JP2014070987A - Voltage detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンデンサの容量変化の自己診断機能を備えた電圧検出装置に関する。 The present invention relates to a voltage detection device having a self-diagnosis function of capacitance change of a capacitor.
ハイブリッド自動車や電気自動車には、複数の2次電池(単位電池)を直列に接続して構成される組電池が搭載されている。このような組電池においては、各2次電池の容量計算や保護管理のため、各2次電池の電圧を個別に検出する必要がある。しかし、上記用途において組電池を構成する2次電池の直列接続数は非常に多いため、組電池における接続位置に応じて2次電池の電位が高くなり、2次電池の電圧検出装置に高い電圧が印加される。 A hybrid vehicle or an electric vehicle includes a battery pack configured by connecting a plurality of secondary batteries (unit batteries) in series. In such an assembled battery, it is necessary to individually detect the voltage of each secondary battery for capacity calculation and protection management of each secondary battery. However, since the number of series-connected secondary batteries constituting the assembled battery in the above application is very large, the potential of the secondary battery increases according to the connection position in the assembled battery, and the voltage detection device of the secondary battery has a high voltage. Is applied.
特許文献1には、オペアンプ、一端がオペアンプの反転入力端子に接続された第1コンデンサ、オペアンプの反転入力端子と出力端子との間に接続された第2コンデンサと放電回路、および単位電池の各端子と第1コンデンサの他端との間にそれぞれ接続されたスイッチから構成された電圧検出回路が開示されている。単位電池のプラス端子と第1コンデンサとの間のスイッチおよび放電回路をオンして第1コンデンサを充電し、その後、放電回路をオフした状態で当該スイッチに替えて単位電池のマイナス端子と第1コンデンサとの間のスイッチをオンすることにより単位電池の電圧を検出する。
一般に、コンデンサは、長期間に亘り高電圧が印加され或いは長期間に亘り高温環境下に置かれると、経年劣化が生じて容量値が変化する(耐久変動)。例えば特許文献1に記載された電圧検出装置は、第1コンデンサと第2コンデンサの容量比に応じたゲインを持つので、経年劣化により何れかのコンデンサの容量値が変化すると検出電圧に誤差が生じる。この場合、出力電圧を観測しても、コンデンサの容量値が変化したのか或いは電池電圧が変化したのか判別することができない。さらに、複数のコンデンサを備えた電圧検出装置では、1つのコンデンサのみならず複数のコンデンサの容量値が同時に変化する場合もある。この場合には、上記判別が一層困難になる。
Generally, when a high voltage is applied for a long period of time or a capacitor is placed in a high temperature environment for a long period of time, aged deterioration occurs and the capacitance value changes (durability fluctuation). For example, since the voltage detection device described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電圧検出に用いるコンデンサの容量変化を自己診断可能な電圧検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a voltage detection device capable of self-diagnosis of a change in the capacitance of a capacitor used for voltage detection.
請求項1に記載した手段は、全差動構成の電圧検出装置である。すなわち、差動出力構成を持つオペアンプと、検出対象電圧源の一端子と第1共通ノードとの間に接続された第1スイッチと、検出対象電圧源の他端子と第2共通ノードとの間に接続された第2スイッチと、一端が第1共通ノードに接続された第1Aコンデンサと、一端が第2共通ノードに接続された第1Bコンデンサと、オペアンプの反転入力端子と非反転出力端子との間に接続された第3Aスイッチと、オペアンプの非反転入力端子と反転出力端子との間に接続された第3Bスイッチと、オペアンプの反転入力端子と非反転出力端子との間に直列接続された第2Aコンデンサおよび第4Aスイッチと、オペアンプの非反転入力端子と反転出力端子との間に直列接続された第2Bコンデンサおよび第4Bスイッチと、第1共通ノードと第2共通ノードとの間に接続された第5スイッチと、第2Aコンデンサと第4Aスイッチとの共通接続点に第1A基準電圧または第2A基準電圧を付与可能な第1基準電圧選択回路と、第2Bコンデンサと第4Bスイッチとの共通接続点に第1B基準電圧および第2B基準電圧を付与可能な第2基準電圧選択回路と、第1Aコンデンサの他端とオペアンプの反転入力端子との間に接続された第6Aスイッチと、第1Bコンデンサの他端とオペアンプの非反転入力端子との間に接続された第6Bスイッチと、第1Aコンデンサの他端に第3A基準電圧を付与可能な第3基準電圧選択回路と、第1Bコンデンサの他端に第3B基準電圧を付与可能な第4基準電圧選択回路と、制御手段とを備えている。
The means described in
制御手段は、検出対象電圧源の電圧を検出する電圧検出モードと、コンデンサの容量変化を検出する自己診断モードを実行できる。電圧検出モードにあっては、第4A、第4B、第5スイッチを開き、第3、第4基準電圧選択回路による電圧付与を停止し、第1、第2基準電圧選択回路により第1A、第1B基準電圧を付与し、第3A、第3B、第6A、第6Bスイッチを閉じるとともに第1、第2スイッチを閉じて第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサに電荷を設定する。その後、第1、第2、第3A、第3Bスイッチを開くとともに第1、第2基準電圧選択回路による電圧付与を停止し、第4A、第4B、第5スイッチを閉じることにより電荷が再分配される。 The control means can execute a voltage detection mode for detecting the voltage of the detection target voltage source and a self-diagnosis mode for detecting a change in the capacitance of the capacitor. In the voltage detection mode, the 4A, 4B, and 5th switches are opened, the voltage application by the 3rd and 4th reference voltage selection circuits is stopped, and the 1A and 2nd switches by the 1st and 2nd reference voltage selection circuits. A 1B reference voltage is applied, the 3A, 3B, 6A, and 6B switches are closed, and the 1st and 2nd switches are closed to set charges in the 1A, 1B, 2A, and 2B capacitors. Thereafter, the first, second, third A, and third B switches are opened, the voltage application by the first and second reference voltage selection circuits is stopped, and the fourth A, fourth B, and fifth switches are closed to redistribute charges. Is done.
第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサの容量値をC1A、C1B、C2A、C2Bとし、第1A、第1B基準電圧をV1A、V1Bとすれば、電荷再分配によるオペアンプの差動出力電圧VOP−VOMは(C1AとC1Bの直列容量値/C2AとC2Bの直列容量値)×検出対象電圧源の電圧+(V1A−V1B)となるので、当該出力電圧に基づいて検出対象電圧源の端子間電圧を検出できる。 If the capacitance values of the 1A, 1B, 2A, and 2B capacitors are C1A, C1B, C2A, and C2B, and the 1A and 1B reference voltages are V1A and V1B, the differential output voltage of the operational amplifier by charge redistribution Since VOP−VOM is (series capacitance value of C1A and C1B / series capacitance value of C2A and C2B) × voltage of the detection target voltage source + (V1A−V1B), the terminal of the detection target voltage source is based on the output voltage. Inter-voltage can be detected.
一方、自己診断モードにあっては、第1、第2スイッチの少なくとも一方を開いた上で第5スイッチを閉じ、第3A、第3Bスイッチを閉じ、第4A、第4B、第6A、第6Bスイッチを開き、第1、第2、第3、第4基準電圧選択回路により第2A、第2、第3A、第3B基準電圧を付与して第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサに電荷を設定する。その後、第3A、第3Bスイッチを開くとともに第1、第2、第3、第4基準電圧選択回路による電圧付与を停止し、第4A、第4B、第6A、第6Bスイッチを閉じることにより電荷が再分配される。 On the other hand, in the self-diagnosis mode, after opening at least one of the first and second switches, the fifth switch is closed, the 3A and 3B switches are closed, and the 4A, 4B, 6A, and 6B are closed. The switch is opened, and the first, second, third, and fourth reference voltage selection circuits apply the second A, second, third A, and third B reference voltages to the first A, first B, second A, and second B capacitors. Set the charge. After that, the 3A and 3B switches are opened, the voltage application by the 1st, 2nd, 3rd and 4th reference voltage selection circuits is stopped, and the 4A, 4B, 6A and 6B switches are closed to charge. Are redistributed.
第2A、第2B、第3A、第3B基準電圧をV2A、V2B、V3A、V3Bとすれば、電荷再分配によるオペアンプの差動出力電圧VOP−VOMは、C1A、C1B、C2A、C2B、V2A、V2B、V3A、V3B、コモンモード電圧VCOMの関数として定まる。この自己診断モードの差動出力電圧は、検出対象電圧源の電圧に依存しない。第2A、第2B、第3A、第3B基準電圧が正しい限り、経年劣化や故障などにより何れか1つまたは何れか3つのコンデンサの容量値が変化したときの差動出力電圧は、容量値の変化がない正常時における差動出力電圧と異なる電圧値になる。このため、コンデンサの容量値が変化したことを検出することができる。 If the 2A, 2B, 3A, and 3B reference voltages are V2A, V2B, V3A, and V3B, the differential output voltage VOP-VOM of the operational amplifier by charge redistribution is C1A, C1B, C2A, C2B, V2A, It is determined as a function of V2B, V3A, V3B, and common mode voltage VCOM. The differential output voltage in this self-diagnosis mode does not depend on the voltage of the detection target voltage source. As long as the 2A, 2B, 3A, and 3B reference voltages are correct, the differential output voltage when the capacitance value of any one or any of the three capacitors changes due to aging or failure is the capacitance value. It becomes a voltage value different from the differential output voltage at normal time with no change. For this reason, it can be detected that the capacitance value of the capacitor has changed.
何れか2つまたは4つ全てのコンデンサの容量値が変化したときの差動出力電圧は、正常時における差動出力電圧と異なる電圧値になる場合と同じ電圧値になる場合とがある。同じ値になる場合には、自己診断モードにおいてコンデンサの容量値が変化したことを検出できないことになる。しかし、同じ値になる場合には、たとえコンデンサの容量値が変化していても、電圧検出モードにおいて差動出力電圧に基づいて検出される検出対象電圧源の端子間電圧に誤差が生じない結果となるので、実際には検出できないことは問題にならない。すなわち、少なくとも電圧検出モードで検出誤差が生じる場合には、自己診断モードにおいて容量変化を診断可能となる。 The differential output voltage when the capacitance values of any two or all four capacitors change may be the same voltage value as the voltage value different from the differential output voltage in the normal state. If the values are the same, it cannot be detected that the capacitance value of the capacitor has changed in the self-diagnosis mode. However, in the case where the same value is obtained, even if the capacitance value of the capacitor is changed, there is no error in the voltage between the terminals of the detection target voltage source detected based on the differential output voltage in the voltage detection mode. Therefore, the fact that it cannot actually be detected is not a problem. That is, when a detection error occurs at least in the voltage detection mode, the capacitance change can be diagnosed in the self-diagnosis mode.
本手段によれば、全差動構成を備えているので、電圧検出モードおよび自己診断モードにおけるコンデンサの電荷設定時および電荷再分配時の何れの場合にコモンモードノイズが重畳しても、オペアンプの出力電圧から当該コモンモードノイズを除去することができる。さらに、回路構成が対称となっているので、各スイッチの切り替え時に発生するフィードスルーなどによる誤差を相殺でき、より高い精度の検出電圧を得ることができる。 According to the present means, since it has a fully differential configuration, even if the common mode noise is superimposed in any of the capacitor charge setting and charge redistribution in the voltage detection mode and the self-diagnosis mode, The common mode noise can be removed from the output voltage. Further, since the circuit configuration is symmetric, an error caused by feedthrough that occurs when each switch is switched can be canceled, and a detection voltage with higher accuracy can be obtained.
請求項2に記載した手段は、第1Aコンデンサの他端とオペアンプの非反転入力端子との間に接続された第7Aスイッチと、第1Bコンデンサの他端とオペアンプの反転入力端子との間に接続された第7Bスイッチとからなるクロススイッチを備えている。制御手段は、電圧検出モードでは、第7A、第7Bスイッチを開いた状態に維持する。自己診断モードでは、第7A、第7Bスイッチを開いた状態で上述したように第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサに電荷を設定する。その後、上述した第6A、第6Bスイッチを閉じる代わりに第7A、第7Bスイッチを閉じた後のオペアンプの差動出力電圧に基づいて各コンデンサの容量変化を自己診断する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a seventh A switch connected between the other end of the first A capacitor and the non-inverting input terminal of the operational amplifier, and between the other end of the first B capacitor and the inverting input terminal of the operational amplifier. A cross switch including a connected seventh B switch is provided. In the voltage detection mode, the control means keeps the seventh A and seventh B switches open. In the self-diagnosis mode, charges are set in the first A, first B, second A, and second B capacitors as described above with the seventh A and seventh B switches open. After that, instead of closing the 6A and 6B switches, the capacitance change of each capacitor is self-diagnosis based on the differential output voltage of the operational amplifier after the 7A and 7B switches are closed.
本手段の自己診断モードによれば、何れか1つ、2つまたは3つのコンデンサの容量値が変化したときの差動出力電圧は、容量値の変化がない正常時における差動出力電圧と異なる電圧値になる。このため、コンデンサの容量値が変化したことを検出することができる。また、4つ全てのコンデンサの容量値が変化したときの差動出力電圧は、正常時における差動出力電圧と異なる電圧値になる場合と同じ電圧値になる場合とがある。しかし、同じ値になる場合には、たとえコンデンサの容量値が変化していても、電圧検出モードにおける差動出力電圧に基づいて検出される検出対象電圧源の端子間電圧に誤差が生じない結果となるので、実際には検出できないことは問題にならない。 According to the self-diagnosis mode of this means, the differential output voltage when the capacitance value of any one, two or three capacitors changes is different from the differential output voltage at normal time when there is no change in the capacitance value. It becomes a voltage value. For this reason, it can be detected that the capacitance value of the capacitor has changed. In addition, the differential output voltage when the capacitance values of all four capacitors are changed may be the same voltage value as when the differential output voltage is different from the normal differential output voltage. However, if the values are the same, even if the capacitance value of the capacitor has changed, there is no error in the voltage between the terminals of the voltage source to be detected that is detected based on the differential output voltage in the voltage detection mode. Therefore, the fact that it cannot actually be detected is not a problem.
請求項3に記載した手段において、検出対象電圧源は、同極性で直列接続されて組電池を構成する単位電池である。隣り合う単位電池は、その一端子同士または他端子同士が接続されて直列接続をなしている。これにより、第1スイッチは、各単位電池の一端子と第1共通ノードとの間に、隣接する単位電池の第1スイッチとの共通化を図りながら設けられ、第2スイッチは、各単位電池の他端子と第2共通ノードとの間に、隣接する単位電池の第2スイッチとの共通化を図りながら設けられる。本手段によれば、組電池を構成する各単位電池の電圧を低耐圧の全差動オペアンプを用いて検出できる。
4. The means according to
上記共通化により、第1スイッチと第2スイッチの総数を半減することができるので、組電池を構成する単位電池の数が多いほどスイッチの削減効果が大きくなる。ただし、隣接する単位電池の電圧検出装置に対する接続極性が逆になるので、オペアンプから出力される差動出力電圧の極性を反転させる反転回路を備えている。制御手段は、高電位側端子が一端子となる単位電池の端子間電圧を検出するときには反転回路を非反転動作とし、高電位側端子が他端子となる単位電池の端子間電圧を検出するときには反転回路を反転動作とする。 Since the total number of the first switch and the second switch can be halved by the above common use, the effect of reducing the switch increases as the number of unit batteries constituting the assembled battery increases. However, since the connection polarity of the adjacent unit battery to the voltage detection device is reversed, an inversion circuit for inverting the polarity of the differential output voltage output from the operational amplifier is provided. The control means sets the inverting circuit to a non-inverting operation when detecting the voltage between the terminals of the unit battery whose high potential side terminal is one terminal, and when detecting the voltage between the terminals of the unit battery whose high potential side terminal is the other terminal. The inverting circuit is set to inverting operation.
請求項4に記載した手段において、検出対象電圧源は、同極性で直列接続されて組電池を構成する単位電池である。第1スイッチは、各単位電池の高電位側端子と第1共通ノードとの間にそれぞれ設けられ、第2スイッチは、各単位電池の低電位側端子と第2共通ノードとの間にそれぞれ設けられている。本手段によれば、組電池を構成する各単位電池の電圧を低耐圧の全差動オペアンプを用いて検出できる。また、単位電池ごとに第1スイッチと第2スイッチが必要になるが、上述した反転回路は不要となる。
5. The means according to
各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態について図1ないし図5を参照しながら説明する。
図1に示す組電池1は、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載され、インバータを介して電動機に電力を供給するものである。実際の組電池1は、多数のリチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池等を同極性で直列に接続した構成を有しているが、ここでは説明の都合上低電位側の電池セルB1から高電位側の電池セルB4までを示している。
In each embodiment, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
An assembled
リチウムイオン2次電池は、電池セルごとの容量の個体差や自己放電特性の差等によって、各電池セルの充電状態(SOC:State Of Charge)ひいてはセル電圧がばらつく。このような組電池1においては、各2次電池の容量計算や保護管理(例えば電池電圧の均等化)のため、各2次電池の電圧を個別に検出する必要がある。
In the lithium ion secondary battery, the state of charge (SOC) of each battery cell and the cell voltage varies due to individual differences in capacity of each battery cell, differences in self-discharge characteristics, and the like. In such an assembled
組電池1の電圧検出装置2の端子TB0〜TB4には、それぞれ電池セルB1〜B4(検出対象電圧源、単位電池)の各端子が接続されている。端子TB0〜TB4の電圧は、それぞれV0〜V4である。全差動形式の電圧検出装置2は、電圧検出モードと自己診断モードで動作する。電圧検出モードでは、組電池1を構成する各電池セルBn(n=1、2、3、4)の電圧VBnを検出し、出力端子TP、TMから電圧VBnに応じた差動電圧VOP、VOMを出力する。自己診断モードでは、後述するコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bの経年劣化や故障などによる容量変化に応じた差動電圧VOP、VOMを出力し、コンデンサの容量値が変化したことを自己診断する。
Respective terminals of battery cells B1 to B4 (detection target voltage source and unit battery) are connected to terminals TB0 to TB4 of the
電圧検出装置2は、差動入力形式のA/D変換器3などの回路とともにICとして構成されている。電圧検出装置2は、グランド電位VSSを基準とする電源電圧VDDの供給を受けて動作し、非反転出力端子、反転出力端子から差動電圧を出力する差動出力形式のオペアンプ4を備えている。上記差動電圧VOP、VOMは、差動入力形式のA/D変換器3によりデジタルデータに変換される。
The
組電池1の電池セルBn(n=1、2、3、4)は、その一端子同士または他端子同士が接続されて直列接続されている。例えば電池セルB2、B4の高電位側端子は一端子、低電位側端子は他端子とされ、電池セルB1、B3の高電位側端子は他端子、低電位側端子は一端子とされている。この端子の区別は、スイッチSWBn(n=0、1、2、3、4)のコモンラインCL1、CL2(第1、第2共通ノード)との接続およびオペアンプ4の電圧出力極性に関係して必要となる。
The battery cells Bn (n = 1, 2, 3, 4) of the assembled
端子TB0、TB2、TB4とコモンラインCL1との間には、それぞれスイッチSWB0、SWB2、SWB4が接続されている。一方、端子TB1、TB3とコモンラインCL2との間には、それぞれスイッチSWB1、SWB3が接続されている。各電池セルBnにとって一端子側に接続されるスイッチSWBx(xは0、2、4の何れか)は第1スイッチに相当し、他端子側に接続されるスイッチSWBx(xは1、3の何れか)は第2スイッチに相当する。つまり、第1スイッチは各電池セルBnの一端子とコモンラインCL1との間に接続されており、第2スイッチは電池セルBnの他端子とコモンラインCL2との間に接続されている。 Switches SWB0, SWB2, and SWB4 are connected between the terminals TB0, TB2, and TB4 and the common line CL1, respectively. On the other hand, switches SWB1 and SWB3 are connected between the terminals TB1 and TB3 and the common line CL2, respectively. For each battery cell Bn, the switch SWBx (x is any of 0, 2, 4) connected to one terminal side corresponds to the first switch, and the switch SWBx (x is 1, 3) connected to the other terminal side. Any) corresponds to the second switch. That is, the first switch is connected between one terminal of each battery cell Bn and the common line CL1, and the second switch is connected between the other terminal of the battery cell Bn and the common line CL2.
このようにしてスイッチSWBnを設けると、電池セルBnの第1スイッチと、隣接する電池セルBn+1またはBn-1の第1スイッチとを共通化でき、電池セルBnの第2スイッチと、隣接する電池セルBn+1またはBn-1の第2スイッチとを共通化できる。このため、第1、第2スイッチの数をほぼ半減することができる。 When the switch SWBn is provided in this manner, the first switch of the battery cell Bn and the first switch of the adjacent battery cell Bn + 1 or Bn-1 can be shared, and the second switch of the battery cell Bn is adjacent to the first switch. The second switch of the battery cell Bn + 1 or Bn-1 to be used can be shared. For this reason, the number of the first and second switches can be almost halved.
コモンラインCL1とオペアンプ4の反転入力端子との間には、第1AコンデンサC1Aと第6AスイッチSW6Aとが直列に接続されている。コモンラインCL2とオペアンプ4の非反転入力端子との間には、第1BコンデンサC1Bと第6BスイッチSW6Bとが直列にが接続されている。オペアンプ4の反転入力端子と非反転出力端子との間には、第2AコンデンサC2Aと第4AスイッチSW4Aとが直列に接続されており、この直列回路に対し第3AスイッチSW3Aが並列に接続されている。オペアンプ4の非反転入力端子と反転出力端子との間には、第2BコンデンサC2Bと第4BスイッチSW4Bとが直列に接続されており、この直列回路に対し第3BスイッチSW3Bが並列に接続されている。コモンラインCL1とCL2との間には第5スイッチSW5が接続されている。
A first A capacitor C1A and a sixth A switch SW6A are connected in series between the common line CL1 and the inverting input terminal of the
第1基準電圧選択回路5Aは、第2AコンデンサC2Aと第4AスイッチSW4Aとの接続点に対し、スイッチSW51、SW53を介して第1A基準電圧VA、第2A基準電圧VCを出力可能に構成されている。第2基準電圧選択回路5Bは、第2BコンデンサC2Bと第4BスイッチSW4Bとの接続点に対し、スイッチSW52、SW54を介して第1B基準電圧VB、第2B基準電圧VDを出力可能に構成されている。第3基準電圧選択回路8Aは、第1AコンデンサC1Aと第6AスイッチSW6Aと接続点に対し、スイッチSW81を介して第3A基準電圧VSを出力可能に構成されている。第4基準電圧選択回路8Bは、第1BコンデンサC1Bと第6BスイッチSW6Bと接続点に対し、スイッチSW82を介して第3B基準電圧VTを出力可能に構成されている。
The first reference
オペアンプ4と出力端子TP、TMとの間には、オペアンプ4の非反転出力端子および反転出力端子から出力される差動出力電圧の極性を反転させる反転回路9が設けられている。すなわち、オペアンプ4の非反転出力端子は、スイッチSW91、SW93を介して出力端子TP、TMと接続され、オペアンプ4の反転出力端子は、スイッチSW92、SW94を介して出力端子TM、TPと接続されている。
Between the
高電位側端子が上記一端子となる電池セルB2、B4の端子間電圧を検出するときにはスイッチSW91、SW92をオンして非反転動作とされ、高電位側端子が上記他端子となる電池セルB1、B3の端子間電圧を検出するときにはスイッチSW93、SW94をオンして反転動作とされる。上述した各スイッチはMOSトランジスタから構成されており、これらのスイッチの切り換えは、制御手段である制御回路10によって行われる。
When the voltage between the terminals of the battery cells B2 and B4 whose high potential side terminal is the one terminal is detected, the switches SW91 and SW92 are turned on to perform the non-inversion operation, and the battery cell B1 whose high potential side terminal is the other terminal. When the voltage between the terminals B3 is detected, the switches SW93 and SW94 are turned on to perform the inversion operation. Each switch described above is composed of MOS transistors, and switching of these switches is performed by a
次に、図2ないし図5を参照しながら本実施形態の作用および効果を説明する。図2、図3は、それぞれ電圧検出モード、自己診断モードにおけるスイッチのオンオフ状態および出力電圧VOUT(=VOP−VOM)の波形を示している。図中に記載のないスイッチはオフである。 Next, operations and effects of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 show the waveforms of the on / off state of the switch and the output voltage VOUT (= VOP−VOM) in the voltage detection mode and the self-diagnosis mode, respectively. Switches not shown in the figure are off.
[電圧検出モード(図2)]
制御回路10は、各スイッチを切り替えながらセル電圧VB1〜VB4を降順に繰り返し検出しA/D変換器3に出力する。本モードではスイッチSW6A、SW6Bはオン状態に保持される。また、第2A基準電圧VC、第2B基準電圧VD、第3A基準電圧VSおよび第3B基準電圧VTを使用しないので、スイッチSW53、SW54、SW81、SW82はオフ状態に保持される。
[Voltage detection mode (Fig. 2)]
The
電池セルB4の電圧VB4を検出する場合、制御回路10は、SW91〜SW94を切り替えて反転回路9を非反転動作とし、スイッチSW4A、SW4B、SW5をオフ、スイッチSW51、SW52、SW3A、SW3B、SWB3、SWB4をオンして第1A、第1B、第2A、第2BコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bに電荷を設定する(期間1)。その後、スイッチSW51、SW52をオフして第1A、第1B基準電圧VA、VBの付与を停止するとともにスイッチSW3A、SW3B、SWB3、SWB4をオフし(ノンオーバーラップ期間2)、スイッチSW4A、SW4B、SW5をオンする(期間3)。
When detecting the voltage VB4 of the battery cell B4, the
期間2と期間3との間の電荷保存の一般式は、第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサの容量をC1A、C1B、C2A、C2B、オペアンプ4のコモンモード電圧をVCOM、スイッチSW5をオンしたときのコモンラインCL1、CL2の電圧をVY、オペアンプ4の入力端子の電圧をVXとすれば(1)式、(2)式、(3)式となる。例えば電池セルB4の検出時にはVn=V4、Vn-1=V3、Vn−Vn-1=VB4となる。
The general equation for charge storage between
C1A(Vn−VCOM)+C2A(VA−VCOM)=C1A(VY−VX)+C2A(VOP−VX) …(1)
C1B(Vn-1−VCOM)+C2B(VB−VCOM)=C1B(VY−VX)+C2B(VOM−VX) …(2)
C1A(VCOM−Vn)+C1B(VCOM−Vn-1)=(C1A+C1B)(VX−VY) …(3)
C1A (Vn-VCOM) + C2A (VA-VCOM) = C1A (VY-VX) + C2A (VOP-VX) (1)
C1B (Vn-1−VCOM) + C2B (VB−VCOM) = C1B (VY−VX) + C2B (VOM−VX) (2)
C1A (VCOM-Vn) + C1B (VCOM-Vn-1) = (C1A + C1B) (VX-VY) (3)
これを解くと(4)式が得られる。
A/D変換器3は、期間3への切り替え後、(4)式で表される整定したオペアンプ4の出力電圧VOUTをA/D変換する。制御回路10は、このA/D変換値に基づいてセル電圧VB4を検出できる。制御回路10は、続いてスイッチSW91、SW92、SW4A、SW4B、SW5をオフ、スイッチSW93、SW94、SW51、SW52、SW3A、SW3Bをオンし(ノンオーバーラップ期間4)、その後の期間5、6、7においても同様にして電池セルB3の電圧VB3を検出する。
After switching to the
[自己診断モード(図3)]
本モードでは第1A基準電圧VAと第1B基準電圧VBを使用しないので、制御回路10はスイッチSW51とSW52をオフ状態に保持する。また、スイッチSW5をオンしてコモンラインCL1とCL2を接続するとともに、このコモンラインの電位を固定するためスイッチSWB0〜SWB4のうち1つ(ここではSWB4)をオンする。さらに、SW91〜SW94を切り替えて反転回路9を非反転動作とする。
[Self-diagnosis mode (Fig. 3)]
Since the first A reference voltage VA and the first B reference voltage VB are not used in this mode, the
制御回路10は、スイッチSW4A、SW4B、SW6A、SW6Bをオフ、スイッチSW53、SW54、SW81、SW82、SW3A、SW3Bをオンして第1A、第1B、第2A、第2BコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bに電荷を設定する(期間11)。その後、スイッチSW53、SW54、SW81、SW82をオフして第2A、第2B、第3A、第3B基準電圧VC、VD、VS、VTの付与を停止するとともにSW3A、SW3Bをオフし(ノンオーバーラップ期間12)、スイッチSW4A、SW4B、SW6A、SW6Bをオンする(期間13)。
The
期間12と期間13との間の電荷保存の一般式は、コモンラインCL1、CL2の電圧をVY、オペアンプ4の入力端子の電圧をVXとすれば(5)式、(6)式となる。また、差動出力に対し(7)式が成り立つ。
The general expressions for charge storage between the
C1A(VS−VY)+C2A(VCOM−VC)=C1A(VX−VY)+C2A(VX−VOP) …(5)
C1B(VT−VY)+C2B(VCOM−VD)=C1B(VX−VY)+C2B(VX−VOM) …(6)
VOP+VOM=2VCOM …(7)
これを解くと(8)式が得られる。
C1A (VS-VY) + C2A (VCOM-VC) = C1A (VX-VY) + C2A (VX-VOP) (5)
C1B (VT-VY) + C2B (VCOM-VD) = C1B (VX-VY) + C2B (VX-VOM) (6)
VOP + VOM = 2VCOM (7)
Solving this gives equation (8).
A/D変換器3は、期間13への切り替え後、(8)式で表される整定したオペアンプ4の出力電圧VOUTをA/D変換する。制御回路10は、このA/D変換値に基づいて容量値が変化したことを自己診断する。
After switching to the
以下、図4および図5を参照しながら本実施形態の効果を確認する。図4、図5は、それぞれ電圧検出モード、自己診断モードにおいて、下記の数値条件の下でコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bのうち何れか1個、2個、3個または4個全ての容量値が正常値1pFから1.5pFに変化したときの出力電圧VOUT(=VOP−VOM)を示している。
Hereinafter, the effect of this embodiment will be confirmed with reference to FIGS. 4 and 5. 4 and 5 show the capacitance of one, two, three, or all four capacitors C1A, C1B, C2A, and C2B under the following numerical conditions in the voltage detection mode and the self-diagnosis mode, respectively. The output voltage VOUT (= VOP−VOM) when the value changes from the
オペアンプ4のコモンモード電圧VCOM=2.5V
電池セルBnの電圧VBn=Vn−Vn-1=1.25V
第1A基準電圧VA=1.25V
第1B基準電圧VB=3.75V
第2A基準電圧VC=0V
第2B基準電圧VD=1.25V
第3A基準電圧VS=1.25V
第3B基準電圧VT=2.5V
The common mode voltage of the
Battery cell Bn voltage VBn = Vn-Vn-1 = 1.25V
1A reference voltage VA = 1.25V
1B reference voltage VB = 3.75V
2A reference voltage VC = 0V
Second B reference voltage VD = 1.25V
3A reference voltage VS = 1.25V
3B reference voltage VT = 2.5V
数値条件は、VC≠VD、VS≠VT、VC≠VS、VD≠VTが全て成立するように設定されている。また、複数のコンデンサの容量値が変化する場合に同じ値(1.5pF)に変化するとしたのは、容量値が相異なる値に変化するよりも、自己診断モードにおける検出が難しくなると考えられるからである。 The numerical conditions are set such that VC ≠ VD, VS ≠ VT, VC ≠ VS, and VD ≠ VT. In addition, when the capacitance values of a plurality of capacitors change, it is assumed that the capacitance value changes to the same value (1.5 pF) because detection in the self-diagnosis mode is more difficult than when the capacitance values change to different values. It is.
図4に示す電圧検出モードにおいて、全てのコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bが正常な容量値1pFを有する場合、出力電圧VOUTは−1.25Vになる。これに対し、何れか1個の容量値が1.5pFに変化したときには、出力電圧VOUTに必ず誤差が生じる。何れか2個または何れか3個の容量値が変化したときには、出力電圧VOUTに誤差が生じる場合と生じない場合とがある。4個全ての容量値が変化したときには、出力電圧VOUTに誤差は生じない。 In the voltage detection mode shown in FIG. 4, when all the capacitors C1A, C1B, C2A, and C2B have a normal capacitance value of 1 pF, the output voltage VOUT becomes −1.25V. On the other hand, when any one of the capacitance values changes to 1.5 pF, an error always occurs in the output voltage VOUT. When any two or any three capacitance values change, an error may or may not occur in the output voltage VOUT. When all four capacitance values change, no error occurs in the output voltage VOUT.
図5に示す自己診断モードにおいて、全てのコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bが正常な容量値1pFを有する場合、出力電圧VOUTは0Vになる。これに対し、何れか1個または何れか3個の容量値が1.5pFに変化したときには、出力電圧VOUTは必ず0Vからずれた値になる。従って、制御回路10は、A/D変換値に基づいて何れかのコンデンサの容量値が変化したことを検出することができる。
In the self-diagnosis mode shown in FIG. 5, when all the capacitors C1A, C1B, C2A, C2B have a normal capacitance value of 1 pF, the output voltage VOUT becomes 0V. On the other hand, when any one or any three capacitance values change to 1.5 pF, the output voltage VOUT always deviates from 0V. Therefore, the
何れか2個の容量値が変化したときには、出力電圧VOUTが0Vからずれた値になる場合と、0Vに等しくなる場合とがある。また、4個全ての容量値が変化したときには、出力電圧VOUTが0Vに等しくなる。この結果を電圧検出モードの結果と対比すると、自己診断モードで出力電圧VOUTが0Vに等しくなる場合には、電圧検出モードで出力電圧VOUTに誤差が生じていないことが分かる。 When any two capacitance values change, the output voltage VOUT may be a value deviated from 0V or may be equal to 0V. When all four capacitance values change, the output voltage VOUT becomes equal to 0V. When this result is compared with the result of the voltage detection mode, it can be seen that no error has occurred in the output voltage VOUT in the voltage detection mode when the output voltage VOUT becomes equal to 0 V in the self-diagnosis mode.
従って、制御回路10が自己診断モードでコンデンサの容量値が変化したことを検出できなくても、電圧検出モードで各電池セルBnの電圧を正確に検出することができるので、実際の使用において問題は生じない。
Therefore, even if the
本電圧検出装置2においては、高電位側に配された電池セルBnほど、その電圧VBnを検出するときにコンデンサC1A、C1Bのペアに印加される電圧が高くなる(例えば数百V)。これに対し、コンデンサC2A、C2Bのペアに印加される電圧は、オペアンプ4の動作電源の電圧程度(数V程度)になる。このため、コンデンサC1A、C1Bのペアは、コンデンサC2A、C2Bのペアに比べると電圧ストレスによる耐久変動が生じ易い。また、コンデンサC1Aに印加される電圧とコンデンサC1Bに印加される電圧との差は殆どないので(電池セル1個分の数V程度)、耐久変動が生じる際にはコンデンサC1A、C1Bの容量値はほぼ同じ値に変化し易い。
In the
このような事情の下で図4(b)を参照すると、コンデンサC1A、C1Bの容量値がともに1.5pFに変化したときに、電圧検出モードの出力電圧VOUTに誤差が生じる。しかし、図5(b)を参照すると、この変化条件において自己診断モードを実行することにより、容量値が変化したことを正しく検出できることが分かる。このように、電池セルの電圧監視を行う電圧検出装置2は、上述したコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bの耐久変動の発生態様に照らして、容量値の変動について有効な自己診断を行うことができる。
Referring to FIG. 4B under such circumstances, an error occurs in the output voltage VOUT in the voltage detection mode when the capacitance values of the capacitors C1A and C1B both change to 1.5 pF. However, referring to FIG. 5B, it can be seen that the change in the capacitance value can be correctly detected by executing the self-diagnosis mode under this change condition. In this way, the
以上説明したように、電圧検出装置2は、組電池1を構成する各電池セルBnの電圧を検出する電圧検出モードに加え、経年劣化や故障などによるコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bの容量値のずれを検出する自己診断モードを備えている。この自己診断モードを用いると、容量値のずれにより少なくとも電圧検出モードで検出誤差が生じるケースについては、容量値が正常値から変化したことを判定できる。その結果、検出電圧に対する高い信頼性が得られる。
As described above, the
電圧検出装置2は全差動構成を有するので、電圧検出モードおよび自己診断モードにおいて、コンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bの電荷設定時に組電池1にコモンモードノイズが重畳した場合のみならず、電荷再分配の時に組電池1にコモンモードノイズが重畳した場合でも、オペアンプ4の差動出力電圧VOUTから当該コモンモードノイズを除去することができる。また、回路構成が対称となっているので、各スイッチの切り替え時に発生するフィードスルーなどによる誤差を相殺でき、より高い精度の電圧検出および自己診断を行うことができる。
Since the
電池セルBnの第1スイッチと隣接する電池セルの第1スイッチとを共通化し、電池セルBnの第2スイッチと隣接する電池セルの第2スイッチとを共通化したので、第1、第2スイッチの数をほぼ半減することができる。削減できるスイッチの数は、組電池1を構成するセル数が多いほど大きくなる。ただし、オペアンプ4から出力される差動出力電圧VOP−VOMの極性を反転させる反転回路9が必要となる。
Since the first switch of the battery cell Bn and the first switch of the adjacent battery cell are made common, and the second switch of the battery cell Bn and the second switch of the adjacent battery cell are made common, the first and second switches Can be almost halved. The number of switches that can be reduced increases as the number of cells constituting the
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図6ないし図8を参照しながら説明する。
図6に示す電圧検出装置11は、図1に示した電圧検出装置2に対し更に第7AスイッチSW7Aと第7BスイッチSW7Bを備えている。スイッチSW7Aは、コンデンサC1Aとオペアンプ4の非反転入力端子との間に接続されており、スイッチSW7Bは、コンデンサC1Bとオペアンプ4の反転入力端子との間に接続されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS.
The
電圧検出モードでは、スイッチSW7A、SW7Bはオフ状態を維持しており、第1の実施形態と同じく図2に示すように動作する。一方、自己診断モードでは、スイッチSW6A、SW6Bはオフ状態を維持しており、図7に示すように動作する。図中に記載のないスイッチはオフである。スイッチSW7A、SW7Bをオフした状態でコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bに電荷を設定し(期間11)、その後ノンオーバーラップ期間12を経てスイッチSW4A、SW4B、SW7A、SW7Bをオンする(期間13)。 In the voltage detection mode, the switches SW7A and SW7B maintain the off state, and operate as shown in FIG. 2 as in the first embodiment. On the other hand, in the self-diagnosis mode, the switches SW6A and SW6B are kept off and operate as shown in FIG. Switches not shown in the figure are off. Charges are set in the capacitors C1A, C1B, C2A, and C2B with the switches SW7A and SW7B turned off (period 11), and then the switches SW4A, SW4B, SW7A, and SW7B are turned on after the non-overlap period 12 (period 13). .
期間12と期間13との間の電荷保存の一般式は、コモンラインCL1、CL2の電圧をVY、オペアンプ4の入力端子の電圧をVXとすれば(9)式、(10)式となる。また、差動出力に対し上述した(7)式も成り立つ。
The general expressions for charge storage between the
C1A(VS−VY)+C2A(VCOM−VC)=C1A(VX−VY)+C2B(VX−VOM) …(9)
C1B(VT−VY)+C2B(VCOM−VD)=C1B(VX−VY)+C2A(VX−VOP) …(10)
これを解くと(11)式が得られる。
C1A (VS-VY) + C2A (VCOM-VC) = C1A (VX-VY) + C2B (VX-VOM) (9)
C1B (VT-VY) + C2B (VCOM-VD) = C1B (VX-VY) + C2A (VX-VOP) (10)
Solving this gives equation (11).
A/D変換器3は、期間13への切り替え後、(11)式で表される整定したオペアンプ4の出力電圧VOUTをA/D変換する。制御回路10は、このA/D変換値に基づいて容量値が変化したことを自己診断する。第1の実施形態と同じ数値条件の下で、電圧検出モード、自己診断モードでの出力電圧VOUTは、それぞれ図4、図8に示すようになる。
After switching to the
自己診断モードにおいて、全てのコンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bが正常な容量値1pFを有する場合、出力電圧VOUTは0Vになる。これに対し、何れか1個、2個または3個の容量値が変化したときには、出力電圧VOUTは必ず0Vからずれた値になる。従って、制御回路10は、A/D変換値に基づいて何れかのコンデンサの容量値が変化したことを検出することができる。4個全ての容量値が変化したときには、出力電圧VOUTが0Vに等しくなる。しかし、このときには電圧検出モードで出力電圧VOUTに誤差が生じない。従って、制御回路10が自己診断モードで4個全てのコンデンサの容量値が変化したことを検出できなくても、電圧検出モードで各電池セルBnの電圧を正確に検出することができるので、実際の使用において問題は生じない。
In the self-diagnosis mode, when all the capacitors C1A, C1B, C2A, C2B have a normal capacitance value of 1 pF, the output voltage VOUT becomes 0V. On the other hand, when any one, two, or three capacitance values change, the output voltage VOUT always deviates from 0V. Therefore, the
以上説明したように、本実施形態の電圧検出装置11によれば、複数のコンデンサの容量値が同じ値に変化する悪条件のケースであっても、自己診断モードにおいて、1個のコンデンサは勿論、何れか2個または3個のコンデンサの容量値が変化したことを検出することができる。その他、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, according to the
(第3の実施形態)
次に、図9ないし図11を参照しながら第3の実施形態について説明する。
本実施形態の電圧検出装置12は、図1に示す電圧検出装置1に対し第1スイッチと第2スイッチの接続構成を変更し、反転回路9を不要としたものである。以下異なる部分について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
The
本実施形態では、組電池1の電池セルBn(n=1、2、3、4)の高電位側が一端子、低電位側端子が他端子とされている。端子TBx(x=1、2、3、4)とコモンラインCL1との間にはそれぞれ第1スイッチSWBx1が接続され、端子TBx(x=0、1、2、3)とコモンラインCL2との間にはそれぞれ第2スイッチSWBy2(y=1、2、3、4)が接続されている。
In the present embodiment, the battery cell Bn (n = 1, 2, 3, 4) of the assembled
つまり、第1の実施形態と同様に、第1スイッチは電池セルBnの一端子とコモンラインCL1との間に接続され、第2スイッチは電池セルBnの他端子とコモンラインCL2との間に接続される。ただし、隣接する電池セルBn同士での第1、第2スイッチの共通化はされないので、第1および第2スイッチの数はそれぞれセル数に等しい数だけ必要になる。電池セルBnにかかわらずオペアンプ4の出力電圧VOUTの極性は等しいため、反転回路9は不要となる。
That is, as in the first embodiment, the first switch is connected between one terminal of the battery cell Bn and the common line CL1, and the second switch is connected between the other terminal of the battery cell Bn and the common line CL2. Connected. However, since the first and second switches are not shared between adjacent battery cells Bn, the number of first and second switches is required to be equal to the number of cells. Since the polarity of the output voltage VOUT of the
図10、図11は、それぞれ電圧検出モード、自己診断モードにおけるスイッチのオンオフ状態および出力電圧VOUT(=VOP−VOM)の波形を示している。図中に記載のないスイッチはオフである。 10 and 11 show the waveforms of the on / off state of the switch and the output voltage VOUT (= VOP−VOM) in the voltage detection mode and the self-diagnosis mode, respectively. Switches not shown in the figure are off.
[電圧検出モード(図10)]
制御回路10は、電池セルB4の電圧VB4を検出するときに第1スイッチSWB41、第2スイッチSWB42をオンして電荷設定を行い(期間1)、電池セルB3の電圧VB3を検出するときに第1スイッチSWB31、第2スイッチSWB32をオンして電荷設定を行う(期間5)。それ以外の動作(反転回路9を除く)は、図2に示す動作と同様となる。
[Voltage detection mode (Fig. 10)]
The
[自己診断モード(図11)]
コモンラインCL1、CL2の電位を固定するため、スイッチSWB11〜SWB42のうち1つ(ここではSWB41)をオンする。それ以外の動作(反転回路9を除く)は、図3に示す動作と同様となる。
[Self-diagnosis mode (Fig. 11)]
In order to fix the potentials of the common lines CL1 and CL2, one of the switches SWB11 to SWB42 (here, SWB41) is turned on. Other operations (except for the inverting circuit 9) are the same as the operations shown in FIG.
本実施形態によっても第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。本実施形態では電池セルBnごとに第1スイッチ、第2スイッチが必要となるが、反転回路9は不要となる。
According to this embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, the first switch and the second switch are required for each battery cell Bn, but the
(第4の実施形態)
次に、図12および図13を参照しながら第4の実施形態について説明する。
本実施形態の電圧検出装置13は、図9に示した電圧検出装置2に対し、更に図6に示した第7AスイッチSW7Aと第7BスイッチSW7Bを備えている。その他の構成は第3の実施形態と同様である。電圧検出モードでは、スイッチSW7A、SW7Bはオフ状態を維持しており、第3の実施形態と同じく図10に示すように動作する。一方、自己診断モードでは、スイッチSW6A、SW6Bはオフ状態を維持しており、図13に示すように動作する。本実施形態によっても第2、第3の実施形態と同様の作用および効果が得られる。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
The
(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and expansion | extension can be performed within the range which does not deviate from the summary of invention.
コンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bは、それぞれ複数のコンデンサを直列接続した構成としてもよい。
上記各実施形態において、コンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bの何れかの容量変化により電圧検出モードで検出誤差が生じる場合に、自己診断モードで何れかのコンデンサに容量変化が生じたことを検出するための条件は、基準電圧がVC≠VD、VS≠VT、VC≠VS、VD≠VTに設定されていることである。ただし、この条件が成立していない場合でも、コンデンサの容量変化を検出可能な場合は存在し得る。
The capacitors C1A, C1B, C2A, and C2B may each have a configuration in which a plurality of capacitors are connected in series.
In each of the above embodiments, when a detection error occurs in the voltage detection mode due to a capacitance change of any of the capacitors C1A, C1B, C2A, C2B, it is detected that a capacitance change has occurred in any capacitor in the self-diagnosis mode The condition for this is that the reference voltages are set to VC ≠ VD, VS ≠ VT, VC ≠ VS, and VD ≠ VT. However, even when this condition is not satisfied, there may be a case where a change in the capacitance of the capacitor can be detected.
上記各実施形態では、コンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bが同じ値(1.5pF)に変化する場合について説明した。これに対し、コンデンサC1A、C1B、C2A、C2Bが相異なる値に変化した場合には、電圧検出モードにおける出力電圧VOUTに検出誤差が生じ易くなる。しかし、この場合には、自己診断モードにおける出力電圧VOUTにも正常値からのずれが生じ易くなる。その結果、上記各実施形態と同様に、少なくとも電圧検出モードにおいて検出誤差が生じる場合には、自己診断モードで容量変化を診断可能となる。 In the above embodiments, the case where the capacitors C1A, C1B, C2A, and C2B are changed to the same value (1.5 pF) has been described. On the other hand, when the capacitors C1A, C1B, C2A, and C2B change to different values, a detection error tends to occur in the output voltage VOUT in the voltage detection mode. However, in this case, the output voltage VOUT in the self-diagnosis mode is likely to deviate from the normal value. As a result, as in the above embodiments, at least when a detection error occurs in the voltage detection mode, it is possible to diagnose a change in capacitance in the self-diagnosis mode.
各実施形態では、電圧検出モードにおいて第1A、第1B基準電圧VA、VBを用いて電荷を設定し、自己診断モードでは第2A、第2B基準電圧VC、VDおよび第3A、第3B基準電圧VS、VTを用いて電荷を設定した。これに対し、第1A基準電圧VAと第2A基準電圧VCとを共通化し、第1B基準電圧VBと第2B基準電圧VDとを共通化することも考えられる。例えば、VA=VC=0V、VB=VD=2.5Vとした場合、第1基準電圧選択回路5Aと第2基準電圧選択回路5Bをそれぞれ1つの基準電圧生成回路と1つのスイッチとから構成できる。
In each embodiment, charges are set using the 1A and 1B reference voltages VA and VB in the voltage detection mode, and the 2A, 2B reference voltages VC and VD and the 3A and 3B reference voltages VS are set in the self-diagnosis mode. The charge was set using VT. On the other hand, it is also conceivable that the first A reference voltage VA and the second A reference voltage VC are made common, and the first B reference voltage VB and the second B reference voltage VD are made common. For example, when VA = VC = 0V and VB = VD = 2.5V, each of the first reference
図面中、2、11、12、13は電圧検出装置、4はオペアンプ、5A、5Bは第1、第2基準電圧選択回路、8A、8Bは第3、第4基準電圧選択回路、9は反転回路、10は制御回路(制御手段)、B1〜B4は電池セル(検出対象電圧源、単位電池)、CL1、CL2はコモンライン(第1、第2共通ノード)、C1A、C1B、C2A、C2Bは第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサ、SWB0、SWB2、SWB4、SWB11、SWB21、SWB31、SWB41は第1スイッチ、SWB1、SWB3、SWB12、SWB22、SWB32、SWB42は第2スイッチ、SW3A、SW3Bは第3A、第3Bスイッチ、SW4A、SW4Bは第4A、第4Bスイッチ、SW5は第5スイッチ、SW6A、SW6Bは第6A、第6Bスイッチ、SW7A、SW7Bは第7A、第7Bスイッチである。
In the drawings, 2, 11, 12, and 13 are voltage detection devices, 4 is an operational amplifier, 5A and 5B are first and second reference voltage selection circuits, 8A and 8B are third and fourth reference voltage selection circuits, and 9 is inverted.
Claims (4)
検出対象電圧源(B1〜B4)の一端子と第1共通ノード(CL1)との間に接続された第1スイッチ(SWB0、SWB2、SWB4、SWB11〜SWB41)と、
前記検出対象電圧源の他端子と第2共通ノード(CL2)との間に接続された第2スイッチ(SWB1、SWB3、SWB12〜SWB42)と、
一端が前記第1共通ノードに接続された第1Aコンデンサ(C1A)と、
一端が前記第2共通ノードに接続された第1Bコンデンサ(C1B)と、
前記オペアンプの反転入力端子と非反転出力端子との間に接続された第3Aスイッチ(SW3A)と、
前記オペアンプの非反転入力端子と反転出力端子との間に接続された第3Bスイッチ(SW3B)と、
前記オペアンプの反転入力端子と非反転出力端子との間に直列接続された第2Aコンデンサ(C2A)および第4Aスイッチ(SW4A)と、
前記オペアンプの非反転入力端子と反転出力端子との間に直列接続された第2Bコンデンサ(C2B)および第4Bスイッチ(SW4B)と、
前記第1共通ノードと第2共通ノードとの間に接続された第5スイッチ(SW5)と、
前記第2Aコンデンサと第4Aスイッチとの共通接続点に第1A基準電圧(VA)または第2A基準電圧(VC)を付与可能な第1基準電圧選択回路(5A)と、
前記第2Bコンデンサと第4Bスイッチとの共通接続点に第1B基準電圧(VB)および第2B基準電圧(VD)を付与可能な第2基準電圧選択回路(5B)と、
前記第1Aコンデンサの他端と前記オペアンプの反転入力端子との間に接続された第6Aスイッチ(SW6A)と、
前記第1Bコンデンサの他端と前記オペアンプの非反転入力端子との間に接続された第6Bスイッチ(SW6B)と、
前記第1Aコンデンサの他端に第3A基準電圧(VS)を付与可能な第3基準電圧選択回路(8A)と、
前記第1Bコンデンサの他端に第3B基準電圧(VT)を付与可能な第4基準電圧選択回路(8B)と、
電圧検出モードにおいて、前記第4A、第4B、第5スイッチを開き、前記第3、第4基準電圧選択回路による電圧付与を停止し、前記第1、第2基準電圧選択回路により第1A、第1B基準電圧を付与し、前記第3A、第3B、第6A、第6Bスイッチを閉じるとともに前記第1、第2スイッチを閉じて前記第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサに電荷を設定し、その後、前記第1、第2、第3A、第3Bスイッチを開くとともに前記第1、第2基準電圧選択回路による電圧付与を停止し、前記第4A、第4B、第5スイッチを閉じた後の前記オペアンプの差動出力電圧に基づいて前記検出対象電圧源の端子間電圧を検出し、自己診断モードにおいて、前記第1、第2スイッチの少なくとも一方を開いた上で前記第5スイッチを閉じ、前記第3A、第3Bスイッチを閉じ、前記第4A、第4B、第6A、第6Bスイッチを開き、前記第1、第2、第3、第4基準電圧選択回路により第2A、第2B、第3A、第3B基準電圧を付与して前記第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサに電荷を設定し、その後、前記第3A、第3Bスイッチを開くとともに前記第1、第2、第3、第4基準電圧選択回路による電圧付与を停止し、前記第4A、第4B、第6A、第6Bスイッチを閉じた後の前記オペアンプの差動出力電圧に基づいて前記各コンデンサの容量変化を自己診断する制御手段(10)とを備えたことを特徴とする電圧検出装置。 An operational amplifier (4) having a differential output configuration;
A first switch (SWB0, SWB2, SWB4, SWB11 to SWB41) connected between one terminal of the detection target voltage source (B1 to B4) and the first common node (CL1);
A second switch (SWB1, SWB3, SWB12 to SWB42) connected between the other terminal of the voltage source to be detected and a second common node (CL2);
A first A capacitor (C1A) having one end connected to the first common node;
A first B capacitor (C1B) having one end connected to the second common node;
A third A switch (SW3A) connected between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of the operational amplifier;
A third B switch (SW3B) connected between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of the operational amplifier;
A second A capacitor (C2A) and a fourth A switch (SW4A) connected in series between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of the operational amplifier;
A second B capacitor (C2B) and a fourth B switch (SW4B) connected in series between a non-inverting input terminal and an inverting output terminal of the operational amplifier;
A fifth switch (SW5) connected between the first common node and the second common node;
A first reference voltage selection circuit (5A) capable of applying a first A reference voltage (VA) or a second A reference voltage (VC) to a common connection point between the second A capacitor and the fourth A switch;
A second reference voltage selection circuit (5B) capable of applying a first B reference voltage (VB) and a second B reference voltage (VD) to a common connection point between the second B capacitor and the fourth B switch;
A sixth A switch (SW6A) connected between the other end of the first A capacitor and the inverting input terminal of the operational amplifier;
A sixth B switch (SW6B) connected between the other end of the first B capacitor and a non-inverting input terminal of the operational amplifier;
A third reference voltage selection circuit (8A) capable of applying a third A reference voltage (VS) to the other end of the first A capacitor;
A fourth reference voltage selection circuit (8B) capable of applying a third B reference voltage (VT) to the other end of the first B capacitor;
In the voltage detection mode, the 4A, 4B, and 5th switches are opened, the voltage application by the 3rd and 4th reference voltage selection circuits is stopped, and the 1A and 1st are output by the 1st and 2nd reference voltage selection circuits. 1B reference voltage is applied, the 3A, 3B, 6A, and 6B switches are closed, and the 1st and 2nd switches are closed to set charges on the 1A, 1B, 2A, and 2B capacitors. Then, the first, second, 3A, and 3B switches are opened, the voltage application by the first and second reference voltage selection circuits is stopped, and the fourth, fourth, and fifth switches are closed. A voltage between terminals of the detection target voltage source is detected based on a differential output voltage of the operational amplifier later, and in the self-diagnosis mode, at least one of the first and second switches is opened and the fifth switch is turned on. Close The third A and third B switches are closed, the fourth A, fourth B, sixth A, and sixth B switches are opened, and the first, second, third, and fourth reference voltage selection circuits provide the second A, second B, and second switches. 3A and 3B reference voltages are applied to set charges in the 1A, 1B, 2A, and 2B capacitors, and then the 3A and 3B switches are opened and the 1st, 2nd, and 3rd switches are opened. , The application of voltage by the fourth reference voltage selection circuit is stopped, and the capacitance change of each capacitor is self-controlled based on the differential output voltage of the operational amplifier after the fourth A, fourth B, sixth A, and sixth B switches are closed. A voltage detection apparatus comprising control means (10) for diagnosis.
前記第1Bコンデンサの他端と前記オペアンプの反転入力端子との間に接続された第7Bスイッチ(SW7B)とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出モードでは前記第7A、第7Bスイッチを開いた状態に維持し、前記自己診断モードでは前記第7A、第7Bスイッチを開いた状態で前記第1A、第1B、第2A、第2Bコンデンサに電荷を設定し、その後、前記第6A、第6Bスイッチに替えて前記第7A、第7Bスイッチを閉じた後の前記オペアンプの差動出力電圧に基づいて前記各コンデンサの容量変化を自己診断することを特徴とする請求項1記載の電圧検出装置。 A seventh A switch (SW7A) connected between the other end of the first A capacitor and a non-inverting input terminal of the operational amplifier;
A seventh B switch (SW7B) connected between the other end of the first B capacitor and an inverting input terminal of the operational amplifier;
The control means maintains the 7A and 7B switches in the voltage detection mode and opens the 7A and 7B switches in the self-diagnosis mode. The capacitance of each capacitor is set based on the differential output voltage of the operational amplifier after the 7A and 7B switches are closed instead of the 6A and 6B switches. The voltage detection device according to claim 1, wherein the change is self-diagnosed.
前記オペアンプの非反転出力端子および反転出力端子から出力される差動出力電圧の極性を反転させる反転回路(9)を備え、
前記第1スイッチ(SWB0、SWB2、SWB4)は、前記各単位電池の一端子と前記第1共通ノードとの間に、隣接する単位電池の第1スイッチとの共通化を図りながら設けられ、
前記第2スイッチ(SWB1、SWB3)は、前記各単位電池の他端子と前記第2共通ノードとの間に、隣接する単位電池の第2スイッチとの共通化を図りながら設けられ、
前記制御手段は、高電位側端子が前記一端子となる単位電池の端子間電圧を検出するときには前記反転回路を非反転動作とし、高電位側端子が前記他端子となる単位電池の端子間電圧を検出するときには前記反転回路を反転動作とすることを特徴とする請求項1または2記載の電圧検出装置。 The detection target voltage source is a unit battery that is connected in series with the same polarity to constitute a battery assembly, and adjacent unit batteries are connected in series with one other terminal or between other terminals,
An inverting circuit (9) for inverting the polarity of the differential output voltage output from the non-inverting output terminal and the inverting output terminal of the operational amplifier;
The first switch (SWB0, SWB2, SWB4) is provided between one terminal of each unit cell and the first common node while sharing the first switch of an adjacent unit cell,
The second switch (SWB1, SWB3) is provided between the other terminal of each unit cell and the second common node while sharing the second switch of the adjacent unit cell,
When the control means detects the inter-terminal voltage of the unit battery whose high-potential side terminal is the one terminal, the inverting circuit is set to non-inverted operation, and the inter-terminal voltage of the unit battery whose high-potential side terminal is the other terminal 3. The voltage detecting device according to claim 1, wherein when the signal is detected, the inversion circuit is in an inversion operation.
前記第1スイッチ(SWB11〜SWB41)は、前記各単位電池の高電位側端子と前記第1共通ノードとの間にそれぞれ設けられ、
前記第2スイッチ(SWB12〜SWB42)は、前記各単位電池の低電位側端子と前記第2共通ノードとの間にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の電圧検出装置。 The detection target voltage source is a unit battery that is connected in series with the same polarity to form an assembled battery,
The first switches (SWB11 to SWB41) are provided between the high-potential side terminals of the unit cells and the first common node, respectively.
3. The voltage detection device according to claim 1, wherein the second switches (SWB12 to SWB42) are respectively provided between a low potential side terminal of each unit cell and the second common node. .
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