JP6740698B2 - 電圧検出装置および組電池監視システム - Google Patents

Description

本発明は、２つの入力ノード間の差電圧を検出する電圧検出装置および組電池監視システムに関する。

例えばΔΣ型Ａ／Ｄ変換器のように高精度なＡ／Ｄ変換器を、電池電圧を検出する用途に用いると、次のような問題が生じる。すなわち、ΔΣ型ではオーバーサンプリングが必須である。そのため、キャパシタへの充放電が比較的短い周期で繰り返され、それに起因して検出対象の電池から持ち出されるリーク電流が生じる。また、電池電圧を検出するためのシステムには、その入力段に比較的高い抵抗値を持つ抵抗およびキャパシタからなるローパスフィルタが設けられている。したがって、電池からのリーク電流が上記フィルタの抵抗を流れることで生じる電圧降下は、電圧の検出値に対して無視できるものではなく、その電圧降下が原因で検出結果に誤差が生じてしまう。

そこで、特許文献１では、上記リーク電流とは逆向きに流れる補償電流を生成する補償回路（以下、リークキャンセル回路と呼ぶ）を設けることにより、上記リーク電流を相殺し、フィルタの抵抗で生じる電圧降下に起因した検出誤差を低減している。

米国特許出願公開第２０１２／０２７４３６０号明細書

上述したようなリークキャンセル回路が正常に動作しない場合、検出精度の低下を招くばかりか、最悪の場合には本来あるべき検出値とは全くかけ離れた値を検出値としてしまい、電圧の検出値を利用して行われる種々の処理にて誤った動作を引き起こすおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧の検出精度を向上することができる電圧検出装置および組電池監視システムを提供することにある。

請求項１に記載の電圧検出装置（１、２１、３１、６１）は、ゼロではないコモンモード電圧を有する２つの入力ノード（Ｎ１、Ｎ２、Ｎａ、Ｎｂ）間の差電圧を検出するものであり、差電圧検出回路（５、６２）、リークキャンセル回路（９、３２、６３）、動作制御部（８）および故障診断部（７）を備える。差電圧検出回路は、２つの入力ノードの各電圧をサンプリングして差電圧を検出し、その検出結果を表す検出電圧を出力する。リークキャンセル回路は、差電圧検出回路の動作に起因して２つの入力ノード側からリークするリーク電流とは逆向きに流れる補償電流を生成する動作を行う。動作制御部は、リークキャンセル回路の動作を実行または停止する。

このような構成において、リークキャンセル回路が正常である場合、差電圧検出回路から出力される検出電圧の値は、リークキャンセル回路の動作を実行させたときと停止させたときとで異なる値になる。しかし、リークキャンセル回路が故障している場合、差電圧検出回路から出力される検出電圧の値は、リークキャンセル回路の動作を実行させたときと停止させたときとで概ね同じ値になる。本手段では、このような点に着目し、故障診断部は、動作制御部がリークキャンセル回路の動作を実行している期間における検出電圧の値である第１検出値と、動作制御部がリークキャンセル回路の動作を停止している期間における検出電圧の値である第２検出値との差に基づいてリークキャンセル回路の故障診断を行う。このようにすれば、リークキャンセル回路が正常に動作しているか否かを精度良く診断することができ、その結果、電圧の検出精度を向上することができる。

第１実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図 差電圧検出回路およびリークキャンセル回路の具体的な構成例を示す図 電池セル、フィルタおよび差電圧検出回路を等価的に示す図 電池セル、フィルタ、差電圧検出回路およびリークキャンセル回路を等価的に示す図 故障診断のための下限判定値および上限判定値の設定方法を説明するための図 各部の動作状態を模式的に示すタイミングチャート 第２実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図 第３実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図その１ 第３実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図その２ 第４実施形態に係る電圧検出装置の構成を模式的に示す図 第５実施形態に係る組電池監視システムの構成を模式的に示す図 差電圧検出回路およびリークキャンセル回路の他の具体的な構成例を示す図

以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図６を参照して説明する。

図１に示すように、電圧検出装置１は、入力ノードＮ１の電圧Ｖipと入力ノードＮ２の電圧Ｖimとの差電圧ΔＶiを検出する。入力ノードＮ１は、抵抗Ｒ１を介して電池セル２の高電位側端子に接続され、入力ノードＮ２は、抵抗Ｒ２を介して電池セル２の低電位側端子に接続されている。入力ノードＮ１、Ｎ２間には、キャパシタＣ１が接続されている。キャパシタＣ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２とともに、ノイズを除去するためのＲＣフィルタ３を構成している。電圧検出装置１は、Ａ／Ｄ変換器４などの回路とともにＩＣとして構成されている。Ａ／Ｄ変換器４としては、電池セル２の電圧を精度良く検出するため、例えばΔΣ型など高精度なものが用いられる。

電池セル２は、図示しない他の電池セルとともに多段に直列接続されることで組電池を構成している。そのため、電池セル２には、コモンモード電圧が重畳されている。このコモンモード電圧は、組電池の上段側、つまり高電位側に接続される電池セルほど高くなり、電池セル２に重畳されるコモンモード電圧は例えば数百ボルト程度となっている。

差電圧検出回路５は、入力ノードＮ１、Ｎ２の電圧Ｖip、Ｖimをサンプリングして差電圧ΔＶiを検出するもので、レベルシフト機能を持つサンプルホールド回路である。差電圧検出回路５は、具体的には、図２に示すように、ＯＰアンプ６、キャパシタＣ２、Ｃ３およびスイッチＳ１〜Ｓ８を備えたシングルエンドの構成とすることができる。

ＯＰアンプ６は、その出力端子から差電圧ΔＶiの検出結果を表す検出電圧ＶOUTを出力する。検出電圧ＶOUTは、Ａ／Ｄ変換器４によりデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、差電圧ΔＶiの検出値を表すもので、故障診断部７に与えられるとともに、図示しない上位の制御装置などにより取得される。

キャパシタＣ２の一端は、スイッチＳ１を介して入力ノードＮ１に接続されているとともに、スイッチＳ２を介してノードＮ２に接続されている。キャパシタＣ２の他端は、スイッチＳ３を介してＯＰアンプ６の反転入力端子に接続されているとともに、スイッチＳ４を介してＯＰアンプ６の非反転入力端子に接続されている。ＯＰアンプ６の反転入力端子は、スイッチＳ５を介してキャパシタＣ３の一端に接続されている。キャパシタＣ３の一端は、スイッチＳ６を介して基準電位となるグランドＧＮＤに接続されている。キャパシタＣ３の他端は、スイッチＳ７を介してＯＰアンプ６の出力端子に接続されているとともに、スイッチＳ８を介してグランドＧＮＤに接続されている。

スイッチＳ１〜Ｓ８は、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されており、そのオンオフは、動作制御部８により制御される。スイッチＳ１、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８（以下、スイッチＡ群と呼ぶ）と、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７（以下、スイッチＢ群と呼ぶ）とは、一方がオンされるときには他方がオフされる、つまり相補的にオンオフされる。なお、本明細書における「相補的にオンオフされる」とは、双方のスイッチがオフする期間、いわゆるデッドタイムを設けるケースを除外するものではない。このような構成において、キャパシタＣ２と、キャパシタＣ２を挟んで組電池側に配される回路素子には、電池セル２に重畳される高いコモンモード電圧が印加されるため、それに耐え得る高耐圧の素子が用いられ、その他の回路素子には低耐圧の素子が用いられている。なお、キャパシタＣ３については、キャパシタＣ２とのペア性を取るため、高耐圧の素子を用いてもよい。

このような構成の差電圧検出回路５の動作に起因し、入力ノードＮ１、Ｎ２側からリークする電流、つまり電池セル２から持ち出されるリーク電流が発生する。なぜなら、差電圧検出回路５では、キャパシタＣ２に対する充放電が所定の周期Ｔで繰り返される。そのため、図３に示すように、等価的には入力ノードＮ１、Ｎ２間に抵抗「Ｒ」が接続されているように見え、電池セル２から持ち出されるリーク電流ＩLが発生する。抵抗「Ｒ」は、下記（１）式により表される。ここで、Ｃ２は、キャパシタＣ２の容量値である。
Ｒ＝Ｔ／Ｃ２ …（１）
このようなリーク電流ＩLがフィルタ３の抵抗Ｒ１、Ｒ２を流れることで電圧降下が生じ、それにより差電圧ΔＶiの電圧検出に誤差が生じる。

このようなリーク電流ＩLによる検出誤差を低減するため、電圧検出装置１には、リークキャンセル回路９が設けられている。図４に示すように、リークキャンセル回路９は、入力ノードＮ１、Ｎ２間に接続された負性抵抗「−Ｒ」のように機能する。そのため、リーク電流ＩLとは逆向きの補償電流ＩCが流れ、リーク電流ＩLが相殺される。

リークキャンセル回路９は、入力ノードＮ１、Ｎ２に対し、差電圧検出回路５と並列に接続されている。リークキャンセル回路９は、入力ノードＮ１、Ｎ２側からリークするリーク電流を相殺するための補償電流を発生させる。リークキャンセル回路９は、具体的には、図２に示すように、ＯＰアンプ１０、抵抗Ｒ３、Ｒ４、キャパシタＣ４およびスイッチＳ９〜Ｓ１２を備えたシングルエンドの構成とすることができる。

ＯＰアンプ１０は、抵抗Ｒ３、Ｒ４とともに反転増幅器を構成しており、差電圧検出回路５から出力される検出電圧ＶOUTを反転するとともに増幅した電圧を出力する。キャパシタＣ４の一端は、スイッチＳ９を介して入力ノードＮ１に接続されているとともに、スイッチＳ１０を介して入力ノードＮ２に接続されている。キャパシタＣ４の他端は、スイッチＳ１１を介してＯＰアンプ１０の出力端子に接続されているとともに、スイッチＳ１２および抵抗Ｒ３を介してＯＰアンプ１０の反転入力端子に接続されている。ＯＰアンプ１０の非反転入力端子は、グランドＧＮＤに接続されている。ＯＰアンプ１０の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ４が接続されている。ＯＰアンプ１０の反転入力端子には、差電圧検出回路５から出力される検出電圧ＶOUTが、抵抗Ｒ３を介して与えられている。このような構成により、リークキャンセル回路９は、差電圧検出回路５から出力される検出電圧ＶOUTに応じた補償電流を生成する。

スイッチＳ９〜Ｓ１２は、例えばＭＯＳトランジスタにより構成されており、そのオンオフは、動作制御部８により制御される。スイッチＳ９、Ｓ１２（以下、スイッチＣ群と呼ぶ）と、スイッチＳ１０、Ｓ１１（以下、スイッチＤ群と呼ぶ）とは、相補的にオンオフされる。このような構成において、キャパシタＣ４と、キャパシタＣ４を挟んで組電池側に配される回路素子には、電池セル２に重畳される高いコモンモード電圧が印加されるため、それに耐え得る高耐圧の素子が用いられ、その他の回路素子には低耐圧の素子が用いられている。

動作制御部８は、差電圧検出回路５およびリークキャンセル回路９の動作を制御する。動作制御部８は、リークキャンセル回路９の動作、つまり補償電流を生成する動作を実行または停止することができる。動作制御部８は、故障診断部７から動作指令が与えられていないときには、リークキャンセル回路９の動作を実行する。また、動作制御部８は、故障診断部７から動作指令が与えられると、それに従い、リークキャンセル回路９の動作を実行または停止する。

動作制御部８は、リークキャンセル回路９の動作を実行する場合、スイッチＡ群およびＣ群のオンオフタイミングが同一となり、スイッチＢ群およびＤ群のオンオフタイミングが同一となるようにスイッチＳ１〜Ｓ１２を制御する。また、動作制御部８は、リークキャンセル回路９の動作を停止する場合、差電圧検出回路５のスイッチＳ１〜Ｓ８のオンオフを制御するとともに、リークキャンセル回路９のスイッチＳ９〜Ｓ１２を全てオフにする。なお、このとき、スイッチＳ９およびＳ１０と、スイッチＳ１１およびＳ１２とのいずれか一方だけをオフにしてもよい。

故障診断部７は、Ａ／Ｄ変換器４から出力される検出電圧ＶOUTの値を表すデジタルデータに基づいてリークキャンセル回路９の故障診断を行う。なお、以下の説明では、上記デジタルデータのことを「検出電圧の値」とも呼ぶ。

上記構成において、リークキャンセル回路９が動作していないときの検出電圧ＶOUTの値は下記（２）式により表される。これに対し、リークキャンセル回路９が動作しているときの検出電圧ＶOUTの値は下記（３）式により表される。ただし、Ｃ３はキャパシタＣ３の容量値であり、ＲＦは、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値であり、ＶBATは電池セル２の電圧値である。
ＶOUT＝（Ｃ２／Ｃ３）×（Ｒ／（２×ＲＦ＋Ｒ））×ＶBAT …（２）
ＶOUT＝（Ｃ２／Ｃ３）×ＶBAT …（３）

したがって、リークキャンセル回路９に故障が生じておらず正常であれば、検出電圧の値は、動作制御部８に対しリークキャンセル回路９の動作を停止する動作指令が与えられる場合には（２）式の値になり、動作を実行する動作指令が与えられる場合には（３）式の値になり、互いに異なる値となる。しかし、リークキャンセル回路９に故障が生じていると、検出電圧の値は、動作制御部８に対しリークキャンセル回路９の動作を停止する動作指令が与えられる場合および動作を実行する動作指令が与えられる場合のいずれにおいても、（２）式の値、つまり互いに同じ値となる。

このような点に着目し、故障診断部７は、動作制御部８に対しリークキャンセル回路９の動作を実行する動作指令を与えている期間における検出電圧の値である第１検出値Ｖｄ１と、動作制御部８に対しリークキャンセル回路９の動作を停止する動作指令を与えている期間における検出電圧の値である第２検出値Ｖｄ２との差に基づいてリークキャンセル回路９の故障診断を行う。なお、故障診断部７は、第１検出値Ｖｄ１および第２検出値Ｖｄ２を格納するためのレジスタなどを備えている。

故障診断部７は、第１検出値Ｖｄ１から第２検出値Ｖｄ２を減算して得られる差電圧ΔＶｄ（＝Ｖｄ１−Ｖｄ２）の値が下記（４）式を満たす値である場合にはリークキャンセル回路９が正常であると診断し、下記（４）式を満たさない値である場合にはリークキャンセル回路９が故障していると診断する。ただし、ａは故障診断のための下限判定値であり、ｂは故障診断のための上限判定値であり、いずれも正の値である。
ａ≦ΔＶｄ≦ｂ …（４）

つまり、故障診断部７は、差電圧ΔＶｄが下限判定値ａ未満である場合および上限判定値ｂを超える場合、リークキャンセル回路９が故障していると診断する。なお、この場合、上限判定値ｂを用いた診断は省略してもよい。すなわち、故障診断部７は、差電圧ΔＶｄが下限判定値ａ未満である場合、リークキャンセル回路９が故障していると診断し、差電圧ΔＶｄが下限判定値ａ以上である場合、リークキャンセル回路９が正常であると診断してもよい。

ここで、下限判定値ａおよび上限判定値ｂは、次のような点を考慮して設定されている。すなわち、リークキャンセル回路９の動作時と停止時での検出電圧の値の差、つまり差電圧ΔＶｄは、必ずしも一定ではなく、ＲＣフィルタ３の抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値ＲＦ、キャパシタＣ２の容量値Ｃ２、キャパシタＣ２に対する充放電の周期Ｔなどのばらつきに起因して変化する。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、このような回路定数等のばらつきを見込んだうえで、リークキャンセル回路９が正常である場合において想定される差電圧ΔＶｄの最小値を下限判定値ａとして設定し、想定される差電圧ΔＶｄの最大値を上限判定値ｂとして設定している。

上述したようなリークキャンセル回路９の故障診断は、電圧検出装置１の起動時に実行されるとともに、起動後に所定期間が経過する毎に、つまり起動後に定期的に実行される。なお、故障診断は、起動時だけに実行してもよいし、起動後に定期的に実行するだけでもよい。また、定期的に故障診断を実行する場合、電池セル２の監視に関する他の診断などとまとめて行い得るように、その故障診断を実行するタイミングを決定するとよい。

次に、上記構成の作用について図６のタイミングチャートを参照して説明する。
故障診断部７は、リークキャンセル回路９の故障診断を開始すると、動作制御部８に対しリークキャンセル回路９の動作を実行する旨の動作指令を与える。これにより、動作制御部８は、スイッチＡ群およびＣ群のオンオフタイミングが同一となり、スイッチＢ群およびＤ群のオンオフタイミングが同一となるようにスイッチＳ１〜Ｓ１２を制御する。したがって、この期間には、故障が生じていなければ、リークキャンセル動作が実行される。また、このとき、Ａ／Ｄ変換器４はｎ回目のＡ／Ｄ変換を実行しており、故障診断部７は、そのｎ回目のＡ／Ｄ変換の結果として得られるデジタルデータを第１検出値Ｖｄ１としてレジスタに格納する。

続いて、故障診断部７は、動作制御部８に対しリークキャンセル回路９の動作を停止する旨の動作指令を与える。これにより、動作制御部８は、スイッチＡ群およびＢ群を相補的にオンオフするようにスイッチＳ１〜Ｓ８を制御するとともに、スイッチＣ群およびＤ群、つまりスイッチＳ９〜Ｓ１２をオフする。したがって、この期間には、故障が生じているか否かに関係なくリークキャンセル動作は実行されない。また、このとき、Ａ／Ｄ変換器４はｎ＋１回目のＡ／Ｄ変換を実行しており、故障診断部７は、そのｎ＋１回目のＡ／Ｄ変換の結果として得られるデジタルデータを第２検出値Ｖｄ２としてレジスタに格納する。

その後、故障診断部７は、レジスタに格納された第１検出値Ｖｄ１から第２検出値Ｖｄ２を減算して差電圧ΔＶｄを求める。そして、故障診断部７は、求めた差電圧ΔＶｄの値が、下限判定値ａ未満である場合および上限判定値ｂを超える場合にはリークキャンセル回路９が故障していると診断する。また、故障診断部７は、求めた差電圧ΔＶｄの値が、下限判定値ａ以上であり且つ上限判定値ｂ未満である場合にはリークキャンセル回路９が正常であると診断する。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、故障診断部７が、リークキャンセル回路９の動作を実行する旨の動作指令を与えている期間における検出電圧の値である第１検出値Ｖｄ１と、リークキャンセル回路９の動作を停止する旨の動作指令を与えている期間における検出電圧の値である第２検出値Ｖｄ２との差である差電圧ΔＶｄに基づいてリークキャンセル回路９の故障診断を行うようになっている。このような差電圧ΔＶｄの値は、前述したとおりの理由からリークキャンセル回路９が正常である場合と故障している場合とで異なる。したがって、本実施形態によれば、リークキャンセル回路９が正常に動作しているか否かを精度良く診断することができ、その結果、電圧の検出精度を向上することができる。

故障診断部７は、差電圧ΔＶｄの値が、下限判定値ａ未満である場合だけでなく、上限判定値ｂを超える場合にもリークキャンセル回路９が故障していると診断するようにした。リークキャンセル回路９が故障した場合、リーク電流がキャンセルされずに検出電圧の値が本来の値よりも小さい値になることが多い。しかし、リークキャンセル回路９のＯＰアンプ１０の故障やスイッチＳ９〜Ｓ１２の固着などに起因してリーク電流よりも補償電流が大きくなる可能性があり、その場合には検出電圧の値が本来の値より大きい値になり得る。本実施形態によれば、このようなケースの故障をも含め、リークキャンセル回路９の故障を検出することができる。

故障診断のための下限判定値ａおよび上限判定値ｂを、差電圧ΔＶｄの変化に寄与する回路定数等のばらつきを見込んだうえで設定した。したがって、回路定数等のばらつきに起因して差電圧ΔＶｄが変化する場合でも、その差電圧ΔＶｄに基づいてリークキャンセル回路９の故障診断を精度良く行うことができる。

リークキャンセル回路９の故障診断を電圧検出装置１の起動時に実行するようにした。そのため、リークキャンセル回路９が故障した状態で電圧検出装置１の動作を開始してしまうことを防止できる。また、リークキャンセル回路９の故障診断を電圧検出装置１の起動後、定期的に実行するようにした。このようにすれば、電圧検出装置１の動作を開始した後でリークキャンセル回路９が故障した場合でも、その故障を検出することが可能となり、電圧の検出精度が低下した状態で動作を続けてしまうことを防止することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図７を参照して説明する。
図７に示すように、入力ノードＮａは、抵抗Ｒ２１を介して組電池の最上段の電池セル２の高電位側端子に接続されている。入力ノードＮｂは、組電池の最下段の電池セル２の低電位側端子に接続されている。入力ノードＮａ、Ｎｂ間には、キャパシタＣ２１が接続されている。キャパシタＣ２１は、抵抗Ｒ２１とともに、ＲＣフィルタを構成している。

このような構成により、入力ノードＮａ、Ｎｂ間には、所定数の電池セル２からなるブロックの電圧（以下、ブロック電圧と呼ぶ）が与えられる。入力ノードＮａ、Ｎｂ間には、抵抗Ｒ２２、Ｒ２３からなる分圧回路が接続されている。電圧検出装置２１は、抵抗Ｒ２２、Ｒ２３の相互接続点とノードＮｂとの差電圧を検出する。つまり、電圧検出装置２１は、入力ノードＮａ、Ｎｂ間に与えられるブロック電圧を分圧して検出する構成となっている。

電圧検出装置２１が備える故障診断部７は、第１実施形態と同様に、リークキャンセル回路９の故障診断を行う。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この場合、電圧の検出経路には、ＲＣフィルタを構成する抵抗Ｒ２１に加え、分圧回路を構成する抵抗Ｒ２２、Ｒ２３も存在するため、リーク電流により生じる電圧降下、つまり電圧の検出誤差が、第１実施形態よりも大きくなる傾向がある。

そのため、リークキャンセル回路９の動作／非動作での検出電圧の差、つまり第１検出値Ｖｄ１と第２検出値Ｖｄ２の差電圧ΔＶｄも大きくなる。したがって、本実施形態によれば、下限判定値ａおよび上限判定値ｂについて誤差要因などを考慮した細やかな設定を行うことなく、リークキャンセル回路９の故障診断を精度良く行うことができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図８および図９を参照して説明する。
図８に示すように、電圧検出装置３１は、電圧検出装置１に対し、リークキャンセル回路９に代えてリークキャンセル回路３２を備える点が異なっている。リークキャンセル回路３２は、Ｄ／Ａ変換器３３を含んで構成されており、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるデジタルデータをＤ／Ａ変換した結果であるアナログ電圧を用いて、検出電圧ＶOUTに応じた補償電流を生成する。

電圧検出装置３１が備える故障診断部７は、第１実施形態と同様に、リークキャンセル回路９の故障診断を行う。また、この場合、図９に示すように、１つのスイッチＳ３１を追加することで、故障診断部７は、リークキャンセル回路９全体の故障診断だけでなく、それに含まれるＤ／Ａ変換器３３が故障しているか否かについて個別に診断を行うことが可能である。

図９に示すように、スイッチＳ３１は、Ａ／Ｄ変換器４に対し、検出電圧ＶOUTを入力する状態と、Ｄ／Ａ変換器３３の出力電圧を入力する状態と、を切り替えるために設けられている。つまり、スイッチＳ３１は、検出電圧ＶOUTおよびＤ／Ａ変換器３３が出力するアナログ電圧のいずれか一方を選択的にＡ／Ｄ変換器４に入力する切替部に相当する。スイッチＳ３１は、動作制御部８により制御される。

なお、スイッチＳ３１は、通常動作時およびリークキャンセル回路９全体の故障診断が行われるときには検出電圧ＶOUT側に切り替えられた状態で固定される。また、この場合、故障診断部７は、Ｄ／Ａ変換器３３に対し、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるデジタルデータに代えて、所定のテストデータを入力する機能を有する。つまり、この場合、故障診断部７は、テストデータ入力部としても機能する。

次に、上記構成によるＤ／Ａ変換器３３の故障診断について説明する。
Ｄ／Ａ変換器３３の故障診断を開始すると、故障診断部７は、動作制御部８を通じて差電圧検出回路５およびリークキャンセル回路３２の動作を停止させるとともに、スイッチＳ３１をＤ／Ａ変換器３３側に切り替える。続いて、故障診断部７は、レジスタに格納されているデジタルデータのうちのいずれかをテストデータとして、Ｄ／Ａ変換器３３に出力する。なお、テストデータは、どのような値であっても構わない。

これにより、Ｄ／Ａ変換器３３からテストデータに対応したアナログ電圧が出力され、そのアナログ電圧はＡ／Ｄ変換器４によりデジタルデータに変換される。そして、故障診断部７は、このときＡ／Ｄ変換器４から出力されるデジタルデータと、Ｄ／Ａ変換器３３に出力したテストデータとを比較する。これらのデータは、Ｄ／Ａ変換器３３が正常であれば一致しているはずである。そこで、故障診断部７は、上記各データが一致している場合にはＤ／Ａ変換器３３が正常であると診断し、不一致である場合にはＤ／Ａ変換器３３が故障していると診断する。

このようなＤ／Ａ変換器３３の故障診断は、単独で実施してもよいし、第１実施形態と同様の方法にてリークキャンセル回路３２全体の故障診断を実施した結果、リークキャンセル回路３２が故障していると診断された場合に実施するようにしてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態によれば、リークキャンセル回路３２全体の故障診断だけでなく、そのリークキャンセル回路３２が備えるＤ／Ａ変換器３３が故障しているか否かについて個別に診断することができる。また、この場合、リークキャンセル回路３２全体の故障診断を実施した結果、リークキャンセル回路３２が故障していると診断された場合にＤ／Ａ変換器３３の故障診断を行うようにすれば、故障個所を特定することが可能となり、その後の対応が行い易くなるという効果も得られる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、電圧検出装置４１は、入力ノードＮ１、Ｎ２間にＲＣフィルタ３を介して電池セル２を接続する状態と、ＲＣフィルタ３を介して既知の検査電圧を生成する電圧生成部４２を接続する状態と、を切り替え可能になっている。なお、電池セル２および電圧生成部４２を選択的に接続することができる接続端子Ｐ１、Ｐ２を設けることで、このような切り替えが可能となっている。したがって、接続端子Ｐ１、Ｐ２は、入力ノードＮ１、Ｎ２間に既知の検査電圧を印加する検査電圧印加部に相当する。

この場合、電圧生成部４２は、ＩＣの外部に設けられた電源の電圧をＩＣの外部に設けられた分圧回路により分圧して出力する構成となっている。なお、電圧生成部４２は、ＩＣの内部に設けられた電源の電圧をＩＣの外部に設けられた分圧回路により分圧して出力する構成でもよいし、ＩＣの内部に設けられた電源の電圧をＩＣの内部に設けられた分圧回路により分圧して出力する構成でもよい。

電圧生成部４２から出力される検査電圧の値は、故障診断部４３に予め記憶されている。なお、故障診断部４３には、検査電圧の値ではなく、電圧生成部４２を構成する電源の電圧値と分圧回路の分圧比が記憶されていてもよい。その場合でも、故障診断部４３は、予め記憶された電圧値および分圧比から演算により検査電圧を求めることができる。

故障診断部４３は、入力ノードＮ１、Ｎ２間に検査電圧が印加されている期間における検出電圧の値に基づいてリークキャンセル回路９の故障診断を行う。なお、故障診断部４３は、動作制御部８に対し、リークキャンセル回路９の動作を実行する旨の動作指令を与えた状態で、上記故障診断を行う。

上記構成において、リークキャンセル回路９が正常である場合、検出電圧の値は、既知の検査電圧の値に近似した値（以下、理想値）となる。しかし、リークキャンセル回路９が故障している場合、検出電圧の値は、理想値ではなく、リーク電流に起因した誤差を含む値となる。

このような点に着目し、故障診断部４３は、入力ノードＮ１、Ｎ２間に検査電圧が印加されている期間における検出電圧の値が理想値である場合、リークキャンセル回路９が正常であると診断し、検出電圧の値が理想値とは異なる場合、リークキャンセル回路９が故障していると診断する。なお、故障診断部４３は、検出電圧の値が、理想値を含む所定の範囲の値である場合にリークキャンセル回路９が正常であると診断し、上記所定の範囲から外れた値である場合にリークキャンセル回路９が故障していると診断してもよい。

以上説明した本実施形態によっても、第１実施形態と同様、リークキャンセル回路９が正常に動作しているか否かを精度良く診断することができ、その結果、電圧の検出精度を向上することができる。さらに、この場合、既知の検査電圧を用いた故障診断であるため、診断の精度を一層高めることができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について、図１１を参照して説明する。
図１１に示すように、組電池監視システム５１は、組電池５２を構成する各電池セル２の電圧を監視する。組電池５２は、複数の二次電池、燃料電池などの電池セル２が多段に直列接続された構成となっている。

電池監視ＩＣ５３は、各電池セル２の高電位側端子に対応した複数の接続端子５４と、各電池セル２の低電位側端子に対応した複数の接続端子５５と、を備える。接続端子５４、５５は、それぞれ図１に示した入力ノードＮ１、Ｎ２に対応している。各電池セル２と各接続端子５４、５５との間は、ノイズを除去するためのフィルタ５６を介して接続されている。フィルタ５６は、図１に示したＲＣフィルタ３に対応している。

マルチプレクサ５７は、複数のスイッチ回路から構成されており、複数組の接続端子５４、５５のうちいずれか１組を選択して電圧検出装置１に接続する。電圧検出装置１は、マルチプレクサ５７を介して接続された接続端子５４、５５の各電圧をサンプリングし、それら接続端子５４、５５に対応する電池セル２の端子間の差電圧を検出する。つまり、電池監視ＩＣ５３は、複数の電池セル２の電圧を、１つの電圧検出装置１により時分割で検出する構成となっている。電圧検出装置１は、検出した差電圧を表す検出電圧ＶOUTをＡ／Ｄ変換器４に出力する。

Ａ／Ｄ変換器４は、電圧検出装置１から与えられる検出電圧ＶOUTをデジタルデータ（以下、電圧データと呼ぶ）に変換する。Ａ／Ｄ変換器４としては、電池セル２の電圧を精度良く検出するため、ΔΣ型など高精度なものが用いられる。そのため、電圧検出装置１では、目標のサンプリング周波数より十分に高い周波数で入力信号をサンプリングするオーバーサンプリングが用いられる。

なお、図示は省略しているが、各接続端子５４、５５とマルチプレクサ５７との間には、各電池セル２の電圧を均等化するための均等化処理などを行うための均等化スイッチなどが接続されている。

制御回路５８は、マルチプレクサ５７、電圧検出装置１、Ａ／Ｄ変換器４、均等化スイッチなどの動作を制御するもので、図１に示した故障診断部７および動作制御部８を含んでいる。制御回路５８には、Ａ／Ｄ変換器４から出力される電圧データが与えられている。制御回路５８は、図示しない上位の制御装置と通信を行うための通信インターフェースを含んでいる。制御回路５８は、出力端子５９から通信ネットワークなどを介して、各電池セル２の電圧データを上位の制御装置に送信する。

背景技術の説明でも述べたとおり、入力段にＲＣフィルタが設けられるなどして入力インピーダンスが高い電圧検出のシステムにおいてオーバーサンプリングによる検出手法を用いると、リーク電流により生じる検出誤差が顕著に現れることになる。このような場合でも、電圧検出装置１を用いれば、回路面積および消費電流の増加を抑制しつつ、リーク電流に起因する検出誤差の発生を抑え、電圧の検出精度を良好に維持することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態では、本発明の電圧検出装置が組電池を構成する電池セルの差電圧を検出する用途に適用された例について説明したが、本発明の電圧検出装置は、ゼロではないコモンモード電圧を有する２つの入力ノード間の差電圧を検出する用途全般に適用することができる。

上記各実施形態では、差電圧検出回路５およびリークキャンセル回路９、３２の具体的構成としてシングルエンドの構成を示したが、これに限らずともよい。例えば、図１２に示す電圧検出装置６１のように、いずれも差動構成の差電圧検出回路６２およびリークキャンセル回路６３を備えたものでもよい。この場合、差電圧検出回路６２は、差動出力形式のＯＰアンプ６４を備えている。そして、ＯＰアンプ６４の反転入力端子と非反転出力端子の側および非反転入力端子と反転出力端子の側は対象回路構成を有している。なお、図１２では、反転入力端子と非反転出力端子の側に設けられた構成の符号の末尾には「ａ」を付し、非反転入力端子と反転出力端子の側に設けられた構成の符号の末尾には「ｂ」を付している。

故障診断部７による故障診断の際、第１検出値Ｖｄ１および第２検出値Ｖｄ２を取得して格納するタイミングを入れ替えてもよい。つまり、最初に第２検出値Ｖｄ２を取得して格納し、その後に第１検出値Ｖｄ１を取得して格納してもよい。また、第１検出値Ｖｄ１および第２検出値Ｖｄ２を１回ずつのＡ／Ｄ変換の結果から取得するだけに限らず、複数回のＡ／Ｄ変換の結果の平均値や積算値として取得してもよい。
故障診断部７、４３は、ＩＣ内部に設けられた制御回路５８などにより実現する構成でもよいし、ＩＣ外部の他のハードウェアやソフトウェアにより実現する構成でもよい。

１、２１、３１、４１、６１…電圧検出装置、５、６２…差電圧検出回路、７、４３…故障診断部、８…動作制御部、９、３２、６３…リークキャンセル回路、Ｎ１、Ｎ２、Ｎａ、Ｎｂ…入力ノード。

Claims (9)

1. ゼロではないコモンモード電圧を有する２つの入力ノード（Ｎ１、Ｎ２、Ｎａ、Ｎｂ）間の差電圧を検出する電圧検出装置（１、２１、３１、６１）であって、
   前記２つの入力ノードの各電圧をサンプリングして前記差電圧を検出し、その検出結果を表す検出電圧を出力する差電圧検出回路（５、６２）と、
   前記差電圧検出回路の動作に起因して前記２つの入力ノード側からリークするリーク電流とは逆向きに流れる補償電流を生成する動作を行うリークキャンセル回路（９、３２、６３）と、
   前記リークキャンセル回路の動作を実行または停止する動作制御部（８）と、
   前記動作制御部により前記リークキャンセル回路の動作が実行されている期間における前記検出電圧の値である第１検出値と、前記動作制御部により前記リークキャンセル回路の動作が停止されている期間における前記検出電圧の値である第２検出値との差に基づいて前記リークキャンセル回路の故障診断を行う故障診断部（７）と、
   を備える電圧検出装置。
2. 前記故障診断部は、前記第１検出値および前記第２検出値の差が、下限判定値未満である場合に前記リークキャンセル回路が故障していると診断する請求項１に記載の電圧検出装置。
3. 前記故障診断部は、前記第１検出値および前記第２検出値の差が、前記下限判定値よりも高い上限判定値を超える場合にも前記リークキャンセル回路が故障していると診断する請求項２に記載の電圧検出装置。
4. 前記故障診断部は、装置の起動時に前記故障診断を行う請求項１から３のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
5. 前記故障診断部は、装置の起動後、所定期間が経過する毎に前記故障診断を行う請求項１から４のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
6. 組電池（５２）を構成する各電池セル（２）の電圧を監視する組電池監視システム（５１）であって、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の電圧検出装置と、
   前記各電池セルの高電位側端子および低電位側端子と、前記電圧検出装置の２つの入力ノード（５４、５５）と、の間に介在するフィルタ（５６）と、
   前記差電圧検出回路から出力される検出電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器（４）と、
   を備え、
   前記電圧検出装置は、前記各電池セルを検出対象とし、オーバーサンプリングによる検出手法で前記差電圧を検出する組電池監視システム。
7. 前記電圧検出装置は、前記各電池セルのうち、いずれか１つの電池セルを検出対象とする請求項６に記載の組電池監視システム。
8. 前記電圧検出装置は、所定数の前記電池セルからなるブロックの電圧を検出対象とする請求項６に記載の組電池監視システム。
9. 前記リークキャンセル回路（３２）は、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータをアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器（３３）を備え、前記アナログ電圧を用いて前記補償電流を生成し、
   さらに、
   前記検出電圧および前記アナログ電圧のいずれか一方を選択的に前記Ａ／Ｄ変換器に入力する切替部（Ｓ３１）と、
   前記Ｄ／Ａ変換器に対し前記デジタルデータに代えて所定のテストデータを入力するテストデータ入力部（７）を備え、
   前記故障診断部は、前記Ｄ／Ａ変換器に対し所定のテストデータが入力されるとともに、前記切替部により前記アナログ電圧が前記Ａ／Ｄ変換器に入力されているときの前記デジタルデータに基づいて前記Ｄ／Ａ変換器の故障診断を行う請求項６から８のいずれか一項に記載の組電池監視システム。

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