JP4421070B2 - 積層電圧計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は積層電圧計測装置に関し、特に直列接続されたN個の電圧源のそれぞれ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】
電気自動車などの数百Vの高出力電源は、ニッケル水素蓄電池のような2次電池を多数個直列接続して構成される。直列接続された電池は充放電制御のために個々の電池の能力の状態を監視する必要がある。具体的には240セルの直列電池で288Vの総電圧が得られるが、個々のセルを監視するのは物量的に困難なため10セルで1モジュールとしてモジュール単位即ち24個のモジュール毎の電圧を計測している例がある(特開平8−140204号公報参照)。
【0003】
電気自動車において高電圧系統は危険防止のためのシャーシから絶縁されている。一方、放充電を制御するプロセッサはシャーシが基準電位であるため前記電池の電圧は絶縁的に計測される必要がある。前記の例においては個々のモジュール毎にオペアンプ、ADコンバータ、フォトカップラ、電源等を含む絶縁回路ユニットを備えており、非常に複雑となっていた。
【0004】
センサ等の出力電圧を絶縁的に計測する方式としてフライング・キャパシタ回路が知られている。図3は、積算電圧計測装置400の構成を示す。電圧源の数(N)を5個として説明する。
【0005】
直列接続された電圧源V1〜V5は、電圧検出端子T1〜T6からスイッチS1,S3,S5から成る第1マルチプレクサ1およびスイッチS2,S4,S6から成る第2マルチプレクサ2を経由して第1コンデンサ3に接続される。第1コンデンサ3はスイッチ4a,4bから成る第1サンプルスイッチ4および極性補正回路5を経由して電圧計測回路6に接続される。
【0006】
図4は、積算電圧計測装置400の動作を説明するための各スイッチ開閉タイミングを示す。図4に基づいて図3の積算電圧計測装置400の動作を説明する。
【0007】
電圧源V1〜V5の電圧を計測するに際して、スイッチS1〜S6および第1サンプルスイッチ4a,4bは開(オフ)状態とされる。このような状態で、期間P1において、まず、スイッチS1とスイッチS2が閉(オン)状態とされ、これにより電圧源V1における電圧が第1コンデンサ3に印加され、第1コンデンサ3に電荷が蓄積される。スイッチS1およびスイッチS2が所定時間にわたってオンされると、スイッチS1およびスイッチS2はオフされる。スイッチS1およびスイッチS2がオフされた後に適当な時間が経過すると、第1サンプルスイッチ4(スイッチ4a,4b)がオンされ、これにより極性補正回路5及び電圧計測回路6に第1コンデンサ3の充電電圧即ち電源圧V1の電圧が入力される。
【0008】
各スイッチの駆動回路と各スイッチの接点とは当然のことながら絶縁が保たれているものとする。第1マルチプレクサ1,第2マルチプレクサ2と第1サンプルスイッチ4とは同時に閉じないため、電圧源V1と第1コンデンサ3に入力された電圧源V1の電圧とは絶縁的に計測される。
【0009】
同様に期間P2において、スイッチS2とスイッチS3とを、期間P3でスイッチS3とスイッチS4とをいう具合に順次マルチプレックスしていく。
【0010】
ここで図3において注意すべきことは、極性補正回路5によって奇数番目の電圧源に対して偶数番目の電圧源の電圧が極性反転して電圧計測回路6に入力されることである。このための極性補正回路5の一例を図5に示す。
【0011】
極性補正回路5は、よく知られた絶対値回路である。極性補正回路5は、電圧計測回路6のADコンバータに入力される電圧極性を揃える役割を果たす。極性補正回路5は、電池のような単極性の電圧源Vに対して有効である。極性補正回路5は、この様なアナログ回路ではなく、両極入力のADコンバータの極性出力ビットを無視するようなデジタル回路であっても良い。
【0012】
また、漏電検出回路7は、第2コンデンサ10,増幅器11,12、信号発生器13,レベル比較回路14で成り立っている。漏電検出回路7は、前記信号発生器13の出力レベルと増幅器12の出力レベルとを比較することにより、前記N個の電圧源とシャーシとの絶縁インピーダンスを測定している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に述べたような従来の積層電圧計測装置では、図6に示すように、5個の電圧源V1〜V5に接続された6個の電圧検出端子T1〜T6のうち、漏電検出回路7と接続している電圧検出端子T6のラインが開(図10における15の×印)になっても、漏電検出回路7の信号が、矢印の線のようなループLを形成するので、本来電圧が生じない第1コンデンサ3に電荷が蓄積されて電圧が発生する。このため、×15で示す電圧検出端子のラインの故障を検出できないという課題があった。
【0014】
本発明の目的は、漏電検出回路と接続している電圧検出端子のラインの故障を検出することができる積層電圧計測装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る積層電圧計測装置は、直列接続されたN個の電圧源のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測回路と、前記N個の電圧源とシャーシとの間の絶縁インピーダンスを測定する漏電検出回路とを備える積層電圧計測装置であって、前記積層電圧計測回路は、前記N個の電圧源に接続された(N+1)個の電圧検出端子と、第1端子と第2端子とを有する第1コンデンサと、奇数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第1コンデンサの前記第1端子に選択的に接続する第1マルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第1コンデンサの前記第2端子に選択的に接続する第2マルチプレクサと、前記第1端子と前記第2端子との間の電圧を計測する電圧計測回路と、前記第1コンデンサの前記第1端子と第2端子とを前記電圧計測回路に接続する第1サンプルスイッチと、奇数番目の前記電圧源の電圧極性と偶数番目の前記電圧源の電圧極性とを揃える極性補正回路とを備え、前記積層電圧計測回路は、前記第1サンプルスイッチを開いた状態で、前記第1および第2マルチプレクサが所望の前記電圧源のうちの1つを選択した後に前記第1および前記第2マルチプレクサを開いて前記第1サンプルスイッチを閉じることを繰り返すことにより前記電圧源の各電圧を計測し、前記漏電検出回路は、前記N個の電圧源の両端のいずれか一方に接続される第2コンデンサと、前記N個の電圧源の両端のいずれか一方に前記第2のコンデンサを介して信号を与える信号発生器と、前記信号発生器の信号レベルと前記第2コンデンサの信号レベルとを比較するレベル比較回路と、前記N個の電圧源の両端のいずれか一方と前記信号発生器との間に設けられる第2サンプルスイッチとを備え、前記第2サンプルスイッチは、前記第2サンプルスイッチに結線された前記N個の電圧源の両端のいずれか一方の電圧を計測するときのみ開くものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、本発明は、上記積層電圧計測装置において、前記第2サンプルスイッチは、前記N個の電圧源の両端のいずれか一方と前記第2コンデンサとの間に設けられることが好ましい。
また、本発明は、上記積層電圧計測装置において、前記第2サンプルスイッチは、前記第2コンデンサと前記信号発生器との間に設けられることが好ましい。
以下、本発明の作用について説明する。
図6に示す従来の積層電圧計測装置500の漏電検出回路7の信号発生器13と、N個の電圧源の両端のいずれか一方との間の接続を開閉できる第2サンプルスイッチを設けるものである。
【0016】
上記第2サンプルスイッチは電圧源の両端のいずれか一方の電圧値を測定する時のみ開とし、それ以外のタイミングでは閉とする。
【0017】
このことにより、電圧源V5の電圧測定時に電圧検出端子T6ラインに開故障が存在した場合でも、前述したループLは形成されず、第1コンデンサ3に電荷か、蓄積されることはないので、容易に電圧検出端子のラインの開故障を検出することができる。なお、両端の電圧源以外の電圧源は漏電検出回路と接続されていないため、当然のことながら前述したループLを形成することはない。
【0018】
また、第2サンプルスイッチは前記N個の電圧源の両端のいずれか一方と第2コンデンサ10との間に設けても、第2コンデンサ10と信号発生器13との間に設けても同様な効果が得られる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1と図2とを用いて説明する。
【0020】
(実施の形態1)
図1を参照して、実施の形態1に係る積層電圧計測装置100を説明する。前述した図3の積層電圧計測装置400の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。ただし、8はシャーシと電池との漏電抵抗である。
【0021】
積層電圧計測装置100は、直列接続された5個の電圧源V1〜V5のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測回路200と、前記5個の電圧源V1〜V5とシャーシとの間の絶縁インピーダンスを測定する漏電検出回路300とを備える。
【0022】
積層電圧計測回路200は、5個の電圧源V1〜V5に接続された6個の電圧検出端子T1〜T6と、第1端子3Aと第2端子3Bとを有する第1コンデンサ3と、奇数番目の電圧検出端子T1、T3およびT5のいずれかを第1コンデンサ3の第1端子3Aに選択的に接続する第1マルチプレクサ1と、偶数番目の電圧検出端子T2、T4およびT6のいずれかを第1コンデンサ3の第2端子3Bに選択的に接続する第2マルチプレクサ2と、第1端子3Aと第2端子3Bとの間の電圧を計測する極性補正回路5および電圧計測回路6と、第1コンデンサ3の第1端子3Aと第2端子3Bとを極性補正回路5および電圧計測回路6に接続する第1サンプルスイッチ4とを備える。極性補正回路5は、奇数番目の電圧源V1、V3およびV5の電圧極性と偶数番目の電圧源V2,V4およびV6の電圧極性とを揃えるものである。
【0023】
積層電圧計測回路200は、第1サンプルスイッチ4を開いた状態で、第1および第2マルチプレクサ1、2が所望の電圧源V1〜V5のうちの1つを選択した後に第1および第2マルチプレクサ1、2を開いて第1サンプルスイッチ4を閉じることを繰り返すことにより電圧源V1〜V5の各電圧を計測する。
【0024】
たとえば、V1の電圧を測定する場合、第1サンプルスイッチ4が開(オフ)の状態で、スイッチS1とスイッチS2を閉(オン)とする。(図4のP1区間)このとき、スイッチS3,S4,S5,S6は開(オフ)である。
【0025】
スイッチS1とスイッチS2が閉(オン)状態になると、電源圧V1の電圧がコンデンサ3に印加され、コンデンサ3に電荷が蓄積される。スイッチS1およびスイッチS2が所定時間にわたりオンされると、スイッチS1およびS2はオフされる。スイッチS1およびスイッチS2がオフされた後、適当な時間が経過すると、第1サンプルスイッチ4(スイッチ4a,4b)がオンされ、コンデンサ3の充電電圧即ち電圧源V1の電圧が極性補正回路5に印加される。極性補正回路5は、電圧源V1の極性を備えた信号を電圧計測回路6に伝達し、電圧計測回路6は電圧源V1の電圧を計測する。この動作を順次繰り返すことにより、電圧源V1〜V5の電圧値が計測される。
【0026】
漏電検出回路300は、電圧源V5の電圧検出端子T6のラインに接続される第2コンデンサ10と、電圧源V5に第2コンデンサ10を介して信号を与える信号発生器13と、信号発生器13の信号レベルと第2コンデンサ10の信号レベルとを比較するレベル比較回路14と、電圧源V5と第2コンデンサ10との間に設けられる第2サンプルスイッチ15aとを備える。
【0027】
なお、5個の電圧源V1〜V5と6個の電圧検出端子T1〜T6を備える積層電圧計測回路200を例に挙げて説明するが、電圧源および電圧検出端子の個数はこれに限定されない。電圧源がN個、電圧検出端子がN+1個であればよい。
【0028】
図1において、漏電検出回路300の第2サンプルスイッチ15aが開の状態で電圧源V5を測定するとき、サンプルスイッチS5及びS6が閉じると、電圧源V5の値は第1コンデンサ3にチャージされる。次にスイッチS5とスイッチS6は開、第1サンプルスイッチ4を閉とすることにより、電圧源V5の電圧値は電圧計測回路6によって計測される。
【0029】
ここで、×印15が開故障のときは、電圧源V5の電圧値は第1コンデンサ3にチャージされない。このため、第1コンデンサ3の第1端子3Aと第2端子3Bと間の電圧値が0Vと低くなるため×印15の開故障は検出され得る。
【0030】
しかしながら、漏電検出回路300の第2サンプルスイッチ15aが、閉の場合には図6に示すように、漏電検出回路300の出力が、漏電検出回路300→スイッチS6→第1コンデンサ3→電圧源V5→漏電インピーダンス8→漏電検出回路300というループLで信号が流れるため、第1コンデンサ3の第1端子3Aと第2端子3Bと間の電圧値が0Vと低くならず、電圧源V5の電圧値が違った値で計測される。このため、×印15の開故障を検出できない。
【0031】
そこで、本実施の形態では、サンプルスイッチS5及びサンプルスイッチS6が閉となるタイミング時に、第2サンプルスイッチ15aを開とすることにより、漏電検出回路300の信号が流れる上記ループLを断ち切る。この結果、 電圧検出端子T6ラインの×印15で開故障があった場合、第1コンデンサ3の第1端子3Aと第2端子3Bと間の電圧値が0Vと低くなるためラインの開故障は検出することができる。
【0032】
(実施の形態2)
図2を参照して、実施の形態2に係る積層電圧計測装置100Aを説明する。実施の形態1で前述した積層電圧計測装置100の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【0033】
図2に示す実施の形態2に係る積層電圧計測装置100Aでは、図1に示す実施の形態1に係る漏電検出回路300において、電圧源V5と第2コンデンサ10との間に設けられていた第2サンプルスイッチ15aを、第2コンデンサ10と信号発生器13との間に設けた第2サンプルスイッチ15bに置き換えている。作用効果は、実施の形態1で前述した積層電圧計測装置100の作用効果とまったく同じである。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、漏電検出回路と接続している電圧検出端子のラインの故障を検出することができる積層電圧計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る積層電圧計測装置の構成図である。
【図2】実施の形態2に係る積層電圧計測装置の構成図である。
【図3】従来の積層電圧計測装置の構成図である。
【図4】積層電圧計測装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図5】極性補正回路の説明図である。
【図6】従来の積層電圧計測装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
V1〜V5 電圧源
T1〜T6 電圧検出端子
1 第1のマルチプレクサ
2 第2のマルチプレクサ
3 第1コンデンサ
4 第1サンプルスイッチ
5 極性補正回路
6 電圧計測回路
7 漏電検出回路
8 漏電インピーダンス
15a,15b 第2サンプルスイッチ
Claims (3)
- 直列接続されたN個の電圧源のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測回路と、前記N個の電圧源とシャーシとの間の絶縁インピーダンスを測定する漏電検出回路とを備える積層電圧計測装置であって、
前記積層電圧計測回路は、前記N個の電圧源に接続された(N+1)個の電圧検出端子と、
第1端子と第2端子とを有する第1コンデンサと、
奇数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第1コンデンサの前記第1端子に選択的に接続する第1マルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第1コンデンサの前記第2端子に選択的に接続する第2マルチプレクサと、
前記第1端子と前記第2端子との間の電圧を計測する電圧計測回路と、
前記第1コンデンサの前記第1端子と第2端子とを前記電圧計測回路に接続する第1サンプルスイッチと、
奇数番目の前記電圧源の電圧極性と偶数番目の前記電圧源の電圧極性とを揃える極性補正回路とを備え、
前記積層電圧計測回路は、前記第1サンプルスイッチを開いた状態で、前記第1および第2マルチプレクサが所望の前記電圧源のうちの1つを選択した後に前記第1および前記第2マルチプレクサを開いて前記第1サンプルスイッチを閉じることを繰り返すことにより前記電圧源の各電圧を計測し、
前記漏電検出回路は、前記N個の電圧源の両端のいずれか一方に接続される第2コンデンサと、
前記N個の電圧源の両端のいずれか一方に前記第2のコンデンサを介して信号を与える信号発生器と、
前記信号発生器の信号レベルと前記第2コンデンサの信号レベルとを比較するレベル比較回路と、
前記N個の電圧源の両端のいずれか一方と前記信号発生器との間に設けられる第2サンプルスイッチとを備え、
前記第2サンプルスイッチは、前記第2サンプルスイッチに結線された前記N個の電圧源の両端のいずれか一方の電圧を計測するときのみ開く積層電圧計測装置。 - 前記第2サンプルスイッチは、前記N個の電圧源の両端のいずれか一方と前記第2コンデンサとの間に設けられる、請求項1記載の積層電圧計測装置。
- 前記第2サンプルスイッチは、前記第2コンデンサと前記信号発生器との間に設けられる、請求項1記載の積層電圧計測装置。
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