JP4855560B2 - 電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列接続された複数の単位電池の電池ブロックにおいて、各単位電池の出力電圧を、順番に、測定する電圧検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
環境問題、エネルギー問題を解決する低公害車として、HEV、PEV、FCEVなどの電気自動車が注目を集めている。電気自動車に搭載される高圧電池は、モータの動力源になるとともに、回生により発電された電力を貯蔵する機能を有しており、通常、ニッケル水素電池、鉛電池等が使用されている。
【0003】
電気自動車用の電池は、通常、複数個の単位電池を直列に接続した電池ブロックに構成されており、その出力状態を監視するために、電池ブロック全体の出力電圧だけでなく、各単位電池の出力電圧もそれぞれ検出される。このような電池ブロックの電圧検出回路の一例を図3に示す。
【0004】
図3に示す電圧検出回路では、電池ブロック10は、複数個(n個)の単位電池11が直列接続されて構成されており、電圧検出回路は、各単位電池11のそれぞれの電圧VB1〜VBnを、それぞれ検出するとともに、電池ブロック10全体の電圧も検出する。この電圧検出回路では、電池ブロック10における各単位電池11の+端子および−端子に、各スイッチSW1およびSW2、SW3およびSW4、…SWnおよびSWn+1が、それぞれ接続されており、隣接する一対のスイッチSW1およびSW2、SW2およびSW3、…、SWnおよびSWn+1が、それぞれ、n個の差動増幅器21〜2nの一対の入力端子にそれぞれ接続されている。各差動増幅器21〜2nの出力は、n個のアナログ/デジタル変換回路A/D1〜A/Dnにそれぞれ出力されている。
【0005】
各スイッチSW1〜SWnは、制御部であるマイクロコンピュータ1により、次のように制御される。マイクロコンピュータ1は、まず、第1および第2のスイッチSW1およびSW2をオン状態として、第1の単位電池11の電圧VB1を第1の差動増幅器21に入力する。第1の差動増幅器21は、第1の単位電池11の電圧VB1に対応した電圧を、第1のアナログ/デジタル変換回路A/D1に出力し、第1のアナログ/デジタル変換回路A/D1によってデジタル変換された信号が出力される。これにより、単位電池11の電圧VB1が、他の単位電池11に対して絶縁状態で検出される。
【0006】
次に、マイクロコンピュータ1は、第2の差動増幅器22の各入力端子にそれぞれ接続された第2および第3のスイッチSW2およびSW3をオン状態にする。これにより、第2の単位電池11の電圧VB2が第2の差動増幅器22に入力され、その出力電圧が、第2のアナログ/デジタル変換回路A/D2によりデジタル変換されて出力される。
【0007】
このように、マイクロコンピュータ1から出力される制御信号により、隣接する一対のスイッチSWmおよびSWm+1(mは、1〜nの整数)が順番にオン状態とされ、各単位電池11のそれぞれの電圧VB1〜VBnが、他の単位電池11と絶縁的に検出される。
【0008】
図4は、従来の電圧検出回路の他の例を示している。この電圧検出回路では、隣接する一対のスイッチSW1およびSW2、SW2およびSW3、…、SWnおよびSWn+1が、1つの差動増幅器2aの一対の入力端子にそれぞれ接続されている。そして、その差動増幅器2aの出力が、1つのアナログ/デジタル変換回路A/Dによりデジタル変換されて出力される。このような構成の電圧検出回路では、1つの差動増幅器2aおよび1つのアナログ/デジタル変換回路A/Dだけを使用しているために、回路構成が著しく簡略化される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の電圧検出回路では、制御部としてのマイクロコンピュータ1が静電気、輻射ノイズ、熱等により誤動作を起こすと、回路が破壊される危険性がある。
【0010】
即ち、いずれの電圧検出回路においても、n+1個のスイッチSW1〜SWn+1が、マイクロコンピュータ1の出力によって、直接制御されるために、マイクロコンピュータ1が誤動作を起こしたときには、n+1個のスイッチSW1〜SWn+1が、間違った組み合わせでオン状態になるおそれがある。例えば、正常時においては、同時にオンすることのない第1および第3のスイッチSW1およびSW3がそれぞれオン状態に制御される。
【0011】
マイクロコンピュータ1の誤動作によって、第1および第3のスイッチSW1およびSW3がオン状態になると、図3に示す従来の電圧検出回路では、第1および第2の単位電池11の各電圧VB1およびVB2の合計電圧が、第1および第2の差動増幅器21および22に印加されて、差動増幅器21および22がそれぞれ破壊するおそれがある。
【0012】
図4に示した電圧検出回路においても、第1および第3のスイッチSW1およびSW3がオン状態になると、第1および第2の単位電池11の各電圧VB1およびVB2の合計電圧が、1つの差動増幅器2aに印加されるために、その差動増幅器2aが破壊される危険性が、さらに大きくなる。
【0013】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、その目的は、複数の単位電池が直列接続された電池ブロックにおける各単位電池の電圧を、正確に検出することができ、しかも、制御部の誤動作によって破壊されることを確実に防止することができる電圧検出回路を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路は、n個の単位電池が直列接続されて構成された高電圧ユニットである電池ブロックにおける各単位電池の電圧を順番に検出する電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路であって、各電池ブロックの両端、および直列接続された一対の単位電池の接続点にそれぞれ接続されたn+1個のスイッチと、各スイッチをそれぞれ制御する出力ポートを有しており、制御部であるマイクロコンピュータから入力される制御信号に基づいて、1つの出力ポートのみが選択的にアクティブ状態とされる1つのデコーダ回路と、該デコーダ回路における各出力ポートのアクティブ状態に基づいて、OR回路またはAND回路、および増幅回路とを組み合わせた論理回路により、隣接する一対のスイッチを選択的に同時にオン状態とする出力変換回路と、該出力変換回路によって選択的にオン状態とされた一対のスイッチに接続された単位電池の電圧を検出する電圧検出部と、を具備することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0016】
図1は本発明の電圧検出回路の実施の形態の一例を示す回路図である。この電圧検出路は、例えば、HEV、PEV、FCEVなどの電気自動車に使用される電池ブロック10の電圧を検出するために使用される。電池ブロック10は、複数(n個)の単位電池11を直列接続して構成された高電圧ユニットである。電池ブロック10には、電池ブロック10の両端、および各単位電池11の接続部にそれぞれ接続されたn+1個のスイッチSW1〜SWnを有するスイッチ部20を介して、電圧検出部30が接続されている。
【0017】
電圧検出部30は、1つの差動増幅器31とその出力側に接続された1つのアナログ/デジタル変換回路A/Dとを有している。
【0018】
スイッチ部20の第1のスイッチSW1は、電池ブロック10における一方の端部に配置された第1の単位電池11の+端子と、差動増幅器31の一方の入力端子に接続されており、第2のスイッチSW2は、第1の単位電池11とこの第1単位電池11に直列接続された第2の単位電池11との接続点と、差動増幅器31における第1のスイッチSW1が接続された入力端子とは異なる入力端子に接続されている。さらに、第3のスイッチSW3は、第2の単位電池11とこの第2単位電池11に直列接続された第3の単位電池11との接続点と、差動増幅器31における第1のスイッチSW1が接続された入力端子とに接続されている。
【0019】
以下同様に、第m番目のスイッチSWmの一方の端部は、電池ブロック10の第m番目の単位電池11と第m−1番目の単位電池11との接続点に接続され、他方の端部は、差動増幅器31における第m−1番目のスイッチSWm−1が接続された入力端子とは異なる入力端子に接続されている。
【0020】
各スイッチSW1〜SWnには、制御部であるマイクロコンピュータ40から出力される制御信号が、デコーダ回路50および出力変換回路60を介して、それぞれ与えられている。
【0021】
デコーダ回路50は、電池ブロック10の単位電池11の個数n個と同数以上の複数の出力ポートを有しており、入力信号に対して、常に1つの出力ポートのみをアクティブ状態(ハイレベル「Hi」)に切り替えるCMOSデジタル集積回路である。
【0022】
本実施の形態では、電池ブロック10が8個(n=8)の単位電池11によって構成されるとともに、スイッチ部20は、9個のスイッチによって構成されているものとして、デコーダ回路50は、8個の出力ポートを有するとともに、3個の入力ポートを有しているものとする。
【0023】
デコーダ回路50の動作を、図2の真理値表に基づいて説明する。図2の真理値表では、デコーダ回路50の3つの入力ポートA、B、Cの全てがローレベル(Lo,Lo,Lo)となると、8つの出力ポートY1〜Y8では、Y1のみがハイレベル「Hi」となり、他の出力ポートY2〜Y8は、全てローレベル「Lo」のままである。入力ポートAがハイレベル「Hi」、他の入力ポートBおよびCがローレベルの場合(Hi,Lo,Lo)は、出力ポートY2のみがハイレベル「Hi」となる。以下、同様に、3つの入力ポートA,B,Cに入力される信号の組み合わせにより、8つの出力ポートY1〜Y8の出力が、1つずつ順番にアクティブ状態(ハイレベル「Hi」)に切り替わり、2個以上の出力ポートが同時にアクティブ状態(ハイレベル「Hi」)になることはない。
【0024】
出力変換回路60は、電池ブロック10の各単位電池11の個数とほぼ同数のn個のOR回路OR1〜ORnおよび駆動回路41を組み合わせた論理回路である。n個のOR回路OR1〜ORnは、デコーダ回路50の出力を、n個の単位電池11の各出力電圧を順番に検出するために、デコーダ回路50の出力を、各スイッチSW1〜SWnにおける隣接する一対のスイッチSWm−1およびSWmを順番に同時にオンする制御信号に変換する。
【0025】
出力変換回路60では、デコーダ回路50における第1の出力ポートY1の出力信号が、増幅回路41を介して第1のスイッチSW1に制御信号として与えられると共に、第1のOR回路OR1の第1入力端子に与えられている。デコーダ回路50における第2の出力ポートY2の出力信号は、第1のOR回路OR1の第2入力端子に与えられると共に、第2のOR回路OR2の第1入力端子に入力される。以下、同様に、デコーダ回路50におけるm番目の出力ポートYmの出力信号が、m−1番目のOR回路ORm−1の第2端子に入力されると共に、m番目のOR回路ORmの第1入力端子に入力される。そして、8個のOR回路OR1〜ORnの各出力は、それぞれ、各増幅回路41を介して、各スイッチSW2〜SWnに、制御信号として与えられている。
【0026】
出力変換回路60では、デコーダ回路50の第1の出力ポートY1の出力信号がハイレベル「Hi」になると、第1および第2のスイッチSW1およびSW2に、それぞれハイレベル「Hi」信号が与えられ、各スイッチSW1およびSW2がそれぞれオン状態になる。デコーダ回路50の第2の出力ポートY2の出力信号がハイレベル「Hi」になると、第2および第3のスイッチSW2およびSW3に、それぞれハイレベル「Hi」信号が与えられて、各スイッチSW2およびSW3がそれぞれオン状態になる。
【0027】
以下、同様に、デコーダ回路50の出力ポートから順番にハイレベル信号「Hi」が出力されることにより、連続する2つのスイッチに、ハイレベル「Hi」信号が与えられる。
【0028】
このような構成の電圧検出回路の動作を説明する。まず、制御部であるマイクロコンピュータ40の出力信号により、デコーダ回路50の全ての入力ポートA,B,Cがそれぞれローレベル(Lo,Lo,Lo)に制御される。これにより、第1の出力ポートY1のみがアクティブ状態(ハイレベル「Hi」)に切り替わる。これにより、第1および第2のスイッチSW1およびSW2が、それぞれオン状態とされる。その結果、第1の単位電池11の+端子および−端子が、電圧検出部30における差動増幅器31の各入力端子にそれぞれ接続された状態になり、差動増幅器31には、第1の単位電池11の電圧VB1が印加される。差動増幅器31は、入力された電圧に対応した電圧を、アナログ/デジタル変換回路A/Dに出力し、アナログ/デジタル変換回路A/Dは、入力される電圧をデジタル変換して、例えば、マイクロコンピュータ40に出力する。
【0029】
次に、デコーダ回路50の入力ポートAのみがハイレベル、他の入力ポートBおよびCがローレベル(Hi,Lo,Lo)に制御される。これにより、第2の出力ポートY2のみがアクティブ状態(ハイレベル「Hi」)になり、第2及び第3のスイッチSW2およびSW3が、それぞれオン状態になる。これにより、第2の単位電池11の電圧VB2の出力が差動増幅器31に入力されて、その電圧電圧VB2が検出される。
【0030】
このようにして、デコーダ回路50の各出力ポートY1〜Y8が順番にアクティブ状態に切り替えられることにより、直列接続された8個の単位電池11の各電圧VB1〜VB8が、他の電池ブロック11とは絶縁状態で、順番に電圧検出部30にて検出される。低電圧側の第8番目の単位電池11の電圧VB8を検出する場合には、マイクロコンピュータ40は、デコーダ回路50の全ての入力ポートA,B,Cをハイレベル(Hi,Hi,Hi)に制御し、第8番目(n=8)の出力ポートY8をハイレベル「Hi」にする。これにより、第8番目および第9番目のスイッチSW8およびSW9がそれぞれオン状態になり、第8番目の単位電池11の電圧VB8が検出される。
【0031】
このような電圧検出回路において、制御部であるマイクロコンピュータ40が、例えば、デコーダ回路50の全ての入力ポートA,B,Cをローレベル(Lo,Lo,Lo)に制御するに際して、マイクロコンピュータ40の誤動作により、全てハイレベル(Hi,Hi,Hi)に制御すると、デコーダ回路50の各出力ポートY1〜Y8では、第8番目の出力ポートY8がハイレベル「Hi」になる。しかし、他の全ての出力ポートY1〜Y7は、ローレベル「Lo」状態のままである。その結果、第8および第9のスイッチSW8およびSW9がオン状態になり、第8の単位電池11の電圧VB8が差動増幅器31に印加されることになる。
【0032】
このように、第1の単位電池11の電圧VB1を検出するに際して、マイクロコンピュータ40が誤作動しても、第1〜第9のスイッチSW1〜SW9における所定のスイッチ以外のスイッチがオン状態になって、電池ブロック10における2つ以上の単位電池11の電圧が電圧検出部30の1つの差動増幅器31に印加されるおそれがない。従って、制御信号源であるマイクロコンピュータ40が誤動作を起こしても、スイッチ部20および電圧検出部30が破壊されることが確実に回避される。
【0033】
なお、上記実施形態では、デコーダ回路50がハイレベル「Hi」信号によって動作する構成であったが、ローレベル「Lo」によって動作させるようにしてもよく、この場合は、出力変換回路60の全てのOR回路を、AND回路に置き換えることにより、全く同様に、全てのスイッチSW1〜SWnを制御することができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明の電圧検出回路は、このように、制御部の誤動作により、制御部から誤った制御信号が出力されても、回路が破壊されるやおそれがなく、電池ブロックの各単位電池の電圧を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電圧検出回路の実施の形態の一例を示す回路図である。
【図2】その電圧検出回路に使用されるデコーダ回路の動作を示す真理値表である。
【図3】従来の電圧検出回路の一例を示す回路図である。
【図4】従来の別の電圧検出回路の他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
10 電池ブロック
11 単位電池
20 スイッチ部
SW1〜SWn スイッチ
30 電圧検出部
31 差動増幅器
40 マイクロコンピュータ
50 デコーダ回路
60 出力変換回路
OR1 OR回路
Claims (1)
- n個の単位電池が直列接続されて構成された高電圧ユニットである電池ブロックにおける各単位電池の電圧を順番に検出する電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路であって、
各電池ブロックの両端、および直列接続された一対の単位電池の接続点にそれぞれ接続されたn+1個のスイッチと、
各スイッチをそれぞれ制御する出力ポートを有しており、制御部であるマイクロコンピュータから入力される制御信号に基づいて、1つの出力ポートのみが選択的にアクティブ状態とされる1つのデコーダ回路と、
該デコーダ回路における各出力ポートのアクティブ状態に基づいて、OR回路またはAND回路、および増幅回路とを組み合わせた論理回路により、隣接する一対のスイッチを選択的に同時にオン状態とする出力変換回路と、
該出力変換回路によって選択的にオン状態とされた一対のスイッチに接続された単位電池の電圧を検出する電圧検出部と、
を具備することを特徴とする電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路。
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