WO2007080968A1

WO2007080968A1 - 電圧検出装置、電圧検出方法

Info

Publication number: WO2007080968A1
Application number: PCT/JP2007/050325
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Morita; Hayato Nagakura; Shinsuke Yoshida
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd.
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2007-07-19
Also published as: EP1972949A4; US7916504B2; EP1972948A1; US7808230B2; US20100164480A1; JP2007212441A; WO2007080967A1; US20090190376A1; EP1972948B1; EP1972949B1; EP1972948A4; EP1972949A1

Abstract

　直流電圧が印加される直流回路に接続されて、直流回路上に印加される直流電圧を検出する電圧検出装置は、直流電圧が大きくなるにつれて上昇する第１の電圧と、直流電圧が大きくなるにつれて下降する第２の電圧とを出力する電圧変換手段と、電圧変換手段から出力された第１の電圧と第２の電圧とを入力し、入力した第１の電圧と第２の電圧との差分に基づいて直流電圧を算出する電圧算出手段と、第１の電圧または第２の電圧のうちのいずれか少なくとも一方が電圧算出手段に入力されない場合は、故障していると判定する第一の故障判定手段とを備える。

Description

明細書

電圧検出装置、電圧検出方法

技術分野

[0001] 本発明は、電池やキャパシタなど力出力される直流出力電圧を検出する装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、例えば電気自動車や HEV (Hybrid Electric Vehicle)などの、電池から出力される電力によって駆動する電気モータを備え、電気モータの駆動力で走行する車両において、電池から回路上に印加される直流電圧（以下、電池の出力電圧とも記載する）を検出対象の電圧として検出するために様々な方法が用いられて、る。たとえば、電池の出力電圧に応じた電流をケーブルに流すことにより、電池から離れた位置でもその出力電圧を正確に検出できるようにした非絶縁型の電圧センサが知られている (特許文献 1参照)。

[0003] 特許文献 1 :特開 2001— 124805号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 特許文献 1に開示される電圧センサ（以下では、電圧検出装置とも言う）において、ノイズや AD変換時の量子化誤差などの影響を軽減して検出精度を高めるためには、ケーブルに流す電流のダイナミックレンジを大きくする必要がある。しかし、ケープルに流す電流のダイナミックレンジを大きくすると、それに応じてケーブル損失による無駄な電力消費が発生するという問題がある。

これを解決する為に、検出対象の直流電圧が大きくなるにつれて上昇する第 1の電圧と、検出対象の直流電圧が大きくなるにつれて下降する第 2の電圧とを出力する電圧変換回路を備え、この電圧変換回路力も出力された第 1の電圧と第 2の電圧の差分に基づいて検出対象の直流電圧を算出する電圧センサが考えられる。ところが、このような電圧センサを用いた場合には従来の電圧センサに比べて回路が複雑ィ匕する為、故障が発生する可能性が高くなるという問題が有る。そこで、電圧検出装置の故障を確実に検出する必要が有る。

課題を解決するための手段

[0005] 本発明の第 1の態様によると、電圧検出装置は、直流電圧が印加される直流回路に接続されて、この直流回路上に印加される直流電圧を検出する。この電圧検出装置は、直流電圧が大きくなるにつれて上昇する第 1の電圧と、直流電圧が大きくなるにつれて下降する第 2の電圧とを出力する電圧変換手段と、電圧変換手段から出力された第 1の電圧と第 2の電圧とを入力し、入力した第 1の電圧と第 2の電圧との差分に基づ!/、て直流電圧を算出する電圧算出手段と、第 1の電圧または第 2の電圧のうちのいずれか少なくとも一方が電圧算出手段に入力されない場合は、故障していると判定する第一の故障判定手段とを備える。

本発明の第 2の態様によると、直流回路上に印加される直流電圧を検出する電圧検出方法は、直流電圧が大きくなるにつれて上昇する第 1の電圧と、直流電圧が大きくなるにつれて下降する第 2の電圧とを入力部に入力し、入力部に入力された第 1 の電圧と第 2の電圧との差分に基づいて直流電圧を算出し、第 1の電圧または第 2の電圧のうちの、ずれか少なくとも一方が入力部に入力されなヽ場合は、故障して、ると判定する。

発明の効果

[0006] 本発明によれば、電圧検出装置の故障を確実に検出することができる。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]第 1の実施の形態による車両用電圧検出装置のブロック図である。

[図 2] (a)はスィッチに入力されるトリガ信号を示す図であり、 (b)は電池出力電圧 Vou tと一次コイルの両端間電位差の実行値 Vsefの関係を示す図である。

[図 3]電池出力電圧 Voutと直流電圧 VI、 V2との関係を表した図である。

[図 4]ゲイン誤差が発生した場合の補正方法を説明するための図である。

[図 5]出力電圧 Voutが 0のときに Vl > V2となるオフセット誤差が含まれる場合の補正方法を説明するための図である。

[図 6]出力電圧 Voutが 0のときに VKV2となるオフセット誤差が含まれる場合の補正方法を説明するための図である。圆 7]オフセット誤差が含まれている場合の故障診断方法を説明するための図である

[図 8]第 1の実施の形態において VIまたは V2のいずれか一方の測定結果に基づいて故障診断を行う方法を説明するための図である。

[図 9]第 1の実施の形態による車両用電圧検出装置の変形例を示す図である。

[図 10]第 2の実施の形態による車両用電圧検出装置のブロック図である。

[図 11]第 2の実施の形態による車両用電圧検出装置の変形例を示す図である。

[図 12]第 2の実施の形態にぉ、て VIまたは V2の、ずれか一方の測定結果に基づ!/ヽて故障診断を行う方法を説明するための図である。

[図 13]V2が検出できなくなった場合に電池出力電圧 Voutを求める方法について説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

[0008] 第 1の実施の形態

図 1は、本発明を適用した一実施の形態による車両用電圧検出装置のブロック図である。この電圧検出装置は、電池 1から供給する電力によって駆動する電気モータ 4を備え、電気モータ 4の駆動力で走行する車両などに搭載される。この電圧検出装置が搭載される車両は、たとえば電気自動車やハイブリッド自動車 (HEV)などである。この電圧検出装置は、図 1に示すように、電池 1の出力電圧（直流電圧）が印加される直流回路 5に接続されて、電池 1の出力電圧を検出する。この電圧検出装置は、電圧変換部 2およびマイコン 3を備えている。

[0009] 電圧変換部 2には、スィッチ 21、トランス 24および交流直流変換器 25が備えられている。トランス 24において、入力段である電池 1側には一次コイル 241が設置され、出力段である交流直流変換器 25側には二次コイル 242が設置されている。なお、一次コイル 241と二次コイル 242は電気的に絶縁されている。また、抵抗 22、 23は、電池 1の出力電圧が高電圧である事から、分圧して降圧した電圧を電圧検出装置に入力する為に設けられた分圧抵抗である。したがって、電池 1の出力電圧が電圧検出装置の耐圧以下であれば、抵抗 22、 23を設けなくても良い。

[0010] 電池 1から出力される直流の出力電圧 Voutは、抵抗 22、抵抗 23 (以下、分圧抵抗) によって降圧されて、直流の入力電圧として電圧変換部 2に入力される。電圧変換部 2は、入力された入力電圧（以下、単に入力電圧と記載する）に基づいて直流電圧 V 1および V2をマイコン 3へ出力する。マイコン 3は、電圧変換部 2から出力された直流電圧 VIおよび V2を検出し、その検出結果に基づいて電池 1の出力電圧 Voutを求める。図 1に示す電圧検出装置では、このようにして電池出力電圧の検出が行われる。以下、電圧変換部 2とマイコン 3の具体的な動作内容について説明する。

[0011] 電圧変換部 2のスィッチ 21は、マイコン 3からの制御信号に応じて開閉動作する。このスィッチ 21の開閉動作により、電池 1と一次コイル 241との接続状態が接続または切断のいずれかに切り替えられる。このスィッチ 21の開閉動作を所定の周期で繰り返し、電池 1との接続状態を周期的に切り替えることにより、スィッチ 21の動作周期に応じて、入力電圧が所定の周期で振動する。すると、入力電圧が直流電圧から交流電圧に変換され、入力電圧の大きさに応じた交流電圧がトランス 24の一次コイル 24 1に印加される。すなわち、スィッチ 21は開閉動作を所定の周期で繰り返す事によつて、直流の入力電圧を交流電圧に変換する直流交流変換手段として機能する。こうして印加された交流電圧により、交流電流が一次コイル 241に流れる。このとき一次コイル 241の両端間に発生する電位差を Vsと表す。

[0012] 一次コイル 241の両端間電位差 Vsは、スィッチ 21の開閉動作に応じて周期的に時間変化する。このときの Vsの実効値を Vsefと表すと、電池 1の出力電圧 Voutと Vsefの比率は、抵抗 22、抵抗 23および一次コイル 241の各インピーダンスの比率に応じて決定される。

[0013] 抵抗 22と抵抗 23のインピーダンスは、それぞれの抵抗値から定まる。一次コイル 2 41のインピーダンスは、一次コイル 241に印加される印加電圧の周波数すなわちスイッチ 21の動作周波数と、一次コイル 241のインダクタンスとに応じて定まる。したがつて、スィッチ 21を所定の動作周波数で動作させると、抵抗 22、抵抗 23および一次コイル 241の各インピーダンスの比率は一定となる。すなわち、 Voutと Vsefの比率は、抵抗 22と抵抗 23の抵抗値と、一次コイル 241のインダクタンスと、スィッチ 21の動作周波数とにより、予め定めておくことができる。

[0014] 図 2 (a)のグラフは、マイコン 3からの制御信号としてスィッチ 21に入力されるトリガ信号の例を示している。図 2 (b)のグラフは、電池 1の出力電圧 Voutと一次コイル 241 の両端間電位差の実効値 Vsefとの関係を示している。たとえば、図 2 (a)に示すような周期 Tのトリガ信号をスィッチ 21に入力し、これに応じてスィッチ 21を開閉する。このとき、電気モータ 4の消費電力の変動等によって電池 1の出力電圧 Voutが変化する時間 (周期）に対して周期 Tを十分小さく設定し、スィッチ 21を高速に動作させることで、図 2 (b)に示すように、出力電圧 Voutの変化の様子を Vsefにおいて忠実に再現することができる。

[0015] 一次コイル 241に印加された交流電圧は、トランス 24において入力段の一次コイル 241から出力段の二次コイル 242へ伝達される。ここで、一次コイル 241と二次コイル 242の卷数比を 1とすると、一次コイル 241に印加される交流電圧の大きさと、二次コィル 242に伝達される交流電圧の大きさとは、互いに等しくなる。したがって、二次コィル 242の両端間に生じる電位差も、一次コイル 241と同じく Vsと表すことができる。

[0016] なお、トランス 24において一次コイル 241と二次コイル 242の温度特性は同一であることが好ましい。このようにすれば、温度変化が生じた場合にも、一次コイル 241に印加される交流電圧の大きさと二次コイル 242に伝達される交流電圧の大きさを等しくすることがでさる。

[0017] 抵抗 22の抵抗値を 0とした場合は、前述のようにして直流電圧から交流電圧に変換された Voutの全部が一次コイル 241から二次コイルに伝達される。一方、抵抗 22 の抵抗値力^でな、場合は、交流電圧に変換された Voutのうち一部が一次コイル 24 1に入力され、二次コイル 242へ伝達される。このときの伝達比は、前述のように抵抗 22と抵抗 23の抵抗値と、一次コイル 241のインダクタンスと、スィッチ 21の動作周波数とによって決定される。

[0018] 二次コイル 242のインピーダンスが半分となる点、すなわち二次コイル 242の略中心に位置する点には、交流直流変換器 25から出力される所定の基準電圧 Vrel ^印カロされている。これにより、二次コイル 242の両端にそれぞれ生じる電圧をそれぞれ V h、 VIと表すと、これらは二次コイル 242の両端間電位差 Vsを用いて、以下の式（1)、 (2)のようにそれぞれ表すことができる。なお、 Vhは +側（高電位側）であり、 VIは— 側 (低電位側）である。両端間電位差 Vsは前述のようにスィッチ 21の動作にしたがつて所定の周期で時間変化するため、 Vh、 VIはいずれも基準電圧 Vr_e 中心に変化する交流電圧である。

Vh=Vref+ (l/2)Vs · · · (1)

Vl=Vref- (l/2)Vs · · · (2)

[0019] 上記の式（1)、 (2)によって表される交流電圧 Vh、 VIは、交流直流変換器 25に入力される。交流直流変換器 25は、入力した交流電圧 Vh、 VIの実効値を求め、下記（ 3)及び（4)式に基づいて直流電圧 VI、 V2にそれぞれ変換し、マイコン 3の ADポートへと出力する。マイコン 3は、 ADポートに入力された直流電圧 VI、 V2をアナログ信号力もデジタル信号に変換し、デジタル値として取り込む。これにより、直流電圧 VI、 V2 がマイコン 3において検出される。

[0020] 交流直流変換器 25が出力する直流電圧 VI、 V2は、上記の式（1)、 (2)において V sを実効値 Vsefに置き換えることにより、以下の式（3)、（4)のようにそれぞれ表すことができる。

Vl =Vref+ (l/2)Vsef · · · (3)

V2=Vref- ( 1/2) Vsef · · · (4)

[0021] ここで、前述のように Voutと Vsefの比率は、抵抗 22および抵抗 23の抵抗値と、一次コイル 241のインダクタンスと、スィッチ 21の動作周波数とによって予め定められる。この比率を伝達比 Rtと表すと、式（3)、（4)は以下の式（5)、（6)のように書き換えられる。

Vl =Vref+ (l/2) Rt-Vout · · · (5)

V2=Vref- (l/2) Rt-Vout · · · (6)

[0022] 式（5)、 (6)から、以下の式（7)が導出される。

Vout= (l/Rt) - (Vl -V2)

VI— V2=Vとすると、 Vout=VZRt · · · (7)

[0023] マイコン 3は、電圧検出部 31、オフセット電圧検出部 32および故障判定部 33を有している。電圧検出部 31は、 AZDポートから出力されるデジタル信号の直流電圧 V 1、 V2を入力し、入力した直流電圧 VI、 V2に基づいて電池 1の出力電圧 Voutを求める。オフセット電圧検出部 32は、入力した直流電圧 VI、 V2に基づいて後述するオフセット電圧を検出する。故障判定部 33は、入力した直流電圧 VI、 V2に基づいて電圧検出装置の故障を判定する。

[0024] 図 3のグラフは、電池 1の出力電圧の大きさと、式（5)、（6)によって表される直流電圧 VI、 V2との関係を表している。横軸は電池側電圧電位、すなわち出力電圧 Voutの大きさを表しており、縦軸は電圧検出出力段電位、すなわち直流電圧 VI、 V2の大きさを表している。図 3のグラフに示されるように、直流電圧 VIおよび V2は出力電圧 Vo utに応じて変化する。 Voutが大きくなるにつれて VIは上昇し、対称的に、 Voutが大きくなるにつれて V2は下降する。なお、 VI、 V2のいずれも、 Vout = 0のときには基準電圧 Vrefに等しくなる。

[0025] 電圧検出部 31は、入力した直流電圧 VI、 V2と、予め定められた所定の伝達比 Rtとに基づいて、上記の式（7)から電池 1の出力電圧 Voutを求める。すなわち、電圧検出部 31は、図 3に示す VIと V2の差分 Vを算出して、算出した VIと V2の差分 Vを上記の式（7)に適用して、電池 1の出力電圧 Voutを求める。このようにして電池 1の出力電圧 Voutを求めることにより、ケーブルに電流を流したときのように無駄な電力消費が発生することなぐ高い精度で電圧検出を行うことができる。

[0026] なお、マイコン 3の ADポートは、予め定められた所定の電圧検出範囲（検出可能な電圧範囲であり、例えば 0Vから 5V)を有している。したがって、この電圧検出範囲内となるように、電圧変換部 2から VIと V2が出力される。図 3に示すように電池 1の最大出力電圧を Vmaxとすると、 Voutの範囲は 0から Vmaxとなる。この Voutに対して出力される VIと V2が常にマイコン 3の ADポートの電圧検出範囲内となるように、基準電圧 V refと伝達比 Rtが定められる。たとえば、マイコン 3の ADポートの検出可能範囲が 0〜 5Vの場合、 Vref= 2. 5Vに設定され、さらに電池 1の最大出力電圧 Vmaxのときに VI 力 V以下、 V2が 0V以上となるような伝達比 Rtが設定される。このようにすることで、マイコン 3において VIおよび V2を検出することができる。

[0027] トランス 24において、一次コイル 241と二次コイル 242の間は電気的に絶縁されている。これにより、 Voutと VIおよび V2とは電気的に絶縁され、電池 1からの出力電圧が直接伝わることがない。したがって、電池 1からの出力電圧が高電圧であっても、その検出を安全に行うことができる。 [0028] なお、電池 1の出力電圧 Voutを検出中に異常が発生したとき、たとえば Voutが最大出力電圧 Vmaxを超えて検出された場合などは、マイコン 3からの制御信号によりスィツチ 21を開放することが好ましい。このようにすることで、異常発生時に電圧検出装置を保護することができる。

[0029] ところで、本実施形態の電圧検出装置は、マイコン 3において直流電圧 VIおよび V 2を検出する際に発生する様々な誤差を補正したり、あるいは故障診断を行ったりすることにより、電池 1の出力電圧 Voutを正確に求めることができるようにしている。その方法について以下に説明する。

[0030] 図 4は、電圧検出部 31において VIおよび V2を検出するときに、 ADポートにおいてアナログ信号カゝらデジタル信号に変換する際にゲイン誤差が発生した場合を説明するための図である。図 4 (a)は、ゲイン誤差が発生していない正常時の電池側電圧電位と直流電圧 VI、 V2の関係を表している。このときの Voutと VI、 V2の関係は上記の式（5)および（6)によって表されるため、 VIと V2は基準電圧 Vrel^中心にして、図 4 ( a)に示すように上下対称に変化する。

[0031] 図 4 (b)は、マイコン 3の ADポートにおいてゲイン誤差が発生した際の電池側電圧電位と直流電圧 VI、 V2の関係を表している。このときのゲイン誤差成分を Gerrと表すと、 Voutと VI、 V2の関係は以下の式（8)および（9)のように表される。

Vl =Vref+ ( 1 /2) Rt · Vout + Gerr - Vout · · · (8)

V2=Vref- (1/2) Rt · Vout + Gerr 'Vout · · · (9)

[0032] 上記の式（8)および（9)によって表される VIと V2は、電池側電圧電位に応じて、たとえば図 4 (b)に示すように変化する。このように、図 4 (a)に示す正常時の波形に対して、ゲイン誤差発生時にはゲイン誤差成分 Gerrの分だけ VIおよび V2の傾きが本来のものからずれる。

[0033] 式 (8)、（9)の両辺の差を計算するとゲイン誤差成分 Gerrを削除することができ、式

(7)が得られる。すなわち、ゲイン誤差成分の大きさに関わらず VIと V2の電圧差 Vは一定である。したがって、ゲイン誤差が生じた場合であっても、本実施形態の電圧検出装置ではそれをキャンセルして式（7)から Voutを求めることができる。

[0034] 次に、交流直流変から出力される VIと V2にオフセット誤差が含まれる場合の補正方法を説明する。尚、オフセット誤差とは上述のゲイン誤差とは異なり、図 5に示す様に交流直流変 25から出力される VIと V2との 0点が図中左右にオフセット (即ち VIと V2とが平行移動）する事により発生する誤差を言う。図 5は、出力電圧 Vout 力 SOのときに VI >V2となる場合を示している。このような場合、出力電圧 Voutが 0のときの VI— V2の値をオフセット誤差 Vaとすると、このオフセット誤差 Vaの分だけ式（7) の算出結果に誤差が生じる。そこで、マイコン 3に備えられたオフセット検出部 32により、 VIと V2の電圧差 Vからオフセット誤差 Vaを求める。電圧検出部 31は、 VIと V2の電圧差 V力もオフセット検出部 32で求められたオフセット誤差 Vaを減算した値 (Vtaと表す）を用いることにより、オフセット誤差を補正して Voutを求める。

[0035] 具体的には、オフセット誤差を検出するオフセット検出部 32にて出力電圧 Voutが 0 のときに VI >V2であると判定された場合、オフセット検出部 32はオフセット誤差 Vaを算出する。このとき、電圧検出部 31は式（7)の代わりに下記の式（10)を用いて Vout を求める。

Vout= (1/Rt) · (Vl -V2-Va)

VI— V2— Va=Vtaとすると、 Vout=VtaZRt · · · (10)

[0036] 図 6は、出力電圧 Voutが 0のときに VI <V2となる場合を示している。このような場合における Voutが 0のときの V2— VIの値をオフセット誤差 Vbとすると、図 5で説明したのと同様に、 VIと V2の電圧差 Vにオフセット誤差 Vbの分を加算した値 (Vtbと表す)を用いることにより、オフセット誤差を補正して Voutを求めることができる。具体的には、オフセット誤差を検出するオフセット検出部 32にて Voutが 0のときに V1 <V2であると判定された場合、オフセット検出部 32はオフセット誤差 Vbを算出し、電圧検出部 31 は式（7)の代わりに下記の式（11)を用いて Voutを求める。

Vout= (1/Rt) · (Vl -V2+Vb)

VI— V2+Vb=Vtbとすると、 Vout=VtbZRt · · · (11)

[0037] 以上説明したように、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときの VIと V2の差分カもォフセット誤差 Vaまたは Vbを算出し、そのオフセット誤差を補正して Voutを算出することができる。なお、オフセット誤差 Vaまたは Vbを求める際には、電池 1の実際の出力電圧が 0でなくても、オフセット検出部 32がオフセットを検出する際に、オフセット検出部 32から電圧検出部 31ヘスイッチ 21を開放（開路)する指令を送信する。この指令に応じて、電圧検出部 31からスィッチ 21へ制御信号を出力することにより、スィッチ 21 を開放して電池 1との接続状態をオフに切り替える。これにより、電池 1から一次コィル 241に印加される電圧を 0として、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときと同等の状態とすることができる。

[0038] または図 9の変形例に示す様に、電池 1と電圧検出装置とを電気的に切断する事により、電池 1から電圧変化部 2に入力する電圧を 0として、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときと同等の状態とすることもできる。この場合、電池 1 (直流電源)を回路から切り離す為のスィッチであるメインリレー MLをオフセット検出部 32からの制御信号によって開放する事により、電池 1と電圧検出装置とを電気的に切断する。なお、メインリレー MLは通常の電気自動車に設けられて!/、る。

[0039] 上記のように、スィッチ 21若しくは通常設けられているメインリレー MLを切断する事によって、一次コイル 241に印加される電圧を 0とすることができる。これにより、電池 1の出力電圧 (電池 1の状態）に関わらず任意のタイミングで、且つオフセット誤差を検出する為にスィッチを追加する事無ぐオフセット誤差を検出することができる。このようにして、電池 1の状態に関わらずオフセット誤差 Vaまたは Vbを算出することができる。

[0040] 次に、本実施形態の電圧検出装置において実施する故障診断について説明する。尚、本実施例においては、上述したオフセット検出部 32におけるオフセット誤差の検出と、電圧検出部 31における直流電圧の検出とは、同時に（並行して)行われているものとする。図 7は、上記で説明したようなオフセット誤差が VIと V2の検出結果に含まれている場合の故障診断方法を説明するための図である。図 7 (a)には、正常時の電池側電圧電位と直流電圧 VI、 V2の関係を示している。一方、図 7 (b)には、故障時の電池側電圧電位と直流電圧 VI、 V2の関係を示して!/、る。

[0041] 図 1及び図 9に示す様に、マイコン 3は、入力された VI及び V2に基づいて電圧検出装置の故障を判定する故障判定部 33を備えている。この故障判定部 33は、図 7 (a) に示すように電池 1の出力電圧 Vout力Oのときに VI >V2である場合は、オフセット誤差 Vaが所定のしきい値 Vcよりも小さければ、電圧検出装置が正常に動作していると判定する。その場合は、前述したような方法でオフセット誤差 Vaの分を補正して電池出力 Voutを求める。しかし、図 7 (b)に示すように、オフセット誤差 Vaがしきい値 Vc以上である場合、電圧検出装置は故障しており、正常に動作していないと判定する。この場合、故障判定部 33は、たとえば車両の運転席に設けられたインジケータ一等の報知装置に故障が発生している事を表す故障信号を出力して、故障発生の報知等を行う。

[0042] 尚、このような電圧検出装置においては温度変化等の環境変化によって、 VI及び V2に多少のオフセットが発生する。従って所定のしきい値 Vcは、このような環境変化に伴うオフセットが発生した場合のオフセット誤差 Va以上の値とされる。これにより、ォフセット誤差 Vaが環境変化に伴って発生した場合 (即ち Vaく Vcの場合）にはオフセット誤差 Vaの分を補正して電池出力 Voutを求め、オフセット誤差 Vaが電圧検出装置の故障に伴って発生した場合 (即ち Va>Vcの場合）には、上述の様に故障発生の報知等を行う。このような故障は、例えばスィッチ 21若しくはメインリレー MLを開放してオフセットを検出する場合に、スィッチ 21若しくはメインリレー MLが完全に開放できな Vヽ故障 (例えば接点の溶着故障)が発生した場合に発生する。

[0043] なお、上記では電池 1の出力電圧 Vout力 ^のときに VI >V2である場合についてのみ説明したが、 Voutが 0のときに VI <V2である場合にも、同様の方法で故障診断を行うことができる。すなわち、出力電圧 Voutが 0のときに VI <V2である場合は、図 6に示したオフセット誤差 Vbがしき、値 Vcよりも小さければ、故障判定部 33におヽて電圧検出装置が正常に動作していると判定する。しかし、オフセット誤差 Vbがしきい値 Vc以上である場合は、電圧検出装置が故障しており、正常に動作していないと故障判定部 33において判定する。

[0044] 以上説明したように、電池 1の出力電圧 Voutが 0のときに検出される VIと V2の差分力も求められるオフセット誤差に基づ、て故障診断を行う代わりに、 VIまたは V2のヽずれか一方の測定結果に基づ!/、て故障診断を行うこともできる。その方法にっ、て図 8を用いて説明する。図 8 (a)は、 VIの測定結果力故障診断を行う方法を説明するための図である。この図に示すように、 Voutが 0のときの VIの測定結果 Viaが所定のしきい値 Vd以上である場合は、故障判定部 33において電圧検出装置が故障していると判定できる。

[0045] 上記で説明した VIの場合と同様に、 V2の測定結果力も故障診断を行うこともできる。図 8 (b)は、 V2の測定結果力も故障診断を行う方法を説明するための図である。この図に示すように、 Voutが 0のときの V2の測定結果 V2aが所定のしきい値 Ve以下である場合は、故障判定部 33において電圧検出装置が故障していると判定できる。

[0046] なお、所定のしきい値 Vd及び Veは、上述と同様に環境変化に伴うオフセットによつて発生する VI及び V2の誤差以上の値とされる。これにより、オフセット誤差が電圧検出装置の故障に伴って発生した場合 (即ち Vla>Vd若しくは V2a<Veの場合）には、上述の様に故障発生の報知等を行う。尚、このような電圧検出装置の故障としては、たとえば交流直流変換器 25の故障や、二次コイル 242の一部にショートが発生する故障が考えられる。交流直流変換器 25の故障には、例えば、交流直流変換器 25が VIを算出する際の Vrei¾実際に二次コイル 242の中心に印加している Vreはりも大きくなるような故障や、 V2を算出する際の Vrei¾実際に二次コイル 242の中心に印加している Vreはりも小さくなるような故障が考えられる。

[0047] 上述した実施例においてマイコン 3は、オフセット検出部 32におけるオフセット誤差の検出と、電圧検出部 31における直流電圧の検出と、故障判定部 33における故障判定とを同時に行う事とした。しかし、これに限らず、同時に実施する処理の内容を状況に応じて適宜変更しても良い。例えば、故障判定部 33における判定の結果、故障と判定された場合には、オフセット検出部 32におけるオフセット誤差の検出と、電圧検出部 31における直流電圧の検出とを中止する。

[0048] 以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。

(1)マイコン 3のオフセット検出部 32により、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときに算出される VIと V2の差分に基づいてオフセット誤差 Vaまたは Vbを算出し、そのオフセット誤差 Vaまたは Vbと、 VIと V2の電位差 Vとに基づ、て Voutを算出することとした。このようにしたので、オフセット誤差があってもそれを補正して正確な電圧検出を行うことができる。

[0049] (2)スィッチ 21若しくはメインリレー MLをオフ（開路)する事によって、電池 1から一次コイル 241に印加される電圧を 0とし、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときと同等の状態として、オフセット誤差 Vaまたは Vbを算出することとした。このようにしたので、電池 1の状態に関わらず任意のタイミングでオフセット誤差 Vaまたは Vbを算出することができる。

[0050] (3)故障判定部 33により、オフセット誤差 Vaまたは Vbが所定のしきい値 Vc以上である場合は電圧検出装置が故障していると判定することとした。このようにしたので、電圧検出装置の故障診断を容易に行うことができる。

[0051] (4)故障判定部 33により、電池 1の出力電圧 Voutが 0のときに、 VIの測定結果 Viaが所定のしき、値 Vd以上、または V2の測定結果 V2aが所定のしきヽ値 Ve以下の、ずれカ、少なくとも一方である場合は、電圧検出装置が故障していると判定する。このようにしたので、電圧検出装置の故障診断を容易に行うことができる。

[0052] 第 2の実施の形態

次に、本発明を適用した第 2の実施形態による車両用電圧検出装置について説明する。図 10および 11は、第 2の実施の形態による車両用電圧検出装置のブロック図である。この車両用検出装置において、マイコン 3の ADポートは、入力されたアナ口グ信号の直流電圧 VI、 V2を読み込み、アナログ信号カゝらデジタル信号に変換して出力する。これにより、図 1および図 9に示した第 1の実施形態による車両用電圧検出装置と同様に、直流電圧 VI、 V2がマイコン 3において検出される。このマイコン 3は、図 1および図 9と同じ電圧検出部 31を有している。また、オフセット検出部 32および故障判定部 33に換えて、入力した直流電圧 VI、 V2に基づいて電圧検出装置の故障を判定するオフセット故障判定部 35および入力故障判定部 36を有している。

[0053] 次に、本実施形態の電圧検出装置において実施する故障判定について説明する

[0054] 図 10および 11に示す様に、マイコン 3は入力された VI及び V2に基づいて、電圧検出装置の故障を判定するオフセット故障判定部 35を備えている。本実施形態に示すような電圧検出装置においては、交流直流変換器 25の故障や、二次コイル 242の一部がショートする故障が発生する可能性が有る。その場合には、図 12に示す様に VI 及び V2がオフセットする。なお、交流直流変換機 25の故障には、例えば交流直流変換器 25が VI又は V2を算出する際の Vref (即ち式（3)又は (4)中の Vref)力実際に二次コイル 242の中心に印加している Vrefに対して異なるような故障が該当する。ォフセット故障判定部 35はこのような故障の発生を判定する。

[0055] 図 12は、上述の様なオフセット故障が発生した場合の電池側電圧電位 (すなわち出力電圧 Vout)と電圧検出出力段電位 (すなわち直流電圧 VI、 V2)との関係を表している。尚、図 12に記載の Vrefは正規の（正常な) Vrefの値を示している。

[0056] 図 12 (a)は、電圧検出装置に故障が発生した場合の電池側電圧電位と電圧検出出力段電位との関係の一例を表している。ここでは、交流直流変が VIを算出する際の Vref (即ち式（3)中の Vref)力実際に二次コイル 242の中心に印加している Vrefに対して大きくなるような故障が発生した場合の例を示して、る。このような故障が発生した場合には、 VIが図中上方にオフセットする。従って、この図に示すように、 Voutが 0のときの VIの測定結果 Viaが所定のしきい値 Vc以上である場合は、マイコン 3のオフセット故障判定部 35は交流直流変換器 25が故障していると判定する事ができる。

[0057] 図 12 (b)は、上記とは別の故障が電圧検出装置に発生した場合の電池側電圧電位と電圧検出出力段電位との関係の一例を表している。ここでは、交流直流変 2 5が V2を算出する際の Vref (即ち式 (4)中の Vref)力実際に二次コイル 242の中心に印加している Vrefに対して小さくなるような故障、若しくは二次コイル 242の中心よりも低電圧側がショートするような故障が発生した場合の例を示して、る。このような故障が発生した場合には、 V2が図中下方にオフセットする。従ってこの図に示すように、 Voutが 0のときの V2の測定結果 V2aが所定のしきい値 Vd以下である場合は、マイコン 3のオフセット故障判定部 35において電圧検出装置が故障していると判定できる

[0058] 尚、このような電圧検出装置においては温度変化等の環境変化によって、 VI及び V2に多少のオフセット誤差が発生する。その為、所定のしきい値 Vc及び Vdは、上述と同様に環境変化に伴うオフセットによって発生する VI及び V2の誤差以上の値とされる。

[0059] このようにマイコン 3のオフセット故障判定部 35は電圧変換部 2の故障を検出し、故障と判定した場合には故障信号 αを電圧検出部 31へ出力する。電圧検出部 31は故障信号 aを受信すると直流電圧の検出動作 (すなわち直流電圧の算出）を禁止する。尚、オフセット故障判定部 35から故障信号 αを外部のディスプレイ等の報知装置に出力して故障を報知しても良!、。

[0060] 以上説明したように、オフセット故障判定部 35は電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときの VIと V2の値である Viaと V2aと力電圧変換部 2の故障を検出する。なお、オフセット故障判定部 35によるオフセット故障判定の際には、電池 1の実際の出力電圧力 SOでなくても、オフセット故障判定部 35から電圧検出部 31ヘスイッチ 21を開放（開路)する指令を送信する。この指令に応じて、電圧検出部 31からの制御信号によりスイッチ 21を開放して電池 1との接続状態をオフに切り替えることで、電池 1から一次コィル 241に印加される電圧を 0とする。これにより、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときと同等の状態とすることができる。

[0061] または図 11に示す様に、電池 1と電圧検出装置とを電気的に切断する事により、電池 1から電圧変換部 2に入力する電圧を 0として、電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときと同等の状態とすることもできる。この場合、電池 1 (直流電源)を回路力切り離す為のスィッチであるメインリレー MLをオフセット故障判定部 35からの制御信号によつて開放する事により、電池 1と電圧検出装置とを電気的に切断する。なお、メインリレ一 MLは通常の電気自動車に設けられて!/、る。

[0062] 上記のように、スィッチ 21若しくは通常設けられているメインリレー MLを切断する事によって、一次コイル 241に印加される電圧を 0とすることができる。これにより、電池 1の出力電圧 (電池 1の状態）に関わらず任意のタイミングで、且つオフセット故障判定の為にスィッチを追加する事無ぐ故障の判定を行うことができる。このようにしてォフセット故障判定部 35は、電池 1の状態に関わらず故障判定を行うことができる。

[0063] さらに、本実施形態の電圧検出装置においては、マイコン 3は図 10及び 11に示す様に、入力された VI及び V2を記憶する記憶部 34と、入力された VI及び V2に基づいて後述する様な電圧検出装置の故障を判定する入力故障判定部 36とを備えている

[0064] 本実施形態の様な電圧検出装置においては、例えば交流直流変換器 25が VI又は V2を出力できなくなる故障や、交流直流変換器 25からマイコン 3へ VI又は V2を送信する為の 2本の通信線のうちの一方が断線する故障、マイコン 3の ADポートが VI 又は V2の、ずれかを読み込めなくなる故障が発生する可能性が有る。入力故障判定部 36は、 VIまたは V2のヽずれか少なくとも一方を検出できな！/、場合 (即ち ADポートを介して入力される VI又は V2が、入力されない場合）は、このような故障が発生していると判定し、故障信号 |8を電圧検出部 31及び記憶部 34へ出力する。

[0065] 記憶部 34は、 VI及び V2が入力される毎に記憶した VI及び V2を更新して記憶している。しかし、故障信号 |8が入力された場合には、故障信号 |8が入力される直前の値を記憶したまま、 VI及び V2の更新を停止する。すなわち、記憶部 34は、故障信号 βが入力された場合には、故障信号 j8が入力される前の VI及び V2を記憶して保持する。

[0066] 電圧検出部 31は、入力故障判定部 33からの故障信号 βを受信すると、記憶部 34 に記憶されている VI及び V2、すなわち故障信号 j8が判定される前の VI及び V2を読み出す。そして、読み出した VI及び V2と、交流直流変換器 25から入力された VI及び V2のうちのいずれか一方の検出可能な値とを用いて、直流電圧を検出する。

[0067] 図 13は、 V2が検出できなくなった場合の様子を示している。このように V2が検出できなくなった場合には、電圧検出部 31は、記憶部 34に記憶された故障前の VIと V2 の中間値と、検出可能な VIとの差分を計算する。そして、計算した差分を 2倍した電圧値 (Vtcと表す）を求め、この Vtcを式（7)において Vの代わりに用いる。すなわち、電圧検出部 31は故障信号 |8を受信すると、故障前の VIと V2の中間値を Vrefとして算出する。そして、算出されたこの Vrefと検出可能な VIとの差分を 2倍した電圧値である Vtcを、 VIと V2の差分である Vとして、直流電圧 Voutを算出する。

[0068] なお、 VIが検出できなくなった場合も、以上説明した V2の場合と同様に、故障前の VIと V2の中間値を Vrefとし、それと検出可能な V2との差分を 2倍した電圧値を式（7) にお、て Vの代わりに用いることで、 Voutを算出することができる。

[0069] 以上説明した第 2の実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。

(1)Vほたは V2のいずれか少なくとも一方を検出できない場合は電圧検出装置が故障していると判断することとしたので、電圧検出装置の故障診断を容易に行うことができる。 [0070] ( 2)電池 1の出力電圧 Voutが 0であるときに検出される VIと V2の値をそれぞれ記憶する。そして、 VIまたは V2のいずれか一方を検出できない故障が発生した場合、記憶された故障前の VIと V2の中間値と、検出可能な VIまたは V2のいずれかとの差分を 2倍した値 Vtcに基づいて、電池 1の出力電圧 Voutを算出することとした。このようにしたので、 VIまたは V2のいずれか一方を検出できない場合であっても、電圧検出を行うことができる。

[0071] (3)電池 1の出力電圧 Voutが 0のときに、 VIの測定結果 Viaが所定のしきい値 Vc以上、または V2の測定結果 V2aが所定のしき、値 Vd以下の、ずれか少なくとも一方である場合は、出力電圧 Voutの算出を行わない。従って、大きな誤差が発生している V 1又は V2に基づいて出力電圧 Voutを算出する事によって、実際の電池の出力電圧とは大きく異なる出力電圧が算出される事を防止する事ができる。

[0072] なお、上記の各実施形態では電池 1の出力電圧を検出対象とした力電池以外のものを電圧検出対象としてもよい。たとえば、複数の電池を組み合わせて構成される組電池や、キャパシタなど力の出力電圧、或いは回路上の任意の箇所の直流電圧等、どのような直流電圧も検出対象とすることができる。直流電圧を出力するものである限り、どのようなものを電圧検出の対象としてもよい。また、直流電源が接続された直流回路上に抵抗を設けて直流電流を直流電圧に変換し、変換された直流電圧を検出する事によって直流電流を検出する電流検出装置に適用しても良い。

[0073] 以上説明した実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれな、限り、本発明はこれらの内容に限定されなヽ。

[0074] 上記の各実施の形態では、電圧変換手段を電圧変換部 2によって実現し、電圧算出手段をマイコン 3の電圧検出部 31によって実現している。また、直流交流変換手段および接続切替手段をスィッチ 21、トランス手段をトランス 24、基準電圧印加手段および交流直流変換手段を交流直流変換器 25により実現することとした。さらに、第 1の実施の形態においては、誤差検出手段をマイコン 3のオフセット検出部 32、故障判定手段をマイコン 3の故障判定部 33によりそれぞれ実現し、第 2の実施の形態においては、第一の故障判定手段をマイコン 3の入力故障判定部 36、第二の故障判定手段をマイコン 3のオフセット故障判定部 35、記憶手段をマイコン 3の記憶部 34によりそれぞれ実現することとした。しかし、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされなヽ。

[0075] なお、電圧変換手段は電圧変換部と、誤差検出手段は誤差検出部と、電圧算出手段は電圧算出部と、故障判定手段は故障判定部とそれぞれ置き換えても良い。また、直流交流変換手段は直流交流変換部と、トランス手段はトランス部と、基準電圧印加手段は基準電圧印加部と、交流直流変換手段は交流直流変換部と、接続切替手段は接続切替部とそれぞれ置き換えることができる。さらに、第一の故障判定手段を第一の故障判定部と、記憶手段を記憶部と、第二の故障判定手段を第二の故障判定部とそれぞれ置き換えても良い。

[0076] 次の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。

日本国特許出願 2006年第 4834号（2006年 1月 12日出願）、日本国特許出願 20 06年第 336985号（2006年 12月 14曰出願）

Claims

請求の範囲

[1] 直流電圧が印加される直流回路に接続されて、前記直流回路上に印加される前記直流電圧を検出する電圧検出装置は、

前記直流電圧が大きくなるにつれて上昇する第 1の電圧と、前記直流電圧が大きくなるにつれて下降する第 2の電圧とを出力する電圧変換手段と、

前記電圧変換手段カゝら出力された第 1の電圧と第 2の電圧とを入力し、入力した第 1の電圧と第 2の電圧との差分に基づいて前記直流電圧を算出する電圧算出手段と前記第 1の電圧または第 2の電圧のうちのいずれか少なくとも一方が前記電圧算出手段に入力されない場合は、故障していると判定する第一の故障判定手段とを備える。

[2] 請求項 1に記載の電圧検出装置において、

前記第 1の電圧と第 2の電圧をそれぞれ記憶する記憶手段をさらに備え、前記電圧算出手段は、前記故障判定手段によって故障が発生していると判定された場合には、前記記憶手段により記憶された故障発生前の前記第 1の電圧と第 2の電圧の中間値と、入力された前記第 1の電圧または前記第 2の電圧のうちのいずれかの電圧との差分を 2倍した値に基づいて、前記直流電圧を算出する。

[3] 請求項 2に記載の電圧検出装置において、

前記直流電圧が 0である時に、前記第 1の電圧が予め定められた所定値以上若しくは前記第 2の電圧が予め定められた所定値以下である場合に故障と判定する第二の故障判定手段をさらに備え、

前記電圧算出手段は、前記第二の故障判定手段によって故障と判定された場合には、前記直流電圧の算出を行わない。

[4] 請求項 3に記載の電圧検出装置において、

前記直流電圧は直流電源から前記直流回路へ印加される電圧であって、前記直流電源と前記直流回路とを接続状態又は切断状態に切り替える接続切替手段をさらに備え、

前記直流電圧が 0である状態は、前記接続切替手段によって前記直流電源と前記直流回路とを切断状態として!ヽる状態である。

[5] 請求項 3に記載の電圧検出装置において、

前記電圧変換手段は、

前記直流電圧を所定の周期で振動させて直流電圧から交流電圧に変換する直流交流変換手段と、

前記直流交流変換手段により交流電圧に変換された出力電圧の全部または一部を、一次コイルに印加して二次コイルへ所定の伝達比 Rtで伝達するトランス手段と、前記二次コイルの両端間の略中心に位置する点に対して所定の基準電圧 Vrel^ 印加する基準電圧印加手段と、

前記二次コイルの両端にそれぞれ生じる交流電圧 Vh、 VIを検出して前記第 1の電圧および第 2の電圧にそれぞれ変換する交流直流変換手段とを有する。

[6] 請求項 5に記載の電圧検出装置において、

前記直流交流変換手段は、前記直流回路と前記一次コイルの間に接続されたスィツチを所定周期で開閉動作する事により、前記直流電圧を所定の周期で振動させて直流電圧から交流電圧に変換し、

前記直流電圧が 0である状態は、前記スィッチを開路して!/ヽる状態である。

[7] 直流回路上に印加される直流電圧を検出する電圧検出方法は、

前記直流電圧が大きくなるにつれて上昇する第 1の電圧と、前記直流電圧が大きくなるにつれて下降する第 2の電圧とを入力部に入力し、

前記入力部に入力された第 1の電圧と第 2の電圧との差分に基づいて前記直流電圧を算出し、

前記第 1の電圧または第 2の電圧のうちのいずれか少なくとも一方が前記入力部に入力されない場合は、故障していると判定する。

[8] 請求項 7に記載の電圧検出方法において、

前記第 1の電圧と第 2の電圧をそれぞれ記憶し、

故障していると判定した場合には、故障発生前に記憶した前記第 1の電圧と第 2の電圧の中間値と、前記入力部に入力された前記第 1の電圧または前記第 2の電圧のうちのいずれかの電圧との差分を 2倍した値に基づいて、前記直流電圧を算出する。