(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した複数本の電池モジュール(1)を互いに平行に配列し、各々の電池モジュール(1)の電圧を検出する電圧検出回路(2)を備える電源装置であって、
電圧検出回路(2)が、電池モジュール(1)の第１の端部に配設している第１電圧検出回路(2L)と、第２の端部に配設している第２電圧検出回路(2R)と、第１電圧検出回路(2L)と第２電圧検出回路(2R)の検出電圧から各々の電池モジュール(1)の電圧を演算する演算回路(2X)とを備え、
第１電圧検出回路(2L)が電池モジュール(1)の第１の端部の出力端子間の電圧を検出し、第２電圧検出回路(2R)が電池モジュール(1)の第２の端部の出力端子間の電圧を検出し、第１の端部の検出電圧と第２の端部の検出電圧とを演算回路(2X)に入力して、演算回路(2X)が各々の電池モジュール(1)の電圧を検出する電圧検出回路を備える電源装置。
【請求項２】
第１電圧検出回路(2L)と第２電圧検出回路(2R)がマルチプレクサ(5)を備え、マルチプレクサ(5)で切り換えて複数の電池モジュール(1)の出力端子間の電圧を検出する請求項１に記載の電圧検出回路を備える電源装置。
【請求項３】
第１電圧検出回路(2L)と第２電圧検出回路(2R)が、電池モジュール(1)の出力端子間の電圧を分圧する分圧回路を有する請求項１に記載の電圧検出回路を備える電源装置。
【請求項４】
第１電圧検出回路(2L)と第２電圧検出回路(2R)が、検出した電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ(6)を備え、Ａ／Ｄコンバータ(6)の出力信号であるデジタル値を演算回路(2X)に伝送する請求項１に記載の電圧検出回路を備える電源装置。
【請求項５】
電源装置が自動車を走行させる電源である請求項１に記載の電圧検出回路を備える電源装置。
【請求項６】
演算回路(2X)が自動車に搭載される電池用のＥＣＵである請求項５に記載の電圧検出回路を備える電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等のように自動車を駆動するモーターの電源用に使用される大電流用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大出力の電源装置は、多数の電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。たとえば、電気自動車等の電源として使用される電源装置は、所定の出力を得るためには５０〜２００Ａ程度の電流を流すことができる電流容量と、１００〜３５０Ｖ程度の出力電圧が要求される。この種の電源装置に多用されるニッケル水素電池は、１個の出力電圧が１．２Ｖ程度であるから、多数の電池を直列接続して所要の出力電圧を得ることになる。例えば、６個の電池を直列接続してひとつの電池モジュールとし、さらに３２個の電池モジュールを直列に接続して、１９２個の電池を直列に接続している電源装置となる。この電源装置の出力電圧は約２３０Ｖとなる。この構造の電源装置は、多数の電池モジュールを平行に並べてケースに収納している。電池モジュールは、複数の電池を直線上に並べて直列に接続している。この構造の電源装置は、各々の電池モジュールの過充電と過放電を防止しながら充放電させることが大切である。それは、過充電や過放電が電池モジュールを構成している二次電池の電気特性を著しく低下させて、電池の寿命を短くするからである。とくに、大出力に使用される電源装置は、大容量の二次電池を直列に接続して電池モジュールとし、さらに多数の電池モジュールを直列に接続しているので製造コストが高く、寿命を長くできることが極めて大切である。
【０００３】
この種の電源装置は、全ての電池モジュールの過充電と過放電を防止するために、各々の電池モジュールの電圧を検出している。各々の電池モジュールの電圧を検出する構造は、大別してふたつある。第１の構造は、全ての電池モジュールの出力端子に電圧検出用のリード線を接続し、このリード線を電圧検出回路に入力する構造である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この構造は、リード線を電池モジュールの出力端子から電圧検出回路まで引き伸ばす必要がある。リード線は高電圧の出力端子に接続されるので、ショートすると極めて大電流が流れる弊害がある。第２の構造は、電池モジュールの一方の出力端子の近傍に電圧検出回路を設ける構造である。電池モジュールの一方の端部に設けた電圧検出回路は、ひとつの電池モジュールの電圧を検出できず、直列に接続しているふたつの電池モジュールの出力電圧の和が検出される。それは、電池モジュールが両端に出力端子を設けているからである。この構造で全ての電池モジュールの電圧を検出するには、電圧検出回路を設けていない側の出力端子にリード線を接続し、このリード線を電圧検出回路に接続する必要がある。
【０００５】
しかしながら、第２の構造も、出力端子に接続しているリード線を、電池モジュールの一端から他端に配線する必要がある。このリード線も高電圧の出力端子に接続されるので、ショートすると大電流が流れる弊害が発生する。
【０００６】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、長いリード線を配線することなく、全ての電池モジュールの電圧を正確に検出できる電圧検出回路を備える電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、直列に接続した複数本の電池モジュール１を互いに平行に配列し、各々の電池モジュール１の電圧を検出する電圧検出回路２を備える。電圧検出回路２は、電池モジュール１の第１の端部に配設している第１電圧検出回路２Ｌと、第２の端部に配設している第２電圧検出回路２Ｒと、第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒの検出電圧から各々の電池モジュール１の電圧を演算する演算回路２Ｘとを備える。第１電圧検出回路２Ｌは、電池モジュール１の第１の端部の出力端子間の電圧を検出し、第２電圧検出回路２Ｒは、電池モジュール１の第２の端部の出力端子間の電圧を検出する。さらに、電圧検出回路２は、第１の端部の検出電圧と第２の端部の検出電圧とを演算回路２Ｘに入力して、演算回路２Ｘが各々の電池モジュール１の電圧を検出する。
【０００８】
第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒは、好ましくはマルチプレクサ５を備え、マルチプレクサ５で切り換えて複数の電池モジュール１の出力端子間の電圧を検出することができる。さらに、第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒは、電池モジュール１の出力端子間の電圧を分圧する抵抗分圧回路４を備えることができる。さらにまた、第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒは、検出した電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ６を備えて、Ａ／Ｄコンバータ６の出力信号であるデジタル値を演算回路２Ｘに伝送することができる。
【０００９】
本発明の電源装置は、自動車を走行させる電源とすることができる。さらに、本発明の電源装置は、演算回路２Ｘを、自動車に搭載される電池用のＥＣＵとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図１に示す電源装置は、互いに平行に配列している複数本の電池モジュール１と、各々の電池モジュール１の電圧を検出する電圧検出回路２とを備える。電池モジュール１は、複数の二次電池を直線上に並べて直列に接続している。自動車用の電源装置は、二次電池として５〜７Ａｈのニッケル−水素電池を使用する。ただ、二次電池には、リチウムイオン電池やニッケル−カドミウム電池も使用できる。電源装置は、直列に接続する電池モジュール１の個数で出力電圧を調整する。電源装置の出力電圧は、たとえば１００〜３００Ｖである。
【００１３】
電池モジュール１は、ケース（図示せず）に収納して定位置に配設される。ケースに入れた電池モジュール１は、図２の回路図に示すように、金属板で製作しているパスバー３で直列に接続される。パスバー３は、隣接する電池モジュール１の出力端子に両端を連結して、電池モジュール１を直列に接続する。
【００１４】
電圧検出回路２は、電池モジュール１の第１の端部に配設している第１電圧検出回路２Ｌと、第２の端部に配設している第２電圧検出回路２Ｒと、第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒの検出電圧から各々の電池モジュール１の電圧を演算する演算回路２Ｘとを備える。第１電圧検出回路２Ｌは、電池モジュール１の第１の端部において、電池モジュール１の出力端子間の電圧を検出する。この第１電圧検出回路２Ｌは、図２に示すように、Ｖ1、Ｖ2+3、Ｖ4+5、Ｖ6+7、Ｖ8+9の電圧を検出する。第２電圧検出回路２Ｒは、電池モジュール１の第２の端部において、電池モジュール１の出力端子間の電圧、すなわちＶ1+2、Ｖ3+4、Ｖ5+6、Ｖ7+8、Ｖ9+10の電圧を検出する。
【００１５】
第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒは、隣接して配設している電池モジュール１の出力端子間の電圧を抵抗で分圧する抵抗分圧回路４と、この抵抗分圧回路４の出力を順番に切り換えて、Ａ／Ｄコンバータ６に入力する切換回路であるマルチプレクサ５と、マルチプレクサ５から出力されるアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ６とを備える。
【００１６】
抵抗分圧回路４は、出力端子から出力される電圧を分圧する分圧抵抗７を内蔵している。分圧抵抗７は、電池モジュール１を直列に接続しているパスバー３、あるいは直列に接続されない端部に配設される電池モジュール１の出力端子に接続される。分圧抵抗７は、基準抵抗８との比率で出力電圧を分圧する。基準抵抗８をマルチプレクサ５の出力側に接続することもできる。抵抗分圧回路４は、分圧抵抗７と基準抵抗８との比率で、Ａ／Ｄコンバータ６に入力する電圧を、Ａ／Ｄコンバータ６の最適範囲に変更する。したがって、抵抗分圧回路４を備える第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒは、電池モジュール１の出力電圧に関係なく、Ａ／Ｄコンバータ６に最適な電圧を入力できる特長がある。Ａ／Ｄコンバータが、隣接する電池モジュール間の電圧を検出できる場合、抵抗分圧回路を設けることなく、電池モジュール間の電圧をマルチプレクサを介してＡ／Ｄコンバータに入力し、あるいは直接にＡ／Ｄコンバータに入力できる。
【００１７】
マルチプレクサ５は、所定の時間周期で切り換えるスイッチング回路９と、このスイッチング回路９をオンオフに制御するコントロール回路（図示せず）を内蔵している。第１電圧検出回路２Ｌのコントロール回路は、マルチプレクサ５からＶ1、Ｖ2+3、Ｖ4+5、Ｖ6+7、Ｖ8+9の電圧が順番に出力されるようにスイッチング回路９を切り換える。第２電圧検出回路２Ｒのコントロール回路は、マルチプレクサ５からＶ1+2、Ｖ3+4、Ｖ5+6、Ｖ7+8、Ｖ9+10の電圧が出力されるようにスイッチング回路９を切り換える。マルチプレクサ５は、コントロール回路でスイッチング回路９を制御して、隣接するパスバー３間の電圧、あるいはパスバー３と直列接続されない電池モジュール１との出力端子との電圧を、順番にＡ／Ｄコンバータ６に出力する。
【００１８】
第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒのマルチプレクサ５は、互いに同期して、順番に電池モジュール１間の電圧をＡ／Ｄコンバータ６に出力する。スイッチング回路９を同期して切り換える第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒのマルチプレクサ５は、同期回路（図示せず）を設けて制御され、あるいは演算回路２Ｘから入力されるタイミング信号で順番に切り換えられる。
【００１９】
Ａ／Ｄコンバータ６は、マルチプレクサ５から入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換して演算回路２Ｘに出力する。図の第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒは、マルチプレクサ５を備えるので、ひとつのＡ／Ｄコンバータ６で複数のアナログ電圧をデジタル値に変換できる。ただ、第１電圧検出回路と第２電圧検出回路は、必ずしもマルチプレクサを設ける必要はない。マルチプレクサのない第１電圧検出回路と第２電圧検出回路は、抵抗分圧回路から出力される電圧を各々独立して設けたＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換して、演算回路に出力する。
【００２０】
演算回路２Ｘは、第１電圧検出回路２Ｌから出力される第１の端部の検出電圧と、第２電圧検出回路２Ｒから出力される第２の端部の検出電圧とを順番に演算して、１０本の電池モジュール１の各々の電圧を検出する。演算回路２Ｘは、電池モジュール１の電圧を検出すると共に、電池の充放電を制御する電池ＥＣＵを使用できる。演算回路２Ｘは、以下の計算式で電池モジュール１の電圧Ｖnを演算する。
(1)  電池モジュールＢ1の電圧（Ｖ1）
この電圧は、第１電圧検出回路２Ｌの検出電圧であるＶ1である。
(2)  電池モジュールＢ2の電圧（Ｖ2）
この電圧は、第２電圧検出回路２Ｒが検出したＶ1＋Ｖ2から、第１電圧検出回路２Ｌで検出した電池モジュールＢ1の電圧であるＶ1を減算して演算される。
すなわち、Ｖ2＝（Ｖ1＋Ｖ2）−Ｖ1
(3)  電池モジュールＢ3の電圧（Ｖ3）
この電圧は、第１電圧検出回路２Ｌが検出したＶ2＋Ｖ3から、演算された電池モジュールＢ2の電圧であるＶ2を減算して演算される。
すなわち、Ｖ3＝（Ｖ2＋Ｖ3）−Ｖ2
(4)  電池モジュールＢ4の電圧（Ｖ4）
この電圧は、第２電圧検出回路２Ｒが検出したＶ3＋Ｖ4から、演算された電池モジュールＢ3の電圧であるＶ3を減算して演算される。
すなわち、Ｖ4＝（Ｖ3＋Ｖ4）−Ｖ3
(5)  電池モジュールＢ5の電圧（Ｖ5）
この電圧は、第１電圧検出回路２Ｌが検出したＶ4＋Ｖ5から、演算された電池モジュールＢ4の電圧であるＶ4を減算して演算される。
すなわち、Ｖ5＝（Ｖ4＋Ｖ5）−Ｖ4
(6)  電池モジュールＢ6の電圧（Ｖ6）
この電圧は、第２電圧検出回路２Ｒが検出したＶ5＋Ｖ6から、演算された電池モジュールＢ5の電圧であるＶ5を減算して演算される。
すなわち、Ｖ6＝（Ｖ5＋Ｖ6）−Ｖ5
(7)  電池モジュールＢ7の電圧（Ｖ7）
この電圧は、第１電圧検出回路２Ｌが検出したＶ6＋Ｖ7から、演算された電池モジュールＢ6の電圧であるＶ6を減算して演算される。
すなわち、Ｖ7＝（Ｖ6＋Ｖ7）−Ｖ6
(8)  電池モジュールＢ8の電圧（Ｖ8）
この電圧は、第２電圧検出回路２Ｒが検出したＶ7＋Ｖ8から、演算された電池モジュールＢ7の電圧であるＶ7を減算して演算される。
すなわち、Ｖ8＝（Ｖ7＋Ｖ8）−Ｖ7
(9)  電池モジュールＢ9の電圧（Ｖ9）
この電圧は、第１電圧検出回路２Ｌが検出したＶ8＋Ｖ9から、演算された電池モジュールＢ8の電圧であるＶ8を減算して演算される。
すなわち、Ｖ9＝（Ｖ8＋Ｖ9）−Ｖ8
(10)  電池モジュールＢ10の電圧（Ｖ10）
この電圧は、第２電圧検出回路２Ｒが検出したＶ9＋Ｖ10から、演算された電池モジュールＢ9の電圧であるＶ9を減算して演算される。
すなわち、Ｖ10＝（Ｖ9＋Ｖ10）−Ｖ9
【００２１】
以上の方法で電池モジュール１の電圧を検出する演算回路２Ｘは、図３に示すフローチャートで各々の電池モジュール１の電圧を検出する。
［ｎ＝１のステップ］
演算回路２Ｘは、電圧データの要求信号を出力する。演算回路２Ｘから出力される要求信号は、マルチプレクサ５のコントロール回路とＡ／Ｄコンバータ６を制御して、順番に電池モジュール１間の電圧をＡ／Ｄコンバータ６から出力させる。
［ｎ＝２のステップ］
演算回路２Ｘは、Ａ／Ｄコンバータ６から出力される隣接する電池モジュール１間の電圧（Ｖn-1＋Ｖn）を受信して、これをレジスタに蓄える。
［ｎ＝３のステップ］
演算回路２Ｘは、図４に示すステップで各々の電池モジュール１の電圧を検出する。
［ｎ＝４のステップ］
以上のステップを５回繰り返して、各々の電池モジュール１の電圧を正確に検出する。
【００２２】
以上は、わかりやすいように１０本の電池モジュール１の電圧を演算する方法を例示している。ｎ本の電池モジュールを直列に接続している電源装置は、電池モジュールＢnの電圧（Ｖn）を以下の式で演算する。
Ｖn＝（Ｖn-1＋Ｖn）−Ｖn-1
この式において隣接するふたつの電池モジュールの電圧の加算値（Ｖn-1＋Ｖn）は、第１電圧検出回路２Ｌと第２電圧検出回路２Ｒで交互に検出する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の電圧検出回路を備える電源装置は、長いリード線を配線することなく、全ての電池モジュールの電圧を正確に検出できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、互いに平行に配列してなる複数本の電池モジュールの第１の端部に第１電圧検出回路を配設して、第１の端部の出力端子間の電圧を検出すると共に、第２の端部に第２電圧検出回路を配設して第２の端部の出力端子間の電圧を検出しており、これら検出電圧を演算回路に入力して、演算回路で各々の電池モジュールの電圧を演算しているからである。この構造の電源装置は、第１電圧検出回路と第２電圧検出回路とを、それぞれ電池モジュールの第１の端部と第２の端部に接近して配設するので、電圧検出用の長いリード線を電池モジュールから延長して引き出すことなく出力端子間の電圧を検出できる。このため、高電圧の出力端子に接続されていた長いリード線に起因する種々の弊害を皆無にして、極めて安全な構造として確実に電圧を検出できる。とくに、高電圧用のリード線は、高い信頼性が求められて高価であるので、長いリード線を配線しない本発明の電源装置は、製造コストを低減できる。さらに、長いリード線を配線しないので、組み立て性を向上して生産効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電圧検出回路を備える電源装置の概略構成図
【図２】図１に示す電源装置の回路図
【図３】演算回路が各電池モジュールの電圧を検出するステップを示すフローチャート
【図４】演算回路が検出電圧から各電池モジュールの電圧を演算するステップを示すフローチャート
【符号の説明】
１…電池モジュール
２…電圧検出回路        ２Ｌ…第１電圧検出回路
２Ｒ…第２電圧検出回路
２Ｘ…演算回路
３…パスバー
４…抵抗分圧回路
５…マルチプレクサ
６…Ａ／Ｄコンバータ
７…分圧抵抗
８…基準抵抗
９…スイッチング回路
【図１】
0004020630.tif 000002
【図２】
0004020630.tif 000003
【図３】
0004020630.tif 000004
【図４】
0004020630.tif 000005