JP2016194428A - 電池電圧検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池の端子間電圧が部品の劣化によって劣化前よりも低い値として検出されることを軽減する、あるいは部品が劣化しても電池の端子間電圧を劣化前よりも高い値として検出することができる検出装置を提供する。【解決手段】複数の単電池E1〜E12と電圧検出回路2との間にローパスフィルタをそれぞれ備える電池電圧検出装置A1であって、各ローパスフィルタを構成するコンデンサC0〜C12は、一端が自らに対応する単電池E1〜E12の端子に接続され、他端が単電池E1〜E12の端子電圧よりも高い電圧Vaの昇圧回路・電圧源1に接続されている。【選択図】図1

Description

本発明は、電池電圧検出装置に関する。
下記特許文献1には、複数の単電池セルが直列接続されたセルグループを備えた電池システムの監視装置(電池システム監視装置)において、各単電池セルと各単電池セルの端子間電圧を測定するコントローラICとの間にRCフィルタを設けることが記載されている(例えば図2〜4参照)。このRCフィルタは、抵抗器とコンデンサとから構成される回路であり、ノイズを除去するためのものである。
特開2013−094032号公報
このような従来技術には、コンデンサが劣化して内部抵抗が低下した場合に、単電池セルの端子間電圧を本来の値よりも低い値として検出する虞がある。すなわち、特許文献1の技術では、コンデンサの他端がGNDに接続されているので、コンデンサが劣化して内部抵抗が低下した場合に、入力抵抗とコンデンサとの分圧比が低下するので、単電池セルの端子間電圧は、コンデンサが健全な状態における端子間電圧(本来の値)よりも低い値として検出される。このように部品(コンデンサ)の劣化によって端子間電圧が本来の値よりも低い値として検出されることは、電池の過充電を見逃す虞があるので、電池の状態を監視する上で好ましくない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電池の端子間電圧が部品の劣化によって劣化前よりも低い値として検出されることを軽減する、あるいは部品が劣化しても電池の端子間電圧を劣化前よりも高い値として検出することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、第1の解決手段として、電池と電圧検出回路との間にローパスフィルタを備える電池電圧検出装置であって、ローパスフィルタを構成するコンデンサは、一端が電池の端子に接続され、他端が電池の端子電圧よりも高い電圧の電圧源に接続されている、という手段を採用する。
本発明では、第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、電池は複数の単電池が直列接続された組電池であり、ローパスフィルタは単電池の各々について設けられ、各々のコンデンサの他端は、全てあるいは一部が単電池の端子電圧よりも高い電圧の電圧源に接続されている、という手段を採用する。
本発明では、第3の解決手段として、上記第1の解決手段において、電池は複数の単電池が直列接続された組電池であり、ローパスフィルタは単電池の各々について設けられ、各々のコンデンサの他端は、自らに対応する単電池の端子電圧に所定電圧を加えた電圧の電圧源にそれぞれ接続されている、という手段を採用する。
本発明によれば、電池と電圧検出回路との間に備えられるローパスフィルタのコンデンサは、一端が電池の端子に接続され、他端が電池の端子電圧よりも高い電圧の電圧源に接続されているので、電池の端子間電圧が部品の劣化によって劣化前よりも低い値として検出されることを軽減することができる。
本発明の第1実施形態に係る電池電圧検出装置A1の要部構成を示す回路図である。 本発明の第2実施形態に係る電池電圧検出装置A2の要部構成を示す回路図である。 本発明の第3実施形態に係る電池電圧検出装置A3の要部構成を示す回路図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
最初に、本発明の第1実施形態について、図1を参照して説明する。この図1に示すように、第1実施形態に係る電池電圧検出装置A1は、複数(12個)の単電池E1〜E12からなる組電池Dを検出対象とするものであり、13個の抵抗器R0〜R12、13個のコンデンサC0〜C12、昇圧回路1及び電圧検出IC2を備えている。
12個の単電池E1〜E12は、一列に直列接続されている。すなわち、第1の単電池E1のプラス端子に第2の単電池E2のマイナス端子が接続され、第2の単電池E1のプラス端子に第3の単電池E3のマイナス端子が接続され、以下同様にして第3の単電池E3から第11の単電池E11が順次直列に接続され、さらに第11の単電池E11のプラス端子に第12の単電池E12のマイナス端子が接続されている。このように12個の単電池E1〜E12が一列に直列接続された組電池Dでは、第1の単電池E1のマイナス端子が最も低い電位で、第12の単電池E12のプラス端子が最も高い電位(電池最高電位Vm)となる。
単電池E1〜E12の各端子は、抵抗器R0〜R12の何れか1つを介して電圧検出IC2の入力端子T0〜T12にそれぞれ接続されている。すなわち、第1の単電池E1のマイナス端子は、抵抗器R0を介して電圧検出IC2の入力端子T0に接続され、第1の単電池E1のプラス端子及び第2の単電池E1のマイナス端子は、抵抗器R1を介して電圧検出IC2の入力端子T1に接続されている。なお、第1の単電池E1のマイナス端子は、図示するように接地されている。
第2の単電池E2のプラス端子から第11の単電池E11のマイナス端子については説明を割愛するが、第12の単電池E12のマイナス端子及び第11の単電池E11のプラス端子は、抵抗器R11を介して電圧検出IC2の入力端子T11に接続され、第12の単電池E12のプラス端子は、抵抗器R12を介して電圧検出IC2の入力端子T12に接続されている。また、第12の単電池E12のプラス端子は、昇圧回路1の入力端子にも接続されている。
すなわち、13個の抵抗器R0〜R12は、単電池E1〜E12の各端子に対応して設けられている。これら抵抗器R0〜R12のうち、抵抗器R0は、一端が第1の単電池E1のマイナス端子に接続され、他端が電圧検出IC2の入力端子T0に接続されている。また、抵抗器R1は、一端が第1の単電池E1のプラス端子及び第2の単電池E2のマイナス端子に接続され、他端が電圧検出IC2の入力端子T1に接続されている。
また、抵抗器R2〜R10については説明を割愛するが、抵抗器R11は、一端が第11の単電池E11のプラス端子及び第12の単電池E12のマイナス端子に接続され、他端が電圧検出IC2の入力端子T11に接続されている。抵抗器R12は、一端が第12の単電池E12のプラス端子に接続され、他端が電圧検出IC2の入力端子T12に接続されている。
13個のコンデンサC0〜C12は、上記抵抗器R0〜R12と同様に単電池E1〜E12の各端子に対応して設けられており、一端が自らに対応する抵抗器R0〜R12の他端つまり電圧検出IC2の入力端子T0〜T12にそれぞれ接続され、他端の全部が電圧Vaのアナログ電源にそれぞれ接続されている。すなわち、13個のコンデンサC0〜C12のうち、コンデンサC0は、一端が抵抗器R0の他端つまり電圧検出IC2の入力端子T0に接続され、他端がアナログ電源に接続されている。
コンデンサC1は、一端が抵抗器R1の他端つまり電圧検出IC2の入力端子T1に接続され、他端がアナログ電源に接続されている。また、コンデンサC2〜C10については説明を割愛するが、コンデンサC11は、一端が抵抗器R11の他端つまり電圧検出IC2の入力端子T11に接続され、他端がアナログ電源に接続されている。コンデンサC12は、一端が抵抗器R12の他端つまり電圧検出IC2の入力端子T12に接続され、他端がアナログ電源に接続されている。
ここで、一端あるいは他端が接続関係にある一対の抵抗器及びコンデンサは、各々にRCフィルタを構成している。すなわち、抵抗器R0とコンデンサC0とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R1とコンデンサC1とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R2とコンデンサC2とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R3とコンデンサC3とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R4とコンデンサC4とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R5とコンデンサC5とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R6とコンデンサC6とは1つのRCフィルタを構成している。
また、抵抗器R7とコンデンサC7とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R8とコンデンサC8とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R9とコンデンサC9とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R10とコンデンサC10とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R11とコンデンサC11とは1つのRCフィルタを構成し、抵抗器R12とコンデンサC12とは1つのRCフィルタを構成している。このような13個のRCフィルタは、各々に対応する単電池E1〜E12と電圧検出IC2との間に備えられている。
このような13個のRCフィルタは、各々にローパスフィルタとして機能を有する。すなわち、単電池E1〜E12の各端子電圧は、RCフィルタを通過することにより個々にノイズが除去されて電圧検出IC2の各入力端子T0〜T12にそれぞれ入力される。
昇圧回路1は、第12の単電池E12のプラス端子の電圧(最高電位Vm)を昇圧することにより、上記アナログ回路部に電源電圧Vaの電源を供給する電圧源である。この電源電圧Vaは、最高電位Vmに所定の追加電圧(例えば5V)を加えた電位である。組電池Dにおいて、12個の単電池E1〜E12は上述したように一列に直列接続されているので、12個の単電池E1〜E12のうち、第1の単電池E1のマイナス端子が最も低い電位で、第12の単電池のプラス端子が最も高い電位となる。すなわち、昇圧回路1は、電池Dの最高電位Vmに追加電圧を加えた電源電圧Va、つまり電圧検出IC2が正常動作するために必要な電圧を電源として電圧検出IC2に供給する。
電圧検出IC2は、各入力端子T0〜T12にアナログ信号として入力される各単電池E1〜E12の端子電圧の差分(差電圧)を取ることにより各単電池E1〜E12の端子間電圧(単電池電圧)を生成すると共に、当該端子間電圧(単電池電圧)をデジタル信号(単電池電圧データ)に変換して外部の演算装置に出力する電圧検出回路である。より詳細には、電圧検出IC2内には、アナログ回路部とデジタル回路部とが設けられており、アナログ回路部において上記単電池電圧の検出と単電池電圧データへの変換とを行う。また、デジタル回路部では、単電池電圧データを所定の通信仕様に基づく通信信号(通信フレーム)に載せて外部に送信する。
この電圧検出IC2において、アナログ電源端子Vcc及びアナロググランド端子AGNDは、アナログ回路部に電源を供給するための端子である。また、この電圧検出IC2は、入力端子T12に入力された電池最高電位Vmをアナログ回路部で処理するので、当該電池最高電位Vmよりも高いアナログ電源電圧を必要とする。このような電圧検出IC2のアナログ回路部は、昇圧回路1から供給される電源電圧Vaを電源とすることにより機能する。
次に、このように構成された電池電圧検出装置A1の動作について説明する。
この電池電圧検出装置A1では、合計で13個となる各単電池E1〜E12の端子電圧がRCフィルタを介して電圧検出IC2の各入力端子T0〜T12に入力される。電圧検出IC2は、各入力端子T0〜T12に入力された各単電池E1〜E12の端子電圧に基づいて、各単電池E1〜E12の端子間電圧つまり単電池電圧を検出し、当該各単電池電圧を単電池電圧データにそれぞれ変換して外部に出力する。
以上が電池電圧検出装置A1の主な動作であるが、この電池電圧検出装置A1では、各RCフィルタを構成する13個のコンデンサC0〜C12の他端が電源電圧Vaに接続されている。この電源電圧Vaは、上述したように電池最高電位Vmよりも追加電圧分だけ高い電位に設定されている。すなわち、仮に各コンデンサC0〜C12が劣化して内部抵抗が低下しても電圧検出IC2の各入力端子T0〜T12に入力される各単電池E1〜E12の端子電圧が各コンデンサC0〜C12の正常時よりも低く読み取られることが無い。
ここで、コンデンサは、周知のように直流電圧に対する抵抗値(インピーダンス)が理論的に無限大な回路素子であり、実際においても上記抵抗値(インピーダンス)が極めて大きい。したがって、各コンデンサC0〜C12が健全な状態において、各単電池E1〜E12の端子電圧は、RCフィルタにおいて殆ど電圧降下することなく、電圧検出IC2の各入力端子T0〜T12に入力される。
しかしながら、各コンデンサC0〜C12が劣化すると、各コンデンサC0〜C12における上記抵抗値(インピーダンス)が低下するので、RCフィルタにおける各単電池E1〜E12の端子電圧の電圧降下の度合いが増大する。そして、このような各コンデンサC0〜C12の他端を各単電池E1〜E12の端子電圧よりも低い電位に接続した場合(従来技術の場合)には、各RCフィルタの出力電圧は、各単電池E1〜E12の端子電圧よりも低い電圧となる。この結果、電圧検出IC2の各入力端子T0〜T12には、本来の入力されるべき電圧よりも低い電圧が入力されることになる。
これに対して、本第1実施形態によれば、各コンデンサC0〜C12の他端が各単電池E1〜E12の端子電圧よりも高い電位、つまり電源電圧Vaに接続されているので、各コンデンサC0〜C12が劣化しても各単電池E1〜E12の端子電圧が電圧検出IC2によって各コンデンサC0〜C12の正常時よりも低く検出されることが無い。したがって、本第1実施形態によれば、各コンデンサC0〜C12の劣化に起因する各単電池E1〜E12の過充電の虞を回避することができる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、図2を参照して説明する。
第2実施形態に係る電池電圧検出装置A2は、図2に示すように、13個のコンデンサC0〜C12の他端のうち、コンデンサC0〜C6の他端を接地し、残りのコンデンサC7〜C12の他端、つまり13個のコンデンサC0〜C12の他端の一部を電源電圧Vaに接続したものである。すなわち、電池電圧検出装置A2は、コンデンサC0〜C6の他端が接地されている点においてのみ、第1実施形態に係る電池電圧検出装置A1と相違する。
ここで、12個の単電池E1〜E12の端子電圧のうち、単電池E1〜E6の端子電圧は、単電池E7〜E12の端子電圧よりも低電位である。すなわち、13個のコンデンサC0〜C12の他端を接地した場合において、RCフィルタによる各単電池E1〜E12の端子電圧の電圧降下の度合いは、単電池E7〜E12の端子電圧よりも単電池E1〜E6の端子電圧の方が小さい。したがって、各コンデンサC0〜C12が劣化した場合におけるRCフィルタによる電圧降下の影響は、単電池E7〜E12の端子電圧よりも単電池E1〜E6の端子電圧の方が小さい。
第2実施形態に係る電池電圧検出装置A2は、このようなRCフィルタによる電圧降下の影響が単電池E1〜E12によって異なる点を考慮したものであり、影響が比較的大きい単電池E7〜E12については、コンデンサC7〜C12の他端を電源電圧Vaに接続することにより、コンデンサC7〜C12が劣化した場合に単電池E7〜E12の端子電圧が電圧検出IC2によってコンデンサC7〜C12の正常時よりも低く読み取られることを回避するものである。
なお、この第2実施形態では、コンデンサC7〜C12の他端を電源電圧Vaに接続したが、電源電圧Vaへの接続対象はコンデンサC7〜C12に限定されない。例えば、コンデンサC6〜C12あるいはコンデンサC8〜C12でもよく、さらにはこれら以外であってもよい。
〔第3実施形態〕
最後に、本発明の第3実施形態について、図3を参照して説明する。
第3実施形態に係る電池電圧検出装置A3は、図3に示すように、13個の基準電圧源K0〜K12を備え、コンデンサC0〜C12の他端を対応する基準電圧源K0〜K12の出力端にそれぞれ接続したものである。
各基準電圧源K0〜K12は、電源電圧Vaを入力とし、自らに対応する単電池E1〜E6の端子電圧よりも所定電圧Vhだけ高い電圧を出力する。例えば、基準電圧源K0は、単電池E1のマイナス端子に対応して設けられたものであり、単電池E1のマイナス端子の端子電圧V1mに所定電圧Vhを加算した電圧(V1m+Vh)を出力する。
また、基準電圧源K1は、単電池E1のプラス端子に対応して設けられたものであり、単電池E1のプラス端子の端子電圧V1p(例えば、単電池E1の満充電状態における端子電圧)に所定電圧Vhを加算した電圧(V1p+Vh)を出力する。以下同様にして、残りの基準電圧源K2〜K12は、単電池E2〜E12のプラス端子に各々対応して設けられたものであり、単電池E2〜E12のプラス端子の端子電圧V2p〜V12p(単電池E2〜E12の満充電状態における端子電圧)に所定電圧Vhを加算した電圧をそれぞれ出力する。
ここで、例えば第1実施形態に係る電池電圧検出装置A1では、全てのコンデンサC0〜C12の他端が同一電圧、つまり電源電圧Vaに接続されているので、各コンデンサC0〜C12における両端の電圧差は異なる。したがって、第1実施形態に係る電池電圧検出装置A1では、コンデンサC0〜C12が劣化した場合にRCフィルタによる電圧降下がRCフィルタ毎に異なる。このような性質は、第2実施形態に係る電池電圧検出装置A2でも同様である。
これに対して、第3実施形態に係る電池電圧検出装置A3では、各単電池E1〜E12が満充電状態にあるとき、各コンデンサC0〜C12における両端の電圧差は、全てのコンデンサC0〜C12において均一である。したがって、第3実施形態に係る電池電圧検出装置A3によれば、コンデンサC0〜C12が劣化した場合にRCフィルタによる電圧降下が全てのRCフィルタについて同一となるので、コンデンサC0〜C12の劣化による影響を全ての単電池E1〜E12について均等にすることが可能である。
また、第3実施形態に係る電池電圧検出装置A3によれば、全てのコンデンサC0〜C12の他端が各単電池E1〜E12の端子電圧よりも高い電位に接続されているので、各コンデンサC0〜C12が劣化しても各単電池E1〜E12の端子電圧が電圧検出IC2によって各コンデンサC0〜C12の正常時よりも低く読み取られることが無い。したがって、本第1実施形態によれば、各コンデンサC0〜C12の劣化に起因する各単電池E1〜E12の過充電の虞を回避することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、合計12個の単電池E1〜E12からなる組電池Dを電圧検知対象としたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、1個の単電池にも適用可能であり、また12個以外の個数の単電池を備えた組電池にも適用可能である。
(2)上記実施形態では、単電池E1〜E12と電圧検出IC2との間にRCフィルタを備えるが、本発明はこれに限定されない。RCフィルタはノイズ除去を目的としたローパスフィルタなので、本発明は他の回路構成のローパスフィルタを備える電池電圧検出装置にも適用可能である。RCフィルタに代えて、例えばLCフィルタを備える電池電圧検出装置にも適用可能である。
A1〜A3 電池電圧検出装置
E1〜E12 単電池
D 組電池
R0〜R12 抵抗器
C0〜C12 コンデンサ
1 昇圧回路(電圧源)
2 電圧検出IC(電圧検出回路)

Claims (3)

  1. 電池と電圧検出回路との間にローパスフィルタを備える電池電圧検出装置であって、
    前記ローパスフィルタを構成するコンデンサは、一端が電池の端子に接続され、他端が電池の端子電圧よりも高い電圧の電圧源に接続されていることを特徴とする電池電圧検出装置。
  2. 前記電池は複数の単電池が直列接続された組電池であり、
    前記ローパスフィルタは前記単電池の各々について設けられ、
    各々の前記コンデンサの他端は、全てあるいは一部が前記単電池の端子電圧よりも高い電圧の電圧源に接続されている
    ことを特徴とする請求項1記載の電池電圧検出装置。
  3. 前記電池は複数の単電池が直列接続された組電池であり、
    前記ローパスフィルタは前記単電池の各々について設けられ、
    各々の前記コンデンサの他端は、自らに対応する前記単電池の端子電圧に所定電圧を加えた電圧の電圧源にそれぞれ接続されている
    ことを特徴とする請求項1記載の電池電圧検出装置。
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