JP2005265777A

JP2005265777A - スイッチ制御装置及び当該方法、並びに、電圧測定装置

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Publication number: JP2005265777A
Application number: JP2004082613A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishikawa; 聡石川; Koichi Yamamoto; 光一山本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-09-29
Also published as: US20050206364A1

Abstract

【課題】組電池を構成する単位セルの両端電圧の測定精度向上を図ることができるスイッチング制御装置及び当該方法、並びに、上記スイッチング制御装置を組み込んだ電圧測定装置を提供する。
【解決手段】コンデンサＣには、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)のオンオフによって、組電池を構成する複数の単位セルＶ₁〜Ｖ_nが順次接続される。ロジック回路が、コンデンサＣの両端の各々と、電圧測定回路１０との間に設けられた２つの測定スイッチＳ₂₁、Ｓ₂₂のうち、測定スイッチＳ₂₁の方を先にオンした後に、測定スイッチＳ₂₂をオンする。電圧測定回路１０の測定スイッチＳ₂₂がオンしたタイミングで、コンデンサＣの両端電圧の測定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサの両端の各々と、コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御装置及び当該方法、並びに、上記スイッチ制御装置を備えた電圧測定装置に関するものである。

上述したコンデンサの両端電圧を測定する電圧測定装置として、例えば、図１に示す組電池の電圧測定装置が提案されている（例えば特許文献１、２）。この電圧測定装置は、コンデンサを介して、組電池を構成する単位セルの両端電圧を個別に測定するための装置である。

同図に示すように、組電池の電圧測定装置は、車両に搭載され、直列に接続された複数の単位セルＶ₁〜Ｖ_nと、この単位セルＶ₁〜Ｖ_nに対して１つのコンデンサＣと、上記単位セルＶ₁〜Ｖ_nの各両端を上記コンデンサＣの両端に順次接続するための複数の切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)とを備えている。なお、図１において単位セルＶ₁〜Ｖ_nはそれぞれ一つのバッテリから構成されている。

電圧測定装置はまた、コンデンサＣの両端電圧を測定する電圧測定回路１０と、コンデンサの両端の各々−上記電圧測定回路１０間に設けられた測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂とを備えている。上述した電圧測定回路１０は、組電池とは異なる電源から電源供給を受けて動作する回路であり、組電池とは絶縁を図る必要がある。

上述した構成の電圧測定装置によれば、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)のオンオフを制御することにより、単位セルＶ₁〜Ｖ_nの両端をコンデンサＣに順次接続して、充電する。そして、充電する毎に、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)を全てオフして、組電池とコンデンサＣとを切り離した状態で、測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂をオンして、単位セルＶ₁〜Ｖ_nの両端電圧に応じた値となっているコンデンサＣの両端電圧を電圧測定回路１０によって測定する。

このように、コンデンサＣを介して単位セルＶ₁〜Ｖ_nの両端電圧を個別に測定することにより、組電池と電圧測定回路１０との絶縁を図りつつ、測定が行えるようになる。
特開平１１−２４８７５５号公報特開２００２−１５６３９２号公報

上述した電圧測定装置においては、図１に示すように、単位セルＶ₁〜Ｖ_n−電圧測定回路１０のグランド間に生じる浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)や、単位セルＶ₁〜Ｖ_n−コンデンサＣの一端間に生じる浮遊容量Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)などを持っている。このため、従来の電圧測定装置では、以下に示すような問題点が生じる。

問題点を、図５に示すタイムチャートを参照して説明する。今、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)のオンオフにより、コンデンサＣが充電され、コンデンサＣの両端電圧が任意の単位セルＶ_mの両端電圧に応じた被測定電圧Ｖｃとなっていたとする（図５（ｃ）参照）。この状態で、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)をオフして、測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂を同時にオンすると（図５（ａ）、（ｂ）参照）、コンデンサＣと電圧測定回路１０とが接続される。

この接続により、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側の電位が、電圧測定回路１０側の電位より高くなると、単位セルＶ₁〜Ｖ_nから電圧測定回路１０に向かって、上述した浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜_Q3(n+1)を介して電流が流れる。

この電流に伴って、図５（ｃ）に示すように、コンデンサＣの両端には、スイッチングノイズが発生し、その両端電圧は被測定電圧Ｖｃより高い値となってしまう。ただし、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側の電位が、電圧測定回路１０側の電位より低い場合は、電圧測定回路１０から単位セルＶ₁〜Ｖ_nに向かって、電流が流れるため、図中一点鎖線に示すように、コンデンサＣの両端には、被測定電圧Ｖｃより低くなるスイッチングノイズが発生する。

その後、上記電流により、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)が充電され、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側と、電圧測定回路１０側との電位が等しくなると、電流も停止し、コンデンサＣの両端電圧も被測定電圧Ｖｃに一瞬戻るが、今度は、電圧測定回路１０の内部抵抗によりコンデンサＣの両端電圧が放電され、両端電圧が被測定電圧Ｖｃから徐々に下がり始める。

従って、任意の単位セルＶ_mの両端電圧に応じた被測定電圧Ｖｃを測定するためには、コンデンサＣの両端電圧が被測定電圧Ｖｃに戻った一瞬を測定しなければならなかった。しかしながら、この一瞬を捉えることは困難であり、従来の電圧測定装置では、正確な被測定電圧Ｖｃを測定することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、組電池を構成する単位セルの両端電圧の測定精度向上を図ることができるスイッチング制御装置及び当該方法、並びに、上記スイッチング制御装置を組み込んだ電圧測定装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、組電池を構成する複数の単位セルが順次接続されるコンデンサの両端の各々と、前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御装置であって、前記２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンすることを特徴とするスイッチ制御装置に存する。

請求項２記載の発明は、組電池を構成する複数の単位セルが順次接続されるコンデンサの両端の各々と、前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御方法であって、前記２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンすることを特徴とするスイッチ制御方法に存する。

請求項１及び２記載の発明によれば、コンデンサの両端の各々と、電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンする。従って、コンデンサの両端が、単位セルの両端電圧に応じた被測定電圧を示している状態で、一方のスイッチをオンして、コンデンサと電圧測定手段とを接続すると、組電池と電圧測定手段との間に電位差があった場合は、その間に発生した浮遊容量を通じて電流が流れる。この電流により浮遊容量が充電され、組電池と電圧測定手段との電位差が等しくなると、電流も停止する。その後、他方のスイッチがオンしても、浮遊容量を通じて電流が流れることはなく、コンデンサの両端に浮遊容量に流れる電流によってノイズが発生してしまうことがない。このため、他方のスイッチがオンした時点では、コンデンサの両端電圧は被測定電圧となっているので、この時点でコンデンサの両端電圧を測定すれば、正確な被測定電圧を測定することができる。しかも、２つのスイッチを同時にオンしないので、スイッチ動作に伴うスイッチングノイズの影響も低減できる。

請求項３記載の発明は、組電池を構成する複数の単位セルが順次接続されるコンデンサと、前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記コンデンサの両端の各々−前記電圧測定手段間に設けられた２つのスイッチと、前記２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段とを備えた電圧測定装置であって、前記スイッチ制御手段は、前記２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンし、前記電圧測定手段は、前記他方のスイッチがオンしたタイミングで、前記コンデンサの両端電圧の測定を行うことを特徴とする電圧測定装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、コンデンサには、組電池を構成する複数の単位セルが順次接続される。スイッチ制御手段が、コンデンサの両端の各々と、電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンする。電圧測定手段が、他方のスイッチがオンしたタイミングで、コンデンサの両端電圧を測定する。従って、コンデンサの両端が、単位セルの両端電圧に応じた被測定電圧を示している状態で、一方のスイッチをオンして、コンデンサと電圧測定手段とを接続すると、組電池と電圧測定手段との間に電位差があった場合は、その間に発生した浮遊容量を通じて電流が流れる。この電流により浮遊容量が充電され、組電池と電圧測定手段との電位差が等しくなると、電流も停止する。その後、他方のスイッチがオンしても、浮遊容量を通じて電流が流れることはなく、コンデンサの両端に浮遊容量に流れる電流によってノイズが発生してしまうことがない。このため、他方のスイッチがオンした時点では、コンデンサの両端電圧は被測定電圧となっているので、この時点でコンデンサの両端電圧を測定すれば、正確な被測定電圧を測定することができる。しかも、２つのスイッチを同時にオンしないので、スイッチ動作に伴うスイッチングノイズの影響も低減できる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の電圧測定装置であって、前記先にオンする一方のスイッチに接続されるコンデンサの一端と、前記電圧測定手段のグランドとの間に設けたフィルタをさらに備えたことを特徴とする電圧測定装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、先にオンする一方のスイッチに接続されるコンデンサの一端と、電圧測定手段のグランドとの間にフィルタを設ける。従って、このフィルタにより一方のスイッチがオンしたときのスイッチングノイズを抑制することができる。

以上説明したように請求項１、２及び３記載の発明によれば、コンデンサの両端が、単位セルの両端電圧に応じた被測定電圧を示している状態で、一方のスイッチをオンして、コンデンサと電圧測定手段とを接続すると、組電池と電圧測定手段との間に電位差があった場合は、その間に発生した浮遊容量を通じて電流が流れる。この電流により浮遊容量が充電され、組電池と電圧測定手段との電位差が等しくなると、電流も停止する。その後、他方のスイッチがオンしても、浮遊容量を通じて電流が流れることはなく、コンデンサの両端電圧が浮遊容量に流れる電流によって変動してしまうことがない。このため、他方のスイッチがオンした時点では、コンデンサの両端電圧は被測定電圧となっているので、この時点でコンデンサの両端電圧を測定すれば、正確な被測定電圧を測定することができる。しかも、２つのスイッチを同時にオンしないので、スイッチ動作に伴うスイッチングノイズの影響も低減できるので、組電池を構成する単位セルの両端電圧の測定精度向上を図ることができるスイッチング制御装置及び当該方法、並びに、電圧測定装置を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、このフィルタにより一方のスイッチがオンしたときのスイッチングノイズを抑制することができるので、より一層、組電池を構成する単位セルの両端電圧の測定精度向上を図ることができる電圧測定装置を得ることができる。

第１実施形態
以下、本発明のスイッチ制御装置及び当該方法、並びに、電圧測定装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のスイッチ制御方法を実施した電圧測定装置の第１実施形態を示す回路図である。同図に示すように、電圧測定回路は、単位セルＶ₁〜Ｖ_nが複数直列に接続された組電池に対して、一つのコンデンサＣを備えている。

また、電圧測定回路は、上記単位セルＶ₁〜Ｖ_nの各両端を上記コンデンサＣの両端に順次接続するための複数の切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)とを備えている。切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)は、ｎ個の単位セルＶ₁〜Ｖ_nに対して、（ｎ＋１）個設けられている。

また、コンデンサＣの両端は、測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂（請求項中の２つのスイッチに相当）を介して、コンデンサＣの両端電圧を測定する電圧測定回路１０（請求項中の電圧測定手段に相当）に接続されている。なお、上述した切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)、測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂は、図示しないロジック回路によってオンオフが制御されている。これにより、このロジック回路が請求項中のスイッチ制御装置、スイッチ制御手段として働くことがわかる。

上述した電圧測定回路においては、単位セルＶ₁〜Ｖ_n−電圧測定回路１０のグランド間に生じる浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)や、単位セルＶ₁〜Ｖ_n−コンデンサＣの一端間に生じる浮遊容量Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)などを持っている。

上述した構成の電圧測定回路の動作について、図２のタイムチャートを参照して以下説明する。まず、図示しないロジック回路は、切替スイッチＳ₁₁及びＳ₁₂をオンして、単位セルＶ₁の両端をコンデンサＣの両端に接続する。これにより、コンデンサＣの両端電圧は、単位セルＶ₁の両端電圧に応じた被測定電圧Ｖｃとなる。次に、ロジック回路は、切替スイッチＳ₁₁及びＳ₁₂をオフにして、コンデンサＣと組電池とを切り離した後、測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂のうち、測定スイッチＳ₂₂（請求項中の一方のスイッチに相当）を先にオンする（図２（ａ）参照）。

測定スイッチＳ₂₂のオンにより、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側の電位が、電圧測定回路１０側の電位より高くなると、単位セルＶ₁〜Ｖ_nから電圧測定回路１０に向かって、上述した浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜_Q3(n+1)を介して電流が流れる。

この電流に伴って、図２（ｃ）に示すように、コンデンサＣの両端に、スイッチングノイズが発生し、被測定電圧Ｖｃより高い値となってしまう。ただし、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜_Q3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側の電位が、電圧測定回路１０側の電位より低い場合は、電圧測定回路１０から単位セルＶ₁〜Ｖ_nに向かって、電流が流れるため、図中一点鎖線に示すように、被測定電圧Ｖｃより低いスイッチングノイズが発生する。

その後、上記電流により、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)が充電され、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側と、電圧測定回路１０側との電位が等しくなると、電流も停止し、コンデンサＣの両端電圧も被測定電圧Ｖｃに戻る。

次に、ロジック回路は、測定スイッチＳ₂₁（請求項中の他方のスイッチに相当）をオンする。電圧測定回路１０は、測定スイッチＳ₂₁がオンしたタイミングで、コンデンサＣの両端電圧を測定し、その結果を出力端子Ｔから出力する。上述した測定スイッチＳ₂₁のオンにより、すでに浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)の単位セルＶ₁〜Ｖ_n側と、電圧測定回路１０側との電位が等しくなっているため、測定スイッチＳ₂₁をオンしても、浮遊容量Ｑ₁₁〜Ｑ_1(n+1)、Ｑ₂₁〜Ｑ_2(n+1)、Ｑ₃₁〜Ｑ_3(n+1)を介して電流が流れることがない。

これにより、図２（ｃ）に示すように、測定スイッチＳ₂₁をオンすると、コンデンサＣの両端電圧は、スイッチングノイズが発生することなく、電圧測定回路１０の内部抵抗の影響により、被測定電圧Ｖｃから徐々に下がり始める。

従って、上述したように、後にオンされる測定スイッチＳ₂₁をオンしたタイミングでコンデンサＣの両端電圧を測定すれば、正確に被測定電圧Ｖｃを測定することができる。しかも、２つの測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂を同時にオンしないので、スイッチ動作に伴うスイッチングノイズも低減することができる。このため、組電池を構成する単位セルＶ₁〜Ｖ_nの両端電圧の測定精度向上を図ることができる。

ロジック回路は、以下同様に切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)をオンオフして、単位セルＶ₂〜Ｖ_nの両端を順次コンデンサＣに接続して、コンデンサＣを充電する。そして、充電する毎に、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)をオフすると共に、測定スイッチＳ₂₂→測定スイッチＳ₂₁の順にオンする。電圧測定回路１０は、測定スイッチＳ₂₁がオンする毎に、コンデンサＣの両端電圧を測定し、その結果を出力端子Ｔから出力する。

第２実施形態
以下、第２実施形態における本発明のスイッチ制御装置及び当該方法、並びに、電圧測定装置を、図面に基づいて説明する。図３は、本発明のスイッチ制御方法を施した電圧測定装置の第２実施形態を示す回路図である。なお、図１について、上述した回路と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

同図に示すように、電圧測定装置は、上述した単位セルＶ₁〜Ｖ_n、切替スイッチＳ₁₁〜Ｓ_1(n+1)、コンデンサＣ、電圧測定回路１０及び測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂に加えて、先にオンする測定スイッチＳ₂₁とグランドとの間に設けたローパスフィルタＦを備えている。このローパスフィルタＦは、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコンデンサＣ２から構成されている。

このように、コンデンサＣの先にオンする測定スイッチＳ₂₁側の一端とグランドとの間にローパスフィルタＦを設けることにより、図４に示すように、測定スイッチＳ₂₁がオンしても、ローパスフィルタＦの時定数に応じて緩慢な応答になり、スイッチングノイズを抑制することができ、これにより一層電圧測定精度の向上を図ることができる。

なお、上述した第２実施形態では、測定スイッチＳ２１より電圧測定回路１０側にローパスフィルタＦを設けていたが、測定スイッチＳ２１よりコンデンサ側にローパスフィルタＦを設けても同様の効果を得ることができる。

本発明のスイッチ制御方法を実施した電圧測定装置の第１実施形態を示す回路図である。図１に示す電圧測定装置において、本発明のスイッチ制御方法を実施したときの測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂のオンオフ、コンデンサＣの両端電圧のタイムチャートである。本発明のスイッチ制御方法を実施した電圧測定装置の第２実施形態を示す回路図である。図３に示す電圧測定装置において、本発明のスイッチ制御方法を実施したときの測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂のオンオフ、コンデンサＣの両端電圧のタイムチャートである。図１に示す電圧測定装置において、従来のスイッチ制御方法を実施したときの測定スイッチＳ₂₁及びＳ₂₂のオンオフ、コンデンサＣの両端電圧のタイムチャートである。

符号の説明

Ｖ₁〜Ｖ_n 単位セル
Ｃコンデンサ
１０電圧測定回路（電圧測定手段、電圧測定装置）
Ｓ₂₁ 測定スイッチ（一方のスイッチ）
Ｓ₂₂ 測定スイッチ（他方のスイッチ）
Ｆローパスフィルタ（フィルタ）

Claims

組電池を構成する複数の単位セルが順次接続されるコンデンサの両端の各々と、前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御装置であって、
前記２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンすることを特徴とするスイッチ制御装置。
組電池を構成する複数の単位セルが順次接続されるコンデンサの両端の各々と、前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段との間に設けられた２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御方法であって、
前記２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンすることを特徴とするスイッチ制御方法。
組電池を構成する複数の単位セルが順次接続されるコンデンサと、前記コンデンサの両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記コンデンサの両端の各々−前記電圧測定手段間に設けられた２つのスイッチと、前記２つのスイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段とを備えた電圧測定装置であって、
前記スイッチ制御手段は、前記２つのスイッチの何れか一方を先にオンした後に、他方のスイッチをオンし、
前記電圧測定手段は、前記他方のスイッチがオンしたタイミングで、前記コンデンサの両端電圧の測定を行うことを特徴とする電圧測定装置。
請求項３記載の電圧測定装置であって、
前記先にオンする一方のスイッチに接続されるコンデンサの一端と、前記電圧測定手段のグランドとの間に設けたフィルタをさらに備えたことを特徴とする電圧測定装置。