(57)【要約】【課題】組電池を構成する各電池セルの電圧を簡易な構成で測定するセル電圧測定装置において、測定精度を向上させる。【解決手段】第１極が基準電位に接地された組電池を構成する複数個の電池セルそれぞれの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、第１抵抗と第２抵抗とが直列に接続され、第２抵抗側が基準電位に接地された分圧回路と、各電池セルに対応して設けられ、対応する電池セルの第２極と分圧回路との接続状態を切り換える分圧測定スイッチと、最も接地側の電池セルの第２極と、第１抵抗と第２抵抗との接続点との接続状態を切り換えるセル電圧測定スイッチと、分圧測定スイッチおよびセル電圧測定スイッチを制御するとともに、第２抵抗に生じる電圧を測定する制御部と、を備えたセル電圧測定装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１極が基準電位に接地された組電池を構成する複数個の電池セルそれぞれの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、
第１抵抗と第２抵抗とが直列に接続され、前記第２抵抗側が前記基準電位に接地された分圧回路と、
各電池セルに対応して設けられ、対応する電池セルの第２極と前記分圧回路との接続状態を切り換える分圧測定スイッチと、
最も接地側の電池セルの第２極と、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点との接続状態を切り換えるセル電圧測定スイッチと、
前記分圧測定スイッチおよび前記セル電圧測定スイッチを制御するとともに、前記第２抵抗に生じる電圧を測定する制御部と、
を備えたことを特徴とするセル電圧測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、最も接地側の電池セルに対応した分圧測定スイッチのみをオンにしたときの電圧測定値と、前記セル電圧測定スイッチのみをオンにしたときの電圧測定値とに基づいて、前記分圧回路の分圧比を算出することを特徴とする請求項１に記載のセル電圧測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、いずれかの分圧測定スイッチのみをオンにしたときの電圧測定値と、前記算出された分圧比とに基づいて、オンにした分圧測定スイッチに対応する電池セルの前記基準電位に対する電圧を算出することを特徴とする請求項２に記載のセル電圧測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、算出された電池セルの前記基準電位に対する電圧と、この電池セルに対して基準電位側に接続された電池セルの前記基準電位に対する電圧とに基づいて、前者電池セルの電圧を算出することを特徴とする請求項３に記載のセル電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する各電池セルの電圧を簡易な構成で測定するセル電圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ駆動等に用いられる大容量で高出力なバッテリーとして、複数の電池セルが直列に接続された組電池が広く用いられている。大容量で高出力な組電池を安全長寿命に使用するためには、各電池セルの電圧を精密にコントロールする必要がある。このため、組電池を構成する各電池セルの電圧を測定するためのセル電圧測定装置が従来から知られている。
【０００３】
図４は、組電池を構成する各電池セルの電圧を測定する従来のセル電圧測定装置３００の一例を示す図である。各電池セルの電圧を測定する場合に、各電池セルの両極に差動増幅器を接続し、各電池セルの電圧を個別に測定する方式もあるが、セル電圧測定装置３００は、電池セル毎の差動増幅器を不要とした簡易な構成で各電池セルの電圧を測定できるようにしたものである。本図の例では、直列に接続されたＣｅ（１）〜Ｃｅ（４）の４つの電池セルを測定対象としている。電池セルＣｅ（１）の負極が基準電位に接地され、電池セルＣｅ（２）、電池セルＣｅ（３）、電池セルＣｅ（４）の順に接続されているものとする。
【０００４】
セル電圧測定装置３００は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで構成され、抵抗Ｒ２側が基準電位に接地された分圧回路ＶＤを電池セル分備えている。具体的には、電池セルＣｅ（１）の正極と電池セルＣｅ（２）の負極との間に分圧回路ＶＤ１がスイッチＳｗ（１）を介して接続され、電池セルＣｅ（２）の正極と電池セルＣｅ（２）の負極との間に分圧回路ＶＤ２がスイッチＳｗ（２）を介して接続され、電池セルＣｅ（３）の正極と電池セルＣｅ（４）の負極との間に分圧回路ＶＤ３がスイッチＳｗ（３）を介して接続され、電池セルＣｅ（４）の正極に分圧回路ＶＤ４がスイッチＳｗ（４）を介して接続されている。各分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ２には、測定電圧を一時的に保持するコンデンサが並列に接続されている。
【０００５】
セル電圧測定装置３００は、制御部３１０を備えている。制御部３１０は、以下の手順に示すようにスイッチＳｗ（１）〜Ｓｗ（４）のオンオフを切り換え、各分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ２に生じる電圧を測定することで、各電池セルの電圧を測定する。なお、スイッチＳｗ（１）〜Ｓｗ（４）は、通常時においてオフ状態とする。
【０００６】
まず、制御部３１０は、スイッチＳｗ（１）をオンにして、分圧回路ＶＤ１の分圧値を測定する。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の値は既知であるため、測定値に基づいて電池セルＣｅ（１）の電圧Ｖ（１）を算出することができる。具体的には、測定値に分圧比の逆数である（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２を乗じればよい。
【０００７】
次に、スイッチＳｗ（２）をオンにして、分圧回路ＶＤ２の分圧値を測定し、測定値に基づいて電池セルＣｅ（２）の正極側の電圧Ｖ（２１）を算出する。この電圧Ｖ（２１）は、電池セルＣｅ（２）の基準電位に対する電圧で、電池セルＣｅ（１）の電圧Ｖ（１）と電池セルＣｅ（２）の電圧Ｖ（２）とを合計したものであるから、電圧Ｖ（２１）から電圧Ｖ（１）を引くことにより電池セルＣｅ（２）の電圧Ｖ（２）を算出することができる。
【０００８】
同様にして、制御部３１０は、電池セルＣｅ（３）の電圧Ｖ（３）、電池セルＣｅ（４）の電圧Ｖ（４）を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１３６３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
セル電圧測定装置３００は、上述の手順により、簡易な構成で各電池セルの電圧を測定することができるが、その測定精度は、各分圧回路ＲＤを構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の誤差に大きく左右される。
【００１１】
そこで、本発明は、組電池を構成する各電池セルの電圧を簡易な構成で測定するセル電圧測定装置において、測定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の１態様であるセル電圧測定装置は、第１極が基準電位に接地された組電池を構成する複数個の電池セルそれぞれの電圧を測定するセル電圧測定装置であって、第１抵抗と第２抵抗とが直列に接続され、前記第２抵抗側が前記基準電位に接地された分圧回路と、各電池セルに対応して設けられ、対応する電池セルの第２極と前記分圧回路との接続状態を切り換える分圧測定スイッチと、最も接地側の電池セルの第２極と、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点との接続状態を切り換えるセル電圧測定スイッチと、前記分圧測定スイッチおよび前記セル電圧測定スイッチを制御するとともに、前記第２抵抗に生じる電圧を測定する制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記制御部は、最も接地側の電池セルに対応した分圧測定スイッチのみをオンにしたときの電圧測定値と、前記セル電圧測定スイッチのみをオンにしたときの電圧測定値とに基づいて、前記分圧回路の分圧比を算出することができる。
さらに、前記制御部は、いずれかの分圧測定スイッチのみをオンにしたときの電圧測定値と、前記算出された分圧比とに基づいて、オンにした分圧測定スイッチに対応する電池セルの前記基準電位に対する電圧を算出することができる。
さらに、前記制御部は、算出された電池セルの前記基準電位に対する電圧と、この電池セルに対して基準電位側に接続された電池セルの前記基準電位に対する電圧とに基づいて、前者電池セルの電圧を算出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、組電池を構成する各電池セルの電圧を簡易な構成で測定するセル電圧測定装置において、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係るセル電圧測定装置を示す図である。
【図２】分圧比測定フェーズを説明するフローチャートである。
【図３】セル電圧測定フェーズを説明するフローチャートである。
【図４】組電池を構成する各電池セルの電圧を測定する従来のセル電圧測定装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るセル電圧測定装置１００を示す図である。セル電圧測定装置１００は、電池セル毎の差動増幅器を不要とした簡易な構成で各電池セルの電圧を測定できるようにしたものである。
【００１６】
本図の例では、負極が基準電位に接地された組電池を構成する電池セルＣｅ（１）〜Ｃｅ（４）の４つの電池セルを測定対象としている。電池セルＣｅ（１）の負極が基準電位に接地され、電池セルＣｅ（２）、電池セルＣｅ（３）、電池セルＣｅ（４）の順に直列に接続されているものとする。もちろん、測定対象の電池セルは４つに限られない。また、正極側を基準電位に接地してもよい。
【００１７】
セル電圧測定装置１００は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とが直列に接続され、抵抗Ｒ２側が基準電位に接地された分圧回路ＶＤを備えている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の公称値は既知であるが、誤差を含んでいる。
【００１８】
また、セル電圧測定装置１００は、電池セルに対応して設けられ、対応する電池セルの正極と分圧回路ＶＤとの接続状態を切り換える分圧測定スイッチＳｗ（Ｎ）を備えている。すなわち、電池セルＣｅ（１）の正極は、分圧測定スイッチＳｗ（１）を介して分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ１側と接続し、電池セルＣｅ（２）の正極は、分圧測定スイッチＳｗ（２）を介して分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ１側と接続し、電池セルＣｅ（３）の正極は、分圧測定スイッチＳｗ（３）を介して分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ１側と接続し、電池セルＣｅ（４）の正極は、分圧測定スイッチＳｗ（４）を介して分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ１側と接続している。このように、本実施形態のセル電圧測定装置１００では、電池セル毎に分圧回路を設けずに、各電池セルに対して共通の分圧回路ＶＤを用いている。このため、分圧回路ＶＤの個体毎の誤差に基づく精度低下を防ぐことができる。
【００１９】
さらに、セル電圧測定装置１００は、最も接地側の電池セルである電池セルＣｅ（１）の正極と、分圧回路ＶＤを構成する第１抵抗と第２抵抗との接続点との接続状態を切り換えるセル電圧測定スイッチＳｗ０を備えている。また、分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ２には、測定電圧を一時的に保持するコンデンサが並列に接続されている。
【００２０】
セル電圧測定装置１００は、マイクロコンピュータ等で構成された制御部１１０を備えている。制御部１１０は、セル電圧測定スイッチＳｗ０、分圧測定スイッチＳｗ（１）〜Ｓｗ（４）のオンオフを切り換え、分圧回路ＶＤの抵抗Ｒ２に生じる電圧を測定することで、各電池セルの電圧を測定する。また、制御部１１０は、記憶領域を備えており、測定に基づいて算出される分圧回路ＶＤの分圧比を記憶する。
【００２１】
なお、セル電圧測定スイッチＳｗ０、分圧測定スイッチＳｗ（１）〜Ｓｗ（４）は、通常時においてオフ状態とする。このため、以下の説明で、オンと記載されたスイッチ以外のスイッチはオフであるものとする。
【００２２】
次に、上記構成のセル電圧測定装置１００のセル電圧測定動作について説明する。セル電圧測定動作は、準備段階としての分圧比測定フェーズと、実際に測定を行なうセル電圧測定フェーズとに分けることができる。
【００２３】
分圧比測定フェーズでは、分圧回路ＶＤの分圧比を測定して、制御部１１０に記録する動作を行なう。分圧比測定フェーズは、最初に一度行なえば足りるが、必要に応じて適宜行なって、制御部１１０に記録された分圧比を更新するようにしてもよい。
【００２４】
分圧比測定フェーズにおけるセル電圧測定装置１００の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
まず、制御部１１０は、セル電圧測定スイッチＳｗ０をオンにして（Ｓ１０１）、抵抗Ｒ２に生じている電圧を測定する（Ｓ１０２）。この値は、電池セルＣｅ（１）の電圧Ｖ（１）の高精度な測定値である。
【００２６】
次に、制御部１１０は、分圧測定スイッチＳｗ（１）をオンにして（Ｓ１０３）、抵抗Ｒ２に生じている電圧を測定する（Ｓ１０４）。この測定値は、電池セルＣｅ（１）の電圧Ｖ（１）を、分圧回路ＶＤの分圧比Ｄｒ：Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）で分圧した電圧Ｖｄ（１）に相当する。
【００２７】
制御部１１０は、Ｖｄ（１）／Ｖ（１）を算出する（Ｓ１０５）。Ｖｄ（１）＝Ｖ（１）×Ｄｒであるから、これにより、分圧回路ＶＤの分圧比Ｄｒを、抵抗の誤差を含まない高精度で得ることができる。制御部１１０は、得られた分圧比Ｄｒを記憶領域に記録する（Ｓ１０６）。以上が分圧比測定フェーズである。
【００２８】
セル電圧測定フェーズでは、記憶領域に記録されている分圧比Ｄｒを用いて、各電池セルの電圧を測定する。記憶領域に記録されている抵抗の誤差を含まない分圧比Ｄｒを用いるため、抵抗の誤差の影響を受けず、精度の高い測定を行なうことができる。
【００２９】
セル電圧測定フェーズにおけるセル電圧測定装置１００の動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３０】
まず、制御部１１０は、セル電圧測定スイッチＳｗ０をオンにして（Ｓ２０１）、抵抗Ｒ２に生じている電圧を測定する（Ｓ２０２）。この値は、電池セルＣｅ（１）の電圧Ｖ（１）の高精度な測定値である。
【００３１】
次に、制御部１１０は、変数ｋに初期値２を代入し（Ｓ２０３）、分圧測定スイッチＳｗ（ｋ＝２）をオンにして（Ｓ２０４）、抵抗Ｒ２に生じている電圧を測定する（Ｓ２０５）。この測定値は、電池セルＣｅ（ｋ＝２）の基準電位に対する電圧Ｖｇ（ｋ＝２）を、分圧回路ＶＤの分圧比Ｄｒで分圧した電圧Ｖｄ（ｋ＝２）に相当する。
【００３２】
制御部１１０は、Ｖｄ（ｋ＝２）／Ｄｒを算出する（Ｓ２０６）。Ｖｄ（ｋ＝２）＝Ｖｇ（ｋ＝２）×Ｄｒであるから、これにより、電池セルＣｅ（ｋ＝２）の基準電位に対する電圧Ｖｇ（ｋ＝２）を、抵抗の誤差を含まない高精度で得ることができる。
【００３３】
電池セルＣｅ（ｋ＝２）の基準電位に対する電圧Ｖｇ（ｋ＝２）から電池セルＣｅ（ｋ−１＝１）の基準電位に対する電圧Ｖｇ（ｋ−１＝１）を引くことで電池セルＣｅ（ｋ＝２）の電圧Ｖ（ｋ＝２）を算出する（Ｓ２０７）。ｋ＝２の場合、電池セルＣｅ（２）の基準電位に対する電圧Ｖｇ（２）から電池セルＣｅ（１）の電圧Ｖ（１）を引くことで、電池セルＣｅ（２）の電圧Ｖ（２）を、抵抗の誤差を含まない高精度で得ることができる。
【００３４】
以降は、全セルの電圧算出が終了するまで（Ｓ２０８）、変数ｋの値を増分させて（Ｓ２０９）、処理（Ｓ２０４）〜処理（Ｓ２０７）を繰り返す。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態のセル電圧測定装置１００によれば、抵抗の誤差を含まない分圧比Ｄｒを用いて各電池セルの電圧を算出するため、セル電圧の測定精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００  セル電圧測定装置
１１０  制御部
Ｃｅ  電池セル
Ｄｒ  分圧比
Ｒ１  抵抗
Ｒ２  抵抗
ＲＤ  分圧回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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