(57)【要約】【課題】二次電池の寿命をより容易に延長すること。【解決手段】二次電池１７−ｉの電圧が所定の範囲に含まれているか判別するウインドウコンパレータ７−１と、その電圧を増幅後電圧に増幅する増幅器８−１と、その電圧がその範囲に含まれているときに、その増幅後電圧をＡ／Ｄ入力ノード２６に印加し、その範囲に含まれていないときに、その電圧をＡ／Ｄ入力ノード２６に印加するＡ／Ｄ入力切替スイッチ１０と、Ａ／Ｄ入力ノード２６に印加されるＡ／Ｄ入力電圧に基づいて電圧値を算出するＡ／Ｄ変換器１１と、その電圧値に基づいて出力電圧値を算出する制御ブロック１２とを備えている。このようなバッテリ監視装置１は、Ａ／Ｄ変換器１１の分解能を上げることなく、二次電池１７−ｉの電圧をより高精度に測定することができ、その出力電圧値に基づいて二次電池１７−ｉを充放電させて寿命をより延長させることができる。【選択図】図３
2013124927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の正極と負極との間の電圧が所定の範囲に含まれているかどうかを判別するウインドウコンパレータと、
前記電圧を増幅後電圧に増幅する増幅器と、
前記電圧が前記範囲に含まれているときに、前記増幅後電圧をＡ／Ｄ入力ノードに印加し、前記電圧が前記範囲に含まれていないときに、前記電圧を前記Ａ／Ｄ入力ノードに印加するＡ／Ｄ入力切替スイッチと、
前記Ａ／Ｄ入力ノードに印加されるＡ／Ｄ入力電圧に基づいて電圧値を算出するＡ／Ｄ変換器と、
前記電圧が前記範囲に含まれているかどうかと前記電圧値とに基づいて出力電圧値を算出する制御ブロック
とを具備するバッテリ監視装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記電圧が所定の他の範囲に含まれているかどうかを判別する他のウインドウコンパレータと、
前記電圧を他の増幅後電圧に増幅する他の増幅器とをさらに具備し、
前記Ａ／Ｄ入力切替スイッチは、前記電圧が前記他の範囲に含まれているときに、前記他の増幅後電圧を前記Ａ／Ｄ入力ノードに印加し、
前記制御ブロックは、前記電圧が前記他の範囲に含まれているかどうかにさらに基づいて前記出力電圧値を算出する
バッテリ監視装置。
【請求項３】
請求項１〜請求項２のいずれか一項において、
コンデンサと、
前記二次電池を含む複数の電池と前記コンデンサとの間に介設される第１スイッチと、
第２スイッチと、
コントローラとをさらに具備し、
前記コントローラは、前記電圧に対応する電荷が前記コンデンサに充電されるように、前記第１スイッチを制御し、前記複数の電池と前記コンデンサとが電気的に切断されたときに、前記電荷により前記Ａ／Ｄ入力電圧が前記Ａ／Ｄ入力ノードに印加されるように、前記第２スイッチを制御する
バッテリ監視装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されるバッテリ監視装置と、
前記二次電池
とを具備するバッテリ監視システム。
【請求項５】
二次電池の正極と負極との間の電圧が所定の範囲に含まれているかどうかを判別するウインドウコンパレータと、
前記電圧を増幅後電圧に増幅する増幅器と、
前記電圧が前記範囲に含まれているときに、前記増幅後電圧をＡ／Ｄ入力ノードに印加し、前記電圧が前記範囲に含まれていないときに、前記電圧を前記Ａ／Ｄ入力ノードに印加するＡ／Ｄ入力切替スイッチと、
前記Ａ／Ｄ入力ノードに印加されるＡ／Ｄ入力電圧に基づいて電圧値を算出するＡ／Ｄ変換器と、
前記電圧が前記範囲に含まれているかどうかと前記電圧値とに基づいて出力電圧値を算出する制御ブロックとを備える
バッテリ監視装置
を用いて実行されるバッテリ監視方法であり、
前記出力電圧値を収集するステップと、
前記出力電圧値に基づいて前記二次電池を充放電させるステップ
とを具備するバッテリ監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ監視装置に関し、特に、二次電池の電圧に基づいてその二次電池の充放電を制御するときに利用されるバッテリ監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電によって繰り返し使用することができる二次電池が知られている。その二次電池としては、ニッケル水素電池や、エネルギー密度や出力密度に優れたリチウムイオンバッテリが例示される。このような二次電池は、ハイブリッド車、電気自動車に搭載されるときに、単一セル（約４．２Ｖ）が直列に多重接続された組電池に形成されることにより、高電圧（たとえば、４２０Ｖ）を実現している。図１は、一般的なリチウムイオン電池の放電特性を示している。その放電特性１２１は、そのリチウムイオン電池の放電容量に対してそのリチウムイオン電池のセル電圧が単調に減少することを示している。バッテリの実効容量と寿命（充放電回数）とは、一般的に、トレードオフの関係にある。すなわち、そのリチウムイオン電池は、実効容量を制限することにより、長期寿命を実現することができる。このため、二次電池は、ハイブリッド車や電気自動車のように長期寿命が求められる場合に、放電容量がより高精度に測定されることが望まれ、セルの電圧が高精度に測定されることが望まれている。
【０００３】
特開２００６−２８４５３８号公報には、組電池の総電圧などを安価に精度よく効率よく検出できる電圧検出装置が開示されている。図２は、公知の組電池圧力検出装置を示している。その組電池圧力検出装置は、電圧検出部１１１と基準電位生成部１１２と差動増幅回路１１３とＡ／Ｄ変換器１１６と制御ブロック１１７とを備えている。その組電池圧力検出装置により電圧が検出される組電池１０１は、ニッケル水素電池、リチウム電池といった２次電池を単一セルとして複数個を多重接続した組電池である。組電池１０１の単一セルあたりの実用電圧範囲は２Ｖ付近〜４．３Ｖ付近であるが、総電圧は数１００Ｖとなる。組電池１０１は、総電圧最大５００Ｖの電圧とする。このような組電池１０１は、放電できなくなる電圧は必ずしも０Ｖ付近ではない。例えば、総電圧が２００Ｖ付近まで低下すると電圧が残っていても放電できなくなる。すなわち、組電池１０１の実使用電圧範囲は、２００Ｖ〜５００Ｖとなる。
【０００４】
電圧検出部１１１は、組電池１０１の０〜５００Ｖの電圧範囲を、１／１００の比率で変換して０〜５Ｖを出力し、差動増幅回路１１３に入力する。基準電位生成部１１２は、２Ｖの基準電位を生成して出力する。基準電位は、組電池１０１の実使用電圧範囲の下限値に対応する電圧検出部１１１の出力電圧値であり、組電池１０１の実使用電圧範囲の下限値２００Ｖを１／１００した値である。組電池１０１の実使用電圧範囲の下限値とは、組電池１０１が正常に動作（充放電）しているとき、それ以上に下がらないとする電圧でもある。
【０００５】
差動増幅回路１１３は、電圧検出部１１１からの電圧と基準電位生成部１１２からの電圧の差分を所定の増幅率で増幅して出力する。その所定の増幅率は、５／３倍である。すなわち、差動増幅回路１１３は、電圧検出部１１１からの電圧と基準電位生成部１１２からの電圧の差分の最大値がＡ／Ｄ変換器１１６のフルスケールである５Ｖの値となるように増幅する。
【０００６】
Ａ／Ｄ変換器１１６は、０〜５Ｖの範囲を８ビット（２５６階調）の分解能で測定する。Ａ／Ｄ変換器１１６は、差動増幅回路１１３からのアナログ電圧をデジタル値に変換し、制御ブロック１１７に渡す。制御ブロック１１７は、Ａ／Ｄ変換器１１６からの出力電圧値を３／５倍し、基準電位を足し算し、１００倍して組電池１０１の電圧を求める。すなわち、差動増幅回路１１３で増幅された電圧の値と、差動増幅回路１１３の増幅率と、電圧検出部１１１の変換比率と、基準電圧の値とに基づき、組電池１０１の電圧値を求める。なお、基準電位に相当する組電池１０１の電圧を最後に足すように計算してもよい。
【０００７】
このような組電池圧力検出装置によれば、組電池１０１の２００Ｖ〜５００Ｖの電位差３００Ｖが、Ａ／Ｄ変換器１１６のフルスケール５Ｖで入力されることにより、３００／２５６＝１．１７Ｖの分解能で測定されることができる。すなわち、このような組電池圧力検出装置は、図１の実使用電圧範囲１２２に対応する範囲の電圧を高精度に測定することができ、組電池１０１の電圧０〜５００Ｖが、電圧検出部１１１で電圧変換されてそのままＡ／Ｄ変換器１１６に入力される他の組電池圧力検出装置に比較して、分解能が向上し、高精度な電圧測定が可能となる。
【０００８】
特開２００２−０６２３４１号公報には、マイコンの分解能を考慮して充放電電流に応じて個別の電流検出回路を設けることにより精度の良い電気自動車用バッテリシステムの電流検出方式が開示されている。その電気自動車用バッテリシステムの電流検出方式は、複数の電池セルを直列接続して構成されるバッテリからインバータを介して走行用モータへ駆動電流を供給する電気自動車用バッテリシステムにおいて、前記バッテリの充放電電流を検出する検出手段、前記検出手段により検出された検出電流を入力としかつ異なる増幅率を有する放電専用と充電専用の各増幅手段、前記各増幅手段からの出力を入力として選択された出力を行う切替手段、および前記切替手段からの出力を一定ビット数のＡ／Ｄ変換器を介して入力され必要な演算処理を行う演算手段を備え、前記演算手段で算出された平均電流値に基づく学習により前記各増幅手段の増幅率を変更するようにしたことを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２８４５３８号公報
【特許文献２】特開２００２−０６２３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
仮に、図２の組電池圧力検出装置で、二次電池のセル電圧上限が４．５Ｖであり、基準電圧生成部１１２の電圧が２Ｖであり、Ａ／Ｄ変換器１１６がフルスケール５Ｖで８ｂｉｔの分解能を有するとすると、２．５／２５６＝９．８ｍＶの検出精度となる。この場合、セル電圧の上限を４．５Ｖ−９．８ｍＶに設定する必要があり、電池の実効容量が低下するという問題がある。セル電圧検出精度を上げる手段としてＡ／Ｄ変換器１１６の分解能を上げることが考えられるが、本システムをディスクリート部品で構成した場合には高価なＡ／Ｄ変換器１１６が必要となる。またＩＣで構成した場合にはチップ面積が増加し結果としてコストＵＰにつながるといった問題がある。
本発明の課題は、二次電池の充放電をより高精度に制御するバッテリ監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、発明を実施するための形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明によるバッテリ監視装置（１）は、二次電池（１６）（１７−ｉ）の正極と負極との間の電圧が所定の範囲（３３）（３４）に含まれているかどうかを判別するウインドウコンパレータ（７−１）（７−２）と、その電圧を増幅後電圧に増幅する増幅器（８−１）（８−２）と、その電圧が範囲（３３）（３４）に含まれているときに、その増幅後電圧をＡ／Ｄ入力ノード（２６）に印加し、その電圧が範囲（３３）（３４）に含まれていないときに、その電圧をＡ／Ｄ入力ノード（２６）に印加するＡ／Ｄ入力切替スイッチ（１０）と、Ａ／Ｄ入力ノード（２６）に印加されるＡ／Ｄ入力電圧に基づいて電圧値を算出するＡ／Ｄ変換器（１１）と、その電圧が範囲（３３）（３４）に含まれているかどうかとその電圧値とに基づいて出力電圧値を算出する制御ブロック（１２）とを備えている。このようなバッテリ監視装置（１）は、Ａ／Ｄ変換器（１１）の分解能を上げることなく、二次電池（１６）（１７−ｉ）の電圧をより容易に、より高精度に測定することができる。
【００１３】
本発明によるバッテリ監視装置（１）は、その電圧が所定の他の範囲（３４）（３３）に含まれているかどうかを判別する他のウインドウコンパレータ（７−２）（７−１）と、その電圧を他の増幅後電圧に増幅する他の増幅器（８−２）（８−１）とをさらに備えている。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ（１０）は、その電圧が他の範囲（３４）（３３）に含まれているときに、その他の増幅後電圧をＡ／Ｄ入力ノード（２６）に印加する。制御ブロック（１２）は、その電圧が他の範囲（３４）（３３）に含まれているかどうかにさらに基づいてその出力電圧値を算出する。
【００１４】
本発明によるバッテリ監視装置（１）は、コンデンサ（３）と、二次電池（１７−ｉ）を含んでいる複数の電池（１７−１〜１７−１００）とコンデンサ（３）との間に介設される第１スイッチ（２）と、第２スイッチ（５）と、コントローラ（１４）とをさらに備えている。コントローラ（１４）は、その電圧に対応する電荷がコンデンサ（３）に充電されるように、第１スイッチ（２）を制御し、複数の電池（１７−１〜１７−１００）とコンデンサ（３）とが電気的に切断されたときに、その電荷によりそのＡ／Ｄ入力電圧がＡ／Ｄ入力ノード（２６）に印加されるように、第２スイッチ（５）を制御する。
【００１５】
本発明によるバッテリ監視システムは、本発明によるバッテリ監視装置（１）と、二次電池（１６）（１７−ｉ）とを備えている。
【００１６】
本発明によるバッテリ監視方法は、バッテリ監視装置（１）を用いて実行されるバッテリ監視方法である。バッテリ監視装置（１）は、二次電池（１６）（１７−ｉ）の正極と負極との間の電圧が所定の範囲（３３）（３４）に含まれているかどうかを判別するウインドウコンパレータ（７−１）（７−２）と、その電圧を増幅後電圧に増幅する増幅器（８−１）（８−２）と、その電圧が範囲（３３）（３４）に含まれているときに、その増幅後電圧をＡ／Ｄ入力ノード（２６）に印加し、その電圧が範囲（３３）（３４）に含まれていないときに、その電圧をＡ／Ｄ入力ノード（２６）に印加するＡ／Ｄ入力切替スイッチ（１０）と、Ａ／Ｄ入力ノード（２６）に印加されるＡ／Ｄ入力電圧に基づいて電圧値を算出するＡ／Ｄ変換器（１１）と、その電圧が範囲（３３）（３４）に含まれているかどうかとその電圧値とに基づいて出力電圧値を算出する制御ブロック（１２）とを備えている。本発明によるバッテリ監視方法は、その出力電圧値を収集するステップと、その出力電圧値に基づいて二次電池（１６）（１７−ｉ）を充放電させるステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるバッテリ監視装置は、Ａ／Ｄ変換器の分解能を上げることなく、二次電池の電圧をより容易に、より高精度に測定することができる。その結果、本発明によるバッテリ監視装置は、二次電池の充放電をより高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、リチウムイオン電池の放電特性を示すグラフである。
【図２】図２は、公知の組電池圧力検出装置を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明によるバッテリ監視装置を示すブロック図である。
【図４】図４は、セルの充放電特性を示し、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照して、本発明によるバッテリ監視装置の実施の形態を記載する。そのバッテリ監視装置１は、図３に示されているように、スイッチ２とコンデンサ３とスイッチ５と複数の基準電位生成部６−１〜６−４と複数のウインドウコンパレータ７−１〜７−２と複数の増幅器８−１〜８−２とＡ／Ｄ入力切替スイッチ１０とＡ／Ｄ変換器１１と制御ブロック１２とコントローラ１４とを備えている。バッテリ監視装置１は、組電池１６とともに、バッテリ監視システムに形成されている。組電池１６は、複数のセル１７−１〜１７−１００を備えている。複数のセル１７−１〜１７−１００のうちの任意のセル１７−ｉ（ｉ＝１，２，３，…，１００）は、リチウムイオン電池から形成されている。組電池１６は、複数のセル１７−１〜１７−１００が直列接続されることにより形成されている。すなわち、セル１７−ｉは、正極がセル１７−（ｉ−１）の負極に電気的に接続され、負極がセル１７−（ｉ＋１）の正極に電気的に接続されている。セル１７−１の正極は、組電池１６の正極を形成している。セル１７−１００の負極は、組電池１６の負極を形成している。
【００２０】
組電池１６は、さらに、複数の端子を備えている。複数のセル１７−１〜１７−１００の各々の正極と負極とは、それぞれ、その複数の端子のうちのいずれかに電気的に接続されている。すなわち、その複数の端子は、端子１８と端子１９とを含んでいる。端子１８は、セル１７−ｉの正極に電気的に接続されている。端子１９は、セル１７−ｉの負極に電気的に接続されている。
【００２１】
組電池１６は、さらに、図示されていない負荷と充電装置とに電気的に接続されている。
その負荷としては、ハイブリッド車または電気自動車に搭載される推進装置を駆動するモータが例示される。組電池１６は、コントローラ１４に制御されることにより、その負荷に電力を供給する。その充電装置は、コントローラ１４に制御されることにより、複数のセル１７−１〜１７−１００を充電する。
【００２２】
バッテリ監視装置１は、さらに、複数のノードを備えている。その複数のノードは、ノード２１〜２６を含んでいる。スイッチ２は、コントローラ１４に制御されることにより、組電池１６が備える複数の端子のうちの１つの端子をノード２１に電気的に接続し、その複数の端子のうちのその端子を除く他の端子をノード２１から電気的に切断する。スイッチ２は、さらに、コントローラ１４に制御されることにより、その複数の端子のうちの他の１つの端子をノード２２に電気的に接続し、その複数の端子のうちのその端子を除く他の端子をノード２２から電気的に切断する。
【００２３】
コンデンサ３は、ノード２１とノード２２との間に介設されている。コンデンサ３は、ノード２１とノード２２との間に印加された電圧に対応する電荷を充電する。コンデンサ３は、さらに、その電圧がノード２１とノード２２との間に印加されるように、その充電された電荷を放電する。
【００２４】
スイッチ５は、コントローラ１４に制御されることにより、ノード２１をノード２３に電気的に接続したり、ノード２１をノード２３に電気的に切断したりする。スイッチ５は、さらに、コントローラ１４に制御されることにより、ノード２２を接地電位に電気的に接続したり、ノード２２をその接地電位から電気的に切断したりする。
【００２５】
複数の基準電位生成部６−１〜６−４のうちの第１基準電位生成部６−１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成する。複数の基準電位生成部６−１〜６−４のうちの第１基準電位生成部６−２は、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を生成する。複数の基準電位生成部６−１〜６−４のうちの第１基準電位生成部６−３は、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を生成する。複数の基準電位生成部６−１〜６−４のうちの第１基準電位生成部６−４は、第４基準電圧Ｖｒｅｆ４を生成する。第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、セル１７−ｉが過充電であるときのセル１７−ｉのセル電圧を示している。第２基準電圧Ｖｒｅｆ２は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さい電圧を示している。第３基準電圧Ｖｒｅｆ３は、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より十分に小さい電圧を示している。第４基準電圧Ｖｒｅｆ４は、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３より小さい電圧を示し、セル１７−ｉが過放電であるときのセル１７−ｉのセル電圧を示している。
【００２６】
複数のウインドウコンパレータ７−１〜７−２のうちの第１ウインドウコンパレータ７−１は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と第２基準電圧Ｖｒｅｆ２とノード２３に印加される電圧とに基づいて第１信号２７を生成する。第１信号２７は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれているかどうかを示している。その第１Ａ／Ｄ入力レンジは、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さく、かつ、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きい区間を示している。すなわち、第１信号２７は、ノード２３に印加される電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さく、かつ、その電圧が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きいときに、その電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていることを示している。第１信号２７は、ノード２３に印加される電圧が第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より大きいときに、または、その電圧が第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より小さいときに、その電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていないことを示している。
【００２７】
複数のウインドウコンパレータ７−１〜７−２のうちの第２ウインドウコンパレータ７−２は、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と第４基準電圧Ｖｒｅｆ４とノード２３に印加される電圧とに基づいて第２信号２８を生成する。第２信号２８は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれているかどうかを示している。その第２Ａ／Ｄ入力レンジは、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３より小さく、かつ、第４基準電圧Ｖｒｅｆ４より大きい区間を示している。すなわち、第２信号２８は、ノード２３に印加される電圧が第３基準電圧Ｖｒｅｆ３より小さく、かつ、その電圧が第４基準電圧Ｖｒｅｆ４より大きいときに、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていることを示している。第２信号２８は、ノード２３に印加される電圧が第３基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きいときに、または、その電圧が第４基準電圧Ｖｒｅｆ４より小さいときに、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていないことを示している。
【００２８】
複数の増幅器８−１〜８−２のうちの第１増幅器８−１は、いわゆる差動増幅回路であり、ノード２３に印加される電圧に対応する第１電圧をノード２４に印加する。その第１電圧は、ノード２３に印加される電圧から第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を減算した差に第１増幅率を乗算した積を示している。
【００２９】
複数の増幅器８−１〜８−２のうちの第２増幅器８−２は、いわゆる差動増幅回路であり、ノード２３に印加される電圧に対応する第２電圧をノード２４に印加する。その第２電圧は、ノード２３に印加される電圧から第４基準電圧Ｖｒｅｆ４を減算した差に第２増幅率を乗算した積を示している。
【００３０】
Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、第１信号２７と第２信号２８とに基づいて、ノード２３とノード２４とノード２５とのうちの１つのノードをノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧がその第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていることを第１信号２７が示しているときに、ノード２４をノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧がその第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていることを第２信号２８が示しているときに、ノード２５をノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧がその第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていないことを第１信号２７が示し、かつ、その電圧がその第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていないことを第２信号２８が示しているときに、ノード２３をノード２６に電気的に接続する。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器１１は、フルスケールが５Ｖに設定され、ノード２６に印加される電圧に基づいて出力電圧値を算出する。その出力電圧値は、８ｂｉｔで表現されている。その出力電圧値は、その電圧に比例している。たとえば、その出力電圧値は、ノード２６に印加される電圧が０Ｖであるときに、０を示し、ノード２６に印加される電圧が５Ｖであるときに、２５５を示している。
【００３２】
制御ブロック１２は、第１信号２７と第２信号２８とＡ／Ｄ変換器１１により算出された出力電圧値とに基づいてセル電圧を算出する。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧がその第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていることを第１信号２７が示しているときに、その出力電圧値をその比例係数で除算した商に第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を加算した和を示している。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧がその第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていることを第２信号２８が示しているときに、その出力電圧値をその比例係数で除算した商に第４基準電圧Ｖｒｅｆ４を加算した和を示している。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧がその第１Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていないことを第１信号２７が示し、かつ、その電圧がその第２Ａ／Ｄ入力レンジに含まれていないことを第２信号２８が示しているときに、その出力電圧値を示している。
【００３３】
コントローラ１４は、図示されていない記憶装置を備えている。コントローラ１４は、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数のセル電圧測定動作を１つずつ実行する。コントローラ１４は、その複数のセル電圧測定動作のうちのセル１７−ｉに対応するセル電圧測定動作が開始されると、まず、ノード２１がノード２３から電気的に切断されるように、かつ、ノード２２が接地電位から電気的に切断されるように、スイッチ５を制御する。コントローラ１４は、さらに、ノード２１がノード２３から電気的に切断され、かつ、ノード２２が接地電位から電気的に切断されているときに、組電池１６の複数の端子のうちの端子１８のみがノード２１に電気的に接続され、かつ、その複数の端子のうちの端子１９のみがノード２２に電気的に接続されるように、スイッチ２を制御する。
【００３４】
コントローラ１４は、セル１７−ｉのセル電圧に対応する電荷がコンデンサ３に充電された後に、その複数の端子の全部がノード２１から電気的に切断されるように、かつ、その複数の端子の全部がノード２２から電気的に切断されるように、スイッチ２を制御する。コントローラ１４は、その複数の端子の全部がノード２１またはノード２３から電気的に切断された後に、ノード２１がノード２３に電気的に接続されるように、かつ、ノード２２が接地電位に電気的に接続されるように、スイッチ５を制御する。
【００３５】
コントローラ１４は、ノード２１がノード２３に電気的に接続され、かつ、ノード２２が接地電位に電気的に接続されているときに、制御ブロック１２により算出されたセル電圧を制御ブロック１２から収集する。コントローラ１４は、そのセル電圧をセル１７−ｉに対応づけてその記憶装置に記録する。
【００３６】
コントローラ１４は、その複数のセル電圧測定動作を全て実行することにより、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数のセル電圧を測定する。その複数のセル電圧のうちのセル１７−ｉに対応するセル電圧は、セル１７−ｉのセル電圧を示している。すなわち、その複数のセル電圧測定動作のうちのセル１７−ｉに対応するセル電圧測定動作では、セル１７−ｉに対応するセル電圧が測定される。
【００３７】
コントローラ１４は、その複数のセル電圧に基づいて、組電池１６が放電するように、または、組電池１６が充電されるように、組電池１６を制御する。
【００３８】
なお、制御ブロック１２またはコントローラ１４は、コンピュータに置換されることもできる。そのコンピュータは、そのコンピュータにインストールされるコンピュータプログラムを実行することにより、制御ブロック１２またはコントローラ１４により実行される動作を実行する。
【００３９】
図４は、セル１７−ｉの充放電特性を示している。その充放電特性３１は、セル１７−ｉの放電容量に対してセル１７−ｉのセル電圧が単調に減少することを示している。すなわち、充放電特性３１は、さらに、セル１７−ｉの放電容量が実効容量範囲に含まれているときに、セル１７−ｉのセル電圧が過充電閾値電圧より小さく、かつ、セル１７−ｉのセル電圧が過放電閾値電圧より大きいことを示している。その実効容量範囲は、セル１７−ｉのセル電圧がその実効容量範囲に含まれるようにセル１７−ｉが充放電されるときに、セル１７−ｉのセル電圧がその実効容量範囲に含まれないようにセル１７−ｉが充放電されることに比較して、セル１７−ｉの寿命がより延長されるように（セル１７−ｉの充放電回数が所定回数より多くなるように）設定されている。たとえば、その実効容量範囲は、セル１７−ｉの放電容量が実効容量下限値（たとえば、３０％）より大きくなるように、かつ、セル１７−ｉの放電容量が実効容量上限値（たとえば、８０％）より小さくなるように、設定される。このとき、その過放電閾値電圧は、セル１７−ｉの放電容量が実効容量上限値であるときのセル１７−ｉのセル電圧を示している。このとき、その過充電閾値電圧は、セル１７−ｉの放電容量が実効容量下限値であるときのセル１７−ｉのセル電圧を示している。
【００４０】
図４は、さらに、第１ウインドウコンパレータ７−１により参照される第１Ａ／Ｄ入力レンジと第２ウインドウコンパレータ７−２により参照される第２Ａ／Ｄ入力レンジとを示している。その第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さく、かつ、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きい区間を示している。その第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４は、第３基準電圧Ｖｒｅｆ３より小さく、かつ、第４基準電圧Ｖｒｅｆ４より大きい区間を示している。第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３は、その過充電閾値電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれるように、設定されている。第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４は、その過放電閾値電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれるように、設定されている。すなわち、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と第２基準電圧Ｖｒｅｆ２とは、その過充電閾値電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれるように、設定される。第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と第４基準電圧Ｖｒｅｆ４とは、その過放電閾値電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれるように、設定される。
【００４１】
第１増幅器８−１は、第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３とＡ／Ｄ変換器１１のフルスケールとに基づいて第１増幅率が設定されている。その第１増幅率は、Ａ／Ｄ変換器１１のフルスケールを第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３の幅で除算した商を示している。第２増幅器８−２は、第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４とＡ／Ｄ変換器１１のフルスケールとに基づいて第２増幅率が設定されている。その第２増幅率は、Ａ／Ｄ変換器１１のフルスケールを第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４の幅で除算した商を示している。
【００４２】
このとき、コントローラ１４は、たとえば、セル１７−ｉがその過充電閾値電圧より大きいときに、セル１７−ｉがその負荷に電力を供給するように、組電池１６を制御する。コントローラ１４は、セル１７−ｉがその過放電閾値電圧より小さいときに、セル１７−ｉが充電されるように、その充電装置を制御する。または、コントローラ１４は、その複数のセル電圧に基づいて、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数の放電容量を算出する。その複数の放電容量のうちのセル１７−ｉに対応する放電容量は、セル１７−ｉの放電容量を示している。コントローラ１４は、セル１７−ｉの放電容量がその実効容量下限値より小さいときに、セル１７−ｉがその負荷に電力を供給するように、組電池１６を制御する。コントローラ１４は、セル１７−ｉの放電容量がその実効容量上限値より大きいときに、セル１７−ｉが充電されるように、その充電装置を制御する。
【００４３】
本発明によるバッテリ監視方法は、バッテリ監視装置１により実行され、二次電池電圧監視動作と充放電制御動作とを備えている。
【００４４】
その二次電池電圧監視動作は、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数のセル電圧測定動作を備えている。コントローラ１４は、その複数のセル電圧測定動作のうちのセル１７−ｉに対応するセル電圧測定動作が開始されると、まず、スイッチ５を制御することにより、ノード２１をノード２３から電気的に切断し、ノード２２を接地電位から電気的に切断する。コントローラ１４は、さらに、ノード２１がノード２３から電気的に切断され、かつ、ノード２２が接地電位から電気的に切断されているときに、スイッチ２を制御することにより、組電池１６の複数の端子のうちの端子１８のみをノード２１に電気的に接続し、その複数の端子のうちの端子１９のみをノード２２に電気的に接続する。
【００４５】
コントローラ１４は、セル１７−ｉのセル電圧に対応する電荷がコンデンサ３に充電された後に、スイッチ２を制御することにより、その複数の端子の全部をノード２１から電気的に切断し、その複数の端子の全部をノード２２から電気的に切断する。コントローラ１４は、その複数の端子の全部がノード２１またはノード２３から電気的に切断された後に、スイッチ５を制御することにより、ノード２１をノード２３に電気的に接続し、ノード２２を接地電位に電気的に接続する。
【００４６】
第１ウインドウコンパレータ７−１は、ノード２１がノード２３に電気的に接続され、かつ、ノード２２が接地電位に電気的に接続されているときに、ノード２３に印加される電圧に基づいて第１信号２７を生成する。第１信号２７は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれているかどうかを示している。第２ウインドウコンパレータ７−２は、ノード２１がノード２３に電気的に接続され、かつ、ノード２２が接地電位に電気的に接続されているときに、ノード２３に印加される電圧に基づいて第２信号２８を生成する。第２信号２８は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれているかどうかを示している。
【００４７】
第１増幅器８−１は、ノード２３に印加される電圧に対応する第１電圧をノード２４に印加する。その第１電圧は、ノード２３に印加される電圧から第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を減算した差に第１増幅率を乗算した積を示している。
【００４８】
Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていることを第１信号２７が示しているときに、ノード２４をノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていることを第２信号２８が示しているときに、ノード２５をノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていないことを第１信号２７が示し、かつ、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていないことを第２信号２８が示しているときに、ノード２３をノード２６に電気的に接続する。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器１１は、ノード２６に印加される電圧に基づいて出力電圧値を算出する。制御ブロック１２は、第１信号２７と第２信号２８とＡ／Ｄ変換器１１により算出された出力電圧値とに基づいてセル電圧を算出する。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていることを第１信号２７が示しているときに、その出力電圧値をその比例係数で除算した商に第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を加算した和を示している。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていることを第２信号２８が示しているときに、その出力電圧値をその比例係数で除算した商に第４基準電圧Ｖｒｅｆ４を加算した和を示している。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていないことを第１信号２７が示し、かつ、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていないことを第２信号２８が示しているときに、その出力電圧値を示している。
【００５０】
このように算出された出力電圧値は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていないで、かつ、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていないときに、（Ａ／Ｄ変換器１１のフルスケール）／２５６の分解能を示している。このように算出された出力電圧値は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれているときに、（第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３の幅）／２５６の分解能を示している。このように算出された出力電圧値は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれているときに、（第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４の幅）／２５６の分解能を示している。すなわち、このように算出された出力電圧値は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３または第１Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれているときに、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３または第１Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていないときに比較して、より高精度である。
【００５１】
コントローラ１４は、ノード２１がノード２３に電気的に接続され、かつ、ノード２２が接地電位に電気的に接続されているときに、制御ブロック１２により算出されたセル電圧をセル１７−ｉに対応づけてその記憶装置に記録する。
【００５２】
コントローラ１４は、その複数のセル電圧測定動作を全て実行することにより、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数のセル電圧を測定する。その複数のセル電圧のうちのセル１７−ｉに対応するセル電圧は、セル１７−ｉのセル電圧を示している。
【００５３】
このような二次電池電圧監視動作によれば、バッテリ監視装置１は、Ａ／Ｄ変換器１１の分解能を上げることなく、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数のセル電圧をより容易に、より高精度に測定することができる。
【００５４】
その充放電制御動作は、その二次電池電圧監視動作が実行された後に、実行される。コントローラ１４は、その充放電制御動作が開始されると、まず、その複数のセル電圧に基づいて、組電池１６が放電するように、または、組電池１６が充電されるように、組電池１６を制御する。
【００５５】
このような充放電制御動作によれば、バッテリ監視装置１は、複数のセル１７−１〜１７−１００に対応する複数のセル電圧がより高精度に測定されていることにより、複数のセル１７−１〜１７−１００の放電容量がその実効容量下限値を下回ったり、その実効容量上限値を上回ったりするタイミングをより高精度に算出することができる。その結果、バッテリ監視装置１は、複数のセル１７−１〜１７−１００の各々の放電容量がその実効容量下限値を下回らないように複数のセル１７−１〜１７−１００を充電することができ、その放電容量がその実効容量上限値を上回らないように、複数のセル１７−１〜１７−１００を放電させることができる。バッテリ監視装置１は、複数のセル１７−１〜１７−１００の放電容量がその実効容量範囲に含まれるように、組電池１６をより高精度に充放電させることにより、組電池１６の寿命をより延長することができる。
【００５６】
なお、Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれているときにもノード２３をノード２６に電気的に接続する他のＡ／Ｄ入力切替スイッチに置換されることもできる。このようなＡ／Ｄ入力切替スイッチが適用されたバッテリ監視装置は、既述の実施の形態におけるバッテリ監視装置１と同様にして、Ａ／Ｄ変換器１１の分解能を上げることなく、セル１７−１〜１７−１００の各々の放電容量がその実効容量下限値を下回らないように複数のセル１７−１〜１７−１００をより高精度に充電することができ、組電池１６の寿命をより延長することができる。このようなバッテリ監視装置は、さらに、第１ウインドウコンパレータ７−１と第１増幅器８−１とを省略することができ、バッテリ監視装置１に比較にして、より容易に作製されることができる。
【００５７】
さらに、Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれているときにもノード２３をノード２６に電気的に接続するさらに他のＡ／Ｄ入力切替スイッチに置換されることもできる。このようなＡ／Ｄ入力切替スイッチが適用されたバッテリ監視装置は、既述の実施の形態におけるバッテリ監視装置１と同様にして、Ａ／Ｄ変換器１１の分解能を上げることなく、セル１７−１〜１７−１００の各々の放電容量がその実効容量上限値を上回らないように複数のセル１７−１〜１７−１００をより高精度に放電させることができ、組電池１６の寿命をより延長することができる。このようなバッテリ監視装置は、さらに、第２ウインドウコンパレータ７−２と第２増幅器８−２とを省略することができ、バッテリ監視装置１に比較にして、より容易に作製されることができる。
【００５８】
本発明によるバッテリ監視装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態におけるバッテリ監視装置１において、組電池１６の正極がノード２３に常時に電気的に接続され、組電池１６の負極が接地電位に常時に電気的に接続されている。組電池１６は、セル１７−ｉと同様にして、組電池１６の全体の放電容量に対して組電池１６の総電圧が単調に減少することを示している。このようなバッテリ監視装置は、組電池１６の全体の放電容量が所定の実効容量範囲に含まれるように、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と第４基準電圧Ｖｒｅｆ４とが設定されている。
【００５９】
このとき、Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、既述の実施の形態と同様に、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていることを第１信号２７が示しているときに、ノード２４をノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていることを第２信号２８が示しているときに、ノード２５をノード２６に電気的に接続する。Ａ／Ｄ入力切替スイッチ１０は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていないことを第１信号２７が示し、かつ、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていないことを第２信号２８が示しているときに、ノード２３をノード２６に電気的に接続する。
【００６０】
Ａ／Ｄ変換器１１は、既述の実施の形態と同様に、ノード２６に印加される電圧に基づいて出力電圧値を算出する。制御ブロック１２は、第１信号２７と第２信号２８とＡ／Ｄ変換器１１により算出された出力電圧値とに基づいてセル電圧を算出する。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていることを第１信号２７が示しているときに、その出力電圧値をその比例係数で除算した商に第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を加算した和を示している。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていることを第２信号２８が示しているときに、その出力電圧値をその比例係数で除算した商に第４基準電圧Ｖｒｅｆ４を加算した和を示している。そのセル電圧は、ノード２３に印加される電圧が第１Ａ／Ｄ入力レンジ３３に含まれていないことを第１信号２７が示し、かつ、その電圧が第２Ａ／Ｄ入力レンジ３４に含まれていないことを第２信号２８が示しているときに、その出力電圧値を示している。
【００６１】
コントローラ１４は、次いで、その出力電圧値に基づいて、組電池１６が放電するように、または、組電池１６が充電されるように、組電池１６を制御する。
【００６２】
このようなバッテリ監視装置は、既述の実施の形態におけるバッテリ監視装置１と同様にして、Ａ／Ｄ変換器１１の分解能を上げることなく、組電池１６の放電容量がその実効容量範囲に常時に含まれるように、組電池１６をより高精度に放電させることができ、組電池１６の寿命をより延長することができる。このようなバッテリ監視装置は、さらに、スイッチ２とコンデンサ３とスイッチ５とを省略することができ、バッテリ監視装置１に比較にして、より容易に作製されることができる。
【００６３】
なお、セル１７−ｉは、リチウムイオン電池と異なる他の二次電池から形成されることもできる。その二次電池としては、ニッケル水素電池が例示される。組電池１６の複数のセル１７−１〜１７−１００の個数としては、１００と異なる他の自然数ｎに置換されることもできる。本発明によるバッテリ監視装置は、既述の実施の形態におけるバッテリ監視方法を実行することにより、既述の実施の形態における組電池１６と同様にして、このようなセルが適用された組電池の寿命を延長することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  ：バッテリ監視装置
２  ：スイッチ
３  ：コンデンサ
５  ：スイッチ
６−１〜６−４：複数の基準電位生成部
７−１〜７−２：複数のウインドウコンパレータ
８−１〜８−２：複数の増幅器
１０：Ａ／Ｄ入力切替スイッチ
１１：Ａ／Ｄ変換器
１２：制御ブロック
１４：コントローラ
１６：組電池
１７−１〜１７−１００：複数のセル
１８：端子
１９：端子
２１〜２６：ノード
２７：第１信号
２８：第２信号
Ｖｒｅｆ１：第１基準電圧
Ｖｒｅｆ２：第２基準電圧
Ｖｒｅｆ３：第３基準電圧
Ｖｒｅｆ４：第４基準電圧
３１：充放電特性
３３：第１Ａ／Ｄ入力レンジ
３４：第２Ａ／Ｄ入力レンジ
【図１】
2013124927.tif 000003
【図２】
2013124927.tif 000004
【図３】
2013124927.tif 000005
【図４】
2013124927.tif 000006