JP5730161B2 - 電圧監視回路及びそのテスト方法、電圧監視システム - Google Patents

Description

本発明は、電圧監視回路及びそのテスト方法、電圧監視システムに関する。

従来の自動車用の２次電池システムでは、電池セルを直列接続した電池グループを複数接続して、１つの電池モジュールを構成し、電池グループ毎に電池セルの状態を監視する制御装置を設けている。そのような電池システムの技術の一例として、特許文献１のようなものがある。

図１２に特許文献１に開示されている電池システム１の構成を示す。電池システム１は、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６とセルコントローラ２とを有している。セルコントローラ２には、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応して、電池セルコントローラＩＣ１とショットキーダイオードＤｂとが設けられている。

電池セルコントローラＩＣ１は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１と、定電圧回路１２と、差動増幅器１３と、アナログ−デジタル変換回路（以下、ＡＤＣとする）１４と、ＩＣ制御回路１５と、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２と、端子ＣＶ１〜ＣＶ６、ＶＣＣ、ＧＮＤとを有する。各端子ＣＶ１〜ＣＶ６、ＧＮＤはセンシング線ＳＬを介して各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の正極および負極にそれぞれ接続されている。センシング線ＳＬは、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の正極および負極と回路基板側の入力端子ＩＮ１〜ＩＮ７との間に設けられている。

マルチプレクサ１１は、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧を端子ＣＶ１〜ＣＶ６及び端子ＧＮＤを経由して入力される。マルチプレクサ１１は、端子ＣＶ１〜ＣＶ６の何れかを選択して、端子間電圧を差動増幅器１３に出力する。端子ＧＮＤは、電池セルコントローラＩＣ１の接地端子となる（以下、接地端子ＧＮＤとする）。また、端子ＶＣＣは、電池セルコントローラＩＣ１の電源電圧端子となる（以下、電源端子ＶＣＣとする）。マルチプレクサ１１は、電源端子ＶＣＣからの電圧を電源電圧とする。

差動増幅器１３は、上記端子間電圧を増幅し、ＡＤＣ１４に出力する。ＡＤＣ１４は、入力した電圧をアナログ−デジタル変換し、出力する。このＡＤＣ１４からのデジタル信号は、ＩＣ制御回路１５に保持され、電池システム１の診断等に利用される。そして、異常が発生した場合には最終的に上位のコントローラに異常検出を通知する。

定電圧回路１２は、差動増幅器１３、ＡＤＣ１４、ＩＣ制御回路１５の電源電圧を供給する。また、定電圧回路１２は、端子ＣＶ６と繋がるラインが設けられており、端子ＣＶ６の電圧は定電圧回路１２のバイアス電圧として使用される。

端子ＣＶ１〜ＣＶ６のそれぞれは、電源端子ＶＣＣと接地端子ＧＮＤとの間に、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２が接続される。

ここで、ショットキーダイオードＤｂがない場合では、最下位のセンシング線ＳＬが断線すると、電池セルコントローラＩＣ１の消費電流が接地端子ＧＮＤからＥＳＤ保護用ダイオードＤ２及び端子ＣＶ６を通って、電池セルＢＣ６の正極側に流れる。その結果、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２の電圧降下分（０．６Ｖ〜０．７Ｖ）だけ端子ＣＶ６は負電圧側にバイアスされ、定電圧回路１２の動作が停止される。定電圧回路１２の動作が停止すると、差動増幅器１３、ＡＤＣ１４、ＩＣ制御回路１５等の動作も停止し、上位のコントローラに異常の検出を通知できない。

特許文献１では、このことを防ぐため、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２よりも小さいショットキーダイオードＤｂを設けた。このショットキーダイオードＤｂの電圧降下は０．３Ｖと小さいため、上記のように最下位のセンシング線ＳＬが断線した場合であっても、端子ＣＶ６の負電圧を小さくすることができ、定電圧回路１２の動作を継続させることができる。このため、異常が発生した場合の上位のコントローラに対する通知も正常に行うことができる。

特開２０１０−１９３５８９号公報

上記のように、特許文献１の技術では、センシング線の断線時の異常検出は可能であるが、電池セルコントローラＩＣ１の接地端子ＧＮＤがオープン故障した場合には、そのオープン不良を検出することができない。

この場合、電池セルコントローラＩＣ１が備える端子のうち電位の低い端子、例えば電池セルコントローラＩＣ１においてロウレベルを入力するアドレス設定用端子のような端子から、各構成要素のＮＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードや、ＥＳＤ保護用ダイオード等を通って、回路電流が流れ出す。このとき、ＩＣ内部のＧＮＤ電圧は、接地端子ＧＮＤの電圧に対して、ダイオード１個分電位が上がり、電池セルＢＣ６の電圧測定結果は実際の電圧よりダイオード１個分低い値を出力する。

この結果、接地端子ＧＮＤのオープン不良が検出されないと、電池モジュール充電時に電池セルＢＣ６が過充電状態となり、電池システムの故障や品質劣化を引き起こす可能性があり問題となる。

本発明の第１の態様は、直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器の出力したデジタル値を外部コントローラに送信する制御部と、を備える電圧監視回路であって、前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内にグランドレベルを供給するグランド配線と、当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、有する電圧監視回路である。

本発明の第２の態様は、直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内のグランドレベルを供給するグランド配線と、当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、を有する電圧監視回路のテスト方法であって、外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第１のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、もしくは、前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を非導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第２のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、前記第１、第２のデジタル値を比較することで、前記グランド端子のオープン不良を判定する電圧監視回路のテスト方法である。

本発明の第３の態様は、直列に接続された複数の電池セルのうち１つの電池セルの両端電圧をデジタル信号に変換して、出力する複数の電圧監視回路と、前記複数の電圧監視回路からのデジタル信号に応じて、前記複数の電圧監視回路のそれぞれに対応する電池セルの異常を検知するコントローラと、を備える電圧監視システムであって、前記電圧監視回路は、当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を入力するグランド端子と、固定された最低電位が供給される第１の端子と、当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を供給するグランド配線と前記第１の端子との間に接続されるスイッチ回路と、を備え、前記スイッチ回路は、前記コントローラからのテスト制御信号に応じて、導通状態が制御される電圧監視システムである。

本発明により、グランド端子にオープン不良があった場合、第１のスイッチ回路の導通状態に応じて、ＡＤ変換器の出力するデジタル値が相違する。これにより、電圧監視回路のグランド端子に発生するオープン不良を検出することができる。

本発明は、電圧監視回路のグランド端子のオープン不良を検出でき、電池システムの故障や品質低下を防ぐことができる。

電圧監視システムの構成の概要を説明するブロック図である。 電圧監視モジュール及びセルモニタ部の接続関係を説明するブロック構成図である。 電圧監視モジュールの構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる電圧監視モジュールの構成である。 実施の形態１にかかるＡ／Ｄコンバータの構成である。 実施の形態１にかかる電圧監視モジュールの動作を説明する動作フローチャートである。 実施の形態１にかかる電圧監視モジュールの動作を説明する模擬図である。 実施の形態１にかかる電圧監視モジュールの動作を説明する模擬図である。 従来の電圧監視モジュールの動作を説明する模擬図である。 実施の形態２にかかる電圧監視モジュールの構成である。 実施の形態３にかかる電圧監視モジュールの構成である。 従来の電池システムの構成である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

まず、本発明の実施の形態を理解するための前提として、電気自動車などに電源を供給する組電池の出力電圧を監視する電圧監視システムについて説明する。まず、図１を参照して、電気自動車などに電源を供給する組電池の出力電圧を監視する電圧監視システムＶＭＳの構成の概要について説明する。図１は、電気自動車などに電源を供給する組電池の出力電圧を監視する電圧監視システムＶＭＳの構成を示すブロック図である。電圧監視システムＶＭＳは、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎ（ｎは、２以上の整数）、絶縁素子ＩＮＳ１及びＩＮＳ２、セルモニタ部（Cell Monitoring Unit）ＣＭＵ及び電池管理部（Battery Management Unit）ＢＭＵを有する。セルモニタ部ＣＭＵ及び電池管理部ＢＭＵは、例えばマイクロコンピュータ（以下、ＭＣＵ：Micro Computing Unit）で構成される。

電圧監視システムＶＭＳは、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎにより、組電池ａｓｓｙの電圧を監視する。組電池ａｓｓｙは、直列接続されたｎ個の電池モジュールＥＭ１〜ＥＭｎを有する。電池モジュールＥＭ１〜ＥＭｎのそれぞれは、直列接続されたｍ個（ｍは、２以上の整数）の電池セルを有する。すなわち、組電池ａｓｓｙでは、（ｍ×ｎ）個の電池セルが直列に接続される。これにより、組電池ａｓｓｙは高い出力電圧を得ることができる。

セルモニタ部ＣＭＵは、絶縁素子ＩＮＳ２を介して電圧監視モジュールＶＭＭｎの通信入力端子と接続され、絶縁素子ＩＮＳ１を介して電圧監視モジュールＶＭＭ１の通信出力端子と接続される。絶縁素子ＩＮＳ１及びＩＮＳ２は、例えばフォトカプラなどが用いられ、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎとセルモニタ部ＣＭＵとを電気的に分離する。これにより、故障などの際に組電池ａｓｓｙからセルモニタ部ＣＭＵへ高電圧が印加されることによる、セルモニタ部ＣＭＵの破損を防止することができる。

セルモニタ部ＣＭＵは電池管理部ＢＭＵと更に接続される。セルモニタ部ＣＭＵは、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎによる電圧監視結果から各電池セルの出力電圧を算出し、電池管理部ＢＭＵに通知する。また、セルモニタ部ＣＭＵは、電池管理部ＢＭＵからの指令に応じ、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの動作を制御する。電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部（Engine Control Unit）ＥＣＵと更に接続される。電池管理部ＢＭＵは、セルモニタ部ＣＭＵから通知された各電池セルの出力電圧及びエンジンコントロール部ＥＣＵからの指令に応じて、電圧監視システムＶＭＳの動作を制御する。また、電池管理部ＢＭＵは、電圧監視システムＶＭＳや組電池ａｓｓｙの状態に関する情報などを、エンジンコントロール部ＥＣＵへ通知する。セルモニタ部ＣＭＵ及び電池管理部ＢＭＵの動作については、後述の電圧監視システムＶＭＳの動作の説明において詳述する。

次いで、図２を参照して、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎ及びセルモニタ部ＣＭＵの接続関係について説明する。図２は、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎ及びセルモニタ部ＣＭＵの接続関係を示す電圧監視システムＶＭＳの要部のブロック図である。電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎは、それぞれ電池モジュールＥＭ１〜ＥＭｎと接続され、電池モジュールＥＭ１〜ＥＭｎから受ける電圧を監視する。電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎはデイジーチェーンとして構成され、電圧監視モジュールＶＭＭ２〜ＶＭＭｎの通信回路の出力が、それぞれ電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭ（ｎ−１）の通信回路の入力と接続される。

セルモニタ部ＣＭＵは、絶縁素子ＩＮＳ２を介して、電圧監視モジュールＶＭＭｎに制御信号を出力する。なお、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭ（ｎ−１）に対する制御信号は、デイジーチェーン構成を利用して、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭ（ｎ−１）に伝達される。これにより、セルモニタ部ＣＭＵは、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの動作を制御する。電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎは、セルモニタ部ＣＭＵからの制御信号に応じ、絶縁素子ＩＮＳ１を介して、監視結果をセルモニタ部ＣＭＵへ出力する。なお、電圧監視モジュールＶＭＭ２〜ＶＭＭｎからの監視結果は、デイジーチェーン構成を利用して、セルモニタ部ＣＭＵに伝達される。

次いで、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎのそれぞれの構成について説明する。なお、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎは、それぞれ同様の構成を有する。よって、代表例として、電圧監視モジュールＶＭＭ１の構成について、図３を参照して説明する。図３は、電圧監視モジュールＶＭＭ１の構成を示すブロック図である。電圧監視モジュールＶＭＭ１は、電源回路ＶＭＭ＿Ｓ、通信回路ＶＭＭ＿Ｃ、電圧測定回路ＶＭＣ、セルバランス回路ＣＢ１〜ＣＢｍ（ｍは２以上の整数）、電源端子ＶＣＣ、入力端子Ｖ１〜Ｖ（ｍ＋１）、セルバランス入力端子ＶＢ１〜ＶＢｍ、通信入力端子Ｔｉｎ及び通信出力端子Ｔｏｕｔを有する。

電池モジュールＥＭ１は、高電圧側から順に、電池セルＥＣ１〜ＥＣｍが直列接続されている。電圧監視モジュールＶＭＭ１は、電源端子ＶＣＣが電池セルＥＣ１の高電圧（正極）側と接続される。電池セルＥＣｍの低電圧側は、入力端子Ｖ（ｍ＋１）と接続される。入力端子Ｖ（ｍ＋１）の電圧は、電圧監視モジュールＶＭＭ１内で分岐され、電圧測定回路ＶＭＣ及び通信回路ＶＭＭ＿Ｃにグランド電圧として供給される。これにより、電圧監視モジュールＶＭＭ１には、電池モジュールＥＭ１の出力電圧が電源電圧として供給される。電源回路ＶＭＭ＿Ｓは、電源端子ＶＣＣを介して、電池セルＥＣ１からの電源供給を受ける。電源回路ＶＭＭ＿Ｓは、通信回路ＶＭＭ＿Ｃ及び電圧測定回路ＶＭＣに電源を供給する。

電圧測定回路ＶＭＣは、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬ、Ａ／Ｄコンバータ（Analog to Digital Converter：ＡＤＣ）ＶＭＣ＿ＡＤＣ、レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧ及び制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮを有する。選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬは、スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿ｍ及びＳＷｂ＿１〜ＳＷｂ＿ｍを有する。スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿ｍ及びＳＷｂ＿１〜ＳＷｂ＿ｍは、制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮからの制御信号によりオン／オフする。ｊを１〜ｍの整数とすると、電池セルＥＣｊの電圧を測定する場合には、スイッチＳＷａ＿ｊ及びＳＷｂ＿ｊが同時にオンとなる。これにより、電池セルＥＣｊの高電位側端子からの電圧が、入力端子Ｖｊを介して、高電位側電圧ＶＨとしてＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣに供給される。同様に、電池セルＥＣｊの低電位側端子からの電圧が、入力端子Ｖ（ｊ＋１）を介して、低電位側電圧ＶＬとしてＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣに供給される。

Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは、高電位側電圧ＶＨと低電位側電圧ＶＬの値をデジタル値である電圧値に変換する。そして、デジタル値である電圧値をレジスタＶＭＣ＿ＲＥＧに出力する。レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧは、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣから出力された電圧値を記憶する。制御回路は、スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿ｍ及びＳＷｂ＿１〜ＳＷｂ＿ｍを順にオンにする動作を、所定の時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに繰り返す。これにより、レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧには、所定の時間ごとに、入力端子Ｖｊ及びＶ（ｊ＋１）に供給される電圧の値が上書きされる。

通信回路ＶＭＭ＿Ｃは、通信入力端子Ｔｉｎを介して、セルモニタ部ＣＭＵからの指令及び他の電圧監視モジュールＶＭＭ２〜ＶＭＭｎからの出力を受ける。そして、通信回路ＶＭＭ＿Ｃは、セルモニタ部ＣＭＵからの指令を、制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮに転送する。なお、通信回路ＶＭＭ＿Ｃは、電圧監視モジュールＶＭＭ２〜ＶＭＭｎからの出力を、セルモニタ部ＣＭＵにそのまま転送する。

セルバランス回路ＣＢｊと外付け抵抗Ｒｊとは、セルバランス入力端子ＶＢｊを介して、それぞれ入力端子Ｖｊと入力端子Ｖ（ｊ＋１）との間に接続される。セルバランス回路ＣＢｊがオンとなることにより、入力端子Ｖｊと入力端子Ｖ（ｊ＋１）との間が導通する。制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮがセルバランス回路ＣＢ１〜ＣＢｍのオン／オフを制御することにより、電池セルＥＣ１〜ＥＣｍのそれぞれを選択的に放電させる。

続いて、図１を参照して、電圧監視システムＶＭＳの動作について説明する。まず、電池セルの出力電圧監視動作について説明する。電圧監視システムＶＭＳは、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令に応じ、電池セルの出力電圧監視動作を開始する。例えば、エンジンコントロール部ＥＣＵは電気自動車のパワーオンを検出し、電池管理部ＢＭＵへ電圧監視システムＶＭＳの起動指令を発する。電池管理部ＢＭＵは、電圧監視システムＶＭＳの起動指令に応じ、セルモニタ部ＣＭＵに電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの起動指令を発する。セルモニタ部ＣＭＵは、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの起動指令に応じ、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎへ電圧監視動作開始指令を発する。

図３を参照して、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの動作について説明する。電圧監視動作開始指令を受けた電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎはそれぞれ同様の動作を行うので、以下では、電圧監視モジュールＶＭＭ１の動作を代表例として説明する。電圧監視モジュールＶＭＭ１は、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令に応じ、電圧監視動作を開始する。具体的には、通信回路ＶＭＭ＿Ｃは、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令を、電圧測定回路ＶＭＣの制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮに転送する。制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、電圧監視動作開始指令に応じ、スイッチＳＷａ＿ｊ及びＳＷｂ＿ｊをオンにする。これにより、入力端子Ｖｊ及びＶ（ｊ＋１）は、それぞれＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣと接続される。Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは、接続された入力端子Ｖｊ及びＶ（ｊ＋１）に供給される電圧の大きさを、デジタル値である電圧値に変換し、電圧値をレジスタＶＭＣ＿ＲＥＧに書き込む。

この例では、制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、所定の時間内にスイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿ｍ及びＳＷｂ＿１〜ＳＷｂ＿ｍを順にオンにする。すなわち、所定時間内に、ｍ回のスイッチング動作を繰り返す。所定の時間は、例えば１０ｍｓｅｃである。この場合、電圧監視モジュールＶＭＭ１は、所定の時間（１０ｍｓｅｃ）ごとに、入力端子Ｖｊ及びＶ（ｊ＋１）のそれぞれに供給される電圧の値を測定し、レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧに逐次上書きすることとなる。電圧監視モジュールＶＭＭ１は、セルモニタ部ＣＭＵからの指令がない限り、上述の電圧監視動作を継続して行う。

電気自動車の制御を行うために電池セルの出力電圧の値を参照する場合には、セルモニタ部ＣＭＵは、電池管理部ＢＭＵからの指令に応じ、電圧値出力指令を電圧監視モジュールＶＭＭ１に発する。電圧監視モジュールＶＭＭ１は、電圧値出力指令に応じ、指定された入力端子の電圧値を、セルモニタ部ＣＭＵに出力する。具体的には、通信回路ＶＭＭ＿Ｃは、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧値出力指令を、電圧測定回路ＶＭＣの制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮに転送する。制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、電圧値出力指令に応じ、レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧに出力指令を発する。この際、制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧに対し、いずれの入力端子の電圧値を出力するかを指定する。レジスタＶＭＣ＿ＲＥＧは、制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮからの出力指令に応じ、出力指令を受けた時点における指定された入力端子の電圧値を、通信回路ＶＭＭ＿Ｃを介して、セルモニタ部ＣＭＵに出力する。

セルモニタ部ＣＭＵは、電圧監視モジュールＶＭＭ１から受け取った入力端子Ｖｊ及びＶ（ｊ＋１）の電圧値から、電池セルＥＣｊの出力電圧を算出する。例えば、セルモニタ部ＣＭＵは、入力端子Ｖ１と入力端子Ｖ２との間の電圧の差から、電池セルＥＣ１の出力電圧を算出することができる。その後、セルモニタ部ＣＭＵは、電池管理部ＢＭＵの求めに応じて、算出した電池セルの出力電圧を、電池管理部ＢＭＵに通知する。

なお、電気自動車がパワーオフとなる場合には、エンジンコントロール部ＥＣＵは電気自動車のパワーオフを検出し、電池管理部ＢＭＵへ電圧監視システムＶＭＳの停止指令を発する。電池管理部ＢＭＵは、電圧監視システムＶＭＳの停止指令に応じ、セルモニタ部ＣＭＵに電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの停止指令を発する。セルモニタ部ＣＭＵは、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎの停止指令に応じ、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎへ電圧監視動作停止指令を発する。電圧監視モジュールＶＭＭ１は、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作停止指令に応じ、電圧監視動作を停止する。具体的には、通信回路ＶＭＭ＿Ｃは、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作停止指令を、電圧測定回路ＶＭＣの制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮに転送する。制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、電圧監視動作停止指令に応じ、スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿ｍ及びＳＷｂ＿１〜ＳＷｂ＿ｍを全てオフにする。これにより、電圧監視動作が停止する。

以上では、電池セルの電圧監視動作について説明した。しかし、電圧監視システムＶＭＳは、例えば電気自動車などに搭載されるので、電気自動車の使用状況などに応じた動作を行う必要がある。よって、以下では、電気自動車の使用状況に応じた電圧監視システムＶＭＳの動作を説明する。

電気自動車を継続的に使用するためには、電気スタンドなどにおいて組電池ａｓｓｙの充電を行う必要がある。組電池ａｓｓｙを充電する場合は、エンジンコントロール部ＥＣＵが、例えば充電プラグの接続などの運転者の操作を検知し、組電池ａｓｓｙを充電するための充電指令を電池管理部ＢＭＵに発する。電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部ＥＣＵからの充電指令に応じ、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を開ける。これにより、組電池ａｓｓｙとインバータＩＮＶとは、電気的に切断される。この状態で、例えば充電プラグを介して組電池ａｓｓｙに外部充電電圧ＣＨＡＲＧＥが供給されることにより、組電池ａｓｓｙが充電される。

一般に、電池セルなどの二次電池が過充電又は過放電されると、電池セルの寿命が短くなることが知られている。また、組電池ａｓｓｙのように複数の電池セルが直列接続された構成では、電池セルの製造ばらつきなどにより、同様の充放電動作を行わせても電圧のばらつきなどが生じる。このようなばらつきが生じたまま、組電池ａｓｓｙの充放電動作を繰り返すと、特定の電池セルのみの劣化、過充電又は過放電が発生する。その結果、組電池ａｓｓｙ全体の短寿命化及び故障発生の原因となる。このため、直列接続された電池セルを用いる場合には、各電池セルの電圧のバランス（いわゆるセルバランス）を維持する必要がある。

以下では、電気スタンドなどにおける充電時の電圧監視システムＶＭＳの電池セルの動作について説明する。なお、電池セルの出力電圧監視動作及び電池セルの出力電圧の算出方法については、上述と同様であるので、適宜説明を省略する。

まず、電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部ＥＣＵからの充電指令に応じ、セルモニタ部ＣＭＵに出力電圧測定指令を発する。セルモニタ部ＣＭＵは、電池管理部ＢＭＵからの出力電圧測定指令に応じ、組電池ａｓｓｙを構成する全ての電池セルの出力電圧を算出し、電池管理部ＢＭＵに通知する。電池管理部ＢＭＵは、組電池ａｓｓｙの中で最も出力電圧が低い電池セルを特定する。ここでは、説明を簡略化するため、電池モジュールＥＭ１の電池セルＥＣ１が、組電池ａｓｓｙの中で最も出力電圧が低い電池セルであるとする。

その後、電池管理部ＢＭＵは、セルバランス動作指令をセルモニタ部ＣＭＵに発する。セルモニタ部ＣＭＵは、セルバランス動作指令に応じて、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎに放電指令を発する。以下では、電圧監視モジュールＶＭＭ１の動作を代表例として説明する。電圧監視モジュールＶＭＭ１では、電圧測定回路ＶＭＣの制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮが、通信回路ＶＭＭ＿Ｃを介して、放電指令を受ける。制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、放電指令に応じ、セルバランス回路ＣＢ２〜ＣＢｍをオンにする。これにより、電池セルＥＣ２〜ＥＣｍが放電される。

セルモニタ部ＣＭＵは、放電中の電池セルＥＣ２〜ＥＣｍの出力電圧値を逐次算出する。そして、各電池セルの出力電圧が電池セルＥＣ１の出力電圧まで降下した場合に、該当する電池セルの放電動作を停止させる放電停止指令を発する。以下では、放電により、電池セルＥＣ２の出力電圧が電池セルＥＣ１の出力電圧まで降下した場合について説明する。まず、セルモニタ部ＣＭＵは、電池セルＥＣ２の出力電圧が電池セルＥＣ１の出力電圧まで降下したことを検出する。そして、電圧監視モジュールＶＭＭ１に電池セルＥＣ２の放電停止指令を発する。

電圧監視モジュールＶＭＭ１の制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、通信回路ＶＭＭ＿Ｃを介して、電池セルＥＣ２の放電停止指令を受ける。制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮは、電池セルＥＣ２の放電停止指令に応じて、セルバランス回路ＣＢ２をオフにする。これにより、電池セルＥＣ２の放電は停止し、電池セルＥＣ２の出力電圧は電池セルＥＣ１の出力電圧と同じになる。セルモニタ部ＣＭＵが同様の動作を行うことにより、電池モジュールＥＭ１の電池セルＥＣ３〜ＥＣｍ及び電池モジュールＥＭ２〜ＥＭｎの各電池セルの出力電圧も、電池セルＥＣ１の出力電圧と同じになる。これにより、電池モジュールＥＭ２〜ＥＭｎの各電池セルの出力電圧が均一化され、セルモニタ部ＣＭＵはセルバランス動作を終了する。セルモニタ部ＣＭＵは、セルバランス動作終了を、電池管理部ＢＭＵに通知する。

電池管理部ＢＭＵは、セルバランス動作終了の通知に応じ、充電プラグと接続される受電部（不図示）に、充電開始の指令を発する。これにより、組電池ａｓｓｙに外部充電電圧ＣＨＡＲＧＥが供給され、組電池ａｓｓｙの充電が開始する。

セルモニタ部ＣＭＵは、充電中の各電池セルの出力電圧を監視する。そして、いずれかの電池セルの出力電圧が充電上限電圧に到達したならば、過充電警報を電池管理部ＢＭＵに通知する。電池管理部ＢＭＵは、過充電警報の通知に応じ、受電部に充電停止の指令を発する。これにより、外部充電電圧ＣＨＡＲＧＥの供給が遮断され、充電は停止する。充電上限電圧は、電池セルの過充電の発生を確実に防止するため、過充電時の電圧レベルから十分なマージンを有する、過充電時の閾値電圧レベルよりも小さい電圧値を設定することが望ましい。

なお、電圧モジュールＥＭ１〜ＥＭｎの各電池セルの充電特性には、ばらつきがある。このため、充電後の各電池セルの電圧値には、ばらつきが生じる。よって、各電池セルの電圧値のばらつきを把握するため、セルモニタ部ＣＭＵは各電池セルの出力電圧を測定する。そして、各電池セルの出力電圧のばらつきが、規定範囲内に収まっているか否かを判定する。そして、判定結果を電池管理部ＢＭＵに通知する。

各電池セルの出力電圧のばらつきが規定範囲内に収まっていない場合には、電池管理部ＢＭＵは、セルバランス動作の開始をセルモニタ部ＣＭＵに指令する。そしてセルバランス動作終了後、電池管理部ＢＭＵは、充電開始を受電部に指令する。一方、各電池セルの出力電圧のばらつきが規定範囲内に収まっている場合には、電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部ＥＣＵに充電完了を通知する。エンジンコントロール部ＥＣＵは、運転席に設けられた表示装置などに、組電池ａｓｓｙの充電が完了したことを表示する。以上のように、電圧監視システムＶＭＳが電池セルの出力電圧を監視することにより、過充電を防止し、かつ良好なセルバランスを維持した状態で、組電池ａｓｓｙをフル充電状態まで充電することができる。

次いで、電気自動車を加速させる場合について説明する。電気自動車を加速させる場合には、エンジンコントロール部ＥＣＵが、例えばアクセルペダルの踏みこみなどの運転者の操作を検知して、電気自動車を加速させるための加速指令をインバータＩＮＶ及び電池管理部ＢＭＵに発する。インバータＩＮＶは、エンジンコントロール部ＥＣＵからの加速指令に応じ、動作モードが直流→交流変換モードに切り替わる。電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部ＥＣＵからの加速指令に応じ、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を閉じる。これにより、組電池ａｓｓｙからインバータＩＮＶに直流電圧が供給される。インバータＩＮＶは、直流電圧を交流電圧に変換し、モータジェネレータＭＧに供給する。モータジェネレータＭＧは、交流電圧の供給を受けることにより、駆動力を発生させる。モータジェネレータＭＧで発生した駆動力が、ドライブシャフトなどを介して駆動輪に伝達されることにより、電気自動車は加速する。

電気自動車が加速する場合には、電池セルに蓄えられた電力が消費され、電池セルの出力電圧は降下してゆく。従って、電池セルの過放電を防止する措置が必要である。そのため、電圧監視システムＶＭＳは、走行時の各電池セルの出力電圧を常時監視する。そして、例えばいずれかの電池セルの電圧が警告レベル電圧を下回った場合には、セルモニタ部ＣＭＵは電池管理部ＢＭＵに電圧降下警報を発する。電池管理部ＢＭＵは、電圧降下警報に応じて、組電池ａｓｓｙの充電残量低下警報をエンジンコントロール部ＥＣＵに発する。エンジンコントロール部ＥＣＵは、運転席に設けられた表示装置などに、組電池ａｓｓｙの充電残量低下警報を表示し、運転者に電池セルの過放電が生じる恐れがあることを報知する。これにより、電圧監視システムＶＭＳは、走行停止などの過放電防止措置を取ることを、運転者に促すことができる。

なお、組電池ａｓｓｙの充電残量低下警報が放置され、その後も走行が続けられた場合には、電池セルの出力電圧はさらに低下する。よって、電池セルの過放電を防止するため、各電池セルの放電を停止する必要がある。例えばいずれかの電池セルの電圧が緊急停止レベル電圧を下回った場合には、セルモニタ部ＣＭＵは電池管理部ＢＭＵに緊急停止警報を発する。緊急停止レベル電圧は、電池セルの過放電の発生を確実に防止するため、過放電時の電圧レベルから十分なマージンを有する、過放電の閾値電圧レベルよりも大きい電圧値を設定することが望ましい。

電池管理部ＢＭＵは、セルモニタ部ＣＭＵからの緊急停止警報に応じ、緊急停止動作を発動する。具体的には、電池管理部ＢＭＵは、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を開け、組電池ａｓｓｙからインバータＩＮＶへの電源供給を遮断する。これにより、電池セルの出力電圧降下が停止する。また、電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部ＥＣＵに、緊急停止動作の実行を通知する。エンジンコントロール部ＥＣＵは、運転席に設けられた表示装置などに、緊急停止動作が発動されたことを表示する。これにより、電池セルの過放電の発生を確実に防止することができる。

次いで、電気自動車を減速させる場合について説明する。電気自動車を減速させる場合には、エンジンコントロール部ＥＣＵが、例えばブレーキペダルの踏みこみなどの運転者の操作を検知し、電気自動車を減速させるための減速指令をインバータＩＮＶ及び電池管理部ＢＭＵに発する。インバータＩＮＶは、エンジンコントロール部ＥＣＵからの減速指令に応じ、動作モードが交流→直流変換モードに切り替わる。電池管理部ＢＭＵは、エンジンコントロール部ＥＣＵからの減速指令に応じ、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を閉じる。モータジェネレータＭＧは、ドライブシャフトなどを介して伝達されるタイヤの回転力により、発電を行う。発電により生じる回転抵抗は、ドライブシャフトなどを介して、制動力として駆動輪に伝達される。これにより、電気自動車は減速する。この制動手法は、一般に回生ブレーキ動作と称される。回生ブレーキ動作により生じた交流電圧は、インバータＩＮＶに供給される。インバータＩＮＶは、モータジェネレータＭＧからの交流電圧を直流電圧に変換し、組電池ａｓｓｙに供給する。これにより、組電池ａｓｓｙは、回生ブレーキ動作で回収された電圧により充電される。

回生ブレーキ動作時には組電池ａｓｓｙが充電されるので、各電池セルの出力電圧は上昇する。よって、電池セルの過充電を防止する措置が必要である。そのため、電圧監視システムＶＭＳは、走行時の各電池セルの出力電圧を常時監視する。セルモニタ部ＣＭＵは、回生ブレーキ動作開始時の各電池セルの出力電圧が充電上限電圧以下であるか否かを判定する。充電上限電圧よりも大きな出力電圧を有する電池セルが存在する場合には、セルモニタ部ＣＭＵは過充電警報を電池管理部ＢＭＵに発する。電池管理部ＢＭＵは、過充電警報に応じてリレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を開け、組電池ａｓｓｙが充電されることを防止する。

また、回生ブレーキ動作による充電中においても、セルモニタ部ＣＭＵは、電池セルの出力電圧の監視を継続する。そして、出力電圧が充電上限電圧に到達した電池セルが発見された場合には、セルモニタ部ＣＭＵは過充電警報を電池管理部ＢＭＵに発する。電池管理部ＢＭＵは、過充電警報に応じてリレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２を開け、組電池ａｓｓｙが充電されることを防止する。これにより、組電池ａｓｓｙの過充電を防止できる。

上述では、電池セルの電圧が正常に検出できることを前提として、電圧監視システムＶＭＳの動作を説明したが、実際には電池セルの出力電圧を正常に検出できない場合が有る。例えば、電圧監視モジュールＶＭＭ１〜ＶＭＭｎと組電池ａｓｓｙとの間の配線が断線してしまうと、断線箇所の電圧が異常降下又は異常上昇してしまい、セルモニタ部ＣＭＵは正常な電圧算出ができなくなる。このような断線が発生した場合には、電圧監視システムＶＭＳの目的である電池セルの出力電圧の監視ができなくなるため、断線故障を検出することが求められる。

そのため、セルモニタ部ＣＭＵには、出力電圧の値の適正範囲が予め記憶されている。算出した電池セルの出力電圧値が適正範囲から逸脱している場合には、セルモニタ部ＣＭＵは断線故障が発生したものと判定する。そして、セルモニタ部ＣＭＵは、断線故障の発生を電池管理部ＢＭＵに通知する。電池管理部ＢＭＵは、断線故障発生の通知に応じ、リレーＲＥＬ１及びＲＥＬ２開けて、インバータＩＮＶと組電池ａｓｓｙの接続を切断する。これにより、システムに更なる障害が発生することを防止する。また、電池管理部ＢＭＵは、断線故障の発生をエンジンコントロール部ＥＣＵに通知する。エンジンコントロール部ＥＣＵは、運転席に設けられた表示装置などに断線故障の発生を表示し、運転者に故障発生を報知する。以上のように、電圧監視システムＶＭＳは、断線故障の発生を検出することも可能である。

なお、電圧監視システムＶＭＳの構成及び動作は例示に過ぎない。従って、例えば、セルモニタ部ＣＭＵ及び電池管理部ＢＭＵは、１つの回路ブロックに統合することが可能である。また、セルモニタ部ＣＭＵと電池管理部ＢＭＵが分担する機能の全部又は一部を相互に代替することが可能である。さらに、セルモニタ部ＣＭＵ、電池管理部ＢＭＵ及びエンジンコントロール部ＥＣＵは、１つの回路ブロックに統合することが可能である。また、エンジンコントロール部ＥＣＵは、セルモニタ部ＣＭＵ及び電池管理部ＢＭＵの機能の全部又は一部を代替することが可能である。

発明の実施の形態１

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態１では、図１〜図３で説明された電圧監視モジュールのうち任意のものについて説明する。また、その電圧監視モジュールでも、特に電源回路、電圧測定回路等を中心に注目し、本実施の形態１に直接関係のない上述のセルバランス回路とそれに関連する構成は以降の図面等において省略する。

図４に本実施の形態１にかかる電圧監視システムＶＭＳの電圧監視モジュールＶＭＭｋ（ｋは１〜ｎのうち任意の数）と、それに対応する電池モジュールＥＭｋとの関係を示す。

図４に示すように、電圧監視モジュールＶＭＭｋは、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬと、電源回路ＶＭＭ＿Ｓと、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）ＶＭＣ＿ＡＤＣと、制御部ＣＮＴと、スイッチ回路ＳＷ１と、ＶＣＣ配線と、ＶＳＳ配線と、ＶＤＤ配線と、電圧入力端子Ｖ１〜Ｖ５と、電源端子ＶＣＣと、通信入力端子Ｔｉｎと、通信出力端子Ｔｏｕｔと、端子Ｔ１と、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２とを有する。なお、図４に示された符号のうち、図１〜図３と同じ符号を付した構成は、それぞれ同じか又は類似の構成を示している。但し、本実施の形態１では、図が煩雑になるのを避けるため、図３で説明したレジスタＶＭＣ＿ＲＥＧ及び制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮ及び通信回路ＶＭＣ＿Ｃをまとめて制御部ＣＮＴとする。また、同様に図が煩雑になるのを避けるため、電池セル数も４個（ＥＣ１〜ＥＣ４）とし、電圧監視モジュールＶＭＭｋの電圧入力端子もそれに合わせＶ１〜Ｖ５とする。なお、電圧入力端子Ｖ５から入力する電圧が電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランド電圧となる。なお、これ以降、電圧入力端子Ｖ５を必要に応じてグランド端子Ｖ５と称す。

電池モジュールＥＭｋは、電池セルＥＣ１〜ＥＣ４が直列接続されている。電圧監視モジュールＶＭＭｋは、電圧監視システムＶＭＳの入力端子ＩＮ１を介して、電源端子ＶＣＣが電池セルＥＣ１の正極側と接続される。また、電圧監視システムＶＭＳの入力端子ＩＮ５を介して、グランド端子である電圧入力端子Ｖ５（グランド端子Ｖ５）が電池セルＥＣ４の負極側と接続される。これにより、電圧監視モジュールＶＭＭｋには、電池モジュールＥＭｋの出力電圧が電源電圧として供給される。

ここで、電池セルＥＣ４の負極側の電位が電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベル（接地レベル）となり、逆に電池セルＥＣ１の正極側の電位が電圧監視モジュールＶＭＭｋの電源電圧レベルとなる。

電圧入力端子Ｖ１は、電源端子ＶＣＣと共に、電圧監視システムＶＭＳの入力端子ＩＮ１を介して、電池セルＥＣ１の正極側と接続される。電圧入力端子Ｖ２は、電圧監視システムＶＭＳの入力端子ＩＮ２を介して、電池セルＥＣ１とＥＣ２との接続ノードに接続される。電圧入力端子Ｖ３は、電圧監視システムＶＭＳの入力端子ＩＮ３を介して、電池セルＥＣ２とＥＣ３との接続ノードに接続される。電圧入力端子Ｖ４は、電圧監視システムＶＭＳの入力端子ＩＮ４を介して、電池セルＥＣ３とＥＣ４との接続ノードに接続される。

ＶＣＣ配線は、電源端子ＶＣＣと接続され、電源端子ＶＣＣから供給される電圧を電圧監視モジュールＶＭＭｋ内の回路に供給する。ＶＳＳ配線は、グランド端子Ｖ５と接続され、グランド端子Ｖ５から供給される電圧を電圧監視モジュールＶＭＭｋ内の回路に供給する。

選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬは、電圧入力端子Ｖ１〜Ｖ４及びグランド端子Ｖ５からの供給電圧を入力する。そして、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬは、制御部ＣＮＴからの選択制御信号に応じて、電圧入力端子Ｖ１〜Ｖ５のうち２つを選択することで電池セルの電圧を選択し、それぞれ出力電圧ＶＨ、ＶＬとしてＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣに出力する。例えば、電圧入力端子Ｖ４とＶ５を選択することで、電池セルＥＣ４の正極側電位、負極側電位をそれぞれ出力電圧ＶＨ、ＶＬとしてＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣに出力する。選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬはＶＣＣ配線とＶＳＳ配線間に接続される。

電源回路ＶＭＭ＿Ｓは、レギュレータであり、ＶＣＣ配線とＶＳＳ配線間に接続される。電源回路ＶＭＭ＿Ｓは、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣ及び制御部ＣＮＴに、ＶＤＤ配線を経由して電源電圧ＶＤＤを供給する。

Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは、ＶＤＤ配線とＶＳＳ配線間に接続される。Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬからの出力電圧ＶＨ、ＶＬの電位差をデジタル信号にして出力する。Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは、更に詳細には、例えば、図５のような構成を有する。この例では、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは図５に示すように、スイッチ回路ＳＷ２１〜ＳＷ２４と、キャパシタＣ２１と、計測部２１とを有する。

スイッチ回路ＳＷ２１は、電圧ＶＨを入力する入力端子とキャパシタＣ２１の一方の端子との間に接続される。スイッチ回路ＳＷ２２は、電圧ＶＬを入力する入力端子とキャパシタＣ２１の他方の端子との間に接続される。

スイッチ回路ＳＷ２３は、キャパシタＣ２１の一方の端子と計測部２１との間に接続される。スイッチ回路ＳＷ２４は、キャパシタＣ２１の他方の端子と計測部２１との間に接続される。

なお、スイッチ回路ＳＷ２１、ＳＷ２２がオン状態のとき、スイッチ回路ＳＷ２３、ＳＷ２４はオフ状態となり、逆に、スイッチ回路ＳＷ２１、ＳＷ２２がオフ状態のとき、スイッチ回路ＳＷ２３、ＳＷ２４はオン状態となるよう、制御部ＣＮＴにより制御される。

計測部２１は、スイッチ回路ＳＷ２３、ＳＷ２４はオン状態のときのキャパシタＣ２１の両端間の電位差を計測し、デジタル信号として出力する。

Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣの動作を以下に簡単に説明する。まず、スイッチ回路ＳＷ２１とＳＷ２２をオン、スイッチ回路ＳＷ２３、ＳＷ２４をオフし、放電したキャパシタＣ２１の両端に電圧ＶＨとＶＬを印加し、電圧ＶＨとＶＬの電位差で充電する。

次に、スイッチ回路ＳＷ２１、ＳＷ２２をオフし、その後、スイッチ回路ＳＷ２３、ＳＷ２４をオンする。なお、図には記載しないが、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣは、キャパシタＣ２１を放電させる放電用の回路を有しており、キャパシタＣ２１を放電させる。

以上の動作を繰り返し、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬからの出力される電圧ＶＨ、ＶＬの電位差をデジタル信号に変換し、制御部ＣＮＴに出力する。

端子Ｔ１は、例えば、電圧監視モジュールＶＭＭｋのアドレス設定端子の１つであり、「０」（ロウレベル）の値をセットするために、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルが供給される電池セルＥＣ４の負極側と接続される。詳細には、端子Ｔ１は、電池セルＥＣ４の負極側と、電圧監視システムＶＭＳの回路基板側の入力端子ＩＮ５および該回路基板上の配線を介して接続される。

ここで、電圧監視システムＶＭＳは複数の電圧監視モジュールを有しており、セルモニタ部ＣＭＵは、通信相手がその複数のうちのどの電圧監視モジュールかを識別する必要がある。このため、各電圧監視モジュールには、識別用のアドレスが設定される。例えば、セルモニタ部ＣＭＵが電圧監視モジュールＶＭＭｋを識別するためのアドレスを「０１１」とする場合、「１」をセットするため制御部の電源電圧ＶＤＤにアドレス設定端子２個が接続され、電池セルＥＣ４の負極側（グランドレベル）にアドレス設定端子１個が接続される。そして、端子Ｔ１は、上記「０」をセットするための端子に該当する。

なお、端子Ｔ１は、上述したアドレス設定端子に限らず、固定的に電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに接続される端子であるならば、その種類には限定されない。ここで、例えば、一般的にチップ動作の安定化のためＩＣチップの不使用端子をロウレベル（グランドレベル）に終端する場合がある。例えば、不使用端子を回路基板上で電源監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに接続する。端子Ｔ１が、このようなロウレベル（グランドレベル）に終端する端子に相当するようにしてもよい。

また、この端子Ｔ１には、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２が接続される。ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１は、カソードがＶＤＤ配線、アノードが端子Ｔ１に接続される。また、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２は、アノードが端子Ｔ１、カソードがＶＳＳ配線に接続される。ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧は、一般的なダイオードと同様、０．６Ｖ程度である。

スイッチ回路ＳＷ１は、端子Ｔ１とＶＳＳ配線との間に接続される。そして、制御部ＣＮＴからのスイッチ制御信号に応じて、導通状態が制御される。このスイッチ回路ＳＷ１は、ＮＭＯＳトランジスタで構成される。

制御部ＣＮＴは、上述したように通信回路ＶＭＣ＿Ｃを有しており、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令に応じ、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬを制御する。また、図５で説明したように、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣのスイッチ回路の制御を行う。更に、セルモニタ部ＣＭＵからのテスト指令に応じて、スイッチ回路ＳＷ１の導通状態を制御する。

更に、制御部ＣＮＴは端子Ｔ１と接続される。これは、上述した例のように、端子Ｔ１がセルモニタ部ＣＭＵの電圧監視モジュールＶＭＭｋを識別するためのアドレス設定端子であり、セルモニタ部ＣＭＵと通信を行う制御部ＣＮＴが、アドレス設定端子の値（本例では「０」）を取得する必要があるためである。

制御部ＣＮＴは、ロジック回路であり複数のＮＭＯＳトランジスタやＰＭＯＳトランジスタからなる。よって、制御部ＣＮＴがアドレス設定端子である端子Ｔ１から入力する電圧信号もＶＳＳ配線側にはＮＭＯＳトランジスタが接続される。ここで、通常ＮＭＯＳトランジスタは、バックゲート−ドレイン間に寄生ダイオードを有することは避けられない。この寄生ダイオードの順方向電圧は、通常のダイオードと同様０．６Ｖ程度である。この寄生ダイオードを、ここではＤ０として図中に示す。また、スイッチ回路ＳＷ１を構成するＮＭＯＳトランジスタにもバックゲート−ドレイン間に寄生ダイオードが存在する。この寄生ダイオードをＤ３とする。

以上のような、本実施の形態１の電圧監視モジュールＶＭＭｋの動作を説明する。図６に電圧監視モジュールＶＭＭｋの動作フローチャートを示す。図６に示すように、セルモニタ部ＣＭＵからのテスト指令に応じて制御部ＣＮＴがスイッチ回路ＳＷ１をオフ状態（非導通状態）とする（Ｓ１０１）。次に、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令に応じて、制御部ＣＮＴが選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬに１つの電池セル間電圧（例えば、電池セルＥＣ４）を選択させる（Ｓ１０２）。次に、その選択した電池セル間電圧をＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣがデジタル変換し、制御部ＣＮＴがそのデジタル値ＤＤ１をセルモニタ部ＣＭＵへ送信する（Ｓ１０３）。セルモニタ部ＣＭＵがその値ＤＤ１を記憶する（Ｓ１０４）。

そして次に、セルモニタ部ＣＭＵからのテスト指令に応じて制御部ＣＮＴがスイッチ回路ＳＷ１をオン状態（導通状態）とする（Ｓ１０５）。次に、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令に応じて、制御部ＣＮＴが選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬに、ステップＳ１０２と同じ電池セル間電圧（例えば、電池セルＥＣ４）を選択させる（Ｓ１０６）。次に、その選択した電池セル間電圧をＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣがデジタル変換し、制御部ＣＮＴがそのデジタル値ＤＤ２をセルモニタ部ＣＭＵへ送信する（Ｓ１０７）。

次に、セルモニタ部ＣＭＵが記憶してあるデジタル値ＤＤ１とＤＤ２を比較する（Ｓ１０８）。そして、デジタル値ＤＤ１とＤＤ２とが同じ値である場合（Ｓ１０９ＹＥＳ）、電圧監視モジュールＶＭＭｋにおいて、グランド端子Ｖ５におけるオープン不良が無いと判定される（Ｓ１１２）。

一方、デジタル値ＤＤ１とＤＤ２とが同じ値で無い場合（Ｓ１０９ＮＯ）、電圧監視モジュールＶＭＭｋにおいて、グランド端子Ｖ５におけるオープン不良が有るとセルモニタ部ＣＭＵで判定される（Ｓ１１０）。そして、セルモニタ部ＣＭＵから電池管理部ＢＭＵにエラー通知が報告される（Ｓ１１１）。

なお、ステップＳ１０３、Ｓ１０６で選択する電池セルは、図４の電池セルＥＣ１〜ＥＣ４のそれぞれを順に選択してもよいし、電池セルＥＣ４のみを選択してもよい。

以下に、本実施の形態１の電圧監視モジュールＶＭＭｋが上記動作を行った場合の動作状態について図７〜図９に示す模擬図を用いて説明する。図７〜図９では、接触不良や端子破損等によりグランド端子Ｖ５が開放状態となったオープン不良が発生している例を示す。なお、端子Ｔ１は回路基板上の配線でグランドレベルに接続されているため、グランド端子ＶＳＳが開放状態になったとしても、グランドレベルの電圧に固定されている状態のままである。

まず、図６のステップＳ１０１では、図７に示すようにスイッチ回路ＳＷ１がオフ状態となる。この状態で、電圧監視モジュールＶＭＭｋが動作すると、グランド端子Ｖ５がオープン不良を起こしているため、図７に示す回路電流のようにグランド端子Ｖ５に流れずに、上記寄生ダイオードＤ０、Ｄ３、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２を経由して、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに接続される端子Ｔ１から流れ出る。

このとき、ＶＳＳ配線の電位は、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに対して、ダイオード１個分上昇した値、例えば６００ｍＶ程度上昇した値となる。そして、この６００ｍＶ程度上昇したＶＳＳ配線の電位を元に、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣが電池セルＥＣ４の電圧をデジタル変換し、デジタル値ＤＤ１として出力する。このデジタル値は、オープン不良のない正常な場合の値と比べて、６００ｍＶ程度小さい値となる。そして、この値は、図６のステップＳ１０３、Ｓ１０４で説明したように、セルモニタ部ＣＭＵへ送信され、記憶される。

次に、図６のステップＳ１０５では、図８に示すようにスイッチ回路ＳＷ１がオン状態となる。この状態で、電圧監視モジュールＶＭＭｋが動作すると、グランド端子Ｖ５がオープン不良を起こしているため、図７と同様、回路電流はグランド端子Ｖ５に流れない。そして、スイッチ回路ＳＷ１がオン状態となっていることから、図８に示すように、回路電流が上記寄生ダイオードＤ０、Ｄ３、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２を経由せず、スイッチ回路ＳＷ１を通り、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに接続される端子Ｔ１から流れ出る。

このとき、ＶＳＳ配線の電位は、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに対して、ＮＭＯＳトランジスタのオン抵抗の電圧ドロップ分、例えば１００ｍＶ程度しか上昇しない。そして、この１００ｍＶ程度上昇したＶＳＳ配線の電位を元に、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣが電池セルＥＣ４の電圧をデジタル変換し、デジタル値ＤＤ２として出力する。このデジタル値は、オープン不良のない正常な場合の値と比べて、１００ｍＶ程度小さい値となる。そして、この値は、図６のステップＳ１０７で説明したように、セルモニタ部ＣＭＵへ送信される。

その後、デジタル値ＤＤ１（上記６００ｍＶ程度小さい値）とＤＤ２（上記１００ｍＶ程度小さい値）の比較が行われ、その差である５００ｍＶ程度の電圧差がセルモニタ部ＣＭＵで判断され、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生していることが検出できる。そして、セルモニタ部ＣＭＵから電池管理部ＢＭＵにオープン不良発生のエラー通知が報告される。

なお、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生していない場合では、スイッチ回路ＳＷ１がオフ状態でもオン状態でも、回路電流は正常にグランド端子Ｖ５に流れ出る。このため、スイッチ回路ＳＷ１がオフ状態でもオン状態でも、ＶＳＳ配線の電位がグランドレベルと同電位となる。よって、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣから出力される電池セルＥＣ４の両端間電位差のデジタル値ＤＤ１、ＤＤ２は変化がなく、このことをセルモニタ部ＣＭＵが判断し、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生していないことが検出される。

ここで、図９にスイッチ回路ＳＷ１が無い場合の電圧監視モジュールＶＭＭｋの構成を示す。この構成では、図９に示すように、電圧監視モジュールＶＭＭｋが動作すると、グランド端子Ｖ５がオープン不良を起こしているため、回路電流がグランド端子Ｖ５に流れずに、上記寄生ダイオードＤ０、Ｄ３、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２を経由して、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルに接続される端子Ｔ１から流れ出る。

これは、図７で説明したものと同様の現象となり、ＶＳＳ配線の電位が、グランドレベルに対してダイオード１個分上昇した値、例えば６００ｍＶ程度上昇した値となる。そして、この６００ｍＶ程度上昇したＶＳＳ配線の電位を元に、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣが電池セルＥＣ４の電圧をデジタル変換し、デジタル値ＤＤ１として出力する。このデジタル値は、オープン不良のない正常な場合の値と比べて、６００ｍＶ程度小さい値となっている。

しかし、スイッチ回路ＳＷ１が無い場合の電圧監視モジュールＶＭＭｋでは、本実施の形態１のように、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣが出力したこのデジタル値ＤＤ１が正確であるか否かを判定することができない。そして、電圧監視モジュールＶＭＭｋは、この誤差を含んだ値をセルモニタ部ＣＭＵに送る。セルモニタ部ＣＭＵは、この誤差を含んだ値を元にセルバランス回路を調整する。そして、この状態で組電池ａｓｓｙに対して充電が行われると、誤った値を元にセルバランスが調整されているため、電池セルＥＣ４が過充電状態となることが考えられる。結果として、従来技術で問題となっていたのと同様、電池セルが過充電状態となり、電池システムの故障や品質劣化を引き起こす可能性がある。

しかし、本実施の形態１では、スイッチ回路ＳＷ１を有し、そのスイッチ回路ＳＷ１がオン状態のときと、オフ状態のときのそれぞれのＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣの出力デジタル値を比較することで、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生しているか、発生していないかを判断することができる。この結果、従来技術や図７の構成のように、接地端子のオープン不良が検出されず、電池セルが過充電状態となり、電池システムの故障や品質劣化を引き起こす問題を防ぐことができ、電池システム全体の信頼性を向上させることが可能となる。

発明の実施の形態２

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態２でも、実施の形態１と同様、図１〜図３で説明された電圧監視モジュールのうち任意のものについて説明する。また、その電圧監視モジュールでも、特に電源回路、電圧測定回路等を中心に注目し、本実施の形態２に直接関係のないセルバランス回路とそれに関連する構成は以降の図面において省略する。

図１０に本実施の形態２にかかる電圧監視システムＶＭＳの電圧監視モジュールＶＭＭｋ（ｋは１〜ｎのうち任意の数）と、それに対応する電池モジュールＥＭｋとの関係を示す。また、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様、図が煩雑になるのを避けるため、図３で説明したレジスタＶＭＣ＿ＲＥＧ及び制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮ及び通信回路ＶＭＣ＿Ｃをまとめて制御部ＣＮＴとし、電池セル数も４個（ＥＣ１〜ＥＣ４）する。

図１０に示すように、電圧監視モジュールＶＭＭｋは、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬと、電源回路ＶＭＭ＿Ｓと、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）ＶＭＣ＿ＡＤＣと、制御部ＣＮＴと、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１と、ＶＣＣ配線と、ＶＳＳ配線と、ＶＤＤ配線と、電圧入力端子Ｖ１〜Ｖ５と、電源端子ＶＣＣと、通信入力端子Ｔｉｎと、通信出力端子Ｔｏｕｔと、端子Ｔ１、Ｔ１１と、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ１１、Ｄ１２とを有する。

なお、図１０に示された符号のうち、図４と同じ符号を付した構成は、図４と同じか又は類似の構成を示している。実施の形態１と異なる点はスイッチ回路ＳＷ１１と端子Ｔ１１が加わった点である。以下では、実施の形態１と同じ部分の説明は省略し、上記相違点を中心に説明を行う。

スイッチ回路ＳＷ１１は、端子Ｔ１１とＶＳＳ配線との間に接続される。そして、制御部ＣＮＴからのスイッチ制御信号に応じて、スイッチ回路ＳＷ１と同じく導通状態が制御される。このスイッチ回路ＳＷ１１は、ＮＭＯＳトランジスタで構成される。

端子Ｔ１１は、端子Ｔ１と同様、例えば、電圧監視モジュールＶＭＭｋのアドレス設定端子の１つであり、「０」（ロウレベル）の値をセットするために、電圧監視モジュールＶＭＭｋのグランドレベルが供給される電池セルＥＣ４の負極側と電圧監視モジュールが搭載される回路基板側の入力端子ＩＮ５を介して接続される。また、別の例として、端子Ｔ１１を実施の形態１での説明したものと同様、空き端子の終端処理のためにロウレベル（グランドレベル）に終端する端子としてもよい。

また、この端子Ｔ１１には、端子Ｔ１と同様に、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１１、Ｄ１２が接続される。ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１１は、カソードがＶＤＤ配線、アノードが端子Ｔ１１に接続される。また、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ１２は、アノードが端子Ｔ１１、カソードがＶＳＳ配線に接続される。

制御部ＣＮＴは、実施の形態１と同様、セルモニタ部ＣＭＵからの電圧監視動作開始指令に応じ、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬを制御する。また、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣのスイッチ回路の制御を行う。更に、セルモニタ部ＣＭＵからのテスト指令に応じて、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１の導通状態を制御する。

更に、制御部ＣＮＴは端子Ｔ１、Ｔ１１と接続される。これは、上述した例のように、端子Ｔ１、Ｔ１１がセルモニタ部ＣＭＵの電圧監視モジュールＶＭＭｋを識別するためのアドレス設定端子であり、セルモニタ部ＣＭＵと通信を行う制御部ＣＮＴが、アドレス設定端子の値（本例では「０」）を取得する必要があるためである。

また、制御部ＣＮＴは、ロジック回路であり複数のＮＭＯＳトランジスタやＰＭＯＳトランジスタからなる。よって、制御部ＣＮＴがアドレス設定端子である端子Ｔ１、Ｔ１１から入力する電圧信号もＶＳＳ配線側にはＮＭＯＳトランジスタが接続される。そして、実施の形態１での説明と同様、ＮＭＯＳトランジスタは寄生ダイオードを有するため、それら端子Ｔ１、Ｔ１１に対応する制御部ＣＮＴ内の寄生ダイオードをそれぞれＤ０、Ｄ１０とする。また、スイッチ回路ＳＷ１１を構成するＮＭＯＳトランジスタにも寄生ダイオードが存在する。この寄生ダイオードをＤ１３とする。

以下に、本実施の形態２の電圧監視モジュールＶＭＭｋが上記動作を行った場合の動作状態について説明する。なお、電圧監視モジュールＶＭＭｋの動作フローは、実施の形態１で説明した図６と同様であり、ここでの説明は省略する。

まず、図６のステップＳ１０１では、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１がオフ状態となる。この状態で、電圧監視モジュールＶＭＭｋが動作すると、グランド端子Ｖ５がオープン不良を起こしている場合、実施の形態１と同様、回路電流のようにグランド端子Ｖ５に流れずに、上記寄生ダイオードＤ０、Ｄ１０、Ｄ３、Ｄ１３、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２、Ｄ１２を経由して、グランドレベルに接続される端子Ｔ１、Ｔ１１から流れ出る。

このとき、ＶＳＳ配線の電位は、実施の形態１と同様、グランドレベルに対してダイオード１個分上昇した値、例えば６００ｍＶ程度上昇した値となる。そして、この６００ｍＶ程度上昇したＶＳＳ配線の電位を元に、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣが電池セルＥＣ４の電圧をデジタル変換し、デジタル値ＤＤ１として出力する。このデジタル値は、オープン不良のない正常な場合の値と比べて、６００ｍＶ程度小さい値となる。そして、この値は、図６のステップＳ１０３、Ｓ１０４で説明したように、セルモニタ部ＣＭＵへ送信され、記憶される。

次に、図６のステップＳ１０５では、スイッチ回路ＳＷ１がオン状態となる。この状態で、電圧監視モジュールＶＭＭｋが動作すると、グランド端子Ｖ５がオープン不良を起こしているため回路電流はグランド端子Ｖ５に流れず、オン状態のスイッチ回路ＳＷ１及びＳＷ１１を経由して、グランドレベルに接続される端子Ｔ１、Ｔ１１から流れ出る。

このとき、ＶＳＳ配線の電位は、グランドレベルに対して、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１であるＮＭＯＳトランジスタのオン抵抗の合成抵抗の電圧ドロップ分、例えば５０ｍＶ程度しか上昇しない。そして、この５０ｍＶ程度上昇したＶＳＳ配線の電位を元に、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣが電池セルＥＣ４の電圧をデジタル変換し、デジタル値ＤＤ２として出力する。このデジタル値は、オープン不良のない正常な場合の値と比べて、５０ｍＶ程度小さい値となる。そして、この値は、図６のステップＳ１０７で説明したように、セルモニタ部ＣＭＵへ送信される。その後、デジタル値ＤＤ１（上記６００ｍＶ程度小さい値）とＤＤ２（上記５０ｍＶ程度小さい値）の比較が行われ、その差の５５０ｍＶ程度の電圧差がセルモニタ部ＣＭＵで判断され、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生していることが検出できる。そして、セルモニタ部ＣＭＵから電池管理部ＢＭＵにオープン不良発生のエラー通知が報告される。

なお、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生していない場合では、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１がオフ状態でもオン状態でも、回路電流は正常にグランド端子Ｖ５に流れ出る。このため、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１がオフ状態でもオン状態でも、ＶＳＳ配線の電位がグランドレベルと同電位となる。よって、Ａ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣから出力されるデジタル値ＤＤ１、ＤＤ２の値は変化がなく、このことをセルモニタ部ＣＭＵが判断し、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生していないことが検出される。

以上のように本実施の形態２では、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１を有し、そのスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１がオン状態のときと、オフ状態のときのそれぞれのＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣの出力デジタル値を比較することで、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生しているか、発生していないかを判断する。ここで、本実施の形態２では、グランドレベルに接続される複数のスイッチ回路（ＮＭＯＳトランジスタ）が並列接続となっており、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１がオン状態時のオン抵抗の合成抵抗も半分程度となる。このため、その合成抵抗に応じた電圧ドロップが、実施の形態１に対して半分程度に小さくなる。

このため、実施の形態１と比較して、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１がオン状態のときと、オフ状態のときのそれぞれのＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣからの出力デジタル値の差も大きくなり、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生している場合の不良検出を確実にすることができる。よって、電池システム全体の信頼性をより向上させることが可能となる。

なお、上記例では、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ１１の２個としているが、更に複数であってもよい。この場合、ｐ個のスイッチ回路を用いる場合、オン時の合成抵抗に応じた電圧ドロップが、実施の形態１に対して１／ｐ程度に小さくなる。このため、それらスイッチ回路群のオン状態のときと、オフ状態のときのそれぞれのＡ／ＤコンバータＶＭＣ＿ＡＤＣの出力デジタル値の差も大きくなり、グランド端子Ｖ５にオープン不良が発生している場合の不良検出を更に確実にすることができる。

発明の実施の形態３

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態３でも、実施の形態１と同様、図１〜図３で説明された電圧監視モジュールのうち任意のものについて説明する。また、その電圧監視モジュールでも、特に電源回路、電圧測定回路等を中心に注目し、本実施の形態３に直接関係のないセルバランス回路とそれに関連する構成は以降の図面において省略する。

図１１に本実施の形態３にかかる電圧監視システムＶＭＳの電圧監視モジュールＶＭＭｋ（ｋは１〜ｎのうち任意の数）と、それに対応する電池モジュールＥＭｋとの関係を示す。また、本実施の形態３でも、実施の形態１と同様、図が煩雑になるのを避けるため、図３で説明したレジスタＶＭＣ＿ＲＥＧ及び制御回路ＶＭＣ＿ＣＯＮ及び通信回路ＶＭＣ＿Ｃをまとめて制御部ＣＮＴとし、電池セル数も４個（ＥＣ１〜ＥＣ４）する。

図１１に示すように、電圧監視モジュールＶＭＭｋは、選択回路ＶＭＣ＿ＳＥＬと、電源回路ＶＭＭ＿Ｓと、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）ＶＭＣ＿ＡＤＣと、制御部ＣＮＴと、スイッチ回路ＳＷ１と、ＶＣＣ配線と、ＶＳＳ配線と、ＶＤＤ配線と、電圧入力端子Ｖ１〜Ｖ５と、電源端子ＶＣＣと、通信入力端子Ｔｉｎと、通信出力端子Ｔｏｕｔと、端子Ｔ１と、ＥＳＤ保護用ダイオードＤ２を有する。

なお、図１１に示された符号のうち、図４と同じ符号を付した構成は、図４と同じか又は類似の構成を示している。実施の形態１と異なる点はスイッチ回路ＳＷ１の寄生ダイオードを端子Ｔ１のＥＳＤ保護用ダイオードに利用している点である。

スイッチ回路ＳＷ１は、端子Ｔ１とＶＳＳ配線との間に接続される。そして、制御部ＣＮＴからのスイッチ制御信号に応じて、導通状態が制御される。このスイッチ回路ＳＷ１は、ＮＭＯＳトランジスタで構成される。このＮＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間に有する寄生ダイオードをＤ２１とする。スイッチ回路ＳＷ１のＮＭＯＳトランジスタがオフ状態のときの上記寄生ダイオードを端子Ｔ１のＥＳＤ保護用ダイオードとする。

なお、電圧監視モジュールＶＭＭｋの動作フローは、実施の形態１で説明した図６と同様であり、それによる動作状態や効果も同様である。

以上、本実施の形態３の電圧監視モジュールＶＭＭｋでは、スイッチ回路ＳＷ１がＥＳＤ保護用ダイオードを兼用しており、実施の形態１で説明した図４の回路構成からＥＳＤ保護用ダイオードＤ２を削除することができる。このため、実施の形態１の電圧監視モジュールＶＭＭｋと比較して、回路規模を削減することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものでなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、スイッチ回路ＳＷ１が接続される端子Ｔ１について、実施の形態１では、電池セルＥＣ４の低電圧側（グランドレベル）に接続されるアドレス設定端子や、同じくグランドレベルに終端されるチップの不使用端子としたが、電圧監視モジュールＶＭＭｋの備える端子のなかで、最低の電圧が供給される端子であれば特に特定されたものでなくてよい。

例えば、アドレス設定端子が全て値「１」となる、つまり電池セルＥＣ１の正極側（電源電圧レベル）に接続され、グランドレベルに終端されるチップの不使用端子も無く、電池セルＥＣ４の負極側（グランドレベル）に接続される端子が無い場合では、電源回路ＶＭＭ＿ＳがＶＤＤ配線に供給する電圧から所定の値低い電圧が供給される端子を端子Ｔ１としてもよい。但し、この所定の値低い電圧は、電圧入力端子Ｖ４に印加される電圧より、低い値となることが必要である。

一例として、電圧監視モジュールＶＭＭｋにバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給端子等が考えられる。この場合、端子Ｔ１はグランドレベルに接続されていなくても、実施の形態１で説明したのと同様、回路電流がこの最低電圧が供給される端子Ｔ１から流れ出ることになる。このため、実施の形態１と同様、図６の動作フローを行うことで、グランド端子Ｖ５のオープン不良が検出可能となる。

また、電圧入力端子Ｖ４に印加される電圧より高い電圧しか印加される端子しかない場合、電圧入力端子Ｖ４に接続されるＥＳＤ保護用ダイオードを経由して図７、図８で説明した回路電流が、電圧入力端子Ｖ４から流れ出ることになる。このため、端子Ｔ１に相当する端子として電圧入力端子Ｖ４も該当する。このため、上記のような構成では、電圧入力端子Ｖ４とＶＳＳ配線間にスイッチ回路ＳＷ１が接続されてもよい。

ＶＭＳ 電圧監視システム
ＶＭＭ１〜ＶＭＭｎ 電圧監視モジュール
ＩＮＳ１、ＩＮＳ２ 絶縁素子
ＣＭＵ セルモニタ部
ＢＭＵ 電池管理部
ａｓｓｙ 組電池
ＥＣ１〜ＥＣｍ 電池セル
ＶＭＣ 電圧測定回路
ＶＭＣ＿ＳＥＬ 選択回路
ＶＭＣ＿ＡＤＣ Ａ／Ｄコンバータ
ＶＭＣ＿ＲＥＧ レジスタ
ＶＭＣ＿ＣＯＮ 制御回路
ＶＭＣ＿Ｃ 通信回路
ＣＮＴ 制御部

Claims (25)

1. 直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、
   前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、
   前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器の出力したデジタル値を外部コントローラに送信する制御部と、を備える電圧監視回路であって、
   前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内にグランドレベルを供給するグランド配線と、
   当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、を有し、
   前記第１の端子と、前記グランド配線との間にＥＳＤ保護用ダイオードが接続される
   電圧監視回路。
2. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路の複数の入出力端子からなり、
   前記第１のスイッチ回路は、それら複数の入出力端子のそれぞれと前記グランド配線間に接続される複数のスイッチ回路からなる
   請求項１に記載の電圧監視回路。
3. 前記複数の電池セルのうち高電位側に接続される電池セルが供給する電圧を入力する電源端子と前記グランド配線との間に接続され、前記ＡＤ変換器の動作電圧を生成し、内部電源配線を経由して供給する電源回路を備え、
   前記ＡＤ変換器は、前記内部電源配線と前記グランド配線との間に接続される
   請求項１又は２に記載の電圧監視回路。
4. 前記ＡＤ変換器は、
   前記選択回路により選択された電池セルの両端電圧の電位差を保持するサンプリングキャパシタと、
   前記グランド配線の電圧を基準にして、前記サンプリングキャパシタの両端の電位差に応じたデジタル値を出力する計測部と、
   前記サンプリングキャパシタの両端に生じた電位差を前記計測部に転送する伝達スイッチと、を有する
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の電圧監視回路。
5. 前記制御部は、
   前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第１のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、
   もしくは、前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を非導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第２のデジタル値を前記外部コントローラに送信する
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電圧監視回路。
6. 前記第１の端子は、前記複数の電池セルのうち当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を供給する第１の電池セルの低電位側端子に接続される
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電圧監視回路。
7. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路のＩＤを設定する設定端子の１つであり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、固定した第１の設定値を前記制御部に供給する
   請求項６に記載の電圧監視回路。
8. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路が搭載されるチップの不使用端子であり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、終端処理される
   請求項６に記載の電圧監視回路。
9. 直列に接続された複数の電池セルのうち１つの電池セルの両端電圧をデジタル信号に変換して、出力する複数の電圧監視回路と、
   前記複数の電圧監視回路からのデジタル信号に応じて、前記複数の電圧監視回路のそれぞれに対応する電池セルの異常を検知するコントローラと、を備える電圧監視システムであって、
   前記電圧監視回路は、当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を入力するグランド端子と、固定された最低電位が供給される第１の端子と、当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を供給するグランド配線と前記第１の端子との間に接続されるスイッチ回路と、を備え、
   前記スイッチ回路は、前記コントローラからのテスト制御信号に応じて、導通状態が制御される
   電圧監視システム。
10. 当該電圧監視システムが、車載用の組電池の出力電圧を監視することに用いられる
    請求項９に記載の電圧監視システム。
11. 直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、
    前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、
    前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、
    前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内のグランドレベルを供給するグランド配線と、
    当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、を有する電圧監視回路のテスト方法であって、
    外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第１のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、
    もしくは、前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を非導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第２のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、
    前記第１、第２のデジタル値を比較することで、前記グランド端子のオープン不良を判定する
    電圧監視回路のテスト方法。
12. 直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、
    前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、
    前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、
    前記ＡＤ変換器の出力したデジタル値を外部コントローラに送信する制御部と、を備える電圧監視回路であって、
    前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内にグランドレベルを供給するグランド配線と、
    当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、を有し、
    前記第１の端子は、当該電圧監視回路の複数の入出力端子からなり、
    前記第１のスイッチ回路は、それら複数の入出力端子のそれぞれと前記グランド配線間に接続される複数のスイッチ回路からなる
    電圧監視回路。
13. 前記複数の電池セルのうち高電位側に接続される電池セルが供給する電圧を入力する電源端子と前記グランド配線との間に接続され、前記ＡＤ変換器の動作電圧を生成し、内部電源配線を経由して供給する電源回路を備え、
    前記ＡＤ変換器は、前記内部電源配線と前記グランド配線との間に接続される
    請求項１２に記載の電圧監視回路。
14. 前記ＡＤ変換器は、
    前記選択回路により選択された電池セルの両端電圧の電位差を保持するサンプリングキャパシタと、
    前記グランド配線の電圧を基準にして、前記サンプリングキャパシタの両端の電位差に応じたデジタル値を出力する計測部と、
    前記サンプリングキャパシタの両端に生じた電位差を前記計測部に転送する伝達スイッチと、を有する
    請求項１２又は１３に記載の電圧監視回路。
15. 前記制御部は、
    前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第１のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、
    もしくは、前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を非導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第２のデジタル値を前記外部コントローラに送信する
    請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載の電圧監視回路。
16. 前記第１の端子は、前記複数の電池セルのうち当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を供給する第１の電池セルの低電位側端子に接続される
    請求項１２〜請求項１５のいずれか１項に記載の電圧監視回路。
17. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路のＩＤを設定する設定端子の１つであり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、固定した第１の設定値を前記制御部に供給する
    請求項１６に記載の電圧監視回路。
18. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路が搭載されるチップの不使用端子であり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、終端処理される
    請求項１６に記載の電圧監視回路。
19. 直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、
    前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、
    前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、
    前記ＡＤ変換器の出力したデジタル値を外部コントローラに送信する制御部と、を備える電圧監視回路であって、
    前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内にグランドレベルを供給するグランド配線と、
    当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、を有し、
    前記制御部は、
    前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第１のデジタル値を前記外部コントローラに送信し、
    もしくは、前記外部コントローラからのテスト指令に応じて、前記第１のスイッチ回路を非導通状態とさせ、前記外部コントローラからの電圧監視指令に応じて、前記選択回路が少なくとも、前記複数の電池セルのうち前記グランド端子と接続される電池セルの両端電圧を選択させたときの第２のデジタル値を前記外部コントローラに送信する
    電圧監視回路。
20. 前記第１の端子は、前記複数の電池セルのうち当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を供給する第１の電池セルの低電位側端子に接続される
    請求項１９に記載の電圧監視回路。
21. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路のＩＤを設定する設定端子の１つであり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、固定した第１の設定値を前記制御部に供給する
    請求項２０に記載の電圧監視回路。
22. 前記第１の端子は、当該電圧監視回路が搭載されるチップの不使用端子であり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、終端処理される
    請求項２０に記載の電圧監視回路。
23. 前記複数の電池セルのうち高電位側に接続される電池セルが供給する電圧を入力する電源端子と前記グランド配線との間に接続され、前記ＡＤ変換器の動作電圧を生成し、内部電源配線を経由して供給する電源回路を備え、
    前記ＡＤ変換器は、前記内部電源配線と前記グランド配線との間に接続される
    請求項１９〜請求項２２の何れか１項に記載の電圧監視回路。
24. 前記ＡＤ変換器は、
    前記選択回路により選択された電池セルの両端電圧の電位差を保持するサンプリングキャパシタと、
    前記グランド配線の電圧を基準にして、前記サンプリングキャパシタの両端の電位差に応じたデジタル値を出力する計測部と、
    前記サンプリングキャパシタの両端に生じた電位差を前記計測部に転送する伝達スイッチと、を有する
    請求項１９〜請求項２３の何れか１項に記載の電圧監視回路。
25. 直列に接続された複数の電池セルのそれぞれの両端電圧を入力する電圧入力端子と、
    前記電圧入力端子のうち２つを選択することで、前記複数の電池セルのうち何れか１つの両端電圧を選択する選択回路と、
    前記選択回路が選択した電池セルの両端電圧をデジタル値に変換するＡＤ変換器と、
    前記ＡＤ変換器の出力したデジタル値を外部コントローラに送信する制御部と、を備える電圧監視回路であって、
    前記電圧入力端子のうち当該電圧監視回路のグランドレベルの電圧を入力するグランド端子と接続され、当該電圧監視回路内にグランドレベルを供給するグランド配線と、
    当該電圧監視回路が備える入出力端子のうち前記グランド端子以外で、固定された最低電位が供給される第１の端子と、前記グランド配線との間に接続される第１のスイッチ回路と、を有し、
    前記第１の端子は、前記複数の電池セルのうち当該電圧監視回路のグランドレベル電圧を供給する第１の電池セルの低電位側端子に接続され、
    前記第１の端子は、当該電圧監視回路のＩＤを設定する設定端子の１つであり、前記第１の電池セルの低電位側端子に接続されることで、固定した第１の設定値を前記制御部に供給する
    電圧監視回路。

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