JP4186406B2 - 組み電池の最小単電池電圧検出回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組み電池の最小単電池電圧検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧大容量の二次電池を組み電池形式で搭載する車両では、この組み電池を構成する各単電池の管理、特にその端子電圧が過小かどうかをモニタすることが電池の安全管理上、重要である。
【０００３】
このため、従来は、組電池を構成する各単電池の電圧をいちいち選択してＡ／Ｄコンバータに時間順次に入力し、各単電池電圧が所定の最小値を下回っていないかどうかを調べていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、組電池電力を走行エネルギーに用いる場合、配線電力損失の低減や回路の小型化などの観点から組電池を数百の単電池を直列接続して構成するのが通常である。
【０００５】
このため、このような多数の単電池の電圧をいちいち選択してＡ／Ｄ変換し、検査するために時間がかかるという問題が生じた。
【０００６】
もちろん、Ａ／Ｄコンバータを多数用いれば、時間短縮を実現できるが回路規模が大きくなり、消費電力も大きくなるために、採用が困難であった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な回路構成で、単電池電圧過小の不具合を高速に検出可能な組み電池の最小単電池電圧検出回路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】
請求項１に記載した本発明の組み電池の電圧検出装置は、組み電池（１）の各単電池（１１〜１５）の電圧を順次選択して出力するアナログマルチプレクサ回路（２）と、前記アナログマルチプレクサ回路（２）から順次出力される前記各単電池（１１〜１５）の電圧に基づいて前記各単電池（１１〜１５）の電圧のうちの最小値を出力するアナログ最小値検出回路（３）とを備え、前記アナログ最小値検出回路（２）は、前記各単電池（１１〜１５）の端子に個別に接続される複数のスイッチ（２１１〜２１５）を有して一個の単電池電圧を選択して出力する一次スイッチ回路（２１）と、前記一次スイッチ回路（２１）から入力される電圧を一対の出力端（ Z 、 W ）の一方（ Z ）の電位が他方（ W ）の電位よりも高電位となるように切り替えて前記アナログ最小値検出回路（３）の一対の入力端に出力する二次スイッチ回路（２２）とを有し、前記アナログ最小値検出回路（３）は、前記アナログマルチプレクサ回路（２）の一対の出力端（ Z 、 W ）の一方の電位の増加方向及び減少方向のどちらかのみ追従する一方向ボルテージホロワ回路（３０３）と、前記一方向ボルテージホロワ回路（３０３）の出力端と前記アナログマルチプレクサ回路（２）の前記一対の出力端（ Z 、 W ）の他方（ W ）との間に接続されるコンデンサ（３０２）と、前記アナログマルチプレクサ回路（２）の前記順次選択動作に先だって前記コンデンサ（３０２）を前記単電池（１１〜１５）の最大電圧以上の電圧値に充電するチャージスイッチ（３０１）とを備えることを特徴としている。
【０００９】
本構成によれば、単電池の電圧が最初に充電されたコンデンサの蓄電電圧よりも小さい場合に限って、このコンデンサをこの単電池の電圧まで放電する回路構成を採用したので、コンデンサの蓄積電圧は各単電池電圧との比較放電後、最小の電圧をもつ単電池の電圧に等しくすることができ、このコンデンサの残留蓄積電圧を読み出すことにより、一回のＡ／Ｄ変換のみで組み電池のもっとも状況が過酷な単電池の端子電圧を知ることができる。したがって、組み電池をこの最小電圧の単電池に合わせて管理すれば、この最小電圧の単電池が問題を発生することがない。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、簡素な回路構成で、単電池電圧過小の不具合を高速に検出して、それに対応して組み電池を管理（たとえば入出力電流の制限）することができる。
【００１２】
本構成によれば、アナログ最小値検出回路の電位を組み電池と無関係に設定することができるので、回路構成を簡素化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組電池の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。
【００１４】
【実施例１】
本発明の組み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）
１は、単電池１１〜１５を直列接続してなる組電池であるが実際には更に多数の単電池が直列接続されている。
【００１５】
２は、組電池１の各単電池（たとえば１１〜１５）の各端子電圧（以下、単電池電圧ともいう）を順次選択出力するアナログマルチプレクサ回路、３はアナログマルチプレクサ回路２が順次出力する各単電池電圧のうちの最小値を検出、ホールドし、選択出力する最小値出力回路、４はアナログマルチプレクサ回路２を切り替え制御するコントローラである。最小値出力回路３の出力電圧VoutはＡ／Ｄコンバータ５に印加されてＡ／Ｄ変換される。
【００１６】
アナログマルチプレクサ回路２は、一次スイッチ回路２１と二次スイッチ回路２２とからなる。
【００１７】
一次スイッチ回路２１は、主電極対の一方が各単電池１１〜１５の正極に個別接続される固体アナログスイッチ又はリレー接点からなるスイッチ２１１〜２１５によって構成され、一個の単電池電圧のみを選択して出力する。奇数番目のスイッチ２１１，２１３，２１５の主電極対の他方は二次スイッチ回路２２の第一入力端Ｘに接続され、偶数番目のスイッチ２１２，２１４，２１５の主電極対の他方は二次スイッチ回路２２の第二入力端Ｙに接続されている。
【００１８】
二次スイッチ回路２２は、固体アナログスイッチ又はリレー接点からなるスイッチ２２１〜２２４からなり、
入力端Ｘ、Ｙ間に入力される電圧の方向を、出力端Ｗより出力端Ｚが高電位となるように切り替える。スイッチ２２１は第一入力端Ｘと第一出力端Ｚとを接続し、スイッチ２２２は第一入力端Ｘと第二出力端Ｗとを接続し、スイッチ２２３は第二入力端Ｙと第一出力端Ｚとを接続し、スイッチ２２４は第二入力端Ｙと第二出力端Ｗとを接続している。
【００１９】
最小値出力回路３は、リセットスイッチ３１、コンデンサ３２、オペアンプ３３、ダイオード３４、ボルテージホロワ回路３５、抵抗３６、３７からなり、両出力端Ｚ、Ｗ間に入力された単電池電圧のうちの最小値を出力する。オペアンプ３３、ダイオード３４は、入力電圧が低下する場合にのみ出力電圧がそれに追従する一方向ボルテージホロワ回路を構成している。３０５は通常の双方向ボルテージホロワ回路である。
【００２０】
オペアンプ３０３、３０５は図示しない電源電圧発生回路から電源電圧を印加されているが、この電源電圧発生回路が発生する電源電圧は接地されていない。また、この電源電圧発生回路は、オペアンプ３０３の＋入力端に電流制限抵抗３０６を通じて高位電源電位Vddを与え、更にスイッチ３０１，電流制限抵抗３０７を通じてコンデンサ３０２の高位端に高位電源電位Vddを与える。コンデンサ３０２の低位端Ｌには上記電源電圧発生回路から低位電源電位Vssが与えられる。すなわち、この電源電圧発生回路の＋出力端は高位電源電位Vddを、ー出力端は低位電源電位Vssを発生するが、これら高位電源電位Vdd、低位電源電位Vssは接地電位または接地電位に対して所定電圧値に固定された電位ではなくフローティング電位であり、結局、この電源電圧発生回路はその一対の出力端間に電源電圧ΔＶ（＝（Vdd-Vss））を発生する定電圧回路により構成されている。
【００２１】
（動作）
この組電池電圧検出回路の動作を以下に説明する。
【００２２】
まず、チャージスイッチ３０１をオンし、電流制限抵抗３０７を通じてコンデンサ３０２を充電し、チャージスイッチ３０１をオフする。電流制限抵抗３０７の省略は可能である。コンデンサ３０２の充電電圧値は各単電池１１〜１５の最大単電池電圧よりも大きく設定する。
【００２３】
次に、単電池１１の電圧をコンデンサ３０２にコピー（ホールド）する。具体的には、スイッチ２１１、２１２、２２１、２２４のみをオンする。これにより、コンデンサ３０２が放電してコンデンサ３０２の充電電圧は、単電池１１の電圧に一致する。
【００２４】
次に、単電池１２の電圧をコンデンサ３０２にコピー（ホールド）することを試みる。具体的には、スイッチ２１２、２１３、２２２、２２３のみをオンする。これにより、単電池１２の電圧が単電池１１の電圧よりも小さい場合にのみ、コンデンサ３０２が追加放電し、そうでない場合には、コンデンサ３０２は単電池１１の電圧をホールドする。
【００２５】
以下、各単電池の電圧が最小値出力回路３に印加され、結局、後から印加される単電池電圧がそれまでの単電池電圧のすべてより小さい場合にのみ、コンデンサ３０２が追加放電する。
【００２６】
すべての単電池電圧を最小値出力回路３に順次入力した後で、コンデンサ３０２の蓄電電圧はボルテージホロワ回路３０５を通じて図示しないＡ／ＤコンバータにてＡ／Ｄ変換され、図示しないマイクロコンピュータに送信される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の組み電池の最小単電池電圧検出回路の一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 組み電池
２ アナログマルチプレクサ回路
３ 最小値出力回路（アナログ最小値検出回路）
２１ 一次スイッチ回路
２２ 二次スイッチ回路
３０３ オペアンプ（一方向ボルテージホロワ回路）
３０４ ダイオード（一方向ボルテージホロワ回路）
３０１ チャージスイッチ
３０２ コンデンサ
Ｃ 一時蓄積コンデンサ

Claims (1)

1. 組み電池（１）の各単電池（１１〜１５）の電圧を順次選択して出力するアナログマルチプレクサ回路（２）と、
   前記アナログマルチプレクサ回路（２）から順次出力される前記各単電池（１１〜１５）の電圧に基づいて前記各単電池（１１〜１５）の電圧のうちの最小値を出力するアナログ最小値検出回路（３）と、
   を備え、
   前記アナログ最小値検出回路（２）は、
   前記各単電池（１１〜１５）の端子に個別に接続される複数のスイッチ（２１１〜２１５）を有して一個の単電池電圧を選択して出力する一次スイッチ回路（２１）と、
   前記一次スイッチ回路（２１）から入力される電圧を一対の出力端（ Z 、 W ）の一方（ Z ）の電位が他方（ W ）の電位よりも高電位となるように切り替えて前記アナログ最小値検出回路（３）の一対の入力端に出力する二次スイッチ回路（２２）と、
   を有し、
   前記アナログ最小値検出回路（３）は、
   前記アナログマルチプレクサ回路（２）の一対の出力端（ Z 、 W ）の一方の電位の増加方向及び減少方向のどちらかのみ追従する一方向ボルテージホロワ回路（３０３）と、
   前記一方向ボルテージホロワ回路（３０３）の出力端と前記アナログマルチプレクサ回路（２）の前記一対の出力端（ Z 、 W ）の他方（ W ）との間に接続されるコンデンサ（３０２）と、
   前記アナログマルチプレクサ回路（２）の前記順次選択動作に先だって前記コンデンサ（３０２）を前記単電池（１１〜１５）の最大電圧以上の電圧値に充電するチャージスイッチ（３０１）と、
   を備えることを特徴とする組み電池の最小単電池電圧検出回路。

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