JP4606344B2

JP4606344B2 - 電圧検出装置

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Publication number: JP4606344B2
Application number: JP2006037953A
Authority: JP
Inventors: 勝幸岩崎
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP2007218672A

Description

本発明は、電圧検出装置に係り、特に、互いに直列接続された二次電池から成る複数の単位セルの各々が順次接続されて当該接続された単位セルの両端電圧に充電される検出用コンデンサと、前記複数の単位セル−前記検出用コンデンサ間の接続を接離する第１のスイッチ手段と、前記単位セルの両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記検出用コンデンサ−前記電圧測定手段間の接続を接離する第２のスイッチ手段とを備えた電圧検出装置に関するものである。

近年、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車（以下ＨＥＶ）が普及してきている。このＨＥＶは、上記エンジン始動用の１２Ｖ程度の低圧バッテリと、上記電動モータ駆動用の高圧バッテリとの２種類のバッテリを備えている。上述した高圧バッテリは、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池を単位セルとして、この単位セルを複数直列接続して高電圧を得ている。

上述した高圧バッテリは充放電を繰り返すうちに各単位セルの両端電圧、即ち充電状態（ＳＯＣ）にばらつきが生じる。バッテリの充放電にあたっては、各単位セルの耐久性や安全確保の観点より、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も高い単位セルが設定上限ＳＯＣ（又は上限両端電圧値）に到達した時点で充電を禁止し、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も低い単位セルが設定下限ＳＯＣ（又は下限両端電圧値）に到達した時点で放電を禁止する必要がある。

従って、各単位セルにＳＯＣのバラツキが生じると、実質上、バッテリの使用可能容量が減少することになる。このため、ＨＥＶにおいては、登坂時にガソリンに対してバッテリエネルギーを補充したり、降坂時にバッテリにエネルギーを回生したりする、いわゆるアシスト・回生が不十分となり、実車動力性能や燃料を低下させることになる。そこで、各単位セルのＳＯＣを均等化するために、各単位セルの両端電圧を検出する必要がある。

従来、上述した高圧バッテリを構成する各単位セルの両端電圧を検出する電圧検出装置として図５に示すような装置が考えられている（例えば特許文献１）。図中引用符号Ｂ_Hは、高圧バッテリである。上記高圧バッテリＢ_Hは、エンジンと電動モータＭを走行駆動源として併用するＨＥＶにおいて前記電動モータＭの電源として用いられ、その両端には電動モータＭが必要に応じて負荷として接続されると共にオルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。また、高圧バッテリＢ_Hは、二次電池から成る例えば５個の単位セルＣ１〜Ｃ５から構成されている。

上記電圧検出装置１０は、単位セルＣ１〜Ｃ５の各々に順次接続される検出用コンデンサＣｄと、上記単位セルＣ１〜Ｃ５−検出用コンデンサＣｄ間に設けられて各単位セルＣ１〜Ｃ５−検出用コンデンサＣｄ間の接続を接離する第１のスイッチ手段としての切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６とを備えている。

また、電圧検出装置１０は、検出用コンデンサＣｄを介して単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧を測定する電圧測定手段としての電圧測定回路１１と、検出用コンデンサＣｄ−電圧測定回路１１間に設けられ検出用コンデンサＣｄ−電圧測定回路１１間の接続を接離する第２のスイッチ手段としての一対の測定用スイッチＳ２１及びＳ２２とを備えている。上述した電圧測定回路１１は、高圧バッテリＢ_Hとは電気的に絶縁する必要がある低圧バッテリ（図示せず）から電源供給を受けて動作し、入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力された電圧の差分を出力する差動増幅器１１ａとこの差動増幅器１１ａの出力をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器１１ｂとから構成されている。

上述した構成の電圧検出装置１０の動作について以下説明する。各切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６、測定用Ｓ２１及びＳ２２はオフした状態を基準とする。この状態で切替スイッチＳ１１及びＳ１２をオンすると単位セルＣ１の両端電圧が検出用コンデンサＣｄに充電される。次に、切替スイッチＳ１１及びＳ１２をオフした後に測定用スイッチＳ２１及びＳ２２をオンすると電圧測定回路１１に検出用コンデンサＣｄの両端が入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続される。

これにより電圧測定回路１１内の差動増幅器１１ａが検出用コンデンサＣｄの両端電圧をＡ／Ｄ変換器１１ｂに供給する。Ａ／Ｄ変換器１１ｂは上記供給された検出用コンデンサＣｄの両端電圧をＡ／Ｄ変換して単位セルＣ１の両端電圧として測定する。同様に、切替スイッチＳ１２及びＳ１３をオンしてという具合に順次単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧を測定していく。切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６と、測定用スイッチＳ２１及びＳ２２とは同時にオンされないため高圧バッテリＢ_Hと電圧測定回路１１との電気的絶縁を保ちつつ検出することができる。

しかしながら、上述した電圧検出装置１０は検出用コンデンサＣｄの接続先を切り替えるために単位セルＣ１〜Ｃ５−検出用コンデンサＣｄ間に切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６が設けられている。この切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６には、図５に示すように、寄生容量Ｃｐが不可避的に付随する。これにより、切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６をオフして検出用コンデンサＣｄと単位セルＣ１〜Ｃ５との接続を切り離すと、検出用コンデンサＣｄがこの寄生容量Ｃｐを通じて放電されてしまう。このため、検出用コンデンサＣｄの両端電圧が単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧を保つことができず、正確に単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧を検出することができないという問題があった。

そこで、この問題を回避するために例えば、検出用コンデンサＣｄの容量を大きくすることが考えられる。検出用コンデンサＣｄの容量を大きくすれば寄生容量Ｃｐを介して放電が生じても、放電による検出用コンデンサＣｄの両端電圧の減少スピードを遅くすることができ、検出用コンデンサＣｄの両端電圧が単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧を保っている間に、検出用コンデンサＣｄの両端電圧を電圧計測回路１１にて測定することができる。

しかしながら、検出用コンデンサＣｄの容量を大きくすると、その分、単位セルＣ１〜Ｃ５による検出用コンデンサＣｄの充電に時間がかかり、単位セルＣ１〜Ｃ５の検出時間が長くなってしまうという問題点があった。

また、検出時間短縮を図るために、検出用コンデンサＣｄを複数設けて、そして複数の単位セルＣ１〜Ｃ５によって複数の検出用コンデンサＣｄを同時に充電するものも提案されている（例えば特許文献２）。しかしながら、コンデンサＣやスイッチの数が増加するためコスト的に問題がある。
特開２００１−２０１５２２号公報特開２００１−２８９１４７号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、寄生容量の影響を受けずに正確に各単位セルの両端電圧の検出を行うことができる電圧検出装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、互いに直列接続された二次電池から成る複数の単位セルの各々が順次接続されて当該接続された単位セルの両端電圧に充電される検出用コンデンサと、前記複数の単位セル−前記検出用コンデンサ間の接続を接離する第１のスイッチ手段と、前記単位セルの両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記検出用コンデンサ−前記電圧測定手段間の接続を接離する第２のスイッチ手段とを備えた電圧検出装置において、前記検出用コンデンサと前記電圧測定手段との間に設けられて前記検出用コンデンサと並列接続されるホールドコンデンサと、前記検出用コンデンサと前記ホールドコンデンサとの間に設けられたダイオードとから構成されたピークホールド回路が備えられ、前記ダイオードのアノードが前記第２のスイッチ手段を介して前記検出用コンデンサのプラス側に接続され、前記ダイオードのカソードが前記ホールドコンデンサのプラス側に接続されていることを特徴とする電圧検出装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、ホールドコンデンサが、検出用コンデンサと電圧測定手段との間に設けられて検出用コンデンサと並列接続される。ダイオードが、検出用コンデンサとホールドコンデンサとの間に設けられている。上記ダイオードのアノードが、第２のスイッチ手段を介して検出用コンデンサのプラス側に接続され、ダイオードのカソードがホールドコンデンサのプラス側に接続されている。従って、検出用コンデンサとホールドコンデンサとを並列接続することにより、ダイオードを通じてホールドコンデンサが充電されて、ホールドコンデンサの両端電圧が検出用コンデンサの両端電圧と等しくなる。また、第１のスイッチ手段に付随する寄生容量を通じて検出用コンデンサが放電して検出用コンデンサの両端電圧が低下しても、ダイオードの働きによりホールドコンデンサの放電電流は阻止されるためホールドコンデンサの両端電圧は検出用コンデンサの両端電圧のピークを保持する。

請求項２記載の発明は、前記ピークホールド回路に演算増幅器が備えられ、前記演算増幅器の入力が、前記第２のスイッチ手段を介して前記検出用コンデンサのプラス側に接続され、その出力が、前記ダイオードのアノードに接続され、前記ダイオードのアノードが前記演算増幅器及び前記第２のスイッチ手段を介して前記検出用コンデンサのプラス側に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電圧検出装置に存する。

請求項２記載の発明によれば、演算増幅器を設けることにより、この演算増幅器の入力よりも単位セル側を高インピーダンスに、出力よりも電圧測定手段側を低インピーダンスにすることができる。従って、より確実にホールドコンデンサの放電を防止することができる。また、検出用コンデンサからの電荷が直接移動してホールドコンデンサを充電することがなくなるため、検出用コンデンサの両端電圧が低下することもない。

請求項３記載の発明は、前記ホールドコンデンサの容量が、前記検出用コンデンサの容量よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の電圧検出装置に存する。

請求項３記載の発明によれば、ホールドコンデンサの容量を、検出用コンデンサの容量よりも小さくすることにより、ホールドコンデンサの充電時間が短くて済む。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、検出用コンデンサとホールドコンデンサとを並列接続することにより、ダイオードを通じてホールドコンデンサが充電されて、ホールドコンデンサの両端電圧が検出用コンデンサの両端電圧と等しくなる。また、第１のスイッチ手段に付随する寄生容量を通じて検出用コンデンサが放電して検出用コンデンサの両端電圧が低下しても、ダイオードの働きによりホールドコンデンサの放電電流は阻止されるためホールドコンデンサの両端電圧は検出用コンデンサの両端電圧のピークを保持するので、寄生容量の影響を受けずに正確に各単位セルの両端電圧の検出を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、より確実にホールドコンデンサの放電を防止することができる。また、検出用コンデンサからの電荷が直接移動してホールドコンデンサを充電することがなくなるため、検出用コンデンサの両端電圧が低下することもないので、より一層寄生容量の影響を受けずに正確に各単位セルの両端電圧の検出を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、ホールドコンデンサの充電時間が短くて済むので、複数の単位セルの両端電圧の検出時間を短縮することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の電圧検出装置の一実施の形態を示す回路図である。図中引用符号Ｂ_Hは、高圧バッテリである。上記高圧バッテリＢ_Hは、エンジンと電動モータＭを走行駆動源として併用するＨＥＶにおいて前記電動モータＭの電源として用いられ、その両端には電動モータＭが必要に応じて負荷として接続されると共にオルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。また、高圧バッテリＢ_Hは、一つの二次電池から成る例えば５個の単位セルＣ１〜Ｃ５から構成されている。

なお、本実施形態では、単位セルＣ１〜Ｃ５として、一つの二次電池から構成される例について説明するが、単位セルＣ１〜Ｃ５を構成する二次電池の数は一つでも複数でもよい。また、高圧バッテリＢ_Hとして、５個の単位セルＣ１〜Ｃ５から構成される例について説明するが、高圧バッテリＢ_Hを構成する単位セルＣ１〜Ｃ５の数は複数であればいくつでもよい。

上記電圧検出装置１０は、単位セルＣ１〜Ｃ５の各々が順次接続されてその接続された単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧に充電される検出用コンデンサＣｄと、上記単位セルＣ１〜Ｃ５−検出用コンデンサＣｄ間の接続を接離する複数の切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６（＝第１のスイッチ手段）とを備えている。

切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６は、５個の単位セルＣ１〜Ｃ５に対して６個設けられている。つまり、例えば、単位セルＣ１のマイナス側と、この単位セルＣ１のマイナス側に接続されている単位セルＣ２のプラス側とは、共通の切替スイッチＳ１２を介して検出用コンデンサＣｄに接続されるようになっている。

従って、電圧検出装置１０においては、奇数番目の単位セルＣ１、Ｃ３、Ｃ５を検出用コンデンサＣｄに接続すると検出用コンデンサＣｄの一端ａがプラスに、他端ｂがマイナスに充電される。一方、偶数番目の単位セルＣ２、Ｃ４を検出用コンデンサＣｄに接続すると検出用コンデンサＣｄの他端ｂがプラスに、一端ａがマイナスに充電される。つまり、検出用コンデンサＣｄは接続された単位セルＣ１〜Ｃ５に対応して極性の異なる充電が行われる。

また、電圧検出装置１０は、検出用コンデンサＣｄを介して単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧を測定する電圧測定回路１１（＝電圧測定手段）と、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂの各々−電圧測定回路１１のＡＤ入力Ｔ１間に設けた二対の測定用スイッチＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２５及びＳ２６（＝第２のスイッチ手段）とを備えている。上述した測定用スイッチＳ２１、Ｓ２５が検出用コンデンサＣｄの一端ａ−ＡＤ入力Ｔ１間に設けられ、測定用スイッチＳ２２、Ｓ２６が検出用コンデンサＣｄの他端ｂ−ＡＤ入力Ｔ２間に設けられている。

電圧検出装置１０は、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂの各々−グランド間に設けられている一対の測定用スイッチＳ２３及びＳ２４を備えている。上述した一対の測定用スイッチＳ２３及びＳ２４は、一対の測定用スイッチＳ２１及びＳ２２よりも検出用コンデンサＣｄ側に設けられている。上述した一対の測定用スイッチＳ２３及びＳ２４は、一対の測定用スイッチＳ２５及びＳ２６よりも電圧測定回路１１側に設けられている。上述した測定用スイッチＳ２５及びＳ２６よりも電圧測定回路１１側で、かつ測定スイッチＳ２３及びＳ２４よりもコンデンサＣ側には、放電抵抗Ｒ１及びＲ２が設けられている。上記グランドは低圧バッテリ側のグランドである。

上述した電圧測定回路１１は、ＡＤ入力Ｔ１と、ＡＤ入力Ｔ１に供給された電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１１ｃと、このＡ／Ｄ変換器１１ｃが接続されたマイクロコンピュータ（以下μＣＯＭ）１２とを備えている。

μＣＯＭ１２は、各種演算処理を実行するＣＰＵ１２ａ、該ＣＰＵ１２ａの制御プログラムなどを格納した読出専用メモリであるＲＯＭ１２ｂ及びＣＰＵ１２ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ１２ｃなどを内蔵している。

このＣＰＵ１２ａは、図示しないが切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６及び測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６の制御端子に接続されていて、これら切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６及び測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のオンオフを制御する。なお、切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６及び測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６は例えばフォトＭＯＳが用いられ、ＣＰＵ１２ａとは電気的に絶縁された状態でオンオフ制御することができる。

上述した電圧検出装置１０はさらに測定用スイッチＳ２１及びＳ２２−電圧測定回路１１間に設けられたピークホールド回路１３をさらに備えている。ピークホールド回路１３は、ホールドコンデンサＣｈと、ダイオードＤと、演算増幅器ＯＰとを備えている。演算増幅器ＯＰは、そのプラス入力が測定用スイッチＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２５及びＳ２６を介して検出用コンデンサＣｄのプラス側に接続されて、そのマイナス入力がホールドコンデンサＣｈのプラス側に接続されて、その出力が抵抗Ｒ３を介してダイオードＤのアノードに接続されている。

上述した測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のうち測定用スイッチＳ２１、Ｓ２４、Ｓ２５及びＳ２６をオンすると、検出用コンデンサＣｄの一端ａが演算増幅器ＯＰ及びダイオードＤを介してホールドコンデンサＣｈのプラス側に接続され、検出用コンデンサＣｄの他端ｂがグランドに接続される。一方、測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のうち測定用スイッチＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２５及びＳ２６をオンすると、検出用コンデンサＣｄの他端ｂが演算増幅器ＯＰ及びダイオードＤを介してホールドコンデンサＣｈのプラス側に接続され、検出用コンデンサＣｄの一端ａがグランドに接続される。つまり、上述したホールドコンデンサＣｈは、測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のオンオフによって検出用コンデンサＣｄと並列接続される。

また、ダイオードＤの順方向が、検出用コンデンサＣｄからホールドコンデンサＣｈに向かって流れる充電電流Ｉｃの方向に向いて、その逆方向が、ホールドコンデンサＣｈから検出用コンデンサＣｄ及び測定用スイッチＳ２１、Ｓ２２の浮遊容量Ｃｐを通じて流れる放電電流Ｉｄの方向に向いている。また、ホールドコンデンサＣｈには、互いに直列接続された放電抵抗Ｒ４及びリセットスイッチＳ３から成るリセット回路１４が並列に接続されている。このリセット回路１４は、ダイオードＤによってリセット回路１４による放電電流が阻止されないように、ホールドコンデンサＣｈと電圧測定回路１１との間に設けられている。

次に、上述した検出用コンデンサＣｄ及びホールドコンデンサＣｈの容量について説明する。検出用コンデンサＣｄの容量は小さければ小さいほど、単位セルＣ１〜Ｃ５による検出用コンデンサＣｄの充電時間を短くすることができる。ただし、小さすぎると切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６の浮遊容量Ｃｐの影響を受けて、検出用コンデンサＣｄの両端電圧を単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧と等しい値に充電することができない。そこで、本実施形態では、切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６の浮遊容量Ｃｐの影響を受けない程度に大きい容量（例えば０．０１μＦ〜０．０１μＦ）に設定する。

また、ホールドコンデンサＣｈは検出用コンデンサＣｄよりも小さい容量（例えば数ピコＦ〜数１００Ｆ）に設定する。これによりホールドコンデンサＣｈの充電時間が短くて済み測定が単位セルＣ１〜Ｃ５の検出時間を短縮することができる。

上述した構成の電圧検出装置１０の動作について、図２及び図３を参照して以下説明する。図２は、図１に示す電圧検出装置１０を構成するＣＰＵ１２ａの電圧検出処理の手順を示すフローチャートである。図３は、図１に示す電圧検出装置１０を構成するＣＰＵ１２ａのリセット処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１２ａは、イグニッションスイッチのオフ後、図２に示す電圧検出処理を開始する。まず、ＣＰＵ１２ａは、イグニッションスイッチオフ後、高圧バッテリＢ_Hの両端電圧が安定するまでの一定時間Ｔｉ１が経過するのを待つ（ステップＳｐ１）。

一定時間Ｔｉ１が経過すると（ステップＳｐ１でＹ）、ＣＰＵ１２ａはセルカウンタｎを１にセットする（ステップＳｐ２）。その後、ＣＰＵ１２ａはセルカウンタｎ＞５であるか否かを判断する（ステップＳｐ３）。セルカウンタｎ＞５であれば（ステップＳｐ３でＹ）、ＣＰＵ１２ａは全ての単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧の検出が終了したと判断して電圧検出処理を終了する。

これに対して、セルカウンタｎ≦５であれば（ステップＳｐ３でＮ）、ＣＰＵ１２ａは、切替スイッチＳ１ｎ及びＳ１（ｎ＋１）をオンする（ステップＳｐ４）。これにより、単位セルＣｎの両端が検出用コンデンサＣｄの両端に接続され、単位セルＣｎから検出用コンデンサＣｄに対する充電が開始する。そして、ＣＰＵ１２ａは予め定めた充電時間Ｔｉ２が経過するのを待って（ステップＳｐ５でＹ）、切替スイッチＳ１ｎ及びＳ１（ｎ＋１）をオフする（ステップＳｐ６）。これにより、単位セルＣｎと検出用コンデンサＣｄとの接続が切り離される。

なお、上記充電時間Ｔｉ２は、両端電圧が満充電電圧である単位セルＣ１〜Ｃ５によって検出用コンデンサＣｄの充電を開始してから検出用コンデンサＣｄと単位セルＣ１〜Ｃ５との両端電圧が等しくなるまでの時間よりも長く設定されている。従って、ステップＳｐ６では単位セルＣｎと検出用コンデンサＣｄとの両端電圧が等しくなっている。上記ステップＳｐ１〜Ｓ６を繰り返すことにより、単位セルＣ１〜Ｃ５の両端と検出用コンデンサＣｄの両端との間に設けられた切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６が順次オンして、単位セルＣ１〜Ｃ５によって検出用コンデンサＣｄが順次充電される。

次に、ＣＰＵ１２ａは、セルカウンタｎが奇数であるか否かを判断する（ステップＳｐ７）。奇数であれば（ステップＳｐ７でＹ）、ＣＰＵ１２ａは奇数番目の単位セルＣ１、Ｃ３、Ｃ５の何れかによって検出用コンデンサＣｄが充電され、検出用コンデンサＣｄの一端ａがプラスに、他端ｂがマイナスに充電されたと判断し、測定用スイッチＳ２１、Ｓ２４、Ｓ２５及びＳ２６をオンして（ステップＳｐ８）、次のステップ１０に進む。上記ステップＳｐ８でＣＰＵ１２ａは、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂのうち他端ｂのみをグランドに接続した状態で一端ａをホールドコンデンサＣｈのプラス側に接続して、検出用コンデンサＣｄとホールドコンデンサＣｈとを並列接続する。

一方、セルカウンタｎが偶数であれば（ステップＳｐ７でＮ）、ＣＰＵ１２ａは、偶数番目の単位セルＣ２及びＣ４によって検出用コンデンサＣｄが充電され、検出用コンデンサＣｄの他端ｂがプラスに、一端ａがマイナスに充電されたと判断し、測定用スイッチＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２５及びＳ２６をオンして（ステップＳｐ９）、次のステップＳｐ１０に進む。上記ステップＳｐ９でＣＰＵ１２ａは、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂのうち一端ａのみをグランドに接続した状態で他端ｂをホールドコンデンサＣｈのプラス側に接続して、検出用コンデンサＣｄとホールドコンデンサＣｈとを並列接続する。

つまり、ステップＳｐ７〜Ｓ９によってＣＰＵ１２ａは、検出用コンデンサＣｄの両端のうちプラス側が常にホールドコンデンサＣｈのプラス側に接続され、マイナス側が常にグランドに接続されるように測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のオンオフを制御している。

また、検出用コンデンサＣｄとホールドコンデンサＣｈとが並列接続されると、検出用コンデンサＣｄとホールドコンデンサＣｈとの間に設けた演算増幅器ＯＰが、ホールドコンデンサＣｈの両端電圧と検出用コンデンサＣｄの両端電圧と等しくなるまで充電電流Ｉｃを出力する。この充電電流Ｉｃの方向は、検出用コンデンサＣｄからホールドコンデンサＣｈに向かう方向であり、ダイオードＤの順方向である。従って、演算増幅器ＯＰから出力される充電電流ＩｃはダイオードＤを通過してホールドコンデンサＣｈに流れる。そして、この放電電流ＩｃによりホールドコンデンサＣｈが充電された結果、ホールドコンデンサＣｈの両端電圧と検出用コンデンサＣｄの両端電圧とが等しくなる。

切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６に付随する寄生容量Ｃｐを通じて検出用コンデンサＣｄが放電して検出用コンデンサＣｄの両端電圧が低下しても、ホールドコンデンサＣｈから検出用コンデンサＣｄに向かって流れる放電電流ＩｄはダイオードＤによって阻止される。また、ホールドコンデンサＣｈから測定用スイッチＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２５、Ｓ２６、切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６の寄生容量Ｃｐに向かって流れる放電電流ＩｄもダイオードＤによって阻止される。このためホールドコンデンサＣｈの両端電圧は検出用コンデンサＣｄの両端電圧のピークを保持する。従って、ＡＤ入力Ｔ１には検出用コンデンサＣｄのピーク電圧が供給され続ける。

その後、ＣＰＵ１２ａは、ＡＤ入力Ｔ１に供給された電圧を単位セルＣｎの電圧としてＲＡＭ１２ｃ内に格納した後（ステップＳｐ１０）、測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６をオフして（ステップＳｐ１１）、検出用コンデンサＣｄと電圧測定回路１１とを切り離す。そして、ＣＰＵ１２ａは、セルカウンタｎをインクリメントしてから（ステップＳｐ１２）ステップＳｐ３に戻る。

また、ＣＰＵ１２ａは、電圧検出処理のステップＳｐ１１の動作が終了して、ホールドコンデンサＣｈと検出用コンデンサＣｄとの接続を切り離す毎に、電圧検出処理に並列して図３に示すリセット処理を行う。リセット処理において、ＣＰＵ１２ａは、リセットスイッチＳ３をオンして（ステップＳｐ１３）、ホールドコンデンサＣｈを放電する。その後、ＣＰＵ１２ａは、予め定めた放電時間Ｔｉ３経過するのを待って（ステップＳｐ１４でＹ）、リセットスイッチＳ３をオフして（ステップＳｐ１５）、リセット処理を終了する。

なお、放電時間Ｔｉ３は、単位セルＣ１〜Ｃ５の満充電電圧に充電されたホールドコンデンサＣｈの放電を開始してからホールドコンデンサＣｈの両端電圧が単位セルＣ１〜Ｃ５の放電終止電圧に低下する間での時間より長い時間に設定されている。上述したように、電圧検出処理に並列してリセット処理を行うことにより、ホールドコンデンサＣｈを放電している間に単位セルＣ１〜Ｃ５による検出用コンデンサＣｄの充電を行うことができ、単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧の検出時間短縮を図ることができる。

上述した電圧検出装置１０によれば、ピークホールド回路１３を設けることにより、ＡＤ入力Ｔ１に検出用コンデンサＣｄのピーク電圧を保持することができるため、寄生容量Ｃｐの影響を受けずに正確に各単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧の検出を行うことができる。

また、上述した電圧検出装置１０によれば、演算増幅器ＯＰを設けることにより、この演算増幅器ＯＰの入力よりも単位セルＣ１〜Ｃ５側を高インピーダンスに、出力よりも電圧測定回路１１側を低インピーダンスにすることができる。従って、より確実にホールドコンデンサＣｈの放電を防止することができる。また、検出用コンデンサＣｄとホールドコンデンサＣｈとを並列接続しても直接検出用コンデンサＣｄの電荷がホールドコンデンサＣｈに移動することがないので、検出用コンデンサＣｄの両端電圧が低下することもない。このため、より正確に各単位セルＣ１〜Ｃ５の両端電圧の検出を行うことができる。

また、上述した電圧検出装置１０において、ＣＰＵ１２ａが第１スイッチ制御手段として働き、検出用コンデンサＣｄの一端ａがプラスであるとき、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂのうち他端ｂのみをグランドに接続した状態で検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂのうち一端ａのみをＡＤ入力Ｔ１に接続するように測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のオンオフを制御する。また、ＣＰＵ１２ａが第２のスイッチ制御手段として働き、検出用コンデンサＣｄの他端ｂがプラスであるとき、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂのうち一端ａのみをグランドに接続した状態で検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂの他端ｂのみをＡＤ入力Ｔ１に接続するように測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のオンオフを制御する。以上の構成により、検出用コンデンサＣｄのマイナス側の端子の電位をグランドに落とした状態で検出用コンデンサＣｄをプラス側をＡＤ入力Ｔ１に接続することができる。

なお、上述した実施形態によれば、検出用コンデンサＣｄは接続される単位セルＣ１〜Ｃ５に対応して異なる極性で充電される。つまり、単位セルＣ１、Ｃ３、Ｃ５が接続されたときは検出用コンデンサＣｄの一端ａ側がプラスに充電され、単位セルＣ２、Ｃ４が接続されたときは検出用コンデンサＣｄの他端ｂ側がプラスに充電される。そして、検出用コンデンサＣｄのプラス側が常にピークホールド回路１３側に入力され、検出用コンデンサＣｄのマイナス側が常にグランドに接続されるように測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６のオンオフ制御が行われていたが、本発明はこれに限ったものではない。

例えば、単位セルＣ１〜Ｃ５の両端に一つづつ、計２×５個の切替スイッチを設けて、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂの何れか一方が常にプラスとなり、他方が常にマイナスとなるように単位セルＣ１〜Ｃ５によって充電されるようにしてもよい。また、切替スイッチＳ１１〜Ｓ１６と検出用コンデンサＣｄとの間に図４に示すような極性反転スイッチＳ５１〜Ｓ５４を設けて、検出用コンデンサＣｄの両端ａ、ｂの何れか一方が常にプラスとなり、他方が常にマイナスとなるように単位セルＣ１〜Ｃ５によって充電されるようにしてもよい。この場合、測定用スイッチとしては、検出用コンデンサＣｄのプラス側−演算増幅器ＯＰ間と、検出用コンデンサＣｄのマイナス側−グランド間とに設けるだけでよい。

また、測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６の代わりに、上述した極性反転スイッチＳ５１〜Ｓ５４を検出用コンデンサＣｄとピークホールド回路１３との間に設けてもよい。

また、上述した実施形態によれば、ピークホールド回路１３は演算増幅器ＯＰを有しているが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、演算増幅器ＯＰを除いたピークホールド回路１３であってもよい。上述した演算増幅器ＯＰを除いたピークホールド回路１３であれば、測定用スイッチＳ２１〜Ｓ２６よりも検出用コンデンサＣｄ側に設けてもよい。ただし、この場合ダイオードＤは単位セルＣ１〜Ｃ５と接続されてしまうため、高耐圧のものを使用する必要があるので、上記実施形態が最適である。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の電圧検出装置の一実施形態を示す回路図である。図１に示す電圧検出装置を構成するＣＰＵの電圧検出処理の手順を示すフローチャートである。図１に示す電圧検出装置を構成するＣＰＵのリセット処理の手順を示すフローチャートである。極性反転スイッチの一例を示す回路図である。従来の電圧検出装置の一例を示す回路図である。

符号の説明

Ｃ１〜Ｃ５単位セル
Ｃｄ検出用コンデンサ
Ｃｈホールドコンデンサ
Ｄダイオード
ＯＰ演算増幅器
Ｓ１１〜Ｓ１６切替スイッチ（第１のスイッチ手段）
Ｓ２１、Ｓ２２測定用スイッチ（第２のスイッチ手段）
Ｓ２５、Ｓ２６測定用スイッチ（第２のスイッチ手段）
１０電圧検出装置
１１電圧測定回路（電圧測定手段）
１３ピークホールド回路

Claims

互いに直列接続された二次電池から成る複数の単位セルの各々が順次接続されて当該接続された単位セルの両端電圧に充電される検出用コンデンサと、前記複数の単位セル−前記検出用コンデンサ間の接続を接離する第１のスイッチ手段と、前記単位セルの両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記検出用コンデンサ−前記電圧測定手段間の接続を接離する第２のスイッチ手段とを備えた電圧検出装置において、
前記検出用コンデンサと前記電圧測定手段との間に設けられて前記検出用コンデンサと並列接続されるホールドコンデンサと、前記検出用コンデンサと前記ホールドコンデンサとの間に設けられたダイオードとから構成されたピークホールド回路が備えられ、
前記ダイオードのアノードが前記第２のスイッチ手段を介して前記検出用コンデンサのプラス側に接続され、前記ダイオードのカソードが前記ホールドコンデンサのプラス側に接続されていることを特徴とする電圧検出装置。
前記ピークホールド回路に演算増幅器が備えられ、
前記演算増幅器の入力が、前記第２のスイッチ手段を介して前記検出用コンデンサのプラス側に接続され、その出力が、前記ダイオードのアノードに接続され、
前記ダイオードのアノードが前記演算増幅器及び前記第２のスイッチ手段を介して前記検出用コンデンサのプラス側に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電圧検出装置。
前記ホールドコンデンサの容量が、前記検出用コンデンサの容量よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の電圧検出装置。