JP2012054034A - 電圧監視回路および電池電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信ラインを介して接続される各電圧検出部間における通信を好適に行う。
【解決手段】それぞれ複数の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎが接続されて構成された複数の電池ブロック３，４が直列に接続されて構成された電源部６の各二次電池の端子電圧を監視する電圧監視回路であって、一の電池ブロック３の一部以外の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎの端子電圧を検出し、かつ一の電池ブロック３に電源用配線Ｒ１を介して直列接続された隣接電池ブロック４の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧を検出する電圧検出部１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の二次電池の端子電圧を監視する電圧監視回路およびこれを備えた電池電源装置に関するものである。

従来から、例えばＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等の電気自動車の電源や、無停電源装置、あるいは太陽光発電や風力発電における電力調整用途等に用いられる電池電源装置は、１００Ｖ以上の電源電圧を得るために複数の二次電池が直列接続された組電池を用いて構成されている。このような組電池に含まれる二次電池の数は、例えば１００個を超えることも珍しくない。

一方で、二次電池は、その充電状態によって、劣化が進んだり安全性が低下したりするおそれがあるため、上述のような電池電源装置を適切に運用するためには、組電池に含まれる各二次電池の端子電圧を監視して、各二次電池の状態を把握する必要がある。

そこで、各二次電池の端子電圧を測定する電圧検出回路を設け、電圧検出回路で測定された各端子電圧を示すデータを、マイクロコンピュータ等を用いて構成された制御部へ送信するようにした装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記従来の装置では、特許文献１の段落［００２４］に記載されているように、電圧検出回路は、対応する電池ブロックのマイナス側をそれぞれグランドとしているため、各電圧検出回路の基準の電圧レベルが互いに異なっている。また、同文献の段落［００２８］に記載されているように、通信ラインは、一つの電圧検出回路と残りの電圧検出回路との間に設けられている。

特開２００８−１０８５９１号公報

上記従来の特許文献１に記載の装置では、通信ラインは、一つの電圧検出回路と残りの(ｍ−１)個の電圧検出回路との間に設けられているため、合計で(ｍ−１)本の通信ラインが必要となっている。したがって、通信ラインの本数が多くなっている。これに対して、通信ラインの本数増大を抑制するために、例えば図３に示すように、各電圧検出回路の間をデイジーチェイン接続することが考えられる。

図３は、特許文献１に記載の装置においてデイジーチェイン接続した構成を示している。図３では、電池ブロックＢ(ｍ−１)に対応する電圧検出回路１(ｍ−１)に、通信回路２３１，２３２を設け、電池ブロックＢ(ｍ−２)に対応する電圧検出回路１(ｍ−２)に、通信回路２４１，２４２を設けている。そして、電圧検出回路１(ｍ−１)の通信回路２３１は、隣接する電圧検出回路１ｍにデータを送信し、通信回路２３２は、隣接する電圧検出回路１(ｍ−２)の通信回路２４１から送信されるデータを受信し、電圧検出回路１(ｍ−２)の通信回路２４２は、隣接する電圧検出回路１(ｍ−３)（図示省略）から送信されるデータを受信するように構成されている。このようにデイジーチェイン接続で通信ラインを構成すると、電圧検出回路の個数、つまりｍの大きさに関わりなく、通信ラインの本数を一定（図３では２本）にすることができる。

ところが、上述したように、特許文献１に記載の装置では、各電圧検出回路の電圧レベルが異なっているために、デイジーチェイン接続された電圧検出回路間で、通信が好適にできない虞があった。すなわち、電圧検出回路１(ｍ−２)の通信回路２４１の基準電圧Ｖ３Ａのレベルと、電圧検出回路１(ｍ−１)の通信回路２３２の基準電圧Ｖ２Ｂのレベルとが異なっている。

ここで、例えば電気自動車では、放電時に４００Ａ程度の電流が頻繁に流れるが、この場合、電池ブロックＢ(ｍ−１)と電池ブロックＢ(ｍ−２)とを接続する電源用配線Ｒ１１の抵抗値が１Ωであったとしても、電圧レベルの電位差は４００Ｖになってしまう。また、放電時と充電時では流れる電流の大きさが異なるため、電圧レベルの電位差も変動してしまう。そして、この変動がノイズとして通信ラインに重畳される虞がある。

ここで、通信回路２４１と通信回路２３２とを接続する通信ラインのデータ信号線の電圧レベルを模式的に示すと、図４に示すようになる。図４において、基準電圧Ｖ３Ａに対して、５Ｖ程度昇圧されたレベルがハイレベル信号に設定される。図４に示す状態では、通信回路２４１が出力するハイレベル信号を、通信回路２３２においてハイレベルとして検出できないという事態が生じ得る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、複数の電圧検出部をデイジーチェイン接続により通信接続した場合に、通信ラインを介して接続される各電圧検出部間における通信を好適に行うことができる電圧監視回路およびこれを備えた電池電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電圧監視回路は、それぞれ複数の二次電池が接続されて構成された複数の電池ブロックが直列に接続されて構成された電源部の前記各二次電池の端子電圧を監視する電圧監視回路であって、一の電池ブロックの一部以外の残りの前記二次電池の端子電圧を検出し、かつ前記一の電池ブロックに電源用配線を介して直列接続された隣接電池ブロックの一部の前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部を備える。

この構成によれば、電圧検出部により、一の電池ブロックの一部以外の残りの二次電池の端子電圧が検出され、かつ一の電池ブロックに電源用配線を介して直列接続された隣接電池ブロックの一部の二次電池の端子電圧が検出される。このように、電圧検出部は、一の電池ブロックと隣接電池ブロックとをまたぐように配設されて、各二次電池の端子電圧を検出している。したがって、複数の電圧検出部をデイジーチェイン接続により通信接続した場合に、各電圧検出部には、一の電池ブロックの同一配線をグランドとして接続することが可能になっている。よって、通信ラインを介して接続される各電圧検出部間における通信を好適に行うことができる。

また、上記の電圧監視回路において、前記一の電池ブロックの前記一部の二次電池の端子電圧を検出する第２電圧検出部をさらに備え、前記電圧検出部は、検出された電圧情報を前記第２電圧検出部に向けて送信する第１通信回路を含み、前記第２電圧検出部は、前記第１通信回路により送信された前記電圧情報を受信する第２通信回路を含み、前記第１通信回路と前記第２通信回路とは通信ラインを介して接続され、前記一の電池ブロックにおいて前記一部の二次電池と前記残りの二次電池とを接続する線がグランドとして前記第１および第２通信回路にそれぞれ接続されている。

この構成によれば、一の電池ブロックにおいて一部の二次電池と残りの二次電池とを接続する線がグランドとして第１および第２通信回路にそれぞれ接続されているため、第１通信回路と第２通信回路の電圧レベルが同じになる。すなわち、一の電池ブロックを構成する複数の二次電池を一部の二次電池と一部以外の残りの二次電池とに分けて、それぞれ第２電圧検出部および電圧検出部で各二次電池の端子電圧を検出している。したがって、一部の二次電池と残りの二次電池とを接続する線をグランドとして電圧検出部および第２電圧検出部の第１および第２通信回路にそれぞれ容易に接続することができ、その結果、第１通信回路と第２通信回路の電圧レベルを同じにすることが可能となっている。これによって、第１通信回路と第２通信回路とを接続する通信ラインを介して、第２通信回路から送信された電圧情報を第１通信回路において確実に受信することができる。また、第１および第２通信回路における電圧レベルの電位差の変動がノイズとして通信ラインに重畳されるのを未然に防止することができる。

また、上記の電圧監視回路において、予め測定された前記電源用配線の抵抗値を保存する記憶部と、前記電圧検出部による検出結果に基づき、前記電源用配線の前記一の電池ブロック側の端部と前記電源用配線の前記隣接電池ブロック側の端部との間の電位差を求め、その電位差と前記記憶部に保存されている前記電源用配線の抵抗値とから、前記電源用配線に流れる電流値を求める演算部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、一の電池ブロックと隣接電池ブロックとを接続する電源用配線の抵抗値が予め測定されて、記憶部に保存されている。また、第２電圧検出部は、一の電池ブロックの残りの二次電池の端子電圧を検出し、かつ一の電池ブロックに電源用配線を介して直列接続された隣接電池ブロックの一部の二次電池の端子電圧を検出することから、その検出結果に基づき、演算部により、電源用配線の一の電池ブロック側の端部と電源用配線の隣接電池ブロック側の端部との間の電位差を求めることが可能となっている。そして、その求められた電位差と、記憶部に保存されている電源用配線の抵抗値とから、演算部により、電源用配線に流れる電流値が求められるため、別途、電流検出用の抵抗を備えることなく簡素な回路構成で、電源部に流れる電流値を求めることが可能となっている。

また、上記の電圧監視回路において、前記隣接電池ブロックの残りの前記二次電池の端子電圧を検出し、かつ前記隣接電池ブロックにさらに第２電源用配線を介して前記一の電池ブロックと反対側に直列接続された第２隣接電池ブロックの一部の前記二次電池の端子電圧を検出する第３電圧検出部をさらに備え、前記記憶部は、予め測定された前記第２電源用配線の抵抗値を保存し、前記演算部は、前記第３電圧検出部による検出結果に基づき、前記第２電源用配線の前記隣接電池ブロック側の端部と前記第２電源用配線の前記第２隣接電池ブロック側の端部との間の電位差を求め、その電位差と、前記記憶部に保存されている前記第２電源用配線の抵抗値とから、前記第２電源用配線に流れる電流値を求め、前記電源用配線に流れる電流値と前記第２電源用配線に流れる電流値との平均値を前記電源部に流れる電流値と決定することが好ましい。

この構成によれば、隣接電池ブロックと第２隣接電池ブロックとを接続する第２電源用配線の抵抗値が予め測定されて、記憶部に保存されている。また、第３電圧検出部は、隣接電池ブロックの残りの二次電池の端子電圧を検出し、かつ隣接電池ブロックに第２電源用配線を介して一の電池ブロックと反対側に直列接続された第２隣接電池ブロックの一部の二次電池の端子電圧を検出することから、その検出結果に基づき、演算部により、第２電源用配線の隣接電池ブロック側の端部と第２電源用配線の第２隣接電池ブロック側の端部との間の電位差を求めることが可能となっている。そして、その求められた電位差と、記憶部に保存されている第２電源用配線の抵抗値とから、演算部により、第２電源用配線に流れる電流値が求められる。さらに、演算部により、電源用配線に流れる電流値と第２電源用配線に流れる電流値との平均値が、電源部に流れる電流値と決定されるため、電源部に流れる電流値の精度を向上することができる。

また、上記の電圧監視回路において、前記電圧検出部は、情報を受信する第３通信回路を含み、前記第３電圧検出部は、検出された電圧情報を前記第３通信回路に送信する第４通信回路を含み、前記第３通信回路と前記第４通信回路とは通信ラインを介して接続され、前記隣接電池ブロックにおいて前記一部の二次電池と前記残りの二次電池とを接続する線がグランドとして前記第３および第４通信回路にそれぞれ接続されていることが好ましい。

この構成によれば、隣接電池ブロックにおいて一部の二次電池と残りの二次電池とを接続する線がグランドとして第３および第４通信回路にそれぞれ接続されているため、第３通信回路と第４通信回路の電圧レベルが同じになる。したがって、第３通信回路と第４通信回路との間を接続する通信ラインを介して、第４通信回路から送信された電圧情報を第３通信回路において確実に受信することができる。

また、上記の電圧監視回路において、情報を受信する第５通信回路を含む制御部をさらに備え、前記第２電圧検出部は、検出された電圧情報および前記第２通信回路により受信された前記電圧情報を前記第５通信回路に送信する第６通信回路を含むことが好ましい。

この構成によれば、第２電圧検出部により検出された電圧情報と、第２通信回路により受信された電圧情報、すなわち電圧検出部により検出された電圧情報とが、第６通信回路から第５通信回路に送信される。したがって、制御部は、それらの電圧情報に基づき、例えば各二次電池の状態を判定したり、二次電池の充放電の制御を行うことができる。

また、本発明に係る電池電源装置は、上述のいずれかに記載の電圧監視回路と、前記電源部とを備える。この構成によれば、それぞれ複数の二次電池が接続されて構成された複数の電池ブロックが直列に接続されて構成された電源部を備える電池電源装置において、電圧検出部は、一の電池ブロックと隣接電池ブロックとをまたぐように配設されて、各二次電池の端子電圧を検出している。したがって、複数の電圧検出部をデイジーチェイン接続により通信接続した場合に、各電圧検出部には、一の電池ブロックの同一配線をグランドとして接続することが可能になっている。よって、通信ラインを介して接続される各電圧検出部間における通信を好適に行うことができる。

本発明によれば、電圧検出部は、一の電池ブロックと隣接電池ブロックとをまたぐように配設されて、各二次電池の端子電圧を検出しているため、複数の電圧検出部をデイジーチェイン接続により通信接続した場合に、各電圧検出部には、一の電池ブロックの同一配線をグランドとして接続することが可能になっている。よって、通信ラインを介して接続される各電圧検出部間における通信を好適に行うことができる。

本発明の一実施形態の電圧監視回路を備えた電池電源装置の構成の一例を示すブロック図である。 通信ラインのデータ信号線の電圧を模式的に示すタイミングチャートである。 従来装置においてデイジーチェイン接続した構成を示す図である。 図３に示す構成でデータ信号線の電圧を模式的に示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の電圧監視回路を備えた電池電源装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す電池電源装置１は、無停電電源装置や携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両等、種々の電池搭載機器用の電源、あるいは発電装置の電力調整等、種々の用途に用いられる。

電池電源装置１は、電圧監視回路２、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、電池ブロック３，４，５を含む電源部６、及び接続端子７，８を備えて構成されている。また、電圧監視回路２は、電圧計測ＩＣ（Integrated Circuit）１１，１２，１３，１４、および制御部１５を備えている。

そして、接続端子７が、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して電源部６の正極に接続され、電源部６の負極が接続端子８に接続されている。これにより、接続端子７からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、及び電源部６を介して接続端子８に至る電流経路が構成されている。

そして、接続端子７，８の間に、電源部６へ充電電流を供給する充電器や発電装置等の充電部や、電源部６からの電力供給により動作する負荷回路等が接続されて、電源部６の充放電が行われるようになっている。

接続端子７，８に接続される充電部は、例えば商用電源電圧から電源部６の充電電流を生成する電源回路であってもよく、例えば太陽光、風力、あるいは水力といった自然エネルギーに基づき発電する発電装置や、内燃機関等の動力によって発電する発電装置等であってもよい。

また、接続端子７，８に接続される負荷回路は、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載機器において、電源部６からの電力供給により動作する負荷回路であってもよく、無停電電源装置や発電装置からの電力供給により動作する負荷回路であってもよい。

接続端子７，８は、端子台やコネクタの他、例えばランドやパッド等の配線パターンであってもよい。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのカソードが接続端子７側に設定されており、オフにされると、電源部６の充電方向の電流のみを遮断するようになっている。スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのカソードが電源部６側に設定されており、オフにされると、電源部６の放電方向の電流のみを遮断するようになっている。

なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、コンタクタやリレースイッチ等、種々のスイッチング素子を用いることができる。また、充電方向用のスイッチング素子と、放電方向用のスイッチング素子とに分ける例に限らない。

電源部６は、電池ブロック３，４，５が直列接続されて構成されている。電池ブロック３，４，５は、それぞれ二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎが直列接続されて構成されている。

二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎとしては、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等、種々の二次電池セルが用いられる。電池ブロック３，４，５に含まれる各二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎは、同一の構成とされており、原則として、満充電容量や内部抵抗値などの特性が同じものが用いられている。なお、二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎは、例えば素電池（セル）であってもよく、あるいは複数の素電池が、例えば直列または並列に接続されたものであってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続されたものであってもよい。

電池ブロック３は電源用配線Ｒ１を介して電池ブロック４に直列接続され、電池ブロック４は電源用配線Ｒ２を介して電池ブロック５に直列接続されている。電源用配線Ｒ１，Ｒ２は、図１に示すように、等価的に抵抗として表すことができる。

電圧計測ＩＣ１１，１２，１３，１４は、それぞれ電池ブロック３，４，５の一部の二次電池の端子電圧を検出するものである。すなわち、電圧計測ＩＣ１１は電池ブロック３の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧を検出する。電圧計測ＩＣ１２は電池ブロック３の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎの端子電圧を検出し、かつ電池ブロック４の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧を検出する。電圧計測ＩＣ１３は電池ブロック４の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎの端子電圧を検出し、かつ電池ブロック５の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧を検出する。電圧計測ＩＣ１４は電池ブロック５の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎの端子電圧を検出する。

また、電圧計測ＩＣ１１，１２，１３，１４は、それぞれ昇圧回路および通信回路を備えている。すなわち、電圧計測ＩＣ１１は、昇圧回路１１１および通信回路１１２，１１３を備え、電圧計測ＩＣ１２は、昇圧回路１２１および通信回路１２２，１２３を備え、電圧計測ＩＣ１３は、昇圧回路１３１および通信回路１３２，１３３を備え、電圧計測ＩＣ１４は、昇圧回路１４１および通信回路１４２を備えている。

昇圧回路１１１，１２１，１３１，１４１は、それぞれ、通信回路１１２，１２２，１３２，１４２の電源を生成するもので、電池ブロックに接続されている配線の電位を予め設定された電圧（例えば５Ｖ）だけ昇圧する。この昇圧回路１１１，１２１，１３１，１４１は、通信回路のための電源が生成できるものであればよく、チャージポンプ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＩＣレギュレータなどの種々の公知の回路を採用することができる。昇圧回路は、通信回路のなかに含まれた構成であってもよい。

通信回路１１２は、後述する制御部１５の通信回路１５１と通信ライン２１により接続され、通信回路１１３は、通信回路１２２と通信ライン２２により接続され、通信回路１２３は、通信回路１３２と通信ライン２３により接続され、通信回路１３３は、通信回路１４２と通信ライン２４により接続されている。このように、この実施形態では、電圧監視回路２において、制御部１５および電圧計測ＩＣ１１，１２，１３，１４がデイジーチェイン接続されている。

各通信回路は、この実施形態では例えば、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）方式でシリアル通信を行っている。したがって、通信ライン２１，２２，２３，２４は、それぞれクロック信号用とデータ信号用の２本の信号線で構成されている。また、通信回路１１２，１２２，１３２，１４２の出力端子は、トランジスタのオープンドレインで構成され、それぞれ昇圧回路１１１，１２１，１３１，１４１により生成された電源電圧にプルアップ抵抗を介してプルアップされている。この構成により、トランジスタをオンオフすることによって、通信回路１１２，１２２，１３２，１４２の出力端子からローレベル信号およびハイレベル信号からなるデータが送信される。なお、通信方式はＩ２Ｃに限られず、したがって通信回路の出力端子の構成もトランジスタのオープンドレインに限られない。

ここで、電圧計測ＩＣ１１〜１４の各通信回路のグランドについて説明する。電池ブロック３の二次電池Ｂ１１の正極が、基準電圧Ｖ１１として通信回路１１２に接続されている。

また、電池ブロック３の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、基準電圧Ｖ１２として通信回路１１３に接続されている。また、電池ブロック３の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、基準電圧Ｖ２１として通信回路１２２に接続されている。したがって、通信回路１１３の基準電圧Ｖ１２と、通信回路１２２の基準電圧Ｖ２１とは、いずれも、電池ブロック３の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線に接続されている点で共通であり、その結果、両者の電圧レベルは同じになっている。

また、電池ブロック４の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、基準電圧Ｖ２２として通信回路１２３に接続されている。また、電池ブロック４の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、基準電圧Ｖ３１として通信回路１３２に接続されている。したがって、通信回路１２３の基準電圧Ｖ２２と、通信回路１３２の基準電圧Ｖ３１とは、いずれも、電池ブロック４の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線に接続されている点で共通であり、その結果、両者の電圧レベルは同じになっている。

また、電池ブロック５の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、基準電圧Ｖ３２として通信回路１３３に接続されている。また、電池ブロック５の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、基準電圧Ｖ４１として通信回路１４２に接続されている。したがって、通信回路１３３の基準電圧Ｖ３２と、通信回路１４２の基準電圧Ｖ４１とは、いずれも、電池ブロック５の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線に接続されている点で共通であり、その結果、両者の電圧レベルは同じになっている。

制御部１５は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、通信回路１５１と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。制御部１５の通信回路１５１は、電圧計測ＩＣ１１の通信回路１１２から送信されるデータを受信するもので、絶縁インターフェイスを備えており、通信回路１１２との間が絶縁された状態で接続される。なお、絶縁インターフェイスとしては、フォトカプラや磁気カプラなどの公知の構成を採用することができる。

また、制御部１５は、記憶部１５２を備えている。この記憶部１５２は、上記ＲＯＭであってもよく、上記ＲＯＭとは別に設けられたメモリであってもよい。この記憶部１５２には、予め測定された上記電源用配線Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が保存されている。

また、制御部１５は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、演算部１５３として機能する。ここで、電圧計測ＩＣ１２は、電池ブロック３の二次電池Ｂ１ｎの端子電圧および電池ブロック４の二次電池Ｂ１１の端子電圧を検出する。そこで、演算部１５３は、電圧計測ＩＣ１２による検出結果に基づき、電池ブロック３の二次電池Ｂ１ｎの負極と電池ブロック４の二次電池Ｂ１１の正極との電位差、すなわち電源用配線Ｒ１の電池ブロック３側の端部と電池ブロック４側の端部との電位差を求める。そして、演算部１５３は、電源用配線Ｒ１の電池ブロック３側の端部と電池ブロック４側の端部との電位差と、記憶部１５２に保存されている電源用配線Ｒ１の抵抗値とから、電源用配線Ｒ１に流れる電流値を求める。

また、電圧計測ＩＣ１３は、電池ブロック４の二次電池Ｂ１ｎの端子電圧および電池ブロック５の二次電池Ｂ１１の端子電圧を検出する。そこで、演算部１５３は、電圧計測ＩＣ１３による検出結果に基づき、電池ブロック４の二次電池Ｂ１ｎの負極と電池ブロック５の二次電池Ｂ１１の正極との電位差、すなわち電源用配線Ｒ２の電池ブロック４側の端部と電池ブロック５側の端部との電位差を求める。そして、演算部１５３は、電源用配線Ｒ２の電池ブロック４側の端部と電池ブロック５側の端部との電位差と、記憶部１５２に保存されている電源用配線Ｒ２の抵抗値とから、電源用配線Ｒ２に流れる電流値を求める。

さらに、演算部１５３は、求めた電源用配線Ｒ１に流れる電流値と電源用配線Ｒ２に流れる電流値の平均値を求め、この平均値を電源部６に流れる電流値と決定する。

次に、上述のように構成された電池電源装置１の動作について説明する。図２は通信ライン２１，２２，２３，２４におけるデータ信号線の電圧を模式的に示すタイミングチャートである。

電圧計測ＩＣ１１により、電池ブロック３の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧が検出される。また、電圧計測ＩＣ１２により、電池ブロック３の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎおよび電池ブロック４の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧が検出される。また、電圧計測ＩＣ１３により、電池ブロック４の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎおよび電池ブロック５の一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋの端子電圧が検出される。また、電圧計測ＩＣ１４により、電池ブロック５の残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎの端子電圧が検出される。

そして、電圧計測ＩＣ１４の通信回路１４２により、電圧計測ＩＣ１４により検出された電圧情報が電圧計測ＩＣ１３の通信回路１３３に送信される。このとき、上述したように、通信回路１４２の基準電圧Ｖ４１および通信回路１３３の基準電圧Ｖ３２の電圧レベルが同じレベルになっている。したがって、通信回路１３３は、通信回路１４２から送られるハイレベル信号およびローレベル信号からなる通信データを確実に受信することができる。

また、電圧計測ＩＣ１３の通信回路１３２により、電圧計測ＩＣ１３により検出された電圧情報と、通信回路１３３が受信した電圧計測ＩＣ１４により検出された電圧情報とが、電圧計測ＩＣ１２の通信回路１２３に送信される。このとき、上述したように、通信回路１３２の基準電圧Ｖ３１および通信回路１２３の基準電圧Ｖ２２の電圧レベルが同じレベルになっている。したがって、通信回路１２３は、通信回路１３２から送られるハイレベル信号およびローレベル信号からなる通信データを確実に受信することができる。

また、電圧計測ＩＣ１２の通信回路１２２により、電圧計測ＩＣ１２により検出された電圧情報と、通信回路１２３が受信した電圧計測ＩＣ１３，１４により検出された電圧情報とが、電圧計測ＩＣ１１の通信回路１１３に送信される。このとき、上述したように、通信回路１２２の基準電圧Ｖ２１および通信回路１１３の基準電圧Ｖ１２の電圧レベルが同じレベルになっている。したがって、図２に示すように、通信回路１１３は、通信回路１２２から送られるハイレベル信号およびローレベル信号からなる通信データを確実に受信することができる。

そして、最後に、電圧計測ＩＣ１１の通信回路１１２により、電圧計測ＩＣ１１により検出された電圧情報と、通信回路１１３が受信した電圧計測ＩＣ１２，１３，１４により検出された電圧情報とが、制御部１５の通信回路１５１に送信される。このとき、上述したように、通信回路１５１は、絶縁インターフェイスにより通信回路１１２との間が絶縁されて接続されているので、通信回路１１２から送られる通信データを確実に受信することができる。

そして、制御部１５は、通信回路１５１が受信したデータに基づき、電池ブロック３，４，５の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎの異常の有無をそれぞれ判定し、その判定結果に基づきスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフを制御し、あるいは判定結果を図外の制御ユニットに通知する。また、演算部１５３は、通信回路１５１が受信したデータと、記憶部１５２に保存されている電源用配線Ｒ１，Ｒ２の抵抗値とに基づき、電源部６に流れる電流値を求める。そして、制御部１５は、その求められた電流値に基づきスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンオフを制御し、あるいは算出結果を図外の制御ユニットに通知する。

以上のように、この実施形態によれば、電池ブロック３において一部の二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｋと残りの二次電池Ｂ１(ｋ＋１)〜Ｂ１ｎとを接続する線が、通信回路１１３および通信回路１２２に配線を介して接続され、その配線が通信回路１１３の基準電圧Ｖ１２および通信回路１２２の基準電圧Ｖ２１として用いられている。したがって、通信回路１１３と通信回路１２２の電圧レベルが同じレベルとなる。

すなわち、電池ブロック３を構成する二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎを一部の二次電池と残りの二次電池とに分けて、それぞれ電圧計測ＩＣ１１および電圧計測ＩＣ１２で各二次電池の端子電圧を検出している。したがって、二次電池Ｂ１ｋと二次電池Ｂ１(ｋ＋１)とを接続する線を、電圧計測ＩＣ１１の通信回路１１３および電圧計測ＩＣ１２の通信回路１２２にそれぞれ配線を介して容易に接続することができ、その結果、通信回路１１３と通信回路１２２の電圧レベルを同じレベルにすることが可能となっている。これによって、通信回路１１３と通信回路１２２との間でデイジーチェイン接続された通信ライン２２を介して、通信回路１２２から送信された電圧情報を通信回路１１３において確実に受信することができる。

また、同様に構成され、通信回路１２３および通信回路１３２の電圧レベルが同じレベルにされているため、通信回路１２３と通信回路１３２との間でデイジーチェイン接続された通信ライン２３を介して、通信回路１３２から送信された電圧情報を通信回路１２３において確実に受信することができる。また、同様に構成され、通信回路１３３および通信回路１４２の電圧レベルが同じレベルにされているため、通信回路１３３と通信回路１４２との間でデイジーチェイン接続された通信ライン２４を介して、通信回路１４２から送信された電圧情報を通信回路１３３において確実に受信することができる。

また、この実施形態によれば、電池ブロック３と電池ブロック４とを接続する電源用配線Ｒ１の抵抗値を予め測定して記憶部１５２に保存している。また、電源用配線Ｒ１の電池ブロック３側の端部と電源用配線Ｒ１の電池ブロック４側の端部との間の電位差を、電圧計測ＩＣ１２の検出結果に基づき演算部１５３により求めている。そして、その求められた電位差と、記憶部１５２に保存されている電源用配線Ｒ１の抵抗値とから、演算部１５３により、電源用配線Ｒ１に流れる電流値を求めている。したがって、別途、電流検出用の抵抗を備えることなく簡素な回路構成で、電源部６に流れる電流値を求めることが可能となっている。

また、この実施形態では、同様にして、電源用配線Ｒ２の電池ブロック４側の端部と電源用配線Ｒ２の電池ブロック５側の端部との間の電位差を、電圧計測ＩＣ１３による検出結果に基づき、演算部１５３により求めている。そして、その求められた電位差と、記憶部１５２に保存されている電源用配線Ｒ２の抵抗値とから、演算部１５３により、電源用配線Ｒ２に流れる電流値を求めている。また、演算部１５３は、電源用配線Ｒ１に流れる電流値と電源用配線Ｒ２に流れる電流値との平均値を電源部６に流れる電流値と決定している。よって、この実施形態によれば、電源部６に流れる電流値を精度良く求めることが可能となっている。

上記実施形態では、電圧計測ＩＣ１１と電圧計測ＩＣ１２と電圧計測ＩＣ１３との関係では、電圧計測ＩＣ１１が本発明の「第２電圧検出部」に相当し、電圧計測ＩＣ１１の通信回路１１３が本発明の「第２通信回路」に相当し、電圧計測ＩＣ１２が本発明の「電圧検出部」に相当し、電圧計測ＩＣ１２の通信回路１２２が本発明の「第１通信回路」に相当し、電圧計測ＩＣ１２の通信回路１２３が本発明の「第３通信回路」に相当し、電圧計測ＩＣ１３が本発明の「第３電圧検出部」に相当し、電圧計測ＩＣ１３の通信回路１３２が本発明の「第４通信回路」に相当する。

また、上記実施形態では、電圧計測ＩＣ１１と制御部１５との関係では、電圧計測ＩＣ１１の通信回路１１２が本発明の「第６通信回路」に相当し、制御部１５の通信回路１５１が本発明の「第５通信回路」に相当する。

なお、上記実施形態では、電源部６に含まれる電池ブロックの数は、電池ブロック３，４，５の３個としているが、これに限られず、２個であってもよく、４個以上であってもよい。但し、電源部６に含まれる電池ブロックの数を３個以上とすると、電池ブロックと電池ブロックとを接続する電源用配線が２箇所以上となるので、各電源用配線を流れる電流値の平均値を求めることができることから、特に大電圧を要する装置において、電流値を高精度に求めることができる。

また、電源部６は、複数の電池ブロックが直列と並列とが組み合わされて接続されたものであってもよい。すなわち、複数の電池ブロックが、少なくとも直列に接続されたものであればよい。

また、上記実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備える例を示したが、必ずしもスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備える必要はなく、例えば、電圧計測ＩＣ１１〜１４によって取得された端子電圧を、接続端子７，８に接続される充電部や負荷回路へ送信することで、電源部６の充放電を制御するために利用する構成としてもよい。また、例えば電圧計測ＩＣ１１〜１４によって取得された端子電圧を表示したり、記録したりすることで、二次電池Ｂ１１〜Ｂ１ｎの端子電圧の監視のみを行う構成としてもよい。

本発明に係る電圧監視回路およびこれを備えた電池電源装置は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、ハイブリッドエレベータ、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置およびシステム等において、好適に利用することができる。

１ 電池電源装置
２ 電圧監視回路
３ 電池ブロック（一の電池ブロック）
４ 電池ブロック（隣接電池ブロック）
５ 電池ブロック（第２隣接電池ブロック）
６ 電源部
１１ 電圧計測ＩＣ（第２電圧検出部）
１２ 電圧計測ＩＣ（電圧検出部）
１３ 電圧計測ＩＣ（第３電圧検出部）
１１２ 通信回路（第６通信回路）
１１３ 通信回路（第２通信回路）
１２２ 通信回路（第１通信回路）
１２３ 通信回路（第３通信回路）
１３２ 通信回路（第４通信回路）
１５ 制御部
１５１ 通信回路（第５通信回路）
１５２ 記憶部
１５３ 演算部
Ｂ１１〜Ｂ１ｎ 二次電池
Ｒ１ 電源用配線
Ｒ２ 電源用配線（第２電源用配線）

Claims (7)

1. それぞれ複数の二次電池が接続されて構成された複数の電池ブロックが直列に接続されて構成された電源部の前記各二次電池の端子電圧を監視する電圧監視回路であって、
   一の電池ブロックの一部以外の残りの前記二次電池の端子電圧を検出し、かつ前記一の電池ブロックに電源用配線を介して直列接続された隣接電池ブロックの一部の前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部を備えることを特徴とする電圧監視回路。
2. 前記一の電池ブロックの前記一部の二次電池の端子電圧を検出する第２電圧検出部
   をさらに備え、
   前記電圧検出部は、検出された電圧情報を前記第２電圧検出部に向けて送信する第１通信回路を含み、
   前記第２電圧検出部は、前記第１通信回路により送信された前記電圧情報を受信する第２通信回路を含み、
   前記第１通信回路と前記第２通信回路とは通信ラインを介して接続され、
   前記一の電池ブロックにおいて前記一部の二次電池と前記残りの二次電池とを接続する線がグランドとして前記第１および第２通信回路にそれぞれ接続されている請求項１に記載の電圧監視回路。
3. 予め測定された前記電源用配線の抵抗値を保存する記憶部と、
   前記電圧検出部による検出結果に基づき、前記電源用配線の前記一の電池ブロック側の端部と前記電源用配線の前記隣接電池ブロック側の端部との間の電位差を求め、その電位差と前記記憶部に保存されている前記電源用配線の抵抗値とから、前記電源用配線に流れる電流値を求める演算部と
   をさらに備える請求項２に記載の電圧監視回路。
4. 前記隣接電池ブロックの残りの前記二次電池の端子電圧を検出し、かつ前記隣接電池ブロックにさらに第２電源用配線を介して前記一の電池ブロックと反対側に直列接続された第２隣接電池ブロックの一部の前記二次電池の端子電圧を検出する第３電圧検出部
   をさらに備え、
   前記記憶部は、予め測定された前記第２電源用配線の抵抗値を保存し、
   前記演算部は、前記第３電圧検出部による検出結果に基づき、前記第２電源用配線の前記隣接電池ブロック側の端部と前記第２電源用配線の前記第２隣接電池ブロック側の端部との間の電位差を求め、その電位差と、前記記憶部に保存されている前記第２電源用配線の抵抗値とから、前記第２電源用配線に流れる電流値を求め、前記電源用配線に流れる電流値と前記第２電源用配線に流れる電流値との平均値を前記電源部に流れる電流値と決定する請求項３に記載の電圧監視回路。
5. 前記電圧検出部は、情報を受信する第３通信回路を含み、
   前記第３電圧検出部は、検出された電圧情報を前記第３通信回路に送信する第４通信回路を含み、
   前記第３通信回路と前記第４通信回路とは通信ラインを介して接続され、
   前記隣接電池ブロックにおいて前記一部の二次電池と前記残りの二次電池とを接続する線がグランドとして前記第３および第４通信回路にそれぞれ接続されている請求項４に記載の電圧監視回路。
6. 情報を受信する第５通信回路を含む制御部
   をさらに備え、
   前記第２電圧検出部は、検出された電圧情報および前記第２通信回路により受信された前記電圧情報を前記第５通信回路に送信する第６通信回路を含む請求項２〜５のいずれか１項に記載の電圧監視回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電圧監視回路と、
   前記電源部と
   を備えることを特徴とする電池電源装置。

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