(57)【要約】【課題】セルの消費電流を減らしつつ、セル電圧を精度良く取得することができる電池電圧監視装置を提供する。【解決手段】複数直列接続されたセル１１のセル電圧をセル１１に電流を流すことによって監視する電圧検出回路２１と、電圧検出回路２１の検出結果を取得すると共に、当該検出結果に含まれる電圧検出回路２１に起因したずれに対して回路校正を行うマイコン２２と、を備えている。そして、マイコン２２は、回路校正を行わない校正レスモードと、校正レスモードよりも回路校正の回数が多い校正低頻度モードと、校正低頻度モードよりも回路校正の回数が多い校正高頻度モードと、のいずれかを選択することにより、回路校正の頻度を適宜変更する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数直列接続されたセル（１１）のセル電圧を前記セル（１１）に電流を流すことによって監視する電圧検出回路（２１）を備えた電池電圧監視装置であって、
前記電圧検出回路（２１）の検出結果を取得すると共に、当該検出結果に含まれる前記電圧検出回路（２１）に起因したずれに対して回路校正を行う制御手段（２２）を備えており、
前記制御手段（２２）は、前記回路校正を行わない校正レスモードと、前記校正レスモードよりも回路校正の回数が多い校正低頻度モードと、前記校正低頻度モードよりも回路校正の回数が多い校正高頻度モードと、のいずれかに変更することにより、前記回路校正の頻度を変更することを特徴とする電池電圧監視装置。
【請求項２】
前記制御手段（２２）は、少なくとも、前記電圧検出回路（２１）の起動時、または、前記セル（１１）に接続された負荷の負荷変動時に、前記校正レスモードに変更することを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
【請求項３】
前記電圧検出回路（２１）は、フライングキャパシタ方式の構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池電圧監視装置。
【請求項４】
前記回路校正は、０点オフセットであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
【請求項５】
前記電圧検出回路（２１）は、フィルタ定数を任意に設定可能な回路校正フィルタ（２７）を備え、
前記校正レスモード時のフィルタ定数は、前記校正低頻度モード時および前記校正高頻度モード時のフィルタ定数よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
【請求項６】
前記制御手段（２２）は、前記回路校正を行った場合にその校正情報を保持し、前記校正情報を用いて回路校正の必要性を判定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電池電圧監視装置。
【請求項７】
前記制御手段（２２）は、外部の制御装置（３０）の指令に従って前記回路校正を行うようになっており、前記回路校正が必要であると判定した場合、前記制御装置（３０）に校正要求を出力して前記制御装置（３０）から校正許可を受けた後に前記回路校正を行うことを特徴とする請求項６に記載の電池電圧監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルのセル電圧を監視する電池電圧監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アナログ信号の検出精度を向上させるため、検出した信号に対して校正（オフセット補正）を実施することが公知である。
【０００３】
また、組電池を構成するセルのセル電圧を検出するセル電圧検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。セルは二次電池である。具体的に、特許文献１では、電圧検出回路にてセルの電圧状態を監視するに際し、電圧検出非対象セルに対する電圧検出回路の動作を完全に停止することにより、電圧検出回路によるセルの消費電力を低減する装置の構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７７２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、セル電圧の検出精度は温度変化や特性劣化による影響が大きい。温度変化は、秒単位や分単位で変化し、特性劣化は月単位や年単位で変化する。したがって、変化に応じて一定頻度以上でセル電圧を取得する必要がある。しかし、特許文献１のように電圧検出非対象セルに対する電圧検出回路の動作が完全に停止してしまうと、当該セルの監視に必要なアナログ信号を取得する機会が減少してしまうという問題がある。また、アナログ信号を取得できないので、校正も実施できないという問題がある。
【０００６】
なお、特許文献１では、二次電池のセルについてセル電圧を検出していたが、監視対象は二次電池に限られず、燃料電池等の蓄電池を監視する場合についても同様である。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、セルの消費電流を減らしつつ、セル電圧を精度良く取得することができる電池電圧監視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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数直列接続されたセル（１１）のセル電圧をセル（１１）に電流を流すことによって監視する電圧検出回路（２１）を備えた電池電圧監視装置であって、電圧検出回路（２１）の検出結果を取得すると共に、当該検出結果に含まれる電圧検出回路（２１）に起因したずれに対して回路校正を行う制御手段（２２）を備えている。
【０００９】
そして、制御手段（２２）は、回路校正を行わない校正レスモードと、校正レスモードよりも回路校正の回数が多い校正低頻度モードと、校正低頻度モードよりも回路校正の回数が多い校正高頻度モードと、のいずれかに変更することにより、回路校正の頻度を変更することを特徴とする。
【００１０】
これによると、校正レスモード時には制御手段（２２）は回路校正を行わないので、セル電圧を高頻度で検出することができる。このため、セル電圧を精度良く取得することができる。一方、校正低頻度モード時や校正高頻度モード時には制御手段（２２）は回路校正を低頻度／高頻度で行うので、セル電圧の検出頻度を下げることができる。したがって、回路校正の頻度に応じて、セル電圧の検出時に消費するセル（１１）の消費電流を低減しつつ、セル電圧を精度良く取得することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、制御手段（２２）は、少なくとも、電圧検出回路（２１）の起動時、または、セル（１１）に接続された負荷の負荷変動時に、校正レスモードに変更することを特徴とする。
【００１２】
これによると、セル（１１）の電圧変動が大きい起動時や負荷変動時にセル電圧の検出頻度を高くすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明のように、電圧検出回路（２１）は、フライングキャパシタ方式の構成とすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明のように、回路校正は、０点オフセットであるとすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、電圧検出回路（２１）は、フィルタ定数を任意に設定可能な回路校正フィルタ（２７）を備え、校正レスモード時のフィルタ定数は、校正低頻度モード時および校正高頻度モード時のフィルタ定数よりも大きいことを特徴とする。セル（１１）のセル電圧を頻繁に検出する際に、大きなノイズに対応することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明のように、制御手段（２２）は、回路校正を行った場合にその校正情報を保持し、校正情報を用いて回路校正の必要性を判定しても良い。
【００１７】
請求項７に記載の発明のように、制御手段（２２）は、外部の制御装置（３０）の指令に従って回路校正を行う。また、制御手段（２２）は、回路校正が必要であると判定した場合、制御装置（３０）に校正要求を出力して制御装置（３０）から校正許可を受けた後に回路校正を行うようにすることもできる。
【００１８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの構成図である。
【図２】マイコンが実行する内容を表したフローチャートである。
【図３】各モードにおける電圧検出のタイミングチャートである。
【図４】電圧検出回路のずれが校正される前後のＶＧとＶＡとを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。図１は、電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの構成図である。
【００２２】
図１に示されるように電池電圧監視システムは、電池群１０と、電池電圧監視装置２０と、ＥＣＵ３０と、により構成されている。
【００２３】
電池群１０は、最小単位であるセル１１が直列に複数接続されて構成されている。電池群１０は例えば図１に示されるようにＶ１からＶ６までの６個のセル１１が直列に接続されている。セル１１として充電可能なリチウムイオン二次電池、燃料電池、スーパーキャパシタ等の蓄電池が用いられる。
【００２４】
電池電圧監視装置２０が例えばハイブリッド車等の電気自動車に適用される場合、電池群１０はハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、インバータやモータ等の負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。一方、電池電圧監視装置２０が例えば家庭用燃料電池に用いられる場合、電池群１０は燃料電池で構成される。
【００２５】
電池電圧監視装置２０は、各セル１１に電流を流すことによって各セル１１のセル電圧を監視する装置であり、電圧検出回路２１とマイクロコンピュータ２２（以下、マイコン２２という）を備えている。
【００２６】
電圧検出回路２１は、フライングキャパシタ方式でセル電圧を検出するように構成されている。特に、電圧検出回路２１には、コンデンサ２３を１個使用したシングルフライングキャパシタ方式を採用している。
【００２７】
そして、電圧検出回路２１は、コンデンサ２３の他に、各セル１１に接続されたＳＷ＿Ａ群２４と、コンデンサ２３に接続されたＳＷ＿Ｂ群２５と、差動増幅回路２６と、回路校正フィルタ２７と、Ａ／Ｄ変換器２８と、基準電源２９と、を備えている。
【００２８】
ＳＷ＿Ａ群２４は、複数のスイッチ２４ａで構成されたスイッチ群である。スイッチ２４ａとして例えばフォトモスリレーが用いられる。
【００２９】
ここで、各セル１１のうちの直列接続された隣同士のセル１１では、高電圧側のセル１１の負極端子と低電圧側のセル１１の正極端子とが共通化されている。したがって、各スイッチ２４ａの一端は、最も高電圧側のセル１１（Ｖ１）の正極端子と、最も低電圧側のセル１１（Ｖ６）の負極端子と、これらの端子を除く各共通端子と、の各端子に対してそれぞれ接続されている。
【００３０】
具体的に、Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５の各セル１１の正極側に接続された各スイッチ２４ａの他端がコンデンサ２３の一方の電極にそれぞれ接続され、Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５の各セル１１の負極側に接続された各スイッチ２４ａの他端がコンデンサ２３の他方の電極にそれぞれ接続されている。
【００３１】
これに対し、Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５の各セル１１の負極側に対応するＶ２、Ｖ４、Ｖ６の各セル１１の正極側に接続された各スイッチ２４ａの他端がコンデンサ２３を構成する他方の電極にそれぞれ接続されている。
【００３２】
ＳＷ＿Ｂ群２５は、コンデンサ２３の電圧を差動増幅回路２６に印加するためのスイッチ群であり、２個のスイッチ２５ａ、２５ｂで構成されている。一方のスイッチ２５ａがコンデンサ２３の一方の電極に接続され、他方のスイッチ２５ｂがコンデンサ２３の他方の電極に接続されている。
【００３３】
コンデンサ２３は絶縁層によって両電極が絶縁された構造であるので、ＳＷ＿Ａ群２４は電池群１０側の高電圧系に属し、ＳＷ＿Ｂ群２５はマイコン２２側の低電圧系に属していると言える。
【００３４】
差動増幅回路２６は、４個の抵抗２６ａ〜２６ｄと、オペアンプ２６ｅと、を備えて構成されている。抵抗２６ａは、ＳＷ＿Ｂ群２５の一方のスイッチ２５ａとオペアンプ２６ｅの反転入力端子との間に接続されている。抵抗２６ｂは、ＳＷ＿Ｂ群２５の他方のスイッチ２５ｂとオペアンプ２６ｅの非反転入力端子との間に接続されている。
【００３５】
抵抗２６ｃは、オペアンプ２６ｅの反転入力端子と出力端子との間に接続され、これにより負帰還が構成されている。抵抗２６ｄは、オペアンプ２６ｅの非反転入力端子とＶＧ（基準ＧＮＤ）との間に接続されている。ＶＧは例えば２．５Ｖに設定されている。そして、オペアンプ２６ｅの出力端子がＡ／Ｄ変換器２８に接続されている。なお、オペアンプ２６ｅの出力端子の電圧をＶＡとする。
【００３６】
回路校正フィルタ２７は、フィルタ定数を任意に設定可能できるフィルタ回路である。図１では回路校正フィルタ２７の回路構成を省略しているが、回路校正フィルタ２７は従来から知られているＲＣ回路等のフィルタ回路で構成されている。
【００３７】
後で説明するモードによっては、検出時間を相当時間長く確保できるため、通常制御の状態では設定不可能（サンプリング）な強力なフィルタ設定とする。例えば、動作時はＦｃｕｔ＝１ｋＨｚとしたり、非検出時の校正時はＦｃｕｔ＝１００Ｈｚとすること等が望ましい。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器２８は、マイコン２２の指令に従って、基準電源２９で生成された基準電圧（Ｖｒｅｆ）に基づいて、差動増幅回路２６で増幅されたセル１１のセル電圧を測定する回路である。Ａ／Ｄ変換器２８は、測定したセル電圧をデジタル信号に変換してＡＤ出力としてマイコン２２に出力する。
【００３９】
マイコン２２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って各セル１１の状態を監視する制御回路である。このため、マイコン２２は、電圧検出回路２１のＳＷ＿Ａ群２４の各スイッチ２４ａおよびＳＷ＿Ｂ群２５の各スイッチ２５ａ、２５ｂのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【００４０】
上述のように、電圧検出回路２１はフライングキャパシタ方式で構成されているので、マイコン２２はＳＷ＿Ｂ群２５をＯＦＦし、ＳＷ＿Ａ群２４で選択したセル１１のセル電圧をコンデンサ２３に印加した後、ＳＷ＿Ａ群２４をＯＦＦし、ＳＷ＿Ｂ群２５をＯＮする。これにより、所望のセル１１のセル電圧をＡ／Ｄ変換器２８で測定させる。マイコン２２は、所定のシーケンスでＳＷ＿Ａ群２４およびＳＷ＿Ｂ群２５を制御することで、各セル１１のセル電圧を取得する。
【００４１】
また、マイコン２２は、電圧検出回路２１の検出結果に含まれる電圧検出回路２１に起因したずれに対して回路校正を行う機能を備えている。この回路校正は、マイコン２２が外部のＥＣＵ３０の指令に従って行うようになっている。
【００４２】
ここで、「電圧検出回路２１に起因するずれ」とは、ＶＧのずれ、オペアンプ２６ｅのずれ、Ａ／Ｄ変換器２８のずれ、そして基準電源２９のずれ等のずれを指す。このようなずれが最終的に電圧検出回路２１の出力すなわちＡ／Ｄ変換器２８の出力に含まれる
上記のようにセル電圧のみを測定し、回路校正を行わないモードが「校正レスモード」である。マイコン２２は、少なくとも、電圧検出回路２１の起動時、または、セル１１に接続された負荷の負荷変動時に、校正レスモードに変更する。このように、マイコン２２はセル１１の電圧変動が大きい起動時や負荷変動時にセル電圧の検出頻度を高くする。
【００４３】
これに対し、校正レスモードよりも回路校正の回数が多いモードが「校正低頻度モード」である。また、校正低頻度モードよりも回路校正の回数が多いモードが「校正高頻度モード」である。マイコン２２はこれら複数のモードのいずれかに従って、回路校正の頻度を変更する。
【００４４】
そして、マイコン２２は、校正レスモード時のフィルタ定数が、校正低頻度モード時および校正高頻度モード時のフィルタ定数よりも大きくなるように、回路校正フィルタ２７のフィルタ定数を変更する。このフィルタ定数の変更は、予め回路校正フィルタ２７に設けられたスイッチ等をマイコン２２が制御することによって行う。セル１１のセル電圧を頻繁に検出する校正レスモードの際に、大きなノイズに対応することが可能となる。
【００４５】
なお、マイコン２２は、上記の機能の他、Ａ／Ｄ変換器２８によって検出された各セル１１のセル電圧と図示しない測定回路により測定された電池群１０に流れる電流とを用いて電池群１０の残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）を取得する機能も備えている。そして、このセル電圧もしくは残存容量に基づいて図示しない均等化放電回路等によりセル１１の充電や放電を制御することもできる。
【００４６】
ＥＣＵ３０は、電池電圧監視装置２０の動作を管理する上位ＥＣＵである。ＥＣＵ３０は、電池電圧監視装置２０のマイコン２２に回路校正を行わせる指令等を出す。
【００４７】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置２０および電池電圧監視システムの構成である。次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置２０のマイコン２２の作動について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、マイコン２２が実行する内容を表したフローチャートであり、例えば上位のＥＣＵ３０の指令を受けるとスタートする。
【００４８】
まず、ステップ１００では、校正可能条件を満たすか否かが判定される。校正可能条件とは、例えばＳＷ＿Ａ群２４の各スイッチ２４ａやＳＷ＿Ｂの各スイッチ２５ａ、２５ｂがオープン（ＯＦＦ）になっているかやＳＯＣが６０％に達しているか等が判定される。つまり、セル電圧の検出が不要か否かが判定される。
【００４９】
校正可能条件を満たさない場合、ステップ１１０では、回路校正の必要性が判定される。マイコン２２自身が校正の必要性を判定するため、マイコン２２は以前に行った回路校正の校正情報を保持しており、この校正情報を用いて回路校正の必要性を判定する。校正情報とは、いつ校正を行ったか、校正回数、温度、校正時間等の校正の履歴である。
【００５０】
そして、マイコン２２によって回路校正が必要ないと判定されると、ステップ１２０に進む。ステップ１２０では、電圧検出実施が行われる。すなわち、マイコン２２において校正レスモードが選択され、電池群１０を校正する各セル１１のセル電圧が順に検出される。
【００５１】
図３は、各モードにおける電圧検出のタイミングチャートを示したものである。この図に示されるように、校正レスモードでは、Ｖ１のセル１１からＶ６のセル１１まで順にセル電圧が検出され、これが繰り返される。ＥＣＵ３０の指令によってセル電圧の検出が終了すると、図２に示されるフローチャートが終了する。
【００５２】
一方、ステップ１１０で回路校正が必要であると判定されると、ステップ１３０に進む。ステップ１３０では、校正要求発信が行われる。すなわち、マイコン２２がＥＣＵ３０に校正要求を出力する。ここで、マイコン２２では、校正低頻度モードと校正高頻度モードのいずれかが選択される。いずれのモードとするかはマイコン２２が電池群１０の状況に応じて決定する。
【００５３】
例えば、高速走行等の安定走行中等の校正の必要性が低い場合には校正低頻度モードに設定される。校正低頻度モードの場合は図３に示されるように、Ｖ１〜Ｖ６の各セル１１のセル電圧を一通り検出した後、３つのセル１１のセル電圧を検出する時間を回路校正（０点校正）に当てている。校正低頻度モードではこのようなセル電圧の検出と回路校正（０点校正）を繰り返す。
【００５４】
一方、車両が走行していないときや電池群１０の充電中、低温起動時、電池群１０との接続が遮断されたとき、車両の電源ＯＮ時（ＩＧ−ＯＮ時も含む）等、セル電圧の検出が必要ない場合は校正高頻度モードに設定される。したがって、校正高頻度モードの場合、図３に示されるように、ほとんどの時間が回路校正（０点校正）に当てられる。
【００５５】
図４は、上述の「０点校正」により電圧検出回路２１のずれが校正される前後のＶＧとＶＡとを示した図である。横軸はセル電圧を示し、縦軸は電圧を示している。また、破線が校正前、実線が校正後を示している。
【００５６】
校正前では電圧検出回路２１に起因したずれにより、図４に示されるように、セル電圧検出時の電圧検出回路２１の出力ＶＡがオフセット分だけ高い値になっている。したがって、オフセット校正時つまり回路校正時においてもＶＧが２．５Ｖから高電圧側にずれている。このように基準電圧がずれると、セル電圧の検出を行っていないときにＡ／Ｄ変換器２８の出力が０にならない。
【００５７】
しかし、上記の校正低頻度モードや校正高頻度モードにおいて回路校正を行うと、ＶＧが実線の真値に戻されるので、オペアンプ２６ｅの出力ＶＡも実線の真値に校正される。こうして、電圧検出回路２１に起因したずれが修正される。ここで、回路校正は０点オフセットである。すなわち、「基準」からのずれを校正することである。図４に示すように、ＶＧが２．５Ｖになるように校正するように、基準は「０」とは限らない。
【００５８】
こうして、校正低頻度モードまたは校正高頻度モードによる回路校正が行われ、ＥＣＵ３０の指令によって図２に示されるフローチャートが終了する。
【００５９】
ステップ１００で校正可能条件を満たす場合、ステップ１５０に進む。ステップ１５０では、校正低頻度モードまたは校正高頻度モードによる回路校正が行われ、フローチャートが終了する。
【００６０】
この後、再び図２に示されるフローチャートが繰り返し実行される。そして、電池群１０の状態に応じて、校正レスモード、校正低頻度モード、または校正高頻度モードのいずれかが選択され、校正回数の頻度が適宜変更される。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、マイコン２２がモードの選択によって回路校正の頻度を変更することが特徴となっている。各モードのうちの校正レスモード時にはマイコン２２は回路校正を行わないので、セル電圧を高頻度で検出することができる。すなわち、回路校正を常時実施しないことで、必要時の電圧検出頻度をアップすることができる。このため、セル電圧を精度良く取得することができる。
【００６２】
これに対し、校正低頻度モード時や校正高頻度モード時にはマイコン２２は回路校正を低頻度／高頻度で行うので、セル電圧の検出頻度を下げることができる。また、最も消費電流の大きなフォト動作電流が不要であり、低消費電流のままで回路校正を行うことができる。セル１１として燃料電池やスーパーキャパシタ等の０Ｖ電圧を検出するシステムでは、オフセット校正の効果が高い。
【００６３】
以上のように、回路校正の頻度に応じて、セル電圧の検出時に消費するセル１１の消費電流を低減しつつ、セル電圧を精度良く取得することができる。
【００６４】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、マイコン２２が特許請求の範囲の「制御手段」に対応し、ＥＣＵ３０が特許請求の範囲の「制御装置」に対応する。
【００６５】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電池電圧監視装置２０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記の実施形態では、Ａ／Ｄ変換器２８は電圧検出回路２１に含まれているが、マイコン２２にＡ／Ｄ変換器２８が含まれていても良い。
【００６６】
また、電圧検出回路２１はフライングキャパシタ方式の回路に限らず、差動増幅回路でセル電圧を検出する構成でも構わない。この場合、Ａ／Ｄ変換器２８までが高電圧系を構成することとなる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  電池群
１１  セル
２０  電池電圧監視装置
２１  電圧検出回路
２２  マイコン（制御手段）
２７  回路校正フィルタ
３０  ＥＣＵ（制御装置）
【図１】
2013057593.tif 000003
【図２】
2013057593.tif 000004
【図３】
2013057593.tif 000005
【図４】
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