JP3979594B2 - バッテリの電圧検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続した複数の蓄電素子を有するバッテリの電圧検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電気自動車やハイブリッド車には、複数の蓄電素子を直列に接続したバッテリを搭載する。そして、このバッテリには、充電容量の確保及び各蓄電素子の長寿命化、さらには安全性等を考慮して、各蓄電素子の端子電圧を均等化する電圧均等化装置を備えており、本出願人も、既に、この種のバッテリに用いて好適な蓄電素子の電圧均等化装置を、特開2002−223528号公報で提案した。
【0003】
ところで、この種のバッテリは、複数の蓄電素子を直列に接続して構成するため、各蓄電素子に対する端子電圧の均等化は、上述した充電容量の確保及び各蓄電素子の長寿命化等の観点から重要となるが、一方、各種電気アクチュエータや電気回路等の負荷に直接印加される電圧は、バッテリの端子電圧(バッテリ電圧)となるため、バッテリ電圧が正規の電圧を維持しているか否かを監視することも重要となる。
【0004】
このため、従来は、図9に示す電圧検出装置50をバッテリBの両電極端子に接続することにより、バッテリ電圧の検出及び監視を行っていた。この電圧検出装置50は、一次巻線51fと二次巻線51sを有する降圧トランス51と、この一次巻線51fに直列に接続したスイッチング素子52と、二次巻線51sに接続した処理部53を備えており、一次巻線51fとスイッチング素子52の直列回路の両端がバッテリBの両電極端子にそれぞれ接続される。この場合、スイッチング素子52は、後述する電圧均等化装置60から付与される数百〔kHz〕程度のパルス信号によりスイッチング制御(ON−OFF制御)される。また、バッテリ電圧は高圧であるため、降圧トランス51により低圧に変換されるとともに、処理部53において、二次巻線51sの出力に対する直流化処理及び電圧検出処理が行われる。なお、図9中、Ba,Bb,Bc…は蓄電素子、60はバッテリBに接続した電圧均等化装置である。電圧均等化装置60は、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対してそれぞれ接続した複数の二次巻線61a,61b,61c…を有するトランス61と、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各二次巻線61a,61b,61c…間に直列に接続することによりループ回路63a,63b,63c…を構成する複数の二次側スイッチング素子62a,62b,62c…と、トランス61の一次巻線61fに直列に接続した直流源64と、一次巻線61fと直流源64に直列に接続することによりループ回路66を構成する一次側スイッチング素子65と、各スイッチング素子62a,62b,62c…,65にパルス信号を付与する制御部67とを備えている。
【特許文献1】
特開2002−223528号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の電圧検出装置50は、独立した専用装置として構成されるため、当該電圧均等化装置50を搭載することに伴うコストアップ及び無用なエネルギロスを招くとともに、電圧均等化装置60を含む装置全体の大型化を招き、電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化の阻害要因になるという解決すべき課題が存在した。
【0006】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、コストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには省スペース化に寄与できるバッテリの電圧検出装置の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係るバッテリBの電圧検出装置1は、直列に接続した複数の蓄電素子Ba,Bb,Bc…を有するバッテリBの電圧検出装置であって、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線2a,2b,2c…を有するトランス2と、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各二次巻線2a,2b,2c…間に直列に接続することによりループ回路3a,3b,3c…を構成する複数の二次側スイッチング素子4a,4b,4c…と、トランス2の一次巻線2fに直列に接続する蓄電部5と、一次巻線2fと蓄電部5に直列に接続することによりループ回路6を構成する一次側スイッチング素子7と、各スイッチング素子4a,4b,4c…,7にパルス信号Sf,Ssを付与する制御部8とを有する電圧均等化回路9を備えるととともに、トランス2に別途設けた補助巻線2tから検出する検出用電圧Vcに基づいて各蓄電素子Ba,Bb,Bc…における端子電圧Ea,Eb,Ec…の平均値Evを検出する電圧検出部10を備えることを特徴とする。
【0008】
この場合、好適な実施の形態により、補助巻線2tに、蓄電部11及びパルス信号Ssが付与されるスイッチング素子12を直列に接続することによりループ回路13を構成することができる。
【0009】
また、本発明の他の形態に係るバッテリBの電圧検出装置1は、直列に接続した複数の蓄電素子Ba,Bb,Bc…を有するバッテリBの電圧検出装置であって、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線2a,2b,2c…を有するトランス2と、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各二次巻線2a,2b,2c…間に直列に接続することによりループ回路3a,3b,3c…を構成する複数の二次側スイッチング素子4a,4b,4c…と、バッテリBに未接続状態となるトランス2の一次巻線2fに直列に接続する蓄電部5と、一次巻線2fと蓄電部5に直列に接続することによりループ回路6を構成する一次側スイッチング素子7と、トランス2に別途設けた補助巻線2tと、各スイッチング素子4a,4b,4c…,7にパルス信号Sf,Ssを付与する制御部8とを有する電圧均等化回路9を備える複数のモジュールM…を使用し、各モジュールM…のバッテリB…同士を直列に接続するとともに、各モジュールM…の一次巻線2f…同士及び補助巻線2t…同士をそれぞれ並列に接続し、補助巻線2tから検出する検出用電圧Vcに基づいて各蓄電素子Ba,Bb,Bc…における端子電圧Ea,Eb,Ec…の平均値Evを検出する電圧検出部10を備えることを特徴とする。この場合、実施の形態により、少なくとも各モジュールM…における補助巻線2t…には、蓄電部11…及びパルス信号Ss…が付与されるスイッチング素子12…を直列に接続してループ回路13…を構成することができる。
【0010】
さらに、本発明の他の形態に係るバッテリBの電圧検出装置1は、直列に接続した複数の蓄電素子Ba,Bb,Bc…を有するバッテリBの電圧検出装置であって、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線2a,2b,2c…を有するトランス2と、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…と各二次巻線2a,2b,2c…間に直列に接続することによりループ回路3a,3b,3c…を構成する複数の二次側スイッチング素子4a,4b,4c…と、トランス2の一次巻線2fに直列に接続する蓄電部5と、一次巻線2fと蓄電部5に直列に接続することによりループ回路6を構成する一次側スイッチング素子7と、各スイッチング素子4a,4b,4c…,7にパルス信号Sf,Ssを付与する制御部8と、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…を複数のブロックX1,X2…に分け、かつ各ブロックX1,X2…毎にパルス信号Ss…を選択的に付与するブロック選択手段14とを有する電圧均等化回路9を備えるととともに、トランス2の二次巻線2a…以外の巻線(2f,2t)から検出する検出用電圧Vcに基づいて各蓄電素子Ba,Bb,Bc…における端子電圧Ea,Eb,Ec…の平均値Evを検出する電圧検出部10を備えることを特徴とする。
【0011】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【0012】
まず、基本実施例に係る電圧検出装置1の構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は電圧検出装置1の機能ブロック図、図2は図1をより具体化した電圧検出装置1の回路図である。
【0013】
図中、Bはバッテリであり、複数の蓄電素子Ba,Bb,Bcを直列に接続して構成する。この蓄電素子Ba…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種蓄電素子を適用できる。実施例は、電気二重層コンデンサを用いた場合を示す。そして、このバッテリBには、各蓄電素子Ba,Bb,Bcの端子電圧Ea,Eb,Ecを均等化する電圧均等化回路9を接続するとともに、この電圧均等化回路9に電圧検出部10を接続して電圧検出装置1を構成する。したがって、電圧均等化回路9は、本来の電圧均等化機能に加えて電圧検出装置1を兼用する。
【0014】
電圧均等化回路9は、鉄心を有するトランス2を備え、このトランス2は、一次巻線2f及び蓄電素子Ba…と同数の二次巻線2a,2b,2cを有する。各二次巻線2a,2b,2cは、各蓄電素子Ba…の両端にそれぞれエネルギを付与する巻線となる。そして、トランス2の一次巻線2fの巻終端子は、蓄電素子を用いた蓄電部5の正極側に接続するとともに、巻始端子はFET(一次側スイッチング素子)7のドレイン−ソース間を介して蓄電部5の負極側に接続する。これにより、ループ回路6が構成される。また、FET7のゲートには、後述する制御部8からパルス信号Sfが付与される。なお、図中、Cf及びDfはFET7の内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【0015】
他方、トランス2の二次巻線2aは、巻始端子を保護抵抗Raを介して蓄電素子Baの正極側に接続するとともに、同巻線2aの巻終端子は、FET(二次側スイッチング素子)4aのドレイン−ソース間を介して蓄電素子Baの負極側に接続する。これにより、ループ回路3aが構成される。また、FET4aのゲートには、後述する制御部8からパルス信号Ssが付与される。なお、図中、Ca及びDaはFET4aの内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【0016】
さらに、トランス2の他の二次巻線2b,2c側も、上述した二次巻線2a側と同様に構成する。この場合、二次巻線2bは、蓄電素子Bbに対してループ回路3bを構成するとともに、二次巻線2cは、蓄電素子Bcに対してループ回路3cを構成する。なお、図中、4b及び4cはFET(二次側スイッチング素子)、Rb及びRcは保護抵抗、Cb及びCcはFET4b及び4cの内部で発生する寄生コンデンサ、Db及びDcはFET4b及び4cの内部で発生する寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【0017】
また、8は制御部であり、この制御部8からは、内蔵するパルス発振器から発振する周波数が数百〔kHz〕程度のパルス信号Sf,Ssが出力し、一方のパルス信号Sfは、上述したFET7のゲートに付与されるとともに、他方のパルス信号Ssは、FET4a,4b,4cの各ゲートに付与される。この場合、パルス信号Sfとパルス信号Ssは、図3(a)及び(b)に示すように極性が反対となる。したがって、FET4a,4b,4cがONのときはFET7がOFFとなり、FET7がONのときはFET4a,4b,4cがOFFとなる。なお、パルス信号Sf,Ssの周波数等は固定又は設定情報により設定される。
【0018】
一方、電圧検出部10は、分圧抵抗R1とR2を直列に接続した分圧回路20と、入力部を分圧抵抗R2の両端に接続したアナログ−ディジタル変換回路(A/D変換回路)21と、このA/D変換回路21の出力部に、入力部を接続した演算部10cを備える。そして、分圧回路20の両端を、電圧均等化回路9における蓄電部5の両端に接続する。この場合、演算部10cは、予めプログラミングした演算プログラムに基づいて演算処理を実行するマイクロコンピュータ等を利用できる。なお、演算部10cの出力部は、表示部やプリンタ等の必要な周辺装置に接続することができる。
【0019】
次に、基本実施例に係る電圧検出装置1の動作(作用)について、図2及び図3を参照して説明する。なお、図3は、図2に示す電圧均等化回路9の各部における信号のタイムチャートを示す。
【0020】
まず、電圧均等化回路9の動作について説明する。今、一次側のFET7がONした場合を想定する。これにより、蓄電部5から一次巻線2fに、図3(d)に示す一次電流Ifが流れ、トランス2には、斜線部分を除く一次電流Ifによって均等化のためのエネルギが蓄積される。なお、ON時のFET7における前後の両端電圧Vdsfの大きさは、図3(f)のようになる。即ち、FET7の両端電圧Vdsfは、二次側のFET4a,4b,4cがOFFしてから、FET7の寄生コンデンサCfによる静電容量や不図示の外部コンデンサの静電容量に蓄積された電荷が放電されるため、FET7がONするまでの休止期間にほぼ0〔V〕になる。
【0021】
一方、FET7がOFFした後は、二次側のFET4a,4b,4cがONになり、トランス2に蓄積されたエネルギが、各二次巻線2a,2b,2cから放出され、各蓄電素子Ba,Bb,Bcに対する充電が行われる。この場合、直列接続された各蓄電素子Ba,Bb,Bcにバラつきが存在すれば、図3(c)の斜線期間を除く二次電流Ia,Ib,Icが、各蓄電素子Ba,Bb,Bcにおける端子電圧の一番低い蓄電素子Ba(又はBb,Bc)に集中して流れ、これにより、一番低い蓄電素子Ba(又はBb,Bc)の電圧が上昇する。そして、このような充電作用が繰り返されることにより、全ての蓄電素子Ba,Bb,Bcに対する電圧均等化が行われることになる。
【0022】
ところで、トランス2に蓄積されたエネルギが全て放出された時点、即ち、図3(c)のCx時点以降も、各FET4a,4b,4cはONしているため、Cx時点において各蓄電素子Ba,Bb,Bcの端子電圧Ea,Eb,Ecにバラつきが残っている場合には、電圧の高い蓄電素子から電圧の低い蓄電素子に対して充放電が行われると同時にトランス2にもエネルギの蓄積が行われるため、更なる電圧の均等化が行われる。このときの二次電流Ia…が図3(c)の斜線期間となる。この際、トランス2に蓄積されたエネルギは、FET4a,4b,4cがOFFになった後に、蓄電部5への充電電流となって放出される。このときの一次電流が図3(d)の斜線期間となる。この場合、斜線期間の初期には、FET7はONしていないが、寄生ダイオードDfを通って一次電流が流れる。
【0023】
また、二次側のFET4a,4b,4cのON状態を、トランス2のエネルギ放出終了後も継続することにより、ループ回路に流れる二次電流Ia,Ib,Icの方向が反転し、図3(c)に示す斜線期間のように、蓄電素子Ba,Bb,Bcから二次巻線2a,2b,2cに二次電流が流れ始める。この逆流電流は、トランス2を励磁したり、端子電圧の高い蓄電素子から端子電圧の低い蓄電素子にエネルギの移送を行う。この場合、各FET4a,4b,4cのドレイン−ソース間電圧Vdsa,Vdsb,Vdscは、図3(e)に示すようになる。一方、FET4a,4b,4cがOFFすると、逆流電流の一部によって蓄積されたエネルギが、一次巻線2fに放出される。この際の放出電流により、FET7に存在する寄生コンデンサCfによる静電容量や不図示の外部コンデンサの静電容量に蓄積された電荷が放出され、この電荷の放出が終われば、FET7の寄生ダイオードDfに、順方向電流が流れている期間のドレイン−ソース間電圧Vdsfが、寄生ダイオードDfの順方向電圧(0.5〔V〕程度)にクランプされる。
【0024】
したがって、図3(d)の波形において、斜線期間は、寄生ダイオードDfに電流が流れており、この期間でFET7をONさせれば、Vdsfはほぼ0〔V〕になっているので、ゼロボルトスイッチ動作を実現できる。これにより、ON時のスイッチング損失を低減できるとともに、スイッチングに伴うノイズを低減できる。
【0025】
次に、電圧検出部10の動作について説明する。上述した電圧均等化回路9の動作に基づいて、蓄電部5の両端には、所定の電圧が発生するため、電圧検出部10は、この電圧を検出用電圧Vcとして検出する。即ち、検出用電圧Vcは、分圧回路20及びA/D変換回路21を介して演算部10cにおける電圧検出機能により検出される。一方、各蓄電素子Ba,Bb,Bcの端子電圧Ea,Eb,Ecの平均値Evは、蓄電素子Ba…の数量をnとした場合、
Ev=(Ea+Eb+Ec…En)/n …(1)
により求められる。
【0026】
今、FET7(パルス信号Sf)のON時間をTf(図3(a)参照)、FET4a…(パルス信号Ss)のON時間をTs(図3(b)参照)とし、さらに、トランス2における一次巻線2fの巻数をN1、各二次巻線2a…の巻線をN2とした場合、
(Vc/Ev)=(Ts/Tf)・(N1/N2) …(2)
の関係が成立する。
【0027】
(2)式において、Ts,Tf,N1及びN2は、いずれも既知であるとともに、Vcは上述した電圧検出部10の電圧検出機能により検出されるため、演算部10cは、(2)式に基づいて
Ev=Vc/{(Ts/Tf)・(N1/N2)} …(3)
を演算処理すれば、平均値Evを求めることができる。また、バッテリ電圧Eは、(1)式に基づいて、
E=Ev・n …(4)
から求めることができる。なお、平均値Evは、各二次巻線2a…に流れる二次電流Ia…に応じた電圧の代数和によって決定される値である。
【0028】
図4には、図2の基本実施例に係る電圧検出装置1の性能を検証した実験データを示す。同データにおいて、蓄電素子Ba…の数量nは10個であり、P1,P2,P3はバッテリB…のサンプル番号である。サンプルP1の場合、各蓄電素子Ba,Bb…の端子電圧Ea,Eb,Ec…Ejの実測値は、Eaが3.613〔V〕,Ebが3.611〔V〕,Ecが3.610〔V〕,Edが3.609〔V〕…であること示し、10個の合計電圧Eoは、Eo=36.083〔V〕である。また、検出した検出用電圧Vcは、Vc=18.460〔V〕であり、EoとVcの比率Kは、K=Vc/Eo=18.460/36.083=0.511598となる。
【0029】
一方、Koは基準率である。この基準率Koは比率Kに対して設定するものであり、計算により求めた値を補正して設定することもできるが、実施例では、実際に得られた多数の比率K…の平均値を設定した。実施例の基準率Koは、0.511761であるため、求めた比率Kと基準率KoからK/Ko=0.511598/0.511761=0.999681となる。よって、サンプルP1の場合、偏差eは、e=A−1=0.999681−1=−0.00032となり、百分率で示す偏差(誤差)は、−0.03〔%〕となる。同様に、サンプルP2の偏差eは、0.07〔%〕、サンプルP3の偏差eは、0.29〔%〕となり、いずれも±0.3〔%〕の範囲に収まっており、実用上十分な精度を確保できた。なお、図4は、基本実施例に係る電圧検出装置1の性能を確認するため、全体のバッテリ電圧Bを求めたが、得られたバッテリ電圧Bを、1/nにすることにより平均値Evが得られる。
【0030】
次に、本発明の各種変更実施例に係る電圧検出装置1…について、図5〜図8を参照して説明する。
【0031】
図5に示す第一変更実施例は、トランス2に別途の補助巻線2tを設け、この補助巻線2tから検出用電圧Vcを検出するようにしたものである。この場合、補助巻線2tの巻始端子はFET(スイッチング素子)12のソース−ドレイン間を介して蓄電素子を用いた蓄電部11の正極側に接続するとともに、巻終端子は蓄電部11の負極側に接続する。これにより、補助巻線2tに、蓄電部11及びFET12を直列に接続したループ回路13が構成される。また、FET12のゲートには、制御部8からパルス信号Ssが付与される。そして、前述した図2の基本実施例では、電圧検出部10における分圧回路20の両端を蓄電部5の両端に接続したが、第一変更実施例では、分圧回路20の両端を蓄電部11の両端に接続した。なお、その他の構成は図2と同じである。このため、図5において、図2と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【0032】
第一変更実施例は、基本実施例に対して補助巻線2t,蓄電部11及びFET12を必要とするが、TsとTfが変化する場合に有効である。即ち、FET12のゲートには、二次側のFET4a…側と同一のパルス信号Ssを付与できるため、補助巻線2tの巻数をN3とすれば、Ev=Vc・(N2/N3)となる。したがって、第一変更実施例は、TsとTfが変化したとしても、常に、Ev=Vc・(N2/N3)により平均値Evを求めることができる。このように、第一変更実施例は、処理の容易化を図れるとともに、正確性の確保にも寄与できる。なお、第一変更実施例の場合も、同様に、E=Ev・nによりバッテリ電圧Eを求めることができる。
【0033】
これに対して、基本実施例では、補助巻線2t,蓄電部11及びFET12が不要となるため、回路構成が簡略化されるが、平均値Evを求める際に、Ts/Tfが影響するため、TsとTfが変化した際には、これに対応して演算式も変更する必要がある。
【0034】
一方、図6に示す第二変更実施例は、バッテリB…と未接続状態の一次巻線2f…及び補助巻線2t…を有する電圧均等化回路9…を備える複数のモジュールM…を使用し、各モジュールM…のバッテリB…同士を直列に接続するとともに、各モジュールM…の一次巻線2f…同士を並列に接続し、かつ補助巻線2t…同士を並列に接続したものである。この場合、各モジュールM…は、それぞれ同一構成とする。第二変更実施例は、複数のモジュールM…に対応した実施例であり、並列に接続した複数の一次巻線2f…を用いて、図5の場合と同様のループ回路6を構成するとともに、並列に接続した複数の補助巻線2t…を用いて、図5の場合と同様のループ回路13を構成することになる。なお、図6中、処理部25には、図5に示した分圧回路20,A/D変換回路21及び演算部10cが含まれる。その他の構成は、図5の構成と同じである。このため、図6において、図5と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【0035】
第二変更実施例は、複数のモジュールM…のバッテリB…同士を直列に接続し、かつ各モジュールM…の補助巻線2t…同士を並列に接続したため、各モジュールM…の数量をmとした場合、複数のバッテリB…同士を直列に接続した全体のバッテリ電圧Eは、E=Ev・n・mにより求めることができる。このように、複数のモジュールM…であっても単一のモジュールMの場合と同様の簡便さで平均値Evやバッテリ電圧Eを求めることができる。
【0036】
また、図7に示す第三変更実施例は、第二変更実施例の改良であり、各モジュールM…における補助巻線2t…に、蓄電部11…及びパルス信号Ss…が付与されるFET(スイッチング素子)12…を直列に接続してループ回路13…を構成したものである。したがって、第三変更実施例と第二変更実施例は、基本的な構成が同じとなるが、第三変更実施例では、各モジュールM…毎に蓄電部11…及びFET(スイッチング素子)12…を直列に接続したループ回路13…を設けた点が第二変更実施例とは異なる。その他の構成は、図6の構成と同じである。このため、図7において、図6と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【0037】
第三変更実施例は、第二変更実施例に対して、配線が長くなった場合でもノイズが発生する不具合を回避できる利点がある。即ち、複数のモジュールM…を使用した場合、単一に構成される処理部25と各モジュールM…間の配線が各モジュールM…の位置によって長くなる場合がある。この場合、配線から発生するノイズの影響が無視できなくなるため、各モジュールM…毎に、補助巻線2tの出力を直流化し、この直流化信号を配線に供給するようにした。
【0038】
さらに、図8に示す第四変更実施例は、図2に示す基本実施例と基本的な構成は同じであるが、各蓄電素子Ba,Bb,Bc…を複数のブロックX1,X2…に分けるとともに、各ブロックX1,X2…毎にパルス信号Ss…を選択的に付与するブロック選択手段14を設けたものである。この場合、制御部8は、各ブロックX1,X2…に対応した複数系統の信号ラインL1,L2を有し、各信号ラインL1,L2に対して、同時或いは選択的にパルス信号Ss…を出力することができ、この機能がブロック選択手段14となる。このようなブロック選択手段14としては、その他、各信号ラインL1,L2にそれぞれ開閉スイッチを接続し、この開閉スイッチを選択的に切換えてもよい。
【0039】
第四変更実施例は、制御部8が各信号ラインL1,L2の双方にパルス信号Ssを出力すれば、通常の電圧均等化回路における均等化処理を行うことができる。これに対して、制御部8が信号ラインL1のみにパルス信号Ssを選択的に出力すれば、ブロックX1のバッテリ電圧を求めることができるとともに、信号ラインL2のみにパルス信号Ssを選択的に出力すれば、ブロックX2のバッテリ電圧を求めることができる。また、この際に得られる各ブロックX1,X2のバッテリ電圧を加算すれば、全体のバッテリ電圧を求めることができる。図8に示す変更実施例では、各ブロックX1…毎の電圧を検出するため、各電圧の相対的な比較ができ、各ブロックX1…単位の異常を検出することができる。例えば、任意のブロックX1…のみが他のブロックX2…に対して電圧が低い場合、その任意のブロック中に異常のある蓄電素子が存在する可能性が高いことになる。
【0040】
よって、上述した基本実施例及び各変更実施例に係る電圧検出装置1…によれば、電圧均等化回路9は本来の電圧均等化機能に加えて電圧検出装置1の一部を兼用するため、独立した専用の電圧検出装置が不要となり、コストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化に寄与できる。
【0041】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の回路構成、手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更,追加,削除することができる。例えば、スイッチング素子としてFETを例示したが、トランジスタ等の他の同様の機能を有するスイッチング素子に置換できるとともに、回路構成によってはダイオードを使用することができ、本発明におけるスイッチング素子は、ダイオードも含む概念である。また、各蓄電素子Ba…は、その構成が単一であるか複数であるかは問わない。したがって、複数の蓄電素子を直列或いは並列接続して単一の蓄電素子Ba等を構成する場合も含まれる。
【0042】
【発明の効果】
このように、本発明に係るバッテリの電圧検出装置は、各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、一次巻線と蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部とを有する電圧均等化回路を備えるとともに、トランスの二次巻線以外の巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備える基本構成を含むため、次のような顕著な効果を奏する。
【0043】
(1) 電圧均等化回路は、本来の電圧均等化機能に加えて電圧検出装置の一部を兼用するため、独立した専用の電圧検出装置が不要となり、コストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができる。
【0044】
(2) 装置全体の小型化、さらには電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化に寄与することができる。
【0045】
(3) 二次巻線以外の巻線として、トランスに別途設けた補助巻線を用いれば、パルス信号の周波数やパルス幅が変化してもこれに影響されることなく演算処理できるため、処理の容易化を図れるとともに、正確性の確保にも寄与できる。
【0046】
(4) 好適な実施の形態により、二次巻線以外の巻線として、一次巻線を用いれば、回路構成の簡略化を図ることができ、更なるコストダウン,エネルギロスの低減及び小型化に貢献できる。
【0047】
(5) 各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、バッテリに未接続状態となるトランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、一次巻線と蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、トランスに別途設けた補助巻線と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部とを有する電圧均等化回路を備える複数のモジュールを使用し、各モジュールのバッテリ同士を直列に接続するとともに、各モジュールの一次巻線同士及び補助巻線同士をそれぞれ並列に接続し、補助巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えるため、複数のモジュールであっても単一のモジュールの場合と同様の簡便さで平均値やバッテリ電圧を求めることができる。
【0048】
(6) 好適な実施の形態により、バッテリと未接続状態の一次巻線及び補助巻線を有する電圧均等化回路を備える複数のモジュールを使用するとともに、少なくとも各モジュールの補助巻線に、蓄電部及びパルス信号が付与されるスイッチング素子を直列に接続してループ回路を構成すれば、配線が長くなった場合でもノイズが発生する不具合を回避できる。
【0049】
(7) 各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、一次巻線と蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部と、各蓄電素子を複数のブロックに分け、かつ各ブロック毎にパルス信号を選択的に付与するブロック選択手段とを有する電圧均等化回路を備えるとともに、トランスの二次巻線以外の巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えるため、各電圧の相対的な比較ができ、各ブロック単位の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本実施例に係る電圧検出装置の機能ブロック図、
【図2】図1に示す電圧検出装置をより具体化した回路図、
【図3】同電圧検出装置の電圧均等化装置における各部の信号のタイムチャート、
【図4】同電圧検出装置により得られるバッテリ電圧と実際のバッテリ電圧を対比して示すデータ表、
【図5】本発明の第一変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図6】本発明の第二変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図7】本発明の第三変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図8】本発明の第四変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図9】従来の技術に係る電圧検出装置の回路図、
【符号の説明】
1 電圧検出装置
2a… 二次巻線
2f 一次巻線
2t 補助巻線
3a… ループ回路
4a… 二次側スイッチング素子
5 蓄電部
6 ループ回路
7 一次側スイッチング素子
8 制御部
9 電圧均等化回路
10 電圧検出部
10c 演算部
11 蓄電部
12 スイッチング素子
13 ループ回路
14 ブロック選択手段
B バッテリ
Ba… 蓄電素子
E バッテリ電圧
Ea… 蓄電素子の端子電圧
Vc 検出用電圧
Sf パルス信号
Ss パルス信号
M… モジュール
X1… ブロック
Claims (5)
- 直列に接続した複数の蓄電素子を有するバッテリの電圧検出装置において、各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、前記トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、前記一次巻線と前記蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部とを有する電圧均等化回路を備えるとともに、前記トランスに別途設けた補助巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えることを特徴とするバッテリの電圧検出装置。
- 前記補助巻線に蓄電部及び前記パルス信号が付与されるスイッチング素子を直列に接続することによりループ回路を構成することを特徴とする請求項1記載のバッテリの電圧検出装置。
- 直列に接続した複数の蓄電素子を有するバッテリの電圧検出装置において、各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、前記バッテリに未接続状態となる前記トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、前記一次巻線と前記蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、前記トランスに別途設けた補助巻線と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部とを有する電圧均等化回路を備える複数のモジュールを使用し、各モジュールのバッテリ同士を直列に接続するとともに、各モジュールの前記一次巻線同士及び前記補助巻線同士をそれぞれ並列に接続し、前記補助巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えることを特徴とするバッテリの電圧検出装置。
- 少なくとも各モジュールの前記補助巻線に、蓄電部及びパルス信号が付与されるスイッチング素子を直列に接続してループ回路を構成することを特徴とする請求項3記載のバッテリの電圧検出装置。
- 直列に接続した複数の蓄電素子を有するバッテリの電圧検出装置において、各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、前記トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、前記一次巻線と前記蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部と、各蓄電素子を複数のブロックに分け、かつ各ブロック毎にパルス信号を選択的に付与するブロック選択手段とを有する電圧均等化回路を備えるとともに、前記トランスの二次巻線以外の巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えることを特徴とするバッテリの電圧検出装置。
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