(第1実施形態)
以下、本発明に係る電圧検出装置を具体化した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る電圧検出装置は、例えばハイブリッド自動車又は電気自動車に搭載される電源システム100に適用される。
図1に示すように、本実施形態の電源システム100は、組電池10と、フライングキャパシタ方式の電圧検出装置20とを備える。
組電池10は、車両の図示しない走行用の回転電機を含む車載電気負荷の電力供給源となる。組電池10は、単電池としての電池セルの直列接続体を備えており、端子間電圧が例えば数百Vとなるものである。電池セルとしては、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素蓄電池等の蓄電池を用いることができる。
本実施形態では、組電池10を構成する電池セルのうち、少なくとも2つの電池セルの直列接続体が一体化されることにより、電池モジュールが構成される。組電池10は、複数の電池モジュールの直列接続体を有する。本実施形態では、説明の便宜上、組電池10が8個の電池モジュールを備えることとする。以降、本実施形態では、組電池10を構成する電池モジュールのうち、最も高電位側の電池モジュールから順に、第1電池モジュールB1、第2電池モジュールB2、…、第8電池モジュールB8と称すこととする。各電池モジュールは、互いに同数の電池セルを備えており、定格電圧が互いに同一である。
本実施形態では、各電池モジュールB1~B8が第1~第6検出ブロックA1~A6に分割される。各検出ブロックA1~A6は、少なくとも1つの電池モジュールB1~B8を含む。具体的には、第1検出ブロックA1は、第1電池モジュールB1を含む。第2検出ブロックA2は、第2電池モジュールB2を含む。第3検出ブロックA3は、第3,第4電池モジュールB3,B4の直列接続体を含む。第4検出ブロックA4は、第5,第6電池モジュールB5,B6の直列接続体を含む。第5検出ブロックA5は、第7電池モジュールB7を含む。第6検出ブロックA6は、第8電池モジュールB8を含む。
組電池10には、第1~第7電極端子T1~T7が設けられる。電極端子T1~T7の数は、検出ブロックA1~A6の数よりも1だけ多い。mを1~6までの整数とする場合、第m検出ブロックAmの正極端子には、第m電極端子Tmが接続される。また、第m検出ブロックAmの負極端子には、第m+1電極端子Tm+1が接続される。
電圧検出装置20は、抵抗部21、入力側スイッチ部22、キャパシタ部23、出力側スイッチ部24、検出部25、基準電圧供給部26、及び制御部27を備える。
抵抗部21は、組電池10と入力側スイッチ部22との間に設けられる。nを1~7までの整数とする場合、各電極端子Tnに接続される検出ラインLn上に個別に設けた複数の電流制限抵抗Rを備える。各電流制限抵抗Rは、組電池10(高圧側)から入力側スイッチ部22(低圧側)に、突入電流が流れることを防止するためのものであり、抵抗値が互いに同一である。
入力側スイッチ部22は、抵抗部21とキャパシタ部23との間に設けられており、各検出ラインLnに個別に接続される第1~第7スイッチSW1~SW7を備える。入力側スイッチ部22の各スイッチSWn(以下、単に各スイッチSWnという)は、電極端子Tnとキャパシタ部23との接続状態を切り替える。各スイッチSWnとしては、例えば、一対のソース同士が接続されたNチャンネルMOSFET、フォトリレー又はリレー等を用いることができる。
キャパシタ部23は、キャパシタCAを有する。キャパシタCAには接続端子として第1,第2端子N1,N2が設けられている。組電池10の各電極端子Tnは、各スイッチSWnを介して、これらの端子N1,N2の一方に接続される。
詳しくは、第1端子N1には、第1~第7電極端子T1~T7のうち、第2,第4,第6電極端子T2,T4,T6が接続される。第2端子N2には、第1~第7電極端子T1~T7のうち、第1,第3,第5,第7電極端子T1,T3,T5,T7が接続される。つまり、各スイッチSW1~SW7は、各検出ブロックA1~A6をキャパシタCAに並列接続し、各検出ブロックA1~A6とキャパシタCAとの間を開閉する。
出力側スイッチ部24は、キャパシタ部23と検出部25との間に設けられており、キャパシタCAの第1,第2端子N1,N2の一方にそれぞれ接続された複数のスイッチSWA~SWDを備える。具体的には、スイッチSWA,SWCは第1端子N1に接続され、スイッチSWB,SWDは第2端子N2に接続される。各スイッチSWA~SWDは、キャパシタCAと検出部25との接続状態を切り替える。スイッチSWA~SWDとしては、例えば、NチャンネルMOSFET等の半導体スイッチを用いることができる。
検出部25は、出力側スイッチ部24と制御部27との間に設けられており、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを有する。第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとは、キャパシタCAに対して並列接続され、キャパシタCAの電圧を検出する。各電圧検出部25A,25Bは、キャパシタCAの電圧に基づいて、キャパシタCAの充電に用いられた各検出ブロックA1~A6の電圧を検出する。
各電圧検出部25A,25Bは、出力側スイッチ部24の各スイッチSWA~SWDを介して、キャパシタCAに接続される。詳しくは、第1電圧検出部25Aは、スイッチSWA,SWBを介してキャパシタCAに接続される。つまり、スイッチSWA,SWBは、キャパシタCAと第1電圧検出部25Aとの間を開閉する。また、第2電圧検出部25Bは、スイッチSWC,SWDを介してキャパシタCAに接続される。つまり、スイッチSWC,SWDは、キャパシタCAと第2電圧検出部25Bとの間を開閉する。本実施形態において、スイッチSWA,SWBが「第1出力側スイッチ」に相当し、スイッチSWC,SWDが「第2出力側スイッチ」に相当する。
各電圧検出部25A,25Bは、図示しない差動増幅器とAD変換器を備えており、差動増幅器を用いてキャパシタCAの電圧を検出し、その検出値をAD変換して制御部27に出力する。第1電圧検出部25Aは、所定の第1増幅率でキャパシタCAの電圧を増幅する。一方、第2電圧検出部25Bは、第1増幅率よりも小さい第2増幅率でキャパシタCAの電圧を増幅する。
基準電圧供給部26は、出力側スイッチ部24と検出部25との間に設けられており、第1基準電圧供給部26Aと第2基準電圧供給部26Bとを有する。第1基準電圧供給部26Aは、スイッチSWA,SWBと第1電圧検出部25Aとを接続する接続ラインXA,XBに接続され、これらの接続ラインXA,XBに、第1電圧検出部25Aを補正するための所定の基準電圧を供給する。第2基準電圧供給部26Bは、スイッチSWC,SWDと第2電圧検出部25Bとを接続する接続ラインXC,XDに接続され、これらの接続ラインXC,XDに、第2電圧検出部25Bを補正するための所定の基準電圧を供給する。
制御部27は、CPU、メモリ等からなるマイクロコンピュータである。制御部27は、各スイッチSWnの開閉、各スイッチSWA~SWDの開閉、及び各基準電圧供給部26A、26Bからの基準電圧の供給状態を制御する。これにより、制御部27は、キャパシタCAと検出部25とを電気的に絶縁した状態で、組電池10の各検出ブロックA1~A6を用いてキャパシタCAを充電する充電処理や、組電池10とキャパシタCAとを電気的に絶縁した状態で、検出部25の各電圧検出部25A,25Bを用いて各検出ブロックA1~A6の電圧を検出する検出処理、を含む電圧検出処理を実行する。
続いて、図2を用いて、本実施形態に係る電圧検出処理について説明する。ここで、図2は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、制御部27によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、電圧検出処理の開始時において、第1~第7スイッチSW1~SW7及びスイッチSWA~SWDは開状態に切り替えられている。
この一連の処理では、まずステップS10において、所定の電圧検出タイミングtvdに到達したかを判定する。電圧検出タイミングtvdは、各検出ブロックA1~A6に対して所定の電圧検出周期毎に予め設定されている。ステップS10で否定判定すると、電圧検出処理を終了する。
ステップS10で肯定判定すると、ステップS11で、電圧検出の対象が第1検出ブロックA1であるかを判定する。ステップS11で肯定判定すると、第1処理を実施する。第1処理は、第1検出ブロックA1を用いてキャパシタCAを充電する充電処理と、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを用いて第1検出ブロックA1の電圧を検出する検出処理と、検出部25の異常を診断する異常診断処理と、を含む。
具体的には、ステップS12において、充電処理を実施する。この充電処理では、対象となる第1検出ブロックA1の両側の第1,第2電極端子T1,T2に接続される第1,第2スイッチSW1,SW2を閉状態に切り替え、第1検出ブロックA1を用いてキャパシタCAを充電する。所定の充電期間後、ステップS13において、第1,第2スイッチSW1,SW2を開状態に切り替える。
第1,第2スイッチSW1,SW2を開状態に切り替えると、ステップS14において、スイッチSWA~SWDを閉状態に切り替える。これにより、キャパシタCAに充電された電荷が各電圧検出部25A,25Bに放電され、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを用いて第1検出ブロックA1の電圧が検出される。各電圧検出部25A,25Bは、第1検出ブロックA1の電圧を検出すると、その検出値を制御部27に送信する。本実施形態において、ステップS14の処理が「第1検出制御部」に相当する。
ステップS16において、各電圧検出部25A,25Bから検出値を受信すると、受信した検出値を内部のRAM等に記憶し、続くステップS18において、スイッチSWA~SWDを開状態に切り替える。
スイッチSWA~SWDを開状態に切り替えると、ステップS20において、異常診断処理を実施し、電圧検出処理を終了する。異常診断処理では、各電圧検出部25A,25Bの増幅率の違いを考慮して、各電圧検出部25A,25Bから受信された検出値が一致するかを判定する。制御部27は、各電圧検出部25A,25Bの検出値が一致する場合に、検出部25で異常が生じていないと判定し、不一致の場合には、検出部25で異常が生じていると判定する。
一方、ステップS11で否定判定すると、第2処理を実施する。つまり、ステップS11により、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを用いた第1検出ブロックA1の電圧の検出と、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの一方を用いた第2~第6検出ブロックA2~A6の電圧の検出と、が切り替えられる。本実施形態において、ステップS11の処理が「切替部」に相当する。
第2処理は、第2~第6検出ブロックA2~A6を用いてキャパシタCAを充電する充電処理と、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの一方を用いて、第2~第6検出ブロックA2~A6の電圧を検出する検出処理と、各電圧検出部25A,25Bを補正する補正処理と、を含む。
具体的には、ステップS22において、電圧検出の対象が第2,第5,第6検出ブロックA2,A5,A6であるかを判定する。ステップS22で肯定判定すると、第1電圧検出部25Aを用いた検出処理を含む第2処理を実施する。第2,第5,第6検出ブロックA2,A5,A6は、その内部に電池モジュールB1~B8を1つしか有しない。そのため、比較的増幅率の大きい第1電圧検出部25Aを用いることで、制御部27が有する検出値の検出レンジをより広く使用して、これらの検出ブロックA2,A5,A6の電圧を精度良く検出することができる。以下では、電圧検出の対象が第2検出ブロックA2である例を説明する。
第2検出ブロックA2に対する第2処理では、まずステップS24において、充電処理を実施する。なお、第2検出ブロックA2を用いた充電処理は、第1検出ブロックA1を用いた充電処理と同様であり、重複した説明を省略する。
所定の充電期間後、ステップS25において、第2,第3スイッチSW2,SW3を開状態に切り替える。これにより、補正処理が実施される補正期間Tr(図3参照)において、第1~第7スイッチSW1~SW7が開状態とされる。
充電処理の終了後、ステップS26において、スイッチSWA,SWBを閉状態に切り替えるとともに、スイッチSWC,SWDを開状態に維持する。スイッチSWA,SWBを閉状態に切り替えることにより、キャパシタCAに充電された電荷が第1電圧検出部25Aに放電され、第1電圧検出部25Aを用いて第2検出ブロックA2の電圧が検出される。第1電圧検出部25Aは、第2検出ブロックA2の電圧を検出すると、その検出値を制御部27に送信する。続くステップS28において、第1電圧検出部25Aから検出値を受信すると、受信した検出値を内部のRAM等に記憶する。
また、ステップS26では、スイッチSWC,SWDが開状態に維持される。これにより、キャパシタCAと第2電圧検出部25Bとが電気的に絶縁され、キャパシタCAから第2電圧検出部25Bへの電荷の放電が抑制される。本実施形態において、ステップS26の処理が「第1状態制御部」に相当する。
ステップS30において、スイッチSWA,SWBの閉期間に、第2基準電圧供給部26Bに電圧出力信号Svを送信する。なお、本実施形態では、スイッチSWA,SWBの閉期間において、スイッチSWC,SWDが開状態に維持される。そのため、スイッチSWA,SWBの閉期間が「第1出力側スイッチの開期間」に相当する。
第2基準電圧供給部26Bは、電圧出力信号Svを受信すると、第2電圧検出部25Bに基準電圧を出力する。第2電圧検出部25Bは、基準電圧を検出すると、その検出値である基準検出値を制御部27に送信する。本実施形態において、ステップS30の処理が「第1補正部」に相当する。
ステップS32において、第2電圧検出部25Bから基準検出値を受信すると、受信した基準検出値を内部のRAM等に記憶し、続くステップS34において、第2電圧検出部25Bの補正処理を実施する。第2電圧検出部25Bの補正処理では、第2電圧検出部25Bから受信した基準検出値が所定の基準値と一致するような補正値を算出する。補正値は、第2電圧検出部25Bから受信した検出値を補正するためのものであり、内部のRAM等に記憶されている。RAM等に記憶されている補正値を、新たに算出された補正値に更新し、補正処理を終了する。
続くステップS36において、スイッチSWA,SWBを開状態に切り替え、電圧検出処理を終了する。スイッチSWA,SWBの閉期間は、ステップS26の処理が実施されてからステップS36の処理が実施されるまでの経過期間に相当する。
一方、ステップS22で否定判定すると、つまり、電圧検出の対処が第3,第4検出ブロックA3,A4である場合、第2電圧検出部25Bを用いた検出処理を含む第2処理を実施する。第3,第4検出ブロックA3,A4は、その内部に電池モジュールB1~B8を2つ有する。そのため、比較的増幅率の小さい第2電圧検出部25Bを用いることで、検出値が制御部27の検出レンジを超えて大きくなることが抑制され、これらの検出ブロックA3,A4の電圧を精度良く検出することができる。以下では、電圧検出の対象が第3検出ブロックA3である例を説明する。
第3検出ブロックA3に対する第2処理では、まずステップS38において、充電処理を実施する。なお、第3検出ブロックA3を用いた充電処理は、第1検出ブロックA1を用いた充電処理と同様であり、重複した説明を省略する。
所定の充電期間後、ステップS39において、第3,第4スイッチSW3,SW4を開状態に切り替える。本実施形態において、ステップS25,S39の処理が「第3状態制御部」に相当する。
充電処理の終了後、ステップS40において、スイッチSWC,SWDを閉状態に切り替えるとともに、スイッチSWA,SWBを開状態に維持する。スイッチSWC,SWDを閉状態に切り替えることにより、キャパシタCAに充電された電荷が第2電圧検出部25Bに放電され、第2電圧検出部25Bを用いて第3検出ブロックA3の電圧が検出される。第2電圧検出部25Bは、第3検出ブロックA3の電圧を検出すると、その検出値を制御部27に送信する。続くステップS42において、第2電圧検出部25Bから検出値を受信すると、受信した検出値を内部のRAM等に記憶する。本実施形態において、ステップS26,S40の処理が「第2検出制御部」に相当する。
また、ステップS40では、スイッチSWA,SWBが開状態に維持される。これにより、キャパシタCAと第1電圧検出部25Aとが電気的に絶縁され、キャパシタCAから第1電圧検出部25Aへの電荷の放電が抑制される。本実施形態において、ステップS40の処理が「第2状態制御部」に相当する。
ステップS44において、スイッチSWC,SWDの閉期間に、第1基準電圧供給部26Aに電圧出力信号Svを送信する。なお、本実施形態では、スイッチSWC,SWDの閉期間において、スイッチSWA,SWBが開状態に維持される。そのため、スイッチSWC,SWDの閉期間が「第2出力側スイッチの開期間」に相当する。
第1基準電圧供給部26Aは、電圧出力信号Svを受信すると、第1電圧検出部25Aに基準電圧を出力する。第1電圧検出部25Aは、基準電圧を検出すると、基準検出値を制御部27に送信する。本実施形態において、ステップS44の処理が「第2補正部」に相当する。
ステップS46において、第2電圧検出部25Bから基準検出値を受信すると、受信した基準検出値を内部のRAM等に記憶し、続くステップS48において、第1電圧検出部25Aの補正処理を実施する。なお、第1電圧検出部25Aの補正処理は、第2電圧検出部25Bの補正処理と同様であり、重複した説明を省略する。
続くステップS48において、スイッチSWC,SWDを開状態に切り替え、電圧検出処理を終了する。なお、スイッチSWC,SWDの閉期間は、ステップS40の処理が実施されてからステップS50の処理が実施されるまでの経過期間に相当する。
続いて、図3に、電圧検出処理の一例を示す。図3には、第1~第6検出ブロックA1~A6のうち、第1~第3検出ブロックA1~A3の電圧を検出する場合の電圧検出処理を示す。図4には、図3と比較した比較例の電圧検出処理の一例を示す。
図3及び図4において、(a)は、制御部27が実施する処理の推移を示し、(b)は、第1~第7スイッチSW1~SW7のうち、充電処理において切り替えの対象となるスイッチ(以下、対象スイッチという)SW#の開閉状態の推移を示し、(c)は、スイッチSWA,SWBの開閉状態の推移を示し、(d)は、スイッチSWC,SWDの開閉状態の推移を示す。
図示される例では、図3(a)に示すように、タイミングt1において第1検出ブロックA1に対する第1処理が開始されると、まず、充電期間Tcにおいて、第1検出ブロックA1を用いた充電処理を実施するために、図3(b)に示すように、対象スイッチSW#が閉状態に切り替えられる。
次に、検出期間Tdにおいて、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを用いた検出処理を実施するために、図3(c)及び図3(d)に示すように、スイッチSWA~SWDが閉状態に切り替えられる。なお、充電期間Tcと検出期間Tdとの間には、所定の差分期間ΔTが設けられ、この差分期間ΔTにより、対象スイッチSW#とスイッチSWA~SWDとが同時に閉状態となり、検出部25に過電流が流れることが抑制される。
最後に、診断期間Tjにおいて異常診断が実施される。なお、診断期間Tjでは、対象スイッチSW#及びスイッチSWA~SWDの全てが開状態とされる。
制御部27は、異常診断処理と補正処理とを同時に実施することができず、補正処理は、診断期間Tjと異なる期間に実施される。そのため、電圧検出処理には、診断期間Tjとは別に、各電圧検出部25A,25Bを補正する補正期間Trが必要となる。
第1検出ブロックA1に対する第1処理を終了すると、タイミングt2において第2検出ブロックA2に対する第2処理が開始される。つまり、本実施形態の電圧検出処理では、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを用いた検出処理を実施する第1処理と、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの一方を用いた第2処理と、が切り替えて実施される。
第2検出ブロックA2に対する第2処理では、図3(d)に示すように、検出期間TdにおいてスイッチSWC,SWDが開状態に維持される点で、第1処理と異なる。そのため、この検出期間Tdを利用して、第2電圧検出部25Bに対する補正処理を実施することができる。
第2電圧検出部25Bに対する補正処理では、第2基準電圧供給部26Bから第2電圧検出部25Bに基準電圧が入力される。そのため、この補正処理の補正期間Trでは、キャパシタCAと第2電圧検出部25Bとを絶縁し、キャパシタCAから第2電圧検出部25Bに電荷が放電されないようにする必要がある。
比較例では、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとが、共通のスイッチSWA,SWBを介してキャパシタCAに接続されていた。つまり、キャパシタCAの第1端子N1は、スイッチSWAを介して第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとに共通に接続されており、キャパシタCAの第2端子N2は、スイッチSWBを介して第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとに共通に接続されていた。
そのため、図4に示すように、第1電圧検出部25Aを用いた検出処理を実施するために、検出期間Tdにおいて、スイッチSWA,SWBが閉状態に切り替えられると、スイッチSWA,SWBを介して、キャパシタCAと第2電圧検出部25Bとが接続される。そのため、検出期間Tdに、第2電圧検出部25Bに対する補正処理を実施することができず、電圧検出処理に必要な期間として、各電圧検出部25A,25Bに補正処理を実施する専用期間Tzを設ける必要があった。
本実施形態では、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとが、異なるスイッチSWA~SWDを介してキャパシタCAに接続される。そのため、第1電圧検出部25Aを用いた検出処理中に、第2電圧検出部25Bに対する補正処理を実施することができる。つまり、第1電圧検出部25Aを用いた検出処理の検出期間Tdと、第2電圧検出部25Bに対する補正処理の補正期間Trと、を重ねることができる。これにより、比較例のように専用期間Tzを設ける必要がなく、電圧検出処理に必要な期間が短縮される。
第2検出ブロックA2に対する第2処理を終了すると、タイミングt3において第3検出ブロックA3に対する第2処理が開始される。第3検出ブロックA3に対する第2処理では、図3(d)に示すように、検出期間TdにおいてスイッチSWA,SWBが開状態に維持される点で、第1処理と異なる。そのため、この検出期間Tdを利用して、第1電圧検出部25Aに対する補正処理を実施することができる。つまり、第2電圧検出部25Bを用いた検出処理の検出期間Tdと、第1電圧検出部25Aに対する補正処理の補正期間Trと、を重ねることができる。これにより、比較例のように専用期間Tzを設ける必要がなく、電圧検出処理に必要な期間が短縮される。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
本実施形態では、第1処理において、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとを用いて第1検出ブロックA1の電圧が検出される。このため、各電圧検出部25A,25Bが検出した検出値が一致するかを判定することで、検出部25の異常を診断することができる。
本実施形態では、第2処理において、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの一方を用いて、第2~第6検出ブロックA2~A6の電圧が検出される。このため、キャパシタCAに充電された電荷が、他方の電圧検出部に放電されないようにすることができ、電圧検出の精度を適切に向上させることができる。
つまり、本実施形態では、第2処理において、第1,第2電圧検出部25A,25Bの一方の検出期間Tdに、他方の電圧検出部とキャパシタCAとを接続するスイッチSWA~SWDが開状態となる。
キャパシタCAに第1電圧検出部25Aや第2電圧検出部25Bが接続されると、キャパシタCAから第1電圧検出部25Aや第2電圧検出部25Bに電荷が放電されることにより、キャパシタCAの電圧が降下する。キャパシタCAの電圧降下量は、キャパシタCAに接続される電圧検出部25A,25Bの数が多いほど大きい。したがって、キャパシタCAに第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとが接続されると、キャパシタCAに第1電圧検出部25Aのみが接続される場合に比べて、キャパシタCAの電圧降下量が大きくなる。これにより、キャパシタCAの電圧と各検出ブロックA2~A6の電圧との間に誤差が生じると、各検出ブロックA2~A6の電圧検出の精度が低下する。
本実施形態では、第2処理において、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの一方の検出期間Tdに、他方の電圧検出部とキャパシタCAとを接続するスイッチが開状態とされる。これにより、キャパシタCAから他方の電圧検出部に電荷が放電されることが抑制され、各検出ブロックA2~A6の電圧検出の精度を適切に向上させることができる。
特に、本実施形態では、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの一方の検出期間Tdに、他方の電圧検出部とキャパシタCAとを接続するスイッチが開状態であることを利用して、他方の電圧検出部の補正処理が実施される。そのため、検出処理と補正処理とを同時に実施することができない比較例に比べて、電圧検出処理に必要な期間が長期化することを適切に抑制することができる。
本実施形態では、第2処理において、他方の電圧検出部の補正期間Trに、第1~第7スイッチSW1~SW7が開状態とされる。
スイッチSWA~SWDが、NチャンネルMOSFET等の半導体スイッチである場合、スイッチSWA~SWDにおけるキャパシタCA側の端子と、電圧検出部25A,25B側の端子との間に寄生容量が存在する。そのため、スイッチSWA~SWDが開状態とされていても、この寄生容量により、他方の電圧検出部とキャパシタCAとの間を完全に絶縁することができない。したがって、他方の電圧検出部の補正期間Trに、第1~第7スイッチSW1~SW7が閉状態であると、第1~第7スイッチSW1~SW7と、スイッチSWA~SWDの寄生容量と、を介して、組電池10の電圧が他方の電圧検出部に入力されてしまい、他方の電圧検出部を精度良く補正することができない。
本実施形態では、他方の電圧検出部の補正期間Trに、第1~第7スイッチSW1~SW7が開状態とされる。そのため、組電池10の電圧が他方の電圧検出部に入力されることを抑制することができ、他方の電圧検出部を精度良く補正することができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図5及び図6を参照しつつ説明する。図5において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。また、図6において、先の図2に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、図5に示すように、キャパシタ部23が、直列接続された第1キャパシタCA1と第2キャパシタCA2とを有している。キャパシタCA1,CA2の直列接続体の端部には接続端子として第1,第3端子N1,N3が設けられている。また、キャパシタCA1,CA2の間には接続端子として第2端子N2が設けられている。組電池10の各電極端子Tnは、各スイッチSWnを介して、これらの端子N1~N3の1つに接続される。本実施形態において、キャパシタCA1,CA2の直列接続体が「キャパシタ」に相当する。
詳しくは、第1端子N1には、第1~第7電極端子T1~T7のうち、第3,第5電極端子T3,T5が接続される。第2端子N2には、第1~第7電極端子T1~T7のうち、第2,第6電極端子T2,T6が接続される。第3端子N3には、第1~第7電極端子T1~T7のうち、第1,第4,第7電極端子T1,T4,T7が接続される。
本実施形態では、各電池モジュールB1~B8が第11~第14検出ブロックA11~A14に分割される。各検出ブロックA1~A6は、2つの電池モジュールB1~B8を含む。具体的には、第11検出ブロックA11は、第1,第2電池モジュールB1,B2の直列接続体を含む。第12検出ブロックA12は、第3,第4電池モジュールB3,B4の直列接続体を含む。第13検出ブロックA13は、第5,第6電池モジュールB5,B6の直列接続体を含む。第14検出ブロックA14は、第7,第8電池モジュールB7,B8の直列接続体を含む。
そのため、各検出ブロックA11~A14は、第1,第3~第5,第7スイッチSW1,SW3~SW5,SW7を介して、キャパシタCA1,CA2の直列接続体に並列接続される。そして、第1,第3~第5,第7スイッチSW1,SW3~SW5,SW7は、各検出ブロックA11~A14とキャパシタCA1,CA2の直列接続体との間を開閉する。本実施形態において、第1,第3~第5,第7スイッチSW1,SW3~SW5,SW7が「入力側スイッチ」に相当する。
出力側スイッチ部24は、キャパシタCA1,CA2の直列接続体の第1~第3端子N1~N3の1つにそれぞれ接続された複数のスイッチSWA~SWEを備える。具体的には、スイッチSWA,SWDは第1端子N1に接続され、スイッチSWBは第2端子N2に接続され、スイッチSWC,SWEは第3端子N3に接続される。
また、本実施形態では、検出部25が、第3電圧検出部25C、第4電圧検出部25D、及び第5電圧検出部25Eを有する。第3電圧検出部25Cは、第1キャパシタCA1に接続され、第1キャパシタCA1の電圧を検出する。第4電圧検出部25Dは、第2キャパシタCA2に接続され、第2キャパシタCA2の電圧を検出する。そのため、第3電圧検出部25Cと第4電圧検出部25Dとを併合した併合電圧検出部25Fは、キャパシタCA1,CA2の直列接続体に接続され、キャパシタCA1,CA2の直列接続体の電圧を検出する。
また、第5電圧検出部25Eは、キャパシタCA1,CA2の直列接続体に接続され、キャパシタCA1,CA2の電圧を検出する。そのため、第5電圧検出部25Eと併合電圧検出部25Fとは、キャパシタCA1,CA2の直列接続体に対して並列接続され、キャパシタCA1,CA2の直列接続体の電圧を検出する。本実施形態において、第5電圧検出部25E及び併合電圧検出部25Fが「第1電圧検出部及び第2電圧検出部」に相当する。
各電圧検出部25C~25Eは、出力側スイッチ部24の各スイッチSWA~SWEを介して、第1,第2キャパシタCA1,CA2に接続される。詳しくは、第3電圧検出部25Cは、スイッチSWA,SWBを介して第1キャパシタCA1に接続され、第4電圧検出部25Dは、スイッチSWB,SWCを介して第2キャパシタCA2に接続される。そのため、併合電圧検出部25Fは、スイッチSWA,SWCを介してキャパシタCA1,CA2の直列接続体に接続される。また、第5電圧検出部25Eは、スイッチSWD,SWEを介してキャパシタCA1,CA2の直列接続体に接続される。つまり、スイッチSWA,SWCは、キャパシタCA1,CA2の直列接続体と併合電圧検出部25Fとの間を開閉し、スイッチSWD,SWEは、キャパシタCA1,CA2の直列接続体と第5電圧検出部25Eとの間を開閉する。本実施形態において、スイッチSWA,SWCが「第1出力側スイッチ」に相当し、スイッチSWD,SWEが「第2出力側スイッチ」に相当する。
基準電圧供給部26は、第3基準電圧供給部26Cと第4基準電圧供給部26Dとを有する。第3基準電圧供給部26Cは、スイッチSWAと第3電圧検出部25Cとを接続する接続ラインXE、スイッチSWBと第3,第4電圧検出部25C,25Dとを接続する接続ラインXF、及びスイッチSWCと第4電圧検出部25Dとを接続する接続ラインXGに接続され、これらの接続ラインXE~XGに、第3,第4電圧検出部25C,25Dを補正するための所定の基準電圧を供給する。第4基準電圧供給部26Dは、スイッチSWD,SWEと第5電圧検出部25Eとを接続する接続ラインXH,XIに接続され、これらの接続ラインXH,XIに、第5電圧検出部25Eを補正するための所定の基準電圧を供給する。
制御部27は、各スイッチSWnの開閉、各スイッチSWA~SWEの開閉、及び各基準電圧供給部26C、26Dからの基準電圧の供給状態を制御し、電圧検出処理を実行する。
図6に示すように、本実施形態に係る電圧検出処理では、所定の電圧検出タイミングtvdに到達すると、ステップS10で肯定判定し、ステップS60で、電圧検出の対象が第11検出ブロックA11であるかを判定する。ステップS60で肯定判定すると、第1処理を実施する。本実施形態において、ステップS60の処理が「切替部」に相当する。
具体的には、ステップS12において、充電処理を実施する。この充電処理では、対象となる第11検出ブロックA11の両側の第1,第2電極端子T1,T2、及び第11検出ブロックA11を構成する第1,第2電池モジュールB1,B2の間の第3電極端子T3、に接続される第1~第3スイッチSW1~SW3を閉状態に切り替える。これにより、第1電池モジュールB1を用いて第1キャパシタCA1を充電し、第2電池モジュールB2を用いて第2キャパシタCA2を充電する。つまり、第11検出ブロックA11を用いてキャパシタCA1,CA2の直列接続体を充電する。所定の充電期間後、ステップS13において、第1~第3スイッチSW1~SW3を開状態に切り替える。
第1~第3スイッチSW1~SW3を開状態に切り替えると、ステップS62において、スイッチSWA~SWEを閉状態に切り替える。これにより、第1キャパシタCA1に充電された電荷が第3電圧検出部25Cに放電され、第3電圧検出部25Cを用いて第1電池モジュールB1の電圧が検出される。また、第2キャパシタCA2に充電された電荷が第4電圧検出部25Dに放電され、第4電圧検出部25Dを用いて第2電池モジュールB2の電圧が検出される。つまり、第1,第2キャパシタCA1,CA2に充電された電荷が併合電圧検出部25Fに放電され、併合電圧検出部25Fを用いて第11検出ブロックA11の電圧が検出される。また、第1,第2キャパシタCA1,CA2に充電された電荷が第5電圧検出部25Eに放電され、第5電圧検出部25Eを用いて第11検出ブロックA11の電圧が検出される。本実施形態において、ステップS62の処理が「第1検出制御部」に相当する。
続くステップS16において、各電圧検出部25C~25Eから検出値を受信すると、受信した検出値を内部のRAM等に記憶し、ステップS64において、スイッチSWA~SWEを開状態に切り替える。
スイッチSWA~SWEを開状態に切り替えると、ステップS20において、異常診断処理を実施し、電圧検出処理を終了する。異常診断処理では、各電圧検出部25C~25Eの増幅率の違いを考慮して、第3,第4電圧検出部25C,25Dから受信された検出値の合計値が、第5電圧検出部25Eから受信された検出値と一致するかを判定する。つまり、併合電圧検出部25Fから受信された検出値が、第5電圧検出部25Eから受信された検出値と一致するかを判定する。制御部27は、各電圧検出部25E,25Fの検出値が一致する場合に、検出部25で異常が生じていないと判定し、不一致の場合には、検出部25で異常が生じていると判定する。
一方、ステップS60で否定判定すると、第2処理を実施する。具体的には、ステップS66において、電圧検出の対象が第14検出ブロックA14であるかを判定する。ステップS66で肯定判定すると、併合電圧検出部25Fを用いた検出処理を含む第2処理を実施する。第14検出ブロックA14は、第14検出ブロックA14を構成する第7,第8電池モジュールB7,B8の間の第6電極端子T6が、キャパシタCA1,CA2の直列接続体の第2端子N2に接続されている。そのため、併合電圧検出部25Fを用いることで、第14検出ブロックA14を構成する各電池モジュールB7,B8の電圧を用いて、第14検出ブロックA14の電圧を精度良く検出することができる。
第14検出ブロックA14に対する第2処理では、まずステップS24において、充電処理を実施する。この充電処理では、対象となる第14検出ブロックA14の両側の第5,第7電極端子T5,T7、及び第14検出ブロックA14を構成する第7,第8電池モジュールB7,B8の間の第6電極端子T6、に接続される第5~第7スイッチSW5~SW7を閉状態に切り替える。所定の充電期間後、ステップS25において、第5~第7スイッチSW5~SW7を開状態に切り替える。
第5~第7スイッチSW5~SW7を開状態に切り替えると、ステップS68において、スイッチSWA~SWCを閉状態に切り替えるとともに、スイッチSWD,SWEを開状態に維持する。スイッチSWA~SWCを閉状態に切り替えることにより、第1、第2キャパシタCA1,CA2に充電された電荷が併合電圧検出部25Fに放電され、併合電圧検出部25Fを用いて第14検出ブロックA14の電圧が検出される。
また、ステップS68では、スイッチSWD,SWEが開状態に維持される。これにより、キャパシタCAと第5電圧検出部25Eとが電気的に絶縁され、キャパシタCAから第5電圧検出部25Eへの電荷の放電が抑制される。
ステップS30において、スイッチSWA~SWCの閉期間に、第4基準電圧供給部26Dに電圧出力信号Svを送信する。第4基準電圧供給部26Dは、電圧出力信号Svを受信すると、第5電圧検出部25Eに基準電圧を出力する。続くステップS32において、第5電圧検出部25Eから基準検出値を受信すると、受信した基準検出値を内部のRAM等に記憶し、ステップS34において、第5電圧検出部25Eの補正処理を実施する。つまり、併合電圧検出部25Fを用いた検出処理中に、第5電圧検出部25Eに対する補正処理を実施する。
続くステップS70において、スイッチSWA~SWCを開状態に切り替え、電圧検出処理を終了する。
一方、ステップS66で否定判定すると、つまり、電圧検出の対処が第12,第13検出ブロックA12,A13である場合、第5電圧検出部25Eを用いた検出処理を含む第2処理を実施する。第12,第13検出ブロックA12,A13は、キャパシタCA1,CA2の直列接続体の第2端子N2に接続されていない。そのため、第5電圧検出部25Eを用いることで、ノイズ等により電圧が変動するおそれがある第2端子N2を用いずに、第12,第13検出ブロックA12,A13の電圧を精度良く検出することができる。以下では、電圧検出の対象が第12検出ブロックA12である例を説明する。
第12検出ブロックA12に対する第2処理では、まずステップS38において、充電処理を実施する。この充電処理では、対象となる第12検出ブロックA12の両側の第3,第4電極端子T3,T4に接続される第3,第4スイッチSW3,SW4を閉状態に切り替える。所定の充電期間後、ステップS39において、第3,第4スイッチSW3,SW4を開状態に切り替える。
第3,第4スイッチSW3,SW4を開状態に切り替えると、ステップS72において、スイッチSWD,SWEを閉状態に切り替えるとともに、スイッチSWA~SWCを開状態に維持する。スイッチSWD,SWEを閉状態に切り替えることにより、第1,第2キャパシタCA1,CA2に充電された電荷が第5電圧検出部25Eに放電され、第5電圧検出部25Eを用いて第12検出ブロックA12の電圧が検出される。本実施形態において、ステップS68,S72の処理が「第2検出制御部」に相当する。
また、ステップS72では、スイッチSWA~SWCが開状態に維持される。これにより、キャパシタCAと併合電圧検出部25Fとが電気的に絶縁され、キャパシタCAから併合電圧検出部25Fへの電荷の放電が抑制される。
ステップS44において、このスイッチSWA~SWCの開期間に、第3基準電圧供給部26Cに電圧出力信号Svを送信する。第3基準電圧供給部26Cは、電圧出力信号Svを受信すると、第3,第4電圧検出部25C,25Dに基準電圧を出力する。続くステップS46において、第3,第4電圧検出部25C,25Dから基準検出値を受信すると、受信した基準検出値を内部のRAM等に記憶し、ステップS48において、第3,第4電圧検出部25C,25Dの補正処理を実施する。つまり、第5電圧検出部25Eを用いた検出処理中に、第3,第4電圧検出部25C,25Dに対する補正処理を実施する。
続くステップS74において、スイッチSWD,SWEを開状態に切り替え、電圧検出処理を終了する。
以上説明した本実施形態によれば、キャパシタCA1,CA2の直列接続体を有する電圧検出装置20において、第5電圧検出部25Eと併合電圧検出部25Fとの一方を用いて、第12~第14検出ブロックA12~A14の電圧が検出される。このため、第1,第2キャパシタCA1,CA2に充電された電荷が、他方の電圧検出部に放電されないようにすることができ、電圧検出の精度を適切に向上させることができる。
(その他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。
上記各実施形態では、組電池10が8個の電池モジュールを備える例を示したが、これに限られず、2個以上8個未満の電池モジュールを備えていてもよければ、9個以上の電池モジュールを備えていてもよい。
上記各実施形態では、複数の電池モジュールを含む検出ブロックが存在する例を示したが、検出ブロックは必ずしも複数の電池モジュールを含む必要がない。例えば、全ての検出ブロックが、1つの電池モジュールのみを含んでいてもよい。
上記各実施形態では、検出ラインLn上に電流制限抵抗Rが設けられる例を示したが、電流制限抵抗Rは必ずしも設けられる必要はない。また、接続ラインXA~XIに、電流制限抵抗Rが設けられてもよい。
上記各実施形態では、電流検出部の外部に基準電圧供給部が設けられる例を示したが、基準電圧供給部は、電流検出部の内部に形成されてもよい。
上記第1実施形態では、第1電圧検出部25Aと第2電圧検出部25Bとの増幅率が異なる例を示したが、これらの電圧検出部25A,25Bの増幅率は同じでもよい。電圧検出部では、その特性や検出方法により電圧検出の精度が変化することがある。そのため、電圧検出部の特性や検出方法により、検出に用いられる電圧検出部が決まっていてもよい。