JP2002139522A - 積層電圧計測装置 - Google Patents
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Abstract
14への入力電圧の極性に応じて設定された制御テーブ
ルに基づいてスイッチ手段316を切換え制御すること
で、差動増幅器314の基準電源からの基準電圧(0V
またはDC5V)を出力制御する。このため、切換え制
御手段317は、極性反転毎に、差動増幅器314から
A/Dコンバータ315への入力電圧をA/Dコンバー
タ315の入力電圧範囲に対応させることができ、従来
のようにA/Dコンバータ315の入力電圧範囲を振り
分けて極性反転毎に半分づつ用いる必要がなく、A/D
コンバータ315の入力電圧範囲をフルに用いることが
できて、従来のものに比べて2倍の分解能を得ると共
に、A/Dコンバータ315の分解能を本来の分解能に
改善することができる。
Description
など、二次電池(バッテリー)により駆動する機器に搭
載され、積層された二次電池(組電池)の電圧を計測す
る積層電圧計測装置に関する。
解決する低公害車として、HEV(ハイブリッド エレ
クトリック ビークル)、PEV(ピュア エレクトリ
ックビークル)などの電気自動車が注目を集めている。
この電気自動車は二次電池を搭載し、この二次電池の電
力により電動機(モータ)を駆動することにより走行す
るようになっている。電気自動車は、電動機を駆動する
高電圧回路と、音響機器やイルミネーション、電子制御
装置(例えばECU;エレクトロニック コントロール
ユニット)などの各種電子機器を駆動する低電圧回路
とを有している。この高電圧回路には電動機駆動用のイ
ンバータが搭載されており、インバータにより電動機を
制御、駆動している。
いて、二次電池の出力状態を把握して電動機に安定した
電力供給を行うために、各電池ブロック毎の電池電圧を
積層電圧計測装置にて正確に計測する必要がある。
示す回路図である。図5において、積層電圧計測装置1
00は、組電池110を構成する電池ブロック111毎
の出力端子111aを切換える複数のスイッチ手段12
0と、所定の電池電圧をコピーするためのコンデンサ1
30と、このコンデンサ130の電池電圧をオンオフす
るスイッチ手段140と、このスイッチ手段140を介
して入力された蓄積電池電圧を差動増幅する差動増幅器
150と、この差動増幅器150からの出力電圧をA/
D変換するA/Dコンバータ160とを備えている。
が直列接続されて構成されている。一つの電池ブロック
111(電池モジュール)毎の出力電圧差は例えばDC
20V程度であり、直列に積層化された全電池ブロック
111の出力電圧は最大値としてDC400Vにもな
る。
数の電池ブロック111の出力端子111a毎にそれぞ
れ接続されている。
120とスイッチ手段140との間に配設された一対の
配線141a,141b間に両電極が接続されて設けら
れており、所定の両スイッチ手段120を介して印加さ
れた電池ブロック111毎の電池電圧を一旦蓄えるもの
である。
器150の両入力端子にそれぞれ接続されており、差動
増幅器150とコンデンサ130とを接続または遮断す
るものである。なお、これらの複数のスイッチ手段12
0とスイッチ手段140とのオンオフ制御は、図示しな
いスイッチ制御手段(例えばマイクロコンピュータ)に
て行われる。
ロック111の電池電圧をコンデンサ130に蓄積(コ
ピー)するために、第1番目の電池ブロック111の両
出力端子111aに接続された各スイッチ手段120を
オンする。このとき、スイッチ手段140をオフしてコ
ンデンサ130と差動増幅器150の両入力端子とを遮
断状態とする。
ンデンサ130と全電池ブロック111を遮断した後
に、スイッチ手段140をオンして、コンデンサ130
に蓄えられた第1番目の電池ブロック111の電池電圧
をゲイン調整用の差動増幅器150に入力させる。電池
電圧例えばDC20Vは、差動増幅器150により、A
/Dコンバータ160の入力電圧範囲(ダイナミックレ
ンジ)のDC5Vに差動増幅される。差動増幅された電
池電圧データを、A/Dコンバータ160によりA/D
変換する。A/D変換された検出電池電圧データは、図
示しない後段の例えばマイクロコンピュータによって読
み取り可能である。
ク111の電池電圧をコンデンサ130に蓄積(コピ
ー)する。このとき、コンデンサ130に蓄積された電
池電圧はその極性が反転している。コンデンサ130に
蓄えられた第2番目の電池ブロック111の電池電圧を
差動増幅器150で差動増幅した後に、A/Dコンバー
タ160によりA/D変換する。
ンバータ160について、図6〜図8を参照しながら更
に詳細に説明する。
演算処理装置)にて演算処理する場合には、電圧値変換
回路およびA/Dコンバータが用いられる。
場合には除算し、入力電圧が小さい場合には乗算するよ
うなアナログ回路(除算、乗算の他、加減算を行う)で
構成されている。このアナログ回路は、抵抗による分圧
回路やオペアンプを用いた回路などにより実現されてい
る。その電圧値変換回路による変換の結果は、A/Dコ
ンバータの入力電圧範囲によって決定される。A/Dコ
ンバータの入力電圧範囲は、例えばGND(0V)〜D
C5Vである。
圧値変換回路からの電池電圧)を基準電圧と比較するこ
とにより、マイクロコンピュータが読取可能とするデジ
タルデータに変換する素子である。A/Dコンバータの
性能は、一般的に、電圧を比較する際に、変換精度も重
要ではあるが、分解能の観点から、如何に細かく比較す
るかによって決定されるものである。この細かさが所謂
分解能である。
(a)に示すように、例えば10ビット(bit)のA
/Dコンバータの場合、入力電圧範囲0〜5Vを102
4(2の10乗)の基準電圧に分解し、入力電圧をその
基準電圧と比較して、入力電圧がどの電圧レベルである
かを判断するものである。また、ビット数が増えて、図
6(b)に示すように、12ビット(bit)のA/D
コンバータの場合、入力電圧範囲0〜5Vを4096
(2の12乗)の基準電圧に分解し、入力電圧をその基
準電圧と比較して、入力電圧がどの電圧レベルであるか
を判断するものである。つまり、ビット数が多いほど、
より細かい入力電圧の計測が可能となる。
合、電圧値変換回路としてオペアンプで差動増幅器を構
成する。これは、電池電圧などのように入力電圧Aの基
準点が決まっていない場合に用いられる。
い場合(常に正か負)には、図7(a)に示すように、
差動増幅器151aのゲイン(=R2/R1)を固定し
たまま、差動増幅器151により、入力電圧×ゲイン=
A1×R2/R1=出力電圧B1を簡単に得ることがで
きて、次段のA/Dコンバータに適切な出力電圧B1を
常に出力することができる。
に、入力電圧A2の極性が常に反転しながら使用される
場合には、差動増幅器150の基準電圧に対してオフセ
ット電圧(DC2.5V)を加えることにより、A/D
コンバータ160の入力電圧範囲の1/2にすることが
でき、差動増幅器150のゲイン(=R2/R1)を固
定したまま、A/Dコンバータ160の入力電圧範囲に
対して、常に、適切な出力電圧B2を出力することがで
きる。つまり、差動増幅器150により、入力電圧×ゲ
イン+オフセット電圧(DC2.5V)=A2×R2/
R1+Voffset=出力電圧B2を得ることができる。
圧A2の極性が正の場合は、A/Dコンバータ160の
入力電圧範囲の1/2の電圧DC2.5Vから一番上の
電圧DC5Vまでの半分の入力電圧範囲を使用し、ま
た、入力電圧A2の極性が負の場合は、A/Dコンバー
タ160の入力電圧範囲の1/2の電圧DC2.5Vか
ら一番下の電圧0Vまでの半分の入力電圧範囲を使用す
る。具体的には、A/Dコンバータ160を例えば12
ビット(bit)とした場合、実質的に、より分解能の
小さい11ビット(bit)のA/Dコンバータとして
しか入力電圧範囲を使用することができない。
の構成では、極性が反転しない図8(b)の入力電圧A
1の場合は、A/Dコンバータの入力電圧範囲をフルに
活用することができるが、極性が反転する図8(a)の
入力電圧A2の場合には、入力電圧A2が正と負でそれ
ぞれA/Dコンバータ160の入力電圧範囲の半分づつ
しか使用することができず、その分解能が本来の分解能
の半分になってしまうという問題を有していた。
で、差動増幅器への入力電圧の極性が反転する場合に
も、A/Dコンバータの入力電圧範囲をフルに用いるこ
とにより分解能の改善を図ることができる積層電圧計測
装置を提供することを目的とする。
置は、複数の電池ブロックからなる組電池と、この電池
ブロック毎の両出力端子を切換える複数の第1スイッチ
手段と、この第1スイッチ手段を介した電池ブロック毎
の電池電圧をレベル変換するレベル変換手段と、このレ
ベル変換手段からの電池電圧データをA/D変換するA
/D変換手段と、レベル変換手段への入力電圧の極性に
応じてレベル変換手段の基準電圧を出力制御する基準電
圧制御手段とを備えたものであり、そのことにより上記
目的が達成される。
ベル変換手段への入力電圧の極性に応じてレベル変換手
段の基準電圧を出力制御するので、極性反転毎に、レベ
ル変換手段からA/D変換手段への入力電圧をA/D変
換手段の入力電圧範囲に対応させることが可能となり、
従来のようにA/D変換手段の入力電圧範囲を振り分け
て極性反転毎に半分づつ用いる必要がなく、A/D変換
手段の入力電圧範囲をフルに用いることが可能となっ
て、従来のものに比べて2倍の分解能を得ると共に、A
/D変換手段の分解能を本来の分解能に改善することが
可能となる。
装置において、第1スイッチ手段を介した電池ブロック
毎の電池電圧を蓄積する容量手段と、容量手段に蓄積さ
れた電池電圧をオンオフする第2スイッチ手段とを有
し、レベル変換手段は、第2スイッチ手段を介した容量
手段の電池電圧をレベル変換する。
圧を容量手段に一旦蓄積し、その蓄積した容量手段の電
池電圧をレベル変換手段に入力する場合にも、極性反転
毎に、レベル変換手段からA/D変換手段への入力電圧
をA/D変換手段の入力電圧範囲に対応させることによ
り、従来のものに比べて2倍の分解能を得ると共に、A
/D変換手段の分解能を本来の分解能に改善する本発明
の効果を奏することができる。
測装置における基準電圧制御手段は、レベル変換手段の
基準電圧を切換える第3スイッチ手段と、レベル変換手
段への入力電圧の極性に応じて第3スイッチ手段を切換
え制御する第1切換え制御手段とを有する。また、好ま
しくは、本発明の積層電圧計測装置における基準電圧制
御手段は、レベル変換手段の基準電圧を発生する基準電
圧発生手段と、レベル変換手段への入力電圧の極性に応
じて基準電圧発生手段を出力制御する基準電圧発生制御
手段とを有する。
の分解能を得るべく、レベル変換手段の基準電圧を切換
えるのに、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて
第3スイッチ手段を切換え制御したり、レベル変換手段
への入力電圧の極性に応じて基準電圧発生手段を出力制
御したりするだけの簡単な構成とすることができる。
測装置において、レベル変換手段への入力電圧の極性に
応じた制御は、予め記憶されたスイッチ制御用テーブル
情報に基づいて行う。
電圧の極性が、記憶されたスイッチ制御用テーブル情報
により予め解っている場合には、基準電圧制御手段は、
スイッチ制御用テーブル情報に基づいて第3スイッチ手
段や基準電圧発生手段を制御して、レベル変換手段の基
準電圧を容易に出力制御することが可能である。
測装置において、レベル変換手段への入力電圧の極性に
応じた制御は、一方側の基準電圧設定値に切換え時の前
記A/D変換手段からのA/D変換出力が、該A/D変
換手段の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの値を
示している場合には他方側の基準電圧設定値に切換える
ように制御する。
電圧の極性が予め解らない場合であっても、基準電圧制
御手段は、一方側の基準電圧設定値に切換えられたとき
のA/D変換手段からのA/D変換出力が、A/D変換
手段の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの値を示
していると判断した場合に、一方側から他方側の基準電
圧設定値に第3スイッチ手段や基準電圧発生手段を制御
して、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じたレベ
ル変換手段の基準電圧を容易に出力制御することが可能
となる。
測装置において、レベル変換手段の帰還抵抗値を切換え
てゲインを切換える第4スイッチ手段と、レベル変換手
段への入力電圧の極性反転に応じて第4スイッチ手段を
切換え制御する第2切換え制御手段とを有する。
D変換手段への入力電圧をA/D変換手段の入力電圧範
囲に対応させるだけではなく、レベル変換手段のゲイン
をも切換えるようにすれば、A/D変換手段の分解能を
より微細な分解能とすることができる。
測装置を電気自動車の駆動用電気回路に適用させた場合
の実施形態について説明した後に、本発明の特長部分で
ある電圧計測手段について詳細に説明する。 (実施形態1)図1は本発明の実施形態1における電気
自動車の駆動用電気回路の概略構成を示すブロック図で
ある。図1において、電気自動車の駆動用電気回路1
は、電力供給源としての組電池2と、組電池2の状態
(例えば電池残存容量SOCなど)を把握して出力制御
をする電池ECU(電池エレクトロニック・コントロー
ル・ユニット)3と、車両各部を制御する車両ECU
(車両エレクトロニック・コントロール・ユニット)4
と、組電池2からの電池電圧を所定の3相高電圧に変換
するインバータ5と、インバータ5からの例えば3相高
電圧電力により車軸(図示せず)を回転駆動させる電動
機(モータ)6とを有している。
と呼ばれ、複数の電池ブロック21(複数のセル電池で
構成)が直列に接続されて構成されており、この電池ブ
ロック21は1ブロック当たり例えばDC20Vの出力
電圧を有している。複数の電池ブロック21全体では最
大DC400V程度の出力電圧を有している。
度計測手段32と、電流計測手段33と、残存容量検出
手段34と、入力/出力許容電力演算手段35と、通信
手段36とを有している。
ロック21のそれぞれの電池電圧を計測するものであ
る。
に温度センサ321が取り付けられ、温度センサ321
からのセンサ出力に応じて組電池2の発熱による各適所
の電池温度を計測するようにしている。
タ5の閉回路に流れる電池電流を、磁気補償型(または
シャント抵抗型など)にて検出するようにしている。
21単位の計測電池電圧値と、電流計測手段33による
計測電流値と、温度計測手段32による計測電池温度値
とに応じて、各電池ブロック21毎の残存容量SOCを
検出するようになっている。
池ブロック21毎の計測電池電圧と、計測電池温度と、
残存容量SOCとが入力され、例えば車両側から見た場
合に、どれくらいの電力パワーが今現在において出力で
きるかを示す出力許容電力、また、どれくらいの電力パ
ワーが今現在において回生されているのかを示す入力許
容電力を演算するようになっている。
両ECU4に送信するようになっている。
ーIGがオンされたことを検出して、スイッチ41,4
2をオンすることにより、組電池2からの電池電力がイ
ンバータ5に入力されるようになっている。また、車両
ECU4は、入力/出力許容電力演算手段35からの入
力/出力許容電力値によって例えば計測電池温度が異常
に高い場合など所定電池温度(例えば摂氏60度)以下
になるようにインバータ5の出力を抑えるようになって
いる。
圧計測手段31について詳細に説明する。
段31の構成例を示す回路図である。図2において、積
層電圧計測装置を構成する電圧計測手段31は、組電池
2を構成する電池ブロック21毎の両出力端子21aを
切換える複数の第1スイッチ手段としてのスイッチ手段
311と、電池ブロック21毎の電池電圧をコピーする
ための容量手段としてのコンデンサ312と、このコン
デンサ312の電池電圧をオンオフする第2スイッチ手
段としてのスイッチ手段313とを有している。
段としての差動増幅手段やゲイン調整手段である差動増
幅器314と、差動増幅器314からの出力をA/D変
換するA/D変換手段としてのA/Dコンバータ315
と、差動増幅器314の基準電源を切換える第3スイッ
チ手段としてのスイッチ手段316と、差動増幅器31
4への入力電圧の極性に応じてスイッチ手段316を切
換え制御して差動増幅器314の基準電源を出力制御す
る基準電圧制御手段としての切換え制御手段(第1切換
え制御手段)とを有している。
が、複数の電池ブロック21の出力端子21a毎に接続
され、その他方端が一対の配線318a,318bの何
れかに接続されている。
の両出力端子21aから所定の両スイッチ手段311を
介して印加された電池電圧を一旦蓄えるものである。
れぞれ、差動増幅器314の両入力端子にそれぞれ接続
されており、差動増幅器314の両入力端子とコンデン
サ312の両電極とを接続または遮断するものである。
を介して入力されたコンデンサ312の電池電圧(電圧
差として例えばDC20V)を、A/Dコンバータ31
5の入力電圧範囲例えばDC5Vに対応するように、差
動増幅するものである。
器314からの出力電圧を、入力電圧範囲(0V〜DC
5V)に応じてA/D変換するものである。
の基準電源からのオフセット電圧(基準電圧DC5Vま
たは0V)が予め2つ用意されており、差動増幅器31
4の一方の入力端子に、オフセット電圧源(DC5Vま
たは0V)の何れかを切換えるものである。
ータで構成され、各電池ブロック21毎の電圧計測制御
プログラムおよび、制御プログラムに関連した各種デー
タを記憶するROM317aと、その制御プログラムに
基づいて電圧計測制御処理を実行するCPU317b
(中央演算処理装置)と、CPU317bが各処理を実
行する上において必要なデータを記憶するRAM317
cとを有している。
制御プログラムに関連したデータとして、例えばスイッ
チ手段311,313,316に対するオンオフ制御内
容の制御テーブル情報が、ROM317a内に予め記憶
されており、切換え制御手段317は、制御テーブルに
従ってスイッチ手段311,313のオンオフ制御を行
うと共に、スイッチ手段316の切換え制御を行うよう
になっている。この制御テーブルは、複数のスイッチ手
段311のオン/オフによって、差動増幅器314に対
する入力電圧が正であるかまたは負であるかが確定する
と共に、何番目の電池ブロック21が選択されているの
かも確定することから、入力電圧の極性(正または負)
に基づいて基準電源0VおよびDC5Vの何れかを選択
するように、スイッチ手段316の動作が設定されてい
る。
16の切換え制御の場合、電圧計測手段31の全ての動
作タイミングを制御している。このため、切換え制御手
段317において、予め差動増幅器314への入力電圧
の極性が判断できる。このことから、切換え制御手段3
17は、その入力電圧の極性に合わせた基準電源(0V
またはDC5V)を差動増幅器314の一方の入力端子
に印加するべく、制御テーブルに基づいてスイッチ手段
316を切換え制御するものである。
る。イグニションスイッチIGがオンされて車両ECU
4が駆動し、組電池2の出力両端側にあるスイッチ4
1,42がオンすることにより、組電池2からの電力が
インバータ5に供給される。インバータ5は、組電池2
からの電力を三相の高電圧に変換して電動機6に供給
し、電動機6による車軸の駆動によって電気自動車は走
行する。
池電圧を計測する際に、まず、第1番目の電池ブロック
21の電池電圧をコンデンサ312に蓄積(コピー)す
るために、切換え制御手段317は、制御テーブルに基
づいて、第1番目の電池ブロック21の両出力端子21
aに接続された各スイッチ手段311をオン(他のスイ
ッチ手段311は全てオフ)させる。このとき、スイッ
チ手段313がオフすると共にコンデンサ312の両電
極と差動増幅器314の両入力端子とを遮断状態とす
る。
コンデンサ312と全電池ブロック21とを遮断した後
に、スイッチ手段313をオンして、コンデンサ312
に蓄えられた第1番目の電池ブロック21の電池電圧
(例えばDC20V)を差動増幅器314に入力させ
る。このとき、切換え制御手段317は、制御デーブル
に基づいてスイッチ手段316を制御して基準電源0V
側を選択する。これによって、A/Dコンバータ315
の入力電圧範囲(0V〜DC5V)をフルに使うよう
に、差動増幅器314が電圧出力を行う。
イン調整または電圧調整)された電池電圧は、A/Dコ
ンバータ315の本来の分解能によりA/D変換(電池
電圧検知)される。A/Dコンバータ315からの検出
電池電圧データ(デジタルデータ)は、図示しない後段
のマイクロコンピュータによって読み取られる。
電圧をコンデンサ312に蓄積(コピー)するために、
制御手段317は、制御テーブルに基づいて、第2番目
の電池ブロック21の両出力端子21aに接続された各
スイッチ手段311をオン(他のスイッチ手段311は
全てオフ)させる。このとき、コンデンサ312に蓄積
される電池電圧は、前回の第1番目の電池ブロック21
のときとは、その極性が反転している。
ーブルに基づいて、全スイッチ手段311をオフしてコ
ンデンサ312と全電池ブロック21とを遮断した後
に、スイッチ手段313をオンして、コンデンサ312
に蓄えられた第2番目の電池ブロック21の電池電圧
(例えばDC20V)を差動増幅器314に入力させ
る。このとき、切換え制御手段317は、制御デーブル
に基づいてスイッチ手段316を制御して基準電源DC
5V側を選択させる。これによって、A/Dコンバータ
315の入力電圧範囲(DC5V〜0V)をフルに使う
ように、差動増幅器314が電圧出力を行う。
イン調整または電圧調整)された電池電圧は、A/Dコ
ンバータ315の本来の分解能によりA/D変換(電池
電圧検知)される。A/Dコンバータ315からの検出
電池電圧データ(デジタルデータ)は、図示しない後段
のマイクロコンピュータによって読み取られる。
え制御手段317が、差動増幅器314への入力電圧の
極性に応じて設定された制御テーブルに基づいてスイッ
チ手段316を切換え制御することで、差動増幅器31
4の基準電源からの基準電圧(0VとDC5V)を出力
制御する。このため、切換え制御手段317は、極性反
転毎に、差動増幅器314からA/Dコンバータ315
への入力電圧をA/Dコンバータ315の入力電圧範囲
に対応させることができ、従来のようにA/Dコンバー
タ315の入力電圧範囲を振り分けて極性反転毎に半分
づつ用いる必要がなく、A/Dコンバータ315の入力
電圧範囲をフルに用いることができて、従来のものに比
べて2倍の分解能を得ると共に、A/Dコンバータ31
5の分解能を本来の分解能に改善することができる。
Dコンバータ315のダイナミックレンジ(入力電圧範
囲)をフルに使うべく、差動増幅器314の基準電圧
を、反転する差動増幅器314への入力電圧の極性(正
または負)に応じてスイッチ手段316で切換えるよう
にしたが、本実施形態2では、差動増幅器314の基準
電圧を、反転する入力電圧の極性(正または負)に応じ
てD/Aコンバータから出力電圧(オフセット電圧)を
発生させる場合である。
計測手段の構成例を示す回路図である。なお、図1およ
び図2と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を
付してその説明を省略する。
る電圧計測手段31aは、差動増幅器314の基準電圧
を変化させる基準電圧発生手段としてのD/Aコンバー
タ316Aと、制御テーブルに基づいてD/Aコンバー
タ316Aの出力基準電圧を制御する基準電圧発生制御
手段317Aとを有している。
生制御手段317Aからの制御データに応じて、所望す
る基準電圧が出力自在な素子である。これは、CPUに
内蔵されているものもあれば、IC単体のものもある。
チ手段311,313のオンオフデータに対応したスイ
ッチ制御出力内容の制御テーブルに基づいて、D/Aコ
ンバータ316Aに制御データを出力するものである。
この場合、差動増幅器314への入力電圧の極性は、ス
イッチ手段311,313のオンオフデータによって決
まっている。
Aコンバータ316Aは、固定された2つの異なる基準
電圧値を任意に出力することができる点で、上記実施形
態1のスイッチ手段316および電圧源(DC5Vおよ
び0V)と同様の性能を得ることができて、従来に比べ
てA/Dコンバータ315の分解能を2倍にすることが
できる。
手段317や基準電圧発生制御手段317Aが、差動増
幅器314への入力電圧の極性が予め解っている場合で
あって、電圧計測手段31の全ての動作タイミングを握
っている場合について説明したが、これに限らず、入力
電圧の極性が事前に解らない場合であっても、一旦、選
択すべき何れかの基準電圧を設定しておくことで、対処
が可能となる。その設定した基準電圧の一方側が、1/
2の確率で正しい場合には正しい出力値が得られる。そ
の一方側が本来のものとは逆のとき、A/Dコンバータ
315からの検出電池電圧を、図2または図3の破線に
示すように切換え制御手段317や基準電圧発生制御手
段317Aに入力して、切換え制御手段317や基準電
圧発生制御手段317AのCPU(マイクロコンピュー
タ)により読み取った場合に、本来のA/Dコンバータ
315の入力電圧範囲(0V〜DC5V)を超えるた
め、CPU(マイクロコンピュータ)は、入力電圧が上
限いっぱいの電圧値であるか、または、下限いっぱいの
電圧値であるかを判定する。その上限、下限いっぱいの
電圧値を、切換え制御手段317や基準電圧発生制御手
段317Aが計測した際に、直後に、再度、同じ入力電
圧に対して、他の別の基準電圧(他方側の基準電圧設定
値)に再設定して、正しい検出結果を得るようにすれば
よい。また、最初に設定した基準電圧で、正しい値を計
測した場合も、同じ入力電圧を他の別の基準電圧に切換
えて計測し、その上限、下限いっぱいの出力電圧結果を
得て、最初の基準電源選択時の電池電圧計測値が正しか
ったことをも確認することができる。
電圧発生制御手段317Aはそれぞれ、差動増幅器31
4への入力電圧の極性に応じた制御として、一方の基準
電圧設定値に切換え時のA/Dコンバータ315からの
A/D変換出力(検出電池電圧)が、A/Dコンバータ
315の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの電圧
値を示している場合に他方の基準電圧設定値に切換える
ように制御するものである。これによって、差動増幅器
314への入力電圧の極性が予め解らない場合であって
も、スイッチ手段316やD/Aコンバータ316Aを
制御して、差動増幅器314への入力電圧の極性に応じ
て差動増幅器314bの基準電圧を容易に出力制御する
ことができる。
A/Dコンバータ315の分解能を2倍にする場合につ
いて説明したが、本実施形態3では、A/Dコンバータ
315の分解能を2倍以上の数倍にする場合である。
計測手段の要部構成例を示す回路図である。図4におい
て、制御手段317Bは、上記実施形態2の場合と同様
に、2倍の分解能にて電池電圧の検出を行い、更に同じ
入力電圧に対して、基準電圧発生制御手段としての機能
を有すると共に、第4スイッチ手段としてのスイッチ手
段319、320を制御して差動増幅器314Bの帰還
抵抗値を切換え制御する第2切換え制御手段としの機能
を有するものである。基準電圧発生制御手段は、差動増
幅器314Bへの入力電圧の極性に応じて、基準電圧発
生手段としてのD/Aコンバータ316Bからの基準電
圧を出力制御するものである。また、第2切換え制御手
段は、差動増幅器314Bへの入力電圧の極性に応じ
て、ゲインGを決定する抵抗器と直列に接続した第4ス
イッチ手段としてのスイッチ手段319、320を切換
え制御するものである。
池電圧計測時に、スイッチ手段319、320によりゲ
インGを変化させ、D/Aコンバータ316Bの出力電
圧値を変化させることで、更にオフセット電圧値を変化
させて、差動増幅器314Bからの電圧出力値をA/D
コンバータ315の入力電圧範囲(0V〜DC5V)内
に収めるように制御するものである。これによって、A
/Dコンバータ315に対して2倍以上(数倍)の分解
能を得ることができるものである。
タ315の本来の分解能で、電池電圧例えばDC20V
を計測する。次に、このDC20Vをもっと細かく見る
ために、差動増幅器314BのゲインGを構成する抵抗
値をスイッチ手段319,320によって切換え制御
し、ゲインGを例えば2倍にする。これだけでは、本来
例えばDC4Vの入力電圧に対してDC8VをA/Dコ
ンバータ315に入力してしまう。そこで、D/Aコン
バータ316Bの出力電圧値を変化させ、オフセット電
圧値として、DC−5Vを設定すると、A/Dコンバー
タ315への入力電圧範囲は、DC8V−DC5V=D
C3Vとなり、A/Dコンバータ315への入力電圧範
囲を超えることなく、そのDC3Vに対応した電圧値と
して電池電圧を計測することができる。また、ゲインG
を2倍にすることで、A/Dコンバータ315の本来の
分解能の2倍、従来の分解能の4倍(上記数倍)の分解
能を得ることができるものである。
14BからA/Dコンバータ315への入力電圧をA/
Dコンバータ315の入力電圧範囲に対応させるだけで
はなく、差動増幅器314Bのゲインをも切換えること
で、A/Dコンバータ315の分解能をより微細な分解
能、即ち、現在使用しているA/Dコンバータ315の
数倍の分解能で電池電圧の計測ができる。このため、電
池電圧の計測に対する大幅な性能アップが可能である。
また逆に、より安価な汎用のA/Dコンバータを用い、
かつ、より大きい分解能にて電圧計測することが可能な
ため、コストダウン、実装面積の削減、信頼性評価にか
かる費用の削減などが期待できるものである。このよう
に、A/Dコンバータの汎用品が使用できることは、大
きなメリットである。これは、電気自動車に限らず、ニ
ッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池など、制御
上、より正確な容量把握が必要な機器には、電池電圧、
電流、温度など、高精度、高分解能、高速な計測が必要
とされるからである。
積層電圧計測装置を電気自動車に適用した場合について
説明したが、これに限らず、複数の電池ブロック21か
らなる組電池2の電力を用いて駆動する機器であれば、
本発明の積層電圧計測装置を適用することができる。こ
の場合にも、本実施形態の作用効果と同様の作用効果を
奏することができるものである。
プで差動増幅器(差動増幅手段)を構成して電池電圧を
レベル変換する場合について説明したが、これに限ら
ず、抵抗による分圧回路(分圧手段)によっても同様に
実現可能であり、上記実施形態1〜3と同様の効果を奏
することができる。
圧制御手段が、レベル変換手段への入力電圧の極性反転
に応じてレベル変換手段の基準電圧を出力制御するた
め、極性反転毎に、レベル変換手段からA/D変換手段
への入力電圧をA/D変換手段の入力電圧範囲に対応さ
せることができ、従来のようにA/D変換手段の入力電
圧範囲を振り分けて極性反転毎に半分づつ用いる必用が
なく、A/D変換手段の入力電圧範囲をフルに用いるこ
とができて、従来のものに比べて2倍の分解能を得ると
共に、A/D変換手段の分解能を本来の分解能に改善す
ることができる。
の電池電圧を容量手段に一旦蓄積し、その蓄積した容量
手段の電池電圧をレベル変換手段に入力する場合にも、
極性反転毎に、レベル変換手段からA/D変換手段への
入力電圧をA/D変換手段の入力電圧範囲に対応させる
ことにより、従来のものに比べて2倍の分解能を得ると
共に、A/D変換手段の分解能を本来の分解能に改善す
る本発明の効果を奏することができる。
のに比べて2倍の分解能を得るべく、レベル変換手段の
基準電圧を切換えるのに、レベル変換手段への入力電圧
の極性に応じて第3スイッチ手段を切換え制御したり、
レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて基準電圧発
生手段を出力制御したりするだけの簡単な構成とするこ
とができる。
段への入力電圧の極性が、予め記憶されたスイッチ制御
用テーブル情報に基づいて解る場合には、基準電圧制御
手段は、スイッチ制御用テーブル情報に基づいて第3ス
イッチ手段や基準電圧発生手段を制御して、レベル変換
手段の基準電圧を容易に出力制御することができる。
段への入力電圧の極性が予め解らない場合であっても、
基準電圧制御手段が、一方側の基準電圧設定値に切換え
られたときのA/D変換手段からのA/D変換出力が、
A/D変換手段の入力電圧範囲の上限または下限いっぱ
いの値を示していると判断した場合に、一方側から他方
側の基準電圧設定値に第3スイッチ手段や基準電圧発生
手段を制御して、レベル変換手段への入力電圧の極性に
応じたレベル変換手段の基準電圧を容易に出力制御する
ことができる。
段からA/D変換手段への入力電圧をA/D変換手段の
入力電圧範囲に対応させるだけではなく、レベル変換手
段のゲインをも切換えるようにすれば、A/D変換手段
の分解能をより微細な分解能とすることができる。
用電気回路の概略構成を示すブロック図である。
す回路図である。
成例を示す回路図である。
部構成例を示す回路図である。
である。
であって、(a)は例えば10ビットのA/Dコンバー
タの場合を示す図、(b)は12ビットのA/Dコンバ
ータの場合を示す図である。
を示す図である。
のA/Dコンバータに対する入力範囲例を示す図、
(b)は差動増幅器の入力電圧が反転しない場合のA/
Dコンバータに対する入力範囲例を示す図である。
手段(第1〜第4スイッチ手段) 312 コンデンサ(容量手段) 314,314B 差動増幅器(レベル変換手段) 315 A/Dコンバータ(A/D変換手段) 316A,316B D/Aコンバータ(基準電圧発
生手段;D/A変換手段) 317 切換え制御手段(第1切換え制御手段) 317A 基準電圧発生制御手段 317B 制御手段(基準電圧発生制御手段と第1お
よび第2切換え制御手段)
Claims (7)
- 【請求項1】 複数の電池ブロックからなる組電池と、
該電池ブロック毎の両出力端子を切換える複数の第1ス
イッチ手段と、該第1スイッチ手段を介した該電池ブロ
ック毎の電池電圧をレベル変換するレベル変換手段と、
該レベル変換手段からの電池電圧データをA/D変換す
るA/D変換手段と、該レベル変換手段への入力電圧の
極性に応じて該レベル変換手段の基準電圧を出力制御す
る基準電圧制御手段とを備えた積層電圧計測装置。 - 【請求項2】 前記第1スイッチ手段を介した電池ブロ
ック毎の電池電圧を蓄積する容量手段と、該容量手段に
蓄積された電池電圧をオンオフする第2スイッチ手段と
を有し、前記レベル変換手段は、該第2スイッチ手段を
介した該容量手段の電池電圧をレベル変換する請求項1
記載の積層電圧計測装置。 - 【請求項3】 前記基準電圧制御手段は、該レベル変換
手段の基準電圧を切換える第3スイッチ手段と、該レベ
ル変換手段への入力電圧の極性に応じて該第3スイッチ
手段を切換え制御する第1切換え制御手段とを有した請
求項1または2記載の積層電圧計測装置。 - 【請求項4】 前記基準電圧制御手段は、前記レベル変
換手段の基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、該レ
ベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該基準電圧発
生手段を出力制御する基準電圧発生制御手段とを有する
請求項1または2記載の積層電圧計測装置。 - 【請求項5】 前記レベル変換手段への入力電圧の極性
に応じた制御は、予め記憶されたスイッチ制御用テーブ
ル情報に基づいて行う請求項1〜4の何れかに記載の積
層電圧計測装置。 - 【請求項6】 前記レベル変換手段への入力電圧の極性
に応じた制御は、一方側の基準電圧設定値に切換え時の
前記A/D変換手段からのA/D変換出力が、該A/D
変換手段の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの値
を示している場合には他方側の基準電圧設定値に切換え
るように制御する請求項1〜4の何れかに記載の積層電
圧計測装置。 - 【請求項7】 前記レベル変換手段の帰還抵抗値を切換
えてゲインを切換える第4スイッチ手段と、該レベル変
換手段への入力電圧の極性に応じて該第4スイッチ手段
を切換え制御する第2切換え制御手段とを有した請求項
4記載の積層電圧計測装置。
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