避けるようにするため、所定のサイクルでのＳＯＣの算出ならびに制御が必要である。
【０１３２】
上記では説明を省略したが、セルコントローラＩＣ３００の周囲温度Ｔａが所定の範囲（０℃〜４０℃）に入っておらず、また単電池セルのＯＣＶが図１４の領域Ａでない場合であっても、場合によっては、このような状態で端子間電圧を測定してＳＯＣを算出した方が、この状態では最も正確なＳＯＣとなる場合も考えられる。このような場合はたとえ精度が良くなくとも、このように算出したＳＯＣを用いて電池システムの制御ならびに車両の制御を行うことが車両の安全稼働のために必要である。
【０１３３】
たとえば、詳細な説明は省略するが、場合によっては、単電池セルのＯＣＶでなく、ＣＣＶと内部抵抗を測定し、これから単電池セルの温度等の補正も行ってＳＯＣを算出することも可能である。図１７におけるステップＳ１４からＳ１８のバランシング放電で用いるＳＯＣに、このように算出したＳＯＣを使用することもできる。
【０１３４】
（バランシング放電の変形実施例）
図１８の例で説明したバランシング放電で、たとえば、セル２、セル６、セル８、セル１１のそれぞれに最初から異なるデューティ比を与えて、４つの単電池セルのバランシング放電を連続的に行うように制御することも可能である。
図１８に示す例では、Ｌ１−Ｌ２、Ｌ２−Ｌ３、Ｌ３−Ｌ４の差はそれぞれほぼ等しくなっている。このような場合、たとえば４つの単電池セルのバランシング放電電流がほぼ等しいときには、Ｄ（２）：Ｄ（６）およびＤ（１１）：Ｄ（８）＝３：２：１となるようにすれば、上記のようにステップ的にＳＯＣのレベル毎に揃えながらバランシング放電を行うのでなく、４個の単電池セルのバランシング放電を、連続的にかつＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して行うことができる。
【０１３５】
ここで簡単に、単電池セルの開路電圧（ＯＣＶ）と閉路電圧（ＣＣＶ）と分極電圧Ｖｐおよび充放電電流Ｉと内部抵抗ＤＣＲの関係について説明する。これらは以下の式（２１）で関係づけられている。
ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ・ＤＣＲ＋Ｖｐ                                      ．．．（２１）
単電池セル１０１あるいは電池システム１０４にインバータなどの負荷が接続されていない初期の状態では、Ｉ＝０であり、分極も起きておらずＶｐ＝０であるので、ＣＣＶ＝ＯＣＶとなる。すなわち、電動車両が所定の時間停止したあとで、始動された場合に単電池セルの端子間電圧を測定するとこれがＯＣＶとなる。
【０１３６】
インバータなどの負荷が接続され、充放電電流Ｉが流れる状態が続くと、単電池セルの内部に分極が生じる。この分極は解消するまで所定の時間単電池セルを放置する必要がある。したがって、一旦分極が生じると、充放電電流Ｉが０となっても、ＣＣＶとＯＣＶは一致しない。このためＯＣＶの測定は、車両始動時の分極が解消されている状態で行われている。
【０１３７】
バランシング放電電流は、上記で説明したようにＣＣＶとバランシング抵抗およびバランシングスイッチのオン抵抗で定まるので、ＣＣＶは車両が稼働中は適宜測定される。またここでは説明を省略するが、インバータ負荷によるＣＣＶの時間変化から、単電池セルの内部抵抗ＤＣＲを算出することができ、これから単電池セルの劣化状態の推定を行うことができる。さらに、ＣＣＶの測定により、電圧検出線などの断線検出や電池監視装置内の回路の各種の診断を行うことができる。
【０１３８】
したがって、上記で説明したように、図１４のＯＣＶ−ＳＯＣ換算曲線の領域Ｂの場合や、図１５で示すようにジャンクション温度が０℃〜４０℃の範囲とならないような場合は、ＳＯＣを算出するための高精度な電圧測定は行わないが、それ以外の目的での単電池セルの端子間電圧測定は適宜行われている。
【０１３９】
本発明による電池監視装置で使用しているセルコントローラＩＣでは、図５で説明したように単電池セルの端子間電圧測定用端子（ＣＶ端子）とバランシング放電用端子（ＢＳ端子）が別々に設けられており、単電池セルの端子間電圧測定とバランシング放電が互いに干渉しない。また、温度測定回路からの出力電圧も、単電池セルの端子間電圧測定と同時に、またバランシング放電と並行して測定できる。また、単電池セルの端子間電圧測定と温度測定回路からの出力電圧の測定とはセルコントローラＩＣ３００の１つの制御サイクルの中で、マルチプレクサ２１０を切り替えながら行われる。したがって、これらの電圧測定とバランシング放電とがほぼ同時に行われている。
これらによって、セルコントローラの周囲温度の時間変化にリアルタイムに対応したバランシング放電を行うことができる。
【０１４０】
上記の実施形態の説明で示した例では、電池システム１０４はセルグループ１０２を直列接続して構成したものとして説明した。電池システム１０４は複数のセルグループを直並列または並列に接続して構成したものであってよい。
また、上記では、セルコントローラＩＣ３００はセルグループ１０２と１対１で設けるように説明したが、１つのセルコントローラで複数のセルグループを制御することも可能であり、また１つのセルグループを複数のセルコントローラで制御することも可能である。セルグループを構成する単電池セルの数は、セルグループを複数含む電池モジュール、あるいは電池システムの仕様により様々に変形実施が可能である。したがって、たとえばｍ個のセルコントローラでｎ個のセルグループを制御することも可能である。またこのような様々の電池システムの仕様は、この電池システムを搭載するＨＥＶやＥＶなどの電動車両に必要な電力仕様に合わせて設定される。
【０１４１】
従って、例えば、１つのセルコントローラＩＣ３００が、直列に接続された複数のセルグループ１０２を制御するように設けられている場合は、これら複数のセルグループ全体の端子間電圧がブロック電圧入力部２２５に入力され、この電圧入力部２２５の出力がマルチプレクサ２１０で選択されて差動増幅器２１１に入力されて、電圧測定が行われる。また、複数のセルコントローラＩＣ３００が１個のセルグループを制御する場合は、各々のセルコントローラＩＣ３００が制御するセルグループの部分の端子間電圧がそれぞれのセルコントローラＩＣ３００のブロック電圧入力部２２５に入力されて電圧測定が行われる。
【０１４２】
本発明による電池システム監視装置は、例えば上記で説明したセルコントローラの構成および機能は、このような様々の構成の電池システムにおいても適用可能である。このように、本発明による電池システム監視装置は様々な構成の電池システムに対して、また様々な仕様の電動車両に対して適用が可能である。
【０１４３】
以上の説明は本発明の実施形態の例であり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。したがって、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月6日(2014.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、
前記セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、
前記第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、
前記第１の制御装置の近傍の温度を測定する温度検出部と、
前記単電池セルの端子間電圧を測定するための、前記単電池セルの正極および負極のそれぞれと前記第１の制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、
前記第１の制御装置は、前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを前記単電池セル毎に備え、
前記電圧検出線には、第１の抵抗が直列に設けられ、
前記バランシングスイッチと当該バランシングスイッチに直列に接続された第２の抵抗とで構成されるバランシング放電回路が前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続され、
前記バランシング放電回路と前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線との接続点および前記バランシング放電回路と前記単電池セルの負極に接続された電圧検出線との接続点は、それぞれ前記第１の抵抗より前記セルグループ側に設けられ、
さらに、前記第１の制御装置は、
一の単電池セルの正極および負極のそれぞれに接続された電圧検出線あるいは、前記温度検出部に接続された温度検出線を選択し、前記一の単電池セルの正極電位および負極電位または前記温度検出部の出力電圧を出力する選択部と、
前記選択部から出力された前記一の単電池セルの正極電位および負極電位または前記温度検出部の出力電圧から、前記一の単電池セルの端子間電圧または温度検出部の出力電圧を測定する電圧測定部とを備え、
前記第２の制御装置は、
前記温度検出部の出力電圧を温度に変換するデータを格納する記憶部を備える電池システム監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
前記電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、前記第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値以下であるかまたは所定の上限値以上である場合は、前記車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルに対するバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
前記電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、前記第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値より大きく、かつ所定の上限値より小さい場合に、前記電池システムに前記車両を駆動する負荷が接続されていない状態で、前記セルグループの前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧を測定して、前記複数の単電池セルの各々の残存容量（ＳＯＣ）を算出するとともに、このＳＯＣに基づいてバランシング放電を行う電池システム監視装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が全て所定の電圧範囲に入っている場合に、
前記複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電池システム監視装置において、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合で、ＯＣＶを用いて前回ＳＯＣを算出したときから所定の時間が経過している場合は、
前記第２の制御装置は、前記複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、
前記車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行う電池システム監視装置。
【請求項７】
請求項３に記載の電池システム監視装置において、
前記電池システムの充放電電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記第２の制御装置は、
測定された前記複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、
前記車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置を制御して行い、
前記複数の単電池セルの各々のＳＯＣを、前記車両の前回停止時のＳＯＣに前記電流検出部が検出した前記電池システムの充放電電流と前記単電池セルのバランシング放電の電流を積算して算出する電池システム監視装置。
【請求項８】
請求項２または６に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、前記バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行う電池システム監視装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、前記バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行う電池システム監視装置。
【請求項１０】
請求項２または６または８のいずれか１項に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の制御装置は、
前記バランシング放電の対象である単電池セルのバランシング放電を、前記第１の制御装置の近傍の温度が前記所定の上限値未満となるように、前記バランシング放電の対象となった単電池セルに対応したバランシングスイッチをデューティー制御して行う電池システム監視装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電池システム監視装置において、
直列に接続されたＮ個（Ｎ≧１）の前記セルグループと、
前記Ｎ個のセルグループを制御するＭ個（Ｍ≧１）の前記第１の制御装置と、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置の上位制御装置である前記第２の制御装置とを備え、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置のうち最上位の第１の制御装置と、前記第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置のうち最下位の第１の制御装置と、前記第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置は互いに通信ラインで接続され、
前記Ｍ個の前記第１の制御装置は、前記第２の制御装置からの制御信号および制御データによって制御される電池システム監視装置。
【請求項１２】
複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、前記複数の単電池は、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性に関して、所定のＯＣＶの範囲では前記ＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が少なく、所定のＯＣＶの範囲以外では前記ＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が大きい特性を有する電池システム監視装置において、
前記電池システムの充放電電流を検出する電流検出部と、
前記セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、
前記第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、
前記単電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の近傍の温度を測定する温度検出部と、
前記複数の単電池セルのＳＯＣのばらつきを低減するバランシング放電制御を行うバランシング放電回路とを備え、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、
前記電圧検出回路によって検出された前記複数の単電池セルのＯＣＶに基づいて、各単電池セルのＳＯＣを算出する第１のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出し、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、
前記電流検出部によって検出された前記電池システムの充放電電流と前記バランシング放電回路による前記複数の単電池セルの各々のバランシング放電電流を積算して各単電池セルのＳＯＣを算出する第２のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出する電池システム監視装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電池システム監視装置において、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、
各単電池セルのＳＯＣを前記第１のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、前記バランシング放電回路の発熱量を抑制した第１バランシング放電制御を行い、
前記温度検出部によって検出された前記電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、
各単電池セルのＳＯＣを前記第２のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、前記バランシング放電回路の発熱量を抑制しない第２バランシング放電制御を行う電池システム監視装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
（１）本発明の第１の態様によると、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、第１の制御装置の近傍の温度を測定する温度検出部と、単電池セルの端子間電圧を測定するための、単電池セルの正極および負極のそれぞれと第１の制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、第１の制御装置は、単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを単電池セル毎に備え、電圧検出線には、第１の抵抗が直列に設けられ、バランシングスイッチと当該バランシングスイッチに直列に接続された第２の抵抗とで構成されるバランシング放電回路が単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続され、バランシング放電回路と単電池セルの正極に接続された電圧検出線との接続点およびバランシング放電回路と単電池セルの負極に接続された電圧検出線との接続点は、それぞれ第１の抵抗よりセルグループ側に設けられる。さらに、第１の制御装置は、一の単電池セルの正極および負極のそれぞれに接続された電圧検出線あるいは、温度検出部に接続された温度検出線を選択し、一の単電池セルの正極電位および負極電位または温度検出部の出力電圧を出力する選択部と、選択部から出力された一の単電池セルの正極電位および負極電位または温度検出部の出力電圧から、一の単電池セルの端子間電圧または温度検出部の出力電圧を測定する電圧測定部とを備え、第２の制御装置は、温度検出部の出力電圧を温度に変換するデータを格納する記憶部を備えることが好ましい。
（２）本発明の第２の態様によると、第１の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値以下であるかまたは所定の上限値以上である場合は、車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルに対するバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい。
（３）本発明の第３の態様によると、第１の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、電池システム監視装置を搭載した車両の始動時に、第１の制御装置の近傍の温度が所定の下限値より大きく、かつ所定の上限値より小さい場合に、電池システムに車両を駆動する負荷が接続されていない状態で、セルグループの複数の単電池セルの各々の端子間電圧を測定して、複数の単電池セルの各々の残存容量（ＳＯＣ）を算出するとともに、このＳＯＣに基づいてバランシング放電を行うことが好ましい。
（４）本発明の第４の態様によると、第３の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が全て所定の電圧範囲に入っている場合に、複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい。
（５）本発明の第５の態様によると、第３の態様の電池システム監視装置において、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合で、ＯＣＶを用いて前回ＳＯＣを算出したときから所定の時間が経過している場合は、第２の制御装置は、複数の単電池セルの各々のＳＯＣとその偏差を算出し、所定の閾値以上の偏差のＳＯＣを持つ単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい
（６）本発明の第６の態様によると、第３乃至第５の態様のいずれか１つの態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行うことが好ましい。
（７）本発明の第７の態様によると、第３の態様の電池システム監視装置において、電池システムの充放電電流を検出する電流検出部をさらに備え、第２の制御装置は、測定された複数の単電池セルの各々の端子間電圧が１つでも所定の電圧範囲に入っていない場合は、車両の前回停止時にバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置を制御して行い、複数の単電池セルの各々のＳＯＣを、車両の前回停止時のＳＯＣに電流検出部が検出した電池システムの充放電電流と単電池セルのバランシング放電の電流を積算して算出することが好ましい。
（８）本発明の第８の態様によると、第２または第６の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行うことが好ましい。
（９）本発明の第９の態様によると、第７の態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、ＳＯＣの偏差の大きい単電池セルを優先して、バランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を行うことが好ましい。
（１０）本発明の第１０の態様によると、第２または第６または第８の態様のいずれか１つの態様の電池システム監視装置において、第２の制御装置は、バランシング放電の対象である単電池セルのバランシング放電を、第１の制御装置の近傍の温度が所定の上限値未満となるように、バランシング放電の対象となった単電池セルに対応したバランシングスイッチをデューティー制御して行うことが好ましい。
（１１）本発明の第１１の態様によると、第１乃至第１０の態様のいずれか１つの態様の電池システム監視装置において、直列に接続されたＮ個（Ｎ≧１）のセルグループと、Ｎ個のセルグループを制御するＭ個（Ｍ≧１）の第１の制御装置と、Ｍ個の第１の制御装置の上位制御装置である第２の制御装置とを備え、Ｍ個の第１の制御装置のうち最上位の第１の制御装置と、第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、Ｍ個の第１の制御装置のうち最下位の第１の制御装置と、第２の制御装置とは絶縁素子を介した通信ラインで接続され、Ｍ個の第１の制御装置は互いに通信ラインで接続され、Ｍ個の第１の制御装置は、第２の制御装置からの制御信号および制御データによって制御されることが好ましい。
（１２）本発明の第１２の態様によると、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、複数の単電池は、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性に関して、所定のＯＣＶの範囲ではＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が少なく、所定のＯＣＶの範囲外ではＳＯＣの変化によるＯＣＶの変化が大きい特性を有する電池システム監視装置において、電池システムの充放電電流を検出する電流検出部と、セルグループの複数の単電池セルの状態を監視し制御する第１の制御装置と、第１の制御装置を制御する第２の制御装置と、単電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路の近傍の温度を測定する温度検出部と、複数の単電池セルのＳＯＣのばらつきを低減するバランシング放電制御を行うバランシング放電回路とを備え、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、電圧検出回路によって検出された複数の単電池セルのＯＣＶに基づいて、各単電池セルのＳＯＣを算出する第１のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出し、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、電流検出部によって検出された電池システムの充放電電流とバランシング放電回路による複数の単電池セルの各々のバランシング放電電流を積算して各単電池セルのＳＯＣを算出する第２のＳＯＣ算出方法で各単電池セルのＳＯＣを算出する。
（１３）本発明の第１３の態様によると、第１２の態様の電池システム監視装置において、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲である場合は、各単電池セルのＳＯＣを第１のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、バランシング放電回路の発熱量を抑制した第１バランシング放電制御を行い、温度検出部によって検出された電圧検出回路の温度が所定の温度範囲外である場合は、各単電池セルのＳＯＣを第２のＳＯＣ算出方法で算出するとともに、バランシング放電回路の発熱量を抑制しない第２バランシング放電制御を行うことが好ましい。
【国際調査報告】
2013035183.tif 000021
2013035183.tif 000022
2013035183.tif 000023
2013035183.tif 000024