電池電圧監視装置
【課題】各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルを監視可能な電池電圧監視装置において、各電池セルにおける消費電流のバラツキを抑制する。
【解決手段】各電圧検出回路３それぞれは、対応する単位電池Ｖｉを構成する電池セル１ａそれぞれに結線され、結線された電池セル１ａの電圧を検出する電圧検出部３１、および対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を所望の電圧に変換して電圧検出部３１へ出力するための電源部３２を含んで構成され、隣接する電圧検出回路３における一方の電圧検出回路は、電圧検出部３１および電源部３２のうち電圧検出部３１だけが他方の電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉを構成する一部の電池セル１ａの電圧を検出するように結線されている。
【解決手段】各電圧検出回路３それぞれは、対応する単位電池Ｖｉを構成する電池セル１ａそれぞれに結線され、結線された電池セル１ａの電圧を検出する電圧検出部３１、および対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を所望の電圧に変換して電圧検出部３１へ出力するための電源部３２を含んで構成され、隣接する電圧検出回路３における一方の電圧検出回路は、電圧検出部３１および電源部３２のうち電圧検出部３１だけが他方の電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉを構成する一部の電池セル１ａの電圧を検出するように結線されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する複数の電池セルそれぞれの電圧を監視する電池電圧監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池電圧監視装置は、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池に対応して複数設けられ、対応する単位電池を構成する電池セルそれぞれの電圧等を監視する電圧検出手段（監視回路）を備えている。各電圧検出手段によって対応する単位電池を構成する電池セルを監視することで、単位電池における各電池セル間の電圧バラツキを均等化することが可能となる。
【０００３】
しかし、単に各電圧検出手段によって対応する単位電池を構成する電池セルを監視する構成とする場合、各電圧検出手段における測定精度が異なると、各単位電池間の電圧バラツキを適切に均等化することが難しい。
【０００４】
これに対して、例えば、特許文献１に記載の蓄電池バッテリー用調整装置では、各電圧検出手段（各調整モジュール）を隣接する電圧検出手段（調整モジュール）に対応する単位電池（モジュール）に接続（たすきがけ接続）することで、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池を監視する構成を採用している。これにより、各電圧検出手段における測定精度が異なったとしても、各単位電池間の電圧バラツキを適切に均等化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−５５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的な電圧検出手段は、対応する単位電池を構成する電池セルの電圧を検出する電圧検出部、および電圧の検出対象となる各電池セルから電圧検出部へ電圧を出力する電源部を有して構成されている。
【０００７】
しかしながら、従来技術のように、各電圧検出手段を隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルに接続する構成とすると、各電圧検出手段を駆動する電源が、対応する単位電池、および隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セル（共通セル）で構成されることとなる。これにより、共通セルの消費電流が他の電池セルに比べて増大し、各電池セル間の電圧バラツキを均等化しようとしているにも関わらず、単位電池内の各電池セルにおける消費電流にバラツキが生ずるといった問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルを監視可能な電池電圧監視装置において、各電池セルにおける消費電流のバラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池に対応して複数設けられ、対応する単位電池を構成する電池セルそれぞれの電圧を監視する電圧検出手段を備える電池電圧監視装置であって、複数の電圧検出手段それぞれは、対応する単位電池を構成する電池セルそれぞれに結線され、結線された電池セルの電圧を検出する電圧検出部、および対応する単位電池の端子間電圧を所望の電圧に変換して電圧検出部へ出力するための電源部を有し、複数の電圧検出手段のうち隣接する電圧検出手段における一方の電圧検出手段は、電圧検出部および電源部のうち電圧検出部だけが他方の電圧検出手段に対応する単位電池を構成する一部の電池セルの電圧を検出するように結線されていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、各電圧検出手段における電圧検出部および電源部のうち、電圧検出部だけを、隣接する電圧検出手段に対応する単位電池における一部の電池セルに結線する構成としているので、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池における一部の電池セルの電圧を検出することができる。加えて、各電圧検出手段を駆動する際の電源を対応する単位電池だけで構成することができるので、隣接する電圧検出手段に接続された共通セルの消費電流が他の電池セルに比べて増大することを抑制することができる。
【００１１】
従って、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルを監視可能に構成された電池電圧監視装置において、各電池セルにおける消費電流のバラツキを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電池電圧監視装置において、電源部は、電圧検出部へ出力する電圧を電圧検出部にて検出する電池セルの電圧よりも大きくなるように昇圧させる昇圧回路を有することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、電源部から供給される電圧を検出対象となる電池セルの電圧（入力電圧）よりも大きくすることができるので、隣接する電圧検出手段に対応する単位電池を構成する電池セルの電圧を電圧検出部にて適切に検出することが可能となる。
【００１４】
具体的には、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の電池電圧監視装置において、電源部は、電圧検出部へ出力する電圧を降圧させる降圧回路を有し、昇圧回路は、電圧検出部にて検出する電池セルの電圧に、降圧回路の出力電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成されていることを特徴とする。これにより、電池電圧監視装置の各電圧検出手段を具体的かつ容易に実現することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の電池電圧監視装置において、昇圧回路は、電圧検出部にて検出する電池セルの電圧に、複数の電池セルにおける１つ以上の電池セルの電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成されていることを特徴とする。これにより、電池電圧監視装置の各電圧検出手段を具体的かつ容易に実現することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の電池電圧監視装置において、昇圧回路を、複数の電池セルのうち、最も高電圧となる電池セルを優先的に用いて電圧検出部へ出力する電圧を昇圧するように構成すれば、各電池セルの均等化を実現することができる。すなわち、電源部における昇圧回路を均等化手段として機能させることができるので、電池電圧監視装置の簡素化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係る電圧検出回路の内部の概略構成を示す回路図である。
【図３】第１実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を示す回路図である。
【図４】第１実施形態に係る電圧検出部のマルチプレクサおよびレベルシフト手段の内部構成を示す回路図である。
【図５】第１実施形態に係る電源部の作動を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態に係る昇圧回路内における電流の流れを説明するための説明図である。
【図７】第２実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を説明するための回路図である。
【図８】第２実施形態に係る電源部の作動を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図であり、図２は、本実施形態に係る電圧検出回路の内部の概略構成を示す回路図である。
【００２０】
図１に示すように、電圧監視システムは、組電池１と電池電圧監視装置２を備えて構成されている。組電池１は、最小単位である電池セル１ａ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１ａは所定数の電池セル毎（例えば８個毎）に複数の単位電池Ｖ１〜Ｖｎにグループ化されている。
【００２１】
本実施形態では、電池セル１ａとして充電可能なリチウムイオン二次電池を採用している。そして、電池電圧監視装置２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１はハイブリッド車や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。
【００２２】
電池電圧監視装置２は、組電池１を構成する各電池セル１ａの電圧（セル電圧）を監視する装置である。このような電池電圧監視装置２は、各単位電池Ｖ１〜Ｖｎに対応して複数設けられ、各単位電池Ｖ１〜Ｖｎを構成する電池セル１ａの電圧を監視する電圧検出回路（電圧検出手段）３、マイクロコンピュータ４（以下、マイコン４という。）等を備えている。なお、各電圧検出回路３とマイコン４とは、フォトカプラ等の絶縁素子５を介して接続されている。
【００２３】
まず、電圧検出回路３について図２に基づいて説明する。図２は、電圧検出回路の内部構成を示す回路図である。各電圧検出回路３は、対応する単位電池Ｖ１〜Ｖｎを構成する各電池セル１ａそれぞれに結線され、結線された各電池セル１ａの電圧を検出する電圧検出部３１、および対応する単位電池Ｖ１〜Ｖｎを構成する各電池セル１ａそれぞれに結線されて電圧検出部３１に電圧を出力する電源部３２を有して構成されている。なお、単位電池に対応する電圧検出回路３とは、各単位電池における最も高電圧側の電池セル１ａの正極端子、および最も低電圧側の負極端子それぞれに接続された電圧検出回路を示している。例えば、単位電池Ｖ１に対応する電圧検出回路３は、単位電池Ｖ１における最も高電圧側の電池セル１ａの正極端子、および最も低電圧側の負極端子それぞれに接続された電圧検出回路を示している。
【００２４】
そして、各電圧検出回路３のうち、隣接する電圧検出回路３における一方の電圧検出回路３は、その電圧検出部３１および電源部３２のうち電圧検出部３１だけが他方の電圧検出回路３に対応する単位電池を構成する一部の電池セル１ａ（共通セル）の電圧を検出するように結線されている。換言すれば、隣接する電圧検出回路３における一方の電圧検出回路３は、その電圧検出部３１が他方の電圧検出回路３に対応する単位電池を構成する一部の電池セル１ａの電圧を検出するように結線され、電源部３２が他方の電圧検出回路３に対応する単位電池を構成する一部の電池セル１ａに結線されていない構成となっている。
【００２５】
具体的には、本実施形態では、図２に示すように、隣接する電圧検出回路３における低電圧側の電圧検出回路３（低電圧側の単位電池Ｖｉ−１に対応する電圧検出回路３）が、その電圧検出部３１および電源部３２のうち電圧検出部３１だけが高電圧側の電圧検出回路３（高電圧側の単位電池Ｖｉに対応する電圧検出回路３）に対応する単位電池Ｖｉの最も低電圧となる電池セル１ａの電圧を検出するように結線されている。
【００２６】
本実施形態の電圧検出回路３における電圧検出部３１および電源部３２について図３および図４に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を示す回路図であり、図４は、本実施形態に係る電圧検出部のマルチプレクサおよびレベルシフト手段の内部構成を示す回路図である。
【００２７】
図３に示すように、電圧検出回路３における電圧検出部３１は、マルチプレクサ３１１、レベルシフト手段３１２、ＡＤ変換器３１３、スイッチ選択手段３１４を有して構成されている。
【００２８】
マルチプレクサ３１１は、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａ、および対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１の一部の電池セル１ａのうちいずれかとレベルシフト手段３１２とを選択的に接続する選択スイッチである。単位電池Ｖｉ＋１は、単位電池Ｖｉの高電圧側の単位電池を示し、単位電池Ｖｉ−１は、単位電池Ｖｉの低電圧側の単位電池を示す。なお、マルチプレクサ３１１の選択スイッチとしては、例えば、トランジスタで構成することができる。
【００２９】
このマルチプレクサ３１１は、図４に示すように、選択スイッチとして、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａの正極側に接続される複数の正極側スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ８＿１、および各電池セル１ａの負極側に接続される複数の負極側スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷ８＿２を含んで構成されている。
【００３０】
例えば、単位電池Ｖｉにおける最も高電圧側の電池セル１ａの電圧を検出する場合、最も高電圧側の電池セル１ａの正極側に接続された正極側スイッチＳＷ８＿１と当該電池セル１ａの負極側に接続された負極側スイッチＳＷ８＿２とがオンされる。
【００３１】
さらに、マルチプレクサ３１１は、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１の一部の電池セル１ａ（単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧側の電池セル１ａ）の正極側に接続される正極側スイッチＳＷｃ＿１、および当該電池セル１ａの負極側に接続される負極側スイッチＳＷｃ＿２を有している。
【００３２】
従って、正極側スイッチＳＷｃ＿１および負極側スイッチＳＷｃ＿２をオンすることで、電圧検出部３１にて、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１における一部の電池セル１ａの電圧を検出することが可能となっている。なお、単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１の一部の電池セル１ａの負極側は、単位電池Ｖｉにおける最も高電圧側の電池セル１ａの正極側に対応しており、負極側スイッチＳＷｃ＿２は、単位電池Ｖｉにおける最も高電圧側の電池セル１ａの正極側に接続される。
【００３３】
また、各正極側スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ８＿１、ＳＷｃ＿１におけるレベルシフト手段３１２側は、出力配線を介してレベルシフト手段３１２に接続されている。同様に、各負極側スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷ８＿２、ＳＷｃ＿２におけるレベルシフト手段３１２側は、出力配線を介してレベルシフト手段３１２に接続されている。
【００３４】
レベルシフト手段３１２は、マルチプレクサ３１１の各出力配線に接続されており、マルチプレクサ３１１で選択された電池セル１ａのセル電圧を増幅する増幅回路である。具体的には、レベルシフト手段３１２は、オペアンプ３１２ａ、抵抗３１２ｂ〜３１２ｅ、バッファ３１２ｆ、３１２ｇを有して構成されている。抵抗３１２ｂは、バッファ３１２ｆを介して各正極側スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ８＿１、ＳＷｃ＿１の出力配線に接続され、抵抗３１２ｃは、抵抗３１２ｂとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されている。これら抵抗３１２ｂと抵抗３１２ｃとの間の接続点がオペアンプ３１２ａの非反転入力端子に接続されている。また、抵抗３１２ｄは、バッファ３１２ｇを介して各負極側スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷ８＿２、ＳＷｃ＿２の出力配線に接続され、抵抗３１２ｅは、抵抗３１２ｄとオペアンプ３１２ａの出力端子との間に接続されている。これら抵抗３１２ｄと抵抗３１２ｅとの間の接続点がオペアンプ３１２ａの反転入力端子に接続されている。
【００３５】
ＡＤ変換器３１３は、マイコン４からの指令信号に応じて、レベルシフト手段３１２で増幅された電池セル１ａのセル電圧を測定する回路である。ＡＤ変換器３１３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４に出力する。
【００３６】
図３に戻り、スイッチ選択手段３１４は、上述のマルチプレクサ３１１を構成する選択スイッチ、および後述する電源部３２における昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ、ＳＷｂのオン／オフ制御を行う回路である。スイッチ選択手段３１４は、図示しないカウンタやデコーダ等を有して構成されている。
【００３７】
スイッチ選択手段３１４は、マイコン４からの指示信号をトリガとして、予め定められたシーケンスに従ってマルチプレクサ３１１の選択スイッチ、および後述する昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ、ＳＷｂの作動を制御する。本実施形態では、シーケンスとして、単位電池Ｖｉにおける最も低圧側の電池セル１ａのセル電圧から最も高圧側の電池セル１ａのセル電圧を順に検出し、最も高電圧側の電池セル１ａのセル電圧を検出した後、単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１における最も低圧側の電池セル１ａの電圧を検出するように設定されている。
【００３８】
電圧検出部３１は、対応する単位電池Ｖｉから電源部３２を介して電力供給されて作動するように構成されている。本実施形態では、電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２によって、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも高い電圧で作動する高電圧作動手段が構成されている。なお、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣは、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも大きい電圧に設定されている。
【００３９】
また、本実施形態では、電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４によって、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも低い電圧で作動する低電圧作動手段が構成されている。なお、ＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４の電源電圧は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも小さい電圧（５Ｖ）に設定されている。
【００４０】
電圧検出回路３における電源部３２は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を所望の電圧に変換して電圧検出部３１の各種回路等に出力する電源回路である。この電源部３２は、電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２へ出力する電圧を昇圧する昇圧回路３２１、電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４へ出力する電圧を降圧する降圧回路３２２を有して構成されている。
【００４１】
降圧回路３２２は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を降圧する回路であり、電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４の電源電圧（５Ｖ）を生成するものである。
【００４２】
降圧回路３２２は、その入力端子が対応する単位電池Ｖｉの正極端子および負極端子に接続され、出力端子がＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４の電源端子に接続されている。
【００４３】
昇圧回路３２１は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を電圧検出部３１にて検出する各電池セル１ａの電圧よりも大きくなるように昇圧する回路であり、電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを生成するものである。
【００４４】
本実施形態の昇圧回路３２１は、チャージポンプ回路として構成されており、スイッチＳＷａ、ＳＷｂ、およびコンデンサＣを有している。昇圧回路３２１は、入力端子３２１ａが降圧回路３２２の出力端子に接続されると共に、入力端子３２１ｂが単位電池Ｖｉの負極端子に接続され、さらに、その出力端子３２１ｃ、３２１ｄがマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源端子に接続されている。
【００４５】
昇圧回路３２１の入力端子３２１ａと出力端子３２１ｃとの間には、スイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂがこの順で直列に接続され、昇圧回路３２１の入力端子３２１ｂと出力端子３２１ｄとの間には、スイッチＳＷｂおよびスイッチＳＷａがこの順で直列に接続されている。
【００４６】
入力端子３２１ａおよび出力端子３２１ｃ間のスイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂの接続点には、コンデンサＣの一方の端子が接続され、入力端子３２１ｂおよび出力端子３２１ｄ間のスイッチＳＷｂおよびスイッチＳＷａの接続点との間には、コンデンサＣの他方の端子が接続されている。昇圧回路３２１における各スイッチＳＷａ、ＳＷｂは、スイッチ選択手段３１４からの指令に基づいて制御される。
【００４７】
図１に戻り、マイコン４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１ａの状態を監視する制御回路である。このようなマイコン４は、ＡＤ変換器３１３にて各電池セル１ａのセル電圧を測定する際に、スイッチ選択手段３１４等へマルチプレクサ３１１や昇圧回路３２１を制御する。また、マイコン４は、ＡＤ変換器３１３にて測定された各電池セル１ａ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１に流れる電流とを用いて組電池１の残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）等を取得して、この残存容量等に基づいて図示しない均等化放電回路等により電池セル１ａの充電や放電を制御する。
【００４８】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置２および電圧監視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２の電圧検出回路３における各電池セル１ａを検出する作動について説明する。
【００４９】
マイコン４からスイッチ選択手段３１４に所定の指令信号がトリガとして入力されると、スイッチ選択手段３１４では、予め定められたシーケンスに従って電圧検出部３１のマルチプレクサ３１１の選択スイッチを切り替える。
【００５０】
具体的には、先ず、単位電池Ｖｉにおける最も低電圧となる電池セル１ａの正極側スイッチＳＷ１＿１と負極側スイッチＳＷ１＿２とがオンされ、最も低電圧となる電池セル１ａと電圧検出回路３の電圧検出部３１とが接続される。そして、電圧検出部３１のＡＤ変換器３１３では、レベルシフト手段３１２を介して入力される電池セル１ａのセル電圧のＡＤ変換が行われ、ＡＤ変換器３１３からマイコン４に電池セル１ａのセル電圧が出力される。
【００５１】
このように、マイコン４は最も低電圧となる電池セル１ａのセル電圧を取得する。この後、マイコン４は、上記と同様に、シーケンスに従って低電圧側の電池セル１ａから順に電池セル１ａのセル電圧を取得する。
【００５２】
上記のようにして単位電池Ｖｉにおける最も高電圧となる電池セル１ａのセル電圧が検出されると、次に、スイッチ選択手段３１４にて、隣接する単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧となる電池セル１ａの正極側スイッチＳＷｃ＿１と負極側スイッチＳＷｃ＿２とがオンされ、隣接する単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧となる電池セル１ａと電圧検出回路３の電圧検出部３１とが接続される。
【００５３】
そして、電圧検出部３１のＡＤ変換器３１３では、レベルシフト手段３１２を介して入力される電池セル１ａのセル電圧のＡＤ変換が行われ、ＡＤ変換器３１３からマイコン４に電池セル１ａのセル電圧が出力される。
【００５４】
これにより、電圧検出回路３にて対応する単位電池Ｖｉを構成する各電池セル１ａに加えて、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１を構成する電池セル１ａの電圧を検出することができる。
【００５５】
ここで、電圧検出部３１にて各電池セル１ａの電圧を検出する作動を行っている際の電源部３２の作動について図５、図６に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ、ＳＷｂの作動を示すタイミングチャートであり、図６は、電源部３２の昇圧回路内の電流の流れを説明するための説明図である。
【００５６】
電源部３２では、昇圧回路３２１を介して電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２へ所望の電圧を出力すると共に、降圧回路３２２を介して電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４へ所望の電圧を出力する。
【００５７】
この際、昇圧回路３２１では、スイッチ選択手段３１４からの指令信号をトリガとして、スイッチＳＷａとスイッチＳＷｂとを交互にオンすることで、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧を、電圧検出部３１にて検出する各電池セル１ａのセル電圧よりも大きくなるように昇圧する。
【００５８】
具体的には、図５に示すように、スイッチ選択手段３１４からの指令信号が入力されると、スイッチＳＷａをオンすると共にスイッチＳＷｂをオフして、コンデンサＣに降圧回路３２２の出力電圧を保持する。この際、図６の昇圧回路３２１内に示す太実線矢印のように電流が流れる。
【００５９】
その後、スイッチＳＷａをオフすると共にスイッチＳＷｂをオンして、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧にコンデンサＣに保持された降圧回路３２２の出力電圧を加算した電圧をマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣとして出力する。この際、図６の昇圧回路３２１内に示す太破線矢印のように電流が流れる。
【００６０】
これにより、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１を構成する電池セル１ａの電圧以上に昇圧することができる。マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２は、それらの電源であるＶＣＣ以下の電圧を正確に検出することができるので、昇圧回路３２１の効果によって適切に駆動することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、電池電圧監視装置２の各電圧検出回路３における電圧検出部３１および電源部３２のうち、電圧検出部３１だけを、隣接する電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧となる電池セル１ａ（共通セル）に結線する構成としているので、各電圧検出回路３にて隣接する電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉ＋１における一部の電池セル１ａの電圧を検出することができる。
【００６２】
加えて、各電圧検出回路３を駆動する際の電源を対応する単位電池Ｖｉだけで構成することができるので、隣接する電圧検出回路Ｖｉに接続された共通セルの消費電流が他の電池セルに比べて増大することを抑制することができる。
【００６３】
従って、各電圧検出回路３にて隣接する電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉ＋１の電池セルを監視可能に構成された電池電圧監視装置において、各電池セル１ａにおける消費電流のバラツキを抑制することができる。
【００６４】
また、電源部３２に昇圧回路３２１を設ける構成とすることで、電圧検出回路３の電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを、検出対象となる電池セル１ａの電圧（電圧検出回路３の入力電圧）よりも大きくすることができるので、隣接する電圧検出回路Ｖｉに対応する単位電池Ｖｉを構成する電池セル１ａの電圧を電圧検出部３１にて適切に検出することが可能となる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７、図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を示す回路図であり、図８は、本実施形態に係る昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８、ＳＷｂの作動を示すタイミングチャートである。本実施形態では、昇圧回路３２１の内部構成が第１実施形態と相違している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００６６】
本実施形態の電源部３２における昇圧回路３２１は、図７に示すように、スイッチＳＷｂ、コンデンサＣに加えて、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａとコンデンサＣとを選択的に直列接続するスイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８を有している。
【００６７】
昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８それぞれは、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａの正極側および負極側に接続されており、スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のいずれかがオンされることで、オンされたスイッチに対応する電池セル１ａの端子間電圧がコンデンサＣに保持される。なお、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８は、スイッチＳＷｂと同様にスイッチ選択手段３１４からの指令に基づいて制御される。
【００６８】
次に、本実施形態に係る昇圧回路３２１の作動について説明する。昇圧回路３２１では、スイッチ選択手段３１４からの指令信号をトリガとして、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のうち一組のスイッチとスイッチＳＷｂとを交互にオンすることで、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧を、電圧検出部３１にて検出する各電池セル１ａのセル電圧よりも大きくなるように昇圧する。
【００６９】
具体的には、図８に示すように、スイッチ選択手段３１４からの指令信号が入力されると、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のうち、スイッチＳＷａ＿１をオンすると共にスイッチＳＷｂをオフして、コンデンサＣに単位電池Ｖｉにおける最も低電圧となる電池セル１ａの端子間電圧を保持する。
【００７０】
そして、スイッチＳＷａ＿１をオフすると共にスイッチＳＷｂをオンして、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧にコンデンサＣに保持された電圧（単位電池Ｖｉにおける最も低電圧となる電池セル１ａの端子間電圧）を加算した電圧をマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣとして出力する。
【００７１】
この後、図７に示すように、所定の順番でスイッチＳＷａ＿２〜ＳＷａ＿８、およびスイッチＳＷｂのオンオフを行うことで、低電圧側の電池セル１ａから順に電池セル１ａのセル電圧をコンデンサＣに保持し、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧に、コンデンサＣに保持された電圧を加算した電圧をマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣとして出力する。
【００７２】
これによれば、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１を構成する電池セル１ａの電圧以上に昇圧することができるので、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２を適切に駆動することができる。
【００７３】
また、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８を順次オンする構成としているので、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８に接続された各電池セル１ａを均等に放電させることができる。
【００７４】
なお、マイコン４にて取得した各電池セル１ａのセル電圧にバラツキが生じている場合には、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のうち、セル電圧が高い電池セル１ａに対応するスイッチＳＷａをオンする回数を他のスイッチＳＷａをオンする回数に比べて増加させることで、各電池セル１ａの均等化を実行することができる。すなわち、各電池セル１ａのうち、高電圧側の電池セル１ａを優先的に用いて、電圧検出部３１へ出力する電圧を昇圧する構成とすることで、各電池セル１ａの均等化を実行することができる。これによれば、電源部３２を均等化回路としても機能させることができるので、電池電圧監視装置２の簡素化を図ることが可能となる。
【００７５】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【００７６】
（１）上述の各実施形態では、隣接する電圧検出回路３のうち、低電圧側の電圧検出回路３の電圧検出部３１に対して、高電圧側の電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉの最も低電圧となる電池セル１ａを結線する構成としているが、これに限定されない。
【００７７】
例えば、隣接する電圧検出回路３のうち、高電圧側の電圧検出回路３の電圧検出部３１に対して、低電圧側の電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉの最も高電圧となる電池セル１ａを結線する構成としてもよい。この場合には、電圧検出回路３におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧を各電池セル１ａからの入力電圧よりも大きくなるように電圧を変更する回路（昇圧回路）を追加すればよい。
【００７８】
（２）上述の各実施形態では、各電圧検出回路３がそれぞれマイコン４に接続される構成を採用する例について説明したが、各電圧検出回路３のうち一部がマイコン４に接続され、各電圧検出回路３同士がそれぞれ通信可能に接続（デイジーチェーン接続）された構成を採用してもよい。
【００７９】
（３）上述の各実施形態では、電池電圧監視装置２を複数の電圧検出回路３および１つのマイコン４で構成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、各電圧検出回路３に対応して複数のマイコン４を設ける構成としてもよい。この場合、電池電圧監視装置２は、電圧検出回路３およびマイコン４からなる監視ユニットを複数備える構成となる。
【００８０】
（４）上述の各実施形態では、電池電圧監視装置２をハイブリッド車等の電気自動車に適用することについて説明したが、これは装置の適用の一例であり、車両に限らず組電池１を利用して装置を作動させる場合に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 組電池
１ａ 電池セル
３ 電圧検出回路（電圧検出手段）
３１ 電圧検出部
３２ 電源部
３２１ 昇圧回路
３２２ 降圧回路
Ｖ１〜Ｖｎ 単位電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池を構成する複数の電池セルそれぞれの電圧を監視する電池電圧監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池電圧監視装置は、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池に対応して複数設けられ、対応する単位電池を構成する電池セルそれぞれの電圧等を監視する電圧検出手段（監視回路）を備えている。各電圧検出手段によって対応する単位電池を構成する電池セルを監視することで、単位電池における各電池セル間の電圧バラツキを均等化することが可能となる。
【０００３】
しかし、単に各電圧検出手段によって対応する単位電池を構成する電池セルを監視する構成とする場合、各電圧検出手段における測定精度が異なると、各単位電池間の電圧バラツキを適切に均等化することが難しい。
【０００４】
これに対して、例えば、特許文献１に記載の蓄電池バッテリー用調整装置では、各電圧検出手段（各調整モジュール）を隣接する電圧検出手段（調整モジュール）に対応する単位電池（モジュール）に接続（たすきがけ接続）することで、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池を監視する構成を採用している。これにより、各電圧検出手段における測定精度が異なったとしても、各単位電池間の電圧バラツキを適切に均等化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−５５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般的な電圧検出手段は、対応する単位電池を構成する電池セルの電圧を検出する電圧検出部、および電圧の検出対象となる各電池セルから電圧検出部へ電圧を出力する電源部を有して構成されている。
【０００７】
しかしながら、従来技術のように、各電圧検出手段を隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルに接続する構成とすると、各電圧検出手段を駆動する電源が、対応する単位電池、および隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セル（共通セル）で構成されることとなる。これにより、共通セルの消費電流が他の電池セルに比べて増大し、各電池セル間の電圧バラツキを均等化しようとしているにも関わらず、単位電池内の各電池セルにおける消費電流にバラツキが生ずるといった問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルを監視可能な電池電圧監視装置において、各電池セルにおける消費電流のバラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池に対応して複数設けられ、対応する単位電池を構成する電池セルそれぞれの電圧を監視する電圧検出手段を備える電池電圧監視装置であって、複数の電圧検出手段それぞれは、対応する単位電池を構成する電池セルそれぞれに結線され、結線された電池セルの電圧を検出する電圧検出部、および対応する単位電池の端子間電圧を所望の電圧に変換して電圧検出部へ出力するための電源部を有し、複数の電圧検出手段のうち隣接する電圧検出手段における一方の電圧検出手段は、電圧検出部および電源部のうち電圧検出部だけが他方の電圧検出手段に対応する単位電池を構成する一部の電池セルの電圧を検出するように結線されていることを特徴とする。
【００１０】
これによると、各電圧検出手段における電圧検出部および電源部のうち、電圧検出部だけを、隣接する電圧検出手段に対応する単位電池における一部の電池セルに結線する構成としているので、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池における一部の電池セルの電圧を検出することができる。加えて、各電圧検出手段を駆動する際の電源を対応する単位電池だけで構成することができるので、隣接する電圧検出手段に接続された共通セルの消費電流が他の電池セルに比べて増大することを抑制することができる。
【００１１】
従って、各電圧検出手段にて隣接する電圧検出手段に対応する単位電池の電池セルを監視可能に構成された電池電圧監視装置において、各電池セルにおける消費電流のバラツキを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電池電圧監視装置において、電源部は、電圧検出部へ出力する電圧を電圧検出部にて検出する電池セルの電圧よりも大きくなるように昇圧させる昇圧回路を有することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、電源部から供給される電圧を検出対象となる電池セルの電圧（入力電圧）よりも大きくすることができるので、隣接する電圧検出手段に対応する単位電池を構成する電池セルの電圧を電圧検出部にて適切に検出することが可能となる。
【００１４】
具体的には、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の電池電圧監視装置において、電源部は、電圧検出部へ出力する電圧を降圧させる降圧回路を有し、昇圧回路は、電圧検出部にて検出する電池セルの電圧に、降圧回路の出力電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成されていることを特徴とする。これにより、電池電圧監視装置の各電圧検出手段を具体的かつ容易に実現することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の電池電圧監視装置において、昇圧回路は、電圧検出部にて検出する電池セルの電圧に、複数の電池セルにおける１つ以上の電池セルの電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成されていることを特徴とする。これにより、電池電圧監視装置の各電圧検出手段を具体的かつ容易に実現することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の電池電圧監視装置において、昇圧回路を、複数の電池セルのうち、最も高電圧となる電池セルを優先的に用いて電圧検出部へ出力する電圧を昇圧するように構成すれば、各電池セルの均等化を実現することができる。すなわち、電源部における昇圧回路を均等化手段として機能させることができるので、電池電圧監視装置の簡素化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図である。
【図２】第１実施形態に係る電圧検出回路の内部の概略構成を示す回路図である。
【図３】第１実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を示す回路図である。
【図４】第１実施形態に係る電圧検出部のマルチプレクサおよびレベルシフト手段の内部構成を示す回路図である。
【図５】第１実施形態に係る電源部の作動を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態に係る昇圧回路内における電流の流れを説明するための説明図である。
【図７】第２実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を説明するための回路図である。
【図８】第２実施形態に係る電源部の作動を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電池電圧監視装置を含んだ電圧監視システムの全体構成図であり、図２は、本実施形態に係る電圧検出回路の内部の概略構成を示す回路図である。
【００２０】
図１に示すように、電圧監視システムは、組電池１と電池電圧監視装置２を備えて構成されている。組電池１は、最小単位である電池セル１ａ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１ａは所定数の電池セル毎（例えば８個毎）に複数の単位電池Ｖ１〜Ｖｎにグループ化されている。
【００２１】
本実施形態では、電池セル１ａとして充電可能なリチウムイオン二次電池を採用している。そして、電池電圧監視装置２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１はハイブリッド車や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。
【００２２】
電池電圧監視装置２は、組電池１を構成する各電池セル１ａの電圧（セル電圧）を監視する装置である。このような電池電圧監視装置２は、各単位電池Ｖ１〜Ｖｎに対応して複数設けられ、各単位電池Ｖ１〜Ｖｎを構成する電池セル１ａの電圧を監視する電圧検出回路（電圧検出手段）３、マイクロコンピュータ４（以下、マイコン４という。）等を備えている。なお、各電圧検出回路３とマイコン４とは、フォトカプラ等の絶縁素子５を介して接続されている。
【００２３】
まず、電圧検出回路３について図２に基づいて説明する。図２は、電圧検出回路の内部構成を示す回路図である。各電圧検出回路３は、対応する単位電池Ｖ１〜Ｖｎを構成する各電池セル１ａそれぞれに結線され、結線された各電池セル１ａの電圧を検出する電圧検出部３１、および対応する単位電池Ｖ１〜Ｖｎを構成する各電池セル１ａそれぞれに結線されて電圧検出部３１に電圧を出力する電源部３２を有して構成されている。なお、単位電池に対応する電圧検出回路３とは、各単位電池における最も高電圧側の電池セル１ａの正極端子、および最も低電圧側の負極端子それぞれに接続された電圧検出回路を示している。例えば、単位電池Ｖ１に対応する電圧検出回路３は、単位電池Ｖ１における最も高電圧側の電池セル１ａの正極端子、および最も低電圧側の負極端子それぞれに接続された電圧検出回路を示している。
【００２４】
そして、各電圧検出回路３のうち、隣接する電圧検出回路３における一方の電圧検出回路３は、その電圧検出部３１および電源部３２のうち電圧検出部３１だけが他方の電圧検出回路３に対応する単位電池を構成する一部の電池セル１ａ（共通セル）の電圧を検出するように結線されている。換言すれば、隣接する電圧検出回路３における一方の電圧検出回路３は、その電圧検出部３１が他方の電圧検出回路３に対応する単位電池を構成する一部の電池セル１ａの電圧を検出するように結線され、電源部３２が他方の電圧検出回路３に対応する単位電池を構成する一部の電池セル１ａに結線されていない構成となっている。
【００２５】
具体的には、本実施形態では、図２に示すように、隣接する電圧検出回路３における低電圧側の電圧検出回路３（低電圧側の単位電池Ｖｉ−１に対応する電圧検出回路３）が、その電圧検出部３１および電源部３２のうち電圧検出部３１だけが高電圧側の電圧検出回路３（高電圧側の単位電池Ｖｉに対応する電圧検出回路３）に対応する単位電池Ｖｉの最も低電圧となる電池セル１ａの電圧を検出するように結線されている。
【００２６】
本実施形態の電圧検出回路３における電圧検出部３１および電源部３２について図３および図４に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を示す回路図であり、図４は、本実施形態に係る電圧検出部のマルチプレクサおよびレベルシフト手段の内部構成を示す回路図である。
【００２７】
図３に示すように、電圧検出回路３における電圧検出部３１は、マルチプレクサ３１１、レベルシフト手段３１２、ＡＤ変換器３１３、スイッチ選択手段３１４を有して構成されている。
【００２８】
マルチプレクサ３１１は、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａ、および対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１の一部の電池セル１ａのうちいずれかとレベルシフト手段３１２とを選択的に接続する選択スイッチである。単位電池Ｖｉ＋１は、単位電池Ｖｉの高電圧側の単位電池を示し、単位電池Ｖｉ−１は、単位電池Ｖｉの低電圧側の単位電池を示す。なお、マルチプレクサ３１１の選択スイッチとしては、例えば、トランジスタで構成することができる。
【００２９】
このマルチプレクサ３１１は、図４に示すように、選択スイッチとして、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａの正極側に接続される複数の正極側スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ８＿１、および各電池セル１ａの負極側に接続される複数の負極側スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷ８＿２を含んで構成されている。
【００３０】
例えば、単位電池Ｖｉにおける最も高電圧側の電池セル１ａの電圧を検出する場合、最も高電圧側の電池セル１ａの正極側に接続された正極側スイッチＳＷ８＿１と当該電池セル１ａの負極側に接続された負極側スイッチＳＷ８＿２とがオンされる。
【００３１】
さらに、マルチプレクサ３１１は、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１の一部の電池セル１ａ（単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧側の電池セル１ａ）の正極側に接続される正極側スイッチＳＷｃ＿１、および当該電池セル１ａの負極側に接続される負極側スイッチＳＷｃ＿２を有している。
【００３２】
従って、正極側スイッチＳＷｃ＿１および負極側スイッチＳＷｃ＿２をオンすることで、電圧検出部３１にて、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１における一部の電池セル１ａの電圧を検出することが可能となっている。なお、単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１の一部の電池セル１ａの負極側は、単位電池Ｖｉにおける最も高電圧側の電池セル１ａの正極側に対応しており、負極側スイッチＳＷｃ＿２は、単位電池Ｖｉにおける最も高電圧側の電池セル１ａの正極側に接続される。
【００３３】
また、各正極側スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ８＿１、ＳＷｃ＿１におけるレベルシフト手段３１２側は、出力配線を介してレベルシフト手段３１２に接続されている。同様に、各負極側スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷ８＿２、ＳＷｃ＿２におけるレベルシフト手段３１２側は、出力配線を介してレベルシフト手段３１２に接続されている。
【００３４】
レベルシフト手段３１２は、マルチプレクサ３１１の各出力配線に接続されており、マルチプレクサ３１１で選択された電池セル１ａのセル電圧を増幅する増幅回路である。具体的には、レベルシフト手段３１２は、オペアンプ３１２ａ、抵抗３１２ｂ〜３１２ｅ、バッファ３１２ｆ、３１２ｇを有して構成されている。抵抗３１２ｂは、バッファ３１２ｆを介して各正極側スイッチＳＷ１＿１〜ＳＷ８＿１、ＳＷｃ＿１の出力配線に接続され、抵抗３１２ｃは、抵抗３１２ｂとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されている。これら抵抗３１２ｂと抵抗３１２ｃとの間の接続点がオペアンプ３１２ａの非反転入力端子に接続されている。また、抵抗３１２ｄは、バッファ３１２ｇを介して各負極側スイッチＳＷ１＿２〜ＳＷ８＿２、ＳＷｃ＿２の出力配線に接続され、抵抗３１２ｅは、抵抗３１２ｄとオペアンプ３１２ａの出力端子との間に接続されている。これら抵抗３１２ｄと抵抗３１２ｅとの間の接続点がオペアンプ３１２ａの反転入力端子に接続されている。
【００３５】
ＡＤ変換器３１３は、マイコン４からの指令信号に応じて、レベルシフト手段３１２で増幅された電池セル１ａのセル電圧を測定する回路である。ＡＤ変換器３１３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４に出力する。
【００３６】
図３に戻り、スイッチ選択手段３１４は、上述のマルチプレクサ３１１を構成する選択スイッチ、および後述する電源部３２における昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ、ＳＷｂのオン／オフ制御を行う回路である。スイッチ選択手段３１４は、図示しないカウンタやデコーダ等を有して構成されている。
【００３７】
スイッチ選択手段３１４は、マイコン４からの指示信号をトリガとして、予め定められたシーケンスに従ってマルチプレクサ３１１の選択スイッチ、および後述する昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ、ＳＷｂの作動を制御する。本実施形態では、シーケンスとして、単位電池Ｖｉにおける最も低圧側の電池セル１ａのセル電圧から最も高圧側の電池セル１ａのセル電圧を順に検出し、最も高電圧側の電池セル１ａのセル電圧を検出した後、単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１における最も低圧側の電池セル１ａの電圧を検出するように設定されている。
【００３８】
電圧検出部３１は、対応する単位電池Ｖｉから電源部３２を介して電力供給されて作動するように構成されている。本実施形態では、電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２によって、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも高い電圧で作動する高電圧作動手段が構成されている。なお、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣは、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも大きい電圧に設定されている。
【００３９】
また、本実施形態では、電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４によって、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも低い電圧で作動する低電圧作動手段が構成されている。なお、ＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４の電源電圧は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧よりも小さい電圧（５Ｖ）に設定されている。
【００４０】
電圧検出回路３における電源部３２は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を所望の電圧に変換して電圧検出部３１の各種回路等に出力する電源回路である。この電源部３２は、電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２へ出力する電圧を昇圧する昇圧回路３２１、電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４へ出力する電圧を降圧する降圧回路３２２を有して構成されている。
【００４１】
降圧回路３２２は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を降圧する回路であり、電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４の電源電圧（５Ｖ）を生成するものである。
【００４２】
降圧回路３２２は、その入力端子が対応する単位電池Ｖｉの正極端子および負極端子に接続され、出力端子がＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４の電源端子に接続されている。
【００４３】
昇圧回路３２１は、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧を電圧検出部３１にて検出する各電池セル１ａの電圧よりも大きくなるように昇圧する回路であり、電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを生成するものである。
【００４４】
本実施形態の昇圧回路３２１は、チャージポンプ回路として構成されており、スイッチＳＷａ、ＳＷｂ、およびコンデンサＣを有している。昇圧回路３２１は、入力端子３２１ａが降圧回路３２２の出力端子に接続されると共に、入力端子３２１ｂが単位電池Ｖｉの負極端子に接続され、さらに、その出力端子３２１ｃ、３２１ｄがマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源端子に接続されている。
【００４５】
昇圧回路３２１の入力端子３２１ａと出力端子３２１ｃとの間には、スイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂがこの順で直列に接続され、昇圧回路３２１の入力端子３２１ｂと出力端子３２１ｄとの間には、スイッチＳＷｂおよびスイッチＳＷａがこの順で直列に接続されている。
【００４６】
入力端子３２１ａおよび出力端子３２１ｃ間のスイッチＳＷａおよびスイッチＳＷｂの接続点には、コンデンサＣの一方の端子が接続され、入力端子３２１ｂおよび出力端子３２１ｄ間のスイッチＳＷｂおよびスイッチＳＷａの接続点との間には、コンデンサＣの他方の端子が接続されている。昇圧回路３２１における各スイッチＳＷａ、ＳＷｂは、スイッチ選択手段３１４からの指令に基づいて制御される。
【００４７】
図１に戻り、マイコン４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１ａの状態を監視する制御回路である。このようなマイコン４は、ＡＤ変換器３１３にて各電池セル１ａのセル電圧を測定する際に、スイッチ選択手段３１４等へマルチプレクサ３１１や昇圧回路３２１を制御する。また、マイコン４は、ＡＤ変換器３１３にて測定された各電池セル１ａ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１に流れる電流とを用いて組電池１の残存容量（State of Charge；ＳＯＣ）等を取得して、この残存容量等に基づいて図示しない均等化放電回路等により電池セル１ａの充電や放電を制御する。
【００４８】
以上が、本実施形態に係る電池電圧監視装置２および電圧監視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２の電圧検出回路３における各電池セル１ａを検出する作動について説明する。
【００４９】
マイコン４からスイッチ選択手段３１４に所定の指令信号がトリガとして入力されると、スイッチ選択手段３１４では、予め定められたシーケンスに従って電圧検出部３１のマルチプレクサ３１１の選択スイッチを切り替える。
【００５０】
具体的には、先ず、単位電池Ｖｉにおける最も低電圧となる電池セル１ａの正極側スイッチＳＷ１＿１と負極側スイッチＳＷ１＿２とがオンされ、最も低電圧となる電池セル１ａと電圧検出回路３の電圧検出部３１とが接続される。そして、電圧検出部３１のＡＤ変換器３１３では、レベルシフト手段３１２を介して入力される電池セル１ａのセル電圧のＡＤ変換が行われ、ＡＤ変換器３１３からマイコン４に電池セル１ａのセル電圧が出力される。
【００５１】
このように、マイコン４は最も低電圧となる電池セル１ａのセル電圧を取得する。この後、マイコン４は、上記と同様に、シーケンスに従って低電圧側の電池セル１ａから順に電池セル１ａのセル電圧を取得する。
【００５２】
上記のようにして単位電池Ｖｉにおける最も高電圧となる電池セル１ａのセル電圧が検出されると、次に、スイッチ選択手段３１４にて、隣接する単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧となる電池セル１ａの正極側スイッチＳＷｃ＿１と負極側スイッチＳＷｃ＿２とがオンされ、隣接する単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧となる電池セル１ａと電圧検出回路３の電圧検出部３１とが接続される。
【００５３】
そして、電圧検出部３１のＡＤ変換器３１３では、レベルシフト手段３１２を介して入力される電池セル１ａのセル電圧のＡＤ変換が行われ、ＡＤ変換器３１３からマイコン４に電池セル１ａのセル電圧が出力される。
【００５４】
これにより、電圧検出回路３にて対応する単位電池Ｖｉを構成する各電池セル１ａに加えて、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１を構成する電池セル１ａの電圧を検出することができる。
【００５５】
ここで、電圧検出部３１にて各電池セル１ａの電圧を検出する作動を行っている際の電源部３２の作動について図５、図６に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ、ＳＷｂの作動を示すタイミングチャートであり、図６は、電源部３２の昇圧回路内の電流の流れを説明するための説明図である。
【００５６】
電源部３２では、昇圧回路３２１を介して電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２へ所望の電圧を出力すると共に、降圧回路３２２を介して電圧検出部３１におけるＡＤ変換器３１３およびスイッチ選択手段３１４へ所望の電圧を出力する。
【００５７】
この際、昇圧回路３２１では、スイッチ選択手段３１４からの指令信号をトリガとして、スイッチＳＷａとスイッチＳＷｂとを交互にオンすることで、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧を、電圧検出部３１にて検出する各電池セル１ａのセル電圧よりも大きくなるように昇圧する。
【００５８】
具体的には、図５に示すように、スイッチ選択手段３１４からの指令信号が入力されると、スイッチＳＷａをオンすると共にスイッチＳＷｂをオフして、コンデンサＣに降圧回路３２２の出力電圧を保持する。この際、図６の昇圧回路３２１内に示す太実線矢印のように電流が流れる。
【００５９】
その後、スイッチＳＷａをオフすると共にスイッチＳＷｂをオンして、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧にコンデンサＣに保持された降圧回路３２２の出力電圧を加算した電圧をマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣとして出力する。この際、図６の昇圧回路３２１内に示す太破線矢印のように電流が流れる。
【００６０】
これにより、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１を構成する電池セル１ａの電圧以上に昇圧することができる。マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２は、それらの電源であるＶＣＣ以下の電圧を正確に検出することができるので、昇圧回路３２１の効果によって適切に駆動することができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、電池電圧監視装置２の各電圧検出回路３における電圧検出部３１および電源部３２のうち、電圧検出部３１だけを、隣接する電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉ＋１における最も低電圧となる電池セル１ａ（共通セル）に結線する構成としているので、各電圧検出回路３にて隣接する電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉ＋１における一部の電池セル１ａの電圧を検出することができる。
【００６２】
加えて、各電圧検出回路３を駆動する際の電源を対応する単位電池Ｖｉだけで構成することができるので、隣接する電圧検出回路Ｖｉに接続された共通セルの消費電流が他の電池セルに比べて増大することを抑制することができる。
【００６３】
従って、各電圧検出回路３にて隣接する電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉ＋１の電池セルを監視可能に構成された電池電圧監視装置において、各電池セル１ａにおける消費電流のバラツキを抑制することができる。
【００６４】
また、電源部３２に昇圧回路３２１を設ける構成とすることで、電圧検出回路３の電圧検出部３１におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを、検出対象となる電池セル１ａの電圧（電圧検出回路３の入力電圧）よりも大きくすることができるので、隣接する電圧検出回路Ｖｉに対応する単位電池Ｖｉを構成する電池セル１ａの電圧を電圧検出部３１にて適切に検出することが可能となる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７、図８に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係る電圧検出部および電源部の内部構成を示す回路図であり、図８は、本実施形態に係る昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８、ＳＷｂの作動を示すタイミングチャートである。本実施形態では、昇圧回路３２１の内部構成が第１実施形態と相違している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００６６】
本実施形態の電源部３２における昇圧回路３２１は、図７に示すように、スイッチＳＷｂ、コンデンサＣに加えて、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａとコンデンサＣとを選択的に直列接続するスイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８を有している。
【００６７】
昇圧回路３２１の各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８それぞれは、対応する単位電池Ｖｉの各電池セル１ａの正極側および負極側に接続されており、スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のいずれかがオンされることで、オンされたスイッチに対応する電池セル１ａの端子間電圧がコンデンサＣに保持される。なお、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８は、スイッチＳＷｂと同様にスイッチ選択手段３１４からの指令に基づいて制御される。
【００６８】
次に、本実施形態に係る昇圧回路３２１の作動について説明する。昇圧回路３２１では、スイッチ選択手段３１４からの指令信号をトリガとして、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のうち一組のスイッチとスイッチＳＷｂとを交互にオンすることで、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧を、電圧検出部３１にて検出する各電池セル１ａのセル電圧よりも大きくなるように昇圧する。
【００６９】
具体的には、図８に示すように、スイッチ選択手段３１４からの指令信号が入力されると、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のうち、スイッチＳＷａ＿１をオンすると共にスイッチＳＷｂをオフして、コンデンサＣに単位電池Ｖｉにおける最も低電圧となる電池セル１ａの端子間電圧を保持する。
【００７０】
そして、スイッチＳＷａ＿１をオフすると共にスイッチＳＷｂをオンして、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧にコンデンサＣに保持された電圧（単位電池Ｖｉにおける最も低電圧となる電池セル１ａの端子間電圧）を加算した電圧をマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣとして出力する。
【００７１】
この後、図７に示すように、所定の順番でスイッチＳＷａ＿２〜ＳＷａ＿８、およびスイッチＳＷｂのオンオフを行うことで、低電圧側の電池セル１ａから順に電池セル１ａのセル電圧をコンデンサＣに保持し、対応する単位電池Ｖｉの端子間電圧に、コンデンサＣに保持された電圧を加算した電圧をマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣとして出力する。
【００７２】
これによれば、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧ＶＣＣを、対応する単位電池Ｖｉに隣接する単位電池Ｖｉ＋１を構成する電池セル１ａの電圧以上に昇圧することができるので、マルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２を適切に駆動することができる。
【００７３】
また、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８を順次オンする構成としているので、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８に接続された各電池セル１ａを均等に放電させることができる。
【００７４】
なお、マイコン４にて取得した各電池セル１ａのセル電圧にバラツキが生じている場合には、各スイッチＳＷａ＿１〜ＳＷａ＿８のうち、セル電圧が高い電池セル１ａに対応するスイッチＳＷａをオンする回数を他のスイッチＳＷａをオンする回数に比べて増加させることで、各電池セル１ａの均等化を実行することができる。すなわち、各電池セル１ａのうち、高電圧側の電池セル１ａを優先的に用いて、電圧検出部３１へ出力する電圧を昇圧する構成とすることで、各電池セル１ａの均等化を実行することができる。これによれば、電源部３２を均等化回路としても機能させることができるので、電池電圧監視装置２の簡素化を図ることが可能となる。
【００７５】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【００７６】
（１）上述の各実施形態では、隣接する電圧検出回路３のうち、低電圧側の電圧検出回路３の電圧検出部３１に対して、高電圧側の電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉの最も低電圧となる電池セル１ａを結線する構成としているが、これに限定されない。
【００７７】
例えば、隣接する電圧検出回路３のうち、高電圧側の電圧検出回路３の電圧検出部３１に対して、低電圧側の電圧検出回路３に対応する単位電池Ｖｉの最も高電圧となる電池セル１ａを結線する構成としてもよい。この場合には、電圧検出回路３におけるマルチプレクサ３１１およびレベルシフト手段３１２の電源電圧を各電池セル１ａからの入力電圧よりも大きくなるように電圧を変更する回路（昇圧回路）を追加すればよい。
【００７８】
（２）上述の各実施形態では、各電圧検出回路３がそれぞれマイコン４に接続される構成を採用する例について説明したが、各電圧検出回路３のうち一部がマイコン４に接続され、各電圧検出回路３同士がそれぞれ通信可能に接続（デイジーチェーン接続）された構成を採用してもよい。
【００７９】
（３）上述の各実施形態では、電池電圧監視装置２を複数の電圧検出回路３および１つのマイコン４で構成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、各電圧検出回路３に対応して複数のマイコン４を設ける構成としてもよい。この場合、電池電圧監視装置２は、電圧検出回路３およびマイコン４からなる監視ユニットを複数備える構成となる。
【００８０】
（４）上述の各実施形態では、電池電圧監視装置２をハイブリッド車等の電気自動車に適用することについて説明したが、これは装置の適用の一例であり、車両に限らず組電池１を利用して装置を作動させる場合に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１ 組電池
１ａ 電池セル
３ 電圧検出回路（電圧検出手段）
３１ 電圧検出部
３２ 電源部
３２１ 昇圧回路
３２２ 降圧回路
Ｖ１〜Ｖｎ 単位電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池に対応して複数設けられ、対応する前記単位電池を構成する前記電池セルそれぞれの電圧を監視する電圧検出手段を備える電池電圧監視装置であって、
前記複数の電圧検出手段それぞれは、対応する前記単位電池を構成する前記電池セルそれぞれに結線され、結線された前記電池セルの電圧を検出する電圧検出部、および対応する前記単位電池の端子間電圧を所望の電圧に変換して前記電圧検出部へ出力するための電源部を有し、
前記複数の電圧検出手段のうち隣接する電圧検出手段における一方の電圧検出手段は、前記電圧検出部および前記電源部のうち前記電圧検出部だけが他方の電圧検出手段に対応する前記単位電池を構成する一部の前記電池セルの電圧を検出するように結線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】
前記電源部は、前記電圧検出部へ出力する電圧を前記電圧検出部にて検出する前記電池セルの電圧よりも大きくなるように昇圧させる昇圧回路を有す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】
前記電源部は、前記電圧検出部へ出力する電圧を降圧させる降圧回路を有し、
前記昇圧回路は、前記電圧検出部にて検出する前記電池セルの電圧に、前記降圧回路の出力電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成され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】
前記昇圧回路は、前記電圧検出部にて検出する前記電池セルの電圧に、前記複数の電池セルにおける１つ以上の前記電池セルの電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成され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５】
前記昇圧回路は、前記複数の電池セルのうち、最も高電圧となる前記電池セルを優先的に用いて、前記電圧検出部へ出力する電圧を昇圧す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】
複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池に対応して複数設けられ、対応する前記単位電池を構成する前記電池セルそれぞれの電圧を監視する電圧検出手段を備える電池電圧監視装置であって、
前記複数の電圧検出手段それぞれは、対応する前記単位電池を構成する前記電池セルそれぞれに結線され、結線された前記電池セルの電圧を検出する電圧検出部、および対応する前記単位電池の端子間電圧を所望の電圧に変換して前記電圧検出部へ出力するための電源部を有し、
前記複数の電圧検出手段のうち隣接する電圧検出手段における一方の電圧検出手段は、前記電圧検出部および前記電源部のうち前記電圧検出部だけが他方の電圧検出手段に対応する前記単位電池を構成する一部の前記電池セルの電圧を検出するように結線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】
前記電源部は、前記電圧検出部へ出力する電圧を前記電圧検出部にて検出する前記電池セルの電圧よりも大きくなるように昇圧させる昇圧回路を有す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】
前記電源部は、前記電圧検出部へ出力する電圧を降圧させる降圧回路を有し、
前記昇圧回路は、前記電圧検出部にて検出する前記電池セルの電圧に、前記降圧回路の出力電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成され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】
前記昇圧回路は、前記電圧検出部にて検出する前記電池セルの電圧に、前記複数の電池セルにおける１つ以上の前記電池セルの電圧を加算した電圧を出力するチャージポンプ回路として構成され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５】
前記昇圧回路は、前記複数の電池セルのうち、最も高電圧となる前記電池セルを優先的に用いて、前記電圧検出部へ出力する電圧を昇圧す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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７５７３（Ｐ２０１３−７５７３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３８４８６（Ｐ２０１１−１３８４８６）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【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２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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