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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】2024-06-17
(45)【発行日】2024-06-25
(54)【発明の名称】電池監視装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20240618BHJP
G01R 19/00 20060101ALI20240618BHJP
G01R 31/389 20190101ALI20240618BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20240618BHJP
H02J 7/02 20160101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 Y
G01R19/00 B
G01R31/389
H01M10/48 P
H01M10/48 301
H02J7/02 H
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020208507
(22)【出願日】2020-12-16
(65)【公開番号】P2022095276
(43)【公開日】2022-06-28
【審査請求日】2022-12-02
(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】松川 和生
【審査官】清水 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０６４６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０９３８８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６
Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８
Ｇ０１Ｒ １９／００
Ｇ０１Ｒ ３１／３８９
(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（２）を監視する電池監視装置（１、５１、６１、７１、８１）であって、前記複数の電池セルの電圧を検出する第１電圧検出部（１３）と、
冗長監視のために前記複数の電池セルの電圧を検出する第２電圧検出部（１４）と、
前記組電池に交流電流を印加する電流印加部（３０）と、
前記電流印加部により前記組電池に交流電流が印加される期間における前記複数の電池セルの電圧を検出する第３電圧検出部（１５、６３）と、
前記電池セルのインピーダンスを算出する算出部（３４）と、
を備え、
前記電流印加部は、
前記組電池の両端子間に直列に接続された負荷素子（６）、スイッチング素子（７）およびシャント抵抗（Ｒｓｈ）と、
所望する周波数を有する前記交流電流が前記組電池に印加されるように前記スイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部（２９、７４、８５）と、
を備え、
前記算出部は、
前記シャント抵抗の端子電圧に基づいて複数の前記電池セルに流れる電流を検出する電流検出部（３３）を備え、
前記第３電圧検出部により検出される前記複数の電池セルの電圧値および前記電流検出部により検出される前記複数の電池セルの電流値に基づいて前記インピーダンスを算出し、
前記駆動制御部は、
所望する周波数を有する交流信号をパルス幅変調することにより前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するＰＷＭ変調器（３５）と、
所望する周波数を有する交流信号をパルス粗密変調することにより前記駆動信号を生成するＰＤＭ変調器（３６）と、
前記ＰＷＭ変調器により生成される前記駆動信号により前記スイッチング素子を駆動する第１駆動状態と前記ＰＤＭ変調器により生成される前記駆動信号により前記スイッチング素子を駆動する第２駆動状態とのいずれかに切り替える切替部（３７）と、
を備える電池監視装置。
【請求項2】
前記切替部は、前記交流信号の周波数が所定の閾値周波数を超える場合には前記第１駆動状態に切り替えるとともに、前記交流信号の周波数が前記閾値周波数以下である場合には前記第２駆動状態に切り替える請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項3】
前記切替部は、前記組電池に印加される前記交流電流の直流成分が所定の閾値電流を超える場合には前記第２駆動状態に切り替えるとともに、前記交流電流の直流成分が前記閾値電流以下である場合には前記第１駆動状態に切り替える請求項１または２に記載の電池監視装置。
【請求項4】
前記切替部は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて前記交流電流の直流成分を検出するようになっている請求項３に記載の電池監視装置。
【請求項5】
さらに、前記負荷素子または前記電池セルの温度を検出する温度検出部（８４）を備え、前記切替部は、前記温度検出部により検出される温度に基づいて前記交流電流の直流成分を推定するようになっている請求項３に記載の電池監視装置。
【請求項6】
前記電流検出部は、前記シャント抵抗の端子電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号に対し、前記交流信号と同じ周波数を有するＳＩＮ波信号およびＣＯＳ波信号をそれぞれ乗算することにより２つの乗算後信号を生成し、それら２つの乗算後信号のそれぞれについて積分フィルタ（４０、４１）を介して積分することにより前記複数の電池セルに流れる電流の検出値に対応した信号の実数部および虚数部を検出する直交ロックイン検出部（３２）と、
を備え、
前記積分フィルタの動作周期は、前記交流信号の周期の整数倍の周期となっている請求項１から５のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項7】
前記ＰＤＭ変調器により生成される前記駆動信号は、Return to Zeroの信号となっている請求項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】
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、前記電池セルを放電するための放電用抵抗（Ｒｃｂ）を介して前記電池セルの低電位側端子に接続される第１接続端子（Ｓ１～Ｓ２４）と、前記放電用抵抗を介して前記組電池において最も高電位側に設けられる前記電池セルである最上位電池セル（Ｃｂ２４）の高電位側端子に接続される第２接続端子（Ｓ２５）と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、第１フィルタ用抵抗（Ｒｐ）を介して前記電池セルの高電位側端子に接続される第３接続端子（Ｖ１～Ｖ２４）と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、第２フィルタ用抵抗（Ｒｓ）を介して前記電池セルの低電位側端子に接続される第４接続端子（Ｗ１～Ｗ２４）と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルに接続される前記第１接続端子と対応する前記電池セルに接続される前記第３接続端子との間に接続される第１フィルタ用容量（Ｃｐ）と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、前記最上位電池セルを除く前記電池セル（Ｃｂ１～Ｃｂ２３）については対応する前記電池セルの上段側に隣接する前記電池セルに接続される前記第１接続端子と対応する前記電池セルに接続される前記第４接続端子との間に接続されるとともに、前記最上位電池セルについては前記第２接続端子と前記最上位電池セルに接続される前記第４接続端子との間に接続される第２フィルタ容量（Ｃｓ）と、
を備え、
前記第１電圧検出部は、検出対象の前記電池セルに対応する前記第１接続端子および前記第３接続端子を介して電圧を検出し、
前記第２電圧検出部は、前記最上位電池セルを除く前記電池セルについては、検出対象の前記電池セルの上段側に隣接する前記電池セルに対応する前記第１接続端子および検出対象の前記電池セルに対応する前記第４接続端子を介して電圧を検出し、前記最上位電池セルについては、前記第２接続端子および前記最上位電池セルに対応する前記第４接続端子を介して電圧を検出し、
前記第３電圧検出部は、前記最上位電池セルを除く前記電池セルについては、検出対象の前記電池セルの上段側に隣接する前記電池セルに対応する前記第１接続端子および検出対象の前記電池セルに対応する前記第１接続端子を介して電圧を検出し、前記最上位電池セルについては、前記第２接続端子および前記最上位電池セルに対応する前記第１接続端子を介して電圧を検出する請求項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】
前記第３電圧検出部は、前記第１接続端子および前記第２接続端子の各電圧を入力し、それら入力された電圧のうち検出対象の前記電池セル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出力するマルチプレクサ（２５）と、
前記マルチプレクサの出力電圧が入力される抵抗および容量を備えたフィルタ（２２）と、
を備え、
前記フィルタの出力電圧に基づいて前記電池セルの電圧を検出する請求項８に記載の電池監視装置。
【請求項10】
少なくとも前記第１電圧検出部、前記第２電圧検出部および前記算出部は、半導体集積回路として構成されており、前記フィルタを構成する前記抵抗および前記容量のうち少なくとも一部は、前記半導体集積回路の外部に設けられる外付けの素子により構成される請求項９に記載の電池監視装置。
【請求項11】
前記第３電圧検出部は、前記フィルタの出力電圧を入力し、その入力された電圧にオフセットを付与するとともに増幅する増幅部（２３）と、
前記増幅部の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（２０、６４）と、
前記第１電圧検出部および前記第２電圧検出部のうち少なくとも一方の電圧の検出結果に基づいて前記増幅部における増幅率およびオフセットの量を制御するオフセット制御部（２６）と、
を備える請求項９または１０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】
電池監視装置は、各電池セルのＳＯＣを推定する機能、各電池セルの劣化状態を推定する機能、各電池セルの電圧を均等化する機能などを備えている。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。電池監視装置では、これらの機能などを実現するため、電池セルの電圧を検出する電圧検出部が設けられている。上記した電池セルの劣化状態は、交流インピーダンス法により推定することができる。
【0003】
交流インピーダンス法では、組電池の端子間に例えば１０Ｈｚ～５ｋＨｚ程度の周波数を有する交流電流が印加された際における電池セルに流れる電流を検出し、その電流の検出値および電池セルの電圧の検出値に基づいて周波数毎のインピーダンスが算出され、それら周波数毎のインピーダンスに基づいて電池セルの劣化状態が推定される。そのため、従来の電池監視装置には、特許文献１に開示されるように、組電池の端子間に交流電流を印加するための構成である電流印加部、電池セルに流れる電流を検出するための構成である電流検出部などが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１３－６４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の電池監視装置における電流印加部の具体的な構成例として、組電池の両端子間に直列に接続された負荷素子およびスイッチング素子と、上記した交流電流が組電池に印加されるようにスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部と、を備えた構成を挙げることができる。この場合、スイッチング素子を駆動するための駆動信号は、所望する周波数を有する交流信号をパルス幅変調することにより生成することが一般的である。
【0006】
しかしながら、このような構成では、特に交流電流の周波数が比較的低い周波数となる低周波測定時、駆動信号のパルスが時間的に集中し易くなり、その結果、負荷素子、スイッチング素子などに発熱の時間的集中が生じる。このような発熱の時間的集中が生じると、動作の安全性が低下するといった問題、負荷素子の温度による特性変動に起因するインピーダンスの測定誤差が生じるといった問題などが生じるおそれがある。
【0007】
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冗長監視を行うとともに、インピーダンスの算出における動作の安全性および算出精度を良好に維持す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】
【0008】
請求項１に記載の電池監視装置（１、５１、６１、７１、８１）は、複数の電池セル（Ｃｂ）が直列接続された構成の組電池（２）を監視するものであって、複数の電池セルの電圧を検出する第１電圧検出部（１３）と、冗長監視のために複数の電池セルの電圧を検出する第２電圧検出部（１４）と、組電池に交流電流を印加する電流印加部（３０）と、電流印加部により組電池に交流電流が印加される期間における複数の電池セルの電圧を検出する第３電圧検出部（１５、６３）と、電池セルのインピーダンスを算出する算出部（３４）と、を備える。
【0009】
電流印加部は、組電池の両端子間に直列に接続された負荷素子（６）、スイッチング素子（７）およびシャント抵抗（Ｒｓｈ）と、所望する周波数を有する交流電流が組電池に印加されるようにスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部（２９、７４、８５）と、を備える。算出部は、シャント抵抗の端子電圧に基づいて複数の電池セルに流れる電流を検出する電流検出部（３３）を備え、第３電圧検出部により検出される複数の電池セルの電圧値および電流検出部により検出される複数の電池セルの電流値に基づいてインピーダンスを算出する。駆動制御部は、ＰＷＭ変調器（３５）、ＰＤＭ変調器（３６）および切替部（３７）を備える。
【0010】
ＰＷＭ変調器は、所望する周波数を有する交流信号をパルス幅変調することによりスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する。ＰＤＭ変調器は、所望する周波数を有する交流信号をパルス粗密変調することにより駆動信号を生成する。切替部は、ＰＷＭ変調器により生成される駆動信号によりスイッチング素子を駆動する第１駆動状態とＰＤＭ変調器により生成される駆動信号によりスイッチング素子を駆動する第２駆動状態とのいずれかに切り替える。
【0011】
このような構成によれば、複数の電池セルの電圧を検出する構成として、第１電圧検出部に加え、第２電圧検出部が設けられていることから、電池セルの電圧の冗長監視が可能となる。また、上記構成では、インピーダンス算出のために組電池に交流電流を流す際、交流信号をパルス幅変調することにより生成される駆動信号によりスイッチング素子が駆動される第１駆動状態および交流信号をパルス粗密変調することにより生成される駆動信号によりスイッチング素子が駆動される第２駆動状態のうちいずれかを選択することが可能となる。
【0012】
交流信号をパルス粗密変調することにより駆動信号を生成する場合、低周波測定時、駆動信号のパルスが時間的に集中し難くなる。そのため、上記構成では、低周波測定時、第２駆動状態を選択することにより、駆動信号のパルスの時間的集中、ひいては発熱の時間的集中を避けることができ、その結果、インピーダンス算出における動作の安全性および算出精度を良好に維持することができるという優れた効果が得られる。
【0013】
請求項２に記載の電池監視装置において、電流検出部は、シャント抵抗の端子電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器（３１）と、直交ロックイン検出部（３２）と、を備える。直交ロックイン検出部は、Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号に対し、交流信号と同じ周波数を有するＳＩＮ波信号およびＣＯＳ波信号をそれぞれ乗算することにより２つの乗算後信号を生成し、それら２つの乗算後信号のそれぞれについて積分フィルタ（４０、４１）を介して積分することにより複数の電池セルに流れる電流の検出値に対応した信号の実数部および虚数部を検出する。
【0014】
駆動信号は、ＰＷＭ変調器およびＰＤＭ変調器のいずれにより生成される場合にも矩形波の信号となることから高調波成分を含む。このような駆動信号に含まれる高調波成分は、直交ロックイン検出部における検出誤差に繋がるおそれがある。そこで、上記構成では、積分フィルタの動作周期は、交流信号の周期の整数倍の周期となっている。このようにすれば、高調波成分を積分フィルタのノッチと一致させることが可能となり、大きな減衰特性を得ることができる。したがって、上記構成によれば、検出誤差となる駆動信号の高調波成分を大きく減衰することが可能となるため、直交ロックイン検出部による検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態に係る電池監視装置の構成を模式的に示す図
【図2】第１実施形態に係る駆動制御部の具体的な構成例を示す図
【図3】第１実施形態に係る交流信号およびＰＷＭ変調器により生成される駆動信号の一例を示す図
【図4】第１実施形態に係る交流信号およびＰＤＭ変調器により生成される駆動信号の一例を示す図
【図5】第１実施形態に係る直交ロックイン検出部の具体的な構成例を示す図
【図6】第１実施形態に係る積分フィルタの特性および駆動信号のスペクトルの一例を示す図
【図7】第１実施形態に係るＰＤＭ変調器により生成されるＮＲＺの信号の駆動信号およびその非理想成分の波形の一例を示す図
【図8】第１実施形態に係るＰＤＭ変調器により生成されるＲＺの信号の駆動信号およびその非理想成分の波形の一例を示す図
【図9】第２実施形態に係る電池監視装置の構成を模式的に示す図
【図10】第３実施形態に係る電池監視装置の構成を模式的に示す図
【図11】第４実施形態に係る電池監視装置の構成を模式的に示す図
【図12】ＰＷＭとＰＤＭとの特徴を説明するための図
【図13】ＰＷＭとＰＤＭとの周波数スペクトルの一例を示す図
【図14】第４実施形態の変形例に係る切替処理の流れを示す図
【図15】第５実施形態に係る電池監視装置の構成を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【0016】
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８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８を参照して説明する。
【0017】
＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の電池監視装置１は、組電池２の電圧などの各種状態を検出して組電池２の状態を監視する装置であり、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ＩＣ３と、電池監視ＩＣ３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２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。
図１に示すように、本実施形態の電池監視装置１は、組電池２の電圧などの各種状態を検出して組電池２の状態を監視する装置であり、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ＩＣ３と、電池監視ＩＣ３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２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。
【0018】
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。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つの電池セル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２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。
【0019】
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。これら４つの電池セルＣｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ２３、Ｃｂ２４のそれぞれに対応して電池監視装置１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。
【0020】
＜外付け素子の構成＞
まず、電池監視ＩＣ３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Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ２５に接続されているとともに、抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖを介して接続端子Ｖ２４に接続されている。電池セルＣｂ２４の高電位側端子と抵抗Ｒｃｂとの間には、抵抗Ｒｐおよび容量Ｃｐが直列接続されている。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Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ２４に接続されているとともに、抵抗Ｒｓを介して接続端子Ｗ２４に接続されている。
まず、電池監視ＩＣ３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Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ２５に接続されているとともに、抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖを介して接続端子Ｖ２４に接続されている。電池セルＣｂ２４の高電位側端子と抵抗Ｒｃｂとの間には、抵抗Ｒｐおよび容量Ｃｐが直列接続されている。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Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ２４に接続されているとともに、抵抗Ｒｓを介して接続端子Ｗ２４に接続されている。
【0021】
また、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Ｒｐおよび抵抗Ｒｖを介して接続端子Ｖ２３に接続されている。電池セルＣｂ２４の高電位側端子と接続端子Ｗ２４との間には、容量Ｃｓが接続されている。電池セルＣｂ２４の低電位側端子と、抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖの共通接続ノードであるノードＮ１との間には、容量Ｃｐが接続されている。
【0022】
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Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ２３に接続されているとともに、抵抗Ｒｓを介して接続端子Ｗ２３に接続されている。また、電池セルＣｂ２３の低電位側端子および電池セルＣｂ２２の高電位側端子は、抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖを介して接続端子Ｖ２２に接続されている。電池セルＣｂ２３の高電位側端子と接続端子Ｗ２３との間には、容量Ｃｓが接続されている。電池セルＣｂ２３の低電位側端子と抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖの共通接続ノードであるノードＮ１との間には、容量Ｃｐが接続されている。
【0023】
図示しない電池セルＣｂ３の低電位側端子および電池セルＣｂ２の高電位側端子は、抵抗Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ３に接続されているとともに、抵抗Ｒｓを介して接続端子Ｗ３に接続されている。また、電池セルＣｂ３の低電位側端子および電池セルＣｂ２の高電位側端子は、抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖを介して接続端子Ｖ２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Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ２に接続されているとともに、抵抗Ｒｓを介して接続端子Ｗ２に接続されている。
【0024】
また、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Ｒｐおよび抵抗Ｒｖを介して接続端子Ｖ１に接続されている。電池セルＣｂ２の高電位側端子と接続端子Ｗ２との間には、容量Ｃｓが接続されている。電池セルＣｂ２の低電位側端子と抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖの共通接続ノードであるノードＮ１との間には、容量Ｃｐが接続されている。
【0025】
電池セルＣｂ１の低電位側端子は、抵抗Ｒｃｂを介して接続端子Ｓ１に接続されているとともに、抵抗Ｒｓを介して接続端子Ｗ１に接続されている。電池セルＣｂ１の高電位側端子と接続端子Ｗ１との間には、容量Ｃｓが接続されている。電池セルＣｂ１の低電位側端子と抵抗Ｒｐおよび抵抗Ｒｖの共通接続ノードであるノードＮ１との間には、容量Ｃｐが接続されている。
【0026】
上記構成において、接続端子Ｓ１～Ｓ２４は、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、抵抗Ｒｃｂを介して電池セルＣｂの低電位側端子に接続される第１接続端子として機能する。抵抗Ｒｃｂは、均等化の際に電池セルＣｂを放電するための放電用抵抗である。抵抗Ｒｃｂは、均等化時の電流制限抵抗として機能するため、その抵抗値は、他の抵抗の抵抗値に比べて小さい値、具体的には例えば数十Ω程度となっている。接続端子Ｓ２５は、抵抗Ｒｃｂを介して組電池２において最も高電位側に設けられる最上位電池セルである電池セルＣｂ２４の高電位側端子に接続される第２接続端子として機能する。
【0027】
接続端子Ｖは、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、抵抗Ｒｐを介して電池セルＣｂの高電位側端子に接続される第３接続端子として機能する。抵抗Ｒｐは、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた第１フィルタ用抵抗として機能する。容量Ｃｐは、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セルＣｂに接続される接続端子Ｓと対応する電池セルＣｂに接続される接続端子Ｖとの間に接続される第１フィルタ用容量として機能する。この場合、抵抗Ｒｐおよび容量Ｃｐにより、いわゆるＬ型のＬＰＦであるフィルタ４が構成されている。つまり、この場合、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応するようにフィルタ４が設けられている。
【0028】
接続端子Ｗは、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられ、抵抗Ｒｓを介して電池セルＣｂの低電位側端子に接続される第４接続端子として機能する。抵抗Ｒｓは、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた第２フィルタ用抵抗として機能する。容量Ｃｓは、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応して設けられた第２フィルタ用容量Ｃｓとして機能する。
【0029】
最上位電池セルを除く電池セルＣｂ１～Ｃｂ２３に対応する容量Ｃｓは、対応する電池セルＣｂの上段側に隣接する電池セルＣｂに接続される接続端子Ｓと、対応する電池セルＣｂに接続される接続端子Ｗとの間に接続される。最上位電池セルである電池セルＣｂ２４に対応する容量Ｃｓは、接続端子Ｓ２５と電池セルＣｂ２４に接続される接続端子Ｗ２４との間に接続される。この場合、抵抗Ｒｓおよび容量Ｃｓにより、いわゆるＬ型のＬＰＦであるフィルタ５が構成されている。つまり、この場合、複数の電池セルＣｂのそれぞれに対応するようにフィルタ５が設けられている。
【0030】
直流電源線Ｌ１、Ｌ２間、つまり組電池２の両端子間には、負荷素子６、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタであるスイッチング素子７およびシャント抵抗Ｒｓｈが直列に接続されている。負荷素子６の一方の端子は直流電源線Ｌ１に接続され、その他方の端子はスイッチング素子７のドレインに接続されている。スイッチング素子７のソースは、シャント抵抗Ｒｓｈを介して直流電源線Ｌ２に接続されている。スイッチング素子７のゲートは、端子８に接続されている。この場合、負荷素子６は、電池セルＣｂを温めるためのＰＴＣヒータを流用する形で構成されている。
【0031】
シャント抵抗Ｒｓｈの各端子は、それぞれ抵抗Ｒｚａを介して端子９、１０に接続されている。端子９、１０間には、容量Ｃｚａが接続されている。２つの抵抗Ｒｚａおよび容量Ｃｚａにより、いわゆるパイ型のＬＰＦであるフィルタ１１が構成されている。外付け容量接続用の端子Ｃ１、Ｃ２間には、容量Ｃｚｂが接続されている。
【0032】
＜電池監視ＩＣの内部の構成＞
続いて、電池監視ＩＣ３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Ｒｃｂ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１２により制御される。制御部１２は、外部との通信のための通信Ｉ／Ｆ、各種のデータを格納するためのレジスタなどを含む構成であり、電池監視ＩＣ３の動作全般を制御する。なお、Ｉ／Ｆは、インターフェースの略称である。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ＩＣ３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Ｒｃｂ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１２により制御される。制御部１２は、外部との通信のための通信Ｉ／Ｆ、各種のデータを格納するためのレジスタなどを含む構成であり、電池監視ＩＣ３の動作全般を制御する。なお、Ｉ／Ｆは、インターフェースの略称である。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。
【0033】
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Ｓ２５および接続端子Ｓ２４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Ｓ２４および接続端子Ｓ２３の間に接続されている。図示しない電池セルＣｂ２２に対応する均等化スイッチＳＷ２２は、接続端子Ｓ２３および図示しない接続端子Ｓ２２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Ｓ３および接続端子Ｓ２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Ｓ２および接続端子Ｓ１の間に接続されている。
【0034】
電池監視ＩＣ３は、いずれも複数の電池セルＣｂの電圧を検出する第１電圧検出部１３、第２電圧検出部１４および第３電圧検出部１５という３つの電圧検出部を備えている。第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４は、各電池セルＣｂのＳＯＣの推定、均等化の処理などを実行するために電圧計測を行うものである。つまり、この場合、ＳＯＣの推定、均等化の処理などを実行するために電圧計測を行う構成が冗長化されている。
【0035】
第１電圧検出部１３は、主計測を行うものであり、マルチプレクサ１６およびＡ／Ｄ変換器１７を備えている。第１電圧検出部１３は、検出対象の電池セルＣｂに対応する接続端子Ｓ１～Ｓ２４および接続端子Ｖ１～Ｖ２４を介して電圧を検出する。第１電圧検出部１３は、このような検出動作を実現するため、次のような構成を備えている。すなわち、マルチプレクサ１６は、接続端子Ｓ１～Ｓ２４および接続端子Ｖ１～Ｖ２４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。
【0036】
具体的には、ＭＵＸ１６は、次のような選択動作を実行する。すなわち、ＭＵＸ１６は、検出対象の電池セルＣｂの末尾に付与される数字をｎとして一般化したとき、接続端子Ｖｎの電圧および接続端子Ｓｎの電圧を選択して出力する。例えば、検出対象が電池セルＣｂ２４である場合には接続端子Ｖ２４、Ｓ２４の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ２３である場合には接続端子Ｖ２３、Ｓ２３の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ２である場合には接続端子Ｖ２、Ｓ２の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ１である場合には接続端子Ｖ１、Ｓ１の各電圧が出力される。
【0037】
Ａ／Ｄ変換器１７は、ＭＵＸ１６から出力される電圧を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。なお、本明細書では、Ａ／Ｄ変換器のことをＡＤＣと省略することがある。ＡＤＣ１７から出力されるデジタル信号は、第１電圧検出部１３による電圧の検出結果を表す信号であり、デジタルフィルタ１８に与えられている。デジタルフィルタ１８は、ＡＤＣ１７から出力されるデジタル信号を入力し、その高周波成分を除去するＬＰＦとして機能する。
【0038】
デジタルフィルタ１８は、一般的なデジタルフィルタと同様に折り返しが生じるが、前述したフィルタ４などがアンチエイリアスフィルタとして機能することにより、その折り返しが抑制されている。デジタルフィルタ１８のカットオフ周波数は、電池セルＣｂに発生するノイズの周波数などに応じて任意の値に設定することができる。デジタルフィルタ１８の出力信号は、制御部１２に与えられている。制御部１２は、デジタルフィルタ１８の出力信号に基づいて各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得する。上記した構成の第１電圧検出部１３による電圧の検出動作は、常時行われる。
【0039】
第２電圧検出部１４は、冗長監視のために副計測を行うものであり、ＭＵＸ１９およびＡＤＣ２０を備えている。第２電圧検出部１４は、最上位電池セルである電池セルＣｂ２４を除く電池セルＣｂ１～Ｃｂ２３については、検出対象の電池セルＣｂの上段側に隣接する電池セルＣｂに対応する接続端子Ｓおよび検出対象の電池セルＣｂに対応する接続端子Ｗを介して電圧を検出する。第２電圧検出部１４は、最上位電池セルである電池セルＣｂ２４については、接続端子Ｓ２５および電池セルＣｂ２４に対応する接続端子Ｗ２４を介して電圧を検出する。第２電圧検出部１４は、このような検出動作を実現するため、次のような構成を備えている。
【0040】
すなわち、ＭＵＸ１９は、接続端子Ｓ２～Ｓ２５および接続端子Ｗ１～Ｗ２４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出力する。具体的には、ＭＵＸ１９は、次のような選択動作を実行する。すなわち、ＭＵＸ１９は、検出対象の電池セルＣｂの末尾に付与される数字をｎとして一般化したとき、接続端子Ｓｎ＋１の電圧および接続端子Ｗｎの電圧を選択して出力する。
【0041】
例えば、検出対象が電池セルＣｂ２４である場合には接続端子Ｓ２５、Ｗ２４の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ２３である場合には接続端子Ｓ２４、Ｗ２３の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ２である場合には接続端子Ｓ３、Ｗ２の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ１である場合には接続端子Ｓ２、Ｗ１の各電圧が出力される。
【0042】
ＭＵＸ１９から出力される電圧は、セレクタ２１に入力されている。セレクタ２１には、後述する第３電圧検出部１５が備えるフィルタ２２の出力電圧も入力されている。セレクタ２１は、第２電圧検出部１４による検出動作が行われる期間には第２電圧検出部１４のＭＵＸ１９から出力される電圧を選択して出力し、第３電圧検出部１５による検出動作が行われる期間には第３電圧検出部１５のフィルタ２２の出力電圧を選択して出力するようになっている。
【0043】
セレクタ２１から出力される電圧は、後述する第３電圧検出部１５が備える増幅部２３に入力されている。増幅部２３は、例えばゲインアンプであり、オフセットおよびゲインを切り替えて設定することができる構成となっている。増幅部２３では、第２電圧検出部１４による検出動作が行われる期間、オフセットが「０」に設定されるとともにゲインが「１」に設定されるようになっている。
【0044】
ＡＤＣ２０は、増幅部２３から出力される電圧を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。ＡＤＣ２０から出力されるデジタル信号は、制御部１２に与えられている。制御部１２は、ＡＤＣ２０から出力されるデジタル信号に基づいて各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得する。上記した構成の第２電圧検出部１４による電圧の検出動作は、断続的に行われる。
【0045】
第１電圧検出部１３のＡＤＣ１７から出力されるデジタル信号および第２電圧検出部１４のＡＤＣ２０から出力されるデジタル信号は、減算器２４に入力されている。減算器２４は、ＡＤＣ１７から出力されるデジタル信号が表すデジタル値からＡＤＣ２０から出力されるデジタル信号が表すデジタル値を減算した値を表す信号を出力する。減算器２４の出力信号は、第１電圧検出部１３により検出された電圧と第２電圧検出部１４により検出された電圧との差に対応する誤差電圧を表す信号となる。減算器２４の出力信号は、制御部１２に与えられている。制御部１２は、減算器２４の出力信号に基づいて、ＳＯＣの推定、均等化の処理などを実行するために電圧計測を行う構成に関連する故障を診断する。
【0046】
第３電圧検出部１５は、各電池セルＣｂの劣化状態の推定、つまり各電池セルＣｂのインピーダンスの算出を実行するために電圧計測を行うものであり、組電池２に後述する交流電流が印加される期間における複数の電池セルＣｂの電圧を検出する。第３電圧検出部１５は、ＭＵＸ２５、フィルタ２２、増幅部２３、オフセット制御部２６およびＡＤＣ２０を備えている。この場合、ＡＤＣ２０は、第２電圧検出部１４と共用されている。第３電圧検出部１５は、最上位電池セルである電池セルＣｂ２４を除く電池セルＣｂ１～Ｃｂ２３については、検出対象の電池セルＣｂの上段側に隣接する電池セルＣｂに対応する接続端子Ｓおよび検出対象の電池セルＣｂに対応する接続端子Ｓを介して電圧を検出する。
【0047】
第３電圧検出部１５は、最上位電池セルである電池セルＣｂ２４については、接続端子Ｓ２５および電池セルＣｂ２４に対応する接続端子Ｓ２４を介して電圧を検出する。第３電圧検出部１５は、このような検出動作を実現するため、次のような構成を備えている。すなわち、ＭＵＸ２５は、接続端子Ｓ１～Ｓ２５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出力する。具体的には、ＭＵＸ２５は、次のような選択動作を実行する。
【0048】
すなわち、ＭＵＸ２５は、検出対象の電池セルＣｂの末尾に付与される数字をｎとして一般化したとき、接続端子Ｓｎ＋１の電圧および接続端子Ｓｎの電圧を選択して出力する。例えば、検出対象が電池セルＣｂ２４である場合には接続端子Ｓ２５、Ｓ２４の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ２３である場合には接続端子Ｓ２４、Ｓ２３の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ２である場合には接続端子Ｓ３、Ｓ２の各電圧が出力され、検出対象が電池セルＣｂ１である場合には接続端子Ｓ２、Ｓ１の各電圧が出力される。
【0049】
ＭＵＸ２５の各出力端子は、それぞれ抵抗Ｒｚｂを介してセレクタ２１の各入力端子に接続されている。セレクタ２１の各入力端子間には、前述した外付けの素子である容量Ｃｚｂが接続されている。２つの抵抗Ｒｚｂおよび容量Ｃｚｂにより、いわゆるパイ型のＬＰＦであるフィルタ２２が構成されている。抵抗Ｒｚａおよび抵抗Ｒｚａとして互いに抵抗値が同一のものを用いるとともに、容量Ｃｚｂおよび抵抗Ｒｚｂとして互いに静電容量値が同一のものを用いることが最も望ましい。また、これら各抵抗値が同一でない場合、またはこれら各静電容量値が同一でない場合であっても、抵抗Ｒｚａおよび容量Ｃｚａの積と抵抗Ｒｚｂおよび容量Ｃｚｂの積が等しくなるように各素子の定数を選定すればよい。これら最も望ましい定数選定方法、およびそれに次いで望ましい定数選定方法によれば、フィルタ１１およびフィルタ２２のカットオフ周波数同一にすることができる。なお、上記した抵抗と容量の積を等しくすることができない場合、電圧測定系と電流測定系のそれぞれの特性を測定し、その測定結果に基づいて補正することが望ましい。このように、ＭＵＸ２５の出力電圧は、抵抗Ｒｚｂおよび容量Ｃｚｂを備えたフィルタ２２に入力されている。フィルタ２２の出力電圧は、セレクタ２１に入力されている。
【0050】
セレクタ２１の後段に接続された増幅部２３は、第３電圧検出部１５による検出動作が行われる期間、フィルタ２２の出力電圧を入力し、その入力された電圧にオフセットを付与するとともに増幅する。増幅部２３における増幅率および増幅部２３により付与されるオフセットの量は、オフセット制御部２６により制御される。オフセット制御部２６には、ＡＤＣ１７から出力されるデジタル信号が与えられている。
【0051】
オフセット制御部２６は、第１電圧検出部１３による電圧の検出結果に基づいて増幅部２３における増幅率およびオフセットの量を制御する。第３電圧検出部１５は、高精度な交流インピーダンスを測定するために、微小な交流電圧を測定する必要がある。そのため、所定の電池セルＣｂの電圧に対応したフィルタ２２の出力電圧からＤＣ値を引いた後に増幅して信号とノイズの比であるＳ／Ｎ比を向上させるようになっている。所定の電池セルＣｂのＤＣ値は、第１電圧検出部１３による電圧の検出結果に基づいて知ることが可能である。そこで、オフセット制御部２６は、このような点を考慮して増幅部２３における増幅率およびオフセットの量を制御するようになっている。
【0052】
前述したように、ＡＤＣ２０は、増幅部２３から出力される電圧を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。上記した構成の第３電圧検出部１５による電圧の検出動作は、インピーダンスを算出する際に行われる。ＡＤＣ２０から出力されるデジタル信号は、直交ロックイン検出部２７に与えられている。直交ロックイン検出部２７には、ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８から出力されるＳＩＮ波信号およびＣＯＳ波信号が与えられている。
【0053】
ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８は、制御部１２から与えられる指令に基づいて、所望する周波数を有する交流信号であるＳＩＮ波信号およびＣＯＳ波信号を生成して出力する。直交ロックイン検出部２７は、例えばロックインアンプであり、ＡＤＣ２０から出力されるデジタル信号、つまり複数の電池セルＣｂの電圧の検出値に対応したデジタル信号の実数部および虚数部を検出する。直交ロックイン検出部２７による検出結果を表す信号は、制御部１２に与えられている。制御部１２は、直交ロックイン検出部２７から出力される信号に基づいて、インピーダンスの算出に用いるための各電池セルＣｂの電圧の検出値を取得する。
【0054】
駆動制御部２９は、所望する周波数を有する交流電流、つまり励起電流が組電池２に印加されるようにスイッチング素子７の駆動を制御する。駆動制御部２９は、前述した外付けの素子である負荷素子６、スイッチング素子７およびシャント抵抗Ｒｓｈとともに、組電池２に交流電流を印加する電流印加部３０を構成する。駆動制御部２９には、ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８から出力されるＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号が与えられている。駆動制御部２９は、ＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号に基づいて、スイッチング素子７を駆動するための駆動信号、つまり励起信号を生成する。この場合、駆動信号は、矩形波の信号となる。駆動制御部２９から出力される駆動信号は、端子８を介してスイッチング素子７のゲートに与えられている。
【0055】
ＡＤＣ３１は、フィルタ１１および端子９、１０を介して入力されるシャント抵抗Ｒｓｈの端子電圧を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。ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号は、直交ロックイン検出部３２に与えられている。ＡＤＣ３１および直交ロックイン検出部３２は、シャント抵抗Ｒｓｈの端子電圧に基づいて複数の電池セルＣｂに流れる電流を検出する電流検出部３３を構成する。
【0056】
直交ロックイン検出部３２は、例えばロックインアンプであり、ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号、つまり複数の電池セルＣｂに流れる電流の検出値に対応したデジタル信号の実数部および虚数部を検出する。直交ロックイン検出部３２による検出結果を表す信号は、制御部１２に与えられている。制御部１２は、直交ロックイン検出部３２から出力される信号に基づいて、インピーダンスの算出に用いるための各電池セルＣｂの電流の検出値を取得する。
【0057】
制御部１２は、上記したようにして取得した各電池セルＣｂの電圧の検出値および各電池セルＣｂの電流の検出値に基づいて、言い換えると、第３電圧検出部１５により検出される複数の電池セルＣｂの電圧値および電流検出部３３により検出される複数の電池セルＣｂの電流値に基づいて、電池セルＣｂのインピーダンスを算出する。この場合、制御部１２は、電流検出部３３とともに算出部３４を構成する。
【0058】
上記したように、本実施形態の電池監視装置１において、第１電圧検出部１３、第２電圧検出部１４、第３電圧検出部１５の一部および算出部３４などは、電池監視ＩＣ３に内蔵されている、つまりＩＣとして構成されている。また、本実施形態の構成において、第３電圧検出部１５の一部、具体的には第３電圧検出部１５が備えるフィルタ２２を構成する容量Ｃｚｂは、電池監視ＩＣ３の外部に設けられる外付けの素子により構成されている。
【0059】
＜駆動制御部の具体的な構成＞
駆動制御部２９の具体的な構成としては、例えば図２に示すような構成を採用することができる。図２に示すように、駆動制御部２９は、ＰＷＭ変調器３５、ＰＤＭ変調器３６および切替部３７を備えている。前述したように、駆動制御部２９には、ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８から出力される交流信号であるＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号が与えられるが、ここでは、駆動制御部２９にＳＩＮ波信号が与えられているものとする。
駆動制御部２９の具体的な構成としては、例えば図２に示すような構成を採用することができる。図２に示すように、駆動制御部２９は、ＰＷＭ変調器３５、ＰＤＭ変調器３６および切替部３７を備えている。前述したように、駆動制御部２９には、ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８から出力される交流信号であるＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号が与えられるが、ここでは、駆動制御部２９にＳＩＮ波信号が与えられているものとする。
【0060】
ＰＷＭ変調器３５は、ＳＩＮ波信号をパルス幅変調することによりスイッチング素子７を駆動するための駆動信号を生成する。なお、ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。ＰＷＭ変調器３５により生成された駆動信号は、例えば図３に示すように、ＳＩＮ波信号の振幅に応じてパルス幅が変化する信号となっており、切替部３７に与えられる。
【0061】
ＰＤＭ変調器３６は、ΔΣ変調器であり、ＳＩＮ波信号をパルス粗密変調することにより駆動信号を生成する。なお、ＰＤＭは、Pulse Density Modulationの略称である。ＰＤＭ変調器３６により生成された駆動信号は、例えば図４に示すように、ＳＩＮ波信号の振幅に応じてパルスの密度が変化する信号となっており、切替部３７に与えられる。この場合、ＰＤＭ変調器３６により生成された駆動信号は、Return to Zeroの信号となっている。なお、本明細書では、Return to ZeroのことをＲＺと省略することがある。
【0062】
切替部３７は、ＰＷＭ変調器３５により生成された駆動信号およびＰＤＭ変調器３６により生成された駆動信号のうちいずれか一方を選択して出力する。つまり、切替部３７は、ＰＷＭ変調器３５により生成される駆動信号によりスイッチング素子７を駆動する第１駆動状態と、ＰＤＭ変調器３６により生成される駆動信号によりスイッチング素子７を駆動する第２駆動状態と、のいずれかに切り替える。切替部３７による駆動状態の切り替えは、次のような考え方に基づいて行うことができる。
【0063】
すなわち、電池セルＣｂのインピーダンスを算出する際、駆動制御部２９は、所望する周波数を有する交流電流が組電池２に印加されるようにスイッチング素子７の駆動を制御するが、その交流電流の周波数は、例えば１０Ｈｚから５ｋＨｚの範囲で掃引されるようになっている。そのため、ＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号である交流信号の周波数も、交流電流と同様に１０Ｈｚから５ｋＨｚの範囲で掃引される、つまり変化するようになっている。そして、ＰＷＭとＰＤＭとには、次のような特徴がある。まず、スイッチング素子７のオンオフの切り替え頻度は、ＰＷＭのほうがＰＤＭに比べて少ない。また、最小パルス幅は、ＰＷＭのほうが確保し易く、ＰＤＭでは比較的高い周波数となる高周波時に確保が困難となる。また、駆動信号がハイレベルとなる期間は、ＰＤＭでは長くなり難く、ＰＷＭでは比較的低い周波数となる低周波時に長くなる。
【0064】
交流電流の周波数が５ｋＨｚに近い比較的高い周波数である高周波時、ＰＤＭのようにスイッチング素子７のオンオフの切り替え頻度が多いと、電力の消費量が増えて安全な範囲での動作が困難になる。また、高周波時、ＰＤＭでは、リンギングが収まる程度のパルス幅にしなければならないとともに、交流信号の例えば１００倍程度の周波数のパルスが必要となることから、そのパルス幅を狭くしなければならず、最小パルス幅を確保できなくなるおそれがある。
【0065】
一方、交流電流の周波数が１０Ｈｚに近い比較的低い周波数である低周波時、ＰＷＭでは、駆動信号がハイレベルとなる期間が長くなり、負荷素子６およびスイッチング素子７の発熱が時間的に集中し、安全な範囲での動作が困難になるとともに、負荷素子６の抵抗値、スイッチング素子７のオン抵抗などの素子特性の変動に伴い、電流値の検出、ひいてはインピーダンスの算出の精度が低下するおそれがある。
【0066】
そこで、この場合、切替部３７は、ＳＩＮ波信号の周波数が所定の閾値周波数を超える場合には第１駆動状態に切り替えるとともに、ＳＩＮ波信号の周波数が閾値周波数以下である場合には第２駆動状態に切り替えるようになっている。閾値周波数は、５ｋＨｚに近い比較的高い周波数である高周波と、１０Ｈｚに近い比較的低い周波数である低周波との境界を設定するためのものであり、任意の値に設定することができる。閾値周波数は、例えば電池監視装置１の仕様などに応じて、上記した各課題を所望する程度に解消できるように設定することができる。
【0067】
＜直交ロックイン検出部の具体的な構成＞
直交ロックイン検出部３２の具体的な構成としては、例えば図５に示すような構成を採用することができる。なお、直交ロックイン検出部２７の具体的な構成についても、直交ロックイン検出部３２と同様の構成を採用することができる。図５に示すように、直交ロックイン検出部３２は、乗算器３８、３９およびデジタルフィルタである積分フィルタ４０、４１を備えている。乗算器３８、３９の各一方の入力端子にはＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号が入力されている。
直交ロックイン検出部３２の具体的な構成としては、例えば図５に示すような構成を採用することができる。なお、直交ロックイン検出部２７の具体的な構成についても、直交ロックイン検出部３２と同様の構成を採用することができる。図５に示すように、直交ロックイン検出部３２は、乗算器３８、３９およびデジタルフィルタである積分フィルタ４０、４１を備えている。乗算器３８、３９の各一方の入力端子にはＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号が入力されている。
【0068】
乗算器３８の他方の入力端子には、ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８から出力されるＣＯＳ波信号が入力されている。乗算器３９の他方の入力端子には、ＳＩＮ／ＣＯＳ生成部２８から出力されるＳＩＮ波信号が入力されている。乗算器３８、３９の各出力信号、つまり各乗算後信号は、それぞれ積分フィルタ４０、４１に入力されている。積分フィルタ４０の出力信号は、ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号、つまり複数の電池セルＣｂに流れる電流の検出値に対応した信号の実数部を表す信号となる。積分フィルタ４１の出力信号は、ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号、つまり複数の電池セルＣｂに流れる電流の検出値に対応した信号の虚数部を表す信号となる。
【0069】
上記構成によれば、直交ロックイン検出部３２は、ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号に対し、ＳＩＮ波信号およびＣＯＳ波信号をそれぞれ乗算することにより２つの乗算後信号を生成し、それら２つの乗算後信号のそれぞれについて積分フィルタ４０、４１を介して積分することにより複数の電池セルＣｂに流れる電流の検出値に対応した信号の実数部および虚数部を検出するようになっている。
【0070】
本実施形態の構成では、スイッチング素子７を駆動するための駆動信号は矩形波であるため、高調波成分が生じる。このような高調波成分は検出誤差に繋がる。そこで、本実施形態では、積分フィルタ４０、４１に次のような工夫を加えることで上記高調波成分を減衰させてＳ／Ｎ比を向上させている。すなわち、積分フィルタ４０、４１は、図６に破線で示すようなフィルタ特性を有している。つまり、積分フィルタ４０、４１は、ノッチを有するノッチフィルタ、つまりバンドストップフィルタとなっている。
また、下記（１）式に示すように、矩形波である駆動信号の成分ｘSquare(t)は高調波成分を含んでいる。
また、下記（１）式に示すように、矩形波である駆動信号の成分ｘSquare(t)は高調波成分を含んでいる。
【0071】
【数1】
【0072】
本実施形態では、上述した点を踏まえ、積分フィルタ４０、４１の動作周期は、駆動信号の基本周期、つまり駆動信号を生成するための元信号であるＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号の周期の整数倍となっている。このようにすれば、図６に実線で示すように、駆動信号の高周波成分が積分フィルタ４０、４１のノッチに一致するとともに、図６に一点鎖線で示すように乗算後信号の高調波成分が積分フィルタ４０、４１のノッチに一致するため、大きな減衰特性が得られる。
【0073】
なお、積分フィルタ４０、４１は、デジタルフィルタであるため、その動作周期は、動的に変更することが容易である。前述したように、電池セルＣｂのインピーダンスを算出する際、ＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号の周波数は１０Ｈｚ～５ｋＨｚの間で掃引されることから、駆動信号の基本周期も同様に変化する。したがって、駆動信号の基本周期の変化に応じて、積分フィルタ４０、４１の周期を変化させるようにすれば、常に大きな減衰特性を得ることができる。
【0074】
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。
本実施形態の構成によれば、各電池セルＣｂのＳＯＣの推定、均等化の処理などを実行するために複数の電池セルＣｂの電圧を検出する構成として、第１電圧検出部１３に加え、第２電圧検出部１４が設けられていることから、電池セルＣｂの電圧の冗長監視が可能となる。この場合、第１電圧検出部１３は、抵抗Ｒｐおよび容量Ｃｐにより構成されたフィルタ４を介して各電池セルＣｂの電圧を検出する構成となる。また、この場合、第２電圧検出部１４は、抵抗Ｒｓおよび容量Ｃｓにより構成されたフィルタ５を介して各電池セルＣｂの電圧を検出する構成となる。
本実施形態の構成によれば、各電池セルＣｂのＳＯＣの推定、均等化の処理などを実行するために複数の電池セルＣｂの電圧を検出する構成として、第１電圧検出部１３に加え、第２電圧検出部１４が設けられていることから、電池セルＣｂの電圧の冗長監視が可能となる。この場合、第１電圧検出部１３は、抵抗Ｒｐおよび容量Ｃｐにより構成されたフィルタ４を介して各電池セルＣｂの電圧を検出する構成となる。また、この場合、第２電圧検出部１４は、抵抗Ｒｓおよび容量Ｃｓにより構成されたフィルタ５を介して各電池セルＣｂの電圧を検出する構成となる。
【0075】
そのため、上記構成では、第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４の各フィルタ４、５について、互いに影響を受けることなく、同じカットオフ周波数を持つフィルタを構成することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４による各電圧検出についての検出誤差が低減され、その結果、電池セルＣｂの電圧検出の冗長監視を精度良く行うことができるという優れた効果が得られる。
【0076】
また、上記構成では、インピーダンス算出のための電圧検出を行う第３電圧検出部１５は、第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４とは異なる検出経路を介して各電池セルＣｂの電圧を検出するようになっている。そのため、上記構成では、第３電圧検出部１５のフィルタとして、第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４のフィルタとは独立したフィルタ２２を設けることが可能となる。このようにすれば、第３電圧検出部１５のフィルタ２２のカットオフ周波数と、第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４の各フィルタ４、５のカットオフ周波数と、を独立して設定することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、各電圧検出について用途に応じた適切なフィルタリング特性を得ることができるという優れた効果が得られる。
【0077】
インピーダンス算出のための電圧検出では、振幅だけでなく位相精度も重要であることから電池セルＣｂ毎にフィルタのカットオフ周波数にばらつきが生じると、検出電圧の振幅および位相の誤差が生じてしまい、その結果、インピーダンスの算出精度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態の電池監視装置１では、第３電圧検出部１５は、接続端子Ｓ１～Ｓ２５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出力するＭＵＸ２５と、ＭＵＸ２５の出力電圧が入力される抵抗Ｒｚｂおよび容量Ｃｚｂを備えたフィルタ２２と、を備え、フィルタ２２の出力電圧に基づいて電池セルＣｂの電圧を検出する。
【0078】
このような構成では、インピーダンス算出のための電圧検出を行う第３電圧検出部１５は、同一のフィルタ２２を介して各電池セルＣｂの電圧を検出することになる。そのため、上記構成によれば、電池セルＣｂ毎にフィルタのカットオフ周波数がばらつくことがなくなることから、検出電圧の振幅および位相の誤差が低減され、その結果、インピーダンスの算出精度を良好に維持することができる。
【0079】
本実施形態の電池監視装置１では、第１電圧検出部１３、第２電圧検出部１４および算出部３４などは電池監視ＩＣ３に内蔵されている一方で、第３電圧検出部１５のフィルタ２２を構成する容量Ｃｚｂは、電池監視ＩＣ３の外部に設けられる外付けの素子により構成されている。このようにすれば、電池監視装置１の機能を実現するための各回路の大部分を集積化することにより装置の小型化および製造コストの低減を図ることができる。また、この場合、容量Ｃｚｂは、外付けの素子であることから、その静電容量値を比較的大きいものを用いることが可能となる、つまり容量Ｃｚｂの大容量化を容易に実現することができる。
【0080】
第３電圧検出部１５は、フィルタ２２の出力電圧を入力し、その入力された電圧にオフセットを付与するとともに増幅する増幅部２３と、増幅部２３の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡＤＣ２０と、第１電圧検出部１３の電圧の検出結果に基づいて増幅部２３における増幅率およびオフセットの量を制御するオフセット制御部２６と、を備える。このような構成によれば、第３電圧検出部１５にとって不要となるＤＣ成分を予め減算しておいてからＡＣ成分だけを増幅することができる。したがって、上記構成によれば、集積回路内のノイズに対するＳ／Ｎ比が改善され、電圧の検出ばらつきを低減することができる。
【0081】
本実施形態の電池監視装置１では、インピーダンス算出のために組電池２に交流電流を流す際、交流信号をパルス幅変調することにより生成される駆動信号によりスイッチング素子７が駆動される第１駆動状態および交流信号をパルス粗密変調することにより生成される駆動信号によりスイッチング素子７が駆動される第２駆動状態のうちいずれかを選択することが可能となる。
【0082】
交流信号をパルス粗密変調することにより駆動信号を生成する場合、低周波時に駆動信号のパルスが時間的に集中し難くなる。そのため、上記構成では、低周波時に第２駆動状態を選択することにより、駆動信号のパルスの時間的集中、ひいては発熱の時間的集中を避けることができ、その結果、インピーダンス算出における動作の安全性および算出精度を良好に維持することができるという優れた効果が得られる。また、上記構成では、高周波時に第１駆動状態を選択することにより、スイッチング素子７のオンオフの切り替え頻度を少なくして電力の消費量を低く抑えることができるとともに、最小パルス幅を確保することができる。
【0083】
インピーダンス算出のための電流検出部３３は、シャント抵抗Ｒｓｈの端子電圧をＡ／Ｄ変換するＡＤＣ３１と、直交ロックイン検出部３２と、を備える。直交ロックイン検出部３２は、ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号に対し、交流信号と同じ周波数を有するＳＩＮ波信号およびＣＯＳ波信号をそれぞれ乗算することにより２つの乗算後信号を生成し、それら２つの乗算後信号のそれぞれについて積分フィルタ４０、４１を介して積分することにより複数の電池セルＣｂに流れる電流の検出値に対応した信号の実数部および虚数部を検出する。
【0084】
駆動信号は、ＰＷＭ変調器３５およびＰＤＭ変調器３６のいずれにより生成される場合にも矩形波の信号となることから高調波成分を含む。このような駆動信号に含まれる高調波成分は、直交ロックイン検出部３２における検出誤差に繋がるおそれがある。そこで、上記構成では、積分フィルタ４０、４１の動作周期は、交流信号の周期の整数倍の周期となっている。このようにすれば、高調波成分を積分フィルタ４０、４１のノッチと一致させることが可能となり、大きな減衰特性を得ることができる。したがって、上記構成によれば、検出誤差となる駆動信号の高調波成分を大きく減衰することが可能となるため、直交ロックイン検出部３２による検出のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【0085】
本実施形態では、ＰＤＭ変調器３６により生成される駆動信号は、ＲＺの信号となっている。なお、以下の説明では、ＰＤＭ変調器３６により生成される駆動信号のことをＰＤＭ駆動信号と称することとする。このようにすれば、ＰＤＭ駆動信号をNon Return to Zeroの信号とした場合に比べ、次のような効果が得られる。なお、本明細書では、Non Return to ZeroのことをＮＲＺと省略することがある。
【0086】
ＮＲＺの信号とされたＰＤＭ駆動信号の波形は、図７の上段に示すような波形となる。なお、図７および後述する図８では、ＰＤＭ駆動信号の理想波形を点線で示し、その実波形を実線で示している。図７に示すように、ＮＲＺの信号であるＰＤＭ駆動信号の実波形と理想波形とには差異が生じており、その差異に応じた非理想成分が存在する。図７の下段に示すように、非理想成分は、駆動信号の微分成分に比例したものであり、ランダム的なノイズとなる。すなわち、ＰＤＭ駆動信号をＮＲＺの信号とした場合、リンギング、スルーレートの低下、デューティ比ずれなどに起因してシンボル間干渉が発生してノイズフロアが上昇し、その結果、インピーダンスの算出におけるＳ／Ｎ比が劣化するおそれがある。
【0087】
一方、ＲＺの信号とされたＰＤＭ駆動信号の波形は、図８の上段に示すような波形となる。図８に示すように、ＲＺの信号であるＰＤＭ駆動信号の実波形と理想波形とにも差異が生じており、その差異に応じた非理想成分が存在する。しかし、この場合、図８の厳談に示すように、非理想成分は、出力と同じタイミングとなることから、フロアノイズにならない。したがって、ＰＤＭ駆動信号をＲＺの信号とした場合、インピーダンスの算出におけるＳ／Ｎ比を良好に維持することができる。
【0088】
ただし、ＰＤＭ駆動信号をＲＺの信号とした場合、ＰＤＭ駆動信号をＮＲＺの信号とした場合に対し、信号振幅が小さくなるとともに、スイッチング素子７のスイッチング回数が増加することから消費電力が増える、といったデメリットがある。そこで、電池監視装置１の仕様として、インピーダンスの算出におけるＳ／Ｎ比よりも、これらの点を重要視するような仕様である場合などには、ＰＤＭ信号をＮＲＺの信号にすることもできる。
【0089】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図９を参照して説明する。
図９に示すように、本実施形態の電池監視装置５１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ６を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ５２は、電池監視ＩＣ３に対し、端子Ｃ１、Ｃ２が省かれるとともに、容量Ｃｚｂが外付けから内蔵に変更されている点などが異なっている。つまり、本実施形態の電池監視装置５１では、第１電圧検出部１３、第２電圧検出部１４、第３電圧検出部１５および算出部３４が電池監視ＩＣ５２に内蔵されている、つまりＩＣとして構成されている。
以下、第２実施形態について図９を参照して説明する。
図９に示すように、本実施形態の電池監視装置５１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ６を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ５２は、電池監視ＩＣ３に対し、端子Ｃ１、Ｃ２が省かれるとともに、容量Ｃｚｂが外付けから内蔵に変更されている点などが異なっている。つまり、本実施形態の電池監視装置５１では、第１電圧検出部１３、第２電圧検出部１４、第３電圧検出部１５および算出部３４が電池監視ＩＣ５２に内蔵されている、つまりＩＣとして構成されている。
【0090】
以上説明した本実施形態の電池監視装置５１によっても、第１実施形態の電池監視装置１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、本実施形態の電池監視装置５１では、第３電圧検出部１５のフィルタ２２を構成する容量Ｃｚｂも電池監視ＩＣ５２に内蔵されている。このようにすれば、第１実施形態の電池監視装置１よりも更に集積化が図れることから、装置の小型化および製造コストの低減を一層図ることができる。
【0091】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、本実施形態の電池監視装置６１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ６２を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ６２は、第３電圧検出部１５に代えて第３電圧検出部６３を備えている点、セレクタ２１が省かれている点などが異なっている。
以下、第３実施形態について図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、本実施形態の電池監視装置６１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ６２を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ６２は、第３電圧検出部１５に代えて第３電圧検出部６３を備えている点、セレクタ２１が省かれている点などが異なっている。
【0092】
第３電圧検出部６３は、第３電圧検出部１５に対し、ＡＤＣ２０を第２電圧検出部１４と共用するのに代えて、専用のＡＤＣ６４を備えている点などが異なっている。この場合、第２電圧検出部１４において、ＭＵＸ１９から出力される電圧は、ＡＤＣ２０に直接入力されている。また、この場合、第３電圧検出部６３において、フィルタ２２の出力電圧は、増幅部２３に入力されている。ＡＤＣ６４は、増幅部２３から出力される電圧を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。ＡＤＣ６４から出力されるデジタル信号は、直交ロックイン検出部２７に与えられている。
【0093】
以上説明した本実施形態の電池監視装置６１によっても、第１実施形態の電池監視装置１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、本実施形態の電池監視装置６１によれば、第１実施形態の電池監視装置１に対し、セレクタ２１が省かれるものの、セレクタ２１に比べて大きな回路面積を要するＡＤＣ６４が追加されるため、その差分だけ回路規模が増加する。しかし、本実施形態の電池監視装置６１によれば、第３電圧検出部６３が専用のＡＤＣ６４を用いて電圧検出を行う構成となっていることから、第３電圧検出部６３による電圧検出の高速化、ひいてはインピーダンスの算出の高速化を図ることができる。
【0094】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図１１～図１４を参照して説明する。
図１１に示すように、本実施形態の電池監視装置７１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ７２を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ７２は、電池監視ＩＣ３に対し、波高／ＤＣ検出部７３が追加されている点、駆動制御部２９に代えて駆動制御部７４を備えている点などが異なっている。
以下、第４実施形態について図１１～図１４を参照して説明する。
図１１に示すように、本実施形態の電池監視装置７１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ７２を備えている点などが異なっている。電池監視ＩＣ７２は、電池監視ＩＣ３に対し、波高／ＤＣ検出部７３が追加されている点、駆動制御部２９に代えて駆動制御部７４を備えている点などが異なっている。
【0095】
波高／ＤＣ検出部７３は、ＡＤＣ３１から出力されるデジタル信号、つまり複数の電池セルＣｂに流れる電流の検出値に対応したデジタル信号に基づいて、組電池２に印加される交流電流の波高またはＤＣ値、つまり直流成分を検出する。波高／ＤＣ検出部７３は、直流成分の検出値を表す信号を駆動制御部７４へ出力する。駆動制御部７４は、駆動制御部２９と同様の構成であるが、切替部３７の動作が駆動制御部２９とは異なっている。
【0096】
この場合、切替部３７は、波高／ＤＣ検出部７３から出力される信号に基づいて、言い換えると電流検出部３３により検出される電流に基づいて、交流電流の直流成分の値を検出するようになっており、その検出した直流成分の値に基づいて駆動状態の切り替えを行う。具体的には、本実施形態の切替部３７は、交流電流の直流成分が所定の閾値電流を超える場合には第２駆動状態に切り替えるとともに、交流電流の直流成分が閾値電流以下である場合には第１駆動状態に切り替えるようになっている。なお、閾値電流は、例えば電池監視装置７１の仕様などに応じて、後述する課題を所望する程度に解消できるような任意の値に設定することができる。
【0097】
以上説明した本実施形態の電池監視装置７１によっても、第１実施形態の電池監視装置１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、本実施形態の電池監視装置７１によれば、次のような効果が得られる。すなわち、従来、インピーダンスの算出に対するユーザの要求として、Ｓ／Ｎ比を向上して算出精度を高めたいという要求と、算出の際の消費電力を低く抑えたいという要求とがある。
【0098】
しかし、算出精度を高めるためには組電池２に印加する交流電流を大きくする必要があり、そうすると、消費電力が大きくなる。また、消費電力を小さく抑えるためには組電池２に印加する交流電流を小さくする必要がり、そうするとシャント抵抗Ｒｓｈの端子電圧が小さくなることから算出精度が低くなる。つまり、これらの各要求は、トレードオフの関係にあるため、その両立が難しいという課題があった。
【0099】
本実施形態では、これらの要求を両立するため、次のような考え方に基づいて、切替部３７による駆動状態の切り替えを行うようになっている。すなわち、ＰＷＭとＰＤＭとには、図１２に示すような特徴がある。組電池２に印加される交流電流の振幅に相当する最大主信号振幅は、ＰＷＭでは「４／π≒１．２７３」となり、ＰＤＭでは「１」となる。なお、最大主信号振幅は、駆動信号のパルス高との比で表されている。そのため、最大主信号振幅の観点で見れば、ＰＷＭ変調器３５により駆動信号を生成する場合は、ＰＤＭ変調器３６により駆動信号を生成する場合に対し、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【0100】
ＰＷＭでは、パルス幅を変更することにより、交流電流の直流成分、つまりＤＣ電流を低減することができる。一方、ＰＤＭでは、交流信号であるＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号の直流成分および振幅を変更することにより、ＤＣ電流を容易に低減することができる。また、ＰＤＭでは、ＲＺの信号である駆動信号のパルス幅を変更することにより、ＤＣ電流を低減することもできる。そのため、ＰＤＭ変調器３６により駆動信号を生成する場合は、ＰＷＭ変調器３５により駆動信号を生成する場合に対し、ＤＣ電流を容易に低減することができる。
【0101】
ＰＷＭおよびＰＤＭは、図１３に示すように、周波数スペクトルが異なっている。ＰＷＭでは、デューティ比が５０％の場合には奇数次の高調波だけが発生するものの、デューティ比が５０％以下の場合には奇数次だけでなく偶数次の高調波も発生する。そのため、ＰＷＭでは、信号近傍にノイズが多くなる。一方、ＰＤＭでは、ＰＷＭに比べて高調波が極めて小さい。したがって、周波数スペクトルの観点で見れば、ＰＤＭ変調器３６により駆動信号を生成する場合は、ＰＷＭ変調器３５により駆動信号を生成する場合に対し、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【0102】
また、本実施形態の構成では、交流電流の大きさ、より具体的には交流電流の直流成分の大きさは、次のような理由から変化する。すなわち、この場合、負荷素子６は、ＰＴＣヒータを流用したものであるため、その抵抗値は温度に比例して変化する。したがって、負荷素子６近傍の温度が高くなるほど負荷素子６の抵抗値は大きくなり、負荷素子６近傍の温度が低くなるほど負荷素子６の抵抗値は小さくなる。
【0103】
このような点を考慮し、本実施形態の切替部３７は、前述した２つの要求を満たすため、交流電流の大きさに基づいて第１駆動状態と第２駆動状態とを切り替えるようになっている。具体的には、切替部３７は、交流電流の直流成分が所定の閾値電流を超える場合にはＰＤＭ変調器３６により生成される駆動信号によりスイッチング素子７を駆動する第２駆動状態に切り替えるとともに、交流電流の直流成分が閾値電流以下である場合にはＰＷＭ変調器３５により生成される駆動信号によりスイッチング素子７を駆動する第１駆動状態に切り替えるようになっている。
【0104】
このようにすれば、交流電流が比較的小さい場合にはＰＷＭの最大主信号振幅に関する特徴によりＳ／Ｎ比を高めることが可能となり、その結果、インピーダンスの算出精度を高めるとともに、算出の際の消費電力を低く抑えることができる。また、交流電流が比較的大きい場合にはＰＤＭによりＤＣ電流を容易に低減することが可能となり、その結果、インピーダンスの算出精度を高めるとともに、算出の消費電力を低く抑えることができる。このように、本実施形態によれば、インピーダンスの算出について、Ｓ／Ｎ比を向上して算出精度を高めるとともに、算出の際の消費電力を低く抑えることができるという優れた効果が得られる。
【0105】
＜切替部の変形例＞
切替部３７は、本実施形態で説明した交流電流の直流成分に基づいた切り替えと、第１実施形態で説明した交流信号の周波数に基づいた切り替えと、を組み合わせた切替処理を行うように変形することができる。このような切替処理について、図１４を参照して説明する。まず、ステップＳ１００では、交流信号の周波数が閾値周波数を超えるか否かが判断される。ここで、交流信号の周波数が閾値周波数を超える場合、ステップＳ１００で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、ＰＷＭ変調器３５を用いた第１駆動状態への切り替えが選択される。ステップＳ２００の実行後、本処理が終了となり、インピーダンスの算出に関する各種の動作が開始される。
切替部３７は、本実施形態で説明した交流電流の直流成分に基づいた切り替えと、第１実施形態で説明した交流信号の周波数に基づいた切り替えと、を組み合わせた切替処理を行うように変形することができる。このような切替処理について、図１４を参照して説明する。まず、ステップＳ１００では、交流信号の周波数が閾値周波数を超えるか否かが判断される。ここで、交流信号の周波数が閾値周波数を超える場合、ステップＳ１００で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、ＰＷＭ変調器３５を用いた第１駆動状態への切り替えが選択される。ステップＳ２００の実行後、本処理が終了となり、インピーダンスの算出に関する各種の動作が開始される。
【0106】
一方、交流信号の周波数が閾値周波数以下である場合、ステップＳ１００で「ＮＯ」となり、ステップＳ３００に進む。ステップＳ３００では、交流電流の直流成分が検出される。ステップＳ３００の実行後は、ステップＳ４００に進み、検出された交流電流の直流成分が閾値電流を超えるか否かが判断される。ここで、検出された交流電流の直流成分が閾値電流以下である場合、ステップＳ４００で「ＮＯ」となり、ステップＳ２００に進む。一方、検出された交流電流の直流成分が閾値電流を超える場合、ステップＳ４００で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ５００に進む。
【0107】
ステップＳ５００では、ＰＤＭ変調器３６を用いた第２駆動状態への切り替えが選択される。ステップＳ５００の実行後は、ステップＳ６００に進み、検出された交流電流の直流成分の値に応じて、交流信号の直流成分、つまりＤＣ値および振幅が設定される。ステップＳ６００の実行後、本処理が終了となり、インピーダンスの算出に関する各種の動作が開始される。このような変形例によれば、交流信号の周波数および交流電流の直流成分の双方に基づいて、ＰＷＭ変調器３５を用いた第１駆動状態およびＰＤＭ変調器３６を用いた第２駆動状態のうち最適な駆動状態を選択することが可能となる。
【0108】
＜駆動制御部の変形例＞
駆動制御部７４は、ＰＷＭ変調器３５により駆動信号を生成する構成またはＰＤＭ変調器３６により駆動信号を生成する構成とすることができる。これらの変形例では、第１駆動状態および第２駆動状態の切り替えを行う切替部３７は省かれることになる。このような変形例の駆動制御部７４は、波高／ＤＣ検出部７３から出力される信号に基づいて、言い換えると電流検出部３３により検出される電流に基づいて、交流電流の直流成分の値を検出し、その検出した直流成分の値に基づいて、交流電流の直流成分、つまりＤＣ電流を調整するＤＣ電流制御を行うようになっている。すなわち、変形例の駆動制御部７４は、ＰＷＭ変調器３５またはＰＤＭ変調器３６の動作を制御することにより組電池２に印加される交流電流の直流成分を調整するＤＣ電流制御を実行することができる構成となっている。
駆動制御部７４は、ＰＷＭ変調器３５により駆動信号を生成する構成またはＰＤＭ変調器３６により駆動信号を生成する構成とすることができる。これらの変形例では、第１駆動状態および第２駆動状態の切り替えを行う切替部３７は省かれることになる。このような変形例の駆動制御部７４は、波高／ＤＣ検出部７３から出力される信号に基づいて、言い換えると電流検出部３３により検出される電流に基づいて、交流電流の直流成分の値を検出し、その検出した直流成分の値に基づいて、交流電流の直流成分、つまりＤＣ電流を調整するＤＣ電流制御を行うようになっている。すなわち、変形例の駆動制御部７４は、ＰＷＭ変調器３５またはＰＤＭ変調器３６の動作を制御することにより組電池２に印加される交流電流の直流成分を調整するＤＣ電流制御を実行することができる構成となっている。
【0109】
変形例の駆動制御部７４によるＤＣ電流制御の具体的な内容としては、例えば次のようなものを挙げることができる。ＰＷＭ変調器３５により駆動信号を生成する構成の駆動制御部７４は、パルス幅を変更することによりＤＣ電流を調整することができる。また、ＰＤＭ変調器３６により駆動信号を生成する構成の駆動制御部７４は、交流信号であるＳＩＮ波信号またはＣＯＳ波信号の直流成分および振幅を変更することによりＤＣ電流を調整することができる。また、上記ＰＤＭ変調器３６により生成される駆動信号がＲＺの信号である場合、駆動制御部７４は、そのＲＺの信号のパルス幅を変更することによりＤＣ電流を調整することができる。
【0110】
（第５実施形態）
以下、第５実施形態について図１５を参照して説明する。
図１５に示すように、本実施形態の電池監視装置８１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、温度センサ８２が追加されている点、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ８３を備えている点などが異なっている。温度センサ８２は、負荷素子６または電池セルＣｂの近傍に設けられたものであり、負荷素子６または電池セルＣｂの温度に対応した温度検出信号Ｓａを出力する。
以下、第５実施形態について図１５を参照して説明する。
図１５に示すように、本実施形態の電池監視装置８１は、第１実施形態の電池監視装置１に対し、温度センサ８２が追加されている点、電池監視ＩＣ３に代えて電池監視ＩＣ８３を備えている点などが異なっている。温度センサ８２は、負荷素子６または電池セルＣｂの近傍に設けられたものであり、負荷素子６または電池セルＣｂの温度に対応した温度検出信号Ｓａを出力する。
【0111】
電池監視ＩＣ８３は、電池監視ＩＣ３に対し、温度検出部８４が追加されている点、駆動制御部２９に代えて駆動制御部８５を備えている点などが異なっている。温度検出部８４は、温度センサ８２から出力される温度検出信号Ｓａに基づいて負荷素子６または電池セルＣｂの温度を検出する。本実施形態では、温度センサ８２が負荷素子６の近傍に設けられており、温度検出部８４が負荷素子６の温度を検出するようになっているものとする。温度検出部８４は、負荷素子６の温度の検出値を表す信号を駆動制御部８５へ出力する。
【0112】
負荷素子６の温度は、負荷素子６の抵抗値と相関があることから、駆動制御部８５は、負荷素子６の温度から負荷素子６の抵抗値を割り出すことができる。また、電池監視装置８１では、組電池２の総電圧を測定するようになっていることから、駆動制御部８５は、総電圧の値を取得することができる。なお、電池監視装置８１が組電池２の総電圧を測定していない場合であっても、各電池セルＣｂの電圧の総和から総電圧の値を求めることができる。
【0113】
そこで、駆動制御部８５の切替部３７は、温度検出部８４により検出される温度と、組電池２の総電圧とに基づいて、交流電流の直流成分を推定する。本実施形態の切替部３７は、このように推定した交流電流の直流成分に基づいて、第４実施形態の切替部３７と同様に駆動状態の切り替えを行うようになっている。したがって、本実施形態によれば、第４実施形態と同様の効果が得られる。
【0114】
（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。
【0115】
第１実施形態および第２実施形態における増幅部２３は、セレクタ２１とＡＤＣ２０との間、つまりセレクタ２１の後段に設けられていたが、フィルタ２２とセレクタ２１との間、つまりセレクタ２１の前段に設けることもできる。
【0116】
上記各実施形態では、オフセット制御部２６は、第１電圧検出部１３の電圧の検出結果に基づいて増幅率およびオフセットの量を制御するようになっていたが、これに代えて、または、これに加えて、第２電圧検出部１４の電圧の検出結果に基づいて増幅率およびオフセットの量を制御することもできる。つまり、オフセット制御部２６は、第１電圧検出部１３および第２電圧検出部１４のうち少なくとも一方の電圧の検出結果に基づいて増幅部２３における増幅率およびオフセットの量を制御することができる。
【0117】
上記各実施形態では、フィルタ２２を構成する２つの抵抗Ｒｚｂは、ＩＣに内蔵されていたが、これらをＩＣの外付けの素子により構成することもできる。つまり、フィルタ２２を構成する２つの抵抗Ｒｚｂおよび容量Ｃｚｂは、その全てまたは一部を、外付けの素子により構成することができる。抵抗Ｒｚｂおよび容量Ｃｚｂに加えて抵抗Ｒｚａおよび容量ＣｚａをＩＣに内蔵すれば、フィルタ１１、２２を構成する全ての素子が同一チップ内に設けられることになるため、それらの特性を一致させ易いというメリットがある。
第５実施形態の駆動制御部８５は、第４実施形態の変形例の駆動制御部７４と同様の変形が可能である。すなわち、駆動制御部８５は、推定した交流電流の直流成分の値に基づいて、第４実施形態の変形例で説明したＤＣ電流制御を行うように変形することができる。
第５実施形態の駆動制御部８５は、第４実施形態の変形例の駆動制御部７４と同様の変形が可能である。すなわち、駆動制御部８５は、推定した交流電流の直流成分の値に基づいて、第４実施形態の変形例で説明したＤＣ電流制御を行うように変形することができる。
【0118】
上記各実施形態では、フィルタ１１を構成する２つの抵抗Ｒｚａおよび容量Ｃｚａは、ＩＣの外付けの素子により構成されていたが、これらの全てまたは一部をＩＣに内蔵することもできる。
【0119】
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】
【0120】
１、５１、６１、７１、８１…電池監視装置、２…組電池、６…負荷素子、７…スイッチング素子、１３…第１電圧検出部、１４…第２電圧検出部、１５、６３…第３電圧検出部、２０、６４…Ａ／Ｄ変換器、２２…フィルタ、２３…増幅部、２５…ＭＵＸ、２６…オフセット制御部、２９、７４、８５…駆動制御部、３０…電流印加部、３１…Ａ／Ｄ変換器、３２…直交ロックイン検出部、３３…電流検出部、３４…算出部、３５…ＰＷＭ変調器、３６…ＰＤＭ変調器、３７…切替部、４０、４１…積分フィルタ、８４…温度検出部、Ｃｂ…電池セル、Ｃｐ…容量、Ｃｓ…容量、Ｃｚｂ…容量、Ｓ１～Ｓ２４…接続端子、Ｓ２５…接続端子、Ｒｃｂ…抵抗、Ｒｐ…抵抗、Ｒｓ…抵抗、Ｒｓｈ…シャント抵抗、Ｒｚｂ…抵抗、Ｖ１～Ｖ２４…接続端子、Ｗ１～Ｗ２４…接続端子。
【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】