(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電された電圧を検出する電圧検出部を有し、前記電圧検出部により検出された電圧に基づいて前記二次電池の電圧を測定する電圧測定装置であって、
前記二次電池の電圧測定に必要な情報を格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された情報を用いて、前記電圧検出部により検出された電圧に所定の演算を施すことにより、前記二次電池の電圧を求める電圧算出部とを備え、
前記記憶部は、前記情報として、前記容量素子に充電される電圧が前記二次電池の電圧にほぼ達した第１の充電時間で前記電圧検出部により検出された第１の電圧値と、前記第１の充電時間よりも短い第２の充電時間で前記電圧検出部により検出された第２の電圧値とに基づいた演算係数を予め格納しており、
前記電圧算出部は、前記第２の充電時間で前記電圧検出部により検出された第３の電圧値に前記演算係数を乗算して、前記二次電池の電圧を求めることを特徴とする電圧測定装置。
【請求項２】
前記第１の電圧値をＶｃ０、前記第２の電圧値をＶｃ１とした場合、前記演算係数は、Ｖｃ０／Ｖｃ１で表されることを特徴とする請求項１記載の電圧測定装置。
【請求項３】
スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電された電圧を検出する電圧検出部を有し、前記電圧検出部により検出された電圧に基づいて前記二次電池の電圧を測定する電圧測定装置であって、
前記二次電池の電圧測定に必要な情報を格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された情報を用いて、前記電圧検出部により検出された電圧に所定の演算を施すことにより、前記二次電池の電圧を求める電圧算出部とを備え、
前記電圧算出部は、前記容量素子への充電が開始された直後の第１の充電時間で前記電圧検出部により検出された第１の電圧値と、前記第１の充電時間が経過した直後の第２の充電時間で前記電圧検出部により検出された第２の電圧値とに、前記記憶部に予め格納されている所定の演算情報を用いた演算を施すことにより、前記二次電池の電圧を求めることを特徴とする電圧測定装置。
【請求項４】
前記第１の充電時間をｔ１、前記第１の電圧値をＶｃ１、前記第２の充電時間をｔ２、前記第２の電圧値をＶｃ２、前記抵抗素子と前記容量素子で決まる時定数をＴ、前記二次電池の電圧をＶｂとした場合、前記演算情報は、
Ｖｂ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２・ｅ-(t1-t2)/T）／（１−ｅ-(t1-t2)/T）
という関係式で表されることを特徴とする請求項３記載の電圧測定装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項記載の電圧測定装置と、
前記二次電池とを備えたことを特徴とする電池パックシステム。
【請求項６】
前記電圧測定装置はコンピュータシステムの一部として構成されることを特徴とする請求項５記載の電池パックシステム。
【請求項７】
スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電される電圧に基づいて、前記二次電池の電圧を測定する電圧測定方法であって、
前記容量素子に充電される電圧が前記二次電池の電圧にほぼ達した第１の充電時間での前記容量素子の充電電圧である第１の電圧値と、前記第１の充電時間よりも短い第２の充電時間での前記容量素子の充電電圧である第２の電圧値とに基づいた演算係数を予め格納する工程と、
前記第２の充電時間での前記容量素子の充電電圧を第３の電圧値として検出する工程と、
検出された前記第３の電圧値に前記演算係数を乗算して、前記二次電池の電圧を求める工程とを含むことを特徴とする電圧測定方法。
【請求項８】
前記第１の電圧値をＶｃ０、前記第２の電圧値をＶｃ１とした場合、前記演算係数は、Ｖｃ０／Ｖｃ１で表されることを特徴とする請求項７記載の電圧測定方法。
【請求項９】
スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電される電圧に基づいて、前記二次電池の電圧を測定する電圧測定方法であって、
前記容量素子への充電が開始された直後の第１の充電時間での前記容量素子の充電電圧を第１の電圧値として検出し格納する工程と、
前記第１の充電時間が経過した直後の第２の充電時間での前記容量素子の充電電圧を第２の電圧値として検出し格納する工程と、
格納された前記第１および第２の電圧値に所定の演算情報を用いた演算を施すことにより、前記二次電池の電圧を求める工程とを含むことを特徴とする電圧測定方法。
【請求項１０】
前記第１の充電時間をｔ１、前記第１の電圧値をＶｃ１、前記第２の充電時間をｔ２、前記第２の電圧値をＶｃ２、前記抵抗素子と前記容量素子で決まる時定数をＴ、前記二次電池の電圧をＶｂとした場合、前記演算情報は、
Ｖｂ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２・ｅ-(t1-t2)/T）／（１−ｅ-(t1-t2)/T）
という関係式で表されることを特徴とする請求項９記載の電圧測定方法。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか一項記載の電圧測定方法を実行するコンピュータシステムと、
前記二次電池とを備えたことを特徴とする電池パックシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）等に用いられ、二次電池の電圧レベルを測定する電圧測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＨＥＶでは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰の動力で発電機を駆動して二次電池の充電が行われる。逆に、エンジンからの出力が小さい場合には、二次電池の電力を用いてモータを駆動して不足の動力を出力する。この場合、二次電池の放電が行われる。かかる充放電等を制御して適正な動作状態に維持することが、二次電池をＨＥＶ等に搭載する場合に要求される。
【０００３】
そのために、電池の電圧等を測定して、その電圧レベルに基づいて、二次電池の電圧低下を判断したり、二次電池の残存容量を演算により推定し、充放電等を制御している。
【０００４】
図６は、従来のサンプルホールド方式による電圧測定装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図６において、１０は直列に接続された複数の二次電池（例えば、Ｎｉ−ＭＨ二次電池）で構成された電池パックで、２０は電圧検出部で、３０’はマイクロコンピュータ等で構成される電池用の電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと略称する）である。
【０００５】
電圧検出部２０は、電池パック１０からの電流を制限する抵抗素子２０１および２０２と、サンプルホールド用のスイッチとして機能するリレー（ＲＬ１）２０３と、リレー２０３のオン時に抵抗素子２０１、２０２を介して充電され、リレー２０３のオフ時に充電電圧を保持する容量素子２０４と、容量素子２０４に充電された電荷を放電するためのリレー（ＲＬ２）２０５とで構成される。
【０００６】
電池ＥＣＵ３０’には、電圧測定部３０１’が含まれ、電圧測定部３０１’は、リレー２０３をオン状態且つリレー２０５をオフ状態に制御して、容量素子２０４に保持された電圧（Ｖｃ）を電池電圧（Ｖｂ）として測定する。
【０００７】
次に、このように構成された従来の電圧測定装置の動作について、図７および図８を参照して説明する。
【０００８】
図７は、リレー２０３がオンになってから容量素子２０４に充電される電圧Ｖｃの充電時間ｔに対する変化を示すグラフで、図８は、従来の電圧測定ルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。
【０００９】
図７において、電圧Ｖｃは以下の式（１）で表される。
【００１０】
Ｖｃ＝Ｖｂ［１−ｅ-(t-ton+toff)/(R1+R2)C］      …（１）
ここで、ｔｏｎ、ｔｏｆｆはそれぞれリレー２０３のターンオン時間、ターンオフ時間、Ｒ１は抵抗素子２０１の抵抗値、Ｒ２は抵抗素子２０２の抵抗値、Ｃは容量素子２０４の容量値である。
【００１１】
図８において、まず、電圧測定部３０１’がリレー２０３（ＲＬ１）をオン状態に制御して（Ｓ８０１）、電池パック１０から容量素子２０４への充電を開始させる。これにより、電圧Ｖｃが図７に示す充電カーブで上昇していき、充電時間ｔが、電圧Ｖｃが電池電圧Ｖｂにほぼ等しくなる（例えば、Ｖｃ０＝０．９９９Ｖｂ）時間ｔ０に達したか否かを判断する（Ｓ８０２）。この時間ｔ０は、上記式（１）に示すように、初期状態における回路パラメータであるｔｏｎ、ｔｏｆｆ、Ｒ１、Ｒ２、Ｃの値に基づいて予め設定される。
【００１２】
ステップＳ８０２の判断で、充電時間ｔがｔ０に達した場合（Ｙｅｓ）、電圧測定部３０１’は、その時の電圧ＶｃであるＶｃ０を電池電圧Ｖｂとして取得し（Ｓ８０３）、リレー２０３（ＲＬ１）をオフ状態、リレー２０５（ＲＬ２）をオン状態に制御して（Ｓ８０４）、容量素子２０４に充電された電荷の放電が完了すると、ＲＬ２をオフ状態にする（Ｓ８０５）。
【００１３】
以上のような動作により、電池電圧Ｖｂが測定される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電圧測定装置では、容量素子２０４への充電がほぼ１００％（例えば、９９．９％）になるまでリレー２０３をオン状態にし続けるので、電圧測定に要する時間が長くなってしまう。
【００１５】
また、電池パック１０に接続される高電圧回路として、例えば交流モータを駆動制御するインバータ等からのスイッチングノイズの影響を低減するために、電圧検出部２０の抵抗素子２０１、２０２の抵抗値および容量素子２０４の容量値は大きいほど良い。しかし、抵抗素子２０１、２０２の抵抗値および容量素子２０４の容量値を大きくすると、電圧測定に要する時間がさらに長くなる、という問題があった。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池の電圧測定に要する時間を短縮し、かつ耐ノイズ性も向上させた電圧測定装置および方法、並びにかかる装置および方法を用いた電池パックシステムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の電圧測定装置は、スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電された電圧を検出する電圧検出部を有し、電圧検出部により検出された電圧に基づいて二次電池の電圧を測定する電圧測定装置であって、二次電池の電圧測定に必要な情報を格納する記憶部と、記憶部に格納された情報を用いて、電圧検出部により検出された電圧に所定の演算を施すことにより、二次電池の電圧を求める電圧算出部とを備え、記憶部は、情報として、容量素子に充電される電圧が二次電池の電圧にほぼ達した第１の充電時間で電圧検出部により検出された第１の電圧値と、第１の充電時間よりも短い第２の充電時間で電圧検出部により検出された第２の電圧値とに基づいた演算係数を予め格納しており、電圧算出部は、第２の充電時間で電圧検出部により検出された第３の電圧値に演算係数を乗算して、二次電池の電圧を求めることを特徴とする。
【００１８】
第１の電圧測定装置において、第１の電圧値をＶｃ０、第２の電圧値をＶｃ１とした場合、演算係数は、Ｖｃ０／Ｖｃ１で表されることを特徴とする。
【００１９】
上記第１の電圧測定装置によれば、初期設定時（１回目の電圧測定時）に、非常に長い充電時間に相当する第１の充電時間（ｔ０）で検出された、電池電圧Ｖｂにほぼ等しい第１の電圧値Ｖｃ０（例えば、０．９９９Ｖｂ）と、非常に短い充電時間に相当する第２の充電時間（ｔ１）で検出された第２の電圧値Ｖｃ１とから求めた演算係数Ｖｃ０／Ｖｃ１を予め格納することで、２回目以降の電圧測定時には、第２の充電時間（ｔ１）で検出された第３の電圧値（Ｖｃ１’）に演算係数Ｖｃ０／Ｖｃ１を乗算するだけで、電池電圧Ｖｂを短時間で測定することができる。
【００２０】
この短時間で電池電圧Ｖｂの測定が可能になるという利点のため、充電時定数を決定する抵抗素子の抵抗値および容量素子の容量値を大きくすることができ、例えば二次電池が高電圧バッテリとしてＨＥＶ等に塔載される場合、高電圧バッテリ、インバータ、モータ等を含む高電圧回路からのノイズの影響を低減して、耐ノイズ性を向上させることが可能になる。
【００２１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の電圧測定装置は、スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電された電圧を検出する電圧検出部を有し、電圧検出部により検出された電圧に基づいて二次電池の電圧を測定する電圧測定装置であって、二次電池の電圧測定に必要な情報を格納する記憶部と、記憶部に格納された情報を用いて、電圧検出部により検出された電圧に所定の演算を施すことにより、二次電池の電圧を求める電圧算出部とを備え、電圧算出部は、容量素子への充電が開始された直後の第１の充電時間で電圧検出部により検出された第１の電圧値と、第１の充電時間が経過した直後の第２の充電時間で電圧検出部により検出された第２の電圧値とに、記憶部に予め格納されている所定の演算情報を用いた演算を施すことにより、二次電池の電圧を求めることを特徴とする。
【００２２】
第２の電圧測定装置において、第１の充電時間をｔ１、第１の電圧値をＶｃ１、第２の充電時間をｔ２、第２の電圧値をＶｃ２、抵抗素子と容量素子で決まる時定数をＴ、二次電池の電圧をＶｂとした場合、演算情報は、
Ｖｂ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２・ｅ-(t1-t2)/T）／（１−ｅ-(t1-t2)/T）
という関係式で表される。
【００２３】
上記第２の電圧測定装置によれば、第１の電圧測定装置のように、初期設定時に、非常に長い充電時間に相当する第１の充電時間で、電池電圧Ｖｂにほぼ等しい第１の電圧値Ｖｃ０を予め検出する必要がなくなる。
【００２４】
また、上記演算情報にはスイッチ素子のターンオン時間ｔｏｎおよびターンオフ時間ｔｏｆｆのパラメータが含まれないので、環境温度や使用電圧の変動の影響を受けるスイッチング時間の要因を削除することができ、高速および高精度な電圧測定が可能になる。特に、二次電池が高電圧バッテリとしてＨＥＶ等に塔載される場合、高電圧バッテリ、インバータ、モータ等を含む高電圧回路と、低電圧バッテリ、制御回路、音響機器等を含む低電圧回路との間の絶縁を十分にとるために、スイッチ素子として例えばフォトＭＯＳリレーが用いられる。この場合、電気信号から光信号、光信号から電気信号への変換を要するため、スイッチング時間が大きくなるが、電池電圧Ｖｂの算出にスイッチング時間の要因が含まれないので、特に効果的となる。
【００２５】
また、さらに短時間で電池電圧Ｖｂの測定が可能になるという利点のため、充電時定数を決定する抵抗素子の抵抗値および容量素子の容量値を大きくすることができ、高電圧回路からのノイズの影響を低減して、耐ノイズ性を向上させることが可能になる。
【００２６】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の電池パックシステムは、第１または第２の電圧測定装置と、二次電池とを備え、電圧測定装置はコンピュータシステムの一部として構成されることを特徴とする。
【００２７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の電圧測定方法は、スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電される電圧に基づいて、二次電池の電圧を測定する電圧測定方法であって、容量素子に充電される電圧が二次電池の電圧にほぼ達した第１の充電時間での容量素子の充電電圧である第１の電圧値と、第１の充電時間よりも短い第２の充電時間での容量素子の充電電圧である第２の電圧値とに基づいた演算係数を予め格納する工程と、第２の充電時間での容量素子の充電電圧を第３の電圧値として検出する工程と、検出された第３の電圧値に演算係数を乗算して、二次電池の電圧を求める工程とを含むことを特徴とする。
【００２８】
第１の電圧測定方法において、第１の電圧値をＶｃ０、第２の電圧値をＶｃ１とした場合、演算係数は、Ｖｃ０／Ｖｃ１で表される。
【００２９】
上記第１の電圧測定方法によれば、初期設定時（１回目の電圧測定時）に、非常に長い充電時間に相当する第１の充電時間（ｔ０）で検出された、電池電圧Ｖｂにほぼ等しい第１の電圧値Ｖｃ０（例えば、０．９９９Ｖｂ）と、非常に短い充電時間に相当する第２の充電時間（ｔ１）で検出された第２の電圧値Ｖｃ１とから求めた演算係数Ｖｃ０／Ｖｃ１を予め格納することで、２回目以降の電圧測定時には、第２の充電時間（ｔ１）で検出された第３の電圧値（Ｖｃ１’）に演算係数Ｖｃ０／Ｖｃ１を乗算するだけで、電池電圧Ｖｂを短時間で測定することができる。
【００３０】
この短時間で電池電圧Ｖｂの測定が可能になるという利点のため、充電時定数を決定する抵抗素子の抵抗値および容量素子の容量値を大きくすることができ、例えば二次電池が高電圧バッテリとしてＨＥＶ等に塔載される場合、高電圧バッテリ、インバータ、モータ等を含む高電圧回路からのノイズの影響を低減して、耐ノイズ性を向上させることが可能になる。
【００３１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の電圧測定方法は、スイッチ素子のオン動作により、二次電池から抵抗素子を介して容量素子に充電される電圧に基づいて、二次電池の電圧を測定する電圧測定方法であって、容量素子への充電が開始された直後の第１の充電時間での容量素子の充電電圧を第１の電圧値として検出し格納する工程と、第１の充電時間が経過した直後の第２の充電時間での容量素子の充電電圧を第２の電圧値として検出し格納する工程と、格納された第１および第２の電圧値に所定の演算情報を用いた演算を施すことにより、二次電池の電圧を求める工程とを含むことを特徴とする。
【００３２】
第２の電圧測定方法において、第１の充電時間をｔ１、第１の電圧値をＶｃ１、第２の充電時間をｔ２、第２の電圧値をＶｃ２、抵抗素子と容量素子で決まる時定数をＴ、二次電池の電圧をＶｂとした場合、演算情報は、
Ｖｂ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２・ｅ-(t1-t2)/T）／（１−ｅ-(t1-t2)/T）
という関係式で表される。
【００３３】
上記第２の電圧測定方法によれば、第１の電圧測定方法のように、初期設定時に、非常に長い充電時間に相当する第１の充電時間で、電池電圧Ｖｂにほぼ等しい第１の電圧値Ｖｃ０を予め検出する必要がなくなる。
【００３４】
また、上記演算情報にはスイッチ素子のターンオン時間ｔｏｎおよびターンオフ時間ｔｏｆｆのパラメータが含まれないので、環境温度や使用電圧の変動の影響を受けるスイッチング時間の要因を削除することができ、高速および高精度な電圧測定が可能になる。特に、二次電池が高電圧バッテリとしてＨＥＶ等に塔載される場合、高電圧バッテリ、インバータ、モータ等を含む高電圧回路と、低電圧バッテリ、制御回路、音響機器等を含む低電圧回路との間の絶縁を十分にとるために、スイッチ素子として例えばフォトＭＯＳリレーが用いられる。この場合、電気信号から光信号、光信号から電気信号への変換を要するため、スイッチング時間が大きくなるが、電池電圧Ｖｂの算出にスイッチング時間の要因が含まれないので、特に効果的となる。
【００３５】
また、さらに短時間で電池電圧Ｖｂの測定が可能になるという利点のため、充電時定数を決定する抵抗素子の抵抗値および容量素子の容量値を大きくすることができ、高電圧回路からのノイズの影響を低減して、耐ノイズ性を向上させることが可能になる。
【００３６】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の電池パックシステムは、第１または第２の電圧測定方法が実施されるコンピュータシステムと、二次電池とを備えたことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電圧測定装置の一構成例を示す回路ブロック図である。なお、図１において、従来例を示す図６と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施形態が従来例と異なるのは、電池ＥＣＵ３０に、電圧測定部３０１’の代わりに、電圧検出部２０により検出された電圧Ｖｃに基づいて、演算により、電池電圧Ｖｂを算出する電圧算出部３０１と、電池電圧Ｖｂの算出に必要な情報を格納する記憶部３０２とを設けた点にある。
【００４０】
記憶部３０２には、初期設定時に、電池電圧Ｖｂの算出に必要な情報として演算係数（Ａ）が格納される参照テーブル（ＬＵＴ）３０２１が含まれる。電圧算出部３０１は、電圧測定時に、検出された電圧Ｖｃに、ＬＵＴ３０２１からの演算係数Ａを乗算して、電池電圧Ｖｂを算出する。
【００４１】
次に、このように構成された電圧測定装置の動作について、図２および図３を参照して説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態による電池電圧Ｖｂの測定方法を説明するための電圧Ｖｃの充電時間ｔに対する変化を示すグラフで、図３は、本実施形態の初期設定ルーチンおよび電圧測定ルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。
【００４３】
図２において、電圧Ｖｃは、従来例で説明した式（１）で表され、実線の曲線は、電池パック１０の初期状態（電池電圧Ｖｂ）における容量素子に充電される充電カーブを示し、破線の曲線は、電池パック１０の放電により電池電圧Ｖｂが低下した状態（電池電圧Ｖｂ’）における充電カーブを示している。
【００４４】
図３の初期設定ルーチンにおいて、まず、電圧算出部３０１がリレー２０３（ＲＬ１）をオン状態に制御して（Ｓ３０１）、電池パック１０から容量素子２０４への充電を開始させる。これにより、電圧Ｖｃが図２の実線に示す充電カーブで上昇していき、充電時間ｔが、電圧Ｖｃが電池電圧Ｖｂにほぼ等しくなる（例えば、Ｖｃ０＝０．９９９Ｖｂ）時間ｔ０に達したか否かを判断する（Ｓ３０２）。この時間ｔ０は、上記式（１）に示すように、初期状態における回路パラメータであるｔｏｎ、ｔｏｆｆ、Ｒ１、Ｒ２、Ｃの値に基づいて予め設定される。
【００４５】
ステップＳ３０２の判断で、充電時間ｔがｔ０に達した場合（Ｙｅｓ）、電圧算出部３０１は、その時の電圧ＶｃであるＶｃ０を電池電圧Ｖｂとして取得し（Ｓ３０３）、リレー２０３（ＲＬ１）をオフ状態、リレー２０５（ＲＬ２）をオン状態に制御して（Ｓ３０４）、容量素子２０４に充電された電荷の放電が完了すると、ＲＬ２をオフ状態、ＲＬ１をオン状態に制御する（Ｓ３０５）。
【００４６】
これにより、電池パック１０から容量素子２０４への充電が再開し、電圧Ｖｃがやはり図２の実線に示す充電カーブで上昇していき、充電時間ｔが、時間ｔ０に比べて非常に短い時間ｔ１に達したか否かを判断する（Ｓ３０６）。この時間ｔ１は、電圧算出部３０１がその時の電圧Ｖｃ１を安定して取得できる時間（電池ＥＣＵのクロックレート等に依存）として予め設定される。
【００４７】
ステップＳ３０６の判断で、充電時間ｔがｔ１に達した場合（Ｙｅｓ）、電圧算出部３０１は、その時の電圧Ｖｃ１と、ステップＳ３０３で電池電圧Ｖｂとして取得した電圧Ｖｃ０とから、演算係数Ａを
Ａ＝Ｖｃ０／Ｖｃ１      …（２）
で表される式（２）により求め、記憶部３０２のＬＵＴ３０２１に格納する（Ｓ３０７）。
【００４８】
なお、この式（２）は、上記式（１）において、Ｖｂ＝Ｖｃ０、ｔ＝ｔ１として、式（１）を変形した場合の、
［１−ｅ-(t1-ton+toff)/(R1+R2)C］-1＝Ｖｃ０／Ｖｃ１    …（３）
で表される式（３）から導かれる。
【００４９】
次に、リレー２０３（ＲＬ１）をオフ状態、リレー２０５（ＲＬ２）をオン状態に制御して（Ｓ３０８）、容量素子２０４に充電された電荷の放電が完了すると、ＲＬ２をオフ状態に制御する（Ｓ３０９）。
【００５０】
以上のようにして、演算係数Ａを求める初期設定ルーチンが終了する。
【００５１】
次に、電池電圧Ｖｂを測定するタイミングになると、図３の電圧測定ルーチンに入る。電圧測定ルーチンにおいて、まず、電圧算出部３０１がリレー２０３（ＲＬ１）をオン状態に制御して（Ｓ３１０）、電池パック１０から容量素子２０４への充電を開始させる。これにより、今度は、電池電圧ＶｂがＶｂ’に低下しているため、電圧Ｖｃが図２の破線に示す充電カーブで上昇していき、充電時間ｔが、初期設定ルーチンのステップ３０６における設定時間ｔ１に達したか否かを判断する（Ｓ３１１）。
【００５２】
ステップＳ３１１の判断で、充電時間ｔがｔ１に達した場合（Ｙｅｓ）、電圧算出部３０１は、その時の電圧Ｖｃ１’を取得し、電圧Ｖｃ１’に、初期設定ルーチンのステップＳ３０７で格納した演算係数Ａを乗算して、電池電圧Ｖｂ’を算出する（Ｓ３１２）。この演算は、初期状態で電圧Ｖｃ１を取得した時間と、電池電圧ＶｂがＶｂ’に低下している状態で電圧Ｖｃ１’取得した時間とを同じ充電時間ｔ１に設定することで、Ｖｃ１とＶｃ１’との比例関係がＶｂ（Ｖｃ０）とＶｂ’との比例関係に等しいということに基づいている。
【００５３】
次に、リレー２０３（ＲＬ１）をオフ状態、リレー２０５（ＲＬ２）をオン状態に制御して（Ｓ３１３）、容量素子２０４に充電された電荷の放電が完了すると、ＲＬ２をオフ状態に制御する（Ｓ３１４）。
【００５４】
このようにして、電池電圧Ｖｂ’を演算により推定することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、初期設定時（１回目の電圧測定時）に、非常に長い充電時間に相当する第１の充電時間ｔ０で検出された、電池電圧Ｖｂにほぼ等しい第１の電圧値Ｖｃ０（例えば、０．９９９Ｖｂ）と、非常に短い充電時間に相当する第２の充電時間ｔ１で検出された第２の電圧値Ｖｃ１とから求めた演算係数Ｖｃ０／Ｖｃ１を予め格納することで、２回目以降の電圧測定時には、第２の充電時間ｔ１で検出された第３の電圧値Ｖｃ１’に演算係数Ｖｃ０／Ｖｃ１を乗算するだけで、電池電圧Ｖｂを短時間で測定することができる。
【００５６】
この短時間で電池電圧Ｖｂの測定が可能になるという利点のため、充電時定数を決定する抵抗素子２０１、２０２の抵抗値および容量素子２０４の容量値を大きくすることができ、例えば電池パック１０が高電圧バッテリとしてＨＥＶ等に塔載される場合、電池パック１０、インバータ、モータ等を含む高電圧回路からのノイズの影響を低減して、耐ノイズ性を向上させることが可能になる。
【００５７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、図３の初期設定ルーチンで、電圧Ｖｃが電池電圧Ｖｂにほぼ等しくなる非常に長い時間ｔ０まで充電を続ける必要があったが、本発明の第２の実施形態は、この非常に長い時間ｔ０まで充電を続ける必要性をなくすものである。
【００５８】
なお、第２の実施形態に係る電圧測定装置の構成は、図１に示す第１の実施形態の構成と同じであるが、電圧算出部３０１の機能と記憶部３０２に格納される演算情報が異なる。よって、以下では、本実施形態による電圧測定動作について、図４および図５を参照して説明する。
【００５９】
図４は、本実施形態による電池電圧Ｖｂの測定方法を説明するための電圧Ｖｃの充電時間ｔに対する変化を示すグラフで、図５は、本実施形態の電圧測定ルーチンにおける処理手順を示すフローチャートである。
【００６０】
図４において、電圧Ｖｃは、やはり従来例で説明した式（１）で表され、実線の曲線は、電池パック１０の電池電圧がＶｂである状態における充電カーブを示し、破線の曲線は、電池パック１０の放電により電池電圧ＶｂがＶｂ’に低下した状態における充電カーブを示している。
【００６１】
図５において、まず、電圧算出部３０１がリレー２０３（ＲＬ１）をオン状態に制御して（Ｓ５０１）、電池パック１０から容量素子２０４への充電を開始させる。これにより、電圧Ｖｃが図４の実線に示す充電カーブで上昇するが、電圧算出部３０１は、充電開始直後において、充電時間ｔが、時間ｔ１に達したか否かを判断する（Ｓ５０２）。この時間ｔ１は、電圧算出部３０１がその時の電圧Ｖｃ１を安定して取得できる時間（電池ＥＣＵのクロックレート等に起因した処理時間に依存）として予め設定される。
【００６２】
ステップＳ５０２の判断で、充電時間ｔがｔ１に達した場合（Ｙｅｓ）、電圧算出部３０１は、その時の電圧Ｖｃ１を取得する（Ｓ５０３）。
【００６３】
次に、電圧算出部３０１は、充電時間ｔが、時間ｔ１を経過した直後の時間ｔ２に達したか否かを判断する（Ｓ５０４）。ここで、時間ｔ１と時間ｔ２との間の時間間隔は、電池ＥＣＵのクロックレート等に起因した処理時間に間に合うように予め設定される。
【００６４】
ステップＳ５０４の判断で、充電時間ｔがｔ２に達した場合（Ｙｅｓ）、電圧算出部３０１は、その時の電圧Ｖｃ２を取得する（Ｓ５０５）。
【００６５】
次に、電圧算出部３０１は、記憶部３０２のＬＵＴ３０２１に予め格納されている、
Ｖｂ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２・ｅ-(t1-t2)/T）／（１−ｅ-(t1-t2)/T）
（ここで、Ｔ＝（Ｒ１＋Ｒ２）Ｃ）              …（４）
で表される式（４）を演算情報として用いて、ステップＳ５０３で取得したＶｃ１と、ステップＳ５０５で取得したＶｃ２とから、電池電圧Ｖｂを算出する（Ｓ５０６）。この演算式（４）は、上記式（１）において、Ｖｃ＝Ｖｃ１、ｔ＝ｔ１とした、
Ｖｃ１＝Ｖｂ［１−ｅ-(t1-ton+toff)/(R1+R2)C］      …（５）
で表される式（５）と、
上記式（１）において、Ｖｃ＝Ｖｃ２、ｔ＝ｔ２とした、
Ｖｃ２＝Ｖｂ［１−ｅ-(t2-ton+toff)/(R1+R2)C］      …（６）
で表される式（６）とに基づいて導かれる。
【００６６】
次に、リレー２０３（ＲＬ１）をオフ状態、リレー２０５（ＲＬ２）をオン状態に制御して（Ｓ５０７）、容量素子２０４に充電された電荷の放電が完了すると、ＲＬ２をオフ状態に制御する（Ｓ５０８）。
【００６７】
以上のようにして、ある電圧測定タイミングにおいて、電池電圧Ｖｂを演算により推定することができる。
【００６８】
次の電圧測定タイミングにおいて、電池電圧ＶｂがＶｂ’に低下していた場合、電圧Ｖｃは図４の破線に示す充電カーブを辿ることになり、ステップＳ５０３で電圧Ｖｃ１’を取得し、ステップＳ５０５で電圧Ｖｃ２’を取得し、ステップ５０６において、電圧Ｖｃ１’と電圧Ｖｃ２’から、上記演算式（４）を用いて、電池電圧Ｖｂ’を算出する。
【００６９】
以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態のように、初期設定時（１回目の電圧測定時）に、非常に長い充電時間ｔ０で、電池電圧Ｖｂにほぼ等しい第１の電圧値Ｖｃ０を予め検出する必要がなくなる。
【００７０】
また、上記演算式（４）にはスイッチ素子のターンオン時間ｔｏｎおよびターンオフ時間ｔｏｆｆのパラメータが含まれないので、環境温度や使用電圧の変動の影響を受けるスイッチング時間の要因を削除することができ、高速および高精度な電圧測定が可能になる。特に、電池パック１０が高電圧バッテリとしてＨＥＶ等に塔載される場合、電池パック１０、インバータ、モータ等を含む高電圧回路と、低電圧バッテリ、電池ＥＣＵ３０、音響機器等を含む低電圧回路との間の絶縁を十分にとるために、リレー２０３として例えばフォトＭＯＳリレーが用いられる。この場合、電気信号から光信号、光信号から電気信号への変換を要するため、スイッチング時間が大きくなるが、電池電圧Ｖｂの算出にスイッチング時間の要因が含まれないので、特に効果的となる。
【００７１】
また、さらに短時間で電池電圧Ｖｂの測定が可能になるという利点のため、充電時定数を決定する抵抗素子２０１、２０２の抵抗値および容量素子２０４の容量値を大きくすることができ、高電圧回路からのノイズの影響を低減して、耐ノイズ性を向上させることが可能になる。
【００７２】
なお、本実施形態において、上記演算式（４）には、充電時定数Ｔを決める、抵抗素子２０１の抵抗値Ｒ１、抵抗素子２０２の抵抗値Ｒ２、および容量素子２０４の容量値Ｃが回路パラメータとして含まれているため、電池電圧Ｖｂを高精度に測定するには、初期精度が高く、かつ温度変化率が低い素子を使用する必要があり、装置のコストが高くなる。
【００７３】
しかし、本実施形態の電圧測定装置と電池パック１０を含めた電池パックシステムを工場から出荷する際の評価・試験時に、電池パック１０を取り除いて、電圧測定装置に外部の計測器から既知の電圧（電池電圧Ｖｂに相当）を印加し、環境温度を変化させて電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２を取得することで、電池ＥＣＵ３０は、上記の演算式（４）から、各温度における充電時定数Ｔ（＝（Ｒ１＋Ｒ２）Ｃ）を知ることができる。そして、この結果をＬＵＴ３０２１にフィードバックすることで、初期精度が悪く、温度変化率の高い、安価な抵抗素子２０１、２０２および容量素子２０３を使用することが可能になる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二次電池の電圧測定に要する時間を短縮し、かつ耐ノイズ性も向上させた電圧測定装置および方法、並びにかかる装置および方法を用いた電池パックシステムを実現することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る電圧測定装置の一構成例を示す回路ブロック図
【図２】  第１の実施形態における電池電圧Ｖｂの測定方法を説明するための電圧Ｖｃの充電時間ｔに対する変化を示すグラフ
【図３】  第１の実施形態の初期設定ルーチンおよび電圧測定ルーチンにおける処理手順を示すフローチャート
【図４】  本発明の第２の実施形態における電池電圧Ｖｂの測定方法を説明するための電圧Ｖｃの充電時間ｔに対する変化を示すグラフ
【図５】  第２の実施形態の電圧測定ルーチンにおける処理手順を示すフローチャート
【図６】  従来の電圧測定装置の一構成例を示す回路ブロック図
【図７】  従来の電池電圧Ｖｂの測定方法を説明するための電圧Ｖｃの充電時間ｔに対する変化を示すグラフ
【図８】  従来の電圧測定ルーチンにおける処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１０  電池パック
２０  電圧検出部
２０１、２０２  抵抗素子
２０３  リレー（ＲＬ１）
２０４  容量素子
２０５  リレー（ＲＬ２）
３０  電池ＥＣＵ
３０１  電圧測定部
３０２  記憶部
３０２１  参照テーブル（ＬＵＴ）
【図１】
0003936187.tif 000002
【図２】
0003936187.tif 000003
【図３】
0003936187.tif 000004
【図４】
0003936187.tif 000005
【図５】
0003936187.tif 000006
【図６】
0003936187.tif 000007
【図７】
0003936187.tif 000008
【図８】
0003936187.tif 000009