KR20100047888A

KR20100047888A - 전압 검출 장치 및 이를 이용한 전원 시스템

Info

Publication number: KR20100047888A
Application number: KR1020107005122A
Authority: KR
Inventors: 나오히사 모리모토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-05-10
Also published as: US20110031812A1; JP2009042080A; WO2009019825A1; EP2172784A1

Abstract

한 쌍의 입력 단자 사이의 전위차를 검출하는 차동 전압 검출 회로와, 직렬 접속된 복수의 전지 모듈의 각 전극 단자 중 두 개를 선택하고, 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 제 1 및 제 2 배선에 각각 접속하는 샘플링 스위치를 갖는 멀티플렉서와, 제 1 배선과 제 2 배선 사이의 전압을 취득하여, 한 쌍의 입력 단자 사이로 출력하는 플라잉 캐패시터 회로와, 플라잉 캐패시터 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기를 구비했다.

Description

전압 검출 장치 및 이를 이용한 전원 시스템{VOLTAGE DETECTING DEVICE AND POWER SUPPLY SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 서로 직렬 접속된 복수개의 전지 모듈의 전압 검출 장치 및 이를 이용한 전원 시스템에 관한 것이다.

최근, 엔진과 전기 모터를 병용한 하이브리드 카가 널리 이용되고 있으며, 연료 전지차 등의 전기 자동차의 이용도 계속 확대되고 있다. 이러한, 전기 모터를 동력원으로서 이용하는 차량은 모터 구동용 고압 전원을 구비하고 있고, 이 고압 전원부에 닿은 유저가 감전되는 사태를 방지하기 위해서, 고압 전원과 차체 사이는 절연 구조로 되어 있다.

이 때문에, 모터 동작시에는 이 모터를 구동하는 인버터나 전선, 모터 내부와 차체의 부유 용량 등의 차이에 의해, 고압 전원부의 전위가 차체에 대해서 커먼 모드로 크게 변동하게 된다.

그래서 하이브리드 카나 연료 전지차 등에서는 고압 전원을 구성하고 있는 2차 전지 전압의 감시에는 커먼 모드 노이즈 내성 특성이 우수한 플라잉 캐패시터 회로를 널리 이용하고 있다.

또한 이 고압 전원을 감시하는 플라잉 캐패시터 회로에 있어서는 그 멀티플렉서부의 고장을, 검출 전압의 소정의 이상(異常)시인 경우에 검출하는 방법(예컨대, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조)이나, 멀티플렉서의 온(on) 시간을 변경했을 때의 출력 전압의 변화 비율로 동작 불량을 판정하는 방법(예컨대, 특허 문헌 3 참조) 등이 알려져 있다.

그러나 상술한 플라잉 캐패시터 회로의 고장 진단 방법에 있어서는, 회로의 직류 전압 정밀도의 고장은 검출할 수 있지만, 모터를 구동하는 인버터의 전선이나, 모터 내부와 차체의 부유 용량 등이 변화되었을 때에 발생하는 커먼 모드 노이즈에 대한 내성량의 진단은 충분히 할 수 없다. 플라잉 캐패시터 회로의 커먼 모드 노이즈에 대한 내성량이 저하되면, 고압 전원을 구성하고 있는 2차 전지의 전압 검출 정밀도가 저하되거나, 또한 2차 전지의 고장을 검출하는 등의 잘못된 진단이 행해질 염려가 있다. 이 때문에, 그 후에 적절한 처치를 취할 수 없거나, 서비스 특성이 악화되는 등의 문제가 생긴다.

특허문헌1:일본특허공개제2002-281681호공보 특허문헌2:일본특허공개제2003-84015호공보 특허문헌3:일본특허공개제2004-245743호공보

따라서, 본 발명은 커먼 모드 노이즈 내성 성능의 진단이 가능한, 플라잉 캐패시터를 이용한 전압 검출 장치 및 이를 이용한 전원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전압 검출 장치는, 한 쌍의 입력 단자 사이의 전위차를 검출하는 차동 전압 검출 회로와, 직렬 접속된 복수의 전지 모듈의 각 전극 단자 중 두 개를 선택하고, 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 제 1 및 제 2 배선에 각각 접속하는 샘플링 스위치를 갖는 멀티플렉서와, 상기 제 1 배선과 제 2 배선 사이의 전압을 취득하여 상기 한 쌍의 입력 단자 사이로 출력하는 플라잉 캐패시터 회로와, 상기 플라잉 캐패시터 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기를 구비한다.

이 구성에 의하면, 시그널 발생기에 의해서, 플라잉 캐패시터 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가할 수 있기 때문에, 커먼 모드 노이즈가 인가되었을 때에 차동 전압 검출 회로에서 검출되는 전압에 기초해서, 커먼 모드 노이즈 내성 성능을 진단하는 것이 용이하게 된다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 전원 시스템은 상술한 전압 검출 장치와, 복수의 전지 모듈를 구비한다.

이 구성에 의하면, 복수의 전지 모듈과, 플라잉 캐패시터를 이용한 전압 검출 장치를 구비한 전원 시스템에 있어서, 커먼 모드 노이즈 내성 성능의 진단이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 검출 장치 및 전원 시스템을 나타내는 회로도(실시예 1),
도 2a는 플라잉 캐패시터 회로 등의 회로도,
도 2b는 플라잉 캐패시터 회로의 동작 시퀀스를 나타내는 설명도,
도 3a는 시그널 발생기의 회로도,
도 3b는 시그널 발생기의 동작의 일례를 나타내는 설명도,
도 4a는 시그널 발생기로부터 출력되는 전압과, 마이크로 컴퓨터에 입력되는 전압의 일례를 도시한 도면,
도 4b는 플라잉 캐패시터 회로를 구성하는 차동 전압 검출 회로의 필터 특성의 일례를 도시한 도면
도 5a는 플라잉 캐패시터 회로를 구성하는 차동 전압 검출 회로가 고장난 경우에 있어서, 시그널 발생기로부터 출력되는 전압과, 마이크로 컴퓨터에 입력되는 전압의 일례를 도시한 도면,
도 5b는 차동 전압 검출 회로가 고장난 경우에 있어서의, 필터 특성의 일례를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 검출 장치 및 전원 시스템을 나타내는 회로도이다(실시예 2).

본 발명에 따른 전압 검출 장치는, 한 쌍의 입력 단자 사이의 전위차를 검출하는 차동 전압 검출 회로와, 서로 직렬 접속된 복수개의 전지 모듈의 각 전극 단자를 상기 차동 전압 검출 회로의 입력 단자에 개별적으로 접속하는 샘플링 스위치를 갖는 멀티플렉서와, 이 멀티플렉서와 차동 전압 검출 회로 사이에 접속된 플라잉 캐패시터 회로와, 이 플라잉 캐패시터 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 전압 검출 회로의 고장 진단 장치는, 플라잉 캐패시터의 일부 또는 차동 증폭 회로의 입력 단자에 시그널 발생 장치를 접속하고, 그 시그널 발생 장치로부터의 입력에 의해 차동 증폭 회로의 출력 전압이 변화되는 것을 검출 함으로써 커먼 모드 노이즈 내성 성능을 진단할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전압 검출 장치는, 상기 플라잉 캐패시터 회로가 직렬 접속된 2개 이상의 플라잉 캐패시터로 구성되고, 시그널 발생기의 커먼 모드 노이즈를 플라잉 캐패시터 회로의 중점(中點)에 인가하는 구성이여도 된다.

또한, 본 발명에 따른 전압 검출 장치는 시그널 발생기의 커먼 모드 노이즈를 차동 전압 검출 회로의 입력 단자에 인가하도록 구성해도 된다.

(실시예 1)

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면에 기초해서 설명한다. 한편, 각 도면에 있어서 동일한 부호를 붙인 구성은 동일한 구성인 것을 나타내고, 그 설명을 생략한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 시그널 발생 장치를 부가한 플라잉 캐패시터 회로를 구비한 전압 검출 장치 및 이를 이용한 전원 시스템의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다.

도 1에 나타내는 전원 시스템(100)은, 2차 전지(21)와 전압 검출 장치(1)로 구성되어 있다. 도 1에 나타내는 전압 검출 장치(1)는 복수개, 예컨대 n개의 전지 모듈(4-1~4-n)이 직렬 접속된 2차 전지(21)의 전압을 검출하는 것이다.

전압 검출 장치(1)는 (n+1)개의 샘플링 스위치(6-1~6-(n+1))를 갖는 멀티플렉서(7)와, 플라잉 캐패시터 회로(8)와, 차동 전압 검출 회로(2)와, 플라잉 캐패시터 회로(8)에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기(9)를 구비하고 있다.

이하의 설명에 있어서, 전지 모듈(4-1~4-n), 샘플링 스위치(6-1~6-(n+1))를 총칭하는 경우에는, 첨자를 생략하고 전지 모듈(4), 샘플링 스위치(6)라고 기재하고, 개별의 구성을 가리키는 경우에는 첨자를 붙인 참조 부호로 나타낸다.

2차 전지(21)에는 부하가 접속된다. 부하로서는 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이 모터 구동용 인버터(11)와 모터(13)가 접속된다. 모터 구동용 인버터(11)는 예컨대 하이브리드 카나 연료 전지차 등의 전기 자동차의 차량을 동작시키기 위한 모터(13)를 구동하는 회로다. 그리고, 부호 12로 나타내는 바와 같이, 부유 용량 및 대지 저항이 발생하고 있다.

부호 12로 나타내는 부유 용량이나 대지 저항은 모터 내부의 권선과 대지 사이에 부유하는 용량성 결합이나 모터에 전력을 공급하는 전선과 대지 사이에 부유하는 용량성 결합, 또한 인버터를 구성하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 대지간 용량 등이다.

여기서, 2차 전지(21)가, 예컨대 감전 방지를 위해 그라운드(차체)로부터 절연되어 있으면, 2차 전지(21)의 대지 전위는 부유 용량으로의 충전 전압의 영향을 받거나, 모터의 유도 전압에 의해서 생기는 커먼 모드 노이즈에 의해서 변동된다.

전지 모듈(4-1~4-n)은 각각 복수의 소전지(素電池)가 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬이 조합되어 구성되어 있다. 소전지로서는 니켈 수소 2차 전지나 리튬 이온 2차 전지 등, 여러 가지 전지를 이용할 수 있다. 이로써, 예컨대 2차 전지(21)는 1개 1.2V의 니켈 수소 2차 전지가, 복수 예컨대 240개~500개 정도 직렬로 접속되어, 예컨대 288V~600V 정도의 고전압을 출력하게 되어 있다.

플라잉 캐패시터 회로(8)는 그 2차 전지(21)에 있어서의 전지 모듈(4-1~4-n)의 단자 전압을 각각 검출하기 위한 회로이다. 마이크로 컴퓨터(16)는 플라잉 캐패시터 회로(8)의 출력 전압에 기초해서, 2차 전지(21)의 전압이나 용량의 계측 및 고장 진단 등을 행한다. 시그널 발생기(9)는 플라잉 캐패시터 회로(8)의 커먼 모드 노이즈 내성량의 저하 등을 검출하기 위한 시그널 발생 장치이다.

도 2a는 도 1에 나타내는 전원 시스템(100)의 구성의 일례를 나타내는 회로도이다. 플라잉 캐패시터 회로(8)는 캐패시터(24a, 24b)(플라잉 캐패시터)와, 스위치(23a)(제 1 스위칭 소자)와, 스위치(23b)(제 2 스위칭 소자)와, 스위치(SW1)(제 3 스위칭 소자)와, 저항(R6)을 구비하여 구성되어 있다.

샘플링 스위치(6-1~6-(n+1)), 스위치(23a, 23b) 및 스위치(SW1)로서는 예컨대 FET(Field Effect Transistor) 등 여러 가지 스위칭 소자를 이용할 수 있다.

캐패시터(24a)와 캐패시터(24b)는 직렬 접속되어 있다. 그리고, 캐패시터(24a)와 캐패시터(24b)의 접속점인 중점(P3)은 저항(R6)과 스위치(SW1)를 통해 그라운드에 접속되어 있다.

한편, 플라잉 캐패시터로서 사용되는 캐패시터는 캐패시터(24a, 24b)의 2개에 한정되지 않고, 3개 이상 직렬 접속되어 있어도 된다. 이 경우, 직렬 접속된 복수의 플라잉 캐패시터의 대략 중앙의 점이, 중점(P3)으로서 이용된다.

차동 전압 검출 회로(2)는 차동 증폭 회로(25)와, 저항(R1~R5)과, 캐패시터(C1~C3)와, 한 쌍의 입력 단자(IN1, IN2)와, 정전압원(E1)를 구비하여 구성되어 있다.

전지 모듈(4-1~4-n)은 각각 양단에 전극 단자를 구비하고 있다. 도 1에서는 전지 모듈 사이에 있어서의 한쪽 음극 단자와 다른쪽 양극 단자를 합쳐서 전극 단자(5)로 나타내고 있다. 전지 모듈(4-1~4-n)의, 양극측의 전극 단자(5)는 각각 저항을 통해서 샘플링 스위치(6-1~6-n)의 일단에 접속되어 있다. 또한, 전지 모듈(4-n)의, 음극측의 전극 단자(5)는 저항을 통해서 샘플링 스위치((6)-(n+1))의 일단에 접속되어 있다.

그리고, 샘플링 스위치(6-1~6-(n+1)) 중 첨자의 번호가 홀수(홀수번째)인 샘플링 스위치에 있어서의 각 타단의 접속점(P1)(제 1 배선 또는 제 2 배선)과, 샘플링 스위치(6-1~6-(n+1)) 중 첨자의 번호가 짝수(짝수번째)인 샘플링 스위치에 있어서의 각 타단의 접속점(P2)(제 2 배선 또는 제 1 배선) 사이에, 캐패시터(24a)와 캐패시터(24b)의 직렬 회로가 접속되어 있다.

접속점(P1)은 스위치(23a), 입력 단자(IN1) 및 저항(R1)을 거쳐서 차동 증폭 회로(25)의 한쪽 입력 단자에 접속되어 있다. 접속점(P2)은 스위치(23b), 입력 단자(IN2) 및 저항(R2)을 거쳐서 차동 증폭 회로(25)의 다른쪽 입력 단자에 접속되어 있다. 그리고, 차동 증폭 회로(25)의 출력 단자와, 차동 증폭 회로(25)의 저항(R1)과 접속된 입력 단자 사이에, 캐패시터(C2)와 저항(R4)의 병렬 회로가 접속되어 있다.

입력 단자(IN1, IN2)는 예컨대 전극이나 커넥터여도 되고, 예컨대 저항(R1, R2)의 랜드나 패드 등의 배선 패턴이여도 된다.

또한, 차동 증폭 회로(25)의 저항(R2)과 접속된 입력 단자는 캐패시터(C1)와 저항(R3)의 병렬 회로를 거쳐서 정전압원(E1)에 접속되어 있다. 정전압원(E1)은 사전에 설정된 오프셋 전압 Vs를 출력한다. 오프셋 전압 Vs는 예컨대, 마이크로 컴퓨터(16)가 구비하는 아날로그 디지털 컨버터의 입력 전압 범위의 1/2로 설정되어 있고, 예컨대 상기 입력 전압 범위가 0~5V인 경우, 오프셋 전압 Vs는 2.5V로 설정되어 있다.

그리고, 차동 증폭 회로(25)의 출력 단자는 저항(R5)과 캐패시터(C3)를 거쳐서 그라운드에 접속되어 있다. 또한, 저항(R5)과 캐패시터(C3)의 접속점이, 마이크로 컴퓨터(16)가 구비하는 아날로그 디지털 컨버터의 입력 단자에 접속되어 있다. 한편, 전압 검출 장치(1)는 마이크로 컴퓨터(16)를 포함하여 구성되어 있어도 된다.

마이크로 컴퓨터(16)는 예컨대 소정의 연산 처리를 실행하는 CPU(Central Processing Unit)와, 소정의 제어 프로그램이 기억된 비휘발성 ROM(Read Only Memory)와, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(Random Access Memory)과, 아날로그 디지털 컨버터와, 그 주변 회로 등을 구비하여 구성되어 있다.

그리고, 마이크로 컴퓨터(16)는 ROM에 기억된 제어 프로그램을 실행함으로써 샘플링 스위치(6-1~6-(n+1)), 스위치(23a, 23b), 및 스위치(SW1)의 온, 오프를 제어하거나, 시그널 발생기(9)의 동작을 제어하거나, 차동 증폭 회로(25)로부터 저항(R5)을 통해서 출력된 전압을, 아날로그 디지털 컨버터에서 디지털 값으로 변환하여 취득한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(16)는 차동 증폭 회로(25)로부터 출력된 신호 전압에 기초해서, 플라잉 캐패시터 회로(8)의 커먼 모드 노이즈 내성량의 레벨에 이상이 없는지 여부를 판정하게 되어 있다. 이 경우, 마이크로 컴퓨터(16)는 제어부 및 판정부의 일례에 상당한다.

스위치(6)은 마이크로 컴퓨터(16)에 의해 선택적으로 ON, OFF되는 스위치로, 캐패시터(23)에 2차 전지(21)의 전압을 선택적으로 복사하는 스위치이다. 스위치(23)는 캐패시터(24)를 차동 증폭 회로(25)에 접속하고, 마이크로 컴퓨터(16)에 의해 스위치(6)에서 선택된 2차 전지(21)의 전지 전압을 검출하기 위한 스위치로, 스위치(6)와 스위치(23)의 ON, OFF에 의해 2차 전지(21)와 차동 증폭 회로(25)가 직접 접속되지 않도록 구성되어 있다.

도 2b는 도 2a에 나타내는 플라잉 캐패시터 회로(8)의 동작 시퀀스의 일례를 나타내는 설명도이다. 우선, 마이크로 컴퓨터(16)는 단자 전압을 측정하고자 하는 전지 모듈(4)를 선택하고, 상기 선택된 전지 모듈(4)의 양단에 저항을 거쳐서 접속된 두 개의 샘플링 스위치(6)를 온시키고, 다른 샘플링 스위치(6), 스위치(23a, 23b) 및 스위치(SW1)를 오프시킨다(타이밍 T1). 이렇게 하면, 상기 선택된 전지 모듈(4)에 의해서, 캐패시터(24a, 24b)가 충전된다.

이 때, 캐패시터(24a, 24b)는 스위치(23a, 23b)에 의해서 차동 전압 검출 회로(2)로부터 접속 해제되고, 스위치(SW1)에 의해서 그라운드로부터 접속 해제되어 있기 때문에, 캐패시터(24a, 24b)의 대지 전위는 모터 구동용 인버터(11)나 2차 전지(21)의 대지 전위에 의해서 결정되고, 전원을 거쳐서 그라운드 전위로 되어 있는 차동 전압 검출 회로(2)의 대지 전위와의 사이에 차이가 생긴다. 이 때문에, 이 대로 캐패시터(24a, 24b)의 충전 전압을 차동 전압 검출 회로(2)로 출력하면, 차동 전압 검출 회로(2)의 입력 전압 범위와 충전 전압 사이에 어긋남이 생겨서 전압 측정 정밀도가 저하될 염려가 있다.

그래서, 마이크로 컴퓨터(16)는 캐패시터(24a, 24b)가 충전되어 단자 전압이 정상으로 되기에 충분한 시간이 경과한 후, 선택된 전지 모듈(4)에 연결된 샘플링 스위치(6)를 오프시키고, 스위치(SW1)를 온시킨다(타이밍 T2). 이렇게 하면, 중점(P3)이 그라운드에 접속되고, 캐패시터(24a, 24b)의 충전 전압, 즉 접속점(P1, P2) 사이의 전압이, 그라운드 전위를 중심으로 양음으로 거의 등분으로 나누어진다.

다음으로 마이크로 컴퓨터(16)는 스위치(23a, 23b)를 온시킨다(타이밍 T3). 이렇게 하면, 캐패시터(24a, 24b)에 충전되어 있던 전압, 즉 선택된 전지 모듈(4)의 단자 전압이, 입력 단자(IN1, IN2) 및 저항(R1, R2)을 통해서 차동 증폭 회로(25)의 차동 입력 단자 사이에 인가된다. 그리고, 차동 증폭 회로(25)에 인가된 전압이, 차동 증폭 회로(25)에 의해서 증폭되어, 선택된 전지 모듈(4)의 단자 전압을 나타내는 정보로서, 마이크로 컴퓨터(16)로 출력된다.

이 때, 차동 증폭 회로(25)에 인가되는 전압은 그라운드 전위를 중심으로 양음으로 대략 등분으로 나누어져 있기 때문에, 차동 증폭 회로(25)의 입력 전압 범위를 유효하게 활용하여 전압 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

여기서, 첨자의 번호가 홀수인 전지 모듈(4)의 단자 전압을 검출하는 경우와, 첨자의 번호가 짝수인 전지 모듈(4)의 단자 전압을 검출하는 경우에서는, 캐패시터(24a, 24b)에 충전되는 충전 전압의 극성이 반전된다. 이 때문에, 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(43)은 오프셋 전압 Vs의 상하로 양음의 전압을 나타내게 되기 때문에, 전압을 검출하고자 하는 전지 모듈(4)이 홀수 번호인지 짝수 번호인지에 따라, 전압의 극성을 맞추게 되어 있다.

이렇게 해서 상기 선택된 전지 모듈(4)의 단자 전압이 마이크로 컴퓨터(16)에 의해 취득되면, 마이크로 컴퓨터(16)는 다음 전지 모듈(4)의 단자 전압을 측정하도록 스위치(23a, 23b)를 오프한다(타이밍 T4). 그리고, 마이크로 컴퓨터(16)는 다른 전지 모듈(4)를 선택하고 다시 타이밍 T1~T4를 반복함으로써 전지 모듈(4-1~4-n)의 단자 전압을 취득하게 되어 있다.

도 3a는 도 1에 나타내는 시그널 발생기(9)의 일례를 나타내는 회로도이다. 이 예에서는 시그널 발생기(9)는 전원(31), 스위치(32), 스위치(33), 저항(R31) 및 저항(R33)을 구비한다. 그리고, 저항(R31)의 일단이 전원(31)에 접속되어 있다. 또한, 저항(R31)의 타단으로부터 스위치(32), 스위치(33), 저항(R33)이 직렬로 접속되고, 저항(R33)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 그리고, 스위치(32)와 스위치(33)의 접속점의 전압이, 시그널 발생기(9)의 출력 전압으로서 중점(P3)에 인가된다.

전원(31)은 사전에 설정된 전압을 저항(R31)에 공급한다. 전원(31)의 공급 전압은 12V여도 5V여도 된다.

도 3b는 도 1, 도 2a에 나타내는 시그널 발생기(9)의 동작의 일례를 나타내는 설명도이다. 우선 스위치(32)를 ON하면 시그널 발생기(9)의 출력 전압(42)은 전원(31)의 전압으로 되고, 스위치(32)를 OFF하고 스위치(33)를 ON하면, 시그널 발생기(9)의 출력 전압(42)은 0V가 된다.

이와 같이, 예컨대 마이크로 컴퓨터(16)나 도시 생략한 발진 회로를 이용해서, 스위치(32)와 스위치(33)를 예컨대 역상으로 사전에 설정된 주파수 fs에서 온 오프함으로써, 주파수 fs의 출력 전압(42)이 의사적인 커먼 모드 노이즈로서 중점(P3)에 인가된다. 커먼 모드 노이즈의 인가는 스위치(SW1)를 온한 상태에서 실행된다.

한편, 시그널 발생기(9)의 출력 전압(42)은 도 3b에 나타내는 사각파에 한정되지 않고, 정현파나 삼각파 등 여러 가지 신호 파형을 이용할 수 있다. 그리고, 이렇게해서 획득한 시그널 발생기(9)의 출력 전압(42)이, 플라잉 캐패시터 회로(8)의 중점(P3)에 인가된다. 또한, 저항(R6)을 구비하지 않고, 대신에 스위치(SW1)를 오프해서 커먼 모드 노이즈를 인가하도록 해도 된다.

도 4a는 시그널 발생기(9)로부터 출력되는 전압(42)과, 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(43)의 일례를 도시한 것이다. 도 4a에서는 전압(42)이 정현파인 예를 도시하고 있다. 또한, 도 4b는 플라잉 캐패시터 회로를 구성하는 차동 전압 검출 회로(2)의 필터 특성의 일례를 도시한 것이다.

예컨대 도 4b에 나타낸 바와 같이, 차동 전압 검출 회로(2)의 필터 특성이, 1Hz에서 0dB, 1kHz에서 -20dB라고 하면, 시그널 발생기(9)로부터 출력되는 전압(42)이, 피크 투 피크 전압 Vp-p=5V인 정현파로 그 주파수가 1Hz인 경우에는 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(43)의 피크 투 피크 전압 Vp-p은 5V가 된다.

또한, 시그널 발생기(9)로부터 출력되는 전압(42)이, 피크 투 피크 전압이 Vp-p=5V에서, 그 주파수가 1kHz인 경우에는 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(43)의 피크 투 피크 전압 Vp-p은 0.5V가 된다.

그래서, 마이크로 컴퓨터(16)는 전압(43)의 피크 투 피크 전압 Vp-p의 변화를 계측함으로써, 플라잉 캐패시터 회로를 구성하는 차동 증폭 회로의 커먼 모드 노이즈 내성 성능을 진단할 수 있다.

도 5a는 플라잉 캐패시터 회로를 구성하는 차동 전압 검출 회로(2)가 고장난 경우에 있어서, 시그널 발생기(9)로부터 출력되는 전압(52)과, 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(53)과의 일례를 도시한 것이다. 또한, 도 5b는 차동 전압 검출 회로(2)가 고장난 경우에 있어서의, 필터 특성의 일례를 도시한 것이다. 도 5b는 고장에 의해 차동 전압 검출 회로의 필터 특성이 악화되어서, 시그널 발생기(9)의 출력 전압(53)이 충분히 감쇠되지 않고, 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(53)의 Vp-p가 높아지는 상태를 나타내고 있다.

예컨대 도 4b에 나타내는 필터 특성이, 고장에 의해 도 5b에 나타낸 바와 같이 변화되어, 1kHz에서의 감쇠량이 -5dB로 되면, 시그널 발생기(9)로부터 출력되는 전압(52)이 피크 투 피크 전압 Vp-p=5V인 정현파로 그 주파수가 1kHz인 경우, 마이크로 컴퓨터(16)에 입력되는 전압(53)의 피크 투 피크 전압 Vp-p은 2.8V로 되어서, 정상시에 얻어지는 전압(43)에 비해서 전압값이 증대된다.

그래서, 마이크로 컴퓨터(16)는 시그널 발생기(9)에 의해서, 중점(P3)에 주파수 fs의 전압(42)을 인가시켰을 때, 차동 전압 검출 회로(2)로부터 출력되는 전압(43)이, 사전에 설정된 판정 전압 범위 밖인 경우에, 커먼 모드 노이즈에 대한 내성이 저하되었다고 판정한다.

여기서, 주파수 fs는 도 4b에 부호 A로 나타낸 바와 같이, 입력 단자(IN1, IN2)에 입력되는 신호의 주파수 f의 변화에 대하여, 차동 전압 검출 회로(2)에 있어서의 입출력 신호간의 감쇠량이 변화되는 주파수 영역 A, 즉 주파수 f의 변화에 대하여 차동 전압 검출 회로(2)로 얻어지는 전압값이 변화되는 주파수 영역 A의 범위내에서, 예컨대 1kHz로 설정되어 있다.

또한, 판정 전압 범위 W로서는 예컨대 정상시에 주파수 fs에서 얻어지는 전압(43)의 전압 Vp-p=0.5V에 대하여, 피크 투 피크 전압 Vp-p이 +10% 이내의 범위, 즉 0.5 V≤W≤0.55V를 이용할 수 있다.

여기서, 주파수 fs를, 주파수 f의 변화에 대하여 차동 전압 검출 회로(2)에 있어서의 입출력 신호간의 감쇠량이 변화하지 않는 영역 B에 있어서 설정하면, 차동 전압 검출 회로(2)에 어떠한 이상이 생겨도, 차동 전압 검출 회로(2)에 있어서의 감쇠량에 변화가 나타나지 않고, 따라서 커먼 모드 노이즈에 대한 내성의 저하를 검출하지 못할 염려가 있기 때문에, 주파수 fs로서는 주파수 영역 A의 범위내의 주파수가 적합하다.

(실시예 2)

도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 시그널 발생 장치를 부가한 플라잉 캐패시터 회로의 구성의 다른 일례를 나타내는 회로도이다. 도 6에 나타내는 전압 검출 장치(1a)는 복수개의 전지 모듈(4)가 직렬 접속된 2차 전지의 전압을 검출하는 장치로서, 샘플링 스위치(6)를 가진 멀티플렉서(7)와, 플라잉 캐패시터 회로(8a)와, 차동 전압 검출 회로(2)와, 플라잉 캐패시터 회로(8a)에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기(9)를 구비하고 있다. 차동 전압 검출 회로(2)의 출력은 마이크로 컴퓨터(16)에 입력된다.

도 6에 나타내는 전압 검출 장치(1a)는 도 1에 나타내는 전압 검출 장치(1)와는, 플라잉 캐패시터 회로(8a)에 있어서, 캐패시터(24a, 24b) 대신 캐패시터(24)를 구비하고, 캐패시터(24)와 스위치(23a)와의 접속점(P4)에, 시그널 발생기(9)의 출력 전압(42)이 인가된다는 점에서 다르다.

또한, 전압 검출 장치(1a)는 스위치(SW1)를 구비하지 않는다. 또한, 전압 검출 장치(1a)는 접속점(P1)과 접속점(P4) 사이에 스위치(26)가 마련되고, 캐패시터(24)와 스위치(23b)와의 접속점인 P5와, 접속점(P2) 사이에 스위치(27)가 마련되며, 접속점(P1)과 접속점(P5) 사이에 스위치(28)가 마련되고, 접속점(P2)과 접속점(P4) 사이에 스위치(29)가 마련되어 있다는 점에서, 전압 검출 장치(1)와는 다르다. 또한, 정전압원(E1) 대신 정전압원(E2)이 이용된다.

그리고, 마이크로 컴퓨터(16)는 홀수 번호의 전지 모듈(4)의 단자 전압을 측정할 때에는 스위치(26, 27)를 온, 스위치(28, 29)를 오프시키고, 짝수 번호의 전지 모듈(4)의 단자 전압을 측정할 때는 스위치(26, 27)를 오프, 스위치(28, 29)를 온시킴으로써 전지 모듈(4)가 홀수 번호인지 짝수 번호인지에 관계없이, 캐패시터(24)에의 충전 극성을 동일 방향으로 할 수 있다.

이렇게 하면, 정전압원(E2)의 출력 전압을 0V(그라운드에 직접 접속)로 하거나, 혹은 차동 증폭 회로(25)의 극성이 캐패시터(24)의 충전 방향과 반대로 되어 있는 경우에는 정전압원(E2)의 출력 전압을 5V에 설정함으로써, 마이크로 컴퓨터(16)에 있어서의 아날로그 디지털 컨버터의 입력 전압 범위를 완전히 이용하는 것이 가능해진다.

또한, 시그널 발생기(9)로부터 출력되는 전압(42)을 접속점(P4)에 인가하면, 이것은 직접적으로는 노멀 모드 노이즈가 되지만, 전압(42)의 일부는 캐패시터(24)에 의해서 커먼 모드로 변환된 결과, 플라잉 캐패시터 회로(8a)에 의사적인 커먼 모드 노이즈를 인가할 수 있다.

이로써, 도 1에 나타내는 전압 검출 장치(1)와 같이, 마이크로 컴퓨터(16)로 계측되는 전압의 주파수 의존성으로부터 플라잉 캐패시터 회로를 구성하는 차동 증폭 회로의 커먼 모드 노이즈의 내성 성능을 진단할 수 있다.

종래의 전압 검출 장치는 직류 특성만 고장 진단을 실시하는 것이 일반적이여서, 2차 전지에 접속된 부하, 예컨대 모터 내부의 권선과 대지 사이에 부유하는 용량성 결합이나 모터에 전력을 공급하는 전선과 대지 사이에 부유하는 용량성 결합, 또한 인버터를 구성하는 IGBT 등의 대지 사이 용량 등이 변화되어서 발생하는 2차 전지의 대지 전압의 변화에 의한 전압 검출 정밀도에 대한 영향까지는 진단할 수 없었다.

한편, 도 1, 도 6에 나타내는 전압 검출 장치(1, 1a)는 플라잉 캐패시터 회로를 구성하고 있는 차동 증폭 회로의 커먼 모드 노이즈 내성량의 저하를 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능하고, 이 검출 정밀도의 저하에 의해 2차 전지의 고장 등을 잘못 검출할 염려를 저감하는 것이 용이하다.

즉, 본 발명의 일측면에 따른 전압 검출 장치는 한 쌍의 입력 단자 사이의 전위차를 검출하는 차동 전압 검출 회로와, 직렬 접속된 복수의 전지 모듈의 각 전극 단자 중 두 개를 선택하고, 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 제 1 배선 및 제 2 배선에 각각 접속하는 샘플링 스위치를 갖는 멀티플렉서와, 상기 제 1 배선과 제 2 배선 사이의 전압을 취득하여 상기 한 쌍의 입력 단자 사이로 출력하는 플라잉 캐패시터 회로와, 상기 플라잉 캐패시터 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기를 구비한다.

또한, 상기 시그널 발생기에 의해서, 상기 플라잉 캐패시터 회로에 상기 커먼 모드 노이즈를 인가했을 때, 상기 차동 전압 검출 회로에 의해서 검출되는 전압이, 사전에 설정된 판정 전압 범위 밖인 경우에, 커먼 모드 노이즈에 대한 내성이 저하되었다고 판정하는 판정 처리를 실행하는 판정부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 판정부에 의해서, 커먼 모드 노이즈에 대한 내성이 저하되었는지 여부를 판정할 수 있다.

또한, 상기 커먼 모드 노이즈의 주파수는 상기 한 쌍의 입력 단자에 입력되는 신호의 주파수의 변화에 대해서 상기 차동 전압 검출 회로에서 얻어지는 전압값이 변화되는 주파수 영역 내에서 설정되어 있는 것이 바람직하다.

만약, 시그널 발생기에 의해서 인가되는 커먼 모드 노이즈의 주파수를, 상기 한 쌍의 입력 단자에 입력되는 신호의 주파수의 변화에 대해 상기 차동 전압 검출 회로에서 얻어지는 전압값이 변화하지 않는 영역에서 설정하면, 차동 전압 검출 회로에 어떤 이상이 생겨도, 차동 전압 검출 회로에 있어서의 감쇠량에 변화가 나타나지 않고, 따라서 커먼 모드 노이즈에 대한 내성의 저하를 검출하지 못할 염려가 있기 때문에, 상기 커먼 모드 노이즈의 주파수로서는 상기 주파수 영역 내의 주파수가 적합하다.

또한, 상기 플라잉 캐패시터 회로는 상기 직렬 접속된 2개 이상의 플라잉 캐패시터를 구비하고, 상기 복수의 플라잉 캐패시터의 직렬 회로는 상기 제 1 배선과 상기 제 2 배선 사이에 접속되며, 상기 시그널 발생기는 사전에 설정된 주파수를 갖는 신호를 상기 커먼 모드 노이즈로서 상기 복수의 플라잉 캐패시터의 중점에 인가하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 시그널 발생기에 의해서, 복수의 플라잉 캐패시터의 중점에 커먼 모드 노이즈로서 인가된 신호는 상기 복수의 플라잉 캐패시터를 통해서 제 1 배선 및 제 2 배선에 인가되기 때문에, 제 1 배선 및 제 2 배선에 생긴 커먼 모드 노이즈가 플라잉 캐패시터 회로에 의해서 차동 전압 검출 회로의 한 쌍의 입력 단자에 각각 인가되는 결과, 차동 전압 검출 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가할 수 있다.

또한, 상기 플라잉 캐패시터 및 상기 제 1 배선의 접속점과 상기 한 쌍의 입력 단자 중 한쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 1 스위칭 소자와, 상기 플라잉 캐패시터 및 상기 제 2 배선의 접속점과 상기 한 쌍의 입력 단자 중 다른쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 2 스위칭 소자와, 상기 중점과 상기 그라운드 사이의 접속을 개폐하는 제 3 스위칭 소자와, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 소자를 오프시킨 상태에서, 상기 멀티플렉서에 의해서 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 상기 제 1 및 제 2 배선에 각각 접속시키고 상기 복수의 플라잉 캐패시터를 충전시킨 후, 상기 멀티플렉서에 의한 접속을 개방시키고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 소자를 온시킴으로써 상기 선택된 두 개의 전극 단자 사이의 전압을 상기 차동 전압 검출 회로에 의해서 검출시키는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제 1, 제 2 스위칭 소자를 오프시키고 플라잉 캐패시터를 차동 전압 검출 회로로부터 접속 해제하고, 또한 제 3 스위칭 소자를 오프시키고 플라잉 캐패시터를 플로우팅시킨 상태에서, 멀티플렉서에 의해서 선택된 두 개의 전극 단자가 플라잉 캐패시터에 접속되어 충전되기 때문에, 전지 모듈과 차동 전압 검출 회로 사이의 대지 전위차의 영향을 받는 일없이, 검출하고자 하는 두 개의 전극 단자 사이의 전압을 플라잉 캐패시터에 충전해서 유지할 수 있게 된다.

다음으로 멀티플렉서에 의한 접속을 개방시킴으로써 전지 모듈로부터 플라잉 캐패시터를 접속 해제하고, 제 1, 제 2 스위칭 소자를 온시킴으로써 플라잉 캐패시터에 유지된 전압을 차동 전압 검출 회로에 공급하고, 전지 모듈과 차동 전압 검출 회로 사이의 대지 전위차의 영향을 받는 일없이 검출하고자 하는 두 개의 전극 단자 사이의 전압을, 차동 전압 검출 회로에서 검출할 수 있다. 이 때, 제 3 스위칭 소자가 온되고, 직렬 접속된 복수의 플라잉 캐패시터의 중점이 그라운드에 접속되어 있기 때문에, 플라잉 캐패시터의 대지 전위와 차동 전압 검출 회로의 대지 전위가 맞춰지는 결과, 차동 전압 검출 회로의 입력 전압 범위를 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 플라잉 캐패시터 회로는 상기 제 1 배선과 상기 제 2 배선 사이에 접속된 플라잉 캐패시터를 구비하고, 상기 시그널 발생기는 사전에 설정된 주파수를 갖는 신호를, 상기 제 1 배선에 인가함으로써 상기 제 1 및 제 2 배선에 상기 커먼 모드 노이즈를 생기게 해도 된다.

이 구성에 의하면, 시그널 발생기에 의해서, 제 1 배선에 인가된 주기 신호는 플라잉 캐패시터를 통해서 제 2 배선에도 인가된 결과, 제 1 및 제 2 배선에 커먼 모드 노이즈를 생기게 할 수 있다. 이로써, 차동 전압 검출 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가할 수 있다.

또한, 상기 플라잉 캐패시터 및 상기 제 1 배선의 접속점과 상기 한 쌍의 입력 단자 중 한쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 1 스위칭 소자와, 상기 플라잉 캐패시터 및 상기 제 2 배선의 접속점과 상기 한 쌍의 입력 단자 중 다른쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 2 스위칭 소자와, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 오프시킨 상태에서 상기 멀티플렉서에 의해서 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 상기 제 1 및 제 2 배선에 각각 접속시켜 상기 플라잉 캐패시터를 충전시킨 후, 상기 멀티플렉서에 의한 접속을 개방시키고, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 온시킴으로써 상기 선택된 두 개의 전극 단자 사이의 전압을 상기 차동 전압 검출 회로에 의해서 검출시키는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제 1, 제 2 스위칭 소자를 오프시켜서 플라잉 캐패시터를 차동 전압 검출 회로로부터 접속 해제시킨 상태에서, 멀티플렉서에 의해서 선택된 두 개의 전극 단자가 플라잉 캐패시터에 접속되어 충전되기 때문에, 전지 모듈과 차동 전압 검출 회로 사이의 대지 전위차의 영향을 받는 일없이, 검출하고자 하는 두 개의 전극 단자 사이의 전압을 플라잉 캐패시터에 충전해서 유지할 수 있게 된다.

다음으로 멀티플렉서에 의한 접속을 개방시킴으로써 전지 모듈로부터 플라잉 캐패시터를 접속 해제시키고, 제 1, 제 2 스위칭 소자를 온시킴으로써 플라잉 캐패시터에 유지된 전압을 차동 전압 검출 회로에 공급해서, 전지 모듈과 차동 전압 검출 회로 사이의 대지 전위차의 영향을 받는 일없이 검출하고자 하는 두 개의 전극 단자 사이의 전압을, 차동 전압 검출 회로에서 검출할 수 있다.

이 구성에 의하면, 복수의 전지 모듈과, 플라잉 캐패시터를 이용한 전압 검출 장치를 구비한 전원 시스템에 있어서, 커먼 모드 노이즈 내성 성능의 진단이 가능해진다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 전압 검출 장치에 의하면, 절연된 2차 전지군과 그 전압을 검출하는 플라잉 캐패시터 회로에 관하며, 특히 전기 자동차나 하이브리드 엘리베이터 등의 모터를 구동하는 전원 시스템의 전압 검출 회로의 고장 진단으로서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

한 쌍의 입력 단자 사이의 전위차를 검출하는 차동 전압 검출 회로와,
직렬 접속된 복수의 전지 모듈의 각 전극 단자 중 두 개를 선택하고, 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 제 1 및 제 2 배선에 각각 접속하는 샘플링 스위치를 갖는 멀티플렉서와,
상기 제 1 배선과 제 2 배선 사이의 전압을 취득하여 상기 한 쌍의 입력 단자 사이로 출력하는 플라잉 캐패시터 회로와,
상기 플라잉 캐패시터 회로에 커먼 모드 노이즈를 인가하는 시그널 발생기
를 구비하는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 시그널 발생기에 의해서, 상기 플라잉 캐패시터 회로에 상기 커먼 모드 노이즈를 인가시켰을 때, 상기 차동 전압 검출 회로에 의해서 검출되는 전압이, 사전에 설정된 판정 전압 범위 밖인 경우에 커먼 모드 노이즈에 대한 내성이 저하되었다고 판정하는 판정 처리를 실행하는 판정부를 더 구비하는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 커먼 모드 노이즈의 주파수는, 상기 한 쌍의 입력 단자에 입력되는 신호의 주파수의 변화에 대해서 상기 차동 전압 검출 회로에서 얻어지는 전압값이 변화되는 주파수 영역 내에서 설정되어 있는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라잉 캐패시터 회로는 상기 직렬 접속된 2개 이상의 플라잉 캐패시터를 구비하고,
상기 복수의 플라잉 캐패시터의 직렬 회로는 상기 제 1 배선과 상기 제 2 배선 사이에 접속되며,
상기 시그널 발생기는, 사전에 설정된 주파수를 갖는 신호를 상기 커먼 모드 노이즈로서 상기 복수의 플라잉 캐패시터의 중점에 인가하는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 플라잉 캐패시터와 상기 제 1 배선의 접속점과, 상기 한 쌍의 입력 단자 중 한쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 1 스위칭 소자와,
상기 플라잉 캐패시터와 상기 제 2 배선의 접속점과, 상기 한 쌍의 입력 단자 중 다른쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 2 스위칭 소자와,
상기 중점과 상기 그라운드 사이의 접속을 개폐하는 제 3 스위칭 소자와,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 소자를 오프시킨 상태에서, 상기 멀티플렉서에 의해서 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 상기 제 1 배선 및 제 2 배선에 각각 접속시켜서 상기 복수의 플라잉 캐패시터를 충전시킨 후, 상기 멀티플렉서에 의한 접속을 개방시켜서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 스위칭 소자를 온시킴으로써 상기 선택된 두 개의 전극 단자 사이의 전압을 상기 차동 전압 검출 회로에 의해서 검출시키는 제어부를 더 구비하는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라잉 캐패시터 회로는, 상기 제 1 배선과 상기 제 2 배선 사이에 접속된 플라잉 캐패시터를 구비하고,
상기 시그널 발생기는, 사전에 설정된 주파수를 갖는 신호를, 상기 제 1 배선에 인가함으로써 상기 제 1 및 제 2 배선에 상기 커먼 모드 노이즈를 생기게 하는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 플라잉 캐패시터와 상기 제 1 배선의 접속점과, 상기 한 쌍의 입력 단자 중 한쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 1 스위칭 소자와,
상기 플라잉 캐패시터와 상기 제 2 배선의 접속점과, 상기 한 쌍의 입력 단자 중 다른쪽 사이의 접속을 개폐하는 제 2 스위칭 소자와,
상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 오프시킨 상태에서, 상기 멀티플렉서에 의해서 상기 선택된 두 개의 전극 단자를 상기 제 1 및 제 2 배선에 각각 접속시켜서 상기 플라잉 캐패시터를 충전시킨 후, 상기 멀티플렉서에 의한 접속을 개방시키고 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자를 온시킴으로써 상기 선택된 두 개의 전극 단자 사이의 전압을 상기 차동 전압 검출 회로에 의해서 검출시키는 제어부를 더 구비하는 것
을 특징으로 하는 전압 검출 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 전압 검출 장치와,
상기 복수의 전지 모듈
를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.