JP6404113B2

JP6404113B2 - 電池電圧計測回路

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Publication number: JP6404113B2
Application number: JP2014260123A
Authority: JP
Inventors: 悠介小塚; 加茂　光広; 光広加茂
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
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Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2018-10-10
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Description

本発明は、電池の電圧を計測する電池電圧計測回路に関する。

従来、二次電池は、電池性能を劣化させる過充放電が生じることのないように、その充放電が、電池の充電状態として算出される残存容量（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）に基づき定められる適切な範囲で行われるように調整される技術が知られている。このように、適切なＳＯＣの範囲で充放電が行われるようにするためには算出されるＳＯＣの精度が高いことが望ましく、そのためには、ＳＯＣの算出に用いられる二次電池の電圧が高い精度で測定される必要がある。そこで例えば、二次電池の電圧を正確に検出する技術の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の電池電圧計測回路は、二次電池の両端子に入力側半導体スイッチを介して接続されて該二次電池により充電されるメインキャパシタと、メインキャパシタに出力側半導体スイッチを介して接続される差動増幅回路とを備え、差動増幅回路の出力端子と反転入力端子はサブキャパシタで接続される。

特開２０１２−１３７４２２号公報

上記特許文献１に記載の電池電圧計測回路によれば、メインキャパシタをフライングキャパシタとして用いることで二次電池の電圧が正確に測定されるようになる。
通常、フライングキャパシタは、電圧の計測対象となる二次電池や計測回路との接続がスイッチのオン／オフの切り替えにより行われる。このとき、フライングキャパシタは、その両端子と二次電池や計測回路との電路が機械式接点のスイッチにより開閉されるならば、スイッチが開いているときに電流が流れることはないため充電が行われることもない。よって、フライングキャパシタが不要に充電されるようなおそれもなく、このフライングキャパシタを用いた電圧計測を直ちに開始することができる。

ところが近年、こうした電池電圧計測回路においては、回路の小型化や高速化などを理由として半導体スイッチが使用されるようになってきている。半導体スイッチは、小型かつ高速であり、実用上は電路を開いた状態にすることができるものの、機械式接点を開放するものではないため、わずかとはいえリーク電流の発生が避けられない。そして、リーク電流などのわずかな電流の流れであれ、こうした電流によってフライングキャパシタが不要に充電されることがあると、正確な電圧を計測できなかったり、計測前に上述のフライングキャパシタを放電しなければならないなどの手間が必要になったりする。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、フライングキャパシタへの電路が半導体スイッチによって開閉される場合であれ、フライングキャパシタを用いての電圧計測をより正確かつ迅速に行うことのできる電池電圧計測回路を提供することにある。

上記課題を解決する電池電圧計測回路は、複数の二次電池の各端子にそれぞれ入力側半導体スイッチを介して並列接続されるメインキャパシタと、前記メインキャパシタの各端子に出力側半導体スイッチを介してそれぞれの反転入力端子が接続される第１及び第２の差動増幅回路と、前記第１の差動増幅回路の出力端子と前記第２の差動増幅回路の出力端子との端子間電圧に基づいて前記二次電池の電圧を演算する演算部とを備え、前記第１及び第２の差動増幅回路はそれぞれ出力端子と反転入力端子とがサブキャパシタを介して接続されてかつ、各非反転入力端子が基準電位に接続されており、前記二次電池は一方の極が外部回路を介して基準電位に接続されていることを要旨とする。

半導体スイッチは、オフされることで実用上は回路を遮断することができるものの、リーク電流などのわずかな電流の流れまでを防ぐことはできない。そのためキャパシタへの電路が半導体スイッチにより遮断されたとしても、わずかな電流であれ時間の経過とともにキャパシタを不要に充電してしまい、このキャパシタを用いての電圧計測を直ちに行うことができないなどの不都合がある。この点、上述のような構成によれば、メインキャパシタの両端子はいずれも、出力側半導体スイッチ及び差動増幅回路を介して基準電位に接続される、または、入力側半導体スイッチ及び外部回路を介して基準電位に接続される。これにより、入力側半導体スイッチや出力側半導体スイッチを介してリーク電流などが生じたとしても、電路のループが、基準電位、外部回路、入力側半導体スイッチ、出力側半導体スイッチ、差動増幅回路、及び基準電位として形成される。つまり、この電路のループ中にメインキャパシタが含まれない構成とすることができるようになる。これにより、半導体スイッチがオフのとき、わずかな電流が流れ、かつ、時間が経過したとしても、この電流によってメインキャパシタが充電される等の不都合は解消されるようになる。よって、電圧計測の間隔が長くなり、半導体スイッチのオフ時間が長くなったとしても、メインキャパシタが不要に充電されることはなく、メインキャパシタを用いての電圧計測をより正確かつ迅速に再開することができるようになる。

好ましい構成として、前記外部回路は、前記二次電池の負極と基準電位との間に接続された漏電検出回路である。
このような構成によれば、二次電池からの漏電が検出できるようになる。

好ましい構成として、前記メインキャパシタは、直列接続された複数のキャパシタより構成される。
このような構成によれば、キャパシタの耐電圧を低下させることができる。

好ましい構成として、前記サブキャパシタには、抵抗と半導体スイッチとからなる直列回路が並列接続されている。
このような構成によれば、第１及び第２の差動増幅回路について積分回路を選択的に動作させることができるようになる。

好ましい構成として、上記電池電圧計測回路において、前記第１の差動増幅回路の出力端子及び前記第２の差動増幅回路の出力端子と前記演算部との間には第３の差動増幅回路がさらに設けられており、前記第１の差動増幅回路の出力端子と前記第２の差動増幅回路の出力端子とが前記第３の差動増幅回路の反転入力端子及び非反転入力端子にそれぞれ接続され、前記演算部には前記第３の差動増幅回路の出力端子が接続されている。

このような構成によれば、第１及び第２の差動増幅回路の出力端子の差分が第３の差動増幅回路によって得られるため演算部において差分の算出処理が不要になり演算処理を軽減させることができる。また、第１及び第２の差動増幅回路の出力にコモンモードノイズが混入されていたとしても、第３の差動増幅回路で両信号の差分を演算することでコモンモードノイズは除去されるようになる。

この電池電圧計測回路によれば、フライングキャパシタへの電路が半導体スイッチによって開閉される場合であれ、フライングキャパシタを用いての電圧計測をより正確かつ迅速に行うことができる。

電池電圧計測回路を具体化した第１の実施形態について、その回路構成を示す回路図。電池電圧計測回路を具体化した第２の実施形態について、その回路構成を示す回路図。

（第１の実施形態）
図１を参照して、電池電圧計測回路を具体化した第１の実施形態について説明する。この電池電圧計測回路は、フライングキャパシタ式電圧検出回路を備え、複数の二次電池の電池電圧を計測する。二次電池は、１つの単電池、又は、直列接続された複数の単電池が直列接続される電池モジュールＢ１〜Ｂ１４により構成されるニッケル水素二次電池である。複数の電池モジュールＢ１〜Ｂ１４が直列接続されて組電池が構成され、この組電池は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載される。

図１に示すように、組電池は、その負極が電池モジュールＢ１の負極端子となり、その正極が電池モジュールＢ１４の正極端子となるように、複数の電池モジュールＢ１〜Ｂ１４を直列接続させて構成されている。各電池モジュールＢ１〜Ｂ１４は、その両極がそれぞれ入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５を介して電圧検出回路に接続されている。すなわち、電池モジュールＢ１の負極端子には抵抗Ｒ１及び入力側半導体スイッチＳＷ１が直列接続され、電池モジュールＢ１の正極端子及び電池モジュールＢ２の負極端子には抵抗Ｒ２及び入力側半導体スイッチＳＷ２が直列接続される。また、電池モジュールＢ２の正極端子及び電池モジュールＢ３の負極端子には抵抗Ｒ３及び入力側半導体スイッチＳＷ３が直列接続される。さらに、以下同様に、電池モジュールＢｎ（但し、ｎは３〜１２の整数）の正極端子及び電池モジュールＢｍ（但し、ｍはｎ＋１）の負極端子には抵抗Ｒｍ及び入力側半導体スイッチＳＷｍが直列接続される。そして、電池モジュールＢ１３の正極端子及び電池モジュールＢ１４の負極端子には抵抗Ｒ１４及び入力側半導体スイッチＳＷ１４が直列接続され、電池モジュールＢ１４の正極端子には抵抗Ｒ１５及び入力側半導体スイッチＳＷ１５が直列接続される。

各抵抗Ｒ１〜Ｒ１５は、通電電流を制限する電流制限抵抗として機能する。
入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５のうち、入力側半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１２，ＳＷ１４はメインキャパシタとしてのフライングキャパシタＣ１の一方の端子Ｔ１に接続される。また、入力側半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７，ＳＷ９，ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１５はフライングキャパシタＣ１の他方の端子Ｔ２に接続される。

フライングキャパシタＣ１は、計測対象とする電池モジュールＢ１〜Ｂ１４の電圧を保持するためのキャパシタであって、公知のキャパシタ（コンデンサ）が用いられる。なお、計測に必要とされる耐電圧及び静電容量を有している。

フライングキャパシタＣ１の一方の端子Ｔ１は、出力側半導体スイッチＳＷ２０と抵抗Ｒ２０とを介して第１の差動増幅回路２０の反転入力端子に接続される。フライングキャパシタＣ１の他方の端子Ｔ２は、出力側半導体スイッチＳＷ３０と抵抗Ｒ３０とを介して第２の差動増幅回路３０の反転入力端子に接続される。

第１及び第２の差動増幅回路２０，３０は、いわゆるオペアンプであって、作動増幅回路や積分回路を構成可能な公知の演算増幅器である。
第１の差動増幅回路２０の非反転入力端子及び第２の差動増幅回路３０の非反転入力端子（＋）はそれぞれ基準電位Ｖｃｃに接続される。さらに、第１の差動増幅回路２０の反転入力端子（−）と出力端子との間にはサブキャパシタＣ２０が接続されて積分回路を構成し、差動増幅回路３０の反転入力端子と出力端子との間にはサブキャパシタＣ３０が接続されて積分回路を構成する。サブキャパシタＣ２０には、抵抗Ｒ２１とスイッチＳＷ２１とからなる直列回路が並列接続され、サブキャパシタＣ３０には、抵抗Ｒ３１とスイッチＳＷ３１とからなる直列回路が並列接続されている。よって、スイッチＳＷ２１，ＳＷ３１のオフによりそれぞれの積分回路が動作され、逆に、スイッチＳＷ２１，ＳＷ３１のオンによりそれぞれの積分回路が非動作とされるように、スイッチＳＷ２１，ＳＷ３１のオン／オフの切り替えにより積分回路が選択的に動作可能に構成される。なお、２つの抵抗Ｒ２０，Ｒ３０を同じ抵抗値、２つのサブキャパシタＣ２０，Ｃ３０を同じ静電容量、２つの抵抗Ｒ２１，Ｒ３１を同じ抵抗値とすることで、第１及び第２の差動増幅回路２０，３０を同様の特性とすることができるため好ましい。また、必要に応じて、それぞれ異なる抵抗値や、異なる静電容量とすることもできる。

第１及び第２の差動増幅回路２０，３０の出力はそれぞれ、Ａ／Ｄ（アナログデジタルコンバータ）を含む演算部１０に接続される。なお、演算部１０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）などであって、公知の演算処理機能を備え、予め設定されるプログラムに従って演算処理を行う。

ここで、各入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５及び各出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０は、アナログスイッチやマルチプレクサ、ソリッドステートリレーなどの半導体スイッチで構成される。こうした半導体スイッチは、実用上は電路のオン／オフを切り替えることができるが、電路をオフしたとき、電路を完全に絶縁するのではなく、高抵抗で遮断する、逆に言えば、電路は高抵抗で接続された状態となっている。このため、半導体スイッチは、オフされていてもリーク電流などのわずかな電流を電路に流すことが避けられず、キャパシタを有する回路に用いられていた場合、オフのときに流れるわずかな電流が、時間の経過によってキャパシタを不要に充電させるおそれがある。よって、このように、キャパシタが不要に充電される回路構成である場合、正確な電圧を計測できなかったり、電圧を計測する前にキャパシタを放電しなければならないなどの手間が必要になる。そこで、本実施形態では、長期間の経過によってもキャパシタが不要に充電されるおそれを低減させるように回路を構成している。

次に、このような電池電圧計測回路の動作について説明する。
このような構成において、電池モジュールＢ１〜Ｂ１４の電圧が順次検出される。すなわち、まず、電池モジュールＢ１の電圧を検出する際、電池モジュールＢ１の負極及び正極に接続される２つの入力側半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンし、その他の入力側半導体スイッチＳＷ３〜ＳＷ１５をオフする。これにより、電池モジュールＢ１の電圧によりフライングキャパシタＣ１が充電され、電池モジュールＢ１の電圧がホールドされる。そして、フライングキャパシタＣ１を充電した後、２つの入力側半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフしてから、２つの出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０をオンにすることでフライングキャパシタＣ１と各差動増幅回路２０，３０が接続される。これにより、各差動増幅回路２０，３０と高圧の組電池とが電気的に遮断された状態で電池モジュールＢ１の電圧が検出される。つまり、第１の差動増幅回路２０は、その反転入力端子にフライングキャパシタＣ１の一方の端子Ｔ１の電圧が印加され、その非反転入力端子に基準電位Ｖｃｃが印加されることで、基準電位ＶｃｃとフライングキャパシタＣ１の一方の端子Ｔ１の電圧との間の電圧差が一方の端子Ｔ１の電圧として検出される。第２の差動増幅回路３０は、その反転入力端子にフライングキャパシタＣ１の他方の端子Ｔ２の電圧が印加され、その非反転入力端子に基準電位Ｖｃｃが印加されることで、基準電位ＶｃｃとフライングキャパシタＣ１の他方の端子Ｔ２の電圧との間の電圧差が他方の端子Ｔ２の電圧として検出される。

そして、第１の差動増幅回路２０が検出した一方の端子Ｔ１の電圧と、第２の差動増幅回路３０が検出した他方の端子Ｔ２の電圧とが演算部（ＥＣＵ）１０に入力される。第１の差動増幅回路２０の出力した一方の端子Ｔ１の電圧と第２の差動増幅回路３０の出力した他方の端子Ｔ２の電圧とは、いずれも基準電位Ｖｃｃに対する相対的な値であることから、これらの差分を算出することで、基準電位Ｖｃｃの大きさが打ち消されて、フライングキャパシタＣ１の両端子Ｔ１，Ｔ２の間の電圧が正確に得られるようになる。以上のようにして、フライングキャパシタＣ１の電圧、すなわち電池モジュールＢ１の電圧を算出可能な信号が演算部１０に入力されるようになる。演算部１０は、２つの入力信号の差分から電圧を演算することができるためその処理を迅速かつ容易に行うことができる。

他の電池モジュールＢ２〜Ｂ１４のそれぞれについても、その負極端子及び正極端子に接続された各入力側半導体スイッチをオンしてフライングキャパシタＣ１を充電してから、各入力側半導体スイッチをオフすることでフライングキャパシタＣ１に電圧をホールドすることができる。その後、充電したフライングキャパシタＣ１の電圧を上述のように検出することができる。

なお、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５や出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０のそれぞれのオン／オフの切り替えや、演算部１０での電圧の算出などのタイミングは、図示しないＥＣＵなどの公知の制御装置によって指示される。

ところで、上述したフライングキャパシタ式電圧検出回路とは別に、組電池には、組電池からの電気の漏電を検出する漏電検出回路１２が接続されている。漏電検出回路１２は、組電池の負極となる電池モジュールＢ１の負極端子と基準電位Ｖｃｃとに接続される。漏電検出回路１２は、周波数信号を送信する送信器（図示略）と周波数信号を受信する受信器（図示略）とを備える。漏電がない場合には、受信器で一定強度の周波数信号を受信するが、何らかの漏電が生じているとその受信強度が変化し、この強度変化を検出することで漏電の有無を検出する。なお、漏電検出回路としては、周波数信号を送信するもののほか、電位差から漏電の検出をするものなど公知の回路を用いてもよい。

また、漏電検出回路１２は、組電池と基準電位Ｖｃｃとを監視して漏電を検出する構成であることから、組電池と基準電位Ｖｃｃとの間を、高抵抗であれ電気的に接続させることとなる。よって、漏電検出回路１２が組電池と基準電位Ｖｃｃとの間にわずかな電流であれ、電流を流す経路を形成することが避けられないものとなっている。

ところで従来、フライングキャパシタを直列接続した２つのキャパシタとして備えるとともに、それらキャパシタの接続点を半導体スイッチを介して基準電位Ｖｃｃに接続させる構成とした回路がある。そして、この回路では、一方のキャパシタの両端子間の電圧差を第１の差動増幅回路２０で検出し、他方のキャパシタの両端子間の電圧差を第２の差動増幅回路３０で検出するようにしている。こうした回路では、２つのキャパシタは、半導体スイッチがオフされていれば、接続点に対応する各端子がそれぞれ基準電位から切り離される。ところが、上述したように半導体スイッチはオフの状態であってもわずかに電流を流すため、キャパシタはその接続点に対応する側の端子が半導体スイッチを介しつつも、基準電位Ｖｃｃに接続されるかたちとなる。そのため、キャパシタの組電池に接続されている側の端子の電位と基準電位Ｖｃｃとの間の電位差に対応してわずかな電流が流れ、時間の経過とともに各キャパシタが充電されることとなる。特に、組電池と基準電位Ｖｃｃとの間に漏電検出回路１２などの外部回路が設けられると、キャパシタを途中に含むかたちで電路のループが形成されることとなり、半導体スイッチがオフであってもキャパシタが充電される蓋然性が一層高まることとなっていた。そして、キャパシタが充電されてしまうと、このキャパシタを用いて電圧計測を行う際、正確な電圧を計測できなかったり、まず放電させなければならなくなるため電圧計測を直ちに再開できなかったりする。

本実施形態では、フライングキャパシタＣ１の両端子は、出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０の接続される方向にはそれぞれ、出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０、抵抗Ｒ２０，Ｒ３０及び差動増幅回路２０，３０を介して基準電位Ｖｃｃに接続される。また、フライングキャパシタＣ１の両端子は、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５の接続される方向にはそれぞれ、入力側半導体スイッチＳＷ１及び漏電検出回路１２、又は、各入力側半導体スイッチＳＷ２〜ＳＷ１５、各電池モジュールＢ１〜Ｂ１４及び漏電検出回路１２を介して基準電位Ｖｃｃに接続される。よって、わずかな電流の流れる電路のループが、基準電位Ｖｃｃ、漏電検出回路１２、各電池モジュールＢ１〜Ｂ１４又はこれを介さず、各入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５、各出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０、各差動増幅回路２０，３０、そして、基準電位Ｖｃｃとして構成される。つまり、このような電路のループは、その途中にフライングキャパシタＣ１を含まれない構成とすることができる。これにより、半導体スイッチがオフのとき、時間が経過しても、わずかに流れる電流によってフライングキャパシタＣ１が充電されることが防止又は抑制される。よって、電池電圧の計測間隔が長時間になるなどして半導体スイッチがオフされている時間が長くなったとしても、フライングキャパシタＣ１が不要に充電されるおそれがなく、電圧計測を迅速に再開することができるようになる。また、フライングキャパシタＣ１の各端子Ｔ１，Ｔ２は、それら端子Ｔ１，Ｔ２から基準電位Ｖｃｃまでがいずれも同様の回路構成になるため、フライングキャパシタＣ１の両端子Ｔ１，Ｔ２間に電位差が生じて充電されるおそれも小さい。さらに、フライングキャパシタＣ１の各端子Ｔ１，Ｔ２は、基準電位Ｖｃｃまでの間に半導体スイッチ以外にも抵抗Ｒ１〜Ｒ１５，Ｒ２０，Ｒ３０や、差動増幅回路２０，３０又は漏電検出回路１２が配置される。このため、フライングキャパシタＣ１は、その一方の端子が半導体スイッチのみを介して基準電位Ｖｃｃに接続されている場合に比較して、その端子Ｔ１，Ｔ２が組電池との間で大きな電位差となるおそれが小さくなり、これによっても、わずかな電流により充電されるおそれが低減されるようになる。

ところで、各入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５を介して、フライングキャパシタＣ１の一方の端子Ｔ１には電池モジュールＢ１の負極の電位から電池モジュールＢ１４の正極の電位までが接続され、フライングキャパシタＣ１の他方の端子Ｔ２には電池モジュールＢ１の正極の電位から電池モジュールＢ１４の負極の電位までが接続されている。これにより、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５がオフのとき、わずかな電流が流れたとしてもフライングキャパシタＣ１の両端子Ｔ１，Ｔ２の電位は略等しくなるようになっている。よって、各電池モジュールＢ１〜Ｂ１４が同様の電圧を出力するものであれば、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５がオフのとき、二次電池がフライングキャパシタＣ１を充電するおそれも抑制されるようになっている。

そして、本実施形態の演算部１０で正確に検出された電圧に基づいてＳＯＣが精度よく算出されることで、この組電池の充放電を制御する電池制御装置などが組電池の充放電をより好適に行うことができるようになる。

以上説明したように、本実施形態の電池電圧計測回路によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
（１）半導体スイッチは、オフされることで実用上は回路を遮断することができるものの、リーク電流などのわずかな電流の流れまでを防ぐことはできない。そのためキャパシタへの電路が半導体スイッチにより遮断されたとしても、わずかな電流であれ時間の経過とともにキャパシタを不要に充電してしまい、このキャパシタを用いての電圧計測を直ちに行うことができないなどの不都合がある。この点、本実施形態によれば、フライングキャパシタＣ１の両端子Ｔ１，Ｔ２はいずれも、出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０及び差動増幅回路２０，３０を介して基準電位Ｖｃｃに接続される、または、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５及び漏電検出回路１２を介して基準電位Ｖｃｃに接続される。これにより、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５や出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０を介してリーク電流などが生じたとしても、電路のループが、基準電位Ｖｃｃ、漏電検出回路１２、入力側半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ１５、出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０、差動増幅回路２０，３０、及び基準電位Ｖｃｃとして形成される。つまり、この電路のループ中にフライングキャパシタＣ１が含まれない構成とすることができるようになる。これにより、半導体スイッチがオフのとき、わずかな電流が流れ、かつ、時間が経過したとしても、この電流によってフライングキャパシタＣ１が充電される等の不都合は解消されるようになる。よって、電圧計測の間隔が長くなり、半導体スイッチのオフ時間が長くなったとしても、フライングキャパシタＣ１が不要に充電されることはなく、フライングキャパシタＣ１を用いての電圧計測をより正確かつ迅速に再開することができるようになる。

（２）組電池（電池モジュールＢ１）の負極と基準電位Ｖｃｃとの間に漏電検出回路が接続されることで組電池（電池モジュールＢ１）からの漏電が検出できるようになる。
（３）各サブキャパシタＣ２０，Ｃ３０にはそれぞれ、抵抗Ｒ２０，Ｒ３０と出力側半導体スイッチＳＷ２０，ＳＷ３０とからなる直列回路が並列接続されることで、第１及び第２の差動増幅回路２０，３０について積分回路を選択的に動作させることができるようになる。

（４）ニッケル水素二次電池の電圧が高い精度で計測されるため、ＳＯＣの算出精度も高くなり、二次電池の充放電がより好適に調整されるようになる。
（第２の実施形態）
図２に従って、電池電圧計測回路を具体化した第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１及び第２の差動増幅回路２０，３０の各出力が第３の差動増幅回路に入力される点が第１の実施形態の構成と相違するものの、それ以外の点については同様である。そこで、以下では、第１の実施形態と相違する構成について詳細に説明することとし、同様の構成については同じ符号を付し詳細な説明を割愛する。

図２に示すように、第１及び第２の差動増幅回路２０，３０と演算部１０との間には、第３の差動増幅回路４０が設けられている。第３の差動増幅回路４０は、その反転入力端子に抵抗Ｒ４０を介して第１の差動増幅回路２０の出力端子が接続されている。また、第３の差動増幅回路４０は、その非反転入力端子に抵抗Ｒ４２を介して第２の差動増幅回路３０の出力端子が接続されているとともに、抵抗Ｒ４１を介して基準電位Ｖｃｃに接続されている。第３の差動増幅回路４０は、その出力端子と反転入力端子との間に抵抗Ｒ４３が設けられており、これによって入力電圧の電位差を増幅する差動増幅回路を構成している。

ここで、第３の差動増幅回路４０の作用について説明する。
例えば、計測する電圧にコモンモードノイズが存在する場合、第１及び第２の差動増幅回路２０，３０の出力にはいずれもコモンモードノイズが混入することとなるが、第３の差動増幅回路４０で両信号の差分を演算することでコモンモードノイズが除去される。そして、第３の差動増幅回路４０は、その演算結果を演算部１０に出力する。また、演算部１０は、フライングキャパシタＣ１の両端子Ｔ１，Ｔ２の間の電圧が入力されるため、両端子Ｔ１，Ｔ２の電圧を示す信号がそれぞれ入力されて差分を演算する処理を行う場合に比較して処理が一層簡略化される。よって、演算部１０は、演算処理を行うためのプログラムが簡略化されるとともに、処理がより迅速化されるようになる。

以上の構成によっても、フライングキャパシタＣ１の電圧、すなわち各電池モジュールＢ１〜Ｂ１４の電圧がそれぞれ正確に検出されるようになる。
以上説明したように、本実施形態に係る電池電圧計測回路は、上記第１の実施形態にて記載した（１）〜（４）の効果に加えて、以下に記す効果を有する。

（５）第１及び第２の差動増幅回路２０，３０の出力端子の差分が第３の差動増幅回路４０によって得られるため演算部１０において差分の算出処理が不要になり演算処理を軽減させることができる。また、第１及び第２の差動増幅回路２０，３０の出力にコモンモードノイズが混入されていたとしても、第３の差動増幅回路４０で両信号の差分を演算することでコモンモードノイズは除去されるようになる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記各実施形態では、外部回路が漏電検出回路である場合について例示した。しかしこれに限らず、外部回路は、組電池と基準電位との間に介在するものであれば、その他の検出回路や、制御回路、通信回路などであってもよい。

・上記各実施形態では、電池モジュールＢ１〜Ｂ１４が直列接続されている場合について例示したが、これに限らず、並列接続されている電池モジュールの電圧をまとめて、又は個別に計測するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、電池モジュールＢ１〜Ｂ１４のそれぞれについて電圧を計測する場合について例示したが、これに限らず、直列接続されている複数の電池モジュールの電圧を計測するようにしてもよい。これにより、計測に要する時間を短くすることができる。また、異常箇所を絞り込めれば、絞り込まれた範囲にある複数の電池モジュールについて個別に電圧計測することもできる。

・上記各実施形態では、電池モジュールＢ１〜Ｂ１４の数が１４個である場合について例示した。しかしこれに限らず、電池モジュールは、１４個よりも少なくてもよいし、１４個よりも多くてもよい。

・上記各実施形態では、第１及び第２の差動増幅回路を選択的に積分回路とすることができる場合について例示した。しかしこれに限らず、第１及び第２の差動増幅回路を常に積分回路とするようにしてもよい。

・上記各実施形態では、フライングキャパシタが１つである場合について例示した。しかしこれに限らず、フライングキャパシタは、直列接続される複数のキャパシタから構成されていてもよい。複数のキャパシタを用いることでキャパシタの耐電圧を低く抑えることも可能になる。

また、例えば、直列接続される２つのキャパシタの接続点を基準電位に接続する回路を備える従来の電池電圧計測回路において、接続点から基準電位への電路を機械的に遮断することで本実施形態の構成を適用することも容易である。

・上記各実施形態では、電池モジュールＢ１〜Ｂ１４は、ニッケル水素二次電池である場合について例示した。しかしこれに限らず、電池は、リチウムイオン二次電池やニッケルカドミウム二次電池などのアルカリ二次電池やその他の二次電池であってもよい。

・上記各実施形態では、二次電池が電池モジュールＢ１〜Ｂ１４である場合について例示した。しかしこれに限らず、二次電池は、単電池や、電池ブロックや、組電池などであってもよい。

・上記各実施形態では、二次電池が搭載される車両が電気自動車やハイブリッド自動車などである場合について例示した。しかしこれに限らず、車両は、バッテリーを搭載するガソリン自動車やディーゼル自動車などであってもよい。また、二次電池は、電源として必要とされるのであれば、自動車以外の移動体や、固定設置される電源として用いられてもよいし、モータ以外の電源として用いられてもよい。例えば、自動車以外の電源としては、鉄道、船舶、航空機やロボットなどの移動体や、情報処理装置などの電気製品の電源などが挙げられる。

１０…演算部、１２…漏電検出回路、２０…第１の差動増幅回路、３０…第２の差動増幅回路、４０…第３の差動増幅回路、Ｂ１〜Ｂ１４…電池モジュール、Ｃ１…フライングキャパシタ、Ｃ２０，Ｃ３０…サブキャパシタ、Ｒ１〜Ｒ１５、Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ３０，Ｒ３１，Ｒ４０〜Ｒ４３…抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ１５…入力側半導体スイッチ、ＳＷ２０，ＳＷ３０…出力側半導体スイッチ、ＳＷ２１，ＳＷ３１…スイッチ、Ｔ１，Ｔ２…端子、Ｖｃｃ…基準電位。

Claims

複数の二次電池の各端子にそれぞれ入力側半導体スイッチを介して並列接続されるメインキャパシタと、
前記メインキャパシタの各端子に出力側半導体スイッチを介してそれぞれの反転入力端子が接続される第１及び第２の差動増幅回路と、
前記第１の差動増幅回路の出力端子と前記第２の差動増幅回路の出力端子との端子間電圧に基づいて前記二次電池の電圧を演算する演算部とを備え、
前記第１及び第２の差動増幅回路はそれぞれ出力端子と反転入力端子とがサブキャパシタを介して接続されてかつ、各非反転入力端子が基準電位に接続されており、前記二次電池は一方の極が外部回路を介して基準電位に接続されており、
前記メインキャパシタの各端子が基準電位に接続される電路には必ず、前記第１の差動増幅回路、前記第２の差動増幅回路及び外部回路の少なくとも１つが介在している
ことを特徴とする電池電圧計測回路。
前記外部回路は、前記二次電池の負極と基準電位との間に接続された漏電検出回路である
請求項１に記載の電池電圧計測回路。
前記メインキャパシタは、直列接続された複数のキャパシタより構成される
請求項１又は２に記載の電池電圧計測回路。
前記サブキャパシタには、抵抗と半導体スイッチとからなる直列回路が並列接続されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池電圧計測回路。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池電圧計測回路において、
前記第１の差動増幅回路の出力端子及び前記第２の差動増幅回路の出力端子と前記演算部との間には第３の差動増幅回路がさらに設けられており、
前記第１の差動増幅回路の出力端子と前記第２の差動増幅回路の出力端子とが前記第３の差動増幅回路の反転入力端子及び非反転入力端子にそれぞれ接続され、前記演算部には前記第３の差動増幅回路の出力端子が接続されている
ことを特徴とする電池電圧計測回路。