JP6242003B2 - 電圧検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電圧検出装置に関する。
下記特許文献１には、バッテリセルの電圧値を検出し、デジタル電圧値を変換するＡ/Ｄ変換器と、デジタル電圧値を伝送する通信手段と、デジタル電圧値を取得するマイクロコンピュータと、電池モジュールとＡ/Ｄ変換器との間に挿入されるアナログＬＰＦと、Ａ/Ｄ変換器と通信手段との間に挿入されるアナログＬＰＦと、Ａ/Ｄ変換器と通信手段との間に挿入されるデジタルＬＰＦと、を備える技術が記載されている。
再公表ＷＯ２０１１/０４３３１１号公報
ところで、上記従来技術では、電気自動車にて派生するインバータのスイッチングノイズ等の比較的高周波帯域のノイズをアナログローパスフィルタで除去し、モータの回転に伴い発生するノイズや商用電源を整流した際に発生するノイズ等の比較的低周波数帯域のノイズをデジタルローパスフィルタで除去している。しかしながら、上記従来技術では、高周波帯用のアナログローパスフィルタと、低周波帯用のデジタルローパスフィルタを電池セルの数に応じて設ける必要があるので、部品点数が増加することに伴ってコストが上昇するおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、低周波帯及び高周波帯のノイズを除去すると共に、コストの削減を可能とする、ことを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、バッテリを構成する複数の電池セルの電圧をサンプリングすることによってデジタル値に変換するＡ/Ｄ変換器と、前記Ａ/Ｄ変換器を制御する制御手段と、前記Ａ/Ｄ変換器から入力された複数のサンプリングデータの移動平均値を前記電池の電圧値とする演算手段とを具備し、前記制御手段は、低周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第１時間間隔からなる第１テーブルと、高周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第２時間間隔からなる第２テーブルとを有し、時系列的に、前記第１時間間隔と前記第２時間間隔とを異なる組み合わせで加算し、その加算値を次回のサンプリングまでの時間間隔とする、という手段を採用する。
本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記演算手段によって移動平均値を算出する際のサンプリングデータの数は、前記第１テーブルの第１時間間隔の数と、前記第２テーブルの第２時間間隔の数との倍数である、という手段を採用する。
本発明によれば、バッテリを構成する複数の電池セルの電圧をサンプリングすることによってデジタル値に変換するＡ/Ｄ変換器と、Ａ/Ｄ変換器を制御する制御手段と、Ａ/Ｄ変換器から入力された複数のサンプリングデータの移動平均値を電池の電圧値とする演算手段とを具備し、制御手段は、低周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第１時間間隔からなる第１テーブルと、高周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第２時間間隔からなる第２テーブルとを有し、時系列的に、第１時間間隔と第２時間間隔とを異なる組み合わせで加算し、その加算値を次回のサンプリングまでの時間間隔とすることによって、低周波帯及び高周波帯のノイズを除去すると共に、コストの削減を可能とすることができる。
本発明の一実施形態に係る電圧検出装置Ａの回路図である。 本発明の一実施形態に係る電圧検出装置Ａの第１テーブル（ａ）及び第２テーブル（ｂ）を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る電圧検出装置Ａの動作を示す模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る電圧検出装置Ａは、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）あるいはハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の移動車両に搭載され、バッテリＢを構成する各電池セルＣの電圧状態を監視するものであり、図１に示すように、フィルタ回路１、マルチプレクサ２、Ａ／Ｄ変換器３及びマイコン４を備えている。なお、マイコン４は、本実施形態における制御手段及び演算手段である。
電池セルＣの各々は、フィルタ回路１を介してマルチプレクサ２と接続されている。各フィルタ回路１は、各セル電圧に重畳するノイズ成分を低減するために設けられたローパスフィルタである。なお、フィルタ回路１は、Ａ／Ｄ変換器３のサンプリング周期を調整することによってノイズを除去するので、複雑な構成のアナログフィルタ回路でなくともよい。
マルチプレクサ２は、マイコン４から入力される選択切替えタイミングを規定する選択タイミング信号に同期して、電池セルＣの各々とＡ／Ｄ変換器３との接続を選択的に順次切替える。
Ａ／Ｄ変換器３は、マルチプレクサ２の出力電圧、つまりマルチプレクサ２によって順次接続された電池セルＣの各々の電圧をサンプリングすることによってデジタル値に変換してマイコン４に出力する。このＡ／Ｄ変換器３のサンプリング周期は、マイコン４による制御によって任意の値に調整可能となっている。
マイコン４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び各部と各種信号の送受信を行うインターフェイス回路等から構成されている。このマイコン４は、上記ＲＯＭに記憶された各種演算制御プログラムに基づいて各種の演算処理を行うと共に各部と通信を行うことにより電圧検出装置Ａの全体動作を制御する。
次に、このように構成された電圧検出装置Ａの動作について説明する。
電圧検出装置Ａにおいて、マイコン４は、Ａ／Ｄ変換器３を制御するにあたり、以下の特徴的な動作を実行する。
マイコン４は、低周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第１時間間隔からなる第１テーブルと、高周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第２時間間隔からなる第２テーブルとを有し、時系列的に、第１時間間隔と第２時間間隔とを異なる組み合わせで加算し、その加算値を次回のサンプリングまでの時間間隔とする。
すなわち、マイコン４は、低周波ノイズを除去するための第１時間間隔が登録された第１テーブルと、高周波ノイズを除去するための第２時間間隔が登録された第２テーブルとをＲＯＭに記憶し、第１時間間隔と第２時間間隔との加算値を次回のサンプリングまでの時間間隔とする。
例えば、第１テーブルには、図２（ａ）に示すように、「１０ｍｓ」及び「３０ｍｓ」という２つの第１時間間隔が登録されている。一方、第２テーブルには、図２（ｂ）に示すように、「０．０ｍｓ」、「０．１ｍｓ」、「０．２ｍｓ」、「０．３ｍｓ」、「０．４ｍｓ」、「０．５ｍｓ」、「０．６ｍｓ」、「０．７ｍｓ」、「０．８ｍｓ」、「０．９ｍｓ」、「−０．１ｍｓ」、「−０．２ｍｓ」、「−０．３ｍｓ」、「−０．４ｍｓ」、「−０．５ｍｓ」、「−０．６ｍｓ」、「−０．７ｍｓ」、「−０．８ｍｓ」、「−０．９ｍｓ」及び「０．０ｍｓ」という２０個の第２時間間隔が登録されている。
まず、マイコン４は、図３に示すように、「１０ｍｓ」に「０．０ｍｓ」を加算した「１０ｍｓ」を、次回のサンプリングまでの時間間隔（１番目の時間間隔）とする。続いて、マイコン４は、「３０ｍｓ」に「０．１ｍｓ」を加算した「３０．１ｍｓ」を、次回のサンプリングまでの時間間隔（２番目の時間間隔）とする。続いて、マイコン４は、「１０ｍｓ」に「０．２ｍｓ」を加算した「１０．２ｍｓ」を、次回のサンプリングまでの時間間隔（３番目の時間間隔）とする。続いて、マイコン４は、「３０ｍｓ」に「０．３ｍｓ」を加算した「３０．３ｍｓ」を、次回のサンプリングまでの時間間隔（４番目の時間間隔）とする。マイコン４は、これを繰り返し、「３０ｍｓ」に「０．０ｍｓ」を加算した「３０ｍｓ」を、２０番目の時間間隔とする。
つまり、マイコン４は、第１テーブルに登録される「１０ｍｓ」及び「３０ｍｓ」を交互に選択し、選択した「１０ｍｓ」及び「３０ｍｓ」に、第２テーブルに登録された第２時間間隔を順番に加算した加算値を、次回のサンプリングまでの時間間隔とする。
そして、マイコン４は、上述した次回のサンプリングまでの時間間隔に基づいてＡ/Ｄ変換器３にサンプリングを実行させる。
続いて、マイコン４は、Ａ/Ｄ変換器３から入力された複数のサンプリングデータの移動平均値を算出し、移動平均値を電池セルＣの電圧値とする。なお、移動平均値は、単純移動平均値でもよいし、また加重移動平均値であってもよい。
このように、本実施形態では、第１時間間隔を変えてサンプリングし、サンプリングデータの移動平均値を得ることによって、ある周期を有する低周波ノイズの影響を低減することができる。また、本実施形態では、第２時間間隔を変えてサンプリングし、サンプリングデータの移動平均値を得ることによって、ある周期を有する高周波ノイズの影響を低減することができる。
また、マイコン４によって移動平均値を算出する際のサンプリングデータの数は、第１テーブルの第１時間間隔の数と、第２テーブルの第２時間間隔の数との倍数であることが望ましい。例えば、第１テーブル及び第２テーブルが図２に示すものである場合には、サンプリングデータの数は、例えば、２０とする。これは、サンプリングデータを採取する際に用いられる第１テーブルの第１時間間隔や第２テーブルの第２時間間隔に偏りを生じさせないためである。
例えば、サンプリングデータの数が１９である場合、第１時間間隔として「１０ｍｓ」が１０回用いられるが、「３０ｍｓ」が９回しか用いられないため、移動平均値に偏りが生じる可能性がある。この移動平均値の偏りを可能な限り排除するために、マイコン４によって移動平均値を算出する際のサンプリングデータの数が、第１テーブルの第１時間間隔の数と、第２テーブルの第２時間間隔の数との倍数となるようにしている。
このような本実施形態によれば、バッテリＢを構成する複数の電池セルＣの電圧をサンプリングすることによってデジタル値に変換するＡ/Ｄ変換器３と、Ａ/Ｄ変換器３を制御し、Ａ/Ｄ変換器３から入力された複数のサンプリングデータの移動平均値を電池の電圧値とするマイコン４とを具備し、マイコン４は、低周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第１時間間隔からなる第１テーブルと、高周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第２時間間隔からなる第２テーブルとを有し、時系列的に、第１時間間隔と第２時間間隔とを異なる組み合わせで加算し、その加算値を次回のサンプリングまでの時間間隔とすることによって、低周波帯及び高周波帯のノイズを除去すると共に、コストの削減を可能とすることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
上記実施形態は、移動車両に搭載されたものであるが、移動車両以外に、家電製品等の電子機器に搭載されていてもよい。
Ａ…電圧検出装置、Ｂ…バッテリ、Ｃ…電池セル、１…フィルタ回路、２…マルチプレクサ、３…Ａ／Ｄ変換器、４…マイコン

Claims (2)

  1. バッテリを構成する複数の電池セルの電圧をサンプリングすることによってデジタル値に変換するＡ/Ｄ変換器と、
    前記Ａ/Ｄ変換器を制御する制御手段と、
    演算手段とを具備し、
    前記制御手段は、低周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第１時間間隔からなる第１テーブルと、高周波ノイズの周期を基準として設けられた複数の異なる第２時間間隔からなる第２テーブルとを有し、時系列的に、前記第１時間間隔と前記第２時間間隔とを異なる組み合わせで加算し、その加算値を次回のサンプリングまでの時間間隔とすることを特徴とする電圧検出装置。
  2. 前記演算手段によって移動平均値を算出する際のサンプリングデータの数は、前記第１テーブルの第１時間間隔の数と、前記第２テーブルの第２時間間隔の数との倍数であることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
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