JP2012167982A - 蓄電装置の電圧検出回路および電圧検出装置、ならびにそれを搭載する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる数の電池セルを含む複数のブロックを備える蓄電装置において、個々のブロックの電圧を精度よく検出する。
【解決手段】蓄電装置１１０は、直列に接続された複数のブロックを含み、複数のブロックは、第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ７，ＢＬ８と、第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続された第２のブロックＢＬ３〜ＢＬ６とを有する。電圧検出回路１６０は、第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する電圧検出部１６１と、第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する電圧検出部１６２と、複数のブロックのうち電圧検出すべきブロックを順次選択するための選択回路ＳＷ１０〜ＳＷ１８とを備える。そして、電圧検出部１６１，１６２は、選択回路に電気的に並列に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電装置の電圧検出回路および電圧検出装置、ならびにそれを搭載する車両に関し、より特定的には、蓄電装置に含まれる直列接続された個々の電圧源の電圧を精度よく検出するための技術に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて、モータによって発生する駆動力により走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

このような車両に用いられる蓄電装置は、直列に接続された複数の電池セルを有する複数のブロックが直列に接続されることによって所望の電圧を出力する構成とされる場合がある。そして、このような蓄電装置の出力電圧は、個々のブロックの電圧を測定することによって検出される場合がある。

特許第３３２９７４９号公報（特許文献１）には、電池モジュールを複数直列接続することによって構成される電池ブロックが複数直列接続されて形成される組み電池において、各電池モジュールの端子電圧を検出することによって組み電池の電圧を検出する構成が開示される。

特許第３３２９７４９号公報 特開２０００−０６００１１号公報 特開２００８−１４１９５３号公報 特開２００６−２４６６４５号公報 特開平０８−１４０２０６号公報

蓄電装置においては、異なる数の電池セルを含む複数のブロックにより構成される場合がある。電池セルの数が異なると、ブロックごとの出力電圧が異なるので、これらの電圧を同じ検出レンジの電圧検出器で検出すると、検出器の検出分解能が低下してしまうために、検出値の精度が悪化するおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、異なる数の電池セルを含む複数のブロックを備える蓄電装置において、個々のブロックの電圧を精度よく検出することである。

本発明による蓄電装置の電圧検出回路は、直列に接続された複数のブロックを含む蓄電装置の電圧を検出するための回路である。複数のブロックは、第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを含む。電圧検出回路は、第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部と、第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部とを備える。

好ましくは、電圧検出回路は、複数のブロックのうち、電圧検出すべきブロックを選択するための選択回路をさらに備える。

好ましくは、第１および第２の電圧検出部は、選択回路に電気的に並列に接続される。
好ましくは、第１のブロックは、蓄電装置において第２のブロックよりも端部側に配置される。

好ましくは、電圧検出回路は、選択回路により選択されたブロックの両端に選択回路を介して接続されるコンデンサと、一方端がコンデンサに接続され他方端が第１および第２の電圧検出部に接続されるサンプルスイッチとをさらに備える。

好ましくは、コンデンサは、サンプルスイッチが非導通にされた状態で、選択回路により選択されたブロックと導通状態にされることにより充電される。サンプルスイッチは、コンデンサが充電され、かつ選択回路によって蓄電装置とコンデンサとが非導通となった後に導通状態とされる。そして、第１および第２の電圧検出部は、充電されたコンデンサの電圧を検出することによって、選択されたブロックの電圧を検出する。

好ましくは、蓄電装置は、第２の数よりも大きい第３の数の複数の電池セルが直列に接続され第２のブロックよりも高い電圧を出力する第３のブロックをさらに含む。電圧検出回路は、選択回路に対して、第１および第２のブロックと並列に接続され、第３のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第３の電圧検出部をさらに備える。

本発明による蓄電装置の電圧検出回路は、各々が直列に接続された複数のブロックを有する、直列に接続された複数のスタックを含む蓄電装置の電圧を検出するための回路である。複数のブロックの各々は、第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを有する。複数のスタックは、切換回路によって選択的に電圧検出回路に接続される。そして、電圧検出回路は、第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部と、第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部とを備える。

本発明による蓄電装置の電圧検出回路は、直列に接続された複数のブロックを含む蓄電装置の電圧を検出するための回路である。複数のブロックは、第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを含む。電圧検出回路は、複数のコンデンサと、複数のブロックのうち電圧検出すべきブロックを選択するための選択回路とを備える。選択回路は、複数のコンデンサに互いに異なるブロックが接続されるように電圧検出すべきブロックを選択する。電圧検出回路は、複数のコンデンサの各々に対応した、第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部および第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部をさらに備える。

本発明による車両は、蓄電装置と、上記の電圧検出回路とを備える。
本発明による蓄電装置の電圧検出装置は、直列に接続された複数のブロックを含む蓄電装置の電圧を検出するための装置である。複数のブロックは、第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを含む。電圧検出装置は、第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部と、第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部と、複数のブロックのうち電圧検出すべきブロックを選択するための選択回路と、選択回路を制御するための制御装置とを備える。

好ましくは、第１および第２の電圧検出部は、選択回路に電気的に並列に接続される。制御装置は、第１および第２の電圧検出部からの出力を比較することによって、第１および第２の電圧検出部のいずれか一方に異常が生じているか否かを判定する。

本発明によれば、異なる数の電池セルを含む複数のブロックを備える蓄電装置において、個々のブロックの電圧を精度よく検出することができる。

本実施の形態に従う電圧検出回路を備える車両の全体ブロック図である。 実施の形態１における、電圧検出回路の詳細を説明するための図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行される異常検出制御を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行される異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における、電圧検出回路の詳細を説明するための図である。 実施の形態３における、電圧検出回路の詳細を説明するための図である。 実施の形態４における、電圧検出回路の詳細を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［車両の全体構成］
図１は、本実施の形態に従う電圧検出回路１６０が搭載された車両１００の全体構成図である。

図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、電圧検出回路１６０と、システムメインリレー（以下、ＳＭＲ（System Main Relay）とも称する。）１１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、警報出力部１７０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００とを備える。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子のセルを含んで構成されるブロックが、複数積層されることによって所望の電圧が出力される。

蓄電装置１１０は、ＳＭＲ１１５を介して、モータジェネレータ１３０を駆動するためのＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力は、たとえば２００Ｖである。

電圧検出回路１６０は、蓄電装置１１０に含まれる各ブロックの電圧に関する信号を検出し、その検出信号ＶＣをＥＣＵ３００へ出力する。電圧検出回路１６０の詳細については、図２で後述する。

ＳＭＲ１１５に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置１１０の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。ＳＭＲ１１５に含まれるリレーの他方端は、ＰＣＵ１２０に接続された電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１にそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１と電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１に接続される。インバータ１２２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩに基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１３０を駆動する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

なお、本実施の形態においては、モータジェネレータおよびインバータの対が１つ設けられる構成を一例として示すが、モータジェネレータおよびインバータの対を複数備える構成としてもよい。

また、本実施の形態においては、車両１００は、上述のように、電気自動車を例として説明するが、車両１００の構成は、車両駆動力を発生するための電動機を搭載する車両であればその構成は限定されない。車両１００は、図１のような電動機により車両駆動力を発生する電気自動車のほかに、エンジンを搭載したハイブリッド車両あるいは燃料電池自動車などを含む。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０に含まれるセンサ（図示せず）からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値を受ける。ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。

また、ＥＣＵ３００は、電圧検出回路１６０からブロック電圧の検出値ＶＣを受ける。ＥＣＵ３００は、受信した電圧検出値ＶＣに基づいて、各ブロックの電圧を監視するとともに、後述するような電圧検出回路１６０の診断を行なう。

なお、図１においては、ＥＣＵ３００は１つの制御装置として記載されているが、各機器または機能ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

警報出力部１７０は、ＥＣＵ３００によって車両の各機器に異常が発生したことが検出された場合に、ＥＣＵ３００からの制御信号ＡＬＭに従って、操作者に異常の発生を通知するための装置である。警報出力部１７０は、たとえば、ランプ、ＬＥＤ、または表示パネルなどのように視覚的に警報を出力するもの、およびブザーやチャームなどのように聴覚的に警報を出力するものが含まれる。

［実施の形態１］
図２は、実施の形態１における、電圧検出回路１６０の詳細を説明するための図である。

図２を参照して、蓄電装置１１０は、直列に接続された複数のセルを含む複数のブロックＢＬ１〜ＢＬ８が直列に接続された構成を有する。実施の形態１においては、各ブロックに含まれるセルの数は、２つの種類に分類される。

第１のグループのブロックは、ブロックＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ７，ＢＬ８のように、蓄電装置１１０において直列接続されたブロックの端部付近に配置されるブロックであり、たとえば出力電圧は１２Ｖである。一方、第２のグループのブロックは、ブロックＢＬ３〜ＢＬ６のように、蓄電装置１１０において直列接続されたブロックの中央部付近に配置されるブロックであり、たとえば出力電圧は２４Ｖである。なお、第１のグループのブロックは、複数のセルを含むことは必須ではなく、単独のセルによって構成されるものであってもよい。

蓄電装置は、一般的に、各ブロックが積層されるように配置される。そのため、蓄電装置１１０の端部付近のブロックは、配置上においても、積層されたブロックの端部に位置する場合が多く、蓄電装置の外部に近くなるので、ブロック内の温度のばらつきが中央部付近のブロックに比べて大きくなる傾向にある。ブロック内のセルの温度が異なると、それに応じてセルの内部抵抗にもばらつきが生じ得る。この場合、セルの数が多いと、セルの内部抵抗差に起因して生じる電圧差のためにセルの過放電が誤検出される可能性がある。

一方で、蓄電装置１１０の中央部付近のブロックは、端部に比べてブロックの温度のばらつきが小さいため、上記のような問題が生じる可能性が低くなる。そのため、中央部付近のブロックについては、端部付近のブロックに比べて多くのセルを含む構成とすることによって、後述するような電圧検出回路１６０における検出チャンネル数を低減することができる。

蓄電装置１１０を、端部付近にはセル数の少ないブロックを配置し、中央部付近には端部よりもセル数の多いブロックを配置する構成とすることによって、端部付近のブロックについてはセルの過電圧の誤検出を防止しつつ、中央部付近のブロックについてのチャンネル数を低減してコスト削減を図ることができる。

電圧検出回路１６０は、選択回路を構成する複数の選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８と、コンデンサＣ１０と、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１と、電圧検出部１６１，１６２とを含む。

選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８の各々の一方端は、蓄電装置１１０に含まれるブロックＢＬ１〜ＢＬ８の各端子に接続される。たとえば、選択スイッチＳＷ１０はブロックＢＬ１の正極端子に接続され、選択スイッチＳＷ１１はブロックＢＬ１の負極端子（すなわち、ブロックＢＬ２の正極端子）に接続される。また、スイッチＳＷ１２は、ブロックＢＬ２の負極端子（すなわち、ブロックＢＬ３の正極端子）に接続される。

選択スイッチＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４，ＳＷ１６，ＳＷ１８の他方端は、コンデンサＣ１０の一方端に接続される。また、選択スイッチＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１５，ＳＷ１７の他方端は、コンデンサＣ１０の他方端に接続される。

サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１の一方端は、コンデンサＣ１０の端子にそれぞれ接続される。

これら選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８およびサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＩＧ１によって制御される。

電圧検出部１６１，１６２は、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１の他方端に対して並列に接続される。電圧検出部１６１，１６２の出力は、ＥＣＵ３００に接続され、検出した各ブロックの電圧を示すアナログ信号ＶＣＬ，ＶＣＨをＥＣＵ３００に出力する。

ここで、電圧検出部１６１の検出レンジは、電圧検出部１６２とは異なる検出レンジを有する。具体的には、電圧検出部１６１は、ブロックＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ７，ＢＬ８のような出力電圧が低いブロックに適した検出レンジ（Ｌｏレンジ）を有する。一方、電圧検出部１６２は、ブロックＢＬ３〜ＢＬ６のような出力電圧が高いブロックに適した検出レンジ（Ｈｉレンジ）を有する。これは、１つの検出レンジの電圧検出部を用いて全てのブロックの電圧検出をした場合に生じる検出精度の悪化を防止するためである。

たとえば、高い出力電圧が検出できる電圧検出部１６２を用いて、全てのブロックの電圧検出を行なう場合を考える。この場合、電圧検出部１６２が０〜５０Ｖの入力電圧を０〜５Ｖの出力電圧に変換し、ＥＣＵ３００に含まれるアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換部（図示せず）が１０ビットで変換するとした場合には、分解能（ＬＳＢ）は、５０Ｖ／２¹⁰≒０．０５Ｖとなる。

一般的に、Ａ／Ｄ変換における量子化誤差は±４ＬＳＢ程度であることが知られているので、これによる検出誤差は、０．０５Ｖ×４＝±０．２Ｖとなる。この検出誤差は、高い出力電圧のブロックについてはフルスケールに対して±０．４％となるが、低い出力電圧のブロックについてはフルスケールに対して±０．８％となる。すなわち、検出精度としては、低い出力電圧のブロックのほうが、高い出力電圧のブロックに比べて精度が２倍悪化することになる。

一方で、上記のように、高い出力電圧のブロックについては電圧検出部１６２を用いて検出し、低い出力電圧のブロックについては、電圧検出部１６２の２倍のゲインを有する電圧検出部１６１を用いて検出することによって、低い出力電圧のブロックについても、高い出力電圧のブロックと同程度の検出精度を確保することができる。

このような、電圧検出回路１６０を用いて、以下のような動作によって各ブロックの電圧が検出される。

まず、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１が開放された状態で、電圧検出すべきブロック（たとえば、ブロックＢＬ１）の両端に接続されている選択スイッチ（たとえば、ＳＷ１０，ＳＷ１１）が閉成される。これによって、接続されたブロックによってコンデンサＣ１０が充電され、ブロックの電圧がコンデンサＣ１０にコピーされる。

コンデンサＣ１０が充電されると、選択スイッチが開放され、それに引き続いてサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１が閉成される。そして、電圧検出部１６１，１６２において、予め定められたそれぞれのゲインによってコンデンサＣ１０にかかる電圧が変換されて、ＥＣＵ３００へ出力される。

その後、再度サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１が開放されるとともに、次に他のブロック（たとえば、ブロックＢＬ２）の両端に接続されている選択スイッチ（たとえば、ＳＷ１１，ＳＷ１２）が閉成される。これによって、ブロックＢＬ２によってコンデンサＣ１０が充電される。このように、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８とサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１を用いて、コンデンサＣ１０に接続されるブロックが順次切換えられることによって、蓄電装置１１０内の各ブロックについての電圧を示す信号が、ＥＣＵ３００に順次入力される。なお、蓄電装置１１０内のブロックＢＬ１〜ＢＬ８の選択順序は、必ずしもブロックＢＬ１からブロックＢＬ８に向かう順序でなくてもよい。

次に、ＥＣＵ３００において、受信された各ブロックの電圧を示す信号ＶＣＬ，ＶＣＨを用いた蓄電装置１１０の異常検出制御について説明する。

図３は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行される異常検出制御を説明するための機能ブロック図である。図３の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図２および図３を参照して、ＥＣＵ３００は、Ａ／Ｄ変換部３１０と、スイッチ選択部３２０と、判定部３３０とを含む。

Ａ／Ｄ変換部３１０は、電圧検出回路１６０における電圧検出部１６１，１６２からの、各ブロックの電圧を示すアナログ信号ＶＣＬ，ＶＣＨを受ける。Ａ／Ｄ変換部３１０は、受信した信号ＶＣＬ，ＶＣＨをデジタル信号ＶＣＬｄ，ＶＣＨｄにそれぞれ変換して判定部３３０へ出力する。

スイッチ選択部３２０は、ＥＣＵ３００外部あるいは内部で生成される基準クロック信号ＣＬＫを受ける。そして、スイッチ選択部３２０は、この基準クロック信号ＣＬＫに基づいた所定のタイミングで、図２で説明したような態様で、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８およびサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１を順次切換えるための制御信号ＳＩＧ１を生成する。そして、スイッチ選択部３２０は、生成した制御信号ＳＩＧ１を、電圧検出回路１６０および判定部３３０へ出力する。

判定部３３０は、Ａ／Ｄ変換部３１０からの各ブロックの電圧を示すデジタル信号ＶＣＬｄ，ＶＣＨｄと、スイッチ選択部３２０からの制御信号ＳＩＧ１とを受ける。判定部３３０は、制御信号ＳＩＧ１に基づいて、蓄電装置１１０における電圧検出されるべきブロックを認識する。そして、判定部３３０は、制御信号ＳＩＧ１によるスイッチの切換えタイミングに従って、その電圧検出されたブロックの電圧レベルに対応した電圧検出部で検出されたほうのデジタル信号ＶＣＬｄ，ＶＣＨｄを、基準電圧に対応する基準値と比較する。これによって、判定部３３０は、当該ブロックの電圧が適正範囲となっているか否かを判定する。

また、判定部３３０は、デジタル信号ＶＣＬｄ，ＶＣＨｄの値を比較し、その差が予め定められた基準範囲内となっているか否かを判定する。これによって、判定部３３０は、電圧検出部１６１，１６２のどちらか一方に異常が発生しているか否かを判定する。そして、判定部３３０は、蓄電装置１１０のブロックＢＬ１〜ＢＬ８、および／または、電圧検出部１６１，１６２に異常が発生していると判定した場合には、制御信号ＡＬＭを警報出力部１７０（図１）へ出力することによって、異常の発生をユーザに通知する。

図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行される異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図４に示されるフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部または全部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。なお、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８およびサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１は、初期状態にはすべて開放（オフ）されているものとする。

図２および図４を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、電圧検出すべきブロックの両端に接続された選択スイッチを閉成（オン）する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて、コンデンサＣ１０が充電されるのに必要な所定の時間、Ｓ１００で閉成した選択スイッチを閉成した状態を維持し、コンデンサＣ１０を充電する。

そして、ＥＣＵ３００は、上記所定の時間が経過したことに応じて、Ｓ１２０にて選択スイッチを開放（オフ）するとともに、それに引き続いて、Ｓ１３０にてサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１を閉成する。ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、これによって電圧検出部１６１，１６２から出力される、当該ブロックの電圧を示すＬｏレンジおよびＨｉレンジの信号ＶＣＬ，ＶＣＨを取得する。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にて、取得した電圧を示す信号ＶＣＬ，ＶＣＨに基づいて、図３で説明したように、各ブロック、および／または、電圧検出部１６１，１６２の異常の有無を検出する。そして、ＥＣＵ３００は、異常が発生していることが検出されると、制御信号ＡＬＭを警報出力部１７０（図１）へ出力して、異常の発生をユーザに通知する。

その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６０にて、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１を開放して処理をＳ１００に戻す。そして、ＥＣＵ３００は、電圧検出すべきブロックを順次切換えながら上記の処理を繰り返し、蓄電装置１１０のブロックＢＬ１〜ＢＬ８の電圧を検出して異常の有無を判定する。

以上説明したように、異なるセル数を有する複数のブロックが直列接続された蓄電装置において、ブロックに対応した検出レンジを有する複数の電圧検出部を含む電圧検出回路を用いて検出した各ブロックの電圧を示す信号を、上記の処理に従って制御を行なうことによって、各ブロックの電圧を精度よく検出するとともに、ブロックおよび／または電圧検出部の異常を検出することが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、蓄電装置に含まれるブロックの出力電圧が２種類の場合の例を示したが、ブロックの出力電圧の種類はこれに限定されず、２種類より多くの種類を有する場合であってもよい。

実施の形態２においては、蓄電装置に含まれるブロックの出力電圧が２種類より多い場合の一例として、出力電圧が３種類の場合について説明する。なお、出力電圧の種類は３種類より大きい場合であってもよい。

図５は、実施の形態２における、電圧検出回路１６０Ａの詳細を説明するための図である。なお、図５において、実施の形態１で説明した図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

図５を参照して、蓄電装置１１０Ａは、実施の形態１における蓄電装置１１０のブロックＢＬ４，ＢＬ５に代えて、ブロックＢＬ４Ａ，ＢＬ５Ａを含む。ブロックＢＬ４Ａ，ＢＬ５Ａに含まれるセル数は、他のブロックよりも大きく、たとえば、その出力電圧は３６Ｖである。

電圧検出回路１６０Ａは、ブロックＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ７，ＢＬ８の出力電圧（１２Ｖ）に対応した検出レンジを有する電圧検出部１６１Ａと、ブロックＢＬ３，ＢＬ６の出力電圧（２４Ｖ）に対応した検出レンジを有する電圧検出部１６２Ａと、ブロックＢＬ４Ａ，ＢＬ５Ａの出力電圧（３６Ｖ）に対応した検出レンジを有する電圧検出部１６３Ａとを含む。

電圧検出部１６１Ａ，１６２Ａ，１６３Ａは、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１の一方端に対して、互いに並列に接続される。そして、電圧検出部１６１Ａ，１６２Ａ，１６３Ａは、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１が閉成されたときに、コンデンサＣ１０にかかる電圧を所定のゲインを用いて変換して、その出力信号ＶＣＬＡ，ＶＣＭＡ，ＶＣＨＡをＥＣＵ３００へ出力する。

ＥＣＵ３００は、電圧検出回路１６０Ａからの出力信号ＶＣＬＡ，ＶＣＭＡ，ＶＣＨＡを受けて、図３および図４で説明したように、各ブロックの電圧を検出するとともに、以上の有無を判定する。

なお、図５においては、蓄電装置に含まれるブロックの数は変更していないため、蓄電装置全体の出力電圧が実施の形態１の蓄電装置と比べて大きくなっている場合について説明した。しかし、たとえば蓄電装置全体の出力電圧を変更しない場合には、より多くのセル数を有するブロックを一部に用いることによって、蓄電装置に含まれるブロックの総数を低減できる場合がある。このような場合には、電圧検出回路における入力チャンネル数をさらに低減することができるという利点を有する。

［実施の形態３］
実施の形態１においては、蓄電装置の各ブロックを１つのコンデンサに選択的に接続する場合について説明した。ただし、コンデンサが１つであるため、蓄電装置全体のブロックの数が多い場合には、全てのブロックの電圧を検出するために時間を要してしまう。

そこで、実施の形態３においては、ブロックにより充電されるコンデンサを複数備えることによって、一度に複数のブロックの電圧を検出可能な構成について説明する。

図６は、実施の形態３における、電圧検出回路１６０Ｂの詳細を説明するための図である。なお、図６において、実施の形態１で説明した図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

図６を参照して、電圧検出回路１６０Ｂは、図２のコンデンサＣ１０に代えて、コンデンサＣ２０，Ｃ２１を含む。また、電圧検出回路１６０Ｂは、図２の低い検出レンジの電圧検出部１６１に代えて電圧検出部１６１Ｂ，１６１Ｃを有するとともに、高い検出レンジの電圧検出部１６２に代えて電圧検出部１６２Ｂ，１６２Ｃを有する。さらに、電圧検出回路１６０Ｂは、サンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１に代えて、サンプルスイッチＳＷ３０，ＳＷ３１，ＳＷ３２を有する。

コンデンサＣ２０，Ｃ２１は直列に接続される。コンデンサＣ２０の一方端Ｐ１には、選択スイッチＳＷ１２，ＳＷ１６の一方端が接続される。コンデンサＣ２１の一方端Ｐ３には、選択スイッチＳＷ１０，ＳＷ１４，ＳＷ１８の一方端が接続される。コンデンサＣ２０，Ｃ２１の接続ノードＰ２（すなわち、コンデンサＣ２０，Ｃ２１の他方端）には、選択スイッチＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１５，ＳＷ１７の一方端が接続される。

サンプルスイッチＳＷ３０，ＳＷ３１，ＳＷ３２の一方端は、コンデンサＣ２０，Ｃ２１におけるＰ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ接続される。

電圧検出部１６１Ｂ，１６２Ｂは、サンプルスイッチＳＷ３０，ＳＷ３１の他方端に対して互いに並列に接続される。電圧検出部１６１Ｂ，１６２Ｂは、コンデンサＣ２０にかかる電圧を所定のゲインを用いて変換して、その変換した信号ＶＣＬ１，ＶＣＨ１をＥＣＵ３００へ出力する。

電圧検出部１６１Ｃ，１６２Ｃは、サンプルスイッチＳＷ３１，ＳＷ３２の他方端に対して互いに並列に接続される。電圧検出部１６１Ｃ，１６２Ｃは、コンデンサＣ２１にかかる電圧を所定のゲインを用いて変換して、その変換した信号ＶＣＬ２，ＶＣＨ２をＥＣＵ３００へ出力する。なお、基本的に、電圧検出部１６１Ｂおよび電圧検出部１６１Ｃは同じゲインを有し、電圧検出部１６２Ｂおよび電圧検出部１６２Ｃは同じゲインを有する。

そして、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８およびサンプルスイッチＳＷ３０〜ＳＷ３２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＩＧ１Ｂによって制御される。

このような構成において、たとえば、選択スイッチＳＷ１０〜Ｓ１２が同時に閉成され、コンデンサＣ２０がブロックＢＬ２によって充電されるとともに、コンデンサＣ２１がブロックＢＬ１によって充電される。その後、選択スイッチＳＷ１０〜Ｓ１２が開放されるとともに、サンプルスイッチＳＷ３０〜ＳＷ３２が閉成されることによって、ブロックＢＬ１，ＢＬ２の電圧がＥＣＵ３００によって同時に検出される。

その後、サンプルスイッチＳＷ３０〜ＳＷ３２が再び開放され、次に選択スイッチＳＷ１２〜ＳＷ１４が閉成されることによって、コンデンサＣ２０がブロックＢＬ３によって充電されるとともに、コンデンサＣ２１がブロックＢＬ４によって充電される。

このように、２つのコンデンサを用い、かつ各々のコンデンサについてブロックに対応した複数の電圧検出部を設けることによって、２つのブロックの電圧を同時に検出することができる。これによって、各ブロックの電圧を精度よく検出しつつ、蓄電装置におけるすべてのブロックの電圧検出にかかる時間を短縮することができる。

［実施の形態４］
実施の形態１においては、蓄電装置が複数のブロックを有する１つのスタックにより構成される場合について説明した。しかしながら、たとえば、電圧源としてより高い電圧が必要とされる場合には、図２における蓄電装置１１０のような複数のブロックを有するスタックを複数直列に接続することによって、蓄電装置が構築される場合がある。

実施の形態４においては、このように、複数のブロックを有するスタックが複数直列に接続された蓄電装置において、各スタックに含まれるブロックの電圧を検出する場合の構成について説明する。

図７は、実施の形態４における、電圧検出回路の詳細を説明するための図である。なお、図７において、実施の形態１で説明した図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

図７を参照して、図７においては、図２における蓄電装置１１０と同様の構成を有するスタック１１１，１１２が直列に接続された蓄電装置１１０Ｂが電圧源として設けられる。

スタック１１１に含まれるブロックＢＬ１Ｂ〜ＢＬ８Ｂの各端子は、切換回路１８１に含まれ、各ブロックに対応して設けられるリレーを介して、電圧検出回路１６０の選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８の一方端に接続される。また、スタック１１２に含まれるブロック（図示せず）についても、切換回路１８２に含まれ、各ブロックに対応して設けられるリレー（図示せず）を介して、電圧検出回路１６０の選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８の一方端に接続される。

切換回路１８１，１８２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＩＧ２，ＳＩＧ３により制御される。

このような回路において、まず、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＩＧ２によって切換回路１８１に含まれるリレーが閉成されるとともに、制御信号ＳＩＧ３によって切換回路１８２に含まれるリレーが開放される。これによって、スタック１１１に含まれるブロックＢＬ１Ｂ〜ＢＬ８Ｂの各端子が、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８に接続される。

そして、実施の形態１と同様に、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８およびサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１が切換えられることによって、ＥＣＵ３００によって、スタック１１１のブロックＢＬ１Ｂ〜ＢＬ８Ｂの電圧が検出されるとともに、異常検出処理が実行される。

スタック１１１の各ブロックの電圧検出が完了すると、次に、制御信号ＳＩＧ２によって切換回路１８１に含まれるリレーが開放されるとともに、制御信号ＳＩＧ３によって切換回路１８２に含まれるリレーが閉成される。これによって、スタック１１２の含まれるブロックの各端子が、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８に接続される。

そして、スタック１１１と同様に、選択スイッチＳＷ１０〜ＳＷ１８およびサンプルスイッチＳＷ２０，ＳＷ２１が切換えられることによって、ＥＣＵ３００によって、スタック１１２の各ブロックの電圧が検出されるとともに、異常検出処理が実行される。

このように、蓄電装置が、複数のブロックにより構成される複数のスタックが、直列に接続されることによって構成されている場合であっても、各スタックにおいて、各ブロックの電圧を精度よく検出するとともに、ブロックおよび／または電圧検出部の異常を検出することが可能となる。

なお、上述の実施の形態においては、蓄電装置およびスタックが８つのブロックを含む場合を例として説明したが、蓄電装置がセル数の異なる複数のブロックで構成される場合であれば、本実施の形態の電圧検出回路および異常検出制御が適用可能である。特に、蓄電装置が３つ以上のブロックを含み、蓄電装置の中央部付近のブロックのセル数が両端付近のブロックのセル数よりも多い構成を有する場合であることが好ましい。

また、上述の実施の形態２から実施の形態５で説明したバリエーションについては、それらを任意に組み合わせた構成とすることも可能である。

さらに、異なる検出レンジの複数の電圧検出部が、コンデンサに対して並列に接続されることは必須ではない。電圧検出回路は、異なる出力電圧のブロックに対応する電圧検出部が備えられれば、高い出力電圧のブロックの電圧を検出するための回路と、低い出力電圧のブロックの電圧を検出するための回路とを個別に有する回路であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ 車両、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ 蓄電装置、１１１，１１２ スタック、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１２１ コンバータ、１２２ インバータ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギヤ、１５０ 駆動輪、１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ 電圧検出回路、１６１，１６１Ａ，１６１Ｂ，１６１Ｃ，１６２，１６２Ａ，１６２Ｂ，１６２Ｃ，１６３Ａ 電圧検出部、１７０ 警報出力部、１８１，１８２ 切換回路、３００ ＥＣＵ、３１０ Ａ／Ｄ変換部、３２０ スイッチ選択部、３３０ 判定部、ＢＬ１〜ＢＬ８，ＢＬ１Ｂ〜ＢＬ８Ｂ，ＢＬ４Ａ，ＢＬ５Ａ ブロック、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ２１ コンデンサ、ＮＬ１ 接地線、ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、ＳＷ１０〜ＳＷ１８ 選択スイッチ、ＳＷ２０，ＳＷ２１，ＳＷ３０〜ＳＷ３２ サンプルスイッチ。

Claims (12)

1. 蓄電装置の電圧検出回路であって、
   前記蓄電装置は、直列に接続された複数のブロックを含み、
   前記複数のブロックは、
   第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、
   前記第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され、前記第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを含み、
   前記電圧検出回路は、
   前記第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部と、
   前記第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部とを備える、電圧検出回路。
2. 前記複数のブロックのうち、電圧検出すべきブロックを選択するための選択回路をさらに備える、請求項１に記載の電圧検出回路。
3. 前記第１および第２の電圧検出部は、前記選択回路に電気的に並列に接続される、請求項２に記載の電圧検出回路。
4. 前記第１のブロックは、前記蓄電装置において前記第２のブロックよりも端部側に配置される、請求項２に記載の電圧検出回路。
5. 前記選択回路により選択されたブロックの両端に、前記選択回路を介して接続されるコンデンサと、
   一方端が前記コンデンサに接続され、他方端が前記第１および第２の電圧検出部に接続されるサンプルスイッチとをさらに備える、請求項２に記載の電圧検出回路。
6. 前記コンデンサは、前記サンプルスイッチが非導通にされた状態で、前記選択回路により選択されたブロックと導通状態にされることにより充電され、
   前記サンプルスイッチは、前記コンデンサが充電され、かつ前記選択回路によって前記蓄電装置と前記コンデンサとが非導通となった後に導通状態とされ、
   前記第１および第２の電圧検出部は、充電された前記コンデンサの電圧を検出することによって、前記選択されたブロックの電圧を検出する、請求項５に記載の電圧検出回路。
7. 前記蓄電装置は、
   前記第２の数よりも大きい第３の数の複数の電池セルが直列に接続され、前記第２のブロックよりも高い電圧を出力する第３のブロックをさらに含み、
   前記電圧検出回路は、
   前記選択回路に対して、前記第１および第２のブロックと並列に接続され、前記第３のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第３の電圧検出部をさらに備える、請求項２に記載の電圧検出回路。
8. 蓄電装置の電圧検出回路であって、
   前記蓄電装置は、各々が直列に接続された複数のブロックを有する、直列に接続された複数のスタックを含み、
   前記複数のブロックの各々は、
   第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、
   前記第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され、前記第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを有し、
   前記複数のスタックは、切換回路によって選択的に前記電圧検出回路に接続され、
   前記電圧検出回路は、
   前記第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部と、
   前記第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部とを備える、電圧検出回路。
9. 蓄電装置の電圧検出回路であって、
   前記蓄電装置は、直列に接続された複数のブロックを含み、
   前記複数のブロックは、
   第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、
   前記第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され、前記第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを含み、
   前記電圧検出回路は、
   複数のコンデンサと、
   前記複数のブロックのうち、電圧検出すべきブロックを選択するための選択回路とを備え、
   前記選択回路は、前記複数のコンデンサに互いに異なるブロックが接続されるように前記電圧検出すべきブロックを選択し、
   前記電圧検出回路は、前記複数のコンデンサの各々に対応した、前記第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部および前記第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部をさらに備える、電圧検出回路。
10. 前記蓄電装置と、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の電圧検出回路とを備える、車両。
11. 蓄電装置の電圧検出装置であって、
    前記蓄電装置は、直列に接続された複数のブロックを含み、
    前記複数のブロックは、
    第１の数の電池セルが直列に接続された第１のブロックと、
    前記第１の数よりも大きい第２の数の複数の電池セルが直列に接続され、前記第１のブロックよりも高い電圧を出力する第２のブロックとを含み、
    前記電圧検出装置は、
    前記第１のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第１の電圧検出部と、
    前記第２のブロックの電圧に適した検出レンジを有する第２の電圧検出部と、
    前記複数のブロックのうち、電圧検出すべきブロックを選択するための選択回路と、
    前記選択回路を制御するための制御装置とを備える、電圧検出装置。
12. 前記第１および第２の電圧検出部は、前記選択回路に電気的に並列に接続され、
    前記制御装置は、前記第１および第２の電圧検出部からの出力を比較することによって、前記第１および第２の電圧検出部のいずれか一方に異常が生じているか否かを判定する、請求項１１に記載の蓄電装置の電圧検出装置。

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