JP2002221539A

JP2002221539A - 積層電圧計測装置

Info

Publication number: JP2002221539A
Application number: JP2001336879A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Morimoto; 直久森本; Ichiro Maki; 一郎槙; Hirofumi Yudahira; 裕文湯田平
Original assignee: Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2002-08-09
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP4012392B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】複数のスイッチ手段３１１にスイッチ手
段３１２を直列接続するようにしたため、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、組電池の電圧
最大ＤＣ４００Ｖ程度の電圧を読み取る際に、オフして
いる複数のスイッチ手段３１１とスイッチ手段３１２の
寄生容量Ｃａ，Ｃｂにて２分圧された電圧がそれぞれス
イッチ手段３１１とスイッチ手段３１２にそれぞれ印加
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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１
００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１２
０と、所定の電池電圧をコピーするためのコンデンサ１
３０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ＤＣ
２０Ｖ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１２
０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ＤＣ
４００Ｖ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の一方
端に接続する複数の第１スイッチ手段と、一対の配線の
他方端を介して電池ブロック毎の電池電圧を検出する電
圧検出手段と、一対の配線の途中にそれぞれ設けられ、
一対の配線の一方端にそれぞれ並列接続された各複数の
第１スイッチ手段とそれぞれ直列接続する各第２スイッ
チ手段とを備えたものであり、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と、複数の電池ブロッ
ク毎の両出力端子を選択的に切換えて一対の配線の一方
端に接続する複数の第１スイッチ手段と、一対の配線の
他方端を介して電池ブロック毎の電池電圧を検出する電
圧検出手段と、一対の配線の途中にそれぞれ設けられ、
一対の配線の一方端にそれぞれ並列接続された各複数の
第１スイッチ手段とそれぞれ直列接続する各第２スイッ
チ手段とを備えたものであり、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ＤＣ４００
Ｖ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ＤＣ２０
０Ｖ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。

【００１５】また、好ましくは、本発明の積層電圧計測
装置における一対の配線間に設けられ、第１スイッチ手
段および第２スイッチ手段を介して電池ブロック毎の電
池電圧を蓄積する容量手段と、この容量手段に蓄積され
た電池電圧をオンオフする第３スイッチ手段とを有し、
電圧検出手段は、第３スイッチ手段を介して容量手段の
電池電圧を検出する。

【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ＤＣ４０
０Ｖ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ＤＣ２
００Ｖ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】さらに、好ましくは、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
する。

【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、第１スイッチ手段および第２スイッチ手段の
スイッチ手段直列接続間の一対の配線にそれぞれ、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４１，４
２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ＤＣ２０
０Ｖ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３
１１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３１７
ａ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３
１３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ＥＣＵ
４が駆動し、組電池２の出力両端側にあるスイッチ４
１，４２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２
１ａ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２
１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３
１２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Ｃ
ｂ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、ＤＣ４００
Ｖ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３１
２との直列回路を設けたため、オフ時のスイッチ手段３
１１，３１２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３
１２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３
１２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３
１２の各寄生容量を一致させれば、耐圧としてＤＣ２０
０Ｖ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（Ｉ
Ｃ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３１８
ａ，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３１
２）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〜８
０Ｖ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３１
４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ＤＣ４００
Ｖ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３
１３、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３
１１とスイッチ手段３２０との間の一対の配線３２１
ａ，３２１ｂに対してそれぞれ、所定の電池ブロック２
１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ＥＣＵ３１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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者槙一郎静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内 (72)発明者湯田平裕文静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB11 CB12 CC01 CC04 CC07 CC12 CC16 CC19 CC24 CC27 CD10 2G035 AA12 AA16 AA17 AB03 AC01 AC15 AD04 AD10 AD17 AD28 AD46 AD65 5G003 BA03 EA05 EA06 FA06 GB06 5H030 AA00 AS08 FF22 FF42 FF44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電池ブロックからなる組電池の電
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
線に接続する複数の第１スイッチ手段と、該一対の配線
を介して該電池ブロック毎の電池電圧を検出する電圧検
出手段と、該一対の配線の途中にそれぞれ設けられ、該
一対の配線にそれぞれ並列接続された各複数の第１スイ
ッチ手段とそれぞれ直列接続する各第２スイッチ手段と
を備えた積層電圧計測装置。
【請求項２】複数の電池ブロックからなる組電池と、
該複数の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複数の第１スイッチ手段と、該
一対の配線を介して該電池ブロック毎の電池電圧を検出
する電圧検出手段と、該一対の配線の途中にそれぞれ設
けられ、該一対の配線にそれぞれ並列接続された各複数
の第１スイッチ手段とそれぞれ直列接続する各第２スイ
ッチ手段とを備えた積層電圧計測装置。
【請求項３】前記一対の配線間に設けられ、前記第１
スイッチ手段および第２スイッチ手段を介して電池ブロ
ック毎の電池電圧を蓄積する容量手段と、該容量手段に
蓄積された電池電圧をオンオフする第３スイッチ手段と
を有し、前記電圧検出手段は、該第３スイッチ手段を介
して該容量手段の電池電圧を検出する請求項１または２
記載の積層電圧計測装置。
【請求項４】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３記載の
積層電圧計測装置。
【請求項５】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１〜４の
何れかに記載の積層電圧計測装置。
【請求項６】前記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とする請求項１〜５の何れかに記載の積層電圧計
測装置。
【請求項７】前記第１スイッチ手段および第２スイッ
チ手段のスイッチ手段直列接続間の一対の配線にそれぞ
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１〜６の何れかに記載
の積層電圧計測装置。