JP6984392B2 - 蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池システムに関するものである。

複数の電池セルを直列に接続してなる蓄電池を用いた電源システムには、各電池セルの電圧を検出するための電圧検出回路と、電圧検出回路で検出した各電池セルの電圧を均等化するための放電回路とが設けられている。そして、電圧検出回路と各電池セルとの間には、電池セルから電圧検出回路に入力される電圧に含まれるノイズを除去するために、ローパスフィルタ回路が設けられている。そして、このローパスフィルタ回路のコンデンサの電圧を測定することで、各電池セルの電圧を検出している。ところが、各電池セルから放電回路によって放電を行うと、電池セルとフィルタ回路との間の経路に含まれる接触抵抗等による電圧降下に起因して、対応するコンデンサから放電が行われるため、電圧検出回路で電圧を検出する際の誤差の一因となっている。そこで、特許文献１の技術では、放電回路による放電を行った後、３回電圧を検出し、３回検出した電圧を所定の式に代入して、コンデンサの収束電圧を予測し、電池セルの値を算出する構成が開示されている。

特開２０１４−８１２６８号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、電圧検出回路で検出した電圧からコンデンサの収束電圧を予測するために、電圧検出回路で所定のタイミングをあけて検出した３つの値で演算を行う必要があり、演算が複雑となっている。また、タイミングをあけて、３つの値を検出するために、３つの値を検出する間の待機時間が発生することとなる。そのため、迅速性という点と演算の簡易化という点で更なる改善が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、放電回路での放電の際にフィルタ回路のコンデンサによる放電を抑制できる蓄電池システムを提供することにある。

第１の手段では、複数の電池セル（Ｃ）を直列に接続した蓄電池（１０）と、前記電池セル毎に設けられ、前記電池セルに直列に接続され、放電スイッチ（３２）及び放電抵抗（３１）を有する放電回路（３０）と、前記電池セルと前記放電回路との間を接続する接続部材（Ｌ）と、前記電池セル毎に設けられ、前記接続部材を介して前記電池セルに接続され、フィルタ抵抗（４１）及びコンデンサ（４２）を有するフィルタ回路（４０）と、前記電池セル毎に設けられ、前記フィルタ回路が前記電池セルに接続された状態で、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路（２１）と、前記放電回路と前記フィルタ回路とを接続する経路に設けられたスイッチ部（４３）と、前記放電スイッチを閉状態にする間は、前記スイッチ部を開状態にする制御を行う制御部とを備えた。

各電池セルと放電回路との間の接続部材は、経年劣化等によって内部抵抗が変化する。その結果、放電回路に放電のための電流を流すと、接続部材での内部抵抗での電圧降下によって、コンデンサの電圧が変動するために、電圧検出回路で検出するコンデンサの電圧が電池セルの電圧と異なってしまう。これが電池セルの電圧を算出する際の誤差の要因となっている。特に、近年、求められる除去すべきノイズの周波数（カットオフ周波数）に対する要求が厳しくなってきているため、フィルタ回路の時定数が大きくなっている。このような場合には、一度コンデンサから放電が行われてしまうと、電池セルの電圧の値と等しくなるまでに時間がかかってしまう。

本構成では、放電スイッチを閉状態として放電回路での放電を行う間は、放電回路とフィルタ回路とを接続する経路に設けられたスイッチ部を開状態としている。放電回路での放電の間、コンデンサが放電回路から切り離されることで、接続部材の内部抵抗による電圧降下の影響をコンデンサが受けないようにできる。

第２の手段では、前記放電回路による放電の前後での電圧変化量が、前記接続部材における内部抵抗（Ｒ）の値に、前記放電の実行中に前記放電回路に流れる電流の値をかけた値を半分にした値より小さい。

放電回路における放電時にコンデンサの放電を行わないため、放電回路での放電後の電池セルの電圧と電圧検出回路での電圧とが異なってしまう。そのため、接続部材での電圧降下によるコンデンサと電池セルとの間の誤差よりも、放電時に電池セルとともにコンデンサが放電を行わないことによって、コンデンサと電池セルとの間の誤差の方が大きくなってしまうことが懸念される。そこで、放電回路による放電の前後での電圧変化量が、接続部材における内部抵抗の値に、放電回路に流れる電流の値をかけた値の半分にした値よりも小さい構成を採用した。このような条件の場合には、接続部材での内部抵抗によるコンデンサの電圧変動に起因する誤差よりも、コンデンサで放電を行わないことによる電池セルとコンデンサとの電圧の差の方が小さくなる。つまり、放電回路での放電による電圧変化量が小さい場合、例えば車両走行中の均等化処理に用いる場合には、このような構成を用いるのに好適である。

第３の手段では、前記電圧検出回路、前記放電スイッチ、前記フィルタ抵抗、及び前記スイッチ部は、共通のＩＣ（２０）に組み込まれている。

一般的に、蓄電池の電圧を検出する電圧検出回路や放電回路の制御を行うための放電スイッチは、共通のＩＣに組み込まれている。この共通のＩＣに、フィルタ抵抗及びスイッチ部も設けることで、スイッチ部を制御するための制御ピンをＩＣに設ける必要がなくなる。また、スイッチ部のみをＩＣに組み込み、フィルタ抵抗をＩＣの外部に実装した場合には、ＩＣ内のスイッチ部とフィルタ抵抗とを接続するためのピンを設ける必要があり、ＩＣ及びＩＣの外部の回路構成を大幅に変更する必要がある。つまり、本構成では、ＩＣ及びそのＩＣに接続される回路構成の変更を抑制することができ、コストダウンとなる。また、スイッチ部やフィルタ抵抗をＩＣの外部に装着する場合に比べて、実装部品の点数を削減することができる。

第４の手段では、前記コンデンサに対して前記フィルタ抵抗及び前記スイッチ部に並列に接続され、前記フィルタ抵抗より抵抗値が小さい抵抗（４４）が前記ＩＣの外部に接続されることで、前記コンデンサと前記抵抗値が小さい抵抗とによって時定数の小さい前記フィルタ回路を形成する。

ＩＣの内部にフィルタ抵抗を設ける場合には、フィルタ抵抗の抵抗値の変更を行うことが容易ではなくなり、時定数の変更をすることが容易ではない。そこで、仮にフィルタ抵抗とコンデンサによる時定数が大きくなるように、フィルタ抵抗の抵抗値が大きいものがＩＣ内部に組み込まれている場合について考える。ＩＣ内部に組み込まれたフィルタ抵抗の抵抗値が大きい場合に、コンデンサに対する充電の応答性を高めるために、フィルタ回路の時定数を小さくしたい場合があり得る。その場合には、ＩＣの外部に、フィルタ抵抗とスイッチ部に並列になるようにフィルタ抵抗より抵抗値が小さい抵抗を接続し、コンデンサと抵抗値が小さい抵抗とによってフィルタ回路を形成することで、フィルタ回路の時定数を小さくすることができる。

第５の手段では、前記電圧検出回路、前記放電スイッチ及び前記スイッチ部は、共通のＩＣ（２０）に組み込まれている一方で、前記ＩＣの外部に、前記フィルタ抵抗が装着されている。

ＩＣ内部にフィルタ抵抗を組み込んだ場合には、抵抗値の公差が外付けの抵抗に比べて大きくなり、時定数にばらつきが生じる。そのため、フィルタ抵抗をＩＣの外部に装着することで、フィルタ抵抗の公差が小さくなり、時定数のばらつきを抑制できる。ところで、外付けにする部品点数が増えると、部品実装にかかるコストも増加する。そこで、本構成では、スイッチ部については、共通のＩＣ内に組み込むこととした。つまり、本構成では、実装部品の点数を減らしてコストダウンを行いつつ、時定数のばらつきを抑制することができる。

電源システムの概略構成図。 均等化処理のために放電回路に電流を流した状態を示す図。 マイコンでの処理手順を示すフローチャート。 均等化処理時のタイムチャート。 他の実施形態における電源システムの概略構成図。 他の実施形態における電源システムの概略構成図。 他の実施形態における電源システムの概略構成図。

以下、本発明に係る蓄電池システムを具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る蓄電池システムは、例えばハイブリッド自動車又は電気自動車に搭載される電源システムに適用される。

図１に示すように、電源システムは、蓄電池１０を備えている。蓄電池１０は、例えばリチウムイオン蓄電池であって、車両の図示しない走行用モータを含む車載電気負荷の電力供給源となる。なお、リチウムイオン蓄電池に限らず、複数の単位電池を接続して所定の電圧で供給する蓄電池であれば、ニッケル水素蓄電池等他の蓄電池であってもよい。

蓄電池１０は、ｎ個（ｎは１以上の整数、概ね数〜十数）の単位電池である電池セルＣ１〜Ｃｎが互いに直列接続されて構成された、電池モジュール１１から構成される。蓄電池１０は、複数の電池モジュール１１が直列もしくは並列に接続されて構成されていてもよいし、１つの電池モジュール１１から構成されていてもよい。なお、本実施形態では、１つの電池モジュール１１を蓄電池１０の例として図示する。また、以下の説明では、電池セルＣ１〜Ｃｎをまとめて電池セルＣとも記す。図１では、電池セルＣ１及び電池セルＣ５以降の記載は省略する。

電池モジュール１１毎に、各電池セルＣの電圧の算出及び均等化処理等を行いながら、電池状態を監視する監視ＩＣ２０が設けられている。監視ＩＣ２０には、電池セルＣ毎に、電圧検出回路２１、放電スイッチ３２、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３が設けられている。また、監視ＩＣ２０には、各電池セルＣの電圧の算出を行ったり、放電スイッチ３２及びスイッチ部４３の制御を行ったり、異常判定を行ったりする図示しないマイコンが設けられている。なお、本実施形態では、監視ＩＣ２０が、「ＩＣ」に相当する。また、監視ＩＣ２０は、複数の電池モジュール１１をまとめて監視してもよいし、１つの電池モジュール１１を複数の監視ＩＣ２０に分割して監視してもよい。マイコンは、監視ＩＣ２０内に設けず、監視ＩＣ２０と通信可能なＥＣＵ内等に設けてもよい。

監視ＩＣ２０内部に、電圧検出回路２１、放電スイッチ３２、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３が設けられることで、監視ＩＣ２０及び監視ＩＣ２０に接続される回路構成の従来からの変更を抑制することができ、コストダウンとなる。具体的には、監視ＩＣ２０に、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３も設けることで、スイッチ部４３を制御するための制御用のピンを監視ＩＣ２０に設ける必要がなくなる。また、仮にスイッチ部４３のみを監視ＩＣ２０に組み込み、フィルタ抵抗４１を監視ＩＣ２０の外部に実装した場合には、監視ＩＣ２０内のスイッチ部４３とフィルタ抵抗４１とを接続するためのピン２２を設ける必要があり（図６参照）、監視ＩＣ２０及び監視ＩＣ２０の外部の回路構成を大幅に変更する必要がある。そこで、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３を監視ＩＣ内部に組み込むことで、監視ＩＣ２０周辺における従来の回路構成からの変更を抑制できる。また、スイッチ部４３やフィルタ抵抗４１を監視ＩＣ２０の外部に装着する場合に比べて、実装部品の点数を削減することができる。

電池セルＣ毎に、電圧検出回路２１と、放電回路３０と、フィルタ回路４０とが設けられている。そして、電池セルＣと放電回路３０との間を繋ぐ接続部材Ｌ１〜Ｌ（ｎ+１）が設けられている。接続部材Ｌ１〜Ｌ（ｎ＋１）は、各電池セルＣの正極側と放電回路３０（正極側の放電抵抗３１の一端）とを繋ぎ、各電池セルＣの負極側と放電回路３０（負極側の放電抵抗３１の一端）とを繋ぐ。また、最も高電圧側の電池セルＣ１の正極側の接続部材Ｌ１と最も低電圧側の電池セルＣｎの負極とにそれぞれ接続された接続部材Ｌ（ｎ＋１）以外の接続部材Ｌ２〜Ｌｎについては、隣接する電池セルＣ間で共用されている。例えば、電池セルＣ３の正極側と放電回路３０とを繋ぐ接続部材Ｌ３は、電池セルＣ２の負極側と放電回路３０とを繋ぐ接続部材Ｌ３になっている。なお、以下の説明では、接続部材Ｌ１〜Ｌ（ｎ+１）をまとめて接続部材Ｌとも記す。図１では、接続部材Ｌ１及び接続部材Ｌ６以降の記載は省略する。

接続部材Ｌは、監視ＩＣ２０、放電回路３０、フィルタ回路４０等が設けられた基板Ｂと各電池セルＣの間を繋ぐワイヤーハーネス５１と、ワイヤーハーネス５１と基板Ｂとを接続するコネクタ５２と、基板Ｂ上に設けられたプリント配線５３と、プリント配線５３上に設けられたヒューズ５４とを備えている。ワイヤーハーネス５１は、電流を流した時に生じる抵抗５１ａを有しており、プリント配線５３は、電流を流した時に生じる抵抗５３ａを有している。また、コネクタ５２は、接触抵抗を有しており、ヒューズ５４等のプリント配線５３上もしくはプリント配線５３に接続される素子には、素子自体の抵抗及び接触抵抗を有している。これらの接続部材Ｌ上に電流を流した時に生じる抵抗をまとめて、内部抵抗Ｒと示す。内部抵抗Ｒの大きさは、経年劣化、周辺温度等によって変化するが、概ね数百ｍΩになっている。

放電回路３０は、各電池セルＣの電圧を均等化処理（バランシング処理）するための回路であって、電池セルＣに直列に接続されている。放電回路３０は、基板Ｂ上に設けられた放電抵抗３１と、監視ＩＣ２０内に設けられた放電スイッチ３２とを備えている。放電抵抗３１の大きさは、概ね数十Ωになっている。放電抵抗３１は、一端は接続部材Ｌに接続されており、他端は、放電スイッチ３２に接続される監視ＩＣ２０のピンに接続されている。放電抵抗３１は、接続部材Ｌと同様に、隣接する電池セルＣの間で共用されている。

放電回路３０に電流が流れる際には、電池セルＣの正極側から正極側の接続部材Ｌを介して、正極側の放電抵抗３１に電流が流れる。その後、監視ＩＣ２０内部を流れ、負極側の放電抵抗３１に電流が流れて、負極側の接続部材Ｌを介して電池セルＣの負極側に戻るようになっている。そして、この経路上、具体的には、正極側の放電抵抗３１と負極側の放電抵抗３１との間の監視ＩＣ２０内部に放電スイッチ３２が設けられている。放電スイッチ３２の開閉、つまり電池セルＣの放電を放電回路３０で行うかどうかがマイコンによって制御される。電池セルＣの放電は、奇数番号の電池セルＣのグループと偶数番号の電池セルＣのグループとに分けて、グループ毎に異なるタイミングで放電を行うように、放電スイッチ３２はマイコンに制御される。なお、電池セルＣの放電は、接続部材Ｌを共用する隣接する電池セルＣ同士が異なるタイミングで放電が行われればよく、例えば電池セルＣを３つのグループに分けて放電を行ってもよいし、電池セルＣをグループに分けずに放電を行ってもよい。

フィルタ回路４０は、電池セルＣから監視ＩＣ２０の電圧検出回路２１に入力される電圧に含まれるノイズを除去する。フィルタ回路４０は、ＲＣ回路と呼ばれるローパスフィルタ回路であって、フィルタ抵抗４１とコンデンサ４２とを備えている。フィルタ抵抗４１は、概ね数ｋΩの大きさとなっており、監視ＩＣ２０の内部に設けられている。一方、コンデンサ４２は数μＦの大きさとなっており、基板Ｂ上に設けられている。フィルタ抵抗４１の一端は、スイッチ部４３を介して、放電回路３０（正極側の放電抵抗３１と放電スイッチ３２の間）に接続されている。フィルタ抵抗４１の他端は、電圧検出回路２１の一端と共に、コンデンサ４２に接続される監視ＩＣ２０のピンに接続されている。コンデンサ４２の一端は、フィルタ抵抗４１の他端と電圧検出回路２１とに接続される監視ＩＣ２０のピンに接続されている。コンデンサ４２の他端は、負極側の接続部材Ｌ及び放電抵抗３１の一端に接続されている。

スイッチ部４３は、放電回路３０とフィルタ回路４０とを接続する経路に設けられている。スイッチ部４３は、監視ＩＣ２０内部に設けられており、放電抵抗３１とフィルタ抵抗４１との間に接続されている。スイッチ部４３は、マイコンによりその開閉が制御されており、スイッチ部４３が開状態（オフ状態）とされることで、フィルタ回路４０が放電回路３０から切り離された状態となる。

電圧検出回路２１は、Ａ／Ｄ変換器といわれるものであって、コンデンサ４２の電圧を検出している。電圧検出回路２１の一端は、フィルタ抵抗４１とコンデンサ４２に接続され、他端は、負極側の放電抵抗３１に接続される。各コンデンサ４２の電圧は、並列に接続される各電池セルＣの電圧と、定常状態では一致することから、各電圧検出回路２１が各コンデンサ４２の電圧を検出することで、各フィルタ回路４０によってノイズが除去された状態の各電池セルＣの電圧を電圧検出回路２１で検出できる。各電圧検出回路２１は、所定の周期で各コンデンサ４２の電圧を検出する。

図３は、マイコン（監視ＩＣ２０）が実施するフローチャートであり、本処理は、車両走行時に、所定の周期で、マイコンにより実施される。

ステップＳ１１で、全ての電池セルＣの電圧を取得する。具体的には、全ての電池セルＣの電圧検出回路２１に対して、コンデンサ４２の電圧を検出するように制御し、電圧検出回路２１で検出した電圧を取得する。

ステップＳ１２で、ステップＳ１１で取得した各電池セルＣの電圧に基づいて、均等化のための放電が必要な電池セルＣを設定する。具体的には、ある電池セルＣの電圧が他の電池セルＣの電圧よりも高い場合、この電池セルＣについて、均等化のための放電が必要と判定する。本実施形態では、電池セルＣ３について、均等化のための放電が必要であるとして、以下の説明を行う。

ステップＳ１３で、全てのスイッチ部４３をオフ状態（開状態）にして、フィルタ回路４０を放電回路３０から切り離す。なお、ステップＳ１３の機能が「制御部」に相当する。

そして、ステップＳ１４で、奇数番号の電池セルＣのグループ若しくは偶数番号の電池セルＣのグループにおいて、放電の必要な電池セルＣを放電する。具体的には、放電が必要と判定された電池セルＣ３の放電回路３０で放電するために、対応する放電スイッチ３２をオン状態（閉状態）にする。そして、放電スイッチ３２をオン状態にした後、所定時間（例えば、数ミリ秒〜十数ミリ秒）が経過すると、放電スイッチ３２をオフ状態（開状態）にして、放電を終了する。

ステップＳ１４で、放電が終了すると、ステップＳ１５で、全てのスイッチ部４３をオン状態（閉状態）にして、フィルタ回路４０を放電回路３０に接続する。具体的には、放電スイッチ３２をオフ状態にしたタイミングもしくはその直後にスイッチ部４３をオン状態にする。なお、ステップＳ１５の機能が「制御部」に相当する。

ステップＳ１６で、放電直後の電圧として、電池セルＣの電圧を取得する。具体的には、ステップＳ１１と同様に、全ての電池セルＣについて、電圧検出回路２１でのコンデンサ４２の電圧を検出させ、その電圧を取得する。なお、放電直後の電圧とは、放電スイッチ３２をオフ状態としてから概ね数ミリ秒以内に検出された電圧を指す。また、放電スイッチ３２をオフにする指令を出してすぐは、まだ放電回路３０に電流が流れている可能性がある。放電を終了した後、ステップＳ１５でスイッチ部４３をオン状態としており、スイッチ部４３の個体差による反応のばらつきも加味して、確実にフィルタ回路４０が放電回路３０に接続された状態とする必要がある。そのため、ステップＳ１５とステップＳ１６との間には、切り替えのための時間（例えば、１〜３ミリ秒程度）を設けている。

このような処理を行った場合のタイムチャートについて、図４を用いて説明する。図４は、放電を行った時の電池セルＣの電圧及び対応するコンデンサ４２の電圧を表す図である。図４において、横軸は時刻を表し、縦軸は各信号のレベルを表す。

従来のように、フィルタ回路４０が接続された状態で、放電回路３０に放電のための電流を流した場合について説明する。この場合のコンデンサ４２の電圧を二点鎖線で示す。接続部材Ｌでの内部抵抗Ｒによる電圧降下によって、コンデンサ４２の電圧が電池セルＣの電圧と異なってしまう。具体的には、フィルタ回路４０が接続された状態で、図２に示すように、電池セルＣ３で放電を行っている場合について説明する。

放電を実施している電池セルＣ３に対応するコンデンサ４２では、接続部材Ｌ３及び接続部材Ｌ４の内部抵抗Ｒでの電圧降下によって、コンデンサ４２の電圧が低下する。この際に、接続部材Ｌ３及び接続部材Ｌ４の内部抵抗Ｒによる電圧降下量は、両側の接続部材Ｌ３，Ｌ４の内部抵抗Ｒの合計値に放電時の電流の値Ｉをかけた値で表される。そして、コンデンサ４２の電圧は、フィルタ回路４０の時定数によって定まる関係により徐々に電圧降下量分低下する。そして、放電が終了すると、電池セルＣ３の値に戻るまで、フィルタ回路４０の時定数によって定まる関係により徐々に上昇し、数十ミリ秒後に電池セルＣ３の値で定常化する。

また、放電する電池セルＣ３と接続部材Ｌ４を共用する電池セルＣ４に対応するコンデンサ４２では、接続部材Ｌ４での電圧降下によって、コンデンサ４２の電圧が上昇する。この際に、コンデンサ４２の電圧が上昇する量は、接続部材Ｌ４の内部抵抗Ｒに放電時の電流の値Ｉをかけた値で表される。そして、コンデンサ４２の電圧は、フィルタ回路４０の時定数によって定まる関係により徐々に上昇する。そして、放電が終了すると、電池セルＣ４の値に戻るまで、フィルタ回路４０の時定数によって定まる関係により徐々に低下、電池セルＣ４の値で定常化する。そのため、従来のように、フィルタ回路４０が放電回路３０に接続されて放電した場合には、放電終了後数ミリ秒しか経過していない放電後電圧検出時に、電池セルＣ３及び電池セルＣ４の値との間に大きな誤差が生じてしまう。

次に、本実施形態のように、スイッチ部４３の制御を行って、放電回路３０による放電を実施した場合について説明する。また、この場合のコンデンサ４２の電圧を破線で示す。具体的には、図２に示すように、電池セルＣ３で放電を行っている場合について説明する。

まず、タイミングｔ１１で、各電池セルＣについて電圧が電圧検出回路２１で検出される。そして、タイミングｔ１２で、電圧検出回路２１での検出が終了すると、タイミングｔ１３で、スイッチ部４３がオフ状態（開状態）にされ、フィルタ回路４０が放電回路３０から切り離される。

そして、タイミングｔ１４で、放電を実施する奇数番号の電池セルＣ（電池セルＣ３）の放電スイッチ３２がオン状態（閉状態）にされ、放電が実施される。この際に、フィルタ回路４０は放電回路３０から切り離されているため、コンデンサ４２の電圧はタイミングｔ１１から変化しない状態となる。同様に、隣接する電池セルＣ４のコンデンサ４２の電圧もタイミングｔ１１から変化しない。

所定時間（例えば、十数ミリ秒）放電が行われたあと、タイミングｔ１５で放電スイッチ３２がオフ状態（開状態）にされる。それと同時に、スイッチ部４３がオン状態（閉状態）にされる。スイッチ部４３がオン状態になることで、フィルタ回路４０が放電回路３０に接続され、電池セルＣにも接続される。放電終了時には、電池セルＣよりコンデンサ４２の電圧が高いため、放電した電池セルＣの電圧と等しくなるように、コンデンサ４２が放電する。具体的には、電池セルＣ３に接続されたコンデンサ４２の電圧は、放電によって低下した電池セルＣ３の電圧になるまで、フィルタ回路４０の時定数によって定まる関係により徐々に低下する。この際に、放電回路によって放電された時間（タイミングｔ１４とタイミングｔ１５の間）が短いため、放電前の電池セルＣ３の電圧Ｖ０と、放電後の電池セルＣ３の電圧Ｖ１との差が小さく、短い時間（数ミリ秒）で、コンデンサ４２の値は電池セルＣ３の電圧と等しくなって定常化する。

そして、放電スイッチ３２がオフ状態になった後、電流が確実に流れなくなるまでの切り替えのための時間（数ミリ秒）待機した後、タイミングｔ１６で、各電池セルＣについて電圧が電圧検出回路２１で検出される。この電圧が、タイミングｔ１４〜タイミングｔ１５で、放電を実施した後の放電後電圧となっている。この際に、接続部材Ｌでの内部抵抗Ｒによるコンデンサ４２の放電に起因する誤差よりも、コンデンサ４２で放電を行わないことによって、電池セルＣとコンデンサ４２との電圧の差分の方が小さくなっており、電池セルＣ３での測定誤差がほぼない状態で測定されている。

なお、放電時間が長く、放電による電池セルＣの電圧の変化が大きい場合には、フィルタ回路４０を放電回路３０から切り離すことに起因する誤差が大きくなる。逆に、放電前の電池セルＣの電圧Ｖ０から内部抵抗Ｒと放電時の電流の値Ｉをかけた値をひいた値を、放電後の電池セルＣの電圧Ｖ１からひいた値が、放電の前後での電池セルＣの電圧変化量よりも大きければ（Ｖ１−（Ｖ０−Ｒ×Ｉ）＞（Ｖ０−Ｖ１））、フィルタ回路４０を切り離した方が、電池セルＣと対応するコンデンサ４２との電圧の誤差が小さくなる。つまり、放電回路３０による放電の前後での電池セルＣの電圧変化量（Ｖ０−Ｖ１）が、接続部材Ｌにおける内部抵抗Ｒの値に、放電の実行中に放電回路３０に流れる電流の値Ｉをかけた値を半分にした値より小さい（（Ｖ０−Ｖ１）＜（Ｒ×Ｉ）／２）場合には、フィルタ回路４０を切り離した方が、電池セルＣと対応するコンデンサ４２との電圧の誤差が小さくなる。

本実施形態では、車両走行中の短い時間に放電を行っているため、放電の前後での電池セルＣの電圧変化量（Ｖ０−Ｖ１）が小さく、対応するコンデンサ４２の電圧が、短い時間（数ミリ秒）で電池セルＣ３の電圧Ｖ１になり定常化する。そのため、タイミングｔ１６で対応する電圧検出回路２１で検出した電圧は、電池セルＣ３の値とほぼ同じか、フィルタ回路４０を切り離さない場合の測定誤差よりも小さい測定誤差を有する値となる。一方、放電を実施していない電池セルＣ４の電圧Ｖ１は、放電前の電池セルＣ４の電圧Ｖ０のままとなる。そして、電池セルＣ４に対応する電圧検出回路２１で検出される値は、放電の間、コンデンサ４２が放電回路３０から切り離されて、コンデンサ４２の電圧の値が放電前から変化していないため、正しい値が検出される。つまり、車両走行中の均等化処理のために放電回路３０で短い時間放電する場合に、放電回路３０からフィルタ回路４０を切り離すことによって、放電後の電圧を誤差が少ない状態で、素早く測定をすることができる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果を奏する。

各電池セルＣと放電回路３０との間の接続部材Ｌは、経年劣化等によって内部抵抗Ｒが変化する。その結果、フィルタ回路４０を放電回路３０に接続した状態で、放電回路３０に放電のための電流を流すと、接続部材Ｌでの内部抵抗Ｒでの電圧降下によって、コンデンサ４２の電圧が変動するために、電圧検出回路２１で検出するコンデンサ４２の電圧が電池セルＣの電圧と異なってしまう。これが電池セルＣの電圧を算出する際の誤差の要因となっている。特に、近年、求められる除去すべきノイズの周波数（カットオフ周波数）に対する要求が厳しくなってきているため、フィルタ回路４０の時定数が大きくなっている。このような場合には、一度コンデンサ４２から放電が行われてしまうと、電池セルＣの電圧の値と等しくなるまでに時間がかかってしまう。

本実施形態では、放電スイッチ３２を閉状態として放電回路３０での放電を行う間は、放電回路３０とフィルタ回路４０とを接続する経路に設けられたスイッチ部４３を開状態としている。放電回路３０での放電の間、コンデンサ４２が放電回路３０から切り離されることで、接続部材Ｌの内部抵抗Ｒによる電圧降下の影響をコンデンサ４２が受けないようにできる。

本実施形態では、放電回路３０における放電時にコンデンサ４２の放電を行わないため、放電回路３０での放電後の電池セルＣの電圧と電圧検出回路２１での電圧とが異なってしまう。そのため、接続部材Ｌでの電圧降下によるコンデンサ４２と電池セルＣとの間の電圧の誤差よりも、放電時に電池セルＣとともにコンデンサ４２が放電を行わないことによるコンデンサ４２と電池セルＣとの間の電圧の誤差の方が大きくなってしまうことが懸念される。そこで、放電回路３０による放電の前後での電圧変化量（Ｖ１−Ｖ０）が、接続部材Ｌにおける内部抵抗Ｒの値に、放電回路３０に流れる電流の値Ｉをかけた値の半分にした値よりも小さい場合に、スイッチ部４３を開状態とする。このような条件の場合には、接続部材Ｌでの内部抵抗Ｒによるコンデンサ４２の電圧変動に起因する誤差よりも、コンデンサ４２で放電を行わないことによる電池セルＣとコンデンサ４２との電圧の差の方が小さくなる。つまり、放電回路３０での放電による電圧変化量（Ｖ１−Ｖ０）が小さい場合、例えば車両走行中の均等化処理に用いる場合には、本実施形態のようにスイッチ部４３を開状態にする構成に好適である。

一般的に、電池セルＣの電圧を検出する電圧検出回路２１や放電回路３０の制御を行うための放電スイッチ３２は、共通の監視ＩＣ２０に組み込まれている。この共通の監視ＩＣ２０に、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３も設けることで、スイッチ部４３を制御するための制御端子をＩＣに設ける必要がなくなる。また、スイッチ部４３のみを監視ＩＣ２０に組み込み、フィルタ抵抗４１を監視ＩＣ２０の外部に実装した場合には、監視ＩＣ２０内のスイッチ部４３とフィルタ抵抗４１とを接続するための端子を設ける必要があり、監視ＩＣ２０及び監視ＩＣ２０の外部の回路構成を大幅に変更する必要がある。つまり、監視ＩＣ２０には、電池セルＣ毎に、電圧検出回路２１、放電スイッチ３２、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３が設けられることで、監視ＩＣ２０及び監視ＩＣ２０に接続される回路構成の従来からの変更を抑制することができ、コストダウンとなる。また、スイッチ部４３やフィルタ抵抗４１を監視ＩＣ２０の外部に装着する場合に比べて、実装部品の点数を削減することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。

・上記実施形態では、フィルタ抵抗４１が監視ＩＣ２０内部に設けられており、フィルタ抵抗４１の抵抗値が大きいものとしている。このような場合に、図５に示すように、フィルタ抵抗４１よりも抵抗値が小さい抵抗４４が、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３に並列になるように接続されている。

具体的には、監視ＩＣ２０の外部の基板Ｂ上に抵抗値が小さい抵抗４４を装着する。この抵抗４４の大きさは、フィルタ抵抗４１の抵抗値の１０％程度の大きさとなっている。この抵抗４４の一端は、放電抵抗３１と共に接続部材Ｌに接続されており、他端は、コンデンサ４２及びフィルタ抵抗４１に接続されている。このように抵抗値の小さい抵抗４４を接続することで、この抵抗４４とコンデンサ４２により時定数の小さいフィルタ回路４０が形成される。なお、この場合には、電圧検出回路２１による電圧検出時には、スイッチ部４３は開状態でも閉状態でもよい。スイッチ部４３が閉状態の場合には、フィルタ回路４０を構成する抵抗は、抵抗４４とフィルタ抵抗４１との並列状態での合成抵抗となる。

上記実施形態のように、監視ＩＣ２０の内部にフィルタ抵抗４１を設ける場合には、フィルタ抵抗４１の抵抗値の変更を行うことが容易ではなくなり、時定数の変更をすることが容易ではない。そこで、上記実施形態のように、フィルタ抵抗４１とコンデンサ４２による時定数が大きくなるように、抵抗値の大きいフィルタ抵抗４１が監視ＩＣ２０内部に組み込まれている場合に、コンデンサ４２に対する充電の応答性を高めるために、フィルタ回路４０の時定数を小さくしたい場合があり得る。その場合には、図５に例示するように、監視ＩＣ２０の外部に、フィルタ抵抗４１とスイッチ部４３に並列になるように、フィルタ抵抗４１より抵抗値が小さい抵抗４４を接続する。そして、コンデンサ４２と抵抗値が小さい抵抗４４とによってフィルタ回路４０を形成することで、フィルタ回路４０の時定数を小さくすることができる。

・上記実施形態では、フィルタ抵抗４１が監視ＩＣ２０の内部に設けられる構成としたが、これを変更してもよい。

上記実施形態のように、監視ＩＣ２０内部にフィルタ抵抗４１を組み込んだ場合には、抵抗値の公差が外付けの抵抗に比べて大きくなり、時定数にばらつきが生じる。そのため、コンデンサ４２の電圧の変化にかかる時間等にばらつきが生じ、電池セルＣの電圧検出時の誤差要因となる。

そこで、図６に示すように、フィルタ抵抗４１を監視ＩＣ２０の外部に設ける。具体的には、フィルタ抵抗４１の一端が、監視ＩＣ２０のスイッチ部４３に接続されるピン２２と接続され、フィルタ抵抗４１の他端が、コンデンサ４２に接続されている。また、フィルタ抵抗４１に接続されるコンデンサ４２の一端が、電圧検出回路２１に接続される監視ＩＣ２０のピンに接続されている。

図６に示すように、フィルタ抵抗４１を監視ＩＣ２０の外部に設けることで、フィルタ抵抗４１の公差が小さくなり、時定数のばらつきを抑制できる。ところで、外付けにする部品点数が増えると、部品実装にかかるコストも増加する。そこで、図６では、スイッチ部４３については、共通の監視ＩＣ２０内に組み込むこととした。つまり、図６では、実装部品の点数を減らしてコストダウンを行いつつ、時定数のばらつきを抑制することができる。また、要求される時定数に合わせて、フィルタ抵抗４１の値を簡単に変更することができる。

・上記実施形態では、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３が監視ＩＣ２０の内部に設けられる構成としたが、これを変更してもよい。

例えば、図７に示すように、フィルタ抵抗４１及びスイッチ部４３を監視ＩＣ２０の外部に設けてもよい。具体的には、フィルタ抵抗４１の一端が放電回路３０及び正極側の接続部材Ｌに接続され、フィルタ抵抗４１の他端が電圧検出回路２１に接続される監視ＩＣ２０のピンに接続されている。コンデンサ４２の一端が、フィルタ抵抗４１と電圧検出回路２１に接続される監視ＩＣ２０のピンとの間に接続されている。そして、フィルタ抵抗４１と放電回路３０とを接続する経路上にスイッチ部４３が設けられている。スイッチ部４３は、監視ＩＣ２０の図示しない制御ピンからの出力によって、開閉制御される。

・上記実施形態では、フィルタ抵抗４１と放電回路３０の間にスイッチ部４３を設けたが、コンデンサ４２と放電回路３０との間に設けてもよいし、フィルタ抵抗４１とコンデンサ４２の間に設けてもよい。

・上記実施形態では、電圧検出回路２１で検出した電圧に対して補正を行っていないが、周知の方法で、検出したコンデンサ４２の電圧から電池セルＣの値を算出する補正を行ってもよい。

１０…蓄電池、２０…監視ＩＣ、２１…電圧検出回路、３０…放電回路、３１…放電抵抗、３２…放電スイッチ、４０…フィルタ回路、４１…フィルタ抵抗、４２…コンデンサ、４３…スイッチ部、４４…抵抗、Ｃ…電池セル、Ｌ…接続部材、Ｒ…内部抵抗。

Claims (5)

1. 複数の電池セル（Ｃ）を直列に接続した蓄電池（１０）と、
   前記電池セル毎に設けられ、前記電池セルに直列に接続され、放電スイッチ（３２）及び放電抵抗（３１）を有する放電回路（３０）と、
   前記電池セルと前記放電回路との間を接続する接続部材（Ｌ）と、
   前記電池セル毎に設けられ、前記接続部材を介して前記電池セルに接続され、フィルタ抵抗（４１）及びコンデンサ（４２）を有するフィルタ回路（４０）と、
   前記電池セル毎に設けられ、前記フィルタ回路が前記電池セルに接続された状態で、前記コンデンサの電圧を検出する電圧検出回路（２１）と、
   前記放電回路と前記フィルタ回路とを接続する経路に設けられたスイッチ部（４３）と、
   前記放電スイッチを閉状態にする間は、前記スイッチ部を開状態にする制御を行う制御部とを備えた蓄電池システム。
2. 前記放電回路による放電の前後での前記電池セルの電圧変化量が、前記接続部材における内部抵抗（Ｒ）の値に、前記放電の実行中に前記放電回路に流れる電流の値をかけた値を半分にした値より小さい請求項１に記載の蓄電池システム。
3. 前記電圧検出回路、前記放電スイッチ、前記フィルタ抵抗、及び前記スイッチ部は、共通のＩＣ（２０）に組み込まれている請求項１又は請求項２に記載の蓄電池システム。
4. 前記コンデンサに対して前記フィルタ抵抗及び前記スイッチ部に並列に接続され、前記フィルタ抵抗より抵抗値が小さい抵抗（４４）が前記ＩＣの外部に接続されることで、前記コンデンサと前記抵抗値が小さい抵抗とによって時定数の小さい前記フィルタ回路を形成する請求項３に記載の蓄電池システム。
5. 前記電圧検出回路、前記放電スイッチ及び前記スイッチ部は、共通のＩＣ（２０）に組み込まれている一方で、
   前記ＩＣの外部に、前記フィルタ抵抗が装着されている請求項１又は２に記載の蓄電池システム。

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