(57)【要約】【課題】電池セルＣｉｊの電圧を検出する系自体に異常が生じると、電圧を正確に検出することができないこと。【解決手段】組電池１０は、電池セルＣ１１〜Ｃｍｎの直列接続体であり、これらのｎ個ずつがブロックＢｉとしてグループ化され、監視ユニットＵｉによって監視される。監視ユニットＵｉは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの電圧を検出し、これらの最小値（ブロック内最小値ＭＩＮｉ）をフォトカプラ２２を介して制御装置２４に出力する。制御装置２４では、ブロックＢ１〜Ｂｍのブロック内最小値ＭＩＮ１〜ＭＩＮｍの平均値に対するブロック内平均値ＭＩＮｉの差に基づき、監視ユニットＵｉの異常の有無を診断する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検出対象電池の状態を監視する電池の状態監視装置において、
前記複数の検出対象電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池を構成するものであり、
前記複数の検出対象電池の両端のそれぞれに接続されることで前記複数の検出対象電池の両端の電圧のそれぞれを共通の基準電位の電圧に変換する電位変換手段を備えて前記検出対象電池の電圧を検出し、該電圧の検出結果を出力する電圧出力手段と、
前記電圧出力手段の出力に基づき、前記電圧出力手段の異常の有無を診断する診断手段とを備えることを特徴とする電池の状態監視装置。
【請求項２】
前記組電池は、前記電位変換手段によって１の基準電位の電圧に変換される複数の検出対象電池を複数組備えて且つ、これら各組の検出対象電池の電圧は、互いに相違する基準電位の電圧に前記電位変換手段によって変換されるものであり、
前記電圧出力手段は、前記複数組のそれぞれ毎に各別に設けられるものであって且つ、前記各組の複数の検出対象電池のそれぞれに対応する前記電位変換手段の出力電圧のうちの最大となるものおよび最小となるものの少なくとも一方の検出結果を出力するものであり、
前記診断手段は、前記検出結果に基づき互いに相違する組に含まれる電池セルの電圧同士のずれを把握することで、前記電圧出力手段の異常の有無を診断することを特徴とする請求項１記載の電池の状態監視装置。
【請求項３】
前記複数の検出対象電池のそれぞれに対応する前記電位変換手段の出力電圧は、いずれも同一個数の前記電池セル当たりの電圧に対応するものであり、
前記診断手段は、前記複数組のそれぞれにおける前記電圧出力手段の出力する前記最大となるものの検出結果同士の差または前記最小となるものの検出結果同士の差が所定以上となることで前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする請求項２記載の電池の状態監視装置。
【請求項４】
前記組電池を構成する前記電池セルの所定個数当たりの平均電圧を検出する平均電圧検出手段をさらに備え、
前記複数の検出対象電池のそれぞれに対応する前記電位変換手段の出力電圧は、いずれも同一個数の前記電池セル当たりの電圧に対応するものであり、
前記診断手段は、前記電圧出力手段の出力する電圧検出結果と前記検出される平均電圧とを入力とし、前記検出対象電池の実際の電圧とその平均値との差が所定以上となることで前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする請求項２記載の電池の状態監視装置。
【請求項５】
前記電圧出力手段は、前記電位変換手段毎に、該電位変換手段の入力端子に出力端子および入力端子のいずれか一方が接続された整流手段を備えて且つ該整流手段のいずれか他方の端子同士が接続されてその接続箇所の電圧が前記検出結果として出力されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池の状態監視装置。
【請求項６】
前記診断手段は、前記電圧出力手段の検出結果が、電圧値の急激な変化を示す場合に前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする請求項５記載の電池の状態監視装置。
【請求項７】
前記電位変換手段は、その一対の入力端子のいずれか一方と前記基準電位となる端子とが抵抗体を介して接続されるものであり、
前記基準電位は、前記いずれか一方の入力端子の電位とは相違するように設定されており、
前記診断手段は、前記電圧出力手段の検出結果が前記検出対象電池の電圧として想定される範囲から外れる場合に前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池の状態監視装置。
【請求項８】
前記電圧出力手段は、前記電位変換手段毎に、該電位変換手段の入力端子に出力端子および入力端子のいずれか一方が接続された整流手段を備えて且つ該整流手段のいずれか他方の端子同士が接続されてその接続箇所の電圧が前記検出結果として出力されるものであり、
前記電位変換手段の入力端子に出力端子および入力端子のいずれか一方が接続された整流手段は、１の電位変換手段に対して複数個ずつ備えられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池の状態監視装置。
【請求項９】
前記診断手段は、前記検出対象電池の出力電流が所定以下となることを条件に前記異常の有無の診断を行なうことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の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、複数の検出対象電池の状態を監視する電池の状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の状態監視装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、燃料電池を構成する複数の電池セルのうちの１つをマルチプレクサによってＡ／Ｄ変換器に選択的に接続するものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４５６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記Ａ／Ｄ変換器等に異常が生じる場合には、電池セルの状態を適切に監視することができない。
【０００５】
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、複数の検出対象電池の状態の監視の信頼性を向上させることのできる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】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、複数の検出対象電池の状態を監視する電池の状態監視装置において、前記複数の検出対象電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池を構成するものであり、前記複数の検出対象電池の両端のそれぞれに接続されることで前記複数の検出対象電池の両端の電圧のそれぞれを共通の基準電位の電圧に変換する電位変換手段を備えて前記検出対象電池の電圧を検出し、該電圧の検出結果を出力する電圧出力手段と、前記電圧出力手段の出力に基づき、前記電圧出力手段の異常の有無を診断する診断手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
電圧出力手段に異常が生じる場合、その出力が正常時のものとは相違すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、電圧出力手段の異常の有無を診断する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記組電池は、前記電位変換手段によって１の基準電位の電圧に変換される複数の検出対象電池を複数組備えて且つ、これら各組の検出対象電池の電圧は、互いに相違する基準電位の電圧に前記電位変換手段によって変換されるものであり、前記電圧出力手段は、前記複数組のそれぞれ毎に各別に設けられるものであって且つ、前記各組の複数の検出対象電池のそれぞれに対応する前記電位変換手段の出力電圧のうちの最大となるものおよび最小となるものの少なくとも一方の検出結果を出力するものであり、前記診断手段は、前記検出結果に基づき互いに相違する組に含まれる電池セルの電圧同士のずれを把握することで、前記電圧出力手段の異常の有無を診断することを特徴とする。
【００１０】
特定の電圧出力手段に異常が生じる場合、その出力が正常時のものと相違すると考えられる。一方、正常時においては、複数の電池セルの電圧は近似すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、各組の最小値や最大値に基づき上記電池セルの電圧同士のずれを把握することで電圧出力手段の異常の有無を診断する。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記複数の検出対象電池のそれぞれに対応する前記電位変換手段の出力電圧は、いずれも同一個数の前記電池セル当たりの電圧に対応するものであり、前記診断手段は、前記複数組のそれぞれにおける前記電圧出力手段の出力する前記最大となるものの検出結果同士の差または前記最小となるものの検出結果同士の差が所定以上となることで前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記組電池を構成する前記電池セルの所定個数当たりの平均電圧を検出する平均電圧検出手段をさらに備え、前記複数の検出対象電池のそれぞれに対応する前記電位変換手段の出力電圧は、いずれも同一個数の前記電池セル当たりの電圧に対応するものであり、前記診断手段は、前記電圧出力手段の出力する電圧検出結果と前記検出される平均電圧とを入力とし、前記検出対象電池の実際の電圧とその平均値との差が所定以上となることで前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする。
【００１３】
上記発明では、平均電圧検出手段の出力に基づき検出対象電池を構成する電池セルの個数当たりの平均値がわかるため、検出対象電池の実際の電圧が平均値からずれることに基づき異常がある旨診断することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧出力手段は、前記電位変換手段毎に、該電位変換手段の入力端子に出力端子および入力端子のいずれか一方が接続された整流手段を備えて且つ該整流手段のいずれか他方の端子同士が接続されてその接続箇所の電圧が前記検出結果として出力されることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記診断手段は、前記電圧出力手段の検出結果が、電圧値の急激な変化を示す場合に前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする。
【００１６】
上記整流手段のショート故障が生じる場合、整流手段による電圧降下がなくなるために、電圧値が急激に変化すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、整流手段のショート故障の有無を診断する。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記電位変換手段は、その一対の入力端子のいずれか一方と前記基準電位となる端子とが抵抗体を介して接続されるものであり、前記基準電位は、前記いずれか一方の入力端子の電位とは相違するように設定されており、前記診断手段は、前記電圧出力手段の検出結果が前記検出対象電池の電圧として想定される範囲から外れる場合に前記電圧出力手段に異常がある旨診断することを特徴とする。
【００１８】
上記基準電位が上記いずれか一方の入力端子の電位と一致する場合、これらの間の抵抗体に電流が流れないため、抵抗体の断線やショート故障が生じたとしても電位変換手段の出力は正常時と相違しない。これに対し、上記基準電位が上記いずれか一方の入力端子の電位と相違する場合、これらの間の抵抗体に電流が流れるため、抵抗体の断線やショート故障が生じた場合と正常時とで電位変換手段の出力に差異が生じると考えられる。上記発明では、この点に着目し、異常の有無を診断する。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧出力手段は、前記電位変換手段毎に、該電位変換手段の入力端子に出力端子および入力端子のいずれか一方が接続された整流手段を備えて且つ該整流手段のいずれか他方の端子同士が接続されてその接続箇所の電圧が前記検出結果として出力されるものであり、前記電位変換手段の入力端子に出力端子および入力端子のいずれか一方が接続された整流手段は、１の電位変換手段に対して複数個ずつ備えられることを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、整流手段にオープン故障が生じたとしても、電圧出力手段の出力に変化はない。このため、電圧出力手段の出力に基づき整流手段のオープン故障を診断することは困難である。上記発明では、この点に鑑み、整流手段を複数個ずつ設ける冗長設計とした。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記診断手段は、前記検出対象電池の出力電流が所定以下となることを条件に前記異常の有無の診断を行なうことを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、複数の検出対象電池の電圧同士がばらつきにくいと想定される期間等に異常の有無を診断することができ、ひいては診断精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。
【図３】同実施形態にかかる異常の有無の診断処理手順を示す流れ図。
【図４】同実施形態にかかる異常の有無の診断処理手順を示す流れ図。
【図５】第２の実施形態にかかる異常の有無の診断処理手順を示す流れ図。
【図６】第３の実施形態にかかる異常の有無の診断処理手順を示す流れ図。
【図７】第４の実施形態にかかる異常の有無の診断処理手順を示す流れ図。
【図８】第５の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。
【図９】第６の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。
【図１０】第７の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。
【図１１】第８の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。
【図１２】第９の実施形態にかかる監視ユニットの回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる電池の状態監視装置を車載主機の電力源としての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。
【００２５】
図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００２６】
図示される組電池１０は、車載主機としての電動機（図示略）に対する電力供給源である。組電池１０は、燃料電池によって構成される電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）の直列接続体である。電池セルＣｉｊは、全て同一仕様であり、個体差や経年変化を除き端子電圧が等しくなるものである。電池セルＣｉｊは、隣接するｎ個ずつでグループ化され、ブロックＢｉを構成している。各ブロックＢｉの状態は、監視ユニットＵｉによって監視される。
【００２７】
上記組電池１０や監視ユニットＵｉは、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムを構成するものである。監視ユニットＵｉは、ブロックＢｉ内の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの電圧のうちの最小値（ブロック内最小値ＭＩＮｉ）と最大値（ブロック内最大値ＭＡＸｉ）とを、それぞれフォトカプラ２２，２０を介して低電圧システムを構成する制御装置２４に出力する。
【００２８】
上記制御装置２４は、低電圧バッテリ４０を電源とする。また、監視ユニットＵｉは、低電圧バッテリ４０の電力を入力とするフライバックコンバータ４２を電源とする。すなわち、フライバックコンバータ４２は、２次側コイル４４をｍ個備えており、これらの出力電圧がダイオードを介して各監視ユニットＵｉにそれぞれ印加される。
【００２９】
図２に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。
【００３０】
図示されるように、各電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの一対の電極は、各電位変換回路５０のそれぞれの一対の入力端子に接続され、これにより、各電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎの電圧が同一の電位基準の電圧に変換される。電位変換回路５０は、オペアンプ５１を備えて構成される差動増幅回路である。すなわち、非反転入力端子に抵抗体５３が接続され、反転入力端子に抵抗体５５が接続され、抵抗体５３と非反転入力端子との間に抵抗体５７が接続されている。そして、反転入力端子と出力端子との間に抵抗体５９が接続されている。ここで、上記抵抗体５７のうち、抵抗体５３と非反転入力端子との接続側でない方は、基準電位とされる。
【００３１】
この基準電位は、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ６４の出力端子の電位である。ここで、オペアンプ６４の非反転入力端子には、電池セルＣｉｎの両端の電圧が抵抗体６０，６２によって分圧されたものが印加されている。
【００３２】
上記電位変換回路５０の各出力は、一対のショットキーダイオード（ダイオード７０）のカソードに接続され、これら一対のダイオード７０のアノード同士は接続（短絡）されている。このアノード同士の接続点の電圧は、電位変換回路５０の出力電圧の最小値（より正確には、最小値よりもダイオード７０の電圧降下だけ高い値）となる。そしてこれらアノード同士の接続点の電圧がコンパレータ８６の非反転入力端子に印加され、コンパレータ８６の反転入力端子には、発振器８４の出力する周期電圧信号（キャリア）が印加されている。これにより、コンパレータ８６の出力は、アノード同士の接続点の電圧をキャリアによってＰＷＭ処理したものとなる。このコンパレータ８６の出力が、ブロック内最小値ＭＩＮｉである。
【００３３】
また、上記電位変換回路５０の各出力は、一対のショットキーダイオード（ダイオード７２）のアノードに接続され、これら一対のダイオード７０のカソード同士は接続（短絡）されている。このカソード同士の接続点の電圧は、電位変換回路５０の出力電圧の最大値（より正確には、最大値よりもダイオード７２の電圧降下だけ低い値）となる。そしてこれらカソード同士の接続点の電圧がコンパレータ８２の非反転入力端子に印加され、コンパレータ８２の反転入力端子には、発振器８０の出力する周期電圧信号（キャリア）が印加されている。これにより、コンパレータ８２の出力は、カソード同士の接続点の電圧をキャリアによってＰＷＭ処理したものとなる。このコンパレータ８２の出力が、ブロック内最大値ＭＡＸｉである。
【００３４】
上記構成によれば、ブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉによってブロックＢｉ内の電池セルＣｉｊの異常の有無を適切に診断することができる。ここで、組電池１０による電力供給時に生じる電池セルＣｉｊの異常としては、電池セルＣｉｊの端子電圧が低下し、やがて起電力がゼロとなって抵抗体（ショート状態）となる異常がある。この異常を電池セルＣｉｊの電圧が低下し始めた時点で検出するためには、電池セルＣｉｊのうち端子電圧が最低となるものの値を検出すれば足りる。このため、ブロック内最小値ＭＩＮｉのみから異常の有無を診断することができる。
【００３５】
また、組電池１０に燃料が供給されない状況下において端子電圧がゼロとならない場合には、意図せずして発電する異常が生じていると考えられる。この異常は、電池セルＣｉｊのうち端子電圧が最高となるものの値を検出すれば足りる。このため、ブロック内最大値ＭＡＸｉのみから異常の有無を診断することができる。なお、この診断は、監視ユニットＵｉの電源をブロックＢｉ自体としたのでは行なうことができない。この点、本実施形態によれば、フライバックコンバータ４２を電源とすることでこうした診断処理をも好適に行なうことができる。
【００３６】
ところで、監視ユニットＵｉ自体に異常が生じる場合には、電池セルＣｉｊの状態を適切に監視することができない。このため、本実施形態では、ブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉに基づき、監視ユニットＵｉの異常の有無を診断するなどの対策を施している。以下、これについて、「１．電位変換回路５０の異常対策」、「２．ダイオード７０，７２のオープン故障対策」、「３．ダイオード７０，７２のショート故障対策」の順に説明する。
「１．電位変換回路５０の異常対策」
本実施形態では、抵抗体５３，５５，５７，５９の断線、短絡故障が生じる場合、電位変換回路５０の出力電圧が正常時にとり得ない値となるように、基準電位を設定している。すなわち、基準電位が電池セルＣｉｊの正極電位に等しい場合、抵抗体５３，５７の断線、短絡故障が生じる前後でオペアンプ５１の非反転入力端子の電位はほとんど変化しないため、出力電圧を変化させることができない。このため、本実施形態では、基準電位を、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれの正極電位とも一致しないように設定している。また、電池セルＣｉｊの負極電位がオペアンプ５１の非反転入力端子の電位に等しい場合、抵抗体５５，５９に電流が流れないため、抵抗体５５，５９の断線、短絡故障の生じる前後でオペアンプ５１の反転入力端子の電位はほとんど変化しない。このため、異常の前後で出力電圧を変化させることができない。このため、本実施形態では、オペアンプ５１の非反転入力端子の電位が電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれの負極電位とも一致しないように基準電位を設定している。
【００３７】
なお、基準電位の設定は、抵抗体６０，６２の抵抗値によって調節する。ここでは、電池セルＣｉｎの電圧を「１：２」の比で分圧することが望ましい。
【００３８】
図３に、こうした設定に基づく異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置２４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３９】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、ブロック番号を表示する変数ｉを「１」とする。続くステップＳ１２においては、ブロック内最小値ＭＩＮｉが最小側閾値Ｖｍｉｎ以下であることとブロック内最大値ＭＡＸｉが最大側閾値Ｖｍａｘ以上であることとの論理和が真であるか否かを判断する。ここで、最小側閾値Ｖｍｉｎは、監視ユニットＵｉが正常であって上記電池セルＣｉｊに異常が生じ始めた場合にブロック内最小値ＭＩＮｉとしてとりうると想定される下限値よりも小さい値に設定されている。また、最大側閾値Ｖｍａｘは、監視ユニットＵｉおよび電池セルＣｉｊが正常の場合にブロック内最大値ＭＡＸｉとしてとりうると想定される上限値よりも大きい値に設定されている。
【００４０】
そして、ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１４においてブロックＢｉの検出系に異常がある旨診断する。そして、ステップＳ１４の処理が完了する場合や、ステップＳ１２において否定判断される場合には、ステップＳ１６において、変数ｉが「ｍ」であるか否かを判断する。そしてステップＳ１６において否定判断される場合には、ステップＳ１８において変数ｉをインクリメントしてステップＳ１２に戻る。これに対し、ステップＳ１６において肯定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
「２．ダイオード７０，７２のオープン故障対策」
この故障の有無をブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉから診断することは困難である。このため、本実施形態では、ダイオード７０，７２を２個ずつ設ける冗長設計とすることで、オープン故障対策とした。
「３．ダイオード７０，７２のショート故障対策」
出力電圧が最小となる電位変換回路５０に接続されるダイオード７０がショート故障する場合、ブロック内最小値ＭＩＮｉは、ダイオード７０の電圧降下量だけ低下する。また、出力電圧が最大となる電位変換回路５０に接続されるダイオード７２がショート故障する場合、ブロック内最大値ＭＡＸｉは、ダイオード７２の電圧降下量だけ上昇する。ただし、ダイオード７０，７２の電圧降下量はさほど大きくない。特に本実施形態では、ショットキーダイオードを用いたために電圧降下量が特に小さくなる。ちなみに、ショットキーダイオードを用いたのは、電圧降下量の大きいダイオードを用いる場合、温度に応じた電圧降下量の変化量も大きくなり、ひいては電圧の検出精度が低下することに鑑みたものである。こうした事情のために、ブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉの値自体を閾値と比較することによっては、その異常の有無を診断することが困難である。
【００４１】
そこで本実施形態では、電池セルＣｉｊの電圧のばらつき度合いに基づき上記異常の有無を診断する。
【００４２】
図４に、上記異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置２４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４３】
この一連の処理では、まずステップ２０において、組電池１０の放電電流Ｉが閾値電流Ｉｔｈ以下であるか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊの電圧ばらつき度合いに基づく診断を実行するか否かを判断するためものである。すなわち、放電電流Ｉが大きい場合には、電池セルＣｉｊに異常がなくても電池セルＣｉｊの電圧のばらつきが大きくなる傾向があるため、異常の有無の診断精度が低下する。ステップＳ２０において肯定判断される場合、ステップＳ２２においてブロック内最小値ＭＩＮ１〜ＭＩＮｍを取得する。続くステップＳ２４においては、ブロック内最小値ＭＩＮ１〜ＭＩＮｍの平均値ＭＩＮａｖｅを算出する。続くステップＳ２６では、ブロックＢｉの番号を表示する変数ｉを「１」とする。そして、ステップＳ２８においては、ブロック内最小値ＭＩＮｉと平均値ＭＩＮａｖｅとの差の絶対値が閾値Δｔｈ以上であるか否かを判断する。そしてステップＳ２８において肯定判断される場合、ステップＳ３０において監視ユニットＵｉ等の異常と診断する。なお、ここでは、差の絶対値が上記閾値Δｔｈよりも大きい第２の閾値以上である場合には、電池セルＣｉｊの異常と診断することが望ましい。これは、ダイオード７０のショート故障に起因した差の絶対値は、ダイオード７０の電圧降下量によって定まるものであり、さほど大きくはならないことによる。また、これに代えて、ブロック内最小値ＭＩＮｉが閾値以下の場合、電池セルＣｉｊの異常として、この異常がある旨の診断がなされていないことを条件にショート故障である旨判断してもよい。
【００４４】
そしてステップＳ３０の処理が完了する場合やステップＳ２８において否定判断される場合には、ステップＳ３２において、変数ｉが「ｍ」であるか否かを判断する。そしてステップＳ３２において否定判断される場合、ステップＳ３４において変数ｉをインクリメントしステップＳ２８に戻る。これに対し、ステップＳ３２において肯定判断される場合や、ステップＳ２０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００４５】
なお、ダイオード７２の異常の有無については、ブロック内最大値ＭＡＸｉを用いることで同様に診断することができる。
【００４６】
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。
【００４７】
（１）ブロック内最小値ＭＩＮｉ同士のばらつきやブロック内最大値ＭＡＸｉ同士のばらつきに基づき、監視ユニットＵｉの異常の有無を診断した。これにより、ダイオード７０，７２のショート故障に起因した異常の有無等を診断することができる。
【００４８】
（２）抵抗体５３，５５，５７，５９に電流が流れるように基準電位を設定することで、これらの断線、短絡故障時と正常時とで電位変換回路５０の出力電圧を変化させることができる。
【００４９】
（３）ブロック内最小値ＭＩＮｉが過度に小さかったり、ブロック内最大値ＭＡＸｉが過度に大きかったりする場合に、電位変換回路５０等の監視ユニットＵｉに異常があると判断した。これにより、監視ユニットＵｉの異常の有無を適切に診断することができる。
【００５０】
（４）ダイオード７０，７２のそれぞれを電位変換回路５０毎に一対ずつ備えた。これにより、ダイオード７０，７２のオープン故障が生じた場合であっても、最小値や最大値の検出を行なうことができる。
【００５１】
（５）組電池１０の放電電流Ｉが閾値電流Ｉｔｈ以下であることを条件にダイオード７０，７２のショート故障等に起因する異常の有無の診断を行なった。これにより、診断精度を向上させることができる。
＜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。
【００５２】
図５に、本実施形態にかかる異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置２４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図５において、先の図４に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００５３】
この一連の処理では、まずステップ２０において肯定判断される場合、ステップＳ４０において、周知の手法を用いて組電池１０の端子電圧Ｖを取得する。続くステップＳ４２では、平均セル電圧Ｖａｖｅを算出する。そして、ステップＳ２６の処理の後、ステップＳ４４においては、ブロック内最小値ＭＩＮｉと平均セル電圧Ｖａｖｅとの差の絶対値が閾値Δｔｈ以上であるか否かを判断する。この処理は、先の図４のステップＳ
２８に対応するものである。ここで、差の算出に際しては、平均セル電圧Ｖａｖｅを、電位変換回路５０による電圧の変換率に対応させ、単位電圧を同一としておく。
【００５４】
以上説明した本実施形態によっても、先の第１の実施形態の上記各効果と同様の効果を奏することができる。
＜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。
【００５５】
本実施形態では、ダイオード７０，７２のショート故障の発生時の電圧変化に基づき異常の有無を診断する。
【００５６】
図６に、本実施形態にかかる異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置２４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５７】
この一連の処理ではまずステップＳ５０において、組電池１０の放電電流Ｉの変動量ΔＩの絶対値が閾値ΔＩｔｈ以下であるか否かを判断する。この処理は、ブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉの急激な変化によってダイオード７０，７２のショート故障を検出可能な状況であるか否かを判断するためのものである。すなわち、放電電流Ｉの変動量が大きいと電池セルＣｉｊの内部抵抗による電圧降下量の変動量が大きくなることなどから、ショート故障を電圧の変化として検出することが困難となる。なお、放電電流Ｉの変動量は、その絶対値が大きいほど大きくなりやすいため、閾値ΔＩｔｈを小さく設定することで、放電電流Ｉが小さいときが選択されると考えられる。
【００５８】
ステップＳ５０において肯定判断される場合、ステップＳ５２において、変数ｉを「１」とする。続くステップＳ５４においては、ブロック内最小値ＭＩＮｉの電圧がダイオード７０の電圧降下量相当だけ急低下したか否かを判断する。この処理は、ダイオード７０のショート故障の有無を判断するためのものである。そして、ステップＳ５４において急低下したと判断される場合、ステップＳ５６においてブロック内最小値ＭＩＮｉの検出系統に異常があると判断する。
【００５９】
一方、ステップＳ５６の処理が完了する場合や、ステップＳ５４において否定判断される場合には、ステップＳ５８において、ブロック内最大値ＭＡＸｉがダイオード７２の電圧降下量相当だけ急上昇したか否かを判断する。この処理は、ダイオード７２のショート故障の有無を判断するためのものである。そして、ステップＳ５８において急上昇したと判断される場合、ステップＳ６０においてブロック内最大値ＭＡＸｉの検出系統に異常があると判断する。
【００６０】
そして、ステップＳ６０の処理が完了した場合やステップＳ５８において否定判断される場合には、ステップＳ６２において、変数ｉが「ｍ」であるか否かを判断する。そして、ステップＳ６２において否定判断される場合、ステップＳ６４において変数ｉをインクリメントしてステップＳ５４に戻る一方、ステップＳ６２において肯定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００６１】
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（２）〜（４）の各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。
【００６２】
（６）ブロック内最大値ＭＡＸｉやブロック内最小値ＭＩＮｉが急激な変化を示す場合に異常がある旨診断した。これにより、ダイオード７０，７２のショート故障等に起因した監視ユニットＵｉの異常の有無を診断することができる。
＜第４の実施形態＞
以下、第４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。
【００６３】
図７に、本実施形態にかかる異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、制御装置２４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００６４】
この一連の処理では、まずステップＳ７０において、車両の起動スイッチがオン操作された直後であるか否かを判断する。起動スイッチは、オン操作されることで、組電池１０と主機との電気的な接続をおこなうものである。起動スイッチがオン操作されると、主機と組電池１０とが接続され、その後、組電池１０に燃料ガスが供給される。
【００６５】
起動スイッチがオン操作された直後である場合、ステップＳ７２において、ブロック番号を示す変数ｉを「１」とする。続くステップＳ７４においては、ブロック内最小値ＭＩＮｉやブロック内最大値ＭＡＸｉが閾値ΔＶ１以下であるか否かを判断する。この処理は、組電池１０に未だ燃料ガスが供給されていない状態にかかわらず、組電池１０が意図せずして発電する異常等が生じているか否かを判断するためのものである。ステップＳ７４において否定判断される場合、ステップＳ７６において、ブロックＢｉが仮に異常であるとする第ｉ仮異常フラグをオンする。
【００６６】
上記ステップＳ７４において肯定判断される場合や、ステップＳ７６の処理が完了する場合には、ステップＳ７８において、変数ｉが「ｍ」であるか否か判断する。そしてステップＳ７８において否定判断される場合、ステップＳ８０において変数ｉをインクリメントしてステップＳ７４に戻る。これに対し、ステップＳ７８において肯定判断される場合には、ステップＳ８２において、仮異常フラグがオンとされる数が所定数Ｎ（複数）以上あるか否かを判断する。この処理は、異常の要因が組電池１０側のものか監視ユニットＵｉ側のものかを特定するためのものである。すなわち、組電池１０に意図せずして燃料ガスが供給されている場合には、複数のブロックで異常が検出されると考えられる。このため、ステップＳ８２において肯定判断される場合には、ステップＳ８４において組電池１０側の異常である旨診断する。これに対し、ステップＳ８２において否定判断される場合には、ステップＳ８６において監視ユニットＵｉの異常である旨判断する。
【００６７】
なお、上記ステップＳ８４、Ｓ８６の処理が完了する場合や、ステップＳ７０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
＜第５の実施形態＞
以下、第５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。
【００６８】
図８に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。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。
【００６９】
図示されるように、本実施形態では、ブロックＢｉの基準電位を、ブロックＢｉの正極電位および負極電位間以外の電位に設定する。図８では、ブロックＢｉの基準電位を、ブロックＢ（ｉ＋１）の中間の電位に設定する例を示している。具体的には、ブロックＢ（ｉ＋１）の電池セルＣ（ｉ＋１）２と電池セルＣ（ｉ＋１）３との間の電圧をボルテージフォロワを構成するオペアンプ６４の非反転入力端子に印加する構成を例示している。なお、ブロックＢｍについては、ブロックＢ（ｍ−１）の中間の電位に設定することが望ましい。
【００７０】
こうした構成によれば、より確実に、基準電位が電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれの正極電位とも一致しないようにして且つオペアンプ５１の非反転入力端子の電位が電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれの負極電位とも一致しないようにすることができる。
＜第６の実施形態＞
以下、第６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。
【００７１】
図９に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図９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。
【００７２】
図示されるように、本実施形態では、複数の電池セルの電圧を分圧することで基準電位を生成する。具体的には、ブロックＢｉの両端の電圧を抵抗体６０，６２によって分圧した電圧をボルテージフォロワを構成するオペアンプ６４の非反転入力端子に印加する。
【００７３】
ただし、この基準電位も、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれの正極電位とも基準電位が一致しないようにして且つオペアンプ５１の非反転入力端子の電位が電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれの負極電位とも一致しないように設定する。
＜第７の実施形態＞
以下、第７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】
図１０に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図１０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。
【００７５】
本実施形態では、基本的には、検出対象電池を、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）（ｋ＝１〜ｎ−２）とする。すなわち、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）の両端の電圧が、各別の電位変換回路５０に入力される。ただし、本実施形態では、ブロックＢｉの電池セル数として奇数を想定しており、このため、電池セルＣｉｎについては、これが単独で検出対象電池となり、その両端の電圧が電位変換回路５０に入力される。
【００７６】
この際、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０と電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０とのゲインを相違させる。詳しくは、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０の抵抗体５３，５５の抵抗値Ｒ１を、電池セルＣｉｎの電位変換回路５０の抵抗体５３，５５の抵抗値Ｒ３の２倍とする。
【００７７】
これにより、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０は、電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０と比較して、入力電圧の出力電圧への変換比が「１／２」となる。このため、一対の電池セルＣｉｋ，Ｃｉ（ｋ＋１）用の電位変換回路５０のそれぞれの出力と、電池セルＣｉｎ用の電位変換回路５０の出力とを、同一数の電池セル当たりの電圧に規格化することができる。
＜第８の実施形態＞
以下、第８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。
【００７８】
本実施形態では、各電池セルＣｉｊの電圧を検出し、これらの検出結果を個別に制御装置２４に出力する。
【００７９】
図１１に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図１１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。
【００８０】
図示されるように、電位変換回路５０の出力電圧は、マルチプレクサ９０に印加される。マルチプレクサ９０は、制御装置２４からの信号（図示略）に基づき、いずれか１つの電位変換回路５０の出力電圧（アナログ信号）を選択的に出力する。マルチプレクサ９０の出力電圧は、コンパレータ９２の非反転入力端子に印加され、コンパレータ９２の反転入力端子には発振器９４のキャリアが印加される。これにより、コンパレータ９２の出力する電圧信号Ｖｉｊは、電池セルＣｉｊの電圧をＰＷＭ処理したものとなる。
【００８１】
こうした構成によっても、電位変換回路５０の抵抗体５３，５５，５７，５９が断線、短絡する場合に電位変換回路５０の出力電圧が変化するように基準電位を設定することで、これらの異常を検出することができる。
＜第９の実施形態＞
以下、第９の実施形態について、先の第８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。
【００８２】
図１２に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成を示す。なお、図１２において、先の図１１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。
【００８３】
図示されるように、本実施形態では、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの正極電圧がマルチプレクサ９６に印加されて且つ、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのそれぞれの負極電圧がマルチプレクサ９８に印加される。そして、これらマルチプレクサ９６，９８は、制御装置２４からの信号（図示略）に応じて、入力信号の１つを選択的に出力させるものである。これらマルチプレクサ９６，９８の出力は、電位変換回路５０に取り込まれる。これにより、電位変換回路５０には、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｎのいずれか１つの電圧が印加されることになる。そして、電位変換回路５０の出力電圧は、コンパレータ９２によってＰＷＭ処理される。
＜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。
「整流手段について」
上記各実施形態では、最大値検出回路用のダイオードと、最小値検出回路用のダイオードとを冗長設計すべく、各２つずつ設けたが、冗長設計手法としては、各２つずつ設けるものに限らず、任意の複数個でよい。また、冗長設計をすることなく、各１つずつ設けてもよい。
【００８４】
ダイオードとしては、ショットキーダイオードに限らない。また、ダイオードにも限らず、例えばサイリスタ等であってもよい。
「診断手段について」
上記第１〜第３の実施形態では、電位変換回路５０の異常の有無の診断に加えて、ダイオード７０，７２のショートモード故障の有無を診断した（図４〜図６）が、これに限らない。すなわち、先の図４〜図６に例示した手法を用いる場合であっても、その異常は必ずしもショートモード故障である必要はない。例えば、電位変換回路５０を構成する抵抗体の抵抗値の経年変化等によって電位変換回路５０のゲインがずれた場合等の異常であっても、上記手法によって異常を捉えることができると考えられる。
「診断実行条件について」
診断実行条件としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、電池セルＣｉｊの電圧のばらつきが小さいと想定される状況を条件とする場合、この条件として、電池セルＣｉｊへの燃料ガスの充填量が多いときとの条件を加えてもよい。
「電位変換回路の基準電位の設定について」
電位変換回路の基準電位の設定としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。ただし、電位変換回路５０の基準電位となる端子と一方の入力端子との間に電流が流れるようにしたり、他方の入力端子と抵抗体との間に電流が流れるようにしたりすることが望ましい。
「電圧出力手段について」
電圧出力手段としては、電位変換手段の出力電圧の最大値および最小値の双方に応じた電圧を選択的に出力するものに限らない。例えば最小値のみ等、これらのうちの一方の電圧に応じた電圧を選択的に出力するものであってもよい。
【００８５】
最小値や最大値に対応する電圧信号を選択的に出力する手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、電位変換回路５０の全ての出力を取り込みそのいずれか１つを選択的に出力するマルチプレクサを備える構成であってもよい。この場合、電位変換回路５０の一対の出力電圧同士の大小を比較するコンパレータを複数用いることで電圧が最も低い（高い）ものを特定し、この特定結果に応じてマルチプレクサを操作すればよい。
【００８６】
さらに、例えば先の図２等において、電位変換回路５０の出力信号とキャリアとの大小比較に基づき、このアナログ電圧信号を論理「Ｈ」および論理「Ｌ」の２値信号（ＰＷＭ信号）に変調し、この２値信号の論理和または論理積によって最大値や最小値の検出結果信号を生成してもよい。
「最小値や最大値を特定する検出対象電池群について」
最小値や最大値を特定する検出対象電池群としては、上記ブロックＢｉに限らない。例えば、組電池１０を構成する全電池セルＣｉｊのうちの最小値や最大値のみが制御装置２４に入力されるものであってもよい。これは例えば、フォトカプラ２２に代えて、トランスを用いることで各ブロックＢ１〜Ｂｍの最低電圧自体を低電圧システムに出力し、これらのうちの最低電圧を、監視ユニットＵｉの備えるものと同様の回路によって特定することで実現することができる。もっとも、組電池１０の端子電圧がさほど高くない場合には、ブロック単位のグループ分け自体を排除することもできる。
「絶縁手段について」
高電圧システムと低電圧システムとの絶縁を維持しつつ信号を伝播させる光絶縁素子としては、フォトカプラに限らず、フォトＭＯＳリレー等であってもよい。また光絶縁素子に限らず、例えば、トランス等の磁気絶縁素子であってもよい。
「電位変換手段について」
電位変換手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば電池セルＣｉ１〜Ｃｉ（ｎ−１）のそれぞれの電圧を電流に変換する電流変換手段と、この電流を電池セルＣｉｎの負極電位基準の電圧に変換する抵抗体等の電圧変換手段とを備えるものであってもよい。
「検出対象電池について」
検出対象電池としては、１の電池セルまたは２個直列接続された電池セルに限らない。例えば３つ以上の直列接続された電池セルであってもよい。また、電池セルとしては、燃料電池に限らず、例えば２次電池であってもよい。ここで、２次電池としてリチウムイオン２次電池等を採用するなら、その充電状態を厳密に監視する要求が高いため、電圧の最大値および最小値を上記態様にて監視することが特に有効である。
（そのほか）
・監視ユニットＵｉの電源としては、フライバックコンバータ４２に限らない。例えば、各ブロックＢｉであってもよい。この場合であっても、組電池１０の電圧が安定した後に最小電圧等を監視することなどはできる。また、組電池１０を２次電池とする場合には、こうした構成であっても常時電圧を監視することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０…組電池、２４…制御装置、５０…電位変換回路、７０，７２…ダイオード、Ｕｉ…監視ユニット、Ｃｉｊ…電池セル。
【図１】
2012047521.tif 000003
【図２】
2012047521.tif 000004
【図３】
2012047521.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012047521.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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