JP2011185915A - 電池電圧監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの電圧に関して、取り扱うデータ量を少なくすることができる電池電圧監視装置を提供する。
【解決手段】ブロック１２に設けられるセル監視回路３０それぞれに、ブロック１２のブロック電圧を検出するブロック電圧検出回路３３を設ける。これにより、電池セル１１のセル電圧を一つずつ検出するのではなくブロック１２のブロック電圧を一括で検出できるので、ブロック１２単位のデータを取得することが可能となる。このため、ブロック電圧を取得するためにブロック１２を構成する全ての電池セル１１毎のデータを取得しなくても良いので、電池セル１１毎にセル電圧を検出する場合よりもセル監視回路３０およびマイコン４０が取り扱うデータ量を大幅に削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池電圧監視装置に関する。

従来より、複数個の電池セルを直列接続した電池ブロックの内部の電池電圧を検出する電圧検出素子を複数備えた電池電圧検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。各電圧検出素子は直列接続され、電池セル毎に電圧を検出するように構成されている。このような電圧検出素子は、例えばＩＣとして構成される。

特開２００７−２３２４１７号公報

しかしながら、上記従来の技術では電池セル毎に電圧を検出するため、電気自動車等の多くの電池セルを用いるシステムでは電池セルの状態を知るために電池セル毎に電圧を検出することになり、取り扱うデータが膨大になってしまうという問題がある。

特に、電気自動車等のシステムでは、車種によって異なるが、電池セルが例えば２４０個搭載され、各電池セルが短時間で大電流の充放電を繰り返す。このため、電池セルの状態検知のためには上記データを高サンプリングレートで取得し演算処理する必要があり、高価な演算回路が必要になる。

本発明は上記点に鑑み、電池セルの電圧に関して、取り扱うデータ量を少なくすることができる電池電圧監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、直列接続された複数の電池セルを所定数毎にグループ化した複数のブロックにそれぞれ対応して設けられ、ブロックを構成する電池セルそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出回路を備えたセル監視回路が複数直列接続された電池電圧監視装置であって、複数のセル監視回路それぞれは、ブロックのブロック電圧を検出するブロック電圧検出回路を備えていることを特徴とする。

これによると、ブロック電圧検出回路によりブロックのブロック電圧を一括で検出できるので、ブロック単位のデータを取得することができる。したがって、ブロック電圧を取得するためにブロックを構成する全ての電池セル毎のデータを取得しなくても良いので、ブロックを構成する複数の電池セルのセル電圧を全て検出する場合に対して電池電圧監視装置が取り扱うデータ量を少なくすることができる。

請求項２に記載の発明では、セル電圧検出回路においてセル電圧を検出する頻度が任意の頻度に設定され、ブロック電圧検出回路においてブロック電圧を検出する頻度が任意の頻度に設定されることを特徴とする。

このように、セル電圧を検出する頻度とブロック電圧を検出する頻度とがそれぞれ設定可能になっているので、セル電圧のデータ取得の頻度とブロック電圧のデータ取得の頻度とを任意に設定することができる。

請求項３に記載の発明では、ブロック電圧を検出する頻度はセル電圧を検出する頻度よりも高いことを特徴とする。

このように、複数の電池セルのセル電圧をそれぞれ検出するよりも、複数の電池セルについてブロック単位でブロック電圧を検出する頻度が高いので、セル監視回路で取得されるデータ量を少なくすることができる。したがって、電池電圧監視装置において取り扱うデータ量を削減することができる。

請求項４に記載の発明では、電池セルは充電可能な二次電池であり、複数のセル監視回路それぞれは、検出したブロック電圧が所定範囲を超える場合、ブロック電圧検出回路に設定されるブロック電圧を検出する頻度よりもセル電圧検出回路に設定されるセル電圧を検出する頻度を高くすることを特徴とする。

このように、ブロック電圧が所定範囲を超える場合にはセル電圧検出回路により個々の電池セルのセル電圧を検出する頻度を高めることで電池セルの過充電または過放電を検出することができる。

請求項５に記載の発明では、複数のセル監視回路それぞれは、ブロックを構成する複数の電池セルのいずれか１つとセル電圧検出回路とを接続する場合と、ブロックを構成する最も高電圧側の電池セルの正極および最も低電圧側の電池セルの負極とブロック電圧検出回路とを接続する場合とで共用される選択スイッチを備えていることを特徴とする。

このように、セル電圧検出回路およびブロック電圧検出回路に対して選択スイッチを共通化させているので、セル監視回路の構成を簡素化することができる。

請求項６に記載の発明では、複数のセル監視回路それぞれは、ブロックを構成する複数の電池セルのいずれか１つの正極および負極とセル電圧検出回路とを接続するセル電圧検出選択スイッチと、ブロックを構成する最も高電圧側の電池セルの正極および最も低電圧側の電池セルの負極とブロック電圧検出回路とを接続するブロック電圧検出選択スイッチと、を別々に備えていることを特徴とする。

これによると、セル電圧検出選択スイッチとブロック電圧検出選択スイッチとは互いに故障の影響を受けないので、スイッチの故障時に互いの電圧検出回路への影響を回避することができる。また、一方の選択スイッチが他方の選択スイッチの影響を受けないので、選択スイッチにおける耐ノイズ性を向上させることができ、電圧検出の精度を向上させることができる。

請求項７に記載の発明では、セル電圧検出回路およびブロック電圧検出回路は、検出した電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコンバータで用いられる基準電源電圧を生成する基準電源とをそれぞれ有していることを特徴とする。

これによると、セル電圧検出回路で検出された電圧とブロック電圧検出回路で検出された電圧とを比較することで各電圧検出回路の故障検知が可能となり、電池電圧監視装置の信頼性を向上させることができる。

請求項８に記載の発明では、セル監視回路は、セル電圧検出回路のＡ／Ｄコンバータおよびブロック電圧検出回路のＡ／Ｄコンバータに、セル電圧検出回路で検出されたセル電圧、セル電圧検出回路の基準電源の基準電源電圧、ブロック電圧検出回路で検出されたブロック電圧、ブロック電圧検出回路の基準電源の基準電源電圧のうちのいずれかが入力されるように任意に接続が変更されるようになっていることを特徴とする。

これによると、接続の切り替えにより、各Ａ／Ｄコンバータでセル電圧およびブロック電圧の両方の電圧検出が可能となる。このため、各Ａ／Ｄコンバータにそれぞれセル電圧またはブロック電圧を入力するように接続を切り替え、各Ａ／Ｄコンバータの出力を比較することで各Ａ／Ｄコンバータや各基準電源のより詳細な故障検知を行うことができる。

また、各Ａ／Ｄコンバータのいずれか一方が故障したとしても他方によって電圧検出が可能であるので、緊急時の故障に対処することもできる。

請求項９に記載の発明では、セル電圧検出回路およびブロック電圧検出回路のいずれか一方は、セル電圧検出回路で検出されたセル電圧またはブロック電圧検出回路で検出されたブロック電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを有している。

また、セル電圧検出回路およびブロック電圧検出回路は、Ａ／Ｄコンバータで用いられる基準電源電圧を生成する基準電源をそれぞれ有している。そして、Ａ／Ｄコンバータに対して基準電源が任意に接続されるようになっていることを特徴とする。

これによると、Ａ／Ｄコンバータに対する基準電源の切り替えによりＡ／Ｄコンバータにてセル電圧またはブロック電圧の検出を行うことができる。また、既知の基準電源電圧の検出可否により詳細にＡ／Ｄコンバータや各基準電源の故障を検知することができる。

請求項１０に記載の発明では、複数の電池セルにより構成された組電池に流れる電流を検出する電流検出回路を備えていることを特徴とする。

このように、組電池に対して１つの電流検出回路を備えているので、電流検出回路の数が少なくて済む。したがって、セル監視回路毎に組電池に流れる電流のデータを取得しなくても良いので、電流に関して取り扱うデータ量を少なくすることができる。

本発明の第１実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。 本発明の第２実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの一部構成図である。 電圧検出回路に備えられた差動増幅部の回路図である。 本発明の第４実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの一部構成図である。 本発明の第５実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの一部構成図である。 本発明の第６実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの一部構成図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。この図に示されるように、電池電圧監視システムは、組電池１０と電池電圧監視装置２０とを備えて構成されている。

組電池１０は、最小単位である電池セル１１が直列に複数接続されて構成されており、所定数の電池セル１１毎（例えば４個）にグループ化されたブロック１２の直列接続体である。電池セル１１は例えば１２０個や２４０個が直列に接続され、電池セル１１として充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。そして、組電池１０はハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、インバータやモータ等の負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。つまり、電池電圧監視装置２０は、ハイブリッド車等の電気自動車に適用される。

電池電圧監視装置２０は、例えば、組電池１０の残存容量検出機能、二次電池である電池セル１１の過充電および過放電を検出する過充放電検出機能、装置の故障を検出する故障診断機能等を有する装置である。

組電池１０の残存容量検出機能は、二次電池である電池セル１１で構成される組電池１０全体の残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）を検出する機能である。残存容量は、組電池１０の電圧や組電池１０に流れる電流から求められる。

過充放電検出機能は、電池セル１１の電圧と閾値とを比較することにより電池セル１１の電圧の監視を行う機能である。電池セル１１が二次電池の場合、電池電圧監視装置２０は電池セル１１の電圧が過充電を検出する閾値と過放電を検出する閾値との間つまり所定範囲にあるかを監視することとなる。また、故障診断機能は、電池電圧監視装置２０を構成する回路の一部が何らかの原因で故障したことを検出する機能である。

このような各機能を実現するため、電池電圧監視装置２０は、複数のセル監視回路３０と、マイクロコンピュータ４０（以下、マイコン４０という）と、を備えている。

セル監視回路３０それぞれは、電池セル１１のセル電圧の検出、ブロック１２のブロック電圧の検出、電池セル１１の過充放電検出、各電池セル１１のセル電圧の均等化等を行う回路であり、複数のブロック１２にそれぞれ対応して設けられている。セル監視回路３０として、例えばＩＣが用いられる。

各セル監視回路３０はデイジーチェーン方式により直列接続されている。すなわち、各セル監視回路３０は複数直列接続されている。これにより、各セル監視回路３０とマイコン４０との間でシリアル通信が可能になり、マイコン４０からの指令が最も高電圧側のセル監視回路３０から最も低電圧側のセル監視回路３０に順次送られる。そして、最も低電圧側のセル監視回路３０からマイコン４０に各セル監視回路３０のデータが入力される。

このようなセル監視回路３０は、選択スイッチ３１と、セル電圧検出回路３２と、ブロック電圧検出回路３３と、電流検出回路３４とを備えて構成されている。

選択スイッチ３１は、ブロック１２を構成する複数の電池セル１１それぞれとセル電圧検出回路３２とを電気的に接続すると共に、ブロック１２を構成する複数の電池セル１１それぞれとブロック電圧検出回路３３とを電気的に接続するスイッチ回路である。すなわち、選択スイッチ３１は電池セル１１のいずれか１つの正極および負極とセル電圧検出回路３２とを接続する場合と、ブロック１２とブロック電圧検出回路３３とを接続する場合とで共用される。このような選択スイッチ３１は、例えばマルチプレクサにより構成される。

電池セル１１のセル電圧を検出する場合には、ブロック１２を構成する複数の電池セル１１のいずれか１つの電池セル１１の正極および負極とセル電圧検出回路３２とを接続するように、選択スイッチ３１の内部経路が切り替えられる。一方、ブロック１２のブロック電圧を検出する場合には、ブロック１２を構成する最も高電圧側の電池セル１１の正極および最も低電圧側の電池セル１１の負極とブロック電圧検出回路３３とを接続するように、選択スイッチ３１の内部経路が切り替えられる。

このように、セル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３に対して選択スイッチ３１を共用することで、セル監視回路３０の構成の簡素化が可能となる。なお、選択スイッチ３１の内部経路は、例えばマイコン４０の指令によって切り替えられる。

セル電圧検出回路３２は、ブロック１２を構成する複数の電池セル１１のセル電圧を検出する回路である。また、ブロック電圧検出回路３３は、ブロック１２のブロック電圧を検出する回路である。セル電圧検出回路３２が検出したセル電圧のデータやブロック電圧検出回路３３が検出したブロック電圧のデータは、デイジーチェーン方式によりマイコン４０に順次出力される。

これらのセル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３は、例えばコンパレータを用いた回路により構成される。そして、セル電圧検出回路３２にはセル電圧を増幅する所定のゲインが設定され、ブロック電圧検出回路３３にはブロック電圧を増幅する所定のゲインが設定されている。なお、従来のフライングキャパシタ式の電圧検出回路を採用しても良い。

また、セル電圧検出回路３２は、セル電圧を検出する頻度が任意の頻度に設定される。同様に、ブロック電圧検出回路３３は、ブロック電圧を検出する頻度が任意の頻度に設定される。

例えば、ブロック１２は４個の電池セル１１で構成されているので、セル電圧が４回検出され、ブロック電圧が１回検出される場合、セル電圧を検出する頻度とブロック電圧を検出する頻度とは同じ頻度である。一方、セル電圧が１〜３回検出される間にブロック電圧が１回検出される場合、４個の電池セル１１のセル電圧がすべて検出されるよりもブロック電圧が検出される回数が増えるので、ブロック電圧を検出する頻度はセル電圧を検出する頻度よりも高い頻度である。

本実施形態では、ブロック電圧を検出する頻度はセル電圧を検出する頻度よりも高く設定されている。これにより、セル監視回路３０で取り扱われるデータは、ブロック１２単位のデータが多くなるので、４個の電池セル１１全てのセル電圧のデータを取り扱う場合よりもセル監視回路３０およびマイコン４０で取り扱われるデータ量が少なくなる。

セル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３に設定される各頻度は、例えばマイコン４０の指令によりそれぞれ設定される。なお、セル電圧検出回路３２やブロック電圧検出回路３３はＩＣで構成されるので、特定のピンを所定のレベルに設定することで各頻度を設定しても良い。

このように、セル電圧を検出する頻度とブロック電圧を検出する頻度とがそれぞれ設定可能になっているので、セル電圧のデータ取得の頻度とブロック電圧のデータ取得の頻度とを任意に設定することができる。

電流検出回路３４は、ブロック１２を構成する電池セル１１に流れる電流を検出する回路である。この電流検出回路３４は、組電池１０の残存容量を検出する際に電池セル１１に流れる電流を検出するように構成されている。このため、電流検出回路３４は、ブロック１２に接続された分岐部１３からブロック１２に流れる電流の一部を入力し、当該電流の一部を図示しない抵抗に流すことによりその電流の大きさを検出する。

マイコン４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って上記各機能を実行する制御回路である。このようなマイコン４０は、デイジーチェーン方式で接続された各セル監視回路３０に対して制御信号を出力することにより、各セル監視回路３０に所望の処理を実行させる。そして、マイコン４０は、各セル監視回路３０からデータを取得し、残存容量の演算（組電池状態監視）や過充放電判定や故障判定を行う。

具体的に、マイコン４０は以下の動作を行う。まず、マイコン４０は、各セル監視回路３０に対して、ブロック電圧を検出する頻度を、セル電圧を検出する頻度よりも高く設定する指令を出す。例えば、ブロック電圧の１回の検出に対してセル電圧の１回の検出とすることで、ブロック電圧の検出頻度をセル電圧の検出頻度よりも高くする。

そして、マイコン４０は、各セル監視回路３０から取得したセル電圧のデータを用いて、セル電圧と過充電閾値あるいは過放電閾値とを比較することにより、電池セル１１の過充放電判定を行う。例えば、マイコン４０が電池セル１１の過充電を検出した場合、該当するセル監視回路３０に対して、当該電池セル１１を放電させて他の電池セル１１との均等化を図る指令を出す。

また、マイコン４０は、組電池１０の残存容量を検出する場合、各セル監視回路３０に対して、ブロック１２のブロック電圧の検出と当該ブロック１２に流れる電流の検出とを同時に行う指令を出す。そして、マイコン４０は、各セル監視回路３０から入力した各ブロック１２のブロック電圧のデータと各ブロック１２に流れる電流のデータとからブロック１２毎に残存容量を算出し、ひいては組電池１０の残存容量を算出する。この場合、組電池１０を構成する全ての電池セル１１のセル電圧のデータと電池セル１１に流れる電流のデータとを用いて電池セル１１毎の残存容量を算出するのではなく、ブロック１２毎のブロック電圧のデータおよび電流のデータを取り扱っているので、セル監視回路３０およびマイコン４０が取り扱うデータ量が大幅に削減される。

さらに、マイコン４０は、ブロック１２を構成する４つの電池セル１１のセル電圧の合計値とブロック１２のブロック電圧とを比較することにより、セル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３の故障検出を行う。

すなわち、セル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３が正常に動作していれば、４つのセル電圧の合計値とブロック電圧とは同じ値になる。しかし、セル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３の少なくとも一方が故障している場合、４つのセル電圧の合計値とブロック電圧とは同じ値にならない。したがって、マイコン４０は、例えば４つのセル電圧の合計値とブロック電圧とを比較して両者の差が所定の誤差の範囲内であれば各回路３２、３３は正常であると判定し、両者の差が所定の誤差の範囲を超える場合は各回路３２、３３の少なくとも一方が故障していると判定する。

また、マイコン４０は、各セル監視回路３０から取得したブロック電圧が所定範囲を超える場合、該当するセル監視回路３０に対してブロック電圧を検出する頻度よりもセル電圧を検出する頻度を高くする指令を出す。これにより、各セル監視回路３０は、ブロック電圧検出回路３３に設定されるブロック電圧を検出する頻度よりもセル電圧検出回路３２に設定されるセル電圧を検出する頻度を高くする。

ここで、「所定範囲」とは、４個の電池セル１１のセル電圧の合計値が正常な値を示す範囲である。すなわち、ブロック電圧が所定範囲の上限値を超えるような高い電圧の場合は電池セル１１の過充電の可能性が高いため、電池セル１１の過充電検出防止のためセル電圧検出頻度を上げる。同様に、ブロック電圧が所定範囲の下限値を下回るような低い電圧の場合は電池セル１１の過放電防止のためセル電圧検出頻度を上げる。このように、個々の電池セル１１のセル電圧を検出する頻度を高めることで電池セル１１の過充電または過放電防止を図る。

なお、マイコン４０が各セル監視回路３０に対してブロック電圧を検出する頻度よりもセル電圧を検出する頻度を高くする指令を出さずに、各セル監視回路３０がブロック電圧と所定範囲との比較をそれぞれ行い、ブロック電圧が所定範囲を超える場合、ブロック電圧を検出する頻度よりもセル電圧を検出する頻度を自ら高く設定するようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態では、セル監視回路３０にブロック１２のブロック電圧を検出するブロック電圧検出回路３３を設けたことが特徴となっている。これにより、電池セル１１のセル電圧を一つずつ検出するのではなくブロック１２のブロック電圧を一括で検出できるので、ブロック１２単位のデータを取得することができる。

このため、組電池１０の残存容量を検出する場合にはブロック１２毎に残存容量を算出することができるので、すなわちブロック電圧を取得するためにブロック１２を構成する全ての電池セル１１毎のデータを取得しなくても良い。したがって、電池セル１１毎にセル電圧を検出して組電池１０の残存容量を算出する場合よりもセル監視回路３０およびマイコン４０が取り扱うデータ量を大幅に削減することができる。

また、電池セル１１の過充放電の状態についても、ブロック１２毎にブロック電圧が所定範囲に含まれるか否かを判定しているので、電池セル１１毎に過充放電検出を行う必要がない。そして、ブロック電圧が所定範囲を超えた場合には個々の電池セル１１の過充放電の状態を監視しているので、各電池セル１１の過充電検出が可能である。したがって、セル監視回路３０およびマイコン４０が取り扱うデータ量が削減されても、組電池１０の残存容量の監視と電池セル１１の過充放電防止を高精度に行うことができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。上記第１実施形態では、セル電圧検出回路３２とブロック電圧検出回路３３とが別個の回路で構成されていたが、本実施形態では各回路３２、３３を１つの回路として構成したことが特徴となっている。

図２は、本実施形態に係る電池電圧監視装置２０のセル監視回路３０を示した図である。なお、図２では、複数のセル監視回路３０のうちの１つを示しており、他のセル監視回路３０やマイコン４０を省略している。

図２に示されるように、セル監視回路３０は、選択スイッチ３１および電流検出回路３４の他、電圧検出回路３５を備えて構成されている。その他の構成は第１実施形態と同じである。

電圧検出回路３５は、電池セル１１のセル電圧とブロック１２のブロック電圧との両方の電圧を検出する回路である。図３（ａ）は、電圧検出回路３５に備えられた差動増幅部３６の回路図である。この図に示されるように、電圧検出回路３５は差動増幅部３６と電圧検出部３７とを備えている。電圧検出部３７は、第１実施形態と同様に、コンパレータを用いた回路により構成される。

差動増幅部３６は、セル電圧およびブロック電圧を所定のゲインで増幅する回路である。ここで、セル電圧に対するゲインとブロック電圧に対するゲインとはそれぞれ異なるため、検出する電圧に応じて差動増幅部３６におけるゲインが変更されるようになっている。

図３（ｂ）は、差動増幅部３６の回路構成の一例を示した図である。この図に示されるように、差動増幅部３６は反転増幅回路として構成されている。オペアンプ３６ａの非反転入力端子に抵抗３６ｂが接続され、反転入力端子に抵抗３６ｃが接続されている。これら抵抗３６ｂ、３６ｃには選択スイッチ３１を介して電池セル１１が接続される。また、オペアンプ３６ａの非反転入力端子とグランドとの間に抵抗３６ｄが接続されることでオフセット電圧が設定されている。

さらに、オペアンプ３６ａの出力端子と反転入力端子との間に反転増幅回路の増幅率（ゲイン）を設定するための抵抗３６ｅおよび抵抗３６ｆが並列に接続されている。ここで、抵抗３６ｆにはスイッチ３６ｇが直列に接続されている。このため、このスイッチ３６ｇがオンされる場合には差動増幅部３６のゲインは抵抗３６ｅと抵抗３６ｆとの並列回路によって決まる一方、スイッチ３６ｇがオフされる場合には差動増幅部３６のゲインは抵抗３６ｅの負帰還によって決まる。

例えば、セル電圧を検出するときにはスイッチ３６ｇをオフすることにより差動増幅部３６のゲインを大きくすることにより、差動増幅部３６と電圧検出部３７とで構成される電圧検出回路３５が実質的にセル電圧検出回路３２と同じ回路とすることができる。すなわち、スイッチ３６ｇがオフされた差動増幅部３６と電圧検出部３７とで構成された電圧検出回路３５が第１実施形態のセル電圧検出回路３２と同じ回路であると言える。

同様に、ブロック電圧を検出するときにはスイッチ３６ｇをオンすることによって差動増幅部３６のゲインを小さくすることにより、差動増幅部３６と電圧検出部３７とで構成される電圧検出回路３５が実質的にブロック電圧検出回路３３と同じ回路とすることができる。すなわち、スイッチ３６ｇがオンされた差動増幅部３６と電圧検出部３７とで構成された電圧検出回路３５が第１実施形態のブロック電圧検出回路３３と同じ回路であると言える。

したがって、第１実施形態で示されたセル電圧検出回路３２に対して、ゲインを調整できるスイッチ３６ｇおよび抵抗３６ｆを追加した回路がブロック電圧検出回路３３であると言える。

以上説明したように、差動増幅部３６のゲインのみを調整することで１つの電圧検出回路３５によりセル電圧とブロック電圧の両方を検出可能な構成とすることができる。このため、セル監視回路３０の構成を簡素化することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、スイッチ３６ｇがオフされた差動増幅部３６と電圧検出部３７とで構成された電圧検出回路３５が特許請求の範囲の「セル電圧検出回路」に対応する。また、スイッチ３６ｇがオンされた差動増幅部３６と電圧検出部３７とで構成された電圧検出回路３５が特許請求の範囲の「ブロック電圧検出回路」に対応する。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、セル監視回路３０において電池セル１１のいずれか１つとセル電圧検出回路３２とを接続する場合とブロック１２とブロック電圧検出回路３３とを接続する場合とで選択スイッチ３１が共用されていたが、本実施形態では、セル電圧の検出とブロック電圧の検出とで選択スイッチ３１を共用せずに専用の選択スイッチ３１としたことが特徴となっている。セル監視回路３０の構成は、例えば図１と同様である。

具体的には、各セル監視回路３０の選択スイッチ３１にはセル電圧検出選択スイッチとブロック電圧検出選択スイッチとが別々に備えられている。セル電圧検出選択スイッチはブロック１２を構成する複数の電池セル１１のいずれか１つの正極および負極とセル電圧検出回路３２とを接続するスイッチである。また、ブロック電圧検出選択スイッチはブロック１２を構成する最も高電圧側の電池セル１１の正極および最も低電圧側の電池セル１１の負極とブロック電圧検出回路３３とを接続するスイッチである。

このように、選択スイッチ３１においてセル電圧検出選択スイッチとブロック電圧検出選択スイッチとを別々のスイッチとすることで、セル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３は互いに選択スイッチ３１の影響を受けずに済む。特に、各選択スイッチにおける耐ノイズ性が向上し、電圧検出の精度が向上する。そして、セル電圧検出選択スイッチとブロック電圧検出選択スイッチとは互いに故障の影響を受けないため、スイッチの故障時に互いの電圧検出回路への影響を回避することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。図４は、本実施形態に係る電池電圧監視装置２０を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。本実施形態では、最も高電圧側のセル監視回路３０とマイコン４０とが絶縁部５０を介して接続されている。同様に、最も低電圧側のセル監視回路３０とマイコン４０とが絶縁部５０を介して接続されている。この絶縁部５０は例えばフォトカプラである。

また、本実施形態では、電流センサとして機能する電流検出回路３４は各セル監視回路３０に設けられておらずに電池電圧監視装置２０に１つだけ設けられている。すなわち、電池電圧監視装置２０は組電池１０に対して１つの電流検出回路３４を備えた構成となっている。これにより、上記各実施形態に対して電流検出回路３４の数が少なくて済む。したがって、セル監視回路３０毎に組電池１０に流れる電流のデータを取得しなくても良いので、電流に関して取り扱うデータ量を少なくすることができる。

そして、図４に示されるように、セル電圧検出回路３２は、セル電圧検出部３２ａとＡ／Ｄコンバータ３２ｂと基準電源３２ｃとを有して構成されている。また、ブロック電圧検出回路３３は、ブロック電圧検出部３３ａとＡ／Ｄコンバータ３３ｂと基準電源３３ｃとを有して構成されている。

なお、図４ではＡ／Ｄコンバータ３２ｂを「Ａ／Ｄ１」、Ａ／Ｄコンバータ３３ｂを「Ａ／Ｄ２」、基準電源３２ｃを「基準電源１」、基準電源３３ｃを「基準電源２」と表している。

セル電圧検出部３２ａはセル電圧を検出するアナログ回路であり、ブロック電圧検出部３３ａはブロック電圧を検出するアナログ回路である。Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂは、検出されたセル電圧やブロック電圧をデジタル信号に変換する回路である。基準電源３２ｃ、３３ｃはＡ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂで用いられる基準電源電圧を生成する回路である。このように、Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂおよび基準電源３２ｃ、３３ｃは電圧検出回路３２、３３毎に設けられ、各電圧検出回路３２、３３が独立した系統をなしている。

セル電圧検出回路３２では、セル電圧検出部３２ａで検出されたセル電圧がＡ／Ｄコンバータ３２ｂで基準電源３２ｃの基準電源電圧が用いられてデジタル信号に変換されてマイコン４０に出力される。同様に、ブロック電圧検出回路３３では、ブロック電圧検出部３３ａで検出されたブロック電圧がＡ／Ｄコンバータ３３ｂで基準電源３３ｃの基準電源電圧が用いられてデジタル信号に変換されてマイコン４０に出力される。

マイコン４０は、各電圧検出回路３２、３３で計測された電圧値の相互比較を行うことで故障を検出する。例えば、４個の電池セル１１で構成されたブロック１２の場合、マイコン４０は１個の電池セル１１のセル電圧を４倍した電圧値とブロック電圧との比較をしたり、４個の電池セル１１の各セル電圧の合計値とブロック電圧とを比較することでセル監視回路３０の故障診断を行う。なお、ブロック電圧をブロック１２を構成する電池セル１１の数で割った電圧値と１個の電池セル１１のセル電圧とを比較しても良い。

以上のように、セル電圧検出回路３２で検出された電圧とブロック電圧検出回路３３で検出された電圧とを比較することで各電圧検出回路３２、３３の故障を検知することができる。したがって、電池電圧監視装置２０の信頼性を向上させることができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第４実施形態と異なる部分について説明する。上記第４実施形態では、セル電圧検出回路３２とブロック電圧検出回路３３とは別々の系統として構成されていたが、本実施形態では相互に関連するように構成されていることが特徴となっている。

図５は、本実施形態に係る電池電圧監視装置２０を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。この図に示されるように、セル監視回路３０において、セル電圧検出部３２ａの出力およびブロック電圧検出部３３ａの出力は、セル電圧検出回路３２のＡ／Ｄコンバータ３２ｂおよびブロック電圧検出回路３３のＡ／Ｄコンバータ３３ｂにそれぞれ入力されるようになっている。また、各基準電源３２ｃ、３３ｃの各基準電源電圧が各Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂにそれぞれ入力されるようになっている。

すなわち、各Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂには、セル電圧検出回路３２で検出されたセル電圧、セル電圧検出回路３２の基準電源３２ｃの基準電源電圧、ブロック電圧検出回路３３で検出されたブロック電圧、ブロック電圧検出回路３３の基準電源３３ｃの基準電源電圧のうちのいずれかが入力されるようにセル監視回路３０内で任意に接続が変更されるようになっている。

任意に接続を変更する手段として、例えばマルチプレクサが用いられる。マルチプレクサは各セル監視回路３０に備えられ、マイコン４０の指令に従って接続先を切り替える。

通常、マルチプレクサが切り替えられて、セル電圧検出回路３２のＡ／Ｄコンバータ３２ｂにセル電圧検出部３２ａと基準電源３２ｃとが接続され、ブロック電圧検出回路３３のＡ／Ｄコンバータ３３ｂにブロック電圧検出部３３ａと基準電源３３ｃとが接続される。これにより、セル電圧やブロック電圧が測定される。

一方、故障診断の際には、例えば、セル電圧検出回路３２のＡ／Ｄコンバータ３２ｂにセル電圧検出部３２ａとブロック電圧検出部３３ａと基準電源３３ｃとが接続されて各電圧が測定される。また、ブロック電圧検出回路３３のＡ／Ｄコンバータ３３ｂにセル電圧検出部３２ａとブロック電圧検出部３３ａと基準電源３２ｃとが接続されて各電圧が測定される。そして、各電圧の比較で故障検知が行われる。

以上のようにマルチプレクサによる接続の切り替えを任意に可能とすることにより、マイコン４０で各Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂの出力を比較することでより詳細な故障検知が可能となる。

また、セル電圧検出回路３２の各部とブロック電圧検出回路３３の各部とが相互に接続可能であるので、各Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、３３ｂのいずれか一方が故障した場合でも他方によって電圧測定を継続することができる。このような電圧測定の冗長性により緊急時の故障にも対処することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、第５実施形態と異なる部分について説明する。図６は、本実施形態に係る電池電圧監視装置２０を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。

図６に示されるように、セル電圧検出回路３２にセル電圧検出部３２ａ、Ａ／Ｄコンバータ３２ｂ、基準電源３２ｃが備えられ、ブロック電圧検出回路３３にはブロック電圧検出部３３ａおよび基準電源３３ｃが備えられている。すなわち、ブロック電圧検出回路３３にはＡ／Ｄコンバータ３３ｂが設けられていない。このため、セル監視回路３０に備えられるＡ／Ｄコンバータは１つで済むので、セル監視回路３０の回路構成が大きくならずに済む。

また、ブロック電圧検出部３３ａと基準電源３３ｃがセル電圧検出回路３２のＡ／Ｄコンバータ３２ｂに接続されるように構成されている。Ａ／Ｄコンバータ３２ｂへのセル電圧検出部３２ａ、ブロック電圧検出部３３ａ、各基準電源３２ｃ、３３ｃの接続は、上述のようにマルチプレクサによりマイコン４０の指令に従って切り替えられる。したがって、Ａ／Ｄコンバータ３２ｂに対する基準電源３２ｃ、３３ｃの切り替えによりセル電圧またはブロック電圧の検出を行うことができる。

そして、マイコン４０は、例えば、セル電圧検出部３２ａの測定結果とブロック電圧検出部３３ａの測定結果との比較で各部の故障診断を行うことができる。また、Ａ／Ｄコンバータ３２ｂから各基準電源３２ｃ、３３ｃの基準電源電圧をそれぞれ出力することで、既知の基準電源電圧の検出可否により詳細に故障を検知することができる。

以上のように、セル監視回路３０においてＡ／Ｄコンバータ３２ｂを１つだけ設けた構成とすることもできる。

なお、上記では、セル電圧検出回路３２にＡ／Ｄコンバータ３２ｂが設けられた構成について説明したが、セル電圧検出回路３２に基準電源３２ｃが設けられ、ブロック電圧検出回路３３にＡ／Ｄコンバータ３３ｂおよび基準電源３３ｃが設けられた構成としても良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、電池電圧監視装置２０は車両に適用されるものであると説明したが、これは一例であり、車両に限らず組電池１０の監視を行うものとして用いられる。

上記各実施形態では、マイコン４０が行っていた動作を、各セル監視回路３０が行うようにしても良い。例えば、マイコン４０がセル電圧と過充電閾値あるいは過放電閾値とを比較することにより電池セル１１の過充放電判定を行っていたが、各セル監視回路３０が個別に過充放電判定を行っても良い。この場合、各セル監視回路３０は過充放電判定結果をマイコン４０に出力することとなる。

また、ブロック１２の残存容量の算出についても、各セル監視回路３０が行い、その算出結果をマイコン４０に出力するようにしても良い。これにより、マイコン４０は各ブロック１２の残存容量を足し合わせることで組電池１０の残存容量を算出することができる。

そして、マイコン４０がブロック１２を構成する４つの電池セル１１のセル電圧の合計値とブロック１２のブロック電圧とを比較することによりセル電圧検出回路３２およびブロック電圧検出回路３３の故障検出についても、各セル監視回路３０が行っても良い。さらに、セル監視回路３０が、自分が取得したブロック電圧が所定範囲を超える場合にはブロック電圧を検出する頻度よりもセル電圧を検出する頻度を高くする設定を行っても良い。

以上のように、上記各実施形態で行っていたマイコン４０の動作をセル監視回路３０に実行させることもできる。

上記各実施形態では、各電池セル１１とセル電圧検出回路３２、ブロック電圧検出回路３３、あるいは電圧検出回路３５とを接続するために選択スイッチ３１が用いられていたが、これはセル監視回路３０の構成の一例であり、他の回路構成により両者を接続しても良い。

また、第２実施形態で示された差動増幅部３６の回路構成は一例を示すものであり、ゲインを調整できる回路構成であればもちろん他の回路構成でも良い。

１０ 組電池
１１ 電池セル
１２ ブロック
２０ 電池電圧監視装置
３０ セル監視回路
３１ 選択スイッチ
３２ セル電圧検出回路
３２ｂ Ａ／Ｄコンバータ
３２ｃ 基準電源
３３ ブロック電圧検出回路
３３ｂ Ａ／Ｄコンバータ
３３ｃ 基準電源
３４ 電流検出回路

Claims (10)

1. 直列接続された複数の電池セルを所定数毎にグループ化した複数のブロックにそれぞれ対応して設けられ、前記ブロックを構成する電池セルそれぞれのセル電圧を検出するセル電圧検出回路を備えたセル監視回路が複数直列接続された電池電圧監視装置であって、
   前記複数のセル監視回路それぞれは、前記ブロックのブロック電圧を検出するブロック電圧検出回路を備えていることを特徴とする電池電圧監視装置。
2. 前記セル電圧検出回路において前記セル電圧を検出する頻度が任意の頻度に設定され、
   前記ブロック電圧検出回路において前記ブロック電圧を検出する頻度が任意の頻度に設定されることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
3. 前記ブロック電圧を検出する頻度は前記セル電圧を検出する頻度よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の電池電圧監視装置。
4. 前記電池セルは、充電可能な二次電池であり、
   前記複数のセル監視回路それぞれは、検出したブロック電圧が所定範囲を超える場合、前記ブロック電圧検出回路に設定される前記ブロック電圧を検出する頻度よりも前記セル電圧検出回路に設定される前記セル電圧を検出する頻度を高くすることを特徴とする請求項２または３に記載の電池電圧監視装置。
5. 前記複数のセル監視回路それぞれは、前記ブロックを構成する複数の電池セルのいずれか１つの正極および負極と前記セル電圧検出回路とを接続する場合と、前記ブロックを構成する最も高電圧側の電池セルの正極および最も低電圧側の電池セルの負極と前記ブロック電圧検出回路とを接続する場合とで共用される選択スイッチを備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
6. 前記複数のセル監視回路それぞれは、前記ブロックを構成する複数の電池セルのいずれか１つの正極および負極と前記セル電圧検出回路とを接続するセル電圧検出選択スイッチと、前記ブロックを構成する最も高電圧側の電池セルの正極および最も低電圧側の電池セルの負極と前記ブロック電圧検出回路とを接続するブロック電圧検出選択スイッチと、を別々に備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
7. 前記セル電圧検出回路および前記ブロック電圧検出回路は、検出した電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータで用いられる基準電源電圧を生成する基準電源とをそれぞれ有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
8. 前記セル監視回路は、前記セル電圧検出回路のＡ／Ｄコンバータおよび前記ブロック電圧検出回路のＡ／Ｄコンバータに、前記セル電圧検出回路で検出されたセル電圧、前記セル電圧検出回路の基準電源の基準電源電圧、前記ブロック電圧検出回路で検出されたブロック電圧、前記ブロック電圧検出回路の基準電源の基準電源電圧のうちのいずれかが入力されるように任意に接続が変更されるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の電池電圧監視装置。
9. 前記セル電圧検出回路および前記ブロック電圧検出回路のいずれか一方は、前記セル電圧検出回路で検出されたセル電圧または前記ブロック電圧検出回路で検出されたブロック電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを有し、
   前記セル電圧検出回路および前記ブロック電圧検出回路は、前記Ａ／Ｄコンバータで用いられる基準電源電圧を生成する基準電源をそれぞれ有しており、
   前記Ａ／Ｄコンバータに対して基準電源が任意に接続されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
10. 前記複数の電池セルにより構成された組電池に流れる電流を検出する電流検出回路を備えていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。

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