(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数のセルを備えるとともに、
前記複数のセルのうち最も電位の低い最下位セルの負極に接続された最下位検出線の電位を基準に動作し、前記複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備え、
前記複数のセルのうちで隣り合うセル間の接続点は、前記接続点に接続されたセル間検出線を介して、前記隣り合うセルの電位の低い方のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路と前記隣り合うセルの電位の高い方のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路とに接続された、電池電圧検出装置であって、
前記複数のセルのうち最も電位の高い最上位セルの正極に接続された最上位検出線に前記セル間検出線をプルアップする抵抗素子を前記セル間検出線毎に備え、
前記抵抗素子に流れる電流を遮断する遮断回路を備える、電池電圧検出装置。
【請求項２】
前記抵抗素子のうち電位の低いセル間検出線をプルアップする素子ほど抵抗値が高い、請求項１に記載の電池電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える、電池電圧検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−４７５２０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セル毎に備えられた各差動増幅回路が、直列に接続された複数のセルのうち最も電位の低いセルの負極に接続された検出線の電位を基準に動作する構成であると、セルから放電される放電電流は電位の低いセルほど大きくなる場合がある。この場合、セル電圧が各セル間でばらつき易くなる。
【０００５】
例えば、図１は、直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置の一比較例を示す図である。図１に示された電池電圧検出装置１は、４つのセル１１〜１４のうち最も電位の低い最下位セル１１の負極に接続された最下位検出線３０の電位４１を基準に動作する４つの差動増幅回路２１〜２４を備える。差動増幅回路２１〜２４は、それぞれ、セル１１〜１４のうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する。
【０００６】
隣り合うセル１１，１２間の接続点５１は、接続点５１に接続されたセル間検出線３１を介して、セル１１のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路２１とセル１２のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路２２とに接続されている。差動増幅回路２１，２２は共通の電位４１を基準に動作するため、接続点５１からセル間検出線３１に流れ出る電流５１ａは、差動増幅回路２１，２２を経由して、最下位セル１１の負極に流れ込む。つまり、電流５１ａには、セル１１から放電される電流が含まれている。
【０００７】
同様に、隣り合うセル１２，１３間の接続点５２は、接続点５２に接続されたセル間検出線３２を介して、セル１２のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路２２とセル１３のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路２３とに接続されている。差動増幅回路２２，２３は共通の電位４１を基準に動作するため、接続点５２からセル間検出線３２に流れ出る電流５２ａは、差動増幅回路２２，２３を経由して、最下位セル１１の負極に流れ込む。つまり、電流５２ａには、セル１１とセル１２とから放電される電流が含まれている。
【０００８】
隣り合うセル１３，１４間の接続点５３からセル間検出線３３に流れ出る電流５３ａについても上記同様に考えることができるので、電流５３ａには、セル１１とセル１２とセル１３とから放電される電流が含まれている。
【０００９】
このように、電流５１ａ，５２ａ，５３ａのそれぞれに含まれる電流を放電するセルに着目すると、セルから放電される総放電量は、直列に接続された複数のセルのうち電位の低いセルほど大きいので、セル電圧が各セル間でばらつき易い。
【００１０】
そこで、本発明の一態様は、直列に接続された複数のセルのセル電圧を各セル間でばらつき難くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するためには、隣り合うセル間の接続点からセル間検出線に流れ出る電流をセル間検出線毎に低減することができればよい。
【００１２】
そこで、本発明の一態様では、
直列に接続された複数のセルを備えるとともに、
前記複数のセルのうち最も電位の低い最下位セルの負極に接続された最下位検出線の電位を基準に動作し、前記複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備え、
前記複数のセルのうちで隣り合うセル間の接続点は、前記接続点に接続されたセル間検出線を介して、前記隣り合うセルの電位の低い方のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路と前記隣り合うセルの電位の高い方のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路とに接続された、電池電圧検出装置であって、
前記複数のセルのうち最も電位の高い最上位セルの正極に接続された最上位検出線に前記セル間検出線をプルアップする抵抗素子を前記セル間検出線毎に備え、
前記抵抗素子に流れる電流を遮断する遮断回路を備える、電池電圧検出装置が提供される。
【００１３】
本態様によれば、前記最上位検出線から前記抵抗素子を経由して前記セル間検出線に電流を流し出すことができるので、隣り合うセルの接続点からセル間検出線に流れ出る電流を低減することができる。そして、そのような前記抵抗素子がセル間検出線毎に備えられていることにより、隣り合うセル間の接続点からセル間検出線に流れ出る電流をセル間検出線毎に低減させることができる。セル間検出線に流れ出る電流をセル間検出線毎に低減することにより、前記最上位セルを経由して前記最上位検出線に流れ出る電流が増加する。その結果、各セルの総放電量は均等に近づくので、セル電圧が各セル間でばらつき難くなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、直列に接続された複数のセルのセル電圧が各セル間でばらつき難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置の一比較例を示す図である。
【図２】直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置の一実施例を示す図である。
【図３】直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置の一具体例を示す図である。
【図４】直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置の他の一具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２は、直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置の一実施例を示す図である。図２に示される電池電圧検出装置２は、直列に接続された４つのセル６１〜６４を含む組電池６０と、セルと同数の４つの差動増幅回路７１〜７４とを備える。
【００１７】
差動増幅回路７１は、一対の検出線８０，８１を介して並列に接続されたセル６１のセル電圧を検出する。差動増幅回路７２は、一対の検出線８１，８２を介して並列に接続されたセル６２のセル電圧を検出する。差動増幅回路７３は、一対の検出線８２，８３を介して並列に接続されたセル６３のセル電圧を検出する。差動増幅回路７４は、一対の検出線８３，８４を介して並列に接続されたセル６４のセル電圧を検出する。セルのセル電圧とは、そのセルの両極間の電圧である。
【００１８】
差動増幅回路７１〜７４は、それぞれ、４つのセル６１〜６４のうち最も電位の低い最下位セル６１の負極に接続された最下位検出線８０の電位４２（グランド電位）を基準に動作する。差動増幅回路７１〜７４は、それぞれ、セル６１〜６４のうち対応するセルのセル電圧を電位４２を基準に差動増幅し、電位４２を基準とした差動増幅後の電圧を出力する。
【００１９】
隣り合うセル６１，６２間の接続点９１は、接続点９１に接続されたセル間検出線８１を介して、セル６１のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７１とセル６２のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７２とに接続されている。接続点９１は、隣り合うセル６１，６２のうち電位の低い方のセル６１の正極と電位の高い方のセル６２の負極とが接続されたノードである。
【００２０】
差動増幅回路７１，７２は共通の電位４２を基準に動作するため、接続点９１からセル間検出線８１に流れ出る電流９１ａは、差動増幅回路７１，７２を経由して、最下位セル６１の負極に流れ込む。つまり、電流９１ａには、セル６１から放電される電流が含まれている。
【００２１】
隣り合うセル６２，６３間の接続点９２は、接続点９２に接続されたセル間検出線８２を介して、セル６２のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７２とセル６３のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７３とに接続されている。接続点９２は、隣り合うセル６２，６３のうち電位の低い方のセル６２の正極と電位の高い方のセル６３の負極とが接続されたノードである。
【００２２】
差動増幅回路７２，７３は共通の電位４２を基準に動作するため、接続点９２からセル間検出線８２に流れ出る電流９２ａは、差動増幅回路７２，７３を経由して、最下位セル６１の負極に流れ込む。つまり、電流９２ａには、セル６１とセル６２とから放電される電流が含まれている。
【００２３】
隣り合うセル６３，６４間の接続点９３は、接続点９３に接続されたセル間検出線８３を介して、セル６３のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７３とセル６４のセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７４とに接続されている。接続点９３は、隣り合うセル６３，６４のうち電位の低い方のセル６３の正極と電位の高い方のセル６４の負極とが接続されたノードである。
【００２４】
差動増幅回路７３，７４は共通の電位４２を基準に動作するため、接続点９３からセル間検出線８３に流れ出る電流９３ａは、差動増幅回路７３，７４を経由して、最下位セル６１の負極に流れ込む。つまり、電流９３ａには、セル６１とセル６２とセル６３とから放電される電流が含まれている。
【００２５】
電池電圧検出装置２は、セル６１〜６４のうち最も電位の高い最上位セル６４の正極に接続された最上位検出線８４にセル間検出線をプルアップする抵抗素子をセル間検出線毎に備える。抵抗素子は、抵抗成分を有する素子である。電池電圧検出装置２は、３つの抵抗素子１０１〜１０３を備える。抵抗素子１０１は、最上位検出線８４にセル間検出線８１をプルアップする。抵抗素子１０２は、最上位検出線８４にセル間検出線８２をプルアップする。抵抗素子１０３は、最上位検出線８４にセル間検出線８３をプルアップする。
【００２６】
このように、セル間検出線８１と最上位検出線８４とが抵抗素子１０１を介して接続されることにより、最上位検出線８４から抵抗素子１０１を経由してセル間検出線８１に電流１０１ａを流し出すことができる。電流１０１ａがセル間検出線８１に流し出される分だけ、接続点９１からセル間検出線８１に流れ出る電流９１ａを低減することができる。
【００２７】
同様に、最上位検出線８４から抵抗素子１０２を経由してセル間検出線８２に電流１０２ａを流し出すことができるので、電流１０２ａがセル間検出線８２に流し出される分だけ、接続点９２からセル間検出線８２に流れ出る電流９２ａを低減することができる。同様に、最上位検出線８４から抵抗素子１０３を経由してセル間検出線８３に電流１０３ａを流し出すことができる。電流１０３ａがセル間検出線８３に流し出される分だけ、接続点９３からセル間検出線８３に流れ出る電流９３ａを低減することができる。
【００２８】
このように、セル間検出線に流れ出る電流９１ａ，９２ａ，９３ａのそれぞれが低減することにより、最上位セル６４を経由して最上位検出線８４に流れ出る電流が増加する。その結果、各セル６１〜６４の総放電量は均等に近づくので、セル電圧が各セル６１〜６４間でばらつき難くなる。
【００２９】
また、抵抗素子１０１〜１０３は、いずれも、セル間検出線を最上位検出線８４にプルアップするため、抵抗素子１０１〜１０３のうち電位の低いセル間検出線をプルアップする素子ほど印加電圧が高い。例えば、抵抗素子１０１には、セル６２〜６４までの各セルのセル電圧を足した総セル電圧が印加されるが、抵抗素子１０３には、セル６４のセル電圧が印加される。
【００３０】
そこで、抵抗素子１０１〜１０３のうち電位の低いセル間検出線をプルアップする素子ほど抵抗値が高く設定されることが好適である。つまり、抵抗素子１０１の抵抗値は、抵抗素子１０２の抵抗値よりも高く、抵抗素子１０２の抵抗値は、抵抗素子１０３の抵抗値よりも高い。このような大小関係で各抵抗素子の抵抗値が設定されることにより、隣り合うセル間の接続点から流し出される電流と抵抗素子を経由して流し出される電流との相殺がし易くなる。したがって、電流９１ａ，９２ａ，９３ａをいずれも零まで低減し易くなるので、セル電圧を各セル６１〜６４間で一層ばらつき難くすることができる。
【００３１】
図３は、直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置３の一具体例を示す図である。図３には、差動増幅回路７１〜７４の具体例が例示されている。
【００３２】
差動増幅回路７０は、それぞれ、最も電位の低い最下位セルの負極に接続された最下位検出線１２０の電位４４（グランド電位）を基準に動作する。差動増幅回路７０は、それぞれ、直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を電位４４を基準に差動増幅し、電位４４を基準とした差動増幅後の電圧を出力する。
【００３３】
図３に例示された差動増幅回路７０は、それぞれ、同一の回路構成を有する。差動増幅回路７０は、それぞれ、オペアンプ１１１と、抵抗体１１２〜１１５とを有する。抵抗体は、抵抗成分を有する素子である。
【００３４】
オペアンプ１１１の電源電圧は、最も電位の高い最上位セルの正極に接続された最上位検出線１３０の電位４３（電源電位）と、最も電位の低い最下位セルの負極に接続された最下位検出線１２０の電位４４（グランド電位）との間の電圧である。オペアンプ１１１の非反転入力端子は、抵抗体１１２を介して、セルの正極に一端が接続された検出線の他端に接続され、オペアンプ１１１の反転入力端子は、抵抗体１１３を介して、当該セルの負極に一端が接続された検出線の他端に接続されている。抵抗体１１２とオペアンプ１１１の非反転入力端子との間のノードは、抵抗体１１４を介して、電位４４に接続され、抵抗体１１３とオペアンプ１１１の反転入力端子との間のノードは、抵抗体１１５を介して、差動増幅回路７０の出力端子（オペアンプ１１１の出力端子）に接続されている。
【００３５】
ここで、直列に接続されたセルの個数をＡ，各セルのセル電圧をＶ１とする。また、抵抗体１１２，１１３の各抵抗値をＲ１，抵抗体１１４，１１５の各抵抗値をＲ２とすると、各差動増幅回路のゲインＧは、周知のとおり、（Ｒ２／Ｒ１）と表すことができる。
【００３６】
電位の最も低い最下位セルからｎ番目のセルの正極と（ｎ＋１）番目のセルの負極との間の接続点について考えると、当該接続点に一端が接続されたセル間検出線には、当該接続点から電流Ｉ０が流れ出る。電流Ｉ０は、電流Ｉ１と電流Ｉ２とに分流する。
【００３７】
ｎ番目のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７０に流入する電流Ｉ１は、当該差動増幅回路７０の抵抗体１１２，１１４を経由して、電位４４に流れる。したがって、電流Ｉ１は、オームの法則により、
Ｉ１＝（ｎ×Ｖ１）／（Ｒ１＋Ｒ２）
と表すことができる。
【００３８】
一方、（ｎ＋１）番目のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路７０に流入する電流Ｉ２は、当該差動増幅回路７０の抵抗体１１３，１１５を経由して、当該差動増幅回路７０のオペアンプ１１１の出力端子に流れ込み、電位４４に流れる。差動増幅回路７０の出力電圧（オペアンプ１１１の出力電圧）は、（Ｇ×Ｖ１）であるので、電流Ｉ２は、オームの法則により、
Ｉ２＝（ｎ×Ｖ１−Ｇ×Ｖ１）／（Ｒ１＋Ｒ２）
と表すことができる。
【００３９】
電流Ｉ１と電流Ｉ２との和（電流Ｉ３）は、
Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２＝（２ｎ−Ｇ）×Ｖ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
と表すことができる。
【００４０】
ｎ番目のセルの正極と（ｎ＋１）番目のセルの負極との間の接続点に一端が接続されたセル間検出線を最上位検出線１３０にプルアップする抵抗素子Ｒの抵抗値をＲｐｎとすると、抵抗素子Ｒに流れる電流Ｉ４は、
Ｉ４＝（（Ａ−ｎ）×Ｖ１）／Ｒｐｎ
と表すことができる。
【００４１】
電流Ｉ４と電流Ｉ３（＝Ｉ１＋Ｉ２）とが一致すれば、電流Ｉ０を零にすることができるので、
（（Ａ−ｎ）×Ｖ１）／Ｒｐｎ＝（２ｎ−Ｇ）×Ｖ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
という関係式が得られる。この関係式をＲｐｎについて変形すると、
Ｒｐｎ＝（Ａ−ｎ）×（Ｒ１＋Ｒ２）／（２ｎ−Ｇ）
と表すことができる。
【００４２】
したがって、例えば、Ａ＝４，Ｒ１＝Ｒ２（Ｇ＝１）とすると、
Ｒｐｎ＝２（４−ｎ）×Ｒ１／（２ｎ−１）
という関係が導出されるので、
ｎ＝１の場合、Ｒｐ１＝６×Ｒ１
ｎ＝２の場合、Ｒｐ２＝（４／３）×Ｒ１
ｎ＝３の場合、Ｒｐ３＝（２／５）×Ｒ１
という関係が成立する。よって、Ａ＝４，Ｒ１＝Ｒ２（Ｇ＝１）の場合、図３に記載の抵抗体及びプルアップ抵抗素子の各抵抗値を、
Ｒ１：Ｒ２：Ｒｐ１：Ｒｐ２：Ｒｐ３
＝Ｒ１：Ｒ１：６×Ｒ１：（４／３）×Ｒ１：（２／５）×Ｒ１
＝１５：１５：９０：２０：６
という比率に設定されることにより、隣り合うセル間の接続点から流れ出る電流をいずれの接続点についても零にすることができる。よって、各セルの総放電量は均等に近づくので、セル電圧が各セル間でばらつき難くなる。
【００４３】
図３では、セル電圧Ｖ１が全て等しい場合を例示して説明したが、各セル電圧のバランスが崩れた場合について説明する。例えば、最下位のセルからｎ番目のセルのセル電圧だけが上昇した場合、そのｎ番目のセルの正極に接続されたプルアップ抵抗素子（例えばＡ＝４の場合、Ｒｐ２）に印加される総セル電圧は変化しないので、当該プルアップ抵抗素子に流れる電流Ｉ４も変化しない。これに対し、ｎ番目のセルのセル電圧の上昇により、電流Ｉ１及び電流Ｉ２は増加するため、電流Ｉ０に含まれる、ｎ番目のセルの正極から吐き出される電流は増加する。
【００４４】
一方、最下位のセルからｎ番目のセルのセル電圧だけが上昇した場合、ｎ番目のセルの負極（（ｎ−１）番目のセルの正極）に接続されたプルアップ抵抗素子（例えばＡ＝４の場合、Ｒｐ１）に印加される総セル電圧は増加する。よって、当該プルアップ抵抗素子に流れる電流も増加し、（ｎ−１）番目のセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路に流入する電流は減少するため、ｎ番目のセルの負極に吸い込まれる電流が増加する。すなわち、ｎ番目のセルを放電するように機能する。セル電圧が上昇していない他のセルへの影響もあるが、セル電圧が上昇したセルの放電を促すように動作するため、セル電圧の各セル間の均等化を図ることができる。
【００４５】
図４は、直列に接続された複数のセルのうち対応するセルのセル電圧を差動増幅する差動増幅回路をセル毎に備える電池電圧検出装置４の一具体例を示す図である。図４に示される電池電圧検出装置４は、図３に示される電池電圧検出装置３に対して、遮断回路１４０が追加されている。
【００４６】
電池電圧検出装置４は、セル間検出線を最上位検出線にプルアップする抵抗素子と、差動増幅回路とに流れる電流を遮断する遮断回路１４０と、遮断回路１４０の遮断動作を制御する制御回路１５０とを備える。遮断回路１４０は、例えば、最下位検出線に直列に挿入された最下位スイッチ１４１と、最上位検出線に直列に挿入された最上位スイッチ１４５と、セル間検出線に直列に挿入されたスイッチ１４２〜１４４とを有する。制御回路１５０は、例えば、各セルのセル電圧の検出が不要な場合、スイッチ１４１〜１４５の一部又は全部をオフすることにより、各セルの無駄な放電を防止できる。スイッチ１４２〜１４５は、プルアップ抵抗素子に無駄な電流が流れないようにするため、プルアップ抵抗素子と検出線との接続点に対してセル側に挿入されている。
【００４７】
以上、電池電圧検出装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００４８】
例えば、直列に接続された複数のセルを複数のグループに分け、複数のグループのそれぞれについて本実施形態の電池電圧検出装置が適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
６０  組電池
６１〜６４  セル
７１〜７４  差動増幅回路
８０  最下位検出線
８１〜８３  セル間検出線
８４  最上位検出線
９１〜９３  接続点
１０１〜１０３  抵抗素子
１４０  遮断回路
【図１】
0006593226.tif 000002
【図２】
0006593226.tif 000003
【図３】
0006593226.tif 000004
【図４】
0006593226.tif 000005