JP4186393B2

JP4186393B2 - 電池電圧検出装置

Info

Publication number: JP4186393B2
Application number: JP2000225329A
Authority: JP
Inventors: 潤一飯野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002040064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池特に組み電池の電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧大容量の二次電池を組み電池形式で搭載するハイブリッド車、燃料電池車及び純二次電池車などの電気自動車では、この組み電池を構成する各電池ブロックの容量管理のために電池ブロックの電圧をモニタする必要があるが、各電池ブロックごとに電池電圧検出装置を設けると回路規模負担が大きくなるため複数の電池ブロック当たり一個の電池電圧検出装置を設け、スイッチで切り替えて各電池ブロックの電位を時間順次に計測していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
良く知られているように電池容量の変動による電池電圧変化が小さいために微小な電池電圧変化を正確に計測する必要がある。しかしながら、電気自動車の電池電圧検出装置は温度変化や振動などの使用環境条件が激しいため、電池電圧検出装置を出力特性調整後に出荷しても経時的にこの出力特性が変化し、これが電圧検出誤差を生じるという問題があった。
【０００４】
この種の電圧検出回路の誤差（増幅率、ＤＣオフセット電圧）を補償するために、従来、電圧検出回路の入力端から電圧計測すべき電圧源を切り離し、その代わりに所定の基準電圧値をもつ基準電圧発生電源を接続して電池電圧検出回路の出力電圧を求め、この結果に基づいて電圧検出回路の誤差特性を求め、求めた出力誤差特性により計測電圧を演算して上記誤差を補償する出力誤差補償技術が知られている。電圧計測すべき電圧源を切り離すのは基準電圧発生源との電圧干渉を避けるためである。
【０００５】
しかしながら、上記した従来の出力誤差補償は、基準電圧発生源用の電池の充電が必要である上、被計測電圧源の切り離しや基準電圧発生電源の接続が面倒であるため出力誤差補償を頻繁に行えないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、取り扱いが容易で、かつ、頻繁な出力誤差補償動作が随時可能な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に記載した本発明の組み電池の電圧検出装置によれば、組み電池の所定の電池ブロックを選択するブロック選択部と、ブロック選択部の出力電圧を検出する電圧検出部との間に、互いに直列接続された基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部を有する基準電圧発生部を介設するので、簡素な回路構成で随時電圧検出部の誤差補正が可能な電池電圧検出装置を実現することができる。
【０００８】
この発明の特徴は、電池電圧検出装置が電池電圧を測定するものであり、電圧検出部には電池電圧が印加されていることに着目したものであり、測定すべき電池電圧に代えて基準電圧値を電圧検出部の入力端に印加するには電池電圧を利用して基準電圧値を発生すればよく、最も簡単には、電圧検出部に通常に印加されている電池電圧を、電圧検出部の両入力端間に接続されているたとえばツェナーダイオードのような定電圧降下を行う回路素子（定電圧降下回路部）で吸収すればよいという着想に基づいている。上記動作を行うには、基準電圧値を発生する時にだけ導通するスイッチ（基準電圧発生スイッチ）とツェナーダイオード（定電圧降下回路部）を直列接続して電圧検出部の両入力端間に接続すればよい。なお、定電圧降下回路部としては上記のようにツェナーダイオードが好適であるが、定電圧降下を発生する負荷素子に相当する回路であり、電圧検出部の両入力端に印加される電池電圧が印加される回路であれば、置換可能である。
【０００９】
周知のように、このツェナーダイオード（定電圧降下回路部）が電圧検出部の両入力端間にその定電圧降下（基準電圧値）を印加するためには、電池ブロック両端と、ツェナーダイオード（定電圧降下回路部）との間に過剰な電池電圧を吸収する抵抗素子を必要とする。本発明では、この抵抗素子として、組み電池の電池ブロックを時間順次に選択して電圧検出部に接続するブロック選択部が有する抵抗素子を用いればよい。る。これにより回路構成が簡素となる。なお、高圧の組み電池は電池ブロックを複数直列接続してなる。電池ブロックは、単電池を一個用いて構成してもよく、複数の単電池を直列接続して構成してもよい。ブロック選択部は、所定の電池ブロックを選択する選択スイッチと、選択スイッチと直列に接続される抵抗素子とを有しており、選択した電池ブロックの電圧を電圧検出部に出力する。
【００１０】
本発明によれば更に、ブロック選択部は、選択スイッチが選択した所定の電池ブロックの電圧を分圧して出力する分圧回路とを有し、前記抵抗素子は、前記分圧回路の一部をなすことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ブロック選択部に内蔵されて電池ブロックの電圧を抵抗分圧する分圧回路を構成する抵抗素子が、上記ツェナーダイオード（定電圧降下回路部）のための過剰電圧負担用の抵抗素子を兼ねるので、回路構成が簡素となる。
【００１２】
本発明によれば更に、前記抵抗素子は、前記選択スイッチと直列に接続されて前記電池ブロックの放電電流を制限することを特徴としている。なお、この抵抗素子は、選択スイッチが短絡故障した電池ブロックに流れる短絡放電電流を制限するために設けられるものである。
【００１３】
本発明によれば、ブロック選択部に内蔵され選択スイッチが短絡故障した場合の電池の短絡放電電流を制限する短絡電流制限用の抵抗素子が上記ツェナーダイオード（定電圧降下回路部）のための過剰電圧負担用の抵抗素子を兼ねるので、回路構成が簡素となる。
【００１４】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の電池電圧検出装置において更に、前記基準電圧発生部と並列にコンデンサが設けられる。このようにすれば、正確に基準電圧値を発生することができる。
【００１５】
以下、更に詳しく説明する。
【００１６】
ブロック選択部は電池ブロックを選択する選択スイッチを有しているので、これら選択スイッチを一時的の導通させて上記コンデンサを充電した後、これら選択スイッチのすべてを遮断し、基準電圧発生スイッチを導通させれば、コンデンサに蓄積された過剰電圧は基準電圧発生スイッチを通じてツェナーダイオード（定電圧降下回路部）により放電され、所定時間後に、コンデンサ両端の電位はツェナーダイオード（定電圧降下回路部）の降伏電圧すなわち一定の基準電圧値に等しくなる。この時点において、ツェナーダイオード（定電圧降下回路部）及び基準電圧発生スイッチに流れる電流は極めて小さいので、基準電圧発生スイッチの電圧降下は非常に小さくなる。これにより、基準電圧発生スイッチの電圧降下の変動が小さくなり、高精度に一定化された基準電圧値を電圧検出部に印加することができる。
【００１７】
これに対して、上記コンデンサをもたない場合について以下に説明する。
【００１８】
この場合には、ブロック選択部の選択スイッチを導通させて電池ブロックの電圧を基準電圧発生部に印加した状態で、基準電圧発生スイッチを導通させることになる。したがって、この場合には、選択スイッチにより選択された電池ブロックの電源電圧が変動すると、基準電圧発生スイッチを流れる電流が変動し、基準電圧発生スイッチの両端の電圧降下分だけ基準電圧値が変動することになる。また、基準電圧発生部の電力消費も大きくなる。本構成はこれらの問題を解決することができる。
【００１９】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の電池電圧検出装置において更に、前記電圧検出部は、前記ブロック選択部の出力電圧を検出するたびに、前記ブロック選択部の出力電圧を検出する動作の直前又は直後又は途中にて、前記基準電圧発生部から前記基準電圧値を検出し、前記検出した基準電圧値に基づいて前記検出した選択分圧部の出力電圧を補正する。
【００２０】
すなわち、本構成によれば、基準電圧発生部による電圧検出部の誤差構成を従来に比較して格段に簡単に実施できることを利用して、電池ブロックの電圧計測のたびにそれに前後して基準電圧値の計測を行い、基準電圧値に基づいて得た電圧検出部の誤差情報により、電池ブロックの計測電圧値を常に補正する。このようにすれば、電圧検出部の温度や経時特性変化の影響を最小にすることができる。
【００２１】
請求項４記載の電池電圧検出装置は、電池と電圧検出部との間に介設される基準電圧発生部が、互いに直列接続されて前記電圧検出部の前記両入力端を接続する基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部と、前記電池の一端と前記電池ブロックの前記入力端との間に介設される過剰電圧消費用の抵抗素子と、前記抵抗素子を迂回して前記前記電池ブロックの前記入力端に前記電池の一端を直結する迂回スイッチとを有することを特徴としている。
【００２２】
このようにすれば、既述したように、基準電圧発生部は、迂回スイッチを開放し、基準電圧発生スイッチを導通させることにより、電池電力を用いて発生させた基準電圧値を電圧検出部の入力端に印加することができるので、電圧検出部の誤差補正をするに当たっていちいち電池を電圧検出部の入力端から切り離す必要がなく、また基準電圧発生部も直流電源をもつ必要がなく、回路構成が簡素となる。更に、本構成によれば、電圧検出部が電池電圧を検出（計測）する場合には電池電圧は過剰電圧消費用の抵抗素子を迂回して電圧検出部に印加されるので、基準電圧値を発生する際の電池消耗を防ぐために過剰電圧消費用の抵抗素子の抵抗値を大きく設定しても、電池電圧検出時にこの抵抗素子の電圧降下が生じることがなく、検出精度を向上することができる。
【００２３】
【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。
【００２４】
【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は高位側から順に３つの電池ブロック１１〜１３を直列接続してなる組み電池、２は、電池ブロック１１〜１３の電圧を検出する電圧検出部、３は、組み電池１と電圧検出部２との間に介設されるブロック選択部、４は電圧検出部２に基準電圧値を入力する基準電圧発生部である。
【００２５】
ブロック選択部３は、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と選択スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３からなり、互いに直列接続された抵抗Ｒ１１及び選択スイッチＳＷ１１のペアと、互いに直列接続された抵抗Ｒ１２及び選択スイッチＳＷ１２のペアと、互いに直列接続された抵抗Ｒ１３及び選択スイッチＳＷ１３のペアとが互いに並列接続されて抵抗スイッチ回路網を構成している。選択スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３は、フォトＭＯＳトランジスタからなるが公知の他のスイッチやスイッチング素子を用いることができることはもちろんである。
【００２６】
この抵抗スイッチ回路網の一端が各電池ブロック１１〜１３の高位端に接続され、他端が抵抗Ｒ１４を通じて最低電位の電池ブロック１３の低位端に接続されている。図から明らかなように、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１４のペア、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１４のペア、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４のペアがそれぞれ抵抗分圧回路を構成しており、これら抵抗分圧回路の一つが選択スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３の一つを導通させることにより選択され、選択された抵抗分圧回路の出力電圧すなわち抵抗Ｒ１４の電圧降下が電圧検出部２の一対の入力端間に印加される。
【００２７】
基準電圧発生部４は、定電圧降下回路部であるツェナーダイオードＺＤと、基準電圧発生スイッチであるＮＭＯＳトランジスタＳＷ０とを直列接続し、抵抗素子Ｒ１４と並列接続してなる。
【００２８】
電圧検出部２は、基準電圧発生部４から入力される基準電圧値に基づいて自己の計測誤差たとえば電圧増幅率や直流オフセット電圧についてデータを演算するとともに、このデータに基づいてブロック選択部３から入力される計測電圧を補正するが、この計測誤差演算や補正の具体的な方式は本発明の要旨ではないので説明を省略する。
（動作）
常態において、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３、ＳＷ０は開放されている。まず最初に、選択スイッチＳＷ１１を所定期間だけ導通させて抵抗素子Ｒ１４の分圧を計測し、次に、選択スイッチＳＷ１２を所定期間だけ導通させて抵抗素子Ｒ１４の分圧を計測し、次に、選択スイッチＳＷ１３を所定期間だけ導通させて抵抗素子Ｒ１５の分圧を計測する。このようにして３個の分圧データが得られ、減算処理により電池ブロック１１，１２の電圧が計測される。
【００２９】
次に、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３のどれかとスイッチＳＷ０とを所定期間導通させる。この時、ツェナーダイオードＺＤが降伏するようにその降伏電圧値が設定されているので、スイッチＳＷ０のオン抵抗を小さく設定しておくことにおり、電圧検出部２の一対の入力端間に、この降伏電圧（正確には降伏電圧＋ＳＷ０の電圧降下）に等しい基準電圧値を印加することができる。
【００３０】
なお、電圧検出部２への基準電圧値の読み込みは、上記のように電池ブロック電圧の読み込みの直後ではなく、直前又はその途中に行ってもよい。どちらにせよ、この実施例では、電池ブロック電圧を計測するごとに時間的に近接したタイミングで基準電圧値を読み込むので、基準電圧値読み込み時点から電池ブロック電圧計測時点までの時間経過による電圧検出部２の特性変化をキャンセルすることができる。
【００３１】
【参考例２】
本発明の組み電池の電圧検出装置の参考を図２に示す回路図を参照して説明する。
（構成）
この参考例は、実施例１の電池電圧検出装置において、ブロック選択部３及び基準電圧発生部４の回路構成を変更したものであるので、ブロック選択部３及び基準電圧発生部４の回路構成を以下に説明する。
【００３２】
ブロック選択部３は、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と選択スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４とからなる前段回路部３１と、切り替えスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４からなる後段回路部３２とからなる。抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の一端は各電池ブロック１１〜１３の高位端に個別に接続され、抵抗Ｒ１４の一端は最低位の電池ブロック１３の低位端に接続されている。
抵抗Ｒ１１及び選択スイッチＳＷ１１は直列接続されて後段回路部３２の一入力端Ｌ１に給電し、抵抗Ｒ１２及び選択スイッチＳＷ１２は直列接続されて後段回路部３２の他入力端Ｌ２に給電し、抵抗Ｒ１３及び選択スイッチＳＷ１３は直列接続されて後段回路部３２の一入力端Ｌ１に給電し、抵抗Ｒ１４及び選択スイッチＳＷ１４は直列接続されて後段回路部３２の他入力端Ｌ２に給電している。後段回路部３２は、切り替えスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４をいわゆるブリッジ接続してなり、入力電圧を反転して出力する。
【００３３】
基準電圧発生部４は、実施例１の基準電圧発生スイッチＳＷ０に相当する基準電圧発生スイッチＳＷ１とツェナーダイオードＺＤとを直列接続して電圧検出部２の一対の入力端間に接続した点は実施例１と同じであるが、更に電圧検出部２の一対の入力端間にコンデンサＣ１を追加接続している。
（動作）
常態において、すべてのスイッチは開放されている。まず最初に、スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２４を所定期間だけオンし、電池ブロック１１の電圧を電圧検出部２に印加し、電圧検出部２によりそれを計測する。次に、スイッチＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ２２、ＳＷ２３を所定期間だけオンし、電池ブロック１２の電圧を電圧検出部２に印加し、電圧検出部２によりそれを計測する。次に、スイッチＳＷ１３、ＳＷ１４、ＳＷ２１、ＳＷ２４を所定期間だけオンし、電池ブロック１３の電圧を電圧検出部２に印加し、電圧検出部２によりそれを計測する。
【００３４】
次に、上記手法によりどれかの電池ブロックの電圧をブロック選択部３から基準電圧発生部４に出力した状態で、基準電圧発生スイッチＳＷ１をオンする。これにより、ツェナーダイオードＺＤが降伏してその降伏電圧が基準電圧値として電圧検出部２に入力される。
（変形態様）
変形態様を以下に説明する。
【００３５】
図２において、電圧検出部２に基準電圧値を入力する際、上記手法によりどれかの電池ブロックの電圧をブロック選択部３から基準電圧発生部４に出力し、コンデンサＣ１を充電する。コンデンサＣ１の電圧がツェナーダイオードＺＤの降伏電圧を超えた段階でスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２４を開放し、スイッチＳｗ１をオンする。その結果、コンデンサＣ１の蓄積電荷は急速にツェナーダイオードＺＤにより放電され、スイッチＳＷ１を流れる電流は微小な値となり、スイッチＳＷ１の電圧降下及びその変動は無視できるようになる。この段階で、電圧検出部２により基準電圧値を計測すれば、スイッチＳＷ１の電圧降下変動の影響が少なく安定した基準電圧値を電圧検出部２に入力することができる。
【００３６】
【実施例２】
本発明の電池電圧検出装置の他実施例を図３に示す回路図を参照して説明する。
（構成）
この実施例の電池電圧検出装置は、電池１と、その電圧を検出する電圧検出部２との間に基準電圧発生部４を介設したものである。なお、電池１は実施例１，２と同様にブロック選択部３としてもよい。
【００３７】
基準電圧発生部４は、過剰電圧吸収用の抵抗素子Ｒ１０と、ツェナーダイオードＺＤと、基準電圧発生スイッチＳＷ０と、短絡スイッチＳＷ１０とからなる。
【００３８】
基準電圧発生スイッチＳＷ１とツェナーダイオードＺＤとは、実施例１と同様に、互いに直列接続されて電圧検出部２の一対の入力端間に接続されている。過剰電圧吸収用の抵抗素子Ｒ１０と短絡スイッチＳＷ１０とは、互いに並列接続されて、電圧検出部２の＋入力端と電池１の高電位端との間に介設されている。
【００３９】
（動作）
常態において、短絡スイッチＳＷ１０を導通し、基準電圧発生スイッチＳＷ０をオフする。基準電圧入力時には、短絡スイッチＳＷ１０を導通し、基準電圧発生スイッチＳＷ０をオンする。これにより、ツェナーダイオードＺＤが降伏し、抵抗Ｒ１０が過剰電圧を吸収し、ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧が電圧検出部２に入力される。
【００４０】
本実施例によれば、既述の各実施例と同様の効果を奏することができ、更に、電池電圧計測時に抵抗Ｒ１０を短絡スイッチＳＷ１０で短絡しているので、抵抗Ｒ１０を高抵抗値として基準電圧値入力時の電力消費を低減することができるとともに、電池電圧検出時において、電圧検出部２の入力抵抗値と抵抗Ｒ１０との抵抗分圧比により決定される抵抗Ｒ１０の電圧降下をほぼ０とすることができ、電圧検出部２が電池電圧を正確に計測することができる。
（変形態様）
変形態様を図４に示す。
【００４１】
この変形態様は、図３の短絡スイッチＳＷ１０の代わりに、切り替えスイッチＳＷ１０を用いたものであるが、これらのスイッチの作用効果は同じである。また、この実施例では、ツェナーダイオードＺＤに相当するツェナーダイオードＲＥＧ１、及び、基準電圧発生スイッチＳＷ０に相当する基準電圧発生スイッチＳＷ１のペアからなる第一の基準電圧発生部と並列に、ツェナーダイオードＲＥＧ２、及び、基準電圧発生スイッチＳＷ２のペアからなる第二の基準電圧発生部を接続している。二つのツェナーダイオードＲＥＧ１、ＲＥＧ２の降伏電圧は異なる電圧値に設定されており、これら二つの基準電圧発生部は時間順次に用いらるので、電圧検出部２は、入力される２つの基準電圧値を用いて自己の誤差補正を行うことができる。
（変形態様）
上記各実施例では、定電圧出力部をツェナーダイオードにより構成したが、定電圧を発生する定電圧発生回路としてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池電圧検出装置の一例を示す回路図である。
【図２】本発明の電池電圧検出装置の参考例を示す回路図である。
【図３】本発明の電池電圧検出装置の他例を示す回路図である。
【図４】図３に示す電池電圧検出装置の変形態様を示す回路図である。
【符号の説明】
１は組み電池、２は電圧検出部、３はブロック選択部、４は基準電圧発生部

Claims

互いに直列接続されて組み電池を構成する複数の電池ブロックのうちの所定の電池ブロックを選択する選択スイッチと、前記選択スイッチと直列に接続される抵抗素子とを有するとともに、前記選択された電池ブロックの電圧を出力するブロック選択部と、前記ブロック選択部の出力電圧を検出するとともに自己の検出誤差を補正する電圧検出部とを備える電池電圧検出装置において、
前記ブロック選択部の一対の出力端と前記電圧検出部の一対の入力端との間に介設されて前記ブロック選択部の出力電圧に代えて所定の基準電圧値を前記電圧検出部の前記一対の入力端間に印加する基準電圧発生部を備え、
前記基準電圧発生部は、
互いに直列接続されて前記電圧検出部の前記両入力端を接続する基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部を有し、
前記ブロック選択部は、前記選択スイッチが選択した所定の電池ブロックの電圧を分圧して出力する分圧回路を有し、
前記抵抗素子は、前記分圧回路の一部をなすとともに、前記選択スイッチと直列に接続されて前記電池ブロックの放電電流を制限することを特徴とする電池電圧検出装置。
請求項１記載の電池電圧検出装置において、
前記基準電圧発生部と並列に接続されたコンデンサを有することを特徴とする電池電圧検出装置。
請求項１記載の電池電圧検出装置において、
前記電圧検出部は、前記ブロック選択部の出力電圧を検出するたびに、前記ブロック選択部の出力電圧を検出する動作の直前又は直後又は途中にて、前記基準電圧発生部から前記基準電圧値を検出し、前記検出した基準電圧値に基づいて前記検出した選択分圧部の出力電圧を補正することを特徴とする電池電圧検出装置。
電池の両端に接続されて前記電池の電圧を検出するとともに自己の検出誤差を補正する電圧検出部とを備える電池電圧検出装置において、
前記電池の両端と前記電圧検出部の一対の入力端との間に介設されて前記電池の電圧に代えて所定の基準電圧値を前記電圧検出部の前記一対の入力端間に印加する基準電圧発生部を備え、
前記基準電圧発生部は、
互いに直列接続されて前記電圧検出部の前記両入力端を接続する基準電圧発生スイッチ及び定電圧出力部と、
前記電池の一端と前記電圧検出部の前記入力端との間に介設される過剰電圧消費用の抵抗素子と、
前記抵抗素子を迂回して前記電圧検出部の前記入力端に前記電池の一端を直結する迂回スイッチと、
を有することを特徴とする電池電圧検出装置。