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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】電池監視装置
(51)【国際特許分類】
G01R 19/00 20060101AFI20231205BHJP
G01R 31/3835 20190101ALI20231205BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20231205BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20231205BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
G01R19/00 B
G01R31/3835
H01M10/48 P
H02J7/00 X
H02J7/02 H
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020209289
(22)【出願日】2020-12-17
(65)【公開番号】P2022096272
(43)【公開日】2022-06-29
【審査請求日】2022-12-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】本多 一隆
(72)【発明者】
【氏名】朝長 幸拓
(72)【発明者】
【氏名】久保 俊一
【審査官】田口 孝明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－３２１７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－９６７２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－３２３１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－６２００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２２８５２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平１０－５０８４６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２７１７０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２１２１５８８１９（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３１／４４、
１９／００－１９／３２、
Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２、
７／３４－７／３６、
Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セル（Ｃｂ）が直列接続された構成の組電池（４）を監視する電池監視装置（２、４２）であって、前記電池セルの電圧を検出する範囲である検出範囲を指定する範囲指定部（２５、４６）と、
前記検出範囲において前記電池セルの電圧を検出するものであり、前記電池セルの電圧に対応した電圧を入力するＡ／Ｄ変換器（１３、１６）および前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号を入力するとともに低域通過フィルタとして機能するデジタルフィルタ（１４、１７）を含み、前記デジタルフィルタの出力信号を前記電池セルの電圧の検出結果を表す検出信号として出力する電圧検出部（１０、１１）と、
前記デジタルフィルタの特性を設定する特性設定部（２６、４７）と、
を備え、
前記範囲指定部は、
前記電池セルの種類毎に予め定まっているセル電圧範囲に基づいて前記検出範囲を指定するようになっており、
前記検出範囲として前記セル電圧範囲の全電圧範囲に及ぶ広範囲から全電圧範囲のうち限定した狭範囲まで選択的に指定することができるようになっている電池監視装置。
【請求項2】
前記範囲指定部（２５）は、外部の制御装置（３）から与えられる範囲指定指令を受けて動作し、前記特性設定部（２６）は、前記制御装置から与えられる特性設定指令を受けて動作する請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項3】
さらに、前記電圧検出部による電圧の検出結果に基づいて範囲指定指令および特性設定指令を生成する指令生成部（４５）を備え、前記範囲指定部（４６）は、前記範囲指定指令を受けて動作し、
前記特性設定部（４７）は、前記特性設定指令を受けて動作する請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項4】
前記範囲指定部が前記検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定する場合には、前記特性設定部が前記デジタルフィルタの特性であるカットオフ周波数を相対的に高い周波数である高周波数に設定し、前記範囲指定部が前記検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定する場合には、前記特性設定部が前記デジタルフィルタの特性であるカットオフ周波数を相対的に低い周波数である低周波数に設定するようになっている請求項１から３のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項5】
前記電圧検出部を第１電圧検出部としたとき、前記第１電圧検出部と同一の構成を有する第２電圧検出部を備え、前記範囲指定部は、前記第１電圧検出部における前記検出範囲および前記第２電圧検出部における前記検出範囲が互いに同一の範囲となるように各検出範囲を指定し、
前記特性設定部は、前記第１電圧検出部が備える前記デジタルフィルタの特性および前記第２電圧検出部が備える前記デジタルフィルタの特性が互いに同一となるように各特性を設定するようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項6】
前記電圧検出部を第１電圧検出部としたとき、前記第１電圧検出部と同一の構成を有する第２電圧検出部を備え、前記範囲指定部は、前記第１電圧検出部における前記検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定するとともに、前記第２電圧検出部における前記検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定するようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項7】
前記範囲指定部は、前記電池セル毎に独立して前記検出範囲を指定することができるように構成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項8】
前記電圧検出部は、サンプリング容量（Ｃ１１、Ｃ１２）およびフィードバック容量（Ｃ１３～Ｃ１６）を備え、前記サンプリング容量により前記電池セルの電圧をサンプリングし、前記フィードバック容量を介して前記サンプリングされた電荷を転送することにより前記電池セルの電圧に対応した電圧を出力するものであり、増幅率およびオフセットを切り替え可能な構成のスイッチトキャパシタ増幅回路（１２、１５）を備え、
前記スイッチトキャパシタ増幅回路の増幅率およびオフセットの一方または双方を切り替えることにより、前記範囲指定部により指定された前記検出範囲において前記電池セルの電圧を検出するようになっている請求項１から７のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項9】
前記スイッチトキャパシタ増幅回路は、前記サンプリング容量の容量値および前記フィードバック容量の容量値の一方または双方を切り替える容量値切替部（３３、３６）を備え、前記電圧検出部は、前記容量値切替部による容量値の切り替えにより、前記増幅率の切り替えを行う構成である請求項８に記載の電池監視装置。
【請求項10】
前記スイッチトキャパシタ増幅回路は、前記電荷の転送回数を切り替える転送回数切替部（３２）を備え、前記電圧検出部は、前記転送回数切替部による転送回数の切り替えにより、前記増幅率の切り替えを行う構成である請求項８または９に記載の電池監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の電池セルが直列接続された組電池を監視する電池監視装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に開示されているように、電池監視装置は、各電池セルのＳＯＣを推定し、その推定結果に基づいて均等化処理など電池に関する各種の制御を行っている。なお、ＳＯＣは、電池の充電状態を表す指標であり、State Of Chargeの略称である。電池監視装置には、各電池セルの電圧を検出する電圧検出部が設けられており、その電圧検出部により検出された電圧値に基づいてＳＯＣの推定が行われる。ＳＯＣの推定のための電圧検出としては、ＳＯＣが０％であると考えられるときの電圧からＳＯＣが１００％であると考えられるときの電圧にわたる広い領域で実施されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５８６６００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の電池監視装置では、上述したように広い領域で電池セルの電圧検出を実施していることから電圧の検出精度の高精度化には限界があり、そのため、ＳＯＣの推定精度を十分に高めることが困難であった。特に、ＬＦＰ電池などのようにＳＯＣとＯＣＶとの関係がフラットになる領域が多くなるような電池を対象とした場合には、ＳＯＣの推定精度が実用上不十分となる程度まで低下することが懸念される。なお、ＬＦＰは、リン酸鉄リチウムの略称であり、ＯＣＶは、Open Circuit Voltageの略称である。
【0005】
ＳＯＣの推定精度が低くなるということは、次のような問題の発生に繋がる。すなわち、電池監視装置では、推定されたＳＯＣに基づいて均等化が行われることから、ＳＯＣの推定精度が低ければ均等化を正常に実施できなくなるおそれがある。また、ＳＯＣの推定精度が低くなればなるほど、過放電および過充電の発生防止のために設定される電池の安全使用領域にマージンを多く確保しなければならなくなり、使用可能領域が少なくなったり、車両に搭載される電池の量を増やさなければならない、といった問題が生じる。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池セルの電圧検出の精度を向上することができることができる電池監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項１に記載の電池監視装置（２、４２）は、複数の電池セル（Ｃｂ）が直列接続された構成の組電池（４）を監視する電池監視装置であって、範囲指定部（２５、４６）、電圧検出部（１０、１１）および特性設定部（２６、４７）を備える。範囲指定部は、電池セルの電圧を検出する範囲である検出範囲を指定する。電圧検出部は、検出範囲において電池セルの電圧を検出するものであり、電池セルの電圧に対応した電圧を入力するＡ／Ｄ変換器（１３、１６）およびＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号を入力するとともに低域通過フィルタとして機能するデジタルフィルタ（１４、１７）を含む。電圧検出部は、デジタルフィルタの出力信号を電池セルの電圧の検出結果を表す検出信号として出力する。特性設定部は、デジタルフィルタの特性を設定する。範囲指定部は、電池セルの種類毎に予め定まっているセル電圧範囲に基づいて検出範囲を指定するようになっており、検出範囲としてセル電圧範囲の全電圧範囲に及ぶ広範囲から全電圧範囲のうち限定した狭範囲まで選択的に指定することができるようになっている。
【0008】
上記構成によれば、電池セルの電圧の検出範囲として、電池セルの電圧の全電圧範囲に及ぶような広い範囲である広範囲から、全電圧範囲のうち限定した狭い範囲である狭範囲まで、所望する検出範囲を選択的に指定することができる。また、上記構成によれば、デジタルフィルタの特性として、所望する特性を選択的に設定することができる。このようにすれば、様々な条件に応じた適切な検出範囲および適切なデジタルフィルタの特性を設定したうえで、電池セルの電圧を検出することができる。そのため、上記構成によれば、電池セルの電圧検出の精度を向上することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る電池監視システムの構成を模式的に示す図
【図2】第１実施形態に係るスイッチトキャパシタ増幅回路の具体的な第１構成例を示す図
【図3】第１実施形態に係るスイッチトキャパシタ増幅回路の具体的な第２構成例を示す図
【図4】第１実施形態に係る電圧の検出精度を説明するためのものであり、入力電圧と検出誤差との関係の一例を示す図
【図5】第１実施形態に係る電池監視装置による動作の流れの一例を示す図
【図6】第１実施形態の第１具体例に係る各電池セルＣｂのＺＯＯＭ動作における検出範囲を示す図
【図7】第１実施形態の第１具体例に係る各電池セルＣｂのＺＯＯＭ動作における検出範囲を説明するためのものであり、電池電圧とＳＯＣとの関係の一例を示す図
【図8】第１実施形態の第２具体例に係る検出範囲の指定方法を説明するためのものであり、ＯＣＶとＳＯＣとの関係の一例を示す図
【図9】第１実施形態の第３具体例に係るデジタルフィルタのノイズ除去性能の一例を示す図
【図10】第１実施形態の第３具体例に係る車両において発生する各種のノイズと高Ｆｃフィルタおよび低Ｆｃフィルタの各ノイズ除去性能との一例を示す図
【図11】第１実施形態の第４具体例に係る互いに電圧範囲が異なる３種類の電池セルの入出力特性の一例を示すものであり、ＳＣ増幅回路の入出力電圧の関係を示す図
【図12】第１実施形態の第５具体例に係る各電圧検出部による電池セルの電圧の検出タイミングの一例を示す図
【図13】第１実施形態の第６具体例に係る各電圧検出部による電池セルの電圧の検出タイミングの一例を示す図
【図14】第２実施形態に係る電池監視システムの構成を模式的に示す図
【図15】第２実施形態に係る電池監視装置による動作の流れの一例を示す図
【図16】第２実施形態に係るデジタルフィルタの具体的な構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図１３を参照して説明する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図１３を参照して説明する。
【0011】
＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の電池監視システム１は、例えば自動車などの車両に搭載されるものであり、電池監視装置２および電子制御装置３などを備えている。なお、本明細書では、電子制御装置のことをＥＣＵと省略することがある。ＥＣＵ３は、外部の制御装置の一例である。電池監視装置２は、組電池４の電圧などの各種状態を検出して組電池４の状態を監視する装置である。
図１に示すように、本実施形態の電池監視システム１は、例えば自動車などの車両に搭載されるものであり、電池監視装置２および電子制御装置３などを備えている。なお、本明細書では、電子制御装置のことをＥＣＵと省略することがある。ＥＣＵ３は、外部の制御装置の一例である。電池監視装置２は、組電池４の電圧などの各種状態を検出して組電池４の状態を監視する装置である。
【0012】
電池監視装置２は、電池監視のための各種の動作を行う回路が集積化された集積回路である電池監視ＩＣ５と、電池監視ＩＣ５の外部に設けられる複数の外付けの素子と、を備えている。なお、ＩＣは、Integrated Circuitの略称である。組電池４は、例えば自動車などの車両に搭載されるものであり、一対の直流電源線Ｌ１、Ｌ２間に、複数個、例えば２４個の電池セルＣｂが多段に直列接続された構成となっている。この場合、電池セルＣｂは、例えばリチウムイオン電池などの二次電池、燃料電池などである。
【0013】
なお、図１では、２４個の電池セルＣｂのうち４個の電池セルＣｂが示されており、それら４個の電池セルＣｂを区別するために、符号の末尾に数字を付している。この数字は、組電池４における電池セルＣｂの配置に対応するものであり、最も低電位側に配置される電池セルＣｂには１が付与され、高電位側に進むにつれて２、３、４、…と付与される数字が大きくなってゆき、最も高電位側に配置される電池セルＣｂには２４が付与される。したがって、図１には、最も低電位側に配置される電池セルＣｂ１と、二番目に低電位側に配置される電池セルＣｂ２と、二番目に高電位側に配置される電池セルＣｂ２３と、最も高電位側に配置される電池セルＣｂ２４とが示されている。
【0014】
これら４個の電池セルＣｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ２３、Ｃｂ２４のそれぞれに対応して電池監視装置２に設けられる各構成についても、符号の末尾に同様の数字を付して区別することがある。ただし、これら各構成について、区別する必要がない場合には、末尾の符号を省略して総称することとする。上記構成では、電池セルＣｂには、コモンモード電圧が重畳されている。このコモンモード電圧は、組電池４の上段側、つまり高電位側に接続される電池セルＣｂほど高くなり、その最大値は例えば数百ボルト程度の比較的高い電圧となる。
＜外付け素子の構成＞
＜外付け素子の構成＞
【0015】
まず、電池監視ＩＣ５の外部に設けられる外付けの素子の構成について説明する。電池セルＣｂ２４の高電位側端子は、抵抗ＲＢを介して接続端子ＰＢ２５に接続されているとともに、抵抗ＲＳを介して接続端子ＰＳ２４に接続されている。電池セルＣｂ２４の低電位側端子および電池セルＣｂ２３の高電位側端子は、抵抗ＲＢを介して接続端子ＰＢ２４に接続されているとともに、抵抗ＲＳを介して接続端子ＰＳ２３に接続されている。
【0016】
接続端子ＰＢ２５と接続端子ＰＢ２４との間にはキャパシタＣＢが接続されている。接続端子ＰＳ２４と接続端子ＰＳ２３との間にはキャパシタＣＳが接続されている。電池セルＣｂ２３の低電位側端子および図示しない電池セルＣｂ２２の高電位側端子は、抵抗ＲＢを介して接続端子ＰＢ２３に接続されている。接続端子ＰＳ２３と図示しない接続端子ＰＳ２２の間とにはキャパシタＣＳが接続されている。
【0017】
電池セルＣｂ２の高電位側端子は、抵抗ＲＢを介して接続端子ＰＢ３に接続されているとともに、抵抗ＲＳを介して接続端子ＰＳ３に接続されている。電池セルＣｂ２の低電位側端子および電池セルＣｂ１の高電位側端子は、抵抗ＲＢを介して接続端子ＰＢ２に接続されているとともに、抵抗ＲＳを介して接続端子ＰＳ２に接続されている。接続端子ＰＢ３と接続端子ＰＢ２との間にはキャパシタＣＢが接続されている。接続端子ＰＳ３と接続端子ＰＳ２との間にはキャパシタＣＳが接続されている。電池セルＣｂ１の低電位側端子は、抵抗ＲＢを介して接続端子ＰＢ１に接続されているとともに、抵抗ＲＳを介して接続端子ＰＳ１に接続されている。
【0018】
接続端子ＰＢ２と接続端子ＰＢ１との間にはキャパシタＣＢが接続されている。接続端子ＰＳ２と接続端子ＰＳ１との間にはキャパシタＣＳが接続されている。上記構成では、各電池セルＣｂのそれぞれに対応する２つの抵抗ＲＢおよびキャパシタＣＢにより、いわゆるパイ型の低域通過フィルタであるフィルタ６が構成されている。なお、本明細書では、低域通過フィルタのことをＬＰＦと省略することがある。また、上記構成では、各電池セルＣｂのそれぞれに対応する２つの抵抗ＲＳおよびキャパシタＣＳにより、いわゆるパイ型のＬＰＦであるフィルタ７が構成されている。つまり、上記構成では、各電池セルＣｂのそれぞれに対応するようにフィルタ６、７が設けられている。
【0019】
＜電池監視ＩＣの内部の構成＞
続いて、電池監視ＩＣ５の内部の構成について説明する。複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して均等化スイッチＳＷが設けられている。均等化スイッチＳＷは、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されており、抵抗ＲＢとともに放電回路を構成する。均等化スイッチのオンオフは、制御部８により制御される。制御部８は、電池監視ＩＣ５の動作全般を制御するものである。電池均等化の処理では、各電池セルＣｂの電圧が、最も低い電池セルＣｂの電圧と同程度の電圧となるように各放電回路の動作が制御される。
続いて、電池監視ＩＣ５の内部の構成について説明する。複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して均等化スイッチＳＷが設けられている。均等化スイッチＳＷは、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されており、抵抗ＲＢとともに放電回路を構成する。均等化スイッチのオンオフは、制御部８により制御される。制御部８は、電池監視ＩＣ５の動作全般を制御するものである。電池均等化の処理では、各電池セルＣｂの電圧が、最も低い電池セルＣｂの電圧と同程度の電圧となるように各放電回路の動作が制御される。
【0020】
均等化スイッチＳＷの具体的な接続形態は、次のようになっている。すなわち、電池セルＣｂ２４に対応する均等化スイッチＳＷ２４は、接続端子ＰＢ２５および接続端子ＰＢ２４の間に接続されている。電池セルＣｂ２３に対応する均等化スイッチＳＷ２３は、接続端子ＰＢ２４および接続端子ＰＢ２３の間に接続されている。電池セルＣｂ２に対応する均等化スイッチＳＷ２は、接続端子ＰＢ３および接続端子ＰＢ２の間に接続されている。電池セルＣｂ１に対応する均等化スイッチＳＷ１は、接続端子ＰＢ２および接続端子ＰＢ１の間に接続されている。
【0021】
マルチプレクサ９は、接続端子ＰＢ１～ＰＢ２５の各電圧を入力し、それら入力された電圧のうち検出対象の電池セルＣｂの電圧を検出するために必要となる２つの電圧を選択的に電圧検出部１０へと出力する。なお、本明細書では、マルチプレクサのことをＭＵＸと省略することがある。また、ＭＵＸ９は、接続端子ＰＳ１～ＰＳ２４の各電圧を入力し、それら入力された電圧のうち検出対象の電池セルＣｂの電圧を検出するために必要となる２つの電圧を選択的に電圧検出部１１へと出力する。
【0022】
電圧検出部１０は、主に通常の電圧検出を行う通常系の電圧検出部であり、第１電圧検出部に相当する。電圧検出部１０は、制御部８により指定される検出範囲において電池セルＣｂの電圧を検出するものであり、いずれも制御部８により動作が制御されるスイッチトキャパシタ増幅回路１２、Ａ／Ｄ変換器１３およびデジタルフィルタ１４を備えている。なお、本明細書では、スイッチトキャパシタのことをＳＣと省略するとともに、Ａ／Ｄ変換器のことをＡＤＣと省略することがある。
【0023】
ＳＣ増幅回路１２は、フィルタ７およびＭＵＸ９などを介して与えられる電池セルＣｂの電圧を入力し、その入力電圧を増幅した電圧を出力する。この場合、ＳＣ増幅回路１２は、高いコモンモード電圧を、低いコモンモード基準電圧まで降圧させるレベルシフトも行っている。なお、ＳＣ増幅回路１２の出力電圧は、電池セルＣｂの電圧に対応した電圧に相当する。ＡＤＣ１３は、ＳＣ増幅回路１２の出力電圧を入力してＡ／Ｄ変換し、その変換結果として得られるデジタル信号を出力する。
【0024】
デジタルフィルタ１４は、ＡＤＣ１３から出力されるデジタル信号を入力するとともに、その高周波成分を除去するＬＰＦとして機能する。デジタルフィルタ１４のカットオフ周波数、次数などの特性は、可変となっており、それらの値についての設定は制御部８により行われる。上記構成の電圧検出部１０は、デジタルフィルタ１４の出力信号を、電池セルＣｂの電圧の検出結果を表す検出信号として制御部８に出力するようになっている。
【0025】
電圧検出部１１は、主に診断用の電圧検出を行う診断系の電圧検出部であり、第２電圧検出部に相当する。電圧検出部１１は、制御部８により指定される検出範囲において電池セルＣｂの電圧を検出するものであり、ＳＣ増幅回路１２、ＡＤＣ１３およびデジタルフィルタ１４のそれぞれと同一の構成のＳＣ増幅回路１５、ＡＤＣ１６およびデジタルフィルタ１７を備えている。すなわち、電圧検出部１１は、電圧検出部１０と同一の構成を有する。この場合、ＳＣ増幅回路１５は、フィルタ６およびＭＵＸ９などを介して与えられる電池セルＣｂの電圧を入力し、その入力電圧を増幅した電圧を出力する。上記構成の電圧検出部１１は、デジタルフィルタ１７の出力信号を、電池セルＣｂの電圧の検出結果を表す検出信号として制御部８に出力するようになっている。
【0026】
制御部８は、例えばロジック回路として構成されたものであり、その機能ブロックとして、検出制御部２１、均等化制御部２２、故障診断部２３、通信制御部２４、範囲指定部２５および特性設定部２６などを備えている。制御部８は、ＥＣＵ３との間で通信を行うようになっており、その通信を介してＥＣＵ３から与えられるコマンドなどに応じて各種の制御を実行する。ＥＣＵ３は、マイクロコンピュータ２７を備えており、そのマイクロコンピュータ２７が制御部８による各種の制御の内容を指令するコマンドを生成する。なお、本明細書では、マイクロコンピュータのことをマイコンと省略することがある。
【0027】
検出制御部２１は、電圧検出部１０の動作を制御するとともに、電圧検出部１０のデジタルフィルタ１４から出力される検出信号に基づいて電池セルＣｂの電圧を検出する。このような電圧検出の結果は、ＳＯＣの推定などに用いられる。検出制御部２１は、電圧検出の結果を表すデータをレジスタ２８に格納するようになっているが、その際、検出結果が、どのような検出範囲で検出されたものであるのか、言い換えると、どのような検出精度で検出されたものであるのか、を識別できるような形でデータの格納が行われるようになっている。
【0028】
このようなデータの格納の具体的な手法としては、検出結果を表すデータに検出範囲、検出精度などを示すフラグを付与する手法、互いに異なる検出範囲毎にまたは検出精度毎に検出結果を表すデータの格納場所を分ける手法などを挙げることができる。均等化制御部２２は、均等化スイッチＳＷの動作を制御し、前述した電池均等化の処理を実行する。故障診断部２３は、電圧検出部１１の動作を制御するとともに、電圧検出部１１から出力される検出信号に基づいて電池セルＣｂの電圧を検出する。
【0029】
故障診断部２３は、検出制御部２１と同様、電圧検出の結果を表すデータをレジスタ２８に格納する。故障診断部２３は、自身による電圧検出の結果と、検出制御部２１による電圧検出の結果とに基づいて、電圧検出に関連する各種の経路、構成などの故障を診断する。通信制御部２４は、図示しない通信インターフェースを介してＥＣＵ３が備えるマイコン２７との間で行われる通信を制御する。
【0030】
範囲指定部２５は、ＥＣＵ３から与えられる範囲指定指令を受けて動作するものであり、電池セルＣｂの電圧を検出する範囲である検出範囲を、電圧検出部１０、１１のそれぞれに対して指定する。つまり、範囲指定部２５は、ＥＣＵ３から与えられるコマンドに基づいて電圧検出部１０、１１における検出範囲を指定する。範囲指定部２５は、検出範囲を指定するための信号を電圧検出部１０、１１に対して出力する。
【0031】
特性設定部２６は、ＥＣＵ３から通信を介して与えられる特性設定指令を受けて動作するものであり、デジタルフィルタ１４、１７の特性を設定する。つまり、特性設定部２６は、ＥＣＵ３から与えられるコマンドに基づいてデジタルフィルタ１４、１７の特性を設定する。特性設定部２６は、デジタルフィルタ１４、１７の特性を設定するための信号を電圧検出部１０、１１に対して出力する。
【0032】
上記構成において、ＳＣ増幅回路１２、１５は、サンプリング容量およびフィードバック容量を備え、サンプリング容量により電池セルＣｂの電圧をサンプリングし、フィードバック容量を介してサンプリングされた電荷を転送することにより電池セルＣｂの電圧に対応した電圧を出力するものであり、増幅率およびオフセットを切り替え可能な構成となっている。電圧検出部１０、１１は、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率およびオフセットの一方または双方を切り替えることにより、範囲指定部２５により指定された検出範囲において電池セルＣｂの電圧を検出するようになっている。言い換えると、電圧検出部１０、１１は、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率およびオフセットの一方または双方を切り替えることにより、その検出範囲を切り替えることができる構成となっている。
【0033】
＜ＳＣ増幅回路の具体的な回路構成＞
ＳＣ増幅回路１２の具体的な構成としては、特開２０１９－３２１７５号公報の図１に示されているＳＣ増幅回路の構成、特開２０１９－３２１７５号公報の図１４に示されているＳＣ増幅回路の構成などを採用することができる。以下、これら各構成のうち前者を第１構成例とし、後者を第２構成例として説明する。なお、ここでは、ＳＣ増幅回路１２の構成を例示しているが、ＳＣ増幅回路１５も同様の構成を採用することができる。
ＳＣ増幅回路１２の具体的な構成としては、特開２０１９－３２１７５号公報の図１に示されているＳＣ増幅回路の構成、特開２０１９－３２１７５号公報の図１４に示されているＳＣ増幅回路の構成などを採用することができる。以下、これら各構成のうち前者を第１構成例とし、後者を第２構成例として説明する。なお、ここでは、ＳＣ増幅回路１２の構成を例示しているが、ＳＣ増幅回路１５も同様の構成を採用することができる。
【0034】
［１］ＳＣ増幅回路の第１構成例
図２に示すように、第１構成例のＳＣ増幅回路１２は、差動出力形式のＯＰアンプ３１、キャパシタＣ１１～Ｃ１８およびスイッチＳ１１～Ｓ２５を備えている。ＳＣ増幅回路１２には、ＭＵＸ９から第１出力線Ｌｏ１を通じて出力される電圧および第２出力線Ｌｏ２を通じて出力される電圧が入力されている。以下、これら２つの電圧のことを入力電圧Ｖip、Ｖimと称することとする。
図２に示すように、第１構成例のＳＣ増幅回路１２は、差動出力形式のＯＰアンプ３１、キャパシタＣ１１～Ｃ１８およびスイッチＳ１１～Ｓ２５を備えている。ＳＣ増幅回路１２には、ＭＵＸ９から第１出力線Ｌｏ１を通じて出力される電圧および第２出力線Ｌｏ２を通じて出力される電圧が入力されている。以下、これら２つの電圧のことを入力電圧Ｖip、Ｖimと称することとする。
【0035】
ＳＣ増幅回路１２は、サンプリング容量として機能するキャパシタＣ１１、Ｃ１２により入力電圧Ｖip、Ｖimをサンプリングし、そのサンプリングされた電荷を、フィードバック容量として機能するキャパシタＣ１３～Ｃ１６を介して転送することにより、入力電圧Ｖip、Ｖimに対応した検出電圧を出力する差動構成のサンプルホールド回路である。なお、ＳＣ増幅回路１２は、高いコモンモード電圧を、低いコモンモード基準電圧Ｖcmまで降圧させるレベルシフトも行っている。
【0036】
ＯＰアンプ３１のコモン電圧は、電圧検出の基準となる基準電圧Ｖcmに等しく設定されている。基準電圧Ｖcmは、電池監視ＩＣ５が備える各回路の電源電圧の中間電圧になっている。本実施形態では、上記電源電圧は、例えば＋５Ｖであり、上記中間電圧は、例えば＋２．５Ｖである。ＯＰアンプ３１は、その反転出力端子、非反転出力端子からそれぞれ出力電圧Ｖop、Ｖomを出力する。ＯＰアンプ３１の反転出力端子と非反転出力端子との間には、スイッチＳ２５が接続されている。
【0037】
出力電圧Ｖop、Ｖomは、入力電圧Ｖip、Ｖimに対応した検出電圧、つまり電池セルＣｂの電圧に対応した電圧に相当するものであり、後段の差動入力形式のＡＤＣ１３によりデジタルデータに変換される。ＳＣ増幅回路１２は、出力電圧Ｖop、ＶomがＡＤＣ１３の入力電圧範囲に収まるようにオフセットを付与することが可能な構成となっている。本実施形態では、ＡＤＣ１３の入力電圧範囲は、例えば＋２．５Ｖ～－２．５Ｖである。
【0038】
差動構成において対をなすキャパシタＣ１１、Ｃ１２は、互いに同じ容量値Ｃsになっている。なお、本明細書における「同じ容量値」とは、容量値が完全に一致するものだけでなく、目的とする効果を奏するものであれば、互いの容量値に若干の差があり、厳密には一致していないようなものも含む。キャパシタＣ１１の一方の端子は、スイッチＳ１１を介して第１出力線Ｌｏ１に接続されるとともに、スイッチＳ１２を介して第２出力線Ｌｏ２に接続されている。キャパシタＣ１２の一方の端子は、スイッチＳ１３を介して第２出力線Ｌｏ２に接続されるとともに、スイッチＳ１４を介して第１出力線Ｌｏ１に接続されている。
【0039】
この場合、スイッチＳ１１～Ｓ１４により、電荷の転送回数を切り替える転送回数切替部３２が構成されている。ＳＣ増幅回路１２の増幅率は、電荷の転送回数に応じて変化する。したがって、本実施形態では、ＳＣ増幅回路１２は、転送回数切替部３２による転送回数の切り替えにより、その増幅率の切り替えが行われる構成となっている。すなわち、この場合、電圧検出部１０は、転送回数切替部３２による転送回数の切り替えにより、ＳＣ増幅回路１２の増幅率の切り替えを行う構成であると言える。
【0040】
キャパシタＣ１１の他方の端子は、ＯＰアンプ３１の非反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳ１５を介して回路の基準電位が与えられるグランド線Ｌｇに接続されている。キャパシタＣ１２の他方の端子は、ＯＰアンプ３１の反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳ１６を介してグランド線Ｌｇに接続されている。差動構成において対をなすキャパシタＣ１３、Ｃ１４は、互いに同じ容量値Ｃfになっている。また、差動構成において対をなすキャパシタＣ１５、Ｃ１６は、互いに同じ容量値Ｃf2になっている。
【0041】
キャパシタＣ１３は、ＯＰアンプ３１の非反転入力端子と反転出力端子との間に接続されている。キャパシタＣ１４は、ＯＰアンプ３１の反転入力端子と非反転出力端子との間に接続されている。キャパシタＣ１５の一方の端子は、スイッチＳ１７を介してＯＰアンプ３１の非反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳ１８を介してグランド線Ｌｇに接続されている。キャパシタＣ１５の他方の端子は、スイッチＳ１９を介してＯＰアンプ３１の反転出力端子に接続されるとともに、スイッチＳ２０を介してグランド線Ｌｇに接続されている。
【0042】
キャパシタＣ１６の一方の端子は、スイッチＳ２１を介してＯＰアンプ３１の反転入力端子に接続されるとともに、スイッチＳ２２を介してグランド線Ｌｇに接続されている。キャパシタＣ１６の他方の端子は、スイッチＳ２３を介してＯＰアンプ３１の非反転出力端子に接続されるとともに、スイッチＳ２４を介してグランド線Ｌｇに接続されている。このような構成によれば、スイッチＳ１７、Ｓ１９、Ｓ２１、Ｓ２３がオフのとき、ＯＰアンプ３１の非反転入力端子と反転出力端子との間にキャパシタＣ１３が接続されるとともに、ＯＰアンプ３１の反転入力端子と非反転出力端子との間にキャパシタＣ１４が接続された状態となる。この場合、フィードバック容量の容量値は、キャパシタＣ１３、Ｃ１４の容量値である「Ｃf」となる。
【0043】
これに対し、スイッチＳ１７、Ｓ１９、Ｓ２１、Ｓ２３がオンのとき、ＯＰアンプ３１の非反転入力端子と反転出力端子との間にキャパシタＣ１３、Ｃ１５が並列接続されるとともに、ＯＰアンプ３１の反転入力端子と非反転出力端子との間にキャパシタＣ１４、Ｃ１６が並列接続された状態となる。この場合、フィードバック容量の容量値は、キャパシタＣ１３、Ｃ１４の容量値Ｃfに、キャパシタＣ１５、Ｃ１６の容量値Ｃf2を加えた容量値である「Ｃf＋Ｃf2」となる。
【0044】
このように、本実施形態では、スイッチＳ１７、Ｓ１９、Ｓ２１、Ｓ２３によりフィードバック容量の容量値を切り替える容量値切替部３３が構成されている。この場合、容量値切替部３３は、スイッチＳ１７、Ｓ１９、Ｓ２１、Ｓ２３がオフからオンに切り替わることにより、フィードバック容量の容量値が大きくなるようになっている。ＳＣ増幅回路１２の増幅率は、フィードバック容量の容量値に応じて変化する。したがって、本実施形態では、ＳＣ増幅回路１２は、容量値切替部３３による容量値の切り替えにより、その増幅率の切り替えが行われる構成となっている。すなわち、この場合、電圧検出部１０は、容量値切替部３３による容量値の切り替えにより、ＳＣ増幅回路１２の増幅率の切り替えを行う構成であると言える。
【0045】
差動構成において対をなすキャパシタＣ１７、Ｃ１８と、スイッチＳ２５～Ｓ３０とは、前述したオフセットを付与するための構成である。キャパシタＣ１７の一方の端子は、キャパシタＣ１５の一方の端子に接続されているとともにＯＰアンプ３１の非反転入力端子に接続されている。キャパシタＣ１７の他方の端子には、Ｄ／Ａ変換器３４が接続されている。なお、本明細書では、Ｄ／Ａ変換器のことをＤＡＣと省略することがある。キャパシタＣ１８の一方の端子は、キャパシタＣ１６の一方の端子に接続されているとともにＯＰアンプ３１の反転入力端子に接続されている。キャパシタＣ１８の他方の端子には、ＤＡＣ３５が接続されている。
【0046】
ＤＡＣ３４、３５は、入力される基準電圧Ｖｒを分圧して出力する容量型または抵抗型のＤＡＣであり、それらの内部出力は、電圧Ｖdp、電圧Ｖdmとなっている。このように、上記構成では、ＤＡＣ３４、３５によりＳＣ増幅回路１２のオフセットの切り替え、つまり、オフセット値Ｖdp、Ｖdmの変更が行われるようになっている。
【0047】
上記構成では、ＳＣ増幅回路１２の増幅率は、キャパシタＣ１１～Ｃ１８の容量値Ｃs、Ｃf、Ｃf2、Ｃrの組み合わせ、つまり容量比により、任意の値に設定することが可能である。本実施形態では、例えば、容量値Ｃs、Ｃf、Ｃf2、Ｃrの容量比が下記（１）式に示すような比となるように、キャパシタＣ１１～Ｃ１８の容量値が設定されている。
Ｃf：Ｃf2：Ｃs：Ｃr＝1：1：2：1 …（１）
Ｃf：Ｃf2：Ｃs：Ｃr＝1：1：2：1 …（１）
【0048】
また、上記した第１構成例のＳＣ増幅回路１２は、１回の電圧の検出毎に、サンプリングを２回実行することができる。この場合、２回のサンプリングのうちの一方では、キャパシタＣ１１を用いて入力電圧ＶipがサンプリングされるとともにキャパシタＣ１２を用いて入力電圧Ｖimがサンプリングされる。また、２回のサンプリングのうちの他方では、キャパシタＣ１２を用いて入力電圧ＶipがサンプリングされるとともにキャパシタＣ１１を用いて入力電圧Ｖimがサンプリングされる。このような入力反転２回サンプリングの検出手法によれば、ＯＰアンプ３１のオフセットに起因する検出誤差が低減されるといった効果などが得られる。
【0049】
上記した第１構成例のＳＣ増幅回路１２を適用した場合の電圧検出部１０の動作は、第１サンプリング→第１電荷転送→第２サンプリング→第２電荷転送という順で行われる。そして、制御部８が、電圧検出部１０から出力される出力電圧Ｖop、ＶomをＡ／Ｄ変換して得られるデジタルデータを用いた処理であるデジタル処理を実行することにより、電池セルＣｂの電圧が検出される。
【0050】
第１サンプリングが行われる期間、スイッチＳ１１～Ｓ３０のＯＮ／ＯＦＦの状態は、次の通りとなる。
Ｓ１１：ON、Ｓ１２：OFF、Ｓ１３：ON、Ｓ１４：OFF、Ｓ１５：ON、Ｓ１６：ON
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：ON
Ｓ１１：ON、Ｓ１２：OFF、Ｓ１３：ON、Ｓ１４：OFF、Ｓ１５：ON、Ｓ１６：ON
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：ON
【0051】
これにより、キャパシタＣ１１が入力電圧Ｖipにより充電されるとともに、キャパシタＣ１２が入力電圧Ｖimにより充電される。つまり、キャパシタＣ１１により入力電圧Ｖipがサンプリングされるとともに、キャパシタＣ１２により入力電圧Ｖimがサンプリングされる。また、キャパシタＣ１３～Ｃ１６は、それらの端子間が短絡されることにより、蓄積された電荷が全て放電される。さらに、キャパシタＣ１７、Ｃ１８は、基準電圧Ｖcmにより充電される。
【0052】
第１電荷転送が行われる期間、スイッチＳ１１～Ｓ３０のＯＮ／ＯＦＦは、次のような状態となる。
Ｓ１１：OFF、Ｓ１２：ON、Ｓ１３：OFF、Ｓ１４：ON、Ｓ１５：OFF、Ｓ１６：OFF
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：OFF
Ｓ１１：OFF、Ｓ１２：ON、Ｓ１３：OFF、Ｓ１４：ON、Ｓ１５：OFF、Ｓ１６：OFF
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：OFF
【0053】
これにより、キャパシタＣ１１に蓄積された電荷がキャパシタＣ１３を介して転送される。また、キャパシタＣ１２に蓄積された電荷がキャパシタＣ１４を介して転送される。このような第１電荷転送により、ＳＣ増幅回路１２から出力される出力電圧Ｖop、Ｖomの差電圧である電圧Ｖo[1]は、下記（２）式により表される。ただし、入力電圧Ｖip、Ｖimの差電圧である「Ｖip－Ｖim」をＶinとし、ＤＡＣ３４の電圧ＶdpとＤＡＣ３５の電圧Ｖdmとの差電圧である「Ｖdp－Ｖdm」をＶdとする。電圧Ｖdは、任意のオフセット変更ができるように調整される。
Ｖo[1]＝（２・Ｃs・Ｖin－Ｃr・Ｖd）／Ｃf …（２）
Ｖo[1]＝（２・Ｃs・Ｖin－Ｃr・Ｖd）／Ｃf …（２）
【0054】
（１）式に示したキャパシタＣ１１～Ｃ１８の容量比を考慮すると、上記（２）式から下記（３）式を導出することができる。
Ｖo[1]＝４・Ｖin－Ｖd …（３）
上記（３）式に示すように、この場合、電圧Ｖo[1]として、入力された電圧の４倍の電圧が得られることになる。したがって、１回のサンプリング、つまり第１サンプリングおよび第１電荷転送における増幅率は「４」となる。
Ｖo[1]＝４・Ｖin－Ｖd …（３）
上記（３）式に示すように、この場合、電圧Ｖo[1]として、入力された電圧の４倍の電圧が得られることになる。したがって、１回のサンプリング、つまり第１サンプリングおよび第１電荷転送における増幅率は「４」となる。
【0055】
ＡＤＣ１３は、第１電荷転送により得られる出力電圧Ｖop、Ｖomを入力してＡ／Ｄ変換を行い、それらの差電圧である電圧Ｖo[1]に対応したデジタルデータを制御部８へと出力する。
【0056】
第２サンプリングが行われる期間、スイッチＳ１１～Ｓ３０のＯＮ／ＯＦＦの状態は、次の通りとなる。
Ｓ１１：OFF、Ｓ１２：ON、Ｓ１３：OFF、Ｓ１４：ON、Ｓ１５：ON、Ｓ１６：ON
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：ON
Ｓ１１：OFF、Ｓ１２：ON、Ｓ１３：OFF、Ｓ１４：ON、Ｓ１５：ON、Ｓ１６：ON
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：ON
【0057】
これにより、キャパシタＣ１１が入力電圧Ｖimにより充電されるとともに、キャパシタＣ１２が入力電圧Ｖipにより充電される。つまり、キャパシタＣ１１により入力電圧Ｖimがサンプリングされるとともに、キャパシタＣ１２により入力電圧Ｖipがサンプリングされる。このように、第２サンプリングでは、第１サンプリングに対し、ＳＣ増幅回路１２への入力が反転されるようになっている。また、キャパシタＣ１３～Ｃ１６は、それらの端子間が短絡されることにより、蓄積された電荷が全て放電される。さらに、キャパシタＣ１７、Ｃ１８は、基準電圧Ｖcmにより充電される。
【0058】
第２電荷転送が行われる期間、スイッチＳ１１～Ｓ３０のＯＮ／ＯＦＦは、次のような状態となる。
Ｓ１１：ON、Ｓ１２：OFF、Ｓ１３：ON、Ｓ１４：OFF、Ｓ１５：OFF、Ｓ１６：OFF
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：OFF
Ｓ１１：ON、Ｓ１２：OFF、Ｓ１３：ON、Ｓ１４：OFF、Ｓ１５：OFF、Ｓ１６：OFF
Ｓ１７：OFF、Ｓ１８：ON、Ｓ１９：OFF、Ｓ２０：ON
Ｓ２１：OFF、Ｓ２２：ON、Ｓ２３：OFF、Ｓ２４：ON、Ｓ２５：OFF
【0059】
これにより、キャパシタＣ１１に蓄積された電荷がキャパシタＣ１３を介して転送される。また、キャパシタＣ１２に蓄積された電荷がキャパシタＣ１４を介して転送される。このような第２電荷転送により、ＳＣ増幅回路１２から出力される出力電圧Ｖop、Ｖomの差電圧である電圧Ｖo[2]は、下記（４）式により表される。
Ｖo[2]＝－（（２・Ｃs・Ｖin－Ｃr・Ｖd）／Ｃf） …（４）
Ｖo[2]＝－（（２・Ｃs・Ｖin－Ｃr・Ｖd）／Ｃf） …（４）
【0060】
（１）式に示したキャパシタＣ１１～Ｃ１８の容量比を考慮すると、上記（４）式から下記（５）式を導出することができる。
Ｖo[2]＝－４・Ｖin－Ｖd …（５）
上記（５）式に示すように、この場合、電圧Ｖo[2]として、入力された電圧の４倍の電圧が得られることになる。つまり、１回のサンプリング、つまり第２サンプリングおよび第２電荷転送における増幅率は「４」となる。
Ｖo[2]＝－４・Ｖin－Ｖd …（５）
上記（５）式に示すように、この場合、電圧Ｖo[2]として、入力された電圧の４倍の電圧が得られることになる。つまり、１回のサンプリング、つまり第２サンプリングおよび第２電荷転送における増幅率は「４」となる。
【0061】
ＡＤＣ１３は、第２電荷転送により得られる出力電圧Ｖop、Ｖomを入力してＡ／Ｄ変換を行い、それらの差電圧である電圧Ｖo[2]に対応したデジタルデータを制御部８へと出力する。
【0062】
制御部８は、電圧Ｖo[1]および電圧Ｖo[2]のそれぞれに対応したデジタルデータを用いて、電池セルＣｂの電圧の検出値Ｖadを求めるための処理、つまり演算を実行する。このような処理により得られる検出値Ｖadは、下記（６）式により表される。
Ｖad＝（Ｖo[1]－Ｖo[2]）＝８・Ｖin …（６）
上記（６）式に示すように、この場合、電池セルＣｂの電圧の検出値Ｖadとして、入力された電圧の８倍の電圧が得られることになる。つまり、この場合の総合的な増幅率は「８」となる。
Ｖad＝（Ｖo[1]－Ｖo[2]）＝８・Ｖin …（６）
上記（６）式に示すように、この場合、電池セルＣｂの電圧の検出値Ｖadとして、入力された電圧の８倍の電圧が得られることになる。つまり、この場合の総合的な増幅率は「８」となる。
【0063】
［２］ＳＣ増幅回路の第２構成例
図３に示すように、第２構成例のＳＣ増幅回路１２は、図２に示した第１構成例のＳＣ増幅回路１２に対し、キャパシタＣ３１、Ｃ３２およびスイッチＳ３１～Ｓ３６が追加されている点などが異なる。キャパシタＣ３１、Ｃ３２は、差動構成において対をなしており、互いに同じ容量値Ｃsiになっている。キャパシタＣ３１の一方の端子はスイッチＳ３１を介してキャパシタＣ１１の一方の端子に接続され、その他方の端子はスイッチＳ３２を介してキャパシタＣ１１の他方の端子に接続されている。また、キャパシタＣ３１の他方の端子は、スイッチＳ３３を介してグランド線Ｌｇに接続されている。
図３に示すように、第２構成例のＳＣ増幅回路１２は、図２に示した第１構成例のＳＣ増幅回路１２に対し、キャパシタＣ３１、Ｃ３２およびスイッチＳ３１～Ｓ３６が追加されている点などが異なる。キャパシタＣ３１、Ｃ３２は、差動構成において対をなしており、互いに同じ容量値Ｃsiになっている。キャパシタＣ３１の一方の端子はスイッチＳ３１を介してキャパシタＣ１１の一方の端子に接続され、その他方の端子はスイッチＳ３２を介してキャパシタＣ１１の他方の端子に接続されている。また、キャパシタＣ３１の他方の端子は、スイッチＳ３３を介してグランド線Ｌｇに接続されている。
【0064】
キャパシタＣ３２の一方の端子はスイッチＳ３４を介してキャパシタＣ１２の一方の端子に接続され、その他方の端子はスイッチＳ３５を介してキャパシタＣ１２の他方の端子に接続されている。また、キャパシタＣ３２の他方の端子は、スイッチＳ３６を介してグランド線Ｌｇに接続されている。上記構成において、スイッチＳ３３、Ｓ３６は、スイッチＳ１５、Ｓ１６と同様にＯＮ／ＯＦＦされる。一方、スイッチＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３５は、後述するようにサンプリング容量の容量値の切り替えに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。
【0065】
上記した第２構成例のＳＣ増幅回路１２では、スイッチＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３５のＯＮ／ＯＦＦに応じて、キャパシタＣ１１、Ｃ１２がサンプリング容量として機能する状態と、キャパシタＣ１１、Ｃ３１の並列合成容量とキャパシタＣ１２、Ｃ３２の並列合成容量とがサンプリング容量として機能する状態とが切り替えられる。このように、第２項構成例では、スイッチＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３５によりサンプリング容量の容量値を切り替える容量値切替部３６が構成されている。この場合、容量値切替部３６は、スイッチＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３５をオフからオンに切り替えることにより、サンプリング容量を大きくするようになっている。
【0066】
ＳＣ増幅回路１２の増幅率は、フィードバック容量の容量値だけでなく、サンプリング容量の容量値にも依存して変化する。したがって、本実施形態では、ＳＣ増幅回路１２の増幅率は、容量値切替部３３による容量値の切り替えだけでなく、容量値切替部３６による容量値の切り替えによっても、その増幅率の切り替えが行われる構成となっている。つまり、第２構成例のＳＣ増幅回路１２は、サンプリング容量の容量値およびフィードバック容量の容量値の双方を切り替える容量値切替部３３、３６を備え、それら容量値切替部３３、３６による各容量値の切り替えにより、増幅率の切り替えを行う構成となっている。
【0067】
＜電圧の検出誤差について＞
上記構成の電圧検出部１０、１１によれば、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率を切り替えることにより、その検出範囲を切り替えることができる。電圧検出部１０、１１の検出範囲は、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率を「１」とした場合は従来の電池監視装置と同等の比較的広い検出範囲となり、増幅率を「１を超える値」とした場合は従来の電池監視装置の検出範囲のうち限定した狭い検出範囲となる。以下、増幅率が「１」とされた状態での動作を通常動作と称するとともに、増幅率が「１を超える値」とされた状態での動作をＺＯＯＭ動作と称することとする。また、通常動作における検出範囲を広範囲と称するとともに、ＺＯＯＭ動作における検出範囲を狭範囲と称することとする。
上記構成の電圧検出部１０、１１によれば、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率を切り替えることにより、その検出範囲を切り替えることができる。電圧検出部１０、１１の検出範囲は、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率を「１」とした場合は従来の電池監視装置と同等の比較的広い検出範囲となり、増幅率を「１を超える値」とした場合は従来の電池監視装置の検出範囲のうち限定した狭い検出範囲となる。以下、増幅率が「１」とされた状態での動作を通常動作と称するとともに、増幅率が「１を超える値」とされた状態での動作をＺＯＯＭ動作と称することとする。また、通常動作における検出範囲を広範囲と称するとともに、ＺＯＯＭ動作における検出範囲を狭範囲と称することとする。
【0068】
通常動作による電圧の検出値Ｖadは、下記（７）式により表される。ただし、ＤＡＣ３４、３５の基準電圧Ｖｒの誤差をΔＶｒとし、ＡＤＣの誤差である量子化誤差をＶｑとする。また、ＺＯＯＭ動作によりオフセットＶr／２を減算することで「Ｖr／２」付近の電圧値を検出する場合の電圧の検出値Ｖad／Gaindは、下記（８）式により表される。ただし、アナログ回路における増幅率をGainaとし、デジタル回路における増幅率をGaindとする。
【0069】
【数1】
【0070】
上記（７）式および（８）式に示すように、電圧検出に関する誤差には、量子化誤差Ｖｑによる誤差および基準電圧Ｖｒの誤差ΔＶｒによる誤差が含まれる。これら誤差のうち、基準電圧Ｖｒの誤差ΔＶｒによる誤差は、増幅率に関係なく一定の値となることから、通常動作の場合とＺＯＯＭ動作の場合とで大差は生じない。しかし、量子化誤差Ｖｑによる誤差は、ＺＯＯＭ動作の場合に増幅率Gaindを大きくするほどゼロに近づく。したがって、ＺＯＯＭ動作では、増幅率を大きくして検出範囲を狭くするほど量子化誤差Ｖｑに起因する誤差を低減することが可能となり、その結果、高精度化を実現することができる。このように、ＺＯＯＭ動作によれば、線形誤差、熱ノイズ、フリッカなどのＡＤＣの誤差、基準電圧Ｖｒの誤差ΔＶｒなどについての温度特性および耐久変動を軽減することが可能となり、高精度化を実現することができる。
【0071】
なお、ＺＯＯＭ動作の場合、「Gaina／Gaind」というゲイン誤差が含まれている。このゲイン誤差は、GainaとGaindが同じ値であればゼロにすることができるため、これらが同じ値になるように回路設計が行われるが、実際にこれらを完全に一致させることは困難である。そこで、本実施形態では、「Gaina／Gaind」の項が「１」になるように補正を行うようになっており、これによりゲイン誤差をゼロとしている。
【0072】
図４は、基準電圧Ｖｒの誤差ΔＶｒが１ｍＶであり、ＡＤＣの誤差が０．５ｍＶであり、増幅率が「８」である場合における入力電圧Ｖinと検出誤差との関係の一例を示している。この場合、通常動作における検出範囲は０～５Ｖとなっており、ＺＯＯＭ動作における検出範囲は２．２５～２．７５Ｖとなっている。なお、図４では、通常動作におけるマイナス側の誤差に黒塗りの丸印を付し、通常動作におけるプラス側の誤差にＸ印を付し、ＺＯＯＭ動作におけるマイナス側の誤差に白抜きの丸印を付し、ＺＯＯＭ動作におけるプラス側の誤差に黒塗りの三角印を付している。
【0073】
図４に示すように、通常動作の場合、検出誤差がゼロとなる理想値に対し、±０．５ｍＶ程度の比較的大きい検出誤差がある。一方、ＺＯＯＭ動作の場合、理想値に対する検出誤差は、通常動作の場合と比べて非常に小さい値となっている。このように、ＺＯＯＭ動作における電圧の検出精度は、通常動作における電圧の検出精度と比較して、大きく向上する。また、前述したとおり、ＺＯＯＭ動作における電圧の検出精度は、増幅率を大きくするほど高まることになる。したがって、本実施形態の構成では、電圧検出部１０、１１における検出範囲が広くなるほど電圧の検出精度が低くなるとともに、上記検出範囲が狭くなるほど検出精度が高くなるようになっている。
【0074】
＜電池監視装置による動作の流れ＞
上記構成の電池監視装置２は、ＥＣＵ３から与えられるコマンドに基づいて各種の動作を実行する。以下、このような動作の流れの一例について図５を参照して説明する。まず、ＥＣＵ３から「セル検出コマンド」が送信される。「セル検出コマンド」は、通常動作での電圧検出を指令するコマンドであり、広範囲の検出範囲を指定する範囲指定指令およびデジタルフィルタ１４、１７の特性を所定の特性に設定する特性設定指令を含む。なお、特性設定指令は、「セル検出コマンド」に含まれていなくともよく、「セル検出コマンド」とは別のコマンドとして事前に送信されていてもよい。
上記構成の電池監視装置２は、ＥＣＵ３から与えられるコマンドに基づいて各種の動作を実行する。以下、このような動作の流れの一例について図５を参照して説明する。まず、ＥＣＵ３から「セル検出コマンド」が送信される。「セル検出コマンド」は、通常動作での電圧検出を指令するコマンドであり、広範囲の検出範囲を指定する範囲指定指令およびデジタルフィルタ１４、１７の特性を所定の特性に設定する特性設定指令を含む。なお、特性設定指令は、「セル検出コマンド」に含まれていなくともよく、「セル検出コマンド」とは別のコマンドとして事前に送信されていてもよい。
【0075】
電池監視装置２は、「セル検出コマンド」を受信すると、「セル検出」を実行する。「セル検出」では、「セル検出コマンド」に基づいて検出範囲およびデジタルフィルタ１４、１７の特性が設定され、電池セルＣｂの電圧を検出するための動作が行われる。続いて、ＥＣＵ３から「読出しコマンド」が送信される。「読出しコマンド」は、広範囲での電圧検出の結果の読み出しを指令するコマンドである。電池監視装置２は、「読出しコマンド」を受信すると、「読出し」を実行する。「読出し」では、広範囲での電圧検出の結果を表すデータをレジスタ２８から読み出すとともに、そのデータをＥＣＵ３に送信するための動作が行われる。
【0076】
その後、ＥＣＵ３から「ＺＯＯＭコマンド」が送信される。「ＺＯＯＭコマンド」は、ＺＯＯＭ動作での電圧検出を指令するコマンドであり、狭範囲の検出範囲を指定する範囲指定指令およびデジタルフィルタ１４、１７の特性を所定の特性に設定する特性設定指令を含む。なお、特性設定指令は、「ＺＯＯＭコマンド」に含まれていなくともよく、「ＺＯＯＭコマンド」とは別のコマンドとして事前に送信されていてもよい。
【0077】
電池監視装置２は、「ＺＯＯＭコマンド」を受信すると、「ＺＯＯＭ検出」を実行する。「ＺＯＯＭ検出」では、「ＺＯＯＭコマンド」に基づいて検出範囲およびデジタルフィルタ１４、１７の特性が設定され、電池セルＣｂの電圧を検出するための動作が行われる。続いて、ＥＣＵ３から「ＺＯＯＭ読出しコマンド」が送信される。「ＺＯＯＭ読出しコマンド」は、狭範囲での電圧検出の結果の読み出しを指令するコマンドである。電池監視装置２は、「ＺＯＯＭ読出しコマンド」を受信すると、「ＺＯＯＭ読出し」を実行する。「ＺＯＯＭ読出し」では、狭範囲での電圧検出の結果を表すデータをレジスタ２８から読み出すとともに、そのデータをＥＣＵ３に送信するための動作が行われる。
【0078】
＜検出範囲の切り替えの具体例＞
上記したように、本実施形態の電池監視装置２は、電池セルＣｂの電圧を検出する範囲である検出範囲、ひいては電池セルＣｂの電圧の検出精度を切り替えることが可能であるが、その切り替えは様々な考え方に基づいて行うことができる。以下、このような切り替えの複数の具体例について説明する。
上記したように、本実施形態の電池監視装置２は、電池セルＣｂの電圧を検出する範囲である検出範囲、ひいては電池セルＣｂの電圧の検出精度を切り替えることが可能であるが、その切り替えは様々な考え方に基づいて行うことができる。以下、このような切り替えの複数の具体例について説明する。
【0079】
［１］第１具体例
第１具体例では、電池監視装置２は、電池セルＣｂ毎にＺＯＯＭ動作における検出範囲を個別に指定するようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、電池セルＣｂ毎に独立して検出範囲を指定することができるように構成されている。この場合、まず、各電池セルＣｂの電圧レベルがサーチされる。このようなサーチは、例えば通常動作での電圧検出を行うことにより実施することができる。
第１具体例では、電池監視装置２は、電池セルＣｂ毎にＺＯＯＭ動作における検出範囲を個別に指定するようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、電池セルＣｂ毎に独立して検出範囲を指定することができるように構成されている。この場合、まず、各電池セルＣｂの電圧レベルがサーチされる。このようなサーチは、例えば通常動作での電圧検出を行うことにより実施することができる。
【0080】
このようなサーチの結果に基づいて、各電池セルＣｂのＺＯＯＭ動作における検出範囲が個別に指定される。なお、この場合、図６に示すように、ＺＯＯＭ動作における検出範囲は、０～０．５Ｖ、０．５～１．０Ｖ、…、４．０～４．５Ｖ、４．５～５．０Ｖといった具合に０～５．０Ｖの範囲を０．５Ｖ毎に切り分けた範囲となっている。このような検出範囲の選択は、ＳＣ増幅回路１２、１５のオフセットを切り替えることにより実施することができる。
【0081】
上記したサーチの結果、図７に示すように、電池セルＣｂ１の電圧値が３．０～３．５Ｖの範囲であったとともに、電池セルＣｂ２～Ｃｂ２４の各電圧値が３．５～４．０Ｖの範囲であったとする。この場合、図６および図７に示すように、電池セルＣｂ１のＺＯＯＭ動作における検出範囲が３．０～３．５Ｖの範囲に設定されるとともに、電池セルＣｂ２～Ｃｂ２４のＺＯＯＭ動作における検出範囲が３．５～４．０Ｖの範囲に設定される。その後、このように設定された検出範囲に基づいてＺＯＯＭ動作での電圧検出が実施される。
【0082】
［２］第２具体例
第２具体例では、電池監視装置２は、電池セルＣｂの種類毎に予め定まっているセル電圧範囲に基づいて検出範囲を指定するようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、セル電圧範囲に基づいて検出範囲を指定するようになっている。このような検出範囲の指定は、次のような点を考慮して行うことができる。すなわち、電池監視装置２では、ＳＯＣが０％に近い領域および１００％に近い領域では、ＳＯＣの推定精度を高める必要がある。なぜなら、これらの領域においてＳＯＣの推定精度が低下すると、過放電または過充電が生じるおそれがあるからである。
第２具体例では、電池監視装置２は、電池セルＣｂの種類毎に予め定まっているセル電圧範囲に基づいて検出範囲を指定するようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、セル電圧範囲に基づいて検出範囲を指定するようになっている。このような検出範囲の指定は、次のような点を考慮して行うことができる。すなわち、電池監視装置２では、ＳＯＣが０％に近い領域および１００％に近い領域では、ＳＯＣの推定精度を高める必要がある。なぜなら、これらの領域においてＳＯＣの推定精度が低下すると、過放電または過充電が生じるおそれがあるからである。
【0083】
一方、他の領域では、ＳＯＣの推定精度としては、それほどの精度が要求されない。そこで、第２具体例では、図８に示すように、ＳＯＣが０％に近い領域およびＳＯＣが１００％に近い領域では、検出範囲として狭範囲を指定するとともに、その他の領域では、検出範囲として広範囲を指定するようになっている。このようにすれば、ＳＯＣが０％に近い領域およびＳＯＣが１００％に近い領域では、電圧検出の精度が比較的高い精度である高精度となり過放電および過充電の発生が防止され、その他の領域では、電圧検出の精度が比較的低い精度である粗精度となり電圧検出に要する時間、ひいてはＳＯＣの推定に要する時間が短縮される。
【0084】
［３］第３具体例
図９に示すように、デジタルフィルタ１４、１７は、そのカットオフ周波数Ｆｃに応じてノイズ除去性能が異なっている。なお、図９では、カットオフ周波数が２６Ｈｚの特性をＦｃ１、カットオフ周波数が４２２Ｈｚの特性をＦｃ２、カットオフ周波数が１ｋＨｚの特性をＦｃ３、カットオフ周波数が２ｋＨｚの特性をＦｃ４、カットオフ周波数が３ｋＨｚの特性をＦｃ５、カットオフ周波数が７ｋＨｚの特性をＦｃ６、カットオフ周波数が１４ｋＨｚの特性をＦｃ７、カットオフ周波数が２７ｋＨｚの特性をＦｃ８としている。
図９に示すように、デジタルフィルタ１４、１７は、そのカットオフ周波数Ｆｃに応じてノイズ除去性能が異なっている。なお、図９では、カットオフ周波数が２６Ｈｚの特性をＦｃ１、カットオフ周波数が４２２Ｈｚの特性をＦｃ２、カットオフ周波数が１ｋＨｚの特性をＦｃ３、カットオフ周波数が２ｋＨｚの特性をＦｃ４、カットオフ周波数が３ｋＨｚの特性をＦｃ５、カットオフ周波数が７ｋＨｚの特性をＦｃ６、カットオフ周波数が１４ｋＨｚの特性をＦｃ７、カットオフ周波数が２７ｋＨｚの特性をＦｃ８としている。
【0085】
車両においては、各種のリップルノイズ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータなどの動作に伴い発生するノイズ、各種の高調波ノイズが存在する。図１０に示すように、車両において発生するノイズには、様々な周波数成分が含まれている。カットオフ周波数Ｆｃが相対的に高いフィルタである高Ｆｃフィルタでは、これらのノイズのうちより周波数が低いノイズについて除去しきれない可能性がある。一方、カットオフ周波数Ｆｃが相対的に低いフィルタである低Ｆｃフィルタでは、周波数が低いノイズについても概ね確実に除去することが可能となる。
【0086】
すなわち、デジタルフィルタ１４、１７は、カットオフ周波数Ｆｃを低くするほど、つまり重いフィルタとするほど、より低い周波数のノイズを除去することができるが、その分だけフィルタでの遅延時間が長くなる、つまり変換時間が長くなる。一方、デジタルフィルタ１４、１７は、カットオフ周波数Ｆｃを高くするほど、つまり軽いフィルタとするほど、より低い周波数のノイズを除去することは難しくなるものの、フィルタでの遅延時間が短くなる、つまり変換時間が短くなる。
【0087】
このような点を踏まえ、第３具体例では、電池監視装置２は、検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定する場合にはデジタルフィルタ１４、１７のカットオフ周波数を相対的に高い周波数である高周波数に設定し、検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定する場合にはデジタルフィルタ１４、１７のカットオフ周波数を相対的に低い周波数である低周波数に設定するようになっている。
【0088】
つまり、この場合、範囲指定部２５が検出範囲として広範囲を指定する場合には、特性設定部２６がデジタルフィルタ１４、１７の特性であるカットオフ周波数を高周波数に設定するようになっている。また、この場合、範囲指定部２５が検出範囲として狭範囲を指定する場合には、特性設定部２６がデジタルフィルタ１４、１７の特性であるカットオフ周波数を低周波数に設定するようになっている。このようにすれば、広範囲での電圧検出の際に変換時間が短くなることから検出時間を一層短くすることができるとともに、狭範囲での電圧検出の際にノイズ除去性能が向上することから高精度化をさらに図ることができる。
【0089】
［４］第４具体例
第４具体例では、電池監視装置２は、電池セルＣｂの種類に応じて検出範囲を切り替えるようになっている。つまり、この場合、範囲指定部は、電池セルＣｂの種類に基づいて検出範囲を指定するようになっている。電池セルＣｂは、例えばリチウムイオン電池、燃料電池などの種類に応じて、その電圧範囲が異なっている。そこで、第４具体例では、電池監視装置２は、検出対象となる電池セルＣｂの全電圧範囲において電圧検出ができるように検出範囲の切り替えを行うようになっている。このような検出範囲の切り替えは、次のように行うことができる。
第４具体例では、電池監視装置２は、電池セルＣｂの種類に応じて検出範囲を切り替えるようになっている。つまり、この場合、範囲指定部は、電池セルＣｂの種類に基づいて検出範囲を指定するようになっている。電池セルＣｂは、例えばリチウムイオン電池、燃料電池などの種類に応じて、その電圧範囲が異なっている。そこで、第４具体例では、電池監視装置２は、検出対象となる電池セルＣｂの全電圧範囲において電圧検出ができるように検出範囲の切り替えを行うようになっている。このような検出範囲の切り替えは、次のように行うことができる。
【0090】
すなわち、ＳＣ増幅回路１２、１５の入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoとの関係は、下記（９）式により表される。
Ｖo＝（Ｃs・Ｖin）／Ｃf－（Ｃr・Ｖr）／Ｃf …（９）
上記（９）式に示すように、上記構成では、容量比、基準電圧Ｖrの値などを変更することにより、言い換えるとＳＣ増幅回路１２、１５における増幅率およびオフセットを変更することにより、検出範囲が所望する範囲となるように調整すること、つまり検出範囲を適切な範囲へと切り替えることができる。
Ｖo＝（Ｃs・Ｖin）／Ｃf－（Ｃr・Ｖr）／Ｃf …（９）
上記（９）式に示すように、上記構成では、容量比、基準電圧Ｖrの値などを変更することにより、言い換えるとＳＣ増幅回路１２、１５における増幅率およびオフセットを変更することにより、検出範囲が所望する範囲となるように調整すること、つまり検出範囲を適切な範囲へと切り替えることができる。
【0091】
図１１には、互いに電圧範囲が異なる３種類の電池セルＣｂの入出力特性が示されている。なお、図１１では、３つの電池セルＣｂを区別するため、それぞれの末尾にＡ、Ｂ、Ｃが付与されている。図１１に示すように、本実施形態では、このような３種類の電池セルＣｂのそれぞれについてＳＣ増幅回路１２、１５の出力電圧ＶoがＡＤＣ１３、１６の入力電圧範囲に収まるように検出範囲が切り替えられており、それにより３種類の電池セルＣｂのそれぞれについて全電圧範囲において電圧検出が可能となっている。
【0092】
［５］第５具体例
第５具体例では、電池監視装置２は、電圧検出部１０、１１における各検出範囲が互いに同一の範囲となるように指定するとともに、電圧検出部１０、１１が備えるデジタルフィルタ１４、１７の各特性が互いに同一となるように設定するようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、電圧検出部１０における検出範囲および電圧検出部１１における検出範囲が互いに同一の範囲となるように各検出範囲を指定するようになっている。具体的には、範囲指定部２５は、電圧検出部１０、１１における各検出範囲として広範囲または狭範囲を指定する。
第５具体例では、電池監視装置２は、電圧検出部１０、１１における各検出範囲が互いに同一の範囲となるように指定するとともに、電圧検出部１０、１１が備えるデジタルフィルタ１４、１７の各特性が互いに同一となるように設定するようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、電圧検出部１０における検出範囲および電圧検出部１１における検出範囲が互いに同一の範囲となるように各検出範囲を指定するようになっている。具体的には、範囲指定部２５は、電圧検出部１０、１１における各検出範囲として広範囲または狭範囲を指定する。
【0093】
また、この場合、特性設定部２６は、電圧検出部１０が備えるデジタルフィルタ１４の特性および電圧検出部１１が備えるデジタルフィルタ１７の特性が互いに同一となるように各特性を設定するようになっている。具体的には、特性設定部２６は、デジタルフィルタ１４、１７の各カットオフ周波数として高周波数または低周波数を設定する。なお、本明細書などにおける「同一のタイミング」とは、タイミングが完全に一致するものだけでなく、目的とする効果を奏するものであれば、互いのタイミングに若干の差があり厳密には一致していないようなものも含む。このような第５具体例によれば、各電圧検出部１０、１１による検出タイミングは、例えば図１２に示すようなものとなる。
【0094】
図１２に示すように、この場合、電圧検出部１０が電池セルＣｂ１の電圧を検出する期間、電圧検出部１１も電池セルＣｂ１の電圧を検出している。電池セルＣｂ２以降も電池セルＣｂ１と同様に、電圧検出部１０と電圧検出部１１とが、同一の電池セルＣｂの電圧を同一の期間に検出するようになっている。このようにすれば、電圧検出部１０、１１による各電池セルＣｂの電圧の検出タイミングを揃えることができる、ひいては電圧検出部１０を用いた各電池セルＣｂの電圧の取得タイミングと電圧検出部１１を用いた各電池セルＣｂの電圧の取得タイミングとの一致性が向上する。
【0095】
また、この場合、電圧検出部１０のデジタルフィルタ１４の時定数と電圧検出部１１のデジタルフィルタ１７の時定数との一致性が向上する。そのため、第５具体例によれば、各電池セルＣｂの端子間電圧が大きく変動するような場合であっても、電圧検出部１０による所定の電池セルＣｂの電圧の検出値と、電圧検出部１１による所定の電池セルＣｂの電圧の検出値とを概ね一致させることが可能となり、その結果、故障診断の精度が向上する。なお、図１２では、電圧検出部１０による電池セルＣｂ１～Ｃｂ６の電圧の検出値をＶ１～Ｖ６とし、電圧検出部１０による電池セルＣｂ１～Ｃｂ６の電圧の検出値をＶ１’～Ｖ６’としている。
【0096】
［６］第６具体例
第６具体例では、電池監視装置２は、電圧検出部１０における検出範囲を広範囲に指定する、つまり電圧検出部１０の電圧の検出精度を粗精度にするとともに、電圧検出部１１における検出範囲を狭範囲に指定する、つまり電圧検出部１１の電圧の検出精度を高精度にするようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、電圧検出部１０における検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定するとともに、電圧検出部１１における検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定するようになっている。
第６具体例では、電池監視装置２は、電圧検出部１０における検出範囲を広範囲に指定する、つまり電圧検出部１０の電圧の検出精度を粗精度にするとともに、電圧検出部１１における検出範囲を狭範囲に指定する、つまり電圧検出部１１の電圧の検出精度を高精度にするようになっている。つまり、この場合、範囲指定部２５は、電圧検出部１０における検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定するとともに、電圧検出部１１における検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定するようになっている。
【0097】
このような第６具体例によれば、各電圧検出部１０、１１による検出タイミングは、例えば図１３に示すようなものとなる。図１３に示すように、この場合、電圧検出部１０は、検出範囲が広範囲になっていることから、比較的短い周期、例えば２０ｍｓ毎に電圧検出の動作を実行する。そのため、電圧検出部１０により検出された粗精度の電圧の検出値は、検出と同様に比較的短い周期毎にレジスタ２８から読み出される。これに対し、電圧検出部１１は、検出範囲が狭範囲になっていることから、電圧検出部１０の周期に対して長い周期、例えば１００ｍｓ毎に電圧検出の動作を実行する。そのため、電圧検出部１１により検出された高精度の電圧の検出値は、検出と同様に比較的長い周期毎にレジスタ２８から読み出される。電圧検出部１０、１１による電圧検出の動作は並行して行われる。
【0098】
このような第６具体例によれば、電圧検出部１０によって従来と同程度の粗精度且つ従来と同程度のタイミングで各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得するとともに、電圧検出部１１によって例えば１００ｍｓ毎といった比較的長い周期毎に従来よりも高い精度で検出された各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得することができる。つまり、この場合、従来の電池監視に関するスケジュールを維持したまま、高精度な電圧検出をも行うことができる。
【0099】
以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
電池監視装置２は、電池セルＣｂの電圧を検出する範囲である検出範囲を指定する範囲指定部２５および電圧検出部１０、１１が備えるデジタルフィルタ１４、１７の特性を設定する特性設定部２６を備えている。上記構成によれば、電池セルＣｂの電圧の検出範囲として、電池セルＣｂの電圧の全電圧範囲に及ぶような広い範囲である広範囲から、全電圧範囲のうち限定した狭い範囲である狭範囲まで、所望する検出範囲を選択的に指定することができる。
電池監視装置２は、電池セルＣｂの電圧を検出する範囲である検出範囲を指定する範囲指定部２５および電圧検出部１０、１１が備えるデジタルフィルタ１４、１７の特性を設定する特性設定部２６を備えている。上記構成によれば、電池セルＣｂの電圧の検出範囲として、電池セルＣｂの電圧の全電圧範囲に及ぶような広い範囲である広範囲から、全電圧範囲のうち限定した狭い範囲である狭範囲まで、所望する検出範囲を選択的に指定することができる。
【0100】
また、上記構成によれば、デジタルフィルタ１４、１７であるフィルタ特性として、所望する特性を選択的に設定することができる。このようにすれば、様々な条件に応じた適切な検出範囲および適切なフィルタ特性を設定したうえで、電池セルＣｂの電圧を検出することができる。そのため、本実施形態によれば、電池セルＣｂの電圧検出の精度を向上することができる。
【0101】
このように、電圧の検出精度の更なる高精度化を図ることができる本実施形態によれば、ＳＯＣの推定精度を一層高めることができ、例えばＬＦＰ電池などのようにＳＯＣとＯＣＶとの関係がフラットになるような領域が多くなるような電池を対象とした場合でも、実用上十分な精度でＳＯＣの推定を行うことができる。そのため、本実施形態によれば、均等化の処理をより確実に正常に実施することが可能になる。また、本実施形態によれば、過放電および過充電の発生防止のために設定される電池の安全使用領域に確保するマージンを削減し、その分だけ使用可能領域を拡大すること、ひいては電池の使い切りが可能となり、その結果、車両の走行可能距離の拡大または車両への電池搭載量の削減といった効果が得られる。
【0102】
範囲指定部２５は、外部のＥＣＵ３から与えられる範囲指定指令を受けて動作し、特性設定部２６は、ＥＣＵ３から与えられる特性設定指令を受けて動作するようになっている。つまり、範囲指定部２５および特性設定部２６は、いずれもＥＣＵ３から与えられるコマンドに基づいて検出範囲の指定およびフィルタ特性の設定を行うようになっている。このように、本実施形態では、電池監視装置２とＥＣＵ３との組み合わせにより検出範囲の指定およびフィルタ特性の設定が行われるため、例えば車両の走行中、車両の停止中、車両の充電中などの様々な走行シーンのそれぞれに応じて、適切な検出範囲および適切なフィルタ特性を設定したうえで電池セルＣｂの電圧を検出することが可能となり、より高精度な電池制御を実現することができる。
【0103】
範囲指定部２５は、電池セルＣｂの種類毎に予め定まっているセル電圧範囲に基づいて検出範囲を指定することができる。例えば、範囲指定部２５は、ＳＯＣが０％に近い領域およびＳＯＣが１００％に近い領域では、検出範囲として狭範囲を指定するとともに、その他の領域では、検出範囲として広範囲を指定することができる。このようにすれば、ＳＯＣが０％に近い領域およびＳＯＣが１００％に近い領域では、電圧検出の精度が比較的高い精度である高精度となり過放電および過充電の発生を防止することができるとともに、その他の領域では、電圧検出の精度が比較的低い精度である粗精度となり電圧検出に要する時間、ひいてはＳＯＣの推定に要する時間を短縮することができる。
【0104】
範囲指定部２５が検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定する場合には、特性設定部２６がフィルタ特性であるカットオフ周波数を相対的に高い周波数である高周波数に設定し、範囲指定部２５が検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定する場合には、特性設定部２６がフィルタの特性であるカットオフ周波数を相対的に低い周波数である低周波数に設定することができる。
【0105】
このようにすれば、広範囲での電圧検出の際に変換時間が短くなることから検出時間を一層短くすることができるとともに、狭範囲での電圧検出の際にノイズ除去性能が向上することから高精度化をさらに図ることができる。上記構成によれば、例えば車両の充電時など車両において大きなノイズが発生するようなとき、狭範囲での電圧検出を行いノイズ除去性能を向上させることにより、ノイズによるＳ／Ｎ比の悪化を抑制することが可能となり、その結果、電圧検出精度の向上を図ることができる。
【0106】
範囲指定部２５は、通常系の電圧検出部１０における検出範囲および診断系の電圧検出部１１における検出範囲が互いに同一の範囲となるように各検出範囲を指定することができる。また、特性設定部２６は、通常系の電圧検出部１０が備えるデジタルフィルタ１４の特性および診断系の電圧検出部１１が備えるデジタルフィルタ１７の特性が互いに同一となるように各特性を設定することができる。このようにすれば、電圧検出部１０、１１のそれぞれを用いた各電池セルＣｂの電圧の取得タイミングの一致性が向上するとともに、電圧検出部１０、１１のデジタルフィルタ１４、１７の時定数の一致性が向上する。
【0107】
そのため、上記構成によれば、各電池セルＣｂの端子間電圧が大きく変動するような場合であっても、電圧検出部１０による所定の電池セルＣｂの電圧の検出値と、電圧検出部１１による所定の電池セルＣｂの電圧の検出値とを概ね一致させることが可能となり、その結果、故障診断の精度が向上する。さらに、上記構成によれば、車両において大きなノイズが発生するようなとき、電圧検出部１０、１１の両方について検出範囲として狭範囲を指定すれば、通常系および診断系の両方のノイズ除去性能を向上させることができ、その結果、故障診断の精度を良好に維持することができる。
【0108】
範囲指定部２５は、通常系の電圧検出部１０における検出範囲として相対的に広い範囲である広範囲を指定するとともに、電圧検出部１１における検出範囲として相対的に狭い範囲である狭範囲を指定することができる。このようにすれば、電圧検出部１０によって従来と同程度の粗精度且つ従来と同程度のタイミングで各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得するとともに、電圧検出部１１によって例えば１００ｍｓ毎といった比較的長い周期毎に従来よりも高い精度で検出された各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得することができる。つまり、上記構成によれば、従来の電池監視に関するスケジュールを維持したまま、高精度な電圧検出をも行うことができる。
【0109】
組電池２を構成する複数の電池セルＣｂの電圧は、完全に一致しておらず、それぞれ異なる電圧値になっていることが多い。そのため、各電池セルＣｂについての適切な検出範囲は、同じとは限らず異なっている可能性がある。そこで、範囲指定部２５は、電池セルＣｂ毎に独立して検出範囲を指定することができる。このようにすれば、各電池セルＣｂのそれぞれについて適切な検出範囲を設定したうえで、電圧検出を行うことが可能となり、各電池セルＣｂの電圧検出の精度を一層向上することができる。
【0110】
範囲指定部２５は、電池セルＣｂの種類に基づいて検出範囲を指定することができる。例えば、範囲指定部２５は、互いに電圧範囲が異なる複数の電池セルＣｂのそれぞれについてＳＣ増幅回路１２、１５の出力電圧がＡＤＣ１３、１６の入力電圧範囲に収まるように検出範囲を切り替えることが可能であり、これによれば、複数種類の電池セルＣｂのそれぞれについて全電圧範囲において電圧検出が可能となる。
【0111】
電圧検出部１０、１１は、キャパシタＣ１１、Ｃ１２により電池セルＣｂの電圧をサンプリングし、キャパシタＣ１３～Ｃ１６を介してサンプリングされた電荷を転送することにより電池セルＣｂの電圧に対応した電圧を出力するものであり、増幅率およびオフセットを切り替え可能な構成のＳＣ増幅回路１２、１５を備え、ＳＣ増幅回路１２、１５の増幅率およびオフセットの一方または双方を切り替えることにより、範囲指定部２５により指定された検出範囲において電池セルＣｂの電圧を検出するようになっている。このような構成によれば、電圧検出部１０、１１における検出範囲を狭くするほど電圧の検出精度を高めることができる。
【0112】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図１４～図１６を参照して説明する。
＜全体構成＞
図１４に示すように、本実施形態の電池監視システム４１が備える電池監視装置４２は、第１実施形態の電池監視装置２に対し、電池監視ＩＣ５に代えて電池監視ＩＣ４３を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ４３は、電池監視ＩＣ５に対し、制御部８に代えて制御部４４を備えている点などが異なっている。制御部４４は、制御部８に対し、指令生成部４５が追加されている点、範囲指定部２５および特性設定部２６に代えて範囲指定部４６および特性設定部４７を備えている点などが異なっている。
以下、第２実施形態について図１４～図１６を参照して説明する。
＜全体構成＞
図１４に示すように、本実施形態の電池監視システム４１が備える電池監視装置４２は、第１実施形態の電池監視装置２に対し、電池監視ＩＣ５に代えて電池監視ＩＣ４３を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ４３は、電池監視ＩＣ５に対し、制御部８に代えて制御部４４を備えている点などが異なっている。制御部４４は、制御部８に対し、指令生成部４５が追加されている点、範囲指定部２５および特性設定部２６に代えて範囲指定部４６および特性設定部４７を備えている点などが異なっている。
【0113】
指令生成部４５は、電圧検出部１０および電圧検出部１１の一方または双方による電圧の検出結果に基づいて範囲指定指令および特性設定指令を生成する。指令生成部４５により生成される各指令は、第１実施形態においてＥＣＵ３により生成される各指令と同様のものとなっている。そのため、範囲指定部４６は、指令生成部４５により生成される範囲指定指令を受けて動作し、特性設定部４７は、指令生成部４５により生成される特性設定指令を受けて動作する。このように、電池監視ＩＣ４３の制御部４４は、ＥＣＵ３からのコマンドではなく、自身の判断に基づいて検出範囲の指定およびフィルタ特性の設定を行うようになっている。
【0114】
この場合、制御部４４は、検出範囲を広範囲とする通常動作による電圧検出を実施した後、その広範囲且つ粗精度での電圧検出の結果をレジスタ２８から読み出す。そして、制御部４４は、その読み出した電圧検出の結果に基づいて必要となるレンジを判断し、検出範囲を狭範囲とするＺＯＯＭ動作について適切な検出範囲およびフィルタ特性を設定する。その後、制御部４４は、上記したように設定した検出範囲およびフィルタ特性でＺＯＯＭ動作による電圧検出を実施する。以下、このような一連の動作のことを自走動作と称することとする。なお、ＺＯＯＭ動作におけるフィルタの特性については、ＥＣＵ３からのコマンドに基づいて設定するようにしてもよい。
【0115】
＜電池監視装置による動作の流れ＞
続いて、上記構成の電池監視装置４２により実行される動作の流れの一例について、図１５を参照して説明する。まず、ＥＣＵ３から「自走動作コマンド」が送信される。「自走動作コマンド」は、自走動作の実行を指令するコマンドである。電池監視装置４２は、「自走動作コマンド」を受信すると、前述した自走動作を開始する。この場合、自走動作が繰り返し実行される。すなわち、この場合、電池監視装置４２は、ＥＣＵ３からのコマンドの送信を必要とすることなく、検出範囲を広範囲とする通常動作による電圧検出、つまり「セル検出」と、検出範囲を狭範囲とするＺＯＯＭ動作による電圧検出、つまり「ＺＯＯＭ検出」と、を交互に且つ周期的に実行する。
続いて、上記構成の電池監視装置４２により実行される動作の流れの一例について、図１５を参照して説明する。まず、ＥＣＵ３から「自走動作コマンド」が送信される。「自走動作コマンド」は、自走動作の実行を指令するコマンドである。電池監視装置４２は、「自走動作コマンド」を受信すると、前述した自走動作を開始する。この場合、自走動作が繰り返し実行される。すなわち、この場合、電池監視装置４２は、ＥＣＵ３からのコマンドの送信を必要とすることなく、検出範囲を広範囲とする通常動作による電圧検出、つまり「セル検出」と、検出範囲を狭範囲とするＺＯＯＭ動作による電圧検出、つまり「ＺＯＯＭ検出」と、を交互に且つ周期的に実行する。
【0116】
電池監視装置４２は、このような自走動作により通常動作による電圧検出およびＺＯＯＭ動作による電圧検出を所定回数実行した後、ＥＣＵ３から「読出しコマンド」が与えられると、それらの所定回数の電圧の検出結果をレジスタ２８から読み出す。この場合、上記した所定回数の電圧の検出結果は、所定回数の電圧の検出値がデジタルフィルタ１４、１７を介して平均化された値としてレジスタ２８に格納されるようになっている。
【0117】
上述したような値の出力を実現するため、デジタルフィルタ１４、１７の具体的な構成としては、例えば図１６に示すような１次ＩＩＲフィルタ回路５１を採用することができる。なお、ＩＩＲは、Infinite Impulse Responseの略称である。１次ＩＩＲフィルタ回路５１は、入力Ｘと出力Ｙとの間に設けられた加算器５２、乗算器５３、５４および遅延器５５を備えている。このような構成を採用したデジタルフィルタ１４、１７によれば、所定回数の電圧の検出結果の移動平均を取ったような値を表す信号を出力することができる。
【0118】
以上説明した本実施形態の電池監視装置４２によっても、第１実施形態の電池監視装置４２と同様の動作を行うことができる。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、電池監視装置４２は、ＥＣＵ３からのコマンドを必要とすることなく、自身の判断に基づいて、ＺＯＯＭ動作における検出範囲およびフィルタ特性を様々な状況に応じて適切な値に設定することができる。
【0119】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。
【0120】
ＳＣ増幅回路１２、１５の具体的な構成としては、上記各実施形態において説明した者に限らずともよく、同様の機能を実現することができるような構成であれば適宜変更することができる。
電池監視装置としては、通常系の電圧検出部１０と診断系の電圧検出部１１とを備えたものに限らずともよく、１つの電圧検出部だけを備えた構成であってもよい。
電池監視装置としては、通常系の電圧検出部１０と診断系の電圧検出部１１とを備えたものに限らずともよく、１つの電圧検出部だけを備えた構成であってもよい。
【0121】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【0122】
２、４２…電池監視装置、３…電子制御装置、４…組電池、１２、１５…スイッチトキャパシタ増幅回路、１３、１６…Ａ／Ｄ変換器、１４、１７…デジタルフィルタ、２５…範囲指定部、２６…特性設定部、３２…転送回数切替部、３３…容量値切替部、３６…容量値切替部、４５…指令生成部、４６…範囲指定部、４７…特性設定部、Ｃ１１、Ｃ１２…キャパシタ、Ｃ１３～Ｃ１６…キャパシタ、Ｃｂ…電池セル。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】