(57)【要約】【課題】電圧の異常を高精度に検知する。【解決手段】減圧アンプ１２は、高電圧であるバッテリ１０の出力電圧Ｖｂを減圧して後段の回路で扱える電圧に変換し、差動アンプ１６は、減圧アンプ１２の出力電圧を、電源１４による定電圧Ｖ１から減算する。傾き変更回路１８は、差動アンプ１６の出力電圧を抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６で分圧し、クランプ回路２２は、電源２０による定電圧Ｖ１を分圧している。Ｈｉセレクト回路２４は、傾き変更回路１８およびクランプ回路２２の出力を比較して高い方の電圧を選択する。この結果ｇ点には、電圧Ｖｅまたは電圧Ｖｆのいずれか高い方の電圧が、電圧Ｖｇとして出力され、ＡＤコンバータ２６は、電圧Ｖｇに基づいてバッテリ１０が出力する電圧の異常検出を行う。【選択図】        図１
2004361254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象電圧に対応した評価信号に基づいて対象電圧の異常を検出する電圧監視装置において、対象電圧に基づいて評価信号を生成する評価信号生成回路であって、
前記対象電圧を所定比で減圧した減圧信号を生成し、その減圧信号と定電圧信号との差分に基づいて前記評価信号を生成する、
評価信号生成回路。
【請求項２】
対象電圧に対応した評価信号に基づいて対象電圧の異常を検出する電圧監視装置において、対象電圧に基づいて評価信号を生成する評価信号生成回路であって、
前記対象電圧を所定比で減圧した減圧信号を生成する減圧アンプと、
電圧源が出力する定電圧信号と前記減圧信号との差分に対応する差分信号を生成する差動アンプと、
前記差分信号の上限値および下限値を制限した評価信号を生成するリミッタ回路と、
を有する評価信号生成回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧監視装置における評価信号生成回路に関し、特にバッテリ等の出力電圧を監視する電圧監視装置に利用される評価信号生成回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ハイブリッド車等では、車両駆動用のバッテリが所定の駆動電圧を出力するように構成されており、信頼性を確保するためにはバッテリの出力電圧を常に的確に把握する必要がある。従来からバッテリ等の出力電圧を測定する回路や装置が多数提案されており（例えば、下記特許文献参照）、ハイブリッド車等には、この種の回路や装置が搭載され、バッテリの出力電圧が監視されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６５８７０号公報
【特許文献２】
特開平４−３１７２１７号公報
【特許文献３】
特開２００２−３５０４７５号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１３１８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
バッテリ等の出力電圧を測定する回路や装置では、測定する回路や装置に利用される電源電圧の変動が問題となる。ハイブリッド車の車両駆動用バッテリは、その出力が数百Ｖ（ボルト）もの高電圧となるため、バッテリ出力電圧を数Ｖ程度に減圧し、減圧した電圧信号に基づいてバッテリ出力電圧の測定が行われる。この際、バッテリ出力電圧を減圧する回路（評価信号生成回路）において、その回路に用いられる電源電圧が変動すると、電源電圧の変動に伴って評価信号生成回路が形成する電圧信号も変動してしまう。その結果、バッテリ出力電圧の測定に悪影響を与えてしまう。裏を返せば、評価信号生成回路に用いられる電源電圧の測定結果に対する依存性を少なくすることで、良好な測定結果が取得され、バッテリ出力電圧の異常を精度よく検出することが期待できる。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧の異常を高精度に検知することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る評価信号生成回路は、対象電圧に対応した評価信号に基づいて対象電圧の異常を検出する電圧監視装置において、対象電圧に基づいて評価信号を生成する評価信号生成回路であって、前記対象電圧を所定比で減圧した減圧信号を生成し、その減圧信号と定電圧信号との差分に基づいて前記評価信号を生成するものとする。
【０００７】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る評価信号生成回路は、対象電圧に対応した評価信号に基づいて対象電圧の異常を検出する電圧監視装置において、対象電圧に基づいて評価信号を生成する評価信号生成回路であって、前記対象電圧を所定比で減圧した減圧信号を生成する減圧アンプと、電圧源が出力する定電圧信号と前記減圧信号との差分に対応する差分信号を生成する差動アンプと、前記差分信号の上限値および下限値を制限した評価信号を生成するリミッタ回路とを有するものとする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１には、本発明に係る評価信号生成回路の好適な実施形態が示されており、図１は、評価信号生成回路が利用された電圧監視装置の全体構成図である。図１において、評価信号生成回路は、減圧アンプ１２、差動アンプ１６、傾き変更回路１８、クランプ回路２２およびＨｉセレクト回路２４で構成される。そして、評価信号生成回路、電源１４，２０およびＡＤコンバータ２６により電圧監視装置が構成される。
【００１０】
図１の電圧監視装置は、例えば、ハイブリッド車の車両駆動用バッテリの異常検出に利用される。ハイブリッド車などに用いられる車両駆動用バッテリは、その出力電圧が２００Ｖ程度と高電圧である。車両駆動用バッテリは、通常状態ではその出力電圧が２００Ｖ程度であり、これを昇圧して５００Ｖ付近で使用する。この昇圧電圧が６００Ｖを超える異常状態に陥る可能性がある。バッテリによる駆動電圧に対する信頼性を確保するためには、６００Ｖを超えるような異常状態を精度よく検出する必要がある。
【００１１】
減圧アンプ１２は、高電圧であるバッテリ１０の出力電圧Ｖｂを減圧して、後段の回路で扱える電圧に変換する。二つの減圧アンプ１２は、それぞれ、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２により反転増幅器として構成されている。図１に示す構成により、減圧アンプ１２の出力（ｃ点）には、バッテリ１０の出力電圧をＶｂとすると、Ｖｃ＝Ｖｂ×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の電圧（ＧＮＤを基準とする電位）が出力される。つまり、減圧アンプ１２は、バッテリ１０の出力電圧をＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）の比率で減圧している。なお、コンデンサ（Ｃ１〜Ｃ４）は、高周波ノイズ成分を除去する目的で取り付けられている。
【００１２】
差動アンプ１６は、減圧アンプ１２の出力電圧を、電源１４による定電圧Ｖ１から減算している。つまり、オペアンプＯＰ２、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４により差動増幅器（減算回路）が構成されている。抵抗Ｒ３とＲ４の比Ｒ４／Ｒ３を１に設定すると、差動アンプ１６の出力（ｄ点）には、Ｖｄ＝Ｖ１−Ｖｃの電圧（ＧＮＤを基準とする電位）が出力される。
【００１３】
傾き変更回路１８、クランプ回路２２およびＨｉセレクト回路２４は、ＡＤコンバータ２６に入力する電圧の上限値および下限値を制限するリミッタ回路として機能している。
【００１４】
傾き変更回路１８は、差動アンプ１６の出力電圧を抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６で分圧している。つまり、傾き変更回路１８の出力（ｅ点）には、Ｖｅ＝Ｖｄ×Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）の電圧（ＧＮＤを基準とする電位）が出力される。
【００１５】
クランプ回路２２は、電源２０による定電圧Ｖ１を分圧している。つまり、クランプ回路２２の出力（ｆ点）には、Ｖｆ＝Ｖ１×Ｒ５／（Ｒ５＋Ｒ６）の電圧（ＧＮＤを基準とする電位）が出力される。
【００１６】
Ｈｉセレクト回路２４は、傾き変更回路１８およびクランプ回路２２の出力を比較して高い方の電圧を選択する回路である。Ｈｉセレクト回路２４の出力（ｇ点）には、電圧Ｖｅまたは電圧Ｖｆのいずれか高い方の電圧が、電圧Ｖｇとして出力され、ＡＤコンバータ２６は、電圧Ｖｇに基づいてバッテリ１０が出力する電圧の異常検出を行う。
【００１７】
次に、図１の電圧監視装置におけるバッテリ１０の出力電圧と各部の電圧との関係について図２を利用して説明する。図２の横軸にはバッテリ１０の出力電圧Ｖｂが示されており、縦軸には各部（ｃ点、ｄ点、ｅ点，ｆ点，ｇ点）の電圧が示されている。以下、図１に示した部分には、図１の符号を付して説明する。
【００１８】
バッテリ１０の出力電圧Ｖｂを０Ｖ〜７５０Ｖで考え、減圧アンプ１２における抵抗Ｒ１の抵抗値を６ＭΩ、抵抗Ｒ２の抵抗値を４０ｋΩに設定すると、ｃ点の電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝Ｖｂ×４０／６０４０＝Ｖｂ×１／１５１となる。つまり、電圧Ｖｃは電圧Ｖｂのほぼ１／１５０となり、電圧Ｖｂの０Ｖから７５０Ｖまでの増加に対応して、電圧Ｖｃは０Ｖから５Ｖまで増加する。
【００１９】
差動アンプ１６における抵抗Ｒ３の抵抗値を１０ｋΩ、抵抗Ｒ４の抵抗値を１０ｋΩに設定し、電源１４の出力Ｖ１を５Ｖに設定すると、ｄ点の電圧Ｖｄは、Ｖｄ＝５−Ｖｃとなる。つまり、電圧Ｖｃの０Ｖから５Ｖまでの増加に対応して、電圧Ｖｄは５Ｖから０Ｖまで減少する。
【００２０】
傾き変更回路１８における抵抗Ｒ５の抵抗値を２０ｋΩ、抵抗Ｒ６の抵抗値を１８０ｋΩに設定すると、ｅ点の電圧Ｖｅは、Ｖｅ＝Ｖｄ×１８０／２００となる。つまり、電圧Ｖｅは電圧Ｖｄの９／１０となり、電圧Ｖｄの傾きが変更される。また、クランプ回路２２における抵抗Ｒ５の抵抗値を２０ｋΩ、抵抗Ｒ６の抵抗値を１８０ｋΩに設定し、電源２０の出力Ｖ１を５Ｖに設定すると、ｆ点の電圧Ｖｆは、Ｖｆ＝５×２０／２００、つまり、電圧Ｖｆは０．５Ｖとなる。そして、Ｈｉセレクト回路２４によって、電圧Ｖｅまたは電圧Ｖｆの高い方の電圧が選択され、電圧Ｖｇが出力される。
【００２１】
図２に示すように、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが小さい場合には電圧Ｖｇは大きく、そして、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが大きくなるにしたがって電圧Ｖｇは０．５Ｖまで小さくなる。
【００２２】
次に、図１の電圧監視装置における、電源（１４、２０）の出力電圧Ｖ１の変動による電圧Ｖｇへの影響について、図３を利用して説明する。図３は電圧Ｖ１（５Ｖ）が±０．２Ｖ変動した場合の電圧Ｖｇを示す図であり、電圧Ｖ１＝５Ｖの場合の電圧ＶｇをＶｇ（Ｔｙｐ）、電圧Ｖ１＝５．２Ｖの場合の電圧ＶｇをＶｇ（Ｍａｘ）、電圧Ｖ１＝４．８Ｖの場合の電圧ＶｇをＶｇ（Ｍｉｎ）として示している。
【００２３】
図３に示すように、電圧Ｖ１、つまり、評価信号生成回路の電源電圧が増加すると、ＡＤコンバータ２６へ出力される電圧Ｖｇは全体的に上方にシフトする。一方、電圧Ｖ１が減少すると、電圧Ｖｇは全体的に下方にシフトする。例えば、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが０Ｖの場合、Ｖｇ（Ｔｙｐ）、Ｖｇ（Ｍａｘ）、Ｖｇ（Ｍｉｎ）は、それぞれ、４．５Ｖ、４．６８Ｖ、４．３２Ｖとなる。ＡＤコンバータ２６は、電圧Ｖｇに基づいてバッテリ１０が出力する電圧の異常検出を行うため、電圧Ｖ１の変動が、検出結果に影響を及ぼしてしまう。
【００２４】
ところが、図３に示すように、電圧Ｖｇが大きな領域に比べて電圧Ｖｇが小さな領域において、電圧Ｖ１の変動による電圧Ｖｇへの影響は小さい。バッテリ１０の異常電圧を高い電圧で検出する場合、つまり、電圧Ｖｂが大きい領域で異常電圧を検出する場合には、例えば、図３に示す比較電圧領域３０で電圧Ｖｇが参照される。バッテリ１０の出力電圧Ｖｂを６００Ｖ付近で検出する場合、電圧Ｖｇは０．９Ｖ付近で参照される。一方、電圧Ｖｂが０Ｖでは電圧Ｖｇは４．５Ｖ（電圧Ｖ１が５Ｖの場合）が参照される。つまり、実際に参照される電圧Ｖｇ（０．９Ｖ付近）は、電圧Ｖ１（５Ｖ）に対して１８パーセントの大きさとなり、電圧Ｖ１の変動も１８パーセント程度に低減される。
【００２５】
図４には、図１の実施形態との比較回路が示されており、図４は、評価信号生成回路（比較回路）が利用された電圧監視装置の全体構成図である。減圧アンプ１２は、高電圧であるバッテリ１０の出力電圧Ｖｂを減圧して後段の回路で扱える電圧に変換するものであり、図１における減圧アンプ１２と同じ構成である。
【００２６】
傾き変更回路１８´、クランプ回路２２´およびＬｏセレクト回路２５は、ＡＤコンバータ２６に入力する電圧の上限値および下限値を制限している。
【００２７】
傾き変更回路１８´は、減圧アンプ１２の出力電圧を抵抗Ｒ５および抵抗Ｒ６で分圧している。つまり、傾き変更回路１８´の出力（ｅ点）には、Ｖｅ＝（Ｖ１×Ｒ５＋Ｖｃ×Ｒ６）／（Ｒ５＋Ｒ６）の電圧（ＧＮＤを基準とする電位）が出力される。クランプ回路２２´は、電源２０´による定電圧Ｖ１を分圧している。つまり、クランプ回路２２´の出力（ｆ点）には、Ｖｆ＝Ｖ１×Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）の電圧（ＧＮＤを基準とする電位）が出力される。
【００２８】
Ｌｏセレクト回路２５は、傾き変更回路１８´およびクランプ回路２２´の出力を比較して低い方の電圧を選択する回路である。Ｌｏセレクト回路２５の出力（ｇ点）には、電圧Ｖｅまたは電圧Ｖｆのいずれか低い方の電圧が、電圧Ｖｇとして出力され、ＡＤコンバータ２６は、電圧Ｖｇに基づいてバッテリ１０が出力する電圧の異常検出を行う。
【００２９】
図５は、図４の電圧監視装置におけるバッテリ１０の出力電圧と各部の電圧との関係を説明するための図である。図５の横軸にはバッテリ１０の出力電圧Ｖｂが示されており、縦軸には各部（ｃ点、ｅ点，ｆ点，ｇ点）の電圧が示されている。以下、図４に示した部分には、図４の符号を付して説明する。
【００３０】
バッテリ１０の出力電圧Ｖｂを０Ｖ〜７５０Ｖで考え、減圧アンプ１２における抵抗Ｒ１の抵抗値を６ＭΩ、抵抗Ｒ２の抵抗値を４０ｋΩに設定すると、ｃ点の電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝Ｖｂ×４０／６０４０＝Ｖｂ×１／１５１となる。つまり、電圧Ｖｃは電圧Ｖｂのほぼ１／１５０となり、電圧Ｖｂの０Ｖから７５０Ｖまでの増加に対応して、電圧Ｖｃは０Ｖから５Ｖまで増加する。
【００３１】
傾き変更回路１８´における抵抗Ｒ５の抵抗値を２０ｋΩ、抵抗Ｒ６の抵抗値を１８０ｋΩに設定すると、ｅ点の電圧Ｖｅは、Ｖｅ＝（Ｖ１×２０＋Ｖｃ×１８０）／２００＝Ｖ１／１０＋Ｖｃ×９／１０となる。また、クランプ回路２２´における抵抗Ｒ５の抵抗値を２０ｋΩ、抵抗Ｒ６の抵抗値を１８０ｋΩに設定し、電源２０´の出力Ｖ１を５Ｖに設定すると、ｆ点の電圧Ｖｆは、Ｖｆ＝５×１８０／２００、つまり、電圧Ｖｆは４．５Ｖとなる。そして、Ｌｏセレクト回路２５によって、電圧Ｖｅまたは電圧Ｖｆの低い方の電圧が選択され、電圧Ｖｇが出力される。
【００３２】
図５に示すように、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが小さい場合には電圧Ｖｇは小さく、そして、バッテリ１０の出力電圧Ｖｂが大きくなるにしたがって電圧Ｖｇは４．５Ｖまで大きくなる。
【００３３】
次に、図４の電圧監視装置における、電源１４´，２０´の出力電圧Ｖ１の変動による電圧Ｖｇへの影響について、図６を利用して説明する。図６は電圧Ｖ１（５Ｖ）が±０．２Ｖ変動した場合の電圧Ｖｇを示す図であり、電圧Ｖ１＝５Ｖの場合の電圧ＶｇをＶｇ（Ｔｙｐ）、電圧Ｖ１＝５．２Ｖの場合の電圧ＶｇをＶｇ（Ｍａｘ）、電圧Ｖ１＝４．８Ｖの場合の電圧ＶｇをＶｇ（Ｍｉｎ）として示している。
【００３４】
図６に示すように、電圧Ｖ１、つまり、評価信号生成回路の電源電圧が増加すると、ＡＤコンバータ２６へ出力される電圧Ｖｇは全体的に上方にシフトする。一方、電圧Ｖ１が減少すると、電圧Ｖｇは全体的に下方にシフトする。また、図６に示すように、電圧Ｖｇが小さな領域に比べて電圧Ｖｇが大きな領域において、電圧Ｖ１の変動による電圧Ｖｇへの影響が大きい。バッテリ１０の異常電圧を高い電圧で検出する場合、つまり、電圧Ｖｂが大きい領域で異常電圧を検出する場合には、例えば、図６に示す比較電圧領域３０´で電圧Ｖｇが参照される。
【００３５】
バッテリ１０の出力電圧Ｖｂを６００Ｖ付近で検出する場合、電圧Ｖｇは４．１Ｖ付近で参照される。これは、電圧Ｖ１（５Ｖ）に対して８２パーセントと大きく、電圧Ｖ１の変動も８２パーセント程度にしか低減されない。これに対し、図１の評価信号生成回路では、電源１４，２０の変動による電圧Ｖｇへの影響が１８パーセント程度に低減されている。
【００３６】
図４の回路との比較から分かるように、図１に示す評価信号生成回路は、バッテリ１０の異常電圧を高い電圧で検出する場合に、電圧Ｖ１の影響を小さくすることができる。この結果、ＡＤコンバータ２６において電圧の異常を検出する際に、電圧Ｖ１の変動による影響が低減される。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る評価信号生成回路により、電圧の異常を高精度に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る評価信号生成回路が利用された電圧監視装置の全体構成図である。
【図２】図１の電圧監視装置の各部の電圧を示す図である。
【図３】図１の電圧監視装置の電源電圧の変動による電圧Ｖｇへの影響を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態との比較回路を示す図である。
【図５】図４の電圧監視装置の各部の電圧を示す図である。
【図６】図４の電圧監視装置の電源電圧の変動による電圧Ｖｇへの影響を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  バッテリ、１２  減圧アンプ、１６  差動アンプ、１８  傾き変更回路、２２  クランプ回路、２４  Ｈｉセレクト回路、２６  ＡＤコンバータ。
【図１】
2004361254.tif 000003
【図２】
2004361254.tif 000004
【図３】
2004361254.tif 000005
【図４】
2004361254.tif 000006
【図５】
2004361254.tif 000007
【図６】
2004361254.tif 000008