(57)【要約】【課題】自己放電量のバラツキが増加しても、コストアップやサイズアップを抑えつつ、複数の電池セルを均等化できる電池監視装置を提供する。【解決手段】電池監視装置は、複数の電池セルＣｉそれぞれに電圧検出ラインＬ１を介して接続され、電池セルＣｉの電圧を検出するＩＣ３４と、第一ＦＥＴ３６を備え、複数の電池セルＣｉそれぞれごとに設けられ、対応する電池セルＣｉと並列に接続された第一均等化回路と、電圧検出ラインＬ１に設けられた過電流防止用の抵抗素子Ｒ２と、第二ＦＥＴ３８を備え、複数の電池ブロックＢｎそれぞれの電圧を均等化させるべく、複数の電池ブロックＢｎそれぞれごとに設けられ、対応する電池ブロックＢｎと並列に接続される第二均等化回路と、前記第一、第二ＦＥＴ３６，３８の駆動を制御するコントローラと、を備え、第二均等化回路は、抵抗素子Ｒ２よりも電池ブロックＢｎ側に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池ブロックを直列接続した電池ユニットであって、それぞれの電池ブロックが複数の電池セルを直列接続して構成される電池ユニットを監視する電池監視装置であって、
前記複数の電池セルそれぞれに電圧検出ラインを介して接続され、前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
少なくとも第一スイッチング素子を備えた回路であって、前記複数の電池セルそれぞれの電圧を均等化させるべく、前記複数の電池セルそれぞれごとに設けられ、対応する電池セルと並列に接続された第一均等化回路と、
前記電圧検出ラインに設けられた過電流防止用の抵抗素子と、
少なくとも第二スイッチング素子を備えた回路であって、前記複数の電池ブロックそれぞれの電圧を均等化させるべく、前記複数の電池ブロックそれぞれごとに設けられ、対応する電池ブロックと並列に接続される第二均等化回路と、
前記第一、第二スイッチング素子の駆動を制御するコントローラと、
を備え、
前記第二均等化回路は、前記過電流防止用の抵抗素子よりも電池ブロック側に接続される、
ことを特徴とする電池監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池監視装置であって、さらに、
電池ブロックごとに設けられ、前記電圧検出回路が内蔵されたＩＣを有し、
前記第二スイッチング素子は、前記ＩＣの外部に取り付けられた外付けスイッチング素子である、
ことを特徴とする電池監視装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池監視装置であって、
前記第一スイッチング素子は、前記ＩＣに内蔵された内蔵スイッチング素子である、ことを特徴とする電池監視装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池監視装置であって、さらに、
前記第二スイッチング素子に並列に接続された分圧回路であって、当該第二スイッチング素子の両端電圧に比例した電圧値を取り出す分圧回路を備え、
前記コントローラは、前記分圧回路で取り出された電圧値に基づいて、前記第二スイッチング素子の故障の有無を判定する、
ことを特徴とする電池監視装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池監視装置であって、さらに、
前記第二スイッチング素子に流れる電流によりオンされる第三スイッチング素子を含む検知回路を有し、
前記コントローラは、前記検知回路から出力される電圧に基づいて前記第二スイッチング素子の故障の有無を判定する、
ことを特徴とする電池監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池ブロックを直列接続した電池ユニットを監視する電池監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両や電気自動車では、動力源であるモータに電力を供給するための電池ユニットが搭載されている。電池ユニットは、複数の電池ブロックを直列に接続して構成され、さらに、各電池ブロックは、複数の電池セルを直列に接続して構成される。各電池セルは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。ここで、各電池セルの容量や内部抵抗、自己放電量等にはバラツキがあり、このバラツキに起因して各電池セルの電圧にもバラツキが生じる。かかる電圧のバラツキが発生すると、電池セルの劣化が加速的に進行したり、利用可能なエネルギ量が低下したりする。そこで、各電池セルの電圧のバラツキを解消するために、電池セル間の電池特性を均等化する均等化回路が提案されている（例えば特許文献１，２等）。
【０００３】
均等化回路は、各電池セルからの出力電圧を監視し、電圧の高い電池セルを検出すると、その電池セルから放電させて電池セル間の電池特性の均等化を図る。一般に、この均等化回路は、スイッチング素子と抵抗素子を直接に接続した回路であり、このスイッチング素子をオンして、均等化回路に電流を流すことで、対応する電池セルを放電する。この均等化回路、ひいては、スイッチング素子は、電池セルごとに設けられており、電池セル単位で均等化が図られていた（例えば特許文献１，２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８７５３４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、電池容量の増加に伴い、電池セルの自己放電量のバラツキの絶対量が増加し、均等化のために必要な放電電流が増加してきた。この場合、電池監視装置の大型化や、レイアウトの複雑化、コストアップ等の問題を招いていた。例えば、一般に、電池監視装置には、各スイッチング素子にオン／オフ切替の電気信号を出力するＩＣが各電池ブロックごとに設けられている。このＩＣに、均等化回路を構成するスイッチング素子を内蔵することが一部で提案されている。しかし、均等化のための放電電流が増加すると、内蔵スイッチング素子の発熱量も大きくなるため、ＩＣの大型化やコストの増加を招いていた。そこで、スイッチング素子を、ＩＣに内蔵せず、電流容量の大きい外付けスイッチング素子を用いる構成も提案されている。しかし、この場合、各電池セルごとに外付けスイッチング素子を用意し、設置する必要があるため、部品点数の増加や、基板の部品レイアウトが複雑化等の問題を招き、ひいては、コストアップを招く。そこで、電池ブロックごとに均等化回路を設け、電池ブロック間の電圧のバラツキを解消することも考えられる。すなわち、電池ブロックと並列に接続された均等化回路を設けることも考えられる。しかし、この場合、均等化回路の接続位置によっては、電池セルの電圧検出時に均等化回路制御を実施（均等化回路のスイッチング素子をＯＮ）すると、電圧効果による影響が発生するため、正確な電圧を検出することができないという問題があった。つまり、電池セルの電圧検出と電池ブロックの均等化制御とを同時に行うことができないおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明では、自己放電量のバラツキが増加しても、コストアップやサイズアップを抑えつつ、複数の電池セルを均等化でき、かつ、電圧検出も正確に行える電池監視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】
【０００７】
本発明の電池監視装置は、複数の電池ブロックを直列接続した電池ユニットであって、それぞれの電池ブロックが複数の電池セルを直列接続して構成される電池ユニットを監視する電池監視装置であって、前記複数の電池セルそれぞれに電圧検出ラインを介して接続され、前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、少なくとも第一スイッチング素子を備えた回路であって、前記複数の電池セルそれぞれの電圧を均等化させるべく、前記複数の電池セルそれぞれごとに設けられ、対応する電池セルと並列に接続された第一均等化回路と、前記電圧検出ラインに設けられた過電流防止用の抵抗素子と、少なくとも第二スイッチング素子を備えた回路であって、前記複数の電池ブロックそれぞれの電圧を均等化させるべく、前記複数の電池ブロックそれぞれごとに設けられ、対応する電池ブロックと並列に接続される第二均等化回路と、前記第一、第二スイッチング素子の駆動を制御するコントローラと、を備え、前記第二均等化回路は、前記過電流防止用の抵抗素子よりも電池ブロック側に接続される、ことを特徴とする。
【０００８】
好適な態様では、前記電池ブロックごとに設けられ、前記電圧検出回路が内蔵されたＩＣを有し、前記第二スイッチング素子は、前記ＩＣの外部に取り付けられた外付けスイッチング素子である。また、前記第一スイッチング素子は、前記ＩＣに内蔵された内蔵スイッチング素子である、ことが望ましい。
【０００９】
他の好適な態様では、さらに、前記第二スイッチング素子に並列に接続された分圧回路であって、当該第二スイッチング素子の両端電圧に比例した電圧値を取り出す分圧回路を備え、前記コントローラは、前記分圧回路で取り出された電圧値に基づいて、前記第二スイッチング素子の故障の有無を判定する。
【００１０】
他の好適な態様では、さらに、前記第二スイッチング素子に流れる電流によりオンされる第三スイッチング素子を含む検知回路を有し、前記コントローラは、前記検知回路から出力される電圧に基づいて前記第二スイッチング素子の故障の有無を判定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電池ブロックそれぞれの電圧を均等化させる第二均等化回路を電池ブロックごとに設けているため、第一均等化回路に流れる均等化電流を低く抑えることができ、自己放電量のバラツキの増加に十分に対応できる。また、第二均等化回路は、過電流防止用の抵抗素子よりも電池ブロック側に接続されるため、ブロック均等化処理と電圧検出処理とを並行して行える。その結果、自己放電量のバラツキが増加しても、コストアップやサイズアップを抑えつつ、複数の電池セルを均等化でき、かつ、電圧検出も正確に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態である電池システムの構成を示す図である。
【図２】電池ユニットおよび監視ユニットの構成を示す図である。
【図３】セル電圧のバラツキの一例を示す図である。
【図４】均等化処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】第二ＦＥＴの故障検知構成の一例を示す図である。
【図６】第二ＦＥＴの故障検知の流れを示すフローチャートである。
【図７】第二ＦＥＴの故障検知構成の他の一例を示す図である。
【図８】第二ＦＥＴの故障検知の他の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池システム１０の構成を示す概略図である。また、図２は、電池監視装置３０の回路図である。
【００１４】
図１に示す電池システム１０は、車両に搭載することができる。この車両としては、電気自動車や、ハイブリッド自動車等の電動車両がある。電気自動車は、車両の動力源として、後述する電池ユニット１２だけを備えた車両である。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する電池ユニット１２の他に、燃料電池やエンジン等を備えた車両である。ハイブリッド自動車では、外部電源からの電力を用いて、電池ユニット１２を充電することもできる。外部電源とは、車両の外部に設置された電源（例えば、商用電源）である。
【００１５】
電池ユニット１２の正極端子には、正極ラインＰＬが接続されており、正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ１が設けられている。また、電池ユニット１２の負極端子には、負極ラインＮＬが接続されており、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ２が設けられている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、コントローラ１８からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。コントローラ１８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えることにより、電池ユニット１２を負荷（後述する昇圧回路２２）と接続することができる。
【００１６】
電流センサ２７は、電池ユニット１２に流れる電流値Ｉｂを検出し、検出結果をコントローラ１８に出力する。本実施例では、電池ユニット１２を放電したときの電流値Ｉｂとして、正の値を用い、電池ユニット１２を充電したときの電流値Ｉｂとして、負の値を用いている。本実施例では、電流センサ２７を正極ラインＰＬに設けているが、これに限るものではない。電流センサ２７は、電池ユニット１２に流れる電流値Ｉｂを検出できればよい。例えば、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの少なくとも一方に電流センサ２７を設けることができる。また、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの一方に対して、複数の電流センサ２７を設けることもできる。
【００１７】
電池ユニット１２は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、昇圧回路２２に接続されている。昇圧回路２２は、電池ユニット１２の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ２４に出力する。インバータ２４は、昇圧回路２２から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ２６に出力する。モータ・ジェネレータ２６は、インバータ２４からの交流電力を受けることにより、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２６によって生成された運動エネルギを、車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。
【００１８】
車両を減速させるときや、車両を停止させるとき、モータ・ジェネレータ２６は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。ここで、車両が下り坂を走行するときにも、モータ・ジェネレータ２６は、制動力を発生させるために、運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ２６が生成した交流電力は、インバータ２４によって直流電力に変換される。また、昇圧回路２２は、インバータ２４の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を電池ユニット１２に供給する。これにより、回生電力を電池ユニット１２に蓄えることができる。
【００１９】
コントローラ１８は、メモリ２０を有しており、メモリ２０は、コントローラ１８が特定の処理を行うときに用いられる情報を記憶している。本実施形態では、メモリ２０がコントローラ１８に内蔵されているが、コントローラ１８の外部にメモリ２０を設けることもできる。
【００２０】
コントローラ１８には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフに関する情報が入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、コントローラ１８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えることにより、電池ユニット１２を昇圧回路２２と接続する。これにより、図１に示す電池システム１０は、起動状態（Ｒｅａｄｙ−オン）となる。
【００２１】
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、コントローラ１８は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンからオフに切り替えることにより、電池ユニット１２および昇圧回路２２の接続を遮断する。これにより、図１に示す電池システム１０は、停止状態（Ｒｅａｄｙ−オフ）となる。
【００２２】
電池ユニット１２は、複数の電池ブロックＢｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を直列に接続して構成される。また、各電池ブロックＢｎは、複数の電池セルＣｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｉ）を直列に接続して構成される。電池ユニット１２を構成する電池ブロックＢｎの数、および、各電池ブロックＢｎを構成する電池セルＣｉの数は、電池ユニット１２の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。電池セルＣｉとしては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。
【００２３】
電池ユニット１２の電圧等は、電池監視装置３０により監視され、制御される。電池監視装置３０は、複数の電池監視ユニット３２から構成されており、電池監視ユニット３２は、各電池ブロックＢｎごとに設けられている。図２は、この電池監視ユニット３２および電池ブロックＢｎの構成を示す図である。
【００２４】
電池監視ユニット３２は、各電池ブロックＢｎごとに設けられたＩＣ３４と、電池セルＣｉ間の電圧値のバラツキを均等化する第一均等化回路と、電池ブロックＢｎ間の電圧値のバラツキを均等化する第二均等化回路と、を備えている。
【００２５】
ＩＣ３４は、電圧検出回路として機能するとともに、第一均等化回路の一部を構成する集積回路である。このＩＣ３４には、後述する第一、第二ＦＥＴ３６，３８のゲートドライブ回路が内蔵されており、コントローラ１８からの制御信号に応じて、第一、第二ＦＥＴ３６，３８をオンまたはオフする。また、各電池セルＣｉの正極端子および負極端子それぞれには、電圧検出ラインＬ１が接続されており、各電圧検出ラインＬ１は、ＩＣ３４の入力チャネルに接続されている。ＩＣ３４の内部には、この電圧検出ラインＬ１と接続された電圧検出回路が形成されている。電圧検出回路としては、例えば、対応する電池セルＣｉと並列に接続されたキャパシタと、サンプリングスイッチを介して各電圧検出ラインＬ１に接続されたコンパレータと、から構成される。かかる電圧検出回路の場合、検出したい電池セルＣｉに対応するサンプリングスイッチをオンにすることで、当該電池セルＣｉの電圧値（対応するキャパシタの電圧値）がコンパレータから出力される。電圧検出回路から出力された電圧値は、Ａ／Ｄ変換後、コントローラ１８に入力される。
【００２６】
第一均等化回路は、電池セルＣｉ間の電圧値のバラツキを均等化する回路である。すなわち、電池セルＣｉの自己放電量にはバラツキがあり、このバラツキに起因して各電池セルＣｉの電圧値（セル電圧値）にもバラツキが生じる。セル電圧値のバラツキが発生すると、電池セルＣｉの劣化が加速的に進行したり、利用可能なエネルギ量が低下したりする。かかる問題を避けるために、必要に応じて特定の電池セルＣｉを放電させて、当該特定の電池セルＣｉの電圧値を下げる第一均等化回路が設けられている。第一均等化回路は、各電池セルＣｉごとに設けられる。第一均等化回路は、抵抗素子Ｒ１と、スイッチング素子である第一ＦＥＴ３６とを直列に接続した回路である。この第一均等化回路は、対応する電池セルＣｉに対して並列接続されている。本実施形態において、第一ＦＥＴ３６は、ＩＣ３４内に形成された内蔵ＦＥＴである。
【００２７】
コントローラ１８は、特定の電池セルＣｉの電圧値が、他の電池セルＣｉの電圧値よりも高いときには、当該特定の電池セルＣｉと並列に接続された第一ＦＥＴ３６をオフからオンに切り替えることにより、特定の電池セルＣｉを放電させる。すなわち、第一ＦＥＴ３６をオンにすると、特定の電池セルＣｉの放電電流を抵抗素子Ｒ１に流すことができ、特定の電池セルＣｉの電圧値を低下させることができる。そして、この放電処理を、セル電圧値が一定以上に高い電池セルＣｉ全てに対して行うことで、複数の電池セルＣｉの電圧値を均等に揃えることができる。以下では、一つの電池ブロックＢｎに含まれる複数の電池セルＣｉの電圧値のバラツキを揃える処理を、「セル均等化処理」と呼ぶ。
【００２８】
各電圧検出ラインＬ１のうち、電池セルＣｉと第一均等化回路との間には、過電流防止用の抵抗素子Ｒ２も設けられている。過電流防止用の抵抗素子Ｒ２は、許容電流値よりも大きな電流が流れたときに溶断する。これにより、電池監視ユニット３２および電池ユニット１２の電気的な接続が遮断され、電池ユニット１２（電池セルＣｉ）から電池監視ユニット３２に過大な電流が流れてしまうことを抑制できる。
【００２９】
また、各電池セルＣｉには、電圧検出ラインＬ１を介してツェナーダイオードＤが並列に接続されている。ツェナーダイオードＤのカソードは、電池セルＣｉの正極端子と接続されており、ツェナーダイオードＤのアノードは、電池セルＣｉの負極端子と接続されている。このツェナーダイオードＤは、電池ユニット１２から電池監視ユニット３２に過電圧が印加することを抑制するために用いられる。すなわち、電池ユニット１２から電池監視ユニット３２に過電圧が印加されるときには、ツェナーダイオードＤに電流が流れることにより、電池監視ユニット３２に過電圧が印加されることを抑制する。ここで、複数のツェナーダイオードＤは、電気的に直列に接続されている。
【００３０】
第二均等化回路は、電池ブロックＢｎの電圧値（ブロック電圧値）のバラツキを均等化する回路である。この第二均等化回路は、各電池ブロックＢｎごとに設けられる。第二均等化回路は、抵抗素子Ｒ３と、スイッチング素子である第二ＦＥＴ３８とを直列に接続した回路である。この第二均等化回路は、対応する電池ブロックＢｎに対して並列接続されている。本実施形態において、第二ＦＥＴ３８は、ＩＣ３４の外部に設けられた外付けＦＥＴである。この第二均等化回路は、図２に示す通り、過電流防止用の抵抗素子Ｒ２よりも電池ブロックＢｎ側に接続されている。
【００３１】
コントローラ１８は、特定の電池ブロックＢｎの電圧値が、他の電池ブロックＢｎの電圧値よりも高いときには、特定の電池ブロックＢｎと並列に接続された第二ＦＥＴ３８をオフからオンに切り替え、特定の電池ブロックＢｎを放電させる。すなわち、第二ＦＥＴ３８をオンにすると、特定の電池ブロックＢｎの放電電流を抵抗素子Ｒ３に流すことができ、特定の電池ブロックＢｎの電圧値を低下させることができる。そして、この放電処理を、ブロック電圧値が高い電池ブロックＢｎ全てに対して行うことで、複数の電池ブロックＢｎの電圧値を均等に揃えることができる。以下では、電池ブロックＢｎ間の電圧値のバラツキを揃える処理を、「ブロック均等化処理」と呼ぶ。
【００３２】
ここで、第二均等化回路を設けたのは次の理由による。既述した通り、電池セルＣｉ間の電圧値のバラツキは、第一均等化回路で均等化される。しかし、近年、電動車両の航続距離の増加の要望に応えるために、電池ユニット１２全体の電池容量が増加している。この場合、電池の自己放電のバラツキ量の絶対量も増加するため、均等化処理のために均等化回路に流す電流（均等化電流）の増加が求められている。
【００３３】
また、電池ユニット１２内における電圧値のバラツキとしては、一つの電池ブロックＢｎを構成する複数の電池セルＣｉ間での電圧値のバラツキの他に、一つの電池ユニット１２を構成する複数の電池ブロックＢｎ間での電圧値のバラツキもある。一つの電池ブロックＢｎ内での電池セルＣｉ間の電圧値のバラツキは、主に電池セルＣｉの自己放電量のバラツキによって生じる。一方、電池ブロックＢｎ間での電圧値のバラツキは、電池セルＣｉの自己放電量のバラツキに加え、各電池ブロックＢｎに接続されているＩＣ３４の消費電流のバラツキによって生じる。この電池ブロックＢｎ間の電圧値のバラツキを、第一均等化回路のみで解消しようとすると、第一ＦＥＴ３６に流す均等化電流を大きくしなければならない。
【００３４】
しかしながら、ＩＣ３４に内蔵された第一ＦＥＴ３６に流す均等化電流を増加させると、第一ＦＥＴ３６の発熱量が大きくなるため、ＩＣ３４そのものの大型化、部品費の増加といった問題を招く。かかる問題を避けるために、第一ＦＥＴ３６をＩＣ内蔵ＦＥＴではなく、外付けＦＥＴとすることも考えられる。しかしながら、第一ＦＥＴ３６を外付けＦＥＴとした場合、電池セルＣｉごとに部品（外付けＦＥＴ）を設けなければならず、部品点数の増加といった新たな問題を招いていた。また、限られたサイズの基板に、電池セルＣｉと同数の外付けＦＥＴを搭載するためには、高価な多層基板を採用する必要があり、部品費の増加も招く。
【００３５】
そこで、本実施形態では、第二均等化回路を設け、電池ブロックＢｎ間の電圧値のバラツキは、当該第二均等化回路で解消している。第二均等化回路のスイッチング素子は、既述した通り、外付けＦＥＴであるため、許容通電量が高い。また、第二ＦＥＴ３８は、一つの電池ブロックＢｎに一つしか設けられていない。そのため、部品点数の増加や部品レイアウトの複雑化といった問題を効果的に防止できる。
【００３６】
また、本実施形態では、第二均等化回路を、過電流防止用の抵抗素子Ｒ２よりも電池ブロックＢｎ側に接続している。かかる構成とした場合、電圧検出ラインＬ１での電圧降下が無いため、第二ＦＥＴ３８をオンしている間も、精度よくセル電圧値を検出できる。別の見方をすれば、本実施形態によれば、セル電圧値の検出中かどうかに関わらず、常に、ブロック均等化処理が実行可能となる。
【００３７】
次に、この電池監視装置３０での均等化処理の流れについて説明する。図３は、一つの電池ブロックＢｎ内でのセル電圧値のバラツキの一例を示す図である。図３に示す例では、五つの電池ブロックＢ１〜Ｂ５で、一つの電池ユニット１２を構成している。一つの電池ブロックＢｎに含まれる複数の電池セルＣｉの電圧のうち、最小のセル電圧を「ブロック内最小電圧Ｂｎ＿Ｖｍｉｎ」、最大のセル電圧を「ブロック内最大電圧Ｂｎ＿Ｖｍａｘ」と呼ぶ。また、一つの電池ユニット１２に含まれる全ての電池セルＣｉの電圧のうち、最小のセル電圧を「ユニット内最小電圧Ｂｍｉｎ＿Ｖｍｉｎ」、最大のセル電圧を「ユニット内最大電圧Ｂｍａｘ＿Ｖｍａｘ」と呼び、この最小・最大のセル電圧を持つ電池セルＣｉを有した電池ブロックＢｎを「最小電圧ブロックＢｍｉｎ」、「最大電圧ブロックＢｍａｘ」と呼ぶ。
【００３８】
図３の例では、電池ブロックＢ１が、最小電圧ブロックＢｍｉｎであり、この電池ブロックＢ１のブロック内最小電圧Ｂ１＿Ｖｍｉｎが、ユニット内最小電圧Ｂｍｉｎ＿Ｖｍｉｎである。また、電池ブロックＢ５が、最大電圧ブロックＢｍａｘであり、この電池ブロックＢ５のブロック内最大電圧Ｂ５＿Ｖｍａｘが、ユニット内最大電圧Ｂｍａｘ＿Ｖｍａｘとなる。
【００３９】
均等化処理の際には、まず、各電池セルＣｉの電圧を検出する。そして、電池ブロックＢｎ間での電圧のバラツキが大きい場合には、第二均等化回路によるブロック均等化処理を行う。より具体的には、ブロック内最小電圧Ｂｎ＿Ｖｍｉｎが、ユニット内最小電圧Ｂｍｉｎ＿Ｖｍｉｎに比べて大きい電池ブロックＢｎについては、対応する第二均等化回路の第二ＦＥＴ３８をオンして、ブロック電圧値を下げる。図３の例では、電池ブロックＢ３、Ｂ５のセル内最小電圧は、ユニット内最小電圧Ｂｍｉｎ＿Ｖｍｉｎに比べて高い。そのため、電池ブロックＢ３および電池ブロックＢ５に接続された第二均等化回路の第二ＦＥＴ３８をオンし、これら電池ブロックＢ３，Ｂ５のブロック電圧値を下げる。
【００４０】
また、一つの電池ブロックＢｎ内でのセル電圧値のバラツキが大きい場合には、第一均等化回路によるセル均等化処理を行う。より具体的には、セル電圧Ｂｎ＿Ｖｉが、セル内最小電圧Ｂｎ＿Ｖｍｉｎに比べて大きい電池セルＣｉについては、対応する第一均等化回路の第一ＦＥＴ３６をオンして、セル電圧値を下げる。図３の例では、電池ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、電池ブロックＢｎ内でのセル電圧のバラツキは小さいため、これら電池ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３内でのセル均等化処理は不要となる。一方、電池ブロックＢ４，Ｂ５は、電池ブロックＢｎ内でのセル電圧値のバラツキが大きいため、これら電池ブロックＢ４，Ｂ５でのセル均等化処理を実行する。
【００４１】
図４は、この均等化処理の流れを示すフローチャートである。既述した通り、均等化処理を行う場合には、全ての電池ブロックＢ１〜ＢＮ（Ｎは、電池ユニット１２を構成する電池ブロックの個数）に含まれる全ての電池セルＣｉの電圧Ｂｎ＿Ｖｉを取得する（Ｓ１０）。
【００４２】
続いて、全てのセル電圧Ｂｎ＿Ｖｉのうち、最大の電圧（すなわちユニット内最大電圧Ｂｍａｘ＿Ｖｍａｘ）と最小の電圧（すなわちユニット内最小電圧Ｂｍｉｎ＿Ｖｍｉｎ）との偏差ΔＶが、規定の閾値ΔＡ以上か否かを判断する（Ｓ１２）。この閾値ΔＡは、全ての電池セルＣｉの電圧値が均等化しているとみなせる値であり、電池ユニット１２の電池容量に基づいて設定される。
【００４３】
偏差ΔＶが、閾値ΔＡ未満の場合、全ての電池セルＣｉの電圧値は、ほぼ均等であるとみなせるため、均等化処理は行わず、終了する。一方、偏差ΔＶが、閾値ΔＡ以上の場合には、電圧値にバラツキがあると考えられるため、均等化処理を行う。具体的には、まず、電池ブロックＢｎのブロック内最小電圧Ｂｎ＿Ｖｍｉｎと、ユニット内最小電圧Ｂｍｉｎ＿Ｖｍｉｎとの偏差ΔＶｍｉｎが規定の閾値ΔＢ以上か否かを判断する（Ｓ１６）。この閾値ΔＢは、全ての電池ブロックＢｎが均等化しているとみなせる値であり、電池ユニット１２の電池容量や、ＩＣ３４の消費電流のバラツキ量、各ＦＥＴの許容通電量等に基づいて設定される。この閾値ΔＢは、通常、閾値ΔＡよりも高い。
【００４４】
偏差ΔＶｍｉｎが規定の閾値ΔＢ以上の場合、当該電池ブロックＢｎのブロック均等化処理を実行する（Ｓ１８）。これは、偏差ΔＶｍｉｎが閾値ΔＢ未満になるまで、電池ブロックＢｎに対応する第二ＦＥＴ３８をオンし続けることで行われる。このとき、第二ＦＥＴ３８は、外付けＦＥＴであるため、比較的大きな電流を流すことができる。そのため、比較的大きい、ブロック間の電圧値のバラツキ（偏差ΔＶｍｉｎ）も効率的に解消することができる。
【００４５】
ブロック均等化が完了した場合、および、偏差ΔＶｍｉｎが閾値ΔＢ未満の場合、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、電池ブロックＢｎ内の電池セルＣｉの均等化処理を行う。この電池ブロックＢｎ内でのセル均等化処理は、公知の従来技術を適用できる。例えば、電池ブロックＢｎを構成する電池セルＣｉのうち、ブロック内最小電圧Ｂｎ＿Ｂｍｉｎとの偏差ΔＶｃが規定閾値ΔＣ以上か否かを判断し、閾値ΔＣ以上の電池セルＣｉについては、対応する第一ＦＥＴ３６をオンすることで、セル均等化処理が行われる。なお、既述した通り、第一均等化回路は、一つの電池ブロックＢｎ内でのセル電圧値のバラツキだけ解消できればよい。この一つの電池ブロックＢｎ内での電圧値のバラツキ量は、電池ブロックＢｎ間の電圧値のバラツキ量（偏差ΔＶｍｉｎ）に比べて小さいことが多く、第一均等化回路に流す均等化電流は、比較的小さくてもよい。そのため、第一ＦＥＴ３６を、許容通電量が小さい内蔵ＦＥＴとすることが可能となる。
【００４６】
セル均等化処理が終了すれば、コントローラ１８は、全ての電池ブロックＢｎに対する均等化処理が終了したか否かを判断する（Ｓ２４）。そして、ステップＳ１６〜Ｓ２２の処理を、全ての電池ブロックＢｎに対して行うことができれば、均等化処理は、終了となる。
【００４７】
以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、電池セルＣｉ毎に設けられた第一均等化回路だけでなく、電池ブロックＢｎ毎に設けられた第二均等化回路も設けている。また、この第二均等化回路に設けるスイッチング素子を、外付けＦＥＴとしている。かかる構成とすることで、第二均等化回路に流す均等化電流を増加させることができる一方で、第一均等化回路に流す均等化電流を小さく抑えることができる。その結果、第一均等化回路に設けられるスイッチング素子をＩＣ３４内蔵のスイッチング素子にすることができ、部品点数の低減や、コストの低減を図ることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、第二均等化回路を、過電流防止用の抵抗素子Ｒ２より電池ブロックＢｎ側に接続している。この場合、電圧検出ラインＬ１での電圧降下が無いため、ブロック均等化処理とセル電圧値の検出とを並行して行うことができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、スイッチング素子としてＦＥＴを用いているが、コントローラ１８からの制御信号に応じて、オン／オフの切り替えができるのであれば、ＦＥＴに替えて他のスイッチング信号、例えば、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ等を用いてもよい。また、本実施形態では、第一均等化回路のスイッチング素子（第一ＦＥＴ３６）をＩＣ内蔵のスイッチング素子としている。しかし、第二均等化回路のスイッチング素子が、外付けスイッチング素子であるのであれば、第一スイッチング素子は、内蔵スイッチング素子および外付けスイッチング素子のいずれでもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、第二ＦＥＴ３８のオン故障・リーク故障を検知していないが、必要に応じて、第二ＦＥＴ３８の故障検知用の構成を追加してもよい。以下、第二ＦＥＴ３８の故障検知用の構成の一例について説明する。
【００５１】
図５は、第二ＦＥＴ３８の故障検知回路の一例を示す図である。故障検知回路は、第二均等化回路に組み込まれる。故障検知回路は、第二ＦＥＴ３８と並列に接続された回路であり、二つの分圧抵抗Ｒａ，Ｒｂを直列に接続した分圧回路である。この分圧回路は、ブロック電圧値を５Ｖに分圧するように、その分圧比が調整されている。二つの分圧抵抗Ｒａ，Ｒｂの中間接続点は、抵抗素子Ｒｃを介してＩＣ３４に設けられたＡ／Ｄコンバータの入力端子に接続される。ＩＣ３４は、分圧回路から取り出された電圧値Ｖｃｈｅｃｋをコントローラ１８に出力する。
【００５２】
かかる構成の故障検知回路からは、第二ＦＥＴ３８の両端電圧（エミッタ−コレクタ間電圧）に比例した電圧が出力される。より具体的に説明すると、当該故障検知回路によれば、第二ＦＥＴ３８がオンの場合には、０Ｖが、オフの場合には５Ｖが出力される。コントローラ１８は、出力された電圧値Ｖｃｈｅｃｋに基づいて、第二ＦＥＴ３８が、オン状態で張り付くオン故障の有無を判断する。
【００５３】
図６は、この故障検知回路でのオン故障の有無判断の流れを示すフローチャートである。第二ＦＥＴ３８がオン故障した場合、対応する電池ブロックＢｎは、放電を続けることになるため、その電圧値が大幅に低下すると考えられる。そこで、オン故障の有無を判断する場合には、まず、過度に電圧低下している電池ブロックＢｎの有無を探索する。
【００５４】
具体的には、コントローラ１８は、オン故障の有無を判断する際には、まず、全ての電池ブロックＢｎそれぞれのブロック電圧値ＢＶｎを取得する（Ｓ３０）。次に、得られた複数のブロック電圧値ＢＶｎのうち、最大のブロック電圧値ＢＶｍａｘと最小のブロック電圧値ＢＶｍｉｎの偏差ΔＢＶが、規定の閾値ΔＤ以上か否かを判断する（Ｓ３２）。この閾値ΔＤは、各電池セルＣｉの自己放電量のバラツキ量や、ＩＣ３４の消費電流のバラツキ量等に基づいて設定される。
【００５５】
偏差ΔＢＶが閾値ΔＤ未満の場合、ブロック電圧値ＢＶｎが大幅に低下した電池ブロックＢｎは無いと考えられるため、オン故障は発生していないと判断し、処理を終了する。一方、偏差ΔＢＶが、閾値ΔＤ以上の場合、オン故障が生じている可能性がある。そこで、ブロック電圧値ＢＶｎが最も低下している電池ブロックＢｎ、すなわち、最小のブロック電圧ＢＶｍｉｎとなった電池ブロックＢｎに対応する第二ＦＥＴ３８の故障の有無の判断を行う。具体的には、コントローラ１８は、ブロック電圧値ＢＶｎが最小の電池ブロックＢｎに対応する第二ＦＥＴ３８をオフにする信号を送るとともに、検出電圧Ｖｃｈｅｃｋを取得する（Ｓ３４，３６）。続いて、得られた検出電圧Ｖｃｈｅｃｋが、０Ｖであるか否かを判断する（Ｓ３８）。第二ＦＥＴ３８が正常に作動している場合、コントローラ１８の制御信号に応じて、第二ＦＥＴ３８がオフとなり、Ｖｃｈｅｃｋ＝０Ｖとなる。一方、第二ＦＥＴ３８がオン故障している場合には、コントローラ１８の制御信号に関わらず、第二ＦＥＴ３８はオン状態のままとなり、Ｖｃｈｅｃｋ＝５Ｖとなる。したがって、コントローラ１８は、Ｖｃｈｅｃｋ＝０Ｖの場合、第二ＦＥＴ３８は正常と判断する（Ｓ４０）。一方、Ｖｃｈｅｃｋ≠０Ｖの場合、コントローラ１８は、第二ＦＥＴ３８にオン故障が生じていると判断し、エラーを出力する（Ｓ４２）。
【００５６】
以上の説明から明らかな通り、この故障検知回路によれば、第二ＦＥＴ３８のオン故障を検知することができる。また、この故障検知回路は、図２に示す回路に、三つの抵抗素子Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを追加するだけで得られるため、低い追加コストで実現できる。
【００５７】
図７は、第二ＦＥＴ３８の故障検知回路の他の一例を示す図である。この故障検知回路は、第二ＦＥＴ３８のオン故障に加え、リーク故障も検知できるようになっている。この故障検知回路は、５Ｖ電源に接続されるとともに、抵抗素子Ｒｄとトランジスタ４０とを直列に接続した検知回路を有している。トランジスタ４０のコレクタは、ＩＣ３４のＧＰＩＯ入力に接続されている。ＩＣ３４は、入力された電圧と規定の閾値とを比較し、ＬｏまたはＨｉをコントローラ１８に出力する。
【００５８】
第二ＦＥＴ３８のソースには、抵抗素子Ｒｇが接続されており、当該ソースと抵抗素子Ｒｇとの接続点には、入力ラインＬ２が接続されており、この入力ラインＬ２は、入力抵抗Ｒｅを介して、トランジスタ４０のベースに接続されている。また、トランジスタ４０のベースとエミッタとの間にも、抵抗素子Ｒｆが配されている。
【００５９】
かかる構成の検知回路では、第二ＦＥＴ３８がオンまたはリークして、入力ラインＬ２に電流が流れることで、トランジスタ４０がオンとなり、入力ラインＬ２に電流が流れなくなるとトランジスタ４０がオフとなる。つまり、検知回路のトランジスタ４０は、第二ＦＥＴ３８に流れる電流に応じてオンされる第三のスイッチング素子である。そして、ＩＣ３４は、トランジスタ４０がオンまたはリークすれば、Ｌｏを、トランジスタ４０がオフとなれば、Ｈｉを出力値Ｓｏｕｔとして出力する。
【００６０】
図８は、この故障検知回路での故障の有無判断の流れを示すフローチャートである。この場合の処理の流れは、図６における流れとほぼ同じである。すなわち、コントローラ１８は、故障の有無を判断する際には、まず、全ての電池ブロックＢｎそれぞれのブロック電圧値ＢＶｎを取得する（Ｓ３０）。次に、得られた複数のブロック電圧値ＢＶｎのうち、最大のブロック電圧値ＢＶｍａｘと最小のブロック電圧ＢＶｍｉｎの偏差ΔＢＶが、規定の閾値ΔＤ以上か否かを判断する（Ｓ３２）。
【００６１】
偏差ΔＢＶが閾値ΔＤ未満の場合、オン故障およびリーク故障は発生していないと判断し、処理を終了する。一方、偏差ΔＢＶが、閾値ΔＤ以上の場合、コントローラ１８は、ブロック電圧値ＢＶｎが最小の電池ブロックＢｎに対応する第二ＦＥＴ３８をオフにする信号を送るとともに、その際の出力値Ｓｏｕｔを取得する（Ｓ４４）。続いて、得られた出力値Ｓｏｕｔが、Ｈｉであるか否かを判断する（Ｓ４６）。第二ＦＥＴ３８が正常に作動している場合、コントローラ１８の制御信号に応じて、第二ＦＥＴ３８がオフとなり、ＩＣ３４からの出力値Ｓｏｕｔは、Ｈｉとなる。一方、第二ＦＥＴ３８がオン故障またはリーク故障している場合、コントローラ１８の制御信号に関わらず、第二ＦＥＴ３８はオン状態またはリーク状態のままとなるため、ＳｏｕｔはＬｏとなる。したがって、ＳｏｕｔがＨｉの場合、コントローラ１８は、第二ＦＥＴ３８は正常と判断する（Ｓ４０）。一方、ＳｏｕｔがＨｉでない場合、コントローラ１８は、第二ＦＥＴ３８にオン故障が生じていると判断し、エラーを出力する（Ｓ４２）。
【００６２】
以上の説明から明らかな通り、この故障検知回路によれば、第二ＦＥＴ３８のオン故障はもちろん、リーク故障も検知することができる。また、図５，７に示すような故障検知回路を設けることで、ブロック電圧値の大幅な低下が、電池セルＣｉの故障によるものか、第二ＦＥＴ３８の故障によるものか、を明確に区別することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  電池システム、１２  電池ユニット、１８  コントローラ、２０  メモリ、２２  昇圧回路、２４  インバータ、２６  モータ・ジェネレータ、２７  電流センサ、３０  電池監視装置、３２  電池監視ユニット、３６  第一ＦＥＴ、３８  第二ＦＥＴ、４０  トランジスタ、Ｄ  ツェナーダイオード、Ｌ１  電圧検出ライン、Ｌ２  入力ライン、ＮＬ  負極ライン、ＰＬ  正極ライン。
【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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【図８】
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