(57)【要約】      （修正有）【課題】電圧検出装置と補正装置とが別体の場合において電圧検出装置の検出電圧を補正する。【解決手段】電圧検出回路１を用いてバッテリモジュールＭのバッテリ電圧を検出すると共に検出電圧を別体の補正装置に出力する電圧検出装置Ａにおいて、電圧検出回路１の特性を示す特性信号を補正装置に出力する特性信号の発生回路を備える。【選択図】図２
2020027071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧検出回路を用いてバッテリ電圧を検出すると共に検出電圧を別体の補正装置に出力する電圧検出装置において、前記電圧検出回路の特性を示す特性信号を前記補正装置に出力する特性信号発生回路を備えることを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
前記特性信号発生回路は、前記特性信号として特性電圧を生成する特性電圧生成回路と、前記特性電圧を前記特性信号にＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記バッテリ電圧は、複数の電池セルに関する複数のセル電圧であり、
前記電圧検出回路は、複数の電池セルからなるバッテリモジュールに対応して複数設けられており、
前記特性信号発生回路は、複数の前記電圧検出回路に関する前記特性信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電圧検出装置。
【請求項４】
前記特性電圧生成回路は、所定電圧を分圧することにより前記特性信号を生成する分圧回路であることを特徴とする請求項２または３に記載の電圧検出装置。
【請求項５】
前記電圧検出回路の特性は、オフセットあるいは／及びゲインであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記電圧検出装置と、
該電圧検出装置から入力された前記特性信号に基づいて前記検出電圧を補正する前記補正装置と
を備えることを特徴とする電圧検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出装置及び電圧検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、電池ブロックと同数のｍ個の端子電圧検出器が設けられる電池ＥＣＵが開示されている。この電池ＥＣＵは、別途設けられた不揮発性メモリから工場出荷時等の検査時に取得された各端子電圧検出器のオフセット値を読み込み、このオフセット値に基づいて各端子電圧検出器の出力電圧値を判定部で補正することにより、各端子電圧検出器の静的な誤差成分を除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−００６７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記背景技術の電池ＥＣＵでは、各端子電圧検出器と判定部とが電池ＥＣＵ内に実装されているので、判定部における各端子電圧検出器の出力電圧値の補正が容易である。すなわち、上記背景技術は、各端子電圧検出器（電圧検出装置）と判定部（補正装置）とが別体として構成された場合における各端子電圧検出器の出力電圧値の補正手法を開示するものではない。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電圧検出装置と補正装置とが別体の場合において電圧検出部の検出電圧を補正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電圧検出装置に係る第１の解決手段として、電圧検出回路を用いてバッテリ電圧を検出すると共に検出電圧を別体の補正装置に出力する電圧検出装置において、前記電圧検出回路の特性を示す特性信号を前記補正装置に出力する特性信号発生回路を備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、電圧検出装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記特性信号発生回路は、前記特性信号として特性電圧を生成する特性電圧生成回路と、前記特性電圧を前記特性信号にＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換回路とを備える、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、電圧検出装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記バッテリ電圧は、複数の電池セルに関する複数のセル電圧であり、前記電圧検出回路は、複数の電池セルからなるバッテリモジュールに対応して設けられており、前記特性信号発生回路は、複数の前記電圧検出回路に関する前記特性信号を出力する、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、電圧検出装置に係る第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記特性電圧生成回路は、所定電圧を分圧することにより前記特性信号を生成する分圧回路である、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、電圧検出装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記電圧検出回路の特性は、オフセットあるいは／及びゲインである、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、電圧検出システムに係る解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段に係る電圧検出装置と、該電圧検出装置から入力された前記特性信号に基づいて前記検出電圧を補正する前記補正装置とを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電圧検出装置と補正装置とが別体の場合において電圧検出装置の検出電圧を補正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池制御システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電圧検出装置の回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電圧検出装置における補正値と補正電圧との関係を示す表である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電池制御システムの補正動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電池制御システムは、図１に示すように複数の電圧検出装置Ａ及びバッテリ制御装置Ｓを備えている。この電池制御システムは、バッテリＢを制御対象する制御システムであり、本発明における電圧検出システムに相当する。
【００１５】
なお、本実施形態におけるバッテリＢは、図示するように複数のバッテリモジュールＭが直列接続されたものであり、例えば車両に搭載されるリチウムイオン電池である。すなわち、本実施形態に係る電池制御システムは、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるものである。なお、上記バッテリモジュールＭは、互いに直列接続された所定数の電池セルを備えている。
【００１６】
詳細について後述するが、複数の電圧検出装置Ａは、上記バッテリモジュールＭに対応して設けられており、各バッテリモジュールＭにおける各電池セルの端子間電圧を検出電圧Ｖｋとして検出すると共に、当該検出電圧Ｖｋのデジタル値を検出データＤｋとしてバッテリ制御装置Ｓに転送する。また、各電圧検出装置Ａは、より高電圧側のバッテリモジュールＭに対応する電圧検出装置Ａ（高電圧側電圧検出装置）から入力された検出データＤｋを低電圧側のバッテリモジュールＭに対応する電圧検出装置Ａ（低電圧側電圧検出装置）あるいはバッテリ制御装置Ｓに転送する。
【００１７】
このような電圧検出装置Ａは、図示するように、電圧検出回路１、第１、第２カップリングコンデンサ２ａ、２ｂ、第１、第２分圧回路３ａ、３ｂを各々に備えている。また、各電圧検出装置Ａは、図示するように、バッテリモジュールＭに対応して設けられており、よって電池制御システムにはバッテリモジュールＭの個数に相当する電圧検出装置Ａが設けられている。また、複数の電圧検出装置Ａは、制御基板Ｐｓに実装されたバッテリ制御装置Ｓとは別体に構成されており、例えば１枚のプリント基板（電圧検出基板Ｐｋ）に一体として実装されている。
【００１８】
電圧検出回路１は、各電池セルの電圧（検出電圧）を検出して第２カップリングコンデンサ２ｂに出力することを基本機能とする集積回路であり、付加的な機能として第１カップリングコンデンサ２ａを介してより高電位側の電圧検出装置Ａから入力される検出データＤｋを中継して第２カップリングコンデンサ２ｂに出力する。また、この電圧検出回路１は、第１、第２分圧回路３ａ、３ｂからそれぞれ入力される第１、第２設定電圧Ｖ１、Ｖ２を第２カップリングコンデンサ２ｂに出力する。
【００１９】
このような電圧検出回路１は、より詳細には図２に示す内部構成、つまり第１マルチプレクサ１ａ、差動増幅回路１ｂ、第２マルチプレクサ１ｃ、Ａ／Ｄ変換回路１ｄ及び制御回路１ｅを備えている。第１マルチプレクサ１ａは、図示するように複数の電池セルの電極に各々接続された複数の入力端と一対の出力端とを備え、複数の電池セルの何れか１つの電極対（プラス電極及びマイナス電極）を選択して一対の出力端に接続する。
【００２０】
例えば、第１マルチプレクサ１ａは、自らに対応するバッテリモジュールＭの電池セルのうち、最も電位が低い電池セルを選択する場合、当該最も電位が低い電池セルのプラス電極を一対の出力端の一方に接続させ、またマイナス電極を一対の出力端の他方に接続させる。なお、このような第１マルチプレクサ１ａにおける電池セルの選択動作は制御回路１ｅによって制御される。
【００２１】
差動増幅回路１ｂは、上記第１マルチプレクサ１ａにおける一対の出力端から入力された電池セルのプラス電極電圧とマイナス電極電圧との差分をを所定の増幅度で増幅する。この差動増幅回路１ｂは、上記差分に増幅度を乗算した電圧を出力端から検出電圧Ｖｋとして出力する。すなわち、この検出電圧Ｖｋは、電池セルの端子間電圧（セル電圧）に増幅度を乗算した大きさを有する。
【００２２】
また、この差動増幅回路１ｂは、第１マルチプレクサ１ａの電位レベルと第２マルチプレクサ１ｃの電位レベルが異なるため、第１マルチプレクサ１ａの電位レベルから第２マルチプレクサ１ｃの電位レベルに電位を変換して電気信号に伝送するレベル変換機能を有する。
【００２３】
第２マルチプレクサ１ｃは、図示するように３つの入力端と１の出力端とを備え、差動増幅回路１ｂの出力端と第１分圧回路３ａの出力端あるいは第２分圧回路３ｂの出力端の何れかを択一的に選択して出力端に接続する。すなわち、この第２マルチプレクサ１ｃは、検出電圧Ｖｋ、第１設定電圧Ｖ１あるいは第２設定電圧Ｖ２のうちいずれか１つを選択してＡ／Ｄ変換回路１ｄに出力する。なお、このような第２マルチプレクサ１ｃの選択動作は、制御回路１ｅによって制御される。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換回路１ｄは、第２マルチプレクサ１ｃから順次入力されるアナログ電圧、つまり検出電圧Ｖｋ、第１設定電圧Ｖ１あるいは第２設定電圧Ｖ２をデジタル値（電圧データ）に変換し、検出データＤｋ、第１設定データＤ１及び第２設定データＤ２として制御回路１ｅに出力する。なお、上記第１設定データＤ１及び第２設定データＤ２は、本発明における特性信号である。
【００２５】
第１設定電圧Ｖ１及び第２設定電圧Ｖ２は何れも直流電圧であり、また検出電圧Ｖｋは比較的緩やかに変動し得る直流電圧である。Ａ／Ｄ変換回路１ｄは、このような直流電圧（アナログ電圧）をデジタル値（電圧データ）に変換するものであり、サンプリングレートやビット数は、直流電圧に対応する値に設定されている。
【００２６】
制御回路１ｅは、上述した第１マルチプレクサ１ａ及び第２マルチプレクサ１ｃを制御すると共に、自らの電圧検出装置Ａに関する上記検出データＤｋ、第１設定データＤ１及び第２設定データＤ２、また高電位側の電圧検出装置Ａから入力される検出データＤｋを所定の順序及びタイミングで第２カップリングコンデンサ２ｂに出力する。すなわち、制御回路１ｅは、予め設定された転送条件に基づいて上記各種電圧データを第２カップリングコンデンサ２ｂを介してバッテリ制御装置Ｓに転送する。
【００２７】
第１カップリングコンデンサ２ａは、一端が自らの電圧検出装置Ａにおける電圧検出回路１の入力端に接続され、他端が高電圧側電圧検出装置Ａの第２カップリングコンデンサ２ｂの一端に接続されている。第２カップリングコンデンサ２ｂは、一端が低電圧側電圧検出装置Ａの第１カップリングコンデンサ２ａの他端あるいはバッテリ制御装置Ｓの入力端に接続され、他端が自らの電圧検出装置Ａにおける電圧検出回路１の出力端に接続されている。このような第１、第２カップリングコンデンサ２ａ、２ｂは、高電圧側電圧検出装置Ａと低電圧側電圧検出装置Ａとの間あるいは電圧検出装置Ａとバッテリ制御装置Ｓとの間を交流的に接続するカップリングコンデンサである。
【００２８】
第１分圧回路３ａは、直列接続された一対の抵抗器を備え、一端が直流電源に接続され、他端がＧＮＤ（電圧検出装置Ａの接地電位）に接続されている。このような第１分圧回路３ａは、電源電圧Ｖｅ（例えば５Ｖ）を一対の抵抗器の抵抗値で分圧した電圧を第１設定電圧Ｖ１として出力端から電圧検出回路１に出力する。なお、第１分圧回路３ａの出力端は、図示するように一対の抵抗器の接続点である。
【００２９】
この第１分圧回路３ａの出力電圧つまり第１設定電圧Ｖ１は、上述した電圧検出回路１のゲイン補正値を示す電圧である。すなわち、第１設定電圧Ｖ１は、図２（ａ）に示すように、所定の刻み幅（所定分解能）で設定されたゲイン補正値１．５００００〜０．５００００の何れかに対応する０〜Ｖｅ（５Ｖ）までの間の電圧値である。
【００３０】
第２分圧回路３ｂは、直列接続された一対の抵抗器を備え、一端が直流電源に接続され、他端がＧＮＤ（電圧検出装置Ａの接地電位）に接続されている。このような第２分圧回路３ｂは、電源電圧Ｖｅ（例えば５Ｖ）を一対の抵抗器の抵抗値で分圧した電圧を第２設定電圧Ｖ２として出力端から電圧検出回路１に出力する。なお、第２分圧回路３ｂの出力端は、図示するように一対の抵抗器の接続点である。
【００３１】
この第２分圧回路３ｂの出力電圧つまり第２設定電圧Ｖ２は、上述した電圧検出回路１のオフセット補正値を示す電圧である。すなわち、第２設定電圧Ｖ２は、図２（ｂ）に示すように、所定の刻み幅（所定分解能）で設定されたオフセット補正値５．００００〜−５．００００の何れかに対応する０〜Ｖｅ（５Ｖ）までの間の電圧値である。
【００３２】
バッテリ制御装置Ｓは、上述した複数の電圧検出装置Ａとは別体として設けられており、電圧検出装置Ａから受信した検出データＤｋ、第１設定データＤ１及び第２設定データＤ２に基づいてバッテリＢの充放電を制御する制御装置である。すなわち、このバッテリ制御装置Ｓは、第１設定データＤ１及び第２設定データＤ２を用いることにより検出データＤｋの誤差を補正し、当該誤さ補正後の検出データＤｋつまり正規検出データＤｋ’に基づいてバッテリＢの充放電を制御する。
【００３３】
このバッテリ制御装置Ｓは、図示するように電圧補正部Ｈを備えている。詳細については後述するが、この電圧補正部Ｈは、第１設定データＤ１及び第２設定データＤ２が示す各々の電圧検出装置Ａの電圧検出回路１のゲイン及びオフセットを用いることにより、各々の電圧検出装置Ａの検出データＤｋに含まれる検出誤差（ゲイン誤差及びオフセット誤差）を補正する。
【００３４】
次に、このような電池制御システムの動作について、図１〜図３に加えて図４をも参照して詳しく説明する。
【００３５】
各々の電圧検出装置Ａにおける電圧検出回路１は、図４に示すように理想的（標準的）な入出力特性Ｔｒ（標準入出力特性）に対して誤差を持った入出力特性Ｔ（実入出力特性）を有している。このような電圧検出回路１における入出力特性Ｔの誤差要因は、ゲイン誤差とオフセット誤差とである。すなわち、理想的な特性の電圧検出回路１は、入力の大小に拘わりなく入力と出力との関係（ゲイン）は一定であるが、実際の電圧検出回路１では、ゲインが入力の大小に応じて変化する（ゲイン誤差）。また、理想的な特性の電圧検出回路１は、入力が「ゼロ」の場合に出力が同じく「ゼロ」となるが、実際の電圧検出回路１では、入力が「ゼロ」の場合に出力が「ゼロ」とはならず、値ｒとなる（オフセット誤差）。
【００３６】
各々の電圧検出装置Ａにおける検出電圧Ｖｋつまり電圧検出回路１の出力電圧は、上述したゲイン誤差及びオフセット誤差を含む電圧である。したがって、各電池セルのより正確なセル電圧を取得しようとする場合、検出電圧Ｖｋに含まれるゲイン誤差及びオフセット誤差を補正する必要がある。
【００３７】
このような事情に対して、本実施形態に係る電池制御システムでは、各々の電圧検出装置Ａは、電圧検出回路１のゲインを第１設定電圧Ｖ１としてバッテリ制御装置Ｓに転送する。また、各々の電圧検出装置Ａは、電圧検出回路１のオフセットを第２設定電圧Ｖ２としてバッテリ制御装置Ｓに転送する。
【００３８】
そして、バッテリ制御装置Ｓの電圧補正部Ｈは、各電圧検出装置Ａから受信した第１設定電圧Ｖ１を用いて図３（ａ）に示した第１換算テーブルを参照することにより電圧検出回路１のゲインを特定し、また各電圧検出装置Ａから受信した第２設定電圧Ｖ２を用いて図３（ｂ）に示した第２換算テーブルを参照することにより電圧検出回路１のオフセットを特定する。
【００３９】
そして、電圧補正部Ｈは、このように取得した差動増幅回路１ｂのゲイン及びオフセット並びに検出データＤｋに基づいて実入出力特性Ｔではなく、標準入出力特性Ｔｒにおける検出電圧Ｖｋつまり補正検出電圧Ｖｋ’を演算する。すなわち、実入出力特性Ｔ上の値である検出電圧Ｖｋ（検出データＤｋ）に対応するセル電圧（入力電圧）を電圧検出回路１のゲイン及びオフセットを用いて特定し、このセル電圧（入力電圧）に対応する標準入出力特性Ｔｒ上の値を補正検出電圧Ｖｋ’として求める。
【００４０】
このような本実施形態によれば、複数の電圧検出装置Ａとバッテリ制御装置Ｓ（補正装置）とが別体の場合において、各電圧検出装置Ａの検出電圧Ｖｋに含まれるケイン誤差及びオフセット誤差を補正し、これらケイン誤差及びオフセット誤差が含まれない補正検出電圧Ｖｋ’を取得することが可能である。したがって、本実施形態によれば、複数の電圧検出装置Ａとバッテリ制御装置Ｓ（補正装置）とが別体の場合であっても、精度の良いセル電圧を取得することが可能であり、よって精度の良いバッテリＢの制御を実現することが可能である。
【００４１】
ここで、各々の電圧検出装置Ａにおける第１、第２設定電圧Ｖ１、Ｖ２は、電池制御システムが初期稼働した際に各々の電圧検出装置Ａからバッテリ制御装置Ｓに転送される。そして、バッテリ制御装置Ｓの電圧補正部Ｈは、このようにして初期的に取得した第１、第２設定電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて第１、第２換算テーブルを参照することにより各々の電圧検出装置Ａにおける電圧検出回路１のゲイン及びオフセットを取得して内部メモリに保存する。そして、電圧補正部Ｈは、このような初期処理以降に電圧検出装置Ａから順次転送されてくる検出データＤｋにゲイン及びオフセットに基づく補正処理を行うことにより補正検出電圧Ｖｋ’を順次取得する。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、第１設定電圧Ｖ１及び第２設定電圧Ｖ２を各電圧検出装置Ａからバッテリ制御装置Ｓに転送することによりゲイン誤差とオフセット誤差の両方を補正したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１設定電圧Ｖ１あるいは第２設定電圧Ｖ２の何れか一方を各電圧検出装置Ａからバッテリ制御装置Ｓに転送することにより、ゲイン誤あるいはとオフセット誤差の何れか一方を補正してもよい。
【００４３】
（２）上記実施形態では、電源電圧を第１、第２分圧回路３ａ、３ｂで分圧することにより第１、第２設定電圧Ｖ１、Ｖ２を生成したが、本発明はこれに限定されない。電源電圧の変動による影響を排除するために、例えば電圧安定性に優れた基準電源回路の出力を分圧してもよい。また、種々の出力電圧を提供する定電圧ダイオードを第１、第２分圧回路３ａ、３ｂに代えて用いてもよい。
【００４４】
（３）上記実施形態では、高電圧側電圧検出装置Ａの第１、第２設定電圧Ｖ１、Ｖ２を低電圧側電圧検出装置Ａを経由させてバッテリ制御装置Ｓに転送するが、本発明はこれに限定されない。例えば、個々の電圧検出装置Ａが第１、第２設定電圧Ｖ１、Ｖ２をバッテリ制御装置Ｓに直接転送してもよい。
【００４５】
（４）上記実施形態では、バッテリ制御装置Ｓを補正装置としたが、本発明はこれに限定されない。バッテリ制御装置Ｓ以外の装置（各電圧検出装置Ａとは別体の装置）を補正装置としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
Ａ  電圧検出装置
Ｂ  バッテリ
Ｈ  電圧補正部
Ｍ  バッテリモジュール
Ｐｋ  電圧検出基板
Ｐｓ  制御基板
Ｓ  バッテリ制御装置
１  電圧検出回路
１ａ  第１マルチプレクサ
１ｂ  差動増幅回路
１ｃ  第２マルチプレクサ
１ｄ  Ａ／Ｄ変換回路
１ｅ  制御回路
２ａ  第１カップリングコンデンサ
２ｂ  第２カップリングコンデンサ
３ａ  第１分圧回路
３ｂ  第２分圧回路
【図１】
2020027071.tif 000003
【図２】
2020027071.tif 000004
【図３】
2020027071.tif 000005
【図４】
2020027071.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月10日(2019.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
この第１分圧回路３ａの出力電圧つまり第１設定電圧Ｖ１は、上述した電圧検出回路１のゲイン補正値を示す電圧である。すなわち、第１設定電圧Ｖ１は、図３（ａ）に示すように、所定の刻み幅（所定分解能）で設定されたゲイン補正値１．５００００〜０．５００００の何れかに対応する０〜Ｖｅ（５Ｖ）までの間の電圧値である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
この第２分圧回路３ｂの出力電圧つまり第２設定電圧Ｖ２は、上述した電圧検出回路１のオフセット補正値を示す電圧である。すなわち、第２設定電圧Ｖ２は、図３（ｂ）に示すように、所定の刻み幅（所定分解能）で設定されたオフセット補正値５．００００〜−５．００００の何れかに対応する０〜Ｖｅ（５Ｖ）までの間の電圧値である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
このような本実施形態によれば、複数の電圧検出装置Ａとバッテリ制御装置Ｓ（補正装置）とが別体の場合において、各電圧検出装置Ａの検出電圧Ｖｋに含まれるゲイン誤差及びオフセット誤差を補正し、これらゲイン誤差及びオフセット誤差が含まれない補正検出電圧Ｖｋ’を取得することが可能である。したがって、本実施形態によれば、複数の電圧検出装置Ａとバッテリ制御装置Ｓ（補正装置）とが別体の場合であっても、精度の良いセル電圧を取得することが可能であり、よって精度の良いバッテリＢの制御を実現することが可能である。