(57)【要約】  電圧検出回路は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の複数のセル電圧を測定する。電圧検出回路は、複数の電圧検出線を介してそれぞれ複数のセルの各電極に接続される複数の入力端子と、複数の直列セルをグループとして、周期的にグループ内の複数セルの電圧を選択して出力するマルチプレクサと、マルチプレクサからの出力電圧のＡＤ変換を行って出力電圧のデジタルデータを出力するＡＤ変換器と、マルチプレクサの選択タイミングおよびＡＤ変換のタイミングを制御する制御回路を備え、制御回路は、マルチプレクサが各セルを選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させる。
2019044856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを直列に接続して構成される組電池の複数のセル電圧を測定する電圧検出回路であって、
複数の電圧検出線を介してそれぞれ前記複数のセルの各電極に接続される複数の入力端子と、
複数の直列セルをグループとして、周期的にグループ内の複数セルの電圧を選択して出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサからの出力電圧のＡＤ変換を行って前記出力電圧のデジタルデータを出力するＡＤ変換器と、
前記マルチプレクサの選択タイミングおよびＡＤ変換のタイミングを制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記マルチプレクサが各セルを選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする電圧検出回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記グループ内で所定の順序でセルのＡＤ変換を繰り返し、グループ内の変換開始セルを切り替えることによって選択時間間隔を変化させることを特徴とする請求項１記載の電圧検出回路。
【請求項３】
前記変換開始セルは、乱数を生成する乱数発生器からの乱数に基づいて選択されることを特徴とする請求項２記載の電圧検出回路。
【請求項４】
前記乱数発生器からの出力値である乱数を剰余演算することにより、開始セル番号を決定して出力する剰余演算器をさらに備える請求項３記載の電圧検出回路。
【請求項５】
前記マルチプレクサは、変換開始セルがマルチプレクサのグループ内の最下位セルではない場合、
（Ａ）一旦、少なくとも１つの中間セルを経由するように当該中間セルを選択した後、変換開始セルを選択し、もしくは、
（Ｂ）前記中間セルを経由せずに変換開始セルを選択し、
プリチャージ動作後に、変換対象セルを選択することを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか１つに記載の電圧検出回路。
【請求項６】
前記マルチプレクサは、ＡＤ変換を行うセルが２セル以上離れている場合、
（Ａ）一旦、次の変換対象セルではない少なくとも１つの中間セルを経由するように当該中間セルを選択した後、次の変換セルを選択し、もしくは、
（Ｂ）前記中間セルを経由せずに次の変換セル自身を選択し、
プリチャージ動作後に、前記変換対象セルを選択することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の電圧検出回路。
【請求項７】
前記プリチャージ動作は、マルチプレクサの未使用な入力端子も経由するように当該入力端子を選択する対象とすることを特徴とする請求項５又は６記載の電圧検出回路。
【請求項８】
セル電圧以外のモニタ電圧をＡＤ変換する機能を備え、
前記制御回路は、前記マルチプレクサがモニタ電圧を選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の電圧検出回路。
【請求項９】
前記モニタ電圧のＡＤ変換は、プリチャージ動作中に実行されることを特徴とする請求項８記載の電圧検出回路。
【請求項１０】
電圧検出回路と、装置コントローラとを備え、複数のセルを直列に接続して構成される組電池の複数のセル電圧を測定する電圧測定装置であって、
前記電圧検出回路は、
複数の電圧検出線を介してそれぞれ前記複数のセルの各電極に接続される複数の入力端子と、
複数の直列セルをグループとして、周期的にグループ内の複数セルの電圧を選択して出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサの出力電圧のＡＤ変換を行って前記出力電圧のデジタルデータを出力するＡＤ変換器と、
前記マルチプレクサの選択タイミングおよびＡＤ変換のタイミングを制御する制御回路を備え、
前記装置コントローラは、前記出力電圧のデジタルデータを受信して格納し、
前記制御回路は、前記マルチプレクサが各セルを選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする電圧測定装置。
【請求項１１】
電圧検出回路と、装置コントローラと、組電池とを備え、複数のセルを直列に接続して構成される前記組電池の複数のセル電圧を測定する組電池システムであって、
前記電圧検出回路は、
複数の電圧検出線を介してそれぞれ前記複数のセルの各電極に接続される複数の入力端子と、
複数の直列セルをグループとして、周期的にグループ内の複数セルの電圧を選択して出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサの出力電圧のＡＤ変換を行って前記出力電圧のデジタルデータを出力するＡＤ変換器と、
前記マルチプレクサの選択タイミングおよびＡＤ変換のタイミングを制御する制御回路を備え、
前記装置コントローラは、前記出力電圧のデジタルデータを受信して格納し、
前記制御回路は、前記マルチプレクサが各セルを選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする組電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出回路、電圧測定装置、組電池システム及び電圧測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来例にかかる組電池システム１００の構成を示すブロック図である。また、図２は図１の電圧検出回路１０Ａの構成を示すブロック図であり、図３は図２の電圧検出回路１０Ａにより実行されるＡＤ変換シーケンスを示す図である。【０００３】
図１において、電圧検出回路１０Ａは、組電池システム１００に搭載され、組電池１０１を構成する複数の電池セル（以下、セルという）１〜５の複数のセル電圧を測定する回路である。組電池１０１は、複数のセル１〜５を直列に接続して構成される。複数のセル１〜５の各電極のセル電圧は、電圧検出線ＬＧ，Ｌ０〜Ｌ５及びフィルタ回路１０２を介して電圧検出回路１０Ａに入力される。電圧検出回路１０Ａでデジタルデータに変換された各セル電圧は、装置コントローラであるＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０３に伝送される。ここで、フィルタ回路１０２は、複数の抵抗Ｒ０と、キャパシタＣ１０〜Ｃ１５を備え、例えば６個のＲＣ型ローパスフィルタで構成される。ＣＧ、Ｃ０〜Ｃ５、ＣＳ０〜ＣＳ５は各回路を接続するための端子である。【０００４】
図２において、電圧検出回路１０Ａは、マルチプレクサ（以下、ＭＵＸともいう）１１と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１２と、デコーダ１３と、レジスタ１４と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５と、シーケンサ２１を有する制御回路２０とを備える。ここで、ＭＵＸ１１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５２を備えて構成される。【０００５】
従来例の電圧検出回路１０Ａは、図３に示すように、ＭＵＸ１１を固定周期でグループ内の最下位セルから順に選択的に動作させることで、セル電圧を順次ＡＤ変換している。図３のシーケンスの例では、ＭＵＸ１１の出力電圧を最下位セルの電位まで初期化した後、セル１→２→３→４→５の順序でＭＵＸ１１が選択し、ＡＤ変換を行う動作を示している。「リセット」は、セル測定の開始前に、ＭＵＸ１１の出力を所定の電位（接地電位ＧＮＤなど）に初期化する動作を意味する。セルｎの電圧測定は、ＣＳｎ−ＣＳｎ−１端子間の電圧を測定する。例えば、セル１の電圧の場合は、ＣＳ１−ＣＳ０端子間電圧を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４９２０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例のように、固定周期で動作させる構成においては、固定周期に相当する周波数の１／２以上の周波数の外乱ノイズがセル入力端子に重畳された場合、外乱ノイズがＡＤ変換時に低周波に折り返し（エイリアシングと呼ぶ）、電圧測定精度が悪化する。【０００８】
図６Ａに従来例において、固定周期が２ｋＨｚの場合の入力ノイズの減衰周波数特性を示す。図６Ａから明らかなように、１ｋＨｚ以上において減衰特性が悪化する。【０００９】
本発明の目的は、複数のセルを直列に接続して構成される組電池において、セルのＭＵＸの選択順序を変化させてＡＤ変換の周期性を無くすことで、エイリアシングを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様にかかる電圧検出回路は、
複数のセルを直列に接続して構成される組電池の複数のセル電圧を測定する電圧検出回路であって、
複数の電圧検出線を介してそれぞれ前記複数のセルの各電極に接続される複数の入力端子と、
複数の直列セルをグループとして、周期的にグループ内の複数セルの電圧を選択して出力するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサからの出力電圧のＡＤ変換を行って前記出力電圧のデジタルデータを出力するＡＤ変換器と、
前記マルチプレクサの選択タイミングおよびＡＤ変換のタイミングを制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記マルチプレクサが各セルを選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる電圧検出回路によれば、複数のセルを直列に接続して構成される組電池において、セルのＭＵＸの選択順序を変化させてＡＤ変換の周期性を無くすことで、エイリアシングを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来例にかかる組電池システム１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電圧検出回路１０Ａの構成を示すブロック図である。
【図３】図２の電圧検出回路により実行されるＡＤ変換シーケンスを示す図である。
【図４Ａ】実施形態１にかかる組電池システム１００Ｐの構成例を示すブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ａの電圧検出回路１０Ｂの構成例を示すブロック図である。
【図５】図４Ｂの電圧検出回路１０Ｂにより実行されるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図６Ａ】従来例の入力ノイズの減衰特性を示すスペクトル図である。
【図６Ｂ】実施形態の入力ノイズの減衰特性を示すスペクトル図である。
【図７Ａ】実施形態２にかかる電圧検出回路１０Ｂにおけるマルチプレクサ１１の出力電圧の応答特性であって、電位差が１セル分の場合の１巡目のスロット２，３における応答特性を示すグラフである。
【図７Ｂ】実施形態２にかかる電圧検出回路１０Ｂにおけるマルチプレクサ１１の出力電圧の応答特性であって、電位差が５セル分の場合の３巡目のスロット１，２における応答特性を示すグラフである。
【図８】実施形態２にかかる電圧検出回路１０Ｂにおける入力電流を説明するためのマルチプレクサ１１等のブロック図である。
【図９】実施形態２−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１０】実施形態２−２にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１１】実施形態２−３にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１２】実施形態２−４にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１３】実施形態２−５にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１４】実施形態２−６にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１５】実施形態３−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１６】実施形態３−２にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１７】実施形態３−３にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１８】実施形態３−４にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図１９】実施形態４にかかる組電池システム１００Ｃの構成例を示すブロック図である。
【図２０】実施形態４にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図２１】従来例にかかる電圧検出回路１０Ｄの構成例を示すブロック図である。
【図２２】従来例にかかるＡＤ変換シーケンスを示す図である。
【図２３】実施形態５にかかる電圧検出回路１０Ｅの構成例を示すブロック図である。
【図２４Ａ】実施形態５−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であって、モニタ電圧測定を行う場合の実施形態５−１−１の場合を示す図である。
【図２４Ｂ】実施形態５−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であって、モニタ電圧測定を行う場合の実施形態５−１−２の場合を示す図である。
【図２４Ｃ】実施形態５−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であって、モニタ電圧測定を行う場合の実施形態５−１−３の場合を示す図である。
【図２５】実施形態５−２にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【図２６】変形例１にかかる変換開始セル決定回路２２Ａの構成例を示すブロック図である。
【図２７】図２６の剰余演算器２０２の剰余値と開始セル番号との関係を示す表である。
【図２８Ａ】変形例２にかかるデジタルフィルタの搭載例を示すブロック図であって、デジタルフィルタを電圧検出回路に搭載したときのブロック図である。
【図２８Ｂ】変形例２にかかるデジタルフィルタの搭載例を示すブロック図であって、デジタルフィルタをＭＣＵに搭載したときのブロック図である。
【図２９】変形例３にかかる組電池システム１００Ｇの構成例を示すブロック図である。
【図３０】変形例４にかかる組電池システム１００Ｈの構成例を示すブロック図である。
【図３１Ａ】変形例５にかかる電圧検出回路間の通信線の方式例である直結方式の構成例を示すブロック図である。
【図３１Ｂ】変形例５にかかる電圧検出回路間の通信線の方式例であるトランス方式の構成例を示すブロック図である。
【図３１Ｃ】変形例５にかかる電圧検出回路間の通信線の方式例である容量方式の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。図面においては、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００１４】
実施形態１
図４Ａは実施形態１にかかる組電池システム１００Ｐの構成例を示すブロック図であり、図４Ｂは図４Ａの電圧検出回路１０Ｂの構成例を示すブロック図である。また、図５は図４Ｂの電圧検出回路１０Ｂにより実行されるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。図４Ａの組電池システム１００Ｐは、組電池１０１と、電圧測定装置１１０Ｐとを備えて構成され、電圧測定装置１１０Ｐは、図１の電圧測定装置１１０に比較して、電圧検出回路１０Ａに代えて、電圧検出回路１０Ｂを備えたことを特徴とする。また、図４Ｂの電圧検出回路１０Ｂは、図２の電圧検出回路１０Ａに比較して、制御回路２０が変換開始セル決定回路２２をさらに含むことを特徴としている。
【００１５】
図４Ａにおいて、電圧検出回路１０Ｂは、組電池システム１００Ｐに搭載され、組電池１０１を構成する複数のセル１〜５の複数のセル電圧を測定する回路である。組電池１０１は、複数のセル１〜５を直列に接続して構成される。複数のセル１〜５の各電極のセル電圧は、電圧検出線ＬＧ，Ｌ０〜Ｌ５及びフィルタ回路１０２を介して電圧検出回路１０Ｂに入力される。電圧検出回路１０Ｂでデジタルデータに変換された各セル電圧は、装置コントローラであるＭＣＵ１０３に伝送され、ＭＣＵ１０３は各セル電圧を受信して格納する。ここで、フィルタ回路１０２は、複数の抵抗Ｒ０と、キャパシタＣ１０〜Ｃ１５を備え、例えば６個のＲＣ型ローパスフィルタで構成される。ＣＧ、Ｃ０〜Ｃ５、ＣＳ０〜ＣＳ５は各回路を接続するための端子である。
【００１６】
図４Ｂにおいて、電圧検出回路１０Ｂは、ＭＵＸ１１と、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１２と、デコーダ１３と、レジスタ１４と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５と、シーケンサ２１及び変換開始セル決定回路２２を有する制御回路２０とを備える。ここで、マルチプレクサ１１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５２を備えて構成され、制御回路２０のシーケンサ２１からのセル選択信号に基づいて、マルチプレクサ１１に接続される複数の直列セルをグループとして、周期的にグループ内の複数セルの電圧を選択して出力する。なお、制御回路２０のシーケンサ２１からのセル選択信号は、ＡＤ変換器１２及びデコーダ１３にも入力されて、セル選択のためのタイミング信号として用いられる。
【００１７】
本実施形態にかかる電圧検出回路１０Ｂは、制御回路２０において、図３の巡回周期毎に変換開始セルを決定してシーケンサ２１に出力する変換開始セル決定回路２２をさらに備えたことを特徴とする。制御回路２０のシーケンサ２１は、変換開始セル決定回路２２により決定された変換開始セルに基づいてセル選択信号を発生してＭＵＸ１１及びデコーダ１３に出力する。
【００１８】
ＭＵＸ１１はスイッチＳＷ１〜ＳＷ５２を用いて、セル選択信号に基づいて、複数のセル電圧から所定の２つのセル電圧を選択して、それぞれ正の出力電圧（ＭＵＸ＿Ｐ出力）及び負の出力電圧（ＭＵＸ＿Ｎ出力）の差動電圧としてＡＤ変換器１２に出力する。ＡＤ変換器１２は、セル選択信号のタイミングで、入力される出力差動電圧のＡＤ変換を行って当該出力差動電圧のデジタルデータをデコーダ１３に出力する。デコーダ１３は、セル選択信号のタイミングで、ＡＤ変換器１２からのデジタルデータを所定の符号化方法で符号化し、符号化後のデジタルデータをレジスタ１４に格納する。レジスタ１４に格納された、各セル電圧のデジタルデータはインターフェース（Ｉ／Ｆ）１５を介してＭＣＵ１０３に伝送されて格納される。
【００１９】
本発明の実施形態１では、図５に示すように、巡回周期毎に変換開始セルが切り替わるようにＭＵＸ１１の選択順序を制御することで、各セルのＡＤ変換時間間隔を変化させる。図５のシーケンス例では、
１巡回目：セル１→２→３→４→５；
２巡回目：セル３→４→５→１→２；
３巡回目：セル５→１→２→３→４；
の順序でＭＵＸ１１が選択し、ＡＤ変換を行う動作を示している。ここで、「リセット」は、セル測定の開始前に、ＭＵＸ１１の出力を所定の電位（ＣＳ０電位、ＧＮＤ電位など）に初期化する動作を意味しているが、必須ではない。
【００２０】
以上説明したように、本発明の実施形態１によれば、各セルのＭＵＸ１１の選択順序を変化させてＡＤ変換の周期性を無くすことで、エイリアシングを低減することができる。
【００２１】
図６Ｂに本実施形態における固定周期が２ｋＨｚの場合の入力ノイズの減衰周波数特性を示す。変換開始セル決定回路には、後述する線形帰還シフトレジスタをしている。１ｋＨｚ以上における減衰特性が従来例の構成の特性（図６Ａ）に対して大幅に改善していることがわかる。
【００２２】
実施形態２
図７Ａ及び図７Ｂは実施形態２にかかる電圧検出回路１０Ｂにおけるマルチプレクサ１１の出力電圧の応答特性であって、図７Ａは電位差が１セル分の場合の図５における１巡回目のスロット２，３における応答特性であり、図７Ｂは電位差が５セル分の場合の３巡回目のスロット１，２における応答特性である。
【００２３】
変換開始セルを変化させた場合、スロット間の電位差が１セル以上になる。例えば、図３の従来例のシーケンスの場合、毎回リセット後にセル１から動作するため、スロット間の電位差は必ず１セル分である。しかしなから、図５の実施形態のシーケンスにおいては、リセット状態と変換開始セル選択時の電位差は、１巡回目は１セル分、２巡回目は３セル分、３巡回は５セル分となる。その結果、以下の２つの課題を考慮する必要がある。
【００２４】
（１）ＭＵＸ１１の応答時間への影響
ＭＵＸ１１のスイッチオン、オフ時の出力応答時間は、ＭＵＸ１１を構成するスイッチのオン時の抵抗と、出力負荷容量などによって決まる。そのため、スイッチがオン直後のＭＵＸ入出力電位差が大きいほど、ＭＵＸ１１の出力電圧が安定するために多くの応答時間が必要となる。従って、変換開始セルを変化させた場合、変換開始セルに依存してＭＵＸ１１が必要とする応答時間も変化する。図７Ａ及び図７Ｂのように、例えば、スロット間の電位差が１セル分と５セル分とでは、例えば、必要とする遷移時間も約５倍異なる。その結果、変換開始セルは、所定の変換時間内にＭＵＸ１１の出力電圧が安定せず、電圧測定精度が悪化してしまう場合がある。
【００２５】
（２）入力電流への影響
図８は実施形態２にかかる電圧検出回路１０Ｂにおける入力電流を説明するためのマルチプレクサ１１等のブロック図である。
【００２６】
ＭＵＸ１１のスイッチがオンしてＭＵＸ１１の出力が応答する際、ＡＤ変換器１２の入力容量のキャパシタＣ２１，Ｃ２２などの電荷を充放電するため、入力端子から電流を引き込み（入力電流）、ＭＵＸ１１の入出力電位差が大きいほど、入力電流も多くなる。入力電流が多くなると、入力端子に接続されたフィルタ回路１０２の抵抗Ｒ０〜Ｒ５により電圧降下が発生することで、電圧測定精度が悪化してしまう。なお、図８において、ＳＷ６１及びＣ３１、並びにＳＷ６２及びＣ３２はそれぞれＡＤ変換器１２の帰還回路に用いるスイッチ及びキャパシタである。
【００２７】
図９は実施形態２−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、リセット後に測定するセルへの遷移電圧が１セル以下となるよう、直前のセルに相当する電圧をプリチャージしてもよい。図１０は実施形態２−２にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、プリチャージは、１セル相当の電圧で遷移させる必要はなく、例えば２セル相当の電圧でもよい。図１１は実施形態２−３にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、プリチャージ時の遷移電圧は、１セル相当の電圧と２セル相当の電圧の場合が混合してもよい。図１２は実施形態２−４にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、プリチャージ電圧は、変換開始セル自身の電圧でもよい。図１３は実施形態２−５にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、各セル測定前に直前にセル相当の電圧にプリチャージした後、各セル自身へのプリチャージを経て測定を開始してもよい。図１４は実施形態２−６にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、１巡回あたりのスロット数が固定でなくてもよい、すなわち、セル１開始のときの「−」（ブランク）がなくてもよい。
【００２８】
本発明の実施形態２においては、ＭＵＸ１１は、ＡＤ変換開始セルが、ＭＵＸ１１のグループ内の最下位セルではない場合、
（Ａ）一旦、少なくとも１つの中間セルを経由するように当該中間セルを選択した後、変換対象セルを選択し、もしくは
（Ｂ）前記中間セルを経由せずに変換開始セルを選択し、
プリチャージ動作後に、変換対象セルを選択する。図４Ｂの構成例であれば、最下位セル＝セル１、中間セル＝セル２〜４、最上位セル＝セル５を意味する。例えば、ＡＤ変換開始がセル５の場合は、プリチャージ制御として、ＭＵＸ１１は一旦、セル１〜５のいずれかのセルまたは複数のセルを選択した後に、セル５のＡＤ変換を行う。
【００２９】
以上説明したように、実施形態２によれば、一旦、少なくとも１つの中間セルを経由するように当該中間セルを選択した後に変換開始セルを選択する制御を行うことにより、変換開始時のＭＵＸ１１の出力電位の遷移時間および入力電流が低減できるため、正確なセル電圧測定が可能になる。
【００３０】
また、プリチャージ制御の際に最後に選択するセルを、プリチャージ動作後にＡＤ変換を行うセルの一つ下位にすることで、セル測定順によらず、所定の時間内でのＭＵＸ１１の出力電圧の変動量を１セル分に統一できるため、所定の変換時間内にＭＵＸ１１の出力電圧を安定させることができ、高精度なセル電圧測定が可能になる。
【００３１】
実施形態３
図１５は実施形態３−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、１巡回目のプリチャージにおいて前周期の最終変換セルがセル５である場合の例であって、１セル単位でプリチャージする場合の例である。図１６は実施形態３−２にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、１巡回目のプリチャージにおいて前周期の最終変換セルがセル５である場合の例であって、２セル単位でプリチャージする場合の例である。図１７は実施形態３−３にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、１セル単位と２セル単位のプリチャージが混載する場合の例である。図１８は実施形態３−４にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、１巡回目のプリチャージにおいて前周期の最終変換セルがセル５である場合の例であって、次の変換セル自身を選択してプリチャージする場合の例である。図１８では、プリチャージの最後のセルは次の変換セルから１つ下位のセルであり、セル１の測定前に０Ｖにリセットされる。
【００３２】
本発明の実施形態２に記載したように、リセット後のプリチャージ動作を行った場合、下位セルほどＭＵＸ１１のスイッチを選択する頻度が高くなるため、下位セルほど入力電流が増加する。その結果、入力端子に接続されたフィルタ回路１０２の抵抗Ｒ０〜Ｒ５による電圧降下の影響で、下位セルほど高精度な電圧測定が困難になる。
【００３３】
本発明の実施形態３においては、ＭＵＸ１１は、ＡＤ変換を行うセルが２セル以上離れている場合、
（Ａ）一旦、次の変換対象ではない少なくとも１つの中間セルを経由するように当該中間セルを選択した後、次の変換セルを選択し、もしくは、
（Ｂ）上記中間セルを経由せずに次の変換セルを選択し、
プリチャージ動作後に、変換対象セルを選択する。例えば、図１５に示した例であれば、１巡回目と２巡回目の間でセル５を変換した後にセル３を選択するシーケンスになるため、ＭＵＸ１１は一旦、セル４を選択した後にセル３を選択し、ＡＤ変換を行う。
【００３４】
ここで、経由して選択する中間セルは、１セル単位でも、複数セル単位でもよい。例えば、図１５に示すように１セル単位でもよいし、図１６に示すように２セル単位もよい。また、図１７のように、単位セル数は固定でなくてもよい。２セル以上離れている場合は１セル単位、３セル以上離れている場合は２セル単位に切り替えるなど、単位セル数は固定でなくてもよい。
【００３５】
図１８に示すように、セル１のＡＤ変換前は、リセット動作によりＭＵＸ１１の出力をＣＳ０電位またはＧＮＤ電位に初期化することが好ましい。
【００３６】
以上説明したように、実施形態３によれば、各セルのＭＵＸ１１のスイッチ選択頻度が均一になるため、入力電流の片寄りを低減できる。
【００３７】
また、プリチャージ制御の際に最後に選択するセルを、プリチャージ制御後にＡＤ変換を行うセルの一つ下位にすることで、セル測定順によらず、所定の時間内でのＭＵＸ１１の出力電圧の変動量を１セル分に統一できるため、所定の変換時間内にＭＵＸ１１の出力電圧を安定させることができ、高精度なセル電圧測定が可能になる。ここで、セル１をＡＤ変換時は、リセット動作によりＭＵＸの出力をＣＳ０電位またはＧＮＤ電位に初期化することで、セル１測定時のＭＵＸ出力電圧を１セル分に固定することができる。
【００３８】
実施形態４
図１９は実施形態４にかかる組電池システム１００Ｃの構成例を示すブロック図である。図２０は実施形態４にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であり、１巡回目のプリチャージにおいて前周期の最終変換セルがセル５である場合の例である。
【００３９】
前述したように、高精度な電圧測定を可能にするためには、所定の時間内でのＭＵＸ１１の出力電圧の変動量を１セル分に統一することが好ましいが、２セル単位でのプリチャージを実施する場合で、未使用セルが存在する場合は、工夫をする必要がある。
【００４０】
図１９にセル２とセル４が存在しない未使用セルである場合の組電池システム１００Ｃのブロック図を示す。図１９において、組電池システム１００Ｃは、組電池１０１Ｃと、電圧測定装置１１０Ｃとを備える。ここで、電圧測定装置１１０Ｃは、フィルタ回路１０２と、電圧検出回路１０Ｃと、ＭＣＵ１０３とを備える。
【００４１】
図１９の構成において、図１０に示したＡＤ変換シーケンスで動作する場合を考える。このとき、未使用セルは電池セルが接続されていないため測定の対象からは除外されるが、未使用の端子を同一電位のノードに接続してプリチャージ制御の対象にしないと、３巡回目のリセット後において、実質的にプリチャージ動作を行うことなくセル５を測定することになるため、ＭＵＸ１１の出力電圧の変動量が５セル分になるため、高精度な電圧測定が困難になる。
【００４２】
本発明の実施形態４は、複数のセルに接続されるＭＵＸ１１のグループ内の入力端子の中で、未使用な端子がある場合も、当該未使用な端子を前記プリチャージの経由選択の対象（当該端子に接続されるセル電圧を対象とする）とすることを特徴とする。図２０に、図１６のシーケンスに対してセル２とセル４が未使用な場合の例を示す。
【００４３】
以上説明したように、実施形態４によれば、未使用セルがある場合も、ＭＵＸ１１の出力電圧の変動量を一定にできるため、高精度な電圧測定が可能になる。
【００４４】
実施形態５−１
図２１は従来例にかかる電圧検出回路１０Ｄの構成例を示すブロック図である。図２２は従来例にかかるＡＤ変換シーケンスを示す図である。図２３は実施形態５にかかる電圧検出回路１０Ｅの構成例を示すブロック図である。図２４Ａ〜図２４Ｃは実施形態５−１にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図であって、図２４Ａはモニタ電圧測定を行う場合の実施形態５−１−１の場合を示す図であり、図２４Ｂはモニタ電圧測定を行う場合の実施形態５−１−２の場合を示す図であり、図２４Ｃはモニタ電圧測定を行う場合の実施形態５−１−３の場合を示す図である。
【００４５】
図２１に示すように、ＡＤ変換器１２は、セル電圧以外のモニタ電圧（サーミスタ電圧、レギュレータ電圧など）の測定を行う場合がある。図２１は、サーミスタ電圧をモニタする例を示す。
【００４６】
図２２に示すように、従来例の電圧検出回路１０Ｄはモニタ電圧のＡＤ変換を固定周期で行うため、固定周期に相当する周波数の１／２以上の周波数の外乱ノイズがモニタ電圧端子に重畳された場合にエイリアシングが発生し、電圧測定精度が悪化する。図２１の例では、セル５をＡＤ変換した後に、モニタ電圧のＡＤ変換を行っている。
【００４７】
本発明の実施形態５−１においては、図２４Ａ〜図２４Ｃに示すように、モニタ電圧をセル電圧測定の巡回グループに含めて前記実施形態１〜４の測定動作をさせることで、ＡＤ変換時間間隔を変化させる。すなわち、モニタ電圧のＡＤ変換を行うスロットも、変換開始セルに連動して変化させる。図２４Ａ〜図２４Ｃの例では、セル５をＡＤ変換した後に、モニタ電圧のＡＤ変換を行い、変換スロットも変換開始セルに連動してスロット８→５→３と変化させている。
【００４８】
以上説明したように、実施形態５−１によれば、モニタ電圧含めた各セルのＭＵＸ１１の選択順序を変化させてＡＤ変換の周期性を無くすことで、モニタ電圧のエイリアシングを低減することができる。
【００４９】
実施形態５−２
図２５は実施形態５−２にかかるＡＤ変換シーケンスの一例を示す図である。
【００５０】
プリチャージ制御を行うためには、図２３に示したセル電圧系のＭＵＸ１１のみ動作させればよい。従って、モニタ電圧系のスイッチとは独立させることで、図２５に示したように、プリチャージ動作中にモニタ電圧系のＡＤ変換を行うことができる。
【００５１】
以上説明したように、実施形態５−２によれば、プリチャージ動作中にモニタ電圧系のＡＤ変換を行うことで１巡回の変換スロット数を減らすことができるため、巡回周期を短縮できる。その結果、セル電圧の測定頻度を上げられるため、組電池システムのより詳細な状態検知が可能になる。
【００５２】
変形例１
図２６は変形例１にかかる変換開始セル決定回路２２Ａの構成例を示すブロック図である。図２７は図２６の剰余演算器２０２の剰余値と開始セル番号との関係を示す表である。図２６において、変換開始セル決定回路２２Ａは、乱数発生器２０１と、剰余演算器２０２とを備える。ここで、乱数発生器２０１は、複数個の遅延型フリップフロップＦＦ０〜ＦＦ１０と、排他的論理和ゲートＥＸＯＲ１とを備えて構成される。
【００５３】
変換開始セル決定回路２２Ａは、グループ内にてどのセルから変換を開始するか（開始セル番号）をシーケンサに出力する。ここで、開始セル番号は、自然乱数、擬似乱数、巡回数列などを用いて生成され、グループの測定周期毎に異なる値が選択される。
【００５４】
図２６に乱数発生器２０１を用いた変換開始セル決定回路２２Ａの構成例を示しており、乱数発生器２０１で生成した乱数を剰余演算器２０２で処理することにより、開始セル番号を選択している。
【００５５】
乱数発生器２０１は、例えば線形帰還シフトレジスタ（ＬＦＳＲ：Ｌｉｎｅｒ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｓｈｉｆｔ  Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）により１１ｂｉｔの擬似乱数を生成する。そして、前記生成された擬似乱数に基づいて開始セル番号を決定する。具体的には、１〜２０４７までの値がランダムに出力され、２０４７回で一巡して再び同じ順番で出力する。この１巡の間に１〜２０４７の値が１回だけ出現する。
【００５６】
剰余演算器２０２は乱数発生器２０１の出力値を剰余演算することで、開始セル番号を決定し、出力する。例えば、図１に示したような５セル構成の場合は、乱数発生器２０１の出力値（１〜２０４７）を５で割ることで余り値：０〜４を求めることで、開始セル番号：１〜５を決定する（図２７参照）。
【００５７】
変形例２
図２８Ａ及び図２８Ｂは変形例２にかかるデジタルフィルタの搭載例を示すブロック図であり、図２８Ａはデジタルフィルタ３０１を電圧検出回路１０Ｆに搭載したときのブロック図であり、図２８Ｂはデジタルフィルタ３０２をＭＣＵ３０Ａに搭載したときのブロック図である。図２８Ａにおいて、ＭＣＵ３０は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）３１と、レジスタ３２とを備えて構成される。インターフェース（Ｉ／Ｆ）３１は、電圧検出回路１０Ｆのインターフェース（Ｉ／Ｆ）１５と接続され、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５からのセル電圧のデータを受信した後、所定の信号変換を行った後、信号変換後のデータをレジスタ３２に格納する。
【００５８】
前述したように、ＡＤ変換開始セルを変化させることで、外乱ノイズの周波数成分は広帯域に分散されるため、エイリアシングを低減することができる。さらに、巡回周期ごとの各セルのＡＤ変換データをセル別に個別のローパス型デジタルフィルタ３０１，３０２で処理することで、外乱ノイズの高周波成分を除去することができるため、更なる高精度な電圧測定が可能になる。
【００５９】
デジタルフィルタ３０１，３０２の搭載位置として、図２８Ａ及び図２８Ｂに示すように、電圧検出回路１０ＦとＭＣＵ３０Ａが考えられる。電圧検出回路に搭載することで、ＡＤ変換とデジタルフィルタの同期が確保できるため、デジタルフィルタ内にデータを取り込む際のエイリアシングを防止できるメリットがある。デジタルフィルタ３０２をＭＣＵ３０Ａに搭載する場合は、電圧検出回路１０のレジスタ１４に格納されたセル別のＡＤ変換データをＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）モードなどのデータ通信により読み出した後、デジタルフィルタ処理を行うことになる。
【００６０】
なお、高周波成分を除去する手段として、デジタルフィルタ３０１，３０２ではなく、巡回周期ごとの各セルのＡＤ変換データを平均化してもよい。
【００６１】
変形例３
図２９は変形例３にかかる組電池システム１００Ｇの構成例を示すブロック図である。図２９は別の構成例を有する電圧検出回路１０Ｇを示すものであり、組電池システム１００Ｇは、組電池１０１Ｇと、電圧測定装置１１０Ｇとを備えて構成される。ここで、電圧測定装置１１０Ｇは、フィルタ回路１０２Ｇと、電圧検出回路１０Ｇと、ＭＣＵ３０とを備えて構成される。なお、ＬＧ，Ｌ０〜Ｌ１０は電圧検出線である。
【００６２】
図２９に示すように、電圧検出回路１０Ｇは、ＭＵＸ１１−１，１１−２、ＡＤ変換器１２−１，１２−２、デジタルフィルタ３００−１，３００−２と、インターフェース１５−１，１５−２と、制御回路２０−１，２０−２とを複数搭載していてもよい。その場合は、巡回グループは、各ＭＵＸ１１−１，１１−２単位で決まり、図２９の場合は、セル１〜５とセル６〜１０の２グループから構成され、それぞれのグループ内でマルチプレクサの巡回を行う。
【００６３】
変形例４
図３０は変形例４にかかる組電池システム１００Ｈの構成例を示すブロック図である。図３０は別の構成例を有する電圧測定装置１１０Ｈを示すものであり、組電池システム１００Ｈは、組電池１０１Ｈと、電圧測定装置１１０Ｈとを備えて構成される。
【００６４】
図３０に示すように、組電池システム１００Ｈは、複数の電池セル（１−１〜ｎ−１；１−２〜ｎ−２；１−３〜ｎ−３）毎に、フィルタ回路１０２−１，１０２−２，１０２−３と、電圧検出回路１０Ａ−１，１０Ａ−２，１０Ａ−３を単位としたユニット（電池監視ＩＣなど）を複数搭載することで実現する場合もある。各ユニットのデータは通信線で接続され、ＭＣＵ１０３に出力される。図３０の例では、巡回グループは、セル１−１〜ｎ−１セル、セル１−２〜セルｎ−２、セル１−３〜セルｎ−３の３グループから構成され、それぞれのグループ内でマルチプレクサの巡回を行う。
【００６５】
変形例５
図３１Ａ〜図３１Ｃは変形例５にかかる電圧検出回路間の通信線の方式例を示すブロック図である。各電圧検出回路間の通信方式（デイジーチェーン接続）の構成例を図３１に示す。
（１）図３１Ａ：直結方式では、信号を通信ケーブルにより直結して通信する。
（２）図３１Ｂ：トランス方式では、信号をトランスＴＲ１，ＴＲ２で伝達する絶縁通信を行う。
（３）図３１Ｃ：容量方式では、信号を容量素子であるキャパシタＣ１０１，Ｃ１０２を用いて伝達する絶縁通信を行う。
【００６６】
変形例６
以上の実施形態にかかる電圧検出回路及び電圧測定装置はそれぞれ、下記の電圧測定方法を用いた電圧検出回路及び電圧測定装置として構成してもよい。具体的には以下の通りである。
【００６７】
変形例６の態様１にかかる電圧測定方法は、複数セルの電圧をマルチプレクサで選択後にＡＤ変換を行う電圧測定方法であって、前記マルチプレクサが各セルを選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする。
【００６８】
変形例６の態様２にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様１にかかる電圧測定方法において、前記電圧測定方法は、前記グループ内で所定の順序でセルのＡＤ変換を繰り返し、グループ内の変換開始セルを切り替えることによって選択時間間隔を変化させることを特徴とする。
【００６９】
変形例６の態様３にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様２にかかる電圧測定方法において、前記変換開始セルは、乱数発生器を用いて選択されることを特徴とする。
【００７０】
変形例６の態様４にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様２又は３にかかる電圧測定方法において、前記変換開始セルがマルチプレクサのグループ内の最下位セルではない場合、一旦、中間セルを経由して選択しもしくは変換開始セル自身を選択し、プリチャージ動作後に、前記変換開始セルを選択することを特徴とする。
【００７１】
変形例６の態様５にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様１〜４のうちのいずれか１つにかかる電圧測定方法において、ＡＤ変換を行うセルが２セル以上離れている場合、一旦、次の変換対象セルではないセルを経由して選択しもしくは次の変換セル自身を選択し、プリチャージ動作後に、前記変換対象セルを選択することを特徴とする。
【００７２】
変形例６の態様６にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様４又は５にかかる電圧測定方法において、前記プリチャージ動作は、マルチプレクサの未使用な入力端子も経由して選択する対象とすることを特徴とする。
【００７３】
変形例６の態様７にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様１〜６のうちのいずれか１つにかかる電圧測定方法において、セル電圧以外のモニタ電圧をＡＤ変換する機能を備え、前記マルチプレクサがモニタ電圧を選択する時間間隔を切り替えることでＡＤ変換の周期を変化させることを特徴とする。
【００７４】
変形例６の態様８にかかる電圧測定方法は、変形例６の態様７にかかる電圧測定方法において、前記モニタ電圧のＡＤ変換は、前記プリチャージ動作中に実行されることを特徴とする。
【符号の説明】
【００７５】
１〜１０  セル、
１０Ａ〜１０Ｇ，１０Ａ−１〜１０Ａ−３  電圧検出回路、
１１，１６  マルチプレクサ（ＭＵＸ）、
１２  ＡＤ変換器（ＡＤＣ）、
１３  デコーダ、
１４  レジスタ、
１５  インターフェース（Ｉ／Ｆ）、
２０  制御回路、
２１  シーケンサ、
２２，２２Ａ  変換開始セル決定回路、
３０，３０Ａ  ＭＣＵ、
１００，１００Ａ〜１００Ｈ，１００Ｐ  組電池システム、
１０１，１０１Ｃ，１０１Ｇ，１０１Ｈ，  組電池、
１０２，１０２Ｇ，１０２−１〜１０２−３  フィルタ回路、
１０３  ＭＣＵ、
１１０，１１０Ａ〜１１０Ｈ，１１０Ｐ  電圧測定装置、
２０１  乱数発生器、
２０２  剰余演算器、
３０１，３０２  デジタルフィルタ、
Ｃ０〜Ｃ５，ＣＧ，ＣＳ０〜ＣＳ５  端子、
Ｃ１０〜Ｃ１０２  キャパシタ、
ＥＸＯＲ１  排他的論理和ゲート、
ＦＦ０〜ＦＦ１０  遅延型フリップフロップ、
Ｌ０〜Ｌ１０，ＬＧ  電圧検出線、
Ｒ０〜Ｒ１２  抵抗、
ＴＲ１，ＴＲ２  トランス、
ＳＷ１〜ＳＷ６２  スイッチ。
【図１】
2019044856.tif 000003
【図２】
2019044856.tif 000004
【図３】
2019044856.tif 000005
【図４Ａ】
2019044856.tif 000006
【図４Ｂ】
2019044856.tif 000007
【図５】
2019044856.tif 000008
【図６Ａ】
2019044856.tif 000009
【図６Ｂ】
2019044856.tif 000010
【図７Ａ】
2019044856.tif 000011
【図７Ｂ】
2019044856.tif 000012
【図８】
2019044856.tif 000013
【図９】
2019044856.tif 000014
【図１０】
2019044856.tif 000015
【図１１】
2019044856.tif 000016
【図１２】
2019044856.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
2019044856.tif 000019
【図１５】
2019044856.tif 000020
【図１６】
2019044856.tif 000021
【図１７】
2019044856.tif 000022
【図１８】
2019044856.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2019044856.tif 000027
【図２３】
2019044856.tif 000028
【図２４Ａ】
2019044856.tif 000029
【図２４Ｂ】
2019044856.tif 000030
【図２４Ｃ】
2019044856.tif 000031
【図２５】
2019044856.tif 000032
【図２６】
2019044856.tif 000033
【図２７】
2019044856.tif 000034
【図２８Ａ】
2019044856.tif 000035
【図２８Ｂ】
2019044856.tif 000036
【図２９】
2019044856.tif 000037
【図３０】
2019044856.tif 000038
【図３１Ａ】
2019044856.tif 000039
【図３１Ｂ】
2019044856.tif 000040
【図３１Ｃ】
2019044856.tif 000041
【国際調査報告】
2019044856.tif 000042
2019044856.tif 000043
2019044856.tif 000044
2019044856.tif 000045