(57)【要約】【解決手段】  本発明は、蓄電池（Ａｉ）を有するバッテリー装置の電圧を計測する装置において、前記計測装置は、交流発電機（Ｉ１）と、直列に配置された少なくとも１つの第１のダイオード（Ｄ１ｉ）及び少なくとも１つの第２のダイオード（Ｄ２ｉ）であって、前記第１のダイオード（Ｄ１ｉ）は、そのカソードによって前記蓄電池（Ａｉ）の正極（＋）に、そのアノードによって前記第２のダイオード（Ｄ２ｉ）のカソードに接続されており、前記第２のダイオード（Ｄ２ｉ）は、そのアノードによって前記蓄電池（Ａｉ）の負極（−）に、そのカソードによって前記第１のダイオード（Ｄ１ｉ）のアノードに接続されている第１のダイオード（Ｄ１ｉ）及び第２のダイオード（Ｄ２ｉ）と、中間点（Ｎ）における電圧変動から、前記蓄電池（Ａｉ）の端子間電圧を決定する手段（３）とを備える装置に関する。【選択図】      図１
2013508702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池（Ａｉ）を備えるバッテリー装置用の電圧計測装置において、
前記電圧計測装置は、
交流発電機（Ｉ１）と、
直列に接続された少なくとも１つの第１のダイオード（Ｄ１i）、及び少なくとも１つの第２のダイオード（Ｄ２i）であって、前記第１のダイオード（Ｄ１i）は、カソードにおいて、前記蓄電池（Ａｉ）の正極（＋）に接続され、アノードにおいて、前記第２のダイオード（Ｄ２i）のカソードに接続され、前記第２のダイオード（Ｄ２i）は、アノードにおいて、前記蓄電池（Ａｉ）の負極（−）に接続され、カソードにおいて、前記第１のダイオード（Ｄ１i）のアノードに接続されている第１のダイオード（Ｄ１1）及び第２のダイオード（Ｄ１2）と、
前記交流発電機（Ｉ１）と、前記第１のダイオード（Ｄ１i）と前記第２のダイオード（Ｄ２i）の中間点（Ｎ）と、前記中間点における電圧変動に基づいて、前記充電池（Ａｉ）の端子における電圧を決定する決定手段とに接続された読み取りコンデンサ（Ｃ１）とを備え、
前記決定手段は、
直列に接続された第３の修正ダイオード（Ｄ３）及び第４の修正ダイオード（Ｄ４）であって、前記第３の修正ダイオード（Ｄ３）は、前記第４の修正ダイオード（Ｄ４）のカソードと、前記読み取りコンデンサ（Ｃ１）に接続されている第３の修正ダイオード（Ｄ３）及び第４の修正ダイオード（Ｄ４）と、
一端が前記第３の修正ダイオード（Ｄ３）のカソードに接続され、他端が前記第４の修正ダイオード（Ｄ４）のアノードに接続されたフィルタリングコンデンサ（Ｃ２）と、
前記フィルタリングコンデンサ（Ｃ２）と並列に取り付けられた抵抗（Ｒ）とを備えることを特徴とする電圧計測装置。
【請求項２】
前記第１のダイオード（Ｄ１i）及び前記第２のダイオード（Ｄ２i）は、０．６Ｖとほぼ等しい閾値電圧を有していることを特徴とする請求項１に記載の電圧計測装置。
【請求項３】
前記交流発電機と前記中間点（Ｎ）とに接続された注入コンデンサ（Ｃi）を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧計測装置。
【請求項４】
直列接続された少なくとも２個の蓄電池（Ａｋ）を備えるバッテリー装置用の電圧計測装置において、
前記蓄電池（Ａｊ）の１つのための請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧計測装置と、
各蓄電池（Ａｋ）と並列に設けられた第１のダイオード（Ｄ１k）及び第２のダイオード（Ｄ２k）と、
隣接する２つの中間点（Ｎｋ）をそれぞれが接続する複数の接続コンデンサ（Ｃ１m）であって、直列に取り付けられた複数の接続コンデンサ（Ｃ１m）とを備えることを特徴とする電圧計測装置。
【請求項５】
一端が交流発電機に接続され、他端が中間点（Ｎｋ）の１つに接続された注入コンデンサ（Ｃｉ）を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の電圧計測装置。
【請求項６】
前記第３の修正ダイオード（Ｄ３）、及び前記第４の修正ダイオード（Ｄ４）は、前記第１のダイオード（Ｄ１、Ｄ１i）及び前記第２のダイオード（Ｄ２、Ｄ２i）の閾値電圧を、前記第３の修正ダイオード（Ｄ３）及び前記第４の修正ダイオード（Ｄ４）を通過する電圧信号から減じるようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電圧計測装置。
【請求項７】
所定個数の前記接続コンデンサ（Ｃ１m）と並列に取り付けられた少なくとも１つの昇圧コンデンサ（Ｃ３1、Ｃ３2、Ｃ３3）を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電圧計測装置。
【請求項８】
前記交流発電機は、直列接続された電源及び抵抗（Ｒ´）を備え、前記電源は、周波数１００ｋＨｚで、振幅０〜１０Ｖの方形波信号を生成するようになっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電圧計測装置。
【請求項９】
前記蓄電池（Ａｉ）の計測された電圧を所定の閾値電圧と比較する手段と、前記計測された電圧が、前記所定の閾値電圧を下回ったときに、前記バッテリー装置の放電を停止する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電圧計測装置を備える監視装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の監視装置を備えるバッテリー装置。
【請求項１１】
リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気又はハイブリット輸送、及び埋め込みシステムの分野で用いることができる電気化学蓄電池を備えるバッテリー装置用の計測装置に関する。
【０００２】
本発明は、特に、軽量であり、かつ大きなエネルギーを蓄積する能力を有するために、この種の利用に適しているリチウムイオン型（Ｌｉ−イオン）バッテリー装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
「蓄電池からなるバッテリー装置」との表現は、複数の蓄電池の直列接続、又は複数の蓄電池の並列接続を意味するために用いることとする。
【０００４】
蓄電池を充電するとき、その端子における電圧は上昇する。蓄電池は、電気化学プロセスにより決定される電圧レベルに達したときに、充電が完了したとされる。
【０００５】
また、リチウムイオンバッテリー装置は、最小閾値電圧を有している。最小閾値電圧以下では、バッテリー装置の蓄電池が損傷又は破損されて、例えば、電流が遮断され、バッテリー装置がもはやエネルギーを伝達しなくなる等の誤動作が起こり得る。また、多数の蓄電池が直列に接続された回路では、各蓄電池の充電レベルが同じではない可能性が高い。これは、１つの蓄電池の放電が、バッテリーの他の蓄電池の放電の前に起こりうるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、最も充電量の少ない蓄電池の電圧が、最小閾値電圧以下となったときには、仮に他の蓄電池にまだ活力があっても、バッテリー装置の誤動作、及び最も充電量の少ない蓄電池の損傷を回避するため、バッテリー装置の放電を止めることが必要である。
【０００７】
従って、最小閾値電圧に達した蓄電池が存在していないことをチェックするために、放電中の各蓄電池の電圧を、詳細に監視することが重要である。
【０００８】
本発明の目的は、蓄電池の損傷、及びそれによるバッテリー装置の誤動作を防止するために、蓄電池が最小閾値電圧を下回らないように、簡単な手段で、各蓄電池における電圧を監視しうるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、本発明は、蓄電池を備えるバッテリー装置のための電圧計測装置であって、この電圧計測装置は、
−交流発電機と、
−直列に接続された少なくとも１つの第１のダイオード、及び少なくとも１つの第２のダイオードであって、前記第１のダイオードは、カソードにおいて前記蓄電池の正極に接続され、アノードにおいて前記第２のダイオードのカソードに接続され、前記第２のダイオードは、アノードにおいて前記蓄電池の負極に接続され、カソードにおいて前記第１のダイオードのアノードに接続されている第１のダイオード及び第２のダイオードと、
−前記交流発電機と、前記第１及び第２のダイオードの中間点と、前記中間点における電圧変動に基づいて前記蓄電池の端子における電圧を決定する決定手段とに接続されている読み取りコンデンサとを備え、
前記決定手段は、
・直列に接続された第３の修正ダイオード及び第４の修正ダイオードであって、前記第３の修正ダイオードのアノードが、前記第４の修正ダイオードのカソード及び前記読み取りコンデンサに接続されている第３の修正ダイオード及び第４の修正ダイオードと、
・一端で前記第３の修正ダイオードのカソードに接続され、他端で前記第４の修正ダイオードのアノードに接続されたフィルタリングダイオードと、
・前記フィルタリングダイオードと並列に取り付けられた抵抗と
を備えることを特徴とする電圧計測装置である。
【００１０】
この電圧計測装置は、各蓄電池のために、２個のダイオードと１個のコンデンサを備えている。これらの構成要素は、取り付けが容易であり、従って、最小閾値電圧より小さな電圧に達したバッテリー装置の蓄電池が存在しないことをチェックするために、過大な重量及び体積を有することなく、複雑化することのない安価な電子回路の製造を可能とするものである。
【００１１】
またこの前記計測装置は、更に、下記の特徴の１つ以上を、単独で又は組み合わせて、備えている。
−前記第１及び第２のダイオードは、０．６Ｖとほぼ等しい閾値電圧を有している。
−前記計測装置は、交流発電機及び中間点に接続された注入コンデンサを更に備えている。
−前記計測装置は、直列に接続された少なくとも２個の蓄電池を備えるバッテリー装置用の電圧計測装置であり、前記装置は、蓄電池の１つのための計測装置と、各蓄電池と並列に設けられた第１及び第２のダイオードと、隣接する２つの中間点をそれぞれが接続する複数の接続コンデンサとを備え、前記複数の接続コンデンサは、直列に接続されており、前記決定手段は、前記蓄電池の端子における最も低い電圧を測定するようになっている。
−前記計測装置は、一端が前記交流発電機に接続され、他端がいずれかの中間点に接続された注入コンデンサを更に備えている。
−前記第３の修正ダイオード及び第２の修正ダイオードは、蓄電池に関する電圧の情報のみが保持されるように、前記第１及び第２のダイオードの閾値電圧を、前記第３及び第４の修正ダイオードを流れる電圧信号から減じるようになっている。
−前記計測装置は、所定個数の接続コンデンサと並列に取り付けられた、少なくとも１つの昇圧コンデンサを備えている。
−前記交流発電機は、直列に接続された電源及び抵抗を備え、前記電源は、周波数１００ｋＨｚで振幅０〜１０Ｖの方形波信号を生成する。
【００１２】
また、本発明は、本発明による計測装置を備える監視装置であって、前記蓄電池の計測された電圧と所定の閾値電圧とを比較する手段と、前記計測された電圧が所定の閾値電圧を下回ったときに、バッテリー装置の放電を停止する制御手段とを備える監視装置にも関する。
また、本発明は、このような監視装置を組み入れた蓄電池からなるバッテリー装置に関する。
このバッテリー装置は、例えば、リチウムイオン電池である。
【００１３】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、限定的でない実施例に関する以下の説明から、明らかになると思う。
図面において、同一の構成要素には、同一の符号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バッテリー装置の蓄電池における電圧を計測する装置を概略的に示す図である。
【図２】バッテリー装置の２個の蓄電池における電圧を計測する装置を概略的に示す図である。
【図３】昇圧コンデンサを備えるバッテリー装置の直列に接続された複数の蓄電池における電圧を計測する装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には、バッテリー装置の蓄電池Ａｉ（本実施形態ではＡ１）における電圧を計測するための蓄電池用の電圧計測装置１の実施形態を示す。
【００１６】
この計測装置１は、
‐交流発電機Ｉ１、又は変形例では、例えば周波数１００ｋＨｚで振幅０〜１０Ｖの方形波信号を生成する電圧源及び抵抗Ｒ´（図３）であって、直列接続されている電圧源及び抵抗Ｒ´と、
‐直列接続された第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２と、
‐第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２の中間点Ｎと、中間点Ｎにおける電圧変動に基づいて蓄電池Ａ１の端子電圧を決定する決定手段３とに接続された読み取りコンデンサＣ１とを備えている。
【００１７】
図１から分かるように、第１のダイオードＤ１の、カソードは蓄電池Ａ１の正極＋に接続され、また、アノードは第２のダイオードＤ２のカソードに接続されている。第２のダイオードＤ２の、アノードは蓄電池Ａ１の負極−に接続され、また、カソードは第１のダイオードＤ１のアノードに接続されている。
【００１８】
電流Ｉ１が交流の正の周期にあるとき、第１のダイオードＤ１は導通状態となり、第２のダイオードＤ２は非導通状態となる。したがって、電流Ｉ１は、第1のダイオードＤ１を通って流れる。よって、中間点Ｎにおける電圧は、蓄電池Ａ１の正極＋における電圧と第１のダイオードＤ１の閾値電圧との和と等しくなる。
【００１９】
一方、交流の負の周期では、第２のダイオードＤ２が導通状態であり、第１のダイオードＤ１が非導通状態となる。したがって、電流は、第２のダイオードＤ２を通って流れる。よって、中間点Ｎの電圧は、蓄電池の負極−における電圧と第２のダイオードＤ２の閾値電圧との和と等しくなる。
【００２０】
したがって、中間点Ｎにおける電圧変動は、蓄電池Ａ１の電圧Ｖ１と、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２の閾値電圧の和と等しくなる。
【００２１】
一例として、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２は、０．６Ｖの閾値電圧を持っている。例えば、蓄電池Ａ１の電圧Ｖ１が２．６Ｖであると、中間点Ｎにおける電圧変動は、３．８Ｖに等しくなる。
【００２２】
読み取りコンデンサＣ１に到達する電圧信号は、中間点Ｎおける信号変動に相当する信号変動振幅と、ＤＣ（直流）成分とを示す信号となる。
【００２３】
読み取りコンデンサＣ１は、信号変動振幅に関する情報のみを取り出すように、ＤＣ成分を除去する。
【００２４】
更に、図示の例において、決定手段３は、
‐直列接続された第３の修正ダイオードＤ３及び第４の修正ダイオードＤ４であって、第３の修正ダイオードＤ３のアノードが、第４の修正ダイオードＤ４のカソードと読み取りコンデンサＣ１とに接続されている第３の修正ダイオードＤ３及び第４の修正ダイオードＤ４と、
‐第３の修正ダイオードＤ３のカソードと第４の修正ダイオードＤ４のアノードに端子が接続されたフィルタリングコンデンサＣ２と、
‐フィルタリングコンデンサＣ２と並列に取り付けられた抵抗Ｒとを備えている。
【００２５】
２つの修正ダイオードＤ３及びＤ４を電圧信号が通過することにより、この信号は、一定の符号の信号となるように修正され、同時に、第１のダイオードＤ１及び第２のダイオードＤ２の閾値電圧が減じられる。
【００２６】
その後信号は、フィルタリングコンデンサＣ２によりフィルターにかけられ、実質的なＤＣ電圧が得られる。
【００２７】
このとき、抵抗Ｒの端子において計測される電圧Ｖｓは、蓄電池Ａ１の端子の電圧とほぼ等しくなる。
【００２８】
このような計測装置は、バッテリー装置用電圧監視装置の一部を構成している。
【００２９】
電圧Ｖｓは、その後、監視装置の比較器（図示せず）に送られる。比較器は、計測された電圧Ｖｓを所定の閾値電圧と比較し、計測された電圧Ｖｓが閾値電圧を下回れば、監視装置の制御装置が、例えばバッテリー装置が取り付けられた放電を引き起こす装置から、バッテリー装置を取り外すことにより、バッテリー装置からの放電を停止させる。
【００３０】
更に、精度を高めるため、中間点Ｎ及び電流源Ｉ１に接続された注入コンデンサＣｉを設けることも可能である。
【００３１】
図２及び図３は、第２の実施形態を示す。この実施形態では、計測装置は、直列に接続された複数の蓄電池Ａｋを有するバッテリー装置の各蓄電池Ａｋの電圧を監視することができる。
【００３２】
図２の実施形態は、直列接続された２個の蓄電池Ａ１とＡ２を備えている。
各蓄電池Ａ１とＡ２と並列に、それぞれ、第１及び第２のダイオードＤ１1、Ｄ２1とＤ２1、Ｄ２2が設けられている。接続コンデンサＣ１が、２個のダイオードＤ１1とＤ２1の中間地点Ｎ1と２個のダイオードＤ１2とＤ２2の中間点Ｎ2を接続している。読み取りコンデンサＣ１は、決定手段３と中間点Ｎ1、又は中間点Ｎ1に代えてダイオードＤ１2とＤ２2の中間点Ｎ2に接続されている。したがって、蓄電池Ａ１に関する図２の実施例は、１つの蓄電池Ａｊに関する図１の計測装置を示している。
【００３３】
一例として、蓄電池Ａ１は、蓄電池Ａ２の電圧Ｖ２よりも小さな電圧Ｖ１を有している。この場合、電流Ｉ１が交流の正の周期にあるとき、蓄電池Ａ１の第１のダイオードＤ１1は導通状態であり、蓄電池Ａ１の第２のダイオードＤ２1は非導通状態であるので、電流Ｉ１は、第１のダイオードＤ１1を通って流れる。また、交流の負の周期にあるとき、蓄電池Ａ１の第２のダイオードＤ２1は導通状態であり、蓄電池Ａ１の第１のダイオードＤ１1は非導通状態であるので、電流Ｉ１は、第２のダイオードＤ２1を通って流れる。
【００３４】
中間点における電圧振幅は、全ての中間点Ｎ1、Ｎ2において同一であり、信号の直流成分のみが異なっている。この電圧振幅は、最低電圧を有する蓄電池Ａ１の電圧と第１のダイオードＤ１1及び第２のダイオードＤ２1の閾値電圧の和に等しい。
【００３５】
したがって、最低電圧を有する蓄電池Ａ１の電圧の計測は、決定手段３を用いて、中間点Ｎ1、Ｎ2のいずれかにおいて行われる。
【００３６】
更に、電流を吸収することにより、最低電圧を有する蓄電池Ａ１は充電される。これにより、その電圧は、最も充電がなされた蓄電池Ａ２の電圧に達するまで上昇する。このようにして、バッテリー装置内の複数の蓄電池がバランスするようになっている。
【００３７】
計測装置１は、また、交流電源Ｉ１と中間点Ｎｋ（本実施形態では、蓄電池Ａ１に関連付けられたダイオードＤ１1及びＤ２1の中間点Ｎ1）とに接続された注入コンデンサＣｉを備えることができる。
【００３８】
図３の実施形態において、計測装置１は、バッテリー装置の直列に接続された１０個の蓄電池Ａｋ（１≦ｋ≦１０）の電圧を監視するために用いられる。
【００３９】
９個の接続コンデンサＣ１ｍ（本実施例では、ｍは１〜９を取り得る）が、それぞれ、２つの隣接する中間点を接続し、また、直列に取り付けられている。
【００４０】
また、注入コンデンサＣｉが設けられ、その一端は交流電源に、また他端は、いずれかの中間点に接続されている。
【００４１】
読み取りコンデンサＣ１は、いずれかの中間点（本実施形態では第１の中間点）と、決定手段３とに接続されている。
【００４２】
蓄電池Ａ８が最低電圧、例えば２．６Ｖを有し、他の蓄電池Ａ１〜Ａ７、Ａ９及びＡ１０が２．６Ｖよりも大きな電圧、例えば蓄電池Ａ４が３Ｖ程度、他の蓄電池が３．３Ｖを有する場合を例に取って説明する。
【００４３】
上記の通り、中間点における電圧振幅は、全ての中間点において同一であり、最低電圧を有する蓄電池Ａ８の電圧と、第１のダイオードＤ１8及び第２のダイオードＤ２8の閾値電圧の和に等しい。
【００４４】
従って、決定手段３は、この電圧変動から、例えば前述の第３及び第４の修正ダイオードＤ３及びＤ４と、フィルタリングコンデンサＣ２を用いて、蓄電池Ａ８の端子電圧を決定することができる。
【００４５】
更に、電流を吸収することにより、最低電圧を有する蓄電池Ａ８は充電され、その電圧は、２番目に多く放電されている蓄電池、すなわち２番目に低い電圧を有する蓄電池、例えば図３の実施形態では、２番目に多く放電されて、３Ｖ程度の電圧を有する蓄電池Ａ４の電圧に達するまで増大する。その後、同一の電圧を有する最も放電がなされたものの中の複数の蓄電池が、それらが３番目に多く放電された要素の電圧に至り、全ての蓄電池が同一の電圧、例えば本実施形態では３．３Ｖを有するに至るまで、同時に充電される。
【００４６】
更に、全ての中間点が同一の電圧変動を有し、最も充電量の少ない蓄電池、すなわち最も電圧の低い蓄電池の電圧を、その位置によらずに計測しうるようにするために、昇圧コンデンサＣ３1〜Ｃ３3を、接続コンデンサＣ１1〜Ｃ１9に対して並列に加えることができる。図３に示す実施形態では、昇圧コンデンサＣ３1はコンデンサＣ１1〜Ｃ１4に並列に取り付けられ、昇圧コンデンサＣ３2はコンデンサＣ１5〜Ｃ１9に並列に取り付けられ、昇圧コンデンサＣ３3はコンデンサＣ１1〜Ｃ１9に並列に取り付けられている。
【００４７】
このように、本実施形態の計測装置の構成要素は、蓄電池の損傷、及びバッテリー装置の誤動作を引き起こす危険に蓄電池をさらす最小閾値電圧に達した時を、簡単な方法で検知するために、簡単に取り付けることができ、また費用がかかることもない。
【００４８】
更に、軽量であり寸法も小さいので、これらの構成要素を、蓄電池のバッテリー装置内に、困難なく組み入れることができる。
【００４９】
更に、全ての構成要素が単一の同一バッテリー装置内に組み込まれるので、これら全ては、同一の温度条件にさらされ、その結果、複数のダイオードの特性の変動が共に生じることになり、これにより、温度に左右されない良好なバランス、及び正確な測定が保証される。
【符号の説明】
【００５０】
Ａｉ  蓄電池
Ｉ１  交流発電機
Ｄ１i  第１のダイオード
Ｄ２i  第２のダイオード
Ｄ３  第３の修正ダイオード
Ｄ４  第４の修正ダイオード
Ｎ  中間点
Ｃ１  読み取りコンデンサ
Ｃ２  フィルタリングコンデンサ
Ｃ１m  接続コンデンサ
Ｃi  注入コンデンサ
Ｒ  抵抗
３  決定手段
【図１】
2013508702.tif 000003
【図２】
2013508702.tif 000004
【図３】
2013508702.tif 000005
【国際調査報告】
2013508702.tif 000006
2013508702.tif 000007
2013508702.tif 000008
2013508702.tif 000009