JP3351167B2 - バッテリ電圧測定装置 - Google Patents

バッテリ電圧測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気自動車用のバッテリ
システムにおけるバッテリ電圧測定装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、電気自動車の性能向上が急がれて
おり、特にバッテリシステムについてはより小型、大容
量、低価格なものが望まれている。電圧測定の面からみ
ると電気自動車のバッテリ残量を正確に把握するために
は、数10mV程度の微小な電圧変動も検出することが
必要となる。従来は、高分解能ADコンバータを用いて
測定を行っていた。
【0003】図3に従来の高分解能ADコンバータを用
いたバッテリ電圧測定装置の回路図を示す。図3におい
て、23はバッファアンプであり、入力電圧に接続され
る。24はADコンバータであり、上記バッファアンプ
23の出力を入力する。入力電圧範囲が6Vから20V
で分解能が10mVの場合、12ビットのADコンバー
タが必要である。25は制御部としてのマイコンであ
り、上記ADコンバータ24の出力を入力する。
【0004】以上のように構成されたバッテリ電圧測定
装置について、以下にその動作を説明する。
【0005】まず、入力電圧が上記バッファアンプ23
を通して上記ADコンバータ24に入力される。上記A
Dコンバータ24でディジタル値に変換され、上記マイ
コン25がその値を読み取る。このとき、入力電圧の測
定範囲が上記ADコンバータ24の入力範囲に対応する
ように上記バッファアンプ23の増幅率を調整する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では12ビット以上の高分解能ADコンバータ
が必要であり、バッテリ電圧測定装置として用いるに
は、高価すぎるという課題を有していた。
【0007】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、低ビットADコンバータを用いて、従来の12ビッ
トADコンバータに相当する分解能及び精度を有するバ
ッテリ電圧測定装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために本発明のバッテリ電圧測定装置は、入力電圧と
DAコンバータ出力を入力とする2回路のアナログスイ
ッチと、このアナログスイッチの出力または差動増幅器
の出力を入力としディジタル値に変換するnビットのA
Dコンバータと、そのADコンバータからのディジタル
値を入力して基準値を算出し出力する制御部と、この制
御部からの基準値を基準電圧値に変換するmビットのD
Aコンバータと、このDAコンバータからの基準電圧値
と上記アナログスイッチの出力を比較する差動増幅器を
備え、校正モード時に上記制御部からの制御信号にもと
づき上記アナログスイッチはDAコンバータ出力を選択
すると共に上記ADコンバータはアナログスイッチ出力
を選択し、入力電圧の測定モード時に上記制御部からの
制御信号にもとづき上記アナログスイッチは入力電圧を
選択すると共に上記ADコンバータはアナログスイッチ
出力の選択の後に差動増幅器出力を選択するように切換
えられ、上記ADコンバータのビット数より大きいビッ
ト数の分解能出力を得るように構成したことを特徴とす
る。
【0009】
【作用】本発明のバッテリ電圧測定装置は、nビットの
ADコンバータを切換え使用し、入力電圧を入力として
ディジタル値に変換する一方で差動増幅器出力を入力と
してディジタル値に変換し、制御部にて測定値を計算す
るので、低ビットのADコンバータを使用して高分解能
のバッテリ電圧の測定をすることができる。
【0010】また、本発明のバッテリ電圧測定装置は、
アナログスイッチにより入力電圧とDAコンバータ出力
を選択するため、起動時に制御部が自らの出す基準値を
DAコンバータ及びADコンバータを通した後に基準電
圧値として測定し、その値を補正値として用いて電圧測
定を行うことにより高精度測定が可能となる。
【0011】
【実施例】(実施例1) 以下に本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
【0012】図1において、3は2回路のアナログスイ
ッチであり、入力電圧及び後述のDAコンバータ6の出
力に接続され、また後述の制御部としてのマイコン5の
スイッチ制御端子に接続される。4は8ビットADコン
バータであり、アナログスイッチ3及び後述の差動増幅
器7の出力に接続される。5はマイコンであり、AD入
力端子はADコンバータ4の出力に接続される。6は6
ビットDAコンバータであり、マイコン5のDA出力に
接続される。7は差動増幅器であり、アナログスイッチ
3及びDAコンバータ6の各出力に接続される。
【0013】以上のように構成されたバッテリ電圧測定
装置についてその動作を説明する。
【0014】まず、電圧測定動作の前に、DAコンバー
タ6の出力値の校正を行う。DAコンバータの分解能は
6ビットであるが、8ビットADコンバータ4に入力す
るための基準電圧とするためには少なくとも8ビット精
度が必要である。マイコン5はアナログスイッチ3を2
番端子にセットし、ADコンバータ4の入力を1番端子
にセットする。
【0015】これにより、ADコンバータ4にはDAコ
ンバータ6の出力が入力される。マイコン5は1番目の
基準値をDA出力端子に出力する。DAコンバータ6は
アナログ電圧値に変換し、ADコンバータ4はDAコン
バータ6の出力値を8ビットのディジタル値に変換す
る。マイコン5は、その値をAD入力端子から読み込
む。
【0016】誤差がない場合には、マイコン5の出力値
は6ビット、入力値は8ビットであるから出力値Out
putと入力値Inputの関係は、 Input=Output×4 となる。
【0017】DAコンバータ6、差動増幅器7及びAD
コンバータ4の特性のバラツキによる誤差Error
は、 Error=Input−Output×4 マイコン5は、すべての基準値に対して、順次この誤差
を測定、記憶し校正動作を終了する。この校正動作によ
り、基準値の切り変わりの際に発生する不連続性をなく
すことができ、高精度な測定を可能にする。
【0018】次に、電圧測定動作を行う。まず、大域的
な測定を行う。マイコン5はアナログスイッチ3を1番
端子にセットし、ADコンバータ4の入力を1番端子に
設定する。これによりADコンバータ4には入力電圧が
入力される。ADコンバータ4はこの値を8ビットのデ
ィジタル値に変換する。この値をマイコン5はAD入力
端子から読み込む。
【0019】次に、大域的な測定で得られた値を用い
て、詳細な測定を行う。マイコン5は、大域的測定で得
られた値に対応する基準値を算出し、DA出力端子から
出力する。ここで、基準値の算出は次のように行う。分
解能10mVの場合、 10mV×256=2.56V>2V より基準値は約2Vおきに設定し、入力電圧範囲が6V
から20Vの場合7個の基準値を設定する。入力電圧と
の比較の結果、入力電圧を超えない最大の基準値を出力
する。DAコンバータ6はマイコン5の出力した6ビッ
トのディジタル値をアナログ値に変換する。差動増幅器
7はDAコンバータ6の出力値とアナログスイッチ3の
出力値の差分電圧を増幅する。
【0020】次にマイコン5はADコンバータ4の入力
を2番端子にセットする。これによりADコンバータ4
には差動増幅器7の出力が入力される。差動増幅器7の
入力端子には入力電圧とDAコンバータ6の出力との差
分電圧が入力される。ADコンバータ4は差動増幅器7
の出力を8ビットのディジタル値に変換する。
【0021】マイコン5は、AD入力端子よりディジタ
ル値を読み込む。これが基準値からのオフセット値とな
るが、基準電圧は誤差Errorだけ大きな値が出力さ
れているため、その分を差し引いた値では計算を行い、
基準値と足しあわせることにより測定値を得る。
【0022】基準値がM、詳細な測定による測定値が
N、また差動増幅器の増幅率がAであるとすると、実際
の測定値は、 M×A+(N−Error) で表される。ここで、A=16(4ビット相当)とする
ことで12ビットの分解能を実現することができる。
【0023】(実施例2) 以下に、本発明の第二の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
【0024】図2において、3は2回路のアナログスイ
ッチであり、入力電圧及び後述の可変電圧源8の出力に
接続され、また後述のマイコン5のスイッチ制御端子に
接続される。4はADコンバータであり、アナログスイ
ッチ3及び後述の差動増幅器7の出力に接続される。5
はマイコンであり、ADコンバータ4の出力に接続され
る。8は可変基準電圧源であり、マイコン5のMUX制
御端子に接続される。7は差動増幅器であり、アナログ
スイッチ3及び可変基準電圧源8の各出力に接続され
る。
【0025】次に可変基準電圧源8の一構成例を同図中
に示す。以下の動作の説明においては、この構成例を用
いる。9はシャントレギュレータであり、後述のアナロ
グマルチプレクサ10に接続される。10はアナログマ
ルチプレクサであり、マイコン5のMUX制御端子に接
続され、後述の抵抗11から18を切り換える。11か
ら18は抵抗であり、マルチプレクサ10と接地端子間
に接続される。各抵抗値はシャントレギュレータ9によ
り所望の電圧源が得られるように定数が選ばれる。
【0026】以上のように構成されたバッテリ電圧測定
装置についてその動作を説明する。
【0027】まず、電圧測定動作の前に、可変基準電圧
源8の出力の校正を行う。抵抗11−18は通常いくら
かの誤差をもっているが、可変基準電圧源8は8ビット
ADコンバータに入力するための基準電圧を出力するた
めに、少なくとも8ビット精度の値を出力することが必
要である。本来、8ビット精度を得るために抵抗11−
18は0.4%の精度が必要であるが、この校正動作を
導入することにより、抵抗11−18は汎用的な1%程
度の精度のものを用いることが可能となる。
【0028】校正動作は以下のように行う。マイコン5
はアナログスイッチ3を2番端子にセットし、ADコン
バータ4を1番端子にセットする。これによりADコン
バータ4には、可変基準電圧源8の出力値が入力され
る。また、マイコン5は各基準値に対応する値をMUX
端子から出力し、順次シャントレギュレータ9から基準
電圧を出力させる。マイコン5はAD入力端子からAD
変換値を入力し誤差のない場合の理論値と比較して、そ
の差を記憶し校正動作を終了する。
【0029】次に、電圧測定動作を行う。マイコン5が
基準値を出力する際、基準値に対応する信号をMUX制
御端子から出力する点においてのみその動作が異なり、
その他の電圧測定動作は前記実施例1と同様である。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明は入力電圧をディジ
タル値に変換するADコンバータと、そのADコンバー
タのディジタル値を入力して基準値を生成する制御部
と、この制御部からの基準値をアナログ基準電圧値に変
換するDAコンバータと、このDAコンバータの基準電
圧値と入力電圧を比較する差動増幅器を設けることで、
低ビットADコンバータを用いて12ビット相当の高分
解能、高精度な測定値が得られる優れたバッテリ電圧測
定装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるバッテリ電圧測
定装置を示す回路図
【図2】本発明の第2の実施例におけるバッテリ電圧測
定装置を示す回路図
【図3】従来のバッテリ電圧測定装置を示す回路図
【符号の説明】
3 アナログスイッチ 4 ADコンバータ 5 制御部(マイコン) 6 DAコンバータ 7 差動増幅器 8 可変基準電圧源 9 シャントレギュレータ 10 アナログマルチプレクサ 11−18 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 19/25 G01R 19/04 G01R 31/36 H03M 1/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電圧とDAコンバータ出力を入力と
    する2回路のアナログスイッチと、このアナログスイッ
    チの出力または差動増幅器の出力を入力としディジタル
    値に変換するnビットのADコンバータと、そのADコ
    ンバータからのディジタル値を入力して基準値を算出し
    出力する制御部と、この制御部からの基準値を基準電圧
    値に変換するmビットのDAコンバータと、このDAコ
    ンバータからの基準電圧値と上記アナログスイッチの出
    力を比較する差動増幅器を備え、校正モード時に上記制
    御部からの制御信号にもとづき上記アナログスイッチは
    DAコンバータ出力を選択すると共に上記ADコンバー
    タはアナログスイッチ出力を選択し、入力電圧の測定モ
    ード時に上記制御部からの制御信号にもとづき上記アナ
    ログスイッチは入力電圧を選択すると共に上記ADコン
    バータはアナログスイッチ出力の選択の後に差動増幅器
    出力を選択するように切換えられ、上記ADコンバータ
    のビット数より大きいビット数の分解能出力を得るよう
    に校正したことを特徴とするバッテリ電圧測定装置。
  2. 【請求項2】 DAコンバータに代えて可変基準電圧源
    を用いた請求項1記載のバッテリ電圧測定装置。
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