JP4075176B2

JP4075176B2 - Voltage detection device for battery pack

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Publication number: JP4075176B2
Application number: JP37328198A
Authority: JP
Inventors: 豪俊加藤; 潤一飯野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP2000199771A

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】
特開平５−６４３７７号公報は、縦続接続形式の多数の単電池からなる複数の電池モジュ−ルのモジュ−ル電圧をそれぞれ電圧検出モジュールで検出する組み電池の電圧検出装置を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように各モジュ−ル電圧を多数の差動型電圧検出回路で個別に検出することは、回路構成が大規模となり、費用、電力消費、スペース、信頼性の点で改善を要していた。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、検出精度や安全性の低下を抑止しつつ簡素な回路構成で実現できる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。
【００１１】
【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。
電池ブロックの最高電位または最低電位の端子の（基準端子）の電位を基準電位とする電池ブロックの各電池モジュールの電圧は抵抗分圧回路により分圧された後、それぞれモジュ−ル電圧検出部により検出電圧（モジュ−ル電圧）として検出される。
【００１２】
本構成によれば、各電池モジュールの電圧を基準電位ラインの電位からなる共通電位を基準として計測するので、その後の回路処理が簡単となり、簡素な回路構成で誤差が少ない電圧検出をおこなうことができる。また、モジュ−ル電圧検出部には、抵抗分圧回路の分圧が給電されるので、モジュ−ル電圧検出部の耐圧低減や導通抵抗の低減を図ることができる。また、本構成では、複数の電池ブロックの電圧を基準電位切り替えスイッチおよびモジュ−ル電圧切り替えスイッチを切り替えて検出するので、抵抗分圧回路の抵抗素子数を減らすことができるとともに、モジュ−ル電圧検出部の数を減らすことができる。また、本構成では、抵抗分圧回路の抵抗素子が、モジュ−ル電圧切り替えスイッチの短絡故障時における一対のモジュ−ル電圧切り替えスイッチを経由する短絡電流の低減機能を果たすので、安全性に優れる。
【００１３】
更に、本構成では、基準電位切り替えスイッチと直列に電流制限素子を設けるので、一対の基準電位切り替えスイッチの一つが短絡した状況で他方の基準電位切り替えスイッチをオンした場合でもこれら一対の基準電位切り替えスイッチを経由する短絡電流を低減することができ、安全性に優れる。
また更に、本構成では、電流制限素子による電圧降下に少なくとも相当するキャンセル電圧を補償回路から出力し、モジュ−ル電圧検出部により検出された検出電圧からこのキャンセル電圧を減算するので、電流制限素子による電圧降下によるモジュ−ル電圧の誤差を補正して正確にモジュ−ル電圧を検出することができる。
【００１４】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の構成において更に、上記キャンセル電圧による電流制限素子の電圧降下キャンセルは、基準電位最近接電池モジュールの端子電圧検出にのみ用い、電池ブロックの他の電池モジュールのモジュール電圧に対しては、各電池モジュールの電位差を直接検出するので、誤差が少ないという特徴がある。
【００１５】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の構成において更に、電流制限素子は逆流防止ダイオードからなるので、電流制限素子の電圧降下のばらつきが小さく、かつ、上記基準電位切り替えスイッチ短絡時の短絡電流をほぼ０にすることができる。
請求項４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、電流制限素子及び基準電位切り替えスイッチの電圧降下の合計を補償するので、モジュ−ル電圧を一層高精度に検出することができる。
【００１６】
請求項５記載の構成によれば請求項１乃至４のいずれか記載の組み電池の電圧検出装置において更に、電池モジュールの電圧検出時に電流制限素子に通電される電流値とほぼ等しい電流を基準電位切り替えスイッチを通じて電流制限素子の抵抗値に等しい抵抗値を有する参照用電流制限素子に流し、この電圧降下をモジュ−ル電圧から減算する。
【００１７】
このようにすれば、電流制限素子の電圧降下の影響を補正したモジュ−ル電圧を得ることができる。
請求項６記載の構成によれば請求項１乃至４のいずれか記載の組み電池の電圧検出装置において更に、電流制限素子の電圧降下を直接検出して、この電圧降下をモジュ−ル電圧から減算するので、簡単に電流制限素子の電圧降下の影響を補正したモジュ−ル電圧を得ることができる。
【００１８】
請求項７記載の構成によれば請求項１乃至４のいずれか記載の組み電池の電圧検出装置において更に、電流制限素子の電圧降下（基準電位ラインの配線抵抗および基準電位ライン切り替えスイッチのオン抵抗の電位降下を含んでもよい）に相当する所定の記憶電圧値をあらかじめ記憶しておいて、検出電圧から前記記憶電圧値を減算するので、検出電圧Ａに含まれる簡単な処理で電流制限素子（たとえば逆流防止ダイオード）の電圧降下をキャンセルすることができる。
【００１９】
請求項８記載の構成によれば請求項７記載の組み電池の電圧検出装置において更に、検出した温度に応じてあらかじめ記憶するマップに基づいて記憶電圧値を変更するので、一層正確に検出電圧Ａを補正することができる。
【００２０】
【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。
【００２１】
【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に示す部分回路図を参照して説明する。
１は組み電池であり、最高位の電池ブロック１１，次に最高位の電池ブロック１２を含む合計４個の電池ブロックを直列接続してなる。ただし、残りの電池ブロックの図示は省略する。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１２は５つの電池モジュールＢＡＴ０６〜ＢＡＴ１０を直列接続してなる。
【００２２】
２は、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１９からなる分圧回路群であり、Ｒ１及びＲ２、Ｒ３及びＲ４、Ｒ５及びＲ６、Ｒ７及びＲ８、Ｒ９及びＲ１０、Ｒ１１およびＲ２、Ｒ１３及びＲ４、Ｒ１５及びＲ６、Ｒ１７及びＲ８、Ｒ１９及びＲ１０はそれぞれ分圧回路を構成している。抵抗素子Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０（基準電位側の抵抗素子）の各一端は、基準電位ライン３、基準電位切り替えスイッチＳＷ２１及び逆流防止ダイオード（電流制限素子）Ｄ１を通じて電池ブロック１１の最低電位端に接続され、かつ、基準電位ライン３、基準電位切り替えスイッチＳＷ２２及び逆流防止ダイオード（電流制限素子）Ｄ２を通じて電池ブロック１２の最低電位端に接続されている。また、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０（基準電位側の抵抗素子）の各他端は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ９（電池モジュール側の抵抗素子）及びモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を通じて、電池ブロック１１の各電池モジュールの高位側の極に接続されている。更に、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０（基準電位側の抵抗素子）の各他端は、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１９（電池モジュール側の抵抗素子）及びモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ６〜ＳＷ１０を通じて、電池ブロック１２の各電池モジュールの高位側の極に接続されている。
【００２３】
各切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０、ＳＷ２１、ＳＷ２２は、フォトＭＯＳトランジスタからなり、それぞれ対面する発光ダイオードからの光信号により駆動されて開閉される。
４はモジュ−ル電圧検出回路ブロックであり、内部にＡ／Ｄコンバータ内蔵の５チャンネルのモジュ−ル電圧検出部を並列に内蔵しており、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０の電圧降下を個別に検出している。なお、上記５チャンネルのモジュ−ル電圧検出部を１個のモジュ−ル電圧検出部とすることもでき、この場合には、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０は一個の共通抵抗素子で代用することができる。なお、この場合には、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ５及びモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ６〜ＳＷ１０は順番に切り替えられる。
【００２４】
各Ａ／Ｄコンバータは、上記各分圧回路から入力される分圧と、基準電位ＶＳＳとの電圧差をデジタル信号に変換する。一例において、このＡ／Ｄコンバータは、基準電位ＶＳＳを基準電位としてそれより大きい各種の参照電圧を作成する参照電圧発生回路と、作成された各参照電圧と入力される分圧とを比較する複数のコンパレータと、コンパレータから出力される信号をデジタル信号に変換するデジタル信号発生回路とを有するが、詳細説明は省略する。
【００２５】
電池ブロック１１の電池モジュールの電圧検出時には、Ａ／Ｄコンバータは基準電位ライン３、切り替えスイッチＳＷ２１及び逆流防止ダイオードＤ１を通じて電池モジュールＢＡＴ０５の低位側の極から基準電位ＶＳＳを受け取り、この時、切り替えスイッチＳＷ２２は開放されている。
次に、切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンし、切り替えスイッチＳＷ６〜ＳＷ１０をオフすることにより、電池ブロック１１の各電池モジュールＢＡＴ０１〜ＢＡＴ０５の高位側の極の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〜ＢＡＴ０４の電圧を順次検出する。なお、基準電位ＶＳＳは、ほぼ電池モジュールＢＡＴ０５の低位側の極の電位に、逆流防止ダイオードＤ１の電位降下（約０．７Ｖ程度）及び切り替えスイッチ２１のオン抵抗電圧降下を加算した値に等しい。
【００２６】
同様に、電池ブロック１２の電池モジュールの電圧検出時には、Ａ／Ｄコンバータは基準電位ライン３、切り替えスイッチＳＷ２２及び逆流防止ダイオードＤ２を通じて電池モジュールＢＡＴ１０の低位側の極から基準電位ＶＳＳを受け取り、この時、スイッチＳＷ２１は開放されている。
次に、切り替えスイッチＳＷ６〜ＳＷ１０をオンし、切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオフすることにより、電池ブロック１２の各電池モジュールＢＡＴ０６〜ＢＡＴ１０の高位側の極の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〜ＢＡＴ０９の電圧を検出する。
【００２７】
なお、基準電位ＶＳＳは、ほぼ電池モジュールＢＡＴ１０の低位側の極の電位に、逆流防止ダイオードＤ２の電位降下（約０．７Ｖ程度）及び切り替えスイッチ２２のオン抵抗電圧降下を加算した値に等しい。
この実施例によれば、上述した基準電位切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２の一方が短絡故障を起こした場合でも、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２が介設されているので、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２の他方を導通させたとしてもこれら導通した基準電位切り替えスイッチおよび短絡した基準電位切り替えスイッチを循環する短絡電流を阻止することができる。
【００２８】
また、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。
【００２９】
また、分圧回路の基準電位側の抵抗素子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。
また、奇数番号の抵抗素子すなわち電池モジュール側の抵抗素子は、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０のいずれかが短絡故障し、それと接続されるもう一つのモジュ−ル電圧切り替えスイッチがオンされた場合でも短絡電流を低減できるという効果を奏する。
【００３０】
また、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０の制御電圧を低電圧化でき、その耐圧（たとえばゲート耐圧）が小さい素子を素子を用いることができるという大きな効果を奏することができる。これについて、更に説明する。
たとえばスイッチＳＷ１をＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成する場合、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１はゲート電位Ｖｇとそのソース電位Ｖｓとの差である制御電圧Ｖｇｓで作動する。モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１がオフの場合にはソース電圧Ｖｓは基準電位ライン３の電位に等しいので小さい制御電圧Ｖｇｓでモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１は作動することができ、更に、その導通後でも、ソース電圧Ｖｓは抵抗素子Ｒ１とＲ２との分圧となって低いので、制御電圧Ｖｇｓが小さくても十分にモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１を駆動することができ、集積化も容易となる。これに対し、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１と電池モジュール側の抵抗素子Ｒ１との配置を逆とする場合には、その導通後には、ソース電圧Ｖｓはほとんど電池モジュールＢＡＴ０１の高位側の極の電位に等しくなるので、それよりも更に高いゲート電圧Ｖｇを採用する必要があり、モジュ−ル電圧切り替えスイッチを構成する半導体スイッチの耐圧やチャンネル抵抗が格段に大きくなってしまう。また、半導体スイッチの保護が十分となる。
（キャンセル処理）
ただし、今回検出した入力端ＣＨ４と基準電位ＶＳＳとの電位差は、逆流防止ダイオードＤ１の順方向電圧降下およびモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１のオン抵抗による電圧降下を含むので、以下の補償回路（補償手段）を用いた信号処理により、それをキャンセルする。この補償回路を用いたキャンセル処理について、図１を参照して以下に説明する。
【００３１】
５はこの補償回路であり、ダミー抵抗Ｒａｌｌと参照用スイッチＳＷｒとダミーダイオードＤｒとを直列接続してなる。
参照用スイッチＳＷｒは基準電位切り替えスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２と同形状、同工程で形成される。ダミーダイオードＤｒも、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２と同形状、同工程で形成される。ダミー抵抗Ｒａｌｌは、電池モジュールＢＡＴ０１〜ＢＡＴ０５の電位測定時に逆流防止ダイオードＤ１に流れる電流値（＝電池モジュールＢＡＴ０６〜ＢＡＴ１０の電位測定時に逆流防止ダイオードＤ２に流れる電流値）と、ダミーダイオードＤｒに流れる電流値が等しくなる抵抗値に設定される。補償回路５の一端は基準電位切り替えスイッチＳＷ２１と逆流防止ダイオードＤ１との接続点に接続され、補償回路５の他端は基準電位ライン３に接続される。
【００３２】
この補償回路５の動作を以下に説明する。
すべてのモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０をオフし、基準電位切り替えスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２、参照用スイッチＳＷｒをオンする。これにより、電池ブロック１２からの給電により参照用スイッチＳＷｒ及びダミーダイオードＤｒの両端に参照用の電圧降下Ｖｒが生じる。この電圧降下Ｖｒは、モジュ−ル電圧検出時における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の電圧降下、並びに、モジュ−ル電圧検出時における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の電圧降下にほぼ等しくなる。
【００３３】
参照用の電圧降下Ｖｒは、モジュ−ル電圧検出用のモジュ−ル電圧検出部と同じ性能をもつ参照用電圧降下検出部で増幅されて出力される。この参照用電圧降下検出部は他のモジュ−ル電圧検出部とともにモジュ−ル電圧検出回路ブロック４に内蔵されている。
場合によっては、モジュ−ル電圧検出部がこの参照電圧検出部を兼用し、時間順次に計測を行ってもよい。ただし、この場合には、ダミー抵抗Ｒａｌｌは、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１をオンした時に逆流防止ダイオードＤ１に流れる電流に等しい電流をダミーダイオードＤｒに流す抵抗値とすることが好ましい。
【００３４】
次に、この電池モジュールＢＡＴ０５を検出するモジュ−ル電圧検出部から出力される検出電圧Ａから、この参照用の電圧降下Ｖｒをアナログ減算ないしデジタル減算して、逆流防止ダイオードＤ１及び基準電位切り替えスイッチＳＷ２１の電圧降下を含まない電池モジュールＢＡＴ０５の検出電圧Ａを得ることができる。
【００３５】
同様に、この電池モジュールＢＡＴ１０を検出するモジュ−ル電圧検出部から出力される検出電圧Ａから、この参照用の電圧降下Ｖｒをアナログ減算ないしデジタル減算して、逆流防止ダイオードＤ２及び基準電位切り替えスイッチＳＷ２２の電圧降下を含まない電池モジュールＢＡＴ１０の検出電圧Ａを得ることができる。
【００３６】
（変形態様）
上記実施例では、電池モジュールＢＡＴ０１〜ＢＡＴ０４、ＢＡＴ０６〜ＢＡＴ０９の各端子電圧は、モジュ−ル電圧検出部に含まれるＡ／Ｄコンバータにより基準電位ＶＳＳまたはそれを基準として作成された参照電位を基準としてＡ／Ｄ変換され、その後、隣接する一対の上記端子電圧の差を求めることにより、逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２や基準電位切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２のオン抵抗による電圧降下をキャンセルしたが、上記の代わりに、各Ａ／Ｄコンバータが隣接する一対の電池モジュールの正極電位間の電位差を直接Ａ／Ｄ変換することもでき、このようにしても逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２や基準電位切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２のオン抵抗による電圧降下をキャンセルした値を求めることができる。
【００３７】
（回路誤差補償）
次に、図１における抵抗分圧回路を構成する各抵抗素子の抵抗値のばらつきによる誤差を補償する具体的な信号処理について、図３、図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する、この信号処理はハードウエアまたはソフトウエアで処理されるが、簡単であるので、フローチャート図示は省略する。ただし、モジュ−ル電圧検出回路ブロック４は５チャンネルのモジュ−ル電圧検出部及び一つの参照用電圧検出部をもつものとする。
（ステップ１）
まず、電池モジュール側の抵抗素子Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ９、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１９の一端を電池モジュールの端子から外し、基準電位切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２の一端も電池モジュールの端子から外す。
【００３８】
次に、上記電池モジュール側の抵抗素子Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７、Ｒ９の一端（モジュ−ル電圧入力端子）を上記基準電位切り替えスイッチＳＷ２１の一端（共通端子）に接続（短絡）し、ＳＷ１〜ＳＷ５及びＳＷ２１をオンし、他のスイッチをオフして、この時の５つのモジュ−ル電圧検出部の出力電圧Ｖｏを記憶する。
【００３９】
この時、各出力電圧Ｖｏは、各モジュール電圧検出部の入力端ＣＨ０〜ＣＨ４の電位が基準電位ライン３の電位に等しい時、すなわち各モジュール電圧検出部が検出する実質的な入力電圧が０Ｖの時における各モジュール電圧検出部の出力電圧に等しくなる。
同様に、ＳＷ２１、ＳＷ２２及びＳＷｒをオンし、他のスイッチをオフして、この時の参照電圧検出部の出力電圧Ｖｏｒを検出する。
【００４０】
この時の出力電圧Ｖｏｒは、参照用電圧検出部の入力端ＣＨ５の電位が基準電位ライン３の電位に等しい時、すなわち参照用電圧検出部が検出する実質的な入力電圧が０Ｖの時における参照用電圧検出部の出力電圧に等しくなる。
（ステップ２）
次に、電池ブロック１１，１２またはそれと電気的に等価な電源装置を図１にように接続し、ＳＷ１〜ＳＷ５及びＳＷ２１をオンし、他のスイッチをオフして、この時の５つのモジュ−ル電圧検出部の出力電圧Ｖ１すなわち検出電圧Ａを記憶する。同時に、電池ブロック１１の各電池モジュールＢＡＴ０１〜ＢＡＴ０５の５つの電圧Ｖ１ｒｅａｌすなわち真の電圧Ｂを求めて記憶する。
【００４１】
次に、ＳＷ６〜ＳＷ１０及びＳＷ２２をオンし、他のスイッチをオフして、この時の５つのモジュ−ル電圧検出部の出力電圧Ｖ２すなわち検出電圧Ａを記憶する。同時に、電池ブロック１２の各電池モジュールＢＡＴ０６〜ＢＡＴ１０の端子電圧Ｖ２ｒｅａｌすなわち真の電圧Ｂを求めて記憶する。
次に、ＳＷ２１、ＳＷ２２及びＳＷｒをオンし、他のスイッチをオフして、この時の参照電圧検出部の出力電圧Ｖｒを記憶する。同時に、ＳＷｒとＤｒとの電圧降下の合計Ｖｒｒｅａｌを実際に計測して記憶する。
（ステップ３）
次に、５つの出力電圧Ｖ１から同じモジュ−ル電圧検出部の出力電圧Ｖｏを減算して、オフセット補償試験電圧Ｖ１’を求め、この求めた電圧Ｖ１’と、それに対応する５つの真の端子電圧Ｖ１ｒｅａｌとの比である誤差率Ｒ１（＝Ｖ１’／Ｖ１ｒｅａｌ）を求める。
【００４２】
同様に、５つの出力電圧Ｖ２から同じモジュ−ル電圧検出部の出力電圧Ｖｏを減算して、オフセット補償試験電圧Ｖ２’を求め、この求めた電圧Ｖ２’と、それに対応する５つの真の端子電圧Ｖ２ｒｅａｌとの比である誤差率Ｒ２（＝Ｖ２’／Ｖ２ｒｅａｌ）を求める。
同様に、ＶｒからＶｏｒを減算して、オフセット補償参照用電圧降下Ｖｒ’を求め、この求めた電圧Ｖｒ’と、それに対応する真の電圧Ｖｒｒｅａｌとの比である誤差率Ｒ３（＝Ｖｒ’／Ｖｒｒｅａｌ）を求める。
【００４３】
上記により、各抵抗分圧回路及び各モジュ−ル電圧検出部並びに参照電圧検出部のオフセット誤差、分圧誤差及び増幅率誤差を補償するためのパラメータが得られる。
（ステップ４）
次に、基準電位ラインを基準とする電池ブロック１１，１２の各電池モジュールの電圧に対応する合計１０個の検出電圧Ａを求める。なお、この検出電圧Ａは上記５つのＶ１及び５つのＶ２でもよい。
【００４４】
次に、これら１０個の検出電圧Ａから上記５つのオフセット電圧Ｖｏを減算して、合計１０個のオフセット補償済み検出電圧Ａ’を求める。
（ステップ５）
次に、これら合計１０個の検出電圧Ａ’を上記合計１０個の誤差率Ｒ１、Ｒ２で個別に除算して、オフセット誤差も倍率誤差もない合計１０個人の検出電圧Ａ’’を求める。
【００４５】
要するに上記説明したステップ１〜ステップ５の演算は、抵抗分圧回路群２及びモジュール電圧検出回路ブロック４をブラックボックスとした場合の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を、Ｖｏｕｔ＝ｋ・Ｖｉｎ＋ΔＶ、Ｋは電圧増幅率、ΔＶはオフセット電圧とした場合において、入力電圧Ｖｉｎが０Ｖである時の出力電圧Ｖｏｕｔをまずオフセット電圧ΔＶとして求める処理を行い、次に、入力電圧Ｖｉｎの実測値と出力電圧Ｖｏｕｔの実測値と上記求めたオフセット電圧ΔＶとから電圧増幅率ｋを求める処理を行い、その後、出力電圧Ｖｏｕｔの実測値と上記求めたオフセット電圧ΔＶ及び電圧増幅率ｋとから、真の入力電圧（モジュール電圧）を求める処理を行う処理である。
（ステップ６）
次に、電池モジュールＢＡＴ０５、ＢＡＴ１０のモジュ−ル電圧以外のモジュ−ル電圧を、隣接する検出電圧Ａ’’の差により算出する。
（ステップ７）
次に、ＳＷｒ及びＤｒの電圧降下を参照電圧検出部で検出して、その出力電圧Ｖｒから上記出力電圧Ｖｏｒを減算してオフセット補償した電圧降下Ｖｒ’を求める。
（ステップ８）
次に、参照電圧Ｖｒ’を上記誤差率Ｒ３で除算して、オフセット誤差も倍率誤差もない電圧降下Ｖｒ’’を求める。
（ステップ９）
次に、電池モジュールＢＡＴ０５、ＢＡＴ１０のオフセット誤差も倍率誤差もない検出電圧Ａ’’からオフセット誤差も倍率誤差もない電圧降下Ｖｒ’’を減算して、オフセット誤差も倍率誤差もない電池モジュールＢＡＴ０５、ＢＡＴ１０の端子電圧を得ることができる。
【００４６】
なお、上記演算はマイコンにより簡単に実施できるものであるが、計算時間短縮のために一部のステップを省略したり、同等の演算結果を得る他の演算処理を実施してもよいことはもちろんである。
【００４７】
【実施例２】
他の実施例を以下に説明する。
逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２と基準電位切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２の電圧降下を求める他の方式を図５を参照して説明する。
この実施例では、補償回路５を省略する代わりに、逆流防止ダイオードＤ１のカソードとモジュ−ル電圧検出回路ブロック４の参照用電圧検出部の−入力端ＣＨ５とを接続し、この参照用電圧検出部の＋入力端を基準電位ライン３に接続したものである。
【００４８】
このようにすれば、電池ブロック１１の各電池モジュールの電圧を検出する際に、逆流防止ダイオードＤ１の電圧降下を参照用電圧検出部で検出することができる。この実施例における参照用電圧検出部も実施例１の参照用電圧検出部と同じく、モジュ−ル電圧検出部（図２参照）と同じ構成を採用することができるが、この実施例の参照用電圧検出部では基準電位ライン３は＋入力端に接続されるか、又は、参照用電圧検出部の出力電圧はＡ／Ｄ変換される前に反転される。
【００４９】
この実施例においても、電池モジュールＢＡＴ０５の電圧検出のために抵抗素子Ｒ１０の両端の電圧降下を検出するモジュ−ル電圧検出部の出力電圧から、上述した参照用電圧検出部の出力電圧を減算することにより、逆流防止ダイオードＤ１の電圧降下の影響を補正することができる。
当然、もう一つ参照用電圧検出部（図５に、その入力端をＣＨ６として図示）をモジュ−ル電圧検出回路ブロック４に設けることにより電池モジュールＢＡＴ１０の両端の電圧降下を検出するモジュ−ル電圧検出部の出力電圧からこの参照用電圧検出部の出力電圧を減算し、これにより、逆流防止ダイオードＤ２の電圧降下の影響を補正することができる。
【００５０】
また、この実施例でも、実施例１と同様の方法で、抵抗分圧回路やモジュ−ル電圧検出部や参照電圧検出部のオフセット電圧や分圧比や電圧増幅率のばらつきを補正することができることはもちろんである。
【００５１】
【実施例３】
他の実施例を以下に説明する。
逆流防止ダイオードＤ１、Ｄ２と基準電位切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２の電圧降下を求める他の方式を以下に説明する。
この実施例では、あらかじめ、逆流防止ダイオードＤ１の順方向電圧降下、モジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１のオン抵抗による電圧降下、および、基準電位ライン３の配線抵抗による電圧降下の合計をあらかじめ記憶しておく。
【００５２】
そして、温度を検出し、この検出した温度とあらかじめ記憶するマップとに基づいて、逆流防止ダイオードＤ１の順方向電圧降下およびモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１のオン抵抗の温度変動を補正する。なお、このマップには、逆流防止ダイオードＤ１の順方向電圧降下およびモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１のオン抵抗と温度との関係が記述される。
【００５３】
次に、上記により温度補正されたモジュ−ル電圧切り替えスイッチＳＷ２１のオン抵抗に電流値を掛けてその電圧降下を求め、それに、温度補正された逆流防止ダイオードＤ１の順方向電圧降下と、基準電位ライン３の電圧降下とを加算して、検出電圧Ａから今回減算すべきパラメータとする。
このようにしても、かなり正確かつ比較的簡単に電池モジュールＢＡＴ０５、ＢＡＴ１０の電圧降下補償を行うことができる。
【００５４】
【実施例４】
他の実施例を図６を参照して以下に説明する。
この実施例は、図１においてスイッチＳＷ２１と逆流防止ダイオードＤ１との間に接続されていた抵抗Ｒａｌｌの高位側の一端を、共通端子（図１参照）に直接接続するものである。
【００５５】
このようにすれば、スイッチＳＷ２１が参照用電圧検出部と電池との間に介在しないので、抵抗Ｒ１〜Ｒ１０、ＳＷ１〜ＳＷ５からなる抵抗分圧回路群を参照用電圧検出部５（抵抗Ｒａｌｌ、スイッチＳＷｒ、逆流防止ダイオードＤｒ）でより良好に等価することができる。
なお、参照用電圧検出部５において、抵抗Ｒａｌｌは抵抗Ｒ１〜Ｒ１０を等価し、スイッチＳＷｒはスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を等価し、逆流防止ダイオードＤｒは逆流防止ダイオードＤ１を等価している。
【００５６】
【実施例５】
他の実施例を図７を参照して以下に説明する。
この実施例は、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０を、半導体スイッチ（ここではＭＯＳトランジスタ）１００と逆流防止ダイオード１０１と構成したものである。なお、図７では、スイッチＳＷ１０を示し、ＤｘはＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードである。
【００５７】
このようにすれば、たとえばスイッチＳＷ５とスイッチＳＷ１０とのどちらか一方が短絡故障し、他方をオンしたとしても短絡電流がスイッチＳＷ５及びスイッチＳＷ１０の両方を通じて流れることがなく、回路保護を行うとともに、電池モジュールの電圧検出に誤差が生じることがない。
【００５８】
【実施例６】
他の実施例を図８を参照して以下に説明する。
この実施例は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ１０、ＳＷ２１、ＳＷ２２を、直列接続された一対のＭＯＳトランジスタ１００、１０２で構成したものである。また、図７で説明した逆流防止ダイオード１０１を更に直列接続してもよい。なお、図７では、スイッチＳＷ１０を示し、ＤｘはＭＯＳトランジスタ１００，１０２の寄生ダイオードである。ＭＯＳトランジスタ１００の寄生ダイオードＤｘとＭＯＳトランジスタ１００の寄生ダイオードＤｘとは逆向きとされている。
【００５９】
このようにすれば、たとえばスイッチＳＷ５とスイッチＳＷ１０とのどちらか一方が短絡故障し、他方をオンしたとしても短絡電流がＭＯＳトランジスタに付随する寄生ダイオードＤｘによりスイッチＳＷ５及びスイッチＳＷ１０の両方を通じて流れることがなく、回路保護を行うとともに、電池モジュールの電圧検出に誤差が生じることがない。
【００６０】
（変形態様）
上記各実施例では、一つの電池ブロックの各電池モジュールごとに個別にモジュ−ル電圧検出部を設けたが、一個のみ設けて切り替え使用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１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】スイッチの一例を示す回路図である。
【図３】回路誤差補償処理ルーチンの一部を示すフローチャートである。
【図４】回路誤差補償処理ルーチンののこりを示すフローチャートである。
【図５】実施例２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６】実施例４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７】実施例５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８】実施例６の組み電池の電圧検出装置の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１は組み電池、１１、１２は電池ブロック、ＢＡＴ０１〜ＢＡＴ１０は電池モジュール、２は分圧回路群、３は基準電位ライン、Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５、Ｒ１７、Ｒ１９は分圧回路の抵抗素子、ＳＷ１〜ＳＷ１０はモジュ−ル電圧切り替えスイッチ、ＳＷ２１、ＳＷ２２は基準電位切り替えスイッチ、Ｄ１、Ｄ２は逆流防止ダイオード（電流制限素子）、Ｄｒはダミーダイオード（参照用電流制限素子）、ＳＷｒは参照用切り替えスイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery voltage detection device.
[0002]
[Prior art]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-64377 proposes a voltage detection device for a battery pack, in which module voltages of a plurality of battery modules made up of a large number of cascaded cells are detected by a voltage detection module.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, the individual detection of each module voltage by a large number of differential voltage detection circuits results in a large circuit configuration and requires improvement in terms of cost, power consumption, space, and reliability. Was.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an assembled battery voltage detection device that can be realized with a simple circuit configuration while suppressing a decrease in detection accuracy and safety.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Claim 1 According to the assembled battery voltage detection device of the present invention described in 1), the high-voltage assembled battery is formed by connecting a plurality of battery blocks formed by connecting a plurality of battery modules in series. As the battery module, one unit cell may be used, or a plurality of unit cells may be connected in series.
The voltage of each battery module of the battery block whose reference potential is the potential of the terminal of the highest potential or the lowest potential of the battery block (reference terminal) is divided by the resistance voltage dividing circuit, and then each module voltage detector It is detected as a detection voltage (module voltage).
[0012]
According to this configuration ,each Since the voltage of the battery module is measured using a common potential consisting of the potential of the reference potential line as a reference, subsequent circuit processing is simplified, and voltage detection with less error can be performed with a simple circuit configuration. Further, since the voltage divided by the resistance voltage dividing circuit is supplied to the module voltage detection unit, it is possible to reduce the withstand voltage and the conduction resistance of the module voltage detection unit. In this configuration, the voltage of the plurality of battery blocks is detected by switching between the reference potential changeover switch and the module voltage changeover switch, so that the number of resistance elements of the resistance voltage dividing circuit can be reduced and the module voltage can be reduced. The number of detection parts can be reduced. Further, in this configuration, the resistance element of the resistance voltage dividing circuit performs a function of reducing a short-circuit current via the pair of module voltage changeover switches at the time of a short-circuit failure of the module voltage changeover switch, which is excellent in safety. .
[0013]
Further, in this configuration, since the current limiting element is provided in series with the reference potential changeover switch, even when one of the pair of reference potential changeover switches is short-circuited, the pair of reference potential changeover switches is turned on. Short circuit current passing through the switch can be reduced, and safety is excellent.
Furthermore, in this configuration, a cancel voltage corresponding to at least a voltage drop due to the current limiting element is output from the compensation circuit, and this cancel voltage is subtracted from the detection voltage detected by the module voltage detection unit. It is possible to accurately detect the module voltage by correcting the error of the module voltage due to the voltage drop due to.
[0014]
Claim 2 Claims according to the arrangement described 1 Further, in the configuration described above, the voltage drop cancellation of the current limiting element by the cancellation voltage is used only for detecting the terminal voltage of the reference potential closest battery module, and each battery voltage is measured with respect to the module voltage of other battery modules in the battery block. Since the potential difference of the module is directly detected, there is a feature that errors are small.
[0015]
Claim 3 Claims according to the arrangement described 1 Further, in the configuration described above, since the current limiting element is composed of a backflow prevention diode, variation in the voltage drop of the current limiting element is small, and the short-circuit current when the reference potential changeover switch is short-circuited can be made substantially zero.
Claim 4 Claims according to the arrangement described 1 In the assembled battery voltage detection apparatus described above, the total voltage drop of the current limiting element and the reference potential changeover switch is compensated, so that the module voltage can be detected with higher accuracy.
[0016]
Claim 5 Claims according to the arrangement described 1 Thru 4 In the assembled battery voltage detecting device according to any one of the above, a resistance value equal to the resistance value of the current limiting element is passed through the reference potential changeover switch with a current substantially equal to the current value supplied to the current limiting element when the voltage of the battery module is detected. This voltage drop is subtracted from the module voltage.
[0017]
In this way, a module voltage in which the influence of the voltage drop of the current limiting element is corrected can be obtained.
According to the structure of claim 6, claims 1 to 4 Further, in the assembled battery voltage detecting device according to any one of the above, since the voltage drop of the current limiting element is directly detected and this voltage drop is subtracted from the module voltage, the influence of the voltage drop of the current limiting element can be easily detected. A corrected module voltage can be obtained.
[0018]
Claim 7 Claims according to the arrangement described 1 Thru 4 And a predetermined memory corresponding to a voltage drop of the current limiting element (which may include a drop in the resistance of the reference potential line and an ON resistance of the reference potential line changeover switch). Since the voltage value is stored in advance and the stored voltage value is subtracted from the detected voltage, the voltage drop of the current limiting element (for example, the backflow prevention diode) can be canceled by a simple process included in the detected voltage A. .
[0019]
Claim 8 Claims according to the arrangement described 7 Further, in the described assembled battery voltage detection apparatus, the stored voltage value is changed based on a map stored in advance according to the detected temperature, so that the detected voltage A can be corrected more accurately.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the configurations of the following embodiments, and can naturally be configured using a replaceable known circuit.
[0021]
[Example 1]
An embodiment of a voltage detection apparatus for a battery pack according to the present invention will be described with reference to a partial circuit diagram shown in FIG.
Reference numeral 1 denotes an assembled battery, which is formed by connecting a total of four battery blocks including the highest battery block 11 and then the highest battery block 12 in series. However, illustration of the remaining battery blocks is omitted. The battery block 11 is formed by connecting five battery modules BAT01 to BAT05 in series, and the battery block 12 is formed by connecting five battery modules BAT06 to BAT10 in series.
[0022]
Reference numeral 2 denotes a voltage dividing circuit group including resistance elements R1 to R11, R13, R15, R17, and R19. R1 and R2, R3 and R4, R5 and R6, R7 and R8, R9 and R10, R11 and R2, R13 R4, R15 and R6, R17 and R8, R19 and R10 constitute a voltage dividing circuit. One end of each of the resistance elements R2, R4, R6, R8, and R10 (reference potential side resistance elements) is connected to the lowest part of the battery block 11 through the reference potential line 3, the reference potential changeover switch SW21, and the backflow prevention diode (current limiting element) D1. It is connected to the potential end, and is connected to the lowest potential end of the battery block 12 through the reference potential line 3, the reference potential changeover switch SW22, and the backflow prevention diode (current limiting element) D2. The other ends of the resistance elements R2, R4, R6, R8, and R10 (reference potential side resistance elements) are connected to the resistance elements R1, R3, R5, R7, and R9 (battery module side resistance elements) and modules. The voltage changeover switches SW1 to SW5 are connected to the higher electrode of each battery module of the battery block 11. Further, the other ends of the resistance elements R2, R4, R6, R8, and R10 (reference potential side resistance elements) are connected to the resistance elements R11, R13, R15, R17, and R19 (battery module side resistance elements) and a module. The battery block 12 is connected to the high-order electrode of each battery module through the voltage changeover switches SW6 to SW10.
[0023]
Each change-over switch SW1-SW10, SW21, SW22 consists of a photo MOS transistor, and is driven and opened / closed by an optical signal from the facing light emitting diode.
Reference numeral 4 denotes a module voltage detection circuit block, which has a built-in 5-channel module voltage detection unit built in an A / D converter in parallel, and the voltage of the resistance elements R2, R4, R6, R8, R10. The descent is detected individually. Note that the five-channel module voltage detector may be a single module voltage detector. In this case, the resistance elements R2, R4, R6, R8, and R10 are one common resistance element. Can be substituted. In this case, the module voltage switch SW1 to SW5 and the module voltage switch SW6 to SW10 are switched in order.
[0024]
Each A / D converter converts a voltage difference between the divided voltage input from each voltage dividing circuit and the reference potential VSS into a digital signal. In one example, the A / D converter compares a reference voltage generation circuit that generates various reference voltages higher than the reference potential VSS with the reference potential VSS as a reference potential and a plurality of reference voltages that are input and a divided voltage that is input. And a digital signal generation circuit that converts a signal output from the comparator into a digital signal, but detailed description thereof is omitted.
[0025]
When detecting the voltage of the battery module of the battery block 11, the A / D converter receives the reference potential VSS from the lower pole of the battery module BAT05 through the reference potential line 3, the changeover switch SW21 and the backflow prevention diode D1, and at this time, the changeover switch SW22 is open.
Next, by turning on the changeover switches SW1 to SW5 and turning off the changeover switches SW6 to SW10, the potentials of the high-order poles of the battery modules BAT01 to BAT05 of the battery block 11 are converted into digital signals and not shown. The controller sequentially detects the voltages of the battery modules BAT01 to BAT04 by subtraction processing. The reference potential VSS is substantially equal to a value obtained by adding the potential drop (about 0.7 V) of the backflow prevention diode D1 and the on-resistance voltage drop of the changeover switch 21 to the potential of the lower pole of the battery module BAT05.
[0026]
Similarly, when the voltage of the battery module of the battery block 12 is detected, the A / D converter receives the reference potential VSS from the lower pole of the battery module BAT10 through the reference potential line 3, the changeover switch SW22, and the backflow prevention diode D2, and at this time The switch SW21 is open.
Next, by turning on the changeover switches SW6 to SW10 and turning off the changeover switches SW1 to SW5, the potentials of the high-order poles of the battery modules BAT06 to BAT10 of the battery block 12 are converted into digital signals and not shown. This controller detects the voltages of the battery modules BAT06 to BAT09 by subtraction processing.
[0027]
The reference potential VSS is substantially equal to a value obtained by adding the potential drop (about 0.7V) of the backflow prevention diode D2 and the on-resistance voltage drop of the changeover switch 22 to the potential of the lower pole of the battery module BAT10.
According to this embodiment, even when one of the above-described reference potential change-over switches SW21 and SW22 causes a short circuit failure, the backflow prevention diodes D1 and D2 are interposed, so that the module voltage change-over switches SW21 and SW22 are provided. Even if the other of the two is made conductive, it is possible to prevent a short-circuit current circulating through these conductive reference potential changeover switches and shorted reference potential changeover switches.
[0028]
Further, according to this embodiment, the module voltage signal composed of the divided voltage output from each voltage dividing circuit in the same battery block to the module voltage detecting unit is the common potential composed of the potential of the reference potential line. Therefore, the power supply voltage to be applied to each module voltage detector can be shared, so that the power supply circuit can be simplified and the module in this case can be simplified. Since the increase of the input signal voltage to the voltage detection unit is reduced by adopting the voltage dividing circuit, the circuit configuration can be simplified while suppressing the increase of the input voltage.
[0029]
Further, the resistance elements R2, R4. Since R6, R8, and R10 each form part of two voltage dividing circuits, the number of resistance elements can be reduced.
In addition, in the odd-numbered resistance element, that is, the resistance element on the battery module side, one of the module voltage changeover switches SW1 to SW10 has a short circuit failure, and another module voltage changeover switch connected thereto is turned on. Even in this case, the effect of reducing the short-circuit current is obtained.
[0030]
In addition, the control voltage of the module voltage change-over switches SW1 to SW10 can be lowered, and a great effect can be obtained that an element having a small withstand voltage (eg, gate withstand voltage) can be used. This will be further described.
For example, when the switch SW1 is composed of an N-channel MOSFET, the module voltage changeover switch SW1 operates with a control voltage Vgs which is the difference between the gate potential Vg and its source potential Vs. When the module voltage switch SW1 is off, the source voltage Vs is equal to the potential of the reference potential line 3, so that the module voltage switch SW1 can be operated with a small control voltage Vgs. However, since the source voltage Vs is low because it is divided by the resistance elements R1 and R2, the module voltage changeover switch SW1 can be driven sufficiently even if the control voltage Vgs is small, and integration is also facilitated. . On the other hand, when the arrangement of the module voltage changeover switch SW1 and the resistance element R1 on the battery module side is reversed, the source voltage Vs is almost the potential of the higher-order pole of the battery module BAT01 after the conduction. Therefore, it is necessary to employ a higher gate voltage Vg than that, and the withstand voltage and channel resistance of the semiconductor switch constituting the module voltage changeover switch will be significantly increased. Further, the semiconductor switch is sufficiently protected.
(Cancel processing)
However, since the potential difference between the input terminal CH4 and the reference potential VSS detected this time includes the forward voltage drop of the backflow prevention diode D1 and the voltage drop due to the on-resistance of the module voltage changeover switch SW21, the following compensation circuit (compensation) It is canceled by signal processing using means. The cancellation process using this compensation circuit will be described below with reference to FIG.
[0031]
This compensation circuit 5 is formed by connecting a dummy resistor Rall, a reference switch SWr, and a dummy diode Dr in series.
The reference switch SWr has the same shape and the same process as the reference potential changeover switches SW21 and SW22. The dummy diode Dr is also formed in the same shape and the same process as the backflow prevention diodes D1 and D2. The dummy resistor Rall includes a current value flowing through the backflow prevention diode D1 when measuring the potentials of the battery modules BAT01 to BAT05 (= a current value flowing through the backflow prevention diode D2 when measuring the potentials of the battery modules BAT06 to BAT10) and a current flowing through the dummy diode Dr. It is set to a resistance value that makes the values equal. One end of the compensation circuit 5 is connected to a connection point between the reference potential changeover switch SW21 and the backflow prevention diode D1, and the other end of the compensation circuit 5 is connected to the reference potential line 3.
[0032]
The operation of the compensation circuit 5 will be described below.
All the module voltage changeover switches SW1 to SW10 are turned off, and the reference potential changeover switches SW21 and SW22 and the reference switch SWr are turned on. As a result, a reference voltage drop Vr is generated across the reference switch SWr and the dummy diode Dr due to the power supply from the battery block 12. This voltage drop Vr is caused by the voltage drop of the reference potential changeover switch SW21 and the backflow prevention diode D1 when the module voltage is detected, and the voltage drop of the reference potential changeover switch SW22 and the backflow prevention diode D2 when the module voltage is detected. Almost equal.
[0033]
The reference voltage drop Vr is amplified and output by a reference voltage drop detector having the same performance as the module voltage detector for detecting a module voltage. This reference voltage drop detection unit is built in the module voltage detection circuit block 4 together with other module voltage detection units.
In some cases, the module voltage detection unit may also serve as the reference voltage detection unit and perform time sequential measurement. However, in this case, it is preferable that the dummy resistor Rall has a resistance value that causes the dummy diode Dr to pass a current equal to the current that flows to the backflow prevention diode D1 when the module voltage changeover switch SW21 is turned on.
[0034]
Next, the voltage drop Vr for reference is subjected to analog subtraction or digital subtraction from the detection voltage A output from the module voltage detection unit that detects the battery module BAT05, and the backflow prevention diode D1 and the reference potential changeover switch The detection voltage A of the battery module BAT05 not including the voltage drop of the SW21 can be obtained.
[0035]
Similarly, the voltage drop Vr for reference is analog subtracted or digitally subtracted from the detection voltage A output from the module voltage detector that detects the battery module BAT10, and the backflow prevention diode D2 and the reference potential changeover switch The detection voltage A of the battery module BAT10 that does not include the voltage drop of the SW22 can be obtained.
[0036]
(Modification)
In the above embodiment, the terminal voltages of the battery modules BAT01 to BAT04 and BAT06 to BAT09 are based on the reference potential VSS or the reference potential created based on the reference potential VSS by the A / D converter included in the module voltage detection unit. The voltage drop due to the on resistance of the backflow prevention diodes D1 and D2 and the reference potential changeover switches SW21 and SW22 is canceled by calculating the difference between the pair of adjacent terminal voltages after A / D conversion. In addition, the potential difference between the positive electrode potentials of a pair of battery modules adjacent to each A / D converter can also be directly A / D converted. In this way, the backflow prevention diodes D1 and D2 and the reference potential changeover switches SW21 and SW22 are also possible. Can be obtained by canceling the voltage drop due to the on-resistance
[0037]
(Circuit error compensation)
Next, specific signal processing for compensating for errors due to variations in resistance values of the resistance elements constituting the resistance voltage dividing circuit in FIG. 1 will be described below with reference to the flowcharts shown in FIGS. This signal processing is performed by hardware or software, but since it is simple, the flowchart illustration is omitted. However, the module voltage detection circuit block 4 has a five-channel module voltage detector and one reference voltage detector.
(Step 1)
First, one end of each of the resistance elements R1, R3, R5, R7, R9, R11, R13, R15, R17, R19 on the battery module side is removed from the terminal of the battery module, and one end of the reference potential changeover switch SW21, SW22 is also connected to the battery module. Remove from the terminal.
[0038]
Next, one end (module voltage input terminal) of the resistor elements R1, R3, R5, R7, R9 on the battery module side is connected (short-circuited) to one end (common terminal) of the reference potential changeover switch SW21, and SW1 ... SW5 and SW21 are turned on and the other switches are turned off, and the output voltages Vo of the five module voltage detectors at this time are stored.
[0039]
At this time, each output voltage Vo is obtained when the potential of the input terminals CH0 to CH4 of each module voltage detector is equal to the potential of the reference potential line 3, that is, the substantial input voltage detected by each module voltage detector is 0V. It becomes equal to the output voltage of each module voltage detector at the time.
Similarly, SW21, SW22, and SWr are turned on and the other switches are turned off to detect the output voltage Vor of the reference voltage detector at this time.
[0040]
The output voltage Vor at this time is a reference when the potential of the input terminal CH5 of the reference voltage detector is equal to the potential of the reference potential line 3, that is, when the substantial input voltage detected by the reference voltage detector is 0V. It becomes equal to the output voltage of the voltage detector.
(Step 2)
Next, the battery blocks 11 and 12 or a power supply device that is electrically equivalent thereto are connected as shown in FIG. 1, SW1 to SW5 and SW21 are turned on, the other switches are turned off, and the five modules at this time are turned on. The output voltage V1 of the voltage detector, that is, the detected voltage A is stored. At the same time, the five voltages V1real of the battery modules BAT01 to BAT05 of the battery block 11, that is, the true voltage B are obtained and stored.
[0041]
Next, SW6 to SW10 and SW22 are turned on, the other switches are turned off, and the output voltage V2 of the five module voltage detectors at this time, that is, the detected voltage A is stored. At the same time, the terminal voltage V2real, that is, the true voltage B of each battery module BAT06 to BAT10 of the battery block 12 is obtained and stored.
Next, SW21, SW22 and SWr are turned on, the other switches are turned off, and the output voltage Vr of the reference voltage detection unit at this time is stored. At the same time, the total voltage drop Vrreal of SWr and Dr is actually measured and stored.
(Step 3)
Next, the output voltage Vo of the same module voltage detector is subtracted from the five output voltages V1 to obtain the offset compensation test voltage V1 ′. The obtained voltage V1 ′ and the five true terminals corresponding thereto are obtained. An error rate R1 (= V1 ′ / V1real), which is a ratio to the voltage V1real, is obtained.
[0042]
Similarly, an offset compensation test voltage V2 ′ is obtained by subtracting the output voltage Vo of the same module voltage detection unit from the five output voltages V2, and the obtained voltage V2 ′ and five true terminals corresponding thereto are obtained. An error rate R2 (= V2 ′ / V2real), which is a ratio to the voltage V2real, is obtained.
Similarly, Vor is subtracted from Vr to obtain an offset compensation reference voltage drop Vr ′, and an error rate R3 (= Vr ′ / V) which is a ratio between the obtained voltage Vr ′ and the corresponding true voltage Vrreal. Vrreal).
[0043]
As described above, parameters for compensating for the offset error, the voltage dividing error, and the amplification factor error of each resistor voltage dividing circuit, each module voltage detecting unit, and the reference voltage detecting unit are obtained.
(Step 4)
Next, a total of ten detection voltages A corresponding to the voltages of the battery modules of the battery blocks 11 and 12 with reference to the reference potential line are obtained. The detection voltage A may be the above five V1 and five V2.
[0044]
Next, the five offset voltages Vo are subtracted from these ten detection voltages A to obtain a total of ten offset compensated detection voltages A ′.
(Step 5)
Next, the total of ten detection voltages A ′ are individually divided by the total of ten error rates R1 and R2 to obtain a total of ten individual detection voltages A ″ with no offset error or magnification error.
[0045]
In short, the above-described calculations of Step 1 to Step 5 are performed as follows: The relationship between the input voltage Vin and the output voltage Vout when the resistance voltage dividing circuit group 2 and the module voltage detection circuit block 4 are black boxes is expressed as Vout = k · Vin + ΔV. , K is a voltage amplification factor, and ΔV is an offset voltage. First, an output voltage Vout when the input voltage Vin is 0 V is first obtained as an offset voltage ΔV, and then an actual value and output of the input voltage Vin are output. A process of obtaining the voltage amplification factor k from the measured value of the voltage Vout and the obtained offset voltage ΔV is performed, and then the true input is obtained from the measured value of the output voltage Vout and the obtained offset voltage ΔV and the voltage amplification factor k. This is a process for obtaining a voltage (module voltage).
(Step 6)
Next, a module voltage other than the module voltages of the battery modules BAT05 and BAT10 is calculated based on the difference between adjacent detection voltages A ″.
(Step 7)
Next, the voltage drop of SWr and Dr is detected by the reference voltage detection unit, and the output voltage Vor is subtracted from the output voltage Vr to obtain the offset voltage drop Vr ′.
(Step 8)
Next, the reference voltage Vr ′ is divided by the error rate R3 to obtain a voltage drop Vr ″ that has neither an offset error nor a magnification error.
(Step 9)
Next, by subtracting the voltage drop Vr ″ having neither an offset error nor a magnification error from the detection voltage A ″ having no offset error and magnification error of the battery modules BAT05 and BAT10, the battery module BAT05 having no offset error and magnification error is obtained. The terminal voltage of BAT10 can be obtained.
[0046]
Although the above calculation can be easily performed by a microcomputer, of course, some steps may be omitted to reduce calculation time, or other calculation processing for obtaining an equivalent calculation result may be performed. It is.
[0047]
[Example 2]
Other embodiments are described below.
Another method for obtaining the voltage drop of the backflow prevention diodes D1 and D2 and the reference potential changeover switches SW21 and SW22 will be described with reference to FIG.
In this embodiment, instead of omitting the compensation circuit 5, the cathode of the backflow prevention diode D1 and the -input terminal CH5 of the reference voltage detection unit of the module voltage detection circuit block 4 are connected to detect the reference voltage. The + input end of the unit is connected to the reference potential line 3.
[0048]
In this way, when detecting the voltage of each battery module of the battery block 11, the voltage drop of the backflow prevention diode D1 can be detected by the reference voltage detector. The reference voltage detector in this embodiment can adopt the same configuration as that of the module voltage detector (see FIG. 2), like the reference voltage detector in the first embodiment. In the voltage detector, the reference potential line 3 is connected to the + input terminal, or the output voltage of the reference voltage detector is inverted before A / D conversion.
[0049]
Also in this embodiment, the output voltage of the reference voltage detector described above is subtracted from the output voltage of the module voltage detector that detects the voltage drop across the resistor element R10 in order to detect the voltage of the battery module BAT05. As a result, the influence of the voltage drop of the backflow prevention diode D1 can be corrected.
Naturally, another module for detecting a voltage drop at both ends of the battery module BAT10 is provided by providing another voltage detector for reference (shown in FIG. 5 with its input terminal as CH6) in the module voltage detection circuit block 4. By subtracting the output voltage of the reference voltage detector from the output voltage of the voltage detector, the influence of the voltage drop of the backflow prevention diode D2 can be corrected.
[0050]
Also in this embodiment, it is possible to correct variations in the offset voltage, voltage division ratio, and voltage amplification factor of the resistor voltage divider circuit, the module voltage detector, and the reference voltage detector in the same manner as in the first embodiment. Of course.
[0051]
[Example 3]
Other embodiments are described below.
Another method for obtaining the voltage drop of the backflow prevention diodes D1 and D2 and the reference potential changeover switches SW21 and SW22 will be described below.
In this embodiment, the total of the forward voltage drop of the backflow prevention diode D1, the voltage drop due to the ON resistance of the module voltage changeover switch SW21, and the voltage drop due to the wiring resistance of the reference potential line 3 is stored in advance. deep.
[0052]
Then, the temperature is detected, and the forward voltage drop of the backflow prevention diode D1 and the temperature variation of the on-resistance of the module voltage changeover switch SW21 are corrected based on the detected temperature and a previously stored map. This map describes the relationship between the forward voltage drop of the backflow prevention diode D1 and the ON resistance of the module voltage changeover switch SW21 and the temperature.
[0053]
Next, the voltage drop is obtained by multiplying the ON resistance of the module voltage changeover switch SW21 whose temperature is corrected as described above by multiplying the current value, and the forward voltage drop of the reverse current prevention diode D1 whose temperature is corrected and the reference potential. The voltage drop of line 3 is added to obtain a parameter to be subtracted from detection voltage A this time.
Even in this way, the voltage drop compensation of the battery modules BAT05 and BAT10 can be performed fairly accurately and relatively easily.
[0054]
[Example 4]
Another embodiment will be described below with reference to FIG.
In this embodiment, one end on the higher side of the resistor Rall connected between the switch SW21 and the backflow prevention diode D1 in FIG. 1 is directly connected to the common terminal (see FIG. 1).
[0055]
In this case, since the switch SW21 is not interposed between the reference voltage detector and the battery, the resistor voltage divider circuit group including the resistors R1 to R10 and SW1 to SW5 is referred to as the reference voltage detector 5 (resistor Rall, The switch SWr and the backflow prevention diode Dr) can be equivalently better.
In the reference voltage detector 5, the resistor Rall is equivalent to the resistors R1 to R10, the switch SWr is equivalent to the switches SW1 to SW5, and the backflow prevention diode Dr is equivalent to the backflow prevention diode D1.
[0056]
[Example 5]
Another embodiment will be described below with reference to FIG.
In this embodiment, each of the switches SW1 to SW10 is constituted by a semiconductor switch (here, MOS transistor) 100 and a backflow prevention diode 101. In FIG. 7, the switch SW10 is shown, and Dx is a parasitic diode of the MOS transistor.
[0057]
In this way, for example, even if one of the switch SW5 and the switch SW10 is short-circuited and the other is turned on, the short-circuit current does not flow through both the switch SW5 and the switch SW10, and circuit protection is performed. There is no error in the voltage detection of the battery module.
[0058]
[Example 6]
Another embodiment will be described below with reference to FIG.
In this embodiment, the switches SW1 to SW10, SW21 and SW22 are constituted by a pair of MOS transistors 100 and 102 connected in series. Further, the backflow prevention diode 101 described in FIG. 7 may be further connected in series. In FIG. 7, the switch SW10 is shown, and Dx is a parasitic diode of the MOS transistors 100 and 102. The parasitic diode Dx of the MOS transistor 100 and the parasitic diode Dx of the MOS transistor 100 are in opposite directions.
[0059]
In this case, for example, even if one of the switch SW5 and the switch SW10 is short-circuited and the other is turned on, the short-circuit current flows through both the switch SW5 and the switch SW10 by the parasitic diode Dx associated with the MOS transistor. In addition to protecting the circuit, there is no error in voltage detection of the battery module.
[0060]
(Modification)
In each of the above-described embodiments, the module voltage detection unit is individually provided for each battery module of one battery block. However, it is of course possible to provide only one and use it by switching.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an example of a voltage detection apparatus for an assembled battery according to a first embodiment.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a switch.
FIG. 3 is a flowchart showing a part of a circuit error compensation processing routine.
FIG. 4 is a flowchart showing the rest of the circuit error compensation processing routine.
5 is a circuit diagram illustrating an example of a voltage detection device for a battery pack according to Embodiment 2. FIG.
6 is a circuit diagram showing an example of a voltage detection apparatus for a battery pack of Example 4. FIG.
7 is a circuit diagram showing an example of a voltage detection apparatus for an assembled battery in Example 5. FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a voltage detection apparatus for an assembled battery in Example 6.
[Explanation of symbols]
1 is an assembled battery, 11 and 12 are battery blocks, BAT01 to BAT10 are battery modules, 2 is a voltage dividing circuit group, 3 is a reference potential line, R1 to R10, R11, R13, R15, R17, and R19 are voltage dividing circuits. Resistance elements, SW1 to SW10 are module voltage changeover switches, SW21 and SW22 are reference potential changeover switches, D1 and D2 are backflow prevention diodes (current limiting elements), Dr is a dummy diode (reference current limiting element), and SWr is Reference selector switch

Claims

In the assembled battery voltage detecting device, the module voltage detecting unit detects the terminal voltage of each battery module from the assembled battery formed by connecting a plurality of battery blocks connected in series.
A plurality of reference potential changeover switches for individually connecting the highest potential or lowest potential terminals of the plurality of battery blocks and one input terminal of the module voltage detection unit;
A current limiting element connected in series with each of the reference potential changeover switches to limit the current flowing through the reference potential changeover switch;
A resistive element for voltage division detection connected between both input terminals of the module voltage detector;
A plurality of module voltage changeover switches for individually connecting the other input terminal of the module voltage detection unit and the terminals of the battery modules of a plurality of battery blocks;
A resistance element on the battery module side that is connected in series with each of the module voltage changeover switches and forms a resistance voltage dividing circuit together with the voltage dividing detection resistance element,
Compensating means for generating a voltage corresponding to the voltage drop of the current limiting element based on detection information or storage information related to the voltage drop of the current limiting element,
The module voltage detection unit is configured to input the potential of one input terminal of the module voltage detection unit output through the reference potential changeover switch and the current limiting element and the module input through the module voltage changeover switch. A voltage detection apparatus for an assembled battery, wherein at least the output voltage of the compensation means is subtracted from a potential difference with respect to the potential of the other input terminal of the voltage detector.

In the assembled battery voltage detection device according to claim 1 ,
The module voltage detector is
Among the plurality of battery modules constituting the battery block, the remaining battery modules other than the reference potential closest battery module, one end of which is connected to the other input terminal of the module voltage detection unit through the reference potential changeover switch As the terminal voltage of, the voltage between both ends of the remaining battery module is detected,
As the terminal voltage of the reference potential closest battery module, the compensation means is derived from the terminal voltage of the reference potential closest battery module and the reference potential closest battery module potential difference including the voltage drop of the reference potential changeover switch and the current limiting element. A voltage detection device for an assembled battery, wherein the output voltage of the battery is subtracted.

In the assembled battery voltage detection device according to claim 1 ,
The assembled battery voltage detecting device, wherein the current limiting element comprises a backflow prevention diode.

In the assembled battery voltage detection device according to claim 1 ,
The compensation means includes
A voltage detection device for an assembled battery, which generates a voltage corresponding to a voltage drop of the current limiting element and the reference potential changeover switch.

In the voltage detection apparatus of the assembled battery in any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The compensation means includes
A reference current limiting element having a resistance value substantially equal to the current limiting element;
A reference changeover switch for supplying power to the reference current limiter from the battery block through the reference potential changeover switch with a current substantially equal to a current value supplied to the current limiter during voltage detection of the battery module;
A reference voltage drop detection unit for detecting a voltage drop of the reference current limiting element;
An assembled battery voltage detecting device comprising:

In the voltage detection apparatus of the assembled battery in any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The compensation means includes
A voltage drop detection unit for reference that directly detects a voltage drop of the current limiting element;
An assembled battery voltage detecting device comprising:

In the voltage detection apparatus of the assembled battery in any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The compensation means includes
A storage unit that stores in advance a predetermined storage voltage value corresponding to a voltage drop of the current limiting element;
An assembled battery voltage detecting device comprising:

In the assembled battery voltage detection device according to claim 7 ,
The compensation means includes
A voltage detection apparatus for a battery pack comprising: a stored voltage value changing means for changing the stored voltage value based on a map stored in advance according to the detected temperature.