JP4186410B2 - 組電池の電圧検出装置 - Google Patents
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車などでは、配線抵抗損失の低減やスイッチング素子の小型化などのために、二次電池や燃料電池からなる単電池を多数直列接続して数１００Ｖといった高圧の組電池として構成するのが一般的である。
【０００３】
この高圧の組電池では、各単電池（本明細書では所定個数の単電池を直列接続してなる電池モジュールも単電池とみなすものとする）の容量計算や保護管理のために、各単電池の電圧を検出する電圧検出装置が設けられる。ただし、本明細書でいう単電池は互いに直列接続された複数の電池セルで構成されることができる。
【０００４】
特開平１１−２４８７５５号公報は、上記組電池の電圧検出装置の一例としていわゆるフライングキャパシタ及びマルチプレクサ回路を用いる組電池の電圧検出装置（以下、フライングキャパシタ式電池電圧検出装置ともいう）を提案している。
【０００５】
このフライングキャパシタ式電池電圧検出装置では、各単電池の電圧は一対のマルチプレクサを通じて順次フライングキャパシタに印加された後、両マルチプレクサを遮断状態とし、その後、フライングキャパシタの両端をそれぞれコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを通じて電圧検出回路に導通させて、フライングキャパシタの電位差すなわち蓄電電圧が電圧検出回路により検出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のフライングキャパシタ式電池電圧検出装置では、マルチプレクサのアナログスイッチが短絡不良や絶縁不良（地絡不良）したりして組電池から大電流が流れるのを抑制するために、各アナログスイッチと直列に大きな抵抗値をもつ電流制限抵抗を接続することが好ましい。
【０００７】
しかし、大抵抗値の電流制限抵抗をフライングキャパシタ（コンデンサ）と直列接続すると、マルチプレクサのアナログスイッチをオンしても長時間経過しないと、コンデンサの端子電圧が単電池電圧に収束せず、全部の単電池電圧を計測するのに長時間掛かってしまう。各単電池電圧はできるだけ同時的に計測することが好ましく、計測時間が長いと、その間に組電池の動作状態（電流や温度）が変化してしまう。また、単電池電圧自体も時間変動しており、単電池電圧の計測に必要な時間が長いと、フライングキャパシタの端子電圧変化がこの単電池電圧の変動に追従することができずに計測誤差が著しく増大する。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電圧計測時間を延長することなく、回路保護性能を向上可能な組電池の電圧検出装置を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用組電池の電圧検出回路は、低出力インピーダンスをもつ第１初段増幅器及び第２初段増幅器と、互いに直列接続された多数の単電池をもつ電池ブロックの各前記単電池の正又は負のターミナルのうち、最高電位をもつ最高電位ターミナル及びこの最高電位ターミナルから低電位側へ一つおきに隔たる各前記ターミナルの電位を前記第１初段増幅器に順次入力する第１アナログマルチプレクサ回路と、前記電池ブロックの各前記単電池の正又は負のターミナルのうち、最高電位のターミナルの次の電位をもつ次電位ターミナル及びこの次電位ターミナルから低電位側へ一つおきに隔たる各前記ターミナルの電位を前記第２初段増幅器に順次入力する第２アナログマルチプレクサ回路と、前記両アナログマルチプレクサ回路の各アナログスイッチと個別に直列接続される多数の電流制限抵抗と、両端に前記両初段増幅器の出力電圧差が印加されるコンデンサと、前記コンデンサの両端にそれぞれコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを通じて接続されて前記コンデンサの蓄電電圧を検出する電圧検出回路とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本構成によれば、マルチプレクサの出力電位を初段増幅器で増幅してコンデンサに印加する構成を採用しているので、マルチプレクサのアナログスイッチと直列接続された電流制限抵抗の抵抗値を非常に高く設定しても、初段増幅器は低出力インピーダンスをもつため急速にコンデンサを充電することができる。したがって、上記したフライングキャパシタ式電池電圧検出装置において、コンデンサを急速に充放電することができるので、全単電池電圧を短時間で計測でき、計測誤差を減らすことができる上、マルチプレクサのアナログスイッチが短絡不良や絶縁不良（地絡不良）したりしても組電池から大電流が流れるのを防止して装置の安全性を確保することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な公知回路を用いて構成できることは当然である。
（回路構成）
本発明の組電池の電圧検出装置を車両用組電池の電圧検出に適用した実施例を図１に示す回路図を参照して説明する。
【００１２】
電池ブロック１は、図示しない所定数の電池ブロックと直列に接続されて組電池を構成している。電池ブロック１は５つの単電池１１〜１５を直列に接続してなる。単電池１１〜１５は、単電池電圧Ｖ１〜Ｖ５をもつ。
【００１３】
Ｒ１〜Ｒ６は電流制限抵抗であり、ＳＷ１〜ＳＷ６は電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒ６と個別に直列接続されたアナログスイッチである。アナログスイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６は第２マルチプレクサ回路２を構成し、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５は第１マルチプレクサ回路３を構成している。
【００１４】
４、５はボルテージホロワ回路であり、ボルテージホロワ回路４は第２マルチプレクサ回路２の出力電位を電流増幅してコンデンサ６の一端に出力し、ボルテージホロワ回路５は第１マルチプレクサ回路３の出力電位を電流増幅してコンデンサ６の他端に出力している。
【００１５】
コンデンサ６の両端の電位差すなわちコンデンサ６の端子電圧は、一対のアナログスイッチ７，８を通じて差動増幅回路９に入力されて電力増幅されて図示しないＡ／Ｄコンバータに出力される。差動増幅回路９は、オペアンプ９a、入力抵抗r1、r2、帰還抵抗rf、バイアス抵抗rbを有する通常のオペアンプ差動電圧増幅回路である。
【００１６】
１０aはボルテージホロワ回路４に電源電圧を給電する定電圧電源回路、１０bはボルテージホロワ回路５に電源電圧を給電する定電圧電源回路である。定電圧電源回路１０aはボルテージホロワ回路４の＋入力端電位を基準として正負電源電位を形成し、定電圧電源回路１０bはボルテージホロワ回路５の＋入力端電位を基準として正負電源電位を形成している。
（動作）
次に、この回路の動作を以下に説明する。
【００１７】
最初に、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンして単電池１１の正負電位を入力抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を通じてボルテージホロワ回路２，３に入力し、ボルテージホロワ回路２，３はそれを電流増幅してコンデンサ６の両端に印加する。
【００１８】
次に、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフし、アナログスイッチ７，８をオンして、コンデンサ６の端子電圧（蓄電電圧）を差動増幅回路９で増幅してＡ／Ｄコンバータに出力し、アナログスイッチ７，８をオフして、単電池１１の電圧検出を終了する。以下順次、上記と同様の動作手順で単電池１２〜１５の単電池電圧を検出する。
【００１９】
本実施例によれば、マルチプレクサとコンデンサとの間にボルテージホロワ回路４，５を介在させているので、コンデンサ電位の計測遅れを回避しつつ電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒ６を増大してアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の短絡不良や地酪不良に対する安全性を向上することができる。
【００２０】
（変形態様）
上記実施例では、ボルテージホロワ回路４，５の出力端をコンデンサ６の端子に直結したが、コンデンサ６の充放電電流のピークを抑えるために、電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒ６よりも抵抗値が小さい電流制限抵抗を介在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の組電池の電圧検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 第２マルチプレクサ回路
３ 第１マルチプレクサ回路
４ ボルテージホロワ回路（第２初段増幅器）
５ ボルテージホロワ回路（第１初段増幅器）
６ コンデンサ
７ アナログスイッチ
８ アナログスイッチ
９ 差動増幅回路（電圧検出回路）
１１〜１５ 単電池
Ｒ１〜Ｒ６ 電流制限抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ６ アナログスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえばハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車などでは、配線抵抗損失の低減やスイッチング素子の小型化などのために、二次電池や燃料電池からなる単電池を多数直列接続して数１００Ｖといった高圧の組電池として構成するのが一般的である。
【０００３】
この高圧の組電池では、各単電池（本明細書では所定個数の単電池を直列接続してなる電池モジュールも単電池とみなすものとする）の容量計算や保護管理のために、各単電池の電圧を検出する電圧検出装置が設けられる。ただし、本明細書でいう単電池は互いに直列接続された複数の電池セルで構成されることができる。
【０００４】
特開平１１−２４８７５５号公報は、上記組電池の電圧検出装置の一例としていわゆるフライングキャパシタ及びマルチプレクサ回路を用いる組電池の電圧検出装置（以下、フライングキャパシタ式電池電圧検出装置ともいう）を提案している。
【０００５】
このフライングキャパシタ式電池電圧検出装置では、各単電池の電圧は一対のマルチプレクサを通じて順次フライングキャパシタに印加された後、両マルチプレクサを遮断状態とし、その後、フライングキャパシタの両端をそれぞれコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを通じて電圧検出回路に導通させて、フライングキャパシタの電位差すなわち蓄電電圧が電圧検出回路により検出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のフライングキャパシタ式電池電圧検出装置では、マルチプレクサのアナログスイッチが短絡不良や絶縁不良（地絡不良）したりして組電池から大電流が流れるのを抑制するために、各アナログスイッチと直列に大きな抵抗値をもつ電流制限抵抗を接続することが好ましい。
【０００７】
しかし、大抵抗値の電流制限抵抗をフライングキャパシタ（コンデンサ）と直列接続すると、マルチプレクサのアナログスイッチをオンしても長時間経過しないと、コンデンサの端子電圧が単電池電圧に収束せず、全部の単電池電圧を計測するのに長時間掛かってしまう。各単電池電圧はできるだけ同時的に計測することが好ましく、計測時間が長いと、その間に組電池の動作状態（電流や温度）が変化してしまう。また、単電池電圧自体も時間変動しており、単電池電圧の計測に必要な時間が長いと、フライングキャパシタの端子電圧変化がこの単電池電圧の変動に追従することができずに計測誤差が著しく増大する。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電圧計測時間を延長することなく、回路保護性能を向上可能な組電池の電圧検出装置を提供することをその目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用組電池の電圧検出回路は、低出力インピーダンスをもつ第１初段増幅器及び第２初段増幅器と、互いに直列接続された多数の単電池をもつ電池ブロックの各前記単電池の正又は負のターミナルのうち、最高電位をもつ最高電位ターミナル及びこの最高電位ターミナルから低電位側へ一つおきに隔たる各前記ターミナルの電位を前記第１初段増幅器に順次入力する第１アナログマルチプレクサ回路と、前記電池ブロックの各前記単電池の正又は負のターミナルのうち、最高電位のターミナルの次の電位をもつ次電位ターミナル及びこの次電位ターミナルから低電位側へ一つおきに隔たる各前記ターミナルの電位を前記第２初段増幅器に順次入力する第２アナログマルチプレクサ回路と、前記両アナログマルチプレクサ回路の各アナログスイッチと個別に直列接続される多数の電流制限抵抗と、両端に前記両初段増幅器の出力電圧差が印加されるコンデンサと、前記コンデンサの両端にそれぞれコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを通じて接続されて前記コンデンサの蓄電電圧を検出する電圧検出回路とを備えることを特徴としている。
【００１０】
本構成によれば、マルチプレクサの出力電位を初段増幅器で増幅してコンデンサに印加する構成を採用しているので、マルチプレクサのアナログスイッチと直列接続された電流制限抵抗の抵抗値を非常に高く設定しても、初段増幅器は低出力インピーダンスをもつため急速にコンデンサを充電することができる。したがって、上記したフライングキャパシタ式電池電圧検出装置において、コンデンサを急速に充放電することができるので、全単電池電圧を短時間で計測でき、計測誤差を減らすことができる上、マルチプレクサのアナログスイッチが短絡不良や絶縁不良（地絡不良）したりしても組電池から大電流が流れるのを防止して装置の安全性を確保することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な公知回路を用いて構成できることは当然である。
（回路構成）
本発明の組電池の電圧検出装置を車両用組電池の電圧検出に適用した実施例を図１に示す回路図を参照して説明する。
【００１２】
電池ブロック１は、図示しない所定数の電池ブロックと直列に接続されて組電池を構成している。電池ブロック１は５つの単電池１１〜１５を直列に接続してなる。単電池１１〜１５は、単電池電圧Ｖ１〜Ｖ５をもつ。
【００１３】
Ｒ１〜Ｒ６は電流制限抵抗であり、ＳＷ１〜ＳＷ６は電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒ６と個別に直列接続されたアナログスイッチである。アナログスイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６は第２マルチプレクサ回路２を構成し、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５は第１マルチプレクサ回路３を構成している。
【００１４】
４、５はボルテージホロワ回路であり、ボルテージホロワ回路４は第２マルチプレクサ回路２の出力電位を電流増幅してコンデンサ６の一端に出力し、ボルテージホロワ回路５は第１マルチプレクサ回路３の出力電位を電流増幅してコンデンサ６の他端に出力している。
【００１５】
コンデンサ６の両端の電位差すなわちコンデンサ６の端子電圧は、一対のアナログスイッチ７，８を通じて差動増幅回路９に入力されて電力増幅されて図示しないＡ／Ｄコンバータに出力される。差動増幅回路９は、オペアンプ９a、入力抵抗r1、r2、帰還抵抗rf、バイアス抵抗rbを有する通常のオペアンプ差動電圧増幅回路である。
【００１６】
１０aはボルテージホロワ回路４に電源電圧を給電する定電圧電源回路、１０bはボルテージホロワ回路５に電源電圧を給電する定電圧電源回路である。定電圧電源回路１０aはボルテージホロワ回路４の＋入力端電位を基準として正負電源電位を形成し、定電圧電源回路１０bはボルテージホロワ回路５の＋入力端電位を基準として正負電源電位を形成している。
（動作）
次に、この回路の動作を以下に説明する。
【００１７】
最初に、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンして単電池１１の正負電位を入力抵抗素子Ｒ１、Ｒ２を通じてボルテージホロワ回路２，３に入力し、ボルテージホロワ回路２，３はそれを電流増幅してコンデンサ６の両端に印加する。
【００１８】
次に、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフし、アナログスイッチ７，８をオンして、コンデンサ６の端子電圧（蓄電電圧）を差動増幅回路９で増幅してＡ／Ｄコンバータに出力し、アナログスイッチ７，８をオフして、単電池１１の電圧検出を終了する。以下順次、上記と同様の動作手順で単電池１２〜１５の単電池電圧を検出する。
【００１９】
本実施例によれば、マルチプレクサとコンデンサとの間にボルテージホロワ回路４，５を介在させているので、コンデンサ電位の計測遅れを回避しつつ電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒ６を増大してアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の短絡不良や地酪不良に対する安全性を向上することができる。
【００２０】
（変形態様）
上記実施例では、ボルテージホロワ回路４，５の出力端をコンデンサ６の端子に直結したが、コンデンサ６の充放電電流のピークを抑えるために、電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒ６よりも抵抗値が小さい電流制限抵抗を介在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の組電池の電圧検出回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 組電池
２ 第２マルチプレクサ回路
３ 第１マルチプレクサ回路
４ ボルテージホロワ回路（第２初段増幅器）
５ ボルテージホロワ回路（第１初段増幅器）
６ コンデンサ
７ アナログスイッチ
８ アナログスイッチ
９ 差動増幅回路（電圧検出回路）
１１〜１５ 単電池
Ｒ１〜Ｒ６ 電流制限抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ６ アナログスイッチ
Claims (1)
- 低出力インピーダンスをもつ第１初段増幅器及び第２初段増幅器と、
互いに直列接続された多数の単電池をもつ電池ブロックの各前記単電池の正又は負のターミナルのうち、最高電位をもつ最高電位ターミナル及びこの最高電位ターミナルから低電位側へ一つおきに隔たる各前記ターミナルの電位を前記第１初段増幅器に順次入力する第１アナログマルチプレクサ回路と、
前記電池ブロックの各前記単電池の正又は負のターミナルのうち、最高電位のターミナルの次の電位をもつ次電位ターミナル及びこの次電位ターミナルから低電位側へ一つおきに隔たる各前記ターミナルの電位を前記第２初段増幅器に順次入力する第２アナログマルチプレクサ回路と、
前記両アナログマルチプレクサ回路の各アナログスイッチと個別に直列接続される多数の電流制限抵抗と、
両端に前記両初段増幅器の出力電圧差が印加されるコンデンサと、
前記コンデンサの両端にそれぞれコンデンサ電位出力用のアナログスイッチを通じて接続されて前記コンデンサの蓄電電圧を検出する電圧検出回路と、
を備えることを特徴とする組電池の電圧検出装置
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000342226A JP4186410B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 組電池の電圧検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000342226A JP4186410B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 組電池の電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002148286A JP2002148286A (ja) | 2002-05-22 |
| JP4186410B2 true JP4186410B2 (ja) | 2008-11-26 |
Family
ID=18816821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000342226A Expired - Fee Related JP4186410B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 組電池の電圧検出装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP4186410B2 (ja) |
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| JP6445673B2 (ja) * | 2017-12-28 | 2018-12-26 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置 |
-
2000
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