JP2007010465A

JP2007010465A - 蓄電素子の電圧検出装置

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Publication number: JP2007010465A
Application number: JP2005191197A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Yasuzawa; 精一安沢
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP4554452B2

Abstract

【課題】装置全体の小型コンパクト化及び低コスト化を実現するとともに、汎用性を高める。電力消費の大幅低減を実現し、省エネルギ性の向上、更には的確で十分な電圧監視を可能にする。
【解決手段】複数の蓄電素子Ｂ…を二以上のブロックＡ１…に分け、各ブロックＡ１…の負極側を仮のグランドＧ１…として各ブロックＡ１…における蓄電素子Ｂ…の端子電圧Ｖ…を検出する端子電圧検出手段２…とこの端子電圧検出手段２…から得る各端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘ…を選択する最大値選択手段３…を設けるとともに、各ブロックＡ１…の最大値選択手段３…から得る最大値Ｖｍａｘ…を端子電圧検出手段２…から得る端子電圧Ｖ…と見做すことにより他のブロックＡ２…の最大値選択手段３…により選択可能にして複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続した複数の蓄電素子における端子電圧を検出する蓄電素子の電圧検出装置に関する。

一般に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車には、多数（例えば、１００個前後）の蓄電素子を直列接続したバッテリを搭載するが、このバッテリを構成する各蓄電素子の端子電圧を監視することは、バッテリ電圧の安定性、更にはバッテリの信頼性を維持する上で重要である。このため、バッテリには、通常、電圧検出装置を接続して端子電圧の監視を行っている。

従来、この種の電圧検出装置としては、特開平１１−１１３１８２号公報で開示される電池電圧測定装置が知られている。この電池電圧測定装置は、直列接続された多数の電池のそれぞれの電圧を測定する電池電圧測定装置であって、各電池毎にその両端電圧に対応する出力電圧を得る差動アンプを設け、適当数の差動アンプ毎にグループ分けし、各グループ毎に互いに絶縁した接地端子を設けるとともに、互いに絶縁された制御電源を設け、各制御電源をそれぞれのグループの各差動アンプの電源入力端子と接地端子間に接続したものである。
特開平１１−１１３１８２号

しかし、上述した従来の電圧検出装置（電池電圧測定装置）は、次のような問題があった。

第一に、全電池（全蓄電素子）における端子電圧をそれぞれ正確に検出することを目的としているため、端子電圧に対する最終的な監視を行う場合、監視側の構成及び処理が複雑化し、部品点数の増加等による装置の大型化及び高コスト化を招きやすいとともに、汎用性にも難がある。即ち、各端子電圧をＡ／Ｄ変換して車載コンピュータに取込み、ソフトウェア処理により端子電圧を監視する必要があるなど、監視側の構成及び処理の複雑化を強いられる。

第二に、監視側の構成及び処理の複雑化は電力消費の増加を招く。特に、検出対象とするバッテリ（電池）自身を電圧検出装置の電源として利用する場合、無用な電力消費をできるだけ抑えることが求められるが、この要請に十分に応えることができない。結局、電力消費の抑制を考慮するには、各端子電圧に対する検出頻度を少なくする必要があるなど、的確な監視を行うという観点から支障を生じる虞れがある。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した蓄電素子の電圧検出装置の提供を目的とするものである。

本発明の第一の形態に係る蓄電素子の電圧検出装置１（１ａ）は、上述した課題を解決するため、直列接続した複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…を検出する電圧検出装置において、複数の蓄電素子Ｂ…を二以上のブロックＡ１，Ａ２，Ａ３…に分け、各ブロックＡ１…の負極側を仮のグランドＧ１，Ｇ２…として各ブロックＡ１…における蓄電素子Ｂ…の端子電圧Ｖ…を検出する端子電圧検出手段２…とこの端子電圧検出手段２…から得る各端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘ…を選択する最大値選択手段３…を設けるとともに、各ブロックＡ１…の最大値選択手段３…から得る最大値Ｖｍａｘ…を端子電圧検出手段２…から得る端子電圧Ｖ…と見做すことにより他のブロックＡ２…の最大値選択手段３…により選択可能にして複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏを検出することを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、高電位側に位置するブロックＡ１…の最大値選択手段３…から得る最大値Ｖｍａｘ…を次の高電位側に位置するブロックＡ２…の最大値選択手段３…により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックＡｎの最大値選択手段３から複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏを得ることができる。なお、端子電圧検出手段２…及び最大値選択手段３…の電源には、蓄電素子Ｂ…を利用することができる。

一方、本発明の第二の形態に係る蓄電素子の電圧検出装置１（１ｂ）は、上述した課題を解決するため、直列接続した複数の蓄電素子Ｂにおける端子電圧Ｖ…を検出する電圧検出装置において、複数の蓄電素子Ｂ…を二以上のブロックＡ１，Ａ２，Ａ３…に分け、各ブロックＡ１…の負極側を仮のグランドＧ１，Ｇ２…として各ブロックＡ１…における蓄電素子Ｂ…の端子電圧Ｖ…を検出する端子電圧検出手段２…とこの端子電圧検出手段２…から得る各端子電圧Ｖ…の最小値Ｖｍｉｎを選択する最小値選択手段５…を設けるとともに、各ブロックＡ１…の最小値選択手段５…から得る最小値Ｖｍｉｎ…を端子電圧検出手段２…から得る端子電圧Ｖ…と見做すことにより他のブロックＡ２…の最小値選択手段５…により選択可能にして複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最小値Ｖｍｉｎｏを検出することを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、高電位側に位置するブロックＡ１…の最小値選択手段５…から得る最小値Ｖｍｉｎ…を次の高電位側に位置するブロックＡ２…の最小値選択手段５…により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックＡｎの最小値選択手段５から複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最小値Ｖｍｉｎｏを得ることができる。なお、端子電圧検出手段２…及び最小値選択手段５…の電源には、蓄電素子Ｂ…を利用することができる。

このような構成を有する本発明に係る蓄電素子の電圧検出装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）電圧検出装置１により全蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ又は最小値Ｖｍｉｎｏを容易に検出できるため、電圧検出装置１のみで端子電圧Ｖ…の異常（Ｖｍａｘｏ，Ｖｍｉｎｏ）を監視できる。したがって、監視側の構成及び処理をほとんど不要にでき、部品点数の大幅削減等により装置全体の小型コンパクト化及び低コスト化を実現できるとともに、車載コンピュータ等を利用することなく実施できるため、汎用性にも優れる。

（２）電圧検出装置１のみで端子電圧Ｖ…の異常（Ｖｍａｘｏ，Ｖｍｉｎｏ）を監視でき、監視側の構成及び処理をほとんど不要にできることから、電力消費の大幅低減を実現できる。したがって、省エネルギ性の向上のみならず、検出対象とする蓄電素子Ｂ…（バッテリ）自身を電圧検出装置１の電源として利用する場合でも、無用な電力消費が抑制されるため、その分、各端子電圧Ｖ…に対する検出頻度を増すことができるなど、的確で十分な電圧監視を行うことができる。

（３）好適な態様により、高電位側に位置するブロックＡ１…の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）を次の高電位側に位置するブロックＡ２…の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックＡｎの最大値選択手段３（最小値選択手段５）から複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ（最小値Ｖｍｉｎｏ）を得るようにすれば、本発明に係る電圧検出装置１を確実かつ合理的に実施することができる。

（４）好適な態様により、端子電圧検出手段２…及び最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）の電源に、蓄電素子Ｂ…を利用すれば、別途（追加）の直流電源が不要になるため、より実施の容易化に寄与できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る蓄電素子の電圧検出装置１の原理構成について、図１を参照して説明する。

図１中、１１はバッテリ、特に、モータにより走行する電気自動車或いはエンジンとモータを併用して走行するハイブリッド自動車に搭載するバッテリを示す。このバッテリ１１は、複数の蓄電素子Ｂ…を直列接続して構成したものであり、この蓄電素子Ｂ…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種蓄電素子を利用することができる。なお、各蓄電素子Ｂ…は、１個のセルにより構成してもよいし、複数個のセル、例えば、直列接続，並列接続又はこれらの組合わせからなる複数個のセルにより構成してもよい。また、通常、１０個前後の蓄電素子Ｂ…を直列接続することによりモジュールとして構成し、さらに、このモジュールを１０台前後直列に接続することによりバッテリ１１を構成しており、全蓄電素子Ｂ…は合計１００個前後用いられる。

そして、このバッテリ１１には、本実施形態に係る電圧検出装置１（１ａ，１ｂ）を接続する。電圧検出装置１を接続するに際しては、まず、複数（全部）の蓄電素子Ｂ…を二以上のブロックＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…に分け、各ブロックＡ１…の負極側を仮のグランドＧ１，Ｇ２，Ｇ３…に設定する。なお、複数の蓄電素子Ｂ…を、このような二以上のブロックＡ１…に分ける理由は、次のとおりである。通常、バッテリ１１は、上述したように１００個前後の蓄電素子Ｂ…を直列に接続して用いるため、バッテリ電圧、即ち、図１中、正極端子１１ｐと負極端子１１ｎ間の電圧は、４００〜５００〔Ｖ〕程度の高電圧となる。一方、各蓄電素子Ｂ…の端子電圧Ｖ…を検出するには、基準電位（グランド）を共通にする必要がある。この場合、バッテリ１１の負極端子１１ｎをグランドとして設定するのが合理的となるため、高電位から低電位までの各蓄電素子Ｂ…における両端電圧Ｖ…を基準電位によるレベルまでシフトさせる必要がある。しかし、４００〜５００〔Ｖ〕程度の高電圧を含むことから、シフトさせる際の電圧精度の低下が大きくなるとともに、各蓄電素子Ｂ…から流出する電流のバラツキも大きくなり、結局、検出する端子電圧Ｖ…のバラツキを発生させる要因となる。そこで、全蓄電素子Ｂ…を二以上のブロックＡ１…に分けることにより、各ブロックＡ１…単位の電圧をほぼブロック数で割った電圧まで低下させ、４００〜５００〔Ｖ〕程度の高電圧を含む場合に発生する電圧精度の低下や電流のバラツキを回避している。

他方、電圧検出装置１には、各ブロックＡ１，Ａ２…毎に設けた端子電圧検出手段２…を備え、一の端子電圧検出手段２には、対応する各蓄電素子Ｂ…にそれぞれ接続した電圧検出部Ｋｏ…が含まれる。これにより、各電圧検出部Ｋｏ…の出力部には、対応する各蓄電素子Ｂ…の端子電圧Ｖ…が得られる。なお、仮のグランドＧ１，Ｇ２…に直接接続される各蓄電素子Ｂ…は、基準電位に対するレベルシフトの必要がないため、電圧検出部Ｋｏを省略することができる。図１は、この電圧検出部Ｋｏを省略した場合を示しており、各ブロックＡ１…に含まれる四つの蓄電素子Ｂ…に対して三つの電圧検出部Ｋｏ…を備えている。

また、電圧検出装置１には、端子電圧検出手段２…の後段に接続した最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）を備え、一の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）には、一の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）が含まれる。この場合、上述した各電圧検出部Ｋｏ…の出力部及び仮のグランドＧ１…に接続した蓄電素子Ｂ…の正極側は、最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）の入力部に接続する。これにより、最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）の出力部には、各電圧検出部Ｋｏ…の出力部及び仮のグランドＧ１…に接続した蓄電素子Ｂ…の正極側から得る各端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）が得られる。

そして、各ブロックＡ１…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）は、電圧検出部Ｋｏ…から得る端子電圧Ｖ…と見做すことにより他のブロックＡ２…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）により選択可能にして複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ（最小値Ｖｍｉｎｏ）を検出する。即ち、図１に示すように、高電位側に位置するブロックＡ１…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）を次の高電位側に位置するブロックＡ２…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）により選択可能にし、さらに、このブロックＡ２…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）を次の高電位側に位置するブロックＡ３…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）により選択可能にするというように、順次低電位側に付与するように構成（接続）する。これにより、最低電位側に位置するブロックＡｎ（図２及び図３参照）の最大値選択部Ｐｍ（最小値選択部Ｑｍ）からは、複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ（最小値Ｖｍｉｎｏ）を得ることができる。なお、Ｋｊは、各ブロックＡ１…の最大値選択部Ｐｍ…（最小値選択部Ｑｍ…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）を電圧検出部Ｋｏ…から得る端子電圧Ｖ…と見做すための中間回路、即ち、グランドレベルを次のブロックのグランドレベルに変換するための回路であり、回路構成は電圧検出部Ｋｏと同様に構成できる。

次に、本実施形態に係る電圧検出装置１の具体的な回路構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２は最大値Ｖｍａｘｏを検出する電圧検出装置１ａを示し、図３は最小値Ｖｍｉｎｏを検出する電圧検出装置１ｂを示す。なお、電圧検出装置１ａと電圧検出装置１ｂは、理解を容易にするため、それぞれ独立した装置として表しているが、通常は、電圧検出装置１ａと電圧検出装置１ｂの双方を含む一台の電圧検出装置１として構成できる。この場合、端子電圧検出手段２…のように、両者に共通する回路は共通に使用し、異なる回路のみをそれぞれ個別に設ければよい。

まず、図２を参照して、最大値Ｖｍａｘｏを検出する電圧検出装置１ａについて説明する。なお、図２において、図１と同一部分については同一符号を付してその構成を明確にした。図２は、２つのブロックＡ１，Ａ２を示すとともに、各ブロックＡ１…には二つの蓄電素子Ｂ…を含む場合を示す。したがって、ブロックＡ２は、最低電位側に位置するブロックＡｎとなる。

ブロックＡ１において、Ｋｏは各蓄電素子Ｂ…に対応して設けた電圧検出部を示す。この場合、図１とは異なり、電圧検出部Ｋｏの省略はない。電圧検出部Ｋｏは、オペアンプ２１を備え、反転入力部は、入力抵抗Ｒ１を介して蓄電素子Ｂの正極側に接続するとともに、非反転入力部は、入力抵抗Ｒ２を介して蓄電素子Ｂの負極側に接続する。また、非反転入力部は、接地抵抗Ｒ３を介して仮のグランドＧ１に接続する。なお、Ｒ４は帰還抵抗である。これにより、オペアンプ２１の出力部からは、蓄電素子Ｂの端子電圧Ｖが得られる。なお、他方の電圧検出部Ｋｏも同様に構成する。

一方、Ｐｍは最大値選択部を示す。この最大値選択部Ｐｍは、各電圧検出部Ｋｏ…（各蓄電素子Ｂ…）に対応した数の電圧比較部Ｃｏ…を内蔵する。電圧比較部Ｃｏは、オペアンプ２２…を備え、反転入力部は、入力抵抗Ｒ５を介して電圧検出部Ｋｏ（オペアンプ２１）の出力部に接続するとともに、非反転入力部は、仮のグランドＧ１に接続する。また、オペアンプ２２の出力部は、順方向のダイオードＤ１を介して最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏに接続する。なお、Ｒ６は帰還抵抗である。そして、他方の電圧比較部Ｃｏも同様に構成し、オペアンプ２２の出力部は、順方向のダイオードＤ１を介して最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏにコモン接続（共通接続）する。

これにより、各電圧検出部Ｋｏ…の出力部から得た端子電圧Ｖ…は、それぞれ対応する電圧比較部Ｃｏ…の入力部に付与される。この際、各電圧比較部Ｃｏ…の出力部は、最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏにコモン接続されるため、この出力部Ｐｍｏからは、各電圧比較部Ｃｏ…（各ダイオードＤ１…）から出力する電圧（端子電圧Ｖ…）のうち、最も高い電圧が最大値Ｖｍａｘとして出力する。

以上の構成は、ブロックＡ２側においても同様に構成される。また、図２において、ブロックＡ１における最大値選択部Ｐｍの後段には、中間回路Ｋｊｓ及び電圧比較部Ｃｏｓを順次接続する。中間回路Ｋｊｓは、図１に示した中間回路Ｋｊに対応し、電圧検出部Ｋｏと同様の機能を有している。なお、２３はオペアンプ、Ｒ７〜Ｒ９は抵抗を示す。さらに、電圧比較部Ｃｏｓは、機能的には図１に示したブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍに含まれる。この電圧比較部Ｃｏｓは、最大値選択部Ｐｍに含まれる上述した電圧比較部Ｃｏと同様に構成する。なお、２４はオペアンプ、Ｒ１０及びＲ１１は抵抗、Ｄ１はダイオードを示し、オペアンプ２４の非反転入力部は、ブロックＡ２側における仮のグランドＧ２に接続する。

よって、ブロックＡ１における最大値選択部Ｐｍから得る最大値Ｖｍａｘは、中間回路Ｋｊｓを介して出力し、この中間回路Ｋｊｓの出力は、電圧検出部Ｋｏから得る端子電圧Ｖと見做される。また、中間回路Ｋｊｓの出力は、電圧比較部Ｃｏｓに付与されるとともに、電圧比較部Ｃｏｓの出力部は、他方のブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏに接続される。したがって、他方のブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏでは、ブロックＡ２における二つの電圧比較部Ｃｏ…から得る電圧（端子電圧Ｖ…）に加えて、ブロックＡ１における電圧比較部Ｃｏｓから得る最大値Ｖｍａｘが選択対象となり、この三つの電圧（二つの端子電圧Ｖ…と一つの最大値Ｖｍａｘ）のうち、最も高い電圧が最大値Ｖｍａｘとして出力する。

同様のブロックがさらに設定されている場合には、同様の処理が順次行われることになるが、図２の場合には、ブロックＡ２が最低電位側に位置するブロックＡｎとなるため、ブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏから得る最大値Ｖｍａｘが最終的に得る最大値Ｖｍａｘ、即ち、全蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏとなる。したがって、電圧検出装置１の出力となる最大値Ｖｍａｘｏを、別途設定した閾値と比較するなどにより異常値か否か判別できるようにすれば、異常値が検出された際には電圧異常警報として出力するなどにより容易に異常電圧（過大電圧）の監視を行うことができる。

ところで、端子電圧検出手段２…及び最大値選択手段３…に用いるオペアンプ２１，２２…等には直流電源が接続されるが、この直流電源にはバッテリ１１を利用する。図２において、仮想線で示すＬｐは、オペアンプ２１，２２…等をバッテリ１１に接続する電源ラインを示す。このように、端子電圧検出手段２…及び最大値選択手段３…の電源に、蓄電素子Ｂ…を利用することにより、別途（追加）の直流電源が不要になるため、より実施の容易化に寄与できる。

次に、図３を参照して、最小値Ｖｍｉｎｏを検出する電圧検出装置１ｂについて説明する。なお、図３において、図２と同一部分については同一符号を付してその構成を明確にした。

図３に示す電圧検出装置１ｂの基本的な構成は、一部を除き図２に示した電圧検出装置１ａと同じである。図３に示す電圧検出装置１ｂにおいて、図２に示した電圧検出装置１ａと異なる点は、電圧検出装置１ａにおける最大値選択部Ｐｍ…（最大値選択手段３…）の代わりに最小値Ｖｍｉｎを選択する最小値選択部Ｑｍ…（最小値選択手段５…）を備える点である。具体的には、最大値選択部Ｐｍで用いるダイオードＤ１に対して、最小値選択部Ｑｍで用いるダイオードＤ２は逆方向に接続する。即ち、電圧検出装置１ａで用いるダイオードＤ１は、オペアンプ２２から出力部Ｐｍｏに対して順方向に接続したが、電圧検出装置１ｂで用いるダイオードＤ２は、オペアンプ２２から出力部Ｑｍｏに対して逆方向に接続する。また、これに対応して、コモン接続した出力部Ｑｍｏには電源抵抗Ｒ１２を介して電源ラインＬｐを接続する。

これにより、逆方向に接続したダイオードＤ２…とコモン接続した出力部Ｑｍｏに付加された電源ラインＬｐにより、出力部Ｑｍｏには、各ダイオードＤ２…（各電圧比較部Ｃｏ…，Ｃｏｓ）から出力する電圧（端子電圧Ｖ…）のうち、最も低い電圧が最小値Ｖｍｉｎとして出力するとともに、最終段の出力部Ｑｍｏからは、全蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最小値Ｖｍｉｎｏが出力する。したがって、電圧検出装置１ｂの出力となる最小値Ｖｍｉｎｏを、別途設定した閾値と比較するなどにより異常値か否か判別できるようにすれば、異常値が検出された際には電圧異常警報として出力するなどにより容易に異常電圧（過小電圧）の監視を行うことができる。なお、他の基本的な構成及び動作（機能）は、図２に示した最大値Ｖｍａｘｏを検出する電圧検出装置１ａと同じである。

次に、図４及び図５を参照して電圧検出装置１ａ及び１ｂの他の具体的な回路例について説明する。

まず、図４を参照して、最大値Ｖｍａｘｏを検出する電圧検出装置１ａについて説明する。なお、図４において、図２と同一部分については同一符号を付してその構成を明確にした。図４は、２つのブロックＡ１，Ａ２を示すとともに、各ブロックＡ１…には三つの蓄電素子Ｂ…を含む場合を示す。

ブロックＡ１において、オペアンプ２５が電圧検出部Ｋｏの要部を構成する。この場合、オペアンプ２５の非反転入力部は、入力抵抗Ｒ１５を介して対応する蓄電素子Ｂの正極側に接続するとともに、オペアンプ２５の反転入力部は、入力抵抗Ｒ１６を介して対応する蓄電素子Ｂの負極側に接続する。また、オペアンプ２５の非反転入力部は、接地抵抗Ｒ１７を介して仮のグランドＧ１に接続する。これにより、オペアンプ２５の出力部には、蓄電素子Ｂの端子電圧Ｖを得る。なお、仮想線で示すＬｐはオペアンプ２５と蓄電素子Ｂ…（バッテリ１１）を接続した電源ラインを示す。

一方、Ｐｍｏは、最大値選択部Ｐｍの出力部であり、オペアンプ２５の出力部から順方向のダイオードＤ３を介して当該出力部Ｐｍｏに接続するとともに、この出力部Ｐｍｏとオペアンプ２５の反転入力部は帰還抵抗Ｒ１８により接続する。これにより、電圧検出部Ｋｏに対応する電圧比較部Ｃｏが構成される。他のオペアンプ２５…の出力部もそれぞれ順方向のダイオードＤ３…を介して当該出力部Ｐｍｏにコモン接続する。これにより、最大値選択部Ｐｍが構成され、出力部Ｐｍｏからは、各電圧比較部Ｃｏ…（各ダイオードＤ３…）から出力する電圧（端子電圧Ｖ…）のうち、最も高い電圧が最大値Ｖｍａｘとして出力する。

このように、図４に示す電圧検出装置１ａは、いわば、端子電圧検出手段２…（電圧検出部Ｋｏ…）と最大値選択手段３…（電圧比較部Ｃｏ…）を一体化したものであり、図２の回路例に対して、回路構成をより簡略化できる利点がある。

さらに、Ｋｊｓは図２における中間回路を示すとともに、Ｃｏｓは図２における電圧比較部を示す。図４に示す電圧検出装置１ａの場合、中間回路Ｋｊｓ及び電圧比較部Ｃｏｓの基本的な構成は、前段における電圧検出部Ｋｏ及び電圧比較部Ｃｏと同じになる。このため、中間回路Ｋｊｓ及び電圧比較部Ｃｏｓにおいて、電圧検出部Ｋｏ及び電圧比較部Ｃｏと同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。図４に示す電圧検出装置１ａでは、ブロックＡ１における電圧比較部ＣｏｓのダイオードＤ３を次のブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏに接続する。これにより、ブロックＡ１における中間回路Ｋｊｓを構成するオペアンプ２５の出力部から得る最大値Ｖｍａｘは、電圧検出部Ｋｏから得る端子電圧Ｖと見做される。また、中間回路Ｋｊｓの出力は、ダイオードＤ３を介してブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏに付与される。

したがって、ブロックＡ２における最大値選択部Ｐｍの出力部Ｐｍｏでは、ブロックＡ２における三つの電圧比較部Ｃｏ…から得る電圧（端子電圧Ｖ…）に加えて、ブロックＡ１における電圧比較部Ｃｏｓから得る最大値Ｖｍａｘが選択対象となり、この四つの電圧（三つの端子電圧Ｖ…と一つの最大値Ｖｍａｘ）のうち、最も高い電圧が最大値Ｖｍａｘとして出力する。そして、以下のブロックＡ３…においても同様の処理が順次行われることになる。

次に、図５を参照して、最小値Ｖｍｉｎｏを検出する電圧検出装置１ｂについて説明する。なお、図５において、図４と同一部分については同一符号を付してその構成を明確にした。

図５に示す電圧検出装置１ｂの基本的な構成は、一部を除き図４に示した電圧検出装置１ａと同じである。図５に示す電圧検出装置１ｂにおいて、図５に示した電圧検出装置１ａと異なる点は、電圧検出装置１ａにおける最大値選択部Ｐｍ…（最大値選択手段３…）の代わりに最小値Ｖｍｉｎを選択する最小値選択部Ｑｍ…（最小値選択手段５…）を備える点である。具体的には、最大値選択部Ｐｍで用いるダイオードＤ３に対して、最小値選択部Ｑｍで用いるダイオードＤ４は逆方向に接続する。即ち、電圧検出装置１ａで用いるダイオードＤ３は、オペアンプ２５から出力部Ｐｍｏに対して順方向に接続したが、電圧検出装置１ｂで用いるダイオードＤ４は、オペアンプ２５から出力部Ｑｍｏに対して逆方向に接続する。また、これに対応して、コモン接続した出力部Ｑｍｏには電源抵抗Ｒ１９を介して電源ラインＬｐを接続する。

これにより、逆方向に接続したダイオードＤ４…とコモン接続した出力部Ｑｍｏに付加された電源ラインＬｐにより、出力部Ｑｍｏには、各ダイオードＤ４…（各電圧比較部Ｃｏ…，Ｃｏｓ）から出力する電圧（端子電圧Ｖ…）のうち、最も低い電圧が最小値Ｖｍｉｎとして出力するとともに、最終段の出力部Ｑｍｏからは、全蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最小値Ｖｍｉｎｏが出力する。したがって、電圧検出装置１ｂの出力となる最小値Ｖｍｉｎｏを、別途設定した閾値と比較するなどにより異常値か否か判別できるようにすれば、異常値が検出された際には電圧異常警報として出力するなどにより容易に異常電圧（過小電圧）の監視を行うことができる。なお、他の基本的な構成及び動作（機能）は、図４に示した最大値Ｖｍａｘｏを検出する電圧検出装置１ａと同じである。

よって、このような本実施形態に係る電圧検出装置１（１ａ，１ｂ）によれば、電圧検出装置１により全蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ又は最小値Ｖｍｉｎｏを容易に検出できるため、電圧検出装置１のみで端子電圧Ｖ…の異常（Ｖｍａｘｏ，Ｖｍｉｎｏ）を監視できる。したがって、監視側の構成及び処理をほとんど不要にでき、部品点数の大幅削減等により装置全体の小型コンパクト化及び低コスト化を実現できるとともに、車載コンピュータ等を利用することなく実施できるため、汎用性にも優れる。また、電圧検出装置１のみで端子電圧Ｖ…の異常（Ｖｍａｘｏ，Ｖｍｉｎｏ）を監視でき、監視側の構成及び処理をほとんど不要にできることから、電力消費の大幅低減を実現できる。したがって、省エネルギ性の向上のみならず、検出対象とする蓄電素子Ｂ…（バッテリ）自身を電圧検出装置１の電源として利用する場合でも、無用な電力消費が抑制されるため、その分、各端子電圧Ｖ…に対する検出頻度を増すことができるなど、的確で十分な電圧監視を行うことができる。特に、高電位側に位置するブロックＡ１…の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）を次の高電位側に位置するブロックＡ２…の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックＡｎの最大値選択手段３（最小値選択手段５）から複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ（最小値Ｖｍｉｎｏ）を得るようにしたため、本発明に係る電圧検出装置１を確実かつ合理的に実施することができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の回路構成，部品，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、端子電圧検出手段２…，最大値選択手段３…及び最小値選択手段５…の回路構成は、例示に限定されるものではなく、同一機能を有する他の回路で置換することができる。また、高電位側に位置するブロックＡ１…の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）から得る最大値Ｖｍａｘ…（最小値Ｖｍｉｎ…）を次の高電位側に位置するブロックＡ２…の最大値選択手段３…（最小値選択手段５…）により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックＡｎの最大値選択手段３（最小値選択手段５）から複数の蓄電素子Ｂ…における端子電圧Ｖ…の最大値Ｖｍａｘｏ（最小値Ｖｍｉｎｏ）を得るようにしたが、必ずしもこのような順位に限定されるものではない。さらに、端子電圧検出手段２…及び最大値選択手段３…の電源として、蓄電素子Ｂ…を利用した場合を示したが、別途の電源を利用しても勿論よい。なお、電圧検出装置１を接続する対象として、電気自動車或いはハイブリッド自動車に搭載するバッテリ１１を例示したが、複数の蓄電素子を備える場合の各種用途を対象とすることができる。

本発明の最良の実施形態に係る電圧検出装置の原理構成図、同電圧検出装置であって最大値を検出する電圧検出装置の具体的な回路構成図、同電圧検出装置であって最小値を検出する電圧検出装置の具体的な回路構成図、同電圧検出装置であって最大値を検出する電圧検出装置の他の具体的な回路構成図、同電圧検出装置であって最小値を検出する電圧検出装置の他の具体的な回路構成図、

符号の説明

１電圧検出装置
１ａ電圧検出装置
１ｂ電圧検出装置
２… 端子電圧検出手段
３… 最大値選択手段
５… 最小値選択手段
Ｂ… 蓄電素子
Ｖ… 端子電圧
Ａ１… ブロック
Ｇ１… 仮のグランド
Ｖｍａｘ… 最大値
Ｖｍａｘｏ最大値
Ｖｍｉｎ… 最小値
Ｖｍｉｎｏ最小値

Claims

直列接続した複数の蓄電素子における端子電圧を検出する蓄電素子の電圧検出装置において、前記複数の蓄電素子を二以上のブロックに分け、各ブロックの負極側を仮のグランドとして各ブロックにおける蓄電素子の端子電圧を検出する端子電圧検出手段とこの端子電圧検出手段から得る各端子電圧の最大値を選択する最大値選択手段を設けるとともに、各ブロックの最大値選択手段から得る最大値を前記端子電圧検出手段から得る端子電圧と見做すことにより他のブロックの最大値選択手段により選択可能にして前記複数の蓄電素子における端子電圧の最大値を検出することを特徴とする蓄電素子の電圧検出装置。
高電位側に位置するブロックの最大値選択手段から得る最大値を次の高電位側に位置するブロックの最大値選択手段により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックの最大値選択手段から前記複数の蓄電素子における端子電圧の最大値を得ることを特徴とする請求項１記載の蓄電素子の電圧検出装置。
前記端子電圧検出手段及び前記最大値選択手段の電源には、前記蓄電素子を利用することを特徴とする請求項１記載の蓄電素子の電圧検出装置。
直列接続した複数の蓄電素子における端子電圧を検出する蓄電素子の電圧検出装置において、前記複数の蓄電素子を二以上のブロックに分け、各ブロックの負極側を仮のグランドとして各ブロックにおける蓄電素子の端子電圧を検出する端子電圧検出手段とこの端子電圧検出手段から得る各端子電圧の最小値を選択する最小値選択手段を設けるとともに、各ブロックの最小値選択手段から得る最小値を前記端子電圧検出手段から得る端子電圧と見做すことにより他のブロックの最小値選択手段により選択可能にして前記複数の蓄電素子における端子電圧の最小値を検出することを特徴とする蓄電素子の電圧検出装置。
高電位側に位置するブロックの最小値選択手段から得る最小値を次の高電位側に位置するブロックの最小値選択手段により順次選択可能にし、最低電位側に位置するブロックの最小値選択手段から前記複数の蓄電素子における端子電圧の最小値を得ることを特徴とする請求項４記載の蓄電素子の電圧検出装置。
前記端子電圧検出手段及び前記最小値選択手段の電源には、前記蓄電素子を利用することを特徴とする請求項４記載の蓄電素子の電圧検出装置。