(57)【要約】【課題】コストダウン及びエネルギロスの低減を図るとともに、装置全体の小型化、さらには省スペース化に寄与する。【解決手段】各蓄電素子Ｂａ…に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線２ａ…を有するトランス２と、各蓄電素子Ｂａ…と各二次巻線２ａ…間に直列に接続することによりループ回路３ａ…を構成する複数の二次側スイッチング素子４ａ…と、トランス２の一次巻線２ｆに直列に接続する蓄電部５と、一次巻線２ｆと蓄電部５に直列に接続することによりループ回路６を構成する一次側スイッチング素子７と、各スイッチング素子４ａ…，７にパルス信号Ｓｆ，Ｓｓを付与する制御部８とを有する電圧均等化回路９を備えるとともに、トランス２の二次巻線２ａ…以外の巻線から検出する検出用電圧Ｖｃに基づいて各蓄電素子Ｂａ…における端子電圧Ｅａ…の平均値Ｅｖを検出する電圧検出部１０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した複数の蓄電素子を有するバッテリの電圧検出装置において、各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、前記トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、前記一次巻線と前記蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部とを有する電圧均等化回路を備えるとともに、前記トランスの二次巻線以外の巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えることを特徴とするバッテリの電圧検出装置。
【請求項２】
前記電圧検出部は、前記検出用電圧に基づいて前記平均値を演算処理により求める演算部を備えることを特徴とする請求項１記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記平均値に前記蓄電素子の数量を乗算して前記バッテリの電圧を演算処理することを特徴とする請求項２記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項４】
前記二次巻線以外の巻線は、前記一次巻線であることを特徴とする請求項１記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項５】
前記二次巻線以外の巻線は、前記トランスに別途設けた補助巻線であることを特徴とする請求項１記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項６】
前記補助巻線に蓄電部及び前記パルス信号が付与されるスイッチング素子を直列に接続することによりループ回路を構成することを特徴とする請求項５記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項７】
前記バッテリと未接続状態の前記一次巻線及び前記補助巻線を有する前記電圧均等化回路を備える複数のモジュールを使用し、各モジュールのバッテリ同士を直列に接続するとともに、各モジュールの前記一次巻線同士を並列に接続し、かつ前記補助巻線同士を並列に接続することを特徴とする請求項１記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項８】
少なくとも各モジュールの前記補助巻線に、蓄電部及びパルス信号が付与されるスイッチング素子を直列に接続してループ回路を構成することを特徴とする請求項７記載のバッテリの電圧検出装置。
【請求項９】
各蓄電素子を複数のブロックに分けるとともに、各ブロック毎にパルス信号を選択的に付与するブロック選択手段を備えることを特徴とする請求項１記載のバッテリの電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列に接続した複数の蓄電素子を有するバッテリの電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車やハイブリッド車には、複数の蓄電素子を直列に接続したバッテリを搭載する。そして、このバッテリには、充電容量の確保及び各蓄電素子の長寿命化、さらには安全性等を考慮して、各蓄電素子の端子電圧を均等化する電圧均等化装置を備えており、本出願人も、既に、この種のバッテリに用いて好適な蓄電素子の電圧均等化装置を、特開２００２−２２３５２８号公報で提案した。
【０００３】
ところで、この種のバッテリは、複数の蓄電素子を直列に接続して構成するため、各蓄電素子に対する端子電圧の均等化は、上述した充電容量の確保及び各蓄電素子の長寿命化等の観点から重要となるが、一方、各種電気アクチュエータや電気回路等の負荷に直接印加される電圧は、バッテリの端子電圧（バッテリ電圧）となるため、バッテリ電圧が正規の電圧を維持しているか否かを監視することも重要となる。
【０００４】
このため、従来は、図９に示す電圧検出装置５０をバッテリＢの両電極端子に接続することにより、バッテリ電圧の検出及び監視を行っていた。この電圧検出装置５０は、一次巻線５１ｆと二次巻線５１ｓを有する降圧トランス５１と、この一次巻線５１ｆに直列に接続したスイッチング素子５２と、二次巻線５１ｓに接続した処理部５３を備えており、一次巻線５１ｆとスイッチング素子５２の直列回路の両端がバッテリＢの両電極端子にそれぞれ接続される。この場合、スイッチング素子５２は、後述する電圧均等化装置６０から付与される数百〔ｋＨｚ〕程度のパルス信号によりスイッチング制御（ＯＮ−ＯＦＦ制御）される。また、バッテリ電圧は高圧であるため、降圧トランス５１により低圧に変換されるとともに、処理部５３において、二次巻線５１ｓの出力に対する直流化処理及び電圧検出処理が行われる。なお、図９中、Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…は蓄電素子、６０はバッテリＢに接続した電圧均等化装置である。電圧均等化装置６０は、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…に対してそれぞれ接続した複数の二次巻線６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…を有するトランス６１と、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…と各二次巻線６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…間に直列に接続することによりループ回路６３ａ，６３ｂ，６３ｃ…を構成する複数の二次側スイッチング素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃ…と、トランス６１の一次巻線６１ｆに直列に接続した直流源６４と、一次巻線６１ｆと直流源６４に直列に接続することによりループ回路６６を構成する一次側スイッチング素子６５と、各スイッチング素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃ…，６５にパルス信号を付与する制御部６７とを備えている。
【特許文献１】
特開２００２−２２３５２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の電圧検出装置５０は、独立した専用装置として構成されるため、当該電圧均等化装置５０を搭載することに伴うコストアップ及び無用なエネルギロスを招くとともに、電圧均等化装置６０を含む装置全体の大型化を招き、電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化の阻害要因になるという解決すべき課題が存在した。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、コストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには省スペース化に寄与できるバッテリの電圧検出装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、直列に接続した複数の蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…を有するバッテリＢの電圧検出装置１を構成するに際して、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線２ａ，２ｂ，２ｃ…を有するトランス２と、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…と各二次巻線２ａ，２ｂ，２ｃ…間に直列に接続することによりループ回路３ａ，３ｂ，３ｃ…を構成する複数の二次側スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ…と、トランス２の一次巻線２ｆに直列に接続する蓄電部５と、一次巻線２ｆと蓄電部５に直列に接続することによりループ回路６を構成する一次側スイッチング素子７と、各スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ…，７にパルス信号Ｓｆ，Ｓｓを付与する制御部８とを有する電圧均等化回路９を備えるととともに、トランス２の二次巻線２ａ…以外の巻線（２ｆ，２ｔ）から検出する検出用電圧Ｖｃに基づいて各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…における端子電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ…の平均値Ｅｖを検出する電圧検出部１０を備えることを特徴とする
【０００８】
この場合、好適な実施の形態により、電圧検出部１０は、検出用電圧Ｖｃに基づいて平均値Ｅｖを演算処理により求める演算部１０ｃを備えるとともに、この演算部１０ｃは、平均値Ｅｖに蓄電素子Ｂａ…の数量ｎを乗算してバッテリＢの電圧Ｅを演算処理することができる。なお、二次巻線２ａ…以外の巻線には、一次巻線２ｆ又はトランス２に別途設けた補助巻線２ｔを用いることができ、この補助巻線２ｔには、蓄電部１１及びパルス信号Ｓｓが付与されるスイッチング素子１２を直列に接続することによりループ回路１３を構成できる。
【０００９】
一方、他の実施の形態としては、バッテリＢ…と未接続状態の一次巻線２ｆ…及び補助巻線２ｔ…を有する電圧均等化回路９…を備える複数のモジュールＭ…を使用し、各モジュールＭ…のバッテリＢ…同士を直列に接続するとともに、各モジュールＭ…の一次巻線２ｆ…同士を並列に接続し、かつ補助巻線２ｔ…同士を並列に接続することができる。この際、少なくとも各モジュールＭ…における補助巻線２ｔ…には、蓄電部１１…及びパルス信号Ｓｓ…が付与されるスイッチング素子１２…を直列に接続してループ回路１３…を構成することができる。
【００１０】
さらに、他の実施の形態としては、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…を複数のブロックＸ１，Ｘ２…に分けるとともに、各ブロックＸ１，Ｘ２…毎にパルス信号Ｓｓ…を選択的に付与するブロック選択手段１４を設けることができる。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
まず、基本実施例に係る電圧検出装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は電圧検出装置１の機能ブロック図、図２は図１をより具体化した電圧検出装置１の回路図である。
【００１３】
図中、Ｂはバッテリであり、複数の蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃを直列に接続して構成する。この蓄電素子Ｂａ…には、リチウムイオン電池等のイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種蓄電素子を適用できる。実施例は、電気二重層コンデンサを用いた場合を示す。そして、このバッテリＢには、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃの端子電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃを均等化する電圧均等化回路９を接続するとともに、この電圧均等化回路９に電圧検出部１０を接続して電圧検出装置１を構成する。したがって、電圧均等化回路９は、本来の電圧均等化機能に加えて電圧検出装置１を兼用する。
【００１４】
電圧均等化回路９は、鉄心を有するトランス２を備え、このトランス２は、一次巻線２ｆ及び蓄電素子Ｂａ…と同数の二次巻線２ａ，２ｂ，２ｃを有する。各二次巻線２ａ，２ｂ，２ｃは、各蓄電素子Ｂａ…の両端にそれぞれエネルギを付与する巻線となる。そして、トランス２の一次巻線２ｆの巻終端子は、蓄電素子を用いた蓄電部５の正極側に接続するとともに、巻始端子はＦＥＴ（一次側スイッチング素子）７のドレイン−ソース間を介して蓄電部５の負極側に接続する。これにより、ループ回路６が構成される。また、ＦＥＴ７のゲートには、後述する制御部８からパルス信号Ｓｆが付与される。なお、図中、Ｃｆ及びＤｆはＦＥＴ７の内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【００１５】
他方、トランス２の二次巻線２ａは、巻始端子を保護抵抗Ｒａを介して蓄電素子Ｂａの正極側に接続するとともに、同巻線２ａの巻終端子は、ＦＥＴ（二次側スイッチング素子）４ａのドレイン−ソース間を介して蓄電素子Ｂａの負極側に接続する。これにより、ループ回路３ａが構成される。また、ＦＥＴ４ａのゲートには、後述する制御部８からパルス信号Ｓｓが付与される。なお、図中、Ｃａ及びＤａはＦＥＴ４ａの内部で発生する寄生コンデンサ及び寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【００１６】
さらに、トランス２の他の二次巻線２ｂ，２ｃ側も、上述した二次巻線２ａ側と同様に構成する。この場合、二次巻線２ｂは、蓄電素子Ｂｂに対してループ回路３ｂを構成するとともに、二次巻線２ｃは、蓄電素子Ｂｃに対してループ回路３ｃを構成する。なお、図中、４ｂ及び４ｃはＦＥＴ（二次側スイッチング素子）、Ｒｂ及びＲｃは保護抵抗、Ｃｂ及びＣｃはＦＥＴ４ｂ及び４ｃの内部で発生する寄生コンデンサ、Ｄｂ及びＤｃはＦＥＴ４ｂ及び４ｃの内部で発生する寄生ダイオードをそれぞれ示す。
【００１７】
また、８は制御部であり、この制御部８からは、内蔵するパルス発振器から発振する周波数が数百〔ｋＨｚ〕程度のパルス信号Ｓｆ，Ｓｓが出力し、一方のパルス信号Ｓｆは、上述したＦＥＴ７のゲートに付与されるとともに、他方のパルス信号Ｓｓは、ＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃの各ゲートに付与される。この場合、パルス信号Ｓｆとパルス信号Ｓｓは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように極性が反対となる。したがって、ＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃがＯＮのときはＦＥＴ７がＯＦＦとなり、ＦＥＴ７がＯＮのときはＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃがＯＦＦとなる。なお、パルス信号Ｓｆ，Ｓｓの周波数等は固定又は設定情報により設定される。
【００１８】
一方、電圧検出部１０は、分圧抵抗Ｒ１とＲ２を直列に接続した分圧回路２０と、入力部を分圧抵抗Ｒ２の両端に接続したアナログ−ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）２１と、このＡ／Ｄ変換回路２１の出力部に、入力部を接続した演算部１０ｃを備える。そして、分圧回路２０の両端を、電圧均等化回路９における蓄電部５の両端に接続する。この場合、演算部１０ｃは、予めプログラミングした演算プログラムに基づいて演算処理を実行するマイクロコンピュータ等を利用できる。なお、演算部１０ｃの出力部は、表示部やプリンタ等の必要な周辺装置に接続することができる。
【００１９】
次に、基本実施例に係る電圧検出装置１の動作（作用）について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図３は、図２に示す電圧均等化回路９の各部における信号のタイムチャートを示す。
【００２０】
まず、電圧均等化回路９の動作について説明する。今、一次側のＦＥＴ７がＯＮした場合を想定する。これにより、蓄電部５から一次巻線２ｆに、図３（ｄ）に示す一次電流Ｉｆが流れ、トランス２には、斜線部分を除く一次電流Ｉｆによって均等化のためのエネルギが蓄積される。なお、ＯＮ時のＦＥＴ７における前後の両端電圧Ｖｄｓｆの大きさは、図３（ｆ）のようになる。即ち、ＦＥＴ７の両端電圧Ｖｄｓｆは、二次側のＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃがＯＦＦしてから、ＦＥＴ７の寄生コンデンサＣｆによる静電容量や不図示の外部コンデンサの静電容量に蓄積された電荷が放電されるため、ＦＥＴ７がＯＮするまでの休止期間にほぼ０〔Ｖ〕になる。
【００２１】
一方、ＦＥＴ７がＯＦＦした後は、二次側のＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃがＯＮになり、トランス２に蓄積されたエネルギが、各二次巻線２ａ，２ｂ，２ｃから放出され、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃに対する充電が行われる。この場合、直列接続された各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃにバラつきが存在すれば、図３（ｃ）の斜線期間を除く二次電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃにおける端子電圧の一番低い蓄電素子Ｂａ（又はＢｂ，Ｂｃ）に集中して流れ、これにより、一番低い蓄電素子Ｂａ（又はＢｂ，Ｂｃ）の電圧が上昇する。そして、このような充電作用が繰り返されることにより、全ての蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃに対する電圧均等化が行われることになる。
【００２２】
ところで、トランス２に蓄積されたエネルギが全て放出された時点、即ち、図３（ｃ）のＣｘ時点以降も、各ＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃはＯＮしているため、Ｃｘ時点において各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃの端子電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃにバラつきが残っている場合には、電圧の高い蓄電素子から電圧の低い蓄電素子に対して充放電が行われると同時にトランス２にもエネルギの蓄積が行われるため、更なる電圧の均等化が行われる。このときの二次電流Ｉａ…が図３（ｃ）の斜線期間となる。この際、トランス２に蓄積されたエネルギは、ＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃがＯＦＦになった後に、蓄電部５への充電電流となって放出される。このときの一次電流が図３（ｄ）の斜線期間となる。この場合、斜線期間の初期には、ＦＥＴ７はＯＮしていないが、寄生ダイオードＤｆを通って一次電流が流れる。
【００２３】
また、二次側のＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃのＯＮ状態を、トランス２のエネルギ放出終了後も継続することにより、ループ回路に流れる二次電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃの方向が反転し、図３（ｃ）に示す斜線期間のように、蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃから二次巻線２ａ，２ｂ，２ｃに二次電流が流れ始める。この逆流電流は、トランス２を励磁したり、端子電圧の高い蓄電素子から端子電圧の低い蓄電素子にエネルギの移送を行う。この場合、各ＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓａ，Ｖｄｓｂ，Ｖｄｓｃは、図３（ｅ）に示すようになる。一方、ＦＥＴ４ａ，４ｂ，４ｃがＯＦＦすると、逆流電流の一部によって蓄積されたエネルギが、一次巻線２ｆに放出される。この際の放出電流により、ＦＥＴ７に存在する寄生コンデンサＣｆによる静電容量や不図示の外部コンデンサの静電容量に蓄積された電荷が放出され、この電荷の放出が終われば、ＦＥＴ７の寄生ダイオードＤｆに、順方向電流が流れている期間のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓｆが、寄生ダイオードＤｆの順方向電圧（０．５〔Ｖ〕程度）にクランプされる。
【００２４】
したがって、図３（ｄ）の波形において、斜線期間は、寄生ダイオードＤｆに電流が流れており、この期間でＦＥＴ７をＯＮさせれば、Ｖｄｓｆはほぼ０〔Ｖ〕になっているので、ゼロボルトスイッチ動作を実現できる。これにより、ＯＮ時のスイッチング損失を低減できるとともに、スイッチングに伴うノイズを低減できる。
【００２５】
次に、電圧検出部１０の動作について説明する。上述した電圧均等化回路９の動作に基づいて、蓄電部５の両端には、所定の電圧が発生するため、電圧検出部１０は、この電圧を検出用電圧Ｖｃとして検出する。即ち、検出用電圧Ｖｃは、分圧回路２０及びＡ／Ｄ変換回路２１を介して演算部１０ｃにおける電圧検出機能により検出される。一方、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃの端子電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃの平均値Ｅｖは、蓄電素子Ｂａ…の数量をｎとした場合、
Ｅｖ＝（Ｅａ＋Ｅｂ＋Ｅｃ…Ｅｎ）／ｎ      …（１）
により求められる。
【００２６】
今、ＦＥＴ７（パルス信号Ｓｆ）のＯＮ時間をＴｆ（図３（ａ）参照）、ＦＥＴ４ａ…（パルス信号Ｓｓ）のＯＮ時間をＴｓ（図３（ｂ）参照）とし、さらに、トランス２における一次巻線２ｆの巻数をＮ１、各二次巻線２ａ…の巻線をＮ２とした場合、
（Ｖｃ／Ｅｖ）＝（Ｔｓ／Ｔｆ）・（Ｎ１／Ｎ２）  …（２）
の関係が成立する。
【００２７】
（２）式において、Ｔｓ，Ｔｆ，Ｎ１及びＮ２は、いずれも既知であるとともに、Ｖｃは上述した電圧検出部１０の電圧検出機能により検出されるため、演算部１０ｃは、（２）式に基づいて
Ｅｖ＝Ｖｃ／｛（Ｔｓ／Ｔｆ）・（Ｎ１／Ｎ２）｝  …（３）
を演算処理すれば、平均値Ｅｖを求めることができる。また、バッテリ電圧Ｅは、（１）式に基づいて、
Ｅ＝Ｅｖ・ｎ                          …（４）
から求めることができる。なお、平均値Ｅｖは、各二次巻線２ａ…に流れる二次電流Ｉａ…に応じた電圧の代数和によって決定される値である。
【００２８】
図４には、図２の基本実施例に係る電圧検出装置１の性能を検証した実験データを示す。同データにおいて、蓄電素子Ｂａ…の数量ｎは１０個であり、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はバッテリＢ…のサンプル番号である。サンプルＰ１の場合、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ…の端子電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ…Ｅｊの実測値は、Ｅａが３．６１３〔Ｖ〕，Ｅｂが３．６１１〔Ｖ〕，Ｅｃが３．６１０〔Ｖ〕，Ｅｄが３．６０９〔Ｖ〕…であること示し、１０個の合計電圧Ｅｏは、Ｅｏ＝３６．０８３〔Ｖ〕である。また、検出した検出用電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝１８．４６０〔Ｖ〕であり、ＥｏとＶｃの比率Ｋは、Ｋ＝Ｖｃ／Ｅｏ＝１８．４６０／３６．０８３＝０．５１１５９８となる。
【００２９】
一方、Ｋｏは基準率である。この基準率Ｋｏは比率Ｋに対して設定するものであり、計算により求めた値を補正して設定することもできるが、実施例では、実際に得られた多数の比率Ｋ…の平均値を設定した。実施例の基準率Ｋｏは、０．５１１７６１であるため、求めた比率Ｋと基準率ＫｏからＫ／Ｋｏ＝０．５１１５９８／０．５１１７６１＝０．９９９６８１となる。よって、サンプルＰ１の場合、偏差ｅは、ｅ＝Ａ−１＝０．９９９６８１−１＝−０．０００３２となり、百分率で示す偏差（誤差）は、−０．０３〔％〕となる。同様に、サンプルＰ２の偏差ｅは、０．０７〔％〕、サンプルＰ３の偏差ｅは、０．２９〔％〕となり、いずれも±０．３〔％〕の範囲に収まっており、実用上十分な精度を確保できた。なお、図４は、基本実施例に係る電圧検出装置１の性能を確認するため、全体のバッテリ電圧Ｂを求めたが、得られたバッテリ電圧Ｂを、１／ｎにすることにより平均値Ｅｖが得られる。
【００３０】
次に、本発明の各種変更実施例に係る電圧検出装置１…について、図５〜図８を参照して説明する。
【００３１】
図５に示す第一変更実施例は、トランス２に別途の補助巻線２ｔを設け、この補助巻線２ｔから検出用電圧Ｖｃを検出するようにしたものである。この場合、補助巻線２ｔの巻始端子はＦＥＴ（スイッチング素子）１２のソース−ドレイン間を介して蓄電素子を用いた蓄電部１１の正極側に接続するとともに、巻終端子は蓄電部１１の負極側に接続する。これにより、補助巻線２ｔに、蓄電部１１及びＦＥＴ１２を直列に接続したループ回路１３が構成される。また、ＦＥＴ１２のゲートには、制御部８からパルス信号Ｓｓが付与される。そして、前述した図２の基本実施例では、電圧検出部１０における分圧回路２０の両端を蓄電部５の両端に接続したが、第一変更実施例では、分圧回路２０の両端を蓄電部１１の両端に接続した。なお、その他の構成は図２と同じである。このため、図５において、図２と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
第一変更実施例は、基本実施例に対して補助巻線２ｔ，蓄電部１１及びＦＥＴ１２を必要とするが、ＴｓとＴｆが変化する場合に有効である。即ち、ＦＥＴ１２のゲートには、二次側のＦＥＴ４ａ…側と同一のパルス信号Ｓｓを付与できるため、補助巻線２ｔの巻数をＮ３とすれば、Ｅｖ＝Ｖｃ・（Ｎ２／Ｎ３）となる。したがって、第一変更実施例は、ＴｓとＴｆが変化したとしても、常に、Ｅｖ＝Ｖｃ・（Ｎ２／Ｎ３）により平均値Ｅｖを求めることができる。このように、第一変更実施例は、処理の容易化を図れるとともに、正確性の確保にも寄与できる。なお、第一変更実施例の場合も、同様に、Ｅ＝Ｅｖ・ｎによりバッテリ電圧Ｅを求めることができる。
【００３３】
これに対して、基本実施例では、補助巻線２ｔ，蓄電部１１及びＦＥＴ１２が不要となるため、回路構成が簡略化されるが、平均値Ｅｖを求める際に、Ｔｓ／Ｔｆが影響するため、ＴｓとＴｆが変化した際には、これに対応して演算式も変更する必要がある。
【００３４】
一方、図６に示す第二変更実施例は、バッテリＢ…と未接続状態の一次巻線２ｆ…及び補助巻線２ｔ…を有する電圧均等化回路９…を備える複数のモジュールＭ…を使用し、各モジュールＭ…のバッテリＢ…同士を直列に接続するとともに、各モジュールＭ…の一次巻線２ｆ…同士を並列に接続し、かつ補助巻線２ｔ…同士を並列に接続したものである。この場合、各モジュールＭ…は、それぞれ同一構成とする。第二変更実施例は、複数のモジュールＭ…に対応した実施例であり、並列に接続した複数の一次巻線２ｆ…を用いて、図５の場合と同様のループ回路６を構成するとともに、並列に接続した複数の補助巻線２ｔ…を用いて、図５の場合と同様のループ回路１３を構成することになる。なお、図６中、処理部２５には、図５に示した分圧回路２０，Ａ／Ｄ変換回路２１及び演算部１０ｃが含まれる。その他の構成は、図５の構成と同じである。このため、図６において、図５と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
第二変更実施例は、複数のモジュールＭ…のバッテリＢ…同士を直列に接続し、かつ各モジュールＭ…の補助巻線２ｔ…同士を並列に接続したため、各モジュールＭ…の数量をｍとした場合、複数のバッテリＢ…同士を直列に接続した全体のバッテリ電圧Ｅは、Ｅ＝Ｅｖ・ｎ・ｍにより求めることができる。このように、複数のモジュールＭ…であっても単一のモジュールＭの場合と同様の簡便さで平均値Ｅｖやバッテリ電圧Ｅを求めることができる。
【００３６】
また、図７に示す第三変更実施例は、第二変更実施例の改良であり、各モジュールＭ…における補助巻線２ｔ…に、蓄電部１１…及びパルス信号Ｓｓ…が付与されるＦＥＴ（スイッチング素子）１２…を直列に接続してループ回路１３…を構成したものである。したがって、第三変更実施例と第二変更実施例は、基本的な構成が同じとなるが、第三変更実施例では、各モジュールＭ…毎に蓄電部１１…及びＦＥＴ（スイッチング素子）１２…を直列に接続したループ回路１３…を設けた点が第二変更実施例とは異なる。その他の構成は、図６の構成と同じである。このため、図７において、図６と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
第三変更実施例は、第二変更実施例に対して、配線が長くなった場合でもノイズが発生する不具合を回避できる利点がある。即ち、複数のモジュールＭ…を使用した場合、単一に構成される処理部２５と各モジュールＭ…間の配線が各モジュールＭ…の位置によって長くなる場合がある。この場合、配線から発生するノイズの影響が無視できなくなるため、各モジュールＭ…毎に、補助巻線２ｔの出力を直流化し、この直流化信号を配線に供給するようにした。
【００３８】
さらに、図８に示す第四変更実施例は、図２に示す基本実施例と基本的な構成は同じであるが、各蓄電素子Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ…を複数のブロックＸ１，Ｘ２…に分けるとともに、各ブロックＸ１，Ｘ２…毎にパルス信号Ｓｓ…を選択的に付与するブロック選択手段１４を設けたものである。この場合、制御部８は、各ブロックＸ１，Ｘ２…に対応した複数系統の信号ラインＬ１，Ｌ２を有し、各信号ラインＬ１，Ｌ２に対して、同時或いは選択的にパルス信号Ｓｓ…を出力することができ、この機能がブロック選択手段１４となる。このようなブロック選択手段１４としては、その他、各信号ラインＬ１，Ｌ２にそれぞれ開閉スイッチを接続し、この開閉スイッチを選択的に切換えてもよい。
【００３９】
第四変更実施例は、制御部８が各信号ラインＬ１，Ｌ２の双方にパルス信号Ｓｓを出力すれば、通常の電圧均等化回路における均等化処理を行うことができる。これに対して、制御部８が信号ラインＬ１のみにパルス信号Ｓｓを選択的に出力すれば、ブロックＸ１のバッテリ電圧を求めることができるとともに、信号ラインＬ２のみにパルス信号Ｓｓを選択的に出力すれば、ブロックＸ２のバッテリ電圧を求めることができる。また、この際に得られる各ブロックＸ１，Ｘ２のバッテリ電圧を加算すれば、全体のバッテリ電圧を求めることができる。図８に示す変更実施例では、各ブロックＸ１…毎の電圧を検出するため、各電圧の相対的な比較ができ、各ブロックＸ１…単位の異常を検出することができる。例えば、任意のブロックＸ１…のみが他のブロックＸ２…に対して電圧が低い場合、その任意のブロック中に異常のある蓄電素子が存在する可能性が高いことになる。
【００４０】
よって、上述した基本実施例及び各変更実施例に係る電圧検出装置１…によれば、電圧均等化回路９は本来の電圧均等化機能に加えて電圧検出装置１の一部を兼用するため、独立した専用の電圧検出装置が不要となり、コストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができるとともに、装置全体の小型化、さらには電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化に寄与できる。
【００４１】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の回路構成、手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、スイッチング素子としてＦＥＴを例示したが、トランジスタ等の他の同様の機能を有するスイッチング素子に置換できるとともに、回路構成によってはダイオードを使用することができ、本発明におけるスイッチング素子は、ダイオードも含む概念である。また、各蓄電素子Ｂａ…は、その構成が単一であるか複数であるかは問わない。したがって、複数の蓄電素子を直列或いは並列接続して単一の蓄電素子Ｂａ等を構成する場合も含まれる。
【００４２】
【発明の効果】
このように、本発明に係るバッテリの電圧検出装置は、各蓄電素子に対してそれぞれ直列に接続する複数の二次巻線を有するトランスと、各蓄電素子と各二次巻線間に直列に接続することによりループ回路を構成する複数の二次側スイッチング素子と、トランスの一次巻線に直列に接続する蓄電部と、一次巻線と蓄電部に直列に接続することによりループ回路を構成する一次側スイッチング素子と、各スイッチング素子にパルス信号を付与する制御部とを有する電圧均等化回路を備えるとともに、トランスの二次巻線以外の巻線から検出する検出用電圧に基づいて各蓄電素子における端子電圧の平均値を検出する電圧検出部を備えるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００４３】
（１）  電圧均等化回路は、本来の電圧均等化機能に加えて電圧検出装置の一部を兼用するため、独立した専用の電圧検出装置が不要となり、コストダウン及びエネルギロスの低減を図ることができる。
【００４４】
（２）  装置全体の小型化、さらには電気自動車等の限定された配設スペースにおける省スペース化に寄与することができる。
【００４５】
（３）  好適な実施の形態により、二次巻線以外の巻線として、一次巻線を用いれば、回路構成の簡略化を図ることができ、更なるコストダウン，エネルギロスの低減及び小型化に貢献できる。
【００４６】
（４）  好適な実施の形態により、二次巻線以外の巻線として、トランスに別途設けた補助巻線を用いれば、パルス信号の周波数やパルス幅が変化してもこれに影響されることなく演算処理できるため、処理の容易化を図れるとともに、正確性の確保にも寄与できる。
【００４７】
（５）  好適な実施の形態により、バッテリと未接続状態の一次巻線及び補助巻線を有する電圧均等化回路を備える複数のモジュールを使用し、各モジュールのバッテリ同士を直列に接続するとともに、各モジュールの一次巻線同士を並列に接続し、かつ補助巻線同士を並列に接続すれば、複数のモジュールであっても単一のモジュールの場合と同様の簡便さで平均値やバッテリ電圧を求めることができる。
【００４８】
（６）  好適な実施の形態により、バッテリと未接続状態の一次巻線及び補助巻線を有する電圧均等化回路を備える複数のモジュールを使用するとともに、少なくとも各モジュールの補助巻線に、蓄電部及びパルス信号が付与されるスイッチング素子を直列に接続してループ回路を構成すれば、配線が長くなった場合でもノイズが発生する不具合を回避できる。
【００４９】
（７）  各蓄電素子を複数のブロックに分けるとともに、各ブロック毎にパルス信号を選択的に付与するブロック選択手段を備えて構成すれば、各電圧の相対的な比較ができ、各ブロック単位の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本実施例に係る電圧検出装置の機能ブロック図、
【図２】図１に示す電圧検出装置をより具体化した回路図、
【図３】同電圧検出装置の電圧均等化装置における各部の信号のタイムチャート、
【図４】同電圧検出装置により得られるバッテリ電圧と実際のバッテリ電圧を対比して示すデータ表、
【図５】本発明の第一変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図６】本発明の第二変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図７】本発明の第三変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図８】本発明の第四変更実施例に係る電圧検出装置の回路図、
【図９】従来の技術に係る電圧検出装置の回路図、
【符号の説明】
１      電圧検出装置
２ａ…  二次巻線
２ｆ    一次巻線
２ｔ    補助巻線
３ａ…  ループ回路
４ａ…  二次側スイッチング素子
５      蓄電部
６      ループ回路
７      一次側スイッチング素子
８      制御部
９      電圧均等化回路
１０    電圧検出部
１０ｃ  演算部
１１    蓄電部
１２    スイッチング素子
１３    ループ回路
１４    ブロック選択手段
Ｂ      バッテリ
Ｂａ…  蓄電素子
Ｅ      バッテリ電圧
Ｅａ…  蓄電素子の端子電圧
Ｖｃ    検出用電圧
Ｓｆ    パルス信号
Ｓｓ    パルス信号
Ｍ…    モジュール
Ｘ１…  ブロック
【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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