JP6545495B2 - 電圧検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧を検出する装置（電圧検出装置）に関する。

例えば特許文献１は、バッテリシステムを開示し、そのバッテリシステムは、複数の電池（セル）を有するバッテリと、複数の電池に対応する複数の電圧の各々を検出可能な電圧検出回路（セル電圧検出部）と、複数の電圧（セル電圧）を均一化可能な複数の放電抵抗器（電流を通過させて電池の電力を消費可能なバイパス抵抗器）と、を備えている。また、そのバッテリシステムは、複数の電池のうちのある電池の非放電電圧（非放電状態のセル電圧）と放電電圧（放電状態のセル電圧）との差と正常電圧（閾値）とを比較して、或いは、ある電池の放電電圧と正常電圧（閾値）とを比較して、ある電池と電圧検出回路との間の接続に異常があるか否かを判定することができる。

特開２０１０−１２７７２２号公報

しかしながら、本発明者らは、特許文献１のバッテリシステム又は電圧検出回路による電池の放電電圧の検出精度が低下していることを認識した。即ち、放電抵抗器が電池を放電させる時に、電圧検出回路によって検出される検出電圧（電圧検出回路に入力される放電抵抗器の両端電圧）は、電池の放電電圧よりも、放電抵抗器以外の放電回路（閉回路）の抵抗値によって小さくなってしまう。言い換えれば、電池の放電電圧は、電圧降下の分だけ、電圧検出回路によって検出される検出電圧と一致していない。それにもかかわらず、特許文献１のバッテリシステム又は電圧検出回路だけでなく、従来の電圧検出装置も、検出電圧が電池の放電電圧と一致していることを前提としているに過ぎない。

本発明の１つの目的は、電池の放電電圧（放電状態のセル電圧）の検出精度を向上可能な電圧検出装置を提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。

第１の態様において、電圧検出装置は、少なくとも１つの電池と、前記少なくとも１つの電池に並列に配置されるバイパス抵抗器と、前記バイパス抵抗器に前記少なくとも１つの電池の放電を許可するスイッチング素子と、で構成される放電回路と、前記バイパス抵抗器の両端電圧を検出電圧として検出可能な電圧検出部と、を備え、
前記放電回路が前記少なくとも１つの電池を放電させる時に、前記電圧検出部は、前記検出電圧を、前記放電回路の過去の電圧降下特性に基づき補正して、前記少なくとも１つの電池の放電電圧を決定する。

第１の態様では、電圧検出部での検出電圧が電池の放電電圧と一致していることを前提としていない。従って、電圧検出部は、現在の検出電圧を過去の電圧降下特性で補正して、電池の放電電圧を決定している。ここで、過去の電圧降下特性は、放電回路内で実際に生じた電圧降下を表す特性であり、その特性に変化がないことを前提とし、現在の検出電圧に内在する電圧降下を推定することができる。これにより、電圧検出装置は、電圧検出部での電池の放電電圧（放電状態のセル電圧）の検出精度を向上させることができる。

第１の態様に従属する第２の態様において、前記電圧検出部は、前記少なくとも１つの電池を放電状態で試験的に検出した放電状態電圧と前記少なくとも１つの電池を非放電状態で試験的に検出した非放電状態電圧とに基づき、前記過去の電圧降下特性を決定してもよい。

第２の態様では、事前に放電状態電圧及び非放電状態電圧を検出することができる。従って、電圧検出部は、このような試験的に検出された過去の放電状態電圧及び非放電状態電圧での電圧降下を考慮して検出電圧を補正することができる。

第２の態様に従属する第３の態様において、以下の関係式を利用して前記検出電圧を補正して前記放電電圧を決定してもよい。
Ｖｃｅｌｌ＝（１−α）・Ｖａｄ
α＝（Ｖｎｏｎ−Ｖｄｉｓ）／Ｖｄｉｓ
ここで、Ｖｃｅｌｌ、α及びＶａｄは、それぞれ、前記放電電圧、前記電圧降下特性及び前記検出電圧であってもよく、Ｖｄｉｓ及びＶｎｏｎは、それぞれ、前記放電状態電圧及び前記非放電状態電圧であってもよい。

第３の態様では、過去の電圧降下特性を表すαと現在の検出電圧を表すＶａｄとで現在の電圧降下を考慮しながら、現在の放電電圧を表すＶｃｅｌｌを演算することができる。

第２又は第３の態様に従属する第４の態様において、電源をＯＦＦする前に、前記電圧検出部は、前記放電状態電圧及び前記非放電状態電圧を試験的に検出し、前記過去の電圧降下特性を記憶してもよく、
その後、前記電源をＯＮした後に、前記電圧検出部は、前記過去の電圧降下特性を読み出し、前記放電電圧を決定してもよい。

第４の態様では、電源をＯＦＦする時に電圧降下特性を更新することができる。これにより、電圧検出装置は、放電回路の抵抗値の経時変化を考慮しながら、電圧検出部での電池の放電電圧の検出精度をより一層向上させることができる。

当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。

本発明に従う電圧検出装置の構成例を示す。 図１の放電回路に電流が流れる時の電圧降下（放電電圧と検出電圧との差）の説明図を示す。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、図１の電圧検出装置の検出時及び更新時の動作例を示すフローチャートを示す。

以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、本発明に従う電圧検出装置の構成例を示し、その電圧検出装置は、例えば放電回路と、電圧検出部と、を備えることができる。図１において、電圧検出装置の例えば１つの放電回路は、例えば１つの電池Ｃ１１と、電池Ｃ１１に並列に配置されるバイパス抵抗器（バイパス抵抗値Ｒｄｉｓ１１を有する）と、電池Ｃ１１の両端とバイパス抵抗器（Ｒｄｉｓ１１）とを電気的に接続する接続部（ハーネスＨ１１及びＨ１２を含む）と、バイパス抵抗器に電池Ｃ１１の放電を許可するスイッチング素子ＳＷ１１と、で構成される。なお、図１には、例えば検出回路Ｓ１が示され、その検出回路Ｓ１内に、放電回路の一部、即ち、バイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷ１１が配置されている。

検出回路Ｓ１は、少なくとも１つのセル電圧検出部（例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）を更に含むことができる。放電回路が電池Ｃ１１を放電させる時に、言い換えれば、スイッチング素子ＳＷ１１がＯＮされる時に、図１の検出回路Ｓ１は、バイパス抵抗器の両端電圧を検出電圧として検出可能である。図１において、検出回路Ｓ１は、検出電圧を例えば処理部Ｍに送ることができ、処理部Ｍは、検出電圧を補正して電池Ｃ１１の放電電圧（放電状態のセル電圧）を決定又は算出することができる。なお、検出回路Ｓ１内に、電圧検出部の一部、即ちセル電圧検出部Ｄを配置することができる。言い換えれば、例えばセル電圧検出部Ｄ及び処理部Ｍで、電圧検出装置の電圧検出部を構成することができる。

図１において、例えば検出回路Ｓ１は、例えば１つの電池モジュールを構成する例えばｎ個の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎのｎ個の放電電圧を検出可能である。言い換えれば、検出回路Ｓ１は、例えばｎ個の放電回路に対応するために、例えばｎ個のバイパス抵抗器（バイパス抵抗値Ｒｄｉｓ１１，Ｒｄｉｓ１２，・・・，Ｒｄｉｓ１ｎ）及び例えばｎ個のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，・・・，ＳＷ１ｎを有している。図１の検出回路Ｓ１は、例えば自動車等の車両（図示せず）に搭載される制御ユニット１０に含まれている。

図１の制御ユニット１０は、例えばＭ個の電池モジュールに対応するために、例えばＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭを含んでいる。図１において、Ｍ個の電池モジュールの各々は、例えばｎ個の電池で構成され、従って、Ｍ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭの各々は、ｎ個の放電電圧を検出可能である。図１のＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭは、例えばデイジーチェーン型で接続され、且つ例えば絶縁素子ＦＣ１，ＦＣ２を介して処理部３１と通信可能である。なお、絶縁素子ＦＣ１，ＦＣ２は、Ｍ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭと処理部３１との間を電気的に絶縁し、従って、例えば１２［Ｖ］で駆動可能なＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭ（及びＭ個の電池モジュール）を含む高電圧領域のグランド（図示せず）は、例えば５［Ｖ］で駆動可能な処理部Ｍを含む低電圧領域のグランド（図示せず）、即ち例えば車体グランド（図示せず）に接続されないで、浮いている。絶縁素子ＦＣ１，ＦＣ２は、例えばフォトカプラである。

もちろん、図１のＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭの各々は、処理部Ｍと例えばスター型、ハブ型、ツリー型等で接続されてもよい。また、図１の処理部Ｍは、高電圧領域に含まれてもよい。言い換えれば、図１の処理部Ｍの機能（放電電圧の決定又は算出）は、図１のＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭの各々で実行又は実現されてもよい。

図１において、電池モジュールの数「Ｍ」は、任意である。また、１つ電池モジュール内の電池又は放電回路の数「ｎ」も、任意である。好ましくは、Ｍ及びＮの各々は、複数であり、更に好ましくは、例えば数百［Ｖ］の車両駆動電源を構築するのに必要なＭ及びＮが選定又は選択される。Ｍは、典型的には、例えば１２又は６等である。車両駆動電源は、典型的には、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車の駆動部を構成するモータＭＴの電源である。Ｍ個の電池モジュールは、直列接続されて、１つのバッテリ（車両駆動用のバッテリ）を構成し、そのバッテリ（Ｍ個の電池モジュール）の両端（車両駆動電源）は、例えば機械的なスイッチＣＴ１，ＣＴ２を介してモータ駆動回路ＩＮＶに接続され、これにより、車両駆動電源がモータ駆動回路ＩＮＶを介してモータＭＴに供給される。ここで、スイッチＣＴ１，ＣＴ２は、例えばコンタクタであり、モータ駆動回路ＩＮＶは、例えば３相のインバータである。

処理部Ｍは、例えばマイクロコンピュータで構成され、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むことができる。例えば、ＲＯＭは、ＣＰＵに所定の動作を実行させるプログラムを記憶し、ＲＡＭは、ＣＰＵのワーク領域を形成することができる。また、処理部Ｍ又は例えばＲＯＭは、例えば検出回路Ｓ１からの検出電圧を補正するために必要なデータ、例えば電圧降下係数等を記憶することができる。好ましくは、処理部Ｍは、複数の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎに対応する複数の電圧の各々を検出可能な検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭを管理又は制御して、複数の電圧を均一化する又は複数の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎの各々を放電することができる（セルバランス制御）。さらに好ましくは、処理部Ｍは、例えば車両の走行状態に応じて、バッテリ（Ｍ個の電池モジュール）の充放電を管理又は制御することができる。電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎは、例えばリチウムイオン電池、水素ニッケル電池等の再充電が可能な蓄電池（二次電池）である。

なお、車両のスタートボタン、イグニッションスイッチ等の車両起動操作が運転者によって実行される時に、車両駆動電源（例えば数百［Ｖ］）がモータＭＴに供給され、車両が走行可能になるとともに、常時電源（例えば１２［Ｖ］）と接続される制御ユニット１０の電源がＯＮされ、制御ユニット１０は、起動し又はスリープ状態から復帰する。その後、制御ユニット１０の処理部Ｍは、バッテリ（Ｍ個の電池モジュール）に異常が発生しているか否かを判定することができる（診断制御）。同様に、車両停止操作が運転者によって実行される時に、車両が走行不可能になるとともに、処理部Ｍは、診断制御を実行し、その後に、制御ユニット１０の電源がＯＦＦされ、制御ユニット１０は、停止し又はスリープ状態に入る。

図１において、Ｍ個の電池モジュールには、例えばＭ個の温度センサＴ１，Ｔ２，・・・，ＴＭが配置されている。これにより、処理部Ｍは、例えばＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭを経由した電池の温度を考慮して検出電圧を補正することができる。また、処理部Ｍは、電圧降下係数を決定した時の温度を電圧降下係数と一緒に記憶することができる。なお、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・，ＴＭの数「Ｍ」は、任意である。例えば、複数の電池モジュールで、１つの温度センサを共用してもよい。代替的に、Ｍ個の電池モジュールのすべてに対して、１つの温度センサが設定されてもよい。代替的に、温度センサＴ１，Ｔ２，・・・，ＴＭのすべてが省略されてもよい。

図２は、図１の放電回路に電流が流れる時の電圧降下（放電電圧と検出電圧との差）の説明図を示す。図２の電池Ｃは、例えば図１の電池Ｃ１１に対応し、図２のバイパス抵抗器（バイパス抵抗値Ｒｄｉｓを有する）は、例えば図１の電池Ｃ１１に並列に配置されるバイパス抵抗器（バイパス抵抗値Ｒｄｉｓ１１を有する）に対応し、図２のスイッチング素子ＳＷは、例えば図１のスイッチング素子ＳＷ１１に対応する。図２の検出回路Ｓは、例えば図１の検出回路Ｓ１の一部に対応する。言い換えれば、図１の検出回路Ｓ１は、図２のバイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷだけでなく、図２に示されない（ｎ−１）個のバイパス抵抗器及び（ｎ−１）個のスイッチング素子を含むことができる。加えて、図１の検出回路Ｓ１は、図２のセル電圧検出部Ｄだけでなく、図２に示されない（ｎ−１）個のセル電圧検出部を含むことができる。ここで、図１の検出回路Ｓ１は、１つのセル電圧検出部Ｄだけを含んでもよく、言い換えれば、図２のセル電圧検出部Ｄは、例えば特許文献１の電圧検出回路の差動アンプ及びＡ／Ｄコンバータのように、例えば図１のｎ個の放電回路によって共用されてもよい。

ところで、図１の処理部Ｍが例えばセルバランス制御を実行するために、図１の制御ユニット１０又はＭ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭは、例えば（Ｍ×ｎ）個のセル電圧検出部Ｄ（図２参照）を有することができる。しかしながら、処理部Ｍが例えばセルバランス制御を実行しない時に、図１の制御ユニット１０、又は、Ｍ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭの各々は、少なくとも１つの放電回路（図２参照）を有するだけであってもよい。具体的には、図２の電池Ｃは、例えば図１のバッテリ（Ｍ個の電池モジュール）、又は、例えば図１の１つの電池モジュール（例えばｎ個の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ）に対応してもよく、図２の制御ユニット１０は、１つの放電回路（図２参照）を有するだけであってもよい。

図２の電池Ｃが例えば図１の電池Ｃ１１に対応する時に、図２のハーネスＨは、例えば図１のハーネスＨ１１及びハーネスＨ１２に対応する。代替的に、図２の電池Ｃが例えば図１の１つの電池モジュール（例えばｎ個の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ）に対応する時に、図２のハーネスＨは、例えば図１のハーネスＨ１１及びハーネスＨ１（ｎ＋１）に対応してもよい。

図２の電池Ｃは、セル電圧Ｖｃｅｌｌと内部抵抗器（内部抵抗値Ｒａを有する）とで表されている。図２のハーネスＨは、電池Ｃの両端と制御ユニット１０のコネクタＣＮＴとを接続するために、上下又は２つの配線抵抗器（配線抵抗値Ｒｂ１及び配線抵抗値Ｒｂ２を有する）で表されている。図２のコネクタＣＮＴは、例えば制御ユニット１０の筐体（図２中の点線参照）に設けられ、コネクタＣＮＴは、２つの接触抵抗器（接触抵抗値Ｒｃ１及び接触抵抗値Ｒｃ２を有する）で表されている。電池Ｃの両端電圧、即ちセル電圧Ｖｃｅｌｌは、電池Ｃの内部抵抗器（内部抵抗値Ｒａ）、ハーネスＨの配線抵抗器（配線抵抗値Ｒｂ１，Ｒｂ２）及びコネクタＣＮＴの接触抵抗器（接触抵抗値Ｒｃ１，Ｒｃ２）を介して制御ユニット１０に入力されている。

図２において、コネクタＣＮＴは、バイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。バイパス抵抗器、スイッチング素子ＳＷ及びセル電圧検出部Ｄは、典型的には、図示されない基板（高電圧基板）に固定され、図２中の線（制御ユニット１０内の配線）は、例えばプリント配線である。従って、電池Ｃの両端とバイパス抵抗器（Ｒｄｉｓ）の両端とを電気的に接続する接続部は、例えば、ハーネスＨ、コネクタＣＮＴ及び配線（制御ユニット１０内の例えばプリント配線）を含む。

なお、厳密に言えば、接続部は、図２の電池Ｃの両端とバイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷの両端（セル電圧検出部Ｄによって検出又は入力される２つのノード）とを電気的に接続している。従って、図２のセル電圧検出部Ｄは、バイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷの両端電圧を検出又は入力している。但し、セル電圧検出部Ｄは、バイパス抵抗器の両端電圧だけを検出又は入力してもよく、接続部は、スイッチング素子ＳＷを更に含んでもよい。

スイッチング素子ＳＷが例えばセル電圧検出部ＤによってＯＮされて図２の放電回路（閉回路）が形成される時に、その放電回路には、放電電流Ｉが流れてしまう。従って、電池Ｃの放電電圧Ｖｃｅｌｌは、電圧降下の分だけ、セル電圧検出部Ｄによって検出される検出電圧Ｖａｄと一致していない。具体的には、電池Ｃにバイパス抵抗器と一緒に並列に配置されるスイッチング素子ＳＷが、電池Ｃの放電を許可する時に、検出電圧Ｖａｄ及び電圧降下量ΔＶは、それぞれ、以下の式（１）及び式（２）で表すことができる。

Ｖａｄ＝Ｖｃｅｌｌ＋ΔＶ ・・・（１）
ΔＶ＝Ｉ×ＲＬ ・・・（２）
ここで、ＲＬは、バイパス抵抗器（放電抵抗器）以外の放電回路（閉回路）の抵抗値であり、ＲＬは、例えば以下の式（３）で表すことができる。

ＲＬ＝Ｒａ＋Ｒｂ１＋Ｒｂ２＋Ｒｃ１＋Ｒｃ２ ・・・（３）
式（３）において、ＲＬは、電池Ｃの内部抵抗値Ｒａとハーネスの配線抵抗値Ｒｂ１，Ｒｂ２とコネクタＣＮＴの接触抵抗値Ｒｃ１，Ｒｃ２との合成抵抗値である。なお、厳密に言えば、ＲＬには、制御ユニット１０の配線抵抗値、即ち、例えばコネクタＣＮＴとバイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷの両端（セル電圧検出部Ｄによって検出又は入力される２つのノード）との間の配線抵抗値が含まれている。また、ＲＬには、スイッチング素子ＳＷのＯＮ抵抗値も含まれている。

ところで、式（１）の放電電圧Ｖｃｅｌｌが変化する時に、例えば放電電圧Ｖｃｅｌｌが減少する時に、式（２）の放電電流Ｉも減少してしまう。従って、放電電圧Ｖｃｅｌｌの減少に伴って検出電圧Ｖａｄが減少する時に、放電電流Ｉの減少に伴って電圧降下量ΔＶも減少してしまう。言い換えれば、電圧降下量ΔＶと検出電圧Ｖａｄとの間には、以下の式（４）が成立する。

ΔＶ＝α×Ｖａｄ ・・・（４）
ここで、αは、放電回路の電圧降下特性を表す係数（電圧降下係数）である。

式（４）を式（１）に代入することによって、放電電圧Ｖｃｅｌｌは、以下の式（５）で表すことができる。
Ｖｃｅｌｌ＝Ｖａｄ−（α×Ｖａｄ）＝（１−α）・Ｖａｄ ・・・（５）

式（５）は、電圧降下係数αが既知である時に、検出電圧Ｖａｄから放電電圧Ｖｃｅｌｌを演算できることを示している。また、電圧降下係数αは、過去に検出された実際の検出電圧Ｖａｄに基づき演算可能であり、言い換えれば、処理部Ｍがセルバランス制御を実行する前に、処理部Ｍは、電圧降下係数αを演算可能である。

具体的には、図１の処理部Ｍは、セルバランス制御において図２の電池Ｃ（例えば図１の電池Ｃ１１）の検出電圧Ｖａｄをセル電圧検出部Ｄ（例えば図１の例えば検出回路Ｓ１）に検出させる前に、検出電圧Ｖａｄを試験的に検出することができる。言い換えれば、処理部Ｍは、試験制御（事前セルバランス制御）において、セル電圧検出部Ｄに検出電圧Ｖａｄを放電状態電圧Ｖｄｉｓとして検出させることができる。

次に、処理部Ｍは、試験制御において、セル電圧検出部Ｄにスイッチング素子ＳＷをＯＦＦさせ、この状態（電池Ｃの非放電状態）で検出電圧Ｖａｄを非放電状態電圧Ｖｎｏｎとして検出させることができる。電池Ｃの非放電状態では、放電回路に放電電流が流れないので、検出電圧Ｖａｄ（非放電状態電圧Ｖｎｏｎ）は、実質的に、電池Ｃのセル電圧に一致する。

従って、電圧降下係数αは、例えば式（４）を応用して、以下の式（６）でも表すことができ、処理部Ｍは、試験制御を実行した後に、以下の式（６）で電圧降下係数αを演算することができる。

α＝（Ｖｎｏｎ−Ｖｄｉｓ）／Ｖｄｉｓ ・・・（６）
ここで、Ｖｄｉｓ及びＶｎｏｎは、試験的に検出された放電状態電圧及び非放電状態電圧である。

これ以降、電圧降下係数αは、既知であるので、処理部Ｍは、式（６）で演算したαで、その後のセルバランス制御において式（５）を演算し、放電電圧Ｖｃｅｌｌを求めることができる。電圧降下係数αは、例えば図１の電池Ｃ１１、ハーネスＨ１１，Ｈ１２、バイパス抵抗器（Ｒｄｉｓ１１）及びスイッチング素子ＳＷ１１で構成される放電回路に対応するので、処理部Ｍは、他の放電回路についても、電圧降下係数αを事前に演算することができる。言い換えれば、処理部Ｍは、例えば（Ｍ×ｎ）個の電圧降下係数αを事前に演算することができる。

なお、図２のセル電圧検出部Ｄ（又は図１の例えば検出回路Ｓ１）は、検出電圧Ｖａｄを図１の処理部Ｍに送り、処理部Ｍは、検出電圧Ｖａｄを電圧補正係数（＝「１−α」）又は例えば式（５）で補正して、図２の放電電圧Ｖｃｅｌｌ（又は図１の複数の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎに対応する複数の電圧の各々）を決定又は算出することができる。もちろん、図２のセル電圧検出部Ｄ（又は図１の例えば検出回路Ｓ１）だけで検出電圧Ｖａｄを電圧補正係数又は例えば式（５）で補正して、図２の放電電圧Ｖｃｅｌｌ（又は図１の例えば電池Ｃ１１に対応する電圧）を決定又は算出してもよい。言い換えれば、セル電圧検出部Ｄは、例えばフライングキャパシタ式の電圧検出部と補正又は算出用の例えばマイクロコンピュータ、論理回路の処理部とを有してもよい。

好ましくは、図２のセル電圧検出部Ｄ（又は図１の例えば検出回路Ｓ１）は、温度センサＴ（又は図１の例えば温度センサＴ１）で測定された電池Ｃ（又は図１の例えば電池Ｃ１１）の温度を図１の処理部Ｍに送ることができる。図１の処理部Ｍは、図２の電池Ｃの温度を考慮して検出電圧Ｖａｄを補正することができる。図２において、温度センサＴは、セル電圧検出部Ｄに接続されているが、温度センサＴ（又は図１の例えばＭ個の温度センサＴ１，Ｔ２，・・・，ＴＭ）は、図１の処理部Ｍに直接に接続されてもよい。

処理部Ｍがセルバランス制御において電池Ｃの温度を考慮する時に、処理部Ｍは、試験制御において温度を測定してもよい。言い換えれば、処理部Ｍは、電圧降下係数αに基づく電圧補正係数（＝「１−α」）と一緒に試験制御での温度（放電状態電圧Ｖｄｉｓ及び非放電状態電圧Ｖｎｏｎを試験的に検出した時の温度）も記憶してもよい。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、それぞれ、図１の電圧検出装置の検出時（セルバランス制御）及び更新時（試験制御）の動作例を示すフローチャートを示す。電圧検出装置の電圧検出部、具体的には、図１の例えば処理部Ｍは、バッテリ（Ｍ個の電池モジュール）の充放電を管理又は制御することができる。例えばバッテリ（Ｍ個の電池モジュール）が充電される時に、例えば（Ｍ×ｎ）個の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎのうち、１つの電池が満充電であることを想定する。言い換えれば、複数の電池の各々は、個体差を有し、複数の電池に対応する複数の電圧は、同じ値を示すとは限らない。

複数の電池のうち、少なくとも１つの電池が満充電である時に、満充電でない他の電池の充電を停止又は中断することが好ましい。その理由は、満充電である電池を充電し続けると、その電池が劣化してしまう虞があるからである。従って、満充電である電池を放電させて、満充電でない他の電池の充電を継続することが好ましい。従って、図１の処理部Ｍは、例えば（Ｍ×ｎ）個の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎに対応する（Ｍ×ｎ）個の電圧を管理又は制御（セルバランス制御）するために、Ｍ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭの各々に均等可指示を送信可能である（図３（Ａ）のステップＳＴ１参照）。

具体的には、図１の処理部Ｍは、例えば図１の電池Ｃ１１を放電させる必要があると判定し、処理部Ｍは、例えば図１の電池Ｃ１１に対応する放電回路の過去の電圧降下係数αを例えばＲＯＭから読み出すことができる（図３（Ａ）のステップＳＴ２参照）。次に、処理部Ｍは、放電指示を例えば検出回路Ｓ１に送信することができる。放電指示の受信に応じて、図１の検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、スイッチング素子ＳＷ１１をＯＮさせて、電池Ｃ１１を含む放電回路に放電電流が流れ始める。

検出回路Ｓ１が例えば電池Ｃ１１の温度を検出する時に、例えば検出回路Ｓ１は、電池Ｃ１１の温度を例えば処理部Ｍに送信することができる。電池Ｃ１１の温度の受信に応じて、処理部Ｍは、読み出した過去の電圧降下係数αを補正（温度補正）することができる。例えば、セルバランス制御で測定された電池Ｃ１１の温度と試験制御で測定された電子Ｃ１１の温度（過去の電圧降下係数αに対応する温度）との差に基づく依存性を表す温度依存性マップを用いて、処理部Ｍは、過去の電圧降下係数αを補正（温度補正）又は決定することができる。処理部Ｍ又は例えばＲＯＭは、このようなマップを記憶することができ、処理部Ｍは、温度差に対応する例えば電圧降下係数αの変化量を参照又は取得することができる。

例えば検出回路Ｓ１が例えばスイッチング素子ＳＷ１１をＯＮさせた後に、検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、電池Ｃ１１の電圧（放電電圧Ｖｃｅｌｌ）に対応する検出電圧（Ｖａｄ）を検出することができる（図３（Ａ）のステップＳＴ３参照）。具体的には、検出回路Ｓ１は、バイパス抵抗器（例えばバイパス抵抗値Ｒｄｉｓ１１を有する）の両端電圧を検出電圧（Ｖａｄ）として検出し、その検出電圧を例えば処理部Ｍに送信することができる。なお、厳密に言えば、検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、バイパス抵抗器及びスイッチング素子ＳＷ１１の両端電圧（セル電圧検出部Ｄによって検出又は入力される２つのノード間電圧）を検出することができる。

検出電圧（Ｖａｄ）の受信に応じて、処理部Ｍは、補正値演算を実行することができる（図３（Ａ）のステップＳＴ４参照）。具体的には、処理部Ｍは、電圧補正係数（＝「１−α」）を算出することができる。ここで、処理部Ｍは、セルバランス制御で測定された電池Ｃ１１の温度を考慮してもよく、電圧補正係数（＝「１−α」）を補正（温度補正）して、温度補正後の電圧補正係数（温度・電圧補正係数）を算出してもよい。次に、処理部Ｍは、検出電圧（Ｖａｄ）と電圧補正係数（＝「１−α」）とを乗算することができる。ここで、処理部Ｍは、検出電圧（Ｖａｄ）と温度・電圧補正係数とを乗算してもよい。

処理部Ｍは、検出電圧（Ｖａｄ）と電圧補正係数（＝「１−α」）との乗算結果、例えば式（５）のＶｃｅｌｌを電池Ｃ１１の電圧として決定することができる（図３（Ａ）のステップＳＴ５参照）。例えば図１の電池Ｃ１１を放電させる時に、処理部Ｍは、このような手順で電池Ｃ１１の放電電圧を決定することができる。同様に、処理部Ｍは、他の電池（例えば図１の電池Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎ）の放電電圧を決定することができる。このように、処理部Ｍは、バッテリ（Ｍ個の電池モジュール）の充電を管理又は制御（セルバランス制御）することができる。

以下に、電圧降下係数αの演算方法（試験制御）を説明する。上述の通り、セルバランス制御において例えば電池Ｃ１１の放電電圧を決定するためには、処理部Ｍは、電池Ｃ１１に対応する放電回路の過去の電圧降下係数αを予め演算し、記憶する必要がある。言い換えれば、処理部Ｍは、例えば（Ｍ×ｎ）個の電池Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１ｎ，Ｃ２１，Ｃ２２，・・・，Ｃ２ｎ，・・・，ＣＭ１，ＣＭ２，・・・，ＣＭｎに対応する（Ｍ×ｎ）個の放電回路の（Ｍ×ｎ）個の電圧降下係数αの演算・保存処理を少なくとも１回実行する必要がある。また、演算・保存処理を実行するタイミングは、任意である。しかしながら、放電回路の抵抗値の経時変化を考慮すれば、（Ｍ×ｎ）個の電圧降下係数αの演算・保存処理は、更新されることが好ましく、特に、演算・保存処理（試験制御）は、制御ユニット１０の電源がＯＦＦされる毎に実行されることが好ましい。

一般に、車両はエアーコンディショナを備え、車両が走行する時に、エアーコンディショナが起動されていることが期待される。即ち、車両が走行する時には、車両の室（キャビン）内の温度は、変化が少ないことが期待される。また、図１のバッテリ（Ｍ個の電池モジュール）が車両駆動用のバッテリである時に、そのバッテリは、車両の室内に配置され、従って、バッテリの温度も、変化が少ないことが期待される。特に、車両が停止する時に、言い換えれば、車両停止操作が運転者によって実行される時に、車両の室（キャビン）内の温度は、一定温度（運転者の嗜好温度）に近づいていることが期待される。従って、放電回路の抵抗値の経時変化を考慮すれば、車両停止操作に起因して制御ユニット１０の電源がＯＦＦされる前に、処理部Ｍは、演算・保存処理（試験制御）を実行することが好ましい。

加えて、車両停止操作が運転者によって実行される時に、処理部Ｍは、一般に、バッテリ（Ｍ個の電池モジュール）に異常が発生しているか否かを判定することができる（診断制御）。言い換えれば、制御ユニット１０の電源がＯＦＦされる前に、処理部Ｍは、診断制御を実行するので、診断制御と同時に、又は診断制御と並行して、電圧降下係数αの演算方法（試験制御）を実行することができる。言い換えれば、制御ユニット１０の電源がＯＦＦされる前に、処理部Ｍは、演算・保存処理（試験制御）を実行するだけの十分な時間を有している。

車両停止操作の受信に応じて、処理部Ｍは、演算・保存処理（試験制御）を実行するために、Ｍ個の検出回路Ｓ１，Ｓ２，・・・，ＳＭの各々に放電指示を送信可能である（図３（Ｂ）のステップＳＴ１１参照）。次に、処理部Ｍは、放電指示を例えば検出回路Ｓ１に送信することができる。放電指示の受信に応じて、図１の検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、スイッチング素子ＳＷ１１を一時的に又は試験的にＯＮさせて、電池Ｃ１１を含む放電回路に放電電流が流れ始める。検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、電池Ｃ１１の電圧に対応する検出電圧（Ｖａｄ）を放電状態電圧Ｖｄｉｓとして検出することができる（図３（Ｂ）のステップＳＴ１２参照）。

その後、放電状態電圧Ｖｄｉｓの受信に応じて、処理部Ｍは、解除指示（非放電指示）を検出回路Ｓ１に送信することができる（図３（Ｂ）のステップＳＴ１３参照）。解除指示の受信に応じて、図１の検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、スイッチング素子ＳＷ１１をＯＦＦさせて、放電電流がゼロになる。検出回路Ｓ１（又は例えば図２のセル電圧検出部Ｄ）は、電池Ｃ１１の電圧に対応する検出電圧（Ｖａｄ）を非放電状態電圧Ｖｎｏｎとして検出することができる（図３（Ｂ）のステップＳＴ１４参照）。

なお、非放電状態電圧Ｖｎｏｎを検出した後に、放電状態電圧Ｖｄｉｓを検出してもよい。言い換えれば、ステップＳＴ１１及びＳＴ１２は、ステップＳＴ１３及びＳＴ１４の後に、実行されてもよい。また、処理部Ｍがセルバランス制御で測定された電池Ｃ１１の温度を考慮する時に、ステップＳＴ１１及びＳＴ１２又はステップＳＴ１３及びＳＴ１４の実行にあわせて、処理部Ｍは、温度センサＴ（又は図１の例えば温度センサＴ１）で測定された電池Ｃ（又は図１の例えば電池Ｃ１１）の温度を受信し、記憶してもよい。

処理部Ｍは、非放電状態電圧Ｖｎｏｎ及び放電状態電圧Ｖｄｉｓを用いて、式（６）で表される電圧降下係数αを演算し、記憶することができる（図３（Ｂ）のステップＳＴ１５参照）。処理部Ｍが演算・保存処理（試験制御）及び診断制御を実行した後に、制御ユニット１０の電源がＯＦＦされ、制御ユニット１０は、停止し又はスリープ状態に入る。

なお、制御ユニット１０がスリープ状態に入る時に、制御ユニット１０又は処理部Ｍは、所定間隔で自動的にウェイクアップしてもよく、その時に、処理部Ｍは、演算・保存処理（試験制御）及び診断制御を再び実行してもよい。その後、車両起動操作が運転者によって実行される時に、具体的には、処理部Ｍがセルバランス制御を実行する時に、ステップＳＴ１５で例えばＲＯＭに保存された電圧降下係数αは、読み出されて、電圧補正に使用される（図３（Ａ）のステップＳＴ２，ＳＴ４参照）。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１０・・・制御ユニット、Ｃ・・・電池（セル）、ＣＮＴ・・・コネクタ、ＣＴ・・・スイッチ、ＦＣ・・・絶縁素子、Ｈ・・・ハーネス、ＩＮＶ・・・モータ駆動回路、Ｍ・・・処理部、ＭＴ・・・モータ、Ｒｄｉｓ・・・バイパス抵抗値、Ｓ・・・検出回路、ＳＷ・・・スイッチング素子、Ｔ・・・温度センサ。

Claims (2)

1. 少なくとも１つの電池と、前記少なくとも１つの電池に並列に配置されるバイパス抵抗器と、前記バイパス抵抗器に前記少なくとも１つの電池の放電を許可するスイッチング素子と、で構成される放電回路と、前記バイパス抵抗器の両端電圧を検出電圧として検出可能な電圧検出部と、を備える電圧検出装置であって、
   前記放電回路が前記少なくとも１つの電池を放電させる時に、前記電圧検出部は、前記検出電圧を、前記放電回路の過去の電圧降下特性に基づき補正して、前記少なくとも１つの電池の放電電圧を決定し、
   前記過去の電圧降下特性は、前記放電電圧の減少に伴って前記検出電圧が減少する時に、放電電流の減少に伴って電圧降下量も減少することを考慮し、
   前記電圧検出部は、前記少なくとも１つの電池を放電状態で試験的に検出した放電状態電圧と前記少なくとも１つの電池を非放電状態で試験的に検出した非放電状態電圧とに基づき、前記過去の電圧降下特性を決定し、
   電源をＯＦＦする前に、前記電圧検出部は、前記放電状態電圧及び前記非放電状態電圧を試験的に検出し、前記過去の電圧降下特性を記憶し、
   その後、前記電源をＯＮした後に、前記電圧検出部は、前記過去の電圧降下特性を読み出し、前記放電電圧を決定することを特徴とする電圧検出装置。
2. 少なくとも１つの電池と、前記少なくとも１つの電池に並列に配置されるバイパス抵抗器と、前記バイパス抵抗器に前記少なくとも１つの電池の放電を許可するスイッチング素子と、で構成される放電回路と、前記バイパス抵抗器の両端電圧を検出電圧として検出可能な電圧検出部と、を備える電圧検出装置であって、
   前記放電回路が前記少なくとも１つの電池を放電させる時に、前記電圧検出部は、前記検出電圧を、前記放電回路の過去の電圧降下特性に基づき補正して、前記少なくとも１つの電池の放電電圧を決定し、
   前記電圧検出部は、前記少なくとも１つの電池を放電状態で試験的に検出した放電状態電圧と前記少なくとも１つの電池を非放電状態で試験的に検出した非放電状態電圧とに基づき、前記過去の電圧降下特性を決定し、
   前記電圧検出部は、以下の関係式を利用して前記検出電圧を補正して前記放電電圧を決定することを特徴とする電圧検出装置。
   Ｖｃｅｌｌ＝（１−α）・Ｖａｄ
   α＝（Ｖｎｏｎ−Ｖｄｉｓ）／Ｖｄｉｓ
   ここで、Ｖｃｅｌｌ、α及びＶａｄは、それぞれ、前記放電電圧、前記電圧降下特性及び前記検出電圧であり、Ｖｄｉｓ及びＶｎｏｎは、それぞれ、前記放電状態電圧及び前記非放電状態電圧である。

Images