JP2008249554A - 電圧検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 回路を追加させて構成を複雑化させることなく様々な電圧検出範囲と精度に対応することが可能な電圧検出回路を提供すること。
【解決手段】 充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を入力して分圧する第１分圧回路と、上記第１分圧回路によって分圧された電圧を入力してこれを増幅する第１オペアンプと、上記第１オペアンプによって増幅された電圧（Ｖｏｕｔ）を入力するＣＰＵと、上記オペアンプの増幅率を設定する増幅率設定回路と、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を入力して分圧する第２分圧回路と、を具備し、上記ＣＰＵによって上記第１分圧回路、上記増幅率設定回路、上記第２分圧回路を制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにしたもの。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、電動車両用のバッテリー装置に使用されている電圧検出回路に係り、特に、回路の構成を複雑化させることなく検出範囲と精度を適宜調整することができるように工夫したものに関する。

例えば、電動車両用のバッテリー装置に組み込まれている電圧検出回路は図９に示すような構成になっている。まず、分圧回路１０１があり、この分圧回路１０１は抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとから構成されている。この分圧回路１０１によって図示しない充電回路からの出力電圧（Ｖｏｕｔ）を分圧して、オペアンプ１０３に入力できる電圧にするものである。

又、増幅率設定回路１０５があり、この増幅率設定回路１０５は抵抗Ｒｃと抵抗Ｒｄとから構成されている。上記オペアンプ１０３は上記増幅率設定回路１０５によって設定された増幅率に基づいて入力した分圧電圧（Ｖｒｂ）を増幅するものである。その増幅された電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）がＣＰＵ(中央演算回路)１０７に入力されることになる。

上記充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）とＣＰＵ１０７に入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）との関係を図１１に示す。図１０は横軸に充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）をとり、縦軸にＣＰＵ１０７に入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）とり、両者の関係を示した図である。既に説明した分圧回路１０１の抵抗Ｒａ、Ｒｂと、増幅率設定回路１０５の抵抗Ｒｃ、Ｒｄの値を適宜選択することにより、電圧検出範囲（図１０の横軸）と精度(図１０における線分の傾き)を決定するものである。

因みに、バッテリーを効率良く充電するためには、バッテリーにより指定された電圧を正確に設定して充電することが必要である。例えば、指定電圧より高いと過充電状態となり、低いと必要な充電量が満たされず、バッテリーの性能や寿命に大きな影響を与えることになってしまう。その為、充電回路の出力電圧(Ｖｏｕｔ、バッテリー電圧と同じ）を電圧検出回路によって正確に読み取ってこれを制御する必要がある。

尚、本願発明と直接関連するものではないが、この種のバッテリー装置を開示するものとして、例えば、特許文献１がある。
特開２００２−２９１１０４号公報

上記従来の構成によると次のような問題があった。すなわち、従来の電圧検出回路の場合には、前述したように、分圧回路１０１の抵抗Ｒａ、Ｒｂと、増幅率設定回路１０５の抵抗Ｒｃ、Ｒｄの値を選択することにより、電圧検出範囲（図１０における横軸）と精度(図１０における傾き)を決定するものであるが、その結果、電圧検出範囲（図１０おける横軸）と精度(図１０における傾き)が固定されることになってしまう。その為、異なる電圧検出範囲（図１０における横軸）と精度(図１０における傾き)に対応するためには、図９に示した回路を追加しなければならず、その結果、回路の構成が複雑化してしまうという問題があった。

上記問題を具体的に説明する。まず、図１１に示す場合であるが、まず、分圧回路１０１の抵抗Ｒａは９．７５ｋΩ、Ｒｂは２５０Ωに設定されている。又、分圧回路１０１によって分圧された分圧電圧（Ｖｒｂ）は０Ｖ〜２．５Ｖである。又、増幅率設定回路１０５の抵抗Ｒｃは１ｋΩ、抵抗Ｒｄは１ｋΩに設定されている。又、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）は０〜５Ｖ(範囲５Ｖ)である。又、この場合の充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）の電圧検出範囲は０Ｖ〜１００Ｖ（範囲１００Ｖ）である。又、この場合、ＣＰＵ１０７は１０ビット（１０２４）、入力電圧範囲（０Ｖ〜５Ｖ）であり、１ビット（５Ｖ／１０２４＝４．８８ｍＶ）の場合、精度（分解能）は１００Ｖ／１０２４＝０．０９７Ｖになる。

次に、図１２における領域ａを充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）の電圧検出範囲にしようとすると図１１に示すようなものとなる。この場合は、まず、分圧回路１０１の抵抗Ｒａは９．７５ｋΩ、Ｒｂは２５０Ωに設定されている。又、分圧回路１０１によって分圧された分圧電圧（Ｖｒｂ）は１．６Ｖ〜２．２５Ｖである。又、増幅率設定回路１０５の抵抗Ｒｃは１ｋΩ、抵抗Ｒｄは６ｋΩに設定されている。又、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）は０．００９〜４．５５９Ｖ(範囲４．５Ｖ)である。又、この場合の充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）の電圧検出範囲は６４Ｖ〜９０Ｖ（範囲２６Ｖ）である。又、この場合、ＣＰＵ１０７は１０ビット（１０２４）、入力電圧範囲（０Ｖ〜５Ｖ）であり、１ビット（５Ｖ／１０２４＝４．８８ｍＶ）の場合、（４．５５Ｖ／５Ｖ）×１０２４＝９３２から、精度（分解能）は２６Ｖ／９３２＝０．０２８Ｖになる。

このように、分圧回路１０１の抵抗Ｒａ、Ｒｂと、増幅率設定回路１０５の抵抗Ｒｃ、Ｒｄの値を選択することにより、電圧検出範囲（図１０における横軸）と精度(図１０における傾き)が任意に設定されるものであるが、その結果、電圧検出範囲（図１０における横軸）と精度(図１０における傾き)が設定されたものに固定されることになる。その為、異なる電圧検出範囲（図１０における横軸）と精度(図１０における傾き)に対応しようとすると回路を追加しなければならず、その結果、回路構成が複雑化してしまうものである。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、回路を追加させて構成を複雑化させることなく様々な電圧検出範囲と精度に対応することが可能な電圧検出回路を提供することにある。

上記課題を解決するべく本願発明の請求項１による電圧検出回路は、充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を入力して分圧する第１分圧回路と、上記第１分圧回路によって分圧された電圧を入力してこれを増幅する第１オペアンプと、上記第１オペアンプによって増幅された電圧（Ｖｏｕｔ）を入力するＣＰＵと、上記オペアンプの増幅率を設定する増幅率設定回路と、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を入力して分圧する第２分圧回路と、を具備し、上記ＣＰＵによって上記第１分圧回路、上記増幅率設定回路、上記第２分圧回路を制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２による電圧検出回路は、請求項１記載の電圧検出回路において、 上記第１分圧回路と上記増幅率設定回路と上記第２分圧回路は夫々デジタルポテンショメータを備えていて、上記ＣＰＵによってそれらデジタルポテンショメータを制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにしたことを特徴とするものである。

以上述べたように本発明の請求項１による電圧検出回路によると、充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を入力して分圧する第１分圧回路と、上記第１分圧回路によって分圧された電圧を入力してこれを増幅する第１オペアンプと、上記第１オペアンプによって増幅された電圧（Ｖｏｕｔ）を入力するＣＰＵと、上記オペアンプの増幅率を設定する増幅率設定回路と、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を入力して分圧する第２分圧回路と、を具備し、上記ＣＰＵによって上記第１分圧回路、上記増幅率設定回路、上記第２分圧回路を制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにした構成になっているので、回路を追加させて構成を複雑化させることなく様々な電圧検出範囲と精度に対応することが可能となる。
又、請求項２による電圧検出回路は、請求項１記載の電圧検出回路において、 上記第１分圧回路と上記増幅率設定回路と上記第２分圧回路は夫々デジタルポテンショメータを備えていて、上記ＣＰＵによってそれらデジタルポテンショメータを制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにしたので、回路を追加させて構成を複雑化させることなく様々な電圧検出範囲と精度に対応することが可能となる。

以下、図１乃至図９を参照して本発明の一実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による電圧検出回路を組み込んだバッテリー装置を搭載した車両の全体の構成を模式的に示す図である。まず、車両本体１があり、この車両本体１には図示しない電動機が搭載されているとともに、この電動機に電力を供給するバッテリー３が搭載されている。このバッテリー３にはバッテリー充電器５によって充電が行われる。又、上記バッテリー充電器３からはコード７が引き出されていて、このコード７をＡＣ電源９に差し込んで充電を行うように構成されている。
尚、上記車両本体１には４個の車輪１１が取り付けられていて、上記電動機によってこれら車輪１１を回転・駆動させることにより車両を走行させるものである。

上記バッテリー充電器５は図２に示すような構成になっている。バッテリー充電器５は、充電回路２１と、電圧検出回路２３と、ＣＰＵ２５とから構成されている。又、上記ＣＰＵ２５にはモニター２７が接続されている。上記充電回路２１は上記バッテリー３を充電するための回路である。又、上記電圧検出回路２３は上記充電回路２１の出力電圧(バッテリ―３の電圧と同じ)を検出してそれを上記ＣＰＵ２５が読み取ることができる電圧に変換するためのものである。例えば、充電回路２１の出力電圧が０Ｖ〜１００Ｖのとき、これを電圧検出回路２３によって０Ｖ〜５Ｖに変換してＣＰＵ２５に出力するものである。又、上記ＣＰＵ２５は上記電圧検出回路２３からの検出信号に基づいて充電回路２１を制御するとともに、充電回路２１の出力電圧に変換して上記モニター２７に表示させるものである。

上記電圧検出回路２３は図３に示すような構成になっている。まず、第１分圧回路３１があり、この第１分圧回路３１は、抵抗Ｒａと、抵抗Ｒｂを備えたデジタルポテンショメータ３２とから構成されている。この第１分圧回路３１によって充電回路２１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を第１オペアンプ３３に入力できるような電圧に分圧する。又、増幅率設定回路３５があり、この増幅率設定回路３５は、抵抗Ｒｃと、抵抗Ｒｄを備えたデジタルポテンショメータ３６とから構成されている。上記第１オペアンプ３３は上記増幅率設定回路３５によって設定された増幅率にて上記第１分圧回路３１より入力した電圧を増幅して電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）をＣＰＵ２５に出力するものである。

又、第２分圧回路３７があり、この第２分圧回路３７は、抵抗Ｒｅを備えたデジタルポテンショメータ３８と、抵抗Ｒｆとから構成されている。このような構成をなす第２分圧回路３７によってリファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を分圧して第２オペアンプ３９に出力する。この第２オペアンプ３９によってオフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）を作る。このオフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）によって第１オペアンプ３３の出力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）を変化させるものである。
上記リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）は上記オフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）を作るための基準電圧である。又、上記オフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）とは次のようなものを意味する。例えば、（＋２．５Ｖ〜＋５Ｖ）の電圧を（０Ｖ〜+２．５Ｖ）に変更したいときに、「−２．５Ｖ」の電圧をオフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）という。
そして、第１オペアンプ３３の出力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度は、第１分圧回路１の抵抗Ｒａ、Ｒｂと、増幅率設定回路３５の抵抗Ｒｃ、Ｒｄとオフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）を適宜調整することにより設定される。そして、抵抗Ｒｂ、Ｒｄとオフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）の値をＣＰＵ２５によって制御することにより、一つの回路によって１オペアンプ３３の出力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を変化させることができるものである。

上記充電回路２１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）とＣＰＵ１０７に入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）との関係を図４に示す。図４は横軸に充電回路２１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）をとり、縦軸にＣＰＵ１０７に入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）をとり、両者の関係を示した図である。又、第１分圧回路１の抵抗Ｒｂと、増幅率設定回路３５の抵抗Ｒｄと、第２圧回路３７の抵抗Ｒｅの値をＣＰＵ２５によって適宜調整・設定することにより電圧検出範囲を決定するものである。

その一例を図５乃至図７を参照して説明する。例えば、図５において、検出範囲を領域ｂの（６４Ｖ〜９０Ｖ）に変更したものが図６であり、検検出範囲を領域ｃの（０Ｖ〜６４Ｖ）に変更したものが図７である。これら変更はＣＰＵ２５によって、第１分圧回路１の抵抗Ｒｂと、増幅率設定回路３５の抵抗Ｒｄと、第２分圧回路３７の抵抗Ｒｅの値を調整・設定することにより自動的に行われるものである。

又、オフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）による作用を詳しく説明する。
まず、充電回路２１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）０Ｖ〜１００Ｖの電圧範囲を検出する場合は、まず、抵抗Ｒａを９．７５ｋΩ、抵抗Ｒｂを２５０Ωに設定して、分圧電圧（Ｖｒｂ）を０Ｖ〜２．５Ｖにする。又、マイクロコンピュータの入力電圧範囲が０Ｖ〜５Ｖの場合は、倍率を変更する抵抗値を、Ｒｃを１ｋΩ、Ｒｄを１ｋΩに設定し、分圧電圧（Ｖｒｂ）を、図５に示すように、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）０Ｖ〜５Ｖにして入力する。

次に、充電回路２１の出力電圧（Ｖｏｕｔ）６４Ｖ〜９０Ｖの電圧範囲を検出する場合は、まず、抵抗Ｒａを９．７５ｋΩ、抵抗Ｒｂを２５０Ωに設定して、分圧電圧（Ｖｒｂ）を１．５Ｖ〜２．２５Ｖにする（この値は倍率の設定と調整して決める）。その際、Ｒｃを１ｋΩ、Ｒｄを１ｋΩに設定したままであると、図９（ａ）に示すようなものとなり、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）は、３．２Ｖ〜４．５Ｖ（範囲が１．３Ｖ）となる。このままでも検出は可能であるが分解能が低くなってしまう。

そこで、分解能を高めるためには、マイクロコンピュータの入力電圧範囲が０Ｖ〜５Ｖの場合には５Ｖの全範囲を活用したいので、抵抗Ｒｄを６ｋΩに設定して、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の範囲を拡大する。
但し、そのままであると図８（ｂ）に示すように、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）が１１．２Ｖ〜１５．７５Ｖ(範囲４．４５Ｖ)となり、マイクロコンピュータの範囲を超えてしまうために、オフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）を加算して電圧)を低くする。

したがって、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を分圧している抵抗Ｒｆを２ｋΩ、Ｒｅを１．１９ｋΩとし、オフセット電圧（Ｖｏｆｆｓｅｔ）１．８６５Ｖを加算する。それによって、図８８（ｃ）に示すように、ＣＰＵ入力電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）が０．００９Ｖ〜４．５５９Ｖ(範囲４．４５Ｖ)となり、５Ｖの範囲を有効に活用することができ、分解能を高めることが可能になる。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。すなわち、従来のように、回路を追加させて構成を複雑化させることなく、様々な電圧検出範囲と精度に対応することが可能になる。これは、第１分圧回路３１、増幅率設定回路３５、第２分圧回路３７において、夫々抵抗Ｒｂ、Ｒｄ、Ｒｅを用いたデジタルポテンショメータ３２、３６、３８を設置し、それをＣＰＵ２５によって適宜調整・設定可能に構成したからである。

尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
図示した回路の構成はあくまで一例であり、様々な変形が考えられる。

本発明は、例えば、電動車両用のバッテリー装置の電圧検出回路に係り、特に、検出精度を向上させることができるように工夫したものに関し、例えば、各種の電動車両用のバッテリー装置の電圧検出回路に好適である。

本発明の一実施の形態を示す図で、車両の全体の概略構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、バッテリー充電器の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、電圧検出回路の構成を示す回路である。 本発明の一実施の形態を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 本発明の一実施の形態を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 従来例を示す図で、電圧検出回路の構成を示す回路である。 従来例を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 従来例を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。 従来例を示す図で、充電回路の出力電圧とＣＰＵの入力電圧との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ 車両本体
３ バッテリー
５ バッテリー充電器
７ コード
９ ＡＣ電源
１１ 車輪
２１ 充電回路
２３ 充電検出回路
２５ ＣＰＵ
２７ モニター
３１ 第１分圧回路
３３ 第１オペアンプ
３５ 増幅率設定回路
３７ 第２分圧回路
３９ 第２オペアンプ
Ｒａ 抵抗
Ｒｂ デジタルポテンショメータ
Ｒｃ 抵抗
Ｒｄ デジタルポテンショメータ
Ｒｆ 抵抗
Ｒｅ デジタルポテンショメータ

Claims (2)

1. 充電回路の出力電圧（Ｖｏｕｔ）を入力して分圧する第１分圧回路と、上記第１分圧回路によって分圧された電圧を入力してこれを増幅する第１オペアンプと、上記第１オペアンプによって増幅された電圧（Ｖｏｕｔ）を入力するＣＰＵと、上記オペアンプの増幅率を設定する増幅率設定回路と、リファレンス電圧（Ｖｒｅｆ）を入力して分圧する第２分圧回路と、を具備し、
   上記ＣＰＵによって上記第１分圧回路、上記増幅率設定回路、上記第２分圧回路を制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにしたことを特徴とする電圧検出回路。
2. 請求項１記載の電圧検出回路において、
   上記第１分圧回路と上記増幅率設定回路と上記第２分圧回路は夫々デジタルポテンショメータを備えていて、上記ＣＰＵによってそれらデジタルポテンショメータを制御することによりＣＰＵに入力される電圧（ＶｏｕｔＤＥＴ）の電圧検出範囲と精度を制御するようにしたことを特徴とする電圧検出回路。

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