(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧信号が入力される複数の入力端子および前記複数の入力端子を切り替えるための切替信号が入力される入力切替端子を有するマルチプレクサと、
前記入力切替端子に前記切替信号を入力して前記複数の入力端子のいずれか一つを選択し、選択した入力端子の電圧信号を前記マルチプレクサから取得して電圧測定を行う制御回路と、
前記制御回路により測定された電圧測定値に基づいて異常判定を行う判定回路と、を備えた電圧測定装置において、
前記複数の入力端子は、複数の測定対象からの電圧信号が入力される入力端子と診断用電位が印加される入力端子とを含み、
前記診断用電位が印加される入力端子として、前記測定対象の正常電圧範囲を超える電圧を発生する電圧源が接続される入力端子と、前記マルチプレクサのグランドが接続される入力端子とを備え、
前記制御回路は、前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子の電圧を測定する際に、前記グランドが接続された入力端子を一旦選択した後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子を選択して測定する第１の電圧測定と、前記電圧源が接続された入力端子を一旦選択した後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子を選択して測定する第２の電圧測定とを行い、
前記判定回路は、前記第２の電圧測定の電圧値と前記第１の電圧測定の電圧値との差が、前記電圧源の電圧値に基づく閾値よりも大きいときに、前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子の開放異常と判定する、
ことを特徴とする電圧測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧測定装置において、
前記マルチプレクサは、前記入力切替端子に入力された切替信号に関係なく前記複数の入力端子の全てと前記出力端子とが切り離された無効状態とする無効信号、および、前記入力切替端子に入力された切替信号を有効とする有効信号が入力される動作制御入力端子を有し、
前記制御回路は、前記入力端子の選択状態を切り替える際に、前記マルチプレクサに前記無効信号を入力した後に、前記切替信号および前記有効信号を入力することを特徴とする電圧測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電圧測定装置において、
前記マルチプレクサの入力端子と前記測定対象との間に、フィルタ抵抗とフィルタコンデンサから成るＲＣフィルタを備え、
前記制御回路は、前記測定対象の正常電圧範囲を超える電圧を発生する電圧源が接続された入力端子を一旦選択した後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子を選択する動作を一回以上行わせ、次に前記グランドが接続された入力端子を一旦選択し、その後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子の電圧測定を行い、
前記判定回路は、電圧測定値が前記電圧源の電圧値に基づいて設定された閾値より大きいとき、前記フィルタ抵抗の開放異常と判定することを特徴とする電圧測定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電圧測定装置において、
前記マルチプレクサの入力端子と前記測定対象との間に、フィルタ抵抗とフィルタコンデンサから成るＲＣフィルタを備え、
前記制御回路は、前記グランドが接続された入力端子を一旦選択した後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子を選択する動作を一回以上行わせ、次に前記測定対象の正常電圧範囲を超える電圧を発生する電圧源が接続された入力端子を一旦選択し、その後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子の電圧測定を行い、
前記判定回路は、電圧測定値がグランド電位に基づいて設定された閾値より小さいとき、前記フィルタ抵抗の開放異常と判定することを特徴とする電圧測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電圧測定装置を、電動車両内に備えたことを特徴とする電圧測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチプレクサを用いた電圧測定装置、電圧測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチプレクサを用いた電圧測定装置としては、例えば、特許文献１に記載のようなバッテリの電圧測定を行うものが知られている。特許文献１に記載のセル電圧測定装置では、マルチプレクサの診断用の回路が設けられ、その診断用回路によりマルチプレクサが正常に動作したかどうかの診断を実施するようになっている。診断用回路としては、バッテリセルの電圧測定時のマルチプレクサ診断に関して、電圧比較回路、判断回路、ＯＲ回路および電圧源等が設けられ、基準電圧との比較で診断する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マルチプレクサはバッテリセルの電圧測定以外でも使用されるケースが多々あり、これらのケースで上述したような診断用回路を設けることは製品コストの上昇を招くという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電圧測定装置は、電圧信号が入力される複数の入力端子および前記複数の入力端子を切り替えるための切替信号が入力される入力切替端子を有するマルチプレクサと、前記入力切替端子に前記切替信号を入力して前記複数の入力端子のいずれか一つを選択し、選択した入力端子の電圧信号を前記マルチプレクサから取得して電圧測定を行う制御回路と、前記制御回路により測定された電圧測定値に基づいて異常判定を行う判定回路と、を備えた電圧測定装置において、前記複数の入力端子は、複数の測定対象からの電圧信号が入力される入力端子と診断用電位が印加される入力端子とを含み、前記診断用電位が印加される入力端子として、前記測定対象の正常電圧範囲を超える電圧を発生する電圧源が接続される入力端子と、前記マルチプレクサのグランドが接続される入力端子とを備え、前記制御回路は、前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子の電圧を測定する際に、前記グランドが接続された入力端子を一旦選択した後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子を選択して測定する第１の電圧測定と、前記電圧源が接続された入力端子を一旦選択した後に前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子を選択して測定する第２の電圧測定とを行い、前記判定回路は、前記第２の電圧測定の電圧値と前記第１の電圧測定の電圧値との差が、前記電圧源の電圧値に基づく閾値よりも大きいときに、前記測定対象からの電圧信号が入力される入力端子の開放異常と判定する、ことを特徴とする。
本発明に係る電圧測定システムは、本発明に係る電圧測定装置を電動車両内に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、診断用回路を特別に設けることなく、マルチプレクサを含む電圧測定装置の異常の有無を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による電圧測定装置の一実施の形態を示す図であり、温度測定装置に適用した場合を示す。
【図２】入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号および動作制御端子INHに入力される動作制御信号と選択される入力端子との関係を示す図である。
【図３】マルチプレクサを用いた従来の電圧測定装置を示す図である。
【図４】電圧測定を行う場合の入力端子の切替順序を示す図である。
【図５】従来の電圧測定装置においてマルチプレクサ１２００の入力端子の開放が起きた場合の一例を示す図である。
【図６】マルチプレクサ１２００の入力端子の開放を検出する場合の、測定および制御順序を説明する図である。
【図７】マルチプレクサ１２００の入力端子の開放が検出可能な他の測定手順を説明する図である。
【図８】従来の電圧測定装置において、フィルタ抵抗１１０３が開放した場合の電圧測定値を示す図である。
【図９】フィルタ抵抗１１０３の開放を検出する場合の、測定および制御順序を説明する図である。
【図１０】電動車両に搭載される走行用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。
【図１１】電池ブロック９ＡのＩＣ１〜ＩＣ３の部分を詳細に示す図である。
【図１２】ＩＣ内部ブロックの概略を示す図である。
【図１３】図１２に示したＩＣ内部ブロックのデジタル回路部分を詳しく示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明による電圧測定装置の一実施の形態を示す図であり、温度測定装置１０００に適用した場合を示す。温度測定装置１０００は、温度センサとしてのサーミスタ１１０１が用いられる。温度測定装置１０００には、温度計測をする際にサーミスタ１１０１との接続を切り換えるマルチプレクサ１２００と、マルチプレクサ１２００により接続されたサーミスタ１１０１の電圧を取り込み、その電圧を計測するマイコン１３００を備えている。マルチプレクサ１２００およびマイコン１３００は、電圧５ＶのＶccを動作電源としている。
【０００９】
マルチプレクサ１２００は８つの入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8を備えており、上述したように入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6にはサーミスタ１１０１がそれぞれ接続され、入力端子ＩＮ7は動作電源Ｖcc（５Ｖ）に接続され、入力端子ＩＮ8はグランドに接続されている。各サーミスタ１１０１は、電流供給用のプルアップ抵抗１１０２を通じて電圧５Ｖの動作電源Ｖccに接続されている。各サーミスタ１１０１と各プルアップ抵抗１１０２との接続点は、抵抗１１０３とフィルタコンデンサ１１０４とで構成されるＲＣフィルタを介して、マルチプレクサ１２００の入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6に接続されている。なお、図１では、入力端子ＩＮ3〜ＩＮ6に接続されるサーミスタ１１０１、プルアップ抵抗１１０２、抵抗１１０３およびフィルタコンデンサ１１０４については、図示を省略した。
【００１０】
マルチプレクサ１２００の出力端子OUTは、ＡＤコンバータを内蔵するマイコン１３００のＡＤ入力端子に接続される。マルチプレクサ１２００の３つの入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃは、マイコン１３００の３つの出力端子Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３にそれぞれ接続されている。マルチプレクサ１２００は動作制御端子INHを有しており、その動作制御端子INHはマイコン１３００の出力端子Ｙ４に接続されている。
【００１１】
マルチプレクサ１２００の入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の選択は、マイコン１３００の出力端子Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３からマルチプレクサ１２００の入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号に基づいて行われる。動作制御端子INHは、全ての入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8を強制的にオフさせるための端子である。動作制御端子INHを“H”レベルにすると、入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号とは無関係に出力端子OUTは入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8から遮断される。一方、動作制御端子INHを“L”レベルにすると、入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号が有効となる。
【００１２】
図２は、入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号および動作制御端子INHに入力される動作制御信号と選択される入力端子との関係を示す表を図示したものである。入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号を“H”レベル、“L”レベルのいずれかにすることによって、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8のいずれか一つが選択される。また、入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに入力される切替信号が“H”レベル、“L”レベルのいずれであっても、動作制御信号が“H”レベルであるである場合には、未接続状態となる。
【００１３】
サーミスタ１１０１の電圧を計測して温度測定装置１０００により温度測定を行う場合、マイコン１３００はマルチプレクサ１２００の動作制御端子INHに切替信号Lを入力するとともに、マルチプレクサ１２００の入力切替端子Ａ，Ｂ，Ｃに所定の切替信号を入力して測定対象の入力端子を選択する。その結果、マルチプレクサ１２００の出力端子OUTからは、選択された入力端子の電圧が出力される。出力端子OUTの出力電圧はマイコン１３００のＡＤ入力端子に入力され、ＡＤコンバータによりデジタル変換されることで測定される。
【００１４】
一方、マルチプレクサを用いた従来の電圧測定装置は、一般的に図３のような構成となっている。すなわち、入力端子に動作電源Ｖcc（５Ｖ）やグランドが接続されるような構成となっておらず、入力端子ＩＮ7、ＩＮ8にも温度センサが接続されている。
【００１５】
入力切替にマルチプレクサを用いた温度測定装置の異常要因としては以下に示すいくつかの要因が考えられる。
（１）サーミスタ１１０１の断線あるいは短絡
（２）プルアップ抵抗１１０２の開放あるいは短絡
（３）フィルタコンデンサ１１０４の短絡
（４）マルチプレクサ１２００の出力端子の開放
（５）マルチプレクサ１２００の入力切替端子の開放あるいは短絡
（６）マルチプレクサ１２００の入力端子の開放
（７）フィルタ抵抗１１０３の開放
【００１６】
上述した７つの異常要因の内、（１）〜（３）は図３に示す従来の構成でも異常を検出できるが、（４）〜（７）については異常を検出できない場合がある。以下では、本実施の形態において、上記（１）〜（７）の異常要因をどのように検出するかについて説明する。
【００１７】
入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6に接続された６個のサーミスタ１１０１の電圧測定を行う場合、図４に示すような切替順序で入力端子ＩＮ1から順に選択するようにした。一般的に、マルチプレクサ１２００のようなロジック回路では倫理切り替え時の遅延時間に微妙に差があるのが普通である。従来の場合には、図２の一段目から順にＩＮ1→ＩＮ2→ＩＮ3→・・・のように切替を行うようにしている。この場合、例えば、ＩＮ2→ＩＮ3の切替において入力切替端子Ａを「Ｈ→Ｌ」、入力切替端子Ｂを「Ｌ→Ｈ」のように切り換える場合に、マイコン１３００から切替信号を同時に出力したとしても、マイコン１３００の「Ｈ→Ｌ」、「Ｌ→Ｈ」の出力切り替えタイミングと、マルチプレクサ１２００の入力切替端子Ａ，Ｂの論理入力検知タイミングは微妙に異なる。そのため、マルチプレクサ１２００の動作制御端子INHを有効（L）にしたまま入力端子を切り替えると、目的外の入力端子へ瞬間的に接続されてしまう可能性がある。
【００１８】
その間に、瞬間的ではあるがマルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsへの充放電が行われるので、後述するマルチプレクサ１２００の入力端子の開放検出に影響を及ぼす可能性がある。その対策として、本実施の形態では、マルチプレクサ１２００の入力を切り替える際に、先ずマルチプレクサ１２００の動作制御端子INHを非有効（H）にして、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8と出力端子OUTとを切り離す（図４の入力端子の欄に未接続と示す段）。その切り離した状態で切替信号の切り替えを行い、その後、マルチプレクサ１２００の動作制御端子INHを有効（L）にして電圧測定を行うようにした。
【００１９】
例えば、入力端子ＩＮ1から入力端子ＩＮ2に切り替える場合を考える。入力端子ＩＮ1が選択されている場合には、入力切替信号はＡ＝Ｂ＝Ｃ＝０となっている。次に、動作制御端子INHを１（H）にして、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8と出力端子OUTとを切り離し、その状態で、入力切替信号をＡ＝１、Ｂ＝Ｃ＝０のように切り替える。次いで、動作制御端子INHを０（L）とすると、入力切替信号が有効になって入力端子ＩＮ2が選択される。
【００２０】
このような動作手順を採用することで、マルチプレクサ１２００の入力切替時に目的外の入力端子に瞬間的に接続されてしまうような問題が解決される。その結果、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsへの充放電による影響をなくすことができ、電圧測定装置の信頼性向上を図ることができる。
【００２１】
なお、以下では実際の測定結果を参照しながら説明を行っているが、本実施の形態では、次のような条件で電圧測定を行った。６個のサーミスタ１１０１の電圧測定は、２００msec毎に行った。また、マルチプレクサ１２００の出力電圧が安定するまでには時間を要するため、マルチプレクサ１２００の入力切替を行った後、約５μsec後にＡＤ変換を行って電圧測定を行うようにしている。
【００２２】
（Ａ１）サーミスタ１１０１の断線あるいは短絡の検出
図１に示すサーミスタ１１０１が短絡した時は、サーミスタ１１０１とプルアップ抵抗１１０２との接続点の電位が０Ｖとなる。そのため、出力端子OUTからは電圧値＝０Ｖが出力されるので、マイコン１３００は、電圧測定値が設定値以下（正常電圧範囲外）になったことを検出することにより異常発生を検出することができる。
【００２３】
一方、サーミスタ１１０１が断線した場合には接続点の電位はＶcc＝５Ｖとなるので、電圧測定値が設定値以上（正常電圧範囲外）となることで異常発生を検出することができる。なお、異常判定のための上記設定値はサーミスタ１１０１、プルアップ抵抗１１０２、マイコン１３００のＡＤ変換精度を勘案して設定すればよい。なお、このようなサーミスタ１１０１の断線あるいは短絡の検出は、図３に示した従来の電圧測定装置の場合においても、本実施の形態の場合と同様に行うことができる。
【００２４】
（Ａ２）プルアップ抵抗１１０２の開放あるいは短絡の検出
プルアップ抵抗１１０２の開放が起きた場合、サーミスタ１１０１とプルアップ抵抗１１０２との接続点の電位が０Ｖとなる。一方、プルアップ抵抗１１０２が短絡した場合、接続点の電位はＶcc＝５Ｖとなる。よって、マイコン１３００は、上述したサーミスタ１１０１の断線あるいは短絡の場合と同様に電圧測定値を設定値と比較することで、異常発生を検出することができる。なお、プルアップ抵抗１１０２の開放あるいは短絡の検出は、図３に示した従来の電圧測定装置の場合においても、本実施の形態の場合と同様に行うことができる。
【００２５】
（Ａ３）フィルタコンデンサ１１０４の短絡
フィルタコンデンサ１１０４が短絡した場合には、電圧測定値が０Ｖとなるので、マイコン１３００は、電圧測定値が設定値以下になったことを検出することにより異常発生を検出することができる。なお、フィルタコンデンサ１１０４の短絡の検出は、図３に示した従来の電圧測定装置の場合においても、本実施の形態の場合と同様に行うことができる。
【００２６】
（Ａ４）マルチプレクサ１２００の出力端子OUTの開放の検出
マイコン１３００のＡＤコンバータの特性にも依存するが、ＡＤ入力に入力浮遊容量が存在するため、ＡＤコンバータで測定される電圧測定値は、ＡＤコンバータの入力浮遊容量に充電された電圧を測定することになり、一般的に、出力端子OUTの開放後に、電圧値が徐々に下がって行く。そのため、図３に示す従来の電圧測定装置の場合には、出力端子OUTの開放が発生しても、しばらくはサーミスタ１１０１の正常電圧範囲内の電圧値が測定されることになり、長時間経過して入力浮遊容量の電圧値が０Ｖ近くまで下がった時に、初めて異常を検出することが可能となる。このように、従来の電圧測定装置は、異常を検出するまでに長時間を要するという問題点を有している。
【００２７】
一方、図１に示す本実施の形態の電圧測定装置１０００では、入力端子ＩＮ7にＶccを入力し入力端子ＩＮ8にグランド電位を入力するような構成とし、電圧測定時には、図４に示すように入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8まで測定するようにしている。そのため、入力端子ＩＮ7、ＩＮ8の測定時に正常電圧範囲外の電圧測定値が得られ、一回の測定サイクルの中で出力端子OUTの開放を検出することができる。
【００２８】
例えば、出力端子OUTの開放が入力端子ＩＮ7の電圧測定の前に発生した場合、入力端子ＩＮ7の電圧測定時にはＡＤコンバータの入力浮遊容量の電圧は正常電圧範囲となっている。そのため、入力端子ＩＮ7の電圧測定値は０Ｖではなく正常電圧範囲内の電圧値となる。同様に、その後に計測される入力端子ＩＮ8の電圧測定値も、Ｖccではなく正常電圧範囲内の電圧値となる。正常動作時は、入力端子ＩＮ7、ＩＮ８の両方の電圧測定値が正常電圧範囲となる可能性は非常に低く、また、上述した（１）〜（３）の故障モードにおいても入力端子ＩＮ7、ＩＮ８の両方の電圧測定値が正常電圧範囲となることは無い。よって、このような測定結果から、出力端子OUTの開放が発生しと短時間に判定することができる。
【００２９】
また、入力端子ＩＮ7から他の端子（入力端子ＩＮ8）に切り替える間に出力端子OUTの開放が発生した場合、その後に測定される入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の各電圧測定値も全て０Ｖとなる。さらにまた、入力端子ＩＮ8から他の端子（入力端子ＩＮ1）に切り替える間に出力端子OUTの開放が発生した場合には、その後に測定される入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の各電圧測定値は全てＶccとなる。一方、上述した（１）〜（３）の故障モードにおいては、このように、全ての入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の電圧測定値が０Ｖ（グランドレベル）またはＶcc（Ｖccレベル）となることは無い。よって、上述した全ての入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の電圧測定値が正常電圧範囲となる場合も含めて、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の電圧測定値が同一であった場合には、出力端子OUTの開放が発生したと短時間に判定することができる。
【００３０】
なお、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6と入力端子ＩＮ7（Ｖcc）の電圧測定を行うような測定動作、または、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6と入力端子ＩＮ8（GND）の電圧測定を行うような測定動作の場合も、測定した入力端子の電圧測定値の全てが同一であった場合には、出力端子OUTに開放が発生したと判定することができる。
【００３１】
（Ａ５）マルチプレクサ１２００の入力切替端子Ａ〜Ｃの開放、短絡の検出
従来の電圧測定装置の場合、マイコン１３００は、マルチプレクサ１２００が実際にどの入力端子と出力端子とを接続しているかは、電圧測定値から判定することはできない。そのため、入力切替端子Ａ〜Ｃに開放あるいは短絡が発生した場合でも、マイコン１３００はそのような異常が発生したことを検出できない。
【００３２】
例えば、極端な例として、マイコン１３００からの切替信号に関係なく同一の入力端子の電圧を測定してしまうような故障が発生した場合、全ての電圧測定値が同一として検出される。そのため、その電圧測定値が正常範囲内であれば、マルチプレクサ１２００の異常は検出されないことになる。
【００３３】
一方、本実施の形態の場合は、マルチプレクサ１２００の入力端子ＩＮ7をＶccに接続し、入力端子ＩＮ8をグランドに接続する構成とし、それらの電圧値はサーミスタ１１０１の正常電圧範囲を外れている。そのため、マイコン１３００は、マルチプレクサ１２００が入力切替信号通りに入力端子ＩＮ7，ＩＮ8を選択しているか否かを、電圧測定値から検出することができる。
【００３４】
すなわち、入力端子ＩＮ7を指令したときに電圧測定値としてＶccが検出されなかった場合には、また、入力端子ＩＮ8を指令したときに電圧測定値として０Ｖが検出されなかった場合には、入力切替端子Ａ〜Ｃの開放または短絡に起因するマルチプレクサ１２００の異常と判断することができる。なお、異常判断の電圧値としてグランドとＶccとが測定されるので、異常か否かの判定値はＶccおよびグランドを測定した場合の最大誤差を勘案して決定すればよい。
【００３５】
（Ａ６）マルチプレクサ１２００の入力端子の開放の検出
マルチプレクサ１２００の入力端子の開放が起きた場合、従来の電圧測定装置では、マルチプレクサの浮遊容量Ｃsに充電された電圧が測定される。そのため、開放が起きた入力端子から他の入力端子に切り替えなければ、一般的には電圧値は徐々に下がっていく。しかし、実際には他の入力端子への接続切替に伴い浮遊容量Ｃsが充放電されてしまい、中途半端な電圧で保持されてしまうことになる。
【００３６】
図５はそのような場合の一例（実験例）を示したものである。入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8が正常な場合には、正常時と記載した縦列の欄の電圧値が測定される。いずれの電圧測定値も正常範囲内になっている。一方、入力開放時と記載した縦列の欄の電圧値は各入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8が開放した場合に測定される電圧値を示している。
【００３７】
例えば、入力端子ＩＮ1が開放している場合には、入力端子ＩＮ1を選択した際の電圧測定値は、その前に測定した入力端子ＩＮ8の電圧値に近い値（若干小さい値）となっている。これは、入力端子ＩＮ8を測定したときに浮遊容量Ｃsが入力端子ＩＮ8となり、次いで入力端子ＩＮ1に切り換えても、入力端子ＩＮ1は開放しているので、浮遊容量の電圧値は正常時の電圧に切り替わらず、入力端子ＩＮ8が接続された時の電圧値にほぼ維持されていることによる。また、入力端子ＩＮ2が開放した場合には、入力端子ＩＮ2の電圧測定値は入力端子ＩＮ1の測定電圧値（＝１Ｖ）より若干低めの電圧値０．８Ｖが計測される。同様に、入力端子ＩＮ3〜ＩＮ8が開放した場合も、それらを測定する一つ前の入力端子の電圧測定値より低めの電圧値が測定される。
【００３８】
このように、従来の電圧測定装置の場合には、開放している入力端子の電圧測定値は、その入力端子を測定する直前に測定された入力端子の電圧測定値よりやや低い電圧が測定され、電圧測定値が正常とされる電圧範囲内にとどまったままとなり、異常を検出することができなかった。
【００３９】
一方、本実施の形態の場合、図６に示すような手順で電圧測定を行うことにより、マルチプレクサ１２００の入力端子の開放を検出することができる。例えば、入力端子ＩＮ1の電圧測定の場合を例に説明すると、先ず、測定対象である入力端子ＩＮ1の電圧を測定する前に、グランドに接続されている入力端子ＩＮ8に接続するようにマルチプレクサ１２００に指令する。その後、入力端子ＩＮ1の電圧測定を行う。この例では、測定対象の入力端子を測定する前に、入力端子ＩＮ8に５μsec間接続した後に、当該入力端子の接続に切替を行い、その後にＡＤコンバータで電圧測定を行った。
【００４０】
入力端子ＩＮ1が開放していない正常時の場合には、入力端子ＩＮ1の電圧測定値は正常値１Ｖが測定される。一方、入力端子ＩＮ1が開放している場合には、マルチプレクサの浮遊容量Ｃsの電圧は、直前に接続された入力端子ＩＮ8とほぼ同じ電圧値になっている。実験では、電圧値０．１Ｖが測定された。入力端子ＩＮ2〜ＩＮ7の測定を同様に行った場合も、入力端子が開放しているときの電圧測定値は０．１Ｖとなった。
【００４１】
また、入力端子ＩＮ8の測定の場合も、入力端子ＩＮ8を測定した後に再び測定対象である入力端子ＩＮ8を測定する。入力端子ＩＮ8が開放している場合には、マルチプレクサの浮遊容量Ｃsの電圧は、入力端子ＩＮ7に接続したときの電圧値とほぼ同じ値となっている。実験では４．９Ｖとなっており、入力端子ＩＮ8の測定ではこの電圧値４．９Ｖが測定されることになる。
【００４２】
このように、測定対象である入力端子を測定する前に、グランドに接続されている入力端子ＩＮ8に接続し、その後、該当入力端子を測定することにより、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsをグランド接続で放電することができる。その結果、入力端子開放時には正常電圧範囲を外れたグランドに近い電圧値が測定され、入力端子の開放を容易に検出することができる。
【００４３】
なお、図６に示す例では、測定対象の入力端子を測定する前に入力端子ＩＮ8（GND）を測定するようにしたが、入力端子ＩＮ7（Vcc）を測定するようにしても良い。この場合、マルチプレクサ１２００の浮遊容量ＣsをＶcc接続で充電することができる。その結果、入力端子開放時には正常電圧範囲を外れたＶccに近い電圧値が測定され、入力端子の開放を容易に検出することができる。
【００４４】
なお、前述した（１）サーミスタ１１０１の断線あるいは短絡、（２）プルアップ抵抗１１０２の開放あるいは短絡、（３）フィルタコンデンサ１１０４の短絡、（４）マルチプレクサ１２００の出力端子の開放、（５）マルチプレクサ１２００の入力切替端子の開放あるいは短絡については、異常の発生を電圧測定値から判断できるので、図６に示した測定方法においても、電圧測定値が正常範囲か否かによって容易に異常を検出することができる。
【００４５】
図７は、マルチプレクサ１２００の入力端子の開放が検出可能な他の測定手順を示す図である。先ず、入力端子ＩＮ8（GND）に接続して、その後、測定対象である入力端子に接続して電圧値を測定する（１回目の電圧測定）。次に、入力端子ＩＮ7（Vcc）に接続した後に、当該入力端子に接続して電圧値を再び測定する（２回目の電圧測定）。そして、２回目の電圧測定値と１回目の電圧測定値との差を取り、その差が設定値以上であれば異常と判定する。
【００４６】
例えば、入力端子ＩＮ1を例に説明すると、入力端子ＩＮ1が開放していない正常時には、１回目の電圧測定値も２回目の電圧測定値も正常な電圧値１Ｖとなっている。そのため、２回目の電圧測定値と１回目の電圧測定値との差は０Ｖとなる。
【００４７】
入力端子ＩＮ1が開放している異常時には、直前に入力端子ＩＮ8を接続したことによりマルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsがグランド近くまで放電され、１回目の電圧測定ではその浮遊容量Ｃsの電圧値が測定される。そのため、１回目の電圧測定値として０．１Ｖが計測される。一方、２回目の電圧測定では、入力端子ＩＮ7に接続した後の浮遊容量Ｃsの電圧値が測定されるので、Ｖccに近い電圧値４．９Ｖが測定されることになる。その結果、２回目の電圧測定値と１回目の電圧測定値との差は４．８Ｖとなる。なお、図７の「電圧測定値２−電圧測定値１」と示す縦列の電圧値は、当該入力端子が開放している場合の値を示している。
【００４８】
図７に示すように、上述したような測定を行うことにより、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6については、２回目の電圧測定値と１回目の電圧測定値との差として正常時には０Ｖが得られ、開放時には４．８Ｖが得られる。このような差の違いから、入力端子が開放しているか否かを判定することができる。
【００４９】
なお、入力端子ＩＮ7については、開放時には１回目も２回目も、最初に入力端子ＩＮ8に接続した後の浮遊容量Ｃsの電圧値が測定されるので、測定値は０．１Ｖとなる。また、入力端子ＩＮ8については、一つ前の入力端子ＩＮ7測定における浮遊容量Ｃsの電圧値が測定されるので、測定値は１回目も２回目も４．９Ｖとなる。そのため、入力端子ＩＮ7，ＩＮ8に関しては、２回目の電圧測定値と１回目の電圧測定値との差から開放しているか否かを判定できない。しかし、開放している場合には、入力端子ＩＮ7，ＩＮ8に接続したときの電圧測定値が期待される値からかけ離れているので、これらの電圧測定値から直接に異常（開放）を容易に検出することができる。
【００５０】
上述のように、図７に示すような方法で電圧測定を行うことにより、マルチプレクサ１２００の入力開放を検出することができる。また、電圧測定値が正常範囲か否か（入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6の場合）、電圧測定値が期待通りか否か（入力端子ＩＮ7、ＩＮ8の場合）によって、前述した（１）サーミスタ１１０１の断線あるいは短絡、（２）プルアップ抵抗１１０２の開放あるいは短絡、（３）フィルタコンデンサ１１０４の短絡、（４）マルチプレクサ１２００の出力端子の開放、（５）マルチプレクサ１２００の入力切替端子の開放あるいは短絡についても、異常を検出することができる。
【００５１】
さらに、（１）〜（５）が原因とする異常か、（６）のマルチプレクサ１２００の入力開放を原因とする異常かを識別して検出することができる。すなわち、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6が正常の場合には、１回目の電圧測定も２回目の電圧測定も同一の正常電圧値が測定され、電圧測定値の差は０Ｖとなる。入力端子が開放の場合には、１回目の電圧測定値は０．１Ｖ、２回目の電圧測定値は４．９Ｖ、電圧測定値の差は４．８Ｖとなる。（１）〜（５）が原因の異常の場合には、１回目の電圧測定値も２回目の電圧測定値も同一であって、異常モードに応じて０．１Ｖおよび４．９Ｖのいずれかが検出される。
【００５２】
なお、入力電圧そのものが大きく変動する場合には、一回目の測定値と二回目の測定値に差が生じる可能性もあるので、閾値は一回目の測定と二回目の測定の時間差で発生しうる最大の電圧差を想定して定めればよい。
【００５３】
（Ａ７）フィルタ抵抗１１０３の開放の検出
フィルタ抵抗１１０３の開放が発生した場合、入力端子にフィルタコンデンサ１１０４が接続されているため、フィルタ抵抗開放後もこのフィルタコンデンサ１１０４に充電された電荷が残留する。そのため、従来の測定装置では、フィルタ抵抗開放後も電圧測定値がある値にとどまる可能性が高い。特に、ノイズ対策のために、温度測定装置などでは、比較的大容量のコンデンサを用いてカットオフ周波数を低くすることが多く、その値はマルチプレクサ１２００の浮遊容量よりも十分大きい。
【００５４】
図８は、従来の電圧測定装置において、フィルタ抵抗１１０３が開放した場合の電圧測定値を示したものである。例えば、入力端子ＩＮ1に接続されているフィルタ抵抗１１０３が開放した場合、フィルタ抵抗開放直後は開放前（正常時）と同じ電圧値１Ｖが測定される。その後、入力端子ＩＮ8を測定した後に、再び入力端子ＩＮ1に接続された場合を考える。入力端子ＩＮ8の測定時には、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsの電圧値は入力端子ＩＮ8と同じ電圧値４．５Ｖとなっている。
【００５５】
その後、入力端子ＩＮ8から入力端子ＩＮ1に接続が切り替えられると、浮遊容量Ｃsの方がフィルタコンデンサ１１０４よりも電圧が高いので、浮遊容量Ｃsによってフィルタコンデンサ１１０４が充電されることになる。この実験では電圧測定の間隔は２００msecであるので、２００msec周期で電圧測定が繰り返されて、入力端子ＩＮ8から入力端子ＩＮ1への切替が繰り返される度に、フィルタコンデンサ１１０４の電圧値は浮遊容量Ｃsの電圧値（４．５Ｖ）に近付く。そして、解放後５分を経過すると、図８に示すように入力端子ＩＮ1の電圧測定値は４．５Ｖとなる。
【００５６】
同様に、入力端子ＩＮ2〜ＩＮ8の場合も、開放後５分後の電圧測定値は、測定順序が一つ前の入力端子の電圧値とほぼ同じになる。すなわち、最終的には当該入力端子の測定前に選択した入力端子の電圧が測定されるようになり、電圧測定値からの異常検出は困難である。
【００５７】
一方、本実施の形態では、図９に示すような方法で測定を行うことにより、フィルタ抵抗１１０３の開放が発生した場合でも、異常検出をすることができる。例えば、入力端子ＩＮ1に接続されているフィルタ抵抗１１０３が開放している場合について考える。この場合、開放直後はフィルタコンデンサ１１０４は電圧値１Ｖに充電されている。
【００５８】
この入力端子ＩＮ1を測定する際の手順は、最初に入力端子ＩＮ7（Ｖcc）に接続して、フィルタコンデンサ１１０４の電圧値がＶcc程度となるように充電する。その後、入力端子ＩＮ1の電圧測定を行ったならば、入力端子ＩＮ8（GND）に接続を切り替えた後に、再び入力端子ＩＮ1に接続し、電圧測定を行う。
【００５９】
最初に入力端子ＩＮ7に接続されているときには、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsは電圧値Ｖccに充電されており、次いで入力端子ＩＮ1に接続することで、入力端子ＩＮ1に接続されているフィルタコンデンサ１１０４は浮遊容量Ｃsにより充電される。
【００６０】
図９に示す例では、入力端子ＩＮ7から入力端子ＩＮ1への切替回数（すなわち充電回数）を２０回とし、入力端子ＩＮ7（Ｖcc）への接続時間は５μsec、入力端子ＩＮ1への接続時間は５μsecとした。これにより、２０回切り替えを行った後（約１０sec後）の入力端子ＩＮ1の電圧測定値は４．８Ｖとなった。
【００６１】
次に、接続を入力端子ＩＮ1から入力端子ＩＮ8（GND）に切り替えた後に、再び入力端子ＩＮ1に接続して入力端子ＩＮ1の電圧測定を行う。この場合の入力端子ＩＮ8（GND）および入力端子ＩＮ1への接続回数は１回であり、入力端子ＩＮ8（GND）への接続時間は５μsecで、その後の入力端子ＩＮ1への接続時間は２０msecとした。
【００６２】
入力端子ＩＮ1から入力端子ＩＮ8（GND）に切り替えることで、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsはグランドレベルまで放電され、再び入力端子ＩＮ1に接続することで、浮遊容量Ｃsは入力端子ＩＮ1に接続されているフィルタコンデンサ１１０４の電圧まで充電される。すなわち、フィルタコンデンサ１１０４の電圧値を測定したことになる。図９に示す例では、フィルタ抵抗１１０３が開放して約１０sec後に、電圧測定値がほぼ４．８Ｖとなって異常と検出できた。
【００６３】
このように、入力端子に接続されているＲＣフィルタのフィルタ抵抗１１０３が開放した場合には、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsと動作電源Ｖccに接続されている入力端子ＩＮ7とを利用することにより、フィルタコンデンサ１１０４の電圧が正常電圧範囲外（４，８Ｖ＝Ｖccレベル）となるように充電ことができる。フィルタ抵抗１１０３が開放していなければ、上述のような切替動作を行っても入力端子ＩＮ1の電圧測定値は１Ｖであるので、測定電圧値が正常電圧範囲外になることで、フィルタ抵抗１１０３が開放を検出することができる。
【００６４】
なお、グランド接続後の当該入力端子への接続時間を２０msecと、Ｖcc接続後の当該入力端子への接続時間５μsecに比べて長くしたのは、正常な状態でマルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsを通じてフィルタコンデンサ１１０４が充電されてしまい、正常接続時の測定値に誤差が発生するためである。この対策として、測定対象への接続時間を長くして測定すれば、フィルタコンデンサ１１０４の電荷は放電されて測定電圧の誤差は少なくなる。この誤差を考慮しないのであれば、入力端子ＩＮ8→入力端子ＩＮ1という切替の動作を省略しても構わない。
【００６５】
図９に示した例では、フィルタ抵抗１１０３が開放した場合にフィルタコンデンサ１１０４が充電されるような制御としたが、入力端子ＩＮ7に代えて入力端子ＩＮ8（GND）に繰り返し接続することで、フィルタコンデンサ１１０４が放電されるような制御としても良い。この場合、フィルタ抵抗１１０３が開放していると、電圧測定値がグランドレベルとなるため、グランドレベルになったことを検出することで異常を検出することができる。
【００６６】
上述した方法では、グランド（入力端子ＩＮ8）への接続後測定対象への接続が行われたときに、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsを通じてＲＣフィルタのフィルタコンデンサ１１０４が放電され、逆に、Ｖcc（入力端子ＩＮ7）への接続後に測定対象への接続が行われたときに、マルチプレクサ１２００の浮遊容量Ｃsを通じてＲＣフィルタのフィルタコンデンサ１１０４が充電される。よって、Ｖccとグランドの接続時間と接続回数を異なる値にすることで、フィルタコンデンサ１１０４を充電方向あるいは放電方向のどちらかにすることができる。その結果、フィルタ抵抗１１０３の開放が発生した場合に測定値が上限値あるいは下限値の範囲外となって、異常の検出が可能となる。
【００６７】
なお、前述した（１）サーミスタ１１０１の断線あるいは短絡、（２）プルアップ抵抗１１０２の開放あるいは短絡、（３）フィルタコンデンサ１１０４の短絡、（４）マルチプレクサ１２００の出力端子の開放、（５）マルチプレクサ１２００の入力切替端子の開放あるいは短絡については、異常の発生を電圧測定値から判断できるので、図９に示した測定方法においても、電圧測定値が正常範囲か否かによって容易に異常を検出することができる。また、（６）のマルチプレクサ１２００の入力開放を原因とする異常についても検出することができる。
【００６８】
上述した本実施の形態の電圧測定装置は種々の装置の電圧測定に用いることができる。例えば、以下に説明するようなハイブリッド自動車等の電動車両に搭載される走行用バッテリに関して、バッテリを構成する複数のセルのセル電圧測定や、バッテリの温度測定などに適用できる。
【００６９】
図１０は、電動車両に搭載される走行用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。図１０に示す駆動システムは、電池モジュール９、電池モジュール９を監視する電池監視装置１００、電池モジュール９からの直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置２２０、車両駆動用のモータ２３０を備えている。モータ２３０は、インバータ装置２２０からの３相交流電力により駆動される。インバータ装置２２０と電池監視装置１００とはＣＡＮ通信で結ばれており、インバータ装置２２０は電池監視装置１００に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置２２０は、さらに上位のコントローラ（不図示）からの指令情報に基づいて動作する。
【００７０】
インバータ装置２２０は、パワーモジュール２２６と、ＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４とを有している。パワーモジュール２２６は、電池モジュール９から供給される直流電力を、モータ２３０を駆動するための３相交流電力に変換する。なお、図示していないが、パワーモジュール２２６に接続される強電ラインＨＶ＋，ＨＶ−間には、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。この平滑キャパシタは、電池監視装置１００に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズの低減する働きをする。
【００７１】
インバータ装置２２０の動作開始状態では平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーＲＬを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタへ流れ込む。そして、この大電流のためにリレーＲＬが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するために、ＭＣＵ２２２は、さらに上位のコントローラからの命令に従い、モータ２３０の駆動開始時に、プリチャージリレーＲＬＰを開状態から閉状態にして平滑キャパシタを充電し、その後にリレーＲＬを開状態から閉状態として、電池モジュール９からインバータ装置２２０への電力の供給を開始する。平滑キャパシタを充電する際には、抵抗ＲＰＲＥを介して最大電流を制限しながら充電を行う。このような動作を行うことで、リレー回路を保護すると共に、電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。
【００７２】
なお、インバータ装置２２０は、モータ２３０の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御して、車両制動時にはモータ２３０をジェネレータとして動作させる。すなわち回生制動制御を行い、ジェネレータ運転により発電された電力を電池モジュール９に回生して電池モジュール９を充電する。電池モジュール９の充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置２２０はモータ２３０を発電機として運転する。モータ２３０で発電された３相交流電力は、パワーモジュール２２６により直流電力に変換されて電池モジュール９に供給される。その結果、電池モジュール９は充電される。
【００７３】
一方、モータ２３０を力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は上位コントローラの命令に従い、モータ２３０の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は、電池モジュール９から直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。また、回生制動制御により電池モジュール９を充電する場合には、ＭＣＵ２２２は、モータ２３０の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ２３０から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が電池モジュール９へ供給される。結果的にモータ２３０は発電機として作用することとなる。
【００７４】
インバータ装置２２０のパワーモジュール２２６は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、上述した大容量の平滑キャパシタが設けられている。
【００７５】
電池モジュール９は、直列接続された２つの電池ブロック９Ａ，９Ｂで構成されている。各電池ブロック９Ａ，９Ｂは、直列接続された１６セルの電池セルを備えている。電池ブロック９Ａと電池ブロック９Ｂとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトＳＤを介して直列接続される。このサービスディスコネクトＳＤが開くことで電気回路の直接回路が遮断され、仮に電池ブロック９Ａ，９Ｂのどこかで車両との間に１箇所接続回路ができたとしても電流が流れることはない。このような構成により高い安全性を維持できる。このような構成により高い安全性を維持できる。又、点検時に人間がＨＶ＋とＨＶ−の間を触っても、高電圧は人体に印加されないので安全である。
【００７６】
電池モジュール９とインバータ装置２２０との間の強電ラインＨＶ＋には、リレーＲＬ，抵抗ＲＰおよびプリチャージリレーＲＬＰを備えた電池ディスコネクトユニットＢＤＵが設けられている。抵抗ＲＰおよびプリチャージリレーＲＬＰの直列回路は、リレーＲＬと並列に接続されている。
【００７７】
電池監視装置１００は、主に各セル電圧の測定、総電圧の測定、電流の測定、セル温度およびセルの容量調整等を行う。そのために、セルコントローラとしてのＩＣ（集積回路）１〜ＩＣ６が設けられている。各電池ブロック９Ａ，９Ｂ内に設けられた１６セルの電池セルは、それぞれ３つのセルグループに分けられ、各セルグループ毎に一つの集積回路が設けられている。
【００７８】
ＩＣ１〜ＩＣ６は、通信系６０２と１ビット通信系６０４とを備えている。セル電圧値読み取りや各種コマンド送信のための通信系６０２においては、絶縁素子（例えば、フォトカプラ）ＰＨを介してデイジーチェーン方式でマイコン３０とシリアル通信を行う。１ビット通信系６０４は、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する。図１に示す例では、通信系６０２は、電池ブロック９ＡのＩＣ１〜ＩＣ３に対する上位の通信経路と、電池ブロック９ＢのＩＣ４〜ＩＣ６に対する下位の通信経路とに分けられている。
【００７９】
各ＩＣは異常診断を行い、自分自身が異常と判断した場合、あるいは前のＩＣから異常信号を受信端子ＦＦＩで受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断となったりした場合には、送信端子ＦＦＯから伝送される異常信号は消える。この異常信号は本実施形態では１ビット信号である。
【００８０】
マイコン３０は異常信号をＩＣに送信しないが、異常信号の伝送路である１ビット通信系６０４が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号を１ビット通信系６０４に送出する。このテスト信号を受信したＩＣ１は異常信号を通信系６０４へ送出し、その異常信号がＩＣ２によって受信される。異常信号はＩＣ２からＩＣ３、ＩＣ４、ＩＣ５、ＩＣ６の順に送信され、最終的にはＩＣ６からマイコン３０へと返信される。通信系６０４が正常に動作していれば、マイコン３０から送信された擬似異常信号
は通信系６０４を介してマイコン３０に戻ってくる。このように擬似異常信号をマイコン３０が送受することで通信系６０４の診断ができ、システムの信頼性が向上する。
【００８１】
電池ディスコネクトユニットＢＤＵ内にはホール素子等の電流センサＳｉが設置されており、電流センサＳｉの出力はマイコン３０に入力される。電池モジュール９の総電圧および温度に関する信号もマイコン３０に入力され、それぞれマイコン３０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）によって測定される。温度センサは電池ブロック９Ａ，９Ｂ内の複数箇所に設けられている。この温度測定に本実施の形態の電圧測定装置および異常判定方法を適用することができる。すなわち、電池ブロック９Ａ，９Ｂ内に設けられた温度センサの電圧信号をマルチプレクサに取り込み、そのマルチプレクサの出力を図１０のマイコン３０に取り込むようにすればよい。
【００８２】
図１１は、図１０の電池ブロック９Ａに関するＩＣ１〜ＩＣ３の部分を示す図である。なお、説明は省略するが、電池ブロック９Ｂに関しても同様の構成となっている。電池ブロック９Ａに設けられている１６セルの電池セルは、４セル、６セル、６セルの３つにセルグループに分かれており、各セルグループに対応してＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３が設けられている。上述したように、ＩＣ１〜ＩＣ３の各々は、それらが監視する複数の電池セルの電圧を検出する。このＩＣ１〜ＩＣ３における電圧測定にも、本実施の形態の電圧測定装置および異常判定方法を適用することができる。
【００８３】
ＩＣ１のＣＶ１〜ＣＶ６端子は電池セルのセル電圧を計測するための端子であり、各ＩＣは６セルまで計測することができる。６セルを監視するＩＣ２，ＩＣ３の場合、ＣＶ１〜ＣＶ６端子の電圧計測ラインには、端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。一方、４セルを監視するＩＣ１の場合には、ＣＶ３〜ＣＶ６端子の電圧計測ラインに、端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。各電圧計測ラインはセンシング線ＬＳを介して各電池セルＢＣの正極または負極に接続されている。なお、電池セルＢＣ６の負極には、ＩＣ２，ＩＣ３のＧＮＤＳ端子が接続されている。例えば、電池セルＢＣ１のセル電圧を計測する場合には、ＣＶ１−ＣＶ２端子間の電圧を計測する。また、電池セルＢＣ６のセル電圧を計測する場合には、ＣＶ６−ＧＮＤＳ端子間の電圧を計測する。ＩＣ１の場合には、ＣＶ３〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子を用いて電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のセル電圧を計測する。電圧計測ライン間には、コンデンサＣｖ，Ｃ in は、ノイズ対策として設けられている。
【００８４】
電池モジュール９の性能を最大限に活用するためには、３２セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高い電池セルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他の電池セルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各ＩＣは、マイコン３０からのコマンドで電池セルの容量調整のための放電を行う。
【００８５】
図１１に示すように、各ＩＣ１〜ＩＣ３は、ＣＶ１−ＢＲ１，ＢＲ２−ＣＶ３，ＣＶ３−ＢＲ３，ＢＲ４−ＣＶ５，ＣＶ５−ＢＲ５およびＢＲ６−ＧＮＤＳの各端子間にセル容量調整用のバランシングスイッチＢＳ１〜ＢＳ６を備えている。例えば、ＩＣ１の電池セルＢＣ１の放電を行う場合には、バランシングスイッチＢＳ３をオンする。そうすると、電池セルＣＶ１の正極→抵抗ＲＣＶ→ＣＶ１端子→バランシングスイッチＢＳ３→ＢＲ３端子→抵抗ＲＢ→電池セルＣＶ１の負極の経路でバランシング電流が流れる。ＲＢまたはＲＢＢはバランシング用の抵抗である。
【００８６】
ＩＣ１〜ＩＣ３間には、上述したように通信系６０２，６０４が設けられている。マイコン３０からの通信コマンドは、フォトカプラＰＨを介して通信系６０２に入力され、通信系６０２を介してＩＣ１の受信端子ＬＩＮ１で受信される。ＩＣ１の送信端子ＬＩＮ２からは、通信コマンドに応じたデータやコマンドが送信される。ＩＣ２の受信端子ＬＩＮ１で受信された通信コマンドは、送信端子ＬＩＮ２から送信される。このように順に受信および送信を行い、伝送信号は、ＩＣ３の送信端子ＬＩＮ２から送信され、フォトカプラＰＨを介してマイコン３０の受信端子で受信される。ＩＣ１〜ＩＣ３は、受信した通信コマンドに応じて、セル電圧等の測定データのマイコン３０への送信や、バランシング動作を行う。さらに、各ＩＣ１〜ＩＣ３は、測定したセル電圧に基づいてセル過充電を検知する。その検知結果（異常信号）は、信号系６０４を介してマイコン３０へ送信される。
【００８７】
図１２はＩＣ内部ブロックの概略を示す図であり、６つの電池セルＢＣ１〜ＢＣ６が接続されるＩＣ２を例に示した。なお、説明は省略するが、他のＩＣに関しても同様の構成となっている。ＩＣ２には、電池状態検出回路としてのマルチプレクサ１２０やアナログデジタル変換器１２２Ａ，ＩＣ制御回路１２３，診断回路１３０，伝送入力回路１３８，１４２，伝送出力回路１４０，１４３，起動回路２５４，タイマ回路１５０，制御信号検出回路１６０，差動増幅器２６２およびＯＲ回路２８８が設けられている。
【００８８】
電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子の電位は、ＣＶ１端子〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子を介してマルチプレクサ１２０に入力される。電圧測定をする場合には、マルチプレクサ１２０はＣＶ１端子〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子のいずれかを選択して、端子間電圧を差動増幅器２６２に入力する。差動増幅器２６２の出力は、アナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部のデータ保持回路１２５に保持される。ＣＶ１〜ＣＶ６，ＧＮＤＳ端子に入力される各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子の電位は、ＩＣ２のグランド電位に対して直列接続された電池セルの電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器２６２により上記バイアス電位の影響が除去され、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子の電位に基づくアナログ値がアナログデジタル変換器１２２Ａに入力される。
【００８９】
ＩＣ制御回路１２３は、演算機能を有すると共に、データ保持回路１２５と、電圧測定や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路１２６と、診断回路１３０からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路１２８とを有している。ＩＣ制御回路１２３は、伝送入力回路１３８から入力された通信コマンドの内容を解読し、その内容に応じた処理を行う。コマンドとしては、例えば、各電池セルの端子間電圧の計測値を要求するコマンド、各電池セルの充電状態を調整するための放電動作を要求するコマンド、当該ＩＣの動作を開始するコマンド（Ｗａｋｅ  ＵＰ）、動作を停止するコマンド（スリープ）、アドレス設定を要求するコマンド、等を含んでいる。
【００９０】
診断回路１３０は、ＩＣ制御回路１２３からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。  
【００９１】
ＩＣ２の内部回路には、少なくとも２種類の電源電圧ＶＣＣ，ＶＤＤが使用される。図
３に示す例では、電圧ＶＣＣは直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ６で構成される電池セルグループの総電圧であり、電圧ＶＤＤは定電圧電源１３４によって生成される。マルチプレクサ１２０および信号伝送のための伝送入力回路１３８，１４２は高電圧ＶＣＣで動作する。また、アナログデジタル変換器１２２Ａ、ＩＣ制御回路１２３、診断回路１３０、信号伝送のための伝送出力回路１４０，１４３は低電圧ＶＤＤで動作する。
【００９２】
ＩＣ２の受信端子ＬＩＮ１で受信した信号は伝送入力回路１３８に入力され、受信端子ＦＦＩで受信した信号は伝送入力回路１４２に入力される。伝送入力回路１４２は、伝送入力回路１３８と同様の回路構成となっている。伝送入力回路１３８は、隣接する他のＩＣからの信号を受信する回路２３１とフォトカプラＰＨからの信号を受信する回路２３４とを備えている。
【００９３】
図１１に示すように、最上位のＩＣ１の場合には、フォトカプラＰＨからの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力され、他のＩＣ２，ＩＣ３の場合には、隣接ＩＣからの信号が受信端子ＬＩＮ１に入力される。そのため、回路２３１および２３４のどちらを使用するかは、図１２の制御端子ＣＴに印加される制御信号に基づき、切換器２３３により選択される。制御端子ＣＴに印加された制御信号は、制御信号検出回路１６０に入力され、切換器２３３は制御信号検出回路１６０からの指令により切り替え動作を行う。
【００９４】
すなわち、ＩＣの伝送方向最上位のＩＣである場合、すなわち、ＩＣの受信端子ＬＩＮ１に上位コントローラ（マイコン３０）からの信号が入力される場合には、切換器２３３は下側接点が閉じ、回路２３４の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。一方、ＩＣの受信端子ＬＩＮ１に隣接ＩＣからの信号が入力される場合には、切換器２３３は上側接点が閉じ、回路２３２の出力信号が伝送入力回路１３８から出力される。図３に示すＩＣ２の場合、伝送入力回路１３８には隣接ＩＣ１からの信号が入力されるので、切換
器２３３は上側接点が閉じる。上位コントローラ（マイコン３０）からの出力と隣接ＩＣの送信端子ＬＩＮ２からの出力とでは出力波形の波高値が異なるため、判定する閾値が異なる。そのため、制御端子ＴＣの制御信号に基づいて、回路１３８の切換器２３３を切り換えるようにしている。なお、通信系６０４についても同様の構成となっている。
【００９５】
受信端子ＬＩＮ１で受信された通信コマンドは、伝送入力回路１４２を通ってＩＣ制御回路１２３に入力される。ＩＣ制御回路１２３は、受信した通信コマンドに応じたデータやコマンドを伝送出力回路１４０へ出力する。それらのデータやコマンドは、伝送出力回路１４０を介して送信端子ＬＩＮ２から送信される。なお、伝送出力回路１４３も、伝送出力回路１４０と同様の構成である。
【００９６】
端子ＦＦＩから受信した信号は、異常状態（過充電信号）を伝送するために使用される。端子ＦＦＩから異常を表す信号を受信すると、その信号は伝送入力回路１４２およびＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。また診断回路１３０で異常を検知すると、端子ＦＦＩの受信内容に関係なく、診断フラグ保持回路１２８からＯＲ回路２８８を介して伝送出力回路１４３に異常を表す信号が入力され、伝送出力回路１４３から端子ＦＦＯを介して出力される。
【００９７】
隣接ＩＣまたはフォトカプラＰＨから伝送されてきた信号を起動回路２５４により受信すると、タイマ回路１５０が動作し、定電圧電源１３４に電圧ＶＣＣを供給する。この動作により定電圧電源１３４は動作状態となり、定電圧ＶＤＤを出力する。定電圧電源１３４から定電圧ＶＤＤが出力されるとＩＣ２はスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。
【００９８】
前述したように、ＩＣ内には、電池セルＢＣ１〜ＢＣ６の充電量を調整するためのバランシングスイッチＳＢ１〜ＳＢ６が設けられている。本実施形態では、バランシングスイッチＢＳ１，ＢＳ３，ＢＳ５にはＰＭＯＳスイッチが用いられ、バランシングスイッチＢＳ２，ＢＳ４，ＢＳ６にはＮＭＯＳスイッチが用いられている。
【００９９】
これらのバランシングスイッチＳＢ１〜ＳＢ６の開閉は、放電制御回路１３２によって制御される。マイコン３０からの指令に基づいて、放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチを導通させるための指令信号が、ＩＣ制御回路１２３から放電制御回路１３２に送られる。ＩＣ制御回路１２３は、マイコン３０から各電池セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。
【０１００】
図１３に示すブロック図は、図１２に示したＩＣ内部ブロックのデジタル回路部分を詳しく示したものである。マルチプレクサ１２０には、不図示のデコーダから信号ＳＴＧ１，ＳＴＧ２が入力され、その信号に基づいてマルチプレクサ１２０による選択動作が行われる。例えば電池セルＢＣ１の電圧を計測する場合には、端子ＣＶ１と端子ＣＶ２とを選択すると、電池セルＢＣ１の電圧がマルチプレクサ１２０から差動増幅器２６２に出力される。ここでは、電池セルの端子電圧計測について説明する。
【０１０１】
なお、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４（または、ＢＣ１〜ＢＣ６）は直列接続されているので、各端子電圧の負極電位が異なっている。そのため、基準電位（ＩＣ１〜ＩＣ３内のＧＮＤ電位）をそろえるために差動増幅器２６２を使用している。差動増幅器２６２の出力はアナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換され、平均化回路２６４に出力される。平均化回路２６４は所定回数の測定結果の平均値を求める。その平均値は、電池セルＢＣ１の場合には現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。なお、図１３の現在値記憶回路２７４、初期値記憶回路２７５、基準値記憶回路２７８は、図１２のデータ保持回路１２５に対応する。
【０１０２】
平均化回路２６４は、平均化制御回路２６３に保持された測定回数の平均値を演算し、その出力を上述の現在値記憶回路２７４に保持する。平均化制御回路２６３が１を指令すれば、アナログデジタル変換器１２２Ａの出力は、平均化されないでそのまま現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。平均化制御回路２６３が４を指令すれば、電池セルＢＣ１の端子電圧の４回の計測結果が平均化され、その平均値が上記現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。図１０に示す電池モジュール９の直流電力はインバータ装置に供給され、交流電力に変換される。インバータ装置による直流電力から交流電力への変換の際に電流の導通や遮断動作が高速に行われ、そのときに大きなノイズが発生するが、平均化回路２６４を設けることで、そのようなノイズの悪影響を少なくできる効果がある。
【０１０３】
デジタル変換された電池セルＢＣ１の端子電圧のデジタル値は現在値記憶回路２７４のレジスタＣＥＬＬ１に保持される。同様に、電池セルＢＣ２、電池セルＢＣ３および電池セルＢＣ４の端子電圧の計測が行われる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施の形態では、複数の測定対象（サーミスタ１１０１）からの電圧信号が入力される複数の入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8および入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8を切り替えるための切替信号が入力される入力切替端子Ａ〜Ｃを有するマルチプレクサ１２００と、入力切替端子Ａ〜Ｃに切替信号を入力して複数の入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8のいずれか一つを選択し、選択した入力端子の電圧信号をマルチプレクサ１２００から取得して電圧測定を行い、測定された電圧測定値に基づいて異常判定を行うマイコン１３００と、を備える電圧測定装置１１００において、複数の入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8は複数の測定対象からの電圧信号が入力される入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6と診断用電位が入力される入力端子ＩＮ7，ＩＮ8とを含み、マイコン１３００は、複数のサーミスタ１１０１の電圧測定を行う際に、複数の測定対象からの電圧信号が入力される入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6の電圧、および診断用電位が入力される入力端子ＩＮ7，ＩＮ8の電圧を測定し、測定された電圧測定値に基づいて異常判定を行うような構成としている。
【０１０５】
そうすることで、従来のように診断用回路を特別に設けることなく、電圧測定結果から電圧測定装置１０００における異常の有無を判定することが可能となる。なお、異常の判定は、マイコン１３００で行っても良いし、さらに上位に設けられた制御装置において行うようにしても良い。
【０１０６】
例えば、診断用電位が入力される入力端子ＩＮ7に、測定対象の正常電圧範囲を超える電圧を発生する電圧源を接続する。また、診断用電位が入力される入力端子ＩＮ8には、マルチプレクサ１２００のグランドが接続される。上述した実施の形態では、正常電圧範囲を超える電圧を発生する電圧源としてマルチプレクサ１２００の動作電源（Ｖcc）を用いたが、必ずしも動作電源（Ｖcc）で無くても良く、例えば、ＡＤコンバータの基準電圧あるいはセンサの電源電圧等、マルチプレクサとＡＤコンバータが正常に動作し、正常時の電圧より大きな電圧の電圧源であれば、他の電圧源を接続しても良い。
【０１０７】
例えば、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6と入力端子ＩＮ7および／または入力端子ＩＮ8との電圧測定値が全て同一値であった場合には、マルチプレクサから選択した電圧信号をマイコン１３００へ出力するための出力端子OUTに、開放異常が発生したと判定することができる。
【０１０８】
また、診断用電位が入力された入力端子ＩＮ7，ＩＮ8の電圧測定値が、診断用電位に対応する電圧値と異なるとき、入力切替端子Ａ〜Ｃに開放または短絡したと判定することができる。
【０１０９】
また、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6の電圧を測定する際に、例えば入力端子ＩＮ1を測定する場合、入力端子ＩＮ7を一旦選択した後に入力端子ＩＮ1を選択して電圧測定を行うようにする。そして、その電圧測定値が動作電源の電圧値Ｖccに基づいて設定された閾値（電圧測定値がＶccレベルであることを判定する閾値）より大きいとき、入力端子ＩＮ1に開放異常が発生したと判定することができる。なお、入力端子ＩＮ7を一旦選択する代わりに、入力端子ＩＮ8を一旦選択するようにしても良い。その場合には、電圧測定値がグランド電位に基づいて設定された閾値（電圧測定値がグランドレベルであることを判定する閾値）より小さいとき、入力端子ＩＮ1に開放異常が発生したと判定することができる。なお、これらの閾値は、実験などによる実測値に基づいて設定される。
【０１１０】
また、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6の各電圧を測定する際に、例えば入力端子ＩＮ1を測定する場合、入力端子ＩＮ8を一旦選択した後に入力端子ＩＮ1を選択する第１の電圧測定と、入力端子ＩＮ7を一旦選択した後に入力端子ＩＮ1を選択する第２の電圧測定とを行う。そして、第２の電圧測定の電圧値と第１の電圧測定の電圧値との差が、動作電源の電圧値Ｖccに基づいて設定された閾値（電圧測定値がＶccレベルであることを判定する閾値）よりも大きい場合に、入力端子ＩＮ1に開放異常が発生したと判定することができる。なお、閾値は実験などによる実測値に基づいて設定される。
【０１１１】
また、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6と測定対象（サーミスタ１１０１）との間に、フィルタ抵抗１１０３とフィルタコンデンサ１１０４から成るＲＣフィルタが設けられる電圧測定値の場合、各入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6の電圧を測定する際に、例えば入力端子ＩＮ1を測定する場合、入力端子ＩＮ7を一旦選択した後に入力端子ＩＮ1を選択する動作を一回以上行わせ、その後に、入力端子ＩＮ1を選択して電圧測定を行う。そのような測定動作を行うことによりフィルタコンデンサ１１０４が充電されるので、測定された電圧値が動作電源Ｖccの電圧値に基づいて設定された閾値（電圧測定値がＶccレベルであることを判定する閾値）より大きいときに、フィルタ抵抗１１０３に開放異常が発生したと判定することができる。
【０１１２】
逆に、各入力端子ＩＮ1〜ＩＮ6の電圧を測定する際に、例えば入力端子ＩＮ1を測定する場合、入力端子ＩＮ8を一旦選択した後に入力端子ＩＮ1を選択する動作を一回以上行わせ、その後に、入力端子ＩＮ1を選択して電圧測定を行うようにしても良い。この場合にはフィルタコンデンサ１１０４が放電されるので、測定された電圧値がグランド電位に基づいて設定された所定閾値（電圧測定値がグランドレベルであることを判定する閾値）より小さいときに、フィルタ抵抗１１０３に開放異常が発生したと判定することができる。なお、閾値は実験などによる実測値に基づいて設定される。
【０１１３】
マルチプレクサ１２００は、入力切替端子Ａ〜Ｃに入力された切替信号に関係なく複数の入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の全てと出力端子OUTとが切り離された無効状態とする無効信号（Ｈレベル信号）、および、入力切替端子Ａ〜Ｃに入力された切替信号に基づいて入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8が選択される有効状態とする有効信号（Ｌレベル信号）が入力される動作制御端子INHを有している。
【０１１４】
そこで、図４に示すように、入力端子ＩＮ1〜ＩＮ8の選択状態を切り替える際に、マイコン１３００からマルチプレクサ１２００の入力切替端子Ａ〜Ｃへ、無効信号を入力した後に、切替信号および有効信号を入力することことで、マルチプレクサ１２００の入力切替時の目的外の入力端子への瞬間的な接続を防止できる。その結果、マルチプレクサ１２００の浮遊容量への充放電による影響をなくすことができ、信頼性を上げることが可能となる。なお、上述した実施の形態では、図５で示した従来の測定及び制御順序に関して図４のような切替順序を採用することを説明したが、図６，７，９に示すような測定及び制御順序に関しても同様に適用することができる。
【０１１５】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１１６】
１０００：温度測定装置、１１０１：サーミスタ、１１０２：プルアップ抵抗、１１０３：フィルタ抵抗、１１０４：フィルタコンデンサ、１２００：マルチプレクサ、１３００：マイコン、Ａ〜Ｃ：入力切換端子、ＩＮ1〜ＩＮ8：入力端子、INH：動作制御端子、OUT：出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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