JP4158352B2 - 組電池電圧検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池電圧検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえばハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車などでは、二次電池や燃料電池からなる単電池を直列接続したきわめて多数の単電池で構成した組電池を使用することが、送電抵抗損失の低減や回転電機の小型化などの点で有利である。
【0003】
この高圧の組電池の電圧検出には、1乃至連続して直列接続された複数の単電池からなる電池モジュールの電圧(モジュール電圧)を個別に計測するのが一般的である。
【0004】
このため、各モジュール電圧をそれぞれ異なる差動電圧検出回路で計測する直接電圧検出方式があり、差動電圧検出回路数を減らすためにマルチプレクサを用いることも提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記検出方式では、各電池モジュール間の最大電位差が大きいため、回路素子を高耐圧仕様とする必要があるため、コストが高くなり、回路構造が複雑するという問題があった。特に、最高電位のモジュール電圧を検出する差動電圧検出回路の入力電位と、最低電位のモジュール電圧を検出する差動電圧検出回路の入力電位との差が大きいので、差動電圧検出回路の製造は容易ではなかった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電圧検出部への入力電位の変動が小さく、電圧検出部の構成簡素化、低耐圧化が可能な組電池電圧検出装置を提供することをその目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の組電池電圧検出装置は、直列接続されて組電池を構成する所定個数の電池モジュールの各電池端子に各一端が個別接続され、各他端が一対ずつ個別接続された所定数の電流制限抵抗素子と、前記各対の電流制限抵抗素子の接続点電位を検出する電圧検出部とを備えることを特徴としている。
【0008】
本構成によれば、電圧検出を行う電圧検出部に各電池モジュールから入力される各入力電位又は各入力電圧間の差を大幅に縮小することができ、更に電池モジュールの充電状態変化によるその変動幅も小さいので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下とを実現することができる。
【0009】
本発明は更に、前記電圧検出部が、前記各電流制限抵抗素子のうち、高電位側から数えてN(Nは整数)番目の電流制限抵抗素子の他端と低電位側から数えてN番目の他端との接続点電位を検出することを特徴としている。
【0010】
本構成によれば、各入力電圧間の差を特に小さくすることができるので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下という効果を一層向上することができる。
【0011】
請求項2記載の構成は請求項1記載の組電池電圧検出装置において更に、所定の2つの前記接続点電位の間の電位差を検出することを特徴としている。
【0012】
本構成によれば、各入力電圧間の差を特に小さくすることができるので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下という効果を一層向上することができる。
【0013】
請求項3記載の構成は請求項1又は2記載の組電池電圧検出装置において更に、前記電圧検出部が、前記接続端電位と、所定の中間電位からなる基準電位との間の電位差を検出することを特徴としている。
【0014】
本構成によれば、各入力電圧間の差を特に小さくすることができるので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下という効果を一層向上することができる。
【0015】
請求項4記載の構成は請求項1乃至3のいずれか記載の組電池電圧検出装置において更に、得られた前記接続端電位に関するデータを処理して前記各電池モジュールの電圧を抽出するデータ処理部を有することを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組電池電圧検出装置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。
【0017】
【実施例1】
本発明を適用する組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。
(回路構成)
組電池100は、15個の電池モジュール1〜15を直列接続してなる。電池モジュール1〜15はm(mは偶数)個の単電池を直列接続してなる。電池モジュール8は、2つの半モジュール8x、8yを直列接続してなる。半モジュール8x、8yはそれぞれm個の単電池を直列接続してなる。
【0018】
R1〜R17は電流制限抵抗素子、B1〜B9はボルテージホロワ回路からなる電流バッファ、21〜28は差動電圧検出回路である。
【0019】
電池モジュール1〜8の正極端子は電流制限抵抗素子1〜8を通じて電流バッファB1〜B8の入力端に接続されている。電池モジュール9〜15の負極端子は電流制限抵抗素子9〜15を通じて電流バッファB1〜B8の入力端に接続されている。これにより、電流制限抵抗素子1〜16のうち、高電位側から数えてN(Nは整数)番目の電流制限抵抗素子と、低電位側から数えてN番目の他端との接続点が、電流バッファB1〜B8の入力端に個別に接続されている。
【0020】
半モジュール8x、8yの接続点、すなわち半モジュール8xの負極端子(半モジュール8yの正極端子)は電流制限抵抗素子R17を通じて電流バッファB9の入力端に接続されている。なお、半モジュール8x、8yの単電池個数をそれぞれ他の電池モジュールと同じとしてもよい。また、電流バッファB1〜B9は省略可能である。
【0021】
電流バッファB1〜B9の出力電圧は、差動電圧検出回路21〜28に入力され、差動電圧検出回路21〜28は、互いに隣接する接続点間の電位差を検出する。
【0022】
この実施例において、互いに直列接続される電流制限抵抗素子R1とR16、R2とR15、R3とR14、R4とR13、R5とR12、R6とR11、R7とR10、R8とR9は、同じ抵抗比に設定され、特にこの実施例ではこの抵抗比は1に設定されている。すなわち、各電流制限抵抗素子対を構成する2つの電流制限抵抗素子は同じ抵抗値をもつ。もちろん、なお、各電流制限抵抗素子R1〜R16は抵抗値のばらつきはあるが、ここではそれは無視できる程度かもしくは微調整されているかもしくはあらかじめ実際の抵抗比が計測されているものとする。
【0023】
以下、電池モジュール1のモジュール電圧をV1、電池モジュール2のモジュール電圧をV2、電池モジュール3のモジュール電圧をV3、電池モジュール4のモジュール電圧をV4、電池モジュール5のモジュール電圧をV5、電池モジュール6のモジュール電圧をV6、電池モジュール7のモジュール電圧をV7、電池モジュール8のモジュール電圧をV8(=V8a+V8b)、電池モジュール9のモジュール電圧をV9、電池モジュール10のモジュール電圧をV10、電池モジュール11のモジュール電圧をV11、電池モジュール12のモジュール電圧をV12、電池モジュール13のモジュール電圧をV13、電池モジュール14のモジュール電圧をV14、電池モジュール15のモジュール電圧をV15とする。
【0024】
差動電圧検出回路28の出力電圧VB28は、(V8/2)ーVrとなる。Vrは半モジュール8x、8yの接続点の電位である。差動電圧検出回路27の出力電圧VB27は、(V7+V8+V9)/2ー(V8)/2=(V7+V9)/2となり、差動電圧検出回路26の出力電圧VB26は、(V6+V7+V8+V9+V10)/2ー(V7+V8+V9)/2=(V6+V10)/2となる。
【0025】
以下、同様に、差動電圧検出回路25の出力電圧VB25は(V5+V11)となり、差動電圧検出回路24の出力電圧VB24は(V4+V12)となり、差動電圧検出回路23の出力電圧VB23は(V3+V13)となり、差動電圧検出回路22の出力電圧VB22は(V2+V14)となり、
差動電圧検出回路21の出力電圧VB21は(V1+V15)となる。
【0026】
すなわち、電位Vrがわかれば、VB28からV8=V8a+V8bを算出でき、V8がわかれば、VB27からV7+V9を算出できる。V8、V7+V9、がわかれば、VB26からV6+V10を算出でき、V8、V7+V9、V6+V10がわかれば、VB25からV5+V11を算出できる。V8、V7+V9、V6+V10、V5+V11がわかれば、VB24からV4+V12を算出でき、V8、V7+V9、V6+V10、V5+V11、V4+V12がわかれば、VB23からV3+V13を算出できる。V8、V7+V9、V6+V10、V5+V11、V4+V12、V3+V13がわかれば、VB22からV2+V14を算出でき、V8、V7+V9、V6+V10、V5+V11、V4+V12、V3+V13、V2+V14がわかれば、VB21からV1+V15を算出できる。
【0027】
結局、電位Vrは電流制限抵抗素子R17を通じて検出することができるので、電池モジュール1〜7、9〜15と半モジュール8x、8yのうちからそれぞれ異なる組み合わせで選択した2つの電池モジュールの電圧和を、上記算出法で算出することができる。したがって、電池モジュール1〜7、9〜15と半モジュール8x、8yを構成する単電池数を通常の半分とすれば、実質的にN(この実施例ではN=8)対の電池モジュールペアの電圧を算出できることになる。
【0028】
差動電圧検出回路21〜28の出力電圧VB21〜VB28は、演算回路30で上記演算をなされる。演算回路30は、アナログ演算回路で演算されることができる他、上記出力電圧をA/D変換してデジタル処理することも、マイコンでソフトウエア処理することもできる。
【0029】
40は、電流バッファ回路B1〜B9、差動電圧検出回路21〜28、演算回路30に電源電圧や所定の比較用参照電圧Vref1〜Vrefnを供給する電源回路である。電源回路40に供給する電力は組電池100から給電してもよく、
外部電源から給電してもよい。外部電源から給電する場合には電源回路40の入力電圧と出力電圧とは、トランスを有するDC−DCコンバータとすることにより電気絶縁される。電流バッファB1〜B9、差動電圧検出回路21〜28の入力レンジは基準電位Vrを中心として正負にそれぞれ所定幅だけ設定される。差動電圧検出回路21〜28は入力電圧差が0Vの場合に、基準電位Vrを出力するように設計することができる。
【0030】
(実施例効果)
この実施例によれば、電流バッファB1〜B9、又は、差動電圧検出回路21〜28の入力電圧がほとんど、基準電位Vr近傍の電位となり、電池モジュール1〜15の電位変動に応じて基準電位Vr近傍で変動するので、電流バッファB1〜B9、又は、差動電圧検出回路21〜28、更には差動電圧検出回路21〜28の出力電圧を処理する回路の入力電圧が、ほとんど同じ電位レベル及び小さい入力電圧変動幅をもつことができ、これら各回路の設計がきわめて容易となる。
【0031】
(変形態様1)
上記実施例では、互いに直列接続され2つの電流制限抵抗素子R1〜R16の抵抗比はそれぞれ1としたが、それぞれの抵抗値をあらかじめ計測して記憶し、それを用いて上記算出を実行すれば、抵抗比のばらつきを補償することができる。
【0032】
(変形態様2)
他の変形態様を図2を参照して説明する。
【0033】
この態様は、図1において、互いに並列に設けられた8つのA/DコンバータVA1〜VA8からなるA/Dコンバータ回路群50により電流バッファB1〜B8及び差動電圧検出回路21〜28を代替し、更に演算回路30をマイコン構成とした点をその特徴としている。各A/DコンバータVA1〜VA8は、基準電位Vr=VAcomと各接続点P1〜P8の電位との間の電位差を個別にA/D変換する。
【0034】
この実施態様において、各接続点P1〜P8の電位は、基準電位Vr=VAcomを基準として小さく変動するだけであるので、A/DコンバータVA1〜VA8を低耐圧化、簡素化することができる。
【0035】
(変形態様2)
他の変形態様を図3を参照して説明する。
【0036】
この態様は、図2において、互いに並列に設けられた8つのA/DコンバータVA1〜VA8を、それぞれ8つのオペアンプ加算回路群60に置換したものである。ただし、図3では、オペアンプ加算回路群60のうちのひとつのオペアンプ加算回路61だけを図示する。rfはオペアンプ加算回路61の帰還抵抗である。
【0037】
各オペアンプ加算回路の+入力端には基準電位Vrが印加され、各オペアンプ加算回路のー入力端には、各接続点P1〜P8の電位が入力される。この場合も、図2と同様の作用効果が得られる。
【0038】
(変形態様3)
他の変形態様を図4を参照して説明する。
【0039】
この態様は、図3において、マルチプレクサ70を用いることにより、オペアンプ加算回路群60を1個のオペアンプ加算回路61だけにしたものである。同様に、図2の電流バッファB1〜B8及び差動電圧検出回路21〜28をマルチプレクサと1個の差動電圧検出回路に代替することもでき、図3において、8つのA/Dコンバータを1つのA/Dコンバータとマルチプレクサとに代替することもできる。この場合においても、マルチプレクサのサンプリングスイッチの各入力電位のレベル差が小さく、その電位変動幅も小さいため、サンプリングスイッチの構成を簡素化することができる。
【0040】
(変形態様4)
他の変形態様を図5を参照して説明する。
【0041】
この態様は、図4において、マルチプレクサ70とオペアンプ加算回路61との間に、フライングキャパシタ80と出力側サンプリングスイッチ81、82とからなるフライングキャパシタ回路8を介設したものである。
【0042】
このようにしても、上記と同様に、回路素子の入力電圧の平準化、変動幅縮小により、回路構成の簡素化と耐圧低下とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図2】変形態様1の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図3】変形態様2の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図4】変形態様3の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図5】変形態様4の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【符号の説明】
100 組電池
1〜15 電池モジュール
R1〜R16 電流制限抵抗素子
Claims (4)
- 直列接続されて組電池を構成する所定個数の電池モジュールの各電池端子に各一端が個別接続され、各他端が一対ずつ個別接続された所定数の電流制限抵抗素子と、
前記各対の電流制限抵抗素子の接続点電位を検出する電圧検出部と、
を備え、
前記電圧検出部は、前記各電流制限抵抗素子のうち、高電位側から数えてN(Nは整数)番目の電流制限抵抗素子の他端と低電位側から数えてN番目の他端との接続点電位を検出することを特徴とする組電池電圧検出装置。 - 請求項1記載の組電池電圧検出装置において、
所定の2つの前記接続点電位の間の電位差を検出することを特徴とする組電池電圧検出装置。 - 請求項1又は2記載の組電池電圧検出装置において、
前記電圧検出部は、前記接続端電位と、所定の中間電位からなる基準電位との間の電位差を検出することを特徴とする組電池電圧検出装置。 - 請求項1乃至3のいずれか記載の組電池電圧検出装置において、
得られた前記接続端電位に関するデータを処理して前記各電池モジュールの電圧を抽出するデータ処理部を有することを特徴とする組電池電圧検出装置。
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