(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続されて組電池を構成する所定個数の電池モジュールの各電池端子に各一端が個別接続され、各他端が一対ずつ個別接続された所定数の電流制限抵抗素子と、
前記各対の電流制限抵抗素子の接続点電位を検出する電圧検出部と、
を備え、
前記電圧検出部は、前記各電流制限抵抗素子のうち、高電位側から数えてＮ（Ｎは整数）番目の電流制限抵抗素子の他端と低電位側から数えてＮ番目の他端との接続点電位を検出することを特徴とする組電池電圧検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の組電池電圧検出装置において、
所定の２つの前記接続点電位の間の電位差を検出することを特徴とする組電池電圧検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組電池電圧検出装置において、
前記電圧検出部は、前記接続端電位と、所定の中間電位からなる基準電位との間の電位差を検出することを特徴とする組電池電圧検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の組電池電圧検出装置において、
得られた前記接続端電位に関するデータを処理して前記各電池モジュールの電圧を抽出するデータ処理部を有することを特徴とする組電池電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車などでは、二次電池や燃料電池からなる単電池を直列接続したきわめて多数の単電池で構成した組電池を使用することが、送電抵抗損失の低減や回転電機の小型化などの点で有利である。
【０００３】
この高圧の組電池の電圧検出には、１乃至連続して直列接続された複数の単電池からなる電池モジュールの電圧（モジュール電圧）を個別に計測するのが一般的である。
【０００４】
このため、各モジュール電圧をそれぞれ異なる差動電圧検出回路で計測する直接電圧検出方式があり、差動電圧検出回路数を減らすためにマルチプレクサを用いることも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記検出方式では、各電池モジュール間の最大電位差が大きいため、回路素子を高耐圧仕様とする必要があるため、コストが高くなり、回路構造が複雑するという問題があった。特に、最高電位のモジュール電圧を検出する差動電圧検出回路の入力電位と、最低電位のモジュール電圧を検出する差動電圧検出回路の入力電位との差が大きいので、差動電圧検出回路の製造は容易ではなかった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電圧検出部への入力電位の変動が小さく、電圧検出部の構成簡素化、低耐圧化が可能な組電池電圧検出装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の組電池電圧検出装置は、直列接続されて組電池を構成する所定個数の電池モジュールの各電池端子に各一端が個別接続され、各他端が一対ずつ個別接続された所定数の電流制限抵抗素子と、前記各対の電流制限抵抗素子の接続点電位を検出する電圧検出部とを備えることを特徴としている。
【０００８】
本構成によれば、電圧検出を行う電圧検出部に各電池モジュールから入力される各入力電位又は各入力電圧間の差を大幅に縮小することができ、更に電池モジュールの充電状態変化によるその変動幅も小さいので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下とを実現することができる。
【０００９】
本発明は更に、前記電圧検出部が、前記各電流制限抵抗素子のうち、高電位側から数えてＮ（Ｎは整数）番目の電流制限抵抗素子の他端と低電位側から数えてＮ番目の他端との接続点電位を検出することを特徴としている。
【００１０】
本構成によれば、各入力電圧間の差を特に小さくすることができるので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下という効果を一層向上することができる。
【００１１】
請求項２記載の構成は請求項１記載の組電池電圧検出装置において更に、所定の２つの前記接続点電位の間の電位差を検出することを特徴としている。
【００１２】
本構成によれば、各入力電圧間の差を特に小さくすることができるので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下という効果を一層向上することができる。
【００１３】
請求項３記載の構成は請求項１又は２記載の組電池電圧検出装置において更に、前記電圧検出部が、前記接続端電位と、所定の中間電位からなる基準電位との間の電位差を検出することを特徴としている。
【００１４】
本構成によれば、各入力電圧間の差を特に小さくすることができるので、電圧検出部の回路構成の簡素化と耐圧低下という効果を一層向上することができる。
【００１５】
請求項４記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の組電池電圧検出装置において更に、得られた前記接続端電位に関するデータを処理して前記各電池モジュールの電圧を抽出するデータ処理部を有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組電池電圧検出装置の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な公知回路を用いて構成できることは当然である。
【００１７】
【実施例１】
本発明を適用する組電池の電圧検出装置の一実施例を図１に示す回路図を参照して説明する。
（回路構成）
組電池１００は、１５個の電池モジュール１〜１５を直列接続してなる。電池モジュール１〜１５はｍ（ｍは偶数）個の単電池を直列接続してなる。電池モジュール８は、２つの半モジュール８ｘ、８ｙを直列接続してなる。半モジュール８ｘ、８ｙはそれぞれｍ個の単電池を直列接続してなる。
【００１８】
Ｒ１〜Ｒ１７は電流制限抵抗素子、Ｂ１〜Ｂ９はボルテージホロワ回路からなる電流バッファ、２１〜２８は差動電圧検出回路である。
【００１９】
電池モジュール１〜８の正極端子は電流制限抵抗素子１〜８を通じて電流バッファＢ１〜Ｂ８の入力端に接続されている。電池モジュール９〜１５の負極端子は電流制限抵抗素子９〜１５を通じて電流バッファＢ１〜Ｂ８の入力端に接続されている。これにより、電流制限抵抗素子１〜１６のうち、高電位側から数えてＮ（Ｎは整数）番目の電流制限抵抗素子と、低電位側から数えてＮ番目の他端との接続点が、電流バッファＢ１〜Ｂ８の入力端に個別に接続されている。
【００２０】
半モジュール８ｘ、８ｙの接続点、すなわち半モジュール８ｘの負極端子（半モジュール８ｙの正極端子）は電流制限抵抗素子Ｒ１７を通じて電流バッファＢ９の入力端に接続されている。なお、半モジュール８ｘ、８ｙの単電池個数をそれぞれ他の電池モジュールと同じとしてもよい。また、電流バッファＢ１〜Ｂ９は省略可能である。
【００２１】
電流バッファＢ１〜Ｂ９の出力電圧は、差動電圧検出回路２１〜２８に入力され、差動電圧検出回路２１〜２８は、互いに隣接する接続点間の電位差を検出する。
【００２２】
この実施例において、互いに直列接続される電流制限抵抗素子Ｒ１とＲ１６、Ｒ２とＲ１５、Ｒ３とＲ１４、Ｒ４とＲ１３、Ｒ５とＲ１２、Ｒ６とＲ１１、Ｒ７とＲ１０、Ｒ８とＲ９は、同じ抵抗比に設定され、特にこの実施例ではこの抵抗比は１に設定されている。すなわち、各電流制限抵抗素子対を構成する２つの電流制限抵抗素子は同じ抵抗値をもつ。もちろん、なお、各電流制限抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１６は抵抗値のばらつきはあるが、ここではそれは無視できる程度かもしくは微調整されているかもしくはあらかじめ実際の抵抗比が計測されているものとする。
【００２３】
以下、電池モジュール１のモジュール電圧をＶ１、電池モジュール２のモジュール電圧をＶ２、電池モジュール３のモジュール電圧をＶ３、電池モジュール４のモジュール電圧をＶ４、電池モジュール５のモジュール電圧をＶ５、電池モジュール６のモジュール電圧をＶ６、電池モジュール７のモジュール電圧をＶ７、電池モジュール８のモジュール電圧をＶ８（＝Ｖ８ａ＋Ｖ８ｂ）、電池モジュール９のモジュール電圧をＶ９、電池モジュール１０のモジュール電圧をＶ１０、電池モジュール１１のモジュール電圧をＶ１１、電池モジュール１２のモジュール電圧をＶ１２、電池モジュール１３のモジュール電圧をＶ１３、電池モジュール１４のモジュール電圧をＶ１４、電池モジュール１５のモジュール電圧をＶ１５とする。
【００２４】
差動電圧検出回路２８の出力電圧ＶＢ２８は、（Ｖ８／２）ーＶｒとなる。Ｖｒは半モジュール８ｘ、８ｙの接続点の電位である。差動電圧検出回路２７の出力電圧ＶＢ２７は、（Ｖ７＋Ｖ８＋Ｖ９）／２ー（Ｖ８）／２＝（Ｖ７＋Ｖ９）／２となり、差動電圧検出回路２６の出力電圧ＶＢ２６は、（Ｖ６＋Ｖ７＋Ｖ８＋Ｖ９＋Ｖ１０）／２ー（Ｖ７＋Ｖ８＋Ｖ９）／２＝（Ｖ６＋Ｖ１０）／２となる。
【００２５】
以下、同様に、差動電圧検出回路２５の出力電圧ＶＢ２５は（Ｖ５＋Ｖ１１）となり、差動電圧検出回路２４の出力電圧ＶＢ２４は（Ｖ４＋Ｖ１２）となり、差動電圧検出回路２３の出力電圧ＶＢ２３は（Ｖ３＋Ｖ１３）となり、差動電圧検出回路２２の出力電圧ＶＢ２２は（Ｖ２＋Ｖ１４）となり、
差動電圧検出回路２１の出力電圧ＶＢ２１は（Ｖ１＋Ｖ１５）となる。
【００２６】
すなわち、電位Ｖｒがわかれば、ＶＢ２８からＶ８＝Ｖ８ａ＋Ｖ８ｂを算出でき、Ｖ８がわかれば、ＶＢ２７からＶ７＋Ｖ９を算出できる。Ｖ８、Ｖ７＋Ｖ９、がわかれば、ＶＢ２６からＶ６＋Ｖ１０を算出でき、Ｖ８、Ｖ７＋Ｖ９、Ｖ６＋Ｖ１０がわかれば、ＶＢ２５からＶ５＋Ｖ１１を算出できる。Ｖ８、Ｖ７＋Ｖ９、Ｖ６＋Ｖ１０、Ｖ５＋Ｖ１１がわかれば、ＶＢ２４からＶ４＋Ｖ１２を算出でき、Ｖ８、Ｖ７＋Ｖ９、Ｖ６＋Ｖ１０、Ｖ５＋Ｖ１１、Ｖ４＋Ｖ１２がわかれば、ＶＢ２３からＶ３＋Ｖ１３を算出できる。Ｖ８、Ｖ７＋Ｖ９、Ｖ６＋Ｖ１０、Ｖ５＋Ｖ１１、Ｖ４＋Ｖ１２、Ｖ３＋Ｖ１３がわかれば、ＶＢ２２からＶ２＋Ｖ１４を算出でき、Ｖ８、Ｖ７＋Ｖ９、Ｖ６＋Ｖ１０、Ｖ５＋Ｖ１１、Ｖ４＋Ｖ１２、Ｖ３＋Ｖ１３、Ｖ２＋Ｖ１４がわかれば、ＶＢ２１からＶ１＋Ｖ１５を算出できる。
【００２７】
結局、電位Ｖｒは電流制限抵抗素子Ｒ１７を通じて検出することができるので、電池モジュール１〜７、９〜１５と半モジュール８ｘ、８ｙのうちからそれぞれ異なる組み合わせで選択した２つの電池モジュールの電圧和を、上記算出法で算出することができる。したがって、電池モジュール１〜７、９〜１５と半モジュール８ｘ、８ｙを構成する単電池数を通常の半分とすれば、実質的にＮ（この実施例ではＮ＝８）対の電池モジュールペアの電圧を算出できることになる。
【００２８】
差動電圧検出回路２１〜２８の出力電圧ＶＢ２１〜ＶＢ２８は、演算回路３０で上記演算をなされる。演算回路３０は、アナログ演算回路で演算されることができる他、上記出力電圧をＡ／Ｄ変換してデジタル処理することも、マイコンでソフトウエア処理することもできる。
【００２９】
４０は、電流バッファ回路Ｂ１〜Ｂ９、差動電圧検出回路２１〜２８、演算回路３０に電源電圧や所定の比較用参照電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆｎを供給する電源回路である。電源回路４０に供給する電力は組電池１００から給電してもよく、
外部電源から給電してもよい。外部電源から給電する場合には電源回路４０の入力電圧と出力電圧とは、トランスを有するＤＣ−ＤＣコンバータとすることにより電気絶縁される。電流バッファＢ１〜Ｂ９、差動電圧検出回路２１〜２８の入力レンジは基準電位Ｖｒを中心として正負にそれぞれ所定幅だけ設定される。差動電圧検出回路２１〜２８は入力電圧差が０Ｖの場合に、基準電位Ｖｒを出力するように設計することができる。
【００３０】
（実施例効果）
この実施例によれば、電流バッファＢ１〜Ｂ９、又は、差動電圧検出回路２１〜２８の入力電圧がほとんど、基準電位Ｖｒ近傍の電位となり、電池モジュール１〜１５の電位変動に応じて基準電位Ｖｒ近傍で変動するので、電流バッファＢ１〜Ｂ９、又は、差動電圧検出回路２１〜２８、更には差動電圧検出回路２１〜２８の出力電圧を処理する回路の入力電圧が、ほとんど同じ電位レベル及び小さい入力電圧変動幅をもつことができ、これら各回路の設計がきわめて容易となる。
【００３１】
（変形態様１）
上記実施例では、互いに直列接続され２つの電流制限抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１６の抵抗比はそれぞれ１としたが、それぞれの抵抗値をあらかじめ計測して記憶し、それを用いて上記算出を実行すれば、抵抗比のばらつきを補償することができる。
【００３２】
（変形態様２）
他の変形態様を図２を参照して説明する。
【００３３】
この態様は、図１において、互いに並列に設けられた８つのＡ／ＤコンバータＶＡ１〜ＶＡ８からなるＡ／Ｄコンバータ回路群５０により電流バッファＢ１〜Ｂ８及び差動電圧検出回路２１〜２８を代替し、更に演算回路３０をマイコン構成とした点をその特徴としている。各Ａ／ＤコンバータＶＡ１〜ＶＡ８は、基準電位Ｖｒ＝ＶＡｃｏｍと各接続点Ｐ１〜Ｐ８の電位との間の電位差を個別にＡ／Ｄ変換する。
【００３４】
この実施態様において、各接続点Ｐ１〜Ｐ８の電位は、基準電位Ｖｒ＝ＶＡｃｏｍを基準として小さく変動するだけであるので、Ａ／ＤコンバータＶＡ１〜ＶＡ８を低耐圧化、簡素化することができる。
【００３５】
（変形態様２）
他の変形態様を図３を参照して説明する。
【００３６】
この態様は、図２において、互いに並列に設けられた８つのＡ／ＤコンバータＶＡ１〜ＶＡ８を、それぞれ８つのオペアンプ加算回路群６０に置換したものである。ただし、図３では、オペアンプ加算回路群６０のうちのひとつのオペアンプ加算回路６１だけを図示する。ｒｆはオペアンプ加算回路６１の帰還抵抗である。
【００３７】
各オペアンプ加算回路の＋入力端には基準電位Ｖｒが印加され、各オペアンプ加算回路のー入力端には、各接続点Ｐ１〜Ｐ８の電位が入力される。この場合も、図２と同様の作用効果が得られる。
【００３８】
（変形態様３）
他の変形態様を図４を参照して説明する。
【００３９】
この態様は、図３において、マルチプレクサ７０を用いることにより、オペアンプ加算回路群６０を１個のオペアンプ加算回路６１だけにしたものである。同様に、図２の電流バッファＢ１〜Ｂ８及び差動電圧検出回路２１〜２８をマルチプレクサと１個の差動電圧検出回路に代替することもでき、図３において、８つのＡ／Ｄコンバータを１つのＡ／Ｄコンバータとマルチプレクサとに代替することもできる。この場合においても、マルチプレクサのサンプリングスイッチの各入力電位のレベル差が小さく、その電位変動幅も小さいため、サンプリングスイッチの構成を簡素化することができる。
【００４０】
（変形態様４）
他の変形態様を図５を参照して説明する。
【００４１】
この態様は、図４において、マルチプレクサ７０とオペアンプ加算回路６１との間に、フライングキャパシタ８０と出力側サンプリングスイッチ８１、８２とからなるフライングキャパシタ回路８を介設したものである。
【００４２】
このようにしても、上記と同様に、回路素子の入力電圧の平準化、変動幅縮小により、回路構成の簡素化と耐圧低下とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図２】変形態様１の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図３】変形態様２の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図４】変形態様３の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図５】変形態様４の組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１００  組電池
１〜１５  電池モジュール
Ｒ１〜Ｒ１６  電流制限抵抗素子
【図１】
0004158352.tif 000002
【図２】
0004158352.tif 000003
【図３】
0004158352.tif 000004
【図４】
0004158352.tif 000005
【図５】
0004158352.tif 000006