(57)【要約】【課題】別回路が必要なく、実装面積、コスト及び部品点数を従来よりも削減することが可能な電圧検出装置を提供する。【解決手段】電池の電圧を検出する電圧検出部と、電池を放電させる放電回路と、電圧検出部及び放電回路と電池との間に設けられる保護回路とを備える電圧検出装置であって、電圧検出部は、放電回路を制御することにより電池の過電圧に対して自らを保護する。【選択図】図１
2019138684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電池を放電させる放電回路と、前記電圧検出部及び前記放電回路と前記電池との間に設けられる保護回路とを備える電圧検出装置であって、
前記電圧検出部は、前記放電回路を制御することにより前記電池の過電圧に対して自らを保護することを特徴とする電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、過電圧保護回路とを具備する電圧検出装置が開示されている。この電圧検出装置における過電圧保護回路は、電圧検出線、放電回路及び電力調整部において発生した所定のしきい値以上の電圧から電圧検出回路を保護する回路であり、ツェナーダイオード、保護用スイッチング素子、保護用抵抗器、第１ダイオード、第２ダイオード及び第３ダイオードから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術における過電圧保護回路は、電圧検出回路の別回路として設けられた複数の回路素子から構成されているので、実装面積、コスト及び部品点数が増加する。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、別回路が必要なく、実装面積、コスト及び部品点数を従来よりも削減することが可能な電圧検出装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電圧検出装置に係る解決手段として、電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記電池を放電させる放電回路と、前記電圧検出部及び前記放電回路と前記電池との間に設けられる保護回路とを備える電圧検出装置であって、前記電圧検出部は、前記放電回路を制御することにより前記電池の過電圧に対して自らを保護する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電圧検出部は、放電回路を制御することにより電池の過電圧に対して自信を保護するので、ソフトウエア的に制御することができ、また、別回路が必要なく、実装面積、コスト及び部品点数を従来よりも削減することが可能な電圧検出装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電圧検出装置Ａの機能構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る電圧検出装置Ａは、図１に示すように組電池Ｂを電圧検出の対象とする装置であり、保護回路１、ローパスフィルタ２，３、放電回路４及びマイコン５を備えている。
【００１０】
組電池Ｂは、複数の電池セルｂ１が直列接続されることによって所定の出力電圧を発生する二次電池である。この組電池Ｂは、遮断素子（ディスコネクト素子）であるＣＩＤ（Current Interrupt Device）ｂ２を電池セルｂ１毎に備えている。このような組電池Ｂは、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるバッテリであり、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池である。
【００１１】
ここで、図１では便宜上単一の電池セルｂ１及びＣＩＤｂ２を示しているが、実際の組電池Ｂは、電池セルｂ１とＣＩＤｂ２とからなる直列回路が複数直列接続されたものである。また、図１では単一の電池セルｂ１及びＣＩＤｂ２に対応する電圧検出装置Ａの構成を示しているが、実際の電圧検出装置Ａは、複数の電池セルｂ１及びＣＩＤｂ２に対応した構成を備えている。
【００１２】
保護回路１は、詳細には一対のヒューズＦ１、Ｆ２から構成されている。一対のヒューズＦ１、Ｆ２は、過電流によって溶断する電子素子である。また、一方のヒューズＦ１は、一端がＣＩＤｂ２の一端に接続され、他端がローパスフィルタ２の入力端及び放電回路４の一端に接続されている。他方のヒューズＦ２は、一端が電池セルｂ１のマイナス端子に接続され、他端がローパスフィルタＬ２の入力端及び他方の放電抵抗器Ｒ２の一端に接続されている。
【００１３】
ローパスフィルタ２は、抵抗器とコンデンサとからなるＣＲフィルタであり、入力端が一方のヒューズＦ１の他端に接続され、出力端がマイコン５の第１入力端に接続されている。ローパスフィルタ３は、上記ローパスフィルタ２と同様に抵抗器とコンデンサとからなるＣＲフィルタであり、入力端が他方のヒューズＦ２の他端に接続され、出力端がマイコン５の第２入力端に接続されている。
【００１４】
放電回路４は、トランジスタ４ａと抵抗器４ｂとの直列回路であり、一端（トランジスタ４ａのドレイン端子）が一方のヒューズＦ１の他端及びローパスフィルタ２の入力端に接続され、他端（抵抗器４ｂの一端）が他方のヒューズＦ２の他端及びローパスフィルタ３の入力端に接続されている。
【００１５】
トランジスタ４ａは、ゲート端子がマイコン５の出力端に接続され、ソース端子が抵抗器４ｂの他端に接続されている。このトランジスタ４ａは、マイコン５によって制御される半導体スイッチであり、ＯＮ状態あるいは活性状態になることによって一方のヒューズＦ１の他端と他方のヒューズＦ２の他端とを抵抗器４ｂを介して接続させる。
【００１６】
すなわち、放電回路４は、トランジスタ４ａがＯＮ状態あるいは活性状態になることによって、電池セルｂ１に蓄積された電荷を一対のヒューズＦ１、Ｆ２及び抵抗器４ｂを介して放電させる。また、抵抗器４ｂは、一端がマイコン５の第３入力端に接続され、他端がマイコン５の第４入力端に接続されている。すなわち、この抵抗器４ｂは、トランジスタ４ａがＯＮ状態あるいは活性状態になることによって流れる放電電流に応じた端子間電圧をマイコン５に出力する。
【００１７】
マイコン５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やメモリ、入出力インターフェイス等が一体的に組み込まれた所謂ワンチップマイコンであり、内部メモリに記憶された電圧検知プログラムを実行することにより組電池Ｂに関する電圧検知機能を発揮する。より具体的には、このマイコン５は、一対のローパスフィルタ２，３から各々入力される電池セルｂ１の各端子電圧（アナログ値）をデジタル値に変換して取り込むことにより電池セルｂ１の端子間電圧（セル電圧）を検出する。また、このマイコン５は、抵抗器４ｂの各端子電圧（アナログ値）をデジタル値に変換して取り込み、これらデジタル値に基づいてトランジスタ４ａを制御する。
【００１８】
より具体的には、マイコン５は、図示するように第１差動増幅部５ａ、電圧バッファ部５ｂ、第２差動増幅部５ｃ、ＣＩＤ動作検出部５ｄ、過電圧検出部５ｅ、強制ＯＮ制御部５ｆ、クランプ制御部５ｇ及び定電流制御部５ｈを機能構成要素として備えている。なお、これら各機能構成要素は、電圧検知プログラムに基づいてソフトウエア的に実現される機能構成要素である。このようなマイコン５は、本発明における電圧検出部に相当する。
【００１９】
第１差動増幅部５ａは、上述した電池セルｂ１の端子電圧（デジタル値）の差分を演算することにより電池セルｂ１の端子間電圧（セル電圧）をＣＩＤ動作検出部５ｄに出力する。電圧バッファ部５ｂは、一方のローパスフィルタ２から入力される電池セルｂ１の端子電圧（プラス端子電圧）にバッファリング処理を施して過電圧検出部５ｅに出力する。第２差動増幅部５ｃは、抵抗器４ｂの端子電圧（デジタル値）の差分を演算することにより放電電流値に対応する抵抗器４ｂの端子間電圧（放電電圧）を定電流制御部５ｈに出力する。
【００２０】
ＣＩＤ動作検出部５ｄは、第１差動増幅部５ａから入力されるセル電圧と電圧バッファ部５ｂから入力される電池セルｂ１のプラス端子電圧とに基づいてＣＩＤｂ２が作動したか否かを検出し、この検出結果に応じた検出信号を強制ＯＮ制御部５ｆに出力する。過電圧検出部５ｅは、第１差動増幅部５ａから入力されるセル電圧と電圧バッファ部５ｂから入力される電池セルｂ１のプラス端子電圧とに基づいて電池セルｂ１が過電圧状態にあるか否かを検出し、この検出結果に応じた検出信号をクランプ制御部５ｇに出力する。
【００２１】
強制ＯＮ制御部５ｆは、ＣＩＤ動作検出部５から入力される検出信号に基づいてトランジスタ４ａを強制的にＯＮ状態とする二値制御信号を生成して上記出力端に出力する。クランプ制御部５ｇは、過電圧検出部５ｅから入力される検出信号に基づいてトランジスタ４ａを一定の期間だけＯＮ状態とするパルス制御信号を生成して上記出力端に出力する。
【００２２】
定電流制御部５ｈは、第２差動増幅部５ｃから入力される放電電圧とマイコン５内で別途生成される放電ＯＮ信号とに基づいて第３制御信号を生成して上記出力端に出力する。すなわち、この定電流制御部５ｈは、放電回路４を流れる放電電流が所望値となるように第３制御信号（電圧信号）を生成することによりトランジスタ４ａをフィードバック制御する。なお、上記放電ＯＮ信号は、組電池Ｂの状態以外の必要から組電池Ｂを放電状態とするためにマイコン５内で生成される信号である。
【００２３】
次に、このように構成された電圧検出装置Ａの動作について詳しく説明する。
電池セルｂ１に異常が発生してＣＩＤｂ２が作動すると電池セルｂ１のプラス端子が電気的なフローティング状態となるので、この電圧検出装置Ａの第１差動増幅部５ａから出力されるセル電圧は異常な高電圧となる。ＣＩＤ動作検出部５ｄは、第１差動増幅部５ａからセル電圧を所定のしきい値と比較することによりＣＩＤｂ２の作動を検出すると、当該作動を示す検出信号を強制ＯＮ制御部５ｆを出力し、この結果としてトランジスタ４ａを強制的にＯＮ状態とする二値制御信号をトランジスタ４ａのベース端子に出力する。この結果、一対のヒューズＦ１、Ｆ２はＣＩＤｂ２の作動に対して確実に溶断されると共に、電圧検出装置ＡをＣＩＤｂ２の作動に起因する過電圧から確実に保護することができる。
【００２４】
一方、過電圧検出部５ｅがＣＩＤｂ２の作動以外の要因による電池セルｂ１の過電圧、つまりサージ電圧のようなパルス状の過電圧を検出すると、クランプ制御部５ｇは、過電圧検出部５ｅから入力される検出信号に基づいてパルス制御信号を生成することにより、トランジスタ４ａを一定の期間だけＯＮ状態とする。この結果、電圧検出装置Ａは、ＣＩＤｂ２の作動以外の過電圧から確実に保護される。なお、トランジスタ４ａをＯＮ状態にするタイミングは上述したパルス状の過電圧に対して一定の時間関係を持つが、トランジスタ４ａをＯＮ状態にする時間幅は、過電圧の時間幅に応じて適宜設定される。
【００２５】
また、定電流制御部５ｈは、放電ＯＮ信号が入力されると、放電回路４の放電電流を所望値とする第３制御信号（電圧信号）をトランジスタ４ａのベース端子に出力することにより、放電電流を所望値に電流制御しつつ電池セルｂ１を放電させる。このような定電流制御部５ｈによる放電回路４のフィードバック制御では、放電電流が所望値に電流制御されるので、一対のヒューズＦ１、Ｆ２は溶断することなく、電池セルｂ１の放電が徐々に行われ、この結果として複数の電池セルｂ１間における充電状態のバランス（セルバランス）が実現される。
【００２６】
このような本実施形態によれば、マイコン５は、電池セルｂ１の放電が本来的な機能である放電回路４をマイコン５によって制御することにより、つまり放電回路４を電圧検知プログラムに基づいてソフトウエア的に制御することにより、セル電圧を検出する自身を電池セルｂ１の過電圧に対して保護する。したがって、本実施形態によれば、従来のような別回路が必要なく、よって実装面積、コスト及び部品点数を従来よりも削減した状態で過電圧に対する保護を実現することができる。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ  電圧検出装置
Ｂ  組電池
ｂ１  電池セル
ｂ２  ＣＩＤ
Ｆ１、Ｆ２  ヒューズ
１  保護回路
２、３  ローパスフィルタ
４  放電回路
４ａ  トランジスタ
４ｂ  抵抗器
５  マイコン（電圧検出部）
５ａ  第１差動増幅部
５ｂ  電圧バッファ部
５ｃ  第２差動増幅部
５ｄ  ＣＩＤ動作検出部
５ｅ  過電圧検出部
５ｆ  強制ＯＮ制御部
５ｇ  クランプ制御部
５ｈ  定電流制御部  
【図１】
2019138684.tif 000003