JP4401529B2 - 積層電圧計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は積層電圧計測装置に関し、特に直列接続されたＮ個の電圧源のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などの数百Ｖの高出力電源は、ニッケル水素蓄電池のような２次電池を多数個直列接続して構成される。直列接続された電池は充放電制御のために個々の電池の能力の状態を監視する必要がある。
【０００３】
具体的には２４０セルの直列電池で２８８Ｖの総電圧が得られるが、個々の電池を監視するのは物量的に困難なため、１０セルで１モジュールとしてモジュール単位即ち２４個のモジュール毎の電圧を計測している例がある（特開平８−１４０２０４号公報参照）。
【０００４】
電気自動車において高電圧系統は危険防止のためシャーシから絶縁されている。一方、充放電を制御するプロセッサはシャーシが基準電位であるため前記電池の電圧は絶縁的に計測される必要がある。
【０００５】
前記の例においては個々のモジュール毎にオペアンプ、ＡＤコンバータ、フォトカップラ、電源等を含む絶縁回路ユニットを備えており、非常に複雑となっていた。
【０００６】
センサ等の出力電圧を絶縁的に計測する方式としてフライング・キャパシタ回路が知られている。図２は、積層電圧計測装置３００の構成を示す。電圧源の数（Ｎ）を５個として説明する。
【０００７】
直列接続された電圧源Ｖ１〜Ｖ５は、電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６からスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５から成る第１サンプルスイッチ１およびスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６から成る第２サンプルスイッチ２を経由して、コンデンサ３に接続される。コンデンサ３はスイッチ４ａ，４ｂから成る第３サンプルスイッチ４を経由して電圧計測回路５に接続される。
【０００８】
図３は、積層電圧計測装置３００の動作を説明するための各スイッチＳ１〜Ｓ６およびスイッチ４ａ，４ｂの開閉タイミングを示す。図３に基づいて図２の積層電圧計測装置３００の動作を説明する。
【０００９】
電源圧Ｖ１〜Ｖ５の電圧を計測するに際して、スイッチＳ１〜Ｓ６およびスイッチ４ａ、４ｂは開（オフ）状態とされる。この様な状態で、期間Ｐ１において、まず、スイッチＳ１とスイッチＳ２が閉（オン）状態とされ、これにより電圧源Ｖ１における電圧がコンデンサ３に印加され、コンデンサ３に電荷が蓄積される。スイッチＳ１およびスイッチＳ２が所定時間にわたってオンされると、スイッチＳ１およびスイッチＳ２がオフされる。スイッチＳ１およびスイッチＳ２がオフされた後に適当な時間が経過すると、第３サンプルスイッチ４（４ａ、４ｂ）がオンされ、これにより電圧計測回路５にコンデンサ３の充電電圧即ち電圧源Ｖ１の電力が入力される。
【００１０】
各スイッチの駆動回路と各スイッチの接点とは当然のことながら絶縁が保たれているものとする。第１サンプルスイッチ１と第３サンプルスイッチ４とは同時に閉じず、第２サンプルスイッチ２と第３サンプルスイッチ４とは同時に閉じないため、電圧源Ｖ１とコンデンサ３に入力された電圧源Ｖ１の電圧とは絶縁的に計測される。
【００１１】
同様に期間Ｐ２において、スイッチＳ２とスイッチＳ３とを、期間Ｐ３でスイッチＳ３とスイッチＳ４をという具合に順次マルチプレックスしていく。
【００１２】
このようにして、電圧源Ｖ１〜Ｖ５の電圧値を計測している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成において、電源圧Ｖ５を測定した後、次の電圧源Ｖ１を測定するとき、電圧源Ｖ１を測定するために、スイッチＳ１およびスイッチＳ２を閉（オン）にするが、スイッチＳ１またはスイッチＳ２が開（オフ）故障していると、電圧源Ｖ１の電圧が前記コンデンサ３にチャージされず、電圧源Ｖ５を測定したときの電圧の電荷がコンデンサ３に残ったままになる。電圧源Ｖ１とＶ５を測定する時のコンデンサ３の極性は同じであるため、誤ってＶ５の値を読む。
【００１４】
このように前記サンプルスイッチ１，２の一部が開故障になると、前記コンデンサ３に蓄えられた電荷が残ったままになるため、誤った電圧を計測して故障を検知できない。
【００１５】
本発明の目的は、サンプルスイッチ１，２の一部の開故障に起因して、誤った電圧を計測することのない積層電圧計測装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、サンプルスイッチ１，２の一部が開故障であることを検知することができる積層電圧計測装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
電圧源Ｖ１〜Ｖ５を順次測定するとき、コンデンサ３に印加される電圧の極性を互いに逆極性にすれば、第１サンプルスイッチ１または第２サンプルスイッチ２の一部が開（オフ）故障して、前に測定した電圧源の値が残っても極性が同じである為、異常と判断できる。
【００１８】
このように本発明は、上記課題を解決するために、電圧源を計測する際、コンデンサに蓄えられる電圧の極性を順次互いに逆になるように、電圧源を選択できる極性制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、実施の形態に係る積層電圧計測装置１００を説明する。
【００２０】
前述した積層電圧計測装置３００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００２１】
積層電圧計測装置１００は、直列接続された５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５のそれぞれの電圧を計測する。
【００２２】
図１に示すように、積層電圧計測装置１００は、５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５に接続された６個の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６と、第１端子３Ａと第２端子３Ｂとを有するコンデンサ３と、奇数番目の電圧検出端子Ｔ１，Ｔ３およびＴ５のいずれかをコンデンサ３の第１端子３Ａに選択的に接続する第１サンプルスイッチ１と、偶数番目の電圧検出端子Ｔ２，Ｔ４およびＴ６のいずれかをコンデンサ３の第２端子３Ｂに選択的に接続する第２サンプルスイッチ２と、第１端子３Ａと第２端子３Ｂとの間の電圧を計測する電圧計測回路５と、コンデンサ３の第１端子３Ａと第２端子３Ｂとを電圧計測回路５に接続する第３サンプルスイッチ４と、第１サンプルスイッチ１と第２サンプルスイッチ２と第３サンプルスイッチ４との開閉を制御する極性制御回路６とを備える。
【００２３】
積層電圧計測装置１００は、第３サンプルスイッチ４を開いた状態で、第１および第２サンプルスイッチ１，２が所望の電圧源Ｖ１〜Ｖ５のうち１つを選択した後に第１および第２サンプルスイッチ１，２を開いて第３サンプルスイッチ４を閉じることを繰り返すことにより電圧源Ｖ１〜Ｖ５の各電圧を計測する。
【００２４】
なお、５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５と６個の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６を備える積層計測装置１００を例に挙げて説明するが、電圧源および電圧検出端子の個数はこれに限定されない。電圧源がＮ個、電圧検出端子がＮ＋１個であればよい。
【００２５】
図１において、電圧源Ｖ１を測定するとき、スイッチＳ１およびスイッチＳ２が閉じると、電圧源Ｖ１の電圧値はコンデンサ３にチャージされる。
【００２６】
次にスイッチＳ１とスイッチＳ２は開、第３サンプルスイッチ４が閉とすることにより、電圧源Ｖ１の電圧値は電圧計測回路５によって計測される。このとき、コンデンサ３の端子３Ａはプラス、端子３Ｂはマイナスの極性である。
【００２７】
次に電圧源Ｖ２を測定するとき、スイッチＳ２およびスイッチＳ３が閉じると、電圧源Ｖ２の値はコンデンサ３にチャージされる。
【００２８】
次にスイッチＳ２とスイッチＳ３は開、第３サンプルスイッチ４が閉とすることにより、電圧源Ｖ２の電圧値は電圧計測回路５によって計測される。このとき、コンデンサ３の端子３Ａはマイナス、端子３Ｂはプラスの極性である。
【００２９】
したがって、電圧源Ｖ１と電圧源Ｖ２を測定するときのコンデンサ３の極性が互いに逆となる。
【００３０】
次に、電圧源Ｖ３を測定する場合は、スイッチＳ３およびスイッチＳ４を閉じると、電圧源Ｖ３の電圧値はコンデンサ３にチャージされる。この時、コンデンサ３の端子３Ａはプラス、３Ｂはマイナスの極性にチャージされ、電圧源Ｖ１を測定したときと同じ極性となる。
【００３１】
同様に、電圧源Ｖ４を測定する場合は、コンデンサ３の端子３Ａはマイナス、３Ｂはプラス、また電圧源Ｖ５のときは、コンデンサ３の端子３Ａはプラス、３Ｂはマイナスとなる。
【００３２】
このように、電圧源Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５と電圧源Ｖ２、Ｖ４では、コンデンサ３に印加される極性が互いに逆である。
【００３３】
ここで、電圧源Ｖ１〜Ｖ５を測定する順番をＶ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ１→ と繰り返し読む場合を考える。
【００３４】
電圧源Ｖ５を設定後、電圧源Ｖ１を測定するとき、スイッチＳ１またはＳ２が開故障の場合、コンデンサ３には電圧源Ｖ１の値はチャージされないため、電圧源Ｖ５の値が残ったままである。電圧源Ｖ１とＶ５を測定するときのコンデンサ３の極性は同じ極性である。当然コンデンサ３の電荷量はある時間で放電されて電圧値が変わっていくが、計測はされるため誤って電圧源Ｖ５の値を読む。このようにスイッチＳ１、Ｓ２のいずれかが開故障になると誤判断をしてしまう。また、スイッチＳ１、Ｓ２の開故障検出ができない。
【００３５】
ここで、極性制御手段６により、電圧源Ｖ５の次に電圧源Ｖ４、Ｖ１を読むように制御した場合を考える。（Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ４→Ｖ１→Ｖ２→ ）
即ち、電圧源Ｖ５を測定した後、もう一度電圧源Ｖ４を測定して、次に電圧源Ｖ１を読むようにする。
【００３６】
電圧源Ｖ４と電圧源Ｖ１、Ｖ５を測定する場合のコンデンサ３の極性は逆であるため、同じ極性が続くことはない。
【００３７】
電圧源Ｖ５を測定した後、電圧源Ｖ４を測定するとコンデンサ３に印加される電圧の極性はまったく逆となる。電圧源Ｖ４の電圧値は電圧源Ｖ５と逆になるが、電圧測定回路５は極性を逆にすれば正しい計測値となる。
【００３８】
このように電圧源Ｖ５はプラス、電圧源Ｖ４はマイナスの値となる。ここで、スイッチＳ４またはＳ５が開故障になったときは、コンデンサ３には電圧源Ｖ４の値がチャージされないため、プラスの値が出てくるため、スイッチＳ４またはＳ５の開故障が検出でき、誤った計測が行われない。
【００３９】
電圧源Ｖ４の次に電圧源Ｖ１を読む場合も同様である。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、極性制御回路６はコンデンサ３に貯えられる電圧値の極性が順次逆になるように、第１および第２サンプルスイッチ１，２および第３サンプルスイッチ４を制御する。このため、積層電圧計測装置は、同じ極性の値が続く場合、スイッチが開故障であると判断できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、サンプルスイッチ１、２の一部の開故障に起因して、誤った電圧を計測することのない積層電圧計測装置を提供することができる。
【００４２】
また本発明によれば、サンプルスイッチ１、２の一部が開故障であることを検知することができる積層電圧計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る積層電圧計測装置の構成図。
【図２】従来の積層電圧計測装置の構成図。
【図３】従来の積層電圧計測装置の動作を説明するタイミングチャート。
【符号の説明】
１００ 積層電圧計測装置
１ 第１サンプルスイッチ
２ 第２サンプルスイッチ
３ コンデンサ
４ 第３サンプルスイッチ
５ 電圧計測回路
６ 極性制御回路

Claims (1)

1. 直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
   前記電圧源のいずれかの電圧値をチャージするコンデンサと、
   奇数番目の前記電圧検出端子を前記コンデンサの第１端子に選択的に接続する第１サンプルスイッチと、
   偶数番目の前記電圧検出端子を前記コンデンサの第２端子に選択的に接続する第２サンプルスイッチと、
   前記コンデンサにチャージされた前記電圧値を計測する電圧計測回路と、
   前記コンデンサの第１および第２端子を前記電圧計測回路に接続する第３サンプルスイッチと、
   前記第１および第２サンプルスイッチにより所定の前記電圧源を選択する極性制御手段と、を備える積層電圧計測装置であって、
   前記極性制御手段は、前記第３サンプルスイッチを開いた状態で、前記Ｎ個の電圧源のうちの１つが選択されるよう前記第１および第２サンプルスイッチを閉じて、前記コンデンサに選択された電圧源の電圧値をチャージする動作と、前記第１および第２サンプルスイッチを開いて前記第３サンプルスイッチを閉じて、前記コンデンサにチャージされた電圧値を電圧計測回路で計測する動作とを繰り返すことにより、前記電圧源の各電圧を計測するときに、前記コンデンサにチャージされる電圧の極性が、１つの電圧源の電圧を計測する毎に逆になるように前記電圧源を選択する順序を制御することを特徴とする、積層電圧計測装置。

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