(57)【要約】【課題】閾値を複数段階に切り替えて各閾値と電池セルの電圧と比較することにより故障診断を行うに際し、故障診断に掛かる時間を短縮することができる電池監視装置を提供する。【解決手段】電池セル１０の両端のセル電圧を複数の電池セル１０毎にそれぞれ入力し、セル電圧と閾値とをそれぞれ比較してその比較結果をそれぞれ出力する監視回路３０と、複数の電池セル１０毎に監視回路３０の閾値を最小閾値から最大閾値まで複数段階に順番に切り替えてセル電圧と比較させると共に当該比較結果に基づいて監視回路３０の異常を検出する故障診断を行うマイコン５０と、を備える。そして、マイコン５０は、複数の電池セル１０毎に故障診断を順番に行うようになっており、当該故障診断の際に閾値を最小閾値と最大閾値との間の任意の閾値から順番に切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池セルの状態を監視する電池監視装置であって、
前記電池セルの両端のセル電圧を前記複数の電池セル毎にそれぞれ入力し、前記セル電圧と閾値とをそれぞれ比較してその比較結果をそれぞれ出力する監視手段と、
前記監視手段の比較結果に基づいて前記複数の電池セルそれぞれの状態を判定する一方、前記複数の電池セル毎に前記監視手段の前記閾値を最小閾値から最大閾値まで複数段階に順番に切り替えて前記セル電圧と比較させると共に当該比較結果に基づいて前記監視手段の異常を検出する故障診断を行う判定手段と、を備え、
前記判定手段は、前記複数の電池セル毎に故障診断を順番に行うようになっており、当該故障診断の際に前記閾値を前記最小閾値と前記最大閾値との間の任意の閾値から順番に切り替えることを特徴とする電池監視装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記閾値の値が大きくなるように前記閾値を順番に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記閾値の値が小さくなるように前記閾値を順番に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項４】
前記直列接続された複数の電池セルの両端のブロック電圧を検出して前記判定手段に出力するブロック電圧検出手段を備え、
前記判定手段は、前記故障診断の際に、前記ブロック電圧から前記監視手段の比較結果を推定し、当該推定結果を基準に前記閾値を切り替える範囲を設定し、当該範囲内で前記閾値を順番に切り替えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記閾値を順番に切り替えていったとき、前記監視手段の異常の有無が確定した場合、当該確定後の前記閾値の切り替えを省略することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【請求項６】
前記監視手段は、前記電池セルのセル電圧を分圧するための複数の抵抗と複数のスイッチとを有し、
前記判定手段は、前記複数のスイッチのオン状態またはオフ状態を切り替えて前記電池セルの電圧を前記複数の抵抗により分圧することにより、前記閾値を複数段階に相対変化させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【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】
従来より、電池の過充電検出や過放電検出の閾値が自発変化したことを検出する故障診断機能を備えた電池制御装置が、例えば特許文献１で提案されている。この特許文献１では、電池の電圧を検出し、当該電圧と閾値とを比較する構成が提案されている。
【０００３】
具体的には、閾値を当該閾値の本来の値から１段階だけ切り替えるスイッチが備えられている。そして、電池制御装置は、故障診断の際にスイッチを切り替えて閾値を１段階だけ相対変化させ、閾値を強制変更したにもかかわらず閾値と電池の電圧との大小関係が逆転しないときには、閾値の自発変化が大きいと判定する。このようにして、電池制御装置の故障を検出できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、スイッチにより閾値を１段階だけ相対変化させたとき、例えばスイッチ等に不具合が発生していたときには閾値を強制変更したにもかかわらず電池の電圧と閾値との大小関係が逆転してしまう可能性がある。このように、従来では、スイッチにより閾値を１段階だけ相対変化させていただけなので、閾値の自発変化の判定の信頼性が低いという問題があった。
【０００６】
そこで、より確実に閾値の自発変化を検出するためにスイッチを複数設け、各スイッチを順番に切り替えていくことで閾値を複数段階に切り替えることが考えられる。しかし、故障診断の際に複数のスイッチを順番に切り替えなければならず、故障診断に掛かる時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、閾値を複数段階に切り替えて各閾値と電池セルのセル電圧と比較することにより故障診断を行うに際し、故障診断に掛かる時間を短縮することができる電池監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、直列接続された複数の電池セルの状態を監視する電池監視装置であって、
電池セルの両端のセル電圧を複数の電池セル毎にそれぞれ入力し、セル電圧と閾値とをそれぞれ比較してその比較結果をそれぞれ出力する監視手段と、
監視手段の比較結果に基づいて複数の電池セルそれぞれの状態を判定する一方、複数の電池セル毎に監視手段の閾値を最小閾値から最大閾値まで複数段階に順番に切り替えてセル電圧と比較させると共に当該比較結果に基づいて監視手段の異常を検出する故障診断を行う判定手段と、を備え、
判定手段は、複数の電池セル毎に故障診断を順番に行うようになっており、当該故障診断の際に閾値を最小閾値と最大閾値との間の任意の閾値から順番に切り替えることを特徴とする。
【０００９】
これによると、判定手段は故障診断の際に閾値を最小閾値から最大閾値までの全範囲のうちの一部の範囲だけ段階的に切り替えるので、閾値を最小閾値から最大閾値までの全範囲で切り替えるよりも閾値の切り替え時間を短縮することができる。さらに、複数の電池セルについて順番に行われる故障診断に掛かるトータルの時間を短縮することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、判定手段は、閾値の値が大きくなるように閾値を順番に切り替えることを特徴とする。
【００１１】
このように、閾値の値が大きくなるように順番に切り替えることで、閾値を任意の閾値から最大閾値となるまで切り替えるだけで良いようにすることができる。したがって、故障診断に掛かる時間を短縮することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、判定手段は、閾値の値が小さくなるように閾値を順番に切り替えることを特徴とする。
【００１３】
このように、閾値の値が小さくなるように順番に切り替えることで、閾値を任意の閾値から最小閾値となるまで切り替えるだけで良いようにすることができる。したがって、故障診断に掛かる時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、直列接続された複数の電池セルの両端のブロック電圧を検出して判定手段に出力するブロック電圧検出手段を備え、
判定手段は、故障診断の際に、ブロック電圧から監視手段の比較結果を推定し、当該推定結果を基準に閾値を切り替える範囲を設定し、当該範囲内で閾値を順番に切り替えることを特徴とする。
【００１５】
これによると、ブロック電圧から監視手段の比較結果を推定できるので、閾値を切り替える範囲をより狭く設定することができる。したがって、閾値の切り替え時間を短縮することができ、ひいては故障診断に掛かる時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、判定手段は、閾値を順番に切り替えていったとき、監視手段の異常の有無が確定した場合、当該確定後の閾値の切り替えを省略することを特徴とする。
【００１７】
これによると、監視手段の異常の有無が確定した後の閾値の切り替えは行われないので、閾値の切り替えに掛かる時間をさらに短縮することができる。したがって、故障診断に掛かる時間を短縮することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明のように、監視手段は、電池セルのセル電圧を分圧するための複数の抵抗と複数のスイッチとを有し、
判定手段は、複数のスイッチのオン状態またはオフ状態を切り替えて電池セルの電圧を複数の抵抗により分圧することにより、閾値を複数段階に相対変化させる構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電池監視装置を含んだ電池監視システムの全体構成図である。
【図２】監視回路において、１個の電池セルに対する回路構成を示した図である。
【図３】監視回路の異常として閾値の特性ずれが無いときの第１比較器および第２比較器の入出力のタイミングチャートである。
【図４】監視回路の異常として閾値の特性ずれがあるときの第１比較器および第２比較器の入出力のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る監視回路において、１個の電池セルに対する回路構成を示した図である。
【図６】他の実施形態において、監視回路の異常の有無が確定したときは故障診断を終了することを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電池監視装置を含んだ電池監視システムの全体構成図である。図１に示されるように、電池監視システムは、電池セル１０と電池監視装置２０とを備えて構成されている。
【００２２】
電池セル１０は、一定の電圧を発生させることができる電圧源であり、いわゆる単セルである。この電池セル１０は、例えば、負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。電池セル１０としては、例えば、充電可能な二次電池が採用される。本実施形態では、電池セル１０としてリチウムイオン二次電池を用いる。
【００２３】
また、電池セル１０は複数が直列接続されたことによりブロック１１が構成されている。このブロック１１は、複数の電池セル１０を所定数毎に分割する単位である。本実施形態では６個の電池セル１０が直列接続されてブロック１１が構成されている。つまり、ブロック１１は複数の電池セル１０がモジュール化されたものである。図１ではブロック１１は１つだけが示されているが、実際にはブロック１１が複数設定されると共にブロック１１が直列に複数組み合わされることにより１つの組電池が構成されている。
【００２４】
電池監視装置２０は、電池セル１０の状態として過充電および過放電を監視する過充放電検出機能と、これら過充放電検出の閾値の特性ずれを診断するための故障診断機能と、を有する装置である。これら過充電や過放電の状態は、電池セル１０においては異常の状態である。
【００２５】
過充放電検出機能は、電池セル１０の電圧と閾値とを比較することにより電池セル１０の電圧の監視を行う機能である。電池セル１０が二次電池の場合、電池監視装置２０は電池セル１０の電圧が過充電を検出する閾値と過放電を検出する閾値との間にあるかを監視することとなる。
【００２６】
また、故障診断機能は、過充放電を検出するための閾値が何らかの原因（例えば回路の故障等）で変化したことを検出する機能である。すなわち、故障診断機能は、過充放電検出用の閾値の異常の有無を診断するための故障検出用の閾値を用いて、過充放電検出機能を実現する各部の異常（故障、外乱等）を検出する機能である。
【００２７】
このような電池監視装置２０は、監視回路３０と、ブロック電圧検出部４０と、マイクロコンピュータ５０（以下、マイコン５０という）と、を備えている。
【００２８】
監視回路３０は、電池セル１０の両端のセル電圧を電池セル１０毎にそれぞれ入力してセル電圧と閾値とそれぞれ比較し、その比較結果をそれぞれ出力するように構成された回路である。この監視回路３０はブロック１１毎に設けられている。また、監視回路３０として、例えばＩＣが用いられる。
【００２９】
図２は、監視回路３０において、１個の電池セル１０に対する回路構成を示した図である。この監視回路３０は、第１監視回路６０と第２監視回路７０とを備え、これら第１監視回路６０および第２監視回路７０により二重系の回路が構成されたものである。すなわち、第１監視回路６０および第２監視回路７０は、同じ回路構成になっている。
【００３０】
第１監視回路６０は、閾値と電池セル１０のセル電圧とを比較してその比較結果を出力するものであり、第１切替部６１、第１バンドギャップ部６２、第１比較器６３、およびトランジスタ６４を備えている。
【００３１】
第１切替部６１は、電池セル１０のセル電圧から閾値に相当する閾値電圧を生成するものである。このため、第１切替部６１は、電池セル１０の正電圧に電気的に接続された第１配線３１と、電池セル１０の負電圧に電気的に接続された第２配線３２との間に接続されている。
【００３２】
このような第１切替部６１は、閾値である閾値電圧を生成するべく、複数の抵抗６５と複数のスイッチ６６とを備えて構成されている。複数の抵抗６５は第１配線３１と第２配線３２との間に直列に接続され、電池セル１０のセル電圧を分圧するために用いられる。
【００３３】
また、スイッチ６６は、例えば抵抗素子やトランジスタ等により構成された経路切替回路である。そして、各スイッチ６６は各抵抗６５の接続点にそれぞれ接続されると共に、各スイッチ６６が並列接続されている。各スイッチ６６が並列接続された接続点は第１比較器６３の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。
【００３４】
本実施形態では、１１個の抵抗６５が直列に接続され、１０個のスイッチ６６が各抵抗６５の接続点にそれぞれ接続されている。各抵抗６５のうちもっとも第２配線３２側に位置する抵抗６５は、過充電検出を行うための可変抵抗である。一方、各抵抗６５のうちもっとも第１配線３１側に位置する抵抗６５は過放電検出を行うための抵抗である。
【００３５】
そして、各スイッチ６６のうちのいずれか１つがオンされることにより、各抵抗６５によって電池セル１０のセル電圧が分圧され、この分圧が閾値電圧として第１比較器６３の非反転入力端子に入力される。したがって、各スイッチ６６のうちもっとも第１配線３１側のスイッチ６６がオンされると、第１配線３１に接続された１つの抵抗６５と第２配線３２に接続された１０個の抵抗６５との分圧が過放電検出閾値つまり閾値電圧として第１比較器６３に入力される。各スイッチ６６はマイコン５０によりオン／オフ制御される。
【００３６】
このように、各スイッチ６６が切り替えられることにより、過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値のいずれかに相当する電池セル１０の分圧が閾値電圧として第１切替部６１から第１比較器６３に出力される。
【００３７】
これら過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値は、電池セル１０の電圧の範囲内に設定されている。電池セル１０としてリチウムイオン電池が用いられる場合には、過充電検出閾値は例えば４．２５Ｖであり、過放電検出閾値は例えば１．７５Ｖに設定される。したがって、過充電検出閾値と過放電検出閾値との間の第１閾値〜第８閾値は電池セル１０の使用電圧範囲に設定され、例えば１．７５Ｖと４．２５Ｖとの間にそれぞれ設定される。
【００３８】
また、第１閾値〜第８閾値の各閾値は、マイコン５０が閾値の特性ずれ等の監視回路３０の異常を検出する故障診断を行うために用いられる。これら第１閾値〜第８閾値の各閾値は、一定値で複数段階に順番に相対変化するように設定されている。例えば、一定値を０．１Ｖとすると、第１閾値と第２閾値との差が０．１Ｖ、第２閾値と第３閾値との差が０．１Ｖ、となるように各閾値が設定されている。言い換えると、各閾値が一定の値で段階的に変化するように、各抵抗６５の抵抗値が決められている。本実施形態では、故障診断の際に、もっとも大きい第１閾値（最大閾値）からもっとも小さい第８閾値（最小閾値）まで段階的に切り替えられる。
【００３９】
このように、第１閾値〜第８閾値は、電池セル１０で使用される電圧の範囲内で段階的に切り替えられる。このように各閾値を設定することにより、電池セル１０の電圧の最小値から最大値（例えば０Ｖ〜５Ｖ）までの全範囲に対して閾値を段階的に切り替えなくて済む。また、閾値を１段階だけ切り替える場合よりも閾値を細かく分割しているので、監視回路３０の異常検出の精度が向上する。
【００４０】
第１バンドギャップ部６２は、一定の第１基準電圧を発生させる電圧源である。この第１バンドギャップ部６２は、第１比較器６３の反転入力端子（−端子）と第２配線３２との間に接続されている。
【００４１】
第１比較器６３は、第１切替部６１から閾値電圧を入力すると共に第１バンドギャップ部６２から第１基準電圧を入力し、これらの比較結果を出力端子から第１出力としてマイコン５０に出力する比較回路である。このような第１比較器６３としてはコンパレータを用いることができる。
【００４２】
上述のように、第１比較器６３の反転入力端子に第１基準電圧が入力され、非反転入力端子に閾値電圧が入力される。したがって、閾値電圧が第１基準電圧よりも大きいときには第１出力はハイレベルの信号となり、閾値電圧が第１基準電圧よりも小さいときには第１出力はローレベルの信号となる。
【００４３】
トランジスタ６４は、電池セル１０が使用されていない状態で第１配線３１と第２配線３２とを繋ぐ各抵抗６５に暗電流が流れること防止するための暗電流遮断手段である。これにより、電池セル１０が使用されていないときには暗電流により電池セル１０が消費されることを防止できるようになっている。このトランジスタ６４は、マイコン５０により制御される。
【００４４】
第２監視回路７０は、第１監視回路６０と共に二重系の回路を構成するものである。第２監視回路７０の回路構成は、第１監視回路６０の回路構成と同じである。すなわち、第２監視回路７０は、閾値と電池セル１０の電圧とを比較してその比較結果を出力するものであり、第２切替部７１、第２バンドギャップ部７２、第２比較器７３、およびトランジスタ７４を備えている。
【００４５】
第２切替部７１は、第１切替部６１と同様に、電池セル１０のセル電圧から閾値に相当する閾値電圧を生成するものであり、第１配線３１と第２配線３２との間に接続されている。第２切替部７１は、第１切替部６１と同じ構成であり、複数の抵抗７５と複数のスイッチ７６とを備えて構成されている。
【００４６】
これら複数の抵抗７５および複数のスイッチ７６の接続形態は、上記の各抵抗６５および各スイッチ６６の接続形態と同じである。そして、各スイッチ７６が並列接続された接続点は第２比較器７３の非反転入力端子（＋端子）に接続されている。スイッチ７６の構成は、第１切替部６１のスイッチ６６と同じ構成になっている。
【００４７】
また、第２切替部７１における過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値は、第１切替部６１の各閾値と同じ値に設定されている。そして、各スイッチ７６が切り替えられることにより、過充電検出閾値、第１閾値〜第８閾値、過放電検出閾値の各閾値のいずれかに相当する分圧が閾値電圧として第２切替部７１から第２比較器７３に出力される。
【００４８】
第２バンドギャップ部７２は、第１バンドギャップ部６２と同様に、一定の第２基準電圧を発生させる電圧源である。第２バンドギャップ部７２で生成される第２基準電圧は、第１バンドギャップ部６２で生成される第１基準電圧と同じ値の電圧である。このような第２バンドギャップ部７２は、第２比較器７３の反転入力端子（−端子）と第２配線３２との間に接続されている。
【００４９】
第２比較器７３は、第２切替部７１から閾値電圧を入力すると共に第２バンドギャップ部７２から第２基準電圧を入力し、これらの比較結果を出力端子から第２出力として出力するものである。このような第２比較器７３として、第１比較器６３と同様にコンパレータが用いられる。
【００５０】
また、第２比較器７３の反転入力端子に第２バンドギャップ部７２から第２基準電圧が入力され、非反転入力端子に第２切替部７１から閾値電圧が入力される。そして、閾値電圧が第２基準電圧よりも大きいときには第２出力はハイレベルの信号となり、閾値電圧が第２基準電圧よりも小さいときには第２出力はローレベルの信号となる。
【００５１】
トランジスタ７４は、第１監視回路６０のトランジスタ６４と同様に、電池セル１０が使用されていない状態で各抵抗６５に流れる暗電流を遮断するための暗電流遮断手段である。トランジスタ７４は、マイコン５０により制御される。
【００５２】
以上のように、第１監視回路６０および第２監視回路７０は同じ構成になっている。なお、図２に示される第１監視回路６０および第２監視回路７０の構成は１つの電池セル１０に対する構成である。したがって、実際には各電池セル１０に対して図２に示される各監視回路６０、７０が監視回路３０にそれぞれ設けられている。
【００５３】
図１に示されるブロック電圧検出部４０は、ブロック１１の両端の電圧、すなわち６個の電池セル１０が直列接続されたブロック電圧を検出するものである。このため、ブロック電圧検出部４０はブロック１１のうち最も高電圧側に位置する電池セル１０の正極側と、最も低電圧側に位置する電池の負極側とに接続されている。ブロック電圧検出部４０で検出されたブロック電圧はマイコン５０に出力される。
【００５４】
マイコン５０は、監視回路３０の比較結果に基づいて複数の電池セル１０それぞれの状態を判定する監視機能や、複数の電池セル１０毎に監視回路３０の閾値を最小閾値から最大閾値まで複数段階に順番に切り替えてセル電圧と比較させると共に当該比較結果に基づいて監視回路３０の異常を検出する故障診断機能を備えたものである。このようなマイコン５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って電池セル１０の状態の監視や監視回路３０の故障診断を行う。
【００５５】
マイコン５０は、電池セル１０の状態の監視や監視回路３０の故障診断を行う際、第１監視回路６０における第１切替部６１の各スイッチ６６のオン／オフおよび第２監視回路７０における第２切替部７１の各スイッチ７６のオン／オフを切り替える。これにより、第１切替部６１および第２切替部７１から出力される閾値電圧を切り替える。すなわち、マイコン５０は、各スイッチ６６、７６のオン状態またはオフ状態を切り替えて電池セル１０の電圧を各抵抗６５、７５によりそれぞれ分圧することにより、閾値を複数段階にそれぞれ相対変化させる。
【００５６】
そして、電池セル１０の監視の際には、マイコン５０は、第１切替部６１および第２切替部７１それぞれが過充電検出閾値または過放電検出閾値に相当する閾値電圧を出力するように、第１切替部６１および第２切替部７１それぞれに対してスイッチ６６およびスイッチ７６を切り替える。そして、第１監視回路６０および第２監視回路７０から入力した第１出力および第２出力により、電池セル１０の過放電または過充電の監視を行う。
【００５７】
一方、故障診断の際には、マイコン５０は各スイッチ６６、７６のオン／オフを切り替えることにより、第１監視回路６０および第２監視回路７０に対して閾値を最小閾値である第１閾値から最大閾値である第８閾値まで複数段階に順番に切り替えてセル電圧と比較させる。そして、第１監視回路６０の比較結果（第１出力）と第２監視回路７０の比較結果（第２出力）とが異なるとき、監視回路３０に異常が生じていることを検出する。「監視回路３０に異常が生じている」とは、第１監視回路６０や第２監視回路７０の構成要素に故障が生じたことを意味している。
【００５８】
以上が本実施形態に係る電池監視装置２０および当該電池監視装置２０を含んだ電池監視システムの全体構成である。なお、上述のように、実際には複数のブロック１１が直列接続され、複数の監視回路３０がブロック１１毎に接続されている。そして、各監視回路３０が共通のマイコン５０に電気的に接続されている。図１ではそのうちの１つのブロック１１および１つの監視回路３０が示されている。
【００５９】
次に、電池監視装置２０の監視の作動すなわち過充放電検出の作動について説明する。電池監視装置２０における監視の作動や過充放電検出の作動は、例えば、電池監視装置２０の電源がオンされたときやオフされたとき、電池監視装置２０が外部からの指令を受けたとき等に開始される。
【００６０】
電池監視装置２０の過充放電検出機能には、過充電検出モードと過放電検出モードとがある。まず、過充電検出について説明する。電池監視装置２０において、過充電検出モードが開始されると、マイコン５０により第１監視回路６０の第１切替部６１および第２監視回路７０の第２切替部７１から過充電検出閾値に相当する閾値電圧が出力されるように各スイッチ６６、７６が切り替えられる。
【００６１】
そして、各比較器６３、７３で過充電検出閾値に相当する閾値電圧と第１、第２基準電圧との大小関係が比較され、その結果が各比較器６３、７３からマイコン５０にそれぞれ入力される。マイコン５０では、各比較器６３、７３の各出力がハイレベルかまたはローレベルかにより、電池セル１０の電圧が過充電になっているか否かが検出される。
【００６２】
一方、電池監視装置２０において、過放電検出モードが開始されると、マイコン５０により各切替部６１、７１から過放電検出閾値に相当する閾値電圧が出力されるように各スイッチ６６、７６が切り替えられる。そして、各比較器６３、７３で過放電検出閾値に相当する閾値電圧と第１、第２基準電圧とが比較され、その結果が各比較器６３、７３からマイコン５０にそれぞれ入力される。マイコン５０では、各比較器６３、７３の出力がハイレベルかまたはローレベルかにより、電池セル１０の電圧が過放電になっているか否かが判定される。
【００６３】
なお、上記では、各監視回路６０、７０の出力に基づいて過充放電検出が行われているが、各監視回路６０、７０のうちのいずれか一方の出力のみに基づいて過放電検出が行われても良い。
【００６４】
次に、電池監視装置２０の故障診断の作動について、図３および図４を参照して説明する。図３は、監視回路３０の異常として閾値の特性ずれが無いときの第１比較器６３および第２比較器７３の入出力のタイミングチャートである。また、図４は、監視回路３０の異常として閾値の特性ずれがあるときの第１比較器６３および第２比較器７３の入出力のタイミングチャートである。
【００６５】
電池監視装置２０において、故障診断モードが開始されると、マイコン５０はブロック電圧検出部４０からブロック電圧を入力する。そして、マイコン５０は、ブロック電圧から第１監視回路６０および第２監視回路７０の各比較結果を推定する。
【００６６】
ここで、「推定する」とは、ブロック電圧から１つ当たりの電池セル１０のセル電圧を求め、このセル電圧が各監視回路６０、７０に入力されて各切替部６１、７１により第１閾値から第８閾値まで閾値をそれぞれ切り替えたとき、閾値のどの切り替え段階で各監視回路６０、７０の出力が反転するのかを推定することである。
【００６７】
そして、マイコン５０は、ブロック電圧を用いた推定結果を基準に閾値を切り替える範囲を設定し、当該範囲内で閾値を順番に切り替える。例えば、第５閾値と第６閾値との切り替え段階で各監視回路６０、７０の出力が反転すると仮定すると、マイコン５０は第５閾値と第６閾値との切り替えタイミングを「基準」にセル電圧の推定範囲を推定する。この推定範囲は、最小閾値である第１閾値から最大閾値である第８閾値までの全切り替え範囲のうちの一部の範囲であり、例えば第３閾値から第８閾値までの範囲である。言い換えると、推定された「基準」を含むように、第１閾値から第８閾値までの全切り替え範囲のうちの一部の範囲が設定される。
【００６８】
以下では、第５閾値と第６閾値との切り替え段階で各監視回路６０、７０の出力が反転し、推定範囲は第３閾値から第８閾値までの範囲とする。
【００６９】
また、本実施形態では、マイコン５０は、閾値の値が大きくなるように閾値を順番に切り替える。したがって、閾値の切り替えの開始点は第３閾値となり、閾値の切り替えの終了点は第８閾値となる。
【００７０】
そして、マイコン５０により、第１監視回路６０の第１切替部６１および第２監視回路７０の第２切替部７１の各スイッチ６６、７６が切り替えられ、各切替部６１、７１から推定範囲の開始点である第３閾値に相当する閾値電圧が出力される。
【００７１】
これにより、第１切替部６１の各スイッチ６６が切り替えられて電池セル１０のセル電圧が分圧され、第１切替部６１から第３閾値に相当する閾値電圧が出力される。同様に、第２切替部７１の各スイッチ７６が切り替えられて電池セル１０のセル電圧が分圧され、第２切替部７１から第３閾値に相当する閾値電圧が出力される。
【００７２】
そして、第１比較器６３では、第１バンドギャップ部６２から入力された第１基準電圧と第１切替部６１から入力された第３閾値に相当する閾値電圧とが比較され、その比較結果が第１出力としてマイコン５０に出力される。同様に、第２比較器７３では、第２バンドギャップ部７２から入力された第２基準電圧と第２切替部７１から入力された第３閾値に相当する閾値電圧とが比較され、その比較結果が第２出力としてマイコン５０に出力される。
【００７３】
この場合、閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも大きいときには第１出力および第２出力はそれぞれハイレベルの信号となり、閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも小さいときには第１出力および第２出力はそれぞれローレベルの信号となる。
【００７４】
マイコン５０では、第１監視回路６０から入力された第１出力と第２監視回路７０から入力された第２出力とが比較される。
【００７５】
この後、上記と同様に、マイコン５０により各監視回路６０、７０の閾値が第４閾値から第８閾値まで切り替えられる。言い換えると、第１切替部６１および第２切替部７１は、第１基準電圧および第２基準電圧を複数段階にそれぞれ相対変化させていると言える。そして、閾値毎に第１監視回路６０の第１出力および第２監視回路７０の第２出力がそれぞれマイコン５０に入力され、比較される。
【００７６】
マイコン５０は、上記のような故障診断を複数の電池セル１０毎に順番に行うようになっており、複数の電池セル１０毎に閾値を最小閾値である第１閾値から最大閾値である第８閾値までの間の任意の閾値つまり第３閾値から順番に切り替える。
【００７７】
これによると、マイコン５０は故障診断の際に閾値を最小閾値である第１閾値から最大閾値である第８閾値までの全切り替え範囲のうちの一部の範囲（第３閾値〜第８閾値）だけ段階的に切り替えることになる。したがって、閾値を最小閾値から最大閾値までの全範囲で切り替えるよりも閾値の切り替え時間が短縮される。この時間短縮の処理が複数の電池セル１０それぞれで実現すると、複数の電池セル１０の故障診断に掛かるトータルの時間が大幅に短縮される。
【００７８】
上記のように、第１切替部６１および第２切替部７１の各閾値が推定範囲で段階的に切り替えられる故障診断モードが実行され、第１監視回路６０および第２監視回路７０において閾値の特性ずれ等の故障が無いときには、各切替部６１、７１の入出力は図３のように示される。
【００７９】
図３に示される上下のタイミングチャートのうち、上段のタイミングチャートの縦軸は第１比較器６３または第２比較器７３の反転入力端子の電圧（−端子電圧）と非反転入力端子の電圧（＋端子電圧）を示している。また、下段のタイミングチャートの縦軸は第１比較器６３の第１出力または第２比較器７３の第２出力の各出力電圧を示している。上下の各タイミングチャートの横軸は、第１閾値から第８閾値までの各閾値の切り替え段階を示している。
【００８０】
上述のように、第１切替部６１と第２切替部７１との各構成はまったく同じであり、第１バンドギャップ部６２と第２バンドギャップ部７２とで生成される第１、第２基準電圧はまったく同じ電圧である。したがって、第１監視回路６０および第２監視回路７０において閾値の特性ずれ等の故障が無いときには、第１比較器６３に入力される閾値電圧および第１基準電圧は図３に示される波形となり、この波形は第２比較器７３に入力される閾値電圧および第２基準電圧と同じである。
【００８１】
マイコン５０が第１切替部６１および第２切替部７１の出力を第３閾値から順に閾値の値が大きくなるように閾値を段階的に切り替えていったとき、例えば、第３閾値から第５閾値まではこれら各閾値に相当する閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも大きいという大小関係であれば第１比較器６３の第１出力および第２比較器７３の第２出力は同じハイレベルの出力電圧となる。つまり、第１比較器６３および第２比較器７３の各比較結果は同じハイレベルの出力電圧となる。
【００８２】
そして、第６閾値の切り替え段階で当該第６閾値に相当する閾値電圧と第１、第２基準電圧との大小関係が反転して閾値電圧が第１、第２基準電圧よりも小さいという大小関係となると、第１比較器６３の第１出力および第２比較器７３の第２出力は同じローレベルの出力電圧となる。つまり、第５閾値から第６閾値への切り替えタイミングが各比較器６３、７３の各出力の反転タイミングとなり、各比較器６３、７３の各比較結果は同じローレベルの出力電圧となる。
【００８３】
このように、第１監視回路６０および第２監視回路７０において閾値の特性ずれ等の故障が無いときには、第１比較器６３および第２比較器７３の入出力は図３に示されるようにまったく同じ結果となる。したがって、マイコン５０では、第３閾値から第８閾値までの第１監視回路６０および第２監視回路７０の比較結果は同じであると判定され、この判定により第１監視回路６０および第２監視回路７０に異常がないことが検出される。
【００８４】
一方、第１監視回路６０および第２監視回路７０において閾値の特性ずれ等の故障があるときには、各切替部６１、７１の入出力は同じにはならない。閾値の特性ずれ等の故障は、例えば、第１バンドギャップ部６２や第２バンドギャップ部７２の特性変化、各抵抗６５、７５の抵抗値の変動等が原因で起こる。
【００８５】
ここで、例えば、第１監視回路６０では閾値の特性ずれが発生し、第２監視回路７０では閾値の特性ずれは発生しない場合を例に説明する。また、第１監視回路６０における閾値の特性ずれは、第１切替部６１の出力が一定値だけ大きくシフトする特性ずれであるとする。すなわち、図４に示されるように、第１監視回路６０における第１比較器６３の非反転入力端子の電圧（＋端子電圧）は第２比較器７３の非反転入力端子の電圧よりも一定値だけ大きくなっている。なお、図４における上下のタイミングチャートの縦軸および横軸の関係は図３に示されたものと同じである。
【００８６】
そして、マイコン５０が第１切替部６１および第２切替部７１の出力を第３閾値から順に閾値の値が大きくなるように閾値を段階的に切り替えていったとき、閾値の特性ずれがない第２監視回路７０では、例えば、第３閾値から第５閾値まではこれら各閾値に相当する閾値電圧が第２基準電圧よりも大きいという大小関係であれば上記と同様に第１比較器６３の第１出力および第２比較器７３の第２出力は同じハイレベルの出力電圧となる。つまり、第３閾値から第５閾値までは第１比較器６３および第２比較器７３の各比較結果は同じハイレベルの出力電圧となる。
【００８７】
しかしながら、マイコン５０が第１切替部６１および第２切替部７１の出力を第６閾値に切り替えたとき、閾値の特性ずれがない第２監視回路７０では、閾値電圧と第２基準電圧との大小関係が反転する一方、閾値の特性ずれがある第１監視回路６０では、閾値電圧と第１基準電圧との大小関係は反転しない。このため、第２比較器７３の第２出力はローレベルの出力電圧となり、第１比較器６３の第１出力はハイレベルの出力電圧が維持される。つまり、第５閾値から第６閾値への切り替えタイミングが第２監視回路７０における出力の反転タイミングとなる。
【００８８】
続いて、マイコン５０が各切替部６１、７１の出力を第７閾値に切り替えたときも同様に、第２比較器７３の第２出力はローレベルの出力電圧が維持され、第１比較器６３の第１出力はハイレベルの出力電圧が維持される。つまり、第６閾値および第７閾値では第１比較器６３および第２比較器７３の各比較結果は異なる結果となる。
【００８９】
この後、マイコン５０が各切替部６１、７１の出力を第８閾値に切り替えたとき、閾値の特性ずれがある第１監視回路６０では、閾値電圧と第１基準電圧との大小関係が反転する。このため、第１比較器６３の第１出力はローレベルの出力電圧が維持される。第２比較器７３の第２出力は、第６閾値に切り替えられたときからローレベルの出力電圧が維持されている。つまり、第７閾値から第８閾値への切り替えタイミングが第１監視回路６０における出力の反転タイミングとなる。
【００９０】
このように、第１監視回路６０において閾値の特性ずれ等の故障があるときには、第１比較器６３および第２比較器７３の入出力は図４に示されるように第６閾値および第７閾値で各比較器６３、７３の比較結果が異なる。したがって、マイコン５０は、第３閾値から第８閾値までの第１監視回路６０および第２監視回路７０の比較結果は異なると判定し、この判定により第１監視回路６０および第２監視回路７０に異常があることを検出する。すなわち、マイコン５０は、第１出力と第２出力との反転タイミングの違いで閾値の特性ずれを検出している。このようにして、閾値の特性ずれ等の故障が検出される。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態では、監視回路３０の故障診断の際、当該故障診断を行うための閾値を全切り替え範囲（第１閾値〜第８閾値）で切り替えるのではなく、当該全切り替え範囲のうちの一部の範囲だけ段階的に切り替えることが特徴となっている。
【００９２】
これによると、１つの電池セル１０において閾値を切り替える範囲が全切り替え範囲で閾値を切り替えるよりも狭くなるので、複数の電池セル１０の１つ当たりに掛かる故障診断の時間を短縮することができる。このように、複数の電池セル１０の１つ当たりに掛かる故障診断の時間が短くなることで、複数の電池セル１０について順番に行われる故障診断に掛かるトータルの時間を短縮することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、閾値の値が大きくなるように順番に切り替えているので、閾値が最大閾値になるまで閾値を切り替えるだけで良いようにすることができる。
【００９４】
さらに、本実施形態では、マイコン５０が例えば第３閾値のように任意の閾値から順番に切り替えるようにするべく、ブロック電圧検出部４０にてブロック電圧を検出し、このブロック電圧から監視回路３０の比較結果を推定していることが特徴となっている。これにより、閾値を切り替える範囲を予測することができるので、閾値を切り替える範囲をより狭く設定することができる。したがって、閾値の切り替え時間を短縮することができ、ひいては故障診断に掛かる時間を短縮することができる。
【００９５】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、監視回路３０が特許請求の範囲の「監視手段」に対応し、マイコン５０が特許請求の範囲の「判定手段」に対応する。また、ブロック電圧検出部４０が特許請求の範囲の「ブロック電圧検出手段」に対応する。
【００９６】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、監視回路３０に２つの監視回路６０、７０を設けて二重系回路を構成し、各監視回路６０、７０の出力を相互比較することにより監視回路３０における閾値の特性ずれ等の故障を検出していた。本実施形態では、１つの監視回路６０で電池セル１０のセル電圧を監視する構成になっていることが特徴となっている。
【００９７】
図５は、本実施形態に係る監視回路３０において、１個の電池セル１０に対する回路構成を示した図である。この図に示されるように、監視回路３０は、第１実施形態で示された第１監視回路６０の第１切替部６１、第１バンドギャップ部６２、第１比較器６３、およびトランジスタ６４を備えて構成されている。これらの接続関係は図２で示されたものと同じである。
【００９８】
なお、図５では、１つの電池セル１０に対する監視回路３０の構成が示されているが、上述のように、実際には各電池セル１０に対して図５に示される回路が構成されている。また、電池監視装置２０の全体構成は図１に示される構成と同じである。
【００９９】
上記のような監視回路３０の構成において、過充電検出モードが開始されると、マイコン５０は、監視対象の電池セル１０に対応した監視回路３０の第１切替部６１から過充電検出閾値に相当する閾値電圧が出力されるようにスイッチ６６を切り替える。そして、第１比較器６３で過充電検出閾値に相当する閾値電圧と基準電圧との大小関係が比較され、その結果が第１出力として監視回路３０からマイコン５０に入力される。マイコン５０は第１出力がハイレベルかまたはローレベルかにより、電池セル１０のセル電圧が過充電になっているか否かを判定する。
【０１００】
一方、過放電検出モードが開始されると、マイコン５０は、監視対象の電池セル１０に対応した監視回路３０の第１切替部６１から過放電検出閾値に相当する閾値電圧が出力されるようにスイッチ６６を切り替える。そして、第１比較器６３で過放電検出閾値に相当する閾値電圧と基準電圧との大小関係が比較され、その結果が第１出力として監視回路３０からマイコン５０に入力される。マイコン５０は、第１出力がハイレベルかまたはローレベルかにより、電池セル１０のセル電圧が過放電になっているか否かを判定する。
【０１０１】
このように、マイコン５０は監視回路３０の比較結果に基づいて複数の電池セル１０の状態をそれぞれ監視する。
【０１０２】
続いて、電池監視装置２０の故障診断の作動について説明する。電池監視装置２０において、故障診断モードが開始されると、マイコン５０は、第１実施形態と同様に、ブロック電圧検出部４０からブロック電圧を入力し、当該ブロック電圧からセル電圧を求めてこのセル電圧から監視回路３０の比較結果を推定する。そして、マイコン５０は、当該推定結果を基準に閾値を切り替える範囲を設定する。
【０１０３】
例えば、第１実施形態と同様に、第５閾値と第６閾値との切り替え段階で各監視回路６０、７０の出力が反転すると仮定すると、閾値の切り替え範囲は最小閾値である第１閾値から最大閾値である第８閾値までの全切り替え範囲のうち第３閾値から第８閾値までの範囲に設定される。
【０１０４】
マイコン５０は、監視回路３０のうち１個の電池セル１０に対する回路に対応した第１切替部６１のスイッチ６６を第３閾値から第８閾値まで段階的に切り替える。これにより、第１比較器６３で各閾値に相当する閾値電圧と第１基準電圧とがそれぞれ比較され、各結果が監視回路３０からマイコン５０に入力される。これにより、マイコン５０は、各結果から第３閾値〜第８閾値のうちのどの閾値で第１基準電圧との大小関係が判定したかという比較結果を得る。
【０１０５】
この後、マイコン５０は、ブロック電圧に基づいて推定した推定結果と監視回路３０から得られた比較結果とを比較する。そして、マイコン５０は、各結果が一致していれば監視回路３０に異常はないと判定し、一致していなければ監視回路３０に異常が起こっていると判定する。このようにして、マイコン５０は監視回路３０の故障診断を行う。
【０１０６】
そして、マイコン５０は、監視回路３０に接続されている複数の電池セル１０について監視回路３０の故障診断を順番に行う。
【０１０７】
以上説明したように、監視回路３０の構成が１つの比較回路により構成されたものであっても、閾値を切り替える範囲を閾値の全切り替え範囲のうちの一部の範囲に設定することで、電池セル１０の１つ当たりに掛かる故障診断の時間を短縮することができる。したがって、複数の電池セル１０について順番に行われる故障診断に掛かるトータルの時間を短縮することができる。
【０１０８】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、電池監視装置２０は電池セル１０として二次電池の過充放電を検出していたが、電池監視装置２０は電池セル１０として一次電池の電圧を監視しても良い。電池監視装置２０が一次電池の電圧を監視する場合、検出したい電圧が監視閾値に相当する。また、過充放電の両方の監視を行わなくても良く、過充電もしくは過放電のいずれか一方を監視するだけでも良い。
【０１０９】
さらに、上記各実施形態では、電池セル１０としてリチウムイオン二次電池を例に説明したが、他の二次電池を採用しても良い。また、この二次電池はハイブリッド車等の電気自動車に搭載される車載バッテリに適用することができる。このような車載バッテリは、複数の電池セル１０がパッケージ化されたものが複数組み合わされて構成されるので、電池セル１０の数が非常に多い。したがって、上記の電池監視装置２０により故障診断を行うことで車載バッテリの故障診断に掛かる時間を大幅に短縮することができる。
【０１１０】
上記各実施形態では、各切替部６１、７１は、閾値の特性ずれ等の故障診断を行うための閾値を第１閾値〜第８閾値の８段階に切り替えるように構成されていたが、この切り替え段数は一例である。
【０１１１】
上記各実施形態では、過放電検出閾値は第１閾値よりも大きく、過充電検出閾値は第８閾値よりも小さい値であったが、これらの各検出閾値の値は一例である。例えば、過放電検出閾値は第２閾値と第３閾値との間の値であっても良いし、過充電検出閾値は第６閾値と第７閾値との間の値であっても良い。
【０１１２】
上記各実施形態では、ブロック電圧検出部４０にて検出したブロック電圧に基づいて電池セル１０のセル電圧を推定し、この推定結果から閾値を最小閾値と最大閾値との間の任意の閾値から順番に切り替えていたが、任意の閾値の決定方法はこれに限らず他の方法で決定しても良い。例えば、経験則に基づいて推定される推定値を用いて任意の閾値を決定しても良い。このため、電池監視装置２０にブロック電圧検出部４０が備えられていなくても良い。
【０１１３】
上記各実施形態では、閾値の値が大きくなるように順番に切り替えていたが、閾値の値が小さくなるように閾値を順番に切り替えても良い。これにより、閾値が最小閾値になるまで閾値を切り替えるだけで良いようにすることができる。したがって、故障診断に掛かる時間を短縮することができる。
【０１１４】
上記各実施形態では、故障診断の際、閾値の全切り替え範囲のうちの一部の範囲で閾値を切り替えていったときにマイコン５０が故障を検出したとしても、閾値の切り替えを続けていた。つまり、故障を検出した後も閾値を切り替えていた。そこで、故障診断の時間短縮をさらに図るべく、マイコン５０は閾値を順番に切り替えていったとき、故障の有無が確定した場合、当該確定後の閾値の切り替えを行わないようにしても良い。言い換えると、マイコン５０は、当該確定後の閾値の切り替えを省略し、次の電池セル１０に係る故障診断を行う。
【０１１５】
このように閾値の切り替えを強制終了する様子を図６に示す。なお、上述のように、第５閾値と第６閾値との切り替え段階で監視回路３０の出力が反転し、推定範囲は第３閾値から第８閾値までの範囲とする。
【０１１６】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、監視回路３０の異常として閾値の特性ずれが無いときの第１比較器６３および第２比較器７３の入出力のタイミングチャートである。
【０１１７】
図６（ａ）に示されるように、第３閾値から当該第３閾値が大きくなるように閾値を切り替えていくと、第６閾値の段階で各監視回路６０、７０の出力が反転するので、この段階で閾値の切り替えは行われず、故障診断は終了する。また、図６（ｂ）に示されるように、第８閾値から当該第８閾値が小さくなるように閾値を切り替えていくと、第５閾値の段階で各監視回路６０、７０の出力が反転するので、この段階で閾値の切り替えは行われず、故障診断は終了する。
【０１１８】
これによると、上記各実施形態では第３閾値から第８閾値までの６段階切り替えていたが、出力の反転を検出した段階で故障診断を終了すると、図６（ａ）の場合は第３閾値から第６閾値までの４段階の切り替えで済み、図６（ｂ）の場合は第８閾値から第５閾値までの４段階で済む。
【０１１９】
一方、図６（ｃ）および図６（ｄ）は、監視回路３０の異常として閾値の特性ずれがあるときの第１比較器６３および第２比較器７３の入出力のタイミングチャートである。
【０１２０】
図６（ｃ）に示されるように、第３閾値から当該第３閾値が大きくなるように閾値を切り替えていくと、第６閾値の段階で第２監視回路７０の出力が反転し、第８閾値の段階で第１監視回路６０の出力が反転するので、第８閾値の段階で故障診断は終了する。また、図６（ｄ）に示されるように、第８閾値から当該第８閾値が小さくなるように閾値を切り替えていくと、第７閾値の段階で第１監視回路６０の出力が反転し、第５閾値の段階で第２監視回路７０の出力が反転するので、この段階で閾値の切り替えは行われず、故障診断は終了する。
【０１２１】
これによると、図６（ｃ）の場合は第１監視回路６０の出力が第８閾値の段階で反転するので第３閾値から第８閾値までの６段階の切り替えが必要であるが、図６（ｄ）の場合は第８閾値から第５閾値までの４段階で済む。
【０１２２】
このように、監視回路３０の異常の有無が確定した後の閾値の切り替えは行われないので、閾値の切り替えに掛かる時間をさらに短縮することができる。したがって、故障診断に掛かるトータルの時間を短縮することができる。この場合、閾値の値が大きくなるようにまたは小さくなるように切り替えるかによって、閾値の切り替え段階をさらに少なくすることができ、さらなる時間短縮を図ることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０        電池セル
３０        監視回路（監視手段）
４０        ブロック電圧検出部（ブロック電圧検出手段）
５０        マイコン（判定手段）
６５、７５  抵抗
６６、７６  スイッチ
【図１】
2011076777.tif 000003
【図２】
2011076777.tif 000004
【図３】
2011076777.tif 000005
【図４】
2011076777.tif 000006
【図５】
2011076777.tif 000007
【図６】
2011076777.tif 000008