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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-01
(45)【発行日】2024-04-09
(54)【発明の名称】断線異常診断装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20240402BHJP
G01R 31/54 20200101ALI20240402BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 Q
G01R31/54
H01M10/48 P
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020185879
(22)【出願日】2020-11-06
(65)【公開番号】P2022075221
(43)【公開日】2022-05-18
【審査請求日】2022-12-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】宇田川 善行
(72)【発明者】
【氏名】上原 弘大
(72)【発明者】
【氏名】朝長 幸拓
(72)【発明者】
【氏名】平岡 基史
【審査官】下林 義明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０８３９６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００７３９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６
Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８
Ｇ０１Ｒ ３１／５０ － ３１／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セル（Ｃｅ）を直列接続してブロック化した電池スタック（３）にスタック間セル（ＣＳｂ）を挟んで接続した組電池（１）を監視する電池監視装置（２）の断線異常診断装置であって、前記複数の電池セルの電極にそれぞれ接続される複数のシャントライン（ＳＬ）と、
前記複数のシャントラインを通じて前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路（９）と、
前記複数の電池セルにそれぞれ対応して設けられ前記電池セルの両電極に接続された一対の前記シャントラインを短絡可能に接続する第１均等化スイッチ（Ｓａ）を備える均等化回路（１１）と、
前記スタック間セルに対応して設けられると共に、複数の前記均等化回路の間に隣接され当該隣接して構成される前記均等化回路の前記シャントラインを共用すると共に両側で共用された前記シャントラインを短絡可能に接続した第２均等化スイッチ（Sa13）、及び、前記スタック間セルに負電圧を生じるときに前記第２均等化スイッチに流れる電流を逆流防止するように接続される逆流防止部（Ｄ；Ｇ）と、
前記スタック間セルに隣接した前記電池セル（以下、隣接セルと称す）に対応した前記均等化回路の前記第１均等化スイッチを一時的にオン、オフした後、前記電圧検出回路により検出される前記隣接セルの検出電圧が所定の第１閾値に達しているか否かに基づいて断線を検知する断線検知部（１０ａ）と、
を備える断線異常診断装置。
【請求項2】
前記隣接セルに対し更に一つ隣接した前記電池セル（以下、第２隣接セルと称す）に対応して設けられた前記均等化回路の前記第１均等化スイッチを一時的にオン、オフした後、前記電圧検出回路により検出される前記第２隣接セルの検出電圧が所定の第２閾値に達しているか否かに基づいて断線を検知した断線検知結果と共に前記断線検知部による断線検知結果に基づいて断線異常箇所を判別する判別部（１０ｂ）、をさらに備える請求項１記載の断線異常診断装置。
【請求項3】
前記スタック間セル（ＣＳｂ）には、バスバーより高抵抗な接続部材を用いている請求項１又は２記載の断線異常診断装置。
【請求項4】
前記逆流防止部は、前記第２均等化スイッチに直列接続されると共に前記隣接した前記シャントラインの間に接続されるダイオード（Ｄ）又はＭＯＳトランジスタ（Ｇ）のボディダイオードにより構成される請求項１から３の何れか一項に記載の断線異常診断装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、断線異常診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高い駆動力を備えた電動車の普及が見込まれており、組電池に大電流を通電して急速充電する必要性が高まっている。組電池は、複数の電池セルを直列接続した電池ブロックを複数接続して構成され、電池ブロックの間に特別に用意されたスタック間セルを構成している。従来、電池ブロックの間のスタック間セルにバスバーが使用されていたが、原価低減の要望からバスバーに代えて例えば安価なワイヤ接続を用いることも検討されている。
【0003】
ワイヤはバスバーに比べて高抵抗であるため、スタック間接続回路に流れる電流が従来より多くなると、スタック間接続回路のドロップ電圧値も正方向又は負方向共に大きくなることが想定されている。
【0004】
他方、組電池を構成する各電池セルの電圧を監視する電池監視装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２記載の技術によれば、奇数セル／偶数セルの均等化スイッチをオフ→瞬間オン→オフし、電池セルに現れる電圧差を比較することで検出ラインに異常を生じているか否かを判定している（以下、２値比較方式と称する）。
【0005】
また、均等化スイッチをオフ→オン→オフした後、セル電圧を測定し、この値が所定の閾値を超えているか否かに応じて検出ラインに異常を生じているか否かを判定している（以下、絶対値比較方式と称する）。また特許文献２においては、隣接する電池ブロックの間に接続された検出ラインが隣接する電池ブロックで共用ラインとして設けられる。
【0006】
スタック間セルの断線を検知する場合、前述したように、スタック間セルが高抵抗となることからスタック間電圧が従来に比較して大きくなる。スタック間接続回路に生じる負電圧に対応するためには、逆流防止部としてダイオードなどを接続しなければならない。逆流防止部の特性を考慮すると、前述の特許文献１、２の技術を適用しても、断線検知マージンが小さくなったり、最悪の場合、異常診断できなくなることが判明している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０２０－４８３３３号公報
【文献】特開２０１４－４８０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、スタック間セルに接続されるシャントラインの断線異常を正常に診断できるようにした断線異常診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項１記載の発明は、複数の電池セルを直列接続してブロック化した電池スタックにスタック間セルを挟んで接続した組電池を監視する電池監視装置の断線異常検出装置を対象としている。複数のシャントラインは、複数の電池セルの電極にそれぞれ接続されている。電圧検出回路は、複数のシャントラインを通じて電池セルの電圧を検出する。均等化回路は、複数の電池セルにそれぞれ対応して設けられ電池セルの両電極に接続された一対のシャントラインを短絡可能に接続する第１均等化スイッチを備えている。
【0010】
スタック間接続回路は、第２均等化スイッチ及び逆流防止部を備える。 第２均等化スイッチは、スタック間セルに対応して設けられると共に、複数の均等化回路の間に隣接され、当該隣接して構成される均等化回路のシャントラインを共用すると共に両側で共用されたシャントラインを短絡可能に接続している。また逆流防止部は、スタック間セルに負電圧を生じるときに第２均等化スイッチを逆流防止するように接続される。
【0011】
請求項１記載の発明によれば、断線検知部が、スタック間セルに隣接した電池セル（以下、隣接セルと称す）に対応した均等化回路の第１均等化スイッチを一時的にオン、オフした後、電圧検出回路により検出される隣接セルの検出電圧が所定の第１閾値に達しているか否かに基づいて断線を検知するようにしているため、スタック間セルに接続されるシャントラインの断線異常を正常に診断できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその１
【図2】第１実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその２
【図3】第１実施形態を説明するタイミングチャート
【図4】第１実施形態における断線検知説明図のその１
【図5】第１実施形態における断線検知説明図のその２
【図6】第２実施形態における電池監視装置の電気的構成図
【図7】第２実施形態を説明するタイミングチャート
【図8】第２実施形態における断線異常箇所の判別方法の説明図
【図9】第３実施形態における電池監視装置の電気的構成図
【図10】第３実施形態における断線検知説明図
【図11】第４実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその１
【図12】第４実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその２
【図13】第４実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその３
【図14】第４実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその４
【図15】第４実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその５
【図16】第４実施形態における電池監視装置の電気的構成図のその６
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付し、必要に応じて説明を省略する。
【0014】
（第１実施形態）
以下、断線異常診断装置の第１実施形態について図１から図４を参照しながら説明する。図１に示す電池監視装置２は、組電池１を監視する装置であり、本願にかかる断線異常診断装置としての構成を備える。
以下、断線異常診断装置の第１実施形態について図１から図４を参照しながら説明する。図１に示す電池監視装置２は、組電池１を監視する装置であり、本願にかかる断線異常診断装置としての構成を備える。
【0015】
組電池１は車両に搭載されており、複数の電池スタック３を備える。各電池スタック３は、複数個の電池セルＣｅを多段直列接続してブロック化して構成され、組電池１は、各電池スタック３をスタック間セルＣＳｂを挟んで接続している。電池セルＣｅは、例えばリチウムイオン電池などの二次電池、燃料電池などである。
【0016】
なお、図１には複数の電池セルＣｅを区別するために、符号の末尾に11,12,14,15の添え字を付しているが、図２には同一機能を備える部品には同一符号を付して総称して示している。また、複数の電池セルＣｅのそれぞれに対応して均等化回路１１、スタック間接続回路１２に設けられる各構成について、説明の利便性を考慮し、図１には符号の末尾に同様の添え字11,12,14,15を付して区別すると共に、図２には添え字を省略している。但し、第２均等化スイッチSa13には同一符号を付している。
【0017】
【0018】
図２に示すように、電池スタック３の各電池セルＣｅの電極にはそれぞれシャントラインＳＬが接続されており、複数のシャントラインＳＬを通じてそれぞれ均等化回路１１が接続されている。均等化回路１１は、シャント抵抗Ｒｓ、ＲＣフィルタ回路５、スイッチＳａ、Ｓｓ、Ｓｆを備え、各電池セルＣｅの電圧を均等化するために設けられている。
【0019】
各シャントラインＳＬにはそれぞれシャント抵抗Ｒｓが接続されている。電池監視装置２は、電池監視ＩＣ４を備える。電池監視ＩＣ４は、各電池セルＣｅの両電極に対応してそれぞれ接続端子Ｔｓを備える。各接続端子Ｔｓは、各シャント抵抗Ｒｓ及び各シャントラインＳＬを通じて各電池セルＣｅの電極に接続されている。隣接する電池セルＣｅの間では、シャントラインＳＬ、シャント抵抗Ｒｓ及び接続端子Ｔｓは共用されている。
【0020】
各電池セルＣｅの高電位側の電極と低電位側の電極との間には、抵抗Ｒｆ、及び、コンデンサＣｆによるＲＣフィルタ回路５が接続されている。電池監視ＩＣ４は、各電池セルＣｅに対応してそれぞれフィルタ接続端子Ｔｆを設けている。フィルタ接続端子Ｔｆは、抵抗Ｒｆ、及びコンデンサＣｆの共通接続点であるＲＣフィルタ回路５の出力端子に接続されている。
【0021】
電池監視ＩＣ４の内部には、多数のスイッチＳａを備えた均等化ＳＷ部６、多数のスイッチＳｓ、Ｓｆをそれぞれ備えたマルチプレクサ７、８、及び、レベルシフト及びＡ／Ｄ変換回路を備えた電圧検出回路９、及び制御回路１０などが設けられている。制御回路１０はマイコンなどにより構成される。
【0022】
均等化ＳＷ部６は、各電池セルＣｅの電圧を均等化するための均等化スイッチＳａを複数備える。マルチプレクサ７は、シャントラインＳＬを選択するためのシャントライン選択スイッチＳｓを複数備える。マルチプレクサ８は、ＲＣフィルタ回路５の出力電圧を選択するためのフィルタ選択スイッチＳｆを複数備える。均等化スイッチＳａ、シャントライン選択スイッチＳｓ、フィルタ選択スイッチＳｆは、例えば何れもＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。
【0023】
制御回路１０は、マルチプレクサ７のシャントライン選択スイッチＳｓ、マルチプレクサ８のフィルタ選択スイッチＳｆを切り替えることで、電圧検出回路９は、各接続端子Ｔｓ、Ｔｆ、各シャントラインＳＬを通じて各電池セルＣｅの電圧を検出できる。
【0024】
また均等化スイッチＳａは、電池セルＣｅの両電極に接続された一対のシャントラインＳＬを短絡可能になっている。制御回路１０は、均等化ＳＷ部６の均等化スイッチＳａを切り替えることで、全ての電池スタック３を構成する電池セルＣｅのうち高電圧となる電池セルＣｅの両電極を短絡させることができる。
【0025】
制御回路１０は、電池セルＣｅの両電極を接続する一対のシャントラインＳＬを短絡することで各電池セルＣｅの充電電圧を均等化できる。
【0026】
またスタック間セルＣＳｂにはバスバーよりも高抵抗な接続部材、例えばワイヤが用いられている。ワイヤを用いることでバスバーよりも安価に構成できる。
【0027】
またスタック間セルＣＳｂに対応してスタック間接続回路１２を備えている。スタック間接続回路１２は、均等化回路１１と同様の回路により構成され、均等化スイッチＳａに代えて第２均等化スイッチSa13を備えると共に、逆流防止部としてダイオードＤを備える。
【0028】
スタック間接続回路１２は、２つの均等化回路１１の間に挟まれるように構成される。第２均等化スイッチSa13及びダイオードＤは、２つの均等化回路１１の均等化スイッチＳａの間に挟まれるように隣接して構成される。第２均等化スイッチSa13は、両側に隣接して構成される均等化回路１１のシャントラインＳＬを短絡可能に接続している。
【0029】
第２均等化スイッチSa13は、ボディダイオード付きのＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。制御回路１０は、第２均等化スイッチSa13をオン切替えすることでスタック間セルＣＳｂにかかる電圧を極力低下させることができる。
【0030】
また、後述するようにスタック間セルＣＳｂには負電圧を生じることがある。ここでいう負電圧とは、スタック間セルＣＳｂの低電圧側の電極が高電圧側の電極よりも高い電圧となることを示す。負電圧の影響により逆流を防ぐため、ダイオードＤが構成されている。
【0031】
ダイオードＤは、第２均等化スイッチSa13に直列接続されると共に、隣接したシャントラインＳＬの間に接続されている。ダイオードＤは、スタック間セルＣＳｂに負電圧を生じるときに第２均等化スイッチSa13に流れる電流を逆流防止するように、上流側から下流側に向けてアノードカソード間を接続している。
【0032】
以上のような構成において、制御回路１０は、マイコンによりプログラムを実行することで断線異常を検知する断線検知部１０ａとして機能する。この断線検知部１０ａの機能の詳細は後述する。
【0033】
以下では、スタック間セルＣＳｂを基準に説明するため、スタック間セルＣＳｂの高電位側及び低電位側にそれぞれ隣接した偶数番の電池セルCe12、Ce14を隣接セルCe12、Ce14と称する。この隣接セルCe12、Ce14に対し更に一つ外側に隣接した電池セルCe11、Ce15を第２隣接セルCe11、Ce15と称する。
【0034】
なお図１の添え字11,12,14,15を付した構成において、隣接セルCe14の高電位側の第１電極に対応して第１の接続端子Ts15を接続すると共に、隣接セルCe14の低電位側の第２電極に対応して第２の接続端子Ts14を接続している。その他の電池セルCe11、Ce12…Ce15についても同様に接続しており、回路構成の詳細説明を省略する。
【0035】
上記構成の作用について図１及び図３から図５を参照しながら説明する。異常判定処理の具体的な内容の一例について説明する。ここでは、シャントラインSL14が断線した場合の異常判定方法を例に挙げて処理内容を説明する。
【0036】
背景技術欄に示したように、スタック間セルＣＳｂが従来に比較して高抵抗となることから、スタック間セルＣＳｂにかかる電圧が従来に比較して負方向に大きくなることがある。本実施形態のスタック間接続回路１２は、逆流防止部としてダイオードＤを設けることで、スタック間セルＣＳｂに負電圧がかかったとしても電流の逆流を防止できる。
【0037】
スタック間セルＣＳｂの高電位側電極に接続されるシャントラインSL14の断線を検知する際、スタック間電圧の変動範囲（スタック間電圧範囲と称する）が拡大すると、スタック間セルＣＳｂに対応した第２均等化スイッチSa13をオン、オフ制御して断線検知しただけでは、スタック間セルＣＳｂに対応したダイオードＤの順方向電圧Ｖｆが影響してしまい、正確に判定できないことが判明している。
【0038】
そこで本実施形態では、制御回路１０は、隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14を一時的にオン・オフ制御した後の電圧検出回路９による隣接セルCe14の検出電圧が所定の第１閾値Ｖthに達しているか否かに基づいて断線を検知する。
【0039】
以下に具体例を説明する。図４に示したように、各電池セルＣｅの電圧を所定のセル電圧Ｖｃと仮定し、スタック間セルＣＳｂにかかる電圧を負電圧－Ｖｓとし、また、スタック間セルＣＳｂの低電位側電極の電位をＶｃｐとすると、高電位側電極の電位はＶｃｐ－Ｖｓとなる。また、隣接セルCe14の高電位側電極の電位はＶｃｐ－Ｖｓ＋Ｖｃとなる。
【0040】
＜正常時＞
何れのシャントラインＳＬも断線していない場合、制御回路１０が、図３のタイミングｔ１において隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14、及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じた閉回路に流れる。これにより、隣接セルCe14のシャント抵抗Rs14、Rs15による分圧電圧が低下する。このため隣接セルCe14の検出電圧V14は、一旦、閾値Ｖthにまで低下する。なお、第２隣接セルCe11、Ce15の検出電圧は上昇する。
何れのシャントラインＳＬも断線していない場合、制御回路１０が、図３のタイミングｔ１において隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14、及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じた閉回路に流れる。これにより、隣接セルCe14のシャント抵抗Rs14、Rs15による分圧電圧が低下する。このため隣接セルCe14の検出電圧V14は、一旦、閾値Ｖthにまで低下する。なお、第２隣接セルCe11、Ce15の検出電圧は上昇する。
【0041】
その後、制御回路１０が、タイミングｔ２において均等化スイッチSa14をオフ制御すると、この閉回路に流れる電流が遮断され、図３のタイミングｔ３に示すように隣接セルCe14の検出電圧V14は復帰する。
【0042】
制御回路１０は、均等化スイッチSa14を一時的にオン・オフ制御した後のタイミングｔ３における検出電圧がオン・オフ制御する前の電圧に復帰していると検知することで、断線していないと判定する。
【0043】
同様に、制御回路１０が、タイミングｔ４、ｔ５において第２隣接セルCe11、Ce15に対応した均等化スイッチSa11、Sa15を一時的にオン・オフ制御した後のタイミングｔ６における検出電圧がオン・オフ制御する前の電圧に復帰していると検知することで、断線していないと判定する。
【0044】
＜断線異常時＞
シャントラインSL14が断線した場合、制御回路１０が、タイミングｔ１１にて隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じてスタック間接続回路１２側に流れ込む。これは、シャントラインSL14が断線しているためである。
シャントラインSL14が断線した場合、制御回路１０が、タイミングｔ１１にて隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じてスタック間接続回路１２側に流れ込む。これは、シャントラインSL14が断線しているためである。
【0045】
このとき前述同様に、隣接セルCe14の検出電圧V14が低下し、閾値Ｖthを下回るまで低下する。なお、第２隣接セルCe15の検出電圧は上昇する。
【0046】
その後、制御回路１０が、タイミングｔ１２において均等化スイッチSa14をオフ制御したとしても、流れ始めた電流が遮断されることはないため、図３のタイミングｔ１３ａに示すように、電圧検出回路９による検出電圧V14が復帰することはなく、閾値Ｖthを下回ったまま維持される。
【0047】
制御回路１０は、均等化スイッチSa14を一時的にオン・オフ制御した後のタイミングｔ１３ａにおける検出電圧V14が第１閾値Ｖthに達して下回っていると判定し、オン・オフ制御する前の電圧に復帰していないと検知することで断線していると判定する。これにより、シャントラインSL14が断線しているか否かを正確に診断できる。
【0048】
なお、制御回路１０が、タイミングｔ１１～ｔ１２、ｔ１４～ｔ１５において第２隣接セルCe11、Ce15に対応した均等化スイッチSa11、Sa15を一時的にオン・オフ制御する。このときシャントラインSL14が断線していたとしても、タイミングｔ１３ａ、ｔ１６における第２隣接セルCe15の検出電圧V15に影響しない。このため、制御回路１０は、オン・オフ制御する前の電圧に復帰していると検知することになる。
【0049】
スタック間セルＣＳｂに対応した均等化スイッチSa13をオン・オフ制御して断線検出する場合と比較した検出電位差を図４に示している。各電池セルＣｅのセル電圧Ｖｃは、その充電状態に応じて変化すると共に、スタック間電圧－Ｖｓも同様に変化する。その変動範囲を考慮するため、セル電圧Ｖｃのセル電圧上限をＶｃ＿ｍａｘとし、セル電圧範囲下限をＶｃ＿ｍｉｎとし、スタック間電圧－Ｖsのスタック間電圧範囲上限をＶs＿ｍａｘとし、スタック間電圧範囲下限を－Ｖs＿ｍｉｎとする。
【0050】
発明者らは、本実施形態と、背景技術欄に記載した２値比較方式、絶対値比較方式について逆流防止用のダイオードＤの順方向電圧Ｖｆを考慮した診断成立条件を考慮した。
【0051】
シャントラインSL14が断線している場合、本実施形態のように、制御回路１０が、隣接セルCe12、Ce14の均等化スイッチSa12、Sa14をオン・オフ制御して検出すると、シャントラインSL14のノードＮ１の電位Ｖ＠Ｎ１はＶｃｐ－Ｖｓ＋Ｖｃに維持される。
【0052】
これに対し、スタック間セルＣＳｂに対応した均等化スイッチSa13をオン・オフ制御した場合、シャントラインSL14のノードＮ１の電位Ｖ＠Ｎ１は、ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆに応じて変化する。
【0053】
例えば、セル電圧Ｖｃ－スタック間電圧Ｖｓ＞ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆの関係を満たす場合、均等化スイッチSa13の電圧降下を無視すればノードＮ１の電位Ｖ＠Ｎ１はＶｃｐ＋Ｖｆとなり、ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆに依存した電圧が検出される。偶奇番の均等化スイッチSa14、Sa13をそれぞれオンしたときの電位差はＶｃ－Ｖｓ－Ｖｆとなる。
【0054】
従来の２値比較方式を適用すると、偶数番の均等化スイッチSa12…をオンした場合と奇数番の均等化スイッチSa13…をオンしたときの差分電位差に基づいて判定している。このため、ＰＶＴばらつきの影響に基づいて最大最小変動範囲を考慮して計算すれば、当該差分の最小値に基づく条件式Ｖｃ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍｉｎ－Ｖｆ＞Ｖthを満たすときに断線を検知でき、この条件を満たすことで断線を正常に検知できる。
【0055】
また従来の絶対値比較方式を適用すると、電池セルＣｅの絶対電位（例えばV14）が通常電圧範囲を超えた場合に断線と判定する。スタック間セルＣｓｂの上側電極の上限電位はＶｃｐ＋Ｖｓ＿ｍａｘとなり、隣接セルCe14の電極間電圧は、この基準値からの差分により求めることができ、（Ｖｃｐ－Ｖｓ＋Ｖｃ）－（Ｖｃｐ＋Ｖｓ＿ｍａｘ）＝Ｖｃ－Ｖｓ－Ｖｓ＿ｍａｘとなる。ＰＶＴばらつきの影響に基づいて最大最小変動範囲を考慮して計算すれば、Ｖｃ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍａｘ＞Ｖthの条件を満たすときに断線を検知でき、この条件を満たすことで断線を正常に検知できる。
【0056】
これに対し、本実施形態の方式を用いると、０Ｖ＜Ｖth＜Ｖｃ＿ｍｉｎの条件を満たすことで断線を正常に検知できる。すなわち、本実施形態の断線検知方式を用いると、セル電圧最小電圧Ｖｃ＿ｍｉｎの影響を考慮するだけで、断線を信頼性良く検知できる。逆に言えば、スタック間電圧範囲Ｖｓ＿ｍｉｎ、Ｖｓ＿ｍａｘの影響も、ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆの影響も受けることなく断線を信頼性良く検知できる。
【0057】
また逆に、例えば図５の右図に示すように、セル電圧Ｖｃ－スタック間電圧Ｖｓ≦ダイオードＤの順方向電圧Ｖｆの関係を満たす場合、均等化スイッチSa13をオン制御したとしてもダイオードＤには電流が流れないため、ノードＮ１の電位Ｖ＠Ｎ１＝Ｖｃｐ＋Ｖｃとなる。
【0058】
このような条件においては、従来の２値比較方式を適用した場合、奇数番の均等化スイッチSa13…をオン制御したとしてもダイオードＤに電流が流れないため、電位差が変化せず、断線を検知することができない。
【0059】
また従来の絶対値比較方式では、前述と同様にＶｃ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍａｘ＞Ｖthの条件を満たすときに断線を検知でき、この条件を満たすことで断線を正常に検知できる。
【0060】
これに対し、本実施形態の方式を用いると、０Ｖ＜Ｖth＜Ｖｃ＿ｍｉｎの条件を満たすことで断線を正常に検知できる。すなわち、本実施形態の断線検知方式を用いると、セル電圧最小電圧Ｖｃ＿ｍｉｎの影響を考慮するだけで断線を信頼性良く検知できる。逆に言えば、スタック間電圧範囲Ｖｓ＿ｍｉｎ、Ｖｓ＿ｍａｘの影響もダイオードＤの順方向電圧Ｖｆの影響も受けることなく断線を信頼性良く検知できる。
【0061】
本実施形態によれば、制御回路１０は、スタック間セルＣＳｂに隣接した隣接セルCe14に対応した均等化回路１１の均等化スイッチSa14を一時的にオン、オフした後、電圧検出回路９により検出される隣接セルCe14の検出電圧が所定の第１閾値Ｖthに達しているか否かに基づいて断線を検知している。
【0062】
本実施形態によれば、スタック間セルＣＳｂの電極間電圧ではなく、隣接セルCe14の検出電圧を絶対値比較することで診断しているため、スタック間電圧範囲の拡大や逆流防止用のダイオードＤの挿入による影響を受けることなく、スタック間セルＣＳｂに接続されるシャントラインＳＬの断線異常を正常に診断できる。本実施形態によれば、スタック間セルＣＳｂの電極に接続されるシャントラインSL13、SL14の断線を検知できる。
【0063】
（第２実施形態）
第２実施形態について図６から図８を参照しながら説明する。第２実施形態では、図６に示したように、制御回路１０は、断線検知部１０ａとしての機能に加えて、判別部１０ｂとしての機能も備える。
第２実施形態について図６から図８を参照しながら説明する。第２実施形態では、図６に示したように、制御回路１０は、断線検知部１０ａとしての機能に加えて、判別部１０ｂとしての機能も備える。
【0064】
その他の電気的構成は第１実施形態と同様であるが、第２実施形態では、シャントラインSL12、SL13、SL14、SL15の断線を検知できるようにしている。また更に、判別部１０ｂの機能によって、これらの断線箇所の判別も行うことができる。
【0065】
以下、具体例を説明する。
＜正常時＞
何れのシャントラインＳＬも断線していない場合、制御回路１０が、図７のタイミングｔ１において隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14、Sa15を一時的にオン・オフ制御しても、図７のタイミングｔ３、ｔ６において、隣接セルCe14の電極間電圧、第２隣接セルCe15の電極間電圧が復帰する。このため、制御回路１０は、第１実施形態と同様に断線していないと判定する。
＜正常時＞
何れのシャントラインＳＬも断線していない場合、制御回路１０が、図７のタイミングｔ１において隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14、Sa15を一時的にオン・オフ制御しても、図７のタイミングｔ３、ｔ６において、隣接セルCe14の電極間電圧、第２隣接セルCe15の電極間電圧が復帰する。このため、制御回路１０は、第１実施形態と同様に断線していないと判定する。
【0066】
＜シャントラインSL14の断線異常時＞
スタック間セルＣＳｂに接続されるシャントラインSL14が断線した場合、制御回路１０が、タイミングｔ１１にて隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じてスタック間接続回路１２側に流れ込む。
スタック間セルＣＳｂに接続されるシャントラインSL14が断線した場合、制御回路１０が、タイミングｔ１１にて隣接セルCe14に対応した均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じてスタック間接続回路１２側に流れ込む。
【0067】
このとき、電圧検出回路９が検出する隣接セルCe14の検出電圧V14は閾値Ｖthを下回るまで低下する。なお、電圧検出回路９が検出する第２隣接セルCe15の検出電圧V15は上昇する。
【0068】
その後、制御回路１０が、タイミングｔ１２において均等化スイッチSa14をオフ制御したとしても、流れ始めた電流が遮断されることはないため、図７のタイミングｔ１３ａに示すように、電圧検出回路９による検出電圧V14が復帰することはなく閾値Ｖthを下回ったまま維持される。
【0069】
制御回路１０は、均等化スイッチSa14を一時的にオン・オフ制御した後のタイミングｔ１３ａにおける検出電圧V14が第１閾値Ｖthに達していると判定し、オン・オフ制御前の電圧に復帰していないと検知することで断線していると判定する。これにより、断線しているか否かを正確に診断できる。
【0070】
なお、制御回路１０が、タイミングｔ１１～ｔ１２、ｔ１４～ｔ１５において第２隣接セルCe15に対応した均等化スイッチSa15を一時的にオン・オフ制御した後のタイミングｔ１３ａ、ｔ１６における第２隣接セルCe15の検出電圧V15は、均等化スイッチSa15のオン・オフ制御前の電圧に復帰している。
【0071】
このため制御回路１０は、均等化スイッチSa15を一時的にオン・オフ制御しても、第２隣接セルCe15の検出電圧V15に影響していないことを認識でき、シャントラインSL14が断線していることを判別できる。
【0072】
＜シャントラインSL15の断線異常時＞
また隣接セルCe14に接続されるシャントラインSL15が断線した場合、制御回路１０が、タイミングｔ２１にて均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じてスタック間接続回路１２側に流れ込む。
また隣接セルCe14に接続されるシャントラインSL15が断線した場合、制御回路１０が、タイミングｔ２１にて均等化スイッチSa14をオン制御すると、隣接セルCe14及びコンデンサCf14の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs15、均等化スイッチSa14、及び抵抗Rs14を通じてスタック間接続回路１２側に流れ込む。
【0073】
このとき電圧検出回路９が検出する隣接セルCe14の検出電圧V14は閾値Ｖthを下回るまで低下する。なお、電圧検出回路９が検出する第２隣接セルCe15の検出電圧V15は上昇する。
【0074】
その後、制御回路１０が、タイミングｔ２２において均等化スイッチSa14をオフ制御したとしても、流れ始めた電流が遮断されることはない。このため、図７のタイミングｔ２３ａに示すように、電圧検出回路９による隣接セルCe14の検出電圧V14が復帰することはなく、閾値Ｖthを下回ったまま維持される。
【0075】
制御回路１０は、均等化スイッチSa14を一時的にオン・オフ制御した後のタイミングｔ２３ａにおける検出電圧V14が第１閾値Ｖthに達していると判定し、オン・オフ制御する前の電圧に復帰していないと検知することで断線していると判定する。
【0076】
また、制御回路１０が、タイミングｔ２４において第２隣接セルCe15に対応した均等化スイッチSa15をオン制御すると、隣接セルCe15及びコンデンサCf15の蓄積電荷に基づく電流が、抵抗Rs16、均等化スイッチSa15、及び抵抗Rs15を通じて均等化回路１１側に流れ込む。
【0077】
このとき、電圧検出回路９が検出する隣接セルCe14の検出電圧V14が、閾値Ｖthを下回るまで低下する。なお、第２隣接セルCe15の検出電圧V15は上昇する。
【0078】
その後、制御回路１０が、タイミングｔ２５において均等化スイッチSa15をオフ制御したとしても、流れ始めた電流が遮断されることはない。このため、図７のタイミングｔ２６ａに示すように、電圧検出回路９による第２隣接セルCe15の検出電圧V15が復帰することはなく、閾値Ｖthを下回ったまま維持される。
【0079】
制御回路１０は、均等化スイッチSa15をオン・オフ制御したときに、第２隣接セルCe15の検出電圧V15に影響しているということを認識でき、シャントラインSL15が断線していることを判別できる。
【0080】
ここでは、スタック間セルＣＳｂの上流側のシャントラインSL14、SL15の断線の判別方法について説明したが、スタック間セルＣＳｂの下流側のシャントラインSL13、SL12の断線についても同様に判別できる。この診断内容を図８に概略的に示しているが、詳細説明は省略する。
【0081】
本実施形態によれば、制御回路１０は、隣接セルCe12、Ce14に対し更に一つ隣接した第２隣接セルCe11、Ce15に対応して設けられた第１均等化スイッチSa11、Sa15を一時的にオン、オフした後、電圧検出回路９により検出される第２隣接セルCe11、Ce15の検出電圧が所定の閾値Ｖth（第２閾値相当）に達しているか否かに基づいて断線を検知する。
【0082】
そして制御回路１０は、この断線検知結果と共に、第１実施形態で説明した隣接セルCe12、Ce14の検出電圧に基づく断線検知結果に基づいて断線異常箇所を判別している。
【0083】
すなわち、本実施形態によれば、隣接セルCe12、Ce14の更に一つ隣の第２隣接セルCe11、Ce15に対しても上記絶対値診断を実施し、その結果を組み合せて判定することで、異常箇所の判別もできる。
【0084】
なお、本実施形態では第２閾値Ｖth＝第１閾値Ｖthの形態を示したが、これに限定されるものではなく、第２閾値と第１閾値とは互いに異なる値であっても良い。
【0085】
（第３実施形態）
第３実施形態について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９に示すように、電池監視装置２は、ダイオードＤに代えてＭＯＳトランジスタＧを逆流防止部として構成した均等化ＳＷ部１６を備える。
第３実施形態について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９に示すように、電池監視装置２は、ダイオードＤに代えてＭＯＳトランジスタＧを逆流防止部として構成した均等化ＳＷ部１６を備える。
【0086】
ＭＯＳトランジスタＧは、第２均等化スイッチSa13に直列接続されると共に隣接したシャントラインＳＬの間に接続されており、ボディダイオードを上流側から下流側にかけて順方向に接続して構成している。ＭＯＳトランジスタＧは、いわゆるBackToBackＭＯＳＦＥＴによる。電池監視装置２のその他の構成は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【0087】
スタック間セルＣＳｂに対応した奇数番の均等化スイッチSa13をオン・オフ制御して断線検出する場合と比較した検出電位差を図１０に示している。前述実施形態の説明と同様に、セル電圧Ｖｃのセル電圧上限をＶｃ＿ｍａｘとし、セル電圧範囲下限をＶｃ＿ｍｉｎとし、スタック間電圧－Ｖsのスタック間電圧範囲上限をＶs＿ｍａｘとし、スタック間電圧範囲下限を－Ｖs＿ｍｉｎとして考慮する。
【0088】
発明者らは、本実施形態と、背景技術欄に記載した２値比較方式、絶対値比較方式とについて、ＭＯＳトランジスタＧの影響を考慮した場合の診断成立条件を考慮した。
【0089】
シャントラインSL14が断線している場合に、本実施形態のように制御回路１０が隣接セルCe12、Ce14の均等化スイッチSa12、Sa14をオン・オフ制御して検出する場合、シャントラインSL14のノードＮ１の電位Ｖ＠Ｎ１はＶｃｐ－Ｖｓ＋Ｖｃに維持される。
【0090】
これに対し、スタック間セルＣＳｂに対応した均等化スイッチSa13をオン・オフ制御した場合、シャントラインSL14のノードＮ１の電位Ｖ＠Ｎ１は、ＭＯＳトランジスタＧのオン抵抗による電圧を無視すればＶｃｐになる。
【0091】
従来の２値比較方式を適用すると、偶数番の均等化スイッチSa12…をオンした場合と奇数番の均等化スイッチSa13…をオンしたときの差分電位差に基づいて判定することになる。このため、ＰＶＴばらつきの影響に基づいて最大最小変動範囲を考慮して計算すれば、当該差分の最小値に基づく条件式Ｖｃ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍｉｎ＞Ｖthを満たすときに断線を検知でき、この条件を満たすことで断線を正常に検知できる。
【0092】
また従来の絶対値比較方式では、前述と同様にＶｃ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍｉｎ－Ｖｓ＿ｍａｘ＞Ｖthの条件を満たすときに断線を検知でき、この条件を満たすことで断線を正常に検知できる。
【0093】
これに対し、本実施形態の方式を用いると、０Ｖ＜Ｖth＜Ｖｃ＿ｍｉｎの条件を満たすことで断線を正常に検知できる。すなわち、本実施形態の断線検知方式を用いると、セル電圧最小電圧Ｖｃ＿ｍｉｎの影響を考慮するだけで断線を信頼性良く検知できる。逆に言えば、スタック間電圧範囲Ｖｓ＿ｍｉｎ、Ｖｓ＿ｍａｘの影響を受けることなく断線を信頼性良く検知できる。このように、本実施形態でも前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0094】
【0095】
図１１に示したように、第１実施形態のＲＣフィルタ回路５に代えて対地容量型ＲＣフィルタ回路１５を構成しても良い。図１２に示したように、図１１のように対地容量型ＲＣフィルタ回路１５を設けた構成に対し、ＭＯＳトランジスタＧを備えた均等化ＳＷ部１６を設けても良い。
【0096】
【0097】
同様に、図１４に示したように、ＭＯＳトランジスタＧを備えた均等化ＳＷ部１６を電池監視ＩＣ１４に外付けして構成しても良い。図１５又は図１６に示したように、図１３又は図１４の構成に対して、対地容量型ＲＣフィルタ回路１５を設けても良い。このような回路構成においても全て前述実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0098】
（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。
【0099】
スタック間接続回路１２は、均等化回路１１とダイオードＤ、ＭＯＳトランジスタＧを除いて同様の電気的構成を示したが、これに限定されるものではなく、スタック間接続回路１２と均等化回路１１とは、ダイオードＤ、ＭＯＳトランジスタＧ以外の部分についても異なる構成であっても良い。前述実施形態はその少なくとも二つ以上の実施形態の構成を組み合わせても良い。
【0100】
本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、更には、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範畴や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【0101】
図面中、１は組電池、２は電池監視装置、３は電池スタック、９は電圧検出回路、１０ａは断線検知部、１０ｂは判別部、１１は均等化回路、Ｃｅは電池セル、ＣＳｂはスタック間セル、Ｄはダイオード（逆流防止部）、ＧはＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトランジスタのボディダイオードは逆流防止部）、ＳＬはシャントライン、Ｒｓはシャント抵抗、Ｓａは第１均等化スイッチ、Sa13は第２均等化スイッチ、を示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】