JP4012392B2

JP4012392B2 - 積層電圧計測装置

Info

Publication number: JP4012392B2
Application number: JP2001336879A
Authority: JP
Inventors: 直久森本; 一郎槙; 裕文湯田平
Original assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP2002221539A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車など、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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環境問題やエネルギー問題を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；エレクトリ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。
【０００３】
このような電気自動車の電池制御部において、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手段にて正確に計測する必要がある。
【０００４】
図４は従来の積層電圧計測装置の構成例を示す回路図である。図４において、積層電圧計測装置１００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１２０と、所定の電池電圧をコピーするためのコンデンサ１３０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。
【０００５】
組電池１１０は複数の電池ブロック１１１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ＤＣ２０Ｖ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。
【０００６】
複数のスイッチ手段１２０はそれぞれ、複数の電池ブロック１１１の出力端子１１１ａ毎にそれぞれ接続されている。
【０００７】
コンデンサ１３０は、複数のスイッチ手段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。
【０００８】
スイッチ手段１４０はそれぞれ、差動増幅器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１２０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。
【０００９】
上記構成により、まず、第１番目の電池ブロック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の入力端とを遮断状態とする。
【００１０】
次に、全スイッチ手段１２０をオフしてコンデンサ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の電池電圧を差動増幅器１５０に入力させる。差動増幅器１５０において、例えば電池電圧ＤＣ２０Ｖから入力電圧範囲の例えばＤＣ５Ｖに差動増幅された電池電圧データは、Ａ／Ｄコンバータ１６０によりＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換された電池電圧データは、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られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の積層電圧計測装置１００では、電圧計測時に、所定の電池ブロック１１１の電池電圧をコンデンサ１３０にコピーして全スイッチ手段１２０をオフした状態で、スイッチ手段１４０をオンすれば、オフしている複数のスイッチ手段１２０に最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧が印加されることになる。よって、複数のスイッチ手段１２０はＤＣ４００Ｖ以上の耐圧を必要とする。したがって、複数のスイッチ手段１２０として、サイズが大きく高価な高耐電圧スイッチが、少なくとも電池ブロック１１１の出力端子の数だけ必要となる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、スイッチ手段の耐圧を下げることにより小型で安価なスイッチ手段を用い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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層電圧計測装置は、複数の電池ブロックからなる組電池の該電池ブロック毎の両出力端子を選択的に切換えて一対の配線に接続するために、該電池ブロック毎の両出力端子にそれぞれ接続された複数の第１スイッチ手段と、該第１スイッチ手段により選択された前記電池ブロックの電池電圧を蓄積するために、前記一対の配線に各電極がそれぞれ接続された容量手段と、該容量手段に蓄積された電池電圧を電圧検出手段に入力するために、前記一対の配線にそれぞれ設けられた第３スイッチ手段と、を備え、前記第１スイッチ手段を切り替えることにより前記電池ブロック毎の電池電圧を順次計測可能とする積層電圧計測装置において、該第１スイッチ手段と同期して制御される第２スイッチ手段が、前記第１スイッチ手段と前記容量手段との間に直列に設けられ、前記第２スイッチ手段は、前記一対の配線にそれぞれ設けられ、該第２スイッチ手段の一方は、前記容量手段の一方電極が接続された、前記一対の配線のうちの一方配線にそれぞれが並列接続された前記各第１スイッチ手段と直列接続され、該第２スイッチ手段の他方は、前記容量手段の他方電極が接続された他方配線にそれぞれが並列接続された前記各第１スイッチ手段と直列接続され、前記第１スイッチ手段のそれぞれの寄生容量Ｃａと前記各第２スイッチ手段のそれぞれの寄生容量Ｃｂとが、前記第１スイッチ手段のそれぞれおよび前記第２スイッチ手段のそれぞれと並列接続状態であって、かつ、Ｃａ＝ＣｂまたはＣｂ＜Ｃａであることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
この構成により、複数の第１スイッチ手段と第２スイッチ手段との直列回路を設けたので、オフ時の第１スイッチ手段に印加される最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、オフしている第１スイッチ手段と第２スイッチ手段との寄生容量にて分圧された電圧として第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加されることになって、複数の第１スイッチ手段に印加される電圧を下げることが可能となる。よって、複数の第１スイッチ手段および第２スイッチ手段として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることが可能となる。具体的には、第１スイッチ手段の耐圧として、従来はＤＣ４００Ｖ以上必要であったが、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の寄生容量を一致させれば、耐圧としてＤＣ２００Ｖ程度にすることが可能である。また更に第１スイッチ手段および第２スイッチ手段の寄生容量の操作により、第１スイッチ手段の耐圧を下げ、従来のＩＣプロセスにて構成（ＩＣ化）可能となる。
【００１６】
この構成により、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段との直列回路を設けたので、電圧計測時に、所定の電池ブロックの電池電圧を容量手段にコピーした後に全第１スイッチ手段と第２スイッチ手段とをオフした状態で、第３スイッチ手段をオンすると、組電池の最大例えばＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、オフしている第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の寄生容量にて分圧された電圧として第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加されることになって、複数の第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加される電圧を下げることが可能となる。よって、複数の第１スイッチ手段および第２スイッチ手段として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることが可能となる。具体的には、第１スイッチ手段の耐圧として、従来は例えばＤＣ４００Ｖ以上必要であったが、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の寄生容量を一致させれば、耐圧としてＤＣ２００Ｖ程度にすることが可能となる。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置における第３スイッチ手段は、直列接続された複数のスイッチ手段で構成されていてもよい。
【００１８】
この構成により、第３スイッチ手段が、直列接続された複数のスイッチ手段で構成されていれば、第３スイッチ手段がオフで、所定の第１スイッチ手段および、これに直列接続された第２スイッチ手段をオンして所定の電池ブロックの電池電圧を容量手段に蓄積する場合に、組電池の最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、直列接続された複数のスイッチ手段の寄生容量にて分圧された電圧として各スイッチ手段に印加されることになって、複数の第３スイッチ手段に印加される電圧を下げることが可能となる。よって、第３スイッチ手段として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることが可能となる。また、従来のＩＣプロセスにて第３スイッチ手段を含めて構成することも可能となる。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置における第２スイッチ手段は、１つのスイッチ手段であってもよいが、並列接続された２つ以上のスイッチ手段であってもよい。
【００２０】
この構成により、第１スイッチ手段としてより耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることが可能となる。具体的には、第１スイッチ手段と直列接続された第２スイッチ手段を２組構成することによりその耐圧は約２００Ｖ、４組構成することによりその耐圧は約１００Ｖにすることが可能となる。第１スイッチ手段の耐圧を更に下げることにより、既存の半導体スイッチを用いることも可能になると共に、従来のＩＣプロセスにて第１スイッチ手段を容易に構成（ＩＣ化）することも可能となる。
【００２１】
前述のように、本発明の積層電圧計測装置は、一対の配線にそれぞれ並列接続された複数の第１スイッチ手段の寄生容量Ｃａと第２スイッチ手段の寄生容量Ｃｂにおいて、Ｃａ＝ＣｂまたはＣｂ＜Ｃａとされる。
【００２２】
この構成により、各スイッチ群の寄生容量をＣｂ＜Ｃａとすれば、第２スイッチ手段に比べて大幅に数が多い第１スイッチ手段に印加される電圧をより軽減することができ、より多くのスイッチ手段に対してスイッチ手段の耐圧を下げることができる。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置は、前記一対の配線の一方配線および他方配線にそれぞれ接続されたいずれか１つの前記第１スイッチ手段と、該第１スイッチ手段のそれぞれと直列接続された前記第２スイッチ手段との間の各配線にそれぞれ設けられ、所定の電池ブロックの出力端子から順方向に接続する過電圧防止手段を有している。
【００２４】
この構成により、スイッチ手段直列接続間の一対の配線には、所定の電池ブロックの出力端子電圧が印加されるので、過電圧防止手段の電圧クランプ機能によってスイッチ手段の耐圧オーバーを防止することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる積層電圧計測装置を電気自動車の駆動用電気回路に適応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。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態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（電池エレクトリック・コントロール・ユニット）３と、車両各部を制御する車両ＥＣＵ（車両エレクトリック・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。
【００２７】
組電池２は主電池やメインバッテリーなどと呼ばれ、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。
【００２８】
電池ＥＣＵ３は、電圧計測手段３１と、温度計測手段３２と、電流計測手段３３と、残存容量演算手段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。
【００２９】
電圧計測手段３１は、組電池２の各電池ブロック２１のそれぞれの電池電圧を計測するものである。
【００３０】
温度計測手段３２は、組電池２の複数適所に温度センサ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。
【００３１】
電流計測手段３３は、組電池２とインバータ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。
【００３２】
残存容量演算手段３４は、各電池ブロック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。
【００３３】
入力／出力許容電力演算手段３５は、各電池ブロック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。
【００３４】
通信手段３６は、入力／出力許容電力を車両ＥＣＵ４に送信するようになっている。
【００３５】
車両ＥＣＵ４は、例えばイグニッションキーＩＧがオンされたことを検出して、スイッチ４１，４２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３７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。
【００３６】
ここで、以下、本発明の特長部分である電圧計測手段３１について詳細に説明する。
【００３７】
図２は、図１の組電池２および電圧計測手段３１の構成例を示す回路図である。なお、図２は、最大ＤＣ４００Ｖの出力電圧を有する組電池２をＤＣ２００Ｖの出力電圧の中間点（出力端子）で上側と下側の回路構成に、電圧計測のタイミングから２分割した場合を示しており、ここでは、上側の回路構成についてのみ説明する。
【００３８】
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、スイッチ手段３１１に対する直列接続用の第２スイッチ手段としてのスイッチ手段３１２と、電池ブロック２１毎の電池電圧コピー用の容量手段としてのコンデンサ３１３と、このコンデンサ３１３の電池電圧をオンオフする第３スイッチ手段としてのスイッチ手段３１４とを有している。
【００３９】
また、電圧計測手段３１は、スイッチ手段３１４を介して入力されたコンデンサ３１３の電池電圧（電位差として例えばＤＣ２０Ｖ）を、Ａ／Ｄコンバータ３１６のダイナミックレンジのＤＣ５Ｖに差動増幅するゲイン調整手段としての差動増幅器３１５と、この差動増幅器３１５からの出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ３１６とを有している。このＡ／Ｄコンバータ３１６で電圧計測して得たデジタルデータは、図示しないマイクロコンピュータなどで読み取られるようになっている。
【００４０】
さらに、電圧計測手段３１は電圧オーバー防止用の過電圧防止手段としての整流手段であるダイオード３１８ａ，３１８ｂを有し、ダイオード３１８ａ，３１８ｂは、複数のスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２との間の一対の配線３１７ａ，３１７ｂに対してそれぞれ、所定の電池ブロック２１の両出力端子２１ａから順方向にそれぞれ接続されている。
【００４１】
複数のスイッチ手段３１１は、その一方端がそれぞれ、複数の電池ブロック２１の出力端子２１ａ毎に接続されており、その他方端がそれぞれ、電池ブロック２１毎に一対の配線３１７ａ，３１７ｂに接続されている。
【００４２】
一方のスイッチ手段３１２は、配線３１７ａに並列接続された複数のスイッチ手段３１１と直列接続されている。また同様に、他方のスイッチ手段３１２は、配線３１７ｂに並列接続された複数のスイッチ手段３１１と直列接続されている。このように、並列接続された複数のスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２とを直列に接続することによって、電圧計測時に、組電池の電圧最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧を、並列接続された複数のスイッチ手段３１１の寄生容量Ｃａとスイッチ手段３１２の寄生容量Ｃｂとの比で分圧した印加電圧とすることができる。例えばＣａ＝Ｃｂであれば、コンデンサ３１３に蓄えられた最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧を２分圧してＤＣ２００Ｖ程度の印加電圧とすることができる。
【００４３】
コンデンサ３１３は、電池ブロック２１毎の両出力端子２１ａから所定の両スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２を介して印加された電池電圧を一旦蓄えるものである。
【００４４】
スイッチ手段３１４の両出力側がそれぞれ、差動増幅器３１５の両入力端子にそれぞれ接続されており、差動増幅器３１５の両入力端子とコンデンサ３１３の両電極とを接続または遮断するものである。これらの複数のスイッチ手段３１１，３１２，３１４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。
【００４５】
上記構成により、以下、その動作を説明する。イグニションスイッチＩＧがオンされて車両ＥＣＵ４が駆動し、組電池２の出力両端側にあるスイッチ４１，４２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。
【００４６】
このとき、各電池ブロック２１毎の出力電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３１３に蓄積（コピー）するために、第１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およびスイッチ手段３１２をオン（他のスイッチ手段３１１は全てオフ）する。このとき、スイッチ手段３１４をオフすると共に、コンデンサ３１３の両電極と差動増幅器３１５の両入力端子とを遮断状態とする。
【００４７】
次に、全スイッチ手段３１１をオフしてコンデンサ３１３と全電池ブロック２１とを遮断した後に、スイッチ手段３１４をオンして、コンデンサ３１３に蓄えられた第１番目の電池ブロック２１の電池電圧を差動増幅器３１５に入力させる。差動増幅器３１５で差動増幅（ゲ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３１６によりＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換された検出電池電圧データは、図示しない制御手段（例えばマイクロコンピュータ）にて読み取られる。
【００４８】
この電圧計測時に、所定の電池ブロック２１の電池電圧をコンデンサ３１３にコピーし、全スイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２とをオフした後に、スイッチ手段３１４をオンして、コンデンサ３１３に蓄えられた電圧を読み取る際に、並列接続された複数のスイッチ手段３１１の寄生容量Ｃａとスイッチ手段３１２の寄生容量Ｃｂとが同等であれば、その電圧を２分圧した電圧がそれぞれスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２とにそれぞれ印加される。
【００４９】
即ち、電圧計測手段３１に対して、スイッチ手段３１２のスイッチｂ群（本実施形態では１つ）をそれぞれ、並列接続された各複数のスイッチ手段３１１（スイッチａ群が２つ）にそれぞれ直列接続することにより、従来は、最大ＤＣ４００Ｖをスイッチ手段３１１のスイッチａ群で直に受けていたものを、スイッチａ群とスイッチｂ群とで印加電圧の分配が可能である。その分配（分圧）の比率は、スイッチａ群の寄生容量Ｃａとスイッチｂ群の寄生容量Ｃｂおよび電圧計測手段３１を細分化することにより自由に設定することができる。本実施形態では、印加電圧の分配の説明を簡略化するために電圧計測手段３１を２分化して示している。
【００５０】
オフ時のスイッチａ群の電圧をＶｃａ、オフ時のスイッチｂ群の電圧をＶｃｂとすれば、それぞれのスイッチ群に分圧印加される電圧Ｖｃａ，Ｖｃｂは、図３に示すように、両端にＤＣ４００Ｖが印加されたスイッチａ群の寄生容量Ｃａとスイッチｂ群の寄生容量Ｃｂの直列回路であることから、
Ｖｃａ＝４００×｛Ｃｂ／（Ｃａ＋Ｃｂ）｝
Ｖｃｂ＝４００×｛Ｃａ／（Ｃａ＋Ｃｂ）｝
で表すことができる。したがって、それぞれのスイッチ群の寄生容量をＣｂ＜Ｃａとすれば、スイッチｂ群（スイッチ手段３１２）に比べて大幅に数が多いスイッチａ群（並列接続された複数のスイッチ手段３１１）に印加される電圧を軽減することができ、より多くのスイッチ手段に対してスイッチ手段の耐圧を下げることができる。また、並列接続された複数のスイッチ手段３１１の寄生容量Ｃａと、スイッチ手段３１２の寄生容量Ｃｂとを同等に調整すれば、複数のスイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２の耐圧は、前述の通り、ＤＣ４００Ｖの半分のＤＣ２００Ｖとなる。
【００５１】
以上により、本実施形態によれば、並列接続された複数のスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２との直列回路を設けたため、オフ時のスイッチ手段３１１，３１２に印加される最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、オフしているスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２との各寄生容量により分圧された電圧としてスイッチ手段３１１，３１２に印加されることになって、並列接続された複数のスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２に印加される電圧を下げることができる。したがって、並列接続された複数のスイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができる。
【００５２】
また、スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２の耐圧として、従来はＤＣ４００Ｖ以上必要であったものを、スイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２の各寄生容量を一致させれば、耐圧としてＤＣ２００Ｖ以上とすることができる。このように、スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２に印加される電圧を下げることによって、スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができるものである。
【００５３】
また更に、スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２の寄生容量の操作により、スイッチ手段３１１の耐圧を下げ、従来のＩＣプロセスにて構成（ＩＣ化）可能となる。
【００５４】
さらに、組電池２の中間電位ＤＣ２００Ｖの出力端子２１ａが整流手段としてのダイオード３１８ａ，３１８ｂをそれぞれ介してスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２間の一対の配線３１７ａ，３１７ｂにそれぞれ接続することにより、耐圧オーバーを防止するクランプ機能（ＤＣ２００Ｖ以上にはならない）を働かせることができるものである。
【００５５】
なお、本実施形態では、本発明の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。
【００５６】
また、本実施形態では、積層電圧計測手段３１において、スイッチ手段３１２は、複数のスイッチ手段３１１に直列接続された１つのスイッチ手段で構成したが、これに限らず、スイッチ手段３１２は、複数のスイッチ手段３１１に直列接続された、２以上のスイッチ手段の直列回路で構成してもよい。この場合、スイッチ手段３１１と、直列接続された例えば４つ〜９つのスイッチ手段（上記実施形態では１つのスイッチ手段３１２）とを直列接続することにより、最大ＤＣ４００Ｖの電圧が５分割〜１０分割されて、各スイッチ手段間に印加されることになる。この印加電圧は、ＤＣ４０Ｖ〜８０Ｖ程度となる。よって、スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２の耐圧がＤＣ４０Ｖ〜８０Ｖ程度であれば、スイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２として、既存の半導体スイッチを用いることもできると共に、従来のＩＣプロセスにてスイッチ手段３１１およびスイッチ手段３１２を含めて容易にＩＣ化することもできる。
【００５７】
さらに、本実施形態では、積層電圧計測手段３１において、スイッチ手段３１４は１つのスイッチ手段で構成したが、２以上のスイッチ手段を直列接続して構成することもできる。この場合、スイッチ手段３１４がオフで、所定のスイッチ手段３１１および、これに直列接続されたスイッチ手段３１２をオンにして所定の電池ブロック２１の電池電圧をコンデンサ３１３に蓄積する際に、組電池の電圧最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、直列接続された複数のスイッチ手段（上記実施形態では１つのスイッチ手段３１４）の寄生容量にて分割された電圧として各スイッチ手段に印加されることになって、複数のスイッチ手段に印加される電圧を下げることができる。よって、スイッチ手段３１４として数は増えるが、耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができる。また、この場合にも、従来のＩＣプロセスにて複数のスイッチ手段（上記実施形態では１つのスイッチ手段３１４）を含めて構成することもできる。
【００５８】
さらに、本実施形態では、最大ＤＣ４００Ｖの出力電圧を有する組電池２をＤＣ２００Ｖの出力電圧の中間点の出力端子２１ａで上側と下側の回路構成に２分割する場合について説明したが、これに限らず、上側、中央、下側の回路構成に３分割してもよく、それ以上のＮ（Ｎは３以上の自然数）分割でもよい。何れの分割の場合にも、本発明の直列スイッチ回路による分圧効果を奏するものであり、それに用いるスイッチ手段の耐圧を下げることができるものである。また、上側と下側の回路構成に２分割した本実施形態では、コンデンサ３１３、スイッチ手段３１４、差動増幅器３１５およびＡ／Ｄコンバータ３１６よりなる電圧計測用回路が２つ設けられたが、上側、中央、下側の回路構成に３分割する場合には、上記電圧計測用回路が３つ設けられ、したがって、Ｎ分割する場合には、上記電圧計測用回路がＮ個設けられる。このとき、スイッチ手段３１１に直列に接続するスイッチ手段３１２は、Ｎ分割した全ての回路に設けてもよいが、印加電圧の低い分割回路には設けなくともよい。
【００５９】
さらに、本実施形態では、図２の上側の回路構成についてのみ説明したが、下側の回路構成についても上側の回路構成と同様の作用効果を奏するものである。つまり、下側の回路構成においても、電圧計測手段３１は電圧オーバー防止用の過電圧防止手段としての整流手段であるダイオード３１９ａ，３１９ｂを有し、ダイオード３１９ａ，３１９ｂは、複数のスイッチ手段３１１とスイッチ手段３２０との間の一対の配線３２１ａ，３２１ｂに対してそれぞれ、所定の電池ブロック２１の両出力端子２１ａから順方向にそれぞれ接続されている。下側の回路構成において、組電池の電圧最大ＤＣ−４００Ｖ程度の電圧を２分圧したＤＣ２００Ｖ程度の電圧が印加され得る。よって、過電圧防止手段のダイオード３１９ａ，３１９ｂ（又は３１８ａ，３１８ｂ）は、２分割された回路のそれぞれの一番下の電池ブロック２１（一番下の出力端子２１ａ）を基準にしている。
【００６０】
なお、本発明の積層電圧計測装置としては電圧計測手段３１と組電池２を含んでいてもよいし、組電池２を含まずに電圧計測手段３１で構成されていてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上により、請求項１,２によれば、並列接続された複数の第１スイッチ手段と、第２スイッチ手段との直列回路を設けたため、オフ時の第１スイッチ手段に印加される最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、オフしている第１スイッチ手段と第２スイッチ手段との各寄生容量にて分圧された電圧として第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加されることになって、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加される電圧を下げることができる。したがって、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができる。
【００６２】
また、請求項３によれば、第１スイッチ手段と第２スイッチ手段との直列回路を設けたため、電圧計測時に、所定の電池ブロックの電池電圧を容量手段にコピーした後に全第１スイッチ手段と第２スイッチ手段とをオフした状態で、第３スイッチ手段をオンすると、組電池の電圧最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、オフしている第１スイッチ手段と第２スイッチ手段の寄生容量にて分圧された電圧として第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加され、複数の第１スイッチ手段および第２スイッチ手段に印加される電圧を下げることができる。したがって、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができる。
【００６３】
さらに、請求項４によれば、第３スイッチ手段も、直列接続された複数のスイッチ手段で構成すれば、第３スイッチ手段がオフで、所定の第１スイッチ手段および、これに直列接続された第２スイッチ手段をオンして所定の電池ブロックの電池電圧を容量手段に蓄積する場合に、組電池の電圧最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧は、直列接続された複数のスイッチ手段（第３スイッチ手段）の寄生容量にて分圧された電圧として各スイッチ手段に印加され、第３スイッチ手段の各スイッチ手段に印加される電圧を下げることができる。したがって、第３スイッチ手段として耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができる。
【００６４】
さらに、請求項５によれば、第２スイッチ手段として複数のスイッチ手段を直列接続すると、直列接続されたスイッチ手段の各寄生容量で分圧された容量手段の電圧が、各スイッチ手段に印加され、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段としてより耐圧の小さい小型で安価なスイッチ手段を用いることができる。
【００６５】
さらに、請求項６によれば、各スイッチ群の寄生容量をＣｂ＜Ｃａとすれば、第２スイッチ手段に比べて大幅に数が多い第１スイッチ手段に印加される電圧をより軽減することができ、より多くの第１スイッチ手段に対してスイッチ手段の耐圧を下げることができる。
【００６６】
さらに、請求項７によれば、スイッチ手段直列接続間の一対の配線には、所定の電池ブロックの出力端子電圧が印加されるため、整流手段の電圧クランプ機能によってスイッチ手段の耐圧オーバーを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態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２】図１の組電池および電圧計測手段の構成例を示す回路図である。
【図３】各スイッチ手段を直列接続した場合の各スイッチ手段毎に印加される分圧に関する説明図である。
【図４】従来の積層電圧計測装置の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１電気自動車の駆動用電気回路
２組電池
２１電池ブロック
２１ａ電池出力端子
３電池ＥＣＵ
３１電圧計測手段
３１１，３１２，３１４，３２０スイッチ手段
３１３コンデンサ（容量手段）
３１５差動増幅器
３１６Ａ／Ｄコンバータ
３１７ａ，３１７ｂ，３２１ａ，３２１ｂ配線
３１８ａ，３１８ｂ，３１９ａ，３１９ｂダイオード（過電流防止手段）

Claims

複数の電池ブロックからなる組電池の該電池ブロック毎の両出力端子を選択的に切換えて一対の配線に接続するために、該電池ブロック毎の両出力端子にそれぞれ接続された複数の第１スイッチ手段と、
該第１スイッチ手段により選択された前記電池ブロックの電池電圧を蓄積するために、前記一対の配線に各電極がそれぞれ接続された容量手段と、
該容量手段に蓄積された電池電圧を電圧検出手段に入力するために、前記一対の配線にそれぞれ設けられた第３スイッチ手段と、を備え、前記第１スイッチ手段を切り替えることにより前記電池ブロック毎の電池電圧を順次計測可能とする積層電圧計測装置において、
該第１スイッチ手段と同期して制御される第２スイッチ手段が、前記第１スイッチ手段と前記容量手段との間に直列に設けられ、
前記第２スイッチ手段は、前記一対の配線にそれぞれ設けられ、該第２スイッチ手段の一方は、前記容量手段の一方電極が接続された、前記一対の配線のうちの一方配線にそれぞれが並列接続された前記各第１スイッチ手段と直列接続され、該第２スイッチ手段の他方は、前記容量手段の他方電極が接続された他方配線にそれぞれが並列接続された前記各第１スイッチ手段と直列接続され、
前記第１スイッチ手段のそれぞれの寄生容量Ｃａと前記各第２スイッチ手段のそれぞれの寄生容量Ｃｂとが、前記第１スイッチ手段のそれぞれおよび前記第２スイッチ手段のそれぞれと並列接続状態であって、かつ、Ｃａ＝ＣｂまたはＣｂ＜Ｃａであることを特徴とする積層電圧計測装置。
前記第３スイッチ手段は、直列接続された複数のスイッチ手段で構成されている請求項１記載の積層電圧計測装置。
前記第２スイッチ手段は、直列接続された複数のスイッチ手段で構成されている請求項１または２の何れかに記載の積層電圧計測装置。
前記一対の配線の一方配線および他方配線にそれぞれ接続されたいずれか１つの前記第１スイッチ手段と、該第１スイッチ手段のそれぞれと直列接続された前記第２スイッチ手段との間の各配線にそれぞれ設けられ、所定の電池ブロックの出力端子から順方向に接続する過電圧防止手段を有した請求項１〜３の何れかに記載の積層電圧計測装置。