JP4834573B2 - 電圧検出装置および電圧検出システム - Google Patents

Description

本発明は、電圧検出装置に係り、特に、互いに直列接続された複数の単位セルからなる車載高圧バッテリの電圧を検出する電圧検出装置に関するものである。

近年、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（以下ＨＥＶ）が普及してきている。このＨＥＶは、上記エンジン始動用の１２Ｖ程度の低圧バッテリと、上記電動モータ駆動用の高圧バッテリとの２種類のバッテリを備えている。上述した高圧バッテリは、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池を単電池または二次電池を少なくとも１つ以上含む単位セルとして、これらを複数直列接続して高電圧を得ている。

上述したＨＥＶに用いられる高圧バッテリは、各単位セル毎の充電状態を確認するために、各単位セル毎に両端電圧を検出する必要がある。近年、ＨＥＶの性能向上に伴い高圧バッテリのセル数が増加し、電圧検出に用いられる検出スイッチ等が増加することを考慮して、検出スイッチなどを含む電圧検出装置をＩＣ（Integrated Circuit）化して部品点数を削減している。

電圧検出装置をＩＣ化した場合、特許文献１に記載されているように複数個の単位セルを１ブロックとし、ブロック毎にＩＣを設けてＩＣが切替回路等を内蔵することでブロック内の各単位セルの両端電圧を検出する方法が知られている。
特開２００４−１３５０３７号公報

しかしながら、上述したブロック毎にＩＣを設け各単位セルの両端電圧を検出する場合、高圧バッテリ内の単位セル数はＩＣ１つ当りの単位セルの検出数の倍数にする必要があるが、電池の容量や車両の要求性能によって高圧バッテリの単位セル数がＩＣ１つ当りの単位セルの検出数の倍数と一致しないことがある。例えば、高圧バッテリの単位セル数が５０で、ＩＣ１つ当りの単位セルの検出数が４とすると、５０は４の倍数ではなく、単位セルが２つ余ってしまう。この場合、高圧バッテリの単位セル数を増やして４の倍数とするか、ＩＣ１つ当りの単位セルの検出数が２のＩＣを１つだけ用意するか、単位セル２つ分の電圧検出装置をディスクリートで構成するなどの対策が必要となる。

単位セル数を増やすと、高圧バッテリの電圧を搭載する車両に最適な電圧とすることができなくなってしまう。また、１つだけ種類の異なるＩＣを用いたり、ディスクリートで構成したりすると、システムとして実装面積や部品点数の増加となってしまうため、いずれの対策にしてもコストアップとなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、コストアップなど無く、搭載する車両に最適な高圧バッテリの単位セル数に対応した最適な設計を行うことができる電圧検出装置および電圧検出システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、単位セルが複数直列接続された車載高圧バッテリの前記単位セルを少なくとも一つ以上有したブロックの各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記各単位セルに対応して設けられ、前記各単位セルを前記電圧検出手段に接続する接続手段と、を備えた電圧検出装置において、前記接続手段が前記電圧検出手段に接続する前記単位セルの数を設定する設定手段と、前記設定手段が設定した前記単位セルの数に基づいて前記接続手段を前記電圧検出手段に接続させる制御手段と、入力された電圧から所定の電圧を生成し供給する電源生成手段と、前記設定手段により設定された前記単位セルの数に基づいて前記ブロック内の前記単位セルのうち最上位電圧を前記電源生成手段に入力する電圧切替え手段と、を備え、前記電源生成手段が、該最上位電圧から前記所定の電圧を生成し出力することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、前記ブロック固有のアドレスを設定するアドレス設定手段を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、前記単位セルが複数直列接続された車載高圧バッテリを、前記単位セルを少なくとも一つ以上有した二つ以上のブロックに分割し、請求項１または２に記載の電圧検出装置を前記ブロック各々に対応して設けたことを特徴としている。

以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、電圧検出装置において、設定手段で接続手段が電圧検出手段に接続する単位セルの数を設定し、制御手段が設定手段が設定した単位セルの数に基づいて接続手段を電圧検出手段に接続させるように制御しているので、接続手段が電圧検出手段に接続する単位セルの数を可変にすることができ、高圧バッテリの単位セル数に合わせて単位セルの接続数を設定できることから、コストアップなど無く、搭載する車両に最適な高圧バッテリの単位セル数に対応した最適な設計を行うことができる。また、入力された電圧から所定の電圧を生成し供給する電源生成手段に、複数直列接続された単位セルのうちの最上位電圧を入力し、電源生成手段が、該最上位電圧から所定の電圧を生成しているので、外部から電源電圧の供給を別途受ける必要無く、接続された高圧バッテリから電圧検出装置内部に供給する電源電圧を生成することができる。また、電源生成手段が最上位電圧から内部に供給する所定の電圧を生成するので、接続する単位セル数によって最上位電圧が変わっても一定電圧を内部に供給することができる。さらに、設定手段により設定された単位セルの数に基づいて最上位電圧を電源供給手段に与える電圧切替え手段を備えたため、設定手段を設定するだけで、単位セル数に応じた最上位電圧を電源生成手段に与えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ブロック固有のアドレスを設定するアドレス設定手段を備えたので、高圧バッテリを複数のブロックに分割して検出する場合でも、検出する単位セルをブロックで指定することで容易に検出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、高圧バッテリを二つ以上のブロックに分割した電圧検出システムに各ブロックに対応して請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の電圧検出装置を設けたので、高圧バッテリの単位セル数に関係無く、一種類の電圧検出装置を複数設ければ対応できるために、コストアップなど無く、搭載する車両に最適な高圧バッテリの単位セル数に対応した最適な設計を行うことができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる電圧検出装置を示すブロック図である。図２は、図１に示された電圧検出装置の検出セル数設定入力端子の対応表である。図３は、ブロックアドレス設定入力端子の対応表である。

本発明の第１実施形態にかかる電圧検出装置１は図１に示すように高圧バッテリＢＴが接続されている。高圧バッテリＢＴは、エンジンと電動モータを走行駆動源として併用するＨＥＶにおいて図示しない電動モータの電源として用いられ、その両端には電動モータが必要に応じて負荷として接続されると共に図示しないオルタネータ等が必要に応じて充電器として接続される。

高圧バッテリＢＴは複数の単位セルが直列に接続されており、本実施形態においては、電圧検出装置１は、一つ当り直列に接続された単位セルＢＴ１〜ＢＴ１２まで最大１２個が入力端子ＩＮ０〜ＩＮ１２に接続可能となっている。すなわち、図１に示すように単位セルＢＴ１の−側がＩＮ０に接続され＋側がＩＮ１に接続されている。単位セルＢＴ２の−側がＩＮ１に接続され＋側がＩＮ２に接続されている。ＢＴ３〜ＢＴ１２も同様にＩＮ２〜ＩＮ１２に接続されている。

本発明の第１実施形態にかかる電圧検出装置１は、スイッチ回路２と、入力インタフェース３と、Ａ／Ｄコンバータ４と、ロジック回路５と、レギュレータ６と、を備えてワンチップ化（ＩＣ化）されている。

接続手段、電圧切替手段としてのスイッチ回路２は、スイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ１６，ＳＷ１７，ＳＷ１８，ＳＷ１９，ＳＷ２０，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４，ＳＷ２５を備え、スイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ１６，ＳＷ１８，ＳＷ２０，ＳＷ２２，ＳＷ２４はロジック回路５の制御により単位セルＢＴ１〜ＢＴ１２のいずれかの両端を入力インタフェース３に接続する。ＳＷ１７，ＳＷ１９，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２５は検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に基づいて最上位電圧となる単位セルをレギュレータ６に接続する。

設定手段としての検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３は、図２に示すように各端子をＧＮＤに接地またはＯＰＥＮとすることで検出セル数を設定する。本実施形態においては、検出セル数は８〜１２まで可変としている。

電圧検出手段としての入力インタフェース３は、スイッチ回路２が接続した単位セルの両端の電圧を検出する。検出した電圧はＡ／Ｄコンバータ４へ出力する。

Ａ／Ｄコンバータ４は、入力インタフェース３から入力された検出した電圧値をアナログ値からデジタル値に変換しロジック回路５へ出力する。

制御手段としてのロジック回路５は、Ａ／Ｄコンバータ４から入力された検出した電圧値を図示しない制御ＣＰＵなどへ出力する。ロジック回路５は図示しない制御ＣＰＵなどからの指定されるブロックアドレスとブロックアドレス設定入力端子ＡＤＳＥＬ１，ＡＤＳＥＬ２，ＡＤＳＥＬ３に設定された自アドレスとを比較して、一致した場合（自分が指定された場合）は、入力インタフェース３に対して電圧検出を指示する。

アドレス設定手段としてのブロックアドレス設定入力端子ＡＤＳＥＬ１，ＡＤＳＥＬ２，ＡＤＳＥＬ３は、図３に示すように各端子をＧＮＤに接地またはＯＰＥＮとすることで自アドレスを設定する。

電源生成手段としてのレギュレータ６は、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に基づいてスイッチ回路２が接続した最上位電圧となる単位セルの＋側が入力され、該最上位電圧から電圧検出装置１内に供給する所定の電圧（例えば５Ｖ）を生成し電源電圧として供給する。

ここで、上述した電圧検出装置１における設定及び動作を説明する。まず、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３を設定する。図１では、ＢＴ１〜ＢＴ１２まで１２個の単位セルが接続されているので、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３は図２より検出セル数を１２となるように全てＯＰＥＮとする。検出セル数が設定されると、スイッチＳＷ１７，ＳＷ１９，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２５が設定に合わせて切替る。図１では入力端子ＩＮ１２に接続された単位セルＢＴ１２の＋側（１２個目の単位セル）が最上位電圧となるので、この電圧をレギュレータ６の入力とするためにスイッチＳＷ２５が閉じられる。すなわち、設定手段により設定された単位セルの数に基づいて最上位電圧を電源生成手段に入力している。レギュレータ６は、入力された最上位電圧（すなわちＢＴ１〜ＢＴ１２まで直列した総電圧値）から電圧検出装置１内に供給する所定の電圧（例えば５Ｖ）を生成する。なお、本実施形態は電圧検出装置１を１チップのＩＣとしているので、各スイッチはトランジスタ（例えばＦＥＴなど）で形成されており、スイッチを閉じるとは、例えば、ＦＥＴのゲートに電圧を印加してソース−ドレイン間を導通させることをいう。

次に、ブロックアドレス設定入力端子ＡＤＳＥＬ１，ＡＤＳＥＬ２，ＡＤＳＥＬ３を設定する。図１では全てＯＰＥＮとしているので図３によりブロックアドレスは８に設定される。したがって、図示しない制御ＣＰＵなどからブロックアドレスとして８を受信した場合のみ電圧検出動作を行う。

このように検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３およびブロックアドレス設定入力端子ＡＤＳＥＬ１，ＡＤＳＥＬ２，ＡＤＳＥＬ３が設定された電圧検出装置１は、図示しない制御ＣＰＵなどからブロックアドレスとして８を受信した場合にロジック回路５がスイッチ回路２内の各スイッチを切替えて接続された単位セル各々の両端電圧を入力インタフェース３に検出させ、Ａ／Ｄコンバータ４でデジタル値に変換後ロジック回路５が制御ＣＰＵなどに出力する。例えば単位セルＢＴ１の電圧を検出する場合はスイッチ回路２のスイッチＳＷ０とＳＷ２を閉じるようにロジック回路５が制御して、入力インタフェース３で両端電圧を検出し、Ａ／Ｄコンバータ４でデジタル値に変換後制御ＣＰＵなどに出力する。

ここで、別の設定例として検出セル数が８だった場合、すなわち単位セルＢＴ１〜ＢＴ８までが電圧検出装置１に接続されている場合を説明すると、まず、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３を図２から全てＧＮＤに接地するように設定する。検出セル数が設定されると、スイッチＳＷ１７，ＳＷ１９，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２５が設定に合わせて切替る。検出セル数が８の場合は入力端子ＩＮ８に接続された単位セルＢＴ８の＋側（８個目の単位セル）が最上位電圧となるので、この電圧をレギュレータ６の入力とするためにスイッチＳＷ１７を閉じる。ロジック回路５はスイッチ回路２内の各スイッチのうちスイッチＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ１６のみを動作させて接続された単位セル各々の両端電圧を入力インタフェース３に検出させ、Ａ／Ｄコンバータ４でデジタル値に変換後ロジック回路５が制御ＣＰＵなどに出力する。すなわち、設定手段が設定した単位セルの数に基づいて制御手段が接続手段を電圧検出手段に接続させている。

以上の電圧検出装置１によれば、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に応じてロジック回路５が単位セルが接続されているスイッチ回路２内のスイッチのみを動作させて単位セルの両端電圧を検出するので、検出する単位セルの数を可変にでき、コストアップなど無く、搭載する車両に最適な高圧バッテリの単位セル数に対応した最適な設計を行うことができる。

また、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に応じてＳＷ１７，ＳＷ１９，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２５のうちいずれかを接続することで、直列接続された単位セルの最上位電圧をレギュレータ６の入力として電圧検出装置１内に供給する電圧を生成しているので、外部から電源電圧の供給を別途受ける必要無く、接続された高圧バッテリＢＴから内部に供給する電源電圧を生成することができる。また、内部で最上位電圧を切替えているのでノイズ等の影響を受けにくくなる。さらに、レギュレータ６が最上位電圧から内部に供給する電圧を生成するので、接続する単位セル数によって最上位電圧が変わっても一定の電圧を内部に供給することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる電圧検出装置１を図４を参照して説明する。なお、前述した第１実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態においては、スイッチ回路部２に第１実施形態にあったスイッチＳＷ１７，ＳＷ１９，ＳＷ２１，ＳＷ２３，ＳＷ２５を削除している。そして検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に基づいて最上位電圧となる単位セルの＋側が基板上の回路配線パターンで電圧検出装置１の入力端子ＶＰＰからレギュレータ６に入力されている。図４は検出セル数が８の場合の例である。この場合、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３を全てＧＮＤに接地されるようにして検出セル数を８に設定する。そうすると、ロジック回路５はスイッチ回路２内の各スイッチのうちＳＷ０，ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ１６のみを動作させて接続された単位セル各々の両端電圧を入力インタフェース３に検出させ、Ａ／Ｄコンバータ４でデジタル値に変換後ロジック回路５が制御ＣＰＵなどに出力する。

以上の電圧検出装置１によれば、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に応じてロジック回路５が単位セルが接続されているスイッチ回路２内のスイッチを動作させて単位セルの両端電圧を検出するので、検出する単位セルの数を可変にでき、コストアップなど無く、搭載する車両に最適な高圧バッテリの単位セル数に対応した最適な設計を行うことができる。

また、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３の設定に応じて基板の回路配線パターンで直列接続された単位セルの最上位電圧をレギュレータ６の入力としているので、最上位電圧接続用のスイッチを省略できる分電圧検出装置１の回路規模が小さくできることからＩＣのチップサイズを小さくすることができる。また、検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３を誤って設定した場合でも、レギュレータ６には確実に最上位電圧を供給することができる。

ここで、上述した第１または第２実施形態の電圧検出回路１を用いた本発明の一実施形態にかかる電圧検出システムのブロック図を図５ないし図７を参照して説明する。

図５は、高圧バッテリＢＴに単位セルが５０個直列に接続されており、それを５つのブロックに分割して各ブロックに対応して電圧検出装置１を設けた電圧検出システムである。ブロック１は電圧検出装置１のＩＮ０〜ＩＮ１０までの入力端子に単位セルが接続されている。つまりブロック１には１０個の単位セルが接続されている。したがって検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３は図２よりセル数が１０の設定であるＧＮＤに接地，ＯＰＥＮ，ＧＮＤに接地と設定する。ブロックアドレス設定入力端子ＡＤＳＥＬ１，ＡＤＳＥＬ２，ＡＤＳＥＬ３は図３よりブロックアドレスが１の設定である全てＧＮＤに接地するように設定する。ブロック２〜ブロック５も検出セル数は１０なので検出セル数設定入力端子ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３はブロック１と同様にＧＮＤに接地，ＯＰＥＮ，ＧＮＤに接地と設定する。ブロックアドレスはそれぞれに対応するブロックアドレスを設定する。

電圧検出時には、図示しない制御ＣＰＵなどにより検出するブロックアドレスを各電圧制御装置１に入力して検出を指示し、当該ブロックアドレスに設定させた電圧検出装置１のみが接続されている各単位セルの両端電圧を検出して制御ＣＰＵなどに出力する。

このような電圧検出システムでは、最大１２個の単位セルの検出ができる電圧検出装置１の検出セル数を１０に設定した電圧検出装置１を５つ設け、検出する単位セルをブロックで指定することで容易に検出することができる。また、同じ電圧検出装置１を複数設ければよいので電圧検出システムの構成が簡単になりコストダウンができる。

図６は、高圧バッテリＢＴに単位セルが６０個直列に接続されている場合である。この場合は、５つのブロックに分割して検出セル数を１２に設定した電圧検出装置１を５つ備えればよい。このように、図５と図６では、単位セルの個数が変化しても電圧検出装置１の設定を変更するだけで良い場合は接続される高圧バッテリＢＴの変更に対して容易に対応が可能となる。

図７は、高圧バッテリＢＴに単位セルが７０個直列に接続されている場合である。この場合は、６つのブロックに分割して、ブロック１〜５は電圧検出装置１の検出セル数を１２に設定し、ブロック６のみ電圧検出装置１の検出セル数を１０に設定している。このように、高圧バッテリＢＴの単位セルが電圧検出装置１の最大検出セル数の倍数でなくても、余りの部分に別のＩＣやディスクリートなどで回路を構成する必要が無く、同じＩＣ（電圧検出装置１）を用いることができる。

なお、検出セル数設定入力端子やブロックアドレス設定入力端子の設定方法は実施形態のようにＯＰＥＮまたはＧＮＤによる判別以外に、例えばＯＰＮＥまたはＶＣＣ（所定の電圧）による判別やＧＮＤまたはＶＣＣによる判別あるいは制御ＣＰＵなどがロジック回路５に設定情報を示す信号を入力して設定する方式でもよい。

また、電圧検出装置１一つ当りの検出数や検出数の設定範囲およびブロック分割は一例であり、上述した実施形態に限定されない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の第１実施形態にかかる電圧検出装置を示す回路図である。 図１に示された電圧検出回路の検出セル数設定入力端子の設定を示した対応表である。 図１に示された電圧検出回路のブロックアドレス設定入力端子の設定を示した対応表である。 本発明の第２実施形態にかかる電圧検出装置を示す回路図である。 本発明の一実施形態にかかる電圧検出システムを示すブロック図である。 本発明の他の実施形態にかかる電圧検出システムを示すブロック図である。 本発明の他の実施形態にかかる電圧検出システムを示すブロック図である。

符号の説明

１ 電圧検出装置
２ スイッチ回路（接続手段、電圧切替手段）
３ 入力インタフェース（電圧検出手段）
５ ロジック回路（制御手段）
６ レギュレータ（電源生成手段）
ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３ 検出セル数設定入力端子（設定手段）
ＡＤＳＥＬ１〜ＡＤＳＥＬ３ ブロックアドレス設定入力端子（アドレス設定手段）
ＢＴ 高圧バッテリ
ＢＴ１〜ＢＴ１２ 単位セル

Claims (3)

1. 単位セルが複数直列接続された車載高圧バッテリの前記単位セルを少なくとも一つ以上有したブロックの各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記各単位セルに対応して設けられ、前記各単位セルを前記電圧検出手段に接続する接続手段と、を備えた電圧検出装置において、
   前記接続手段が前記電圧検出手段に接続する前記単位セルの数を設定する設定手段と、
   前記設定手段が設定した前記単位セルの数に基づいて前記接続手段を前記電圧検出手段に接続させる制御手段と、
   入力された電圧から所定の電圧を生成し供給する電源生成手段と、
   前記設定手段により設定された前記単位セルの数に基づいて前記ブロック内の前記単位セルのうち最上位電圧を前記電源生成手段に入力する電圧切替え手段と、を備え、
   前記電源生成手段が、該最上位電圧から前記所定の電圧を生成し出力する
   ことを特徴とする電圧検出装置。
2. 前記ブロック固有のアドレスを設定するアドレス設定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
3. 前記単位セルが複数直列接続された車載高圧バッテリを、前記単位セルを少なくとも一つ以上有した二つ以上のブロックに分割し、請求項１または２に記載の電圧検出装置を前記ブロック各々に対応して設けたことを特徴とする電圧検出システム。

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