JP6569180B2

JP6569180B2 - 電池電圧検出装置

Info

Publication number: JP6569180B2
Application number: JP2016008905A
Authority: JP
Inventors: 真吾槌矢; 鎌田　誠二; 誠二鎌田
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: JP2017129450A

Description

本発明は、電池電圧検出装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、動力源となるモータに電力を供給する高電圧・大容量のバッテリが搭載されている。このモータ駆動用バッテリは、直列接続された複数のリチウムイオン電池あるいは水素ニッケル電池等の電池セルから構成されている。特許文献１に示されているように、直列接続された各電池セルには電圧検出回路が設けられ、各電池セルの電圧が監視されている。

特開２００８−２２００７４号公報

このような従来の電池電圧検出装置では、最上位の電池セルから電源端子に電源が供給され、この電源端子からの電源を基に、内部の回路の電源が生成される。したがって、電源端子の電圧は、最上位の電池セルの検出電圧より高い電圧に維持する必要がある。

また、各電池セルの両端とセル電圧検出端子とを接続する経路中には、ノイズ除去等用の時定数を有する回路（以下、時定数回路という）が設けられる。このため、電池セルの電圧変動が生じた時には、セル電圧検出端子の検出電圧は、この時定数回路の時定数に従って変化する。また、電源端子の電圧も、最上位の電池セルと電源端子とを接続する経路中の時定数回路の時定数に従って変化する。このため、電池セルの大きな電圧変動が生じた場合に、電源端子の電圧を最上位の電池セルの検出電圧より高い電圧に維持できなくなる可能性がある。

例えば、電池セルに大きな電圧上昇が生じた場合、セル電圧検出端子に供給される電圧は、その経路中の時定数回路の時定数に従って上昇し、電源端子に供給される電圧は、その経路中の時定数回路の時定数に従って上昇する。ここで、電池セルとセル電圧検出端子との間の経路中の時定数回路の時定数が電池セルと電源端子との間の経路中の時定数回路の時定数より短ければ、セル電圧検出端子に供給される電圧は、電源端子に供給される電圧より速く上昇することになり、セル電圧検出端子に供給される電圧が電源端子に供給される電圧より高くなる可能性がある。また、例えば、電池セルに大きな電圧降下が生じた場合、セル電圧検出端子に供給される電圧は、その経路中の時定数回路の時定数に従って下降し、電源端子に供給される電圧は、その経路中の時定数回路の時定数に従って下降する。ここで、電池セルと電源端子との間の経路中の時定数回路の時定数が電池セルとセル電圧検出端子との間の経路中の時定数回路の時定数より短ければ、電源端子に供給される電圧は、セル電圧検出端子に供給される電圧より速く下降することになり、セル電圧検出端子に供給される電圧が電源端子に供給される電圧より高くなる可能性がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、電源端子に供給される電圧をセル電圧検出端子に供給される電圧より高く維持することができ、セル電圧の検出精度を向上できる電池電圧検出装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電池電圧検出装置は、電池セル群に含まれる各電池セルの電圧を検出するセル電圧検出端子と、前記電池セル群の最上位の電池セルに接続される電源端子とを有する電圧検出回路と、前記最上位の電池セルと前記電源端子との経路中に設けられ、その時定数が放電方向と充電方向とで切り換えられる時定数回路と、を備える。

また、本発明の一態様に係る電池電圧検出装置において、前記時定数回路は、前記最上位の電池セルと前記電源端子との経路中に直列に接続された複数の抵抗と、前記複数の抵抗の中の少なくとも一つの抵抗と並列に接続された切換手段とを含むようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る電池電圧検出装置において、前記切換手段は、そのアノードが電池セル側に接続され、そのカソードが電源端子側に接続されるダイオードであるようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る電池電圧検出装置において、前記切換手段は、スイッチ素子であるようにしてもよい。

本発明によれば、最上位の電池セルと電源端子との経路中に、その時定数が放電方向と充電方向とで切り換えられる時定数回路を設けているので、電源端子に供給される電圧をセル電圧検出端子に供給される電圧より高く維持することができ、セル電圧の検出精度を向上できる。

本実施形態における電池電圧検出装置の構成概略図である。セル電圧の変動が生じた時の電源端子の電圧の変化とセル電圧検出端子の電圧の変化の関係を示す波形図である。本実施形態の変形例における電池電圧検出装置の構成概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電池電圧検出装置１の構成概略図である。図１において、ｎ個（ｎは１以上の整数）の電池セル１０−１〜１０−ｎは直列接続され、電池セル群１１を構成している。電池セル１０−１〜１０−ｎの数は、例えば１２個（ｎ＝１２）である。

電圧検出回路２０は、電池セル群１１を構成する各電池セル１０−１〜１０−ｎのセル電圧を検出する。電圧検出回路２０は、セル電圧検出端子Ｃ０〜Ｃｎと、電源端子Ｖｃｃと、接地端子ＡＧＮＤとを有している。

各電池セル１０−１〜１０−ｎそれぞれの両端は、電圧検出回路２０の各セル電圧検出端子Ｃ０〜Ｃｎに接続される。例えば、電池セル１０−２は、負極側がセル電圧検出端子Ｃ２に接続され、正極側がセル電圧検出端子Ｃ１に接続される。各電池セル１０−１〜１０−ｎの両端とセル電圧検出端子Ｃ０〜Ｃｎとを接続する経路中には、ノイズ除去用の時定数を有する時定数回路１３−０〜１３−ｎが設けられる。各時定数回路１３−０〜１３−ｎは、抵抗１４−０〜１４−ｎと、コンデンサ１５−０〜１５−ｎとから構成されている。例えば、時定数回路１３−ｎは、抵抗１４−ｎと、コンデンサ１５−ｎとから構成されている。

電池セル群１１の中で最上位の電池セル１０−１の正極は、電圧検出回路２０の電源端子Ｖｃｃに接続される。電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中には、ノイズ除去用の時定数回路１８が設けられる。時定数回路１８は、抵抗２１と、抵抗２２と、コンデンサ２３と、ダイオード２４とから構成されている。なお、電池セル群１１の中で最上位の電池セルとは、図１に示すように、複数の電池セルが直列に接続されている場合に、電圧検出回路２０のセル電圧検出端子Ｃ０とＣ１に接続され、接地端子ＡＧＮＤに対して直列接続において最も電圧が高い電池セルである。

電池セル群１１の中で最下位の電池セル１０−ｎの負極は、電圧検出回路２０の接地端子ＡＧＮＤに接続されている。

電池セル群１１の各電池セル１０−１〜１０−ｎの両端のセル電圧は、電圧検出回路２０のセル電圧検出端子Ｃ０〜Ｃｎに供給される。電圧検出回路２０は、セル電圧検出端子Ｃ０〜Ｃｎに入力される電圧から、各電池セル１０−１〜１０−ｎのセル電圧を計測する。

電池セル群１１の中で最上位の電池セル１０−１の正極は、電圧検出回路２０の電源端子Ｖｃｃに供給される。電圧検出回路２０は、この電源端子Ｖｃｃから供給される電圧を使って、内部の電源を生成する。

次に、本実施形態における時定数回路１８について説明する。図１に示すように、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中には、抵抗２１と、抵抗２２と、コンデンサ２３と、ダイオード２４とからなる時定数回路１８が設けられる。この時定数回路１８は、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとの間に、抵抗２１と抵抗２２とが直列に接続され、抵抗２２と電源端子Ｖｃｃとの接続点にコンデンサ２３の一端が接続され、コンデンサ２３の他端が接地端子ＡＧＮＤに接続され、抵抗２２と並列に、ダイオード２４が接続されて構成される。ダイオード２４の向きは、そのアノードが電池セル１０−１側となり、そのカソードが電源端子Ｖｃｃ側となるように接続される。この時定数回路１８の時定数は、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路の中の電流の方向に応じて異なる値となる。

すなわち、電池セル１０−１の正極の電圧が電源端子Ｖｃｃの電圧より高い場合には、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中には、矢印Ａ１方向（放電方向）に電流が流れる。矢印Ａ１方向に電流が流れるときには、ダイオード２４はオン状態となり、抵抗２２の両端は短絡されることになる。したがって、時定数回路１８の時定数Ｔａは、抵抗２１の抵抗値と、コンデンサ２３の静電容量とから決まる値となる。

これに対して、電池セル１０−１の正極の電圧が電源端子Ｖｃｃの電圧より低い場合には、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中には、矢印Ａ２方向（充電方向）に電流が流れる。矢印Ａ２方向に電流が流れるときには、ダイオード２４はオフ状態となる。このため、時定数回路１８の時定数Ｔｂは、抵抗２１と抵抗２２との直列接続の抵抗値と、コンデンサ２３の静電容量とから決まる値となり、矢印Ａ１方向に電流が流れるときに比べて、時定数が長くなる。

このように、時定数回路１８は、矢印Ａ１方向に電流が流れるときと、矢印Ａ２方向に電流が流れるときとで、２つの時定数Ｔａ及びＴｂに、時定数を切り換えることができる。

ここで、最上位の電池セル１０−１の正極とセル電圧検出端子Ｃ０との経路中の時定数回路１３−０の時定数をＴｖとする。この時定数回路１３−０の時定数Ｔｖを、時定数回路１８の２つの時定数Ｔａ及びＴｂの間となるように設定する。すなわち、時定数回路１８の時定数Ｔａ及びＴｂと、時定数回路１３−０の時定数Ｔｖとの関係を、（Ｔｂ＞Ｔｖ＞Ｔａ）となるように設定する。このように設定すると、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧を、最上位のセル電圧検出端子Ｃ０に供給される電圧より常に高く保つことができる。このことについて、図２を用いて説明する。

図２は、セル電圧の変動が生じた時の電源端子Ｖｃｃの電圧の変化とセル電圧検出端子Ｃ０の電圧の変化の関係を示す波形図である。図２において、横軸は時刻を表し、縦軸は各信号のレベルを表す。

例えば、図２における時刻ｔ１で、図２（Ａ）に示すように、セル電圧に大きな電圧上昇の変化が生じたとする。このような電圧上昇があると、これに伴って、図２（Ｂ）に示すように電源端子Ｖｃｃの電圧が上昇すると共に、図２（Ｃ）に示すようにセル電圧検出端子Ｃ０の電圧が上昇する。このとき、電池セル１０−１の正極の電圧は、電源端子Ｖｃｃの電圧より高くなる。このため、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中には、矢印Ａ１方向に電流が流れ、時定数回路１８の時定数は、短い時定数Ｔａとなる。よって、図２（Ｂ）に示すように、放電方向の電源端子Ｖｃｃの電圧は、時定数Ｔａに従って、充電方向（図２（Ｃ））と比べて、速く上昇していく。これに対して、時定数回路１３−０の時定数はＴｖであり、（Ｔｖ＞Ｔａ）の関係となっている。このため、図２（Ｃ）に示すように、セル電圧検出端子Ｃ０の電圧は、時定数Ｔｖに従って、電源端子Ｖｃｃの電圧に比べて、緩やかに上昇していく。これにより、電源端子Ｖｃｃの電圧を、セル電圧検出端子Ｃ０の電圧より高く保つことができる。

また、図２における時刻ｔ２で、図２（Ａ）に示すように、セル電圧に大きな電圧降下が生じたとする。このような電圧降下があると、これに伴って、図２（Ｂ）に示すように電源端子Ｖｃｃの電圧が下降すると共に、図２（Ｃ）に示すようにセル電圧検出端子Ｃ０の電圧が下降する。このとき、電池セル１０−１の正極の電圧が電源端子Ｖｃｃの電圧より低くなる。このため、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中には、矢印Ａ２方向に電流が流れ、時定数回路１８の時定数は、大きな時定数Ｔｂとなる。よって、図２（Ｂ）に示すように、電源端子Ｖｃｃの電圧は、時定数Ｔｂに従って、充電方向（図２（Ｃ））と比べて、緩やかに下降していく。これに対して、時定数回路１３−０の時定数はＴｖであり、（Ｔｂ＞Ｔｖ）の関係となっている。このため、図２（Ｃ）に示すように、セル電圧検出端子Ｃ０の電圧は、時定数Ｔｖに従って、電源端子Ｖｃｃの電圧に比べて、速く下降していく。これにより、電源端子Ｖｃｃの電圧を、セル電圧検出端子Ｃ０の電圧より高く保つことができる。

以上説明したように、本実施形態では、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中に、抵抗２１と、抵抗２２と、コンデンサ２３と、ダイオード２４とからなる時定数回路１８が設けられる。このような時定数回路１８では、セル電圧が上昇したときには、短い時定数となり、セル電圧が下降したときには、長い時定数となる。これにより、セル電圧が上昇したときには、電源端子Ｖｃｃの電圧はセル電圧検出端子Ｃ０の電圧より速く上昇し、セル電圧が下降したときには、電源端子Ｖｃｃの電圧はセル電圧検出端子Ｃ０の電圧より緩やかに下降することになり、電源端子Ｖｃｃの電圧を、セル電圧検出端子Ｃ０の電圧より高く保つことができる。電源端子Ｖｃｃの電圧がセル電圧検出端子Ｃ０の電圧より高く維持されるので、電圧検出回路２０では、最上位のセル電圧検出端子Ｃ０のセル電圧を正しく検出することができる。

なお、上述の例では、電池セル１０−１の正極と電源端子Ｖｃｃとを接続する経路中の時定数回路１８を、抵抗２１と、抵抗２２と、コンデンサ２３と、ダイオード２４とで構成し、ダイオード２４を切換手段として用いたが、図３に示すように、ダイオード２４の代わりに、スイッチ素子３４を切替手段として用いても良い。スイッチ素子３４（ＳＷ）としては、例えばＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態はあくまで一例であって本発明の趣旨を逸脱しない範囲において実施形態の細部を種々変更可能であることは勿論である。

１…電池電圧検出装置、１０−１〜１０−ｎ…電池セル、１１…電池セル群、１８…時定数回路、２０…電圧検出回路、２１，２２…抵抗、２３…コンデンサ、２４…ダイオード、３４…スイッチ素子

Claims

電池セル群に含まれる各電池セルの電圧を検出するセル電圧検出端子と、
前記電池セル群の最上位の電池セルに接続される電源端子とを有する電圧検出回路と、
前記最上位の電池セルと前記電源端子との経路中に設けられ、その時定数が放電方向と充電方向とで切り換えられる時定数回路とを備え、
前記時定数回路は、
前記最上位の電池セルと前記電源端子との経路中に直列に接続された複数の抵抗と、
前記複数の抵抗の中の少なくとも一つの抵抗と並列に接続された切換手段とを含む電池電圧検出装置。
前記切換手段は、そのアノードが電池セル側に接続され、そのカソードが電源端子側に接続されるダイオードである、請求項１に記載の電池電圧検出装置。
前記切換手段は、スイッチ素子である、請求項１または請求項２に記載の電池電圧検出装置。