WO2011148743A1 - 複数組電池の電圧測定装置 - Google Patents

複数組電池の電圧測定装置 Download PDF

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WO2011148743A1
WO2011148743A1 PCT/JP2011/059758 JP2011059758W WO2011148743A1 WO 2011148743 A1 WO2011148743 A1 WO 2011148743A1 JP 2011059758 W JP2011059758 W JP 2011059758W WO 2011148743 A1 WO2011148743 A1 WO 2011148743A1
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cell
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cells
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石川　聡
西郷　勉
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矢崎総業株式会社
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a voltage measuring device for detecting a voltage of a plurality of assembled batteries that connect a plurality of cells in series and output a desired voltage.
  • an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like are provided with a high voltage battery as a drive power source for the motor.
  • a high voltage battery obtains a high voltage by connecting a plurality of cells of a secondary battery (storage battery) such as a nickel-hydrogen battery or a lithium battery in series.
  • a plurality of (for example, 55) unit cells are divided into, for example, five blocks (that is, one block of 11 cells), and the voltage detection of each block is provided for each block. The voltage is measured in real time by the IC.
  • the voltage detection IC measures the voltage of a unit cell (for example, 11 cells) of one block, and further, the analog voltage signal detected by the A / D converter included in the voltage detection IC is converted into a digital signal. And send it to the main microcomputer. Thereafter, the main microcomputer determines whether or not the secondary battery is abnormal depending on whether or not the measured voltage value is within a predetermined range (see, for example, Patent Document 1).
  • the A / D converter can detect only a positive voltage. Since the output voltage is detected as 0 V and a signal is transmitted to the main microcomputer, the output voltage cannot be measured accurately.
  • the output voltage of the fuel cell depends on the state of the fuel in the cell provided in the fuel cell. May be negative.
  • the A / D converter cannot A / D convert the negative voltage, the cell output voltage is detected as 0V. As a result, there is a problem that the output voltage cannot be measured accurately.
  • the present invention has been made to solve such a conventional problem, and the object of the present invention is to measure with high accuracy even when the output voltage of the cell is negative. Another object of the present invention is to provide a voltage measuring apparatus for a plurality of assembled batteries.
  • the first invention is a voltage measuring device for measuring an output voltage of a plurality of assembled batteries that output a desired voltage by connecting a plurality of cells in series, and for each of the plurality of cells.
  • a polarity detection means for detecting the polarity of the voltage output from the cell
  • an absolute value detection means for detecting the absolute value of the voltage output from the cell, and provided for each of the plurality of cells;
  • Each cell is divided into a plurality of blocks composed of at least one cell, and the absolute value voltage detected by the absolute value detection means provided for each block and corresponding to the cell of each block is digitized.
  • Out Characterized by comprising a voltage detecting means for detecting a total voltage of the voltage.
  • a voltage measurement request signal is output to each of the voltage detecting means, and a total voltage detected by the respective voltage detecting means is acquired
  • Control means for presenting the acquired total voltage as an output voltage of the cell
  • voltage conversion means for converting power from the power supply connected to a power supply for supplying power for operating the control means
  • the control means When the control means outputs a voltage measurement request signal to each of the voltage detection means, it outputs a power supply signal for supplying power to the voltage conversion means, and the voltage conversion means receives a voltage measurement request signal from the control means. Is obtained, power is supplied to the absolute value detecting means.
  • the voltage measurement request signal is output to each of the voltage detecting means and the total voltage detected by the voltage detecting means.
  • a control means for presenting the obtained total voltage as an output voltage of the cell, a voltage conversion means connected to a power source for supplying power for operating the control means, and for converting power from the power source,
  • the control means outputs a voltage measurement request signal to each of the voltage detection means, the control means outputs a power supply signal for supplying power to the voltage conversion means, and the voltage conversion means comprises the control means.
  • the cell in the voltage measuring apparatus for a plurality of battery packs according to any one of the first to third aspects, includes N cells from the first cell to the Nth cell,
  • the negative electrode of the first cell is the ground
  • the positive electrode of the Nth cell is the highest voltage
  • the voltage of the nth cell (where 2 ⁇ n ⁇ N) is based on the voltage of the (n ⁇ 1) th cell. It is measured as a voltage.
  • the absolute value detecting means detects the absolute value of the voltage output from the cell and A / D converts this absolute value voltage, so that the A / D converting means converts the negative output voltage to A / D. There is no D conversion.
  • the voltage detection means calculates the output voltage including the polarity for each cell based on the absolute value voltage and the polarity of the voltage, and detects the total voltage of the output voltage including this polarity. Can be measured accurately.
  • the total output voltage is obtained by the polarity detection means and the absolute value detection means corresponding to the cells of each block, it is not necessary to change the configuration of the voltage detection means, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the power is supplied to the absolute value detection means by the voltage conversion means connected to the power supply that supplies the power for operating the control means, it is not necessary to provide a separate power supply, thereby reducing the manufacturing cost. can do.
  • the power is supplied to the polarity detection means by the voltage conversion means connected to the power supply that supplies the power for operating the control means, it is not necessary to provide a separate power supply, thereby reducing the manufacturing cost. be able to.
  • the measured value is always measured by using the positive absolute value voltage as the reference voltage. The error can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell voltage measuring device 10 and a fuel cell 13 comprising a plurality of cells P1 to P55 according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel cell 13 according to the present embodiment is used for, for example, an application for supplying electric power for mounting on a vehicle and driving a motor for driving the vehicle.
  • a voltage measuring apparatus 10 measures the output voltage of a fuel cell that outputs a voltage by connecting a plurality of cells P1 to P55 in series.
  • the plurality of cells P1 to P55 are 55 cells from the first cell to the 55th cell, the negative electrode of the cell P1 (first cell) is grounded, and the positive electrode of the cell P55 (55th cell) is the highest voltage. It becomes.
  • Each of the plurality of cells P1 to P55 is provided with a polarity detection circuit (polarity detection means) 50.
  • each of the plurality of cells P1 to P55 is provided with an absolute value circuit (absolute value detecting means) 40.
  • the absolute value circuit 40 detects the absolute value of the voltage output from the plurality of cells P1 to P55. For example, when the voltage output from the cell P1 is ⁇ 2.5V, the absolute value circuit 40 detects the absolute value voltage of P1 as 2.5V.
  • the voltage measurement device 10 is separated into a high-voltage side device 11 and a low-voltage side device 12 via an insulation interface 32.
  • the high-voltage side device 11 includes five voltage detection ICs (voltage detection means), that is, a first voltage detection IC (21-1) to a fifth voltage detection IC (21-5). Then, the first voltage detection IC (21-1) detects the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 corresponding to the eleven cells P1 to P11 classified as the first block (61-1). The absolute value voltage which is the output voltage of the absolute value circuit 40 corresponding to P1 to P11 is measured.
  • the second voltage detection IC (21-2) detects the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 corresponding to the eleven cells P12 to P22 divided as the second block (61-2), The absolute value voltage which is the output voltage of the absolute value circuit 40 corresponding to the cells P12 to P22 is measured.
  • the third voltage detection IC (21-3) detects the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 corresponding to the eleven cells P23 to P33 divided as the third block (61-3). Then, the absolute value voltage which is the output voltage of the absolute value circuit 40 corresponding to the cells P23 to P33 is measured.
  • the fourth voltage detection IC (21-4) detects the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 corresponding to the eleven cells P34 to P44 divided as the fourth block (61-4), and the cell P34.
  • the absolute value voltage which is the output voltage of the absolute value circuit 40 corresponding to .about.P44 is measured.
  • the fifth voltage detection IC (21-5) detects the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 corresponding to the eleven cells P45 to P55 partitioned as the fifth block (61-5), and the cell P45
  • the absolute value voltage which is the output voltage of the absolute value circuit 40 corresponding to ⁇ P55 is measured.
  • each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) is provided with an A / D converter 26 (refer to FIG. 4 to be described later, described as “ADC”) for A / D conversion.
  • ADC A / D converter 26
  • the A / D converter 26 converts an analog voltage signal (voltage signal obtained by connecting 11 cells in series) of an absolute value voltage measured for each block into a digital voltage signal. That is, the absolute value circuit 40 outputs an absolute value from which the polarity (sign of plus or minus) is removed as the voltage output from the plurality of cells P1 to P55, so that the analog voltage input to the A / D converter 26 is output. A positive analog voltage signal is always input as the signal.
  • the second to fifth voltage detection ICs (21-2) to (21-5) are connected to the first voltage detection IC (21-1) via the communication line 31, and this first voltage is detected.
  • the detection IC (21-1) is connected to a main microcomputer (control means) 33 provided on the low voltage side device 12 side via an insulation interface 32. That is, the main microcomputer 33 and each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) are connected via the insulation interface 32 by daisy chain communication.
  • the low-voltage side device 12 is provided with a regulator 43 that outputs a DC voltage of 5V.
  • the regulator 43 is stabilized from a voltage (for example, 12V) output from a battery (power source) 41 mounted on the vehicle.
  • a DC voltage of 5V is generated and supplied to the main microcomputer 33.
  • the battery 41 is connected to a DC / DC converter (voltage converting means) 42, and the DC / DC converter 42 boosts the voltage (for example, 12 V) output from the battery 41 to detect the polarity detection circuit 50.
  • power is supplied to the absolute value circuit 40.
  • the main microcomputer 33 sends the voltage measurement request signal to each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) to the DC / DC converter 42. Outputs a signal to supply power.
  • the DC / DC converter 42 supplies power to the polarity detection circuit 50 and the absolute value circuit 40.
  • the absolute value voltages digitized by the A / D converter 26 are converted into the voltage detection request signals. Based on the polarity of the voltage detected by the polarity detection circuit 50, the output voltage including the polarity of each cell P1 to P55 is calculated, the total voltage of the output voltage including this polarity is detected, and the detected total voltage Is transmitted to the main microcomputer 33. Details will be described later.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the polarity detection circuit 50 and the absolute value circuit 40 provided in the cells P1 to P4. Since the cells P5 to P55 have the same circuit configuration as the cells P1 to P4, detailed description thereof is omitted.
  • the polarity detection circuits 50a to 50d for detecting the polarities of the voltages output from the cells P1 to P4 and the absolute values of the voltages output from the cells P1 to P4 are detected.
  • Absolute value circuits 40a to 40d for outputting to the first voltage detection IC (21-1) shown in FIG. 1 are provided.
  • the polarity detection circuits 50a to 50d detect the polarity of whether the output voltage output from the cells P1 to P4 is a positive voltage or a negative voltage. Specifically, when the voltage output from the cells P1 to P4 is input to an operational amplifier (not shown) and the polarity signal output from the operational amplifier is a signal H, it is detected that the voltage output from the cell is a positive voltage. When the polarity signal is the signal L, it is detected that the voltage output from the cell is a negative voltage. The detected polarity signal is output to the first voltage detection IC (21-1) shown in FIG.
  • Power is supplied from the DC / DC converter 42 (see FIG. 1) to the operational amplifiers (not shown) of the polarity detection circuits 50a to 50d.
  • the polarity detection circuits 50a to 50d detect whether the polarity of the output voltage of the cells P1 to P4 is a positive voltage or a negative voltage.
  • the absolute value circuits 40a to 40d amplify the voltages of the positive and negative terminals of the cells P1 to P4 and output the first inverting amplifier circuits 45a to 45d and the output voltages of the first inverting amplifier circuits 45a to 45d on the positive side.
  • the diodes 47a to 47d which are provided on the output side of the second inverting amplifier circuits 46a to 46d, are turned on when the input voltage is positive and turned off when the input voltage is negative, and the diodes 47a to 47d.
  • Summing amplifier circuits 48a to 48d provided on the output side are provided.
  • the absolute value circuits 40a to 40d output the absolute value voltages of the output voltages of the cells P1 to P4 to the first voltage detecting IC (21-1) shown in FIG. .
  • the absolute value voltage is output as 2.5V
  • the absolute value voltage is output as 2.5V
  • the absolute value voltage is output as 2.5V.
  • FIG. 3 is a diagram showing a reference voltage of the absolute value circuit 40 according to the embodiment of the present invention. Since the cells P2 to P55 have the same configuration as the cells P13 to P15, detailed description thereof is omitted.
  • the cells P13 to P15 are provided with polarity detection circuits 50m to 50o for detecting the polarities of the voltages output from the cells P13 to P15, respectively.
  • the voltage output from the absolute value circuit 40 of the nth cell (2 ⁇ n ⁇ N) is measured with the voltage of the (n ⁇ 1) th cell as a reference voltage. That is, the cell P14 (14th cell) measures the output voltage of the cell P14 using the absolute value voltage output from the absolute value circuit 40m of the cell P13 (13th cell) as a reference voltage.
  • the cell P15 (15th cell) measures the output voltage of the cell P15 using the absolute value voltage output from the absolute value circuit 40n of the cell P14 (14th cell) as a reference voltage.
  • the cell P1 (first cell) (see FIG. 1) measures the output voltage of P1 using the ground as a reference voltage.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of the first voltage detection IC (21-1). Since the second to fifth voltage detection ICs (21-2) to (21-5) have the same configuration as the first voltage detection IC (21-1), detailed description thereof is omitted.
  • the first voltage detection IC (21-1) receives the power output from the cells P1 to P11 and generates a predetermined voltage, and the first block (61). -1) detects the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 provided for each of the cells P1 to P11 and the absolute value voltage output from the absolute value circuit 40 provided for each of the cells P1 to P11.
  • the cell voltage / polarity signal input unit 22 is provided.
  • a multiplexer 25 that converts the signal of each cell output from the cell voltage / polarity signal input unit 22 into a single system time-series signal, and the signal of each unit cell output from the multiplexer 25 as a digital signal.
  • An A / D converter 26 for conversion.
  • the A / D converter 26 converts the polarity signal and absolute value voltage signal of each cell output from the multiplexer 25 into a digital signal using the reference voltage output from the reference power supply 71-1 (see FIG. 1). .
  • the first voltage detection IC (21-1) includes a control unit 27 and two communication I / Fs 35a and 35b.
  • the control unit 27 comprehensively controls the first voltage detection IC (21-1).
  • the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 provided for each of the cells P1 to P11 and the absolute value circuit A total voltage is obtained from the digital voltage obtained by digitizing the output voltage of 40 by the A / D converter 26 and transmitted to the main microcomputer 33 via the communication I / Fs 35a and 35b.
  • the control unit 27 adds the absolute value voltage corresponding to the cell having the positive polarity signal, and subtracts the absolute value voltage corresponding to the cell having the negative polarity signal.
  • the first input polarity signal Is positive, and the second input polarity signal is negative the first input absolute value voltage (for example, 2.5 V) is added, and the second input absolute value voltage (for example, 0.5 V) is added.
  • the total voltage for example, 2.0 V is obtained by subtraction.
  • FIG. 5 is a flowchart of the voltage measurement process according to the embodiment of the present invention.
  • the main microcomputer 33 outputs a power supply signal that instructs the DC / DC converter 42 to start power supply.
  • the output voltage (for example, 12V) of the battery 41 is boosted to a high voltage of about 40V and supplied to the polarity detection circuit 50 and the absolute value circuit 40.
  • step S12 the main microcomputer 33 determines that each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) is connected to each block based on the signals output from the polarity detection circuit 50 and the absolute value circuit 40.
  • the output voltages of the cells P1 to P55 are measured, and a voltage measurement request signal that instructs detection of the total voltage obtained by adding the measured voltages is output.
  • the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) instructed by the main microcomputer 33 are the voltages output by the polarity detection circuits 50 corresponding to the cells P1 to P55 of each block. Detect the polarity of.
  • the polarity signal detected by the polarity detection circuit 50 corresponding to each of the cells P1 to P55 is supplied to the cell voltage / polarity signal input unit 22, and further supplied to the A / D converter 26 via the multiplexer 25. Therefore, the digitized polarity signal is input to the control unit 27.
  • each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) instructed by the main microcomputer 33 is transferred to the cells P1 to P by the absolute value circuit 40 corresponding to the cells P1 to P55 of each block.
  • the absolute value voltage of the voltage output by P55 is detected.
  • the absolute value voltage signal output from the absolute value circuit 40 corresponding to each of the cells P1 to P55 is supplied to the cell voltage / polarity signal input unit 22, and further, the A / D converter 26 via the multiplexer 25. Therefore, the digitized absolute value voltage signal is input to the control unit 27.
  • each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) instructed by the main microcomputer 33 totals the absolute value voltage data based on the polarity signal input to the control unit 27.
  • the calculated voltage value is calculated. That is, in the case of the first voltage detection IC (21-1), by adding the absolute value voltage corresponding to the cell having the positive polarity signal and subtracting the absolute value voltage corresponding to the cell having the negative polarity signal, The eleven absolute value voltages that are the output voltages of the cells P1 to P11 are summed.
  • step S16 the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) instructed by the main microcomputer 33 receive the total voltage signal of each cell P1 to P55 calculated by the control unit 27 as the communication I / F 35a. , 35b to the main microcomputer 33.
  • step S17 it is determined whether or not the total voltage has been received from all the voltage detection ICs (21-1) to (21-5).
  • step S17: NO the main microcomputer 33 determines that the total voltage has not been received from all the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) (step S17: NO)
  • step S17: NO the main microcomputer 33 returns to the process of step S11, A voltage measurement request signal for instructing detection of the total voltage is transmitted to the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) that are not transmitting the voltage.
  • step S18 when it is determined that the total voltage has been received from all the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) (step S17: YES), in the process of step S18, the main microcomputer 33 A power supply stop signal for instructing the DC converter 42 to stop power supply is output.
  • the DC / DC converter 42 that has acquired the power supply stop signal stops the supply of power to the polarity detection circuit 50 and the absolute value circuit 40.
  • the main microcomputer 33 determines that some abnormality has occurred in the fuel cell and outputs an alarm signal.
  • This alarm signal is transmitted to a host system (not shown) of the voltage measuring device 10 to notify the vehicle occupant that an abnormality has occurred.
  • the voltage measurement process ends.
  • the voltage measuring apparatus 10 is provided for each of the plurality of cells P1 to P55, and the polarity detection circuit 50 that detects the polarity of the voltage output from the cells P1 to P55,
  • the absolute value circuit 40 that detects the absolute value of the voltage output from each of the cells P1 to P55, and each of the cells P1 to P55 includes a plurality of blocks ( 61-1) to (61-5), provided for each of the blocks (61-1) to (61-5) and corresponding to the cells of the blocks (61-1) to (61-5).
  • the A / D converter 26 that digitizes the absolute value voltage detected by the absolute value circuit 40, and the digitized absolute value voltage and the voltage of each block (61-1) to (61-5) Based on the polarity, each cell P A voltage detection IC (21-1) to (21-5) for calculating an output voltage including the polarity for each P55 and detecting the total voltage of the output voltage including the polarity, and a control unit 27 are provided. It is characterized by that.
  • the voltage measuring apparatus 10 outputs a voltage measurement request signal to each of the voltage detecting ICs (21-1) to (21-5), and each voltage detecting IC (21-1).
  • the main microcomputer 33 that obtains the total voltage detected in (21-5) and presents the obtained total voltage as the output voltage of the cells P1 to P55, and the battery 41 that supplies power for operating the main microcomputer 33.
  • the main microcomputer 33 outputs a voltage measurement request signal to each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5).
  • the main microcomputer 33 further includes a DC / DC converter 42 that is connected and converts power from the battery 41. In this case, when a power supply signal for supplying power to the DC / DC converter 42 is output and the DC / DC converter 42 obtains a voltage measurement request signal from the main microcomputer 33, the absolute value is output. And supplying power to 40.
  • the voltage measuring apparatus 10 outputs a voltage measurement request signal to each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) and also detects each voltage detection IC (21-1).
  • the main microcomputer 33 that obtains the total voltage detected in (21-5) and presents the obtained total voltage as the output voltage of the cells P1 to P55, and the battery 41 that supplies power for operating the main microcomputer 33.
  • the main microcomputer 33 outputs a voltage measurement request signal to each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5).
  • the main microcomputer 33 further includes a DC / DC converter 42 that is connected and converts power from the battery 41. If the DC / DC converter 42 acquires a voltage measurement request signal from the main microcomputer 33, the polarity detection signal is output. And supplying power to the circuitry 50.
  • the cells P1 to P55 are provided with N (55) cells from the first cell (P1) to the Nth cell (P55), and the first cell ( The negative electrode of P1) is the ground, the positive electrode of the Nth cell (P55) is the highest voltage, and the voltage of the nth cell (2 ⁇ n ⁇ N) is the voltage of the (n ⁇ 1) th cell. Measure as a reference voltage.
  • the absolute value circuit 40 detects the absolute value of the voltage output from the cells P1 to P55, and performs A / D conversion on the absolute value voltage.
  • the / D converter 26 does not A / D convert a negative output voltage.
  • control unit 27 of each of the voltage detection ICs (21-1) to (21-5) outputs an output voltage including the polarity of each of the cells P1 to P55 based on the absolute value voltage and the polarity of the voltage. Since the calculated and detected total voltage of the output voltage including this polarity is detected, the output voltage can be measured accurately.
  • the voltage detection IC (21-1) There is no need to change the configuration of (21-5), and the manufacturing cost can be reduced.
  • the voltage of the nth cell (for example, the 14th cell) is measured with the voltage of the (n ⁇ 1) cell (for example, the 13th cell) as the reference voltage. By doing so, the error of the measured value can be reduced.
  • the fuel cell voltage measuring device has been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is of an arbitrary configuration having the same function. Can be replaced.
  • the present invention is not limited to this, and is output from the cells P1 to P55. Therefore, the circuit configuration can be simplified.
  • the absolute value circuit 40 has been described with respect to the case where power is supplied from the DC / DC converter 42.
  • the present invention is not limited to this and is output from the cells P1 to P55. Therefore, the circuit configuration can be simplified.
  • the absolute value voltage corresponding to the cell having the positive polarity signal is added, and the absolute value voltage corresponding to the cell having the negative polarity signal is subtracted to obtain the total voltage of the absolute value voltage.
  • the present invention is not limited to this, and the sum of the absolute value voltage corresponding to the positive cell and the absolute value voltage corresponding to the cell having the negative polarity signal is obtained to obtain the positive absolute value voltage.
  • the total voltage may be obtained by subtracting the sum of the negative absolute value voltages from the sum of.
  • the present invention is extremely useful when measuring the output voltage of a fuel cell in which a positive voltage and a negative voltage are mixed.

Abstract

　セルの出力電圧がマイナスとなっている場合でも、高精度に測定することが可能な複数組電池の電圧測定装置を提供する。　複数のセル（Ｐ１～Ｐ５５）毎にそれぞれ設けられ、セルが出力する電圧の極性を検出する極性検出回路（５０）と、複数のセル毎にそれぞれ設けられ、セルが出力する電圧の絶対値を検出する絶対値回路（４０）と、各セルを、少なくとも１つのセルで構成される複数のブロック（６１－１）～（６１－５）に区分けし、各ブロック毎に設けられ、各ブロックのセルに対応する絶対値回路４０で検出された絶対値電圧をディジタル化するＡ／Ｄ変換器（２６）と、各ブロック毎に、ディジタル化された絶対値電圧と、電圧の極性に基づいて、各セル毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出する電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）のコントロール部（２７）と、を備えた。

Description

複数組電池の電圧測定装置
　本発明は、複数のセルを直列接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、電圧を検出する電圧測定装置に関する。
　例えば、電気自動車やハイブリッド車両等では、モータの駆動電源として、高電圧バッテリを備えている。このような高電圧バッテリは、例えば、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの二次電池（蓄電式電池）のセルを複数個、直列に接続することにより、高電圧を得ている。
　また、全ての二次電池を同じ電力で充電、或いは放電するため、各々の二次電池の劣化する状態が異なる場合、二次電池は過充電状態、或いは過放電状態になりやすくなる。そこで、二次電池が過充電状態、或いは過放電状態とならないように、各単位セル毎の充電状態を確認する必要がある。そのため、複数個（例えば、５５個）の単位セルを、例えば、５個のブロックに分割し（即ち、１１個のセルで１ブロック）、各ブロックの電圧を各ブロック毎に設けられた電圧検出用ＩＣにより、リアルタイムで電圧を測定している。
　この際、電圧検出用ＩＣでは、１ブロックの単位セル（例えば、１１個）の電圧を測定し、さらに、電圧検出用ＩＣが有するＡ／Ｄ変換器にて、検出したアナログ電圧信号をディジタル信号に変換し、メインマイコンに送信する。その後、メインマイコンにより、測定した電圧値が所定の範囲内であるか否かにより二次電池の異常を判定している（例えば、特許文献１を参照）。
日本国特開２００５－６２０２８号公報
　しかしながら、上述した従来の電圧測定装置では、電池の出力電圧にプラスの電圧とマイナスの電圧が混在する場合、Ａ／Ｄ変換器はプラスの電圧しか検出できないため、電圧検出用ＩＣは、マイナスの出力電圧を０Ｖとして検出し、メインマイコンに信号を送信するため、出力電圧を正確に測定することができない。
　特に、水素及び酸素を燃料として電力を発生して車両を走行させる燃料電池車に従来の電圧測定装置を適用した場合、燃料電池に設けられるセル内の燃料の状態によっては燃料電池の出力電圧がマイナスになる場合がある。この際、Ａ／Ｄ変換器はマイナスの電圧をＡ／Ｄ変換することができないので、セルの出力電圧を０Ｖとして検出してしまう。その結果、出力電圧を正確に測定することができないという問題があった。
　そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、セルの出力電圧がマイナスとなっている場合でも、高精度に測定することが可能な複数組電池の電圧測定装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、第１の発明は、複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を測定する電圧測定装置であって、前記複数のセル毎にそれぞれ設けられ、前記セルが出力する電圧の極性を検出する極性検出手段と、前記複数のセル毎にそれぞれ設けられ、前記セルが出力する電圧の絶対値を検出する絶対値検出手段と、前記各セルを、少なくとも１つのセルで構成される複数のブロックに区分けし、前記各ブロック毎に設けられ、各ブロックのセルに対応する前記絶対値検出手段で検出された絶対値電圧をディジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、前記各ブロック毎に、前記ディジタル化された絶対値電圧と、前記電圧の極性に基づいて、各セル毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出する電圧検出手段と、を備えたことを特徴とする。
　第２の発明は、第１の発明の複数組電池の電圧測定装置において、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力すると共に、前記各電圧検出手段で検出した合計電圧を取得し、且つ取得した合計電圧を前記セルの出力電圧として提示する制御手段と、前記制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続され、前記電源からの電力を変換する電圧変換手段と、を更に有し、前記制御手段は、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力する場合、前記電圧変換手段に電力を供給する電力供給信号を出力し、前記電圧変換手段は、前記制御手段から電圧測定要求信号を取得すると、前記絶対値検出手段に電力を供給することを特徴とする。
　第３の発明は、第１の発明又は第２の発明の複数組電池の電圧測定装置において、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力すると共に、前記各電圧検出手段で検出した合計電圧を取得し、且つ取得した合計電圧を前記セルの出力電圧として提示する制御手段と、前記制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続され、前記電源からの電力を変換する電圧変換手段と、を更に有し、前記制御手段は、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力する場合、前記電圧変換手段に電力を供給する電力供給信号を出力し、前記電圧変換手段は、前記制御手段から電圧測定要求信号を取得すると、前記極性検出手段に電力を供給することを特徴とする。
　第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれかに記載の複数組電池の電圧測定装置において、前記セルは、第１セルから第ＮセルまでのＮ個が設けられ、前記第１セルの負極がグランドとされ、前記第Ｎセルの正極が最も高い電圧とされ、第ｎセル（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の電圧は、第（ｎ－１）セルの電圧を基準電圧として測定することを特徴とする。
　第１の発明によれば、絶対値検出手段によりセルが出力する電圧の絶対値を検出し、この絶対値電圧をＡ／Ｄ変換するため、Ａ／Ｄ変換手段はマイナスの出力電圧をＡ／Ｄ変換することがない。
　また、電圧検出手段により、絶対値電圧と、電圧の極性に基づいて、各セル毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出するため、出力電圧を正確に測定することができる。
　従って、セルの出力電圧がマイナスとなっている場合でも、高精度に測定することが可能な複数組電池の電圧測定装置を提供することが可能となる。
　さらに、各ブロックのセルに対応する極性検出手段及び絶対値検出手段により出力電圧の合計を求めるため、電圧検出手段の構成を変更する必要がなく、製造コストを低減することができる。
　第２の発明によれば、制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続された電圧変換手段により絶対値検出手段に電力を供給するため、別途、電源を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。
　第３の発明によれば、制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続された電圧変換手段により極性検出手段に電力を供給するため、別途、電源を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。
　第４の発明によれば、第ｎセルの電圧は、第（ｎ－１）セルの電圧を基準電圧として測定するため、必ず、プラスの絶対値電圧を基準電圧として測定することにより、測定値の誤差を少なくすることができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池の電圧測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る電圧測定装置の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る電圧測定装置の絶対値回路を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧測定装置の絶対値回路の基準電圧を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧測定装置の電圧測定処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電圧測定装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の電圧測定装置１０、及び複数のセルＰ１～Ｐ５５からなる燃料電池１３を示すブロック図である。本実施形態に係る燃料電池１３は、例えば、車両に搭載して車両駆動用のモータを駆動するための電力を供給する用途に用いられる。
　図１に示すように、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、複数のセルＰ１～Ｐ５５を直列に接続して電圧を出力する燃料電池の出力電圧を測定する。
　複数のセルＰ１～Ｐ５５は、第１セルから第５５セルまでの５５個が設けられ、セルＰ１（第１セル）の負極がグランドとされ、セルＰ５５（第５５セル）の正極が最も高い電圧となる。複数のセルＰ１～Ｐ５５には、それぞれ極性検出回路（極性検出手段）５０が設けられている。
　また、複数のセルＰ１～Ｐ５５には、それぞれ絶対値回路（絶対値検出手段）４０が設けられている。絶対値回路４０は、複数のセルＰ１～Ｐ５５が出力する電圧の絶対値を検出する。例えば、セルＰ１が出力する電圧が－２．５Ｖの場合、絶対値回路４０は、Ｐ１の絶対値電圧を２．５Ｖとして検出する。
　また、図１に示すように、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１と低電圧側装置１２に分離されている。
　高電圧側装置１１は、５個の電圧検出用ＩＣ（電圧検出手段）、即ち、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）～第５電圧検出用ＩＣ（２１－５）を備えている。そして、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）は、第１ブロック（６１－１）として区分けした１１個のセルＰ１～Ｐ１１に対応する極性検出回路５０が検出した極性信号を検出し、セルＰ１～Ｐ１１に対応する絶対値回路４０の出力電圧である絶対値電圧を測定する。
　また、第２電圧検出用ＩＣ（２１－２）は、第２ブロック（６１－２）として区切られた１１個のセルＰ１２～Ｐ２２に対応する極性検出回路５０が検出した極性信号を検出し、セルＰ１２～Ｐ２２に対応する絶対値回路４０の出力電圧である絶対値電圧を測定する。同様に、第３電圧検出用ＩＣ（２１－３）は、第３ブロック（６１－３）として区切られた１１個のセルＰ２３～Ｐ３３に対応する極性検出回路５０が検出した極性信号を検出し、セルＰ２３～Ｐ３３に対応する絶対値回路４０の出力電圧である絶対値電圧を測定する。第４電圧検出用ＩＣ（２１－４）は、第４ブロック（６１－４）として区切られた１１個のセルＰ３４～Ｐ４４に対応する極性検出回路５０が検出した極性信号を検出し、セルＰ３４～Ｐ４４に対応する絶対値回路４０の出力電圧である絶対値電圧を測定する。第５電圧検出用ＩＣ（２１－５）は、第５ブロック（６１－５）として区切られた１１個のセルＰ４５～Ｐ５５に対応する極性検出回路５０が検出した極性信号を検出し、セルＰ４５～Ｐ５５に対応する絶対値回路４０の出力電圧である絶対値電圧を測定する。
　さらに、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（後述の図４参照、「ＡＤＣ」と記載）を備えており、Ａ／Ｄ変換用の基準電源７１－１～７１－５（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック～第５ブロック）毎に検出した極性信号のアナログ電圧信号（１１個のセルを直列接続した電圧信号）をディジタル電圧信号に変換する。
　また、Ａ／Ｄ変換器２６は、各ブロック毎に測定された絶対値電圧のアナログ電圧信号（１１個のセルを直列接続した電圧信号）をディジタル電圧信号に変換する。つまり、絶対値回路４０により、複数のセルＰ１～Ｐ５５が出力する電圧は極性（プラスかマイナスかの符号）を取り除いた絶対値を出力するため、Ａ／Ｄ変換器２６に入力されるアナログ電圧信号は、必ず正電圧のアナログ電圧信号が入力される。
　また、第２～第５電圧検出用ＩＣ（２１－２）～（２１－５）は、通信線３１を介して、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）と接続され、この第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）は、絶縁インターフェース３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン（制御手段）３３に接続されている。即ち、メインマイコン３３と、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、絶縁インターフェース３２を介し、デイジーチェーン通信で接続されている。
　低電圧側装置１２には、５Ｖの直流電圧を出力するレギュレータ４３が設けられ、このレギュレータ４３は、車両に搭載されるバッテリ（電源）４１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）から、安定した５Ｖの直流電圧を生成してメインマイコン３３に供給する。　　　
　更に、バッテリ４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換手段）４２に接続されており、このＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、バッテリ４１より出力される電圧（例えば、１２Ｖ）を昇圧して極性検出回路５０及び絶対値回路４０に電力を供給する。
　本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０では、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に電圧測定要求信号を出力する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力を供給する信号を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、メインマイコン３３から電圧測定要求信号を取得すると、極性検出回路５０及び絶対値回路４０に電力を供給する。
　そして、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、メインマイコン３３から出力された電圧測定要求信号を入力すると、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル化された絶対値電圧と、極性検出回路５０が検出した電圧の極性に基づいて、各セルＰ１～Ｐ５５毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出し、検出した合計電圧をメインマイコン３３へ送信する。詳細については後述する。
　次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る極性検出回路５０と絶対値回路４０について詳細に説明する。図２は、セルＰ１～Ｐ４に設けられた極性検出回路５０と、絶対値回路４０の回路図である。なお、セルＰ５～Ｐ５５は、セルＰ１～Ｐ４と同一の回路構成であるので、詳細な説明を省略する。
　図２に示すように、セルＰ１～Ｐ４には、それぞれセルＰ１～Ｐ４が出力する電圧の極性を検出する極性検出回路５０ａ～５０ｄと、セルＰ１～Ｐ４が出力する電圧の絶対値を検出し、図１に示す第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）へ出力する絶対値回路４０ａ～４０ｄが設けられている。
　極性検出回路５０ａ～５０ｄは、セルＰ１～Ｐ４が出力する出力電圧が、プラスの電圧又はマイナスの電圧であるかの極性を検出する。具体的には、セルＰ１～Ｐ４が出力する電圧をオペアンプ（図示省略）に入力し、オペアンプから出力した極性信号が信号Ｈの場合、セルが出力した電圧はプラスの電圧であることを検出し、極性信号が信号Ｌの場合、セルが出力した電圧はマイナスの電圧であることを検出する。検出した極性信号は、図１に示す第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）へ出力する。
　極性検出回路５０ａ～５０ｄのオペアンプ（図示省略）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２（図１参照）から電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から電力が供給されると、極性検出回路５０ａ～５０ｄは、セルＰ１～Ｐ４の出力電圧の極性がプラスの電圧又はマイナスの電圧であるかを検出する。
　絶対値回路４０ａ～４０ｄは、セルＰ１～Ｐ４の正極端子と負極端子の電圧を増幅して出力する第１反転増幅回路４５ａ～４５ｄと、第１反転増幅回路４５ａ～４５ｄの出力電圧を正極側から入力する第２反転増幅回路４６ａ～４６ｄを備えている。また、第２反転増幅回路４６ａ～４６ｄの出力側に設けられ、入力する電圧がプラスの場合にＯＮとし、入力する電圧がマイナスの場合にＯＦＦとするダイオード４７ａ～４７ｄと、ダイオード４７ａ～４７ｄの出力側に設けられた加算増幅回路４８ａ～４８ｄを備えている。
　第１反転増幅回路４５ａ～４５ｄ、第２反転増幅回路４６ａ～４６ｄ、ダイオード４７ａ～４７ｄ、加算増幅回路４８ａ～４８ｄが有するオペアンプの電源＋Ｖ１、－Ｖ１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から電力が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から電力が供給されると、絶対値回路４０ａ～４０ｄはセルＰ１～Ｐ４の出力電圧の絶対値電圧を図１に示す第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）へ出力する。例えば、セルＰ１の出力電圧が２．５Ｖの場合、絶対値電圧は２．５Ｖとして出力し、セルＰ２の出力電圧が－２．５Ｖの場合、絶対値電圧は２．５Ｖとして出力する。
　次に、図３を参照して、本発明の実施形態に係る絶対値回路４０の基準電圧について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る絶対値回路４０の基準電圧を示す図である。なお、セルＰ２～Ｐ５５は、セルＰ１３～Ｐ１５と同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。
　図３に示すように、セルＰ１３～Ｐ１５には、それぞれセルＰ１３～Ｐ１５が出力する電圧の極性を検出する極性検出回路５０ｍ～５０ｏが設けられている。また、第ｎセル（ただし、２≦ｎ≦Ｎ）の絶対値回路４０から出力される電圧は、第（ｎ－１）セルの電圧を基準電圧として出力電圧を測定する。つまり、セルＰ１４（第１４セル）は、セルＰ１３（第１３セル）の絶対値回路４０ｍから出力された絶対値電圧を基準電圧としてセルＰ１４の出力電圧を測定する。
　また、セルＰ１５（第１５セル）は、セルＰ１４（第１４セル）の絶対値回路４０ｎから出力された絶対値電圧を基準電圧としてセルＰ１５の出力電圧を測定する。なお、セルＰ１（第１セル）は（図１参照）、グランドを基準電圧としてＰ１の出力電圧を測定する。
　次に、図４を参照して、本発明の実施形態に係る電圧検出用ＩＣの詳細な構成について説明する。図４は、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）の内部構成を示すブロック図である。なお、第２～第５電圧検出用ＩＣ（２１－２）～（２１－５）は、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）と同一の構成であるので、詳細な説明を省略する。
　図４に示すように、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）は、セルＰ１～Ｐ１１より出力される電力を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、第１ブロック（６１－１）に設けられる各セルＰ１～Ｐ１１毎に設けられた極性検出回路５０が検出した極性信号と、各セルＰ１～Ｐ１１毎に設けられた絶対値回路４０から出力される絶対値電圧を検出するセル電圧・極性信号入力部２２を備えている。また、セル電圧・極性信号入力部２２より出力される各セルの信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルの信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６とを備えている。
　Ａ／Ｄ変換器２６は、基準電源７１－１（図１参照）より出力される基準電圧を用いて、マルチプレクサ２５より出力される各セルの極性信号及び絶対値電圧信号をディジタル信号に変換する。また、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを備えている。
　コントロール部２７は、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）を総括的に制御する。特に、図１に示したメインマイコン３３より、セル電圧の電圧測定要求信号が送信された場合には、セルＰ１～Ｐ１１毎に設けられた極性検出回路５０が検出した極性信号と、絶対値回路４０の出力電圧をＡ／Ｄ変換器２６でディジタル化したディジタル電圧から、合計電圧を求め、通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
　また、コントロール部２７には、合計電圧を求める場合、極性信号がプラスのセルに対応する絶対値電圧を加算し、極性信号がマイナスのセルに対応する絶対値電圧を減算することにより、合計電圧を求める。つまり、コントロール部２７には、セル電圧・極性信号入力部２２より出力される各セルの信号が１系統の時系列的な信号に変換されて入力さるため、例えば、１番目に入力した極性信号がプラス、２番目に入力した極性信号がマイナスの場合、１番目に入力した絶対値電圧（例えば、２．５Ｖ）を加算し、２番目に入力した絶対値電圧（例えば、０．５Ｖ）を減算することにより合計電圧（例えば、２．０Ｖ）を求める。
　次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０の動作について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る電圧測定処理のフローチャートである。
　はじめに、ステップＳ１１の処理において、メインマイコン３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力供給の開始を指示する電力供給信号を出力する。その結果、バッテリ４１の出力電圧（例えば、１２Ｖ）が４０Ｖ程度の高電圧に昇圧されて極性検出回路５０及び絶対値回路４０に供給される。
　ステップＳ１２の処理において、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に、極性検出回路５０及び絶対値回路４０より出力される信号に基づいて、各ブロックのセルＰ１～Ｐ５５の出力電圧を測定し、測定した電圧を合計した合計電圧の検出を指示する電圧測定要求信号を出力する。
　ステップＳ１３の処理において、メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、各ブロックのセルＰ１～Ｐ５５に対応する極性検出回路５０により出力される電圧の極性を検出する。この処理では、各セルＰ１～Ｐ５５に対応する極性検出回路５０により検出した極性信号がセル電圧・極性信号入力部２２に供給され、更に、マルチプレクサ２５を介してＡ／Ｄ変換器２６に供給されるので、ディジタル化された極性信号がコントロール部２７に入力される。
　ステップＳ１４の処理において、メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、各ブロックのセルＰ１～Ｐ５５に対応する絶対値回路４０により、セルＰ１～Ｐ５５が出力する電圧の絶対値電圧を検出する。この処理では、各セルＰ１～Ｐ５５に対応する絶対値回路４０により出力された絶対値電圧信号がセル電圧・極性信号入力部２２に供給され、更に、マルチプレクサ２５を介してＡ／Ｄ変換器２６に供給されるので、ディジタル化された絶対値電圧信号がコントロール部２７に入力される。
　ステップＳ１５の処理において、メインマイコン３３より指示された各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、コントロール部２７に入力された極性信号に基づいて、絶対値電圧データを合計した電圧値を算出する。つまり、第１電圧検出用ＩＣ（２１－１）の場合、極性信号がプラスのセルに対応する絶対値電圧を加算し、極性信号がマイナスのセルに対応する絶対値電圧を減算することにより、セルＰ１～Ｐ１１の出力電圧である１１個の絶対値電圧を合計する。
　ステップＳ１６の処理において、メインマイコン３３より指示された電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）は、コントロール部２７で算出した各セルＰ１～Ｐ５５の合計電圧信号を通信Ｉ／Ｆ３５ａ、３５ｂを経由して、メインマイコン３３に送信する。
　ステップＳ１７の処理において、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）から合計電圧を受信したか否かを判定する。メインマイコン３３は、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）から合計電圧を受信していないと判定したときには（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１１の処理に戻り、合計電圧を送信していない電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に合計電圧の検出を指示する電圧測定要求信号を送信する。
　一方、全ての各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）から合計電圧を受信したと判定したときには（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８の処理において、メインマイコン３３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力供給の停止を指示する電力供給停止信号を出力する。電力供給停止信号を取得したＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、極性検出回路５０及び絶対値回路４０への電力の供給を停止する。
　そして、メインマイコン３３は、合計電圧が所定の範囲内ではない場合には、燃料電池に何らかの異常が発生しているものと判断して、警報信号を出力する。この警報信号は電圧測定装置１０の上位システム（図示省略）に送信され、車両の乗員に異常が発生していることを報知する。この処理を終了したときには、電圧測定処理を終了する。
　このようにして、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、複数のセルＰ１～Ｐ５５毎にそれぞれ設けられ、セルＰ１～Ｐ５５が出力する電圧の極性を検出する極性検出回路５０と、複数のセルＰ１～Ｐ５５毎にそれぞれ設けられ、セルＰ１～Ｐ５５が出力する電圧の絶対値を検出する絶対値回路４０と、各セルＰ１～Ｐ５５を、少なくとも１つのセルで構成される複数のブロック（６１－１）～（６１－５）に区分けし、各ブロック（６１－１）～（６１－５）毎に設けられ、各ブロック（６１－１）～（６１－５）のセルに対応する絶対値回路４０で検出された絶対値電圧をディジタル化するＡ／Ｄ変換器２６と、各ブロック（６１－１）～（６１－５）毎に、ディジタル化された絶対値電圧と、電圧の極性に基づいて、各セルＰ１～Ｐ５５毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出する電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）、コントロール部２７と、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に電圧測定要求信号を出力すると共に、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）で検出した合計電圧を取得し、且つ取得した合計電圧をセルＰ１～Ｐ５５の出力電圧として提示するメインマイコン３３と、メインマイコン３３を作動させる電力を供給するバッテリ４１に接続され、バッテリ４１からの電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４２を更に有し、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に電圧測定要求信号を出力する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力を供給する電力供給信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、メインマイコン３３から電圧測定要求信号を取得すると、絶対値回路４０に電力を供給することを特徴とする。
　さらに、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に電圧測定要求信号を出力すると共に、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）で検出した合計電圧を取得し、且つ取得した合計電圧をセルＰ１～Ｐ５５の出力電圧として提示するメインマイコン３３と、メインマイコン３３を作動させる電力を供給するバッテリ４１に接続され、バッテリ４１からの電力を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４２を更に有し、メインマイコン３３は、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）に電圧測定要求信号を出力する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２に電力を供給する電力供給信号を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、メインマイコン３３から電圧測定要求信号を取得すると、極性検出回路５０に電力を供給することを特徴とする。
　また、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０は、セルＰ１～Ｐ５５は、第１セル（Ｐ１）から第Ｎセル（Ｐ５５）までのＮ個（５５個）が設けられ、第１セル（Ｐ１）の負極がグランドとされ、第Ｎセル（Ｐ５５）の正極が最も高い電圧とされ、第ｎセル（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の電圧は、第（ｎ－１）セルの電圧を基準電圧として測定する。
　そして、本発明の実施形態に係る電圧測定装置１０によれば、絶対値回路４０によりセルＰ１～Ｐ５５が出力する電圧の絶対値を検出し、この絶対値電圧をＡ／Ｄ変換するため、Ａ／Ｄ変換器２６はマイナスの出力電圧をＡ／Ｄ変換することがない。
　また、各電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）のコントロール部２７により、絶対値電圧と、電圧の極性に基づいて、各セルＰ１～Ｐ５５毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出するため、出力電圧を正確に測定することができる。
　従って、セルの出力電圧がマイナスとなっている場合でも、高精度に測定することが可能な複数組電池の電圧測定装置を提供することが可能となる。
　さらに、各ブロック（６１－１）～（６１－５）のセルＰ１～Ｐ５５に対応する極性検出回路５０及び絶対値回路４０により出力電圧の合計を求めるため、電圧検出用ＩＣ（２１－１）～（２１－５）の構成を変更する必要がなく、製造コストを低減することができる。
　また、メインマイコン３３を作動させる電力を供給するバッテリ４１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４２により絶対値回路４０に電力を供給するため、別途、電源を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。
　さらに、メインマイコン３３を作動させる電力を供給するバッテリ４１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ４２により極性検出回路５０に電力を供給するため、別途、電源を設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。
　また、第ｎセル（例えば、第１４セル）の電圧は、第（ｎ－１）セル（例えば、第１３セル）の電圧を基準電圧として測定するため、必ず、プラスの電圧を基準電圧として測定することにより、測定値の誤差を少なくすることができる。
　以上、本発明の燃料電池の電圧測定装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
　例えば、上記した実施形態では、極性検出回路５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２により電力が供給される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルＰ１～Ｐ５５より出力される電力が供給されるように構成することにより、回路構成を簡素化することができる。
　また、上述した実施形態では、絶対値回路４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２により電力が供給される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルＰ１～Ｐ５５より出力される電力が供給されるように構成することにより、回路構成を簡素化することができる。
　さらに、上述した実施形態では、極性信号がプラスのセルに対応する絶対値電圧を加算し、極性信号がマイナスのセルに対応する絶対値電圧を減算することにより絶対値電圧の合計電圧を求める場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プラスのセルに対応する絶対値電圧と、極性信号がマイナスのセルに対応する絶対値電圧の合計を求め、プラスの絶対値電圧の合計からマイナスの絶対値電圧の合計を減算することにより合計電圧を求めてもよい。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、2010年5月28日出願の日本特許出願（特願2010－123098）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明は、プラスの電圧とマイナスの電圧が混在する燃料電池の出力電圧を測定する場合に極めて有用である。
　１０　電圧測定装置
　１１　高電圧側装置
　１２　低電圧側装置
　１３　燃料電池
　２１－１～２１－５　第１～第５電圧検出用ＩＣ
　２２　セル電圧・極性信号入力部
　２３　電源回路
　２５　マルチプレクサ
　２６　Ａ／Ｄ変換器
　２７　コントロール部
　２８　通信部
　３１　通信線
　３２　絶縁インターフェース
　３３　メインマイコン
　３５　通信Ｉ／Ｆ
　４０　絶対値回路
　４１　バッテリ
　４２　ＤＣ／ＤＣコンバータ
　４３　レギュレータ
　４５　第１反転増幅回路
　４６　第２反転増幅回路
　４７　ダイオード
　４８　加算増幅回路
　５０　極性検出回路
　６１－１～６１－５　第１～第５ブロック
　７１－１～７１－５　基準電源

Claims (4)

  1. 　複数のセルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を測定する電圧測定装置であって、
    　前記複数のセル毎にそれぞれ設けられ、前記セルが出力する電圧の極性を検出する極性検出手段と、
    　前記複数のセル毎にそれぞれ設けられ、前記セルが出力する電圧の絶対値を検出する絶対値検出手段と、
    　前記各セルを、少なくとも１つのセルで構成される複数のブロックに区分けし、前記各ブロック毎に設けられ、各ブロックのセルに対応する前記絶対値検出手段で検出された絶対値電圧をディジタル化するＡ／Ｄ変換手段と、
    　前記各ブロック毎に、前記ディジタル化された絶対値電圧と、前記電圧の極性に基づいて、各セル毎の極性を含めた出力電圧を算出し、この極性を含めた出力電圧の合計電圧を検出する電圧検出手段と、
    　を備えた複数組電池の電圧測定装置。
  2. 　請求項１に記載の複数組電池の電圧測定装置において、
    　前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力すると共に、前記各電圧検出手段で検出した合計電圧を取得し、且つ取得した合計電圧を前記セルの出力電圧として提示する制御手段と、
    　前記制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続され、前記電源からの電力を変換する電圧変換手段と、を更に有し、
    　前記制御手段は、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力する場合、前記電圧変換手段に電力を供給する電力供給信号を出力し、
    　前記電圧変換手段は、前記制御手段から電圧測定要求信号を取得すると、前記絶対値検出手段に電力を供給する複数組電池の電圧測定装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の複数組電池の電圧測定装置において、
    　前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力すると共に、前記各電圧検出手段で検出した合計電圧を取得し、且つ取得した合計電圧を前記セルの出力電圧として提示する制御手段と、
    　前記制御手段を作動させる電力を供給する電源に接続され、前記電源からの電力を変換する電圧変換手段と、を更に有し、
    　前記制御手段は、前記各電圧検出手段に電圧測定要求信号を出力する場合、前記電圧変換手段に電力を供給する電力供給信号を出力し、
    　前記電圧変換手段は、前記制御手段から電圧測定要求信号を取得すると、前記極性検出手段に電力を供給する複数組電池の電圧測定装置。
  4. 　請求項１に記載の複数組電池の電圧測定装置において、
    　前記セルは、第１セルから第ＮセルまでのＮ個が設けられ、
    　前記第１セルの負極がグランドとされ、
    　前記第Ｎセルの正極が最も高い電圧とされ、
    　第ｎセル（但し、２≦ｎ≦Ｎ）の電圧は、第（ｎ－１）セルの電圧を基準電圧として測定する複数組電池の電圧測定装置。
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