JP2011237266A

JP2011237266A - セル電圧検出装置

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Publication number: JP2011237266A
Application number: JP2010108629A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Imai; 敦志今井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】セル電圧の算出精度向上を図ったセル電圧検出装置を提供する。
【解決手段】オペアンプ４０の出力値がプラス側へ引き上げられるように基準電圧Ｖrefを印加する基準電圧回路５０と、検出対象セルの電位差をオペアンプ４０へ入力させている時のＡＤ変換回路６０の出力を対象電位差出力値Ｖobjとして取得する対象電位差出力値取得手段と、検出対象セルの負極をオペアンプ４０へ入力させている時のＡＤ変換回路６０の出力を補正用出力値Ｖcomとして取得する補正用出力値取得手段と、取得した前記対象電位差出力値Ｖobj及び前記補正用出力値Ｖcomに基づき、検出対象セルのセル電圧Ｖcellを算出するセル電圧算出手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続された複数の電池セルの各々についての正極と負極の電位差をセル電圧として検出するセル電圧検出装置に関する。

従来より、リチウム蓄電池等の電池セルを複数直列接続して１つのバッテリ装置を構成する旨が知られている。この場合には、各電池セルの電位差（セル電圧Ｖcell）を同一にするよう制御（均一化制御）したり、全ての電池セルが使用電圧範囲の上下限に収まるように制御（上下限電圧に対する保護制御）したりして、リチウム蓄電池の劣化抑制を図ることが要求される。そして、これらの制御を精度良く実施するためには、各々の電池セルのセル電圧Ｖcellを高精度で検出することが必要となってくる。

セル電圧Ｖcellを検出する装置は特許文献１等に開示されており、図９に例示されるように、オペアンプ４０（差動増幅回路）、ＡＤ変換回路６０及び切替手段２０ｘ，３０ｘから構成される。

オペアンプ４０は、自身の正極入力端子４１と負極入力端子４２に印加される電位差に応じたアナログ信号を出力する。ＡＤ変換回路６０は、オペアンプ４０から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。正極切替手段２０ｘは、複数の電池セル１１〜１５の正極及び負極の中から選択した箇所（電位）を、オペアンプ４０の正極入力端子４１に接続させるよう切り替える。負極切替スイッチ３０ｘは、複数の電池セル１１〜１５の正極及び負極の中から選択した箇所（電位）を、オペアンプ４０の負極入力端子４２に接続させるよう切り替える。

そして、検出対象となっている電池セル（検出対象セル）の正極を正極入力端子４１に接続させるとともに、検出対象セルの負極を負極入力端子４２に接続させ、その時のＡＤ変換回路６０の出力を対象電位差出力値Ｖobjとして取得する。

ここで、例えば第４電池セル１４を検出対象セルとした場合において、第４電池セル１４の正極Ｖ４及び負極Ｖ３を入力端子４１，４２に接続して得られた対象電位差出力値Ｖobjには、第１〜第３電池セルのセル電圧の合計Ｖn（同相電圧）に応じて生じる誤差（同相電圧誤差）が含まれている。そこで特許文献１では、両入力端子４１，４２に検出対象セルの負極を接続させ、その時のＡＤ変換回路６０の出力を補正用出力値Ｖcomとして取得しておき、ＶobjからＶcomを減算することでセル電圧Ｖcellを算出している。これによれば、複数の電池セルの各々に対応して複数のオペアンプを設けることを不要にして、各電池セル１１〜１５のセル電圧Ｖcellを検出できる。

さらに、特許文献１記載のセル電圧検出装置では、オペアンプ４０の出力値が正電圧となるように、オペアンプ４０に接続されている負帰還抵抗等の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の値を設定することで、正電圧のアナログ信号のみをＡＤ変換可能な（つまりＡＤ変換対象が正電圧に制限される安価な）ＡＤ変換回路６０を採用できるようにしている。

特開平１１−２３７４５５号公報

しかし、このようにＡＤ変換対象が正電圧に制限されたＡＤ変換回路６０の場合には、オペアンプ４０の出力値がゼロ近傍の時にはＡＤ変換精度が低下する。すると、補正用出力値Ｖcomを取得すべく両入力端子４１，４２に検出対象セルの負極を接続させた時には、オペアンプ４０の出力値はゼロに近い微小電圧となるため、補正用出力値Ｖcomの検出精度が低下し、ひいてはセル電圧Ｖcellの算出精度が低下してしまう。

この問題に対し本発明者は、オペアンプ４０の出力値をプラス側へ引き上げるように抵抗Ｒ１〜Ｒ４を設定することで、補正用出力値Ｖcomを取得する時のオペアンプ４０の出力値を大きくすることを検討したが、この場合には以下の問題が生じることが分かった。

すなわち、対象電位差出力値Ｖobjには、先述した同相電圧誤差の他に、オペアンプ４０のオフセット電流に応じて生じる誤差（オフセット電流誤差）も含まれている。このオフセット電流誤差は、オペアンプ４０自体が有する固有の誤差である。そして、上述の如くＲ１〜Ｒ４を設定すると、対象電位差出力値Ｖobjに含まれるオフセット電流誤差（オペアンプ固有誤差）が大きくなってしまい、セル電圧Ｖcellの算出精度低下を招くことが分かった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セル電圧の算出精度向上を図ったセル電圧検出装置を提供することにある。また、セル電圧の算出処理負荷軽減を図ったセル電圧検出装置の提供を他の目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、直列接続された複数の電池セルの各々についての正極と負極の電位差をセル電圧として検出するセル電圧検出装置において、自身の正極入力端子と負極入力端子に印加される電位差に応じたアナログ信号を出力する差動増幅回路と、前記差動増幅回路から出力されたアナログ信号のうちプラス側の信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、複数の前記電池セルの正極及び負極の中から選択した箇所を、前記正極入力端子に接続させるよう切り替える正極切替手段と、複数の前記電池セルの正極及び負極の中から選択した箇所を、前記負極入力端子に接続させるよう切り替える負極切替手段と、を備えることを前提とする。

そして、前記差動増幅回路の出力値がプラス側へ引き上げられるように基準電圧を印加する基準電圧印加手段と、検出対象となっている前記電池セルの正極及び負極の一方を前記正極入力端子へ接続し、他方を前記負極入力端子に接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を対象電位差出力値として取得する対象電位差出力値取得手段と、検出対象となっている前記電池セルの負極を、前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれに接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を補正用出力値として取得する補正用出力値取得手段と、前記対象電位差出力値及び前記補正用出力値に基づき、検出対象となっている前記電池セルの電位差であるセル電圧を算出するセル電圧算出手段と、を備えることを特徴とする。

これによれば、基準電圧印加手段を備えることにより、差動増幅回路の出力値が基準電圧の分だけプラス側へ引き上げられ、差動増幅回路の出力値がゼロに近い微小電圧となることを回避できる。よって、補正用出力値として取得すべく検出対象セルの負極を両前入力端子に接続させた時であっても、差動増幅回路の出力値が微少電圧になることを回避できる。よって、ＡＤ変換対象が正電圧に制限される安価なＡＤ変換回路であっても、ＡＤ変換精度が低下することを抑制できる。

しかも、基準電圧印加手段により差動増幅回路の出力値を引き上げているので、対象電位差出力値に含まれるオフセット電流誤差（オペアンプ固有誤差）が増大するような抵抗の設定を不要にできる。

以上により、上記発明によれば、対象電位差出力値に含まれるオフセット電流誤差を増大させることなく、ＡＤ変換精度の高い補正用出力値を取得することができるので、セル電圧の算出精度向上を図ることができる。

請求項２記載の発明では、前記セル電圧算出手段は、前記対象電位差出力値Ｖobj（図３（ｂ）参照）から前記補正用出力値Ｖcom（図３（ａ）参照）を減算して得られる値に基づき、検出対象となっている前記電池セルのセル電圧Ｖcellを算出することを特徴とする。

一方、請求項３記載の発明では、前記正極切替手段は、前記正極入力端子をグランドにも接続するよう切替可能に構成され、前記負極切替手段は、前記負極入力端子をグランドにも接続するよう切替可能に構成され、前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれにグランドを接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を、前記差動増幅回路及び前記基準電圧印加手段が有する固有誤差Ｖgnd（図３（ｄ）参照）として取得する固有誤差取得手段と、前記補正用出力値Ｖcom（図３（ｃ）参照）から前記固有誤差Ｖgnd（＝Ｖerr2）を減算して得られた値を、検出対象となっている電池セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて生じる同相電圧誤差Ｖerr1として取得する同相電圧誤差取得手段と、を備え、前記セル電圧算出手段は、前記同相電圧誤差Ｖerr1及び前記固有誤差Ｖgnd（＝Ｖerr2）を前記対象電位差出力値Ｖobj（図３（ｅ）参照）から減算して得られる値に基づき、検出対象となっている前記電池セルのセル電圧Ｖcellを算出することを特徴とする。

ここで、図２に示すように、差動増幅回路の出力電圧Ｖoutには、本来得たい値（Ａ）の他に以下に説明する各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）が少なくとも含まれている、との知見を本発明者は得た。すなわち、同相電圧Ｖnに応じて生じる同相電圧誤差（Ｂ）、オフセット電圧Ｖosに応じて生じるオフセット電圧誤差（Ｃ）、オフセット電流Ｉosに応じて生じるオフセット電流誤差（Ｄ）、バイアス電流Ｉbpに応じて生じるバイアス電流誤差（Ｅ）、基準電圧Ｖrefの機差ばらつきに応じて生じる基準電圧誤差（Ｆ）である。そして、図３に示すように、対象電位差出力値Ｖobjには上記（Ａ）〜（Ｆ）の全てが含まれており、補正用出力値Ｖcomには、各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）の全てが含まれている。

この点を鑑みた上記請求項２記載の発明によれば、「Ｖobj−Ｖcom」に基づき検出対象セルのセル電圧Ｖcellを算出するので、各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）が除去された本来得たい値（Ａ）、つまり検出対象セルのセル電圧Ｖcellを、高精度で算出できる。また、上記請求項３記載の発明によれば、「Ｖobj−Ｖerr1−Ｖerr2」に基づき検出対象セルのセル電圧Ｖcellを算出するので、各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）が除去された本来得たい値（Ａ）を高精度で算出できる。

ここで、上記請求項２記載の手法では、検出対象セルが変わる度に、Ｖobj及びＶcomの２つを取得する必要があるため、両切替手段の切替作動回数が多くなる。例えば電池セルが１０個の場合には、Ｖobj取得のために１０回切り替えることと、Ｖcom取得のために１０回切り替えることを要するので、合計２０回の切り替えを要する。すると、複数の電池セル全てについてセル電圧Ｖcellを算出するのに要する時間が長くなるので、セル電圧Ｖcell算出値の応答遅れが大きくなってしまう。すると、充放電によってセル電圧が過渡的に変化する場合に、全てのセルが使用電圧範囲の上下限に収まるようにするといった先述した制御(上下限電圧に対する保護制御)を高精度で実施できなくなり、電池セル劣化抑制の効果が十分に得られなくなることが懸念される。

この懸念に対し、上記請求項３記載の手法では、以下の理由により両切替手段の切替作動回数を少なくできる。すなわち、上述した各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）のうち、同相電圧誤差（Ｂ）は検出対象セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて変化するものであるのに対し、オフセット電圧誤差（Ｃ）、オフセット電流誤差（Ｄ）及びバイアス電流誤差（Ｅ）については、差動増幅回路自体が有する固有の誤差であるため、複数の電池セルのうち検出対象セルをいずれに選択しても、これらの誤差（Ｃ）〜（Ｅ）は同じ値となる筈である。また、基準電圧誤差（Ｆ）についても、基準電圧印加手段自体が有する固有の誤差であるため、検出対象セルをいずれに選択しても誤差（Ｅ）は同じ値となる筈である。

そして、複数の電池セルのうち最も低電位に位置する電池セルを初めに検出対象セルとしてセル電圧Ｖcell(1)を算出し、その後２番目に低電位のセル電圧Ｖcell(2)、その後３番目に低電位のセル電圧Ｖcell(3)と順次算出していけば、例えばセル電圧Ｖcell(3)を算出するにあたり、セル電圧Ｖcell(1)，Ｖcell(2)に基づけばＶcom(3)に含まれる同相電圧誤差（Ｂ）を把握できる。よって、Ｖcell(2)以降については、検出対象セルのＶobjを取得するだけでセル電圧Ｖcellを算出できる。

以上により、上記請求項３記載の手法によれば、最も低電位に位置する電池セルを初めに検出対象セルとしてＶobj，Ｖcom，Ｖgndの３つを取得しておけば、以降の検出対象セルについてはＶobjを取得するだけでセル電圧Ｖcellを算出できるので、両切替手段の切替作動回数を少なくできる。例えば電池セルが１０個の場合には、Ｖobj取得のために１０回切り替えることと、Ｖcom，Ｖgnd取得のために２回切り替えることとの合計１２回の切り替えで済む。よって、複数の電池セル全てについてセル電圧Ｖcellを算出するのに要する時間を短くできるので、セル電圧Ｖcell算出値の応答遅れを小さくでき、先述した上下限電圧に対する保護制御を高精度で実施できるようになる。

請求項４記載の発明では、直列接続された複数の電池セルの各々についての正極と負極の電位差をセル電圧として検出するセル電圧検出装置において、正極入力端子と負極入力端子の電位差に応じたアナログ信号を出力する差動増幅回路と、前記差動増幅回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、複数の前記電池セルの正極、負極及びグランドの中から選択した箇所を、前記正極入力端子に接続させるよう接続箇所を切り替える正極切替手段と、複数の前記電池セルの正極、負極及びグランドの中から選択した箇所を、前記負極入力端子に接続させるよう接続箇所を切り替える負極切替手段と、を備えることを前提とする。

そして、検出対象となっている前記電池セルの正極及び負極の一方を前記正極入力端子へ接続し、他方を前記負極入力端子に接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を対象電位差出力値として取得する対象電位差出力値取得手段と、検出対象となっている前記電池セルの負極を、前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれに接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を補正用出力値として取得する補正用出力値取得手段と、前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれにグランドを接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を、前記差動増幅回路が有する固有誤差として取得する固有誤差取得手段と、前記補正用出力値から前記固有誤差を減算して得られた値を、検出対象となっている電池セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて生じる同相電圧誤差として取得する同相電圧誤差取得手段と、前記同相電圧誤差及び前記固有誤差を前記対象電位差出力値から減算して得られる値に基づき、検出対象となっている前記電池セルのセル電圧を算出するセル電圧算出手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、図２に示すように、差動増幅回路の出力電圧Ｖoutには、本来得たい値（Ａ）の他に以下に説明する各種誤差（Ｂ）〜（Ｅ）が少なくとも含まれている、との知見を本発明者は得た。すなわち、同相電圧Ｖnに応じて生じる同相電圧誤差（Ｂ）、オフセット電圧Ｖosに応じて生じるオフセット電圧誤差（Ｃ）、オフセット電流Ｉosに応じて生じるオフセット電流誤差（Ｄ）、バイアス電流Ｉbpに応じて生じるバイアス電流誤差（Ｅ）である。そして、図３に示すように、対象電位差出力値Ｖobjには上記（Ａ）〜（Ｅ）の全てが含まれており、補正用出力値Ｖcomには、各種誤差（Ｂ）〜（Ｅ）の全てが含まれている。

この点を鑑みた上記請求項４記載の発明では、「Ｖobj−Ｖerr1−Ｖerr2」に基づき検出対象セルのセル電圧Ｖcellを算出するので、各種誤差（Ｂ）〜（Ｅ）が除去された本来得たい値（Ａ）を高精度で算出できる。

しかも、上記請求項４記載の発明によれば、以下の理由により両切替手段の切替作動回数を少なくできる。すなわち、上述した各種誤差（Ｂ）〜（Ｅ）のうち、同相電圧誤差（Ｂ）は検出対象セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて変化するものであるのに対し、オフセット電圧誤差（Ｃ）、オフセット電流誤差（Ｄ）及びバイアス電流誤差（Ｅ）については、差動増幅回路自体が有する固有の誤差であるため、複数の電池セルのうち検出対象セルをいずれに選択しても、これらの誤差（Ｃ）〜（Ｅ）は同じ値となる筈である。

そして、複数の電池セルのうち最も低電位に位置する電池セルを初めに検出対象セルとしてセル電圧Ｖcell(1)を算出し、次に低電位のセル電圧Ｖcell(2)、次に低電位のセル電圧Ｖcell(3)と順次算出していけば、例えばセル電圧Ｖcell(3)を算出するにあたり、セル電圧Ｖcell(1)，Ｖcell(2)に基づけばＶcom(3)に含まれる同相電圧誤差（Ｂ）を把握できる。よって、Ｖcell(2)以降については、検出対象セルのＶobjを取得するだけでセル電圧Ｖcellを算出できる。

以上により、上記請求項４記載の発明によれば、最も低電位に位置する電池セルを初めに検出対象セルとしてＶobj，Ｖcom，Ｖgndの３つを取得しておけば、以降の検出対象セルについてはＶobjを取得するだけでセル電圧Ｖcellを算出できるので、両切替手段の切替作動回数を少なくできる。例えば電池セルが１０個の場合には、Ｖobj取得のために１０回切り替えることと、Ｖcom，Ｖgnd取得のために２回切り替えることとの合計１２回の切り替えで済む。よって、複数の電池セル全てについてセル電圧Ｖcellを算出するのに要する時間を短くできるので、セル電圧Ｖcell算出値の応答遅れを小さくでき、先述した上下限電圧に対する保護制御を高精度で実施できるようになる。

請求項５記載の発明では、対象電位差出力値取得手段は、検出対象となっている前記電池セルの負極を前記正極入力端子へ接続し、正極を前記負極入力端子に接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を対象電位差出力値として取得することを特徴とする。

これによれば、ＡＤ変換回路への入力電圧（差動増幅回路の出力電圧Ｖout）とＡＤ変換回路からの出力電圧との関係を示す特性（図６参照）が、図６中の二点鎖線に示すように反転される。よって、図６中の実線に示すように基準電圧等により出力電圧Ｖoutを引き上げておけば、補正用出力値として取得すべく検出対象セルの負極を両前入力端子に接続させた時であっても、差動増幅回路の出力電圧Ｖoutが微少電圧になることを回避できる。しかも、図５中の実線に示すように反転させずに引き上げた場合に比べ、反転させた上で引き上げる本発明によれば、検出対象セルの負極を両前入力端子に接続させた時の出力電圧Ｖoutを大きくできるので、ＡＤ変換対象が正電圧に制限される安価なＡＤ変換回路である場合であっても、補正用出力値に対するＡＤ変換精度を十分に確保できる。

本発明の第１実施形態にかかるセル電圧検出装置、及びバッテリ装置１０を示す回路図。オペアンプの出力電圧Ｖoutに含まれる各種誤差を説明する図。第１実施形態において、セル電圧Ｖcellを精度良く算出する手法を説明する図。第１実施形態において、セル電圧Ｖcellを算出する手順を示すフローチャート。第１実施形態において、ＡＤ変換回路への入力電圧とＡＤ変換回路からの出力電圧との関係を示す特性図。本発明の第２実施形態において、ＡＤ変換回路への入力電圧とＡＤ変換回路からの出力電圧との関係を示す特性図。本発明の第３実施形態において、同相電圧誤差Ｖerr1及び、固有誤差Ｖerr2を算出する手順を示すフローチャート。第３実施形態において、セル電圧Ｖcellを算出する手順を示すフローチャート。従来のセル電圧検出装置を示す回路図。

以下、本発明にかかるセル電圧検出装置を車載バッテリ装置に適用した各実施形態を、図面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、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるセル電圧検出装置、及びバッテリ装置１０を示す回路図である。バッテリ装置１０は、複数の電池セル１１〜１５を直列接続して構成されている。電池セル１１〜１５の具体例としては、リチウム蓄電池やニッケル蓄電池等の鉛蓄電池に比べて高出力・高エネルギ密度の蓄電池（高性能蓄電池）や、キャパシタ等が挙げられる。本実施形態の電池セル１１〜１５にはリチウム蓄電池が採用されている。

特にリチウム蓄電池は、過充電により蓄電量が適正範囲より多くなったり、過放電により蓄電量が適正範囲より少なくなったりすると、劣化が著しく促進されてしまう。そこで、充電状態を表すＳＯＣ（State of charge：満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）が適正範囲となるように充放電状態を制御（ＳＯＣ適正制御）する必要がある。但し、このようなＳＯＣ適正制御は、バッテリ装置１０の端子電圧（つまり電池セル１１〜１５を合計した電圧）に基づき算出したＳＯＣに基づき実施するのが一般的である。そのため、複数の電池セル１１〜１５の蓄電量のばらつきが大きくなっている場合には、個々の電池セル１１〜１５全てについてＳＯＣを適正範囲に制御することが困難となり、劣化が促進されてしまう。

そこで本実施形態では、電池セル１１〜１５の個々のセル電圧を、図示しない均一化回路により均一化させる制御（均一化制御）を実施している。そして、以下に説明するセル電圧検出装置により、個々のセル電圧を高精度で検出することで、上記均一化制御を高精度で実施することを図り、電池セル１１〜１５の劣化抑制を図っている。

本実施形態にかかるセル電圧検出装置は、以下に説明する正極切替手段２０、負極切替手段３０、オペアンプ４０（差動増幅回路）、オペアンプ４０に接続されている抵抗Ｒ１〜Ｒ４及び基準電圧回路５０（基準電圧印加手段）、ＡＤ変換回路６０、マイクロコンピュータ（マイコン７０）等から構成されている。

正極切替手段２０は、マイコン７０により制御される複数のスイッチ２１〜２７を有して構成されており、複数の電池セル１１〜１５の正極及び負極とグランドの中から選択した箇所を、オペアンプ４０の正極入力端子４１に接続させるよう切り替える。

負極切替手段３０は、マイコン７０により制御される複数のスイッチ３１〜３７を有して構成されており、複数の電池セル１１〜１５の正極及び負極とグランドの中から選択した箇所を、オペアンプ４０の負極入力端子４２に接続させるよう切り替える。

オペアンプ４０は、差動増幅回路を構成するＩＣチップであり、両入力端子４１，４２に入力された電位差の信号を、負帰還抵抗として機能する抵抗Ｒ１〜Ｒ４に応じたゲインで増幅して出力する。

基準電圧回路５０は、既知の電圧である基準電圧Ｖrefを、抵抗Ｒ４を介して正極入力端子４１へ印加する。これにより、オペアンプ４０の出力電圧Ｖoutは、基準電圧Ｖrefに相当する分だけプラス側に引き上げられることとなる。

ＡＤ変換回路６０は、オペアンプ４０から出力された出力電圧Ｖout（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。但し、本実施形態にかかるＡＤ変換回路６０には、入力されるアナログ信号がマイナスの電圧である場合にはＡＤ変換することができないもの（つまり、ＡＤ変換対象が正電圧に制限された安価なもの）である。例えば図５に示す例では、ＡＤ変換可能なＡＤ変換回路６０への入力電圧の範囲は０〜５Ｖであり、この入力電圧０〜５Ｖのレンジに対応した０〜４Ｖのデジタル信号を出力する。

マイコン７０は、ＡＤ変換回路６０から出力される各種出力値（後に詳述する対象電位差出力値Ｖobj及び補正用出力値Ｖcom）に基づき、各電池セル１１〜１５のセル電圧Ｖcellを算出する。

次に、マイコン７０によりセル電圧Ｖcellを精度良く算出する手法について、図２及び図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

図２（ｂ）に示すように、オペアンプ４０の出力電圧Ｖoutには、本来得たい値（Ａ）の他に以下に説明する各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）が少なくとも含まれている。

先ず、同相電圧誤差（Ｂ）について説明する。例えば第５電池セル１５を検出対象セルとした場合において、第５電池セル１５の正極Ｖ５及び負極Ｖ４を入力端子４１，４２に接続した時の出力電圧Ｖoutには、第１〜第４電池セルのセル電圧の合計（同相電圧Ｖn）に応じて生じる誤差（同相電圧誤差）が含まれている。

次に、オフセット電圧誤差（Ｃ）について説明する。理想的なオペアンプであれば、両入力端子４１，４２に同一の電圧を印加させれば、出力電圧Ｖoutはゼロとなる筈である。しかし実際には出力電圧Ｖoutはゼロとはならずオフセット電圧が生じる。換言すれば、図中の符号Ｖosに示す電圧が常時印加されていると言える。そして、このようなオフセット電圧Ｖosに応じた誤差（オフセット電圧誤差）が出力電圧Ｖoutには含まれている。

次に、オフセット電流誤差（Ｄ）及びバイアス電流誤差（Ｅ）について説明する。図２（ａ）中の一点鎖線に示すように、理想的なオペアンプには、入力端子に電圧を印加しても電流は流れない。しかし実際には、図中の符号Ｉbp，Ｉbmに示すように電流が流れてしまう。この電流をバイアス電流と言い、バイアス電流Ｉbp，Ｉbmの差Ｉosに応じた誤差（オフセット電流誤差）、及びバイアス電流Ｉbpに応じた誤差（バイアス電流誤差）が出力電圧Ｖoutには含まれている。

また、基準電圧回路５０には機差ばらつきが生じているので、基準電圧Ｖrefの設計値に対する実値のばらつきに応じた誤差（基準電圧誤差）が出力電圧Ｖoutには含まれている。ちなみに、抵抗Ｒ１〜Ｒ４が理想的な抵抗であれば、同相電圧誤差（Ｂ）及びオフセット電流誤差（Ｄ）は計算上ゼロになる筈であるが、実際の抵抗Ｒ１〜Ｒ４には機差ばらつきが生じているので、同相電圧誤差（Ｂ）及びオフセット電流誤差（Ｄ）は生じている。

図３（ａ）（ｂ）は、本実施形態の手法により、第５セル１５を検出対象セルとした場合におけるセル電圧Ｖcellの算出例を示しており、図３（ａ）に示されるＡＤ変換回路６０の測定値Ｖcomは、両入力端子４１，４２に第５セルの負極Ｖ４が接続されるよう両切替手段２０，３０を作動させた時の測定値である。具体的には、スイッチ２６及びスイッチ３６をオンにして他のスイッチを全てオフにした時の測定値である。したがって、この時の測定値Ｖcomには、本来得たい値（Ａ）に対応するセル電圧Ｖcellは含まれておらず、上述した各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）に対応する誤差Ｖerrのみが含まれることとなる。

また、図３（ｂ）に示されるＡＤ変換回路６０の測定値Ｖobjは、正極入力端子４１に第５セルの正極Ｖ５が接続されるよう正極切替手段２０を作動させるとともに、負極入力端子４２に第５セルの負極Ｖ４が接続されるよう負極切替手段３０を作動させた時の測定値である。具体的には、スイッチ２７及びスイッチ３６をオンにして他のスイッチを全てオフにした時の測定値である。したがって、この時の測定値Ｖobjには、本来得たい値（Ａ）に対応するセル電圧Ｖcellと、各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）に対応する誤差Ｖerrの両方が含まれることとなる。

したがって、ＶobjからＶcomを減算して得られる値は、誤差Ｖerrが除去された状態のセル電圧Ｖcellを表している。よって、検出対象セルの正極と負極をオペアンプ４０へ入力させた時に得られたＡＤ変換回路６０の測定値Ｖobjを取得するとともに、検出対象セルの負極を両入力端子４１，４２へ入力させた時に得られたＡＤ変換回路６０の測定値Ｖcomを取得すれば、マイコン７０により「Ｖcell＝Ｖobj−Ｖcom」との演算をすることにより検出対象セルのセル電圧Ｖcellを算出することができる。

図４は、マイコン７０による上記算出の処理手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期（例えばマイコン７０の演算周期）で繰り返し実行される。

先ず、図４に示すステップＳ１０において、両入力端子４１，４２への入力が検出対象セルの負極となるよう、両切替手段２０，３０の作動を制御する。続くステップＳ１１（補正用出力値取得手段）では、ＡＤ変換回路６０から出力される測定値Ｖcomを取得する。続くステップＳ１２では、ステップＳ１１で取得した測定値Ｖcomを誤差Ｖerrとして設定する。

続くステップＳ１３では、正極入力端子４１への入力が検出対象セルの正極、負極入力端子４２への入力が検出対象セルの負極となるよう、両切替手段２０，３０の作動を制御する。続くステップＳ１４（対象電位差出力値取得手段）では、ＡＤ変換回路６０から出力される測定値Ｖobjを取得する。続くステップＳ１５では、ステップＳ１４で取得した測定値Ｖobjから、ステップＳ１２で設定した誤差Ｖerrを減算して得られた値を、検出対象セルのセル電圧Ｖcellとして算出する。

そして、上記処理Ｓ１０〜Ｓ１５により検出対象セルのセル電圧Ｖcellの算出が済めば、検出対象セルを他のセルに替えて、上記処理Ｓ１０〜Ｓ１５を同様に実施する。そして、複数の電池セル１１〜１５の各々についてＳ１０〜Ｓ１５の処理を所定周期で繰り返し実行する。

図５は、ＡＤ変換回路６０への入力電圧（オペアンプ４０の出力電圧Ｖout）とＡＤ変換回路６０からの出力電圧（測定値）との関係を示す特性図である。本実施形態によれば、基準電圧回路５０を備えるので、オペアンプ４０の出力電圧Ｖoutは基準電圧Ｖrefに相当する分だけプラス側に引き上げられることとなる。つまり、図５中の一点鎖線に示す特性が実線に示す特性に引き上げられる。

そのため、ステップＳ１０の如く切り替えた時の出力電圧Ｖoutがゼロに近い微小電圧となることを回避できる。よって、ステップＳ１１で取得される測定値ＶcomのＡＤ変換精度が低下することを抑制できる。しかも、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を調整して出力電圧Ｖoutを引き上げるのではなく、基準電圧回路５０により出力電圧Ｖoutを引き上げているので、ステップＳ１４で取得される測定値Ｖobjに含まれるオフセット電流誤差が増大することを回避できる。

以上により、本実施形態によれば、測定値Ｖobjに含まれるオフセット電流誤差を増大させることなく、ＡＤ変換精度の高い測定値Ｖcomを取得することができるので、セル電圧の算出精度を向上できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図４のステップＳ１３において、正極入力端子４１への入力が検出対象セルの正極、負極入力端子４２への入力が検出対象セルの負極となるように制御している。これに対し本実施形態では、正極入力端子４１への入力が検出対象セルの負極、負極入力端子４２への入力が検出対象セルの正極となるよう、正極と負極を反転させている。

したがって、図６中の一点鎖線に示す特性が二点鎖線に示すように反転することとなる。そして、基準電圧回路５０によりプラス側へ引き上げられることにより、図６中の実線に示す特性となる。

以上により、本実施形態によれば、ＡＤ変換回路６０への入力電圧（オペアンプ４０の出力電圧Ｖout）とＡＤ変換回路６０からの出力電圧（測定値）との関係を示す特性を、図６の実線に示す態様にできる。そのため、第１実施形態の如く反転させていない場合に比べて、基準電圧Ｖrefの値を大きく設定することができる。よって、ステップＳ１０の如く切り替えた時の出力電圧Ｖoutをより一層大きい値にすることができるので、ステップＳ１１で取得される測定値ＶcomのＡＤ変換精度を向上できる。

しかも、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を調整して出力電圧Ｖoutを引き上げるのではなく、基準電圧回路５０により出力電圧Ｖoutを引き上げているので、ステップＳ１４で取得される測定値Ｖobjに含まれるオフセット電流誤差が増大することを回避できる。

以上により、本実施形態によれば、測定値Ｖobjに含まれるオフセット電流誤差を増大させることなく、ＡＤ変換精度の高い測定値Ｖcomを取得することをさらに促進できるので、セル電圧の算出精度をより一層向上できる。

（第３実施形態）
図３（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、本実施形態の手法により、第５セル１５を検出対象セルとした場合におけるセル電圧Ｖcellの算出例を示しており、図３（ｃ）に示されるＡＤ変換回路６０の測定値Ｖcomは、両入力端子４１，４２に第５セルの負極Ｖ４が接続されるよう両切替手段２０，３０を作動させた時の測定値であり、図３（ａ）と同じである。但し、同相電圧誤差に対応する誤差を符号Ｖerr1で表し、他の誤差を符号Ｖerr2で表している。

また、図３（ｄ）に示されるＡＤ変換回路６０の測定値Ｖgndは、両入力端子４１，４２にグランドが接続されるよう両切替手段２０，３０を作動させた時の測定値である。具体的には、スイッチ２１及びスイッチ３１をオンにして他のスイッチを全てオフにした時の測定値である。したがって、この時の測定値Ｖgndには、本来得たい値（Ａ）に対応するセル電圧Ｖcell及び同相電圧誤差Ｖerr1が含まれておらず、それ以外の各種誤差（Ｃ）〜（Ｆ）に対応する誤差Ｖerr2のみが含まれることとなる。

また、図３（ｅ）に示されるＡＤ変換回路６０の測定値Ｖobjは、正極入力端子４１に第５セルの正極Ｖ５が接続されるよう正極切替手段２０を作動させるとともに、負極入力端子４２に第５セルの負極Ｖ４が接続されるよう負極切替手段３０を作動させた時の測定値であり、図３（ｂ）と同じである。

よって、検出対象セルの正極と負極をオペアンプ４０へ入力させた時に得られたＡＤ変換回路６０の測定値Ｖobjと、グランドをオペアンプ４０へ入力させた時に得られたＡＤ変換回路６０の測定値Ｖgnd（＝Ｖerr2）と、検出対象セルの負極を両入力端子４１，４２へ入力させた時に得られたＡＤ変換回路６０の測定値Ｖcomと、を取得すれば、マイコン７０により「Ｖerr1＝Ｖcom−Ｖerr2」との演算をすることにより同相電圧誤差Ｖerr1を算出することができる。そして、「Ｖcell＝Ｖobj−Ｖerr1−Ｖerr2」との演算をすることにより検出対象セルのセル電圧Ｖcellを算出することができる。

ここで、上述した各種誤差（Ｂ）〜（Ｆ）のうち、同相電圧誤差（Ｂ）は検出対象セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて変化するものであるのに対し、オフセット電圧誤差（Ｃ）、オフセット電流誤差（Ｄ）及びバイアス電流誤差（Ｅ）については、オペアンプ４０自体が有する固有の誤差であるため、複数の電池セル１１〜１５のいずれを検出対象セルとして選択しても、これらの誤差（Ｃ）〜（Ｅ）は同じ値となる筈である。また、基準電圧誤差（Ｆ）についても、基準電圧回路５０自体が有する固有の誤差であるため、検出対象セルをいずれに選択しても誤差（Ｅ）は同じ値となる筈である。

そして、複数の電池セル１１〜１５のうち最も低電位に位置する電池セル１１を初めに検出対象セルとしてセル電圧Ｖcell(1)を算出し、その後２番目に低電位のセル電圧Ｖcell(2)、その後３番目の低電位のセル電圧Ｖcell(3)と順次算出していけば、例えばセル電圧Ｖcell(3)を算出するにあたり、セル電圧Ｖcell(1)，Ｖcell(2)に基づけばＶcom(3)に含まれる同相電圧誤差（Ｂ）を把握できる。よって、Ｖcell(2)以降については、検出対象セルのＶobjを取得するだけでセル電圧Ｖcellを算出できる。

以上により、最も低電位に位置する電池セル１１を初めに検出対象セルとしてＶobj，Ｖcom，Ｖgndの３つを取得しておけば、以降の検出対象セルについてはＶobjを取得するだけでセル電圧Ｖcellを算出できるので、両切替手段２０，３０の切替作動回数を少なくできる。

図７は、マイコン７０による上記「Ｖerr1＝Ｖcom−Ｖerr2」の算出処理手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期（例えばマイコン７０の演算周期）で繰り返し実行される。

先ず、図７に示すステップＳ２０において、両入力端子４１，４２への入力が検出対象セルの負極となるよう、両切替手段２０，３０の作動を制御する。続くステップＳ２１（同相電圧誤差取得手段（補正用出力値取得手段））では、ＡＤ変換回路６０から出力される測定値Ｖcomを取得する。

続くステップＳ２２では、両入力端子４１，４２への入力がグランドとなるよう、両切替手段２０，３０の作動を制御する。続くステップＳ２３（固有誤差取得手段（補正用出力値取得手段））では、ＡＤ変換回路６０から出力される測定値Ｖgndを取得する。続くステップＳ２４では、ステップＳ１１で取得した測定値Ｖcomを誤差Ｖerr2として設定する。

続くステップＳ２５では、ステップＳ２１で取得した測定値Ｖcomから、ステップＳ２４で設定した誤差Ｖerr2を減算して得られた値を、同相電圧誤差Ｖerr1として算出する。より詳細には、図３（ｅ）中のＶerr1に示す項の同相電圧Ｖｎに対するゲインＧ３の値を算出する。以上により、固有誤差Ｖerr2及び同相電圧誤差Ｖerr1を取得できる。

図８は、マイコン７０による上記「Ｖcell＝Ｖobj−Ｖerr1−Ｖerr2」の算出処理手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期（例えばマイコン７０の演算周期）で繰り返し実行される。

先ず、図８のステップＳ１３，Ｓ１４では、図４と同様の処理を実施して測定値Ｖobjを取得する。続くステップＳ１５ａでは、ステップＳ１４で取得した測定値Ｖobjから、図７の処理で産ＳＹ通した同相電圧誤差Ｖerr1及び固有誤差Ｖerr2を減算して得られた値を、検出対象セルのセル電圧Ｖcellとして算出する。

そして、上記処理Ｓ１３〜Ｓ１５ａにより検出対象セルのセル電圧Ｖcellの算出が済めば、検出対象セルを他のセルに替えて、上記処理Ｓ１３〜Ｓ１５ａを同様に実施する。但し、複数の電池セル１１〜１５のうち最も低電位に位置する第１電池セル１１を初めに検出対象セルとして図７及び図８の処理を実施する。そして、第１電池セル１１のセル電圧Ｖcell(1)の算出が終了した後には、次の検出対象セルを２番目に低電位の第２電池セル１２に設定し、当該第２電池セル１２に対して図８の処理を実施する。この時、図７の処理は実施せず、図８のステップＳ１５ａで用いる同相電圧誤差Ｖerr1は次のように算出する。

すなわち、第１電池セル１１を検出セルとして実行した図８のステップＳ１５ａで取得したセル電圧Ｖcell(1)は、第２電池セル１１を検出セルとした時の同相電圧Ｖ０に概ね相当するので、第１電池セル１１を検出セルとして実行した図７のステップＳ２１で取得したゲインＧ３に、セル電圧Ｖcell(1)を乗算して得られた値を、同相電圧誤差Ｖerr1としてステップＳ１５ａで用いればよい。

そして、第２電池セル１２のセル電圧Ｖcell(2)の算出が終了した後には、次の検出対象セルを３番目に低電位の第３電池セル１３に設定して、図８の処理を実施する。おっして、第４電池セル１４、第５電池セル１５を順次検出対象セルに設定していき、図８の処理により各々のセル電圧Ｖcell(1)〜Ｖcell(5)を算出する。

以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。また、上述の如く両切替手段２０，３０の切替作動回数を少なくできるので、以下の効果も発揮される。

すなわち、切替作動回数を少なくできるので、複数の電池セル１１〜１５全てについてセル電圧Ｖcell(1)〜Ｖcell(5)を算出するのに要する時間を短くできるので、セル電圧Ｖcell算出値の応答遅れを小さくでき、先述した上下限電圧に対する保護制御を高精度で実施できるようになる。

また、セル電圧の検出時には僅かながら電力が消費されてしまうが、本実施形態によれば切替作動回数を少なくできるので、複数の電池セル１１〜１５全てについてセル電圧を検出するにあたり、その検出に要する消費電力を少なくできる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では電池セル１１〜１５リチウム蓄電池を採用しているが、ニッケル蓄電池、鉛蓄電池、キャパシタ等に本発明を適用させてもよい。

・上記第１実施形態の場合には、グランドに接続するためのスイッチ２１，３１を廃止してもよい。

・上記第３実施形態の場合には、基準電圧回路５０を廃止してもよい。

２０…正極切替手段、３０…負極切替手段、４０…オペアンプ（差動増幅回路）、６０…ＡＤ変換回路、５０…基準電圧回路（基準電圧印加手段）、Ｓ１１…補正用出力値取得手段、Ｓ１４…対象電位差出力値取得手段、Ｓ１５，Ｓ１５ａ…セル電圧算出手段、Ｓ２１…同相電圧誤差取得手段（補正用出力値取得手段）、Ｓ２３…固有誤差取得手段（補正用出力値取得手段）。

Claims

直列接続された複数の電池セルの各々についての正極と負極の電位差をセル電圧として検出するセル電圧検出装置において、
自身の正極入力端子と負極入力端子に印加される電位差に応じたアナログ信号を出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路から出力されたアナログ信号のうちプラス側の信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、
複数の前記電池セルの正極及び負極の中から選択した箇所を、前記正極入力端子に接続させるよう切り替える正極切替手段と、
複数の前記電池セルの正極及び負極の中から選択した箇所を、前記負極入力端子に接続させるよう切り替える負極切替手段と、
前記差動増幅回路の出力値がプラス側へ引き上げられるように基準電圧を印加する基準電圧印加手段と、
検出対象となっている前記電池セルの正極及び負極の一方を前記正極入力端子へ接続し、他方を前記負極入力端子に接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を対象電位差出力値として取得する対象電位差出力値取得手段と、
検出対象となっている前記電池セルの負極を、前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれに接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を補正用出力値として取得する補正用出力値取得手段と、
前記対象電位差出力値及び前記補正用出力値に基づき、検出対象となっている前記電池セルの電位差であるセル電圧を算出するセル電圧算出手段と、
を備えることを特徴とするセル電圧検出装置。
前記セル電圧算出手段は、前記対象電位差出力値から前記補正用出力値を減算して得られる値に基づき、検出対象となっている前記電池セルのセル電圧を算出することを特徴とする請求項１に記載のセル電圧検出装置。
前記正極切替手段は、前記正極入力端子をグランドにも接続するよう切替可能に構成され、
前記負極切替手段は、前記負極入力端子をグランドにも接続するよう切替可能に構成され、
前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれにグランドを接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を、前記差動増幅回路及び前記基準電圧印加手段が有する固有誤差として取得する固有誤差取得手段と、
前記補正用出力値から前記固有誤差を減算して得られた値を、検出対象となっている電池セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて生じる同相電圧誤差として取得する同相電圧誤差取得手段と、
を備え、
前記セル電圧算出手段は、前記同相電圧誤差及び前記固有誤差を前記対象電位差出力値から減算して得られる値に基づき、検出対象となっている前記電池セルのセル電圧を算出することを特徴とする請求項１に記載のセル電圧検出装置。
直列接続された複数の電池セルの各々についての正極と負極の電位差をセル電圧として検出するセル電圧検出装置において、
正極入力端子と負極入力端子の電位差に応じたアナログ信号を出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、
複数の前記電池セルの正極、負極及びグランドの中から選択した箇所を、前記正極入力端子に接続させるよう接続箇所を切り替える正極切替手段と、
複数の前記電池セルの正極、負極及びグランドの中から選択した箇所を、前記負極入力端子に接続させるよう接続箇所を切り替える負極切替手段と、
検出対象となっている前記電池セルの正極及び負極の一方を前記正極入力端子へ接続し、他方を前記負極入力端子に接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を対象電位差出力値として取得する対象電位差出力値取得手段と、
検出対象となっている前記電池セルの負極を、前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれに接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を補正用出力値として取得する補正用出力値取得手段と、
前記正極入力端子及び前記負極入力端子のそれぞれにグランドを接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を、前記差動増幅回路が有する固有誤差として取得する固有誤差取得手段と、
前記補正用出力値から前記固有誤差を減算して得られた値を、検出対象となっている電池セルよりも低電位側に位置する電池セルのセル電圧に応じて生じる同相電圧誤差として取得する同相電圧誤差取得手段と、
前記同相電圧誤差及び前記固有誤差を前記対象電位差出力値から減算して得られる値に基づき、検出対象となっている前記電池セルのセル電圧を算出するセル電圧算出手段と、
を備えることを特徴とするセル電圧検出装置。
対象電位差出力値取得手段は、検出対象となっている前記電池セルの負極を前記正極入力端子へ接続し、正極を前記負極入力端子に接続させるよう前記正極切替手段及び前記負極切替手段を作動させ、その時の前記ＡＤ変換回路の出力を対象電位差出力値として取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセル電圧検出装置。