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JP2013015334A - Battery voltage detection system - Google Patents

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JP2013015334A
JP2013015334A JP2011146661A JP2011146661A JP2013015334A JP 2013015334 A JP2013015334 A JP 2013015334A JP 2011146661 A JP2011146661 A JP 2011146661A JP 2011146661 A JP2011146661 A JP 2011146661A JP 2013015334 A JP2013015334 A JP 2013015334A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
output
digital
battery
capacitor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011146661A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumito Inukai
文人 犬飼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2011146661A priority Critical patent/JP2013015334A/en
Publication of JP2013015334A publication Critical patent/JP2013015334A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

【課題】バッテリを構成する直列に接続された複数の電池セルそれぞれのセル電圧を簡易な構成で高精度に検出する。
【解決手段】本発明の電池電圧検出システムは、複数の電池セルの端子電圧を順次選択して出力するセレクタ(120)と、入力インピーダンス回路要素(C1)を含みセレクタの出力をレベルシフトするレベルシフタ(130)と、レベルシフタの出力をアナログ/デジタル変換して出力するアナログ/デジタル変換器(140)と、アナログ/デジタル変換器の出力を制御信号に基づいて複数の電池セルそれぞれのセル電圧に対応したデジタル値に変換する前段デジタル処理器(150)と、前段デジタル処理器から出力されたデジタル値に対して入力インピーダンス回路要素のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正して出力する後段デジタル処理器(160)と、を備える。
【選択図】図1
A cell voltage of a plurality of battery cells connected in series constituting a battery is detected with high accuracy with a simple configuration.
A battery voltage detection system according to the present invention includes a selector (120) that sequentially selects and outputs terminal voltages of a plurality of battery cells, and a level shifter that includes an input impedance circuit element (C1) and level-shifts the output of the selector. (130), the analog / digital converter (140) for analog / digital conversion of the output of the level shifter, and the output of the analog / digital converter for each cell voltage based on the control signal The first-stage digital processor (150) for converting the digital value into a digital value, and the digital value output from the first-stage digital processor is digitally corrected to remove an error component based on the bias dependence of the input impedance circuit element, and then output. A post-stage digital processor (160).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電池電圧検出システムに関する。   The present invention relates to a battery voltage detection system.

複数の電池セルを直列に接続して且つモジュール化したバッテリの安全対策の1つとして、複数の電池セルそれぞれの電圧(以下、セル電圧と呼ぶ)の管理が挙げられる。具体的には、各セル電圧を測定した値に基づく充放電制御が行われている。特に、ハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)や電気自動車(Electric Vehicle:EV)に搭載されるバッテリとしては、出力電圧、エネルギー密度及び効率が他の2次電池よりも高いという理由で、主にリチウムイオン電池が用いられている。しかしながら、リチウムイオン電池は、その充放電の制御が難しく、破裂や発火する危険性を有することが知られている。そこで、リチウムイオン電池が車載用バッテリとして使用される場合には、その充放電の制御において様々な安全対策が必須となっている。   As one of the safety measures for a battery in which a plurality of battery cells are connected in series and modularized, management of voltages of the plurality of battery cells (hereinafter referred to as cell voltages) can be mentioned. Specifically, charge / discharge control based on values obtained by measuring each cell voltage is performed. In particular, a battery mounted on a hybrid electric vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV) has a higher output voltage, energy density, and efficiency than other secondary batteries. Lithium ion batteries are used. However, it is known that the charge and discharge of lithium ion batteries is difficult to control and has a risk of bursting or firing. Therefore, when a lithium ion battery is used as a vehicle-mounted battery, various safety measures are indispensable in charge / discharge control.

例えば、特許文献1では、複数の電池セルが直列に接続されたバッテリの各セル電圧を高精度に検出する電池電圧検出システムが提案されている。図9は、特許文献1に開示された電池電圧検出システムの構成を示した図である。   For example, Patent Document 1 proposes a battery voltage detection system that detects each cell voltage of a battery in which a plurality of battery cells are connected in series with high accuracy. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the battery voltage detection system disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図9に示す電池電圧検出システム10Aは、一方の入力端子に電源30の基準電圧Vref1が印加され、他方の入力端子にキャパシタC1の一端が接続されるオペアンプ20と、オペアンプ20の他方の入力端子及び出力端子の間に設けられたキャパシタC2と、4つの電池セルBV1〜BV4の一方及び他方の端子電圧V1〜V4を順にキャパシタC1の他端に印加する回路(スイッチSW0〜SW5、電源31)と、放電開始信号CHGに応じてキャパシタC2を定電流放電する回路(スイッチSW6、トランジスタ41〜47)と、一方の入力端子に基準電圧Vref1が印加され、他方の入力端子がオペアンプ20の出力端子と接続されるコンパレータ25と、放電開始信号CHGが入力されてからコンパレータ25の出力信号CMPが変化するまでの時間を計測するカウンタ50と、マイコン55から入力される信号に基づいてスイッチSW0〜SW6のオンオフを制御するスイッチ制御回路35とを備え、オペアンプ20の他方の入力端子に印加される電圧が基準電圧Vref1より低い所定レベルの電圧になるとコンパレータ25の出力信号CMPが変化するようオフセットが設けられている。   The battery voltage detection system 10A shown in FIG. 9 has an operational amplifier 20 in which the reference voltage Vref1 of the power supply 30 is applied to one input terminal and one end of the capacitor C1 is connected to the other input terminal, and the other input terminal of the operational amplifier 20. And a capacitor C2 provided between the output terminals, and a circuit for sequentially applying one and other terminal voltages V1 to V4 of the four battery cells BV1 to BV4 to the other end of the capacitor C1 (switches SW0 to SW5, power supply 31). A circuit (switch SW6, transistors 41 to 47) for discharging the capacitor C2 in accordance with the discharge start signal CHG, the reference voltage Vref1 is applied to one input terminal, and the other input terminal is the output terminal of the operational amplifier 20 And the output signal C of the comparator 25 after the discharge start signal CHG is input. A counter 50 that measures the time until P changes, and a switch control circuit 35 that controls on / off of the switches SW0 to SW6 based on a signal input from the microcomputer 55, are applied to the other input terminal of the operational amplifier 20. An offset is provided so that the output signal CMP of the comparator 25 changes when the applied voltage becomes a voltage of a predetermined level lower than the reference voltage Vref1.

例えば、電池セルBV4のセル電圧を検出する場合には、スイッチSW0,SW3,SW4,SW6を所定のシーケンスで順次オンオフしていくことで、カウンタ50は、接地電圧Vssに応じた時間と、基準電圧Vref2に応じた時間と、電池セルBV4のセル電圧VBV4に応じた時間とをそれぞれ計測する。マイコン55は、これらの計測された時間を対比することで、クロック周波数の変化による影響が打ち消されるように、電池セルBV4のセル電圧を検出している。   For example, when detecting the cell voltage of the battery cell BV4, the counter 50 is turned on and off sequentially in a predetermined sequence so that the counter 50 has a time corresponding to the ground voltage Vss and a reference The time according to voltage Vref2 and the time according to cell voltage VBV4 of battery cell BV4 are each measured. The microcomputer 55 compares the measured times to detect the cell voltage of the battery cell BV4 so that the influence due to the change in the clock frequency is canceled out.

特開2010−60435号公報JP 2010-60435 A

ところで、図9に示す電池電圧検出システムの場合、セル電圧を高精度に検出するために複雑なスイッチの制御が必要という問題がある。そこで、図9に示すカウンタ50等を設けないで、例えば、電池セルBV4のセル電圧を検出する場合、スイッチSW3,SW4をオンするとともにその他のスイッチSW0,SW1,SW2をオフすればよい。これにより、電池セルBV4のプラス側の端子電圧V4とマイナス側の端子電圧V3との差に応じた電圧がオペアンプ20の出力電圧Voutとして出力され、不図示のアナログ/デジタル変換器において出力電圧Voutがデジタル値に変換されることで、マイコン55は電池セルBV4のセル電圧を検出できる。他の電池セルBV1〜BV3のセル電圧も同様に検出することができる。   Incidentally, the battery voltage detection system shown in FIG. 9 has a problem that it is necessary to control a complicated switch in order to detect the cell voltage with high accuracy. Therefore, for example, when the cell voltage of the battery cell BV4 is detected without providing the counter 50 shown in FIG. 9, the switches SW3 and SW4 are turned on and the other switches SW0, SW1 and SW2 are turned off. As a result, a voltage corresponding to the difference between the positive terminal voltage V4 and the negative terminal voltage V3 of the battery cell BV4 is output as the output voltage Vout of the operational amplifier 20, and the analog / digital converter (not shown) outputs the output voltage Vout. Is converted into a digital value, the microcomputer 55 can detect the cell voltage of the battery cell BV4. The cell voltages of the other battery cells BV1 to BV3 can be similarly detected.

但し、この場合、オペアンプ20の他方の入力端子に接続されたキャパシタC1の両電極間にかかるバイアス電圧は、セル電圧の検出対象となる電池セルが異なる毎に変化する。例えば、電池セルBV1〜BV4にリチウムイオン電池を採用する場合、満充電時における各電池セルBV1〜BV4は4.5V近くに達することが知られている。   However, in this case, the bias voltage applied between both electrodes of the capacitor C1 connected to the other input terminal of the operational amplifier 20 changes every time the battery cell to be detected for the cell voltage is different. For example, when a lithium ion battery is adopted as the battery cells BV1 to BV4, it is known that the battery cells BV1 to BV4 at the time of full charge reach close to 4.5V.

ここで、電池セルBV1〜BV4の電圧が全て5Vとし、基準電圧Vref1が2.5Vの場合とする。つまり、V0=0V、V1=5V、V2=10V、V3=15V、V4=20Vの場合である。この場合、オペアンプ20のオフセットを考慮に入れなければ、キャパシタC1の両電極間にかかるバイアス電圧は、−2.5V(=Vss−Vref1),2.5V(=V1−Vref1),7.5V(=V2−Vref1),12.5V(=V3−Vref1),又は17.5V(=V4−Vref1)となる。このように、電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧は全て5Vであるにも関わらず、キャパシタC1の両電極間にかかるバイアス電圧が異なってくるので、電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧として検出された電圧は、キャパシタC1のバイアス依存性に応じて相違が生じる。   Here, it is assumed that the voltages of the battery cells BV1 to BV4 are all 5V and the reference voltage Vref1 is 2.5V. That is, V0 = 0V, V1 = 5V, V2 = 10V, V3 = 15V, and V4 = 20V. In this case, if the offset of the operational amplifier 20 is not taken into consideration, the bias voltage applied between both electrodes of the capacitor C1 is −2.5V (= Vss−Vref1), 2.5V (= V1−Vref1), 7.5V. (= V2-Vref1), 12.5V (= V3-Vref1), or 17.5V (= V4-Vref1). Thus, although the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 are all 5V, the bias voltages applied between the two electrodes of the capacitor C1 are different, so that the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 are detected. The generated voltage differs depending on the bias dependency of the capacitor C1.

例えば、キャパシタC1のバイアス依存性が0.1(%/V)の誤差として表される場合において、電池セルBV1のセル電圧として検出される電圧は0.25%(=2.5×0.1)分の電圧誤差(−25mV)を生じ、電池セルBV2のセル電圧として検出される電圧は最大で0.75%(=7.5×0.1)分の電圧誤差(−75mV)を生じ、電池セルBV3のセル電圧として検出される電圧は最大で1.25%(=12.5×0.1)分の電圧誤差(−125mV)を生じ、電池セルBV4のセル電圧として検出される電圧は最大で1.75%(=17.5×0.1)分の電圧誤差(−175mV)を生じる。このように、電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧は全て5Vであるにも関わらず、各セル電圧を適切に検出できないという問題があった。   For example, when the bias dependency of the capacitor C1 is expressed as an error of 0.1 (% / V), the voltage detected as the cell voltage of the battery cell BV1 is 0.25% (= 2.5 × 0. 1) A voltage error (−25 mV) is generated, and the voltage detected as the cell voltage of the battery cell BV2 is 0.75% (= 7.5 × 0.1) maximum voltage error (−75 mV). The voltage detected as the cell voltage of the battery cell BV3 causes a voltage error (−125 mV) of 1.25% (= 12.5 × 0.1) at the maximum, and is detected as the cell voltage of the battery cell BV4. This causes a voltage error (−175 mV) of 1.75% (= 17.5 × 0.1) at maximum. Thus, although each cell voltage of battery cell BV1-BV4 is all 5V, there existed a problem that each cell voltage was not able to be detected appropriately.

なお、図9に示す電圧検出システムの構成の他に、例えば、図9に示す電圧検出システムにおいてキャパシタC1,C2が抵抗に置き換えられた場合であっても、当該抵抗のバイアス依存性によって同様の問題が生じることとなる。   In addition to the configuration of the voltage detection system shown in FIG. 9, for example, even when the capacitors C1 and C2 are replaced with resistors in the voltage detection system shown in FIG. Problems will arise.

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り、バッテリを構成する直列に接続された複数の電池セルそれぞれのセル電圧を簡易な構成で高精度に検出可能な電池電圧検出システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and can detect battery voltages of a plurality of battery cells connected in series constituting a battery with a simple configuration with high accuracy. The purpose is to provide a system.

上記の課題を解決するために、本発明のある形態(aspect)に係る電池電圧検出システムは、バッテリを構成する直列に接続された複数の電池セルそれぞれの端子電圧が入力され当該端子電圧をセレクタ信号に基づいて多重化するセレクタと、前記セレクタの出力をレベルシフトして出力するレベルシフタであって、その入力側に入力インピーダンス回路要素が設けられた当該レベルシフタと、前記レベルシフタの出力をアナログ/デジタル変換して出力するアナログ/デジタル変換器と、前記アナログ/デジタル変換器の出力を制御信号に基づいて前記複数の電池セルそれぞれのセル電圧に対応したデジタル値に変換する前段デジタル処理器と、前記前段デジタル処理器から出力されたデジタル値に対して前記入力インピーダンス回路要素のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正して出力する後段デジタル処理器と、前記セレクタ信号及び前記制御信号を少なくとも生成する制御器と、を備えるものである。   In order to solve the above-described problem, a battery voltage detection system according to an aspect of the present invention is configured such that a terminal voltage of each of a plurality of battery cells connected in series constituting a battery is input and the terminal voltage is selected. A selector for multiplexing based on a signal, a level shifter for level-shifting the output of the selector, the level shifter provided with an input impedance circuit element on the input side, and an output of the level shifter for analog / digital An analog / digital converter for converting and outputting, a pre-stage digital processor for converting an output of the analog / digital converter into a digital value corresponding to a cell voltage of each of the plurality of battery cells based on a control signal, and The input impedance circuit is applied to the digital value output from the preceding digital processor. And subsequent digital processor which outputs the digital correction to remove the error component based on the bias dependence of the elements, in which and a control unit for generating at least the selector signal and the control signal.

この構成によれば、セレクタの出力、即ち複数の電池セルそれぞれの端子電圧の相違に伴う入力インピーダンス回路要素のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去することができ、複数の電池セルそれぞれのセル電圧を高精度に検出することが可能となる。   According to this configuration, an error component based on the bias dependency of the input impedance circuit element due to the output of the selector, that is, the terminal voltage of each of the plurality of battery cells can be removed, and the cell voltage of each of the plurality of battery cells Can be detected with high accuracy.

前記電池電圧検出システムにおいて、前記前段デジタル処理器は、前記アナログ/デジタル変換器の出力が前記セル電圧に対応したデジタル値に分離される前に、前記アナログ/デジタル変換器の出力に対してオフセット補正並びにゲイン補正を行うように構成されている、としてもよい。   In the battery voltage detection system, the pre-stage digital processor is offset from the output of the analog / digital converter before the output of the analog / digital converter is separated into a digital value corresponding to the cell voltage. It may be configured to perform correction and gain correction.

この構成によれば、レベルシフタの入力インピーダンス回路要素のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去する前にセレクタ及びレベルシフタのオフセット誤差並びにゲイン誤差成分を除去することにより、複数の電池セルそれぞれのセル電圧をさらに高精度に検出することが可能となる。   According to this configuration, before removing the error component based on the bias dependency of the input impedance circuit element of the level shifter, the offset error and the gain error component of the selector and the level shifter are removed, so that the cell voltages of each of the plurality of battery cells are obtained. Furthermore, it becomes possible to detect with high accuracy.

前記電池電圧検出システムにおいて、前記入力インピーダンス回路要素はキャパシタであり、前記後段デジタル処理器は、前記キャパシタのバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正を行うように構成されている、としてもよい。   In the battery voltage detection system, the input impedance circuit element is a capacitor, and the post-stage digital processor is configured to perform digital correction to remove an error component based on bias dependency of the capacitor. Also good.

この構成によれば、レベルシフタの入力インピーダンス回路要素としてのキャパシタのバイアス依存性に基づく誤差成分を除去することができ、複数の電池セルそれぞれのセル電圧をさらに高精度に検出することが可能となる。   According to this configuration, it is possible to remove an error component based on the bias dependency of the capacitor as the input impedance circuit element of the level shifter, and to detect the cell voltages of each of the plurality of battery cells with higher accuracy. .

前記電池電圧検出システムにおいて、前記入力インピーダンス回路要素は抵抗であり、前記後段デジタル処理器は、前記抵抗のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正を行うように構成されている、としてもよい。   In the battery voltage detection system, the input impedance circuit element is a resistor, and the post-stage digital processor is configured to perform digital correction to remove an error component based on the bias dependency of the resistor. Also good.

この構成によれば、レベルシフタの入力インピーダンス回路要素としての抵抗のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去することができ、複数の電池セルそれぞれのセル電圧をさらに高精度に検出することが可能となる。   According to this configuration, it is possible to remove an error component based on the bias dependency of the resistance as an input impedance circuit element of the level shifter, and to detect the cell voltages of each of the plurality of battery cells with higher accuracy. .

本発明によれば、バッテリを構成する直列に接続された複数の電池セルそれぞれのセル電圧を簡易な構成で高精度に検出可能な電池電圧検出システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the battery voltage detection system which can detect the cell voltage of each of the several battery cell connected in series which comprises a battery with a simple structure with high precision can be provided.

図1は本発明の実施の形態1に係る電池電圧検出システムの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a battery voltage detection system according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は図1に示す前段デジタル処理器のデジタル補正に係る機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram relating to digital correction of the pre-stage digital processor shown in FIG. 図3は図2に示す前段デジタル処理器によるデジタル補正の内容を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the contents of digital correction by the preceding digital processor shown in FIG. 図4は図1に示す後段デジタル処理器のデジタル補正に係る機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram relating to digital correction of the latter-stage digital processor shown in FIG. 図5は図4に示す演算器の機能ブロック図である。FIG. 5 is a functional block diagram of the arithmetic unit shown in FIG. 図6は図4に示す演算器のその他の機能ブロック図である。FIG. 6 is another functional block diagram of the arithmetic unit shown in FIG. 図7は図1に示す電池電圧検出システムの主要信号の波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram of main signals of the battery voltage detection system shown in FIG. 図8は本発明の実施の形態2に係る電池電圧検出システムの構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a battery voltage detection system according to Embodiment 2 of the present invention. 図9は従来の電池電圧検出システムの構成を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional battery voltage detection system.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.

(実施の形態1)
[構成例]
以下、本発明の実施の形態1について図1を用いて説明する。なお、図1は本発明の実施の形態1に係る電池電圧検出システムの構成例を示す図である。
(Embodiment 1)
[Configuration example]
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 1 is a figure which shows the structural example of the battery voltage detection system which concerns on Embodiment 1 of this invention.

図1に示す電池電圧検出システムは、バッテリ110を構成する4つの電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧を多重化(multiplexing)により連続したデジタル値に変換するとともに、連続したデジタル値を複数のセル電圧に応じた個々のデジタル値に多重分離(demultiplexing)して外部のシステムコントローラに向けて出力するように構成されたシステムである。なお、図1に示すバッテリでは、4つの電池セルBV1〜BV4が直列に接続されて構成された場合とするが、この構成に限定されるものではない。また、4つの電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧は均一な値でもよいし互いに異なる値でもよい。例えば、電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧は全て5Vであってもよいし、電池セルBV1のセル電圧は2.5V、電池セルBV2のセル電圧は5V、電池セルBV3のセル電圧は1V、及び電池セルBV4のセル電圧は4Vであってもよい。   The battery voltage detection system shown in FIG. 1 converts the cell voltage of each of the four battery cells BV1 to BV4 constituting the battery 110 into a continuous digital value by multiplexing, and converts the continuous digital value into a plurality of cells. This is a system configured to demultiplex individual digital values according to the voltage and output them to an external system controller. In the battery shown in FIG. 1, four battery cells BV <b> 1 to BV <b> 4 are connected in series. However, the configuration is not limited to this. The cell voltages of the four battery cells BV1 to BV4 may be uniform values or different values. For example, all the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 may be 5V, the cell voltage of the battery cell BV1 is 2.5V, the cell voltage of the battery cell BV2 is 5V, the cell voltage of the battery cell BV3 is 1V, The cell voltage of the battery cell BV4 may be 4V.

図1に示す電池電圧検出システムは、セレクタ120と、レベルシフタ130と、アナログ/デジタル変換器140と、前段デジタル処理器150と、後段デジタル処理器160と、レジスタ170と、制御器180と、を備えている。   The battery voltage detection system shown in FIG. 1 includes a selector 120, a level shifter 130, an analog / digital converter 140, a pre-stage digital processor 150, a post-stage digital processor 160, a register 170, and a controller 180. I have.

セレクタ120は、4つの電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC0〜VC4が入力され、制御器180からのセレクタ信号によってこれらの端子電圧VC0〜VC4のうちの1つを選択して、それをレベルシフタ130の入力電圧信号Vinとして出力するように構成されている。具体的には、セレクタ120は、その一端には端子電圧VC0〜VC4が入力されるとともにその他端が互いに共通に接続されているスイッチSW0〜SW4により構成されている。なお、制御器180からのセレクタ信号に基づいて端子電圧VC0〜VC4が巡回的に選択されるため、セレクタ120からレベルシフタ130に向けて出力される入力電圧信号Vinは端子電圧VC0〜VC4が繰り返し連続するように構成される。   The selector 120 receives the terminal voltages VC0 to VC4 of each of the four battery cells BV1 to BV4, selects one of these terminal voltages VC0 to VC4 according to the selector signal from the controller 180, and converts it into a level shifter. The input voltage signal Vin is output as 130. Specifically, the selector 120 is configured by switches SW0 to SW4 that are input with terminal voltages VC0 to VC4 at one end and are commonly connected to the other ends. Since the terminal voltages VC0 to VC4 are cyclically selected based on the selector signal from the controller 180, the input voltage signal Vin output from the selector 120 toward the level shifter 130 is continuously repeated with the terminal voltages VC0 to VC4. Configured to do.

レベルシフタ130は、セレクタ120からの入力電圧信号Vinをレベルシフトして得られる出力電圧信号Voutを出力するように構成されている。本実施の形態では、レベルシフタ130は、差動増幅器131にキャパシタC1,C2,C3を接続した反転増幅回路として実現されている。具体的には、レベルシフタ130は、差動増幅器131と、差動増幅器131の非反転入力端に参照電圧Vrefを印加させる電圧源132と、その一方の電極がセレクタ120の出力と接続されその他方の電極が差動増幅器131の反転入力端と接続されるキャパシタC1と、その一方の電極がキャパシタC1の他方の電極及び差動増幅器131の反転入力端と接続されたキャパシタC2と、差動増幅器131の反転入力端と出力端との間に設けられたキャパシタC3と、キャパシタC2の他方の電極とグランドとの間に設けられたスイッチSW_Nと、キャパシタC2の他方の電極と参照電圧Vrefを生成する電圧源133との間に設けられたスイッチSW_P1と、キャパシタC3と並列に接続されたスイッチSW_P2と、を備えてなる。なお、レベルシフタ130は、差動増幅器131を使用せずに構成されてもよいし、後述のアナログ/デジタル変換器140の入力部に含まれるように構成されてもよい。   The level shifter 130 is configured to output an output voltage signal Vout obtained by level shifting the input voltage signal Vin from the selector 120. In the present embodiment, the level shifter 130 is realized as an inverting amplifier circuit in which the capacitors C1, C2, and C3 are connected to the differential amplifier 131. Specifically, the level shifter 130 includes a differential amplifier 131, a voltage source 132 that applies a reference voltage Vref to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 131, and one electrode connected to the output of the selector 120. The capacitor C1 whose electrode is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 131, the capacitor C2 whose one electrode is connected to the other electrode of the capacitor C1 and the inverting input terminal of the differential amplifier 131, and the differential amplifier A capacitor C3 provided between the inverting input terminal and the output terminal of 131, a switch SW_N provided between the other electrode of the capacitor C2 and the ground, and the other electrode of the capacitor C2 and the reference voltage Vref are generated. A switch SW_P1 provided between the voltage source 133 and the switch SW_P2 connected in parallel with the capacitor C3. It made. The level shifter 130 may be configured without using the differential amplifier 131, or may be configured to be included in an input unit of an analog / digital converter 140 described later.

アナログ/デジタル変換器140は、レベルシフタ130からのアナログ出力信号Voutをデジタル変換してデジタル出力信号ADCOUTとして出力する。アナログ/デジタル変換器140の出力信号ADCOUTは電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC0〜VC4のデジタル変換値が連続するように構成されている。アナログ/デジタル変換器140はデルタシグマ(ΔΣ)型や逐次比較型(SAR)型など種類は問わない。なお、ΔΣ型の場合は、後段にデジタルフィルタが必要であるが、この場合は前段デジタル処理器150に含まれるものとする。   The analog / digital converter 140 converts the analog output signal Vout from the level shifter 130 into a digital output signal ADCOUT. The output signal ADCOUT of the analog / digital converter 140 is configured such that the digital conversion values of the terminal voltages VC0 to VC4 of the battery cells BV1 to BV4 are continuous. The analog / digital converter 140 may be of any type such as a delta sigma (ΔΣ) type or a successive approximation type (SAR) type. In the case of the ΔΣ type, a digital filter is required in the subsequent stage.

前段デジタル処理器150は、アナログ/デジタル変換器140の出力信号ADCOUTから4つの電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧に応じた個々のデジタル値Data1〜Data4に多重分離して出力するように構成されている。さらに、前段デジタル処理器150は、セレクタ120及びレベルシフタ130のオフセット誤差やゲイン誤差の影響を取り除くべく、アナログ/デジタル変換器140の出力信号ADCOUTを子後段デジタル処理器160に出力する前にデジタル補正するように構成されている。なお、前段デジタル処理器150は、DSPや論理回路等によって実現される。また、前段デジタル処理器150は、アナログ/デジタル変換器140の出力信号ADCOUTを多重分離せずに連続したデジタル値Data1〜Data4を出力するように構成されてもよい。この場合においても、前段デジタル処理器150は、セレクタ120及びレベルシフタ130のオフセット誤差やゲイン誤差の影響を取り除くべく、アナログ/デジタル変換器140の出力信号ADCOUTをデジタル補正するように構成される。   The pre-stage digital processor 150 is configured to demultiplex and output individual digital values Data1 to Data4 corresponding to the cell voltages of the four battery cells BV1 to BV4 from the output signal ADCOUT of the analog / digital converter 140. ing. Further, the pre-stage digital processor 150 performs digital correction before the output signal ADCOUT of the analog / digital converter 140 is output to the sub-stage digital processor 160 in order to remove the influence of the offset error and gain error of the selector 120 and the level shifter 130. Is configured to do. The pre-stage digital processor 150 is realized by a DSP, a logic circuit, or the like. Further, the pre-stage digital processor 150 may be configured to output continuous digital values Data1 to Data4 without demultiplexing the output signal ADCOUT of the analog / digital converter 140. Even in this case, the pre-stage digital processor 150 is configured to digitally correct the output signal ADCOUT of the analog / digital converter 140 in order to remove the influence of the offset error and gain error of the selector 120 and the level shifter 130.

後段デジタル処理器160は、キャパシタC1のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべく、前段デジタル処理器150から出力される個々のデジタル値Data1〜Data4をデジタル補正し、その結果を対応するレジスタ170a〜170dそれぞれに格納するように構成されている。例えば、キャパシタC1のバイアス依存性を0.1%/Vとした場合、端子電圧VC1と参照電圧Vrefとの差電圧(VC1−Vref)に関して発生する誤差成分ΔVは0.001×(VC1−Vref)となり、後段デジタル処理器160はこの誤差成分ΔVを除去すべくデジタル補正を遂行する。なお、後段デジタル処理器160は、前段デジタル処理器150と同様に、DSPや論理回路等によって実現される。   The post-stage digital processor 160 digitally corrects the individual digital values Data1 to Data4 output from the pre-stage digital processor 150 in order to remove an error component based on the bias dependency of the capacitor C1, and the result is a corresponding register 170a. ˜170d is stored in each. For example, when the bias dependency of the capacitor C1 is 0.1% / V, the error component ΔV generated with respect to the difference voltage (VC1−Vref) between the terminal voltage VC1 and the reference voltage Vref is 0.001 × (VC1−Vref). The post-stage digital processor 160 performs digital correction to remove this error component ΔV. The post-stage digital processor 160 is realized by a DSP, a logic circuit, or the like, like the pre-stage digital processor 150.

レジスタ170a〜170dは、測定データを管理する外部のシステムコントローラ(図示せず)がアクセス可能となるように構成されている。システムコントローラは、例えばマイクロコントローラやCPU等である。   The registers 170a to 170d are configured to be accessible by an external system controller (not shown) that manages measurement data. The system controller is, for example, a microcontroller or CPU.

制御器180は、電池電圧検出システム全体の制御を司るものであり、特に、セレクタ120のスイッチSW0〜SW4を巡回的にオンオフするためのセレクタ信号、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2,SW_Nをオンオフするための制御信号、及び前段デジタル処理器150における多重分離を制御するための制御信号等を生成する。なお、制御器180は、DSPや論理回路等で実現される。また、複数の制御器180が後述の制御を分散処理する形態であってもよい。あるいは、制御器180は、外部のシステムコントローラと一体的に構成されてもよい。   The controller 180 controls the entire battery voltage detection system. In particular, the controller 180 cyclically turns on and off the switches SW0 to SW4 of the selector 120, and turns on and off the switches SW_P1, SW_P2, and SW_N of the level shifter 130. A control signal for controlling the demultiplexing in the pre-stage digital processor 150, and the like. The controller 180 is realized by a DSP, a logic circuit, or the like. Moreover, the form which the several controller 180 carries out the distributed process of the below-mentioned control may be sufficient. Alternatively, the controller 180 may be configured integrally with an external system controller.

[前段デジタル処理器]
図2は、前段デジタル処理器150のデジタル補正に係る機能ブロック図であり、同図に示すように、前段デジタル処理器150は、入力信号に補正値k1を加算するオフセット補正用の加算器151と加算器151の出力に補正値k2を乗算するゲイン補正用の乗算部152とを備えている。図3は、図2に示す前段デジタル処理器150によるデジタル補正の内容を説明するための概念図である。図3に示すように、入力信号のセンタコード(中央値)に応じた出力が出力センタとなるように入力信号に補正値k1が加算(オフセット補正)された後、入力信号のフルコード(最大値)並びにゼロコード(最小値)それぞれに応じた出力が理想値に近づくようにオフセット補正後の入力信号に補正値k2が乗算(ゲイン補正)される。
[Pre-stage digital processor]
FIG. 2 is a functional block diagram relating to digital correction of the pre-stage digital processor 150. As shown in FIG. 2, the pre-stage digital processor 150 includes an offset correction adder 151 that adds a correction value k1 to the input signal. And a gain correction multiplier 152 that multiplies the output of the adder 151 by a correction value k2. FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the contents of digital correction by the pre-stage digital processor 150 shown in FIG. As shown in FIG. 3, after the correction value k1 is added to the input signal (offset correction) so that the output according to the center code (median value) of the input signal becomes the output center, the full code (maximum of the input signal) Value) and zero code (minimum value), the input signal after offset correction is multiplied by a correction value k2 (gain correction) so that the output corresponding to the zero code (minimum value) approaches the ideal value.

このように、後段デジタル処理器160によるデジタル補正よりも先に、前段デジタル処理器150によってオフセット補正並びにゲイン補正が実行されることによって、後段デジタル処理器160によるデジタル補正を高精度に実行することができる。   As described above, the digital correction by the post-stage digital processor 160 is executed with high accuracy by performing the offset correction and the gain correction by the pre-stage digital processor 150 prior to the digital correction by the post-stage digital processor 160. Can do.

[後段デジタル処理器]
図4は、後段デジタル処理器160のデジタル補正に係る機能ブロック図である。同図において、Data1は電池セルBV1のセル電圧(=VC1−VC0)に対応したデジタル値であり、Data2は電池セルBV2のセル電圧(=VC2−VC1)に対応したデジタル値であり、Data3は電池セルBV3のセル電圧(=VC3−VC2)に対応したデジタル値であり、Data4は電池セルBV4のセル電圧(=VC4−VC3)に対応したデジタル値である。
[Second-stage digital processor]
FIG. 4 is a functional block diagram relating to digital correction of the post-stage digital processor 160. In the figure, Data1 is a digital value corresponding to the cell voltage (= VC1-VC0) of the battery cell BV1, Data2 is a digital value corresponding to the cell voltage (= VC2-VC1) of the battery cell BV2, and Data3 is It is a digital value corresponding to the cell voltage (= VC3-VC2) of the battery cell BV3, and Data4 is a digital value corresponding to the cell voltage (= VC4-VC3) of the battery cell BV4.

図4に示す後段デジタル処理器160は、デジタル値Data1とデジタル値Data2とを加算する加算器161aと、加算器161aの出力Data2B(=Data1+Data2)とデジタル値Data3とを加算する加算器161bと、加算器161bの出力Data3B(=Data1+Data2+Data3)とデジタル値Data4とを加算する加算器161cと、を備える。なお、加算器161cの出力Data4Bは“Data1+Data2+Data3+Data4”である。ここで、デジタル値Data1、加算器161aの出力Data2B、加算器161bの出力Data3B、加算器161cの出力Data4Bはそれぞれ次式のとおり電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧に対応する。   The post-stage digital processor 160 shown in FIG. 4 includes an adder 161a that adds the digital value Data1 and the digital value Data2, an adder 161b that adds the output Data2B (= Data1 + Data2) of the adder 161a and the digital value Data3, An adder 161c that adds the output Data3B (= Data1 + Data2 + Data3) of the adder 161b and the digital value Data4 is provided. The output Data4B of the adder 161c is “Data1 + Data2 + Data3 + Data4”. Here, the digital value Data1, the output Data2B of the adder 161a, the output Data3B of the adder 161b, and the output Data4B of the adder 161c correspond to the respective terminal voltages of the battery cells BV1 to BV4 as shown in the following equations.

Data1=VC1−VC0・・・(1−1)
Data2B=Data1+Data2
=VC1−VC0+VC2−VC1
=VC2−VC0・・・(1−2)
Data3B=Data1+Data2+Data3
=VC1+VC2−VC1+VC3−VC2
=VC3−VC0・・・(1−3)
Data4B=Data1+Data2+Data3+Data4
=VC1+VC2−VC1+VC3−VC2+VC4−VC3
=VC4−VC0・・・(1−4)
つまり、前段デジタル処理器150においてアナログ/デジタル変換器140の出力信号ADCOUTに含まれる電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC0〜VC4が電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧に変換されている。そこで、加算器161a〜161cにより電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧に相当するデジタル値Data1〜Data4が、電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC1〜VC4に相当するデジタル値に一旦戻される。
Data1 = VC1-VC0 (1-1)
Data2B = Data1 + Data2
= VC1-VC0 + VC2-VC1
= VC2-VC0 (1-2)
Data3B = Data1 + Data2 + Data3
= VC1 + VC2-VC1 + VC3-VC2
= VC3-VC0 (1-3)
Data4B = Data1 + Data2 + Data3 + Data4
= VC1 + VC2-VC1 + VC3-VC2 + VC4-VC3
= VC4-VC0 (1-4)
That is, in the pre-stage digital processor 150, the terminal voltages VC0 to VC4 of the battery cells BV1 to BV4 included in the output signal ADCOUT of the analog / digital converter 140 are converted to the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4. Therefore, the digital values Data1 to Data4 corresponding to the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 are temporarily returned to digital values corresponding to the terminal voltages VC1 to VC4 of the battery cells BV1 to BV4 by the adders 161a to 161c.

また、図4に示す後段デジタル処理器160は、デジタル値Data1を補正値k3に基づきデジタル補正する演算器162aと、加算器161aの出力Data2Bを補正値k3に基づきデジタル補正する演算器162bと、加算器161bの出力Data3Bを補正値k3に基づきデジタル補正する演算器162cと、加算器161cの出力Data4Bを補正値k3に基づきデジタル補正する演算器162dとを備える。   Further, the post-stage digital processor 160 shown in FIG. 4 includes an arithmetic unit 162a that digitally corrects the digital value Data1 based on the correction value k3, an arithmetic unit 162b that digitally corrects the output Data2B of the adder 161a based on the correction value k3, An arithmetic unit 162c that digitally corrects the output Data3B of the adder 161b based on the correction value k3, and an arithmetic unit 162d that digitally corrects the output Data4B of the adder 161c based on the correction value k3.

つまり、加算器161a〜161dにより電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC1〜VC4に相当するデジタル値に戻された値に対して、演算器162a〜162dによりデジタル補正が実行される。   In other words, the arithmetic units 162a to 162d perform digital correction on the values returned to the digital values corresponding to the terminal voltages VC1 to VC4 of the battery cells BV1 to BV4 by the adders 161a to 161d.

さらに、図4に示す後段デジタル処理器160は、演算器162bの出力Dout2Bから演算器162aの出力Dout1Bを減算する減算器163aと、演算器162cの出力Dout3Bから演算器162bの出力Dout2Bを減算する減算器163bと、演算器162dの出力Dout4Bから演算器162cの出力Dout3Bを減算する減算器163cとを備える。ここで、演算器162aの出力Dout1、減算器163aの出力Dout2、減算器163bの出力Dout3、減算器163cの出力Dout4は、全ての演算器162a〜162dにおいて“入力=出力”の条件が成り立つとすれば、それぞれ次式のとおり、電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧である。   Further, the post-stage digital processor 160 shown in FIG. 4 subtracts the output Dout1B of the computing unit 162a from the output Dout2B of the computing unit 162b, and subtracts the output Dout2B of the computing unit 162b from the output Dout3B of the computing unit 162c. A subtractor 163b; and a subtractor 163c that subtracts the output Dout3B of the calculator 162c from the output Dout4B of the calculator 162d. Here, the output Dout1 of the calculator 162a, the output Dout2 of the subtractor 163a, the output Dout3 of the subtractor 163b, and the output Dout4 of the subtractor 163c satisfy the condition of “input = output” in all the calculators 162a to 162d. Then, the cell voltages of the battery cells BV <b> 1 to BV <b> 4 are as shown in the following formulas.

Dout1=VC1−VC0・・・(2−1)
Dout2=Dout2B−Dout1B
=VC2−VC1・・・(2−2)
Dout3=Dout3B−Dout2B
=VC3−VC2・・・(2−3)
Dout4=Dout4B−Dout3B
=VC4−VC3・・・(2−4)
つまり、演算器162a〜162dによりデジタル補正された後の電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC1〜VC4に相当するデジタル値が、減算器163a〜163dにより電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧に相当するデジタル値に戻される。
Dout1 = VC1-VC0 (2-1)
Dout2 = Dout2B−Dout1B
= VC2-VC1 (2-2)
Dout3 = Dout3B−Dout2B
= VC3-VC2 (2-3)
Dout4 = Dout4B-Dout3B
= VC4-VC3 (2-4)
That is, the digital values corresponding to the terminal voltages VC1 to VC4 of the battery cells BV1 to BV4 after digital correction by the arithmetic units 162a to 162d correspond to the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 by the subtractors 163a to 163d. Is returned to the digital value.

図5は、図4に示す演算器162(162a〜162d)の機能ブロック図である。図5に示す演算器162は、入力Dinの二乗に補正値k3を乗算する乗算器164と、入力Dinから乗算器164の出力を減算する減算器165とを備える。つまり、減算器165の出力Doutは次式のとおり入力Dinの二次関数となる。   FIG. 5 is a functional block diagram of the computing unit 162 (162a to 162d) shown in FIG. The arithmetic unit 162 shown in FIG. 5 includes a multiplier 164 that multiplies the square of the input Din by the correction value k3, and a subtractor 165 that subtracts the output of the multiplier 164 from the input Din. That is, the output Dout of the subtracter 165 is a quadratic function of the input Din as shown in the following equation.

Dout=Din−k3・Din^2・・・(3)   Dout = Din−k3 · Din ^ 2 (3)

図6は、図4に示す演算器162(162a〜162)のその他の機能ブロック図である。図6に示す演算器162は、図5に示す乗算器164及び減算器165の他に、入力Dinを二乗する乗算器166と、乗算器166の出力に対して補正値k3とは異なる補正値k4を乗算する乗算器167と、減算器165の出力から乗算器167の出力を減算する減算器168とを備えてなる。つまり、減算器168の出力Doutは次式のとおり入力Dinの二次関数となる。   FIG. 6 is another functional block diagram of the calculator 162 (162a to 162) shown in FIG. In addition to the multiplier 164 and the subtractor 165 shown in FIG. 5, the arithmetic unit 162 shown in FIG. 6 includes a multiplier 166 that squares the input Din, and a correction value that is different from the correction value k3 with respect to the output of the multiplier 166. A multiplier 167 that multiplies k4 and a subtracter 168 that subtracts the output of the multiplier 167 from the output of the subtractor 165 are provided. That is, the output Dout of the subtracter 168 is a quadratic function of the input Din as shown in the following equation.

Dout=Din(1−k3−k4・Din)・・・(4)
なお、図4に示す演算器162(162a〜162d)は、図5、図6に示す構成例に限られず、例えば入力Dinの三次以上の関数となるように構成されてもよい。この演算器162により実現される入力Dinの関数の次数は、後述のとおり、キャパシタC1のバイアス依存性を定義した関数の次数に応じて決定される。
Dout = Din (1−k3−k4 · Din) (4)
Note that the calculators 162 (162a to 162d) shown in FIG. 4 are not limited to the configuration examples shown in FIGS. 5 and 6, and may be configured to be, for example, a third-order function or more of the input Din. As will be described later, the order of the function of the input Din realized by the calculator 162 is determined according to the order of the function that defines the bias dependency of the capacitor C1.

[システム動作例]
図1に示す電池電圧検出システムの動作例を図7を用いて説明する。図7は図1に示す電池電圧検出システムの主要信号の波形図である。
[System operation example]
An operation example of the battery voltage detection system shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a waveform diagram of main signals of the battery voltage detection system shown in FIG.

電池セルBV1のセル電圧の検出動作を説明する。   The operation of detecting the cell voltage of the battery cell BV1 will be described.

まず、セレクタ120のスイッチSW0がオンするとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンする。なお、その他のスイッチSW1〜SW4、SW_Nはすべてオフしている。このとき、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1及びC3の電極電圧は、差動増幅器131の非反転入力端に印加された参照電圧Vrefと等しくなる。ここで、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV1の一方の端子電圧VC0であるので、キャパシタC1には電池セルBV1の一方の端子電圧VC0と参照電圧Vrefとの差電圧(VC0−Vref)が印加される。なお、このときキャパシタC1に蓄積される電荷をQ1Aと表すと、この電荷Q1Aは次式のように表される。   First, the switch SW0 of the selector 120 is turned on, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are turned on. The other switches SW1 to SW4 and SW_N are all turned off. At this time, the electrode voltages of the capacitors C1 and C3 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 are equal to the reference voltage Vref applied to the non-inverting input end of the differential amplifier 131. Here, since the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side is one terminal voltage VC0 of the battery cell BV1, the capacitor C1 has a difference voltage (VC0−) between the one terminal voltage VC0 of the battery cell BV1 and the reference voltage Vref. Vref) is applied. At this time, if the charge accumulated in the capacitor C1 is represented as Q1A, the charge Q1A is represented by the following equation.

Q1A=(VC0−Vref)×C1・・・(5)
差動増幅器131の出力端側のキャパシタC3の電極電圧は参照電圧Vrefである。ここで、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC3の電極電圧も参照電圧Vrefであるので、キャパシタC3の両電極間は短絡された状態となり、キャパシタC3に既に充電されていた電荷がリセット(放電)される。
Q1A = (VC0−Vref) × C1 (5)
The electrode voltage of the capacitor C3 on the output end side of the differential amplifier 131 is the reference voltage Vref. Here, since the electrode voltage of the capacitor C3 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 is also the reference voltage Vref, both electrodes of the capacitor C3 are short-circuited, and the charge already charged in the capacitor C3 is reset. (Discharged).

つぎに、セレクタ120のスイッチSW0がオンからオフに切り替わるとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンからオフに切り替わる。そして、セレクタ120のスイッチSW1がオフからオンに切り替わるとともにレベルシフタ130のスイッチSW_Nがオフからオンに切り替わる。このとき、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV1の他方の端子電圧VC1となる。また、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1の電極電圧は参照電圧Vrefと等しくなる。このため、キャパシタC1の両電極間の電圧(VC1−Vref)に相当する電荷がキャパシタC2に転送される。なお、このときキャパシタC2に転送される電荷をQ1Bと表すとすると、この電荷Q1Bは次式のように表される。   Next, the switch SW0 of the selector 120 is switched from on to off, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are switched from on to off. Then, the switch SW1 of the selector 120 is switched from OFF to ON, and the switch SW_N of the level shifter 130 is switched from OFF to ON. At this time, the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side becomes the other terminal voltage VC1 of the battery cell BV1. Further, the electrode voltage of the capacitor C1 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 becomes equal to the reference voltage Vref. For this reason, the electric charge corresponding to the voltage (VC1-Vref) between both electrodes of the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2. If the charge transferred to the capacitor C2 at this time is represented as Q1B, the charge Q1B is represented by the following equation.

Q1B=(VC1−Vref)×C1・・・(6)
キャパシタC3には参照電圧Vrefとグランドとの差電圧に相当する電荷が充電されるとともに、これと同じ電荷がキャパシタC2にも充電される。なお、このとき、キャパシタC2,C3に蓄積される電荷をQ3Bと表すとすると、この電荷Q3Bは次式のように表される。
Q1B = (VC1-Vref) × C1 (6)
The capacitor C3 is charged with a charge corresponding to the difference voltage between the reference voltage Vref and the ground, and the same charge is charged to the capacitor C2. At this time, if the charge accumulated in the capacitors C2 and C3 is represented as Q3B, the charge Q3B is represented by the following equation.

Q3B=−Vref×C3・・・(7)
この結果、電池セルBV1のセル電圧に相当する差動増幅器131の出力電圧Voutは、キャパシタC3の両電極間の電圧とキャパシタC2の両電極間の電圧との和として、次式のとおり表される。
Q3B = −Vref × C3 (7)
As a result, the output voltage Vout of the differential amplifier 131 corresponding to the cell voltage of the battery cell BV1 is expressed as the following expression as the sum of the voltage between both electrodes of the capacitor C3 and the voltage between both electrodes of the capacitor C2. The

Vout=Q1A−Q1B−Q3B
=Vref×C3/C2−{(VC1−VC0)×C1/C2}・・・(8)
Vout = Q1A-Q1B-Q3B
= Vref * C3 / C2-{(VC1-VC0) * C1 / C2} (8)

つぎに、電池セルBV2のセル電圧の検出動作を説明する。   Next, the cell voltage detection operation of the battery cell BV2 will be described.

まず、セレクタ120のスイッチSW1がオンするとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンする。なお、その他のスイッチSW0,SW2〜SW4、SW_Nはすべてオフである。このとき、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1及びC3の電極電圧は、差動増幅器131の非反転入力端に印加された参照電圧Vrefと等しくなる。ここで、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV2の一方の端子電圧VC1であるので、キャパシタC1には電池セルBV2の一方の端子電圧VC1と参照電圧Vrefとの差電圧(VC1−Vref)が印加される。また、差動増幅器131の出力端側のキャパシタC3の電極電圧は参照電圧Vrefである。よって、キャパシタC3は短絡されてキャパシタC3に既に充電されていた電荷がリセット(放電)される。   First, the switch SW1 of the selector 120 is turned on, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are turned on. The other switches SW0, SW2 to SW4, SW_N are all off. At this time, the electrode voltages of the capacitors C1 and C3 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 are equal to the reference voltage Vref applied to the non-inverting input end of the differential amplifier 131. Here, since the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side is the one terminal voltage VC1 of the battery cell BV2, the voltage difference between the one terminal voltage VC1 of the battery cell BV2 and the reference voltage Vref (VC1−VC1). Vref) is applied. The electrode voltage of the capacitor C3 on the output end side of the differential amplifier 131 is the reference voltage Vref. Therefore, the capacitor C3 is short-circuited and the charge already charged in the capacitor C3 is reset (discharged).

つぎに、セレクタ120のスイッチSW1がオンからオフに切り替わるとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンからオフに切り替わる。そして、セレクタ120のスイッチSW2がオフからオンに切り替わるとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_Nがオフからオンに切り替わる。このとき、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV2の他方の端子電圧VC2となる。また、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1の電極電圧は参照電圧Vrefと等しくなる。このため、キャパシタC1の両電極間の電圧(VC2−Vref)に相当する電荷がキャパシタC2に転送される。また、差動増幅器131の反転入力端と非反転入力端との間の仮想短絡により、キャパシタC3には参照電圧Vrefに相当する電荷が充電される。この結果、電池セルBV2のセル電圧に相当する差動増幅器131の出力電圧Voutは、次式のとおり表される。   Next, the switch SW1 of the selector 120 is switched from on to off, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are switched from on to off. Then, the switch SW2 of the selector 120 is switched from OFF to ON, and the switch SW_N of the level shifter 130 is switched from OFF to ON. At this time, the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side becomes the other terminal voltage VC2 of the battery cell BV2. Further, the electrode voltage of the capacitor C1 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 becomes equal to the reference voltage Vref. For this reason, the electric charge corresponding to the voltage (VC2-Vref) between both electrodes of the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2. In addition, due to a virtual short circuit between the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 131, the capacitor C3 is charged with a charge corresponding to the reference voltage Vref. As a result, the output voltage Vout of the differential amplifier 131 corresponding to the cell voltage of the battery cell BV2 is expressed by the following equation.

Vout=Vref×C3/C2−{(VC2−VC1)×C1/C2}・・・(9)   Vout = Vref * C3 / C2-{(VC2-VC1) * C1 / C2} (9)

つぎに、電池セルBV3のセル電圧の検出動作を説明する。   Next, the cell voltage detection operation of the battery cell BV3 will be described.

まず、セレクタ120のスイッチSW2がオンするとともにレベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンする。なお、その他のスイッチSW0、SW1、SW3、SW4、SW_Nはすべてオフである。このとき、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1及びC3の電極電圧は、差動増幅器131の非反転入力端に印加された参照電圧Vrefと等しくなる。ここで、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV3の一方の端子電圧VC2であるので、キャパシタC1には電池セルBV3の一方の端子電圧VC2と参照電圧Vrefとの差電圧(VC0−Vref)が印加される。また、差動増幅器131の出力端側のキャパシタC3の電極電圧は参照電圧Vrefである。よって、キャパシタC3の両電極間は短絡された状態となり、キャパシタC3に既に充電されていた電荷がリセット(放電)される。   First, the switch SW2 of the selector 120 is turned on and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are turned on. The other switches SW0, SW1, SW3, SW4, SW_N are all off. At this time, the electrode voltages of the capacitors C1 and C3 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 are equal to the reference voltage Vref applied to the non-inverting input end of the differential amplifier 131. Here, since the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side is the one terminal voltage VC2 of the battery cell BV3, the capacitor C1 has a difference voltage (VC0−) between the one terminal voltage VC2 of the battery cell BV3 and the reference voltage Vref. Vref) is applied. The electrode voltage of the capacitor C3 on the output end side of the differential amplifier 131 is the reference voltage Vref. Therefore, both electrodes of the capacitor C3 are short-circuited, and the charge already charged in the capacitor C3 is reset (discharged).

つぎに、セレクタ120のスイッチSW2がオンからオフに切り替わるとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンからオフに切り替わる。そして、セレクタ120のスイッチSW3がオフからオンに切り替わるとともにレベルシフタ130のスイッチSW_Nがオフからオンに切り替わる。このとき、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV3の他方の端子電圧VC3となる。また、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1の電極電圧は参照電圧Vrefと等しくなる。このため、キャパシタC1の両電極間の電圧(VC3−Vref)に相当する電荷がキャパシタC2に転送される。また、差動増幅器131の反転入力端と非反転入力端との間の仮想短絡により、キャパシタC3には参照電圧Vrefに相当する電荷が充電される。この結果、電池セルBV3のセル電圧に相当する差動増幅器131の出力電圧Voutは、次式のとおり表される。   Next, the switch SW2 of the selector 120 is switched from on to off, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are switched from on to off. Then, the switch SW3 of the selector 120 is switched from OFF to ON, and the switch SW_N of the level shifter 130 is switched from OFF to ON. At this time, the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side becomes the other terminal voltage VC3 of the battery cell BV3. Further, the electrode voltage of the capacitor C1 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 becomes equal to the reference voltage Vref. For this reason, the electric charge corresponding to the voltage (VC3-Vref) between both electrodes of the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2. In addition, due to a virtual short circuit between the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 131, the capacitor C3 is charged with a charge corresponding to the reference voltage Vref. As a result, the output voltage Vout of the differential amplifier 131 corresponding to the cell voltage of the battery cell BV3 is expressed by the following equation.

Vout=Vref×C3/C2−{(VC3−VC2)×C1/C2}・・・(10)   Vout = Vref * C3 / C2-{(VC3-VC2) * C1 / C2} (10)

つぎに、電池セルBV4のセル電圧の検出動作を説明する。   Next, the cell voltage detection operation of the battery cell BV4 will be described.

まず、セレクタ120のスイッチSW3がオンするとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンする。なお、その他のスイッチSW0〜SW2、SW4、SW_Nはすべてオフである。このとき、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1及びC3の電極電圧は、差動増幅器131の非反転入力端に印加された参照電圧Vrefと等しくなる。ここで、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV4の一方の端子電圧VC3であるので、キャパシタC1には電池セルBV4の一方の端子電圧VC3と参照電圧Vrefとの差電圧(VC3−Vref)が印加される。また、差動増幅器131の出力端側のキャパシタC3の電極電圧は参照電圧Vrefである。よって、キャパシタC3は短絡された状態となり、キャパシタC3に既に充電されていた電荷がリセット(放電)される。   First, the switch SW3 of the selector 120 is turned on, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are turned on. The other switches SW0 to SW2, SW4, and SW_N are all off. At this time, the electrode voltages of the capacitors C1 and C3 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 are equal to the reference voltage Vref applied to the non-inverting input end of the differential amplifier 131. Here, since the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side is the one terminal voltage VC3 of the battery cell BV4, the capacitor C1 has a difference voltage (VC3-) between the one terminal voltage VC3 of the battery cell BV4 and the reference voltage Vref. Vref) is applied. The electrode voltage of the capacitor C3 on the output end side of the differential amplifier 131 is the reference voltage Vref. Therefore, the capacitor C3 is short-circuited, and the charge already charged in the capacitor C3 is reset (discharged).

つぎに、セレクタ120のスイッチSW3がオンからオフに切り替わるとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_P1,SW_P2がオンからオンに切り替わる。そして、セレクタ120のスイッチSW4がオフからオンに切り替わるとともに、レベルシフタ130のスイッチSW_Nがオフからオンに切り替わる。このとき、セレクタ120側のキャパシタC1の電極電圧は電池セルBV4の他方の端子電圧VC4となる。また、差動増幅器131の反転入力端側のキャパシタC1の電極電圧は参照電圧Vrefと等しくなる。このため、キャパシタC1の両電極間の電圧(VC4−Vref)に相当する電荷がキャパシタC2に転送される。また、差動増幅器131の反転入力端と非反転入力端との間の仮想短絡により、キャパシタC3には参照電圧Vrefに相当する電荷が充電される。この結果、電池セルBV4のセル電圧に相当する差動増幅器131の出力電圧Voutは、次式のとおり表される。 Next, the switch SW3 of the selector 120 is switched from on to off, and the switches SW_P1 and SW_P2 of the level shifter 130 are switched from on to on. Then, the switch SW4 of the selector 120 is switched from OFF to ON, and the switch SW_N of the level shifter 130 is switched from OFF to ON. At this time, the electrode voltage of the capacitor C1 on the selector 120 side becomes the other terminal voltage VC4 of the battery cell BV4. Further, the electrode voltage of the capacitor C1 on the inverting input end side of the differential amplifier 131 becomes equal to the reference voltage Vref. For this reason, the electric charge corresponding to the voltage (VC4-Vref) between both electrodes of the capacitor C1 is transferred to the capacitor C2. In addition, due to a virtual short circuit between the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 131, the capacitor C3 is charged with a charge corresponding to the reference voltage Vref. As a result, the output voltage Vout of the differential amplifier 131 corresponding to the cell voltage of the battery cell BV4 is expressed by the following equation.

Vout=Vref×C4/C2−{(VC4−VC2)×C1/C2}・・・(11)
以上の動作が繰り返されることで、電池セルBV1の両端子電圧の差電圧(VC1−VC0)の検出電圧であるVdata1、電池セルBV2の両端子電圧の差電圧(VC2−VC1)の検出電圧であるVdata2、電池セルBV3の両端子電圧の差電圧(VC3−VC2)の検出電圧であるVdata3、及び電池セルBV4の両端子電圧の差電圧(VC4−VC3)の検出電圧であるVdata4が、差動増幅器131の出力電圧Voutとして順次出力される。
Vout = Vref * C4 / C2-{(VC4-VC2) * C1 / C2} (11)
By repeating the above operation, the detection voltage of the difference voltage (VC2-VC1) between the two terminals of the battery cell BV2 is detected as Vdata1 which is the detection voltage of the difference between the two terminals of the battery cell BV1 (VC1-VC0). Vdata3, which is a detection voltage of a difference voltage (VC3-VC2) between both terminal voltages of a certain Vdata2, battery cell BV3, and Vdata4, which is a detection voltage of a difference voltage (VC4-VC3) of both terminal voltages of the battery cell BV4, is a difference. The output voltage Vout of the dynamic amplifier 131 is sequentially output.

Vdata1=Vref×C3/C2−{(VC1−VC0)×C1/C2}・・・(12)
Vdata2=Vref×C3/C2−{(VC2−VC1)×C1/C2}・・・(13)
Vdata3=Vref×C3/C2−{(VC3−VC2)×C1/C2}・・・(14)
Vdata4=Vref×C3/C2−{(VC4−VC3)×C1/C2}・・・(15)
差動増幅器131の出力電圧Voutとして得られる電池セルBV1〜BV4それぞれの検出電圧Vdata1〜Vdata4は、アナログ/デジタル変換器140によりデジタル値に変換され、前段デジタル処理器150によってオフセット補正及びゲイン補正された後に個々のデジタル値Data1〜Data4に多重分離される。さらに、後段デジタル処理器160によってキャパシタC1のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべく前段デジタル処理器150から入力されたデジタル値Data1〜Data4に対するデジタル補正が遂行される。これにより、レジスタ170a〜170dには、セレクタ120及びレベルシフタ130のオフセット誤差やゲイン誤差、さらにはキャパシタC1のバイアス依存性に基づく誤差成分が除去された電池セルBV1〜BV4のセル電圧が格納されることとなる。
Vdata1 = Vref * C3 / C2-{(VC1-VC0) * C1 / C2} (12)
Vdata2 = Vref * C3 / C2-{(VC2-VC1) * C1 / C2} (13)
Vdata3 = Vref * C3 / C2-{(VC3-VC2) * C1 / C2} (14)
Vdata4 = Vref × C3 / C2-{(VC4-VC3) × C1 / C2} (15)
The detection voltages Vdata1 to Vdata4 of the battery cells BV1 to BV4 obtained as the output voltage Vout of the differential amplifier 131 are converted into digital values by the analog / digital converter 140, and offset correction and gain correction are performed by the pre-stage digital processor 150. After that, it is demultiplexed into individual digital values Data1 to Data4. Further, digital correction is performed on the digital values Data1 to Data4 input from the pre-stage digital processor 150 in order to remove an error component based on the bias dependency of the capacitor C1 by the post-stage digital processor 160. As a result, the registers 170a to 170d store the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 from which the error components based on the offset error and gain error of the selector 120 and the level shifter 130 and the bias dependency of the capacitor C1 are removed. It will be.

[バイアス依存性に基づく誤差成分の除去例]
ところで、キャパシタC1のバイアス依存性をαと表し、キャパシタC1の両電極間の電位差が0Vの時の容量値をC1と表し、キャパシタC1の両電極間にかかる電圧をΔVとすると、キャパシタC1の容量値は次式のように表される。
C1=C1×(1+α×ΔV)・・・(16)
式(5)、(6)、(7)それぞれに式(13)を適用すると、電荷Q1A,Q1B、Q3Bはそれぞれ次式のように表される。
Q1A=(VC0−Vref)×C1×{1+α×(VC0−Vref)}・・・(17)
Q1B=(VC1−Vref)×C1×{1+α×(VC1−Vref))・・・(18)
Q3B=−Vref×C3・・・(19)
[Example of removing error components based on bias dependence]
Incidentally, the bias dependence of the capacitor C1 represents the alpha, the potential difference between the electrodes of the capacitor C1 represents a C1 0 a capacitance value at 0V, when the voltage applied between the opposing electrodes of the capacitor C1 and [Delta] V, the capacitor C1 The capacitance value of is expressed as follows.
C1 = C1 0 × (1 + α × ΔV) (16)
When the formula (13) is applied to the formulas (5), (6), and (7), the charges Q1A, Q1B, and Q3B are respectively expressed as the following formulas.
Q1A = (VC0−Vref) × C1 0 × {1 + α × (VC0−Vref)} (17)
Q1B = (VC1-Vref) × C1 0 × {1 + α × (VC1-Vref)) (18)
Q3B = −Vref × C3 (19)

ここで、キャパシタC2,C3のバイアス依存性は考慮せずに、また説明の簡略化のために基準電圧Vrefが0Vとすると、差動増幅器131の出力電圧Voutとして出現する電池セルBV1の検出電圧Vdata1(α)は、次式のように表される。なお、説明の簡略化のために、“C1/C2”を“1”とした。
Vdata1(α)=Q1A−Q1B−Q3B
=(VC0−VC1)×C1/C2+α×C1/C2(VC0−VC1
=(VC0−VC1)+α×(VC0−VC1)・・・(20)
したがって、キャパシタC1のバイアス依存性αの影響により、式(20)の“α×C1/C2(VC0−VC1)”の項がVdata1(α)の誤差成分となる。ここで、この誤差成分をΔVe1と表す。
ΔVe1=α×(VC0−VC1)・・・(21)
Here, the detection voltage of the battery cell BV1 that appears as the output voltage Vout of the differential amplifier 131 when the reference voltage Vref is 0 V without considering the bias dependency of the capacitors C2 and C3 and for the sake of simplification of description. Vdata1 (α) is expressed as the following equation. For simplification of explanation, “C1 / C2” is set to “1”.
Vdata1 (α) = Q1A-Q1B-Q3B
= (VC0−VC1) × C1 / C2 + α × C1 / C2 (VC0 2 −VC1 2 )
= (VC0−VC1) + α × (VC0 2 −VC1 2 ) (20)
Therefore, the term “α × C1 / C2 (VC0 2 −VC1 2 )” in the equation (20) becomes an error component of Vdata1 (α) due to the influence of the bias dependency α of the capacitor C1. Here, this error component is expressed as ΔVe1.
ΔVe1 = α × (VC0 2 −VC1 2 ) (21)

同様に、電池セルBV2の検出電圧Vdata2(α)、電池セルBV3の検出電圧Vdata3(α)、及び電池セルBV4の検出電圧Vdata4(α)は、それぞれ次式のように表される。
Vdata2(α)=(VC1−VC2)+α×(VC1−VC2)・・・(22)
Vdata3(α)=(VC2−VC3)+α×(VC2−VC3)・・・(23)
Vdata4(α)=(VC3−VC4)+α×(VC3−VC4)・・・(24)
Similarly, the detection voltage Vdata2 (α) of the battery cell BV2, the detection voltage Vdata3 (α) of the battery cell BV3, and the detection voltage Vdata4 (α) of the battery cell BV4 are expressed by the following equations, respectively.
Vdata2 (α) = (VC1−VC2) + α × (VC1 2 −VC2 2 ) (22)
Vdata3 (α) = (VC2−VC3) + α × (VC2 2 −VC3 2 ) (23)
Vdata4 (α) = (VC3−VC4) + α × (VC3 2 −VC4 2 ) (24)

また、Vdata2(α)の誤差成分ΔVe2、Vdata3(α)の誤差成分ΔVe3、及びVdata4(α)の誤差成分ΔVe4は、それぞれ次式のように表される。
ΔVe2=α×(VC1−VC2)・・・(25)
ΔVe3=α×(VC2−VC3)・・・(26)
ΔVe4=α×(VC3−VC4)・・・(27)
ここで、図4に示す後段デジタル処理器160のData1、Data2B、Data3B、Data4Bは次式のように表される。
Data1=Vdata1(α)
=(VC0−VC1)+α×(VC0−VC1)・・・(28)
Data2B=Vdata1(α)+Vdata2(α)
=(VC0−VC2)+α×(V0−V2)・・・(29)
Data3B=Vdata1(α)+Vdata2(α)+Vdata3(α)
=(VC0−VC3)+α×(V0−V3)・・・(30)
Data4B=Vdata1(α)+Vdata2(α)+Vdata3(α)+Vdata4(α)
=(VC0−VC4)+α×(V0−V4)・・・(31)
Also, the error component ΔVe2 of Vdata2 (α), the error component ΔVe3 of Vdata3 (α), and the error component ΔVe4 of Vdata4 (α) are each expressed by the following equations.
ΔVe2 = α × (VC1 2 −VC2 2 ) (25)
ΔVe3 = α × (VC2 2 −VC3 2 ) (26)
ΔVe4 = α × (VC3 2 −VC4 2 ) (27)
Here, Data1, Data2B, Data3B, and Data4B of the post-stage digital processor 160 shown in FIG. 4 are expressed as follows.
Data1 = Vdata1 (α)
= (VC0-VC1) + α × (VC0 2 -VC1 2) ··· (28)
Data2B = Vdata1 (α) + Vdata2 (α)
= (VC0−VC2) + α × (V0 2 −V2 2 ) (29)
Data3B = Vdata1 (α) + Vdata2 (α) + Vdata3 (α)
= (VC0−VC3) + α × (V0 2 −V3 2 ) (30)
Data4B = Vdata1 (α) + Vdata2 (α) + Vdata3 (α) + Vdata4 (α)
= (VC0−VC4) + α × (V0 2 −V4 2 ) (31)

VC0は基準電圧として0Vにできるため、上式のData1、Data2B〜4Bは次式のようにセル電圧の絶対値に比例した関数として表すことができる。
Data1=−VC1―α×VC1・・・(32)
Data2B=−VC2―α×VC2・・・(33)
Data3B=−VC3―α×VC3・・・(34)
Data4B=−VC4―α×VC4・・・(35)
ここで、図4に示す後段デジタル処理器160の演算器162a〜162dがそれぞれ図5に示す構成である場合とする。演算器162aを例に挙げると、乗算器164の出力Deoは、補正値k3をαに設定すれば、次式のように近似される。なお、αの二乗はαよりも十分小さいものとして扱う。
Deo=α×{−VC1―α×VC1
≒α×VC1・・・(36)
したがって、演算器162aの出力Dout1は、次式のように、誤差成分ΔVe1が打ち消されていることが分かる。
Dout1=Data1−Deo
=−VC1―α×VC1+α×VC1
=−VC1・・・(37)
Since VC0 can be set to 0V as a reference voltage, Data1 and Data2B to 4B in the above expressions can be expressed as functions proportional to the absolute value of the cell voltage as in the following expression.
Data1 = −VC1−α × VC1 2 (32)
Data2B = −VC2−α × VC2 2 (33)
Data3B = −VC3−α × VC3 2 (34)
Data4B = −VC4−α × VC4 2 (35)
Here, it is assumed that the arithmetic units 162a to 162d of the post-stage digital processor 160 shown in FIG. 4 have the configuration shown in FIG. Taking the arithmetic unit 162a as an example, the output Deo of the multiplier 164 is approximated by the following equation when the correction value k3 is set to α. Note that the square of α is treated as being sufficiently smaller than α.
Deo = α × {−VC1−α × VC1 2 } 2
≒ α × VC1 2 (36)
Therefore, it can be seen that the error component ΔVe1 is canceled out from the output Dout1 of the calculator 162a as shown in the following equation.
Dout1 = Data1-Deo
= −VC1−α × VC1 2 + α × VC1 2
= -VC1 (37)

なお、上記の説明では、キャパシタC1のバイアス依存性を次式のように1次関数として定義した。
C1=C1×(1+α×ΔV)・・・(38)
これ以外に、キャパシタC1のバイアス依存性を次式のように2次関数として定義してもよい。
C1=C1×(1+α×ΔV+β×ΔV2)・・・(39)
この場合には、図4に示す後段デジタル処理器160の演算器162a〜162dは図6に示すような2次関数に準じた構成が必要となる。
In the above description, the bias dependency of the capacitor C1 is defined as a linear function as in the following equation.
C1 = C1 0 × (1 + α × ΔV) (38)
In addition to this, the bias dependence of the capacitor C1 may be defined as a quadratic function as in the following equation.
C1 = C1 0 × (1 + α × ΔV + β × ΔV2) (39)
In this case, the arithmetic units 162a to 162d of the post-stage digital processor 160 shown in FIG. 4 need to be configured according to a quadratic function as shown in FIG.

(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について図8を用いて説明する。なお、図8は本発明の実施の形態2に係る電池電圧検出システムの構成例を示す図である。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In addition, FIG. 8 is a figure which shows the structural example of the battery voltage detection system which concerns on Embodiment 2 of this invention.

図8に示す電池電圧検出システムは、図1に示す電池電圧検出システムと比較して、セレクタ120、レベルシフタ130及びアナログ/デジタル変換器140の構成が相違する。なお、その他の構成は同じである。   The battery voltage detection system shown in FIG. 8 differs from the battery voltage detection system shown in FIG. 1 in the configuration of the selector 120, the level shifter 130, and the analog / digital converter 140. Other configurations are the same.

セレクタ120は、4つの電池セルBV1〜BV4それぞれの端子電圧VC0〜VC4が入力され、制御器180からのセレクタ信号によって、4つの電池セルBV1〜BV4それぞれのセル電圧に応じた2つの端子電圧を選択して、それらをレベルシフタ130の差動入力電圧信号VinP,VinNとして出力するように構成されている。具体的には、セレクタ120は、その一端には端子電圧VC0〜VC4が入力されるとともにその他端が互いに共通に接続されているスイッチSW0P〜SW4Pと、同様に、その一端には端子電圧VC0〜VC4が入力されるとともにその他端が互いに共通に接続されているスイッチSW0N〜SW4Nと、を備え、スイッチSW0P〜SW4Pの他端から一方の差動入力電圧信号VinPが出力されるとともに、スイッチSW0N〜SW4Nの他端から他方の差動入力電圧信号VinNが出力されるように構成されている。なお、スイッチSW0P,SW0N、スイッチSW1P,SW1N、スイッチSW2P,SW2N,スイッチSW3P,3Nはそれぞれ制御器180からのセレクタ信号によって同時にオンオフするように構成されている。   The selector 120 receives the terminal voltages VC0 to VC4 of each of the four battery cells BV1 to BV4, and receives two terminal voltages corresponding to the cell voltages of the four battery cells BV1 to BV4 according to the selector signal from the controller 180. These are selected and output as differential input voltage signals VinP and VinN of the level shifter 130. Specifically, the selector 120 is supplied with terminal voltages VC0 to VC4 at one end and similarly connected to the switches SW0P to SW4P with the other ends connected in common, similarly to the terminal voltage VC0 to VC0 at one end. Switches SW0N to SW4N to which VC4 is input and the other ends are connected in common to each other, and one differential input voltage signal VinP is output from the other end of the switches SW0P to SW4P, and the switches SW0N to SW0N The other differential input voltage signal VinN is output from the other end of the SW4N. Note that the switches SW0P and SW0N, the switches SW1P and SW1N, the switches SW2P and SW2N, and the switches SW3P and 3N are configured to be simultaneously turned on and off by a selector signal from the controller 180.

レベルシフタ130は、セレクタ120からの差動入力電圧信号VinP,VinNをそれぞれレベルシフトして得られる差動出力電圧信号VoutP,VoutNを出力するように構成されている。本実施の形態では、レベルシフタ130は、2つの差動増幅器134,135によって構成された2つの反転増幅回路として実現されている。具体的には、レベルシフタ130は、差動増幅器134と、差動増幅器134の非反転入力端に参照電圧VrefPを印加させる電圧源136と、その一方の電極がセレクタ120の出力と接続されその他方の電極が差動増幅器134の反転入力端と接続される抵抗R1Pと、差動増幅器134の反転入力端と出力端との間に設けられた抵抗R2Pと、を備える。差動増幅器134の出力が一方の差動出力電圧信号VoutPである。さらに、レベルシフタ130は、差動増幅器135と、差動増幅器135の非反転入力端に参照電圧VrefNを印加させる電圧源137と、その一方の電極がセレクタ120の出力と接続されその他方の電極が差動増幅器135の反転入力端と接続される抵抗R1Nと、差動増幅器135の反転入力端と出力端との間に設けられた抵抗R2Nと、を備える。差動増幅器135の出力が一方の差動出力電圧信号VoutNである。   The level shifter 130 is configured to output differential output voltage signals VoutP and VoutN obtained by level shifting the differential input voltage signals VinP and VinN from the selector 120, respectively. In the present embodiment, the level shifter 130 is realized as two inverting amplifier circuits configured by two differential amplifiers 134 and 135. Specifically, the level shifter 130 includes a differential amplifier 134, a voltage source 136 that applies a reference voltage VrefP to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 134, and one electrode connected to the output of the selector 120. The resistor R1P is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 134, and the resistor R2P is provided between the inverting input terminal and the output terminal of the differential amplifier 134. The output of the differential amplifier 134 is one differential output voltage signal VoutP. Further, the level shifter 130 includes a differential amplifier 135, a voltage source 137 for applying a reference voltage VrefN to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 135, one electrode connected to the output of the selector 120, and the other electrode A resistor R1N connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 135 and a resistor R2N provided between the inverting input terminal and the output terminal of the differential amplifier 135 are provided. The output of the differential amplifier 135 is one differential output voltage signal VoutN.

アナログ/デジタル変換器140は、レベルシフタ130から出力された差動出力電圧信号VoutP,VoutNの差電圧(VoutP−VoutN)をデジタル値に変換して前段デジタル処理器150に向けて出力するように構成されている。つまり、差動入力型になっている以外は、図1に示すアナログ/デジタル変換器140と同じであり、デルタシグマ(ΔΣ)型や逐次比較型(SAR)型など種類は問わない。   The analog / digital converter 140 is configured to convert the differential voltage (VoutP−VoutN) between the differential output voltage signals VoutP and VoutN output from the level shifter 130 into a digital value and output the digital value to the pre-stage digital processor 150. Has been. That is, except for the differential input type, it is the same as the analog / digital converter 140 shown in FIG. 1, and there is no limitation on the type such as a delta sigma (ΔΣ) type or a successive approximation type (SAR) type.

以上の構成により、アナログ/デジタル変換器140によりデジタル値に変換され、前段デジタル処理器150によりオフセット補正及びゲイン補正された後に個々のデジタル値Data1〜Data4に多重分離される。さらに、後段デジタル処理器160により抵抗R1P,R1Nそれぞれのバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべく前段デジタル処理器150から入力されたデジタル値Data1〜Data4に対するデジタル補正が遂行される。これにより、レジスタ170a〜170dには、セレクタ120及びレベルシフタ130のオフセット誤差やゲイン誤差、さらには抵抗R1P,R1Nそれぞれのバイアス依存性に基づく誤差が除去された電池セルBV1〜BV4のセル電圧が格納されることとなる。   With the above configuration, the digital value is converted into a digital value by the analog / digital converter 140, and after being offset-corrected and gain-corrected by the pre-stage digital processor 150, it is demultiplexed into individual digital values Data1 to Data4. Further, digital correction is performed on the digital values Data1 to Data4 input from the pre-stage digital processor 150 in order to remove error components based on the bias dependence of the resistors R1P and R1N by the post-stage digital processor 160. As a result, the registers 170a to 170d store the cell voltages of the battery cells BV1 to BV4 from which the offset error and gain error of the selector 120 and the level shifter 130 and further the error based on the bias dependence of the resistors R1P and R1N are removed. Will be.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明は、バッテリを構成する直列に接続された複数の電池セルそれぞれのセル電圧を検出する電池電圧検出システム、特に、複数の電池セルがリチウムイオン電池の場合であって車載に搭載されるバッテリの各セル電圧を検出する電池電圧検出システムにとって有用である。   The present invention relates to a battery voltage detection system for detecting a cell voltage of each of a plurality of battery cells connected in series constituting a battery, in particular, a battery mounted on a vehicle when the plurality of battery cells are lithium ion batteries. This is useful for a battery voltage detection system for detecting each cell voltage.

BV1〜BV4…電池セル
VC0〜VC4…端子電圧
110…バッテリ
120…セレクタ
SW0〜SW4…スイッチ
SW0P〜SW4P,SW0N〜SW4N…スイッチ
130…レベルシフタ
SW_P1,SW_P2,SW_N…スイッチ
C1…キャパシタ(入力インピーダンス回路要素)
C2…キャパシタ
C3…キャパシタ
131…差動増幅器
132,133…電圧源
134,135…差動増幅器
136,137…電圧源
140…アナログ/デジタル変換器
150…前段デジタル処理器
151…加算器
152…乗算部
160…後段デジタル処理器
161a〜161c…加算器
162,162a〜162d…演算器
163a〜163c…減算器
164,166,167…乗算器
165,168…減算器
170a,170b,170c,170d…レジスタ
180…制御器
R1P,R1N…抵抗(入力インピーダンス回路要素)
R2P,R2N…抵抗
BV1 to BV4 ... Battery cells VC0 to VC4 ... Terminal voltage 110 ... Battery 120 ... Selector SW0-SW4 ... Switch SW0P-SW4P, SW0N-SW4N ... Switch 130 ... Level shifter SW_P1, SW_P2, SW_N ... Switch C1 ... Capacitor (input impedance circuit element) )
C2 ... Capacitor C3 ... Capacitor 131 ... Differential amplifiers 132, 133 ... Voltage sources 134, 135 ... Differential amplifiers 136,137 ... Voltage source 140 ... Analog / digital converter 150 ... Pre-stage digital processor 151 ... Adder 152 ... Multiplication Unit 160... Post-stage digital processors 161 a to 161 c... Adders 162, 162 a to 162 d .. arithmetic units 163 a to 163 c .. subtracters 164, 166, 167 ... multipliers 165, 168. 180 ... Controllers R1P, R1N ... Resistance (input impedance circuit element)
R2P, R2N ... resistance

Claims (4)

バッテリを構成する直列に接続された複数の電池セルそれぞれの端子電圧が入力され当該端子電圧をセレクタ信号に基づいて多重化するセレクタと、
前記セレクタの出力をレベルシフトして出力するレベルシフタであって、その入力側に入力インピーダンス回路要素が設けられた当該レベルシフタと、
前記レベルシフタの出力をアナログ/デジタル変換して出力するアナログ/デジタル変換器と、
前記アナログ/デジタル変換器の出力を制御信号に基づいて前記複数の電池セルそれぞれのセル電圧に対応したデジタル値に変換する前段デジタル処理器と、
前記前段デジタル処理器から出力されたデジタル値に対して前記入力インピーダンス回路要素のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正して出力する後段デジタル処理器と、
前記セレクタ信号及び前記制御信号を少なくとも生成する制御器と、
を備える電池電圧検出システム。
A selector that inputs the terminal voltage of each of a plurality of battery cells connected in series constituting the battery and multiplexes the terminal voltage based on a selector signal;
A level shifter for level-shifting and outputting the output of the selector, the level shifter provided with an input impedance circuit element on its input side;
An analog / digital converter that performs analog / digital conversion on the output of the level shifter; and
A pre-stage digital processor that converts an output of the analog / digital converter into a digital value corresponding to a cell voltage of each of the plurality of battery cells based on a control signal;
A post-stage digital processor that digitally corrects and outputs an error component based on bias dependency of the input impedance circuit element with respect to the digital value output from the pre-stage digital processor;
A controller that generates at least the selector signal and the control signal;
A battery voltage detection system comprising:
前記前段デジタル処理器は、前記アナログ/デジタル変換器の出力が前記セル電圧に対応したデジタル値に分離される前に、前記アナログ/デジタル変換器の出力に対してオフセット補正並びにゲイン補正を行うように構成されている、請求項1に記載の電池電圧検出システム。   The pre-stage digital processor performs offset correction and gain correction on the output of the analog / digital converter before the output of the analog / digital converter is separated into a digital value corresponding to the cell voltage. The battery voltage detection system according to claim 1, which is configured as follows. 前記入力インピーダンス回路要素はキャパシタであり、
前記後段デジタル処理器は、前記キャパシタのバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正を行うように構成されている、請求項1又は2に記載の電池電圧検出システム。
The input impedance circuit element is a capacitor;
The battery voltage detection system according to claim 1 or 2, wherein the latter-stage digital processor is configured to perform digital correction to remove an error component based on bias dependency of the capacitor.
前記入力インピーダンス回路要素は抵抗であり、
前記後段デジタル処理器は、前記抵抗のバイアス依存性に基づく誤差成分を除去すべくデジタル補正を行うように構成されている、請求項1又は2に記載の電池電圧検出システム。

The input impedance circuit element is a resistor;
The battery voltage detection system according to claim 1 or 2, wherein the latter-stage digital processor is configured to perform digital correction so as to remove an error component based on bias dependency of the resistance.

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