JP2017032349A - 二次電池状態検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】組電池を構成する複数の二次電池の状態を正確に検出できる二次電池状態検出装置を提供する。【解決手段】第1、第2のコンデンサCo1、Co2の一極板は、複数の二次電池Ce1〜Ce4のうち1つの二次電池Cenの一極に各々接続されている。第1のスイッチSW11、SW12は、1つの二次電池Cenの他極を第1のコンデンサCo1、第2のコンデンサCo2の何れか一方の他極板に接続する。MUC5は、第1のスイッチSW11、SW12を制御して、複数の二次電池Ce1〜Ce4が第1の状態のときに1つの二次電池Cenの他極を第1のコンデンサCo1の他極板に接続した後、複数の二次電池Ce1〜Ce4が第2の状態のときに1つの二次電池Cenの他極を第2のコンデンサの他極板に接続する。差動増幅回路6が、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2の他極板電圧の差電圧を出力する。電池監視IC7が、差電圧に基づき二次電池Ce1〜Ce4の状態を検出する。【選択図】図1

Description

本発明は、電池の劣化の度合や内部抵抗などの当該電池の状態を検出する二次電池状態検出装置に関するものである。
例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車(EV)や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車(HEV)などの各種車両には、電動モータの動力源として、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が搭載されている。
このような二次電池は、充電及び放電を繰り返すことにより劣化が進み、蓄電可能容量(電流容量や電力容量など)が徐々に減少することが知られている。そして、二次電池を用いた電気自動車などにおいては、二次電池の劣化の度合を検出することにより蓄電可能容量を求めて、二次電池によって走行可能な距離や二次電池の寿命などを算出している。
二次電池の劣化の度合を示す指標の一つとして、初期蓄電可能容量に対する現在蓄電可能容量の割合であるSOH(State of Health)がある。このSOHは二次電池の内部抵抗と相関があることが知られており、二次電池の内部抵抗を求めることにより当該内部抵抗に基づいてSOHを検出することができる。
上記二次電池の内部抵抗を検出する装置としては、例えば特許文献1に記載されたものが提案されている。特許文献1の二次電池状態検出装置は、2つのコンデンサを備え、二次電池の2つの状態、例えば放電状態と放電停止状態とのそれぞれの電池電圧をコンデンサにホールドし、増幅回路によりコンデンサがホールドした電池電圧の差を増幅することにより、精度良く内部抵抗やSOHを求めている。
上述した特許文献1に示す二次電池状態検出装置の2つのコンデンサの一極板はグランドに接続され、検出基準が常にグランドであった。このため、組電池を構成する二次電池の状態を検出するのに特許文献1に示す二次電池状態検出装置をそのまま適用すると、最もグランド側にある二次電池を除き、測定結果に自身よりもグランド側に接続された二次電池の電池電圧が含まれるため正しく測定できない問題がある。
特開2014−219311号公報
そこで、本発明は、組電池を構成する複数の二次電池の状態を正確に検出できる二次電池状態検出装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、互いに直列接続された複数の二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置であって、前記複数の二次電池のうち1つの二次電池の一極に、一極板が各々接続される第1のコンデンサ及び第2のコンデンサと、前記1つの二次電池の他極を前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの何れか一方の他極板に接続する第1のスイッチと、前記第1のスイッチを制御して、前記複数の二次電池が第1の状態のときに前記1つの二次電池の他極を前記第1のコンデンサの他極板に接続した後、前記複数の二次電池が第2の状態のときに前記1つの二次電池の他極を前記第2のコンデンサの他極板に接続する第1のスイッチ制御手段と、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの他極板電圧の差電圧を出力する差動増幅回路と、前記差電圧に基づき前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、を備えていることを特徴とする二次電池状態検出装置に存する。
請求項2記載の発明は、前記複数の二次電池のうち1つを選択するための第2のスイッチと、前記第2のスイッチを制御して、選択した1つの二次電池の一極を、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサ双方の一極板に接続する第2のスイッチ制御手段と、を備え、前記第1のスイッチ制御手段は、前記複数の二次電池が第1の状態のときに前記第2のスイッチにより選択された前記1つの二次電池の他極を前記第1のコンデンサの他極板に接続した後、前記複数の二次電池が第2の状態のときに前記第2のスイッチにより選択された前記1つの二次電池の他極を前記第2のコンデンサの他極板に接続することを特徴とする請求項1に記載の二次電池状態検出装置に存する。
請求項3記載の発明は、前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御して、前記第1のコンデンサ又は前記第2のコンデンサを用いて前記複数の二次電池間で電荷を移動させることにより、前記複数の二次電池の両極電圧の均等化を行う均等化手段をさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載の二次電池状態検出装置に存する。
請求項4記載の発明は、前記第2のスイッチは、一端が前記複数の二次電池の他極に各々接続され、他端が前記第1のスイッチに共通接続され、前記第2のスイッチと前記二次電池との間にそれぞれ接続された抵抗と、電圧が高い前記二次電池の両極を前記抵抗の両端接続するように前記第2のスイッチを制御することにより均等化を行う均等化手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項2項に記載の二次電池状態検出装置に存する。
請求項5記載の発明は、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサは、前記複数の二次電池に対応して複数設けられ、前記第1のスイッチは、前記複数の二次電池に対応して複数設けられ、前記複数の二次電池のうち対応する1つの他極を前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの他極板に接続することを特徴とする請求項1に記載の二次電池状態検出装置に存する。
請求項6記載の発明は、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサと、前記差動増幅回路と、の間に設けられた第3のスイッチと、をさらに備え、前記第1のスイッチ制御手段は、前記第3のスイッチを制御して、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサと前記差動増幅回路との接続を切り離した状態で、前記第1のスイッチの制御を行うと共に、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの両極板と前記二次電池との接続を切り離した状態で、前記第3のスイッチを制御して、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサに前記差動増幅回路を接続することを特徴とする請求項1〜5何れか1項に記載の二次電池状態検出装置に存する。
以上説明したように請求項1記載の発明によれば、第1のコンデンサ及び第2のコンデンサには、複数の二次電池のうち1つの両極が接続されるため、組電池を構成する複数の二次電池の状態を正確に検出できる。
請求項2記載の発明によれば、第1のコンデンサ及び第2のコンデンサを、複数の二次電池に対応して設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
請求項3記載の発明によれば、第1のコンデンサ又は第2のコンデンサを流用して、均等化を行うことができる。このため、均等化を行うためのコンデンサや第1、第2のスイッチを二次電池状態検出装置とは別に設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
請求項4記載の発明によれば、抵抗や第2のスイッチを流用して、二次電池の均等化を行うことができる。このため、均等化を行うための放電抵抗やスイッチを二次電池状態検出装置とは別に設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
請求項5記載の発明によれば、複数の二次電池の両極電圧を同時に対応する第1、第2のコンデンサに保持できるため、迅速に二次電池の状態を正確に検出できる。
請求項6記載の発明によれば、差動増幅回路には二次電池が接続されないため、差動増幅回路より後段のハードウェアへの耐圧等の性能要求を抑えることができる。
第1実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 図1の二次電池状態検出装置を構成するMCUの処理手順を示すフローチャートである。 第2実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 第3実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 第3実施形態の変形例における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 第4実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 図6の二次電池状態検出装置を構成するMCUの処理手順を示すフローチャートである。 第5実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 第6実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。 図9の二次電池状態検出装置を構成するMCUの処理手順を示すフローチャートである。 第7実施形態における本発明の二次電池状態検出装置を示す回路図である。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態における二次電池状態検出装置について図1を参照して説明する。本実施形態の二次電池状態検出装置1は、例えば、電気自動車に搭載され、当該電気自動車が備える図1に示す組電池2を構成する複数の二次電池Ce1〜Ce4の状態をそれぞれ検出するものである。二次電池Ce1〜Ce4は、互いに直列接続されている。
図1に示すように、第1実施形態の二次電池状態検出装置1は、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2と、第1のスイッチユニット31と、第2のスイッチユニット32と、充電部4と、第1のスイッチ制御手段、第2のスイッチ制御手段としてのMCU5と、差動増幅回路6と、電池状態検出手段としての電池監視IC7と、ローパスフィルタユニット(以下LPFユニット)8と、を備えている。
第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2はそれぞれ、2つの状態(例えば充電状態、充電停止状態)における二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を順次、保持するためのコンデンサである。第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2は、後述する第2のスイッチユニット32により選択された二次電池Ce1〜Ce2の1つの負極(一極)に、一極板が各々接続される。
また、第1のコンデンサCo1は、他極板が後述する差動増幅回路6の2つの入力のうち一方に接続されている。第2のコンデンサCo2は、他極板が後述する差動増幅回路6の2つの入力のうち他方に接続されている。
第1のスイッチユニット31は、後述する第2のスイッチユニット32により選択された1つの二次電池Cen(以下、nは1〜4の任意の整数)の正極(他極)を第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2の何れか一方の他極板に接続する第1のスイッチSW11及びS12から構成されている。第1のスイッチSW11は、その一端が第1のコンデンサCo1の他極板に接続され、第1のスイッチSW12は、その一端が第2のコンデンサCo2の他極板に接続されている。
第2のスイッチユニット32は、複数の二次電池Ce1〜Ce4のうち1つを選択するための第2のスイッチSW21〜SW24、SW31〜SW34、SW41〜SW44から構成されている。
第2のスイッチSW21〜SW24は、一端が二次電池Ce1〜Ce4の正極に各々接続され、他端が共通接続されて、第1のスイッチSW11、SW12の他端に抵抗を介して接続されている。
第2のスイッチSW31〜SW34は、一端が二次電池Ce1〜Ce4の負極に各々接続され、他端が第2のコンデンサCo2の一極板に接続されている。第2のスイッチSW41〜SW44は、一端が二次電池Ce1〜Ce4の負極に各々接続され、他端が第1のコンデンサCo1の一極板に接続されている。
従って、第2のスイッチSW2n、SW3n、SW4nをオンすると、選択された1つの二次電池Cenの正極が第1のスイッチSW11、SW12に接続され、二次電池Cenの負極が、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2の一極板に各々接続される。
そして、第2のスイッチSW2n、SW3n、SW4nがオンされ二次電池Cenが選択されているときに、第1のスイッチSW11をオンすると、二次電池Cenが第1のコンデンサCo1の他極板に接続され、第1のスイッチSW12をオンすると、二次電池Cenが第2のコンデンサCo1の他極板に接続される。
充電部4は、組電池2の両極に接続され、組電池2を構成する二次電池Ce1〜Ce4の充電に際して、予め定められた充電電流Icを流すことができるように設けられている。充電部4は、後述するMCU5に接続されており、MCU5からの制御信号に応じて、二次電池Ce1〜Ce4に充電電流Icを流して充電し、二次電池Ce1〜Ce4に充電電流Icを流すことを停止して充電を停止する。
MCU5は、周知のCPU、ROM、RAMなどを有するマイクロコンピュータから構成されている。MCU5は、第1のスイッチユニット31、第2のスイッチユニット32のオンオフ制御や、充電部4を制御する。MCU5は、第1のスイッチユニット31、第2のスイッチユニット32を制御して、二次電池Ce1〜Ce4が第1の状態のときに第2のスイッチユニット32により選択した1つの二次電池Cenの正極を第1のコンデンサCo1の他極板に接続した後、二次電池Ce1〜Ce4が第2の状態のときに第2のスイッチユニット32により選択した1つの二次電池Cenの正極を第2のコンデンサCo2の他極板に接続する。ここで、第1の状態、第2の状態とは、二次電池Cenに流れる電流が互いに異なる状態を示す。本実施形態では、二次電池Cenに充電電流Icが流れる充電状態を第1の状態、二次電池Cenに電流が流れない充電停止状態を第2の状態としている。
差動増幅回路6は、所謂インスツルメンテーションアンプから構成され、第1の増幅アンプ61と、第2の増幅アンプ62と、差動アンプ63と、を有している。第1の増幅アンプ61は、非反転入力が第1のコンデンサCo1の他極板に接続され、第1のコンデンサCo1の他極板電圧を増幅する。第2の増幅アンプ62は、非反転入力が第2のコンデンサCo2の他極板に接続され、第2のコンデンサCo2の他極電圧を増幅する。差動アンプ63は、第1、第2の増幅アンプ61、62により増幅された第1、第2のコンデンサCo1、Co2の他極板電圧の差分を増幅して差電圧として出力する。
電池監視IC7は、例えばマイコンから構成され、差動増幅回路6から出力される差電圧を取り込んで二次電池Ce1〜Ce4の各内部抵抗を検出して、二次電池Ce1〜Ce4の状態を検出する。詳しく説明すると、本実施形態では、充電状態のときの二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧V1は、下記の式(1)で表される。
V1=Ve+r×Ic …(1)
Ve:二次電池Ce1〜Ce4の起電力、r:内部抵抗、Ic:充電電流
一方、充電停止状態のときの内部抵抗rの電圧降下Vrは0である。また、充電による起電力Veの増加がほとんどないとみなせるため、充電停止状態のときの二次電池Ce1〜Ce4の各両極電圧V2は、下記の式(2)で表される。
V2=Ve …(2)
よって、差動増幅回路6から出力される差電圧は、V1−V2=r×Icに応じた値となる。電池監視IC7は、差電圧から内部抵抗rを求める。
LPFユニット8は、抵抗Rdと、コンデンサCとから構成された複数のLPFから構成され、各LPFは、二次電池Ce1〜Ce4の正極と第2のスイッチSW21〜SW24との間にそれぞれ設けられている。
次に、上述した構成の二次電池状態検出装置1の動作について図2を参照して以下説明する。図2は、図1に示す二次電池状態検出装置1を構成するMCU5の処理手順を示すフローチャートである。
MCU5は、車両に搭載された電子制御装置から二次電池Ce1〜Ce4の状態検出命令を受信すると、図2に示す電池状態検出処理を開始する。まず、MCU5は、充電部4に対して充電開始の制御信号を送信する(ステップS1)。充電部4は、この制御信号に応じて充電電流Icで二次電池Ce1〜Ce4の充電を開始する。
次に、MCU5は、第2のスイッチSW2n、SW3n、SW4nをオンして、選択した二次電池Cenの正極を第1のスイッチSW11、SW12に接続すると共に、選択した二次電池Cenの負極を第1、第2のコンデンサCo1、Co2の一極板に接続する。さらに、第1のスイッチSW11をオンして、二次電池Cenの正極を第1のコンデンサCo1の他極板に接続することにより、第1のコンデンサCo1の両極板に二次電池Cenの両極を接続する(ステップS2)。なお、初期状態においてn=1である。これにより、第1のコンデンサCo1には、充電状態における二次電池Cenの両極電圧が保持される。
その後、MCU5は、第1のコンデンサCo1の両極板電圧が、二次電池Cenの両極電圧に達するような十分な時間t1が経過すると(ステップS3でY)、第1のスイッチSW11をオフして、第1のコンデンサCo1と二次電池Cenの接続を切り離す(ステップS4)。その後、充電部4に対して充電停止の制御信号を送信する(ステップS5)。充電部4は、この制御信号に応じて二次電池Ce1〜Ce4の充電を停止する。
次に、MCU5は、第1のスイッチSW12をオンして、二次電池Ceの正極を第2のコンデンサCo2の他極板に接続することにより、第2のコンデンサCo2の両極板に二次電池Cenの両極を接続する(ステップS6)。これにより、第2のコンデンサCo2には、充電停止状態における二次電池Cenの両極電圧が保持される。
その後、MCU5は、時間t1が経過すると(ステップS9でY)、第1のスイッチSW12をオフして、第2のコンデンサCo2と二次電池Cenの接続を切り離す(ステップS8)。
その後、MCU5は、差動増幅回路6から出力される差電圧を取り込んで二次電池Cenの内部抵抗を求める命令を電池監視IC7に送信する(ステップS9)。電池監視IC7は、この制御信号に応じて差動増幅回路6から出力される差電圧をA/D変換して取り込み、二次電池Cenの内部抵抗を求める。
次に、MCU5は、n=4でなければ(ステップS10でN)、nをインクリメントした後(ステップS11)、ステップS1に戻る。一方、MCU5は、n=4であれば(ステップS10でY)、全ての二次電池Ce1〜Ce4の内部抵抗を検出したとして、電池状態検出処理を終了する。
上述した第1実施形態によれば、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2には、複数の二次電池Ce1〜Ce4のうち1つの両極が接続されるため、組電池2を構成する複数の二次電池Ce1〜Ce4の状態を正確に検出できる。
また、上述した第1実施形態によれば、複数の二次電池Ce1〜Ce4のうち1つを選択して、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2に接続しているため、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2を、複数の二次電池Ce1〜Ce4に対応して設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
また、上述した第1実施形態によれば、二次電池Ce1〜Ce4を順番に第1、第2のコンデンサCo1、Co2に接続している。このため、第1、第2のコンデンサCo1、Co2を介して電圧の高い二次電池Ce1〜Ce4から電圧の低い二次電池Ce1〜Ce4に電荷が移動するため、二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を均等化することができる。例えば、二次電池Ce1の両極電圧が高く、二次電池Ce2の両極電圧が低い場合、二次電池Ce1により第1、第2のコンデンサCo1、Co2が充電され、その後、二次電池Ce2を第1、第2のコンデンサCo1、Co2の両極板に接続すると、第1、第2のコンデンサCo1、Co2が放電して、二次電池Ce2が充電される。結果、両極電圧の高い二次電池Ce1から両極電圧の低い二次電池Ce2に電荷が移動して、電池状態検出処理を繰り返すことにより二次電池Ce1〜Ce4の均等化を図ることができる。
なお、上述した第1実施形態では、充電状態(第1の状態)及び充電停止状態(第2の状態)の二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を第1、第2のコンデンサCo1、Co2に保持して、その差電圧を求めていたが、これに限ったものではない。2つの異なる状態の二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を第1、第2のコンデンサCo1、Co2に保持させればよく、例えば、充電状態及び放電状態の二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を第1、第2のコンデンサCo1、Co2に保持させるようにしてもよい。また、大きな充電電流が流れているときの充電状態及び小さな充電電流が流れているときの充電状態の二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を第1、第2のコンデンサCo1、Co2に保持させるようにしてもよいし、大きな放電電流が流れているときの放電状態及び小さな放電電流が流れているときの放電状態の二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を第1、第2のコンデンサCo1、Co2に保持させるようにしてもよい。
また、さらに上述した電池状態検出処理とは別に均等化処理を行うようにしてもよい。詳しくは、各二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を計測し、MCU5は、均等化手段として働き、第1のスイッチユニット31及び第2のスイッチユニット32を制御して、二次電池Ce1〜Ce4のうち最も両極電圧の高いものを第1のコンデンサCo1又は第2のコンデンサCo2に接続し、その後、二次電池Ce1〜Ce4のうち最も両極電圧の低いものを第1のコンデンサCo1又は第2のコンデンサCo2をすれば、均等化を行うことができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の二次電池状態検出装置1について図3を参照して説明する。第1実施形態と第2実施形態とで異なる点は、第2のスイッチSW21〜SW24と、第1のスイッチS11、SW12との間にピークホールド整流回路9を設けた点である。
ピークホールド整流回路9は、ダイオードDと、ダイオードDに並列接続されたリセットスイッチSW5と、から構成されている。なお、リセットスイッチSW5は、MCU5に接続され、MCU5によりオンオフ制御される。ピークホールド整流回路9は、交流の放電電流や充電電流を流したときの二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧のピーク値を第1、第2のコンデンサCo1、Co2に保持させるために用いられる。このようにすれば、電池監視IC7のA/Dのサンプリング速度が放電電流や充電電流の変化速度に対して遅くても精度良く内部抵抗を求めることができる。
また、第1実施形態と第2実施形態とで異なる点は、第1の増幅アンプ61の反転入力と第2の増幅アンプ62の反転入力との間の抵抗を可変にして、差動増幅回路6から出力される差電圧の増幅率を可変にする増幅率設定回路64を設けた点である。この増幅率設定回路64により測定する差電圧の大きさに対し最適な増幅率を設定することでA/Dの測定レンジを有効に使用することができ、差電圧の大きさが変化しても精度良く測定することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態の二次電池状態検出装置1について図4を参照して説明する。第1実施形態と第3実施形態とで異なる点は、第2のスイッチユニット32の構成と、第3のスイッチユニット33を設けた点である。
第2のスイッチユニット32は、第2のスイッチSW21〜S24及びSW31〜SW34から構成され、図1に示す第2のスイッチSW41〜SW44は設けられていない。第3実施形態では、第2のスイッチSW31〜SW34は、一端が二次電池Ce1〜Ce4の負極に各々接続され、他端が第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2の双方の一極板に接続されている。
上記第3のスイッチユニット33は、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2と、差動増幅回路6と、の間に設けられている。第3のスイッチユニット33は、第1のコンデンサCo1の他極板と差動増幅回路6との間に設けられた第3のスイッチSW51と、第2のコンデンサCo2の他極板と差動増幅回路6との間に設けられた第3のスイッチSW52と、から構成されている。
第3のスイッチSW51及びSW52は、MCU5に接続され、MCU5によってオンオフが制御される。そして、MCU5は、第3のスイッチSW51及びSW52をオフにして、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2と差動増幅回路6との接続を切り離した状態で、第1、第2のスイッチユニット31、32を制御して、第1、第2のコンデンサCo1、Co2に二次電池Ce1〜Ce2を接続する(即ち図2のステップS2〜S8の動作を行う)。また、MCU5は、第2のスイッチユニット32をオフにして、第1、第2のコンデンサCo1、Co2の両極板と二次電池Ce1〜Ce4の両極との接続を切り離した状態で、第3のスイッチSW51及びSW52をオンして、第1のコンデンサCo1及び第2のコンデンサCo2に差動増幅回路6を接続し、図2のステップS9の命令を送信する。
上述した第3実施形態によれば、差動増幅回路6には二次電池Ce1〜Ce4が接続されないため、差動増幅回路6より後段のハードウェアへの耐圧などの性能要求を抑えることができる。
この場合も、図5に示すように第2実施形態と同様に、ピークホールド整流回路9や増幅率設定回路64を設けてもよい。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態の二次電池状態検出装置1について図6を参照して説明する。同図において、上述した第1実施形態で既に説明した図1に示す二次電池状態検出装置1と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図6に示すように、第4実施形態の二次電池状態検出装置1は、複数の第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24と、第1のスイッチユニット311〜314と、第3のスイッチユニット33と、充電部4と、MCU5と、差動増幅回路6と、電池監視IC7と、LPFユニット8と、を備えている。
複数の第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24は、各二次電池Ce1〜Ce4に対応して設けられ、それぞれが二次電池Ce1〜Ce4と同じ数、設けられている。第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nは他極板が共通接続され、二次電池Cenの負極に接続されている。
第1のスイッチユニット311〜314は、複数の二次電池Ce1〜Ce4に対応して複数設けられ、それぞれが二次電池Ce1〜Ce4と同じ数、設けられている。任意の第1のスイッチユニット31nは、対応する二次電池Cenの正極を対応する第1のコンデンサCo1n及び第2のコンデンサCo2nの何れか一方の他極板に接続する第1のスイッチSW11n及びSW12nから構成されている。
る第1のスイッチSW11n及びSW12nは、一端がそれぞれ第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nの他極板に接続され、他端が共通接続されて二次電池Cenの正極に接続されている。
以上の構成によれば、第1のスイッチSW11nをオンすると、第1のコンデンサCo1nの他極板に対応する二次電池Cenの正極が接続される。第1のスイッチSW12nをオンすると、第2のコンデンサCo2nの他極板に対応する二次電池Cenの正極が接続される。
第3のスイッチユニット33は、第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24と、差動増幅回路6と、の間に設けられた第3のスイッチSW71〜SW74及び第3のスイッチSW81〜SW84から構成されている。
第3のスイッチSW71〜SW74は、一端が第1のコンデンサCo11〜Co14の他極板に各々接続され、他端が共通接続されて差動増幅回路6に接続されている。第3のスイッチSW81〜SW84は、一端が第2のコンデンサCo21〜Co24の他極板に各々接続され、他端が共通接続されて差動増幅回路6に接続されている。
充電部4、MCU5、差動増幅回路6、電池監視IC7、及び、LPFユニット8は、上述した第1実施形態で説明した図1のものと同等であるためここでは詳細な説明を省略する。
次に、上述した構成の二次電池状態検出装置1の動作について図7を参照して以下説明する。図7は、図6に示す二次電池状態検出装置1を構成するMCU5の処理手順を示すフローチャートである。
MCU5は、車両に搭載された電子制御装置から二次電池Ce1〜Ce4の状態検出命令を受信すると、図7に示す電池状態検出処理を開始する。まず、MCU5は、充電部4に対して充電開始の制御信号を送信する(ステップS21)。充電部4は、この制御信号に応じて充電電流Icで二次電池Ce1〜Ce4の充電を開始する。
なお、初期状態において第1のスイッチユニット311〜314及び第3のスイッチユニット33は全てオフになっている。次に、MCU5は、第1のスイッチSW111〜SW114をオンして、二次電池Ce1〜Ce4の正極を対応する第1のコンデンサCo11〜Co14の他極板にそれぞれ接続する(ステップS22)。これにより、第1のコンデンサCo11〜Co14にはそれぞれ、充電状態における二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧が保持される。
その後、MCU5は、時間t1が経過すると(ステップS23でY)、第1のスイッチSW111〜SW114をオフして、二次電池Ce1〜Ce4と第1のコンデンサCo11〜Co14との接続を切り離す(ステップS24)。その後、充電部4に対して充電停止の制御信号を送信する(ステップS25)。充電部4は、この制御信号に応じて二次電池Ce1〜Ce4の充電を停止する。
次に、MCU5は、第1のスイッチSW121〜SW124をオンして、二次電池Ce1〜Ce4の正極を対応する第2のコンデンサCo21〜Co24の他極板に各々接続する(ステップS26)。これにより、第2のコンデンサCo21〜Co24には、充電停止状態における二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧が保持される。その後、MCU5は、時間t1が経過すると(ステップS27でY)、第1のスイッチSW121〜SW124をオフして、二次電池Ce1〜Ce4と第2のコンデンサCo21〜Co24との接続を切り離す(ステップS28)。
次に、MCU5は、スイッチSW7n及びスイッチSW8nをオンして、第1のコンデンサCo1n及び第2のコンデンサCo2nを差動増幅回路6に接続すると共に差動増幅回路6から出力される差電圧を取り込んで二次電池Cenの内部抵抗を求める命令を電池監視IC7に送信する(ステップS29)。その後、MCU5は、スイッチSW7n及びスイッチSW8nをオフして第1のコンデンサCo1n及び第2のコンデンサCo2nと差動増幅回路6との接続を切り離す(ステップS30)。次に、MCU5は、n=4でなければ(ステップS31でN)、nをインクリメントした後(ステップS32)、ステップS29に戻る。一方、MUC5は、n=4であれば(ステップS31でY)、電池状態検出処理を終了する。
上述した第4実施形態によれば、複数の二次電池Ce1〜Ce4にそれぞれ対応した第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24を設けて、各第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24に対応する二次電池Ce1〜Ce4の両極を同時に接続できるため、迅速に複数の二次電池Ce1〜Ce4の内部抵抗(状態)を検出できる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態の二次電池状態検出装置1について図8を参照して説明する。第4実施形態と第5実施形態とで異なる点は、二次電池Ce1〜Cenの両極と第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の両極板とを切り離すためのスイッチSW91〜93を設けた点である。
スイッチSW9nは、第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nの一極板と二次電池Cenの負極との間に接続され、第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nの一極板の接続を二次電池Cenの負極とグランドとの間で切り替える切替スイッチである。このスイッチSW91〜SW93を設けることにより、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の両極板と二次電池Ce1〜Ce4との接続を切り離すことができる。
そして、MCU5は、第3のスイッチユニット33をオフにして、第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24と差動増幅回路6との接続を切り離した状態で、スイッチSW91〜93をオンして、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の一極板を二次電池Ce1〜Cenの負極に各々接続する。この状態で、MCU5は、第1のスイッチユニット311〜314を制御して、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜24に二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を保持させる(即ち図7のステップS22〜S28の動作を行う)。
また、MCU5は、第1のスイッチユニット311〜314及びスイッチSW91〜93をオフにして、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14及びCo21〜Co24の一極板をグランドに接続すると共に、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の両極板と二次電池Ce1〜Ce4との接続を切り離す。この状態で、MCU5は、第3のスイッチユニット33を制御して、第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24を順次、差動増幅回路6を接続する(即ち図7のステップS29、S30の動作を行う)。
上述した第5実施形態によれば、差動増幅回路6には二次電池Ce1〜Ce4が接続されないため、差動増幅回路6より後段のハードウェアへの耐圧などの性能要求を抑えることができる。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態の二次電池状態検出装置1について図9を参照して説明する。第6実施形態と第4実施形態とで異なる点は、複数の第1のスイッチユニット311〜314、第3のスイッチユニット33に代えて、第1のスイッチユニット31、第2のスイッチユニット32、第1のコンデンサCo11〜Co14、第2のコンデンサCo21〜Co24のうち1つを選択するための第4のスイッチユニット34を設けた点である。
第1、第2のスイッチユニット31、32は、第1実施形態で既に説明した図1に示す第1、第2のスイッチユニット31、32と同等であるためここでは詳細な説明を省略する。なお、第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nの一極板は、対応する二次電池Cenの負極に接続されている。また、第1のコンデンサCo1nの他極板は、後述する第4のスイッチユニット34を介して第1のスイッチSW11に接続され、第2のコンデンサCo2nの他極板は、後述する第4のスイッチユニット34を介して第1のスイッチSW12に接続されている。
第4のスイッチユニット34は、第1のコンデンサCo11〜Co14の他極板と第1のスイッチSW11との間に各々設けられた第4のスイッチSW131〜SW134と、第2のコンデンサCo21〜Co24の他極板と第1のスイッチSW12との間に各々設けられた第4のスイッチSW141〜SW144と、から構成されている。
上述した構成によれば、第2のスイッチSW2nをオンすると、選択された1つの二次電池Cenの正極が第1のスイッチSW11、SW12に接続され、第4のスイッチSW13n、14nをオンすると、選択された一対の第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nが第1のスイッチSW11、SW12に接続される。よって、第1のスイッチSW11、SW12の何れか一方をオンすれば、第2のスイッチユニット32により選択された1つの二次電池Cenの正極(他極)を第4のスイッチユニット34により選択された第1のコンデンサCo1n及び第2のコンデンサCo2nの何れか一方に接続することができる。
次に、上述した構成の二次電池状態検出装置1の動作について図10を参照して以下説明する。図10は、図9に示す二次電池状態検出装置1を構成するMCU5の処理手順を示すフローチャートである。
MCU5は、車両に搭載された電子制御装置から二次電池Ce1〜Ce2の状態検出命令を受信すると、図10に示す電池状態検出処理を開始する。まず、MCU5は、充電部4に対して充電開始の制御信号を送信する(ステップS41)。充電部4は、この制御信号に応じて充電電流Icで二次電池Ce1〜Ce4の充電を開始する。
次に、MCU5は、第2のスイッチSW2n、第4のスイッチ13n、14nをオンして、選択した二次電池Cenの正極を第1のスイッチSW11、SW12に接続すると共に、選択した第1、第2のコンデンサCo1n、Co2nの他極板を第1のスイッチSW11、SW12に接続する。さらに、第1のスイッチSW11をオンして、二次電池Cenの正極を第1のコンデンサCo1nの他極板に接続することにより、第1のコンデンサCo1nの両極板に二次電池Cenの両極を接続する(ステップS42)。これにより、第1のコンデンサCo1nには、充電状態における二次電池Cenの両端電圧が保持される。
その後、MCU5は、時間t1が経過すると(ステップS43でY)、第1のスイッチSW11をオフして、第1のコンデンサCo1nと二次電池Cenとの接続を切り離す(ステップS44)。その後、充電部4に対して充電停止の制御信号を送信する(ステップS45)。充電部4は、この制御信号に応じて二次電池Ce1〜Ce4の充電を停止する。
次に、MCU5は、第1のスイッチSW12をオンして、二次電池Ceの正極を第2のコンデンサCo2nの他極板に接続することにより、第2のコンデンサCo2nの両極板に二次電池Cenの両極を接続する(ステップS46)。これにより、第2のコンデンサCo2nには、充電停止状態における二次電池Cenの両端電圧が保持される。
その後、MCU5は、時間t1が経過すると(ステップS47でY)、第1のスイッチSW12をオフして、第2のコンデンサCo2nと二次電池Cenの接続を切り離す(ステップS48)。
その後、MCU5は、差動増幅回路6から出力される差電圧を取り込んで二次電池Cenの内部抵抗を求める命令を電池監視IC7に送信する(ステップS49)。
次に、MCU5は、n=4でなければ(ステップS50でN)、nをインクリメントした後(ステップS51)、ステップS1に戻る。一方、MCU5は、n=4であれば(ステップS50でY)、電池状態検出処理を終了する。
上述した第6実施形態によれば、第4実施形態と同様に、複数の二次電池Ce1〜Ce4にそれぞれ対応した第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24を設けて、各第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24に対応する二次電池Ce1〜Ce4の両端を接続するため、組電池2を構成する複数の二次電池Ce1〜Ce4の内部抵抗(状態)を正確に検出できる。
(第7実施形態)
次に、第7実施形態の二次電池状態検出装置1について図11を参照して説明する。第6実施形態と第7実施形態とで異なる点は、第3のスイッチユニット33と、二次電池Ce1〜Cenの両極と第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の両極板とを切り離すためのスイッチSW91〜93と、を設けた点である。
第3のスイッチユニット33は、第3実施形態で既に説明した図5の第3のスイッチユニット33と同等であるためここでは詳細な説明を省略する。スイッチSW91〜93も、第4実施形態で既に説明した図8に示すスイッチSW91〜SW93と同等であるためここでは詳細な説明を省略する。
そして、MCU5は、第3のスイッチユニット33をオフにして、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co22と差動増幅回路6との接続を切り離した状態で、スイッチSW91〜93をオンして、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の一極板を二次電池Ce1〜Cenの負極に各々接続する。この状態で、MCU5は、第1のスイッチユニット31、第2のスイッチユニット32を制御して、第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24に二次電池Ce1〜Ce4の両極電圧を保持させる(即ち図10のステップS42〜S48の動作を行う)。
また、MCU5は、第1のスイッチユニット31及びSW91〜SW93をオフにして、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14及びCo21〜Co24の一極板をグランドに接続すると共に、第1、第2のコンデンサCo11〜Co14、Co21〜Co24の両極板と二次電池Ce1〜Ce4との接続を切り離す。この状態で、MCU5は、第3のスイッチユニット33、第4のスイッチユニット34を制御して、第1のコンデンサCo11〜Co14及び第2のコンデンサCo21〜Co24を順次、差動増幅回路6を接続する(即ち図10のステップS49の動作を行う)。
上述した第7実施形態によれば、差動増幅回路6には二次電池Ce1〜Ce4が接続されないため、差動増幅回路6より後段のハードウェアへの耐圧などの性能要求を抑えることができる。
(第8実施形態)
また、図1〜図5、図9、図11のように、第1のスイッチSW11及びスイッチSW12により第1のコンデンサCo1、Co11〜Co14、第2のコンデンサCo2、Co21〜Co24の何れか一方を選択し、第2のスイッチSW21〜SW24により二次電池Ce1〜Co2の1つを選択して互いに接続できるようになっていれば、この第2のスイッチSW21〜SW24と、LPFユニット8を構成する抵抗Rdを流用して放電式の均等化を行うようにしてもよい。
即ち、二次電池Ce1〜Ce4の両端電圧を計測し、MCU5が、第2のスイッチSW21〜SW24を制御して、二次電池Ce1〜Ce4のうち電圧の高い1つの両端に抵抗Rdを接続して放電させる。例えば、二次電池Ce1の両端電圧が高かった場合、MCU5は、第2のスイッチSW21及びSW22をオンして、二次電池Ce1の両端に抵抗Rdを接続する。
上述した第8実施形態によれば、LPFの抵抗Rdや第1のスイッチユニット31を構成する第2のスイッチSW21〜SW24を流用して、二次電池Ce1〜Ce4の均等化を行うことができる。このため、均等化を行うための放電抵抗やスイッチを二次電池状態検出装置1とは別に設ける必要がなく、コストダウンを図ることができる。
なお、上述した第8実施形態では、抵抗Rdとしては、LPFの抵抗であったが、これに限ったものではない。回路保護用の抵抗であってもよい。
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1 二次電池状態検出装置
5 MCU(第1のスイッチ制御手段、第2のスイッチ制御手段、均等化手段)
6 差動増幅回路
7 電池監視IC(電池状態検出手段)
Ce1〜Ce4 二次電池
Co1 第1のコンデンサ
Co11〜Co14 第1のコンデンサ
Co2 第2のコンデンサ
Co21〜Co24 第2のコンデンサ
SW11、SW12 第1のスイッチ
SW111〜SW114 第1のスイッチ
SW121〜SW124 第1のスイッチ
SW21〜SW24 第2のスイッチ
SW31〜SW34 第2のスイッチ
SW41〜SW44 第2のスイッチ
SW51、SW52 第3のスイッチ
SW71〜SW74 第3のスイッチ
SW81〜SW84 第3のスイッチ
Rd 抵抗

Claims (6)

  1. 互いに直列接続された複数の二次電池の状態を検出する二次電池状態検出装置であって、
    前記複数の二次電池のうち1つの二次電池の一極に、一極板が各々接続される第1のコンデンサ及び第2のコンデンサと、
    前記1つの二次電池の他極を前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの何れか一方の他極板に接続する第1のスイッチと、
    前記第1のスイッチを制御して、前記複数の二次電池が第1の状態のときに前記1つの二次電池の他極を前記第1のコンデンサの他極板に接続した後、前記複数の二次電池が第2の状態のときに前記1つの二次電池の他極を前記第2のコンデンサの他極板に接続する第1のスイッチ制御手段と、
    前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの他極板電圧の差電圧を出力する差動増幅回路と、
    前記差電圧に基づき前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
    を備えていることを特徴とする二次電池状態検出装置。
  2. 前記複数の二次電池のうち1つを選択するための第2のスイッチと、
    前記第2のスイッチを制御して、選択した1つの二次電池の一極を、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサ双方の一極板に接続する第2のスイッチ制御手段と、を備え、
    前記第1のスイッチ制御手段は、前記複数の二次電池が第1の状態のときに前記第2のスイッチにより選択された前記1つの二次電池の他極を前記第1のコンデンサの他極板に接続した後、前記複数の二次電池が第2の状態のときに前記第2のスイッチにより選択された前記1つの二次電池の他極を前記第2のコンデンサの他極板に接続する
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池状態検出装置。
  3. 前記第1のスイッチ及び前記第2のスイッチを制御して、前記第1のコンデンサ又は前記第2のコンデンサを用いて前記複数の二次電池間で電荷を移動させることにより、前記複数の二次電池の両極電圧の均等化を行う均等化手段をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項2に記載の二次電池状態検出装置。
  4. 前記第2のスイッチは、一端が前記複数の二次電池の他極に各々接続され、他端が前記第1のスイッチに共通接続され、
    前記第2のスイッチと前記二次電池との間にそれぞれ接続された抵抗と、
    電圧が高い前記二次電池の両極を前記抵抗の両端接続するように前記第2のスイッチを制御することにより均等化を行う均等化手段と、をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項2に記載の二次電池状態検出装置。
  5. 前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサは、前記複数の二次電池に対応して複数設けられ、
    前記第1のスイッチは、前記複数の二次電池に対応して複数設けられ、前記複数の二次電池のうち対応する1つの他極を前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの他極板に接続する
    ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池状態検出装置。
  6. 前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサと、前記差動増幅回路と、の間に設けられた第3のスイッチと、をさらに備え、
    前記第1のスイッチ制御手段は、前記第3のスイッチを制御して、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサと前記差動増幅回路との接続を切り離した状態で、前記第1のスイッチの制御を行うと共に、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサの両極板と前記二次電池との接続を切り離した状態で、前記第3のスイッチを制御して、前記第1のコンデンサ及び前記第2のコンデンサに前記差動増幅回路を接続する
    ことを特徴とする請求項1〜5何れか1項に記載の二次電池状態検出装置。
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