(57)【要約】【課題】基板における実装面積を小さくし、かつ変換ロスを少なくして供給電力を効率良く供給する。【解決手段】複数の電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎを備える電圧検出装置Ａであって、１つの２次巻線ｔ２を有する絶縁トランスＴと、２次巻線ｔ２から出力される交流電力を整流することによって交流電力を直流電力に変換する整流回路Ｒｅと、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎ毎に設けられ、整流回路Ｒｅから直流電力を受電することで電荷を蓄積可能であると共に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給可能な電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎと、整流回路Ｒｅから直流電力を受電して電荷を蓄積した後に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給するように電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎを制御する制御手段Ｍとを備える。【選択図】図１
2014109509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電圧検出回路を備える電圧検出装置であって、
１つの２次巻線を有する絶縁トランスと、
前記２次巻線から出力される交流電力を整流することによって前記交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記電圧検出回路毎に設けられ、前記整流回路から前記直流電力を受電することで電荷を蓄積可能であると共に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路に供給可能な電力供給回路と、
前記整流回路から前記直流電力を受電して電荷を蓄積した後に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路に供給するように前記電力供給回路を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
前記電力供給回路は、前記整流回路の出力端における正極及び負極各々に一端が接続される一対の蓄電用開閉スイッチと、前記一対の蓄電用開閉スイッチの他端の間に接続される蓄電用コンデンサとを有し、前記制御手段は、前記蓄電用開閉スイッチをオンして、前記蓄電用コンデンサに電荷を蓄積させることを特徴とする請求項１に記載の電圧検出装置。
【請求項３】
前記電力供給回路は、前記電圧検出回路と前記蓄電用コンデンサとの間における正極側ライン及び負極側ライン各々に設けられる一対の給電用開閉スイッチを有し、
前記制御手段は、前記給電用開閉スイッチをオンして、前記蓄電用コンデンサから蓄積された電荷を電源として各電圧検出回路に供給することを特徴とする請求項２に記載の電圧検出装置。
【請求項４】
前記電力供給回路は、前記一対の給電用開閉スイッチの前記電圧検出回路側の端子の間に接続される保護用コンデンサを有することを特徴とする請求項３に記載の電圧検出装置。
【請求項５】
前記制御手段は、順番に各電力供給回路に電荷を蓄積させ、蓄積された電荷を順次電力供給回路から電圧検出回路に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、電池モジュ−ルの電圧をより高精度かつ安定して検出できる電圧検出装置が開示されている。このような電圧検出装置は、電池モジュールの電圧を検出する複数の差動型電圧検出回路と、差動型電圧検出回路毎に設けられ、各差動型電圧検出回路に電力を供給する給電用電源回路と、各給電用電源回路に応じて設けられた複数の２次巻線を有するトランスと、トランスに交流電力を供給する発振回路と、発振回路に直流電力を供給する直流電源とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６０３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術では、トランスにおいて複数の２次巻線を必要とするため、基板における実装面積が増加してしまうという問題があった。また、近年、電池の電圧を監視する電圧監視用ＩＣ（Integrated Circuit）として高電圧を必要とするＩＣが用いられるために、ＤＣＤＣコンバータによって供給電力を絶縁する必要があるが、多出力の絶縁トランスによってＩＣに必要となる電圧を供給するには、電圧監視用ＩＣの個数分だけ２次巻線が必要となり、トランス自体が大きくなり且つ変換ロスが発生し、効率良く供給電力を供給できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、基板における実装面積を小さくし、かつ変換ロスを少なくして供給電力を効率良く供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、複数の電圧検出回路を備える電圧検出装置であって、１つの２次巻線を有する絶縁トランスと、２次巻線から出力される交流電力を整流することによって交流電力を直流電力に変換する整流回路と、電圧検出回路毎に設けられ、整流回路から直流電力を受電することで電荷を蓄積可能であると共に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路に供給可能な電力供給回路と、整流回路から直流電力を受電して電荷を蓄積した後に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路に供給するように電力供給回路を制御する制御手段とを備える、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、電力供給回路は、整流回路の出力端における正極及び負極各々に一端が接続される一対の蓄電用開閉スイッチと、一対の蓄電用開閉スイッチの他端の間に接続される蓄電用コンデンサとを有し、制御手段は、蓄電用開閉スイッチをオンして、蓄電用コンデンサに電荷を蓄積させる、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、電力供給回路は、電圧検出回路と蓄電用コンデンサとの間における正極側ライン及び負極側ライン各々に設けられる一対の給電用開閉スイッチを有し、制御手段は、給電用開閉スイッチをオンして、蓄電用コンデンサから蓄積された電荷を電源として各電圧検出回路に供給する、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、電力供給回路は、一対の給電用開閉スイッチの電圧検出回路側の端子の間に接続される保護用コンデンサを有する、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、順番に各電力供給回路に電荷を蓄積させ、蓄積された電荷を順次電力供給回路から電圧検出回路に供給する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、絶縁トランスの２次巻線が１つであるので、基板における実装面積を小さくすることができる。また、本発明によれば、絶縁トランスから供給される電荷を蓄積して、蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路に供給することによって、供給電力の電圧を昇圧するので、２次巻線の巻線数の多い絶縁トランスを用いる必要がなく、絶縁時のロスを少なくして供給電力を効率良く生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電圧検出装置Ａの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎの詳細構成図である。
【図３】本発明の一実施形態における電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎの動作のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る電圧検出装置Ａは、高圧バッテリＨｂを構成する各電池セルＣの電圧状態を監視するものであり、図１に示すように、低圧バッテリＬｂ、ＤＣ/ＤＣコンバータＣｖ、発振回路Ｈｓ、絶縁トランスＴ、整流回路Ｒｅ、電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎ、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎ及びマイコンＭを備える。なお、マイコンＭは、本実施形態における制御手段である。
【００１４】
高圧バッテリＨｂは、複数（例えば１２個）の電池セルＣからなるｎ個（例えば６個）のブロックＢ１〜Ｂｎに分割され、ブロックＢ１〜Ｂｎ毎に電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎが設けられている。
低圧バッテリＬｂは、再充電が可能な電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池）であり、高圧バッテリＨｂより低電圧（例えば１２Ｖ）の直流電力をＤＣ/ＤＣコンバータＣｖに供給する。
ＤＣ/ＤＣコンバータＣｖは、入力端が低圧バッテリＬｂに接続され、出力端が発振回路Ｈｓの入力端に接続されている。このようなＤＣ/ＤＣコンバータＣｖは、低圧バッテリＬｂから供給される直流電力の電圧を昇圧する。
【００１５】
発振回路Ｈｓは、入力端がＤＣ/ＤＣコンバータＣｖの出力端に接続され、出力端が絶縁トランスＴの１次巻線ｔ１に接続されている。このような、発振回路Ｈｓは、ＤＣ/ＤＣコンバータＣｖから入力される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を絶縁トランスＴの１次巻線ｔ１に出力する。
絶縁トランスＴは、１つの１次巻線ｔ１と、１次巻線ｔ１に対向する１つの２次巻線ｔ２とから構成される絶縁トランスである。１次巻線ｔ１は、入力端が発振回路Ｈｓの出力端に接続されている。また、２次巻線ｔ２は、出力端が整流回路Ｒｅの入力端に接続されている。このような絶縁トランスＴは、発振回路Ｈｓから供給される交流電力の電圧を昇圧して整流回路Ｒｅに供給する。
【００１６】
整流回路Ｒｅは、入力端が絶縁トランスの２次巻線ｔ２に接続され、出力端が電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎ各々の入力端に接続されている。このような整流回路Ｒｅは、絶縁トランスから供給される交流電力をダイオード等の整流素子により整流して直流電力に変換し、該直流電力を電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎ各々に供給する。
電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎは、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎ毎に設けられ、入力端が整流回路Ｒｅの出力端に接続され、出力端が各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎの入力端に接続されている。このような電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎは、整流回路Ｒｅから直流電力を受電することで電荷を蓄積する共に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給する。各電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎは同じ構成であるので、電力供給回路Ｅ１を例に挙げその構成について説明する。電力供給回路Ｅ１は、図２に示すように、一対の蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２、蓄電用コンデンサＴｃ１、給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２及び保護用コンデンサＨｃ１から構成されている。
【００１７】
蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２は、各一端が整流回路Ｒｅの出力端における正極及び負極各々に接続され、各他端が蓄電用コンデンサＴｃ１の端子各々に接続されている。このような蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２は、電荷を蓄電用コンデンサＴｃ１に蓄積する際に、マイコンＭから入力される制御指令に基づいてオン状態となる。この蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、通常のバイポーラトランジスタあるいはＦＥＴトランジスタ（FieldEffect Transistor：電界効果トランジスタ）によって実現される。
蓄電用コンデンサＴｃ１は、一対の蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２の他端の間に接続され、整流回路Ｒｅから直流電力を受電することで電荷を蓄積する。このような蓄電用コンデンサＴｃ１は、例えば。１０μＦの静電容量を有するものである。
【００１８】
給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２は、電圧検出回路Ｓ１と蓄電用コンデンサＴｃ１との間における正極側ライン及び負極側ライン各々に設けられる、つまり、各一端が蓄電用コンデンサＴｃ１の端子各々に接続され、各他端が電圧検出回路Ｓ１の入力端各々に接続されている。このような給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２は、蓄電用コンデンサＴｃ１に蓄積された電荷を電圧検出回路Ｓ１に供給する際に、マイコンＭから入力される制御指令に基づいてオン状態となる。この給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２は、蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２と同様に、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、通常のバイポーラトランジスタあるいはＦＥＴトランジスタ（FieldEffect Transistor：電界効果トランジスタ）によって実現される。
【００１９】
保護用コンデンサＨｃ１は、一対の給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２の他端（電圧検出回路Ｓ１側の端子）の間に接続され、給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２のスイッチング時に発生するサージ電流から電圧検出回路Ｓ１を保護するために設けられている。このような蓄電用コンデンサＴｃ１は、例えば。１μＦの静電容量を有するものである。
【００２０】
電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎは、それぞれに接続される各ブロックＢ１〜Ｂｎに属する電池セルＣの電圧を検出し、その検出結果をデジタルデータ（電圧検出データ）に変換するＡ／Ｄ変換機能やマイコンＭとの通信機能を有する専用のＩＣチップである。このような電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎは、各電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎから供給される高電圧（例えば６０Ｖ）の電力によって稼働可能である。また、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎは、デイジーチェーン接続されており、末端の電圧検出回路Ｓｎが図示していないフォトカプラ等の絶縁素子を介してマイコンＭと通信可能に接続されている。
【００２１】
マイコンＭは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やメモリ、入出力インターフェイス等が一体的に組み込まれたＩＣチップであり、上述した絶縁素子を介して電圧検出回路Ｓｎと通信可能に接続され、さらに電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎや図示しない外部の上位制御装置とも通信可能に接続され、メモリに記憶される所定の制御プログラムに基づいて電圧検出装置Ａを全体的に統括制御する。例えば、マイコンＭは、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎから入力された電圧検出値に基づいて電池セルＣの充電状態を判断する。また、詳細については後述するが、マイコンＭは、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに電力を供給するための制御指令を電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎに出力する。
【００２２】
次に、このように構成された本電圧検出装置Ａの動作について図３を参照して説明する。
マイコンＭは、図３に示すタイミングチャートに示すように、順番に各電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎに電荷を蓄積させて、電荷が蓄積されると順次電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎから各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに電力を供給する。すなわち、最初に、マイコンＭは、各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎの稼働に必要な電荷を各蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎに蓄積するために、蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２〜Ｔｓｎ１、Ｔｓｎ２を順番に所定の時間の間オン状態にする。この結果、オン状態となったスイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２〜Ｔｓｎ１、Ｔｓｎ２に接続される各蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎに電荷が蓄積される。
【００２３】
そして、マイコンＭは、所定の時間の間、各蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２〜Ｔｓｎ１、Ｔｓｎ２をオン状態にする、つまり、所定の時間の間、各蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎに電荷を蓄積させると、電荷が蓄積された蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎに接続される各蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２〜Ｔｓｎ１、Ｔｓｎ２をオフ状態にすると共に各給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２〜Ｋｓｎ１、Ｋｓｎ２をオン状態にして、蓄積された電荷を電源として各蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎから各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給する。この結果、図３に示すように、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎが順番に稼動する。
【００２４】
そして、マイコンＭは、蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎからの電力の供給が完了すると、各給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２〜Ｋｓｎ１、Ｋｓｎ２をオフ状態にする。なお、各給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２〜Ｋｓｎ１、Ｋｓｎ２をスイッチングした際に、サージ電流が発生するが、各保護用コンデンサＨｃ１によってサージ電流は吸収される。
【００２５】
このような本実施形態によれば、絶縁トランスＴの２次巻線ｔ２が１つであるので、基板における実装面積を小さくすることができる。また、本実施形態によれば、絶縁トランスＴから供給される電荷を蓄積して、蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給することによって、供給電力の電圧を昇圧するので、２次巻線ｔ２の巻線数の多い絶縁トランスＴを用いる必要がなく、供給電力を効率良く供給し、変換ロスを少なくできる。さらに、本実施形態によれば、順番に各電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎに電荷を蓄積して、蓄積した電荷を順次電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎから電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給して電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎを稼動するので、電力供給と電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎの稼働とを効率良く行うことができる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態は、低圧バッテリＨｂを備えているが、この低圧バッテリＨｂについては必ずしも備える必要はなく、外部のバッテリとＤＣ/ＤＣコンバータＣｖとを接続して、外部のバッテリから供給される電力を用いて各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに必要となる電力を生成するようにしてもよい。
【００２７】
（２）上記実施形態において、電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎは、一対の蓄電用開閉スイッチＴｓ１１、Ｔｓ１２、蓄電用コンデンサＴｃ１〜Ｔｃｎ、給電用開閉スイッチＫｓ１１、Ｋｓ１２及び保護用コンデンサＨｃ１〜Ｈｃｎから構成されているが、本発明はこれに限定されない。本願発明において、電力供給回路Ｅ１〜Ｅｎは、電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎ毎に設けられ、整流回路Ｒｅから直流電力を受電することで電荷を蓄積可能である共に蓄積した電荷を電源として各電圧検出回路Ｓ１〜Ｓｎに供給可能であればよい。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ…電圧検出装置、Ｌｂ…低圧バッテリ、Ｃｖ…ＤＣ/ＤＣコンバータ、Ｈｓ…発振回路、Ｔ…絶縁トランス、Ｒｅ…整流回路、Ｅ１〜Ｅｎ…電力供給回路、Ｓ１〜Ｓｎ…電圧検出回路、Ｍ…マイコン、ｔ１…１次巻線、ｔ２…２次巻線、Ｔｓ１１、Ｔｓ１２〜Ｔｓｎ１、Ｔｓｎ２…蓄電用開閉スイッチ、Ｔｃ１〜Ｔｃｎ…蓄電用コンデンサ、Ｋｓ１１、Ｋｓ１２〜Ｋｓｎ１、Ｋｓｎ２…給電用開閉スイッチ、Ｈｃ１〜Ｈｃｎ…保護用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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