JP6380242B2 - 組電池の電圧検出装置 - Google Patents
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Description
以下では、特許文献1において開示されている構成と同一の部分には同一の符号を付して示す。但し、以下に述べる第3コンデンサC3及び第6スイッチSW6については、特許文献1に開示されている構成とは異なり、本実施形態独自の構成である。図1に示すように、電圧検出装置201は、特許文献1の図11に示す第4の実施形態の構成に、第3コンデンサC3(A〜D)及び第6スイッチSW6(A〜D)からなる直列回路を追加したもので、この直列回路は、第1コンデンサC1と第3スイッチSW3との共通接続点と、固定電位点であるグランドとの間に接続されている。第3コンデンサC3の容量は、第1コンデンサC1の容量よりも大きく設定されている。また制御手段に相当する制御回路202は、制御回路6に替わって配置されている。
制御回路202は、全ての電池セルB1〜B4について、第1スイッチSW1A〜SW1D,第4スイッチSW4,第5スイッチSW5A〜SW5D及び第6スイッチSW6A〜SW6Dをオンし、第2スイッチSW2A〜SW2Dと第3スイッチSW3A〜SW3Dをオフする。これにより、第1コンデンサC1A〜C1Dは、それぞれVn−VREFの電圧で一斉に充電され、第3コンデンサC3A〜C3Dは、何れも基準電圧VREFで充電される(サンプリング)。第2コンデンサC2の電荷は、ゼロに初期化される。
制御回路202は、第5スイッチSW5A〜SW5Dを一斉に(同時に)オフして、電池セルB1〜B4による電荷を第1コンデンサC1A〜C1D及び第3コンデンサC3A〜C3Dに同時に保持する(ホールド)。電荷をホールドすればよいので、第1スイッチSW1A〜SW1Dを一斉にオフしてもよく、第1スイッチSW1A〜SW1Dと第5スイッチSW5A〜SW5Dを一斉にオフしてもよい。
制御回路202は、電池セルB4を電圧検出対象とし、電荷再分配の期間4に備えて第1スイッチSW1D,第4スイッチSW4及び第6スイッチSW6Dをオフする。第1スイッチSW1A〜SW1Cは、オンのままでよい。
制御回路202は、電池セルB4について第2スイッチSW2Dと第3スイッチSW3Dをオンする。第1コンデンサC1Dの一端には、電圧V4に替えて電圧V3が印加される。このとき、期間2で第1コンデンサC1D及び第3コンデンサC3Dにホールドされた電荷が、第2コンデンサC2との間で再分配される。また、第6スイッチSW6Dをオフにしていることで、第3コンデンサC3による熱雑音の影響が及んで電圧検出精度が低下することを回避している。
C1(Vn−VREF)=C1(Vn-1−VREF)+C2(VOUT−VREF) …(1)
これを解くと(2)式が得られる。
VOUT=C1/C2(Vn−Vn-1)+VREF …(2)
すなわち、オペアンプの出力電圧VOUTは、電荷再分配の後、電池セルB4の端子間電圧(=電池セルB4の電圧VB4)をC1/C2倍し、基準電圧VREFだけオフセットした電圧となる。この場合でも、オフ状態にあるSW2A〜SW2C、SW1Dには、それぞれ電池セルB1〜B4の電圧VB1〜VB4だけが印加される。
制御回路202は、電圧検出対象の電池セルをB4からB3に切り替える。電圧検出対象でなくなった電池セルB4については、第3スイッチSW3Dをオフして第1コンデンサC1DをコモンラインCLから切り離し、第2スイッチSW2Dをオフ、第1スイッチSW1D,第5スイッチSW5D及び第6スイッチSW6Dをオンしてサンプリング動作に移行する。ノンオーバーラップ信号生成回路12の作用により、第1スイッチSW1Dと第2スイッチSW2Dが同時にオンすることはない。制御回路202は、第2コンデンサC2の電荷を初期化するため、本期間の間、一時的に第4スイッチSW4をオンする。以上に説明したように、第6スイッチSW6Dのオンオフ期間は、第1スイッチSW1Dのオンオフ期間に一致する。
制御回路202は、期間3と同様に、電荷再分配の期間7に備えて第1スイッチSW1C,第4スイッチSW4及び第6スイッチSW6Cをオフする。第1スイッチSW1A、SW1B、SW1Dは、オンのままでよい。
制御回路202は、期間4と同様に、電池セルB3について第2スイッチSW2Cと第3スイッチSW3Cをオンする。このとき、期間2で第1コンデンサC1C及び第3コンデンサC3Cにホールドされた電荷が、第2コンデンサC2との間で再分配される。オペアンプ4の出力電圧VOUTは、(2)式(Vn=V3、Vn-1=V2)のようになる。
制御回路202は、期間8〜10において電池セルB2を電圧検出対象とし、期間5〜7と同様にして(2)式(Vn=V2、Vn-1=V1)で示す出力電圧VOUTを得る。続いて、期間11〜13において電池セルB1を電圧検出対象とし、期間5〜7と同様にして(2)式(Vn=V1、Vn-1=V0)で示す出力電圧VOUTを得る。
期間1〜13を経て、1回のセル電圧VB1〜VB4の検出が終了する。電圧検出装置2は、管理装置からの指令に従って期間1〜13の処理を繰り返す。
第3コンデンサC3を、2個以上直列に接続しても良い。
また、第3コンデンサが接続される固定電位点を、グランドに替えて電源(の供給点)にしても良い。また、電源に限らず、一定の電圧が供給されている電位点であれば良い。
規定電圧VREFは必ずしも、第3及び第5スイッチSW3及びSW5のバックゲート電圧の中間電圧に設定する必要はない。
差動出力構成のオペアンプ(52)に替えて、シングルエンド出力のオペアンプを用いた、特許文献1の図1に示す構成に適用しても良い。すなわち、同図1に示すオペアンプ4の非反転入力端子を所定の基準電圧でバイアスしたものを用い、本実施形態の図1と同様に、第3コンデンサC3及び第6スイッチSW6の直列回路を追加すれば良い。この場合も、各スイッチSW1〜SW6を制御するタイミングチャートは本実施形態の図2と同様になる。
Claims (4)
- 直列接続された複数の単位電池(B1〜B4)からなる組電池(1)について各単位電池の電圧を検出するもので、全差動構成を有する組電池の電圧検出装置であって、
差動出力構成のオペアンプ(52)と、
前記各単位電池に対応してそれぞれ設けられた第1コンデンサ(C1A〜C1D)と、
前記第1コンデンサに対応する単位電池の高電位側端子、低電位側端子と当該第1コンデンサの一端との間にそれぞれ設けられた第1、第2スイッチ(SW1A〜SW1D、SW2A〜SW2D)と、
前記オペアンプの反転入力端子と前記第1コンデンサの他端との間にそれぞれ設けられた第3スイッチ(SW3A〜SW3D)と、
前記オペアンプの反転入力端子と出力端子との間に並列に設けられた第2コンデンサ(C2)および第4スイッチ(SW4)と、
前記オペアンプの出力コモンモード電圧として設定される基準電圧との電圧差が、スイッチの耐圧以下となる規定電圧が付与された電圧線と前記第1コンデンサの他端との間に設けられた第5スイッチ(SW5A〜SW5D)と、
前記第1コンデンサの他端と一定の電圧を示す固定電位点との間に接続される、1つ以上の第3コンデンサと第6スイッチとからなる直列回路と、
前記オペアンプの反転入力端子と非反転出力端子の側では、前記第1、第2スイッチは、前記第1コンデンサに対応する単位電池の高電位側端子、低電位側端子と当該第1コンデンサの一端との間に設けられ、前記第3スイッチは、前記オペアンプの反転入力端子と当該第1コンデンサの他端との間に設けられ、前記第2コンデンサおよび前記第4スイッチは、前記オペアンプの反転入力端子と非反転出力端子との間に並列に設けられ、前記第5スイッチは、前記規定電圧が付与された電圧線と前記第1コンデンサの他端との間に設けられ、
前記オペアンプの非反転入力端子と反転出力端子の側では、前記第1、第2スイッチは、前記第1コンデンサに対応する単位電池の低電位側端子、高電位側端子と当該第1コンデンサの一端との間に設けられ、前記第3スイッチは、前記オペアンプの非反転入力端子と当該第1コンデンサの他端との間に設けられ、前記第2コンデンサおよび前記第4スイッチは、前記オペアンプの非反転入力端子と反転出力端子との間に並列に設けられ、前記第5スイッチは、前記規定電圧が付与された電圧線と前記第1コンデンサの他端との間に設けられ、
前記複数の単位電池について各単位電池に対応する前記第1,第5及び第6スイッチを閉じて前記第1及び第3コンデンサに電荷を充電し、前記複数の単位電池について前記第1スイッチと前記第5スイッチの少なくとも一方のスイッチを開いて電荷を前記第1コンデンサに同時に保持し、その後、前記複数の単位電池を順に電圧検出対象として、前記第4スイッチを一時的に閉じた状態にして前記第2コンデンサの電荷を初期化した後、当該電圧検出対象の単位電池に対応する前記第1,第5及び第6スイッチを開いた状態で前記第2スイッチと前記第3スイッチを閉じることにより、各単位電池の電圧を検出する制御手段(6)とを備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置。 - 直列接続された複数の単位電池(B1〜B4)からなる組電池(1)について各単位電池の電圧を検出する組電池の電圧検出装置であって、
非反転入力端子が所定の基準電圧にバイアスされたシングルエンド出力構成のオペアンプと、
前記各単位電池に対応してそれぞれ設けられた第1コンデンサ(C1A〜C1D)と、
前記第1コンデンサに対応する単位電池の高電位側端子、低電位側端子と当該第1コンデンサの一端との間にそれぞれ設けられた第1、第2スイッチ(SW1A〜SW1D、SW2A〜SW2D)と、
前記オペアンプの反転入力端子と前記第1コンデンサの他端との間にそれぞれ設けられた第3スイッチ(SW3A〜SW3D)と、
前記オペアンプの反転入力端子と出力端子との間に並列に設けられた第2コンデンサ(C2)および第4スイッチ(SW4)と、
前記基準電圧との電圧差がスイッチの耐圧以下となる規定電圧が付与された電圧線と前記第1コンデンサの他端との間に設けられた第5スイッチ(SW5A〜SW5D)と、
前記第1コンデンサの他端と一定の電圧を示す固定電位点との間に接続される、1つ以上の第3コンデンサと第6スイッチとからなる直列回路と、
前記複数の単位電池について各単位電池に対応する前記第1,第5及び第6スイッチを閉じて前記第1及び第3コンデンサに電荷を充電し、前記複数の単位電池について前記第1スイッチと前記第5スイッチの少なくとも一方のスイッチを開いて電荷を前記第1コンデンサに同時に保持し、その後、前記複数の単位電池を順に電圧検出対象として、前記第4スイッチを一時的に閉じた状態にして前記第2コンデンサの電荷を初期化した後、当該電圧検出対象の単位電池に対応する前記第1,第5及び第6スイッチを開いた状態で前記第2スイッチと前記第3スイッチを閉じることにより、各単位電池の電圧を検出する制御手段(6)とを備えたことを特徴とする組電池の電圧検出装置。 - 前記第3及び第5スイッチは、アナログスイッチで構成され、
前記基準電圧の電位は、前記第3及び第5スイッチを駆動するために供給される電圧の中間電位に設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載の組電池の電圧検出装置。 - 前記第3コンデンサの容量は、前記第1コンデンサの容量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の組電池の電圧検出装置。
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