(57)【要約】【課題】セルの異常を検出する異常検出手段による検出結果と異常検出手段の故障を診断する故障診断手段による診断結果とを１本の信号線を用いて出力する。【解決手段】充電可能な複数のセルから構成される組電池の異常検出装置において、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、セルの異常を検出する機能と、自己の故障診断を行う機能とを備えている。全てのセルが正常であると判定された時に出力される信号レベルと、自己の故障診断の結果が正常である時に出力される信号レベルとは異なるレベルであり、セルの異常検出信号と故障診断信号とを１本の信号線にて時分割して交互に出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電可能な複数のセルから構成される組電池の異常検出装置において、
各セルの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段の故障を診断する故障診断手段とを備え、
前記異常検出手段により全てのセルが正常であると判定された時に出力される信号レベルと、前記故障診断手段により前記異常検出手段が正常であると診断された時に出力される信号レベルとは異なるレベルであり、
前記異常検出手段から出力される信号と前記故障診断手段から出力される信号とを１本の信号線にて時分割して交互に出力することを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段により出力される信号と前記故障診断手段により出力される信号とを内部クロックに基づいて時分割することを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段から出力される信号の出力期間と前記故障診断手段から出力される信号の出力期間とを異なる長さとすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の異常検出装置において、
前記異常検出手段により全てのセルが正常であると判定された時に信号を出力する時と、前記故障診断手段により前記異常検出手段が正常であると診断された時に信号を出力する時とにおいて、前記組電池の異常検出装置内の消費電流が異なる場合には、消費電流が大きい方の信号出力期間を消費電流が小さい方の信号出力期間より短くすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルから構成される組電池の異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
組電池を構成するセルの両端子のそれぞれに接続される検出端子を有し、両検出端子間の電圧に基づいて、セルの過充電や過放電を検出する装置が知られている（特許文献１参照）。このような装置は、セルの過充電や過放電を検出する装置自身の故障診断を行う機能を備えている場合もある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５７３６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、セルの異常を検出する装置自身が故障しているか否かを診断するために、異常検出装置を診断モードに切り換えるためのトリガを入力するためのトリガ信号線が必要となるため、セルの異常検出結果を出力するための信号線を考慮すると、信号線の一本化ができなくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、セルの異常を検出する異常検出手段による検出結果と異常検出手段の故障を診断する故障診断手段による診断結果とを１本の信号線を用いて出力する組電池の異常検出装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による組電池の異常検出装置は、各セルの異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段の故障を診断する故障診断手段とを備える。異常検出手段により全てのセルが正常であると判定された時に出力される信号レベルと、故障診断手段により異常検出手段が正常であると診断された時に出力される信号レベルとは異なるレベルであり、異常検出手段により出力される信号と故障診断手段により出力される信号とを１本の信号線にて時分割して交互に出力することを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による組電池の異常検出装置によれば、セルの異常検出結果と、セルの異常を検出する異常検出手段の故障診断結果とを１本の信号線にて出力することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図である。一実施の形態における組電池の異常検出装置１００は、過充電検出回路ａ１〜ａｎと、過放電検出回路ｂ１〜ｂｎと、オア回路２，ｃ１〜ｃｎと、アンド回路３，ｄ１〜ｄｎと、スイッチ４，ｅ１〜ｅｎと、クロック回路１０と、信号伝送用フォトカプラ２０（以下、単にフォトカプラ２０と呼ぶ）と、ＮＰＮトランジスタ３０とを備える。フォトカプラ２０は、発光ダイオード２１とフォトトランジスタ３０とを備える。
【０００９】
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。過充電検出回路ａ１〜ａｎ、過放電検出回路ｂ１〜ｂｎ、オア回路ｃ１〜ｃｎ、アンド回路ｄ１〜ｄｎ、および、スイッチｅ１〜ｅｎは、各セルごとに設けられている。
【００１０】
過充電検出回路ａ１〜ａｎは、対応するセルｓ１〜ｓｎの端子電圧が第１の所定電圧より上昇して過充電になったことを検出する。また、過充電検出回路ａ１〜ａｎは、過充電検出機能が故障していないかを診断する自己診断機能を有する。過充電検出機能と自己診断機能との切り換えは、クロック回路１０から入力されるクロック信号に基づいて行われる。本実施の形態では、入力されるクロック信号がＨｉレベルの場合に、過充電検出回路自身の自己診断を行う。この場合、過充電検出回路ａ１〜ａｎは、自己診断の結果が正常であればＨｉレベルの信号を出力し、異常であればＬｏｗレベルの信号を出力する。なお、信号がＨｉレベルの状態とは電流が流れている状態であり、Ｌｏｗレベルの状態とは、電流が流れていない状態である。
【００１１】
一方、クロック回路１０から入力されるクロック信号がＬｏｗレベルの場合には、対応するセルｓ１〜ｓｎの過充電検出を行う。この場合、過充電検出回路ａ１〜ａｎは、対応するセルｓ１〜ｓｎが過充電状態ではなく正常であると判断するとＬｏｗレベルの信号を出力し、過充電状態であると判断するとＨｉレベルの信号を出力する。
【００１２】
過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、対応するセルｓ１〜ｓｎの端子電圧が第２の所定電圧より下降して過放電になったことを検出する。また、過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、過放電検出機能が故障していないかを診断する自己診断機能を有する。過放電検出機能と自己診断機能との切り換えは、クロック回路１０から入力されるクロック信号に基づいて行われる。本実施の形態では、入力されるクロック信号がＨｉレベルの場合に、過放電検出回路自身の自己診断を行う。この場合、過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、自己診断の結果が正常であればＨｉレベルの信号を出力し、異常であればＬｏｗレベルの信号を出力する。
【００１３】
一方、クロック回路１０から入力されるクロック信号がＬｏｗレベルの場合には、対応するセルｓ１〜ｓｎの過放電検出を行う。この場合、過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、対応するセルｓ１〜ｓｎが過放電状態ではなく正常であると判断するとＬｏｗレベルの信号を出力し、過放電状態であると判断するとＨｉレベルの信号を出力する。過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎの検出結果は、オア回路ｄ１〜ｄｎおよびアンド回路ｅ１〜ｅｎに入力される。
【００１４】
スイッチｅ１〜ｅｎは、オア回路ｃ１〜ｃｎからの出力とアンド回路ｄ１〜ｄｎからの出力とを切り換える。出力の切り換えは、クロック回路１０から入力されるクロック信号に基づいて行われる。過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎの自己診断を行う時、すなわち、クロック信号がＨｉレベルの場合には、アンド回路ｄ１〜ｄｎからの出力が選択される。一方、過充電検出回路ａ１〜ａｎによるセルの過充電検出および過放電検出回路ｂ１〜ｂｎによるセルの過放電検出が行われる場合、すなわち、クロック信号がＬｏｗレベルの場合は、オア回路ｃ１〜ｃｎからの出力が選択される。スイッチｅ１〜ｅｎの切り換えにより選択された出力は、オア回路２およびアンド回路３に入力される。
【００１５】
オア回路２で行われる論理和演算結果およびアンド回路３で行われる論理積演算結果のうち、一方の演算結果がスイッチ４により選択されて出力される。出力の切り換えは、クロック回路１０から入力されるクロック信号に基づいて行われる。すなわち、クロック信号がＨｉレベルの場合には、アンド回路３からの出力が選択され、クロック信号がＬｏｗレベルの場合には、オア回路２からの出力が選択される。
【００１６】
上述した動作についてまとめておく。クロック信号がＨｉレベルの場合には、全ての過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、自己の検出回路の故障診断を行う。過充電検出回路ａ１〜ａｎの自己診断結果と過放電検出回路ｂ１〜ｂｎの自己診断結果は、アンド回路ｄ１〜ｄｎで論理積演算が行われた後、演算結果がアンド回路３に入力されて論理積演算が行われる。自己診断結果が正常の時には、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎからはＨｉレベルの信号が出力されるので、全ての検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの自己診断結果が正常であれば、アンド回路３の出力は、Ｈｉレベルとなる。一方、少なくともいずれか１つの検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの自己診断結果が異常を示す場合には、アンド回路３の出力は、Ｌｏｗレベルとなる。
【００１７】
クロック信号がＬｏｗレベルの場合には、過充電検出回路ａ１〜ａｎは対応するセルｓ１〜ｓｎの過充電検出を行い、過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは対応するセルｓ１〜ｓｎの過放電検出を行う。過充電検出および過放電検出の結果は、オア回路ｃ１〜ｃｎで論理和演算が行われた後、演算結果がオア回路２に入力されて論理和演算が行われる。セルｓ１〜ｓｎが正常の時には、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎからはＬｏｗレベルの信号が出力されるので、全てのセルｓ１〜ｓｎが正常（過充電状態でも過放電状態でもない状態）であれば、オア回路２の出力はＬｏｗレベルとなる。一方、少なくともいずれか１つのセルｓ１〜ｓｎが過充電状態または過放電状態であれば、オア回路２の出力はＨｉレベルとなる。スイッチ４を介して出力される信号レベルをクロック信号のレベル、セルｓ１〜ｓｎの状態、自己診断結果に基づいてまとめた図を図２に示す。
【００１８】
スイッチ４により選択されるオア回路２の出力またはアンド回路３の出力は、ＮＰＮトランジスタ３０のベース端子に入力される。ＮＰＮトランジスタ３０のエミッタ端子は組電池１の負極端子に接続され、コレクタ端子はフォトカプラ２０の発光ダイオード２１を介して、組電池１の正極端子に接続されている。これにより、ＮＰＮトランジスタ３０は、ベース端子に入力される信号がＨｉレベルの時にオンし、Ｌｏｗレベルの時にオフする。
【００１９】
ＮＰＮトランジスタ３０がオンすると、発光ダイオード２１に電流が流れることにより、フォトカプラ２０のフォトトランジスタ２２がオンする。フォトトランジスタ２２のコレクタ端子は、抵抗Ｒ０を介して電圧Ｖｄｄの電源と接続され、エミッタ端子は接地されている。従って、フォトトランジスタ２２がオンすると、フォトトランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｔは、グランド電位と等しくなる。一方、トランジスタ３０がオフとなっている場合には、フォトトランジスタ２２もオフとなっているので、フォトトランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｔは、電圧Ｖｄｄと等しくなる。なお、抵抗Ｒ０の抵抗値は、フォトカプラの１次側、すなわち、発光ダイオード２１が非通電の時の２次側（フォトトランジスタ２２）の抵抗値に比べて、十分に小さいものとする。
【００２０】
一実施の形態における組電池の異常検出装置１００は、フォトトランジスタ２２のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｔを検出することにより、セルｓ１〜ｓｎの異常（過充電状態または過放電状態）、および、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎ自身の異常を検出する。この原理について、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【００２１】
図３（ａ）は、クロック回路１０から出力されるクロック信号のレベル変化（時間変化）を示している。図３（ｂ）は、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎが全て正常の場合の出力電圧Ｖｔの変化を示す図であり、図３（ａ）に示すクロック信号のレベル変化と対応している。上述したように、クロック信号がＨｉレベル（回路の自己診断）の場合には、アンド回路３の出力がＨｉレベルとなるので、トランジスタ３０およびフォトトランジスタ２２がオンするので、出力電圧Ｖｔは０（グランドレベル）となる。また、クロック信号がＬｏｗレベル（セルの異常検出）の場合には、オア回路２の出力がＬｏｗレベルとなるので、トランジスタ３０およびフォトトランジスタ２２はオフとなり、出力電圧ＶｔはＶｄｄとなる。
【００２２】
図３（ｃ）は、検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎは全て正常であるが、いずれかのセルｓ１〜ｓｎが過充電状態または過放電状態である場合の出力電圧Ｖｔの変化を示す図である。図３（ｃ）に示す出力電圧Ｖｔの変化も、図３（ａ）に示すクロック信号のレベル変化と対応している。クロック信号がＨｉレベルの時、すなわち、検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの自己診断を行う時の出力電圧Ｖｔは、図３（ｂ）の場合と同じＬｏｗレベルである。クロック信号がＬｏｗレベルの時には、いずれかのセルｓ１〜ｓｎが過充電状態または過放電状態であれば、オア回路２からの出力信号がＨｉレベルとなるので、トランジスタ３０およびフォトトランジスタ２２がオンする。従って、出力電圧Ｖｔは０（グランドレベル）となる。すなわち、図３（ｃ）に示すように、クロック信号のレベルに関わらず、出力電圧ＶｔはＬｏｗレベルとなる。
【００２３】
図３（ｄ）は、全てのセルｓ１〜ｓｎが正常であるが、いずれかの検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎに故障が発生している場合の出力電圧Ｖｔの変化を示す図である。図３（ｄ）に示す出力電圧Ｖｔの変化も、図３（ａ）に示すクロック信号のレベル変化と対応している。クロック信号がＬｏｗレベルの時、すなわち、セルｓ１〜ｓｎの異常検出を行うときの出力電圧Ｖｔは、図３（ｂ）の場合と同じＨｉレベルである。クロック信号がＨｉレベルの時には、いずれか１つの検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎが自己診断の結果、異常があると判断すると、アンド回路３から出力される信号はＬｏｗレベルとなるので、トランジスタ２０およびフォトトランジスタ２２がともにオフとなり、出力電圧ＶｔはＶｄｄとなる。すなわち、図３（ｄ）に示すように、クロック信号のレベルに関わらず、出力電圧ＶｔはＨｉレベルとなる。
【００２４】
図３（ｅ）は、いずれかのセルｓ１〜ｓｎが過充電状態または過放電状態であり、かつ、いずれかの検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎに故障が発生している場合の出力電圧Ｖｔの変化を示す図である。図３（ｅ）に示す出力電圧Ｖｔの変化も、図３（ａ）に示すクロック信号のレベル変化と対応している。この場合には、図３（ｂ）に示す、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎが全て正常の場合の出力電圧Ｖｔの特性と逆の特性を示す。すなわち、クロック信号がＨｉレベルの時には、いずれか１つの検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎが自己診断の結果、異常があると判断して、アンド回路３から出力される信号はＬｏｗレベルとなるので、トランジスタ２０およびフォトトランジスタ２２がともにオフとなり、出力電圧ＶｔはＶｄｄ（Ｈｉレベル）となる。また、クロック信号がＬｏｗレベルの時には、いずれかのセルｓ１〜ｓｎが過充電状態または過放電状態であるため、オア回路２からの出力信号がＨｉレベルとなるので、トランジスタ３０およびフォトトランジスタ２２がともにオンして、出力電圧Ｖｔは０（Ｌｏｗレベル）となる。
【００２５】
一実施の形態における組電池の異常検出装置１００では、クロック信号がＨｉレベルとなっている期間とＬｏｗレベルとなっている期間の長さを変えている。これにより、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示す４つの信号パターンを解析するためのデコーダを用いずに、積分回路を用いて識別することができる。本実施の形態では、クロック信号がＨｉレベルの時の期間がＬｏｗレベルの期間より短いため、フォトトランジスタ２２を流れる電流を積分した値は、図３（ｄ）、図３（ｂ）、図３（ｅ）、図３（ｃ）の順に小さくなる。すなわち、クロック信号のレベルに応じた出力電圧Ｖｔの大きさを検出しなくても、フォトトランジスタ２２を流れる電流を積分する積分回路を用いることにより、４つの信号パターンを識別することができる。従って、一実施の形態における組電池の異常検出装置１００から出力される信号を受信して、セルｓ１〜ｓｎの異常および検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎ自身の異常の有無を判定する充放電制御回路（不図示）の回路構成を簡易なものとすることができる。
【００２６】
また、クロック信号がＨｉレベルの時の期間をＬｏｗレベルの期間よりも短くしたので、異常検出装置に流れる消費電流を低減することができる。すなわち、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎが全て正常の場合には、発光ダイオード２１が導通するのは、検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの自己診断時、すなわち、クロック信号がＨｉレベルの時である。従って、クロック信号をＨｉレベルとする期間をＬｏｗレベルとする期間よりも短くすることにより、装置全体で消費される電流を低減することができる。
【００２７】
一実施の形態における組電池の異常検出装置１００によれば、セルｓ１〜ｓｎの異常（過充電状態または過放電状態）検出信号と、セルの異常検出を行う検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎ自身の故障診断信号とを１本の信号線にて出力することができる。具体的には、全てのセルが正常であることを示す信号の信号レベルと、全ての検出回路が正常であることを示す信号の信号レベルとを異なるレベルとし、両信号を１本の信号線にて時分割して交互に出力するので、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎが共に正常であるときの出力信号をパルス化して、１本の信号線にて出力することができる。すなわち、セルｓ１〜ｓｎの異常検出信号と、セルの異常検出を行う検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎ自身の故障診断信号とを１本の信号線にて時分割して交互に出力するので、両信号を効率よく出力することができるとともに、セルの異常およびセルの異常検出回路自身の故障を簡易な構成により検出することができる。
【００２８】
セルの異常検出結果を示す信号と、検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの故障診断結果を示す信号とを、一実施の形態における組電池の異常検出装置１００が備えているクロック回路１０が出力するクロック信号（内部クロック）に基づいて時分割するので、出力信号を切り換えるための外部からの信号線（トリガ信号用の線）が不要となる。
【００２９】
また、セルの異常検出結果を示す信号の出力期間の長さと、故障診断結果を示す信号の出力期間の長さを変えたので、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの双方に異常が発生していることも検出することができる。すなわち、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの双方に異常が発生している場合の出力電圧Ｖｔの変化は、図３（ｅ）に示すように、ＨｉレベルとＬｏｗレベルの状態が交互に現れるため、出力電圧ＶｔがＨｉレベルとＬｏｗレベルとが交互に現れる正常時の信号レベル（図３（ａ））と判別し難い。しかし、一実施の形態における組電池の異常検出装置１００では、セルの異常を検出する期間の長さと、検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの故障診断を行う期間の長さとを変えたので、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの双方に異常が発生していることも容易に検出することができる。
【００３０】
一実施の形態における組電池の異常検出装置１００では、セルｓ１〜ｓｎおよび検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの双方が正常の場合に、セルの異常検出時と検出回路の故障診断時とにおいて、異常検出装置１００内で消費される電流量が異なるため、消費電流が大きくなる時の信号出力期間を消費電流が小さい方の信号出力期間より短く。これにより、異常検出装置全体で消費される電流を低減することができる。
【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、クロック信号がＨｉレベルの時に検出回路ａ１〜ａｎ，ｂ１〜ｂｎの故障診断を行い、クロック信号がＬｏｗレベルの時にセルｓ１〜ｓｎの異常検出を行ったが、クロック信号のＨｉ／Ｌｏｗは逆でもよい。また、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎは、ともに自己の回路の故障診断機能を備えているが、別途、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎの故障診断を行う故障診断回路を備えるようにしてもよい。
【００３２】
また、セルｓ１〜ｓｎの過充電状態および過放電状態を検出するために、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎを備えるようにしたが、セルの過充電状態と過放電状態とを１つの異常検出回路を用いて検出する構成としてもよい。この場合、異常検出回路は、セルの過充電状態を検出する際に用いる電圧判定しきい値と、過放電状態を検出する際に用いる電圧判定しきい値とを用意すればよい。
【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、過充電検出回路ａ１〜ａｎおよび過放電検出回路ｂ１〜ｂｎが異常検出手段および故障診断手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の異常検出装置の一実施の形態の構成を示す図
【図２】スイッチ４を介して出力される信号レベルをクロック信号のレベル、セルの状態、自己診断結果に基づいてまとめた図
【図３】図３（ａ）はクロック信号の状態を示す図、図３（ｂ）〜図３（ｅ）は、出力電圧Ｖｔの変化を示す図
【符号の説明】
１…組電池、２…オア回路、３…アンド回路、４…スイッチ、１０…クロック回路、２０…フォトカプラ、２１…発光ダイオード、２２…フォトトランジスタ、３０…ＮＰＮトランジスタ、ｓ１〜ｓｎ…セル、ａ１〜ａｎ…過充電検出回路、ｂ１〜ｂｎ…過放電検出回路、ｃ１〜ｃｎ…オア回路、ｄ１〜ｄｎ…アンド回路、ｅ１〜ｅｎ…スイッチ
【図１】
2004282798.tif 000003
【図２】
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【図３】
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