JP2002022778A - 電圧監視方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高い電圧監視装置を提供すること。
比較的短時間で正確に電圧を検出できる電圧監視装置を
提供すること。 【解決手段】 各蓄電池１_１〜１_ｎにアドレスを有する
電圧センサ回路３を接続し、各電圧センサ回路３_１〜３
_ｎにそれらセンサ回路３_１〜３_ｎを制御するセンサ制御
装置７を接続する。センサ制御装置７は、電圧検出対象
の蓄電池１に接続されている電圧センサ回路３に検出指
令信号を入力する。その信号が入力された電圧センサ回
路３は、蓄電池１の電圧値を検出し、検出した電圧値に
応じた時間長で比較的大きな電流を消費し続ける。セン
サ制御装置７は、その時間長を計測しそれに基づいて蓄
電池１の電圧値を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧を監視する方
法及び装置の改良に関し、詳しくは、多数の蓄電池の電
圧を測定する方法及び装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶等の環境下において、多数の蓄電池
の電圧を監視する場合には、図１に示すように、蓄電池
５１_１〜５１_ｎを電池室５５内に設置し、各蓄電池５１
_１〜５１_ｎの両電極に夫々ケーブル線５３_１〜５３_ｍを
接続して、それらケーブル線５３_１〜５３_ｍを電池室外
５６まで引廻したうえで電圧計５７により各蓄電池５１
_１〜５１_ｎの電圧を測定することで行なう。上記蓄電池
５１_１〜５１_ｎは、各々の測定時に有接点のリレー（メ
カニカルリレー）５９により測定対象となる電池が順次
に切り替えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１に示し
た従来の電圧監視方法によると、電池室５５の内と外と
の間には蓄電池の数量＋１本分のケーブル線が必要（例
えば９個の蓄電池を測定する場合は、図示のように９＋
１＝１０本分のケーブル線が必要）になる。このため、
蓄電池の設置個数が多くなれば、当然にケーブル線の布
設本数も多くなるので、ケーブル断線や短絡等の故障が
発生する確率が高くなるという問題が生じる。

【０００４】また、上述の電圧監視方法では、電圧計５
７による電圧測定とメカニカルリレー５９による電圧測
定対象切替え動作に、それぞれ一定の時間を要するの
で、多数の蓄電池５１_１〜５１_ｎの電圧を測定すると、
測定時間が累積されるために比較的長い時間がかかって
しまう。

【０００５】更に、電圧測定値を、検出されたままの状
態、即ち、アナログ信号として信号線を通じてセンサ側
から信号処理を実行する情報処理機器（ＣＰＵ等）へ伝
送する場合に、外部磁界等の影響を受けて電圧検出値に
比較的大きな誤差が生じる虞がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、信頼性が高い電
圧監視方法及び装置を提供することにある。

【０００７】また、本発明の別の目的は、比較的短時間
で正確に電圧を測定できる電圧監視方法及び装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に従う電圧監視装
置は、電圧検出対象から検出した電圧値を時間情報に変
換して送信する電圧値／時間情報変換手段と、その時間
情報を受信しそれを検出電圧値に変換する時間情報／電
圧値変換手段とを備える。時間情報は、具体的には２値
化情報である。

【０００９】本発明によれば、検出電圧値を時間情報に
変換して送信しその時間情報を受信してそれに基づいて
電圧検出対象の電圧値を取得するので、外部磁界等の影
響を受けず比較的誤差の小さい電圧測定が可能である。

【００１０】好適な実施形態では、時間情報の検出電圧
値への変換が、２値化情報に基づいて行なわれる。

【００１１】別の好適な実施形態では、電圧検出対象が
複数個備えられ、電圧値／時間情報変換手段が各々の電
圧検出対象に対応させて複数個備えられ、且つ、各々の
電圧値／時間情報変換手段と時間情報／電圧値変換手段
との間が少なくとも１本の共通信号線で接続されてお
り、時間情報／電圧値変換手段が、各々の電圧値／時間
情報変換手段から夫々送信される時間情報を選択的に受
信する。これにより、信号伝送のためのケーブル線の本
数を抑えることができる。

【００１２】好適な実施形態では、電圧検出対象が、少
なくとも１個以上の蓄電池又は直流電源又は交流電源で
ある。

【００１３】好適な実施形態では、電圧監視装置を、水
素ガスの影響を受けないように規定の条件を満たした本
質安全防爆構造にする。これにより、船舶内の水素ガス
環境下においても電圧監視装置を使用することができ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。

【００１５】図２は、本発明の一実施形態に係る電圧監
視装置の全体構成を示すブロック図である。

【００１６】上記監視装置９は、電池室８に設置されて
いる多数（例えば数百個）の蓄電池１_１〜１_ｎの各々の
電圧を測定するものであって、電圧センサ回路３_１〜３
_ｎと、各電圧センサ回路３_１〜３_ｎを制御するセンサ制
御装置７とを備えている。センサ制御装置７は、電池室
外６００に設置されており、直流電源１１と、センサ選
択部１３と、消費電流検出部１５と、電圧算出部１７と
を備えている。

【００１７】各電圧センサ回路３_１〜３_ｎは、各蓄電池
１_１〜１_ｎと共に電池室８内に設置されており、電圧セ
ンサ回路３_１は蓄電池１_１に、電圧センサ回路３_２は蓄
電池１_２に、…というように、各々が対象となる蓄電池
に接続されている。各電圧センサ回路３_１〜３_ｎは、夫
々、検出対象となる蓄電池１_１〜１_ｎの電圧を検出する
と共に、それらの電圧検出値に応じて、比較的大きな電
流を消費し続ける時間長を変える。各電圧センサ回路３
_１〜３_ｎによる電圧検出は、１又は複数の検出指令アド
レスを通じてセンサ選択部１３からの電圧検出指令信号
が入力されたとき、直流電源１１からの給電を駆動源と
して開始される。

【００１８】センサ選択部１３は、電圧センサ回路３_１
〜３_ｎの中から電圧検出対象の蓄電池１に接続されてい
るセンサ回路３を選択し、そのセンサ回路３に上記電圧
検出指令信号を入力する。センサ選択部１３は、処理の
高速化と信頼性の観点からフォトモスリレーを用いて、
上記蓄電池１_１〜１_ｎの各々の電圧検出時に検出指令対
象とするセンサ回路３を順次に又はランダムに一台ずつ
切り替える。このため、上記監視装置９の駆動中は、常
時１台の電圧センサ回路３のみが直流電源１１からの給
電によって駆動することとなるので、直流電源１１に導
通する電圧センサ回路３は一台だけとなり、電圧センサ
回路３_１〜３_ｎの１台分の電圧降下（つまり１台の電圧
センサ回路３の消費電流値）が直流電源１１に影響する
ようになる。

【００１９】消費電流検出部１５は、直流電源１１の消
費電流値を監視しており、直流電源１１が比較的大きな
電流を消費し続けた時間長を検出する。消費電流検出部
１５が検出したその時間長は、電圧センサ回路３におい
て比較的大きな電流が消費され続けた時間長に相当す
る。

【００２０】電圧算出部１７は、消費電流検出部１５が
検出した時間長に基づいて電圧検出対象の蓄電池１の電
圧値を算出する。その算出電圧値は、例えば、パソコン
端末のディスプレイに表示したり、プリンタからハード
コピーとして出力したりすることができる。

【００２１】上述した監視装置９では、電圧センサ回路
３_１〜３_ｎとセンサ制御装置７とが専用のバスライン
（ケーブル線）によって結ばれている。

【００２２】図３は、電圧センサ回路とセンサ制御装置
との接続の様子を示す。

【００２３】本実施形態において、蓄電池（図示せず）
が例えば９個設置されているときは、図示のように、電
圧センサ回路３は９個備えられ、各電圧センサ回路３_１
〜３ _９の検出指令アドレスが２個である場合は、６本の
バスライン６１によって電圧センサ回路３_１〜３_９とセ
ンサ制御装置７のセンサ選択部１３とが結ばれる。しか
し、従来は、蓄電池が９個設置されているときは、既に
述べたように蓄電池の個数＋１本の計１０本ものケーブ
ル線が必要である。このケーブル線の本数の差は、蓄電
池の設置個数が多くなればなるほど大きくなるので、本
実施形態に係る電圧監視装置９は、蓄電池が多数設置さ
れる船舶等の環境下で特に効果的であり、電圧監視装置
９におけるケーブル断線や短絡等の故障を少なくするこ
とができる。なお、本実施形態におけるバスライン（ケ
ーブル線）の数は、各電圧センサ回路３_１〜３_ｎの検出
指令アドレスの数を増やせば更に少なくすることができ
る。

【００２４】以下、各電圧センサ回路３_１〜３_ｎについ
て詳述する。

【００２５】図４は、各電圧センサ回路３の内部構成を
示すブロック図を示す。

【００２６】各電圧センサ回路３は、電池室８に充満す
る水素ガスの影響を受けないように本質安全防爆構造に
なっており、且つ、蓄電池１の接続導体にねじ止め固定
されることで電流磁界の影響も受けないようになってい
る。各電圧センサ回路３は、電力供給用リレー２１と、
センサ選択信号用リレー２３と、電圧検出用リレー２５
ａ、２５ｂと、電源回路１９と、クロック発生回路２７
と、積分回路２９と、コンパレータ３１と、出力抵抗３
３とを有している。各リレー２１、２３、２５ａ、２５
ｂには、電圧検出処理の高速化及び信頼性の観点からフ
ォトモスリレーを採用する（勿論フォトモスリレーに限
定することはない）。

【００２７】電力供給用リレー２１は、ノーマルオープ
ンのリレーであり、センサ選択信号用リレー２３からの
制御信号によりオン動作することで、直流電源１１から
の電源回路１９への給電が行なわれる。

【００２８】センサ選択信号用リレー２３は、ノーマル
オープンのリレーであり、センサ選択部１３からの上記
アドレスを通じた検出指令信号によりオン動作すること
で、他の各リレー２１、２５ａ、２５ｂに制御信号を出
力し、それらのリレー２１、２５ａ、２５ｂをオン動作
させる。

【００２９】電圧検出用リレー２５ａ、２５ｂは、共に
ノーマルオープンのリレーであり、センサ選択信号用リ
レー２３からの制御信号によりオン動作することで、蓄
電池１の出力電圧（蓄電池電圧信号）をコンパレータ３
１の反転入力端子に印加する。

【００３０】電源回路１９は、電力供給用リレー２１を
通じて直流電源１１から供給される電力を安定化してク
ロック発生回路２７に供給する。

【００３１】クロック発生回路２７は、電源回路１９か
らの給電によって起動し、所定のクロックパルス信号を
積分回路２９に印加する。

【００３２】積分回路２９は、クロック発生回路２７の
動作に同期して動作し、クロック発生回路２７からのク
ロックパルス信号の積分波形である信号（クロック積分
信号）をコンパレータ３１の非反転入力端子に印加す
る。

【００３３】コンパレータ３１は、反転入力端子に印加
される蓄電池電圧信号と、非反転入力端子に印加される
クロック積分信号とを比較演算し、その比較演算結果を
示す信号（比較結果信号）を出力端子を通じて出力抵抗
３３に印加する。

【００３４】以下、図５を参照して、電圧センサ回路３
及びセンサ制御装置７における信号処理の手順を説明す
る。

【００３５】図５は、電圧センサ回路３の動作を示すタ
イミングチャートである。図５（ａ）は、クロック発生
回路２７からのクロックパルス信号Ａを、図５（ｂ）
は、コンパレータ３１の反転入力端子に印加される蓄電
池電圧信号Ｃ及び非反転入力端子に印加されるクロック
積分信号Ｂを、図５（ｃ）は、コンパレータ３１から出
力される比較結果信号Ｄを、夫々示す。

【００３６】時刻ｔ１において、クロックパルス信号Ａ
が立ち下がると、クロック積分信号Ｂがピーク電圧Ｖに
達して立ち下がる。それにより、クロック積分信号Ｂの
電圧値が蓄電池電圧信号Ｃの電圧値ｖよりも小さくなる
ので、比較結果信号Ｄが立ち下がる。なお、蓄電池電圧
信号Ｃの電圧値ｖは、蓄電池１の状態により所定の範囲
内（例えば０〜３Ｖ）で変動するが、クロック積分信号
のピーク電圧値Ｖ（定数）を超えることはない。

【００３７】一定時間が経過して時刻ｔ２になると、ク
ロックパルス信号Ａが立ち上がり、クロック積分信号Ｂ
が立ち上がり始める。

【００３８】更に一定時間が経過して時刻ｔ３になる
と、クロック積分信号Ｂの電圧値は、蓄電池電圧信号Ｃ
の電圧値に達する。すると、比較結果信号Ｄが立ち上が
る。

【００３９】その後、時刻ｔ４になってクロックパルス
信号Ａが立ち下がると、クロック積分信号Ｂがピーク電
圧Ｖに達して立ち下がり、クロック積分信号Ｂの電圧値
が蓄電池電圧信号Ｃの電圧値ｖよりも小さくなる。する
と、比較結果信号Ｄが立ち下がる。

【００４０】以後、ｔ５、ｔ６、…において、ｔ１〜ｔ
４のサイクルが繰り返される。

【００４１】以上の動作により、比較結果信号Ｄは、図
５（ｃ）に示すように方形波となり、この方形波におけ
るパルス幅Ｔは、図５（ｂ）及び（ｃ）から分かるよう
に、積分信号Ｂの電圧値が蓄電池電圧信号Ｃの電圧値を
上回るとき（時刻ｔ３）から、積分信号Ｂの電圧値が蓄
電池電圧信号Ｃの電圧値を下回るとき（時刻ｔ４）まで
の時間幅である。このパルス幅Ｔは、蓄電池の電圧値が
比較的大きい（蓄電池電圧信号Ｃを示す直線が比較的上
に位置する）と比較的短くなり、蓄電池の電圧値が比較
的小さい（蓄電池電圧信号Ｃを示す直線が比較的下に位
置する）と比較的長くなる。換言すれば、パルス幅（時
間幅）Ｔは、クロック積分信号Ｂのピーク電圧値Ｖから
蓄電池電圧信号Ｃの電圧値ｖを差し引いた値ｐに比例す
る。クロック積分信号Ｂの波形は一定であるため、クロ
ック積分信号Ｂと蓄電池電圧信号Ｃとで囲まれた斜線部
分の図形の底辺Ｔと高さｐの比ｓは一定だからである。
つまり、パルス幅（時間幅）Ｔを識別できれば、そのパ
ルス幅Ｔと上記定数ｓから上記電圧差分値ｐを算出で
き、算出した電圧差分値ｐと上記ピーク電圧値Ｖ（定
数）から蓄電池１の電圧値ｖを算出することができる。

【００４２】そのパルス幅（時間幅）Ｔの識別は、消費
電流検出部１５が、直流電源１１の消費電流値を監視す
ることで行う。具体的に言うと、定期的に時間長Ｔの間
だけ、出力抵抗３３で電圧降下してセンサ回路３での消
費電流値が比較的高くなる、すなわち直流電源１１の消
費電流値が比較的高くなるので、消費電流検出部１５
が、直流電源１１の比較的大きな電流の消費時間長を計
測することで上記パルス幅Ｔを識別する。

【００４３】パルス幅Ｔの値が識別されたら、電圧算出
部１７が、そのパルス幅Ｔと上記定数ｓから上記電圧差
分値ｐを算出し、算出した電圧差分値ｐと上記ピーク電
圧値Ｖの値から蓄電池１の電圧値ｖを算出する。

【００４４】以上のような動作で、各蓄電池１_１〜１_ｎ
の電圧値が測定される。

【００４５】上述した動作によれば、電圧センサ回路３
_１〜３_ｎが検出した電圧値を算出するための情報、つま
り上記時間長Ｔは、直流電源１１と電圧センサ回路３と
の間の給電ラインから検出できる、別の言い方をすれ
ば、給電ラインがセンサ回路３の情報出力ラインを兼ね
ている。これにより、より一層のケーブル線少数化を実
現している。

【００４６】また、上述した処理によれば、電池室８内
において、蓄電池１から検出した電圧値を、２値化した
時間情報に変換して出力し、電池室８の外で、その時間
情報を取得しその２値化時間情報に基づいて検出電圧値
を算出する。これにより、比較的短時間で外部磁界等の
影響を受けない測定精度の高い電圧測定が可能になる。
本発明の発明者によれば、この処理における測定精度は
±０．００５Ｖ、一つの蓄電池１の測定時間は７０ｍｓ
以下であり、２４０個の蓄電池の電圧測定にかかる時間
は約１０秒であった。これによれば、本実施形態に係る
監視装置９により、多数の蓄電池１_１〜１_ｎの電圧値を
正確に且つ比較的短時間で測定することが実現されてい
る。

【００４７】以上、本発明の好適な実施形態を説明した
が、これは本発明の説明のための例示であって、本発明
の範囲をこの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発
明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。
つまり、上述した電圧監視装置は、船舶内に限らずどの
ような場所でも使用することができるし、また、蓄電池
１_１〜１_ｎだけでなく、直流電源、交流電源など種々の
もののの電圧値を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電圧監視装置の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施形態に係る電圧監視装置の全体
構成を示すブロック図。

【図３】各電圧センサ回路とセンサ制御装置との接続の
様子を示す図。

【図４】各電圧センサ回路の構成を示すブロック図。

【図５】（ａ）は、クロック発生回路２７が出力する電
圧信号を示す図、（ｂ）は、コンパレータ３１に入力さ
れる電圧信号を示す図、（ｃ）は、コンパレータ３１が
出力する電圧信号を示す図。

【符号の説明】

１ 蓄電池 ３ 電圧センサ回路 ７ センサ制御装置 ８ 電池室 ９ 電圧監視装置 １１ 電圧電源 １３ センサ選択部 １５ 消費電流検出部 １７ 電圧算出部 １９ 電源回路 ２１ 電力供給用リレー ２３ センサ選択信号用リレー ２５ａ、２５ｂ 電圧検出用リレー ２７ クロック発生回路 ２９ 積分回路 ３１ コンパレータ ３３ 出力抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G035 AA00 AA01 AB03 AB07 AC01 AC20 AD23 AD32 AD45 AD53 AD57 5H030 AS01 FF43 FF44

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧検出対象から検出した電圧値を、時
   間情報に変換して送信する電圧値／時間情報変換手段
   と、 前記時間情報を受信し、その時間情報を前記検出電圧値
   に変換する時間情報／電圧値変換手段と、 を備える電圧監視装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電圧監視装置において、 前記時間情報が、２値化された情報である電圧監視装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の電圧監視装
   置において、 前記時間情報の、前記検出電圧値への変換が、前記２値
   化情報に基づいて行なわれる電圧監視装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電圧監視装置において、 前記電圧検出対象が複数個備えられ、前記電圧値／時間
   情報変換手段が前記各々の電圧検出対象に対応させて複
   数個備えられ、且つ、各々の電圧値／時間情報変換手段
   と、前記時間情報／電圧値変換手段との間が、少なくと
   も１本の共通信号線で接続されており、 前記時間情報／電圧値変換手段が、前記各々の電圧値／
   時間情報変換手段から夫々送信される時間情報を、選択
   的に受信する、電圧監視装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記
   載の電圧監視装置において、 前記電圧検出対象が、少なくとも１個以上の蓄電池又は
   直流電源又は交流電源である電圧監視装置。
6. 【請求項６】 電圧検出対象から検出した電圧値を、時
   間情報に変換して送信する第１の過程と、 前記時間情報を受信し、その時間情報を前記検出電圧値
   に変換する第２の過程と、 を備える電圧監視方法。