JP4571888B2

JP4571888B2 - 電圧測定装置およびその劣化判定方法

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Publication number: JP4571888B2
Application number: JP2005161022A
Authority: JP
Inventors: 佳浩河村
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-06-01
Also published as: JP2006220643A

Description

本発明は、電圧測定装置およびその劣化判定方法に関する。

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。

図７は、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の構成図である。図７において、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のマルチプレクサ１およびスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６から成る第２のマルチプレクサ２を経由してコンデンサ３に接続され、さらに、コンデンサ３は、スイッチ４ａ，４ｂから成るサンプルスイッチ４を経由して電圧計測回路５に接続されている。

サンプルスイッチ４が開いた状態で、第１および第２のマルチプレクサ１，２により所望の電圧源を選択した後に、第１および第２のマルチプレクサ１，２を開いてサンプルスイッチ４を閉じる動作を繰り返すことにより、電圧源Ｖ１〜Ｖ５の各電圧を計測することができる。

たとえば、スイッチＳ１とＳ２を閉じれば、電圧源Ｖ１の電圧がコンデンサ３に充電され、次にスイッチＳ１とＳ２を開いた後、サンプルスイッチ４を閉じると、電圧計測回路５にコンデンサ３の充電電圧すなわち電圧源Ｖ１の電圧が入力される。このようにして、マルチプレクサ１，２とサンプルスイッチ４は、同時に閉じないため、電圧源Ｖと電圧は絶縁的に計測される。

また、この装置では、奇数番目の電圧源に対して偶数番目の電圧源の検出電圧が、極性反転して電圧計測回路５に入力されるため、奇数番目の電圧源と偶数番目の電圧源の検出電圧極性を揃えるための極性補正手段６を備えている。

さらに、同様に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、直接計測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２００３−１１４２４３号公報（特許文献２）に開示されている。

この直接計測方式電圧測定装置は、上述のサンプルスイッチを省略し、フライングキャパシタに代えて浮遊状態でないコンデンサの蓄電電圧を差動増幅回路の一対の入力端子に直接印加する構成を有する。
特開平１１−２４８７５５号公報特開２００３−１１４２４３号公報

しかしながら、上述のフライングキャパシタ方式電圧測定装置では、以下の問題点がある。
（１）奇数側と偶数側の極性が反転して取り込まれるため、極性補正手段６が必要となり、コスト高になる。
（２）電圧源に接続するマルチプレクサ１，２のスイッチがショート故障した場合、他電圧源の測定時に回路がショート状態となってしまう。
（３）コンデンサ３は、両極性のものしか使用できない。
（４）奇数番目の電圧源の電圧＋偶数番目の電圧源の電圧（たとえば、Ｖ１＋Ｖ２）は計測できない。

また、上述の直接計測方式電圧測定装置では、差動増幅回路の出力をマイコンのＡ／Ｄ入力ポートに供給して電圧計測を行う際、奇数番目の電圧源および偶数番目の電圧源の各電圧の計測をＡ／Ｄフルスケールの１／２を使用した形でしか行うことができず、その結果、分解能の低下および検出精度の低下を招くことになる。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、コストダウンが可能な電圧測定装置およびその劣化判定方法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装置は、コンデンサと、直列接続されたＮ個の、電池からなる電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する（Ｎ＋１）個の電圧サンプルスイッチを含むマルチプレクサと、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、前記（Ｎ＋１）個の電圧サンプルスイッチのうちの１番目からＮ番目までの電圧サンプルスイッチと前記コンデンサの一方の端子間に、それぞれ、前記電圧サンプルスイッチから前記コンデンサへ導通する極性で接続されたＮ個のダイオードと、前記（Ｎ＋１）個の電圧サンプルスイッチのうちの２番目から（Ｎ＋１）番目までの電圧サンプルスイッチと前記コンデンサの他方の端子間に、それぞれ、前記コンデンサから前記電圧サンプルスイッチへ導通する極性で接続されたＮ個のダイオードとを備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明の電圧測定装置の劣化判定方法は、請求項１に記載の電圧測定装置を用いて、任意の直列接続された２つの電圧源の各電圧をそれぞれ、測定し、前記直列接続された２つの電圧源の両端に接続された電圧検出端子間の電圧を測定し、前記電圧検出端子間の電圧と、前記２つの電圧源の電圧の和との差分を求め、前記差分の大きさに基づいて、前記２つの電圧源の接続部の劣化状態を判定することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、従来装置のような両極性のコンデンサや極性補正手段を用いることなく、単極性のコンデンサを使用できるため、コストダウン、設計の自由度拡大が可能となる。また、電圧サンプルスイッチのショート故障時も二次故障は発生しないので、安全性の向上が図れる。また、電圧サンプルスイッチの故障検出が可能となる。

請求項２記載の発明によれば、任意の２つの電圧源の接続部の劣化状態を監視することができる。

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。

（第１の参考例）図１は、本発明の主旨を理解するのに役立つ第１の参考例の電圧測定装置の構成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として構成され、高圧電源１１の電圧検出端子に接続されたマルチプレクサ１２、単極性のコンデンサ１３、サンプル電圧計測スイッチ１４、Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路１５、電圧計測手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１６、ダイオード１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂおよび補正手段としての補正回路１９−１，１９−２を含む。

高圧電源１１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）１１ａ〜１１ｅを含む。各電圧源１１ａ〜１１ｅ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。

マルチプレクサ１２は、各電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６にそれぞれ接続された（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）の電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆを含む。また、電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆのうちの奇数番目の電圧サンプルスイッチ１２ａ，１２ｃ，１２ｅは、それぞれ、ダイオード１７ａを介して、コンデンサ１３の一方の端子（たとえば、＋端子）に接続されている。ダイオード１７ａは、電圧サンプルスイッチ１２ａ，１２ｃ，１２ｅからコンデンサ１３へ導通する極性で、すなわち、そのアノードが各電圧サンプルスイッチ１２ａ，１２ｃ，１２ｅ側にかつカソードがコンデンサ１３側になるように接続されている。

また、奇数番目の電圧サンプルスイッチ１２ａ，１２ｃ，１２ｅは、それぞれ、ダイオード１８ａを介して、コンデンサ１３の他方の端子（たとえば、−端子）に接続されている。ダイオード１８ａは、コンデンサ１３から各電圧サンプルスイッチ１２ａ，１２ｃ，１２ｅへ導通する極性で、すなわち、そのアノードがコンデンサ１３側にかつカソードが各電圧サンプルスイッチ１２ａ，１２ｃ，１２ｅ側になるように接続されている。

また、電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆのうちの偶数番目の電圧サンプルスイッチ１２ｂ，１２ｄ，１２ｆは、それぞれ、ダイオード１７ｂを介して、コンデンサ１３の一方の端子（＋端子）に接続されている。ダイオード１７ｂは、電圧サンプルスイッチ１２ｂ，１２ｄ，１２ｆからコンデンサ１３へ導通する極性で、すなわち、そのアノードが各電圧サンプルスイッチ１２ｂ，１２ｄ，１２ｆ側にかつカソードがコンデンサ１３側になるように接続されている。

また、偶数番目の電圧サンプルスイッチ１２ｂ，１２ｄ，１２ｆは、それぞれ、ダイオード１８ｂを介して、コンデンサ１３の他方の端子（−端子）に接続されている。ダイオード１８ｂは、コンデンサ１３から電圧サンプルスイッチ１２ｂ，１２ｄ，１２ｆへ導通する極性で、すなわち、そのアノードがコンデンサ１３側にかつカソードが各電圧サンプルスイッチ１２ｂ，１２ｄ，１２ｆ側になるように接続されている。

サンプル電圧計測スイッチ１４は、コンデンサ１３の＋端子に接続されたスイッチ１４ａと、コンデンサ１３の−端子に接続されたスイッチ１４ｂを含む。また、スイッチ１４ａおよび１４ｂは、Ｉ／Ｆ回路１５の入力側に接続されている。

Ｉ／Ｆ回路１５は、抵抗１５ａ〜１５ｃから構成される分圧回路からなる。抵抗１５ａは、スイッチ１４ａとマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１の間に接続され、抵抗１５ｂは、スイッチ１４ｂと接地の間に接続され、抵抗１５ｃは、抵抗１５ａおよび入力ポートＡ／Ｄ１の接続点と接地との間に接続されている。

マイコン１６は、その電源ポートＶｃｃに電源＋Ｖｃｃからの電圧が供給され、入力ポートＡ／Ｄ２およびＡ／Ｄ３には、それぞれ、補正回路１９−１および１９−２が接続されている。補正回路１９−１は、＋Ｖｃｃ電源に直列接続された抵抗１９ａ−１とダイオード１９ｂ−１および１９ｃ−１とを含み、抵抗１９ａ−１とダイオード１９ｂ−１の接続点がマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ２に接続されている。同様に、補正回路１９−２は、＋Ｖｃｃ電源に直列接続された抵抗１９ａ−２とダイオード１９ｂ−２および１９ｃ−２とを含み、抵抗１９ａ−２とダイオード１９ｂ−２の接続点がマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ３に接続されている。

なお、ダイオードは、少なくとも２素子入りのダイオードアレイとしての多端子（この実施形態では４端子）パッケージ品を使用し、その１個を電圧測定ライン用とし、残りの１個を補正回路用とする。たとえば、ダイオード１７ａおよびダイオード１９ｂ−１の組み合わせ、ダイオード１８ｂおよびダイオード１９ｃ−１の組み合わせ、ダイオード１７ｂおよびダイオード１９ｂ−２の組み合わせ、ダイオード１８ａおよびダイオード１９ｃ−２の組み合わせを、それぞれ同一パッケージ品とする。

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）について説明する。まず、動作（測定手順）の概略を述べると、測定を行いたい電圧源の両端に接続されている電圧検出端子に対応する電圧サンプルスイッチを閉じることにより、コンデンサ１３に当該電圧源の電圧が充電され、その後、閉じた電圧サンプルスイッチを開いた後、サンプル電圧計測スイッチを閉じることにより、高圧電源とその後段の測定処理側との絶縁状態を維持したまま、測定処理側すなわちマイコン１６へ、電圧源の電圧を正確にかつ各電圧源の電圧をマルチプレックスした状態で伝えることができる。

以下、この装置の動作（測定手順）を詳述する。まず、マルチプレクサ１２の電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆおよびサンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａ，１４ｂが全て開いている状態から電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｂを閉じると、電圧源１１ａ、電圧検出端子Ｔ１、電圧サンプルスイッチ１２ａ、ダイオード１７ａ、コンデンサ１３、ダイオード１８ｂ、電圧サンプルスイッチ１２ｂ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１１ａの電圧Ｖａが、コンデンサ１３に充電される。

次に、電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｂを開いて、サンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａおよび１４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ１３の両端電圧をサンプル電圧計測スイッチ１４およびＩ／Ｆ回路１５を介して、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。それにより、供給された両端電圧はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換され、その値が、電圧源１１ａの電圧Ｖａを示すデジタル値として読み込まれる。

次に、図示しないリセットスイッチ等によってコンデンサ１３に充電された電圧が充分に放電された後、電圧サンプルスイッチ１２ｂおよび１２ｃを閉じると、電圧源１１ｂ、電圧検出端子Ｔ２、電圧サンプルスイッチ１２ｂ、ダイオード１７ｂ、コンデンサ１３、ダイオード１８ａ、電圧サンプルスイッチ１２ｃ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１１ｂの電圧Ｖｂが、コンデンサ１３に充電される。

次に、電圧サンプルスイッチ１２ｂおよび１２ｃを開いて、サンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａおよび１４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ１３の両端電圧をサンプル電圧計測スイッチ１４およびＩ／Ｆ回路１５を介して、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。それにより、供給された両端電圧はＡ／Ｄ変換され、その値が電圧源１１ｂの電圧Ｖｂを示すデジタル値としてマイコン１６で読み込まれる。

以下同様に、電圧サンプルスイッチ１２ｃおよび１２ｄ、１２ｄおよび１２ｅ、１２ｅおよび１２ｆの組み合わせにより、それぞれ、電圧源１１ｃ、１１ｄおよび１１ｅの各電圧Ｖｃ、ＶｄおよびＶｅを示すデジタル値が、マイコン１６で読み込まれる。

なお、上述の説明は、１個の電圧源の電圧を測定する場合について説明したが、この装置では、これに限らず、奇数番目の電圧サンプルスイッチのいずれかと偶数番目の電圧サンプルスイッチのいずれかとの２個の電圧サンプルスイッチの任意の組み合わせの開閉により、３個以上の奇数個の電圧源の直列接続状態での電圧を測定することもできる。たとえば、１番目の電圧サンプルスイッチ１２ａと４番目の電圧サンプルスイッチ１２ｄの組み合わせにより、電圧検出端子Ｔ１とＴ４間の電圧、すなわち、３つの電圧源１１ａ、１１ｂおよび１１ｃの直列電圧を測定することができる。また、たとえば、電圧サンプルスイッチの１２ｂおよび１２ｅの組み合わせにより、電圧検出端子Ｔ２とＴ５間の電圧、すなわち、３つの電圧源１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄの直列電圧を測定することができる。

また、２つの電圧サンプルスイッチの組み合わせを閉じて閉回路が形成されたとき、２つのダイオード１７ａおよび１８ｂ、または１７ｂ及び１８ａの順方向電圧降下による電圧損失分が発生するが、この電圧損失分は、補正回路１９−１および１９−２で補正される。

すなわち、電圧測定のための閉回路にダイオード１７ａおよび１８ｂが含まれる場合は、マイコン１６は、入力ポートＡ／Ｄ１に供給され測定された電圧のデジタル値に対して、入力ポートＡ／Ｄ２に供給される、補正回路１９−１の２つのダイオード１９ｂ−１および１９ｃ−１の順方向電圧降下に相当する電圧をＡ／Ｄ変換して読み込んだデジタル値で、上述の損失分を相殺するように補正を行う。この補正は、たとえば、入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧を加算する演算をマイコン１６で行うことによってなされる。

同様に、電圧測定のための閉回路にダイオード１７ｂおよび１８ａが含まれる場合は、マイコン１６は、入力ポートＡ／Ｄ１に供給され測定された電圧のデジタル値に対して、入力ポートＡ／Ｄ３に供給される、補正回路１９−２の２つのダイオード１９ｂ−２および１９ｃ−２の順方向電圧降下に相当する電圧をＡ／Ｄ変換して読み込んだデジタル値で、上述の損失分を相殺するように補正を行う。この補正は、たとえば、入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と入力ポートＡ／Ｄ３に供給された電圧を加算する演算をマイコン１６で行うことによってなされる。

この第１の参考例では、ダイオード１７ａおよびダイオード１９ｂ−１の組み合わせ、ダイオード１８ｂおよびダイオード１９ｃ−１の組み合わせ、ダイオード１７ｂおよびダイオード１９ｂ−２の組み合わせ、ダイオード１８ａおよびダイオード１９ｃ−２の組み合わせは、それぞれ同一パッケージ品とされているので、製造上同一ロットばかりか、同一ウェハ上のしかも同一地点の素子となるため、ほぼ同じ特性を示し、かつ、周囲温度により変動する順方向電圧降下特性も、全く同じ影響を受けることになるため同じとなり、電圧損失分の理想的な補正が可能となり、電圧源の電圧の検出精度を向上させることができる。

前述の従来例では、測定する電圧源が直列接続の奇数番目か偶数番目かにより、コンデンサに充電される電圧の極性が反転するため、後段で信号処理を行うためには、極性切り替えスイッチを別に設けての極性補正、差動アンプ回路等を設けての絶対値変換を行う必要があり、コストがかかっていた。

この第１の参考例では、電圧サンプルスイッチに接続したダイオードの特性により、測定される電圧源に接続される２つの電圧サンプルスイッチに印加される電圧が高い方の電圧検出端子がコンデンサのプラス（＋）側に、低い方がコンデンサのマイナス（−）側に自動的に接続されることになるため、コンデンサに単極性のものを使用できるため、従来の極性補正手段、差動アンプ回路等が不要になる。このため、コストダウンを実現しながら、従来の問題点を改善することができる。

（第２の参考例）次に、図２は、本発明の主旨を理解するのに役立つ第２の参考例の電圧測定装置の構成を示す回路図である。

図２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として構成され、高圧電源１１の電圧検出端子に接続されたマルチプレクサ１２、コンデンサ１３、サンプル電圧計測スイッチ１４、Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路１５、電圧計測手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１６、ダイオード１７ａ〜１７ｆ，１８ａ〜１８ｆおよび補正手段としての補正回路１９を含む。

マルチプレクサ１２は、各電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６にそれぞれ接続された（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）の電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆを含む。また、電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆは、それぞれ、（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）のダイオード１７ａ〜１７ｆを介して、コンデンサ１３の一方の端子（たとえば、＋端子）に接続されている。各ダイオード１７ａ〜１７ｆは、それぞれ、電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆからコンデンサ１３へ導通する極性で、すなわち、そのアノードが各電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆ側にかつカソードがコンデンサ１３側になるように接続されている。

また、電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆは、それぞれ、（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）のダイオード１８ａ〜１８ｆを介して、コンデンサ１３の他方の端子（たとえば、−端子）に接続されている。各ダイオード１８ａ〜１８ｆは、それぞれ、コンデンサ１３から電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆへ導通する極性で、すなわち、そのアノードがコンデンサ１３側にかつカソードが各電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆ側になるように接続されている。

マイコン１６は、その電源ポートＶｃｃに電源＋Ｖｃｃからの電圧が供給され、入力ポートＡ／Ｄ２には、補正回路１９が接続されている。補正回路１９は、＋Ｖｃｃ電源に直列接続された抵抗１９ａとダイオード１９ｂおよび１９ｃとを含み、抵抗１９ａとダイオード１９ｂの接続点がマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ２に接続されている。

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）について詳述する。まず、マルチプレクサ１２の電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆおよびサンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａ，１４ｂが全て開いている状態から電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｂを閉じると、電圧源１１ａ、電圧検出端子Ｔ１、電圧サンプルスイッチ１２ａ、ダイオード１７ａ、コンデンサ１３、ダイオード１８ｂ、電圧サンプルスイッチ１２ｂ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１１ａの電圧Ｖａが、コンデンサ１３に充電される。

次に、電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｂを開いて、サンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａおよび１４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ１３の両端電圧をサンプル電圧計測スイッチ１４およびＩ／Ｆ回路１５を介して、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。それにより、供給された両端電圧はＡ／Ｄ変換され、その値が、電圧源１１ａの電圧Ｖａを示すデジタル値として読み込まれる。

次に、図示しないリセットスイッチ等によってコンデンサ１３に充電された電圧が充分に放電された後、電圧サンプルスイッチ１２ｂおよび１２ｃを閉じると、電圧源１１ｂ、電圧検出端子Ｔ２、電圧サンプルスイッチ１２ｂ、ダイオード１７ｂ、コンデンサ１３、ダイオード１８ｃ、電圧サンプルスイッチ１２ｃ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１１ｂの電圧Ｖｂが、コンデンサ１３に充電される。

次に、電圧サンプルスイッチ１２ｂおよび１２ｃを開いて、サンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａおよび１４ｂを所定期間閉じ、コンデンサ１３の両端電圧をサンプル電圧計測スイッチ１４およびＩ／Ｆ回路１５を介して、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。それにより、供給された両端電圧はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換され、その値が電圧源１１ｂの電圧Ｖｂを示すデジタル値としてマイコン１６で読み込まれる。

以下同様に、電圧サンプルスイッチ１２ｃおよび１２ｄ、１２ｄと１２ｅ、１２ｅおよび１２ｆの組み合わせにより、それぞれ、電圧源１１ｃ、１１ｄおよび１１ｅの各電圧Ｖｃ、ＶｄおよびＶｅを示すデジタル値が、マイコン１６で読み込まれる。

なお、上述の説明は、１個の電圧源の電圧を測定する場合について説明したが、この装置では、これに限らず、２個の電圧サンプルスイッチの任意の組み合わせの開閉により、２個以上の電圧源の直列接続状態での電圧を測定することもできる。たとえば、電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｃの組み合わせにより、電圧検出端子Ｔ１とＴ３間の電圧、すなわち、２つの電圧源１１ａおよび１１ｂの直列電圧を測定することができる。また、たとえば、電圧サンプルスイッチの１２ｂおよび１２ｆの組み合わせにより、電圧検出端子Ｔ２とＴ６間の電圧、すなわち、電圧源１１ｂから１１ｅまでの直列電圧を測定することができる。

したがって、この第２の参考例では、電圧検出端子の奇数番目と偶数番目間の電圧測定に限らず、奇数番目−奇数番目間や、偶数番目−偶数番目間の電圧測定も可能となる。

また、２つの電圧サンプルスイッチの組み合わせを閉じて閉回路が形成されたとき、閉回路中に挿入される２つのダイオードの順方向電圧降下による電圧損失分が発生するが、この電圧損失分は、補正回路１９で補正される。

すなわち、この補正回路１９により、マイコン１６は、入力ポートＡ／Ｄ１に供給され測定された電圧のデジタル値に対して、入力ポートＡ／Ｄ２に供給される、補正回路１９の２つのダイオード１９ｂおよび１９ｃの順方向電圧降下に相当する電圧をＡ／Ｄ変換して読み込んだデジタル値で、上述の損失分を相殺するように補正を行う。この補正は、たとえば、入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と入力ポートＡ／Ｄ２に供給された電圧を加算する演算をマイコン１６で行うことによってなされる。

このように、第２の参考例においても、従来の極性補正手段、差動アンプ回路等が不要になる。このため、コストダウンを実現しながら、従来の問題点を改善することができる。

また、第２の参考例による付加価値として、従来方式では実現できなかった新機能として、電圧源接続部の劣化状態判定機能と、電圧サンプルスイッチのショート故障発生時の安全性向上機能（二次故障の誘発防止機能）も実現可能となり、以下に説明する。

（電圧源接続部の劣化状態判定機能）図３は、第２の参考例の電圧測定装置による電圧源接続部の劣化状態判定機能を実行する劣化判定方法を説明する図である。第２の参考例では、電圧検出端子の奇数番目−奇数番目間や偶数番目−偶数番目間の電圧測定も可能となるため、任意の２つの電圧源間の接続部の劣化状態を監視することができる。

たとえば、奇数番目の電圧検出端子Ｔ１および偶数番目の電圧検出端子Ｔ２間の電圧（すなわち、奇数番目の電圧源１１ａの電圧Ｖａ）と、偶数番目の電圧検出端子Ｔ２および奇数番目の電圧検出端子Ｔ３間の電圧（すなわち、偶数番目の電圧源１１ｂの電圧Ｖｂ）を、それぞれ、上述の測定手順により測定した後、奇数番目の電圧検出端子Ｔ１と奇数番目の電圧検出端子Ｔ３間の電圧（Ｖｔとする）を、同様に上述の測定手順により測定し、ＣＰＵ１６で、この個別に測定した電圧Ｖｔと、電圧Ｖａおよび電圧Ｖｂの和（Ｖａ＋Ｖｂ）との差分｛Ｖｔ−（Ｖａ＋Ｖｂ）｝を求めることにより、差分の大きさに応じて電圧源１１ａと電圧源１１ｂの接続部Ｐの劣化状態を判定することができ、たとえば、その差分がなければ、接続部Ｐの劣化なしと判定し、差分が大きければ、劣化が大きいと判定することができる。

（電圧サンプルスイッチのショート故障発生時の安全性向上機能（二次故障の誘発防止機能））図４は、第２の参考例の電圧測定装置による電圧サンプルスイッチのショート故障発生時の安全性向上機能（二次故障の誘発防止機能）を説明する図である。第２の参考例の電圧測定装置では、任意の電圧サンプルスイッチのショート故障時に二次故障の誘発防止をすることができる。

たとえば、電圧源１１ａに接続された電圧検出端子Ｔ１に対応する電圧サンプルスイッチ１２ａにショート故障が発生した場合に、電圧源１１ｂの電圧を測定すべく、電圧サンプルスイッチ１２ｂおよび１２ｃを閉じたとき、図８の従来装置では同様のショート故障が発生した場合電圧源がショート状態となって回路が破壊してしまうが、第２の参考例の電圧測定装置では、電圧サンプルスイッチ１２ａ、１２ｂおよび１２ｃが閉じたことによって形成される閉回路は必ずコンデンサ１３を通るので、マイコン１６で読み込まれる測定電圧が異常となるだけで、二次故障は誘発せず、かつ読み込まれる異常電圧値から、ショート故障が発生している電圧サンプルスイッチを自ら検出することができる。

このように、第２の参考例によれば、従来装置で必要としていた測定処理側の極性補正手段等が不要となるため、コストダウンが可能である。また、電圧サンプルスイッチのショート故障時も二次故障は発生しないので、安全性が向上する。また、電圧サンプルスイッチの故障検出が可能となる。また、コンデンサに単極性のものを使用できるため、コストダウン、設計の自由度拡大が可能となる。さらに、奇数−偶数電圧源間の接続部の劣化状態もモニタ可能となる。

（本発明の実施形態）次に、図５は、本発明の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。概略すると、この実施形態の構成は、図２に示す第２の参考例と同じであるが、ダイオード１８ａおよび１７ｆが削除されている点と、補正回路の構成が異なる点が相違している。

図５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として構成され、高圧電源１１の電圧検出端子に接続されたマルチプレクサ１２、コンデンサ１３、サンプル電圧計測スイッチ１４、Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路１５、電圧計測手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１６、ダイオード１７ａ〜１７ｅ，１８ｂ〜１８ｆおよび補正手段としての補正回路１９−１〜１９−５を含む。

高圧電源１１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）１１ａ〜１１ｅを含む。各電圧源１１ａ〜１１ｅ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。

マルチプレクサ１２は、各電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６にそれぞれ接続された（Ｎ＋１）個（この形態では、たとえば６個）の電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆを含む。また、１番目から５番目までの電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｅは、それぞれ、５個のダイオード１７ａ〜１７ｅを介して、コンデンサ１３の一方の端子（たとえば、＋端子）に接続されている。各ダイオード１７ａ〜１７ｅは、それぞれ、電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｅからコンデンサ１３へ導通する極性で、すなわち、そのアノードが各電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｅ側にかつカソードがコンデンサ１３側になるように接続されている。

また、２番目から６番目までの電圧サンプルスイッチ１２ｂ〜１２ｆは、それぞれ、５個のダイオード１８ｂ〜１８ｆを介して、コンデンサ１３の他方の端子（たとえば、−端子）に接続されている。各ダイオード１８ｂ〜１８ｆは、それぞれ、コンデンサ１３から電圧サンプルスイッチ１２ｂ〜１２ｆへ導通する極性で、すなわち、そのアノードがコンデンサ１３側にかつカソードが各電圧サンプルスイッチ１２ｂ〜１２ｆ側になるように接続されている。

マイコン１６は、その電源ポートＶｃｃに電源＋Ｖｃｃからの電圧が供給され、入力ポートＡ／Ｄ２〜Ａ／Ｄ６には、それぞれ、補正回路１９−１〜１９−５が接続されている。補正回路１９−１は、＋Ｖｃｃ電源に直列接続された抵抗１９ａ−１とダイオード１９ｂ−１および１９ｃ−１とを含み、抵抗１９ａ−１とダイオード１９ｂ−１の接続点がマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ２に接続されている。同様に、補正回路１９−５は、＋Ｖｃｃ電源に直列接続された抵抗１９ａ−５とダイオード１９ｂ−５および１９ｃ−５とを含み、抵抗１９ａ−５とダイオード１９ｂ−５の接続点がマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ６に接続されている。（なお、入力ポートＡ／Ｄ３〜Ａ／Ｄ５にも、それぞれ、同様の構成の補正回路１９−２〜１９−４が接続されているが、ここでは図示していない。）

なお、ダイオードは２素子入り４端子パッケージ品を使用し、その１個を電圧測定ライン用とし、残りの１個を補正回路用とする。たとえば、ダイオード１７ａおよびダイオード１９ｂ−１の組み合わせ、ダイオード１８ｂおよびダイオード１９ｃ−１の組み合わせ、ダイオード１７ｅおよびダイオード１９ｂ−５の組み合わせ、ダイオード１８ｆおよびダイオード１９ｃ−５の組み合わせを、それぞれ同一パッケージ品とする。（なお、図示していない補正回路１９−２〜１９−４におけるダイオードも、前述と同様の組み合わせ方による同一パッケージ品とされる。）

なお、上述の説明は、１個の電圧源の電圧を測定する場合について説明したが、この装置では、これに限らず、２個の電圧サンプルスイッチの任意の組み合わせの開閉により、２個以上の電圧源の直列接続状態での電圧を測定することもできる。したがって、この第３の実施形態では、電圧検出端子の奇数番目と偶数番目間の電圧測定に限らず、奇数番目−奇数番目間や、偶数番目−偶数番目間の電圧測定も可能となる。

また、２つの電圧サンプルスイッチの組み合わせを閉じて閉回路が形成されたとき、閉回路中に挿入される２つのダイオードの順方向電圧降下による電圧損失分が発生するが、この電圧損失分は、補正回路１９−１〜１９−５で補正される。

同様に、電圧測定のための閉回路にダイオード１７ｅおよび１８ｆが含まれる場合は、マイコン１６は、入力ポートＡ／Ｄ１に供給され測定された電圧のデジタル値に対して、入力ポートＡ／Ｄ６に供給される、補正回路１９−５の２つのダイオード１９ｂ−５および１９ｃ−５の順方向電圧降下に相当する電圧をＡ／Ｄ変換して読み込んだデジタル値で、上述の損失分を相殺するように補正を行う。この補正は、たとえば、入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と入力ポートＡ／Ｄ６に供給された電圧を加算する演算をマイコン１６で行うことによってなされる。

この実施形態では、ダイオード１７ａおよびダイオード１９ｂ−１の組み合わせ、ダイオード１８ｂおよびダイオード１９ｃ−１の組み合わせ、ダイオード１７ｅおよびダイオード１９ｂ−５の組み合わせ、ダイオード１８ｆおよびダイオード１９ｃ−５の組み合わせ等が、それぞれ同一パッケージ品とされているので、製造上同一ロットばかりか、同一ウェハ上のしかも同一地点の素子となるため、ほぼ同じ特性を示し、かつ、周囲温度により変動する順方向電圧降下特性も、全く同じ影響を受けることになるため同じとなり、電圧損失分の理想的な補正が可能となり、電圧源の電圧の検出精度を向上させることができる。

このように、本発明の実施形態においても、従来の極性補正手段、差動アンプ回路等が不要になる。このため、コストダウンを実現しながら、従来の問題点を改善することができる。また、本発明の実施形態では、第２の参考例と同様に、電圧源接続部の劣化状態判定機能と、電圧サンプルスイッチのショート故障発生時の安全性向上機能（二次故障の誘発防止機能）も実現可能である。

このように、本発明の実施形態によれば、従来装置で必要としていた測定処理側の極性補正手段等が不要となるため、コストダウンが可能である。また、電圧サンプルスイッチのショート故障時も二次故障は発生しないので、安全性が向上する。また、電圧サンプルスイッチの故障検出が可能となる。また、コンデンサに単極性のものを使用できるため、コストダウン、設計の自由度拡大が可能となる。さらに、奇数−偶数電圧源間の接続部の劣化状態もモニタ可能となる。

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１２の各電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆと、サンプル電圧計測スイッチ１４のスイッチ１４ａおよび１４ｂとの開閉は、ＣＰＵ１６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、上述の実施形態では、２個のダイオードの順方向電圧降下による電圧損失分が測定結果に影響を及ぼすような高い検出精度が求められる場合に、補正回路１９を入力ポートＡ／Ｄ２に接続することによって補正しているが、他の実施例として補正回路１９を接続することなく、マイコン１６で入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧値を算出する際、予め上述の損失分を見込んでおくようにしても良い。

また、上述の第１の参考例では、２つのダイオード１７ａおよび１８ｂ、または１７ｂ及び１８ａの順方向電圧降下による電圧損失分が、補正回路１９−１および１９−２で
補正され、この補正は、マイコン１６で入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と入力ポートＡ／Ｄ２またはＡ／Ｄ３に供給された電圧とを加算する演算をすることによって行われるが、この加算に起因してＡ／Ｄ変換誤差自体も加算されて微小誤差が発生するという懸念がある場合には、図６の変形例に示すように、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ４に、上述の微小誤差を相殺して補正する補正回路２０を追加的に接続することができる。補正回路２０は、同一抵抗値の抵抗２０ａおよび２０ｂを＋Ｖｃｃ電源に直列接続し手構成され、その直列接続点が入力ポートＡ／Ｄ４に接続される。補正回路２０による補正は、マイコン１６で、入力ポートＡ／Ｄ１に供給された電圧と入力ポートＡ／Ｄ２またはＡ／Ｄ３に供給された電圧とを加算し、さらに、加算結果から入力ポートＡ／Ｄ４に供給された電圧を減算することにより行われる。それにより、マイコン１６の入力ポートのＡ／Ｄ変換部分自体のデバイス間誤差（Ａ／Ｄ変換理論値に対して、実環境で実際に使用している時のそのＡ／Ｄ変換部の量子化誤差、オフセット誤差等の誤差要因）に伴う誤差要因をも補正できるため、より検出精度を向上させることができる。

また、上述の参考例及び実施形態の測定装置は、いずれもフライングキャパシタ方式電圧測定装置として構成されているが、変形例として、直接計測方式電圧測定装置として構成することもできる。

図７は、第１の参考例の変形例としての直接計測方式電圧測定装置の構成を示す回路図である。図７の直接計測方式電圧測定装置は、上述の図１の回路においてサンプル電圧計測スイッチ１４を削除して構成されている。

次に、上述の構成を有する直接計測方式電圧測定装置の動作（測定手順）について説明する。まず、動作（測定手順）の概略を述べると、測定を行いたい電圧源の両端に接続されている電圧検出端子に対応する電圧サンプルスイッチを閉じることにより、コンデンサ１３に当該電圧源の電圧を充電し、その後、閉じた電圧サンプルスイッチを開いて、Ｉ／Ｆ回路１５からの分圧電圧を測定処理側すなわちマイコン１６へ、電圧源の電圧を正確にかつ各電圧源の電圧をマルチプレックスした状態で伝えることができる。

以下、この装置の動作（測定手順）を詳述する。まず、マルチプレクサ１２の電圧サンプルスイッチ１２ａ〜１２ｆが全て開いている状態から電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｂを閉じると、電圧源１１ａ、電圧検出端子Ｔ１、電圧サンプルスイッチ１２ａ、ダイオード１７ａ、コンデンサ１３、ダイオード１８ｂ、電圧サンプルスイッチ１２ｂ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１１ａの電圧Ｖａが、コンデンサ１３に充電される。

次に、電圧サンプルスイッチ１２ａおよび１２ｂを開いて、コンデンサ１３の両端電圧をＩ／Ｆ回路１５を介して、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。それにより、供給された両端電圧はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換され、その値が、電圧源１１ａの電圧Ｖａを示すデジタル値として読み込まれる。

次に、電圧サンプルスイッチ１２ｂおよび１２ｃを開いて、コンデンサ１３の両端電圧をＩ／Ｆ回路１５を介して、マイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に供給する。それにより、供給された両端電圧はＡ／Ｄ変換され、その値が電圧源１１ｂの電圧Ｖｂを示すデジタル値としてマイコン１６で読み込まれる。

なお、上述の直接計測方式電圧測定装置では、Ｉ／Ｆ回路１５の構成を分圧回路で構成しているが、これに代えて、差動増幅回路の構成とし、±差動増幅電位をマイコン１６の入力ポートＡ／Ｄ１に入力するようにしても良い。

以上のように、直接計測方式電圧測定装置では、マイコン１６におけるＡ／Ｄフルスケールでの奇数番目の電圧源、偶数番目の電圧源の電圧の測定が可能となる。

なお、図２および図５に示す第２の参考例及び本発明の実施形態に係るフライングキャパシタ方式電圧測定装置の構成を、同様に、直接計測方式電圧測定装置の構成に変更することも可能である。

本発明の主旨を理解するのに役立つ第１の参考例の電圧測定装置の構成を示す回路図である。（第１の参考例）本発明の主旨を理解するのに役立つ第２の参考例の電圧測定装置の構成を示す回路図である。（第２の参考例）第２の参考例の装置による電圧源接続部の劣化状態監視機能を説明する図である。（第２の参考例）第２の参考例の装置による電圧サンプルスイッチのショート故障発生時の安全性向上機能（二次故障の誘発防止機能）機能を説明する図である。（第２の参考例）本発明の実施形態に係る電圧測定装置の構成を示す回路図である。（本発明の実施形態）図１に示す第１の参考例の電圧測定装置の変形例を示す部分回路図である。（第１の参考例の変形例）第１の参考例の他の変形例としての直接計測方式電圧測定装置の構成を示す回路図である。（第１の参考例の他の変形例）従来のフライングキャパシタ方式電圧測定装置の構成図である。

符号の説明

１１高圧電源
１１ａ〜１１ｅ電圧源
１２マルチプレクサ
１２ａ〜１２ｆ電圧サンプルスイッチ
１３コンデンサ
１４サンプル電圧計測スイッチ
１６マイコン（電圧計測手段）
１７ａ〜１７ｆ第１のダイオード
１８ａ〜１８ｆ第２のダイオード
１９，１９−１〜１９−５補正回路（補正手段）

Claims

コンデンサと、
直列接続されたＮ個の、電池からなる電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子を前記コンデンサに選択的に接続する（Ｎ＋１）個の電圧サンプルスイッチを含むマルチプレクサと、
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、
前記（Ｎ＋１）個の電圧サンプルスイッチのうちの１番目からＮ番目までの電圧サンプルスイッチと前記コンデンサの一方の端子間に、それぞれ、前記電圧サンプルスイッチから前記コンデンサへ導通する極性で接続されたＮ個のダイオードと、
前記（Ｎ＋１）個の電圧サンプルスイッチのうちの２番目から（Ｎ＋１）番目までの電圧サンプルスイッチと前記コンデンサの他方の端子間に、それぞれ、前記コンデンサから前記電圧サンプルスイッチへ導通する極性で接続されたＮ個のダイオードとを備えた
ことを特徴とする電圧測定装置。
請求項１記載の電圧測定装置を用いて、
任意の直列接続された２つの電圧源の各電圧をそれぞれ、測定し、
前記直列接続された２つの電圧源の両端に接続された電圧検出端子間の電圧を測定し、
前記電圧検出端子間の電圧と、前記２つの電圧源の電圧の和との差分を求め、
前記差分の大きさに基づいて、前記２つの電圧源の接続部の劣化状態を判定する
ことを特徴とする電圧測定装置の劣化判定方法。