JP2010181168A - Battery module voltage detector - Google Patents

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Taido Onuki
泰道 大貫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the difference in frequency response between battery modules whose voltage is measured. <P>SOLUTION: A battery module voltage detector includes (m+1) resistors Rm connecting an input terminal connected to a voltage detecting terminal extracted from a connection point between modules and an output terminal connected to a voltage detector; and m capacitors connecting between terminals of each of the resistors. With this structure, the battery module voltage detector has a low-pass filter characteristic. The resistors have a substantially same resistance value, except a (1+m/2)-th resistor. The capacitors are disposed to connect an output terminal of the (1+m/2)-th resistor and an output terminal of an n-th resistor, and all of the capacitors have a substantially same capacitance. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、組電池の電池モジュールの電圧を個々に検出する電池モジュール電圧検出装置に関する。   The present invention relates to a battery module voltage detection device that individually detects the voltage of a battery module of an assembled battery.

電気自動車やハイブリッド自動車などの車両は、多数の電池モジュールが直列に接続された組電池によってモータに電力供給されるように構成されている。この電力供給のとき、複数のセルの直列回路である電池モジュールの電圧が常時監視されている。
組電池の電池モジュールの電圧を検出する方法として、スイッチを用いて測定する電池モジュールを順次切り替えながら同一のコンデンサに出力電圧を充電させて、このコンデンサの両端電圧を差動増幅器を用いて測定する方式が知られている。
A vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is configured such that electric power is supplied to the motor by an assembled battery in which a large number of battery modules are connected in series. During this power supply, the voltage of the battery module, which is a series circuit of a plurality of cells, is constantly monitored.
As a method of detecting the voltage of the battery module of the assembled battery, the output voltage is charged to the same capacitor while sequentially switching the battery modules to be measured using a switch, and the voltage across the capacitor is measured using a differential amplifier. The method is known.

ところで、差動増幅器のアナログ出力信号をA/D変換器でデジタル信号に変換するとき、サンプリング周波数の1/2以上の周波数のノイズ成分によってエイリアシング誤差が発生することが知られている。このエイリアシング誤差を排除する目的で被計測部位とスイッチとの間にアンチエイリアシングフィルタを適用することが望ましい。   By the way, it is known that when an analog output signal of a differential amplifier is converted into a digital signal by an A / D converter, an aliasing error occurs due to a noise component having a frequency equal to or higher than half the sampling frequency. In order to eliminate the aliasing error, it is desirable to apply an anti-aliasing filter between the measurement site and the switch.

抵抗器及びコンデンサからなる低域濾波器を備えたアンチエイリアシングフィルタを電池モジュール毎に設けた電圧検出回路の例が、特許文献1に開示されている。   Patent Document 1 discloses an example of a voltage detection circuit in which an anti-aliasing filter including a low-pass filter including a resistor and a capacitor is provided for each battery module.

特開2005−003618号公報JP-A-2005-003618

しかしながら、特許文献1に記載された技術は、電池モジュール間に接続された抵抗器が共通になっているので、電池モジュール毎のフィルタ特性が異なり、電池モジュール間の周波数応答に差が生じ問題となる。つまり、モジュールごとに2本の抵抗器を使うと周波数応答は均一になるが、モジュール間で抵抗器を共有して部品数を減らすとモジュール間での周波数応答が異なってしまう。その場合、各電池モジュールの電圧波形に差異がない状態であっても、フィルタ通過後の電圧波形が部位ごとに異なって観測されるため、電圧モジュールの状態が異なっているものと誤認識してしまう。特に、特許文献1では、回路部品の定数を基にモジュール間の差異を補正するものであるが、定数が厳密に把握できていなければならず定数誤差や定数変動で生じる誤差が大きい。また、スイッチを所定の遅延時間を有するスイッチ、例えば、フォトMOSリレーで構成する場合には、遅延時間が長いので、スイッチのサンプリング周波数を高くすることができない。このため、フォトMOSリレーを用いた電圧検出装置は、比較的低い周波数のノイズの影響を受けるという問題点がある。   However, since the technique described in Patent Document 1 has a common resistor connected between the battery modules, the filter characteristics for each battery module are different, resulting in a difference in frequency response between the battery modules. Become. That is, if two resistors are used for each module, the frequency response becomes uniform, but if the resistors are shared between the modules and the number of components is reduced, the frequency response between the modules will be different. In that case, even if there is no difference in the voltage waveform of each battery module, the voltage waveform after passing through the filter is observed differently for each part. End up. In particular, Patent Document 1 corrects differences between modules based on circuit component constants. However, the constants must be accurately grasped, and errors caused by constant errors and constant fluctuations are large. Further, when the switch is configured with a switch having a predetermined delay time, for example, a photo MOS relay, the delay time is long, so that the sampling frequency of the switch cannot be increased. For this reason, a voltage detection device using a photo MOS relay has a problem that it is affected by noise of a relatively low frequency.

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、電圧を検出する電池モジュール相互間の周波数応答の差を低減することができる電池モジュール電圧検出装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a battery module voltage detection device that can reduce a difference in frequency response between battery modules that detect voltage. .

前記課題を解決するため、本発明は、少なくとも1つ以上のセルからなる電池モジュール[Em]がm(mは偶数)個直列に接続された組電池[150]の前記電池モジュールの電圧をそれぞれ独立に検出する電池モジュールの電圧検出装置[100]であって、最上位モジュールの正極からと、最下位モジュールの負極からと、モジュール間の(m−1)個の接続点から引き出される合計(m+1)個の電圧検出端子と、前記各電圧検出端子に(m+1)個の入力端を接続したフィルタ回路[Fi]と、前記フィルタ回路の(m+1)個の出力端に接続されて電圧を検出する電圧検出回路と、を備え、前記フィルタ回路は、前記入力端と、前記出力端との間を接続する(m+1)個の抵抗器[Rm]と、この各抵抗器の端子間を接続するようにm個のコンデンサ[Cm]とが配置された低域フィルタ回路であり、前記抵抗器の抵抗値は、(1+m/2)番目の抵抗器を除き、略同一の抵抗値であり、前記コンデンサは、(1+m/2)番目の抵抗器の出力端側端子と、n(nは(1+m/2)を除く)1から(m+1)までの整数)番目の抵抗器の出力端側端子とを接続するように配置され、すべての前記コンデンサのキャパシタンスが、略同一であることを特徴とする。なお、大括弧[]内の数字・記号は例示である。   In order to solve the above-described problems, the present invention relates to voltages of the battery modules of the assembled battery [150] in which m (m is an even number) battery modules [Em] including at least one or more cells are connected in series. A voltage detection device [100] for a battery module that detects independently, the sum being drawn from (m−1) connection points between modules from the positive electrode of the highest module and the negative electrode of the lowest module. m + 1) voltage detection terminals, a filter circuit [Fi] having (m + 1) input terminals connected to each voltage detection terminal, and a voltage detected by being connected to (m + 1) output terminals of the filter circuit And (m + 1) resistors [Rm] for connecting between the input end and the output end, and connecting between the terminals of the resistors. Yo And m capacitors [Cm] are arranged in the low-pass filter circuit, and the resistance value of the resistor is substantially the same except for the (1 + m / 2) th resistor, and the capacitor Is the output terminal of the (1 + m / 2) th resistor and the output terminal of the nth (n is an integer from 1 to (m + 1)) except for (1 + m / 2). The capacitors are arranged to be connected, and all the capacitors have substantially the same capacitance. The numbers and symbols in square brackets [] are examples.

本発明によれば、電圧を検出する電池モジュール相互間の周波数応答の差を低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the difference of the frequency response between the battery modules which detect a voltage can be reduced.

本発明の第1実施形態である組電池電圧測定回路のブロック図である。It is a block diagram of the assembled battery voltage measurement circuit which is 1st Embodiment of this invention. m=6の場合の、組電池電圧測定装置の構成図である。It is a block diagram of the assembled battery voltage measuring apparatus in the case of m = 6. フィルタ特性を説明するための交流電圧成分のみの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of only an alternating voltage component for explaining filter characteristics. 隣接する出力側端子間の周波数特性を示すRCフィルタ一段の等価回路である。It is the equivalent circuit of one stage of RC filter which shows the frequency characteristic between adjacent output side terminals. 本発明の比較例の構成図である。It is a block diagram of the comparative example of this invention. 本発明の他の比較例の構成図である。It is a block diagram of the other comparative example of this invention. 本発明のさらに他の比較例の交流等価回路図である。FIG. 6 is an AC equivalent circuit diagram of still another comparative example of the present invention.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態である組電池電圧測定回路(電池モジュール電圧検出装置)のブロック図である。
図1において、組電池電圧測定回路100は、同一規格の複数個の電池モジュールE1〜Em/2,E(m/2+1)〜Em(mは偶数)を直列接続した組電池150を測定対象とし、アンチエイリアシングフィルタF1と、モジュール電圧検出回路U1と、制御回路10とを備え、モジュール電圧検出回路U1は、スイッチ群20(Sw0〜Sw(m/2−1),Sw(m/2),Sw(m/2+1)〜Swm)と、コンデンサC01と、出力スイッチ30(SwD1,SwD2)と、差動増幅器DA1とを備えている。なお、スイッチSw0〜Swm及びスイッチSwD1,SwD2には、フォトMOSリレーが使用される。また、組電池150の電池モジュールとアンチエイリアシングフィルタF1との間は、入力端側端子Fi0,Fi1,…,Fi6(図2)を介して接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of an assembled battery voltage measurement circuit (battery module voltage detection device) according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an assembled battery voltage measuring circuit 100 is a measurement object of an assembled battery 150 in which a plurality of battery modules E1 to Em / 2, E (m / 2 + 1) to Em (m is an even number) of the same standard are connected in series. , An anti-aliasing filter F1, a module voltage detection circuit U1, and a control circuit 10. The module voltage detection circuit U1 includes switch groups 20 (Sw0 to Sw (m / 2-1), Sw (m / 2), Sw (m / 2 + 1) to Swm), a capacitor C01, an output switch 30 (Sw D1 , Sw D2 ), and a differential amplifier DA1. Photo MOS relays are used for the switches Sw0 to Swm and the switches Sw D1 and Sw D2 . Further, the battery module of the assembled battery 150 and the anti-aliasing filter F1 are connected via input terminal terminals Fi0, Fi1,..., Fi6 (FIG. 2).

ここで、組電池150の全体の電圧を直接測定するには電圧が高すぎることと、個々の電池モジュールE1,E2〜Emの電圧を測定する目的とがあるために、制御回路10がスイッチSw0〜Swmの開閉を順次切り替えて隣接する抵抗器の出力側電位差を測定するようになっている。
例えば、電池モジュールE1を測定対象とする場合は、1対のスイッチSw0,Sw1を閉じて、電池モジュールE1の電圧をコンデンサC01に充電する。そして、組電池電圧測定回路100は、所定時間経過後にこの1対のスイッチSw0,Sw1を開いて、スイッチSwD1,SwD2を閉じ、充電された電圧を差動増幅器DA1を介して図示しないA/D変換器で検出する。そして、この電圧検出を、制御回路10が電池モジュールE1から電池モジュールEmまで順次行うことにより、組電池電圧測定回路100は、各電池モジュールE1,E2〜Emの電圧を検出する。
Here, since the voltage is too high to directly measure the entire voltage of the assembled battery 150 and the purpose is to measure the voltages of the individual battery modules E1, E2 to Em, the control circuit 10 switches the switch Sw0. ˜Swm is sequentially switched to measure the output side potential difference between adjacent resistors.
For example, when the battery module E1 is a measurement target, the pair of switches Sw0 and Sw1 are closed, and the voltage of the battery module E1 is charged to the capacitor C01. Then, the battery pack voltage measuring circuit 100 opens switch Sw0, Sw1 of the pair after a predetermined time has elapsed, closing the switch Sw D1, Sw D2, not shown voltage charged via the differential amplifier DA1 A Detect with / D converter. And the assembled battery voltage measurement circuit 100 detects the voltage of each battery module E1, E2-Em because the control circuit 10 performs this voltage detection sequentially from the battery module E1 to the battery module Em.

すなわち、組電池電圧測定回路100は、電池モジュールE1,E2〜Emの出力に接続され、隣接する抵抗器の出力側電位差を、スイッチSw0〜Swmのうちの1対を閉じることによってコンデンサC01に充電させる。そして、組電池電圧測定回路100は、所定時間経過後にその1対のスイッチを開いてスイッチSwD1,SwD2を閉じ、差動増幅器DA1を介してコンデンサC01に充電された電圧をA/D変換器で検出して、その検出値から電池モジュールの電圧を計算する。なお、この間のスイッチSw0〜Swm、SwD1,SwD2の切り替えとオン・オフタイミングとの制御は、制御回路10によって行われる。 That is, the assembled battery voltage measurement circuit 100 is connected to the outputs of the battery modules E1, E2 to Em, and charges the capacitor C01 by closing the pair of switches Sw0 to Swm with the output-side potential difference between adjacent resistors. Let The assembled battery voltage measurement circuit 100 opens the pair of switches after a predetermined time, closes the switches Sw D1 and Sw D2 , and A / D converts the voltage charged in the capacitor C01 via the differential amplifier DA1. The voltage of the battery module is calculated from the detected value. During this time the switch Sw0~Swm, control of switching the on-off timing of the Sw D1, Sw D2 is performed by the control circuit 10.

本実施形態の特徴構成であるアンチエイリアシングフィルタ(フィルタ回路)F1は、同一抵抗値の(m+1)個の抵抗器と同一キャパシタンスのm個のコンデンサとを備え、各々の抵抗器は、電池モジュールの電圧検出端子と、スイッチ群20のスイッチSw0〜Swmとの間に接続されている。また、各々のコンデンサC1,C2,…,C(m/2),C(m/2+1),…,C(m−1),Cmは、抵抗器R0から数えて(1+m/2)番目の抵抗器である抵抗器R(m/2)の出力端側端子と、抵抗器R0から抵抗器Rmまでの出力側端子との間に接続されている。   The anti-aliasing filter (filter circuit) F1 which is a characteristic configuration of the present embodiment includes (m + 1) resistors having the same resistance value and m capacitors having the same capacitance, and each resistor is a battery module. The voltage detection terminal is connected between the switches Sw <b> 0 to Swm of the switch group 20. In addition, each capacitor C1, C2,..., C (m / 2), C (m / 2 + 1),..., C (m−1), Cm is the (1 + m / 2) th from the resistor R0. The resistor R (m / 2), which is a resistor, is connected between the output end side terminal and the output side terminals from the resistor R0 to the resistor Rm.

図2は、m=6の場合の、組電池電圧測定装置100の構成図である。
すなわち、組電池電圧測定装置100は、アンチエイリアシングフィルタF1とモジュール電圧検出回路U1とを備え、組電池150のモジュール電圧を測定するように構成されている。
組電池150は、直列接続された同一規格の電池モジュールE1,E2,…,E6を備え、アンチエイリアシングフィルタ(フィルタ回路)F1は、入力端側端子Fi0,Fi1,…,Fi6を介して組電池150の電池モジュールE1,E2,…,E6に接続され、出力端側端子Fo0,Fo1,…,Fo6を介してモジュール電圧検出装置U1の入力VC0,VC1,…,VC6に接続されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of the assembled battery voltage measuring apparatus 100 when m = 6.
That is, the assembled battery voltage measuring apparatus 100 includes an anti-aliasing filter F1 and a module voltage detection circuit U1, and is configured to measure the module voltage of the assembled battery 150.
The assembled battery 150 includes battery modules E1, E2,..., E6 of the same standard connected in series, and the anti-aliasing filter (filter circuit) F1 is assembled through the input end terminals Fi0, Fi1,. , E6 are connected to 150 battery modules E1, E2,..., E6, and connected to inputs VC0, VC1,..., VC6 of the module voltage detection device U1 through output terminal terminals Fo0, Fo1,.

また、アンチエイリアシングフィルタF1は、抵抗値r0の7個の抵抗器R0,R1,…,R6と、キャパシタンスc0の6個のコンデンサC1,C2,…,C6とを備え、抵抗器R0,R1,…,R6は、入力端側端子Fi0,Fi1,…,Fi6と、出力端側端子Fo0,Fo1,…,Fo6との間に各々接続され、すべてのコンデンサC1,C2,…,C6の一端が抵抗器R3と出力端側端子Fo3との接続点に接続されている。
また、コンデンサC1,C2,…,C6の他端は、抵抗器R3を除いて抵抗器R0,R1,R2,R4,R5,R6と出力端側端子Fo0,Fo1,Fo2,Fo4,Fo5,Fo6の接続点に各々接続されている。すなわち、アンチエイリアシングフィルタF1は、抵抗器R3を中心として高電位側と低電位側とで線対称に構成されている。
The anti-aliasing filter F1 includes seven resistors R0, R1,..., R6 having a resistance value r0 and six capacitors C1, C2,. .., R6 are respectively connected between the input end side terminals Fi0, Fi1,..., Fi6 and the output end side terminals Fo0, Fo1,..., Fo6, and one end of each of the capacitors C1, C2,. The resistor R3 is connected to the connection point between the output end side terminal Fo3.
The other ends of the capacitors C1, C2,..., C6 are the resistors R0, R1, R2, R4, R5, R6 and the output end side terminals Fo0, Fo1, Fo2, Fo4, Fo5, Fo6 except for the resistor R3. Are connected to each connection point. That is, the anti-aliasing filter F1 is configured to be symmetrical with respect to the high potential side and the low potential side with the resistor R3 as the center.

図3は、図2に記載した組電池電圧測定回路100のフィルタ特性を説明するための交流電圧成分のみの等価回路図である。すなわち、図2の電池モジュールE1,E2,…,E6は、交流電圧成分V1,V2,…,V6に置き換えられている。
アンチエイリアシングフィルタF1は、抵抗器R3を中心として高電位側と接地側(低電位側)とで線対称に構成されている。ここで、交流電圧成分V1,V2,…,V6は、同一電圧v0とすると、交流電圧成分V1+V2+…+V6による電流i16は、抵抗器R0とコンデンサC1,C6と抵抗器R6を介して流れ、交流電圧成分V2+V3+V4+V5による電流i25は、抵抗器R1とコンデンサC2,C5と抵抗器R5とを介して流れ、交流電圧成分V3+V4による電流i34は、抵抗器R2とコンデンサC3,C4と抵抗器R4とを介して流れる。したがって、抵抗器R3には、全く電流が流れず、抵抗器3を導線(導体線)に置き換えることができる。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of only the AC voltage component for explaining the filter characteristics of the assembled battery voltage measurement circuit 100 shown in FIG. That is, the battery modules E1, E2,..., E6 in FIG. 2 are replaced with AC voltage components V1, V2,.
The anti-aliasing filter F1 is configured to be symmetrical with respect to the high potential side and the ground side (low potential side) around the resistor R3. Here, if the AC voltage components V1, V2,..., V6 are the same voltage v0, the current i16 due to the AC voltage components V1 + V2 +... + V6 flows through the resistor R0, the capacitors C1, C6, and the resistor R6. A current i25 caused by the voltage component V2 + V3 + V4 + V5 flows through the resistor R1, capacitors C2, C5, and the resistor R5, and a current i34 caused by the AC voltage component V3 + V4 passes through the resistor R2, the capacitors C3, C4, and the resistor R4. Flowing. Therefore, no current flows through the resistor R3, and the resistor 3 can be replaced with a conducting wire (conductor wire).

ここで、Z0=1/jωc0と置いて、出力端側端子Fo0,Fo1,Fo2,Fo3,Fo4,Fo5,Fo6の各電位を算出する。
抵抗器R3には電流が流れないので、出力端側端子Fo3の電位は入力端側端子Fi3の電位と等しく、3・v0である。したがって、出力端側端子Fo0の電位vFo0は、式(1)で示される。
Fo0=3/v0+3・v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・(1)
出力端側端子Fo1の電位vFo1は、(2)式で示され、
Fo1=3・v0+2・v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・(2)
出力端側端子Fo2の電位vFo2は、(3)式で示され、
Fo2=3・v0+v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・(3)
出力端側端子Fo3の電位vFo3は、(4)式で示され、
Fo3=3・v0 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
出力端側端子Fo4の電位vFoは、(5)式で示され、
Fo4=3・v0−v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・・(5)
出力端側端子Fo5の電位vFo5は、(6)式で示され、
Fo5=3・v0−2・v0・Z0/(Z0+r0)・・・・・・・・・・(6)
出力端側端子Fo6の電位vFo6は、(7)式で示される。
Fo6=3・v0−3・v0・Z0/(Z0+r0)・・・・・・・・・・(7)
Here, with Z0 = 1 / jωc0, the respective potentials of the output end terminals Fo0, Fo1, Fo2, Fo3, Fo4, Fo5 and Fo6 are calculated.
Since no current flows through the resistor R3, the potential of the output end side terminal Fo3 is equal to the potential of the input end side terminal Fi3 and is 3 · v0. Therefore, the potential v Fo0 of the output end side terminal Fo0 is expressed by the equation (1).
v Fo0 = 3 / v0 + 3 · v0 · Z0 / (Z0 + r0) (1)
The potential v Fo1 of the output end side terminal Fo1 is expressed by the equation (2).
v Fo1 = 3 · v0 + 2 · v0 · Z0 / (Z0 + r0) (2)
The potential v Fo2 of the output end side terminal Fo2 is expressed by the equation (3),
v Fo2 = 3 · v0 + v0 · Z0 / (Z0 + r0) (3)
The potential v Fo3 of the output end side terminal Fo3 is expressed by the equation (4),
v Fo3 = 3 · v0 (4)
The potential v Fo of the output end side terminal Fo4 is expressed by the equation (5).
v Fo4 = 3 · v0−v0 · Z0 / (Z0 + r0) (5)
The potential v Fo5 of the output end side terminal Fo5 is expressed by the equation (6),
v Fo5 = 3 · v0-2 · v0 · Z0 / (Z0 + r0) (6)
Potential v Fo6 the output end side terminal Fo6 is represented by equation (7).
v Fo6 = 3 · v0-3 · v0 · Z0 / (Z0 + r0) (7)

次に、出力端側端子Fo0と出力端側端子Fo1との間の電位差を求めると(8)式となる。
Fo0−vFo1=v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・・(8)
また、出力端側端子Fo1と出力端側端子Fo2との間の電位差は(9)式となり、
Fo1−vFo2=v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・・(9)
出力端側端子Fo2と出力端側端子Fo3との間の電位差は(10)式となり、
Fo2−vFo3=v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・(10)
出力端側端子Fo3と出力端側端子Fo4との間の電位差は(11)式となり、
Fo3−vFo4=v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・(11)
出力端側端子Fo4と出力端側端子Fo5との間の電位差は(12)式となり、
Fo3−vFo5=v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・(12)
出力端側端子Fo5と出力端側端子Fo6との間の電位差は(13)式となる。
Fo5−vFo7=v0・Z0/(Z0+r0) ・・・・・・・・・・(13)
すなわち、隣接する出力側端子間の電位差はすべて同一の値となる。
Next, when the potential difference between the output end side terminal Fo0 and the output end side terminal Fo1 is obtained, equation (8) is obtained.
v Fo0 −v Fo1 = v0 · Z0 / (Z0 + r0) (8)
Further, the potential difference between the output end side terminal Fo1 and the output end side terminal Fo2 is expressed by the following equation (9).
v Fo1 -v Fo2 = v0 · Z0 / (Z0 + r0) ··········· (9)
The potential difference between the output end side terminal Fo2 and the output end side terminal Fo3 is expressed by equation (10).
v Fo2 -v Fo3 = v0 · Z0 / (Z0 + r0) ·········· (10)
The potential difference between the output end side terminal Fo3 and the output end side terminal Fo4 becomes the equation (11).
v Fo3 −v Fo4 = v0 · Z0 / (Z0 + r0) (11)
The potential difference between the output end side terminal Fo4 and the output end side terminal Fo5 is expressed by equation (12).
v Fo3 −v Fo5 = v0 · Z0 / (Z0 + r0) (12)
The potential difference between the output end side terminal Fo5 and the output end side terminal Fo6 is expressed by equation (13).
v Fo5 -v Fo7 = v0 · Z0 / (Z0 + r0) (13)
That is, all potential differences between adjacent output terminals are the same value.

したがって、隣接する出力側端子間の周波数特性を示す等価回路は、図4に示す一段のRCフィルタで表現され、遮断周波数f0=1/(c0r0)となる。
具体的に、この等価回路は、交流電圧成分V0の両端に抵抗値r0の抵抗器と、キャパシタンスc0のコンデンサとの直列回路が接続され、このコンデンサの両端から出力電圧VC00,VC01が取り出される構成になっている。
Therefore, an equivalent circuit showing the frequency characteristics between adjacent output side terminals is expressed by a single-stage RC filter shown in FIG. 4 and has a cutoff frequency f0 = 1 / (c0r0).
Specifically, in this equivalent circuit, a series circuit of a resistor having a resistance value r0 and a capacitor having a capacitance c0 is connected to both ends of the AC voltage component V0, and output voltages VC00 and VC01 are taken out from both ends of the capacitor. It has become.

このため、本実施形態の構成によれば、隣接する出力側端子間で検出される電圧成分は、入力に対し均一に低減濾波され、A/D変換器のサンプリング周波数に対し適切な遮断周波数を設定することで、エイリアシング誤差を低減することができる。また、両側端のコンデンサC1,C6に印加される電圧は、前電圧(V1+V2+…+V6)の半分となるため、絶縁耐圧の低い廉価なコンデンサを使用することができる。
さらに、組電池150と、アンチエイリアシングフィルタF1とを接続する配線に無視できない程度の抵抗値があったとしても、アンチエイリアシングフィルタF1に使用する抵抗器R0,R1,…,R6の抵抗値r0よりも十分に小さな値であれば、配線抵抗の影響は軽微に留まる。
For this reason, according to the configuration of the present embodiment, the voltage component detected between adjacent output side terminals is uniformly reduced and filtered with respect to the input, and an appropriate cutoff frequency is set with respect to the sampling frequency of the A / D converter. By setting, an aliasing error can be reduced. Moreover, since the voltage applied to the capacitors C1 and C6 at both ends is half of the previous voltage (V1 + V2 +... + V6), an inexpensive capacitor with a low withstand voltage can be used.
Further, even if the wiring connecting the assembled battery 150 and the anti-aliasing filter F1 has a resistance value that cannot be ignored, the resistance value r0 of the resistors R0, R1,..., R6 used for the anti-aliasing filter F1. However, if the value is sufficiently small, the influence of the wiring resistance remains slight.

次に、各電池モジュールE1,E2,…,E6の劣化により、内部インピーダンスに差がある場合について検討する。この場合は、各電池モジュールE1,E2,…,E6の両極間電位差の交流成分が均一にならず、抵抗器R3に電流が流れて、入力端側端子Fi3と、出力端側端子Fo3との間に電位差が生じて、測定誤差を生じる。しかしながら、この誤差は、抵抗器R3を導体線とし、抵抗器R3の抵抗値を十分に小さく略ゼロにすることで、発生する電位差が抑えられ、計測誤差を小さくすることができる。   Next, a case where there is a difference in internal impedance due to deterioration of each battery module E1, E2,. In this case, the alternating current component of the potential difference between the two electrodes of the battery modules E1, E2,..., E6 is not uniform, current flows through the resistor R3, and the input end side terminal Fi3 and the output end side terminal Fo3 A potential difference occurs between them, resulting in measurement errors. However, this error can be reduced by using the resistor R3 as a conductor wire and making the resistance value of the resistor R3 sufficiently small and substantially zero, thereby suppressing the potential difference generated and reducing the measurement error.

(比較例1)
図5は、組電池150の負極、すなわち電池モジュールE6の負極の接地点と、すべてのコンデンサC1,C2,…,C6の接地点とが共通している比較例1の構成図である。
図2では、すべてのコンデンサC1,C2,…,C6の一端が抵抗器R3の一端に接続されていたが、図5の比較例1のアンチエイリアシングフィルタF2は、組電池150の負極の接地点Aと、すべてのコンデンサC1,C2,…,C6の接地点Bとが抵抗値rの導体線で接続されている。
この場合は、コンデンサC1,C2,…,C6に流れる電流の交流成分i1,i2,…,i6の和(i1+i2+…+i6)が抵抗値rの導体線に流れるため、接地点Bの電位、すなわち出力端側端子Fo6の電位が変動し、測定誤差が生じる。
(Comparative Example 1)
FIG. 5 is a configuration diagram of Comparative Example 1 in which the ground point of the negative electrode of the battery pack 150, that is, the negative electrode of the battery module E6, and the ground points of all the capacitors C1, C2,.
2, one end of each of the capacitors C1, C2,..., C6 is connected to one end of the resistor R3. However, the anti-aliasing filter F2 of the comparative example 1 in FIG. A and grounding points B of all capacitors C1, C2,..., C6 are connected by a conductor wire having a resistance value r.
In this case, the sum (i1 + i2 +... + I6) of the alternating current components i1, i2,..., I6 of the current flowing through the capacitors C1, C2,. The potential of the output end side terminal Fo6 fluctuates, resulting in a measurement error.

(比較例2)
図6を用いて比較例2について説明する。この比較例2は、比較例1の抵抗値rの導体線で発生する電位変動を回避するために、組電池150の負極のA点に一点接地した例である。
すなわち、コンデンサC1の一端が導体線の抵抗成分r1、及びコネクタCN6を介してA点に接続され、同様に、コンデンサC2、C3,C4,C5,C6の一端が抵抗成分r2,r3,r4,r5,r6、及びコネクタCN7,CN8,CN9,CN10,CN11を介してA点に接続されている。また、導体線が、A点からコネクタCN12及び抵抗成分r7を介して出力端側端子Fo6に接続されている。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 will be described with reference to FIG. This comparative example 2 is an example in which one point is grounded to the point A of the negative electrode of the assembled battery 150 in order to avoid the potential fluctuation generated in the conductor wire having the resistance value r of the comparative example 1.
That is, one end of the capacitor C1 is connected to the resistance component r1 of the conductor wire and the point A via the connector CN6, and similarly, one end of the capacitors C2, C3, C4, C5, C6 is connected to the resistance components r2, r3, r4. It is connected to point A via r5, r6 and connectors CN7, CN8, CN9, CN10, CN11. Also, the conductor wire is connected from the point A to the output end side terminal Fo6 via the connector CN12 and the resistance component r7.

これにより、コンデンサC1、C2,C3,C4,C5、C6に流れる電流i1,i2,i3,i4,i5,i6は、抵抗成分r1,r2,r3,r4,r5,r6にそれぞれ流れ、抵抗成分r7には流れない。このため、出力端側端子Fo6は電位変動を受けない。しかしながら、コネクタCN7,CN8,CN9,CN10,CN11が増加する問題点がある。   As a result, currents i1, i2, i3, i4, i5, and i6 flowing in the capacitors C1, C2, C3, C4, C5, and C6 flow in the resistance components r1, r2, r3, r4, r5, and r6, respectively. It does not flow to r7. For this reason, the output end side terminal Fo6 is not subjected to potential fluctuation. However, there is a problem that the connectors CN7, CN8, CN9, CN10, CN11 increase.

(比較例3)
図7を用いて、偶数個の電池モジュールE1,E2,E3,E4の隣接する端子間のフィルタ特性が等しい他の回路の例を説明する。
アンチエイリアシングフィルタF4は、抵抗器R0,R1,R2,R3,R4とコンデンサC01,C14,C03,C34とを備える。組電池155は、直列接続された電池モジュールE1,E2,E3,E4を備え、電池モジュールE1,E2,E3,E4は、交流電圧成分V1,V2,V3,V4を各々発生する。
電池モジュールE1の正極には抵抗器R0の一端が接続され、電池モジュールE1と電池モジュールE2との接続点には抵抗器R1の一端が接続され、電池モジュールE2と電池モジュールE3との接続点には抵抗器R2の一端が接続され、電池モジュールE3と電池モジュールE4との接続点には抵抗器R3の一端が接続され、電池モジュールE4の負極には抵抗器R4の一端が接続されている。
また、抵抗器R0、R1,R2,R3,R4の他端には出力端側端子Fo0,Fo1,Fo2,Fo3,Fo4が各々接続されている。
(Comparative Example 3)
An example of another circuit in which the filter characteristics between adjacent terminals of an even number of battery modules E1, E2, E3, and E4 are equal will be described with reference to FIG.
The anti-aliasing filter F4 includes resistors R0, R1, R2, R3, R4 and capacitors C01, C14, C03, C34. The assembled battery 155 includes battery modules E1, E2, E3, and E4 connected in series, and the battery modules E1, E2, E3, and E4 generate AC voltage components V1, V2, V3, and V4, respectively.
One end of a resistor R0 is connected to the positive electrode of the battery module E1, one end of the resistor R1 is connected to a connection point between the battery module E1 and the battery module E2, and a connection point between the battery module E2 and the battery module E3 is connected. One end of the resistor R2 is connected, one end of the resistor R3 is connected to the connection point between the battery module E3 and the battery module E4, and one end of the resistor R4 is connected to the negative electrode of the battery module E4.
Also, output terminal terminals Fo0, Fo1, Fo2, Fo3, and Fo4 are connected to the other ends of the resistors R0, R1, R2, R3, and R4, respectively.

また、抵抗器R0の他端と抵抗器R1の他端との間にはコンデンサC01が接続され、抵抗器R1の他端と抵抗器R4の他端との間にはコンデンサC14が接続され、抵抗器R0の他端と抵抗器R3の他端との間にはコンデンサC03が接続され、抵抗器R3の他端と抵抗器R4の他端との間にはコンデンサC34が接続されている。   A capacitor C01 is connected between the other end of the resistor R0 and the other end of the resistor R1, and a capacitor C14 is connected between the other end of the resistor R1 and the other end of the resistor R4. A capacitor C03 is connected between the other end of the resistor R0 and the other end of the resistor R3, and a capacitor C34 is connected between the other end of the resistor R3 and the other end of the resistor R4.

ここで、例えば、電池モジュールE1の電圧V1のみが変化した場合において、コンデンサC01,C03に印加される電圧が変化するため、コンデンサC01,C03を介して、それぞれに電流が流れる。このため、出力端側端子の電位が変動し、電圧観測値vo42,vo43,vo44が変動する問題点がある。
しかしながら、図2の構成によれば、電池モジュールE1の電圧が変動したときは、コンデンサC1を介して抵抗器R3にのみに変動電流が流れ、他の抵抗器R1,R2,R4,R5,R6には変動電流が流れない。このとき、抵抗器R3を導体線で構成すれば、いずれの出力側端子も電位変動を生じない。
Here, for example, when only the voltage V1 of the battery module E1 changes, the voltage applied to the capacitors C01 and C03 changes, so that current flows through the capacitors C01 and C03, respectively. For this reason, there is a problem that the potential of the output terminal changes and the voltage observation values vo42, vo43, and vo44 vary.
However, according to the configuration of FIG. 2, when the voltage of the battery module E1 fluctuates, a fluctuating current flows only to the resistor R3 via the capacitor C1, and the other resistors R1, R2, R4, R5, R6 No fluctuating current flows through At this time, if the resistor R3 is formed of a conductor wire, no potential fluctuation occurs in any of the output side terminals.

なお、図6の構成であっても、出力端側端子Fo0以外の端子では、電位変動が生じない。すなわち、電池モジュールE1の電圧が変動したときは、抵抗器R0、コンデンサC1、導体線の抵抗成分r1、及びコネクタCN6を介して、変動電流が流れるのみであり、他の導体線の抵抗成分r2、r3,…,r7には変動電流が流れない。したがって、出力端側端子Fo1、Fo2,…,Fo6は電位変動が生じない。   Even in the configuration of FIG. 6, potential fluctuation does not occur at terminals other than the output end side terminal Fo0. That is, when the voltage of the battery module E1 fluctuates, only a fluctuating current flows through the resistor R0, the capacitor C1, the resistance component r1 of the conductor wire, and the connector CN6, and the resistance component r2 of the other conductor wire. , R3,..., R7, no fluctuating current flows. Therefore, the output end side terminals Fo1, Fo2,...

10 制御回路
20 スイッチ群
30 出力スイッチ
100 組電池電圧測定装置(電池モジュール電圧検出装置)
150 組電池
F1 アンチエイリアシングフィルタ(フィルタ回路)
U1 モジュール電圧検出回路
R0,R1〜Rm 抵抗器
C1〜Cm、C01 コンデンサ
DA1 差動増幅器
E1〜Em 電池モジュール
V1,V2,…,Vn 交流電圧成分
Sw0,Sw1,…,Swm、SwD1、SwD2 スイッチ
r0 抵抗値
c0 キャパシタンス
10 control circuit 20 switch group 30 output switch 100 assembled battery voltage measuring device (battery module voltage detecting device)
150 battery pack F1 anti-aliasing filter (filter circuit)
U1 Module voltage detection circuit R0, R1 to Rm Resistors C1 to Cm, C01 Capacitor DA1 Differential amplifier E1 to Em Battery modules V1, V2,..., Vn AC voltage components Sw0, Sw1, ..., Swm, Sw D1 , Sw D2 Switch r0 resistance c0 capacitance

Claims (2)

少なくとも1つ以上のセルからなる電池モジュールがm(mは偶数)個直列に接続された組電池の前記電池モジュールの電圧をそれぞれ独立に検出する電池モジュール電圧検出装置であって、
最上位モジュールの正極と最下位モジュールの負極とモジュール間の(m−1)個の接続点とから引き出される合計(m+1)個の電圧検出端子と、
前記各電圧検出端子に(m+1)個の入力端を接続したフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の(m+1)個の出力端に接続されて電圧を検出する電圧検出回路とを備え、
前記フィルタ回路は、
前記入力端と前記出力端との間を接続する(m+1)個の抵抗器と、
前記各抵抗器の端子間を接続するようにm個のコンデンサと、
が配置された低域フィルタ回路であり、
前記抵抗器の抵抗値は、(1+m/2)番目の抵抗器を除き、略同一の抵抗値であり、
前記コンデンサは、(1+m/2)番目の抵抗器の出力端側端子と、
n(nは(1+m/2)を除く)1から(m+1)までの整数)番目の抵抗器の出力端側端子とを接続するように配置され、
すべての前記コンデンサのキャパシタンスが、略同一である
ことを特徴とする電池モジュール電圧検出装置。
A battery module voltage detection device for independently detecting the voltage of each battery module of an assembled battery in which m (m is an even number) battery modules including at least one cell are connected in series,
A total of (m + 1) voltage detection terminals drawn from the positive electrode of the highest module, the negative electrode of the lowest module, and (m−1) connection points between the modules;
A filter circuit in which (m + 1) input terminals are connected to each voltage detection terminal;
A voltage detection circuit for detecting a voltage connected to (m + 1) output terminals of the filter circuit;
The filter circuit is
(M + 1) resistors connecting between the input end and the output end;
M capacitors so as to connect the terminals of the resistors,
Is a low-pass filter circuit arranged,
The resistance values of the resistors are substantially the same except for the (1 + m / 2) th resistor,
The capacitor includes an output terminal of the (1 + m / 2) th resistor,
n (n is an integer from 1 to (m + 1) except for (1 + m / 2)) is arranged to connect to the output terminal of the first resistor.
All the said capacitors have the substantially same capacitance. The battery module voltage detection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記(1+m/2)番目の抵抗器の抵抗値は、他の前記抵抗器の抵抗値に対して小さいか、もしくは、(1+m/2)番目の抵抗器を導線に置換したことを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール電圧検出装置。
The resistance value of the (1 + m / 2) th resistor is smaller than the resistance value of the other resistors, or the (1 + m / 2) th resistor is replaced with a conductive wire. The battery module voltage detection apparatus according to claim 1.
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