JP5310646B2

JP5310646B2 - フライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法

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Publication number: JP5310646B2
Application number: JP2010106257A
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Inventors: 徹也小林; 浩藤田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2013-10-09
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Description

本発明は、フライングキャパシタ式電圧検出回路に関する。

電気自動車、ハイブリッド車では、走行エネルギーとして用いる電力を蓄電する高圧大容量の二次電池が用いられ、燃料電池車でも燃料電池出力変動のバッファとして高圧大容量の二次電池の使用が好適と考えられる。

上記用途において、二次電池は単位セル（以下単にセルともいう）を多数縦続してなる組電池構成で用いられ、組電池の管理計測のために、１乃至連続して縦続された所定個数のセルごとにモジュールとして区分し、これらモジュールごとに電池電圧が計測される。

特開平１１−２４８７５５号公報は、フライングキャパシタを用いた電圧検出技術を提案している。このフライングキャパシタ式電圧検出回路では、まず、一対の入力側サンプリングスイッチをオンしてモジュールの両端をフライングキャパシタの両端に接続してモジュール電圧をフライングキャパシタにサンプルホールドする。次に、入力側サンプリングスイッチをオフした後で一対の出力側サンプリングスイッチをオンしてフライングキャパシタの蓄電電圧を差動増幅回路の一対の入力端子間に印加する。

特開平１１−２４８７５５号公報

上記した従来のフライングキャパシタ式電圧検出回路では、サンプリングスイッチはオフ時のリーク電流のためにフライングキャパシタの容量を大容量化して、このリーク電流によるフライングキャパシタの蓄電電圧低下を低減する必要があった。

しかしながら、このフライングキャパシタの容量増大は、このフライングキャパシタ式電圧検出回路の電力消費を、抵抗分圧式など他の組電池電圧検出回路のそれに比較して増大させ、また、各モジュール間の容量ばらつきも生じやすいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電力消費低減を実現したフライングキャパシタ式電圧検出回路を提供することをその目的としている

本発明は、少なくとも一個のフライングキャパシタを有するフライングキャパシタ回路と、直列接続されて組電池を構成するＮ（Ｎ≧２）個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を常に同方向にチャージするマルチプレクサと、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチとを備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路において、前記フライングキャパシタ回路の蓄電電圧を前記出力側サンプリングスイッチを通じて前記差動増幅回路に読み出した後、かつ、次の前記電池モジュールの電圧を前記マルチプレクサを通じて前記フライングキャパシタ回路に読み込む前に前記フライングキャパシタ回路を短絡してその蓄電電圧を減衰させるリセット回路を有するフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路に好適に適用される。

なお、フライングキャパシタ回路は好適には１個、又は直列接続された２個のフライングキャパシタにより構成される。リセット回路は好適には一個のリセットスイッチと短絡電流規制用の放電抵抗とを直列接続して構成される。

その態様によれば、マルチプレクサは、フライングキャパシタ回路を常に同方向にチャージする。このため、前回の電池モジュールの電圧の読み込みにより充電されたフライングキャパシタ回路に残留する蓄電電圧により、次の電池モジュールの電圧の読み込みにおいて電池モジュールからフライングキャパシタ回路への電荷転送量を減らすことができ、電池モジュールの放電を抑止することができる。しかし、この上記同方向読み出し型マルチプレクサでは、もし、マルチプレクサ回路の断線故障やオフ故障などによって、所定の電池モジュールからフライングキャパシタ回路への電荷転送が行われない場合でも前回の電池モジュールからフライングキャパシタ回路へ読み込まれた蓄電電圧がフライングキャパシタ回路に残留しているために、この残留電荷を今回の信号電圧として誤読み出しするという問題が必然的に派生するこれに対して本構成では、フライングキャパシタ回路を放電するリセット回路を装備しており、フライングキャパシタ回路から差動増幅回路への信号電圧後、このリセット回路をオンしてフライングキャパシタ回路のフライングキャパシタの蓄電電圧を放電により減衰ないし消去するリセット動作を行うので、マルチプレクサの断線故障やオフ故障が生じた場合には、信号電圧を、それよりも大きい電池モジュールの電圧と分別することができる。

その態様によれば、前記マルチプレクサは、各一端が前記各電池モジュールの最高電位端、各接続端及び最低電位端に接続されるＮ＋１個の入力側サンプリングスイッチと、奇数番目の前記入力側サンプリングスイッチの各他端を前記フライングキャパシタ回路の一端に個別に接続する第１スイッチ、奇数番目の前記入力側サンプリングスイッチの各他端を前記フライングキャパシタ回路の他端に個別に接続する第２スイッチ、偶数番目の前記入力側サンプリングスイッチの各他端を前記フライングキャパシタ回路の一端に個別に接続する第３スイッチ、偶数番目の前記入力側サンプリングスイッチの各他端を前記フライングキャパシタ回路の他端に個別に接続する第４スイッチを有して、前記各電池モジュールからの電荷転送により前記フライングキャパシタ回路を常に同方向にチャージする電流切り替え回路とを有するので、簡素な回路構成ですべての電池モジュールの電圧をフライングキャパシタ回路のフライングキャパシタに同方向に蓄電することができる。

その態様によれば、前記リセット回路の前記短絡放電動作直後に読み出された前記電池モジュールの電圧に基づいて断線故障を判定するので、マルチプレクサの断線故障やオフ故障が生じた場合に確実にそれを検出することができ、装置の信頼性が向上する。

その態様によれば、前記電池モジュールの電圧を前記マルチプレクサを通じて前記フライングキャパシタ回路に読み込み、前記フライングキャパシタ回路の蓄電電圧を前記出力側サンプリングスイッチを通じて前記差動増幅回路に出力し、前記出力側サンプリングスイッチをオフすることにより前記各電池モジュールの電圧を順次読み出す読み出しサイクルを一定回数実施後、前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の短絡放電動作を実施し、前記短絡動作の次に読み出される前記電池モジュールを順番に変化させることを特徴としている。

リセット動作直後の電池モジュールの電圧のフライングキャパシタへの読み出し動作は、フライングキャパシタに同方向残留電圧がないため、この電池モジュールの蓄電電力量（蓄電エネルギー）を消耗させる。そこで、本構成によれば、上記リセット動作は、電池モジュールの電圧を多数回実施した後で行われるので、リセット動作による電池モジュールの電力消耗を低減することができる。更に本構成では、リセット動作直後に読み出される電池モジュールの順番を順番に入れ替えるので、すべての電池モジュールが順番にリセット動作により消耗させることができ、特定の電池モジュールだけがリセット動作により消耗することない。

その態様によれば、前記リセット回路による前記フライングキャパシタ回路の前記短絡放電動作により前記フライングキャパシタを部分放電（たとえば放電量１０％以上５０％未満）させることを特徴としている。

本構成によれば、リセット動作を行ってもフライングキャパシタに放電量１０％以上５０％未満の蓄電電圧をリセット後も残留させるようにリセット期間が設定される。このようにすればリセット動作直後の電池モジュールの電圧の読み出しにおいて失われる電池モジュールの蓄電エネルギーを低減することができる。

この場合、通常の動作において、各電池モジュール間の電圧ばらつきは電池モジュールの電圧の５０％未満であり、したがってリセット動作直後にフライングキャパシタを経由して差動増幅回路に読み出される電池モジュールの電圧が５０％以下であれば、電池モジュールの電圧の低下ではなくマルチプレクサの断線故障やオフ故障であることを確実に判定することができる。なお、電池モジュールの電圧が異常低下して直前に読み出された電池モジュールの電圧の５０％以下にまで低下することがある。この場合にはマルチプレクサの断線故障やオフ故障との分別ができないが、どちらにせよなんらかの異常であることは判定することができる。また、この場合には、この異常判定した電池モジュールに対して次回のリセット動作においてリセット期間を増大すれば、リセット動作直後のフライングキャパシタの蓄電電圧低下量を増大することができるので、上記分別を確実に行うことができる。

その態様によれば、前回読み込んだ前記各モジュール電圧に基づいて前記リセット回路のターンオン期間を調整することを特徴としている。

すなわち、電池モジュールの電圧は一定短期間ごとにフライングキャパシタに読み出され、このような短期間に電池モジュールの電圧が急変することは正常時にはありえないので、前回正常に読み込んだ電池モジュールの電圧に基づいて次回それをリセット動作直前に読み出す場合、リセット動作後の残留電圧が直後の電池モジュールの電圧とリセット動作後のフライングキャパシタ残留電圧とを分別可能な範囲で、リセット期間を短縮する。このようにすれば、リセット動作による電池モジュール放電量を低減することができる。もちろん、この場合でもリセット動作直後に差動増幅回路に読み出された電池モジュールの電圧が断線故障やオフ故障と判定された場合には、この電池モジュールの電圧の次回のリセット動作ではリセット動作期間を十分に延長して断線故障やオフ故障か、異常な電池電圧急減かを区別する判定動作を行うことができる。

第１の発明のフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路は、少なくとも一個のフライングキャパシタを有するフライングキャパシタ回路と、直列接続されて組電池を構成するＮ（Ｎ＞２）個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を前記電池モジュールの電圧読み込みごとに極***互にチャージするマルチプレクサと、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチとを備え、前記マルチプレクサは、各一端が前記各電池モジュールの最高電位端、各接続端及び最低電位端に接続されるＮ＋１個の入力側サンプリングスイッチにより構成されるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、奇数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出す奇数読み出し、前記差動増幅回路に出力するサイクルを実施した後、偶数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する偶数読み出しサイクルを実施してなる読み出しサイクルを繰り返すことを特徴としている。

本構成によれば、マルチプレクサは、各一端が各電池モジュールの最高電位端、各接続端及び最低電位端に接続されるＮ＋１個の入力側サンプリングスイッチにより構成されるので、奇数番目の電池モジュールの電圧を読み出す場合と、偶数番目の電池モジュールの電圧とを読み出す場合とでは、フライングキャパシタ回路は逆方向に充電されるので、電池モジュールは、一方向に残留蓄電しているフライングキャパシタ回路を逆方向に充電せねばならず、電池モジュールの電力損失が大きい。

そこで、本構成では、奇数番目の電池モジュールの電圧を連続して読み出す奇数番目読み出しサイクルと、偶数番目の電池モジュールの電圧を連続して読み出す偶数番目読み出しサイクルとを交互に実施する。これにより、マルチプレクサがフライングキャパシタ回路の充電方向を一方向に揃えなくても、電池モジュールの電圧読みだしに伴う電池モジュールの電力損失を大幅に低減することができる。

なお、本構成では上述したフライングキャパシタ回路リセット用のリセットスイッチを設けなくてもよいが、設ける場合には奇数番目読み出しサイクルと偶数番目読み出しサイクルとの切り替え時にだけリセットを行うことが好ましい。このリセット動作の実施により、奇数番目読み出しサイクルの最初の電池モジュールの電圧の読み出し、及び、偶数番目読み出しサイクルの最初の電池モジュールの電圧の読み出しにおいてフライングキャパシタ回路の逆方向残留電荷を消失させることができるので、電池モジュールの電力損失を低減することができる。

好適な態様によれば、前記奇数読み出しサイクルの前記先頭の前記電池モジュールの読み出し電圧、及び、前記偶数読み出しサイクルの前記先頭の前記電池モジュールの読み出し電圧に基づいて断線故障を判定することを特徴としている、本構成によれば、サイクルが代わった直後の電池モジュールを読み出すマルチプレクサの読み出し回路部分に関してその断線故障の有無を判定することができる。すなわち、もしこの断線が生じていれば、フライングキャパシタ回路からは本来とは逆の方向の蓄電電圧が読み出されるので、上記断線故障やオフ故障を容易に判定することができる。

好適な態様によれば、前記奇数読み出しサイクル及び前記偶数読み出しサイクルのそれぞれ先頭の前記電池モジュールの電圧の読み出し直前に前記フライングキャパシタ回路を短絡してその蓄電電圧を減衰させるリセット回路を有することを特徴としている。

本構成によれば、断線故障やオフ故障時に差動増幅回路に逆方向電圧が印加されるのを防止することができるとともに、電池モジュールの電圧の上記電力損失を低減することができる。

好適な態様によれば、前記各読み出しサイクルにおける前記奇数読み出しサイクルの先頭の電池モジュール、及び、前記各読み出しサイクルにおける前記偶数読み出しサイクルの先頭の電池モジュールを順番にシフトすることを特徴としている。

本構成によれば、サイクル直後に読み出される電池モジュールが順番に変更されるので、すべての電池モジュールの電圧読み出し経路について断線故障やオフ故障を判定することができる。また、すべての電池モジュールを均等に消耗させることができる。

第２の発明のフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路は、少なくとも一個のフライングキャパシタを有するフライングキャパシタ回路と、直列接続されて組電池を構成するＮ（Ｎ＞２）個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を前記電池モジュールの電圧読み込みごとに極***互にチャージするマルチプレクサと、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチとを備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、前記各電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順次に読み出し、前記差動増幅回路に出力する各回の読み出しサイクルは、所定期間ごとに実施されるＭ（Ｍ＞Ｎ）回の電池モジュールの電圧読み込みステップを有し、前記各回の読み出しサイクル中に、すべての奇数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する奇数読み出しサイクルと、すべての偶数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する偶数読み出しサイクルとを実施した後、所定個数の前記電池モジュールの電圧を複数回読み出し、前記読み出しサイクルにて複数回読み出される所定の前記電池モジュールの第二回目の前記電圧読み込みステップによる前記フライングキャパシタ回路の蓄電方向を、直前の電圧読み込みステップの前記フライングキャパシタの蓄電方向と同方向とし、複数回読み出される前記電池モジュールの組み合わせを順次変更することを特徴としている。

すなわち、本構成では、フライングキャパシタ式組電池電圧検出回路は周期ＴでＭ回のモジュール電圧検出を行う。ただ、組電池がＭ個未満の電池モジュールしかもたない場合には、回路が遊んでしまう。そこで、各電池モジュールの電圧を読み出した後の余った電池モジュールの電圧読みだし期間において、組電池の所定の電池モジュールの電圧を再度読み出し（ダブル読み出し）して測定回数を増加する。

ただ、ダブル読み出しを行うと、ダブル読み出しされた電池モジュールの電力損失だけが増大してしまう。

そこで、本構成では、読み出しサイクルごとに選択されるダブル読み出しされる電池モジュールを、順番に入れ替える。このようにすれば、ｘ回の読み出しサイクル後にはすべての電池モジュールが一回ずつダブル読み出しされることになり、電池モジュールの電圧ばらつきを低減することができる。

本構成では、奇数番目の電池モジュールの電圧を連続して読み出す奇数番目読み出しサイクルと、偶数番目の電池モジュールの電圧を連続して読み出す偶数番目読み出しサイクルとを交互に実施する。これにより、マルチプレクサがフライングキャパシタ回路の充電方向を一方向に揃えなくても、電池モジュールの電圧読みだしに伴う電池モジュールの電力損失を大幅に低減することができる。

また、リセット用のリセットスイッチを、設ける場合には奇数番目読み出しサイクルと偶数番目読み出しサイクルとの切り替え時にだけリセットを行うことが好ましい。このリセット動作の実施により、奇数番目読み出しサイクルの最初の電池モジュールの電圧の読み出し、及び、偶数番目読み出しサイクルの最初の電池モジュールの電圧の読み出しにおいてフライングキャパシタ回路の逆方向残留電荷を消失させることができるので、電池モジュールの電力損失を低減することができる。

実施例１のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。実施例２のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。実施例１の変形態様を示す回路図である。実施例３のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。実施例４のフライングキャパシタ式電圧検出回路を示す回路図である。

以下、本発明のフライングキャパシタ式電圧検出回路の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。

（回路構成）本発明を適用する組電池の電圧検出装置を図１に示す回路図を参照して説明する。

１はハイブリッド電気自動車用の走行動力蓄電用のバッテリ、２はマルチプレクサ、３は１個のフライングキャパシタＣ３からなるフライングキャパシタ回路、４は出力側サンプリングスイッチ回路、５は差動増幅回路、６はリセット回路であり、マルチプレクサ２はバッテリ１からフライングキャパシタ回路３に信号電圧を読み出し、出力側サンプリングスイッチ回路４はフライングキャパシタ回路３から差動増幅回路５に信号電圧を読み出す。Ｒ２０はフライングキャパシタ回路３の放電電流を制限する電流制限抵抗である。

バッテリ１は、８個の電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７を直列接続してなる。

マルチプレクサ２は、各一端がバッテリ１の最高電位端、最低電位端と各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の接続端とに電流制限抵抗Ｒ１０〜Ｒ１８を個別に介して接続されるＮ＋１個の入力側サンプリングスイッチＳＳＲ１０〜ＳＳＲ１８からなる入力側サンプリングスイッチ回路２１と、入力側サンプリングスイッチ２１回路から読み出された信号電圧の送電方向を切り替えてフライングキャパシタ回路３に送り出す切り替え回路２２とからなる。

切り替え回路２２は、アナログスイッチである４つのスイッチＳＷ００〜ＳＷ０３からなる。スイッチ（第１スイッチ）ＳＷ００は奇数番目のスイッチＳＳＲ１０、ＳＳＲ１２、ＳＳＲ１４、ＳＳＲ１６、ＳＳＲ１８の各他端をフライングキャパシタＣ３の一端に個別に接続する。スイッチ（第２スイッチ）ＳＷ０１は奇数番目のスイッチＳＳＲ１０、ＳＳＲ１２、ＳＳＲ１４、ＳＳＲ１６、ＳＳＲ１８の各他端をフライングキャパシタＣ３の他端に個別に接続する。スイッチ（第３スイッチ）ＳＷ０２は偶数番目のスイッチＳＳＲ１１、ＳＳＲ１３、ＳＳＲ１５、ＳＳＲ１７の各他端をフライングキャパシタＣ３の一端に個別に接続する。スイッチ（第４スイッチ）ＳＷ０３は偶数番目のスイッチＳＳＲ１１、ＳＳＲ１３、ＳＳＲ１５、ＳＳＲ１７の各他端をフライングキャパシタＣ３の他端に個別に接続する。スイッチＳＷ００、ＳＷ０３を同時にオンすることにより、奇数番目の電池モジュールＶＢ１０、ＶＢ１２、ＶＢ１４、ＶＢ１６、ＶＢ１８の信号電圧をフライングキャパシタＣ３に読み出し、フライングキャパシタＣ３を一方向に充電する。スイッチＳＷ０１、ＳＷ０２を同時にオンすることにより、偶数番目の電池モジュールＶＢ１１、ＶＢ１３、ＶＢ１５、ＶＢ１７の信号電圧をフライングキャパシタＣ３に読み出し、フライングキャパシタＣ３を一方向に蓄電する。すなわち、切り替え回路２２は、入力側サンプリングスイッチ回路２１の入力側サンプリングスイッチＳＳＲ１０〜ＳＳＲ１８と同期して上記動作を行い、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の信号電圧によりフライングキャパシタＣ３を常に同方向に充電する。

出力側サンプリングスイッチ回路４は、一対の出力側サンプリングスイッチとしてスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２を有し、スイッチＳＳＲ２１はフライングキャパシタＣ３の一端を差動増幅回路５の一入力端に接続し、スイッチＳＳＲ２２はフライングキャパシタＣ３の他端を差動増幅回路５の他入力端に接続する。

差動増幅回路５は、通常のオペアンプ電圧増幅回路からなり、Ｖｒｅｆは基準電源であり、抵抗を通じてオペアンプＯＰの他入力端（＋入力端）の電位を基準電位に設定している。

リセット回路６は、互いに直列接続されたリセットスイッチＳＳＲ２６と短絡電流制限用の抵抗素子Ｒ２０とからなり、フライングキャパシタＣ３と並列に接続されている。

（基本動作説明）図１の回路の基本動作を以下に説明する。
各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７のそれぞれ両端に接続されるスイッチＳＳＲ１０〜ＳＳＲ１８のうちの各一対を一定周期で繰り返される所定の電圧モジュール読み出し期間ΔＴの前半期間ごとに順番にオンし、同時に切り替え回路２２のスイッチＳＷ００〜ＳＷ０３を上述のように同期オンさせて、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の電圧（モジュール電圧ともいう）を順番に読み出す。各所定周期ΔＴの後半期間では、スイッチＳＳＲ１０〜ＳＳＲ１８をオフし、出力側サンプリングスイッチ回路４のスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２をオンして、フライングキャパシタＣ３の蓄電電圧を差動増幅回路５に読み出す。

リセット回路６のリセットスイッチＳＲ２６は、電圧モジュール読み出し期間ΔＴの後半期間の最終段階でオンされ、フライングキャパシタＣ３に残留する蓄電電圧を減衰乃至消去する。この時、リセットスイッチＳＲ２６のオン期間を調整すれば、フライングキャパシタＣ３の残留電圧の割合を決定することができる。リセット動作は、マルチプレクサ２の断線故障やオフ故障が生じた状態でリセット動作後に差動増幅回路５に読み出される信号電圧（電池モジュールの蓄電電圧を含まない）と、考えられる最小電圧の電池モジュールの電圧とが分別できる範囲内で、残留電圧をできるだけ大きくすること（好適には５０％以上）が、電池モジュールの電力損失低減の点で好適である。

（断線故障やオフ故障検出動作１）上記動作により、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の電圧を順次に差動増幅回路５に転送でき、リセットスイッチＳＳＲ２６のオンした後で次の電池モジュールの電圧を読み出すと、もしマルチプレクサ２が断線故障やオフ故障していれば、電池モジュールからフライングキャパシタＣ３への信号電圧読み込みが行えないので、フライングキャパシタＣ３から差動増幅回路５へ読み出される信号電圧は０となる。そこで、リセットスイッチＳＳＲ２６オン直後の電池モジュールの電圧の大きさを判定することにより、この電池モジュールの電圧読みだしに関係するマルチプレクサ２の電流経路の断線故障やオフ故障を容易に検出することができる。

（断線故障やオフ故障検出動作２）すべての電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の電圧をＶＢ１０から順番に差動増幅回路５に読み出し、ＶＢ１７の電圧を読み出す読み出しサイクルを実施した後でリセットスイッチ（図面ではＳＷ１とも記載されている）ＳＳＲ２６をオンすると、その直後にフライングキャパシタＣ３に接続される電池モジュールはフライングキャパシタＣ３の充電のために放電が進んでしまう。特定の電池モジュールだけが常にこのリセット動作直後に選択される場合、この問題は特に重大となる。また、これでは、この特定の電池モジュールにつながる電流経路の断線故障やオフ故障しか検出することができない。

そこで、リセット動作直後に選択される電池モジュールを、読み出しサイクルごとに順番に変更する。これにより、電池モジュール間の容量ばらつきを低減することができる。

（変形例）上記例では、１読み出しサイクル周期ですべての電池モジュールを１回づつ読み出し、各読み出しサイクル内の電池モジュールの読み出し順序を変更したが、その代わりに１読み出しサイクル周期内で、電池モジュール数を超える数の読み出しを行い、一部の電池モジュールを１読み出しサイクル周期内で２回読み出ししてもよい。この場合、電池モジュールの読み出し順序は同じである。このようにすれば、余分の回数読み出す電池モジュールの分だけリセット動作直後に読み出される電池モジュールがずれていくので、結局、均等にすべての電池モジュールをリセット動作直後に配置することができる。余分の回数読み出す電池モジュールの数は好適には１とされるが、サイクルを重ねるにつれてすべての電池モジュールがリセット動作直後に配置されるのであれば１でなくてもよい。

また、この余分の回数読み出す電池モジュールに相当する第二回目に読み出される電池モジュールだけを読み出しサイクルごとに読み出ししてもよい。

（リセット動作）リセット動作の直後に読み出す電池モジュールの電圧の前回の読み出し電圧を記憶しておき、この記憶値より所定値だけ小さい電圧がフライングキャパシタＣ３に残留するようにリセット期間を設定すれば、無駄な電池モジュールの電力損失を低減することができる。

（変形例）上記リセット動作の回数又はオン期間を電池モジュールの電圧に応じて変更することにより、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７間の電圧ばらつきを低減することもできる。すなわち、前回の読み出し電圧値が大きい電池モジュールを次に読み出す直前に実施するリセット動作のオン期間を長くしたり、又は、この前回の読み出し電圧値が大きい電池モジュールの直前に行うリセット動作の平均回数を増加したりすれば、この前回の読み出し電圧値が大きい電池モジュールの蓄電電圧の低下を促進することができ、上記電圧ばらつきを低減することができる。

（変形例）上記実施例では、リセットスイッチＳＳＲ２６のオンは、出力側サンプリングスイッチ回路４の出力側サンプリングスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２をオフしてから行ったが、リセットスイッチＳＳＲ２６のオンを、出力側サンプリングスイッチ回路４の出力側サンプリングスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２をオン期間の後半に実施してもよい。このようにすれば、出力側サンプリングスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２とオペアンプＯＰとを接続する信号ラインの寄生容量に残留する電荷もキャンセルできるので、この残留電荷による読み出し精度の低下を低減することができる。

本発明の他の実施例を図２を参照して以下に説明する。

この実施例は、図１に示されるマルチプレクサ２の切り替え回路２２を省略したマルチプレクサを用いてフライングキャパシタＣ３による電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の消耗を低減したものである。

従来のこの種回路では、入力側サンプリングスイッチ回路２１の各スイッチＳＳＲ１０〜ＳＳＲ１８は、隣接する順番に順次オンされていた。このため、電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７は常に逆方向に蓄電された残留電圧を放電した後、自己の電圧をフライングキャパシタＣ３に蓄電するため、電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の消耗が大きかった。

そこで、この実施例では、各電池モジュールの電圧の読み出しサイクルを次のように実施して電池モジュールの消耗を低減する。まず奇数番目の電池モジュールの電圧すべてを順番に読み出す奇数読み出しサイクルを実施し、次に偶数番目の電池モジュールの電圧すべてを順番に読み出す偶数読み出しサイクルを実施する。このようにすれば、フライングキャパシタＣ３の逆方向の残留電圧により電池モジュールの容量が顕著に消耗するのは、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初の電池モジュールだけとなる。したがって、他の電池モジュールの消耗を低減することができる。

（変形例）この実施例においても、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初の電池モジュールの電圧読みだしの直前におけるスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２のオン後にリセットスイッチＳＳＲ２６（ＳＷ１）をオンすることにより、直後の電池モジュールの消耗を低減することができる。

（変形例）しかし、上述したこの実施例２においても、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初に読み出される電池モジュールが一部に常に固定されていると、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７間の電圧ばらつきが増大する。

そこで、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初に読み出される電池モジュールを順番に交代させる。これにより、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７のフライングキャパシタＣ３への電荷転送による消耗を略均等化することができる。

もちろん、この場合も、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルそれぞれ最初に電池モジュールの電圧を読み出す前にリセットスイッチＳＳＲ２６をオンして、電池モジュールからの電荷持ち出しを低減することが好適である。

（変形例）上記実施例において断線故障やオフ故障（たとえば断線やマルチプレクサ２のスイッチのオンしない故障を言うものとする）は、上記奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルのそれぞれ最初に電池モジュールの電圧に基づいて実施することができ、又は、上記奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルの最後にリセットスイッチＳＳＲ２６によるリセット動作を行い、その直後に読み出された電池モジュールの電圧に基づいて実施できる。

（変形例）上記実施例２では、各奇数読み出しサイクルは奇数番目の電池モジュールの電圧を各一回読み出すサイクルとされ、偶数読み出しサイクルは偶数番目の電池モジュールの電圧を各一回読み出すサイクルとされたが、１回の奇数読み出しサイクル及び１回の偶数読み出しサイクルに含まれる電池モジュール読み出し回数は任意に設定することができる。

たとえば、読み出しサイクルのうちの奇数読み出しサイクルにおいて、奇数番目の電池モジュールの所定の組み合わせの電圧を順次読み出し、その後、偶数番目の電池モジュールの所定の組み合わせの電圧を順次読み出す。

各奇数読み出しサイクルは、１回だけ読み出される奇数番目の電池モジュールと、複数回読み出される奇数番目の電池モジュールとを含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールは、１回だけ読み出される偶数番目の電池モジュールと、複数回読み出される偶数番目の電池モジュールとを含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールすべての他に更に追加の読み出しを実施される偶数番目の電池モジュールを含むことができる。ただし、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７が奇数読み出しサイクル又は偶数読み出しサイクルの直後にくる平均確率及び各電池モジュールの電圧読み出し頻度は全体として均等化され、これにより各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の消耗を均等化することができる。

もしくは、各奇数読み出しサイクルは、奇数番目の電池モジュールの一部を含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールの一部を含むことができる。次の奇数読み出しサイクルでは奇数番目の電池モジュールの残部を含むことができ、同じく、偶数番目の電池モジュールの残部を含むことができる。すなわち、複数回の奇数読み出しサイクルにより奇数番目の電池モジュールの電圧読み出しを完了し、複数回の偶数読み出しサイクルにより偶数番目の電池モジュールの電圧読み出しを完了する。ただし、ただし、電圧モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７が奇数読み出しサイクル又は偶数読み出しサイクルの直後にくる平均確率及び各電池モジュールの電圧読みだし頻度は全体として均等化され、これにより各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の消耗を均等化することができる。

なお、この例は特に、フライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の１回の奇数読み出しサイクル又は１回の偶数読み出しサイクルにおける電池モジュールの合計読み出し回数と、バッテリ１の実際の電池モジュール数とが回路もしくはバッテリの設計変更により不一致となった場合でも、支障なく各電池モジュールの電圧を均等頻度で読み出すことができ、かつ、各電池モジュールの消耗も均等化することができる利点も生じる。

（変形例）上記変形例では、バッテリ１の電池モジュール数と１回の読み出しサイクルで実施される電池モジュール読み出し回数との不一致にもかかわらず、各電池モジュールの電圧を全体として均等頻度で読み出し、かつ、この読み出しにおける電池モジュールの消耗の平均化を行ったが、すべての奇数番目の電池モジュールの電圧を読み出す完全奇数読み出しサイクルと、すべての偶数番目の電池モジュールの電圧を読み出す完全偶数読み出しサイクルとをまず実行した後で、奇数番目の電池モジュール又は偶数番目の電池モジュールのうちの一部からなる所定の組み合わせを追加的に読み出すこと部分読み出しサイクルを実施することができる。この場合においても、少なくとも奇数番目の電池モジュールの読み出しと偶数番目の電池モジュールの読み出しとをチェンジした直後に読み出される電池モジュールは、順番に変更され、各電池モジュールＶＢ１０〜ＶＢ１７の消耗度合いを平均化される。なお、この場合において、この追加される部分読み出しサイクルで読み出される電池モジュールがフライングキャパシタＣ３を充電する方向は、直前の奇数番目（又は偶数番目の）読み出しサイクルにおけるフライングキャパシタ充電方向と同じとすることが、電池モジュールの消耗を低減する点で重要である。

（断線故障やオフ故障判定）この実施例における断線故障やオフ故障判定は、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルの直後になされる電池モジュールの電圧に基づいて行うことができる。また、奇数読み出しサイクル及び偶数読み出しサイクルの直後になされる電池モジュールの電圧読み出しの直前にリセット動作を行う場合には、このリセット動作の直後になされる電池モジュールの電圧に基づいて断線故障やオフ故障を検出することができる。

すなわち、上記直後の電池モジュールの電圧が逆方向の電圧であったり、所定値未満のリセット後のフライングキャパシタＣ３の電圧であったりすれば、上記直後の電池モジュールから正常に電圧が読み出されていないと判定することができる。

本発明の他の実施例を図３を参照して以下に説明する。

この実施例は図１に示す実施例１において、フライングキャパシタ回路３を直列接続された２つのフライングキャパシタＣ３、Ｃ３’で構成し、リセット回路６を、図１のリセット回路６と同一構成の第１リセット回路６ｘ、第２リセット回路６ｙで構成し、第１リセット回路６ｘをフライングキャパシタＣ３に並列接続し、第２リセット回路６ｙをフライングキャパシタＣ３’に並列接続し、略容量が等しいフライングキャパシタＣ３、Ｃ３’の接続点をスイッチＳＳＲ２３を通じて基準電源Ｖｒｅｆに接続したものである。第１リセット回路６ｘはリセットスイッチＳＳＲ２６ａ（ＳＷ２）と抵抗素子Ｒ２６ａとからなり、第２リセット回路６ｙはリセットスイッチＳＳＲ２６ｂ（ＳＷ３）と抵抗素子Ｒ２６ｂとからなる。

この回路の動作を説明すると、この回路では、マルチプレクサ２により電池モジュールの電圧ΔＶｓはフライングキャパシタＣ３、Ｃ３’に半分づつ蓄電される。その後、スイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２、ＳＳＲＷ２３をオンして、フライングキャパシタＣ３、Ｃ３’の信号電圧を差動増幅回路５に読み出す。このようにすれば、差動増幅回路５の一対の入力端には、基準電源源Ｖｒｅｆの基準電位より０．５ΔＶｓだけ高い電位と、０．５ΔＶｓだけ低い電位とが印加されることになり、寄生容量の影響を低減して、正確に差動増幅回路５の入力電圧を上記基準電位源Ｖｒｅｆの基準電圧を中間電圧値としてその両側にスイングさせることができる。

図３の回路においても、実施例１、２と同様に各電池モジュールの消耗の平均化及び断線故障やオフ故障判定を実施することができる。

本発明の他の実施例を図４を参照して以下に説明する。

この実施例は、図３において、リセット回路６を図１に示すリセットスイッチＳＳＲ２６と電流制限抵抗Ｒ２０とで構成し、出力側サンプリングスイッチ回路４’を３つの出力側サンプリングスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２、ＳＳＲ２３で構成し、差動増幅回路５’内にそれぞれ図１に示す差動増幅回路５と同等の差動増幅回路５ａ、５ｂを設けたものである。

差動増幅回路５ａは、出力側サンプリングスイッチＳＳＲ２１、ＳＳＲ２２を通じてフライングキャパシタＣ３の蓄電電圧を検出し、差動増幅回路５ｂは、出力側サンプリングスイッチＳＳＲ２３、ＳＳＲ２２を通じてフライングキャパシタＣ４の蓄電電圧を検出する。

この回路構成によれば、電池モジュールＶＢ１０、ＶＢ１３、ＶＢ１４、ＶＢ１７の電圧はフライングキャパシタＣ３を同方向に充電した後、差動増幅回路５ａにより検出され、電池モジュールＶＢ１１、ＶＢ１２、ＶＢ１５、ＶＢ１６の電圧はフライングキャパシタＣ４を同方向に充電した後、差動増幅回路５ｂにより検出される。この回路によれば。切り換え回路なしにフライングキャパシタＣ３、Ｃ４の充電方向を揃えることができる。この回路においても、実施例１と同様の手法を採用することにより、電池モジュールの断線故障やオフ故障や消耗低減を図ることができる。

１バッテリ
２マルチプレクサ
３フライングキャパシタ回路
４出力側サンプリングスイッチ回路
５差動増幅回路

Claims

少なくとも一個のフライングキャパシタを有するフライングキャパシタ回路と、
直列接続されて組電池を構成するＮ（Ｎ＞２）個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を前記電池モジュールの電圧読み込みごとに極***互にチャージするマルチプレクサと、
差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチと、
を備え、
前記マルチプレクサは、各一端が前記各電池モジュールの最高電位端、各接続端及び最低電位端に接続されるＮ＋１個の入力側サンプリングスイッチにより構成されるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、
奇数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する奇数読み出しサイクルを実施した後、偶数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する偶数読み出しサイクルを実施してなる読み出しサイクルを繰り返すことを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。
請求項１記載のフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、
前記奇数読み出しサイクルの前記先頭の前記電池モジュールの読み出し電圧、及び、前記偶数読み出しサイクルの前記先頭の前記電池モジュールの読み出し電圧に基づいて断線故障を判定することを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。
請求項２記載のフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、
前記奇数読み出しサイクル及び前記偶数読み出しサイクルのそれぞれ先頭の前記電池モジュールの電圧の読み出し直前に前記フライングキャパシタ回路を短絡してその蓄電電圧を減衰させるリセット回路を有することを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。
請求項１乃至３のいずれか記載のフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、
前記各読み出しサイクルにおける前記奇数読み出しサイクルの先頭の電池モジュール、及び、前記各読み出しサイクルにおける前記偶数読み出しサイクルの先頭の電池モジュールを順番にシフトすることを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。
少なくとも一個のフライングキャパシタを有するフライングキャパシタ回路と、
直列接続されて組電池を構成するＮ（Ｎ＞２）個の電池モジュールの各両端を前記電池モジュールごとに前記フライングキャパシタ回路の両端に順次に接続して前記各電池モジュールの電圧により前記フライングキャパシタ回路を前記電池モジュールの電圧読み込みごとに極***互にチャージするマルチプレクサと、
差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の一対の入力端子を前記フライングキャパシタ回路の両端に個別に接続する一対の出力側サンプリングスイッチと、
を備えるフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法において、
前記各電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順次に読み出し、前記差動増幅回路に出力する各回の読み出しサイクルは、所定期間ごとに実施されるＭ（Ｍ＞Ｎ）回の電池モジュールの電圧読み込みステップを有し、
前記各回の読み出しサイクル中に、すべての奇数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する奇数読み出しサイクルと、すべての偶数番目の前記電池モジュールの電圧を前記フライングキャパシタ回路に順番に読み出し、前記差動増幅回路に出力する偶数読み出しサイクルとを実施した後、所定個数の前記電池モジュールの電圧を複数回読み出し、
前記読み出しサイクルにて複数回読み出される所定の前記電池モジュールの第二回目の前記電圧読み込みステップによる前記フライングキャパシタ回路の蓄電方向を、
直前の電圧読み込みステップの前記フライングキャパシタの蓄電方向と同方向とし、複数回読み出される前記電池モジュールの組み合わせを順次変更することを特徴とするフライングキャパシタ式組電池電圧検出回路の駆動方法。