JP5076812B2

JP5076812B2 - 異常診断装置

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Publication number: JP5076812B2
Application number: JP2007285875A
Authority: JP
Inventors: 伸輔吉田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
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Publication date: 2012-11-21
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Description

本発明は、セルの両端子に設けられた検出端子とセルとの間の断線を検出する装置に関する。

従来、組電池を構成する各セルの端子間電圧を入力する検出端子間を所定時間短絡した後、検出端子の短絡を解除した後に所定時間経過しても、検出端子間の電圧がほぼ短絡状態の電圧であるときに、セルと検出端子との間が断線していると判断する装置が知られている（特許文献１参照）。
また、組電池を構成する各セルの端子間電圧を入力する検出端子間を１つおきに短絡させることによって、セルの過放電であるか、断線であるかを判断する装置が知られている（特許文献２参照）。

特開２００１−１５７３６７号公報特開２００５−１６８１１８号公報

しかしながら、従来の装置では、セルと検出端子との間が断線していない場合でも、検出端子間を短絡するスイッチ部分が故障していれば、セルと検出端子との間が断線していると判断されてしまうという問題がある。

本発明は、複数のセルを直列にして構成される組電池の異常診断装置に適用され、複数のセルの各セルに並列に接続され、各セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、複数のセルの各セルに並列に接続される放電手段であって、スイッチ手段と抵抗とが直列に接続された放電手段と、スイッチ手段の両端電圧または抵抗の両端電圧を検出する診断電圧検出手段と、スイッチ手段のオンとオフを制御するスイッチ制御手段と、スイッチ制御手段によって各セルに対応するスイッチ手段が１つおきにオンされているときに診断電圧検出手段により検出された電圧と、スイッチ制御手段によってすべてのスイッチ手段がオンされているときに診断電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて、各セルと放電手段との間を接続する接続線の断線であるか、またはスイッチ手段の異常であるかを診断する異常診断手段とを備えることを特徴とする。

本発明による異常診断装置によれば、各セルの電圧異常、接続線の断線、および、スイッチ手段のスイッチング異常を判別して検出することができる。

図１は、第一の実施の形態における異常診断装置の全体構成を示す図である。組電池１は、充放電可能な複数のセル（例えば、リチウム電池セル）Ｃ１〜Ｃｎ（ｎは自然数）を直列に接続して構成されている。各セルＣ１〜Ｃｎには、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび抵抗Ｒ１〜Ｒｎを直列に接続した放電回路が並列に接続されている。例えば、セルＣ１には、スイッチＳＷ１および抵抗Ｒ１を直列に接続した放電回路が並列に接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、例えば、トランジスタにより構成されており、異常診断部１０によって、オン／オフの制御が行われる。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値はそれぞれ等しい。

ラインＬ０は、最上位のセルＣ１の正極端子とスイッチＳＷ１との間を結ぶ線であり、ラインＬ１〜Ｌｎは、各セルＣ１〜Ｃｎの負極端子と抵抗Ｒ１〜Ｒｎとの間を結ぶ線である。すなわち、各ラインＬ０〜Ｌｎは、各セルＣ１〜Ｃｎと、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび抵抗Ｒ１〜Ｒｎを直列に接続して構成されている各放電回路との間を結ぶ接続線である。

抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎはそれぞれ、各セルＣ１〜Ｃｎに対応して設けられている各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端電圧を検出して、異常診断部１０に出力する。セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎはそれぞれ、各セルＣ１〜Ｃｎの電圧を検出して、異常診断部１０に出力する。異常診断部１０は、プロセッサにより構成されており、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフを制御して、抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎから入力される電圧、および、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎから入力される電圧に基づいて、後述する方法により、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常、ラインＬ０〜Ｌｎの断線の有無、セルの過放電状態および過充電状態の有無を診断する。

各セルＣ１〜Ｃｎの電圧は、電池の特性上、ある一定の範囲内に収まる。ここでは、一定の範囲を、1.0（Ｖ）〜4.35（Ｖ）とする。すなわち、セル電圧が1.0（Ｖ）より低下したり、4.35（Ｖ）より高くなることはない。また、各セルＣ１〜Ｃｎが正常な場合、セル電圧は、所定の範囲内（例えば、2.0（Ｖ）から4.3（Ｖ）の範囲内）に存在する。異常診断部１０は、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧が所定の過放電しきい値Ｖ１（例えば、2.0（Ｖ））以下の場合に、そのセルは過放電状態にあると判定し、所定の過充電しきい値Ｖ２（例えば、4.3（Ｖ））以上の場合に、そのセルは過充電状態にあると判定する。

スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常診断方法について説明する。ここでは、スイッチＳＷ１を取り上げて説明するが、他のスイッチＳＷ２〜ＳＷｎについても同様である。スイッチＳＷ１がオンの場合、抵抗Ｒ１には、セルＣ１から電流が流れるので、抵抗Ｒ１の両端電圧は、セルＣ１の電圧から、スイッチＳＷ１のオン抵抗電圧を引いた電圧値となる。一方、スイッチＳＷ１がオフの場合、抵抗Ｒ１には電流が流れないので、抵抗Ｒ１の両端電圧は、ほぼ０（Ｖ）となる。

異常診断部１０は、スイッチＳＷ１をオン／オフするための制御信号、および、抵抗電圧検出回路Ｂ１によって検出される抵抗Ｒ１の両端電圧に基づいて、スイッチＳＷ１の異常を診断する。すなわち、スイッチＳＷ１をオンさせる制御を行った時に、抵抗Ｒ１の両端電圧が所定の電圧範囲内（例えば、1.0（Ｖ）から3.8（Ｖ）の範囲内）にあれば、スイッチＳＷ１は正常であり、スイッチＳＷ１をオフさせる制御を行った時に、抵抗Ｒ１の両端電圧が所定電圧Ｖ３（例えば、0.1（Ｖ））以下であれば、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは正常であると判定する。

なお、セルＣ１が過充電状態、例えば、セル電圧が上限電圧である4.35（Ｖ）の場合でも、スイッチＳＷ１のオン抵抗電圧を減算した抵抗Ｒ１の両端電圧は、3.8（Ｖ）未満となるため、所定の電圧範囲内に含まれる。また、セルＣ１が過放電状態の場合も、抵抗Ｒ１の両端電圧は所定の電圧範囲内に含まれる。

図２は、一実施の形態における異常診断装置によって行われる診断処理内容を示すフローチャートである。異常診断部１０は、任意のタイミングでステップＳ１０の処理を開始して、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常、ラインＬ０〜Ｌｎの断線の有無、セルの過放電状態および過充電状態の有無を診断する。

ステップＳ１０では、組電池１を構成する最上位のセルＣ１から１セルおきに、セルと対応して設けられているスイッチをオンさせる信号を出力する（第一の診断ステップ）。すなわち、奇数番目のセルＣ１，Ｃ３，Ｃ５，…と対応して設けられているスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，…をオンさせる信号を出力する。偶数番目のセルＣ２，Ｃ４，…と対応して設けられているスイッチＳＷ２，ＳＷ４，…はオフのままとする。

ステップＳ１０に続くステップＳ２０では、抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎによって検出される各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端電圧（抵抗電圧）に基づいて、抵抗電圧が正常であるか否かを判定する（診断電圧検出ステップ）。すなわち、オンされた奇数番目のスイッチと対応して設けられている抵抗の両端電圧が所定の電圧範囲内（例えば、1.0（Ｖ）から3.8（Ｖ）の範囲内）にあれば、抵抗電圧は正常であると判定し、オフされている偶数番目のスイッチと対応して設けられている抵抗の両端電圧が所定電圧Ｖ３（例えば、0.1（Ｖ））以下であれば、抵抗電圧は正常であると判定する。

ステップＳ２０において、全ての抵抗電圧が正常であると判定すると、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧のうち、所定の過充電しきい値Ｖ２（例えば、4.3（Ｖ））以上のセル電圧が存在するか否かを判定する（セル電圧検出ステップ）。所定の過充電しきい値Ｖ２以上のセル電圧が存在すると判定すると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、過充電状態のセルが存在すると判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

一方、ステップＳ３０の判定を否定すると、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧のうち、所定の過放電しきい値Ｖ１（例えば、2.0（Ｖ））以下のセル電圧が存在するか否かを判定する。所定の過放電しきい値Ｖ１以下のセル電圧が存在すると判定すると、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、過放電状態のセルが存在すると判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

一方、ステップＳ５０の判定を否定すると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、偶数番目のセルＣ２、Ｃ４、・・・と対応して設けられているスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・をオンさせる信号を出力する（第三の診断ステップ）。なおこのとき、奇数番目のセルＣ１、Ｃ３、・・・と対応して設けられているスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・はオフのままとする。

続くステップＳ７１では、抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎによって検出される各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端電圧（抵抗電圧）に基づいて、抵抗電圧が正常であるか否かを判定する。すなわち、オンされた偶数番目のスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・と対応して設けられている抵抗Ｒ２、Ｒ４、・・・の両端電圧が所定の電圧範囲内（例えば１．０（Ｖ）から３．８（Ｖ）の範囲内）にあれば、抵抗電圧は正常であると判定し、オフされている奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・と対応して設けられている抵抗Ｒ１、Ｒ３、・・・の両端電圧が所定電圧Ｖ３（例えば０．１（Ｖ））以下であれば、抵抗電圧は正常であると判定する。

ステップＳ７１の判定を否定した場合はステップＳ７２へ進む。ステップＳ７２では、奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・の中にスイッチをオフできないスイッチング異常、もしくは偶数番目のスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・の中にスイッチをオンできないスイッチング異常が発生していると判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

一方、ステップＳ７１で全ての抵抗電圧が正常であると判定した場合はステップＳ７３へ進む。ステップＳ７３では、ラインＬ０〜Ｌｎの断線は生じていないと判断するとともに、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常、および、セルの過放電異常および過充電異常は生じていないと判断する。

ステップＳ２０において、少なくとも１つの抵抗電圧が所定の電圧範囲内にないと判定すると、ステップＳ８０に進む。この場合、下記（１）〜（４）のいずれかに該当しているため、ステップＳ８０以降の処理において、（１）〜（４）を識別する処理を行う。
（１）ラインＬ０が断線
（２）ラインＬ１〜Ｌｎのいずれかが断線
（３）セルが過放電状態または過充電状態
（４）スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのいずれかが異常

図３は、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンにした状態で、ラインＬ０に断線が生じた場合の図である。この場合、抵抗電圧検出回路Ｂ１で検出される電圧は、ほぼ０（Ｖ）となる。すなわち、抵抗電圧検出回路Ｂ１の検出電圧は、スイッチオン時の正常電圧範囲内（例えば、1.0（Ｖ）から3.8（Ｖ）の範囲内）には含まれない。また、セル電圧検出回路Ｄ１で検出される電圧もほぼ０（Ｖ）となるため、セル電圧検出回路Ｄ１の検出電圧は、所定の過放電しきい値Ｖ１以下と判定される。

図４は、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンにした状態で、ラインＬ２に断線が生じた場合の図である。ただし、各セルＣ１〜Ｃｎは、過放電でも過充電でもない正常な状態とする。ラインＬ２に断線が生じると、セルＣ２の正極から、スイッチＳＷ２、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ３、抵抗Ｒ３を介して、セルＣ３の負極に電流が流れる。この場合、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３には、セルＣ２およびセルＣ３の平均電圧がそれぞれ加わる。従って、抵抗電圧検出回路Ｂ２およびＢ３で検出される電圧はそれぞれ、スイッチオン時の正常電圧範囲内に含まれる。また、セル電圧検出回路Ｄ２およびＤ３で検出される電圧もセルＣ２およびセルＣ３の平均電圧となるため、所定の過放電しきい値Ｖ１より高く、所定の過充電しきい値Ｖ２より低い値となる。なお、図４では、ラインＬ２に断線が生じた場合について説明したが、ラインＬ１，Ｌ３，Ｌ４，…，Ｌｎに断線が生じた場合も同様である。

図５は、スイッチＳＷ３に異常が発生して、異常診断部１０からオン信号が出力されたにも関わらず、オフ状態となっている場合の図である。スイッチＳＷ３以外の他の全てのスイッチはオンとなっている。また、各セルＣ１〜Ｃｎは、過放電でも過充電でもない正常な状態とする。この場合、抵抗電圧検出回路Ｂ３で検出される電圧は、ほぼ０（Ｖ）となるため、スイッチオン時の正常電圧範囲内には含まれない。セル電圧検出回路Ｄ３で検出される電圧は、セルＣ３の電圧であるため、所定の過放電しきい値Ｖ１より高く、所定の過充電しきい値Ｖ２より低い値となる。なお、図５では、スイッチＳＷ３に異常が発生した場合について説明したが、他のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４，…，ＳＷｎに異常が発生した場合も同様である。

上述したように、セルが過放電状態となっている場合には、過放電状態となっているセルに対応して設けられているセル電圧検出回路によって検出される電圧が所定の過放電しきい値Ｖ１以下となる。また、セルが過充電状態となっている場合には、過充電状態となっているセルに対応して設けられているセル電圧検出回路によって検出される電圧が所定の過充電しきい値Ｖ２以上となる。セルが過放電または過充電となっている場合でも、抵抗電圧検出回路で検出される抵抗電圧は、スイッチオン時の正常電圧範囲内（例えば、1.0（Ｖ）から3.8（Ｖ）の範囲内）に含まれる。

図２に示すフローチャートのステップＳ８０では、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンさせる信号を出力して（第二の診断ステップ）、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、各抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎによって検出される各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端電圧に基づいて、抵抗電圧が正常であるか否かを判定する。すなわち、各抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎの検出電圧が所定の電圧範囲内（例えば、1.0（Ｖ）から3.8（Ｖ）の範囲内）に含まれていれば、抵抗電圧は正常であると判定し、所定の電圧範囲内に含まれていないと判定すると、抵抗電圧は異常であると判定する。抵抗電圧が正常であると判定すると、ステップＳ１００に進み、異常であると判定すると、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１００では、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧のうち、所定の過充電しきい値Ｖ２以上の検出電圧が存在するか否かを判定する。全ての検出電圧が所定の過充電しきい値Ｖ２より低いと判定するとステップＳ１１０に進み、いずれかの検出電圧が所定の過充電しきい値Ｖ２以上であると判定すると、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、過充電状態のセルが存在すると判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

ステップＳ１１０では、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧のうち、所定の過放電しきい値Ｖ１以下の検出電圧が存在するか否かを判定する。全ての検出電圧が所定の過放電しきい値Ｖ１より高いと判定するとステップＳ１２０に進み、いずれかの検出電圧が所定の過放電しきい値Ｖ１以下であると判定すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、過放電状態のセルが存在すると判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

ステップＳ１２０では、図４を用いて説明したように、最上位のラインＬ０を除くラインＬ１〜Ｌｎのいずれかに断線が生じたと判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

一方、ステップＳ１５０では、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧のうち、所定の過放電しきい値Ｖ１以下の検出電圧が存在するか否かを判定する。全ての検出電圧が所定の過放電しきい値Ｖ１より高いと判定するとステップＳ１６０に進み、いずれかの検出電圧が所定の過放電しきい値Ｖ１以下であると判定すると、ステップＳ１７０に進む。ステップＳ１６０では、図５を用いて説明したように、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのうちの少なくとも１つのスイッチに異常が発生したと判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生をユーザーに報知することができる。

ステップＳ１７０では、図３を用いて説明したように、最上位のラインＬ０に断線が生じたと判断する。この場合、図示しないインジケータを点灯させる等して、異常の発生を報知することができる。

図６は、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの制御状態、抵抗電圧、および、各セルの電圧に応じた各種異常の判定方法をまとめた図である。各種異常には、上述したスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング異常、最上位セルＣ１の正極と接続されているラインＬ０の断線、ラインＬ１〜Ｌｎの断線、および、セルＣ１〜Ｃｎの過充電異常および過放電異常が含まれる。

一実施の形態における異常診断装置によれば、各セルＣ１〜Ｃｎと並列に接続されている各放電回路を構成する各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの制御状態、各セルの電圧、および、各放電回路を構成する各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端子間電圧に基づいて、各セルＣ１〜Ｃｎの電圧異常、各セルと各放電回路との間を結ぶ接続線の断線、および、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング異常を判別して検出する。これにより、各セルＣ１〜Ｃｎの電圧異常、接続線の断線、および、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング異常を識別して検出することができる。

特に、一実施の形態における異常診断装置によれば、複数のセルが１つ置きに短絡されるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフが制御されている状態において、抵抗電圧がスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフに応じた正常電圧範囲内にあれば、接続線の断線は生じていないと判断する。これにより、接続線の断線が生じていないことを確実に検出することができる。

また、一実施の形態における異常診断装置によれば、複数のセルが１つ置きに短絡されるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのオン／オフが制御されている状態において、抵抗電圧が正常電圧範囲内に無い場合には、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンさせた後、抵抗電圧が正常電圧範囲内にあれば、各セルの電圧異常、および、最上位のセルの正極と接続されている接続線以外の接続線の断線のうちのいずれかの異常が生じていると判断する。特に、複数のセルが全て短絡されるように全てのスイッチをオンさせた時のセル電圧が所定の過充電しきい値以上であれば、過充電状態のセルが存在すると判断し、セル電圧が所定の過放電しきい値以下であれば、過放電状態のセルが存在すると判断する。また、セル電圧が所定の過充電しきい値より低く、かつ、所定の過放電しきい値より高い場合には、最上位のセルの正極と接続されている接続線以外の接続線の断線が生じていると判断する。これにより、セルの過充電異常、過放電異常、および、最上位のセルの正極と接続されている接続線以外の接続線の断線を確実に検出することができる。

一実施の形態における異常診断装置によれば、複数のセルが全て短絡されるように全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンさせた時の抵抗電圧が所定の電圧範囲内に無い場合には、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング異常および最上位のセルの正極と接続されている接続線の断線のうちのいずれか一方の異常が生じていると判断する。特に、複数のセルが全て短絡されるように全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンさせた時のセル電圧が所定の過放電しきい値以下であれば、最上位のセルの正極と接続されている接続線の断線が生じていると判断する。これにより、最上位のセルの正極と接続されている接続線の断線を確実に検出することができる。また、複数のセルが全て短絡されるように全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンさせた時のセル電圧が所定の過放電しきい値より高ければ、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング異常が生じていると判断するので、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチング異常を確実に検出することができる。

本発明によれば、ラインＬ０〜Ｌｎの断線、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常、セルの過放電異常および過充電異常を判別して検出することができるので、例えばインジケータを点灯して異常をユーザーに報知するだけでなく、異常の内容に応じて組電池の動作を変更することが可能となる。

例えば、ラインＬ０〜Ｌｎの内のいずれかに断線が発生している場合には、断線しているラインに対応するセルの両端電圧を検出することができない状態であるから、組電池１からの電力の供給もしくは組電池１への充電を禁止もしくは制限する必要がある。一方、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの内のいずれかに異常が発生している場合には、各セルＣ１〜Ｃｎの両端電圧を検出することができるから、各セルＣ１〜Ｃｎの電圧が正常な状態にある限り組電池１からの電力の供給もしくは組電池１への充電を継続可能であって、例えば電力量を制限する程度で修理を促せばよい。つまり、異常の内容に応じて必ずしも組電池１からの電力の供給もしくは組電池１への充電を禁止する必要がないときは、組電池１からの電力の供給もしくは組電池１への充電が可能となり、ユーザーにとって好適な結果をもたらす。

《第二の実施の形態》
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、上述した一実施の形態では、抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎによって、抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端子間電圧を検出したが、抵抗の両端子間電圧を検出する代わりに、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの両端子間電圧を検出することもできる。

図７は、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの両端子間電圧を検出するためのスイッチ電圧検出回路Ｅ１〜Ｅｎを設けた他の実施の形態の構成図である。なお、図１に示す一実施の形態の構成と同様な機器に対しては同一の符号を付して説明する。

図８は、図７に示す他の実施の形態の診断処理内容を示すフローチャートである。異常診断部１０は任意のタイミングでこの診断処理プログラムを開始し、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常、ラインＬ０〜Ｌｎの断線の有無、セルの過放電状態および過充電状態の有無を診断する。

ステップＳ２１０において、組電池１を構成する最上位のセルＣ１から１セルおきに、セルと対応して設けられているスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンさせる信号を出力する。この実施の形態では、偶数番目のセルＣ２、Ｃ４、・・・と対応して設けられているスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・をオンさせる信号を出力する（第一の診断ステップ）。なお、奇数番目のセルＣ１、Ｃ３、・・・と対応して設けられているスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・はオフのままとする。

続くステップＳ２２０で、スイッチ電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎによって検出される各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの両端電圧（スイッチ電圧）に基づいて、スイッチ電圧が正常であるか否かを判定する。すなわち、オンされた偶数番目のスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・の両端電圧が所定の電圧（例えば、1.0（Ｖ））以下であり、オフされている奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・の両端電圧が上記所定電圧より高い場合には、スイッチ電圧は正常であると判定する。

全てのスイッチ電圧が正常であると判定するとステップＳ２３０へ進み、すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンにする（第二の診断ステップ）。そして、ステップ２４０でスイッチ電圧検出回路Ｅ１〜ＥｎによりすべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチ電圧を検出する。すべてのスイッチ電圧がすべて上記所定電圧（例えば1.0(Ｖ)）以下であれば、スイッチ電圧は正常であると判定してステップＳ２６０へ進む。一方、いずれかのスイッチ電圧が上記所定電圧より高い場合は、スイッチ電圧が異常であるとしてステップ２５０へ進む。

偶数番目のスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・をオンにし、奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・をオフにしたときにすべてのスイッチ電圧が正常であったのに、すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンしたらいずれかのスイッチ電圧に異常が発見された場合は、ステップＳ２５０で、奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・の内のいずれかがオンしないオープン故障が発生していると判定し、図示しないインジケータを点灯させる等して異常の発生をユーザーに報知する。

ステップＳ２４０ですべてのスイッチ電圧が正常と判定された場合は、ステップＳ２６０ですべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオフにする。続くステップＳ２７０でスイッチ電圧検出回路Ｅ１〜ＥｎによりすべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎのスイッチ電圧を検出する。すべてのスイッチ電圧がすべて上記所定電圧（例えば1.0(Ｖ)）より高ければ、スイッチ電圧は正常であると判定してステップＳ２９０へ進む。一方、いずれかのスイッチ電圧が上記所定電圧以下である場合は、スイッチ電圧が異常であるとしてステップ２８０へ進む。

ステップＳ２７０でいずれかのスイッチ電圧に異常が発見された場合は、ステップ２８０で、奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・の内のいずれかがオフしないクローズ故障が発生していると判定し、図示しないインジケータを点灯させる等して異常の発生をユーザーに報知する。

ステップＳ２７０ですべてのスイッチ電圧が正常と判定された場合は、ステップＳ２９０で、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧の中に、所定の過放電しきい値Ｖ１（例えば、2.0（Ｖ））以下のセル電圧が存在するか否かを判定する。所定の過放電しきい値Ｖ１以下のセル電圧が存在すると判定すると、ステップＳ３００へ進む。ステップＳ３００では過放電状態のセルが存在すると判断し、図示しないインジケータを点灯させる等して異常の発生をユーザーに報知する。

ステップＳ２９０ですべてのセル電圧が過放電しきい値Ｖ１より高く、過放電状態のセルが存在しないと判定された場合はステップＳ３１０へ進む。ステップ３１０では、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎによって検出されるセル電圧の中に、所定の過充電しきい値Ｖ２（例えば、4.3（Ｖ））以上のセル電圧が存在するか否かを判定する。所定の過充電しきい値Ｖ２以上のセル電圧が存在すると判定すると、ステップＳ３２０へ進む。ステップＳ３２０では過充電状態のセルが存在すると判断し、図示しないインジケータを点灯させる等して異常の発生をユーザーに報知する。

ステップＳ３１０ですべてのセル電圧が過充電しきい値Ｖ２より低く、過充電状態のセルが存在しないと判定された場合はステップＳ３３０へ進む。ステップＳ３３０では、ラインＬ０〜Ｌｎの断線、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの異常、セルの過放電および過充電は発生しておらず、正常な状態であると判断する。

ステップＳ２２０でいずれかのスイッチ電圧が異常と判定された場合は、ステップＳ３４０ですべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンにする。続くステップＳ３５０で、スイッチ電圧検出回路Ｅ１〜Ｅｎによって検出されるスイッチ電圧の中に、所定電圧（例えば1.0(Ｖ)）より高いスイッチ電圧が存在するか否かを判定する。所定電圧より高いスイッチ電圧が発見された場合はスイッチ電圧に異常があるとしてステップＳ３６０へ進み、偶数番目のスイッチＳＷ２、ＳＷ４、・・・の内のいずれかがオフしないオープン故障が発生していると判定し、図示しないインジケータを点灯する等して異常発生をユーザーに報知する。

ステップＳ３５０ですべてのスイッチ電圧が正常と判定された場合はステップＳ３７０へ進み、セル電圧検出回路Ｅ１〜Ｅｎによってすべてのセル電圧が所定の範囲内（例えば、2.0(Ｖ)から4.3(Ｖ)の範囲内）にあるか否かを判定する。いずれかのセル電圧が所定範囲を超えている場合は、セル電圧が異常であると判定してステップＳ３８０へ進む。すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンした状態ですべてのスイッチ電圧が正常であるのに、いずれかのセル電圧が所定範囲内にない場合には、ステップＳ３８０でラインＬ０が断線していると判断し、図示しないインジケータを点灯する等して異常発生をユーザーに報知する。

ステップＳ３７０ですべてのセル電圧が所定範囲内にあって正常であると判定された場合はステップＳ３９０へ進み、すべてのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオフする。続くステップＳ４００で、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎにより検出されるすべてのセル電圧が上記所定範囲内にあって正常か否かを判定する。すべてのセル電圧が正常であればステップＳ４１０へ進み、奇数番目のスイッチＳＷ１、ＳＷ３、・・・のうちのいずれかがオフしないクローズ故障が発生していると判断し、図示しないインジケータを点灯する等して異常発生をユーザーに報知する。

ステップＳ４００でいずれかのセル電圧に異常があると判定された場合はステップＳ４２０へ進み、ラインＬ１〜Ｌｎの内のいずれかが断線していると判断し、図示しないインジケータを点灯する等して異常発生をユーザーに報知する。

なお、上述した一実施の形態では、組電池を構成するセルは、リチウムイオン電池セルとして説明したが、他の種類の電池を用いることもできる。また、セル電圧や抵抗の両端子間電圧と比較する電圧しきい値の値も、上述した値に限定されることはない。

また、本発明による異常診断装置は、電池を搭載するハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などの車両や、車両以外の電池を使用するシステムに適用することができる。

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、セル電圧検出回路Ｄ１〜Ｄｎがセル電圧検出手段を、抵抗電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎまたはスイッチ電圧検出回路Ｅ１〜Ｅｎが診断電圧検出手段を、スイッチＳＷ１〜ＳＷｎおよび抵抗Ｒ１〜Ｒｎが放電手段を、異常診断部１０がスイッチ制御手段および異常診断手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

一実施の形態における異常診断装置の全体構成を示す図一実施の形態における異常診断装置によって行われる診断処理内容を示すフローチャート全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンにした状態で、ラインＬ０に断線が生じた場合の図全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎをオンにした状態で、ラインＬ２に断線が生じた場合の図スイッチＳＷ３に異常が発生して、異常診断部１０からオン信号が出力されたにも関わらず、オフ状態となっている場合の図スイッチの制御状態、抵抗電圧、および、各セルの電圧に応じた各種異常の判定方法をまとめた図スイッチの両端子間電圧を検出するためのスイッチ電圧検出回路を設けた場合の、他の実施の形態の異常診断装置の構成図他の実施の形態の異常診断処理内容を示すフローチャート

符号の説明

１…組電池、１０…異常診断部、Ｂ１〜Ｂｎ…抵抗電圧検出回路、Ｃ１〜Ｃｎ…セル、Ｄ１〜Ｄｎ…セル電圧検出回路、Ｅ１〜Ｅｎ…スイッチ電圧検出回路、Ｒ１〜Ｒｎ…抵抗、ＳＷ１〜ＳＷｎ…スイッチ、Ｌ０〜Ｌｎ…接続線

Claims

複数のセルを直列にして構成される組電池の異常診断装置において、
前記複数のセルの各セルに並列に接続され、前記各セルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、
前記複数のセルの各セルに並列に接続される放電手段であって、スイッチ手段と抵抗とが直列に接続された放電手段と、
前記スイッチ手段の両端電圧または前記抵抗の両端電圧を検出する診断電圧検出手段と、
前記スイッチ手段のオンとオフを制御するスイッチ制御手段と、
前記スイッチ制御手段によって前記各セルに対応する前記スイッチ手段が１つおきにオンされているときに前記診断電圧検出手段により検出された電圧と、前記スイッチ制御手段によってすべての前記スイッチ手段がオンされているときに前記診断電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて、前記各セルと前記放電手段との間を接続する接続線の断線であるか、または前記スイッチ手段の異常であるかを診断する異常診断手段とを備えることを特徴とする異常診断装置。
請求項１に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から奇数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記抵抗のいずれかの両端電圧が異常電圧であり、次に前記スイッチ手段をすべてオンしたときに、前記抵抗のいずれかの両端電圧が異常電圧であり、かつ、前記セルのいずれかの電圧が異常電圧である場合には前記接続線が断線していると診断し、前記抵抗のいずれかの両端電圧が異常電圧であり、かつ、前記セルのすべての電圧が正常電圧である場合には前記スイッチ手段のいずれかに異常があると診断することを特徴とする異常診断装置。
請求項２に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から奇数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記抵抗のいずれかの両端電圧が異常電圧であり、次に前記スイッチ手段をすべてオンしたときに前記抵抗のすべての両端電圧と前記セルのすべての電圧が正常電圧である場合には、前記接続線が断線していると診断することを特徴とする異常診断装置。
請求項１に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から奇数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記抵抗のすべての両端電圧が正常電圧であり、次に前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から偶数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに、前記抵抗のいずれかの両端電圧が異常電圧である場合には前記スイッチ手段のいずれかに異常があると診断し、前記抵抗のすべての両端電圧が正常電圧である場合には前記接続線の断線と前記スイッチ手段の異常はないと診断することを特徴とする異常診断装置。
請求項１に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から偶数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記スイッチ手段のいずれかの両端電圧が異常電圧であり、次に前記スイッチ手段をすべてオンしたときに、前記スイッチ手段のいずれかの両端電圧が異常電圧である場合には前記スイッチ手段のいずれかに異常があると診断し、前記セルのいずれかの電圧が異常電圧である場合には前記接続線が断線していると診断することを特徴とする異常診断装置。
請求項５に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から偶数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記スイッチ手段のいずれかの両端電圧が異常電圧であり、次に前記スイッチ手段をすべてオンしたときに前記スイッチ手段のすべての両端電圧と前記セルのすべての電圧が正常電圧であり、さらに前記スイッチ手段をすべてオフしたときに、前記セルのすべての電圧が正常電圧である場合には前記スイッチ手段のいずれかが異常であると診断し、前記セルのいずれかの電圧が異常電圧である場合には前記接続線が断線していると診断することを特徴とする異常診断装置。
請求項１に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から偶数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記スイッチ手段のすべての両端電圧が正常電圧であり、次に前記スイッチ手段をすべてオンしたときに前記スイッチ手段のいずれかの両端電圧が異常電圧の場合には、前記スイッチ手段のいずれかが異常であると診断することを特徴とする異常診断装置。
請求項１に記載の異常診断装置において、
前記異常診断手段は、前記各セルに対応する前記スイッチ手段の内の最上位から偶数番目の前記スイッチ手段をオンしたときに前記スイッチ手段のすべての両端電圧が正常電圧であり、次に前記スイッチ手段をすべてオンしたときに前記スイッチ手段のすべての両端電圧が正常電圧であり、さらに前記スイッチ手段をすべてオフしたときに前記スイッチ手段のいずれかの両端電圧が異常である場合には、前記スイッチ手段のいずれかが異常であると診断し、前記スイッチ手段のすべての両端電圧と前記セルのすべての電圧が正常電圧である場合には、前記接続線の断線と前記スイッチ手段の異常はないと診断することを特徴とする異常診断装置。