JP2011078163A - 組電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準電圧を多段に切り替えるための回路の規模の増大を抑制することができる組電池制御装置を提供する。
【解決手段】切替部４０に複数の電圧切替回路４１を設け、基準電圧を複数段に相対変化させて基準電圧の自発変化を検出する構成とする。ここで、複数の電圧切替回路４１による基準電圧の相対変化の範囲を、各セル１ａ〜１ｄの全電圧範囲８０のうち一部の使用電圧範囲８１、８２内に設定する。これにより、セル１ａ〜１ｄの電圧の全電圧範囲８０に対して基準電圧が相対変化させられるように電圧切替回路４１を設けなくても良いので、各セル１ａ〜１ｄに対する検出電圧切替回路４１の数が必要最小限で済み、ひいては組電池制御装置２の回路規模の増大が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池制御装置に関する。

従来より、組電池の過充電や過放電を検出するための基準電圧が自発変化したことを検出する機能を備えた組電池制御装置が、例えば特許文献１で提案されている。この組電池制御装置では、組電池を構成する単位セルの電圧と基準電圧とを比較するに際し、基準電圧が特定の電圧に１段階だけ相対変化させられる。そして、基準電圧が相対変化させられたにもかかわらず基準電圧と単位セルの電圧との大小関係が逆転しないときには、基準電圧の自発変化が大きいと判定される。このようにして、基準電圧の自発変化が検出される。

特開２００３−９２８４０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、基準電圧を相対変化させる場合、セル電圧が特定の電圧である必要があり、組電池の使用状況により必ずしも特性ずれを検出できないので、基準電圧の自発変化の判定の信頼性が低いという問題があった。

そこで、基準電圧を多段に切り替え、多段に切り替えた基準電圧と単位セルの電圧との大小関係をそれぞれ比較することにより、基準電圧の自発変化を検出することが考えられる。しかし、単位セルの電圧は０Ｖから最大値までの電圧範囲を持っているので、基準電圧を多段にしようとすると、基準電圧切替回路が切替段数分だけ必要となる。このため、基準電圧を多段にすると、組電池制御装置の回路規模が増大するという問題があった。

本発明は上記点に鑑み、基準電圧を多段に切り替えるための回路の規模の増大を抑制することができる組電池制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、互いに直列接続されて組電池を構成する複数のセルの電圧を監視する組電池制御装置であって、
セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
セルの電圧を基準電圧と比較する電圧比較手段と、
基準電圧を相対変化させる電圧切替回路を複数有する切替手段と、
電圧比較手段が出力する比較結果に基づいて組電池の状態を判定する一方、電圧検出手段により検出されたセルの電圧と基準電圧との比較結果と複数の電圧切替回路により基準電圧が複数段に相対変化させられたときの電圧比較手段の比較結果とに基づいて基準電圧の自発変化の有無を判定する判定手段と、を備え、
複数の電圧切替回路による基準電圧の相対変化の範囲は、セルの最小電圧から最大電圧までの全電圧範囲のうちセルで使用される使用電圧範囲に設定されており、
判定手段は、複数の電圧切替回路により切り替えられた複数段の基準電圧とセルの電圧との各比較に基づいて基準電圧の自発変化を検出することを特徴とする。

このように、基準電圧を相対変化させる電圧の範囲がセルで使用される電圧の範囲内に限定されているので、切替手段に設けられる検出電圧切替回路の数を必要最小限とすることができる。したがって、組電池制御装置の回路規模の増大を抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、基準電圧の相対変化の範囲は、当該範囲の上限値がセルの過充電を示す電圧に設定されており、判定手段は、基準電圧の相対変化の範囲の上限値を上回る場合、セルが過充電であるという異常判定を行うことを特徴とする。

これにより、セルの過充電による故障を防止することができる。したがって、セルの安全性の向上を図ることができる。

請求項３に記載の発明では、基準電圧の相対変化の範囲は、当該範囲の下限値が前記セルの過放電を示す電圧に設定されており、判定手段は、基準電圧の相対変化の範囲の下限値を下回ると判定した場合、セルの動作を停止させることを特徴とする。

これにより、過放電の際にはセルの動作が停止されるので、さらなるセルの放電を防止することができる。したがって、セルの信頼性の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明では、基準電圧発生手段、電圧比較手段、および切替手段を備えて構成される回路を過充放電検出回路とすると、
過充放電検出回路は、複数のセルのうちの１つのセルに対して複数設けられていることを特徴とする。

これによると、１つのセルの過放電は複数の過充放電検出回路により監視されるので、セルの電圧監視の冗長性を高めることができる。このように、１つのセルに対して複数の切替手段を設けたとしても、基準電圧を相対変化させる電圧の範囲はセルで使用される電圧の範囲内に限定されているので、各切替手段に備えられる電圧切替回路の数をそれぞれ必要最小限とすることができる。したがって、過充放電の監視の冗長性を高めたとしても、組電池制御装置の回路規模の増大を抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、使用電圧範囲は、全電圧範囲のうちの最も使用頻度が高い電圧を中心に設定された範囲であることを特徴とする。

これにより、最も使用頻度が高い電圧に対して過充電および過放電を適切に判定することができる。

請求項６に記載の発明では、セルは、内燃機関から出力される駆動力および走行用電動モータから出力される駆動力の少なくとも一方により走行可能な車両に搭載され、セルで使用される使用電圧範囲は、セルの満充電電圧に対して６０％を中心とし±２０％以下の範囲であることを特徴とする。

上記の内燃機関の駆動力および走行用電動モータの駆動力の少なくとも一方により走行可能な車両いわゆるハイブリッド車では、セルの満充電電圧に対して６０％前後の電圧の使用頻度が高いので、基準電圧を相対変化させる電圧の範囲をこの６０％±２０％の範囲に限定することで過充放電を適切に判定できる。

請求項７に記載の発明では、セルは、走行用電動モータから出力される駆動力により走行可能な車両に搭載され、セルで使用される使用電圧範囲は、セルの満充電電圧に対して４０％から８０％までの範囲であることを特徴とする。

上記の走行用電動モータの駆動力により走行可能な車両すなわち電気自動車では、セルの満充電電圧に対して８０％の電圧の使用頻度が高いので、基準電圧を相対変化させる電圧の範囲をこの８０％から−４０％以下までの範囲に限定することで過充放電を適切に判定できる。

本発明の第１実施形態に係る組電池制御装置を含んだ組電池制御システムの全体構成図である。 リチウムイオン電池の電圧特性を示した図である。 電圧切替回路の数を説明するための図である。 過充電を検出する異常検出処理の内容を表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る組電池制御装置を含んだ組電池制御システムの全体構成図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される組電池制御装置は、例えば、内燃機関から出力される駆動力および走行用電動モータから出力される駆動力の少なくとも一方により走行可能な車両すなわちハイブリッド車（ＨＶ車）や走行用電動モータから出力される駆動力により走行可能な車両すなわち電気自動車（ＥＶ車）等に搭載される車載バッテリの監視に適用することができる。

図１は、本実施形態に係る組電池制御装置を含んだ組電池制御の全体構成図である。図１に示されるように、組電池制御システムは、組電池１と組電池制御装置２とを備えて構成されている。

組電池１は、複数のセル１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが互いに直列接続されて構成された電圧源である。セル１ａ〜１ｄは、例えば、充電可能なリチウムイオン二次電池である。また、組電池１は、例えばＨＶ車の場合、車両加速時にモータでエンジンをアシストする際の電力供給源として用いられる。一方、ＥＶ車の場合、組電池１は走行用電動モータの駆動力を発生させるモータの電力供給源として用いられる。

組電池制御装置２は、セル１ａ〜１ｄの電圧と規定値（閾値）とを比較することによりセル１ａ〜１ｄそれぞれの電圧の監視を行うように構成された装置である。セル１ａ〜１ｄは二次電池であるので、組電池制御装置２はセル１ａ〜１ｄの過充電および過放電を監視することとなる。このような組電池制御装置２は、過充放電検出回路３と電池ＥＣＵ４とを備えて構成されている。

過充放電検出回路３は、複数個のセル１ａ〜１ｄを１つのブロックとして、このブロックの状態を監視するように構成された回路である。本実施形態では４つのセル１ａ〜１ｄが１つのブロックとされ、この１つのブロックに１つの過充放電検出回路３が接続されている。

なお、実際には複数のブロックが直列接続されている。そして、過充放電検出回路３が各ブロックにそれぞれ接続され、各過充放電検出回路３が電池ＥＣＵ４に接続されている。図１ではそのうちの１つのブロックおよび１つの過充放電検出回路３が示されている。

また、過充放電検出回路３はブロックの両端の電圧を入力し、当該両端の電圧を電池ＥＣＵ４に出力している。このため、過充放電検出回路３はブロックの正極側の電圧（ＶＢＢ１）を出力するための正極端子１０と、ブロックの負極側の電圧（ＶＢＢ２）を出力するための負極端子１１と、を備えている。正極端子１０および負極端子１１は、過充放電検出回路３と電池ＥＣＵ４との間に設けられたスイッチ２０およびスイッチ２１が電池ＥＣＵ４によりオン／オフされることで電池ＥＣＵ４に接続される。

過充放電検出回路３は、基準電圧源３０、３１、３２、３３と、切替部４０と、比較器５０、５１、５２、５３と、ＯＲ回路６０と、ＡＮＤ回路６１と、Ｉ／Ｆ部７０と、を備えている。

基準電圧源３０〜３３は、セル１ａ〜１ｄの負極側の電位を基準として一定の基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）を発生させる電圧源である。この基準電圧源３０〜３３は、各比較器５０〜５３の反転入力端子（−）と各セル１ａ〜１ｄの負極側との間にそれぞれ接続されている。

切替部４０は、セル１ａ〜１ｄの電圧から閾値に相当する閾値電圧を生成するように構成されたスイッチ手段である。言い換えると、基準電圧を相対変化させる役割を果たすものである。この閾値電圧は、比較器５０〜５３の非反転入力端子（＋）に出力される。

また、切替部４０は、基準電圧を相対変化させるべく１つのセル１ａ〜１ｄに対して複数の電圧切替回路４１をそれぞれ有している。各電圧切替回路４１は、ｐｎｐ型のトランジスタ４２、抵抗４３、４４、４５、およびダイオード４６を備えている。

各セル１ａ〜１ｄに対する電圧切替回路４１の構成は共通しているので、以下、１つのセル１ａに対する構成について説明する。

セル１ａの正極側にトランジスタ４２のエミッタが接続され、トランジスタ４２のコレクタが抵抗４３を介して比較器５０の非反転入力端子に接続されている。また、トランジスタ４２のベースとセル１ａの正極側との間に抵抗４４が接続され、さらに当該ベースに抵抗４５およびダイオード４６が接続されている。

ダイオード４６は、切替部４０に設けられたトランジスタ４７のコレクタに接続され、当該トランジスタ４７のコレクタおよびエミッタを介してセル１ａの負極側に接続されている。なお、トランジスタ４７は、直列接続された各セル１ａ〜１ｄに係る各電圧切替回路４１に対して共通になっている。

そして、トランジスタ４７は、過充放電検出回路３に設けられたクロック端子１２に入力されるクロック信号ＣＬＫ１に応じて駆動される。すなわち、クロック端子１２とセル１ｄの負極側との間に直列接続された抵抗６２、６３の接続点がトランジスタ４７のベースに接続され、クロック信号ＣＬＫ１が論理「Ｈ」であるときに、トランジスタ４７が導通状態となる。なお、クロック信号ＣＬＫ１の論理「Ｈ」や「Ｌ」は過充放電検出回路３と電池ＥＣＵ４との間のスイッチ２２が電池ＥＣＵ４によりオン／オフされることで生成される。

このような電圧切替回路４１が１つのセル１ａに対して複数設けられている。そして、セル１ａの両端に抵抗４８および抵抗４９が直列接続されており、１つのセル１ａに対して複数設けられた電圧切替回路４１の各抵抗４３が抵抗４８、４９の接続点にそれぞれ接続されている。この接続点は、比較器５０の非反転入力端子に接続されている。

また、上述のように、各電圧切替回路４１はトランジスタ４７に接続され、各トランジスタ４７に対してクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎがそれぞれ入力される。ｎは１つのセル１ａに設けられた電圧切替回路４１の数に相当する。

クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫｎについては、クロック信号ＣＬＫ１と同様に、過充放電検出回路３に設けられたクロック端子１３、１４、１５にそれぞれ接続された抵抗６２、６３の接続点から各トランジスタ４７のベースにそれぞれ入力される。各クロック端子１３、１４、１５はスイッチ２３、２４、２５を介して電池ＥＣＵ４に接続されており、電池ＥＣＵ４により各スイッチ２３、２４、２５がオン／オフされることで各クロック信号ＣＬＫ２〜ＣＬＫｎが生成されるようになっている。

以上のように、１つのセル１ａに対して複数の電圧切替回路４１が設けられ、例えばクロック信号ＣＬＫ１が論理「Ｈ」とされると、１つのトランジスタ４７が導通状態となる。これにより、複数の電圧切替回路４１のうちの１つのトランジスタ４２がオン状態となるため、抵抗４８、４９の接続点の電位が変化する。これは、セル１ａの両端の電圧と比較する閾値電圧を低下させるのと同一の効果がある。

本実施形態では、１つのセル１ａに対して複数の電圧切替回路４１が設けられているので、各電圧切替回路４１の各トランジスタ４２のオン／オフが制御されることで、閾値電圧の値を段階的に切り替えることが可能となる。閾値電圧が段階的に切り替えられる範囲の最大値および最小値は、過充電を示す閾値電圧および過放電を示す閾値電圧である。

そして、上記のように１つのセル１ａに対して複数の電圧切替回路４１が設けられている構成は、他のセル１ｂ〜１ｄについても共通している。

比較器５０〜５３は、セル１ａ〜１ｄの電圧を基準電圧と比較するものである。各比較器５０〜５３の非反転入力端子には切替部４０において切り替えられた閾値電圧が入力され、反転入力端子には各基準電圧源３０〜３３の基準電圧がそれぞれ入力される。すなわち、各比較器５０〜５３の反転入力端子には各セル１ａ〜１ｄの負極側の電圧を基準とする基準電圧が入力され、非反転入力端子には各セル１ａ〜１ｄの両端の電圧の所定の分圧（つまり閾値電圧）が入力される。

ＯＲ回路６０は、各比較器５０〜５３の各出力の論理和信号を生成する論理回路である。また、ＡＮＤ回路６１は、各比較器５０〜５３の各出力の論理積信号を生成する論理回路である。これら論理和信号と論理積信号とクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎとの組み合わせにより、電池ＥＣＵ４にて過充電または過放電が判定される。

具体的には、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎが論理「Ｌ」である過充電状態検出時において、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎ、ＯＲ回路６０の出力、およびＡＮＤ回路６１の出力の論理和が論理「Ｈ」であるとき、セル１ａ〜１ｄのすべてが過充電ではなく正常であることを意味する。また、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎ、ＯＲ回路６０の出力、およびＡＮＤ回路６１の出力の論理和が論理「Ｌ」であるとき、セル１ａ〜１ｄのうち少なくとも１つが過充電状態であるか、切替部４０、基準電圧源３０〜３３、比較器５０〜５３のいずれかが異常であることを意味する。

一方、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎが論理「Ｈ」である過放電検出時において、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎ、ＯＲ回路６０の出力、およびＡＮＤ回路６１の出力の論理和が論理「Ｌ」であるとき、セル１ａ〜１ｄのすべてが過放電ではなく正常であることを意味する。また、クロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎ、ＯＲ回路６０の出力、およびＡＮＤ回路６１の出力の論理和が論理「Ｈ」であるとき、セル１ａ〜１ｄのうち少なくとも１つが過放電状態であるか、切替部４０、基準電圧源３０〜３３、比較器５０〜５３のいずれかが異常であることを意味する。

Ｉ／Ｆ部７０は、ＯＲ回路６０とＡＮＤ回路６１との出力に基づいて、上記の論理和信号と論理積信号とを電池ＥＣＵ４にそれぞれ出力する定電流回路である。このようなＩ／Ｆ部７０は、抵抗７１、ダイオード７２、ｐｎｐ型のトランジスタ７３、抵抗７４、抵抗７５、および抵抗７６を備えている。このうちの抵抗７５および抵抗７６は直列接続され、抵抗７５はブロック（４つのセル１ａ〜１ｄを直列接続したもの）の正極側に接続されている。

ＯＲ回路６０に対しては、抵抗７１は、ＯＲ回路６０の出力端子とブロックの正極側との間に接続されている。ダイオード７２は、ブロックの正極側とＯＲ回路６０の出力端子との間に接続されている。

また、トランジスタ７３のベースはＯＲ回路６０の出力端子に接続され、トランジスタ７３のエミッタは抵抗７４を介してブロックの正極側に接続されている。さらに、トランジスタ７３のコレクタは、抵抗７６に接続されている。

Ｉ／Ｆ部７０において、ＡＮＤ回路６１に対する構成は、上記のＯＲ回路６０に対する構成と同じになっている。このような構成によると、ＯＲ回路６０やＡＮＤ回路６１の出力により各トランジスタ７３がオン／オフするので、Ｉ／Ｆ部７０の合成抵抗値が変化する。

そして、Ｉ／Ｆ部７０の抵抗７６は過充放電検出回路３に設けられた抵抗６４を介してブロックの負極側に接続され、抵抗７６と抵抗６４との接続点が過充放電検出回路３に設けられた出力端子１６に接続されている。出力端子１６は、過充放電検出回路３と電池ＥＣＵ４との間に設けられたスイッチ２６が電池ＥＣＵ４によりオン／オフされることで電池ＥＣＵ４に接続される。これにより、Ｉ／Ｆ部７０から出力された論理和信号や論理積信号が過充放電検出回路３の出力（ＯＣＤＳ）とされ、電池ＥＣＵ４に入力される。

電池ＥＣＵ４は、比較器５０〜５３が出力する比較結果に基づいて組電池１の状態を判定する機能を備えている。すなわち、電池ＥＣＵ４は、過充放電検出回路３の出力（ＯＣＤＳ）やクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎの論理の組み合わせに基づいて、セル１ａ〜１ｄの電圧が一定の電圧範囲内であるかを判定する。これにより、電池ＥＣＵ４は、セル１ａ〜１ｄの過充電または過放電を検出し、ひいては組電池１の状態を判定する。

また、電池ＥＣＵ４は、ブロック電圧検出部４ａにより検出されたセル１ａ〜１ｄの電圧と複数の電圧切替回路４１により基準電圧が複数段に相対変化させられたときの比較器５０〜５３の出力とに基づいて基準電圧の自発変化の有無を判定する機能も備えている。このため、電池ＥＣＵ４はブロック電圧検出部４ａを備えている。

ブロック電圧検出部４ａは、ブロックの電圧、すなわち４つのセル１ａ〜１ｄが直列接続された電圧を検出するものである。このため、ブロック電圧検出部４ａはスイッチ２０を介して正極端子１０に接続されていると共に、スイッチ２１を介して負極端子１１に接続されている。そして、ブロック電圧検出部４ａは、検出したブロックの電圧をセル１ａ〜１ｄの数で割ることにより、１つのセルの電圧の平均値を取得する。こうして得られたセル１ａ〜１ｄの電圧の推定値が、切替部４０における基準電圧の自発変化を検出するために用いられる。

具体的に、電池ＥＣＵ４は以下のようにして基準電圧の自発変化を検出する。まず、ブロック電圧検出部４ａによりブロックの電圧を検出する。また、電池ＥＣＵ４は、切替部４０の各電圧切替回路４１を切り替えて基準電圧を相対変化させていったときの比較器５０〜５３の出力を得る。すなわち、電池ＥＣＵ４はＯＲ回路６０およびＡＮＤ回路６１の出力を取得する。

そして、電池ＥＣＵ４はブロック電圧検出部４ａにより検出したセル１ａ〜１ｄの電圧の推定値と基準電圧との大小関係を比較した比較結果と、複数の電圧切替回路４１により基準電圧が複数段に相対変化させられたときの過充放電検出回路３の比較結果（つまりＯＲ回路６０およびＡＮＤ回路６１の出力）とを比較する。その結果、各比較結果が一致していれば異常はなく、各比較結果が一致していなければ基準電圧の自発変化が起こっていると判定する。

このような電池ＥＣＵ４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶されたプログラムに従ってブロックの各セル１ａ〜１ｄの過充放電の監視や基準電圧の自発変化を検出する。

以上が、本実施形態に係る組電池制御システムおよび組電池制御装置２の全体構成である。

次に、上記過充放電検出回路３において、１つのセル１ａ〜１ｄに対する電圧切替回路４１の数について、図２および図３を参照して説明する。

図２は、リチウムイオン電池の電圧特性を示した図であり、横軸はセル間の充電状態（ＳＯＣ）、縦軸はセル端子電圧（１つのセルの両端の電圧）を示している。また、図３は、電圧切替回路４１の数を説明するための図である。

ここで、ＳＯＣが１００％であるということは、１つのセル１ａ〜１ｄが満充電状態になっていることに相当する。

図２に示されるように、リチウムイオン電池の電圧特性は、ＳＯＣが０〜数％まではセル端子電圧が３．３Ｖ程度まで急激に増加する。また、ＳＯＣが数％〜１００％まではセル端子電圧は一定の上昇率で上昇し、ＳＯＣが１００％を超えると、ＳＯＣが１２０％程度になるまで数％〜１００％の上昇率よりも大きな上昇率で上昇する。ＳＯＣが１２０％のときのセル端子電圧は５．０Ｖ程度である。

このようなリチウムイオン電池の電圧特性において、当該電池の全電圧範囲８０は最小電圧から最大電圧までの範囲であるから、全電圧範囲８０は０Ｖ〜５．０Ｖである。すなわち、上記の各セル１ａ〜１ｄそれぞれの全電圧範囲８０は０Ｖ〜５．０Ｖである。これは、ＳＯＣが０％〜１２０％の範囲に相当する。

そして、組電池１は、上述のように例えばＨＶ車やＥＶ車に搭載される。これらＨＶ車やＥＶ車によって全電圧範囲８０に対する使用電圧範囲８１、８２が設定される。すなわち、セル１ａ〜１ｄの全電圧範囲８０は０〜５．０Ｖであるが、この範囲のうちの一部の範囲が用いられるのである。

使用電圧範囲８１、８２は、全電圧範囲８０のうちセル１ａ〜１ｄで使用される電圧範囲であり、全電圧範囲８０のうちの最も使用頻度が高い電圧を中心に設定された範囲である。これにより、最も使用頻度が高い電圧に対して過充電および過放電を適切に判定できるようにする。

具体的には、組電池１がＨＶ車に搭載される場合、図２に示されるように、各セル１ａ〜１ｄで使用される使用電圧範囲８１は、セル１ａ〜１ｄの満充電電圧に対して例えば６０％±２０％の範囲である。つまり、ＨＶ車におけるセル１ａ〜１ｄの使用電圧範囲８１は、ＳＯＣが４０％〜８０％に相当するセル端子電圧に相当する。このセル端子電圧の範囲は、例えば３．６Ｖ〜３．８Ｖである。

ＨＶ車の場合、全電圧範囲８０のうちの最も使用頻度が高い電圧すなわちＳＯＣは６０％であるので、使用電圧範囲８１はセル１ａ〜１ｄの満充電電圧に対して６０％±２０％の範囲に限定することが好ましい。さらには使用頻度に従い限定すれば、±２０％以下、例えば±１０％とすることにより、使用電圧範囲をさらに限定することが可能である。

一方、組電池１がＥＶ車に搭載される場合、図２に示されるように、各セル１ａ〜１ｄで使用される使用電圧範囲８２は、セル１ａ〜１ｄの満充電電圧に対して例えば２０％から９０％までの範囲である。つまり、使用電圧範囲８２は、ＳＯＣが２０％〜９０％に相当するセル端子電圧に相当する。

ＥＶ車の場合、全電圧範囲８０のうちの最も使用頻度が高い電圧すなわちＳＯＣは８０％であるので、使用電圧範囲８２はセル１ａ〜１ｄの満充電電圧に対して８０％から−４０％までの範囲（８０％に対して−４０％〜＋０％）であることが好ましい。このセル端子電圧の範囲は、例えば３．５Ｖ〜４．０Ｖである。さらには使用頻度に従い限定すれば、−４０％以下、例えば−２０％とすることにより、使用電圧範囲をさらに限定することが可能である。

また、ＨＶ車およびＥＶ車におけるセル１ａ〜１ｄの電圧が使用電圧範囲８１、８２を上回る場合は異常電圧とされ、使用電圧範囲８１、８２を下回る場合は動作禁止電圧とされる。

そして、複数の電圧切替回路４１による基準電圧の相対変化の範囲は、セル１ａ〜１ｄの全電圧範囲８０のうち一部の使用電圧範囲８１、８２内に設定される。この基準電圧の相対変化の範囲は、当該範囲の上限値がセル１ａ〜１ｄの過充電を示す電圧に設定され、当該範囲の下限値がセル１ａ〜１ｄの過放電を示す電圧に設定されている。言い換えると、複数の電圧切替回路４１は、全電圧範囲８０に対応した数のうちの一部すなわち使用電圧範囲８１、８２に対応した範囲となるように設定され、電圧切替回路４１の数も使用電圧範囲８１、８２に適した数に設定される。

以上のことから、全電圧範囲８０すなわち０Ｖ〜５．０Ｖの範囲で電圧の切り替え間隔を０．２Ｖとすると電圧切替回路４１は２５個必要となるが、例えば使用電圧範囲８１、８２が３．１Ｖ〜４．１Ｖである場合には電圧切替回路４１の数は５個で済む。このように、基準電圧の相対変化の範囲を使用電圧範囲８１、８２に限定すれば、電圧切替回路４１の数および回路規模を抑制できる。

なお、電圧切替回路４１を複数設ける際の数については、切替部４０における過充放電検出閾値の切り替えの精度を考慮しても良い。１つの電圧切替回路４１の電圧切替精度が±３％（＝０．９７Ｖから１．０３Ｖ）とすると、過充電検出閾値＝４．０Ｖと設定した場合で±０．１２Ｖである。したがって、電圧切替回路４１を０．２４Ｖ≒０．２Ｖ間隔で設定すれば、使用電圧範囲８１、８２を網羅的にカバーできる。すなわち、図３に示されるように、４．０Ｖ±０．２Ｖ、３．８Ｖ±０．２Ｖ、３．６Ｖ±０．２Ｖ、３．４Ｖ±０．２Ｖ、３．２Ｖ±０．２Ｖとなる。

そして、例えば、４．０Ｖで上側判定（過充電判定）としたとき、図３に示されるように、「第１判定電圧＞第１測定電圧」であれば正常、「第１測定電圧＋最大０．２Ｖ」であれば異常である。また、「第１判定電圧＞第２測定電圧」であれば正常、「第１測定電圧＋最大０．４Ｖ」であれば異常である。したがって、基準電圧が最大０．４Ｖまで異常判定のずれ量となる。

さらに、電圧切替回路４１による電圧の切り替え幅は、当該切り替え幅の上限で過充電を検出する場合、使用上限４．０Ｖから０．４Ｖずれると４．４Ｖとなり、異常検出性が低下する。そこで、使用上限によっては、電圧切替間隔を０．１Ｖにすれば、図３に示されるように、異常判定は「第１測定電圧＋最大０．２Ｖ」となり、異常検出は使用上限４．０Ｖで４．２Ｖまで抑制できる。

次に、電池ＥＣＵ４の異常検出の作動について、図４を参照して説明する。図４は、過充放電を検出する異常検出処理の内容を表すフローチャートである。この異常検出処理は電池ＥＣＵ４に記憶されたプログラムが実行されることにより行われる。なお、異常検出処理は、例えば、電池ＥＣＵ４の電源がオンされたときやオフされたとき、電池ＥＣＵ４が外部からの指令を受けたとき等に開始される。

まず、フローチャートが開始されると、ステップ１００では、電圧測定が行われる。すなわち、切替部４０の各電圧切替回路４１にクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎが入力されて閾値電圧が段階的に切り替えられたときの過充放電検出回路３の出力（ＯＣＤＳ）が電池ＥＣＵ４に入力される。

ステップ１１０では、ステップ１００で得られた出力（ＯＣＤＳ）およびクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫｎに基づいて使用電圧範囲８１、８２であるか否かが判定される。言い換えると、各セル１ａ〜１ｄの電圧が過充電または過放電になっているか、それとも正常値であるかが判定される。そして、使用電圧範囲８１、８２内ではない場合すなわち過充電または過放電のいずれかである場合はステップ１５０に進み、使用電圧範囲８１、８２内である場合はステップ１２０に進む。

ステップ１２０〜ステップ１４０は、基準電圧の自発変化を検出する処理である。まず、ステップ１２０では、測定電圧に切り替えられる。具体的には、ブロック電圧検出部４ａによりセル１ａ〜１ｄの電圧が検出され、さらに１つ当たりの電圧が推定されると共に基準電圧との大小関係が比較される。また、切替部４０の複数の電圧切替回路４１により基準電圧が複数段に相対変化させられたときのセル１ａ〜１ｄの電圧と基準電圧との大小関係が比較される。

ステップ１３０では、判定処理が行われる。すなわち、上記の各比較結果が一致しているか否かが判定される。そして、各比較結果が一致していれば異常はなく、一致していなければ基準電圧の自発変化が起こっていると判定される。

ステップ１４０では、ステップ１３０で得られた判定の結果が保存される。こうして異常検出処理は終了する。

ステップ１５０〜ステップ１７０は、セル１ａ〜１ｄの電圧が異常時の処理である。ステップ１５０では、ステップ１１０で使用電圧範囲８１、８２内ではないと判定された電圧が、使用電圧範囲８１、８２の上限つまり過充電の閾値電圧を超えているか否かが判定される。本ステップで使用電圧範囲８１、８２の上限を超えていると判定された場合はステップ１６０に進み、超えていないと判定された場合はステップ１７０に進む。

ステップ１６０では、ステップ１５０で使用電圧範囲８１、８２の上限を超えていると判定された場合、つまりセル１ａ〜１ｄの電圧が基準電圧の相対変化の範囲の上限値を上回る場合、セル１ａ〜１ｄは過充電になっているので、この異常状態が保存される。

一方、ステップ１７０では、ステップ１５０で使用電圧範囲８１、８２の上限を超えていないと判定された場合、つまり基準電圧の相対変化の範囲の下限値を下回ると判定された場合、セル１ａ〜１ｄの動作を禁止（停止）させる動作禁止処理が行われる。こうして、異常検出処理は終了する。

以上説明したように、本実施形態では、切替部４０に複数の電圧切替回路４１を設け、基準電圧を複数段に相対変化させて基準電圧の自発変化を検出することが特徴となっている。これにより、基準電圧を１段階だけ切り替えて基準電圧の自発変化を検出する場合よりも基準電圧を細かく分割できるので、基準電圧の自発変化の判定精度を向上させることができる。

このように、基準電圧の自発変化の判定精度が向上するので、安全・信頼性を確保したいＨＶ車やＥＶ車で使用する組電池１に対して基準電圧の自発変化を確実に判定することができる。

また、複数の電圧切替回路４１による基準電圧の相対変化の範囲を、各セル１ａ〜１ｄの全電圧範囲８０のうち一部の使用電圧範囲８１、８２内に設定したことが特徴となっている。これにより、セル１ａ〜１ｄの全電圧範囲８０に対して基準電圧が相対変化させられるように電圧切替回路４１を設けなくても良いので、各セル１ａ〜１ｄに対する検出電圧切替回路４１の数を必要最小限とすることができる。したがって、組電池制御装置２の回路規模の増大を抑制することができる。

さらに、セル１ａ〜１ｄの過充電または過放電を検出し、過充電の場合は異常判定を行うことでセル１ａ〜１ｄの過充電による故障を防止することができる。したがって、セル１ａ〜１ｄの安全性の向上を図ることができる。一方、過放電の場合はセル１ａ〜１ｄの動作を停止するので、さらなるセル１ａ〜１ｄの放電を防止でき、セル１ａ〜１ｄの信頼性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ブロック電圧検出部４ａが特許請求の範囲の「電圧検出手段」に対応し、基準電圧源３０〜３３が特許請求の範囲の「基準電圧発生手段」に対応する。また、比較器５０〜５３、ＯＲ回路６０、およびＡＮＤ回路６１が特許請求の範囲の「電圧比較手段」に対応し、電池ＥＣＵ４が特許請求の範囲の「判定手段」に対応する。さらに、切替部４０が特許請求の範囲の「切替手段」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、１つのブロックに対して複数の過充放電検出回路３を設けたことが特徴となっている。

図５は、本実施形態に係る組電池制御装置２を含んだ組電池制御システムの全体構成図である。この図に示されるように、１つのブロックに対して、第１〜第Ｎ過充放電検出回路３が並列にＮ個設けられている。すなわち、複数のセル１ａ〜１ｄのうちの１つのセル１ａ〜１ｄに対して、基準電圧源３０〜３３、比較器５０〜５３、および切替部４０が複数設けられている。

したがって、電池ＥＣＵ４では、各過充放電検出回路３の検出結果からそれぞれ過充電および過放電の検出を行い、相互の結果を比較することとなる。なお、ブロック電圧検出部４ａは各過充放電検出回路３に対応させて複数備えていても良い。

以上の構成とすると、１つのセル１ａ〜１ｄの過放電は複数の過充放電検出回路３により監視されるので、セル１ａ〜１ｄの過充放電検出の冗長性を高めることができる。また、いずれかの過充放電検出回路３において基準電圧の自発変化が起こったとしても、他の過充放電検出回路３の結果を採用することにより、電圧監視を継続することが可能となる。

そして、１つのセル１ａ〜１ｄに対して複数の切替部４０を設けたとしても、上述のように１つの過充放電検出回路３において複数の電圧切替回路４１による基準電圧の相対変化の範囲を各セル１ａ〜１ｄの全電圧範囲８０のうち一部の使用電圧範囲８１、８２内に設定しているので、複数の過充放電検出回路３の各切替部４０に備えられる電圧切替回路４１の数をそれぞれ必要最小限とすることができる。したがって、組電池制御装置２の回路規模の増大を抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、組電池１を構成する各セル１ａ〜１ｄとしてリチウムイオン二次電池を例に説明したが、他の二次電池を採用しても良い。また、組電池１はＨＶ車やＥＶ車に搭載されるものでなくても良い。言い換えると、組電池制御装置２は、車両に搭載されなくても良い。

上記各実施形態では、ブロック電圧検出部４ａは１つのブロックの電圧を検出していたが、例えば１つのセル１ａの電圧を検出するように構成されていても良い。

上記各実施形態で示された過充放電検出回路３の回路構成は一例を示すものであり、他の回路構成でも構わない。

上記各実施形態では、組電池１はＨＶ車やＥＶ車における電力供給源として用いられるものであると説明したが、組電池１は車両外部の外部電源（商用電源）からの電力供給を可能に構成された車両いわゆるプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ車）の電池として用いられるものでも良い。この場合、使用電圧範囲はＨＶ車の使用電圧範囲８１とＥＶ車の使用電圧範囲８２との中間を取る範囲となる。

１ 組電池
１ａ〜１ｄ セル
４ａ ブロック電圧検出部（電圧検出手段）
３０〜３３ 基準電圧源（基準電圧発生手段）
５０〜５３ 比較器（電圧比較手段）
６０ ＯＲ回路（電圧比較手段）
６１ ＡＮＤ回路（電圧比較手段）
４１ 電圧切替回路
４０ 切替部（切替手段）
４ 電池ＥＣＵ（判定手段）
８０ セルの全電圧範囲
８１ ＨＶ車の使用電圧範囲
８２ ＥＶ車の使用電圧範囲

Claims (7)

1. 互いに直列接続されて組電池を構成する複数のセルの電圧を監視する組電池制御装置であって、
   前記セルの電圧を検出する電圧検出手段と、
   基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
   前記セルの電圧を前記基準電圧と比較する電圧比較手段と、
   前記基準電圧を相対変化させる電圧切替回路を複数有する切替手段と、
   前記電圧比較手段が出力する比較結果に基づいて前記組電池の状態を判定する一方、前記電圧検出手段により検出された前記セルの電圧と前記基準電圧との比較結果と前記複数の電圧切替回路により前記基準電圧が複数段に相対変化させられたときの前記電圧比較手段の比較結果とに基づいて前記基準電圧の自発変化の有無を判定する判定手段と、を備え、
   前記複数の電圧切替回路による前記基準電圧の相対変化の範囲は、前記セルの最小電圧から最大電圧までの全電圧範囲のうち前記セルで使用される使用電圧範囲に設定されており、
   前記判定手段は、前記複数の電圧切替回路により切り替えられた複数段の基準電圧と前記セルの電圧との各比較に基づいて前記基準電圧の自発変化を検出することを特徴とする組電池制御装置。
2. 前記基準電圧の相対変化の範囲は、当該範囲の上限値が前記セルの過充電を示す電圧に設定されており、
   前記判定手段は、前記基準電圧の相対変化の範囲の上限値を上回る場合、前記セルが過充電であるという異常判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の組電池制御装置。
3. 前記基準電圧の相対変化の範囲は、当該範囲の下限値が前記セルの過放電を示す電圧に設定されており、
   前記判定手段は、前記基準電圧の相対変化の範囲の下限値を下回ると判定した場合、前記セルの動作を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池制御装置。
4. 前記基準電圧発生手段、前記電圧比較手段、および前記切替手段を備えて構成される回路を過充放電検出回路とすると、
   前記過充放電検出回路は、前記複数のセルのうちの１つのセルに対して複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の組電池制御装置。
5. 前記使用電圧範囲は、前記全電圧範囲のうちの最も使用頻度が高い電圧を中心に設定された範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の組電池制御装置。
6. 前記セルは、内燃機関から出力される駆動力および走行用電動モータから出力される駆動力の少なくとも一方により走行可能な車両に搭載され、
   前記セルで使用される使用電圧範囲は、前記セルの満充電電圧に対して６０％±２０％以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の組電池制御装置。
7. 前記セルは、走行用電動モータから出力される駆動力により走行可能な車両に搭載され、
   前記セルで使用される使用電圧範囲は、前記セルの満充電電圧に対して８０％から−４０％以下までの範囲であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の組電池制御装置。

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