(57)【要約】【目的】  複数の蓄電素子が直列に接続された蓄電素子アレイにおける各蓄電素子の端子電圧および全電圧を、簡単な回路構成および測定手段により、高精度にかつ迅速に測定できるようにする。【構成】  複数の充放電用の蓄電素子が直列接続された蓄電素子アレイにおける各蓄電素子にそれぞれスイッチを介してラダー状に基準抵抗を接続したうえで、所定の抵抗の端子電圧を測定する手段と、測定モード時に、最上段の蓄電素子に対応するスイッチをオンにした状態のままで、その他の各蓄電素子にそれぞれ対応するスイッチのみが交互にオン状態となるように各スイッチの切換えを行わせる手段と、各スイッチを切り換えていくことによってそれぞれ測定された電圧値にもとづいて、所定の演算処理によって各蓄電素子の蓄電圧を算出する手段とを設けることによって構成された蓄電圧検出装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の充放電用の蓄電素子が直列接続された蓄電素子アレイにおける各蓄電素子にそれぞれスイッチを介してラダー状に基凖抵抗を接続したうえで、所定の抵抗の端子電圧を測定する手段と、測定モード時に、最上段の蓄電素子に対応するスイッチをオンにした状態のままで、その他の各蓄電素子にそれぞれ対応するスイッチのみが交互にオン状態となるように各スイッチの切換えを行わせる手段と、各スイッチを切り換えていくことによってそれぞれ測定された電圧値にもとづいて、所定の演算処理によって各蓄電素子の蓄電圧を算出する手段とを設けることによって構成された蓄電圧検出装置。
【請求項２】
最上段の蓄電素子に対応するスイッチが車両のイグニッションスイッチに連動して、イグニッションスイッチのオン時に最上段の蓄電素子に対応するスイッチがオン状態になるようにしたことを特徴とする請求項１の記載による蓄電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数の充放電用の蓄電素子が直列接続された蓄電素子アレイにおける各蓄電素子の蓄電圧を検出する蓄電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、複数の充放電用の電池が直列接続された蓄電素子アレイにおける各電池の電圧を検出するには、図５に示すように、各電池Ｂ１〜Ｂ５をスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を介して電圧測定回路１０に共通に接続したうえで、各スイッチを交互にオン状態となるように順次切り換えることによって電圧測定回路１０においてそれぞれ測定された結果から、各電池の電圧を求めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３６６８４１号公報（
【０００５】、図２０参照）【０００３】  しかし、このような構成によるのでは、スイッチＳＷ１のみをオンしたときの測定電圧Ｅ１は、Ｅ１＝Ｖ１（Ｖ１は電池Ｂ１の電圧値）となり、スイッチＳＷ２のみをオンしたときの測定電圧Ｅ２は、Ｅ２＝Ｖ１＋Ｖ２（Ｖ２は電池Ｂ２の電圧値）となり、以下同様に、Ｅ３＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３、Ｅ４＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４、Ｅ５＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４＋Ｖ５となる。【０００４】  そして、その各測定結果から、Ｖ１＝Ｅ１、Ｖ２＝Ｅ２−Ｅ１、Ｖ３＝Ｅ３−Ｅ２、Ｖ４＝Ｅ４−Ｅ３、Ｖ５＝Ｅ５−Ｅ４が得られることになる。【０００５】  この場合、測定される電圧は最小でＶ１、最大でＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４＋Ｖ５となってほぼＶ１の５倍となる。したがって、Ｖ１〜５＊Ｖ１までできるだけ精度良く各電池Ｂ１〜Ｂ５の電圧を検出する必要があり、高ダイナミックレンジが要求されることになる。その場合、電池の数が多くなってくると、特に測定精度の高い電圧測定回路１０が要求される。【０００６】  また、従来では、図６に示すように、複数直列に接続された各電池Ｂ１〜Ｂｎの両端からそれぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを引き出して、各電池に対応した２つのスイッチＳＷｘ（Ｘ＝１〜ｎ）の切り換えを順次行わせながら、各電池の端子電圧を直接に測定していくようにしている。【０００７】  しかし、このような構成によるのでは、各電池ごとに絶縁された測定用の電源が必要となるとともに、使用するスイッチの数が多大となり、また、各電池に応じたスイッチの切換え時に電圧とインピーダンスの変動が大きく、安定するまでに待ち時間を要して各電池の測定を迅速に行わせることができないものになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  解決しようとする問題点は、複数の充放電用の電池が直列接続された蓄電素子アレイにおける各電池の電圧を検出する場合、各電池をそれぞれスイッチを介して電圧測定回路に共通に接続したうえで、各スイッチを交互にオン状態となるように順次切り換えることによって電圧測定回路においてそれぞれ測定された結果から各電池の電圧を求めるようにするのでは、特にダイナミックレンジの高い測定精度の良い電圧測定回路が要求されることである。【０００９】  また、複数直列に接続された各電池の両端からそれぞれスイッチを引き出して、各電池に対応した２つのスイッチの切り換えを順次行わせながら、各電池の端子電圧を直接に測定していくようにするのでは、全体の回路構成が複雑になるとともに、各電池の電圧測定に時間を要するものになっていることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明による蓄電圧検出装置にあっては、複数の充放電用の電池、電気二重層コンデンサなどからなる蓄電素子が直列接続された蓄電素子アレイにおける各蓄電素子の蓄電圧を検出するに際して、各蓄電素子にそれぞれスイッチを介してラダー状に基凖抵抗を接続したうえで、所定の抵抗の端子電圧を測定する手段と、測定モード時に、最上段の蓄電素子に対応するスイッチをオンにした状態のままで、その他の各蓄電素子にそれぞれ対応するスイッチのみが交互にオン状態となるように各スイッチの切換えを行わせる手段と、各スイッチを切り換えていくことによってそれぞれ測定された電圧値にもとづいて、所定の演算処理によって各蓄電素子の蓄電圧を算出する手段とを設けるようにしている。
【発明の効果】
【００１１】  このような構成による本発明による蓄電圧検出装置によれば、各蓄電素子の端子電圧および蓄電素子アレイの全電圧を、簡単な回路および測定手段により、高精度にかつ迅速に測定することができるようになる。
【実施例１】
【００１２】  図１は、本発明による蓄電圧検出装置の基本的な構成例を示している。【００１３】  ここでは、１つのバッテリパック１として、１０個の充放電用の電池Ｂ１〜Ｂ１０が直列接続された電池アレイにあって、各電池Ｂ１〜Ｂ１０にそれぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０を介してラダー状に基準抵抗Ｒを接続したうえで、１段目の電池Ｂ１に接続された抵抗Ｒの端子電圧を測定する電圧測定回路２を設けるようにしている。【００１４】  最上段のスイッチＳＷ１０は測定モード切換用のスイッチで、通常はオフ状態となっており（他のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９も全てオフ状態になっている）、電池アレイ１における各電池Ｂ１〜Ｂ１０の蓄電圧を測定するときにオン状態に切り換えられる。【００１５】  このような構成にあって、測定モード時に、最上段のスイッチＳＷ１０をオンに切り換えてその状態を保持したままで、他のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９を交互にオン状態となるように各スイッチの切換えを行わせながら、スイッチＳＷｘ（ｘ＝１〜９）のみをオン状態にしたときに電圧測定回路２によって測定された各電圧値にもとづいて、所定の演算処理によって各電池Ｂ１〜Ｂ１０の蓄電圧を算出するようにする。【００１６】  １段目の電池Ｂ１のチェック時に対応するスイッチＳＷ１がオン状態になったとき（他のスイッチＳＷ２〜ＳＷ９は全てオフ状態にある）の測定電圧Ｅ１は、以下のとおりとなる。
▲１▼  Ｅ１＝Ｖ１（Ｖ１は電池Ｂ１電圧値）【００１７】  ２段目の電池Ｂ２のチェック時に対応するスイッチＳＷ２がオン状態になったとき（他のスイッチＳＷ１、ＳＷ３〜ＳＷ９は全てオフ状態にある）の測定電圧Ｅ２は、以下のとおりとなる。
▲２▼  Ｅ２＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２（Ｖ２は電池Ｂ２の電圧値）【００１８】  ３段目の電池Ｂ３のチェック時に対応するスイッチＳＷ２がオン状態になったとき（他のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ９は全てオフ状態にある）の測定電圧Ｅ３は、以下のとおりとなる。
▲３▼  Ｅ３＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）／３（Ｖ３は電池Ｂ３の電圧値）【００１９】  以下、同様に、
▲４▼  Ｅ４＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）／４（Ｖ４は電池Ｂ４の電圧値）
▲５▼  Ｅ５＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４＋Ｖ５）／５（Ｖ５は電池Ｂ５の電圧値）
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▲１０▼  Ｅ１０＝（ΣＶｉ）ｉ＝１〜１０／１０【００２０】  このようにして求められる▲１▼〜▲１０▼中のＶｉをＥｉについて解くと、以下のように各電池Ｂ１〜Ｂ１０の電圧値Ｖ１〜Ｖ１０が求まる。
Ｖ１＝Ｅ１
Ｖ２＝２＊Ｅ２−Ｅ１
Ｖ３＝３＊Ｅ３−２＊Ｅ２
Ｖ４＝４＊Ｅ４−３＊Ｅ３
Ｖ５＝５＊Ｅ５−４＊Ｅ４
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Ｖｉ＝ｉ＊Ｅｉ−（ｉ−１）＊Ｅ（ｉ−１）
：
Ｖ１０＝１０＊Ｅ１０−９＊Ｅ９【００２１】  そして、全電圧は、ΣＶｉ＝１０＊Ｅ１０となる。【００２２】  ここで、図１の回路にあって、測定にかかる電圧はＥｉ＝ΣＶｉ／ｉであり、電池ほぼ１個分である。また、全電圧ΣＶｉにあっても、それが電池ほぼ１個分を精度良く測定できれば、あとは演算によって求めることができるようになる。したがって、特にダイナミックレンジの高い電圧測定回路２を用いなくとも、各電池Ｂ１〜Ｂ１０の電圧値Ｖ１〜Ｖ１０および全電圧ΣＶｉを精度良く検出することができるようになる。【００２３】  なお、図１に示す構成では最下段の基準抵抗の端子電圧を測定するようにしているが、最下段に限らず、任意段の基凖抵抗、例えば下から４番目の基準抵抗の端子電圧を測定するようにしてもよい。この場合でも、基準抵抗の端子電圧は電池ほぼ１個分であり、図１に示す場合と変わりない。【００２４】  また、図１の回路にあって、例えば、電池Ｂ１のチェック時にスイッチＳＷ１をオン状態にしたときには、図２に示すブリッジ回路が等価的に形成される。【００２５】  同様に、図３は、電池Ｂ５のチェック時にスイッチＳＷ５をオン状態にしたときに等価的に形成されるブリッジ回路を示している。【００２６】  このブリッジ回路にあって、各電池Ｂｉとして電圧値Ｖｉがほぼ等しいものを使用しているために、各スイッチＳＷｉの両端の電位もほぼ等しく、測定時に何れのスイッチのオン、オフを行わせても流れる電流は僅少となり、回路の電圧の変動も僅かである。【００２７】  したがって、浮遊容量や浮遊インダクタンスによる測定電圧Ｅｘのリンキングが極端に小さくなる。これによりスイッチ切換え時に、電圧が安定するまでの待ち時間を最少限にすることができ、高精度な電圧測定を迅速に行わせることができるようになる。【００２８】  次に、実際の測定誤差を考えてみる。測定電圧Ｅｘは、Ｅｘ＝Ｒｉ＊（ΣＶｉ／ΣＲｉ）で与えられる。ここで、Ｒｉは電池Ｂｉと並列に接続されている抵抗である。この式をみると、分母はＲｉの和であるために、それぞれの誤差が足し合わさった分だけ不確定さが生ずる。しかし、分子にもＲｉがあり、全体として測定電圧Ｅｘは相対誤差に支配されると考えられる。したがって、抵抗Ｒｉに特性の揃ったものを用いれば、さらに精度の高い電圧測定が可能となる。【００２９】  図４は、本発明による蓄電圧検出装置の具体的な構成例を示している。【００３０】  ここでは、燃料電池自動車におけるキャパシタモジュールを形成するものにあって、バッテリパック１における蓄電素子として、電気二重層コンデンサＣ１〜Ｃ１０を用いている。【００３１】  そして、測定モード切換用のスイッチとして、リレーＲＬおよび制御用スイッチＴＲ−ＳＷを設けて、マイクロコンピュータ３の制御下において、バッテリパック１を搭載する自動車のスタータスイッチのオンに応してリレーＲＬが付勢されて、そのリレー接点が閉成することによって測定モードに入るようになっている。【００３２】  また、ここでは、マイクロコンピュータ３の制御下において、インターフェイス４を介して、ＳＷ１〜ＳＷ９までのオン、オフの切換えを行わせるようにしている。そして、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９を交互にオン状態にしたときの測定電圧をバッファ増幅器ＢＦを通して読み込んで、デジタル値に変換したうえで、各電気二重層コンデンサＣ１〜Ｃ１０の蓄電圧を演算によって求めるようにしている。図中、５は定電圧回路である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】  本発明によれば、簡単な回路構成および測定手段により、バッテリパックにあって、複数の蓄電素子が直列に接続された蓄電素子アレイにおける各蓄電素子の端子電圧および全電圧を、特にダイナミックレンジの高い測定手段を用いなくとも、高精度にかつ迅速に測定することができるようになり、産業上有益となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による蓄電圧検出装置の基本的な構成例を示す電気回路図である。
【図２】図１の回路構成にあって、スイッチＳＷ１をオン状態にしたときに形成される等価的なブリッジ回路を示す図である。
【図３】図１の回路構成にあって、スイッチＳＷ５をオン状態にしたときに形成される等価的なブリッジ回路を示す図である。
【図４】本発明による蓄電圧検出装置の具体的な構成例を示す電気回路図である。
【図５】従来のバッテリアレイにおける各バッテリ電圧測定用回路の構成例を示す電気回路図である。
【図６】従来のバッテリアレイにおける各バッテリ電圧測定用回路の他の構成例を示す電気回路図である。
【符号の説明】
【００３５】１  バッテリパック
２  電圧測定回路
３  マイクロコンピュータ
４  インターフェイス
５  定電圧回路
【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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