(57)【要約】【課題】検出電圧の精度を改善できる電池電圧検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】電池電圧検出装置は、複数の電池の電圧値を検出する電圧検出回路と、電池に並列に接続された放電回路と、放電回路の動作状態を取得し、当該取得した放電回路の動作状態に応じて、電圧検出回路が検出した電圧検出値を補正する電圧値補正部と、を備える。【選択図】図１
2017146259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池の電圧値を検出する電圧検出回路と、
前記電池に並列に接続された放電回路と、
前記放電回路の動作状態を取得し、当該取得した放電回路の動作状態に応じて、前記電圧検出回路が検出した電圧検出値を補正する電圧値補正部と、
を備える電池電圧検出装置。
【請求項２】
前記放電回路の動作状態は、前記電池を放電させる期間の比率を示す放電デューティ比の設定状態である、請求項１に記載の電池電圧検出装置。
【請求項３】
前記電圧検出回路の温度を検出する温度センサ、を備え、
前記電圧値補正部は、更に、前記温度センサが検出した温度検出値に応じて、前記電圧検出回路が検出した電圧値を補正する、請求項１または請求項２に記載の電池電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、動力源となるモータに電力を供給する高電圧・大容量のバッテリが搭載されている。このモータ駆動用バッテリは、直列接続された複数のリチウムイオン電池或いは水素ニッケル電池等の電池セルから構成されている。直列接続された各電池セルには電圧検出回路が設けられ、各電池セルの電圧が検出されている。各電池セルの電圧を検出する際に、検出電圧は温度の影響で誤差が生じる。そこで、周囲温度を検出し、周囲温度に応じて検出電圧の誤差を補正するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１０３９１号公報
【特許文献２】特開２０１２−８３２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に示されているものでは、周囲温度に応じて検出電圧の誤差を補正している。しかしながら、検出電圧の誤差を生じる要因は、周囲温度だけに限定されるものではない。例えば、電池セルと電圧検出回路とを接続する経路中に、電池セルに並列に放電回路が設けられている場合、この放電回路の影響により、検出電圧の誤差が生じることが考えられる。また、特許文献１及び特許文献２に示されているものでは、検出温度に応じて検出電圧の誤差を補正するために、周囲温度と検出電圧誤差とを正確に計測して、周囲温度に対する電圧検出誤差のデータを収集する必要がある。そのためには、所望の周囲温度に設定するための恒温槽を用意しなければならず、コストが増大すると共に、電圧検出誤差のデータを収集する時間が長く必要になる。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、検出電圧の精度を改善できる電池電圧検出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】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電池電圧検出装置は、複数の電池の電圧値を検出する電圧検出回路と、前記電池に並列に接続された放電回路と、前記放電回路の動作状態を取得し、当該取得した放電回路の動作状態に応じて、前記電圧検出回路が検出した電圧検出値を補正する電圧値補正部と、を備える。
【０００７】
本発明の一態様に係る電池電圧検出装置において、前記放電回路の動作状態は、前記電池を放電させる期間の比率を示す放電デューティ比の設定状態であるようにしてもよい。
【０００８】
本発明の一態様に係る電池電圧検出装置において、前記電圧検出回路の温度を検出する温度センサ、を備え、前記電圧値補正部は、更に、前記温度センサが検出した温度検出値に応じて、前記電圧検出回路が検出した電圧値を補正するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、各電池セルと並列に接続された放電回路の動作状態を取得し、この放電回路の動作状態に応じて、電圧検出回路が検出した電圧値を補正するようにしている。これにより、セル電圧の検出電圧の精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る電池電圧検出装置の構成概略図である。
【図２】本実施形態に係る電池電圧検出装置における、放電デューティ比と、温度と、電圧検出誤差との関係を示すグラフの一例である。
【図３】本実施形態に係る電池電圧検出装置における、セル電圧の検出値の補正処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る電池電圧検出装置１の構成概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る電池電圧検出装置１では、直列接続された複数の電池セルを複数の電池セル群に分割して、電池セル群毎に、各電池セルのセル電圧を検出している。この例では、直列接続された複数の電池セルは、ｍ個（ｍは１以上の整数）の電池セル群１１−１〜１１−ｍに分割されている。各電池セル群１１−１〜１１−ｍは、ｎ個（ｎは１以上の整数）の電池セル１０−１〜１０−ｎから構成される。なお、電池セル群１１−１〜１１−ｍのうち１つを特定しない場合は、単に電池セル群１１という。また、電池セル１０−１〜１０−ｎのうち１つを特定しない場合は、単に電池セル１０という。
【００１２】
各電池セル群１１−１〜１１−ｍにおいて、各電池セル１０−１〜１０−ｎの両端は、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍにそれぞれ接続される。なお、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍのうち１つを特定しない場合は、単に電圧検出回路２０という。
各電池セル１０−１〜１０−ｎには、対応する放電回路１３−１〜１３−ｎが並列接続されている。各放電回路１３−１〜１３−ｎは、直列に接続される抵抗１４−１〜１４−ｎと、スイッチ素子１５−１〜１５−ｎとから構成されている。例えば、電池セル１０−１は、正極側が抵抗１４−１の一端に接続され、負極側がスイッチ素子１５−１の一端に接続される。そして、スイッチ素子１５−１は、他端が抵抗１４−１の他端に接続され、制御端子が絶縁素子１７−１を介して制御部３０に接続される。なお、スイッチ素子１５−１〜１５−ｎのオン状態とオフ状態は、制御部３０からフォトカプラー等の絶縁素子１７−１〜１７−ｍを介して供給される制御信号により制御されている。スイッチ素子１５−１〜１５−ｎは、例えば機械式のスイッチ、ＦＥＴ（Field effect transistor；電界効果トランジスタ）等である。なお、放電回路１３−１〜１３−ｎのうち１つを特定しない場合は、単に放電回路１３という。また、抵抗１４−１〜１４−ｎのうち１つを特定しない場合は、単に抵抗１４といい、スイッチ素子１５−１〜１５−ｎのうち１つを特定しない場合は、単にスイッチ素子１５という。
【００１３】
電圧検出回路２０−１〜２０−ｍは、各電池セル群１１−１〜１１−ｍを構成する各電池セル１０−１〜１０−ｎのセル電圧を検出する集積回路である。温度センサ２１−１〜２１−ｍは、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの内部にあり、温度センサ２１−１〜２１−ｍのダイ温度を検出する。例えば、電圧検出回路２０−１には、温度センサ２１−１が接続される。温度センサ２１−１〜２１−ｍは、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍを構成する集積回路のダイ温度を検出することで、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの温度を精度よく検出できる。なお、温度センサ２１−１〜２１−ｍのうち１つを特定しない場合は、単に温度センサ２１という。
【００１４】
電圧検出回路２０−１〜２０−ｍで検出されたセル電圧は、フォトカップラー等の絶縁素子１６−１〜１６−ｍを介して、制御部３０に出力する。また、温度センサ２１−１〜２１−ｍからの温度検出値は、絶縁素子１６−１〜１６−ｍを介して、制御部３０に出力する。なお、温度センサ２１−１〜２１−ｍは、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの外部に設けられていてもよく、例えば電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの上面に取り付けられていてもよい。この場合、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍは、対応する温度センサ２１−１〜２１−ｍが出力した温度検出値を予め記憶している表面温度とダイ温度との差分を用いて補正し、補正した温度検出値を制御部３０に出力するようにしてもよい。
【００１５】
制御部３０には、記憶部３１が設けられる。なお、記憶部３１は、制御部３０の外部に設けられていてもよい。記憶部３１には、電圧検出誤差マップが格納されている。電圧検出誤差マップは、各電池セル群１１−１〜１１−ｍにおける、放電回路１３−１〜１３−ｎの放電デューティ比と、温度センサ２１−１〜２１−ｍの温度検出値とに対する、電圧検出誤差の関係を示す情報である。ここで、放電デューティ比は、スイッチ素子１５−１〜１５−ｎをオン状態及びオフ状態する制御信号のデューティ比であり、電池セル１０−１〜１０−ｎを放電させる期間と放電させない期間との比率を示す。電圧検出誤差マップについては、後述する。
【００１６】
制御部３０は、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍから、各電池セル群１１−１〜１１−ｍにおける、各電池セル１０−１〜１０−ｎのセル電圧の検出値を受信すると、このときの温度を温度センサ２１−１〜２１−ｍから取得する。また、制御部３０は、各電池セル群１１−１〜１１−ｍにおける、スイッチ素子１５−１〜１５−ｎの制御信号から、放電回路１３−１〜１３−ｎの放電デューティ比を取得する。そして、制御部３０は、温度検出値と、放電デューティ比とに基づいて、記憶部３１の電圧検出誤差マップを参照して、電圧検出誤差を求める。そして、制御部３０は、この電圧検出誤差により、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍからのセル電圧の検出値を補正する。
【００１７】
このように、本実施形態では、温度検出値と、放電回路１３−１〜１３−ｎの動作状態とに基づいて、セル電圧の検出電圧を補正している。これにより、セル電圧の検出精度を向上できる。つまり、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍからのセル電圧は、温度により、検出誤差が生じる。更に、本実施形態では、各電池セル１０−１〜１０−ｎと並列に、放電回路１３−１〜１３−ｎが設けられている。各放電回路１３−１〜１３−ｎの放電デューティ比を変化させると、発熱量が変化し、温度が変化する。放電デューティ比の変化による発熱量の増加又は減少に伴い、セル電圧の検出値に誤差が生じる。そこで、本実施形態では、放電デューティ比と、温度検出値とに応じて、電圧検出誤差を求めて、セル電圧の検出値を補正する。
【００１８】
次に、電圧検出誤差マップについて説明する。
図２は、放電デューティ比と、温度と、電圧検出誤差との関係をプロットしたグラフの一例である。図２において、横軸は放電Ｄｕｔｙ、温度を表し、縦軸は電圧検出誤差を表す。電圧検出誤差マップとは、図２に示す放電Ｄｕｔｙに対する電圧検出誤差、放電Ｄｕｔｙに対する温度、温度に対する電圧検出誤差のうち少なくとも１つの関係のマップである。電圧検出誤差マップには、例えば、放電Ｄｕｔｙ０％に、温度−３０℃（度）と電圧Ｖ１が対応付けられている。なお、電圧Ｖ１は、誤差０に対する差分、例えば−１０ｍＶである。
【００１９】
図２に示すように、放電デューティ比が小さいときには、温度は低く、電圧検出誤差は、マイナス方向の誤差となる。放電デューティ比を大きくしていくと、これに応じて、発熱量が増大し、温度が高くなり、電圧検出誤差は、プラス方向に増大していくようになる。図２に示すグラフから、放電デューティ比と、温度と、電圧検出誤差との関係を求めることができる。本実施形態では、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍについて、上述のようにして、放電デューティ比と、温度と、電圧検出誤差との関係が求められる。そして、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍについて求められた、放電デューティ比と、温度と、電圧検出誤差との関係を示す情報が、電圧検出誤差マップとして、記憶部３１に格納される。なお、図２に示した例は一例であり、放電Ｄｕｔｙ、温度に対する電圧検出誤差は電圧検出回路２０−１〜２０−ｍ毎に異なる場合がある。このため、電池電圧検出装置１の製造時に、放電Ｄｕｔｙ、温度に対する電圧検出誤差を、例えば電圧検出回路２０−１〜２０−ｍ毎に測定し、測定した結果を記憶部３１に製造者が格納させるようにしてもよい。
【００２０】
次に、セル電圧の検出値の補正処理の手順を説明する。
図３は、セル電圧の検出値の補正処理のフローチャートである。
（ステップＳ１０１）制御部３０は、電圧検出回路２０−ｋ（ｋは、１からｍの間の任意の整数）のセル電圧の検出値を取得する。
（ステップＳ１０２）制御部３０は、温度センサ２１−ｋから温度検出値を取得する。
（ステップＳ１０３）制御部３０は、スイッチ素子１５−１〜１５−ｎの制御信号から、放電デューティ比を取得する。
【００２１】
（ステップＳ１０４）制御部３０は、ステップＳ１０２で取得した温度センサ２１−ｋの温度検出値と、ステップＳ１０３で取得した放電デューティ比とから、記憶部３１の電圧検出回路２０−ｋについての電圧検出誤差マップを参照して、誤差電圧を算出する。なお、制御部３０は、誤差電圧を、例えば、以下のようにして算出する。
【００２２】
図２に示すグラフから、温度は、放電デューティ比の変化に追従して変化する。すなわち、放電デューティ比が大きくなれば、温度はこれに応じて上昇し、放電デューティ比が小さくなれば、温度はこれに応じて下降する。また、図２に示すグラフから、周囲温度に対応する電圧検出誤差を求めることができる。制御部３０は、電圧検出回路２０−ｋの温度検出値を取得し、電池セル群１１−ｋの放電デューティ比を取得すると、放電デューティ比の変化に応じて、温度の変化量を求める。そして、制御部３０は、温度センサ２１−ｋの温度検出値に応じて電圧検出値誤差を求め、この電圧検出値誤差を、温度の変化量に応じて修正する。ここで、各プロット値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、…の間の電圧検出誤差は、図２において、各プロット値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、…を結んで作成されたグラフの傾きと切片とを求めることで、補間により算出することができる。
【００２３】
なお、図３に示した例では、温度検出値と放電デューティ比の両方を取得する例を説明したが、これに限られない。制御部３０は、放電デューティ比のみを取得して、取得した放電デューティ比に基づいて電圧検出値誤差を算出して、セル電圧の検出値を補正するようにしてもよい。
【００２４】
また、上述の例では、制御部３０でセルの検出電圧の補正を行っているが、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍで、セルの検出電圧の補正を行ってもよい。各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍでセルの検出電圧の補正を行う場合、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍが、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍ毎の電圧検出誤差マップを持つようにしてもよい。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態の電池電圧検出装置１は、複数の電池（電池セル１０−１〜１０−ｎ）の電圧値を検出する電圧検出回路（電圧検出回路２０、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍのうちの少なくとも１つ）と、電池に並列に接続された放電回路（放電回路１３、抵抗１４とスイッチ素子１５）と、放電回路の動作状態を取得し、当該取得した放電回路の動作状態に応じて、電圧検出回路が検出した電圧検出値を補正する電圧値補正部（制御部３０または電圧検出回路２０）と、を備える。
【００２６】
この構成によって、本実施形態では、各電池セル群１１−１〜１１−ｍにおける、放電回路１３−１〜１３−ｎの放電デューティ比に応じて、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの電圧検出誤差を求め、求めた圧検出値誤差を算出して、セル電圧の検出値を補正する。これにより、本実施形態では、放電デューティ比を用いて、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの電圧検出誤差を求めているので、電圧検出精度を向上させることができる。
また、本実施形態では、各電池セル群１１−１〜１１−ｍにおける、放電回路１３−１〜１３−ｎの放電デューティ比と、温度とに応じて、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの電圧検出誤差を求めるようにしている。このように、温度だけでなく、放電デューティ比を用いて、各電圧検出回路２０−１〜２０−ｍの電圧検出誤差を求めているので、電圧検出精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、放電回路１３−１〜１３−ｎが設けられており、各放電回路１３−１〜１３−ｎの放電デューティ比を変化させることで、発熱量を変化させることができる。これにより、恒温槽を用いることなく、周囲温度を所定の温度に設定して、電圧検出誤差のデータを収集することができる。
【００２８】
また、上述の例では、温度センサ２１−１〜２１−ｍは、電圧検出回路２０−１〜２０−ｍ内のダイ温度を検出しているが、温度センサ２１−１〜２１−ｍは、周囲温度が検出できれば、電池電圧検出装置１内にあってもよい。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態はあくまで一例であって本発明の趣旨を逸脱しない範囲において実施形態の細部を種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３０】
１…電池電圧検出装置、１０，１０−１〜１０−ｎ…電池セル、１１，１１−１〜１１−ｍ…電池セル群、１３，１３−１〜１３−ｍ…放電回路、１４，１４−１〜１４−ｍ…抵抗、１５，１５−１〜１５−ｍ…スイッチ素子、１６−１〜１６−ｍ…絶縁素子、２０，２０−１〜２０−ｍ…電圧検出回路、２１，２１−１〜２１−ｍ…温度センサ、３０…制御部、３１…記憶部
【図１】
2017146259.tif 000003
【図２】
2017146259.tif 000004
【図３】
2017146259.tif 000005