JPWO2013038762A1 - 電圧測定装置 - Google Patents
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Abstract
コンデンサの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタ(低域通過フィルタ)の設計の自由度を上げることが可能な電圧測定装置を提供する。電圧測定装置(10)は、測定ノード(44)を介して直列に接続されたコンデンサである複数の分割コンデンサ(32div)を有すると共に、基準ノード(44ref)に一端が接続され、非基準ノード(44n)に他端が接続された少なくとも1つの分割コンデンサ群(36)と、基準ノード(44ref)に一端が接続され、分割コンデンサ(32div)が接続しない非基準ノード(44n)に他端が接続される少なくとも1つの非分割コンデンサ(32nd)とを備える。
Description
この発明は、それぞれが少なくとも1つのセルからなる複数の電池モジュールが直列に接続された組電池の電圧を測定する電圧測定装置に関する。
直列に接続された複数のセル又は電池モジュールからなる組電池の電圧を測定する電圧測定装置が開発されている{特開2005−003618号公報(以下「JP 2005−003618 A」という。)、特開2007−240299号公報(以下「JP 2007−240299 A」という。)及び米国特許出願公開第2008/0203976号公報(以下「US 2008/0203976 A1」という。)}。
JP 2005−003618 Aは、付加部品を各セル間で共通利用する場合に、共通利用する部品の影響で各セル毎に測定された出力電圧に発生する各セル間のクロストーク(電圧相互干渉)を補正して、正確な出力電圧を測定する電源電圧測定装置を提供することを目的としている([0005]、要約)。
当該目的を達成するため、JP 2005−003618 Aでは、複数のセル2a〜2eから構成されるバッテリ2の両端及びセル2a〜2e同士の各接点に接続された抵抗5a〜5fの各抵抗間をコンデンサ6a〜6eで接続すると共に、セル2a〜2e同士の接点に接続された抵抗を該セル2a〜2e間で共通に利用するフィルタを介して、セル2a〜2e毎の出力電圧を測定する。また、複数のセル2a〜2eに対応したそれぞれのコンデンサ6a〜6eの両端電圧を検出するフォトMOSリレー7a〜7fや電圧測定回路8による電圧検出手段と、それぞれのコンデンサ6a〜6eの両端電圧の単位時間毎の変化量に基づいて、コンデンサ6a〜6eの両端電圧が変化する前のセル2a〜2e毎の出力電圧を算出する高電圧計測CPU1とを備える(要約)。抵抗5a〜5fの抵抗値は全て同一であり、コンデンサ6a〜6eの容量値は全て同一であることが前提とされている([0019])。
JP 2007−240299 Aでは、計測時間を遅くすることなく、耐ノイズ性を向上することができる電圧測定装置を提供することを課題としている([0022]、要約)。当該課題を解決するため、JP 2007−240299 Aでは、(N+1)個の電圧検出端子のうちの1番目及び(N+1)番目の電圧検出端子に接続される一対の抵抗Rf1、Rf2のうちの一方の抵抗Rf1の抵抗値を、他方の抵抗Rf2の抵抗値より小さく設定すると共に、一対の抵抗の合計抵抗値を複数のフィルタの全部において等しく設定する(請求項1、要約)。抵抗Rf1と抵抗Rf2の抵抗値は、Rf1+Rf2=2Rf及びRf1≪Rf2の関係を持つように設定されており、例えば、Rf=10kΩ、Rf1=1kΩ、Rf2=19kΩとされる。また、このとき、抵抗Rf1、Rf2と共にRCフィルタを構成するコンデンサCfの静電容量は4.7μFに設定される([0036])。
US 2008/0203976 A1では、単位セルBT1〜BT12毎に複数の抵抗とコンデンサを組み合わせたRCフィルタを用いる構成が示されている(図1)。ここでの抵抗の抵抗値及びコンデンサの静電容量については特に言及されていない。
上記のように、JP 2005−003618 Aの電圧測定装置では、いわゆるRCフィルタを抵抗5a〜5f及びコンデンサ6a〜6eを用いて構成することができるが、抵抗5a〜5fの抵抗値は全て同一であり、コンデンサ6a〜6eの容量値は全て同一であることが前提とされている。このため、JP 2005−003618 AのRCフィルタ自体では、各測定チャンネルのフィルタ周波数特性が異なることとなる。また、JP 2007−240299 A及びUS 2008/0203976 A1の電圧検出装置でも、各測定チャンネルのフィルタ周波数特性が異なることとなってしまう。さらに、上記各文献では、全てのコンデンサを直列に配置することを要するため、コンデンサの配置が制限され、設計の自由度が低い。
なお、各測定チャンネルのフィルタ周波数特性を等しくするためには、例えば、図10の電圧測定装置500Bのような構成が考えられる。電圧測定装置500Bは、第2比較例として後述されるものである。電圧測定装置500Bでは、抵抗30a〜30j(以下「抵抗30」と総称する。)及びコンデンサ32a〜32j(以下「コンデンサ32」と総称する。)からなるRCフィルタを電池モジュール16a〜16j毎に独立されて設ける。各抵抗30の抵抗値は100Ωで等しく、また、各コンデンサ32の静電容量は1μFで等しい。
図10の構成の場合、各コンデンサ32にかかる電圧は、電池モジュール16の直列数が増えるほど大きくなる。すなわち、図10の例では、コンデンサ32jに最も大きな電圧がかかることとなる。このため、図10の構成では、より大きな電圧がかかるコンデンサ32には、耐圧限界が高いものを用いなければならなくなる。
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、コンデンサの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタ(低域通過フィルタ)の設計の自由度を上げることが可能な電圧測定装置を提供することを目的とする。
この発明に係る電圧測定装置は、それぞれが少なくとも1つのセルを有し直列に接続された複数の電池モジュールからなる組電池の電圧を測定するものであって、抵抗を介さずに前記電池モジュールの1つに接続されて基準電位になる少なくとも1つの基準ノード及び前記基準ノード以外の非基準ノードを含む複数の測定ノードと、前記複数の測定ノードのうち電位の高低関係で隣り合う前記測定ノード間にそれぞれ接続される複数の電圧検出部と、前記非基準ノードに一端が接続され、前記電池モジュールの間又は前記組電池の両端に他端が接続された複数の抵抗と、前記測定ノードを介して直列に接続されたコンデンサである複数の分割コンデンサを有すると共に、前記基準ノードに一端が接続され、前記非基準ノードに他端が接続された少なくとも1つの分割コンデンサ群と、前記基準ノードに一端が接続され、前記分割コンデンサが接続しない前記非基準ノードに他端が接続される少なくとも1つの非分割コンデンサとを備えることを特徴とする。
この発明によれば、コンデンサの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタ(低域通過フィルタ)の設計の自由度を上げることが可能となる。
すなわち、この発明によれば、測定ノードを介して直列に接続された複数の分割コンデンサを有する分割コンデンサ群を備える。このため、全てのコンデンサを非分割コンデンサとする場合と比べて、分割コンデンサ群を構成する複数の分割コンデンサの耐圧限界を抑えることが可能となる。
また、この発明によれば、電池モジュール毎に設けられるRCフィルタを構成するコンデンサを、分割コンデンサ群に含まれる分割コンデンサとして配置するか又は非分割コンデンサとして独立に配置することが可能となる。このため、全てのコンデンサを直列に配置する構成(すなわち、非分割コンデンサを含まずに、1つの分割コンデンサ群のみからなる構成)と比較して、各コンデンサの配置の自由度を上げることが可能となる。
前記非分割コンデンサの静電容量と、前記非分割コンデンサに接続されて低域通過フィルタを構成する前記抵抗の抵抗値との積は予め定められた時定数τになる関係にあり、前記少なくとも1つの分割コンデンサ群毎に、前記分割コンデンサの数をnとし、2以上n−1以下の整数をmとし、1以上n以下の整数をqとし、前記基準ノードから、対象とする前記分割コンデンサまでの前記分割コンデンサの数をkqとし、前記基準ノードから、kq番目の前記分割コンデンサの端子のうち前記基準ノードとは反対側の端子が接続する前記非基準ノードまでの前記非基準ノードの数をLkqとし、kq番目の前記分割コンデンサの静電容量をCkqとし、kq番目の前記分割コンデンサと接続される抵抗の抵抗値をRkqとするとき、各分割コンデンサの前記静電容量Ckqは、下記の式(1)、(2)を満たし、各抵抗の前記抵抗値Rkqは、下記の式(3)〜(5)を満たしてもよい。
これにより、各RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。すなわち、非分割コンデンサ及びこれと対になってRCフィルタを構成する抵抗については、非分割コンデンサの静電容量と抵抗の抵抗値の積が時定数τとなる。また、各分割コンデンサの静電容量Ckqが上記式(1)、(2)を満たし、RCフィルタを構成する上で各分割コンデンサと対になる抵抗の抵抗値をRkqが上記式(3)〜(5)を満たすことで各RCフィルタの時定数はτで一定となる。従って、非分割コンデンサ及び分割コンデンサのいずれを含むRCフィルタについてもフィルタ周波数特性(フィルタ時定数)を均一にすることができる。
さらに、各分割コンデンサの静電容量Ckqは、上記式(1)、(2)を満たせばよい。このため、上記式(1)の「(Lk2−Lk1)/Lk1」や上記式(2)の「(Lk(m+1)−Lkm)/(Lkm−Lk(m−1))」を考慮することにより、各分割コンデンサの静電容量Ckqに比較的自由度を持たせ、各分割コンデンサには価格の安い汎用品を用いることが可能となる。例えば、上記式(1)の「(Lk2−Lk1)/Lk1」や上記式(2)の「(Lk(m+1)−Lkm)/(Lkm−Lk(m−1))」が0より大きく1以下の数値となるようにすれば、各分割コンデンサの静電容量Ckqを等しくすることが可能になる。
一方、コンデンサの汎用品における静電容量の選択肢と比べて、抵抗の汎用品の抵抗値の選択肢は多く、また、抵抗値を任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値の調整をすることも容易である。従って、上記式(3)〜(5)を満たすことは、コンデンサの選択と比べて容易であり、電圧測定装置の費用を抑えることが可能となる。
この発明に係る電圧測定装置は、それぞれが少なくとも1つのセルからなる複数の電池モジュールを直列に接続したモジュール列を有する組電池の電圧を測定するものであって、各電池モジュール間及び前記モジュール列の両端それぞれに接続された電池モジュール数+1本以上の配線を介して各電池モジュールの正極側及び負極側に接続され、各電池モジュールの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記電池モジュール数+1本以上の配線のうち前記電池モジュール数と同数の各配線上にそれぞれ設けられた電池モジュール数と同数の抵抗と、前記抵抗と組み合わせてそれぞれがRCフィルタを構成する電池モジュール数と同数のコンデンサとを備え、前記コンデンサは、他のコンデンサと直列に接続されない少なくとも1つの第1コンデンサと、他のコンデンサと直列に接続された複数の第2コンデンサとからなり、複数の前記第2コンデンサにより少なくとも1つの直列コンデンサ群が構成され、前記第1コンデンサの一端は、前記配線を介して前記電池モジュールの正極側又は負極側である特定極側と接続され、前記第1コンデンサの他端は、前記抵抗が設けられていない配線である基準配線と接続され、前記第2コンデンサの一端は、前記配線を介して前記電池モジュールの前記特定極側又は当該特定極の反対側と接続され、前記少なくとも1つの直列コンデンサ群それぞれにおいて、前記基準配線に最も近い前記第2コンデンサの他端は、前記基準配線と接続され、それ以外の前記第2コンデンサの他端は、前記基準配線以外の前記配線である非基準配線において、他の前記第2コンデンサの前記一端と接続されることを特徴とする。
この発明によれば、コンデンサの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタ(低域通過フィルタ)の設計の自由度を上げることが可能となる。
すなわち、この発明によれば、複数のコンデンサ(第2コンデンサ)が直列に接続された直列コンデンサ群を有する。このため、全てのコンデンサを、他のコンデンサと直列に接続されないコンデンサ(第1コンデンサ)とする場合と比べて、直列コンデンサ群を構成する複数のコンデンサ(第2コンデンサ)の耐圧限界を抑えることが可能となる。
また、この発明によれば、電池モジュール毎に設けられるRCフィルタを構成するコンデンサを、直列コンデンサ群に含まれる第2コンデンサとして配置するか又は他のコンデンサと直列に接続させない第1コンデンサとして独立に配置することが可能となる。このため、全てのコンデンサを直列に配置する構成(すなわち、第1コンデンサを含まずに、1つの直列コンデンサ群のみからなる構成)と比較して、各コンデンサの配置の自由度を上げることが可能となる。
各RCフィルタの時定数を特定値であるτとするとき、前記第1コンデンサの静電容量と、当該第1コンデンサと対になる前記抵抗の抵抗値との積はτであり、前記少なくとも1つの直列コンデンサ群毎に、前記第2コンデンサの数をnとし、2以上n−1以下の整数をmとし、1以上n以下の整数をqとし、前記基準配線から、対象とする前記第2コンデンサまでの前記第2コンデンサの数をkqとし、前記基準配線から、kq番目の前記第2コンデンサの端子のうち前記基準配線とは反対側の端子が接続する前記非基準配線までの前記非基準配線の数をLkqとし、kq番目の前記第2コンデンサの静電容量をCkqとし、kq番目の前記第2コンデンサと接続される抵抗の抵抗値をRkqとするとき、各第2コンデンサの前記静電容量Ckqは、下記の式(6)、(7)を満たし、各抵抗の前記抵抗値Rkqは、下記の式(8)〜(10)を満たしてもよい。
これにより、各RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。すなわち、第1コンデンサ及びこれと対になってRCフィルタを構成する抵抗については、第1コンデンサの静電容量と抵抗の抵抗値の積が時定数τとなる。また、各第2コンデンサの静電容量Ckqが上記式(6)、(7)を満たし、RCフィルタを構成する上で各第2コンデンサと対になる抵抗の抵抗値をRkqが上記式(8)〜(10)を満たすことで各RCフィルタの時定数はτで一定となる。従って、第1コンデンサ及び第2コンデンサのいずれを含むRCフィルタについてもフィルタ周波数特性(フィルタ時定数)を均一にすることができる。
さらに、各第2コンデンサの静電容量Ckqは、上記式(6)、(7)を満たせばよい。このため、上記式(6)の「(Lk2−Lk1)/Lk1」や上記式(7)の「(Lk(m+1)−Lkm)/(Lkm−Lk(m−1))」を考慮することにより、各第2コンデンサの静電容量Ckqに比較的自由度を持たせ、各第2コンデンサには価格の安い汎用品を用いることが可能となる。例えば、上記式(6)の「(Lk2−Lk1)/Lk1」や上記式(7)の「(Lk(m+1)−Lkm)/(Lkm−Lk(m−1))」が0より大きく1以下の数値となるようにすれば、各第2コンデンサの静電容量Ckqを等しくすることが可能になる。
一方、コンデンサの汎用品における静電容量の選択肢と比べて、抵抗の汎用品の抵抗値の選択肢は多く、また、抵抗値を任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値の調整をすることも容易である。従って、上記式(8)〜(10)を満たすことは、コンデンサの選択と比べて容易であり、電圧測定装置の費用を抑えることが可能となる。
A.第1実施形態(2つのRCフィルタを統合した構成)
[A−1.全体的な構成]
図1は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の全体構成を示す回路図である。電圧測定装置10は、2つのRCフィルタを統合した構成を備える。図1に示すように、電圧測定装置10は、複数の電池モジュール16(以下「モジュール16」ともいう。)が直列に接続されたモジュール列14を有する組電池12と、各モジュール16の両端電圧(以下「モジュール電圧Vm」という。)が入力される電圧測定回路18と、電圧測定回路18の出力に基づきモジュール電圧Vmを検出する演算部20とを有する。電圧測定回路18及び演算部20により電圧検出手段を構成する。
[A−1.全体的な構成]
図1は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の全体構成を示す回路図である。電圧測定装置10は、2つのRCフィルタを統合した構成を備える。図1に示すように、電圧測定装置10は、複数の電池モジュール16(以下「モジュール16」ともいう。)が直列に接続されたモジュール列14を有する組電池12と、各モジュール16の両端電圧(以下「モジュール電圧Vm」という。)が入力される電圧測定回路18と、電圧測定回路18の出力に基づきモジュール電圧Vmを検出する演算部20とを有する。電圧測定回路18及び演算部20により電圧検出手段を構成する。
各モジュール16は、少なくとも1つのセルからなるものであり、第1実施形態では、各モジュール16が含むセルは1つである。
モジュール16間のノード(分節点)及びモジュール列14の両端のノードであるセル側ノード22と、電圧測定回路18の+側入力端子26及び−側入力端子28のとの間には、モジュール16の数(以下「モジュール数」という。)+1本の配線24が配置されている。これにより、各モジュール16の正極側及び負極側は、電圧測定回路18の+側入力端子26又は−側入力端子28に接続される。
より具体的には、あるモジュール16{例えば、モジュール列14の最も負極側(図1中、一番下)のモジュール16(以下「最下位モジュール16」ともいう。)}の正極側は、電圧測定回路18の+側入力端子26に接続され、最下位モジュール16の負極側は、電圧測定回路18の−側入力端子28に接続される。また、最下位モジュール16に隣り合うモジュール16(図1中、最下位モジュール16より1つ上のモジュール16)の正極側は、電圧測定回路18の−側入力端子28に接続され、当該モジュール16の負極側は、電圧測定回路18の+側入力端子26に接続される。
各配線24のうち1本の配線24(以下「基準配線24ref」という。)を除く各配線(以下「非基準配線24n」という。)上には抵抗30が設けられる。また、抵抗30と対になってRCフィルタを構成するコンデンサ32がモジュール16と同数設けられている。コンデンサ32には、他のコンデンサ32と直列に接続されないもの(以下「非分割コンデンサ32nd」又は「第1コンデンサ32nd」という。)と、他のコンデンサ32と直列に接続されたもの(以下「分割コンデンサ32div」又は「第2コンデンサ32div」という。)とが含まれる。以下では、直列に接続された複数の分割コンデンサ32divの組合せを「分割コンデンサ群36」又は「直列コンデンサ群36」という。
各非分割コンデンサ32ndの一端は、非基準配線24nを介して各モジュール16の正極側と接続され、他端は、抵抗30が設けられていない基準配線24refと接続される。このため、各非分割コンデンサ32ndには、その一端が接続されるモジュール16までの各モジュール16のモジュール電圧Vmの合計値がかかることになる。
例えば、図1中、下から2番目のコンデンサ32(静電容量C102)の一端は、図1中、下から2番目のモジュール16の正極側と接続されている。このため、静電容量C102のコンデンサ32にかかる電圧は、下から1番目及び2番目のモジュール16のモジュール電圧Vmの合計値(V1+V2)となる。同様に、図1中、下から3番目のコンデンサ32(静電容量C103)の一端は、図1中、下から3番目のモジュール16の正極側と接続されている。このため、静電容量C103のコンデンサ32にかかる電圧は、下から1〜3番目のモジュール16のモジュール電圧Vmの合計値(V1+V2+V3)となる。
分割コンデンサ32divの一端(図1では正極側の端部)は、非基準配線24nを介してモジュール16の正極側と接続される。分割コンデンサ32divのうち基準配線24refに最も近いもの(図1中、静電容量C10sのコンデンサ32)の他端(図1では負極側の端部)は、基準配線24refと接続される。分割コンデンサ32divのうち基準配線24refに最も近いもの以外のもの(図1中、静電容量C10pのコンデンサ32)の他端は、非基準配線24nにおいて、同一の分割コンデンサ群36に属する他の分割コンデンサ32div(静電容量C10sのコンデンサ32)の一端と接続される。
このため、各分割コンデンサ32divには、その一端が接続されるモジュール16までの各モジュール16のモジュール電圧Vmの合計値自体ではなくその一部がかかることになる。換言すると、各分割コンデンサ32divにかかる電圧は、他の分割コンデンサ32divの存在を理由として分割されることとなる。
また、各コンデンサ32(非分割コンデンサ32nd及び分割コンデンサ32div)より電圧測定回路18側において、各配線24上には、スイッチ38が配置されている。各スイッチ38は、例えば、半導体スイッチであり、制御部40からの制御信号に応じてオンオフする。
制御部40は、各モジュール16が順番に電圧測定回路18と接続されるように各スイッチ38をオンオフさせる。例えば、最下位モジュール16と電圧測定回路18とを接続するときは、最下位モジュール16と電圧測定回路18とを結ぶ2本の配線24上の2つのスイッチ38をオンにし、他のスイッチ38をオフにする。これにより、各モジュール16と電圧測定回路18とを結ぶ測定チャンネルCH(電圧検出部)が形成され、電圧測定回路18の出力は、各モジュール16のモジュール電圧Vmを示すこととなる。測定チャンネルCHは、モジュール16の数(モジュール数)と同数形成される。
本実施形態における組電池12は、例えば、一次電池及び二次電池のいずれとすることもできる。ここにいう一次電池には、燃料電池を含む。また、ここにいう二次電池には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池バッテリ及びキャパシタを含む。
なお、電圧測定装置10における各モジュール電圧Vmの測定方法は、例えば、JP 2005−003618 Aに記載のものを用いることができる。
説明の便宜上、図1中、各抵抗30の抵抗値をR10xのように表記する。下付き文字のxは、1からpまでの整数であり、基準配線24refから数えて何番目であるかを示す。例えば、基準配線24refから1本目の非基準配線24n上の抵抗30の抵抗値はR101である。また、ここでのpは、モジュール数と同数である。従って、モジュール16の総数(モジュール数)及び抵抗30の総数はpである。
同様に、説明の便宜上、図1中、各コンデンサ32の静電容量をC10xのように表記する。下付き文字「x」は上記と同じである。換言すると、xは、基準配線24refから数えて何番目であるかを示す。例えば、基準配線24refから1番目のコンデンサ32の静電容量はC101である。基準配線24refから2番目のコンデンサ32の静電容量はそれぞれC102である。コンデンサ32の総数は、モジュール数と同じpとなる。
さらに、各コンデンサ32の両端のノードを「測定ノード44」という。測定ノード44は、電圧測定回路18と接続されるノード(分節点)である。隣り合う2つの測定ノード44は、電圧測定回路18との間で単一のモジュール16に対応する測定チャンネルCHを形成する。また、測定ノード44のうち基準配線24ref上にあるものを、特に基準ノード44refといい、非基準配線24n上にあるものを、特に非基準ノード44nという。なお、図1において、sは、3<s−1<s<p−1<pが成立する任意の整数である。
[A−2.抵抗値R10n及び静電容量C10nの基本的な考え方]
(A−2−1.一般的な原則)
次に、第1実施形態における抵抗30の抵抗値R10n及びコンデンサ32の静電容量C10nの設定方法について説明する。2つのRCフィルタを統合した第1実施形態では、次のように抵抗値R10n及び静電容量C10nを設定する。
(A−2−1.一般的な原則)
次に、第1実施形態における抵抗30の抵抗値R10n及びコンデンサ32の静電容量C10nの設定方法について説明する。2つのRCフィルタを統合した第1実施形態では、次のように抵抗値R10n及び静電容量C10nを設定する。
まず、非分割コンデンサ32ndについては、各RCフィルタの時定数が特定値τとなるように設定する。換言すると、抵抗値R10nと静電容量C10nの積がτとなれば、抵抗値R10nと静電容量C10nを任意に設定することができる。
次に、分割コンデンサ32divについては、最初に以下のように定義する。
n:分割コンデンサ32divの数
q:1以上n以下の整数
kq:基準配線24refから、対象とする分割コンデンサ32divまでの分割コンデンサ32divの数(対象とする分割コンデンサ32div自体を含む。)
Lkq:基準配線24refから、kq番目の分割コンデンサ32divの端子のうち基準配線24refとは反対側の端子(図1では、各分割コンデンサ32divの正極側の端子)が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数
Ckq:kq番目の分割コンデンサ32divの静電容量
Rkq:kq番目の分割コンデンサ32divと接続される抵抗30の抵抗値
n:分割コンデンサ32divの数
q:1以上n以下の整数
kq:基準配線24refから、対象とする分割コンデンサ32divまでの分割コンデンサ32divの数(対象とする分割コンデンサ32div自体を含む。)
Lkq:基準配線24refから、kq番目の分割コンデンサ32divの端子のうち基準配線24refとは反対側の端子(図1では、各分割コンデンサ32divの正極側の端子)が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数
Ckq:kq番目の分割コンデンサ32divの静電容量
Rkq:kq番目の分割コンデンサ32divと接続される抵抗30の抵抗値
図1では、k1は、静電容量C10sのコンデンサ32に対応し、k2は、静電容量R10pのコンデンサ32に対応する。また、静電容量C10sのコンデンサ32に対応するLk1は「s」であり、静電容量C10pのコンデンサ32に対応するLk2は「p」である。
以上のように定義するとき、各分割コンデンサ32divの静電容量Ckqは、下記の式(1−1)を満たすように設定し、各抵抗30の抵抗値Rkqは、下記の式(1−2)、(1−3)を満たすように設定する。
(A−2−2.具体例)
上記式(1−1)〜(1−3)の導入方法を具体例を用いて説明する。図2〜図4は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の構成を説明するために用いる第1〜第3電圧測定装置100A〜100C(以下「電圧測定装置100A〜100C」ともいう。)の一部を示す回路図である。図5は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の一例の一部を示す回路図である。以下では、図1に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を示す。
上記式(1−1)〜(1−3)の導入方法を具体例を用いて説明する。図2〜図4は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の構成を説明するために用いる第1〜第3電圧測定装置100A〜100C(以下「電圧測定装置100A〜100C」ともいう。)の一部を示す回路図である。図5は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の一例の一部を示す回路図である。以下では、図1に示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を示す。
上記のように、図2〜図4は、第1実施形態に係る電圧測定装置10の構成を説明するためのもの(すなわち、図5の構成を導くためのもの)であり、電圧測定装置10そのものの構成を示すものではなく、電圧測定装置10の一例そのものの構成は図5に示されていることに留意されたい。
電圧測定装置10、100A〜100Cは、図1と同様、電圧測定回路18、演算部20、スイッチ38及び制御部40等を有するが、図2〜図5では省略している。
図2の電圧測定装置100Aは、複数(6つ)の電池モジュール16a〜16f(以下「モジュール16a〜16f」ともいい、「モジュール16」と総称する。)を直列に接続したモジュール列14を備える組電池12と、モジュール16と同数の抵抗30a〜30f(以下「抵抗30」と総称する。)と、モジュール16と同数のコンデンサ132a〜132fとを有する。各コンデンサ132a〜132fは相互に直列とはなっておらず、その一端(正極側)は、非基準配線24nを介して各モジュール16の正極側と接続され、他端(負極側)は、抵抗30が設けられていない基準配線24refと接続される。従って、図2の各コンデンサ132a〜132fは、非分割コンデンサ(第1コンデンサ)に相当する。このため、各抵抗30と各コンデンサ132a〜132fとからなる各RCフィルタは、相互に独立している。
各抵抗30の抵抗値R10xは、図1と同様、基準配線24refから数えて(図2中、上方向に向かって)R101〜R106とする。各コンデンサ132a〜132fの静電容量C11xは、それぞれC111〜C116とする。
図2において、各RCフィルタのRCの積(R10x・C11x)(ここでのxは1〜6の整数である。)が等しく、各モジュール16の電圧(モジュール電圧Vm)が均一である場合を想定する。この場合、各RCフィルタの出力電圧V1、V2、V3、V4、V5、V6は均一となる。
図3に示すように、図2のコンデンサ132fは、静電容量C116の6倍である静電容量C166(=C116×6)の6つのコンデンサ132gを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ132gの両端電圧は均等に6分割されるので図3中の点Bの電圧は点Aの電圧に等しい。
以上より、分割した各コンデンサ132gの中点(隣り合うコンデンサ132gの中間部分)の1つ(点B)を図4のように配線24に接続しても、各RCフィルタの出力電圧V1〜V6は図2の構成と変わらない。
また、図5に示すように、図4において並列に接続されているコンデンサ群をひとつのコンデンサに置換できる。すなわち、モジュール16dの正極側(図4の点A及び点B)とグラウンドに接続されている配線24間の1つのコンデンサ132d及び4つのコンデンサ132gをひとつのコンデンサ132hに置換する。これらのようにまとめても、各RCフィルタの出力電圧V1〜V6は図2の構成と変わらない。
各コンデンサ132d、132g、132hの静電容量をそれぞれC114、C166、C104とすると、図2〜図5の関係から、静電容量C104は、次の式(2−1)で求められる。
ここで、各RCフィルタの時定数を特定数であるτとすると、次の式(2−2)の関係が成り立つ。
また、図5に示すように、図4においてモジュール16eの負極側(点B)とモジュール16fの正極側(点C)に接続されている配線24間の2つのコンデンサ132gを1つのコンデンサ132iに置換する。各コンデンサ132f、132g、132iの静電容量をそれぞれC116、C166、C106とすると、図2〜図5の関係から、静電容量C106は、次の式(2−3)で求められる。
ここで、各RCフィルタでの時定数を特定数であるτとすると、次の式(2−4)の関係が成り立つ。
そして、式(2−4)に基づき、抵抗30fの抵抗値R106は、次の式(2−5)により設定することができる。
また、式(2−2)と式(2−5)より、次の式(2−6)を導くことができる。
このため、式(2−6)に基づき、抵抗30dの抵抗値R104は、次の式(2−7)により設定することができる。
以上のような方法により、分割コンデンサ132h、132iの静電容量C104、C106及び抵抗30d、30fの抵抗値R104、R106を設定することが可能である。
[A−3.具体的な実施例並びに第1及び第2比較例]
図6は、図1の電圧測定装置10の構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第1実施例)を示した図である。図7は、図6の構成を用いた場合の各RCフィルタの周波数特性の一例を示す。図7において、横軸は、RCフィルタへの入力信号の周波数[Hz](但し、対数表記)であり、縦軸は、ゲイン[dB]である。
図6は、図1の電圧測定装置10の構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第1実施例)を示した図である。図7は、図6の構成を用いた場合の各RCフィルタの周波数特性の一例を示す。図7において、横軸は、RCフィルタへの入力信号の周波数[Hz](但し、対数表記)であり、縦軸は、ゲイン[dB]である。
図8は、第1比較例に係る電圧測定装置500Aの構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例を示した図である。図9は、図8の電圧測定装置500Aを用いた場合の各RCフィルタの周波数特性の一例を示す。図10は、第2比較例に係る電圧測定装置500Bの構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例を示した図である。図11は、図10の電圧測定装置500Bを用いた場合の各RCフィルタの周波数特性の一例を示す。
なお、図6、図8、図10において電池モジュール16(16a〜16j)を交流の記号で示しているのは、ここでのモジュール16がバッテリセルで構成され、充放電により電圧が変動することを示している。
図8に示す第1比較例に係る電圧測定装置500Aは、図6に示す第1実施例に係る電圧測定装置10と比較して、全てのコンデンサ32が互いに直列となっている。また、各抵抗30の抵抗値R101〜R110がいずれも100Ωで同一であり、各コンデンサ32の静電容量C101〜C110がいずれも1μFで同一である。
図9に示すように、図8の電圧測定装置500Aによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタの周波数特性のばらつきが大きくなってしまう。
図10に示す第2比較例に係る電圧測定装置500Bは、図6に示す第1実施例に係る電圧測定装置10と比較して、全てのコンデンサ32が互いに直列となっていない。このため、各抵抗30と各コンデンサ32とからなる各RCフィルタが互いに独立している。各抵抗30の抵抗値R101〜R110がいずれも100Ωで同一であり、各コンデンサ32の静電容量C101〜C110がいずれも1μFで同一である。
図11に示すように、図10の電圧測定装置500Bによれば、各段(各測定チャンネルCH)のRCフィルタの周波数特性は均一となるが、モジュール列14においてより正極側(図10中、上側)のコンデンサ32(例えば、コンデンサ32h〜32j)にかかる電圧が大きくなるため、より正極側のコンデンサ32の耐圧限界を高くする必要が生じてしまう。
一方、第1実施例に係る電圧測定装置10では、図6に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32a〜32e、32g〜32iと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32f、32jとを組み合わせて用いる。このため、コンデンサ32の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
図6の電圧測定装置10を設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第1実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C10xを決定する。第1実施例では、各非分割コンデンサ32a〜32e、32g〜32iの静電容量C101〜C105、C107〜C109と、これと対になる抵抗30a〜30e、30g〜30iの抵抗値R101〜R105、R107〜R109との積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32a〜32e、32g〜32iの静電容量C101〜C105、C107〜C109は、比較的自由に設定できる。
そして、第1実施例では、非分割コンデンサ32a〜32e、32g、32iの静電容量C101〜C105、C107〜C109をいずれも1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32a〜32e、32g〜32iと対になる抵抗30a〜30e、30g〜30iの抵抗値R101〜R105、R107〜R109を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32f、32jの静電容量C106、C110は、上記式(1−1)を満たすものであればよく、ここではいずれも2.2μFとする。
さらに、分割コンデンサ32f、32jと対になる抵抗30f、30jの抵抗値R106、R110は、上記式(1−2)、(1−3)及び静電容量C106、C110に基づき、136Ω、114Ωとする(小数第1位を四捨五入している。)。なお、式(1−1)、(1−2)、(1−3)中のLk1、Lk2{基準配線24refからコンデンサ32g、32jの端子のうち基準配線24refとは反対側(正極側)の端子が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数}は、それぞれ6、10である。
図6の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7に示すように、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
[A−4.第1実施形態の効果]
第1実施形態は、2つのRCフィルタを統合した構成であり、後述する第3実施形態は、統合するRCフィルタの数を限定しない構成(より一般化した構成)である。このため、第1実施形態の効果は、第3実施形態において詳述する。
第1実施形態は、2つのRCフィルタを統合した構成であり、後述する第3実施形態は、統合するRCフィルタの数を限定しない構成(より一般化した構成)である。このため、第1実施形態の効果は、第3実施形態において詳述する。
B.第2実施形態(3つのRCフィルタを統合した構成)
[B−1.全体的な構成]
図12は、この発明の第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの一部を示す回路図である。第2実施形態に係る電圧測定装置10Aは、基本的に、第1実施形態に係る電圧測定装置10と同様の構成を有する。両者の相違点は、第1実施形態に係る電圧測定装置10は、2つの分割コンデンサ32divを有することで、2つのRCフィルタを統合した構成であったのに対し、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aは、3つの分割コンデンサ32divを有することで、3つのRCフィルタを統合した構成である点である。
[B−1.全体的な構成]
図12は、この発明の第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの一部を示す回路図である。第2実施形態に係る電圧測定装置10Aは、基本的に、第1実施形態に係る電圧測定装置10と同様の構成を有する。両者の相違点は、第1実施形態に係る電圧測定装置10は、2つの分割コンデンサ32divを有することで、2つのRCフィルタを統合した構成であったのに対し、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aは、3つの分割コンデンサ32divを有することで、3つのRCフィルタを統合した構成である点である。
なお、電圧測定装置10Aは、図1と同様、電圧測定回路18、演算部20、スイッチ38及び制御部40等を有するが、図12では省略している。また、図12において、s、tは、3<s−1<s<t−1<t<p−1<pが成立する任意の整数である。
[B−2.抵抗値R20x及び静電容量C20xの基本的な考え方]
(B−2−1.一般的な原則)
次に、第2実施形態における抵抗30の抵抗値R20x及びコンデンサ32の静電容量C20xの設定方法について説明する。3つのRCフィルタを統合した第2実施形態では、次のように抵抗値R20x及び静電容量C20xを設定する。
(B−2−1.一般的な原則)
次に、第2実施形態における抵抗30の抵抗値R20x及びコンデンサ32の静電容量C20xの設定方法について説明する。3つのRCフィルタを統合した第2実施形態では、次のように抵抗値R20x及び静電容量C20xを設定する。
まず、非分割コンデンサ32ndについては、各RCフィルタの時定数が特定値τとなるように設定する。換言すると、抵抗値R20xと静電容量C20xの積がτとなれば、抵抗値R20xと静電容量C20xを任意に設定することができる。
次に、分割コンデンサ32divについては、第1実施形態と同様、最初に以下のように定義する。
n:分割コンデンサ32divの数
q:1以上n以下の整数
kq:基準配線24refから、対象とする分割コンデンサ32divまでの分割コンデンサ32divの数(対象とする分割コンデンサ32div自体を含む。)
Lkq:基準配線24refから、kq番目の分割コンデンサ32divの端子のうち基準配線24refとは反対側の端子(図12では、各分割コンデンサ32divの正極側の端子)が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数
Ckq:kq番目の分割コンデンサ32divの静電容量
Rkq:kq番目の分割コンデンサ32divと接続される抵抗30の抵抗値
n:分割コンデンサ32divの数
q:1以上n以下の整数
kq:基準配線24refから、対象とする分割コンデンサ32divまでの分割コンデンサ32divの数(対象とする分割コンデンサ32div自体を含む。)
Lkq:基準配線24refから、kq番目の分割コンデンサ32divの端子のうち基準配線24refとは反対側の端子(図12では、各分割コンデンサ32divの正極側の端子)が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数
Ckq:kq番目の分割コンデンサ32divの静電容量
Rkq:kq番目の分割コンデンサ32divと接続される抵抗30の抵抗値
図12では、k1は、静電容量C20sのコンデンサ32に対応し、k2は、静電容量C20tのコンデンサ32に対応し、k3は、静電容量C20pのコンデンサ32に対応する。また、静電容量C20sのコンデンサ32に対応するLk1は「s」であり、静電容量C20tのコンデンサ32に対応するLk2は「t」であり、静電容量C20pのコンデンサ32に対応するLk3は「p」である。
以上のように定義するとき、各分割コンデンサ32divの静電容量Ckqは、下記の式(3−1)、(3−2)を満たすように設定し、各抵抗30の抵抗値Rkqは、下記の式(3−3)、(3−4)、(3−5)を満たすように設定する。
(B−2−2.具体例)
上記式(3−1)〜(3−5)の導入方法を具体例を用いて説明する。図13〜図15は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの構成を説明するために用いる第1〜第3電圧測定装置200A〜200C(以下「電圧測定装置200A〜200C」ともいう。)の一部を示す回路図である。図16は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの一例の一部を示す回路図である。以下では、第1実施形態(図1等)及び図12で示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を示す。
上記式(3−1)〜(3−5)の導入方法を具体例を用いて説明する。図13〜図15は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの構成を説明するために用いる第1〜第3電圧測定装置200A〜200C(以下「電圧測定装置200A〜200C」ともいう。)の一部を示す回路図である。図16は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの一例の一部を示す回路図である。以下では、第1実施形態(図1等)及び図12で示した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を示す。
上記のように、図13〜図15は、第2実施形態に係る電圧測定装置10Aの構成を説明するためのもの(すなわち、図16の構成を導くためのもの)であり、電圧測定装置10Aそのものの構成を示すものではなく、電圧測定装置10Aの一例そのものの構成は図16に示されていることに留意されたい。
電圧測定装置10A、200A〜200Cは、第1実施形態(図1)と同様、電圧測定回路18、演算部20、スイッチ38及び制御部40等を有するが、図13〜図16では省略している。
図13の電圧測定装置200Aは、複数(6つ)の電池モジュール16(16a〜16f)を直列に接続したモジュール列14を備える組電池12と、モジュール16と同数の抵抗30(30a〜30f)と、モジュール16と同数のコンデンサ232a〜232fとを有する。各コンデンサ232a〜232fは相互に直列とはなっておらず、その一端(正極側)は、非基準配線24nを介して各モジュール16の正極側と接続され、他端(負極側)は、抵抗30が設けられていない基準配線24refと接続される。従って、図13の各コンデンサ232a〜232fは、非分割コンデンサ(第1コンデンサ)に相当する。このため、各抵抗30と各コンデンサ232a〜232fとからなる各RCフィルタは、相互に独立している。
各抵抗30の抵抗値R20xは、第1実施形態と同様、基準配線24refから数えて(図13中、上方向に向かって)R201〜R206とする。各コンデンサ232a〜232fの静電容量C21xは、それぞれC211〜C216とする。
図13において、各RCフィルタのRCの積(R20x・C21x)(ここでのxは1〜6の整数である。)が等しく、各モジュール16の電圧(モジュール電圧Vm)が均一である場合を想定する。この場合、各RCフィルタの出力電圧V1、V2、V3、V4、V5、V6は均一となる。
図14に示すように、図13のコンデンサ232cは、静電容量C213の3倍である静電容量C233(=C213×3)の3つのコンデンサ232gを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ232gの両端電圧は均等に3分割されるので図14中の点Eの電圧は点Dの電圧に等しい。同様に、図13のコンデンサ232eは、静電容量C215の5倍である静電容量C255(=C215×5)の5つのコンデンサ232hを直列接続したものに置換することができる。コンデンサ232hの両端電圧は均等に5分割されるので、図14中の点Gの電圧は点D及び点Eの電圧に等しく、点Hの電圧は点Fに等しい。
以上より、分割した各コンデンサ232gの中点(隣り合うコンデンサ232gの中間部分)の1つ(点E)を図15のように配線24に接続し、分割した各コンデンサ232hの中点(隣り合うコンデンサ232hの中間部分)の2つ(点G及び点H)を図15のように配線24に接続しても、各RCフィルタの出力電圧V1〜V6は図13の構成と変わらない。
また、図16に示すように、図15において並列に接続されているコンデンサ群を1つのコンデンサに置換する。すなわち、モジュール16bの正極側(図15の点D、E、G)とグラウンドに接続されている配線24間の1つのコンデンサ232b、2つのコンデンサ232g及び2つのコンデンサ232hを1つのコンデンサ232iに置換する。また、モジュール16cの正極側(点F、H)と負極側(点E、G)に接続されている配線24間の1つのコンデンサ232g及び1つのコンデンサ232hを1つのコンデンサ232jに置換する。さらに、モジュール16dの負極側(点H)とモジュール16eの正極側(点I)とに接続されている配線24間の2つのコンデンサ232hを1つのコンデンサ232kに置換する。これらのようにまとめても、各RCフィルタの出力電圧V1〜V5は図13の構成と変わらない。
各コンデンサ232b、232c、232e、232g、232h、232i、232j、232kの静電容量をそれぞれC212、C213、C215、C233、C255、C202、C203、C205とすると、図13〜図16の関係から、静電容量C202、C203、C205は、それぞれ次の式(4−1)、(4−2)、(4−3)で求められる。
ここで、各RCフィルタの時定数を特定数であるτとすると、次の式(4−4)、(4−5)、(4−6)の関係が成り立つ。
そして、式(4−6)に基づき、抵抗30eの抵抗値R205は、次の式(4−7)により設定することができる。
また、式(4−5)と式(4−7)より、次の式(4−8)及び式(4−9)を導くことができる。
さらに、式(4−4)、(4−7)、(4−9)より、次の式(4−10)、(4−11)を導くことができる。
以上のような方法により、各分割コンデンサ232i、232j、232kの静電容量C202、C203、C205及び抵抗30b、30c、30eの抵抗値R202、R203、R205を設定することが可能である。
[B−3.具体的な実施例]
(B−3−1.第2実施例)
図17は、図12の電圧測定装置10Aの構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第2実施例)を示した図である。第2実施例に係る電圧測定装置10bでは、図17に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32a〜32c、32e、32f、32h、32jと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32d、32g、32iとを組み合わせて用いる。このため、コンデンサ32の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
(B−3−1.第2実施例)
図17は、図12の電圧測定装置10Aの構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第2実施例)を示した図である。第2実施例に係る電圧測定装置10bでは、図17に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32a〜32c、32e、32f、32h、32jと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32d、32g、32iとを組み合わせて用いる。このため、コンデンサ32の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
図17の電圧測定装置10bを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第2実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C20xを決定する。第2実施例では、各非分割コンデンサ32a〜32c、32e、32f、32h、32jの静電容量C201〜C203、C205、C206、C208、C210とこれと対になる抵抗30a〜30c、30e、30f、30h、30jの抵抗値R201〜R203、R205、R206、R208、R210の積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32a〜32c、32e、32f、32h、32jの静電容量C201〜C203、C205、C206、C208、C210は、比較的自由に設定できる。
そして、第2実施例では、非分割コンデンサ32a〜32c、32e、32f、32h、32jの静電容量C201〜C203、C205、C206、C208、C210をいずれも1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32a〜32c、32e、32f、32h、32jと対になる抵抗30a〜30c、30e、30f、30h、30jの抵抗値R201〜R203、R205、R206、R208、R210を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32d、32g、32iの静電容量C204、C207、C209は、上記式(3−1)、(3−2)を満たすものであればよく、ここではいずれも3.3μFとする。
さらに、分割コンデンサ32d、32g、32iと対になる抵抗30d、30g、30iの抵抗値R204、R207、R209は、上記式(3−3)、(3−4)、(3−5)及び静電容量C204、C207、C209に基づき、121Ω、212Ω、136Ωとする(小数第1位を四捨五入している。)。なお、式(3−1)〜(3−5)中のLk1、Lk2、Lk3{基準配線24refからコンデンサ32d、32g、32iの端子のうち基準配線24refとは反対側(正極側)の端子が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数}は、それぞれ4、7、9である。
図17の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7と同様、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
(B−3−2.第3実施例)
図18は、3つのRCフィルタの統合を複数行った構成(図12の変形)において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第3実施例)を示した図である。第3実施例に係る電圧測定装置10cでは、図18に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32aと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32b〜32jとを組み合わせて用いる。
図18は、3つのRCフィルタの統合を複数行った構成(図12の変形)において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第3実施例)を示した図である。第3実施例に係る電圧測定装置10cでは、図18に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32aと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32b〜32jとを組み合わせて用いる。
分割コンデンサ32b、32e、32hは第1分割コンデンサ群36a(第1直列コンデンサ群36a)を構成し、分割コンデンサ32d、32g、32iは第2分割コンデンサ群36b(第2直列コンデンサ群36b)を構成し、分割コンデンサ32c、32f、32jは第3分割コンデンサ群36c(第3直列コンデンサ群36c)を構成する。このため、各分割コンデンサ32b〜32jの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
図18の電圧測定装置10cを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第3実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C20xを決定する。第3実施例では、非分割コンデンサ32aの静電容量C201とこれと対になる抵抗30aの抵抗値R201の積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32aの静電容量C201は、比較的自由に設定できる。そして、第3実施例では、非分割コンデンサ32aの静電容量C201を1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32aと対になる抵抗30aの抵抗値R201を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32b〜32jの静電容量C202〜C210は、第1〜第3分割コンデンサ群36a〜36c毎に上記式(3−1)、(3−2)を満たすものであればよく、ここでは、C202=4.7μF、C203=C204=C207=C209=3.3μF、C205=C206=2.2μF、C208=C210=1μFとする。
分割コンデンサ32b〜32jと対になる抵抗30b〜32jの抵抗値R202〜R210は、第1〜第3分割コンデンサ群36a〜36c毎に上記式(3−3)、(3−4)、(3−5)及び静電容量C202〜C210に基づき設定する。すなわち、R202=71Ω、R203=91Ω、R204=121Ω、R205=139Ω、R206=231Ω、R207=212Ω、R208=267Ω、R209=136Ω、R210=250Ωである(小数第1位を四捨五入している。)。
なお、第1分割コンデンサ群36aに関し、式(3−1)〜(3−5)中のLk1、Lk2、Lk3{基準配線24refからコンデンサ32b、32e、32hの端子のうち基準配線24refとは反対側(正極側)の端子が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数}は、それぞれ2、5、8である。第2分割コンデンサ群36bに関し、式(3−1)〜(3−5)中のLk1、Lk2、Lk3{基準配線24refからコンデンサ32d、32g、32iの端子のうち基準配線24refとは反対側(正極側)の端子が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数}は、それぞれ4、7、9である。第3分割コンデンサ群36cに関し、式(3−1)〜(3−5)中のLk1、Lk2、Lk3{基準配線24refからコンデンサ32c、32f、32jの端子のうち基準配線24refとは反対側(正極側)の端子が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数}は、それぞれ3、6、10である。
図18の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7と同様、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
[B−4.第2実施形態の効果]
第2実施形態は、3つのRCフィルタを統合した構成であり、後述する第3実施形態は、統合するRCフィルタの数を限定しない構成(より一般化した構成)である。このため、第2実施形態の効果は、第3実施形態において詳述する。
第2実施形態は、3つのRCフィルタを統合した構成であり、後述する第3実施形態は、統合するRCフィルタの数を限定しない構成(より一般化した構成)である。このため、第2実施形態の効果は、第3実施形態において詳述する。
C.第3実施形態(複数のRCフィルタを統合した一般的な構成)
[C−1.全体的な構成]
図19は、第3実施形態に係る電圧測定装置10Bの一部を示す回路図である。第3実施形態に係る電圧測定装置10Bは、第1実施形態に係る電圧測定装置10及び第2実施形態に係る電圧測定装置10Aを一般化し、RCフィルタの数を限定しない構成に関する。
[C−1.全体的な構成]
図19は、第3実施形態に係る電圧測定装置10Bの一部を示す回路図である。第3実施形態に係る電圧測定装置10Bは、第1実施形態に係る電圧測定装置10及び第2実施形態に係る電圧測定装置10Aを一般化し、RCフィルタの数を限定しない構成に関する。
具体的には、電圧測定装置10Bは、p個(pは、3以上の整数)の電池モジュール16を直列に接続したモジュール列14を有する組電池12の電圧(各モジュール16のモジュール電圧Vm)を測定する。図19では図示していないが、電圧測定装置10Bは、第1実施形態(図1)と同様の電圧測定回路18、演算部20、スイッチ38及び制御部40を備える。
電圧測定装置10Bの電圧測定回路18は、各モジュール16間及びモジュール列14の両端それぞれに接続されたp+1本の配線24を介して各モジュール16の正極側及び負極側に接続されている。p+1本の配線24のうちp本の各配線24上にp個の抵抗30がそれぞれ設けられている。抵抗30が設けられていない配線24を基準配線24refといい、抵抗30が設けられている配線24を非基準配線24nという。
基準配線24refはモジュール列14の最も負極側(図19中、一番下)に位置するが、後述するように、別の位置にあってもよい。また、後述するように、基準配線24refは、1本のみではなく複数あってもよい。抵抗30と組み合わせてそれぞれがRCフィルタを構成するp個のコンデンサ32が配置される。
コンデンサ32には、他のコンデンサ32と直列に接続されない非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)と、他のコンデンサ32と直列に接続された分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)とがある。複数の分割コンデンサ32divにより少なくとも1つの分割コンデンサ群36(直列コンデンサ群36)が形成される。
説明の便宜上、図19中、各抵抗30の抵抗値をR30xのように表記する。下付き文字のxは、1からpまでの整数であり、基準配線24refから数えて何番目であるかを示す。例えば、基準配線24refから1本目の非基準配線24n上の抵抗30の抵抗値はR301である。抵抗30の総数はpである。
同様に、説明の便宜上、図19中、各コンデンサ32の静電容量をC30xのように表記する。下付き文字「x」は上記と同じである。換言すると、xは、基準配線24refから数えて何番目であるかを示す。例えば、基準配線24refから1番目のコンデンサ32の静電容量はC301である。基準配線24refから2番目のコンデンサ32の静電容量はそれぞれC302である。コンデンサ32の総数は、モジュール数と同じpとなる。なお、図19において、s、t、uは、3<s−1<s<t−1<t<u−1<u<p−1<pが成立する任意の整数である。
[C−2.抵抗値R30n及び静電容量C30nの基本的な考え方]
次に、第3実施形態における抵抗30の抵抗値R30n及びコンデンサ32の静電容量C30nの設定方法について説明する。複数のRCフィルタを統合した第3実施形態では、次のように抵抗値R30n及び静電容量C30nを設定する。
次に、第3実施形態における抵抗30の抵抗値R30n及びコンデンサ32の静電容量C30nの設定方法について説明する。複数のRCフィルタを統合した第3実施形態では、次のように抵抗値R30n及び静電容量C30nを設定する。
まず、非分割コンデンサ32ndについては、各RCフィルタの時定数が特定値τとなるように設定する。換言すると、抵抗値R30nと静電容量C30nの積がτとなれば、抵抗値R30nと静電容量C30nを任意に設定することができる。
次に、分割コンデンサ32divについては、分割コンデンサ群36毎に、以下のように定義する。
n:分割コンデンサ32divの数
m:2以上n−1以下の整数
q:1以上n以下の整数
kq:基準配線24refから、対象とする分割コンデンサ32divまでの分割コンデンサ32divの数(対象とする分割コンデンサ32div自体を含む。)
Lkq:基準配線24refから、kq番目の分割コンデンサ32divの端子のうち基準配線24refとは反対側の端子(図19では、各分割コンデンサ32divの正極側の端子)が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数
Ckq:kq番目の分割コンデンサ32divの静電容量
Rkq:kq番目の分割コンデンサ32divと接続される抵抗30の抵抗値
n:分割コンデンサ32divの数
m:2以上n−1以下の整数
q:1以上n以下の整数
kq:基準配線24refから、対象とする分割コンデンサ32divまでの分割コンデンサ32divの数(対象とする分割コンデンサ32div自体を含む。)
Lkq:基準配線24refから、kq番目の分割コンデンサ32divの端子のうち基準配線24refとは反対側の端子(図19では、各分割コンデンサ32divの正極側の端子)が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数
Ckq:kq番目の分割コンデンサ32divの静電容量
Rkq:kq番目の分割コンデンサ32divと接続される抵抗30の抵抗値
図19では、k1は、静電容量C30Sのコンデンサ32に対応し、k2は、静電容量C30tのコンデンサ32に対応し、k3は、静電容量C30uのコンデンサ32に対応し、k4は、静電容量C30pのコンデンサ32に対応する。また、静電容量C30sのコンデンサ32に対応するLk1は「s」であり、静電容量C30tのコンデンサ32に対応するLk2は「t」であり、静電容量C30uのコンデンサ32に対応するLk3は「u」であり、静電容量C30pのコンデンサ32に対応するLk4は「p」である。
以上のように定義するとき、各分割コンデンサ32divの静電容量Ckqは、下記の式(5−1)、(5−2)を満たすように設定し、各抵抗30の抵抗値Rkxは、下記の式(5−3)、(5−4)、(5−5)を満たすように設定する。
[C−3.具体的な実施例]
(C−3−1.第4実施例)
図20は、図19の電圧測定装置10Bの構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第4実施例)を示した図である。第4実施例に係る電圧測定装置10dでは、図20に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32a、32d、32f、32g、32i、32jと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32b、32c、32e、32hとを組み合わせて用いる。このため、コンデンサ32の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
(C−3−1.第4実施例)
図20は、図19の電圧測定装置10Bの構成において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第4実施例)を示した図である。第4実施例に係る電圧測定装置10dでは、図20に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32a、32d、32f、32g、32i、32jと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32b、32c、32e、32hとを組み合わせて用いる。このため、コンデンサ32の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
図20の電圧測定装置10dを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第4実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C30xを決定する。第4実施例では、各非分割コンデンサ32a、32d、32f、32g、32i、32jの静電容量C301、C304、C306、C307、C309、C310とこれと対になる抵抗30a、30d、30f、30g、30i、30jの抵抗値R301、R304、R306、R307、R309、R310の積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32a、32d、32f、32g、32i、32jの静電容量C301、C304、C306、C307、C309、C310は、比較的自由に設定できる。
そして、第4実施例では、非分割コンデンサ32a、32d、32f、32g、32i、32jの静電容量C301、C304、C306、C307、C309、C310をいずれも1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32a、32d、32f、32g、32i、32jと対になる抵抗30a、30d、30f、30g、30i、30jの抵抗値R301、R304、R306、R307、R309、R310を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32b、32c、32e、32hの静電容量C302、C303、C305、C308は、上記式(5−1)、(5−2)を満たすものであればよく、ここでは、4.7μF、6.8μF、2.2μF、1μFとする。
さらに、分割コンデンサ32b、32c、32e、32hと対になる抵抗30b、30c、30e、30hの抵抗値R302、R303、R305、R308は、上記式(5−3)、(5−4)、(5−5)及び静電容量C302、C303、C305、C308に基づき設定する。すなわち、R302=77Ω、R303=125Ω、R305=357Ω、R308=267Ωである(小数第1位を四捨五入している。)。
なお、式(5−1)〜(5−5)中で用いるLk1、Lk2、Lk3、Lk4{基準配線24refからコンデンサ32b、32c、32e、32hの端子のうち基準配線24refとは反対側(正極側)の端子が接続する非基準配線24nまでの非基準配線24nの数}は、それぞれ2、3、5、8である。
図20の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7と同様、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
(C−3−2.第5実施例)
上記のように、基準配線24refの位置は、モジュール列14の最も負極側の配線24である必要はなく、基準配線24refをその他の位置に配置してもよい。
上記のように、基準配線24refの位置は、モジュール列14の最も負極側の配線24である必要はなく、基準配線24refをその他の位置に配置してもよい。
図21は、モジュール列14の最も正極側の配線24を基準配線24refとし、3つの分割コンデンサ群36(直列コンデンサ群36)を有する構成(図19の変形)において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第5実施例)を示した図である。
第5実施例に係る電圧測定装置10eでは、図21に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32jと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32a〜32iとを組み合わせて用いる。分割コンデンサ32c、32f、32iは第1分割コンデンサ群36a(第1直列コンデンサ群36a)を構成し、分割コンデンサ32b、32d、32gは第2分割コンデンサ群36b(第2直列コンデンサ群36b)を構成し、分割コンデンサ32a、32e、32hは第3分割コンデンサ群36c(第3直列コンデンサ群36c)を構成する。このため、各分割コンデンサ32a〜32iの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
なお、図21では、理解の容易化(第1〜第4実施例との比較)のため、抵抗30の抵抗値R30xにおいて、xを0〜9の整数としている。
図21の電圧測定装置10eを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第5実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C30nを決定する。第5実施例では、非分割コンデンサ32jの静電容量C310とこれと対になる抵抗30jの抵抗値R309の積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32jの静電容量C310は、比較的自由に設定できる。そして、第5実施例では、非分割コンデンサ32jの静電容量C310を1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32jと対になる抵抗30jの抵抗値R309を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32a〜32iの静電容量C301〜C309は、第1〜第3分割コンデンサ群36a〜36c毎に上記式(5−1)、(5−2)を満たすものであればよく、ここでは、C301=C303=1μF、C302=C304=C307=C308=3.3μF、C305=C306=2.2μF、C309=4.7μFとする。
なお、第5実施例では、基準配線24refの位置が図21中、最も上側である。このため、図21の第1分割コンデンサ群36aでは、k1は、静電容量C309のコンデンサ32iに対応し、k2は、静電容量C306のコンデンサ32fに対応し、k3は、静電容量C303のコンデンサ32cに対応する。第2分割コンデンサ群36bでは、k1は、静電容量C307のコンデンサ32gに対応し、k2は、静電容量C304のコンデンサ32dに対応し、k3は、静電容量C302のコンデンサ32bに対応する。第3分割コンデンサ群36cでは、k1は、静電容量C308のコンデンサ32hに対応し、k2は、静電容量C305のコンデンサ32eに対応し、k3は、静電容量C301のコンデンサ32aに対応する。
また、分割コンデンサ32a〜32iと対になる抵抗30a〜30iの抵抗値R300〜R308は、上記式(5−3)、(5−4)、(5−5)及び静電容量C301〜C309に基づき設定する。すなわち、R300=250Ω、R301=136Ω、R302=267Ω、R303=212Ω、R304=231Ω、R305=139Ω、R306=121Ω、R307=91Ω、R308=71Ωである(小数第1位を四捨五入している。)。
なお、第1分割コンデンサ群36aにおいて、静電容量C309のコンデンサ32iに対応するLk1は2であり、静電容量C306のコンデンサ32fに対応するLk2は5であり、静電容量C303のコンデンサ32cに対応するLk3は8である。第2分割コンデンサ群36bにおいて、静電容量C307のコンデンサ32gに対応するLk1は4であり、静電容量C304のコンデンサ32dに対応するLk2は7であり、静電容量C302のコンデンサ32bに対応するLk3は9である。第3分割コンデンサ群36cにおいて、静電容量C308のコンデンサ32hに対応するLk1は3であり、静電容量C305のコンデンサ32eに対応するLk2は6であり、静電容量C301のコンデンサ32aに対応するLk3は10である。
図21の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7と同様、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
(C−3−3.第6実施例)
図22は、モジュール列14の中央の配線24を基準配線24refとし、4つの分割コンデンサ群36(直列コンデンサ群36)を有する構成(図19の変形)において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第6実施例)を示した図である。
図22は、モジュール列14の中央の配線24を基準配線24refとし、4つの分割コンデンサ群36(直列コンデンサ群36)を有する構成(図19の変形)において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第6実施例)を示した図である。
第6実施例に係る電圧測定装置10fでは、図22に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32e、32fと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32a〜32d、32g〜32jとを組み合わせて用いる。
分割コンデンサ32b、32dは第1分割コンデンサ群36a(第1直列コンデンサ群36a)を構成し、分割コンデンサ32a、32cは第2分割コンデンサ群36b(第2直列コンデンサ群36b)を構成し、分割コンデンサ32g、32iは第3分割コンデンサ群36c(第3直列コンデンサ群36c)を構成し、分割コンデンサ32h、32jは第4分割コンデンサ群36d(第4直列コンデンサ群36d)を構成する。このため、各分割コンデンサ32a〜32d、32g〜32jの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
なお、図22では、基準配線24refがモジュール列14の中央にある。このため、分割コンデンサ32b、32dが構成する第1分割コンデンサ群36aと、分割コンデンサ32g、32iが構成する第3分割コンデンサ群36cとは別の分割コンデンサ群である。同様に、分割コンデンサ32a、32cが構成する第2分割コンデンサ群36bと、分割コンデンサ32h、32jが構成する第4分割コンデンサ群36dとは別の分割コンデンサ群である。また、コンデンサ32e、32fは、分割コンデンサ32divではなく、非分割コンデンサ32ndとなる。
なお、図22では、理解の容易化(第1〜第5実施例との比較)のため、抵抗30の抵抗値R30xにおいて、xを0〜4、6〜10の整数としている。
図22の電圧測定装置10fを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第6実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C30nを決定する。第6実施例では、各非分割コンデンサ32e、32fの静電容量C305、C306とこれと対になる抵抗30e、30fの抵抗値R304、R306の積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32e、32fの静電容量C305、C306は、比較的自由に設定できる。そして、第6実施例では、非分割コンデンサ32e、32fの静電容量C305、C306をいずれも1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32e、32fと対になる抵抗30e、30fの抵抗値R304、R306を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32a〜32d、32g〜32jの静電容量C301〜C304、C307〜C310は、上記式(5−1)、(5−2)を満たすものであればよく、ここでは、C301=C303=C304=C307=C308=C310=2.2μF、C302=C309=1.5μFとする(小数第1位を四捨五入している。)。
なお、第6実施例では、基準配線24refの位置は、モジュール列14の中央である。このため、図22の第1分割コンデンサ群36aでは、k1は、静電容量C304のコンデンサ32dに対応し、k2は、静電容量C302のコンデンサ32bに対応する。第2分割コンデンサ群36bでは、k1は、静電容量C303のコンデンサ32cに対応し、k2は、静電容量C301のコンデンサ32aに対応する。第3分割コンデンサ群36cでは、k1は、静電容量C307のコンデンサ32gに対応し、k2は、静電容量C309のコンデンサ32iに対応する。第4分割コンデンサ群36dでは、k1は、静電容量C308のコンデンサ32hに対応し、k2は、静電容量C310のコンデンサ32jに対応する。
また、分割コンデンサ32a〜32d、32g〜32jと対になる抵抗30a〜30d、30g〜30jの抵抗値R300〜R303、R307〜R310は、上記式(5−3)、(5−4)、(5−5)及び静電容量C301〜C304、C307〜C310に基づき設定する。すなわち、R300=R310=114Ω、R301=R309=133Ω、R302=R308=136Ω、R303=R307=143Ωである。
なお、第1分割コンデンサ群36aにおいて、静電容量C304のコンデンサ32dに対応するLk1は2であり、静電容量C302のコンデンサ32bに対応するLk2は4である。第2分割コンデンサ群36bにおいて、静電容量C303のコンデンサ32cに対応するLk1は3であり、静電容量C301のコンデンサ32aに対応するLk2は5である。第3分割コンデンサ群36cにおいて、静電容量C307のコンデンサ32gに対応するLk1は2であり、静電容量C309のコンデンサ32iに対応するLk2は4である。第4分割コンデンサ群36dにおいて、静電容量C308のコンデンサ32hに対応するLk1は3であり、静電容量C310のコンデンサ32jに対応するLk2は5である。
図22の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7と同様、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
(C−3−4.第7実施例)
上記のように、基準配線24refの数は1本である必要はなく、基準配線24refを複数本にしてもよい。すなわち、非分割コンデンサ32ndと分割コンデンサ32divの両方を実現可能な構成であれば、基準配線24refを複数にすることが可能である。非分割コンデンサ32ndについては、全部若しくは一部について基準配線24refを共通にする又はそれぞれについて基準配線24refを設けることが可能である。また、分割コンデンサ32divを実現するためには、少なくとも2つのコンデンサ32について基準配線24refが1本あればよい。従って、基準配線24refの総数は、1本以上であり且つコンデンサ32の総数pから1を引いた数の本数以下とすることが可能である。
上記のように、基準配線24refの数は1本である必要はなく、基準配線24refを複数本にしてもよい。すなわち、非分割コンデンサ32ndと分割コンデンサ32divの両方を実現可能な構成であれば、基準配線24refを複数にすることが可能である。非分割コンデンサ32ndについては、全部若しくは一部について基準配線24refを共通にする又はそれぞれについて基準配線24refを設けることが可能である。また、分割コンデンサ32divを実現するためには、少なくとも2つのコンデンサ32について基準配線24refが1本あればよい。従って、基準配線24refの総数は、1本以上であり且つコンデンサ32の総数pから1を引いた数の本数以下とすることが可能である。
図23は、モジュール列14の最も正極側及び最も負極側の配線24を基準配線24refとし、4つの分割コンデンサ群36(直列コンデンサ群36)を有する構成(図19の変形)において、実際に抵抗30(30a〜30j)及びコンデンサ32(32a〜32j)の数値の具体例(第7実施例)を示した図である。
第7実施例に係る電圧測定装置10gでは、図23に示すように、非分割コンデンサ32nd(第1コンデンサ32nd)としてのコンデンサ32a、32jと、分割コンデンサ32div(第2コンデンサ32div)としてのコンデンサ32b〜32iとを組み合わせて用いる。分割コンデンサ32b、32dは第1分割コンデンサ群36a(第1直列コンデンサ群36a)を構成し、分割コンデンサ32c、32eは第2分割コンデンサ群36b(第2直列コンデンサ群36b)を構成し、分割コンデンサ32g、32iは第3分割コンデンサ群36c(第3直列コンデンサ群36c)を構成し、分割コンデンサ32f、32hは第4分割コンデンサ群36d(第4直列コンデンサ群36d)を構成する。このため、各分割コンデンサ32b〜32iの耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタの設計の自由度を上げることが可能となる。
図23の電圧測定装置10gでは、2本の基準配線24refを設けるため、配線24の総数が、モジュール数+2本となっている。すなわち、モジュール16e、16fの間に接続する配線24が2本となっている。
図23の電圧測定装置10gを設計するに当たっては、例えば、次のような順序で行う。すなわち、要求される時定数τを設定する。第7実施例では、τ=100μsecとする。
次いで、コンデンサ32の静電容量C30nを決定する。第7実施例では、各非分割コンデンサ32a、32jの静電容量C301、C310とこれと対になる抵抗30a、30jの抵抗値R301、R310の積がτとなればよい。このため、非分割コンデンサ32a、32jの静電容量C301、C310は、比較的自由に設定できる。そして、第7実施例では、非分割コンデンサ32a、32jの静電容量C301、C310をいずれも1μFとする。これに伴い、非分割コンデンサ32a、32jと対になる抵抗30a、30jの抵抗値R301、R310を100Ωとする。
また、分割コンデンサ32b〜32iの静電容量C302〜C309は、上記式(5−1)、(5−2)を満たすものであればよく、ここでは、C302=C303=C305=C306=C308=C309=2.2μF、C304=C307=1.5μFとする。
なお、第7実施例では、基準配線24refの位置が図23中、最も上側及び最も下側である。このため、図23の第1分割コンデンサ群36aでは、k1は、静電容量C302のコンデンサ32bに対応し、k2は、静電容量C304のコンデンサ32dに対応する。第2分割コンデンサ群36bでは、k1は、静電容量C303のコンデンサ32cに対応し、k2は、静電容量C305のコンデンサ32eに対応する。第3分割コンデンサ群36cでは、k1は、静電容量C309のコンデンサ32iに対応し、k2は、静電容量C307のコンデンサ32gに対応する。第4分割コンデンサ群36dでは、k1は、静電容量C308のコンデンサ32hに対応し、k2は、静電容量C306のコンデンサ32fに対応する。
また、分割コンデンサ32b〜32iと対になる抵抗30b〜30iの抵抗値R302〜R309は、上記式(5−3)、(5−4)、(5−5)及び静電容量C302〜C309に基づき設定する。すなわち、R302=R309=143Ω、R303=R308=136Ω、R304=R307=133Ω、R305=R306=114Ωである(小数第1位を四捨五入している。)。
なお、第1分割コンデンサ群36aにおいて、静電容量C302のコンデンサ32bに対応するLk1は2であり、静電容量C304のコンデンサ32dに対応するLk2は4である。第2分割コンデンサ群36bにおいて、静電容量C303のコンデンサ32cに対応するLk1は3であり、静電容量C305のコンデンサ32eに対応するLk2は5である。第3分割コンデンサ群36cにおいて、静電容量C309のコンデンサ32iに対応するLk1は2であり、静電容量C307のコンデンサ32gに対応するLk2は4である。第4分割コンデンサ群36dにおいて、静電容量C308のコンデンサ32hに対応するLk1は3であり、静電容量C306のコンデンサ32fに対応するLk2は5である。
図23の構成によれば、一定の時定数τを実現し、図7と同様、RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。
[C−4.第3実施形態の効果]
以上のように、第3実施形態によれば、コンデンサ32(分割コンデンサ32div)の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタ(低域通過フィルタ)の設計の自由度を上げることが可能となる。
以上のように、第3実施形態によれば、コンデンサ32(分割コンデンサ32div)の耐圧限界を抑えつつ、RCフィルタ(低域通過フィルタ)の設計の自由度を上げることが可能となる。
すなわち、第3実施形態によれば、測定ノード44を介して直列に接続された複数の分割コンデンサ32divを有する分割コンデンサ群36を備える。このため、全てのコンデンサ32を非分割コンデンサ32ndとする場合と比べて、分割コンデンサ群36を構成する複数の分割コンデンサ32divの耐圧限界を抑えることが可能となる。
また、第3実施形態によれば、電池モジュール16毎に設けられるRCフィルタを構成するコンデンサ32を、分割コンデンサ群36に含まれる分割コンデンサ32divとして配置するか又は非分割コンデンサ32ndとして独立に配置することが可能となる。このため、全てのコンデンサ32を直列に配置する構成(すなわち、非分割コンデンサ32ndを含まずに、1つの分割コンデンサ群36のみからなる構成)と比較して、各コンデンサ32の配置の自由度を上げることが可能となる。
第3実施形態によれば、各分割コンデンサ32divの静電容量C30xは、上記式(5−1)、(5−2)の関係を満たし、各抵抗30の抵抗値R30xは、上記式(5−3)、(5−4)、(5−5)の関係を満たす。これにより、各RCフィルタの周波数特性を均一にすることが可能となる。すなわち、非分割コンデンサ32nd及びこれと対になってRCフィルタを構成する抵抗30については、非分割コンデンサ32ndの静電容量C30Xと抵抗30の抵抗値R30Xの積が時定数τとなる。また、各分割コンデンサ32divの静電容量C30xが式(5−1)、(5−2)を満たし、RCフィルタを構成する上で各分割コンデンサ32divと対になる抵抗30の抵抗値R30xが上記式(5−3)〜(5−5)を満たすことで各RCフィルタの時定数はτで一定となる。従って、非分割コンデンサ32nd及び分割コンデンサ32divのいずれを含むRCフィルタについてもフィルタ周波数特性(フィルタ時定数)を均一にすることができる。
さらに、各分割コンデンサ32divの静電容量C30xは、上記式(5−1)、(5−2)を満たせばよい。このため、式(5−1)の「(Lk2−Lk1)/Lk1」や式(5−2)の「(Lk(m+1)−Lkm)/(Lkm−Lk(m−1))」を考慮することにより、各分割コンデンサ32divの静電容量C30xに比較的自由度を持たせ、各分割コンデンサ32divには価格の安い汎用品を用いることが可能となる。例えば、式(5−1)の「(Lk2−Lk1)/Lk1」や式(5−2)の「(Lk(m+1)−Lkm)/(Lkm−Lk(m−1))」が0より大きく1以下の数値となるようにすれば、各分割コンデンサ32divの静電容量C30xを等しくすることが可能になる。
一方、コンデンサの汎用品における静電容量の選択肢と比べて、抵抗の汎用品の抵抗値の選択肢は多く、また、抵抗値を任意に調整可能なトリミング抵抗等も一般的に入手可能である。加えて、直列と並列を合わせることにより、抵抗値の調整をすることも容易である。従って、上記式(5−3)〜(5−5)を満たすことは、コンデンサ32の選択と比べて容易であり、電圧測定装置10Bの費用を抑えることが可能となる。
D.変形例
なお、この発明は、上記各実施形態及び上記各実施例に限らず、この明細書、特許請求の範囲又は図面の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
なお、この発明は、上記各実施形態及び上記各実施例に限らず、この明細書、特許請求の範囲又は図面の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
上記各実施形態及び上記各実施例では、各モジュール16と1つの電圧測定回路18とを接続したが、電圧測定回路18は2つ以上且つモジュール数以下であれば、これに限らない。
上記各実施形態では、その効果として、コンデンサ32に汎用品を用いることが可能である旨を記載したが、必ずしもコンデンサ32を汎用品にしなければならない訳ではなく、特注品であってもよい。
上記各実施形態又は上記各実施例では、各非分割コンデンサ32nd及び各分割コンデンサ32divがモジュール16の同じ極に接続されたが、必ずしもそのような構成に限らない。例えば、図23において、第1分割コンデンサ群36a、第2分割コンデンサ群36b及び非分割コンデンサ32jを除いた構成(及びモジュール16b〜16e等を除いた構成)とすることで、各非分割コンデンサ32ndと各分割コンデンサ32divとがモジュール16の異なる極に接続されてもよい。
Claims (4)
- それぞれが少なくとも1つのセルを有し直列に接続された複数の電池モジュール(16、16a〜16j)からなる組電池(12)の電圧を測定する電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)であって、
抵抗(30、30a〜30j)を介さずに前記電池モジュール(16、16a〜16j)の1つに接続されて基準電位になる少なくとも1つの基準ノード(44ref)及び前記基準ノード(44ref)以外の非基準ノード(44n)を含む複数の測定ノード(44)と、
前記複数の測定ノード(44)のうち電位の高低関係で隣り合う前記測定ノード(44)間にそれぞれ接続される複数の電圧検出部(CH)と、
前記非基準ノード(44n)に一端が接続され、前記電池モジュール(16、16a〜16j)の間又は前記組電池(12)の両端に他端が接続された複数の抵抗(30、30a〜30j)と、
前記測定ノード(44)を介して直列に接続されたコンデンサである複数の分割コンデンサ(32div)を有すると共に、前記基準ノード(44ref)に一端が接続され、前記非基準ノード(44n)に他端が接続された少なくとも1つの分割コンデンサ群(36、36a〜36d)と、
前記基準ノード(44ref)に一端が接続され、前記分割コンデンサ(32div)が接続しない前記非基準ノード(44n)に他端が接続される少なくとも1つの非分割コンデンサ(32nd)と
を備えることを特徴とする電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)。 - 請求項1記載の電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)において、
前記非分割コンデンサ(32nd)の静電容量と、前記非分割コンデンサ(32nd)に接続されて低域通過フィルタを構成する前記抵抗(30、30a〜30j)の抵抗値との積は予め定められた時定数τになる関係にあり、
前記少なくとも1つの分割コンデンサ群(36、36a〜36d)毎に、
前記分割コンデンサ(32div)の数をnとし、
2以上n−1以下の整数をmとし、
1以上n以下の整数をqとし、
前記基準ノード(44ref)から、対象とする前記分割コンデンサ(32div)までの前記分割コンデンサ(32div)の数をkqとし、
前記基準ノード(44ref)から、kq番目の前記分割コンデンサ(32div)の端子のうち前記基準ノード(44ref)とは反対側の端子が接続する前記非基準ノード(44n)までの前記非基準ノード(44n)の数をLkqとし、
kq番目の前記分割コンデンサ(32div)の静電容量をCkqとし、
kq番目の前記分割コンデンサ(32div)と接続される抵抗(30、30a〜30j)の抵抗値をRkqとするとき、
各分割コンデンサ(32div)の前記静電容量Ckqは、下記の式(1)、(2)を満たし、
各抵抗(30、30a〜30j)の前記抵抗値Rkqは、下記の式(3)〜(5)を満たす
ことを特徴とする電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)。
- それぞれが少なくとも1つのセルからなる複数の電池モジュール(16、16a〜16j)を直列に接続したモジュール列(14)を有する組電池(12)の電圧を測定する電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)であって、
各電池モジュール(16、16a〜16j)間及び前記モジュール列(14)の両端それぞれに接続された電池モジュール数+1本以上の配線(24)を介して各電池モジュール(16、16a〜16j)の正極側及び負極側に接続され、各電池モジュール(16、16a〜16j)の両端電圧を検出する電圧検出手段(18、20)と、
前記電池モジュール数+1本以上の配線(24)のうち前記電池モジュール数と同数の各配線(24)上にそれぞれ設けられた電池モジュール数と同数の抵抗(30、30a〜30j)と、
前記抵抗(30、30a〜30j)と組み合わせてそれぞれがRCフィルタを構成する電池モジュール数と同数のコンデンサ(32、32a〜32j)と
を備え、
前記コンデンサ(32、32a〜32j)は、他のコンデンサ(32、32a〜32j)と直列に接続されない少なくとも1つの第1コンデンサ(32nd)と、他のコンデンサ(32、32a〜32j)と直列に接続された複数の第2コンデンサ(32div)とからなり、複数の前記第2コンデンサ(32div)により少なくとも1つの直列コンデンサ群(36、36a〜36d)が構成され、
前記第1コンデンサ(32nd)の一端は、前記配線(24)を介して前記電池モジュール(16、16a〜16j)の正極側又は負極側である特定極側と接続され、
前記第1コンデンサ(32nd)の他端は、前記抵抗(30、30a〜30j)が設けられていない配線(24)である基準配線(24ref)と接続され、
前記第2コンデンサ(32div)の一端は、前記配線(24)を介して前記電池モジュール(16、16a〜16j)の前記特定極側又は当該特定極の反対側と接続され、
前記少なくとも1つの直列コンデンサ群(36、36a〜36d)それぞれにおいて、前記基準配線(24ref)に最も近い前記第2コンデンサ(32div)の他端は、前記基準配線(24ref)と接続され、それ以外の前記第2コンデンサ(32div)の他端は、前記基準配線(24ref)以外の前記配線(24)である非基準配線(24n)において、他の前記第2コンデンサ(32div)の前記一端と接続される
ことを特徴とする電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)。 - 請求項3記載の電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)において、
各RCフィルタの時定数を特定値であるτとするとき、
前記第1コンデンサ(32nd)の静電容量と、当該第1コンデンサ(32nd)と対になる前記抵抗(30、30a〜30j)の抵抗値との積はτであり、
前記少なくとも1つの直列コンデンサ群(36、36a〜36d)毎に、
前記第2コンデンサ(32div)の数をnとし、
2以上n−1以下の整数をmとし、
1以上n以下の整数をqとし、
前記基準配線(24ref)から、対象とする前記第2コンデンサ(32div)までの前記第2コンデンサ(32div)の数をkqとし、
前記基準配線(24ref)から、kq番目の前記第2コンデンサ(32div)の端子のうち前記基準配線(24ref)とは反対側の端子が接続する前記非基準配線(24n)までの前記非基準配線(24n)の数をLkqとし、
kq番目の前記第2コンデンサ(32div)の静電容量をCkqとし、
kq番目の前記第2コンデンサ(32div)と接続される抵抗(30、30a〜30j)の抵抗値をRkqとするとき、
各第2コンデンサ(32div)の前記静電容量Ckqは、下記の式(6)、(7)を満たし、
各抵抗(30、30a〜30j)の前記抵抗値Rkqは、下記の式(8)〜(10)を満たす
ことを特徴とする電圧測定装置(10、10A、10B、10a〜10g)。
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