JP2014081268A - Battery system, and electrically driven vehicle and power storage device having the same - Google Patents

Battery system, and electrically driven vehicle and power storage device having the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a voltages of a battery in a short time and to detect a battery voltage by a simple calculation.SOLUTION: A battery system comprises: a battery pack 1 having a plurality of batteries 2 connected in series; a voltage detector 3 for detecting a voltage of the battery 2; and a voltage detection switch 4 for connecting the battery 2 with the voltage detector 3. The voltage detector 3 includes: a voltage detection circuit 5 for detecting the voltage of the battery 2 with a predetermined period (Δt) having a capacitor 8 connected with at an input side of the detector; a voltage detection line 10 including a series resistance 6 connected with the battery 2 through the voltage detection switch 4; and a calculation circuit 7 for calculating the voltage of the battery 2. In the battery system, the voltage detection switches 4 are switched to input the voltage of the battery 2 into the voltage detection circuit 5 so that the battery voltage is detected. The calculation circuit 7 calculates a convergent voltage (V) which detected voltages converge to based on detection voltages detected at least three times with the predetermined period (Δt) through the voltage detection circuit 5. The voltage of the battery 2 is detected from the convergent voltage (V).

Description

本発明は、組電池を構成する各電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えるバッテリシステムと、このバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置に関する。   The present invention relates to a battery system including a voltage detection circuit that detects the voltage of each battery constituting an assembled battery, an electric vehicle including the battery system, and a power storage device.

複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしているバッテリシステムは、電動車両のモータに電力を供給する用途などに使用されるが、電池電圧を監視することが、安全性を確保する上で重要である。電池の電圧が、正常に使用可能な範囲から外れる状態では、過充電状態や過放電状態となって安定な動作が確保されず、また寿命の悪化や場合によっては発煙や発火にいたる可能性もあるからである。また、バッテリシステムに接続される、インバータやモータ、あるいはコンバータなどの装置や外部からのノイズによる電圧の誤検出も避けなければならない。電池電圧の正確な測定は、前述の通り重要であるからである。さらに、測定された電池の電圧は残容量の検出などにも用いられてバッテリシステムの安全制御に利用される。また、バッテリシステム、及びこれに接続される機器の制御にもフィードバックされ、これはシステム挙動にも影響があるため、電池の電圧は速やかに検出することが求められる。また、バッテリシステムの安全監視においても、電池電圧が異常な状態となったことの検出は、即時の動作、たとえば、出力側に接続しているリレーをオープンに切り換える等の安全性を確保する動作を取る必要もあり極めて重要である。これらのことから、バッテリシステムは、電池の電圧をノイズの影響なくかつ速やかに検出することが求められる。   A battery system in which a plurality of batteries are connected in series to increase the output voltage is used for applications such as supplying electric power to the motor of an electric vehicle. However, monitoring the battery voltage ensures safety. Is important above. If the battery voltage is out of the normal usable range, the battery may be overcharged or overdischarged and stable operation may not be ensured. Because there is. In addition, it is necessary to avoid erroneous detection of voltage due to noise from devices such as inverters, motors, and converters connected to the battery system and from the outside. This is because accurate measurement of the battery voltage is important as described above. Further, the measured battery voltage is also used for detecting the remaining capacity and used for safety control of the battery system. Moreover, since it is also fed back to the control of the battery system and devices connected thereto, which also affects the system behavior, it is required to detect the battery voltage promptly. Also, in the safety monitoring of the battery system, the detection that the battery voltage has become abnormal is an immediate operation, for example, an operation that ensures safety, such as switching the relay connected to the output side open. It is extremely important to take For these reasons, the battery system is required to quickly detect the voltage of the battery without the influence of noise.

電池の電圧を正確に検出する従来の技術として、ノイズ影響を少なくするためにローパスフィルターが用いられている。ローパスフィルターは、電圧検出ラインの直列抵抗と入力側に接続しているコンデンサーとで構成され、これ等の定数が小さいほどカットオフ周波数が高くなり、反対に大きいほどよりカットオフ周波数は低くなる。バッテリシステムの電池の電圧は直流であり、またインバータやコンバータからのノイズ成分をカットして電池の電圧を検出すべきことから、ローパスフィルターは、より低いカットオフ周波数として、ノイズ成分をより効果的に除去することが推奨される。しかしながら、ローパスフィルターは、カットオフ周波数をより低くするためには、直列抵抗の抵抗値とコンデンサーの静電容量のいずれか又は両方をより大きくする必要がある。さら、その反面、直列抵抗の抵抗値やコンデンサーの静電容量を大きくすると、ローパスフィルターを構成する直列抵抗とコンデンサーとの時定数が大きくなり、電圧検出スイッチを切り換えてからコンデンサーの充電に時間がかかり、コンデンサー両端の電圧が飽和電圧まで上昇するのに時間がかかる弊害が発生する。コンデンサー両端の電圧が、飽和電圧の99.9%以上に達するまでに実に時定数の7倍以上の時間がかかるため、ローパスフィルターが検出時間を長くする課題があった。この弊害を避けるために、すなわちコンデンサーの電圧が飽和電圧に達するまでの時間を短縮して、検出時間を速くするために、ローパスフィルターの直列抵抗の抵抗値とコンデンサーの静電容量を小さくすると、カットオフ周波数が高くなってノイズの影響を受けやすい課題が発生する。   As a conventional technique for accurately detecting the voltage of a battery, a low-pass filter is used to reduce the influence of noise. The low-pass filter is composed of a series resistor of the voltage detection line and a capacitor connected to the input side. The smaller the constants, the higher the cutoff frequency, and the larger the constant, the lower the cutoff frequency. The battery voltage of the battery system is DC, and the noise component from the inverter and converter should be cut to detect the battery voltage, so the low-pass filter has a lower cutoff frequency and the noise component is more effective. It is recommended to remove it. However, in order to lower the cutoff frequency of the low-pass filter, it is necessary to increase either or both of the resistance value of the series resistor and the capacitance of the capacitor. On the other hand, when the resistance value of the series resistor and the capacitance of the capacitor are increased, the time constant between the series resistor and the capacitor constituting the low-pass filter increases, and it takes time to charge the capacitor after switching the voltage detection switch. As a result, it takes a long time for the voltage across the capacitor to rise to the saturation voltage. Since it takes more than seven times the time constant until the voltage across the capacitor reaches 99.9% or more of the saturation voltage, there is a problem that the low-pass filter lengthens the detection time. In order to avoid this harmful effect, that is, to shorten the time until the voltage of the capacitor reaches the saturation voltage and speed up the detection time, the resistance value of the series resistance of the low-pass filter and the capacitance of the capacitor are reduced. A problem arises that the cutoff frequency increases and is susceptible to noise.

以上の課題を解決するために、ローパスフィルターのコンデンサー電圧、すなわち電圧検出回路の入力電圧を、第1の充電時間と第2の充電時間とで検出して、検出する電圧から指数関数で飽和電圧を演算するバッテリシステムが開発されている。(特許文献1参照)   In order to solve the above problems, the capacitor voltage of the low-pass filter, that is, the input voltage of the voltage detection circuit is detected at the first charging time and the second charging time, and the saturation voltage is exponentially determined from the detected voltage. A battery system for computing the above has been developed. (See Patent Document 1)

特開2003−197273号公報JP 2003-197273 A

特許文献1のバッテリシステムは、指数関数を演算して飽和電圧を演算するので、速やかに電池の電圧を検出できるが、複雑な計算式で演算するので、簡単かつ容易に、しかも安価な演算回路で速やかに電池の電圧を検出するのが難しい欠点がある。   The battery system of Patent Document 1 calculates the saturation voltage by calculating the exponential function, so that the battery voltage can be detected quickly. However, since the calculation is performed with a complicated calculation formula, the calculation circuit is simple, easy, and inexpensive. Therefore, it is difficult to quickly detect the battery voltage.

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の電圧を短時間で正確に検出しながら、極めて簡単な演算で電池の電圧を検出できるバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。   The present invention has been developed for the purpose of solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a battery system capable of detecting the voltage of a battery by extremely simple calculation while accurately detecting the voltage of the battery in a short time, an electric vehicle including the battery system, and a power storage device. is there.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明のバッテリシステムは、複数の電池2を直列に接続してなる組電池1と、電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1の電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。電圧検出器3は、入力側にコンデンサー8を接続し、電池2の電圧を所定の周期(Δt)で検出する電圧検出回路5と、電圧検出スイッチ4を介して電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備えている。このバッテリシステムは、電圧検出スイッチ4が順番に切り換えられて、電池2の電圧が電圧検出回路5の入力側に入力されて、電池2の電圧が電圧検出回路5で検出される。さらに、以上のバッテリシステムの演算回路7は、電圧検出回路5によって所定の周期(Δt)で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数1の式で演算して、収束電圧(V)から電池2の電圧を検出する。   The battery system of the present invention includes an assembled battery 1 formed by connecting a plurality of batteries 2 in series, a voltage detector 3 for detecting the voltage of the battery 2, and the battery 2 of the assembled battery 1 on the input side of the voltage detector 3. And a voltage detection switch 4 connected to. The voltage detector 3 has a capacitor 8 connected to the input side, a voltage detection circuit 5 that detects the voltage of the battery 2 at a predetermined period (Δt), and a series resistor 6 that is connected to the battery 2 via the voltage detection switch 4. And a calculation circuit 7 for calculating the voltage of the battery 2 detected by the voltage detection circuit 5. In this battery system, the voltage detection switch 4 is switched in order, the voltage of the battery 2 is input to the input side of the voltage detection circuit 5, and the voltage of the battery 2 is detected by the voltage detection circuit 5. Further, the arithmetic circuit 7 of the battery system described above calculates a convergence voltage (V) at which the detection voltage converges from at least three detection voltages detected at a predetermined cycle (Δt) by the voltage detection circuit 5 as follows: The voltage of the battery 2 is detected from the convergence voltage (V).

Figure 2014081268
ただし、この式において、
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
Figure 2014081268
However, in this formula:
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).

以上のバッテリシステムは、極めて簡単な演算で電池の電圧を短時間で正確に検出できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、従来のように複雑な指数関数の演算式によらず、3回の検出電圧から簡単な演算で収束電圧を演算するからである。   The battery system described above has a feature that the voltage of the battery can be accurately detected in a short time by an extremely simple calculation. This is because the battery system described above calculates the convergence voltage by a simple calculation from the three detection voltages, regardless of the calculation formula of the complex exponential function as in the prior art.

本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路5の入力端子を一対の電圧検出スイッチ4と電圧検出ライン10とを介して電池2の正負に電極に接続して、電池2の電圧を検出することができる。   The battery system of the present invention can detect the voltage of the battery 2 by connecting the input terminal of the voltage detection circuit 5 to the positive and negative electrodes of the battery 2 via the pair of voltage detection switches 4 and the voltage detection line 10. it can.

以上のバッテリシステムは、一対の電圧検出スイッチを切り換えて各電池の正負の電極を電圧検出回路に接続した後、極めて短時間に各電池の電圧を正確に検出できるので、組電池を構成している複数の電池の電圧を短時間で正確に検出できる特徴がある。   In the above battery system, the voltage of each battery can be accurately detected in a very short time after switching the pair of voltage detection switches and connecting the positive and negative electrodes of each battery to the voltage detection circuit. There is a feature that can accurately detect the voltage of a plurality of batteries in a short time.

本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路5の入力側に、電圧検出スイッチ4のオフ状態でコンデンサー8を放電する放電回路11を接続して、この放電回路11でコンデンサー8を放電して電池2の電圧を検出することができる。
このバッテリシステムは、電圧検出スイッチのオフ状態でコンデンサーを放電して、電池の電圧を検出するのでより高精度に電圧を検出できる。
In the battery system of the present invention, a discharge circuit 11 for discharging the capacitor 8 is connected to the input side of the voltage detection circuit 5 when the voltage detection switch 4 is in an off state, and the capacitor 8 is discharged by this discharge circuit 11. Can be detected.
In this battery system, the capacitor is discharged in the OFF state of the voltage detection switch to detect the voltage of the battery, so that the voltage can be detected with higher accuracy.

本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路5の入力側に入力抵抗14を接続して、入力抵抗14と直列抵抗6とで電池2の電圧を分圧して電圧検出回路5に入力することができる。
このバッテリシステムは、直列抵抗と入力抵抗とで電池の電圧を、電圧検出回路が検出するのに最適な電圧に降圧して検出できるので、電圧検出回路に、例えば高耐圧の素子等を使用することなく、部品コストを低減できる。
In the battery system of the present invention, the input resistor 14 is connected to the input side of the voltage detection circuit 5, and the voltage of the battery 2 can be divided by the input resistor 14 and the series resistor 6 and input to the voltage detection circuit 5. .
In this battery system, since the voltage of the battery can be stepped down to the optimum voltage for the voltage detection circuit to detect by using the series resistance and the input resistance, for example, a high withstand voltage element or the like is used for the voltage detection circuit. Therefore, the component cost can be reduced.

本発明の電動車両は、バッテリシステム100を備え、バッテリシステム100は、複数の電池2を直列に接続してなる組電池1と、電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1の電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。電圧検出器3は、入力側にコンデンサー8を接続し、電池2の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路5と、電圧検出スイッチ4を介して電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備えている。このバッテリシステム100は、電圧検出スイッチ4が順番に切り換えられて、電池2の電圧が電圧検出回路5の入力側に入力されて、電池2の電圧が電圧検出回路5で検出される。さらに、以上のバッテリシステム100の演算回路7は、電圧検出回路5によって所定の周期で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数2の式で演算して、収束電圧(V)から電池2の電圧を検出する。   The electric vehicle according to the present invention includes a battery system 100. The battery system 100 includes a battery pack 1 formed by connecting a plurality of batteries 2 in series, a voltage detector 3 that detects the voltage of the battery 2, and the battery pack 1. And a voltage detection switch 4 for connecting the battery 2 to the input side of the voltage detector 3. The voltage detector 3 has a capacitor 8 connected to the input side, a voltage detection circuit 5 that detects the voltage of the battery 2 at a predetermined cycle, and a voltage having a series resistor 6 connected to the battery 2 via the voltage detection switch 4. A detection line 10 and an arithmetic circuit 7 that calculates the voltage of the battery 2 detected by the voltage detection circuit 5 are provided. In this battery system 100, the voltage detection switch 4 is switched in order, the voltage of the battery 2 is input to the input side of the voltage detection circuit 5, and the voltage of the battery 2 is detected by the voltage detection circuit 5. Further, the arithmetic circuit 7 of the battery system 100 described above expresses the convergence voltage (V) at which the detection voltage converges from at least three detection voltages detected at a predetermined cycle by the voltage detection circuit 5 using the following equation (2). And the voltage of the battery 2 is detected from the convergence voltage (V).

Figure 2014081268
ただし、この式において、
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
Figure 2014081268
However, in this formula:
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).

以上の電動車両は、組電池を構成する電池の電圧を、短時間に正確に検出しながら、充放電できるので、組電池の過充電や過放電を有効に阻止して、組電池の劣化を少なく寿命を長くできる。   Since the above electric vehicle can charge and discharge while accurately detecting the voltage of the battery constituting the assembled battery in a short time, it effectively prevents overcharge and overdischarge of the assembled battery, and deteriorates the assembled battery. Less life can be achieved.

本発明の蓄電装置は、自然エネルギー又は深夜電力を蓄電するバッテリシステム100を備え、このバッテリシステム100は、複数の電池2を直列に接続してなる組電池1と、電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1の各電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。電圧検出器3は、入力側にコンデンサー8を接続し、電池2の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路5と、電圧検出スイッチ4を介して各電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備えている。このバッテリシステムは、電圧検出スイッチ4が順番に切り換えられて、各々の電池2の電圧が電圧検出回路5の入力側に入力されて、電池2の電圧が電圧検出回路5で検出される。さらに、以上のバッテリシステムの演算回路7は、電圧検出回路5によって所定の周期で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数3の式で演算して、収束電圧(V)から電池2の電圧を検出する。   The power storage device of the present invention includes a battery system 100 that stores natural energy or late-night power, and the battery system 100 detects a battery pack 1 formed by connecting a plurality of batteries 2 in series and the voltage of the battery 2. A voltage detector 3 and a voltage detection switch 4 for connecting each battery 2 of the assembled battery 1 to the input side of the voltage detector 3 are provided. The voltage detector 3 has a capacitor 8 on the input side, a voltage detection circuit 5 that detects the voltage of the battery 2 in a predetermined cycle, and a series resistor 6 that is connected to each battery 2 via the voltage detection switch 4. A voltage detection line 10 and an arithmetic circuit 7 that calculates the voltage of the battery 2 detected by the voltage detection circuit 5 are provided. In this battery system, the voltage detection switch 4 is switched in order, the voltage of each battery 2 is input to the input side of the voltage detection circuit 5, and the voltage of the battery 2 is detected by the voltage detection circuit 5. Further, the arithmetic circuit 7 of the battery system described above calculates the convergence voltage (V) at which the detection voltage converges from the at least three detection voltages detected by the voltage detection circuit 5 in a predetermined cycle by the following equation (3). The voltage of the battery 2 is detected from the convergence voltage (V) by calculation.

Figure 2014081268
ただし、これらの式において、
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
Figure 2014081268
However, in these equations,
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).

以上の蓄電装置は、組電池を構成する電池の電圧を、短時間に正確に検出しながら、充放電できるので、組電池の過充電や過放電を有効に阻止して組電池の劣化を少なく寿命を長くできる。   The power storage device described above can charge and discharge while accurately detecting the voltage of the battery constituting the assembled battery in a short time, thus effectively preventing overcharge and overdischarge of the assembled battery and reducing deterioration of the assembled battery. Long life can be achieved.

本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムのブロックである。It is a block of the battery system concerning one embodiment of the present invention. 図1に示すバッテリシステムの電圧検出回路の入力側を示す等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing an input side of the voltage detection circuit of the battery system shown in FIG. 1. 電圧検出回路の電圧が電圧検出スイッチのオン状態から次第に上昇する特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic in which the voltage of a voltage detection circuit rises gradually from the ON state of a voltage detection switch. 電圧検出回路が所定の時間間隔で電圧を3回検出する状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which a voltage detection circuit detects a voltage 3 times at predetermined time intervals. 制御回路が各電圧検出スイッチを順番にオンオフに切り換える状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which a control circuit switches each voltage detection switch on / off in order. 従来のバッテリシステムが電圧検出回路に入力される電池の電圧を検出する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the conventional battery system detects the voltage of the battery input into a voltage detection circuit. 図1に示すバッテリシステムが各電池の電圧を検出するフローチャートである。It is a flowchart in which the battery system shown in FIG. 1 detects the voltage of each battery. エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which mounts a battery system in the hybrid vehicle which drive | works with an engine and a motor. モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which mounts a battery system in the electric vehicle which drive | works only with a motor. 蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which uses a battery system for an electrical storage apparatus.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a battery system for embodying the technical idea of the present invention, an electric vehicle including the battery system, and a power storage device. The present invention is a battery system and the battery. The electric vehicle and power storage device including the system are not specified as follows. Furthermore, this specification does not limit the members shown in the claims to the members of the embodiments.

図1のバッテリシステム100は、複数の電池2を直列に接続している組電池1と、この組電池1を構成している電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1を構成している各々の電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。   A battery system 100 in FIG. 1 includes an assembled battery 1 in which a plurality of batteries 2 are connected in series, a voltage detector 3 that detects the voltage of the battery 2 constituting the assembled battery 1, and the assembled battery 1. A voltage detection switch 4 for connecting each battery 2 to the input side of the voltage detector 3 is provided.

電圧検出器3は、各電池2の電圧を検出するが、検出する電池は必ずしもひとつの素電池とは限らず、たとえば、複数の素電池を直列に接続した電池の電圧を検出することもできる。素電池をリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池とするバッテリシステムは、電池をひとつの素電池で構成して、各素電池の電圧を検出し、素電池をニッケル水素電池とするバッテリシステムは、ニッケル水素電池からなる複数の素電池を直列に接続してひとつの電池として、この電池の電圧を検出する。電池をひとつの素電池で構成して、全ての素電池の電圧を検出するバッテリシステムは、全ての素電池の過充電や過放電を防止しながら、充放電をコントロールできるので、全ての素電池の劣化を防止できる。複数の素電池を直列に接続した電池の電圧を検出するバッテリシステムは、素電池の数に比較して電圧を検出する電池の個数が少なくなるので、回路構成を簡単にして部品コストを低減できる。電池をひとつの素電池で構成するか、複数の素電池で構成するかは、素電池のタイプや要求される寿命特性等を考慮して最適な状態に設定される。   Although the voltage detector 3 detects the voltage of each battery 2, the battery to detect is not necessarily one unit cell, for example, it can also detect the voltage of the battery which connected the several unit cell in series. . A battery system in which a unit cell is a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery is configured by a single unit cell, the voltage of each unit cell is detected, and the unit cell is a nickel metal hydride battery. A plurality of unit cells made of nickel metal hydride batteries are connected in series to detect the voltage of this battery as one battery. A battery system that consists of a single unit cell and detects the voltage of all unit cells can control charging and discharging while preventing overcharging and overdischarging of all unit cells. Can be prevented. In the battery system that detects the voltage of a battery in which a plurality of unit cells are connected in series, the number of batteries that detect the voltage is smaller than the number of unit cells, so the circuit configuration can be simplified and the component cost can be reduced. . Whether the battery is composed of one unit cell or a plurality of unit cells is set to an optimum state in consideration of the type of unit cell, required life characteristics, and the like.

電圧検出器3は、組電池1を構成する電池2の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路5と、この電圧検出回路5の入力側を電圧検出スイッチ4を介して各電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備える。   The voltage detector 3 is connected to each battery 2 through a voltage detection switch 4 and a voltage detection circuit 5 that detects the voltage of the battery 2 constituting the assembled battery 1 at a predetermined cycle. A voltage detection line 10 having a series resistor 6 and an arithmetic circuit 7 for calculating the voltage of the battery 2 detected by the voltage detection circuit 5.

電圧検出回路5は、入力側にコンデンサー8を接続している。このコンデンサー8は、電圧検出ライン10の直列抵抗6と、電圧検出回路5の入力側に接続している入力抵抗14とでローパスフィルター15を構成して、電圧検出回路5に入力されるノイズ成分を除去する。ローパスフィルター15は、カットオフ周波数を低くして、ノイズ成分をより効率よく除去する。ローパスフィルター15のカットオフ周波数は、直列抵抗6の抵抗値と、コンデンサー8の静電容量で特定される。   The voltage detection circuit 5 has a capacitor 8 connected to the input side. The capacitor 8 forms a low-pass filter 15 with the series resistor 6 of the voltage detection line 10 and the input resistor 14 connected to the input side of the voltage detection circuit 5, and a noise component input to the voltage detection circuit 5. Remove. The low-pass filter 15 lowers the cutoff frequency and removes noise components more efficiently. The cutoff frequency of the low-pass filter 15 is specified by the resistance value of the series resistor 6 and the capacitance of the capacitor 8.

さらに、図1の電圧検出回路5は、入力側にコンデンサー8の放電回路11を接続している。放電回路11は、放電抵抗12と放電スイッチ13の直列回路で、放電スイッチ13は制御回路9でオンオフに制御される。制御回路9は、一対の電圧検出スイッチ4をオンに切り換えて、オン状態の電圧検出スイッチ4を介して電圧検出回路5に接続される電池2の電圧を検出した後、一対の電圧検出スイッチ4をオフに切り換える状態で、放電スイッチ13をオン状態に切り換えて、コンデンサー8を放電する。放電回路11のある電圧検出器3は、電池2の電圧を検出する毎に、コンデンサー8を放電するので、電池2の電圧をより高精度に検出できる。ただ、本発明のバッテリシステムは、コンデンサーを放電することなく、3回の検出電圧から電池の電圧を正確に検出できるので、必ずしも放電回路を設ける必要はない。それは、3回の検出電圧から収束電圧を演算する電圧検出器は、コンデンサー8が完全に放電されない状態であっても、また放電される状態にあっても、正確に収束電圧を演算できるからである。コンデンサー8を放電しないで、3回の検出電圧から収束電圧を演算できるので、放電回路11を備えるバッテリシステムにおいては、放電回路11でコンデンサー8を完全に放電することなく、電池2の電圧を検出することもできる。   Further, the voltage detection circuit 5 of FIG. 1 has a discharge circuit 11 of a capacitor 8 connected to the input side. The discharge circuit 11 is a series circuit of a discharge resistor 12 and a discharge switch 13, and the discharge switch 13 is controlled to be turned on and off by the control circuit 9. The control circuit 9 switches on the pair of voltage detection switches 4 and detects the voltage of the battery 2 connected to the voltage detection circuit 5 via the voltage detection switch 4 in the on state, and then the pair of voltage detection switches 4. In the state of switching off, the discharge switch 13 is switched on and the capacitor 8 is discharged. Since the voltage detector 3 having the discharge circuit 11 discharges the capacitor 8 every time the voltage of the battery 2 is detected, the voltage of the battery 2 can be detected with higher accuracy. However, since the battery system of the present invention can accurately detect the voltage of the battery from the three detection voltages without discharging the capacitor, it is not always necessary to provide a discharge circuit. This is because the voltage detector that calculates the convergence voltage from the three detection voltages can accurately calculate the convergence voltage even when the capacitor 8 is not completely discharged or discharged. is there. Since the convergence voltage can be calculated from the detected voltage three times without discharging the capacitor 8, in the battery system including the discharge circuit 11, the voltage of the battery 2 is detected without completely discharging the capacitor 8 by the discharge circuit 11. You can also

図1のバッテリシステムは、各電圧検出ライン10に直列抵抗6を接続しており、電圧検出回路5の入力側にも入力抵抗14とコンデンサー8とを接続しているので、電圧検出回路5の入力側は図2に示す回路構成となる。図2において、ローパスフィルター15は、電圧検出ライン10の直列抵抗6と、電圧検出回路5の入力側に接続している入力抵抗14とコンデンサー8とでカットオフ周波数が特定される。この回路構成におけるローパスフィルター15のカットオフ周波数は以下の数2で特定される。   In the battery system of FIG. 1, a series resistor 6 is connected to each voltage detection line 10, and an input resistor 14 and a capacitor 8 are also connected to the input side of the voltage detection circuit 5. The input side has a circuit configuration shown in FIG. In FIG. 2, the cutoff frequency of the low-pass filter 15 is specified by the series resistance 6 of the voltage detection line 10, the input resistance 14 connected to the input side of the voltage detection circuit 5, and the capacitor 8. The cutoff frequency of the low-pass filter 15 in this circuit configuration is specified by the following formula 2.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

この式におけるRCは、以下の数3で特定される。   RC in this equation is specified by the following equation (3).

Figure 2014081268
ただし、この式において、
R1は直列抵抗の抵抗値、R2は入力抵抗の抵抗値をそれぞれ示している。
Figure 2014081268
However, in this formula:
R1 represents the resistance value of the series resistance, and R2 represents the resistance value of the input resistance.

以上の式から、ローパスフィルター15のカットオフ周波数は、直列抵抗6の抵抗値を大きく、コンデンサー8の静電容量を大きくして低くできる。カットオフ周波数を低くして、ノイズ成分をより効果的に除去できるので、電圧検出回路5がノイズ成分を除去して電池2の電圧を正確に検出するには、ローパスフィルター15のカットオフ周波数を低く、すなわち、直列抵抗6の抵抗値を大きくし、コンデンサー8の静電容量を大きくする必要がある。   From the above formula, the cutoff frequency of the low-pass filter 15 can be lowered by increasing the resistance value of the series resistor 6 and increasing the capacitance of the capacitor 8. Since the noise component can be removed more effectively by lowering the cut-off frequency, in order for the voltage detection circuit 5 to remove the noise component and accurately detect the voltage of the battery 2, the cut-off frequency of the low-pass filter 15 is set. Low, that is, the resistance value of the series resistor 6 needs to be increased, and the capacitance of the capacitor 8 needs to be increased.

入力側にローパスフィルター15を接続している電圧検出回路5は、オン状態の電圧検出スイッチ4を介して電池2に接続された後、電圧が上昇するのに時間がかかる。入力側のコンデンサー8の充電に時間がかかるからである。図3は、電圧検出回路5の電圧が、電圧検出スイッチ4のオン状態から次第に上昇する特性を示している。電圧検出回路5の入力電圧は、コンデンサー8が完全に充電された状態で電池2の電圧となる。電圧検出回路5の入力電圧が上昇する特性は、ローパスフィルター15の時定数によって変化する。時定数は、ローパスフィルター15を構成する抵抗値とコンデンサー8の静電容量の積で特定される。時定数のタイミングで、入力電圧は63.2%となるので、電圧検出回路5の入力電圧を正確に電池2の電圧とするには、時定数の数倍以上もかかる。カットオフ周波数の低いローパスフィルター15は、時定数が大きいので、電池2の電圧が電圧検出回路5の入力電圧に上昇するのに相当に時間がかかることになる。したがって、電池2の正確な電圧が電圧検出回路5に入力されるまで待って、電池2の電圧を検出すると、電池2の電圧検出に相当な時間がかかる欠点がある。   The voltage detection circuit 5 connected with the low-pass filter 15 on the input side takes time for the voltage to rise after being connected to the battery 2 via the voltage detection switch 4 in the on state. This is because it takes time to charge the capacitor 8 on the input side. FIG. 3 shows a characteristic in which the voltage of the voltage detection circuit 5 gradually increases from the ON state of the voltage detection switch 4. The input voltage of the voltage detection circuit 5 becomes the voltage of the battery 2 in a state where the capacitor 8 is fully charged. The characteristic that the input voltage of the voltage detection circuit 5 increases varies depending on the time constant of the low-pass filter 15. The time constant is specified by the product of the resistance value constituting the low-pass filter 15 and the capacitance of the capacitor 8. Since the input voltage becomes 63.2% at the timing of the time constant, it takes several times the time constant to accurately set the input voltage of the voltage detection circuit 5 to the voltage of the battery 2. Since the low-pass filter 15 having a low cut-off frequency has a large time constant, it takes a considerable time for the voltage of the battery 2 to rise to the input voltage of the voltage detection circuit 5. Therefore, if the voltage of the battery 2 is detected after waiting for the accurate voltage of the battery 2 to be input to the voltage detection circuit 5, there is a drawback that it takes a considerable time to detect the voltage of the battery 2.

以上のバッテリシステムは、この弊害を防止するために、電圧検出回路5に入力される電圧が上昇する特性から電池2の電圧を短時間で検出する。図4は、電圧検出スイッチ4がオンに切り換えられた瞬間から電圧検出回路5の入力電圧が上昇する特性を示している。この図において、電圧検出スイッチ4がオンのタイミングにおける電圧検出回路5の入力電圧は、V1から時間が経過して収束電圧まで上昇するとき、以下の数6が成り立つ。   The above battery system detects the voltage of the battery 2 in a short time from the characteristic that the voltage input to the voltage detection circuit 5 rises in order to prevent this problem. FIG. 4 shows a characteristic in which the input voltage of the voltage detection circuit 5 increases from the moment when the voltage detection switch 4 is turned on. In this figure, when the voltage detection switch 4 is turned on, the input voltage of the voltage detection circuit 5 rises to the convergence voltage over time from V1, and the following formula 6 holds.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

上記数6より、t=X1,X2,X3のときのV(t)の値をY1,Y2,Y3とすると、以下の数7が得られる。ただし、X1<X2<X3とする。   From the above formula 6, if the value of V (t) when t = X1, X2, X3 is Y1, Y2, Y3, the following formula 7 is obtained. However, X1 <X2 <X3.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

上記数7を変形してX1、X2、X3について解くと、以下の数8が得られる。   When Equation 7 is transformed and solved for X1, X2, and X3, the following Equation 8 is obtained.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

ここで、Δt=X2−X1=X3−X2とすると、以下の数9、数10が成り立つ。   Here, when Δt = X2−X1 = X3−X2, the following formulas 9 and 10 hold.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

Figure 2014081268
Figure 2014081268

上記数9と数10の左辺が一定値を示すことから数11が得られる。   Since the left sides of Equations 9 and 10 show a constant value, Equation 11 is obtained.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

上記数11を変形してV2について解くと、以下の数12が得られる。   When Equation 11 is transformed and solved for V2, the following Equation 12 is obtained.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

演算回路7は、以上の数12から収束電圧(V2)を演算し、演算する収束電圧から、以下の数13に基づいて電池2の電圧(Vi)を演算する。収束電圧(V2)は、電池2の電圧が電圧検出ライン10の直列抵抗6と入力電圧とで分圧して入力されるからである。   The arithmetic circuit 7 calculates the convergence voltage (V2) from the above formula 12, and calculates the voltage (Vi) of the battery 2 based on the following formula 13 from the calculated convergence voltage. This is because the convergence voltage (V2) is input by dividing the voltage of the battery 2 by the series resistance 6 of the voltage detection line 10 and the input voltage.

Figure 2014081268
Figure 2014081268

以上の演算は、演算回路7で処理される。演算回路7が収束電圧から電池2の電圧を演算するために、電圧検出回路5は所定の周期(Δt)で検出する電圧を演算回路7に出力する。図1の電圧検出回路5は、電池2の電圧が入力される差動アンプ16の出力側にA/Dコンバータ17を接続している。A/Dコンバータ17は、差動アンプ16から入力されるアナログ信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換して演算回路7に出力する。   The above calculation is processed by the calculation circuit 7. In order for the arithmetic circuit 7 to calculate the voltage of the battery 2 from the convergence voltage, the voltage detection circuit 5 outputs a voltage detected at a predetermined cycle (Δt) to the arithmetic circuit 7. The voltage detection circuit 5 in FIG. 1 has an A / D converter 17 connected to the output side of a differential amplifier 16 to which the voltage of the battery 2 is input. The A / D converter 17 converts the analog signal input from the differential amplifier 16 into a digital signal at a predetermined sampling period and outputs the digital signal to the arithmetic circuit 7.

演算回路7が3回の検出電圧から電池2の電圧を検出するために、電圧検出回路5は、たとえば5msecの周期(Δt)で電池2の電圧を検出して演算回路7に出力する。演算回路7は、より正確に電池2の電圧を検出するために、たとえば、電圧検出回路5から入力される複数の電圧信号を平均して検出電圧を演算し、演算した検出電圧から、数13の演算式でもって電池2の電圧(Vi)を演算する。この演算回路7は、たとえば100μsecのサンプリング周期で入力される5回の電圧信号から、最大と最小の電圧信号を除く3回の電圧信号を平均して1回の検出電圧を演算し、これを繰り返した少なくとも3回の検出電圧からより正確に電池2の電圧を検出できる。この電圧検出器3は、100μsecのサンプリング周期で5回の電圧信号を検出して演算回路7に出力し、5回の電圧信号から1回の検出電圧を演算するが、電池2の電圧の演算に使用される3回の検出電圧は、5msecの周期(Δt)で検出される。このように、複数の電圧信号を平均して1回の検出電圧を演算する方法は、複数の電圧信号のサンプリング周期を、たとえば、1μsec〜2msecとすることができる。ただし、電圧検出回路5は、複数の電圧信号を平均することなく、電圧検出回路5から入力される3回の電圧信号を検出電圧として、電池2の電圧を演算することもできる。また、演算回路7が電池2の演算する3回の検出電圧の周期(Δt)は、5msecに特定されず、たとえば、1msec以上であって、200msecよりも短く、好ましくは1msecよりも長くて100msecよりも短くする。演算に使用する電圧を検出する周期は、短くしてより短時間で電池2の電圧を検出できる。ただ、電池2の電圧を検出する時間を短くすると、使用する電子部品に高速処理用の電子部品を使用する必要があって部品コストが高くなる。したがって、電圧検出回路5が電池2の電圧を検出するサンプリング周期は、部品コストと、漏電検出に要求される時間とを考慮して最適値に設定される。   In order for the arithmetic circuit 7 to detect the voltage of the battery 2 from the three detection voltages, the voltage detection circuit 5 detects the voltage of the battery 2 and outputs it to the arithmetic circuit 7 with a period (Δt) of 5 msec, for example. In order to detect the voltage of the battery 2 more accurately, the arithmetic circuit 7 calculates, for example, a detection voltage by averaging a plurality of voltage signals input from the voltage detection circuit 5, and from the calculated detection voltage, Equation 13 The voltage (Vi) of the battery 2 is calculated using the following equation. The arithmetic circuit 7 calculates one detection voltage by averaging three voltage signals excluding the maximum and minimum voltage signals from five voltage signals input at a sampling period of 100 μsec, for example. The voltage of the battery 2 can be detected more accurately from the repeated detection voltage at least three times. The voltage detector 3 detects five voltage signals with a sampling period of 100 μsec and outputs them to the arithmetic circuit 7 to calculate one detection voltage from the five voltage signals. The three detection voltages used for are detected with a period (Δt) of 5 msec. Thus, in the method of calculating a single detection voltage by averaging a plurality of voltage signals, the sampling period of the plurality of voltage signals can be set to 1 μsec to 2 msec, for example. However, the voltage detection circuit 5 can also calculate the voltage of the battery 2 using the three voltage signals input from the voltage detection circuit 5 as detection voltages without averaging a plurality of voltage signals. Further, the period (Δt) of the three detection voltages calculated by the battery 2 by the arithmetic circuit 7 is not specified to 5 msec. Shorter than. The cycle for detecting the voltage used for the calculation can be shortened to detect the voltage of the battery 2 in a shorter time. However, if the time for detecting the voltage of the battery 2 is shortened, it is necessary to use an electronic component for high-speed processing as the electronic component to be used, and the component cost increases. Therefore, the sampling period in which the voltage detection circuit 5 detects the voltage of the battery 2 is set to an optimum value in consideration of the component cost and the time required for detecting the leakage.

組電池1を構成する各電池2の電圧を順番に検出するために、電圧検出スイッチ4は制御回路9でもって、所定の周期でオンオフに制御されて、順番に各電池2の電圧を電圧検出器3に入力する。図5は、制御回路9が各電圧検出スイッチ4を順番にオンオフに切り換える状態を示している。電圧検出スイッチ4は、電圧検出回路5の一対の入力端子に接続している一対の電圧検出スイッチ4が同時にオンに切り換えられて、ひとつの電池2の電圧を電圧検出器3に入力する。一対の電圧検出スイッチ4がオンに切り換えられる状態で、他の全ての電圧検出スイッチ4はオフ状態に保持される。図5に示すように、一対の電圧検出スイッチ4がオンに切り換えられるタイミングで、電圧検出回路5に入力される電圧は次第に上昇するが、このタイミングにおいて、所定の周期(Δt)で少なくとも3回の検出電圧から収束電圧(V)が演算され、収束電圧から電池2の電圧が演算される。   In order to detect the voltage of each battery 2 constituting the assembled battery 1 in order, the voltage detection switch 4 is controlled to be turned on and off at a predetermined cycle by the control circuit 9 to sequentially detect the voltage of each battery 2. Input to the device 3. FIG. 5 shows a state in which the control circuit 9 switches each voltage detection switch 4 on and off in order. In the voltage detection switch 4, a pair of voltage detection switches 4 connected to a pair of input terminals of the voltage detection circuit 5 are simultaneously turned on, and the voltage of one battery 2 is input to the voltage detector 3. In a state where the pair of voltage detection switches 4 are turned on, all the other voltage detection switches 4 are held in the off state. As shown in FIG. 5, the voltage input to the voltage detection circuit 5 gradually increases at the timing when the pair of voltage detection switches 4 are turned on. At this timing, at least three times at a predetermined cycle (Δt). The convergence voltage (V) is calculated from the detected voltage, and the voltage of the battery 2 is calculated from the convergence voltage.

図6は、電圧検出回路に入力される電圧が収束するまで待って、電池の電圧を検出する状態、すなわち従来のバッテリシステムが電池の電圧を検出する状態を示す図である。この図に示すように、収束電圧を演算することなく電池の電圧を検出するバッテリシステムは、電圧検出回路に入力される電圧が収束するまで待ってから電圧を検出するので、各電池の電圧検出に相当に時間がかかる欠点がある。また、電圧検出回路5に入力される電圧が収束するのを待つことにより、コンデンサー8に充電される電気量も多くなるので、各電池2の電圧検出後において、充電されたコンデンサー8を放電回路11で放電する時間も長くなる。したがって、図6に示すように、各々の電池2の電圧検出にかかる検出周期(T)が長くなり、すべての電池の電圧を検出するのにかかる時間が相当に長くなる。   FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the battery voltage is detected after the voltage input to the voltage detection circuit has converged, that is, a state in which the conventional battery system detects the battery voltage. As shown in this figure, the battery system that detects the voltage of the battery without calculating the convergence voltage detects the voltage after waiting until the voltage input to the voltage detection circuit converges. Has the disadvantage that it takes a considerable amount of time. In addition, since the amount of electricity charged in the capacitor 8 is increased by waiting for the voltage input to the voltage detection circuit 5 to converge, the charged capacitor 8 is discharged to the discharge circuit after detecting the voltage of each battery 2. The discharge time at 11 also becomes longer. Therefore, as shown in FIG. 6, the detection period (T) for detecting the voltage of each battery 2 becomes longer, and the time required for detecting the voltages of all the batteries becomes considerably longer.

これに対して、本発明のバッテリシステムは、図4に示すように、所定の周期(Δt)(たとえば5msec)で少なくとも3回の検出電圧を検出して、検出電圧から収束電圧を演算して電池2の電圧を検出するので、電池2の電圧検出にかかる時間を短縮(たとえば約10msec)できる。さらに、電圧検出回路5に入力される電圧が収束するのを待つことなく電池2の電圧を検出するので、コンデンサー8に充電される電気量を少なくでき、各電池2の電圧検出後において、充電されたコンデンサー8を放電回路11で放電する時間も短縮できる。したがって、図5に示すように、電圧検出スイッチ4を順番に切り換えて複数の電池2の電圧を順番に検出する状態において、各々の電池2の電圧検出にかかる検出周期(T)を短くして、すべての電池2の電圧検出にかかる時間を短縮できる。   On the other hand, as shown in FIG. 4, the battery system of the present invention detects at least three detection voltages at a predetermined period (Δt) (for example, 5 msec) and calculates a convergence voltage from the detection voltages. Since the voltage of the battery 2 is detected, the time required to detect the voltage of the battery 2 can be shortened (for example, about 10 msec). Furthermore, since the voltage of the battery 2 is detected without waiting for the voltage input to the voltage detection circuit 5 to converge, the amount of electricity charged in the capacitor 8 can be reduced, and charging is performed after detecting the voltage of each battery 2. The time for discharging the capacitor 8 discharged by the discharge circuit 11 can also be shortened. Therefore, as shown in FIG. 5, in a state where the voltage detection switches 4 are switched in order and the voltages of the plurality of batteries 2 are detected in order, the detection cycle (T) for detecting the voltage of each battery 2 is shortened. The time required for voltage detection of all the batteries 2 can be shortened.

図1のバッテリシステムは、以下に示す図7のフローチャートで、組電池1を構成する各電池2の電圧を検出する。   The battery system of FIG. 1 detects the voltage of each battery 2 constituting the assembled battery 1 in the flowchart of FIG. 7 shown below.

[S=1、2のステップ]
組電池1を構成している一対の電圧検出スイッチ4(SW1)をオンに切り換えて、他の全ての電圧検出スイッチ4をオフ状態とする。最初は、n=1として、第1の電圧検出スイッチSW1a、SW1bのみをオンに切り換えて、他の全ての電圧検出スイッチ4をオフ状態とする。
[Steps of S = 1, 2]
The pair of voltage detection switches 4 (SW1) constituting the assembled battery 1 are switched on, and all other voltage detection switches 4 are turned off. Initially, n = 1 is set, only the first voltage detection switches SW1a and SW1b are turned on, and all other voltage detection switches 4 are turned off.

[S=3のステップ]
このステップで、演算回路7は、電圧検出回路5から入力される少なくとも3回の検出電圧から収束電圧を演算し、収束電圧から第1の電池電圧Vc1を演算する。
[Step S = 3]
In this step, the arithmetic circuit 7 calculates a convergence voltage from at least three detection voltages input from the voltage detection circuit 5, and calculates a first battery voltage Vc1 from the convergence voltage.

[S=4のステップ]
第1の電池電圧Vc1を検出した後、オン状態にあった第1の電圧検出スイッチSW1a、SW1bをオフ状態に切り換える。この状態においても、他の全ての電圧検出スイッチ4をオフ状態とする。
[Step S = 4]
After detecting the first battery voltage Vc1, the first voltage detection switches SW1a and SW1b that are in the on state are switched to the off state. Even in this state, all other voltage detection switches 4 are turned off.

[S=5のステップ]
このステップで放電回路11の放電スイッチ13(SW7)をオンに切り換えて、コンデンサー8を放電する。放電スイッチ13はコンデンサー8を放電するが、必ずしもコンデンサー8を完全に放電する必要はない。それは、コンデンサー8を完全に放電しない状態としても、3回の検出電圧から数1に基づいて正確に収束電圧を演算できるからである。
[Step S = 5]
In this step, the discharge switch 13 (SW7) of the discharge circuit 11 is turned on to discharge the capacitor 8. Although the discharge switch 13 discharges the capacitor 8, it is not always necessary to discharge the capacitor 8 completely. This is because even when the capacitor 8 is not completely discharged, the convergence voltage can be accurately calculated from the three detection voltages based on Equation 1.

[S=6、7のステップ]
全ての電池2の電圧が検出されるまで、S=2のステップにループする。S=2のステップにループする毎に、nに1がプラスされて、S=2〜5のステップにおいて、電圧検出スイッチ4が順番にオン状態に切り換えられ、オン状態の電圧検出スイッチ4を介して電圧検出回路5に接続される電池2の電圧が検出される。
[Steps S = 6, 7]
It loops to the step of S = 2 until the voltage of all the batteries 2 is detected. Each time the process loops to the step S = 2, 1 is added to n, and in the steps S = 2 to 5, the voltage detection switch 4 is sequentially turned on, and the voltage detection switch 4 is turned on. Thus, the voltage of the battery 2 connected to the voltage detection circuit 5 is detected.

以上のバッテリシステムは、一対の電圧検出スイッチ4を介して、各電池2の正負の電極を順番に電圧検出回路5の入力端子に接続して、各電池2の電圧を検出する。ただ、本発明は電圧検出回路を以上の回路構成には特定せず、たとえば図示しないが、直列に接続している電池の正負の電極のグランドラインに対する電圧を順番に検出し、検出する電圧差から各電池の電圧を検出する回路構成とすることもできる。   The battery system described above detects the voltage of each battery 2 by connecting the positive and negative electrodes of each battery 2 sequentially to the input terminal of the voltage detection circuit 5 via a pair of voltage detection switches 4. However, the present invention does not specify the voltage detection circuit as the above circuit configuration. For example, although not illustrated, the voltage difference between the positive and negative electrodes of the battery connected in series is sequentially detected and detected. From the above, it is possible to adopt a circuit configuration for detecting the voltage of each battery.

以上のバッテリシステムは、車載用の電源として利用できる。バッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。   The above battery system can be used as an in-vehicle power source. As a vehicle equipped with a battery system, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used and used as a power source for these vehicles. .

(ハイブリッド自動車用バッテリシステム)
図8は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両HVは、車両HVを走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、バッテリシステム100の電池を充電する発電機94と、エンジン96、モータ93、バッテリシステム100、及び発電機94を搭載してなる車両本体90と、エンジン96又はモータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム100の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
(Battery system for hybrid vehicles)
FIG. 8 shows an example in which a battery system is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor. A vehicle HV equipped with the battery system shown in this figure includes an engine 96 and a running motor 93 that run the vehicle HV, a battery system 100 that supplies power to the motor 93, and a generator that charges a battery of the battery system 100. 94, a vehicle main body 90 on which an engine 96, a motor 93, a battery system 100, and a generator 94 are mounted, and wheels 97 that are driven by the engine 96 or the motor 93 to run the vehicle main body 90. The battery system 100 is connected to a motor 93 and a generator 94 via a DC / AC inverter 95. The vehicle HV travels by both the motor 93 and the engine 96 while charging / discharging the battery of the battery system 100. The motor 93 is driven to drive the vehicle when the engine efficiency is low, for example, during acceleration or low-speed driving. The motor 93 is driven by power supplied from the battery system 100. The generator 94 is driven by the engine 96 or is driven by regenerative braking when the vehicle is braked to charge the battery of the battery system 100.

(電気自動車用バッテリシステム)
また、図9は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、このバッテリシステム100の電池を充電する発電機94と、モータ93、バッテリシステム100、及び発電機94を搭載してなる車両本体90と、モータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
(Battery system for electric vehicles)
FIG. 9 shows an example in which a battery system is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor. A vehicle EV equipped with the battery system shown in this figure includes a traveling motor 93 that travels the vehicle EV, a battery system 100 that supplies electric power to the motor 93, and a generator 94 that charges the battery of the battery system 100. And a vehicle main body 90 on which the motor 93, the battery system 100, and the generator 94 are mounted, and wheels 97 that are driven by the motor 93 and run the vehicle main body 90. The battery system 100 is connected to a motor 93 and a generator 94 via a DC / AC inverter 95. The motor 93 is driven by power supplied from the battery system 100. The generator 94 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle EV, and charges the battery of the battery system 100.

(蓄電装置用バッテリシステム)
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図10に示す。この図に示すバッテリシステム100は、複数の電池ブロック81をユニット状に接続して電池ユニット82を構成している。各電池ブロック81は、複数の素電池1が直列及び/又は並列に接続されている。各電池ブロック81は、電源コントローラ84により制御される。このバッテリシステム100は、電池ユニット82を充電用電源CPで充電した後、負荷LDを駆動する。このためバッテリシステム100は、充電モードと放電モードを備える。負荷LDと充電用電源CPはそれぞれ、放電スイッチDS及び充電スイッチCSを介してバッテリシステム100と接続されている。放電スイッチDS及び充電スイッチCSのON/OFFは、バッテリシステム100の電源コントローラ84によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ84は充電スイッチCSをONに、放電スイッチDSをOFFに切り替えて、充電用電源CPからバッテリシステム100への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷LDからの要求に応じて、電源コントローラ84は充電スイッチCSをOFFに、放電スイッチDSをONにして放電モードに切り替え、バッテリシステム100から負荷LDへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチCSをONに、放電スイッチDSをONにして、負荷LDの電力供給と、バッテリシステム100への充電を同時に行うこともできる。
(Battery system for power storage device)
Furthermore, this battery system can be used not only as a power source for a mobile body but also as a stationary power storage facility. For example, as a power source for home and factory use, a power supply system that is charged with sunlight or midnight power and discharged when necessary, or a streetlight power supply that charges sunlight during the day and discharges at night, or during a power outage It can also be used as a backup power source for driving signals. Such an example is shown in FIG. The battery system 100 shown in this figure forms a battery unit 82 by connecting a plurality of battery blocks 81 in a unit form. Each battery block 81 has a plurality of unit cells 1 connected in series and / or in parallel. Each battery block 81 is controlled by a power supply controller 84. The battery system 100 drives the load LD after charging the battery unit 82 with the charging power source CP. For this reason, the battery system 100 includes a charge mode and a discharge mode. The load LD and the charging power source CP are connected to the battery system 100 via the discharging switch DS and the charging switch CS, respectively. ON / OFF of the discharge switch DS and the charge switch CS is switched by the power supply controller 84 of the battery system 100. In the charging mode, the power controller 84 switches the charging switch CS to ON and the discharging switch DS to OFF to permit charging of the battery system 100 from the charging power source CP. Further, when the charging is completed and the battery is fully charged, or in response to a request from the load LD in a state where a capacity of a predetermined value or more is charged, the power controller 84 turns off the charging switch CS and turns on the discharging switch DS to discharge. The mode is switched and discharging from the battery system 100 to the load LD is permitted. Further, if necessary, the charge switch CS can be turned on and the discharge switch DS can be turned on to supply power to the load LD and charge the battery system 100 simultaneously.

バッテリシステム100で駆動される負荷LDは、放電スイッチDSを介してバッテリシステム100と接続されている。バッテリシステム100の放電モードにおいては、電源コントローラ84が放電スイッチDSをONに切り替えて、負荷LDに接続し、バッテリシステム100からの電力で負荷LDを駆動する。放電スイッチDSはFET等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチDSのON/OFFは、バッテリシステム100の電源コントローラ84によって制御される。また電源コントローラ84は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図10の例では、UARTやRS−232c等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器HTと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。   A load LD driven by the battery system 100 is connected to the battery system 100 via a discharge switch DS. In the discharge mode of the battery system 100, the power supply controller 84 switches the discharge switch DS to ON, connects to the load LD, and drives the load LD with the power from the battery system 100. As the discharge switch DS, a switching element such as an FET can be used. ON / OFF of the discharge switch DS is controlled by the power supply controller 84 of the battery system 100. The power controller 84 also includes a communication interface for communicating with external devices. In the example of FIG. 10, it is connected to the host device HT according to an existing communication protocol such as UART or RS-232c. Further, if necessary, a user interface for the user to operate the power supply system can be provided.

各電池ブロック81は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子DIと、異常出力端子DAと、接続端子DOとを含む。入出力端子DIは、他の電池ブロック81や電源コントローラ84からの信号を入出力するための端子であり、接続端子DOは他の電池ブロック81に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子DAは、電池ブロック81の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック81同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット82は並列接続スイッチ85を介して出力ラインOLに接続されて互いに並列に接続されている   Each battery block 81 includes a signal terminal and a power supply terminal. The signal terminals include an input / output terminal DI, an abnormal output terminal DA, and a connection terminal DO. The input / output terminal DI is a terminal for inputting / outputting a signal from the other battery block 81 or the power supply controller 84, and the connection terminal DO is a terminal for inputting / outputting a signal to / from the other battery block 81. . The abnormality output terminal DA is a terminal for outputting abnormality of the battery block 81 to the outside. Furthermore, the power supply terminal is a terminal for connecting the battery blocks 81 in series and in parallel. The battery units 82 are connected to the output line OL via the parallel connection switch 85 and connected in parallel to each other.

本発明のバッテリシステムは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両、又は太陽電池2発電装置や風力発電などの自然エネルギーを蓄電し、あるいは深夜電力の蓄電装置などに好適に利用できる。   The battery system of the present invention can be suitably used for an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, or for storing natural energy such as a solar battery 2 power generation device or wind power generation, or a power storage device for midnight power.

100…バッテリシステム
1…組電池
2…電池
3…電圧検出器
4…電圧検出スイッチ
5…電圧検出回路
6…直列抵抗
7…演算回路
8…コンデンサー
9…制御回路
10…電圧検出ライン
11…放電回路
12…放電抵抗
13…放電スイッチ
14…入力抵抗
15…ローパスフィルター
16…差動アンプ
17…A/Dコンバータ
81…電池ブロック
82…電池ユニット
84…電源コントローラ
85…並列接続スイッチ
90…車両本体
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
EV…車両
HV…車両
LD…負荷
CP…充電用電源
DS…放電スイッチ
CS…充電スイッチ
OL…出力ライン
HT…ホスト機器
DI…入出力端子
DA…異常出力端子
DO…接続端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Battery system 1 ... Assembly battery 2 ... Battery 3 ... Voltage detector 4 ... Voltage detection switch 5 ... Voltage detection circuit 6 ... Series resistance 7 ... Arithmetic circuit 8 ... Capacitor 9 ... Control circuit 10 ... Voltage detection line 11 ... Discharge circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Discharge resistance 13 ... Discharge switch 14 ... Input resistance 15 ... Low pass filter 16 ... Differential amplifier 17 ... A / D converter 81 ... Battery block 82 ... Battery unit 84 ... Power supply controller 85 ... Parallel connection switch 90 ... Vehicle main body 93 ... Motor 94 ... Generator 95 ... DC / AC inverter 96 ... Engine 97 ... Wheel EV ... Vehicle HV ... Vehicle LD ... Load CP ... Power supply for charging DS ... Discharge switch CS ... Charge switch OL ... Output line HT ... Host equipment DI ... On Output terminal DA ... Abnormal output terminal DO ... Connection terminal

Claims (6)

複数の電池を直列に接続してなる組電池と、前記電池の電圧を検出する電圧検出器と、前記組電池の電池を前記電圧検出器の入力側に接続する電圧検出スイッチとを備えるバッテリシステムであって、
前記電圧検出器が、入力側にコンデンサーを接続し、前記電池の電圧を所定の周期(Δt)で検出する電圧検出回路と、前記電圧検出スイッチを介して前記電池に接続する直列抵抗を有する電圧検出ラインと、前記電圧検出回路で検出される電池の電圧を演算する演算回路とを備え、
前記電圧検出スイッチが順番に切り換えられて、前記電池の電圧が電圧検出回路の入力側に入力されて、電池の電圧が前記電圧検出回路で検出されるバッテリシステムであって、
前記演算回路が、前記電圧検出回路によって所定の周期(Δt)で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数14の式で演算して、収束電圧(V)から電池の電圧を検出するようにしてなることを特徴とするバッテリシステム。
Figure 2014081268
ただし、この式において、
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
A battery system comprising an assembled battery formed by connecting a plurality of batteries in series, a voltage detector for detecting the voltage of the battery, and a voltage detection switch for connecting the battery of the assembled battery to the input side of the voltage detector. Because
The voltage detector has a voltage detection circuit that connects a capacitor on the input side and detects the voltage of the battery at a predetermined period (Δt), and a voltage having a series resistance connected to the battery via the voltage detection switch A detection line, and an arithmetic circuit for calculating the voltage of the battery detected by the voltage detection circuit,
The voltage detection switch is switched in order, the battery voltage is input to the input side of the voltage detection circuit, the battery voltage is detected by the voltage detection circuit,
The arithmetic circuit calculates a convergence voltage (V) at which the detection voltage converges from at least three detection voltages detected at a predetermined cycle (Δt) by the voltage detection circuit by the following equation (14): A battery system characterized by detecting a voltage of a battery from a convergence voltage (V).
Figure 2014081268
However, in this formula:
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).
前記電圧検出回路の入力端子が一対の電圧検出スイッチと電圧検出ラインとを介して前記電池の正負の電極に接続されて、電池の電圧が検出される請求項1に記載されるバッテリシステム。   2. The battery system according to claim 1, wherein an input terminal of the voltage detection circuit is connected to positive and negative electrodes of the battery via a pair of voltage detection switches and a voltage detection line to detect the voltage of the battery. 前記電圧検出回路の入力側に、前記電圧検出スイッチのオフ状態で前記コンデンサーを放電する放電回路を接続してなる請求項1または2に記載されるバッテリシステム。   The battery system according to claim 1, wherein a discharge circuit that discharges the capacitor when the voltage detection switch is off is connected to an input side of the voltage detection circuit. 前記電圧検出回路の入力側に入力抵抗を接続しており、この入力抵抗と前記直列抵抗とで電池の電圧を分圧して電圧検出回路に入力してなる請求項1ないし3のいずれかに記載されるバッテリシステム。   4. An input resistor is connected to the input side of the voltage detection circuit, and the voltage of the battery is divided by this input resistance and the series resistor and input to the voltage detection circuit. Battery system. 請求項1ないし4のいずれかに記載されるバッテリシステムを備える電動車両であって、
前記バッテリシステムが車両を走行させるモータに電力を供給するようにしてなる電動車両。
An electric vehicle comprising the battery system according to any one of claims 1 to 4,
An electric vehicle in which the battery system supplies power to a motor that drives the vehicle.
請求項1ないし4のいずれかに記載されるバッテリシステムを備える蓄電装置であって、
前記バッテリシステムが自然エネルギー又は深夜電力を蓄電するようにしてなる蓄電装置。
A power storage device comprising the battery system according to any one of claims 1 to 4,
A power storage device in which the battery system stores natural energy or midnight power.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014196951A (en) * 2013-03-29 2014-10-16 株式会社ケーヒン Voltage detection device
JP2017529823A (en) * 2014-09-18 2017-10-05 クアルコム,インコーポレイテッド Apparatus and method for power loss detection

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