(57)【要約】【課題】直列に接続した複数の二次電池の電圧バランスを補正するバランス補正装置に関し、特にノイズの影響を受けることなく、直列に接続された電池の電圧差を正確に検出し、電池の電圧バランスの補正を正確に行うことを目的とする。【解決手段】直列に接続された第１、第２の電池と、第１、第２の電池の直列回路に並列に接続された第１乃至第４の抵抗素子と、第１、第２の電池の接続部と第２、第３の抵抗素子の接続部間に配設され、両接続部の電位差を検出し、この電位差に従って第１、第２の電池の出力電圧のバランス補正を行う制御手段と、第１と第２の抵抗素子の接続部と第３と第４の抵抗素子の接続部間に配設された容量素子とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された第１、第２の電池と、
前記第１、第２の電池の直列回路に並列に接続された第１乃至第４の抵抗素子と、
前記第１、第２の電池の接続部と前記第２、第３の抵抗素子の接続部間に配設され、該両接続部の電位差を検出し、該電位差に従って前記第１、第２の電池の出力電圧のバランス補正を行う制御手段と、
前記第１と第２の抵抗素子の接続部と前記第３と第４の抵抗素子の接続部間に配設された容量素子と
を有することを特徴とする電圧バランス補正装置。
【請求項２】
前記第１、第３の抵抗素子は、前記第１の電池に沿って配設され、前記第２、第４の抵抗素子は、前記第２の電池に沿って配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧バランス補正装置。
【請求項３】
前記制御手段は、検出された前記両接続部の電位差に基づいて制御信出力し、該制御信号に従って前記第１、第２の電池間の電圧バランスの補正を行うことを特徴とする請求項１、又は２に記載の電圧バランス補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直列に接続された複数の二次電池の電圧バランスを補正する電圧バランス補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、リチウムイオン電池やニッケル水素蓄電池等の二次電池は、所謂ハイブリットカーや電気自動車のみならず、フォークリフトや各種産業用機械のバックアップ電源等としても広く使用されている。したがって、このような用途に使用される二次電池には大きな出力が要求され、多数の電池を直列に接続して使用している。この場合、特に直列に接続した各電池の出力電圧が一致することが重要であり、このため電圧バランス補正回路が組み込まれている。
【０００３】
図５は直列に接続された２個の二次電池の電圧バランス補正装置に使用される回路の一部を示す図である。直列に接続された電池Ｂ１とＢ２には並列に分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続され、電池Ｂ１の負極端子と電池Ｂ２の正極端子の接続部ｍと分圧抵抗Ｒ１とＲ２の接続部ｎの間に電圧差を検出する不図示の電圧差検出回路が配設されている。この検出回路の検出結果に基づいて、電池Ｂ１から電池Ｂ２への充電、又は電池Ｂ２から電池Ｂ１への充電が行われる。
【０００４】
特許文献１は、上記電圧差の検出結果に基づいて、電池Ｂ１から電池Ｂ２への充電、又は電池Ｂ２から電池Ｂ１へ充電を行い、電圧バランスの補正を行う電圧バランス補正回路を開示する。図６はこの特許文献１に開示された回路の一例である。上記接続部ｍの電位Ｖｍと接続部ｎの電位Ｖｎをコンパレータ２１によって比較し、この比較結果である電圧Ｖｘを可変パルス発生回路１２に供給し、この電圧Ｖｘに従った制御信号φ１、φ２を対応するスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２に出力する。この処理によって、インダクタＬに電磁エネルギーを蓄積し、電池Ｂ１から電池Ｂ２へ、又は電池Ｂ２から電池Ｂ１へ充電を行い、電池Ｂ１とＢ２の出力電圧を一致させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の電圧バランス補正回路では消費電力を抑えるため、高抵抗（例えば数ＭΩ）の分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を使用している。このため、ノイズの影響を受け易い。例えば、電気自動車に搭載された電圧バランス補正装置の場合、近くにモータを駆動するためインバータ回路が使用され、この回路駆動の際発生する高調波を含むノイズによって、上記Ｖｎの電位が変動し、正確な電位差の検出を行うことができない。また、インバータ回路に限らず、装置の周囲に配設された他の回路や電子機器からのノイズの影響も受け、上記電位差を正確に検出することができない。
【０００７】
そこで、本発明はノイズの影響を受けることなく、直列に接続された２個の電池の電圧差を正確に検出し、電池の電圧バランス補正を正確に行うことが可能な電圧バランス補正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は本発明によれば、直列に接続された第１、第２の電池と、上記第１、第２の電池の直列回路に並列に接続された第１乃至第４の抵抗素子と、上記第１、第２の電池の接続部と上記第２、第３の抵抗素子の接続部間に配設され、該両接続部の電位差を検出し、該電位差に従って上記第１、第２の電池の出力電圧のバランス補正を行う制御手段と、上記第１と第２の抵抗素子の接続部と上記第３と第４の抵抗素子の接続部間に配設された容量素子とを有する電圧バランス補正装置を提供することによって達成できる。すなわち、上記第１乃至第４の抵抗素子と容量素子によってノイズフィルタを形成し、第１、第２の電池の周囲に配設されたインバータ回路等の各種電子機器からのノイズの影響を排除し、基準電圧となる上記第２、第３の抵抗素子の接続部の電圧変動を少なくする。
【０００９】
また、上記課題は本発明によれば、上記第１、第３の抵抗素子は、上記第１の電池に沿って配設され、上記第２、第４の抵抗素子は、上記第２の電池に沿って配設される構成である。このように構成することによって、第１、第２の電池の内部抵抗による発熱の影響を第１、第２の抵抗素子と第３、第４の抵抗素子間で均等に与え、温度に伴って変化する抵抗値の変動を均等化し、第１、第２の抵抗素子と第３、第４の抵抗素子間の分圧精度を向上させる。
【００１０】
さらに、上記制御手段は、検出された上記両接続部の電位差に基づいて制御信号を出力し、この制御信号に従って上記第１、第２の電池間の電圧バランスの補正を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１、第２の電池の出力電圧差を検出する際、ノイズによる影響を無くし、正確な基準電圧に基づいて電圧差の検出を行うことができ、正確に第１、第２の電池の電圧バランス補正を行うことができる。また、第１、第２の電池の内部抵抗による発熱の影響を、第１、第２の抵抗素子と第３、第４の抵抗素子に均等に付与し、抵抗素子間の分圧精度を向上させ、より正確な電圧バランスの補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の電圧バランス補正装置に使用する電圧差検出回路を示す図である。
【図２】分圧抵抗にコンデンサを配設した構成を示す回路図である。
【図３】電池に分圧抵抗及びコンデンサを配設した模式図である。
【図４】分圧抵抗及びコンデンサによって形成されるノイズフィルタの特性を示す図である。
【図５】電圧バランス補正装置に使用される電圧差の検出回路の一部の構成を示す図である。
【図６】特許文献に開示する電圧バランス補正回路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態の電圧バランス補正装置に使用される電位差検出回路の回路図である。電池Ｅ１、Ｅ２は直列に接続された多数の電池の中の任意の２個の電池を示し、電池Ｅ１の正極端子には同じ構成の不図示の電池の負極端子が接続され、電池Ｅ２の負極端子にも同じ構成の不図示の電池の正極端子が接続されている。尚、本実施形態では電池Ｅ１、Ｅ２として、例えばリチウムイオン電池が使用される。
【００１４】
また、本実施形態の電圧バランス補正装置では、電池Ｅ１、電池Ｅ２の直列回路に並列に抵抗Ｒ１１（第１の抵抗素子）、抵抗Ｒ１２（第２の抵抗素子）、抵抗Ｒ２１（第３の抵抗素子）、抵抗Ｒ２２（第４の抵抗素子）の直列回路が接続され、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２は、電池Ｅ１と電池Ｅ２の直列回路間の電圧を分圧する。また、抵抗Ｒ１１とＲ１２の接続部と抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続部との間にはコンデンサ（容量素子）Ｃが接続されている。尚、本実施形態で使用される抵抗Ｒ１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の抵抗値は、消費電力を抑えるため、例えば数ＭΩの高抵抗を使用している。
【００１５】
また、電池Ｅ１の負極端子と電池Ｅ２の正極端子の接続部ａと、抵抗Ｒ１２とＲ２１の接続部ｂとの間には、接続部ａの電位Ｖａと接続部ｂの電位Ｖｂの電位差を比較し、この電位差に基づく制御信号を出力する制御回路２が接続されている。この制御回路２は、上記両接続部ａ、ｂ間の電位差に基づいて制御信号を出力し、この制御信号に従って不図示のスイッチング素子を駆動し、インダクタに電磁エネルギーを蓄積し、電池Ｅ１から電池Ｅ２、又は電池Ｅ２から電池Ｅ１を充電する。
【００１６】
図２は上記図１に示す抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２の直列回路と、コンデンサＣの接続関係を分かり易く示す図である。上記のように、コンデンサＣは抵抗Ｒ１１とＲ１２の接続部と抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続部との間に配設され、ノイズファルタの機能を有する。また、図２において、ｂは図１における接続部ｂであり、この接続部ｂに発生する電圧Ｖｂを基準電圧として、接続部ａの電圧Ｖａと比較される。
【００１７】
図３は上記構成の本実施形態の回路を実際の電池Ｅ１、Ｅ２に配設した模式的な外観図である。前述のように、電池Ｅ１、Ｅ２は直列に接続された多数の電池の中の任意の２個の電池であり、同図に示すように、電池Ｅ１、Ｅ２の前後に多数の電池Ｅが配設されている。
【００１８】
回路基板１は電池Ｅ１、Ｅ２に跨って配設され、回路基板１は不図示の螺子等によって電池Ｅ１及びＥ２に取り付けられている。この回路基板１には上記抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、及びコンデンサＣが配設され、抵抗Ｒ１１とＲ２１は電池Ｅ１に接する回路基板１上に配設され、抵抗Ｒ１２とＲ２２は電池Ｅ２に接する回路基板１上に配設されている。したがって、抵抗Ｒ１１（第１の抵抗素子）とＲ２１（第３の抵抗素子）は電池Ｅ１が駆動する際発生する熱の影響を受ける回路基板１上の位置に配設され、抵抗Ｒ１２（第２の抵抗素子）とＲ２２（第４の抵抗素子）は電池Ｅ２が駆動する際発生する熱の影響を受ける回路基板１上の位置に配設されている。
【００１９】
尚、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、及びコンデンサＣは、回路基板１に配設されたパターン配線によって図１及び図２に示す回路接続が行われている。また、図３には示していないが、電池Ｅ１と電池Ｅ１の隣に配設された電池Ｅとの間にも、同じ構成の回路基板が配設され、電池Ｅ２と電池Ｅ２の隣に配設された電池Ｅとの間にも、同じ構成の回路基板が配設されている。
【００２０】
本実施形態の回路は図１及び図２に示す構成であり、従来例で示した図５に示す回路と比較した場合、以下の相違がある。先ず、図５に示す従来の回路では、抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路を使用し、分圧抵抗の特性インピーダンスは抵抗分のみであり、Ｚ＝Ｒ
Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２
である。
一方、本実施形態の回路の場合、図１及び図２に示すようにコンデンサＣを含む回路であり、特性インピーダンスは、Ｚ＝Ｒａ＋Ｒｂ／（１＋ｊωＣＲｂ）
Ｒａ＝Ｒ１１＋Ｒ２２
Ｒｂ＝Ｒ１２＋Ｒ２１
である。
【００２１】
したがって、本実施形態では上記のように抵抗Ｒ１１とＲ１２の接続部と抵抗Ｒ２１とＲ２２の接続部との間にコンデンサＣが配設されており、ノイズフィルタを形成し、装置周辺の各種電子機器が発生するノイズの影響を除去することができる。
【００２２】
図４は図２に示す回路のフィルタ特性を示す図である。この特性ＦはＣＲの時定数に基づき、所定周波数以上の周波数をカットオフするローパスフィルタの特性である。ここで、本例におけるカットオフ周波数は、電圧バランス補正装置が使用される電池の用途によって設定され、例えば電気自動車に使用される場合、モータを駆動させるために発生するインバータ回路等からのノイズ除去の周波数である。
【００２３】
図４では、ノイズとしてモータに起因するノイズの例を示しており、同図に示すＡはアイドリング時のモータの回転数に対応するノイズの周波数を示す。実際には周波数Ａを中心として、左右に高調波に基づくノイズＡ１、Ａ２の周波数群が含まれる。例えば、アイドリング時のモータの回転数が２，０００rpmの場合、対応するノイズの周波数Ａは３０Ｈｚであり、この周波数Ａ（３０Ｈｚ）を中心として、左右の高調波を含むノイズとなる。
【００２４】
自動車の場合、モータの回転数はアイドリング時に最も低く、速度を上げるに従ってモータの回転数が高くなる。したがって、モータに起因するノイズの場合、このアイドリング時の回転数に対応するノイズの周波数Ａをカットオフ周波数の設定の基準とする。尚、同図に示す網点で囲った「モータに起因するノイズ」の記載は、上記周波数Ａより高い周波数の範囲を示し、モータに起因するノイズの周波数（周波数の中心）は、上記周波数Ａ以上の範囲であることを示す。
【００２５】
したがって、図４に示すフィルタ特性を回路定数を設定することによって決定し、電圧バランス補正装置のノイズ除去を行う。すなわち、抵抗値Ｒａ（Ｒ１１＋Ｒ２２）とＲｂ（Ｒ１２＋Ｒ２１）、及びコンデンサＣの容量を、カットオフ周波数が上記Ａより低い周波数になるように設定し、モータに起因するノイズを除去する。
【００２６】
尚、図４の説明では、モータに起因するノイズの場合について説明したが、他の電子機器からのノイズを除去する場合にも、同様にノイズの周波数に対応してカットオフ周波数を設定し、Ｒａ、Ｒｂ、及びＣの回路定数を決定することによって同様に実施することができる。
【００２７】
したがって、上記図１に示す電位差検出回路を本例の電圧バランス補正装置に含めることによって、ノイズの影響を受けることなく、直列に接続された２個の電池の出力電圧差を正確に検出し、電池の電圧バランス補正を正確に行うことができる。
【００２８】
また、本実施形態の場合、抵抗Ｒ１１（第１の抵抗素子）とＲ２１（第３の抵抗素子）は電池Ｅ１が駆動する際発生する熱の影響を受ける回路基板１上の位置に配設され、抵抗Ｒ１２（第２の抵抗素子）とＲ２２（第４の抵抗素子）は電池Ｅ２が駆動する際発生する熱の影響を受ける回路基板１上の位置に配設されている。したがって、電池Ｅ１、Ｅ２の内部抵抗による発熱の影響が均等になり、温度に伴って変化する抵抗値の変動を均等化して抵抗素子間の分圧精度を向上することができる。
【００２９】
尚、上記実施形態の説明では、直列に接続された電池Ｅ１とＥ２の電圧バランス補正装置について説明したが、電池Ｅ１とＥ２は直列に多数の電池が接続された中の任意の２個の電池を示すものであり、他の連続する２個の電池の電圧バランス補正についても同様に実施することができる。
【００３０】
さらに、上記実施形態の説明では、電池Ｅ１、Ｅ２としてリチウムイオン電池の例で説明したが、ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池等であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１・・回路基板
２・・制御回路
Ｅ１、Ｅ２・・電池
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２・・抵抗
Ｃ・・コンデンサ
Ｆ・・フィルタ特性
Ａ・・周波数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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