WO2014046166A1 - 電圧検出装置及び均等化装置 - Google Patents

電圧検出装置及び均等化装置 Download PDF

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宏尚 藤井
崇明 伊澤
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矢崎総業株式会社
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a voltage detection device and an equalization device, and more particularly, to a voltage detection device and an equalization device that detect both-end voltages of a plurality of unit cells connected in series with each other.
  • an assembled battery mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle is composed of a plurality of unit cells connected in series with each other, a high voltage such as 200 V is generated at both ends thereof, and the generated power is supplied to a drive motor.
  • a high voltage such as 200 V
  • the generated power is supplied to a drive motor.
  • an equalizing device that detects the voltage across each unit battery and equalizes the voltage across each unit battery using a discharge resistance or the like based on the detection result.
  • the equalizing device is composed of a battery monitoring IC in which an A / D converter for detecting the voltage across each unit battery is incorporated.
  • a low-pass filter hereinafter referred to as LPF
  • LPF low-pass filter
  • the conventional technology sometimes cannot detect the failure of the LPF depending on the content of the failure. Specifically, in the case of a failure in which the voltage drop of the LPF output is noticeable in a short time due to open breakdown of the resistor forming the LPF, the LPF failure is detected from the detection result of the voltage across the unit battery. It is possible. On the other hand, in the case of a failure in which the output of the LPF gradually decreases over a long period of time, such as a capacitor leak failure, it is difficult to clearly distinguish from the deterioration of the characteristics of the unit cell itself. It was difficult to detect the failure. If the LPF failure cannot be detected promptly in this way, the detected value of the unit battery will be lower than the actual value until the failure is detected, and the battery use efficiency may be reduced or overcharge may occur. was there.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a voltage detection device and an equalization device capable of detecting a failure including a leakage failure of a capacitor of a low-pass filter. is there.
  • the voltage detection device is a voltage detection device that detects voltages across a plurality of unit cells connected in series with each other, and is connected to each of the unit cells.
  • a low-pass filter that cuts a high-frequency component from the voltage across the unit battery, and a first voltage detection unit that is connected to the low-pass filter and detects the voltage across the unit battery supplied via the low-pass filter.
  • a second voltage detecting means for detecting a voltage across each of the unit batteries supplied without going through the low-pass filter, a detected value detected by the first voltage detecting means, and a detection by the second voltage detecting means.
  • a failure detecting means for detecting a failure of the low-pass filter by comparing the detected value with the detected value.
  • the first voltage detection means and the second voltage detection means of the voltage detection device according to the first aspect are configured by one A / D converter.
  • the voltage detection apparatus according to the first aspect or the second aspect, a discharge resistor connected to a connection point between the unit battery and the low-pass filter, An equalization switch disposed between both ends of the unit battery and connected in series with the discharge resistor, wherein the second voltage detecting means transmits a connection point voltage between the discharge resistor and the equalization switch to the low pass.
  • an equalizing device for detecting the voltage of the unit battery supplied without passing through a filter.
  • the failure detection means detects the detection value detected by the first voltage detection means, that is, the detection value via the low-pass filter and the detection value detected by the second voltage detection means. That is, since the failure of the low-pass filter is detected by comparing with the detection value not passing through the low-pass filter, it is possible to detect the failure including the leakage failure of the capacitor of the low-pass filter.
  • the switching means switches the voltage input to the A / D converter between the voltage of the unit battery via the low pass filter and the voltage of the unit battery not via the low pass filter.
  • the 1 voltage detection means and the 2nd voltage detection means can be comprised with one A / D converter, and cost reduction can be aimed at.
  • the on / off of the equalization switch can be determined from the voltage at the connection point between the discharge resistor and the equalization switch, it is possible to detect the failure of the circuit that controls the on / off of the equalization switch.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a voltage detection unit constituting the equalization apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of an equalization unit constituting the equalization apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing details of the battery monitoring IC constituting the equalizing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the main microcomputer shown in FIG.
  • the equalizing device 1 is a device that equalizes the voltage across the plurality of unit cells C 11 to C mn that are connected in series to each other to form the assembled battery BH.
  • Each of the unit batteries C 11 to C mn (m and n are arbitrary integers) is composed of one secondary battery in the present embodiment, but may be composed of a plurality of secondary batteries.
  • the assembled battery BH is used as a power source for the electric motor in, for example, a hybrid electric vehicle that uses an engine and an electric motor (both not shown) as a driving source.
  • the assembled battery BH is connected to both ends thereof with the electric motor as a load as necessary, and an alternator or the like (not shown) as a charger as necessary.
  • the unit cells C 11 to C mn are divided into n blocks CB 1 to CB n . That is, the assembled battery BH includes n blocks CB 1 to CB n . Each of the blocks CB 1 to CB n is composed of m unit batteries.
  • the equalization device 1 includes a voltage detection unit 2 as a voltage detector for detecting a voltage between both ends of the unit batteries C 11 ⁇ C mn (FIG. 1), the unit cell C 11 with discharge resistance Rd ⁇ C mn And a main microcomputer 4 that controls the entire device and controls the equalization unit 3 based on the detection result from the voltage detection unit 2. ing.
  • a voltage detection unit 2 as a voltage detector for detecting a voltage between both ends of the unit batteries C 11 ⁇ C mn (FIG. 1), the unit cell C 11 with discharge resistance Rd ⁇ C mn
  • a main microcomputer 4 that controls the entire device and controls the equalization unit 3 based on the detection result from the voltage detection unit 2. ing.
  • the voltage detection unit 2 includes n battery monitoring ICs 21 to 2n provided corresponding to the blocks CB 1 to CB n and the positive side of each unit battery C 11 to C mn ( And a plurality of low-pass filters (hereinafter abbreviated as “LPF”) 5 provided between the battery monitoring ICs 21 to 2n.
  • the battery monitoring ICs 21 to 2n detect the voltages at both ends of the unit batteries C 11 to C mn constituting the corresponding blocks CB 1 to CB n and transmit them to the main microcomputer 4.
  • the battery monitoring ICs 21 to 2n are cascade-connected to each other, and only the battery monitoring IC 2n having the highest potential can directly communicate with the main microcomputer 4 via the insulation I / F 6.
  • the battery monitoring ICs 21 to 2n-1 other than the highest potential communicate with the main microcomputer 4 via the battery monitoring IC on the higher potential side than itself.
  • the LPF 5 is a so-called CR filter including a resistor R1 and a capacitor C as shown in FIG.
  • the resistor R1 is connected between the positive side of the unit batteries C 11 to C mn and the battery monitoring ICs 21 to 2n.
  • the capacitor C is connected between the connection point of the resistor R1 and the battery monitoring ICs 21 to 2n and the negative electrodes of the corresponding blocks CB 1 to CB n .
  • the LPF 5 is provided between the unit batteries C 11 to C mn and the battery monitoring ICs 21 to 2n, cuts high frequency components from the + side voltage of the unit batteries C 11 to C mn and supplies them to the battery monitoring ICs 21 to 2n.
  • the capacitor C is connected to the negative electrodes of the corresponding blocks CB 1 to CB n. Instead, it is connected to the connection point between the resistor R1 having a low voltage for one unit battery and the battery monitoring ICs 21 to 2n. It is good also as a structure to be made.
  • the equalizing unit 3 includes a plurality of discharge resistors Rd provided corresponding to the unit cells C 11 to C mn and a discharge resistor Rd between the unit cells C 11 to C mn in series.
  • a plurality of equalization switches Q, a register 31, and a level shift circuit 32 are provided.
  • the equalizing switch Q is composed of a field effect transistor or the like. When you turn the equalization switch Q, across the discharge resistor Rd of the unit cell C 11 ⁇ C mn are connected, the unit cell C 11 ⁇ C mn are discharged. On the other hand, when the equalization switch Q is turned off, the connection between the unit cells C 11 to C mn and the discharge resistor Rd is disconnected, and the discharge of the unit cells C 11 to C mn is stopped.
  • the register 31 temporarily stores the ON / OFF signal of the equalization switch Q transmitted from the main microcomputer 4 and transmits the signal to the equalization switches Q in parallel.
  • the main microcomputer 4 outputs an on / off signal that is a bit string corresponding to the number of unit batteries C 11 to C mn , and sets bits corresponding to the unit batteries C 11 to C mn determined to be discharged. “1”, an on / off signal is output with the bits corresponding to the unit cells C 11 to C mn determined not to be discharged as “0”. Specifically, if it is desired to discharge only the unit cells C 11, and outputs the OFF signal as a bit string of "10 ... 00" in order of unit cells C 11 ⁇ C mn.
  • each level shift circuit 32 converts the on / off signal transmitted from the register 31 into a voltage level at which each equalization switch Q can be turned on / off, and outputs the voltage level to the equalization switch Q.
  • the equalization switch Q is turned on when the voltage level converted “1” (H level) on / off signal is input, and discharges the connected unit cells C 11 to C mn .
  • the unit cells C 11 to C mn that are turned on and connected at “1” (H level) are discharged, but turned on at “0” (L level) using a Pch field effect transistor or the like.
  • the unit batteries C 11 to C mn connected in this way may be discharged.
  • voltage driving is used in the present embodiment, but current driving may be used.
  • the battery monitoring IC 2k includes connection points between the terminals V 1 to V m to which the + side of each of the unit batteries C 1k to C mk is connected via the LPF 5, the discharge resistors Rd, and the equalization switch Q. And terminals V 21 to V 2m to which a voltage is connected via a resistor R2.
  • the positive voltages of the unit cells C 11 to C mn after passing through the LPF 5 are supplied to the terminals V 1 to V m , and the LPF 5 is supplied to the terminals V 21 to V 2m.
  • the + side voltage of the unit cells C 11 to C mn before being passed is supplied.
  • the battery monitoring IC 2k includes a changeover switch 7 as a switching means for connecting one of terminals V 1 to V m and V 21 to V 2m to an input of an A / D converter 8 to be described later, and an input analog signal.
  • a / D converter 8 as first voltage detection means and second voltage detection means for converting the voltage to digital and transmitting it to the main microcomputer 4, a control logic circuit 9 for controlling the changeover switch 7, and A / D And a control unit 10 that controls the converter 8 and the control logic circuit 9.
  • the main microcomputer 4 starts the equalization process in response to a trigger such as turning on or off the ignition switch.
  • a trigger such as turning on or off the ignition switch.
  • the main microcomputer 4 each battery monitoring IC 21 ⁇ 2n sequentially addressed, and outputs a first voltage detection command, + side voltage of the unit cell C 11 ⁇ C mn after passing through the LPF5 the battery monitoring IC 21 ⁇ 2n Is detected (step S1).
  • the control unit 10 of each of the battery monitoring ICs 21 to 2n receives the first voltage detection command, it determines whether the destination is addressed to itself. When the first voltage detection command not addressed to itself is received, the first voltage detection command is transmitted to the battery monitoring ICs 21 to 2 (n ⁇ 1) adjacent to the low potential side. On the other hand, when the first voltage detection command addressed to itself is received, the control logic circuit 9 is controlled to connect the terminals V 1 to V m sequentially to the input of the A / D converter 8 by the changeover switch 7. As a result, the A / D converter 8 sequentially A / D converts the voltages input to the terminals V 1 to V m , and the control unit 10 sequentially transmits the detected voltages to the main microcomputer 4.
  • the detection voltage transmitted from the battery monitoring IC 2n is directly transmitted to the main microcomputer 4.
  • the detection voltage transmitted from the battery monitoring ICs 21 to 2 (n ⁇ 1) is transmitted to the main microcomputer 4 via the battery monitoring ICs 22 to 2n on the higher potential side than itself.
  • the + side voltages of the unit batteries C 11 to C mn after passing through the LPF 5 are sequentially transmitted to the main microcomputer 4.
  • the main microcomputer 4 sequentially outputs a second voltage detection command to each of the battery monitoring ICs 21 to 2n, and sets the + side voltage of the unit batteries C 11 to C mn before passing the LPF 5 to the battery monitoring ICs 21 to 2n. It is detected (step S2).
  • the control unit 10 of each of the battery monitoring ICs 21 to 2n receives the second voltage detection command, it determines whether the destination is addressed to itself.
  • the second voltage detection command is transmitted to the battery monitoring ICs 21 to 2 (n ⁇ 1) adjacent to the low potential side.
  • the control logic circuit 9 is controlled, and the terminals V 21 to V 2m are sequentially connected to the input of the A / D converter 8 by the changeover switch 7.
  • the A / D converter 8 sequentially A / D converts the voltages input to the terminals V 21 to V 2m
  • the control unit 10 sequentially transmits the detected voltages to the main microcomputer 4.
  • the detection voltage transmitted from the battery monitoring IC 2n is directly transmitted to the main microcomputer 4.
  • the detection voltage transmitted from the battery monitoring ICs 21 to 2 (n ⁇ 1) is transmitted to the main microcomputer 4 via the battery monitoring ICs 22 to 2n on the higher potential side than itself.
  • the + side voltages of the unit batteries C 11 to C mn before passing through the LPF 5 are sequentially transmitted to the main microcomputer 4.
  • the main microcomputer 4 functions as a failure detection means. That is, the + side voltage of the unit cells C 11 to C mn after passing through the LPF 5 and the + side voltage of the unit cells C 11 to C mn before passing through the LPF 5 are compared to detect a failure of the LPF 5. (Step S3). Unless such open failure and leakage failure occurs in the LPF 5, and the positive side voltage of the unit cells C 11 ⁇ C mn after passing through the LPF 5, and the unit plus side voltage of the battery C 11 ⁇ C mn before passing the LPF 5 Should be almost the same value.
  • step S4 the main microcomputer 4 notifies the fact to a higher system (not shown) positioned higher in the instruction system than the main microcomputer 4 (step S5), and then processing Exit.
  • step S5 Without failure (N in step S4), and the main microcomputer 4, seeking the voltage across the unit cells C 11 ⁇ C mn of + unit from the side voltage battery C 11 ⁇ C mn after passing through the LPF 5, was determined The both-end voltages are compared, and an on / off signal that discharges the unit cells C 11 to C mn having a high end-to-end voltage is output (step S6).
  • the on-off signal is inputted to the equalizing switch Q through a resistor 31 and the level shift circuit 32, is equalized switch Q is turned on the voltage across the corresponding high unit cells C 11 ⁇ C mn, the voltage across a high unit cell C 11 to C mn are discharged.
  • the main microcomputer 4 sequentially outputs the second voltage detection command again to each of the battery monitoring ICs 21 to 2n to detect the connection point voltage of the discharge resistor Rd and the equalization switch Q (step S7).
  • the control unit 10 of each of the battery monitoring ICs 21 to 2n receives the second voltage detection command addressed to itself, the control unit 10 controls the control logic circuit 9 and sequentially switches the terminals V 21 to V 2m by the changeover switch 7 to the A / D converter 8. Connect to the input.
  • the A / D converter 8 sequentially A / D converts the voltages input to the terminals V 21 to V 2m , and the control unit 10 sequentially transmits them to the main microcomputer 4 as detection voltages.
  • connection point voltage of the discharge resistor Rd and the equalization switch Q is sequentially transmitted to the main microcomputer 4.
  • this connection point voltage is substantially equal to the + side voltage of the unit cells C 11 to C mn
  • the equalization switch Q is on, the negative side of the unit cells C 11 to C mn It becomes almost equal to the voltage. Therefore, the on / off state of the equalization switch Q can be determined from this connection point voltage.
  • the main microcomputer 4 determines on / off of the equalization switch Q from the connection point voltage (step S8), and compares the on / off of the equalization switch Q determined in step S8 with the on / off signal output in step S6. A failure of the conversion unit 3 is detected (step S9).
  • the main microcomputer 4 notifies the host system (not shown) to that effect (step S11) and ends the process. On the other hand, if no failure is detected in the equalizing unit 3 (N in step S10), the main microcomputer 4 immediately ends the process.
  • the main microcomputer 4 the detection value of the unit cell C 11 ⁇ C mn of + side voltage detection value and the LPF5 the intervention without units of the battery C 11 ⁇ C mn + side voltage across the LPF5 And a failure of the LPF 5 is detected. For this reason, failure detection including leakage failure of the capacitor C of the LPF 5 is possible.
  • the first voltage detecting means and the second voltage detecting means can be constituted by one A / D converter 8, and the cost can be reduced.
  • the voltage at the connection point between the discharge resistor Rd and the equalization switch Q is detected as the voltage across the unit cells C 11 to C mn not through the LPF 5. Therefore, it is possible to determine whether the equalization switch Q is on or off from this voltage during discharging. Therefore, a failure of the equalizing unit 3 that controls the on / off of the equalizing switch Q can also be detected.
  • the failure detection of the equalization unit 3 is performed, but this is not essential, and the failure detection of the equalization unit 3 may not be performed.
  • LPF 5 may be converted by the unit cell C 11 ⁇ C units + without passing through the side voltage and LPF 5 mn cell C 11 ⁇ C mn of + a side voltage separate A / D converter 8 via.
  • the battery monitoring IC 2n on the highest potential side is directly connected to the main microcomputer 4 via the insulation I / F 6.
  • the present invention is not limited to this.
  • the battery monitoring IC 21 on the lowest potential side may be connected to the main microcomputer 4 via the insulation I / F 6.
  • a microcomputer may be provided for each battery monitoring IC.
  • the main microcomputer 4 is used as the failure detection means, but it may be implemented by a battery monitoring IC.
  • a voltage detection device (1) for detecting voltages across a plurality of unit cells (C 11 to C mn ) connected in series with each other, A low-pass filter (LPF5) that is connected to each of the unit batteries and cuts a high-frequency component from the voltage across the unit battery;
  • a first voltage detecting means (A / D converter 8) connected to the low-pass filter and detecting a voltage across each of the unit batteries supplied via the low-pass filter;
  • a second voltage detecting means (A / D converter 8) for detecting a voltage across each of the unit batteries supplied without passing through the low-pass filter;
  • a failure detection means main microcomputer 4) for detecting a failure of the low-pass filter by comparing the detection value detected by the first voltage detection means with the detection value detected by the second voltage detection means;
  • a voltage detection device comprising: [2] The first voltage detection means and the second voltage detection means are configured by one A / D converter (8), Switching means (switching) for switching the voltage input to the A / D converter between
  • the voltage detection device and equalization device of the present invention can detect a failure including a leakage failure of a capacitor of a low-pass filter.
  • the present invention exhibiting this effect is useful in the field of a voltage detection device and an equalization device that detect voltages across a plurality of unit cells connected in series with each other.
  • Equalizer Voltage detector (voltage detector) 4 Main microcomputer (Failure detection means) 5 LPF (low pass filter) 7 changeover switch (switching means) 8 A / D converter (first voltage detection means, second voltage detection means) C 11 to C mn unit batteries

Abstract

　Ａ／Ｄ変換器（８）による検出結果を受信したメインマイコン（４）は、ＬＰＦ（５）を介して検出された単位電池（Ｃ1k～Ｃmk）の電圧とＬＰＦ（５）を介さないで検出された単位電池（Ｃ1k～Ｃmk）の電圧とを比較して、ＬＰＦ（５）の故障を検出する。

Description

電圧検出装置及び均等化装置
　本発明は、電圧検出装置及び均等化装置に係り、特に、互いに直列接続された複数の単位電池の両端電圧を検出する電圧検出装置及び均等化装置に関するものである。
　例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される組電池は、互いに直列接続された複数の単位電池から構成され、その両端に例えば２００Ｖ等の高電圧が発生し、発生した電力を駆動用モータに供給する。このような組電池は、単位電池の両端電圧にバラツキが生じると、利用効率が低下したり、過充電となる虞がある。そこで、各単位電池の両端電圧を検出して、その検出結果に基づいて放電抵抗などを用いて各単位電池の両端電圧を均等化する均等化装置が提案されている。
　上記均等化装置は、各単位電池の両端電圧を検出するためのＡ／Ｄ変換器などが内蔵された電池監視ＩＣから構成されている。また、電池監視ＩＣによる電圧検出精度を高めるために、単位電池それぞれとＡ／Ｄ変換器との間にローパスフィルタ（以下ＬＰＦ）が設けられ、このＬＰＦにより高周波ノイズがカットされている。
日本国特開２０１２－１２２８５６号公報
　しかしながら、上記ＬＰＦに故障が発生した場合、従来技術では故障内容によってはＬＰＦの故障を検出することができない場合があった。具体的には、ＬＰＦを形成する抵抗のオープン破壊等によりＬＰＦの出力が短時間で顕著に電圧低下が見られるような故障の場合、単位電池の両端電圧の検出結果からＬＰＦの故障を検出することが可能である。他方、コンデンサのリーク故障などＬＰＦの出力が長時間かけて徐々に低下するような故障の場合、単位電池自体の特性劣化との明確な区別が困難であり、ＬＰＦの故障発生後速やかにＬＰＦの故障を検出することが困難であった。このようにＬＰＦの故障を速やかに検出することができない場合、故障を検出するまでは単位電池の検出値は実際の値よりも低くなり、電池の利用効率が低下したり、過充電となるおそれがあった。
　また、上記ＬＰＦの断線を検出するものとして特許文献１に記載されたものが提案されている。しかしながら、特許文献１に記載された装置は、ＬＰＦの断線は検出できるものの、コンデンサのリーク故障については検出できない。
　そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ローパスフィルタのコンデンサのリーク故障を含めた故障検出が可能となる電圧検出装置及び均等化装置を提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本発明の第１態様に係る電圧検出装置として、互いに直列接続された複数の単位電池の両端電圧を検出する電圧検出装置であって、前記単位電池それぞれに接続された、前記単位電池の両端電圧から高周波成分をカットするローパスフィルタと、前記ローパスフィルタに接続され、前記ローパスフィルタを介して供給される前記単位電池それぞれの両端電圧を検出する第１電圧検出手段と、前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池それぞれの両端電圧を検出する第２電圧検出手段と、前記第１電圧検出手段により検出された検出値と前記第２電圧検出手段により検出された検出値とを比較して、前記ローパスフィルタの故障を検出する故障検出手段と、を備えたものが提供される。
　また、本発明の第２態様に係る電圧検出装置として、前記第１態様に係る電圧検出装置の前記第１電圧検出手段及び前記第２電圧検出手段が、１つのＡ／Ｄ変換器から構成され、前記Ａ／Ｄ変換器に入力する電圧を、前記ローパスフィルタを介して供給される前記単位電池の電圧及び前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池の電圧の間で切り替える切替手段をさらに備えたものが提供される。
　また、本発明の第３態様に係る均等化装置として、前記第１態様又は前記第２態様の電圧検出装置と、前記単位電池と前記ローパスフィルタとの接続点に接続された放電抵抗と、前記単位電池の両端間に配置され、前記放電抵抗と直列に接続された均等化スイッチと、を備え、前記第２電圧検出手段が、前記放電抵抗と前記均等化スイッチとの接続点電圧を前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池の電圧として検出する均等化装置が提供される。
　以上説明したように前記第１態様によれば、故障検出手段が、第１電圧検出手段により検出された検出値、即ちローパスフィルタを介した検出値と第２電圧検出手段により検出された検出値、即ちローパスフィルタを介さない検出値とを比較して、ローパスフィルタの故障を検出するので、ローパスフィルタのコンデンサのリーク故障を含めた故障検出が可能となる。
　また、前記第２態様によれば、切替手段が、Ａ／Ｄ変換器に入力する電圧をローパスフィルタを介した単位電池の電圧及びローパスフィルタを介さない単位電池の電圧の間で切り替えるので、第１電圧検出手段及び第２電圧検出手段を１つのＡ／Ｄ変換器で構成でき、コストダウンを図ることができる。
　また、前記第３態様によれば、放電抵抗と均等化スイッチとの接続点電圧から均等化スイッチのオンオフも判定することができるので、均等化スイッチのオンオフを制御する回路の故障も検出できる。
図１は、本発明の均等化装置を構成する電圧検出部の一実施形態を示すブロック図である。 図２は、図１に示す均等化装置を構成する均等化部の一実施形態を示すブロック図である。 図３は、図１に示す均等化装置を構成する電池監視ＩＣの詳細を示す図である。 図４は、図１に示すメインマイコンの処理手順を示すフローチャートである。
　以下、本発明の電圧検出装置を組み込んだ均等化装置の一実施形態について図１～図４を参照しながら説明する。図１に示すように、均等化装置１は、組電池ＢＨを構成する互いに直列接続された複数の単位電池Ｃ11～Ｃmnの両端電圧を均等化する装置である。上記単位電池Ｃ11～Ｃmn（ｍ、ｎは任意の整数）各々は、本実施形態では１つの二次電池から構成されているが、複数の二次電池から構成されていてもよい。
　上記組電池ＢＨは、例えば、エンジンと電動モータ（何れも図示せず）を走行駆動源として併用するハイブリッド電気自動車において、前記電動モータの電源として用いられる。組電池ＢＨは、その両端には、上記電動モータが必要に応じて負荷として接続されると共に、オルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。また、上記単位電池Ｃ11～Ｃmnは、ｎ個のブロックＣＢ1～ＣＢnに分けられている。すなわち、組電池ＢＨはｎ個のブロックＣＢ1～ＣＢnを備える。各ブロックＣＢ1～ＣＢnは各々、ｍ個の単位電池で構成されている。
　上記均等化装置１は、各単位電池Ｃ11～Ｃmnの両端電圧を検出する電圧検出装置としての電圧検出部２（図１）と、放電抵抗Ｒｄを用いて各単位電池Ｃ11～Ｃmnを放電して均等化する均等化部３（図２）と、装置全体の制御を司り、電圧検出部２からの検出結果に基づいて均等化部３の制御を行うメインマイコン４と、を備えている。
　電圧検出部２は、図１に示すように、各ブロックＣＢ1～ＣＢn毎に対応して設けられたｎ個の電池監視ＩＣ２１～２ｎと、各単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側（一端側）－電池監視ＩＣ２１～２ｎ間に設けられた複数のローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」と略記する）５と、を備えている。上記電池監視ＩＣ２１～２ｎは、対応するブロックＣＢ1～ＣＢnを構成する単位電池Ｃ11～Ｃmnの両端電圧を各々検出して、メインマイコン４に対して送信する。
　上記電池監視ＩＣ２１～２ｎは、互いに縦続接続され、最高電位の電池監視ＩＣ２ｎのみが絶縁Ｉ／Ｆ６を介してメインマイコン４と直接通信することができる。最高電位以外の電池監視ＩＣ２１～２ｎ－１は、自身よりも高電位側の電池監視ＩＣを介してメインマイコン４と通信を行う。ＬＰＦ５は、図３に示すように、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣから成る所謂ＣＲフィルタである。上記抵抗Ｒ１は、単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側と電池監視ＩＣ２１～２ｎとの間に接続されている。コンデンサＣは、抵抗Ｒ１及び電池監視ＩＣ２１～２ｎの接続点と、対応するブロックＣＢ1～ＣＢnの負極と、の間に接続されている。このＬＰＦ５は、単位電池Ｃ11～Ｃmnと電池監視ＩＣ２１～２ｎとの間に設けられ、単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧から高周波成分をカットして電池監視ＩＣ２１～２ｎに供給する。本実施形態ではコンデンサＣは対応するブロックＣＢ1～ＣＢnの負極と接続されているが、これに代えて、単位電池１つ分電圧の低い抵抗Ｒ１と電池監視ＩＣ２１～２ｎの接続点に接続される構成としてもよい。
　均等化部３は、図２に示すように、各単位電池Ｃ11～Ｃmnに対応して設けられた複数の放電抵抗Ｒｄと、単位電池Ｃ11～Ｃmn間に放電抵抗Ｒｄと直列に接続された複数の均等化スイッチＱと、レジスタ３１と、レベルシフト回路３２と、を備えている。上記均等化スイッチＱは、電界効果トランジスタなどから構成される。均等化スイッチＱをオンにすると、単位電池Ｃ11～Ｃmnの両端に放電抵抗Ｒｄが接続され、単位電池Ｃ11～Ｃmnが放電される。一方、均等化スイッチＱをオフにすると、単位電池Ｃ11～Ｃmnと放電抵抗Ｒｄとの接続が切り離され、単位電池Ｃ11～Ｃmnの放電が停止する。
　レジスタ３１は、メインマイコン４から送信された均等化スイッチＱのオンオフ信号を一時保存して各均等化スイッチＱに向けてパラレルに送信する。メインマイコン４は、単位電池Ｃ11～Ｃmnの個数に応じたビット列となるオンオフ信号を出力するものであり、放電する必要があると判定された単位電池Ｃ11～Ｃmnに対応するビットを「１」、放電する必要がないと判定された単位電池Ｃ11～Ｃmnに対応するビットを「０」とするオンオフ信号を出力する。具体的には、単位電池Ｃ11だけを放電させたい場合、単位電池Ｃ11～Ｃmnの順に「１０…００」のビット列となるオンオフ信号を出力する。
　レジスタ３１から出力されるオンオフ信号はメインマイコン４の電源である低圧バッテリを基準とした電圧であるため、そのまま均等化スイッチＱのゲートに入力しても均等化スイッチＱのオンオフを制御することができない。そこで、各レベルシフト回路３２により、レジスタ３１から送信されたオンオフ信号を各均等化スイッチＱがオンオフできる電圧レベルに変換して、均等化スイッチＱに出力する。そして、均等化スイッチＱは、電圧レベル変換された「１」（Ｈレベル）のオンオフ信号を入力するとオンして接続されている単位電池Ｃ11～Ｃmnを放電する。本実施形態では「１」（Ｈレベル）でオンして接続されている単位電池Ｃ11～Ｃmnを放電するとしているが、Ｐｃｈ電界効果トランジスタなどを用いて「０」（Ｌレベル）でオンして接続されている単位電池Ｃ11～Ｃmnを放電する構成とされていてもよい。また、均等化スイッチＱの駆動方式に関して、本実施形態では電圧駆動を用いているが、電流駆動としてもよい。
　次に、上記概略で説明した電池監視ＩＣ２１～２ｎの構成の詳細について図３を参照して説明する。なお、電池監視ＩＣ２１～２ｎは、互いに同等の構成であるため、ここでは任意の電池監視ＩＣ２ｋを代表して説明する（ｋは１以上ｍ以下の任意の整数）。図３に示すように、電池監視ＩＣ２ｋは、各単位電池Ｃ1k～Ｃmkの＋側がＬＰＦ５を介して接続される端子Ｖ1～Ｖmと、各放電抵抗Ｒｄ及び均等化スイッチＱの接続点電圧が抵抗Ｒ２を介して接続される端子Ｖ21～Ｖ2mと、を備えている。即ち、端子Ｖ1～Ｖmには、ＬＰＦ５を通した後の（すなわち、ＬＰＦ５を介した）単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧が供給され、端子Ｖ21～Ｖ2mには、ＬＰＦ５を通す前の（すなわち、ＬＰＦ５を介さない）単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧が供給される。
　また、電池監視ＩＣ２ｋは、端子Ｖ1～Ｖm、Ｖ21～Ｖ2mの１つを後述するＡ／Ｄ変換器８の入力に接続する切替手段としての切替スイッチ７と、入力されたアナログの電圧をデジタルに変換して、メインマイコン４に送信する第１電圧検出手段及び第２電圧検出手段としてのＡ／Ｄ変換器８と、切替スイッチ７を制御する制御ロジック回路９と、Ａ／Ｄ変換器８や制御ロジック回路９を制御するコントロール部１０と、を備えている。
　次に、上述した構成の均等化装置１の動作について図４を参照して説明する。メインマイコン４は、イグニッションスイッチのオン又はオフなどのトリガに応じて均等化処理を開始する。まず、メインマイコン４は、各電池監視ＩＣ２１～２ｎ宛に順次、第１電圧検出命令を出力して、電池監視ＩＣ２１～２ｎにＬＰＦ５を通した後の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧を検出させる（ステップＳ１）。
　各電池監視ＩＣ２１～２ｎのコントロール部１０は、第１電圧検出命令を受信すると、宛先が自身宛か否かを判定する。自身宛でない第１電圧検出命令を受信すると、低電位側に隣接する電池監視ＩＣ２１～２（ｎ－１）にその第１電圧検出命令を送信する。一方、自身宛の第１電圧検出命令を受信すると、制御ロジック回路９を制御して切替スイッチ７により端子Ｖ1～Ｖmを順次Ａ／Ｄ変換器８の入力に接続する。これにより、Ａ／Ｄ変換器８は、端子Ｖ1～Ｖmに入力された電圧を順次Ａ／Ｄ変換し、これをコントロール部１０が検出電圧として順次メインマイコン４に向けて送信する。電池監視ＩＣ２ｎから送信された検出電圧は、直接メインマイコン４に送信される。電池監視ＩＣ２１～２（ｎ－１）から送信された検出電圧は、自身よりも高電位側の電池監視ＩＣ２２～２ｎを経由してメインマイコン４に送信される。これにより、ＬＰＦ５を通した後の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧が順次メインマイコン４に送信される。
　次に、メインマイコン４は、各電池監視ＩＣ２１～２ｎに順次、第２電圧検出命令を出力して、電池監視ＩＣ２１～２ｎにＬＰＦ５を通す前の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧を検出させる（ステップＳ２）。各電池監視ＩＣ２１～２ｎのコントロール部１０は、第２電圧検出命令を受信すると、宛先が自身宛か否かを判定する。自身宛でない第２電圧検出命令を受信すると、低電位側に隣接する電池監視ＩＣ２１～２（ｎ－１）にその第２電圧検出命令を送信する。一方、自身宛の第２電圧検出命令を受信すると、制御ロジック回路９を制御して切替スイッチ７により端子Ｖ21～Ｖ2mを順次Ａ／Ｄ変換器８の入力に接続する。これにより、Ａ／Ｄ変換器８は、端子Ｖ21～Ｖ2mに入力された電圧を順次Ａ／Ｄ変換し、これをコントロール部１０が検出電圧として順次メインマイコン４に向けて送信する。電池監視ＩＣ２ｎから送信された検出電圧は、直接メインマイコン４に送信される。電池監視ＩＣ２１～２（ｎ－１）から送信された検出電圧は、自身よりも高電位側の電池監視ＩＣ２２～２ｎを経由してメインマイコン４に送信される。これにより、ＬＰＦ５を通す前の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧が順次メインマイコン４に送信される。
　次に、メインマイコン４は、故障検出手段として働く。すなわち、ＬＰＦ５を通した後の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧と、ＬＰＦ５を通す前の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧と、を比較して、ＬＰＦ５の故障を検出する（ステップＳ３）。ＬＰＦ５にオープン故障やリーク故障などが生じていなければ、ＬＰＦ５を通した後の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧と、ＬＰＦ５を通す前の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とはほとんど同じ値になるはずである。
　その後、故障があれば（ステップＳ４でＹ）、メインマイコン４は、その旨をメインマイコン４よりも命令系統上上位に位置する上位システム（図示せず）に報知した後（ステップＳ５）、処理を終了する。故障がなければ（ステップＳ４でＮ）、メインマイコン４は、ＬＰＦ５を通した後の単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧から単位電池Ｃ11～Ｃmnの両端電圧を求めて、求めた両端電圧を比較して、両端電圧が高い単位電池Ｃ11～Ｃmnを放電するようなオンオフ信号を出力する（ステップＳ６）。このオンオフ信号は、レジスタ３１及びレベルシフト回路３２を通じて均等化スイッチＱに入力され、両端電圧が高い単位電池Ｃ11～Ｃmnに対応する均等化スイッチＱがオンされて、両端電圧が高い単位電池Ｃ11～Ｃmnが放電される。
　その後、メインマイコン４は、再び各電池監視ＩＣ２１～２ｎに順次、第２電圧検出命令を出力して、放電抵抗Ｒｄ及び均等化スイッチＱの接続点電圧を検出させる（ステップＳ７）。各電池監視ＩＣ２１～２ｎのコントロール部１０は、自身宛の第２電圧検出命令を受信すると、制御ロジック回路９を制御して切替スイッチ７により端子Ｖ21～Ｖ2mを順次Ａ／Ｄ変換器８の入力に接続する。Ａ／Ｄ変換器８は、端子Ｖ21～Ｖ2mに入力された電圧を順次Ａ／Ｄ変換して、これをコントロール部１０が検出電圧として順次メインマイコン４に送信する。これにより、放電抵抗Ｒｄ及び均等化スイッチＱの接続点電圧が順次メインマイコン４に送信される。この接続点電圧は、均等化スイッチＱがオフの場合、単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とほぼ等しくなり、均等化スイッチＱがオンの場合、単位電池Ｃ11～Ｃmnの－側電圧とほぼ等しくなる。よって、この接続点電圧から均等化スイッチＱのオンオフを判定できる。
　そして、メインマイコン４は、接続点電圧から均等化スイッチＱのオンオフを判定し（ステップＳ８）、ステップＳ８で判定した均等化スイッチＱのオンオフと、ステップＳ６で出力したオンオフ信号と比較して均等化部３の故障を検出する（ステップＳ９）。均等化部３の故障を検出すると（ステップＳ１０でＹ）、メインマイコン４はその旨を上位システム（図示せず）に報知して（ステップＳ１１）、処理を終了する。一方、均等化部３の故障を検出しなければ（ステップＳ１０でＮ）、メインマイコン４は直ちに処理を終了する。
　上述した実施形態によれば、メインマイコン４が、ＬＰＦ５を介した単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧の検出値とＬＰＦ５を介さない単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧の検出値とを比較して、ＬＰＦ５の故障を検出する。このため、ＬＰＦ５のコンデンサＣのリーク故障を含めた故障検出が可能となる。
　また、上述した実施形態によれば、切替スイッチ７が、Ａ／Ｄ変換器８に入力する電圧をＬＰＦ５を介した単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とＬＰＦ５を介さない単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧との間で切り替える。このため、第１電圧検出手段及び第２電圧検出手段を１つのＡ／Ｄ変換器８で構成でき、コストダウンを図ることができる。
　さらに、上述した実施形態によれば、放電抵抗Ｒｄと均等化スイッチＱとの接続点電圧をＬＰＦ５を介さない単位電池Ｃ11～Ｃmnの両端電圧として検出する。このため、放電時にはこの電圧から均等化スイッチＱのオンオフも判定することができる。よって、均等化スイッチＱのオンオフを制御する均等化部３の故障も検出できる。
　なお、上述した実施形態によれば、均等化部３の故障検出を行っていたが、これは必須ではなく、均等化部３の故障検出については行わなくても良い。
　また、上述した実施形態によれば、１つのＡ／Ｄ変換器８でＬＰＦ５を介した単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とＬＰＦ５を介さない単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とをＡ／Ｄ変換していたが、本発明はこれに限ったものではない。ＬＰＦ５を介した単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とＬＰＦ５を介さない単位電池Ｃ11～Ｃmnの＋側電圧とを別々のＡ／Ｄ変換器８で変換するようにしてもよい。
　また、上述した実施形態では、最高電位側の電池監視ＩＣ２ｎが絶縁Ｉ／Ｆ６を介して直接メインマイコン４に接続されていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、最低電位側の電池監視ＩＣ２１が絶縁Ｉ／Ｆ６を介してメインマイコン４に接続されていてもよい。また、各電池監視ＩＣ毎にマイコンを設けてもよい。
　また、上述した実施形態では、故障検出手段としてメインマイコン４を用いているが、電池監視ＩＣで実施してもよい。
　また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
　ここで、上述した本発明に係る電圧検出装置及び均等化装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［３］に簡潔に纏めて列記する。
［１］　互いに直列接続された複数の単位電池（Ｃ11～Ｃmn）の両端電圧を検出する電圧検出装置（１）であって、
　前記単位電池それぞれに接続された、前記単位電池の両端電圧から高周波成分をカットするローパスフィルタ（ＬＰＦ５）と、
　前記ローパスフィルタに接続され、前記ローパスフィルタを介して供給される前記単位電池それぞれの両端電圧を検出する第１電圧検出手段（Ａ／Ｄ変換器８）と、
　前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池それぞれの両端電圧を検出する第２電圧検出手段（Ａ／Ｄ変換器８）と、
　前記第１電圧検出手段により検出された検出値と前記第２電圧検出手段により検出された検出値とを比較して、前記ローパスフィルタの故障を検出する故障検出手段（メインマイコン４）と、
　を備えた電圧検出装置。
［２］　前記第１電圧検出手段及び前記第２電圧検出手段が、１つのＡ／Ｄ変換器（８）から構成され、
　前記Ａ／Ｄ変換器に入力する電圧を、前記ローパスフィルタを介して供給される前記単位電池の電圧及び前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池の電圧の間で切り替える切替手段（切替スイッチ７）をさらに備えた［１］に記載の電圧検出装置。
［３］　［１］又は［２］に記載の電圧検出装置と、
　前記単位電池と前記ローパスフィルタとの接続点に接続された放電抵抗（放電抵抗Ｒｄ）と、
　前記単位電池の両端間に配置され、前記放電抵抗と直列に接続された均等化スイッチ（均等化スイッチＱ）と、
　を備え、
　前記第２電圧検出手段が、前記放電抵抗と前記均等化スイッチとの接続点電圧を前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池の電圧として検出する均等化装置。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、2012年9月21日出願の日本特許出願（特願2012－208480）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の電圧検出装置及び均等化装置は、ローパスフィルタのコンデンサのリーク故障を含めた故障検出が可能となる。この効果を奏する本発明は、互いに直列接続された複数の単位電池の両端電圧を検出する電圧検出装置及び均等化装置の分野において有用である。
　１　均等化装置
　２　電圧検出部（電圧検出装置）
　４　メインマイコン（故障検出手段）
　５　ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
　７　切替スイッチ（切替手段）
　８　Ａ／Ｄ変換器（第１電圧検出手段、第２電圧検出手段）
　Ｃ11～Ｃmn　単位電池

Claims (3)

  1. 　互いに直列接続された複数の単位電池の両端電圧を検出する電圧検出装置であって、
    　前記単位電池それぞれに接続された、前記単位電池の両端電圧から高周波成分をカットするローパスフィルタと、
    　前記ローパスフィルタに接続され、前記ローパスフィルタを介して供給される前記単位電池それぞれの両端電圧を検出する第１電圧検出手段と、
    　前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池それぞれの両端電圧を検出する第２電圧検出手段と、
    　前記第１電圧検出手段により検出された検出値と前記第２電圧検出手段により検出された検出値とを比較して、前記ローパスフィルタの故障を検出する故障検出手段と、
    　を備えた電圧検出装置。
  2. 　前記第１電圧検出手段及び前記第２電圧検出手段が、１つのＡ／Ｄ変換器から構成され、
    　前記Ａ／Ｄ変換器に入力する電圧を、前記ローパスフィルタを介して供給される前記単位電池の電圧及び前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池の電圧の間で切り替える切替手段をさらに備えた請求項１に記載の電圧検出装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の電圧検出装置と、
    　前記単位電池と前記ローパスフィルタとの接続点に接続された放電抵抗と、
    　前記単位電池の両端間に配置され、前記放電抵抗と直列に接続された均等化スイッチと、
    　を備え、
    　前記第２電圧検出手段が、前記放電抵抗と前記均等化スイッチとの接続点電圧を前記ローパスフィルタを介さずに供給される前記単位電池の電圧として検出する均等化装置。
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