異常検知回路、及び電池電源システム
【課題】複数の電池を用いた場合において、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる異常検知回路、及び電池電源システムを提供する。
【解決手段】異常検知部２２によって正常判定がされたときパルス信号を出力信号として出力し、異常判定がされたときハイレベルの直流電圧を出力信号として出力する通知信号生成部２３と、この出力信号を平滑して平滑電圧Ｅを生成する平滑回路２４とをそれぞれが含む複数の回路ブロック２１と、各平滑電圧Ｅのうち最大の電圧を第１配線Ｌ１に印加するダイオードＤ１−１〜３と、各平滑電圧Ｅのうち最小の電圧を第２配線Ｌ２に印加するダイオードＤ２−１〜３と、第１配線Ｌ１の電圧が第１閾値を超えたときと、第２配線の電圧が第２閾値に満たないときに異常が生じたと判定する制御部２０とを備えた。
【解決手段】異常検知部２２によって正常判定がされたときパルス信号を出力信号として出力し、異常判定がされたときハイレベルの直流電圧を出力信号として出力する通知信号生成部２３と、この出力信号を平滑して平滑電圧Ｅを生成する平滑回路２４とをそれぞれが含む複数の回路ブロック２１と、各平滑電圧Ｅのうち最大の電圧を第１配線Ｌ１に印加するダイオードＤ１−１〜３と、各平滑電圧Ｅのうち最小の電圧を第２配線Ｌ２に印加するダイオードＤ２−１〜３と、第１配線Ｌ１の電圧が第１閾値を超えたときと、第２配線の電圧が第２閾値に満たないときに異常が生じたと判定する制御部２０とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の異常を検出する異常検知回路、およびこれを備えた電池電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代のエコカーとして、電気自動車やハイブリッド自動車等が注目されている。そして、このようなエコカーの電源として用いられる二次電池の技術開発が進んでいる。自動車の性能を左右するとも考えられる二次電池の性能の向上が日々追求されている。
【０００３】
また、二次電池の性能の向上と共に、二次電池に要求される信頼性水準も高まっている。そのため、各電池の電圧を監視し、その電圧が異常値になったとき、その異常発生を示す信号を制御装置へ送信するようにした電池電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、二次電池を電気自動車等の電源として用いる場合は、高電圧を得るために複数個、例えば２０〜１００個程度の二次電池（組電池）が直列に接続されて用いられる。そこで、特許文献１に記載の技術では、各電池についての異常検出結果に応じてトランジスタをオン、オフさせ、この各トランジスタをオープンコレクタ接続によってワイヤードオアすることで、省配線を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の技術では、電池の監視回路が故障、例えば上述のトランジスタがオープン故障した場合、制御装置側からは、監視回路の故障を検知することができない。そして、監視回路が故障すると、制御装置は、電池の異常を検出することができない。そのため、電池の異常発生と共に、電池の異常を検出する回路の異常も検出したいという、ニーズがある。
【０００７】
本発明の目的は、複数の電池を用いた場合において、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる異常検知回路、及び電池電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る異常検知回路は、複数の電池にそれぞれ対応して設けられた回路ブロックであって、対応する電池が正常であるか異常であるかを判定する異常検知部と、前記異常検知部によって正常であるとの判定がされたときハイレベルとローレベルとの間で電圧が周期的に変化するパルス信号を出力信号として出力し、前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベル又は前記ローレベルの直流電圧を出力信号として出力する通知信号生成部と、前記出力信号を平滑して平滑電圧を生成する平滑回路とをそれぞれが含む複数の回路ブロックと、前記複数の回路ブロックにおける各平滑電圧のうち最大の電圧を、最大平滑電圧として第１配線に印加する最大電圧印加部と、前記各平滑電圧のうち最小の電圧を、最小平滑電圧として第２配線に印加する最小電圧印加部と、前記第１配線を介して前記最大平滑電圧を第１検出電圧として検出し、当該第１検出電圧が所定の第１閾値を超えたとき異常が生じたと判定すると共に、前記第２配線を介して前記最小平滑電圧を第２検出電圧として検出し、当該第２検出電圧が所定の第２閾値に満たないとき、異常が生じたと判定し、当該第１検出電圧が前記第１閾値に満たず、かつ当該第２検出電圧が前記第２閾値を超えたとき、正常であると判定する判定部とを備え、前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧とは、当該パルス信号を平滑したときに得られる平滑電圧が所定の基準電圧になるように、予め設定されており、前記第１閾値は、前記基準電圧を超え、かつ前記ハイレベルの電圧以下の電圧値であり、前記第２閾値は、前記基準電圧に満たず、かつ前記ローレベルの電圧以上の電圧値である。
【０００９】
この構成によれば、各回路ブロックにおいて、それぞれに対応する電池が正常であると判定されると、通知信号生成部からパルス信号が出力信号として出力される。このパルス信号が平滑回路で平滑されて得られる平滑電圧は、基準電圧となる。このようにして得られた各平滑電圧のうち、最大の電圧が最大平滑電圧として第１配線に印加され、最小の電圧が最小平滑電圧として第２配線に印加される。そうすると、すべての電池が正常であるときは、第１および第２配線に印加される電圧は、いずれも第１閾値に満たず、かつ第２閾値を超える基準電圧となる。したがって、判定部は、第１配線を介して検出された第１検出電圧が第１閾値に満たず、かつ第２配線を介して検出された第２検出電圧が第２閾値を超えたとき、各二次電池は正常であると判定することができる。
【００１０】
一方、各電池のうちひとつでも、異常検知部によって異常であると判定されると、通知信号生成部によって、ハイレベル又はローレベルの直流電圧が出力信号として出力される。そうすると、この出力信号が平滑された平滑電圧は、基準電圧にはならず、ハイレベル又はローレベルの電圧となる。そして、各平滑電圧のうち少なくとも一つがハイレベルのときは、最大電圧印加部によってハイレベルの電圧が最大平滑電圧として第１配線に印加され、各平滑電圧のうち少なくとも一つがローレベルのときは、最小電圧印加部によってローレベルの電圧が最小平滑電圧として第２配線に印加される。
【００１１】
そして、回路ブロックが故障して異常が生じた場合には、各回路ブロックの最終的な出力電圧である平滑電圧は、ハイレベル又はローレベルに固定される可能性が極めて高い。そうすると、各回路ブロックのうち少なくとも一つに異常が生じると、平滑電圧がハイレベルに固定される異常の場合は最大電圧印加部によってハイレベルの電圧が最大平滑電圧として第１配線に印加され、平滑電圧がローレベルに固定される異常の場合は最小電圧印加部によってローレベルの電圧が最小平滑電圧として第２配線に印加される。
【００１２】
従って、判定部は、第１配線を介して検出された第１検出電圧が第１閾値を超えたとき異常が生じたと判定すると共に、第２配線を介して検出された第２検出電圧が第２閾値に満たないとき、異常が生じたと判定することで、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路である回路ブロックの異常を検出することができる。さらに、これらの異常を検出するために必要な配線は、第１および第２配線の２本だけであるから、省配線を図ることができる。
【００１３】
また、前記最大電圧印加部は、カソードが前記第１配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのアノードに前記各平滑電圧が印加され、前記最小電圧印加部は、アノードが前記第２配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのカソードに前記各平滑電圧が印加されることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、最大電圧印加部および最小電圧印加部を簡素な構成で実現できる。
【００１５】
また、前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値として、互いに異なる電圧値が設定されており、前記各通知信号生成部における、前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧値との積は、前記基準電圧と実質的に等しい値であり、前記各通知信号生成部は、前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベルの直流電圧を出力信号として出力し、前記判定部は、前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、当該第１検出電圧に基づいて、異常が検出された電池又は異常が発生した回路ブロックを特定することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、各回路ブロックにおける基準電圧を互いに等しい電圧値に維持しつつ、ハイレベルの電圧値として互いに異なる電圧値が設定される。そして、各異常検知部のうちいずれかによって異常であるとの判定がされたとき、対応する通知信号生成部によって、他の通知信号部におけるハイレベルとは異なる電圧値の直流電圧が出力信号として出力され、この電圧が平滑されて最大平滑電圧として第１配線に印加されることとなる。
【００１７】
そうすると、どの回路ブロックで電池の異常が検出されか、すなわちどの電池で異常が生じたかによって、第１配線に印加される最大平滑電圧が異なる。同様に、各回路ブロックのいずれかで故障による異常が生じて平滑電圧がハイレベルに固定された場合においても、どの回路ブロックで異常が生じたかによって、第１配線に印加される最大平滑電圧が異なる。したがって、判定部は、第１配線で検出された最大平滑電圧に基づいて、異常が検出された電池又は異常が発生した回路ブロックを特定することが可能となる。
【００１８】
なお、「実質的に等しい」とは、例えば誤差や回路の特性ばらつき等によって生じる程度の差異が生じていても、等しいとみなすことを意味する。
【００１９】
また、前記判定部は、前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値を判別するための複数の判定値を記憶する記憶部を備え、前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、前記記憶部に記憶された複数の判定値と前記第１検出電圧とを比較することにより、前記第１検出電圧が、前記各通知信号生成部のうちどの通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値であるかを判別し、当該判別された通知信号生成部と対応する電池又は回路ブロックで、異常が生じたと判定することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、判定部は、各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値を判別するための複数の判定値を記憶する記憶部を備えているので、記憶部に記憶された複数の判定値と第１検出電圧とを比較することにより、異常が生じた個所を特定することが容易となる。
【００２１】
また、本発明に係る電池電源システムは、上述の異常検知回路と、前記複数の電池とを備える。
【００２２】
この構成によれば、複数の電池とその異常検知回路とを備えた電池電源システムにおいて、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成の異常検知回路及び電池電源システムは、複数の電池を用いた場合において、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る異常検知回路を備えた電池電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回路ブロックの詳細の一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す回路ブロックの詳細の一例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す回路ブロックの詳細の一例を示すブロック図である。
【図５】図２に示す回路ブロックの動作を説明するための信号波形図である。
【図６】図３に示す回路ブロックの動作を説明するための信号波形図である。
【図７】図４に示す回路ブロックの動作を説明するための信号波形図である。
【図８】図１に示す制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る異常検知回路２を備えた電池電源システム１の構成の一例を示すブロック図である。電池ブロックは、例えば複数のセルが並列接続されたものを直列接続したもので構成されている。
【００２６】
図１に示す電池電源システム１は、異常検知回路２と、電池ブロック３−１，３−２，３−３とを備えて構成されている。異常検知回路２は、制御部２０、回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３、第１配線Ｌ１、及び第２配線Ｌ２を備えて構成されている。
【００２７】
回路ブロック２１−１は電池ブロック３−１と対応して設けられ、回路ブロック２１−２は電池ブロック３−２と対応して設けられ、回路ブロック２１−３は電池ブロック３−３と対応して設けられている。
【００２８】
なお、電池ブロック、および回路ブロックの数は、３個に限られず、２個であってもよく、４個以上であってもよい。また、電池ブロック３−１、回路ブロック２１−１、及びダイオードＤ１−１，Ｄ２−１を電池モジュールＭ１として構成し、電池ブロック３−２、回路ブロック２１−２、及びダイオードＤ１−２，Ｄ２−２を電池モジュールＭ２として構成し、電池ブロック３−３、回路ブロック２１−３、及びダイオードＤ１−３，Ｄ２−３を電池モジュールＭ３として構成するようにしてもよい。
【００２９】
回路ブロック２１−１は、異常検知部２２−１と、通知信号生成部２３−１と、平滑回路２４−１と、バッファＢ１−１，Ｂ２−１とを備えている。回路ブロック２１−２は、異常検知部２２−２と、通知信号生成部２３−２と、平滑回路２４−２と、バッファＢ１−２，Ｂ２−２とを備えている。回路ブロック２１−３は、異常検知部２２−３と、通知信号生成部２３−３と、平滑回路２４−３と、バッファＢ１−３，Ｂ２−３とを備えている。
【００３０】
図２、図３、図４は、図１に示す回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３の詳細の一例をそれぞれ示すブロック図である。
【００３１】
図１〜図４に記載された構成要素の符号における添え字（ハイフン付きの数字）は、同じ電池ブロックに対応する構成要素同士で同じ添え字が付されるようになっている。例えば、電池ブロック３−１に対応する構成要素、すなわち異常検知部２２−１、通知信号生成部２３−１、平滑回路２４−１、及びダイオードＤ１−１，Ｄ２−１等の符号には、添え字１が付されている。同様に、添え字が２の構成要素同士、添え字が３の構成要素同士で互いに対応している。
【００３２】
以下、電池ブロック３−１，３−２，３−３を総称するときは電池ブロック３と称し、異常検知部２２−１，２２−２，２２−３を総称するときは異常検知部２２と称し、以下同様に、−１，−２，−３が符号に付された構成要素を総称するときは、ハイフン以下の添え字を除いた符号を付して示す。同様に、その他の構成要素や信号についても、対応する添え字の番号をハイフン以下に付して示し、これらの構成要素や信号を総称するときは、ハイフン以下の添え字を除いた符号を付して示す。
【００３３】
電池ブロック３−１，３−２，３−３は、それぞれ、二次電池の一例に相当し、複数の素電池３１が直列に接続された組電池として構成されている。なお、電池ブロック３−１，３−２，３−３は、複数の素電池３１が、直列、並列、または直列と並列とを組み合わせて接続された組電池であってもよい。素電池３１は、二次電池、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池セルであってもよく、例えば燃料電池セルであってもよい。
【００３４】
なお、請求項に係る電池の一例として、電池ブロック３を示したが、請求項に係る電池は単セルであってもよい。また、電池ブロック３の数（電池の数）も、３個に限られず、１個、２個、あるいは４個以上であってもよい。
【００３５】
図５は、図２に示す回路ブロック２１−１の動作を説明するための信号波形図である。以下、図２、図５を参照して、回路ブロック２１−１について説明する。通知信号生成部２３−１は、パルス信号生成部２５−１と、ＯＲゲート２６−１と、絶縁回路２７−１とを備えている。平滑回路２４−１は、バッファＢ３−１と、抵抗Ｒ−１と、キャパシタＣ１−１とを備えている。
【００３６】
異常検知部２２−１は、対応する電池ブロック３−１の両端に接続され、その端子電圧を検出する。異常検知部２２−１は、例えばコンパレータを用いて構成されている。
【００３７】
そして、異常検知部２２−１は、例えば検出された端子電圧が、電池ブロック３の過電圧を示す上限電圧値を超えたときや、過放電を示す下限電圧値を下回ったときに回路ブロック２１−１の異常を検知し、異常検知信号Ａ−１を例えばハイレベルにしてＯＲゲート２６−１へ出力する。一方、異常検知部２２−１は、回路ブロック２１−１の異常が検知されず、すなわち回路ブロック２１−１が正常であるときは、異常検知信号Ａ−１を例えばローレベルにしてＯＲゲート２６−１へ出力する。
【００３８】
なお、異常検知部の一例として、電池ブロック３の電圧の異常を検出する異常検知部２２を示したが、異常検知部は、電池ブロック３の各セル電圧の異常を検出するものでもよい。その場合、異常検知部は、各セルごとに電圧検出するように接続されている。また、異常検知部は電池ブロック３の異常を検知するものであればよく、例えば電池ブロック３に流れる電流や電池ブロック３の温度を検出することで、電池ブロック３の過電流や温度異常を検出するものであってもよい。
【００３９】
パルス信号生成部２５−１は、デューティ比ＤＲ−１が１／２のパルス信号Ｂ−１を生成し、ＯＲゲート２６−１へ出力する。
【００４０】
ＯＲゲート２６−１は、異常検知信号Ａ−１とパルス信号Ｂ−１とを論理和し、信号Ｃ−１として絶縁回路２７−１へ出力する。
【００４１】
絶縁回路２７−１は、例えばフォトカプラを用いて構成され、一次側の信号Ｃ−１と二次側の出力信号Ｄ−１とを絶縁する。絶縁回路２７−１の二次側には、５Ｖの電源電圧が供給されている。これにより、絶縁回路２７−１の出力信号Ｄ−１は、ハイレベルの電圧値、すなわち波高値Ｖｈ−１が５Ｖになるようにされている。
【００４２】
そうすると、異常検知部２２−１によって異常が検出されず、電池ブロック３−１が正常であるときは、異常検知信号Ａ−１がローレベルにされ、デューティ比ＤＲ−１が１／２のパルス信号Ｂ−１が、ＯＲゲート２６−１によって信号Ｃ−１として絶縁回路２７−１へ出力される。そして、絶縁回路２７−１によって、信号Ｃ−１が絶縁されて波高値Ｖｈ−１が５Ｖにされる結果、デューティ比ＤＲが１／２、波高値Ｖｈ−１が５Ｖの出力信号Ｄ−１が、絶縁回路２７−１からバッファＢ３−１へ出力される。
【００４３】
なお、絶縁回路２７は、電池ブロック３−１，３−２，３−３が直列接続されていることで生じる各回路ブロック間の電位差を吸収するために設けられている。例えば、電池ブロック３−１，３−２，３−３が並列接続されている場合等のように、各電池ブロック間に電位差が生じないのであれば、絶縁回路２７を設ける必要はない。この場合、ＯＲゲート２６が、波高値Ｖｈの出力信号Ｄを直接出力するようにすればよい。
【００４４】
バッファＢ３−１は、入力された電圧と同じ電圧の信号を、抵抗Ｒ−１を介してキャパシタＣ１−１の一端へ出力する。キャパシタＣ１−１の他端は回路グラウンドに接続されている。そして、抵抗Ｒ−１とキャパシタＣ１−１とで、正常時の信号Ｃ−１、すなわちデューティ比が１／２、波高値が５Ｖの信号Ｃ−１をほぼ直流電圧に平滑できるように、抵抗Ｒ−１の抵抗値とキャパシタＣ１−１の静電容量とが予め設定されている。
【００４５】
信号Ｃ−１が平滑されると、その電圧は信号Ｃ−１の平均値となる。そのため、電池ブロック３−１が正常であるときは、信号Ｃ−１が平滑回路２４−１によって平滑されて、デューティ比ＤＲ−１と波高値Ｖｈ−１との積である２．５Ｖの平滑電圧Ｅ−１が生成され、その平滑電圧Ｅ−１が平滑回路２４−１からバッファＢ１−１，Ｂ２−１へ出力される。
【００４６】
このように、デューティ比ＤＲ−１と波高値Ｖｈ−１との積が２．５Ｖとなり、すなわち正常時に通知信号生成部２３−１から出力されるパルス信号が平滑されて得られる平滑電圧Ｅ−１が、予め設定された基準電圧である２．５Ｖになるように、デューティ比ＤＲ−１と波高値Ｖｈ−１とが予め設定されている。
【００４７】
一方、異常検知部２２−１によって、電池ブロック３−１の異常が検出されたときは、信号Ｃ−１が平滑回路２４−１によって平滑されて、波高値Ｖｈ−１、すなわち５Ｖの平滑電圧Ｅ−１が生成され、その平滑電圧Ｅ−１が平滑回路２４−１からバッファＢ１−１，Ｂ２−１へ出力される。
【００４８】
これにより、電池ブロック３−１の正常時には平滑電圧Ｅ−１が２．５Ｖとなり、電池ブロック３−１の異常時には平滑電圧Ｅ−１が５Ｖとなるから、平滑電圧Ｅ−１の電圧値によって、異常検知部２２−１による異常の検出結果が示される。
【００４９】
ここで、通知信号生成部２３−１で何らかの故障が発生した場合を考える。電子回路の最も一般的な故障モードとしては、ショートモードとオープンモードであり、故障の大半はショートモードとオープンモードのうちいずれかであると考えられる。そして、回路でショートモード又はオープンモードの故障が発生した場合、回路の出力電圧は、通常、ハイレベルに固定されるか、あるいはローレベルに固定されることとなる。
【００５０】
従って、通知信号生成部２３−１で故障が発生すると、極めて高い確率で、通知信号生成部２３−１の出力信号Ｄ−１がハイレベル、あるいはローレベルに固定される。図５においては、通知信号生成部２３−１が故障して出力信号Ｄ−１がローレベルに固定された例を示している。
【００５１】
そして、出力信号Ｄ−１がローレベルに固定されると、平滑電圧Ｅ−１もまたローレベル（０Ｖ）になり、出力信号Ｄ−１がハイレベルである波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）に固定されると、平滑電圧Ｅ−１もまた波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）になる。バッファＢ１−１，Ｂ２−１，Ｂ３−１が故障した場合も同様に、平滑電圧Ｅ−１がローレベル（０Ｖ）又は波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）に固定される可能性が極めて高い。
【００５２】
すなわち、平滑電圧Ｅ−１が２．５Ｖのときは、電池ブロック３−１が正常かつ通知信号生成部２３−１、平滑回路２４−１、バッファＢ１−１，Ｂ２−１も正常であることを示しており、平滑電圧Ｅ−１が波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）又はローレベル（０Ｖ）のときは、電池ブロック３−１の異常又は通知信号生成部２３−１、平滑回路２４−１、バッファＢ１−１，Ｂ２−１のいずれかに故障（異常）が生じていることを示すことになる。
【００５３】
バッファＢ１−１，Ｂ２−１は、入力された電圧と同じ電圧を出力するバッファアンプである。バッファＢ１−１，Ｂ２−１は、他の回路ブロック２１−２，２１−３からの信号の回り込みを防止するために設けられている。バッファＢ１−１は、平滑電圧Ｅ−１をそのままダイオードＤ１−１のアノードへ出力し、バッファＢ２−１は、平滑電圧Ｅ−１をそのままダイオードＤ２−１のカソードへ出力する。
【００５４】
図３に示す回路ブロック２１−２と、図４に示す回路ブロック２１−３とは、通知信号生成部２３−２、２３−３において設定されているデューティ比ＤＲと波高値Ｖｈとの値が、回路ブロック２１−１と異なる点を除いて、回路ブロック２１−１と同様に構成されている。
【００５５】
以下、図３〜図７を参照し、回路ブロック２１−２，２１−３が回路ブロック２１−１と異なる点について説明する。回路ブロック２１−２，２１−３と、回路ブロック２１−１とが共通する構成や信号については、ハイフンの左に同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
回路ブロック２１−２のパルス信号生成部２５−２は、デューティ比ＤＲ−２が１／３のパルス信号Ｂ−２を生成し、ＯＲゲート２６−２へ出力する。
【００５７】
絶縁回路２７−２の二次側には、７．５Ｖの電源電圧が供給されている。これにより、絶縁回路２７−２の出力信号Ｄ−２は、ハイレベルの電圧値、すなわち波高値Ｖｈ−２が７．５Ｖになるようにされている。
【００５８】
そうすると、図６に示すように、異常検知部２２−２によって異常が検出されず、電池ブロック３−２が正常であるときは、異常検知信号Ａ−２がローレベルにされ、デューティ比ＤＲ−２が１／３のパルス信号Ｂ−２が、ＯＲゲート２６−２によって信号Ｃ−２として絶縁回路２７−２へ出力される。そして、絶縁回路２７−２によって、信号Ｃ−２が絶縁されて波高値Ｖｈ−２が７．５Ｖにされる結果、デューティ比ＤＲ−２が１／３、波高値Ｖｈ−２が７．５Ｖの出力信号Ｄ−２が、絶縁回路２７−２からバッファＢ３−２へ出力される。
【００５９】
抵抗Ｒ−２とキャパシタＣ１−２とは、正常時の信号Ｃ−２、すなわちデューティ比が１／３、波高値が７．５Ｖの信号Ｃ−２をほぼ直流電圧に平滑できるように、抵抗Ｒ−２の抵抗値とキャパシタＣ１−２の静電容量とが予め設定されている。
【００６０】
これにより、電池ブロック３−２の正常時には平滑電圧Ｅ−２が２．５Ｖとなり、電池ブロック３−２の異常時には平滑電圧Ｅ−２が７．５Ｖとなるから、平滑電圧Ｅ−２の電圧値によって、異常検知部２２−２による異常の検出結果が示される。
【００６１】
このように、デューティ比ＤＲ−２と波高値Ｖｈ−２との積が２．５Ｖとなり、すなわち正常時に通知信号生成部２３−２から出力されるパルス信号が平滑されて得られる平滑電圧Ｅ−２が、予め設定された基準電圧である２．５Ｖになるように、デューティ比ＤＲ−２と波高値Ｖｈ−２とが予め設定されている。
【００６２】
そして、回路ブロック２１−１の場合と同様、通知信号生成部２３−２、平滑回路２４−２、バッファＢ１−２，Ｂ２−２のいずれかが故障すると、平滑電圧Ｅ−２がローレベル（０Ｖ）又は波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）に固定される可能性が極めて高い。
【００６３】
すなわち、平滑電圧Ｅ−２が２．５Ｖのときは、電池ブロック３−２が正常かつ通知信号生成部２３−２、平滑回路２４−２、バッファＢ１−２，Ｂ２−２も正常であることを示しており、平滑電圧Ｅ−２が波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）又はローレベル（０Ｖ）のときは、電池ブロック３−２の異常又は通知信号生成部２３−２、平滑回路２４−２、バッファＢ１−２，Ｂ２−２のいずれかに故障（異常）が生じていることを示すことになる。
【００６４】
回路ブロック２１−３のパルス信号生成部２５−３は、デューティ比ＤＲ−３が１／４のパルス信号Ｂ−３を生成し、ＯＲゲート２６−３へ出力する。
【００６５】
絶縁回路２７−３の二次側には、１０Ｖの電源電圧が供給されている。これにより、絶縁回路２７−３の出力信号Ｄ−３は、ハイレベルの電圧値、すなわち波高値Ｖｈ−３が１０Ｖになるようにされている。
【００６６】
そうすると、図７に示すように、異常検知部２２−３によって異常が検出されず、電池ブロック３−３が正常であるときは、異常検知信号Ａ−３がローレベルにされ、デューティ比ＤＲ−３が１／４のパルス信号Ｂ−３が、ＯＲゲート２６−３によって信号Ｃ−３として絶縁回路２７−３へ出力される。そして、絶縁回路２７−３によって、信号Ｃ−３が絶縁されて波高値Ｖｈ−３が１０Ｖにされる結果、デューティ比ＤＲ−３が１／４、波高値Ｖｈ−３が１０Ｖの出力信号Ｄ−３が、絶縁回路２７−３からバッファＢ３−３へ出力される。
【００６７】
抵抗Ｒ−３とキャパシタＣ１−３とは、正常時の信号Ｃ−３、すなわちデューティ比が１／４、波高値が１０Ｖの信号Ｃ−３をほぼ直流電圧に平滑できるように、抵抗Ｒ−３の抵抗値とキャパシタＣ１−３の静電容量とが予め設定されている。
【００６８】
これにより、電池ブロック３−３の正常時には平滑電圧Ｅ−３が２．５Ｖとなり、電池ブロック３−２の異常時には平滑電圧Ｅ−３が１０Ｖとなるから、平滑電圧Ｅ−３の電圧値によって、異常検知部２２−３による異常の検出結果が示される。
【００６９】
このように、デューティ比ＤＲ−３と波高値Ｖｈ−３との積が２．５Ｖとなり、すなわち正常時に通知信号生成部２３−３から出力されるパルス信号が平滑されて得られる平滑電圧Ｅ−３が、予め設定された基準電圧である２．５Ｖになるように、デューティ比ＤＲ−３と波高値Ｖｈ−３とが予め設定されている。
【００７０】
そして、回路ブロック２１−１の場合と同様、通知信号生成部２３−３、平滑回路２４−３、バッファＢ１−３，Ｂ２−３のいずれかが故障すると、平滑電圧Ｅ−３がローレベル（０Ｖ）又は波高値Ｖｈ−３（１０Ｖ）に固定される可能性が極めて高い。
【００７１】
すなわち、平滑電圧Ｅ−３が２．５Ｖのときは、電池ブロック３−３が正常かつ通知信号生成部２３−３、平滑回路２４−３、バッファＢ１−３，Ｂ２−３も正常であることを示しており、平滑電圧Ｅ−３が波高値Ｖｈ−３（１０Ｖ）又はローレベル（０Ｖ）のときは、電池ブロック３−３の異常、又は通知信号生成部２３−３、平滑回路２４−３、バッファＢ１−３，Ｂ２−３のいずれかに故障（異常）が生じていることを示すことになる。
【００７２】
なお、通知信号生成部２３は、電池ブロック３の異常時に、ハイレベルの直流電圧を出力信号Ｄとして出力する例を示したが、ローレベルの直流電圧を出力信号Ｄとして出力するようにしてもよい。
【００７３】
次に、図１を参照して、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３のカソードが、第１配線Ｌ１に接続されている。そして、第１配線Ｌ１は、制御部２０に接続されている。また、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３のアノードが、第２配線Ｌ２に接続されている。そして、第２配線Ｌ２は、制御部２０に接続されている。
【００７４】
そうすると、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３が、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３によって、正論理でワイヤードオアされた電圧、すなわち平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３のうちの最大の電圧が、電圧ＶＬ１として第１配線Ｌ１に印加されることになる。この場合、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３が、最大電圧印加部の一例に相当し、電圧ＶＬ１が最大平滑電圧に相当している。
【００７５】
また、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３が、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３によって、負論理でワイヤードオアされた電圧、すなわち平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３のうちの最小の電圧が、電圧ＶＬ２として第２配線Ｌ２に印加されることになる。この場合、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３が、最小電圧印加部の一例に相当し、電圧ＶＬ２が最小平滑電圧に相当している。
【００７６】
ここで、電池ブロック３−１，３−２，３−３のすべてが正常であるときは、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３は、いずれも基準電圧である２．５Ｖとなるから、電圧ＶＬ１及び電圧ＶＬ２は、共に２．５Ｖとなる。
【００７７】
一方、電池ブロック３−１が異常となったときは、電圧ＶＬ１が５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。電池ブロック３−２が異常となったときは、電圧ＶＬ１が７．５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。電池ブロック３−３が異常となったときは、電圧ＶＬ１が１０Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。
【００７８】
そして、回路ブロック２１−１で平滑電圧Ｅ−１がハイレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。回路ブロック２１−２で平滑電圧Ｅ−２がハイレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が７．５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。回路ブロック２１−３で平滑電圧Ｅ−３がハイレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が１０Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。
【００７９】
さらに、回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３のうち一箇所で、平滑電圧Ｅがローレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が２．５Ｖ、電圧ＶＬ２が０Ｖとなる。
【００８０】
制御部２０は、例えば所定の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタルコンバータと、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、判定部の一例として機能する。なお、制御部２０は、ＣＰＵを用いる例に限られず、例えば論理回路を組み合わせて構成されていてもよい。
【００８１】
制御部２０は、例えばアナログデジタルコンバータによって、電圧ＶＬ１と電圧ＶＬ２とを検出する。そして、制御部２０は、検出された電圧ＶＬ１と電圧ＶＬ２とに基づいて、電池ブロック３の異常や回路ブロック２１の故障の有無を判定する。この場合、制御部２０によって検出された電圧ＶＬ１が第１検出電圧に相当し、制御部２０によって検出された電圧ＶＬ２が第２検出電圧に相当する。
【００８２】
また、制御部２０のＲＯＭには、例えば第１閾値Ｖｔｈ１、第２閾値Ｖｔｈ２、判定値Ｖｊ１，Ｖｊ２が予め記憶されている。この場合、ＲＯＭは、記憶部の一例に相当している。
【００８３】
例えば、第１閾値Ｖｔｈ１は基準電圧（２．５Ｖ）と波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）との中間電圧である３．７５Ｖ、第２閾値Ｖｔｈ２は基準電圧（２．５Ｖ）とローレベル（０Ｖ）との中間電圧である１．２５Ｖ、判定値Ｖｊ１は波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）と波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）との中間電圧である６．２５Ｖ、判定値Ｖｊ２は波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）と波高値Ｖｈ−３（１０Ｖ）との中間電圧である８．７５ＶとしてＲＯＭに記憶されている。
【００８４】
図８は、図１に示す制御部２０の動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御部２０は、第１配線Ｌ１の電圧ＶＬ１と第２配線Ｌ２の電圧ＶＬ２とを検出する（ステップＳ１）。
【００８５】
次に、制御部２０は、電圧ＶＬ１と第１閾値Ｖｔｈ１（３．７５Ｖ）とを比較する（ステップＳ２）。そして、電圧ＶＬ１が第１閾値Ｖｔｈ１以下であれば（ステップＳ２でＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ３へ移行し、電圧ＶＬ２と第２閾値Ｖｔｈ２（１．２５Ｖ）とを比較する（ステップＳ３）。そして、電圧ＶＬ２が第２閾値Ｖｔｈ２以上であれば（ステップＳ３でＮＯ）、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３はすべて基準電圧（２．５Ｖ）であると考えられるから、制御部２０は、電池ブロック３にも回路ブロック２１にも異常がなく、電池電源システム１は正常であると判定し（ステップＳ５）、処理を終了する。
【００８６】
ステップＳ３において、電圧ＶＬ２が第２閾値Ｖｔｈ２に満たなければ（ステップＳ３でＹＥＳ）、回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３のいずれかにおいて、平滑電圧Ｅがローレベル固定となる故障が生じて電圧ＶＬ２が０Ｖになったと考えられるから、制御部２０は、電池電源システム１に異常有りと判定し（ステップＳ４）、処理を終了する。
【００８７】
ステップＳ２において、電圧ＶＬ１が第１閾値Ｖｔｈ１を超えていれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、電圧ＶＬ１が基準電圧（２．５Ｖ）を超えているから、制御部２０は、電池ブロック３の異常又は回路ブロック２１の異常が、どこかで生じているものと判定し（ステップＳ６）、異常発生箇所を特定するべくステップＳ７へ移行する。
【００８８】
ステップＳ７において、制御部２０は、電圧ＶＬ１と判定値Ｖｊ１とを比較する（ステップＳ７）。そして、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ１に満たなければ（ステップＳ７でＹＥＳ）、Ｖｔｈ１（３．７５Ｖ）＜ＶＬ１＜Ｖｊ１（６．２５Ｖ）の条件を満たし、電圧ＶＬ１は５Ｖであると考えられるから、制御部２０は、５Ｖの波高値Ｖｈ−１と対応する、電池ブロック３−１又は回路ブロック２１−１において、異常が生じたものと判定し（ステップＳ８）、処理を終了する。
【００８９】
一方、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ１以上であれば（ステップＳ７でＮＯ）、制御部２０は、電圧ＶＬ１と判定値Ｖｊ２とを比較する（ステップＳ９）。そして、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ２に満たなければ（ステップＳ９でＹＥＳ）、Ｖｊ１（６．２５Ｖ）≦ＶＬ１＜Ｖｊ２（８．７５Ｖ）の条件を満たし、電圧ＶＬ１は７．５Ｖであると考えられるから、制御部２０は、７．５Ｖの波高値Ｖｈ−２と対応する、電池ブロック３−２又は回路ブロック２１−２において、異常が生じたものと判定し（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００９０】
一方、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ２（８．７５Ｖ）以上であれば（ステップＳ９でＮＯ）、電圧ＶＬ１は１０Ｖであると考えられるから、制御部２０は、１０Ｖの波高値Ｖｈ−３と対応する、電池ブロック３−３又は回路ブロック２１−３において、異常が生じたものと判定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。
【００９１】
以上、ステップＳ１〜Ｓ６の処理により、制御部２０は、複数の電池ブロック３、および複数の回路ブロック２１で生じた異常を、シリアル通信回路のような複雑な回路を用いることなく、第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２の２本の配線を用いて検出することができるので、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる。
【００９２】
なお、第１閾値Ｖｔｈ１、及び第２閾値Ｖｔｈ２について、ダイオードＤ１，Ｄ２を理想ダイオードとして、ダイオードＤ１，Ｄ２での電圧降下Ｖｆを０とした場合に適した値の例を示したが、実際のダイオードＤ１，Ｄ２の特性を考慮して第１閾値Ｖｔｈ１、及び第２閾値Ｖｔｈ２を設定するとなお良い。
【００９３】
特に、電池電源システム１を、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車輌用電源として用いた場合には、制御部２０を、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成する場合がある。そのような場合、制御部２０（ＥＣＵ）と回路ブロック２１との間が、１ｍ以上離れてしまうときがある。そうすると、制御部２０（ＥＣＵ）と回路ブロック２１との間は１ｍを超える長い配線で接続されることとなり、このような長い配線で接続される部分が省配線されることの効果は大きい。
【００９４】
また、ステップＳ７〜Ｓ１１の処理により、制御部２０は、異常の発生個所を、ある程度特定することができるので、たとえば異常発生個所を回路から切り離したり、修理したりする保守作業が容易となる。
【００９５】
なお、波高値Ｖｈ−１，Ｖｈ−２，Ｖｈ−３は、必ずしも互いに異なる電圧値にされている必要はなく、波高値Ｖｈ−１，Ｖｈ−２，Ｖｈ−３、及びデューティ比ＤＲ−１，ＤＲ−２，ＤＲ−３は、それぞれ互いに等しい電圧、デューティ比であってもよい。また、制御部２０は、ステップＳ７〜Ｓ１１を実行しない構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る異常検知回路、および電池電源システムは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機等の電子機器、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム、無停電源装置等の電池搭載装置等、電池を用いる種々の電池電源システムに適用することができ、特に電気自動車やハイブリッドカー等の車両に用いられる電池電源システムにおいて、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 電池電源システム
２ 異常検知回路
３，３−１，３−２，３−３ 電池ブロック
２０ 制御部
２１，２１−１，２１−２，２１−３ 回路ブロック
２２，２２−１，２２−２，２２−３ 異常検知部
２３，２３−１，２３−２，２３−３ 通知信号生成部
２４，２４−１，２４−２，２４−３ 平滑回路
２５，２５−１，２５−２，２５−３ パルス信号生成部
２６，２６−１，２６−２，２６−３ ＯＲゲート
２７，２７−１，２７−２，２７−３ 絶縁回路
３１ 素電池
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ バッファ
Ｃ１，Ｃ１−１，Ｃ１−２，Ｃ１−３ キャパシタ
Ｄ１，Ｄ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３ ダイオード
Ｄ２，Ｄ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３ ダイオード
ＤＲ，ＤＲ−１，ＤＲ−２，ＤＲ−３ デューティ比
Ｌ１ 第１配線
Ｌ２ 第２配線
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 電池モジュール
Ｒ，Ｒ−１，Ｒ−２，Ｒ−３ 抵抗
Ａ，Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３ 異常検知信号
Ｂ，Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３ パルス信号
Ｃ，Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３ 信号
Ｄ，Ｄ−１，Ｄ−２，Ｄ−３ 出力信号
Ｅ，Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３ 平滑電圧
Ｖｈ，Ｖｈ−１，Ｖｈ−２，Ｖｈ−３ 波高値
Ｖｊ１，Ｖｊ２ 判定値
ＶＬ１，ＶＬ２ 電圧
Ｖｔｈ１ 第１閾値
Ｖｔｈ２ 第２閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の異常を検出する異常検知回路、およびこれを備えた電池電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代のエコカーとして、電気自動車やハイブリッド自動車等が注目されている。そして、このようなエコカーの電源として用いられる二次電池の技術開発が進んでいる。自動車の性能を左右するとも考えられる二次電池の性能の向上が日々追求されている。
【０００３】
また、二次電池の性能の向上と共に、二次電池に要求される信頼性水準も高まっている。そのため、各電池の電圧を監視し、その電圧が異常値になったとき、その異常発生を示す信号を制御装置へ送信するようにした電池電源システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、二次電池を電気自動車等の電源として用いる場合は、高電圧を得るために複数個、例えば２０〜１００個程度の二次電池（組電池）が直列に接続されて用いられる。そこで、特許文献１に記載の技術では、各電池についての異常検出結果に応じてトランジスタをオン、オフさせ、この各トランジスタをオープンコレクタ接続によってワイヤードオアすることで、省配線を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９７４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の技術では、電池の監視回路が故障、例えば上述のトランジスタがオープン故障した場合、制御装置側からは、監視回路の故障を検知することができない。そして、監視回路が故障すると、制御装置は、電池の異常を検出することができない。そのため、電池の異常発生と共に、電池の異常を検出する回路の異常も検出したいという、ニーズがある。
【０００７】
本発明の目的は、複数の電池を用いた場合において、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる異常検知回路、及び電池電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る異常検知回路は、複数の電池にそれぞれ対応して設けられた回路ブロックであって、対応する電池が正常であるか異常であるかを判定する異常検知部と、前記異常検知部によって正常であるとの判定がされたときハイレベルとローレベルとの間で電圧が周期的に変化するパルス信号を出力信号として出力し、前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベル又は前記ローレベルの直流電圧を出力信号として出力する通知信号生成部と、前記出力信号を平滑して平滑電圧を生成する平滑回路とをそれぞれが含む複数の回路ブロックと、前記複数の回路ブロックにおける各平滑電圧のうち最大の電圧を、最大平滑電圧として第１配線に印加する最大電圧印加部と、前記各平滑電圧のうち最小の電圧を、最小平滑電圧として第２配線に印加する最小電圧印加部と、前記第１配線を介して前記最大平滑電圧を第１検出電圧として検出し、当該第１検出電圧が所定の第１閾値を超えたとき異常が生じたと判定すると共に、前記第２配線を介して前記最小平滑電圧を第２検出電圧として検出し、当該第２検出電圧が所定の第２閾値に満たないとき、異常が生じたと判定し、当該第１検出電圧が前記第１閾値に満たず、かつ当該第２検出電圧が前記第２閾値を超えたとき、正常であると判定する判定部とを備え、前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧とは、当該パルス信号を平滑したときに得られる平滑電圧が所定の基準電圧になるように、予め設定されており、前記第１閾値は、前記基準電圧を超え、かつ前記ハイレベルの電圧以下の電圧値であり、前記第２閾値は、前記基準電圧に満たず、かつ前記ローレベルの電圧以上の電圧値である。
【０００９】
この構成によれば、各回路ブロックにおいて、それぞれに対応する電池が正常であると判定されると、通知信号生成部からパルス信号が出力信号として出力される。このパルス信号が平滑回路で平滑されて得られる平滑電圧は、基準電圧となる。このようにして得られた各平滑電圧のうち、最大の電圧が最大平滑電圧として第１配線に印加され、最小の電圧が最小平滑電圧として第２配線に印加される。そうすると、すべての電池が正常であるときは、第１および第２配線に印加される電圧は、いずれも第１閾値に満たず、かつ第２閾値を超える基準電圧となる。したがって、判定部は、第１配線を介して検出された第１検出電圧が第１閾値に満たず、かつ第２配線を介して検出された第２検出電圧が第２閾値を超えたとき、各二次電池は正常であると判定することができる。
【００１０】
一方、各電池のうちひとつでも、異常検知部によって異常であると判定されると、通知信号生成部によって、ハイレベル又はローレベルの直流電圧が出力信号として出力される。そうすると、この出力信号が平滑された平滑電圧は、基準電圧にはならず、ハイレベル又はローレベルの電圧となる。そして、各平滑電圧のうち少なくとも一つがハイレベルのときは、最大電圧印加部によってハイレベルの電圧が最大平滑電圧として第１配線に印加され、各平滑電圧のうち少なくとも一つがローレベルのときは、最小電圧印加部によってローレベルの電圧が最小平滑電圧として第２配線に印加される。
【００１１】
そして、回路ブロックが故障して異常が生じた場合には、各回路ブロックの最終的な出力電圧である平滑電圧は、ハイレベル又はローレベルに固定される可能性が極めて高い。そうすると、各回路ブロックのうち少なくとも一つに異常が生じると、平滑電圧がハイレベルに固定される異常の場合は最大電圧印加部によってハイレベルの電圧が最大平滑電圧として第１配線に印加され、平滑電圧がローレベルに固定される異常の場合は最小電圧印加部によってローレベルの電圧が最小平滑電圧として第２配線に印加される。
【００１２】
従って、判定部は、第１配線を介して検出された第１検出電圧が第１閾値を超えたとき異常が生じたと判定すると共に、第２配線を介して検出された第２検出電圧が第２閾値に満たないとき、異常が生じたと判定することで、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路である回路ブロックの異常を検出することができる。さらに、これらの異常を検出するために必要な配線は、第１および第２配線の２本だけであるから、省配線を図ることができる。
【００１３】
また、前記最大電圧印加部は、カソードが前記第１配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのアノードに前記各平滑電圧が印加され、前記最小電圧印加部は、アノードが前記第２配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのカソードに前記各平滑電圧が印加されることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、最大電圧印加部および最小電圧印加部を簡素な構成で実現できる。
【００１５】
また、前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値として、互いに異なる電圧値が設定されており、前記各通知信号生成部における、前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧値との積は、前記基準電圧と実質的に等しい値であり、前記各通知信号生成部は、前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベルの直流電圧を出力信号として出力し、前記判定部は、前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、当該第１検出電圧に基づいて、異常が検出された電池又は異常が発生した回路ブロックを特定することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、各回路ブロックにおける基準電圧を互いに等しい電圧値に維持しつつ、ハイレベルの電圧値として互いに異なる電圧値が設定される。そして、各異常検知部のうちいずれかによって異常であるとの判定がされたとき、対応する通知信号生成部によって、他の通知信号部におけるハイレベルとは異なる電圧値の直流電圧が出力信号として出力され、この電圧が平滑されて最大平滑電圧として第１配線に印加されることとなる。
【００１７】
そうすると、どの回路ブロックで電池の異常が検出されか、すなわちどの電池で異常が生じたかによって、第１配線に印加される最大平滑電圧が異なる。同様に、各回路ブロックのいずれかで故障による異常が生じて平滑電圧がハイレベルに固定された場合においても、どの回路ブロックで異常が生じたかによって、第１配線に印加される最大平滑電圧が異なる。したがって、判定部は、第１配線で検出された最大平滑電圧に基づいて、異常が検出された電池又は異常が発生した回路ブロックを特定することが可能となる。
【００１８】
なお、「実質的に等しい」とは、例えば誤差や回路の特性ばらつき等によって生じる程度の差異が生じていても、等しいとみなすことを意味する。
【００１９】
また、前記判定部は、前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値を判別するための複数の判定値を記憶する記憶部を備え、前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、前記記憶部に記憶された複数の判定値と前記第１検出電圧とを比較することにより、前記第１検出電圧が、前記各通知信号生成部のうちどの通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値であるかを判別し、当該判別された通知信号生成部と対応する電池又は回路ブロックで、異常が生じたと判定することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、判定部は、各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値を判別するための複数の判定値を記憶する記憶部を備えているので、記憶部に記憶された複数の判定値と第１検出電圧とを比較することにより、異常が生じた個所を特定することが容易となる。
【００２１】
また、本発明に係る電池電源システムは、上述の異常検知回路と、前記複数の電池とを備える。
【００２２】
この構成によれば、複数の電池とその異常検知回路とを備えた電池電源システムにおいて、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成の異常検知回路及び電池電源システムは、複数の電池を用いた場合において、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る異常検知回路を備えた電池電源システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す回路ブロックの詳細の一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す回路ブロックの詳細の一例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す回路ブロックの詳細の一例を示すブロック図である。
【図５】図２に示す回路ブロックの動作を説明するための信号波形図である。
【図６】図３に示す回路ブロックの動作を説明するための信号波形図である。
【図７】図４に示す回路ブロックの動作を説明するための信号波形図である。
【図８】図１に示す制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る異常検知回路２を備えた電池電源システム１の構成の一例を示すブロック図である。電池ブロックは、例えば複数のセルが並列接続されたものを直列接続したもので構成されている。
【００２６】
図１に示す電池電源システム１は、異常検知回路２と、電池ブロック３−１，３−２，３−３とを備えて構成されている。異常検知回路２は、制御部２０、回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３、第１配線Ｌ１、及び第２配線Ｌ２を備えて構成されている。
【００２７】
回路ブロック２１−１は電池ブロック３−１と対応して設けられ、回路ブロック２１−２は電池ブロック３−２と対応して設けられ、回路ブロック２１−３は電池ブロック３−３と対応して設けられている。
【００２８】
なお、電池ブロック、および回路ブロックの数は、３個に限られず、２個であってもよく、４個以上であってもよい。また、電池ブロック３−１、回路ブロック２１−１、及びダイオードＤ１−１，Ｄ２−１を電池モジュールＭ１として構成し、電池ブロック３−２、回路ブロック２１−２、及びダイオードＤ１−２，Ｄ２−２を電池モジュールＭ２として構成し、電池ブロック３−３、回路ブロック２１−３、及びダイオードＤ１−３，Ｄ２−３を電池モジュールＭ３として構成するようにしてもよい。
【００２９】
回路ブロック２１−１は、異常検知部２２−１と、通知信号生成部２３−１と、平滑回路２４−１と、バッファＢ１−１，Ｂ２−１とを備えている。回路ブロック２１−２は、異常検知部２２−２と、通知信号生成部２３−２と、平滑回路２４−２と、バッファＢ１−２，Ｂ２−２とを備えている。回路ブロック２１−３は、異常検知部２２−３と、通知信号生成部２３−３と、平滑回路２４−３と、バッファＢ１−３，Ｂ２−３とを備えている。
【００３０】
図２、図３、図４は、図１に示す回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３の詳細の一例をそれぞれ示すブロック図である。
【００３１】
図１〜図４に記載された構成要素の符号における添え字（ハイフン付きの数字）は、同じ電池ブロックに対応する構成要素同士で同じ添え字が付されるようになっている。例えば、電池ブロック３−１に対応する構成要素、すなわち異常検知部２２−１、通知信号生成部２３−１、平滑回路２４−１、及びダイオードＤ１−１，Ｄ２−１等の符号には、添え字１が付されている。同様に、添え字が２の構成要素同士、添え字が３の構成要素同士で互いに対応している。
【００３２】
以下、電池ブロック３−１，３−２，３−３を総称するときは電池ブロック３と称し、異常検知部２２−１，２２−２，２２−３を総称するときは異常検知部２２と称し、以下同様に、−１，−２，−３が符号に付された構成要素を総称するときは、ハイフン以下の添え字を除いた符号を付して示す。同様に、その他の構成要素や信号についても、対応する添え字の番号をハイフン以下に付して示し、これらの構成要素や信号を総称するときは、ハイフン以下の添え字を除いた符号を付して示す。
【００３３】
電池ブロック３−１，３−２，３−３は、それぞれ、二次電池の一例に相当し、複数の素電池３１が直列に接続された組電池として構成されている。なお、電池ブロック３−１，３−２，３−３は、複数の素電池３１が、直列、並列、または直列と並列とを組み合わせて接続された組電池であってもよい。素電池３１は、二次電池、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池セルであってもよく、例えば燃料電池セルであってもよい。
【００３４】
なお、請求項に係る電池の一例として、電池ブロック３を示したが、請求項に係る電池は単セルであってもよい。また、電池ブロック３の数（電池の数）も、３個に限られず、１個、２個、あるいは４個以上であってもよい。
【００３５】
図５は、図２に示す回路ブロック２１−１の動作を説明するための信号波形図である。以下、図２、図５を参照して、回路ブロック２１−１について説明する。通知信号生成部２３−１は、パルス信号生成部２５−１と、ＯＲゲート２６−１と、絶縁回路２７−１とを備えている。平滑回路２４−１は、バッファＢ３−１と、抵抗Ｒ−１と、キャパシタＣ１−１とを備えている。
【００３６】
異常検知部２２−１は、対応する電池ブロック３−１の両端に接続され、その端子電圧を検出する。異常検知部２２−１は、例えばコンパレータを用いて構成されている。
【００３７】
そして、異常検知部２２−１は、例えば検出された端子電圧が、電池ブロック３の過電圧を示す上限電圧値を超えたときや、過放電を示す下限電圧値を下回ったときに回路ブロック２１−１の異常を検知し、異常検知信号Ａ−１を例えばハイレベルにしてＯＲゲート２６−１へ出力する。一方、異常検知部２２−１は、回路ブロック２１−１の異常が検知されず、すなわち回路ブロック２１−１が正常であるときは、異常検知信号Ａ−１を例えばローレベルにしてＯＲゲート２６−１へ出力する。
【００３８】
なお、異常検知部の一例として、電池ブロック３の電圧の異常を検出する異常検知部２２を示したが、異常検知部は、電池ブロック３の各セル電圧の異常を検出するものでもよい。その場合、異常検知部は、各セルごとに電圧検出するように接続されている。また、異常検知部は電池ブロック３の異常を検知するものであればよく、例えば電池ブロック３に流れる電流や電池ブロック３の温度を検出することで、電池ブロック３の過電流や温度異常を検出するものであってもよい。
【００３９】
パルス信号生成部２５−１は、デューティ比ＤＲ−１が１／２のパルス信号Ｂ−１を生成し、ＯＲゲート２６−１へ出力する。
【００４０】
ＯＲゲート２６−１は、異常検知信号Ａ−１とパルス信号Ｂ−１とを論理和し、信号Ｃ−１として絶縁回路２７−１へ出力する。
【００４１】
絶縁回路２７−１は、例えばフォトカプラを用いて構成され、一次側の信号Ｃ−１と二次側の出力信号Ｄ−１とを絶縁する。絶縁回路２７−１の二次側には、５Ｖの電源電圧が供給されている。これにより、絶縁回路２７−１の出力信号Ｄ−１は、ハイレベルの電圧値、すなわち波高値Ｖｈ−１が５Ｖになるようにされている。
【００４２】
そうすると、異常検知部２２−１によって異常が検出されず、電池ブロック３−１が正常であるときは、異常検知信号Ａ−１がローレベルにされ、デューティ比ＤＲ−１が１／２のパルス信号Ｂ−１が、ＯＲゲート２６−１によって信号Ｃ−１として絶縁回路２７−１へ出力される。そして、絶縁回路２７−１によって、信号Ｃ−１が絶縁されて波高値Ｖｈ−１が５Ｖにされる結果、デューティ比ＤＲが１／２、波高値Ｖｈ−１が５Ｖの出力信号Ｄ−１が、絶縁回路２７−１からバッファＢ３−１へ出力される。
【００４３】
なお、絶縁回路２７は、電池ブロック３−１，３−２，３−３が直列接続されていることで生じる各回路ブロック間の電位差を吸収するために設けられている。例えば、電池ブロック３−１，３−２，３−３が並列接続されている場合等のように、各電池ブロック間に電位差が生じないのであれば、絶縁回路２７を設ける必要はない。この場合、ＯＲゲート２６が、波高値Ｖｈの出力信号Ｄを直接出力するようにすればよい。
【００４４】
バッファＢ３−１は、入力された電圧と同じ電圧の信号を、抵抗Ｒ−１を介してキャパシタＣ１−１の一端へ出力する。キャパシタＣ１−１の他端は回路グラウンドに接続されている。そして、抵抗Ｒ−１とキャパシタＣ１−１とで、正常時の信号Ｃ−１、すなわちデューティ比が１／２、波高値が５Ｖの信号Ｃ−１をほぼ直流電圧に平滑できるように、抵抗Ｒ−１の抵抗値とキャパシタＣ１−１の静電容量とが予め設定されている。
【００４５】
信号Ｃ−１が平滑されると、その電圧は信号Ｃ−１の平均値となる。そのため、電池ブロック３−１が正常であるときは、信号Ｃ−１が平滑回路２４−１によって平滑されて、デューティ比ＤＲ−１と波高値Ｖｈ−１との積である２．５Ｖの平滑電圧Ｅ−１が生成され、その平滑電圧Ｅ−１が平滑回路２４−１からバッファＢ１−１，Ｂ２−１へ出力される。
【００４６】
このように、デューティ比ＤＲ−１と波高値Ｖｈ−１との積が２．５Ｖとなり、すなわち正常時に通知信号生成部２３−１から出力されるパルス信号が平滑されて得られる平滑電圧Ｅ−１が、予め設定された基準電圧である２．５Ｖになるように、デューティ比ＤＲ−１と波高値Ｖｈ−１とが予め設定されている。
【００４７】
一方、異常検知部２２−１によって、電池ブロック３−１の異常が検出されたときは、信号Ｃ−１が平滑回路２４−１によって平滑されて、波高値Ｖｈ−１、すなわち５Ｖの平滑電圧Ｅ−１が生成され、その平滑電圧Ｅ−１が平滑回路２４−１からバッファＢ１−１，Ｂ２−１へ出力される。
【００４８】
これにより、電池ブロック３−１の正常時には平滑電圧Ｅ−１が２．５Ｖとなり、電池ブロック３−１の異常時には平滑電圧Ｅ−１が５Ｖとなるから、平滑電圧Ｅ−１の電圧値によって、異常検知部２２−１による異常の検出結果が示される。
【００４９】
ここで、通知信号生成部２３−１で何らかの故障が発生した場合を考える。電子回路の最も一般的な故障モードとしては、ショートモードとオープンモードであり、故障の大半はショートモードとオープンモードのうちいずれかであると考えられる。そして、回路でショートモード又はオープンモードの故障が発生した場合、回路の出力電圧は、通常、ハイレベルに固定されるか、あるいはローレベルに固定されることとなる。
【００５０】
従って、通知信号生成部２３−１で故障が発生すると、極めて高い確率で、通知信号生成部２３−１の出力信号Ｄ−１がハイレベル、あるいはローレベルに固定される。図５においては、通知信号生成部２３−１が故障して出力信号Ｄ−１がローレベルに固定された例を示している。
【００５１】
そして、出力信号Ｄ−１がローレベルに固定されると、平滑電圧Ｅ−１もまたローレベル（０Ｖ）になり、出力信号Ｄ−１がハイレベルである波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）に固定されると、平滑電圧Ｅ−１もまた波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）になる。バッファＢ１−１，Ｂ２−１，Ｂ３−１が故障した場合も同様に、平滑電圧Ｅ−１がローレベル（０Ｖ）又は波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）に固定される可能性が極めて高い。
【００５２】
すなわち、平滑電圧Ｅ−１が２．５Ｖのときは、電池ブロック３−１が正常かつ通知信号生成部２３−１、平滑回路２４−１、バッファＢ１−１，Ｂ２−１も正常であることを示しており、平滑電圧Ｅ−１が波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）又はローレベル（０Ｖ）のときは、電池ブロック３−１の異常又は通知信号生成部２３−１、平滑回路２４−１、バッファＢ１−１，Ｂ２−１のいずれかに故障（異常）が生じていることを示すことになる。
【００５３】
バッファＢ１−１，Ｂ２−１は、入力された電圧と同じ電圧を出力するバッファアンプである。バッファＢ１−１，Ｂ２−１は、他の回路ブロック２１−２，２１−３からの信号の回り込みを防止するために設けられている。バッファＢ１−１は、平滑電圧Ｅ−１をそのままダイオードＤ１−１のアノードへ出力し、バッファＢ２−１は、平滑電圧Ｅ−１をそのままダイオードＤ２−１のカソードへ出力する。
【００５４】
図３に示す回路ブロック２１−２と、図４に示す回路ブロック２１−３とは、通知信号生成部２３−２、２３−３において設定されているデューティ比ＤＲと波高値Ｖｈとの値が、回路ブロック２１−１と異なる点を除いて、回路ブロック２１−１と同様に構成されている。
【００５５】
以下、図３〜図７を参照し、回路ブロック２１−２，２１−３が回路ブロック２１−１と異なる点について説明する。回路ブロック２１−２，２１−３と、回路ブロック２１−１とが共通する構成や信号については、ハイフンの左に同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
回路ブロック２１−２のパルス信号生成部２５−２は、デューティ比ＤＲ−２が１／３のパルス信号Ｂ−２を生成し、ＯＲゲート２６−２へ出力する。
【００５７】
絶縁回路２７−２の二次側には、７．５Ｖの電源電圧が供給されている。これにより、絶縁回路２７−２の出力信号Ｄ−２は、ハイレベルの電圧値、すなわち波高値Ｖｈ−２が７．５Ｖになるようにされている。
【００５８】
そうすると、図６に示すように、異常検知部２２−２によって異常が検出されず、電池ブロック３−２が正常であるときは、異常検知信号Ａ−２がローレベルにされ、デューティ比ＤＲ−２が１／３のパルス信号Ｂ−２が、ＯＲゲート２６−２によって信号Ｃ−２として絶縁回路２７−２へ出力される。そして、絶縁回路２７−２によって、信号Ｃ−２が絶縁されて波高値Ｖｈ−２が７．５Ｖにされる結果、デューティ比ＤＲ−２が１／３、波高値Ｖｈ−２が７．５Ｖの出力信号Ｄ−２が、絶縁回路２７−２からバッファＢ３−２へ出力される。
【００５９】
抵抗Ｒ−２とキャパシタＣ１−２とは、正常時の信号Ｃ−２、すなわちデューティ比が１／３、波高値が７．５Ｖの信号Ｃ−２をほぼ直流電圧に平滑できるように、抵抗Ｒ−２の抵抗値とキャパシタＣ１−２の静電容量とが予め設定されている。
【００６０】
これにより、電池ブロック３−２の正常時には平滑電圧Ｅ−２が２．５Ｖとなり、電池ブロック３−２の異常時には平滑電圧Ｅ−２が７．５Ｖとなるから、平滑電圧Ｅ−２の電圧値によって、異常検知部２２−２による異常の検出結果が示される。
【００６１】
このように、デューティ比ＤＲ−２と波高値Ｖｈ−２との積が２．５Ｖとなり、すなわち正常時に通知信号生成部２３−２から出力されるパルス信号が平滑されて得られる平滑電圧Ｅ−２が、予め設定された基準電圧である２．５Ｖになるように、デューティ比ＤＲ−２と波高値Ｖｈ−２とが予め設定されている。
【００６２】
そして、回路ブロック２１−１の場合と同様、通知信号生成部２３−２、平滑回路２４−２、バッファＢ１−２，Ｂ２−２のいずれかが故障すると、平滑電圧Ｅ−２がローレベル（０Ｖ）又は波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）に固定される可能性が極めて高い。
【００６３】
すなわち、平滑電圧Ｅ−２が２．５Ｖのときは、電池ブロック３−２が正常かつ通知信号生成部２３−２、平滑回路２４−２、バッファＢ１−２，Ｂ２−２も正常であることを示しており、平滑電圧Ｅ−２が波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）又はローレベル（０Ｖ）のときは、電池ブロック３−２の異常又は通知信号生成部２３−２、平滑回路２４−２、バッファＢ１−２，Ｂ２−２のいずれかに故障（異常）が生じていることを示すことになる。
【００６４】
回路ブロック２１−３のパルス信号生成部２５−３は、デューティ比ＤＲ−３が１／４のパルス信号Ｂ−３を生成し、ＯＲゲート２６−３へ出力する。
【００６５】
絶縁回路２７−３の二次側には、１０Ｖの電源電圧が供給されている。これにより、絶縁回路２７−３の出力信号Ｄ−３は、ハイレベルの電圧値、すなわち波高値Ｖｈ−３が１０Ｖになるようにされている。
【００６６】
そうすると、図７に示すように、異常検知部２２−３によって異常が検出されず、電池ブロック３−３が正常であるときは、異常検知信号Ａ−３がローレベルにされ、デューティ比ＤＲ−３が１／４のパルス信号Ｂ−３が、ＯＲゲート２６−３によって信号Ｃ−３として絶縁回路２７−３へ出力される。そして、絶縁回路２７−３によって、信号Ｃ−３が絶縁されて波高値Ｖｈ−３が１０Ｖにされる結果、デューティ比ＤＲ−３が１／４、波高値Ｖｈ−３が１０Ｖの出力信号Ｄ−３が、絶縁回路２７−３からバッファＢ３−３へ出力される。
【００６７】
抵抗Ｒ−３とキャパシタＣ１−３とは、正常時の信号Ｃ−３、すなわちデューティ比が１／４、波高値が１０Ｖの信号Ｃ−３をほぼ直流電圧に平滑できるように、抵抗Ｒ−３の抵抗値とキャパシタＣ１−３の静電容量とが予め設定されている。
【００６８】
これにより、電池ブロック３−３の正常時には平滑電圧Ｅ−３が２．５Ｖとなり、電池ブロック３−２の異常時には平滑電圧Ｅ−３が１０Ｖとなるから、平滑電圧Ｅ−３の電圧値によって、異常検知部２２−３による異常の検出結果が示される。
【００６９】
このように、デューティ比ＤＲ−３と波高値Ｖｈ−３との積が２．５Ｖとなり、すなわち正常時に通知信号生成部２３−３から出力されるパルス信号が平滑されて得られる平滑電圧Ｅ−３が、予め設定された基準電圧である２．５Ｖになるように、デューティ比ＤＲ−３と波高値Ｖｈ−３とが予め設定されている。
【００７０】
そして、回路ブロック２１−１の場合と同様、通知信号生成部２３−３、平滑回路２４−３、バッファＢ１−３，Ｂ２−３のいずれかが故障すると、平滑電圧Ｅ−３がローレベル（０Ｖ）又は波高値Ｖｈ−３（１０Ｖ）に固定される可能性が極めて高い。
【００７１】
すなわち、平滑電圧Ｅ−３が２．５Ｖのときは、電池ブロック３−３が正常かつ通知信号生成部２３−３、平滑回路２４−３、バッファＢ１−３，Ｂ２−３も正常であることを示しており、平滑電圧Ｅ−３が波高値Ｖｈ−３（１０Ｖ）又はローレベル（０Ｖ）のときは、電池ブロック３−３の異常、又は通知信号生成部２３−３、平滑回路２４−３、バッファＢ１−３，Ｂ２−３のいずれかに故障（異常）が生じていることを示すことになる。
【００７２】
なお、通知信号生成部２３は、電池ブロック３の異常時に、ハイレベルの直流電圧を出力信号Ｄとして出力する例を示したが、ローレベルの直流電圧を出力信号Ｄとして出力するようにしてもよい。
【００７３】
次に、図１を参照して、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３のカソードが、第１配線Ｌ１に接続されている。そして、第１配線Ｌ１は、制御部２０に接続されている。また、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３のアノードが、第２配線Ｌ２に接続されている。そして、第２配線Ｌ２は、制御部２０に接続されている。
【００７４】
そうすると、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３が、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３によって、正論理でワイヤードオアされた電圧、すなわち平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３のうちの最大の電圧が、電圧ＶＬ１として第１配線Ｌ１に印加されることになる。この場合、ダイオードＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３が、最大電圧印加部の一例に相当し、電圧ＶＬ１が最大平滑電圧に相当している。
【００７５】
また、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３が、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３によって、負論理でワイヤードオアされた電圧、すなわち平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３のうちの最小の電圧が、電圧ＶＬ２として第２配線Ｌ２に印加されることになる。この場合、ダイオードＤ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３が、最小電圧印加部の一例に相当し、電圧ＶＬ２が最小平滑電圧に相当している。
【００７６】
ここで、電池ブロック３−１，３−２，３−３のすべてが正常であるときは、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３は、いずれも基準電圧である２．５Ｖとなるから、電圧ＶＬ１及び電圧ＶＬ２は、共に２．５Ｖとなる。
【００７７】
一方、電池ブロック３−１が異常となったときは、電圧ＶＬ１が５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。電池ブロック３−２が異常となったときは、電圧ＶＬ１が７．５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。電池ブロック３−３が異常となったときは、電圧ＶＬ１が１０Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。
【００７８】
そして、回路ブロック２１−１で平滑電圧Ｅ−１がハイレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。回路ブロック２１−２で平滑電圧Ｅ−２がハイレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が７．５Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。回路ブロック２１−３で平滑電圧Ｅ−３がハイレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が１０Ｖ、電圧ＶＬ２が２．５Ｖとなる。
【００７９】
さらに、回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３のうち一箇所で、平滑電圧Ｅがローレベル固定となる故障が生じたときは、電圧ＶＬ１が２．５Ｖ、電圧ＶＬ２が０Ｖとなる。
【００８０】
制御部２０は、例えば所定の演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタルコンバータと、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、例えばＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、判定部の一例として機能する。なお、制御部２０は、ＣＰＵを用いる例に限られず、例えば論理回路を組み合わせて構成されていてもよい。
【００８１】
制御部２０は、例えばアナログデジタルコンバータによって、電圧ＶＬ１と電圧ＶＬ２とを検出する。そして、制御部２０は、検出された電圧ＶＬ１と電圧ＶＬ２とに基づいて、電池ブロック３の異常や回路ブロック２１の故障の有無を判定する。この場合、制御部２０によって検出された電圧ＶＬ１が第１検出電圧に相当し、制御部２０によって検出された電圧ＶＬ２が第２検出電圧に相当する。
【００８２】
また、制御部２０のＲＯＭには、例えば第１閾値Ｖｔｈ１、第２閾値Ｖｔｈ２、判定値Ｖｊ１，Ｖｊ２が予め記憶されている。この場合、ＲＯＭは、記憶部の一例に相当している。
【００８３】
例えば、第１閾値Ｖｔｈ１は基準電圧（２．５Ｖ）と波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）との中間電圧である３．７５Ｖ、第２閾値Ｖｔｈ２は基準電圧（２．５Ｖ）とローレベル（０Ｖ）との中間電圧である１．２５Ｖ、判定値Ｖｊ１は波高値Ｖｈ−１（５Ｖ）と波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）との中間電圧である６．２５Ｖ、判定値Ｖｊ２は波高値Ｖｈ−２（７．５Ｖ）と波高値Ｖｈ−３（１０Ｖ）との中間電圧である８．７５ＶとしてＲＯＭに記憶されている。
【００８４】
図８は、図１に示す制御部２０の動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御部２０は、第１配線Ｌ１の電圧ＶＬ１と第２配線Ｌ２の電圧ＶＬ２とを検出する（ステップＳ１）。
【００８５】
次に、制御部２０は、電圧ＶＬ１と第１閾値Ｖｔｈ１（３．７５Ｖ）とを比較する（ステップＳ２）。そして、電圧ＶＬ１が第１閾値Ｖｔｈ１以下であれば（ステップＳ２でＮＯ）、制御部２０は、ステップＳ３へ移行し、電圧ＶＬ２と第２閾値Ｖｔｈ２（１．２５Ｖ）とを比較する（ステップＳ３）。そして、電圧ＶＬ２が第２閾値Ｖｔｈ２以上であれば（ステップＳ３でＮＯ）、平滑電圧Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３はすべて基準電圧（２．５Ｖ）であると考えられるから、制御部２０は、電池ブロック３にも回路ブロック２１にも異常がなく、電池電源システム１は正常であると判定し（ステップＳ５）、処理を終了する。
【００８６】
ステップＳ３において、電圧ＶＬ２が第２閾値Ｖｔｈ２に満たなければ（ステップＳ３でＹＥＳ）、回路ブロック２１−１，２１−２，２１−３のいずれかにおいて、平滑電圧Ｅがローレベル固定となる故障が生じて電圧ＶＬ２が０Ｖになったと考えられるから、制御部２０は、電池電源システム１に異常有りと判定し（ステップＳ４）、処理を終了する。
【００８７】
ステップＳ２において、電圧ＶＬ１が第１閾値Ｖｔｈ１を超えていれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、電圧ＶＬ１が基準電圧（２．５Ｖ）を超えているから、制御部２０は、電池ブロック３の異常又は回路ブロック２１の異常が、どこかで生じているものと判定し（ステップＳ６）、異常発生箇所を特定するべくステップＳ７へ移行する。
【００８８】
ステップＳ７において、制御部２０は、電圧ＶＬ１と判定値Ｖｊ１とを比較する（ステップＳ７）。そして、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ１に満たなければ（ステップＳ７でＹＥＳ）、Ｖｔｈ１（３．７５Ｖ）＜ＶＬ１＜Ｖｊ１（６．２５Ｖ）の条件を満たし、電圧ＶＬ１は５Ｖであると考えられるから、制御部２０は、５Ｖの波高値Ｖｈ−１と対応する、電池ブロック３−１又は回路ブロック２１−１において、異常が生じたものと判定し（ステップＳ８）、処理を終了する。
【００８９】
一方、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ１以上であれば（ステップＳ７でＮＯ）、制御部２０は、電圧ＶＬ１と判定値Ｖｊ２とを比較する（ステップＳ９）。そして、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ２に満たなければ（ステップＳ９でＹＥＳ）、Ｖｊ１（６．２５Ｖ）≦ＶＬ１＜Ｖｊ２（８．７５Ｖ）の条件を満たし、電圧ＶＬ１は７．５Ｖであると考えられるから、制御部２０は、７．５Ｖの波高値Ｖｈ−２と対応する、電池ブロック３−２又は回路ブロック２１−２において、異常が生じたものと判定し（ステップＳ１０）、処理を終了する。
【００９０】
一方、電圧ＶＬ１が判定値Ｖｊ２（８．７５Ｖ）以上であれば（ステップＳ９でＮＯ）、電圧ＶＬ１は１０Ｖであると考えられるから、制御部２０は、１０Ｖの波高値Ｖｈ−３と対応する、電池ブロック３−３又は回路ブロック２１−３において、異常が生じたものと判定し（ステップＳ１１）、処理を終了する。
【００９１】
以上、ステップＳ１〜Ｓ６の処理により、制御部２０は、複数の電池ブロック３、および複数の回路ブロック２１で生じた異常を、シリアル通信回路のような複雑な回路を用いることなく、第１配線Ｌ１および第２配線Ｌ２の２本の配線を用いて検出することができるので、省配線を図りつつ、電池の異常、及び電池の異常を検出する回路の異常を検出することができる。
【００９２】
なお、第１閾値Ｖｔｈ１、及び第２閾値Ｖｔｈ２について、ダイオードＤ１，Ｄ２を理想ダイオードとして、ダイオードＤ１，Ｄ２での電圧降下Ｖｆを０とした場合に適した値の例を示したが、実際のダイオードＤ１，Ｄ２の特性を考慮して第１閾値Ｖｔｈ１、及び第２閾値Ｖｔｈ２を設定するとなお良い。
【００９３】
特に、電池電源システム１を、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車輌用電源として用いた場合には、制御部２０を、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成する場合がある。そのような場合、制御部２０（ＥＣＵ）と回路ブロック２１との間が、１ｍ以上離れてしまうときがある。そうすると、制御部２０（ＥＣＵ）と回路ブロック２１との間は１ｍを超える長い配線で接続されることとなり、このような長い配線で接続される部分が省配線されることの効果は大きい。
【００９４】
また、ステップＳ７〜Ｓ１１の処理により、制御部２０は、異常の発生個所を、ある程度特定することができるので、たとえば異常発生個所を回路から切り離したり、修理したりする保守作業が容易となる。
【００９５】
なお、波高値Ｖｈ−１，Ｖｈ−２，Ｖｈ−３は、必ずしも互いに異なる電圧値にされている必要はなく、波高値Ｖｈ−１，Ｖｈ−２，Ｖｈ−３、及びデューティ比ＤＲ−１，ＤＲ−２，ＤＲ−３は、それぞれ互いに等しい電圧、デューティ比であってもよい。また、制御部２０は、ステップＳ７〜Ｓ１１を実行しない構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る異常検知回路、および電池電源システムは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話機等の電子機器、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム、無停電源装置等の電池搭載装置等、電池を用いる種々の電池電源システムに適用することができ、特に電気自動車やハイブリッドカー等の車両に用いられる電池電源システムにおいて、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１ 電池電源システム
２ 異常検知回路
３，３−１，３−２，３−３ 電池ブロック
２０ 制御部
２１，２１−１，２１−２，２１−３ 回路ブロック
２２，２２−１，２２−２，２２−３ 異常検知部
２３，２３−１，２３−２，２３−３ 通知信号生成部
２４，２４−１，２４−２，２４−３ 平滑回路
２５，２５−１，２５−２，２５−３ パルス信号生成部
２６，２６−１，２６−２，２６−３ ＯＲゲート
２７，２７−１，２７−２，２７−３ 絶縁回路
３１ 素電池
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ バッファ
Ｃ１，Ｃ１−１，Ｃ１−２，Ｃ１−３ キャパシタ
Ｄ１，Ｄ１−１，Ｄ１−２，Ｄ１−３ ダイオード
Ｄ２，Ｄ２−１，Ｄ２−２，Ｄ２−３ ダイオード
ＤＲ，ＤＲ−１，ＤＲ−２，ＤＲ−３ デューティ比
Ｌ１ 第１配線
Ｌ２ 第２配線
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 電池モジュール
Ｒ，Ｒ−１，Ｒ−２，Ｒ−３ 抵抗
Ａ，Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３ 異常検知信号
Ｂ，Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３ パルス信号
Ｃ，Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３ 信号
Ｄ，Ｄ−１，Ｄ−２，Ｄ−３ 出力信号
Ｅ，Ｅ−１，Ｅ−２，Ｅ−３ 平滑電圧
Ｖｈ，Ｖｈ−１，Ｖｈ−２，Ｖｈ−３ 波高値
Ｖｊ１，Ｖｊ２ 判定値
ＶＬ１，ＶＬ２ 電圧
Ｖｔｈ１ 第１閾値
Ｖｔｈ２ 第２閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池にそれぞれ対応して設けられた回路ブロックであって、対応する電池が正常であるか異常であるかを判定する異常検知部と、前記異常検知部によって正常であるとの判定がされたときハイレベルとローレベルとの間で電圧が周期的に変化するパルス信号を出力信号として出力し、前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベル又は前記ローレベルの直流電圧を出力信号として出力する通知信号生成部と、前記出力信号を平滑して平滑電圧を生成する平滑回路とをそれぞれが含む複数の回路ブロックと、
前記複数の回路ブロックにおける各平滑電圧のうち最大の電圧を、最大平滑電圧として第１配線に印加する最大電圧印加部と、
前記各平滑電圧のうち最小の電圧を、最小平滑電圧として第２配線に印加する最小電圧印加部と、
前記第１配線を介して前記最大平滑電圧を第１検出電圧として検出し、当該第１検出電圧が所定の第１閾値を超えたとき異常が生じたと判定すると共に、前記第２配線を介して前記最小平滑電圧を第２検出電圧として検出し、当該第２検出電圧が所定の第２閾値に満たないとき、異常が生じたと判定し、当該第１検出電圧が前記第１閾値に満たず、かつ当該第２検出電圧が前記第２閾値を超えたとき、正常であると判定する判定部とを備え、
前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧とは、当該パルス信号を平滑したときに得られる平滑電圧が所定の基準電圧になるように、予め設定されており、
前記第１閾値は、前記基準電圧を超え、かつ前記ハイレベルの電圧以下の電圧値であり、
前記第２閾値は、前記基準電圧に満たず、かつ前記ローレベルの電圧以上の電圧値であること
を特徴とする異常検知回路。
【請求項２】
前記最大電圧印加部は、カソードが前記第１配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのアノードに前記各平滑電圧が印加され、
前記最小電圧印加部は、アノードが前記第２配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのカソードに前記各平滑電圧が印加されること
を特徴とする請求項１記載の異常検知回路。
【請求項３】
前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値として、互いに異なる電圧値が設定されており、
前記各通知信号生成部における、前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧値との積は、前記基準電圧と実質的に等しい値であり、
前記各通知信号生成部は、
前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベルの直流電圧を出力信号として出力し、
前記判定部は、
前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、当該第１検出電圧に基づいて、異常が検出された電池又は異常が発生した回路ブロックを特定すること
を特徴とする請求項１又は２記載の異常検知回路。
【請求項４】
前記判定部は、
前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値を判別するための複数の判定値を記憶する記憶部を備え、前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、前記記憶部に記憶された複数の判定値と前記第１検出電圧とを比較することにより、前記第１検出電圧が、前記各通知信号生成部のうちどの通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値であるかを判別し、当該判別された通知信号生成部と対応する電池又は回路ブロックで、異常が生じたと判定すること
を特徴とする請求項３記載の異常検知回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常検知回路と、
前記複数の電池と
を備えることを特徴とする電池電源システム。
【請求項１】
複数の電池にそれぞれ対応して設けられた回路ブロックであって、対応する電池が正常であるか異常であるかを判定する異常検知部と、前記異常検知部によって正常であるとの判定がされたときハイレベルとローレベルとの間で電圧が周期的に変化するパルス信号を出力信号として出力し、前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベル又は前記ローレベルの直流電圧を出力信号として出力する通知信号生成部と、前記出力信号を平滑して平滑電圧を生成する平滑回路とをそれぞれが含む複数の回路ブロックと、
前記複数の回路ブロックにおける各平滑電圧のうち最大の電圧を、最大平滑電圧として第１配線に印加する最大電圧印加部と、
前記各平滑電圧のうち最小の電圧を、最小平滑電圧として第２配線に印加する最小電圧印加部と、
前記第１配線を介して前記最大平滑電圧を第１検出電圧として検出し、当該第１検出電圧が所定の第１閾値を超えたとき異常が生じたと判定すると共に、前記第２配線を介して前記最小平滑電圧を第２検出電圧として検出し、当該第２検出電圧が所定の第２閾値に満たないとき、異常が生じたと判定し、当該第１検出電圧が前記第１閾値に満たず、かつ当該第２検出電圧が前記第２閾値を超えたとき、正常であると判定する判定部とを備え、
前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧とは、当該パルス信号を平滑したときに得られる平滑電圧が所定の基準電圧になるように、予め設定されており、
前記第１閾値は、前記基準電圧を超え、かつ前記ハイレベルの電圧以下の電圧値であり、
前記第２閾値は、前記基準電圧に満たず、かつ前記ローレベルの電圧以上の電圧値であること
を特徴とする異常検知回路。
【請求項２】
前記最大電圧印加部は、カソードが前記第１配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのアノードに前記各平滑電圧が印加され、
前記最小電圧印加部は、アノードが前記第２配線に接続された複数のダイオードを用いて構成され、当該各ダイオードのカソードに前記各平滑電圧が印加されること
を特徴とする請求項１記載の異常検知回路。
【請求項３】
前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値として、互いに異なる電圧値が設定されており、
前記各通知信号生成部における、前記パルス信号のデューティ比と前記ハイレベルの電圧値との積は、前記基準電圧と実質的に等しい値であり、
前記各通知信号生成部は、
前記異常検知部によって異常であるとの判定がされたとき、前記ハイレベルの直流電圧を出力信号として出力し、
前記判定部は、
前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、当該第１検出電圧に基づいて、異常が検出された電池又は異常が発生した回路ブロックを特定すること
を特徴とする請求項１又は２記載の異常検知回路。
【請求項４】
前記判定部は、
前記各通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値を判別するための複数の判定値を記憶する記憶部を備え、前記第１検出電圧が前記第１閾値を超えたとき、前記記憶部に記憶された複数の判定値と前記第１検出電圧とを比較することにより、前記第１検出電圧が、前記各通知信号生成部のうちどの通知信号生成部におけるハイレベルの電圧値であるかを判別し、当該判別された通知信号生成部と対応する電池又は回路ブロックで、異常が生じたと判定すること
を特徴とする請求項３記載の異常検知回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常検知回路と、
前記複数の電池と
を備えることを特徴とする電池電源システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３２２３６（Ｐ２０１２−３２２３６Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７０９３９（Ｐ２０１０−１７０９３９）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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