電池電圧監視装置
【課題】各電池セルと電池監視装置との間にＲＣフィルタを備えた構成において、どの経路にも関わらず、カットオフ周波数のバラツキを低減することができる構成を備えた電池監視装置を提供する。
【解決手段】各電池セル１１のうちの直列接続された隣同士の電池セル１１では、高電圧側の電池セル１１の負極端子と低電圧側の電池セル１１の正極端子とが共通化されて共通端子２０に接続されている。そして、ＲＣフィルタ回路４０は、共通端子２０が分岐されてそれぞれにＲＣフィルタを構成する抵抗４１、４２がそれぞれ接続され、これら各抵抗４１、４２にはそれぞれ異なる一対の検出端子６１、６２の一方の端子が接続されており、さらに、一対の検出端子６１、６２の端子間にＲＣフィルタを構成するコンデンサ４３がそれぞれ接続されて構成されている。
【解決手段】各電池セル１１のうちの直列接続された隣同士の電池セル１１では、高電圧側の電池セル１１の負極端子と低電圧側の電池セル１１の正極端子とが共通化されて共通端子２０に接続されている。そして、ＲＣフィルタ回路４０は、共通端子２０が分岐されてそれぞれにＲＣフィルタを構成する抵抗４１、４２がそれぞれ接続され、これら各抵抗４１、４２にはそれぞれ異なる一対の検出端子６１、６２の一方の端子が接続されており、さらに、一対の検出端子６１、６２の端子間にＲＣフィルタを構成するコンデンサ４３がそれぞれ接続されて構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣフィルタ回路を備えた電池電圧監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、組電池を構成する各電池セルのセル電圧を検出するように構成されたセル電圧測定装置が、例えば特許文献１で提案されている。セル電圧測定装置には各電池セルの両極端子がそれぞれ接続されており、各電池セルのセル電圧がセル電圧測定装置にてそれぞれ検出されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術において、各電池セルとセル電圧測定装置との間には、ノイズ対策としてフィルタ回路が設けられるのが一般的である。これについて、図１０を参照して説明する。この図１０に示されるように、組電池１００を構成する各電池セル１１０の両極端子と電池監視装置１２０との間にフィルタ回路１３０が設けられている。
【０００５】
すなわち、電池セル１１０の正極と負極にそれぞれ配線が接続されている。この場合、最も高電圧側の電池セル１１０の正極と最も低電圧側の電池セル１１０の負極とにそれぞれ接続された配線以外の配線については、一方の電池セル１１０の負極に接続される配線と他方の電池セル１１０の正極に接続される配線とが共通化されて１本の配線とされている。
【０００６】
そして、フィルタ回路１３０は、各電池セル１１０と電池監視装置１２０とを接続する各配線に接続された抵抗１４０（図１０のＲ）と、抵抗１４０よりも電池監視装置１２０側であって電池監視装置１２０の入力端子間に接続されたコンデンサ１５０（図１０のＣ）と、を備えて構成されている。これにより、１つの電池セル１１０の両極端子間にローパスフィルタとして機能するＲＣフィルタが構成される。
【０００７】
しかしながら、ｎ個の電池セル１１０をまたぐ電流経路を経路ｎとすると、経路ｎは２つの抵抗１４０とｎ直列のコンデンサ１５０とで形成されるので、各電池セル１１０から電池監視装置１２０への経路ｎの伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（２Ｒ）・（Ｃ／ｎ）｝
で表される。上記の式において、（２Ｒ）・（Ｃ／ｎ）＝Ｔｎとすると、Ｔｎは（１／ｎ）に比例する。また、カットオフ周波数ｆｎはｆｎ＝（１／Ｔｎ）で表されるので、経路ｎのカットオフ周波数ｆｎはｎに比例する。
【０００８】
図１１は、経路ｎによるカットオフ周波数の違いを示した図である。ｆ１は図１０の経路１のカットオフ周波数を表し、ｆ２、ｆ３、ｆ１２についても同様である。そして、図１１に示されるように、電池セル１１０の直列数が多くなるほど、カットオフ周波数が高くなってしまう。例えば、図１０に示されるように、電池セル１１０の数が１２個の場合、カットオフ周波数は最大で１２倍も異なってしまう。このように、各電池セル１１０と電池監視装置１２０との間に単にＲＣフィルタを設けても、各経路に応じてカットオフ周波数にバラツキが生じてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑み、各電池セルと電池電圧監視装置との間にＲＣフィルタを備えた構成において、どの経路にも関わらず、カットオフ周波数のバラツキを低減することができる構成を備えた電池電圧監視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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続された組電池の各々の電池セルの正極および負極にそれぞれ対応する一対の検出端子を電池セル毎に備えている。また、複数の電池セルの正極端子および負極端子のぞれぞれと、電池セル毎に設けられた一対の検出端子と、の間に介在されるＲＣフィルタ回路を備えており、電池セル毎に設けられた一対の検出端子に印加されるセル電圧をそれぞれ検出するように構成されている。
【００１１】
複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルでは、高電圧側の電池セルの負極端子と低電圧側の電池セルの正極端子とが共通化されて共通端子に接続されている。
【００１２】
そして、ＲＣフィルタ回路は、共通端子が分岐されてそれぞれにＲＣフィルタを構成する抵抗が接続され、これら各抵抗にはそれぞれ異なる一対の検出端子の一方の端子が接続されており、さらに、一対の検出端子の端子間にＲＣフィルタを構成するコンデンサがそれぞれ接続されて構成されていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、共通端子が分岐されてそれぞれに抵抗が接続されているので、ＲＣフィルタ回路においてｎ個の電池セルをまたぐ経路では、電池セルの数に応じてコンデンサの数が増えると共に、電池セルの数に応じて抵抗の数も増える。このため、どの経路においても、カットオフ周波数は抵抗の数とコンデンサの数とが相殺された周波数となるので、各経路のカットオフ周波数のバラツキを低減することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、一対の検出端子の端子間に短絡スイッチがそれぞれ設けられていることを特徴とする。これによると、各短絡スイッチのいずれかがオンされることで、各電池セルから放電電流が流れるので、各電池セルのセル電圧の均等化を図ることができる。また、隣同士の電池セルの各一対の検出端子に係る各短絡スイッチがそれぞれオンされたとしても、共通端子と各電池セルとの間には抵抗が配置されていないので、当該抵抗による電流の変化がないようにすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、一対の検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に当該端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする。
【００１６】
このように、ＲＣフィルタ回路を構成する一対の検出端子を用いて外部均等化回路を動作させることができる。これにより、各電池セルのセル電圧を均等化させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルにおいて、低電圧側の電池セルを第１電池セルとし、高電圧側の電池セルを第２電池セルとする。さらに、第１電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第１検出端子とし、第２電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第２検出端子とする。
【００１８】
そして、第１検出端子のうちの低電圧側の端子と第２検出端子のうちの低電圧側の端子との間に第１電池セルを短絡する第１短絡スイッチを備えると共に、第１検出端子のうちの高電圧側の端子と第２検出端子のうちの高電圧側の端子との間に第２電池セルを短絡する第２短絡スイッチを備えていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、第１、第２短絡スイッチがオンされることで、第１、第２電池セルから放電電流が流れるので、第１、第２電池セルのセル電圧の均等化を図ることができる。また、第１、第２短絡スイッチがそれぞれオンされたとしても、共通端子と第１、第２電池セルとの間には抵抗が配置されていないので、当該抵抗による電流の変化がないようにすることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、第１電池セルに対応する第１検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に、第２電池セルに対応する第２検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されており、これらの端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする。
【００２１】
このように、ＲＣフィルタ回路を構成する第１検出端子や第２検出端子の各端子を用いて外部均等化回路を動作させることができる。これにより、各電池セルのセル電圧を均等化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。
【図２】図１に示されるＲＣフィルタ回路のフィルタ特性を説明するための回路図である。
【図３】内部均等化回路によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図である。
【図４】外部均等化回路によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図である。
【図５】断線検出を説明するための回路図である。
【図６】正常時および異常時に検出される各電池セルのセル電圧の一覧を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。
【図８】第２実施形態において、内部均等化回路によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図である。
【図９】第２実施形態において、外部均等化回路によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図である。
【図１０】課題を説明するための図であり、組電池を構成する各電池セルと電池監視装置との間にフィルタ回路を設けた図である。
【図１１】図１０に示される経路の違いによってカットオフ周波数にバラツキが生じることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。この図に示されるように、電池電圧監視システムは、組電池１０と電池電圧監視装置とを備えて構成されている。
【００２５】
組電池１０は、最小単位である電池セル１１が直列に複数接続されて構成された電池群である。電池セル１１は例えば図１に示されるように５個が直列に接続されている。電池セル１１として充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。そして、電池電圧監視装置は、例えばハイブリッド車等の電気自動車に適用されるものであり、組電池１０はハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、インバータやモータ等の負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。
【００２６】
また、各電池セル１１のうちの直列接続された隣同士の電池セル１１では、高電圧側の電池セル１１の負極端子と低電圧側の電池セル１１の正極端子とが共通化されて共通端子２０に接続されている。すなわち、電池セル１１の端子から共通端子２０までは１本の配線で接続されている。
【００２７】
電池電圧監視装置は、組電池１０を構成する各電池セル１１のセル電圧をそれぞれ監視する装置である。このような電池電圧監視装置は、外部均等化回路３０と、ＲＣフィルタ回路４０と、監視ＩＣ５０と、図示しないマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）と、を備えて構成されている。
【００２８】
外部均等化回路３０は、均等化放電の対象となった電池セル１１から放電電流を流すことにより各電池セル１１のセル電圧を均等化する回路である。このような外部均等化回路３０は、図１に示されるように、例えば電池セル１１それぞれに対応した抵抗３１ａ、抵抗３１ｂ、抵抗３１ｃ、ＮＰＮ型のトランジスタ３２、およびダイオード３３を備えて構成されている。
【００２９】
抵抗３１ａの一端側は電池セル１１の正極端子（一方の共通端子２０）に接続され、他端側はトランジスタ３２のコレクタに接続されている。トランジスタ３２のエミッタは電池セル１１の負極端子（他方の共通端子２０）に接続されている。また、トランジスタ３２のベース−エミッタ間に抵抗３１ｂが接続され、さらにトランジスタ３２のベースに抵抗３１ｃおよびダイオード３３が直列接続されている。このダイオード３３のアノードはＲＣフィルタ回路４０に接続されている。このような構成では、ダイオード３３を介してトランジスタ３２のベースに電流が流れ込んでトランジスタ３２がオンすることにより、電池セル１１から抵抗３１ａおよびトランジスタ３２を介して放電電流が流れるようになっている。
【００３０】
ＲＣフィルタ回路４０は、複数の電池セル１１の正極端子および負極端子のぞれぞれと、監視ＩＣ５０に設けられた複数の一対の検出端子６１、６２と、の間に介在されたノイズ除去回路である。すなわち、ＲＣフィルタ回路４０は、外部均等化回路３０と監視ＩＣ５０の各検出端子６１、６２との間に設けられたローパスフィルタである。一対の検出端子６１、６２は各々の電池セル１１の正極および負極にそれぞれ対応して電池セル１１毎に監視ＩＣ５０に設けられている。
【００３１】
このようなＲＣフィルタ回路４０は、電池セル１１毎に、抵抗４１、抵抗４２、およびコンデンサ４３を備えて構成されている。抵抗４１は電池セル１１の正極端子に係る共通端子２０が分岐された一方に接続され、抵抗４２は電池セル１１の負極端子に係る共通端子２０が分岐された一方に接続され、これら抵抗４１と抵抗４２との間にコンデンサ４３が接続された回路形態となっている。さらに、コンデンサ４３のうち抵抗４１に接続された端子が一対の検出端子６１、６２の一方の検出端子６１に接続され、コンデンサ４３のうち抵抗４２に接続された端子が一対の検出端子６１、６２の他方の検出端子６２に接続されている。
【００３２】
言い換えると、電池セル１１の共通端子２０が分岐されてそれぞれに抵抗４１および抵抗４２が接続され、これら抵抗４１および抵抗４２にはそれぞれ異なる一対の検出端子６１、６２の一方が接続されている。また、一対の検出端子６１、６２の両端子間にコンデンサ４３が接続されている。
【００３３】
このようなＲＣフィルタ回路４０の回路構成によると、電池セル１１の各端子と共通端子２０との間には抵抗４１や抵抗４２は存在せず、共通端子２０が分岐された先に抵抗４１や抵抗４２が接続された構成になっている。また、外部均等化回路３０のダイオード３３のアノードは、コンデンサ４３と抵抗４２との間に接続されている。
【００３４】
なお、図１では、共通端子２０はＲＣフィルタ回路４０に設けられているように示されているが、電池電圧監視装置は例えば１つの電子基板として構成されるため、実際には共通端子２０は外部均等化回路３０よりも組電池１０側に設けられる。つまり、図１に示される共通端子２０の位置は一例である。もちろん、共通端子２０が電子基板の端に設けられたとしても、共通端子２０が分岐されて抵抗４１および抵抗４２が接続されることには変わりない。
【００３５】
監視ＩＣ５０は、電池セル１１毎に設けられた一対の検出端子６１、６２に印加されるセル電圧をそれぞれ検出する電子部品である。このような監視ＩＣ５０は、上述の一対の検出端子６１、６２と、内部均等化回路７０と、マルチプレクサ８０と、電圧検出回路９０と、を備えている。
【００３６】
内部均等化回路７０は、均等化放電の対象となった電池セル１１から監視ＩＣ５０の内部に放電電流を流すことにより各電池セル１１のセル電圧を均等化する回路である。このような内部均等化回路７０は、電池セル１１それぞれに対応して抵抗７１および短絡スイッチ７２を備えて構成されている。
【００３７】
抵抗７１および短絡スイッチ７２は直列接続され、抵抗７１が一対の検出端子６１、６２の一方の検出端子６１に接続され、短絡スイッチ７２が一対の検出端子６１、６２の他方の検出端子６２に接続されている。すなわち、短絡スイッチ７２は一対の検出端子６１、６２の端子間に設けられている。
【００３８】
マルチプレクサ８０は、組電池１０を構成する各々の電池セル１１のうちのいずれかと電圧検出回路９０とを接続するスイッチ群である。そして、マルチプレクサ８０は、電池セル１１毎に、電池セル１１の正極端子に対応する検出端子６１に一方の接点が接続された正極側スイッチ８１と、電池セル１１の負極端子に対応する検出端子６２に一方の接点が接続された負極側スイッチ８２と、を備えている。
【００３９】
これら各スイッチ８１、８２は、例えばトランジスタ等で構成されている。そして、電池セル１１のセル電圧の検出が行われる際には、検出対象となる電池セル１１に対応した正極側スイッチ８１および負極側スイッチ８２が図示しないスイッチ選択回路によりオンされる。
【００４０】
電圧検出回路９０は、マルチプレクサ８０で選択された電池セル１１のセル電圧を増幅して測定する回路である。このため、電圧検出回路９０は、差動増幅回路９１とＡＤ変換器９２（図１のＡＤＣ）とを備えている。
【００４１】
差動増幅回路９１はマルチプレクサ８０を構成する各スイッチ８１、８２に接続されており、抵抗９３〜９６とオペアンプ９７とを備えて構成されている。抵抗９３はマルチプレクサ８０の各正極側スイッチ８１の他方の接点にそれぞれ接続され、抵抗９４は抵抗９３とグランドとの間に接続されている。これら抵抗９３と抵抗９４との間の接続点がオペアンプ９７の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗９５はマルチプレクサ８０の各負極側スイッチ８２の他方の接点にそれぞれ接続され、抵抗９６は抵抗９５とオペアンプ９７の出力端子との間に接続されている。これら抵抗９５と抵抗９６との間の接続点がオペアンプ９７の反転入力端子に接続されている。そして、オペアンプ９７の出力端子はＡＤ変換器９２に接続されている。
【００４２】
ＡＤ変換器９２は、マイコンの指令に従って、差動増幅回路９１で増幅された電池セル１１のセル電圧を測定する回路である。ＡＤ変換器９２は、測定したセル電圧をデジタル信号に変換してＡＤ出力としてマイコンに出力する。
【００４３】
マイコンは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って各電池セル１１の状態を監視する制御回路である。このようなマイコンは、ＡＤ変換器９２によって測定された各電池セル１１のセル電圧と図示しない測定回路により測定された組電池１０に流れる電流とを用いて組電池１０の残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）を取得する。そして、マイコンはこの残存容量に基づいて外部均等化回路３０や内部均等化回路７０を動作させることにより各電池セル１１のセル電圧の均等化を図る制御を行う。
【００４４】
また、マイコンは、内部均等化回路７０の短絡スイッチ７２をオンしたときに検出される電池セル１１のセル電圧に基づいて、組電池１０と電池電圧監視装置との間の配線すなわち電池セル１１の端子から共通端子２０までの配線の断線を検出する機能も備えている。短絡スイッチ７２がオンされたときに検出されるセル電圧の大きさは決まっている。したがって、マイコンは短絡スイッチ７２をオンしたときに検出されるセル電圧のマップを予め備えており、実際に検出される電圧と予め記憶されたセル電圧とを比較することで断線を検出する。
【００４５】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置および電圧検出システムの構成である。次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置のＲＣフィルタ回路４０のフィルタ特性について、図２を参照して説明する。図２は、複数の電池セル１１のうちの４個の電池セル１１とこれらの電池セル１１に対応するＲＣフィルタ回路４０を示した図である。なお、図２では外部均等化回路３０を省略している。
【００４６】
ここで、最も低電圧側の電池セル１１を「Ｖ１」とし、高電圧側に順に、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４としている。同様に、Ｖ１に対応する一対の検出端子６１、６２を「Ｖ１検出端子」とし、高電圧側に順に、Ｖ２検出端子、Ｖ３検出端子、Ｖ４検出端子としている。さらに、各抵抗４１および各抵抗４２の抵抗値をそれぞれ「Ｒ／２」とし、各コンデンサ４３の静電容量をそれぞれ「Ｃ」としている。
【００４７】
そして、Ｖ１の電池セル１１に対応した経路１には、抵抗４１、抵抗４２、１つのコンデンサ４３が存在するので、経路１の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆＲＣ｝
で表される。
【００４８】
また、Ｖ２の電池セル１１に対応した経路２には、２個の抵抗４１、２個の抵抗４２、２個のコンデンサ４３が存在するので、経路２の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（２Ｒ）・（Ｃ／２）｝
で表される。
【００４９】
同様に、Ｖ３の電池セル１１に対応した経路３には、３個の抵抗４１、３個の抵抗４２、３個のコンデンサ４３が存在するので、経路３の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（３Ｒ）・（Ｃ／３）｝
で表される。
【００５０】
さらに、Ｖ４の電池セル１１に対応した経路４には、４個の抵抗４１、４個の抵抗４２、４個のコンデンサ４３が存在するので、経路４の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（４Ｒ）・（Ｃ／４）｝
で表される。
【００５１】
このように、各経路において電池セル１１をまたぐ数が増加しても、共通端子２０が分岐された先にＲＣフィルタを構成する抵抗４１や抵抗４２が接続されているので、またぐ電池セル１１の増加に伴って経路に存在する抵抗４１および抵抗４２の数も増える。このため、どの経路においても、カットオフ周波数は抵抗４１および抵抗４２の数とコンデンサ４３の数とが相殺された周波数となる。したがって、どの電池セル１１に対応した一対の検出端子６１、６２に対してもカットオフ周波数は同じになるので、各経路に応じてカットオフ周波数のバラツキが生じるということはない。
【００５２】
なお、上記では各抵抗４１および各抵抗４２の各抵抗値をそれぞれＲ／２としたが、これはＲＣフィルタを設計する際の一例を示したものであり、Ｖ２やＶ３等の電池セル１１に対応した抵抗４１の抵抗値を抵抗４２の抵抗値よりも高く設定しても良い。このように抵抗値を設定する場合は、Ｖ１の電池セル１１に対応する抵抗４１の抵抗値を抵抗４２の抵抗値よりも低くする等の設計を行えば良い。
【００５３】
次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置が各電池セル１１のセル電圧を検出する作動について説明する。まず、マイコンの切り替え指令に従って各電池セル１１に対応する正極側スイッチ８１と負極側スイッチ８２との接続が順番に切り替えられる。例えば、最も低電圧側の電池セル１１に対応する各スイッチ８１、８２がオンされる。
【００５４】
これにより、当該電池セル１１に対応する一対の検出端子６１、６２の一方の検出端子６１には当該電池セル１１の正極側の電位が印加され、他方の検出端子６２には当該電池セル１１の負極側の電位が印加される。そして、マイコンからＡＤ変換器９２に最も低電圧側の電池セル１１のセル電圧をＡＤ変換するＡＤ指令が出されると、ＡＤ変換器９２では差動増幅回路９１を介してマルチプレクサ８０から入力されるセル電圧のＡＤ変換が行われ、ＡＤ変換器９２からマイコンにセル電圧が出力される。
【００５５】
このようにして、例えば最も低電圧側の電池セル１１から高電圧側に順番に電池セル１１のセル電圧がそれぞれ検出される。
【００５６】
続いて、本実施形態に係る電池電圧監視装置が各電池セル１１のセル電圧を均等化する作動について、図３および図４を参照して説明する。なお、各セル電圧の検出に基づき、どの電池セル１１を放電させるかはマイコンが把握している。
【００５７】
図３は、内部均等化回路７０によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図であり、外部均等化回路３０や監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。図３に示されるように、例えばＶ３の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がマイコンによりオンされるとする。これにより、Ｖ３の電池セル１１から、Ｖ３の電池セル１１に対応する抵抗４１、一方の検出端子６１、抵抗７１、短絡スイッチ７２、他方の検出端子６２、抵抗４２を経由する経路で放電電流が流れる。この経路では、監視ＩＣ５０内に放電電流が流れる。
【００５８】
このように、放電させたい電池セル１１の短絡スイッチ７２がオンされることで当該電池セル１１から放電電流が流れるので、各電池セル１１のセル電圧の均等化を図ることができる。
【００５９】
また、Ｖ３の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がオンされると同時に、Ｖ２の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がオンされると、上記と同様にＶ２の電池セル１１から放電電流が流れる。すなわち、隣同士の電池セル１１にそれぞれ放電電流が流れる。この場合、Ｖ２の電池セル１１の正極端子とＶ３の電池セル１１の負極端子とが共通化されて共通端子２０に接続される配線には抵抗が存在していないので、隣同士の電池セル１１の各一対の検出端子６１、６２に係る各短絡スイッチ７２がそれぞれオンされたとしても当該抵抗による放電電流の変化がないようにすることができる。
【００６０】
一方、図４は、外部均等化回路３０によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図であり、監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。なお、図４では外部均等化回路３０の抵抗３１ｂおよび抵抗３１ｃを省略している。
【００６１】
上述のように、内部均等化回路７０は監視ＩＣ５０の内部に放電電流を流すことによってセル電圧の均等化を図る回路であるが、監視ＩＣ５０の内部には大きな放電電流を流すことができない。しかし、図４に示されるように、放電電流が流れる経路にダイオード３３のアノードが接続されているので、例えばＶ３の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がオンされて内部均等化回路７０が動作すると、ダイオード３３を介してトランジスタ３２のベースに電流が流れ込み、トランジスタ３２がオンする。これにより、電池セル１１から抵抗３１ａおよびトランジスタ３２を経由する経路で、監視ＩＣ５０に流れる放電電流よりも大きな放電電流を流すことができる。
【００６２】
もちろん、外部均等化回路３０が動作したとしても、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との間と共通端子２０までの配線には抵抗が存在しないので、当該抵抗による放電電流の変化は起こらない。
【００６３】
以上のように、内部均等化回路７０を動作させる、すなわち他方の検出端子６２に電流を流すことで他方の検出端子６２の電圧変動により外部均等化回路３０が動作する。また、これらの均等化回路の動作により、各電池セル１１のセル電圧の均等化を図ることができる。なお、上記では、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との均等化放電について説明したが、他の電池セル１１の均等化放電についても動作は同じである。
【００６４】
次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置が組電池１０と電池電圧監視装置との間の配線の断線を検出する作動について、図５および図６を参照して説明する。断線検出は、マイコンに組み込まれた所定のプログラムに従って実行される。
【００６５】
図５は、断線検出を説明するためのＲＣフィルタ回路４０および内部均等化回路７０を示した回路図であり、外部均等化回路３０や監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。
【００６６】
ここで、Ｖ１の電池セル１１の負極端子から抵抗４２までの配線を「Ｌ０」とし、Ｖ１の電池セル１１の正極端子から共通端子２０までの配線を「Ｌ１」としている。このように、電池セル１１の端子からＲＣフィルタ回路４０までの配線を低電圧側から順にＬ０、Ｌ１、Ｌ２、・・・としている。
【００６７】
また、Ｖ１の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２を「ＳＷ１」、短絡スイッチ７２に接続された抵抗７１の抵抗値を「ｒ」、当該短絡スイッチ７２がオンされることで一対の検出端子６１、６２にて検出される電圧を「Ｖ１’」とする。Ｖ２〜Ｖ５の電池セル１１についても同様である。さらに、Ｖ１〜Ｖ５の電池セル１１の各セル電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ５とする。したがって、通常、例えばＶ１’の値はＶ１となる。
【００６８】
なお、抵抗４１および抵抗４２の各抵抗値を「Ｒ」としている。また、ｒは最小設計値であるので、抵抗７１は抵抗４１および抵抗４２と比較して充分小さい値である。
【００６９】
図６は、正常時および異常時に検出される各電池セル１１のセル電圧の一覧を示した図である。図６（ａ）は正常時、図６（ｂ）はＬ２断線時、図６（ｃ）はＬ０断線時の各セル電圧を示している。
【００７０】
まず、各電池セル１１とＲＣフィルタ回路４０との間に断線が生じていない場合、Ｖ１〜Ｖ５の各電池セル１１のセル電圧は図６（ａ）に示されるものとなる。
【００７１】
そして、各短絡スイッチ７２がオンされることで各電池セル１１のセル電圧がそれぞれ検出される。具体的には、Ｖ１の電池セル１１に対応するＳＷ１のみがオンされると、Ｖ１の電池セル１１に対応した一対の検出端子６１、６２にはＶ１’として抵抗７１の電圧降下分である「ｖｓ」の電圧が検出される。このｖｓは、ｖｓ＝Ｖｃｅｌ×ｒ／（２Ｒ＋ｒ）≒０である。Ｖｃｅｌは各電池セル１１のセル電圧を示している。
【００７２】
同様に、Ｖ２の電池セル１１に対応するＳＷ２のみがオンされると、Ｖ２の電池セル１１に対応した一対の検出端子６１、６２にはＶ２’として「ｖｓ」の電圧が検出される。Ｖ３〜Ｖ５の各電池セル１１についても同様である。このように、断線が生じていない正常時において、各短絡スイッチ７２がオンされたときに検出される電圧は「ｖｓ」となる。
【００７３】
一方、図５に示されるように、例えば、Ｖ２の電池セル１１の正極端子側と共通端子２０との間の配線が断線したとする。これにより、Ｖ２の電池セル１１に対応するＳＷ２のみがオンされたとしても、一対の検出端子６１、６２にはＶ２の電池セル１１のセル電圧が印加されないので、図６（ｂ）に示されるように検出される電圧は「０」となる。したがって、本来であれば、ＳＷ２のみがオンされれば「ｖｓ」の電圧が検出されるが、断線により「０」の電圧が検出されるため、マイコンにて「ｖｓ」と「０」とが比較されることでＬ２の断線が検出される。
【００７４】
また、ＳＷ２のみがオンされた状態では、Ｖ３の電池セル１１に対応する一対の検出端子６１、６２にはＶ２およびＶ３の電圧が印加されるので、検出される電圧Ｖ３’は「Ｖ２＋Ｖ３」となる。したがって、図６（ａ）に示されるように正常であれば「Ｖ３」の電圧が検出されるが、図６（ｂ）に示されるようにＬ２の断線時には「Ｖ２＋Ｖ３」の電圧が検出されるので、マイコンでこれらの電圧が比較されることでＬ２の断線が検出される。
【００７５】
同様に、Ｖ３の電池セル１１に対応するＳＷ３のみがオンされた場合にはＶ３’として「０」の電圧が検出される。また、ＳＷ３のみがオンされた状態では、Ｖ２’として「Ｖ２＋Ｖ３」の電圧が検出される。これらの検出結果と正常時の電圧との比較により、マイコンにてＬ２の断線が検出される。
【００７６】
なお、Ｌ２が断線した場合は、Ｖ２およびＶ３の電池セル１１に係るセル電圧は正常に検出されないので、「（Ｖ２）」のようにセル電圧をかっこ書きにしてある。
【００７７】
そして、最も低電圧側の配線であるＬ０が断線した場合は、図６（ｃ）に示されるように、ＳＷ１のみがオンされるとＶ１’として「ｖｓ」の電圧が検出される。したがって、マイコンにて「ｖｓ」と「０」とが比較されることでＬ０の断線が検出される。
【００７８】
このように、内部均等化回路７０の短絡スイッチ７２を利用することにより、セル電圧の均等化だけでなく、組電池１０とＲＣフィルタ回路４０との間の配線の断線を検出することもできる。なお、Ｌ０とＬ２の断線検出について説明したが、他の配線の断線についても上記と同様に断線を検出できる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態では、ノイズ対策として設けられたＲＣフィルタ回路４０を構成するに当たり、電池セル１１の端子に電気的に接続される共通端子２０を分岐させて一方に抵抗４１を接続し、他方に抵抗４２を接続したことが特徴となっている。
【００８０】
これにより、組電池１０とＲＣフィルタ回路４０との間にはＲＣフィルタを構成する抵抗が存在しないので、ＲＣフィルタ回路４０においてｎ個の電池セル１１をまたぐ経路では、電池セル１１の数に応じて抵抗４１および抵抗４２の数を増やすことができる。このため、ＲＣフィルタにおけるどの経路においてもカットオフ周波数は抵抗４１および抵抗４２の数とコンデンサ４３の数とが相殺された周波数となる。したがって、各経路のカットオフ周波数のバラツキを低減することができる。
【００８１】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、外部均等化回路３０および内部均等化回路７０の回路構成が第１実施形態と異なっている。
【００８２】
図７は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。この図に示されるように、電池電圧監視装置のうち、ＲＣフィルタ回路４０、監視ＩＣ５０内のマルチプレクサ８０および電圧検出回路９０は、第１実施形態で示された構成と同じである。
【００８３】
まず、本実施形態では、複数の電池セル１１のうちの直列接続された隣同士の電池セル１１において、図７に示されるように低電圧側の電池セル１１を第１電池セル１２とし、高電圧側の電池セル１１を第２電池セル１３とする。また、第１電池セル１２のセル電圧を検出するための一対の検出端子６１、６２を第１検出端子６３とし、第２電池セル１３のセル電圧を検出するための一対の検出端子６１、６２を第２検出端子６４とする。
【００８４】
そして、本実施形態に係る外部均等化回路３０は、第１電池セル１２に対して、上記の抵抗３１ａ、抵抗３１ｂ、抵抗３１ｃ、ＮＰＮ型のトランジスタ３２、およびダイオード３３による均等化回路が構成されている。さらに、外部均等化回路３０は、第２電池セル１３に対して、抵抗３４ａ、抵抗３４ｂ、抵抗３４ｃ、ＰＮＰ型のトランジスタ３５、およびダイオード３６を備えて構成されている。
【００８５】
抵抗３４ａの一端側は第２電池セル１３の負極端子に接続され、他端側はトランジスタ３５のコレクタに接続されている。トランジスタ３５のエミッタは第２電池セル１１の正極端子に接続されている。また、トランジスタ３５のベース−エミッタ間に抵抗３４ｂが接続され、さらにトランジスタ３５のベースに抵抗３４ｃおよびダイオード３６が直列接続されている。ダイオード３６のアノードは抵抗３４ｃに接続され、カソードはＲＣフィルタ回路４０の抵抗４１とコンデンサ４３との接続点に接続されている。このような構成では、ダイオード３６を介してトランジスタ３５のベースから電流が引き抜かれてトランジスタ３５がオンすることにより、第２電池セル１１からトランジスタ３５および抵抗３４ａを介して放電電流が流れるようになっている。
【００８６】
また、内部均等化回路７０は、第１短絡スイッチ７３と第２短絡スイッチ７４とを備えている。第１短絡スイッチ７３は第１電池セル１２を短絡するためのスイッチであり、第１検出端子６３のうちの低電圧側の端子６３ａと第２検出端子６４のうちの低電圧側の端子６４ａとを電気的に接続するように設けられている。一方、第２短絡スイッチ７４は第２電池セル１３を短絡するためのスイッチであり、第１検出端子６３のうちの高電圧側の端子６３ｂと第２検出端子６４のうちの高電圧側の端子６４ｂとを電気的に接続するように設けられている。
【００８７】
上記では、各電池セル１１のうちの任意の隣同士の電池セル１１を第１電池セル１２および第２電池セル１３としたが、この２個の電池セル１１のセットが所望の数だけ直列接続されることとなる。また、本実施形態では電池セル１１の数は５個であるので、最も高電圧側の電池セル１１は第１電池セル１２に該当する。
【００８８】
この場合、図７に示されるように、最も高電圧側の第１電池セル１２の正極端子に電気的に接続された共通端子２０が分岐されて一方に抵抗４１が接続されるが、他方には抵抗４２が接続されている。この抵抗４２は、監視ＩＣ５０に設けられた当該抵抗４２に対応する第２検出端子６４の端子６４ａに接続されている。そして、この端子６４ａと最も高電圧側の第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちの低電圧側の端子６３ａとを電気的に接続するように第１短絡スイッチ７３が設けられている。この第１短絡スイッチ７３は、最も高電圧側の第１電池セル１２を短絡するためのスイッチである。
【００８９】
なお、図７において、各電池セル１１のうち最も低電圧側の電池セル１１を第２電池セル１３としても良い。この場合、最も高電圧側の電池セル１１は第２電池セル１３に該当する。このように、第１電池セル１２および第２電池セル１３を決めるに当たり、どの電池セル１１を基準としても良い。
【００９０】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置の構成である。続いて、本実施形態に係る電池電圧監視装置が各電池セル１１のセル電圧を均等化する作動について、図８および図９を参照して説明する。
【００９１】
図８は、内部均等化回路７０によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図であり、外部均等化回路３０や監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。この図に示されるように、例えばＶ３の電池セル１１（第１電池セル１２）に対応する第１検出端子６３の端子６３ａに接続された第１短絡スイッチ７３がオンされるとする。これにより、Ｖ３の電池セル１１から、Ｖ４の電池セル１１に対応する抵抗４２、Ｖ４の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ａ、当該第１短絡スイッチ７３、Ｖ３の電池セル１１に対応する第２検出端子６３ｂの端子６３ａ、Ｖ３の電池セル１１に対応する抵抗４２を経由する経路で放電電流が流れる。このようにして、Ｖ３の電池セル１１のセル電圧について、他の電池セル１１のセル電圧との均等化を図ることができる。
【００９２】
また、Ｖ３の電池セル１１と同時に、Ｖ２の電池セル１１（第２電池セル１３）に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂに接続された第２短絡スイッチ７４がオンされるとする。これにより、Ｖ２の電池セル１１から、Ｖ２の電池セル１１に対応する抵抗４１、Ｖ２の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂ、当該第２短絡スイッチ７４、Ｖ１の電池セル１１に対応する第１検出端子６３の端子６３ｂ、Ｖ１の電池セル１１に対応する抵抗４２を経由する経路で放電電流が流れる。
【００９３】
このとき、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との間と共通端子２０までの配線には抵抗が存在していないので、隣同士のＶ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１とにそれぞれ放電電流を流したとしても、当該抵抗による放電電流の変化がないようにすることができる。
【００９４】
一方、図９は、外部均等化回路３０によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図であり、監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。第１実施形態と同様に、外部均等化回路３０は、内部均等化回路７０では流せない大きな放電電流を流す役割を果たす。
【００９５】
そして、上記と同様に、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１とに対応する内部均等化回路７０を動作させるとする。
【００９６】
上述のように、Ｖ２の電池セル１１から当該Ｖ２の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂに放電電流が流れると、この第２検出端子６４の端子６４ｂに電気的に接続されたダイオード３６に電流が流れることでトランジスタ３５のベース電圧が下がり、当該トランジスタ３５がオンする。これにより、Ｖ２の電池セル１１からトランジスタ３５および抵抗３４ａを経由する経路で、監視ＩＣ５０に流れる放電電流よりも大きな放電電流を流すことができる。
【００９７】
また、Ｖ３の電池セル１１からＶ３の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂに放電電流が流れると、第１実施形態と同様に、ダイオード３３に電流が流れ込んでトランジスタ３２がオンする。これにより、Ｖ３の電池セル１１から抵抗３１ａおよびトランジスタ３２を経由する経路で、監視ＩＣ５０に流れる放電電流よりも大きな放電電流を流すことができる。このように、第２検出端子６４の端子６４ｂに電流を流すことで端子６４ｂの電圧変動により外部均等化回路３０が動作する。
【００９８】
なお、外部均等化回路３０が動作したとしても、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との間と共通端子２０までの配線には抵抗が存在しないので、当該抵抗による放電電流の変化は起こらない。また、上記では、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との均等化放電について説明したが、他の電池セル１１の均等化放電についても動作は同じである。
【００９９】
以上説明したように、２組の第１、第２検出端子６３、６４のうちの低電圧側の端子６３ａ、６４ａ同士に第１短絡スイッチ７３を接続し、高電圧側の端子６３ｂ、６４ｂ同士に第２短絡スイッチ７４を接続した内部均等化回路７０を構成することができる。
【０１００】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電池電圧監視装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明の特徴を含んだ他の構成とすることもできる。例えば、監視ＩＣ５０を用いることは一例であり、ＩＣを用いずに回路を構成しても良い。また、外部均等化回路３０の構成も一例であり、他の回路構成としても良い。特に、第２実施形態に係る外部均等化回路３０において、第２電池セル１３に対応したトランジスタ３５としてＰＮＰ型のものを用いているが、ＮＰＮ型のトランジスタを用いて構成することもできる。
【０１０１】
また、上記各実施形態では、抵抗４１と抵抗４２とを同じ抵抗値としたが、これは実施の一例であり、異なる抵抗値を設定しても良い。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、外部均等化回路３０が電池電圧監視装置に設けられている例について説明したが、外部均等化回路３０を用いた均等化放電を行わない場合には外部均等化回路３０は電池電圧監視装置に設けられていなくても良い。
【０１０３】
第１実施形態では、外部均等化回路３０のダイオード３３は、一対の検出端子６１、６２のうちの検出端子６２に電気的に接続され、この端子に流れる電流によって動作するように構成されていたが、これは一例である。すなわち、外部均等化回路３０は、一対の検出端子６１、６２のうちのいずれかの端子に電気的に接続され、この端子に流れる電流によって動作するように構成されていれば良い。
【０１０４】
同様に、第２実施形態では、例えば第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちの端子６３ａが外部均等化回路３０のダイオード３３に電気的に接続され、第２電池セル１３に対応する第２検出端子６４のうちの端子６４ｂが外部均等化回路３０のダイオード３６に電気的に接続されていたが、これは一例である。すなわち、外部均等化回路３０は、第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちのいずれかの端子６３ａ、６３ｂに電気的に接続されていると共に、第２電池セル１３に対応する第２検出端子６４のうちのいずれかの端子６４ａ、６４ｂに電気的に接続されており、これらの端子６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂに流れる電流によって動作するように構成されていれば良い。例えば、第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちの端子６３ｂをダイオード３３に接続する接続形態も可能である。もちろん、第２実施形態では、外部均等化回路３０において第１電池セル１２に対応するトランジスタ３２としてＮＰＮ型を採用し、第２電池セル１３に対応するトランジスタ３５としてＰＮＰ型を採用しているが、これも一例であり、例えば各電池セル１１に対応する外部均等化回路３０のトランジスタを全てＮＰＮ型としても良い。なお第１実施形態と弟２実施形態の外部均等化回路３０のトランジスタ３２、３５はバイポーラトランジスタで構成しているがＭＯＳＦＥＴでも良い。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 組電池
１１ 電池セル
１２ 第１電池セル
１３ 第２電池セル
２０ 共通端子
３０ 外部均等化回路
４０ ＲＣフィルタ回路
６１、６２ 一対の検出端子
６３ 第１検出端子
６４ 第２検出端子
７２ 短絡スイッチ
７３ 第１短絡スイッチ
７４ 第２短絡スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣフィルタ回路を備えた電池電圧監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、組電池を構成する各電池セルのセル電圧を検出するように構成されたセル電圧測定装置が、例えば特許文献１で提案されている。セル電圧測定装置には各電池セルの両極端子がそれぞれ接続されており、各電池セルのセル電圧がセル電圧測定装置にてそれぞれ検出されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術において、各電池セルとセル電圧測定装置との間には、ノイズ対策としてフィルタ回路が設けられるのが一般的である。これについて、図１０を参照して説明する。この図１０に示されるように、組電池１００を構成する各電池セル１１０の両極端子と電池監視装置１２０との間にフィルタ回路１３０が設けられている。
【０００５】
すなわち、電池セル１１０の正極と負極にそれぞれ配線が接続されている。この場合、最も高電圧側の電池セル１１０の正極と最も低電圧側の電池セル１１０の負極とにそれぞれ接続された配線以外の配線については、一方の電池セル１１０の負極に接続される配線と他方の電池セル１１０の正極に接続される配線とが共通化されて１本の配線とされている。
【０００６】
そして、フィルタ回路１３０は、各電池セル１１０と電池監視装置１２０とを接続する各配線に接続された抵抗１４０（図１０のＲ）と、抵抗１４０よりも電池監視装置１２０側であって電池監視装置１２０の入力端子間に接続されたコンデンサ１５０（図１０のＣ）と、を備えて構成されている。これにより、１つの電池セル１１０の両極端子間にローパスフィルタとして機能するＲＣフィルタが構成される。
【０００７】
しかしながら、ｎ個の電池セル１１０をまたぐ電流経路を経路ｎとすると、経路ｎは２つの抵抗１４０とｎ直列のコンデンサ１５０とで形成されるので、各電池セル１１０から電池監視装置１２０への経路ｎの伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（２Ｒ）・（Ｃ／ｎ）｝
で表される。上記の式において、（２Ｒ）・（Ｃ／ｎ）＝Ｔｎとすると、Ｔｎは（１／ｎ）に比例する。また、カットオフ周波数ｆｎはｆｎ＝（１／Ｔｎ）で表されるので、経路ｎのカットオフ周波数ｆｎはｎに比例する。
【０００８】
図１１は、経路ｎによるカットオフ周波数の違いを示した図である。ｆ１は図１０の経路１のカットオフ周波数を表し、ｆ２、ｆ３、ｆ１２についても同様である。そして、図１１に示されるように、電池セル１１０の直列数が多くなるほど、カットオフ周波数が高くなってしまう。例えば、図１０に示されるように、電池セル１１０の数が１２個の場合、カットオフ周波数は最大で１２倍も異なってしまう。このように、各電池セル１１０と電池監視装置１２０との間に単にＲＣフィルタを設けても、各経路に応じてカットオフ周波数にバラツキが生じてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑み、各電池セルと電池電圧監視装置との間にＲＣフィルタを備えた構成において、どの経路にも関わらず、カットオフ周波数のバラツキを低減することができる構成を備えた電池電圧監視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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続された組電池の各々の電池セルの正極および負極にそれぞれ対応する一対の検出端子を電池セル毎に備えている。また、複数の電池セルの正極端子および負極端子のぞれぞれと、電池セル毎に設けられた一対の検出端子と、の間に介在されるＲＣフィルタ回路を備えており、電池セル毎に設けられた一対の検出端子に印加されるセル電圧をそれぞれ検出するように構成されている。
【００１１】
複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルでは、高電圧側の電池セルの負極端子と低電圧側の電池セルの正極端子とが共通化されて共通端子に接続されている。
【００１２】
そして、ＲＣフィルタ回路は、共通端子が分岐されてそれぞれにＲＣフィルタを構成する抵抗が接続され、これら各抵抗にはそれぞれ異なる一対の検出端子の一方の端子が接続されており、さらに、一対の検出端子の端子間にＲＣフィルタを構成するコンデンサがそれぞれ接続されて構成されていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、共通端子が分岐されてそれぞれに抵抗が接続されているので、ＲＣフィルタ回路においてｎ個の電池セルをまたぐ経路では、電池セルの数に応じてコンデンサの数が増えると共に、電池セルの数に応じて抵抗の数も増える。このため、どの経路においても、カットオフ周波数は抵抗の数とコンデンサの数とが相殺された周波数となるので、各経路のカットオフ周波数のバラツキを低減することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、一対の検出端子の端子間に短絡スイッチがそれぞれ設けられていることを特徴とする。これによると、各短絡スイッチのいずれかがオンされることで、各電池セルから放電電流が流れるので、各電池セルのセル電圧の均等化を図ることができる。また、隣同士の電池セルの各一対の検出端子に係る各短絡スイッチがそれぞれオンされたとしても、共通端子と各電池セルとの間には抵抗が配置されていないので、当該抵抗による電流の変化がないようにすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、一対の検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に当該端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする。
【００１６】
このように、ＲＣフィルタ回路を構成する一対の検出端子を用いて外部均等化回路を動作させることができる。これにより、各電池セルのセル電圧を均等化させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルにおいて、低電圧側の電池セルを第１電池セルとし、高電圧側の電池セルを第２電池セルとする。さらに、第１電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第１検出端子とし、第２電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第２検出端子とする。
【００１８】
そして、第１検出端子のうちの低電圧側の端子と第２検出端子のうちの低電圧側の端子との間に第１電池セルを短絡する第１短絡スイッチを備えると共に、第１検出端子のうちの高電圧側の端子と第２検出端子のうちの高電圧側の端子との間に第２電池セルを短絡する第２短絡スイッチを備えていることを特徴とする。
【００１９】
これによると、第１、第２短絡スイッチがオンされることで、第１、第２電池セルから放電電流が流れるので、第１、第２電池セルのセル電圧の均等化を図ることができる。また、第１、第２短絡スイッチがそれぞれオンされたとしても、共通端子と第１、第２電池セルとの間には抵抗が配置されていないので、当該抵抗による電流の変化がないようにすることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、第１電池セルに対応する第１検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に、第２電池セルに対応する第２検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されており、これらの端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする。
【００２１】
このように、ＲＣフィルタ回路を構成する第１検出端子や第２検出端子の各端子を用いて外部均等化回路を動作させることができる。これにより、各電池セルのセル電圧を均等化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。
【図２】図１に示されるＲＣフィルタ回路のフィルタ特性を説明するための回路図である。
【図３】内部均等化回路によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図である。
【図４】外部均等化回路によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図である。
【図５】断線検出を説明するための回路図である。
【図６】正常時および異常時に検出される各電池セルのセル電圧の一覧を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。
【図８】第２実施形態において、内部均等化回路によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図である。
【図９】第２実施形態において、外部均等化回路によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図である。
【図１０】課題を説明するための図であり、組電池を構成する各電池セルと電池監視装置との間にフィルタ回路を設けた図である。
【図１１】図１０に示される経路の違いによってカットオフ周波数にバラツキが生じることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。この図に示されるように、電池電圧監視システムは、組電池１０と電池電圧監視装置とを備えて構成されている。
【００２５】
組電池１０は、最小単位である電池セル１１が直列に複数接続されて構成された電池群である。電池セル１１は例えば図１に示されるように５個が直列に接続されている。電池セル１１として充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。そして、電池電圧監視装置は、例えばハイブリッド車等の電気自動車に適用されるものであり、組電池１０はハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、インバータやモータ等の負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。
【００２６】
また、各電池セル１１のうちの直列接続された隣同士の電池セル１１では、高電圧側の電池セル１１の負極端子と低電圧側の電池セル１１の正極端子とが共通化されて共通端子２０に接続されている。すなわち、電池セル１１の端子から共通端子２０までは１本の配線で接続されている。
【００２７】
電池電圧監視装置は、組電池１０を構成する各電池セル１１のセル電圧をそれぞれ監視する装置である。このような電池電圧監視装置は、外部均等化回路３０と、ＲＣフィルタ回路４０と、監視ＩＣ５０と、図示しないマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）と、を備えて構成されている。
【００２８】
外部均等化回路３０は、均等化放電の対象となった電池セル１１から放電電流を流すことにより各電池セル１１のセル電圧を均等化する回路である。このような外部均等化回路３０は、図１に示されるように、例えば電池セル１１それぞれに対応した抵抗３１ａ、抵抗３１ｂ、抵抗３１ｃ、ＮＰＮ型のトランジスタ３２、およびダイオード３３を備えて構成されている。
【００２９】
抵抗３１ａの一端側は電池セル１１の正極端子（一方の共通端子２０）に接続され、他端側はトランジスタ３２のコレクタに接続されている。トランジスタ３２のエミッタは電池セル１１の負極端子（他方の共通端子２０）に接続されている。また、トランジスタ３２のベース−エミッタ間に抵抗３１ｂが接続され、さらにトランジスタ３２のベースに抵抗３１ｃおよびダイオード３３が直列接続されている。このダイオード３３のアノードはＲＣフィルタ回路４０に接続されている。このような構成では、ダイオード３３を介してトランジスタ３２のベースに電流が流れ込んでトランジスタ３２がオンすることにより、電池セル１１から抵抗３１ａおよびトランジスタ３２を介して放電電流が流れるようになっている。
【００３０】
ＲＣフィルタ回路４０は、複数の電池セル１１の正極端子および負極端子のぞれぞれと、監視ＩＣ５０に設けられた複数の一対の検出端子６１、６２と、の間に介在されたノイズ除去回路である。すなわち、ＲＣフィルタ回路４０は、外部均等化回路３０と監視ＩＣ５０の各検出端子６１、６２との間に設けられたローパスフィルタである。一対の検出端子６１、６２は各々の電池セル１１の正極および負極にそれぞれ対応して電池セル１１毎に監視ＩＣ５０に設けられている。
【００３１】
このようなＲＣフィルタ回路４０は、電池セル１１毎に、抵抗４１、抵抗４２、およびコンデンサ４３を備えて構成されている。抵抗４１は電池セル１１の正極端子に係る共通端子２０が分岐された一方に接続され、抵抗４２は電池セル１１の負極端子に係る共通端子２０が分岐された一方に接続され、これら抵抗４１と抵抗４２との間にコンデンサ４３が接続された回路形態となっている。さらに、コンデンサ４３のうち抵抗４１に接続された端子が一対の検出端子６１、６２の一方の検出端子６１に接続され、コンデンサ４３のうち抵抗４２に接続された端子が一対の検出端子６１、６２の他方の検出端子６２に接続されている。
【００３２】
言い換えると、電池セル１１の共通端子２０が分岐されてそれぞれに抵抗４１および抵抗４２が接続され、これら抵抗４１および抵抗４２にはそれぞれ異なる一対の検出端子６１、６２の一方が接続されている。また、一対の検出端子６１、６２の両端子間にコンデンサ４３が接続されている。
【００３３】
このようなＲＣフィルタ回路４０の回路構成によると、電池セル１１の各端子と共通端子２０との間には抵抗４１や抵抗４２は存在せず、共通端子２０が分岐された先に抵抗４１や抵抗４２が接続された構成になっている。また、外部均等化回路３０のダイオード３３のアノードは、コンデンサ４３と抵抗４２との間に接続されている。
【００３４】
なお、図１では、共通端子２０はＲＣフィルタ回路４０に設けられているように示されているが、電池電圧監視装置は例えば１つの電子基板として構成されるため、実際には共通端子２０は外部均等化回路３０よりも組電池１０側に設けられる。つまり、図１に示される共通端子２０の位置は一例である。もちろん、共通端子２０が電子基板の端に設けられたとしても、共通端子２０が分岐されて抵抗４１および抵抗４２が接続されることには変わりない。
【００３５】
監視ＩＣ５０は、電池セル１１毎に設けられた一対の検出端子６１、６２に印加されるセル電圧をそれぞれ検出する電子部品である。このような監視ＩＣ５０は、上述の一対の検出端子６１、６２と、内部均等化回路７０と、マルチプレクサ８０と、電圧検出回路９０と、を備えている。
【００３６】
内部均等化回路７０は、均等化放電の対象となった電池セル１１から監視ＩＣ５０の内部に放電電流を流すことにより各電池セル１１のセル電圧を均等化する回路である。このような内部均等化回路７０は、電池セル１１それぞれに対応して抵抗７１および短絡スイッチ７２を備えて構成されている。
【００３７】
抵抗７１および短絡スイッチ７２は直列接続され、抵抗７１が一対の検出端子６１、６２の一方の検出端子６１に接続され、短絡スイッチ７２が一対の検出端子６１、６２の他方の検出端子６２に接続されている。すなわち、短絡スイッチ７２は一対の検出端子６１、６２の端子間に設けられている。
【００３８】
マルチプレクサ８０は、組電池１０を構成する各々の電池セル１１のうちのいずれかと電圧検出回路９０とを接続するスイッチ群である。そして、マルチプレクサ８０は、電池セル１１毎に、電池セル１１の正極端子に対応する検出端子６１に一方の接点が接続された正極側スイッチ８１と、電池セル１１の負極端子に対応する検出端子６２に一方の接点が接続された負極側スイッチ８２と、を備えている。
【００３９】
これら各スイッチ８１、８２は、例えばトランジスタ等で構成されている。そして、電池セル１１のセル電圧の検出が行われる際には、検出対象となる電池セル１１に対応した正極側スイッチ８１および負極側スイッチ８２が図示しないスイッチ選択回路によりオンされる。
【００４０】
電圧検出回路９０は、マルチプレクサ８０で選択された電池セル１１のセル電圧を増幅して測定する回路である。このため、電圧検出回路９０は、差動増幅回路９１とＡＤ変換器９２（図１のＡＤＣ）とを備えている。
【００４１】
差動増幅回路９１はマルチプレクサ８０を構成する各スイッチ８１、８２に接続されており、抵抗９３〜９６とオペアンプ９７とを備えて構成されている。抵抗９３はマルチプレクサ８０の各正極側スイッチ８１の他方の接点にそれぞれ接続され、抵抗９４は抵抗９３とグランドとの間に接続されている。これら抵抗９３と抵抗９４との間の接続点がオペアンプ９７の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗９５はマルチプレクサ８０の各負極側スイッチ８２の他方の接点にそれぞれ接続され、抵抗９６は抵抗９５とオペアンプ９７の出力端子との間に接続されている。これら抵抗９５と抵抗９６との間の接続点がオペアンプ９７の反転入力端子に接続されている。そして、オペアンプ９７の出力端子はＡＤ変換器９２に接続されている。
【００４２】
ＡＤ変換器９２は、マイコンの指令に従って、差動増幅回路９１で増幅された電池セル１１のセル電圧を測定する回路である。ＡＤ変換器９２は、測定したセル電圧をデジタル信号に変換してＡＤ出力としてマイコンに出力する。
【００４３】
マイコンは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って各電池セル１１の状態を監視する制御回路である。このようなマイコンは、ＡＤ変換器９２によって測定された各電池セル１１のセル電圧と図示しない測定回路により測定された組電池１０に流れる電流とを用いて組電池１０の残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）を取得する。そして、マイコンはこの残存容量に基づいて外部均等化回路３０や内部均等化回路７０を動作させることにより各電池セル１１のセル電圧の均等化を図る制御を行う。
【００４４】
また、マイコンは、内部均等化回路７０の短絡スイッチ７２をオンしたときに検出される電池セル１１のセル電圧に基づいて、組電池１０と電池電圧監視装置との間の配線すなわち電池セル１１の端子から共通端子２０までの配線の断線を検出する機能も備えている。短絡スイッチ７２がオンされたときに検出されるセル電圧の大きさは決まっている。したがって、マイコンは短絡スイッチ７２をオンしたときに検出されるセル電圧のマップを予め備えており、実際に検出される電圧と予め記憶されたセル電圧とを比較することで断線を検出する。
【００４５】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置および電圧検出システムの構成である。次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置のＲＣフィルタ回路４０のフィルタ特性について、図２を参照して説明する。図２は、複数の電池セル１１のうちの４個の電池セル１１とこれらの電池セル１１に対応するＲＣフィルタ回路４０を示した図である。なお、図２では外部均等化回路３０を省略している。
【００４６】
ここで、最も低電圧側の電池セル１１を「Ｖ１」とし、高電圧側に順に、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４としている。同様に、Ｖ１に対応する一対の検出端子６１、６２を「Ｖ１検出端子」とし、高電圧側に順に、Ｖ２検出端子、Ｖ３検出端子、Ｖ４検出端子としている。さらに、各抵抗４１および各抵抗４２の抵抗値をそれぞれ「Ｒ／２」とし、各コンデンサ４３の静電容量をそれぞれ「Ｃ」としている。
【００４７】
そして、Ｖ１の電池セル１１に対応した経路１には、抵抗４１、抵抗４２、１つのコンデンサ４３が存在するので、経路１の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆＲＣ｝
で表される。
【００４８】
また、Ｖ２の電池セル１１に対応した経路２には、２個の抵抗４１、２個の抵抗４２、２個のコンデンサ４３が存在するので、経路２の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（２Ｒ）・（Ｃ／２）｝
で表される。
【００４９】
同様に、Ｖ３の電池セル１１に対応した経路３には、３個の抵抗４１、３個の抵抗４２、３個のコンデンサ４３が存在するので、経路３の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（３Ｒ）・（Ｃ／３）｝
で表される。
【００５０】
さらに、Ｖ４の電池セル１１に対応した経路４には、４個の抵抗４１、４個の抵抗４２、４個のコンデンサ４３が存在するので、経路４の伝達関数Ｇａｉｎは、
Ｇａｉｎ＝１／｛１＋２πｆ・（４Ｒ）・（Ｃ／４）｝
で表される。
【００５１】
このように、各経路において電池セル１１をまたぐ数が増加しても、共通端子２０が分岐された先にＲＣフィルタを構成する抵抗４１や抵抗４２が接続されているので、またぐ電池セル１１の増加に伴って経路に存在する抵抗４１および抵抗４２の数も増える。このため、どの経路においても、カットオフ周波数は抵抗４１および抵抗４２の数とコンデンサ４３の数とが相殺された周波数となる。したがって、どの電池セル１１に対応した一対の検出端子６１、６２に対してもカットオフ周波数は同じになるので、各経路に応じてカットオフ周波数のバラツキが生じるということはない。
【００５２】
なお、上記では各抵抗４１および各抵抗４２の各抵抗値をそれぞれＲ／２としたが、これはＲＣフィルタを設計する際の一例を示したものであり、Ｖ２やＶ３等の電池セル１１に対応した抵抗４１の抵抗値を抵抗４２の抵抗値よりも高く設定しても良い。このように抵抗値を設定する場合は、Ｖ１の電池セル１１に対応する抵抗４１の抵抗値を抵抗４２の抵抗値よりも低くする等の設計を行えば良い。
【００５３】
次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置が各電池セル１１のセル電圧を検出する作動について説明する。まず、マイコンの切り替え指令に従って各電池セル１１に対応する正極側スイッチ８１と負極側スイッチ８２との接続が順番に切り替えられる。例えば、最も低電圧側の電池セル１１に対応する各スイッチ８１、８２がオンされる。
【００５４】
これにより、当該電池セル１１に対応する一対の検出端子６１、６２の一方の検出端子６１には当該電池セル１１の正極側の電位が印加され、他方の検出端子６２には当該電池セル１１の負極側の電位が印加される。そして、マイコンからＡＤ変換器９２に最も低電圧側の電池セル１１のセル電圧をＡＤ変換するＡＤ指令が出されると、ＡＤ変換器９２では差動増幅回路９１を介してマルチプレクサ８０から入力されるセル電圧のＡＤ変換が行われ、ＡＤ変換器９２からマイコンにセル電圧が出力される。
【００５５】
このようにして、例えば最も低電圧側の電池セル１１から高電圧側に順番に電池セル１１のセル電圧がそれぞれ検出される。
【００５６】
続いて、本実施形態に係る電池電圧監視装置が各電池セル１１のセル電圧を均等化する作動について、図３および図４を参照して説明する。なお、各セル電圧の検出に基づき、どの電池セル１１を放電させるかはマイコンが把握している。
【００５７】
図３は、内部均等化回路７０によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図であり、外部均等化回路３０や監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。図３に示されるように、例えばＶ３の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がマイコンによりオンされるとする。これにより、Ｖ３の電池セル１１から、Ｖ３の電池セル１１に対応する抵抗４１、一方の検出端子６１、抵抗７１、短絡スイッチ７２、他方の検出端子６２、抵抗４２を経由する経路で放電電流が流れる。この経路では、監視ＩＣ５０内に放電電流が流れる。
【００５８】
このように、放電させたい電池セル１１の短絡スイッチ７２がオンされることで当該電池セル１１から放電電流が流れるので、各電池セル１１のセル電圧の均等化を図ることができる。
【００５９】
また、Ｖ３の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がオンされると同時に、Ｖ２の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がオンされると、上記と同様にＶ２の電池セル１１から放電電流が流れる。すなわち、隣同士の電池セル１１にそれぞれ放電電流が流れる。この場合、Ｖ２の電池セル１１の正極端子とＶ３の電池セル１１の負極端子とが共通化されて共通端子２０に接続される配線には抵抗が存在していないので、隣同士の電池セル１１の各一対の検出端子６１、６２に係る各短絡スイッチ７２がそれぞれオンされたとしても当該抵抗による放電電流の変化がないようにすることができる。
【００６０】
一方、図４は、外部均等化回路３０によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図であり、監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。なお、図４では外部均等化回路３０の抵抗３１ｂおよび抵抗３１ｃを省略している。
【００６１】
上述のように、内部均等化回路７０は監視ＩＣ５０の内部に放電電流を流すことによってセル電圧の均等化を図る回路であるが、監視ＩＣ５０の内部には大きな放電電流を流すことができない。しかし、図４に示されるように、放電電流が流れる経路にダイオード３３のアノードが接続されているので、例えばＶ３の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２がオンされて内部均等化回路７０が動作すると、ダイオード３３を介してトランジスタ３２のベースに電流が流れ込み、トランジスタ３２がオンする。これにより、電池セル１１から抵抗３１ａおよびトランジスタ３２を経由する経路で、監視ＩＣ５０に流れる放電電流よりも大きな放電電流を流すことができる。
【００６２】
もちろん、外部均等化回路３０が動作したとしても、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との間と共通端子２０までの配線には抵抗が存在しないので、当該抵抗による放電電流の変化は起こらない。
【００６３】
以上のように、内部均等化回路７０を動作させる、すなわち他方の検出端子６２に電流を流すことで他方の検出端子６２の電圧変動により外部均等化回路３０が動作する。また、これらの均等化回路の動作により、各電池セル１１のセル電圧の均等化を図ることができる。なお、上記では、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との均等化放電について説明したが、他の電池セル１１の均等化放電についても動作は同じである。
【００６４】
次に、本実施形態に係る電池電圧監視装置が組電池１０と電池電圧監視装置との間の配線の断線を検出する作動について、図５および図６を参照して説明する。断線検出は、マイコンに組み込まれた所定のプログラムに従って実行される。
【００６５】
図５は、断線検出を説明するためのＲＣフィルタ回路４０および内部均等化回路７０を示した回路図であり、外部均等化回路３０や監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。
【００６６】
ここで、Ｖ１の電池セル１１の負極端子から抵抗４２までの配線を「Ｌ０」とし、Ｖ１の電池セル１１の正極端子から共通端子２０までの配線を「Ｌ１」としている。このように、電池セル１１の端子からＲＣフィルタ回路４０までの配線を低電圧側から順にＬ０、Ｌ１、Ｌ２、・・・としている。
【００６７】
また、Ｖ１の電池セル１１に対応する短絡スイッチ７２を「ＳＷ１」、短絡スイッチ７２に接続された抵抗７１の抵抗値を「ｒ」、当該短絡スイッチ７２がオンされることで一対の検出端子６１、６２にて検出される電圧を「Ｖ１’」とする。Ｖ２〜Ｖ５の電池セル１１についても同様である。さらに、Ｖ１〜Ｖ５の電池セル１１の各セル電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ５とする。したがって、通常、例えばＶ１’の値はＶ１となる。
【００６８】
なお、抵抗４１および抵抗４２の各抵抗値を「Ｒ」としている。また、ｒは最小設計値であるので、抵抗７１は抵抗４１および抵抗４２と比較して充分小さい値である。
【００６９】
図６は、正常時および異常時に検出される各電池セル１１のセル電圧の一覧を示した図である。図６（ａ）は正常時、図６（ｂ）はＬ２断線時、図６（ｃ）はＬ０断線時の各セル電圧を示している。
【００７０】
まず、各電池セル１１とＲＣフィルタ回路４０との間に断線が生じていない場合、Ｖ１〜Ｖ５の各電池セル１１のセル電圧は図６（ａ）に示されるものとなる。
【００７１】
そして、各短絡スイッチ７２がオンされることで各電池セル１１のセル電圧がそれぞれ検出される。具体的には、Ｖ１の電池セル１１に対応するＳＷ１のみがオンされると、Ｖ１の電池セル１１に対応した一対の検出端子６１、６２にはＶ１’として抵抗７１の電圧降下分である「ｖｓ」の電圧が検出される。このｖｓは、ｖｓ＝Ｖｃｅｌ×ｒ／（２Ｒ＋ｒ）≒０である。Ｖｃｅｌは各電池セル１１のセル電圧を示している。
【００７２】
同様に、Ｖ２の電池セル１１に対応するＳＷ２のみがオンされると、Ｖ２の電池セル１１に対応した一対の検出端子６１、６２にはＶ２’として「ｖｓ」の電圧が検出される。Ｖ３〜Ｖ５の各電池セル１１についても同様である。このように、断線が生じていない正常時において、各短絡スイッチ７２がオンされたときに検出される電圧は「ｖｓ」となる。
【００７３】
一方、図５に示されるように、例えば、Ｖ２の電池セル１１の正極端子側と共通端子２０との間の配線が断線したとする。これにより、Ｖ２の電池セル１１に対応するＳＷ２のみがオンされたとしても、一対の検出端子６１、６２にはＶ２の電池セル１１のセル電圧が印加されないので、図６（ｂ）に示されるように検出される電圧は「０」となる。したがって、本来であれば、ＳＷ２のみがオンされれば「ｖｓ」の電圧が検出されるが、断線により「０」の電圧が検出されるため、マイコンにて「ｖｓ」と「０」とが比較されることでＬ２の断線が検出される。
【００７４】
また、ＳＷ２のみがオンされた状態では、Ｖ３の電池セル１１に対応する一対の検出端子６１、６２にはＶ２およびＶ３の電圧が印加されるので、検出される電圧Ｖ３’は「Ｖ２＋Ｖ３」となる。したがって、図６（ａ）に示されるように正常であれば「Ｖ３」の電圧が検出されるが、図６（ｂ）に示されるようにＬ２の断線時には「Ｖ２＋Ｖ３」の電圧が検出されるので、マイコンでこれらの電圧が比較されることでＬ２の断線が検出される。
【００７５】
同様に、Ｖ３の電池セル１１に対応するＳＷ３のみがオンされた場合にはＶ３’として「０」の電圧が検出される。また、ＳＷ３のみがオンされた状態では、Ｖ２’として「Ｖ２＋Ｖ３」の電圧が検出される。これらの検出結果と正常時の電圧との比較により、マイコンにてＬ２の断線が検出される。
【００７６】
なお、Ｌ２が断線した場合は、Ｖ２およびＶ３の電池セル１１に係るセル電圧は正常に検出されないので、「（Ｖ２）」のようにセル電圧をかっこ書きにしてある。
【００７７】
そして、最も低電圧側の配線であるＬ０が断線した場合は、図６（ｃ）に示されるように、ＳＷ１のみがオンされるとＶ１’として「ｖｓ」の電圧が検出される。したがって、マイコンにて「ｖｓ」と「０」とが比較されることでＬ０の断線が検出される。
【００７８】
このように、内部均等化回路７０の短絡スイッチ７２を利用することにより、セル電圧の均等化だけでなく、組電池１０とＲＣフィルタ回路４０との間の配線の断線を検出することもできる。なお、Ｌ０とＬ２の断線検出について説明したが、他の配線の断線についても上記と同様に断線を検出できる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態では、ノイズ対策として設けられたＲＣフィルタ回路４０を構成するに当たり、電池セル１１の端子に電気的に接続される共通端子２０を分岐させて一方に抵抗４１を接続し、他方に抵抗４２を接続したことが特徴となっている。
【００８０】
これにより、組電池１０とＲＣフィルタ回路４０との間にはＲＣフィルタを構成する抵抗が存在しないので、ＲＣフィルタ回路４０においてｎ個の電池セル１１をまたぐ経路では、電池セル１１の数に応じて抵抗４１および抵抗４２の数を増やすことができる。このため、ＲＣフィルタにおけるどの経路においてもカットオフ周波数は抵抗４１および抵抗４２の数とコンデンサ４３の数とが相殺された周波数となる。したがって、各経路のカットオフ周波数のバラツキを低減することができる。
【００８１】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、外部均等化回路３０および内部均等化回路７０の回路構成が第１実施形態と異なっている。
【００８２】
図７は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電池電圧監視システムの全体構成図である。この図に示されるように、電池電圧監視装置のうち、ＲＣフィルタ回路４０、監視ＩＣ５０内のマルチプレクサ８０および電圧検出回路９０は、第１実施形態で示された構成と同じである。
【００８３】
まず、本実施形態では、複数の電池セル１１のうちの直列接続された隣同士の電池セル１１において、図７に示されるように低電圧側の電池セル１１を第１電池セル１２とし、高電圧側の電池セル１１を第２電池セル１３とする。また、第１電池セル１２のセル電圧を検出するための一対の検出端子６１、６２を第１検出端子６３とし、第２電池セル１３のセル電圧を検出するための一対の検出端子６１、６２を第２検出端子６４とする。
【００８４】
そして、本実施形態に係る外部均等化回路３０は、第１電池セル１２に対して、上記の抵抗３１ａ、抵抗３１ｂ、抵抗３１ｃ、ＮＰＮ型のトランジスタ３２、およびダイオード３３による均等化回路が構成されている。さらに、外部均等化回路３０は、第２電池セル１３に対して、抵抗３４ａ、抵抗３４ｂ、抵抗３４ｃ、ＰＮＰ型のトランジスタ３５、およびダイオード３６を備えて構成されている。
【００８５】
抵抗３４ａの一端側は第２電池セル１３の負極端子に接続され、他端側はトランジスタ３５のコレクタに接続されている。トランジスタ３５のエミッタは第２電池セル１１の正極端子に接続されている。また、トランジスタ３５のベース−エミッタ間に抵抗３４ｂが接続され、さらにトランジスタ３５のベースに抵抗３４ｃおよびダイオード３６が直列接続されている。ダイオード３６のアノードは抵抗３４ｃに接続され、カソードはＲＣフィルタ回路４０の抵抗４１とコンデンサ４３との接続点に接続されている。このような構成では、ダイオード３６を介してトランジスタ３５のベースから電流が引き抜かれてトランジスタ３５がオンすることにより、第２電池セル１１からトランジスタ３５および抵抗３４ａを介して放電電流が流れるようになっている。
【００８６】
また、内部均等化回路７０は、第１短絡スイッチ７３と第２短絡スイッチ７４とを備えている。第１短絡スイッチ７３は第１電池セル１２を短絡するためのスイッチであり、第１検出端子６３のうちの低電圧側の端子６３ａと第２検出端子６４のうちの低電圧側の端子６４ａとを電気的に接続するように設けられている。一方、第２短絡スイッチ７４は第２電池セル１３を短絡するためのスイッチであり、第１検出端子６３のうちの高電圧側の端子６３ｂと第２検出端子６４のうちの高電圧側の端子６４ｂとを電気的に接続するように設けられている。
【００８７】
上記では、各電池セル１１のうちの任意の隣同士の電池セル１１を第１電池セル１２および第２電池セル１３としたが、この２個の電池セル１１のセットが所望の数だけ直列接続されることとなる。また、本実施形態では電池セル１１の数は５個であるので、最も高電圧側の電池セル１１は第１電池セル１２に該当する。
【００８８】
この場合、図７に示されるように、最も高電圧側の第１電池セル１２の正極端子に電気的に接続された共通端子２０が分岐されて一方に抵抗４１が接続されるが、他方には抵抗４２が接続されている。この抵抗４２は、監視ＩＣ５０に設けられた当該抵抗４２に対応する第２検出端子６４の端子６４ａに接続されている。そして、この端子６４ａと最も高電圧側の第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちの低電圧側の端子６３ａとを電気的に接続するように第１短絡スイッチ７３が設けられている。この第１短絡スイッチ７３は、最も高電圧側の第１電池セル１２を短絡するためのスイッチである。
【００８９】
なお、図７において、各電池セル１１のうち最も低電圧側の電池セル１１を第２電池セル１３としても良い。この場合、最も高電圧側の電池セル１１は第２電池セル１３に該当する。このように、第１電池セル１２および第２電池セル１３を決めるに当たり、どの電池セル１１を基準としても良い。
【００９０】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置の構成である。続いて、本実施形態に係る電池電圧監視装置が各電池セル１１のセル電圧を均等化する作動について、図８および図９を参照して説明する。
【００９１】
図８は、内部均等化回路７０によるＩＣ内部均等化を説明するための回路図であり、外部均等化回路３０や監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。この図に示されるように、例えばＶ３の電池セル１１（第１電池セル１２）に対応する第１検出端子６３の端子６３ａに接続された第１短絡スイッチ７３がオンされるとする。これにより、Ｖ３の電池セル１１から、Ｖ４の電池セル１１に対応する抵抗４２、Ｖ４の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ａ、当該第１短絡スイッチ７３、Ｖ３の電池セル１１に対応する第２検出端子６３ｂの端子６３ａ、Ｖ３の電池セル１１に対応する抵抗４２を経由する経路で放電電流が流れる。このようにして、Ｖ３の電池セル１１のセル電圧について、他の電池セル１１のセル電圧との均等化を図ることができる。
【００９２】
また、Ｖ３の電池セル１１と同時に、Ｖ２の電池セル１１（第２電池セル１３）に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂに接続された第２短絡スイッチ７４がオンされるとする。これにより、Ｖ２の電池セル１１から、Ｖ２の電池セル１１に対応する抵抗４１、Ｖ２の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂ、当該第２短絡スイッチ７４、Ｖ１の電池セル１１に対応する第１検出端子６３の端子６３ｂ、Ｖ１の電池セル１１に対応する抵抗４２を経由する経路で放電電流が流れる。
【００９３】
このとき、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との間と共通端子２０までの配線には抵抗が存在していないので、隣同士のＶ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１とにそれぞれ放電電流を流したとしても、当該抵抗による放電電流の変化がないようにすることができる。
【００９４】
一方、図９は、外部均等化回路３０によるＩＣ外部均等化を説明するための回路図であり、監視ＩＣ５０の内部構造を省略している。第１実施形態と同様に、外部均等化回路３０は、内部均等化回路７０では流せない大きな放電電流を流す役割を果たす。
【００９５】
そして、上記と同様に、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１とに対応する内部均等化回路７０を動作させるとする。
【００９６】
上述のように、Ｖ２の電池セル１１から当該Ｖ２の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂに放電電流が流れると、この第２検出端子６４の端子６４ｂに電気的に接続されたダイオード３６に電流が流れることでトランジスタ３５のベース電圧が下がり、当該トランジスタ３５がオンする。これにより、Ｖ２の電池セル１１からトランジスタ３５および抵抗３４ａを経由する経路で、監視ＩＣ５０に流れる放電電流よりも大きな放電電流を流すことができる。
【００９７】
また、Ｖ３の電池セル１１からＶ３の電池セル１１に対応する第２検出端子６４の端子６４ｂに放電電流が流れると、第１実施形態と同様に、ダイオード３３に電流が流れ込んでトランジスタ３２がオンする。これにより、Ｖ３の電池セル１１から抵抗３１ａおよびトランジスタ３２を経由する経路で、監視ＩＣ５０に流れる放電電流よりも大きな放電電流を流すことができる。このように、第２検出端子６４の端子６４ｂに電流を流すことで端子６４ｂの電圧変動により外部均等化回路３０が動作する。
【００９８】
なお、外部均等化回路３０が動作したとしても、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との間と共通端子２０までの配線には抵抗が存在しないので、当該抵抗による放電電流の変化は起こらない。また、上記では、Ｖ２の電池セル１１とＶ３の電池セル１１との均等化放電について説明したが、他の電池セル１１の均等化放電についても動作は同じである。
【００９９】
以上説明したように、２組の第１、第２検出端子６３、６４のうちの低電圧側の端子６３ａ、６４ａ同士に第１短絡スイッチ７３を接続し、高電圧側の端子６３ｂ、６４ｂ同士に第２短絡スイッチ７４を接続した内部均等化回路７０を構成することができる。
【０１００】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電池電圧監視装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明の特徴を含んだ他の構成とすることもできる。例えば、監視ＩＣ５０を用いることは一例であり、ＩＣを用いずに回路を構成しても良い。また、外部均等化回路３０の構成も一例であり、他の回路構成としても良い。特に、第２実施形態に係る外部均等化回路３０において、第２電池セル１３に対応したトランジスタ３５としてＰＮＰ型のものを用いているが、ＮＰＮ型のトランジスタを用いて構成することもできる。
【０１０１】
また、上記各実施形態では、抵抗４１と抵抗４２とを同じ抵抗値としたが、これは実施の一例であり、異なる抵抗値を設定しても良い。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、外部均等化回路３０が電池電圧監視装置に設けられている例について説明したが、外部均等化回路３０を用いた均等化放電を行わない場合には外部均等化回路３０は電池電圧監視装置に設けられていなくても良い。
【０１０３】
第１実施形態では、外部均等化回路３０のダイオード３３は、一対の検出端子６１、６２のうちの検出端子６２に電気的に接続され、この端子に流れる電流によって動作するように構成されていたが、これは一例である。すなわち、外部均等化回路３０は、一対の検出端子６１、６２のうちのいずれかの端子に電気的に接続され、この端子に流れる電流によって動作するように構成されていれば良い。
【０１０４】
同様に、第２実施形態では、例えば第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちの端子６３ａが外部均等化回路３０のダイオード３３に電気的に接続され、第２電池セル１３に対応する第２検出端子６４のうちの端子６４ｂが外部均等化回路３０のダイオード３６に電気的に接続されていたが、これは一例である。すなわち、外部均等化回路３０は、第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちのいずれかの端子６３ａ、６３ｂに電気的に接続されていると共に、第２電池セル１３に対応する第２検出端子６４のうちのいずれかの端子６４ａ、６４ｂに電気的に接続されており、これらの端子６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂに流れる電流によって動作するように構成されていれば良い。例えば、第１電池セル１２に対応する第１検出端子６３のうちの端子６３ｂをダイオード３３に接続する接続形態も可能である。もちろん、第２実施形態では、外部均等化回路３０において第１電池セル１２に対応するトランジスタ３２としてＮＰＮ型を採用し、第２電池セル１３に対応するトランジスタ３５としてＰＮＰ型を採用しているが、これも一例であり、例えば各電池セル１１に対応する外部均等化回路３０のトランジスタを全てＮＰＮ型としても良い。なお第１実施形態と弟２実施形態の外部均等化回路３０のトランジスタ３２、３５はバイポーラトランジスタで構成しているがＭＯＳＦＥＴでも良い。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 組電池
１１ 電池セル
１２ 第１電池セル
１３ 第２電池セル
２０ 共通端子
３０ 外部均等化回路
４０ ＲＣフィルタ回路
６１、６２ 一対の検出端子
６３ 第１検出端子
６４ 第２検出端子
７２ 短絡スイッチ
７３ 第１短絡スイッチ
７４ 第２短絡スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが直列に接続された組電池の各々の電池セルの正極および負極にそれぞれ対応する一対の検出端子を前記電池セル毎に備えていると共に、
前記複数の電池セルの正極端子および負極端子のぞれぞれと、前記電池セル毎に設けられた前記一対の検出端子と、の間に介在されるＲＣフィルタ回路を備えており、
前記電池セル毎に設けられた前記一対の検出端子に印加されるセル電圧をそれぞれ検出するように構成された電池電圧監視装置であって、
前記複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルでは、高電圧側の電池セルの負極端子と低電圧側の電池セルの正極端子とが共通化されて共通端子に接続されており、
前記ＲＣフィルタ回路は、前記共通端子が分岐されてそれぞれにＲＣフィルタを構成する抵抗が接続され、これら各抵抗にはそれぞれ異なる前記一対の検出端子の一方の端子が接続されており、さらに、前記一対の検出端子の端子間に前記ＲＣフィルタを構成するコンデンサがそれぞれ接続されて構成されていることを特徴とする電池電圧監視装置。
【請求項２】
前記一対の検出端子の端子間に短絡スイッチがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
【請求項３】
前記一対の検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に当該端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電池電圧監視装置。
【請求項４】
前記複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルにおいて、低電圧側の電池セルを第１電池セルとし、高電圧側の電池セルを第２電池セルとし、
さらに、前記第１電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第１検出端子とし、前記第２電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第２検出端子とすると、
前記第１検出端子のうちの低電圧側の端子と前記第２検出端子のうちの低電圧側の端子との間に前記第１電池セルを短絡する第１短絡スイッチを備えると共に、
前記第１検出端子のうちの高電圧側の端子と前記第２検出端子のうちの高電圧側の端子との間に前記第２電池セルを短絡する第２短絡スイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
【請求項５】
前記第１電池セルに対応する前記第１検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に、前記第２電池セルに対応する前記第２検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されており、これらの端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電池電圧監視装置。
【請求項１】
複数の電池セルが直列に接続された組電池の各々の電池セルの正極および負極にそれぞれ対応する一対の検出端子を前記電池セル毎に備えていると共に、
前記複数の電池セルの正極端子および負極端子のぞれぞれと、前記電池セル毎に設けられた前記一対の検出端子と、の間に介在されるＲＣフィルタ回路を備えており、
前記電池セル毎に設けられた前記一対の検出端子に印加されるセル電圧をそれぞれ検出するように構成された電池電圧監視装置であって、
前記複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルでは、高電圧側の電池セルの負極端子と低電圧側の電池セルの正極端子とが共通化されて共通端子に接続されており、
前記ＲＣフィルタ回路は、前記共通端子が分岐されてそれぞれにＲＣフィルタを構成する抵抗が接続され、これら各抵抗にはそれぞれ異なる前記一対の検出端子の一方の端子が接続されており、さらに、前記一対の検出端子の端子間に前記ＲＣフィルタを構成するコンデンサがそれぞれ接続されて構成されていることを特徴とする電池電圧監視装置。
【請求項２】
前記一対の検出端子の端子間に短絡スイッチがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
【請求項３】
前記一対の検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に当該端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電池電圧監視装置。
【請求項４】
前記複数の電池セルのうちの直列接続された隣同士の電池セルにおいて、低電圧側の電池セルを第１電池セルとし、高電圧側の電池セルを第２電池セルとし、
さらに、前記第１電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第１検出端子とし、前記第２電池セルのセル電圧を検出するための一対の検出端子を第２検出端子とすると、
前記第１検出端子のうちの低電圧側の端子と前記第２検出端子のうちの低電圧側の端子との間に前記第１電池セルを短絡する第１短絡スイッチを備えると共に、
前記第１検出端子のうちの高電圧側の端子と前記第２検出端子のうちの高電圧側の端子との間に前記第２電池セルを短絡する第２短絡スイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧監視装置。
【請求項５】
前記第１電池セルに対応する前記第１検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されていると共に、前記第２電池セルに対応する前記第２検出端子のうちのいずれかの端子に電気的に接続されており、これらの端子の電圧変動によって動作する外部均等化回路を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電池電圧監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５９４０６（Ｐ２０１２−１５９４０６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７３４（Ｐ２０１１−１９７３４）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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