JP4035750B2

JP4035750B2 - 電池監視回路

Info

Publication number: JP4035750B2
Application number: JP15105299A
Authority: JP
Inventors: 達哉町
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP2000338205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の状態を監視する電池監視回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば電気自動車用の電池では、その充電時又は放電時に端子電圧や電池温度をモニタして過充電、過放電の防止、電池の信頼性の低下の防止を図っている。
たとえば電気自動車の電池などの端子電圧は、通常の電池監視回路の動作電圧よりも高圧であるため、電池の端子電圧を抵抗分圧回路で分圧して制御部に入力するのが通常であり、また、電池温度は電池の外周面にサーミスタなどの温度センサを貼り付け、その抵抗変化を検出して電池温度をモニタしていた。
【０００３】
【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監視回路では、端子電圧検出回路と電池温度検出回路と必要とし、回路構成が複雑となった。
また、電池温度を検出する温度センサは電池から電気的に絶縁して設けられる必要があるため、温度センサを電池から電気絶縁する絶縁材が両者間の伝熱抵抗を増大させ、その結果、電池温度が急速に上昇する場合などにおいて温度センサの検出温度の追従性が低下するという不具合があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な回路構成でかつ電池温度変化に対する追従性に優れた電池監視回路を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【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電池監視回路は、互いに直列接続された一対の抵抗器（ R1、R2 ）を少なくとも有して電池の両端間に接続される抵抗分圧回路と、前記電池の温度に相関を有する抵抗器（ R1 ）の抵抗値に連動する前記抵抗分圧回路の出力電圧に基づいて前記電池の端子電圧及び温度に関連する状態を判断する電池監視部とを備える電池監視回路において、前記両抵抗器（ R1 、 R2 ）の一方（ R1 ）は前記電池に近接して配置され、前記両抵抗器（ R1 、 R2 ）の他方（ R2 ）は前記電池から離れて配置され、前記抵抗分圧回路は、互いに直列接続されて電池の両端間に接続されるとともに前記電池から離れて配置される一対の抵抗器（ R3 、 R4 ）を有して前記抵抗器（ R1 、 R2 、 R3 、 R4 ）によりブリッジ回路を構成し、前記電池監視部は、前記一対の抵抗器（ R3 、 R4 ）が出力する分圧により前記電池の端子電圧を求め、且つ、前記一対の抵抗器（ R3 、 R4 ）の出力分圧と前記一対の抵抗器（ R1 、 R2 ）の出力分圧との電圧差（Δ V ）により前記電池の温度（ T ）を求めることをその特徴としている。
つまり、この発明では、電池の端子電圧を降圧する抵抗分圧回路の一方の抵抗器（近接側抵抗器ともいう）を電池に近接して配置し、他方の抵抗器（遠隔側抵抗器ともいう）を遠隔に配置する。
これにより、この抵抗分圧回路が出力する分圧は、電池温度による近接側抵抗器の抵抗値変化により変動し、その結果、電池の端子電圧と温度とに関連する状態量をこの抵抗分圧回路で計測することができる。
【０００６】
なお、抵抗分圧回路から出力される上記分圧（状態量）は、温度と端子電圧との両方に関連して変動する一つのパラメータとして電池の制御たとえば電池の充電制御に直接用いると、サーミスタなどの温度センサを含む温度検出回路を省略でき、回路を簡素化することができる。
好適には、温度検出回路をなすブリッジ回路の一部を端子電圧検出用の分圧回路で構成することにより、このブリッジ回路から電池の端子電圧と温度と分離して計測することができる。この場合、温度検出回路を構成するブリッジ回路の一部を端子電圧検出用の抵抗分圧回路で代用することができるので、回路を簡素化することができる。
【０００７】
更に、本発明によれば、温度センサをなす抵抗分圧回路の近接側抵抗器の一端は、良熱伝導性のブスバーなどの導電材料を経由してあるいは直接に電池の正極端子（負極端子でもよい）に接続することができる。このため、近接側抵抗器と電池内部との間の伝熱抵抗を小さくでき、電池内部の温度変化に対して追従性に優れた電池温度検出回路を得ることができる。
【０００８】
【発明を実施するための態様】
本発明の電池監視回路の具体例として、二電源型電気自動車用電源装置に用いる降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を以下の実施例を参照して説明する。
【０００９】
【実施例１】
（全体回路構成の説明）
この降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路構成を図１を参照して説明する。
この降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、電気自動車の走行エネルギー蓄電用の主バッテリ１から、補機及び制御装置給電用の補機バッテリ２に電圧変換して給電し、補機バッテリ２を必要レベルまで充電するためのものであって、３は平滑コンデンサ、４は４個のＭＯＳトランジスタ４ａをブリッジ接続してなるインバータ回路、６は降圧トランス、７はスナバ回路、８は全波整流用の２個のダイオード（整流素子）、９はチョークコイル１０及び平滑コンデンサ１１からなる平滑回路、１２は集積化された制御回路である。
【００１０】
主バッテリ１の高位端は入力端子１４を通じてブスバー１３に接続され、主バッテリ１の低位端は入力端子１６を通じてブスバー１５に接続されている。
平滑コンデンサ３はブスバー１３、１５間に接続され、ブスバー１３はインバータ回路４の高位直流入力端をなす上アーム側の一対のＭＯＳトランジスタ４ａのドレイン電極端子に接続され、ケーブル１５はインバータ回路４の低位直流入力端をなす下アーム側の一対のＭＯＳトランジスタ４ａのソース電極端子に接続されている。なお、インバータ回路４の各ＭＯＳトランジスタ４ａのゲート電極は入力電圧を増幅するバッファ回路２０を通じて制御回路１２からの制御電圧を受け取る。
【００１１】
インバータ回路４の一対の交流出力端子は降圧トランス６の一次コイルの両端に接続されている。
降圧トランス６は、同一方向に巻装され、互いに直列接続された２つの二次コイル６１，６２を有し、二次コイル６１の一端は外部に延設されてブスバー（半波整流ライン）１７をなし、二次コイル６２の一端は外部に延設されてブスバー（半波整流ライン）１８をなす。ブスバー１７は、一対のダイオード８の一方のアノード電極端子に接続され、ブスバー１８は、一対のダイオード８の他方のアノード電極端子に接続されている。
【００１２】
降圧トランス６の両二次コイル６１，６２の直列接続点（中点）をなす中間端子６ａは、ブスバー（接地ライン）１９、接地端子（低位直流出力端）２１を通じて補機バッテリ６の低位端に接続されている。
両ダイオード８のカソード電極端子は、全波整流ライン２４を通じてチョークコイル１０の一端（高位直流出力端）に接続され、チョークコイル１０の他端２５は、ブスバー２６、出力端子２７を通じて補機バッテリ２の高位端に接続されている。
【００１３】
スナバ回路７は、それぞれ抵抗素子とコンデンサとを直列接続してなる等価回路で等価されるＣＲハイパスフィルタであって、一対のダイオード８の両アノード電極端子間に接続されている。
（動作説明）
制御回路１２は、図示しないその入力端子への充電指令の入力により補機バッテリ２の電圧が所定値に達するまでインバータ回路４の各ＭＯＳトランジスタ４ａを断続して降圧トランス６の一次コイルに矩形波交流電圧を印加させる。
【００１４】
降圧トランス６の二次コイル６１，６２に生じた二次電圧は単相全波整流回路をなす一対のダイオード８，８で整流され、これにより全波整流ライン２４と接地用ブスバー（接地ライン）１９との間に生じた全波整流電圧は、平滑回路９で平滑されて補機バッテリ２に印加される。
平滑コンデンサ３はインバータ回路４の断続動作による主バッテリ１の放電電流の変動を低減し、スナバ回路７はＣＲハイパスフィルタとして高周波サージ電圧を吸収する。
（電池監視回路構成の説明）
この実施例の要部をなす電池監視回路について以下に説明する。
【００１５】
この電池監視回路は、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ３からなるブリッジ回路（抵抗分圧回路）３０と、このブリッジ回路３０の出力電圧ΔＶ（＝Ｖ１−Ｖ２）を処理する制御回路（電池監視部）１２とからなる。
抵抗器Ｒ１、Ｒ２は互いに直列接続されて抵抗分圧回路を構成しており、抵抗器（近接側抵抗器）Ｒ１は補機バッテリ２にできるかぎり近接配置され、その一端は補機バッテリ２の高位端すなわち正極端子にできるだけ近接して接続されている。抵抗器Ｒ２の一端は補機バッテリ２の低位端すなわち負極端子に接続されている。
【００１６】
抵抗器Ｒ３、Ｒ４は互いに直列接続されて抵抗分圧回路を構成しており、抵抗器Ｒ３の一端は補機バッテリ２の高位端に接続され、抵抗器Ｒ４の一端は補機バッテリ２の低位端すなわち負極端子に接続されている。
抵抗器Ｒ１、Ｒ２の接続点及び抵抗器Ｒ３、Ｒ４の接続点はこのブリッジ回路の出力端をなし、前者は出力電圧Ｖ１を、後者は出力電圧Ｖ２を出力する。なお、この実施例では、抵抗器Ｒ１とＲ３とは同じ抵抗値のものを採用し、抵抗器Ｒ２とＲ４とは同じ抵抗値のものを採用する。
【００１７】
制御回路１２は、出力電圧Ｖ２を補機バッテリ２の端子電圧として受け取り、それをＡ／Ｄ変換してデジタル電圧信号Ｖ２とする。また、出力電圧Ｖ１を補機バッテリ２の温度・電圧信号電圧として受け取り、それをＡ／Ｄ変換してデジタル温度・電圧信号Ｖ１とする。すなわち、信号Ｖ１は端子電圧の増大により増加し、電池温度の上昇による抵抗器Ｒ１の抵抗値増加により低下する。
【００１８】
更に、制御回路１２は、上記両デジタル温度信号の差ΔＶを検出し、これをデジタル温度信号Ｔとする。すなわち、このデジタル温度信号Ｔは補機バッテリ２の端子電圧変動に影響されず、電池温度のみにより変化する。
すなわち、この実施例によれば高精度のブリッジ式温度検出回路３０の一部を端子電圧検出回路として共用しているので、回路構成を複雑化することなく電池温度を高精度に検出することができる。
【００１９】
また、温度センサとして動作する抵抗器Ｒ１は補機バッテリ２の高位電極端子に直結することができ、電池温度の変化に良好に追従することができる。
なお、上記実施例では、出力電圧Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ異なるＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換したが、一つのＡ／Ｄ変換器で時間順次にＡ／Ｄ変換することができることはもちろんである。
【００２０】
【実施例２】
他の実施例の電池監視回路について図１を参照して以下に説明する。
この実施例の電池監視回路は、図１に示す実施例１において、抵抗器Ｒ３、Ｒ４を省略したものであり、したがって回路３０は、高電位側の抵抗器Ｒ１及び低電位側の抵抗器Ｒ２を直列接続してなる単独の抵抗分圧回路なる。ただし、この実施例では、高電位側の抵抗器Ｒ１を遠隔側抵抗器とし、低電位側の抵抗器Ｒ２を近接側抵抗器とする。
【００２１】
制御回路１２は、出力電圧Ｖ１を補機バッテリ２の温度・電圧信号電圧として受け取り、それをＡ／Ｄ変換してデジタル温度・電圧信号Ｖ１とする。すなわち、出力電圧Ｖ１は端子電圧の増大により増加し、電池温度の上昇による抵抗器Ｒ１の抵抗値増加により低下する。
いま、遠隔側抵抗器Ｒ１の抵抗値をｒ１、近接側抵抗器Ｒ２の抵抗値をｒ２、電池電圧をＶとすれば、
Ｖ１＝（ｒ２／（ｒ１＋ｒ２））Ｖとなる。
【００２２】
電池温度が高温となると、近接側抵抗器Ｒ２の抵抗値ｒ２が増加して出力電圧Ｖ１は増加する。
制御回路１２は、この主バッテリ１による補機バッテリ２の充電時において、補機バッテリ２の上記電圧Ｖ１が所定電圧に達した時点で充電を終了させる動作を行うものとする。
【００２３】
結局、電池温度が高い場合には、制御回路１２には実際の端子電圧Ｖよりも大きい値が入力されて充電電圧が下がるので、高温時に充電を持続して電池が過熱するなどの問題を回避することができる。
また、上記実施例では、デジタル回路又はマイコン回路を用いたが、抵抗分圧を用いてアナログ回路（たとえばオペアンプ回路など）を用いて、この分圧が高い場合に直流出力電圧を低下させ、この分圧が低い場合に直流出力電圧を増加させるように、フィードバック制御を行ってもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池監視回路を採用するＤＣ−ＤＣコンバータ装置の一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
２は補機バッテリ（電池）、３０は抵抗分圧回路、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は抵抗器、１２は制御回路（電池監視部）

Claims

互いに直列接続された一対の抵抗器（R1、R2）を少なくとも有して電池の両端間に接続される抵抗分圧回路と、
前記電池の温度に相関を有する抵抗器（R1）の抵抗値に連動する前記抵抗分圧回路の出力電圧に基づいて前記電池の端子電圧及び温度に関連する状態を判断する電池監視部と、
を備える電池監視回路において、
前記両抵抗器（R1、R2）の一方（R1）は前記電池に近接して配置され、前記両抵抗器（R1、R2）の他方（R2）は前記電池から離れて配置され、
前記抵抗分圧回路は、互いに直列接続されて電池の両端間に接続されるとともに前記電池から離れて配置される一対の抵抗器（ R3 、 R4 ）を有して前記抵抗器（ R1 、 R2 、 R3 、 R4 ）によりブリッジ回路を構成し、
前記電池監視部は、前記一対の抵抗器（ R3 、 R4 ）が出力する分圧により前記電池の端子電圧を求め、且つ、前記一対の抵抗器（ R3 、 R4 ）の出力分圧と前記一対の抵抗器（ R1 、 R2 ）の出力分圧との電圧差（Δ V ）により前記電池の温度（ T ）を求めることを特徴とする電池監視回路。