| 【発明の名称】 |
電気車用組電池の電圧検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 康平
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| 【要約】 |
【課題】１つの差動増幅部により検出される電圧に応じてその差動増幅部の故障診断を行う電圧検出回路を得る。
【解決手段】セルコントローラＣ／Ｃ１は、故障診断時にセル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオフ、セル基準電圧源スイッチＳＷｃおよび容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８をオンする。差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８で検出される電圧が３．７５Ｖから０．１５Ｖ以上異なる場合に差動増幅部の故障を判断する。判断結果は差動増幅部で検出された電圧値とともにセルコントローラＣ／Ｃ１からバッテリコントローラＢ／Ｃに送信される。バッテリコントローラＢ／Ｃは、受信した判断結果と電圧値とに基づいて故障を判断する。セルコントローラＣ／Ｃ１は、セル電圧検出時にセル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオン、セル基準電圧源スイッチＳＷｃおよび容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８をオフする。差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれでセルＣ１〜Ｃ８の電圧を検出する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の単位電池で構成される電気車用組電池を電源として駆動する車両において、前記単位電池ごとに設けられて単位電池の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路と前記単位電池間の接続をオン／オフする第１のスイッチ回路と、所定の電圧を発生する電圧発生回路と、前記電圧発生回路と前記電圧検出回路間の接続をオン／オフする第２のスイッチ回路と、前記第１のスイッチ回路がオンされるとともに前記第２のスイッチ回路がオフされているとき、前記電圧検出回路で検出される電圧に応じて前記単位電池の充電状態を診断する一方、前記第１のスイッチ回路がオフされるとともに前記第２のスイッチ回路がオンされているとき、前記電圧検出回路で検出される電圧に応じて前記電圧検出回路の故障診断を行う診断装置とを備えることを特徴とする電気車用組電池の電圧検出装置。
【請求項２】請求項１に記載の電気車用組電池の電圧検出装置において、前記単位電池ごとに設けられ、前記診断装置により前記単位電池の容量の調整が必要と診断された場合に当該単位電池を放電させる容量調整回路をさらに備え、前記第２のスイッチ回路がオンされると、前記電圧発生回路により発生された電圧が前記容量調整回路を介して前記電圧検出回路に印加されることを特徴とする電気車用組電池の電圧検出装置。
【請求項３】複数の単位電池で構成される電気車用組電池を電源として駆動する車両において、前記単位電池ごとに設けられて単位電池の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路と前記単位電池間の接続をオン／オフする第１のスイッチ回路と、所定の電圧を発生する電圧発生回路と、前記電圧発生回路と前記電圧検出回路間の接続をオン／オフする第２のスイッチ回路と、前記第１のスイッチ回路がオンされるとともに前記第２のスイッチ回路がオフされているとき、前記電圧検出回路で検出される電圧に応じて前記単位電池の充電状態を診断する一方、前記第１のスイッチ回路がオフされるとともに前記第２のスイッチ回路がオンされているとき、前記電圧検出回路で検出される電圧に応じて前記電圧検出回路の故障診断を行う第１の診断装置と、前記電圧検出回路で検出される電圧と前記第１の診断装置による診断結果とに基づいて、前記電圧検出回路および前記第１の診断装置の故障診断を行う第２の診断装置とを備えることを特徴とする電気車用組電池の電圧検出装置。
【請求項４】請求項３に記載の電気車用組電池の電圧検出装置において、前記第１の診断装置と前記第２の診断装置との間で前記電圧検出回路による検出電圧と前記第１の診断装置による診断結果とを授受する通信回路をさらに備え、前記第２の診断装置は、前記授受された検出電圧と診断結果とに基づいて、前記通信回路の故障診断をさらに行うことを特徴とする電気車用組電池の電圧検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車用組電池の電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電気自動車の駆動用電池には、複数の単位電池（以下ではセルと呼ぶ）から成る組電池が用いられる。組電池の各セルはモジュールと呼ばれる所定数のセルごとに区分（ひとまとめをモジュール電池と呼ぶ）され、各モジュール電池ごとに設けられたセルコントローラによってモジュール電池を構成するセルが管理される。各セルコントローラは、それが管理するモジュール電池から電力が供給される。一方、車両側には各セルコントローラを制御して組電池を管理するバッテリーコントローラが設けられており、セルコントローラおよびバッテリーコントローラ間はシリアル通信により相互にデータが送受信される。充放電の際、バッテリーコントローラはセルコントローラから送信されるセル電圧データに基づいて充放電制御を行う。
【０００３】ここで、各セルの電圧を検出する回路が設けられるとともに、この検出回路自身の故障診断を行う技術が知られている。図７は、モジュール電池を構成する各セルの電圧を検出する従来の電圧検出回路のブロック図である。図７において、モジュール電池とセルコントローラとが接続されている。モジュール電池は、８つのセルＣ１〜Ｃ８によって構成されている。セルコントローラには、セルＣ１〜Ｃ８のそれぞれの端子間に２つの差動増幅器Ａ１とＤ１，Ａ２とＤ２，…，Ａ８とＤ８が設けられており、各セルの電圧がそれぞれ２つの差動増幅器によって検出される。たとえば、セルＣ１の電圧値Ｖｃ１は、差動増幅器Ａ１とＤ１とで検出される。セルコントローラのＣＰＵは、差動増幅器Ａ１による検出電圧Ｖａ１と差動増幅器Ｄ１による検出電圧Ｖｄ１とによってセルＣ１の充電状態をチェックする。容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８は、セルＣ１〜Ｃ８の充電状態にばらつきが生じている場合に該当するセルを放電することで、所定の状態(たとえば平均電圧)として充電状態のばらつきを抑制する回路である。セルコントローラのＣＰＵは、検出電圧Ｖａ１およびＶｄ１によってセルＣ１の充電状態のばらつきを判断すると、容量調整回路Ｅ１を介してセルＣ１を放電させる。このような電圧検出回路において、セルコントローラのＣＰＵは、２つの差動増幅器によって検出される電圧値の差が所定値Ｖｎｇ以上の場合に、差動増幅器Ａ１およびＤ１のいずれかに故障が生じたと判断する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の電圧検出回路では、モジュール電池を構成する各セルごとに２つの差動増幅器を備えていたので、回路のコストが高くなっていた。
【０００５】本発明の目的は、セル(単位電池)の電圧検出と電圧検出回路自身の故障診断とを行う電圧検出装置を低コストで提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１、図２に対応づけて本発明を説明する。
（１）請求項１に記載の発明による電気車用組電池の電圧検出装置は、複数の単位電池で構成される電気車用組電池を電源として駆動する車両に適用され、単位電池Ｃ１〜Ｃ８ごとに設けられて単位電池Ｃ１〜Ｃ８の電圧を検出する電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８と、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８と単位電池Ｃ１〜Ｃ８間の接続をオン／オフする第１のスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８と、所定の電圧を発生する電圧発生回路Ｖｓと、電圧発生回路Ｖｓと電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８間の接続をオン／オフする第２のスイッチ回路ＳＷｃと、第１のスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８がオンされるとともに第２のスイッチ回路ＳＷｃがオフされているとき、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８で検出される電圧に応じて単位電池Ｃ１〜Ｃ８の充電状態を診断する一方、第１のスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８がオフされるとともに第２のスイッチ回路ＳＷｃがオンされているとき、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８で検出される電圧に応じて電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８の故障診断を行う診断装置ＣＰＵとを備えることにより、上述した目的を達成する。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気車用組電池の電圧検出装置において、単位電池Ｃ１〜Ｃ８ごとに設けられ、診断装置ＣＰＵにより単位電池Ｃ１〜Ｃ８の容量の調整が必要と診断された場合に当該単位電池Ｃ１〜Ｃ８を放電させる容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８をさらに備え、第２のスイッチ回路ＳＷｃがオンされると、電圧発生回路Ｖｓにより発生された電圧が容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８を介して電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８に印加されることを特徴とする。
（３）請求項３に記載の発明による電気車用組電池の電圧検出装置は、複数の単位電池で構成される電気車用組電池を電源として駆動する車両に適用され、単位電池Ｃ１〜Ｃ８ごとに設けられて単位電池Ｃ１〜Ｃ８の電圧を検出する電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８と、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８と単位電池Ｃ１〜Ｃ８間の接続をオン／オフする第１のスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８と、所定の電圧を発生する電圧発生回路Ｖｓと、電圧発生回路Ｖｓと電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８間の接続をオン／オフする第２のスイッチ回路ＳＷｃと、第１のスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８がオンされるとともに第２のスイッチ回路ＳＷｃがオフされているとき、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８で検出される電圧に応じて単位電池Ｃ１〜Ｃ８の充電状態を診断する一方、第１のスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８がオフされるとともに第２のスイッチ回路ＳＷｃがオンされているとき、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８で検出される電圧に応じて電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８の故障診断を行う第１の診断装置(セルコントローラＣ／Ｃ１のＣＰＵ)と電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８で検出される電圧と第１の診断装置(Ｃ／Ｃ１内のＣＰＵ)による診断結果とに基づいて、電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８および第１の診断装置(Ｃ／Ｃ１内のＣＰＵ)の故障診断を行う第２の診断装置(Ｂ／Ｃ内のＣＰＵ)とを備えることにより、上述した目的を達成する。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電気車用組電池の電圧検出装置において、第１の診断装置(Ｃ／Ｃ１内のＣＰＵ)と第２の診断装置(Ｂ／Ｃ内のＣＰＵ)との間で電圧検出回路Ｄ１〜Ｄ８による検出電圧と第１の診断装置(Ｃ／Ｃ１内のＣＰＵ)による診断結果とを授受する通信回路をさらに備え、第２の診断装置(Ｂ／Ｃ内のＣＰＵ)は、授受された検出電圧と診断結果とに基づいて、通信回路の故障診断をさらに行うことを特徴とする。
【０００７】なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１，２に記載の発明では、第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路で接続を変え、電圧検出回路により単位電池の電圧を検出して単位電池の充電状態を診断する一方、電圧検出回路により所定の電圧を検出して電圧検出回路の故障診断を行うようにした。したがって、従来技術のような２つの電圧検出回路による故障診断を不要にし、１つの電圧検出回路で単位電池の電圧検出と故障診断とを行うことができる。この結果、部品数を削減して装置のコストが低減されるとともに、部品数の減少にともなって装置の信頼性が向上する。
（２）請求項２に記載の発明では、電圧発生回路による発生電圧を容量調整回路を介して電圧検出回路に印加するようにしたので、故障診断のために新たな回路を追加する必要がない。この結果、装置のコスト上昇を抑えることができる。
（３）請求項３，４に記載の発明では、電圧検出回路により検出した所定の電圧値と、この電圧値に応じて電圧検出回路の故障診断を行う第１の診断装置による診断結果とに基づいて、第２の診断装置で故障診断を行うようにした。したがって、第１の診断装置の故障と電圧検出回路の故障とを独立して判定できるから、故障発生時に復旧作業がしやすくなる。
（４）請求項４に記載の発明では、第１の診断装置と第２の診断装置との間に設けられる通信回路の故障も判定できるから、故障発生時に復旧作業がしやすくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態による車両用組電池の全体構成図である。図１において、組電池は４０個のセルＣ１〜Ｃ４０が直列に接続されたものであり、セルＣ１〜Ｃ４０は８個ずつまとめられて５つのモジュール電池Ｍ１〜Ｍ５を構成している。なお、組電池および各モジュール電池を構成するセルの数は本説明による数量に限定されるものではない。５つのモジュール電池Ｍ１〜Ｍ５には、それぞれセルコントローラＣ／Ｃ１、Ｃ／Ｃ２、…、Ｃ／Ｃ５が接続されている。５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、モジュール電池Ｍｎごとにモジュール電池Ｍｎ内の８個のセルを管理する。ここで、ｎは１〜５の整数である。
【００１０】セルコントローラＣ／Ｃｎは、後述する電圧検出回路で、１．セル電圧検出時に各モジュール電池Ｍｎ内の８個のセルのそれぞれの電圧を検出するとともに、２．故障診断時に診断用基準電圧を検出する。
さらに、セルコントローラＣ／Ｃｎは、各モジュール電池Ｍｎ内の８個のセルのそれぞれを容量調整するための信号を出力する。セルの容量調整については後述する。セルコントローラＣ／Ｃｎの電力は、それぞれ各モジュール電池Ｍｎから供給される。
【００１１】５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、バッテリコントローラＢ／Ｃによって管理される。バッテリコントローラＢ／Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不図示の通信インターフェイス回路を備えている。通信インターフェイス回路は、シリアル通信により各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５と通信を行う。バッテリコントローラＢ／Ｃは、このシリアル通信を用いて各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５を制御する一方、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から電池情報と診断情報とを受信する。
【００１２】電池情報は、セル電圧検出時に各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の電圧検出回路によって検出される各モジュール電池Ｍｎ内のセルの電圧値である。受信された電池情報は、バッテリコントローラＢ／ＣのＲＡＭに記憶され、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の制御に利用されたり、不図示の容量計の容量表示等に利用される。セルの電圧値が所定の電圧範囲より高いと過充電であり、セルの電圧値が所定の電圧範囲より低いと過放電であり、セルの電圧値から充電状態がわかる。また、診断情報は、故障診断時に各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の電圧検出回路によって検出される診断用基準電圧値と、故障診断によって異常が検出された場合の異常フラグである。受信された診断情報は、バッテリコントローラＢ／ＣのＲＡＭに記憶され、バッテリコントローラＢ／Ｃにおける故障診断に利用される。
【００１３】バッテリコントローラＢ／Ｃからは、５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のそれぞれに対し、各モジュール電池Ｍｎを構成する各セルの容量調整を行うための信号が出力される。バッテリコントローラＢ／Ｃはさらに、不図示の容量計の容量表示を行うための電池容量や電池劣化状態の演算を行うとともに、演算された電池容量や電池劣化状態等の信号を、車両を制御する不図示のコントローラ等に出力する。バッテリコントローラＢ／Ｃの電力は、補助電池Ｂから供給される。
【００１４】セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、バッテリコントローラＢ／Ｃからオン信号が送信されることにより電源オンし、オフ信号が送信されることにより電源オフする。バッテリコントローラＢ／Ｃは、車両のスイッチおよび組電池の充電のオン・オフに連動してオン／オフされる。
【００１５】図２は、セルコントローラＣ／Ｃ１内の回路ブロック図である。ここではセルコントローラＣ／Ｃ１を例に上げて説明するが、他のセルコントローラＣ／Ｃ２〜Ｃ／Ｃ５もセルコントローラＣ／Ｃ１と同様である。図２において、モジュール電池Ｍ１とセルコントローラＣ／Ｃ１とが接続されている。モジュール電池Ｍ１は８つのセルＣ１〜Ｃ８が直列に接続されて構成されている。セルコントローラＣ／Ｃ１は、電源スイッチＳＷｍと、中央演算処理回路(以下、マイコン)ＣＰＵと、診断用基準電圧部Ｖｓと、８つの差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８と、８つの容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８と、８つのセル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８とを有する。診断用基準電圧部Ｖｓは、電圧レギュレータＩＣ１と、電圧増幅回路ＩＣ２と、セル基準電圧源スイッチＳＷｃとを有する。容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８には、それぞれ容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ８とが設けられている。
【００１６】電源スイッチＳＷｍは、バッテリコントローラＢ／Ｃから送られる電源オン信号によってオンされ、バッテリコントローラＢ／Ｃから送られる電源オフ信号によってオフされる。電圧レギュレータＩＣ１は、モジュール電池Ｍ１から電源が供給されると、入力された電圧をＤＣ／ＤＣ変換して、たとえば、５Ｖの電圧を出力する。電圧増幅回路ＩＣ２は入力される５Ｖの電圧を増幅し、たとえば、３０Ｖの電圧を出力する。セル基準電圧源スイッチＳＷｃは、マイコンＣＰＵから故障診断時に送られるオン信号によってオンされ、故障診断後に送られるオフ信号によってオフされる。
【００１７】セル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８は、それぞれマイコンＣＰＵからセル電圧検出時に送られるオン信号によってオンされ、故障診断時に送られるオフ信号によってオフされる。８つの差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８は、セル電圧検出時に、それぞれセルＣ１〜Ｃ８の端子電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ８を検出し、検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８を出力する。また、故障診断時に、それぞれ診断用のセル基準電圧を検出し、検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８を出力する。マイコンＣＰＵにはＡ／Ｄ変換回路が内蔵されており、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８から出力される検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８をデジタル信号に変換する。マイコンＣＰＵは、デジタル変換した検出データに基づいてセルＣ１〜Ｃ８の管理と電圧検出回路の故障診断とを行う。ここで、電圧検出回路は、診断用基準電圧部Ｖｓ、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８、および差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８を含む。マイコンＣＰＵには通信インターフェイス回路も内蔵されている。マイコンＣＰＵは、セルＣ１〜Ｃ８の電池情報と差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８の診断情報とをシリアル通信によりバッテリコントローラＢ／Ｃに送信する。送信端子がＴｘ、受信端子がＲｘである。
【００１８】容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８はセルＣ１〜Ｃ８を放電させる。容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８は、マイコンＣＰＵから送られるオン信号によってオンされ、オフ信号によってオフされる。容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８がオンされると、対応する抵抗器Ｒ１〜Ｒ８を介してセルＣ１〜Ｃ８が放電される。マイコンＣＰＵは、上述した電圧検出データからセルの容量のばらつき(詳しくはＣ１〜Ｃ８の平均値より高い電圧を示す)を判断したセルに対し、このセルに対応する容量調整回路スイッチをオンして放電させる。容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８はさらに、故障診断時にも使用される。マイコンＣＰＵは故障診断時に容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８に対してオン信号を送り、故障診断後にオフ信号を送る。
【００１９】故障診断時において、セル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８がオフされるとともに、セル基準電圧源スイッチＳＷｃがオンされる。このとき、容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８がオンされると、８つの容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８に電圧増幅回路ＩＣ２から出力される３０Ｖのセル基準電圧が印加される。ここで、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８を構成する各抵抗器Ｒ１〜Ｒ８の抵抗値が同じであるので、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれには理論上３０／８＝３．７５Ｖの電圧が印加される。マイコンＣＰＵは、差動増幅部によって検出されるセル基準電圧値が、たとえば、３．７５Ｖに対して０．１５Ｖ未満の差異で検出される場合にその差動増幅部が正常であると判断し、０．１５Ｖ以上の差異で検出される場合にその差動増幅部に故障が生じていると判断する。差動増幅部によって理論上検出されるべき電圧値(ここでは３．７５Ｖ)は、マイコンＣＰＵにあらかじめ与えられている。
【００２０】バッテリコントローラＢ／Ｃは、上述したようにシリアル通信で送信される電池情報に基づいてセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の制御を行うが、通常（走行中や充電中）の制御では、電池情報のうちの電圧検出情報、および故障診断結果から得られる異常検出情報がセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５からバッテリコントローラＢ／Ｃへ送られる。バッテリーコントローラＢ／Ｃは、電圧検出情報に基づいて充放電制御を行い、異常検出情報に基づいて警告表示等により異常を運転者に伝えるとともにフェイルセーフ動作（入出力制限等）を行わせる。
【００２１】上記のバッテリコントローラＢ／ＣのマイコンＣＰＵで行われる処理をフローチャートを参照して説明する。図３および図４は、バッテリコントローラＢ／ＣのマイコンＣＰＵで行われる処理の流れを説明するフローチャートであり、車両のスイッチおよび組電池の充電のオンに連動して起動する。図３のステップＳ１０において、マイコンＣＰＵは、イグニッションスイッチがオンされたか否かを判定する。イグニッションスイッチがオンされている場合はステップＳ１０を肯定判定してステップＳ１５へ進み、イグニッションスイッチがオンされていない場合はステップＳ１０を否定判定して判定処理を繰り返す。
【００２２】ステップＳ１５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して電源オン信号を送信してステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して電圧検出回路の故障診断を開始させる信号を送信してステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から故障診断情報の受信を完了したか否かを判定する。診断情報の受信を完了するとステップＳ２５を肯定判定してステップＳ３０へ進み、診断情報が受信されない場合はステップＳ２５を否定判定してステップＳ２０へ戻る。
【００２３】ステップＳ３０において、マイコンＣＰＵは、受信した診断情報をＲＡＭに記憶してステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の電圧検出回路(差動増幅部)によるそれぞれの検出電圧値が正常か否かを判定する。各差動増幅部による検出電圧値は、各セルコントローラから受信した診断情報の中に含まれている。マイコンＣＰＵは、あらかじめ記憶されている基準電圧値Ｖｏ(ここでは３．７５Ｖとする)と、診断情報の中の検出電圧値との差異が、たとえば、０．１５Ｖ未満であればステップＳ３５を肯定判定してステップＳ４５へ進み、基準電圧値Ｖｏと診断情報の中の検出電圧値との差異が０．１５Ｖ以上であればステップＳ３５を否定判定してステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃによる診断結果に異常フラグをたててステップＳ４５へ進む。異常フラグは、異常と診断したセルコントローラに対応してバッテリコントローラＢ／ＣのＲＡＭに記憶される。
【００２４】ステップＳ４５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５による診断結果が正常か否かを判定する。各セルコントローラによって異常が診断されている場合は、各セルコントローラから受信した診断情報の中に異常フラグが含まれている。マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５による診断情報の中に異常フラグがない、すなわち、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５によって正常と判定されている場合にステップＳ４５を肯定判定してステップＳ５０へ進み、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５による診断情報に異常フラグが含まれる、すなわち、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５によって異常が判定されている場合にステップＳ４５を否定判定してステップＳ５５へ進む。
【００２５】ステップＳ５０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃによる診断結果が正常か否かを判定する。バッテリコントローラＢ／Ｃによる診断結果は、上述したステップＳ３５で否定判定した場合の異常フラグの有無で判定する。マイコンＣＰＵは、ＲＡＭに異常フラグが記憶されていない場合にステップＳ５０を肯定判定してステップＳ６５へ進み、ＲＡＭに異常フラグが記憶されている場合にステップＳ５０を否定判定してステップＳ６０へ進む。ステップＳ６５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５、およびバッテリコントローラＢ／Ｃのいずれによる診断結果も正常であると判断し、図４のステップＳ８０へ進む。また、ステップＳ５０において否定判定されて進むステップＳ６０において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５内のマイコンＣＰＵに故障があると判断し、図４のステップＳ８０へ進む。
【００２６】一方、ステップＳ４５において否定判定されて進むステップＳ５５において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃによる診断結果が正常か否かを判定する。マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃ内のＲＡＭに異常フラグが記憶されていない場合にステップＳ５５を肯定判定してステップＳ７０へ進み、ＲＡＭに異常フラグが記憶されている場合にステップＳ５５を否定判定してステップＳ７５へ進む。ステップＳ７０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／ＣとセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５間の通信に異常があると判断し、図４のステップＳ８０へ進む。また、ステップＳ７５において、マイコンＣＰＵは、電圧検出回路の故障と判断し、図４のステップＳ８０へ進む。
【００２７】ステップＳ８０において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して各セルの電圧検出値の送信を要求してステップＳ８５へ進む。ステップＳ８５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５からセル電圧値の受信を完了したか否かを判定する。セル電圧値の受信を完了するとステップＳ８５を肯定判定してステップＳ９０へ進み、セル電圧値の受信が完了されない場合はステップＳ８５を否定判定してステップＳ８０へ戻る。
【００２８】ステップＳ９０において、マイコンＣＰＵは、各セルの電圧値の平均値を演算してステップＳ９５へ進む。なお、上述したステップＳ６０、ステップＳ７０、およびステップＳ７５のいずれかで故障あるいは異常が判断されている場合には、マイコンＣＰＵはフェイルセーフ動作を行う。すなわち、故障と判断された電圧検出回路によって検出されるセルの電圧値、セルコントローラ内のマイコンＣＰＵに故障があると判断されたセルコントローラから送信される電圧値を用いずに、正常と判断されるセルの電圧値の平均値を演算する。
【００２９】ステップＳ９５において、マイコンＣＰＵは、セル電圧の分布を演算し、演算した平均値と分布とから異常と思われるセルを特定してステップＳ１００へ進む。ステップＳ１００において、マイコンＣＰＵは、セルの電圧平均値とセル電圧の分布により、各セルごとに容量調整を行う必要があるか否かを判定する。マイコンＣＰＵは、セルに対する容量調整が必要な場合にステップＳ１００を肯定判定してステップＳ１０５へ進み、容量調整が不要な場合にステップＳ１００を否定判定してステップＳ１１５へ進む。
【００３０】ステップＳ１０５において、マイコンＣＰＵは、容量調整を行う必要があるセルに対して、それぞれの容量調整時間を演算してステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のそれぞれに対して容量調整が必要なセルごとの容量調整時間を送信し、ステップＳ１１５へ進む。容量調整が不要の場合は、容量調整不要の信号を送信する。ステップＳ１１５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して各セルの電圧検出値の送信を要求してステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０において、マイコンＣＰＵは、受信した各セル電圧値に基づいて総電圧、平均値を演算してステップＳ１２５へ進む。
【００３１】ステップＳ１２５において、マイコンＣＰＵは、不図示の容量計の容量表示を行うための電池容量や電池劣化状態等の演算を行うとともに、演算された電池容量や電池劣化状態等の信号を車両制御する不図示のコントローラ等に出力し、ステップＳ１３０へ進む。ステップＳ１３０において、マイコンＣＰＵは、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定する。イグニッションスイッチがオフされた場合はステップＳ１３０を肯定判定してステップＳ１３５へ進み、イグニッションスイッチがオフされていない場合はステップＳ１３０を否定判定してステップＳ１１５へ戻る。ステップＳ１３５において、マイコンＣＰＵは、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５に対して電源オフ信号を送信してステップＳ１４０へ進む。ステップＳ１４０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃ自身の電源をオフして図４の処理を終了する。
【００３２】次に、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の各マイコンＣＰＵで行われる処理をフローチャートを参照して説明する。図５および図６は、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のマイコンＣＰＵで行われる処理の流れを説明するフローチャートであり、バッテリコントローラＢ／Ｃから送信されるオン信号によって起動する。ここでは１つのセルコントローラＣ／Ｃ１について説明するが、他のセルコントローラも同様である。図５のステップＳ５００において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃからのオン信号に基づいて電源をオンしてステップＳ５１０へ進む。ステップＳ５１０において、マイコンＣＰＵは初期化を行ってステップＳ５２０へ進む。ステップＳ５２０において、マイコンＣＰＵは自己診断を行ってステップＳ５３０へ進む。
【００３３】ステップＳ５３０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃから電圧検出回路の故障診断を開始する信号を受信すると、容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８をオン、セル基準電圧源スイッチＳＷｃをオンさせてステップＳ５４０へ進む。なお、この時点でセル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８はオフされている。ステップＳ５４０において、マイコンＣＰＵは、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８から出力される診断用セル基準電圧の検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８を取り込んでステップＳ５５０へ進む。
【００３４】ステップＳ５５０において、マイコンＣＰＵは、電圧検出回路(差動増幅部)による８つの検出電圧値がそれぞれ正常か否かを判定する。マイコンＣＰＵは、あらかじめ記憶されている基準電圧値Ｖｏ(ここでは３．７５Ｖとする)と、差動増幅部による検出電圧値との差異が、たとえば、０．１５Ｖ未満であればステップＳ５５０を肯定判定してステップＳ５６０へ進み、基準電圧値Ｖｏと差動増幅部による検出電圧値との差異が０．１５Ｖ以上であればステップＳ５５０を否定判定してステップＳ５７０へ進む。ステップＳ５６０において、マイコンＣＰＵは、８つの検出電圧値と判定結果(正常)とをバッテリコントローラＢ／Ｃに送信し、ステップＳ５８０へ進む。一方、ステップＳ５７０において、マイコンＣＰＵは、異常フラグをたてて、８つの検出電圧値と判定結果(異常)と異常フラグとをバッテリコントローラＢ／Ｃに送信し、ステップＳ５８０へ進む。異常フラグは、異常と診断されたセルに対応してセルコントローラのＲＡＭに記憶される。
【００３５】ステップＳ５８０において、マイコンＣＰＵは、セル基準電圧源スイッチＳＷｃをオフ、容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８をオフさせてステップＳ５９０へ進む。ステップＳ５９０において、マイコンＣＰＵは、セル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオンさせて図６のステップＳ６００へ進む。ステップＳ６００において、マイコンＣＰＵは、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８から出力されるセルＣ１〜Ｃ８の検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８を取り込んでステップＳ６１０へ進む。ステップＳ６１０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃからセル検出電圧の送信要求を受信すると、８つのセルＣ１〜Ｃ８の検出電圧をバッテリコントローラＢ／Ｃへ送信してステップＳ６２０へ進む。
【００３６】ステップＳ６２０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃからセルの容量調整時間を受信すると、該当するセルに対応する容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８のいずれかを受信した調整時間に基づいてオンさせる。なお、バッテリコントローラＢ／Ｃから容量調整不要の信号が送信された場合は、容量調整を行わずにステップＳ６３０へ進む。ステップＳ６３０において、マイコンＣＰＵは、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８から出力されるセルＣ１〜Ｃ８の検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８を取り込んでステップＳ６４０へ進む。
【００３７】ステップＳ６４０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃからセル検出電圧の送信要求を受信すると、８つのセルＣ１〜Ｃ８の検出電圧をバッテリコントローラＢ／Ｃへ送信してステップＳ６５０へ進む。ステップＳ６５０において、マイコンＣＰＵは、バッテリコントローラＢ／Ｃから電源オフ信号を受信すると、セル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオフし、セルコントローラの電源をオフして図６の処理を終了する。
【００３８】以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）セルコントローラＣ／Ｃ１におけるセル電圧検出時に、セルＣ１〜Ｃ８と差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８との間のセル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオン(ステップＳ５９０)して差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８でセルＣ１〜Ｃ８の端子電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ８をそれぞれ検出するようにした。１つのセルの電圧を１つの差動増幅部で検出するので、２つの差動増幅部で検出する場合に比べてコストを低減することができる。
（２）セルコントローラＣ／Ｃ１における故障診断時に、セル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオフするとともに、セル基準電圧源スイッチＳＷｃおよび容量調整回路スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８をオン(ステップＳ５３０)して診断用基準電圧部Ｖｓから出力される３０Ｖの電圧を容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８に印加する。このとき、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれで３０／８＝３．７５Ｖの電圧を検出し(ステップＳ５４０)、３．７５Ｖから０．１５Ｖ以上異なる電圧が検出される場合に当該差動増幅部の故障を判断する(ステップＳ５５０)ようにした。したがって、２つの差動増幅部で電圧を検出し、２つの検出電圧値が異なる場合に２つの差動増幅部のいずれかの故障を判断する場合と異なり、どの差動増幅部に故障が生じているかがわかる。
（３）上記(２)の故障診断時に、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８を用いて３０Ｖの電圧を分圧し、分圧後の３．７５Ｖの電圧を差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれに印加するようにしたので、故障診断時の基準電圧印加のために新たな回路を追加する必要がない。この結果、コストの増加を抑えることができる。
（４）上記(２)において差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれで検出した検出電圧値をセルコントローラＣ／Ｃ１からバッテリコントローラＢ／Ｃに通信インターフェイス回路を介して送信し(ステップＳ５６０およびＳ５７０)、バッテリコントローラＢ／Ｃ側でも検出電圧値が３．７５Ｖから０．１５Ｖ以上異なるか否かを判断する(ステップＳ３５)ようにした。したがって、セルコントローラＣ／Ｃ１側マイコンＣＰＵの判断結果とバッテリコントローラＢ／Ｃ側のマイコンＣＰＵの判断結果とに基づいて、■正常を判断(ステップＳ６５)、■セルコントローラＣ／Ｃ１のマイコンＣＰＵ故障を判断(ステップＳ６０)、■セルコントローラＣ／Ｃ１とバッテリコントローラＢ／Ｃ間のシリアル通信異常を判断、■セルコントローラＣ／Ｃ１の電圧検出回路の故障を判断(ステップＳ７５)できるから、故障原因の切り分けを行うことができる。この結果、故障発生時に復旧作業がやりやすくなる。
（５）セルコントローラＣ／Ｃ１の電源オフ時にセル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８をオフするようにしたので、セル電圧を検出する回路にセルＣ１〜Ｃ８から暗電流が流れない。この結果、無駄な電力消費を抑えるとともに、暗電流によて生じる各セル間の容量のばらつきを減少させることができる。
【００３９】以上の説明では、電気自動車を例にあげて説明したが、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両(ＨＥＶ)にも本発明を提供することができる。
【００４０】セルコントローラＣ／Ｃ１のマイコンＣＰＵ、およびバッテリコントローラＢ／ＣのマイコンＣＰＵは、あらかじめ与えられている基準電圧値Ｖｏ(３．７５Ｖ)に対して０．１５Ｖ以上の差異で診断用のセル基準電圧が検出されると異常と判断するようにしたが、上述した電圧値は説明に用いた値でなくてもよい。すなわち、基準電圧値Ｖｏを５Ｖにしてもよいし、０．１５Ｖを１Ｖにしてもよい。基準電圧値Ｖｏを５Ｖにする場合は、診断用基準電圧部Ｖｓから出力される電圧を４０Ｖにすればよい。
【００４１】特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明すると、セルＣ１〜４０が単位電池に、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８が電圧検出回路に、セル電圧検出スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８が第１のスイッチ回路に、診断用基準電圧部Ｖｓが電圧発生回路に、セル基準電圧源スイッチＳＷｃが第２のスイッチ回路に、過充電が充電状態に、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のマイコンＣＰＵが診断装置および第１の診断装置に、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８が容量調整回路に、バッテリコントローラＢ／ＣのマイコンＣＰＵが第２の診断装置に、通信インターフェイス回路が通信回路に、それぞれ対応する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月２８日（２０００．１２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８４４１２
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 冬紀
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１９９５１０（Ｐ２００２−１９９５１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月１２日（２００２．７．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−４００９９１（Ｐ２０００−４００９９１） |
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