(57)【要約】 【課題】電圧測定経路の冗長化とノイズの減衰特性とを両立することが可能な電池監視装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、電池監視装置は、直列に接続された複数の電池セルの各々の両端に接続された第１フィルタ回路と、第１フィルタ回路の後段に位置する第２フィルタ回路とを介して、複数の電池セルの電圧を監視する。この電池監視装置は、複数の電池セルにそれぞれ対応付けて第２フィルタ内に設けられた複数の電圧測定経路を選択的に切り替えるマルチプレクサと、マルチプレクサで選択された電圧測定経路で伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、デジタル信号に対して所定の周波数成分よりも高い周波数成分を除去するフィルタ処理を行うデジタルフィルタ回路と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数の電池セルの各々の両端に接続された第１フィルタ回路と、前記第１フィルタ回路の後段に位置し、前記複数の電池セルにそれぞれ対応する複数の電圧測定経路を有する第２フィルタ回路とを介して、前記複数の電池セルの電圧を監視する電池監視装置であって、
前記複数の電圧測定経路を選択的に切り替えるマルチプレクサと、
前記マルチプレクサで選択された前記電圧測定経路で伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記デジタル信号に対して所定の周波数成分よりも高い周波数成分を除去するフィルタ処理を行うデジタルフィルタ回路と、
を備える電池監視装置。
【請求項２】
前記ＡＤコンバータは、
前記アナログ信号の値を固定値から減算した結果を出力する減算回路と、
前記減算回路の演算結果を逐次加算する加算回路と、
前記加算回路の演算結果を所定のサンプリング周波数で基準値と比較して量子する量子化回路と、
前記量子化回路と前記前記量子化回路の比較結果に応じて前記固定値を設定するスイッチ回路と、を含む、請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項３】
前記デジタルフィルタ回路は、前記フィルタ処理として、前記デジタル信号に対して移動平均処理を行う、請求項１または２に記載の電池監視装置。
【請求項４】
直列に接続された複数の電池セルの各々の両端に接続された第１フィルタ回路と、
前記第１フィルタ回路の後段に位置し、前記複数の電池セルにそれぞれ対応する複数の電圧測定経路を有する第２フィルタ回路と、
前記第１フィルタ回路と前記第２フィルタ回路とを介して、前記複数の電池セルの電圧を監視する電池監視装置と、を備え、
前記電池監視装置は、
前記複数の電圧測定経路を選択的に切り替えるマルチプレクサと、
前記マルチプレクサで選択された前記電圧測定経路で伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記デジタル信号に対して所定の周波数成分よりも高い周波数成分を除去するフィルタ処理を行うデジタルフィルタ回路と、を含む、電池監視システム。
【請求項５】
前記第１フィルタ回路は、一端が各電池セルの両端に接続され、他端が前記第２フィルタ回路に接続された複数の第１抵抗素子と、前記第１抵抗素子の他端同士の間に接続された複数の第１コンデンサと、を含み、
前記第２フィルタ回路は、一端が前記第１抵抗素子の前記他端に共通に接続され、他端が前記マルチプレクサの入力側に接続された複数の第２抵抗素子と、前記第１コンデンサの高電位側に接続された前記第２抵抗素子の他端と、当該第１コンデンサの低電位側に接続された前記第２抵抗素子の他端との間に接続された複数の第２コンデンサと、を含む、請求項４に記載の電池監視システム。
【請求項６】
前記第１フィルタ回路は、前記第１抵抗素子の代わりにインダクタを有する、請求項５に記載の電池監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電池監視装置および電池監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
直列に接続された複数の電池セルの電圧を個別に監視する電池監視システムが知られている。このような電池監視システムには、電圧測定に不要なノイズを除去するために、フィルタ回路が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２６４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車載のような特定用途では、故障等の不測事態に備えて電圧測定経路の冗長化が求められている。しかし、平常の電圧測定経路と同等のフィルタ特性を有する冗長の電圧測定経路をフィルタ回路内に形成することは困難である。そのため、冗長の電圧測定経路で電池セルの電圧を測定したときに、例えば、ノイズの減衰が不十分になる場合がある。
【０００５】
本発明の実施形態は、電圧測定経路の冗長化とノイズの減衰特性とを両立することが可能な電池監視装置および電池監視システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る電池監視装置は、直列に接続された複数の電池セルの各々の両端に接続された第１フィルタ回路と、第１フィルタ回路の後段に位置する第２フィルタ回路とを介して、複数の電池セルの電圧を監視する。この電池監視装置は、複数の電池セルにそれぞれ対応付けて第２フィルタ内に設けられた複数の電圧測定経路を選択的に切り替えるマルチプレクサと、マルチプレクサで選択された電圧測定経路で伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、デジタル信号に対して所定の周波数成分よりも高い周波数成分を除去するフィルタ処理を行うデジタルフィルタ回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態に係る電池監視システムの構成を示す回路図である。
【図２】ＡＤコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】第１フィルタ回路の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る電池監視システムの構成を示す回路図である。図１に示す電池監視システム１は、組電池４０内で直列に接続された複数の電池セル４０ａ、４０ｂの電圧を個別に監視する。各電池セルは、例えばリチウムイオン電池を適用できる。本実施形態では、電池監視システム１は車載システムに搭載される。しかし、電池監視システム１の用途は、車載に限定されず、例えば家電、ロボットなどであってもよい。
【００１０】
電池監視システム１は、第１フィルタ回路１０と、第２フィルタ回路２０と、電池監視装置３０と、を備える。また、電池監視装置３０は、マルチプレクサ３１および電圧測定器３２を有する。
【００１１】
第１フィルタ回路１０は、複数の抵抗素子Ｒ１０（第１抵抗素子）および複数のコンデンサＣ１０（第１コンデンサ）を含む。各抵抗素子Ｒ１０の一端は、各電池セルの両端（陽極および陰極）に接続されている。各抵抗素子Ｒ１０の他端は、第２フィルタ回路２０に接続されている。各コンデンサＣ１０は、抵抗素子Ｒ１０の他端同士の間または抵抗素子Ｒ１０の他端と電池監視装置３０の接地配線との間に接続されている。抵抗素子Ｒ１０およびコンデンサＣ１０は、いわゆるπ型のフィルタ回路を構成する。第１フィルタ回路１０によれば、対地のコモンモードノイズが除去される。
【００１２】
第２フィルタ回路２０は、第１フィルタ回路１０の後段に位置している。この第２フィルタ回路２０は、複数の抵抗素子Ｒ２１ａ〜Ｒ２３ｂ（第２抵抗素子）およびコンデンサＣ２０（第２コンデンサ）を含む。
【００１３】
抵抗素子Ｒ２ｎａおよび抵抗素子Ｒ２ｎｂの一端は、抵抗素子Ｒ１０の他端に共通に接続されている。ここで、「ｎ」は整数を意味する。また、コンデンサＣ２０は、抵抗素子Ｒ２ｎｂと抵抗素子Ｒ２（ｎ＋１）ａの他端同士の間に接続されている。抵抗素子Ｒ２ｎｂはコンデンサＣ１０の低電位側に接続され、抵抗素子Ｒ（ｎ＋１）ａは当該コンデンサＣ１０の高電位側に接続されている。
【００１４】
電池セル４０ａの電圧は、抵抗素子Ｒ２３ａと抵抗素子Ｒ２２ｂとの間に接続されたコンデンサＣ２０の両端電圧に相当する。また、電池セル４０ｂの電圧は、抵抗素子Ｒ２２ａと抵抗素子Ｒ２１ｂとの間に接続されたコンデンサＣ２０の両端電圧に相当する。
【００１５】
マルチプレクサ３１の入力側には、複数の抵抗素子Ｒ２１ａ〜Ｒ２３ｂの他端とそれぞれ接続された複数の端子３１ａ〜３１ｆが設けられている。マルチプレクサ３１内には、各端子に接続された複数のスイッチ（不図示）が設けられている。これらのスイッチのオンおよびオフが、所定の順序で切り替わることによって、各コンデンサＣ２０の両端電圧、すなわち各電池セルの電圧の電圧測定経路が選択的に切り替わる。
【００１６】
例えば、端子３１ｄに接続されたスイッチと端子３１ｅに接続されたスイッチとがオンすると、図１に示す電圧測定経路２０ａが選択される。これにより、端子３１ｄと端子３１ｅとの間に接続されたコンデンサＣ２０の両端電圧が、平常時における電池セル４０ａの電圧として測定される。
【００１７】
また、抵抗素子Ｒ２３ａの故障等により上記電圧測定経路を選択できない場合、端子３１ｃに接続されたスイッチおよび端子３１ｆに接続されたスイッチがオンする。この場合、冗長の電圧測定経路２０ｂが選択され、電池セル４０ａの電圧を測定できる。冗長の電圧測定経路２０を選択すると、フィルタ２０によるフィルタ効果が失われてしまう可能性がある。
【００１８】
電圧測定器３２は、ＡＤコンバータ３３およびデジタルフィルタ回路３４を有する。ここで、図２を参照してＡＤコンバータ３３の構成を説明する。図２に示すように、ＡＤコンバータ３３は、減算（Δ）回路３５と、加算（Σ）回路３６と、量子化回路３７と、スイッチ回路３８と、を有する。
【００１９】
減算回路３５は、マルチプレクサ３１で選択された電圧測定経路で伝送されたアナログ信号の値からスイッチ回路３８で設定された固定値を減算する。減算回路３５は、演算結果を加算回路３６へ出力する。
【００２０】
加算回路３６は、減算回路３５の演算結果を逐次加算する。また、加算回路３６は、演算結果を量子化回路３７へ出力する。
【００２１】
量子化回路３７は、所定のサンプリング周波数で、加算回路３６の演算結果を基準値と比較する。比較結果に応じて、「１」または「０」が出力される。これにより上記アナログ信号が量子化され、デジタル信号に変換される。
【００２２】
スイッチ回路３８は、量子化回路３７の比較結果に応じて上記固定値を設定する。具体的には、スイッチ回路３８は、「１」または「０」の出力に応じて正負が異なる固定値を減算回路３５へ出力する。
【００２３】
本実施形態のＡＤコンバータ３３によれば、量子化ノイズを低減することができる。なお、ＡＤコンバータ３３の構成は、図２に示す回路図に限定されず、マルチプレクサ３１から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換できればよい。
【００２４】
デジタルフィルタ回路３４は、量子化回路３７から入力されたデジタル信号に対して、所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）よりも高い周波数成分を除去するフィルタ処理を行う。本実施形態では、デジタルフィルタ回路３４は、上記デジタル信号に対して移動平均処理を行うことによって上記フィルタ処理を行う。
【００２５】
デジタルフィルタ回路３４でフィルタ処理されたデジタル信号は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０に入力される。ＣＰＵ５０は、デジタル信号の値に応じて充電制御回路６０へ指令を出力する。充電制御回路６０は、ＣＰＵ５０の指令に基づいて、組電池４０の充電を制御する。
【００２６】
以上説明した本実施形態によれば、ＡＤコンバータ３３がアナログデジタル変換を行った後にデジタルフィルタ回路３４がフィルタ処理を行っている。そのため、マルチプレクサ３１が、冗長の電圧測定経路を選択しても、各電池セルの電圧を示す信号に含まれたノイズ成分を十分に減衰できる。よって、電圧測定経路の冗長化とノイズの減衰特性を両立することが可能となる。
【００２７】
また、デジタル信号のノイズ処理は、全てデジタルフィルタ回路３４で行われている。そのため、各電池セルに対して均一にフィルタ処理を行うことができる。
【００２８】
（変形例）
図３は、第１フィルタ回路の変形例を示す回路図である。図３に示す第１フィルタ回路１０ａは、抵抗素子Ｒ１０の代わりにインダクタＬ１０を有する点で第１フィルタ回路１０と異なる。
【００２９】
第１フィルタ回路１０ａも、第１フィルタ回路１０と同様に、π型のフィルタ回路を構成する。そのため、対地のコモンモードノイズを除去することができる。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１  電池監視システム、１０  第１フィルタ回路、２０  第２フィルタ回路、３０  電池監視装置、３１  マルチプレクサ、３３  ＡＤコンバータ、３４  デジタルフィルタ回路、４０ａ、４０ｂ  電池セル
【図１】
2019152605.tif 000003
【図２】
2019152605.tif 000004
【図３】
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