(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する複数のセルごとに設けられて、対応するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回路と、
前記複数のセル電圧検出回路のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、
前記基準電圧を印加する前記セル電圧検出回路を切り替える印加電圧切替回路と、
前記基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、前記印加された基準電圧とに基づいて、前記基準電圧が印加されたセル電圧検出回路の故障診断を行う故障診断回路とを備えることを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧印加回路は、前記印加する基準電圧を変更する変更部を有することを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧は、前記セルの過充電電圧領域の値であることを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧は、前記セルの過放電電圧領域の値であることを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記基準電圧印加回路は、前記セルの過充電電圧領域の値および前記セルの過放電電圧領域の値をそれぞれ基準電圧として印加し、
前記故障診断回路は、前記印加される基準電圧を用いて一度に過充電検知領域および過放電検知領域の故障診断を行うことを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記複数のセルごとに設けられて、対応するセルの容量調整を行う容量調整回路と、
前記容量調整回路と前記セル電圧検出回路とを切り離す切り離し手段とをさらに備え、
前記切り離し手段は、前記基準電圧印加回路により前記セル電圧検出回路に前記基準電圧を印加する時は、前記容量調整回路と前記セル電圧検出回路とを切り離すことを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のセル電圧検出回路の故障診断装置において、
前記故障診断回路は、前記印加された基準電圧を前記セル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、前記印加された基準電圧との差が所定の範囲外であるときに、前記セル電圧検出回路に故障が発生したと判定することを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断装置。
【請求項８】
組電池を構成する複数のセルごとに設けられて、対応するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回路の故障診断を行うセル電圧検出回路の故障診断方法は、
前記複数のセル電圧検出回路のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加し、
前記印加された基準電圧を前記セル電圧検出回路にて検出し、
前記基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、実際に印加された基準電圧とに基づいて、前記セル電圧検出回路の故障診断を行うことを特徴とするセル電圧検出回路の故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池のセル電圧を検出するセル電圧検出回路の故障箇所を特定することができる診断装置および故障診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のセルから構成される組電池のセル電圧を検出する回路の故障診断装置が知られている。特開平１１−２５２８０９号公報には、組電池の総電圧ＶＡを検出するとともに、各セル電圧を検出して加算することにより加算電圧ＶＴを求めて、両電圧値ＶＡ，ＶＴを比較して一致しなければ、異常が発生したと判定する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の故障診断装置では、両電圧値ＶＡ，ＶＴが不一致であった場合に、いずれの箇所に故障が発生したかを特定することができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、セル電圧検出回路の故障診断を行うセル電圧検出回路の故障診断装置および故障診断方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置は、組電池を構成するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回路と、複数のセル電圧検出回路のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加する基準電圧印加回路と、基準電圧を印加するセル電圧検出回路を切り替える印加電圧切替回路と、基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、印加された基準電圧とに基づいて、基準電圧が印加されたセル電圧検出回路の故障診断を行う故障診断回路とを備えることにより、上記目的を達成する。
（２）本発明によるセル電圧検出回路の故障診断方法は、組電池を構成するセルのセル電圧を検出する複数のセル電圧検出回のうちのいずれかのセル電圧検出回路に基準電圧を印加し、印加された基準電圧をセル電圧検出回路にて検出し、基準電圧が印加されたセル電圧検出回路にて検出された検出電圧と、実際に印加された基準電圧とに基づいて、セル電圧検出回路の故障診断を行うことにより、上記目的を達成する。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置およびセル電圧検出回路の故障診断方法によれば、セルごとに設けられるセル電圧検出回路に印加された基準電圧を検出した検出電圧と、実際に印加された基準電圧とに基づいて、セル電圧検出回路の故障診断を行うことにより、セル電圧検出回路の故障を確実に検出することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置の一実施の形態の構成を示す図である。組電池１は、８つのセルＣ１〜Ｃ８を直列に接続して構成される。容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８は、各セルＣ１〜Ｃ８ごとにセルと並列に接続されて、対応するセルを放電させることによる容量調整を行い、各セル間の容量バラツキを抑制する。
【０００８】
切替スイッチ部５は、ＣＰＵ１０から送られる制御信号Ｉに基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を切り替える。制御信号ＩがＬoレベルの時は、ＳＷ１〜ＳＷ８をセル電圧回路側にセットし、制御信号ＩがＨiレベルの時は、ＳＷ１〜ＳＷ８を基準電圧回路側にセットする。図１では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８が全てセル電圧回路側にセットされている状態を示しており、この状態では、後述するセル電圧検出回路３により、各セル電圧を検出することができる。
【０００９】
セル電圧検出回路３は、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８を備える。スイッチＳＷ１〜ＳＷ８がセル電圧回路側にセットされている時は、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の出力にて、対応するセルＣ１〜Ｃ８のセル電圧Ｖc1〜Ｖc8を検出する。一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８が基準電圧回路側にセットされている時は、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に印加される基準電圧を検出する。検出した電圧値は、それぞれＣＰＵ１０に送信される。なお、基準電圧とは、セル電圧検出回路３の故障診断時に用いられる電圧のことである。
【００１０】
図２は、セル電圧検出回路３の診断回路部の詳細な構成を示す図である。診断回路部は、切替スイッチ部５と、セル電圧検出回路３の故障診断を行う際に用いられる基準電圧を設定する基準電圧設定部６と、基準電圧設定部６で設定された基準電圧をセル電圧検出回路３に印加するためのアナログスイッチＩＣ部７と、ＣＰＵ１０とを備える。アナログスイッチＩＣ部７は、基準電圧を印加する切替スイッチ部５を定めるマルチプレクサＭＰＸ１と、接地電圧を印加する切替スイッチ部５を定めるマルチプレクサＭＰＸ２とを有する。上述したように、切替スイッチ部５は、ＣＰＵから送られる制御信号Ｉに基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８の切替を行い、制御信号ＩがＨiレベルの場合には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を基準電圧回路側にセットする。
【００１１】
Ｄ／Ａコンバータを有する基準電圧設定部６は、ＣＰＵ１０から送られる制御信号に基づいて、故障診断に用いる基準電圧のアナログ信号を発生して、アナログスイッチＩＣ部７のマルチプレクサＭＰＸ１のＸポートに送る。基準電圧は任意の値を設定することができるが、本実施の形態では、2.0（Ｖ）〜4.5（Ｖ）の範囲の電圧値を基準電圧として用いる。アナログスイッチＩＣ部７は、ＣＰＵ１０から送られる制御信号Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて、基準電圧を印加するセル間を切り替える。基準電圧を印加するセル間の切替方法について、図３を用いて説明する。
【００１２】
図３は、ＣＰＵ１０の制御信号Ｉ，Ａ，Ｂ，Ｃの信号レベルに応じて、いずれのセル間に基準電圧が印加されるかを示す表である。制御信号ＩがＬoレベルの時は、ＭＰＸ１，２の端子Ｘと端子Ｘ0〜Ｘ７間は、全てオフとなる。制御信号ＩがＨiレベルの場合には、制御信号Ａ，Ｂ，Ｃのレベルに応じて、ＭＰＸ１，２は、ともに各々の端子Ｘと端子Ｘ0〜Ｘ7のうちのいずれか１つの端子との間がオンとなる。例えば、制御信号Ａ，Ｂ，Ｃの全てがＬoレベルの場合には、図３に示すように、端子Ｘと端子Ｘ0との間がオンとなる。この場合、差動増幅部Ｄ１のプラス側には基準電圧設定部６で設定された基準電圧ＶdがＭＰＸ１を介して印加され、マイナス側にはＭＰＸ２を介して接地電圧（０Ｖ）が印加される。従って、差動増幅部Ｄ１は、印加される基準電圧Ｖdを入力電圧Ｖin1として検出して、ＣＰＵ１０に出力する。
【００１３】
同様に、制御信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）の信号レベルが（Ｈ，Ｌ，Ｌ）の時には、差動増幅部Ｄ２に基準電圧Ｖdが入力電圧Ｖin2として印加され、（Ｌ，Ｈ，Ｌ）の時には、差動増幅部Ｄ３に基準電圧Ｖdが入力電圧Ｖin3として印加される。差動増幅部Ｄ４〜Ｄ８に基準電圧Ｖdを印加するときの制御信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）の信号レベルはそれぞれ、（Ｈ，Ｈ，Ｌ）、（Ｌ，Ｌ，Ｈ）、（Ｈ，Ｌ，Ｈ）、（Ｈ，Ｈ，Ｌ）、（Ｈ，Ｈ，Ｈ）である。なお、差動増幅部Ｄ８のマイナス側は接地されているので、ＭＰＸ２を介して接地電圧が印加されることは無い。
【００１４】
セル電圧検出回路３の故障診断方法について説明する。ＣＰＵ１０は、制御信号ＩをＨレベルにすることにより、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８を基準電圧回路側にセットする。差動増幅部Ｄ１の故障診断を行う場合は、制御信号（Ａ，Ｂ，Ｃ）の信号レベルを（Ｌ，Ｌ，Ｌ）とする。これにより、差動増幅部Ｄ１には、基準電圧Ｖdが印加されるので、差動増幅部Ｄ１は、基準電圧Ｖdを入力電圧Ｖin1として検出して、ＣＰＵ１０に出力する。ＣＰＵ１０は、差動増幅部Ｄ１にて検出された電圧Ｖin1と実際に印加した基準電圧Ｖdとを比較し、両電圧の差が所定の範囲内になければ、差動増幅部Ｄ１に故障があると判定する。本実施の形態では、基準電圧Ｖdを2.0（Ｖ）および4.3（Ｖ）とし、所定の範囲を0.15（Ｖ）とする。
【００１５】
図４は、本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置による故障診断制御手順を示す一実施の形態のフローチャートである。ステップＳ１から始まる処理は、ＣＰＵ１０にて行われる。ステップＳ１では、制御信号ＩをＬoレベルからＨiレベルに切り替える。これにより、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８がセル電圧回路側から基準電圧回路側に切り替えられる。次のステップＳ２では、診断基準電圧Ｖdを4.3（Ｖ）とするデジタル信号を基準電圧設定部６に送信する。本実施の形態では、各セルの過充電時の電圧が4.5（Ｖ）であるので、基準電圧Ｖdを4.3（Ｖ）に設定することにより、過充電検知領域での故障診断を行う。
【００１６】
診断基準電圧Ｖdを4.3（Ｖ）に設定すると、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、故障診断を行うセル間に応じて、制御信号Ａ，Ｂ，Ｃの信号レベルを切り替える。セルＣ１に対応する差動増幅部Ｄ１の故障診断を行う場合には、制御信号Ａ，Ｂ，Ｃを全てＬoレベルとする。これにより、差動増幅部Ｄ１は、印加される基準電圧Ｖdを入力電圧Ｖin1として検出して、ＣＰＵ１０に出力する。次のステップＳ４では、差動増幅部Ｄ１で検出した電圧Ｖin1とステップＳ２で設定した基準電圧Ｖdとの差が所定の範囲内（0.15（Ｖ））であるか否かを判定する。電圧Ｖin1とＶdとの差が所定の範囲内であると判定するとステップＳ５に進み、両電圧差が所定の範囲内に無いと判定するとステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、差動増幅部Ｄ１に故障が発生したと判定して、本フローチャートによる処理を終了する。
【００１７】
ステップＳ５では、全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に対して、故障診断を行ったか否かを判定する。全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に対して故障診断を行っていないと判定すると、ステップＳ３に戻って、故障診断を行っていない差動増幅部に対して、上述したステップＳ３，Ｓ４の処理を行う。全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に対して故障診断を行ったと判定すると、ステップＳ６に進む。
【００１８】
ステップＳ６では、各セルの過放電時の電圧が1.8（Ｖ）であるので、診断基準電圧Ｖdを2.0（Ｖ）とするデジタル信号を基準電圧設定部６に送信する。すなわち、ステップＳ６以降の処理では、過放電検知領域での故障診断を行う。ステップＳ６に続くステップＳ７では、故障診断を行うセル間に応じて、制御信号Ａ，Ｂ，Ｃの信号レベルを切り替える。ステップＳ７で行う処理は、ステップＳ３で行った処理と同じである。故障診断を行うセル間に応じて制御信号Ａ，Ｂ，Ｃの信号レベルを切り替えると、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ７の信号レベル切替制御により基準電圧が印加される差動増幅部で検出した電圧Ｖinと、ステップＳ６で設定した基準電圧Ｖdとの差が所定の範囲内（0.15（Ｖ））であるか否かを判定する。電圧ＶinとＶdとの差が所定の範囲内であると判定するとステップＳ９に進み、両電圧差が所定の範囲内に無いと判定するとステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、差動増幅部Ｄ１に故障が発生したと判定して、本フローチャートによる処理を終了する。
【００１９】
ステップＳ９では、全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に対して、基準電圧Ｖdを2.0（Ｖ）とした時の故障診断を行ったか否かを判定する。全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に対して故障診断を行っていないと判定すると、ステップＳ７に戻って、故障診断を行っていない差動増幅部に対して、上述したステップＳ７，Ｓ８の処理を行う。全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に対して故障診断を行ったと判定すると、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、制御信号ＩをＨiレベルからＬoレベルに切り替えて、本フローチャートによる処理を終了する。これにより、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、基準電圧回路側からセル電圧回路側に切り替えられるとともに、ＭＰＸ１，２からの出力が禁止される。
【００２０】
なお、ステップＳ１１またはステップＳ１２にて、差動増幅部に故障が発生したと判定された場合には、不図示のインジケータやスピーカにより、故障が生じたことを知らせることができる。この場合、故障診断は、各差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８ごとに行うので、故障が発生した差動増幅部を特定して故障が生じたことを報知することができる。
【００２１】
（１）本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置によれば、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に印加された基準電圧を検出した検出電圧Ｖinと、実際に印加された基準電圧Ｖdとに基づいて、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の故障診断を行うことにより、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の故障を確実に検出することができる。基準電圧を印加する差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８は、アナログスイッチＩＣ部７にて順次切り替えられるので、全ての差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の故障診断を行うことができる。また、故障診断に用いられる基準電圧は、ＣＰＵ１０からの指令に基づいて基準電圧設定部６にて任意の値に設定することができるので、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の電圧検出範囲の全域に渡る故障診断を行うことができる。
【００２２】
（２）複数のセルを接続して構成される組電池では、セル電圧を検出することにより、組電池の過充電および過放電を防止する機能を備えるものが多い。従って、故障診断に用いる基準電圧をセルの過充電電圧領域の値、および、過放電電圧領域の値に各々設定して診断することにより、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の過充電検知領域および過放電電圧領域での故障診断を各々行い、確実に組電池の過充電および過放電を防止することができる。本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置のように、１回の故障診断時に基準電圧をセルの過充電電圧領域の値に設定した後、過放電電圧領域の値に設定することにより、一度に過充電および過放電検知領域での故障診断を行うことができる。
【００２３】
（３）差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の故障診断を行う際には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８をセル電圧回路側から基準電圧回路側に切り替えることにより、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８に基準電圧を印加するようにした。これにより、故障診断時には、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８と差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８とが切り離されるので、セルＣ１〜Ｃ８の容量調整の有無に関わらず、故障診断を行うことができる。すなわち、セルＣ１〜Ｃ８の容量調整を行っている時にセル電圧検出回路３（差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８）の故障診断を行う場合でも、容量調整を中断する必要はない。
【００２４】
（４）従来の故障診断方法のように、組電池の総電圧ＶＡを検出するとともに、各セル電圧を検出して加算することにより加算電圧ＶＴを求めて、両電圧を比較する方法では、いずれのセル電圧検出回路に故障が生じたかを特定することができない。また、ある一つのセル電圧検出回路の検出値がプラス側にずれるとともに、別のセル電圧検出回路の検出値がマイナス側にずれて、加算電圧ＶＴを求めた時に両者のずれ幅が相殺される場合には、故障が無いと判定される可能性もある。これに対して、本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置では、セル電圧を検出する差動増幅部ごとに故障診断を行うので、故障が生じた差動増幅部を確実に特定することができる。また、セル電圧と組電池の総電圧との電圧サンプリングを考慮する必要もない。
【００２５】
（５）所定の数のセルを接続してモジュールを構成する組電池においては、１つのモジュール内に含まれる電圧検出回路に基準電圧を印加して、電圧検出回路の故障診断を行うことも考えられる。すなわち、印加する基準電圧をモジュールを構成するセル数で割った値と、電圧検出回路で検出された電圧値とを比較することにより、故障診断を行う方法である。しかし、この方法では、セルの過充電検知領域での故障診断を行う際には、満充電時のセル電圧にモジュールを構成するセル数を乗じた電圧を基準電圧として印加する必要があるので、コストアップにつながる可能性がある。本実施の形態のセル電圧検出回路の故障診断装置によれば、セル単位ごとに基準電圧を印加して故障診断を行うので、上述したような問題は生じることはない。また、印加する基準電圧をモジュールを構成するセル数で割った値を基準値とする方法に比べて、精度良く確実に故障診断を行うことができる。
【００２６】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、故障診断時に用いる基準電圧は、上述した4.3（Ｖ）や2.0（Ｖ）に限定されることはなく、任意の値を設定することができる。また、上述した一実施の形態の説明では、過充電検知領域の故障診断と過放電検知領域の故障診断を同時に行ったが、別々に行うこともできる。さらに、本発明が、組電池を構成するセル数や、基準電圧を印加する差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８を順次切り替える方法に限定されることもなく、組電池を使用する製品についても何ら限定されることはない。本実施の形態におけるセル電圧検出回路の故障診断装置は、例えば、組電池を走行駆動源とする電気自動車に搭載することができる。
【００２７】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８がセル電圧検出回路を、基準電圧設定部６，アナログスイッチＩＣ部７が基準電圧印加回路を、基準電圧設定部６が変更部を、アナログスイッチＩＣ部７が印加電圧切替回路を、ＣＰＵ１０が故障診断回路を、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８が容量調整回路を、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８が切り離し手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置の一実施の形態の構成を示す図
【図２】セル電圧検出回路の診断時に用いられる基準電圧印加回路の詳細な構成を示す図
【図３】ＣＰＵの制御信号Ｉ，Ａ，Ｂ，Ｃの信号レベルに応じて、いずれのセル間に基準電圧が印加されるかを示す表
【図４】本発明によるセル電圧検出回路の故障診断装置による故障診断制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【符号の説明】
１…組電池、３…セル電圧検出回路、５…切替スイッチ部、６…基準電圧設定部、７…アナログスイッチＩＣ部、１０…ＣＰＵ、Ｃ１〜Ｃ８…セル、Ｄ１〜Ｄ８…差動増幅部、Ｅ１〜Ｅ８…容量調整回路、ＳＷ１〜ＳＷ８…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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