JP2008082731A - 積層電圧検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないスイッチ制御信号で高精度に且つ短時間で複数の電圧源の電圧をそれぞれ検出することができる積層電圧検出装置を提供する。
【解決手段】読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５をそれぞれ遮断状態にすると共に充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５をそれぞれ接続状態にすることによりコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれ対応する単位電池Ｅ１〜Ｅ４で充電されると、充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５をそれぞれ遮断状態にしてコンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧を保持し、この状態で、読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５をそれぞれ接続状態にして直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５の電位をＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で計測する。Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１で得られた電位により単位電池Ｅ１の電圧が検出され、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２〜Ａ／Ｄ４で得られた電位とＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ３で得られた電位とのそれぞれの差分により単位電池Ｅ２〜Ｅ４の電圧が検出される。
【選択図】図１

Description

この発明は、積層電圧検出装置に係り、特に互いに直列接続された複数の電圧源の電圧をそれぞれ検出する装置に関する。

一般に、電気自動車等では、多数の電圧源（二次電池）を直列接続して数１００Ｖの高圧の組電池を構成し、これを電源として使用している。このような組電池にあっては、各電圧源の保護管理等のために各電圧源の電圧を監視する必要がある。
このように直列接続された複数の電圧源の電圧をそれぞれ検出する装置としてフライング・キャパシタ方式による回路が知られている。各電圧源にそれぞれ第１のアナログスイッチを介して対応するコンデンサを接続すると共にこれらコンデンサに複数の第２のアナログスイッチを有するマルチプレクサを介して共通のＡ／Ｄ変換器を接続する。マルチプレクサを遮断状態として第１のアナログスイッチをそれぞれ導通させることにより、各電圧源の電圧をそれぞれ対応するコンデンサに充電し、次に第１のアナログスイッチをそれぞれ遮断状態としてマルチプレクサの第２のアナログスイッチを順次走査することにより各コンデンサの電圧が順次Ａ／Ｄ変換器で計測される。

これにより各電圧源の電圧を計測することができるが、多数のアナログスイッチを必要とするため、例えば特許文献１には、回路構成を簡素化する目的で、各電圧源に一対のマルチプレクサを介して共通のコンデンサを接続し、コンデンサにコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを介してＡ／Ｄ変換器を接続した回路が開示されている。一対のマルチプレクサを走査することにより、各電圧源の電圧を順次共通のコンデンサに充電し、双方のマルチプレクサを遮断状態としてコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを導通させることによりコンデンサの電圧がＡ／Ｄ変換器で計測される。

特開平１１−２４８７５５号公報

しかしながら、特許文献１の回路では、共通のコンデンサに各電圧源の電圧を順次充電するため、奇数番目の電圧源と偶数番目の電圧源とでは電圧を充電する際にコンデンサに印加される電圧の極性が逆転することとなる。このため、極性を反転する極性補正手段が用いられており、その結果、測定精度の低下を来すおそれがあった。
また、コンデンサに電圧が印加される毎にその極性が逆転するため、コンデンサへの充電時間が長くかかり、組電池全体の計測時間が長大化するという問題があった。
さらに、一対のマルチプレクサ内のアナログスイッチのオン／オフを個別に切り替えていくため、アナログスイッチの個数と同じだけのスイッチ制御信号が必要となり、アナログスイッチの制御が複雑となると共にＩ／Ｏポートの多いＣＰＵを使用するか、外部にデコード回路等を設置する必要が生じてしまう。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、少ないスイッチ制御信号で高精度に且つ短時間で複数の電圧源の電圧をそれぞれ検出することができる積層電圧検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る積層電圧検出装置は、互いに直列接続されたｎ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出する積層電圧検出装置において、ｎ個の電圧源にそれぞれ対応するｎ個のコンデンサが互いに直列接続され且つｎ個のコンデンサからそれぞれ引き出されたｎ＋１個の端子を有する直列コンデンサ回路と、ｎ個の電圧源にそれぞれ対応するｎ個のＡ／Ｄ変換器と、ｎ個の電圧源からそれぞれ引き出されたｎ＋１個の端子と直列コンデンサ回路のｎ＋１個の端子との間を接続／遮断するｎ＋１個の充電用アナログスイッチと、直列コンデンサ回路のｎ＋１個の端子のうち特定のｎ個の端子とｎ個のＡ／Ｄ変換器との間を接続／遮断すると共に残りの１個の端子と基準電位との間を接続／遮断するｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチとを備えており、ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチをそれぞれ遮断状態にすると共にｎ＋１個の充電用アナログスイッチをそれぞれ接続状態にすることによりｎ個のコンデンサをそれぞれ対応するｎ個の電圧源で充電した後、ｎ＋１個の充電用アナログスイッチをそれぞれ遮断状態にすると共にｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチをそれぞれ接続状態にしてｎ個のＡ／Ｄ変換器により直列コンデンサ回路の前記特定のｎ個の端子の電位をそれぞれ測定し、これらの電位に基づいてｎ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出するものである。
ここで、「積層電圧」とは、直列接続された複数の電圧源の電圧のことをいうものとする。

なお、数ｎは、各電圧源の設定電圧Ｖｂに対する各Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧Ｖｍａｘの比Ｖｍａｘ／Ｖｂにより得られる値以下の整数に設定すればよい。
また、ｎ個のＡ／Ｄ変換器とこれらのＡ／Ｄ変換器に対応するｎ個の読み出し用アナログスイッチとの間にそれぞれ接続されたｎ個の分圧回路をさらに備えることができる。この場合には、数ｎは、各電圧源の設定電圧Ｖｂと各分圧回路の分圧比ｒとの積（ｒ・Ｖｂ）に対する各Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧Ｖｍａｘの比Ｖｍａｘ／（ｒ・Ｖｂ）により得られる値以下の整数に設定すればよい。

なお、互いに直列接続されたｎ×ｋ個の電圧源に対して、ｎ個の電圧源とこれらの電圧源のｎ＋１個の端子に一端が接続されたｎ＋１個の充電用アナログスイッチとを１ユニットとしてｋ個のユニットを形成し、各ユニットのｎ＋１個の充電用アナログスイッチの他端を直列コンデンサ回路のｎ＋１個の端子にそれぞれ接続し、ｋ個のユニットを順次選択し、選択されたユニットのｎ＋１個の充電用アナログスイッチとｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチを操作してこの選択されたユニットのｎ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出することにより、ｎ×ｋ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出するようにしてもよい。
この場合、直列コンデンサ回路のｎ個のコンデンサにそれぞれ並列に接続されたｎ個のリセット用アナログスイッチをさらに備え、選択されたユニットのｎ個の電圧源の電圧検出が完了した後、ｎ個のリセット用アナログスイッチをそれぞれ接続状態にすることによりｎ個のコンデンサをそれぞれ放電させてから次のユニットを選択することもできる。

さらに、互いに直列接続されたｎ×ｋ×ｍ個の電圧源に対してｋ個のユニットと直列コンデンサ回路とｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチとを１ブロックとしてｍ個のブロックを形成し、各ブロックのｎ×ｋ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出することにより、ｎ×ｋ×ｍ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出するようにしてもよい。
この場合、各ブロックに対応してそれぞれｎ個のＡ／Ｄ変換器を備え、各ブロックのｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチのうち直列コンデンサ回路の前記特定のｎ個の端子に一端が接続されたｎ個の読み出し用アナログスイッチの他端がそのブロックに対応するｎ個のＡ／Ｄ変換器にそれぞれ接続された構成とすることができる。あるいは、各ブロックのｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチのうち直列コンデンサ回路の前記特定のｎ個の端子に一端が接続されたｎ個の読み出し用アナログスイッチの他端がｎ個のＡ／Ｄ変換器にそれぞれ接続された構成とし、ｍ個のブロックを順次選択して選択されたブロックのｎ×ｋ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出してもよい。

この発明によれば、ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチをまとめて制御するスイッチ制御信号とｎ＋１個の充電用アナログスイッチをまとめて制御するスイッチ制御信号の２つの制御信号のみでｎ個のコンデンサをそれぞれ対応するｎ個の電圧源で充電すると共にｎ個のＡ／Ｄ変換器でｎ個のコンデンサの電位をそれぞれ測定するので、少ないスイッチ制御信号で高精度に且つ短時間で複数の電圧源の電圧をそれぞれ検出することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に実施の形態１に係る積層電圧検出装置の構成を示す。４つの単位電池Ｅ１〜Ｅ４が互いに直列接続されて１つの組電池を形成している。各単位電池Ｅ１〜Ｅ４の両端から引き出された５つの端子にそれぞれ保護抵抗Ｒを介して充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５の一端が接続されている。４つの単位電池Ｅ１〜Ｅ４にそれぞれ対応する４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４が互いに直列接続されて直列コンデンサ回路１を形成しており、充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５の他端は、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４の両端から引き出された５つの端子Ａ１〜Ａ５にそれぞれ接続されている。直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５はそれぞれ読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ５を介して制御部２内のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続され、直列コンデンサ回路１の残りの端子Ａ１は読み出し用アナログスイッチＴ１を介して基準電位となるグラウンドに接続されている。

制御部２は、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続されたＣＰＵ３を備えており、このＣＰＵ３から充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５に充電制御信号ＣＨが、読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５に読み出し制御信号ＲＥがそれぞれ出力されるように構成されている。５つの充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５は、ＣＰＵ３から出力される充電制御信号ＣＨがハイレベルのときには同時に接続状態となり、ローレベルのときには同時に遮断状態となる。同様に、５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５は、ＣＰＵ３から出力される読み出し制御信号ＲＥがハイレベルのときには同時に接続状態となり、ローレベルのときには同時に遮断状態となる。

次に、この実施の形態１の動作について説明する。まず、制御部２のＣＰＵ３からローレベルの読み出し制御信号ＲＥが出力されて５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５がそれぞれ遮断状態とされる。この状態で、ＣＰＵ３からハイレベルの充電制御信号ＣＨが出力され、５つの充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５がそれぞれ接続状態となる。これにより、直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれ対応する単位電池Ｅ１〜Ｅ４に接続されて充電される。

コンデンサＣ１〜Ｃ４が十分に充電されると、ＣＰＵ３から出力されていたハイレベルの充電制御信号ＣＨがローレベルとされ、５つの充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５がそれぞれ遮断状態となってコンデンサＣ１〜Ｃ４にそれぞれ対応する単位電池Ｅ１〜Ｅ４の電圧が保持される。この状態で、ＣＰＵ３から出力されていたローレベルの読み出し制御信号ＲＥがハイレベルとされ、５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５がそれぞれ接続状態となる。これにより、直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５がそれぞれ読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ５を介して制御部２内のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続され、これらの端子Ａ２〜Ａ５の電位がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で計測される。

このとき、直列コンデンサ回路１の残りの端子Ａ１は接続状態の読み出し用アナログスイッチＴ１を介してグラウンドに接続されるため、直列コンデンサ回路１の端子Ａ２の電位は単位電池Ｅ１の電圧Ｖ１を表すこととなる。同様に、端子Ａ３の電位は単位電池Ｅ１の電圧Ｖ１と単位電池Ｅ２の電圧Ｖ２との和を表し、端子Ａ４の電位は単位電池Ｅ１の電圧Ｖ１と単位電池Ｅ２の電圧Ｖ２と単位電池Ｅ３の電圧Ｖ３との和を表し、端子Ａ５の電位は単位電池Ｅ１の電圧Ｖ１と単位電池Ｅ２の電圧Ｖ２と単位電池Ｅ３の電圧Ｖ３と単位電池Ｅ４の電圧Ｖ４との和を表している。

そこで、制御部２のＣＰＵ３は、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１で得られた電位により単位電池Ｅ１の電圧Ｖ１を、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２で得られた電位とＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１で得られた電位との差分により単位電池Ｅ２の電圧Ｖ２を、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ３で得られた電位とＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２で得られた電位との差分により単位電池Ｅ３の電圧Ｖ３を、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ４で得られた電位とＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ３で得られた電位との差分により単位電池Ｅ４の電圧Ｖ４を、それぞれ検出することができる。

この実施の形態１によれば、充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５と読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５の計１０個のアナログスイッチを用い、充電制御信号ＣＨと読み出し制御信号ＲＥの２つの制御信号のみで４つの単位電池Ｅ１〜Ｅ４の電圧を検出することが可能となる。
なお、上述した特許文献１の回路で用いられたような極性補正手段が不要のため、検出測定が低下することはない。
また、４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４を同時に充電すると共に直列コンデンサ回路１の端子Ａ２〜Ａ５の電位をＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で同時に計測するため、極めて短時間に単位電池Ｅ１〜Ｅ４の電圧検出が行われる。

なお、上述したように、直列コンデンサ回路１の端子Ａ５の電位は、組電池を形成する単位電池Ｅ１〜Ｅ４の電圧の和に相当するため、各Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４の最大入力電圧をＶｍａｘ、各単位電池Ｅ１〜Ｅ４の設定電圧をＶｂとしたとき、組電池を形成する単位電池の個数ｎは、比Ｖｍａｘ／Ｖｂにより得られる値以下の整数に設定する必要がある。例えば、各単位電池の設定電圧Ｖｂが１．２５ｖ、各Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧Ｖｍａｘが５ｖである場合には、
ｎ≦Ｖｍａｘ／Ｖｂ＝５／１．２５＝４
から、単位電池の個数は最大４個となる。

実施の形態２
図２に実施の形態２に係る積層電圧検出装置の構成を示す。実施の形態１では、４つの単位電池Ｅ１〜Ｅ４を直列接続させて１つの組電池を形成したが、この実施の形態２では、８つの単位電池Ｅ１〜Ｅ８を直列接続させて１つの組電池を形成している。各単位電池Ｅ１〜Ｅ８の両端から引き出された９つの端子にそれぞれ保護抵抗Ｒを介して充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ９の一端が接続されている。８つの単位電池Ｅ１〜Ｅ８にそれぞれ対応する８つのコンデンサＣ１〜Ｃ８が互いに直列接続されて直列コンデンサ回路４を形成しており、充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ９の他端は、８つのコンデンサＣ１〜Ｃ８の両端から引き出された９つの端子Ａ１〜Ａ９にそれぞれ接続されている。直列コンデンサ回路４の特定の端子Ａ２〜Ａ９はそれぞれ読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ９を介してボルテージフォロアＦ１〜Ｆ８に接続され、さらに分圧回路Ｄ１〜Ｄ８を介して制御部５内のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８に接続されている。また、直列コンデンサ回路４の残りの端子Ａ１は読み出し用アナログスイッチＴ１を介して基準電位となるグラウンドに接続されている。

分圧回路Ｄ１〜Ｄ８は互いに等しい分圧比ｒを有しており、これにより、読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ９を接続状態としたときに直列コンデンサ回路４の特定の端子Ａ２〜Ａ９の電位が分圧比ｒで分圧された値となってそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８に入力することとなる。このため、各Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８の最大入力電圧をＶｍａｘ、各単位電池Ｅ１〜Ｅ８の設定電圧をＶｂとしたとき、組電池を形成する単位電池の個数ｎは、比Ｖｍａｘ／（ｒ・Ｖｂ）により得られる値以下の整数に設定すればよい。例えば、分圧回路の分圧比ｒが０．５、各単位電池の設定電圧Ｖｂが１．２５ｖ、各Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧Ｖｍａｘが５ｖである場合には、
ｎ≦Ｖｍａｘ／（ｒ・Ｖｂ）＝５／（１．２５×０．５）＝８
となり、単位電池の個数を最大８個まで増やすことができる。

制御部５のＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ８で得られた値をそれぞれ分圧比ｒで除することにより直列コンデンサ回路４の端子Ａ２〜Ａ９の電位を算出し、これらの電位から単位電池Ｅ１〜Ｅ８の電圧を求めることができる。
なお、分圧回路Ｄ１〜Ｄ８の前段にボルテージフォロアＦ１〜Ｆ８が接続されているので、読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ９を接続状態としたときの分圧回路Ｄ１〜Ｄ８の分圧抵抗によるコンデンサＣ１〜Ｃ８の電圧低下が防止される。
この実施の形態２によれば、充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ９と読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ９の計１８個のアナログスイッチを用い、充電制御信号ＣＨと読み出し制御信号ＲＥの２つの制御信号のみで８つの単位電池Ｅ１〜Ｅ８の電圧を検出することが可能となる。

実施の形態３
図３に実施の形態３に係る積層電圧検出装置の構成を示す。この積層電圧検出装置は、直列接続された４０個の単位電池に対し、実施の形態１において直列接続された４つの単位電池Ｅ１〜Ｅ４とこれら単位電池Ｅ１〜Ｅ４の両端にそれぞれ保護抵抗Ｒを介して一端が接続された５つの充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５とをひとつのユニットＵとして、１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０を形成することにより、計４０個の単位電池の電圧をすべて検出するようにしたものである。

１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０に対して共通の直列コンデンサ回路１が配置され、各ユニットＵ１〜Ｕ１０の５つの充電用アナログスイッチの他端がそれぞれ直列コンデンサ回路１の端子Ａ１〜Ａ５に接続されている。直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５はそれぞれ読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ５を介して制御部７内のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続され、直列コンデンサ回路１の残りの端子Ａ１は読み出し用アナログスイッチＴ１を介して基準電位となるグラウンドに接続されている。
制御部７は、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続されたＣＰＵ８を備えており、このＣＰＵ８から各ユニットＵ１〜Ｕ１０の５つの充電用アナログスイッチにそれぞれ充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０が出力されると共に読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５に読み出し制御信号ＲＥが出力される。

図４のタイミングチャートを参照して、この実施の形態３の動作を説明する。まず、１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０から第１番目のユニットＵ１を選択するために、時刻ｔ１に、ＣＰＵ８からユニットＵ１にハイレベルの充電制御信号ＣＨ１が出力されると、時刻ｔ１から所要時間が経過した時刻ｔ２にユニットＵ１の５つの充電用アナログスイッチが接続状態になる。なお、このとき、ＣＰＵ８から他のユニットＵ２〜Ｕ１０に出力される充電制御信号ＣＨ２〜ＣＨ１０はいずれもローレベルとなっており、これらユニットＵ２〜Ｕ１０の充電用アナログスイッチはすべて遮断状態になっている。また、読み出し制御信号ＲＥもローレベルとなっており、読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５は遮断状態になっている。

これにより、時刻ｔ２から直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれユニットＵ１の対応する単位電池に接続されて充電が開始される。コンデンサＣ１〜Ｃ４が十分に充電された時刻ｔ３に充電制御信号ＣＨ１がローレベルとされ、所定のデッドタイムを経た時刻ｔ４に読み出し制御信号ＲＥがハイレベルとされる。その結果、時刻ｔ４から所要時間が経過した時刻ｔ５に５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５が接続状態になる。このため、直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５がそれぞれ読み出し用アナログスイッチＴ２〜Ｔ５を介して制御部７内のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続され、時刻ｔ６までにこれらの端子Ａ２〜Ａ５の電位がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で計測され、実施の形態１で述べたようにユニットＵ１の４つの単位電池の電圧が検出される。

時刻ｔ６から所定のデッドタイムを経た時刻ｔ７に、今度はＣＰＵ８からユニットＵ２にハイレベルの充電制御信号ＣＨ２が出力されて第２番目のユニットＵ２が選択される。ユニットＵ１と同様にして、直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれユニットＵ２の対応する単位電池で充電され、直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５の電位がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で計測され、ユニットＵ２の４つの単位電池の電圧が検出される。

このようにして、ユニットＵ１〜Ｕ１０を順次選択し、選択されたユニットの５つの充電用アナログスイッチと５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５を操作してこの選択されたユニットの４つの単位電池の電圧をそれぞれ検出することにより、ユニットＵ１〜Ｕ１０の計４０個の単位電池をそれぞれ検出することができる。
この実施の形態３によれば、ユニットＵ１〜Ｕ１０の充電用アナログスイッチと読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５の計５５個のアナログスイッチを用い、充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０と読み出し制御信号ＲＥの１１個の制御信号のみで４０個の単位電池の電圧を検出することが可能となる。

なお、ユニットの個数ｋは、「１０」に限るものではなく、ＣＰＵ８から各ユニットに別個に充電制御信号を出力することができれば、任意の数とすることができる。
また、各ユニットとして、実施の形態１における４つの単位電池Ｅ１〜Ｅ４と５つの充電用アナログスイッチＳ１〜Ｓ５とを含んだものを用いたが、これに限るものではない。例えば、図２に示したように、分圧回路Ｄ１〜Ｄ８を用いることにより単位電池の個数ｎと充電用アナログスイッチの個数ｎ＋１個を増加させたユニットＵａを使用することもできる。

実施の形態４
図５に実施の形態４に係る積層電圧検出装置の構成を示す。この積層電圧検出装置は、図３に示した実施の形態３の装置において、直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４にそれぞれ並列にリセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４を接続したものである。

図６のタイミングチャートを参照して、この実施の形態４の動作を説明する。実施の形態３と同様に、時刻ｔ１にＣＰＵ８からハイレベルの充電制御信号ＣＨ１が出力されて第１番目のユニットＵ１が選択され、直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれユニットＵ１の対応する単位電池で充電され、直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５の電位がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で計測されるが、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４での計測が完了した時刻ｔ６にＣＰＵ８からハイレベルのクリア信号ＣＬがリセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４に出力される。

これにより、４つのリセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４が同時に接続状態となり、ユニットＵ１の対応する単位電池で充電されることにより直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４に蓄積されていた電荷がリセットされる。その後、時刻ｔ７にクリア信号ＣＬがローレベルにされてリセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４が遮断状態とされてから所定のデッドタイムを経た時刻ｔ８にＣＰＵ８からユニットＵ２にハイレベルの充電制御信号ＣＨ２が出力されて第２番目のユニットＵ２が選択される。

このように、選択されたユニットの単位電池の電圧検出が完了した後、リセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４をそれぞれ接続状態にすることにより４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４をそれぞれ放電させてから次のユニットを選択するので、測定精度の向上を図ることができると共に各ユニット内の断線を検知することも可能となる。
なお、リセット用アナログスイッチは、４つに限るものではなく、直列コンデンサ回路のコンデンサにそれぞれ並列に接続されていればよい。すなわち、直列コンデンサ回路のコンデンサの個数ｎと同数のリセット用アナログスイッチが必要となる。

実施の形態５
図７に実施の形態５に係る積層電圧検出装置の構成を示す。この積層電圧検出装置は、直列接続された１６０個の単位電池に対し、実施の形態３において用いられた１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０と直列コンデンサ回路１と５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５とをひとつのブロックＢとして、４つのブロックＢ１〜Ｂ４を形成することにより、計１６０個の単位電池の電圧をすべて検出するようにしたものである。

４つのブロックＢ１〜Ｂ４が制御部９に接続されている。制御部９は、第１のブロックＢ１に対応した４つのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４と、第２のブロックＢ２に対応した４つのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ５〜Ａ／Ｄ８と、第３のブロックＢ３に対応した４つのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ９〜Ａ／Ｄ１２と、第４のブロックＢ４に対応した４つのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１３〜Ａ／Ｄ１６とを有すると共に、これらのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ１６に接続されたＣＰＵ１０を備えている。ＣＰＵ１０から各ブロックＢ１〜Ｂ４にそれぞれ充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０が出力されると共に読み出し制御信号ＲＥが出力される。充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０は各ブロックＢ１〜Ｂ４の１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０の充電用アナログスイッチにそれぞれ入力され、読み出し制御信号ＲＥは各ブロックＢ１〜Ｂ４の読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５にそれぞれ入力される。

ＣＰＵ１０からハイレベルの充電制御信号ＣＨ１が出力されると、この充電制御信号ＣＨ１は各ブロックＢ１〜Ｂ４の第１番目のユニットＵ１にそれぞれ入力され、第１番目のユニットＵ１の５つの充電用アナログスイッチが接続状態になる。これにより、各ブロックＢ１〜Ｂ４の直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれ第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池で充電される。充電制御信号ＣＨ１をローレベルとした後、ＣＰＵ１０からハイレベルの読み出し制御信号ＲＥが出力されると、この読み出し制御信号ＲＥは各ブロックＢ１〜Ｂ４にそれぞれ入力され、各ブロックＢ１〜Ｂ４の５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５が接続状態になる。

このため、第１のブロックＢ１の直列コンデンサ回路１の特定の端子Ａ２〜Ａ５がそれぞれ制御部９内のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４に接続され、これらの端子Ａ２〜Ａ５の電位がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４で計測され、第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧が検出される。
同様にして、第２のブロックＢ２の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ５〜Ａ／Ｄ８を用いて検出され、第３のブロックＢ３の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ９〜Ａ／Ｄ１２を用いて検出され、第４のブロックＢ４の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧がＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１３〜Ａ／Ｄ１６を用いて検出される。

次に、ＣＰＵ１０からハイレベルの充電制御信号ＣＨ２を出力して各ブロックＢ１〜Ｂ４の第２番目のユニットＵ２を選択することにより、各ブロックＢ１〜Ｂ４の第２番目のユニットＵ２の４つの単位電池の電圧がそれぞれ検出される。
このようにして、ＣＰＵ１０から順次ハイレベルの充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０を出力して各ブロックＢ１〜Ｂ４の１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０を順次選択することにより、各ブロックＢ１〜Ｂ４内の４０個の単位電池の電圧が検出され、４つのブロックＢ１〜Ｂ４で計１６０個の単位電池の電圧をそれぞれ検出することができる。

この実施の形態５によれば、充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０と読み出し制御信号ＲＥの１１個の制御信号のみで１６０個の単位電池の電圧を検出することが可能となる。
なお、ブロックの個数ｍは「４」に限るものではないが、各ユニット内の単位電池の個数ｎと同数のＡ／Ｄ変換器を各ブロックに対応して制御部９に備える必要がある。
また、各ブロックとして、実施の形態３における１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０と直列コンデンサ回路１と５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５とを含んだものを用いたが、これに限るものではなく、例えば、図５に示したように、リセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４をさらに含んだブロックＢａを使用することもできる。

実施の形態６
図８に実施の形態６に係る積層電圧検出装置の構成を示す。この積層電圧検出装置は、図７に示した実施の形態５の装置において、１６個のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ１６を有する制御部９の代わりに、４つのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４を有する制御部１１を用いて、計１６０個の単位電池の電圧を検出するようにしたものである。

制御部１１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４は４つのブロックＢ１〜Ｂ４に共通に用いられる。制御部１１にはＣＰＵ１２が備えられ、ＣＰＵ１２から各ブロックＢ１〜Ｂ４にそれぞれ充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０が出力されると共に、第１のブロックＢ１に第１の読み出し制御信号ＲＥ１が出力され、第２のブロックＢ２に第２の読み出し制御信号ＲＥ２が出力され、第３のブロックＢ３に第３の読み出し制御信号ＲＥ３が出力され、第４のブロックＢ４に第４の読み出し制御信号ＲＥ４が出力される。充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０は各ブロックＢ１〜Ｂ４の１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０の充電用アナログスイッチにそれぞれ入力され、読み出し制御信号ＲＥ１〜ＲＥ４はそれぞれ対応するブロックＢ１〜Ｂ４の読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５にそれぞれ入力される。

ＣＰＵ１２からハイレベルの充電制御信号ＣＨ１が出力されると、この充電制御信号ＣＨ１は各ブロックＢ１〜Ｂ４の第１番目のユニットＵ１にそれぞれ入力され、第１番目のユニットＵ１の５つの充電用アナログスイッチが接続状態になる。これにより、各ブロックＢ１〜Ｂ４の直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４がそれぞれ第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池で充電される。充電制御信号ＣＨ１をローレベルとした後、ＣＰＵ１２からまずハイレベルの第１の読み出し制御信号ＲＥ１が出力されると、第１のブロックＢ１の５つの読み出し用アナログスイッチＴ１〜Ｔ５が接続状態になり、この第１のブロックＢ１の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧が制御部１１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４を用いて検出される。なお、このとき、第２〜第４の読み出し制御信号ＲＥ２〜ＲＥ４はそれぞれローレベルとなっている。

次に、第１の読み出し制御信号ＲＥ１をローレベルとした後、ＣＰＵ１２からハイレベルの第２の読み出し制御信号ＲＥ２が出力され、第２のブロックＢ２の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧が制御部１１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４を用いて検出される。同様にして、ＣＰＵ１２からハイレベルの第３の読み出し制御信号ＲＥ３及び第４の読み出し制御信号ＲＥ４を順次出力することにより、第３のブロックＢ３の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧及び第４のブロックＢ４の第１番目のユニットＵ１の４つの単位電池の電圧が順次制御部１１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４を用いて検出される。

次に、ＣＰＵ１２からハイレベルの充電制御信号ＣＨ２を出力して各ブロックＢ１〜Ｂ４の第２番目のユニットＵ２を選択することにより、各ブロックＢ１〜Ｂ４の直列コンデンサ回路１の４つのコンデンサＣ１〜Ｃ４をそれぞれ第２番目のユニットＵ２の４つの単位電池で充電する。ここで、ＣＰＵ１２からハイレベルの第１〜第４の読み出し制御信号ＲＥ１〜ＲＥ４を順次出力することにより、各ブロックＢ１〜Ｂ４の第２番目のユニットＵ２の４つの単位電池の電圧が順次制御部１１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４を用いて検出される。
このようにして、ＣＰＵ１２から順次ハイレベルの充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０を出力して各ブロックＢ１〜Ｂ４の１０個のユニットＵ１〜Ｕ１０を順次選択すると共にＣＰＵ１２からハイレベルの第１〜第４の読み出し制御信号ＲＥ１〜ＲＥ４を順次出力することにより、４つのブロックＢ１〜Ｂ４で計１６０個の単位電池の電圧をそれぞれ検出することができる。

この実施の形態６によれば、４つのＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４と充電制御信号ＣＨ１〜ＣＨ１０及び第１〜第４の読み出し制御信号ＲＥ１〜ＲＥ４の１４個の制御信号のみで１６０個の単位電池の電圧を検出することが可能となる。
なお、ブロックの個数ｍは「４」に限るものではなく、ＣＰＵ１２から各ブロックに別個に読み出し制御信号を出力することができれば、任意の数とすることができる。
また、実施の形態５と同様に、各ブロックとして、例えば、図５に示したように、リセット用アナログスイッチＬ１〜Ｌ４をさらに含んだブロックＢａを使用することもできる。

上記の実施の形態１〜６において電圧検出の対象となった単位電池としては、ニッケル水素電池、鉛電池、リチウムイオン電池等の各種の電池を用いることができる。また、この発明は、直列接続された電気二重層コンデンサ等、電池以外の電圧源の電圧検出にも広く適用することができる。

この発明の実施の形態１に係る積層電圧検出装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る積層電圧検出装置の構成を示す図である。 実施の形態３に係る積層電圧検出装置の構成を示す図である。 実施の形態３の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態４に係る積層電圧検出装置の構成を示す図である。 実施の形態４の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態５に係る積層電圧検出装置の構成を示す図である。 実施の形態６に係る積層電圧検出装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，４ 直列コンデンサ回路、２，５，７，９，１１ 制御部、３，６，８，１０，１２ ＣＰＵ、Ｅ１〜Ｅ８ 単位電池、Ｓ１〜Ｓ９ 充電用アナログスイッチ、Ｔ１〜Ｔ９ 読み出し用アナログスイッチ、Ｃ１〜Ｃ８ コンデンサ、Ａ１〜Ａ９ 端子、Ｄ１〜Ｄ８ 分圧回路、Ｆ１〜Ｆ８ ボルテージフォロア、Ａ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ１６ Ａ／Ｄ変換器、Ｒ 保護抵抗、ＣＨ，ＣＨ１〜ＣＨ１０ 充電制御信号、ＲＥ，ＲＥ１〜ＲＥ４ 読み出し制御信号、Ｕ，Ｕ１〜Ｕ１０，Ｕａ ユニット、Ｂ，Ｂ１〜Ｂ４，Ｂａ ブロック。

Claims (9)

1. 互いに直列接続されたｎ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出する積層電圧検出装置において、
   前記ｎ個の電圧源にそれぞれ対応するｎ個のコンデンサが互いに直列接続され且つｎ個のコンデンサからそれぞれ引き出されたｎ＋１個の端子を有する直列コンデンサ回路と、
   前記ｎ個の電圧源にそれぞれ対応するｎ個のＡ／Ｄ変換器と、
   前記ｎ個の電圧源からそれぞれ引き出されたｎ＋１個の端子と前記直列コンデンサ回路のｎ＋１個の端子との間を接続／遮断するｎ＋１個の充電用アナログスイッチと、
   前記直列コンデンサ回路のｎ＋１個の端子のうち特定のｎ個の端子と前記ｎ個のＡ／Ｄ変換器との間を接続／遮断すると共に残りの１個の端子と基準電位との間を接続／遮断するｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチと
   を備え、前記ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチをそれぞれ遮断状態にすると共に前記ｎ＋１個の充電用アナログスイッチをそれぞれ接続状態にすることにより前記ｎ個のコンデンサをそれぞれ対応する前記ｎ個の電圧源で充電した後、前記ｎ＋１個の充電用アナログスイッチをそれぞれ遮断状態にすると共に前記ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチをそれぞれ接続状態にして前記ｎ個のＡ／Ｄ変換器により前記直列コンデンサ回路の前記特定のｎ個の端子の電位をそれぞれ測定し、これらの電位に基づいて前記ｎ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出することを特徴とする積層電圧検出装置。
2. 数ｎは、各電圧源の設定電圧Ｖｂに対する各Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧Ｖｍａｘの比Ｖｍａｘ／Ｖｂにより得られる値以下の整数に設定される請求項１に記載の積層電圧検出装置。
3. 前記ｎ個のＡ／Ｄ変換器とこれらのＡ／Ｄ変換器に対応する前記ｎ個の読み出し用アナログスイッチとの間にそれぞれ接続されたｎ個の分圧回路をさらに備えた請求項１に記載の積層電圧検出装置。
4. 数ｎは、各電圧源の設定電圧Ｖｂと各分圧回路の分圧比ｒとの積（ｒ・Ｖｂ）に対する各Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧Ｖｍａｘの比Ｖｍａｘ／（ｒ・Ｖｂ）により得られる値以下の整数に設定される請求項３に記載の積層電圧検出装置。
5. 互いに直列接続されたｎ×ｋ個の電圧源に対して前記ｎ個の電圧源とこれらの電圧源のｎ＋１個の端子に一端が接続された前記ｎ＋１個の充電用アナログスイッチとを１ユニットとしてｋ個のユニットを形成し、各ユニットのｎ＋１個の充電用アナログスイッチの他端を前記直列コンデンサ回路のｎ＋１個の端子にそれぞれ接続し、
   ｋ個のユニットを順次選択し、選択されたユニットのｎ＋１個の充電用アナログスイッチと前記ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチを操作してこの選択されたユニットの前記ｎ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出することにより、前記ｎ×ｋ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出する請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層電圧検出装置。
6. 前記直列コンデンサ回路の前記ｎ個のコンデンサにそれぞれ並列に接続されたｎ個のリセット用アナログスイッチをさらに備え、
   選択されたユニットのｎ個の電圧源の電圧検出が完了した後、前記ｎ個のリセット用アナログスイッチをそれぞれ接続状態にすることにより前記ｎ個のコンデンサをそれぞれ放電させてから次のユニットを選択する請求項５に記載の積層電圧検出装置。
7. 互いに直列接続されたｎ×ｋ×ｍ個の電圧源に対して前記ｋ個のユニットと前記直列コンデンサ回路と前記ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチとを１ブロックとしてｍ個のブロックを形成し、
   各ブロックの前記ｎ×ｋ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出することにより、前記ｎ×ｋ×ｍ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出する請求項５または６に記載の積層電圧検出装置。
8. 各ブロックに対応してそれぞれ前記ｎ個のＡ／Ｄ変換器を備え、
   各ブロックの前記ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチのうち前記直列コンデンサ回路の前記特定のｎ個の端子に一端が接続されたｎ個の読み出し用アナログスイッチの他端がそのブロックに対応する前記ｎ個のＡ／Ｄ変換器にそれぞれ接続された請求項７に記載の積層電圧検出装置。
9. 各ブロックの前記ｎ＋１個の読み出し用アナログスイッチのうち前記直列コンデンサ回路の前記特定のｎ個の端子に一端が接続されたｎ個の読み出し用アナログスイッチの他端が前記ｎ個のＡ／Ｄ変換器にそれぞれ接続され、前記ｍ個のブロックを順次選択して選択されたブロックの前記ｎ×ｋ個の電圧源の電圧をそれぞれ検出する請求項７に記載の積層電圧検出装置。

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