(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池セル（ｉ＝１からｎ）を有する組電池の保護装置において、
少なくとも一つのサンプリングキャパシタと；
前記電池セルｉごとに、前記電池セルｉの一端と前記キャパシタの一端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの他端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングしてホールドするために使用する第１のスイッチと；
前記電池セルｉごとに、前記電池セルｉの前記一端と前記キャパシタの前記他端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの一端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングしてホールドするために使用する第２のスイッチと；
前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを使用してサンプリングされかつ前記キャパシタにホールドされた電圧を量子化するアナログ−デジタル変換器を含み、前記電池セル１からｎのうちの１つの電池セルｉの電圧を検出して検出値を出力する検出部と；
前記電池セル１からｎの各々に対応する前記検出値の平均値を算出する算出器と；
前記電池セルｉの検出値と前記平均値とを比較する比較器と； 
前記比較器の比較結果を受け、前記電池セルｉの検出値が前記平均値より高ければ前記電池セルｉ−１の電圧検出に使用した前記第１あるいは第２のスイッチと異なる方のスイッチを使用して次にサンプリングを行うように前記第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御するように構成されるコントローラと；を具備する組電池の保護装置。
【請求項２】
前記コントローラは、さらに、前記第１のスイッチを使用してサンプリングを行ったときの前記変換器の出力の極性に対して前記第２のスイッチを使用してサンプリングを行ったときの前記変換器の出力の極性を反転させるように構成される請求項１記載の組電池の保護装置。
【請求項３】
直列接続された複数の電池セル（ｉ＝１からｎ）を有する組電池の保護装置において、
少なくとも一つのサンプリングキャパシタと；
前記電池セルｉごとに、前記電池セルｉの一端と前記キャパシタの一端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの他端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングするために使用する第１のスイッチと；
前記電池セルｉごとに、前記電池セルｉの前記一端と前記キャパシタの前記他端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの一端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングするために使用する第２のスイッチと；
前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを使用してサンプリングされかつ前記キャパシタにホールドされた電圧を量子化する、正入力端子及び負入力端子を持つアナログ−デジタル変換器を含み、前記電池セル１からｎのうちの１つの電池セルの電圧を検出して検出値を出力する検出部と；
前記キャパシタの一端と前記正入力端子との間、及び前記キャパシタの他端と前記負入力端子との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送するための第３のスイッチと；
前記キャパシタの一端と前記負入力端子との間、及び前記キャパシタの他端と前記正入力端子との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送するための第４のスイッチと；
前記電池セル１からｎの各々に対応する前記検出値の平均値を算出する算出器と；
前記電池セルｉの検出値と前記平均値とを比較する比較器と； 
前記比較器の比較結果を受け、前記電池セルｉの検出値が前記平均値より高ければ前記電池セルｉ−１の電圧検出に使用した前記第１あるいは第２のスイッチと異なる方のスイッチを使用して次にサンプリングを行い、前記第１のスイッチを使用してサンプリングを行ったときは前記第３のスイッチが前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送し、前記第２のスイッチを使用してサンプリングを行ったときは前記第３のスイッチが前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送するように前記第１乃至第４のスイッチを制御するように構成されるコントローラと；を具備する組電池の保護装置。
【請求項４】
前記サンプリングキャパシタは、第１のキャパシタ及び第２のキャパシタを含み、前記コントローラは、さらに、前記第１のキャパシタ及び第２のキャパシタのいずれか一方が前記第１のスイッチまたは第２のスイッチを使用してサンプリングされた電圧をホールドしている間に、前記第１のキャパシタ及び第２のキャパシタの他方の電圧を前記変換器に転送するように前記第１乃至第４のスイッチを制御するように構成される請求項３記載の組電池の保護装置。
【請求項５】
前記電池セルｉの充電と放電を行うための充放電用キャパシタと；前記放電のパスを形成するための第５のスイッチと；前記充電のパスを形成するための第６のスイッチと；を更に具備し、前記コントローラは、さらに、前記電池セルｉの検出値が前記平均値より高ければ前記電池セルｉが充電と放電を繰り返すように前記第５のスイッチ及び第６のスイッチを制御するように構成される請求項１または３のいずれか１項記載の組電池の保護装置。
【請求項６】
直列接続された複数の電池セル（ｉ＝１からｎ）を有する組電池と；
請求項１または３のいずれか１項記載の保護装置と；を具備する組電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池セル間の電圧ばらつきを補正する機能を有する組電池の保護装置及びこれを含む組電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の低減という観点から、電気自動車やハイブリッド自動車が注目を集めている。電気自動車やハイブリッドカーの走行性能を左右する車載用バッテリは、モータの駆動を可能とするために数十ボルト以上の高い電圧が要求される。そこで、車載用バッテリには、２Ｖ程度の電池セルを多数直列に接続して高い電圧を得る、いわゆる組電池が使用される。
【０００３】
組電池では、電池セル間のばらつきが問題となる。電池セルは直列に接続されているため、各電池セルには同じ電流が流れるが、容量にばらつきがあるとそれぞれの電圧が異なる。各電池セルの電圧が異なると、電圧が充電時に上限電圧に達する電池セルや、放電時に下限電圧になる電池セルが存在する可能性が出てくる。電圧が上限電圧に達した電池セルは過充電状態であり、電圧が下限電圧に達した電池セルは過放電状態であるため、バッテリの性能劣化を引き起こす。このような電池セルの過放電及び過充電を防ぐために、電池セル間の電圧ばらつきを補正する回路がある。
【０００４】
特許文献１には、このような電池セル間の電圧ばらつきを補正する技術が開示されている。特許文献１ではバッテリ内部に電圧検出回路を持ち、各電池セルの電圧検出を行う。この電圧検出の結果を受け、平均電圧よりも高い電圧になっている電池セルの電荷をスイッチと抵抗を介して放電させることにより、電圧を平均値に揃える。このように各セル電池の電圧を平均値に揃えることで、電圧ばらつきの補正を行う。
【０００５】
一方、特許文献２には組電池のためのフライングキャパシタ型電圧検出回路が示されているが、特許文献２では電圧ばらつき補正については考慮されていない。
【特許文献１】特開平１１−５５８６６号公報
【特許文献２】特開平２００１−２０１５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、電圧検出回路とは別に、抵抗と電池セルの両端を抵抗に接続するスイッチを有するばらつき補正回路が必要になり、全体の素子数が増える。電圧検出回路やばらつき補正回路を組み込んだ保護装置を例えば半導体ＩＣとして集積化することを考えた場合、素子数の増大はそのまま面積の増大及びコスト増大につながるため、なるべく素子数を少なくすることが望まれる。
【０００７】
本発明は、素子数を減らして、集積化した場合の小面積化及び低コスト化を可能とする、電圧ばらつき補正機能を有する組電池の保護装置及びこれを含む組電池システム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】
【０００８】
本発明の一つの観点によれば、少なくとも一つのサンプリングキャパシタと；前記電池セルｉごとに、直列接続された電池セルｉの一端と前記キャパシタの一端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの他端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングしてホールドするために使用する第１のスイッチと；前記電池セルｉごとに、前記電池セルｉの前記一端と前記キャパシタの前記他端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの一端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングしてホールドするために使用する第２のスイッチと；前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを使用してサンプリングされかつ前記キャパシタにホールドされた電圧を量子化するアナログ−デジタル変換器を含み、前記電池セル１からｎのうちの１つの電池セルｉの電圧を検出して検出値を出力する検出部と；前記電池セル１からｎの各々に対応する前記検出値の平均値を算出する算出器と；前記電池セルｉの検出値と前記平均値とを比較する比較器と；前記比較器の比較結果を受け、前記電池セルｉの検出値が前記平均値より高ければ前記電池セルｉ−１の電圧検出に使用した前記第１あるいは第２のスイッチと異なる方のスイッチを使用して次にサンプリングを行うように前記第１のスイッチ及び第２のスイッチを制御するように構成されるコントローラと；を具備する組電池の保護装置を提供する。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、少なくとも一つのサンプリングキャパシタと；前記電池セルｉごとに、直列接続された電池セルｉの一端と前記キャパシタの一端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの他端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングするために使用する第１のスイッチと；前記電池セルｉごとに、前記電池セルｉの前記一端と前記キャパシタの前記他端との間、及び前記電池セルｉの他端と前記キャパシタの一端との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタが前記電池セルｉの電圧をサンプリングするために使用する第２のスイッチと；前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチを使用してサンプリングされかつ前記キャパシタにホールドされた電圧を量子化する、正入力端子及び負入力端子を持つアナログ−デジタル変換器を含み、前記電池セル１からｎのうちの１つの電池セルの電圧を検出して検出値を出力する検出部と；前記キャパシタの一端と前記正入力端子との間、及び前記キャパシタの他端と前記負入力端子との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送するための第３のスイッチと；前記キャパシタの一端と前記負入力端子との間、及び前記キャパシタの他端と前記正入力端子との間にそれぞれ挿入された、前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送するための第４のスイッチと；前記電池セル１からｎの各々に対応する前記検出値の平均値を算出する算出器と；前記電池セルｉの検出値と前記平均値とを比較する比較器と；前記比較器の比較結果を受け、前記電池セルｉの検出値が前記平均値より高ければ前記電池セルｉ−１の電圧検出に使用した前記第１あるいは第２のスイッチと異なる方のスイッチを使用して次にサンプリングを行い、前記第１のスイッチを使用してサンプリングを行ったときは前記第３のスイッチが前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送し、前記第２のスイッチを使用してサンプリングを行ったときは前記第３のスイッチが前記キャパシタの電圧を前記変換器に転送するように前記第１乃至第４のスイッチを制御するコントローラと；を具備する組電池の保護装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電圧検出回路と電圧ばらつき補正回路の要素を共用化することによって、組電池の保護装置や組電池システムの素子数を減らすことができ、集積化した場合の小面積化及び低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る組電池の保護装置は、直列接続された複数のセル電池３−ｎｍ（図１の例では、ｎ＝１〜４、ｍ＝１〜５）をそれぞれ有する、直列接続された複数の電池モジュール２Ａ, ２Ｂ, ２Ｃ及び２Ｄにより構成される組電池１に適用される。セル電池３−ｎｍとしては、例えばリチウムイオン電池のような二次電池が用いられる。組電池１の一端は外部接続端子７に接続され、他端は管理ユニット６を介して外部端子８に接続される。
【００１２】
保護装置４は、電池モジュール２Ａ, ２Ｂ, ２Ｃ及び２Ｄにそれぞれ接続された、本発明の保護ユニット５Ａ, ５Ｂ, ５Ｃ及び５Ｄと、電池モジュール２Ａ, ２Ｂ, ２Ｃ及び２Ｄに共通の管理ユニット６を有する。保護装置４は組電池１とは別の筐体に収容される場合もあるが、組電池１と共に一つの筐体９内に収容され、組電池１と共に組電池システム（電池パックとも呼ばれる）１０として使用される場合もある。
【００１３】
図２は、保護ユニット５Ａ, ５Ｂ, ５Ｃ及び５Ｄの一つを示している。保護ユニット５Ａ, ５Ｂ, ５Ｃ及び５Ｄは、基本的に電池モジュール２Ａ, ２Ｂ, ２Ｃ及び２Ｄの各セル電池の電圧（以下、セル電圧ともいう）が充電時に充電禁止電圧に達すると充電禁止動作を行い、セル電圧が放電時に放電禁止電圧に達すると放電禁止動作を行う基本機能を有するが、ここでは当該基本機能に関わる説明を省略する。
【００１４】
図２においては、一つの保護ユニットに対応する電池モジュールに含まれるセル電池として、３つのＢ１, Ｂ２及びＢ３が代表的に示されているが、セル電池は実際には前述のようにさらに多数存在する。
【００１５】
セル電池Ｂ１, Ｂ２及びＢ３には、フライングキャパシタ型電圧検出回路が接続されている。フライングキャパシタ型電圧検出回路は、例えば前述した特許文献２の図１１に記載されており、特許文献１に記載された電圧検出回路のようにアンプを用いずにセル電圧の検出が可能である。図２においては、キャパシタＣがフライングキャパシタに相当する。セル電圧、すなわち電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の端子電圧をサンプリングしてキャパシタＣにホールドし、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１０１に入力して量子化することで、セル電圧の検出を行う。以下、キャパシタＣをサンプリングキャパシタと呼ぶ。
【００１６】
本実施形態では、保護装置においてフライングキャパシタ型電圧検出回路と電圧ばらつき補正回路を少なくとも一部の要素について共用することによって、素子数の削減を図っている。以下、図２の保護ユニットの種々の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）  
図２に示されるように、セル電池Ｂ１, Ｂ２及びＢ３のそれぞれの正極端には、それぞれ二つのサンプリングスイッチＳU1とＳU1’、ＳU2とＳU2’及びＳU3とＳU3’の一端が接続される。セル電池Ｂ１, Ｂ２及びＢ３のそれぞれの負極端には、同様にそれぞれ二つのサンプリングスイッチＳL1とＳL1’、ＳL2とＳL2’及びＳL3とＳL3’の一端が接続される。
【００１８】
特許文献２では、ＳU1, ＳU2及びＳU3とＳL1, ＳL2及びＳL3に相当するサンプリングスイッチのみが存在するが、本実施形態ではＳU1’, ＳU2’及びＳU3’及びＳL1’, ＳL2’及びＳ L3’が新たに設けられる。これらのサンプリングスイッチＳU1’, ＳU2’及びＳU3’及びＳL1’, ＳL2’及びＳ L3’が追加されることによって、電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧ばらつき補正が実現される。
【００１９】
新たに追加されたサンプリングスイッチＳU1’, ＳU2’及びＳU3’及びＳL1’, ＳL2’及びＳL3’によってサンプリングされる電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧は、サンプリングスイッチＳU1, ＳU2及びＳU3及びＳL1, ＳL2及びＳL3によってサンプリングされサンプリングキャパシタＣにホールドされた電圧とは逆の極性でサンプリングキャパシタＣに与えられる。
【００２０】
このようにサンプリングスイッチＳU1’, ＳU2’及びＳU3’及びＳL1’, ＳL2’及びＳ L3’によってサンプリングされるセル電圧がサンプリングスイッチＳU1, ＳU2及びＳU3及びＳL1, ＳL2及びＳ L3によってサンプリングされるセル電圧とは逆極性でサンプリングキャパシタＣに与えられるようにするため、ＳU1とＳU1’、ＳU2とＳU2’及びＳU3とＳU3’の他端は、サンプリングキャパシタＣに対して互いに逆に接続される。すなわち、ＳU1, ＳU2及びＳU3の他端はサンプリングキャパシタＣの一端に接続され、ＳU1’, ＳU2’及びＳU3’の他端はサンプリングキャパシタＣの他端に接続される。
【００２１】
同様に、ＳL1とＳL1’、ＳL2とＳL2’及びＳL3とＳL3’の他端は、サンプリングキャパシタＣに対して互いに逆に接続される。すなわち、ＳL1, ＳL2及びＳL3の他端はサンプリングキャパシタＣの他端に接続され、ＳL1’, ＳL2’及びＳL3’の他端はサンプリングキャパシタＣの一端に接続される。
【００２２】
ＭＰＵによって実現されるマイクロコントローラ１００は、いわゆるＡＤＣ内蔵マイクロコントローラであり、ＡＤＣ１０１、メモリ１０２、コントローラ１０３、演算器１０４及び通信部１０７を有し、演算器１０４は平均値算出器１０５及び比較器１０６を有する。通信部１０７は、他の保護ユニット及び管理ユニット６と通信を行うために設けられているが、ここでは通信部１０７の詳細な説明は省略する。
【００２３】
サンプリングキャパシタＣの一端及び他端は、転送スイッチＳUC及びＳLCを介してＡＤＣ１０１の正入力端子及び負入力端子にそれぞれ接続される。サンプリングキャパシタＣにサンプルホールドされた電圧を量子化するＡＤＣ１０１の出力、すなわち電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧検出値は、メモリ１０２に与えられる。コントローラ１０３は、前述したサンプリングスイッチ及び転送スイッチの制御を行う。
【００２４】
平均値算出器１０５では、コントローラ１０３の制御の下で、ＡＤＣ１０１から出力されメモリ１０２に保持された電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧検出値の平均値が算出される。比較器１０６では、電圧検出値と算出された平均値との比較が行われる。比較結果はコントローラ１０３に与えられ、スイッチの制御に用いられる。
【００２５】
次に、スイッチの動作タイミングを示した図３のタイムチャートと図４のフローチャートを用いて本実施形態の動作を説明する。  
初めに、スイッチＳi（ｉ＝U1〜U3, L1〜L3）を順次オンにすることにより、電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧を順次サンプリングしてサンプリングキャパシタＣに与える（ステップＳ１０１）。サンプリングキャパシタＣの電圧を順次ＡＤＣ１０１によって量子化し（ステップＳ１０２）、電圧検出値をメモリ１０２に保存する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の動作をステップＳ１０４で全ての電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧値が検出されたと判断されるまで繰り返す。ここまでの動作は、図３及び図４のαからβの区間に当たる。
【００２６】
なお、図３においてＳ１, Ｓ２及びＳ３はそれぞれＳU1, ＳL1, ＳU2, ＳL2及びＳU3及びＳ L3の動作を表しており、Ｓ１’, Ｓ２’及びＳ３’はそれぞれＳU1’, ＳL1’, ＳU2’, ＳL2’及びＳU3’及びＳ L3’の動作を表している。
【００２７】
次に、メモリ１０２に保存された電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧検出値の平均値を算出し、平均値を更新する（ステップＳ１０５）。次に、サンプリングを行うときに前回の電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧検出値とメモリ１０２に保存されている平均値と比較する（ステップＳ１０６）。この比較の結果、電圧検出値が平均値よりも高ければスイッチＳi’（ｉ＝U1〜U3, L1〜L3）を順次オンにすることにより、電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧を順次サンプリングしてサンプリングキャパシタＣに与える（ステップＳ１０７）。そして、転送スイッチＳC（Ｃ＝UC, LC）をオンにしてサンプリングキャパシタＣの電圧を順次ＡＤＣ１０１により量子化し（ステップＳ１０９）、さらに電圧検出値をメモリ１０２に保存する（ステップＳ１１０）。
【００２８】
ステップＳ１０７の処理時にサンプリング前のサンプリングキャパシタＣの電圧がＶ、サンプリングされる電池セルの電圧がＶｂであるとすると、（Ｖｂ＋Ｖ）Ｃの電荷が当該電池セルから消費される。すなわち、電池セルの容量をＣｂとすると、スイッチＳi’のオンにより平均値よりも高い電圧を持つ電池セルの電圧を−（Ｖｂ＋Ｖ）Ｃ／Ｃｂだけ補正することが出来る。
【００２９】
一般的にサンプリングキャパシタＣの容量は、電池セルの容量Ｃｂに比べれば非常に小さい。しかし、電圧検出動作は常に繰り返し行われているため、このような電圧補正動作により電池セルの電圧は時間経過と共に徐々に平均値に近づいていくことになる。
【００３０】
電池セルの電圧が平均値と等しくなれば、スイッチＳiをオンにしてサンプリングを行い（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０９に移る。このとき、電池セルから（Ｖｂ−Ｖ）Ｃの電荷が消費されることになる。しかし、サンプリング前のサンプリングキャパシタＣの電圧Ｖは、ＡＤＣ１０１で量子化されるときにサンプリングキャパシタＣの電荷が消費されなければ、ほとんどＶｂと同じになる。従って、スイッチＳiをオンにしてサンプリングする状態では、ほとんど電池セルから電荷は消費されない。
【００３１】
ステップＳ１１１で全ての電池セルＢ１, Ｂ２及びＢ３の電圧値が検出されたと判断されると、ステップＳ１０５以降の処理が繰り返される。
【００３２】
ところで、本実施形態では電池セルの電圧をスイッチＳiによってサンプリングした場合とスイッチＳi’によってサンプリングした場合とで、サンプリングキャパシタＣの電圧の極性が異なる。これに対しては、例えばコントローラ１０３からの制御により、ＡＤＣ１０１の出力データをスイッチＳiのオン時とスイッチＳi’のオン時とで極性を互いに反転させることで、ＡＤＣ１０１の出力データの極性を合わせることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）  
第１の実施形態で説明したように、電池セルの電圧をスイッチＳiによってサンプリングした場合とスイッチＳi’によってサンプリングした場合とで、サンプリングキャパシタＣの電圧の極性が異なる。図５に示す第２の実施形態では、サンプリングキャパシタＣの一端とＡＤＣ１０１の正入力端子との間、及びサンプリングキャパシタＣの他端とＡＤＣ１０１の負入力端子との間に挿入された転送スイッチＳUC, ＳLCとは別に、サンプリングキャパシタＣの一端とＡＤＣ１０１の負入力端子との間、及びサンプリングキャパシタＣの他端とＡＤＣ１０１の正入力端子との間に挿入された転送スイッチＳUC’, ＳLC’が追加されている。
【００３４】
このように追加された転送スイッチＳUC’, ＳLC’を用いて、スイッチＳiのオン時とスイッチＳi’のオン時とでＡＤＣ１０１の入力信号の極性を反転させることにより、ＡＤＣ１０１の出力データの極性を揃えることができる。
【００３５】
（第３の実施形態）  
第１及び第２の実施形態では、一つのサンプリングキャパシタＣを持つフライングキャパシタ型電圧検出回路を用いた例について説明したが、電池セルの各々に対応してサンプリングキャパシタを設けたような、多数のサンプリングキャパシタを持つフライングキャパシタ型電圧回路にも適用可能である。図６に示す第３の実施形態では、電池セルＢ１, Ｂ２に対応してサンプリングキャパシタＣ1, Ｃ2が設けられた例が示される。
【００３６】
第１及び第２の実施形態に示したような一つのサンプリングキャパシタを持つフライングキャパシタ型電圧検出回路では、各電池セルの電圧を順次一つずつサンプリングするのに対し、本実施形態のように複数のサンプリングキャパシタを持つフライングキャパシタ型電圧検出回路では、複数の電池セルの電圧を一度にサンプリングすることができるため、電圧検出の同時性が高められるという利点がある。
【００３７】
図７は、第３の実施形態におけるタイミングチャートであり、図３と比較するとＳ１及びＳ２に示されるようにスイッチＳU1, ＳL1及びＳU2, ＳL2が同時にオンとなり、またＳ１’及びＳ２’に示されるようにスイッチＳU1’, ＳL1’, ＳU2’, ＳL2’が同時にオンとなる点が異なる。また、図７ではサンプリングキャパシタＣ1, Ｃ2の電荷を転送するスイッチの動作がＳC1, ＳC2として示されている。
【００３８】
図８は、第３の実施形態の変形例であり、サンプリングキャパシタＣ1, Ｃ2にそれぞれ対応してＡＤＣ１０１が設けられている。
【００３９】
（第４の実施形態）  
図９は、本発明の第４の実施形態であり、第３の実施形態に第２の実施形態で説明したと同様の転送スイッチＳUC’, ＳLC’を追加している。
【００４０】
（第５の実施形態）  
図１０は、セル電池の電圧をサンプリングするのに要する時間を短縮させるために、一つの電池セルに対し複数（この例では、二つ）のサンプリングキャパシタを用いた例であり、ＳＷs1,  ＳＷs2の２つのブロックによってサンプリングとＡＤＣ１０１への接続を行う。例えば、ブロックＳＷs2のキャパシタの電圧値をＡＤＣ１０１で量子化しているときに、ＳＷs1のキャパシタに電池セルの電圧をホールドすることにより、サンプリングのための時間を設ける必要がなくなり、より高速にセル電圧の検出が可能になる。
【００４１】
（第６の実施形態）  
図１１に示す第６の実施形態では、サンプリングキャパシタＣ1, Ｃ2とは別に、電池セルの充電と放電を行うための充放電用キャパシタＣB1, ＣB2が追加されている。また、電池セルの放電のパスを形成するための放電スイッチＳB1’, ＳB2’と、充電のパスを形成するための充電スイッチＳB1, ＳB2が設けられている。さらに、前述したコントローラ１０３は、電圧検出値が平均値より高ければ電池セルが充電と放電を繰り返すように放電スイッチＳB1’, ＳB2’及び充電スイッチＳB1, ＳB2を制御する。充放電キャパシタＣB1, ＣB2の充電と放電は異なるフェーズで行われ、かつ充電はサンプリングキャパシタＣ1, Ｃ2のサンプリング以外のフェーズで行われる必要がある。
【００４２】
このように電圧検出用のサンプリングキャパシタとは別に、電池セルの充電と放電を繰り返し行わせるためのキャパシタＣB1, ＣB2を用いることで、より高速に電圧ばらつきを補正することができる。また、キャパシタの容量値や数を増やすことによって、電圧ばらつき補正のさらなる高速化を図ることもできる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に従う組電池の保護装置及び組電池システムの概略を示すブロック図
【図２】第１の実施形態に従う保護ユニットを示す回路図
【図３】第１の実施形態におけるスイッチの動作を示すタイミングチャート
【図４】第１の実施形態における処理手順を示すフローチャート
【図５】第２の実施形態に従う保護ユニットの一部を示す回路図
【図６】第３の実施形態に従う保護ユニットの一部を示す回路図
【図７】第３の実施形態におけるスイッチの動作を示すタイミングチャート
【図８】第３の実施形態の変形例を示す回路図
【図９】第４の実施形態に従う保護ユニットの一部を示す回路図
【図１０】第５の実施形態に従う保護ユニットの一部を示す回路図
【図１１】第６の実施形態に従う保護ユニットの一部を示す回路図
【符号の説明】
【００４５】
１・・・組電池
５Ａ〜５Ｄ・・・保護ユニット
１０・・・組電池システム
Ｃ・・・サンプリングキャパシタ
ＳU1, ＳU2, ＳU3, ＳL1, ＳL2, ＳL3・・・サンプリングスイッチ（第１のスイッチ）
ＳU1’, ＳU2’, ＳU3’, ＳL1’, ＳL2’, ＳL3’・・・サンプリングスイッチ（第２のスイッチ）
ＳUC,ＳLC・・・転送スイッチ
１００・・・マイクロコントローラ
１０１・・・アナログ−デジタル変換器
１０２・・・メモリ
１０３・・・コントローラ
１０４・・・演算器
１０５・・・平均値算出器
１０６・・・比較器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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