JP4503499B2

JP4503499B2 - 組電池電圧検出装置

Info

Publication number: JP4503499B2
Application number: JP2005186060A
Authority: JP
Inventors: 謙二塚本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP2007003434A

Description

本発明は、直列接続された複数の電池モジュールより構成される組電池の電圧を検出する組電池電圧検出装置に関する。

例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等では、二次電池や燃料電池からなる組電池は互いに直列接続された多数の電池モジュールにより構成され、各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。尚、ここでは、電池モジュールの定義を広くとらえ、電池モジュールには、モジュール化されていない単電池が１個から成るもの（組電池がモジュール化されていない複数の単電池から構成されるもの）も含まれるものとする。従来、組電池の電圧を検出する装置としての先行技術としては、以下の先行技術１〜２があった。

先行技術１には、互いに隣接する２つの電池モジュールの電圧を２つのフライングキャパシタに同時に読み込み、出力側スイッチを順次オンすることによりフライングキャパシタの蓄電電圧をマルチプレクスして電圧を検出及びＡ／Ｄ変換し、その後、出力側スイッチを同時にオンして２つのフライングキャパシタの電荷を放電することが記載されている。

先行技術２には、組電池を構成する複数の電池モジュールを２つのグループに分割し、スイッチを制御して、グループ毎に設けられた一方のフライングキャパシタへ電池モジュールの電圧の読み込み、同時に他方のフライングキャパシタの蓄電電圧の検出処理、増幅処理、絶対値処理及びＡ／Ｄ変換処理を順次することが記載されている。
特開２００２−２８９２６３特開２００３−１４７９２

電池モジュール（単電池含む）は、放電により充電率（ＳＯＣ）が低下すると、電圧が低下する。そのため、電池モジュールの電圧が低下したときの電圧を正確に検出しようとすると電圧検出範囲を広げる必要がある。例えば、電池モジュールの電池検出範囲が１０〜２０Ｖでの検出精度が±０．５Ｖであるとする。このとき、電圧検出範囲を０〜２０Ｖにすると、量子化ビット数が同じであれば、検出精度は±１Ｖに悪化する。一方、検出精度を維持しようとすると、例えば、オペアンプとＡ／Ｄ変換器の組を複数個設ける必要があり、回路が複雑になりコストが増大する問題点がある。

先行技術１，２では、各電池モジュールの電圧をＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換するが、電圧検出範囲の広域化を図った場合は、検出精度が悪化する、もしくは、検出精度を維持しようとすると、オペアンプ及びＡ／Ｄ変換器の回路規模が増大し、コストが増大する問題がある。即ち、回路構成が複雑になることなく、電圧検出精度を確保するとともに、検出範囲の広域化を実現することはできなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回路構成が複雑になることなく、電圧検出精度を確保するとともに、検出可能電圧を広域化することのできる組電池電圧検出装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明によれば、複数の電池モジュールが直列接続された組電池の電圧を検出する組電池電圧検出装置であって、前記各電池モジュールの両端の正電極及び負電極に接続された複数の第１及び第２のスイッチ手段と、正電極が前記複数の第１のスイッチ手段に接続され、負電極が前記複数の第２のスイッチ手段に接続された１つ又は複数のコンデンサと、スイッチ制御信号に基づいて、前記複数の第１及び第２のスイッチ手段のオン／オフを制御するスイッチ駆動手段と、前記コンデンサの前記正及び負電極間の電圧が、一定範囲内であるとき、該電圧に対応する電圧値を出力し、前記一定範囲よりも低電圧であるとき、所定値を出力する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、複数個が直列接続された前記電池モジュールの両端の電極間の電圧が前記各コンデンサに保持されるように前記スイッチ制御信号を出力する電圧検出制御手段とを備えたことを特徴とする組電池電圧検出装置が提供される。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記電圧検出制御手段は、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、直列接続された前記電池モジュールの個数が増加した電圧が前記コンデンサに保持されるよう前記スイッチ制御信号を出力し、前記電圧検出手段より出力された各電圧が前記一定範囲であるとき、該電圧の総和を算出する総電圧算出手段を備えたことを特徴とする組電池電圧検出装置が提供される。

請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明において、前記各コンデンサは、２のべき乗個の電池モジュールが前記複数の第１及び第２のスイッチ手段を通して接続され、前記電圧検出制御手段は、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、直列接続された前記電池モジュールの個数が現在の個数の２倍に増加した電圧が前記各コンデンサに保持されるよう前記スイッチ制御信号を出力する請求項２記載の組電池電圧検出装置が提供される。

請求項１記載の組電池電圧検出装置によれば、一定範囲の電圧を一定精度で検出する電圧検出手段を用い、電圧検出手段が出力した電圧が所定値であるとき、複数個が直列接続された電池モジュールの両端の電極間の電圧がコンデンサに保持されるようにスイッチ制御信号を出力する電圧検出制御手段を設けたので、回路構成が複雑になることなく、電圧検出精度を確保するとともに、検出可能電圧を広域化することができる。

請求項２記載の組電池電圧検出装置によれば、電圧検出制御手段は、電圧検出手段が出力した電圧が所定値であるとき、直列接続された電池モジュールの個数が増加された電圧がコンデンサに保持されるようスイッチ制御信号を出力するので、電圧検出精度を確保するとともに、検出可能電圧の更なる広域化を実現できる。

請求項３記載の組電池電圧検出装置によれば、各コンデンサは、２のべき乗個の電池モジュールが複数の第１及び第２のスイッチ手段を通して接続され、電圧検出制御手段は、電圧検出手段が出力した電圧が所定値であるとき、直列接続された電池モジュールの個数が現在の個数の２倍に増加された電圧を検出することから、検出された電圧の総和が組電池の電圧となり、組電池電圧を当該総和により算出できる。

図１は、本発明の実施形態による組電池電圧検出装置が搭載されるハイブリッド自動車の一部概略構成図である。図２は組電池電圧検出装置１０の構成図である。図１に示すように、ハイブリッド自動車は、組電池２と、パワードライブユニット（ＰＤＵ）４と、モータ６と、エンジン８と、組電池電圧検出装置１０を含む。組電池２は、図２に示すように、複数個の二次電池（例えば、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）、または、リチウムイオン二次電池）から成る電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）が直列に接続され、ＰＤＵ４に高電圧を出力及びＰＤＵ４から充電されるこのように、組電池２の状態、即ち、電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の電圧は、モータ６の駆動・回生により、時々刻々と変化している。尚、電池モジュール５０＃ｉｊにはモジュール化されていない１個の単電池の場合も含まれるものとする。

電池モジュール５０＃ｉｊは、ｎ個のグループに分割されている。各グループにｍ個（チャネル数とも呼ぶ）の電池モジュールが属する。同一グループに属する電池モジュールの電圧は同一のコンデンサに保持されることをいう。例えば、グループＧｒｉに属する電池モジュール５０＃ｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の電圧は、グループＧｒｉについて設けられたコンデンサ７０＃ｉに保持されることを意味する。尚、グループ数ｎは電圧を高速に検知する（ｎは大きいほど高速化）観点とコストの観点より決定される。各グループに属する電池モジュールの個数ｍは、後述するように２べき乗であることが望ましい。

ＰＤＵ４は、例えば、並列接続されたＩＧＢＴ及びダイオードを複数用いてブリッジ接続されたＳＷモジュールを含むインバータを有する。モータ６の駆動時は、ＥＣＵ１２からのトルク指令値に基づき、ＳＷモジュールのＳＷをＰＷＭ制御することにより、組電池２より供給された直流電力を３相交流電力に変換し、モータ６に供給する。また、モータ６の回生時には、モータ６から供給される３相交流電力を直流電圧に変換し、組電池２を充電する。モータ６は、エンジン８の出力軸に直結され、図示しないトランスミッションに駆動力を伝達及び回生する電動機及び発電機として機能する。

組電池電圧検出装置１４は、組電池電圧検出周辺回路１０とＥＣＵ１２から構成される。組電池電圧検出周辺回路１０は、図２に示すように、スイッチング手段、例えば、フォトＭＯＳリレー５２と、コンデンサ５４と、スイッチング手段、例えば、フォトＭＯＳリレー５６と、差動増幅器５８と、Ａ／Ｄ変換器６０と、ＳＷドライバー６２を有する。

フォトＭＯＳリレー５２は、電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）毎に設けられた複数のフォトＭＯＳリレー６０＃ｉｊＨ，６０＃ｉｊＬから成る。フォトＭＯＳリレー（第１のスイッチ手段）６０＃ｉｊＨは、入力側が電池モジュール５０＃ｉｊの正電極が接続される入力端子に接続され、出力側がコンデンサ７０＃ｉの正電極に接続されている。フォトＭＯＳリレー（第２のスイッチ手段）６０＃ｉｊＬは、入力側が電池モジュール５０＃ｉｊの負電極が接続される入力端子に接続され、出力側がコンデンサ７０＃ｉの負電極に接続されている。

コンデンサ５４は、グループＧｒｉ（ｉ＝１〜ｎ）毎に設けられた複数のコンデンサ７０＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）を有する。コンデンサ７０＃ｉは、正電極がフォトＭＯＳリレー６０＃ｉｊＨ（ｊ＝１〜ｍ）及びフォトＭＯＳリレー８０＃ｉＨに接続され，負電極がフォトＭＯＳリレー６０＃ｉｊＬ（ｊ＝１〜ｍ）及びフォトＭＯＳリレー８０＃ｉＬの入力側に接続される。フォトＭＯＳリレー８０＃ｉＨ（ｉ＝１〜ｎ）は、入力側がコンデンサ８０＃ｉＨの正電極に接続され、出力側が差動増幅器５８の入力側に接続されている。フォトＭＯＳリレー８０＃ｉＬ（ｉ＝１〜ｎ）は、入力側がフライングキャパシタ８０＃ｉＨの負極に接続され、出力側が接地されている。

差動増幅器５８は、フォトＭＯＳリレー８０＃ｉＨ（ｉ＝１〜ｎ）を通して、コンデンサ７０＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）から入力される入力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆの差分電圧を所定の利得で増幅し、Ａ／Ｄ変換器６０に出力するものであり、例えば、３個のオペアンプ９０，９２，９４を有する。

オペアンプ９０は、コンデンサ７０＃ｉ（ｉ＝１〜ｎ）からの入力電圧を一定利得で増幅するオペアンプである。オペアンプ９２は、基準電圧Ｖｒｅｆをオペアンプ９０と同じ利得で増幅するオペアンプである。オペアンプ９４は、オペアンプ９０，９２の差分電圧を一定利得で増幅するオペアンプである。

基準電圧Ｖｒｅｆは、一定範囲内の電圧を一定の検出精度で検出し、それよりも低電圧については所定値を出力するための当該一定範囲の電圧の下限に対応するものであり、例えば、１０Ｖ〜２０Ｖの入力電圧を±０．５Ｖの精度で検出し、９Ｖ以下の電圧について９Ｖの所定値を出力する場合は、基準電圧Ｖｒｅｆは９Ｖとなる。

Ａ／Ｄ変換器６０は、差動増幅器５８の出力電圧を、一定の検出精度で量子化して、ディジタル信号に変換する。このとき、差動増幅器５８の出力電圧が入力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆの差分電圧が増幅されたものであることから、一定範囲内の電圧については、一定精度が保たれるが、一定範囲内の電圧よりも低電圧については、所定値に固定される。例えば、１０Ｖ〜２０Ｖの範囲では±０．５Ｖの精度で検出されるが、９Ｖ以下の電圧は９Ｖとして検出される。ＳＷドライバー６２は、ＥＣＵ１２からＳＷ制御信号を受けると、ＳＷ制御信号に基づき、フォトＭＯＳリレー５２，５６のオン／オフを制御する。

ＥＣＵ１２は、組電池電圧検出装置１４の一部を構成するＣＰＵであり、モータ６の駆動時及び回生時のＰＤＵ４のＰＷＭ制御等を行うとともに、組電池電圧検出に係る以下の機能を有する。図３は、ＥＣＵ１２により実現される組電池電圧検出に係る機能ブロック図である。図３に示すように、組電池電圧検出装置１４は、バッファメモリ１００と、電圧検出制御手段１０２と、ＳＷ制御手段１０４と、総電圧算出手段１０６と、電池異常検出手段１０８を有する。

バッファメモリ１００は、Ａ／Ｄ変換器６０より出力される電圧を記憶するメモリであり、電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）分のメモリ１５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）を有する。バッファ１００には、先頭より、検出順に電圧が格納される。メモリ１５０＃ｉｊに格納された電圧値をＶＨＢ（（ｉ−１）×ｎ＋ｊ）と記す。電圧検出制御手段１０２は、次の処理を行う。

（１）電圧検出開始、例えば、イグニッションスイッチがオンされたとき、Ｎに１を代入し、チャネル数ｍの１番小さい約数であるＭ＝１個の電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）が直列に接続された両端の電圧、即ち、各電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の電圧を順次検出するように、ＳＷ制御手段１０４に指示する。このように、各電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）を順次検出する制御を制御１と呼ぶ。

（２）バッファメモリ１００の先頭より電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）を読み込み、電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）が一定範囲よりも小さい、例えば、９Ｖ以下であれば、Ｎに（Ｎ＋１）を代入し、ｍの小さい方からＮ番目の約数Ｍ（現在のＮ番目に小さいｍの約数の次に大きいｍの約数）個の電池モジュール５０＃ｉｊが直列接続されたその両端の電圧を検出するようにＳＷ制御手段１０４に指示する。このように、Ｍをチャネル数ｍの約数とするのは、Ｍ個の電池モジュール５０＃ｉｊが直列接続されたその両端の電圧の総和により、組電池２の電圧を検出するためである。尚、電池モジュール５０＃ｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の個数ｍが２のべき乗であれば、Ｍは現在のＭの２倍となる。

例えば、１０Ｖ〜２０Ｖまでの範囲が検出され、９Ｖ以下が９Ｖとして検出される場合、Ｍ＝２でＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／２）が９Ｖ以下であれば、各電池モジュールの電圧は５Ｖ（＝１０／２）以下であると判断される。このとき、Ｍ＝２で１０Ｖ以下であることが判明すると、各電池モジュールの電圧は１０Ｖ／２＝５Ｖ以下であることから、Ｍ＝４、即ち、４個の電池モジュール分の電圧を検出しても、４＊５Ｖ＝２０Ｖまで検出可能であり、且つｍが２のべき乗ならば、ｍが４で割り切れることから、Ｍ＝４とすることにより、全電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の電圧を含む電圧が検出され、組電池２の総電圧が検出可能となる。

（３）バッファメモリ１００より電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｎ）を読み込み、電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｎ）が上限値、例えば、２０Ｖであれば、Ｎに（Ｎ−１）を代入し、ｍの小さい方からＮ番目の約数Ｍ（現在のＮ番目に小さいｍの約数の次に小さいｍの約数）個の電池モジュール５０＃ｉｊが直列接続されたその両端の電圧を検出するようにＳＷ制御手段１０４に指示する。尚、電池モジュール５０＃ｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の個数ｍが２のべき乗であれば、Ｍは現在のＭの１／２倍となる。

（４）（１），（２），（３）の処理により、バッファ１００より読み込まれた全ての電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）が一定範囲（１０Ｖ〜２０Ｖ）であるとき、その時点のＭを総電圧算出手段１０６及び電池異常検出手段１０８に出力する。

ＳＷ制御手段１０４は、電圧検出制御手段１０２より指示されたＭ個の電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）が直列接続された両端の電圧が順次検出されるようＳＷ制御信号をＳＷドライバー６２に出力する。

総電圧算出手段１０６は、電圧検出制御手段１０２より出力されたＭに基づいて、バッファ１００より電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）を読み込み、それらの電圧を全て加算して、加算された総電圧ＶＥＳを出力する。電池異常検出手段１０８は、電圧検出制御手段１０２より出力されたＭに基づいて、バッファ１００より電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）を読み込み、その最大電圧値ＶＨＢ（ＭＡＸ）と、最小電圧値ＶＨＢ（ＭＩＮ）から（ＶＨＢ（ＭＡＸ）／Ｍ−ＶＨＢ（ＭＩＮ）／Ｍ））を算出し、この値をＶＥＲに代入する。ＶＥＲが所定値を超える場合は、電池エラーを出力する。

図４〜図６は電池電圧検出順を示す図でする。図４では、組電池２が６個の電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜２，ｊ＝１〜３）からなり、２グループＧｒ１，Ｇｒ２に分割され、各グループＧｒｉ（ｉ＝１，２）には、３個の電池モジュール５０＃ｉｊ（ｊ＝１，２，３）が属している場合を示している。

電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜２，ｊ＝１〜３）の電圧をＶＨＢｋ（ｋ＝（ｉ−１）＊３＋ｊ）で表している。電池モジュール５０＃ｉｊのフォトＭＯＳリレー６０＃ｉｊＨ，６０＃ｉｊＬを符号ｉＨｊ（ｉ＝１，２，ｊ＝１〜３）で表し、Ｇｒｉ用のコンデンサ７０＃ｉ（ｉ＝１，２）をＰＭｉ（ｉ＝１，２）、フォトＭＯＳリレー６０＃ｉｊＬを符号ｉＬ（ｉ＝１，２）で表している。

図６に示すように、１Ｈ１，２Ｈ１，１Ｈ２，２Ｈ２，１Ｈ３，２Ｈ３の順にフォトＭＯＳリレーがオンされ、１Ｌ，２Ｌが交互にオンされ、図５に示すように、ＶＨＢ１，ＶＨＢ４，ＶＨＢ２，ＶＨＢ５，ＶＨＢ３，ＶＨＢ６の順に電圧が検出される。そして、それに対応するディジタル値がバッファ１００の先頭から順に書き込まれる。即ち、Ｍ＝１の場合、各ｊについて、電池モジュール５０＃ｉｊの電圧がｉの昇順に検出され、次いで、ｊの昇順に電圧が検出され、バッファ１００の先頭から順に書き込まれる。

次に、Ｍ＞１の場合の電池電圧の検出順について説明する。図７は８個の電池モジュールを４個のグループに分割（ｎ＝４，ｍ＝４）した場合の電池の検出順を示す図である。ｉＨｊ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１，２）は、フォトＭＯＳリレー６０＃ｉｊＨ，６０＃ｉｊＬを示し、ハッチングされたフォトＭＯＳリレーはオンされていることを示す。

Ｍ＝２の場合は、図７（ａ）において、（１）に示すように、グループＧｒ１のフォトＭＯＳリレー６０＃１１Ｈ（１Ｈ１Ｈ），６０＃１２Ｌ（１Ｈ２Ｌ）がオンして電池モジュール５０＃１１，５０＃１２の直列接続の電圧、（２）に示すように、グループＧｒ２のフォトＭＯＳリレー６０＃２１Ｈ，６０＃２２Ｌがオンして電池モジュール５０＃２１，５０＃２２の直列接続の電圧、（３）に示すように、グループＧｒ３のフォトＭＯＳリレー６０＃３１Ｈ，６０＃３２Ｌがオンして電池モジュール５０＃３１，５０＃３２の直列接続の電圧、（４）に示すように、グループＧｒ４のフォトＭＯＳリレー６０＃４１Ｈ，６０＃４２Ｌがオンして電池モジュール５０＃４１，５０＃４２の直列接続の電圧が順次検出される。（１）は図７（ｂ）に対応する。

図８及び図９は８個の電池モジュールを２個のグループＧｒ１，Ｇｒ２に分割（ｎ＝２，ｍ＝４）した場合の電池電圧の検出順を示す図である。Ｍ＝２の場合は、図８（ａ）において、（１）に示すように、グループＧｒ１のフォトＭＯＳリレー６０＃１１Ｈ，６０＃１２Ｌがオンして電池モジュール５０＃１１，５０＃１２の直列接続の電圧、（２）に示すように、グループＧｒ２のフォトＭＯＳリレー６０＃２１Ｈ，６０＃２２Ｌがオンして電池モジュール５０＃２１，５０＃２２の直列接続の電圧、グループＧｒ１のフォトＭＯＳリレー６０＃１３Ｈ，６０＃１４Ｌがオンして電池モジュール５０＃１３，５０＃１４の直列接続の電圧、グループＧｒ２のフォトＭＯＳリレー６０＃２３Ｈ，６０＃２４Ｌがオンして電池モジュール５０＃２３，５０＃２４の直列接続の電圧が順次検出される。（１）は図８（ｂ）に対応する。

また、Ｍ＝４の場合は、図９において、（１）に示すように、グループＧｒ１のフォトＭＯＳリレー６０＃１１Ｈ，６０＃１４Ｌがオンして電池モジュール５０＃１１，５０＃１４の直列接続の電圧、（２）に示すように、グループＧｒ２のフォトＭＯＳリレー６０＃２１Ｈ，６０＃２４Ｌがオンして電池モジュール５０＃２１，５０＃２４の直列接続の電圧が順次検出される。（１）は、図９（ｂ）に対応する。

このように、Ｍ＞１の場合も、グループＧｒ１，Ｇｒ２，・・，Ｇｒｎ，Ｇｒ１，Ｇｒ２，・・，Ｇｒｎの順に、Ｍ＝１の場合と同様に電圧が検出される。この電圧検出のためのフォトＭＯＳリレー５２，５６の制御シーケンスは、Ｍ＝１の場合と同様である。

図１０は本発明の実施形態による電池電圧検出方法を示すフローチャートである。ステップＳ２でＮに初期値１を代入する。初期値の代入は、例えば、ハイブリッド自動車では、イグニッシュスイッチがオンされたときに行われる。ステップＳ２で制御（Ｍ）を行うためのＳＷ制御信号を作成する。制御（Ｍ）とは、ＭをグループＧｒｉに属する電池モジュール５０＃ｉｊ（ｊ＝１〜ｍ）の個数ｍの小さい方からＮ番目の約数としたとき、Ｍ個の直列接続の電池モジュールの両端の電圧を上述したシーケンスに従って、検出することをいう。Ｎ＝１のとき、Ｍ＝１である。

ステップＳ４で制御（Ｍ）を行うためのＳＷ制御信号をＳＷドライバー６２に送信する。ＳＷドライバー６２は、ＳＷ制御信号に基づいて、制御（Ｍ）を行うために、フォトＭＯＳリレー５２，５６の該当フォトＭＯＳリレーをオン／オフを制御する。

ステップＳ８で制御（Ｍ）による検出電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）がバッファ１００の先頭から順次書き込まれる。ステップＳ１０で検出電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）が上限値、例えば、２０Ｖ以上であるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ１２に進む。否定判定ならば、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１２でＮに（Ｎ−１）を代入し、ステップＳ４に戻る。ステップＳ１４で電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）が一定範囲よりも小さい、例えば、９Ｖ以下であるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップＳ１６に進む。否定判定ならば、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１６でＮに（Ｎ＋１）を代入し、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ１８でバッファ１００より電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）を読み込み、これら全てを加算し（ＶＨＢ（１）＋ＶＨＢ（２）＋・・＋ＶＨＢ（ｎ＊ｍ／Ｍ））に、加算結果を総電圧ＶＥＳに代入する。このとき、Ｍはｍの約数であることから、ＶＥＳは組電池２の電圧となる。ステップＳ２０で電圧ＶＨＢ（ｋ）（ｋ＝１〜ｎ＊ｍ／Ｍ）の最大値ＶＨＢ（ＭＡＸ）から最小値ＶＨＢ（ＭＩＮ）を減算し、Ｍで割る（（ＶＨＢ（ＭＡＸ）−ＶＨＢ（ＭＩＮ））／Ｍ）。その結果をＶＥＲに代入する。

ＶＥＲが所定値を超える場合は、電池モジュールが異常であると判断し、出力する。ステップＳ４に戻って、上述したステップＳ４〜Ｓ２０までの処理が一定周期で繰り返して実行される。次回の電圧検出は、Ｎ＝１からではなく、前回の電圧検出終了時のＮで行われることから、高速に電圧検出が終了する。

尚、Ｎを減少させるステップＳ１２は組電池２がモータ６の回生により充電されて電圧が増加した場合、Ｎを増加させるステップＳ１６は、組電池２が長時間放置されて、放電した場合および組電池２がモータ６を駆動するために放電した場合等である。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果がある。電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）をｎ個のグループに分割したので、ｎを最適な値とすることにより、電圧の高速検出と回路構成が複雑になることを防止することの双方を満足させることができる。

図１１は他の効果説明図である。図１１（ａ）に示すように、各電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の電圧ａ１，ａ２が１０〜２０Ｖの範囲の場合、ａ３，ａ４に示すように、１０〜２０Ｖの検出範囲で精度±０．５Ｖの検出精度で検出することができる。また、図１１（ｂ）に示すように、各電池モジュール５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）の電圧ｂ１，ｂ２が１０Ｖ以下では、例えば、５Ｖ〜１０Ｖの範囲では、ｂ３に示すように、２つの電池モジュールの電圧ｂ１，ｂ２が加算された１０〜２０Ｖの検出範囲の電圧で±０．５Ｖの検出精度で検出することができる。このように、検出可能幅広域化することにより、オペアンプやＡ／Ｄ変換器の回路構成の複雑化を抑止しつつ、高精度に組電池電圧を検出することができる。

尚、上記のように電池モジュールには１個の単電池が含まれることから、この場合は、電池モジュールの場合と同様に個々の単電池の電圧が一定範囲内でないとき、直列接続された複数の単電池の両端の電圧が測定され、その総和により組電池の電圧が測定されることとなる。

本発明の実施形態による組電池電圧検出装置が搭載されたハイブリッド自動車の概略構成図である。本発明の実施形態による組電池電圧検出装置の周辺回路を示す図である。組電池電圧検出装置の主制御の機能ブロック図である。電池電圧検出順を示す図である。電池電圧検出順を示す図である。電池電圧検出順を示す図である。ｍ＝２，Ｍ＝２の場合の電池電圧検出順を示す図である。ｍ＝４，Ｍ＝２の場合の電池電圧検出順を示す図である。ｍ＝４，Ｍ＝４の場合の電池電圧検出順を示す図である。電池電圧検出方法を示すフローチャートである。本発明の効果を説明するための図である。

符号の説明

２組電池
５０＃ｉｊ（ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍ）電池モジュール
５２フォトＭＯＳリレー
５４フライングキャパシタ
５６フォトＭＯＳリレー
５８差動増幅器
６０Ａ／Ｄ変換器
６２ＳＷドライバー
１０２電圧検出制御手段
１０４ＳＷ制御手段
１０６総電圧算出手段

Claims

複数の電池モジュールが直列接続された組電池の電圧を検出する組電池電圧検出装置であって、
前記各電池モジュールの両端の正電極及び負電極に接続された複数の第１及び第２のスイッチ手段と、
正電極が前記複数の第１のスイッチ手段に接続され、負電極が前記複数の第２のスイッチ手段に接続された１つ又は複数のコンデンサと、
スイッチ制御信号に基づいて、前記複数の第１及び第２のスイッチ手段のオン／オフを制御するスイッチ駆動手段と、
前記コンデンサの前記正及び負電極間の電圧が、一定範囲内であるとき、該電圧に対応する電圧値を出力し、前記一定範囲よりも低電圧であるとき、所定値を出力する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、複数個が直列接続された前記電池モジュールの両端の電極間の電圧が前記各コンデンサに保持されるように前記スイッチ制御信号を出力する電圧検出制御手段と、
を備えたことを特徴とする組電池電圧検出装置。
前記電圧検出制御手段は、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、直列接続された前記電池モジュールの個数が増加された電圧が前記コンデンサに保持されるよう前記スイッチ制御信号を出力し、前記電圧検出手段より出力された各電圧が前記一定範囲であるとき、該電圧の総和を算出する総電圧算出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の組電池電圧検出装置。
前記各コンデンサは、２のべき乗個の電池モジュールが前記複数の第１及び第２のスイッチ手段を通して接続され、前記電圧検出制御手段は、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、直列接続された前記電池モジュールの個数が現在の個数の２倍に増加された電圧が前記各コンデンサに保持されるよう前記スイッチ制御信号を出力する請求項２記載の組電池電圧検出装置。