JP3555534B2 - 組み電池の電圧検出装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組み電池の電圧検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
本出願人の出願になる特開平11−160371号公報は、縦続接続された多数の電池モジュ−ルにより構成された複数の電池ブロックを直列接続して構成された組み電池において、各電池モジュ−ルの電圧(モジュール電圧ともいう)を各電池ブロックの中間電位端を基準電位としてモジュール電圧検出部により個別に計測することを提案している。
【0003】
このようにすれば、モジュール電圧検出部は、共通の電池ブロック内の各電池モジュ−ルの電圧測定を、共通の基準電位(電池ブロックの中間電位端)を基準として計測できるので、モジュール電圧検出部の電力消費の低減や検出誤差の低減を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電池モジュ−ルの電圧検出方式では、モジュール電圧検出部は、各電池モジュ−ルの数に等しい差動電圧検出回路を必要とするために、回路構成が大規模となる欠点を有する。
【0005】
そこで、各モジュール電圧を分圧してモジュ−ル電圧検出部に入力する抵抗分圧回路の電圧検出側の抵抗素子(検出抵抗部)を、電位的に隣接する二つの電池ブロックで共用化し、各抵抗分圧回路の高位側抵抗素子と直列にブロック切り替えスイッチを個別に介設し、更にモジュール電圧検出部の基準電位入力端を互いに異なる基準電位切り替えスイッチを通じて異なる電池ブロックの一端に接続し、これら切り替えスイッチの切り替えにより、これら一対の電池ブロックの電圧測定を共通のモジュール電圧検出部で検出することが考えられる。このようにすれば、抵抗分圧回路の検出抵抗部を共用化でき、また、モジュール電圧検出部も共用化できる。
【0006】
しかしながら、このようにすると、電池ブロック間に介設されるヒュ−ズが溶断した場合に、組み電池の大きな電圧が上記基準電位切り替えスイッチの両端に印加されるため、この基準電位切り替えスイッチに高価な高耐圧仕様のものを使わざるを得ないという問題が生じた。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、低耐圧の基準電位切り替えスイッチを用いて信頼性に優れた組み電池の電圧検出装置を提供することを、その目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載した本発明の組み電池の電圧検出装置によれば、高圧の組み電池は、電池モジュールを複数直列接続してなる電池ブロックを複数直列接続してなる。電池モジュールとしては単電池を一個もちいてもよく、複数の単電池を直列接続してもよい。
【0009】
本構成では特に、電池ブロックの最低電位を基準とする各電池モジュ−ルの正極電位を抵抗分圧回路で分圧し、その低位側抵抗素子の電圧を、電池ブロックの最低電位を基準としてモジュール電圧検出部で検出し、各検出電位の差を各電池モジュ−ルの電圧として出力する。ただし、一個の低位側抵抗素子は、電位的に隣接する二つの電池ブロックに個別に属する一対の高位側抵抗素子からブロック切り替えスイッチを通じて交互に給電される。また、モジュール電圧検出部の基準電位入力端も、第二の電池ブロックの最高電位端(第一の電池ブロックの最低電位端でもよい)と第三の電池ブロックの最高電位端とから基準電位切り替えスイッチを通じて交互に給電される。
【0010】
これにより、第一の電池ブロックの電圧検出は、第一の電池ブロック側の各ブロック切り替えスイッチ及び第一の基準電位切り替えスイッチをオンし、第二の電池ブロック側の各ブロック切り替えスイッチ及び第二の基準電位切り替えスイッチをオフして行い、第二の電池ブロックの電圧検出は、上記切り替えスイッチを逆動作させて行う。
【0011】
また、これら二つの基準電位切り替えスイッチが同時にオンして電池ブロックの両端が短絡されるのを防止するために、各基準電位切り替えスイッチと直列に逆流防止ダイオードを介設しておく。
【0012】
上記構成を採用することにより、モジュール電圧検出部は、各低位側抵抗素子の電位を共通の基準電位を元に測定することができるので、各低位側抵抗素子の電位を検出するモジュール電圧検出部内の回路の電源電圧を共通化でき、モジュール電圧検出部の回路構成を簡素化することができる。
【0013】
また、抵抗分圧回路の低位側抵抗素子数を半減し、モジュール電圧検出部の回路構成を半減することができる。
【0014】
更に、互いに接続された複数のブロック切り替えスイッチの一つが短絡故障した状態で、残りのブロック切り替えスイッチをオンしても、これら両切り替えスイッチを経由して流れる短絡電流は抵抗素子により抑制されるので安全性に優れる。
【0015】
なお、マルチプレクサを用いて各低位側抵抗素子の電位を時間順次に計測する場合には、モジュール電圧検出部は単一の回路をもてばよく、一層の回路構成簡素化を実現することができる。このマルチプレクサとしては、後述するように、低位側抵抗素子と直列に接続される低位側切り替えスイッチにより構成することができ、このようにすれば、各電池モジュ−ルの電圧に合わせて低位側抵抗素子の値を変更することができる。
【0016】
また、第二の電池ブロックの最低電位端と第三の電池ブロックの最高電位端との間にヒュ−ズを設ける。これにより漏電や電池故障などの原因で、組み電池に異常大電流が流れるのを阻止することができる。
【0017】
本発明では更に、第二の逆流防止ダイオードと第二の基準電位切り替えスイッチとの接続点を、回り込み電流禁止ダイオ−ドを通じて、いずれかの電池モジュ−ル、好ましくは第二の電池ブロックの最低電位の電池モジュ−ルの正極に接続する。
【0018】
このようにすれば、万が一、このヒュ−ズが切れた場合でも、上記逆流防止ダイオードの漏れ電流により基準電位切り替えスイッチなどに過大な電池電圧が印加されるのを阻止することができ、基準電位切り替えスイッチを低耐圧仕様のものを用いることができる。上記したこの問題及びその解決策の内容は、複雑であるので、後述する実施例により具体的に説明するものとする。
【0019】
請求項2記載の構成によれば請求項1記載の組み電池の電圧検出装置において更に、回り込み電流禁止ダイオ−ドと直列に回り込み電流制限用の素子を接続する。
【0020】
このようにすれば、逆流防止ダイオードの耐圧を低減することができるとともに、回り込み電流禁止ダイオ−ドが故障した場合の短絡電流を低減することができ、一層の安全性向上を図ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な公知回路を用いて構成できることは当然である。
【0022】
【実施例1】
本発明の組み電池の電圧検出装置の一実施例を図1に示す回路図を参照して説明する。
(構成)
1は組み電池であり、高位側から順に4つの電池ブロック11〜14を直列接続してなる。電池ブロック(第一の電池ブロック)11は5つの電池モジュールBAT01〜BAT05を直列接続してなり、電池ブロック(第二の電池ブロック)12は5つの電池モジュールBAT06〜BAT10を直列接続してなり、電池ブロック(第三の電池ブロック)13は5つの電池モジュールBAT11〜BAT15を直列接続してなり、電池ブロック(第四の電池ブロック)14は5つの電池モジュールBAT16〜BAT20を直列接続してなる。
【0023】
2は、抵抗分圧回路網である。
【0024】
抵抗素子R1、R3、R5、R7、R9は、電池ブロック11の電圧を検出するための抵抗分圧回路の高位側抵抗素子であり、ブロック切り替えスイッチSW1〜SW5、低位側抵抗素子R2、R4、R6、R8、R10を個別に通じて基準電位ライン100に接続されている。
【0025】
抵抗素子R11、R13、R15、R17、R19は、電池ブロック12の電圧を検出するための抵抗分圧回路の高位側抵抗素子であり、ブロック切り替えスイッチSW6〜SW10、低位側抵抗素子R2、R4、R6、R8、R10を個別に通じて基準電位ライン100に接続されている。
【0026】
抵抗素子R21、R23、R25、R27、R29は、電池ブロック13の電圧を検出するための抵抗分圧回路の高位側抵抗素子であり、ブロック切り替えスイッチSW11〜SW15、低位側抵抗素子R22、R24、R26、R28、R300を個別に通じて基準電位ライン200に接続されている。
【0027】
抵抗素子R31、R33、R35、R37、R39は、電池ブロック14の電圧を検出するための抵抗分圧回路の高位側抵抗素子であり、ブロック切り替えスイッチSW16〜SW20、低位側抵抗素子R22、R24、R26、R28、R30を個別に通じて基準電位ライン200に接続されている。
【0028】
基準電位ライン100は、基準電位切り替えスイッチSW21及び逆流防止ダイオードD1を通じて第二の電池ブロック12の最高電位端に接続され、更に、基準電位切り替えスイッチSW22及び逆流防止ダイオードD2を通じて第三の電池ブロック13の最高電位端に接続されている。
【0029】
基準電位ライン200は、基準電位切り替えスイッチSW23及び逆流防止ダイオードD3を通じて第四の電池ブロック14の最高電位端に接続され、更に、基準電位切り替えスイッチSW24及び逆流防止ダイオードD4を通じて第四の電池ブロック14の最低電位端に接続されている。
【0030】
3は、ヒュ−ズであり、第二の電池ブロックの最低電位端と第三の電池ブロックの最高電位端との間に介設されている。
【0031】
D0は、回り込み電流禁止ダイオ−ドであり、そのアノ−ドは、基準電位切り替えスイッチSW22と逆流防止ダイオードD2のアノ−ドとの接続端に回り込み電流制限用の抵抗素子R0を通じて接続され、そのカソ−ドは第二の電池ブロック12の最低電位の電池モジュ−ルBAT10の正極に接続されている。
【0032】
4は、内部に5チャンネルのA/D変換回路を有するモジュール電圧検出部であり、その基準電位入力端VSSは基準電位ライン100に接続され、各A/D変換回路の+電位入力端CH0、CH1、CH2、CH3、CH4は、低位側抵抗素子R2、R4、R6、R8、R10の高位端に個別に接続されている。モジュール電圧検出部4の5チャンネルのA/D変換回路は、上記+電位入力端CH0、CH1、CH2、CH3、CH4と、基準電位入力端VSSとの間の電位差をデジタル信号に変換する。
【0033】
5は、内部に5チャンネルのA/D変換回路を有するモジュール電圧検出部であり、その基準電位入力端VSSは基準電位ライン200に接続され、各A/D変換回路の+電位入力端CH0、CH1、CH2、CH3、CH4は、低位側抵抗素子R22、R24、R26、R28、R30の高位端に個別に接続されている。モジュール電圧検出部5の5チャンネルのA/D変換回路は、上記+電位入力端CH0、CH1、CH2、CH3、CH4と、基準電位入力端VSSとの間の電位差をデジタル信号に変換する。
【0034】
各切り替えスイッチSW1〜SW20、SW21〜SW24は、フォトMOSトランジスタとそれに光信号を照射するLEDとを有し、各フォトMOSトランジスタはそれぞれ対面するLEDからの光信号により駆動されて開閉される。
(動作)
以下、動作を説明する。ただし、電池ブロック13の電圧検出動作は電池ブロック11のそれと本質的に同じであり、電池ブロック14の電圧検出動作は電池ブロック12のそれと本質的に同じであるので、説明は省略する。
【0035】
電池ブロック11の電池モジュールBAT01〜BAT05の電圧検出時には、切り替えスイッチSW1〜SW5、SW21をオンしてモジュール電圧検出部4のA/Dコンバータは基準電位ライン100および切り替えスイッチSW21を通じて電池モジュールBAT06の正極から基準電位VSSを受け取る。この時、切り替えスイッチSW6〜SW10及び切り替えスイッチSW22をオフすることにより、電池モジュ−ルBAT06の正極電位より逆流防止ダイオードD1の順方向電圧降下分だけ高電位の電位を基準として、電池ブロック11の各電池モジュールBAT01〜BAT05の正極電位がデジタル信号に変換されて図示しないコントローラに出力され、このコントローラが減算処理により各電池モジュールBAT01〜BAT05の電圧を検出する。
【0036】
同様に、電池ブロック12の電池モジュールBAT06〜BAT10の電圧検出時には、切り替えスイッチSW6〜SW10、SW22をオンしてモジュール電圧検出部4のA/Dコンバータは基準電位ライン100および切り替えスイッチSW22を通じて電池モジュールBAT11の正極から基準電位VSSを受け取る。この時、切り替えスイッチSW1〜SW5及び切り替えスイッチSW21をオフすることにより、電池モジュ−ルBAT11の正極電位より逆流防止ダイオードD2の順方向電圧降下分だけ高電位の電位を基準として、電池ブロック12の各電池モジュールBAT06〜BAT10の正極電位がデジタル信号に変換されて図示しないコントローラに出力され、このコントローラが減算処理により各電池モジュールBAT06〜BAT10の電圧を検出する。
【0037】
この実施例によれば、同一の電池ブロック内の各分圧回路からモジュ−ル電圧検出部に出力される分圧からなるモジュ−ル電圧信号は、基準電位ラインの電位からなる共通電位を基準とする電位信号となるため各モジュ−ル電圧検出部に印加する電源電圧を共用化することができるので、電源回路の簡素化を図ることができる上に、この場合におけるモジュ−ル電圧検出部への入力信号電圧の増大を分圧回路の採用により低減するので、入力電圧の増大を抑止しつつ回路構成の簡素化を図ることができる。
【0038】
更に、この実施例では、分圧回路の基準電位ライン側の抵抗素子R2、R4.R6、R8、R10はそれぞれ二つの分圧回路の一部を構成するので、抵抗素子数を減らすことができる。
【0039】
次に、逆流防止ダイオードD1、D2の機能について説明する。
【0040】
基準電位切り替えスイッチSW21がなんらかの原因で故障して常時オンとなったとする。この状態で基準電位切り替えスイッチSW22をオンすると、第二の電池ブロック12の両端が短絡されてしまう。この問題は、基準電位切り替えスイッチSW22がなんらかの原因で故障して常時オンしている状態で、基準電位切り替えスイッチSW21をオンする場合も同じである。
【0041】
この問題は逆流防止ダイオードD1、D2を設けることにより、この短絡電流を阻止することにより解決することができる。
【0042】
次に、回り込み電流禁止ダイオ−ドD0の機能について説明する。
【0043】
ヒュ−ズ3が溶断したり、又は、ヒュ−ズ3を外したりすると、電池モジュ−ルBAT11の正極が最高電位となり、BAT10の負極が最低電位となり、それらの間に組み電池1の開放電圧(たとえば400V)が印加されることになる。
【0044】
すべての切り替えスイッチが開いてる状態(電池電圧を検出しない場合)、切り替えスイッチSW22のa端には、逆流防止ダイオードD2の漏れ電流により充電されて電池モジュ−ルBAT11の正極電位にほぼ等しい電位に充電される。また、切り替えスイッチSW10のb端は、組み電池1の最低電位である電池モジュ−ルBAT10の低位端より電池モジュ−ルBAT10だけ高い電位となる。この結果、切り替えスイッチSW10のc端は抵抗R10を通じて切り替えスイッチSW22のd端に接続されるので、一対の切り替えスイッチSW10、22にはほぼ組み電池1の全電圧が印加されることになり、各切り替えスイッチをこれに十分耐え得る耐圧仕様とする必要が生じる。
【0045】
これに対し、本実施例では、切り替えスイッチSW22のa端と電池モジュ−ルBAT10の正極とを回り込み電流禁止ダイオ−ドD0を通じて接続する。
【0046】
このようにすれば、もしヒュ−ズ3が溶断しても、切り替えスイッチSW22のa端の電位は電池モジュ−ルBAT10の正極電位より回り込み電流禁止ダイオ−ドD0の順方向電圧降下分だけ高いだけであるので、切り替えスイッチSW10、SW22の耐圧増大はまったく必要がない。なお、逆流防止ダイオードD2には、組み電池1の全電圧のほとんどが印加されることになるが、ダイオ−ドD2の高耐圧化は容易であるので、大きなコストアップを招くことはない。また、ヒュ−ズ3が健全な場合は、回り込み電流禁止ダイオ−ドD0には電池モジュ−ルBAT10の電圧から逆流防止ダイオードD2の順方向電圧降下を差し引いた分の逆電圧がかかるだけであるので、その耐圧増大は不要となる。
【0047】
更に、この実施例では、回り込み電流禁止ダイオ−ドD0と直列に回り込み電流制限用の抵抗R0を接続しているので、ヒュ−ズ3の溶断時に逆流防止ダイオードD2の逆電圧を低減することができる。
(変形態様)
上記実施例では、回り込み電流禁止ダイオ−ドD0のカソ−ドは電池モジュ−ル10の正極に接続したが、第一又は第二の電池モジュ−ル11、12の他の電池モジュ−ルの正極に接続してもよい。
【0048】
【実施例2】
本発明の組み電池の電圧検出装置の他実施例を図2に示す部分回路図を参照して説明する。
【0049】
この実施例の装置は、実施例1の抵抗分圧回路2を抵抗分圧回路2aに変更し、モジュール電圧検出部4をモジュール電圧検出部4aに変更したものである。
【0050】
抵抗分圧回路2aは、抵抗分圧回路2の低位側抵抗素子R2、R4、R6、R8、R10を、低位側抵抗素子R100、R101、R102とそれらと個別に直列接続されれた抵抗切り替えスイッチSW100、SW101、SW102に置換したものである。
【0051】
モジュール電圧検出部4aは、モジュール電圧検出部4の5つのA/Dコンバ−タの代わりに1つのA/Dコンバ−タとしたものである。
(動作)
以下、変更部分の動作を中心に動作を説明する。
ただし、電池ブロック13の電圧検出動作は電池ブロック11のそれと本質的に同じであり、電池ブロック11の電圧検出動作は、切り替えスイッチSW1〜SW5、SW21をオンし、切り替えスイッチSW6〜SW10及び切り替えスイッチSW22をオフして行う。
【0052】
ただし、モジュール電圧検出部4aが1チャンネルしかないので、SW1〜SW5は順番にオンする。
【0053】
また、低位側抵抗素子はR100〜R102の3つしかないので、SW1オン時にはSW100〜SW102をすべてオンして低位側抵抗素子の等価抵抗を小さくする。SW2オン時にはSW100、SW101だけをオンして低位側抵抗素子の等価抵抗を二番目に小さい値とする。SW3オン時にはSW102だけをオンして低位側抵抗素子の等価抵抗を三番目に小さい値とする。SW4オン時にはSW101だけをオンして低位側抵抗素子の等価抵抗を四番目に小さい値とする。SW5オン時にはSW100だけをオンして低位側抵抗素子の等価抵抗を最も高い値とする。電池ブロック12の電圧検出時も同じである。
(変形態様)
なお、抵抗分圧回路2aの低位側抵抗素子は図1と同じく低位側抵抗素子R2、R4、R6、R8、R10を設け、各低位側抵抗素子ごとに、抵抗切り替えスイッチSW100、SW101、SW102と同様の抵抗切り替えスイッチを一個づつ直列に設け、順番にオンしてもよい。
(効果)
このようにすれば、回路構成を簡素化することができる。また、この抵抗切り替えスイッチSW100、SW101、SW102の各一端は基準電位ライン100に接続されるので、たとえばNMOSトランジスタをソ−ス接地接続形式で使用することができ、フォトMOSトランジスタのごとき、入出力分離型切り替えスイッチを省略することができ、回路構成が一層簡素となる。
(変形態様)
なお、図2において、抵抗分圧回路2aの低位側抵抗素子R100、R101、R102とそれらと個別に直列接続されれた抵抗切り替えスイッチSW100、SW101、SW102を単一の低位側抵抗素子に置換してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の組み電池の電圧検出装置の一例を示す回路図である。
【図2】本発明の組み電池の電圧検出装置の他例を示す回路図である。
【符号の説明】
1は組み電池、2は抵抗分圧回路、3はヒュ−ズ、4、5はモジュール電圧検出部、100、200は基準電位ライン、SW21〜SW24は基準電位切り替えスイッチ、SW1〜SW20はブロック切り替えスイッチ、D1〜D4は逆流防止ダイオード、D0は回り込み電流禁止ダイオ−ド、R0は回り込み電流制限抵抗素子である。

Claims (2)

  1. 電池モジュールを複数直列接続してなる電池ブロックを複数直列接続してなる組み電池から各前記電池モジュールの端子電圧をモジュ−ル電圧検出部により検出する組み電池の電圧検出装置において、
    互いに直列接続された高位側抵抗素子とブロック切り替えスイッチとからそれぞれ構成されて、各一端が各電池モジュ−ルの正極に接続される多数の抵抗・スイッチ部と、
    電位的に隣接する第一、第二の前記電池ブロックに個別に属する一対の前記電池モジュ−ルの正極から個別に給電される各一対の前記抵抗・スイッチ部の他端に各一端が個別に接続され、各他端が前記モジュール電圧検出部の基準電位入力端に接続される低位側抵抗素子からなる多数の検出抵抗部と、
    前記第一の電池ブロックの最低電位の前記電池モジュ−ルの負極、又は、前記第一の電池ブロックより低電位の前記第二の電池ブロックの最高電位の前記電池モジュ−ルの正極にカソ−ドが、前記モジュール電圧検出部の前記基準電位入力端に第一の基準電位切り替えスイッチを介してアノ−ドが接続される第一の逆流防止ダイオ−ドと、
    前記第二の電池ブロックに電位的に隣接する第三の前記電池ブロックの最高電位の前記電池モジュ−ルの正極にカソ−ドが、前記モジュール電圧検出部の前記基準電位入力端に第二の基準電位切り替えスイッチを介してアノ−ドが接続される第二の逆流防止ダイオ−ドと、
    前記第二の電池ブロックの最低電位の前記電池モジュ−ルの負極と前記第三の前記電池ブロックの最高電位の前記電池モジュ−ルの正極とを接続するヒュ−ズと、
    前記第二の逆流防止ダイオードの前記アノ−ドにアノ−ドが接続され、前記第一又は第二の電池ブロックの所定の前記電池モジュ−ルの正極にカソ−ドが接続される回り込み電流禁止ダイオ−ドと、
    を備えることを特徴とする組み電池の電圧検出装置。
  2. 請求項1記載の組み電池の電圧検出装置において、
    前記回り込み電流禁止ダイオ−ドと直列接続される回り込み電流制限素子を有することを特徴とする組み電池の電圧検出装置。
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