JP7279570B2 - 電圧測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池より共通の負荷に駆動電圧を印加する電圧供給経路における複数の電圧発生部の電圧を、マルチプレクサ及びＡ／Ｄコンバータを介して測定する装置に関する。

例えば、車両のアイドリングストップシステムでは、エンジンのスタータモータを頻繁に駆動するため、車両の補機バッテリとは別に二次電池からなるバッテリを設けて、何れか一方のバッテリから駆動電圧を印加する構成を採用したものがある。そして、このような構成において、駆動電圧を供給する経路について電圧の測定対象となる部分が複数ある場合には、各部の電圧をマルチプレクサを介してＡ／Ｄコンバータに入力し、測定を行うのが一般的である。

特許５２３４０５２号公報

マルチプレクサは、複数のスイッチ回路を組合せて構成されることが多く、そのスイッチ回路は、例えば２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴを直列に接続して構成される。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴをオンさせるには、ソース電位を基準として閾値電圧以上の電圧をゲートに印加する必要がある。そのため、駆動電圧を供給する経路の構成状態によっては、測定対象の電圧が二次電池より供給される駆動電圧を上回る可能性がある。すると、マルチプレクサを構成するＦＥＴのソース－ゲート間の電位差が小さくなり、ＦＥＴをオンできなくなるおそれがある。

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、複数の二次電池より共通の負荷に駆動電圧を印加する構成においても、マルチプレクサを確実に動作できる電圧測定装置を提供することにある。

請求項１記載の電圧測定装置によれば、マルチプレクサの入力端子は、複数の二次電池と、二次電池より駆動電圧が印加される共通の負荷との間の電圧供給経路における複数の電圧発生部に接続される。マルチプレクサの出力端子には、Ａ／Ｄコンバータが接続される。昇圧電源回路は、マルチプレクサを構成する複数のスイッチ回路を駆動するための昇圧電圧を生成する。前記スイッチ回路は、ドレインが共通に接続される２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成され、昇圧電源回路の電源入力端子には、複数の二次電池からの電源がＯＲ接続されたダイオードを介して供給される。

このように構成すれば、複数の二次電池の端子電圧がそれぞれ変動しても、昇圧電源回路には、その時点において端子電圧が最も高い二次電池からの電源が入力される。これにより昇圧電源回路は、スイッチ回路を構成する２つのＦＥＴのゲートに対し、ソース電位を基準として確実にそれらをオンできる駆動電圧を生成可能になる。したがって、マルチプレクサの入力端子の接続を、複数の電圧発生部に対して確実に切換えて、それらの電圧をＡ／Ｄコンバータにより測定できる。

請求項２記載の電圧測定装置によれば、電圧発生部を、一端が複数の二次電池の正側端子に接続され、他端が負荷に共通に接続されている複数の電流検出抵抗とする。このように構成すれば、電流検出抵抗の端子電圧をＡ／Ｄコンバータにより測定することで、各二次電池より負荷に供給される電源電流の値を測定できる。

請求項３記載の電圧測定装置によれば、複数の負荷側スイッチング素子を、複数の二次電池の正側端子と負荷との間にそれぞれ配置する。このように構成すれば、各負荷側スイッチング素子のオンオフを制御することで、複数の二次電池からの電源を負荷に対して選択的に供給できる。

第１実施形態であり、電圧測定装置の構成を示す図 マルチプレクサを構成するスイッチ回路の具体構成を示す図 第２実施形態であり、電圧測定装置の構成を示す図

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の監視ＩＣ１は、例えば車両のアイドリングストップシステムに適用される。車両には、バッテリ電源として鉛蓄電池２及びリチウム蓄電池３を備えており、これらより供給される電源電圧を共通の負荷４に印加する。負荷４は車両のスタータモータである。リチウム蓄電池３は、単位セル３ａを複数個直列に接続してなる組電池である。監視ＩＣ１は電圧測定装置の一例であり、電池２及び３は何れも二次電池の一例である。

鉛蓄電池２の正側端子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ５，電流検出抵抗６及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ７の直列回路を介して負荷４に接続されている。ＦＥＴ５，７は、何れもソースが電流検出抵抗６側に接続されている。リチウム蓄電池３の正側端子も同様に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ８，電流検出抵抗９及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０の直列回路を介して負荷４に接続されている。ＦＥＴ５，７，８，１０は、負荷側スイッチング素子の一例である。尚、鉛蓄電池２及びリチウム蓄電池３の負側端子，すなわちグランドから、電池２及び３を経由して負荷４に駆動電圧を印加するまでの経路を、電圧供給経路２０と称する。

監視ＩＣ１は、マルチプレクサ１１，Ａ／Ｄコンバータ１２，昇圧電源回路１３及びスイッチ制御部１４を備えている。監視ＩＣ１は、マルチプレクサ１１を介して、電流検出抵抗６及び９の端子電圧，並びにリチウム蓄電池３を構成する各単位セル３ａの端子電圧をＡ／Ｄコンバータ１２に入力し、Ａ／Ｄ変換することで電圧供給経路２０の電圧・電流を監視する。

マルチプレクサ１１は、複数のスイッチ回路１５を組み合わせて構成されている。図２に示すように、スイッチ回路１５は、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１５ａ及び１５ｂを、ドレインを共通に接続して構成されている。また、ＦＥＴ１５ａ及び１５ｂのゲートも共通に接続されており、これらのゲートには、昇圧電源回路１３により昇圧された電圧が駆動電圧として与えられる。

昇圧電源回路１３は、例えばチャージポンプ回路等であり、その電源入力端子に、鉛蓄電池２，リチウム蓄電池３の正側端子がダイオード１６，１７を介して接続されている。すなわち、ダイオード１６，１７のカソードは前記電源入力端子に共通に接続されており、ダイオード１６，１７は所謂ＯＲ接続されている。昇圧電源回路１３は電源入力端子に与えられる電圧を昇圧して、マルチプレクサ１１のスイッチ回路１５に駆動電圧として出力する。

スイッチ制御部１４は、昇圧電源回路１３を介して、マルチプレクサ１１を構成するスイッチ回路１５の何れか１組を選択的にオンすることで、測定対象電圧をＡ／Ｄコンバータ１２に入力する。図２中の「制御信号」が、昇圧電源回路１３を介してＦＥＴ１５ａ及び１５ｂのゲートに印加される駆動電圧に相当する。尚、電池２及び３，電流検出抵抗６，９並びに単位セル３ａは、電圧発生部の一例である。

また、スイッチ制御部１４は、電流検出抵抗６の両端にあるＦＥＴ５，７及び電流検出抵抗９の両端にあるＦＥＴ８，１０のオンオフも制御する。すなわち、スイッチ制御部１４がＦＥＴ５及び７をオンすると、鉛蓄電池２の電源電圧が電流検出抵抗６を介して負荷４に印加され、スイッチ制御部１４がＦＥＴ８及び１０をオンすると、リチウム蓄電池３の電源電圧が電流検出抵抗９を介して負荷４に印加される。それぞれのケースにおいて、スイッチ制御部１４は、電流検出抵抗６，９の端子電圧をＡ／Ｄコンバータ１２に入力するようにマルチプレクサ１１を制御する。そして、監視ＩＣ１は、前記端子電圧をＡ／Ｄ変換したデータに基づいて負荷電流を監視する。

以上のように構成される本実施形態によれば、マルチプレクサ１１の入力端子を、電池２及び３，単位セル３ａの正側，負側端子間と、電流検出抵抗６及び９の両端子間に接続し、マルチプレクサ１１の出力端子をＡ／Ｄコンバータ１２の入力端子に接続する。昇圧電源回路１３は、マルチプレクサ１１を構成する複数のスイッチ回路１５を駆動するための昇圧電圧を生成する。それらのスイッチ回路１５を、ドレインが共通に接続される２つのＦＥＴ１５ａ及び１５ｂで構成し、昇圧電源回路１３の電源入力端子には、電池２，３からの電源がＯＲ接続されたダイオード１６及び１７を介して供給する。

このように構成すれば、電池２，３の端子電圧がそれぞれ変動しても、昇圧電源回路１３には、その時点において端子電圧が最も高い電池２又は３からの電源が入力される。これにより昇圧電源回路１３は、スイッチ回路１５を構成するＦＥＴ１５ａ及び１５ｂのゲートに対し、ソース電位を基準として確実にそれらをオンできる駆動電圧を生成可能になる。したがって、マルチプレクサ１１の入力端子の接続を確実に切換えて、電流検出抵抗６及び９等の電圧をＡ／Ｄコンバータ１２により測定できる。そして、各電池２又は３より負荷４に供給される電源電流の値を測定できる。また、ＦＥＴ５及び７，８及び１０のオンオフを制御することで、電池２又は３からの電源を負荷４に対して選択的に供給できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。図３に示す第２実施形態の監視ＩＣ２１は、鉛蓄電池２，リチウム蓄電池３の正側端子とダイオード１６，１７のアノードとの間に、それぞれＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２，２３が挿入されている。これらのＦＥＴ２２，２３は、それぞれのソースがダイオード１６，１７のアノードに接続されている。そして、ＦＥＴ２２，２３の駆動電圧も昇圧電源回路１３Ａより供給し、スイッチ制御部１４Ａは、昇圧電源回路１３Ａを介してＦＥＴ２２，２３のオンオフも制御する。ＦＥＴ２２及び２３は、装置側スイッチング素子の一例である。

次に、第２実施形態の作用について説明する。第１実施形態で述べたように、スイッチ制御部１４ＡがＦＥＴ５及び７をオンして鉛蓄電池２の電源電圧を負荷４に印加する際には、ＦＥＴ２２をオンにしてＦＥＴ２３をオフにする。これが図中の制御信号Ａに対応する駆動形態である。一方、スイッチ制御部１４ＡがＦＥＴ８及び１０をオンしてリチウム蓄電池３の電源電圧を負荷４に印加する際には、ＦＥＴ２２をオフにしてＦＥＴ２３をオンにする。これが図中の制御信号Ｂに対応する駆動形態である。

以上のように第２実施形態によれば、ＦＥＴ２２，２３を、電池２，３の正側端子とダイオード１６，１７のアノードとの間にそれぞれ配置し、ＦＥＴ５，７，８，１０，２２，２３を駆動するための電圧を昇圧電源回路１３Ａより供給する。このように構成すれば、電池２又は３からの電源を、負荷４と共に昇圧電源回路１３Ａに対して選択的に供給できる。また、負荷４に駆動電圧を供給しない方の電池２又は３から昇圧電源回路１３Ａへの電源供給を停止することで、エネルギー消費を抑制できる。そして、ＦＥＴ５～２３を、昇圧電源回路１３Ａにより昇圧された電圧により確実に駆動できる。

（その他の実施形態）
２つの二次電池は、何れも鉛蓄電池でも良く、何れもリチウム蓄電池でも良い。
負荷はスタータモータに限らず、アイドリングストップ以外のシステムに適用しても良い。
二次電池は３つ以上あっても良い。
負荷側及び装置側スイッチング素子は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らない。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は監視ＩＣ、２は鉛蓄電池、３はリチウム蓄電池、３ａは単位セル、４は負荷、５，７，８，１０はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、６，９は電流検出抵抗、１１はマルチプレクサ、１２はＡ／Ｄコンバータ、１３は昇圧電源回路、１４はスイッチ制御部、１５はスイッチ回路、１６及び１７はダイオード、２０は電圧供給経路、２２及び２３はＮチャネルＭＯＳＦＥＴを示す。

Claims (7)

1. 複数の二次電池（２，３）と、これらの二次電池より駆動電圧が印加される共通の負荷（４）との間の電圧供給経路における複数の電圧発生部（２，３，３ａ，６，９）に入力端子が接続されるマルチプレクサ（１１）と、
   このマルチプレクサの出力端子に接続されるＡ／Ｄコンバータ（１２）と、
   前記マルチプレクサを構成する複数のスイッチ回路（１５）を駆動するための昇圧電圧を生成する昇圧電源回路（１３，１３Ａ）とを備え、
   前記スイッチ回路は、ドレインが共通に接続される２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（１５ａ，１５ｂ）で構成され、
   アノードが前記複数の二次電池の正側端子にそれぞれ接続され、カソードが前記昇圧電源回路の電源入力端子に共通に接続される複数のダイオード（１６，１７）を備える電圧測定装置。
2. 前記電圧発生部は、一端が前記複数の二次電池の正側端子に接続され、他端が前記負荷に共通に接続されている複数の電流検出抵抗（６，９）である請求項１記載の電圧測定装置。
3. 前記複数の二次電池の正側端子と前記負荷との間にそれぞれ配置される複数の負荷側スイッチング素子（５，７，８，１０）を備える請求項２記載の電圧測定装置。
4. 前記負荷側スイッチング素子は、ソースがそれぞれ前記電流検出抵抗の一端と他端とに接続される２個１組のＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される請求項３記載の電圧測定装置。
5. 前記二次電池の１つは鉛蓄電池（２）であり、
   前記二次電池の他の１つは、複数のリチウム電池の単位セル（３ａ）を直列に接続した組電池（３）である請求項１記載の電圧測定装置。
6. 前記二次電池の１つは鉛蓄電池（２）であり、
   前記二次電池の他の１つは、複数のリチウム電池の単位セル（３ａ）を直列に接続した組電池（３）である請求項２から４の何れか一項に記載の電圧測定装置。
7. 前記電圧発生部は、前記単位セル（３ａ）である請求項５記載の電圧測定装置。

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