(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の入力端子間の電位差を検出する差動電圧検出回路と、
フライングキャパシタと、
前記フライングキャパシタの蓄電電圧を前記差動電圧検出回路の前記一対の入力端子間に印加する出力側サンプリングスイッチと、
互いに直列接続された多数の電池モジュールからなる組電池の各電極端子を順次前記フライングキャパシタの両端に接続して前記各電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタに順次印加するマルチプレクサと、
前記差動電圧検出回路の出力電圧を処理するデータ処理回路と、
を備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置において、
前記データ処理回路は、
所定の前記電池モジュールの電圧を読み込んだ前記フライングキャパシタの電位差からなる計測データを、異なるタイミングで複数回読み込み、
前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタに読み込んだ直後の前記フライングキャパシタの電位差を前記各計測データに基づいて推定することを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置。
【請求項２】
一対の入力端子間の電位差を検出する差動電圧検出回路と、
フライングキャパシタと、
前記フライングキャパシタの蓄電電圧を前記差動電圧検出回路の前記一対の入力端子間に印加する出力側サンプリングスイッチと、
互いに直列接続された多数の電池モジュールからなる組電池の各電極端子を順次前記フライングキャパシタの両端に接続して前記各電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタに順次印加するマルチプレクサと、
前記差動電圧検出回路の出力電圧を処理するデータ処理回路と、
を備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置において、
前記データ処理回路は、
所定の前記電池モジュールの電圧を読み込んだ前記フライングキャパシタの電位差からなる計測データを、異なるタイミングで複数回読み込み、
前記各計測データに基づいて前記フライングキャパシタの電位差の減衰率に関連するデータである減衰率関連値を演算し、
前記減衰率関連値が所定のしきい値を超える場合に回路不良と判定することを特徴とするフライングキャパシタ式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、フライングキャパシタ式組電池電圧検出装置に関し、特に車両用組電池に用いるフライングキャパシタ式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組電池は互いに直列接続した多数の電池モジュールにより構成され、電池モジュールは所定数の単電池を直列接続して構成されている。
【０００３】
各電池モジュールの電位が高くかつそれぞれ異なるために、各電池モジュールの電圧計測は、各電池モジュールを出力側の差動電圧検出回路の基準電位から絶縁可能なフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置が好適である。ただ、各電池モジュールごとに電圧検出回路を装備することは装置の大規模化を招くとともに、各差動電圧検出回路間のオフセット誤差や電圧増幅率誤差が問題となるため、通常はマルチプレクサを用いて各電池モジュール電圧を時間順次にサンプリングして共通のフライングキャパシタに読み込むことにより、フライングキャパシタや差動電圧検出回路の必要個数を低減したマルチプレクサ付きフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置が好適である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のフライングキャパシタ式電圧検出回路では、経時劣化によるフライングキャパシタやサンプリングスイッチのリーク電流の増大が生じる可能性があり、これらフライングキャパシタなどの回路素子のリーク電流が増大すると、フライングキャパシタが電池モジュールから読み込んだ蓄電電圧が、電圧検出回路がそれを計測するまでの間に減衰し、正確な電池モジュール電圧が得られず、電池状態を誤って判定してしまう。
【０００５】
この問題は特に、差動電圧検出回路の出力電圧をたとえばＡ／Ｄコンバータでサンプルホールドする時点が、出力側サンプリングスイッチをオンしてフライングキャパシタから差動電圧検出回路への電荷読み出しを開始した時点から一定時間遅れるためにより一層深刻化する。
【０００６】
更に詳しく説明すると、出力側サンプリングスイッチをオンすると差動電圧検出回路の入力端子間の信号電圧は増加を開始するが、出力側サンプリングスイッチの電気抵抗などの影響により一定時間遅れてピーク値に達する。そして、差動電圧検出回路の入力端子に放電抵抗などが接続されている場合には、放電により時間経過とともに上記ピーク値から低下していく。いずれにせよ、差動電圧検出回路の入力端子に放電抵抗などが接続されている場合には、この放電抵抗を通じてのフライングキャパシタの蓄電電荷の減衰は避けることができず、Ａ／Ｄコンバータのサンプルホールドが遅れる以上、この放電抵抗による電圧ロスの影響を回避することはできず、放電抵抗の抵抗値変化（温度的又は経時的）による電圧減衰率変動が計測誤差となってしまう。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、信号電圧減衰による電池電圧計測誤差増大を抑止可能なフライングキャパシタ式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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第一発明のフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置は、一対の入力端子間の電位差を検出する差動電圧検出回路と、フライングキャパシタと、前記フライングキャパシタの蓄電電圧を前記差動電圧検出回路の前記一対の入力端子間に印加する出力側サンプリングスイッチと、互いに直列接続された多数の電池モジュールからなる組電池の各電極端子を順次前記フライングキャパシタの両端に接続して前記各電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタに順次印加するマルチプレクサと、前記差動電圧検出回路の出力電圧を処理するデータ処理回路とを備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置において、
前記データ処理回路は、所定の前記電池モジュールの電圧を読み込んだ前記フライングキャパシタの電位差からなる計測データを、異なるタイミングで複数回読み込み、前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタに読み込んだ直後の前記フライングキャパシタの電位差を前記各計測データに基づいて推定することを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明では、フライングキャパシタに蓄電された信号電圧を異なるタイミングで複数回読み出すことにより、フライングキャパシタなどの出回路系の電圧減衰率を推定し、この電圧減衰率を用いて電池モジュールからフライングキャパシタへ電圧読み出しを行った直後におけるフライングキャパシタの蓄電電圧を推定するので、回路系の電圧減衰率が経時劣化などで変化したり、ばらついたりしても正確な電池電圧検出が可能となる。
【００１０】
第二発明のフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置は、一対の入力端子間の電位差を検出する差動電圧検出回路と、フライングキャパシタと、前記フライングキャパシタの蓄電電圧を前記差動電圧検出回路の前記一対の入力端子間に印加する出力側サンプリングスイッチと、互いに直列接続された多数の電池モジュールからなる組電池の各電極端子を順次前記フライングキャパシタの両端に接続して前記各電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタに順次印加するマルチプレクサと、前記差動電圧検出回路の出力電圧を処理するデータ処理回路とを備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置において、
前記データ処理回路は、所定の前記電池モジュールの電圧を読み込んだ前記フライングキャパシタの電位差からなる計測データを、異なるタイミングで複数回読み込み、前記各計測データに基づいて前記フライングキャパシタの電位差の減衰率に関連するデータである減衰率関連値を演算し、前記減衰率関連値が所定のしきい値を超える場合に回路不良と判定することを特徴としている。
【００１１】
すなわち、本発明では、フライングキャパシタに蓄電された信号電圧を異なるタイミングで複数回読み出すことにより、フライングキャパシタなどの出回路系の電圧減衰率（に関連する数値データ）を決定し、この電圧減衰率が所定しきい値を超える場合に回路不良と判定して警報する。
【００１２】
これにより、回路系の不良に起因する誤差が大きい電池電圧データを知らずに使用し続けるという不具合を解決することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフライングキャパシタ式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。
【００１４】
【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１は、８つの電池モジュールＶＢ１〜ＶＢ８を直列接続してなる。各電池モジュールＶＢ１〜ＶＢ８はそれぞれ等しい数の単電池を直列接続してなる。Ｒ１〜Ｒ９は電流制限抵抗素子、２はマルチプレクサ、３はＡ／Ｄコンバータ、４はマイコン内蔵のコントローラ、５はフライングキャパシタ、６、７は出力側サンプリングスイッチ、８〜１０は抵抗素子、１１は差動電圧検出回路である。
【００１５】
マルチプレクサ２は、電流制限抵抗素子Ｒ１〜Ｒ９の内の互いに隣接する一対とフライングキャパシタ５の両端とを順次接続することにより、各電池モジュールＶＢ１〜ＶＢ８の電圧をフライングキャパシタ５に読み込み可能としている。
【００１６】
出力側サンプリングスイッチ６はフライングキャパシタ５の一端を入力抵抗素子８を通じて差動電圧検出回路３の第一の入力端子に接続し、サンプリングスイッチ７は、フライングキャパシタ５の他端を差動電圧検出回路３の第二の入力端子に接続している。
【００１７】
抵抗素子９は、差動電圧検出回路９の両入力端子を接続し、抵抗素子１０は差動電圧検出回路の他入力端子を基準電位源Ｖrefに接続している。
【００１８】
差動電圧検出回路１１の出力電圧はＡ／Ｄコンバータ１２でデジタル信号に変換されてコントローラ１３に出力される。サンプリングスイッチ３、４、６、７、マルチプレクサ２の各サンプリングスイッチはコントローラ１３が決定するタイミングで開閉される。
【００１９】
（動作）
次に、この回路による電池モジュールＶＢ１〜ＶＢ８の通常の電圧検出動作を以下に説明する。
【００２０】
最初に、マルチプレクサ２を制御して電池モジュールＶＢ１の電圧をフライングキャパシタ５に読み込む。
【００２１】
次に、マルチプレクサ２のサンプリングスイッチをオフし、サンプリングスイッチ６、７を所定期間だけオンして、フライングキャパシタＣ１の電位差を差動電圧検出回路３に読み込む。
【００２２】
これにより、フライングキャパシタ５の蓄電電圧は抵抗素子８、９で抵抗分圧されて、差動電圧検出回路１１に入力される。差動電圧検出回路１１は基準電位Ｖref（ここでは＋２．５Ｖ）を基準として入力電圧をインピーダンス変換、増幅してＡ／Ｄコンバータ３に出力する。Ａ／Ｄコンバータ３は、コントローラ４により制御されるタイミングで入力電圧をデジタルに変換してコントローラ４に送信する。
【００２３】
Ａ／Ｄコンバータ３の入力電圧サンプルホールドタイミングを図２のタイミングチャートを参照して以下に説明する。
【００２４】
まず、マルチプレクサ２のサンプリングスイッチをオンしていずれかの電池モジュール電圧をフライングキャパシタ５に読み込む。読み込み開始から所定時間（電流制限抵抗の電気抵抗とフライングキャパシタ５の静電容量で決定さるＣＲ時定数より長く設定される）後、フライングキャパシタ５の蓄電電圧Ｖｃは略電池モジュール電圧Ｖｍに達した時点ｔ０にて出力側サンプリングスイッチ６、７をターンオンする。
【００２５】
出力側サンプリングスイッチ６、７はフォトＭＯＳトランジスタであるため、オン抵抗が最小値に達するのに時間がかかり、かつ寄生容量などの充電もあるので、差動電圧検出回路１１の入力電圧Ｖｓがピーク値に達するのは約１ｍ秒後の時点ｔ１となる。したがって、この時点ｔ１にて、Ａ／Ｄコンバータ３は差動電圧検出回路１１の出力電圧をサンプルホールドする。
【００２６】
なお、図２に示すＶｍは、出力側サンプリングスイッチ６、７のチャンネル抵抗をＲ、抵抗素子８の抵抗をＲ８、抵抗素子９の抵抗値をＲ９とし、フライングキャパシタ５の蓄電電圧をＶｍｏとした場合に、Ｖｍｏ・Ｒ９／（Ｒ＋Ｒ８＋Ｒ９）、すなわち蓄電電圧Ｖｍｏの理論分圧となる。時点ｔ０からｔ１に至る期間においても、抵抗素子８、９の発熱として、更に、フライングキャパシタ５やサンプリングスイッチのリーク電流により蓄電エネルギーを消耗し、フライングキャパシタ５の蓄電電圧はその分だけ低下する。更に、時点ｔ１の後、時間経過とともに、抵抗素子８、９の発熱として、更に、フライングキャパシタ５やサンプリングスイッチのリーク電流により、フライングキャパシタ５は蓄電エネルギーを消耗するので、フライングキャパシタ５の蓄電電圧は時間経過とともに低下する（図２参照）。
【００２７】
（時点ｔ０における蓄電電圧の推定）
上記した時点ｔ１におけるＡ／Ｄコンバータ３のサンプルホールドでは、時点ｔ０（この実施例では、マルチプレクサ２のサンプリングスイッチのオフ終了時点かつ出力側サンプリングスイッチ６、７のオン開始時点に設定されている）のフライングキャパシタ５の蓄電電圧を検出することはできない。
【００２８】
そこで、この実施例では、時点ｔ１後の時点ｔ２、ｔ３、ｔ４において、Ａ／Ｄコンバータ３をサンプルホールド動作させ計測データをコントローラ４に送信する。コントローラ４は、一つの電池モジュール電圧Ｖｍに対して得た合計４つの計測データから、図２に示す電圧減衰特性直線Ｓを推定し、それを外延して時点ｔ０におけるフライングキャパシタ５の蓄電電圧Ｖｓを推定する。
【００２９】
このようにすれば、マルチプレクサ２のオフ時点又は出力側サンプリングスイッチ６、７のオン時点からＡ／Ｄコンバータ３のサンプルホールド時点までの期間における蓄電エネルギーのロスを補正することができる。
【００３０】
次に、出力側サンプリングスイッチ６、７をオフし、マルチプレクサ２の制御により、次の電池モジュール電圧をフライングキャパシタ５に読み込む。
【００３１】
なお、上記補正は、上記電圧減衰特性直線Ｓを演算すれば、それを各電池モジュール電圧の計測データに応用できるので、通常の電池モジュール電圧計測は時点ｔ１においてのみそれを行い、上記電圧減衰特性直線ｓの修正は、たとえば車両始動時などにおいて行えばよい。
【００３２】
（電圧検出回路系の劣化判定）
次に、フライングキャパシタ５などの回路素子の絶縁抵抗の劣化度合いの判定処理について図３を参照して以下に説明する。
【００３３】
図２において、Ｓ２は上記手法により得た今回の電圧減衰特性直線であり、Ｌ２は今回の真の電圧減衰特性であり、Ｓ１は上記手法により得た運用開始時の電圧減衰特性直線（初期特性直線）であり、Ｌ１は真の電圧減衰特性の初期特性である。
【００３４】
マイコンを含むコントローラ４は、上記手法で得た今回の電圧減衰特性直線Ｓ２の傾斜率が、初期特性直線Ｓ１の傾斜率より大きい所定しきい値を超える場合に、回路系の劣化が重大である判定し、警報を出力する。
【００３５】
（変形態様）
上記電圧減衰特性直線Ｓ２及び傾斜率を演算する代わりに、たとえば組電池１の所定容量時におけるたとえば時点ｔ４の計測データを、あらかじめ記憶する上記所定容量時における所定のしきい値と比較することにより、回路系の劣化を判定することもできる。すなわち、電池劣化によるその端子電圧の変動を無視することにより、より簡単に、回路系の絶縁劣化を判定することができる。
【００３６】
なお、上記説明した特性演算や劣化判定自体は、マイクロコンピュータにストアしたプログラムに容易に実行可能であることはもはや明白であるので、それらの詳細なプログラムの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のフライングキャパシタ式組電池電圧検出装置を示す回路図である。
【図２】図１の差動電圧検出回路の入力電圧（出力電圧でもよい）の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図３】図１の回路の運用開始時とその劣化時における差動電圧検出回路の入力電圧（出力電圧でもよい）の時間変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  組電池
２  マルチプレクサ
３  Ａ／Ｄコンバータ
４  コントローラ（データ処理回路）
５  フライングキャパシタ
６  出力側サンプリングスイッチ
７  出力側サンプリングスイッチ
ＶＢ１〜ＶＢ８  電池モジュール
８〜１０  抵抗素子
【図１】
0004099954.tif 000002
【図２】
0004099954.tif 000003
【図３】
0004099954.tif 000004