JP4482506B2

JP4482506B2 - 電圧測定方法および電圧測定装置

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Publication number: JP4482506B2
Application number: JP2005275296A
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Inventors: 佳浩河村
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Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2010-06-16
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Description

本発明は、電圧測定方法および電圧測定装置に関し、特に、多数個の電圧源を直列接続して構成される高圧電源における各個別電圧源の電圧を計測するのに好適な電圧測定方法および電圧測定装置に関する。

電気自動車の電源のように、多数個の電池（電圧源）を直列接続して構成される高圧電源において、高圧電源を構成する各個別電池（電圧源）の電圧を、それぞれ測定する装置として、フライングキャパシタ方式電圧測定装置がある。このような装置は、たとえば、特開平１１−２４８７５５号公報（特許文献１）に開示されている。

上記公報に開示されているフライングキャパシタ方式電圧測定装置では、充電系のスイッチの開閉により電圧源の電圧を一旦コンデンサに充電し、その後、電圧源とコンデンサ間のスイッチを切り離し、計測系において信号処理側とコンデンサ間を接続してコンデンサに充電された電荷を計測することにより、絶縁を保ちながら各電圧源の電圧をマルチプレクスして取り込んでいる。
特開平１１−２４８７５５号公報

上述の従来装置では、コンデンサの後段に、コンデンサの充電電圧の極性を補正する極性補正回路、コンデンサの充電電圧をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄコンバータ等の構成要素が設けられている。また、他の従来装置では、コンデンサの充電電圧をＡ／Ｄコンバータに印加する適正レベルに調整する分圧回路や、コンデンサとＡ／Ｄコンバータの間に接続され、ノイズを除去するバッファ・フィルタ回路等の種々の構成要素が設けられているものもある。

しかしながら、従来装置では、コンデンサの後段の計測系に設けられるこれらの構成要素における部品のバラツキ、温度特性、劣化等に起因して、電圧計測の精度が低下してしまうという問題がある。そのため、電圧計測の精度向上には、高精度、高信頼性の高価な部品の採用が必須となり、その結果、装置が高価なものとなる問題がある。

そこで出願人は、電圧計測の精度の向上を図ると共にコストダウンが可能な電圧測定方法および電圧測定装置を、特願２００５−２０５６２５号として提案している。

図１は、上述の特願２００５−２０５６２５号で提案している電圧測定装置を示す回路図である。図１において、電圧測定装置は、フライングキャパシタ方式電圧測定装置であり、高圧電源Ｖの電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６に接続された第１のマルチプレクサ１および第２のマルチプレクサ２、両極性のコンデンサ３、サンプルスイッチ４、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７、基準電圧源回路８、バッファ・フィルタ９を含む。

基準電圧源回路８は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、スイッチ８ｂと、基準電圧源＋Ｖｒｅｆを含む。抵抗Ｒ１〜Ｒ３は分圧回路を構成している。基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧は、マイコン７における計測フルスケール値の高電位電圧、たとえば最大電圧を与える。スイッチ８ｂは、マイコン７における計測フルスケール値の低電位電圧、たとえば最小電圧を与える接地に接続されている。

上述の電圧測定装置においては、計測時間を早めるためには、コンデンサ３の容量を必要以上に大きくしたくない。マイコン７の入力ポートＡ／Ｄ１で読み込み中に起こるコンデンサ３の電荷の放電は、直接検出精度低下要因となるため、分圧抵抗値（受け側回路インピーダンス）を大きく設定し、放電損失を防ぎたいが、分圧抵抗値（受け側回路インピーダンス）を大きく設定すると、ノイズによる影響が大きく現れてしまう。

そのため、ノイズの影響を軽減するか（分圧抵抗値を小さくする必要がある）、検出精度を向上させるか（分圧抵抗値を大きくする必要がある）、計測時間を遅くするか（コンデンサの容量を大きくする必要がある）のいずれかの選択が必要であり、全てを実現することができない。

そこで、従来の対策としては、ａ）耐ノイズ性向上を諦める、ｂ）計測時間の向上を諦める、ｃ）検出精度の向上を諦める、等の対策が考えられている。

方法ａ）は、ノイズによる影響を受け易くなることを覚悟の上で、分圧回路の抵抗値を上げ、Ａ／Ｄ読み込みを１回のみとし、計測中の損失を回避するために、複数回読み込みによるフィルタ処理を行わないことにする。それにより、耐ノイズ性は向上しないが、検出精度が向上する。

方法ｂ）は、コンデンサの容量を大きく設定し、分圧回路の抵抗値が小さくても、計測時間内に検出精度に影響を与えるような放電損失が発生しないようにする。それにより、計測時間は遅くなるが、検出精度が向上する。

方法ｃ）は、分圧抵抗値（受け側回路インピーダンス）を下げ、損失による分を誤差として許容する。それにより、耐ノイズ性が向上するが、検出精度が向上しない。

このように、同時に全てを対策する方法が無く、これらの兼ね合いにより、高速・高精度・高耐ノイズ性の装置の実現が困難であった。

そこで本発明は、上述した課題に鑑み、従来より計測時間、検出精度および耐ノイズ性の向上を図ることができる電圧測定方法および電圧測定装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明の電圧測定方法は、測定すべき電圧源の電圧をコンデンサに充電し、充電された前記コンデンサの電荷を所定のサンプリング間隔で複数回計測し、得られた複数のサンプリングデータから前記電圧源の電圧を算出する電圧測定方法であって、前記複数のサンプリングデータを、予め記憶された放電損失換算テーブルであって、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルで補正し、補正後の前記複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を前記電圧源の電圧を示す値として算出することを特徴とする。

請求項２記載の発明の電圧測定装置は、測定すべき電圧源の電圧をコンデンサに充電し、充電された前記コンデンサの電荷を所定のサンプリング間隔で複数回計測し、得られた複数のサンプリングデータから前記電圧源の電圧を算出する電圧測定装置であって、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルが予め記憶されている記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記放電損失換算テーブルで前記複数のサンプリングデータを補正する補正手段と、前記補正手段で補正後の前記複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を前記電圧源の電圧を示す値として算出する電圧計測手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３記載の発明の電圧測定装置は、コンデンサと、直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの奇数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第１のマルチプレクサと、前記（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの偶数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第２のマルチプレクサと、前記コンデンサの両端電圧が供給される電圧計測手段とを備え、測定すべき前記電圧源の電圧を前記コンデンサに充電し、充電された前記コンデンサの電荷を前記電圧計測手段により所定のサンプリング間隔で複数回計測し、得られた複数のサンプリングデータから前記電圧源の電圧を算出する電圧測定装置であって、複数の抵抗を有し、前記コンデンサの電荷を分圧して前記電圧計測手段に供給する分圧回路を含み、前記分圧回路を介して前記電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の高電位電圧または低電位電圧を切り替えて供給する基準電圧源回路と、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルが予め記憶されている記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記放電損失換算テーブルで前記複数のサンプリングデータを補正する補正手段をさらに備え、前記第１および第２のマルチプレクサにより所望の電圧源を選択することにより、奇数番目の前記電圧源の電圧または偶数番目の前記電圧源の電圧を互いに逆極性で前記コンデンサへ充電した後に、前記第１および第２のマルチプレクサを開くと共に、奇数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記低電位電圧に切り替え、偶数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記高電位電圧に切り替えて、前記電圧源の電圧を測定し、前記電圧計測手段は、前記補正手段で補正後の前記複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を前記電圧源の電圧を示す値として算出することを特徴とする。

請求項１記載の発明の電圧測定方法によれば、複数のサンプリングデータを、予め記憶された放電損失換算テーブルであって、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルで補正し、補正後の複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を電圧源の電圧を示す値として算出するので、コストアップを伴うことなく、高速・高精度・高耐ノイズ性の電圧測定方法が実現できる。

請求項２記載の発明の電圧測定装置によれば、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルが予め記憶されている記憶手段と、記憶手段に記憶されている放電損失換算テーブルで複数のサンプリングデータを補正する補正手段と、補正手段で補正後の複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を電圧源の電圧を示す値として算出する電圧計測手段とを備えているので、ソフト処理の負担増を伴うことなく、高速・高精度・高耐ノイズ性の電圧測定装置が実現できる。

請求項３記載の発明の電圧測定装置によれば、複数の抵抗を有し、コンデンサの電荷を分圧して電圧計測手段に供給する分圧回路を含み、分圧回路を介して電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の高電位電圧または低電位電圧を切り替えて供給する基準電圧源回路と、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルが予め記憶されている記憶手段と、記憶手段に記憶されている放電損失換算テーブルで複数のサンプリングデータを補正する補正手段をさらに備え、第１および第２のマルチプレクサにより所望の電圧源を選択することにより、奇数番目の電圧源の電圧または偶数番目の電圧源の電圧を互いに逆極性でコンデンサへ充電した後に、第１および第２のマルチプレクサを開くと共に、奇数番目の電圧が充電されたときには基準電圧源回路で低電位電圧に切り替え、偶数番目の電圧が充電されたときには基準電圧源回路で高電位電圧に切り替えて、電圧源の電圧を測定し、電圧計測手段は、補正手段で補正後の複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を電圧源の電圧を示す値として算出するので、分圧回路抵抗値（受け側回路インピーダンス）を従来より低くした構成とすることができ、それにより、高速・高精度・高耐ノイズ性の電圧測定装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る電圧測定方法を実施する電圧測定装置の実施の形態の構成を示す回路図である。電圧測定装置は、フライングキャパシタ方式電圧測定装置であり、高圧電源Ｖの電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６に接続された第１のマルチプレクサ１および第２のマルチプレクサ２、両極性のコンデンサ３、サンプルスイッチ４、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７、基準電圧源回路８およびバッファ・フィルタ９を含む。

高圧電源Ｖは、直列接続されたＮ個（この形態では、たとえばＮ＝５）の電圧源（たとえば、単電池）Ｖ１〜Ｖ５を含む。各電圧源Ｖ１〜Ｖ５は、（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６にそれぞれ接続されている。

第１のマルチプレクサ１は、各電圧検出端子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５にそれぞれ接続されたスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５を含む。また、第２のマルチプレクサ２は、各電圧検出端子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６にそれぞれ接続されたスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６を含む。

第１のマルチプレクサ１のスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５は、コンデンサ３の一方の端子に接続され、第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６は、コンデンサ３の他方の端子に接続されている。

サンプルスイッチ４は、コンデンサ３の一方の端子に接続されたスイッチ４ａと、コンデンサ３の他方の端子に接続されたスイッチ４ｂを含む。

マイコン７は、電源＋Ｖｃｃからの駆動電圧が供給される電源ポートＶｃｃと、入力ポートＡ／Ｄ１を有し、電圧計測手段および補正手段として働く。また、マイコン７は、その内部に記憶手段として働く記憶部を有している。

基準電圧源回路８は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、スイッチ８ｂと、基準電圧源＋Ｖｒｅｆを含む。抵抗Ｒ１は、その一方の端子がスイッチ４ａに接続され、抵抗Ｒ２は、その一方の端子がスイッチ４ｂに接続され、抵抗Ｒ３は、抵抗Ｒ１の他方の端子と抵抗Ｒ２の他方の端子間に接続されている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３は分圧回路を構成している。また、抵抗Ｒ２およびＲ３の接続点には、抵抗Ｒ４を介して基準電圧源＋Ｖｒｅｆが接続されている。基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧は、マイコン７における計測フルスケール値の高電位電圧に設定されている。スイッチ８ｂは、マイコン７における計測フルスケール値の低電位電圧、たとえば最小電圧を与える接地に接続されている。

基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧は、マイコン７における計測フルスケール値の高電位電圧として、マイコン７の駆動電圧＋Ｖｃｃ（すなわち、最大電圧）と同じかまたはそれ以下の電圧＋ＡＶｃｃ（≦＋Ｖｃｃ）に設定されるが、ここでは最大電圧＋Ｖｃｃに近い高電位電圧＋ＡＶｃｃに設定されている。

バッファ・フィルタ９は、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３の接続点とマイコン７の入力ポートＡ／Ｄ１の間に接続され、入力ポートＡ／Ｄ１にノイズが印加されるのを防止するためのものである。

上述の構成において、本発明の特徴は、コンデンサ３の容量は従来通りとし、分圧回路の抵抗値（受け側回路インピーダンス）を従来より低く設定し、受け側回路インピーダンスが小さくなったことによるコンデンサ３の電荷の放電損失は、マイコン７内の記憶部に予め記憶された後述の放電損失換算テーブルで補正し、さらにソフトフィルタ処理を施すことにより、高速・高精度・高耐ノイズ性の電圧検出を達成することにある。

次に、上述の構成を有するフライングキャパシタ方式電圧測定装置の動作（測定手順）について、図２に示すコンデンサ３の充放電波形図を参照しながら説明する。まず、マルチプレクサ１および２のスイッチＳ１〜Ｓ６と、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａ，４ｂと、基準電圧源回路８のスイッチ８ｂが全て開いている状態から、時刻ｔ０においおて第１のマルチプレクサ１のスイッチＳ１と第２のマルチプレクサ２のスイッチＳ２を閉じると、電圧源Ｖ１、電圧検出端子Ｔ１、スイッチＳ１、コンデンサ３、スイッチＳ２および電圧検出端子Ｔ２により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ１の電圧が、コンデンサ３に充電される。

次に、時刻ｔ１において、スイッチＳ１およびＳ２を開くと共に基準電圧源回路８のスイッチ８ｂを閉じ、続いてサンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、充電されたコンデンサ３の電荷、すなわち電圧源Ｖ１の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。

このとき、コンデンサ３の電荷は、分圧回路を構成する抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびコンデンサ３の容量で決まる時定数ＣＲで放電され、マイコン７の入力ポートＡ／Ｄ１に供給される分圧後の電圧Ｖｉｎは、以下の式（１）にしたがって減衰する。
Ｖｉｎ＝（Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））×Ｖ１×ｅ^-t/CR・・・（１）
ここで、Ｃ＝コンデンサ３の容量、Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３である。

そこで、マイコン７は、入力ポートＡ／Ｄ１に供給される電圧Ｖｉｎを、放電開始からｔ＝ＣＲになるまで（すなわち、電圧が３６．８％減少するまで）の間に所定のサンプリング間隔で所定回数、たとえば５回サンプリングする。なお、サンプリング間隔は、懸念されるノイズの周期に一致しない間隔に設定される。たとえば、図２において、時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６においてサンプリングし、それぞれ電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅに相当するサンプリングデータ（Ａ／Ｄ変換値）を得る。

マイコン７は、その記憶部に図３に示すような放電損失換算テーブルを予め記憶してあり、各サンプリングデータに対してこの放電損失換算テーブルの補正値を加算する。

放電損失換算テーブルは、検出電圧に対するＡ／Ｄサンプリングデータの放電損失分を補正するものであり、コンデンサ３の容量Ｃと分圧回路の抵抗値Ｒで決まる時定数ＣＲに対応して放電損失分を推定して予め設定される。図３の例では、電圧測定装置が０〜２０Ｖの範囲の電圧源の電圧を検出する仕様になっている場合に、２．５Ｖ未満、２．５Ｖ以上７．５Ｖ未満、７．５Ｖ以上１２．５Ｖ未満、１２．５Ｖ以上１７．５Ｖ未満、１７．５Ｖ以上の５区分に区分けされた検出電圧に対して、１回目サンプル乃至５回目サンプルのそれぞれに対応して補正値が設定されており、各サンプリングデータ（Ａ／Ｄ変換値）それぞれに対応する補正値が加算される。

たとえば、測定すべき電圧源の電圧が１２Ｖであれば、検出電圧は１２Ｖに近い値となるため、放電損失換算テーブルの７．５Ｖ以上１２．５Ｖ未満の区分が適用され、１回目のＡ／Ｄサンプルデータ（Ｖａに相当）には＋１が加算され、２回目のＡ／Ｄサンプルデータ（Ｖｂに相当）には＋１が加算され、３回目のＡ／Ｄサンプルデータ（Ｖｃに相当）には＋１が加算され、４回目のＡ／Ｄサンプルデータ（Ｖｄに相当）には＋２が加算され、５回目のＡ／Ｄサンプルデータ（Ｖｅに相当）には＋２が加算される。また、検出電圧が区分を超える値として検出される場合は、その値が含まれる区分における該当する回目の補正値が適用される。

このような加算により、時定数ＣＲで減衰する検出電圧は、各サンプリング時に補正され、見かけ上減衰前のコンデンサ３の電荷を表す値として算出される。

次に、マイコン７は、５回のサンプリングにより得られたサンプリングデータを比較し、通常のＡ／Ｄフィルタ処理と同様に、最大値／最小値２データを破棄した上で、残り３データの平均をとり、この３データの平均値を、電圧源Ｖ１の電圧を示す値として算出するというソフトフィルタ処理を施す。電圧源Ｖ１の電圧を示す値として算出された値は、記憶部に記憶される。

このように、補正後にソフトフィルタ処理を行うことにより、補正無しの場合に比べ下記のような相乗効果が見込める。
（１）最大値／最小値２データを破棄した後の補正だと、単純に１回目と５回目のサンプリングデータが破棄される可能性が高い。
（２）サンプリングデータにノイズが乗って異常に高い値になっていた場合、正常値よりもさらに多い補正値が加えられることになるため（電圧が高いほど、補正値が大きいため）、最大値データとして、より確実に破棄される方向となる。
（３）サンプリングデータにノイズが乗って異常に低い値になっていた場合、正常値よりも少ない補正値が加えられることになるため（電圧が低いほど、補正値が小さいため）、最小値データとして、より確実に破棄される方向となる。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を閉じると、電圧源Ｖ２、電圧検出端子Ｔ２、スイッチＳ２、コンデンサ３、スイッチＳ３および電圧検出端子Ｔ３により閉回路が形成される。それにより、電圧源Ｖ２の電圧が、電圧源Ｖ１の測定時と逆極性でコンデンサ３に充電される。

次に、スイッチＳ２およびＳ３を開くと共に基準電圧源回路８のスイッチ８ｂを開き、続いて、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂを所定期間閉じ、充電されたコンデンサ３の電荷、すなわち電圧源Ｖ２の電圧をサンプルスイッチ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介して、マイコン７の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。

このとき、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の接続点に、基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧＋ＡＶｃｃが印加されているので、第１の入力ポートＡ／Ｄ１には、基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ）の電圧と逆極性の電圧源Ｖ２の電圧とが供給される。そこで、マイコン７は、第１の入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧を上述の電圧源Ｖ１の電圧計測時と同様のタイミング間隔で同一回数、すなわち、５回サンプリングする。

マイコン７は、各サンプリングデータに対して電圧源Ｖ１の電圧計測時と同じように、放電損失換算テーブルに基づき補正値を加算し、続いてソフトフィルタ処理を施して電圧源Ｖ２の電圧を示す値として算出する。電圧源Ｖ２の電圧を示す値として算出された値は、記憶部に記憶される。

以下同様に、スイッチＳ３およびＳ４、Ｓ４およびＳ５、Ｓ５およびＳ６の組み合わせにより、それぞれ、電圧源Ｖ３、Ｖ４およびＶ５の各電圧を示す値が、マイコン７の記憶部に記憶される。

上述の測定時、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧と、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、それぞれ逆極性でコンデンサ３に充電され、マイコン７に供給されるので、抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の接続点に予め印加される基準電圧源＋Ｖｒｅｆの電圧（＋ＡＶｃｃ）またはゼロ（０）ボルトを基準電位として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの、ゼロ（０）ボルト（ｍｉｎ）〜＋ＡＶｃｃ（ｍａｘ）に換算され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、入力ポートＡ／Ｄ１において、Ａ／Ｄ変換のフルスケールの、＋ＡＶｃｃ（ｍｉｎ）〜ゼロ（０）ボルト（ｍａｘ）に換算される。この換算の様子は、図４に示される。

このように、（＋ＡＶｃｃ）またはゼロ（０）ボルトを基準電圧として、奇数番目の電圧源Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５の電圧は、ゼロ（０）ボルト〜＋ＡＶｃｃの範囲で検出され、偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４の電圧は、（＋ＡＶｃｃ）〜ゼロ（０）ボルトの範囲で検出される。したがって、たとえば、＋Ｖｃｃが５ボルトであり、＋ＡＶｃｃ＝＋Ｖｃｃとした場合は、奇数番目の電圧源の電圧は、０Ｖ〜５Ｖの範囲で検出され、偶数番目の電圧源の電圧は、５Ｖ〜０Ｖの範囲で検出されることになる。

上記に説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）耐ノイズ性が向上する。すなわち、分圧回路抵抗値（受け側回路インピーダンス）を小さくすることで、ノイズの影響を軽減させることができる。また、放電損失の補正によりソフトフィルタ処理が可能となり、かつフィルタ効果が補正前以上向上する。
（２）計測時間が向上する。すなわち、コンデンサ３の容量は従来通りの値であるため、計測時間を遅くする必要はない。放電損失の補正処理は、計算作業により損失を導くのではなく、予め損失分を推定した放電損失換算テーブルに用意されている補正値を参照するだけであるので、補正処理によりマイコン７の処理時間が延長されることもない。
（３）検出精度が向上する。すなわち、検出精度低下要因であるコンデンサ３の電荷の放電損失、マイコン７の記憶部に予め用意された放電損失換算テーブルで的確に補正するため、放電損失は検出精度に影響を与えない方式となる。

以上の通り、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施形態では、マルチプレクサ１，２の各スイッチＳ１〜Ｓ６と、サンプルスイッチ４のスイッチ４ａおよび４ｂと、基準電圧源回路８のスイッチ８ｂの開閉は、マイコン７の制御により自動的に適宜なタイミングで行われるが、これに代えて手動で開閉しても良い。

また、マイコン７の計測フルスケール値の最大電圧または最小電圧を切り替えて供給できるように構成されているが、これに限らず、最大電圧に近い高電位電圧または最小電圧に近い低電位電圧を切り替えて供給できるように構成しても良い。

また、上述の実施の形態では、本発明がフライングキャパシタ方式電圧測定装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、コンデンサの充電を利用する電圧測定装置であれば、フライングキャパシタを使用しない直接計測方式電圧測定装置や多重なしの電圧測定装置等の他の形式の電圧測定装置でも適用可能である。

また、上述の実施の形態では、マイコン７が電圧計測手段、補正手段および記憶手段として働くが、これに代えて、電圧計測手段、補正手段および記憶手段の一部または全部を同等の作用を行う他の構成部品と置換しても良い。

先行出願で提案している電圧測定装置を示すと共に本発明に係る電圧測定方法を実施する電圧測定装置の実施の形態の構成を示す回路図である。図１の電圧測定装置におけるコンデンサの充放電波形図を示す図である。図１の電圧測定装置において用いられる放電損失換算テーブルを示す図である。図１の電圧測定装置における動作を説明する図である。

符号の説明

Ｖ１〜Ｖ５電圧源
１第１のマルチプレクサ
２第２のマルチプレクサ
３コンデンサ
４サンプルスイッチ
７マイコン（電圧計測手段、補正手段、記憶手段）
８基準電圧源回路

Claims

測定すべき電圧源の電圧をコンデンサに充電し、充電された前記コンデンサの電荷を所定のサンプリング間隔で複数回計測し、得られた複数のサンプリングデータから前記電圧源の電圧を算出する電圧測定方法であって、
前記複数のサンプリングデータを、予め記憶された放電損失換算テーブルであって、検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルで補正し、補正後の前記複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を前記電圧源の電圧を示す値として算出する
ことを特徴とする電圧測定方法。
測定すべき電圧源の電圧をコンデンサに充電し、充電された前記コンデンサの電荷を所定のサンプリング間隔で複数回計測し、得られた複数のサンプリングデータから前記電圧源の電圧を算出する電圧測定装置であって、
検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルが予め記憶されている記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記放電損失換算テーブルで前記複数のサンプリングデータを補正する補正手段と、
前記補正手段で補正後の前記複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を前記電圧源の電圧を示す値として算出する電圧計測手段と
を備えたことを特徴とする電圧測定装置。
コンデンサと、直列接続されたＮ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの奇数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第１のマルチプレクサと、前記（Ｎ＋１）個の電圧検出端子のうちの偶数番目の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する第２のマルチプレクサと、前記コンデンサの両端電圧が供給される電圧計測手段とを備え、測定すべき前記電圧源の電圧を前記コンデンサに充電し、充電された前記コンデンサの電荷を前記電圧計測手段により所定のサンプリング間隔で複数回計測し、得られた複数のサンプリングデータから前記電圧源の電圧を算出する電圧測定装置であって、
複数の抵抗を有し、前記コンデンサの電荷を分圧して前記電圧計測手段に供給する分圧回路を含み、前記分圧回路を介して前記電圧計測手段における電圧計測の基準電圧として、計測フルスケール値の高電位電圧または低電位電圧を切り替えて供給する基準電圧源回路と、
検出電圧に対する複数のサンプリングデータの各々の放電損失分を補正するために、サンプリングの１回目は小さく回数が増えると大きくなるように設定されると共に、電圧値が高いほうは大きく低いほうは小さく設定された補正値を示す放電損失換算テーブルが予め記憶されている記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記放電損失換算テーブルで前記複数のサンプリングデータを補正する補正手段をさらに備え、
前記第１および第２のマルチプレクサにより所望の電圧源を選択することにより、奇数番目の前記電圧源の電圧または偶数番目の前記電圧源の電圧を互いに逆極性で前記コンデンサへ充電した後に、前記第１および第２のマルチプレクサを開くと共に、奇数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記低電位電圧に切り替え、偶数番目の電圧が充電されたときには前記基準電圧源回路で前記高電位電圧に切り替えて、前記電圧源の電圧を測定し、
前記電圧計測手段は、前記補正手段で補正後の前記複数のサンプリングデータの最大値および最小値を破棄するソフトフィルタ処理を施して平均化し、得られた平均値を前記電圧源の電圧を示す値として算出する
ことを特徴とする電圧測定装置。