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JP6044502B2 - 電池電圧検出装置、及びその異常検出方法 - Google Patents

電池電圧検出装置、及びその異常検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、直列接続されて組電池を構成する複数の電池モジュールの電圧を検出する電池電圧検出装置、及び電池電圧検出装置の異常検出方法に関する。
近年、複数の電池セルを直列接続した電池モジュールを、更に複数直列に接続した高圧大容量の組電池が用いられている。このような組電池において、フライングキャパシタを用いて各電池モジュールの電圧を検出するフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置が提案されている。
例えば、特許文献1では、キャパシタの両端と各電池モジュールの両端とを接続及び遮断するスイッチを備え、スイッチを操作して各電池モジュールをキャパシタに順次接続して、各電池モジュールの電圧を極性交互に順次キャパシタに印可している。そして、キャパシタの出力電圧を電池モジュールの電圧として検出するとともに、出力電圧の極性の変化に基づいて、電圧検出回路の断線を検出している。
特開2007−10316号公報
上述したような電池電圧検出装置において、デコーダ(スイッチング制御装置)を用いてスイッチング制御を行うことがある。具体的には、デコーダの複数の入力端子への入力信号の組合せに対して、操作するスイッチを割り当て、デコーダへの入力信号を順次切り替えることにより、キャパシタに対して各電池モジュールの電圧を極性交互に印可する。
このようなデコーダを用いた電池電圧検出装置では、デコーダへの入力信号の一部が1又は0に固定されるようにデコーダの一部の入力端子が固着する異常が発生しても、出力電圧の極性が正常時と変わらないことがある。そのため、出力電圧の極性の変化に基づいて、デコーダの異常を検出できないことがある。
本発明は、上記実情に鑑み、スイッチング制御装置の異常を検出することが可能な電池電圧検出装置を提供することを主たる目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、互いに直列接続された複数の電池モジュールから構成される組電池の各電池モジュールの電圧を検出する電池電圧検出装置であって、前記電池モジュールの電圧が正方向又は負方向に印可されるフライングキャパシタと、各電池モジュールの両端と前記キャパシタの両端との接続をそれぞれ開閉する複数のスイッチと、前記複数の電池モジュールの中から、前記キャパシタに接続する電池モジュールを選択し、選択した電池モジュールに対して予め設定されている複数ビットの選択信号を出力する選択手段と、前記選択手段により出力された選択信号に基づいて、前記選択した電池モジュールの両端に接続される前記スイッチを閉状態に制御するスイッチング制御手段と、前記キャパシタに印可された前記電池モジュールの電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧の極性が、前記選択した電池モジュールについて正常時に検出される電圧の極性と異なる場合に、前記スイッチング制御手段の異常を検出する異常検出手段と、を備え、前記選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに前記所定ビットの信号が異なるとともに前記所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの前記選択信号の組み合わせの中に、前記所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、前記キャパシタに異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組み合わせが含まれている。
請求項1に記載の発明によれば、組電池を構成する複数の電池モジュールのそれぞれの両端と、フライングキャパシタの両端との接続が、複数のスイッチにより開閉される。また、複数の電池モジュールの中から、フライングキャパシタに接続する電池モジュールが選択されると、選択された電池モジュールに対して予め設定されている複数ビットの選択信号が、スイッチング制御装置へ出力される。そして、スイッチング制御装置へ入力された選択信号に基づいて、複数のスイッチが制御されることにより、選択された電池モジュールがフライングキャパシタに接続される。さらに、フライングキャパシタに印可された電池モジュールの電圧が検出される。
ここで、選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに所定ビットの信号が異なるとともに所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの選択信号の組み合わせの中に、所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、キャパシタに異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組み合わせが含まれている。
そのため、選択信号のいずれのビットが0又は1に固定された場合であっても、選択信号を順次切り替えて、各電池モジュールをフライングキャパシタに接続すると、固定されたビット以外のビットの信号の組み合わせを全て変更した場合に、正常時の極性と異なる極性の電圧が検出される組み合わせが生じる。したがって、正常時と異なる極性の電圧が検出された場合に、スイッチング制御装置の異常を検出することができる。
また、請求項6に記載の発明は、互いに直列接続された複数の電池モジュールから構成される組電池の前記電池モジュールの電圧が正方向又は負方向に印可されるフライングキャパシタと、各電池モジュールの両端と前記キャパシタの両端との接続をそれぞれ開閉する複数のスイッチと、前記複数のスイッチを制御するスイッチング制御装置と、を備える電池電圧検出装置の異常検出方法であて、前記複数の電池モジュールの中から、前記キャパシタに接続する電池モジュールを選択し、選択した電池モジュール対して予め設定されている複数ビットの選択信号を出力する選択工程と、前記選択工程において出力された選択信号に基づいて、前記スイッチング制御装置により、前記選択した電池モジュールの両端に接続される前記スイッチを閉状態に制御するスイッチング制御工程と、前記キャパシタに印可された前記電池モジュールの電圧を検出する電圧検出工程と、前記電圧検出工程において検出された電圧の極性が、前記選択した電池モジュールについて正常時に検出される電圧の極性と異なる場合に、前記スイッチング制御装置の異常を検出する異常検出工程と、を備え、前記選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに前記所定ビットの信号が異なるとともに前記所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの前記選択信号の組み合わせの中に、前記所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、前記キャパシタに異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組み合わせが含まれている。
請求項6に記載の発明によれば、請求項1と同様の効果を奏する。
電池電圧検出装置の基本構成図。 従来の電池電圧検出装置に係るデコーダ入力信号と検出電圧の極性との対応表。 第1実施形態に係る電池電圧検出装置の構成図。 第1実施形態に係るデコーダ入力信号と検出電圧の極性との対応を示す表。 第1実施形態の変形例に係る電池電圧検出装置の構成図。 第1実施形態の変形例に係るデコーダ入力信号と検出電圧の極性との対応を示す表。 第2実施形態に係る電池電圧検出装置の構成図。 第2実施形態に係るデコーダ入力信号と検出電圧の極性との対応を示す表。 第3実施形態に係るデコーダ入力信号と検出電圧の極性との対応を示す表。 第4実施形態に係る電池電圧検出装置の構成図。 第4実施形態に係るデコーダ入力信号と検出電圧の極性との対応を示す表。
まず、組電池70の各電池モジュールVBB1〜4の電圧を検出する電池電圧検出装置の基本構成について、図1を参照しつつ説明する。組電池70は、互いに直列接続された電池モジュールVBB1〜4から構成される。電池電圧検出装置は、スイッチSW1〜5、キャパシタ10(フライングキャパシタ)、差動増幅回路20(電圧検出手段)、AD変換回路30(電圧検出手段)、コントローラ40(選択手段、異常検出手段)、及びデコーダ50(スイッチング制御手段、スイッチング制御装置)を備える。
スイッチSW1〜5は、組電池70の各電池モジュールVBB1〜4の両端と、キャパシタ10の両端との接続を、それぞれ開閉するスイッチである。キャパシタ10は、各電池モジュールVBB1〜4に、スイッチSW1〜5を介して並列に接続されている。キャパシタ10には、電池モジュールVBB1〜4の電圧が正方向又は負方向に印可される。
複数の電池モジュールVBB1〜4は、奇数番目の電池モジュールVBB1,3と、偶数番目の電池モジュールVBB2,4とで、キャパシタ10に印可される電池の極性が異なるように、スイッチを介してキャパシタ10に接続されている。すなわち、奇数番目の電池モジュールVBB1,3とキャパシタ10とを接続した場合に、キャパシタ10に印可される電圧を負電圧とすると、偶数番目の電池モジュールVBB2,4とキャパシタ10とを接続した場合に、キャパシタ10に印可される電圧は正電圧となる。
差動増幅回路20は、キャパシタ10の両端に印加される電圧を増幅し、増幅した電圧の値を出力する(電圧検出工程)。差動増幅回路20が出力する電圧値は、アナログ電圧値である。AD変換回路30は、差動増幅回路20から出力されたアナログ電圧値をA/D変換し、デジタル電圧値を出力する。
コントローラ40は、図示しない演算回路及びメモリを備える。そして、コントローラ40は、複数の電池モジュールVBB1〜4の中から、キャパシタ10に接続する電池モジュールを選択し、選択した電池モジュールに対して予め設定されている2ビットの選択信号を、2つの出力ポートからデコーダ50に出力する(選択工程)。また、コントローラ40は、AD変換回路30から出力された電圧値を、選択した電池モジュールの電圧として記憶する。さらに、コントローラ40は、AD変換回路30から出力された電圧の極性が、選択した電池モジュールについて正常時に検出される電圧の極性と異なる場合に、デコーダ50の異常を検出する(異常検出工程)。
デコーダ50は、コントローラ40により出力された選択信号に基づいて、図示しない発光ダイオード及びフォトMOS等を介して、コントローラ40により選択された電池モジュールの両端に接続されるスイッチを、閉状態に制御する(スイッチング制御工程)。また、デコーダ50は、コントローラ40により選択された電池モジュールの両端以外に接続されるスイッチを開状態に制御する。例えば、コントローラ40により電池モジュールVBB1が選択された場合には、SW1及びSW2を閉状態にし、SW3〜5を開状態にする。
次に、図1に示した電池電圧検出装置において、デコーダ50への入力信号と検出電圧の極性との対応について、図2を参照して説明する。電池モジュールVBB1〜4には、それぞれ2ビットの選択信号00,01,10,11が予め設定されている。コントローラ40から選択信号が00から1ずつ順次増加されて出力されると、デコーダ50の各ビットの入力端子A,Bへ選択信号00,01,10,11が順次入力され、デコーダ50から出力信号0,1,2,3が順次出力される。そして、デコーダ50の出力信号0,1,2,3のそれぞれに応じて、SW1及びSW2,SW2及びSW3,SW3及びSW4,SW4及びSW5が閉状態に操作される。よって、図2(a)に示すように、デコーダ50が正常の場合は、コントローラ40から選択信号が順次切り替えられて出力されると、電池モジュールVBB1〜4が順次キャパシタ10に接続される。このとき検出される電圧の極性は、順に、負、正、負、正となり、負と正の極性が交互に検出される。
ここで、入力端子Aへの入力信号が0に固定される異常が発生した場合において、デコーダ50への入力信号と検出電圧の極性との対応を、図2(b)に示す。括弧内はデコーダ50が正常なときの値である。コントローラ40から出力される選択信号10,11に対して、デコーダ50に入力される信号が00,11になる。すなわち、キャパシタ10に接続する電池モジュールとして、VBB3,VBB4が選択された場合に、実際にはVBB1,VBB2がキャパシタ10に接続されることになる。VBB3がキャパシタ10に接続された場合に検出される電圧の極性と、VBB1がキャパシタ10に接続された場合に検出される電圧の極性とは、どちらも負になる。また、VBB4がキャパシタ10に接続された場合に検出される電圧の極性と、VBB2がキャパシタ10に接続された場合に検出される電圧の極性とは、どちらも正になる。
したがって、入力端子Aへの入力信号が0に固定される異常が発生した場合に、コントローラ40から選択信号が00から11まで順次切り替えて出力されると、検出される電圧の極性は、順に、負、正、負、正となり、デコーダ50が正常の場合と同じになる。よって、検出される電圧の極性に基づいて、デコーダ50の異常を検出することができない。
また、入力端子Aへの入力信号が1に固定される異常が発生した場合、図2(c)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号00,01に対して、デコーダ50に入力される信号が10,11になる。すなわち、キャパシタ10に接続する電池モジュールとして、VBB1,VBB2が選択された場合に、実際にはVBB3,VBB4がキャパシタ10に接続されることになる。したがって、入力端子Aへの入力信号が1に固定される異常が発生した場合に、コントローラ40から選択信号が順次切り替えて出力されると、検出される電圧の極性は、順に、負、正、負、正となり、デコーダ50が正常の場合と同じになる。よって、この場合も、検出される電圧の極性から、デコーダ50の異常を検出することができない。
また、入力端子Bへの入力信号が0に固定される異常が発生した場合、図2(d)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号01,11に対して、デコーダ50に入力される信号が00,10になる。すなわち、キャパシタ10に接続する電池モジュールとして、VBB2,VBB4が選択された場合に、実際にはVBB1,VBB3が接続されることになる。したがって、入力端子Bへの入力信号が0に固定される異常が発生した場合に、コントローラ40から選択信号が順次切り替えて出力されると、検出される電圧の極性は、順に、負、負、負、負となる。よって、この場合は、デコーダ50が正常の場合と比較して、2番目と4番目に検出される電圧の極性が異なるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bへの入力信号が1に固定される異常が発生した場合、図2(e)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号00,10に対して、デコーダ50に入力される信号が01,11になる。すなわち、キャパシタ10に接続する電池モジュールとして、VBB1,VBB3が選択された場合に、実際にはVBB2,VBB4が接続されることになる。したがって、入力端子Bへの入力信号が0に固定される異常が発生した場合に、コントローラ40から選択信号が順次切り替えて出力されると、検出される電圧の極性は、順に、正、正、正、正となる。よって、この場合は、デコーダ50が正常の場合と比較して、1番目と3番目に検出される電圧の極性が異なるため、デコーダ50の異常を検出できる。
デコーダ50が正常の場合に、入力端子Aに入力される信号が0の選択信号、すなわち最上位ビットが0の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(00,負),(01,正)となる。一方、入力端子Aに入力される信号が1の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(10,負),(11,正)となる。よって、入力端子Aに入力される信号が0の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係と、入力端子Aに入力される信号が1の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係とは、対称になっている。そのため、入力端子Aに入力される信号が0又は1に固定される異常が発生しても、検出される電圧の極性は、デコーダ50が正常な場合と同じになり、電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できない。
また、デコーダ50が正常の場合に、入力端子Bに入力される信号が0の選択信号、すなわち最下位ビットが0の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(00,負),(10,負)となる。一方、入力端子Bに入力される信号が1の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(01,正),(11,正)となる。よって、入力端子Bに入力される信号が0の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係と、入力端子Bに入力される信号が1の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係とは、対称になっていない。そのため、入力端子Bに入力される信号が0又は1に固定される異常が発生すると、デコーダ50が正常な場合と異なる極性の電圧が、少なくとも1回検出される。
よって、検出された電圧の極性から、デコーダ50の異常を確実に検出できるようにするためには、入力端子Aに入力される信号が1の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係と、入力端子Aに入力される信号が0の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係も、非対称にする必要がある。すなわち、選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに所定ビットの信号が異なるとともに所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの選択信号の組合せの中に、所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、キャパシタ10に異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組合せが含まれるようにする。
例えば、図2(a)の表において、電池モジュールVBB3をキャパシタ10に接続した場合に、キャパシタ10に印可される電圧の極性を正になるようにする。このようにすると、所定ビットを最上位ビットとした場合、(00,10)の選択信号の組合せと、(01,11)の選択信号の組合せの中に、キャパシタ10に異なる極性の電圧が印可される選択信号の組合せ(00,10)が含まれる。また、所定ビットを最下位ビットとした場合、(00,01)の選択信号の組合せと、(10,11)の選択信号の組合せの中に、キャパシタ10に異なる極性の電圧が印可される選択信号の組合せ(00,01)が含まれる。よって、このようにすると、入力される信号が0又は1に固定される異常が、入力端子A及び入力端子Bのどちらで発生しても、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。なお、入力端子A又は入力端子Bで異常が発生したことを検出できればよく、入力端子A及び入力端子Bのどちらで異常が発生したかまで検出できなくてもよい。
以下、デコーダ50の異常を検出可能な電池電圧検出装置を具現化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。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、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(第1実施形態)
まず、図3を参照して第1実施形態に係る電池電圧検出装置の構成について、図1に示した電池電圧検出装置の基本構成と異なる点を説明する。本実施形態に係る電池電圧検出装置は、デコーダ50を介さずにスイッチを操作するトランジスタ60(操作手段)を備える。
本実施形態に係る電池電圧検出装置に接続される組電池70bは、電池モジュールVBB1〜VBB5が互いに直列接続されて構成されている。SW1〜6は、電池モジュールVBB1〜VBB5の両端と、キャパシタ10の両端と接続を、それぞれ開閉する。奇数番目の電池モジュールVBB1,3,5は、キャパシタ10に正の電圧が印可されるように、それぞれスイッチを介してキャパシタ10に接続される。また、偶数番目の電池モジュールVBB2,4は、キャパシタ10に負の電圧が印可されるように、それぞれスイッチを介してキャパシタ10に接続される。
コントローラ40は、デコーダ50の入力端子A及びBへ2ビットの選択信号を出力する2つの出力ポートと、トランジスタ60へ1ビットの選択信号を出力する1つの出力ポートを備える。トランジスタ60は、電池モジュールVBB2の両端とキャパシタ10の両端との接続を開閉するスイッチSW2,3を、デコーダ50を介さずに操作する。詳しくは、コントローラ40は、キャパシタ10に接続する電池モジュールとして、電池モジュールVBB2を選択すると、電池モジュールVBB2に対して予め設定されている1ビットの選択信号をトランジスタ60へ出力する。トランジスタ60は、コントローラ40から電池モジュールVBB2に対応する1ビットの選択信号を受信すると、SW2,3を閉状態に操作する。
次に、本実施形態に係る電池電圧検出装置において、デコーダ50への入力信号と検出電圧の極性との対応について、図4(a)を参照して説明する。電池モジュールVBB1,3〜5には、それぞれ選択信号00,01,10,11が予め設定されている。電池モジュールVBB2に対応する1ビットの選択信号を00と01との間に含んで、コントローラ40から出力される選択信号が00から11まで順次切り替えられると、電池モジュールVBB1〜VBB5が順次キャパシタ10に接続される。このとき、検出される電圧の極性は、順に、正、負、正、負、正となる。よって、コントローラ40から出力される2ビットの選択信号が00から11まで順次切り替えられるのに応じて、電池モジュールVBB2以外の電池モジュールVBB1,3〜5が順次キャパシタ10に接続され、検出される電圧の極性は、順に、正、正、負、正となる。すなわち、正の極性が連続して検出される。
これにより、最上位ビットが0の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(00,正),(01,正)となる。一方、最上位ビットが1の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(10,負),(11,正)となる。よって、入力端子Aに入力される信号が0の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係と、入力端子Aに入力される信号が1の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係とは、対称性が一部崩れている。
また、最下位ビットが0の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(00,正),(10,負)となる。一方、最下位ビットが1の選択信号の組合せとキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係は、(01,正),(11,正)となる。よって、入力端子Bに入力される信号が0の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係と、入力端子Bに入力される信号が1の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係とは、対称性が一部崩れている。そのため、デコーダ50に入力される信号が0又は1に固定される異常が、入力端子A及び入力端子Bのどちらで発生しても、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。
具体的には、入力端子Aに入力される信号が0に固定される異常が発生した場合は、図4(b)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号10,11に対して、デコーダ50に入力される信号が00,01になる。その結果、2ビットの選択信号が00から11まで順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、正、正、正となる。よって、コントローラ40から選択信号10が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の負から正に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Aに入力される信号が1に固定される異常が発生した場合は、図4(c)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号00,01に対して、デコーダ50に入力される信号が10,11になる。その結果、2ビットの選択信号が00から11まで順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、負、正、負、正となる。よって、コントローラ40から選択信号00が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の正から負に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bに入力される信号が0に固定される異常が発生した場合は、図4(d)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号01,11に対して、デコーダ50に入力される信号が00,10になる。その結果、2ビットの選択信号が00から11まで順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、正、負、負となる。よって、コントローラ40から選択信号11が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の正から負に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bに入力される信号が1に固定される異常が発生した場合は、図4(e)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号00,10に対して、デコーダ50に入力される信号が01,11になる。その結果、選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、正、正、正となる。よって、コントローラ40から選択信号10が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の負から正に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
なお、トランジスタ60で直接操作するスイッチは、SW2,3に限らず、SW3,4及びSW4,5でもよい。ただし、組電池70bの両端部である電池モジュールVBB1,5の両端と、キャパシタ10の両端との接続を開閉するSW1,2及びSW5,6は、デコーダ50を介して制御する。SW1,2又はSW5,6をトランジスタ60で直接駆動すると、入力端子A又はBに入力される信号が0の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係と、入力端子A又はBに入力される信号が1の選択信号の組合せと電圧の極性との対応関係とが、対称になる。それゆえ、入力端子A又はBに入力される信号が0又は1に固定される異常が発生しても、検出される電圧の極性から、デコーダ50の異常を検出できない。
(第1実施形態の変形例)
次に、図5を参照して第1実施形態の変形例に係る電池電圧検出装置の構成について、図3に示した電池電圧検出装置の構成と異なる点を説明する。第1実施形態の変形例に係る電池電圧検出装置は、デコーダ50を介さずにスイッチを操作するトランジスタ60,61(操作手段)を備える。
第1実施形態の変形例に係る電池電圧検出装置に接続される組電池70cは、電池モジュールVBB1〜VBB6が互いに直列接続されて構成されている。SW1〜7は、電池モジュールVBB1〜VBB6の両端と、キャパシタ10の両端と接続を、それぞれ開閉する。奇数番目の電池モジュールVBB1,3,5は、キャパシタ10に負の電圧が印可されるように、それぞれスイッチを介してキャパシタ10に接続される。また、偶数番目の電池モジュールVBB2,4,6は、キャパシタ10に正の電圧が印可されるように、それぞれスイッチを介してキャパシタ10に接続される。
コントローラ40は、デコーダ50の入力端子A及びBへ2ビットの選択信号を出力する2つの出力ポートと、トランジスタ60,61のそれぞれへ1ビットの選択信号を出力する2つの出力ポートを備える。トランジスタ60は、電池モジュールVBB1の両端とキャパシタ10の両端との接続を開閉するスイッチSW1,2を、デコーダ50を介さずに操作する。また、トランジスタ61は、電池モジュールVBB3の両端とキャパシタ10との両端との接続を開閉するスイッチSW3,4を、デコーダ50を介さずに操作する。
次に、第1実施形態の変形例に係る電池電圧検出装置において、デコーダ50への入力信号と検出電圧の極性との対応について、図6(a)を参照して説明する。電池モジュールVBB2,4〜6には、それぞれ選択信号00,01,10,11が予め設定されている。電池モジュールVBB1及びVBB3に対応する1ビットの選択信号を間に含んで、コントローラ40から出力される2ビットの選択信号が00から11まで順次切り替えられると、電池モジュールVBB1〜VBB6が順次キャパシタ10に接続され、検出される電圧の極性は、順に、負、正、負、正、負、正となる。よって、コントローラ40から出力される2ビットの選択信号が00から11まで順次切り替えられるのに応じて、電池モジュールVBB1及びVBB3以外の電池モジュールVBB2,4〜6が、順次キャパシタ10に接続される。このとき、検出される電圧の極性は、順に、正、正、負、正となり、正の極性が連続して検出される。これにより、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れ、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。
具体的には、図6(b)〜(e)に示すように、図4(b)〜(e)と同様に、デコーダ50の入力端子のいずれかが0又は1に固定される異常が発生した場合に、2ビットの選択信号を順次切り替えると、正常時の極性と異なる極性の電圧が少なくとも1回検出される。それゆえ、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。
なお、デコーダ50を直接駆動するトランジスタの数は3つ以上でもよい。少なくとも1つの電池モジュールの両端とキャパシタ10の両端との接続を開閉するスイッチを、デコーダ50を介さずにトランジスタで操作するようにすればよい。ただし、偶数個のトランジスタを用いてスイッチを直接駆動する場合には、トランジスタによりキャパシタ10に接続される電池モジュールが、連続してキャパシタ10に接続されると、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が崩れない。そのため、偶数個のトランジスタを用いる場合は、キャパシタ10に電池モジュールを順次接続する際に、トランジスタによりキャパシタ10に接続される電池モジュールが、連続してキャパシタ10に接続されないようにする。
以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに所定ビットの信号が異なるとともに所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの選択信号の組み合わせの中に、所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、キャパシタ10に異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組み合わせが含まれる。そのため、選択信号のいずれのビットが0又は1に固定された場合であっても、選択信号を順次切り替えて、各電池モジュールをキャパシタ10に接続すると、固定されたビット以外のビットの信号の組み合わせを全て変更した場合に、正常時の極性と異なる極性の電圧が検出される組み合わせが生じる。したがって、正常時と異なる極性の電圧が検出された場合に、デコーダ50の異常を検出することができる。
・直列接続された複数の電池モジュールの両端部以外の電池モジュールのうち、少なくとも1つの電池モジュールの両端とキャパシタ10の両端との間に接続されるスイッチは、デコーダ50を介さずに操作される。また、選択信号が順次切り替えられるのに応じて、デコーダ50を介さずにキャパシタ10に接続される電池モジュール以外の電池モジュールが、順次キャパシタ10に接続される。これにより、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れる。よって、選択信号のいずれかのビットが固定される異常が発生した場合に、選択信号を順次切り替ると、固定されたビット以外のビットの信号の組み合わせを全て変更する過程で、正常時の極性と異なる極性の電圧を少なくとも1回検出できる。
・電池モジュールの数が選択信号のパターンの数よりも多い場合でも、各電池モジュールの電圧を検出できる。
(第2実施形態)
次に、図7を参照して第2実施形態に係る電池電圧検出装置の構成について、図1に示した電池電圧検出装置の期補構成と異なる点を説明する。本実施形態に係る電池電圧検出装置に接続される組電池70dは、電池モジュールVBB1〜VBB3が互いに直列接続されて構成されている。SW1〜4は、電池モジュールVBB1〜VBB3の両端と、キャパシタ10の両端と接続を、それぞれ開閉する。奇数番目の電池モジュールVBB1,3は、キャパシタ10に正電圧が印可されるように、それぞれスイッチを介してキャパシタ10に接続される。また、偶数番目の電池モジュールVBB2は、キャパシタ10に負電圧が印可されるように、それぞれスイッチを介してキャパシタ10に接続される。
次に、本実施形態に係る電池電圧検出装置において、デコーダ50への入力信号と検出電圧の極性との対応について、図8(a)を参照して説明する。本実施形態では、4通りの選択信号に対して、電池モジュールの数は3つであり、電池モジュールの数より選択信号のパターンの数の方が多い。そこで、選択信号01に対して、キャパシタ10に接続する電池モジュールを割り当てない。コントローラ40からデコーダ50へ選択信号01が入力されると、デコーダ50は、SW1〜4をすべて開状態に制御する。そのため、コントローラ40から出力される選択信号が00から01へ切り替えられると、キャパシタ10には電池モジュールVBB1の電圧が印可されたままになり、検出される電圧の極性は正となる。
コントローラ40から出力される選択信号が00から11まで順次切り替えられると、電池モジュールVBB1〜3のいずれもキャパシタ10に接続されない選択信号01を途中に含んで、電池モジュールVBB1〜3が順次キャパシタ10に接続される。このとき、検出される電圧の極性は、順に、正、正、負、正となり、正の極性が連続して検出される。
よって、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れる。そのため、デコーダ50に入力される信号が0又は1に固定される異常が、入力端子A及び入力端子Bのどちらで発生しても、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。
具体的には、入力端子Aに入力される信号が0に固定される異常が発生した場合は、図8(b)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、正、正、正となる。よって、コントローラ40から選択信号10が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の負から正に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Aに入力される信号が1に固定される異常が発生した場合は、図8(c)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、負、正、負、正となる。よって、コントローラ40から選択信号00が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の正から負に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bに入力される信号が0に固定される異常が発生した場合は、図8(d)に示すように、コントローラ40から出力される選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、正、負、負となる。よって、コントローラ40から選択信号11が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の正から負に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bに入力される信号が1に固定される異常が発生した場合は、図8(e)に示すように、コントローラ40から選択信号00,01が出力されると、電池モジュールVBB1〜3のいずれもキャパシタ10に接続されないため、電圧が検出されない。コントローラ40から選択信号10,11が出力されると、検出される電圧の極性は、正、正となる。よって、コントローラ40から選択信号10が出力された場合に、検出される電圧の極性が、正常時の負から正に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
なお、電池モジュールVBB1〜3のいずれもキャパシタ10に接続されない選択信号は、01,10,11のいずれでもよい。ただし、最初に出力される選択信号00を、電池モジュールVBB1〜3を割り当てない選択信号とすると、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係が対称となるので、選択信号00には電池モジュールVBB1〜3のいずれかを割り当てる。
以上説明した第2実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・選択信号が順次切り替えられるのに応じて、電池モジュールVBB1〜3がキャパシタに接続される。その際、途中で所定の選択信号となった場合には、電池モジュールVBB1〜3のいずれもキャパシタに接続されない。そして、所定の選択信号以外の選択信号では、電池モジュールVBB1〜3が順次キャパシタに接続される。これにより、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れる。よって、選択信号のいずれかのビットが固定される異常が発生した場合に、選択信号を順次切り替ると、固定されたビット以外のビットの信号の組み合わせを全て変更する過程で、正常時の極性と異なる極性の電圧を少なくとも1回検出できる。
・電池モジュールの数が選択信号のパターンの数よりも少ない場合に、余分な選択信号のパターンを有効に利用して、デコーダ50の異常を検出できる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る電池電圧検出装置について説明する。本実施形態に係る電池電圧検出装置の構成は、図1に示した基本構成と同じである。本実施形態では、選択信号と、閉状態に制御するスイッチとの組合せを変更する。すなわち、選択信号と、キャパシタ10に接続される電池モジュールとの組合せを変更する。
図9(a)に示すように、デコーダ50への入力信号00と01に対するデコーダ50の出力を入れ替える。詳しくは、デコーダ50内部の結線を組み替えて、入力信号00に対する出力を1、入力信号01に対する出力を0にする。これにより、デコーダ50への入力信号が00の場合は、デコーダ50の出力信号が1となり、SW2及びSW3が閉状態に制御される。すなわち、デコーダ50への入力信号が00の場合は、電池モジュールVBB2がキャパシタ10に接続される。一方、デコーダ50への入力信号が01の場合は、デコーダ50の出力信号が0となり、SW1及びSW2が閉状態に制御される。すなわち、デコーダ50への入力信号が01の場合は、電池モジュールVBB1がキャパシタ10に接続される。
コントローラ40から出力される選択信号が00から11まで順次切り替えられると、VBB2、VBB1、VBB3、VBB4の順に、電池モジュールがキャパシタ10に接続される。よって、電池モジュールがキャパシタ10に接続される際に、奇数番目の電池モジュールが連続してキャパシタ10に接続されるため、検出される電圧の極性は、順に、正、負、負、正となり、負の極性が連続して検出される。これにより、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れ、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。
具体的には、入力端子Aに入力される信号が0に固定される異常が発生した場合は、図9(b)に示すように、選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、負、正、負となる。よって、コントローラ40から選択信号10,11が出力された場合に、それぞれ検出される電圧の極性が、正常時の負から正、正常時の正から負に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Aに入力される信号が1に固定される異常が発生した場合は、図9(c)に示すように、選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、負、正、負、正となる。よって、コントローラ40から選択信号00,01が出力された場合に、それぞれ検出される電圧の極性が、正常時の正から負、正常時の負から正に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bに入力される信号が0に固定される異常が発生した場合は、図9(d)に示すように、選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、正、正、負、負となる。よって、コントローラ40から選択信号01,11が出力された場合に、それぞれ検出される電圧の極性が、正常時の負から正、正常時の正から負に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
また、入力端子Bに入力される信号が1に固定される異常が発生した場合は、図9(e)に示すように、選択信号が順次切り替えられるのに応じて、検出される電圧の極性が、順に、負、負、正、正となる。よって、コントローラ40から選択信号00,10が出力された場合に、それぞれ検出される電圧の極性が、正常時の正から負、正常時の負から正に変わるため、デコーダ50の異常を検出できる。
なお、選択信号とキャパシタ10に接続される電池モジュールとの組合せの変更は、少なくとも1回、偶数番目又は奇数番目の電池モジュールが連続してキャパシタ10に接続されるように変更すればよい。
また、デコーダ50の出力から各スイッチまでの結線を組み替えて、選択信号と制御するスイッチの組合せを変更してもよい。
以上説明した第3実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・選択信号が順次切り替えられるのに応じて、電池モジュールVBB1〜4がキャパシタに接続される。その際、少なくとも1回、偶数番目又は奇数番目の電池モジュールが連続してキャパシタ10に接続されることを含んでいる。すなわち、少なくとも1回、同じ極性の電圧が連続してキャパシタ10に印可される。そして、その連続以外では、複数の電池モジュールが順次キャパシタ10に接続される。これにより、選択信号とフライングキャパシタに印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れる。よって、選択信号のいずれかのビットが固定される異常が発生した場合に、選択信号を順次切り替ると、固定されたビット以外のビットの信号の組み合わせを全て変更する過程で、正常時の極性と異なる極性の電圧を少なくとも1回検出できる。
(第4実施形態)
次に、図10を参照して第4実施形態に係る電池電圧検出装置の構成について、図1に示した電池電圧検出装置の基本構成と異なる点について説明する。本実施形態に係る電池電圧検出装置は、組電池70とキャパシタ10との結線を組み替える。
本実施形態では、組電池70の電池モジュールVBB1〜4の両端と、キャパシタ10の両端との接続を開閉するスイッチとして、SW1〜5以外にSW3’を備える。キャパシタ10の両端をα端とβ端とすると、SW3は、電池モジュールVBB2とVBB3との接続点と、キャパシタ10のα端とを接続する。一方、SW3’は、電池モジュールVBB2とVBB3との接続点と、キャパシタ10のβ端とを接続する。また、SW1及びSW4は、それぞれ、電池モジュールVBB1の低電位側、及び電池モジュールVBB3とVBB4との接続点と、キャパシタ10のα端とを接続する。SW2及びSW5は、それぞれ、電池モジュールVBB1とVBB2の接続点、及び電池モジュールVBB4の高電位側と、キャパシタ10のβ端とを接続する。
本実施形態に係る電池電圧検出装置において、デコーダ50への入力信号と検出電圧の極性との対応について、図11(a)を参照して説明する。選択信号10には、閉状態に制御するスイッチとしてSW3’及びSW4が割り当てられている。コントローラ40から出力される選択信号が00から11まで順次切り替えられると、電池モジュールVBB1〜4が順次接続される。このとき検出される電圧の極性は、順に、正、負、負、正となり、負の極性が連続して検出される。これにより、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れ、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出えきる。
具体的には、図11(b)〜(e)に示すように、図9(b)〜(e)と同様に、デコーダ50の入力端子のいずれかが0又は1に固定される異常が発生した場合に、選択信号を順次切り替えると、正常時の極性と異なる極性の電圧が2回検出される。それゆえ、検出される電圧の極性からデコーダ50の異常を検出できる。
なお、組電池70とキャパシタ10との結線の組み換えは、少なくとも1つの電池モジュール、及びその電池モジュールと隣接するいずれかの電池モジュールを、キャパシタ10に印可される電圧の極性が同じになるように、スイッチを介してキャパシタ10に接続するようにすればよい。すなわち、選択信号を順次切り替えるのに応じて、少なくとも1回同じ極性の電圧がキャパシタ10に印可されるように、組電池70とキャパシタ10とを結線すればよい。
以上説明した第4実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・選択信号が順次切り替えられるのに応じて、電池モジュールVBB1〜4が順次キャパシタ10に接続されると、少なくとも1回、同じ極性の電圧が連続してキャパシタ10に印可される。これにより、選択信号とキャパシタ10に印可される電圧の極性との対応関係の対称性が一部崩れる。よって、選択信号のいずれかのビットが固定される異常が発生した場合に、選択信号を順次切り替ると、固定されたビット以外のビットの信号の組み合わせを全て変更する過程で、正常時の極性と異なる極性の電圧を少なくとも1回検出できる。
(他の実施形態)
・上記各実施形態において、選択信号は11から00まで1ずつ減少させて、順次切り替えてもよい。
・上記各実施形態において、選択信号は3ビット以上の信号でもよい。
10…キャパシタ、20…差動増幅回路、30…AD変換回路、40…コントローラ、50…デコーダ、70…組電池、SW1〜7…スイッチ、VBB1〜6…電池モジュール。

Claims (6)

  1. 互いに直列接続された複数の電池モジュール(VBB1〜6)から構成される組電池(70,70b〜d)の各電池モジュールの電圧を検出する電池電圧検出装置であって、
    前記電池モジュールの電圧が正方向又は負方向に印可されるフライングキャパシタ(10)と、
    各電池モジュールの両端と前記キャパシタの両端との接続をそれぞれ開閉する複数のスイッチ(SW1〜7)と、
    前記複数の電池モジュールの中から、前記キャパシタに接続する電池モジュールを選択し、選択した電池モジュールに対して予め設定されている複数ビットの選択信号を出力する選択手段(40)と、
    前記選択手段により出力された選択信号に基づいて、前記選択した電池モジュールの両端に接続される前記スイッチを閉状態に制御するスイッチング制御手段(50)と、
    前記キャパシタに印可された前記電池モジュールの電圧を検出する電圧検出手段(20,30)と、
    前記電圧検出手段により検出された電圧の極性が、前記選択した電池モジュールについて正常時に検出される電圧の極性と異なる場合に、前記スイッチング制御手段の異常を検出する異常検出手段(40)と、を備え、
    前記選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに前記所定ビットの信号が異なるとともに前記所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの前記選択信号の組み合わせの中に、前記所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、前記キャパシタに異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組み合わせが含まれていることを特徴とする電池電圧検出装置。
  2. 前記複数の電池モジュールは、偶数番目の前記電池モジュールと奇数番目の前記電池モジュールとで、前記キャパシタに印可される電圧の極性が異なるように、前記スイッチを介して前記キャパシタに接続され、
    前記直列接続された複数の電池モジュールの両端部以外の電池モジュールのうち、少なくとも1つの電池モジュールの両端と前記キャパシタの両端との接続を開閉する前記スイッチを、前記スイッチング制御手段を介さずに操作する操作手段(60,61)を備え、
    前記選択手段により出力される前記選択信号が順次切り替えられるのに応じて、前記複数の電池モジュールのうち、前記操作手段により前記キャパシタに接続される電池モジュール以外の電池モジュールが順次前記キャパシタに接続される請求項1に記載の電池電圧検出装置。
  3. 前記複数の電池モジュールは、偶数番目の前記電池モジュールと奇数番目の前記電池モジュールとで、前記キャパシタに印可される電圧の極性が異なるように、前記スイッチを介して前記キャパシタに接続され、
    前記選択手段により出力される前記選択信号が順次切り替えられるのに応じて、前記複数の電池モジュールが前記キャパシタに接続される際に、前記電池モジュールのいずれも前記キャパシタに接続されない所定の前記選択信号を途中に含んで、前記複数の電池モジュールが順次前記キャパシタに接続される請求項1に記載の電池電圧検出装置。
  4. 前記複数の電池モジュールは、偶数番目の前記電池モジュールと奇数番目の前記電池モジュールとで、前記キャパシタに印可される電圧の極性が異なるように、前記スイッチを介して前記キャパシタに接続され、
    前記選択手段により出力される前記選択信号が順次切り替えられるのに応じて、前記電池モジュールが前記キャパシタに接続される際に、少なくとも1回、前記偶数番目又は前記奇数番目の電池モジュールが連続して前記キャパシタに接続されることを含んで、前記複数の電池モジュールが順次前記キャパシタに接続される請求項1に記載の電池電圧検出装置。
  5. 少なくとも1つの前記電池モジュールと前記少なくとも1つの電池モジュールと隣接するいずれかの電池モジュールとは、前記キャパシタに印可される電圧の極性が同じになるように、前記スイッチを介して前記キャパシタに接続され、
    前記複数の電池モジュールのうち、前記少なくとも1つの電池モジュール以外の電池モジュールは、前記キャパシタに印可される電圧の極性が順次変わるように、前記スイッチを介して前記キャパシタに接続され、
    前記選択手段により出力される前記選択信号が順次切り替えられるのに応じて、前記電池モジュールが順次前記キャパシタに接続される請求項1に記載の電池電圧検出装置。
  6. 互いに直列接続された複数の電池モジュール(VBB1〜6)から構成される組電池(70,70b〜d)の前記電池モジュールの電圧が正方向又は負方向に印可されるフライングキャパシタ(10)と、各電池モジュールの両端と前記キャパシタの両端との接続をそれぞれ開閉する複数のスイッチ(SW1〜7)と、前記複数のスイッチを制御するスイッチング制御装置(50)と、を備える電池電圧検出装置の異常検出方法であて、
    前記複数の電池モジュールの中から、前記キャパシタに接続する電池モジュールを選択し、選択した電池モジュール対して予め設定されている複数ビットの選択信号を出力する選択工程と、
    前記選択工程において出力された選択信号に基づいて、前記スイッチング制御装置により、前記選択した電池モジュールの両端に接続される前記スイッチを閉状態に制御するスイッチング制御工程と、
    前記キャパシタに印可された前記電池モジュールの電圧を検出する電圧検出工程と、
    前記電圧検出工程において検出された電圧の極性が、前記選択した電池モジュールについて正常時に検出される電圧の極性と異なる場合に、前記スイッチング制御装置の異常を検出する異常検出工程と、を備え、
    前記選択信号のいずれのビットを所定ビットに選択した場合も、互いに前記所定ビットの信号が異なるとともに前記所定ビット以外のビットの信号が互いに等しい2つの前記選択信号の組み合わせの中に、前記所定ビットを0にした場合と1にした場合とで、前記キャパシタに異なる極性の電圧が印可される2つの選択信号の組み合わせが含まれていることを特徴とする電池電圧検出装置の異常検出方法。
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