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JP2001201548A - 電池の電圧検出装置および検出方法 - Google Patents

電池の電圧検出装置および検出方法

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JP2001201548A
JP2001201548A JP2000009554A JP2000009554A JP2001201548A JP 2001201548 A JP2001201548 A JP 2001201548A JP 2000009554 A JP2000009554 A JP 2000009554A JP 2000009554 A JP2000009554 A JP 2000009554A JP 2001201548 A JP2001201548 A JP 2001201548A
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battery
switch
capacitors
capacitor
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JP2000009554A
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Hirofumi Yudahira
裕文 湯田平
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Toyota Motor Corp
Panasonic Holdings Corp
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Toyota Motor Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • B60K6/20Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • GPHYSICS
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S903/902Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の電圧を正確に検出することができる。 【解決手段】 電圧を検出すべき電池ユニット11aに
対して、第1スイッチ21を介して、相互に直列接続さ
れた一対のコンデンサ28および29が接続されてお
り、第1スイッチ21がオンすることによって、各コン
デンサ28および29に電池ユニット11aの電圧が印
加される。その後、第2スイッチ22がオンされて、各
コンデンサ28および29の接続点の電位が電圧検出手
段の基準電位に固定されるとともに、第4スイッチ24
がオンされて、差動増幅器25の各入力端子の電圧が固
定される。このような状態で、第3スイッチ23がオン
された後に、第4スイッチ24がオフされて、各コンデ
ンサ28および29の電圧が差動増幅器25に印加され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動源として電動
機(モータ)と内燃機関(エンジン)とを併用するハイ
ブリッド自動車において、電動機の駆動源として使用さ
れる電池の電圧検出装置および検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電気自動車の駆動源として使用されるモ
ータは、それぞれが低電圧の数個の単電池を直列接続し
て複数の電池ユニットを構成して、各電池ユニットを直
列接続した電池電源装置によって駆動される。このよう
な電池電源装置では、電池ユニット全ての単電池が、正
常に、しかも、均等な電圧で動作することが要求され
る。このために、数個の電池が組み合わされた電池ユニ
ットの電圧を検出して、各単電池が正常に動作している
ことが確認される。電池ユニットの電圧は、通常、差動
増幅器によって、検出されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような電池電源装置では、全体として約400Vもの高
電圧になることもあることから、回路が接地されていな
いフローティング状態にする必要がある。そのために、
各電池ユニットの電圧が、接地電位に対して確定されて
いないフローティング状態で測定される。このために、
検出される電圧が大きく変動するおそれがある。特に、
ハイブリッド自動車の駆動源として使用される電池電源
装置の電圧は、通常、インバータを介して、モータに与
えられているために、インバータによって、電池ユニッ
トの電圧がさらに大きく変動するおそれがある。電池ユ
ニットの電圧が大きく変動すると、電池ユニットの電圧
を正確に検出することができない。
【0004】本発明は、このような問題を解決するもの
であり、その目的は、電池の電圧を正確に測定すること
ができる電池の電圧検出装置およびそれを使用した検出
方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の電池の検出装置
は、相互に直列接続されており、電圧を検出すべき電池
に対して、第1スイッチ手段を介して接続されて該電池
の電圧が印加されるようになった一対のコンデンサと、
各コンデンサの接続点の電位を所定電位に接続する第2
スイッチ手段と、前記一対のコンデンサの直列回路に対
して、第3スイッチ手段を介して接続されて、両コンデ
ンサの電圧が印加されるようになった電圧検出手段と、
を具備することを特徴とする。
【0006】前記電圧検出手段の入力端子を、所定電圧
に固定する第4のスイッチ手段がさらに設けられてい
る。
【0007】本発明の電池の電圧検出方法は、このよう
な電池の電圧検出装置によって、電池の電圧を検出する
方法であって、前記第1スイッチ手段によって、電池と
一対のコンデンサの直列回路とを接続して、電池の電圧
を両コンデンサに印加する工程と、前記両コンデンサの
両端の電圧が前記電池の電圧に等しくなった後、前記第
1スイッチを非接続にする工程と、前記第2スイッチ手
段によって、各コンデンサの接続点の電位を前記電圧検
出手段の基準電圧とする工程と、各コンデンサの接続点
の電位を所定の電位とした状態で、前記第3スイッチ手
段によって、前記コンデンサの直列回路と前記電圧検出
手段とを接続する工程と、を包含することを特徴とす
る。
【0008】前記電池の電圧検出装置には、電圧検出手
段の入力端子を所定電圧に固定する第4のスイッチ手段
がさらに設けられており、この第4のスイッチ手段は、
前記第2スイッチ手段と同時に接続して、電圧検出手段
の入力端子をそれぞれ電圧検出手段の基準電圧とし、前
記第3スイッチ手段によって、前記コンデンサの直列回
路と前記電圧検出手段とを接続した後に、前記第4のス
イッチを非接続として前記電圧検出手段によって前記電
池の電圧を計測する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明の電池の電圧検出
装置の実施の形態の一例を示す回路図である。この電圧
検出装置は、駆動源として電動機(モータ)と内燃機関
(エンジン)とを併用するハイブリッド自動車におい
て、電動機の駆動源として使用される電池電源装置11
の電圧を検出するために使用される。電池電源装置11
では、所定数(10個)のニッケル水素蓄電池の単電池
を直列接続した24組の電池ユニット11aが設けられ
ており、電圧検出装置20は、各電池ユニット11aの
電圧をそれぞれ検出するために使用される。
【0010】電池電源装置11の出力は、インバータ1
2を介して三相式のモータ13に与えられており、モー
タ13の回転によって車両が走行される。
【0011】各電圧検出装置20は、電池ユニット11
aの電圧が、第1スイッチ21を介して印加されるよう
に、相互に直列接続された一対のコンデンサ28および
29を有している。第1スイッチ21は、相互に連動す
る一対の常開接点21aおよび21bを有しており、一
方の常開接点21aが、電池ユニット11aの正電極に
接続された抵抗と、第1コンデンサ28および第2コン
デンサ29の直列回路の一方の端子との間に設けられて
いる。また、第1スイッチ21の他方の常開接点21b
は、電池ユニット11aの負電極に接続された抵抗と、
第1コンデンサ28および第2コンデンサ29の直列回
路の他方の端子との間に設けられている。
【0012】第1コンデンサ28および第2コンデンサ
29の接続点は、第2スイッチ22を介してボディアー
スされており、第2スイッチ22がオンすることによ
り、第1コンデンサ28および第2コンデンサ29の接
続点は、ボディアースと同電位とされる。
【0013】直列接続された第1および第2のコンデン
サ28および29の電圧は、第3スイッチ23を介し
て、差動増幅器25に与えられるようになっている。第
3スイッチ23は、相互に連動する一対の常開接点23
aおよび23bを有しており、一方の常開接点23a
が、第1コンデンサと、差動増幅器25のマイナス端子
に接続された抵抗との間に設けられている。また、第3
スイッチ23の他方の常開接点23bは、第2コンデン
サ29と、差動増幅器25のプラス端子に接続された抵
抗との間に設けられている。
【0014】差動増幅器25のマイナス端子およびプラ
ス端子の各入力電圧は、相互に連動する一対の常開接点
24aおよび24bを有する第4スイッチ24によっ
て、それぞれ、固定されるようになっている。第4スイ
ッチ24の一方の常開接点24aは、差動増幅器25の
マイナス端子と、その差動増幅器25の出力端子との間
に設けられている。この常開接点24aには、抵抗が並
列に接続されている。また、第4スイッチ24の他方の
常開接点24bは、差動増幅器25のプラス端子と、ボ
ディアースとの間に設けられている。この常開接点24
bには、抵抗が並列に接続されている。
【0015】差動増幅器25の出力は、A/D変換器2
6に与えられており、A/D変換器26の出力が、電圧
検出装置20の出力として、制御装置(CPU)30に
与えられている。
【0016】このような構成の電圧検出装置20による
電池電源装置11における各電池ユニット11aの電圧
の検出動作を、図2のタイムチャートに基づいて説明す
る。電池ユニット11aの電圧を検出するに際して、第
1〜第4の全てのスイッチ21〜24がオフ(開)状態
とされる。このような状態で、まず、第1スイッチ21
がオン状態とされ、各常開接点21aおよび21bがそ
れぞれ閉状態とされる。これにより、電池ユニット11
aにおける電圧が、直列接続された第1および第2のコ
ンデンサ28および29に印加され、第1および第2の
各コンデンサ28および29に電荷が蓄積される。
【0017】第1スイッチ21が、所定時間にわたって
オンされると、第1スイッチ21はオフ状態とされ、各
常開接点21aおよび21bが、それぞれ開状態にな
る。これにより、相互に直列接続された各コンデンサ2
8および29には、電池ユニット11aの電圧に相当す
る電荷が蓄積される。
【0018】第1スイッチ21がオフされると、第2ス
イッチ22がオンされるとともに、第4スイッチ24が
同時にオンされる。第2スイッチ22のオンにより、第
1コンデンサ28および第2コンデンサ29の接続点が
ボディアースされた状態になり、各コンデンサ28およ
び29の接続点の電位が、ボディアース(0V)に固定
される。また、第4スイッチ24がオンされて、各常開
接点24aおよび24bがそれぞれ閉状態になることに
より、差動増幅器25のマイナス端子が差動増幅器25
の出力と同電位(0V)に固定されるとともに、プラス
端子の電圧がボディアース(0V)に固定される。
【0019】このように、第2スイッチ22および第4
スイッチ24がそれぞれオンした後に、適当な時間が経
過すると、第3スイッチ23がオンされて、各常開接点
23aおよび23bがそれぞれ閉状態になる。これによ
り、第1および第2の各コンデンサが、それぞれ、差動
増幅器25のマイナス端子およびプラス端子にそれぞれ
接続された状態になるが、この場合には、第4各スイッ
チ24がオンした状態になっているために、それぞれの
端子の電圧が固定されており、差動増幅器25の各端子
には、第1および第2の各コンデンサ28および29の
電圧が印加されない。
【0020】第3スイッチ23がオンした後に、適当な
時間が経過すると、第4スイッチ24がオフされる。こ
れにより、差動増幅器25の各端子における電圧の固定
が解除され、差動増幅器25には、第1および第2の各
コンデンサ28および29にて蓄積された電圧が印加さ
れる。
【0021】この場合、差動増幅器25の各入力端子に
おける電圧が0Vに固定された状態で、各入力端子に各
コンデンサ28および29の電圧が印加されるために、
各入力端子の電圧が許容範囲を超えるおそれがなく、従
って、差動増幅器25の出力が飽和するおそれがなく、
各コンデンサ28および29から印加され電圧を正確に
検出することができる。しかも、差動増幅器25に入力
される電圧が許容範囲を超えるおそれがないために、差
動増幅器25の劣化および破壊が防止される。
【0022】このようにして、電池ユニット11aにお
ける電圧に相当する電荷が、第1コンデンサ28および
第2コンデンサ29に蓄積された後に、各コンデンサ2
8および29の電圧が安定化された状態で、差動増幅器
25に印加されるようになっているために、差動増幅器
25は、各コンデンサ28および29の電圧を安定的に
検出することができる。
【0023】差動増幅器25は、各コンデンサ28およ
び29によって印加される電圧に相当する信号をA/D
変換器26に出力する。A/D変換器26では、差動増
幅器25の出力をデジタル変換して、制御装置30に出
力している。制御装置30では、A/D変換器26から
出力されるデジタル信号に基づいて、電圧検出装置20
にて検出される電池ユニット11aの電圧が、正常値に
なっているかを判定する。
【0024】このようにして、各電池ユニット11aに
おける電圧が、電圧検出装置20によって、それぞれ検
出されて、各電池ユニット11aの電圧が正常であるか
が判定される。
【0025】差動増幅器25における各入力端子の電圧
を安定化させるために使用される第4スイッチ24を除
く第1〜第3の各スイッチ21〜23としては、FET
(電界効果型トランジスタ)等のトランジスタ、あるい
はそのようなトランジスタを使用したSSR(ソリッド
ステートリレー)等であって、しかも、例えば400V
の高耐圧性を有するものが使用される。差動増幅器25
は、通常使用されているものが使用される。
【0026】また、各スイッチ21〜24の動作タイミ
ングは、制御装置30、あるいは他のCPUによって制
御するように構成すればよい。
【0027】なお、上記実施の形態では、各電池ユニッ
ト11aに対して、電圧検出装置20を設ける構成であ
ったが、このような構成に限らず、例えば、1つの電圧
検出装置20を、各電池ユニット11aに対して順番に
接続するように構成してもよい。
【0028】
【発明の効果】本発明の電圧検出装置および検出方法
は、このように、電池の電圧が印加されるコンデンサの
電圧を安定させた状態で、差動増幅器によって、その電
圧を検出するようになっているために、電池の電圧を正
確に測定することができる。また、差動増幅器の入力端
子を、所定の電圧に固定することにより、各コンデンサ
によって差動増幅器に印加される電圧が安定化され、こ
れにより、電池の電圧を、より一層正確に検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池電圧検出装置の実施の形態の一例
を示す回路図である。
【図2】その電池電圧検出装置の動作説明のためのタイ
ムチャートである。
【符号の説明】
11 電池電源装置 11a 電池ユニット 12 三相インバータ 13 モータ 20 電圧検出装置 21 第1スイッチ 21a、21b 常開接点 22 第2スイッチ 23 第3スイッチ 23a、23b 常開接点 24 第4スイッチ 24a、24b 常開接点 25 差動増幅器 26 A/D変換器 28 第1コンデンサ 29 第2コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B60K 6/02 B60K 9/00 C Fターム(参考) 2G016 CA03 CB12 CC01 CC05 CC07 CC12 CC16 CC27 CD06 CD10 CD14 3D035 AA04 5H030 AA00 AS08 FF43 FF44 5H115 PG04 PI13 PI29 PU08 PU25 PV09 PV24 QN02 QN12 TI05 TR19 TU04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相互に直列接続されており、電圧を検出
    すべき電池に対して、第1スイッチ手段を介して接続さ
    れて該電池の電圧が印加されるようになった一対のコン
    デンサと、 各コンデンサの接続点の電位を所定電位に接続する第2
    スイッチ手段と、 前記一対のコンデンサの直列回路に対して、第3スイッ
    チ手段を介して接続されて、両コンデンサの電圧が印加
    されるようになった電圧検出手段と、 を具備することを特徴とする電池の電圧検出装置。
  2. 【請求項2】 前記電圧検出手段の入力端子を、所定電
    圧に固定する第4のスイッチ手段がさらに設けられてい
    る請求項1に記載の電池の電圧検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の電池の電圧検出装置に
    よって、電池の電圧を検出する方法であって、 前記第1スイッチ手段によって、電池と一対のコンデン
    サの直列回路とを接続して、電池の電圧を両コンデンサ
    に印加する工程と、 前記両コンデンサの両端の電圧が前記電池の電圧に等し
    くなった後、前記第1スイッチを非接続にする工程と、 前記第2スイッチ手段によって、各コンデンサの接続点
    の電位を前記電圧検出手段の基準電圧とする工程と、 各コンデンサの接続点の電位を所定の電位とした状態
    で、前記第3スイッチ手段によって、前記コンデンサの
    直列回路と前記電圧検出手段とを接続する工程と、 を包含することを特徴とする電池の電圧検出方法。
  4. 【請求項4】 前記電池の電圧検出装置には、電圧検出
    手段の入力端子を所定電圧に固定する第4のスイッチ手
    段がさらに設けられており、この第4のスイッチ手段
    は、前記第2スイッチ手段と同時に接続して、電圧検出
    手段の入力端子をそれぞれ電圧検出手段の基準電圧と
    し、前記第3スイッチ手段によって、前記コンデンサの
    直列回路と前記電圧検出手段とを接続した後に、前記第
    4のスイッチを非接続として前記電圧検出手段によって
    前記電池の電圧を計測する請求項3に記載の電池の電圧
    検出方法。
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