(57)【要約】【課題】各電池１が選択を完了した後にも放電が行われるようにすることにより、各電池１のバランスを取るための放電を迅速に行うことができる電池管理装置を提供する。【解決手段】複数の電池１を直列接続した組電池において、マイクロコンピュータ４からの電池選択信号とトリガ信号に基づき、パルストランス３を介して各電池１を選択する電池選択回路と、この電池選択回路により選択された各電池１の電圧をマイクロコンピュータ４に入力する電池電圧検出回路とを備えると共に、各電池１ごとに、電池選択回路により選択された当該電池１を放電させる放電回路５と、当該電池１の選択完了後にもこの電池１を放電回路５で放電させる積分コンデンサＣＩとを備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を接続した組電池を管理する電池管理装置において、
マイクロコンピュータからの選択信号に基づき各電池を選択する電池選択回路と、この電池選択回路により選択された各電池の電圧をマイクロコンピュータに入力する電池電圧検出回路とを備えると共に、
各電池ごとに、電池選択回路により選択された当該電池を放電させる電池放電回路と、当該電池の選択完了後にこの電池を電池放電回路で放電させる放電維持回路とを備えたことを特徴とする電池管理装置。
【請求項２】
前記放電維持回路が電池の放電を当該電池の選択完了後に所定の放電維持時間に限り維持するものであることを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を管理する電池管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車等のバッテリに用いる組電池には、直列に接続された各電池の電圧をマイクロコンピュータで監視して、この電圧が異常に高い電池を放電させることによりバランスを取る電池管理装置を設ける場合がある。このような電池管理装置の従来の構成例を図３に示す。
【０００３】
この従来例では、各電池１は、非水電解質二次電池からなり、多数の電池１が直列に接続されている。そして、これらの各電池１は、選択維持回路２を介してパルストランス３の一次巻線に接続されている。選択維持回路２は、パルストランス３と共にブロッキング発振器として動作する回路であり、この選択維持回路２のＦＥＴ１がＯＮの場合にのみ電池１の電圧がパルストランス３の一次巻線に印加されるようになっている。パルストランス３は、当該電池１の電圧をこの電池１側からマイクロコンピュータ４側に絶縁して伝送するためのアイソレーション用のトランスである。
【０００４】
上記各電池１に接続されたパルストランス３の二次巻線は、それぞれ一端がＦＥＴ２を介して接地されている。そして、これらのパルストランス３の二次巻線の他端は、一括してマイクロコンピュータ４の１個のアナログ入力端子ＡＩＮに接続されると共に、１個のＦＥＴ３を介して電源ＶＤＤに接続され、また、１個のＦＥＴ４を介して接地されている。各ＦＥＴ２は、ゲート端子がマイクロコンピュータ４の対応するディジタル出力端子Ｄ１〜Ｄｎ（ｎは電池１の個数）に接続されて、このディジタル出力端子Ｄ１〜ＤｎがＨレベル（電池選択信号）になるとＯＮとなる。また、ＦＥＴ３は、マイクロコンピュータ４のディジタル出力端子ＤＴバーがＬレベル（トリガ信号）になるとＯＮになり、ＦＥＴ４は、ディジタル出力端子ＤＤがＨレベル（放電指示信号）になるとＯＮになる。
【０００５】
上記電池管理装置は、マイクロコンピュータ４がディジタル出力端子Ｄ１〜ＤｎのいずれかをＨレベルとして電池選択信号を出力することにより、対応する電池１に接続されたパルストランス３のＦＥＴ２をＯＮにして、この電池１を選択するようになっている。また、２以上のディジタル出力端子Ｄ１〜Ｄｎを同時にＨレベルにすると、複数の電池１を同時に選択したことになる。そして、このマイクロコンピュータ４が電池１を選択した状態で、ディジタル出力端子ＤＴバーを短時間Ｌレベルにして短いパルス状のトリガ信号を出力すると、この間だけＦＥＴ３がＯＮとなり、選択された電池１のパルストランス３の二次巻線にだけ短時間電流が流れる。すると、このパルストランス３の一次巻線に電圧が誘起されて、選択された電池１の選択維持回路２がブロッキング発振器として単発の発振動作を行い、トリガ信号が出力されなくなった後にも所定の選択維持時間だけＦＥＴ１のＯＮ状態が持続する。そして、この選択維持回路２のＦＥＴ１がＯＮになると、ＦＥＴ２も電池選択信号によりＯＮとなっているので、パルストランス３が当該電池１の電圧をマイクロコンピュータ４のアナログ入力端子ＡＩＮに伝送する。従って、マイクロコンピュータ４は、電池１を選択した状態でトリガ信号を出力すると、このトリガ信号の後の選択期間内の選択維持時間の間に、選択した電池１の電圧をアナログ入力端子ＡＩＮから入力することができる。
【０００６】
マイクロコンピュータ４は、上記のようにして組電池の各電池１を順に選択しながらそれぞれの選択の初期にトリガ信号を出力することにより、これらの電池１の電圧を順に検出する。また、このようにして全ての電池１を選択し終えると、再び最初の電池１から順に選択を行い、この選択走査処理を繰り返すことにより、各電池１の電圧を随時監視する。
【０００７】
そして、このようにして電池１の電圧を検出することにより、いずれかの電池１の電圧が異常に高いとマイクロコンピュータ４が判断した場合には、この異常な電池１の選択期間内におけるトリガ信号の出力が完了した直後から選択維持時間よりも十分に長い期間だけディジタル出力端子ＤＤをＨレベルにして放電指示信号を出力する。すると、この放電指示信号が出力されている間にＦＥＴ４がＯＮとなり、選択された電池１のパルストランス３の二次側が接地されて短絡されるので、トリガ信号の出力が完了した直後から選択維持時間だけＦＥＴ１がＯＮとなって、この電池１からパルストランス３を介して放電電流を流すことができる。そして、各電池１の選択走査処理の際に異常な電池１だけこの放電の処理を行えば、この選択操作処理の繰り返しに伴って、当該電池１の電圧が正常な値にまで低下するので、組電池の各電池１のバランスを取ることができる。なお、この放電処理を行っている間は、当該電池１の電圧を検出することができないので、例えば選択走査処理の何度かの繰り返しのたびに、当該電池１が選択されトリガ信号の出力が完了した後に放電指示信号を出力しない通常の電圧の検出処理を適宜挿入することにより、この電圧が正常に戻ったことを判断すればよい。
【０００８】
電池管理装置が上記のように各電池１の電圧を選択時にのみ検出するようにすれば、この電圧をマイクロコンピュータ４に入力する経路を極めて少なくすることができるので（図３の例では１個のアナログ入力端子ＡＩＮで足りる）、使用するＡ−Ｄ変換回路の個数を大幅に減少させることができ、しかも、電池１の個数が多い場合にも、使用するマイクロコンピュータ４の個数を減少させることができる（図３の例では１個のマイクロコンピュータ４で足りる）。
【０００９】
ところが、従来の電池管理装置は、このように電池１の選択走査処理が繰り返される間に放電を行っていたので、当該電池１が選択されたときに限り、しかも選択期間中の所定の選択維持時間にだけ放電が行われることになり、選択走査処理の繰り返しの中で、全ての電池１の個数分の１よりもさらに小さいデューティ比で放電が断続的に短時間だけ行われることになり、必要量の放電を行うために長時間を要するという問題が生じていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、各電池が選択を完了した後にも放電が行われるようにすることにより、各電池のバランスを取るための放電に長時間を要するという問題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、複数の電池を接続した組電池を管理する電池管理装置において、マイクロコンピュータからの選択信号に基づき各電池を選択する電池選択回路と、この電池選択回路により選択された各電池の電圧をマイクロコンピュータに入力する電池電圧検出回路とを備えると共に、各電池ごとに、電池選択回路により選択された当該電池を放電させる電池放電回路と、当該電池の選択完了後にこの電池を電池放電回路で放電させる放電維持回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、前記放電維持回路が電池の放電を当該電池の選択完了後に所定の放電維持時間に限り維持するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、放電維持回路が電池の選択完了後にその電池を電池放電回路で放電させることができるので、電池が選択されている期間にかかわりなく、即ち、他の電池が選択されている期間にも、長時間にわたって放電させることができるようになる。このため、特定の電池の放電を迅速に行うことができ、これによって他の電池の電圧の検出処理が妨げられることもなくなる。
【００１４】
なお、電池放電回路は、基本的には、マイクロコンピュータが電池を選択した際に、別途放電が指示されたときにのみ放電を行うようにすればよいが、電池の選択の際に常に放電を行うようにすることもできる。電池の選択の際に常に放電を行う場合には、各電池の電圧を検出するための選択走査処理の繰り返しの間にも全ての電池が放電されることになるが、電池の個数が多く、放電維持回路による選択完了後の放電を比較的短い時間にすることにより、個々の電池にとっては、デューティ比の小さい短時間の放電とすることができ、これによる電力の無駄をほとんど生じないようにすることができる。そして、この場合に１個又は複数の特定の電池の放電を行わせるには、全ての電池の選択走査処理を一旦中断して、これらの電池だけを同時に又は順に繰り返し選択すればよく、複数の電池を順に選択する場合にも、各電池の放電が他の電池の選択期間にも維持されるので、放電を迅速に行うことができる。しかも、これにより、選択走査処理の中断時間も短縮することができる。
【００１５】
また、この電池放電回路は、電池の選択期間中には、放電を行ってもよいし、行わなくてもよい。電池の選択期間中に放電を行わない場合には、この選択後にのみ放電維持回路によって放電が行われることになる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、電池の放電が選択完了後に放電維持時間が経過すると自動的に停止するようになる。従って、例えば電池を選択した際に常に放電が行われる場合に、放電維持回路による選択完了後の放電を比較的短時間に限定することができるようになる。即ち、放電維持回路が一旦放電を開始すると永続的にこの放電を維持するようなものである場合に、この放電を比較的短時間に限定するには放電の停止を指示する必要があるが、この放電が放電維持時間に限られていれば、このような放電停止の指示は不要となる。また、放電を永続的に維持するには、この状態をフリップフロップ回路等で記憶するために電力を供給し続ける必要があるが、放電維持時間だけ維持できればよいのであれば、例えばトランジスタと積分コンデンサ等を用いたような簡単な回路で放電維持回路を構成することができるようになる。ここで、放電を所定の放電維持時間に限り維持するとは、放電電流がこの放電維持時間経過後に突然遮断される場合に限らず、徐々に減衰して放電維持時間経過後に流れなくなるような場合も含む。
【００１７】
ただし、電池が選択されても、放電が指示されなければ放電が行われない場合には、放電維持回路が永続的に放電を維持するものであっても、この放電を比較的短時間に限定する必要がない限り、特に放電停止を指示する必要はなく、次回の当該電池の選択時に放電を指示しないことにより、前回選択時から維持されていた放電を停止させることはできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図２を参照して説明する。なお、これら図１〜図２においても、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１９】
本実施形態は、図３に示した従来例と同様に、非水電解質二次電池からなる多数の電池１を直列に接続した組電池を１個のマイクロコンピュータ４によって管理する電池管理装置であって、このマイクロコンピュータ４により各電池１を選択して電圧を検出すると共に、この電圧が異常な電池１に放電を行わせることにより、組電池の各電池１のバランスを取るようにしたものである。ただし、本実施形態の電池管理装置は、図１に示すように、各電池１にそれぞれ放電回路５が接続されている。従って、各電池１の放電電流は、パルストランス３を介したマイクロコンピュータ４側ではなく、このパルストランス３よりも電池１側の放電回路５を流れるようになっている。そして、これに伴って、図３の従来例に示した放電電流を流すためのＦＥＴ４は用いられない。また、各電池１は、選択の際に常にこの放電回路５を通して放電されるようになっているため、マイクロコンピュータ４は、放電指示信号を出力する必要がないので、図３の従来例に示したディジタル出力端子ＤＤも設けられていない。
【００２０】
上記放電回路５は、放電トランジスタＱＤがＯＮとなった場合に、電池１からの放電電流がこの放電トランジスタＱＤと放電抵抗ＲＤを流れるようになった回路である。そして、この放電トランジスタＱＤは、当該電池１が選択されて選択維持回路２のＦＥＴ１がＯＮになることによりＯＮとなる。また、この放電トランジスタＱＤには、積分コンデンサＣＩが接続されているので、トリガ信号が出力されなくなってからＦＥＴ１が選択維持時間経過後にＯＦＦに戻っても、直ちにＯＦＦになることはなく、所定の放電維持時間を掛けて徐々にＯＦＦに戻る。
【００２１】
この結果、マイクロコンピュータ４がディジタル出力端子Ｄ１〜ＤｎのいずれかをＨレベルとして電池選択信号を出力することにより、対応する１個の電池１が選択されると、当該電池１のパルストランス３の二次側のＦＥＴ２がＯＮとなる。次に、ディジタル出力端子ＤＴバーをＬレベルとしてトリガ信号を出力することによりＦＥＴ３がＯＮになると、パルストランス３の一次巻線に電圧が誘起されて選択維持回路２のＦＥＴ１がＯＮになる。また、このＦＥＴ１がＯＮとなることにより、放電回路５の放電トランジスタＱＤもＯＮとなり、当該電池１からの放電電流が放電回路５に流れ始める。そして、選択維持回路２の単発発振動作により、トリガ信号が出力されなくなった後も所定の選択維持時間だけＦＥＴ１のＯＮ状態が維持されると、この間に当該電池１の電圧がパルストランス３を介してマイクロコンピュータ４のアナログ入力端子ＡＩＮに伝送されると共に、放電回路５でも、放電トランジスタＱＤがＯＮ状態のままとなり、放電が継続される。なお、本実施形態では、電池選択信号とトリガ信号との組み合わせにより実際の電池１の選択が行われるので、このＦＥＴ１がＯＮとなっている間が本来の電池１が選択されている期間となる。
【００２２】
ここで、選択維持時間の経過に伴って放電が停止すれば、従来例と同様の放電が行われることになる。しかしながら、本実施形態では、選択維持時間が経過しＦＥＴ１がＯＦＦに戻っても、放電回路５の積分コンデンサＣＩによって所定の放電維持時間だけ放電トランジスタＱＤのＯＮ状態乃至能動状態が維持されるので、放電電流が減衰しながら流れることになる。従って、先の電池１の選択が完了し、次の電池１が選択されても、先の電池１からの放電電流は、放電維持時間が経過するまで放電回路５に流れ続けるため、従来例のように選択期間中の選択維持時間にだけ放電が行われる場合よりも多くの放電電流を放出することができるようになる。しかも、放電回路５は、従来例のようにマイクロコンピュータ４側で共用されるのではなく、電池１ごとに設けられているので、先の電池１の放電中に、次の電池１を選択して電圧を検出することも可能となる。さらに、複数の電池１を同時に選択して、これらの電池１を同時に放電させることもできる。
【００２３】
上記構成により、本実施形態の電池管理装置は、各電池１を順に選択する選択走査処理によってこれらの電池１の電圧を検出し、いずれかの電池１の電圧が異常に高いと判断した場合には、この選択走査処理を一旦中断して、当該電池１だけを繰り返し選択することにより、放電電流が放電回路５に連続的に流れるようにすることができる。特に、電圧が異常に高いと判断された電池１が複数ある場合に、これらの電池１だけを同時に又は順に繰り返し選択すれば、複数の電池１の放電電流が同時にそれぞれの放電回路５に連続的に流れるようにすることができるので、短時間でこの放電を完了し、早期に選択走査処理を再開することができるようになる。また、選択走査処理を一巡するまでの途中に、本来１回しか選択しない当該電池１を適宜回数余計に選択することにより、この選択走査処理の期間の多くの時間に当該電池１の放電が行われるようにすることもでき（放電のデューティ比が大きくなる）、これによって選択走査処理を中断する必要もなくなる。
【００２４】
なお、本実施形態の電池管理装置では、電池１を選択してトリガ信号を送るだけで放電が行われるので、各電池１の電圧を検出するための選択走査処理を行っている間にも、これらの電池１は、選択のたびに放電維持時間よりも少し長い時間にわたって放電されることになる。ただし、電池１の個数が十分に多ければ、全ての電池１の選択が一巡するための走査期間に比べて放電維持時間が十分に短くなるようにすることにより、選択走査処理を繰り返し行っても、放電が行われている期間のデューティ比を小さくすることができ、これによる電力の無駄をほとんど生じないようにすることができる。また、電圧が異常に高い複数の電池１だけを順に繰り返し選択する場合には、これら複数の電池１の選択が一巡するための期間よりも放電維持時間の方が長くなるようにすることにより、放電を効率良く行うことができるようになる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の電池管理装置によれば、放電回路５が電池１の選択完了後にも放電電流を流し続けることができるので、組電池のバランスを取るための電池１の放電を迅速に行うことができるようになる。
【００２６】
上記構成の本実施形態では、マイクロコンピュータ４からの電池選択信号によりＯＮとなるＦＥＴ２と、トリガ信号によりＯＮとなるＦＥＴ３と、パルストランス３と、このパルストランス３を含む選択維持回路２からなるブロッキング発振回路とが電池１を選択するための電池選択回路となり、この電池選択回路によって選択された電池１の電圧をマイクロコンピュータ４のアナログ入力端子ＡＩＮに伝送するパルストランス３が電池電圧検出回路となる。また、積分コンデンサＣＩを除く放電回路５が電池放電回路となり、この放電回路５に積分コンデンサＣＩを接続した回路が放電維持回路となる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、各電池１ごとにパルストランス３を１個ずつ設ける場合を示したが、図２に示すように、各パルストランス３を隣接する電池１，１で極性を逆にして用いることにより、２個の電池１，１で１個のパルストランス３を共用し、これらのパルストランス３の個数を半減させることもできる。ただし、この場合には、パルストランス３を共用する各２個ずつの電池１，１のうちの一方の電圧を入力するためのアナログ入力端子ＡＩＮ１と他方の電圧を入力するためのアナログ入力端子ＡＩＮ２とをマイクロコンピュータ４に別個に設ける必要がある。また、トリガ信号も、ディジタル出力端子ＤＴ１バーとディジタル出力端子ＤＴ２バーから別個に出力し、ＦＥＴ３１やＦＥＴ３２を用いてパルストランス３の二次巻線の一端や他端を電源ＶＤＤに接続するようにしなければならない。しかも、同じパルストランス３に接続された２個の電池１，１は、トリガ信号が逆極性となるため、同時に選択することはできない。従って、このように同じパルストランス３に接続された電池１，１を共に放電する場合には、これらを交互に選択することになるが、それぞれの電池１の放電は、他方が選択されている間も継続して連続的に行うことができる。
【００２８】
また、上記実施形態では、トリガ信号で選択維持回路２とパルストランス３からなるブロッキング発振回路を単発発振させて時定数で定まる所定の選択維持時間だけ電池１の選択状態を持続させるようにしたが、例えばフリップフロップ回路等の記憶回路を用いて選択設定のためのトリガ信号を送ってから選択解除のためのトリガ信号を送るまでの期間だけ電池１を選択状態とするようにしてもよい。さらに、上記実施形態では、電池選択回路と電池電圧検出回路とが同じパルストランス３を共用するために、このようなトリガ信号を用いて電池１の選択状態を維持しなければならなかったが、例えば電池電圧検出回路のパルストランス３とは別のパルストランスを設けて電池選択回路を構成した場合には、電池選択信号だけで電池１の本来の選択が可能であり、トリガ信号を用いる必要がなくなる。
【００２９】
また、上記実施形態では、電池１が電圧の検出のためだけに選択された場合にも放電が行われる場合を示したが、この電池１が選択されても、放電が指示されなければ放電が行われないようにすることもできる。そして、この場合には、各電池１を順に選択する選択走査処理を繰り返し行って電圧を随時検出しながら、特定の電池１を選択したときにだけ放電を行わせるようにすることもできる。即ち、この場合には、所定の放電維持時間を全ての電池１の選択が一巡するための走査期間よりも長くしたり、永続的に放電が維持されるようにすることもできるので、他の電池１が選択されている間にも常に放電を持続させることができるようになる。もっとも、放電が永続的に維持される場合には、当該電池１の電圧が正常に戻ったときに、放電を停止させる指示を行ったり、次の選択時に放電を指示しないようにすることにより、この放電を停止させる必要がある。ところで、このようにして選択走査処理の間に電池１の放電を行わせると、この電池１の電圧を検出することができないが、例えば何度かの選択走査処理の繰り返しごとに、当該電池１の放電を一次中断させて通常の電圧の検出を行うようにすれば、この電圧が正常に戻ったことを判断することができる。また、選択期間が十分に長ければ、前半で電圧を検出して後半で放電を指示するようにすることもでき、当該電池１の選択期間だけ長くしたり連続して選択を行うようにして、この選択期間の後半や２度目の選択期間に放電を指示することもできる。ただし、電池電圧検出回路のパルストランス３を介してこのような放電の指示を行うことはできないので、例えば別のパルストランスを介してマイクロコンピュータ４から放電回路５に放電を指示するようにする必要がある。
【００３０】
また、上記実施形態では、パルストランス３を用いる場合を示したが、信頼性等に支障がなければフォトカプラ等を用いてアイソレーションを行うこともできる。ただし、パルストランス３は双方向の伝送が可能であるが、フォトカプラは、片方向の伝送しかできないので、電池選択回路と電池電圧検出回路が同じフォトカプラを共用することはできない。もっとも、アイソレーションが不要であれば、このようなパルストランス３やフォトカプラ等を用いることなく、ＦＥＴ等のスイッチ回路や抵抗器等だけで、電池選択回路と電池電圧検出回路と電池放電回路等を構成することもできる。
【００３１】
また、上記実施形態では、マイクロコンピュータ４がＡ−Ｄ変換回路を内蔵したアナログ入力インターフェイスを備えている場合を示したが、外付けのＡ−Ｄ変換回路を介してディジタル入力端子から入力を行うようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、電池１がｎ個あり、マイクロコンピュータ４には、これらの電池１を選択するためのディジタル出力端子Ｄ１〜Ｄｎがｎ個ある場合を示したが、このマイクロコンピュータ４が複数の電池１を同時に選択することがない場合には、ｎ個のディジタル出力端子Ｄ１〜Ｄｎと各ＦＥＴ２との間をデコーダ（デマルチプレクサ）を介して接続することにより、２ｎ個の電池１の選択制御を行うことができるようになる。この場合、マイクロコンピュータ４は、ディジタル出力端子Ｄ１〜Ｄｎから２進数を出力することにより、この２進数に対応する１個の電池１だけを選択することになる。
【００３２】
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池の組電池を管理する電池管理装置について説明したが、組電池に用いる電池の種類は任意である。さらに、この組電池は、電池を全て直列接続したものに限らず、並列接続したものや直列接続と並列接続を組み合わせたものであってもよい。さらに、この組電池の各電池は、単電池に限らず、複数の単電池を内部で接続したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、電池管理装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、パルストランスを共用した電池管理装置の他の構成を示す回路図である。
【図３】従来例を示すものであって、電池管理装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  電池
２  選択維持回路
３  パルストランス
４  マイクロコンピュータ
５  放電回路
【図１】
2005304276.tif 000003
【図２】
2005304276.tif 000004
【図３】
2005304276.tif 000005