JP2013053884A - Voltage measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、直列に接続された複数のセルからなる組電池の電圧を測定する電圧測定装置に関する。 The present invention relates to a voltage measuring device that measures the voltage of an assembled battery composed of a plurality of cells connected in series.
直列に接続された複数のセルからなる組電池の電圧を測定する電圧測定装置が開発されている(特許文献1及び特許文献2)。
A voltage measuring device for measuring the voltage of an assembled battery composed of a plurality of cells connected in series has been developed (
特許文献1は、付加部品を各セル間で共通利用する場合に、共通利用する部品の影響で各セル毎に測定された出力電圧に発生する各セル間のクロストーク(電圧相互干渉)を補正して、正確な出力電圧を測定する電源電圧測定装置を提供することを目的としている([0005]、要約)。
当該目的を達成するため、特許文献1では、複数のセル2a〜2eから構成されるバッテリ2の両端及びセル2a〜2e同士の各接点に接続された抵抗5a〜5fの各抵抗間をコンデンサ6a〜6eで接続すると共に、セル2a〜2e同士の接点に接続された抵抗を該セル2a〜2e間で共通に利用するフィルタを介して、セル2a〜2e毎の出力電圧を測定する。また、複数のセル2a〜2eに対応したそれぞれのコンデンサ6a〜6eの両端電圧を検出するフォトMOSリレー7a〜7fや電圧測定回路8による電圧検出手段と、それぞれのコンデンサ6a〜6eの両端電圧の単位時間毎の変化量に基づいて、コンデンサ6a〜6eの両端電圧が変化する前のセル2a〜2e毎の出力電圧を算出する高電圧計測CPU1とを備える(要約)。抵抗5a〜5fの抵抗値は全て同一であり、コンデンサ6a〜6eの容量値は全て同一であることが前提とされている([0019])。
In order to achieve the object, in
特許文献2では、電圧を検出する電池モジュール相互間の周波数応答の差を低減することができる電池モジュール電圧検出装置を提供することを課題としている([0006]、要約)。当該課題を解決するため、特許文献2では、組電池11を構成する各電池モジュールE1〜Emの両端子に接続される複数のスイッチSw1〜Sw2mと、電池モジュールE1〜Emの両端子とスイッチSw1〜Sw2mとの間に直列に設けられたmが偶数の場合の中央に位置するものを除いて同一抵抗値の抵抗器R1〜R(m+1)と、この抵抗器R1〜R(m+1)のスイッチSw1〜Sw2m側に組電池11の列方向に並列に接続される同一キャパシタンスのコンデンサC1〜C2mとからなるフィルタ12を備える。コンデンサC1〜C2mは、第1のコンデンサ群と該第1のコンデンサ群と並列する第2のコンデンサ群に分かれて組電池11の中央を折り返し点として+側端子及び−側端子に対して折り返し対称に配置される(要約)。
In Patent Document 2, an object is to provide a battery module voltage detection device capable of reducing a difference in frequency response between battery modules that detect voltage ([0006], summary). In order to solve the problem, in Patent Document 2, a plurality of switches Sw1 to Sw2m connected to both terminals of each of the battery modules E1 to Em constituting the assembled battery 11, and both terminals of the battery modules E1 to Em and a switch Sw1 are used. To R2 (m + 1) having the same resistance value except the one located in the center when m is an even number, and switches of the resistors R1 to R (m + 1). A
上記のように、特許文献1の電圧測定装置では、いわゆるRCフィルタを抵抗5a〜5f及びコンデンサ6a〜6eを用いて構成することができるが、抵抗5a〜5fの抵抗値は全て同一であり、コンデンサ6a〜6eの容量値は全て同一であることが前提とされている。このため、特許文献1のRCフィルタ自体では、各測定チャンネルのフィルタ周波数特性が異なることとなる。
As described above, in the voltage measurement device of
また、特許文献2の電圧検出装置では、RCフィルタ自体の構成から各測定チャンネルのフィルタ周波数特性を合わせることが可能であるが、測定チャンネル毎に複数の抵抗と複数のスイッチを要することとなり、部品点数が増加してしまう。 In addition, in the voltage detection device of Patent Document 2, it is possible to match the filter frequency characteristics of each measurement channel from the configuration of the RC filter itself, but a plurality of resistors and a plurality of switches are required for each measurement channel. The score will increase.
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、部品点数を減らしつつ、各測定チャンネルの周波数特性が均一な電圧測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a voltage measuring apparatus in which the frequency characteristics of each measurement channel are uniform while reducing the number of parts.
この発明に係る電圧測定装置は、1を除く奇数個のセルが直列に接続された組電池の電圧を測定するものであって、複数の電圧検出部と、各電圧検出部の両端がそれぞれ接続される複数の測定ノードと、測定ノード列の中央から数えてn番目(nは1からmまでの整数である。)に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がCnとされた複数のコンデンサと、各セルの間及びセル列の両端に配置された複数のセル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続され、抵抗値がRnとされた複数の抵抗とを備え、各コンデンサの静電容量CnはCn>Cn+1を満たし、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする。
R1=τ/{2(C1−C2)} (1)
Rn={(2n−1)・τ}/{2(Cn−Cn+1)} (2)
Rm={(2m−1)・τ}/2Cm (3)
The voltage measuring device according to the present invention measures the voltage of an assembled battery in which an odd number of cells other than 1 are connected in series, and a plurality of voltage detectors are connected to both ends of each voltage detector. Between the plurality of measurement nodes to be measured and the measurement node n located at the nth (n is an integer from 1 to m) counting from the center of the measurement node row and the measurement node n + 1 located at the (n + 1) th. A plurality of capacitors connected to each other and having a capacitance of C n, and a plurality of cell-side nodes arranged between the cells and at both ends of the cell column, and a measurement node n, respectively, A plurality of resistors whose values are R n , the capacitance C n of each capacitor satisfies C n > C n + 1 , and τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value of each resistor R n has the following formula (1) - (3 And it satisfies the.
R 1 = τ / {2 (C 1 -C 2 )} (1)
R n = {(2n−1) · τ} / {2 (C n −C n + 1 )} (2)
R m = {(2m−1) · τ} / 2C m (3)
この発明によれば、抵抗の数を減らしつつ、奇数個の各測定チャンネルのフィルタ周波数特性が均一となる多段フィルタ回路を構成することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to configure a multistage filter circuit in which the filter frequency characteristics of each odd number of measurement channels are uniform while reducing the number of resistors.
すなわち、この発明によれば、抵抗は、各セルの間及び両端のセルの外側に配置されたセル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続されるため、必要な抵抗の数はセル数+1となる。従って、各測定チャンネルに別々に2つの抵抗を設ける場合と比べて抵抗の数を少なくすることができる。 That is, according to the present invention, the resistance is connected between each cell and between the cell-side node disposed outside the cells at both ends and the measurement node n, so that the required number of resistors is the number of cells. +1. Therefore, the number of resistors can be reduced as compared with the case where two resistors are separately provided for each measurement channel.
また、この発明では、測定ノード列の中央から数えてn番目に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がCnとされた複数のコンデンサと、セル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続され、抵抗値がRnとされた複数の抵抗とを備える。これらのコンデンサ及び抵抗により、多段(奇数段)のRCフィルタが形成される。 Multiple Further, in the present invention, which are respectively connected between the measurement node n and the measuring node n + 1 located at the n + 1 th counted from the center of the measuring node sequence located n-th, is capacitance and C n, respectively comprising of a capacitor, it is connected between the cell side node and the measuring node n, the resistance value of a plurality of resistors and R n. These capacitors and resistors form a multistage (odd number) RC filter.
そして、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の関係(1)〜(3)を満たす。
R1=τ/{2(C1−C2)} (1)
Rn={(2n−1)・τ}/{2(Cn−Cn+1)} (2)
Rm={(2m−1)・τ}/2Cm (3)
When τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor satisfies the following relationships (1) to (3).
R 1 = τ / {2 (C 1 -C 2 )} (1)
R n = {(2n−1) · τ} / {2 (C n −C n + 1 )} (2)
R m = {(2m−1) · τ} / 2C m (3)
上記式(1)〜(3)によれば、各段のRCフィルタの周波数特性(フィルタ時定数)を均一にすることができる。 According to the above formulas (1) to (3), the frequency characteristic (filter time constant) of the RC filter at each stage can be made uniform.
さらに、上記式(1)〜(3)によれば、各コンデンサの静電容量Cnは、Cn>Cn+1という条件を満たせばよい。このため、各コンデンサの静電容量Cnには比較的自由度があり、各コンデンサには価格の安い汎用品を用いることが可能となる。一方、コンデンサの汎用品における静電容量の選択肢と比べて、抵抗の汎用品の抵抗値の選択肢は多く、また、抵抗値を任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値の調整をすることも容易である。従って、多段フィルタ回路の費用を抑えることが可能となる。 Furthermore, according to the above formulas (1) to (3), the capacitance C n of each capacitor only needs to satisfy the condition of C n > C n + 1 . For this reason, the capacitance C n of each capacitor has a relatively high degree of freedom, and it is possible to use a general-purpose product with a low price for each capacitor. On the other hand, there are many choices for the resistance value of the general-purpose resistor as compared with the choice of capacitance for the general-purpose capacitor, and a trimming resistor capable of arbitrarily adjusting the resistance value is generally available. In addition, the resistance value can be easily adjusted by combining the series and the parallel. Therefore, it is possible to reduce the cost of the multistage filter circuit.
なお、ここにいうセルとは、回路上、1つの発電源とみなすものを意味し、物理的に1個のセルのみならず、複数個のセルを組み合わせたもの(いわゆるセルモジュール)をも意味する(以下同様)。 In addition, the cell here means what is regarded as one power generation source on the circuit, and means not only physically one cell but also a combination of a plurality of cells (so-called cell module). (Same below).
この発明に係る電圧測定装置は、偶数個のセルが直列に接続された組電池の電圧を測定するものであって、複数の電圧検出部と、各電圧検出部の両端がそれぞれ接続される複数の測定ノードと、測定ノード列の中央から数えてn番目(nは0からmの整数である。)に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がCnとされた複数のコンデンサと、各セルの間及びセル列の両端に配置された複数のセル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続され、抵抗値がRnとされた複数の抵抗とを備え、各コンデンサの静電容量はCn>Cn+1を満たし、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(4)〜(6)を満たすことを特徴とする。
R1=τ/(C1−C2) (4)
Rn=(n・τ)/(Cn−Cn+1) (5)
Rm=(m・τ)/Cm (6)
The voltage measuring apparatus according to the present invention measures the voltage of an assembled battery in which an even number of cells are connected in series, and includes a plurality of voltage detection units and a plurality of voltage detection units connected at both ends. Are connected to the measurement node n located at the nth (n is an integer from 0 to m) and the measurement node n + 1 located at the (n + 1) th, respectively. A plurality of capacitors each having a capacitance of C n, and a plurality of cell-side nodes arranged between the cells and at both ends of the cell row, and the measurement node n are connected to each other, and the resistance value is R n. And the capacitance of each capacitor satisfies C n > C n + 1 and when τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor is: Satisfying the equations (4) to (6) And butterflies.
R 1 = τ / (C 1 -C 2 ) (4)
R n = (n · τ) / (C n −C n + 1 ) (5)
R m = (m · τ) / C m (6)
この発明によれば、抵抗の数を減らしつつ、偶数個の各測定チャンネルのフィルタ周波数特性が均一となる多段フィルタ回路を構成することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to configure a multistage filter circuit in which the filter frequency characteristics of the even number of measurement channels are uniform while reducing the number of resistors.
すなわち、この発明によれば、抵抗は、各セルの間及び両端のセルの外側に配置されたセル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続されるため、必要な抵抗の数はセル数+1となる。従って、各段に別々に2つの抵抗を設ける場合と比べて抵抗の数を少なくすることができる。 That is, according to the present invention, the resistance is connected between each cell and between the cell-side node disposed outside the cells at both ends and the measurement node n, so that the required number of resistors is the number of cells. +1. Therefore, the number of resistors can be reduced as compared with the case where two resistors are separately provided in each stage.
また、この発明では、測定ノード列の中央から数えてn番目に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がCnとされた複数のコンデンサと、セル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続され、抵抗値がRnとされた複数の抵抗とを備える。これらのコンデンサ及び抵抗により、多段(偶数段)のRCフィルタが形成される。 Multiple Further, in the present invention, which are respectively connected between the measurement node n and the measuring node n + 1 located at the n + 1 th counted from the center of the measuring node sequence located n-th, is capacitance and C n, respectively comprising of a capacitor, it is connected between the cell side node and the measuring node n, the resistance value of a plurality of resistors and R n. These capacitors and resistors form a multi-stage (even-numbered stage) RC filter.
そして、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の関係(4)〜(6)を満たす。
R1=τ/(C1−C2) (4)
Rn=(n・τ)/(Cn−Cn+1) (5)
Rm=(m・τ)/Cm (6)
When τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor satisfies the following relationships (4) to (6).
R 1 = τ / (C 1 -C 2 ) (4)
R n = (n · τ) / (C n −C n + 1 ) (5)
R m = (m · τ) / C m (6)
上記式(4)〜(6)によれば、また、各段のRCフィルタの周波数特性(フィルタ時定数)を均一にすることができる。 According to the above formulas (4) to (6), the frequency characteristics (filter time constant) of the RC filter at each stage can be made uniform.
さらに、上記式(4)〜(6)によれば、各コンデンサの静電容量Cnは、Cn>Cn+1という条件を満たせばよい。このため、各コンデンサの静電容量Cnには比較的自由度があり、各コンデンサには価格の安い汎用品を用いることが可能となる。一方、コンデンサの汎用品における静電容量の選択肢と比べて、抵抗の汎用品の抵抗値の選択肢は多く、また、抵抗値を任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値の調整をすることも容易である。従って、多段RCフィルタの費用を抑えることが可能となる。 Furthermore, according to the above formulas (4) to (6), the capacitance C n of each capacitor only needs to satisfy the condition of C n > C n + 1 . For this reason, the capacitance C n of each capacitor has a relatively high degree of freedom, and it is possible to use a general-purpose product with a low price for each capacitor. On the other hand, there are many choices for the resistance value of the general-purpose resistor as compared with the choice of capacitance for the general-purpose capacitor, and a trimming resistor capable of arbitrarily adjusting the resistance value is generally available. In addition, the resistance value can be easily adjusted by combining the series and the parallel. Therefore, the cost of the multistage RC filter can be suppressed.
この発明に係る電圧測定装置は、1を除く奇数個のセルを直列に接続したセル列を有する組電池の電圧を測定するものであって、各セル間のノード及び前記セル列の両端のノードそれぞれに接続されたセル数+1本の配線を介して各セルの正極側及び負極側に接続され、各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記配線上にそれぞれ設けられたセル数+1個の抵抗と、隣り合う前記配線間に設けられ前記抵抗と組み合わせてRCフィルタを構成するセル数と同数のコンデンサとを備え、前記セル列の中央に位置するセルである中央セルの正極側及び負極側と前記電圧検出手段とを結ぶ2本の前記配線間に設けられた前記コンデンサである中央コンデンサから数えてn番目(nは、1からmまでの整数である。)のコンデンサの静電容量をCnとするとき、各コンデンサの静電容量はCn>Cn+1を満たし、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(7)〜(9)を満たすことを特徴とする。
R1=τ/{2(C1−C2)} (7)
Rn={(2n−1)・τ}/{2(Cn−Cn+1)} (8)
Rm={(2m−1)・τ}/2Cm (9)
The voltage measuring apparatus according to the present invention measures the voltage of a battery pack having a cell string in which odd-numbered cells other than 1 are connected in series, and includes a node between cells and nodes at both ends of the cell string. The number of cells connected to each of the cells is connected to the positive electrode side and the negative electrode side of each cell through one wiring, and voltage detecting means for detecting the voltage across each cell, and the number of cells provided on each of the wirings + 1 A plurality of resistors and capacitors of the same number as the number of cells constituting the RC filter in combination with the resistors provided between the adjacent wirings, the positive electrode side of the central cell being a cell located in the center of the cell row, and The electrostatic capacitance of the nth capacitor (n is an integer from 1 to m) counted from the central capacitor that is the capacitor provided between the two wires connecting the negative electrode side and the voltage detection means. capacity When the C n, the capacitance of each capacitor meets the C n> C n + 1, when arbitrarily set the filter time constant tau, resistance R n of each resistor has the following formula (7) (9) is satisfied.
R 1 = τ / {2 (C 1 -C 2 )} (7)
R n = {(2n−1) · τ} / {2 (C n −C n + 1 )} (8)
R m = {(2m−1) · τ} / 2C m (9)
この発明に係る電圧測定装置は、偶数個のセルを直列に接続したセル列を有する組電池の電圧を測定するものであって、各セル間のノード及び前記セル列の両端のノードそれぞれに接続されたセル数+1本の配線を介して各セルの正極側及び負極側に接続され、各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記配線上にそれぞれ設けられたセル数+1個の抵抗と、隣り合う前記配線間に設けられ前記抵抗と組み合わせてRCフィルタを構成するセル数と同数のコンデンサとを備え、前記セル列の中央に位置する2つのセルである中央セルの正極側及び負極側と前記電圧検出手段とを結ぶ3本の前記配線間に設けられた2つの前記コンデンサである中央コンデンサから数えてn番目(nは、1からmまでの整数である。)のコンデンサの静電容量をCnとするとき、各コンデンサの静電容量はCn>Cn+1を満たし、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(10)〜(12)を満たすことを特徴とする。
R1=τ/(C1−C2) (10)
Rn=(n・τ)/(Cn−Cn+1) (11)
Rm=(m・τ)/Cm (12)
The voltage measuring device according to the present invention measures a voltage of a battery pack having a cell string in which an even number of cells are connected in series, and is connected to a node between each cell and each of nodes at both ends of the cell string. The number of cells formed is connected to the positive electrode side and the negative electrode side of each cell through one wiring, and voltage detecting means for detecting the voltage across each cell, and the number of cells provided on the wiring plus one resistor And a positive electrode side and a negative electrode of a central cell, which is two cells located in the center of the cell row, and is provided between adjacent wirings and has the same number of capacitors as the number of cells constituting an RC filter in combination with the resistor. The nth capacitor (n is an integer from 1 to m) counted from the central capacitor, which is the two capacitors provided between the three wires connecting the side and the voltage detecting means. Electric When the amount as C n, the capacitance of each capacitor meets the C n> C n + 1, when arbitrarily set the filter time constant tau, resistance R n of each resistor has the following formula ( 10) to (12) are satisfied.
R 1 = τ / (C 1 -C 2 ) (10)
R n = (n · τ) / (C n −C n + 1 ) (11)
R m = (m · τ) / C m (12)
この発明によれば、抵抗の数を減らしつつ、奇数個又は偶数個の各測定チャンネルのフィルタ周波数特性が均一となる多段フィルタ回路を構成することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to configure a multistage filter circuit in which the filter frequency characteristics of the odd or even number of measurement channels are uniform while reducing the number of resistors.
A.第1実施形態(奇数段のRCフィルタ)
[A−1.全体的な構成]
図1は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の全体構成を示す回路図である。図1に示すように、電圧測定装置10は、1を除く奇数個のセル16が直列に接続されたセル列14を有する組電池12と、各セル16の両端電圧(以下「セル電圧Vcell」という。)が入力される電圧測定回路18と、電圧測定回路18の出力に基づきセル電圧Vcellを検出する演算部20とを有する。
A. First embodiment (odd-stage RC filter)
[A-1. Overall configuration]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of a
セル16間のノード及びセル列14の両端のノードであるセル側ノード22と、電圧測定回路18の+側入力端子26及び−側入力端子28との間には、セル数+1本の配線24が配置されている。これにより、各セル16の正極側及び負極側は、電圧測定回路18の+側入力端子26又は−側入力端子28に接続される。
Between the node between the
より具体的には、あるセル16{例えば、図1中、中央のセル16(以下「中央セル16mid」ともいう。)}の正極側は、電圧測定回路18の+側入力端子26に接続され、中央セル16midの負極側は、電圧測定回路18の−側入力端子28に接続される。また、中央セル16midに隣り合うセル16(例えば、図1中、中央セル16midより1つ上又は1つ下のセル16)の正極側は、電圧測定回路18の−側入力端子28に接続され、当該セル16の負極側は、電圧測定回路18の+側入力端子26に接続される。
More specifically, the positive side of a certain cell 16 {eg, the
各配線24上には抵抗30が設けられ、隣り合う各配線24間にはコンデンサ32が設けられる。従って、1つのコンデンサ32と2つの抵抗30の組合せごとにいわゆるRCフィルタ34が形成される。以下では、各RCフィルタ34を合わせたものを多段フィルタ回路36という。
A
また、各コンデンサ32よりも電圧測定回路18側において、各配線24上には、スイッチ38が配置されている。各スイッチ38は、例えば、半導体スイッチであり、制御部40からの制御信号に応じてオンオフする。
Further, a
制御部40は、各セル16が順番に電圧測定回路18と接続されるように各スイッチ38をオンオフさせる。例えば、中央セル16midと電圧測定回路18とを接続するときは、中央セル16midと電圧測定回路18とを結ぶ2本の配線24上の2つのスイッチ38をオンにし、他のスイッチ38をオフにする。これにより、各セル16と電圧測定回路18とを結ぶ測定チャンネルCHが形成され、電圧測定回路18の出力は、各セル16のセル電圧Vcellを示すこととなる。測定チャンネルCHは、セル16の数(セル数)と同数形成される。
The
本実施形態における組電池12は、例えば、一次電池及び二次電池のいずれとすることもできる。ここにいう一次電池には、燃料電池を含む。また、ここにいう二次電池には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池バッテリ及びキャパシタを含む。
The assembled
なお、電圧測定装置10の基本的な構成は、例えば、特許文献1に記載のものを用いることができる。
For example, the basic configuration of the
以上のような構成を有することから、第1実施形態の電圧測定装置10は、奇数個のセル16に対し、偶数個(セル数+1個)の抵抗30と、奇数個(セル数と同数)のコンデンサ32と、偶数個(セル数+1個)のスイッチ38とを有する。
Since the
説明の便宜上、図1中、真ん中の2つの抵抗30(すなわち、中央セル16midの両端に接続される抵抗30)を「中央抵抗30mid」という。また、各抵抗30の抵抗値をR10nのように表記する。下付き文字のnは、1からmまでの整数であり、中央抵抗30midから数えて何番目であるかを示す。例えば、2つの中央抵抗30mid自体の抵抗値はそれぞれR101である。各中央抵抗30midに隣り合う2つの抵抗30の抵抗値はそれぞれR102である。また、ここでのmは、(セル数+1)/2の整数である。従って、セル16の総数(セル数)は2m−1であり、抵抗30の総数は2mとなる。
For convenience of explanation, in FIG. 1, the middle two resistors 30 (that is, the
同様に、説明の便宜上、図1中、真ん中に位置する1つのコンデンサ32{すなわち、中央セル16midに対応するコンデンサ32を「中央コンデンサ32mid」という。また、各コンデンサ32の静電容量をC10nのように表記する。下付き文字「n」は上記と同じである。換言すると、nは、中央コンデンサ32midから数えて何番目であるかを示す。例えば、中央コンデンサ32mid自体の静電容量はC101である。中央コンデンサ32midに隣り合う2つのコンデンサ32の静電容量はそれぞれC102である。コンデンサ32の総数は、セル数と同じ2m−1となる。
Similarly, for convenience of explanation, in FIG. 1, one
さらに、各コンデンサ32の両端のノードを「測定ノード44」という。隣り合う2つの測定ノード44は、電圧測定回路18との間で単一のセル16に対応する測定チャンネルCHを形成する。
Further, nodes at both ends of each
[A−2.抵抗値及び容量値の基本的な考え方]
次に、第1実施形態における抵抗30の抵抗値R10n及びコンデンサ32の静電容量C10nの設定方法について説明する。
[A-2. Basic concept of resistance and capacitance]
Next, a method for setting the resistance value R 10n of the
図2〜図5は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の構成を説明するために用いる第1〜第4電圧測定装置100A〜100D(以下「電圧測定装置100A〜100D」ともいう。)の多段フィルタ回路136a〜136dの構成を示す回路図である。図6は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の多段フィルタ回路36の構成を示す回路図である。以下では、図1に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を示す。
2 to 5 are first to fourth
上記のように、図2〜図5は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の構成を説明するためのものであり、電圧測定装置10そのものの構成を示すものではなく、電圧測定装置10そのものの構成は図6に示されていることに留意されたい。また、説明のための電圧測定装置100A〜100D及び第1実施形態に係る電圧測定装置10のいずれも、測定チャンネルCHの数が奇数である(奇数段の)多段フィルタ回路36、136a〜136d(以下「フィルタ回路36、136a〜136d」ともいう。)を有する。
As described above, FIGS. 2 to 5 are for explaining the configuration of the
電圧測定装置10、100A〜100Dは、図1と同様、電圧測定回路18、演算部20、スイッチ38及び制御部40等を有するが、図2〜図6では省略している。
The
図2の電圧測定装置100Aの多段フィルタ回路136aは、奇数個(5つ)のセル16を直列に接続したセル列14を備える組電池12と、偶数個(6つ)の抵抗30と、奇数個(3つ)のコンデンサ132a〜132cとを有する。コンデンサ132aは、中央セル16midの正極側及び負極側に接続されている。コンデンサ132bは、中央セル16mid及びその両側の2つのセル16を合わせたセル列の正極側及び負極側に接続されている。コンデンサ132cは、中央セル16mid及びその両側2つずつのセル16を合わせたセル列の正極側及び負極側に接続されている。
The
各抵抗30の抵抗値R10nは、図1と同様、2つの中央抵抗30midから外側(図2中、上下方向)に向かってR101、R101、R102、R102、R103、R103とする。各コンデンサ132a〜132cの抵抗値C11nは、それぞれC111、C112、C113とする。
As in FIG. 1, the resistance value R 10n of each
図2の多段フィルタ回路136aにおいて、各RCフィルタ34のRCの積(R10n・C11n)(ここでのnは1〜3の整数である。)が等しく、各セル16の電圧(セル電圧Vcell)が均一である場合を想定する。この場合、コンデンサ132bの両端電圧はコンデンサ132aの両端電圧の3倍であり、コンデンサ132cの両端電圧はコンデンサ132aの両端電圧の5倍である。このため、各RCフィルタ34の出力電圧V1、V2、V3は均一となる。
In the
図3に示すように、図2のコンデンサ132bは、3倍の静電容量C112×3の3つのコンデンサ132dを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ132dの両端電圧は均等に3分割されるので図3中の点Bの電圧は点Aの電圧に等しい。
As shown in FIG. 3, the
同様に、図3に示すように、図2のコンデンサ132cは、5倍の静電容量C113×5の5つのコンデンサ132eを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ132eの両端電圧は均等に5分割されるので図3中の点Cの電圧は点A及び点Bの電圧に等しい。同様に、点Dの電圧は点Eの電圧に等しい。
Similarly, as shown in FIG. 3, the
以上より、分割した各コンデンサ132d、132eの中点(隣り合うコンデンサ132d、132eの中間部分)を図4のように配線24に接続しても、各RCフィルタ34の出力電圧V1、V2、V3は図2の構成と変わらない。
From the above, the
ここで、図5に示すように、図4において並列に接続されているコンデンサ群をそれぞれひとつのコンデンサに置換する。すなわち、中央セル16midの正極側及び負極側に接続されている配線24間のコンデンサ132a、132d、132eをひとつのコンデンサ132fに置換する。中央セル16midと隣り合う2つのセル16それぞれの正極側及び負極側に接続されている配線24間のコンデンサ132d、132eをひとつのコンデンサ132gに置換する。セル列14の両端のセル16の正極側及び負極側に接続されている配線24間のコンデンサ132eをひとつのコンデンサ132hに置換する。ここで、各コンデンサ132f、132g、132hの静電容量をそれぞれC101、C102、C103とすると、図4と図5の関係から、各静電容量C101、C102、C103は、それぞれ次の式(1)〜(3)で求められる。
C101=C111+3×C112+5×C113 (1)
C102=3×C112+5×C113 (2)
C103=5×C113 (3)
Here, as shown in FIG. 5, each capacitor group connected in parallel in FIG. 4 is replaced with one capacitor. That is, the
C 101 = C 111 + 3 × C 112 + 5 × C 113 (1)
C 102 = 3 × C 112 + 5 × C 113 (2)
C 103 = 5 × C 113 (3)
ここで、図2の多段フィルタ回路136aでのフィルタ時定数をτとすると、図2では、次の式(4)の関係が成り立つ。
τ=2×R101×C111 (4)
Here, when the filter time constant in the
τ = 2 × R 101 × C 111 (4)
そして、上記のように、図2の構成は、図5のように置換することができるため、次の式(5)が成り立つ。
τ=2×R101×(C101−C102) (5)
As described above, since the configuration of FIG. 2 can be replaced as shown in FIG. 5, the following equation (5) is established.
τ = 2 × R 101 × (C 101 −C 102 ) (5)
同様に、図2の多段フィルタ回路136aでのフィルタ時定数をτとすると、図2では、次の式(6)の関係が成り立つ。
τ=2×R102×C112 (6)
Similarly, when the filter time constant in the
τ = 2 × R 102 × C 112 (6)
そして、上記のように、図2の構成は、図5のように置換することができるため、次の式(7)が成り立つ。
τ=2×R102×(C102−C103)/3 (7)
As described above, since the configuration of FIG. 2 can be replaced as shown in FIG. 5, the following equation (7) is established.
τ = 2 × R 102 × (C 102 −C 103 ) / 3 (7)
同様に、図2の多段フィルタ回路136aでのフィルタ時定数をτとすると、図2では、次の式(8)の関係が成り立つ。
τ=2×R103×C113 (8)
Similarly, when the filter time constant in the
τ = 2 × R 103 × C 113 (8)
ここで、上記のように、図2の構成は、図5のように置換することができるため、次の式(9)が成り立つ。
τ=2×R103×C103/5 (9)
Here, as described above, since the configuration of FIG. 2 can be replaced as shown in FIG. 5, the following equation (9) is established.
τ = 2 × R 103 × C 103/5 (9)
以上を踏まえ、第1実施形態に係る電圧測定装置10における奇数段(2m−1){mは、(セル数+1)/2の整数である。}のフィルタ回路36は、図6のような構成を有する。具体的には、フィルタ回路36は、奇数個(2m−1個)のセル16と、偶数個(2m個)の抵抗30と、奇数個(2m−1個)のコンデンサ32とを有する。
Based on the above, the odd number stage (2m−1) {m is an integer of (number of cells + 1) / 2 in the
RCフィルタ34を構成する抵抗30とコンデンサ32は中央セル16mid又は中央コンデンサ32midを中心として上下対称に配置され、任意のn(ただし、1≦n≦m−1)においてコンデンサ32の静電容量C10nは、C10n>C10n+1を満たすようにC101からC10mまで任意に設定される。
The
また、各抵抗30の抵抗値R10nは、RCフィルタ34のフィルタ時定数をτとしたときに、次の式(10)〜(12)が成り立つように設定する。
Further, the resistance value R 10n of each
以上のような静電容量C10n及び抵抗値R10nとすることにより、多段フィルタ回路36の各RCフィルタ34自体によりフィルタ時定数τを均一にすることが可能となる。
By setting the capacitance C 10n and the resistance value R 10n as described above, it is possible to make the filter time constant τ uniform by the RC filters 34 themselves of the
[A−3.具体的な実施例並びに第1及び第2比較例]
図7は、図6の多段フィルタ回路36の構成において、実際に抵抗30及びコンデンサ32の数値の具体例(第1実施例)を示した図である。図8は、図7の多段フィルタ回路36を用いた場合の各RCフィルタ34の周波数特性の一例を示す。図8において、横軸は、RCフィルタ34への入力信号の周波数[Hz](但し、対数表記)であり、縦軸は、ゲイン[dB]である。また、図8では、図7中、下から4つのセル16のセル電圧Vcell(V1、V2、V3、V4)の入力信号がRCフィルタ34に入力された場合のフィルタ特性を示している(図10、図12、図19、図21及び図23においても同様である。)。
[A-3. Specific Examples and First and Second Comparative Examples]
FIG. 7 is a diagram showing a specific example (first embodiment) of the numerical values of the
図9は、第1比較例に係る多段フィルタ回路536aの構成において、実際に抵抗30及びコンデンサ32の数値の具体例を示した図である。図10は、図9の多段フィルタ回路536aを用いた場合の各RCフィルタ34の周波数特性の一例を示す。図11は、第2比較例に係る多段フィルタ回路536bの構成において、実際に抵抗30及びコンデンサ32の数値の具体例を示した図である。図12は、図11の多段フィルタ回路536bを用いた場合の各RCフィルタ34の周波数特性の一例を示す。
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the numerical values of the
なお、図7、図9、図11においてセル16を交流の記号で示しているのは、ここでのセル16がバッテリセルであり、充放電により電圧が変動することを示している。
7, 9, and 11, the
図9に示す第1比較例に係る多段フィルタ回路536aは、図7に示す第1実施例に係る多段フィルタ回路36と同様の回路配置を備えるが、各抵抗30の各抵抗値R10n及び各コンデンサ32の各静電容量C10nが第1実施例と異なる。より具体的には、多段フィルタ回路536aでは、各抵抗30の抵抗値R101、R102、R103、R104がいずれも5kΩで同一であり、各コンデンサ32の静電容量C101、C102、C103、C104がいずれも1μFで同一である。
The
図10に示すように、図9の多段フィルタ回路536aによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタ34の周波数特性のばらつきが大きくなってしまう。
As shown in FIG. 10, according to the
図11に示す第2比較例に係る多段フィルタ回路536bは、図7に示す第1実施例に係る多段フィルタ回路36と異なる回路配置を備え、例えば、特許文献1に示す構成を適用したものである。より具体的には、多段フィルタ回路536bでは、RCフィルタ34(又はセル16)毎に2つの抵抗30及び1つのコンデンサ32を有する。また、各抵抗30の抵抗値R101、R102、R103、R104がそれぞれ5kΩで同一であり、各コンデンサ32の静電容量C101、C102、C103、C104が1μFで同一である。
A
図12に示すように、図11の多段フィルタ回路536bによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタ34の周波数特性は均一となるが、抵抗30の数が多くなってしまう。また、多段フィルタ回路536bと図示しない電圧測定回路18との間に配される同じく図示しないスイッチ38の数も多くなってしまう。
As shown in FIG. 12, according to the
一方、第1実施例に係る多段フィルタ回路36では、回路構成こそ第1比較例と同様であるものの、図7に示すように、コンデンサ32のうち最も静電容量C10nが高いのは、中央コンデンサ32midであり、中央から外側(図7中、上側及び下側)に向かうに連れてコンデンサ32の静電容量C10nが小さくなる。すなわち、C102はC101より小さく、C103はC102より小さく、C104は、C103より小さい。また、図7の各抵抗30は、上記式(10)〜(12)の関係を満たすように設定されている。
On the other hand, in the
図7の多段フィルタ回路36を設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求されるフィルタ時定数τを設定する。第1実施例では、τ=10msecとする。
The
次いで、コンデンサ32の静電容量C10nを決定する。上記のように、第1実施例では、各コンデンサ32の静電容量C10nは、C10n>C10n+1を満たすものであればよい。このため、比較的自由に各静電容量C10nを設定できる。第1実施例では、C101=1uF、C102=0.68uF、C103=0.47uF、C104=0.33uFとする。
Next, the capacitance C 10n of the
一般に、コンデンサの静電容量は、規格(例えば、E6系列又はE12系列)に沿って製造されることが多く、中間の静電容量を実現するためには、特注品を要することとなる。 In general, the capacitance of a capacitor is often manufactured in accordance with a standard (for example, E6 series or E12 series), and a special order product is required to realize an intermediate capacitance.
しかしながら、第1実施例では、各コンデンサ32の静電容量C10nは、C10n>C10n+1を満たすものであればよいため、市販品又は汎用品を選択することが可能となる。なお、各コンデンサ32の仕様は、その他の要素(例えば、コンデンサ32の耐圧限界)を考慮することが好ましい。
However, in the first embodiment, since the capacitance C 10n of each
各コンデンサ32の静電容量C10nを設定した後は、上記式(10)〜(12)を満たすように、抵抗30の抵抗値R10nを算出する。すなわち、各抵抗値R10nを、R101=15.6kΩ、R102=71.4kΩ、R103=179kΩ、R104=106kΩとする。
After setting the capacitance C 10n of each
図8に示すように、図7の多段フィルタ回路36によれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタ34の周波数特性が均一となる。
As shown in FIG. 8, according to the
[A−4.第1実施形態の効果]
以上のように、第1実施形態によれば、抵抗30の数を減らしつつ、奇数個の各測定チャンネルCHのフィルタ周波数特性が均一となる多段フィルタ回路36を構成することが可能となる。
[A-4. Effect of First Embodiment]
As described above, according to the first embodiment, it is possible to configure the
すなわち、第1実施形態によれば、抵抗30は、各セル16の間及び両端のセル16の外側に配置されたセル側ノード22と測定ノード44との間にそれぞれ接続されるため、必要な抵抗30の数はセル数+1となる。従って、各測定チャンネルCHに別々に2つの抵抗30を設ける場合と比べて抵抗30とスイッチ38の数を少なくすることができる。
That is, according to the first embodiment, the
また、第1実施形態では、測定ノード44の列の中央から数えてn番目に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がC10nとされた複数のコンデンサ32と、セル側ノード22と測定ノード44との間にそれぞれ接続され、抵抗値がR10nとされた複数の抵抗30とを備える。これらのコンデンサ32及び抵抗30により、多段のRCフィルタ34が形成される。
In the first embodiment, the nth measurement node n and the (n + 1) th measurement node n + 1 are respectively connected from the center of the column of the
そして、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗30の抵抗値R10nは、上記式(10)〜(12)の関係を満たす。
When τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R 10n of each
上記式(10)〜(12)によれば、各段のRCフィルタ34の周波数特性(フィルタ時定数τ)を均一にすることができる。
According to the above formulas (10) to (12), the frequency characteristics (filter time constant τ) of the
さらに、上記式(10)〜(12)によれば、各コンデンサ32の静電容量C10nは、C10n>C10n+1という条件を満たせばよい。このため、各コンデンサ32の静電容量C10nには比較的自由度があり、各コンデンサ32には価格の安い汎用品を用いることが可能となる。一方、コンデンサ32の汎用品における静電容量C10nの選択肢と比べて、抵抗30の汎用品の抵抗値R10nの選択肢は多く、また、抵抗値R10nを任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値R10nの調整をすることも容易である。従って、多段フィルタ回路36の費用を抑えることが可能となる。
Furthermore, according to the above formulas (10) to (12), the capacitance C 10n of each
B.第2実施形態(偶数段のRCフィルタ)
[B−1.全体的な構成]
第2実施形態に係る電圧測定装置10A(図17)は、基本的に、第1実施形態に係る電圧測定装置10と同様の構成を有する。両者の相違点は、第1実施形態に係る電圧測定装置10は、セル16及びコンデンサ32が奇数個であり、抵抗30及びスイッチ38が偶数個であったのに対し、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aは、セル16及びコンデンサ32が偶数個であり、抵抗30及びスイッチ38が奇数個である点である。加えて、第2実施形態では、抵抗30の抵抗値及びコンデンサ32の静電容量の設定方法が第1実施形態と異なる。
B. Second Embodiment (Even-numbered RC filter)
[B-1. Overall configuration]
The
[B−2.基本的な考え方]
図13〜図16は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの構成を説明するために用いる第1〜第4電圧測定装置200A〜200D(以下「電圧測定装置200A〜200D」ともいう。)の多段フィルタ回路236a〜236dの構成を示す回路図である。図17は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの多段フィルタ回路36aの構成を示す回路図である。以下では、第1実施形態(図1等)で示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を示す。
[B-2. basic way of thinking]
13 to 16 are first to fourth
上記のように、図13〜図16は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの構成を説明するためのものであり、電圧測定装置10Aそのものの構成を示すものではなく、電圧測定装置10Aそのものの構成は図17に示されていることに留意されたい。また、説明のための電圧測定装置200A〜200D及び第2実施形態に係る電圧測定装置10Aのいずれも、測定チャンネルCHの数が偶数である(偶数段の)多段フィルタ回路36a、236a〜236d(以下「フィルタ回路36a、236a〜236d」ともいう。)を有する。
As described above, FIGS. 13 to 16 are for explaining the configuration of the
電圧測定装置10A、200A〜200Dは、第1実施形態(図1)と同様、電圧測定回路18、演算部20、スイッチ38及び制御部40等を有するが、図13〜図17では省略している。
The
図13の電圧測定装置200Aの多段フィルタ回路236aは、偶数個(6つ)のセル16を直列に接続したセル列14を備える組電池12と、奇数個(7つ)の抵抗30と、偶数個(6つ)のコンデンサ232a〜232cとを有する。なお、第2実施形態では、セル列14の中央に位置する2つのセル16を「中央セル16mid」といい、2つの中央セル16midの間の配線24上に配置された抵抗30を「中央抵抗30mid」という。
The
各コンデンサ232aは、各中央セル16midの正極側及び負極側に接続されている。各コンデンサ232bは、中央セル16mid及びその隣りのセル16を合わせた2つのセル16からなる各セル列の正極側及び負極側に接続されている。各コンデンサ232cは、1つの中央セル16mid及びその片側2つのセル16を合わせた3つのセル16からなるセル列の正極側及び負極側に接続されている。
Each
各抵抗30の抵抗値R20nは、1つの中央抵抗30midから外側(図13中、上下方向)に向かってR200、R201、R201、R202、R202、R203、R203とする(図14〜図17でも同様である。)。各コンデンサ232a〜232cの抵抗値C21nは、それぞれC211、C212、C213とする。
The resistance value R 20n of each
図13の多段フィルタ回路236aにおいて、各RCフィルタ34のRCの積(R20n・C21n)(ここでのnは、R20nについては0〜3の整数であり、C21nについては1〜3の整数である。)が等しく、各セル16の電圧(セル電圧Vcell)が均一である場合を想定する。この場合、コンデンサ232bの両端電圧はコンデンサ232aの両端電圧の2倍であり、コンデンサ232cの両端電圧はコンデンサ232aの両端電圧の4倍である。このため、各RCフィルタ34の出力電圧V1、V2、V3は均一となる。
In the
図14に示すように、図13のコンデンサ232bは、2倍の静電容量C212×2の2つのコンデンサ232dを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ232dの両端電圧は均等に2分割されるので図14中の点Bの電圧は点Aの電圧に等しい。
As shown in FIG. 14, the
同様に、図14に示すように、図13のコンデンサ232cは、3倍の静電容量C213×3の3つのコンデンサ232eを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ232eの両端電圧は均等に3分割されるので図14中の点Cの電圧は点A及び点Bの電圧に等しい。同様に、点Dの電圧は点Eの電圧に等しい。
Similarly, as shown in FIG. 14, the
以上より、分割した各コンデンサ232d、232eの中点(隣り合うコンデンサ232d、232eの中間部分)を図15のように接続しても、各RCフィルタ34の出力電圧V1、V2、V3は図13の構成と変わらない。
As described above, even if the middle points of the divided
ここで、図16に示すように、図15において並列に接続されているコンデンサ群をそれぞれひとつのコンデンサに置換する。すなわち、各中央セル16midの正極側及び負極側に接続されている配線24間のコンデンサ232a、232d、232eをひとつのコンデンサ232fに置換する。中央セル16midと隣り合う2つのセル16それぞれの正極側及び負極側に接続されている配線24間のコンデンサ232d、232eをひとつのコンデンサ232gに置換する。セル列14の両端のセル16の正極側及び負極側に接続されている配線24間のコンデンサ232eをひとつのコンデンサ232hに置換する。ここで、各コンデンサ232f、232g、232hの静電容量をそれぞれC201、C202、C203とすると、図15と図16の関係から、各静電容量C201、C202、C203は、それぞれ次の式(13)〜(15)で求められる。
C201=C211+2×C212+3×C213 (13)
C202=2×C212+3×C213 (14)
C203=3×C213 (15)
Here, as shown in FIG. 16, each capacitor group connected in parallel in FIG. 15 is replaced with one capacitor. That is, the
C 201 = C 211 + 2 × C 212 + 3 × C 213 (13)
C 202 = 2 × C 212 + 3 × C 213 (14)
C 203 = 3 × C 213 (15)
ここで、図13の多段フィルタ回路236aでのフィルタ時定数をτとすると、図13では、次の式(16)の関係が成り立つ。
τ=R201×C211 (16)
Here, if the filter time constant in the
τ = R 201 × C 211 (16)
そして、上記のように、図13の構成は、図16のように置換することができるため、次の式(17)が成り立つ。
τ=R201×(C201−C202) (17)
Since the configuration of FIG. 13 can be replaced as shown in FIG. 16 as described above, the following equation (17) is established.
τ = R 201 × (C 201 −C 202 ) (17)
同様に、図13の多段フィルタ回路236aでのフィルタ時定数をτとすると、図13では、次の式(18)の関係が成り立つ。
τ=R202×C212 (18)
Similarly, when the filter time constant in the
τ = R 202 × C 212 (18)
そして、上記のように、図13の構成は、図16のように置換することができるため、次の式(19)が成り立つ。
τ=R202×(C202−C203)/2 (19)
As described above, since the configuration of FIG. 13 can be replaced as shown in FIG. 16, the following equation (19) is established.
τ = R 202 × (C 202 −C 203 ) / 2 (19)
同様に、図13の多段フィルタ回路236aでのフィルタ時定数をτとすると、図13では、次の式(20)の関係が成り立つ。
τ=R203×C213 (20)
Similarly, when the filter time constant in the
τ = R 203 × C 213 (20)
ここで、上記のように、図13の構成は、図16のように置換することができるため、次の式(21)が成り立つ。
τ=R203×C203/3 (21)
Here, as described above, since the configuration of FIG. 13 can be replaced as shown in FIG. 16, the following equation (21) is established.
τ = R 203 × C 203/3 (21)
以上を踏まえ、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aにおける偶数段(2m){mは、セル数/2の整数である。}のフィルタ回路36aは、図17のような構成を有する。具体的には、フィルタ回路36aは、偶数個(2m個)のセル16と、奇数個(2m+1個)の抵抗30と、偶数個(2m個)のコンデンサ32とを有する。
Based on the above, the even number stage (2m) {m is an integer of the number of cells / 2 in the
RCフィルタ34を構成する抵抗30とコンデンサ32は2つの中央セル16midの間に接続された配線24又はその上に形成された中央抵抗30midを中心として上下対称に配置され、任意のn(ただし、1≦n≦m−1)においてコンデンサ32の静電容量C20nは、C20n>C20n+1を満たすようにC201からC20mまで任意に設定される。
The
また、各抵抗30の抵抗値R20nは、RCフィルタ34のフィルタ時定数をτとしたときに、次の式(22)〜(24)が成り立つように設定する。
Further, the resistance value R 20n of each
なお、中央抵抗30midの抵抗値R200は、任意の値とすることができる。また、後述するように、中央抵抗30midを設けない構成も可能である。 The resistance value R 200 of central resistor 30mid may be any value. Further, as will be described later, a configuration in which the central resistor 30mid is not provided is also possible.
以上のような静電容量C20n及び抵抗値R20nを満たすことにより、多段フィルタ回路36aの各RCフィルタ34自体によりフィルタ時定数τを均一にすることが可能となる。
By satisfying the capacitance C 20n and the resistance value R 20n as described above, it is possible to make the filter time constant τ uniform by the RC filters 34 themselves of the
[B−3.具体的な実施例並びに第1及び第2比較例]
図18は、図17の多段フィルタ回路36aの構成において、実際に抵抗30及びコンデンサ32の数値の具体例(第2実施例)を示した図である。図19は、図18の多段フィルタ回路36aを用いた場合の各RCフィルタ34の周波数特性の一例を示す。図20は、第1比較例に係る多段フィルタ回路636aの構成において、実際に抵抗30及びコンデンサ32の数値の具体例を示した図である。図21は、図20の多段フィルタ回路636aを用いた場合の各RCフィルタ34の周波数特性の一例を示す。図22は、第2比較例に係る多段フィルタ回路636bの構成において、実際に抵抗30及びコンデンサ32の数値の具体例を示した図である。図23は、図22の多段フィルタ回路636bを用いた場合の各RCフィルタ34の周波数特性の一例を示す。
[B-3. Specific Examples and First and Second Comparative Examples]
FIG. 18 is a diagram showing a specific example (second embodiment) of numerical values of the
なお、図18、図20、図22においてセル16を交流の記号で示しているのは、ここでのセル16がバッテリセルであり、充放電により電圧が変動することを示している。
18, 20, and 22, the
図20に示す第1比較例に係る多段フィルタ回路636aは、図18に示す第2実施例に係る多段フィルタ回路36aと同様の回路配置を備えるが、各抵抗30の抵抗値R20n及び各コンデンサ32の静電容量C20nが第2実施例と異なる。より具体的には、多段フィルタ回路636aでは、各抵抗30の抵抗値R200、R201、R202、R203、R204が5kΩで同一であり、各コンデンサ32の静電容量C201、C202、C203、C204が1μFで同一である。
The
図21に示すように、図20の多段フィルタ回路636aによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタ34の周波数特性のばらつきが大きくなってしまう。
As shown in FIG. 21, according to the
図22に示す第2比較例に係る多段フィルタ回路636bは、図18に示す第2実施例に係る多段フィルタ回路36aと異なる回路配置を備え、例えば、特許文献1に示す構成を適用したものである。より具体的には、多段フィルタ回路636bでは、RCフィルタ34(又はセル16)毎に2つの抵抗30及び1つのコンデンサ32を有する。また、各抵抗30の抵抗値R201、R202、R203、R204が5kΩで同一であり、各コンデンサ32の静電容量C201、C202、C203、C204が1μFで同一である。
A
図23に示すように、図22の多段フィルタ回路636bによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタ34の周波数特性は均一となるが、抵抗30とスイッチ38の数が多くなってしまう。
As shown in FIG. 23, according to the
一方、第2実施例に係る多段フィルタ回路36aでは、回路構成こそ第1比較例と同様であるものの、図18に示すように、コンデンサ32のうち最も静電容量が高いのは、2つの中央コンデンサ32midであり、中央から外側(図18中、上側及び下側)に向かうに連れてコンデンサ32の静電容量C20nが小さくなる。すなわち、C202はC201より小さく、C203はC202より小さく、C204は、C203より小さい。また、図18の各抵抗30は、上記式(22)〜(24)の関係を満たすように設定されている。
On the other hand, in the
図18の多段フィルタ回路36aを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求されるフィルタ時定数τを設定する。第2実施例では、τ=10msecとする。
The
次いで、コンデンサ32の静電容量C20nを決定する。上記のように、第2実施例では、各コンデンサ32の静電容量C20nは、C20n>C20n+1を満たすものであればよい。このため、比較的自由に各静電容量C20nを設定できる。第2実施例では、C201=1uF、C202=0.68uF、C203=0.47uF、C204=0.33uFとする。
Next, the capacitance C 20n of the
一般に、コンデンサの静電容量は、規格(例えば、E6系列又はE12系列)に沿って製造されることが多く、中間の静電容量を実現するためには、特注品を要することとなる。 In general, the capacitance of a capacitor is often manufactured in accordance with a standard (for example, E6 series or E12 series), and a special order product is required to realize an intermediate capacitance.
しかしながら、第2実施例では、各コンデンサ32の静電容量C20nは、C20n>C20n+1を満たすものであればよいため、市販品又は汎用品を選択することが可能となる。なお、各コンデンサ32の仕様は、その他の要素(例えば、コンデンサ32の耐圧限界)を考慮することが好ましい。
However, in the second embodiment, since the capacitance C 20n of each
各コンデンサ32の静電容量C20nを設定した後は、上記式(22)〜(24)を満たすように、抵抗30の抵抗値R20nを算出する。すなわち、各抵抗値R20nを、R201=31.3kΩ、R202=95.2kΩ、R203=214kΩ、R204=121kΩとする。
After setting the capacitance C 20n of each
図19に示すように、図18の多段フィルタ回路36aによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタ34の周波数特性が均一となる。
As shown in FIG. 19, according to the
[B−4.第2実施形態の効果]
以上のように、第2実施形態によれば、抵抗30の数を減らしつつ、偶数個の各測定チャンネルCHのフィルタ周波数特性が均一となる多段フィルタ回路36aを構成することが可能となる。
[B-4. Effect of Second Embodiment]
As described above, according to the second embodiment, it is possible to configure the
すなわち、第2実施形態によれば、抵抗30は、各セル16の間及び両端のセル16の外側に配置されたセル側ノード22と測定ノード44との間にそれぞれ接続されるため、必要な抵抗30の数はセル数+1となる。従って、各測定チャンネルCHに別々に2つの抵抗30を設ける場合と比べて抵抗30とスイッチ38の数を少なくすることができる。
That is, according to the second embodiment, the
また、第2実施形態では、測定ノード44の列の中央から数えてn番目に位置する測定ノード44とn+1番目に位置する測定ノード44との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がC20nとされた複数のコンデンサ32と、セル側ノード22と測定ノード44との間にそれぞれ接続され、抵抗値がR20nとされた複数の抵抗30とを備える。これらのコンデンサ32及び抵抗30により、多段のRCフィルタ34が形成される。
In the second embodiment, the
そして、τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗30の抵抗値Rnは、上記式(22)〜(24)の関係を満たす。
When τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each
上記式(22)〜(24)によれば、各段のRCフィルタ34の周波数特性(フィルタ時定数τ)を均一にすることができる。
According to the above formulas (22) to (24), the frequency characteristics (filter time constant τ) of the
さらに、上記式(22)〜(24)によれば、各コンデンサ32の静電容量C20nは、C20n>C20n+1という条件を満たせばよい。このため、各コンデンサ32の静電容量C20nには比較的自由度があり、各コンデンサ32には価格の安い汎用品を用いることが可能となる。一方、コンデンサ32の汎用品における静電容量C20nの選択肢と比べて、抵抗30の汎用品の抵抗値R20nの選択肢は多く、また、抵抗値R20nを任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値R20nの調整をすることも容易である。従って、多段フィルタ回路36aの費用を抑えることが可能となる。
Furthermore, according to the above formulas (22) to (24), the capacitance C 20n of each
C.変形例
なお、この発明は、上記各実施形態に限らず、この明細書、特許請求の範囲又は図面の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
C. Modifications It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the description in the specification, claims, or drawings. For example, the following configuration can be adopted.
上記各実施形態では、各セル16と1つの電圧測定回路18とを接続したが、電圧測定回路18は2つ以上セル数以下であれば、これに限らない。
In each of the above embodiments, each
上記各実施形態では、その効果として、コンデンサ32に汎用品を用いることが可能である旨を記載したが、必ずしもコンデンサ32を汎用品にしなければならない訳ではなく、特注品であってもよい。
In each of the above-described embodiments, it has been described that a general-purpose product can be used as the
第2実施形態(図17)では、2つの中央セル16midの間に接続された配線24上に中央抵抗30midを設けたが、中央抵抗30midを設けない構成も可能である。
In the second embodiment (FIG. 17), the central resistor 30mid is provided on the
図24には、変形例に係る電圧測定装置10Bの部分構成を示す回路図である。電圧測定装置10Bは、中央抵抗30midを設けない多段フィルタ回路36bを有する。多段フィルタ回路36bでは、2つの中央セル16midの間に接続される配線24は、アースに接続される。
FIG. 24 is a circuit diagram showing a partial configuration of a
なお、上記のように、各セル16は、それぞれが1個の物理的セルで構成する場合のみならず、2個以上の同数の物理的セルからなるモジュールで構成することもできる。
Note that, as described above, each
10、10A、10B…電圧測定装置 12…組電池
14…セル列 16…セル
16mid…中央セル 18…電圧測定回路(電圧検出手段)
22…セル側ノード 24…配線
30…抵抗 30mid…中央抵抗
32…コンデンサ 32mid…中央コンデンサ
34…RCフィルタ 36、36a、36b…多段フィルタ回路
44…測定ノード
CH…測定チャンネル(電圧検出部)
DESCRIPTION OF
22 ...
Claims (4)
複数の電圧検出部と、
各電圧検出部の両端がそれぞれ接続される複数の測定ノードと、
測定ノード列の中央から数えてn番目(nは1からmまでの整数である。)に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がCnとされた複数のコンデンサと、
各セルの間及びセル列の両端に配置された複数のセル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続され、抵抗値がRnとされた複数の抵抗と
を備え、
各コンデンサの静電容量CnはCn>Cn+1を満たし、
τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする電圧測定装置。
R1=τ/{2(C1−C2)} (1)
Rn={(2n−1)・τ}/{2(Cn−Cn+1)} (2)
Rm={(2m−1)・τ}/2Cm (3) A voltage measuring device for measuring a voltage of an assembled battery in which an odd number of cells other than 1 are connected in series,
A plurality of voltage detectors;
A plurality of measurement nodes to which both ends of each voltage detection unit are respectively connected;
A capacitance is respectively connected between a measurement node n located at the nth (n is an integer from 1 to m) counting from the center of the measurement node row and a measurement node n + 1 located at the (n + 1) th. A plurality of capacitors with C n ,
Are respectively connected between the plurality of cells side node disposed at both ends of and between the cell columns of each cell and the measuring node n, the resistance value and a plurality of resistors and R n,
The capacitance C n of each capacitor satisfies C n > C n + 1 ,
A voltage measuring device characterized in that when τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor satisfies the following equations (1) to (3).
R 1 = τ / {2 (C 1 -C 2 )} (1)
R n = {(2n−1) · τ} / {2 (C n −C n + 1 )} (2)
R m = {(2m−1) · τ} / 2C m (3)
複数の電圧検出部と、
各電圧検出部の両端がそれぞれ接続される複数の測定ノードと、
測定ノード列の中央から数えてn番目(nは0からmの整数である。)に位置する測定ノードnとn+1番目に位置する測定ノードn+1との間にそれぞれ接続され、それぞれ静電容量がCnとされた複数のコンデンサと、
各セルの間及びセル列の両端に配置された複数のセル側ノードと測定ノードnとの間にそれぞれ接続され、抵抗値がRnとされた複数の抵抗と
を備え、
各コンデンサの静電容量はCn>Cn+1を満たし、
τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(4)〜(6)を満たすことを特徴とする電圧測定装置。
R1=τ/(C1−C2) (4)
Rn=(n・τ)/(Cn−Cn+1) (5)
Rm=(m・τ)/Cm (6) A voltage measuring device that measures the voltage of an assembled battery in which an even number of cells are connected in series,
A plurality of voltage detectors;
A plurality of measurement nodes to which both ends of each voltage detection unit are respectively connected;
A capacitance is respectively connected between a measurement node n located at the nth (n is an integer from 0 to m) counting from the center of the measurement node row and a measurement node n + 1 located at the (n + 1) th. A plurality of capacitors denoted C n ;
Are respectively connected between the plurality of cells side node disposed at both ends of and between the cell columns of each cell and the measuring node n, the resistance value and a plurality of resistors and R n,
The capacitance of each capacitor satisfies C n > C n + 1 ,
A voltage measuring device characterized in that when τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor satisfies the following equations (4) to (6).
R 1 = τ / (C 1 -C 2 ) (4)
R n = (n · τ) / (C n −C n + 1 ) (5)
R m = (m · τ) / C m (6)
各セル間のノード及び前記セル列の両端のノードそれぞれに接続されたセル数+1本の配線を介して各セルの正極側及び負極側に接続され、各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
前記配線上にそれぞれ設けられたセル数+1個の抵抗と、
隣り合う前記配線間に設けられ前記抵抗と組み合わせてRCフィルタを構成するセル数と同数のコンデンサと
を備え、
前記セル列の中央に位置するセルである中央セルの正極側及び負極側と前記電圧検出手段とを結ぶ2本の前記配線間に設けられた前記コンデンサである中央コンデンサから数えてn番目(nは、1からmまでの整数である。)のコンデンサの静電容量をCnとするとき、各コンデンサの静電容量はCn>Cn+1を満たし、
τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(7)〜(9)を満たすことを特徴とする電圧測定装置。
R1=τ/{2(C1−C2)} (7)
Rn={(2n−1)・τ}/{2(Cn−Cn+1)} (8)
Rm={(2m−1)・τ}/2Cm (9) A voltage measuring device for measuring a voltage of a battery pack having a cell string in which an odd number of cells other than 1 are connected in series,
Voltage detection means for detecting the voltage across each cell, connected to the positive and negative sides of each cell via the number of cells connected to the node between each cell and each node at both ends of the cell column + 1 wire When,
The number of cells provided on each of the wirings plus one resistor;
Including the same number of capacitors as the number of cells constituting the RC filter in combination with the resistor provided between the adjacent wirings;
The nth (nth (n) th nth counting from the central capacitor which is the capacitor provided between the two wirings connecting the positive electrode side and the negative electrode side of the central cell, which is a cell located in the center of the cell row, and the voltage detecting means) Is an integer from 1 to m), where C n is the capacitance of the capacitor, the capacitance of each capacitor satisfies C n > C n + 1 ,
A voltage measuring device characterized in that when τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor satisfies the following equations (7) to (9).
R 1 = τ / {2 (C 1 -C 2 )} (7)
R n = {(2n−1) · τ} / {2 (C n −C n + 1 )} (8)
R m = {(2m−1) · τ} / 2C m (9)
各セル間のノード及び前記セル列の両端のノードそれぞれに接続されたセル数+1本の配線を介して各セルの正極側及び負極側に接続され、各セルの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
前記配線上にそれぞれ設けられたセル数+1個の抵抗と、
隣り合う前記配線間に設けられ前記抵抗と組み合わせてRCフィルタを構成するセル数と同数のコンデンサと
を備え、
前記セル列の中央に位置する2つのセルである中央セルの正極側及び負極側と前記電圧検出手段とを結ぶ3本の前記配線間に設けられた2つの前記コンデンサである中央コンデンサから数えてn番目(nは、1からmまでの整数である。)のコンデンサの静電容量をCnとするとき、各コンデンサの静電容量はCn>Cn+1を満たし、
τを任意に設定されたフィルタ時定数とするとき、各抵抗の抵抗値Rnは、以下の式(10)〜(12)を満たすことを特徴とする電圧測定装置。
R1=τ/(C1−C2) (10)
Rn=(n・τ)/(Cn−Cn+1) (11)
Rm=(m・τ)/Cm (12) A voltage measuring device for measuring a voltage of a battery pack having a cell row in which an even number of cells are connected in series,
Voltage detection means for detecting the voltage across each cell, connected to the positive and negative sides of each cell via the number of cells connected to the node between each cell and each node at both ends of the cell column + 1 wire When,
The number of cells provided on each of the wirings plus one resistor;
Including the same number of capacitors as the number of cells constituting the RC filter in combination with the resistor provided between the adjacent wirings;
Counting from the central capacitor that is the two capacitors provided between the three wirings that connect the positive and negative sides of the central cell, which is the two cells located in the center of the cell row, and the voltage detection means. When the capacitance of the n-th capacitor (n is an integer from 1 to m) is C n, the capacitance of each capacitor satisfies C n > C n + 1 ,
A voltage measuring device characterized in that when τ is an arbitrarily set filter time constant, the resistance value R n of each resistor satisfies the following equations (10) to (12).
R 1 = τ / (C 1 -C 2 ) (10)
R n = (n · τ) / (C n −C n + 1 ) (11)
R m = (m · τ) / C m (12)
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