(57)【要約】【課題】異常の単位セルが所定数発生するまで組電池の充電経路及び／又は放電経路の遮断を許容することにより、異常の度に組電池全体を遮断することを極力回避できる組電池の監視装置及び該監視装置を備えた電池パックを提供する。【解決手段】組電池の監視装置は、共通の単位セルに対して二重化された第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段を有している。第１、２の電圧検出手段は、それぞれ異なるレベルの単位セルの異常を検出する。軽度の過充電状態の単位セルの、全セル数が基準割合を上回った場合に、充電経路が遮断される。つまり、充電経路の遮断は異常の単位セルが複数発生するまで許容される。一方、重度の過充電状態の単位セルが少なくとも１つ存在する場合、速やかに充電経路が遮断される。【選択図】図１
2013078233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、充電経路を有する組電池について、該組電池を構成する個々の単位セルの電圧を検出してセルの充電状態を監視する組電池の監視装置であって、
電圧検出手段と、
閾値設定手段と、
配線遮断手段とを備え、前記閾値設定手段により第１の電圧閾値が設定され、
監視手段をさらに備え、前記監視手段は、前記電圧検出手段により前記第１の電圧閾値を上回る単位セルが複数検出された場合、前記充電経路を遮断することを特徴とする組電池の監視装置。
【請求項２】
前記監視装置は、さらに第２の電圧閾値を有し、
前記電圧検出手段により前記第２の電圧閾値を上回る単位セルが少なくとも１個検出された場合、前記充電経路を遮断する請求項１に記載の組電池の監視装置。
【請求項３】
前記監視装置は、前記第１の電圧閾値を上回るセル数の組電池全セル数に対する割合を演算し、該演算結果が予め定められた基準割合を超えた場合、前記充電経路を遮断する請求項１又は請求項２に記載の組電池の監視装置。
【請求項４】
前記基準割合は、５０％を超え１００％未満の範囲から選ばれる値である請求項３に記載の組電池の監視装置。
【請求項５】
前記電圧検出手段は、共通の単位セルに並列に接続される第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段を備え、
前記第１の電圧検出手段には、第１の電圧閾値が設定され、
前記第２の電圧検出手段には、第２の電圧閾値が設定される請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の組電池の監視装置。
【請求項６】
前記第１の電圧検出手段と前記第２の電圧検出手段のうちの一方の電圧検出手段は、マイコンを含む回路で構成され、他方の電圧検出手段は、マイコンを含まない回路で構成される請求項５に記載の組電池の監視装置。
【請求項７】
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、放電経路を有する組電池について、該組電池を構成する個々の単位セルの電圧を検出してセルの放電状態を監視する組電池の監視装置であって、
電圧検出手段と、
閾値設定手段と、
配線遮断手段とを備え、前記閾値設定手段により第３の電圧閾値が設定され、
監視手段をさらに備え、前記監視手段は、
前記電圧検出手段により前記第３の電圧閾値を下回る単位セルが複数検出された場合、前記放電経路を遮断することを特徴とする組電池の監視装置。
【請求項８】
前記監視装置は、さらに第４の電圧閾値を有し、
前記電圧検出手段により前記第４の閾値を下回る単位セルが少なくとも１個検出された場合、前記放電経路を遮断する請求項７に記載の組電池の監視装置。
【請求項９】
前記監視装置は、前記第３の電圧閾値を下回るセル数の組電池全セル数に対する割合を演算し、該演算結果が予め定められた基準割合を超えた場合、前記放電経路を遮断する請求項７又は請求項８に記載の組電池の監視装置。
【請求項１０】
前記電圧検出手段は、共通の単位セルに並列に接続される第３の電圧検出手段と第４の電圧検出手段を備え、
前記第３の電圧検出手段には、第３の電圧閾値が設定され、
前記第４の電圧検出手段には、第４の電圧閾値が設定される請求項８又は請求項９に記載の組電池の監視装置。
【請求項１１】
前記第３の電圧検出手段と前記第４の電圧検出手段のうちの一方の電圧検出手段は、マイコンを含む回路で構成され、他方の電圧検出手段は、マイコンを含まない回路で構成される請求項１０に記載の組電池の監視装置。
【請求項１２】
前記第３の電圧検出手段は、前記第１の電圧検出手段であり、前記第４の電圧検出手段は、前記第２の電圧検出手段である請求項１０又は請求項１１に記載の組電池の監視装置。
【請求項１３】
前記単位セルは、リチウムイオン電池である請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の組電池の監視装置。
【請求項１４】
前記組電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動用電源である請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の組電池の監視装置。
【請求項１５】
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、前記充電経路及び／又は前記放電経路を有する前記組電池と、
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の組電池の監視装置を備えた電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池について、該組電池を構成する個々の単位セルの電圧を検出してセルの状態を監視する組電池の監視装置、及び該監視装置を備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動用として、複数の二次電池を電気的に直列接続した組電池が知られている。この種の二次電池の一例として、リチウムイオン電池が知られている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、容量が大きいという利点を有する反面、過充電状態や過放電状態ではその機能を発揮できなくなるという欠点を有する。
【０００４】
したがって、組電池を使用する場合、過充電状態や過放電状態に至らないようにするため、各単位セルの充電状態を監視する必要がある。通常、組電池には各単位セルの状態を監視するための監視装置が接続され、その指標となる各単位セルの電圧又は電流を測定している。
【０００５】
従来、監視装置の一例として、特許文献１には、ヒューズを介して２組の電池ブロックを直列に接続するとともに、単位セルの出力側にコンタクタを接続した監視装置が開示されている。この監視装置は、単位セルに過電流が流れるとヒューズを溶断して単位セルの電流を遮断し、さらに、過電流を検出してコンタクタをオフに切替えて電流を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている組電池の監視装置は、１つの単位セルに過電流が流れるとヒューズを溶断して電流を遮断するので、組電池全体を遮断することになる。この状態になると、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両は、モータでの走行ができなくなる。単位セルの状態が異常であっても組電池全体として許容できる範囲であるならば、異常の度に組電池全体を遮断することは極力避けるべきである。
【０００８】
したがって、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、異常の単位セルが複数発生するまで組電池の充電回路及び／又は放電回路の遮断を許容することにより、異常の度に組電池全体を遮断することを極力回避できる組電池の監視装置、及び該監視装置を備えた電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の組電池の監視装置は、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、充電回路を有する組電池について、該組電池を構成する個々の単位セルの電圧を検出してセルの充電状態を監視する組電池の監視装置である。組電池の監視装置は、電圧検出手段と、閾値設定手段と、配線遮断手段とを備え、閾値設定手段により第１の電圧閾値が設定され、監視手段をさらに備え、監視手段は、電圧検出手段により第１の電圧閾値を上回る単位セルが複数検出された場合、前記充電経路を遮断する。
【００１０】
この構成によると、異常（電圧閾値を上回る状態）の単位セルが複数発生するまで組電池の充電経路の遮断を許容できるので、異常の度に組電池全体を遮断することを極力避けることができる。
【００１１】
好ましくは、監視装置は、さらに第２の電圧閾値を有し、電圧検出手段により前記第２の電圧閾値を上回る単位セルが少なくとも１個検出された場合、前記充電経路を遮断する。
【００１２】
この構成によると、組電池全体を遮断すべき事象に陥った場合に、組電池の充電経路を確実に遮断できる。
【００１３】
好ましくは、監視装置は、第１の電圧閾値を上回るセル数の組電池全セル数に対する割合を演算し、該演算結果が予め定められた基準割合を超えた場合、充電経路を遮断する。また、基準割合は、５０％を超え１００％未満の範囲から選ばれる値である。
【００１４】
この構成によると、充電経路を遮断する条件をよりきめ細かに設定できる。
【００１５】
さらに好ましくは、電圧検出手段は、共通の単位セルに並列に接続される第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段を備え、第１の電圧検出手段には、第１の電圧閾値が設定され、第２の電圧検出手段には、第２の電圧閾値が設定される。
【００１６】
この構成によると、単位セルに対して二重化された第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段により、それぞれ異なるレベルの単位セルの異常を検出できる。また、仮に第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段のいずれか一方が故障した場合でも、残りの電圧検出手段で単位セル電圧の検出を継続できる。
【００１７】
さらに好ましくは、第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段のうちの一方の電圧検出手段は、マイコンを含む回路で構成され、他方の電圧検出手段は、マイコンを含まない回路で構成される。
【００１８】
全ての電圧検出手段を、マイクロコンピュータを含む回路で構成した場合、直列接続する単位セルの数が増えると、マイクロコンピュータを主体とした回路では回路規模の増加と消費電力の増加が比例関係にあるため、電池容量は増えないのに消費電力が増大するという問題が生じるが、この構成によると、直列接続する単位セルの数が増えても消費電力を極力抑えることができる。また、マイコンは外来ノイズ等の要因により暴走する虞を有するため、全ての電圧検出手段を、マイクロコンピュータを含む回路で構成した場合と比較して電圧検出手段における単位セルの異常発生の検出や判定の確実性が担保される。
【００１９】
本発明の組電池の監視装置は、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、放電回路を有する組電池について、該組電池を構成する個々の単位セルの電圧を検出してセルの放電状態を監視する組電池の監視装置である。組電池の監視装置は、電圧検出手段と、閾値設定手段と、配線遮断手段とを備え、前記閾値設定手段により第３の電圧閾値が設定され、監視手段をさらに備え、前記監視手段は、電圧検出手段により第３の電圧閾値を下回る単位セルが複数検出された場合、放電経路を遮断する。この構成によると、異常（電圧閾値を上回る状態）のセルが複数発生するまで組電池の放電経路の遮断を許容できるので、異常の度に組電池全体を遮断することを極力避けることができる。
【００２０】
好ましくは、監視装置は、さらに第４の電圧閾値を有し、電圧検出手段により第４の電圧閾値を下回る単位セルが少なくとも１個検出された場合、放電経路を遮断する。この構成によると、組電池全体を遮断すべき事象に陥った場合に、組電池の放電経路を確実に遮断できる。
【００２１】
好ましくは、監視装置は、第３の電圧閾値を下回るセル数の組電池全セル数に対する割合を演算し、該演算結果が予め定められた基準割合を超えた場合、放電経路を遮断する。この構成によると、放電経路を遮断する条件をよりきめ細かに設定できる。
【００２２】
さらに好ましくは、電圧検出手段は、共通の単位セルに並列に接続される第３の電圧検出手段と第４の電圧検出手段を備え、第３の電圧検出手段には、第３の電圧閾値が設定され、第４の電圧検出手段には、第４の電圧閾値が設定される。この構成によると、単位セルに対して二重化された第３の電圧検出手段と第４の電圧検出手段により、それぞれ異なるレベルの単位セルの異常を検出できる。また、仮に第３の電圧検出手段と第４の電圧検出手段のいずれか一方が故障した場合でも、残りの電圧検出手段で単位セル電圧の検出を継続できる。
【００２３】
さらに好ましくは、第３の電圧検出手段と第４の電圧検出手段のうちの一方の電圧検出手段は、マイコンを含む回路で構成され、他方の電圧検出手段は、マイコンを含まない回路で構成される。また、第３の電圧検出手段は、前記第１の電圧検出手段であり、第４の電圧検出手段は、前記第２の電圧検出手段である。全ての電圧検出手段を、マイクロコンピュータを含む回路で構成した場合、直列接続する単位セルの数が増えると、マイクロコンピュータを主体とした回路では回路規模の増加と消費電力の増加が比例関係にあるため、電池容量は増えないのに消費電力が増大するという問題が生じるが、この構成によると、直列接続する単位セルの数が増えても消費電力を極力抑えることができる。また、マイコンを含まない電圧検出手段を有するので、全ての電圧検出手段を、マイクロコンピュータを含む回路で構成した場合と比較して電圧検出手段における単位セルの異常発生の検出や判定の確実性が担保される。
【００２４】
さらに好ましくは、第３の電圧検出手段は、前記第１の電圧検出手段であり、第４の電圧検出手段は、前記第２の電圧検出手段である。この構成によると、電圧検出手段を新たに設ける必要がなく、監視装置本体を小型にできる。
【００２５】
さらに好ましくは、前記単位セルは、リチウムイオン電池であり、組電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動用電源である。また、二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成され、前記充電経路及び／又は前記放電経路を有する前記組電池と、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の組電池の監視装置を備えている。この構成によると、高いエネルギ密度を有する一方、より厳密な過充電或いは過放電対策を要するリチウムイオン電池を単位セルとして組電池を構成することにより、リチウムイオン電池の状態を監視して安全に制御したうえで当該電池の性能を十分に引き出すことができる。また、組電池を電気自動車、ハイブリッド自動車の駆動用として用いるので、高出力電圧を得るために多数の単位セルを直列接続して構成される駆動用電源の使用効率を向上させることができる。さらに、異常の単位セルが複数発生するまで組電池の充電経路及び／又は放電経路の遮断を許容できるので、異常の度に組電池全体を遮断することを極力回避できる電池パックを提供できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、異常の単位セルが複数発生するまで組電池の充電回路又は放電回路の遮断を許容することにより、異常の度に組電池全体を遮断することを極力回避可能な組電池の監視装置、及び該監視装置を備えた電池パックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態に係る組電池の監視装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１の電圧検出手段と第２の電圧検出手段の構成を説明する図である。
【図３】単位セルの電圧データが閾値設定部、監視手段で処理される手順を説明する図である。
【図４】本実施の形態に係る組電池の監視装置による異常判定と遮断制御を説明するフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係る組電池の監視装置による異常判定と遮断制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態に係る組電池の監視装置について、添付図面に従って説明する。以下の実施の形態では、主として電気自動車、ハイブリッド自動車等の電動車両の駆動用として用いる組電池の監視装置を説明するが、本発明は例えば、電動二輪車の駆動用として用いる組電池にも同様に採用できる。
【００２９】
なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「後段」等）を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３０】
図１に示すように、組電池の監視装置１（以下、単に「監視装置１」と称する。）は、二次電池からなる単位セルをＮ個（Ｎは２以上の整数）直列接続した直列接続体の各単位セルの電圧を検出し、各単位セルの状態を監視するものである。図示するように、監視装置１は、組電池２、電圧検出手段３及び監視手段（ＢＭＵ［バッテリーマネージメントユニット］）４を備えてなる。図において、符号５は電動車両全体の制御を司る上位ＣＰＵであり、図示しない通信回線を介して監視手段４と接続されている。
【００３１】
組電池２は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載される走行用モータの駆動用電源として用いられる。組電池２を構成する二次電池としては、例えばリチウムイオン電池が用いられる。なお、図１においては、組電池２を構成する単位セルの直列接続体の一部の単位セル２０−１，２０−２，２０−３を記載しているが、実際には数百ボルトの高電圧を出力するため、数十個から数百個の単位セルの直列接続体で組電池２が構成される。
【００３２】
図示するように、組電池２の両端の正極端子と負極端子には、充電経路６と放電経路７がそれぞれ接続されている。
【００３３】
充電経路６は、組電池２の両端の正極端子と負極端子からそれぞれ引き出された電力供給線６０と、電力供給線６０における組電池２の正極端子側と負極端子側にそれぞれ接続された遮断器６２ａ，６２ｂ（配線遮断手段）を有する。組電池２への充電の際は遮断器６２ａと６２ｂとの間に充電器６４が接続される。充電器６４から組電池２への充電電力の遮断は遮断器６２ａ，６２ｂの開動作により電気的に実行される。
【００３４】
同様に、放電経路７は、組電池２の両端の正極端子と負極端子からそれぞれ引き出された電力供給線７０と、電力供給線７０における組電池２の正極端子側と負極端子側にそれぞれ接続された遮断器７２ａ，７２ｂ（配線遮断手段）を有する。遮断器７２ａと７２ｂとの間にインバータを介して走行用モータ７４等からなる負荷が接続される。組電池２から負荷への電力の遮断は遮断器７２ａ，７２ｂの開動動作により電気的に実行される。
【００３５】
充電経路６の遮断器６２ａ，６２ｂ及び放電経路７の遮断器７２ａ，７２ｂの制御については後述する。
【００３６】
電圧検出手段３は、共通の単位セルに対して並列接続された２つの電圧検出回路で構成されている。図示するように、電圧検出手段３は、単位セル２０−１の電圧を検出する第１の電圧検出回路（第１の電圧検出手段又は第３の電圧検出手段）３０ａと第２の電圧検出回路（第２の電圧検出手段又は第４の電圧検出手段）３２ａとを有する。同様に、単位セル２０−２の電圧を検出する第１の電圧検出回路３０ｂと第２の電圧検出回路３２ｂとを有し、単位セル２０−３の電圧を検出する第１の電圧検出回路３０ｃと第２の電圧検出回路３２ｃとを有する。
【００３７】
また、第１の電圧検出回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、及び第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、監視手段４との間には、第１の電圧検出回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、及び第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃにより検出された単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データを監視手段４に出力する冗長回路３５ａ，３５ｂ，３５ｃが設けられている。
【００３８】
さらに、図２を参照して第１の電圧検出回路３０ａの構成を説明する。なお、第１の電圧検出回路３０ｂ，３０ｃについても同一の構成であるので説明を省略する。図示するように、第１の電圧検出回路３０ａは、第１の切替え回路３００と、アナログ−ディジタル変換回路３１０（以下、単に「ＡＤ変換回路３１０」と称する。）と、マイクロコンピュータ３１２（以下、単に「マイコン３１２」と称する。）を含む。
【００３９】
第１の切替え回路３００は、単位セル２０−１の正極端子側と負極端子側の各電位検出点３０１ａ，３０２ａとＡＤ変換回路３１０との間を接続する電圧検出線３０３，３０４を有する。
【００４０】
電圧検出線３０３には電界効果型トランジスタ３０５（スイッチング素子）が介在している。電界効果型トランジスタ３０５のゲート側には、電界効果型トランジスタ３０５を所定の周期でオン、オフさせるためのスイッチング回路３０６が接続されている。
【００４１】
単位セル２０−１の正極端子側の電位検出点３０１ａと電界効果型トランジスタ３０５のドレイン間、及び単位セル２０−１の負極端子側の電位検出点３０２ａとＡＤ変換回路３１０との間には、保護抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。また、電界効果型トランジスタ３０５のソースとＡＤ変換回路３１０との間であって電圧検出線３０３，３０４との間には、コンデンサ３０７が接続されている。このような構成により、電界効果型トランジスタ３０５がオンした時に、保護抵抗Ｒ１，Ｒ２との間（つまり、コンデンサ３０７の接続点間）で変化する電位がコンデンサ３０７に蓄積される。
【００４２】
ＡＤ変換回路３１０は、電界効果型トランジスタ３０５がオフした時に、コンデンサ３０７に蓄積された電位（つまり単位セル２０−１の電圧データ）を取り込み、アナログ信号をディジタル信号に変換して該ディジタル信号を後段のマイコン３１２に出力する。
【００４３】
マイコン３１２は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、プログラム及びプログラムデータが記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの動作領域及び電圧データを一時的に格納するバッファとして機能するＲＡＭを有する（共に図示せず。）。マイコン３１２は図示しない電力供給源からの電力供給を受けて動作する。
【００４４】
マイコン３１２内には、単位セル２０−１の状態を検出するための図示しない第１の閾値設定部（閾値設定手段）が設定されており、該第１の閾値設定部には第１の判定閾値と第３の判定閾値（第１、第３の電圧閾値）が設定されている。この第１、第３の判定閾値については後述する。
【００４５】
図示するように、第１の電圧検出回路３０ａは、マイコン３１２の異常動作や暴走を検出するための第１のウォッチドッグタイマＷＤＴ１を有する。マイコン３１２に異常が発生するとウォッチドッグタイマＷＤＴ１によりリセットをかけることによってマイコン３１２の異常動作や暴走を防止している。この第１のウォッチドッグタイマＷＤＴ１によるマイコン３１２の監視情報は、監視手段４を介して上位ＣＰＵ５に出力されるようにしてある。
【００４６】
次に、第２の電圧検出回路３２ａの構成を説明する。図２に示すように、第２の電圧検出回路３２ａは、第２の切替え回路３２０と、ＡＤ変換回路３３０と、第２の閾値設定部３４０（閾値設定手段）を含む。なお、第２の電圧検出回路３２ｂ，３２ｃについても同一の構成であるので説明を省略する。図において、第２の切替え回路３２０及びＡＤ変換回路３３０の構成は、第１の電圧検出回路３０ａの第１の切替え回路３００と及びＡＤ変換回路３１０と符号が異なるだけであり、構成は同じである。
【００４７】
第２の閾値設定部３４０には第２の判定閾値と第４の判定閾値（第２、第４の電圧閾値）が設定されている。なお、第２、第４の判定閾値については、第１、第３の判定閾値と併せて後述する。
【００４８】
このように、第２の電圧検出回路３２ａの電圧検出機能をＣＰＵ（マイコン）を用いたソフトウエア的な処理を行うことなくハードウェア回路のみによって実現している。その結果、故障や誤動作に対して信頼性が高くなる。また、全ての電圧検出回路を、マイクロコンピュータを含む回路で構成した場合と比較して消費電力を低減できる。
【００４９】
冗長回路３５ａは、第１の電圧検出回路３０ａ、及び第２の電圧検出回路３２ａにより得られた単位セル２０−１の電圧データを監視手段４に出力する機能のほか、マイコン３１２の異常動作や暴走を検出する機能を有する。
【００５０】
具体的には、冗長回路３５ａ内に第２のウォッチドッグタイマＷＤＴ２が備えられており、第１のウォッチドッグタイマＷＤＴ１と協働してマイコン３１２を相互に監視している。この第２のウォッチドッグタイマＷＤＴ２によるマイコン３１２の監視情報も同様に、監視手段４を介して上位ＣＰＵ５に出力されるようにしてある。
【００５１】
次に、マイコン３１２内に設定されている第１の閾値設定部３１５（第１、第３の判定閾値）、及び第２の閾値設定部３４０（第２、第４の判定閾値）について、図３を参照して説明する。
【００５２】
本実施の形態で用いられる単位セル２０−１，２０−２，２０−３は、例えば、２．７Ｖ〜４．１５Ｖの範囲で電動車両を正常に動作させるよう設計されている。第１、第３の判定閾値及び第２、第４の判定閾値は、この電圧範囲を逸脱する単位セルを検出するべく設定されている。なお、各判定閾値は、二次電池の種類や特性に応じて適宜に設定できる。
【００５３】
具体的に説明すると、第１の判定閾値は各単位セル２０−１，２０−２，２０−３について軽度の過充電を検出するための閾値電圧であり、例えば４．２Ｖが設定されている。第３の判定閾値は各単位セル各単位セル２０−１，２０−２，２０−３について軽度の過放電を検出するための閾値電圧であり、例えば２．７Ｖが設定されている。
【００５４】
一方、第２の判定閾値は各単位セル各単位セル２０−１，２０−２，２０−３について重度の過充電を検出するための閾値電圧であり、例えば４．２５Ｖが設定されている。第４の判定閾値は各単位セル各単位セル２０−１，２０−２，２０−３について重度の過放電を検出するための閾値電圧であり、例えば２．６５Ｖが設定されている。
【００５５】
上述のように構成することにより、第１の電圧検出回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃと第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃとで二重化された電圧検出手段３によって単位セル２０−１，２０−２，２０−３についてそれぞれ異なる異常のレベルを検出できる。
【００５６】
次に、監視手段４について説明する。図３に示すように、監視手段４は第１の比較判定回路４０（第１の比較判定手段）、第２の比較判定回路４２（第２の比較判定手段）及び遮断回路４４を有する。
【００５７】
第１の比較判定回路４０は、組電池２を構成する各電池セル２０−１，２０−２，２０−３…２０−ｎの電圧について、第１の判定閾値を上回るセル数、又は第３の判定閾値を下回るセル数の、全セル数に対する割合を演算し、該割合の演算結果が予め定められた基準割合を上回るか否かを判定する回路である。本実施の形態では、割合の演算結果が例えば基準割合５５％を上回った場合に、その判定結果を遮断回路４４に出力する構成としてある。なお、基準割合は、所定の単位セルの状態が異常であっても組電池２全体として許容できる範囲内（二次電池の特性等に応じて例えば、５０％を超え１００％未満の範囲から選ばれる値。）であれば適宜に設定できる。
【００５８】
第２の比較判定回路４２は、第２の判定閾値を上回る単位セル、又は第４の判定閾値を下回る単位セルが存在するか否かを判定する回路である。本実施の形態では、当該第２の比較判定回路４２により、第２の判定閾値を上回る（重度の過充電状態）単位セル、又は第４の判定閾値を下回る（重度の過放電状態）単位セルが少なくとも１つ存在すると判定された場合に、その判定結果を遮断回路４４に出力する構成としてある。
【００５９】
遮断回路４４（配線遮断手段）は、第１の比較判定回路４０及び第２の比較判定回路４２から出力された単位セル２０−１，２０−２，２０−３の状態を示す情報に基づき、充電経路６の遮断器６２ａ，６２ｂ、又は放電経路７の遮断器７２ａ，７２ｂを遮断する回路である。
【００６０】
遮断回路４４は、第１の比較判定回路４０から充電経路６、又は放電経路７を遮断すべきである旨の情報を受信した場合、当該情報を上位ＣＰＵ５に出力し、上位ＣＰＵ５から返送される充電経路６、又は放電経路７の遮断許可信号を受けて当該充電経路６の遮断器６２ａ，６２ｂ、又は放電経路７の遮断器７２ａ，７２ｂを遮断する。つまり、充電経路６、又は放電経路７の遮断は異常の単位セルが複数発生するまで許容される。
【００６１】
また、遮断回路４４は、第２の比較判定回路４２から充電経路６、又は放電経路７を遮断すべきである旨の情報を受信した場合、当該情報を上位ＣＰＵ５に出力することなく、充電経路６の遮断器６２ａ，６２ｂ、又は放電経路７の遮断器７２ａ，７２ｂを直接遮断する。つまり、充電経路６、又は放電経路７は異常の単位セルが少なくとも１個検出された場合に遮断される。
【００６２】
次に、上述のように構成された監視装置１の動作について、図３、図４及び図５を参照して説明する。本動作説明では、各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データに基づき、充電経路６、又は放電経路７を遮断する動作に着目して説明する。図４は、第１の電圧検出回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃで検出された各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データに基づく動作を示し、図５は、第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃで検出された各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データに基づく動作を示す。
【００６３】
監視装置１による組電池２の監視は、例えば、電動車両のイグニッションがオンした時、又は電動車両の走行時に行われる。組電池２を構成する各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧が第１の電圧検出回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃと第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃにより検出される。
【００６４】
図３及び図４に示すように、各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データは、第１の閾値設定部３１５（第１、第２の判定閾値）に取り込まれる。そして、取り込まれた各電圧データについて、第１の判定閾値又は第３の判定閾値を超える単位セルの有無が検出される（ステップＳ１）。
【００６５】
第１の比較判定回路４０において、組電池２を構成する各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧に関し、第１の判定閾値を上回るセル数、又は第３の判定閾値を下回るセル数の、全セル数に対する割合を演算が演算される（ステップＳ２）。
【００６６】
第１の比較判定回路４０での割合の演算結果について、第１の判定閾値を上回るセル数、又は第３の判定閾値を下回るセル数の、全セル数に対する割合が５５％を上回ったか否か（基準割合５５％を超えたか否か）が判定される（ステップＳ３）。
【００６７】
ステップＳ３での判定結果がＹＥＳと判定された場合、組電池２は充電経路６、又は放電経路７を遮断すべき状態であるので、ステップＳ４に進む。
【００６８】
ステップＳ４において、遮断回路４４は、第１の比較判定回路４０から充電経路６、又は放電経路７を遮断すべきである旨の情報を受信すると、当該情報を上位ＣＰＵ５に出力する。そして、上位ＣＰＵ５は遮断回路４４に対して充電経路６、又は放電経路７の遮断許可信号を返送する。
【００６９】
一方、ステップＳ３での判定結果がＮＯと判定された場合、第１、第３の判定閾値の基準割合を超える単位セルの割合が全セル数の５５％以上になるまでステップＳ１からステップＳ３のループが繰り返される。
【００７０】
遮断回路４４が上位ＣＰＵ５から返送された充電経路６、又は放電経路７の遮断許可信号を受信すると、充電経路６の遮断器６２ａ，６２ｂ、又は放電経路７の遮断器７２ａ，７２ｂを遮断する。すなわち、第１の判定閾値を上回るセル数の全セル数に対する割合が５５％を超えると充電経路６が上位ＣＰＵ５の制御で遮断され、第３の判定閾値を下回るセル数の全セル数に対する割合が５５％を超えると放電経路７が上位ＣＰＵ５の制御で遮断される（ステップＳ５）。このように、充電経路６、又は放電経路７の遮断は異常の単位セルが複数発生するまで許容される。
【００７１】
次に、第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃで検出された各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データに基づく動作について説明する。図３及び図５に示すように、各単位セル２０−１，２０−２，２０−３の電圧データは、第２の閾値設定部３４０（第２、第４の判定閾値）に取り込まれる。そして、取り込まれた各電圧データについて、第２の判定閾値又は第４の判定閾値を超える単位セルの有無が検出される（ステップＳ１０）。
【００７２】
第２の比較判定回路４２において、第２の判定閾値を上回る（重度の過充電状態）単位セル、又は第４の判定閾値を下回る（重度の過放電状態）単位セルが少なくとも１つ存在するか否かが判定される（ステップＳ２０）。
【００７３】
ステップＳ２０の判定結果がＹＥＳと判定された場合、遮断回路４４は、第２の比較判定回路４２から充電経路６、又は放電経路７を遮断すべきである旨の情報を受信すると、当該情報を上位ＣＰＵ５に出力することなく、充電経路６の遮断器６２ａ，６２ｂ、又は放電経路７の遮断器７２ａ，７２ｂを直接遮断する。すなわち、第２の判定閾値を上回る単位セルが少なくとも１つ存在すると、充電経路６が上位ＣＰＵ５の制御によることなく遮断され、第４の判定閾値を下回る単位セルが少なくとも１つ存在すると、放電経路７が上位ＣＰＵ５の制御によることなく遮断される（ステップＳ３０）。このように、充電経路６、又は放電経路７は異常の単位セルが少なくとも１個検出された場合に遮断される。
【００７４】
一方、ステップＳ２０での判定結果がＮＯと判定された場合、重度の過充電状態又は重度の過放電状態の単位セルを検出するまでステップＳ１０からステップＳ２０のループが繰り返される。
【００７５】
このように、本実施の形態の監視装置１によれば、異常の単位セルが複数発生するまで充電経路６、又は放電経路７の遮断を許容できるので、異常の度に組電池２全体を遮断することを極力回避できる。また、単位セル２０−１，２０−２，２０−３に対して二重化された第１の電圧検出回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃと第２の電圧検出回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃにより、それぞれ異なるレベルの単位セルの異常を検出できる。さらに、直列接続する単位セルの数が増えても消費電力を極力抑えることができるとともに、全ての電圧検出手段を、マイクロコンピュータを含む回路で構成した場合と比較して電圧検出手段における単位セル２０−１，２０−２，２０−３…２０−ｎの異常発生の検出や判定の確実性が担保される。
【００７６】
なお、本実施の形態では、電圧検出手段３は、共通の単位セルに対して並列接続された第１の電圧検出回路（第１の電圧検出手段又は第３の電圧検出手段）３０ａと第２の電圧検出回路（第２の電圧検出手段又は第４の電圧検出手段）３２ａで構成されている例を説明したが、これは単なる例示であってこれに限定するものではない。例えば、１つの電圧検出手段と閾値設定手段を備えるとともに、内部に第１の電圧閾値が設定され、該電圧検出手段により第１の電圧閾値を上回る単位セルが複数検出された場合、充電経路６を遮断する監視手段であってもよい。さらに第２の電圧閾値を有し、電圧検出手段により第２の電圧閾値を上回る単位セルが少なくとも１個検出された場合、充電経路６を遮断してもよい。
【００７７】
また、同様に、１つの電圧検出手段と閾値設定手段を備えるとともに、内部に第３の電圧閾値が設定され、該電圧検出手段により第３の電圧閾値を下回る単位セルが複数検出された場合、放電経路７を遮断する監視手段であってもよい。さらに第４の電圧閾値を有し、電圧検出手段により第４の電圧閾値を下回る単位セルが少なくとも１個検出された場合、放電経路７を遮断してもよい。
【００７８】
また、本実施の形態では、第１の閾値設定部３１５に軽度の過充電を検出する第１の判定閾値と、軽度の過放電を検出する第３の判定閾値を格納し、第２の閾値設定部３４０に重度の過充電を検出する第２の判定閾値と、重度の過放電を検出する第４の判定閾値を格納する例を説明したが、これは単なる例示であってこれに限定するものではない。例えば、第１の閾値設定部３１５に軽度の過充電を検出する判定閾値を格納し、第３の閾値設定部３４０に重度の過充電を検出する判定閾値を格納して、各単位セル２０−１，２０−２，２０−３について過充電の異常を検出し、充電経路６のみを遮断してもよい。また、例えば、第１の閾値設定部３１５に軽度の過放電を検出する判定閾値を格納し、第３の閾値設定部３４０に重度の過放電を検出する判定閾値を格納して、各単位セル２０−１，２０−２，２０−３について過放電の異常を検出し、放電経路７のみを遮断してもよい。
【００７９】
さらに、本発明は、充電経路６及び／又は放電経路７を有し、単位セル２０−１，２０−２，２０−３…２０−ｎを電気的に接続した組電池２と、本実施の形態で説明した監視装置１を備えた電池パックの形態も採用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１  組電池の監視装置
２  組電池
３  電圧検出手段
４  監視手段
５  上位ＣＰＵ
６  充電経路
７  放電経路
２０−１，２０−２，２０−３  単位セル
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  第１の電圧検出回路
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  第２の電圧検出回路
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ  冗長回路
４０  第１の比較判定回路
４２  第２の比較判定回路
４４  遮断回路
３１５  第１の閾値設定部
３４０  第２の閾値設定部
【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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