(57)【要約】【課題】コスト高となるＡＤコンバータや絶縁電源を用いずに組電池の総電圧を検出する総電池電圧検出回路を提供する。【解決手段】総電池電圧検出装置２０は、複数個の単電池が直列に接続された組電池１を構成する最上位の単電池の＋端子と最下位の単電池の−端子との間に、スイッチング素子７Ａと分圧抵抗２、３とが接続されている。分圧抵抗３の両端は、バッファとなるＯＰアンプ１２を介してコンデンサ結合で組電池１とは直流的に絶縁された差動増幅部１３の入力端子に接続されており、マイコン８でスイッチング素子７Ａをオンオフ制御しながら差動増幅部１３の出力電圧を測定することにより組電池１の総電圧を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の単電池が直列に接続された組電池の総電圧を検出する総電池電圧検出装置において、前記組電池を構成する最上位の単電池の＋端子と最下位の単電池の−端子との間にスイッチング素子と分圧抵抗とが接続されており、前記分圧抵抗の両端はコンデンサ結合で前記組電池とは直流的に絶縁された差動増幅回路の入力端子に接続されており、前記スイッチング素子をオンオフ制御しながら前記差動増幅回路の出力電圧を測定することにより前記組電池の総電圧を検出することを特徴とする総電池電圧検出装置。
【請求項２】
前記分圧抵抗の分圧電圧を入力とするバッファ回路を更に有し、前記バッファ回路の出力端子および前記差動増幅回路の入力端子間をコンデンサ結合したことを特徴とする請求項１に記載の総電池電圧検出装置。
【請求項３】
前記バッファ回路の作動電源を前記組電池を構成する一部の単電池より供給し、前記バッファ回路の作動時に、前記組電池のうち前記バッファ回路に作動電源を供給していない単電池に前記バッファ回路の消費電流と略同一の電流を通電する負荷とスイッチング素子とを更に有することを特徴とする請求項２に記載の総電池電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は総電池電圧検出装置に係り、特に、複数個の単電池が直列に接続された組電池の総電圧を検出する総電池電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）用電源として、多数個のリチウムイオン電池等の単電池が直列に接続された組電池ないし電池群が用いられている。従来、これらの電気自動車やハイブリッド自動車用電池では、総電池の電圧を検出する場合に、入力側と出力側とが絶縁された総電圧検出回路が用いられてきた（例えば、特許文献１、２参照）。絶縁が必要な理由は、高電圧が車両のシャーシグラウンドと短絡すると乗員が感電するおそれがあるためであり、車両のシャーシグラウンドに接続される主制御回路と高電圧系の回路とは直流的に絶縁されている。その構成例として、組電池の総電圧を分圧してＡＤコンバータで電圧を測定し、フォトカプラで絶縁して信号伝送する回路や、組電池の総電圧を抵抗を通じて電流に変換し、ホール素子を用いて絶縁しながら電流−電流変換して電圧として測定する回路などが知られている。
【０００３】
図２に、このような総電池電圧検出回路の一例を具体的に示す。組電池１の総電圧は抵抗２と抵抗３とにより低電圧に分圧され、ＡＤコンバータ４の入力電圧となる。基準電圧源５を基準電圧とするＡＤコンバータ４は絶縁電源６で作動する。ＡＤコンバータ４はフォトカプラ部７を通じて絶縁され、高電圧系と絶縁された電源で作動するマイクロコンピュータ８で、作動制御や上位制御回路とのデータ通信等が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−００３１５６号公報
【特許文献２】特開２００５−１９８２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の総電池電圧検出回路では、絶縁電源が必要でありコストが高い、という課題を有している。また、正確な総電圧測定のためには、ＡＤコンバータの基準電圧の精度を高くしなければならず、基準電圧源のコストも高くなる。更に、分圧抵抗を用いているため未使用時の消費電流が問題となる場合には、電流遮断用のスイッチング素子も必要である。
【０００６】
本発明は上記事案に鑑み、コスト高となるＡＤコンバータや絶縁電源を用いずに組電池の総電圧を検出する総電池電圧検出回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、複数個の単電池が直列に接続された組電池の総電圧を検出する総電池電圧検出装置において、前記組電池を構成する最上位の単電池の＋端子と最下位の単電池の−端子との間にスイッチング素子と分圧抵抗とが接続されており、前記分圧抵抗の両端はコンデンサ結合で前記組電池とは直流的に絶縁された差動増幅回路の入力端子に接続されており、前記スイッチング素子をオンオフ制御しながら前記差動増幅回路の出力電圧を測定することにより前記組電池の総電圧を検出することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、組電池の総電圧を、スイッチング素子を矩形波でオンオフ制御しながら分圧し、コンデンサ結合で組電池と絶縁された差動増幅回路の入力端子に入力している。スイッチング素子を矩形波で制御すると、組電池の電圧に比例した振幅の矩形波がコンデンサを通じて出力されるため、コンデンサ出力を差動増幅回路の入力端子に接続し、矩形波の振幅を測定することにより組電池の総電圧の検出が可能となる。このため、本発明の総電圧検出装置は、コスト高となるＡＤコンバータや絶縁電源を用いずに組電池の総電圧を検出することができ、従来のものに比べフォトカプラの数も減らすことができる。
【０００９】
本発明において、総電池電圧検出回路の消費電流を少なくするために分圧抵抗を大きくすると、コンデンサへの充放電に時間がかかるため、分圧抵抗は大きくできないが、分圧抵抗の分圧電圧を入力とするバッファ回路を更に有し、バッファ回路の出力端子および差動増幅回路の入力端子間をコンデンサ結合することにより、バッファ回路を用いて出力インピーダンスを小さくすれば、分圧抵抗の値を大きくすることができ、消費電流を抑えることができる。
【００１０】
また、バッファ回路の作動電源を組電池を構成する一部の単電池より供給し、バッファ回路の作動時に、組電池のうちバッファ回路に作動電源を供給していない単電池にバッファ回路の消費電流と略同一の電流を通電する負荷とスイッチング素子とを更に有するようにすれば、総電池電圧検出回路の動作時のみ組電池から動作電源を供給可能で、かつ、組電池の単電池の消費電流を同一にすることができ、組電池を構成する各単電池の電圧バラツキを少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、組電池の総電圧を、スイッチング素子を矩形波でオンオフ制御しながら分圧し、コンデンサ結合で組電池と絶縁された差動増幅回路の入力端子に入力して差動増幅回路の出力電圧を測定することにより組電池の総電圧を検出するので、コスト高となるＡＤコンバータや絶縁電源を用いずに組電池の総電圧を検出することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る総電池電圧検出回路の実施の形態について説明する。
【００１３】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の総電池電圧検出回路２０は、組電池１が、フォトカプラ部７中の一つのフォトカプラＡの出力側を介して分圧抵抗２と分圧抵抗３に接続されている。すなわち、組電池１を構成する最上位の単電池の＋端子と最下位の単電池の−端子との間にスイッチング素子としてのフォトカプラＡと分圧抵抗２、３とが接続されている。組電池１は、複数個の単電池としてのリチウムイオン電池が直列に接続されている。
【００１４】
分圧抵抗３の一端は、−入力端子（逆相入力端子）が出力端子に接続されたバッファ回路としてのＯＰアンプ１０の＋入力端子（正相入力端子）に接続されており、分圧抵抗３の他端は組電池１を構成する最下位の単電池の−端子に接続されている。従って、ＯＰアンプ１０には、分圧抵抗２、３で分圧された組電池１の低電圧側が入力される。ＯＰアンプ１０は、組電池１の一部の端子からフォトカプラ部７の一つのフォトカプラＣの出力側を介して作動電源が供給される。
【００１５】
ＯＰアンプ１０の出力端子と組電池１を構成する最下位の単電池の−端子とは、コンデンサ１１とコンデンサ１２とを通じて、差動増幅回路としての差動増幅部１３の＋入力端子と−入力端子とにそれぞれ接続されている。差動増幅部１３の出力はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）８のＡＤコンバータの入力端子（図１ではＡＤ入力と略称）に接続されている。マイコン８にはＡＤ変換用の基準電圧源５が接続されているとともに、出力ポートはフォトカプラ部７に接続されている。なお、図１では、差動増幅部１３がＯＰアンプと抵抗とで構成された例を示している。
【００１６】
マイコン８は、コンデンサ１１、コンデンサ１２、および、フォトカプラ部７を介して、組電池１とは直流的に絶縁されている。また、抵抗９はＯＰアンプ１０の作動電源用の組電池１の端子に接続されており、フォトカプラ部７の一つのフォトカプラＣの出力側を介して組電池１の＋端子に接続されている。すなわち、総電池電圧検出回路２０は、ＯＰアンプ１０の作動時に、組電池１のうちＯＰアンプ１０に作動電源を供給していない単電池にＯＰアンプ１０の消費電流と略同一の電流を通電する負荷としての抵抗９とスイッチング素子としてのフォトカプラＣとを有している。
【００１７】
（動作）
次に、本実施形態の総電池電圧検出回路２０の動作について説明する。
【００１８】
まず、動作停止時であるが、マイコン８、フォトカプラ部７の動作電源が供給されないので、フォトカプラ部７のフォトカプラはすべてオフ状態である。従って、抵抗２と抵抗３とで構成される分圧抵抗部には電流は流れない。また、抵抗９とＯＰアンプ１０とにも電流は通電されないので、動作停止時には消費電流が流れない。
【００１９】
次に、動作開始後、マイコン８は、フォトカプラ部７のフォトカプラＢとフォトカプラＣをオン状態とする。この動作により、ＯＰアンプ１０で構成されるバッファ回路に動作電源となる組電池１の一部から電流が供給され、組電池１の残りの単電池からは抵抗９を通じて電流が供給される。この抵抗９に流れる電流はバッファ回路の動作電流と同一になるように値を選定することにより、動作時に組電池１を構成する各単電池から供給される電流を均等にして、動作時の消費電流による各単電池の電圧差（バラツキ）を生じさせないようにすることができる。
【００２０】
次に、電圧測定時の動作であるが、マイコン８はフォトカプラ部７のフォトカプラＡを高速でオンオフ制御する。そうすると、抵抗２と抵抗３で形成される分圧抵抗部には、組電池１を振幅とする矩形波の波形が発生し、その波形はＯＰアンプ１０で構成されるバッファ回路により、コンデンサ１１、１２を通じて差動増幅部１３の入力端子に出力され、マイコン８のＡＤ入力端子に矩形波波形が印加される。この矩形波波形はマイコン８により発生しているため、マイコン８によるフォトカプラＡのオンオフ制御タイミングにあわせてＡＤ変換を行えば、矩形波の振幅、つまり組電池１の総電圧を計測（検出）することができる。
【００２１】
（効果等）
次に、本実施形態の総電池電圧検出回路２０の効果等について説明する。
【００２２】
本実施形態の総電池電圧検出回路２０では、コンデンサ結合を用いて、組電池１を構成する単電池の総電圧を矩形波の振幅として直流的に絶縁してマイコンのＡＤコンバータで測定するため、専用のＡＤコンバータや絶縁電源が必要なくなる。このため、総電池電圧検出回路のコストを低減させることができる。
【００２３】
また、本実施形態の総電池電圧検出回路２０では、分圧抵抗部の分圧電圧を入力とするＯＰアンプ１０を有しており、ＯＰアンプ１０の出力端子および差動増幅部１３の入力端子間をコンデンサ１１、１２で結合することで出力インピーダンスを小さくしているので、抵抗２、３の値を大きくすることができ、消費電流を抑えることができる。
【００２４】
更に、本実施形態の総電池電圧検出回路２０では、ＯＰアンプ１０の作動電源を組電池１を構成する一部の単電池より供給し、ＯＰアンプ１０の作動時に、組電池のうちＯＰアンプ１０に作動電源を供給していない単電池にＯＰアンプ１０の消費電流と略同一の電流を通電する抵抗９およびフォトカプラＣを有しているので、総電池電圧検出回路２０の動作時のみ組電池１から動作電源を供給でき、かつ、組電池１の単電池の消費電流を同一にすることができるため、組電池１を構成する各単電池の電圧バラツキを少なくすることができる。
【００２５】
また、本実施形態の総電池電圧検出回路２０では、ＡＤコンバータの基準電源はマイコンのＡＤ用基準電源と共用できるため、総電圧測定回路として専用の基準電圧源は必要なく、マイコンのＡＤ変換用基準電源と共用できるので、従来の総電池電圧検出回路と比較して大幅に部品点数とコストを削減できる。
【００２６】
本実施形態において、組電池１の代わりに高電圧電源を接続し、高電圧電源の電圧に正弦波を重畳させながらＡＤ入力端子の波形を測定した結果を図３に示す。図３に示すようにＡＤ入力端子には正弦波が重畳されており、組電池の入力電圧を正確に伝送していることがわかる。実際の測定では、ＡＤ入力波形の振幅が安定するまでには時間がかかるので、振幅が安定した時点でＡＤ変換を行い、その直後にオンオフ制御を行うことで、振幅を正確に測定できる。実際に、組電池の電圧を変化させた場合の組電池の総電圧とＡＤ変換して求めた振幅の関係を図４に示す。図４に示すように、組電池電圧とＡＤ変換で求めた振幅の関係は直線であるため、本発明を適用した総電池電圧検出回路２０により、組電池の総電圧を正確に測定（検出）可能なことがわかる。
【００２７】
なお、本実施形態では、組電池１を複数個のリチウムイオン電池で構成した例を示したが、本発明はこれに制限されず、例えば、ニッケル水素電池で構成するようにしてもよい。また、本実施形態では、組電池を例示したが、本発明はこれに制約されず、単電池を直列に接続した電池群にも適用可能であることは論を待たない。更に、本実施形態では、スイッチング素子としてフォトカプラを例示したが、例えばＦＥＴ等の公知または今後開発される他の素子を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明はコスト高となるＡＤコンバータや絶縁電源を用いずに組電池の総電圧を検出する総電池電圧検出回路を提供するものであるため、総電池電圧検出回路の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の総電池電圧検出装置の回路図である。
【図２】従来の総電池電圧検出装置の回路図である。
【図３】実施形態の総電池電圧検出装置において組電池に代えて高電源電圧を用いた場合のＡＤコンバータの入力端子の波形を示す特性線図である。
【図４】実施形態の総電圧検出装置で組電池電圧と測定電圧の相関を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  組電池
２  抵抗
３  抵抗（分圧抵抗の一部）
７  フォトカプラ部
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ  フォトカプラ（スイッチング素子）
８  マイクロコンピュータ
９  抵抗（負荷）
１０  ＯＰアンプ（バッファ回路）
１１、１２  コンデンサ
１３  差動増幅部（差動増幅回路）
２０  総電池電圧検出装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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