(57)【要約】【課題】  単位電池毎に対応して設けられたセル電圧検出用の差動増幅部の故障診断を高精度に行なう。【解決手段】  最上位のセル電圧検出スイッチ回路１１をオン状態にし、各放電用スイッチ回路Ｑを全てオン状態にして、８個の容量制限回路２１〜２８が直列接続された回路に組電池電圧ＶＳ１を供給する。上位側診断電圧設定手段４４は、組電池電圧ＶＳ１と中間点電圧ＶＳ２との差電圧を４で除算して上位側診断用電圧ＶｄＨを求める。下位側診断電圧設定手段４５は、中間点電圧ＶＳ２を４で除算して下位側診断用電圧ＶｄＬを求める。上位側差動増幅部故障判定手段４６は、上位側の各差動増幅部３１〜３４の各出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ４と上位側診断用電圧ＶｄＨとを比較して故障判定を行なう。下位側差動増幅部故障判定手段４７は、下位側の各差動増幅部３５〜３８の各出力電圧ＶＤ５〜ＶＤ８と下位側診断用電圧ＶｄＬとを比較して故障判定を行なう。【選択図】        図１
2005091062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池を直列接続してなる組電池と、
前記単位電池ごとに対応して設けられて前記単位電池の電圧を検出する差動増幅部と、
前記単位電池と前記差動増幅部との間の接続をオン・オフする電圧検出用スイッチ回路と、
前記単位電池ごとに対応して設けられ放電用抵抗と放電用スイッチ回路とが直列接続されてなる容量調整回路と、
最上位の単位電池に対応する前記電圧検出用スイッチ回路をオン状態に駆動するとともに、前記放電用スイッチ回路を全てオン状態に駆動して、複数の容量調整回路の直列接続回路に前記組電池の電圧を供給する診断用回路を設定する診断用回路設定手段と、
前記診断用回路が設定された状態で全ての容量調整回路の直列接続回路に供給される前記組電池の電圧を検出する組電池電圧検出手段と、
前記診断用回路が設定された状態で全ての容量調整回路の直列接続回路の中間点の電圧を検出する中間点電圧検出手段と、
前記組電池の電圧と前記中間点の電圧との差電圧を前記中間点よりも上位側の前記容量調整回路の個数で除算して上位側の診断用電圧を設定する上位側診断用電圧設定手段と、
前記中間点の電圧を前記中間点よりも下位側の前記容量調整回路の個数で除算して下位側の診断用電圧を設定する下位側診断用電圧設定手段と、
前記診断用回路が設定された状態で前記中間点よりも上位側の各差動増幅部によって検出された各検出電圧と前記上位側の診断用電圧とを比較し、上位側の各差動増幅部の故障判定を行なう上位側差動増幅部故障判定手段と、
前記診断用回路が設定された状態で前記中間点よりも下位側の各差動増幅部によって検出された各検出電圧と前記下位側の診断用電圧とを比較し、下位側の各差動増幅部の故障判定を行なう下位側差動増幅部故障判定手段と、
を備えることを特徴とする組電池の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位電池（セル）を複数個直列に接続してなる組電池の電圧検出装置に係り、詳しくは、単位電池毎に対応して設けられたセル電圧検出用の差動増幅部の故障診断機能を備えた組電池の電圧検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の駆動用電池には、複数の単位電池（セル）を直列接続してなる組電池が用いられている。所定個数（例えば８個）の単位電池（セル）を直列接続してなる電池モジュール（組電池）を複数個直列接続することで、所望の電圧を得るようにしている。電池モジュール毎にセルコントローラ（電圧検出装置）が設けられており、セルコントローラによって各単位電池（セル）の充放電制御、電圧検出および電圧検出用の差動増幅部の故障診断がなされる。
【０００３】
図２は従来のセルコントローラ（電圧検出装置）の一例を示すブロック図である。図２は８個の単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８が直列接続された電池モジュール２００に対応したセルコントローラ（電圧検出装置）１００を示している。セルコントローラ１００は、８個のセル電圧検出用スイッチ回路１１１〜１１８と、８個の容量制限回路（放電回路）１２１〜１２８と、８個の差動増幅部１３１〜１３８と、Ａ／Ｄ変換器１４１およびシリアル通信部１４２を内蔵したマイコン（マイクロコンピュータシステム）１４０と、診断用基準電圧発生部１５０と、診断用基準電圧供給スイッチ回路１６０とを備える。各容量制限回路（放電回路）１２１〜１２８は、放電用抵抗Ｒと放電用スイッチ回路Ｑとが直列接続されてなる。診断用基準電圧発生部１５０は、診断用基準電圧ＶＳ（例えば３０ボルト）を出力する。
【０００４】
マイコン１４０は、各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の電圧検出を行なう場合、図示しない出力インタフェース回路を介して各セル電圧検出用スイッチ回路１１１〜１１８をそれぞれオン状態に駆動し、各差動増幅部１３１〜１３８の出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ８をＡ／Ｄ変換器１４１を介して順次取り込む。マイコン１４０は、Ａ／Ｄ変換器１４１を介して取り込んだ各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の電圧データを図示しないＲＡＭ等に格納するとともに、各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の電圧データをシリアル通信部１４２を介して図示しない上位装置としてのバッテリコントローラ（ＢＣ）へ供給する。
【０００５】
マイコン１４０は、特定の単位電位（セル）の電圧が他のセルの電圧よりも高い場合、図示しない出力インタフェース回路を介して特定の単位電池（セル）に対応した容量制限回路（放電回路）の放電用スイッチ回路Ｑをオン状態に駆動し、放電用抵抗Ｒを介して特定の単位電池（セル）の容量を放電させる。
【０００６】
マイコン１４０は、各差動増幅部１３１〜１３８の故障診断を行なう場合には、各セル電圧検出用スイッチ回路１１１〜１１８を全てオフ状態に駆動し、各容量制限回路（放電回路）１２１〜１２８の放電用スイッチ回路Ｑを全てオン状態に駆動し、さらに、診断用基準電圧供給スイッチ回路１６０をオン状態に駆動する。これにより、直列接続された８個の容量制限回路（放電回路）１２１〜１２８に対して診断用基準電圧ＶＳ（例えば３０ボルト）が供給される。ここで、各放電抵抗Ｒの抵抗値は全て同じであるので、各差動増幅部１３１〜１３８の入力インピーダンスの影響および各放電用スイッチ回路Ｑのオン抵抗やオンさせるための駆動電流等による影響を無視すれば、診断用基準電圧ＶＳを８等分した電圧（例えば３．７５ボルト）が各差動増幅部１３１〜１３８にそれぞれ供給されることになる。そこで、各差動増幅部１３１〜１３８の出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ８をＡ／Ｄ変換して得た電圧データと、診断用基準電圧ＶＳに対応する電圧（ＶＳ／８）との差が予め設定した許容値（例えば０．１５ボルト）の範囲内であれば、各差動増幅部１３１〜１３８の動作が正常であり、許容値の範囲を越えた場合は各差動増幅部１３１〜１３８が故障していると診断することができる。
【特許文献１】特開２００２−１９９５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、各差動増幅部１３１〜１３８の入力インピーダンスの影響によって、各容量制限回路（放電回路）１２１〜１２８の両端に発生する電圧は、均等にはならない。上位側の容量制限回路（放電回路）は、それよりも下位側の差動増幅部１３１〜１３８に対してそれらの差動増幅部の入力電流を供給することになるので、上位側になるほど放電抵抗に流れる電流は増加する。この結果、上位側の容量制限回路（放電回路）はその両端の発生電圧が高くなり、上位側の差動増幅部の出力電圧が下位側の差動増幅部の出力電圧よりも高くなる。
【０００８】
また、各放電用スイッチ回路ＱをＮＰＮ型トランジスタを用いて構成し、そのＮＰＮ型トランジスタのベース電流が下位側の容量制限回路（放電回路）を介して流れる回路構成である場合には、下位側になるほど放電抵抗に流れる電流は増加する。この結果、下位側の容量制限回路（放電回路）はその両端の発生電圧が高くなり、上位側の差動増幅部の出力電圧が下位側の差動増幅部の出力電圧よりも低くなる。
【０００９】
このため、差動増幅部の動作が正常であると判断するための許容値を比較的大きな値に設定せざるを得ず、故障診断の精度を高めることが困難である。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、各単位電池（セル）の電圧を検出する各差動増幅部の故障診断を高精度に判定できる組電池の電圧検出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】
【００１１】
前記課題を解決するため本発明に係る組電池の電圧検出装置は、複数の単位電池を直列接続してなる組電池と、単位電池ごとに対応して設けられて単位電池の電圧を検出する差動増幅部と、単位電池と差動増幅部との間の接続をオン・オフする電圧検出用スイッチ回路と、単位電池ごとに対応して設けられ放電用抵抗と放電用スイッチ回路とが直列接続されてなる容量調整回路と、最上位の単位電池に対応する電圧検出用スイッチ回路をオン状態に駆動するとともに放電用スイッチ回路を全てオン状態に駆動して、複数の容量調整回路の直列接続回路に組電池の電圧を供給する診断用回路を設定する診断用回路設定手段と、診断用回路が設定された状態で全ての容量調整回路の直列接続回路に供給される組電池の電圧を検出する組電池電圧検出手段と、診断用回路が設定された状態で全ての容量調整回路の直列接続回路の中間点の電圧を検出する中間点電圧検出手段と、組電池の電圧と中間点の電圧との差電圧を中間点よりも上位側の容量調整回路の個数で除算して上位側の診断用電圧を設定する上位側診断用電圧設定手段と、中間点の電圧を中間点よりも下位側の容量調整回路の個数で除算して下位側の診断用電圧を設定する下位側診断用電圧設定手段と、診断用回路が設定された状態で中間点よりも上位側の各差動増幅部によって検出された各検出電圧と上位側の診断用電圧とを比較し、上位側の各差動増幅部の故障判定を行なう上位側差動増幅部故障判定手段と、診断用回路が設定された状態で中間点よりも下位側の各差動増幅部によって検出された各検出電圧と下位側の診断用電圧とを比較し、下位側の各差動増幅部の故障判定を行なう下位側差動増幅部故障判定手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る組電池の電圧検出装置は、上位側の差動増幅部に対しては上位側の診断用電圧を設定し、下位側の差動増幅部に対して下位側の診断用電圧を設定するので、差動増幅部のインピーダンスの影響を小さくでき、差動増幅部の動作が正常であると判断するための許容値を小さくできる。したがって、各差動増幅部の故障を高精度に診断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明に係る組電池の電圧検出装置の実施例を示すブロック図である。本発明に係る組電池の電圧検出装置は、セルコントローラ（電圧検出装置）１０と電池モジュール（組電池）２０とからなる。電池モジュール（組電池）２０は、複数個（本実施例では８個）の単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８が直列に接続されてなる。
【００１５】
セルコントローラ１０は、８個のセル電圧検出用スイッチ回路１１〜１８と、８個の容量制限回路（放電回路）２１〜２８と、８個の差動増幅部３１〜３８と、Ａ／Ｄ変換器４１およびシリアル通信部４２を内蔵したマイコン（マイクロコンピュータシステム）４０と、２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２からなり組電池の電圧ＶＳ１に対応した電圧ｖｓ１を発生する第１の分圧回路と、２個の抵抗Ｒ３，Ｒ４からなり後述する中間点の電圧ＶＳ２に対応した電圧ｖｓ２を発生する第２の分圧回路とを備える。各容量制限回路（放電回路）２１〜２８は、放電用抵抗Ｒと放電用スイッチ回路Ｑとが直列に接続されてなる。
【００１６】
第１の分圧回路とＡ／Ｄ変換器４１とで組電池電圧検出手段が構成される。第２の分圧回路とＡ／Ｄ変換器４１とで中間点電圧検出手段が構成される。マイコン４０は、診断用回路設定手段４３と、上位側診断電圧設定手段４４と、下位側診断電圧設定手段４５と、上位側差動増幅部故障判定手段４６と、下位側差動増幅部故障判定手段４７とを備える。
【００１７】
マイコン４０は、各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の各電圧ＶＣ１〜ＶＣ８を検出する際には、図示しない出力インタフェース回路を介して各セル電圧検出用スイッチ回路１１〜１８をそれぞれオン状態に駆動する。放電用スイッチ回路Ｑは全てオフ状態にする。これにより、各差動増幅部３１〜３８の各差動入力端子（＋，−）間に各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の各電圧ＶＣ１〜ＶＣ８がそれぞれ供給され、各差動増幅部３１〜３８から各電圧ＶＣ１〜ＶＣ８に対応した出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ８がそれぞれ出力される。マイコン４０は、各差動増幅部３１〜３８の出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ８をＡ／Ｄ変換部４１を介して順次取り込むことで、各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の各電圧ＶＣ１〜ＶＣ８を検出することができる。
【００１８】
マイコン４０は、各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の電圧データを図示しないＲＡＭ等に記憶する。また、マイコン４０は、各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の電圧データをシリアル通信部４２を介して上位装置であるバッテリコントローラ（ＢＣ）へ送信する。また、マイコン４０は、バッテリコントローラ（ＢＣ）から供給される各種指令に基づいて各単位電池（セル）Ｃ１〜Ｃ８の放電等を制御する。
【００１９】
マイコン４０は、特定のセルの電圧が他のセルの電圧よりも高い場合、図示しない出力インタフェース回路を介して特定のセルに対応した容量制限回路（放電回路）の放電用スイッチ回路Ｑをオン状態に駆動し、放電用抵抗Ｒを介して特定のセルの容量を放電させる。
【００２０】
マイコン４０は、各差動増幅部３１〜３８の故障診断を行なう際には診断用回路設定手段４３を起動する。診断用回路設定手段４３は、最上位の単位電池に対応する電圧検出用スイッチ回路１１のみをオン状態に駆動し、他の電圧検出用スイッチ回路１２〜１８はオフ状態に駆動する。さらに、診断用回路設定手段４３は、全ての放電用スイッチ回路Ｑをオン状態に駆動する。これにより、８個の容量制限回路（放電回路）２１〜２８が直列に接続され、その両端に電池モジュール（組電池）２０の組電池電圧ＶＳ１が供給される。そして、各容量制限回路（放電回路）２１〜２８の両端に発生した電圧が各差動増幅部３１〜３８にそれぞれ供給される。したがって、各差動増幅部３１〜３８からは各容量制限回路（放電回路）２１〜２８の両端に発生した電圧に対応する電圧がそれぞれ出力される。
【００２１】
また、組電池電圧ＶＳ１は、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２からなる第１の分圧回路で分圧され、組電池電圧ＶＳ１に対応した電圧ｖｓ１がＡ／Ｄ変換器４１の入力端子に供給される。さらに、中間点（４番目の容量制限回路（放電回路）２４と５番目の容量制限回路（放電回路）２５との接続点）の電圧ＶＳ２は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４からなる第２の分圧回路で分圧され、中間点の電圧ＶＳ２に対応した電圧ｖｓ２がＡ／Ｄ変換器４１の入力端子に供給される。
【００２２】
なお、各分圧回路は、組電池電圧ＶＳ１および中間点の電圧ＶＳ２をＡ／Ｄ変換器４１の入力電圧範囲内の電圧ｖｓ１およびｖｓ２に変換するために設けられており、各分圧回路の分圧比はマイコン４０内に予め登録されている。したがって、各電圧ｖｓ１，ｖｓ２のＡ／Ｄ変換データと分圧比とから組電池電圧ＶＳ１および中間点の電圧ＶＳ２を演算によって求めることができる。
【００２３】
上位側診断電圧設定手段４４は、組電池電圧ＶＳ１と中間点の電圧ＶＳ２との差電圧（ＶＳ１−ＶＳ２）を先ず求め、この差電圧（ＶＳ１−ＶＳ２）を中間点よりも上位側の容量調整回路２１〜２４の個数（ここでは４個）で除算して上位側の診断用電圧ＶｄＨ（（ＶＳ１−ＶＳ２）／４）を求める。
【００２４】
下位側診断電圧設定手段４５は、中間点の電圧ＶＳ２を、中間点よりも下位側の容量調整回路２５〜２８の個数（ここでは４個）で除算して下位側の診断用電圧ＶｄＬ（ＶＳ２／４）を求める。
【００２５】
上位側差動増幅部故障判定手段４６は、中間点よりも上位側の各差動増幅部３１〜３４の各出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ４をＡ／Ｄ変換器４１を介して取り込んだ電圧データと上位側の診断用電圧ＶｄＨ（（ＶＳ１−ＶＳ２）／４）とをそれぞれ比較する。そして、出力電圧ＶＤ１〜ＶＤ４と上位側の診断用電圧ＶｄＨ（（ＶＳ１−ＶＳ２）／４）との差の絶対値が予め設定した許容値α以内であれば、差動増幅部の動作が正常であると判定し、差の絶対値が許容値αを越えた場合は差動増幅部が故障していると判定する。
【００２６】
下位側差動増幅部故障判定手段４７は、中間点よりも下位側の各差動増幅部３５〜３８の各出力電圧ＶＤ５〜ＶＤ８をＡ／Ｄ変換器４１を介して取り込んだ電圧データと下位側の診断用電圧ＶｄＬ（ＶＳ２／４）とをそれぞれ比較する。そして、出力電圧ＶＤ５〜ＶＤ８と下位側の診断用電圧ＶｄＬ（ＶＳ２／４）との差の絶対値が予め設定した許容値α以内であれば、差動増幅部の動作が正常であると判定し、差の絶対値が許容値αを越えた場合は差動増幅部が故障していると判定する。
【００２７】
各容量制限回路（放電回路）２１〜２８を直列接続し、その両端に所定の電圧を供給し、各容量制限回路（放電回路）２１〜２８の両端に発生した電圧を各差動増幅部３１〜３８によって検出する構成では、各差動増幅部３１〜３８のインピーダンスの影響によって各容量制限回路（放電回路）２１〜２８の両端に発生する電圧が均等にならない。このため、各容量制限回路（放電回路）２１〜２８を直列接続段数が多いほど、差動増幅部の動作が正常であると判定するための許容値を大きく設定しなければばならず、差動増幅部の故障判定の精度が低下することになる。
【００２８】
これに対して本発明に係る組電池の電圧検出装置は、上位側と下位側とに分けて診断用電圧をそれぞれ設定しているので、差動増幅部の動作が正常であると判定するための許容値を小さく設定することができ、差動増幅部の動作をより高精度に診断できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る組電池の電圧検出装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】従来の電圧検出装置（セルコントローラ）の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  セルコントローラ（電圧検出装置）
１１〜１８  セル電圧検出用スイッチ回路
２０  電池モジュール（組電池）
２１〜２８  容量制限回路（放電回路）
３１〜３８  差動増幅部
４０  マイコン
４１  Ａ／Ｄ変換器
４３  診断回路設定手段
４４  上位側診断電圧設定手段
４５  下位側診断電圧設定手段
４６  上位側差動増幅部故障判定手段
４７  下位側差動増幅部故障判定手段
Ｃ１〜Ｃ８  単位電池（セル）
Ｑ  放電用スイッチ回路
Ｒ  放電用抵抗
Ｒ１，Ｒ２  組電池電圧検出手段を構成する抵抗
Ｒ３，Ｒ４  中間点電圧検出手段を構成する抵抗
【図１】
2005091062.tif 000003
【図２】
2005091062.tif 000004