(57)【要約】  【課題】セルの容量調整を行うためのしきい値電圧を算出する基準電圧が上昇しても、セルが過充電状態となることを防ぐ。  【解決手段】基準電圧源５は、基準電圧Ｖsaを生成し、減算器４に出力する。減算器４は、所定電圧Ｖsbから基準電圧Ｖsaを減算した結果を容量調整回路３に出力する。容量調整回路３は、セルｓ１の電圧Ｖ１と、減算器４から入力される電圧（Ｖsb−Ｖsa）とを比較し、電圧Ｖ１が電圧（Ｖsb−Ｖsa）より高くなると、セルｓ１に流れる充電電流の一部をバイパスさせて、容量調整を行う。これにより、基準電圧Ｖsaが上昇すると、しきい値電圧（Ｖsb−Ｖsa）は低下するので、セルが過充電状態となることを防ぐことができる。  【選択図】図１
2005192310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成するセルの電圧を検出する電圧検出手段と、
基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、
前記電圧検出手段により検出されるセル電圧と、前記基準電圧生成手段により生成される基準電圧を用いて設定される第１のしきい値電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記電圧比較手段により、前記セル電圧が前記第１のしきい値電圧より高いと判定された場合には、前記セルに流れる充電電流の一部をバイパスさせる電流バイパス手段と、
前記基準電圧生成手段により生成される基準電圧が上昇すると、前記第１のしきい値電圧を低下させるしきい値電圧調整手段とを備え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、
前記しきい値電圧調整手段は、所定電圧から前記基準電圧を減算する減算回路を備え、
前記減算回路による減算結果に基づいて、前記第１のしきい値電圧を設定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、
前記減算回路は、少なくともオペアンプおよびツェナーダイオードを備え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、
前記電圧検出手段により検出されるセル電圧が、前記基準電圧生成手段により生成される基準電圧を用いて設定される第２のしきい値電圧を越えると、前記セルの過充電異常を示す信号を出力する異常検出手段をさらに備え、
前記基準電圧生成手段により生成される基準電圧が低下すると、前記第２のしきい値電圧も低下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】
【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異常を検出する装置に関し、特に、セルの容量調整や過充電異常を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
組電池を構成するセルの電圧と、基準電圧源から生成される基準電圧を用いた異常判定電圧とを比較することにより、セルの過充電状態を検出するとともに、基準電圧を用いた容量調整判定電圧とセル電圧とを比較することにより、各セルの容量調整を行う装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１９１５７４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、基準電圧源が故障して、基準電圧より高い電圧が生成された場合に、容量調整判定電圧および異常判定電圧が共に高くなり、セルの容量調整が行われる前にセルが過充電状態になる可能性があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による組電池の異常検出装置は、基準電圧生成手段により生成される基準電圧が上昇すると、容量調整を行うためのしきい値電圧を低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による組電池の異常検出装置によれば、基準電圧生成手段により生成される基準電圧が上昇すると、容量調整を行うためのしきい値電圧を低下させるので、基準電圧が上昇した場合でも、セルが過充電状態となるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、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。組電池１は、複数のセルｓ１〜ｓｎを直列に接続して構成される。以下では、セルの容量調整および異常検出の方法について、セルｓ１を代表して説明する。
【０００８】
基準電圧源５は、所定の基準電圧Ｖsaを生成して、減算器４および異常検出回路６に出力する。減算器４は、所定の電圧Ｖsbと、基準電圧源５から入力される基準電圧Ｖsaとの差（Ｖsb−Ｖsa）を算出して、容量調整用比較回路３に出力する。ここでは、Ｖsb＝２Ｖsaとする。図２は、減算器４の詳細な構成を示す図である。オペアンプ２１を用いた一般的な減算器の構成に加えて、ツェナーダイオード２２を設けることにより、オペアンプ２１の＋端子（非反転入力端子）に所定電圧Ｖsbを安定的に印加することができる。
【０００９】
図３は、容量調整回路３の詳細な構成を示す図である。容量調整回路３は、オペアンプ３１および抵抗３２から構成される電圧比較回路３０と、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３３と、容量調整抵抗３４と、抵抗３５，３６とを備える。抵抗３５と抵抗３６の抵抗値の比を（１−α）：αに設定すると、オペアンプ３１の＋端子には、セルｓ１の端子間電圧Ｖ１のα分の１の電圧（Ｖ１／α）が入力され、−端子には、減算器４から入力される減算結果（Ｖsb−Ｖsa）が入力される。ただし、Ｖsb＝２Ｖsaに設定しているので、−端子には、基準電圧源５で生成される基準電圧Ｖsaと同じ大きさの電圧が入力される。
【００１０】
オペアンプ３１は、電圧（Ｖ１／α）と（Ｖsb−Ｖsa）との大小関係に基づいた信号を出力する。すなわち、セルｓ１の端子間電圧Ｖ１と、（Ｖsb−Ｖsa）×αとを比較し、次式（１）の関係が成り立つ場合には、Ｈレベルの信号をスイッチ回路４に出力し、式（１）の関係が成り立たない場合には、Ｌレベルの信号を出力する。なお、Ｈレベルの信号とは、電流が流れている状態を示し、Ｌレベルの信号とは、電流が流れていない状態を示す。
Ｖ１＞（Ｖsb−Ｖsa）×α      …（１）
【００１１】
オペアンプ３１の出力端子は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３３のゲート端子と接続されている。オペアンプ３１からＨレベルの信号が出力されると、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３３はオン（導通）し、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３３と直列に接続されている容量調整用抵抗３４を介して、セルｓ１に流れる充電電流の一部が流れる。一方、オペアンプ３１からＬレベルの信号が出力された場合には、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３３はオフのままである。
【００１２】
すなわち、各セルｓ１〜ｓｎの充電時に、セルの電圧と、電圧｛（Ｖsb−Ｖsa）×α｝（＝Ｖsa×α）とを比較し、セルの電圧が電圧（Ｖsb−Ｖsa）×αより高くなった場合には、充電電流の一部をバイパスさせることにより、各セル間の容量にバラツキが生じるのを防ぐ。従って、電圧｛（Ｖsb−Ｖsa）×α｝は、容量調整を行うためのしきい値電圧の役割を果たす。
【００１３】
図４は、異常検出回路６の詳細な構成を示す図である。異常検出回路６は、オペアンプ４１および抵抗４２から構成される電圧比較回路４０と、抵抗４３，４４とを備える。抵抗４３と抵抗４４の抵抗値の比を（１−β）：βに設定すると、オペアンプ４１の＋端子には、セルｓ１の端子間電圧Ｖ１のβ分の１の電圧（Ｖ１／β）が入力され、−端子には、基準電圧源５から入力される基準電圧Ｖsaが入力される。すなわち、オペアンプ４１は、セルｓ１の端子間電圧Ｖ１と、電圧Ｖsa×βとを比較し、次式（２）の関係が成り立つ場合には、Ｈレベルの信号を出力し、式（２）の関係が成り立たない場合には、Ｌレベルの信号を出力する。
Ｖ１＞Ｖsa×β      …（２）
【００１４】
式（２）は、セルｓ１が過充電状態に至っていないかについて判定するための判定式である。すなわち、Ｖsa×βは、セルの電圧と比較するための異常判定電圧であり、セルｓ１の電圧が異常判定電圧（Ｖsa×β）より高くなると、オペアンプ４１は、セルの異常を示すＨレベルの信号を出力する。なお、αおよびβの間には、α＜βの関係が成り立つ。
【００１５】
オペアンプ４１の出力、すなわち、異常検出回路６の出力は、オア回路７に入力される。オア回路７は、セルごとに設けられている異常検出回路から入力される信号の論理和を演算し、演算結果を充放電制御回路８に出力する。充放電制御回路８は、オア回路７からＨレベルの信号が入力されたとき、すなわち、セルごとに設けられている異常検出回路のうち、少なくとも１つの異常検出回路からＨレベルの信号が出力されると、組電池１の充電を停止する。
【００１６】
ここで、なんらかの原因により、基準電圧源５に故障が生じて、基準電圧Ｖsaがγだけ上昇したとする。この場合、減算器４は、減算結果である｛Ｖsb−（Ｖsa＋γ）｝を容量調整回路３に出力する。容量調整回路３は、セルｓ１の電圧Ｖ１と、｛Ｖsb−（Ｖsa＋γ）｝×αとを比較し、Ｖ１＞｛Ｖsb−（Ｖsa＋γ）｝×αが成り立つ場合に、セルｓ１の充電電流をバイパスさせる。
【００１７】
すなわち、基準電圧Ｖsaが上昇した場合には、セルの容量調整を行うためのしきい値電圧は、基準電圧Ｖsaが上昇する前のしきい値電圧（Ｖsb−Ｖsa）×αより低下する。図５は、セルの電圧と、容量調整回路３のオペアンプ３１から出力される信号の信号レベルとの関係を示す図である。上述したように、基準電圧Ｖsaが上昇すると、容量調整を行うためのしきい値電圧が低下するため、基準電圧Ｖsaが上昇する前に比べて、早い段階で充電電流のバイパス（容量調整）が行われる
【００１８】
図６は、セルの電圧と、異常検出回路６のオペアンプ４１から出力される信号の信号レベルとの関係を示す図である。基準電圧Ｖsaがγだけ上昇すると、異常判定電圧もＶsa×βから（Ｖsa＋γ）×βに上昇する。しかし、上述したように、基準電圧Ｖsaが上昇すると、容量調整を行うためのしきい値電圧が低下し、早い段階で充電電流のバイパス（容量調整）が行われるので、セルｓ１が過充電状態となることはない。
【００１９】
図７は、減算器４を設けていない従来の異常検出装置を用いた場合のセル電圧と、容量調整回路のオペアンプから出力される信号の信号レベルとの関係を示す図である。容量調整回路のオペアンプは、一実施の形態における組電池の異常検出装置のオペアンプ３１と同様に、セルｓ１の電圧Ｖ１と容量調整を行うためのしきい値電圧Ｖsa×αとを比較し、Ｖ１＞Ｖsa×αが成り立つ場合に、充電電流のバイパス（容量調整）を行う。しかし、基準電圧Ｖsaが所定値γだけ上昇すると、容量調整を行うためのしきい値電圧は、（Ｖsa＋γ）×αとなり、基準電圧Ｖsaが上昇する前のしきい値電圧Ｖsa×αより高くなる。
【００２０】
また、減算器４を設けていない従来の異常検出装置において、基準電圧Ｖsaがγだけ上昇すると、一実施の形態における組電池の異常検出装置と同様に、異常判定電圧もＶsa×βから（Ｖsa＋γ）×βに上昇する。従って、容量調整を行うためのしきい値電圧（Ｖsa＋γ）×αが基準電圧Ｖsa上昇前の異常判定電圧Ｖsa×βより高くなると、容量調整が行われる前に、セルが過充電状態となる可能性がある。
【００２１】
これに対し、一実施の形態における組電池の異常検出装置によれば、基準電圧Ｖsaが上昇すると、容量調整を行うためのしきい値電圧は低下するので、セルが過充電状態となるのを確実に防ぐことができる。また、減算器４が基準電圧Ｖsaを減算するための電圧Ｖsbを２Ｖsaとすることにより、容量調整を行うためのしきい値電圧を従来の装置と同様に、Ｖsa×αに設定することができる。
【００２２】
また、基準電圧５が何らかの原因により故障して、基準電圧Ｖsaがγだけ低下した場合には、異常判定電圧がＶsa×βから（Ｖsa−γ）×βに低下するので、セルｓ１の電圧Ｖ１が基準電圧上昇前の異常判定電圧Ｖsa×βに到達する前、すなわち、（Ｖsa−γ）×βに到達した時に、異常検出回路６からはセルの異常を示すＨレベルの信号が出力される。すなわち、基準電圧Ｖsaが何らかの原因により低下した場合も、セルが過充電状態となるのを確実に防ぐことができる。
【００２３】
なお、上述した説明では、一実施の形態における組電池の異常検出装置を用いてセルの容量調整および異常検出を行う方法について、セルｓ１を代表して説明した。しかし、容量調整回路３、減算器４、基準電圧源５、異常検出回路６は、図１には示していないが、各セルｓ２〜ｓｎに対応して設けられており、セルｓ１の容量調整および異常検出を行う場合と同様に行うことができる。
【００２４】
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、減算器４の詳細な構成を図２に、容量調整回路３の詳細な構成を図３に、異常検出回路６の詳細な構成を図４にそれぞれ示したが、これらの構成は図２〜図４に示すものには限られない。
【００２５】
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、抵抗３５，３６およびオペアンプ３１が電圧検出手段を、基準電圧源５が基準電圧生成手段を、電圧比較回路３０が電圧比較手段を、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３３および容量調整抵抗３４が電流バイパス手段を、減算器４がしきい値電圧調整手段を、異常検出回路６が異常検出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】
【００２６】
【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】減算器４の詳細な構成を示す図
【図３】容量調整回路３の詳細な構成を示す図
【図４】異常検出回路６の詳細な構成を示す図
【図５】セルの電圧と、容量調整回路３のオペアンプ３１から出力される信号の信号レベルとの関係を示す図
【図６】セルの電圧と、異常検出回路６のオペアンプ４１から出力される信号の信号レベルとの関係を示す図
【図７】減算器４を設けていない従来の異常検出装置を用いた場合のセル電圧と、容量調整回路のオペアンプから出力される信号の信号レベルとの関係を示す図
【符号の説明】
【００２７】
１…組電池
３…容量調整回路
４…減算器
５…基準電圧源
６…異常検出回路
７…オア回路
８…充放電制御回路
３０…電圧比較回路
３１，４１…オペアンプ
３２，３４，３５，３６，４２，４３，４４…抵抗
３３…Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
ｓ１〜ｓｎ…セル
【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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