JP5700756B2

JP5700756B2 - 複数組電池の電圧測定装置

Info

Publication number: JP5700756B2
Application number: JP2010103867A
Authority: JP
Inventors: 石川　聡; 聡石川; 西郷　勉; 勉西郷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: EP2565652A1; US20130022844A1; JP2011232233A; CN102782511B; CN102782511A; EP2565652B1; EP2565652A4; US9459327B2; WO2011136110A1

Description

本発明は、複数のセルを直列接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、電圧を検出する電圧測定装置に関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド車両等では、モータの駆動電源として、高電圧バッテリを備えている。このような高電圧バッテリは、例えば、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの二次電池（蓄電式電池）のセルを複数個、直列に接続することにより、高電圧を得ている。

また、全ての二次電池を同じ電力で充電、或いは放電するため、各々の二次電池の劣化する状態が異なる場合、二次電池は過充電状態、或いは過放電状態になりやすくなる。そこで、二次電池が過充電状態、或いは過放電状態とならないように、各単位セル毎の充電状態を確認する必要がある。そのため、複数個（例えば、５５個）の単位セルを、例えば、５個のブロックに分割し（即ち、１１個のセルで１ブロック）、各ブロックの電圧を各ブロック毎に設けられた電圧検出用ＩＣにより、リアルタイムで電圧を測定している。

この際、電圧検出用ＩＣでは、１ブロックの単位セル（例えば、１１個）の電圧を測定し、さらに、電圧検出用ＩＣが有するＡ／Ｄ変換器にて、検出したアナログ電圧信号をディジタル信号に変換し、メインマイコンに送信する。その後、メインマイコンにより、測定した電圧値が所定の範囲内であるか否かにより二次電池の異常を判定している（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−６２０２８号公報

しかしながら、上述した従来の電圧測定装置では、電池の出力電圧に正電圧と負電圧が混在する場合、Ａ／Ｄ変換器は正電圧しか検出できないため、電圧検出用ＩＣは、負電圧の出力電圧を０Ｖとして検出し、メインマイコンに信号を送信するため、出力電圧を正確に測定することができない。

特に、水素及び酸素を燃料として電力を発生して車両を走行させる燃料電池車に従来の電圧測定装置を適用した場合、燃料電池に設けられるセル内の燃料の状態によっては燃料電池の出力電圧が負電圧になる場合がある。この際、Ａ／Ｄ変換器は負電圧をＡ／Ｄ変換することができないので、セルの出力電圧を０Ｖとして検出してしまう。その結果、出力電圧を正確に測定することができないという問題があった。

そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、正電圧と負電圧が混在する出力電圧を高精度に測定することが可能な複数組電池の電圧測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を測定する電圧測定装置において、前記複数のセル毎にそれぞれ設けられ、前記セルの出力電圧に所定の電圧値を加算する電圧加算手段と、前記各セルを、少なくとも１つのセルで構成される複数のブロックに区分けし、前記各ブロック毎に設けられ、各ブロックのセルに対応する前記電圧加算手段の出力電圧である加算電圧を検出する電圧検出手段と、前記各電圧検出手段に設けられ、前記電圧検出手段で検出した前記加算電圧のアナログ電圧信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、前記各電圧検出手段との間で通信回線を介して接続され、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力すると共に、前記各電圧検出手段で検出される加算電圧を取得し、且つ取得した加算電圧から前記所定の電圧値を減算し、減算後の電圧値を前記セルの出力電圧として提示する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複数組電池の電圧測定装置において、前記電圧検出手段は、前記各ブロックに設けられる前記電圧加算手段より出力される加算電圧の合計電圧を求め、前記制御手段は、前記所定の電圧値に前記各ブロックに設けられるセルの個数を乗じた値を前記合計電圧から減算することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の複数組電池の電圧測定装置において、前記制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続され、前記電源からの電力を変換する電圧変換手段を更に有し、前記制御手段は、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力する場合、前記電圧変換手段に電力を供給する電力供給信号を出力し、前記電圧変換手段は、前記制御手段から電圧測定要求信号を取得すると、前記電圧加算手段に電力を供給することを特徴とする。

さらに、請求項１に記載の発明は、前記複数のセル毎の電圧加算手段は、前記セルの出力電圧を反転増幅して再度反転させることで前記所定の電圧値を前記セルの出力電圧に加算する回路を、それぞれ個別に有しており、前記所定の電圧値は、前記Ａ／Ｄ変換手段に入力される前記加算電圧のアナログ電圧信号をゼロ以上の正電圧とする電圧値であり、前記セルは、第１セルから第ＮセルまでのＮ個が設けられ、前記第１セルの負極がグランドとされ、前記第Ｎセルの正極が最も高い電圧とされ、第ｎセル（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の加算電圧は、第（ｎ−１）セルの電圧を基準電圧として測定した第ｎセルの電圧に前記所定の電圧値が加算された電圧であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、セルの出力電圧に所定の電圧値を加算することにより、負電圧の出力電圧を正電圧の出力電圧にしてＡ／Ｄ変換器へ出力するため、負電圧の出力電圧を０Ｖとして測定することがない。

また、取得した加算電圧から加算した所定の電圧値を減算し、減算後の電圧値をセルの出力電圧として提示するため、出力電圧を正確に測定することができる。

従って、正電圧と負電圧が混在する出力電圧を高精度に測定することが可能な複数組電池の電圧測定装置を提供することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、電圧加算手段により出力される加算電圧の合計電圧から、所定の電圧値に各ブロックに設けられるセルの個数を乗じた値を減算するため、各ブロックの出力電圧を正確に測定することができる。

また、各ブロックのセルに対応する電圧加算手段により所定の電圧値を加算するため、電圧検出手段の構成を変更する必要がなく、製造コストを低減し、正電圧と負電圧が混在する出力電圧を測定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続された電圧変換手段により電圧加算手段に電力を供給するため、別途、電源を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

そして、請求項１に記載の発明によれば、第ｎセルの加算電圧は、第（ｎ−１）セルの電圧を基準電圧として測定した第ｎセルの電圧に所定の電圧値が加算された電圧であるため、必ず、正電圧となり、測定値の誤差を少なくすることができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池の電圧測定装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る電圧測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る電圧測定装置の電圧レベルシフト回路を示す図である。本発明の実施形態に係る電圧測定装置の電圧レベルシフト回路の基準電圧を示す図である。本発明の実施形態に係る電圧測定装置の電圧測定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電圧測定装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の電圧測定装置１０、及び複数のセルＰ１〜Ｐ５５からなる燃料電池１３を示すブロック図である。本実施形態に係る燃料電池１３は、例えば、車両に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための電力を供給する用途に用いられる。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、複数のセルＰ１〜Ｐ５５を直列に接続して電圧を出力する燃料電池の出力電圧を測定する。

複数のセルＰ１〜Ｐ５５は、第１セルから第５５セルまでの５５個が設けられ、セルＰ１（第１セル）の負極がグランドとされ、セルＰ５５（第５５セル）の正極が最も高い電圧となる。また、複数のセルＰ１〜Ｐ５５は、それぞれ電圧レベルシフト回路（電圧加算手段）４０が設けられている。

電圧レベルシフト回路４０は、複数のセルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧に所定の電圧値を加算する。所定の電圧値は、例えば、複数のセルＰ１〜Ｐ５５から出力することが可能な負電圧が−２．５Ｖの場合、所定の電圧値を２．５Ｖと設定して加算する。

また、図１に示すように、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１と低電圧側装置１２に分離されている。

高電圧側装置１１は、５個の電圧検出用ＩＣ（電圧検出手段）、即ち、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−５）を備えている。そして、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）は、第１ブロック６１−１として区分けした１１個のセルＰ１〜Ｐ１１に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を測定する。

また、第２電圧検出用ＩＣ（２１−２）は、第２ブロック６１−２として区切られた１１個のセルＰ１２〜Ｐ２２に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を測定し、同様に、第３電圧検出用ＩＣ（２１−３）は、第３ブロック６１−３として区切られた１１個のセルＰ２３〜Ｐ３３に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を測定し、第４電圧検出用ＩＣ（２１−４）は、第４ブロック６１−４として区切られた１１個のセルＰ３４〜Ｐ４４に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を測定し、第５電圧検出用ＩＣ（２１−５）は、第５ブロック６１−５として区切られた１１個のセルＰ４５〜Ｐ５５に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を測定する。

さらに、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（後述の図４参照、「ＡＤＣ」と記載）を備えており、Ａ／Ｄ変換用の基準電源７１−１〜７１−５（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック〜第５ブロック）毎に測定された加算電圧のアナログ電圧信号（１１個のセルを直列接続した電圧信号）をディジタル電圧信号に変換する。

つまり、電圧レベルシフト回路４０により、複数のセルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧に所定の電圧値が加算されるため、Ａ／Ｄ変換器２６に入力されるアナログ電圧信号は、必ず正電圧のアナログ電圧信号が入力される。

また、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−２）〜（２１−５）は、通信線３１を介して、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）と接続され、この第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）は、絶縁インターフェース（通信回線）３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン（制御手段）３３に接続されている。即ち、メインマイコン３３と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、絶縁インターフェース３２を介し、デイジーチェーン通信で接続されている。

また、低電圧側装置１２には、５Ｖの直流電圧を出力するレギュレータ４３が設けられ、このレギュレータ４３は、車両に搭載されるバッテリ（電源）４１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）から、安定した５Ｖの直流電圧を生成してマイコン３３に供給する。

更に、バッテリ４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換手段）４２に接続されており、このＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、バッテリ４１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）を昇圧して電圧レベルシフト回路４０に電力を供給する。

本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０では、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧測定要求信号を出力する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力を供給する信号を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、メインマイコン３３から電圧測定要求信号を取得すると、電圧レベルシフト回路４０に電力を供給する。

そして、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧測定要求信号を出力すると共に、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）で検出される加算電圧から所定の電圧値を減算し、減算後の電圧値をセルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧として提示する。詳細については後述する。

次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る電圧レベルシフト回路４０について詳細に説明する。図２は、セルＰ１〜Ｐ４に設けられた電圧レベルシフト回路４０の回路図である。なお、セルＰ５〜Ｐ５５は、セルＰ１〜Ｐ４と同一の回路構成であるので、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、セルＰ１〜Ｐ４にはそれぞれ電圧レベルシフト回路４０ａ〜４０ｄが設けられている。電圧レベルシフト回路４０ａ〜４０ｄは、セルＰ１〜Ｐ４の正極端子と負極端子の電圧を増幅して出力する第１反転増幅回路４５ａ〜４５ｄと、第１反転増幅回路４５ａ〜４５ｄの出力側に設けられたバッファ４６ａ〜４６ｄと、バッファ４６ａ〜４６ｄの出力信号に−２．５Ｖを加算して（２．５Ｖを増幅して）極性を反転する第２反転増幅回路４７ａ〜４７ｄを備えている。

第１反転増幅回路４５ａ〜４５ｄ、バッファ４６ａ〜４６ｄ、第２反転増幅回路４７ａ〜４７ｄが有するオペアンプの電源＋Ｖ１、−Ｖ１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２（図１参照）から電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から電力が供給されると、電圧レベルシフト回路４０ａ〜４０ｄはセルＰ１〜Ｐ４の出力電圧に２．５Ｖを加算して図１に示す第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）へ出力する。

この電圧レベルシフト回路４０は、例えば、セルＰ１の出力電圧が正電圧である２Ｖの場合、出力電圧に２．５Ｖの電圧が加算されるため、電圧レベルシフト回路４０ａが出力する加算電圧は４．５Ｖとなる。

また、例えば、セルＰ２の出力電圧が負電圧である−１．０Ｖの場合、出力電圧に２．５Ｖの電圧が加算されるため、電圧レベルシフト回路４０ｂが出力する加算電圧は正電圧である１．５Ｖとなる。

次に、図３を参照して、本発明の実施形態に係る電圧レベルシフト回路４０の基準電圧について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る電圧レベルシフト回路４０の基準電圧を示す図である。なお、セルＰ２〜Ｐ５５は、セルＰ１３〜Ｐ１５と同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。

図３に示すように、第ｎセル（ただし、２≦ｎ≦Ｎ）の電圧レベルシフト回路４０から出力される電圧、即ち、加算電圧は、第（ｎ−１）セルの電圧を基準電圧として出力電圧を測定する。つまり、セルＰ１４（第１４セル）は、セルＰ１３（第１３セル）の電圧を基準電圧としてセルＰ１４の電圧レベルシフト回路４０ｎから出力される電圧、即ち、加算電圧を測定する。

また、セルＰ１５（第１５セル）は、セルＰ１４（第１４セル）の電圧を基準電圧としてセルＰ１５の電圧レベルシフト回路４０ｎから出力される電圧、即ち、加算電圧を測定する。なお、セルＰ１（第１セル）は（図１参照）、グランドを基準電圧としてＰ１の電圧レベルシフト回路４０から出力される電圧、即ち、加算電圧を測定する。

次に、図４を参照して、本発明の実施形態に係る電圧検出用ＩＣの詳細な構成について説明する。図４は、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）の内部構成を示すブロック図である。なお、第２〜第５電圧検出用ＩＣ（２１−２）〜（２１−５）は、第１電圧検出用ＩＣ２１−１と同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。

図４に示すように、第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、セルＰ１〜Ｐ１１より出力される電力を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、ブロック６１−１に設けられる各セルＰ１〜Ｐ１１毎に設けられる電圧レベルシフト回路４０と接続されてこれらの出力電圧である加算電圧を検出するセル電力入力部２２と、セル電圧入力部２２より出力される各セルの電圧信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルの電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６とを備えている。

Ａ／Ｄ変換器２６は、基準電源７１−１（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、マルチプレクサ２５より出力される各セルの加算電圧信号をディジタル信号に変換する。また、第１電圧検出用ＩＣ２１−１は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを備えている。

コントロール部２７は、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）を総括的に制御する。特に、図１に示したメインマイコン３３より、セル電圧の電圧測定要求信号が送信された場合には、セルＰ１〜Ｐ１１毎に設けられた電圧レベルシフト回路４０の出力電圧をＡ／Ｄ変換器２６でディジタル化したディジタル電圧の合計電圧を求め、通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。

次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０の動作について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る電圧測定処理のフローチャートである。

はじめに、ステップＳ１１の処理において、メインマイコン３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力供給の開始を指示する電力供給信号を出力する。その結果、バッテリ４１の出力電圧（例えば、１２Ｖ）が４０Ｖ程度の高電圧に昇圧されて電圧レベルシフト回路４０に供給される。

ステップＳ１２の処理において、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に、各ブロックのセルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧を測定し、電圧レベルシフト回路４０より出力される加算電圧を合計した合計電圧の検出を指示する電圧測定要求信号を出力する。

ステップＳ１３の処理において、メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各ブロックのセルＰ１〜Ｐ５５に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を検出する。この処理では、各セルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧が電圧レベルシフト回路４０により所定の電圧値（例えば、２．５Ｖ）を加算した加算電圧がセル電圧入力部２２に供給され、更に、マルチプレクサ２５を介してＡ／Ｄ変換器２６に供給されるので、ディジタル化された加算電圧データがコントロール部２７に入力される。

ステップＳ１４の処理において、メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、コントロール部２７に入力された加算電圧データの合計電圧を算出する。例えば、第１電圧検出用ＩＣ（２１−１）の場合、セルＰ１〜Ｐ１１の出力電圧である１１個の加算電圧値を合計する。

ステップＳ１５の処理において、メインマイコン３３より指示された電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、コントロール部２７で算出した各セルＰ１〜Ｐ１１の合計電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。

ステップＳ１６の処理において、メインマイコン３３は、指示された電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）より送信された合計電圧から、電圧レベルシフト回路４０により加算した所定の電圧値にセルの個数（例えば、１１）を乗じた加算値を減算する。

ステップＳ１７の処理において、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から合計電圧を受信し、合計電圧から所定の加算値を減算したか否かを判定する。メインマイコン３３は、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から合計電圧を受信しておらず、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）の合計電圧から所定の加算値を減算していないと判定したときには（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１１の処理に戻り、合計電圧を送信していない電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に合計電圧の検出を指示する電圧測定要求信号を送信する。

一方、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）から合計電圧を受信し、合計電圧から所定の加算値を減算したと判定したときには（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８の処理において、メインマイコン３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力供給の停止を指示する電力供給停止信号を出力する。電力供給停止信号を取得したＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、電圧レベルシフト回路４０への電力の供給を停止する。

そして、メインマイコン３３は、加算値を減算した電圧値が所定の範囲内ではない場合には、燃料電池に何らかの異常が発生しているものと判断して、警報信号を出力する。この警報信号は電圧測定装置１０の上位システム（図示省略）に送信され、車両の乗員に異常が発生していることを報知する。この処理を終了したときには、電圧測定処理を終了する。

このようにして、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、複数のセルＰ１〜Ｐ５５毎にそれぞれ設けられ、セルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧に所定の電圧値を加算する電圧レベルシフト回路４０と、各セルＰ１〜Ｐ５５を、少なくとも１つのセル（例えば、１１個のセル）で構成される複数のブロック（６１−１）〜（６１−５）に区分けし、各ブロック（６１−１）〜（６１−５）毎に設けられ、各ブロック（６１−１）〜（６１−５）のセルＰ１〜Ｐ５５に対応する電圧レベルシフト回路４０の出力電圧である加算電圧を検出する電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に設けられ、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）で検出した加算電圧のアナログ電圧信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換器２６と、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）との間で絶縁インターフェース３２を介して接続され、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧測定要求信号を出力すると共に、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）で検出される加算電圧を取得し、且つ取得した加算電圧から所定の電圧値を減算し、減算後の電圧値をセルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧として提示するメインマイコン３３と、を備えた。

また、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）は、各ブロック（６１−１）〜（６１−５）に設けられる電圧レベルシフト回路４０より出力される加算電圧の合計電圧を求め、メインマイコン３３は、所定の電圧値に各ブロック（６１−１）〜（６１−５）に設けられるセルの個数（例えば、１１）を乗じた値を合計電圧から減算する。

さらに、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、メインマイコンを作動させる電力を供給するバッテリ４１に接続され、バッテリ４１からの電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４２を更に有し、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）に電圧測定要求信号を出力する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力を供給する電力供給信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、メインマイコン３３から電圧測定要求信号を取得すると、電圧レベルシフト回路４０に電力を供給する。

また、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、セルＰ１〜Ｐ５５は、第１セル（Ｐ１）から第Ｎセル（Ｐ５５）までのＮ個（５５個）が設けられ、第１セル（Ｐ１）の負極がグランドとされ、第Ｎセル（Ｐ５５）の正極が最も高い電圧とされ、第ｎセル（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の電圧は、第（ｎ−１）セルの電圧を基準電圧として測定する。

そして、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０によれば、セルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧に所定の電圧値（例えば、２．５Ｖ）を加算することにより、負電圧の出力電圧（例えば、−１．０Ｖ）を正電圧の出力電圧（例えば、１．５Ｖ）にしてＡ／Ｄ変換器へ出力するため、負電圧の出力電圧を０Ｖとして測定することがない。

また、取得した加算電圧（例えば、１．５Ｖ）から加算した所定の電圧値（例えば、２．５Ｖ）を減算し、減算後の電圧値（例えば、０．５Ｖ）をセルＰ１〜Ｐ５５の出力電圧として提示するため、出力電圧を正確に測定することができる。

また、電圧レベルシフト回路４０により出力される加算電圧の合計電圧から、所定の電圧値に各ブロックに設けられるセルの個数（例えば、１１）を乗じた値を減算するため、各ブロックの出力電圧を正確に測定することができる。

さらに、各ブロックのセルＰ１〜Ｐ５５に対応する電圧レベルシフト回路４０により所定の電圧値を加算するため、電圧検出用ＩＣ（２１−１）〜（２１−５）の構成を変更する必要がなく、製造コストを低減し、正電圧と負電圧が混在する出力電圧を測定することができる。

また、メインマイコン３３を作動させる電力を供給するバッテリ４１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４２により、電圧レベルシフト回路４０に電力を供給するため、別途、電源を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

さらに、第ｎセル（例えば、第１４セル）の電圧レベルシフト回路４０から出力される電圧、即ち、加算電圧は、第（ｎ−１）セル（例えば、第１３セル）の電圧を基準電圧として測定するため、必ず、正電圧である加算電圧を基準電圧として測定することにより、測定値の誤差を少なくすることができる。

以上、本発明の燃料電池の電圧測定装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上記した実施形態では、電圧レベルシフト回路４０に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４２を１個設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各ブロック毎にＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。

また、上述した実施形態では、電圧レベルシフト回路４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２により電力が供給される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルＰ１〜Ｐ５５より出力される電力が供給されるように構成することにより、回路構成を簡素化することができる。

本発明は、正電圧と負電圧が混在する燃料電池の出力電圧を測定する場合に極めて有用である。

１０電圧測定装置
１１高電圧側装置
１２低電圧側装置
１３燃料電池
２１−１〜２１−５第１〜第５電圧検出用ＩＣ
２２セル電圧入力部
２３電源回路
２５マルチプレクサ
２６Ａ／Ｄ変換器
２７コントロール部
２８通信部
３１通信線
３２絶縁インターフェース
３３メインマイコン
３５通信Ｉ／Ｆ
４０電圧レベルシフト回路
４１バッテリ
４２ＤＣ／ＤＣコンバータ
４３レギュレータ
４５第１反転増幅回路
４６バッファ
４７第２反転増幅回路
６１−１〜６１−５第１〜第５ブロック
７１−１〜７１−５基準電源

Claims

複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を測定する電圧測定装置において、
前記複数のセル毎にそれぞれ設けられ、前記セルの出力電圧に所定の電圧値を加算する電圧加算手段と、
前記各セルを、少なくとも１つのセルで構成される複数のブロックに区分けし、前記各ブロック毎に設けられ、各ブロックのセルに対応する前記電圧加算手段の出力電圧である加算電圧を検出する電圧検出手段と、
前記各電圧検出手段に設けられ、前記電圧検出手段で検出した前記加算電圧のアナログ電圧信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、
前記各電圧検出手段との間で通信回線を介して接続され、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力すると共に、前記各電圧検出手段で検出される加算電圧を取得し、且つ取得した加算電圧から前記所定の電圧値を減算し、減算後の電圧値を前記セルの出力電圧として提示する制御手段とを備えており、
前記複数のセル毎の電圧加算手段は、前記セルの出力電圧を反転増幅して再度反転させることで前記所定の電圧値を前記セルの出力電圧に加算する回路を、それぞれ個別に有しており、
前記所定の電圧値は、前記Ａ／Ｄ変換手段に入力される前記加算電圧のアナログ電圧信号をゼロ以上の正電圧とする電圧値であり、
前記セルは、第１セルから第ＮセルまでのＮ個が設けられ、
前記第１セルの負極がグランドとされ、
前記第Ｎセルの正極が最も高い電圧とされ、
第ｎセル（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の前記加算電圧は、第（ｎ−１）セルの電圧を基準電圧として測定した第ｎセルの電圧に前記所定の電圧値が加算された電圧である
ことを特徴とする複数組電池の電圧測定装置。
請求項１に記載の複数組電池の電圧測定装置において、
前記電圧検出手段は、前記各ブロックに設けられる前記電圧加算手段より出力される加算電圧の合計電圧を求め、
前記制御手段は、前記所定の電圧値に前記各ブロックに設けられるセルの個数を乗じた値を前記合計電圧から減算することを特徴とする複数組電池の電圧測定装置。
請求項１又は請求項２に記載の複数組電池の電圧測定装置において、
前記制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続され、前記電源からの電力を変換する電圧変換手段を更に有し、
前記制御手段は、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力する場合、前記電圧変換手段に電力を供給する電力供給信号を出力し、
前記電圧変換手段は、前記制御手段から電圧測定要求信号を取得すると、前記電圧加算手段に電力を供給することを特徴とする複数組電池の電圧測定装置。