JP2017022969A - 電圧測定装置および電圧測定方法、並びに電圧制御装置および電圧制御方法 - Google Patents
電圧測定装置および電圧測定方法、並びに電圧制御装置および電圧制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
に関する。
最初に発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[1]本実施形態に係る蓄電モジュールの電圧測定装置は、直列に接続されたn個(2≦n)の蓄電素子B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する機能を有する。電圧測定装置は、B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する第1〜第n電圧検出部と、B(1)〜B(n)と第1〜第n電圧検出部との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、スイッチ回路を駆動するSW制御部と、第1〜第n電圧検出部およびSW制御部と連絡し合う演算処理装置とを具備する。B(1)〜B(n)は、nが大きくなる順序で高電位側に配置されている。スイッチ回路は、B(1)と並列に接続されたキャパシタを具備する。スイッチ回路において、B(1)〜B(n)の負極端子は、それぞれ対応する第1スイッチ(−)を介して、キャパシタの第1端子(−)と接続されている。一方、B(1)〜B(n)の正極端子は、それぞれ対応する第2スイッチ(+)を介して、キャパシタの第2端子(+)と接続されている。
[9]本実施形態に係る電圧制御装置は、直列に接続されたn個(2≦n)の蓄電素子B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する第1〜第n電圧検出部を具備する電圧測定部と、B(1)〜B(n)と第1〜第n電圧検出部との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、スイッチ回路を駆動するSW制御部と、第1〜第n電圧検出部およびSW制御部と連絡し合う演算処理装置とを具備する。B(1)〜B(n)は、蓄電モジュールを構成しており、nが大きくなる順序で高電位側に配置されている。
本発明の実施形態を、適宜図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
図1に、本実施形態に係る電圧測定装置を包含する電源装置の一例の回路構成図を示す。以下では、電圧測定装置と、直列に接続されたn個(2≦n)の蓄電素子B(1)〜B(n)を含む蓄電モジュールと、を具備する電源装置の実施形態について説明する。
図6に、本実施形態に係る電圧制御装置を包含する電源装置の一例の回路構成図を示す。
電源装置100は、蓄電モジュール101と、蓄電モジュール101と接続されるスイッチ回路105と、当該回路を介して蓄電モジュール101と接続されるモジュール制御部102と、蓄電モジュール101およびモジュール制御部102とそれぞれ通信が可能な演算処理装置103と、を備えている。
図2に示すように、高電位側に配置される蓄電素子B(n)の電圧の誤差は、温度により異なるものの概ね大きく、最大で10%を超えている。このような誤差の大部分は、レベルシフト回路を介在することにより生じる。図3に示されるように、蓄電素子B(1)の電圧の測定にはレベルシフトを要さないため、電圧の高低によらず誤差は概ね小さく、5%未満である。
上記電圧測定装置に関し、以下の付記を開示する。
(付記1) 直列に接続されたn個(2≦n)の蓄電素子B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する電圧測定部と、
前記B(1)〜B(n)と前記第1〜第n電圧検出部との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を駆動するSW制御部と、
前記第1〜第n電圧検出部および前記SW制御部と連絡し合う演算処理装置と、を具備し、
前記B(1)〜B(n)は、nが大きくなる順序で高電位側に配置され、
前記電圧測定部は、前記B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する第1〜第n電圧検出部と、前記B(1)〜B(n)の負極端子の電位を入力するための端子T(1)〜T(n)と、前記B(n)の正極端子の電位を入力するための端子T(n+1)と、を有し、
前記スイッチ回路は、前記B(1)と並列に接続されたキャパシタを具備し、更に、
前記B(1)〜B(n)の前記負極端子および前記B(n)の前記正極端子と、前記T(1)〜T(n+1)と、をそれぞれ接続するラインL(1)〜L(n+1)と、
前記L(1)と、前記L(2)〜L(n)と、をそれぞれ接続するバイパスラインBL1(1)〜BL1(n−1)と、
前記L(2)と、前記L(3)〜L(n+1)と、をそれぞれ接続するバイパスラインBL2(2)〜BL2(n)と、を具備し、
前記BL1(1)〜BL1(n−1)は、それぞれ第1スイッチSW1(1)〜SW1(n−1)を有し、前記第1スイッチSW1(1)〜SW1(n−1)に、それぞれ直列に抵抗Rが接続されており、
前記BL2(2)〜BL2(n)は、それぞれ第2スイッチSW2(2)〜SW2(n)を有し、前記第2スイッチSW2(2)〜SW2(n)に、それぞれ直列に抵抗Rが接続されており、
前記L(1)は、前記BL1(1)〜BL1(n)との接続点よりも前記負極端子側に、第3スイッチSW3を有し、
前記L(2)は、前記BL1(1)との接続点と、前記BL2(2)〜BL2(n)との接続点との間に、第4スイッチSW4を有し、
前記T(1)と前記キャパシタの前記第1端子との間に、第6スイッチSW6が介在しており、
前記B(j)(jは2〜nから選ばれる1つの整数)の負極端子と前記L(1)との間に介在する前記第1スイッチをSW1(j−1)および前記B(j)(jは2〜nから選ばれる1つの整数)の正極端子と前記L(2)との間に介在する前記第2スイッチをSW2(j)とするとき、
前記演算処理装置の指令により、前記SW制御部が、SW1(j−1)およびSW2(j)を閉じ、他の前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを開くことで、前記キャパシタは前記B(j)と並列に接続される、電圧測定装置。
(i)前記SW制御部が、SW6、SW3およびSW4を閉じ、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを開いて、前記スイッチ回路を通常モードに設定し、前記通常モードで、前記第1〜n電圧検出部が、前記B(1)〜B(n)の電圧を測定する工程と、
(ii)前記SW制御部が、SW3およびSW4を開いて、前記通常モードを解除し、SW6を開いた後、SW1(j−1)およびSW2(j)(jは2〜nから選ばれる1つの整数)を閉じ、前記B(j)の電圧を前記キャパシタに読み取らせる工程と、
(iii)前記キャパシタに前記B(j)の電圧を読み取らせた後、前記SW制御部が、SW1(j−1)およびSW2(j)を開く工程と、
(iv)SW1(j−1)およびSW2(j)を開いた後、前記SW制御部が、SW6を閉じ、前記第1電圧検出部が、前記B(j)の電圧を読み取らせた前記キャパシタの電圧を測定する工程と、
(v)前記第1電圧検出部が、前記キャパシタの電圧を測定した後、前記SW制御部が、SW4およびSW1(1)を閉じて、前記キャパシタを放電させる工程と、
(vi)前記演算処理装置が、前記第j電圧検出部により測定された測定値を、前記第1電圧検出部により測定された前記キャパシタの電圧の測定値に基づいて補正する工程と、をこの順で実行する機能を有する、付記1に記載の電圧測定装置。
Claims (18)
- 直列に接続されたn個(2≦n)の蓄電素子B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する電圧測定装置であって、
前記B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する第1〜第n電圧検出部と、
前記B(1)〜B(n)と前記第1〜第n電圧検出部との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を駆動するSW制御部と、
前記第1〜第n電圧検出部および前記SW制御部と連絡し合う演算処理装置と、を具備し、
前記B(1)〜B(n)は、nが大きくなる順序で高電位側に配置され、
前記スイッチ回路は、前記B(1)と並列に接続されたキャパシタを具備し、
前記スイッチ回路において、
前記B(1)〜B(n)の負極端子は、それぞれ対応する第1スイッチを介して、前記キャパシタの第1端子と接続され、
前記B(1)〜B(n)の正極端子は、それぞれ対応する第2スイッチを介して、前記キャパシタの第2端子と接続され、
前記第1電圧検出部と前記キャパシタの前記第1端子との間に、第3スイッチSW3が介在しており、
前記B(j)(jは1〜nから選ばれる1つの整数)に対応する前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを、それぞれSWj1およびSWj2とするとき、
前記演算処理装置の指令により、前記SW制御部が、SWj1およびSWj2を閉じ、他の前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを開くことで、前記キャパシタは前記B(j)と並列に接続される、電圧測定装置。 - (i)前記SW制御部が、SW3、SW11およびSW12を閉じ、他の前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを開いて、前記スイッチ回路を通常モードに設定し、前記通常モードで、前記第1〜n電圧検出部が、前記B(1)〜B(n)の電圧を測定する工程と、
(ii)前記SW制御部が、SW11およびSW12を開いて、前記通常モードを解除し、SW3を開いた後、SWj1およびSWj2(jは2〜nから選ばれる1つの整数)を閉じ、前記B(j)の電圧を前記キャパシタに読み取らせる工程と、
(iii)前記キャパシタに前記B(j)の電圧を読み取らせた後、前記SW制御部が、SWj1およびSWj2を開く工程と、
(iv)SWj1およびSWj2を開いた後、前記SW制御部が、SW3を閉じ、前記第1電圧検出部が、前記B(j)の電圧を読み取らせた前記キャパシタの電圧を測定する工程と、
(v)前記第1電圧検出部が、前記キャパシタの電圧を測定した後、前記SW制御部が、SW12およびSW21を閉じて、前記キャパシタを放電させる工程と、
(vi)前記演算処理装置が、前記第j電圧検出部により測定された測定値を、前記第1電圧検出部により測定された前記キャパシタの電圧の測定値に基づいて補正する工程と、をこの順で実行する機能を有する、請求項1に記載の電圧測定装置。 - SWj1およびSWj2(jは2〜nから選ばれる1つの整数)を閉じてB(j)の電圧をキャパシタに読み取らせる前に、
(a)前記SW制御部が、SW12およびSW21を閉じた後、SW12およびSW21を開く工程と、
(b)前記SW制御部が、SW3を閉じ、前記第1電圧検出部が、前記キャパシタの電圧を測定する工程と、
(c)前記工程(b)において測定された前記キャパシタの電圧を閾値と対比し、閾値以上であるときには、前記演算処理装置がSW11の異常を検知する工程と、
(d)SW11が正常であるときに、前記SW制御部が、SW11を閉じ、前記第1電圧検出部が、前記キャパシタの電圧を測定する工程と、
(e)前記工程(d)において測定された前記キャパシタの電圧を閾値と対比し、閾値以上であるときには、前記演算処理装置がSW12の異常を検知する工程と、をこの順で実行する機能を有する、請求項2に記載の電圧測定装置。 - 前記スイッチ回路が、更に、SW11およびSW12以外の前記第1スイッチおよび前記第2スイッチに、それぞれ直列に接続された抵抗を具備し、
前記演算処理装置が、
前記B(1)〜B(n)の電圧の測定値に基づいて、前記B(1)〜B(n)の電圧の均等化目標電圧を算出する計算部と、
前記均等化目標電圧に基づいて、前記B(1)〜B(n)をそれぞれ個別に充電または放電させる充放電制御部と、を具備し、
放電の際に、少なくとも1つの前記抵抗に電流が流れる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電圧測定装置。 - 前記第1電圧検出部と前記キャパシタの前記第2端子との間に、前記第3スイッチとともに開閉される第4スイッチSW4が介在している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電圧測定装置。
- 請求項1に記載の電圧測定装置を用いて、前記B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する方法であって、
(i)SW3、SW11およびSW12を閉じ、他の前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを開いた通常モードで、前記B(1)〜B(n)の電圧を、前記第1〜n電圧検出部により測定する工程と、
(ii)SW11およびSW12を開いて前記通常モードを解除し、SW3を開いた後、SWj1およびSWj2(jは2〜nから選ばれる1つの整数)を閉じ、前記B(j)の電圧を前記キャパシタに読み取らせる工程と、
(iii)前記キャパシタに前記B(j)の電圧を読み取らせた後、SWj1およびSWj2を開く工程と、
(iv)SWj1およびSWj2を開いた後、SW3を閉じて前記B(j)の電圧を読み取らせた前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定する工程と、
(v)前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定した後、SW12およびSW21を閉じて、前記キャパシタを放電させる工程と、
(vi)前記第j電圧検出部により測定された測定値を、前記第1電圧検出部により測定された前記キャパシタの電圧の測定値に基づいて補正する工程と、を具備する、電圧測定方法。 - 前記工程(v)または(vi)の後、SW11を閉じ、SW21を開いて通常モードに戻る工程、を更に有する、請求項6に記載の電圧測定方法。
- SWj1およびSWj2(jは2〜nから選ばれる1つの整数)を閉じてB(j)の電圧をキャパシタに読み取らせる前に、
(a)SW12およびSW21を閉じた後、SW12およびSW21を開く工程と、
(b)前記工程(a)の後、SW3を閉じて前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定する工程と、
(c)前記工程(b)において測定された前記キャパシタの電圧を閾値と対比し、閾値以上であるときには、SW11の異常を検知する工程と、
(d)SW11が正常であるときに、SW11を閉じて前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定する工程と、
(e)前記工程(d)において測定された前記キャパシタの電圧を閾値と対比し、閾値以上であるときには、SW12の異常を検知する工程と、を具備する、請求項6または7に記載の電圧測定方法。 - 直列に接続されたn個(2≦n)の蓄電素子B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する第1〜第n電圧検出部を具備する電圧測定部と、
前記B(1)〜B(n)と前記第1〜第n電圧検出部との接続状態を切り替えるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を駆動するSW制御部と、
前記第1〜第n電圧検出部および前記SW制御部と連絡し合う演算処理装置と、を具備し、
前記B(1)〜B(n)は、nが大きくなる順序で高電位側に配置され、
前記電圧測定部は、前記B(1)〜B(n)の負極端子の電位を入力するための端子T(1)〜T(n)と、前記B(n)の正極端子の電位を入力するための端子T(n+1)と、を有し、
前記スイッチ回路は、
前記B(1)〜B(n)の前記負極端子および前記B(n)の前記正極端子と、前記T(1)〜T(n+1)と、をそれぞれ接続するラインL(1)〜L(n+1)と、
前記L(1)と、前記L(2)〜L(n+1)と、をそれぞれ接続するバイパスラインBL1(1)〜BL1(n)と、
前記L(2)と、前記L(3)〜L(n+1)と、をそれぞれ接続するバイパスラインBL2(2)〜BL2(n)と、を具備し、
前記BL1(1)〜BL1(n)は、それぞれ第1スイッチSW1(1)〜SW1(n)を有し、前記第1スイッチSW1(1)〜SW1(n)に、それぞれ直列に抵抗Rが接続されており、
前記BL2(2)〜BL2(n)は、それぞれ第2スイッチSW2(2)〜SW2(n)を有し、前記第2スイッチSW2(2)〜SW2(n)に、それぞれ直列に抵抗Rが接続されており、
前記L(1)は、前記BL1(1)〜BL1(n)との接続点よりも前記負極端子側に、第3スイッチSW3を有し、
前記L(2)は、前記BL1(1)との接続点と、前記BL2(2)〜BL2(n)との接続点との間に、第4スイッチSW4を有し、
前記L(3)は、前記BL1(2)との接続点および前記BL2(2)との接続点よりも前記負極端子側に、第5スイッチSW5を有する、電圧制御装置。 - 前記SW制御部は、全ての前記スイッチを、複数の候補モードから選択されたモードに設定する機能を具備し、
前記複数の候補モードは、通常モード、第1均等化モードおよび第2均等化モードを含み、
前記演算処理装置の指令により、
前記通常モードでは、前記SW制御部が、前記SW3〜SW5を閉じ、他の前記スイッチを開き、
前記第1均等化モードでは、前記SW制御部が、前記B(1)〜B(n)から選択される少なくとも1つが第1電流で放電されるように、全ての前記スイッチを制御し、
前記第2均等化モードでは、前記SW制御部が、前記B(1)〜B(n)から選択される少なくとも1つが第2電流で放電されるように、全ての前記スイッチを制御し、
前記第1電流が流れる回路は、前記抵抗Rの1個分相当の抵抗を含み、
前記第2電流が流れる回路は、前記抵抗Rの2個分相当の抵抗を含む、請求項9に記載の電圧制御装置。 - 前記演算処理装置が、前記B(1)〜B(n)の電圧の測定値に基づいて、前記B(1)〜B(n)の電圧の均等化目標電圧Vmを算出する計算部を具備し、
前記SW制御部は、前記Vmに基づいて、前記B(1)〜B(n)の少なくとも1つを、前記第1均等化モードまたは前記第2均等化モードに設定する、請求項10に記載の電圧制御装置。 - 更に、前記B(1)と並列に接続されたキャパシタを具備し、
前記B(1)の負極端子は、前記キャパシタの第1端子と接続され、
前記B(1)の正極端子は、前記キャパシタの第2端子と接続され、
前記端子T(1)と、前記キャパシタの前記第1端子との間に、第6スイッチSW6が介在しており、
前記複数の候補モードは、補正モードを含み、
前記演算処理装置の指令により、
前記補正モードでは、前記SW制御部により、前記キャパシタが、前記B(2)〜B(n)のいずれか1つと並列に接続され、
前記キャパシタの電圧が、前記第1電圧検出部で測定され、
前記演算処理装置が、前記通常モードで測定された測定値を、前記第1電圧検出部により測定された前記キャパシタの電圧の測定値に基づいて補正する、請求項10または11に記載の電圧制御装置。 - 前記端子T(2)と、前記キャパシタの前記第2端子との間に、前記第6スイッチとともに開閉される第7スイッチSW7が介在している、請求項12に記載の電圧制御装置。
- 請求項9に記載の電圧制御装置を用いて、前記B(1)〜B(n)の電圧を均等化する工程を含む電圧制御方法であって、
前記SW制御部は、全ての前記スイッチを、複数の候補モードから選択されたモードに設定する機能を具備し、
前記複数の候補モードは、通常モード、第1均等化モードおよび第2均等化モードを含み、
前記通常モードでは、前記SW3〜SW5を閉じ、かつ他の前記スイッチを開き、
前記第1均等化モードでは、前記B(1)〜B(n)から選択される少なくとも1つが第1電流で放電されるように、全ての前記スイッチが制御され、
前記第2均等化モードでは、前記B(1)〜B(n)から選択される少なくとも1つが第2電流で放電されるように、全ての前記スイッチが制御され、
前記第1電流が流れる回路は、前記抵抗Rの1個分相当の抵抗を含み、
前記第2電流が流れる回路は、前記抵抗Rの2個分相当の抵抗を含み、
(i)前記電圧測定部により、前記B(1)〜B(n)の電圧をそれぞれ個別に測定する工程と、
(ii)前記電圧測定部により測定された測定値に基づき、均等化目標電圧Vmを設定する工程と、
(iii)前記Vmに基づいて、前記B(1)〜B(n)の少なくとも1つを、前記第1均等化モードまたは前記第2均等化モードで放電する工程と、を有する、電圧制御方法。 - 前記B(1)を、前記第1均等化モードで放電する場合には、前記SW1(1)および前記SW3を閉じ、他の前記スイッチを開き、
前記B(1)を、前記第2均等化モードで放電する場合には、前記SW3、前記SW4、前記SW1(2)および前記SW2(2)を閉じ、他の前記スイッチを開き、
前記B(2)を、前記第1均等化モードで放電する場合には、前記SW4、前記SW5および前記SW2(2)を閉じ、他の前記スイッチを開き、
前記B(2)を、前記第2均等化モードで放電する場合には、前記SW5、前記SW1(1)および前記SW1(2)を閉じ、他の前記スイッチを開き、
前記B(i)(iは、3〜nから選択される1つの整数)を、前記第1均等化モードで放電する場合には、前記SW1(i−1)、前記SW1(i)、前記SW2(i)および前記SW2(i−1)を閉じ、他の前記スイッチを開き、
前記B(i)を、前記第2均等化モードで放電する場合には、前記SW1(i−1)および前記SW1(i)を閉じるか、または前記SW2(i−1)および前記SW2(i)を閉じ、他の前記スイッチを開く、請求項14に記載の電圧制御方法。 - 前記電圧制御装置が、更に、前記B(1)と並列に接続されたキャパシタを具備し、
前記B(1)の負極端子は、前記キャパシタの第1端子と接続され、
前記B(1)の正極端子は、前記キャパシタの第2端子と接続され、
前記端子T(1)と、前記キャパシタの前記第1端子との間に、第6スイッチSW6が介在しており、
更に、前記通常モードで得られた前記B(2)〜B(n)の電圧を補正する工程を有し、
前記補正する工程は、
(I)前記SW6、前記SW3および前記SW4を開いて前記通常モードを解除した後、所定の前記スイッチを閉じ、前記B(j)(j≠1)の電圧を前記キャパシタに読み取らせる工程と、
(II)前記キャパシタに前記B(j)の電圧を読み取らせた後、前記所定のスイッチを開く工程と、
(III)前記所定のスイッチを開いた後、前記SW6を閉じて、前記B(j)の電圧を読み取らせた前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定する工程と、
(IV)前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定した後、前記キャパシタを放電させる工程と、
(V)前記第j電圧検出部により測定された測定値を、前記第1電圧検出部により測定された前記キャパシタの電圧の測定値に基づいて補正する工程と、を具備する、請求項14または15に電圧制御方法。 - 前記B(j)(j≠1)の電圧をキャパシタに読み取らせる前に、
(a)SW1(1)およびSW4を閉じた後、SW1(1)およびSW4を開く工程と、
(b)前記工程(a)の後、SW6を閉じて前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定する工程と、
(c)前記工程(b)において測定された前記キャパシタの電圧が閾値以上であるときに、SW3の異常を検知する工程と、
(d)SW3が正常であるときに、SW3を閉じて前記キャパシタの電圧を前記第1電圧検出部で測定する工程と、
(e)前記工程(c)において測定された前記キャパシタの電圧が閾値以上であるときに、SW4の異常を検知する工程と、を具備する、請求項16に記載の電圧制御方法。 - 前記端子T(2)と、前記キャパシタの前記第2端子との間に、前記第6スイッチとともに開閉される第7スイッチSW7が介在している、請求項16または17に記載の電圧制御方法。
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