JP4756301B2 - Driving method of flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フライングキャパシタ式電圧検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車、ハイブリッド車では、走行エネルギーとして用いる電力を蓄電する高圧大容量の二次電池が用いられ、燃料電池車でも燃料電池出力変動のバッファとして高圧大容量の二次電池の使用が好適と考えられる。
【0003】
上記用途において、二次電池は単位セル(以下単にセルともいう)を多数縦続してなる組電池構成で用いられ、組電池の管理計測のために、1乃至連続して縦続された所定個数のセルごとにモジュールとして区分し、これらモジュールごとに電池電圧が計測される。
【0004】
特開平11−248755号公報は、フライングキャパシタを用いた電圧検出技術を提案している。このフライングキャパシタ式電圧検出回路では、まず、一対の入力側サンプリングスイッチをオンしてモジュールの両端をフライングキャパシタの両端に接続してモジュール電圧をフライングキャパシタにサンプルホールドする。次に、入力側サンプリングスイッチをオフした後で一対の出力側サンプリングスイッチをオンしてフライングキャパシタの蓄電電圧を差動増幅回路の一対の入力端子間に印加する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のフライングキャパシタ式電圧検出回路では、サンプリングスイッチはオフ時のリーク電流のためにフライングキャパシタの容量を大容量化して、このリーク電流によるフライングキャパシタの蓄電電圧低下を低減する必要があった。
【0006】
しかしながら、このフライングキャパシタの容量増大は、このフライングキャパシタ式電圧検出回路の電力消費を、抵抗分圧式など他の組電池電圧検出回路のそれに比較して増大させ、また、各モジュール間の容量ばらつきも生じやすいという問題があった。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電力消費低減を実現したフライングキャパシタ式電圧検出回路を提供することをその目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法は、少なくとも一個のフライングキャパシタを有するフライングキャパシタ回路と、直列接続されて組電池を構成するN(N>2)個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を常に同方向にチャージするマルチプレクサと、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチと前記フライングキャパシタ回路を短絡してその蓄電電圧を減衰させるリセット回路とを備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路において、前記フライングキャパシタ回路の蓄電電圧を前記出力側サンプリングスイッチを通じて前記差動増幅回路に出力し、前記出力側サンプリングスイッチをオフすることにより前記各電池モジュールの電圧を順次読み出す読み出しサイクルを一定回数実施後、前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の短絡放電動作を実施し、前記短絡動作の次に読み出される前記電池モジュールを順番に変化させることを特徴としている。
【0009】
なお、フライングキャパシタ回路は好適には1個、又は直列接続された2個のフライングキャパシタにより構成される。リセット回路は好適には一個のリセットスイッチと短絡電流規制用の放電抵抗とを直列接続して構成される。
【0014】
リセット動作直後の電池モジュールの電圧のフライングキャパシタへの読み出し動作は、フライングキャパシタに同方向残留電圧がないため、この電池モジュールの蓄電電力量(蓄電エネルギー)を消耗させる。そこで、本構成によれば、上記リセット動作は、電池モジュールの電圧を多数回実施した後で行われるので、リセット動作による電池モジュールの電力消耗を低減することができる。更に本構成では、リセット動作直後に読み出される電池モジュールの順番を順番に入れ替えるので、すべての電池モジュールが順番にリセット動作により消耗させることができ、特定の電池モジュールだけがリセット動作により消耗することない。
【0015】
その態様によれば、前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の前記短絡放電動作により前記フライングキャパシタを部分放電(たとえば放電量50%未満)させることを特徴としている。
【0016】
本構成によれば、リセット動作を行ってもフライングキャパシタに放電量50%未満の蓄電電圧をリセット後も残留させるようにリセット期間が設定される。このようにすればリセット動作直後の電池モジュールの電圧の読み出しにおいて失われる電池モジュールの蓄電エネルギーを低減することができる。
【0017】
この場合、通常の動作において、各電池モジュール間の電圧ばらつきは電池モジュールの電圧の50%未満であり、したがってリセット動作直後にフライングキャパシタを経由して差動増幅回路に読み出される電池モジュールの電圧が50%以下であれば、電池モジュールの電圧の低下ではなくマルチプレクサの断線故障やオフ故障であることを確実に判定することができる。なお、電池モジュールの電圧が異常低下して直前に読み出された電池モジュールの電圧の50%以下にまで低下することがある。この場合にはマルチプレクサの断線故障やオフ故障との分別ができないが、どちらにせよなんらかの異常であることは判定することができる。また、この場合には、この異常判定した電池モジュールに対して次回のリセット動作においてリセット期間を増大すれば、リセット動作直後のフライングキャパシタの蓄電電圧低下量を増大することができるので、上記分別を確実に行うことができる。
【0018】
その態様によれば、前回読み込んだ前記各モジュール電圧に基づいて前記リセット回路のターンオン期間を調整することを特徴としている。
【0019】
すなわち、電池モジュールの電圧は一定短期間ごとにフライングキャパシタに読み出され、このような短期間に電池モジュールの電圧が急変することは正常時にはありえないので、前回正常に読み込んだ電池モジュールの電圧に基づいて次回それをリセット動作直前に読み出す場合、リセット動作後の残留電圧が直後の電池モジュールの電圧とリセット動作後のフライングキャパシタ残留電圧とを分別可能な範囲で、リセット期間を短縮する。このようにすれば、リセット動作による電池モジュール放電量を低減することができる。もちろん、この場合でもリセット動作直後に差動増幅回路に読み出された電池モジュールの電圧が断線故障やオフ故障と判定された場合には、この電池モジュールの電圧の次回のリセット動作ではリセット動作期間を十分に延長して断線故障やオフ故障か、異常な電池電圧急減かを区別する判定動作を行うことができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフライングキャパシタ式電圧検出回路の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。
【0041】
【実施例1】
(回路構成)
本発明を適用する組電池の電圧検出装置を図1に示す回路図を参照して説明する。
【0042】
1はハイブリッド電気自動車用の走行動力蓄電用のバッテリ、2はマルチプレクサ、3は1個のフライングキャパシタC3からなるフライングキャパシタ回路、4は出力側サンプリングスイッチ回路、5は差動増幅回路、6はリセット回路であり、マルチプレクサ2はバッテリ1からフライングキャパシタ回路3に信号電圧を読み出し、出力側サンプリングスイッチ回路4はフライングキャパシタ回路3から差動増幅回路5に信号電圧を読み出す。R20はフライングキャパシタ回路3の放電電流を制限する電流制限抵抗である。
【0043】
バッテリ1は、8個の電池モジュールVB10〜VB17を直列接続してなる。
【0044】
マルチプレクサ2は、各一端がバッテリ1の最高電位端、最低電位端と各電池モジュールVB10〜VB17の接続端とに電流制限抵抗R10〜R18を個別に介して接続されるN+1個の入力側サンプリングスイッチSSR10〜SSR18からなる入力側サンプリングスイッチ回路21と、入力側サンプリングスイッチ21回路から読み出された信号電圧の送電方向を切り替えてフライングキャパシタ回路3に送り出す切り替え回路22とからなる。
【0045】
切り替え回路22は、アナログスイッチである4つのスイッチSW00〜SW03からなる。スイッチ(第1スイッチ)SW00は奇数番目のスイッチSSR10、SSR12、SSR14、SSR16、SSR18の各他端をフライングキャパシタC3の一端に個別に接続する。スイッチ(第2スイッチ)SW01は奇数番目のスイッチSSR10、SSR12、SSR14、SSR16、SSR18の各他端をフライングキャパシタC3の他端に個別に接続する。スイッチ(第3スイッチ)SW02は偶数番目のスイッチSSR11、SSR13、SSR15、SSR17の各他端をフライングキャパシタC3の一端に個別に接続する。スイッチ(第4スイッチ)SW03は偶数番目のスイッチSSR11、SSR13、SSR15、SSR17の各他端をフライングキャパシタC3の他端に個別に接続する。スイッチSW00、SW03を同時にオンすることにより、奇数番目の電池モジュールVB10、VB12、VB14、VB16、VB18の信号電圧をフライングキャパシタC3に読み出し、フライングキャパシタC3を一方向に充電する。スイッチSW01、SW02を同時にオンすることにより、偶数番目の電池モジュールVB11、VB13、VB15、VB17の信号電圧をフライングキャパシタC3に読み出し、フライングキャパシタC3を一方向に蓄電する。すなわち、切り替え回路22は、入力側サンプリングスイッチ回路21の入力側サンプリングスイッチSSR10〜SSR18と同期して上記動作を行い、各電池モジュールVB10〜VB17の信号電圧によりフライングキャパシタC3を常に同方向に充電する。
【0046】
出力側サンプリングスイッチ回路4は、一対の出力側サンプリングスイッチとしてスイッチSSR21、SSR22を有し、スイッチSSR21はフライングキャパシタC3の一端を差動増幅回路5の一入力端に接続し、スイッチSSR22はフライングキャパシタC3の他端を差動増幅回路5の他入力端に接続する。
【0047】
差動増幅回路5は、通常のオペアンプ電圧増幅回路からなり、Vrefは基準電源であり、抵抗を通じてオペアンプOPの他入力端(+入力端)の電位を基準電位に設定している。
【0048】
リセット回路6は、互いに直列接続されたリセットスイッチSSR26と短絡電流制限用の抵抗素子R20とからなり、フライングキャパシタC3と並列に接続されている。
(基本動作説明)
図1の回路の基本動作を以下に説明する。
【0049】
各電池モジュールVB10〜VB17のそれぞれ両端に接続されるスイッチSSR10〜SSR18のうちの各一対を一定周期で繰り返される所定の電圧モジュール読み出し期間ΔTの前半期間ごとに順番にオンし、同時に切り替え回路22のスイッチSW00〜SW03を上述のように同期オンさせて、各電池モジュールVB10〜VB17の電圧(モジュール電圧ともいう)を順番に読み出す。各所定周期ΔTの後半期間では、スイッチSSR10〜SSR18をオフし、出力側サンプリングスイッチ回路4のスイッチSSR21、SSR22をオンして、フライングキャパシタC3の蓄電電圧を差動増幅回路5に読み出す。
【0050】
リセット回路6のリセットスイッチSR26は、電圧モジュール読み出し期間ΔTの後半期間の最終段階でオンされ、フライングキャパシタC3に残留する蓄電電圧を減衰乃至消去する。この時、リセットスイッチSR26のオン期間を調整すれば、フライングキャパシタC3の残留電圧の割合を決定することができる。リセット動作は、マルチプレクサ2の断線故障やオフ故障が生じた状態でリセット動作後に差動増幅回路5に読み出される信号電圧(電池モジュールの蓄電電圧を含まない)と、考えられる最小電圧の電池モジュールの電圧とが分別できる範囲内で、残留電圧をできるだけ大きくすること(好適には50%以上)が、電池モジュールの電力損失低減の点で好適である。
【0051】
(断線故障やオフ故障検出動作1)
上記動作により、各電池モジュールVB10〜VB17の電圧を順次に差動増幅回路5に転送でき、リセットスイッチSSR26のオンした後で次の電池モジュールの電圧を読み出すと、もしマルチプレクサ2が断線故障やオフ故障していれば、電池モジュールからフライングキャパシタC3への信号電圧読み込みが行えないので、フライングキャパシタC3から差動増幅回路5へ読み出される信号電圧は0となる。そこで、リセットスイッチSSR26オン直後の電池モジュールの電圧の大きさを判定することにより、この電池モジュールの電圧読みだしに関係するマルチプレクサ2の電流経路の断線故障やオフ故障を容易に検出することができる。
【0052】
(断線故障やオフ故障検出動作2)
すべての電池モジュールVB10〜VB17の電圧をVB10から順番に差動増幅回路5に読み出し、VB17の電圧を読み出す読み出しサイクルを実施した後でリセットスイッチ(図面ではSW1とも記載されている)SSR26をオンすると、その直後にフライングキャパシタC3に接続される電池モジュールはフライングキャパシタC3の充電のために放電が進んでしまう。特定の電池モジュールだけが常にこのリセット動作直後に選択される場合、この問題は特に重大となる。また、これでは、この特定の電池モジュールにつながる電流経路の断線故障やオフ故障しか検出することができない。
【0053】
そこで、リセット動作直後に選択される電池モジュールを、読み出しサイクルごとに順番に変更する。これにより、電池モジュール間の容量ばらつきを低減することができる。
【0054】
(変形例)
上記例では、1読み出しサイクル周期ですべての電池モジュールを1回づつ読み出し、各読み出しサイクル内の電池モジュールの読み出し順序を変更したが、その代わりに1読み出しサイクル周期内で、電池モジュール数を超える数の読み出しを行い、一部の電池モジュールを1読み出しサイクル周期内で2回読み出ししてもよい。この場合、電池モジュールの読み出し順序は同じである。このようにすれば、余分の回数読み出す電池モジュールの分だけリセット動作直後に読み出される電池モジュールがずれていくので、結局、均等にすべての電池モジュールをリセット動作直後に配置することができる。余分の回数読み出す電池モジュールの数は好適には1とされるが、サイクルを重ねるにつれてすべての電池モジュールがリセット動作直後に配置されるのであれば1でなくてもよい。
【0055】
また、この余分の回数読み出す電池モジュールに相当する第二回目に読み出される電池モジュールだけを読み出しサイクルごとに読み出ししてもよい。
【0056】
(リセット動作)
リセット動作の直後に読み出す電池モジュールの電圧の前回の読み出し電圧を記憶しておき、この記憶値より所定値だけ小さい電圧がフライングキャパシタC3に残留するようにリセット期間を設定すれば、無駄な電池モジュールの電力損失を低減することができる。
【0057】
(変形例)
上記リセット動作の回数又はオン期間を電池モジュールの電圧に応じて変更することにより、各電池モジュールVB10〜VB17間の電圧ばらつきを低減することもできる。すなわち、前回の読み出し電圧値が大きい電池モジュールを次に読み出す直前に実施するリセット動作のオン期間を長くしたり、又は、この前回の読み出し電圧値が大きい電池モジュールの直前に行うリセット動作の平均回数を増加したりすれば、この前回の読み出し電圧値が大きい電池モジュールの蓄電電圧の低下を促進することができ、上記電圧ばらつきを低減することができる。
【0058】
(変形例)
上記実施例では、リセットスイッチSSR26のオンは、出力側サンプリングスイッチ回路4の出力側サンプリングスイッチSSR21、SSR22をオフしてから行ったが、リセットスイッチSSR26のオンを、出力側サンプリングスイッチ回路4の出力側サンプリングスイッチSSR21、SSR22をオン期間の後半に実施してもよい。このようにすれば、出力側サンプリングスイッチSSR21、SSR22とオペアンプOPとを接続する信号ラインの寄生容量に残留する電荷もキャンセルできるので、この残留電荷による読み出し精度の低下を低減することができる。
【0059】
【実施例2】
本発明の他の実施例を図2を参照して以下に説明する。
【0060】
この実施例は、図1に示されるマルチプレクサ2の切り替え回路22を省略したマルチプレクサを用いてフライングキャパシタC3による電池モジュールVB10〜VB17の消耗を低減したものである。
【0061】
従来のこの種回路では、入力側サンプリングスイッチ回路21の各スイッチSSR10〜SSR18は、隣接する順番に順次オンされていた。このため、電池モジュールVB10〜VB17は常に逆方向に蓄電された残留電圧を放電した後、自己の電圧をフライングキャパシタC3に蓄電するため、電池モジュールVB10〜VB17の消耗が大きかった。
【0062】
そこで、この実施例では、各電池モジュールの電圧の読み出しサイクルを次のように実施して電池モジュールの消耗を低減する。まず奇数番目の電池モジュールの電圧すべてを順番に読み出す奇数読み出しサイクルを実施し、次に偶数番目の電池モジュールの電圧すべてを順番に読み出す偶数読み出しサイクルを実施する。このようにすれば、フライングキャパシタC3の逆方向の残留電圧により電池モジュールの容量が顕著に消耗するのは、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初の電池モジュールだけとなる。したがって、他の電池モジュールの消耗を低減することができる。
【0063】
(変形例)
この実施例においても、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初の電池モジュールの電圧読みだしの直前におけるスイッチSSR21、SSR22のオン後にリセットスイッチSSR26(SW1)をオンすることにより、直後の電池モジュールの消耗を低減することができる。
【0064】
(変形例)
しかし、上述したこの実施例2においても、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初に読み出される電池モジュールが一部に常に固定されていると、各電池モジュールVB10〜VB17間の電圧ばらつきが増大する。
【0065】
そこで、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初に読み出される電池モジュールを順番に交代させる。これにより、各電池モジュールVB10〜VB17のフライングキャパシタC3への電荷転送による消耗を略均等化することができる。
【0066】
もちろん、この場合も、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルそれぞれ最初に電池モジュールの電圧を読み出す前にリセットスイッチSSR26をオンして、電池モジュールからの電荷持ち出しを低減することが好適である。
【0067】
(変形例)
上記実施例において断線故障やオフ故障(たとえば断線やマルチプレクサ2のスイッチのオンしない故障を言うものとする)は、上記
奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初に電池モジュールの電圧に基づいて実施することができ、又は、上記奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルの最後にリセットスイッチSSR26によるリセット動作を行い、その直後に読み出された電池モジュールの電圧に基づいて実施できる。
【0068】
(変形例)
上記実施例2では、各奇数読み出しサイクルは奇数番目の電池モジュールの電圧を各一回読み出すサイクルとされ、偶数読み出しサイクルは偶数番目の電池モジュールの電圧を各一回読み出すサイクルとされたが、1回の奇数読み出しサイクル及び1回の偶数読み出しサイクルに含まれる電池モジュール読み出し回数は任意に設定することができる。
【0069】
たとえば、読み出しサイクルのうちの奇数読み出しサイクルにおいて、奇数番目の電池モジュールの所定の組み合わせの電圧を順次読み出し、その後、偶数番目の電池モジュールの所定の組み合わせの電圧を順次読み出す。
【0070】
各奇数読み出しサイクルは、1回だけ読み出される奇数番目の電池モジュールと、複数回読み出される奇数番目の電池モジュールとを含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールは、1回だけ読み出される偶数番目の電池モジュールと、複数回読み出される偶数番目の電池モジュールとを含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールすべての他に更に追加の読み出しを実施される偶数番目の電池モジュールを含むことができる。ただし、各電池モジュールVB10〜VB17が奇数読み出しサイクル又は偶数読み出しサイクルの直後にくる平均確率及び各電池モジュールの電圧読み出し頻度は全体として均等化され、これにより各電池モジュールVB10〜VB17の消耗を均等化することができる。
【0071】
もしくは、各奇数読み出しサイクルは、奇数番目の電池モジュールの一部を含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールの一部を含むことができる。次の奇数読み出しサイクルでは奇数番目の電池モジュールの残部を含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールの残部を含むことができる。すなわち、複数回の奇数読み出しサイクルにより奇数番目の電池モジュールの電圧読み出しを完了し、複数回の偶数読み出しサイクルにより偶数番目の電池モジュールの電圧読み出しを完了する。ただし、ただし、電圧モジュールVB10〜VB17が奇数読み出しサイクル又は偶数読み出しサイクルの直後にくる平均確率及び各電池モジュールの電圧読みだし頻度は全体として均等化され、これにより各電池モジュールVB10〜VB17の消耗を均等化することができる。
【0072】
なお、この例は特に、フライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の1回の奇数読み出しサイクル又は1回の偶数読み出しサイクルにおける電池モジュールの合計読み出し回数と、バッテリ1の実際の電池モジュール数とが回路もしくはバッテリの設計変更により不一致となった場合でも、支障なく各電池モジュールの電圧を均等頻度で読み出すことができ、かつ、各電池モジュールの消耗も均等化することができる利点も生じる。
【0073】
(変形例)
上記変形例では、バッテリ1の電池モジュール数と1回の読み出しサイクルで実施される電池モジュール読み出し回数との不一致にもかかわらず、各電池モジュールの電圧を全体として均等頻度で読み出し、かつ、この読み出しにおける電池モジュールの消耗の平均化を行ったが、すべての奇数番目の電池モジュールの電圧を読み出す完全奇数読み出しサイクルと、すべての偶数番目の電池モジュールの電圧を読み出す完全偶数読み出しサイクルとをまず実行した後で、奇数番目の電池モジュール又は偶数番目の電池モジュールのうちの一部からなる所定の組み合わせを追加的に読み出すこと部分読み出しサイクルを実施することができる。この場合においても、少なくとも奇数番目の電池モジュールの読み出しと偶数番目の電池モジュールの読み出しとをチェンジした直後に読み出される電池モジュールは、順番に変更され、各電池モジュールVB10〜VB17の消耗度合いを平均化される。なお、この場合において、この追加される部分読み出しサイクルで読み出される電池モジュールがフライングキャパシタC3を充電する方向は、直前の奇数番目(又は偶数番目の)読み出しサイクルにおけるフライングキャパシタ充電方向と同じとすることが、電池モジュールの消耗を低減する点で重要である。
【0074】
(断線故障やオフ故障判定)
この実施例における断線故障やオフ故障判定は、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルの直後になされる電池モジュールの電圧に基づいて行うことができる。また、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルの直後になされる電池モジュールの電圧読み出しの直前にリセット動作を行う場合には、このリセット動作の直後になされる電池モジュールの電圧に基づいて断線故障やオフ故障を検出することができる。
【0075】
すなわち、上記直後の電池モジュールの電圧が逆方向の電圧であったり、所定値未満のリセット後のフライングキャパシタC3の電圧であったりすれば、上記直後の電池モジュールから正常に電圧が読み出されていないと判定することができる。
【0076】
【実施例3】
本発明の他の実施例を図3を参照して以下に説明する。
【0077】
この実施例は図1に示す実施例1において、フライングキャパシタ回路3を直列接続された2つのフライングキャパシタC3、C3’で構成し、リセット回路6を、図1のリセット回路6と同一構成の第1リセット回路6x、第2リセット回路6yで構成し、第1リセット回路6xをフライングキャパシタC3に並列接続し、第2リセット回路6yをフライングキャパシタC3’に並列接続し、略容量が等しいフライングキャパシタC3、C3’の接続点をスイッチSSR23を通じて基準電源Vrefに接続したものである。第1リセット回路6xはリセットスイッチSSR26a(SW2)と抵抗素子R26aとからなり、第2リセット回路6yはリセットスイッチSSR26b(SW3)と抵抗素子R26bとからなる。
【0078】
この回路の動作を説明すると、この回路では、マルチプレクサ2により電池モジュールの電圧ΔVsはフライングキャパシタC3、C3’に半分づつ蓄電される。その後、スイッチSSR21、SSR22、SSRW23をオンして、フライングキャパシタC3、C3’の信号電圧を差動増幅回路5に読み出す。このようにすれば、差動増幅回路5の一対の入力端には、基準電源源Vrefの基準電位より0.5ΔVsだけ高い電位と、0.5ΔVsだけ低い電位とが印加されることになり、寄生容量の影響を低減して、正確に差動増幅回路5の入力電圧を上記基準電位源Vrefの基準電圧を中間電圧値としてその両側にスイングさせることができる。
【0079】
図3の回路においても、実施例1、2と同様に各電池モジュールの消耗の平均化及び断線故障やオフ故障判定を実施することができる。
【0080】
【実施例4】
本発明の他の実施例を図4を参照して以下に説明する。
【0081】
この実施例は、図3において、リセット回路6を図1に示すリセットスイッチSSR26と電流制限抵抗R20とで構成し、出力側サンプリングスイッチ回路4’を3つの出力側サンプリングスイッチSSR21、SSR22、SSR23で構成し、差動増幅回路5’内にそれぞれ図1に示す差動増幅回路5と同等の差動増幅回路5a、5bを設けたものである。
【0082】
差動増幅回路5aは、出力側サンプリングスイッチSSR21、SSR22を通じてフライングキャパシタC3の蓄電電圧を検出し、差動増幅回路5bは、出力側サンプリングスイッチSSR23、SSR22を通じてフライングキャパシタC4の蓄電電圧を検出する。
【0083】
この回路構成によれば、電池モジュールVB10、VB13、VB14、VB17の電圧はフライングキャパシタC3を同方向に充電した後、差動増幅回路5aにより検出され、電池モジュールVB11、VB12、VB15、VB16の電圧はフライングキャパシタC4を同方向に充電した後、差動増幅回路5bにより検出される。この回路によれば。切り換え回路なしにフライングキャパシタC3、C4の充電方向を揃えることができる。この回路においても、実施例1と同様の手法を採用することにより、電池モジュールの断線故障やオフ故障や消耗低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。
【図2】実施例2のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。実施例1の変形態様を示す回路図である。
【図3】実施例3のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。
【図4】実施例4のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 バッテリ
2 マルチプレクサ
3 フライングキャパシタ回路
4 出力側サンプリングスイッチ回路
5 差動増幅回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flying capacitor type voltage detection circuit.
[0002]
[Prior art]
Electric vehicles and hybrid vehicles use high-voltage and large-capacity secondary batteries that store power used as driving energy, and even in fuel-cell vehicles, the use of high-voltage and large-capacity secondary batteries as a buffer for fuel cell output fluctuation is considered suitable. It is done.
[0003]
In the above application, the secondary battery is used in an assembled battery configuration in which a large number of unit cells (hereinafter also simply referred to as cells) are cascaded. For the management measurement of the assembled battery, a predetermined number of one to continuously cascaded batteries are used. Each cell is classified as a module, and the battery voltage is measured for each module.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-248755 proposes a voltage detection technique using a flying capacitor. In this flying capacitor type voltage detection circuit, first, a pair of input side sampling switches are turned on, both ends of the module are connected to both ends of the flying capacitor, and the module voltage is sampled and held in the flying capacitor. Next, after the input side sampling switch is turned off, the pair of output side sampling switches are turned on to apply the storage voltage of the flying capacitor between the pair of input terminals of the differential amplifier circuit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional flying capacitor type voltage detection circuit, the sampling switch needs to increase the capacity of the flying capacitor due to the leakage current when it is off, and to reduce the decrease in the storage voltage of the flying capacitor due to this leakage current. .
[0006]
However, the increase in the capacity of the flying capacitor increases the power consumption of the flying capacitor type voltage detection circuit as compared with that of other assembled battery voltage detection circuits such as a resistance voltage dividing type, and also causes variations in capacity between modules. There was a problem that it was likely to occur.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a flying capacitor type voltage detection circuit that realizes a reduction in power consumption.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A driving method of a flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit according to the present invention includes a flying capacitor circuit having at least one flying capacitor and N (N > 2) A multiplexer that connects each end of each battery module sequentially to both ends of the flying capacitor circuit for each of the battery modules, and constantly charges the flying capacitor circuit in the same direction by the voltage of each battery module; An amplifier circuit; a pair of output-side sampling switches that individually connect a pair of input terminals of the differential amplifier circuit to both ends of the flying capacitor circuit; and a reset circuit that short-circuits the flying capacitor circuit and attenuates the stored voltage. In the flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit, the storage voltage of the flying capacitor circuit is output to the differential amplifier circuit through the output side sampling switch, and the output side sampling switch is turned off to turn off each of the battery modules. Read voltage sequentially After a certain time executing a read cycle to issue, to implement short discharge operation of the flying capacitor circuit according to the reset circuit is characterized by varying the battery module to be read next the short operation in sequence.
[0009]
The flying capacitor circuit is preferably composed of one or two flying capacitors connected in series. The reset circuit is preferably configured by connecting one reset switch and a short-circuit current regulating discharge resistor in series.
[0014]
The operation of reading the voltage of the battery module to the flying capacitor immediately after the reset operation consumes the amount of stored power (storage energy) of the battery module because there is no residual voltage in the same direction in the flying capacitor. Therefore, according to this configuration, the reset operation is performed after the voltage of the battery module is performed many times, so that power consumption of the battery module due to the reset operation can be reduced. Furthermore, in this configuration, the order of the battery modules read immediately after the reset operation is changed in order, so that all the battery modules can be consumed in order by the reset operation, and only a specific battery module is not consumed by the reset operation. .
[0015]
According to the aspect, the flying capacitor is partially discharged (for example, discharged) by the short-circuit discharge operation of the flying capacitor circuit by the reset circuit. Amount 5 (Less than 0%).
[0016]
According to this configuration, the flying capacitor is discharged even after a reset operation.
[0017]
In this case, in normal operation, the voltage variation between the battery modules is less than 50% of the voltage of the battery modules, and therefore the voltage of the battery modules read out to the differential amplifier circuit via the flying capacitor immediately after the reset operation is If it is 50% or less, it is not a drop in the voltage of the battery module but a disconnection failure or off failure of the multiplexer. That It can be determined with certainty. In addition, the voltage of the battery module may be abnormally reduced and may be reduced to 50% or less of the voltage of the battery module read immediately before. In this case, it is not possible to distinguish between a disconnection failure or an off failure of the multiplexer, but in any case, it can be determined that there is some abnormality. Further, in this case, if the reset period is increased in the next reset operation for the battery module determined to be abnormal, the amount of decrease in the stored voltage of the flying capacitor immediately after the reset operation can be increased. It can be done reliably.
[0018]
According to that aspect The turn-on period of the reset circuit is adjusted based on the module voltages read last time.
[0019]
In other words, the voltage of the battery module is read out to the flying capacitor at regular short intervals, and it is impossible for the battery module voltage to change suddenly in such a short period of time. To pressure On the basis of this, when it is read out immediately before the reset operation, the reset period is shortened in such a range that the residual voltage after the reset operation can be distinguished from the voltage of the battery module immediately after and the flying capacitor residual voltage after the reset operation. If it does in this way, the amount of battery module discharge by reset operation can be reduced. Of course, even in this case, if it is determined that the voltage of the battery module read out to the differential amplifier circuit immediately after the reset operation is a disconnection failure or an off-failure, the reset operation period in the next reset operation of this battery module voltage Can be sufficiently extended to perform a determination operation for distinguishing between a disconnection failure, an off failure, and an abnormal battery voltage sudden decrease.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the flying capacitor type voltage detection circuit of the present invention will be described in detail with reference to the following examples.
[0041]
[Example 1]
(Circuit configuration)
A battery pack voltage detection apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to a circuit diagram shown in FIG.
[0042]
DESCRIPTION OF
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
The switching
[0046]
The output side
[0047]
The
[0048]
The
(Basic operation explanation)
The basic operation of the circuit of FIG. 1 will be described below.
[0049]
Each pair of switches SSR10 to SSR18 connected to both ends of each of the battery modules VB10 to VB17 is turned on in turn in the first half period of a predetermined voltage module readout period ΔT repeated at a constant period, and at the same time, the switching
[0050]
The reset switch SR26 of the
[0051]
(Disconnection failure and off failure detection operation 1)
With the above operation, the voltages of the battery modules VB10 to VB17 can be sequentially transferred to the
[0052]
(Disconnection failure and off failure detection operation 2)
When the voltage of all the battery modules VB10 to VB17 is sequentially read from the VB10 to the
[0053]
Therefore, the battery module selected immediately after the reset operation is changed in order for each read cycle. Thereby, the capacity variation between battery modules can be reduced.
[0054]
(Modification)
In the above example, all the battery modules are read once in one read cycle period, and the reading order of the battery modules in each read cycle is changed. Instead, the number exceeding the number of battery modules in one read cycle period. May be read out, and some battery modules may be read out twice within one read cycle period. In this case, the reading order of the battery modules is the same. In this way, since the battery modules read immediately after the reset operation are shifted by the number of battery modules to be read an extra number of times, all the battery modules can be evenly arranged immediately after the reset operation. The number of battery modules to be read an extra number is preferably 1. However, it may not be 1 as long as all battery modules are arranged immediately after the reset operation as the cycle is repeated.
[0055]
Alternatively, only the battery module read for the second time corresponding to the battery module for reading this extra number of times may be read for each read cycle.
[0056]
(Reset operation)
If the previous read voltage of the battery module voltage read immediately after the reset operation is stored and the reset period is set so that a voltage smaller than the stored value by a predetermined value remains in the flying capacitor C3, the useless battery module Power loss can be reduced.
[0057]
(Modification)
By changing the number of reset operations or the ON period in accordance with the voltage of the battery module, it is possible to reduce voltage variations among the battery modules VB10 to VB17. That is, the ON period of the reset operation performed immediately before reading the battery module having a large previous read voltage value is lengthened, or the average number of reset operations performed immediately before the battery module having a large previous read voltage value Or the like, the decrease in the storage voltage of the battery module having a large previous read voltage value can be promoted, and the voltage variation can be reduced.
[0058]
(Modification)
In the above embodiment, the reset switch SSR26 is turned on after the output side sampling switches SSR21 and SSR22 of the output side
[0059]
[Example 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0060]
In this embodiment, the consumption of the battery modules VB10 to VB17 due to the flying capacitor C3 is reduced by using a multiplexer in which the
[0061]
In this type of conventional circuit, the switches SSR10 to SSR18 of the input side
[0062]
Therefore, in this embodiment, the voltage reading cycle of each battery module is performed as follows to reduce the consumption of the battery module. First, perform an odd read cycle that sequentially reads all the voltages of the odd-numbered battery modules, and then check all the voltages of the even-numbered battery modules. The hand Perform an even read cycle that reads sequentially. In this way, the capacity of the battery module is significantly consumed by the residual voltage in the reverse direction of the flying capacitor C3 only in the first battery module of the odd read cycle and the even read cycle. Therefore, consumption of other battery modules can be reduced.
[0063]
(Modification)
Also in this embodiment, by turning on the reset switch SSR26 (SW1) after turning on the switches SSR21 and SSR22 immediately before the voltage reading of the first battery module in each of the odd read cycle and the even read cycle, Consumption can be reduced.
[0064]
(Modification)
However, also in the second embodiment described above, when the battery modules that are read first in the odd-numbered read cycle and the even-numbered read cycle are always fixed to a part, the voltage variation between the battery modules VB10 to VB17 increases. .
[0065]
Therefore, the battery modules that are read first in the odd read cycle and the even read cycle are changed in turn. Thereby, it is possible to substantially equalize the consumption of the battery modules VB10 to VB17 due to the charge transfer to the flying capacitor C3.
[0066]
Of course, in this case as well, it is preferable to turn on the reset switch SSR 26 before reading the voltage of the battery module first in each of the odd read cycle and the even read cycle, thereby reducing charge carry-out from the battery module.
[0067]
(Modification)
In the above embodiment, a disconnection failure or an off failure (for example, a disconnection or a failure in which the switch of the
Each of the odd read cycle and the even read cycle can be performed based on the voltage of the battery module. Alternatively, the reset operation by the reset switch SSR26 is performed at the end of the odd read cycle and the even read cycle, and the read operation is performed immediately thereafter. It can implement based on the voltage of the taken out battery module.
[0068]
(Modification)
In the second embodiment, each odd read cycle is a cycle for reading the voltage of the odd-numbered battery module once, and the even read cycle is a cycle for reading the voltage of the even-numbered battery module once. The number of battery module reads included in one odd read cycle and one even read cycle can be arbitrarily set.
[0069]
For example, in an odd read cycle of the read cycles, voltages of a predetermined combination of odd-numbered battery modules are sequentially read, and thereafter, voltages of a predetermined combination of even-numbered battery modules are sequentially read.
[0070]
Each odd read cycle may include an odd-numbered battery module that is read only once and an odd-numbered battery module that is read multiple times. Similarly, an even-numbered battery module is an even-numbered battery module that is read only once. And even-numbered battery modules that are read a plurality of times, and in addition, all even-numbered battery modules and even-numbered battery modules that are subjected to additional reading can be included. . However, the average probability that each battery module VB10 to VB17 comes immediately after the odd read cycle or the even read cycle and the voltage read frequency of each battery module are equalized as a whole, thereby equalizing the consumption of each battery module VB10 to VB17. can do.
[0071]
Alternatively, each odd read cycle can include a portion of an odd-numbered battery module, and can also include a portion of an even-numbered battery module. The next odd read cycle can include the remainder of the odd-numbered battery modules, and can also include the remainder of the even-numbered battery modules. That is, the voltage reading of the odd-numbered battery modules is completed by a plurality of odd-numbered read cycles, and the voltage reading of the even-numbered battery modules is completed by a plurality of even-numbered read cycles. However, the average probability that the voltage modules VB10 to VB17 come immediately after the odd read cycle or the even read cycle and the voltage read frequency of each battery module are equalized as a whole, thereby reducing the consumption of each battery module VB10 to VB17. Can be equalized.
[0072]
In this example, in particular, the total number of battery module reads in one odd read cycle or one even read cycle of the flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit and the actual number of battery modules in the
[0073]
(Modification)
In the above modification, the voltage of each battery module is read as a whole at an equal frequency, regardless of the mismatch between the number of battery modules of the
[0074]
(Determination of disconnection failure and off failure)
The disconnection failure or off-failure determination in this embodiment can be performed based on the voltage of the battery module made immediately after the odd read cycle and the even read cycle. In addition, when a reset operation is performed immediately before the voltage reading of the battery module that is performed immediately after the odd read cycle and the even read cycle, a disconnection failure or an off failure is performed based on the voltage of the battery module that is performed immediately after the reset operation. Can be detected.
[0075]
That is, if the voltage of the battery module immediately after the above is a reverse voltage or the voltage of the flying capacitor C3 after reset less than a predetermined value, the voltage is normally read from the battery module immediately after the above. It can be determined that there is no.
[0076]
[Example 3]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0077]
This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the flying
[0078]
The operation of this circuit will be described. In this circuit, the
[0079]
In the circuit of FIG. 3, similarly to the first and second embodiments, the consumption of each battery module can be averaged and disconnection failure or off failure determination can be performed.
[0080]
[Example 4]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0081]
In this embodiment, in FIG. 3, the
[0082]
The
[0083]
According to this circuit configuration, the voltages of the battery modules VB10, VB13, VB14, and VB17 are detected by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a flying capacitor type voltage detection circuit according to a first embodiment;
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a flying capacitor type voltage detection circuit according to a second embodiment; FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a modification of the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a flying capacitor type voltage detection circuit according to a third embodiment;
4 is a circuit diagram showing a flying capacitor type voltage detection circuit according to a fourth embodiment; FIG.
[Explanation of symbols]
1 battery
2 Multiplexer
3 Flying capacitor circuit
4 Output side sampling switch circuit
5 Differential amplifier circuit
Claims (4)
直列接続されて組電池を構成するN(N>2)個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を常に同方向にチャージするマルチプレクサと、
差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチと、
前記フライングキャパシタ回路を短絡してその蓄電電圧を減衰させるリセット回路と、
を備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、
前記電池モジュールの電圧を前記マルチプレクサを通じて前記フライングキャパシタ回路に読み込み、前記フライングキャパシタ回路の蓄電電圧を前記出力側サンプリングスイッチを通じて前記差動増幅回路に出力し、前記出力側サンプリングスイッチをオフすることにより前記各電池モジュールの電圧を順次読み出す読み出しサイクルを一定回数実施後、前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の短絡放電動作を実施し、
前記短絡動作の次に読み出される前記電池モジュールを順番に変化させることを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。A flying capacitor circuit having at least one flying capacitor;
Both ends of N (N > 2) battery modules that are connected in series to form an assembled battery are sequentially connected to both ends of the flying capacitor circuit for each of the battery modules, and the flying capacitors are generated by the voltages of the battery modules. A multiplexer that always charges the circuit in the same direction;
A differential amplifier circuit;
A pair of output side sampling switches for individually connecting a pair of input terminals of the differential amplifier circuit to both ends of the flying capacitor circuit;
A reset circuit that short-circuits the flying capacitor circuit and attenuates the stored voltage;
In a driving method of a flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit comprising:
The voltage of the battery module is read into the flying capacitor circuit through the multiplexer, the storage voltage of the flying capacitor circuit is output to the differential amplifier circuit through the output side sampling switch, and the output side sampling switch is turned off to turn off the output side sampling switch. After carrying out a read cycle for sequentially reading the voltage of each battery module a certain number of times, performing a short-circuit discharge operation of the flying capacitor circuit by the reset circuit,
The method of driving a flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit, wherein the battery modules read out next to the short circuit operation are changed in order.
前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の前記短絡放電動作により前記フライングキャパシタを部分放電させることを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。In the driving method of the flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit according to claim 1,
A driving method of a flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit, wherein the flying capacitor is partially discharged by the short-circuit discharge operation of the flying capacitor circuit by the reset circuit.
前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の前記短絡放電動作により前記フライングキャパシタを蓄電された電圧から50%未満の範囲で部分放電させることを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。In the driving method of the flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit according to claim 1,
The driving method of the flying capacitor type battery pack voltage detection circuit, characterized in that to partial discharge in the range of less than the flying or capacitor power storage voltage al 50% by the short discharging operation of the flying capacitor circuit by said reset circuit .
前回読み込んだ前記各モジュール電圧に基づいて前記リセット回路のターンオン期間を調整することを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。In the driving method of the flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit according to any one of claims 2 and 3,
A driving method of a flying capacitor type assembled battery voltage detection circuit, characterized in that a turn-on period of the reset circuit is adjusted based on each module voltage read last time.
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