セル電圧測定装置
【課題】個々のセルとセル電圧測定回路との接続用の端子との間に接触抵抗が存在する場合には個々のセルの電圧を正確に測定することができないという問題があった。
【解決手段】本発明のセル電圧測定装置は、直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子（ｑ1〜ｑN+1）と、複数の端子からセルの電圧の値を順次測定する電圧測定部（６）と、端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部（５）と、接触抵抗の値と電圧の値とを用いて、セルの電圧の値を算出するセル電圧演算部（８）と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明のセル電圧測定装置は、直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子（ｑ1〜ｑN+1）と、複数の端子からセルの電圧の値を順次測定する電圧測定部（６）と、端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部（５）と、接触抵抗の値と電圧の値とを用いて、セルの電圧の値を算出するセル電圧演算部（８）と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル電圧測定装置に関し、特に複数のセルを直列に接続した電池を構成する個々のセルの電圧を測定するセル電圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や、ハイブリッド自動車においては、モータの電源として、リチウムイオン電池等の二次電池からなる複数のセルを直列に接続して所望の電圧を得るようにしたスタック型の電池が用いられている。このようなスタック型の電池においては、自動車の外部に設置した給電設備から自動車に供給された電力や、モータで回生された電力を個々のセルに貯蔵できるようになっている。また、個々のセルの電圧は、充電又は放電により変動する。
【０００３】
ここで、セルが過放電されたり過充電されたりすると、セルの特性に悪影響を及ぼし、ひいては電池のモータを駆動する能力が低下することとなる。そのため、スタック型の電池を構成する個々のセルの電圧を監視することが重要であり、個々のセルの電圧を測定することができるセル電圧測定装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図１に従来のセル電圧測定装置の構成を示す。従来のセル電圧測定装置は、スイッチ切替回路１０２がバッテリパック１０１を構成する任意の１つのセルの両端とコンデンサ１０３とを接続して当該１つのセルを選択し、測定回路１０７がコンデンサ１０３の両端の電圧を測定する。このような構成とすることにより、個々のセル単位でセルの電圧を測定することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８６６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、個々のセルの電圧を測定するためには、個々のセル同士を接続する接続部と、電圧測定器とを接続するために接続端子を設ける必要がある。このとき、接続端子に接触抵抗が存在し、以下に述べるように、個々のセルの電圧を正確に測定することができないという問題があった。
【０００７】
図２を用いてスタック型の電池を構成する個々のセルの電圧を測定する方法について説明する。ここでは、セルの電圧を、差動増幅回路を用いて測定する場合を例にとって説明する。スタック型の電池１は、セルＣ1〜ＣNが直列接続されており、個々のセル同士はセルの両端に設けられた接続部ｊ1〜ｊN+1のうちｊ2〜ｊNにより接続されている。各接続部ｊ1〜ｊN+1にはセルの電圧Ｖ1〜ＶNを測定するためのセル側端子ｐ1〜ｐN+1が設けられている。ｎ番目のセルＣnの電圧Ｖnを測定する場合には、セル側端子ｐn及びｐn+1と、電圧測定回路２１の端子ｑa及びｑbとをそれぞれ接続して出力電圧Ｖoutnの値を測定する。ここで、出力電圧Ｖoutnは以下の式で求められる。
【０００８】
【数１】
ここで、ｒn、ｒn+1はそれぞれ、ｐnとｑbとの間の接触抵抗、ｐn+1とｑaとの間の接触抵抗を表している。なお、図２において接触抵抗を便宜的に接続部と端子間に記載する。Ｒa、Ｒb、Ｒc、Ｒdは、電圧測定回路２１に設けられた抵抗、ΣＶmはオフセット電圧と呼ばれ、セルＣ1〜Ｃn-1の電圧Ｖ1〜Ｖn-1の総和である。
【０００９】
式（１）から、セルの電圧（セル電圧）Ｖnと測定した電圧Ｖoutnとの間の誤差ΔＶnは、以下の式で与えられる。
【００１０】
【数２】
【００１１】
式（２）から分かるように、接触抵抗ｒn、ｒn+1がともに0[Ω]であればΔＶmも0[V]となる。しかしながら、接触抵抗ｒn、ｒn+1がそれぞれ10[Ω]、1k[Ω]である場合、例えば、Ｒa、Ｒcを510k[Ω]、Ｒb、Ｒdを360k[Ω]、セル電圧Ｖnを2[V]、オフセット電圧ΣＶmを60[V]とすると、誤差ΔＶnは、50.86[mV]となる。個々のセルの電圧の許容測定誤差を50[mV]とすると、接触抵抗が存在することにより許容測定誤差を超える誤差がセル電圧の測定の際に生じる場合があることとなる。
【００１２】
ここで、接触抵抗を低下させるために、高価な部品を用いてセル側端子ｐ1〜ｐN+1を構成することも考えられる。しかしながら、この場合にはスタック型電池の価格が高価となるという問題が生じる。
【００１３】
そこで、本発明では接触抵抗が比較的高い、低コストな部品を用いてセル側端子を構成した場合等、複数のセルを含むスタック型の電池を構成する個々のセルと、個々のセルの電圧を測定するための端子との間に接触抵抗が存在する場合であっても、セルの電圧を正確に測定することができるセル電圧測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のセル電圧測定装置は、直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子と、複数の端子からセルの電圧の値を順次測定する電圧測定部と、端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部と、接触抵抗の値と電圧の値とを用いて、セルの電圧の値を算出するセル電圧演算部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数のセルを含むスタック型の電池を構成する個々のセルと、個々のセルの電圧を測定するための端子との間に接触抵抗が存在する場合であっても、個々のセルの電圧を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のセル電圧測定装置の構成図である。
【図２】スタック型の電池と、スタック型の電池を構成する個々のセルの電圧を測定するセル電圧測定回路の構成図である。
【図３】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置によるセル電圧算出方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合のセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合の接触抵抗の算出方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合の時定数の算出方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合のコンデンサに充電される電圧と充電時間との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、電圧測定部に差動増幅回路を用いた場合のセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置による接触抵抗の算出方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置による接触抵抗の算出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るセル電圧測定装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【実施例１】
【００１８】
図３に本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置を示す。セル電圧測定装置２は、セル切替スイッチ３と、回路切替スイッチ４と、接触抵抗算出部５と、電圧測定部６と、切替スイッチ制御部７と、セル電圧演算部８と、制御部９と、記憶部１０と、データ送信部１１とを有する。電池１は複数のセルＣ1〜ＣNが積層（スタック）されており、各セル同士は、セルの両端に設けられた接続部ｊ1〜ｊN+1のうちのｊ2〜ｊNを介して接続されている。セルの接続部ｊ1〜ｊN+1には、個々のセルの電圧を測定するためのセル側端子ｐ1〜ｐN+1が設けられており、セル側端子ｐ1〜ｐN+1はセル電圧測定装置２のセル切替スイッチ３の端子ｑ1〜ｑN+1にそれぞれ接続されている。即ち、複数の端子ｑ1〜ｑN+1は、直列に接続された複数のセルＣ1〜ＣNを電気的に接続する複数の接続部ｊ1〜ｊN+1に対応して設けられている。セル側端子ｐ1〜ｐN+1と端子ｑ1〜ｑN+1との間には接触抵抗が生じ、それぞれｒ1〜ｒN+1とする。なお、図３において、接触抵抗ｒ1〜ｒN+1を便宜的に接続部ｊ1〜ｊN+1とセル側端子ｐ1〜ｐN+1との間に記載している。
【００１９】
セル切替スイッチ３は、電池１を構成する複数のセルのうちの特定の１つのセルについての接触抵抗または電圧を測定するために、スイッチ（図示せず）を切り替える。回路切替スイッチ４は、セル切替スイッチ３で選択したセルと、接触抵抗算出部５または電圧測定部６との接続を切り替える。切替スイッチ制御部７は、セル切替スイッチ３及び回路切替スイッチ４のスイッチの制御を行う。
【００２０】
制御部９は、切替スイッチ制御部７を制御して、セル切替スイッチ３及び回路切替スイッチ４の各スイッチを切り換え、接触抵抗算出部５による接触抵抗の算出、及び電圧測定部６による電圧の測定を実行する。接触抵抗算出部５は、端子に生じる接触抵抗、即ち、複数のセルＣ1〜ＣNと、接続部ｊ1〜ｊN+1に対応して設けられた端子ｑ1〜ｑN+1との間に生じる接触抵抗ｒ1〜ｒN+1の値を順次算出する。電圧測定部６は、複数の端子ｑ1〜ｑN+1からセルの電圧の値を順次測定する。具体的には、個々のセルの両端に接続された２つの端子間の電圧を測定する。
【００２１】
セル電圧演算部８は、接触抵抗算出部５によって算出された接触抵抗の値と、電圧測定部６によって測定された電圧の値とを用いて、個々のセルの電圧の値を算出する。記憶部１０は、接触抵抗算出部５によって算出された接触抵抗の値及び電圧測定部６によって測定された電圧の値を記憶し、セル電圧演算部８にこれらの値を送信するとともに、制御部９を制御するためのプログラムを格納している。
【００２２】
データ送信部１１はセル電圧演算部８が算出したセル電圧の値をセル電圧測定装置２の外部の電池ＥＣＵ１２に送信し、電池ＥＣＵ１２はセル電圧の値に基づいて個々のセルの充電及び放電の制御を行う。
【００２３】
次に、本発明のセル電圧測定装置を用いたセル電圧の値の算出方法の概略について説明する。図４は、セル電圧算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、接触抵抗算出部５が、複数のセルＣ1〜ＣNと、セルの接続部ｊ1〜ｊN+1に対応して設けられた端子ｑ1〜ｑN+1との間に生じる接触抵抗の値ｒ1〜ｒN+1を算出する。接触抵抗の値の算出方法の詳細な説明については後述する。
【００２４】
次に、ステップＳ１０２において、電圧測定部６が、個々のセルに対応して設けられた２つの端子（例えば、ｑn、ｑn+1）間の電圧を測定する。電圧の測定方法については後述する。次に、ステップＳ１０３において、セル電圧演算部８が、接触抵抗の値と電圧測定部６によって測定された電圧とを用いて、個々のセルの電圧（セル電圧）Ｖnを算出する。セル電圧Ｖnの算出方法については後述する。
【００２５】
本発明によれば、個々のセルとセル電圧測定用の端子との間に生じる接触抵抗の値を算出し、算出した接触抵抗の値と測定した端子間の電圧の値とを用いてセル電圧を算出しているので、接触抵抗が存在する場合においても、セル電圧を正確に測定することができる。
【００２６】
次に、本発明のセル電圧測定装置を用いたセル電圧の測定方法において、複数のセルと、複数のセルの接続部に対応して設けられた端子との間に生じる接触抵抗の値を算出する方法について説明する。図５にスタック型のセルからなる電池１と、接触抵抗算出部５にＲＣ回路を用いた場合のセル電圧測定装置２を示す。
【００２７】
接触抵抗算出部５は、コンデンサＣと、コンデンサＣに充電された電圧を放電するための抵抗Ｒと、コンデンサＣに充電された電圧を測定するための電圧計５１とを備えている。コンデンサＣの容量の大きさは、測定される接触抵抗の大きさに応じて決定することが好ましい。
【００２８】
電池１の構成は、図３に示した構成と同様である。図５では、２個のセルＣn-1、Ｃnのセル側端子ｐn-1、ｐn、ｐn+1と、セル電圧測定装置２の端子ｑn-1、ｑn、ｑn+1との間にそれぞれ生じる接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1の値を算出する方法について説明するため、セルの一部のみを表示している。なお、図５において、接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1を便宜的に接続部ｊn-1、ｊn、ｊn+1とセル側端子ｐn-1、ｐn、ｐn+1との間に記載している。セル切替スイッチ３は、配線ａ、ｂを備えており、端子ｑ1〜ｑN+1と配線ａ、ｂとの接続を切り換えるスイッチＳＷａ1〜ＳＷａN+1、ＳＷｂ1〜ＳＷｂN+1を備えている。図５では、端子ｑn-1、ｑn、ｑn+1に接続するスイッチＳＷａn-1、ＳＷａn、ＳＷａn+1及びＳＷｂn-1、ＳＷｂn、ＳＷｂn+1のみを示している。また、回路切替スイッチ４は、ＳＷ1〜ＳＷ4を備えており、セル切替スイッチ３の配線ａ、ｂと、接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂまたは電圧測定部６の端子６ａ、６ｂとの接続を切り替える。
【００２９】
次に、接触抵抗の測定方法について図６のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ２０１において、図５に示すようにスイッチＳＷａn-1、ＳＷａn、ＳＷａn+1及びＳＷｂn-1、ＳＷｂn、ＳＷｂn+1の各スイッチがオフの状態において、ＳＷ1、ＳＷ2をオンして、セル切替スイッチ３の配線ａ、ｂと接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂとを接続する。次に、ステップＳ２０２において、ＳＷａnをオンして、端子ｑnと接触抵抗算出部５の端子５ａとを配線ａを介して接続し、ＳＷｂn-1をオンして、端子ｑn-1と接触抵抗算出部５の端子５ｂとを配線ｂを介して接続する。これにより、電池１のうちの（ｎ−１）番目のセルＣn-1と、接触抵抗算出部５とが接続される。次に、ステップＳ２０３において、接触抵抗算出部５のＳＷを一旦、抵抗Ｒ側に切り替えてコンデンサＣを放電させてから、セル側（ＳＷ1側）に切り替えて、コンデンサＣに充電を行う。後述するように、コンデンサＣの充電特性から時定数を求め、求めた時定数から２つの接触抵抗の和であるｒn-1＋ｒnの値を算出する。時定数をτ1、コンデンサＣの容量をＣ0とすると、ｒn-1＋ｒnは以下の式で求められる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
次に、ステップＳ２０４において、ＳＷａn+1、ＳＷｂnをオンして、接触抵抗算出部５と電池１のうちのｎ番目のセルＣnとを接続する。次に、ステップＳ２０５において、接触抵抗算出部５のＳＷを一旦、抵抗Ｒ側に切り替えてコンデンサＣを放電させてから、セル側（ＳＷ1側）に切り替えて、コンデンサＣの充電を行う。後述するように、コンデンサＣの充電特性から時定数を求め、求めた時定数から２つの接触抵抗の和であるｒn＋ｒn+1の値を算出する。時定数をτ2、コンデンサＣの容量をＣ0とすると、ｒn＋ｒn+1は以下の式で求められる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
次に、ステップＳ２０６において、ＳＷａn+1、ＳＷｂn-1をオンして、接触抵抗算出部５と、電池１のうちの（ｎ−１）番目及びｎ番目のセルＣn-1及びＣnとを接続する。次に、ステップＳ２０７において、接触抵抗算出部５のＳＷを一旦、抵抗Ｒ側に切り替えてコンデンサＣを放電させてから、セル側（ＳＷ1側）に切り替えて、コンデンサＣの充電を行う。後述するように、コンデンサＣの充電特性から時定数を求め、求めた時定数から２つの接触抵抗の和であるｒn-1＋ｒn+1の値を算出する。時定数をτ3、コンデンサＣの容量をＣ0とすると、ｒn-1＋ｒn+1は以下の式で求められる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
次にステップＳ２０８において、接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1を算出する。接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1は、式（３）〜（５）を用いて以下のように算出される。
【００３６】
【数６】
【００３７】
以上のステップＳ２０２〜Ｓ２０８をｎ＝２〜Ｎ−１において繰り返して行うことにより、接触抵抗ｒ1〜ｒNを順次算出することができる。なお、最初にｒ1、ｒ2、ｒ3を上述のようにして算出し、ｒ4〜ｒNは式（３）のみを用いて算出することができる。これは、式（３）において、例えばｒ4を求める場合にはｒ3が既知であるので、ｒ4はτ1／Ｃとｒ3から求められることに基づく。
【００３８】
次に、接触抵抗算出部における時定数の算出方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。ここでは、上述のステップＳ２０３における時定数τ1の算出方法について説明する。即ち、ＳＷ1、ＳＷ2をオンして接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂとセル切替スイッチ３の配線ａ、ｂとが接続され、ＳＷａn、ＳＷｂn-1をオンして接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂとの端子ｑn、ｑn-1とが接続されているとする。まず、ステップＳ３０１において、接触抵抗算出部５のＳＷを抵抗Ｒに接続してコンデンサＣを放電させる。
【００３９】
次に、ステップＳ３０２において、ＳＷをセル側（ＳＷ1側）に切り替えてコンデンサＣを充電し、コンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）を電圧計５１で測定する。コンデンサＣに充電される電圧Ｖｃ（ｔ）は図８のように時間とともに変化し、以下の式で表される。
【００４０】
【数７】
ここで、Ｖn-1はセルＣn-1の電圧であり、τ1は時定数である。
【００４１】
次に、ステップＳ３０３において、時刻ｔ1及びｔ2後のコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ1）及びＶｃ（ｔ2）を測定し、記憶部１０に記憶する。Ｖｃ（ｔ1）及びＶｃ（ｔ2）は以下の式で与えられる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
次に、ステップＳ３０４において、τ1を算出する。具体的には、式（１０）、（１１）から以下の関係式が得られる。
【００４４】
【数９】
式(１２)からτ1を算出することができる。上述のステップＳ２０５及びＳ２０７における時定数τ2、τ3も上記と同様にして算出することができる。
【００４５】
上記の説明においては、時刻ｔ1、ｔ2におけるコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ1）、Ｖｃ（ｔ2）を用いて時定数τ1を算出する例を示したが、時定数を算出する方法は、これには限られない。例えば、コンデンサの充電時間ｔが十分に長く、コンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）がセルの電圧Ｖnにほぼ等しいとみなせるような場合には、以下の式に基づいて、図８に示すようにコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）がＶnの63.2％となる時刻から時定数τを算出するようにしてもよい。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
次に、セル電圧の測定方法について説明する。図９に本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置の構成を示す。図９においては電圧測定部６に差動増幅回路を用いた例を示す。ここでは、ｎ番目セルＣnの電圧Ｖnを測定する方法について説明する。まず、ｎ番目のセルを選択するために、セル切替スイッチ３のＳＷａn+1、ＳＷｂnをオンし、ｑn、ｑn+1とセル切替スイッチ３の配線ａ、ｂとをそれぞれを接続する。次に、電圧測定部６とセル側とを接続するために、ＳＷ3及びＳＷ4をオンし、ｑn、ｑn+1と電圧測定部６の端子６ａ、６ｂとをそれぞれ配線ａ、ｂを介して接続する。
【００４８】
このときに、電圧測定部６の出力端子の電圧Ｖoutnは上述の式（１）で表され、式（１）から、セル電圧Ｖnは次式のように表される。
【００４９】
【数１１】
ここで、Ｒa、Ｒb、Ｒc、Ｒdは電圧測定部６の抵抗、ΣＶmはｍ＝１〜（ｎ−１）における電圧Ｖmの総和である。式（１４）に接触抵抗算出部５によって算出された接触抵抗の値ｒn、ｒn+1を代入することにより、接触抵抗の値を考慮したセル電圧Ｖnを算出することができる。
セル電圧演算部８は、記憶部１０に記憶されている、接触抵抗算出部５が算出した接触抵抗ｒ1〜ｒN+1の値と、電圧測定部６が測定した端子間の電圧Ｖout1〜ＶoutNとを用いて、式（１４）に従って、セルの電圧Ｖ1〜ＶNを算出する。
【００５０】
以上のように、本発明によれば、複数のセルと、複数のセル同士を接続する接続部に対応して設けられた端子との間に生じる接触抵抗の値を算出し、個々のセルに接続された２つの端子間で測定された電圧と接触抵抗の値とを用いて、個々のセルの電圧を算出するようにしているので、セルと電圧測定用の端子との間に接触抵抗が存在する場合であっても、セルの電圧を正確に算出することができる。
【実施例２】
【００５１】
次に、本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置について説明する。図１０に実施例２に係るセル電圧測定装置の構成を示す。実施例１に係るセル電圧測定装置と異なる点は、接触不良判断部１３をさらに設けている点である。接触不良判断部１３は、接触抵抗算出部５が算出した接触抵抗の値と所定のしきい値とを比較してセル側端子ｐ1〜ｐN+1と端子ｑ1〜ｑN+1との間の接触不良の有無を判断する。その他の構成は、実施例１に係るセル電圧測定装置と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
次に、実施例２に係るセル電圧測定装置による接触不良の検出方法について図１１のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ４０１において、接触抵抗算出部５が、接触抵抗ｒnを算出する。ｒnの算出方法は図６のステップＳ２０１〜Ｓ２０８に示した方法と同様である。次に、ステップＳ４０２において、接触不良判断部１３が、接触抵抗算出部５が算出した接触抵抗の値ｒnと所定のしきい値ｒTHとの大小関係を調べる。ここで、しきい値ｒTHは接触不良の判断基準とする抵抗値である。しきい値ｒTHは、予め記憶部１０に記憶しておくことができ、接触不良判断部１３が、接触抵抗の値ｒnと所定のしきい値ｒTHとの大小関係を調べる際に記憶部１０を参照する。
【００５３】
接触抵抗ｒnがしきい値ｒTHよりも大きい場合はステップＳ４０３において、接触不良判断部１３は、端子に接触不良が生じていると判断する。一方、接触抵抗ｒnがしきい値ｒTH以下の場合は、ステップＳ４０４において、接触不良判断部１３は、接触不良は無いと判断する。
【００５４】
次に、ステップＳ４０５において、接触不良判断部１３が、端子番号ｎの端子に関する接触不良の有無についての情報を、データ送信部１１を介して電池ＥＣＵ１２に送信する。接触不良が生じている場合は、接触不良判断部１３が、接触不良が生じている端子の端子番号を、データ送信部を介して電池ＥＣＵ１２に送信する。電池ＥＣＵ１２は、接触不良が生じている端子番号を表示するなどして、接触不良が生じている端子の位置を外部に表示することができる。ステップＳ４０１〜Ｓ４０５をｎ＝１〜Ｎと変えて順次実行することにより、Ｎ個のセルＣ1〜ＣNの端子間の接触不良の有無を判断することができる。
【００５５】
以上のように、本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置によれば、接触抵抗の算出と同時に接触不良の検出をすることができるため、接触不良を容易に検出することができる。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置について説明する。図１２に実施例３に係るセル電圧測定装置の構成を示す。実施例１に係るセル電圧測定装置と異なる点は、温度測定部１４をさらに設けている点である。温度測定部１４は、接触抵抗算出部５のコンデンサＣの温度を測定し、温度測定部１４が測定した温度に基づいてコンデンサＣの容量の値Ｃ0を補正し、補正したコンデンサの容量の値Ｃ´を用いて接触抵抗の値を算出する点を特徴としている。
【００５７】
次に、実施例３に係るセル電圧測定装置を用いた接触抵抗の算出方法について図１３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５０１〜Ｓ５０４までの手順は、図７に示した実施例１における接触抵抗算出方法のステップＳ３０１〜Ｓ３０４と同様であるので、詳細な説明は省略する。ステップＳ５０５において、温度測定部１４が接触抵抗算出部５のコンデンサＣの温度Ｔを測定する。温度Ｔを測定する手段として、例えばサーミスタを用いることができる。
【００５８】
次に、ステップＳ５０６において、接触抵抗算出部５が、温度測定部１４が測定したコンデンサＣの温度Ｔと、コンデンサＣの温度特性からコンデンサＣの容量値Ｃ0を補正する。例えば、コンデンサの温度特性が温度Ｔの関数ｆ（Ｔ）で表される場合は、補正後の容量値Ｃ´は、Ｃ´＝Ｃ0×ｆ（Ｔ）として求めることができる。温度特性に関するデータは予め記憶部１０に記憶しておくことができ、接触抵抗算出部５は記憶部１０を参照して補正後の容量値Ｃ´を算出する。次に、ステップＳ５０７において、接触抵抗算出部５が、算出した時定数τと、補正した容量値Ｃ´とを用いて、接触抵抗の値（＝τ／Ｃ´）を求める。
【００５９】
以上のように、本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置によれば、コンデンサの温度を測定する温度測定部をさらに備え、温度測定部が測定した温度に基づいてコンデンサの容量の値を補正し、補正したコンデンサの容量の値を用いて接触抵抗の値を算出するようにしているので、コンデンサの容量の値が温度によって変化する場合であっても、接触抵抗の値を正確に測定することができ、セル電圧を正確に算出することができる。なお、実施例２に係るセル電圧測定装置のように、接触不良判断部を備える構成に加えて、温度測定部を備えるようにしてもよい。
【００６０】
以上の説明において、接触抵抗算出部の例としてＲＣ回路を用いた例を示したが、これには限られず、他の回路を用いるようにしてもよい。例えば、ＲＬ回路を用いて時定数を算出してもよい。また、電圧測定部の例として、差動増幅回路を用いた例を示したが、他の回路を用いて電圧を測定するようにしてもよい。
【００６１】
本発明の説明においては、電池を構成する個々のセルをセル切替スイッチによって選択し、選択したセルと接触抵抗算出部または電圧測定部とを接続する例を示したが、これには限られず、セル切替スイッチを設けずに、個々のセルに対応させて複数の接触抵抗算出部及び電圧測定部を設けるようにしてもよい。
【００６２】
また、本発明の説明においては、電圧測定部はセルに接続される端子間の電圧を測定する例を示したが、接触抵抗算出部が電圧計を備えている場合には、電圧測定部が当該電圧計も兼ねるようにしてもよい。
【００６３】
また、本発明の説明においては、電気自動車等の車両に用いられる電池を例にとって説明したが、携帯電話等、他の装置に用いられる場合であっても同様に本発明を適用することができる。
また、セルにより構成される電池は、燃料電池やリチウムイオン、ニッケル水素、ニカド電池等、充電して何度でも使える二次電池であればよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 電池
２ セル電圧測定装置
３ セル切替スイッチ
４ 回路切替スイッチ
５ 接触抵抗算出部
６ 電圧測定部
７ 切替スイッチ制御部
８ セル電圧演算部
９ 制御部
１０ 記憶部
１１ データ送信部
１２ 電池ＥＣＵ
１３ 接触不良判断部
１４ 温度測定部
Ｃ1〜ＣN セル
Ｖ1〜ＶN セル電圧
ｊ1〜ｊN+1 接続部
ｐ1〜ｐN+1 セル側端子
ｑ1〜ｑN+1 端子
ｒ1〜ｒN+1 接触抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル電圧測定装置に関し、特に複数のセルを直列に接続した電池を構成する個々のセルの電圧を測定するセル電圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や、ハイブリッド自動車においては、モータの電源として、リチウムイオン電池等の二次電池からなる複数のセルを直列に接続して所望の電圧を得るようにしたスタック型の電池が用いられている。このようなスタック型の電池においては、自動車の外部に設置した給電設備から自動車に供給された電力や、モータで回生された電力を個々のセルに貯蔵できるようになっている。また、個々のセルの電圧は、充電又は放電により変動する。
【０００３】
ここで、セルが過放電されたり過充電されたりすると、セルの特性に悪影響を及ぼし、ひいては電池のモータを駆動する能力が低下することとなる。そのため、スタック型の電池を構成する個々のセルの電圧を監視することが重要であり、個々のセルの電圧を測定することができるセル電圧測定装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
図１に従来のセル電圧測定装置の構成を示す。従来のセル電圧測定装置は、スイッチ切替回路１０２がバッテリパック１０１を構成する任意の１つのセルの両端とコンデンサ１０３とを接続して当該１つのセルを選択し、測定回路１０７がコンデンサ１０３の両端の電圧を測定する。このような構成とすることにより、個々のセル単位でセルの電圧を測定することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８６６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、個々のセルの電圧を測定するためには、個々のセル同士を接続する接続部と、電圧測定器とを接続するために接続端子を設ける必要がある。このとき、接続端子に接触抵抗が存在し、以下に述べるように、個々のセルの電圧を正確に測定することができないという問題があった。
【０００７】
図２を用いてスタック型の電池を構成する個々のセルの電圧を測定する方法について説明する。ここでは、セルの電圧を、差動増幅回路を用いて測定する場合を例にとって説明する。スタック型の電池１は、セルＣ1〜ＣNが直列接続されており、個々のセル同士はセルの両端に設けられた接続部ｊ1〜ｊN+1のうちｊ2〜ｊNにより接続されている。各接続部ｊ1〜ｊN+1にはセルの電圧Ｖ1〜ＶNを測定するためのセル側端子ｐ1〜ｐN+1が設けられている。ｎ番目のセルＣnの電圧Ｖnを測定する場合には、セル側端子ｐn及びｐn+1と、電圧測定回路２１の端子ｑa及びｑbとをそれぞれ接続して出力電圧Ｖoutnの値を測定する。ここで、出力電圧Ｖoutnは以下の式で求められる。
【０００８】
【数１】
ここで、ｒn、ｒn+1はそれぞれ、ｐnとｑbとの間の接触抵抗、ｐn+1とｑaとの間の接触抵抗を表している。なお、図２において接触抵抗を便宜的に接続部と端子間に記載する。Ｒa、Ｒb、Ｒc、Ｒdは、電圧測定回路２１に設けられた抵抗、ΣＶmはオフセット電圧と呼ばれ、セルＣ1〜Ｃn-1の電圧Ｖ1〜Ｖn-1の総和である。
【０００９】
式（１）から、セルの電圧（セル電圧）Ｖnと測定した電圧Ｖoutnとの間の誤差ΔＶnは、以下の式で与えられる。
【００１０】
【数２】
【００１１】
式（２）から分かるように、接触抵抗ｒn、ｒn+1がともに0[Ω]であればΔＶmも0[V]となる。しかしながら、接触抵抗ｒn、ｒn+1がそれぞれ10[Ω]、1k[Ω]である場合、例えば、Ｒa、Ｒcを510k[Ω]、Ｒb、Ｒdを360k[Ω]、セル電圧Ｖnを2[V]、オフセット電圧ΣＶmを60[V]とすると、誤差ΔＶnは、50.86[mV]となる。個々のセルの電圧の許容測定誤差を50[mV]とすると、接触抵抗が存在することにより許容測定誤差を超える誤差がセル電圧の測定の際に生じる場合があることとなる。
【００１２】
ここで、接触抵抗を低下させるために、高価な部品を用いてセル側端子ｐ1〜ｐN+1を構成することも考えられる。しかしながら、この場合にはスタック型電池の価格が高価となるという問題が生じる。
【００１３】
そこで、本発明では接触抵抗が比較的高い、低コストな部品を用いてセル側端子を構成した場合等、複数のセルを含むスタック型の電池を構成する個々のセルと、個々のセルの電圧を測定するための端子との間に接触抵抗が存在する場合であっても、セルの電圧を正確に測定することができるセル電圧測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のセル電圧測定装置は、直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子と、複数の端子からセルの電圧の値を順次測定する電圧測定部と、端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部と、接触抵抗の値と電圧の値とを用いて、セルの電圧の値を算出するセル電圧演算部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数のセルを含むスタック型の電池を構成する個々のセルと、個々のセルの電圧を測定するための端子との間に接触抵抗が存在する場合であっても、個々のセルの電圧を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のセル電圧測定装置の構成図である。
【図２】スタック型の電池と、スタック型の電池を構成する個々のセルの電圧を測定するセル電圧測定回路の構成図である。
【図３】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置によるセル電圧算出方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合のセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合の接触抵抗の算出方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合の時定数の算出方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、接触抵抗算出部にＲＣ回路を用いた場合のコンデンサに充電される電圧と充電時間との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置において、電圧測定部に差動増幅回路を用いた場合のセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置による接触抵抗の算出方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置による接触抵抗の算出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るセル電圧測定装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【実施例１】
【００１８】
図３に本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置を示す。セル電圧測定装置２は、セル切替スイッチ３と、回路切替スイッチ４と、接触抵抗算出部５と、電圧測定部６と、切替スイッチ制御部７と、セル電圧演算部８と、制御部９と、記憶部１０と、データ送信部１１とを有する。電池１は複数のセルＣ1〜ＣNが積層（スタック）されており、各セル同士は、セルの両端に設けられた接続部ｊ1〜ｊN+1のうちのｊ2〜ｊNを介して接続されている。セルの接続部ｊ1〜ｊN+1には、個々のセルの電圧を測定するためのセル側端子ｐ1〜ｐN+1が設けられており、セル側端子ｐ1〜ｐN+1はセル電圧測定装置２のセル切替スイッチ３の端子ｑ1〜ｑN+1にそれぞれ接続されている。即ち、複数の端子ｑ1〜ｑN+1は、直列に接続された複数のセルＣ1〜ＣNを電気的に接続する複数の接続部ｊ1〜ｊN+1に対応して設けられている。セル側端子ｐ1〜ｐN+1と端子ｑ1〜ｑN+1との間には接触抵抗が生じ、それぞれｒ1〜ｒN+1とする。なお、図３において、接触抵抗ｒ1〜ｒN+1を便宜的に接続部ｊ1〜ｊN+1とセル側端子ｐ1〜ｐN+1との間に記載している。
【００１９】
セル切替スイッチ３は、電池１を構成する複数のセルのうちの特定の１つのセルについての接触抵抗または電圧を測定するために、スイッチ（図示せず）を切り替える。回路切替スイッチ４は、セル切替スイッチ３で選択したセルと、接触抵抗算出部５または電圧測定部６との接続を切り替える。切替スイッチ制御部７は、セル切替スイッチ３及び回路切替スイッチ４のスイッチの制御を行う。
【００２０】
制御部９は、切替スイッチ制御部７を制御して、セル切替スイッチ３及び回路切替スイッチ４の各スイッチを切り換え、接触抵抗算出部５による接触抵抗の算出、及び電圧測定部６による電圧の測定を実行する。接触抵抗算出部５は、端子に生じる接触抵抗、即ち、複数のセルＣ1〜ＣNと、接続部ｊ1〜ｊN+1に対応して設けられた端子ｑ1〜ｑN+1との間に生じる接触抵抗ｒ1〜ｒN+1の値を順次算出する。電圧測定部６は、複数の端子ｑ1〜ｑN+1からセルの電圧の値を順次測定する。具体的には、個々のセルの両端に接続された２つの端子間の電圧を測定する。
【００２１】
セル電圧演算部８は、接触抵抗算出部５によって算出された接触抵抗の値と、電圧測定部６によって測定された電圧の値とを用いて、個々のセルの電圧の値を算出する。記憶部１０は、接触抵抗算出部５によって算出された接触抵抗の値及び電圧測定部６によって測定された電圧の値を記憶し、セル電圧演算部８にこれらの値を送信するとともに、制御部９を制御するためのプログラムを格納している。
【００２２】
データ送信部１１はセル電圧演算部８が算出したセル電圧の値をセル電圧測定装置２の外部の電池ＥＣＵ１２に送信し、電池ＥＣＵ１２はセル電圧の値に基づいて個々のセルの充電及び放電の制御を行う。
【００２３】
次に、本発明のセル電圧測定装置を用いたセル電圧の値の算出方法の概略について説明する。図４は、セル電圧算出方法を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、接触抵抗算出部５が、複数のセルＣ1〜ＣNと、セルの接続部ｊ1〜ｊN+1に対応して設けられた端子ｑ1〜ｑN+1との間に生じる接触抵抗の値ｒ1〜ｒN+1を算出する。接触抵抗の値の算出方法の詳細な説明については後述する。
【００２４】
次に、ステップＳ１０２において、電圧測定部６が、個々のセルに対応して設けられた２つの端子（例えば、ｑn、ｑn+1）間の電圧を測定する。電圧の測定方法については後述する。次に、ステップＳ１０３において、セル電圧演算部８が、接触抵抗の値と電圧測定部６によって測定された電圧とを用いて、個々のセルの電圧（セル電圧）Ｖnを算出する。セル電圧Ｖnの算出方法については後述する。
【００２５】
本発明によれば、個々のセルとセル電圧測定用の端子との間に生じる接触抵抗の値を算出し、算出した接触抵抗の値と測定した端子間の電圧の値とを用いてセル電圧を算出しているので、接触抵抗が存在する場合においても、セル電圧を正確に測定することができる。
【００２６】
次に、本発明のセル電圧測定装置を用いたセル電圧の測定方法において、複数のセルと、複数のセルの接続部に対応して設けられた端子との間に生じる接触抵抗の値を算出する方法について説明する。図５にスタック型のセルからなる電池１と、接触抵抗算出部５にＲＣ回路を用いた場合のセル電圧測定装置２を示す。
【００２７】
接触抵抗算出部５は、コンデンサＣと、コンデンサＣに充電された電圧を放電するための抵抗Ｒと、コンデンサＣに充電された電圧を測定するための電圧計５１とを備えている。コンデンサＣの容量の大きさは、測定される接触抵抗の大きさに応じて決定することが好ましい。
【００２８】
電池１の構成は、図３に示した構成と同様である。図５では、２個のセルＣn-1、Ｃnのセル側端子ｐn-1、ｐn、ｐn+1と、セル電圧測定装置２の端子ｑn-1、ｑn、ｑn+1との間にそれぞれ生じる接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1の値を算出する方法について説明するため、セルの一部のみを表示している。なお、図５において、接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1を便宜的に接続部ｊn-1、ｊn、ｊn+1とセル側端子ｐn-1、ｐn、ｐn+1との間に記載している。セル切替スイッチ３は、配線ａ、ｂを備えており、端子ｑ1〜ｑN+1と配線ａ、ｂとの接続を切り換えるスイッチＳＷａ1〜ＳＷａN+1、ＳＷｂ1〜ＳＷｂN+1を備えている。図５では、端子ｑn-1、ｑn、ｑn+1に接続するスイッチＳＷａn-1、ＳＷａn、ＳＷａn+1及びＳＷｂn-1、ＳＷｂn、ＳＷｂn+1のみを示している。また、回路切替スイッチ４は、ＳＷ1〜ＳＷ4を備えており、セル切替スイッチ３の配線ａ、ｂと、接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂまたは電圧測定部６の端子６ａ、６ｂとの接続を切り替える。
【００２９】
次に、接触抵抗の測定方法について図６のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ２０１において、図５に示すようにスイッチＳＷａn-1、ＳＷａn、ＳＷａn+1及びＳＷｂn-1、ＳＷｂn、ＳＷｂn+1の各スイッチがオフの状態において、ＳＷ1、ＳＷ2をオンして、セル切替スイッチ３の配線ａ、ｂと接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂとを接続する。次に、ステップＳ２０２において、ＳＷａnをオンして、端子ｑnと接触抵抗算出部５の端子５ａとを配線ａを介して接続し、ＳＷｂn-1をオンして、端子ｑn-1と接触抵抗算出部５の端子５ｂとを配線ｂを介して接続する。これにより、電池１のうちの（ｎ−１）番目のセルＣn-1と、接触抵抗算出部５とが接続される。次に、ステップＳ２０３において、接触抵抗算出部５のＳＷを一旦、抵抗Ｒ側に切り替えてコンデンサＣを放電させてから、セル側（ＳＷ1側）に切り替えて、コンデンサＣに充電を行う。後述するように、コンデンサＣの充電特性から時定数を求め、求めた時定数から２つの接触抵抗の和であるｒn-1＋ｒnの値を算出する。時定数をτ1、コンデンサＣの容量をＣ0とすると、ｒn-1＋ｒnは以下の式で求められる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
次に、ステップＳ２０４において、ＳＷａn+1、ＳＷｂnをオンして、接触抵抗算出部５と電池１のうちのｎ番目のセルＣnとを接続する。次に、ステップＳ２０５において、接触抵抗算出部５のＳＷを一旦、抵抗Ｒ側に切り替えてコンデンサＣを放電させてから、セル側（ＳＷ1側）に切り替えて、コンデンサＣの充電を行う。後述するように、コンデンサＣの充電特性から時定数を求め、求めた時定数から２つの接触抵抗の和であるｒn＋ｒn+1の値を算出する。時定数をτ2、コンデンサＣの容量をＣ0とすると、ｒn＋ｒn+1は以下の式で求められる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
次に、ステップＳ２０６において、ＳＷａn+1、ＳＷｂn-1をオンして、接触抵抗算出部５と、電池１のうちの（ｎ−１）番目及びｎ番目のセルＣn-1及びＣnとを接続する。次に、ステップＳ２０７において、接触抵抗算出部５のＳＷを一旦、抵抗Ｒ側に切り替えてコンデンサＣを放電させてから、セル側（ＳＷ1側）に切り替えて、コンデンサＣの充電を行う。後述するように、コンデンサＣの充電特性から時定数を求め、求めた時定数から２つの接触抵抗の和であるｒn-1＋ｒn+1の値を算出する。時定数をτ3、コンデンサＣの容量をＣ0とすると、ｒn-1＋ｒn+1は以下の式で求められる。
【００３４】
【数５】
【００３５】
次にステップＳ２０８において、接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1を算出する。接触抵抗ｒn-1、ｒn、ｒn+1は、式（３）〜（５）を用いて以下のように算出される。
【００３６】
【数６】
【００３７】
以上のステップＳ２０２〜Ｓ２０８をｎ＝２〜Ｎ−１において繰り返して行うことにより、接触抵抗ｒ1〜ｒNを順次算出することができる。なお、最初にｒ1、ｒ2、ｒ3を上述のようにして算出し、ｒ4〜ｒNは式（３）のみを用いて算出することができる。これは、式（３）において、例えばｒ4を求める場合にはｒ3が既知であるので、ｒ4はτ1／Ｃとｒ3から求められることに基づく。
【００３８】
次に、接触抵抗算出部における時定数の算出方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。ここでは、上述のステップＳ２０３における時定数τ1の算出方法について説明する。即ち、ＳＷ1、ＳＷ2をオンして接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂとセル切替スイッチ３の配線ａ、ｂとが接続され、ＳＷａn、ＳＷｂn-1をオンして接触抵抗算出部５の端子５ａ、５ｂとの端子ｑn、ｑn-1とが接続されているとする。まず、ステップＳ３０１において、接触抵抗算出部５のＳＷを抵抗Ｒに接続してコンデンサＣを放電させる。
【００３９】
次に、ステップＳ３０２において、ＳＷをセル側（ＳＷ1側）に切り替えてコンデンサＣを充電し、コンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）を電圧計５１で測定する。コンデンサＣに充電される電圧Ｖｃ（ｔ）は図８のように時間とともに変化し、以下の式で表される。
【００４０】
【数７】
ここで、Ｖn-1はセルＣn-1の電圧であり、τ1は時定数である。
【００４１】
次に、ステップＳ３０３において、時刻ｔ1及びｔ2後のコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ1）及びＶｃ（ｔ2）を測定し、記憶部１０に記憶する。Ｖｃ（ｔ1）及びＶｃ（ｔ2）は以下の式で与えられる。
【００４２】
【数８】
【００４３】
次に、ステップＳ３０４において、τ1を算出する。具体的には、式（１０）、（１１）から以下の関係式が得られる。
【００４４】
【数９】
式(１２)からτ1を算出することができる。上述のステップＳ２０５及びＳ２０７における時定数τ2、τ3も上記と同様にして算出することができる。
【００４５】
上記の説明においては、時刻ｔ1、ｔ2におけるコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ1）、Ｖｃ（ｔ2）を用いて時定数τ1を算出する例を示したが、時定数を算出する方法は、これには限られない。例えば、コンデンサの充電時間ｔが十分に長く、コンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）がセルの電圧Ｖnにほぼ等しいとみなせるような場合には、以下の式に基づいて、図８に示すようにコンデンサの電圧Ｖｃ（ｔ）がＶnの63.2％となる時刻から時定数τを算出するようにしてもよい。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
次に、セル電圧の測定方法について説明する。図９に本発明の実施例１に係るセル電圧測定装置の構成を示す。図９においては電圧測定部６に差動増幅回路を用いた例を示す。ここでは、ｎ番目セルＣnの電圧Ｖnを測定する方法について説明する。まず、ｎ番目のセルを選択するために、セル切替スイッチ３のＳＷａn+1、ＳＷｂnをオンし、ｑn、ｑn+1とセル切替スイッチ３の配線ａ、ｂとをそれぞれを接続する。次に、電圧測定部６とセル側とを接続するために、ＳＷ3及びＳＷ4をオンし、ｑn、ｑn+1と電圧測定部６の端子６ａ、６ｂとをそれぞれ配線ａ、ｂを介して接続する。
【００４８】
このときに、電圧測定部６の出力端子の電圧Ｖoutnは上述の式（１）で表され、式（１）から、セル電圧Ｖnは次式のように表される。
【００４９】
【数１１】
ここで、Ｒa、Ｒb、Ｒc、Ｒdは電圧測定部６の抵抗、ΣＶmはｍ＝１〜（ｎ−１）における電圧Ｖmの総和である。式（１４）に接触抵抗算出部５によって算出された接触抵抗の値ｒn、ｒn+1を代入することにより、接触抵抗の値を考慮したセル電圧Ｖnを算出することができる。
セル電圧演算部８は、記憶部１０に記憶されている、接触抵抗算出部５が算出した接触抵抗ｒ1〜ｒN+1の値と、電圧測定部６が測定した端子間の電圧Ｖout1〜ＶoutNとを用いて、式（１４）に従って、セルの電圧Ｖ1〜ＶNを算出する。
【００５０】
以上のように、本発明によれば、複数のセルと、複数のセル同士を接続する接続部に対応して設けられた端子との間に生じる接触抵抗の値を算出し、個々のセルに接続された２つの端子間で測定された電圧と接触抵抗の値とを用いて、個々のセルの電圧を算出するようにしているので、セルと電圧測定用の端子との間に接触抵抗が存在する場合であっても、セルの電圧を正確に算出することができる。
【実施例２】
【００５１】
次に、本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置について説明する。図１０に実施例２に係るセル電圧測定装置の構成を示す。実施例１に係るセル電圧測定装置と異なる点は、接触不良判断部１３をさらに設けている点である。接触不良判断部１３は、接触抵抗算出部５が算出した接触抵抗の値と所定のしきい値とを比較してセル側端子ｐ1〜ｐN+1と端子ｑ1〜ｑN+1との間の接触不良の有無を判断する。その他の構成は、実施例１に係るセル電圧測定装置と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
次に、実施例２に係るセル電圧測定装置による接触不良の検出方法について図１１のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ４０１において、接触抵抗算出部５が、接触抵抗ｒnを算出する。ｒnの算出方法は図６のステップＳ２０１〜Ｓ２０８に示した方法と同様である。次に、ステップＳ４０２において、接触不良判断部１３が、接触抵抗算出部５が算出した接触抵抗の値ｒnと所定のしきい値ｒTHとの大小関係を調べる。ここで、しきい値ｒTHは接触不良の判断基準とする抵抗値である。しきい値ｒTHは、予め記憶部１０に記憶しておくことができ、接触不良判断部１３が、接触抵抗の値ｒnと所定のしきい値ｒTHとの大小関係を調べる際に記憶部１０を参照する。
【００５３】
接触抵抗ｒnがしきい値ｒTHよりも大きい場合はステップＳ４０３において、接触不良判断部１３は、端子に接触不良が生じていると判断する。一方、接触抵抗ｒnがしきい値ｒTH以下の場合は、ステップＳ４０４において、接触不良判断部１３は、接触不良は無いと判断する。
【００５４】
次に、ステップＳ４０５において、接触不良判断部１３が、端子番号ｎの端子に関する接触不良の有無についての情報を、データ送信部１１を介して電池ＥＣＵ１２に送信する。接触不良が生じている場合は、接触不良判断部１３が、接触不良が生じている端子の端子番号を、データ送信部を介して電池ＥＣＵ１２に送信する。電池ＥＣＵ１２は、接触不良が生じている端子番号を表示するなどして、接触不良が生じている端子の位置を外部に表示することができる。ステップＳ４０１〜Ｓ４０５をｎ＝１〜Ｎと変えて順次実行することにより、Ｎ個のセルＣ1〜ＣNの端子間の接触不良の有無を判断することができる。
【００５５】
以上のように、本発明の実施例２に係るセル電圧測定装置によれば、接触抵抗の算出と同時に接触不良の検出をすることができるため、接触不良を容易に検出することができる。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置について説明する。図１２に実施例３に係るセル電圧測定装置の構成を示す。実施例１に係るセル電圧測定装置と異なる点は、温度測定部１４をさらに設けている点である。温度測定部１４は、接触抵抗算出部５のコンデンサＣの温度を測定し、温度測定部１４が測定した温度に基づいてコンデンサＣの容量の値Ｃ0を補正し、補正したコンデンサの容量の値Ｃ´を用いて接触抵抗の値を算出する点を特徴としている。
【００５７】
次に、実施例３に係るセル電圧測定装置を用いた接触抵抗の算出方法について図１３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５０１〜Ｓ５０４までの手順は、図７に示した実施例１における接触抵抗算出方法のステップＳ３０１〜Ｓ３０４と同様であるので、詳細な説明は省略する。ステップＳ５０５において、温度測定部１４が接触抵抗算出部５のコンデンサＣの温度Ｔを測定する。温度Ｔを測定する手段として、例えばサーミスタを用いることができる。
【００５８】
次に、ステップＳ５０６において、接触抵抗算出部５が、温度測定部１４が測定したコンデンサＣの温度Ｔと、コンデンサＣの温度特性からコンデンサＣの容量値Ｃ0を補正する。例えば、コンデンサの温度特性が温度Ｔの関数ｆ（Ｔ）で表される場合は、補正後の容量値Ｃ´は、Ｃ´＝Ｃ0×ｆ（Ｔ）として求めることができる。温度特性に関するデータは予め記憶部１０に記憶しておくことができ、接触抵抗算出部５は記憶部１０を参照して補正後の容量値Ｃ´を算出する。次に、ステップＳ５０７において、接触抵抗算出部５が、算出した時定数τと、補正した容量値Ｃ´とを用いて、接触抵抗の値（＝τ／Ｃ´）を求める。
【００５９】
以上のように、本発明の実施例３に係るセル電圧測定装置によれば、コンデンサの温度を測定する温度測定部をさらに備え、温度測定部が測定した温度に基づいてコンデンサの容量の値を補正し、補正したコンデンサの容量の値を用いて接触抵抗の値を算出するようにしているので、コンデンサの容量の値が温度によって変化する場合であっても、接触抵抗の値を正確に測定することができ、セル電圧を正確に算出することができる。なお、実施例２に係るセル電圧測定装置のように、接触不良判断部を備える構成に加えて、温度測定部を備えるようにしてもよい。
【００６０】
以上の説明において、接触抵抗算出部の例としてＲＣ回路を用いた例を示したが、これには限られず、他の回路を用いるようにしてもよい。例えば、ＲＬ回路を用いて時定数を算出してもよい。また、電圧測定部の例として、差動増幅回路を用いた例を示したが、他の回路を用いて電圧を測定するようにしてもよい。
【００６１】
本発明の説明においては、電池を構成する個々のセルをセル切替スイッチによって選択し、選択したセルと接触抵抗算出部または電圧測定部とを接続する例を示したが、これには限られず、セル切替スイッチを設けずに、個々のセルに対応させて複数の接触抵抗算出部及び電圧測定部を設けるようにしてもよい。
【００６２】
また、本発明の説明においては、電圧測定部はセルに接続される端子間の電圧を測定する例を示したが、接触抵抗算出部が電圧計を備えている場合には、電圧測定部が当該電圧計も兼ねるようにしてもよい。
【００６３】
また、本発明の説明においては、電気自動車等の車両に用いられる電池を例にとって説明したが、携帯電話等、他の装置に用いられる場合であっても同様に本発明を適用することができる。
また、セルにより構成される電池は、燃料電池やリチウムイオン、ニッケル水素、ニカド電池等、充電して何度でも使える二次電池であればよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 電池
２ セル電圧測定装置
３ セル切替スイッチ
４ 回路切替スイッチ
５ 接触抵抗算出部
６ 電圧測定部
７ 切替スイッチ制御部
８ セル電圧演算部
９ 制御部
１０ 記憶部
１１ データ送信部
１２ 電池ＥＣＵ
１３ 接触不良判断部
１４ 温度測定部
Ｃ1〜ＣN セル
Ｖ1〜ＶN セル電圧
ｊ1〜ｊN+1 接続部
ｐ1〜ｐN+1 セル側端子
ｑ1〜ｑN+1 端子
ｒ1〜ｒN+1 接触抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子と、
前記複数の端子から前記セルの電圧の値を順次測定する電圧測定部と、
前記端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部と、
前記接触抵抗の値と前記電圧の値とを用いて、セルの電圧の値を算出するセル電圧演算部と、
を有することを特徴とするセル電圧測定装置。
【請求項２】
前記接触抵抗算出部は、コンデンサを有し、
前記接触抵抗の値は、前記コンデンサへの充電時における時定数と前記コンデンサの容量の値とを用いて算出される、請求項１に記載のセル電圧測定装置。
【請求項３】
前記コンデンサの温度を測定する温度測定部をさらに備え、
前記温度測定部が測定した温度に基づいて前記コンデンサの容量の値を補正し、補正したコンデンサの容量の値を用いて前記接触抵抗の値を算出する、請求項２に記載のセル電圧測定装置。
【請求項４】
直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子と、
前記複数の端子から前記セルの電圧の値を順次測定する電圧測定部と、
前記端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部と、
前記算出した前記接触抵抗の値と所定のしきい値とを比較して、前記端子の接触不良の有無を判断する接触不良判断部と、
を有することを特徴とするセル電圧測定装置。
【請求項１】
直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子と、
前記複数の端子から前記セルの電圧の値を順次測定する電圧測定部と、
前記端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部と、
前記接触抵抗の値と前記電圧の値とを用いて、セルの電圧の値を算出するセル電圧演算部と、
を有することを特徴とするセル電圧測定装置。
【請求項２】
前記接触抵抗算出部は、コンデンサを有し、
前記接触抵抗の値は、前記コンデンサへの充電時における時定数と前記コンデンサの容量の値とを用いて算出される、請求項１に記載のセル電圧測定装置。
【請求項３】
前記コンデンサの温度を測定する温度測定部をさらに備え、
前記温度測定部が測定した温度に基づいて前記コンデンサの容量の値を補正し、補正したコンデンサの容量の値を用いて前記接触抵抗の値を算出する、請求項２に記載のセル電圧測定装置。
【請求項４】
直列に接続された複数のセルを電気的に接続する複数の接続部に対応して設けられた複数の端子と、
前記複数の端子から前記セルの電圧の値を順次測定する電圧測定部と、
前記端子に生じる接触抵抗の値を順次算出する接触抵抗算出部と、
前記算出した前記接触抵抗の値と所定のしきい値とを比較して、前記端子の接触不良の有無を判断する接触不良判断部と、
を有することを特徴とするセル電圧測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２２０３４４（Ｐ２０１２−２２０３４４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６５４８（Ｐ２０１１−８６５４８）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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