(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電池セルの直列接続体として構成される組電池における単一の電池セル及び隣接するいくつかからなる電池セルのいずれかである単位電池について、該単位電池の状態を監視する監視ユニットを備える組電池の状態監視装置において、
前記監視ユニットは、前記単位電池を構成する電池セルの両端の電圧と閾値電圧との大小を比較する処理であって且つ前記閾値電圧としての互いに相違する複数の値のそれぞれに対応する複数の処理について、該複数の処理の全てを指示可能であって且つそれらのうちの１つの処理を選択的に指示する指示信号を取り込む手段と、該取り込む手段に取り込まれた指示信号による指示に応じて行われる処理の結果を当該監視ユニットの出力信号として出力する出力手段とを備え、
前記組電池のうちの２個以上の単位電池のそれぞれと対応する監視ユニットについて、それらのうちの一方の端部としての最上流の監視ユニットは、前記指示信号をシリアルラインを介して取り込むものであり、
前記最上流の監視ユニット以外の監視ユニットは、前記対応する監視ユニットのうちの当該監視ユニットと隣接する監視ユニットを介して前記指示信号を取り込むものであり、
前記２個以上の単位電池のそれぞれと対応する監視ユニットのうちの他方の端部としての最下流の監視ユニット以外の監視ユニットは、前記出力信号を隣接する監視ユニットに出力するものであり、
前記指示信号によって指示される処理に応じた信号として、前記最下流の監視ユニットの出力信号をシリアルラインを介して取り出す手段を備えることを特徴とする組電池の状態監視装置。
【請求項２】
前記監視ユニットは、前記指示信号によって指示される処理の結果に応じた監視結果信号を生成する監視手段と、当該監視ユニットの上流に位置する監視ユニットの出力信号を入力する入力手段とを更に備え、
前記出力手段が、前記入力手段から入力される信号と前記監視結果信号とを合成した合成信号を生成して当該監視ユニットの出力信号として出力するものであることを特徴とする請求項１記載の組電池の状態監視装置。
【請求項３】
前記２個以上の単位電池が組電池を構成する全ての単位電池であることを特徴とする請求項２記載の組電池の状態監視装置。
【請求項４】
前記最下流以外の監視ユニットは、シリアルラインを介して前記出力信号を下流の監視ユニットに出力することを特徴とする請求項２又は３記載の組電池の状態監視装置。
【請求項５】
前記単位電池が複数の電池セルからなり、
前記監視手段が、前記単位電池を構成する複数の電池セルのそれぞれの両端の電圧と閾値電圧との大小を比較する比較手段と、該比較手段の比較検出結果を合成する検出結果合成手段とを備え、該検出結果合成手段の出力を前記監視結果信号とすることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の組電池の状態監視装置。
【請求項６】
前記比較手段は、前記各電池セルの両端の電圧と基準電圧とを取り込むコンパレータを備え、
前記監視ユニットは、前記コンパレータに入力される２つの信号のいずれか一方を前記指示信号に応じて補正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項５記載の組電池の状態監視装置。
【請求項７】
前記指示信号がクロック信号であり、
前記補正手段は、前記クロック信号の論理値に応じて前記補正を行うことを特徴とする請求項６記載の組電池の状態監視装置。
【請求項８】
前記指示信号は、前記複数の処理のうちのいずれか１つの処理を選択的に指示する情報を重畳すべく周波数変調されたディジタル信号であり、
前記補正手段は、前記重畳された情報に応じて前記補正を行うことを特徴とする請求項６記載の組電池の状態監視装置。
【請求項９】
前記複数の閾値電圧が、電池セルが過度な高圧異常であるか否かを判断するための閾値と、電池セルが過度な低圧異常であるか否かを判断するための閾値とからなり、
前記指示信号が論理「Ｈ」及び「Ｌ」からなるクロック信号であり、
前記最下流の監視ユニットの出力信号は、高圧異常がある旨と低圧異常がある旨とで互いに相違する論理値となることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の組電池の状態監視装置。
【請求項１０】
前記指示信号を取り込む手段の入力端子と、前記出力信号を出力する出力手段の出力端子と、前記隣接する監視ユニットに前記指示信号を出力する端子とが互いに相違する端子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の組電池の状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池セルの直列接続体として構成される組電池における単一の電池セル及び隣接するいくつかからなる電池セルのいずれかである単位電池について、該単位電池の状態を監視する監視ユニットを備える組電池の状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に、この種の監視装置を示す。
【０００３】
組電池１０は、複数（ここではｍ×ｎ個）のリチウム２次電池（電位セルＢ１１〜Ｂｎｍ）の直列接続体として構成されている。一方、状態監視装置２００は、「ｍ（≧２）」個ずつの電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍ，…，Ｂｎ１〜Ｂｎｍを、１つのブロックとして、ブロックの状態を監視する監視ユニットＵ１〜Ｕｎを備えている。
【０００４】
ここで、最上流の監視ユニットＵ１には、マイコンから出力される電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの第１の状態を監視する旨を指示する第１の指示信号と、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの第２の状態を監視する旨を指示する第２の指示信号とが、フォトカプラ１３０，１３２を介してそれぞれ取り込まれる。これにより、監視ユニットＵ１では、第１の状態の監視結果を第１出力信号Ｓ１として、また、第２の状態の監視結果を第２出力信号Ｓ２として、それぞれ下流の監視ユニットＵ２に出力する。
【０００５】
監視ユニットＵ２では、監視ユニットＵ１の出力する第１出力信号Ｓ１を取り込み、電池セルＢ２１〜Ｂ２ｍの第１の状態の監視結果と、取り込んだ第１の出力信号Ｓ１との論理積信号又は論理和信号を、第１出力信号Ｓ１として、更に下流の隣接する監視ユニットＵ３へ出力する。また、監視ユニットＵ２では、監視ユニットＵ１の出力する第２出力信号Ｓ２を取り込み、電池セルＢ２１〜Ｂ２ｍの第２の状態の監視結果と、取り込んだ第２の出力信号Ｓ２との論理積信号又は論理和信号を、第２出力信号Ｓ２として、監視ユニットＵ３へ出力する。
【０００６】
このようにして、最下流の監視ユニットＵｎにおける出力信号Ｓ１がフォトカプラ１３４を介して出力されるとともに、出力信号Ｓ２がフォトカプラ１３６を介してマイコンに出力される。これにより、複数の監視ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）の監視結果をシリアルラインにて出力することができる。
【０００７】
ただし、図１１に示す構成では、２つの状態を検出するために、マイコン及び監視ユニットＵ１間と、監視ユニットＵｎ及びマイコン間を絶縁する素子（フォトカプラ１３０〜３６）が４個必要となる。しかも要求される絶縁素子の数は、監視を所望する状態の数が増加することで更に増加し、ｎ個の状態を監視する場合、絶縁素子は、「ｎ×２」個必要となる。このように、上記監視装置では、状態数に応じて要求される絶縁素子の数が増加するという問題があった。
【０００８】
なお、従来の監視装置としては、図１１に示したものの他、例えば下記特許文献１〜３に記載されているものもある。
【特許文献１】特開２００１−３０７７８２号公報
【特許文献２】特開２００５−３３９５１号公報
【特許文献３】特表２００２−５２１７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、組電池の状態の監視に関する複数の処理を行なう場合であれ、高圧の組電池側と低圧側との絶縁を簡易にとることのできる組電池の状態監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１１】
請求項１記載の発明は、前記監視ユニットは、前記単位電池を構成する電池セルの両端の電圧と閾値電圧との大小を比較する処理であって且つ前記閾値電圧としての互いに相違する複数の値のそれぞれに対応する複数の処理について、該複数の処理の全てを指示可能であって且つそれらのうちの１つの処理を選択的に指示する指示信号を取り込む手段と、該取り込む手段に取り込まれた指示信号による指示に応じて行われる処理の結果を当該監視ユニットの出力信号として出力する出力手段とを備え、前記組電池のうちの２個以上の単位電池のそれぞれと対応する監視ユニットについて、それらのうちの一方の端部としての最上流の監視ユニットは、前記指示信号をシリアルラインを介して取り込むものであり、前記最上流の監視ユニット以外の監視ユニットは、前記対応する監視ユニットのうちの当該監視ユニットと隣接する監視ユニットを介して前記指示信号を取り込むものであり、前記２個以上の単位電池のそれぞれと対応する監視ユニットのうちの他方の端部としての最下流の監視ユニット以外の監視ユニットは、前記出力信号を隣接する監視ユニットに出力するものであり、前記指示信号によって指示される処理に応じた信号として、前記最下流の監視ユニットの出力信号をシリアルラインを介して取り出す手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記構成では、指示信号を用いることで、複数の処理結果に応じた信号を、各別のラインを介して取り出す代わりに、シリアルラインを介して取り出すことができる。このため、上記処理結果を出力する際に、監視ユニット側と出力先との間の絶縁を取るための部材の数を低減することができる。
【００１３】
更に、２個以上の単位電池のそれぞれと対応する監視ユニットのうち、最上流の監視ユニット以外の監視ユニットは、対応する監視ユニットのうちの隣接する監視ユニットを介して指示信号を取り込む。このため、指示信号を生成する指示手段から上記対応する各監視ユニットに指示信号を出力する際に、これら指示手段側と監視ユニット側との絶縁をとるための部材の数を低減することもできる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記監視ユニットは、前記指示信号によって指示される処理の結果に応じた監視結果信号を生成する監視手段と、当該監視ユニットの上流に位置する監視ユニットの出力信号を入力する入力手段とを更に備え、前記出力手段が、前記入力手段から入力される信号と前記監視結果信号とを合成した合成信号を生成して当該監視ユニットの出力信号として出力するものであることを特徴とする。
【００１５】
上記構成では、上流の監視ユニットの出力信号と当該監視ユニットの監視結果信号とが合成されることで、シリアルラインを介して複数の監視ユニットによる監視結果を伝達することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記２個以上の単位電池が組電池を構成する全ての単位電池であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成では、全ての単位電池の状態の監視結果として、最下流の監視ユニットの出力信号をシリアルラインを介して出力することで、監視ユニット側と出力先との間の絶縁を取るための部材の数をいっそう低減することができる。更に、上記構成では、全ての単位電池について、いずれの状態を監視するかを単一の指示信号によって指示することができるため、指示手段側と監視ユニット側との絶縁をとるための部材の数をいっそう低減することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記最下流以外の監視ユニットは、シリアルラインを介して前記出力信号を下流の監視ユニットに出力することを特徴とする。
【００１９】
上記構成では、出力信号を出力するラインがシリアルであるために、監視ユニット間の信号の伝播に用いられるラインの数を低減することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記単位電池が複数の電池セルからなり、前記監視手段が、前記単位電池を構成する複数の電池セルのそれぞれの両端の電圧と閾値電圧との大小を比較する比較手段と、該比較手段の比較検出結果を合成する検出結果合成手段とを備え、該検出結果合成手段の出力を前記監視結果信号とすることを特徴とする。
【００２１】
上記構成では、各電池セルの状態を単一の監視結果信号として出力することができるため、各電池セルの状態をライン数を増加させることなく適切に監視することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記比較手段は、前記各電池セルの両端の電圧と基準電圧とを取り込むコンパレータを備え、前記監視ユニットは、前記コンパレータに入力される２つの信号のいずれか一方を前記指示信号に応じて補正する補正手段を更に備えることを特徴とする。
【００２３】
上記構成では、指示信号に応じてコンパレータに入力される２つの信号のうちのいずれか一方が補正されることで、コンパレータの出力が反転するときの電池セルの両端の電圧を可変とすることができる。このため、電池セルの両端の電圧と複数の値との大小関係を比較することができる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記指示信号がクロック信号であり、前記補正手段は、前記クロック信号の論理値に応じて前記補正を行うことを特徴とする。
【００２５】
上記構成では、単一のコンパレータによって、電池セルの両端の電圧と２つの値との大小関係を比較することができる。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記指示信号は、前記複数の処理のうちのいずれか１つの処理を選択的に指示する情報を重畳すべく周波数変調されたディジタル信号であり、前記補正手段は、前記重畳された情報に応じて前記補正を行うことを特徴とする。
【００２７】
上記構成では、単一のコンパレータによって、電池セルの両端の電圧と複数の閾値電圧との大小関係を比較することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる組電池の状態監視装置をハイブリッド車に搭載される組電池の状態監視装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２９】
図１に、上記組電池及び状態監視装置の構成を示す。
【００３０】
組電池１０は、複数（ここではｍ×ｎ個）のリチウム２次電池（電位セルＢ１１〜Ｂｎｍ）の直列接続体として構成されている。組電池１０は、ブレーキ時の制動エネルギ等を車載発電機により電力回収する際の受け皿として機能するとともに、蓄えた電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して低圧（例えば「１２Ｖ」）の車載バッテリに供給するものである。また、組電池１０は、車両加速時にはモータでエンジンをアシストする際の電力供給源として機能する。
【００３１】
一方、状態監視装置２０は、「ｍ（≧２）」個ずつの電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍ，…，Ｂｎ１〜Ｂｎｍを、１つのブロックとして、ブロックの状態を監視する監視ユニットＵ１〜Ｕｎを備えている。これら各監視ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、クロック信号ＣＬＫを取り込むクロック端子Ｔ１と、クロック信号ＣＬＫを電流に変換して出力するクロック出力端子Ｔ２と、隣接する監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）の出力信号を取り込む入力端子Ｔ３と、出力信号を出力する出力端子Ｔ４とを備えている。
【００３２】
また、マイクロコンピュータ（マイコン２４）は、組電池１０の各電池セルＢ１１の所定の状態を監視させる旨の指示信号としてのクロック信号ＣＬＫを、監視ユニットＵ１〜Ｕｎに出力する。詳しくは、シリアルラインＬ１及びフォトカプラ２６を介して、最上流の監視ユニットＵ１のクロック端子Ｔ１にクロック信号ＣＬＫを出力する。ここで、フォトカプラ２６は、電池セルの両端電圧の高々数倍の電圧にて低圧駆動されるマイコン２４と、組電池１０側との絶縁を取るための素子である。なお、マイコン２４の出力信号の論理値と、フォトカプラ２６の出力信号の論理値とは互いに逆であるが、以下では、説明の便宜上、クロック信号ＣＬＫの論理値を、フォトカプラ２６の出力信号の論理値と定義する。
【００３３】
クロック信号ＣＬＫが取り込まれると、各監視ユニットＵｉは、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態のうちクロック信号ＣＬＫの論理値に応じた状態を監視する。ここで、本実施形態では、論理「Ｌ」のときには、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの信頼性の低下を招く過度な高圧である異常状態（過充電状態）にあるか否かを監視する。また、論理「Ｈ」のときには、各電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの信頼性の低下を招く過度な低圧である異常状態（過放電状態）にあるか否かを監視する。そして、監視結果に応じた信号と、隣接する上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）の出力信号との合成信号を出力端子Ｔ４から出力する。
【００３４】
上記フォトカプラ２６の受光素子のコレクタは、組電池１０の正極側と接続されており、受光素子のエミッタからクロック信号ＣＬＫが出力される。更に、組電池１０の正極側と、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの負極側との間に、コレクタ及びエミッタが接続されるトランジスタ２８が備えられており、そのベースには、クロック信号ＣＬＫに応じた信号が取り込まれる。これにより、最上流の監視ユニットＵ１の入力端子Ｔ３には、電池セルＢ１１〜Ｂｎｍの状態が正常である旨と対応する信号として、トランジスタ２８のコレクタ電圧が印加される。そして、最上流の監視ユニットＵ１では、入力端子Ｔ３に印加される信号と、監視結果とを論理合成した信号を生成し、出力端子Ｔ４を介して出力する。
【００３５】
そして、最上流以外の各監視ユニットＵｉ（ｉ＝２〜ｎ）は、隣接する上流の監視ユニットＵ（ｉ−１）のクロック出力端子Ｔ２から出力される信号を、クロック端子Ｔ１を介して取り込む。また、隣接する上流の監視ユニットＵ（ｉ−１）の出力端子Ｔ４から出力される出力信号を、入力端子Ｔ３を介して取り込む。そして、クロック端子Ｔ１から取り込まれる信号に応じて、上記２つの状態のいずれか一方を監視し、監視結果に応じた信号と、入力端子Ｔ３から取り込まれた信号とを論理合成した信号を生成し、出力端子Ｔ４を介して出力する。
【００３６】
そして、最下流の監視ユニットＵｎの出力信号は、トランジスタ３０のベースに出力される。トランジスタ３０のエミッタは、組電池１０の負極側と接続されており、トランジスタ３０のコレクタは、フォトカプラ３２の発光ダイオードを介して、電池セルＢｎ１〜Ｂｎｍの正極側と接続されている。これにより、最下流の監視ユニットＵｎの出力信号が、フォトカプラ３２及びシリアルラインＬ２を介してマイコン２４に取り込まれる。このフォトカプラ３２も、マイコン２４側と組電池１０側との絶縁をとるための部材である。
【００３７】
なお、最下流の監視ユニットＵｎのみは、クロック出力端子Ｔ２を有しない構成となっている。
【００３８】
図２に、監視ユニットＵｉ（ｉ＝１〜ｎ）の構成を示す。
【００３９】
図示されるように、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫは、トランジスタ７０のベースに入力される。トランジスタ７０のコレクタは、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側と接続されており、エミッタがクロック出力端子Ｔ２と接続されている。これにより、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫが、クロック出力端子Ｔ２を介して下流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）へと出力される（ただし、上述したように、最下流の監視ユニットＵｎは、クロック出力端子Ｔ１を備えない）。
【００４０】
また、ブロック内のｍ個の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍ（ｉ＝１〜ｎ）のそれぞれの状態は、検出部４０によって検出され、検出結果が２つの信号に集約されて検出合成部５０に出力される。検出合成部５０では、集約された２つの信号と、クロック信号ＣＬＫとを論理合成することで、単一の監視結果信号を生成し、これを合成部６０に出力する。合成部６０には、監視結果信号に加えて、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫと、入力端子Ｔ３から取り込まれる上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の出力信号とが取り込まれる（ただし、監視ユニットＵ１については、入力端子Ｔ３から、トランジスタ２８のコレクタ電圧が取り込まれる）。詳しくは、入力端子Ｔ３には、トランジスタ７１のベースが接続されており、ベースに入力される信号に応じて、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端と接続されるコレクタ及びエミッタ間に電流が流れるようになっている。そして、コレクタの電位が、合成部６０に取り込まれる。
【００４１】
合成部５０では上記３つの信号が論理合成され、これが、トランジスタ７２のベースに出力される。そして、トランジスタ７２は、エミッタが電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側と接続され、コレクタが出力端子Ｔ４と接続されている。このため、合成部５０の出力信号（電圧信号）は、トランジスタ７２によって電流信号に変換されて、外部へと出力されることとなる。
【００４２】
図３に、検出部４０の構成を示す。
【００４３】
検出部４０は、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）毎に、その両端の電圧を閾値電圧と比較するコンパレータ４１を備えている。コンパレータ４１の反転入力端子には、各電池セルＢｉｊの負極電位を基準とする基準電圧源４２の基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。一方、コンパレータ４１の非反転入力端子には、各電池セルＢｉｊの両端の電圧の所定の分圧が印加される。そして、この分圧と基準電圧Ｖｒｅｆとによって、閾値電圧が設定されるようになっている。
【００４４】
具体的には、各電池セルＢｉｊの両端には、抵抗４３，４４の直列接続体が接続されており、これら抵抗４３及び抵抗４４の接続点であるノードＮ１がコンパレータ４４の非反転入力端子と接続されている。また、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の正極側には、トランジスタ４６のコレクタが接続されており、トランジスタ４６のエミッタが抵抗４５を介してノードＮ１と接続されている。そして、トランジスタ４６のベースは、ダイオード４７、スイッチング素子ＳＷのコレクタ及びエミッタを介して、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側と接続されている。
【００４５】
スイッチング素子ＳＷは、クロック信号ＣＬＫに応じて駆動される。すなわち、上記クロック端子Ｔ１は、抵抗７４，７６を介して電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極側と接続されており、抵抗７４，７６の接続点がスイッチング素子ＳＷのベースと接続されることで、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」であるときに、スイッチング素子ＳＷが導通状態となる。これにより、トランジスタ４６がオンとなるため、ノードＮ１の電圧が変化する。これは以下の理由による。
【００４６】
今、抵抗４３，４４，４５の抵抗値をそれぞれ抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とし、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の両端の電圧値を電圧Ｖとする。このとき、トランジスタ４６がオフ状態であるときには、ノードＮ１の電圧は、「Ｖ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）」となる。一方、トランジスタ４６がオン状態となると、ノードＮ１の電圧は、「Ｖ×Ｒ２／｛Ｒ２×Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｒ２｝」となる。このように、トランジスタ４６がオンとなることで、非反転入力端子に入力される値が上昇する。このため、トランジスタ４６をオンさせることで、各電池セルＢｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の両端の電圧と比較する閾値電圧を低下させるのと同一の効果を得ることができる。そして、本実施形態では、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」であるときの閾値電圧を、上記過放電状態と対応する電圧とする。また、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｌ」であるときの閾値電圧を、上記過充電状態と対応する電圧とする。
【００４７】
上記「ｍ」個の各コンパレータ４１の出力から、ＯＲ回路４８によって、それらの論理和信号が生成されるとともに、ＡＮＤ回路４９によって、それらの論理積信号が生成される。そして、これら論理和信号及び論理積信号が、上記検出合成部５０に出力される。
【００４８】
図４（ａ）に、検出合成部５０の構成を示す。検出合成部５０は、上記ＯＲ回路４８の論理反転信号と上記ＡＮＤ回路４９の論理反転信号との論理積信号ａ１を生成するＡＮＤ回路５２と、クロック信号ＣＬＫと上記ＡＮＤ回路４９の出力の論理反転信号との論理積信号ａ２を生成するＡＮＤ回路５４と、クロック信号ＣＬＫと上記ＯＲ回路４８の出力の論理反転信号ａ３との論理積信号を生成するＡＮＤ回路５６とを備えている。そして、ＯＲ回路５８では、これら論理積信号ａ１〜ａ３の論理和信号ＯＵＴ１を生成する。
【００４９】
図４（ｂ）に、上記クロック信号ＣＬＫ、ＡＮＤ回路４９の論理積信号ＡＮＤ、ＯＲ回路４８の論理和信号ＯＲ、論理積信号ａ１〜ａ３、論理和信号ＯＵＴ１の関係を示す。図示されるように、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｌ」である過充電状態検出時において、論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｈ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過充電ではなく正常であることを意味する。また、同過充電検出時において、論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｌ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過充電状態であるか、監視ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。
【００５０】
一方、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」である過放電検出時において論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｌ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過放電ではなく正常であることを意味する。また、同過放電検出時において、論理和信号ＯＵＴ１が論理「Ｈ」であるときには、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過放電状態であるか、監視ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。
【００５１】
論理和信号ＯＵＴ１は、１つのブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態の監視結果を示す監視結果信号であり、これに上記入力端子Ｔ３から取り込まれる信号が、上記合成部６０にて論理合成される。
【００５２】
図５（ａ）に、合成部６０の構成を示す。
【００５３】
合成部６０は、上記論理和信号ＯＵＴ１と上記入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号ＩＮとの論理積信号ｂ１を生成するＡＮＤ回路６２と、クロック信号ＣＬＫと上記入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号ＩＮとの論理積信号ｂ２を生成するＡＮＤ回路６４と、クロック信号ＣＬＫと上記論理和信号ＯＵＴ１の論理積信号ｂ３を生成するＡＮＤ回路５６とを備えている。そして、ＯＲ回路６８では、これら論理積信号ｂ１〜ｂ３の論理和信号である出力信号ＯＵＴ２を生成する。
【００５４】
図５（ｂ）に、上記クロック信号ＣＬＫ、入力端子Ｔ３から取り込まれる入力信号ＩＮ、論理和信号ＯＵＴ１、論理積信号ｂ１〜ｂ３、出力信号ＯＵＴ２の関係を示す。図示されるように、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｌ」である過充電状態検出時において、出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｈ」であるときには、当該監視ユニットＵｉ及びその上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過充電ではなく正常であることを意味する。また、同過充電検出時において、出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｌ」であるときには、上記監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過充電状態であるか、監視ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。
【００５５】
一方、クロック信号ＣＬＫが論理「Ｈ」である過放電検出時において出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｌ」であるときには、当該監視ユニットＵｉ及びその上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ−１）の監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの全てが過放電ではなく正常であることを意味する。また、同過放電検出時において、出力信号ＯＵＴ２が論理「Ｈ」であるときには、上記監視対象とする電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのうち少なくとも１つが過放電状態であるか、監視ユニットＵｉに異常があるかのいずれかであることを意味する。
【００５６】
監視ユニットＵｉを上記構成とすることで、先の図１に示したマイコン２４によって、シリアルラインＬ１を介してクロック信号ＣＬＫを出力することで、過充電状態及び過放電状態の２つの状態のいずれかを監視するように指示することができる。そして、マイコン２４では、監視結果を、シリアルラインＬ２を介して取り込むことができる。
【００５７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００５８】
（１）クロック信号ＣＬＫの論理値によって指示される状態についての各電池セルＢ１１〜Ｂｎｍの状態の監視結果に応じた信号として、最下流の監視ユニットＵｎの出力信号をシリアルラインＬ２を介してマイコン２４により取り込む構成とした。これにより、状態の監視結果に応じた信号を取り出す際に、監視ユニットＵｎ側とマイコン２４側との間の絶縁を取るための部材（フォトカプラ３２）の数を低減することができる。
【００５９】
（２）下流の監視ユニットＵｉ（ｉ＝２〜ｎ）が、隣接する上流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）を介してクロック信号ＣＬＫを取り込む構成とした。これにより、マイコン２４から各監視ユニットＵｊにクロック信号を直接出力する場合と比較して、マイコン２４側と監視ユニットＵｊ側との絶縁をとるための部材（フォトカプラ２６）の数を低減することもできる。
【００６０】
（３）全ての電池セルＢ１１〜Ｂｎｍについて、単一のクロック信号ＣＬＫにより、過充電状態及び過放電状態のいずれの状態を監視するかを指示して且つ、監視結果に応じた信号をシリアルラインＬ２を介してマイコン２４側に取り出した。これにより、状態の監視結果に応じた信号を出力する際や、クロック信号ＣＬＫを出力する際に、監視ユニットＵ１〜Ｕｎ側とマイコン２４側との間の絶縁を取るための部材（フォトカプラ２６，３２）の数をいっそう低減することができる。
【００６１】
（４）監視ユニットＵｉが、シリアルラインを介して出力信号を下流の監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）に出力することで、監視ユニット２２間の出力信号の伝播に用いられるラインの数を低減することができる。
【００６２】
（５）監視ユニットＵｉにおいて、ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのそれぞれの状態を検出し、検出合成部５０にてこれらの状態に応じた信号から論理合成により単一の信号を生成した。これにより、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのそれぞれの状態を単一の監視結果信号として出力することができるため、ライン数を増加させることなく、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態を適切に監視することができる。
【００６３】
（６）コンパレータ４１の非反転入力端子に、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍのそれぞれの両端の電圧を分圧した電圧を与えるとともに、反転入力端子に基準電圧源４２の基準電圧を与え、上記分圧比を可変とすることで、両端の電圧と比較する閾値電圧を可変とした。これにより、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの両端の電圧と複数の閾値電圧との大小を比較することができる。
【００６４】
（７）クロック信号ＣＬＫの論理値に応じて上記電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの両端の電圧と比較する閾値電圧を可変することで、単一のコンパレータ４１によって、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの両端の電圧と２つの閾値電圧との大小を比較することができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６６】
本実施形態では、クロック信号ＣＬＫを周波数変調することで、周波数に、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍのいずれの状態を監視させるかの情報を重畳する。詳しくは、例えば常用域から外れる度合いを複数個の状態に分割し、この分割された各状態のいずれを監視させるかを指示する情報を周波数に重畳する。なお、これらの状態には、上記第１の実施形態において示した電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの異常状態を監視する２つの状態が含まれる。
【００６７】
図６に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの構成を示す。なお、図６において、先の図２と対応する機能を有する部材については便宜上同一の符号を付している。図示されるように、クロック端子Ｔ１から取り込まれるクロック信号ＣＬＫの周波数を、ＦＶ変換部８０により、電圧信号に変換する。この電圧信号は、上記監視させるための状態に応じた信号となっている。そして、ＦＶ変換部８０では、この電圧信号、すなわち、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの両端の電圧と比較する閾値電圧を変更するためのＦＶ変換信号を、検出部４０に出力する。
【００６８】
図７に、検出部４０の構成を示す。なお、図７において、先の図３と対応する機能を有する部材については便宜上同一の符号を付している。
【００６９】
図示されるように、各コンパレータ４１の非反転入力端子には、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧の抵抗９０，９１による分圧が印加されている。一方、コンパレータ４１の反転入力端子には、上記ＦＶ変換信号に応じて可変設定される基準電圧が印加される。この基準電圧は、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端と接続される定電流源９２及び抵抗９３の接続点と、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの負極電位との間に並列に接続される複数のスイッチング素子９４とによって生成される。これら複数のスイッチング素子９４は、ＦＶ変換信号の値に応じてオン・オフ状態が個別に切り替えられる。すなわち、例えば過放電異常を検出するときには、基準電圧を最も低くするために、全てのスイッチング素子９４をオン状態とする。また、過充電状態を検出するためには、基準電圧を最も高くするために、全てのスイッチング素子９４をオフ状態とする。そして、例えば常用域内か否かの監視を所望するときには、常用域の上限値及び常用域の下限値のそれぞれに対応する基準電圧となるように、スイッチング素子９４の一部を選択的にオン状態とする。
【００７０】
上記構成によれば、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が閾値電圧よりも大きいか否かは、クロック信号ＣＬＫの論理「Ｌ」のタイミングにおいて先の図１に示したシリアルラインＬ２を介して出力される信号から判断することができる。また、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの両端の電圧が閾値電圧よりも小さいか否かは、クロック信号ＣＬＫの論理「Ｈ」のタイミングにおいて先の図１に示したシリアルラインＬ２を介して出力される信号から判断することができる。
【００７１】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００７２】
（８）クロック信号ＣＬＫを周波数変調することにより、コンパレータ４１の反転入力端子に印加される基準電圧を可変するための情報を重畳することで、単一のコンパレータ４１によって、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの両端の電圧と複数の閾値電圧との大小を比較することができる。
【００７３】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７４】
上記第１の実施形態では、電池セルＢ１１〜Ｂ１ｍの少なくとも１つに過充電異常や過放電異常があるか否かを、シリアルラインＬ２に出力される信号に基づき判断した。これに対し、本実施形態では、指定したブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの少なくとも１つに過充電異常や過放電異常があるか否かを判断する。
【００７５】
図８に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの構成を示す。なお、図８において、先の図２に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００７６】
本実施形態では、クロック端子Ｔ１を介して取り込まれるクロック信号ＣＬＫは、インバータ１００によって論理反転され、セレクタ１０２に取り込まれる。このセレクタ１０２は、インバータ１００の出力と、入力端子Ｔ３を介して取り込まれる信号とのいずれかを選択的に合成部６０に出力するものである。インバータ１００の出力は、更にセレクタ１０４に取り込まれる。セレクタ１０４は、インバータ１００の出力と、検出合成部５０の出力とのいずれかを選択的に合成部６０に出力するものである。
【００７７】
そして、合成部６０では、セレクタ１０２の出力が、先の図５（ａ）に示した入力信号ＩＮとされる。また、セレクタ１０４の出力が、先の図５（ａ）に示した論理和信号ＯＵＴ１として取り込まれる。
【００７８】
セレクタ１０２，１０４は、いずれのブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態を監視するかの指示に応じて、上記いずれの信号を合成部６０に出力するかを切り替える。この指示は、クロック信号ＣＬＫに重畳される。すなわち、クロック信号ＣＬＫが周波数変調されることで、いずれのブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態を監視するかの指示情報がクロック信号ＣＬＫに重畳される。そして、各監視ユニットＵｉでは、クロック端子Ｔ１を介してクロック信号ＣＬＫを取り込むと、これをＦＶ変換部１０６にて電圧信号に変換し、これに応じて、セレクタ１０２，１０４の状態を切り替える。
【００７９】
これにより、当該監視ユニットＵｉと対応するブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの状態を監視する旨の指示がなされるときには、セレクタ１０２によりインバータ１００の出力信号が選択されて且つ、セレクタ１０４により検出合成部５０の出力が選択される。これにより、上流のブロックには異常がないとの条件下、検出合成部５０の出力信号に応じて、当該監視ユニットＵｉの出力信号が生成される。一方、当該監視ユニットＵｉと対応するブロック以外の電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍ（ｊ＞ｉ又はｊ＜ｉ）の状態を監視する旨の指示がなされるときには、セレクタ１０２により入力端子Ｔ３を介して取り込まれる信号が選択されて且つ、セレクタ１０４によりインバータ１００の出力信号が選択される。これにより、当該監視ユニットＵｉと対応する電池セルＢｉ１からＢｉｍには異常がないとの条件下、合成部６０において、当該監視ユニットＵｉの出力信号が生成される。
【００８０】
これにより、電池セルＢ１１〜Ｂｎｍのうち、特定のブロック内のものについての監視結果が、先の図１に示したシリアルラインＬ２に出力されることとなる。
【００８１】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（７）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００８２】
（９）電池セルＢ１１〜Ｂｎｍのうち、特定のブロック内のものについての監視結果を、シリアルラインＬ２を介して取り出すことができる。
【００８３】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８４】
図９に、本実施形態にかかる組電池１０及びその状態監視装置の構成を示す。なお、図９において、先の図１に示した部材と対応する部材については便宜上同一の符号を付している。
【００８５】
本実施形態では、先の図３に示したＯＲ回路４８とＡＮＤ回路４９とについての特定の監視ユニットＵｉの出力を、シリアルラインＬ３及びシリアルラインＬ４のそれぞれを介して出力する。すなわち、複数のブロックのうちのいずれかのブロックを指定することで、同ブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍについての状態の監視結果であるＯＲ回路４８の出力をシリアルラインＬ３を介して取り出し、ＡＮＤ回路４９の出力をシリアルラインＬ４を介して取り出す。
【００８６】
図１０に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの構成を示す。なお、図１０において、先の図８に示した部材と対応する部材については便宜上同一の符号を付している。
【００８７】
図示されるように、監視ユニットＵｉは、２つの入力端子Ｔ３ａ，Ｔ３ｂを備えている。そして、入力端子Ｔ３ａを介して入力される信号と検出部４０の上記ＡＮＤ回路４９の出力とがセレクタ１１０によって選択的にトランジスタ７２ａのベースに入力される。これにより、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側と出力端子Ｔ４ａとの導通及び遮断がトランジスタ７２ａによって制御され、トランジスタ７２ａのコレクタを介して出力端子Ｔ４ａに出力信号が出力される。また、入力端子Ｔ３ｂを介して入力される信号と検出部４０の上記ＯＲ回路４８の出力とが、セレクタ１１２によって選択的にトランジスタ７２ｂのベースに入力される。これにより、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの正極側と出力端子Ｔ４ｂとの導通及び遮断がトランジスタ７２ｂによって制御され、トランジスタ７２ｂのコレクタを介して出力端子Ｔ４ｂに出力信号が出力される。
【００８８】
上記セレクタ１１０、１１２は、ＦＶ変換部１０６によって操作される。すなわち、クロック信号ＣＬＫには、周波数変調によって、いずれのブロック内の電池セルＢｊ１〜Ｂｊｍの状態を検出するかを指示する信号が重畳されている。そして、ＦＶ変換部１０６によって、クロック信号ＣＬＫが電圧信号に変換され、セレクタ１１０，１１２に印加される。これにより、指示されるブロックと対応する監視ユニットＵｊにおいては、セレクタ１１０によってＡＮＤ回路４９の出力が選択されて且つセレクタ１１２によってＯＲ回路４９の出力が選択される。一方、指示されるブロックと異なるブロックと対応する監視ユニットＵｉ（ｉ＜ｊ又はｊ＜ｉ）においては、セレクタ１１０によって入力端子Ｔ３ａを介して取り込まれる信号が選択されて且つ、セレクタ１１２によって入力端子Ｔ３ｂを介して取り込まれる信号が選択される。
【００８９】
こうした構成によれば、先の図９に示すシリアルラインＬ３，Ｌ４を介して取り出される信号により、所望のブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの過充電異常及び過放電異常を検出する際、この異常を、監視ユニットＵｉの異常と混同することを回避することができる。すなわち、先の図４（ｂ）に示したように、ＡＮＤ回路４９の出力が論理「Ｈ」であって且つＯＲ回路４８の出力が論理「Ｌ」となることは、所望のブロック内の電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの過充電異常及び過放電異常によっては生じえず、監視ユニットＵｉの以上と考えられる。
【００９０】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（７）の効果に準じた効果や、先の第３の実施形態の上記（９）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００９１】
（１０）監視ユニットＵｉの構造上の異常と混同することなく、電池セルＢｉ１〜Ｂｉｍの過放電異常や過充電異常を精度良く検出することができる。
【００９２】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００９３】
・電池セルＢ１１〜Ｂｎｍの両端の電圧と２つの異なる閾値電圧とを比較する手法としては、上記第１、第３、第４の実施形態において例示したものに限らない。例えば、２つのコンパレータを備えて、且つそれぞれの非反転入力端子に上記両端の電圧を、また、それぞれの反転入力端子に互いに異なる基準電圧を印加してもよい。この場合であっても、これら２つのコンパレータの出力端子を、セレクタによりクロック信号ＣＬＫの論理値に応じて選択的に出力端子Ｔ４と接続する構成とするなら、上記第１、第３、第４の実施形態の上記（１）〜（５）の効果と同様の効果を得ることができる。また、セレクタを最下流の監視ユニットＵｎに備えるのみであっても、監視ユニットＵｎとマイコン２４との絶縁をとる部材の数を低減することはできる。
【００９４】
・上記各実施形態では、監視ユニットＵｉのうち、高電位側を上流とし低電位側を下流としたがこれに限らず、例えば低電位側を上流とし高電位側を下流としてもよい。これは、例えば入力端子Ｔ３と出力端子Ｔ４のトランジスタのロジック（バイポーラトランジスタがＮＰＮ型及びＰＮＰ型のいずれかであるか、トランジスタに接続される電位が監視ユニットＵｉにおける高電位側及び低電位側のいずれかであるか等）を入れ替えることで実現することができる。
【００９５】
・上記各実施形態では、監視ユニットＵｉのクロック出力端子Ｔ２を介して出力されるクロック信号ＣＬＫや出力端子Ｔ４を介して出力される出力信号等を、隣接する監視ユニットＵｊ（ｊ＝ｉ＋１）に出力したがこれに限らない。例えば監視ユニットＵ（ｉ＋２）に出力してもよい。この場合、最下流の監視ユニットＵ（ｎ−１）とＵｎとのそれぞれの出力信号をマイコン２４に出力すればよい。この場合、組電池１０側とマイコン２４側との絶縁をとる部材の数は増加するものの、２以上の状態のいずれを監視するかを指示する信号等、複数個の処理のいずれかを指示する信号を用いることによって、複数個の処理に伴う上記部材の数の増加を回避することはできる。
【００９６】
・上記各実施形態では、状態監視装置をハイブリッド車に搭載したが、これに限らず、例えば電気自動車であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１の実施形態における監視装置の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態の監視ユニットの構成を示す図。
【図３】同実施形態の検出部の構成を示す図。
【図４】同実施形態の検出合成部の構成及び動作を示す図。
【図５】同実施形態の合成部の構成及び動作を示す図。
【図６】第２の実施形態の監視ユニットの構成を示す図。
【図７】同実施形態の検出部の構成を示す図。
【図８】第３の実施形態の監視ユニットの構成を示す図。
【図９】第４の実施形態における監視装置の全体構成を示す図。
【図１０】同実施形態における監視ユニットの構成を示す図。
【図１１】従来の監視装置の全体構成を示す図。
【符号の説明】
【００９８】
１０…組電池、２４…マイコン、４０…検出部、５０…検出合成部、６０…合成部、Ｂ１１〜Ｂｎｍ…電池セル、Ｕ１〜Ｕｎ…監視ユニット。
【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】
0004508146.tif 000008
【図８】
0004508146.tif 000009
【図９】
0004508146.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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