(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個の単位電池が直列接続されて構成された高電圧ユニットである電池ブロックにおける各単位電池の電圧を順番に検出する電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路であって、
各電池ブロックの両端、および直列接続された一対の単位電池の接続点にそれぞれ接続されたｎ＋１個のスイッチと、
各スイッチをそれぞれ制御する出力ポートを有しており、制御部であるマイクロコンピュータから入力される制御信号に基づいて、１つの出力ポートのみが選択的にアクティブ状態とされる１つのデコーダ回路と、
該デコーダ回路における各出力ポートのアクティブ状態に基づいて、ＯＲ回路またはＡＮＤ回路、および増幅回路とを組み合わせた論理回路により、隣接する一対のスイッチを選択的に同時にオン状態とする出力変換回路と、
該出力変換回路によって選択的にオン状態とされた一対のスイッチに接続された単位電池の電圧を検出する電圧検出部と、
を具備することを特徴とする電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直列接続された複数の単位電池の電池ブロックにおいて、各単位電池の出力電圧を、順番に、測定する電圧検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題、エネルギー問題を解決する低公害車として、ＨＥＶ、ＰＥＶ、ＦＣＥＶなどの電気自動車が注目を集めている。電気自動車に搭載される高圧電池は、モータの動力源になるとともに、回生により発電された電力を貯蔵する機能を有しており、通常、ニッケル水素電池、鉛電池等が使用されている。
【０００３】
電気自動車用の電池は、通常、複数個の単位電池を直列に接続した電池ブロックに構成されており、その出力状態を監視するために、電池ブロック全体の出力電圧だけでなく、各単位電池の出力電圧もそれぞれ検出される。このような電池ブロックの電圧検出回路の一例を図３に示す。
【０００４】
図３に示す電圧検出回路では、電池ブロック１０は、複数個（ｎ個）の単位電池１１が直列接続されて構成されており、電圧検出回路は、各単位電池１１のそれぞれの電圧ＶＢ１〜ＶＢｎを、それぞれ検出するとともに、電池ブロック１０全体の電圧も検出する。この電圧検出回路では、電池ブロック１０における各単位電池１１の＋端子および−端子に、各スイッチＳＷ１およびＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４、…ＳＷｎおよびＳＷｎ＋１が、それぞれ接続されており、隣接する一対のスイッチＳＷ１およびＳＷ２、ＳＷ２およびＳＷ３、…、ＳＷｎおよびＳＷｎ＋１が、それぞれ、ｎ個の差動増幅器２１〜２ｎの一対の入力端子にそれぞれ接続されている。各差動増幅器２１〜２ｎの出力は、ｎ個のアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄｎにそれぞれ出力されている。
【０００５】
各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、制御部であるマイクロコンピュータ１により、次のように制御される。マイクロコンピュータ１は、まず、第１および第２のスイッチＳＷ１およびＳＷ２をオン状態として、第１の単位電池１１の電圧ＶＢ１を第１の差動増幅器２１に入力する。第１の差動増幅器２１は、第１の単位電池１１の電圧ＶＢ１に対応した電圧を、第１のアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄ１に出力し、第１のアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄ１によってデジタル変換された信号が出力される。これにより、単位電池１１の電圧ＶＢ１が、他の単位電池１１に対して絶縁状態で検出される。
【０００６】
次に、マイクロコンピュータ１は、第２の差動増幅器２２の各入力端子にそれぞれ接続された第２および第３のスイッチＳＷ２およびＳＷ３をオン状態にする。これにより、第２の単位電池１１の電圧ＶＢ２が第２の差動増幅器２２に入力され、その出力電圧が、第２のアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄ２によりデジタル変換されて出力される。
【０００７】
このように、マイクロコンピュータ１から出力される制御信号により、隣接する一対のスイッチＳＷｍおよびＳＷｍ＋１（ｍは、１〜ｎの整数）が順番にオン状態とされ、各単位電池１１のそれぞれの電圧ＶＢ１〜ＶＢｎが、他の単位電池１１と絶縁的に検出される。
【０００８】
図４は、従来の電圧検出回路の他の例を示している。この電圧検出回路では、隣接する一対のスイッチＳＷ１およびＳＷ２、ＳＷ２およびＳＷ３、…、ＳＷｎおよびＳＷｎ＋１が、１つの差動増幅器２ａの一対の入力端子にそれぞれ接続されている。そして、その差動増幅器２ａの出力が、１つのアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄによりデジタル変換されて出力される。このような構成の電圧検出回路では、１つの差動増幅器２ａおよび１つのアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄだけを使用しているために、回路構成が著しく簡略化される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の電圧検出回路では、制御部としてのマイクロコンピュータ１が静電気、輻射ノイズ、熱等により誤動作を起こすと、回路が破壊される危険性がある。
【００１０】
即ち、いずれの電圧検出回路においても、ｎ＋１個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ＋１が、マイクロコンピュータ１の出力によって、直接制御されるために、マイクロコンピュータ１が誤動作を起こしたときには、ｎ＋１個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ＋１が、間違った組み合わせでオン状態になるおそれがある。例えば、正常時においては、同時にオンすることのない第１および第３のスイッチＳＷ１およびＳＷ３がそれぞれオン状態に制御される。
【００１１】
マイクロコンピュータ１の誤動作によって、第１および第３のスイッチＳＷ１およびＳＷ３がオン状態になると、図３に示す従来の電圧検出回路では、第１および第２の単位電池１１の各電圧ＶＢ１およびＶＢ２の合計電圧が、第１および第２の差動増幅器２１および２２に印加されて、差動増幅器２１および２２がそれぞれ破壊するおそれがある。
【００１２】
図４に示した電圧検出回路においても、第１および第３のスイッチＳＷ１およびＳＷ３がオン状態になると、第１および第２の単位電池１１の各電圧ＶＢ１およびＶＢ２の合計電圧が、１つの差動増幅器２ａに印加されるために、その差動増幅器２ａが破壊される危険性が、さらに大きくなる。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、その目的は、複数の単位電池が直列接続された電池ブロックにおける各単位電池の電圧を、正確に検出することができ、しかも、制御部の誤動作によって破壊されることを確実に防止することができる電圧検出回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路は、ｎ個の単位電池が直列接続されて構成された高電圧ユニットである電池ブロックにおける各単位電池の電圧を順番に検出する電気自動車用電池ブロックの電圧検出回路であって、各電池ブロックの両端、および直列接続された一対の単位電池の接続点にそれぞれ接続されたｎ＋１個のスイッチと、各スイッチをそれぞれ制御する出力ポートを有しており、制御部であるマイクロコンピュータから入力される制御信号に基づいて、１つの出力ポートのみが選択的にアクティブ状態とされる１つのデコーダ回路と、該デコーダ回路における各出力ポートのアクティブ状態に基づいて、ＯＲ回路またはＡＮＤ回路、および増幅回路とを組み合わせた論理回路により、隣接する一対のスイッチを選択的に同時にオン状態とする出力変換回路と、該出力変換回路によって選択的にオン状態とされた一対のスイッチに接続された単位電池の電圧を検出する電圧検出部と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の電圧検出回路の実施の形態の一例を示す回路図である。この電圧検出路は、例えば、ＨＥＶ、ＰＥＶ、ＦＣＥＶなどの電気自動車に使用される電池ブロック１０の電圧を検出するために使用される。電池ブロック１０は、複数（ｎ個）の単位電池１１を直列接続して構成された高電圧ユニットである。電池ブロック１０には、電池ブロック１０の両端、および各単位電池１１の接続部にそれぞれ接続されたｎ＋1個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを有するスイッチ部２０を介して、電圧検出部３０が接続されている。
【００１７】
電圧検出部３０は、１つの差動増幅器３１とその出力側に接続された１つのアナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄとを有している。
【００１８】
スイッチ部２０の第１のスイッチＳＷ１は、電池ブロック１０における一方の端部に配置された第１の単位電池１１の＋端子と、差動増幅器３１の一方の入力端子に接続されており、第２のスイッチＳＷ２は、第１の単位電池１１とこの第１単位電池１１に直列接続された第２の単位電池１１との接続点と、差動増幅器３１における第１のスイッチＳＷ１が接続された入力端子とは異なる入力端子に接続されている。さらに、第３のスイッチＳＷ３は、第２の単位電池１１とこの第２単位電池１１に直列接続された第３の単位電池１１との接続点と、差動増幅器３１における第１のスイッチＳＷ１が接続された入力端子とに接続されている。
【００１９】
以下同様に、第ｍ番目のスイッチＳＷｍの一方の端部は、電池ブロック１０の第ｍ番目の単位電池１１と第ｍ−１番目の単位電池１１との接続点に接続され、他方の端部は、差動増幅器３１における第ｍ−１番目のスイッチＳＷｍ−１が接続された入力端子とは異なる入力端子に接続されている。
【００２０】
各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎには、制御部であるマイクロコンピュータ４０から出力される制御信号が、デコーダ回路５０および出力変換回路６０を介して、それぞれ与えられている。
【００２１】
デコーダ回路５０は、電池ブロック１０の単位電池１１の個数ｎ個と同数以上の複数の出力ポートを有しており、入力信号に対して、常に１つの出力ポートのみをアクティブ状態（ハイレベル「Ｈｉ」）に切り替えるＣＭＯＳデジタル集積回路である。
【００２２】
本実施の形態では、電池ブロック１０が８個（ｎ＝８）の単位電池１１によって構成されるとともに、スイッチ部２０は、９個のスイッチによって構成されているものとして、デコーダ回路５０は、８個の出力ポートを有するとともに、３個の入力ポートを有しているものとする。
【００２３】
デコーダ回路５０の動作を、図２の真理値表に基づいて説明する。図２の真理値表では、デコーダ回路５０の３つの入力ポートＡ、Ｂ、Ｃの全てがローレベル（Ｌｏ，Ｌｏ，Ｌｏ）となると、８つの出力ポートＹ１〜Ｙ８では、Ｙ１のみがハイレベル「Ｈｉ」となり、他の出力ポートＹ２〜Ｙ８は、全てローレベル「Ｌｏ」のままである。入力ポートＡがハイレベル「Ｈｉ」、他の入力ポートＢおよびＣがローレベルの場合（Ｈｉ，Ｌｏ，Ｌｏ）は、出力ポートＹ２のみがハイレベル「Ｈｉ」となる。以下、同様に、３つの入力ポートＡ，Ｂ，Ｃに入力される信号の組み合わせにより、８つの出力ポートＹ１〜Ｙ８の出力が、１つずつ順番にアクティブ状態（ハイレベル「Ｈｉ」）に切り替わり、２個以上の出力ポートが同時にアクティブ状態（ハイレベル「Ｈｉ」）になることはない。
【００２４】
出力変換回路６０は、電池ブロック１０の各単位電池１１の個数とほぼ同数のｎ個のＯＲ回路ＯＲ１〜ＯＲｎおよび駆動回路４１を組み合わせた論理回路である。ｎ個のＯＲ回路ＯＲ１〜ＯＲｎは、デコーダ回路５０の出力を、ｎ個の単位電池１１の各出力電圧を順番に検出するために、デコーダ回路５０の出力を、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎにおける隣接する一対のスイッチＳＷｍ−１およびＳＷｍを順番に同時にオンする制御信号に変換する。
【００２５】
出力変換回路６０では、デコーダ回路５０における第１の出力ポートＹ１の出力信号が、増幅回路４１を介して第１のスイッチＳＷ１に制御信号として与えられると共に、第１のＯＲ回路ＯＲ１の第１入力端子に与えられている。デコーダ回路５０における第２の出力ポートＹ２の出力信号は、第１のＯＲ回路ＯＲ１の第２入力端子に与えられると共に、第２のＯＲ回路ＯＲ２の第１入力端子に入力される。以下、同様に、デコーダ回路５０におけるｍ番目の出力ポートＹｍの出力信号が、ｍ−１番目のＯＲ回路ＯＲｍ−１の第２端子に入力されると共に、ｍ番目のＯＲ回路ＯＲｍの第１入力端子に入力される。そして、８個のＯＲ回路ＯＲ１〜ＯＲｎの各出力は、それぞれ、各増幅回路４１を介して、各スイッチＳＷ２〜ＳＷｎに、制御信号として与えられている。
【００２６】
出力変換回路６０では、デコーダ回路５０の第１の出力ポートＹ１の出力信号がハイレベル「Ｈｉ」になると、第１および第２のスイッチＳＷ１およびＳＷ２に、それぞれハイレベル「Ｈｉ」信号が与えられ、各スイッチＳＷ１およびＳＷ２がそれぞれオン状態になる。デコーダ回路５０の第２の出力ポートＹ２の出力信号がハイレベル「Ｈｉ」になると、第２および第３のスイッチＳＷ２およびＳＷ３に、それぞれハイレベル「Ｈｉ」信号が与えられて、各スイッチＳＷ２およびＳＷ３がそれぞれオン状態になる。
【００２７】
以下、同様に、デコーダ回路５０の出力ポートから順番にハイレベル信号「Ｈｉ」が出力されることにより、連続する２つのスイッチに、ハイレベル「Ｈｉ」信号が与えられる。
【００２８】
このような構成の電圧検出回路の動作を説明する。まず、制御部であるマイクロコンピュータ４０の出力信号により、デコーダ回路５０の全ての入力ポートＡ，Ｂ，Ｃがそれぞれローレベル（Ｌｏ，Ｌｏ，Ｌｏ）に制御される。これにより、第１の出力ポートＹ１のみがアクティブ状態（ハイレベル「Ｈｉ」）に切り替わる。これにより、第１および第２のスイッチＳＷ１およびＳＷ２が、それぞれオン状態とされる。その結果、第１の単位電池１１の＋端子および−端子が、電圧検出部３０における差動増幅器３１の各入力端子にそれぞれ接続された状態になり、差動増幅器３１には、第１の単位電池１１の電圧ＶＢ１が印加される。差動増幅器３１は、入力された電圧に対応した電圧を、アナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄに出力し、アナログ／デジタル変換回路Ａ／Ｄは、入力される電圧をデジタル変換して、例えば、マイクロコンピュータ４０に出力する。
【００２９】
次に、デコーダ回路５０の入力ポートＡのみがハイレベル、他の入力ポートＢおよびＣがローレベル（Ｈｉ，Ｌｏ，Ｌｏ）に制御される。これにより、第２の出力ポートＹ２のみがアクティブ状態（ハイレベル「Ｈｉ」）になり、第２及び第３のスイッチＳＷ２およびＳＷ３が、それぞれオン状態になる。これにより、第２の単位電池１１の電圧ＶＢ２の出力が差動増幅器３１に入力されて、その電圧電圧ＶＢ２が検出される。
【００３０】
このようにして、デコーダ回路５０の各出力ポートＹ１〜Ｙ８が順番にアクティブ状態に切り替えられることにより、直列接続された８個の単位電池１１の各電圧ＶＢ１〜ＶＢ８が、他の電池ブロック１１とは絶縁状態で、順番に電圧検出部３０にて検出される。低電圧側の第８番目の単位電池１１の電圧ＶＢ８を検出する場合には、マイクロコンピュータ４０は、デコーダ回路５０の全ての入力ポートＡ，Ｂ，Ｃをハイレベル（Ｈｉ，Ｈｉ，Ｈｉ）に制御し、第８番目（ｎ＝８）の出力ポートＹ８をハイレベル「Ｈｉ」にする。これにより、第８番目および第９番目のスイッチＳＷ８およびＳＷ９がそれぞれオン状態になり、第８番目の単位電池１１の電圧ＶＢ８が検出される。
【００３１】
このような電圧検出回路において、制御部であるマイクロコンピュータ４０が、例えば、デコーダ回路５０の全ての入力ポートＡ，Ｂ，Ｃをローレベル（Ｌｏ，Ｌｏ，Ｌｏ）に制御するに際して、マイクロコンピュータ４０の誤動作により、全てハイレベル（Ｈｉ，Ｈｉ，Ｈｉ）に制御すると、デコーダ回路５０の各出力ポートＹ１〜Ｙ８では、第８番目の出力ポートＹ８がハイレベル「Ｈｉ」になる。しかし、他の全ての出力ポートＹ１〜Ｙ７は、ローレベル「Ｌｏ」状態のままである。その結果、第８および第９のスイッチＳＷ８およびＳＷ９がオン状態になり、第８の単位電池１１の電圧ＶＢ８が差動増幅器３１に印加されることになる。
【００３２】
このように、第１の単位電池１１の電圧ＶＢ１を検出するに際して、マイクロコンピュータ４０が誤作動しても、第１〜第９のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９における所定のスイッチ以外のスイッチがオン状態になって、電池ブロック１０における２つ以上の単位電池１１の電圧が電圧検出部３０の１つの差動増幅器３１に印加されるおそれがない。従って、制御信号源であるマイクロコンピュータ４０が誤動作を起こしても、スイッチ部２０および電圧検出部３０が破壊されることが確実に回避される。
【００３３】
なお、上記実施形態では、デコーダ回路５０がハイレベル「Ｈｉ」信号によって動作する構成であったが、ローレベル「Ｌｏ」によって動作させるようにしてもよく、この場合は、出力変換回路６０の全てのＯＲ回路を、ＡＮＤ回路に置き換えることにより、全く同様に、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを制御することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電圧検出回路は、このように、制御部の誤動作により、制御部から誤った制御信号が出力されても、回路が破壊されるやおそれがなく、電池ブロックの各単位電池の電圧を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電圧検出回路の実施の形態の一例を示す回路図である。
【図２】その電圧検出回路に使用されるデコーダ回路の動作を示す真理値表である。
【図３】従来の電圧検出回路の一例を示す回路図である。
【図４】従来の別の電圧検出回路の他の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０  電池ブロック
１１  単位電池
２０  スイッチ部
ＳＷ１〜ＳＷｎ  スイッチ
３０  電圧検出部
３１  差動増幅器
４０  マイクロコンピュータ
５０  デコーダ回路
６０  出力変換回路
ＯＲ１  ＯＲ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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