JP5169949B2 - Voltage detector - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載される電池の電圧に応じたアナログ信号を出力する電圧検出手段と、該電圧検出手段の出力するアナログ信号を入力するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段とを備える電圧検出装置に関する。 The present invention relates to a voltage detection means for outputting an analog signal corresponding to the voltage of a battery mounted on a vehicle, a low-pass filter for inputting an analog signal output from the voltage detection means, and an output of the low-pass filter as a digital signal. The present invention relates to a voltage detection device including analog-digital conversion means for conversion.
例えばハイブリッド車や電気自動車、燃料電池車などでは、複数の電池セルの直列接続体としての組電池を、車体と絶縁しつつ用いることが一般的である。また、これら電池セルについては、その状態を監視する様々な監視装置が提案され一部実用化されている。すなわち例えば、下記特許文献1に見られるように、複数の電池セルを選択的にフライングキャパシタに接続するマルチプレクサと、フライングキャパシタを電圧検出回路に接続するスイッチング素子とを備えるものも提案されている。これにより、電池セルとフライングキャパシタとを電気的に接続することでフライングキャパシタを充電した後、電池セルとフライングキャパシタとの電気的な接続を遮断した状態で電圧検出回路によりフライングキャパシタの両端の電圧を検出することで、組電池を車両と絶縁しつつ、電池セルの電圧を検出することができる。 For example, in a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and the like, it is common to use an assembled battery as a series connection body of a plurality of battery cells while being insulated from the vehicle body. For these battery cells, various monitoring devices for monitoring the state have been proposed and partially put into practical use. That is, for example, as can be seen in Patent Document 1 below, a device including a multiplexer that selectively connects a plurality of battery cells to a flying capacitor and a switching element that connects the flying capacitor to a voltage detection circuit has been proposed. Thus, after charging the flying capacitor by electrically connecting the battery cell and the flying capacitor, the voltage between the both ends of the flying capacitor is detected by the voltage detection circuit in a state where the electrical connection between the battery cell and the flying capacitor is cut off. By detecting this, the voltage of the battery cell can be detected while insulating the assembled battery from the vehicle.
ただし、車両にはさまざまなノイズ源が存在することなどから、上記電圧検出回路の出力信号にもノイズが重畳するおそれがある。このため、電圧検出回路の出力信号を取り込むのに先立ち、これを一旦ローパスフィルタにてフィルタ処理することが望まれる。しかし、想定される最低周波のノイズに対処するようにローパスフィルタのカットオフ周波数を設定したのでは、低周波ノイズの影響が小さい場合に、電圧検出に要する時間を不必要に伸張させるという問題が生じる。 However, since various noise sources exist in the vehicle, noise may be superimposed on the output signal of the voltage detection circuit. For this reason, it is desired that the output signal of the voltage detection circuit is once filtered by a low-pass filter prior to capturing the output signal. However, if the cutoff frequency of the low-pass filter is set so as to cope with the expected lowest frequency noise, there is a problem that the time required for voltage detection is unnecessarily extended when the influence of the low frequency noise is small. Arise.
また、ローパスフィルタに異常が生じた場合には、ローパスフィルタの出力する信号の信頼性が低下するにもかかわらず、これを正しい電圧の検出値であると誤認識するおそれもある。 In addition, when an abnormality occurs in the low-pass filter, there is a possibility that it may be erroneously recognized as a detected value of the correct voltage even though the reliability of the signal output from the low-pass filter is reduced.
なお、上記フライングキャパシタを備えるものに限らず、車両に搭載される電池の電圧を検出するに際しては、ノイズの影響を除去しつつ電圧を適切に検出することが困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。 It is not limited to the one provided with the above-mentioned flying capacitor, but when detecting the voltage of a battery mounted on a vehicle, such a situation that it is difficult to properly detect the voltage while removing the influence of noise is generally common. It has become.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両に搭載される電池の電圧を検出するに際し、ノイズの影響を好適に除去しつつも電圧検出をより適切に行うことのできる電圧検出装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to more appropriately detect the voltage while suitably removing the influence of noise when detecting the voltage of the battery mounted on the vehicle. An object of the present invention is to provide a voltage detection device that can be used.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
第1の発明は、車両に搭載される電池の電圧に応じたアナログ信号を出力する電圧検出手段と、該電圧検出手段の出力するアナログ信号を入力するローパスフィルタと、該ローパスフィルタの出力をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段とを備える電圧検出装置において、前記ローパスフィルタは、前記電圧検出手段及び前記アナログデジタル変換手段間に互いに並列接続される複数のフィルタからなり、前記複数のフィルタには、周波数信号の透過特性が互いに相違するものが含まれることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided voltage detection means for outputting an analog signal corresponding to a voltage of a battery mounted on a vehicle, a low-pass filter for inputting an analog signal output from the voltage detection means, and digitally outputting an output of the low-pass filter. In the voltage detection apparatus comprising analog-digital conversion means for converting into a signal, the low-pass filter comprises a plurality of filters connected in parallel between the voltage detection means and the analog-digital conversion means. The transmission characteristics of frequency signals are different from each other.
上記発明では、周波数信号の透過特性が互いに相違する複数のフィルタを備えるために、周囲のノイズレベルや電圧検出精度の要求に応じた適切なフィルタを用いることができる。また、複数のフィルタを備えることで、フィルタの出力値同士の比較に基づきフィルタの異常の有無の診断を行うことも可能となる。 In the above invention, since a plurality of filters having different frequency signal transmission characteristics are provided, it is possible to use an appropriate filter according to the requirements of the ambient noise level and voltage detection accuracy. Also, by providing a plurality of filters, it is possible to diagnose whether there is an abnormality in the filter based on a comparison between the output values of the filters.
第2の発明は、第1の発明において、前記複数のフィルタと前記電圧検出手段の出力端子とを接続する電気経路を、インピーダンスが固定された経路としたことを特徴とする。 A second invention is characterized in that, in the first invention, an electrical path connecting the plurality of filters and the output terminal of the voltage detecting means is a path having a fixed impedance.
上記発明では、上記電気経路をインピーダンスの固定された経路とすることで、ここに開閉器等を備えてインピーダンスを可変とする場合と比較して、フィルタへのアナログ信号の入力を容易且つ迅速に行うことができ、ひいてはフィルタの出力値を迅速に収束させることが可能となる。また、上記電気経路に開閉器等を備える場合と比較して、部品点数の低減や構成の簡素化を実現することもできる。 In the above invention, the electrical path is a fixed impedance path, so that an analog signal can be input to the filter easily and quickly compared to the case where the impedance is variable by providing a switch or the like here. This makes it possible to quickly converge the output value of the filter. Moreover, compared with the case where a switch etc. are provided in the said electrical pathway, the reduction of a number of parts and simplification of a structure can also be implement | achieved.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記電池は、車載高圧システムを構成するものであり、キャパシタと、前記電池及び前記キャパシタ間を開閉する高圧側開閉手段と、前記キャパシタ及び前記電圧検出手段間を開閉する低圧側開閉手段とを備えることを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention, the battery constitutes an in-vehicle high voltage system, a capacitor, a high voltage side opening / closing means for opening / closing the battery and the capacitor, the capacitor, Low voltage side opening / closing means for opening / closing between the voltage detection means.
上記発明では、キャパシタの充電電圧が電池の電圧となるため、キャパシタの充電電圧に応じた信号である電圧検出手段の出力するアナログ信号が、電池の電圧に応じた信号となる。一方、高圧側開閉手段や低圧側開閉手段が開状態である場合であっても、浮遊容量を介して組電池側から電圧検出手段側にノイズが伝播し得るが、上記ローパスフィルタの設定によっては、このノイズを除去することも可能となる。 In the above invention, since the charging voltage of the capacitor becomes the voltage of the battery, the analog signal output from the voltage detecting means, which is a signal corresponding to the charging voltage of the capacitor, becomes a signal corresponding to the voltage of the battery. On the other hand, even when the high-voltage side opening / closing means and the low-voltage side opening / closing means are in the open state, noise can propagate from the assembled battery side to the voltage detection means side via the stray capacitance, but depending on the setting of the low-pass filter, This noise can be removed.
第4の発明は、第3の発明において、前記高圧側開閉手段及び前記低圧側開閉手段の双方を開操作した状態で、前記電圧検出手段の出力電圧を検出するゼロ点検出処理を行う手段を更に備え、前記アナログデジタル変換手段は、ゼロ点検出処理時の方が前記電池の電圧の検出時よりも透過周波数が低いフィルタの出力するアナログ信号をデジタル信号に変換することを特徴とする。 According to a fourth invention, in the third invention, means for performing a zero point detection process for detecting an output voltage of the voltage detection means in a state where both the high voltage side opening / closing means and the low voltage side opening / closing means are opened. Further, the analog-to-digital conversion means converts an analog signal output from a filter having a lower transmission frequency in the zero point detection process than in the battery voltage detection into a digital signal.
ノイズの影響は、ゼロ点検出処理時に特に顕著となる傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、ゼロ点検出時にフィルタのノイズ除去機能を強化する。また、通常の電圧検出時においては、フィルタのノイズ除去機能を弱めることで、フィルタの出力値が収束するまでに要する時間を短縮することができ、ひいては低圧側開閉手段を閉状態に維持する時間や電圧検出時間を短縮することができる。更に、上記低圧側開閉手段がフォトMOSリレー等の光絶縁素子にて構成される場合には、これを閉状態とするために要求される電力消費量が大きいため、低圧側開閉手段の閉期間を短縮することで、消費電力を低減することもできる。 The influence of noise tends to be particularly noticeable during the zero point detection process. In the above invention, in view of this point, the noise removal function of the filter is strengthened when the zero point is detected. Further, at the time of normal voltage detection, it is possible to reduce the time required until the output value of the filter converges by weakening the noise removal function of the filter, and thus the time for maintaining the low-voltage side opening / closing means in the closed state. And voltage detection time can be shortened. Further, when the low-voltage side opening / closing means is constituted by a photo-insulating element such as a photo MOS relay, the power consumption required to make the low-voltage side opening / closing means large is large. By shortening, power consumption can be reduced.
第5の発明は、第1〜第4のいずれかの発明において、前記電池は、電力変換回路を介して車載主機としての回転機との間で電力の授受を行うものであり、前記アナログデジタル変換手段は、前記電池の電圧の検出時における変換対象を、前記電力変換回路の停止時の方が駆動時よりも透過周波数が高いフィルタの出力するアナログ信号とすることを特徴とする。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the battery exchanges electric power with a rotating machine as an in-vehicle main machine via a power conversion circuit. The conversion means is characterized in that the conversion target at the time of detecting the voltage of the battery is an analog signal output from a filter having a higher transmission frequency when the power conversion circuit is stopped than when it is driven.
電力変換回路が駆動されている場合、これが顕著なノイズ源となる。上記発明では、この点に鑑み、電力変換回路が停止されている場合には、ノイズ除去効果を弱めることでフィルタの出力値の収束時間を短縮する。これにより、電圧検出時間を短縮することができる。なお、この発明が、第3の発明特定事項を備える場合には、低圧側開閉手段を閉状態とする期間を短縮することができる。ここで、上記低圧側開閉手段がフォトMOSリレー等の光絶縁素子にて構成される場合、これを閉状態とするために要求される電力消費量が大きいため、低圧側開閉手段の閉期間を短縮することで、消費電力を顕著に低減することが可能となる。 This is a significant noise source when the power conversion circuit is driven. In the above invention, in view of this point, when the power conversion circuit is stopped, the convergence time of the output value of the filter is shortened by weakening the noise removal effect. Thereby, voltage detection time can be shortened. In addition, when this invention is provided with 3rd invention specific matter, the period which makes a low voltage | pressure side opening / closing means a closed state can be shortened. Here, when the low-voltage side opening / closing means is constituted by a photo-insulating element such as a photo MOS relay, the power consumption required for making this closed is large. By shortening, power consumption can be remarkably reduced.
第6の発明は、第1〜第5のいずれかの発明において、前記電圧検出手段によって同一の電圧を検出する際の前記複数のフィルタのそれぞれの出力値の比較に基づき、これらフィルタの異常の有無を診断する異常診断手段を更に備えることを特徴とする。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, based on a comparison of output values of the plurality of filters when the same voltage is detected by the voltage detecting means, an abnormality of the filters is detected. An abnormality diagnosis means for diagnosing the presence or absence is further provided.
上記発明では、複数のフィルタを備えることに鑑み、これらの出力値を比較することで、フィルタの異常の有無を診断することができる。 In the above invention, in view of providing a plurality of filters, it is possible to diagnose the presence or absence of a filter abnormality by comparing these output values.
第7の発明は、第1〜第6のいずれかの発明において、前記フィルタは、RC回路にて構成されることを特徴とする。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the filter is configured by an RC circuit.
上記発明では、ローパスフィルタを簡素な構成にて構成することができる。 In the above invention, the low-pass filter can be configured with a simple configuration.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電圧検出装置をハイブリッド車に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a voltage detection apparatus according to the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態のシステム構成を示す。図示される組電池10は、車載高圧バッテリを構成するものであり、主機としての回転機に電力を供給したり、車載回転機から供給される電気エネルギを充電したり、更には、降圧コンバータを介して車載低圧バッテリに電力を供給したりする(図では、上記回転機に接続されるインバータ14を記載している)。組電池10は、リチウムイオン2次電池からなる電池セル12の直列接続体である。詳しくは、組電池10は、隣接する規定数ずつの電池セル12毎にグループ化されてブロックBi(i=0〜6)を構成している。
FIG. 1 shows the system configuration of this embodiment. The illustrated assembled
組電池10を構成する各ブロックBiの負極端子には、配線Liが接続されており、各ブロックBiの正極端子には、配線L(i+1)が接続されている。各配線Lj(j=0〜7)は、マルチプレクサMPXに接続されている。
A wiring Li is connected to the negative terminal of each block Bi constituting the assembled
マルチプレクサMPXは、一対の配線Li、L(i+1)を選択的にフライングキャパシタ16に接続するものである。詳しくは、マルチプレクサMPXは、隣接するブロックの電圧がフライングキャパシタ16に印加される際の充電極性が互いに逆となる態様にて一対の配線Li、L(i+1)をフライングキャパシタ16に接続する。マルチプレクサMPXは、各配線Ljに対応した高圧側スイッチング素子SWjを備えて構成されており、これら高圧側スイッチング素子SW7,SW5,SW3,SW1と高圧側スイッチング素子SW6、SW4、SW2,SW0とがフライングキャパシタ16の互いに相違する電極に接続されている。なお、高圧側スイッチング素子SW0〜SW7は、例えばフォトMOSリレー等の絶縁素子にて構成されている。
The multiplexer MPX selectively connects the pair of wirings Li and L (i + 1) to the flying
フライングキャパシタ16は、フォトMOSリレーにて構成される低圧側スイッチング素子Sa,Sbを介して差動増幅回路20に接続可能とされている。差動増幅回路20は、オペアンプ21を備えて構成されている。すなわち、オペアンプ21の出力端子及び反転入力端子間は、抵抗体22によって接続されている。また、反転入力端子は、抵抗体23を介して低圧側スイッチング素子Saに接続され、非反転入力端子は、抵抗体24を介して低圧側スイッチング素子Sbに接続されている。また、オペアンプ21の非反転入力端子には、抵抗体25を介して電源26が接続されている。これは、フライングキャパシタ16の充電電圧にかかわらず、差動増幅回路20の出力電圧の極性を固定するためのものである。
The flying
上記低圧側スイッチング素子Sa,Sbを介してフライングキャパシタ16が差動増幅回路20に電気的に接続されることで、フライングキャパシタ16の電圧が差動増幅回路20によって検出される。差動増幅回路20の出力するアナログ信号は、ローパスフィルタ(フィルタ30a,30b,30c)を介してマイクロコンピュータ(マイコン40)に取り込まれる。マイコン40は、アナログデジタル変換器(A/D変換器42)を備えており、これにより差動増幅回路20の出力電圧(フィルタ30a,30b,30cの出力電圧)をデジタルデータに変換する。中央処理装置(CPU44)では、A/D変換器42の出力するデジタルデータに基づき、ブロックの残存容量(SOC)を算出する等、各種のデジタル処理を行う。
The flying
ここで、上記ブロック電圧の検出処理について、更に詳述する。図2に、本実施形態にかかる電圧検出処理態様を示す。詳しくは、図2(a)に、マルチプレクサMPXの操作状態の推移を示し、図2(b)に、低圧側スイッチング素子Sa,Sbの操作状態の推移を示し、図2(c)に、差動増幅回路20の出力電圧の推移を示す。
Here, the block voltage detection process will be described in more detail. FIG. 2 shows a voltage detection processing mode according to the present embodiment. Specifically, FIG. 2A shows the transition of the operation state of the multiplexer MPX, FIG. 2B shows the transition of the operation state of the low-voltage side switching elements Sa and Sb, and FIG. The transition of the output voltage of the
図示されるように、所定時間T1に渡ってマルチプレクサMPX(隣接する一対の高圧側スイッチング素子Si,S(i+1))がオン操作されることで、フライングキャパシタ16がブロック電圧に充電された後、低圧側スイッチング素子Sa,Sbを所定時間T2に渡ってオン操作する。これにより、差動増幅回路20の出力電圧が、フライングキャパシタ16の電圧に応じたものへと変化する。その後、所定時間T3に渡って、マルチプレクサMPXの高圧側スイッチング素子S0〜S7と低圧側スイッチング素子Sa,Sbとの双方をオフ操作する。これは、差動増幅回路20の一対の入力端子に電圧が印加されない場合の差動増幅回路20の出力電圧を検出する処理(ゼロ点検出処理)を行うためのものである。ここで、ゼロ点検出処理に際して低圧側スイッチング素子Sa,Sbのみならず高圧側スイッチング素子S0〜S7をもオフ操作するのは、低圧側スイッチング素子Sa,Sbの異常の有無等にかかわらずゼロ点検出処理を確実に行うための設定である。
As illustrated, after the multiplexer MPX (a pair of adjacent high-voltage side switching elements Si, S (i + 1)) is turned on for a predetermined time T1, the flying
上記3つのステップを周期的に行うことで、フライングキャパシタ16の電圧検出を通じたブロック電圧の間接的な検出処理と、ゼロ点検出処理とを交互に行うことができる。
By periodically performing the above three steps, the block voltage indirect detection process through the voltage detection of the flying
ところで、電圧検出処理や、ゼロ点検出処理時において、差動増幅回路20にノイズが混入する場合、これらの処理の信頼性が低下する。特に、インバータ14の駆動時においては、インバータ14のスイッチング素子を操作する際のスイッチング周波数に応じた高周波ノイズが差動増幅回路20に混入するおそれがある。インバータ14の駆動に起因したノイズの影響は、ゼロ点検出処理時において特に顕著となる。これは、ゼロ点検出処理を、マルチプレクサMPXを構成する高圧側スイッチング素子S0〜S7と、低圧側スイッチング素子Sa,Sbとの双方がオフされた状態でなされることによる。すなわち、この場合、高圧側スイッチング素子S0〜S7及び低圧側スイッチング素子Sa,Sbの浮遊容量を介してインバータ14側からの高周波ノイズが差動増幅回路20に伝播するのであるが、このノイズは、低圧側スイッチング素子Sa,Sbをオン状態とするときよりも顕著となり得る。
By the way, when noise is mixed in the
このため、ゼロ点検出処理時においては、差動増幅回路20の出力信号からノイズを除去する機能を強化することが望まれる。ただし、ノイズを除去する機能を強化するほど、A/D変換器42にフライングキャパシタ16の電圧に応じた適切な電圧が印加されるようになるまでに要する時間が伸張する。
For this reason, it is desirable to enhance the function of removing noise from the output signal of the
そこで本実施形態では、上述したフィルタ30a,30b,30cのノイズ除去機能(周波数信号の透過性能)を相違させる。詳しくは、これらフィルタ30a,30b,30cをいずれもRC回路にて構成し、それぞれのカットオフ周波数を相違させる。これは、抵抗体及びコンデンサの直列接続体であって且つ抵抗体及びコンデンサの接続点を出力端子とするRC回路において、これら抵抗体の抵抗値やコンデンサの静電容量を調節することで行うことができる。
Therefore, in the present embodiment, the noise removal function (frequency signal transmission performance) of the
図3に、フィルタ30a,30b,30cのそれぞれの特性を示す。図3において、フィルタ30a,30b,30cを、それぞれA,B,Cとした。図示されるように、フィルタ30a,30b,30cのカットオフ周波数fa,fb,fcの間には、「fa<fb<fc」の関係がある。このため、フィルタ30aは、最も低周波の周波数信号まで除去することが可能となっている。このため、このカットオフ周波数faを、インバータ14のスイッチング周波数(数百Hz〜数kHz)以下(数百Hz)とすることで、インバータ14の駆動に起因したノイズを確実に除去する。更に、カットオフ周波数が低いほど、遅延時間が長くなることに鑑み、差動増幅回路20の出力電圧の検出(デジタル化)に際してのノイズ除去の要求と検出時間の短縮化の要求との優先度合いに応じて利用するフィルタを切り替える。
FIG. 3 shows the characteristics of the
図4に、本実施形態にかかる差動増幅回路20の出力電圧のデジタル処理の手順を示す。この処理は、マイコン40によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 4 shows a digital processing procedure of the output voltage of the
この一連の処理では、まずステップS10において、A/D変換器42によるデジタルデータへの変換のタイミングであるか否かを判断する。そして、変換タイミングであると判断される場合、ステップS12において、ゼロ点検出処理時であるか否かを判断する。この処理は、ノイズ除去の要求に対する優先度合いが特に大きいか否かを判断するためのものである。そして、ゼロ点検出処理時であると判断される場合、ノイズ除去の要求に対する優先度合いが特に大きいと判断し、ステップS14において、フィルタ30aの出力値をA/D変換器42によりデジタルデータに変換する。
In this series of processing, first, in step S10, it is determined whether or not it is timing for conversion to digital data by the A /
一方、上記ステップS12においてゼロ点検出処理時でないと判断される場合、ステップS16において、インバータ14が停止されているか否かを判断する。この処理は、顕著なノイズが生じない状況であるか否かを判断するためのものである。そして、インバータ14が停止していると判断される場合、顕著なノイズが生じない状況であると判断されることから、ノイズ除去の優先度合いが小さいとして、ステップS18に移行する。ステップS18においては、フィルタ30cの出力値をA/D変換器42によりデジタルデータに変換する。これに対し、インバータ14が停止されていないと判断される場合、ステップS20に移行し、フィルタ30bの出力値をA/D変換器42によりデジタルデータに変換する。
On the other hand, if it is determined in step S12 that it is not during the zero point detection process, it is determined in step S16 whether or not the
なお、ステップS14、S18,S20の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。 In addition, when the process of step S14, S18, S20 is completed, this series of processes is once complete | finished.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)電圧検出手段(差動増幅回路20)及びアナログデジタル変換手段(A/D変換器42)間に、周波数信号の透過特性が互いに相違する複数のフィルタ30a,30b.30cを並列接続した。これにより、周囲のノイズレベルや電圧検出精度の要求に応じた適切なフィルタを用いることができる。
(1) Between the voltage detection means (differential amplifier circuit 20) and the analog-digital conversion means (A / D converter 42), a plurality of
(2)複数のフィルタ30a,30b,30cと電圧検出手段(差動増幅回路20)の出力端子とを接続する電気経路を、インピーダンスが固定された経路とした。この場合、開閉器等を備えてインピーダンスを可変とする場合と比較して、フィルタへのアナログ信号の入力を容易且つ迅速に行うことができ、ひいてはフィルタの出力値を迅速に収束させることが可能となる。また、電気経路に開閉器等を備える場合と比較して、構成の簡素化を図ることもできる。
(2) The electrical path connecting the plurality of
(3)高圧側スイッチング素子S0〜S7及び低圧側スイッチング素子Sa,Sbの双方を開操作した状態で、差動増幅回路20の出力電圧を検出するゼロ点検出処理を行って且つ、ゼロ点検出処理時の方がブロック電圧の検出時よりも透過周波数が低いフィルタ30aを用いた。これにより、ノイズの影響が特に顕著となるゼロ点検出処理時において、ノイズ除去機能を強化することができる。また、通常の電圧検出時においては、フィルタのノイズ除去機能を弱めることで、フィルタの出力値が収束するまでに要する時間を短縮することができ、ひいては低圧側スイッチング素子Sa,Sbを閉状態に維持する時間や電圧検出時間を短縮することができる。特に本実施形態では、低圧側スイッチング素子Sa,SbをフォトMOSリレーにて構成しているため、これを閉状態とするために要求される電力消費量が大きいが、低圧側スイッチング素子Sa,Sbの閉期間を短縮することで、消費電力を低減することもできる。
(3) A zero point detection process for detecting the output voltage of the
(4)ブロック電圧の検出時において、電力変換回路(インバータ14)の停止時の方が駆動時よりも透過周波数が高いフィルタを用いた。これにより、ノイズが顕著とならないと想定される状況下、ノイズ除去効果を弱めることでフィルタの出力値の収束時間を短縮する。これにより、電圧検出時間を短縮することができる。特に本実施形態では、低圧側スイッチング素子Sa,SbをフォトMOSリレーにて構成しているため、これを閉状態とするために要求される電力消費量が大きいが、低圧側スイッチング素子Sa,Sbの閉期間を短縮することで、消費電力を低減することもできる。 (4) At the time of detecting the block voltage, a filter having a higher transmission frequency when the power conversion circuit (inverter 14) is stopped than when driving is used. This shortens the convergence time of the output value of the filter by weakening the noise removal effect under a situation where noise is assumed not to be significant. Thereby, voltage detection time can be shortened. In particular, in the present embodiment, since the low-voltage side switching elements Sa and Sb are configured by photo MOS relays, a large amount of power is required to close the low-voltage side switching elements Sa and Sb. By shortening the closing period, power consumption can be reduced.
(5)フィルタ30a,30b,30cを、RC回路にて構成した。これにより、簡素な構成にてフィルタを構成することができる。
(5) The
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、フィルタ30a,30b,30cの異常の有無を診断する処理を行う。図5に、本実施形態にかかる上記異常の有無の診断処理の手順を示す。この処理は、マイコン40によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
In the present embodiment, processing for diagnosing the presence or absence of abnormality in the
この一連の処理では、まずステップS30において、診断実行条件が成立したか否かを判断する。ここで診断実行条件は、例えば、車両起動スイッチがオン操作された直後である旨の条件とすればよい。また例えば、前回の異常診断の実行時から所定時間が経過したことを条件としてもよい。ステップS30において実行条件が成立したと判断される場合、ステップS32において、差動増幅回路20の出力電圧値の上昇処理を行う。これは、オペアンプ21の非反転入力端子に正の電圧が印加されるようにフライングキャパシタ16を充電した後、低圧側スイッチング素子Sa,Sbをオンとすることで行うことができる。
In this series of processing, first, in step S30, it is determined whether or not a diagnosis execution condition is satisfied. Here, the diagnosis execution condition may be, for example, a condition indicating that the vehicle activation switch is immediately after being turned on. For example, it may be a condition that a predetermined time has elapsed since the previous execution of the abnormality diagnosis. If it is determined in step S30 that the execution condition is satisfied, the output voltage value of the
続くステップS34においては、上記低圧側スイッチング素子Sa,Sbをオンとしてからの時間を計時するカウンタTの計時動作を開始する。そして、低圧側スイッチング素子Sa,Sbをオンとした時点から規定時間Tthが経過したと判断される場合(ステップS36:YES)、ステップS38において、フィルタ30a,30b,30cの出力電圧Va,Vb,Vcに、「Vc>Vb>Va」の関係があるか否かを判断する。この処理は、フィルタ30a,30b,30cが正常であるか否かを判断するためのものである。すなわち、これらが正常であるなら、図6に示すように、低圧側スイッチング素子Sa,Sbをオフ操作してから出力電圧が上昇する上昇速度は、出力電圧Vc,Vb,Vaの順に小さくなる。このため、本実施形態では、上記規定時間Tthを、フィルタ30bの出力電圧Vbの収束に要すると想定される時間よりも短くすることで、出力電圧Va,Vb,Vcの大小比較に基づき、上昇速度の大小関係を把握する。
In a succeeding step S34, the time counting operation of the counter T that times the time since the low-voltage side switching elements Sa and Sb are turned on is started. If it is determined that the specified time Tth has elapsed since the time when the low-voltage side switching elements Sa and Sb were turned on (step S36: YES), the output voltages Va, Vb, and 30b of the
そして、ステップS38において肯定判断される場合、ステップS40において、フィルタ30a,30b,30cが正常であると判断する一方、ステップS38において否定判断される場合、ステップS42において、フィルタ30a,30b,30cの少なくとも1つに異常があると判断する。
If an affirmative determination is made in step S38, it is determined in step S40 that the
なお、上記ステップS40、S42の処理が完了する場合や、ステップS30において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。 In addition, when the process of said step S40, S42 is completed, or when negative determination is made in step S30, this series of processes is once complete | finished.
以上詳述した本実施形態によれば、上記第1の実施形態の上記(1)〜(5)の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described in detail above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (5) of the first embodiment.
(6)差動増幅回路20によって同一の電圧を検出する際の複数のフィルタ30a,30b,30cのそれぞれの出力値の変化速度の比較に基づき、これらフィルタの異常の有無を診断した。これにより、新たな部品を追加することなく、フィルタ30a,30b,30cの異常の有無を診断することができる。
(6) Based on the comparison of the change speeds of the output values of the plurality of
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記各実施形態では、ローパスフィルタとして3つのフィルタ30a,30b,30cを備えたがこれに限らない。例えば、フィルタ30a,30bのみを備え、ゼロ点検出処理時にフィルタ30aを用い、ブロック電圧検出時にフィルタ30bを用いるようにしてもよい。また例えば、フィルタ30b、30cのみを備え、ブロック電圧検出時のうちインバータ14の駆動時とゼロ点検出処理時とにフィルタ30bを用い、インバータ14の停止時にフィルタ30cを用いるようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the three
・上記各実施形態では、マルチプレクサMPXを構成する高圧側スイッチング素子S0〜S7及び低圧側スイッチング素子Sa,Sbを開操作した状態でゼロ点検出処理を行ったが、これに限らない。例えば、マルチプレクサMPXを構成する高圧側スイッチング素子S0〜S7のうちの隣接する2つを閉操作する期間(フライングキャパシタ16の充電期間)においてゼロ点検出処理を行ってもよい。 In each of the above embodiments, the zero point detection process is performed in a state where the high voltage side switching elements S0 to S7 and the low voltage side switching elements Sa and Sb constituting the multiplexer MPX are opened, but the present invention is not limited to this. For example, the zero point detection process may be performed in a period in which two adjacent high-voltage side switching elements S0 to S7 constituting the multiplexer MPX are closed (charging period of the flying capacitor 16).
・フィルタの出力値の変化速度の比較に基づきフィルタの異常の有無を診断する手段としては、上記第2の実施形態で例示したものに限らない。例えば、出力値が定常値となるまでに要する時間の比較に基づき異常の有無を診断してもよい。この場合、フィルタ30aの出力値、フィルタ30bの出力値、及びフィルタ30cの出力値の順に所要時間が短くなる場合に正常と判断すればよい。
The means for diagnosing the presence / absence of the filter abnormality based on the comparison of the change rate of the output value of the filter is not limited to that exemplified in the second embodiment. For example, the presence or absence of an abnormality may be diagnosed based on a comparison of time required for the output value to become a steady value. In this case, it may be determined as normal when the required time becomes shorter in the order of the output value of the filter 30a, the output value of the
・フィルタの異常の有無を診断する手段としては、フィルタの出力値の変化速度の比較に基づき異常の有無を診断するものにも限らない。例えば、出力値の定常値同士の比較に基づき異常の有無を診断する手段であってもよい。 The means for diagnosing the presence / absence of filter abnormality is not limited to diagnosing the presence / absence of abnormality based on the comparison of the change rate of the output value of the filter. For example, it may be a means for diagnosing the presence or absence of an abnormality based on a comparison between steady values of output values.
・上記各実施形態では、フライングキャパシタ16の充電極性が反転する設定としているが、これに限らない。例えば、互いに隣接する一対のブロックのうちの電位側の負極及び低電位側の正極のそれぞれをフライングキャパシタ16に接続する経路を、互いに共有しないようにすることで、充電極性を固定することが可能となる。
In each of the above embodiments, the charging polarity of the flying
・A/D変換器42の入力可能電圧が検出対象電圧(ブロック電圧)をカバーするなら、差動増幅回路20を備えなくてもよい。ただしこの際、A/D変換器42の入力電圧の極性が固定されている場合には、フライングキャパシタ16の充電極性が反転しない設定とする。なお、この場合、電池の電圧に応じたアナログ信号を出力する電圧検出手段は、低圧側スイッチング素子Sa及びフィルタ30a,30b,30c間を接続する電気経路となる。
If the input possible voltage of the A /
・上記各実施形態では、フライングキャパシタを1つとしたが、これに限らず、例えば2つとしてもよい。更に、上記特許文献1に記載されているように、4つ等、3つ以上としてもよい。 In each of the above embodiments, the number of flying capacitors is one. However, the number is not limited to this. For example, two may be used. Further, as described in Patent Document 1, four or three or more may be used.
・フライングキャパシタ16へ電圧を印加するものとしては、ブロックBiに限らず、電池セル12等であってもよい。
-As what applies a voltage to the flying
・電池の電圧に応じたアナログ信号を出力する電圧検出手段としては、フライングキャパシタ16の電圧に応じたアナログ信号を出力するものに限らない。例えば、特開2000−134818号公報に記載されているように、組電池10を構成する各電池セルの正極電位と組電池10の負極電位との間の電位差を抵抗体にて分圧し、この分圧値を出力する手段であってもよい。
The voltage detection means for outputting an analog signal corresponding to the battery voltage is not limited to one that outputs an analog signal corresponding to the voltage of the flying
・上記各実施形態では、組電池10が直接インバータ14に接続される構成を例示したが、これに限らず、組電池10の電圧を昇圧する昇圧コンバータを組電池10に接続し、昇圧コンバータの出力端子をインバータに接続する構成としてもよい。
In each of the above embodiments, the configuration in which the assembled
・上記各実施形態では、インバータIVの駆動時と停止時とでフィルタを切り替えたがこれに限らない。例えば、組電池10の電圧を降圧して車載補機の電源(低圧バッテリ)に印加する降圧コンバータの駆動の有無によって、更にフィルタを切り替えてもよい。この場合、フィルタを4種類以上備えるようにしてもよい。また、上記各実施形態では、インバータIVのスイッチング周波数が車載高圧システムを構成する電力変換回路の中で最も低いと想定したが、これに限らず、例えば上記降圧コンバータの方がスイッチング周波数が低い場合には、上記各実施形態において、インバータIVに代えて降圧コンバータの駆動又は停止に応じてフィルタを切り替えるようにしてもよい。
In the above embodiments, the filter is switched between when the inverter IV is driven and when it is stopped, but the present invention is not limited to this. For example, the filter may be further switched depending on whether or not the step-down converter that steps down the voltage of the assembled
・ローパスフィルタとしては、一対の抵抗体及びコンデンサからなるものに限らず、例えば、抵抗体及びコンデンサの接続点に抵抗体及びコンデンサの直列接続体を接続したものであってもよい。また、ローパスフィルタとしては、RC回路に限らず、例えばRCL回路等、要は、高周波信号を除去する機能を有する適宜のハードウェア手段であればよい。 The low-pass filter is not limited to a pair consisting of a resistor and a capacitor, and may be, for example, a resistor and a capacitor connected in series at a connection point between the resistor and the capacitor. The low-pass filter is not limited to the RC circuit, and may be any appropriate hardware means having a function of removing a high-frequency signal, such as an RCL circuit.
・電池セル12としては、2次電池に限らず、例えば燃料電池等であってもよい。更に、電圧検出対象とされる電池としては、組電池10に限らない。車両内においては様々なノイズが存在することに鑑みれば、車載補機の電源(低圧バッテリ)の電圧を検出するに際して本発明を適用することも有効である。
The
・上記各実施形態では、ハイブリッド車に本発明を適用したが、これに限らず、例えば電気自動車等に本発明を適用してもよい。 In each of the above embodiments, the present invention is applied to a hybrid vehicle. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be applied to, for example, an electric vehicle.
10…組電池、12…電池セル、16…フライングキャパシタ、20…差動増幅回路、30a,30b,30c…フィルタ、42…A/D変換器、B0〜B7…ブロック、S0〜S7…高圧側スイッチング素子、Sa,Sb…低圧側スイッチング素子。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ローパスフィルタは、前記電圧検出手段及び前記アナログデジタル変換手段間に互いに並列接続される複数のフィルタからなり、
前記複数のフィルタには、周波数信号の透過特性が互いに相違するものが含まれ、
前記電池は、電力変換回路を介して車載主機としての回転機との間で電力の授受を行うものであり、
前記アナログデジタル変換手段は、前記電池の電圧の検出時における変換対象を、前記電力変換回路の停止時の方が駆動時よりも透過周波数が高いフィルタの出力するアナログ信号とすることを特徴とする電圧検出装置。 Voltage detection means for outputting an analog signal corresponding to the voltage of a battery mounted on a vehicle, a low-pass filter for inputting an analog signal output from the voltage detection means, and analog digital for converting the output of the low-pass filter into a digital signal In a voltage detection device comprising a conversion means,
The low-pass filter comprises a plurality of filters connected in parallel between the voltage detection means and the analog-digital conversion means,
The plurality of filters include those having different transmission characteristics of frequency signals ,
The battery exchanges power with a rotating machine as an in-vehicle main machine through a power conversion circuit,
The analog-to-digital conversion means is characterized in that the conversion target at the time of detecting the voltage of the battery is an analog signal output by a filter having a higher transmission frequency when the power conversion circuit is stopped than when it is driven. Voltage detection device.
前記ローパスフィルタは、前記電圧検出手段及び前記アナログデジタル変換手段間に互いに並列接続される複数のフィルタからなり、The low-pass filter comprises a plurality of filters connected in parallel between the voltage detection means and the analog-digital conversion means,
前記複数のフィルタには、周波数信号の透過特性が互いに相違するものが含まれ、The plurality of filters include those having different transmission characteristics of frequency signals,
前記電圧検出手段によって同一の電圧を検出する際の前記複数のフィルタのそれぞれの出力値の比較に基づき、これらフィルタの異常の有無を診断する異常診断手段を更に備えることを特徴とする電圧検出装置。A voltage detecting device further comprising an abnormality diagnosing means for diagnosing the presence or absence of an abnormality of the filters based on comparison of output values of the plurality of filters when the same voltage is detected by the voltage detecting means. .
キャパシタと、
前記電池及び前記キャパシタ間を開閉する高圧側開閉手段と、
前記キャパシタ及び前記電圧検出手段間を開閉する低圧側開閉手段とを備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電圧検出装置。 The battery constitutes an in-vehicle high voltage system,
A capacitor;
High voltage side opening / closing means for opening / closing between the battery and the capacitor;
The voltage detection device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a low-voltage side opening / closing means for opening / closing the capacitor and the voltage detection means.
前記アナログデジタル変換手段は、ゼロ点検出処理時の方が前記電池の電圧の検出時よりも透過周波数が低いフィルタの出力するアナログ信号をデジタル信号に変換することを特徴とする請求項4記載の電圧検出装置。 Means for performing a zero point detection process for detecting an output voltage of the voltage detection means in a state where both the high voltage side opening and closing means and the low voltage side opening and closing means are opened;
The analog-digital conversion means, according to claim 4, wherein converting the analog signal output from the low transmittance frequency filter than when the detection direction of the time zero point detection processing of the voltage of the battery to a digital signal Voltage detection device.
前記ローパスフィルタは、前記電圧検出手段及び前記アナログデジタル変換手段間に互いに並列接続される複数のフィルタからなり、The low-pass filter comprises a plurality of filters connected in parallel between the voltage detection means and the analog-digital conversion means,
前記複数のフィルタには、周波数信号の透過特性が互いに相違するものが含まれ、The plurality of filters include those having different transmission characteristics of frequency signals,
前記電池は、車載高圧システムを構成するものであり、The battery constitutes an in-vehicle high voltage system,
キャパシタと、A capacitor;
前記電池及び前記キャパシタ間を開閉する高圧側開閉手段と、High voltage side opening / closing means for opening / closing between the battery and the capacitor;
前記キャパシタ及び前記電圧検出手段間を開閉する低圧側開閉手段とを備え、Low voltage side opening and closing means for opening and closing between the capacitor and the voltage detection means,
前記高圧側開閉手段及び前記低圧側開閉手段の双方を開操作した状態で、前記電圧検出手段の出力電圧を検出するゼロ点検出処理を行う手段を更に備え、Means for performing a zero point detection process for detecting an output voltage of the voltage detection means in a state where both the high voltage side opening and closing means and the low voltage side opening and closing means are opened;
前記アナログデジタル変換手段は、ゼロ点検出処理時の方が前記電池の電圧の検出時よりも透過周波数が低いフィルタの出力するアナログ信号をデジタル信号に変換することを特徴とする電圧検出装置。The voltage detection apparatus according to claim 1, wherein the analog-digital conversion means converts an analog signal output from a filter having a lower transmission frequency in the zero point detection process than in the battery voltage detection into a digital signal.
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