(57)【要約】【課題】  組電池の電圧検出装置において、組電池の負荷電流の変動があっても各単電池の相対的な電圧を高精度で検出することが可能な組電池の電圧検出装置及び組電池の電圧検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】  各単電池Ｂａ電圧をサンプリングするサンプリングスイッチＳ２と、各単電池Ｂａの電圧を充電する各コンデンサＣと、各コンデンサＣに充電された充電電圧を転送するためのトランスファースイッチＳ４と、このコンデンサＣに充電された電圧を読み取る場合に、その基準電位を電圧検出装置１０の接地端子に接続する接地電位設定スイッチＳ５と、これらの各スイッチの開閉タイミングを制御し、各コンデンサＣの電圧を読み取る電圧検出制御手段６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列接続してなる組電池の各単電池と一対に設けられた複数のコンデンサと、
各前記コンデンサの一端とそのコンデンサと対となる前記単電池の一端、及びそのコンデンサの他端と対となる前記単電池の他端を、夫々を開閉する複数のサンプリングスイッチと、
前記コンデンサに充電された電圧を測定する電圧検出制御手段と
前記コンデンサの一端と、前記電圧検出制御手段とを夫々開閉する複数のトランスファースイッチと、
前記コンデンサの他端と接地電位の端子とを開閉する複数の接地電位設定スイッチとを有することを特徴とする組電池の電圧検出装置。
【請求項２】
前記サンプリングスイッチまたは前記トランスファースイッチは、一対のＭＯＳ型ＦＥＴのゲート電極同士、及び、ソース電極同士またはドレイン電極同士のいずれか一つを接続して構成され、前記ゲート電極は抵抗を介して前記組電池の最高電位に接続したことを特徴とする請求項１に記載の組電池の電圧検出装置。
【請求項３】
複数の単電池を直列接続してなる組電池の電圧検出装置であって、
各前記単電池と一対で同数設けられ、各前記単電池の電圧を充電する複数のコンデンサと、
前記単電池と前記コンデンサとの間に設けられ、各前記単電池の高電位側と低電位側とを同時に開閉し、各前記単電池の電圧を前記コンデンサにサンプリングする複数のサンプリングスイッチと、
前記サンプリングスイッチを開にして、各前記コンデンサの充電電圧を個々に切り替えて転送するトランスファースイッチと、
各前記コンデンサの充電電圧を前記トランスファースイッチで転送する場合に、各前記コンデンサの低電位側を個々に前記電圧検出装置の接地端子に接続する接地電位設定スイッチと、
前記サンプリングスイッチ、前記トランスファースイッチ、及び前記接地電位設定スイッチの夫々のスイッチの開閉タイミングを制御し、前記トランスファースイッチで転送される各前記コンデンサの充電電圧を読み取る電圧検出制御手段とを
備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置。
【請求項４】
夫々の前記コンデンサは、前記単電池に対応して同数直列に接続し、前記組電池の最低電位側と対応する前記コンデンサの一端とを前記電圧検出装置の接地端子に接続し、
前記サンプリングスイッチは、各前記単電池の高電位側のみを開閉して、対応する各前記コンデンサにサンプリングする複数の単極スイッチとし、
前記電圧検出制御手段は、前記サンプリングスイッチを閉にして、各前記単電池電圧を各前記コンデンサに同時に所定時間充電後、前記サンプリングスイッチを開にして、前記トランスファースイッチと前記接地電位設定スイッチとを、前記組電池電位の低い方に対応する前記コンデンサから順次接続して行き、各前記単電池の電圧を順次読み取るようにしたことを特徴とする請求項３に記載の組電池の電圧検出装置。
【請求項５】
前記サンプリングスイッチは、一対のＭＯＳ型ＦＥＴで構成し、そのソース電極またはドレイン電極を対向して接続し、前記ＭＯＳ型ＦＥＴの全てのゲート電極を接続し、前記ゲート電極のいずれかを所定の値の抵抗を介して前記組電池の最高電位に接続して、前記ゲート電極電位を同時に開閉制御して前記単電池電圧をサンプリングし、
前記トランスファースイッチは、一対のＭＯＳ型ＦＥＴで構成し、そのソース電極またはドレイン電極を対向して接続し、各前記ＭＯＳ型ＦＥＴの夫々のゲート電極は所定の値の抵抗を介して前記組電池の最高電位に接続して、前記ゲート電極電位の夫々を個々に開閉制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の組電池の電圧検出装置。
【請求項６】
前記コンデンサは、２つのコンデンサを直列に接続して構成するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の組電池の電圧検出装置。
【請求項７】
前記コンデンサ毎にヒューズを直列に接続して構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の組電池の電圧検出装置。
【請求項８】
複数の単電池を直列接続してなる組電池の電圧検出方法であって、
各前記単電池に対応して設けられるコンデンサに、各前記単電池の電圧を同じタイミングで充電するステップと、
各前記コンデンサの低電位側を接地端子に接続して、前記コンデンサ毎の充電電圧を読み取るステップと
から成ることを特徴とする組電池の電圧検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の電圧検出装置、組電池の電圧検出方法に係り、特に、多数の単電池の充電状態を検出する組電池の電圧検出装置及び組電池の電圧検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）においては、動力源としてモータが用いられ、そのモータの電力源としてリチウム電池などの二次電池、及び燃料電池などの単体（以後、単電池と言う）を多数直列に接続してなる組電池が使用される。
【０００３】
特に、リチウム二次電池においては、過充電や過放電に弱く、定められた使用範囲内の電圧で使用しなければ、材料が分解して容量が著しく低下したり、異常に発熱したりして使用不能となる恐れがある。
【０００４】
したがって、リチウム二次電池を組電池として使用する場合には、組電池を構成する単電池に過充電や過放電が発生しないように、各単電池の電圧のバラツキを十分に抑えるとともに、各単電池の野電圧のバラツキを正確に検出することが求められている。
【０００５】
また、充電不要とする燃料電池の場合にも、連続して効率良く発電を維持するためには、全単電池の出力電圧を正確に検出して転極防止や過負荷によるシャットダウン防止、及び連続して効率良く発電を維持するための燃料詰まりの検出制御のために、各単電池の出力電圧を正確に検出することが求められている。
【０００６】
従来の水溶性の電解液を用いる鉛電池、ニッケル電池等の単電池で構成される組電池の場合、単電池間のバラツキがある程度解消（均等充電）される性質を有するので、単電池の両端電圧を監視して、この両端電圧が所定の電圧範囲に収まるように充放電制御することで単電池の過放電や過充電を防止できた。
【０００７】
しかしながら、有機系の電解液を用いて構成された、リチウム電池を単電池とする組電池においては、そのような制御では均等充電がされず、単電池間のバラツキは拡大し、単電池の過充電や過放電が進行してしまい、使用不可能な状態に到るほどの性能劣化を引き起こしてしまうことが知られている。
【０００８】
そのため、従来のリチウム電池を単電池とする組電池では、図８に示すような単電池毎の充電状態が所定の設定電圧の範囲内で充放電制御がされているか否か、即ち、所定の設定電圧範囲を超える過充電、過放電の異常を検出する充電状態検出装置がある(例えば、特許文献１参照)。
【０００９】
この充電状態検出装置は、多数の単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎからなる組電池１１の夫々の単電池の過充電、過放電を検出する電圧検出回路１５ａとその出力から過充電か過放電かを判定する論理回路を備えた過充放電判定回路１５ｂとを備える。
【００１０】
そして電圧検出回路１５ａには、単電池毎の過充電を判定するための電圧を供給する分圧回路の抵抗ＲＵａ、抵抗ＲＵｂ、過放電を判定するための電圧を供給する分圧回路の抵抗ＲＬａ、抵抗ＲＬｂ、さらに、過充電、過放電を判定する比較電圧を設定するための定電圧回路Ｅｒ、また、これらの分圧回路から供給された電圧と定電圧回路Ｅｒで設定された比較電圧から過充電を検出する差動増幅器ＣＯＵ、及び過放電を検出する差動増幅器ＣＯＬなどが、単電池の個数分設けられる。
【００１１】
さらに、差動増幅器ＣＯＵと差動増幅器ＣＯＬの夫々は、単電池毎に異なる対地電位に置かれることから差動増幅器ＣＯＵ及び差動増幅器ＣＯＬ自信のオフセット電圧、及び比較電圧を設定する定電圧回路Ｅｒの電圧誤差の影響が無視できず、その調整が複雑になる問題もあることから、この充電状態検出装置の構成は複雑で高価となり、多数の単電池からなる組電池の電圧検出には不向きであった。
【００１２】
このような組電池の充電状態検出部に対し、フライングキャパシタ方式と呼ばれる、単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの基準電位を接地電位に固定して同相電圧相違の影響を受けないようし、且つ、差動増幅回路ＣＯＵ、差動増幅回路ＣＯＬ、及び上述した過充電、過放電を判定するための電圧設定部品点数を削減した構成の組電池の電圧検出装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１３】
このフライングキャパシタ方式は、各単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎを充電するコンデンサの接続先を変える複数のスイッチからなるサンプリングスイッチ部２２の寄生容量の影響を軽減し、高精度で各単電池の電圧を検出することを特徴としている。
【００１４】
この電圧検出装置の構成は、図９に示すように、組電池１１の単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの電圧をコンデンサＣにサンプリングするサンプリングスイッチ部２２、コンデンサＣ、コンデンサＣに充電された各単電池電圧を転送するトランスファースイッチ部２４、コンデンサＣの充電電圧を検出する電圧検出回路２５、及びサンプリングスイッチ部２２、トランスファースイッチ部２４の各部のスイッチの開閉タイミングを寄生容量の影響を軽減するように制御し、１つの電圧検出回路２５の出力から過放電、過充電の異常を検出するコントローラ２６とからなる。
【００１５】
この方式では、例えば、組電池１１の単電池Ｂａｎの電圧を測定する場合、サンプリングスイッチＳ２２ｎＬとサンプリングスイッチＳ２２ｎＨとを同時に閉じ、コンデンサＣに単電池Ｂａｎの電圧を充電する。
【００１６】
次に、サンプリングスイッチＳ２２ｎＬとサンプリングスイッチＳ２２ｎＨとを同時に開放する。そして、次に、接地電位設定スイッチＳ２４Ｌを閉じ、コンデンサＣの低電位側が接地電位に遷移した後に、若干遅れてスイッチＳ２４Ｈを閉じ、このときのコンデンサＣの充電電圧を電圧検出回路２５で検出し、スイッチＳ２４ＬとスイッチＳ２４Ｈを同時に開放する。
【００１７】
そして、この動作を単電池Ｂａｎ−１乃至単電池Ｂａ１までの全てについて行い、過充電、過放電の有無を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−３２９０７号公報（図１、第１頁）
【特許文献２】特開２００１−２０１５２２号公報（図１、第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、図８に示した充電電圧検出装置の場合、コンデンサＣ１個に対して単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの各電圧を、サンプリングスイッチＳ２２１Ｌ乃至サンプリングスイッチＳ２２ｎＨを順次切り換えてコンデンサＣに充電して、充電されたコンデンサＣの電圧を読み出だして単電圧Ｂａ１乃至Ｂａｎの電圧をもとめるフライングキャパシタ方式では、組電池の負荷電流が変動した場合、個々の電圧のバラツキを正確にもとめることが出来ない問題がある。
【００１９】
すなわち、電圧検出回路においては、単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの各電圧のバラツキを正確に求めることが重要であるが、サンプリング時刻が異なるため、負荷電流が変化した場合、内部抵抗の異なる単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの各電圧は変化するため、単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの相対的な電圧の相違を正しく求めることが出来ない。
【００２０】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、組電池の電圧検出装置において、組電池の負荷電流の変動があっても各単電池の電圧のバラツキを相対的に高精度で検出することが可能な組電池の電圧検出装置及び組電池の電圧検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明による請求項１に係る組電池の電圧検出装置は、複数の単電池を直列接続してなる組電池の各単電池と一対に設けられた複数のコンデンサと、各前記コンデンサの一端とそのコンデンサと対となる前記単電池の一端、及びそのコンデンサの他端と対となる前記単電池の他端を、夫々を開閉する複数のサンプリングスイッチと、前記コンデンサに充電された電圧を測定する電圧検出制御手段と前記コンデンサの一端と、前記電圧検出制御手段とを夫々開閉する複数のトランスファースイッチと、前記コンデンサの他端と接地電位の端子とを開閉する複数の接地電位設定スイッチとを有することを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明による請求項２に係る組電池の電圧検出装置は、前記サンプリングスイッチまたは前記トランスファースイッチは、一対のＭＯＳ型ＦＥＴのゲート電極同士、及び、ソース電極同士またはドレイン電極同士のいずれか一つを接続して構成され、前記ゲート電極は抵抗を介して前記組電池の最高電位に接続したことを特徴とする。
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明による請求項３に係る組電池の電圧検出装置は、複数の単電池を直列接続してなる組電池の電圧検出装置であって、各前記単電池と一対で同数設けられ、各前記単電池の電圧を充電する複数のコンデンサと、前記単電池と前記コンデンサとの間に設けられ、各前記単電池の高電位側と低電位側とを同時に開閉し、各前記単電池の電圧を前記コンデンサにサンプリングする複数のサンプリングスイッチと、前記サンプリングスイッチを開にして、各前記コンデンサの充電電圧を個々に切り替えて転送するトランスファースイッチと、各前記コンデンサの充電電圧を前記トランスファースイッチで転送する場合に、各前記コンデンサの低電位側を個々に前記電圧検出装置の接地端子に接続する接地電位設定スイッチと、前記サンプリングスイッチ、前記トランスファースイッチ、及び前記接地電位設定スイッチの夫々のスイッチの開閉タイミングを制御し、前記トランスファースイッチで転送される各前記コンデンサの充電電圧を読み取る電圧検出制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明による請求項４に係る組電池の電圧検出装置は、夫々の前記コンデンサは、前記単電池に対応して同数直列に接続し、前記組電池の最低電位側と対応する前記コンデンサの一端とを前記電圧検出装置の接地端子に接続し、前記サンプリングスイッチは、各前記単電池の高電位側のみを開閉して、対応する各前記コンデンサにサンプリングする複数の単極スイッチとし、前記電圧検出制御手段は、前記サンプリングスイッチを閉にして、各前記単電池電圧を各前記コンデンサに同時に所定時間充電後、前記サンプリングスイッチを開にして、前記トランスファースイッチと前記接地電位設定スイッチとを、前記組電池電位の低い方に対応する前記コンデンサから順次接続して行き、各前記単電池の電圧を順次読み取るようにしたことを特徴とする。
【００２５】
上記目的を達成するために、本発明による請求項５に係る組電池の電圧検出装置は、前記サンプリングスイッチは、一対のＭＯＳ型ＦＥＴで構成し、そのソース電極またはドレイン電極を対向して接続し、前記ＭＯＳ型ＦＥＴの全てのゲート電極を接続し、前記ゲート電極のいずれかを所定の値の抵抗を介して前記組電池の最高電位に接続して、前記ゲート電極電位を同時に開閉制御して前記単電池電圧をサンプリングし、前記トランスファースイッチは、一対のＭＯＳ型ＦＥＴで構成し、そのソース電極またはドレイン電極を対向して接続し、各前記ＭＯＳ型ＦＥＴの夫々のゲート電極は所定の値の抵抗を介して前記組電池の最高電位に接続して、前記ゲート電極電位の夫々を個々に開閉制御するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明による請求項６に係る組電池の電圧検出装置は、前記コンデンサは、２つのコンデンサを直列に接続して構成するようにしたことを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明による請求項７に係る組電池の電圧検出装置は、コンデンサ毎にヒューズを直列に接続して構成したことを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するために、本発明による請求項８の組電池の電圧検出方法は、複数の単電池を直列接続してなる組電池の電圧検出方法であって、各前記単電池に対応して設けられるコンデンサに、各前記単電池の電圧を同じタイミングで充電するステップと、各前記コンデンサの低電位側を接地端子に接続して、前記コンデンサ毎の充電電圧を読み取るステップとから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、組電池の各単電池電圧の読み取りを、各単電池電圧に対応する夫々のコンデンサに同じタイミングで充電し、充電されたコンデンサの充電電圧の低位電位側を電圧検出装置の接地電位に接続して、各コンデンサの充電電圧を読み出すようにした。
【００３０】
したがって、組電池の負荷電流が同じ状態、即ち、同じ時刻で各単電池電圧を各コンデンサに充電し、充電された各コンデンサの電圧を測定するようにしたので、組電池の負荷電流が変動しても各単電圧のバラツキを相対的に正確に検出することが可能な組電池の電圧検出装置及び組電池の電圧検出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３２】
本発明による組電池の電圧検出装置１０の実施例１について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明による組電池の電圧検出装置１０の実施例１の構成図を示す。
【００３３】
組電池の電圧検出装置１０の構成は、負荷７に供給する複数の単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎ(以後、単電池番号１乃至ｎを区別しないで示す場合は、単に単電池Ｂａと記す。）を縦列接続して成る組電池１、各単電池Ｂａの電圧をサンプリングするサンプリングスイッチ部２、サンプリングスイッチ部２でサンプリングされた単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎに対応して、個々に充電するコンデンサＣ１乃至コンデンサＣｎ(以後、コンデンサ番号１乃至ｎを区別しないで示す場合は、単にコンデンサＣと記す。）を備えるコンデンサ部３、各コンデンサＣに充電された各単電池Ｂａの電圧を転送するトランスファースイッチ部４、及び各コンデンサＣの低電位側をこの電圧検出装置１０の接地端子に接続する接地電位設定スイッチ部５とから成る。
【００３４】
さらに、このサンプリングスイッチ部２、トランスファースイッチ部４及び接地電位設定スイッチ部５の各部の夫々のスイッチの開閉タイミングを制御して、各コンデンサＣに充電された各単電池Ｂａの充電電圧を読み取る電圧検出制御部６とから構成される。
【００３５】
ここで、ｎ個の単電池Ｂａに対応して設けられるサンプリングスイッチ部２のサンプリングスイッチＳ２、コンデンサＣ，トランスファースイッチＳ４、及び接地電位設定スイッチＳ５は、例えば、ｎ−１個目の単電池Ｂａｎ−１の場合、対応するサンプリングスイッチはサンプリングスイッチＳ２ｎ−１、コンデンサはコンデンサＣｎ−１、トランスファースイッチはトランスファースイッチＳ４ｎ−１、接地電位設定スイッチは接地電位スイッチＳ５ｎ−１のように、対応する番号ｎ−１を付して記す。
【００３６】
また、これらの各スイッチは単極スイッチで構成され、サンプリングスイッチＳ２については、例えば、ｎ−１個目の単電池Ｂａｎの高電位側（Ｈ）に接続されるサンプリングスイッチは、サンプリングスイッチＳ２ｎ−１Ｈ、低電位側（Ｌ）に接続されるサンプリングスイッチは，サンプリングスイッチＳ２ｎ−１Ｌのように、対応する電位位置の相違を、ＨまたはＬをスイッチ番号に符号Ｈ，Ｌｗを連続して記す。
【００３７】
また、各サンプリングスイッチは、その１乃至ｎの番号、及び高低電位位置を示す符号Ｈ、Ｌを区別しないで示す場合には、単にサンプリングスイッチＳ２のように付随する番号、符号なしで記す。
【００３８】
同様に、トランスファースイッチ及び接地電位設定スイッチは、対応する番号１乃至ｎを区別しないで示す場合には、トランスファースイッチＳ４、接地電位設定スイッチＳ５のように、番号なしで記す。
【００３９】
次に、各部の詳細について説明する。ｎ個の単電池、単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎは縦列に接続され、単電池Ｂａ１の低電位端子は負荷７の接地端子に、単電池Ｂａｎは負荷７の最高電位側に夫々接続される。また、単電池Ｂａ１の低電位端子は、電圧検出装置１０の接地端子と接続される。
【００４０】
そして、単極スイッチで構成されるサンプリングスイッチＳ２は各単電池Ｂａの高電位側と低電位側とに独立して、単電池Ｂａ１乃至単電池Ｂａｎの個数分対応して設けられる。
【００４１】
例えば、図１に示すように、ｎ−１個目の単電池Ｂａｎ−１の場合のその高電位側のサンプリングスイッチＳ２ｎ−１Ｈと低電位側のサンプリングスイッチＳ２ｎ−１Ｌとを備える。
【００４２】
但し、低電位側が常に電圧検出装置１０の接地端子に接続される単電池Ｂａ１の場合のサンプリングスイッチＳ１ｎＬは削除し、高電位側のサンプリングスイッチＳ２１Ｈのみ設ける。
【００４３】
各サンプリングスイッチＳ２のコモン端子は、対応する各単電池Ｂａの高電位端子及び低電位端子に夫々接続され、各サンプリングスイッチＳ２のメーク端子は、対応する各コンデンサＣの高電位端子及び低電位端子に夫々接続される。
【００４４】
したがって、高電位端子と低電位端子同士が接続された単電池Ｂａ２乃至単電池Ｂａｎ−１の接続点からは、高電位端子と低電位端子の各サンプリングスイッチＳ２のコモン端子同士が接続される。
【００４５】
そして、コンデンサＣ１乃至コンデンサＣｎの高電位端子は、対応する各トランスファースイッチＳ４１乃至トランスファースイッチＳ４ｎのコモン端子に接続され、各トランスファースイッチＳ４のメーク端子同士は全て接続さて、電圧検出制御部６のバッファアンプ６ａの入力端に接続される。
【００４６】
また、コンデンサＣ２乃至コンデンサＣｎの低電位端子は、対応する接地電位設定スイッチＳ５２乃至接地電位設定スイッチＳ５ｎのメーク接点端子に夫々接続され、接地電位設定スイッチＳ５２乃至接地電位設定スイッチＳ５ｎのコモン端子は全て電圧検出装置１０の接地端子に接続される。
【００４７】
そして、コンデンサＣ１の低電位端子は、この電圧検出装置１０の接地端子に接続しておく。
【００４８】
次に、電圧検出制御部６は、トランスファースイッチ部４と接地電位設定スイッチ部５とで転送される各コンデンサＣ１乃至コンデンサＣｎの充電電圧を増幅するバッファアンプ６ａと、サンプリングスイッチ部２、トランスファースイッチ部４及び接地電位設定スイッチ部５の各スイッチ部のスイッチの開閉タイミングを制御して、バッファアンプ６ａの出力をデジタル信号に変換して、各単電池Ｂａの電圧を読み取るコントローラ６ｂとから成る。
【００４９】
次にこのように構成された、組電池の電圧検出装置１０の動作について、図２を参照して説明する。
【００５０】
図２は、コントローラ６ｂが、サンプリングスイッチＳ２、トランスファースイッチＳ４、及び接地電位設定スイッチＳ５の夫々の開閉タイミングを制御して、各単電池Ｂａの電圧を読み取るため制御動作を示すタイムチャートである。
【００５１】
ＣＫは、コントローラ６ｂのクロック信号で、このクロック信号ＣＫに同期して各部のスイッチの開閉が制御される。
【００５２】
先ず、時刻ｔ０で負荷７に接続された組電池１の各単電池Ｂａの電圧を、各サンプリングスイッチＳ２の全てを同時に閉（メーク）じ、対応する各コンデンサＣ１乃至コンデンサＣｎに時刻ｔ1まで一斉に充電する。
【００５３】
充電時間Ｔ０（＝時刻ｔ１−時刻ｔ０）は、各単電池Ｂａ電圧の充電電圧が、充電時間Ｔ０で影響されないように、各単電池Ｂａの内部抵抗と各コンデンサＣ容量とで定まる時定数が無視できる十分長い時間を、予め設定しておく。
【００５４】
この充電時間Ｔ０中に、負荷変動があっても同じ時刻、即ち、同じ電池電流において測定するので、充電時間Ｔ０の長短は、各単電池Ｂａの相対的な電圧検出には影響しない。
【００５５】
次に、時刻ｔ１で各サンプリングスイッチＳ２を全て開（ブレーク）とし、各単電池Ｂａと各コンデンサＣとの接続を切り離し、次に、時刻ｔ２で１クロック信号ＣＫ分遅れて各トランスファースイッチＳ４１を閉じて、コンデンサＣ１に充電された充電電圧を、時刻ｔ３までにバッファアンプ６ａを介してコントローラ６ｂで読み取る。
【００５６】
次に、時刻ｔ３でトランスファースイッチＳ４１を開とし、さらに１クロック信号ＣＫ分遅れて時刻ｔ４で接地電位設定スイッチＳ５２とトランスファースイッチＳ４２とを閉じて、コンデンサＣ２に充電された単電池Ｂａ２の電圧を、バッファアンプ６ａを介して時刻ｔ５までにコントローラ６ｂで読み取る。
【００５７】
以下、順次この動作を繰り返し、各コンデンサＣの低電位端子を接地電位設定スイッチＳ５で電圧検出装置１０の接地端子に接続して接地電位とし、且つ、各コンデンサＣの高電位側をトランスファースイッチＳ４で選択して、各コンデンサＣの充電電圧を読み取る。この読み取り順序は、どのような順番で測定することも可能である。
【００５８】
次に、このような開閉制御を担うサンプリングスイッチＳ２及びトランスファースイッチＳ４、及び接地電位設定スイッチＳ５の詳細な設定例について、図３を参照して説明する。
【００５９】
サンプリングスイッチＳ２、トランスファースイッチＳ４、及び接地電位設定スイッチＳ５の各スイッチは、小型で、スイッチの漏洩電流が単電池Ｂａの電圧読み取りに影響しないように十分高いオフ抵抗を備えたスイッチであることが要求されることから、例えば、図３に示すように、ＭＯＳ型ＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor field Effect Transistor)スイッチが使用される。
【００６０】
この各サンプリングスイッチＳ２は、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴとし、ＦＥＴ２ａとＦＥＴ２ｂとの２つを図３に示すように、ＦＥＴ２ａのソース電極Ｓｆ１（以後、ソースと呼ぶ）とＦＥＴ２ｂのソースＳｆ２とを対向して接続し、ＦＥＴ２ａのゲート電極（以後、ゲートと呼ぶ）Ｇ１とＦＥＴ２ｂのゲートＧ２とを、各サンプリングスイッチＳ２の全てのゲートＧ１とゲートＧ２とを接続し、そのゲートＧ１とゲートＧ２のいずれかの接続端子を高抵抗Ｒの一方の端子に接続し、他方の端子を組電池１の最高電位端子に接続しておく。
【００６１】
そして、ＦＥＴ１のドレイン電極（以後、ドレインと呼ぶ）Ｄ１を各単電池Ｂａの高電位端及び低電位端子に接続し、またＦＥＴ２のドレインＤ２を各コンデンサＣの高電位端子及び低電位端子と接続する。
【００６２】
また、各サンプリングスイッチＳ２を構成する全ての一対のＦＥＴ２ａ及びＦＥＴ２ｂとは、それらの全てのゲートＧ１及びゲートＧ２が、ＦＥＴ２ｃに接続され、コントローラ６ｂからの開閉制御信号で一斉に制御される。
【００６３】
この時、ＦＥＴ２ａとＦＥＴ２ｂとを同時にターンオンとするために、バイアス電流Ｉｓを流す。このバイアス電流Ｉｓは、組電池１の最高電位端子から高抵抗Ｒを介して流すので、直列に接続された各単電池Ｂａに流れる電流は、全ての単電池Ｂａにおいて、同じバイアス電流Ｉｓ値となる。
【００６４】
また、ＦＥＴ２ａ及びＦＥＴ２ｂは、逆向きに接続されるので、その寄生ダイオードも逆向きとなるため、ＦＥＴ２ａのドレインＤ１とＦＥＴ２ｂのドレインＤ２のいずれが高電位になった場合にも、その寄生ダイオードによりＦＥＴ２ａ及びＦＥＴ２ｂをリーク電流が流れることがない。
【００６５】
また、トランスファースイッチＳ４は、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴとし、ＦＥＴ４ａとＦＥＴ４ｂの２つを図に示すように、ＦＥＴ４ａのソースＳｆ１とＦＥＴ４ｂのソースＳｆ２とを接続し、ＦＥＴ４ａのゲートＧ１とＦＥＴ４ｂのゲートＧ２とを接続して、このゲートＧ１とゲートＧ２とを、各トランスファースイッチＳ４の夫々について高抵抗Ｒの一方の端子に接続し他方の端子同士を接続して組電池１の最高電位に全て接続する。
【００６６】
したがって、各サンプリングスイッチＳ２及び各トランスファースイッチＳ４のターンオン電流は、全ての各単電池Ｂａに等しく流れることになる。
【００６７】
これに対して、各サンプリングスイッチＳ２またはトランスファースイッチＳ４のＦＥＴのゲート電極を、単電池Ｂａに接続するそのサンプリングスイッチＳ２のＦＥＴのドレイン電極に抵抗を介して接続した場合には、サンプリングスイッチＳ２またはトランスファースイッチＳ４のターンオン電流は、その単電池Ｂａにより低電位の単電池Ｂａにしか流れないため、単電池Ｂａ間で不均一になる。本発明では、そのような不均一を防ぐことができる。
【００６８】
そして、ＦＥＴ４ａのドレインＤ１を各コンデンサＣの高電位端子に、ＦＥＴ４ｂのドレインＤ２をバッファアンプ６ａの入力端子に接続する。
【００６９】
そして、各トランスファースイッチＳ４のゲートＧＩ及びゲートＧ２を、コントローラ６ｂから送信される制御信号で、夫々異なるタイミングで開閉制御する。
【００７０】
また、接地電位設定スイッチＳ５は、図に示すように、ＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ、ＦＥＴ５で構成し、ソースＳを接地端子に接続し、ドレインＤを各コンデンサＣの低電位側に接続しておく。
【００７１】
各接地電位設定スイッチＳ５はドレインＤの電位が常にプラス電位にあるので、各コンデンサＣの充電電圧は、１つのＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ、ＦＥＴ５の寄生ダイオードを介してリークする恐れがない。
【００７２】
本実施例1によれば、各サンプリングスイッチＳ２を同時にメークして、各単電池Ｂａの電圧を対応する各コンデンサＣに充電し、充電された各コンデンサＣの低電位側を電圧検出装置１０の接地端子に接続して順次読み取るようにしたので、各単電池Ｂａに同じ負荷電流が流れている状態で各コンデンサＣを充電しているので、負荷電流の相違による各コンデンサＣの充電電圧の相対的な相違が発生せず、各単電池Ｂａの相対的な電圧を正確に検出することが出来る。
【００７３】
また、充電電圧を読み取る場合には、各コンデンサＣの低電位端子を接地端子に接続して、基準電位を固定して読み取るようにしたので、浮遊容量などに影響されない電圧測定が可能となる。
【００７４】
また、本実施例の構成であれば、各コンデンサの容量値はバラツキがあってもよく、部品の選定も容易である。
【００７５】
さらに、サンプリングスイッチＳ２とトランスファースイッチＳ４とは、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ２つを対向させて接続し、対称なスイッチ構成としてＦＥＴスイッチの寄生ダイオードによるリーク電流を低減し、且つ、ゲート電極の開閉時によるゲート回路への引き込み電流も全て同じ条件としたので、スイッチのリーク電流の影響が軽減された、各単電池の相対的な値が高精度で検出することが可能な組電池の電圧検出装置、組電池の電圧検出方法を提供することができる。
【実施例２】
【００７６】
本発明の実施例２について、図４乃至図５を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る組電池の電圧検出装置１０の構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１の電圧検出装置１０の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００７７】
この実施例２が、実施例１と異なる点は、実施例1においては、サンプリングスイッチ部２の構成は、各単電池Ｂａの高電位側のサンプリングスイッチＳ２１Ｈ乃至サンプリングスイッチＳ２ｎＨと、低電位側のサンプリングスイッチＳ２２Ｌ乃至サンプリングスイッチＳ２ｎＬとに独立して２つ設けたが、実施例２においては、高電位側のみのサンプリングスイッチＳ２１乃至サンプリングスイッチＳ２ｎとし、スイッチの個数を半減させたことにある。
【００７８】
そして、各コンデンサＣは、各単電池Ｂａと同じように直列に接続した状態としておく。
【００７９】
この実施例２のコントローラ６ｂでのスイッチ開閉制御は、図５に示すように、実施例1と同じタイミングの信号で制御が可能である。
【００８０】
但し、実施例１では、サンプリングスイッチＳ２が開状態の場合は、各コンデンサＣは、常時、高電位側と低電位側とが接続された状態であるので、電圧検出制御部６で各コンデンサＣの充電電圧を読み出す場合、組電池１の低電位側に置かれるコンデンサＣの番号の若い方から昇順で読み出すように制御する。
【００８１】
すなわち、最初にトランスファースイッチＳ４１をメークしてコンデンサＣ１の充電電圧を時刻ｔ２乃至ｔ３の間で読み出し、次に、コンデンサＣ２の低電位側を接地電位設定スイッチＳ５２とトランスファースイッチＳ４２とを閉じて、コンデンサＣ２の充電電圧を時刻ｔ４乃至時刻ｔ５の間で、読み出すように制御する。
【００８２】
このとき、浮遊容量による各コンデンサＣの接地電位の不安定を除去するためには、接地電位設定スイッチＳ５２を閉じて、各コンデンサＣ２の低電位端子の電位が接地電位に遷移し後、やや遅れて、スイッチＳ４２をメークするように制御すると良い。
【００８３】
本実施例２によれば、サンプリングスイッチＳ２の数が半減された組電池の電圧検出装置１０を提供することができる。
【実施例３】
【００８４】
図６は、本発明の実施例３に係る組電池の電圧検出装置１０の構成図である。
【００８５】
この実施例３の各部について、図１の実施例１の電圧検出装置１０の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００８６】
この実施例３が、実施例１と異なる点は、実施例1においては、コンデンサＣは、1つのコンデンサで構成したが、実施例３においては、２つのコンデンサを直列に接続した構成としたことにある。
【００８７】
本実施例３によれば、２つのコンデンサＣのいずれかが短絡故障を起こした場合、一方が正常であれば短絡は回避できるので、コンデンサＣの短絡故障による組電池の発熱、発火、発煙などの故障確率が低減された電圧検出装置１０を提供することができる。
【実施例４】
【００８８】
図７は、本発明の実施例４に係る組電池の電圧検出装置１０の構成図である。
【００８９】
この実施例４の各部について、図１の実施例１の電圧検出装置１０の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００９０】
この実施例４が、実施例１と異なる点は、実施例1においては、コンデンサＣは1つのコンデンサのみで構成したが、実施例４においては、コンデンサＣ１乃至コンデンサＣｎと直列にヒューズＦ１乃至ヒューズＦｎを備える構成としたことにある。
【００９１】
本実施例４によれば、コンデンサＣが短絡故障を起こした場合、各ヒューズＦを溶断することによって組電池の発熱、発火、発煙などの故障を防止できる電圧検出装置１０を提供することができる。
【００９２】
また、バッファアンプ６ａの入力抵抗を高抵抗で接地しておけば、ヒューズＦが溶断した箇所は、接地電位の低い電圧が検出されることから、コンデンサＣの故障箇所を特定することができる。
【００９３】
本発明は上述したような各実施例に何ら限定されるものでなく、各単電池の充電を同時に、夫々のコンデンサに充電し、充電されたコンデンサの基準電位を接地電位に固定して順次読み出すように構成されたものであれ良く、各種の単電池を組み合わせた組電池の電圧検出装置として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る実施例１の構成図。
【図２】本発明に係る実施例１のスイッチ動作タイミングの説明図。
【図３】本発明に係る実施例１の電子スイッチの説明図。
【図４】本発明に係る実施例２の構成図。
【図５】本発明に係る実施例２のスイッチ動作タイミングの説明図。
【図６】本発明に係る実施例３の構成図。
【図７】本発明に係る実施例４の構成図。
【図８】従来の過充放電検出回路の構成図。
【図９】従来のコンデンサ方式過充放電検出の構成図。
【符号の説明】
【００９５】
１、１１  組電池
Ｂａ１乃至Ｂａｎ  単電池
２  サンプリングスイッチ部
Ｓ２１Ｈ、Ｓ２１Ｌ乃至Ｓ２ｎＨ、Ｓ２ｎＬ  サンプリングスイッチ
Ｓ２１乃至Ｓ２５ｎ  サンプリングスイッチ
３  コンデンサ部
Ｃ１乃至Ｃｎ  コンデンサ
４  トランスファースイッチ部
Ｓ４１乃至Ｓ４ｎ  トランスファースイッチ
５  接地電位設定スイッチ部
Ｓ５２乃至５２ｎ  接地電位設定スイッチ
６  電圧検出制御部
６ａ  バッファアンプ
６ｂ  コントローラ
７  負荷
１０  電圧検出装置
１５ａ  電圧検出回路
１５ｂ  過充放電判定回路
ＣＯＵ、ＣＯＬ  差動増幅回路
Ｅｒ  低電圧回路
２２  サンプリングスイッチ部
Ｓ５２１Ｌ、Ｓ５２１Ｈ乃至Ｓ５２ｎＬ、Ｓ５２ｎＨ  サンプリングスイッチ
Ｃ  コンデンサ
２４  トランスファースイッチ部
Ｓ５４１Ｌ、Ｓ５４１Ｈ  トランスファースイッチ
２５  電圧検出回路
２６  コントローラ
【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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