JP4287077B2 - 充電状態検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池を構成するため直列接続された多数の単位セルの充電状態を検出する充電状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地球環境保護の目的から、排気ガスを排出しない電気自動車（ＥＶ）や排気ガスの排出を大幅に低減可能なハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の研究，開発が行われており、このうちＨＥＶは既に実用化の段階にある。
【０００３】
これらＨＥＶやＥＶの動力源に使用される２次電池（バッテリー）として、鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池等が知られている他、近年では、高い重量エネルギ密度（同容量の鉛電池の約４倍，ニッケル水素電池の約２倍）を有し小型軽量化を期待できるリチウム電池が注目されている。
【０００４】
また、ＨＥＶやＥＶにおいて、モータを駆動して自動車を走行させるには約３００Ｖの電圧が必要であるため、上述の電池は、その単体（単位セル）を多数直列接続してなる組電池として使用される。例えば、鉛電池（約２Ｖ／セル）では１５０、ニッケル水素電池（約１．２Ｖ／セル）では２５０、リチウム二次電池（約３．６Ｖ／セル）では８０もの単位セルを直列接続する必要がある。
【０００５】
なお、これらの単位セルは、過充電や過放電に弱く、定められた使用範囲内の電圧で使用しなければ、材料の分解による著しい容量の低下や異常発熱を引き起こして使用不能となるおそれがある。
そして、組電池を構成する各単位セルでは、性能の個体差や周囲温度および漏れ電流の違い等によって充電可能容量がばらつき、組電池の充放電時に各単位セルを流れる電流がどの単位セルも等しいにも関わらず、各単位セルの残存容量（ＳＯＣ）、ひいては各単位セルの両端電圧がばらついてしまうことが知られている。
【０００６】
つまり、組電池として使用する場合には、組電池を構成する各単位セルが過充電や過放電となることのないように、各単位セル間の残存容量のばらつきに起因するセル電圧のばらつきを十分に抑えなければならない。
従来の鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池等を単位セルとする組電池では、組電池の両端電圧を監視して、この両端電圧（ひいては組電池を構成する各単位セルの平均セル電圧）が所定の電圧範囲に収まるように充放電制御することで単位セルの過放電や過充電を防止できたが、リチウム電池を単位セルとする組電池では、そのような制御では、単位セルの過充電や過放電が進行してしまい、使用不可能な状態に到るほどの性能劣化を引き起こしてしまうという問題があった。
【０００７】
即ち、水溶性の電解液を用いて構成された鉛電池，ニッカド電池，ニッケル水素電池等では、過充電時に生じる水の電気分解と置換反応（密閉化反応）によって、単位セル間のばらつきがある程度解消（均等充電）されるため、組電池の両端電圧（組電池を構成する各単位セルの平均セル電圧）を制御することで、過放電や過充電を防止できたのであるが、有機系の電解液を用いて構成されたリチウム電池では、密閉化反応が起こらないため上述の均等充電がされず、組電池の両端電圧（平均セル電圧）を制御する方法では、ばらつきは拡大する一方であり、過充電や過放電が進行してしまうのである。
【０００８】
これに対して、例えば実開平２−１３６４４５号公報に開示されているように、各単位セルに並列接続された電圧検出器を用いて、各単位セルのセル電圧を各々検出し、充電時には、いずれの単位セルのセル電圧も予め設定された上限電圧を上回ることがなく、放電時には、いずれの単位セルのセル電圧も予め設定された下限電圧を下回ることがないように充放電電流を制御する方法が知られている。
【０００９】
ここで、図８（ａ）は、組電池を各々がｎ個の単位セルからなるセルグループＣＧｉ（ｉ＝１〜ｍ）に分割し、そのセルグループＣＧｉ毎に設けられ、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinの中に過充電或いは過放電となっているものがあるか否かを検出する充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉの一例を表す回路図である。
【００１０】
図示の如く、充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉは、セルグループＣＧｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃin毎に、単位セルＣij（ｊ＝１〜ｎ）が過充電状態にあるか否かを判定し、その判定結果を表すセル過充電検出信号ＣＵijを生成する過充電判定回路ＰＵijと、単位セルＣijが過放電状態にあるか否かを判定し、その判定結果を表すセル過放電検出信号ＣＬijを生成する過放電判定回路ＰＬijとを備えている。
【００１１】
なお、過充電判定回路ＰＵijは、図８（ｂ）に示すように、抵抗ＲＵａ，ＲＵｂからなり、単位セルＣijの両端電圧（以下「セル電圧」という）ＶＣijを分圧する分圧回路１２０と、抵抗ＲＵｃ及び電圧発生源ＤＵからなり、一定の上限基準電圧ＶRUを発生させる定電圧回路１２２と、セル電圧ＶＣijに応じた電圧が分圧回路１２０を介して非反転入力に印加され、定電圧回路１２２が発生させる上限基準電圧ＶRLが反転入力に印加されたコンパレータ１２３とからなる。
【００１２】
また、過放電判定回路ＰＬijは、抵抗ＲＬａ，ＲＬｂからなりセル電圧ＶＣijを分圧する分圧回路１２４と、抵抗ＲＬｂ及び電圧発生源ＤＬからなり、一定の下限基準電圧ＶRLを発生させる定電圧回路１２６と、セル電圧ＶＣijに応じた電圧が分圧回路１２４を介して非反転入力に印加され、定電圧回路１２６が発生させる下限基準電圧ＶRLが反転入力に印加されたコンパレータ１２７とからなる。
【００１３】
但し、電圧発生源ＤＵ，ＤＬでは、例えば、ダイオードの順方向電圧、ツェナーダイオードの降伏電圧などを利用して基準電圧ＶRU，ＶRLを生成しており、過充電判定回路ＰＵijの電圧発生源ＤＵが発生させる上限基準電圧ＶRUは、セル電圧ＶＣijの許容電圧範囲の上限値ＶＵを、抵抗ＲＵａ，ＲＵｂからなる分圧回路１２０の分圧比にて分圧した大きさ（＝ＶＵ・ＲＵｂ／（ＲＵａ＋ＲＵｂ））に設定され、一方、過放電判定回路ＰＬijの電圧発生源ＤＬが発生させる下限基準電圧ＶRLは、セル電圧ＶＣijの許容電圧範囲の下限値ＶＬを、抵抗ＲＬａ，ＲＬｂからなる分圧回路１２４の分圧比にて分圧した大きさ（＝ＶＬ・ＲＬｂ／（ＲＬａ＋ＲＬｂ））に設定されている。
【００１４】
つまり、過充電判定回路ＰＵijが生成する過充電検出信号ＣＵijは、セル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の上限値ＶＵより大きい場合に、単位セルＣijがセル過充電状態にあることを表すハイレベルとなり、上限値ＶＵより小さい場合にはロウレベルとなる。また、過放電判定回路ＰＬijが生成するセル過放電検出信号ＣＬijは、セル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の下限値ＶＬより小さい場合に、単位セルＣijが過充電状態にあることを表すロウレベルとなり、下限値ＶＬより大きい場合にはハイレベルとなる。
【００１５】
また、充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉは、図８（ａ）に示すように、各過充電判定回路ＰＵi1〜ＰＵinからのセル過充電検出信号ＣＵi1〜ＣＵinがいずれか一つでもハイレベルの時にハイレベルを出力する論理和（ＯＲ）回路１３２と、各過放電判定回路ＰＬi1〜ＰＬinからのセル過放電検出信号ＣＬi1〜ＣＬinがいずれか一つでもロウレベルの時にロウレベルを出力する論理積（ＡＮＤ）回路１３３とを備え、ＯＲ回路１３２の出力をグループ過充電検出信号ＯＵｉ、ＡＮＤ回路１３３の出力をグループ過放電検出信号ＯＬｉとして出力するようにされている。
【００１６】
つまり、セルグループＣＧｉを構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinが、いずれも正常な充電状態（ＶＬ≦ＶＣij≦ＶＵ）にある時には、グループ過充電検出信号ＯＵijがロウレベル、グループ過放電検出信号ＯＬijがハイレベルとなり、単位セルＣi1〜Ｃinの中に、過充電状態（ＶＣij＞ＶＵ）のものが一つでも存在すればグループ過充電検出信号ＯＵｉがハイレベル、過放電状態（ＶＣij＜ＶＬ）のものが一つでも存在すればグループ過放電検出信号ＯＬｉがロウレベルとなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この充電状態検出装置Ｐ＿ＣＭＵｉでは、何等かの原因により、セル過充電検出信号ＣＵij，セル過放電検出信号ＣＬij，グループ過充電検出信号ＯＵｉ或いはグループ過放電検出信号ＯＬｉが正常状態を表す信号レベルに固定されてしまうと、単位セルＣijの過充電状態或いは過放電状態が検出されなくなるため、過充電状態或いは過放電状態のまま単位セルＣijが使用され続けることになり、単位セルＣij、ひいては組電池全体が使用不能な状態に至ってしまうという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記問題点を解決するために、グループ毎に単位セルの充電状態を検出する充電状態検出装置において、簡易な構成で装置の故障や異常を検出できるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１記載の充電状態検出装置では、充放電可能な組電池を構成する各単位セル毎に、第１電圧比較手段及び第２電圧比較手段がそれぞれ設けられており、第１電圧比較手段では、単位セルの両端電圧であるセル電圧が、セル電圧の許容電圧範囲の上限値に設定された第１しきい値電圧を上回っていると出力がアクティブレベルとなり、一方、第２電圧比較手段では、単位セルのセル電圧が、セル電圧の許容電圧範囲の下限値に設定された第２しきい値電圧を下回っていると出力がアクティブレベルとなる。
【００２０】
そして、第１論理和演算手段が、各単位セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出力の論理和を求めることにより過充電検出信号を生成し、また、第２論理和演算手段が、各単位セル毎に設けられた第２電圧比較手段同士の出力の論理和を求めることにより過放電検出信号を生成する。
【００２１】
つまり、組電池を構成する単位セルのいずれか一つでも過充電状態（上限値を上回った状態）になると、過充電検出信号がアクティブレベルとなり、また、組電池を構成する単位セルのいずれか一つでも過放電状態（下限値を下回った状態）になると、過放電検出信号がアクティブレベルとなる。
【００２２】
そして、特に本発明では、しきい値電圧変更手段が、外部からの指令に従って、第１しきい値電圧を、許容電圧範囲の下限値以下の第１検査値に変更すると共に、第２しきい値電圧を、許容電圧範囲の上限値以上の第２検査値に変更し、第１論理積演算手段が、単位セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出力の論理積を求めることにより第１異常検出信号を生成し、第２論理積演算手段が、単位セル毎に設けられた第２電圧比較手段同士の出力の論理積を求めることにより第２異常検出信号を生成する。
【００２３】
従って、本発明の充電状態検出装置によれば、過充電検出信号及び過放電検出信号に基づいて、組電池を構成する単位セルの中に過充電状態のもの及び過放電状態のものが存在するか否かを検出できるだけでなく、しきい値電圧変更手段による第１及び第２しきい値電圧の変更後における第１及び第２異常検出信号を監視することにより、過充電検出信号を生成する第１電圧検出手段，第１論理和演算手段や、過放電検出信号を生成する第２電圧検出手段，第２論理和演算手段の異常を検出できる。
【００２４】
即ち、第１及び第２しきい値電圧の変更後の第１及び第２電圧比較手段の出力は、いずれもアクティブレベルとなり、従って、第１及び第２異常検出手段の出力もアクティブレベルとなるべきであるため、第１或いは第２異常検出手段の出力が非アクティブレベルとなっていれば、第１或いは第２電圧比較手段のいずれかの出力に異常があると判断できるのである。
【００２５】
なお、アクティブレベルは、ハイレベル或いはロウレベルのいずれに設定してもよく、アクティブレベルをハイレベルに設定した場合には、第１及び第２論理和演算手段を論理和（ＯＲ）回路、第１及び第２論理積演算手段を論理積（ＡＮＤ）回路により構成すればよく、逆にアクティブレベルをロウレベルに設定した場合には、第１及び第２論理和演算手段を論理積（ＡＮＤ）回路、第１及び第２論理積演算手段を論理和（ＯＲ）回路により構成すればよい。
【００２６】
次に、請求項２記載の充電状態検出装置では、選択手段が、しきい値電圧変更手段による第１及び第２しきい値電圧の変更前には、過充電検出信号及び過放電検出信号を選択し、第１及び第２しきい値電圧の変更後には、第１及び第２異常検出信号を選択して出力する。
【００２７】
従って、本発明の充電状態検出装置によれば、過充電検出信号及び第１異常検出信号の伝送、過放電検出信号及び第２異常検出信号の伝送のために、各１本ずつの信号線があればよく、当該充電状態検出装置からの検出信号を利用する外部装置との間の配線を大幅に削減できる。
【００２８】
なお、しきい値電圧変更手段が、第１及び第２しきい値電圧を変更する方法として、通常では、許容電圧範囲の上限値或いは下限値に対応するものと、第１及び第２検査値に対応するものとで、２種類の基準電圧源を用意しておき、これを切り替えることが考えられる。これ以外の方法として、例えば、請求項３記載のように、第１及び第２電圧比較手段が、セル電圧を分圧する分圧回路と、該分圧回路にて生成された比較電圧と許容電圧範囲の上限値或いは下限値を前記分圧回路の分圧比にて分圧した大きさに設定された基準電圧とを大小比較するコンパレータとにより構成されている場合には、しきい値電圧変更手段は、この分圧回路での分圧比を変化させて、基準電圧に対する前記比較電圧の大きさを相対的に変化させることにより、第１或いは第２しきい値電圧を変化させるようにしてもよい。この場合、高価な基準電圧源の使用数を削減できる。
【００２９】
また、第１及び第２電圧比較手段は、装置構成を簡易化するために、請求項４記載のように、電圧比較手段での比較対象となる単位セル、或いは該単位セルが属する単位セルのグループから、電源供給を受けて動作することが望ましい。
更に、組電池を構成する単位セルとしては、鉛電池，ニッケル系電池等様々なものを用いることができるが、請求項５記載のように、リチウムイオンを吸蔵放出することが可能な物質からなる電極を用いて構成されたリチウム系二次電池を用いることが望ましい。
【００３０】
即ち、リチウム系二次電池は、エネルギー密度が高く、しかも出力電圧が高いため、同じ高電圧を得るにしても、少ないセル数で、容量の大きな組電池を構成することができ、組電池自体や当該充電状態制御装置を小型軽量化することができる。
【００３１】
また、当該充電状態検出装置は、いかなる用途に使用される組電池に適用してもよいが、例えば請求項６記載のように、電気自動車（ＥＶ）或いはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の動力源として実装される車載用のものに適用すれば、ＥＶやＨＥＶの信頼性、耐久性を向上させることができる。
【００３２】
ところで、単位セルの許容電圧範囲を、上限値或いは下限値のいずれか一方のみで制限する場合、充電状態検出装置は、電圧比較手段、論理和演算手段、論理積演算手段をそれぞれ一つずつ有するように構成してもよい。
即ち、請求項７記載の充電状態検出装置では、充放電可能な組電池を構成する各単位セル毎に設けられた電圧比較手段が、単位セルの両端電圧であるセル電圧が、セル電圧の許容電圧範囲の境界値に設定されたしきい値電圧を、許容電圧範囲から外れる側に越えると、出力がアクティブレベルとなり、論理和演算手段が、単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の論理和を求めることにより充電状態検出信号を生成する。
【００３３】
つまり、電圧比較手段の出力は、境界値として許容電圧範囲の上限値が設定されていれば、この上限値をセル電圧が上回った場合にアクティブレベルとなり、また、境界値として許容電圧範囲の下限値が設定されていれば、この下限値をセル電圧が下回った場合にアクティブレベルとなる。
【００３４】
そして、しきい値電圧変更手段が、外部からの指令に従って、しきい値電圧を、境界値から、単位セルのセル電圧が許容電圧範囲内にあれば電圧比較手段の出力がアクティブレベルとなる大きさの検査値に変更し、論理積演算手段が、各単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の論理積を求めることにより、異常検出信号を生成する。
【００３５】
具体的には、境界値として許容電圧範囲の上限値が設定されている場合には、検査値を許容電圧範囲の下限値以下に設定し、境界値として許容電圧範囲の下限値が設定されている場合には、検査値を許容電圧範囲の上限値以上に設定すればよい。
【００３６】
つまり、本発明の充電状態検出装置では、電圧検出手段，論理和演算手段，論理積演算手段が、請求項１における第１電圧検出手段，第１論理和演算手段，第１論理積演算手段、或いは第２電圧検出手段，第２論理和演算手段，第２論理積演算手段のいずれかとして動作する。
【００３７】
従って、本発明の充電状態検出装置によれば、充電状態検出信号に基づいて、組電池を構成する単位セルの中に過充電状態のもの或いは過放電状態のものが存在するか否かを検出できるだけでなく、しきい値電圧変更手段によるしきい値電圧の変更前後における異常検出信号を監視することにより、充電状態検出信号を生成する電圧検出手段や論理和演算手段の異常を検出できる。
【００３８】
そして、特に請求項８記載のように、境界値及び検査値のうち、一方を許容電圧範囲の上限値、他方を許容電圧範囲の下限値に設定した場合には、電圧比較手段，論理和演算手段，論理積演算手段を、請求項１における第１電圧比較手段，第１論理和演算手段，第１論理積演算手段、或いは第２電圧比較手段，第２論理和演算手段，第２論理積演算手段のいずれとしてでも動作させることができる。
【００３９】
即ち、例えば、境界値を許容電圧範囲の上限値、検査値を許容電圧範囲の下限値とすれば、電圧比較手段，論理和演算手段，論理積演算手段は、それぞれ請求項１における第１電圧比較手段，第１論理和演算手段，第１論理積演算手段として動作し、また、各手段のアクティブレベルと非アクティブレベルとを反転させて考えれば、電圧比較手段，論理積演算手段，論理和演算手段は、それぞれ請求項１における第２電圧比較手段，第２論理和演算手段、第２論理積演算手段として動作することは明らかである。
【００４０】
従って、本発明の充電状態検出装置によれば、論理和演算手段の出力を第１異常検出信号、論理積演算手段の出力を第２異常検出信号として検出すると共に、しきい値電圧変更手段によるしきい値電圧の変更前には、論理和演算手段の出力を過充電検出信号、しきい値電圧の変更後には、論理積演算手段の出力を過放電検出信号として検出することにより、請求項１記載の発明のほぼ半分の構成にて、これと同等の効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の組電池システム２の全体構成を表すブロック図である。
【００４２】
図示の如く、本実施形態の組電池システム２は、主電源ラインＬ，インバータ（ＩＮＶ）６を介してモータ及び発電機を兼ねる電動機（ＭＧ）８に接続されており、更に車両の走行状態や当該組電池システム２の状態等に応じて、電動機８の始動，停止や、インバータ６の動作方向等を制御するＨＥＶコントローラ（ＶＣＵ）４を備えている。
【００４３】
そして、ＶＣＵ４は、エンジンの運転効率のよい定速走行時等には、エンジンの駆動力を用いて走行する設定とし、この時、組電池システム２の充電量が不十分であれば、エンジンからの駆動力が電動機８に伝達され、且つ電動機８が発電機として動作し、電動機８にて発電された電力がインバータ６を介して組電池システム２に供給されるように設定して、組電池システム２に充電を行わせる。
【００４４】
一方、エンジンの運転効率の悪い始動時やフル加速時等には、組電池システム２からの電力がインバータ６を介して電動機８に供給され、電動機８がこの組電池システム２からの供給電力によりモータとして動作するように設定し、電動機８からの駆動力を利用して走行するようにされている。
【００４５】
また、本実施形態の組電池システム２は、充放電自在な二次電池であるリチウム電池を単位セルとして、この単位セルを多数直列接続してなる組電池１０を備えている。組電池１０は、それぞれが複数個の単位セルＣi1〜Ｃin（本実施形態ではｎ＝６）からなる複数のセルグループＣＧ１〜ＣＧｍに分割されている。そして、このセルグループＣＧｉ（ｉ＝１〜ｍ）毎に、セルグループＣＧｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃinの充電状態を判定し、その判定結果を表すグループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉや、内部の異常を判定するための第１異常検出信号ＥＵｉ及び第２異常検出信号ＥＬｉを生成する充電状態検出装置ＣＭＵｉを備えている。
【００４６】
なお、グループ過放電検出信号ＯＵｉ及び第１異常検出信号ＥＵｉは信号線ＬＵｉを介して伝送され、また、グループ過放電検出信号ＯＬｉ及び第２異常検出信号ＥＬｉは信号線ＬＬｉを介して伝送され、しかも、各信号線ＬＵｉ，ＬＬｉでは、電源供給ラインＬＤを介した電源供給の有無に応じて伝送信号が切り替わるようにされている。
【００４７】
更に、本実施形態の組電池システム２は、組電池１０の充放電時に主電源ラインＬを流れる主回路電流を検出する電流センサ（ＣＳ）１４と、電流センサ１４からの検出信号ＩＢや、組電池１０の両端及びセルグループＣＧｉの境界にて主電源ラインＬから分岐させたセルグループ電圧検出線ＬＳ１〜ＬＳm+1 を介して得られる電圧信号ＶＳ１〜ＶＳm+1 、各充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍからのグループ過充電検出信号ＯＵ１〜ＯＵｍ、グループ過放電検出信号ＯＬ１〜ＯＬｍに基づいて、ＶＣＵ４に各種指令ＣＭＤを出力したり、電源供給ラインＬＤを導通させることにより各充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍの異常を監視する等の処理を実行する組電池コントローラ（ＢＣＵ）１２を備えている。
【００４８】
ここで、図２は、充電状態検出装置ＣＭＵｉ及びＢＣＵ１２の内部構成を表すブロック図である。
図示の如く、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、セルグループＣＧｉを構成する各単位セルＣi1〜Ｃin毎に、セル電圧ＶＣij（ｊ＝１〜ｎ）が許容電圧範囲の上限値ＶＵ（本実施形態では４．２Ｖ）より大きいか否かを判定し、上限値ＶＵより大きい場合にハイレベルとなるセル過充電検出信号ＣＵijを生成する第１電圧比較手段としての過充電判定回路Ｕijと、セル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の下限値ＶＬ（本実施形態では３．０Ｖ）より小さいか否かを判定し、下限値ＶＬより小さい場合にロウレベルとなるセル過放電検出信号ＣＬijを生成する第２電圧比較手段としての過放電判定回路Ｌijとを備えている。
【００４９】
なお、過充電判定回路Ｕijは、図３に示すように、セル電圧ＶＣijを分圧する分圧回路２０と、抵抗ＲＵｃ及び電圧発生源ＤＵからなる定電圧回路２２と、非反転入力に、セル電圧ＶＣijを分圧回路２０にて分圧してなる電圧が印加され、反転入力に、定電圧回路２２が生成する一定の上限基準電圧ＶRUが印加されるコンパレータ２３とからなる。
【００５０】
そして、分圧回路２０は、直列接続され、その接続点がコンパレータ２３の非反転入力に接続された抵抗ＲＵａ，ＲＵｂと、抵抗ＲＵａに並列接続された抵抗ＲＵｘと、抵抗，トランジスタからなり、電源供給ラインＬＤを介した電源供給がある場合に抵抗ＲＵｘの電流経路を導通させるスイッチ回路２１とにより構成されている。つまり、分圧回路２０の分圧比は、スイッチ回路２１のオフ時には、直列接続された抵抗ＲＵａ，ＲＵｂにより決まる第１分圧比ＢＵ１となり、スイッチ回路２１のオン時には、並列接続された抵抗ＲＵａ，ＲＵｘ及びこれと直列接続された抵抗ＲＵｂにより決まる第２分圧比ＢＵ２となる。
【００５１】
【数１】

【００５２】
一方、過放電判定回路Ｌijは、過充電判定回路Ｕijと同様に、セル電圧ＶＣijを分圧する分圧回路２４と、抵抗ＲＬｂ及び電圧発生源ＤＬからなる定電圧回路２６と、非反転入力に、セル電圧ＶＣijを分圧回路２４にて分圧してなる電圧が印加され、反転入力に、定電圧回路２６が生成する一定の下限基準電圧ＶRLが印加されるコンパレータ２７とからなる。
【００５３】
そして、分圧回路２４は、直列接続され、その接続点がコンパレータ２７の非反転入力に接続された抵抗ＲＬａ，ＲＬｂと、抵抗ＲＬｂに並列接続された抵抗ＲＬｘと、抵抗，トランジスタからなり、電源供給ラインＬＤを介した電源供給がある場合に抵抗ＲＬｘの電流経路を導通させるスイッチ回路２５とにより構成されている。つまり、分圧回路２４の分圧比は、スイッチ回路２５のオフ時には、直列接続された抵抗ＲＬａ，ＲＬｂにより決まる第１分圧比ＢＬ１となり、スイッチ回路２５のオン時には、並列接続された抵抗ＲＬｂ，ＲＬｘ及びこれと直列接続された抵抗ＲＬａにより決まる第２分圧比ＢＬ２となる。
【００５４】
【数２】

【００５５】
但し、電圧発生源ＤＵ，ＤＬでは、例えば、ダイオードの順方向電圧、ツェナーダイオードの降伏電圧などを利用して基準電圧ＶRU，ＶRLを生成しており、過充電判定回路Ｕijの電圧発生源ＤＵが発生させる上限基準電圧ＶRUは、単位セルＣijの許容電圧範囲の上限値ＶＵを抵抗ＲＵａ，ＲＵｂにて分圧した大きさ（＝ＶＵ・ＢＵ１）に設定され、一方、過放電判定回路Ｌijの電圧発生源ＤＬが発生させる下限基準電圧ＶRLは、単位セルＣijの許容電圧範囲の下限値ＶＬを抵抗ＲＬａ，ＲＬｂにて分圧した大きさ（＝ＶＬ・ＢＬ１）に設定されている。
【００５６】
なお、本実施形態では、ＶＵ＝４．２Ｖ、ＶＬ＝３．０Ｖであり、抵抗ＲＵａ，ＲＵｂ，ＲＵｘは、ＢＵ１＝０．５，ＢＵ２＝０．７となり、抵抗ＲＬａ，ＲＬｂ，ＲＬｘは、ＢＬ１＝０．７，ＢＬ２＝０．５となるように設定されている。
【００５７】
つまり、過充電判定回路Ｕijのコンパレータ２３は、分圧回路２０の分圧比が第１分圧比ＢＵ１に設定されている時（即ちスイッチ回路２１のオフ時）には、非反転入力に電圧ＶＣij・ＢＵ１、反転入力に電圧ＶＵ・ＢＵ１が印加されることになる。従って、コンパレータ２３の出力であるセル過充電検出信号ＣＵijは、許容電圧範囲の上限値ＶＵ（＝４．２Ｖ）をしきい値電圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が大きければハイレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が小さければロウレベルとなる。
【００５８】
また、コンパレータ２３は、分圧回路２０の分圧比が第２分圧比ＢＵ２に設定されている時（即ちスイッチ回路２１のオン時）には、非反転入力に電圧ＶＣij・ＢＵ２、反転入力に電圧ＶＵ・ＢＵ１が印加されることになる。従って、セル過充電検出信号ＣＵijは、電圧ＶＵ・ＢＵ１／ＢＵ２（＝３．０Ｖ）をしきい値電圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が大きければハイレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が小さければロウレベルとなる。
【００５９】
同様に、過放電判定回路Ｌijのコンパレータ２７は、分圧回路２４の分圧比が第１分圧比ＢＬ１に設定されている時（即ちスイッチ回路２５のオフ時）には、非反転入力に電圧ＶＣij・ＢＬ１、反転入力に電圧ＶＬ・ＢＬ１が印加されることになる。従って、コンパレータ２７の出力であるセル過放電検出信号ＣＬijは、許容電圧範囲の下限値ＶＬ（＝３．０Ｖ）をしきい値電圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が小さければロウレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が大きければハイレベルとなる。
【００６０】
また、コンパレータ２７は、分圧回路２４の分圧比が第２分圧比ＢＬ２に設定されている時（即ちスイッチ回路２５のオン時）には、非反転入力に電圧ＶＣij・ＢＬ２、反転入力に電圧ＶＬ・ＢＬ１が印加されることになる。従って、セル過放電検出信号ＣＬijは、電圧ＶＬ・ＢＬ１／ＢＬ２（＝４．２Ｖ）をしきい値電圧として、このしきい値電圧よりセル電圧ＶＣijの方が小さければロウレベルとなり、セル電圧ＶＣijの方が大きければハイレベルとなる。
【００６１】
そして、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、図２に示すように、電源供給ラインＬＤを介して電源供給を受けるとオン状態となり、過充電判定回路Ｕi1〜Ｕinを構成するスイッチ回路２１を一斉にオンさせ、分圧回路２０の分圧比を第１分圧比ＢＵ１から第２分圧比ＢＵ２に切り替えるフォトカプラ３０と、同じく電源供給ラインＬＤを介して電源供給を受けるとオン状態となり、過放電判定回路Ｌi1〜Ｌinを構成するスイッチ回路２５を一斉にオンさせ、分圧回路２４の分圧比を第１分圧比ＢＬ１から第２分圧比ＢＬ２に切り替えるフォトカプラ３１とを備えている。
【００６２】
即ちスイッチ回路２１，２５及びフォトカプラ３０，３１が本発明におけるしきい値電圧変更手段に相当する。
更に、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、セル過充電検出信号ＣＵi1〜ＣＵinの中にいずれか一つでもハイレベルのものがある時に出力がハイレベルとなるグループ過充電検出信号ＯＵｉを生成する第１論理和演算手段としての論理和（ＯＲ）回路３２と、セル過充電検出信号ＣＵi1〜ＣＵinの全てがハイレベルである時に出力がハイレベルとなる第１異常検出信号ＥＵｉを生成する第１論理積演算手段としての論理積（ＡＮＤ）回路３３と、フォトカプラ３０がオフ状態の時にグループ過充電検出信号ＯＵｉを選択し、フォトカプラ３０がオン状態の時に第１異常検出信号ＥＵｉを選択して、ＢＣＵ１２に対して出力する選択回路３４とを備えている。
【００６３】
また更に、充電状態検出装置ＣＭＵｉは、セル過放電検出信号ＣＬi1〜ＣＬinの中にいずれか一つでもロウレベルのものがある時に、信号レベルがロウレベルとなるグループ過放電検出信号ＯＬｉを生成する第２論理和演算手段としてのＡＮＤ回路３６と、セル過放電検出信号ＣＬi1〜ＣＬinの全てがロウレベルである時に信号レベルがロウレベルとなる第２異常検出信号ＥＬｉを生成する第２論理積演算手段としてのＯＲ回路３５と、フォトカプラ３１がオフ状態の時にグループ過放電検出信号ＯＬｉを選択し、フォトカプラ３１がオン状態の時に第２異常検出信号ＥＬｉを選択して、ＢＣＵ１２に対して出力する選択回路３７とを備えている。つまり、選択回路３４，３７が本発明における選択手段に相当する。
【００６４】
このように構成された充電状態検出装置ＣＭＵｉは、電源供給ラインＬＤの非導通時には、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち、いずれか一つでも過充電状態であるもの、即ちセル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の上限値ＶＵより大きいものが存在すると、信号レベルがハイレベルとなるグループ過充電検出信号ＯＵｉを、信号線ＬＵｉを介してＢＣＵ１２に供給すると共に、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち、いずれか一つでも過放電状態であるもの、即ちセル電圧ＶＣijが許容電圧範囲の下限値ＶＬより小さいものが存在すると、信号レベルがロウレベルとなるグループ過放電検出信号ＯＬｉを、信号線ＬＬｉを介してＢＣＵ１２に供給する。
【００６５】
一方、電源供給ラインＬＤの導通時には、セルグループＣＧｉを構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinについて、セル電圧ＶＣijが上限値ＶＵより大きいか或いは許容電圧範囲内にあれば、信号レベルがハイレベルとなる第１異常検出信号ＥＵｉを、信号線ＬＵｉを介してＢＣＵ１２に供給すると共に、セルグループＣＧｉを構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinについて、セル電圧ＶＣijが下限値ＶＬより小さいか或いは許容電圧範囲内にあれば、信号レベルがロウレベルとなる第２異常検出信号ＥＬｉを、信号線ＬＬｉを介してＢＣＵ１２に供給する。
【００６６】
次に、ＢＣＵ１２は、各セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に設けられたグループ電圧検出回路ＶＳＣ１〜ＶＳＣｍのいずれか一つを選択して、選択されたグループ電圧検出回路ＶＳＣｉにて検出されたグループ電圧ＶＧｉを取り込むためのマルチプレクサ（ＭＰＸ）４０と、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍのいずれか一つを選択し、選択された充電状態検出装置ＣＭＵｉの信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して供給される信号ＯＵｉ／ＥＵｉ，ＯＬｉ／ＥＬｉを、それぞれフォトカプラ４１，４２を介して取り込むためのＭＰＸ４３と、トランジスタ，抵抗からなり、端子ＯＣＤＰ，ＯＣＤＮ間に直列接続された各充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍのフォトカプラ３０，３１への電源供給ラインＬＤを導通，遮断するスイッチ回路４４と、ＭＰＸ４０を介して得られるグループ電圧ＶＧ１〜ＶＧｍや、イグニションスイッチの操作状態を表す信号ＩＧ、電流センサ１４からの検出信号ＩＢに基づいて、主回路電流を制御するためＶＣＵ４に出力する各種指令ＣＭＤを生成する等の処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）４５と、その処理に必要なデータ等を記憶するメモリ４６とを備えている。
【００６７】
ここで、ＣＰＵ４５が実行する処理の概要を説明する。
まず、イグニション信号ＩＧにより、イグニションスイッチがオンされたことを検出すると、スイッチ回路４４をオフ状態に設定することにより、各充電状態検出装置ＣＭＵｉから信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介してグループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉが供給される設定とし、両信号ＯＵｉ，ＯＬｉを、各セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に繰り返し検出する。
【００６８】
この時、セルグループＣＧｉを構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧がいずれも使用可能範囲内にある場合には、グループ過充電検出信号ＯＵｉはロウレベル、グループ過放電検出信号ＯＬｉはハイレベルとなる。
そして、グループ過充電検出信号ＯＵｉがロウレベルからハイレベルに変化した場合に、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち少なくとも一つが過充電になったものとして、ＶＣＵ４に主回路電流の制御を放電優先で行わせるためのコマンドＣＭＤを出力する。
【００６９】
その後、グループ過充電検出信号ＯＵｉがハイレベルからロウレベルに変化すると、単位セルの過充電が解消されたものとして、ＶＣＵ４の制御を通常に戻すためのコマンドＣＭＤを出力する。
一方、放電優先の制御が開始されてから、予め設定された一定期間が経過したにも関わらず、グループ過充電検出信号ＯＵｉがロウレベルに変化しない場合、或いは、グループ過充電検出信号ＯＵｉがハイレベルとなったセルグループＣＧｉのグループ電圧ＶＧｉが、予め設定された一定電圧以上減少したにも関わらず、グループ過充電検出信号ＯＵｉがロウレベルに変化しない場合には、回復不能の異常が発生したものとして、組電池１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知する。
【００７０】
同様に、グループ過放電検出信号ＯＬｉがハイレベルからロウレベルに変化した場合に、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃinのうち少なくとも一つが過放電になったものとして、ＶＣＵ４に主回路電流の制御を充電優先で行わせるためのコマンドＣＭＤを出力する。
【００７１】
その後、グループ過放電検出信号ＯＬｉが、ロウレベルからハイレベルに変化すると、単位セルの過放電が解消されたものとして、ＶＣＵ４の制御を通常に戻すためのコマンドＣＭＤを出力する。
一方、充電優先の制御が開始されてから、予め設定された一定期間が経過したにも関わらず、グループ過放電検出信号ＯＬｉがハイレベルに変化しない場合、或いは、グループ過放電検出信号ＯＬｉがロウレベルとなったセルグループＣＧｉのグループ電圧ＶＧｉが、予め設定された一定電圧以上増加したにも関わらず、グループ過放電検出信号ＯＬｉがハイレベルに変化しない場合には、回復不能の異常であるとして、組電池１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知する。
【００７２】
また、ＣＰＵ４５は、上述の制御以外に、予め設定された周期毎に、故障診断を実行する。但し、本故障診断は、全てのグループ過充電検出信号ＯＵ１〜ＯＵｍがロウレベル、全てのグループ過放電検出信号ＯＬ１〜ＯＬｍがハイレベルである場合、即ち全ての単位セルＣ11〜Ｃmnのセル電圧が使用可能範囲内にあることが検出されている場合にのみ実行されるものとする。
【００７３】
この故障診断では、まず、スイッチ回路４４をオン状態に設定することにより、各充電状態検出装置ＣＭＵｉから信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して第１異常検出信号ＥＵｉ及び第２異常検出信号ＥＬｉが供給される設定とし、両信号ＥＵｉ，ＥＬｉを、各セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に検出する。
【００７４】
この時、セルグループＣＧｉを構成する全ての単位セルＣi1〜Ｃinのセル電圧がいずれも使用可能範囲内にあるため、第１異常検出信号ＥＵｉはハイレベル、第２異常検出信号ＥＬｉはロウレベルとなるはずである。
ところが、第１異常検出信号ＥＵｉがロウレベルになっていれば、グループ過充電検出信号ＯＵｉを生成するための過充電判定回路Ｕi1〜Ｕin及びＯＲ回路３２、又は第１異常検出信号ＥＵｉ自体を生成するＡＮＤ回路３３のいずれかに異常があるものとして、組電池１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知する。
【００７５】
同様に、第２異常検出信号ＥＬｉがハイレベルになっていれば、グループ過放電検出信号ＯＬｉを生成するための過放電判定回路Ｌi1〜Ｌin及びＡＮＤ回路３６、又は第２異常検出信号ＥＬｉ自体を生成するＯＲ回路３５のいずれかに異常があるものとして、組電池１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態の組電池システム２においては、セルグループＣＧ１〜ＣＧｍ毎に、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍが設けられており、充電状態検出装置ＣＭＵｉが出力するグループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉに基づいて、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃin毎に、過充電或いは過放電となっている単位セルの有無を検出できるだけでなく、充電状態検出装置ＣＭＵｉが出力する第１及び第２異常検出信号ＥＵｉ，ＥＬｉに基づいて、充電状態検出装置ＣＭＵｉ内部の異常を検出することができる。
【００７７】
従って、本実施形態の組電池システム２によれば、グループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉの信頼性が向上し、単位セルＣijが過充電或いは過放電の状態で使用され続けることを確実に防止できるため、組電池１０の性能を最大限に引き出すことができる。
【００７８】
例えば、何等かの故障により、過充電判定回路Ｕijの出力（セル過充電検出信号ＣＵij）がロウレベルのまま固定されると、単位セルＣijが過充電になったとしても、通常制御時に検出されるグループ過充電検出信号ＯＵｉはロウレベルのままであるため、これを検出することができないが、故障診断時に検出される第１異常検出信号ＥＵｉがロウレベルとなるため異常の発生を検出でき、同様に、何等かの故障により、過放電判定回路Ｌijの出力（セル過放電検出信号ＣＬij）がハイレベルのまま固定されると、単位セルＣijが過放電になったとしても、通常制御時に検出されるグループ過放電検出信号ＯＬｉはハイレベルのままであるため、これを検出することができないが、故障診断時に検出される第２異常検出信号ＥＬｉがハイレベルとなるため、異常の発生を検出できるのである。
【００７９】
また例えば、何等かの故障により、ＯＲ回路３２の出力（グループ過充電検出信号ＯＵｉ）、ＡＮＤ回路３６の出力（グループ過放電検出信号ＯＬｉ）が固定された場合も、同様に検出することができる。
また、本実施形態によれば、従来装置（図８，９参照）と比較して、各過充電判定回路Ｕij及び各過放電判定回路Ｌijにスイッチ回路２１，２５を追加し、各充電状態検出装置ＣＭＵｉ毎に、フォトカプラ３０，３１及びＡＮＤ回路３３，ＯＲ回路３５を追加するだけの僅かな構成の追加により、第１及び第２異常検出信号ＥＵｉ，ＥＬｉの生成を可能としている。しかも、選択回路３４，３７を設けて、信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して出力する信号を、グループ過充電検出信号ＯＵｉ及びグループ過放電検出信号ＯＬｉと、第１及び第２異常検出信号ＥＵｉ，ＥＬｉとで切り替えるようにされているので、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍとＢＣＵ１２との間の配線を増加させることなく、第１及び第２異常検出信号ＥＵｉ，ＥＬｉを、ＢＣＵ１２に供給することができる。
【００８０】
更に、本実施形態によれば、各充電状態検出装置ＣＭＵｉは、検出対象となるセルグループＣＧｉから電源供給を受けて動作するようにされているので、どのセルグループＣＧ１〜ＣＧｍに対しても同じ構成のものを用いることができ、装置構成を簡易化することができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、第１異常検出信号ＥＵｉをグループ過充電検出信号ＯＵｉと同じ信号線ＬＵｉ、第２異常検出信号ＥＬｉをグループ過放電検出信号ＯＬｉと同じ信号線ＬＬｉを用いてＢＣＵ１２に伝送しているが、選択回路３４，３７を省略して、第１異常検出信号ＥＵｉ，第２異常検出信号ＥＬｉを、信号線ＬＵｉ，ＬＬｉとは異なる信号線を用いて個別にＢＣＵ１２に供給するように構成してもよい。
【００８２】
また、本実施形態では、故障診断時における過充電判定回路Ｕijでのしきい値（検査値）がセル電圧の使用可能範囲の下限値ＶＬと等しくなり、過放電検出回路Ｌijでのしきい値（検査値）がセル電圧の使用可能範囲の上限値ＶＵと等しくなるように設定したが、過充電判定回路Ｕijでは下限値ＶＬ以下、過放電検出回路Ｌijでは上限値ＶＵ以上であれば、どのような値に設定してもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００８３】
本実施形態の組電池システム２ａでは、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍが、第１実施形態のものとは構成の一部が異なっているだけであるため、この構成の相異する充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍを中心に説明する。
図４は、本実施形態の組電池システム２ａにおける充電状態検出装置ＣＭＵｉの構成を表すブロック図である。
【００８４】
図示の如く、本実施形態における充電状態検出装置ＣＭＵｉは、第１実施形態のものから、過放電判定回路Ｌi1〜Ｌin、フォトカプラ３１、ＯＲ回路３５、ＡＮＤ回路３６、選択回路３４，３７を省略し、過充電判定回路Ｕi1〜Ｕinの代わりに電圧比較手段としての過充放電判定回路ＵＬi1〜ＵＬinを設け、更に、論理和演算手段としてのＯＲ回路３２の出力が信号線ＬＵｉを介して、論理積演算手段としてのＡＮＤ回路３３の出力が信号線ＬＬｉを介してＢＣＵ１２に供給されるように構成されている。
【００８５】
なお、過充放電判定回路ＵＬi1〜ＵＬinは、第１実施形態における過充電判定回路Ｕi1〜Ｕinと全く同様に構成されている（図３参照）。つまり、過充放電判定回路ＵＬi1〜ＵＬinは、フォトカプラ３０がオフ状態の時には、セル電圧の使用可能範囲の上限値ＶＵをしきい値として、このしきい値よりセル電圧ＶＣijの方が大きい時にはハイレベル、セル電圧ＶＣijの方が小さい時にはロウレベルとなる判定信号を出力する。また、フォトカプラ３０がオン状態の時には、セル電圧の使用可能範囲の下限値ＶＬをしきい値として、このしきい値よりセル電圧ＶＣijの方が小さい時にはロウレベル、セル電圧の方が大きい時にはハイレベルとなる判定信号を出力する。
【００８６】
このように構成された充電状態検出装置ＣＭＵｉでは、フォトカプラ３０がオフ状態の時に、ＯＲ回路３２の出力が、第１実施形態におけるグループ過充電検出信号ＯＵｉ及び第２異常検出信号ＥＬｉと全く同様のものとなり、また、フォトカプラ３０がオン状態の時に、ＡＮＤ回路３３の出力が、第１実施形態におけるグループ過放電検出信号ＯＬｉ及び第１異常検出信号ＥＵｉと全く同様のものとなる。
【００８７】
そして、本実施形態の組電池システム２ａにおいて、ＣＰＵ４５は、セルグループＣＧｉ毎に単位セルの過充電及び過放電を検出する通常制御と、充電状態検出装置ＣＭＵｉの異常を検出する故障診断とを同時に実行する。以下では、その制御の概要を説明する。
【００８８】
まず、イグニション信号ＩＧにより、イグニションスイッチがオンされたことを検出すると、以後、スイッチ回路４４のオン／オフ状態を一定周期毎に交互に切り替えると共に、各状態毎に、各信号線ＬＵｉ，ＬＬｉを介して得られる信号の信号レベルを記憶する。
【００８９】
そして、スイッチ回路４４のオフ時、即ちフォトカプラ３０のオフ時に信号線ＬＬｉを介して供給される信号（以下「高しきい値ＡＮＤ出力」という）がハイレベルである場合、又スイッチ回路４４のオン時、即ちフォトカプラ３０のオン時に信号線ＬＵｉを介して供給される信号（以下「低しきい値ＯＲ出力」という）がロウレベルである場合には、何等かの故障があるものとして、直ちに、組電池１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知する。
【００９０】
一方、高しきい値ＡＮＤ出力がロウレベル、且つ低しきい値ＯＲ出力がハイレベルの時には、スイッチ回路４４のオフ時に信号線ＬＵｉを介して供給される信号（以下「高しきい値ＯＲ出力」という）、及びスイッチ回路４４のオン時に信号線ＬＬｉを介して供給される信号（以下「低しきい値ＡＮＤ出力」という）に従って、以下の制御を実行する。
【００９１】
即ち、高しきい値ＯＲ出力がハイレベル、且つ低しきい値ＡＮＤ出力がハイレベルであれば、セルグループＣＧｉ中に過充電の単位セルがあるものとして、第１実施形態にて、グループ過充電検出信号ＯＵｉがロウレベルからハイレベルに変化した場合と全く同様に動作する。
【００９２】
また、高しきい値ＯＲ出力がロウレベル、且つ低しきい値ＡＮＤ出力がロウレベルであれば、セルグループＣＧｉ中に過放電の単位セルがあるものとして、第１実施形態にて、グループ過放電検出信号ＯＬｉがハイレベルからロウレベルに変化した場合と全く同様に動作する。
【００９３】
更に、高しきい値ＯＲ出力がハイレベル、且つ低しきい値ＡＮＤ出力がロウレベルの時には、セルグループＣＧｉ内に、過放電の単位セルと過充電の単位セルとが混在するか、又はその他の故障が発生したものとして、直ちに、組電池１０の充放電を禁止するコマンドＣＭＤをＶＣＵ４に対して出力すると共に、その旨を図示しない表示装置や音響装置を介して使用者に通知する。
【００９４】
なお、図５は、信号線ＬＬｉ，ＬＵｉを介して供給される信号の信号レベルと、それに基づいて推定される状態との対応関係を表す一覧表である。
以上説明したように、本実施形態の組電池システム２ａによれば、充電状態検出装置ＣＭＵｉの構成が、第１実施形態のものと比較して、ほぼ半分に削減されているにも関わらず、第１実施形態におけるグループ過充電検出信号ＯＵｉ（高しきい値ＯＲ出力）、グループ過放電検出信号ＯＬｉ（低しきい値ＡＮＤ出力）、第１異常検出信号ＥＵｉ（低しきい値ＡＮＤ出力）、第２異常検出信号ＥＬｉ（高しきい値ＯＲ出力）と同等の信号を得ることができるため、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００９５】
しかも、これらの信号に加えて、高しきい値ＡＮＤ出力、及び低しきい値ＯＲ出力も得ることができるため、充電状態検出装置ＣＭＵｉに異常が発生した場合に、その原因をより詳細に特定することができる。
なお、本実施形態では、ＯＲ回路３２の出力及びＡＮＤ回路３３の出力をいずれもＢＣＵ１２に供給するようにされているが、充電状態検出装置ＣＭＵｉに、フォトカプラ３０がオフ状態の時にはＯＲ回路３２の出力を選択し、フォトカプラ３０がオン状態の時にはＡＮＤ回路３３の出力を選択する選択回路を設け、選択回路にて選択された信号のみを、ＢＣＵ１２に供給するように構成してもよい。
【００９６】
この場合でも、第１実施形態の組電池システム２と同様の効果を得ることができるだけでなく、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍとＢＣＵ１２との間の配線を半減させることができる。
また、本実施形態では、過充放電判定回路ＵＬijにおけるしきい値の切替を、フォトカプラ３０を介してＢＣＵ１２が制御するように構成されているが、充電状態検出装置ＣＭＵｉに、自励の発振回路を設けて、この発振回路の出力を使用して自動的に行うように構成してもよい。この場合、電源供給ラインＬＤが不要となるため、充電状態検出装置ＣＭＵ１〜ＣＭＵｍとＢＣＵ１２との間の配線を、更に削減することができる。
【００９７】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、セルグループＣＧｉを構成する単位セル数を６個としたが、これに限らず、単位セル数は何個であってもよい。但し、充電状態検出装置ＣＭＵｉを構成する回路素子の耐電圧の問題などから、平均セル電圧が３．６Ｖのリチウム電池の場合は、４〜６直列程度とすることが望ましい。特に、充電状態検出装置ＣＭＵｉを集積回路（ＩＣ）化する場合には、６直列以下とすることが望ましい。
【００９８】
また、上記実施形態では、過充電判定回路Ｕij、過放電判定回路Ｌij、過充放電判定回路ＵＬijは、セル電圧ＶＣijを分圧する際の分圧比を変更することにより、しきい値電圧が相対的に変化するように構成したが、図６に示すように、抵抗Ｒａ，Ｒｂからなる分圧回路５０と、抵抗Ｒｃ、２種類の電圧発生源ＤＵ，ＤＬ、スイッチ回路４４と連動し、電圧発生源ＤＵ，ＤＬのいずれか一方を選択して抵抗Ｒｃと接続する選択回路５２からなる基準電圧発生回路５４と、分圧回路５０の出力、及び基準電圧発生回路５４の出力を大小比較するコンパレータ５６とにより構成し、基準電圧発生回路５４が発生させるしきい値電圧を直接変化させるようにしてもよい。
【００９９】
更に、過充電判定回路Ｕij、過放電判定回路Ｌij、過充放電判定回路ＵＬijは、例えば、図７に示すように、セルグループＣＧｉを構成する単位セルＣi1〜Ｃin毎に、単位セルＣijのセル電圧ＶＣijを、セルグループＣＧｉの負極電位を基準とした電圧に変換する電圧検出回路ＤＶijと、この電圧検出回路ＤＶijの出力と外部から供給される基準電圧と大小比較するコンパレータＣＭＰijとにより構成し、これらとは別に、スイッチ回路４４と連動し、セルグループＣＧｉの負極電位を基準とした基準電圧ＶRU，ＶRLのいずれかを発生させる基準電圧発生回路５８を設け、この基準電圧発生回路５８にて発生させた基準電圧を、各コンパレータＣＭＰi1〜ＣＭＰinに供給するように構成してもよい。
【０１００】
この場合、電圧検出回路ＤＶijをＩＣ化することはできないが、それ以外の部分は、セルグループＣＧｉを構成する単位セル数が何個であっても、一体にＩＣ化することが可能となる。
また、上記実施形態では、過充電判定回路Ｕijが過充電を検出した時のアクティブレベルをハイレベル、また過放電判定回路Ｌijが過放電を検出した時のアクティブレベルをロウレベルに設定しているが、これに限らず、ハイレベル、ロウレベルのいずれをアクティブレベルとして設定してもよい。但し、過放電の検出時に、充電状態検出装置ＣＭＵｉに流れる動作電流ができるだけ小さくなるように設定することが望ましい。
【０１０１】
また更に、組電池１０を構成する単位セルＣ11〜Ｃmnは、リチウム電池に限らず、鉛電池やニッケル系電池などの他の二次電池、単位セルを複数個直並列に接続したセルモジュールのような任意の電池を用いることが可能である。これらの電池は、リチウム二次電池と比較して過充電や過放電に強いため、充電状態の検出は、必ずしも必要ではないが、これを適用することにより、組電池の性能を最大限に引き出し、また寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 組電池システムの全体構成を表すブロック図である。
【図２】 第１実施形態における充電状態検出装置、及び組電池コントローラの内部構成を表すブロック図である。
【図３】 過充電判定回路及び過放電判定回路の詳細を表す回路図である。
【図４】 第２実施形態における充電状態検出装置、及び組電池コントローラの内部構成を表すブロック図である。
【図５】 充電状態検出装置の出力信号の信号レベルと、信号レベルから推定される装置の内部状態との関係を表す一覧表である。
【図６】 過放電判定回路，過充電判定回路，過充放電判定回路の他の構成例を表す回路図である。
【図７】 過放電判定回路，過充電判定回路，過充放電判定回路の他の構成例を表す回路図である。
【図８】 （ａ）は従来の充電状態検出装置の構成を表すブロック図、（ｂ）は過充電判定回路及び過放電判定回路の詳細を表す回路図である。
【符号の説明】
２，２ａ…組電池システム、４…ＨＥＶコントローラ（ＶＣＵ）６…インバータ、８…電動機、１０…組電池、１２…組電池コントローラ（ＢＣＵ）１４…電流センサ、２０，２４，５０…分圧回路、２１，２５…スイッチ回路、２２，２６…定電圧回路、２３，２７，５６…コンパレータ、３０，３１…フォトカプラ、３２，３５…論理和（ＯＲ）回路、３３，３６…論理積（ＡＮＤ）回路、３４，３７，５２…選択回路、４１，４２…フォトカプラ、４４…スイッチ回路、４５…ＣＰＵ、４６…メモリ、５４，５８…基準電圧発生回路、Ｃij…単位セル、ＣＧｉ…セルグループ、ＣＭＵｉ…充電状態検出装置、ＤＬ，ＤＵ…電圧発生源、ＤＶ…電圧検出回路、Ｌij…過放電判定回路、Ｕij…過充電判定回路、ＵＬij…過充放電判定回路、ＬＬｉ，ＬＵｉ…信号線、ＬＳｉ…セルグループ電圧検出線、ＲＬａ〜ＲＬｃ，ＲＬｘ，ＲＵａ〜ＲＵｃ，ＲＵｘ，Ｒａ〜Ｒｃ…抵抗、ＶＳＣｉ…グループ電圧検出回路

Claims (8)

1. 充放電可能な組電池を構成する各単位セル毎に設けられ、該単位セルの両端電圧であるセル電圧が、該セル電圧の許容電圧範囲の上限値に設定された第１しきい値電圧を上回っていると出力がアクティブレベルとなる第１電圧比較手段と、
   前記単位セル毎に設けられ、該単位セルのセル電圧が、前記許容電圧範囲の下限値に設定された第２しきい値電圧を下回っていると出力がアクティブレベルとなる第２電圧比較手段と、
   前記単位セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出力の論理和を求めることにより過充電検出信号を生成する第１論理和演算手段と、
   前記単位セル毎に設けられた第２電圧比較手段同士の出力の論理和を求めることにより過放電検出信号を生成する第２論理和演算手段と、
   を備えた充電状態検出装置において、
   外部からの指令に従って、前記第１しきい値電圧を、前記許容電圧範囲の下限値以下の第１検査値に変更すると共に、前記第２しきい値電圧を、前記許容電圧範囲の上限値以上の第２検査値に変更するしきい値電圧変更手段と、
   前記単位セル毎に設けられた第１電圧比較手段同士の出力の論理積を求めることにより第１異常検出信号を生成する第１論理積演算手段と、
   前記単位セル毎に設けられた第２電圧比較手段同士の出力の論理積を求めることにより第２異常検出信号を生成する第２論理積演算手段と、
   を設けたことを特徴とする充電状態検出装置。
2. 前記しきい値電圧変更手段による前記第１及び第２しきい値電圧の変更前には、前記過充電検出信号及び過放電検出信号を選択し、前記第１及び第２しきい値電圧の変更後には、前記第１及び第２異常検出信号を選択して出力する選択手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の充電状態検出装置。
3. 前記第１及び第２電圧比較手段は、
   前記セル電圧を分圧する分圧回路と、
   該分圧回路にて生成された比較電圧と前記許容電圧範囲の上限値或いは下限値を前記分圧回路の分圧比にて分圧した大きさに設定された基準電圧とを大小比較するコンパレータと、
   からなり、
   前記しきい値電圧変更手段は、前記分圧回路での分圧比を変化させ、前記基準電圧に対する前記比較電圧の大きさを相対的に変化させることにより、前記第１或いは第２しきい値電圧を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充電状態検出装置。
4. 前記第１及び第２電圧比較手段は、該電圧比較手段での比較対象となる単位セル、或いは該単位セルが属する単位セルのグループから、電源供給を受けて動作することを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載の充電状態検出装置。
5. 前記単位セルは、リチウムイオンを吸蔵放出する材料からなる電極によって構成されるリチウム電池であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の充電状態検出装置。
6. 前記組電池は、電気自動車或いはハイブリッド電気自動車の動力源として実装される車載用のものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか記載の充電状態検出装置。
7. 充放電可能な組電池を構成する各単位セル毎に設けられ、該単位セルの両端電圧であるセル電圧が、該セル電圧の許容電圧範囲の境界値に設定されたしきい値電圧を、前記許容電圧範囲から外れる側に越えると、出力がアクティブレベルとなる電圧比較手段と、
   該単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の論理和を求める論理和演算手段と、
   を備えた充電状態検出装置において、
   外部からの指令に従って、前記しきい値電圧を、前記境界値から、前記単位セルのセル電圧が前記許容電圧範囲内にあれば前記電圧比較手段の出力がアクティブレベルとなる大きさの検査値に変更するしきい値電圧変更手段と、
   前記単位セル毎に設けられた電圧比較手段同士の出力の論理積を求める論理積演算手段と
   を設けたことを特徴とする充電状態検出装置。
8. 前記境界値及び前記検査値のうち、一方を前記許容電圧範囲の上限値、他方を該許容電圧範囲の下限値に設定したことを特徴とする請求項７記載の充電状態検出装置。

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