(57)【要約】【課題】電池の電圧を短時間で正確に検出して、簡単な演算で電池電圧を検出する。【解決手段】バッテリシステムは、複数の電池２を直列に接続してなる組電池１と、電池２の電圧を検出する電圧検出器３と、電池２を電圧検出器３に接続する電圧検出スイッチ４を備える。電圧検出器３は、入力側にコンデンサー８を接続し、電池２の電圧を所定の周期（Δｔ）で検出する電圧検出回路５と、電圧検出スイッチ４を介して電池２に接続する直列抵抗６を有する電圧検出ライン１０と、電池２の電圧を演算する演算回路７とを備えている。バッテリシステムは、電圧検出スイッチ４が切り換えられて、電池２の電圧が電圧検出回路５に入力されて電池電圧が検出される。演算回路７は、電圧検出回路５によって所定の周期（Δｔ）で検出される少なくとも３回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧（Ｖ）を演算して、収束電圧（Ｖ）から電池２の電圧を検出する。【選択図】図１
2014081268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を直列に接続してなる組電池と、前記電池の電圧を検出する電圧検出器と、前記組電池の電池を前記電圧検出器の入力側に接続する電圧検出スイッチとを備えるバッテリシステムであって、
前記電圧検出器が、入力側にコンデンサーを接続し、前記電池の電圧を所定の周期（Δｔ）で検出する電圧検出回路と、前記電圧検出スイッチを介して前記電池に接続する直列抵抗を有する電圧検出ラインと、前記電圧検出回路で検出される電池の電圧を演算する演算回路とを備え、
前記電圧検出スイッチが順番に切り換えられて、前記電池の電圧が電圧検出回路の入力側に入力されて、電池の電圧が前記電圧検出回路で検出されるバッテリシステムであって、
前記演算回路が、前記電圧検出回路によって所定の周期（Δｔ）で検出される少なくとも３回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧（Ｖ）を下記の数１４の式で演算して、収束電圧（Ｖ）から電池の電圧を検出するようにしてなることを特徴とするバッテリシステム。
【数１４】
2014081268.tif 000016
ただし、この式において、
Ｙ1は、時間（ｔ）における検出電圧Ｖ(t)、
Ｙ2は、時間（ｔ＋Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+Δt)、
Ｙ3は、時間（ｔ＋２Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+2Δt)である。
【請求項２】
前記電圧検出回路の入力端子が一対の電圧検出スイッチと電圧検出ラインとを介して前記電池の正負の電極に接続されて、電池の電圧が検出される請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項３】
前記電圧検出回路の入力側に、前記電圧検出スイッチのオフ状態で前記コンデンサーを放電する放電回路を接続してなる請求項１または２に記載されるバッテリシステム。
【請求項４】
前記電圧検出回路の入力側に入力抵抗を接続しており、この入力抵抗と前記直列抵抗とで電池の電圧を分圧して電圧検出回路に入力してなる請求項１ないし３のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載されるバッテリシステムを備える電動車両であって、
前記バッテリシステムが車両を走行させるモータに電力を供給するようにしてなる電動車両。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載されるバッテリシステムを備える蓄電装置であって、
前記バッテリシステムが自然エネルギー又は深夜電力を蓄電するようにしてなる蓄電装置。
【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の電圧を検出する電圧検出回路を備えるバッテリシステムと、このバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしているバッテリシステムは、電動車両のモータに電力を供給する用途などに使用されるが、電池電圧を監視することが、安全性を確保する上で重要である。電池の電圧が、正常に使用可能な範囲から外れる状態では、過充電状態や過放電状態となって安定な動作が確保されず、また寿命の悪化や場合によっては発煙や発火にいたる可能性もあるからである。また、バッテリシステムに接続される、インバータやモータ、あるいはコンバータなどの装置や外部からのノイズによる電圧の誤検出も避けなければならない。電池電圧の正確な測定は、前述の通り重要であるからである。さらに、測定された電池の電圧は残容量の検出などにも用いられてバッテリシステムの安全制御に利用される。また、バッテリシステム、及びこれに接続される機器の制御にもフィードバックされ、これはシステム挙動にも影響があるため、電池の電圧は速やかに検出することが求められる。また、バッテリシステムの安全監視においても、電池電圧が異常な状態となったことの検出は、即時の動作、たとえば、出力側に接続しているリレーをオープンに切り換える等の安全性を確保する動作を取る必要もあり極めて重要である。これらのことから、バッテリシステムは、電池の電圧をノイズの影響なくかつ速やかに検出することが求められる。
【０００３】
電池の電圧を正確に検出する従来の技術として、ノイズ影響を少なくするためにローパスフィルターが用いられている。ローパスフィルターは、電圧検出ラインの直列抵抗と入力側に接続しているコンデンサーとで構成され、これ等の定数が小さいほどカットオフ周波数が高くなり、反対に大きいほどよりカットオフ周波数は低くなる。バッテリシステムの電池の電圧は直流であり、またインバータやコンバータからのノイズ成分をカットして電池の電圧を検出すべきことから、ローパスフィルターは、より低いカットオフ周波数として、ノイズ成分をより効果的に除去することが推奨される。しかしながら、ローパスフィルターは、カットオフ周波数をより低くするためには、直列抵抗の抵抗値とコンデンサーの静電容量のいずれか又は両方をより大きくする必要がある。さら、その反面、直列抵抗の抵抗値やコンデンサーの静電容量を大きくすると、ローパスフィルターを構成する直列抵抗とコンデンサーとの時定数が大きくなり、電圧検出スイッチを切り換えてからコンデンサーの充電に時間がかかり、コンデンサー両端の電圧が飽和電圧まで上昇するのに時間がかかる弊害が発生する。コンデンサー両端の電圧が、飽和電圧の９９．９％以上に達するまでに実に時定数の７倍以上の時間がかかるため、ローパスフィルターが検出時間を長くする課題があった。この弊害を避けるために、すなわちコンデンサーの電圧が飽和電圧に達するまでの時間を短縮して、検出時間を速くするために、ローパスフィルターの直列抵抗の抵抗値とコンデンサーの静電容量を小さくすると、カットオフ周波数が高くなってノイズの影響を受けやすい課題が発生する。
【０００４】
以上の課題を解決するために、ローパスフィルターのコンデンサー電圧、すなわち電圧検出回路の入力電圧を、第１の充電時間と第２の充電時間とで検出して、検出する電圧から指数関数で飽和電圧を演算するバッテリシステムが開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１９７２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のバッテリシステムは、指数関数を演算して飽和電圧を演算するので、速やかに電池の電圧を検出できるが、複雑な計算式で演算するので、簡単かつ容易に、しかも安価な演算回路で速やかに電池の電圧を検出するのが難しい欠点がある。
【０００７】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の電圧を短時間で正確に検出しながら、極めて簡単な演算で電池の電圧を検出できるバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明のバッテリシステムは、複数の電池２を直列に接続してなる組電池１と、電池２の電圧を検出する電圧検出器３と、組電池１の電池２を電圧検出器３の入力側に接続する電圧検出スイッチ４とを備える。電圧検出器３は、入力側にコンデンサー８を接続し、電池２の電圧を所定の周期（Δｔ）で検出する電圧検出回路５と、電圧検出スイッチ４を介して電池２に接続する直列抵抗６を有する電圧検出ライン１０と、電圧検出回路５で検出される電池２の電圧を演算する演算回路７とを備えている。このバッテリシステムは、電圧検出スイッチ４が順番に切り換えられて、電池２の電圧が電圧検出回路５の入力側に入力されて、電池２の電圧が電圧検出回路５で検出される。さらに、以上のバッテリシステムの演算回路７は、電圧検出回路５によって所定の周期（Δｔ）で検出される少なくとも３回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧（Ｖ）を下記の数１の式で演算して、収束電圧（Ｖ）から電池２の電圧を検出する。
【０００９】
【数１】
2014081268.tif 000003
ただし、この式において、
Ｙ1は、時間（ｔ）における検出電圧Ｖ(t)、
Ｙ2は、時間（ｔ＋Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+Δt)、
Ｙ3は、時間（ｔ＋２Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+2Δt)である。
【００１０】
以上のバッテリシステムは、極めて簡単な演算で電池の電圧を短時間で正確に検出できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、従来のように複雑な指数関数の演算式によらず、３回の検出電圧から簡単な演算で収束電圧を演算するからである。
【００１１】
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路５の入力端子を一対の電圧検出スイッチ４と電圧検出ライン１０とを介して電池２の正負に電極に接続して、電池２の電圧を検出することができる。
【００１２】
以上のバッテリシステムは、一対の電圧検出スイッチを切り換えて各電池の正負の電極を電圧検出回路に接続した後、極めて短時間に各電池の電圧を正確に検出できるので、組電池を構成している複数の電池の電圧を短時間で正確に検出できる特徴がある。
【００１３】
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路５の入力側に、電圧検出スイッチ４のオフ状態でコンデンサー８を放電する放電回路１１を接続して、この放電回路１１でコンデンサー８を放電して電池２の電圧を検出することができる。
このバッテリシステムは、電圧検出スイッチのオフ状態でコンデンサーを放電して、電池の電圧を検出するのでより高精度に電圧を検出できる。
【００１４】
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路５の入力側に入力抵抗１４を接続して、入力抵抗１４と直列抵抗６とで電池２の電圧を分圧して電圧検出回路５に入力することができる。
このバッテリシステムは、直列抵抗と入力抵抗とで電池の電圧を、電圧検出回路が検出するのに最適な電圧に降圧して検出できるので、電圧検出回路に、例えば高耐圧の素子等を使用することなく、部品コストを低減できる。
【００１５】
本発明の電動車両は、バッテリシステム１００を備え、バッテリシステム１００は、複数の電池２を直列に接続してなる組電池１と、電池２の電圧を検出する電圧検出器３と、組電池１の電池２を電圧検出器３の入力側に接続する電圧検出スイッチ４とを備える。電圧検出器３は、入力側にコンデンサー８を接続し、電池２の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路５と、電圧検出スイッチ４を介して電池２に接続する直列抵抗６を有する電圧検出ライン１０と、電圧検出回路５で検出される電池２の電圧を演算する演算回路７とを備えている。このバッテリシステム１００は、電圧検出スイッチ４が順番に切り換えられて、電池２の電圧が電圧検出回路５の入力側に入力されて、電池２の電圧が電圧検出回路５で検出される。さらに、以上のバッテリシステム１００の演算回路７は、電圧検出回路５によって所定の周期で検出される少なくとも３回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧（Ｖ）を下記の数２の式で演算して、収束電圧（Ｖ）から電池２の電圧を検出する。
【００１６】
【数２】
2014081268.tif 000004
ただし、この式において、
Ｙ1は、時間（ｔ）における検出電圧Ｖ(t)、
Ｙ2は、時間（ｔ＋Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+Δt)、
Ｙ3は、時間（ｔ＋２Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+2Δt)である。
【００１７】
以上の電動車両は、組電池を構成する電池の電圧を、短時間に正確に検出しながら、充放電できるので、組電池の過充電や過放電を有効に阻止して、組電池の劣化を少なく寿命を長くできる。
【００１８】
本発明の蓄電装置は、自然エネルギー又は深夜電力を蓄電するバッテリシステム１００を備え、このバッテリシステム１００は、複数の電池２を直列に接続してなる組電池１と、電池２の電圧を検出する電圧検出器３と、組電池１の各電池２を電圧検出器３の入力側に接続する電圧検出スイッチ４とを備える。電圧検出器３は、入力側にコンデンサー８を接続し、電池２の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路５と、電圧検出スイッチ４を介して各電池２に接続する直列抵抗６を有する電圧検出ライン１０と、電圧検出回路５で検出される電池２の電圧を演算する演算回路７とを備えている。このバッテリシステムは、電圧検出スイッチ４が順番に切り換えられて、各々の電池２の電圧が電圧検出回路５の入力側に入力されて、電池２の電圧が電圧検出回路５で検出される。さらに、以上のバッテリシステムの演算回路７は、電圧検出回路５によって所定の周期で検出される少なくとも３回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧（Ｖ）を下記の数３の式で演算して、収束電圧（Ｖ）から電池２の電圧を検出する。
【００１９】
【数３】
2014081268.tif 000005
ただし、これらの式において、
Ｙ1は、時間（ｔ）における検出電圧Ｖ(t)、
Ｙ2は、時間（ｔ＋Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+Δt)、
Ｙ3は、時間（ｔ＋２Δｔ）における検出電圧Ｖ(t+2Δt)である。
【００２０】
以上の蓄電装置は、組電池を構成する電池の電圧を、短時間に正確に検出しながら、充放電できるので、組電池の過充電や過放電を有効に阻止して組電池の劣化を少なく寿命を長くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムのブロックである。
【図２】図１に示すバッテリシステムの電圧検出回路の入力側を示す等価回路図である。
【図３】電圧検出回路の電圧が電圧検出スイッチのオン状態から次第に上昇する特性を示すグラフである。
【図４】電圧検出回路が所定の時間間隔で電圧を３回検出する状態を示す図である。
【図５】制御回路が各電圧検出スイッチを順番にオンオフに切り換える状態を示す図である。
【図６】従来のバッテリシステムが電圧検出回路に入力される電池の電圧を検出する状態を示す図である。
【図７】図１に示すバッテリシステムが各電池の電圧を検出するフローチャートである。
【図８】エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図９】モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図１０】蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００２３】
図１のバッテリシステム１００は、複数の電池２を直列に接続している組電池１と、この組電池１を構成している電池２の電圧を検出する電圧検出器３と、組電池１を構成している各々の電池２を電圧検出器３の入力側に接続する電圧検出スイッチ４とを備える。
【００２４】
電圧検出器３は、各電池２の電圧を検出するが、検出する電池は必ずしもひとつの素電池とは限らず、たとえば、複数の素電池を直列に接続した電池の電圧を検出することもできる。素電池をリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池とするバッテリシステムは、電池をひとつの素電池で構成して、各素電池の電圧を検出し、素電池をニッケル水素電池とするバッテリシステムは、ニッケル水素電池からなる複数の素電池を直列に接続してひとつの電池として、この電池の電圧を検出する。電池をひとつの素電池で構成して、全ての素電池の電圧を検出するバッテリシステムは、全ての素電池の過充電や過放電を防止しながら、充放電をコントロールできるので、全ての素電池の劣化を防止できる。複数の素電池を直列に接続した電池の電圧を検出するバッテリシステムは、素電池の数に比較して電圧を検出する電池の個数が少なくなるので、回路構成を簡単にして部品コストを低減できる。電池をひとつの素電池で構成するか、複数の素電池で構成するかは、素電池のタイプや要求される寿命特性等を考慮して最適な状態に設定される。
【００２５】
電圧検出器３は、組電池１を構成する電池２の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路５と、この電圧検出回路５の入力側を電圧検出スイッチ４を介して各電池２に接続する直列抵抗６を有する電圧検出ライン１０と、電圧検出回路５で検出される電池２の電圧を演算する演算回路７とを備える。
【００２６】
電圧検出回路５は、入力側にコンデンサー８を接続している。このコンデンサー８は、電圧検出ライン１０の直列抵抗６と、電圧検出回路５の入力側に接続している入力抵抗１４とでローパスフィルター１５を構成して、電圧検出回路５に入力されるノイズ成分を除去する。ローパスフィルター１５は、カットオフ周波数を低くして、ノイズ成分をより効率よく除去する。ローパスフィルター１５のカットオフ周波数は、直列抵抗６の抵抗値と、コンデンサー８の静電容量で特定される。
【００２７】
さらに、図１の電圧検出回路５は、入力側にコンデンサー８の放電回路１１を接続している。放電回路１１は、放電抵抗１２と放電スイッチ１３の直列回路で、放電スイッチ１３は制御回路９でオンオフに制御される。制御回路９は、一対の電圧検出スイッチ４をオンに切り換えて、オン状態の電圧検出スイッチ４を介して電圧検出回路５に接続される電池２の電圧を検出した後、一対の電圧検出スイッチ４をオフに切り換える状態で、放電スイッチ１３をオン状態に切り換えて、コンデンサー８を放電する。放電回路１１のある電圧検出器３は、電池２の電圧を検出する毎に、コンデンサー８を放電するので、電池２の電圧をより高精度に検出できる。ただ、本発明のバッテリシステムは、コンデンサーを放電することなく、３回の検出電圧から電池の電圧を正確に検出できるので、必ずしも放電回路を設ける必要はない。それは、３回の検出電圧から収束電圧を演算する電圧検出器は、コンデンサー８が完全に放電されない状態であっても、また放電される状態にあっても、正確に収束電圧を演算できるからである。コンデンサー８を放電しないで、３回の検出電圧から収束電圧を演算できるので、放電回路１１を備えるバッテリシステムにおいては、放電回路１１でコンデンサー８を完全に放電することなく、電池２の電圧を検出することもできる。
【００２８】
図１のバッテリシステムは、各電圧検出ライン１０に直列抵抗６を接続しており、電圧検出回路５の入力側にも入力抵抗１４とコンデンサー８とを接続しているので、電圧検出回路５の入力側は図２に示す回路構成となる。図２において、ローパスフィルター１５は、電圧検出ライン１０の直列抵抗６と、電圧検出回路５の入力側に接続している入力抵抗１４とコンデンサー８とでカットオフ周波数が特定される。この回路構成におけるローパスフィルター１５のカットオフ周波数は以下の数２で特定される。
【００２９】
【数４】
2014081268.tif 000006
【００３０】
この式におけるＲＣは、以下の数３で特定される。
【００３１】
【数５】
2014081268.tif 000007
ただし、この式において、
Ｒ１は直列抵抗の抵抗値、Ｒ２は入力抵抗の抵抗値をそれぞれ示している。
【００３２】
以上の式から、ローパスフィルター１５のカットオフ周波数は、直列抵抗６の抵抗値を大きく、コンデンサー８の静電容量を大きくして低くできる。カットオフ周波数を低くして、ノイズ成分をより効果的に除去できるので、電圧検出回路５がノイズ成分を除去して電池２の電圧を正確に検出するには、ローパスフィルター１５のカットオフ周波数を低く、すなわち、直列抵抗６の抵抗値を大きくし、コンデンサー８の静電容量を大きくする必要がある。
【００３３】
入力側にローパスフィルター１５を接続している電圧検出回路５は、オン状態の電圧検出スイッチ４を介して電池２に接続された後、電圧が上昇するのに時間がかかる。入力側のコンデンサー８の充電に時間がかかるからである。図３は、電圧検出回路５の電圧が、電圧検出スイッチ４のオン状態から次第に上昇する特性を示している。電圧検出回路５の入力電圧は、コンデンサー８が完全に充電された状態で電池２の電圧となる。電圧検出回路５の入力電圧が上昇する特性は、ローパスフィルター１５の時定数によって変化する。時定数は、ローパスフィルター１５を構成する抵抗値とコンデンサー８の静電容量の積で特定される。時定数のタイミングで、入力電圧は６３．２％となるので、電圧検出回路５の入力電圧を正確に電池２の電圧とするには、時定数の数倍以上もかかる。カットオフ周波数の低いローパスフィルター１５は、時定数が大きいので、電池２の電圧が電圧検出回路５の入力電圧に上昇するのに相当に時間がかかることになる。したがって、電池２の正確な電圧が電圧検出回路５に入力されるまで待って、電池２の電圧を検出すると、電池２の電圧検出に相当な時間がかかる欠点がある。
【００３４】
以上のバッテリシステムは、この弊害を防止するために、電圧検出回路５に入力される電圧が上昇する特性から電池２の電圧を短時間で検出する。図４は、電圧検出スイッチ４がオンに切り換えられた瞬間から電圧検出回路５の入力電圧が上昇する特性を示している。この図において、電圧検出スイッチ４がオンのタイミングにおける電圧検出回路５の入力電圧は、Ｖ１から時間が経過して収束電圧まで上昇するとき、以下の数６が成り立つ。
【００３５】
【数６】
2014081268.tif 000008
【００３６】
上記数６より、ｔ＝Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３のときのＶ(t)の値をＹ１，Ｙ２，Ｙ３とすると、以下の数７が得られる。ただし、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３とする。
【００３７】
【数７】
2014081268.tif 000009
【００３８】
上記数７を変形してＸ１、Ｘ２、Ｘ３について解くと、以下の数８が得られる。
【００３９】
【数８】
2014081268.tif 000010
【００４０】
ここで、Δｔ＝Ｘ２−Ｘ１＝Ｘ３−Ｘ２とすると、以下の数９、数１０が成り立つ。
【００４１】
【数９】
2014081268.tif 000011
【００４２】
【数１０】
2014081268.tif 000012
【００４３】
上記数９と数１０の左辺が一定値を示すことから数１１が得られる。
【００４４】
【数１１】
2014081268.tif 000013
【００４５】
上記数１１を変形してＶ２について解くと、以下の数１２が得られる。
【００４６】
【数１２】
2014081268.tif 000014
【００４７】
演算回路７は、以上の数１２から収束電圧（Ｖ２）を演算し、演算する収束電圧から、以下の数１３に基づいて電池２の電圧（Ｖｉ）を演算する。収束電圧（Ｖ２）は、電池２の電圧が電圧検出ライン１０の直列抵抗６と入力電圧とで分圧して入力されるからである。
【００４８】
【数１３】
2014081268.tif 000015
【００４９】
以上の演算は、演算回路７で処理される。演算回路７が収束電圧から電池２の電圧を演算するために、電圧検出回路５は所定の周期（Δｔ）で検出する電圧を演算回路７に出力する。図１の電圧検出回路５は、電池２の電圧が入力される差動アンプ１６の出力側にＡ／Ｄコンバータ１７を接続している。Ａ／Ｄコンバータ１７は、差動アンプ１６から入力されるアナログ信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換して演算回路７に出力する。
【００５０】
演算回路７が３回の検出電圧から電池２の電圧を検出するために、電圧検出回路５は、たとえば５ｍｓｅｃの周期（Δｔ）で電池２の電圧を検出して演算回路７に出力する。演算回路７は、より正確に電池２の電圧を検出するために、たとえば、電圧検出回路５から入力される複数の電圧信号を平均して検出電圧を演算し、演算した検出電圧から、数１３の演算式でもって電池２の電圧（Ｖｉ）を演算する。この演算回路７は、たとえば１００μｓｅｃのサンプリング周期で入力される５回の電圧信号から、最大と最小の電圧信号を除く３回の電圧信号を平均して１回の検出電圧を演算し、これを繰り返した少なくとも３回の検出電圧からより正確に電池２の電圧を検出できる。この電圧検出器３は、１００μｓｅｃのサンプリング周期で５回の電圧信号を検出して演算回路７に出力し、５回の電圧信号から１回の検出電圧を演算するが、電池２の電圧の演算に使用される３回の検出電圧は、５ｍｓｅｃの周期（Δｔ）で検出される。このように、複数の電圧信号を平均して１回の検出電圧を演算する方法は、複数の電圧信号のサンプリング周期を、たとえば、１μｓｅｃ〜２ｍｓｅｃとすることができる。ただし、電圧検出回路５は、複数の電圧信号を平均することなく、電圧検出回路５から入力される３回の電圧信号を検出電圧として、電池２の電圧を演算することもできる。また、演算回路７が電池２の演算する３回の検出電圧の周期（Δｔ）は、５ｍｓｅｃに特定されず、たとえば、１ｍｓｅｃ以上であって、２００ｍｓｅｃよりも短く、好ましくは１ｍｓｅｃよりも長くて１００ｍｓｅｃよりも短くする。演算に使用する電圧を検出する周期は、短くしてより短時間で電池２の電圧を検出できる。ただ、電池２の電圧を検出する時間を短くすると、使用する電子部品に高速処理用の電子部品を使用する必要があって部品コストが高くなる。したがって、電圧検出回路５が電池２の電圧を検出するサンプリング周期は、部品コストと、漏電検出に要求される時間とを考慮して最適値に設定される。
【００５１】
組電池１を構成する各電池２の電圧を順番に検出するために、電圧検出スイッチ４は制御回路９でもって、所定の周期でオンオフに制御されて、順番に各電池２の電圧を電圧検出器３に入力する。図５は、制御回路９が各電圧検出スイッチ４を順番にオンオフに切り換える状態を示している。電圧検出スイッチ４は、電圧検出回路５の一対の入力端子に接続している一対の電圧検出スイッチ４が同時にオンに切り換えられて、ひとつの電池２の電圧を電圧検出器３に入力する。一対の電圧検出スイッチ４がオンに切り換えられる状態で、他の全ての電圧検出スイッチ４はオフ状態に保持される。図５に示すように、一対の電圧検出スイッチ４がオンに切り換えられるタイミングで、電圧検出回路５に入力される電圧は次第に上昇するが、このタイミングにおいて、所定の周期（Δｔ）で少なくとも３回の検出電圧から収束電圧（Ｖ）が演算され、収束電圧から電池２の電圧が演算される。
【００５２】
図６は、電圧検出回路に入力される電圧が収束するまで待って、電池の電圧を検出する状態、すなわち従来のバッテリシステムが電池の電圧を検出する状態を示す図である。この図に示すように、収束電圧を演算することなく電池の電圧を検出するバッテリシステムは、電圧検出回路に入力される電圧が収束するまで待ってから電圧を検出するので、各電池の電圧検出に相当に時間がかかる欠点がある。また、電圧検出回路５に入力される電圧が収束するのを待つことにより、コンデンサー８に充電される電気量も多くなるので、各電池２の電圧検出後において、充電されたコンデンサー８を放電回路１１で放電する時間も長くなる。したがって、図６に示すように、各々の電池２の電圧検出にかかる検出周期（Ｔ）が長くなり、すべての電池の電圧を検出するのにかかる時間が相当に長くなる。
【００５３】
これに対して、本発明のバッテリシステムは、図４に示すように、所定の周期（Δｔ）（たとえば５ｍｓｅｃ）で少なくとも３回の検出電圧を検出して、検出電圧から収束電圧を演算して電池２の電圧を検出するので、電池２の電圧検出にかかる時間を短縮（たとえば約１０ｍｓｅｃ）できる。さらに、電圧検出回路５に入力される電圧が収束するのを待つことなく電池２の電圧を検出するので、コンデンサー８に充電される電気量を少なくでき、各電池２の電圧検出後において、充電されたコンデンサー８を放電回路１１で放電する時間も短縮できる。したがって、図５に示すように、電圧検出スイッチ４を順番に切り換えて複数の電池２の電圧を順番に検出する状態において、各々の電池２の電圧検出にかかる検出周期（Ｔ）を短くして、すべての電池２の電圧検出にかかる時間を短縮できる。
【００５４】
図１のバッテリシステムは、以下に示す図７のフローチャートで、組電池１を構成する各電池２の電圧を検出する。
【００５５】
［Ｓ＝１、２のステップ］
組電池１を構成している一対の電圧検出スイッチ４（ＳＷ１）をオンに切り換えて、他の全ての電圧検出スイッチ４をオフ状態とする。最初は、ｎ＝１として、第１の電圧検出スイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂのみをオンに切り換えて、他の全ての電圧検出スイッチ４をオフ状態とする。
【００５６】
［Ｓ＝３のステップ］
このステップで、演算回路７は、電圧検出回路５から入力される少なくとも３回の検出電圧から収束電圧を演算し、収束電圧から第１の電池電圧Ｖｃ１を演算する。
【００５７】
［Ｓ＝４のステップ］
第１の電池電圧Ｖｃ１を検出した後、オン状態にあった第１の電圧検出スイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂをオフ状態に切り換える。この状態においても、他の全ての電圧検出スイッチ４をオフ状態とする。
【００５８】
［Ｓ＝５のステップ］
このステップで放電回路１１の放電スイッチ１３（ＳＷ７）をオンに切り換えて、コンデンサー８を放電する。放電スイッチ１３はコンデンサー８を放電するが、必ずしもコンデンサー８を完全に放電する必要はない。それは、コンデンサー８を完全に放電しない状態としても、３回の検出電圧から数１に基づいて正確に収束電圧を演算できるからである。
【００５９】
［Ｓ＝６、７のステップ］
全ての電池２の電圧が検出されるまで、Ｓ＝２のステップにループする。Ｓ＝２のステップにループする毎に、ｎに１がプラスされて、Ｓ＝２〜５のステップにおいて、電圧検出スイッチ４が順番にオン状態に切り換えられ、オン状態の電圧検出スイッチ４を介して電圧検出回路５に接続される電池２の電圧が検出される。
【００６０】
以上のバッテリシステムは、一対の電圧検出スイッチ４を介して、各電池２の正負の電極を順番に電圧検出回路５の入力端子に接続して、各電池２の電圧を検出する。ただ、本発明は電圧検出回路を以上の回路構成には特定せず、たとえば図示しないが、直列に接続している電池の正負の電極のグランドラインに対する電圧を順番に検出し、検出する電圧差から各電池の電圧を検出する回路構成とすることもできる。
【００６１】
以上のバッテリシステムは、車載用の電源として利用できる。バッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
【００６２】
（ハイブリッド自動車用バッテリシステム）
図８は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００の電池を充電する。
【００６３】
（電気自動車用バッテリシステム）
また、図９は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の電池を充電する発電機９４と、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００の電池を充電する。
【００６４】
（蓄電装置用バッテリシステム）
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１０に示す。この図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の素電池１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。このバッテリシステム１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このためバッテリシステム１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰからバッテリシステム１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、バッテリシステム１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、バッテリシステム１００への充電を同時に行うこともできる。
【００６５】
バッテリシステム１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。バッテリシステム１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、バッテリシステム１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１０の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
【００６６】
各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のバッテリシステムは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両、又は太陽電池２発電装置や風力発電などの自然エネルギーを蓄電し、あるいは深夜電力の蓄電装置などに好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１００…バッテリシステム
１…組電池
２…電池
３…電圧検出器
４…電圧検出スイッチ
５…電圧検出回路
６…直列抵抗
７…演算回路
８…コンデンサー
９…制御回路
１０…電圧検出ライン
１１…放電回路
１２…放電抵抗
１３…放電スイッチ
１４…入力抵抗
１５…ローパスフィルター
１６…差動アンプ
１７…Ａ／Ｄコンバータ
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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