JP2009207311A - 車両用の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経時変化による電池の電圧の検出誤差を解消して、長い年月にわたって電池の電圧を高精度に検出する。
【解決手段】車両用の電源装置は、車両を走行させる電池１と、この電池１の電圧を検出する電圧検出回路２とを備える。電圧検出回路２は、電池１の電圧を分圧する分圧抵抗３と、この分圧抵抗３で分圧された電圧を検出する電圧検出部４と、電池１にバイアス電圧を加算できるように接続してなるバイアス電源回路５と、このバイアス電源回路５を短絡するスイッチング素子６と、このスイッチング素子６をオフに切り換えて、バイアス電源回路５が電池１にバイアス電圧を加算する状態で電圧検出部４に検出される第１の検出電圧と、スイッチング素子６をオンに切り換える短絡状態で電圧検出部４に検出される第２の検出電圧から、分圧抵抗３の分圧比を演算する演算回路７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用の電源装置に関し、とくに電池の電圧を分圧して検出する回路を備える車両用の電源装置に関する。

車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する電池を備えている。さらに、この電源装置は、電池の過充電や過放電を防止するために、電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えている。この電圧検出回路で検出される電圧で、電池の充放電電流をコントロールしている。電池はモータの供給電力を大きくするために複数の素電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。高い電圧を検出するために、電圧検出回路は電池の電圧を分圧抵抗で分圧して検出している。（特許文献１参照）
特開２００６−２８０１７１号公報

特許文献１に示されるように、電池の電圧を分圧抵抗で分圧して検出する回路は、分圧抵抗の分圧比が検出誤差の原因となる。それは、分圧比によって検出電圧が変化するからである。図１は、分圧抵抗９３で電池９１の電圧を分圧して検出する電圧検出回路９２を示している。この図の分圧抵抗９３は、第１の抵抗器（Ｒａ）と第２の抵抗器（Ｒｂ）とを直列に接続している。第２の抵抗器（Ｒｂ）の両端の電圧を検出して、電池９１の電圧を分圧して検出することができる。分圧比（α）は以下の式で規定される。
α＝Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）
電池９１の電圧（Ｅ）は、分圧抵抗９３に分圧されて、第２の抵抗器（Ｒｂ）の両端に出力される。したがって、電池電圧（Ｅ）と第２の抵抗器（Ｒｂ）の両端に出力される検出電圧（Ｅｏ）の関係は以下の式で表される。
Ｅｏ＝α×Ｅ
この式から、電池の電圧（Ｅ）は、検出電圧（Ｅｏ）×１／αとなる。

分圧比が分圧抵抗の電気抵抗で特定されることから、分圧抵抗の電気抵抗の誤差は、分圧比の誤差となり、分圧比の誤差は検出する電池電圧の誤差となる。分圧抵抗に、誤差の少ない抵抗器を使用して分圧比の誤差を少なくできる。ただ、分圧抵抗の誤差を０％にはできず、いかに高精度の抵抗器を使用しても、分圧比に誤差が発生し、また、高精度な分圧抵抗はコストが高くなる欠点もある。

この欠点は、電源装置を車両に搭載する以前の製造工程において、分圧抵抗の分圧比をキャリブレーションして補正することで解消できる。とくに、分圧抵抗で分圧された電圧をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換し、デジタル信号の電圧信号をデジタル処理して電池の電圧を検出するデジタル回路にあっては、キャリブレーションした補正値を演算して正確に電池の電圧を検出できる。

分圧抵抗をキャリブレーションして補正する電源装置は、分圧抵抗の電気抵抗の誤差をキャンセルして電池の電圧を正確に検出できる。しかしながら、この電源装置においても、経時的には電池の電圧する精度が低下する。それは、分圧抵抗の電気抵抗が経時的に変化するからである。したがって、分圧抵抗の分圧比をキャリブレーションで補正する電源装置においても、長い年月にわたって電池の電圧を正確に検出できない欠点があった。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、経時変化による電池の電圧の検出誤差を解消して、長い年月にわたって電池の電圧を高精度に検出できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電源装置は、車両を走行させる電池１と、この電池１の電圧を検出する電圧検出回路２とを備える。電圧検出回路２は、電池１の電圧を分圧する分圧抵抗３と、この分圧抵抗３で分圧された電圧を検出する電圧検出部４と、電池１にバイアス電圧を加算できるように接続してなるバイアス電源回路５と、このバイアス電源回路５を短絡するスイッチング素子６と、このスイッチング素子６をオフに切り換えて、バイアス電源回路５が電池１にバイアス電圧を加算する状態で電圧検出部４に検出される第１の検出電圧と、スイッチング素子６をオンに切り換える短絡状態で電圧検出部４に検出される第２の検出電圧から、分圧抵抗３の分圧比を演算する演算回路７とを備える。

さらに、本発明の請求項２の電源装置は、バイアス電源回路５を、電池１とアースとの間に接続しており、さらに、請求項３の電源装置は、演算回路７でもって、第１の検出電圧と第２の検出電圧からアースライン１２の断線を検出する。

本発明の車両用の電源装置は、経時変化による電池電圧の検出誤差を解消して、長い年月にわたって電池の電圧を高精度に検出できる特徴がある。それは、バイアス電源回路が電池にバイアス電圧を加算するように印加する状態で第１の検出電圧を検出し、さらに、スイッチング素子をオンに切り換える短絡状態で電圧検出部に検出される第２の検出電圧から、分圧抵抗の分圧比を演算する演算回路を備えるからである。とくに、この電源装置は、車両に搭載した状態で、必要なタイミングには、バイアス電源回路とスイッチング素子とを切り換えて、いつでも分圧抵抗の分圧比を演算して補正できる特徴がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２に示す車両用の電源装置は、車両を走行させる電池１と、この電池１の電圧を検出する電圧検出回路２とを備える。電池１は、複数の素電池１０を直列に接続して出力電圧を高くしている。さらに、電池１はコンタクタ１９を介して車両側のＤＣ／ＡＣインバータ２０に接続される。ＤＣ／ＡＣインバータ２０は、モータ２１や発電機２２に接続される。ＤＣ／ＡＣインバータ２０は、車両側の制御回路２３にコントロールされて、電池１から車両の走行モータ２１に電力を供給し、また発電機２２の出力を直流に変換して電池１を充電する。

電池１を保護しながら充放電するために、電池１の電圧が検出される。電池１の電圧が高くなると充電を停止し、あいるは充電電流を少なくして過充電を防止し、また電池１の電圧が低くなると放電を停止し、あるいは放電電流を少なくして電池１の過放電を防止する。

電池１の電圧は電圧検出回路２で検出される。図の電源装置は、複数の素電池１０を直列に接続しているので、電圧検出回路２は各々の素電池１０の電圧を検出する。素電池１０はひとつの電池、あるいは複数の電池を直列に接続している電池モジュールである。ニッケル水素電池は、素電池を、複数の電池を直列に接続してなる電池モジュールとして、各々の素電池の電圧、すなわち電池モジュールの電圧が検出される。リチウムイオン電池は、素電池をひとつの電池として、各々の素電池の電圧が検出される。さらに、図の電源装置は、互いに直列に接続している素電池１０の中間接続点１１をアースライン１２として、プラス側とマイナス側の電池電圧を検出している。

複数の素電池１０を直列に接続している電池１の電圧検出回路２は、電圧を検出する電池１の電圧を分圧する分圧抵抗３と、この分圧抵抗３で分圧された電圧を検出する電圧検出部４と、電池１にバイアス電圧を加算するように接続してなるバイアス電源回路５と、このバイアス電源回路５と並列に接続してなるスイッチング素子６と、スイッチング素子６をオフに切り換えて、バイアス電源回路５が電池１にバイアス電圧を加算するように印加する状態で電圧検出部４に検出される第１の検出電圧と、スイッチング素子６をオンに切り換えてなる短絡状態で電圧検出部４に検出される第２の検出電圧から、分圧抵抗３の分圧比を演算する演算回路７とを備えている。

分圧抵抗３は、互いに直列に接続している第１の抵抗器３Ａと第２の抵抗器３Ｂとからなる。分圧抵抗３は、第１の抵抗器３Ａと第２の抵抗器３Ｂの接続点を電圧検出部４の入力側に接続して、第１の抵抗器３Ａの他端を電池１の測定点１３に、第２の抵抗器３Ｂの他端をアースラインに接続している。分圧抵抗３は、電池１の測定点１３の電圧を、Ａ／Ｄコンバータ９でデジタル信号に変換するのに適した電圧、たとえば２Ｖ〜５Ｖに分圧するように、電気抵抗が設定される。

図２の電源装置は、複数の素電池１０を直列に接続しているので、電池１のプラス側とマイナス側の電圧検出点１３Ａに加えて、各々の素電池１０の接続点１３Ｂの電圧も検出される。電池１の電圧は、電池１の両端で検出される電圧の差から検出される。したがって、分圧抵抗３は、電池１のプラス側とマイナス側の電圧検出点１３Ａに接続され、さらに各々の素電池１０の接続点１３Ｂにも接続される。分圧抵抗３は、１組でひとつの測定点１３の電圧を分圧するので、複数の測定点１３の電圧を検出する図２の電源装置は、測定点１３の数と同じ組数の分圧抵抗３が設けられる。

図２の電源装置は、バイアス電源回路５を電池１のアースライン１２に接続している。このバイアス電源回路５は、並列に接続しているスイッチング素子６をオフに切り換える状態で、電池１に一定の基準電圧１４であるバイアス電圧を加算するように印加する。バイアス電源回路５の基準電圧１４は、たとえば、ひとつの素電池１０の電圧の０．５倍〜２倍に設定される。バイアス電源回路５は、両端をスイッチング素子６で短絡できる出力インピーダンスを有し、あるいは図に示すように、並列に設定しているスイッチング素子６をオンに切り換える状態で、出力端子を切り離す出力スイッチ１５を備えている。出力スイッチ１５を備えるバイアス電源回路５は、スイッチング素子６をオンに切り換える状態で出力スイッチ１５をオフに切り換え、スイッチング素子６をオフに切り換えて、電池１にバイアス電圧を加算する状態で出力スイッチ１５をオンに切り換える。

スイッチング素子６は、通常の状態でオンの状態にあり、バイアス電源回路５が電池１にバイアス電圧を加算するときに限ってオフに切り換えられる。このスイッチング素子６は、分圧抵抗３の分圧比を演算する演算回路７でオンオフに制御される。

電圧検出部４は、各々の分圧抵抗３で分圧される電圧を切り換えるマルチプレクサ８と、このマルチプレクサ８の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ９とを備える。マルチプレクサ８は、所定の周期で入力を順番に切り換えて、電池１のプラス側の電圧検出点１３Ａと素電池の１０接続点１３Ｂとマイナス側の電圧検出点１３ＡとをＡ／Ｄコンバータ９に出力する。Ａ／Ｄコンバータ９は入力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換して演算回路７に出力する。

演算回路７は、バイアス電源回路５とスイッチング素子６を制御して、分圧抵抗３の分圧比を演算する。この演算回路７は、スイッチング素子６をオフに切り換える状態で、バイアス電源回路５が電池１にバイアス電圧を加算する状態で電圧検出部４に検出される第１の検出電圧（Ｅ１）と、スイッチング素子６をオンに切り換える短絡状態で電圧検出部４に検出される第２の検出電圧（Ｅ２）から、分圧抵抗３の分圧比（α）を演算する。

演算回路７は、以下の式で第１の検出電圧（Ｅ１）と第２の検出電圧（Ｅ２）から、分圧抵抗３の分圧比（α）を演算する。ただし、以下の式において、Ｅｂはバイアス電圧である。
α＝（Ｅ１−Ｅ２）／Ｅｂ

図の電源装置は、複数の分圧抵抗３を備えるので、演算回路７は、マルチプレクサ８を順番に切り換えて、各々の分圧抵抗３の分圧比を演算する。演算回路７は、分圧抵抗３の分圧比を検出した後、スイッチング素子６をオンに切り換えてこの状態に保持し、その後、マルチプレクサ８を順番に切り換えて、電池１のプラス側の電圧検出点１３Ａと素電池１０の接続点１３Ｂとマイナス側の電圧検出点１３Ａの電圧を検出し、検出された電圧を分圧比で補正して、電池１の測定点１３の正確な電圧を検出する。この検出された電圧の差から、各々の素電池１０の電圧を検出する。また、演算回路７は、第１の検出電圧（Ｅ１）と第２の検出電圧（Ｅ２）の電圧の差から、アースライン１２の断線を検出する。演算回路７は、この検出された電圧の差が断線していない場合に想定される電圧値と差がある場合にアースライン１２の断線と判断する。

以上の電源装置は、電池１のアースライン１２にバイアス電源回路５を接続しているが、図３に示すように、バイアス電源回路５は分圧抵抗３の共通のアースライン１６に接続して、同様に分圧比を演算することができる。したがって、本発明の電源装置は、バイアス電源回路を電池のアースラインに接続する回路構成には特定しない。

本発明の車両用の電源装置は、電池１の電圧を分圧抵抗３で分圧しながら、分圧抵抗３の分圧比を所定のタイミングで検出し、電池１の電圧を正確に検出する。

従来の電圧検出回路を示す回路図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる車両用の電源装置の概略構成図である。

符号の説明

１…電池
２…電圧検出回路
３…分圧抵抗 ３Ａ…第１の抵抗器
３Ｂ…第２の抵抗器
４…電圧検出部
５…バイアス電源回路
６…スイッチング素子
７…演算回路
８…マルチプレクサ
９…Ａ／Ｄコンバータ
１０…素電池
１１…中間接続点
１２…アースライン
１３…測定点 １３Ａ…電圧検出点
１３Ｂ…接続点
１４…基準電圧
１５…出力スイッチ
１９…コンタクタ
２０…ＤＣ／ＡＣインバータ
２１…モータ
２２…発電機
２３…制御回路
９１…電池
９２…電圧検出回路
９３…分圧抵抗

Claims (3)

1. 車両を走行させる電池(1)と、この電池(1)の電圧を検出する電圧検出回路(2)とを備える車両用の電源装置であって、
   電圧検出回路(2)が、電池(1)の電圧を分圧する分圧抵抗(3)と、この分圧抵抗(3)で分圧された電圧を検出する電圧検出部(4)と、前記電池(1)にバイアス電圧を加算するように接続してなるバイアス電源回路(5)と、このバイアス電源回路(5)を短絡するスイッチング素子(6)と、このスイッチング素子(6)をオフに切り換えて、前記バイアス電源回路(5)が電池(1)にバイアス電圧を加算する状態で電圧検出部(4)に検出される第１の検出電圧と、スイッチング素子(6)をオンに切り換える短絡状態で電圧検出部(4)に検出される第２の検出電圧から、分圧抵抗(3)の分圧比を演算する演算回路(7)とを備えなる車両用の電源装置。
2. バイアス電源回路(5)が電池(1)のアースライン(12)に接続されて、電池(1)にバイアス電圧を加算するようにしてなる請求項１に記載される車両用の電源装置。
3. 前記演算回路(7)が、第１の検出電圧と第２の検出電圧からアースライン(12)の断線を検出する請求項２に記載される車両用の電源装置。

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