(57)【要約】  電池監視ユニット（１）は、制御ＩＣ（１０）と、ＣＰＵ（２０）と、負荷回路（３０）とを備える。電池監視ユニット１の内部では、制御回路である制御ＩＣ（１０）とＣＰＵ（２０）とは、共通のユニット内部グランド（ＧＮＤ２）に接続される。負荷回路（３０）は、ユニット内部グランド（ＧＮＤ２）とは異なるパワーグランド（Ｐ−ＧＮＤ）に接続される。電池監視ユニット（１）の内部では、パワーグランド（Ｐ−ＧＮＤ）とユニット内部グランド（ＧＮＤ２）とはダイオード（５０）を介して接続される。ユニット内部グランド（ＧＮＤ２）は第１のグランド端子（４１）から延出する電線によって、また、パワーグランド（Ｐ−ＧＮＤ）は第２のグランド端子（４２）から延出する電線によって、共通の外部グランド（ＧＮＤ１）に接続され、電池監視ユニットと外部のグランドとの間に断線が発生した場合でも、電池監視ユニットの機能が喪失することを防止する。
2015029544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御回路と、負荷回路とを備えて、蓄電池の制御及び監視を行う電池監視ユニットであって、
ユニット内部において、前記制御回路は第１のグランドに接続され、前記負荷回路は前記第１のグランドとは異なる第２のグランドに接続され、前記第１のグランドと前記第２のグランドとはダイオードを介して接続されており、
前記第１のグランドと前記第２のグランドとは、外部のグランドに共通に接続されている、
ことを特徴とする電池監視ユニット。
【請求項２】
直列接続された充放電可能な複数の電池セルを有する電池ユニットが接続され、前記電池ユニットの充放電制御及び監視を行う電池監視ユニットであって、
当該電池監視ユニット内で第１のグランドに接続された第１回路と、
当該電池監視ユニット内で第２のグランドに接続された第２回路と、
前記第１のグランドと前記第２のグランドとの間に接続されたダイオードと、を備え、
前記第１のグランドは第１接地線を介して、前記第２のグランドは第２接地線を介して、前記電池ユニットの低電位側端子と外部グランドとの間に共通接続されている、
電池監視ユニット。
【請求項３】
前記第１回路は、前記複数の電池セルのうち、最も低電位側に接続されている電池セルの端子電圧を検出して、前記第１接地線が断線しているか否かを判別する、
請求項２記載の電池監視ユニット。
【請求項４】
前記ダイオードは、前記第１のグランドから前記第２のグランドに向けて順方向に接続されている、
請求項２又は請求項３記載の電池監視ユニット。
【請求項５】
前記第１回路は、前記最も低電位側に接続されている電池セルの端子電圧が非断線時と比較して前記ダイオードの順方向降下電圧に相当する電圧分低下して検出されている場合に、前記第１接地線が断線していると判別する、
請求項４記載の電池監視ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池監視ユニットに係り、例えば、複数の電池セルで構成された組電池の状態を監視することが可能に構成された電池監視ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やＰＨＶ（プラグインハイブリット自動車）が実用化され様々な車種が市場に投入されるようになっている。このような車両においては、動力源として電力が利用される。【０００３】
このような車両では、蓄電池、特に複数の電池セルで構成される組電池（以下、単に「電池」ともいう）が搭載される。そして、電池を制御・監視する電池監視ユニットが、設けられている。図１は、従来の構成の電池監視ユニット１０１を示す。電池監視ユニット１０１は電池を監視・制御する制御ＩＣ１１０と、電池監視ユニット１０１を統括的に制御するＣＰＵ１２０と、負荷回路１３０とを備える。【０００４】
このような電池監視システムでは、信頼性の高いものを実現する技術が求められる。そのような技術として、例えば、バランス回路による充電量の調整や、過充電や過放電の診断を行って電池セルの状態を監視するとともに、計測系の信頼性を高めるなどして電池システム全体の信頼性を向上させることを目的とした技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９３５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図１の電池監視ユニット１０１の各構成要素は内部では同じグランドＧＮＤに接続されている。電池監視ユニット１０１のグランド端子１４１から外部のグランドＧＮＤに延びる電線（グランド線）に断線が発生すると、電池監視ユニット１０１を構成する制御ＩＣ１１０やＣＰＵ１２０等の各要素のグランドＧＮＤが浮いた状態になってしまう。このような状態では、基準電位が不安定で制御ＩＣ１１０等の動作が正常になされなくなってしまい、ユニット機能が喪失してしまうという課題がある。また、電池監視ユニット１０１の機能が喪失した場合に、故障箇所の特定が出来なくなってしまうという課題もある。特許文献１に開示の技術でも、同様の課題が残っており、別の技術が求められていた。【０００７】
本発明の目的は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、制御回路と、負荷回路とを備えて、蓄電池の制御及び監視を行う電池監視ユニットであって、ユニット内部において、前記制御回路は第１のグランドに接続され、前記負荷回路は前記第１のグランドとは異なる第２のグランドに接続され、前記第１のグランドと前記第２のグランドとはダイオードを介して接続されており、前記第１のグランドと前記第２のグランドとは、外部のグランドに共通に接続されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池監視ユニットと外部のグランドとの間に断線が発生した場合でも、電池監視ユニットの機能が喪失することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、背景技術に係る、電池監視ユニットのブロック図である。
【図２】図２は、発明の第１実施形態に係る、電池監視ユニットのブロック図である。
【図３】図３は、第２実施形態の電池監視ユニットを備えた電池監視システムの概要構成ブロック図である。
【図４】図４は、断線時の動作説明図である。
【図５】図５は、実施形態の変形例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明を実施するための形態（「実施形態」という）を、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
［１］第１実施形態
図２は、発明の第１実施形態に係る、電池監視ユニットのブロック図である。
第１実施形態の電池監視ユニット１は、制御ＩＣ１０と、ＣＰＵ２０と、負荷回路３０とを備える。さらに電池監視ユニット１は、外部のグランド（以下、「外部グランドＧＮＤ１」と称する）に接続するための第１のグランド端子４１と第２のグランド端子４２とを備える。図示のように、第１のグランド端子４１と第２のグランド端子４２は共通の外部グランドＧＮＤ１に接続される。
【００１３】
電池監視ユニット１の内部では、制御回路である制御ＩＣ１０とＣＰＵ２０とは、共通のグランド線（ここでは、ユニット内部グランドＧＮＤ２）に接続される。
【００１４】
また、負荷回路３０は、ユニット内部グランドＧＮＤ２とは異なるグランド線（パワーグランドＰ−ＧＮＤ）に接続される。
【００１５】
また、電池監視ユニット１の内部では、パワーグランドＰ−ＧＮＤとユニット内部グランドＧＮＤ２とはダイオード５０を介して接続される。ダイオード５０のアノードがユニット内部グランドＧＮＤ２のグランド線に接続され、カソードがパワーグランドＰ−ＧＮＤのグランド線に接続される。図示では、第１のグランド端子４１と第２のグランド端子４２の内部近傍に表記している。
【００１６】
そして、ユニット内部グランドＧＮＤ２は第１のグランド端子４１から延出する電線によって外部グランドＧＮＤ１に接続される。また、パワーグランドＰ−ＧＮＤは第２のグランド端子４２から延出する電線によって外部グランドＧＮＤ１に接続される。
【００１７】
ここで、図示のように第１のグランド端子４１から延びる電線に断線が発生した場合、電池監視ユニット１のユニット内部グランドＧＮＤ２は、パワーグランドＰ−ＧＮＤからダイオード５０を介した電位（ユニット内部グランドＧＮＤ２の電位＝パワーグランドＰ−ＧＮＤの電位＋ダイオード５０の順方向電圧）に設定される。
【００１８】
その結果、断線が発生した場合でも、正常時のユニット内部グランドＧＮＤ２の電位とは異なるものの、ユニット内部グランドＧＮＤ２の電位は浮いた状態に設定されることはない。したがって、制御ＩＣ１０とＣＰＵ２０は動作することができる。これによって、電池監視ユニット１は、ユニット内部グランドＧＮＤ２と外部グランドＧＮＤ１との間に断線が発生した場合でも、その機能（例えば通信機能など）を喪失することなく、断線有無の異常を監視できる。
【００１９】
［２］第２実施形態
図３は、第２実施形態の電池監視ユニットを備えた電池監視システムの概要構成ブロック図である。
電池監視システム２００は、後述する電池セルを複数有する電池ユニット２０１と、電池ユニット２０１に対する充電器からの充電電流あるいは電池ユニット２０１の負荷に対する放電電流の遮断（カット）制御を行うリレー２０２と、電池ユニット２０１の状態を監視し、リレー２０２の開閉制御及び電池ユニット２０１の充電状態制御を行うとともに、電池ユニット２０１の接続状態が正常に維持されているか否かを判別する電池監視ユニット２０３と、を備えている。
【００２０】
電池ユニット２０１は、直列接続された複数の電池セルＣＬ１〜ＣＬ４を備えている。
リレー２０２は、ラッチ式の機械式リレーとして構成されている。
【００２１】
電池監視ユニット２０３は、電池監視ユニット２０３全体を制御するコントローラ２１０と、電池ユニット２０１を構成している電池セルＣＬ１〜ＣＬ４のそれぞれの電圧検出を行うとともに、電池セルＣＬ１〜ＣＬ４の間のセルバランス制御を行う制御ＩＣ２１１と、コントローラ２１０の制御下でリレー２０２の駆動を行うリレードライブ回路（負荷回路）２１２と、を備えている。
【００２２】
上記構成において、電池セルＣＬ１の低電位側端子と制御ＩＣ２１１の第１電圧検出端子Ｔ１とは、第１電圧検出線ＬＶ１を介して接続され、電池セルＣＬ１の高電位側端子及び電池セルＣＬ２の低電位側端子と制御ＩＣ２１１の第２電圧検出端子Ｔ２とは、第２電圧検出線ＬＶ２を介して接続されている。
【００２３】
ここで、第１電圧検出線ＬＶ１は、電池セルＣＬ１の低電位側端子と電池監視ユニット２０３の第１電圧検出端子Ｔ１との間を接続する第１外部電圧検出線ＬＶ１１及び電池監視ユニット２０３の基板上の配線パターンとして構成された第１内部電圧検出線ＬＶ１２として構成されている。
【００２４】
同様に、電池セルＣＬ２の高電位側端子及び電池セルＣＬ３の低電位側端子と制御ＩＣ２１１の第３電圧検出端子Ｔ３とは、第３電圧検出線ＬＶ３を介して接続されている。
また、電池セルＣＬ３の高電位側端子及び電池セルＣＬ４の低電位側端子と制御ＩＣ２１１の第４電圧検出端子Ｔ４とは、第４電圧検出線ＬＶ４を介して接続されている。
【００２５】
また、電池セルＣＬ４の高電位側端子と制御ＩＣ２１１の第５電圧検出端子Ｔ５とは、第５電圧検出線ＬＶ５を介して接続されている。
上記構成において、第１電圧検出線ＬＶ１は、第１接地線としても機能しており、外部グランドＧＮＤ１に接続されている。
【００２６】
また、第１電圧検出線ＬＶ１と、第２接地線として機能する接地線ＬＥとは、降圧手段としてのダイオード２１３を介して接続されている。さらに、接地線ＬＥは、電池監視ユニット２０３内でパワーグランドＰ−ＧＮＤに接続されている。
【００２７】
制御ＩＣ２１１は、電池セルＣＬ１〜ＣＬ４のそれぞれに並列に、図示しない直列接続されたセルバランス用抵抗及びスイッチングトランジスタを有している。
【００２８】
そして、電池セルＣＬ１〜ＣＬ４のそれぞれについて検出した電圧が、所定のセルバランス検出電圧Ｖ１以上となると、対応するスイッチングトランジスタをオン（閉）状態として、対応する電池セルＣＬ１〜ＣＬ４の蓄電電力をセルバランス用抵抗を介してバイパス電流として放電させ、充電を抑制する。
【００２９】
充電を抑制した状態であっても、電池セルＣＬ１〜ＣＬ４のうちいずれかの電池セルの電圧が所定の過充電検出電圧Ｖ２（＞Ｖ１）に至った場合には、制御ＩＣ２１１は、電池ユニット２０１を構成している電池セルＣＬ１〜ＣＬ４の充電を停止する。しかしながら、この状態であっても、上述したセルバランス用抵抗を介したセルバランス動作を継続する。この結果、電池セルＣＬ１〜ＣＬ４の電圧は徐々に低下し、所定のセルバランス解除電圧Ｖ３（＜Ｖ１）に至ると対応するスイッチングトランジスタをオフ（開）状態として、セルバランス動作を終了する。
【００３０】
ここで、電池監視ユニット２０３のユニット内部グランドＧＮＤ２は、信号処理系として機能するコントローラ２１０及び制御ＩＣ２１１等の共通グランドとされている。
また、パワーグランドＰ−ＧＮＤは、電源供給系として機能するリレードライブ回路２１２等の共通グランドとして構成されている。このとき、パワーグランドＰ−ＧＮＤは、ユニット内部グランドＧＮＤ２に対して接地線ＬＥ及び第１電圧検出線ＬＶ１を介して接続されている。このため、パワーグランドＰ−ＧＮＤの電位は、ユニット内部グランドＧＮＤ２の電位と同電位となっている。
Ｐ−ＧＮＤ＝ＧＮＤ２
また、ダイオード２１３は、ユニット内部グランドＧＮＤ２（第１のグランド）からパワーグランドＰ−ＧＮＤ（第２のグランド）に向けて順方向に接続されている。
【００３１】
この結果、パワーグランドＰ−ＧＮＤへの電気信号にノイズが載った場合（例えば、リレー２０２のオン動作時には、瞬間的に１Ａ程度の電流が流れる）であっても、当該ノイズがユニット内部グランドＧＮＤ２に流れ込むことはなく、ユニット内部グランドＧＮＤ２に接地されているコントローラ２１０及び制御ＩＣ２１１の動作が不安定になることがない。
【００３２】
次に、第１外部電圧検出線ＬＶ１１が断線した場合の動作について説明する。
図４は、断線時の動作説明図である。
上述したように、第１外部電圧検出線ＬＶ１１が正常に接続されている段階では、ダイオード２１３のアノード端子及びカソード端子は、第１外部電圧検出線ＬＶ１１及び接地線ＬＥを介して短絡状態にあり、アノード端子−カソード端子間で電位差が発生することはない。
【００３３】
従って、制御ＩＣ２１１は、第１電圧検出線ＬＶ１及び第２電圧検出線ＬＶ２を介して検出した電池セルＣＬ１の電圧として、電池セルＣＬ１の通常時の電圧Ｖｎが検出される。
【００３４】
これに対し、第１電圧検出端子Ｔ１と電池セルＣＬ１の低電位側端子に接続された第１外部電圧検出線ＬＶ１１が断線した場合、ダイオードのアノード端子−カソード端子間には、ダイオードの順方向降下電圧ＶＦに相当する電位差が発生することとなる。すなわち、パワーグランドＰ−ＧＮＤの電位は、ユニット内部グランドＧＮＤ２の電位よりもダイオード２１３の順方向降下電圧ＶＦ（例えば、０．３〜０．５Ｖ）だけ低い電位となる。
【００３５】
この結果、外部グランドＧＮＤ１、パワーグランドＰ−ＧＮＤ及びユニット内部グランドＧＮＤ２の電位関係はダイオードの順方向降下電圧ＶＦを用いて表すと、以下の通りとなる。
ＧＮＤ１＝Ｐ−ＧＮＤ＜ＧＮＤ２＝Ｐ−ＧＮＤ＋ＶＦ
【００３６】
したがって、制御ＩＣ２１１で検出される見かけ上の電池セルＣＬ１の電圧は、図４に示すように、電池セルＣＬ１の通常時の電圧Ｖｎからダイオードの順方向降下電圧ＶＦを差し引いた電圧（＝Ｖｎ−ＶＦ）となる。
【００３７】
このように電池セルＣＬ１の電圧が急激に低下したことを検出することにより制御ＩＣ２１１は、第１外部電圧検出線ＬＶ１１が断線したことを確実に検出することができる。
【００３８】
また、電池監視ユニット２０３のユニット内部グランドＧＮＤ２の電位は、上述したように、
ＧＮＤ２＝Ｐ−ＧＮＤ＋ＶＦ
となるため、断線していない場合と比較して外部グランドＧＮＤ１との電位差は大きくなるものの、電位が浮いているハイインピーダンス（ｈｉ−Ｚ）状態となることはない。
従って、制御系を構成している制御ＩＣ２１１及びコントローラ２１０の動作が不安定になることはない。
【００３９】
したがって、電池監視ユニット２０３は、ユニット内部グランドＧＮＤ２と外部グランドＧＮＤ１との間に断線が発生した場合でも、例えば通信機能などの機能を喪失することなく、通常通りの動作を行うことができ、断線有無の異常を監視できる。
【００４０】
以上の説明においては、ダイオードをユニット内部グランドＧＮＤ２とパワーグランドＰ−ＧＮＤとの間に順方向に挿入していたが、制御ＩＣ２１１の動作が許容できるのであれば逆方向に挿入するように構成することも可能である。
【００４１】
図５は、実施形態の変形例の説明図である。
また、図５に示すように、ダイオード２１３に代えてダイオード２１３と同様の電位差をユニット内部グランドＧＮＤ２とパワーグランドＰ−ＧＮＤとの間に発生することが可能な抵抗素子（プルダウン抵抗）２１５を設けるように構成することも可能である。この場合においても、各実施形態と同様に第１接地線として機能する第１外部電圧検出線ＬＶ１１の断線検出を確実に行うことができる。
【００４２】
以上の説明においては、電池ユニット２０１は、直列接続された電池セルＣＬ１〜ＣＬ４を備えていたが、電池セルをｎ並列ｍ直列接続した構成であっても同様に適用が可能である。
【００４３】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００４４】
１      電池監視ユニット
１０    制御ＩＣ
２０    ＣＰＵ
３０    負荷回路
４１    第１のグランド端子
４２    第２のグランド端子
５０    ダイオード
２００  電池監視システム
２０１  電池ユニット
２０２  リレー
２０３  電池監視ユニット
２１０  コントローラ
２１１    制御ＩＣ
２１２    リレードライブ回路
２１３    ダイオード
ＧＮＤ１  外部グランド
ＧＮＤ２  ユニット内部グランド（第１のグランド）
ＬＥ    接地線（第２接地線）
ＬＶ１〜ＬＶ５  第１電圧検出線〜第５電圧検出線
ＬＶ１１  第１外部電圧検出線
ＬＶ１２  第１内部電圧検出線
Ｔ１〜Ｔ５    第１電圧検出端子〜第５電圧検出端子
Ｐ−ＧＮＤ      パワーグランド（第２のグランド）
【図１】
2015029544.tif 000003
【図２】
2015029544.tif 000004
【図３】
2015029544.tif 000005
【図４】
2015029544.tif 000006
【図５】
2015029544.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月3日(2016.10.3)
【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】
直列接続された充放電可能な複数の電池セルを有する電池ユニットが接続され、前記電池ユニットの充放電制御及び監視を行う電池監視ユニットであって、
当該電池監視ユニット内で第１のグランドに接続された第１回路と、
当該電池監視ユニット内で第２のグランドに接続された第２回路と、
前記第１のグランドと前記第２のグランドとの間に接続されたダイオードと、を備え、
前記第１のグランドは第１接地線を介して、前記第２のグランドは第２接地線を介して、前記電池ユニットの低電位側端子と外部グランドとの間に共通接続され、
前記第１回路は、前記複数の電池セルのうち、最も低電位側に接続されている電池セルの端子電圧を検出して、前記第１接地線が断線しているか否かを判別する、
電池監視ユニット。
【請求項２】
前記ダイオードは、前記第１のグランドから前記第２のグランドに向けて順方向に接続されている、
請求項１記載の電池監視ユニット。
【請求項３】
前記第１回路は、前記最も低電位側に接続されている電池セルの端子電圧が非断線時と比較して前記ダイオードの順方向降下電圧に相当する電圧分低下して検出されている場合に、前記第１接地線が断線していると判別する、
請求項２記載の電池監視ユニット。
【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】
本発明は、直列接続された充放電可能な複数の電池セルを有する電池ユニットが接続され、前記電池ユニットの充放電制御及び監視を行う電池監視ユニットであって、当該電池監視ユニット内で第１のグランドに接続された第１回路と、当該電池監視ユニット内で第２のグランドに接続された第２回路と、前記第１のグランドと前記第２のグランドとの間に接続されたダイオードと、を備え、前記第１のグランドは第１接地線を介して、前記第２のグランドは第２接地線を介して、前記電池ユニットの低電位側端子と外部グランドとの間に共通接続され、前記第１回路は、前記複数の電池セルのうち、最も低電位側に接続されている電池セルの端子電圧を検出して、前記第１接地線が断線しているか否かを判別する。
【国際調査報告】
2015029544.tif 000008
2015029544.tif 000009