(57)【要約】  【課題】強制的に検出端子間を１つ置きに短絡させる処理を行うこと無く、セルと検出端子との間を接続する接続線の断線を検出する。  【解決手段】電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａnは、各セルｓ1〜ｓnの電圧と、バイパス作動電圧とを比較し、セル電圧がバイパス作動電圧を超えると、セルごとに設けられているＮ型ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnをオンする。異常検出回路ｂ1〜ｂnは、対応するセルの過充電状態および過放電状態を検出する。充放電制御回路５は、オア回路４を介して、所定時間内に、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号が所定回数ずつ入力されると、組電池１を充電するようにし、その後、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号が交互に入力されなくなると、検出端子Ｃ1〜Ｃnとセルｓ1〜ｓnとの間の接続線に断線が生じていると判断する。  【選択図】図１
2006185685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する複数のセルの両端子にそれぞれ接続される検出端子と、セルとの間を接続している接続線の断線を検出する断線検出装置において、
各セルごとに設けられ、セルの電圧が所定のバイパス作動電圧を越えると、そのセルに対応して設けられている検出端子間を放電抵抗を介して短絡することによって、セルの放電を行う容量調整手段と、
前記検出端子間の電圧と、所定の過充電判定電圧とを比較して、検出端子間の電圧が前記過充電判定電圧より高い場合に、過充電異常検出信号を出力する過充電異常検出手段と、
前記検出端子間の電圧と、所定の過放電判定電圧とを比較して、検出端子間の電圧が前記過放電判定電圧より低い場合に、過放電異常検出信号を出力する過放電異常検出手段と、
組電池を充電する充電手段と、
前記過充電異常検出手段および前記過放電異常検出手段から、所定時間内に、前記過充電異常検出信号および前記過放電異常検出信号が出力されたことを検出すると、前記充電手段によって組電池を充電させる充電制御手段と、
前記充電手段によって組電池の充電が開始された後に、前記過充電異常検出信号および前記過放電異常検出信号のうちの少なくとも一方の信号が出力されなくなると、検出端子とセルとの間を接続している接続線が断線していると判定する判定手段とを備えることを特徴とする断線検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の断線検出装置において、
前記充電制御手段は、前記所定時間内に、前記過充電異常検出信号および前記過放電異常検出信号が所定回数ずつ出力されたことを検出すると、前記充電手段によって組電池を充電させることを特徴とする断線検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の断線検出装置において、
組電池の電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記充電制御手段は、前記電圧検出手段によって検出される組電池の電圧が所定電圧以下の場合に、前記充電手段によって組電池を充電させることを特徴とする断線検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の断線検出装置において、
前記所定電圧は、前記過充電判定電圧に、組電池を構成するセルの数を乗じた値であることを特徴とする断線検出装置。
【請求項５】
組電池を構成する各セルごとに設けられ、セルの電圧が所定のバイパス作動電圧を越えると、そのセルに対応して設けられている検出端子間を放電抵抗を介して短絡することによって、セルの放電を行う容量調整回路と、前記検出端子間の電圧および所定の過充電判定電圧を比較して、検出端子間の電圧が前記過充電判定電圧より高い場合に、過充電異常検出信号を出力する過充電異常検出回路と、前記検出端子間の電圧および所定の過放電判定電圧を比較して、検出端子間の電圧が前記過放電判定電圧より低い場合に、過放電異常検出信号を出力する過放電異常検出回路とを備えた回路において、組電池を構成する各セルの両端子にそれぞれ接続される検出端子と、セルとの間を接続している接続線の断線を検出する断線検出方法は、
所定時間内に、前記過充電異常検出信号および前記過放電異常検出信号が出力されたことを検出すると、組電池を充電させる手順と、
組電池を充電させる処理を行った後、前記過充電異常検出信号および前記過放電異常検出信号のうちの少なくとも一方の信号が出力されなくなると、検出端子とセルとの間を接続している接続線が断線していると判定する手順とを備えることを特徴とする断線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルから構成される組電池のセルと、制御回路間の断線を検出する断線検出装置および断線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のセルの両端子にそれぞれ接続される検出端子とセルとの間の断線を検出するために、検出端子間をそれぞれ１つ置きに短絡し、短絡時に、断線箇所の上下に位置している異常検出回路から、セルの過放電異常および過充電異常を示す信号がそれぞれ出力されると、断線が生じていると判断する装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０４９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置では、断線検出時に、強制的に検出端子間を１つ置きに短絡させているので、放電抵抗を介して放電が行われ、回路全体の放熱量が大きくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明による断線検出装置は、各セルごとに設けられ、セルの電圧が所定のバイパス作動電圧を越えると、そのセルに対応して設けられている検出端子間を放電抵抗を介して短絡することによって、セルの放電を行う容量調整手段と、検出端子間の電圧と所定の過充電判定電圧とを比較して、検出端子間の電圧が過充電判定電圧より高い場合に、過充電異常検出信号を出力する過充電異常検出手段と、検出端子間の電圧と所定の過放電判定電圧とを比較して、検出端子間の電圧が過放電判定電圧より低い場合に、過放電異常検出信号を出力する過放電異常検出手段と、組電池を充電する充電手段と、過充電異常検出手段および過放電異常検出手段から、所定時間内に、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号が出力されたことを検出すると、充電手段によって組電池を充電させる充電制御手段と、充電手段によって組電池の充電が開始された後に、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号のうちの少なくとも一方の信号が出力されなくなると、検出端子とセルとの間を接続している接続線が断線していると判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
（２）本発明による断線検出方法は、組電池を構成する各セルごとに設けられ、セルの電圧が所定のバイパス作動電圧を越えると、そのセルに対応して設けられている検出端子間を放電抵抗を介して短絡することによって、セルの放電を行う容量調整回路と、検出端子間の電圧および所定の過充電判定電圧を比較して、検出端子間の電圧が過充電判定電圧より高い場合に、過充電異常検出信号を出力する過充電異常検出回路と、検出端子間の電圧および所定の過放電判定電圧を比較して、検出端子間の電圧が過放電判定電圧より低い場合に、過放電異常検出信号を出力する過放電異常検出回路とを備えた回路において、組電池を構成する各セルの両端子にそれぞれ接続される検出端子と、セルとの間を接続している接続線の断線を検出する断線検出方法であって、所定時間内に、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号が出力されたことを検出すると、組電池を充電させる手順と、組電池を充電させる処理を行った後、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号のうちの少なくとも一方の信号が出力されなくなると、検出端子とセルとの間を接続している接続線が断線していると判定する手順とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による断線検出装置および断線検出方法によれば、強制的に検出端子間を１つ置きに短絡させる処理を行わずに、セルと検出端子との間の接続線の断線を確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、一実施の形態における断線検出装置をハイブリッド自動車に適用したシステム構成を示す図である。組電池１は、充放電可能なｎ個のセルｓ1〜ｓnを直列に接続して構成される。組電池１の直流電圧は、インバータ６にて交流電圧に変換されて、車両の走行駆動源である交流モータ７に印加される。交流モータ７は、電動機として機能するとともに、エンジン（不図示）を動力源として、発電機としても機能するモータジェネレータである。交流モータ７によって発電された交流電圧は、インバータ６で直流電圧に変換されて、組電池１に供給される。電圧センサ８は、組電池１の電圧を検出して、後述する充放電制御回路５に出力する。
【０００８】
検出端子Ｃ0〜Ｃnは、各セルｓ1〜ｓnの正極端子または負極端子と接続されている。例えば、検出端子Ｃ0は、セルｓ1の負極端子と接続されており、検出端子Ｃ1は、セルｓ1の正極端子およびセルｓ2の負極端子と接続されている。
【０００９】
電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａnは、各セルｓ1〜ｓnごとに設けられており、対応するセルｓ1〜ｓnの端子間電圧がバイパス作動電圧Ｖ1より上昇したことを検出すると、Ｈレベルの信号を出力する。対応するセルｓ1〜ｓnの端子間電圧がバイパス作動電圧Ｖ1より低い場合には、Ｌレベルの信号が出力される。なお、ここでは、電流が流れている状態をＨレベルの信号が出力されている状態とし、電流が流れていない状態をＬレベルの信号が出力されている状態とする。
【００１０】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnは、各セルごとに設けられている。電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａnから出力される信号は、対応するＮ型ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnのゲート端子に入力される。例えば、電流バイパス電圧検出回路ａ1からＨレベルの信号が出力された場合には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ1がオンする。これにより、セルｓ1から、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ1と直列に接続されている放電抵抗Ｒ1を介して、電流が流れる。
【００１１】
すなわち、電流バイパス電圧検出回路ａ1、放電抵抗Ｒ1、および、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ1によって、セルｓ1の電流バイパス回路が構成されており、セルｓ１の電圧がバイパス作動電圧Ｖ1より高くなると、セルｓ1の放電が行われる。同様に、電流バイパス電圧検出回路ａ2〜ａn、放電抵抗Ｒ2〜Ｒn、および、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2〜Ｑnによって、セルｓ2〜ｓnの電流バイパス回路がそれぞれ構成されており、セルｓ2〜ｓnの電圧がバイパス作動電圧Ｖ1より高くなると、対応するセルｓ2〜ｓnの放電が行われる。このような構成により、各セル間の電圧値を均一に保つことができる。
【００１２】
異常検出回路ｂ1〜ｂnは、各セルｓ1〜ｓnごとに設けられ、対応するセルｓ1〜ｓnの端子間電圧（検出端子間電圧）が過充電判定しきい値電圧Ｖ2より上昇して、セルが過充電状態になったことを検出するとともに、セルの端子間電圧が過放電判定しきい値電圧Ｖ3より下降して、セルが過放電状態になったことを検出する。セルの過充電状態または過放電状態を検出すると、異常検出信号（Ｈレベル）をオア回路４に出力する。ただし、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とは、例えば、電流値が異なるようにしておく等の方法により、それぞれ区別できるようにしておく。オア回路４は、異常検出回路ｂ1〜ｂnの出力に対して論理和演算を行い、演算結果を充放電制御回路５に出力する。すなわち、いずれか１つの異常検出回路ｂ1〜ｂnから過充電異常検出信号または過放電異常検出信号が出力されると、過充電異常検出信号または過放電異常検出信号がオア回路４を介して、充放電制御回路５に入力される。なお、３つの所定電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3の大小関係は、Ｖ2＞Ｖ1＞Ｖ3に設定されている。
【００１３】
充放電制御回路５は、オア回路４からの信号に基づいて、セルの過充電異常または過放電異常を検出するとともに、後述する方法によって、セルｓ1〜ｓnと検出端子Ｃ0〜Ｃnとの間をそれぞれ接続している接続線の断線を検出する。
【００１４】
ここで、セルｓ1〜ｓnと検出端子Ｃ0〜Ｃnとの間をそれぞれ接続している接続線の間が断線した場合の電流バイパス回路の動作、および、異常検出回路Ｂ1〜Ｂnの動作について説明しておく。ここでは、セルｓ2の正極と、検出端子Ｃ2との間の接続線が断線したものとして説明する。なお、各セルｓ1〜ｓnの電圧値は、バイパス作動電圧Ｖ1より低いものとし、かつ、過放電判定しきい値電圧Ｖ3より高いものとする。従って、この状態では、全てのＮ型ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnはオフしており、また、いずれの異常検出回路ｂ1〜ｂnからも異常検出信号は出力されていない。
【００１５】
組電池１の充電が行われることにより、各セルｓ1〜ｓnの電圧が上昇し、例えば、セルｓ2の電圧がバイパス作動電圧Ｖ1より高くなったとする。この場合、電流バイパス電圧検出回路ａ2からＨレベルの信号が出力されるので、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2がオンする。図２は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2がオンした状態を示す図である。これにより、検出端子Ｃ1の電圧値と検出端子Ｃ2の電圧値は等しくなるので、検出端子Ｃ2−Ｃ3間の電圧は、検出端子Ｃ1−Ｃ3間の電圧、すなわち、セルｓ2の電圧とセルｓ3の電圧とを加算した電圧となる。従って、電流バイパス電圧検出回路ａ3からはＨレベルの信号が出力されて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ3がオンするとともに、異常検出回路ｂ3からは、過充電異常検出信号が出力される。
【００１６】
また、上述したように、検出端子Ｃ1の電圧値と検出端子Ｃ2の電圧値は等しくなるので、電流バイパス電圧検出回路ａ2から出力される信号の信号レベルはＬレベルとなり、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2はオフする。また、異常検出回路ｂ2からは、過放電異常検出信号が出力される。
【００１７】
図３は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ3がオンし、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2がオフした状態を示す図である。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ3がオンすることにより、検出端子Ｃ2の電圧値と検出端子Ｃ3の電圧値は等しくなるので、検出端子Ｃ1−Ｃ2間の電圧は、検出端子Ｃ1−Ｃ3間の電圧、すなわち、セルｓ２の電圧とセルｓ３の電圧とを加算した電圧となる。従って、電流バイパス電圧検出回路ａ2からはＨレベルの信号が出力されて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2がオンするとともに、異常検出回路ｂ2からは、過充電異常検出信号が出力される。
【００１８】
また、上述したように、検出端子Ｃ2の電圧値および検出端子Ｃ3の電圧値は等しくなるので、電流バイパス電圧検出回路ａ3から出力される信号の信号レベルはＬレベルとなり、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ3はオフする。また、異常検出回路ｂ3からは、過放電異常検出信号が出力される。
【００１９】
上述した説明では、セルｓ2の正極と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線した場合を一例に挙げたが、他のセルと対応する検出端子との間の接続線が断線した場合についても同様である。すなわち、セルｓ1〜ｓnと検出端子Ｃ0〜Ｃnとの間を接続している接続線が断線すると、断線した接続線の上下に位置しているＮ型ＭＯＳトランジスタが交互にオンするとともに、断線した接続線の上下に位置している異常検出回路からは、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号が交互に出力される。図４は、検出端子Ｃ1−Ｃ2間の電圧変動を示す図である。
【００２０】
図５は、充放電制御回路５によって行われる断線検出処理の内容を示すフローチャートである。図示しないイグニッションスイッチがオンされると、充放電制御回路５は、ステップＳ１０の処理を開始する。ステップＳ１０では、オア回路４から、ｍ（秒）間に、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号がそれぞれｎ回入力されたか否かを判定する。ここでは、ｍを0.1、ｎを３とする。上述したように、接続線に断線が生じると、断線が生じた箇所の上下に位置している異常検出回路から、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とが交互に出力される。ステップＳ１０の判定を否定するとステップＳ１０で待機し、肯定すると、ステップＳ２０に進む。
【００２１】
ステップＳ２０では、電圧センサ８で検出される組電池１の総電圧値が所定のしきい値以下であるか否かを判定する。所定のしきい値は、過充電判定しきい値電圧Ｖ2にセル数ｎを乗じた値とする。組電池１の総電圧値が所定のしきい値以下であると判定するとステップＳ３０に進み、所定のしきい値より大きいと判定すると、ステップＳ７０に進む。
【００２２】
ステップＳ３０では、インバータ６に対して、組電池１の充電指令を出す。これにより、交流モータ７の回生運転によって発電される電力を用いて、組電池１を充電する制御が開始される。
【００２３】
上述した説明では、セルと検出端子との間を接続している接続線に断線が生じ、断線箇所の上下に位置しているＮ型ＭＯＳトランジスタのいずれか一方がオンした場合の電流バイパス回路の動作、および、異常検出回路Ｂ1〜Ｂnの動作を説明した。ここでは、組電池１の充電によって各セルの電位が上昇し、接続線の断線箇所の上下に位置しているＮ型ＭＯＳトランジスタの両方がオンした場合について説明する。上述した説明と同様に、セルｓ2の正極と検出端子Ｃ2との間の接続線が断線した場合について考察する。断線した接続線の上下に位置するＮ型ＭＯＳトランジスタＱ2およびＱ3がオンすると、セルｓ3の正極から、抵抗Ｒ3およびＲ2を介して、セルｓ2の負極に電流が流れる。抵抗Ｒ1〜Ｒnの抵抗値はそれぞれ等しい値に設定されているので、検出端子Ｃ1−Ｃ2間の電圧と、検出端子Ｃ2−Ｃ3間の電圧とは等しくなる。
【００２４】
すなわち、検出端子Ｃ1−Ｃ2間の電圧、および、検出端子Ｃ2−Ｃ3間の電圧は、それぞれ、セルｓ2の電圧とセルｓ3の電圧とを加算して２で割った値となるため、異常検出回路からは、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号は出力されなくなる。なお、セルｓ2の電圧とセルｓ3の電圧とを加算して２で割った値が過充電判定しきい値電圧Ｖ2より高くなると、異常検出回路ｂ2およびｂ3からは、過充電異常検出信号が出力される。しかし、この場合にも、過放電異常検出信号は出力されなくなる。
【００２５】
ステップＳ３０に続くステップＳ４０では、交互に入力されていた過充電異常検出信号および過放電異常検出信号が入力されなくなったか否かを判定する。過充電異常検出信号および過放電異常検出信号の両方の異常検出信号が入力されなくなったか、または、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号のうち、いずれか一方の異常検出信号が入力されなくなったと判定するとステップＳ５０に進み、それ以外の場合には、ステップＳ７０に進む。
【００２６】
ステップＳ５０では、セルと検出端子との間を接続している接続線に断線が生じていると判定して、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、インバータに対して、組電池１の充電停止指令を出す。これにより、組電池１の充電は停止されて、図５に示すフローチャートの処理は終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ７０では、各セルｓ1〜ｓnの過充電異常検出処理または過放電異常検出処理を行う。過充電異常検出処理は、過充電状態となっているセルが存在するか否かを確認する処理であり、過放電異常検出処理は、過放電状態となっているセルが存在するか否かを確認する処理である。これらの異常検出処理は、既知の処理を用いることができるので、ここでは詳しい説明は省略する。過充電異常検出処理または過放電異常検出処理を行うと、図５に示すフローチャートの処理は終了する。
【００２８】
一実施の形態における断線検出装置によれば、異常検出回路ｂ1〜ｂnから、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とが所定時間内に所定回数ずつ出力されたことを検出すると、組電池１の充電を行い、その後、過充電異常検出信号および過放電異常検出信号のうちの少なくとも一方の異常検出信号が出力されなくなると、セルと検出端子との間を接続している接続線に断線が生じていると判断する。これにより、従来の断線検知方法のように、検出端子間をそれぞれ１つ置きに短絡する必要がないので、断線検出処理時に発熱量が増加するという問題が生じることはなくなる。また、検出端子間を１つ置きに短絡する従来の方法では、セル間の電圧がばらついてしまうという問題も生じるが、一実施の形態における断線検出装置によれば、そのような問題が生じることもない。
【００２９】
断線が生じていない状態において、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とが所定時間内に所定回数ずつ検出されることはないが、ノイズによって、充放電制御回路５に、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とが交互に入力される場合もある。しかし、ノイズの場合には、組電池１を充電しても、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とが交互に入力されることに変わりはない。すなわち、一実施の形態における断線検出装置によれば、接続線が断線した場合の信号と、ノイズによる信号とを区別することができるので、接続線の断線を確実に検出することができる。
【００３０】
また、一実施の形態における断線検出装置によれば、異常検出回路ｂ1〜ｂnから、過充電異常検出信号と過放電異常検出信号とが所定時間内に所定回数ずつ出力されたことを検出した場合でも、組電池１の総電圧が所定電圧より高い場合には、断線検出を行うための組電池１の充電処理を行わないようにした。これにより、各セルｓ1〜ｓnが過充電状態となるのを防ぐことができる。
【００３１】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、断線検出装置をハイブリッド自動車に適用した例について説明したが、電気自動車に適用することもできるし、自動車以外のシステムに適用することもできる。車両以外のシステムに適用する場合には、発電機として機能する交流モータ７に代わる発電手段を設けるようにすればよい。また、図１に示す構成にインジケータを追加して、接続線の断線を検出すると、インジケータを点灯させて、断線が生じたことをドライバに報知するようにしてもよい。
【００３２】
異常検出回路ｂ1〜ｂnは、セルの過充電異常と過放電異常とを検出する機能を備えていたが、セルの過充電異常を検出する過充電異常検出回路と、セルの過放電異常を検出する過放電異常検出回路とを別個に設けるようにしてもよい。
【００３３】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、異常検出回路ｂ1〜ｂnが過充電異常検出手段および過放電異常検出手段を、電流バイパス電圧検出回路ａ1〜ａn，放電抵抗Ｒ1〜ＲnおよびＮ型ＭＯＳトランジスタＱ1〜Ｑnが容量調整手段を、交流モータ７が充電手段を、充放電制御回路５が充電制御手段および判定手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施の形態における断線検出装置をハイブリッド自動車に適用したシステム構成を示す図
【図２】Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2がオンした状態を示す図
【図３】Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ3がオンし、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ2がオフした状態を示す図
【図４】接続線の断線が生じた場合に、断線箇所の検出端子間の電圧変動を示す図
【図５】充放電制御回路によって行われる断線検出処理の内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３５】
１…組電池、４…オア回路、５…充放電制御回路、６…インバータ、７…交流モータ、８…電圧センサ、ａ1〜ａn…電流バイパス電圧検出回路、ｂ1〜ｂn…異常検出回路、Ｃ1〜Ｃn…検出端子、ｓ1〜ｓn…セル、Ｑ1〜Ｑn…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、Ｒ1〜Ｒn…放電抵抗
【図１】
2006185685.tif 000003
【図２】
2006185685.tif 000004
【図３】
2006185685.tif 000005
【図４】
2006185685.tif 000006
【図５】
2006185685.tif 000007