JP5459660B2 - 二次電池装置および車両 - Google Patents

Description

本発明は二次電池装置および車両に関し、特に複数の二次電池セルを含む組電池を備えた二次電池装置および車両に関する。

鉄道や自動車等の車両、プラントなどに搭載される制御システムには高い安全性が要求され、緊急時にシステムを安全に停止させる、あるいは、フェールセーフに導くための安全系が必要とされる。

制御システムの異常時に安全系が故障により作動しない場合には、災害につながる可能性があるため、安全系には高信頼性が求められる。したがって、制御システムが実際に異常になったときに、安全系が期待通りに作動するか、定期的に確認することが必要である。

安全系の動作を確認するためには、例えば、安全系の入力部に模擬的な異常を与えて期待通りの出力（動作）が得られるかどうかを定期的に確認することによって信頼性を確保する方法がある。従来、模擬的な異常を与えて、診断装置が正常に動作するか診断する方法については、例えば特許文献１で提案されている。

安全系の故障は、まず安全側故障と危険側故障に大別される。安全側故障とは制御システムをシャットダウン（即ち、安全状態）に至らせる故障のことで、危険側故障とは安全系が必要時に作動しない故障のことである。さらに、危険側故障は自己診断により故障検出可能な危険側故障と、故障検出不能な危険側故障に分類される。

危険側故障であっても自己診断で故障が検出可能ならば、その故障は安全側故障と同等とみなすことができ、安全系の安全性能を上げるには故障検出不能な危険側故障率を低くすることが必須である。

安全系は、例えば、センサ、コントローラ、アクチュエータから構成される。センサによりシステム（被制御装置および制御系）の状態を検出し、コントローラにより正常であるか異常であるかを判定し、異常であればアクチュエータによりシステムを停止させる。

この場合に、センサ部分で疑似的に異常値を発生させ、アクチュエータの手前で、コントローラからのシャットダウン信号が受信できるかを定期的に診断すれば、安全系の自己診断率を向上できる。このとき、自己診断のための擬似的な異常値によってシステムがシャットダウンされないように、自己診断時のシャットダウン信号と本来のシャットダウン信号を区別できるようにしなければならない。

自己診断時のシャットダウン信号と本来のシャットダウン信号とを区別する方法として、例えば、シャットダウン信号のパルス幅で区別する方法が提案されている。自己診断時はコントローラ内の自己診断用プロセッサが、自己診断であることを伝えるための信号をセンサ部に送り、センサ部がその信号を受けると例えば時間幅ｔ１の短いパルス幅でシャットダウン信号を生成する。センサから出力されたシャットダウン信号は自己診断プロセッサに供給され、自己診断プロセッサはシャットダウン信号が活性化されたことを検出する。実際の異常をセンサが検出した際は、シャットダウン信号は活性化され続ける。

アクチュエータの前段にはフィルタが配置され、フィルタはシャットダウン信号が活性化されてから時間幅ｔ２後（ｔ１＜ｔ２）にアクチュエータ側に活性化された信号を伝える。故障状態を一定時間が経過するまで検知しないという方法は例えば特許文献２で述べられている。

特開平５−４６４２６号公報 特開２００１−６３４９２号公報

例えば車両の制御システムでは、センサ、コントローラ、アクチュエータがケーブル接続され離れた場所に位置する場合がある。車両内部はノイズが多く、例えば差動信号等のノイズの影響が抑制されるインタフェースをもたない部品を使用したケーブル接続で信号を送ると、信号がノイズの影響を受けて、受信端でハイ（Ｈｉｇｈ）レベルがロー（Ｌｏｗ）レベルに、あるいは、ロー（Ｌｏｗ）レベルがハイ（Ｈｉｇｈ）レベルに検出される場合があった。

例えば、電気自動車に電源として搭載される組電池を一例として述べる。電気自動車には、複数の二次電池セルから構成された組電池が搭載され、充電時に二次電池セルが過充電に至ると発火・発煙するため、各二次電池セルの電圧をセンサで監視している。

各二次電池セルの電圧を監視するセンサとしてチャネル数の多いＡ／Ｄコンバータを使用する場合、さらにそのＡ／Ｄコンバータを多段に重ねてコントローラと接続することとなる。従って、Ａ／Ｄコンバータとコントローラとの間はシリアル通信が望ましく、Ａ／Ｄコンバータも汎用入出力ポートをもつ多機能なカスタム品である場合が考えられる。

シルアル通信の伝送路はノイズの影響で伝送エラーが発生するため、プロセッサがセンサに疑似的な異常を検出させた場合（例えば、スイッチ切り替えで異常な二次電池セル電圧をＡ／Ｄコンバータに入力させたり、二次電池セルの高電圧を検出する閾値を現在の二次電池セル電圧より低く設定したりする場合）、自己診断状態から通常状態に復帰させるときに伝送エラーで復帰できず、シャットダウン信号のパルス幅が長くなり、アクチュエータが作動してしまう可能性があった。

また、例えば複数のセンサから出力される過電圧アラーム信号（過電圧が発生しているかを知らせるための信号）を、１つの論理積回路に入力してシャットダウン信号を生成する場合、論理積回路の入力の一つがハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのままとなるスタックアット（ｓｔｕｃｋ−ａｔ）故障していると、複数のセンサの一つずつに異常を検知させて、過電圧診断用信号を順番に活性化させてやらないと、上記の論理積回路の故障は検出できなかった。

これは、センサにおけるシャットダウン信号生成回路についても同様である。すなわち、センサに入力する二次電池セル電圧を二次電池セル一つ毎について異常を与えるか、あるいは、各二次電池セルに対応するアラームイネーブルビットを一つずつイネーブルにさせて、Ａ／Ｄコンバータの入力チャネル毎に過電圧アラーム信号が生成できるかを確認する必要があった。

しかし、電気自動車に搭載される組電池は多数の二次電池セルから構成されており、これら多数の二次電池セルの一つずつに対してシャットダウン信号生成回路の診断をすると、自己診断用のシャットダウン信号のパルスが頻繁に生成され、上位制御回路が誤ってシステムをシャットダウンさせてしまう恐れがあった。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、自己診断時に誤って上位制御回路がシステムをシャットダウンすることを回避する信頼性の高い安全系を備えた二次電池装置およびその二次電池装置を備えた車両を提供することを目的とする。

本発明の第１態様による二次電池装置は、複数の二次電池セルを備えた組電池と、前記複数の二次電池セルの夫々の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池セルの夫々の電圧値が所定の閾値以上の過電圧であるか否かを通知する過電圧アラーム信号を出力する診断用回路と、前記過電圧アラーム信号によりいずれかの二次電池セルが過電圧であると判断された場合に第１レベルのシャットダウン信号を上位制御手段へ出力するように構成されたシャットダウン信号生成回路と、前記シャットダウン信号が供給され、前記診断用回路および前記シャットダウン信号生成回路の動作を制御する制御回路と、を備え、前記シャットダウン信号生成回路は、前記診断用回路の自己診断を行なう場合に、前記シャットダウン信号を第２レベルとするとともに、過電圧であることを通知する前記過電圧アラーム信号が供給されたときに前記制御回路に過電圧を通知するアラーム信号を出力するように構成された二次電池装置である。

本発明の第２態様による車両は、上記第１態様による二次電池装置を備えた車両である。

本発明によれば、自己診断時に誤って上位制御回路がシステムをシャットダウンすることを回避する信頼性の高い安全系を備えた二次電池装置およびその二次電池装置を備えた車両を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池装置を搭載した車両の一構成例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池装置の組電池監視回路の一構成例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池装置の組電池監視回路の診断用回路の一構成例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池装置の電池管理装置の一構成例を説明するための図である。 図４に示す電池管理装置の、制御回路とシャットダウン信号生成回路との電気制御装置との間で送信および受信される信号の一例を説明するための図である。 図５Ａに示すシャットダウン信号生成回路の一構成例を説明するための図である。 図４および図５Ａに示す制御回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図４および図５Ａに示す制御回路の動作の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る二次電池装置および車両について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る二次電池装置が車両１００に搭載された例を説明する。但し、図１は車両１００、車両１００への二次電池装置の搭載個所、及び車両１００の駆動モータなどは概略的に示している。

二次電池装置は、複数の組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）…１０１（４）が互いに直列接続されている。組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）…１０１（４）は、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の組電池モジュールと交換することができる。

二次電池装置の下位側（電圧が低い方を下位と称する）の組電池モジュール１０１（１）の負極端子には、接続ライン３１の一方の端子が接続されている。この接続ライン３１は、後述する電池管理装置６０内の電流検出部を介してインバータ４０の負極入力端子に接続されている。

また二次電池装置の上位側（電圧が高い方を上位と称する）の組電池モジュール１０１（４）の正極端子には、接続ライン３２の一方の端子が、スイッチ装置３３を介して接続されている。接続ライン３２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。

スイッチ装置（アクチュエータ）３３は、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチＳＷＰ（図４に示す）、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチＳＷＭ（図４に示す）を含む。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、スイッチ素子が近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオンおよびオフされるリレー回路を備える。

インバータ４０は、入力した直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。このインバータ４０は、後述する電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）６０あるいは車両全体動作を制御するための上位制御手段としての電気制御装置（ＥＣＵ： Electric Control Unit）７１からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。モータ４５の回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪ＷＲ、ＷＬに伝達される。

電池管理装置６０には、独立した外部電源７０が接続されている。外部電源７０は定格１２Ｖの鉛蓄電池である。また、電池管理装置６０には、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う電気制御装置７１も接続されている。

図２は組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）２１〜２４の機能ブロックを詳しく示している。図１および図２に示すように、組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）、１０１（３）、１０１（４）は、それぞれ、組電池１１、１２、１３、１４と組電池監視回路２１、２２、２３、２４を有する。

組電池監視回路２１〜２４の下位側の通信部２１１がコネクタ５１〜５４を介して電池管理装置６０に接続されている。本実施形態では、組電池監視回路２１〜２４が組電池１１〜１４の近傍に配置されることによって、組電池１１〜１４の情報を高精度に電圧を取得し、監視の精度を向上させている。

なお、組電池監視回路２１、２２間の通信部２１１、２１２が直列接続され、また組電池監視回路２３、２４間の通信部２１１、２１２が直列接続されて、組電池監視回路２１、２３の下位側の通信部２１１がコネクタを介して電池管理装置６０に接続されるように構成されてもよい。この場合、組電池監視回路２１、２２は互いの通信部２１１、２１２を介して接続され双方向通信が可能であり、組電池監視回路２３、２４も互いの通信部２１１、２１２を介して接続され双方向通信が可能である。

組電池監視回路２１、２２を直列接続する場合、組電池監視回路２１の下位側通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタを介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２１の上位側通信部２１２の情報入力出力端子は、組電池監視回路２２の下位側の情報入力出力端子に接続される。

また組電池監視回路２３、２４を直列接続する場合、組電池監視回路２３の下位側通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタを介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２３の上位側の情報入力出力端子は、組電池監視回路２４の下位側の情報入力出力端子に接続される。

組電池監視回路２１〜２４の機能ブロックは同じであるため、組電池監視回路２１を代表してその機能ブロックを説明する。組電池監視回路２１は、先のコネクタ５１に接続される下位側の通信部２１１を含む。組電池監視回路２１は、他の組電池監視回路と直列接続を行なう際に使用される上位側の通信部２１２を含む。

また組電池監視回路２１は、電圧検出部２１３、温度検出部２１４、電池セルの電圧を均等化するための均等化処理部２１５、および、基本周波数に基づく脈動信号を出力する診断用回路２１６を含む。

電圧検出部２１３は、組電池１１の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の端子間の電圧（以下、二次電池セル電圧という）を検出する。検出された二次電池セル電圧は、通信部２１１を介して電池管理装置６０に転送される。温度検出部２１４は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の夫々、または、複数二次電池セルの近辺の温度を検出する。検出された温度データは、通信部２１１を介して電池管理装置６０に転送される。

電池管理装置６０は、電圧検出部２１３から供給された二次電池セル電圧や、温度検出部２１４から供給された複数の二次電池セルの近辺の温度値から、複数の二次電池セルの過充電や過放電による異常状態を監視している。

また、二次電池装置では、二次電池セルの充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされた二次電池セル間のエネルギーが不均等となってくることが知られている。二次電池セル間のエネルギーが不均等となることにより、二次電池装置として機能を最大に発揮できるような効率のよい充放電を行うことができなくなってくる。

均等化処理せずに残容量の高い二次電池セルが存在する状態で充電を行うと、残容量の低い二次電池セルが満充電状態にならないまま残容量の高い二次電池セルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、均等化処理部２１５により、二次電池セル間のエネルギーを均等化処理する必要がある。

また、組電池監視回路２１〜２４内にはそれぞれシーケンサ或いは制御部が設けられており、データの送受信及びスイッチなどの動作タイミングが統括されている。

図３は、組電池監視回路２１の電圧検出部２１３、均等化処理部２１５、および診断用回路２１６の概略的な構成例を示す。直列に接続された複数の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）は、組電池１１を構成している。二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の正極端子と負極端子は、電圧検出部２１３に接続されている。電圧検出部２１３は、各二次電池セルの二次電池セル電圧を個別に測定する。

また二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の近傍に、図示しない温度センサが配置されている。複数の温度センサそれぞれの出力端子は、温度検出部２１４に接続されている。温度検出部２１４は、各温度センサの出力をデータ化し、通信部２１１に出力する。

複数の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の負極端子と正極端子とは、それぞれ、放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）を介して電圧検出部２１３に接続されている。放電抵抗２１ｒ（１）と放電抵抗２１ｒ（２）との一方の端子は二次電池セル１１（１）の負極端子と正極端子とに接続され、他方の端子は放電スイッチＳＷ（１）を介して接続されている。

放電抵抗２１ｒ（２）と放電抵抗２１ｒ（３）との一方の端子は二次電池セル１１（２）の負極端子と正極端子とに接続され、他方の端子は放電スイッチＳＷ（２）を介して接続されている。同様に２つの組の放電抵抗は、対応する二次電池セルの負極端子と正極端子とに接続され、他方の端子は対応する放電スイッチを介して接続されている。

放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）と放電スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（ｘ＋１）とは、均等化回路２１Ａに含まれる。放電スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（ｘ＋１）は、スイッチ制御回路２１Ｂによりオンおよびオフされる。

電圧検出部２１３は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の二次電池セル電圧を検出する。検出された各二次電池セル電圧は、通信部２１１を介して電池管理装置６０のエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。また組電池１１に流れている電流も電流検出回路６０２で検出されてエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。

各二次電池セル間のエネルギー偏差、つまり二次電池セル電圧の不均等を検出するためには、まず、組電池１１の正極と負極との間に電圧が供給される。すると複数の二次電池セル間にエネルギー偏差がある場合、各二次電池セル電圧が予め定めた特定電圧に到達するまでの到達時間に差が生じる。

今、簡単のために直列接続された３つの二次電池セル（図示せず）を想定し、二次電池セルＡＸ、ＢＸ、ＣＸが特定電圧に達成するまでに時間差が生じたとする。そして、二次電池セルＡＸが最も早く特定電圧に到達したとする。このときの到達時間を基準時間ｔ０として０秒とする。

この基準時間ｔ０から二次電池セルＢＸ、ＣＸがそれぞれ特定電圧に到達した到達時間ｔ１、ｔ２とする。この到達時間ｔ１、ｔ２と、組電池１１に流れている電流の値とから二次電池セルＡＸと二次電池セルＡＢ間の容量差（ｍＡｈ）、二次電池セルＡＸと二次電池セルＣＸ間の容量差（ｍＡｈ）とを算出する。

さらに、算出された容量差から、各二次電池セルＢＸ、ＣＸを二次電池セルＡＸと同じ残り容量（SOC: State Of Charge）とするには、各二次電池セルＢＸ、ＣＸをどの程度放電しなければならないかを算出する。この算出は放電時間換算部６０３で行われ、各二次電池セルの放電時間データが得られる。

各二次電池セルの放電時間データは、均等化処理部２１５内のスイッチ制御回路２１Ｂに入力される。スイッチ制御回路２１Ｂは、均等化回路２１Ａ内の放電スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（ｘ＋１）をオンまたはオフ制御する。

ここで、放電対象となる位置の二次電池セルに対応する放電スイッチがオンされ、当該二次電池セルの放電、つまりエネルギー放出が行われる。これにより、エネルギーの高い二次電池セルと低い二次電池セルとの間でエネルギー均等化が行われる。

二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の正極端子電圧と負極端子電圧とは、診断用回路２１６にも供給される。診断用回路２１６は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の正極端子電圧と負極端子電圧とが入力されるレジスタＲＥＧと、レジスタＲＥＧの出力が供給されるコンパレータＣＯＭとを備えている。コンパレータＣＯＭは、レジスタ設定された閾値電圧値（例えば３．０Ｖ）と、レジスタＲＥＧから出力された二次電池セル電圧とを比較して、二次電池セル電圧が閾値電圧値よりも大きいときにハイ（High）レベルの信号を出力する。コンパレータＣＯＭからの出力信号は論理積回路Ｃ１に供給される。

論理積回路Ｃ１には、コンパレータＣＯＭからの出力信号と、イネーブルレジスタＥＮＡからの出力信号（イネーブルビット）とが供給される。イネーブルレジスタＥＮＡは、コンパレータＣＯＭから出力された第１レベルの信号を論理積回路Ｃ１から出力させる場合にハイ（High）レベルに設定し、コンパレータＣＯＭから出力された信号に関わらず、論理積回路Ｃ１からロー（Low）レベル（第２レベル）の信号を出力させるときにロー（Low）レベルに設定する。イネーブルレジスタＥＮＡの出力信号（イネーブルビット）は、通常ハイ（High）レベルで設定する。

論理積回路Ｃ１は、コンパレータＣＯＭからの出力信号がハイ（High）レベルであるときに、ハイ（High）レベルの信号を出力する。すなわち、論理積回路Ｃ１は、二次電池セル電圧が閾値電圧よりも大きいときにハイ（High）レベルの信号を出力する。

論理積回路Ｃ１からの出力信号は、否定論理和回路Ｃ２に供給される。否定論理和回路Ｃ２は、複数の論理積回路Ｃ１からの出力信号のいずれかがハイ（High）レベルであるときに、ロー（Low）レベルの信号を出力する。すなわち、いずれかの二次電池セル電圧が閾値電圧よりも大きいときに、否定論理和回路Ｃ２はロー（Low）レベルの信号を出力する。否定論理和回路Ｃ２は、複数の論理積回路Ｃ１からの出力信号がすべてロー（Low）レベルであるとき、すなわち全ての二次電池セル電圧が閾値電圧以下であるときに、ハイ（High）レベルの信号を出力する。

否定論理和回路Ｃ２からの出力信号は、論理積回路Ｃ３に供給される。論理積回路Ｃ３には、否定論理和回路Ｃ２からの出力信号と、パルス生成回路ＧＥＮで生成された一定周期でオンおよびオフとなる脈動信号とが供給される。論理積回路Ｃ３は、否定論理和回路Ｃ２からの出力信号がハイ（High）レベルであるときには、脈動信号を出力し、否定論理和回路Ｃ２からの出力信号がロー（Low）レベルであるときには、ロー(Low)レベルの信号を出力する。

すなわち、論理積回路Ｃ３は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の二次電池セル電圧のいずれかが閾値電圧値よりも大きい場合には、ロー（Low）レベルの信号を出力し、すべての二次電池セル電圧が閾値電圧値以下である場合には脈動信号を出力する。論理積回路Ｃ３からの出力信号は、診断用回路２１６から出力される過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#として、通信部２１１およびコネクタ５１を介して電池管理装置６０に供給される。

なお、図３に示す診断用回路２１６は、過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#として脈動信号あるいはロー（Low）レベルの信号を出力するように構成されていたが、例えば否定論理和回路Ｃ２の出力信号を診断用回路２１６からの過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#として出力してもよい。このとき、いずれかの二次電池セル電圧が閾値電圧よりも大きいときに、過電圧アラーム信号はロー（Low）レベルの信号となる。

脈動信号を組電池監視回路２１〜２４から電池管理装置６０に供給する場合には、組電池監視回路２１〜２４から電池管理装置６０へ送信される経路におけるノイズの影響により、電池管理装置６０が脈動信号であるか否かの判断を誤る可能性がある。これに対し、診断用回路２１６の出力信号として、ハイ（High）レベルあるいはロー（Low）レベルの信号が出力される場合には、電池管理装置６０が信号レベルの判断を誤る可能性を低下させることができる。

上記のように、本実施形態に係る二次電池装置では、電圧検出部２１３から供給された電圧値や温度検出部２１４から供給された温度値に基づいて電池管理装置６０で複数の二次電池セルの異常状態を監視するとともに、診断用回路２１６における診断結果に基づいて電池管理装置において複数の二次電池セルが過電圧状態か否かを監視している。

このように複数の異なる系統によって複数の二次電池セルが異常状態であるか否かを監視することによって、例えば、いずれか一方の系統において通信手段の故障等により異常状態が検出されなかった場合であっても、もう一方の系統で異常状態を検出することが可能である。したがって、このように複数の異なる系統によって複数の二次電池セルが異常状態であるか否かを監視することによって、二次電池装置および車両の安全性を向上させることができる。

図４に電池管理装置６０の全体ブロックを示して説明する。図４に示すように、電池管理装置６０は、電流検出回路６０２と、コネクタ５１〜５４を介して組電池監視回路２１〜２４の通信部２１１と接続されたインタフェース回路６０４と、組電池監視回路２１〜２４の診断用回路２１６の出力信号が供給され、シャットダウン信号を出力するシャットダウン信号生成回路６０５と、外部電源７０から電源電圧が供給される電源供給管理部６０６と、コンタクタ駆動回路６０８と、メモリ６０７と、二次電池装置の動作を制御する制御回路（ＭＰＵ）ＣＴＲとを備えている。

メモリ６０７は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）である。メモリ６０７には、制御回路ＣＴＲの動作を規定するプログラムが記録されている。図４に示すエネルギー偏差算出部６０１と放電時間換算部６０３とは、制御回路ＣＴＲ内に含まれている。

電池管理装置６０には、コネクタＣＮ１を介して、電源電圧、イグニッション信号ＩＧＮ、および外部充電器信号ＣＨＧが、外部電源７０、イグニッション（図示せず）、および、外部充電器（図示せず）から供給されている。また、電池管理装置６０は、コネクタＣＮ２を介して、電気制御装置７１との間で信号の送信および受信を行っている。

組電池監視回路２１〜２４からインタフェース回路６０４には、二次電池セルの電圧値、組電池の温度値等のデータ、診断用回路２１６から出力された脈動信号、通信用電源電圧信号が、コネクタ５１〜５４を介して供給される。インタフェース回路６０４から組電池監視回路２１〜２４には、クロック信号、データ信号、シャットダウン信号（ＳＨＤＮ）がコネクタ５１〜５４を介して供給される。

インタフェース回路６０４は、二次電池セルの電圧値、組電池の温度値等のデータを双方向シリアル通信により制御回路ＣＴＲに供給し、診断用回路２１６から出力されたか電圧診断用信号をシャットダウン信号生成回路６０５に供給する。

シャットダウン信号生成回路６０５は、内部にウォッチドックタイマＷＤＴを備えており、インタフェース回路６０４の診断用回路２１６から供給された過電圧アラーム信号および制御回路ＣＴＲから供給されたWDTアクセス信号wdt_feedが正常か異常かを判断する。

診断用回路２１６から供給された過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#により二次電池セルの電圧が正常状態である場合には、シャットダウン信号生成回路６０５はハイ（High）レベルのシャットダウン信号shutdown#を出力する。診断用回路２１６から出力された過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#により二次電池セルの電圧が異常であると判断された場合には、シャットダウン信号生成回路６０５は、パルス幅が一定以上のロー（Low）レベルのシャットダウン信号shutdown#を出力する。

シャットダウン信号生成回路６０５から出力されたシャットダウン信号shutdown#は、反転された後、コネクタＣＮ２を介して接続された電気制御装置７１に供給される。さらに、コネクタＣＮ２を通過したシャットダウン信号shutdownは、再度コネクタＣＮ２を介して制御回路ＣＴＲに供給される。

また、二次電池装置において自己診断が行なわれる場合に、シャットダウン信号生成回路６０５は、診断用回路２１６からの出力信号より、診断用回路２１６の動作に異常があるか否かを判断し、制御回路ＣＴＲへ確認用過電圧アラーム信号alarmを出力する。二次電池装置における自己診断動作については後に詳細に説明する。

コンタクタ駆動回路６０８は、制御回路ＣＴＲの制御により、スイッチ装置３３のプリチャージスイッチＳＷＰの動作を制御する信号Ｓ１と、メインスイッチＳＷＭの動作を制御する信号Ｓ２とを出力する。

信号Ｓ１、Ｓ２は、コネクタＣＮ１を介してスイッチ装置３３に供給される。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、近傍に配置されたコイルに供給される信号Ｓ１、Ｓ２によって、オンあるいはオフされる。

例えば、診断用回路２１６の動作が異常状態である場合には、制御回路ＣＴＲは、供給された確認用過電圧アラーム信号より診断用回路２１６の信頼性が低下したと判断し、コンタクタ駆動回路６０８を制御して、プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭをオフさせることが可能である。

また、制御回路ＣＴＲは、電気制御装置７１によりプリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭをオフされるべき場合に、電気制御装置７１の故障等により充電および放電が解除されないとき、コンタクタ駆動回路６０８を制御してプリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭをオフさせるように構成されている。

電源供給管理部６０６は、電流検出回路６０２、インタフェース回路６０４、シャットダウン信号生成回路６０５、メモリ６０７、および、制御回路ＣＴＲに電源電圧を供給する。電源供給管理部６０６は、制御回路ＣＴＲへの電源電圧供給をオンあるいはオフする切替回路（図示せず）と、タイマ（図示せず）とを備えている。

電源供給管理部６０６のタイマには、外部電源７０から出力された１２Ｖの電源電圧がタイマの前段に配置されたＤＣ/ＤＣ回路により５Ｖの直流電圧に変換されて供給される。切替回路には、イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および制御信号からの切替制御信号、タイマからのウェイクアップ信号、および、外部電源７０からの電源電圧が供給されている。なお、タイマから切替回路へのウェイクアップ信号は、設定された時間毎にオン（＝１）となる信号である。ウェイクアップ信号がオンとなるタイミングは制御回路ＣＴＲによって設定される。

イグニッション信号ＩＧＮは、イグニッションにキーが差込まれたらオン（所定電圧以上）となり、キーが取り外されたらオフ（所定電圧未満）となる信号である。外部充電器信号ＣＨＧは、外部充電器が二次電池装置に接続されたらオン（所定電圧以上）となり、接続が解除されたらオフ（所定電圧未満）となる信号である。ウェイクアップ信号、イグニッション信号ＩＧＮ、および、外部充電器信号ＣＨＧは制御回路ＣＴＲにも供給されている。

なお、二次電池装置が車両以外の機器に搭載される場合には、イグニッション信号は、二次電池装置が搭載された機器の電源オン操作が成された場合にオンとなり、電源オフ操作が成された場合にオフとなる信号となる。

イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および、ウェイクアップ信号、の少なくとも１つがオンとなることにより、切替回路は、外部電源７０から供給された電源電圧を内部のＤＣ/ＤＣ回路によって５Ｖの直流電圧に変換して、シャットダウン信号生成回路６０５および制御回路ＣＴＲに供給する。

また、イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および、ウェイクアップ信号、の少なくとも１つがオンとなることにより、切替回路は、外部電源７０から供給された電源電圧を内部のＤＣ/ＤＣ回路によって所定の大きさの直流電圧に変換して、インタフェース回路６０４および電流検出回路６０２に供給する。

ここで、イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および、ウェイクアップ信号のいずれかがオンとなって切替回路がオンとなり給電が開始された場合、制御回路ＣＴＲはどの信号がオンとなったことにより電源電圧が供給されたのかを確認する。

制御回路ＣＴＲには、電源供給管理部６０６のタイマからウェイクアップ信号が供給され、コネクタＣＮ１を介してイグニッション信号ＩＧＮ、および、外部充電器信号ＣＨＧが供給される。従って、制御回路ＣＴＲは、いずれの信号により切替回路がオンされたかを確認することができる。いずれの信号により電源電圧が供給されたか確認できたら、制御回路ＣＴＲは、切替制御信号をオンとし、電源電圧が供給されている状態を維持させる。

制御回路ＣＴＲは、ウェイクアップ信号、イグニッション信号ＩＧＮ、および、外部充電器信号ＣＨＧを監視し、すべての信号がオフされたら、切替制御信号をオフとし、切替回路をオフさせる。したがって、制御回路ＣＴＲ、シャットダウン信号生成回路６０５、インタフェース回路６０４、および、電流検出回路６０２への電源電圧の供給が停止される。

制御回路ＣＴＲは、制御回路ＣＴＲへの給電が停止された場合でも、組電池監視回路２１〜２４に動作を継続させるためのロジック信号をインタフェース回路６０４に供給する。組電池監視回路２１〜２４は、ロジック信号により、制御回路ＣＴＲへの給電が停止されている期間も独立して動作を行なうことができるように構成されている。また、制御回路ＣＴＲは、外部電源７０から電池管理装置６０へ供給される電圧が一定値以下となったときに、組電池監視回路２１〜２４をシャットダウンさせる信号を供給するように構成されている。

図５Ａに、制御回路ＣＴＲとシャットダウン信号生成回路６０５とのブロック図の一例を示す。本実施形態に係る二次電池装置では、シャットダウン信号生成回路６０５は故障率の小さい小規模のＰＬＤ（Programmable Logic Device）で実現されている。制御回路ＣＴＲには、組電池監視回路２１〜２４から二次電池セル電圧や温度値等のデータが供給される。制御回路ＣＴＲは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）を用いて電気制御装置７１側に信号の送信および受信をしている。

図５Ｂには、シャットダウン信号生成回路６０５のブロック図の一例を示す。図５Ｂに示すように、シャットダウン信号生成回路６０５は制御回路ＣＴＲ診断用のウォッチドックタイマＷＤＴと、インタフェース回路６０４から供給される診断用回路２１６の出力信号（過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#）のノイズ除去手段としてのノイズフィルタＣＦと、メインスイッチＳＷＭおよびプリチャージスイッチＳＷＰをオフさせるためのシャットダウン信号shutdown#を生成する信号生成手段６０５Ａとを備えている。

なお、図５Ｂに示すシャットダウン信号生成回路６０５の構成では、診断用回路２１６から供給される過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#として、否定論理和回路Ｃ２の出力信号であるハイ（High）レベルの信号あるいはロー（Low）レベルの信号が供給される場合を想定している。

シャットダウン信号生成回路６０５は、８つの入力ピンと、４つの出力ピンとを備えている。シャットダウン信号生成回路６０５には、水晶発振器により生成されるクロック信号clkと、制御回路ＣＴＲからウォッチドックタイマＷＤＴに供給される信号Wdt_feedと、制御回路ＣＴＲから診断用に供給されるイネーブル信号shutdown_ena#および診断用信号diag_shutdown#と、４つの診断用回路２１６それぞれから供給される過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#とが入力される。

シャットダウン信号生成回路６０５は、制御回路ＣＴＲに供給されるリセット信号mpu_reset#と、ウォッチドックタイマＷＤＴから制御回路ＣＴＲへの割り込み要求信号Wdt_intr#と、シャットダウン信号shutdown#と、制御回路ＣＴＲへの確認用過電圧アラーム信号alarmと、を出力する。

信号生成手段６０５Ａは、ノイズフィルタＣＦを介して過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#が供給される第１論理積回路ＣＡ、イネーブル信号shutdown_ena#が供給される第１フィリップフロップ回路ＦＦ１、診断用信号diag_shutdown#が供給される第２フィリップフロップ回路ＦＦ２、第１論理積回路ＣＡの出力信号と第２フィリップフロップ回路ＦＦ２の出力信号とが供給される第２論理積回路ＣＢ、第１フィリップフロップ回路ＦＦ１の出力信号と第２論理積回路ＣＢの出力信号とが供給される第１論理和回路ＣＣ、および、第２論理積回路ＣＢの出力信号とイネーブル信号shutdown_ena#とが供給される第３論理積回路ＣＤを備えている。

図５Ｂに示すように、第１論理和回路ＣＣの出力信号が、シャットダウン信号shutdown#として電気制御装置７１側に出力され、第３論理積回路ＣＤの出力信号が、確認用過電圧アラーム信号alarmとして制御回路ＣＴＲに出力される。

シャットダウン信号shutdown#は、シャットダウン信号生成回路６０５から出力された後に反転されて、絶縁通信手段としてのフォトカプラおよびコネクタＣＮ２を介して電気制御装置７１側へ出力される。反転されたシャットダウン信号shutdownは、コネクタＣＮ２を介して電気制御装置７１側へ出力された後、さらにコネクタＣＮ２およびアイソレータを介して制御回路ＣＴＲに供給される。電池管理装置６０側と電気制御装置７１側とは、互いにアース電位が異なるため、絶縁手段としてのフォトカプラやアイソレータを介して信号を送信および受信している。

シャットダウン信号shutdown#は、二次電池セルの過充電による過電圧発生が発生しているか否かを電気制御装置７１に通知する信号である。電気制御装置７１には反転後のシャットダウン信号shutdownが供給され、電気制御装置７１ではパルス幅が一定以上であるハイ（High）レベルのシャットダウン信号shutdownが供給された場合に過電圧等の異常状態が発生したと判断し、電気制御装置７１によりシャットダウン処理が行なわれる。

過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#は、組電池監視回路２１〜２４の診断用回路２１６からシャットダウン信号生成回路６０５へ二次電池セルの過電圧状態の有無を示す信号である。本実施形態では、ハイ（High）レベルの過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#は過電圧無し、ロー（Low）レベルの過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#は過電圧有りを示す。過電圧アラーム信号alarm1#〜alarm4#は、ノイズ除去手段としてのノイズフィルタＣＦを介して、信号生成手段６０５Ａに供給される。

診断用信号diag_shutdown#はシャットダウン信号生成回路６０５と電気制御装置７１との間でのシャットダウン信号shutdown#の活性化を診断するための信号である。診断用信号diag_shutdown#がロー（Low）レベルであって、イネーブル信号shutdown_ena#がロー（Low）レベルであれば、シャットダウン信号shutdown#がロー（Low）レベルとなる。また、診断用信号diag_shutdown#は制御回路ＣＴＲが電気制御装置７１側に緊急でシャットダウン通知する必要がある場合にもロー（Low）レベルとされる。

例えば制御回路ＣＴＲの故障により、電気制御装置７１へ誤った指令信号が供給されることを防止するため、シャットダウン信号生成回路６０５において、診断用信号diag_shutdown#による電気制御装置７１への緊急シャットダウン指令は、ウォッチドックタイマＷＤＴが制御回路ＣＴＲの健全性を確認した後に受け付けられる。すなわち、診断用信号diag_shutdown#がロー（Low）レベルである場合には、第２フィリップフロップＦＦ２の出力信号は、WDTアクセス信号wdt_feedにより制御回路ＣＴＲの健全性が確認された後に出力されるウォッチドックタイマＷＤＴからの確認信号mpu_validのパルスにより設定される。診断用信号diag_shutdown#がハイ（High）レベルである場合には、制御回路ＣＴＲの健全性を確認したか否かに関わらず常に受け付けられる。

イネーブル信号shutdown_ena#は、シャットダウン信号shutdown#を電気制御装置７１側に出力することを許可する信号である。制御回路ＣＴＲは、診断用信号diag_shutdown#によるシャットダウン信号shutdown#の診断時、および、二次電池セルの充電時にイネーブル信号shutdown_ena#をロー（Low）レベルに駆動する。すなわち、イネーブル信号shutdown_ena#がロー（Low）レベルの時には、シャットダウン信号shutdown#の出力が許可された状態であって、イネーブル信号shutdown_ena#がハイ（High）レベルの時には、シャットダウン信号shutdown#の出力が遮断（マスク）された状態である。

組電池監視回路２１〜２４の動作の自己診断時に、イネーブル信号shutdown_ena#をハイ（High）レベルに駆動することによって、診断用に擬似的に設定された二次電池セルの過充電を通知するシャットダウン信号shutdown#のパルスが、電気制御装置７１側に出力されることが防止される。

イネーブル信号shutdown_ena#は、制御回路ＣＴＲの故障による誤ってハイ（High）レベルに駆動されることを防止するため、ハイ（High）レベルのイネーブル信号shutdown_ena#は、ウォッチドックタイマＷＤＴが制御回路ＣＴＲの健全性を確認した後に受け付けられる。すなわち、イネーブル信号shutdown_ena#がハイ（High）レベルの場合には、第１フィリップフロップＦＦ１の出力信号は、WDTアクセス信号wdt_feedにより制御回路ＣＴＲの健全性が確認された後に出力されるウォッチドックタイマＷＤＴからの確認信号mpu_validのパルスにより設定される。イネーブル信号shutdown_ena#のロー（Low）レベル信号は制御回路ＣＴＲの健全性を確認したか否かに関わらず常に受け付けられる。

WDTアクセス信号wdt_feedは、制御回路ＣＴＲからシャットダウン信号生成回路６０５に供給され、定周期で一定のパルス幅にオンおよびオフされる信号である。制御回路ＣＴＲからの正常なアクセスであれば、ウォッチドックタイマＷＤＴのオーバーフローによるリセット信号mpu_reset#が遮断（マスク）される。リセット信号mpu_reset#はウォッチドックタイマＷＤＴが制御回路ＣＴＲの異常を検出した場合に、制御回路ＣＴＲをリセットさせるための信号である。

割り込み要求信号wdt_intr#は、制御回路ＣＴＲへのウォッチドックタイマＷＤＴ割り込み要求のための信号である。ウォッチドックタイマＷＤＴがオーバーフローすると、割り込み要求信号wdt_intr#がハイ（High）レベルに駆動される。

制御回路ＣＴＲは、割り込み要求信号wdt_intr#を受けると、一定時間内にWDTアクセス信号wdt_feedをハイ（High）レベルに駆動する。すなわち、割り込み要求信号wdt_intrのハイ（High）レベルへの駆動は、ウォッチドックタイマＷＤＴがオーバーフローしたか否かの診断も兼ねている。

上記二次電池装置において、自己診断を行なう際の動作を図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明する。電気制御装置７１から組電池１１〜１４の充電を開始する要求信号を受信すると（ステップＳＴ１）、制御回路ＣＴＲはイネーブル信号shutdown_ena#をハイ（High）レベルに駆動する（ステップＳＴ２）。

ここでは、イネーブル信号shutdown_ena#をハイ（High）レベルに駆動することによって、二次電池セルの過電圧の検出経路を診断中にシャットダウン信号shutdown#がハイ（High）レベルとなり、安全系の異常であると電気制御装置７１において誤って判断されることを防止している。

なお、上述したように、ハイ（High）レベルのイネーブル信号shutdown_ena#は、ウォッチドックタイマＷＤＴにおいてWDTアクセス信号wdt_feedにより制御回路ＣＴＲが正常であることが確認された後、第１フィリップフロップＦＦ１に設定される。

続いて、本実施形態では、Ｎ（１≦Ｎ≦４の自然数）の初期値を１とし、Ｎ番目の組電池監視回路、すなわち、１番目の組電池監視回路２１から４番目の組電池監視回路２４について、以下の動作を行なう。なお、各組電池監視回路２１〜２４では、１０個の二次電池セルの電圧を監視するものとする。また、以下の説明においては、組電池監視回路２１についての動作を代表して説明する。

まず、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１において、全ての二次電池セルについてイネーブルビットをゼロに設定し（ステップＳＴ３）、全ての二次電池セルについて過電圧か否かの信号を遮断する。

次に、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１において、過電圧検出のための閾値電圧値を現在の二次電池セル電圧の最小値の半分（１／２）の値に設定する（ステップＳＴ４）。このときに、制御回路ＣＴＲは、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであって、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がロー（Low）レベルであるか否か判断する（ステップＳＴ５）。

ここで、制御回路ＣＴＲが、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであると判断した場合、あるいは、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合には、電気制御装置７１に安全系に異常があることを報告するための信号を出力する（ステップＳＴ６）。

確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであって、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がロー（Low）レベルである場合には、二次電池セル１１（１）〜１１（１０）のそれぞれについて、過電圧の検出経路を診断する（ステップＳＴＡ）。

すなわち、制御回路ＣＴＲは、Ｍ番目（１≦Ｍ≦１０）の二次電池セルのイネーブルビットを１にセットする（ステップＳＴ７）。したがって、組電池監視回路２１の動作が正常である場合、組電池監視回路２１からの過電圧アラーム信号alarm1#はロー（Low）レベルの信号が出力される。

このときに、制御回路ＣＴＲは、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdown信号の入力ポート電位がロー（Low）レベルであるか否かを判断する（ステップＳＴ８）。

ここで、制御回路ＣＴＲが、アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合、あるいは、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合には、電気制御装置７１に安全系に異常があることを報告するための信号を出力する（ステップＳＴ６）。

確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がロー（Low）レベルである場合には、再びＭ番目の二次電池セルのイネーブルビットをゼロにセットする（ステップＳＴ９）。

このときに、制御回路ＣＴＲは、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであって、シャットダウン信号shutdown信号の入力ポート電位がロー（Low）レベルであるか否かを判断する（ステップＳＴ１０）。

ここで、制御回路ＣＴＲが、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであると判断した場合、あるいは、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合には、電気制御装置７１に安全系に異常があることを報告するための信号を出力する（ステップＳＴ６）。

制御回路ＣＴＲは上記過電圧の検出経路の自己診断動作を、二次電池セル１１（１）〜１１（１０）の夫々について行なう。その後、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１について、過電圧検出のための閾値電圧を通常の値（例えば３．０Ｖ）に戻す（ステップＳＴ１１）。

制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４の夫々について、上記自己診断動作を行なう。ここまでの診断動作によって、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４の動作の診断を行なう。

組電池監視回路２１〜２４の夫々について上記自己診断動作が終了した後、制御回路ＣＴＲはイネーブル信号shutdown_ena#をロー（Low）レベルに駆動する（ステップＳＴ１２）。このときに、シャットダウン信号shutdown#の遮断（マスク）状態が解除される。

このときに、制御回路ＣＴＲは、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がロー（Low）レベルであるか否かを判断する（ステップＳＴ１３）。

ここで、制御回路ＣＴＲが、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合、あるいは、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合には、電気制御装置７１に安全系に異常があることを報告するための信号を出力する（ステップＳＴ６）。

次に、シャットダウン信号生成回路６０５の動作の診断を行なう。まず、制御回路ＣＴＲは、診断用信号diag_shutdown#をロー（Low）レベルに駆動して、シャットダウン信号shutdownの診断モードとする（ステップＳＴ１４）。すなわち、ここで診断用信号diag_shutdown#をロー（Low）レベルに駆動することにより、第２論理積回路ＣＢの出力信号を過電圧が検出された状態であるロー（Low）レベルとさせている。

なお、上述したように、ロー（Low）レベルの診断用信号diag_shutdown#は、ウォッチドックタイマＷＤＴにおいてWDTアクセス信号wdt_feedにより制御回路ＣＴＲが正常であることが確認された後、第２フィリップフロップＦＦ２に設定される。

診断用信号diag_shutdown#をロー（Low）レベルに駆動することにより論理和回路ＣＣの動作およびシャットダウン信号shutdown#が出力されてから電気制御装置７１側へ出力されるまでの経路を診断する。

ここで、制御回路ＣＴＲに入力されるシャットダウン信号shutdownは、コネクタＣＮ２を介して電気制御装置７１側へ出力された後、さらにコネクタＣＮ２を介して制御回路ＣＴＲに供給されたものである。

したがって、制御回路ＣＴＲが入力されたシャットダウン信号shutdownを用いて安全系の診断を行なうことにより、シャットダウン信号生成回路６０５の動作、および、シャットダウン信号生成回路６０５からシャットダウン信号shutdownが出力されてからコネクタＣＮ２を介して電気制御装置７１側へ出力されるまでの経路を診断することが可能である。

制御回路ＣＴＲは、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdown信号の入力ポート電位がハイ（High）レベルであるか否かを判断する（ステップＳＴ１５）。

ここで、制御回路ＣＴＲが、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合、あるいは、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がロー（Low）レベルであると判断した場合には、電気制御装置７１に安全系に異常があることを報告するための信号を出力する（ステップＳＴ６）。

確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdown信号の入力ポート電位がハイ（High）レベルである場合には、制御回路ＣＴＲは、診断用信号diag_shutdown#をハイ（High）レベルに駆動して、通常モードとする（ステップＳＴ１６）。

このときに、制御回路ＣＴＲは、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdown信号の入力ポート電位がロー（Low）レベルであるか否かを判断する（ステップＳＴ１７）。

ここで、制御回路ＣＴＲが、確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がハイ（High）レベルであると判断した場合、あるいは、シャットダウン信号shutdownの入力ポート電位がロー（Low）レベルであると判断した場合には、電気制御装置７１に安全系に異常があることを報告するための信号を出力する（ステップＳＴ６）。

確認用過電圧アラーム信号alarmの入力ポート電位がロー（Low）レベルであって、シャットダウン信号shutdown信号の入力ポート電位がロー（Low）レベルである場合には、制御回路ＣＴＲは、電気制御装置７１へ、充電開始の応答を行なう（ステップＳＴ１８）。

なお、ステップ１４において診断モードとすることにより、ハイ（High）レベルのシャットダウン信号shutdownが電気制御装置７１側に供給されるが、制御回路ＣＴＲにおいて、シャットダウン信号shutdownおよび確認用過電圧アラーム信号alarm信号の状態を確認した後、ステップ１６において通常モードに設定されるまでの短いパルス幅のハイ（High）レベルのシャットダウン信号shutdownが電気制御装置７１側へ出力されることになるため、電気制御装置７１では自己診断用の信号であると判断され、この信号により誤ってシャットダウン処理が行なわれることはない。

上記のように自己診断を行なうことによって、複数の二次電池セルを備える二次電池装置において、複数の二次電池セル毎の診断によるシャットダウン信号shutdownが遮断（マスク）され、１つの二次電池セルについての診断毎にシャットダウン信号shutdownが出力されることがなくなる。したがって、電気制御装置７１が、診断用の短いパルス幅のシャットダウン信号shutdownにより、誤ってシャットダウン処理を行なうことを防止することができる。

また、シャットダウン信号を出力する素子および経路については、診断用信号diag_shutdown#を用いて自己診断を行なうため、上記のように診断時のシャットダウン信号を遮断した場合であっても、自己診断の信頼性を低下させることがなくなる。

さらに、シャットダウン信号生成回路６０５の故障が、自己診断により検出されない場合について検討すると、シャットダウン信号生成回路６０５の入力ピンのオープン（非接続状態）故障により、出力信号が高周波で発振することがある。

この高周波で発振した出力信号を制御回路ＣＴＲが読み取った場合、ロー（Low）レベルが読み取られる確率とハイ（High）レベルとが読み取られる確率とは単純に０．５であり、自己診断で所望の値が読めなかったときは２回リードして多数決をとるとすれば、異常状態を誤って正常状態と判断する確率は０．６２５である。

本実施形態に係る二次電池装置における自己診断では、確認用過電圧アラーム信号alarmのロー（Low）レベルとハイ（High）レベルとロー（Low）レベルとの順に、３回に渡って信号レベルを確認する。したがって、１０個の二次電池セルに対して、全ての自己診断がすり抜ける確率は０．６２５３０＝７．５×１０^−７となり略無視できる確率である。

すなわち、この自己診断アルゴリズムに従えば、全ての二次電池セルに対するアラーム信号の生成を診断することにより、組電池監視回路２１〜２４の出力信号が入力される入力ピンのオープン故障や、イネーブル信号ｓｈｕｔｄｏｗｎ＿ｅｎａ＃の入力ピンのオープン故障が必然的に検出される。

また、制御回路ＣＴＲが駆動するするイネーブル信号ｓｈｕｔｄｏｗｎ＿ｅｎａ＃に基づいて、シャットダウン信号ｓｈｕｔｄｏｗｎ＃を遮断（マスク）するという設計は、必要時にシャットダウン信号ｓｈｕｔｄｏｗｎ＃がマスクされてしまう危険性があるが、シャットダウン信号生成回路６０５から出力されるシャットダウン信号ｓｈｕｔｄｏｗｎ＃と確認用過電圧アラーム信号ａｌａｒｍとの両方の出力状態を制御回路ＣＴＲが自己診断時に確認することで、自己診断の信頼性を高めることができる。

上記のように、本実施形態に係る二次電池装置および二次電池装置を備える車両によれば、センサへの入力点数が多い安全系において、センサへの入力点毎に診断をすることで診断のすり抜けの確率を低減させることができる。

さらに、シャットダウン信号生成回路６０５によるイネーブル信号ｓｈｕｔｄｏｗｎ＿ｅｎａ＃の動作の信頼性が確保され、かつ、電気制御装置７１側に不要なシャットダウン信号ｓｈｕｔｄｏｗｎのパルスが送られるのを防ぐことができ、システムが誤ってシャットダウンされることを回避することができる。

すなわち、本実施形態に係る二次電池装置および二次電池装置を備える車両によれば、自己診断時に誤って上位制御回路がシステムをシャットダウンすることを回避する信頼性の高い安全系を備えた二次電池装置およびその二次電池装置を備えた車両を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態では、組電池監視回路２１〜２４の自己診断動作において、コンパレータＣＯＭで二次電池セル電圧と比較される閾値電圧を、複数の二次電池セル電圧の最小値の１／２に設定したが、閾値電圧の値は少なくとも複数の二次電池セル電圧の最小値よりも小さい値に設定されればよい。

さらに、上記実施形態では、シャットダウン信号は、シャットダウン信号生成回路６０５から出力された後に反転されているが、反転されずにコネクタＣＮ２を介して電気制御装置（上位制御手段）７１側に出力されてもよい。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＣＯＭ…コンパレータ、Ｃ１…論理積回路、ＥＮＡ…イネーブルレジスタ、Ｃ２…否定論理和回路、Ｃ３…論理積回路、ＧＥＮ…パルス生成回路、ＣＴＲ…制御回路、ＷＤＴ…ウォッチドックタイマ、ＣＡ、ＣＢ、ＣＤ…論理積回路、ＣＣ…論理和回路、１１〜１４…組電池、２１〜２４…組電池監視回路、３３…スイッチ装置、６０…電池管理装置、７１…電気制御装置、１００…車両、１０１（１）〜１０１（４）…組電池モジュール、２１３…電圧検出部、２１６…診断用回路、６０５…シャットダウン信号生成回路、６０５Ａ…信号生成手段。

Claims (7)

1. 複数の二次電池セルを備えた組電池と、
   前記複数の二次電池セルの夫々の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部により検出された前記複数の二次電池セルの夫々の電圧値が所定の閾値以上の過電圧であるか否かを通知する過電圧アラーム信号を出力する診断用回路と、
   前記過電圧アラーム信号によりいずれかの二次電池セルが過電圧であると判断された場合に第１レベルのシャットダウン信号を上位制御手段へ出力するように構成されたシャットダウン信号生成回路と、
   前記シャットダウン信号が供給され、前記診断用回路および前記シャットダウン信号生成回路の動作を制御する制御回路と、を備え、
   前記シャットダウン信号生成回路は、前記診断用回路の自己診断を行なう場合に、前記シャットダウン信号を第２レベルとするとともに、過電圧であることを通知する前記過電圧アラーム信号が供給されたときに前記制御回路に過電圧を通知する確認用過電圧アラーム信号を出力するように構成されたことを特徴とする二次電池装置。
2. 前記診断用回路は、前記複数の二次電池セルの夫々の電圧と所定の閾値電圧とを比較する複数の比較手段と、
   前記比較手段の出力信号が供給され、イネーブルレジスタから供給される信号が第１レベルである場合に前記比較手段の出力信号を出力し、前記イネーブルレジスタから供給される信号が第２レベルである場合に第２レベルの信号を出力する複数の第１論理回路と、
   前記複数の第１論理回路の出力信号のいずれかが第１レベルである場合に、第２レベルの信号を出力する第２論理回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記診断回路の自己診断を行なう場合に、複数の前記イネーブルレジスタ全ての出力信号を第２レベルとし、前記所定の閾値電圧の値を複数の二次電池セルの電圧値の最小値よりも小さい値に設定し、複数の前記イネーブルレジスタの出力信号を順次第１レベルとするように構成された請求項１記載の二次電池装置。
3. 前記シャットダウン信号生成回路は、複数の前記過電圧アラーム信号が入力され、複数の前記過電圧アラーム信号のいずれかが第２レベルである場合に第２レベルの信号を出力し、複数の過電圧アラーム信号の全てが第１レベルである場合に第１レベルの信号を出力する第３論理回路と、
   前記第３論理回路の出力信号と前記制御回路から出力された診断用信号とが供給され、前記第３論理回路の出力信号あるいは前記診断用信号が第２レベルである場合に第２レベルの信号を出力し、前記第３論理回路の出力信号と前記診断用信号とが第１レベルである場合に第１レベルの信号を出力する第４論理回路と、
   前記第４論理回路の出力信号と前記制御回路から出力されたイネーブル信号とが供給され、前記第４論理回路の出力信号あるいは前記イネーブル信号が第１レベルである場合に第１レベルの信号を出力し、前記第４論理回路の出力信号と前記イネーブル信号とが第２レベルである場合に第２レベルの信号を出力する第５論理回路と、
   前記第４論理回路の出力信号と前記イネーブル信号とが供給され、前記第４論理回路の出力信号あるいは前記イネーブル信号が第２レベルである場合に第２レベルの信号を出力し、前記第４論理回路の出力信号と前記イネーブル信号とが第１レベルである場合に第１レベルの信号を出力する第６論理回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記診断回路の自己診断を行なう場合に、前記イネーブル信号を第１レベルに駆動するように構成された請求項１記載の二次電池装置。
4. 前記シャットダウン信号生成回路は、前記制御回路の動作が正常であるか否かを判断するウォッチドックタイマをさらに備え、
   前記ウォッチドックタイマにより前記制御回路の動作が正常であることが確認された後に、第１レベルの前記イネーブル信号を前記第５論理回路に供給するように構成された請求項３記載の二次電池装置。
5. 前記シャットダウン信号生成回路は、前記制御回路の動作が正常であるか否かを判断するウォッチドックタイマをさらに備え、
   前記ウォッチドックタイマにより前記制御回路の動作が正常であることが確認された後に、第２レベルの前記診断用信号を前記第４論理回路に供給するように構成された請求項３記載の二次電池装置。
6. 前記第５論理回路の出力信号は前記シャットダウン信号として、コネクタを介して、前記上位制御手段側に供給され、再び前記コネクタを介する経路にて前記上位制御手段側から前記制御回路に供給される請求項３記載の二次電池装置。
7. 前記請求項１乃至請求項６のいずれかの二次電池装置を搭載した車両。

Images