JP5492044B2 - セル電圧検出装置、電池システム、およびそのセル電圧検出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車に搭載される駆動用電池のセル電圧検出装置、電池システム、およびそのセル電圧検出方法に関する。
近年、環境対策、および燃費向上のために電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグイン車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、さらには燃料電池自動車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）等が注目をあびている。
これらにおいて、重要な技術的要点のひとつは車に搭載する駆動用電池、および、その充電を含めた制御方法である。前記車両においては数百Ｖといった高い電圧、かつ大容量での充放電可能な二次電池が必要であり、複数の電池セルを組み合わせた組電池から構成される。つまり組電池として数多くの電池セルを搭載することになるので、同じ規格の電池セルであっても、電池セル間において特性のバラツキや劣化度合に起因した電池電圧のバラツキが生ずる。
これらの電池電圧にバラツキのある電池セルを充電する際に過充電とならないように複数の電池セルの個々の電池電圧を的確に測定する必要がある。
これらにおいて、重要な技術的要点のひとつは車に搭載する駆動用電池、および、その充電を含めた制御方法である。前記車両においては数百Ｖといった高い電圧、かつ大容量での充放電可能な二次電池が必要であり、複数の電池セルを組み合わせた組電池から構成される。つまり組電池として数多くの電池セルを搭載することになるので、同じ規格の電池セルであっても、電池セル間において特性のバラツキや劣化度合に起因した電池電圧のバラツキが生ずる。
これらの電池電圧にバラツキのある電池セルを充電する際に過充電とならないように複数の電池セルの個々の電池電圧を的確に測定する必要がある。
複数の電池セルの測定は繰り返し行われるが、組電池からはインバータを含め大電流かつ変動する負荷が接続されているために、繰り返し測定された個々のセルの電池電圧はリプル（ripple）を含んだ時系列（標本化された）の波形として観測される。このとき、繰り返し測定されるサンプル周波数に対して、リプルの入力波形にサンプル周波数の１／２（ナイキスト周波数）以上の周波数が入っていると、エリアシング（Aliasing、折り返し雑音、折り返し歪み）が起こり正確な測定ができなくなる。
したがって、セル電圧（アナログ値）を測定しデジタル値に変換するＡＤ変換器（Analog-to-Digital Converter）の入力部に、ＲＣフィルタ（Resistor Capacitor Filter）を設けて、エリアシングを防止する必要がある。このため、サンプル周波数の１／２以上の周波数が入らないように、サンプル周波数を高くするか、あるいはＲＣフィルタの入力フィルタ定数を大きくして対処する方法がとられている。
また、検出した電池セルのセル電圧をより上位の制御装置に送信する方法についても工夫がなされている（特許文献１）。
したがって、セル電圧（アナログ値）を測定しデジタル値に変換するＡＤ変換器（Analog-to-Digital Converter）の入力部に、ＲＣフィルタ（Resistor Capacitor Filter）を設けて、エリアシングを防止する必要がある。このため、サンプル周波数の１／２以上の周波数が入らないように、サンプル周波数を高くするか、あるいはＲＣフィルタの入力フィルタ定数を大きくして対処する方法がとられている。
また、検出した電池セルのセル電圧をより上位の制御装置に送信する方法についても工夫がなされている（特許文献１）。
しかしながら、エリアシングによる誤検出を避けるために、サンプル周波数を高くする方法はＡＤ変換器が高性能で高価格のものを必要とし、また入力フィルタ定数を大きくする方法は精度や応答性が低下するなどの回路上の問題を引き起こしていた。また、取得したセル電圧のデータの活用は必ずしも充分とは云えなかった。
そこで、本発明は前記した問題を解決するためになされたものであり、過充電、誤検出をせず、かつ低コストで精度や応答性を確保した活用しやすいセル電圧検出装置と、それを用いた電池システムを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、各発明を以下のような構成にした。
すなわち、複数の電池セルにより構成される組電池のセル電圧を検出するセル電圧検出装置であって、前記電池セルごとに対応づけられて設けられる複数のフィルタ回路と、複数の入力端子からの入力信号を選択して出力するマルチプレクサと該マルチプレクサの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータとを有するサンプリングＡＤ変換器と、フィルタ処理機能とサンプリング制御機能とを有するＣＰＵとを備え、前記複数のフィルタ回路の出力端子が前記マルチプレクサの入力端子に接続され、前記ＡＤコンバータの出力は前記ＣＰＵのフィルタ処理機能で処理され、前記ＣＰＵのサンプリング制御機能が前記マルチプレクサに指示する制御信号は特定の電池セルにおける複数のセル電圧のデジタルデータのサンプリング間隔が前後で異なるように制御される。
すなわち、複数の電池セルにより構成される組電池のセル電圧を検出するセル電圧検出装置であって、前記電池セルごとに対応づけられて設けられる複数のフィルタ回路と、複数の入力端子からの入力信号を選択して出力するマルチプレクサと該マルチプレクサの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータとを有するサンプリングＡＤ変換器と、フィルタ処理機能とサンプリング制御機能とを有するＣＰＵとを備え、前記複数のフィルタ回路の出力端子が前記マルチプレクサの入力端子に接続され、前記ＡＤコンバータの出力は前記ＣＰＵのフィルタ処理機能で処理され、前記ＣＰＵのサンプリング制御機能が前記マルチプレクサに指示する制御信号は特定の電池セルにおける複数のセル電圧のデジタルデータのサンプリング間隔が前後で異なるように制御される。
また、組電池のセル電圧検出装置と、前記組電池の充放電を制御する制御装置とを含んで構成され、回生可能な負荷への前記組電池からの電力供給用および前記組電池への回生充電を行う電池システムであって、前記セル電圧検出装置は、前記複数の電池セルの電圧をそれぞれ入力する第１電圧検出部と、前記第１電圧検出部が取得する電池セルの電圧と同じ電池セルの電圧をそれぞれ入力する第２電圧検出部と、前記第１電圧検出部および前記第２電圧検出部から入力した同一の電池セルにおける二つの電圧値のうち高い電圧値を出力する最大電圧検出部と、を備えており、前記制御装置は前記最大電圧検出部の出力した電圧とセル電圧の所定の上限電圧値とを比較して、上限電圧値を上回っている場合に前記負荷から前記組電池への回生電力供給を制限もしくは遮断する。
かかる構成により、前記セル電圧検出装置が入力する電池セルのセル電圧の入力波形がナイキスト周波数以上で発生するエリアシングを防止できる。
また、かかる構成により、二つの独立した前記第１電圧検出部と前記第２電圧検出部のそれぞれの出力する電圧値の高い方を当該電池セルの電圧と判断するため、第１電圧検出部もしくは第２電圧検出部の回路の不具合によって誤検出が発生した場合でも、より確実に電池セルの過充電が防止できる。
本発明によれば、過充電、誤検出をせず、かつ低コストで精度や応答性を確保した活用しやすいセル電圧検出装置と、それを用いた電池システムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態を示す構成図である。図１において、セル電圧検出装置１００は、ＲＣフィルタ群回路１０２とサンプリングＡＤ変換器１０３とＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算処理装置）１０４とを備えて構成されている。
組電池１０１はリチウムイオン電池からなる複数の電池セル１１１〜１１ｎを備えて構成され、電池セル１１１〜１１ｎの各端子は、ＲＣフィルタ群回路１０２に備えられた複数の抵抗（Ｒ）１２１〜１２ｎとコンデンサ（Ｃ）１３１〜１３ｎからそれぞれ構成される複数のＲＣフィルタにそれぞれ接続されている。
（第１実施形態）
図１は本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態を示す構成図である。図１において、セル電圧検出装置１００は、ＲＣフィルタ群回路１０２とサンプリングＡＤ変換器１０３とＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算処理装置）１０４とを備えて構成されている。
組電池１０１はリチウムイオン電池からなる複数の電池セル１１１〜１１ｎを備えて構成され、電池セル１１１〜１１ｎの各端子は、ＲＣフィルタ群回路１０２に備えられた複数の抵抗（Ｒ）１２１〜１２ｎとコンデンサ（Ｃ）１３１〜１３ｎからそれぞれ構成される複数のＲＣフィルタにそれぞれ接続されている。
サンプリングＡＤ変換器１０３に備えられたマルチプレクサ（ＭＵＸ）１４２に、前記した複数の抵抗（Ｒ）１２１〜１２ｎとコンデンサ（Ｃ）１３１〜１３ｎからそれぞれ構成される複数のＲＣフィルタからの複数の信号線が接続されている。マルチプレクサ１４２の出力信号はサンプリングＡＤ変換器１０３に備えられたＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１４１に入力している。
なお、マルチプレクサ１４２の出力とＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１４１の入力との間に増幅器（不図示）を備えることもある。
なお、マルチプレクサ１４２の出力とＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１４１の入力との間に増幅器（不図示）を備えることもある。
ＡＤコンバータ１４１のデジタルデータ出力は、サンプリングＡＤ変換器１０３の出力としてＣＰＵ１０４に入力し、ＣＰＵ１０４に備えられたローパスデジタルフィルタ処理部（Ｄ−ＦＬＴ）１５１に送られる。ローパスデジタルフィルタ処理部１５１で高周波が除去されたデータが、ＣＰＵ１０４の出力信号として出力される。また、ＣＰＵ１０４に備えられたランダムサンプリング（Ｒ−ＳＡＭＰ）制御部１５２からはランダムサンプリング制御に係る制御信号がサンプリングＡＤ変換器１０３に送られ、サンプリングＡＤ変換器１０３に備えられたマルチプレクサ１４２の制御信号となっている。
以上の構成において、セル電圧検出装置１００は組電池１０１の複数の電池セル１１１〜１１ｎの各電池の電圧を繰り返し検出する。複数の電池セル１１１〜１１ｎが直列に接続された組電池１０１は、電気自動車のモータを駆動する電力を供給するインバータの電源となっているので、電池セル１１１〜１１ｎの各電池には過渡電流が流れ、負荷電流は変動し、それにともない検出電圧は変動している。
まず、電池電圧を検出する際において、この変動を少しでも取り除くために複数のＲＣフィルタからなるＲＣフィルタ群回路１０２を設けて、高周波成分を可能な範囲において、取り除いている。
まず、電池電圧を検出する際において、この変動を少しでも取り除くために複数のＲＣフィルタからなるＲＣフィルタ群回路１０２を設けて、高周波成分を可能な範囲において、取り除いている。
しかしながら、ＲＣフィルタ群回路１０２によって、電池電圧を検出する際において問題となる高周波成分をすべて取り除くようにするには、ＲＣフィルタ群回路１０２に備えられたそれぞれのＲＣフィルタの時定数を非常に大きくする必要がある。この時定数を大きくすると、この後でＡＤコンバータ１４１でＡＤ変換する際に、応答性の低下や精度の低下を招く。したがって、ＲＣフィルタの時定数をあまり大きくとることは実用回路としては難しい。
この状態で、複数の電池セル１１１〜１１ｎの各電池の電圧を、サンプリングＡＤ変換器１０３によって、周期的に一定の順序で繰り返しサンプリングして検出すると、変動する電流、電圧のリプルの中に含まれる周波数成分において、前記サンプリング周波数の１／２（ナイキスト周波数）以上の周波数成分が含まれることがあり、このとき、エリアシング（折り返し雑音、折り返し歪み）が重畳される可能性がある。
したがって、このエリアシングを避けるために、図１においては、周期性の乏しいランダムサンプリングによって、複数の電池セル１１１〜１１ｎの各電池の電圧を検出している。つまり、ランダムサンプリング制御部１５２で生成されたランダムサンプリング制御信号によって、マルチプレクサ１４２の選択する電池セル１１１〜１１ｎの選択順をランダムにすることにより、サンプリングの周期性から生ずるエリアシングの可能性を低減している。
マルチプレクサ１４２は、電池セル１１１〜１１ｎの選択順をランダムに繰り返し選択する。マルチプレクサ１４２が選択した電池セルのアナログ電圧をＡＤコンバータ１４１でデジタルデータに変換する。この測定をすべての電池セル１１１〜１１ｎについてランダムに行う。なお、このときに取得されるデータは電池セル１個において１回につき１データである。そしてこのデータはサンプリングＡＤ変換器１０３において記憶、保持されている。
この測定により、複数の電池セル１１１〜１１ｎの各電池における繰り返しランダムに測定されたデータがＣＰＵ１０４に送られる。そして各電池の測定データがＣＰＵ１０４で整理されて時系列の測定データとして並べ換えられる。なお、マルチプレクサ１４２の選択をランダムに制御したのはＣＰＵ１０４に備えられたランダムサンプリング制御部１５２であるので、ＣＰＵ１０４は各電池の測定データを整理して時系列の測定データとして並べ換える為の情報を有している。
そして、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１で各電池の時系列の測定データから高周波成分が除去されて、各電池のリプルの影響が小さい電池電圧（セル電圧）のデータが得られる。さらには電池に流れる電流をセンサ（不図示）でモニタしたデータで補正（ＣＰＵ１０４内で）を行いＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開放電圧）を求める。
そして、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１で各電池の時系列の測定データから高周波成分が除去されて、各電池のリプルの影響が小さい電池電圧（セル電圧）のデータが得られる。さらには電池に流れる電流をセンサ（不図示）でモニタしたデータで補正（ＣＰＵ１０４内で）を行いＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開放電圧）を求める。
＜セル電圧検出過程の補足＞
以上のセル電圧検出過程の説明を図２、図３、図４を参照して補足する。
図２において、入力波形（アナログ値、実線）２０１は、ＡＤコンバータ１４１（図１）に入力する前の１個の電池セルのリプルを含む電圧波形である。
また、出力波形（デジタル値、実線の直線）２０２は、マルチプレクサ１４２（図１）によってランダムサンプリングされ電池電圧をＡＤコンバータ１４１によってＡＤ変換され、ＣＰＵ１０４（図１）でデータが整理され並べ換えられた時系列のデータを、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１（図１）を通った後の電圧波形である。
なお、破線で示した波形２０３は、ランダムサンプリング後にＡＤ変換してＣＰＵ１０４でデータが整理され並べ換えられた時系列のデータを、参考として仮想的にアナログ波形（実際は離散的なデジタル値）で表現したものである。
以上のセル電圧検出過程の説明を図２、図３、図４を参照して補足する。
図２において、入力波形（アナログ値、実線）２０１は、ＡＤコンバータ１４１（図１）に入力する前の１個の電池セルのリプルを含む電圧波形である。
また、出力波形（デジタル値、実線の直線）２０２は、マルチプレクサ１４２（図１）によってランダムサンプリングされ電池電圧をＡＤコンバータ１４１によってＡＤ変換され、ＣＰＵ１０４（図１）でデータが整理され並べ換えられた時系列のデータを、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１（図１）を通った後の電圧波形である。
なお、破線で示した波形２０３は、ランダムサンプリング後にＡＤ変換してＣＰＵ１０４でデータが整理され並べ換えられた時系列のデータを、参考として仮想的にアナログ波形（実際は離散的なデジタル値）で表現したものである。
以上において、入力波形２０１も出力波形２０２も１個の電池の時系列の電圧データである。これらに相当する複数個の電池の電圧データがさらに別に存在する。
また、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１が無い場合、あるいは機能が不十分な場合には、波形２０３のようになり、中心電圧となるＯＣＶ（開放電圧）の測定値には誤差がともなう。
また、入力波形２０１と波形２０３の相違はアナログ値とデジタル値の違いである。
また、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１が無い場合、あるいは機能が不十分な場合には、波形２０３のようになり、中心電圧となるＯＣＶ（開放電圧）の測定値には誤差がともなう。
また、入力波形２０１と波形２０３の相違はアナログ値とデジタル値の違いである。
なお、図２において、機能ブロック２１３はランダムサンプリングとＡＤ変換を行う機能ブロックを示していて、「ランダムサンプル、ＡＤ変換」と表記している。この機能ブロック２１３は、図１において、マルチプレクサ１４２とＡＤコンバータ１４１を備えたサンプリングＡＤ変換器１０３に対応している。
また、機能ブロック１５１はローパスのデジタルフィルタの機能ブロックを示していて、「ローパスデジタルフィルタ」と表記している。
この機能ブロック１５１は、図１において、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１に対応している。
また、機能ブロック１５１はローパスのデジタルフィルタの機能ブロックを示していて、「ローパスデジタルフィルタ」と表記している。
この機能ブロック１５１は、図１において、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１に対応している。
また、図３は観測電圧値から、電池に流れる電流値をセンサ等でモニタして電流値×内部抵抗分の電圧を補正する場合の関係を示したものである。
図３（ａ）、（ｂ）において、ＯＣＶと表記しているのは前記したように、電池の開放電圧である。
図３（ａ）に示すように電池３０１は電池電圧生成部分（電圧はＯＣＶ）３００の他に内部抵抗（Ｒ）３０２を有している。したがって、セル電圧を検出する際に流れる電流により電圧降下があり、電池３０１の端子で測定される電圧は電池電圧生成部分３００の電圧ＯＣＶとは異なる。
図３（ａ）、（ｂ）において、ＯＣＶと表記しているのは前記したように、電池の開放電圧である。
図３（ａ）に示すように電池３０１は電池電圧生成部分（電圧はＯＣＶ）３００の他に内部抵抗（Ｒ）３０２を有している。したがって、セル電圧を検出する際に流れる電流により電圧降下があり、電池３０１の端子で測定される電圧は電池電圧生成部分３００の電圧ＯＣＶとは異なる。
図３（ｂ）は測定の際に電圧降下の影響を受ける観測波形と電池の開放電圧ＯＣＶの関係を示したものであって、縦軸は電圧(Ｖ)、横軸は時間（Time）である。
セル電圧を検出する際に流れる電流（直流）ｉによってｉ×Ｒの電圧降下と、リプル（交流）ΔｉによってΔｉ×Ｒの電圧降下とを含んでいることを示している。なお、Δｉとｉの電流の流れる方向は状況によって変わる。
このような状況下において、電池の過充電を防止するには電池の開放電圧ＯＣＶを把握することが重要である。電池制御で欲しいのはこの中心電圧値である開放電圧ＯＣＶである。なお、この測定された電圧は電池１個の電圧値である。この測定されたデジタル値はより上位の制御装置（例えばＥＣＵ：Electronic control Unit）に行き、総合的に処理される。
セル電圧を検出する際に流れる電流（直流）ｉによってｉ×Ｒの電圧降下と、リプル（交流）ΔｉによってΔｉ×Ｒの電圧降下とを含んでいることを示している。なお、Δｉとｉの電流の流れる方向は状況によって変わる。
このような状況下において、電池の過充電を防止するには電池の開放電圧ＯＣＶを把握することが重要である。電池制御で欲しいのはこの中心電圧値である開放電圧ＯＣＶである。なお、この測定された電圧は電池１個の電圧値である。この測定されたデジタル値はより上位の制御装置（例えばＥＣＵ：Electronic control Unit）に行き、総合的に処理される。
このセル電圧の観測の際において、観測値にリプル電流の影響が加算された場合、リプル電流の周波数は高く、速い信号なので電流センサによる補正は難しい。したがって、この補正に関しても、後記するランダムサンプリングによるリプルの除去は、有効に働く手段となっている。
なお、電池に流れる電流値をセンサ等でモニタする場合は、すべての電池でこのモニタは共用できる。その理由はすべての電池が直列に接続されているので、同じ電流が流れるからである。
なお、電池に流れる電流値をセンサ等でモニタする場合は、すべての電池でこのモニタは共用できる。その理由はすべての電池が直列に接続されているので、同じ電流が流れるからである。
また、図４、図５は、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１における、ローパスデジタルフィルタ（ローパスフィルタ）の時定数の特性によって、出力波形がどのように変わるかという参考例を示した波形図である。
図４、図５において、細かく変動しているのはサンプル後のＡＤコンバータ１４１の出力波形であり、相対的に緩やかな波形はローパスデジタルフィルタ処理部１５１によるフィルタ処理後の出力波形である。
図４、図５において、細かく変動しているのはサンプル後のＡＤコンバータ１４１の出力波形であり、相対的に緩やかな波形はローパスデジタルフィルタ処理部１５１によるフィルタ処理後の出力波形である。
図４はローパスデジタルフィルタの時定数を大きくとった場合であり、出力波形はほぼ一定値に近づいている。
これに対し、図５はローパスデジタルフィルタの時定数が図４の場合に比較して小さい場合であって、図４の場合に比較すると変動幅が大きい。したがって、電池のＯＣＶを検知する際には誤差が大きくなる。
また、図４、図５はともにランダムサンプリングの場合の参考例であるが、後記するようなスキャンサンプリングのような場合においては、出力波形の変動幅がさらに大きくなる。
したがって、スキャンサンプリングをした場合には、デジタルフィルタと云えども時定数が大きいと計算量の負担が増大する。そして、同一時間内で処理する場合には、高性能の高速処理のできる高額なデジタルフィルタ、もしくはＣＰＵを必要とする。この観点からもランダムサンプリングを採用する場合には、計算時間の負担を軽減し、低コストの部品ですむ効果がある。
したがって、スキャンサンプリングをした場合には、デジタルフィルタと云えども時定数が大きいと計算量の負担が増大する。そして、同一時間内で処理する場合には、高性能の高速処理のできる高額なデジタルフィルタ、もしくはＣＰＵを必要とする。この観点からもランダムサンプリングを採用する場合には、計算時間の負担を軽減し、低コストの部品ですむ効果がある。
＜サンプリングの位相をランダムとする方法＞
図６は、ランダムサンプリングの各種ある方法を示すものであり、セル電圧（電池電圧）を測定する場合において、サンプリングの位相をランダムに変化する手法である。なお、位相については後記する。
図６において、一定周期ＴＳが繰り替えされる場合において、この周期ＴＳを基準として、ＡＤ変換器のスタート時点を図６に示すように、周期毎にどこで電圧値をサンプリングするかをランダムに変化させるものである。
なお、ランダムに変化させてはいるが１周期ＴＳ（３６０度）内での変化に留めているので、＋１８０度から−１８０度の間の位相変化である。また、±１８０度に限らず、例えば±１５０度の間の位相変化でも、±９０度の間の位相変化でもよい。
図６は、ランダムサンプリングの各種ある方法を示すものであり、セル電圧（電池電圧）を測定する場合において、サンプリングの位相をランダムに変化する手法である。なお、位相については後記する。
図６において、一定周期ＴＳが繰り替えされる場合において、この周期ＴＳを基準として、ＡＤ変換器のスタート時点を図６に示すように、周期毎にどこで電圧値をサンプリングするかをランダムに変化させるものである。
なお、ランダムに変化させてはいるが１周期ＴＳ（３６０度）内での変化に留めているので、＋１８０度から−１８０度の間の位相変化である。また、±１８０度に限らず、例えば±１５０度の間の位相変化でも、±９０度の間の位相変化でもよい。
また、ランダムに変化させてはいるが、それに対応する位相の総和は０（０度）、つまり偏りがないランダム変化としている。このように偏りのないランダムサンプリングにすることによって、検出精度が向上できる。
なお、図６において、ＡＤコンバータのスタート時点を、１回目のサンプリングタイミングであるＣ１の符号のみで表現しているのは、Ｃ１のスタート時点（ＡＤスタート）のみをランダムに変えていて、Ｃ１以後のＣ２（２回目のサンプリングタイミング）、Ｃ３（３回目のサンプリングタイミング）等は、Ｃ１の後に引き続き行われる方法であるので、Ｃ１のスタート時点（ＡＤスタート）の表記のみとしている。
なお、図６において、ＡＤコンバータのスタート時点を、１回目のサンプリングタイミングであるＣ１の符号のみで表現しているのは、Ｃ１のスタート時点（ＡＤスタート）のみをランダムに変えていて、Ｃ１以後のＣ２（２回目のサンプリングタイミング）、Ｃ３（３回目のサンプリングタイミング）等は、Ｃ１の後に引き続き行われる方法であるので、Ｃ１のスタート時点（ＡＤスタート）の表記のみとしている。
≪スキャン順序のランダムな入れ換え方法・第１例≫
図７は、ランダムサンプリングの各種ある方法の第１例を示すものであり、図６におけるＣ１以後のＣ２、Ｃ３等のランダムサンプリングの具体例であって、セル電圧（電池電圧）をスキャンする場合において、スキャン順序をランダムに入れ換える方法である
図７は、ランダムサンプリングの各種ある方法の第１例を示すものであり、図６におけるＣ１以後のＣ２、Ｃ３等のランダムサンプリングの具体例であって、セル電圧（電池電圧）をスキャンする場合において、スキャン順序をランダムに入れ換える方法である
図７において、１〜１０回目のサンプリングタイミングであるＣ１〜Ｃ１０の検出タイミングの順番は、
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０
と、数字の番号順であったのに対し、２周期目では検出タイミングの順番は、
Ｃ２、Ｃ７、Ｃ５、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ９、Ｃ６
となって、ランダムに変化し、さらに、３周期目では検出タイミングの順番は、
Ｃ１、Ｃ６、Ｃ５、Ｃ７、Ｃ４、Ｃ１０、Ｃ８、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ９
となり、さらに４周期目では検出タイミングの順番は、
Ｃ２、Ｃ１０、Ｃ７、Ｃ４、Ｃ８、Ｃ６、Ｃ３、Ｃ９、Ｃ１、Ｃ５
となって、ランダムに変化している。例えば、Ｃ１に着目してみると、サンプルタイミングが各周期で変化していることが解る。
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０
と、数字の番号順であったのに対し、２周期目では検出タイミングの順番は、
Ｃ２、Ｃ７、Ｃ５、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ９、Ｃ６
となって、ランダムに変化し、さらに、３周期目では検出タイミングの順番は、
Ｃ１、Ｃ６、Ｃ５、Ｃ７、Ｃ４、Ｃ１０、Ｃ８、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ９
となり、さらに４周期目では検出タイミングの順番は、
Ｃ２、Ｃ１０、Ｃ７、Ｃ４、Ｃ８、Ｃ６、Ｃ３、Ｃ９、Ｃ１、Ｃ５
となって、ランダムに変化している。例えば、Ｃ１に着目してみると、サンプルタイミングが各周期で変化していることが解る。
この方法は処理を一定として、スキャンする順番だけ入れ換えることができるので、ＣＰＵの処理周期をサンプリングに合わせて変化させる必要がなく、比較的、処理が軽いという特徴がある。
≪複数のサンプリングＡＤ変換器を使用する方法・第２例≫
図８において、複数のサンプリングＡＤ変換器を用いて位相を変化する方法について説明する。
図８において、２個のサンプリングＡＤ変換器（１０３、図１）であるＩＣ１、ＩＣ２を用いている。ＩＣ１は１周期目、３周期目において、セル電圧（電池電圧）をＣ１〜Ｃ１０を順番にサンプリングしている。ただし、３周期目は１周期目に対してランダムにスタート位置（ＡＤスタート）を変えている。また、ＩＣ２は２周期目、４周期目において、セル電圧（電池電圧）をＣ１〜Ｃ１０の順番にサンプリングしている。ただし、４周期目は２周期目に対してランダムにスタート位置（ＡＤスタート）を変えている。
図８において、複数のサンプリングＡＤ変換器を用いて位相を変化する方法について説明する。
図８において、２個のサンプリングＡＤ変換器（１０３、図１）であるＩＣ１、ＩＣ２を用いている。ＩＣ１は１周期目、３周期目において、セル電圧（電池電圧）をＣ１〜Ｃ１０を順番にサンプリングしている。ただし、３周期目は１周期目に対してランダムにスタート位置（ＡＤスタート）を変えている。また、ＩＣ２は２周期目、４周期目において、セル電圧（電池電圧）をＣ１〜Ｃ１０の順番にサンプリングしている。ただし、４周期目は２周期目に対してランダムにスタート位置（ＡＤスタート）を変えている。
この方法は、スキャン自身は毎回同じ順序で実施するが、スキャンのスタート位置を処理周期の中で変化させる方法である。
この方法を１個のＩＣ（サンプリングＡＤ変換器）で行うと、前後のスキャンが重なる部分が発生し、調整できなくなるが、２個以上の複数のＩＣ（サンプリングＡＤ変換器）を用いると、補完的にデータを取得でき、かつ取得したデータは２個以上の複数のＩＣがそれぞれ記憶、保持しているので、後に順番を整理して波形を復元できる。
一般のＡＤ変換器には通常入力チャネル順に一通り自動的にスキャンする機能があるので、その機能を利用することができて、処理が軽いという特徴がこの手法にはある。
この方法を１個のＩＣ（サンプリングＡＤ変換器）で行うと、前後のスキャンが重なる部分が発生し、調整できなくなるが、２個以上の複数のＩＣ（サンプリングＡＤ変換器）を用いると、補完的にデータを取得でき、かつ取得したデータは２個以上の複数のＩＣがそれぞれ記憶、保持しているので、後に順番を整理して波形を復元できる。
一般のＡＤ変換器には通常入力チャネル順に一通り自動的にスキャンする機能があるので、その機能を利用することができて、処理が軽いという特徴がこの手法にはある。
（比較回路例、比較制御方法例について）
以下、参考として、各種の比較回路例、比較制御方法例をあげて第１実施形態の特徴について補足する。
以下、参考として、各種の比較回路例、比較制御方法例をあげて第１実施形態の特徴について補足する。
＜スキャンサンプリング制御＞
図９は比較回路例、比較制御方法例としてのスキャンサンプリング制御の仕方を示す構成図である。
図９におけるセル電圧検出装置６００の基本的な構成は、図１に示したセル電圧検出装置１００と同一である。異なるのはサンプリングに係る制御部が、図１ではランダムサンプリングを行うランダムサンプリング制御部（Ｒ−ＳＡＭＰ）１５２が、図９ではスキャンサンプリングを行うスキャンサンプリング制御部（Ｓ−ＳＡＭＰ）６５２となっている。この相違にともない図９におけるＣＰＵ６０４とセル電圧検出装置６００は、図１と異なる番号をそれぞれ添えている。これら以外、図１と図９において、同一番号を付した各機能は同一の機能を有しているので、説明は省略する。
図９は比較回路例、比較制御方法例としてのスキャンサンプリング制御の仕方を示す構成図である。
図９におけるセル電圧検出装置６００の基本的な構成は、図１に示したセル電圧検出装置１００と同一である。異なるのはサンプリングに係る制御部が、図１ではランダムサンプリングを行うランダムサンプリング制御部（Ｒ−ＳＡＭＰ）１５２が、図９ではスキャンサンプリングを行うスキャンサンプリング制御部（Ｓ−ＳＡＭＰ）６５２となっている。この相違にともない図９におけるＣＰＵ６０４とセル電圧検出装置６００は、図１と異なる番号をそれぞれ添えている。これら以外、図１と図９において、同一番号を付した各機能は同一の機能を有しているので、説明は省略する。
図９において、マルチプレクサ１４２のサンプル制御方法は、スキャンサンプリング制御部６５２によってスキャンサンプリングを行っているので、ＲＣフィルタ群回路１０２、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１における時定数が、図１におけるそれぞれの時定数と同一の値であれば、スキャンサンプリングの周波数と組電池１０１に含まれるリプルの周波数成分の関係でエリアシングの影響が残り、ローパスデジタルフィルタ処理部１５１の出力信号６６０には検出誤差が生じる。
なお、このスキャンサンプリングで制御する場合において、誤差を軽減するにはローパスデジタルフィルタ処理部１５１において時定数をさらに大きくとる必要がある。
なお、このスキャンサンプリングで制御する場合において、誤差を軽減するにはローパスデジタルフィルタ処理部１５１において時定数をさらに大きくとる必要がある。
＜スキャンサンプリング手法＞
図１０は比較回路で使用されるスキャンサンプリング手法について示したものである。
図１０において、周期毎にサンプリングを開始するタイミングは各周期の最初の位置（ＡＤスタート）で一定している。この場合にはスキャンする周期として一定の周期であるＴＳが出現しているので、セル電圧のリプルに含まれる周波数成分にスキャン周波数（１／ＴＳ）の１／２（ナイキスト周波数）以上の周波数があれば、エリアシング（折り返し誤差、折り返し歪み）が生じて検出誤差の原因となる。
図１０は比較回路で使用されるスキャンサンプリング手法について示したものである。
図１０において、周期毎にサンプリングを開始するタイミングは各周期の最初の位置（ＡＤスタート）で一定している。この場合にはスキャンする周期として一定の周期であるＴＳが出現しているので、セル電圧のリプルに含まれる周波数成分にスキャン周波数（１／ＴＳ）の１／２（ナイキスト周波数）以上の周波数があれば、エリアシング（折り返し誤差、折り返し歪み）が生じて検出誤差の原因となる。
＜ナイキスト周波数以下の入力波形に対する応答＞
図１１はナイキスト周波数以下の入力波形に対する応答を参考として示す。
図１１において、縦軸は入力電圧であり、横軸は時間（ｓｅｃ）を示している。入力した電圧波形（入力波形）をサンプリングしている様子を示している。図１１における入力波形の周波数は１Ｈｚ（周期１ｓｅｃ）であり、サンプル周波数は５０Ｈｚ（周期２０ｍｓｅｃ）である。このとき、入力波形の周波数がナイキスト周波数（１／２サンプル周波数）以下であるので、波形データは問題なく取得できる。
なお、入力波形は、サイン波（正弦波）であって、振幅は３±１Ｖである。
図１１はナイキスト周波数以下の入力波形に対する応答を参考として示す。
図１１において、縦軸は入力電圧であり、横軸は時間（ｓｅｃ）を示している。入力した電圧波形（入力波形）をサンプリングしている様子を示している。図１１における入力波形の周波数は１Ｈｚ（周期１ｓｅｃ）であり、サンプル周波数は５０Ｈｚ（周期２０ｍｓｅｃ）である。このとき、入力波形の周波数がナイキスト周波数（１／２サンプル周波数）以下であるので、波形データは問題なく取得できる。
なお、入力波形は、サイン波（正弦波）であって、振幅は３±１Ｖである。
＜ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答＞
次に、入力波形の周波数成分がナイキスト周波数を超えてしまって、エリアシングにより誤差が起こる例をあげる。図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、入力波形が図１１に示した入力波形に対して、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答例である。図１２（ａ）は位相差０度、図１２（ｂ）は位相差３０度、図１２（ｃ）は位相差９０度のときの応答である。
なお、ここでの位相とは入力波形位相とサンプリング位相のずれであって、１波形（波長）分のずれがあれば３６０度に相当する。そのずれを位相差として角度で表現している。また、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における入力波形は、周波数５０Ｈｚ（周期２０ｍｓｅｃ）のサイン波（正弦波）であって、振幅は３±１Ｖである。また、サンプル周波数は５０Ｈｚ（周期２０ｍｓｅｃ）である。
次に、入力波形の周波数成分がナイキスト周波数を超えてしまって、エリアシングにより誤差が起こる例をあげる。図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、入力波形が図１１に示した入力波形に対して、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答例である。図１２（ａ）は位相差０度、図１２（ｂ）は位相差３０度、図１２（ｃ）は位相差９０度のときの応答である。
なお、ここでの位相とは入力波形位相とサンプリング位相のずれであって、１波形（波長）分のずれがあれば３６０度に相当する。そのずれを位相差として角度で表現している。また、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における入力波形は、周波数５０Ｈｚ（周期２０ｍｓｅｃ）のサイン波（正弦波）であって、振幅は３±１Ｖである。また、サンプル周波数は５０Ｈｚ（周期２０ｍｓｅｃ）である。
≪位相差が０度の場合≫
図１２（ａ）においては、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答であって、位相差が０度の場合である。この位相差０度は図１１の波形（周波数は異なる）を例とすれば時間軸において、０ｓｅｃ（０／３６０）のときの値を繰り返し取得した場合に相当し、電圧値３Ｖの値が繰り返し取得される。このときの様子を図１２（ａ）は示している。
このとき、出力の平均電圧はほぼ同一の値とはなっているものの、出力波形は一定であって、偶然、この状態ならば中心電圧が得られるので問題はない。
図１２（ａ）においては、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答であって、位相差が０度の場合である。この位相差０度は図１１の波形（周波数は異なる）を例とすれば時間軸において、０ｓｅｃ（０／３６０）のときの値を繰り返し取得した場合に相当し、電圧値３Ｖの値が繰り返し取得される。このときの様子を図１２（ａ）は示している。
このとき、出力の平均電圧はほぼ同一の値とはなっているものの、出力波形は一定であって、偶然、この状態ならば中心電圧が得られるので問題はない。
≪位相差が３０度の場合≫
図１２（ｂ）においては、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答であって、位相差が３０度の場合である。この位相差３０度は図１１の波形（周波数は異なる）を例とすれば時間軸において、約０．０８３ｓｅｃ（３０／３６０ｓｅｃ）のときの値を繰り返し取得した場合に相当し、電圧値は約３．５Ｖの値が繰り返し取得される。このときの様子を図１２（ｂ）は示している。
このとき、出力波形は一定であって、入力波形を再現していない、と同時に平均電圧も約０．５Ｖ高い値を示していて、誤差が重畳していることが解る。
図１２（ｂ）においては、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答であって、位相差が３０度の場合である。この位相差３０度は図１１の波形（周波数は異なる）を例とすれば時間軸において、約０．０８３ｓｅｃ（３０／３６０ｓｅｃ）のときの値を繰り返し取得した場合に相当し、電圧値は約３．５Ｖの値が繰り返し取得される。このときの様子を図１２（ｂ）は示している。
このとき、出力波形は一定であって、入力波形を再現していない、と同時に平均電圧も約０．５Ｖ高い値を示していて、誤差が重畳していることが解る。
≪位相差が９０度の場合≫
図１２（ｃ）においては、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答であって、位相差が９０度の場合である。この位相差９０度は図１１の波形（周波数は異なる）を例とすれば時間軸において、０．２５ｓｅｃ（９０／３６０）のときの値を繰り返し取得した場合に相当し、電圧値は約４Ｖの値が繰り返し取得される。このときの様子を図１２（ｃ）は示している。
このとき、出力波形は一定であって、入力波形を再現していない、と同時に平均電圧も約１Ｖ高い値を示していて、最大の誤差となって重畳している。
図１２（ｃ）においては、ナイキスト周波数以上の入力波形に対する応答であって、位相差が９０度の場合である。この位相差９０度は図１１の波形（周波数は異なる）を例とすれば時間軸において、０．２５ｓｅｃ（９０／３６０）のときの値を繰り返し取得した場合に相当し、電圧値は約４Ｖの値が繰り返し取得される。このときの様子を図１２（ｃ）は示している。
このとき、出力波形は一定であって、入力波形を再現していない、と同時に平均電圧も約１Ｖ高い値を示していて、最大の誤差となって重畳している。
以上に示した図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は一例であって、実際にはナイキスト周波数以上の入力波形の周波数成分は様々であり、その波形成分の電圧値や位相も様々であるので、エリアシングによる影響は一様ではない。しかしながらスキャンサンプリングのような（比較例のような）一定の周波数成分が出現するような方法ではエリアシングによる影響が起きやすい。
次に、本発明のセル電圧検出装置の第２実施形態について説明する。
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態のセル電圧検出装置の構成を示すブロック図である。第２実施形態のセル電圧検出装置７００は、検出したセル電圧の取り扱い方に特徴がある。セル電圧検出装置７００は、二つの電圧検出装置である第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２を備えている。第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２は、同一の電池（電池セル）７１０の電圧を検出している。第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２の検出電圧は、ともに最大電圧検出部７１３と比較部７１４に入力している。
（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態のセル電圧検出装置の構成を示すブロック図である。第２実施形態のセル電圧検出装置７００は、検出したセル電圧の取り扱い方に特徴がある。セル電圧検出装置７００は、二つの電圧検出装置である第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２を備えている。第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２は、同一の電池（電池セル）７１０の電圧を検出している。第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２の検出電圧は、ともに最大電圧検出部７１３と比較部７１４に入力している。
なお、図１３においては、第１電圧検出部（７１１）を「電圧検出部１」、第２電圧検出部（７１２）を「電圧検出部２」と表記している。
また、最大電圧検出部（７１３）を「ＭＡＸ」と表記し、また比較部（７１４）はそのまま「比較部」と表記している。
また、最大電圧検出部（７１３）を「ＭＡＸ」と表記し、また比較部（７１４）はそのまま「比較部」と表記している。
比較部７１４は同一電池セルの電圧を測定した、第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２の検出電圧を比較して、その差の絶対値を検出する。そして、比較部７１４はそれらに所定値以上（異常判定閾値）の差異があれば、電池セルもしくは電圧検出部（７１１、７１２）に異常があるとして、異常フラグを比較部７１４から出力する。
また、最大電圧検出部（ＭＡＸ）７１３は第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２の検出電圧を比較して大きい電圧を選択して出力する。
なお、この最大値を検出された電池セルが、充電の際に過充電となる危険性が最も高い電池セルである。したがって、最大電圧検出部７１３から出力、送信される電圧値が所定の上限電圧値を超す場合には、過充電の危険性を示す判断基準となる。
また、前記した第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２による同一のセルに対する電圧検出のタイミングは極力同時が望ましい。
なお、この最大値を検出された電池セルが、充電の際に過充電となる危険性が最も高い電池セルである。したがって、最大電圧検出部７１３から出力、送信される電圧値が所定の上限電圧値を超す場合には、過充電の危険性を示す判断基準となる。
また、前記した第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２による同一のセルに対する電圧検出のタイミングは極力同時が望ましい。
以上に述べた第２実施形態では、二つの独立したセル電圧検出装置７００の出力する電圧値の内、高い方を当該電池セルの電圧と判断するため、セル電圧検出装置７００内の回路の不具合により、誤検出が発生した場合でも、より確実にリチウムイオン電池セルの過充電が防止できる。
また、前記したようにセル電圧検出装置７００の不具合を検出できるとともに、最大電圧検出部７１３により高い電圧値を採用しているため、所定の異常判定閾値の設定をより緩く設定できる。したがって、セル電圧検出装置７００が故障しているという誤った判断を低減することができる。
なお、第１電圧検出部７１１、第２電圧検出部７１２、最大電圧検出部７１３、比較部７１４は、セル電圧検出装置７００が装置であるので表記したそれぞれの名称である。装置という観点ではなく、方法、つまりセル電圧検出方法と見た場合には、前記の各部の名称を第１電圧検出手段７１１、第２電圧検出手段７１２、最大電圧検出手段７１３、比較手段７１４と表記するものとする。
＜比較回路、方式との対比＞
図１４は複数（２個）の電圧検出部を備えて検出電圧と異常フラグを出力する回路を、本発明の第２実施形態の比較対象として参考に示したものである。
図１４において、電池７１０、第１電圧検出部７１１、第２電圧検出部７１２、比較部７１４は図１３と同一である。しかしながら図１３における最大電圧検出部７１３が図１４には存在していない。その代わりに図１４では第１電圧検出部７１１の出力電圧をセル電圧検出装置の検出電圧として出力している。
図１４は複数（２個）の電圧検出部を備えて検出電圧と異常フラグを出力する回路を、本発明の第２実施形態の比較対象として参考に示したものである。
図１４において、電池７１０、第１電圧検出部７１１、第２電圧検出部７１２、比較部７１４は図１３と同一である。しかしながら図１３における最大電圧検出部７１３が図１４には存在していない。その代わりに図１４では第１電圧検出部７１１の出力電圧をセル電圧検出装置の検出電圧として出力している。
したがって、図１４の従来にみられた回路方式においては、第１電圧検出部７１１と第２電圧検出部７１２との差異による異常フラグは検知できるものの、過充電を防ぐ判断基準となる最も高い電池セルの電圧値は不明であった。
（過充電保護の電池システムの実施形態）
前記した第１実施形態、第２実施形態のセル電圧検出装置を用いて、回生可能な負荷への電力供給用として用いられる組電池のセルを、回生時における過充電から保護する電池システムの実施形態を次に示す。
前記した第１実施形態、第２実施形態のセル電圧検出装置を用いて、回生可能な負荷への電力供給用として用いられる組電池のセルを、回生時における過充電から保護する電池システムの実施形態を次に示す。
＜過充電保護の電池システムの制御ブロック図＞
図１５は組電池のセルを回生時における過充電から保護する電池システムの制御方法のブロック図である。図１５において、セル（電池セル）８０１からセル電圧を、セル電圧センサ８０２が検出して、電圧データとしてリレー制御部８０３に送っている。リレー制御部８０３は、バッテリ８０５とインバータ８０６との間に備えられたリレー８０４のオンオフ（ＯＮ、ＯＦＦ）を制御している。
なお、インバータ８０６は、バッテリ８０５を電源としてモータ８０７に変換した電力を供給している。
また、本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態、第２実施形態はセル電圧センサ８０２として、もしくはそれを補完する装置として用いられる。
図１５は組電池のセルを回生時における過充電から保護する電池システムの制御方法のブロック図である。図１５において、セル（電池セル）８０１からセル電圧を、セル電圧センサ８０２が検出して、電圧データとしてリレー制御部８０３に送っている。リレー制御部８０３は、バッテリ８０５とインバータ８０６との間に備えられたリレー８０４のオンオフ（ＯＮ、ＯＦＦ）を制御している。
なお、インバータ８０６は、バッテリ８０５を電源としてモータ８０７に変換した電力を供給している。
また、本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態、第２実施形態はセル電圧センサ８０２として、もしくはそれを補完する装置として用いられる。
＜リレー制御部判断フロー＞
図１６はリレー制御部８０３（図１５）の判断フローを示したものである。
バッテリ８０５を電源として、電力を変換するインバータ８０６を通し、モータ８０７を駆動する場合には、リレー８０４はオン（ＯＮ）していなければいけないので、リレー制御部８０３は格別な判断をする必要はない。
図１６はリレー制御部８０３（図１５）の判断フローを示したものである。
バッテリ８０５を電源として、電力を変換するインバータ８０６を通し、モータ８０７を駆動する場合には、リレー８０４はオン（ＯＮ）していなければいけないので、リレー制御部８０３は格別な判断をする必要はない。
しかしながら、電気自動車が減速に入り回生制動をするようになると、モータ８０７は発電機となって、インバータ８０６を介してバッテリ８０５に直流電力を供給する。このとき、バッテリ８０５のセル電圧が低い場合には、回生された電力を充電すべきであるが、バッテリ８０５のセル電圧が高い場合には、セルが過充電となる危険性がある。したがって、リレー制御部９００はその判断が必要となる。図１６はその際のリレー制御部の判断フローを示したものである。
図１６において、リレー制御部９００はセル電圧センサ８０２（図１５）からの電圧データ受け取ると、そのデータに基づいてその最大セル電圧が予め定められている過充電の閾値電圧（過充電閾値）より大きいか否かを判定する（ステップＳ９０１）。
最大セル電圧が過充電閾値より大きい場合（ステップＳ９０１・ＹＥＳ）には、過充電になる状態であると判断して、リレー８０４（図１５）をＯＰＥＮ（オープン、オフ）する（ステップＳ９０２）。
リレー８０４をＯＰＥＮした（ステップＳ９０２）後は、判断フローを終了する（ＥＮＤ９０４）。
ステップＳ９０１において、最大セル電圧が過充電閾値より小さいか同じである場合（ステップＳ９０１・ＮＯ）には、正常に充電できる状態であると判断して、リレー８０４（図１５）をＣＬＯＳＥ（クローズ、オン）する（ステップＳ９０３）。
リレー８０４をＣＬＯＳＥした（ステップＳ９０３）後は、判断フローを終了する（ＥＮＤ９０４）。
＜セル電圧情報の使われ方＞
図１７は本発明の第１実施形態、第２実施形態のセル電圧検出装置で検出したセル電圧情報のハイブリッドカーにおける使われ方を示したフロー図である。
図１７において、セル電圧センサ１００２が、セル（電池セル）１００１からセル電圧を検出して、電圧データとしてＳＯＣ（State Of Charge）算出部１００３に送っている。ＳＯＣ算出部１００３において電池の残容量が算出され、その算出結果に基づいて出力リミット計算部１００４ではモータの出力計算リミットの計算が行われ、ＭＯＴ（Motor）出力リミット値がトルク演算部１００６へ送られる。
図１７は本発明の第１実施形態、第２実施形態のセル電圧検出装置で検出したセル電圧情報のハイブリッドカーにおける使われ方を示したフロー図である。
図１７において、セル電圧センサ１００２が、セル（電池セル）１００１からセル電圧を検出して、電圧データとしてＳＯＣ（State Of Charge）算出部１００３に送っている。ＳＯＣ算出部１００３において電池の残容量が算出され、その算出結果に基づいて出力リミット計算部１００４ではモータの出力計算リミットの計算が行われ、ＭＯＴ（Motor）出力リミット値がトルク演算部１００６へ送られる。
また、アクセルペダル１００５が踏まれているペダル角度（θｔｈ）の情報がトルク演算部１００６に送られる。トルク演算部１００６においては、ＭＯＴ出力リミット値とペダル角度（θｔｈ）の情報に基づき、ＭＯＴ要求トルクとＥＮＧ（Engine）要求トルクが演算される。なお、ＭＯＴトルク演算部１００７とトルク演算部１００６を備えてトルク制御部１００８が構成されている。
トルク演算部１００６で演算されたＭＯＴ要求トルク（値）は、ＭＯＴトルク演算部１００７に入力している。ＭＯＴトルク演算部１００７では、ＭＯＴ要求トルク（値）を基にＭＯＴ出力トルク（値）が演算され、ＭＯＴ制御部１００９にＭＯＴ出力トルク（値）が送られている。
ＭＯＴ制御部１００９では、ＭＯＴ出力トルク（値）に基づきモータ１０１０を制御し、モータ１０１０はＭＯＴ実トルクを発生する。
トルク演算部１００６で演算されたＥＮＧ要求トルク（値）は、ＥＮＧ制御部１０１１に送られている。
ＥＮＧ制御部１０１１では、ＥＮＧ要求トルク（値）に基づきＥＮＧ１０１２を制御（燃料噴射量）し、ＥＮＧ１０１２はＥＮＧ実トルクを発生する。
なお、以上において、前記したように、ＳＯＣ算出部１００３で電池の残容量（ＳＯＣ）が算出されている。それに基づいた組電池１０１（図１）が出力できるＭＯＴ出力リミット値が出力リミット計算部１００４からトルク制御部１００８のＭＯＴトルク演算部１００７に送られている。このときの電池の残容量に基づいたＭＯＴ出力リミット値では、アクセルペダル１００５からの要求される出力は必ずしも出力できない。
したがって、燃料消費によるＥＮＧ制御１０１１がよいのか、組電池１０１（図１）によるＭＯＴ制御１００９がよいのかを、トルク制御部１００８は判断して、ＭＯＴ出力トルク（値）とＥＮＧ要求トルク（値）を出力している。
したがって、燃料消費によるＥＮＧ制御１０１１がよいのか、組電池１０１（図１）によるＭＯＴ制御１００９がよいのかを、トルク制御部１００８は判断して、ＭＯＴ出力トルク（値）とＥＮＧ要求トルク（値）を出力している。
なお、本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態、第２実施形態はセル電圧センサ１００２として、もしくはそれを補完する装置として用いられる。
また、図１７においては、「ＳＯＣ値」、「ＭＯＴ出力トルク値」などと表記すべきところをそれぞれ「ＳＯＣ」、「ＭＯＴ出力トルク」と簡略化して表記している。
また、図１７においては、「ＳＯＣ値」、「ＭＯＴ出力トルク値」などと表記すべきところをそれぞれ「ＳＯＣ」、「ＭＯＴ出力トルク」と簡略化して表記している。
＜電気自動車における各装置の配置＞
図１８は電気システムの主な各装置が、電気自動車の中で、どのように搭載配置されているかの概要を示したものである。
電気自動車１１０１の中央から後方部にバッテリ（ＢＡＴ）１１０２が備えられ、隣接してインバータ（ＩＮＶ）１１０３が配置されている。また、電気自動車１１０１の車体の前部にはモータ（ＭＯＴ）１１０４とエンジン（ＥＮＧ）１１０５が配置されている。以上の各装置は前述した電気系統によって関連づけられている。
なお、本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態、第２実施形態が、以上の電気系統に備えられていると、高電圧系のリプルノイズが発生しやすい環境で使用しても検出精度が低下しない。したがって、信頼性の高い、性能に優れる電気自動車となる。
また、バッテリ（ＢＡＴ）１１０２はリチウムイオン組電池で構成されている。
図１８は電気システムの主な各装置が、電気自動車の中で、どのように搭載配置されているかの概要を示したものである。
電気自動車１１０１の中央から後方部にバッテリ（ＢＡＴ）１１０２が備えられ、隣接してインバータ（ＩＮＶ）１１０３が配置されている。また、電気自動車１１０１の車体の前部にはモータ（ＭＯＴ）１１０４とエンジン（ＥＮＧ）１１０５が配置されている。以上の各装置は前述した電気系統によって関連づけられている。
なお、本発明のセル電圧検出装置の第１実施形態、第２実施形態が、以上の電気系統に備えられていると、高電圧系のリプルノイズが発生しやすい環境で使用しても検出精度が低下しない。したがって、信頼性の高い、性能に優れる電気自動車となる。
また、バッテリ（ＢＡＴ）１１０２はリチウムイオン組電池で構成されている。
（本発明と実施形態の補足）
以上、本発明の第１実施形態によれば、セル電圧検出装置が入力する電池セルの入力波形をランダムサンプリングするので、ナイキスト周波数（サンプリング周波数の１／２の周波数）以上で発生するエリアシング（折り返し雑音、折り返し歪み）の影響を大幅に緩和するという効果がある。
また、ハードウェアの構成としてはエリアシングが発生する程度のＲＣフィルタの設定にしておくことにより、応答性や精度を確保して、格別に高精度で高コストのＡＤ変換器も用いずにデジタルデータに変換する。そして、ソフトウェア（サンプリング含む）にてエリアシングの影響を緩和する方法をとる。
以上、本発明の第１実施形態によれば、セル電圧検出装置が入力する電池セルの入力波形をランダムサンプリングするので、ナイキスト周波数（サンプリング周波数の１／２の周波数）以上で発生するエリアシング（折り返し雑音、折り返し歪み）の影響を大幅に緩和するという効果がある。
また、ハードウェアの構成としてはエリアシングが発生する程度のＲＣフィルタの設定にしておくことにより、応答性や精度を確保して、格別に高精度で高コストのＡＤ変換器も用いずにデジタルデータに変換する。そして、ソフトウェア（サンプリング含む）にてエリアシングの影響を緩和する方法をとる。
この構成と方法をとることにより、フィルタ時定数を大きくする必要がないので低コストで回路を組むことができる。また、高速サンプリングが必要ないので低コストのＡＤ変換器を利用できる。また、フィルタ時定数を大きくする必要がないので、電圧の応答性がよい。また、フィルタ時定数を大きくする必要がないので精度がよいという特徴がある。
したがって、この方法により、低コストの構成で、高精度、高応答性が確保でき、過充電や誤動作を防止できる効果がある。
したがって、この方法により、低コストの構成で、高精度、高応答性が確保でき、過充電や誤動作を防止できる効果がある。
また、本発明の第２実施形態によれば、前記したように二つの独立した前記第１電圧検出部と前記第２電圧検出部のそれぞれの出力する電圧値の高い方を当該電池セルの電圧と判断するため、第１電圧検出部もしくは第２電圧検出部の回路の不具合によって誤検出が発生した場合でも、より確実にリチウムイオン電池セルの過充電が防止できる。
したがって、過充電による発熱を確実に防止できる。また、リチウムイオン電池は、特に低温時、充電による過電圧により負極がリチウム金属の還元電位に析出する可能性があり、リチウム金属の析出は、電極活物質の失活の原因となり、顕著な性能劣化を引き起こす。このような性能劣化をより確実に防止できて、電気自動車の耐久年数が向上する。
したがって、過充電による発熱を確実に防止できる。また、リチウムイオン電池は、特に低温時、充電による過電圧により負極がリチウム金属の還元電位に析出する可能性があり、リチウム金属の析出は、電極活物質の失活の原因となり、顕著な性能劣化を引き起こす。このような性能劣化をより確実に防止できて、電気自動車の耐久年数が向上する。
また、本発明の第１実施形態、第２実施形態のセル電圧検出装置は、より上位の電気的制御装置であるＥＣＵが統括する電気システムのもとに活用、制御される。またＥＣＵを上位の制御装置と適宜、表記している。
また、以上において、本発明の実施形態をセル電圧検出装置として説明したが、装置のみでなく、電池システムにおけるセル電圧検出方法の説明を兼ねている。
また、本願の発明は電気自動車とハイブリッド車を主たる対象としているが、ＰＨＥＶ車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、あるいは燃料電池自動車においても、電池の過充電防止や、寿命向上の観点から有効な手法である。
また、自動車のみならず、船舶、航空機、鉄道車両等へも適用可能である。
また、自動車のみならず、船舶、航空機、鉄道車両等へも適用可能である。
１００、６００、７００ セル電圧検出装置
１０１ 組電池、バッテリ
１０２ ＲＣフィルタ群、ＲＣフィルタ群回路（複数のフィルタ回路）
１０３ サンプリングＡＤ変換器
１０４、６０４ ＣＰＵ
１１１、１１２、・・・、１１ｎ 電池セル、セル
１２１、１２２、・・・、１２ｎ 抵抗
１３１、１３２、・・・、１３ｎ コンデンサ
１４１ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
１４２ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１５１ ローパスデジタルフィルタ、ローパスデジタルフィルタ処理部（Ｄ−ＦＬＴ）、（フィルタ処理機能）、機能ブロック
１５２ ランダムサンプリング制御部（Ｒ-ＳＡＭＰ）、（サンプリング制御機能）
１６０、６６０ データ出力端子
２０１、５０１ 入力波形
２０２ 出力波形、中心電圧値
２０３ サンプリング出力波形
２１３ ランダムサンプリングとＡＤ変換の機能ブロック（ランダムサンプル、ＡＤ変換）
３００ 電池電圧生成部分、内部抵抗が無い電池セル
３０１ 電池セル、内部抵抗が有る電池セル、
３０２ 内部抵抗
６５２ スキャンサンプリング制御部
７１０ 電池、電池セル（リチウムイオン組電池）
７１１ 第１電圧検出部（電圧検出部１）、第１電圧検出手段
７１２ 第２電圧検出部（電圧検出部２）、第２電圧検出手段
７１３ 最大電圧検出部（ＭＡＸ）、最大電圧検出手段
７１４ 比較部、比較手段
８０１、１００１ セル（電池セル）
８０２、１００２ セル電圧センサ
８０３ リレー制御部
８０４ リレー
８０５ バッテリ
８０６ インバータ
８０７、１０１０ モータ（駆動モータ）
１００３ ＳＯＣ算出、ＳＯＣ算出部
１００４ 出力リミット計算、出力リミット計算部
１００５ アクセルペダル
１００６ トルク演算、トルク演算部
１００７ ＭＯＴトルク演算、ＭＯＴトルク演算部
１００８ トルク制御部
１００９ ＭＯＴ制御、ＭＯＴ制御部
１０１１ ＥＮＧ制御、ＥＮＧ制御部
１０１２、１１０５ ＥＮＧ、エンジン（ＥＮＧ）
１１０１ 電気自動車（車両）
１１０２ バッテリ（ＢＡＴ）
１１０３ インバータ（ＩＮＶ）
１１０４ モータ（ＭＯＴ）
１０１ 組電池、バッテリ
１０２ ＲＣフィルタ群、ＲＣフィルタ群回路（複数のフィルタ回路）
１０３ サンプリングＡＤ変換器
１０４、６０４ ＣＰＵ
１１１、１１２、・・・、１１ｎ 電池セル、セル
１２１、１２２、・・・、１２ｎ 抵抗
１３１、１３２、・・・、１３ｎ コンデンサ
１４１ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）
１４２ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１５１ ローパスデジタルフィルタ、ローパスデジタルフィルタ処理部（Ｄ−ＦＬＴ）、（フィルタ処理機能）、機能ブロック
１５２ ランダムサンプリング制御部（Ｒ-ＳＡＭＰ）、（サンプリング制御機能）
１６０、６６０ データ出力端子
２０１、５０１ 入力波形
２０２ 出力波形、中心電圧値
２０３ サンプリング出力波形
２１３ ランダムサンプリングとＡＤ変換の機能ブロック（ランダムサンプル、ＡＤ変換）
３００ 電池電圧生成部分、内部抵抗が無い電池セル
３０１ 電池セル、内部抵抗が有る電池セル、
３０２ 内部抵抗
６５２ スキャンサンプリング制御部
７１０ 電池、電池セル（リチウムイオン組電池）
７１１ 第１電圧検出部（電圧検出部１）、第１電圧検出手段
７１２ 第２電圧検出部（電圧検出部２）、第２電圧検出手段
７１３ 最大電圧検出部（ＭＡＸ）、最大電圧検出手段
７１４ 比較部、比較手段
８０１、１００１ セル（電池セル）
８０２、１００２ セル電圧センサ
８０３ リレー制御部
８０４ リレー
８０５ バッテリ
８０６ インバータ
８０７、１０１０ モータ（駆動モータ）
１００３ ＳＯＣ算出、ＳＯＣ算出部
１００４ 出力リミット計算、出力リミット計算部
１００５ アクセルペダル
１００６ トルク演算、トルク演算部
１００７ ＭＯＴトルク演算、ＭＯＴトルク演算部
１００８ トルク制御部
１００９ ＭＯＴ制御、ＭＯＴ制御部
１０１１ ＥＮＧ制御、ＥＮＧ制御部
１０１２、１１０５ ＥＮＧ、エンジン（ＥＮＧ）
１１０１ 電気自動車（車両）
１１０２ バッテリ（ＢＡＴ）
１１０３ インバータ（ＩＮＶ）
１１０４ モータ（ＭＯＴ）
Claims (9)
- 複数の電池セルにより構成される組電池のセル電圧を検出するセル電圧検出装置であって、
前記電池セルごとに対応づけられて設けられる複数のフィルタ回路と、
複数の入力端子からの入力信号を選択して出力するマルチプレクサと該マルチプレクサの出力をＡＤ変換するＡＤコンバータとを有するサンプリングＡＤ変換器と、
フィルタ処理機能とサンプリング制御機能とを有するＣＰＵとを備え、
前記複数のフィルタ回路の出力端子が前記マルチプレクサの入力端子に接続され、前記ＡＤコンバータの出力は前記ＣＰＵのフィルタ処理機能で処理され、前記ＣＰＵのサンプリング制御機能が前記マルチプレクサに指示する制御信号は特定の電池セルにおける複数のセル電圧のデジタルデータのサンプリング間隔が前後で異なるように制御されることを特徴とするセル電圧検出装置。 - 前記ＣＰＵのサンプリング制御機能は一定の時間間隔のサンプリング周期のサンプリングタイミングを基準に、少なくともプラスマイナス１８０度範囲でサンプリングタイミングをずらすことで、サンプリング間隔を前後で異ならせていることを特徴とする請求項１に記載のセル電圧検出装置。
- 前記ＣＰＵのサンプリング制御機能は一定のサンプリング回数でのサンプリングタイミングの位相をずらす量の平均値がゼロ近傍となるようにサンプリングタイミングをずらしていることを特徴とする請求項２に記載のセル電圧検出装置。
- 前記ＣＰＵのサンプリング制御機能は複数の電池セルのサンプリングタイミング順序を入れ替えることで特定の電池セルにおけるサンプリング間隔を前後で異ならせていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のセル電圧検出装置。
- 前記サンプリングＡＤ変換器は二つのサンプリングＡＤ変換器で構成され、該二つのサンプリングＡＤ変換器を交互に用いて、それぞれのマルチプレクサが同一の順序で複数の電池セルのセル電圧を検出し、かつ複数の電池セルのセル電圧検出開始タイミングをランダムにすることで、特定の電池セルにおけるサンプリング間隔を前後で異ならせていることを特徴とする請求項４に記載のセル電圧検出装置。
- 前記セル電圧検出装置がインバータで直流変換した電力で駆動するモータを用いた電気自動車に搭載されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のセル電圧検出装置。
- 組電池のセル電圧検出装置と、前記組電池の充放電を制御する制御装置とを含んで構成され、回生可能な負荷への前記組電池からの電力供給および前記組電池への回生充電を行う電池システムであって、
前記セル電圧検出装置は、
前記複数の電池セルの電圧をそれぞれ入力する第１電圧検出部と、
前記第１電圧検出部が取得する電池セルの電圧と同じ電池セルの電圧をそれぞれ入力する第２電圧検出部と、
前記第１電圧検出部および前記第２電圧検出部から入力した同一の電池セルにおける二つの電圧値のうち高い電圧値を出力する最大電圧検出部と、を備えており、
前記制御装置は前記最大電圧検出部の出力した電圧とセル電圧の所定の上限電圧値とを比較して、上限電圧値を上回っている場合に前記負荷から前記組電池への回生電力供給を制限もしくは遮断することを特徴とする電池システム。 - 前記負荷は駆動モータであって、前記組電池は車両用の駆動電源であることを特徴とする請求項７に記載の電池システム。
- 組電池のセル電圧検出手段と、前記組電池の充放電を制御する制御手段とを含んで構成され、回生可能な負荷への前記組電池からの電力供給用および前記組電池への回生充電を行う電池システムにおけるセル電圧検出方法であって、
前記複数の電池セルの電圧をそれぞれ入力する第１電圧検出手段と、
前記第１電圧検出手段が取得する電池セルの電圧と同じ電池セルの電圧をそれぞれ入力する第２電圧検出手段と、
前記第１電圧検出手段および前記第２電圧検出手段から入力した同一の電池セルにおける二つの電圧値のうち高い電圧値を出力する最大電圧検出手段と、を備えており、
前記制御手段は前記最大電圧検出手段の出力した電圧とセル電圧の所定の上限電圧値とを比較して、上限電圧値を上回っている場合に前記負荷から前記組電池への回生電力供給を制限もしくは遮断することを特徴とする電池システムにおけるセル電圧検出方法。
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| JP2002042898A (ja) * | 2000-07-21 | 2002-02-08 | Honda Motor Co Ltd | 電池電圧検出装置 |
| JP2007021282A (ja) * | 2005-07-12 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 廃棄物処理装置および処理方法 |
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