JP6342250B2 - 電池監視回路 - Google Patents

Description

本発明は、電池監視回路に関する。

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを多数直列接続して構成される組電池（電池システム）が用いられている。特許文献１には、このような組電池に対して、各単電池セルのセル電圧を測定するための制御ＩＣを備え、この制御ＩＣによるセル電圧の測定結果に基づいて各単電池セルの充放電状態を監視および制御する電池システムが開示されている。

特開２００５−３１８７５０号公報

特許文献１のような電池システムでは、各単電池セルの充放電状態を正確に推定するために、一定周期でセル電圧を正確に測定することが求められている。このようにセル電圧を一定周期で測定する場合、測定周期に対応するサンプリング周波数の半分の周波数（ナイキスト周波数）よりも高い周波数成分を含む信号がセル電圧検出回路に入力されると、エリアシングと呼ばれる現象が生じてしまい、セル電圧を正確に測定できなくなる。そのため、セル電圧検出回路への入力信号では、ナイキスト周波数に比べて高い周波数成分を十分に減衰させる必要がある。

上記のように入力信号から特定の周波数成分を減衰させるためには、抵抗とコンデンサで構成されたＲＣフィルタが一般的に用いられる。しかし、サンプリング周波数によっては、高誘電率系のセラミックコンデンサを使用しなければ、所望の減衰特性を有するフィルタを実現できない場合がある。その場合、高誘電率系のセラミックコンデンサは、印加電圧によって静電容量が変化するという特性と、静電容量の経年変化が大きいと言う特性がある。そのため、フィルタの時定数が変動してしまい、正確な減衰特性が得られないという課題を有している。

本発明による電池監視回路は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループの各単電池セルの正極または負極とそれぞれ接続された複数のセル電圧検出端子を有し、前記複数のセル電圧検出端子にそれぞれ入力されるセル電圧信号を測定して前記各単電池セルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、前記複数のセル電圧検出端子にそれぞれ接続された複数の抵抗要素および静電容量要素を有し、前記セル電圧信号において所定の周波数成分を減衰させるフィルタ回路と、前記複数のセル電圧検出端子の間に接続された端子間抵抗器と、を備え、前記フィルタ回路における前記複数の静電容量要素は、前記セルグループの各単電池セルとそれぞれ対応し、当該単電池セルの正極と前記セルグループにおいて最も低電位側の単電池セルの負極との間にそれぞれ接続されている複数のセル対応静電容量要素を含み、前記セルグループのうち特定の単電池セルを基準セルとして、前記複数のセル対応静電容量要素のうち、前記基準セルまたは前記基準セルよりも高電位側の各単電池セルに対応する高電位側セル対応静電容量要素は、複数のコンデンサを直列に接続したコンデンサ群によりそれぞれ構成されており、前記複数のセル対応静電容量要素のうち、前記基準セルよりも低電位側の各単電池セルに対応する低電位側セル対応静電容量要素は、単一のコンデンサによりそれぞれ構成されており、前記フィルタ回路は、前記高電位側セル対応静電容量要素の前記複数のコンデンサの各々に並列に接続された電圧均等化用の抵抗器をさらに備え、前記低電位側セル対応静電容量要素には、前記電圧均等化用の抵抗器が接続されておらず、前記低電位側セル対応静電容量要素に接続されているセル電圧検出端子同士の間には、前記端子間抵抗器が接続されておらず、前記セル電圧検出回路は、複数の前記単電池セルと接続されており、前記端子間抵抗器の抵抗値は、複数の前記単電池セルに流れる暗電流が略等しくなるように設定されている。

本発明によれば、セル電圧検出回路への入力信号に対するフィルタの時定数の変動を抑えて、正確な減衰特性を得ることができる。

電池監視回路を備えた蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車用電動駆動装置の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池監視回路の構成を示す図である。 従来のＲＣフィルタの構成を示す図である。 従来のＲＣフィルタにおける時定数のばらつきの様子の一例を示した図である。 本発明の第１の実施形態によるＲＣフィルタにおける時定数のばらつきの様子の一例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池監視回路の構成を示す図である。 図６の回路構成において各セルを流れる暗電流の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電池監視回路の構成を示す図である。 図８の回路構成において各セルを流れる暗電流の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明に係る電池監視回路を備えた蓄電装置を、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などに用いられる電池システムを備えた蓄電装置に対して適用した場合の例である。なお、本発明はＨＥＶに限らず、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）、鉄道車両などに搭載される各種蓄電装置に対して幅広く適用可能である。

以下に説明する実施形態では、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして、３．０〜４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定している。しかし、リチウムイオン電池以外のものでも、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が高すぎる場合（過充電）や低すぎる場合（過放電）に使用を制限するような、電気を蓄え放電可能なデバイスであれば何でもよい。以下の説明では、それらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。

以下に説明する実施形態では、単電池セルを複数個（概ね数個から十数個）直列に接続したものをセルグループと呼び、このセルグループを複数個直列に接続したものを電池モジュールと呼ぶ。更にこのセルグループあるいは電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものを電池システムと呼称する。セルグループ、電池モジュールおよび電池システムを総称して組電池と呼んでいる。各単電池セルのセル電圧を検出し、バランシング動作等を行いながら電池状態を監視するセルコントローラＩＣはセルグループ毎に設けられる。

（電動駆動装置の構成）
図１は、本発明に係る電池監視回路を備えた蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車用電動駆動装置の構成例を示す図である。この電動駆動装置は、車両コントローラ４００、モータコントローラ３００、バッテリコントローラ２００、複数のセルコントローラＩＣ１００、電池システム１３０、インバータ３４０、モータ３５０などを備えている。これらの内、車両コントローラ４００、モータコントローラ３００、バッテリコントローラ２００、セルコントローラＩＣ１００およびインバータ３４０は、車両内に設置される通信回路を介して互いに情報の授受を行う。

電池システム１３０は、複数のセルグループ１２０を直列に接続したものである。各セルグループ１２０はさらに、リチウムイオン電池等の二次電池の単電池セル１１０が複数個直列に接続されて構成されている。

電池システム監視装置１０は、バッテリコントローラ２００、複数のセルコントローラＩＣ１００、各セルコントローラＩＣ１００とセルグループ１２０の間に設けられた抵抗やコンデンサ等を含む接続回路を備えて構成されている。蓄電装置は、この電池システム監視装置１０と電池システム１３０から構成される。

バッテリコントローラ２００と複数のセルコントローラＩＣ１００との間の通信回路はループ状に接続されている。バッテリコントローラ２００から最上位のセルコントローラＩＣ１００へシグナルアイソレータ２０１を介して信号が伝送されると、最上位のセルコントローラＩＣ１００から最下位のセルコントローラＩＣ１００まで順に直列に信号が伝送される。最後に最下位のセルコントローラＩＣ１００からバッテリコントローラ２００へシグナルアイソレータ２０２を介して信号が伝送される。バッテリコントローラ２００は、このループ状の通信回路を介して、すべてのセルコントローラＩＣ１００との間で情報の授受を行うことができる。

なお、ここではループ状の通信回路を介してバッテリコントローラ２００と各セルコントローラＩＣ２００との間で信号伝送を行う例を示しているが、双方向通信回路を用いて信号伝送を行うことも可能である。この場合、シグナルアイソレータ２０２は不要となる。さらに、図示はしないが、バッテリコントローラ２００からすべてのセルコントローラＩＣ１００へ並列に通信回路を接続し、パラレルに信号伝送を行うことも可能である。

車両コントローラ４００は、ハイブリッド自動車の運転者が操作するアクセルペダルやブレーキペダル、あるいは変速レバーなどの車両運転操作装置からの操作信号に基づいて車両の走行速度や制駆動力などを制御する。モータコントローラ３００は、車両コントローラ４００からの速度指令や制駆動力指令に基づいてバッテリコントローラ２００およびインバータ３４０を制御し、車両走行駆動用モータ３５０の回転速度およびトルクを制御する。

バッテリコントローラ２００は、電圧センサ２１０、電流センサ２２０、温度センサ２３０によりそれぞれ検出された電池システム１３０の電圧、電流、温度に基づいて、電池システム１３０の充放電とＳＯＣ（State of Charge）を制御する。また、各セルコントローラＩＣ１００を制御して、電池システム１３０を構成する複数の単電池セル（以下、単にセルともいう）１１０のＳＯＣを管理し、過充電状態とならないようにＳＯＣのばらつきを補正するための放電（以下、バランシング放電という）を行う。

なお、図１に示す実施の形態では、電池システム１３０として、４個のセル１１０が直列に接続されたセルグループ１２０が複数個直列に接続された例を示している。しかし、セルグループ１２０を構成する単電池セル１１０の数はこれに限らず、４個以上、または４個未満（たとえば１つ）であってもよい。すなわち、単数または複数の単電池セル１１０を直列接続したものが、１つのセルグループ１２０として扱われる。セルコントローラＩＣ１００は、セルグループ１２０の仕様に合わせたものを使用すればよい。ハイブリッド自動車に搭載される電池システム１３０は、多くのセルあるいはセルグループが直並列に接続され、両端電圧が数１００Ｖの高圧、高容量とした電池システムが一般的である。もちろんこのような高圧、高容量の電池システムに対しても本発明を適用することができる。

セルコントローラＩＣ１００は、電池システム１３０を構成する複数のセル１１０を所定個数ごとにグループ分けした各セルグループ１２０ごとに設けられる。例えば、１００個のセル１１０が直列に接続された電池システム１３０を、４個のセル１１０ごとにグループ分けし、２５組のセルグループ１２０を電池システム１３０内に設けたとする。この場合は、セルグループ１２０の数に合わせて２５個のセルコントローラＩＣ１００が用いられる。

各セルコントローラＩＣ１００は、各セルグループ１２０を構成するセル１１０それぞれの端子間電圧（セル電圧）を検出し、その検出結果をバッテリコントローラ２００へ送信する。そして、バッテリコントローラ２００からの指令にしたがって、各セル１１０のＳＯＣのばらつきを補正するために、セル１１０ごとにバランシング電流の通電制御を行う。このようにして、セルコントローラＩＣ１００によりセルグループ１２０の監視が行われる。なお、バランシング抵抗１０２は、各セル１１０の放電（バランシング放電）の電流を制限するための抵抗であり、セル１１０ごとに設けられる。

電池システム１３０に充電された直流電力は、正極側コンタクタ３１０および負極側コンタクタ３２０を介して、平滑コンデンサ３３０およびインバータ３４０へ供給される。こうして電池システム１３０から供給された直流電力がインバータ３４０により交流電力に変換されて交流モータ３５０に印加されることで、交流モータ３５０の駆動が行われる。この直流電力から交流電力への変換は、インバータ３４０に備えられたスイッチング素子（不図示）のスイッチングによって行われる。一方、車両の制動時には、交流モータ３５０により発電された交流電力が、インバータ３４０に備えられたダイオード素子（不図示）と平滑コンデンサ３３０により直流電力に変換される。この直流電力は、正極側コンタクタ３１０および負極側コンタクタ３２０を介して電池システム１３０に印加され、電池システム１３０の充電が行われる。すなわち、電池システム１３０とインバータ３４０との間で直流電力の授受が行われる。

なお、インバータ３４０の動作に伴ってリプルノイズ及びスイッチングノイズが発生する。これらのノイズは、平滑コンデンサ３３０によってある程度低減されるが、完全には除去しきれず電池システム１３０に流れこむ。すると、各セル１１０からセルコントローラＩＣ１００に出力されるセル電圧信号において、ノイズ電流に比例したノイズ電圧が重畳する。このノイズ電圧は、セルコントローラＩＣ１００がセル電圧信号を測定して各セル１１０のセル電圧を検出する際に誤差を生じる。そのため、セルコントローラＩＣ１００と各セル１１０の間には、ノイズを抑制するためのＲＣフィルタ１０１が設けられている。このＲＣフィルタ１０１により、セル電圧信号におけるノイズが抑制された後、セルコントローラＩＣ１００に入力される。

本発明に係る電池監視回路は、図１の各セルグループ１２０を構成する各単電池セル１１０を監視および制御するものであり、セルコントローラＩＣ１００およびＲＣフィルタ１０１により構成される。なお、バランシング抵抗１０２やバッテリコントローラ２００を含めて電池監視回路としてもよい。

次に、セルコントローラＩＣ１００と各セル１１０の間に設けられているＲＣフィルタ１０１の詳細について説明する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電池監視回路の構成を示す図である。図２に示す電池監視回路において、ＲＣフィルタ１０１は、フィルタの抵抗要素である抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２と、フィルタの静電容量要素であるコンデンサＣ０〜Ｃ６およびコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２とを有している。抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２と、コンデンサＣ０〜Ｃ６およびコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２とは、図２に示すように、セルコントローラＩＣ１００が有するセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２にそれぞれ接続されている。

コンデンサ群ＣＧ７は、直列に接続された２つのコンデンサＣ７−１およびＣ７−２により構成されている。同様に、コンデンサ群ＣＧ８〜ＣＧ１２は、コンデンサＣ８−１〜Ｃ１２−１と、これらと直列に接続されたコンデンサＣ８−２〜Ｃ１２−２によりそれぞれ構成されている。

ＲＣフィルタ１０１は、上記のような回路構成を有している。これにより、セルコントローラＩＣ１００に対応するセルグループ１２０の各セル１１０の正極および負極から電圧検出線を介してセルコントローラＩＣ１００のセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２にそれぞれ入力されるセル電圧信号において、ＲＣフィルタ１０１の時定数に応じた特定の周波数成分が減衰される。具体的には、セルコントローラＩＣ１００がセル電圧信号を測定する際のサンプリング周波数の半分の周波数（ナイキスト周波数）よりも高い周波数成分が除去されるように、ＲＣフィルタ１０１の時定数が設定されている。このようにＲＣフィルタ１０１の時定数を設定することで、セル電圧信号を測定する際のエリアシングを防止し、各セル１１０のセル電圧を正確に測定することができる。

なお、コンデンサＣ０〜Ｃ６の静電容量値と、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２を構成するコンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１およびコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２の静電容量値とは、所望の減衰特性を得られるものであれば、任意の値をそれぞれ設定することができる。たとえば、全てのコンデンサに対して同じ規格値のものを用いることで、ＲＣフィルタ１０１の静電容量要素を構成する各コンデンサの静電容量値がいずれも所定の規格値に応じた範囲内となるようにしてもよい。このようにすれば、同じ部品を使用することによりコストの低減化を図ることができる。

図２の例では、直列接続された１２個のセル１１０によりセルグループ１２０が構成されており、これら１２個のセル１１０を、低電位側から高電位側の順にセル１〜セル１２と表している。セル１の負極はセル電圧検出端子ＣＶ０と接続されており、セル１の正極は、一つ高電位側にあるセル２の負極と共にセル電圧検出端子ＣＶ１と接続されている。同様に、セル２〜セル１１の正極は、一つ高電位側にあるセル３〜セル１２の負極と共にセル電圧検出端子ＣＶ２〜ＣＶ１１にそれぞれ接続されており、セル１２の正極はセル電圧検出端子ＣＶ１２と接続されている。

セルコントローラＩＣ１００は、セル１〜セル１２からＲＣフィルタ１０１を介してセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２にそれぞれ入力されるセル電圧信号を所定のサンプリング周波数に応じたタイミングごとに測定し、その測定結果に基づいて各セル１１０の端子間電圧（セル電圧）を検出する。すなわち、セルコントローラＩＣ１００は、各セル１１０のセル電圧を検出するためのセル電圧検出回路として機能するものである。この機能を実現するために、セルコントローラＩＣ１００は、不図示のマルチプレクサ、差動増幅器、ＡＤコンバータ等の回路を有している。

次に、以上説明したような本発明の第１の実施形態に係るＲＣフィルタ１０１との比較のために、本発明を適用しない場合の従来のＲＣフィルタについて説明する。

図３は、従来のＲＣフィルタ１０１’の構成を示す図である。この従来のＲＣフィルタ１０１’において、図２に示した本発明の第１の実施形態に係るＲＣフィルタ１０１との違いは、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２の代わりに、コンデンサＣ７〜Ｃ１２が設けられている点である。

上記のように、図３に示した従来のＲＣフィルタ１０１’では、セルコントローラＩＣ１００のセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２に対応する静電容量要素の全てを、単一のコンデンサＣ０〜Ｃ１２でそれぞれ構成している。これに対して、図２に示した本発明の第１の実施形態に係るＲＣフィルタ１０１では、セルコントローラＩＣ１００のセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２に対応する静電容量要素のうち、セル電圧検出端子ＣＶ７〜ＣＶ１２と接続されている静電容量要素を、従来のコンデンサＣ７〜Ｃ１２から、２つのコンデンサを直列に接続したコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２に置き換えている。これにより、セル電圧検出端子間での時定数のばらつきを抑えるようにしている。この点について、以下に詳しく説明する。

前述のように、セル電圧信号を測定する際のエリアシングを防止するためには、セルコントローラＩＣ１００におけるサンプリング周波数の半分よりも高い周波数成分が除去されるように、図２のＲＣフィルタ１０１や図３のＲＣフィルタ１０１’の時定数を設計する必要がある。すなわち、ＲＣフィルタ１０１については、サンプリング周波数に応じて定まる所定のカットオフ周波数に従って、抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２の抵抗値と、コンデンサＣ０〜Ｃ６およびコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２の静電容量値とを定める必要がある。しかし、抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２の抵抗値をあまり大きく設定すると、セルコントローラＩＣ１００や、コンデンサＣ０〜Ｃ６およびコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２でのリーク電流が抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２を流れることにより、抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２の抵抗値に応じた電圧降下が生じてしまい、正確なセル電圧の検出が困難となる。したがって、セル電圧の検出精度を確保するためには、コンデンサＣ０〜Ｃ６やコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２の静電容量値をなるべく大きくすることが好ましい。同様に、ＲＣフィルタ１０１’についても、コンデンサＣ０〜Ｃ１２の静電容量値をなるべく大きくすることが好ましい。

ＲＣフィルタを構成する汎用の大容量コンデンサとしては、高誘電率系のセラミックコンデンサが広く利用されている。しかしながら、一般的に高誘電率系のセラミックコンデンサは、印加電圧によって静電容量が変化すると共に、経年劣化により静電容量が低下するという特性を有している。そのため、図３に示したような従来のＲＣフィルタ１０１’において、コンデンサＣ０〜Ｃ１２に高誘電率系のセラミックコンデンサを用いると、これらが接続されているセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２の間で時定数にばらつきが生じてしまうことがある。その結果、セルによっては、セル電圧信号に対して正確な減衰特性を得られず、正しいセル電圧を検出できない場合が生じる。

図４は、図３に示した従来のＲＣフィルタ１０１’における時定数のばらつきの様子の一例を示した図である。ここでは、コンデンサＣ０〜Ｃ１２に高誘電率系のセラミックコンデンサを使用した場合に、各セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２へのセル電圧信号に対するフィルタ時定数がどのように変動するかを示している。

図４は、各セル１１０のセル電圧が１Ｖ、２Ｖ、３．６Ｖ、４．２Ｖおよび４．７Ｖの各場合について、コンデンサＣ０〜Ｃ１２に対する印加電圧の差や、個体差、温度特性等による静電容量の変化を考慮して、各セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２へのセル電圧信号に対するフィルタ時定数のばらつき具合をプロットしたものである。図４において、横軸は１セル当たりのセル電圧を表し、縦軸は静電容量の定格値に対応する時定数（定格時定数）を１００％としたときのフィルタ時定数の変動量を表している。

図４において、プロット点４１は時定数の最大値を表しており、これは定格時定数の１８９％に相当する。また、プロット点４２は時定数の最小値を表しており、これは定格時定数の４２％に相当する。すなわち、図３に示した従来のＲＣフィルタ１０１’では、定格時定数に対して、４２％から１８９％の範囲で、各セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２へのセル電圧信号に対するフィルタ時定数が変動することが分かる。

そこで、本発明の第１の実施形態によるＲＣフィルタ１０１では、図３に示した従来のＲＣフィルタ１０１’におけるコンデンサＣ７〜Ｃ１２を、図２に示したように、２つのコンデンサを直列に接続したコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２に置き換えている。これにより、従来のＲＣフィルタ１０１’と比べて、コンデンサ１つ当たりの印加電圧が半分となるため、印加電圧の差に応じた静電容量のばらつきを抑えることができる。また、コンデンサごとの個体差や温度特性の差による静電容量のばらつきを２つのコンデンサ間で相殺することができる。その結果、上記のような各セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２へのセル電圧信号に対するフィルタ時定数の変動を抑制することができる。

図５は、図２に示した本発明の第１の実施形態によるＲＣフィルタ１０１における時定数のばらつきの様子の一例を示した図である。ここでは、図４と同様に、コンデンサＣ０〜Ｃ６と、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２を構成するコンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１およびＣ７−２〜Ｃ１２−２にそれぞれ高誘電率系のセラミックコンデンサを使用した場合に、各セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２へのセル電圧信号に対するフィルタ時定数がどのように変動するかを示している。なお、図５の各プロット点は、図４の各プロット点とそれぞれ同じ条件でプロットされたものである。

図５において、プロット点５１は時定数の最大値を表しており、これは定格時定数の１４９％に相当する。また、プロット点５２は時定数の最小値を表しており、これは定格時定数の５４％に相当する。すなわち、図５に示したＲＣフィルタ１０１では、定格時定数に対して、５４％から１４９％の範囲で、各セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２へのセル電圧信号に対するフィルタ時定数が変動することが分かる。したがって、図４で説明した従来のＲＣフィルタ１０１’の場合と比べて、フィルタ時定数の変動幅が抑えられていることが分かる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池監視回路は、セルコントローラＩＣ１００と、ＲＣフィルタ１０１とを備える。セルコントローラＩＣ１００は、単数または複数の単電池セル１１０を直列接続したセルグループ１２０の各単電池セル１１０の正極または負極とそれぞれ接続されたセル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２を有し、セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２にそれぞれ入力されるセル電圧信号を測定して各単電池セル１１０の電圧を検出するセル電圧検出回路として機能する。ＲＣフィルタ１０１は、セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２にそれぞれ接続された、抵抗要素である抵抗器Ｒ０〜Ｒ１２と静電容量要素であるコンデンサＣ０〜Ｃ６およびコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２とを有し、セル電圧信号において所定の周波数成分を減衰させる。このＲＣフィルタ１０１において、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２は、コンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１とコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２とをそれぞれ直列に接続して構成される。このようにしたので、セルコントローラＩＣ１００への入力信号であるセル電圧信号に対するＲＣフィルタ１０１の時定数の変動を抑えて、正確な減衰特性を得ることができる。さらに、各コンデンサに要求される耐圧性能を低減できるため、コスト削減を図ることもできる。

（２）セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ１２にそれぞれ接続されたＲＣフィルタ１０１の静電容量要素は、コンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１とコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２とをそれぞれ直列に接続して構成されるコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２と、単一のコンデンサによりそれぞれ構成されるコンデンサＣ１〜Ｃ６とを含む。このようにしたので、静電容量のばらつきが時定数の変動に与える影響の大きさに応じて、各静電容量要素の構成を定めることができる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る電池監視回路の構成を示す図である。図６に示す電池監視回路において、ＲＣフィルタ１０１は、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る電池監視回路のＲＣフィルタ１０１と比較して、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２をそれぞれ構成するコンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１およびコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２と並列に、電圧均等化用の抵抗器Ｒｂがそれぞれ接続されている点が異なっている。

抵抗器Ｒｂは、コンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１およびコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２に印加される電圧を各コンデンサ群内で均等化するためのものである。これにより、各コンデンサ群内で直列に接続された２つのコンデンサの間に絶縁抵抗の個体差があったとしても、各コンデンサに均等に電圧が印加されるため、印加電圧に応じた静電容量のばらつきを抑えることができる。なお、抵抗器Ｒｂの抵抗値は、コンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１およびコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２の絶縁抵抗に比べて十分に小さい値とすればよい。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、電池監視回路は、コンデンサＣ７−１〜Ｃ１２−１およびコンデンサＣ７−２〜Ｃ１２−２の各々に並列に接続された電圧均等化用の抵抗器Ｒｂをさらに有する。このようにしたので、各コンデンサの印加電圧を均等化し、印加電圧に応じた静電容量のばらつきを抑えることができる。

なお、以上説明した第２の実施形態によるＲＣフィルタ１０１では、抵抗器Ｒｂの抵抗値によっては、セルグループ１２０の各セル１１０を流れる暗電流がセルごとにばらつき、暗電流の影響が無視できない場合がある。この点について以下に説明する。

図７は、図６の回路構成において各セル１１０（セル１〜セル１２）を流れる暗電流の一例を示す図である。図７では、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２に対して設けられた各抵抗器Ｒｂの抵抗値を全て同じ値としたときに、セル電圧が３Ｖ、３．６Ｖ、４．３Ｖおよび５Ｖの各場合について、セル１〜セル１２をそれぞれ流れる暗電流の例を示している。図７から、セル１〜セル７については、いずれのセル電圧の場合にも暗電流がほぼ等しいのに対して、セル８〜セル１２については、上位側のセルほど暗電流が低下することが分かる。また、この暗電流の低下度合いは、セル電圧が高いほど大きいことが分かる。

上記のようなセルごとの暗電流のばらつきは、セル間でのＳＯＣのばらつきを引き起こす。これは、セルグループ１２０全体での充放電性能の低下につながるため、好ましくない。そこで、以下に説明する第３の実施形態では、各セルの暗電流を調整してセルごとの暗電流のばらつきを抑える例を説明する。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る電池監視回路の構成を示す図である。図８に示す電池監視回路において、ＲＣフィルタ１０１は、図６に示した本発明の第２の実施形態に係る電池監視回路のＲＣフィルタ１０１と比較して、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２が接続されているセル７〜セル１２と並列に、端子間抵抗器ＲＣ７〜ＲＣ１２がそれぞれ接続されている点が異なっている。

端子間抵抗器ＲＣ７〜ＲＣ１２は、セル７〜セル１２に流れる暗電流を調整して各セル間で均等化するためのものであり、セル電圧検出端子ＣＶ６〜ＣＶ１２の間にそれぞれ接続されている。これにより、セル７〜セル１２に流れる暗電流のばらつきを抑えることができる。なお、端子間抵抗器ＲＣ７〜ＲＣ１２の抵抗値は、セル７〜セル１２に流れる暗電流が略等しくなるように設定されている。具体的には、上位のセルに接続されているものほど、端子間抵抗器ＲＣ７〜ＲＣ１２の抵抗値を小さく設定すればよい。

図９は、図８の回路構成において各セル１１０（セル１〜セル１２）を流れる暗電流の一例を示す図である。図９でも図７と同様に、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２に対して設けられた各抵抗器Ｒｂの抵抗値を全て同じ値としたときに、セル電圧が３Ｖ、３．６Ｖ、４．３Ｖおよび５Ｖの各場合について、セル１〜セル１２をそれぞれ流れる暗電流の例を示している。図７では、セル１〜セル７と比べてセル８〜セル１２で暗電流が低下していたのに対して、図９では、セル１〜セル１２の全てで暗電流が略等しいことが分かる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、電池監視回路は、セル電圧検出端子ＣＶ６〜ＣＶ１２の間に接続された端子間抵抗器ＲＣ７〜ＲＣ１２をさらに備える。このようにしたので、各セルの暗電流を調整してセルごとの暗電流のばらつきを抑えることができる。

なお、以上説明した各実施の形態では、２つのコンデンサを直列に接続してコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２をそれぞれ構成しているが、本発明はこれに限定されず、３つ以上のコンデンサを直列に接続してもよい。また、さらに別のコンデンサを並列に接続してもよい。少なくとも複数のコンデンサを直列に接続したものであれば、コンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２の構成は、図２、６、８に示したものには限定されない。

また、以上説明した各実施の形態では、セル電圧検出端子ＣＶ０〜ＣＶ６に対してはＲＣフィルタ１０１内にコンデンサＣ０〜Ｃ６を設け、セル電圧検出端子ＣＶ７〜ＣＶ１２に対してはＲＣフィルタ１０１内にコンデンサ群ＣＧ７〜ＣＧ１２を設けた例を説明したが、コンデンサ群を設けるセル電圧検出端子はこれに限定されない。セル電圧検出回路に入力されるセル電圧信号において所定の周波数成分を減衰させるためにフィルタ回路が有する複数の静電容量要素のうち、少なくとも一つの静電容量要素が複数のコンデンサを直列に接続して構成されているものであれば、本発明の適用範囲に含まれる。

以上では種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１０ 電池システム監視装置
１００ セルコントローラＩＣ
１０１ ＲＣフィルタ
１０２ バランシング抵抗
１１０ 単電池セル
１２０ セルグループ
１３０ 電池システム
２００ バッテリコントローラ
２１０ 電圧センサ
２２０ 電流センサ
２３０ 温度センサ
３００ モータコントローラ
３１０ 正極側コンタクタ
３２０ 負極側コンタクタ
３３０ 平滑コンデンサ
３４０ インバータ
３５０ モータ
４００ 車両コントローラ

Claims (3)

1. 複数の単電池セルを直列接続したセルグループの各単電池セルの正極または負極とそれぞれ接続された複数のセル電圧検出端子を有し、前記複数のセル電圧検出端子にそれぞれ入力されるセル電圧信号を測定して前記各単電池セルの電圧を検出するセル電圧検出回路と、
   前記複数のセル電圧検出端子にそれぞれ接続された複数の抵抗要素および静電容量要素を有し、前記セル電圧信号において所定の周波数成分を減衰させるフィルタ回路と、
   前記複数のセル電圧検出端子の間に接続された端子間抵抗器と、を備え、
   前記フィルタ回路における前記複数の静電容量要素は、前記セルグループの各単電池セルとそれぞれ対応し、当該単電池セルの正極と前記セルグループにおいて最も低電位側の単電池セルの負極との間にそれぞれ接続されている複数のセル対応静電容量要素を含み、
   前記セルグループのうち特定の単電池セルを基準セルとして、前記複数のセル対応静電容量要素のうち、前記基準セルまたは前記基準セルよりも高電位側の各単電池セルに対応する高電位側セル対応静電容量要素は、複数のコンデンサを直列に接続したコンデンサ群によりそれぞれ構成されており、
   前記複数のセル対応静電容量要素のうち、前記基準セルよりも低電位側の各単電池セルに対応する低電位側セル対応静電容量要素は、単一のコンデンサによりそれぞれ構成されており、
   前記フィルタ回路は、前記高電位側セル対応静電容量要素の前記複数のコンデンサの各々に並列に接続された電圧均等化用の抵抗器をさらに備え、
   前記低電位側セル対応静電容量要素には、前記電圧均等化用の抵抗器が接続されておらず、
   前記低電位側セル対応静電容量要素に接続されているセル電圧検出端子同士の間には、前記端子間抵抗器が接続されておらず、
   前記セル電圧検出回路は、複数の前記単電池セルと接続されており、
   前記端子間抵抗器の抵抗値は、複数の前記単電池セルに流れる暗電流が略等しくなるように設定されている電池監視回路。
2. 請求項１に記載の電池監視回路において、
   前記複数の静電容量要素を構成する各コンデンサの静電容量値は、いずれも所定の規格値に応じた範囲内である電池監視回路。
3. 請求項１または２に記載の電池監視回路において、
   前記高電位側セル対応静電容量要素を構成する前記コンデンサ群における前記複数のコンデンサは、隣接するコンデンサ同士の間に前記セル電圧検出端子が接続されていない電池監視回路。

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