JP4238095B2 - 組電池の電圧検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、組電池の電圧検出装置に係わり、特に、バッテリからなる単位セルを複数個接続して構成された組電池の各単位セルの両端電圧を検出する組電池の電圧検出装置に関する。

電気自動車などの動力源としては、バッテリからなる単位セルを必要な容量に相当する分だけ複数個直列又は並列に接続した組電池が用いられる。このような組電池の各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出装置として、例えば、図６（ａ）示す抵抗分圧式のものが知られている（例えば、特許文献１）。

図６（ａ）に示す抵抗分圧式の電圧検出装置において、スイッチＳ₁及びＳ₄→スイッチＳ₂及びＳ₄→スイッチＳ₃及びＳ₄の順にオンする。これにより、単位セルＶ₁の両端が抵抗Ｒ₁及びＲ₄からなる分圧回路に、単位セルＶ₂の両端が抵抗Ｒ₂及びＲ₅からなる分圧回路に、単位セルＶ₃の両端が抵抗Ｒ₃及びＲ₆からなる分圧回路に順次接続される。

そして、これら各分圧回路からの分圧出力Ｖ₁′、Ｖ₂′、Ｖ₃′に基づき、コントローラ４が各単位セルＶ₁〜Ｖ₃の両端電圧を検出することができる。このコントローラ４は、組電池とは異なる、例えば、５Ｖの低電圧源から電源供給を受け、組電池とは異なるグランドラインに接続されている。上述した抵抗分圧式の電圧検出装置は、分圧抵抗である抵抗Ｒ₁〜Ｒ₆を大きな値とすることにより、低電圧系のコントローラ４と組電池とをほぼ絶縁状態にすることができる。

しかしながら、上述した抵抗分圧式の電圧検出装置は、スイッチＳ₁〜Ｓ₄を介して、コントローラ４と組電池とが接続されるため、完全にコントローラ４と組電池との絶縁を図っているとは言えない。

そこで、完全に絶縁を図ることができる電圧検出装置として、図６（ｂ）に示すフライングキャパシタ式のものも知られている（例えば、特許文献２）。図６（ｂ）に示すフライングキャパシタ式の電圧検出装置において、スイッチＳ₇及びＳ₈→スイッチＳ₈及びＳ₉→スイッチＳ₉及びＳ₁₀の順にオンする。

これにより、単位セルＶ₁→Ｖ₂→Ｖ₃の順に、その両端がキャパシタＣに接続される。そして、各単位セルＶ₁〜Ｖ₃により充電されたキャパシタＣの両端電圧に基づき、コントローラ４が各単位セルＶ₁〜Ｖ₃の両端電圧を検出する。なお、キャパシタＣの両端電圧を検出するときには、スイッチＳ₁₁及びＳ₁₂をオンして、コントローラ４にキャパシタＣの両端電圧を出力する。またこのとき、スイッチＳ₇〜Ｓ₁₀はオフにして、組電池とキャパシタＣとを切り離すことにより、組電池とコントローラ４７との絶縁を図ることができる。
特開２０００−１３４８１８公報 特開２００２−３１５２１２公報

しかしながら、上述したフライングキャパシタ式の電圧検出装置は、スイッチＳ₇〜Ｓ₁₂のオンオフ制御を、低圧系のコントローラ４で行っている。このため、組電池とコントローラ４とを絶縁するために、スイッチＳ₇〜Ｓ₁₂としてはフォトモスなどの光信号の入力によりオンオフするスイッチを用いる必要があり、コスト的に問題があった。そこで、例えば、スイッチＳ₇〜Ｓ₁₂の制御を組電池から電源供給を受ける高圧系の論理回路で行うとすると、フォトモスなどを用いる必要はなくなるが、今度はスイッチＳ₇〜Ｓ₁₂で組電池とコントローラ４との絶縁が図れなくなってしまう。

また、上述した図６（ａ）に示す抵抗分圧式の電圧検出装置は、各単位セルＶ₁〜Ｖ₃に接続される分圧抵抗である抵抗Ｒ₁〜Ｒ₆のばらつきに起因して検出誤差が生じてしまうと言う問題があった。この抵抗Ｒ₁〜Ｒ₆は、周囲の温度変化によってもばらつきが生じてしまう。

一方、図６（ｂ）に示すフライングキャパシタ式の電圧検出装置は、各単位セルＶ₁〜Ｖ₃に対して共通のキャパシタＣを接続することにより、各単位セルＶ₁〜Ｖ₃に接続されるキャパシタＣのバラツキに起因する検出誤差の影響を除去することができる。しかしながら、上述したキャパシタＣも抵抗Ｒ₁〜Ｒ₆と同様に周囲温度によってその容量にばらつきが生じ、これに起因して検出誤差が発生してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、フォトモスなどの高価なスイッチを用いることなく、組電池と低圧系回路との絶縁を図ることができる電圧検出装置を提供することを第１の課題とする。

また、単位セルの両端電圧の検出精度向上を図った電圧検出装置を提供することを第２の課題とする。

上記第１の課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、組電池を構成する互いに直列接続された複数の単位セルの各両端電圧の検出を命令するイネーブルパルスを出力する前記組電池とは異なる低電圧源の電源供給を受けて動作するイネーブルパルス出力手段と、前記単位セルが接続されると当該接続された単位セルの両端電圧を示す電圧パルスを出力する前記組電池からの電源供給を受けて動作する電圧パルス出力手段と、前記各単位セル及び前記電圧パルス出力手段間に設けたスイッチ手段と、前記イネーブルパルスの入力に応じて前記複数の単位セルを順次前記電圧パルス出力手段に接続するように前記スイッチ手段のオンオフを制御する前記組電池からの電源供給を受けて動作するスイッチ制御手段と、前記イネーブルパルスを光パルスに変換して前記スイッチ制御手段に供給する第１フォトカプラと、を備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、低電圧源の電源供給を受けて動作するイネーブルパルス出力手段が、単位セルの両端電圧の検出を命令するイネーブルパルスを出力する。第１フォトカプラが、イネーブルパルスを光パルスに変換してスイッチ制御手段に供給する。組電池からの電源供給を受けて動作するスイッチ制御手段が、第１フォトカプラからのイネーブルパルスの入力に応じて、単位セルを順次電圧パルス出力手段に接続するように、各単位セル−電圧パルス出力手段間に設けられたスイッチ手段のオンオフ制御を行う。組電池からの電源供給を受けて動作する電圧パルス出力手段は、単位セルが接続されたとき、接続された単位セルの両端電圧を示す電圧パルスを出力する。

従って、組電池からの電源供給を受けて動作するようにスイッチ制御手段を設けることにより、スイッチ手段とスイッチ制御手段との絶縁を図る必要がなくなり、フォトモスといった高価なスイッチをスイッチ手段として用いる必要がなくなる。しかも、低電圧源の電源供給を受けて動作するイネーブルパルス出力手段から組電池からの電源供給を受けて動作するスイッチ制御手段への検出命令がイネーブルパルスを用いて行われ、このイネーブルパルスを第１フォトカプラで光パルスに変換されているため、スイッチ制御手段を組電池からの電源供給を受けて動作するように設けても、組電池と低電圧源との絶縁を図ることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の組電池の電圧検出装置であって、前記電圧パルス出力手段は、前記接続された単位セルの両端電圧、及び、予め定めた基準電圧のうち、何れか一方の積分開始から、当該一方の積分値が、他方を所定時間、積分した積分値と等しくなるまでの時間に応じた電圧パルスを出力することを特徴とする組電池の電圧検出装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、電圧パルス出力手段が、接続された単位セルの両端電圧、及び、予め定めた基準電圧のうち、何れか一方の積分開始から、当該一方の積分値が、他方を所定時間、積分した積分値と等しくなるまでの時間に応じた電圧パルスを出力する。従って、この電圧パルスに基づき、単位セルの両端電圧を求めれば、各単位セルに接続される電圧パルス出力手段のばらつきに伴う、検出誤差の影響を除去することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の組電池の電圧検出装置であって、前記電圧パルス出力手段は、入力電圧を積分する積分回路を備え、前記スイッチ手段は、前記積分回路の入力を、前記単位セルの両端電圧と、該両端電圧とは反対極性の前記基準電圧との間で切り替えることができ、前記スイッチ制御手段は、前記単位セルの両端電圧、及び、前記基準電圧のうち、何れか一方を、前記所定時間、入力させた後、他方を入力させ、前記電圧パルス出力手段は、前記積分回路の入力を前記一方から前記他方に切り替えた時から、前記積分回路の出力が、前記一方を入力する前の前記積分回路の出力と等しくなるまでの時間に応じた電圧パルスを出力することを特徴とする組電池の電圧検出装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、スイッチ手段が、電圧パルス出力手段内の積分回路の入力を、単位セルの両端電圧と、両端電圧とは反対極性の基準電圧との間で切り替える。スイッチ制御手段が、単位セルの両端電圧、及び、基準電圧のうち、何れか一方を、所定時間、入力させた後、他方を入力させる。電圧パルス出力手段が、積分回路の入力を一方から他方に切り替えた時から、積分回路の出力が、一方を入力する前の積分回路の出力と等しくなるまでの時間に応じた電圧パルスを出力する。従って、基準電圧を、単位セルの両端電圧とは反対極性にすることにより、一つの積分回路を用いて、電圧パルスを出力することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の組電池の電圧検出装置であって、前記電圧パルス出力手段は、前記積分回路の入力を前記一方から前記他方に切り替えた時から、前記積分回路の出力が、前記一方を入力する前の前記積分回路の出力と等しくなるまでの時間、Ｈレベル又はＬレベルの電圧パルスを出力し、前記Ｈレベル又はＬレベルの電圧パルスが出力されている間、カウントパルスを発生する前記低電圧源から電源供給を受けて動作するカウントパルス発生手段と、前記電圧パルス出力手段からの電圧パルスを光パルスに変換して前記カウントパルス発生手段に供給する第２フォトカプラと、をさらに備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、電圧パルス出力手段は、積分回路の入力を一方から他方に切り替えた時から、積分回路の出力が、一方を入力する前の積分回路の出力と等しくなるまでの時間、Ｈレベル又はＬレベルの電圧パルスを出力する。第２フォトカプラが、電圧パルス出力手段からの電圧パルスを光パルスに変換してカウントパルス発生手段に供給する。低電圧源から電源供給を受けて動作するカウントパルス発生手段が、Ｈレベル又はＬレベルの電圧パルスが出力されている間、カウントパルスを発生する。従って、低電圧源から電源供給を受けて動作するようにカウントパルス発生手段を設けることにより、例えば組電池から電源供給を受けて動作するようにカウントパルス発生手段を設け、カウントパルス発生手段が出力すカウントパルスを電圧パルスとする場合に比べて、電圧パルスの出力回数を少なくすることができる。

請求項５記載の発明は、請求項２、３又は４記載の組電池の電圧検出装置であって、前記所定時間をカウントする前記組電池から電源供給を受けて動作するカウンタをさらに備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置に存する。

請求項５記載の発明によれば、組電池から電源供給を受けて動作するようにカウンタを設ける。従って、カウンタと組電池からの電源供給を受けて動作する電圧パルス出力手段との絶縁を図る必要がなくなる。

上記第２の課題を解決するためになされた請求項６記載の発明は、バッテリからなる単位セルを複数個接続して構成された組電池の前記各単位セルの両端電圧を検出する組電池の電圧検出装置であって、前記単位セルの両端電圧、及び、予め定めた基準電圧のうち、何れか一方の積分開始から、当該一方の積分値が、他方を所定時間、積分した積分値と等しくなるまでの時間に基づいて、前記両端電圧を検出することを特徴とする組電池の電圧検出装置に存する。

請求項７記載の発明によれば、スイッチ手段が、積分回路の入力を、単位セルの両端電圧と、両端電圧とは反対極性の基準電圧との間で切り替える。スイッチ制御手段が、単位セルの両端電圧、及び、基準電圧のうち、何れか一方を、所定時間、入力させた後、他方を入力させる。そして、一方から他方に切り替えたときから、積分回路の出力が、一方を入力する前の積分回路の出力と等しくなるまで時間に基づいて、両端電圧を検出する。従って、基準電圧を、単位セルの両端電圧とは反対極性にすることにより、一つの積分回路を用いて、両端電圧を検出することができる。

以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、組電池からの電源供給を受けて動作するようにスイッチ制御手段を設けることにより、スイッチ手段とスイッチ制御手段との絶縁を図る必要がなくなり、フォトモスといった高価なスイッチをスイッチ手段として用いる必要がなくなる。しかも、低電圧源の電源供給を受けて動作するイネーブルパルス出力手段から組電池からの電源供給を受けて動作するスイッチ制御手段への検出命令がイネーブルパルスを用いて行われ、このイネーブルパルスを第１フォトカプラで光パルスに変換されているため、スイッチ制御手段を組電池からの電源供給を受けて動作するように設けても、組電池と低電圧源との絶縁を図ることができる組電池の電圧検出装置を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、この電圧パルスに基づき、単位セルの両端電圧を求めれば、各単位セルに接続される電圧パルス出力手段のばらつきに伴う、検出誤差の影響を除去することができるので、単位セルの両端電圧の検出精度向上を図った組電池の電圧検出装置を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、基準電圧を、単位セルの両端電圧とは反対極性にすることにより、一つの積分回路を用いて、電圧パルスを出力することができるので、コストダウンを図った組電池の電圧検出装置を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、低電圧源から電源供給を受けて動作するようにカウントパルス発生手段を設けることにより、例えば組電池から電源供給を受けて動作するようにカウントパルス発生手段を設け、カウントパルス発生手段が出力すカウントパルスを電圧パルスとする場合に比べて、電圧パルスの出力回数を少なくすることができ、第２フォトカプラの劣化を遅くすることができる組電池の電圧検出装置を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、カウンタと組電池からの電源供給を受けて動作する電圧パルス出力手段との絶縁を図る必要がなくなるので、コストダウンを図った組電池の電圧検出装置を得ることができる。

［実施例］
以下、本発明について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の組電池の電圧検出装置の一実施形態を示す回路図である。

この組電池の電圧検出装置（以下、電圧検出装置）は、車両に搭載され、バッテリからなる単位セルを複数個接続した組電池の各単位セルの両端電圧を検出する装置である。本実施形態では、説明を簡単にするために、各々１つのバッテリからなる３つの単位セルＶ₁〜Ｖ₃の両端電圧を検出する電圧検出装置について説明する。

同図に示すように、電圧検出装置は、低圧系回路であるマイクロコンピュータ（以下、マイコン）１００と、高圧系回路２００とを備えている。低圧系回路であるマイコン１００は、組電池とは異なる低電圧源からの電源供給を受けて動作する回路であり、ボディーアースされている。一方、高圧系回路２００は、単位セルＶ₁〜Ｖ₃からなる組電池からの電源供給を受けて動作する回路であり、車両のボディーアースからは絶縁されている。

上述したマイコン１００は、イネーブルパルス出力手段として働き、所定のタイミングで、単位セルＶ₁〜Ｖ₃の両端電圧の検出を命令するイネーブルパルスＥｎを出力する。上述した高圧系回路２００は、積分回路１１〜１３、コンパレータＣＰ１〜ＣＰ３、レベルシフト２１〜２３、ＡＮＤゲート３１〜３３、ＯＲゲート２０１及びカウンタパルス発生回路２０２から構成される電圧パルス出力回路を備えている。この電圧パルス出力回路は、請求項中の電圧パルス出力手段に相当する。

また、高圧系回路２００は、各単位セルＶ₁〜Ｖ₃及び積分回路１１〜１３間に設けられたスイッチ手段としてのスイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₃を備えている。このスイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₃は、積分回路１１〜１３に対する入力電圧を単位セルＶ₁〜Ｖ₃の両端電圧と、この両端電圧とは反対極性の基準電圧Ｖ_ref1〜Ｖ_ref3との間で切り替えることができる。

さらに、高圧系回路２００は、マルチプレクサ２０３、論理回路４１〜４３、逆レベルシフト５１〜５３、ＡＮＤゲート６１〜６３、ＡＮＤゲート７１〜７３、ＯＲゲート２０４、カウンタパルス発生回路２０５、カウンタ２０６からなるから構成されるスイッチ制御回路とを備えている。このスイッチ制御回路が、請求項中のスイッチ制御手段に相当する。

次に、上述した高圧系回路２００の詳細な構成について、図２を参照して説明する。図２は、任意の単位セルＶ_nに対するスイッチＳ_1n、積分回路１ｎ、コンパレータＣＰｎ、レベルシフト２ｎ、逆レベルシフト５ｎの詳細な構成を示す図である。

同図に示すように、スイッチＳ_1nは、積分回路１ｎの入力電圧を、単位セルＶ_nの両端電圧と、基準電圧Ｖ_refnとの間で切り替えることができる。この基準電圧Ｖ_refnは、単位セルＶ_nと直列に接続された抵抗Ｒ₂₁、Ｒ₂₂の接続点と、単位セルＶ_nのマイナス側との間に設けられた定電圧源８ｎから供給されている。

上述した積分回路１ｎは、ＯＰアンプＡから構成されている。このＯＰアンプＡの＋入力端と、スイッチＳ_1nとの間には、抵抗Ｒ₂₃が接続されている。また、ＯＰアンプＡの＋入力端と、出力端との間には、コンデンサＣが接続されている。さらに、ＯＰアンプＡの−入力端には、単位セルＶ_nの両端電圧を抵抗Ｒ₂₁と抵抗Ｒ₂₂とで分圧した分圧値Ｖｓが供給されている

また、積分回路１ｎの出力は、コンパレータＣＰｎの＋入力端に供給される。このコンパレータＣＰｎの−入力端には、分圧値Ｖｓが供給されている。従って、このコンパレータＣＰｎは、積分回路１ｎの出力が、分圧値Ｖｓより小さくなったとき、Ｈレベルの信号を出力する。さらに、このコンパレータＣＰｎの出力は、レベルシフト２ｎに供給されている。

レベルシフト２ｎは、ベースにコンパレータＣＰｎの出力が、コレクタに抵抗Ｒ₂₄、Ｒ₂₅を介して単位セルＶ_nのプラス側が、エミッタに単位セルＶ_nのマイナス側が接続されているトランジスタＴｒ１と、ベースに抵抗Ｒ₂₄、Ｒ₂₅の接続点が、コレクタに単位セルＶ_nのプラス側が、エミッタに抵抗群Ｒ₂₆及び抵抗Ｒ₂₇を介してアース（ボディーアースとは異なる）が接続されたトランジスタＴｒ２から構成されている。

従って、コンパレータＣＰｎからＨレベルの信号が出力され、レベルシフト２ｎに入力されると、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２がオンする。これにより、レベルシフト２ｎからは、コンパレータＣＰｎのＨレベル信号を、単位セルＶ_nのプラス側電圧を抵抗群Ｒ₂₆と抵抗Ｒ₂₇とで分圧した分圧値にレベルシフトされた信号が出力される。

また、単位セルＶ_n間には、逆レベルシフト５ｎが設けられている。この逆レベルシフト５ｎには、論理回路４ｎのＣ端子から出力されるオン信号Ｓｃと、Ｄ端子から出力されるオン信号Ｓｄとが入力されている。この逆レベルシフト５ｎは、ベースにオン信号Ｓｃが、コレクタに抵抗群Ｒ₂₈、抵抗Ｒ₂₉を介して単位セルＶ_nのプラス側が、エミッタにアースが接続されたトランジスタＴｒ３と、ベースに抵抗群Ｒ₂₈、抵抗Ｒ₂₉の接続点が、コレクタに単位セルＶ_nのプラス側が、エミッタに抵抗Ｒ₃₀及び抵抗Ｒ₃₁を介して単位セルＶ_nのマイナス側が接続されたトランジスタＴｒ４から構成されている。

さらに、逆レベルシフト５ｎは、ベースにオン信号Ｓｄが、コレクタに抵抗群Ｒ₃₂、抵抗Ｒ₃₃を介して単位セルＶ_nのプラス側が、エミッタにアースが接続されたトランジスタＴｒ５と、ベースに抵抗群Ｒ₃₂、抵抗Ｒ₃₃の接続点が、コレクタに単位セルＶ_nのプラス側が、エミッタに抵抗Ｒ₃₄及び抵抗Ｒ₃₅を介して単位セルＶ_nのマイナス側が接続されたトランジスタＴｒ６から構成されている。

従って、オン信号Ｓｃが出力され、逆レベルシフト５ｎに入力されると、トランジスタＴｒ３及びＴｒ４がオンする。これにより、逆レベルシフト５ｎからは、オン信号Ｓｃを、単位セルＶ_nの両端電圧を抵抗Ｒ₃₀と抵抗Ｒ₃₁とで分圧した分圧値にレベルシフトされたオン信号Ｓｃ′が出力される。

一方、オン信号Ｓｄが出力され、逆レベルシフト５ｎに入力されると、トランジスタＴｒ５及びＴｒ６がオンする。これにより、逆レベルシフト５ｎからは、オン信号Ｓｄを、単位セルＶ_nの両端電圧を抵抗Ｒ₃₄と抵抗Ｒ₃₅とで分圧した分圧値にレベルシフトされたオン信号Ｓｄ′が出力される。

次に、上述した電圧パルス出力回路による単位セルＶ₁〜Ｖ₃の両端電圧の検出原理について説明する。今、積分回路１ｎを構成しているＯＰアンプＡの−入力端には、分圧値Ｖｓが供給されている。このため、積分回路１ｎに入力がない状態において、積分回路１ｎの出力は、分圧値Ｖｓと等しくなる。

次に、スイッチＳ_1nを操作して、所定時間Ｔ₁だけ、積分回路１ｎに単位セルＶ_nの両端電圧Ｖ_INを入力すると、積分回路１ｎは、両端電圧Ｖ_INの積分を開始する。これにより、積分回路１ｎの出力は、分圧値Ｖｓから両端電圧Ｖ_INの積分値∫Ｖ_INｄＴ分、減少する。上記所定時間Ｔ₁経過後は、両端電圧Ｖ_INの積分値∫Ｖ_INｄＴ₁は｛Ｖ_IN×Ｔ₁／（Ｒ₂₃×Ｃ）｝となり、積分回路１ｎの出力は、分圧値Ｖｓから積分値∫Ｖ_INｄＴ₁＝｛Ｖ_IN×Ｔ₁／（Ｒ₂₃×Ｃ）｝分、減少した値となる。

そして、次に、スイッチＳ_1nを操作して、積分回路１ｎに単位セルＶ_nの両端電圧Ｖ_INとは反対極性の基準電圧Ｖ_refnを入力すると、積分回路１ｎは、基準電圧Ｖ_refnの積分を開始する。反対極性の基準電圧Ｖ_refnを積分することにより、積分回路１ｎの出力は、基準電圧Ｖ_refnの積分値∫Ｖ_refnｄＴ分、増加する。そして、基準電圧Ｖ_refnを入力してから、積分回路１ｎの出力が再び分圧値Ｖ_snと等しくなるまでの時間Ｔ₂を計測する。

上記計測時間Ｔ₂における基準電圧Ｖ_refnの積分値∫Ｖ_refnｄＴ₂は、Ｖ_refn×Ｔ₂／（Ｒ₂₃×Ｃ）となる。従って、上記積分値∫Ｖ_INｄＴ₁と積分値∫Ｖ_refnｄＴ₂とは等しいため、以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｖ_IN×Ｔ₁／（Ｒ₂₃×Ｃ）＝Ｖ_refn×Ｔ₂／（Ｒ₂₃×Ｃ） …（１）

上記関係式（１）から以下の関係式（２）を導くことができる。
Ｖ_IN＝Ｖ_refn×（Ｔ₂／Ｔ₁） …（２）
従って、上述した基準電圧Ｖ_refn及び所定時間Ｔ₁は予め分かっている数値なので、時間Ｔ₂を計測すれば、単位セルＶ_nの両端電圧Ｖ_INを検出することができる。

つまり、本実施形態では、基準電圧Ｖ_refnの積分開始から、当該積分値∫Ｖ_refnｄＴが、単位セルＶ_nの両端電圧Ｖ_INを所定時間Ｔ₁、積分した積分値∫Ｖ_INｄＴ₁と等しくなるまでの時間Ｔ₂に基づいて、両端電圧を検出することができる。このように時間Ｔ₂に基づいて、両端電圧を検出すれば、上述した式（２）からも分かるように、積分回路１ｎを構成する抵抗Ｒ₂₃やコンデンサＣを用いずに両端電圧Ｖ_INを求めることができる。このため、各単位セルＶ_nに接続される積分回路１ｎといった検出素子のばらつきに伴う、検出誤差の影響を除去することができる。

また、積分回路１ｎの入力を、単位セルＶ_nの両端電圧と、この両端電圧とは反対極性の基準電圧Ｖ_refnとの間で切り替えることにより、一つの積分回路１ｎを用いて、時間Ｔ₂を計測することができる。

以上概略で説明した電圧検出装置の詳細な動作について、図３のフローチャートを参照して以下説明する。マイコン１００が、まずイネーブルパルスＥｎ（図３（ａ））を出力する。イネーブルパルスＥｎはフォトカプラＦＣ１により光パルスに変換され、高圧系回路２００に供給される。フォトカプラＦＣ１を介して供給されたイネーブルパルスＥｎは、マルチプレクサ２０３に供給される。マルチプレクサ２０３は、イネーブルパルスＥｎの立ち上がりに応じて、Ｘ端子からＨレベルの信号を出力する。

これにより、論理回路４１のＡ端子には、Ｈレベルの信号が供給され（図３（ｂ））、Ｂ端子にはＬレベルの信号が供給される（図３（ｃ））。論理回路４１は、Ａ端子へのＨレベルの信号の入力、Ｂ端子へのＬレベルの信号の入力に応じて、Ｃ端子からＨレベルのオン信号Ｓｃを出力する（図３（ｄ））。オン信号Ｓｃは、逆レベルシフト５１によりレベルシフトされた後、スイッチＳ₁₁に入力される。

これによりスイッチＳ₁₁は、積分回路１１に単位セルＶ₁の両端電圧を入力する。この単位セルＶ₁の両端電圧の入力により、上述したように積分回路１ｎの出力が、分圧値Ｖｓより下がるため（図３（ｆ））、コンパレータＣＰ１の出力がＨレベルとなる（図３（ｇ））。

このコンパレータＣＰ１のＨレベルに応じて、ＡＮＤゲート７１の両入力端がＨレベルとなるため、ＯＲゲート２０４を通じてカウンタパルス発生回路２０５にＨレベルの信号が供給される。カウンタパルス発生回路２０５はこのＨレベルの供給に応じて、カウンタパルスを出力する（図３（ｈ））。そして、カウンタ２０６がカウントパルスをカウントし、所定時間Ｔ₁に応じたカウントパルス数をカウントすると、Ｈレベルの信号を出力する（図３（ｉ））。これに応じて、ＡＮＤゲート６１の両入力端にＨレベルの信号が供給されるため、論理回路４１のＢ端子にもＨレベルの信号が供給される（図３（ｃ））。

そして、この論理回路４１のＢ端子へのＨレベルの信号の供給に応じて、論理回路４１は、Ｃ端子からのオン信号Ｓｃの出力を停止すると共に（図３（ｄ））、Ｄ端子からオン信号Ｓｄを出力する（図３（ｅ））。オン信号Ｓｄは、逆レベルシフト５１によりレベルシフトされた後、スイッチＳ₁₁に入力される。これにより、スイッチＳ₁₁は、積分回路１１に基準電圧Ｖ_ref1を入力する。

また、オン信号Ｓｄの出力により、ＡＮＤゲート３１の両入力端がＨレベルとなるため、ＯＲゲート２０１を通じてカウントパルス発生回路２０２にＨレベルの信号が供給される。カウンタパルス発生回路２０２はこのＨレベルの供給に応じて、カウンタパルスを出力する（図３（ｊ））。

つまり、積分回路１１に単位セルＶ₁の両端電圧を入力してから所定時間Ｔ₁経過すると、スイッチＳ₁₁が切り替わり、積分回路１１に基準電圧Ｖ_ref1が入力されると共に、カウントパルス発生回路２０２からカウントパルスが出力される。

基準電圧Ｖ_ref1の入力に応じて、積分回路１１の出力は増加する（図３（ｆ）参照）。この出力の増加により、積分回路１１の出力が再び分圧値Ｖｓを超えると、コンパレータＣＰ１の出力がＬレベルとなる（図３（ｇ））。このコンパレータＣＰ１のＬレベルに応じて、ＡＮＤゲート３１もＬレベルを出力し、これがＯＲゲート２０１を介してカウンタパルス発生回路２０２に供給される。これにより、カウントパルス発生回路２０２は、カウントパルスの出力を停止する（図３（ｊ））。

つまり、カウントパルス発生回路２０２は、積分回路１１の入力電圧を単位セルＶ₁の両端電圧から基準電圧Ｖ_refnに切り替えたときから、積分回路１１の出力が、単位セルＶ₁の両端電圧を入力する前の積分回路１１の出力Ｖｓと等しくなるまでの時間Ｔ₂、カウントパルスを出力している。このカウントパルスは、フォトカプラＦＣ２を介してマイコン２００内のカウンタ１０１に供給される。

また、ＯＲゲート２０１の出力は、マルチプレクサ２０３に接続されており、マルチプレクサ２０３は、ＯＲゲート２０１の出力が立ち下がる毎に、Ｘ端子、Ｙ端子の順にＨレベルの信号を出力する。これにより、単位セルＶ₂、Ｖ₃についても同様にカウントパルスが出力され、マイコン１００側で時間Ｔ₂を把握して、両端電圧を検出することができる。

以上の電圧検出装置によれば、高圧系回路２００内にスイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₃を制御するスイッチ制御回路を設けることにより、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₃とスイッチ制御回路との絶縁を図る必要がなくなり、フォトモスといった高価なスイッチを用いる必要がなくなる。しかも、高圧系回路２００と低圧系回路１００との信号の送受信はフォトカプラＦＣ１及びＦＣ２により光パルスを用いて行われているため、スイッチ制御回路を高圧系回路２００に設けても、組電池と低圧系回路１００との絶縁を図ることができる。このため、フォトモスといった高価なスイッチを用いることなく、組電池と低圧系回路１００との絶縁を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、イネーブルパルスＥｎやカウントパルスを、フォトカプラＦＣ１及びＦＣ２を用いて光パルスに変換していたが、例えば、リレースイッチなどを用いても、低圧系回路１００と高圧系回路２００との絶縁を図ることができる。

また、上述した実施形態では、カウントパルス発生回路２０２の出力を電圧パルスとし、高圧系回路２００側に設けていた。しかしながら、図４に示すように、カウントパルス発生回路２０２をマイコン１００側に設けることも考えられる。この場合、フォトカプラＦＣ２の点灯回数が少なくなり、フォトカプラＦＣ２の劣化を遅くすることができる。

また、上述した実施形態では、所定時間Ｔ₁をカウントするためのカウントパルス発生回路２０５及びカウンタ２０６を、高圧系回路２００側に設けていた。しかしながら、図５に示すように、カウントパルス発生回路２０５及びカウンタ２０６をマイコン１００側に設けることも考えられる。この場合、カウンタ処理を低圧系回路１００側で行えるので、電圧計測の精度、信頼性が向上する。なお、図５に示す場合カウンタ２０６は、カウントパルス回路２０２及び２０５とで兼用されている。

また、上述した実施形態では、基準電圧Ｖ_refnの積分開始から、当該積分値∫Ｖ_refnｄＴが、単位セルＶ_nの両端電圧Ｖ_INを所定時間Ｔ₁、積分した積分値∫Ｖ_INｄＴ₁と等しくなるまでの時間Ｔ₂に基づいて、両端電圧を検出していた。しかしながら、例えば、単位セルＶ_nの両端電圧Ｖ_INの積分開始から、当該積分値∫Ｖ_INｄＴが、基準電圧Ｖ_refnを所定時間Ｔ₁、積分した積分値∫Ｖ_refnｄＴ₁と等しくなるまでの時間Ｔ₂に基づいて、両端電圧を検出しても同様の効果を得ることができる。

本発明の電圧検出装置の一実施形態を示す回路図である。 任意の単位セルＶ_nに対するスイッチＳ_1n、積分回路１ｎ、コンパレータＣＰｎ、レベルシフト２ｎ、逆レベルシフト５ｎの詳細な構成を示す図である。 高圧系回路２００内での各種信号のタイムチャートである。 他の実施形態における本発明の組電池の電圧検出装置を示す回路図である。 他の実施形態における本発明の組電池の電圧検出装置を示す回路図である。 （ａ）は電圧分圧式の電圧検出装置の一例を示す回路図であり、（ｂ）は、フライングキャパシタ式の電圧検出装置の一例を示す回路図である。

符号の説明

Ｖ₁〜Ｖ₃ 単位セル
Ｓ₁₁〜Ｓ₁₃ スイッチ（スイッチ手段）
１１〜１３ 積分回路
１００ マイコン（イネーブルパルス出力手段）
２０２ カウントパルス発生回路（カウントパルス発生手段）
２０６ カウンタ

Claims (5)

1. 組電池を構成する互いに直列接続された複数の単位セルの各両端電圧の検出を命令するイネーブルパルスを出力する前記組電池とは異なる低電圧源の電源供給を受けて動作するイネーブルパルス出力手段と、
   前記単位セルが接続されると当該接続された単位セルの両端電圧を示す電圧パルスを出力する前記組電池からの電源供給を受けて動作する電圧パルス出力手段と、
   前記各単位セル及び前記電圧パルス出力手段間に設けた複数のスイッチ手段と、
   前記イネーブルパルスの入力に応じて前記複数の単位セルを順次前記電圧パルス出力手段に接続するように前記複数のスイッチ手段のオンオフを制御する前記組電池からの電源供給を受けて動作するスイッチ制御手段と、
   前記イネーブルパルスを光パルスに変換して前記スイッチ制御手段に供給する第１フォトカプラと、
   を備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置。
2. 請求項１記載の組電池の電圧検出装置であって、
   前記電圧パルス出力手段は、前記接続された単位セルの両端電圧、及び、予め定めた基準電圧のうち、何れか一方の積分開始から、当該一方の積分値が、他方を所定時間、積分した積分値と等しくなるまでの時間に応じた電圧パルスを出力する
   ことを特徴とする組電池の電圧検出装置。
3. 請求項２記載の組電池の電圧検出装置であって、
   前記電圧パルス出力手段は、入力電圧を積分する積分回路を備え、
   前記スイッチ手段は、前記積分回路の入力を、前記単位セルの両端電圧と、該両端電圧とは反対極性の前記基準電圧との間で切り替えることができ、
   前記スイッチ制御手段は、前記単位セルの両端電圧、及び、前記基準電圧のうち、何れか一方を、前記所定時間、入力させた後、他方を入力させ、
   前記電圧パルス出力手段は、前記積分回路の入力を前記一方から前記他方に切り替えた時から、前記積分回路の出力が、前記一方を入力する前の前記積分回路の出力と等しくなるまでの時間に応じた電圧パルスを出力する
   ことを特徴とする組電池の電圧検出装置。
4. 請求項２又は３記載の組電池の電圧検出装置であって、
   前記電圧パルス出力手段は、前記積分回路の入力を前記一方から前記他方に切り替えた時から、前記積分回路の出力が、前記一方を入力する前の前記積分回路の出力と等しくなるまでの時間、Ｈレベル又はＬレベルの電圧パルスを出力し、
   前記Ｈレベル又はＬレベルの電圧パルスが出力されている間、カウントパルスを発生する前記低電圧源から電源供給を受けて動作するカウントパルス発生手段と、
   前記電圧パルス出力手段からの電圧パルスを光パルスに変換して前記カウントパルス発生手段に供給する第２フォトカプラと、をさらに備えた
   ことを特徴とする組電池の電圧検出装置。
5. 請求項２、３又は４記載の組電池の電圧検出装置であって、
   前記所定時間をカウントする前記組電池から電源供給を受けて動作するカウンタをさらに備えた
   ことを特徴とする組電池の電圧検出装置。

Images