(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続されたＮ個の電圧源のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測回路と、前記Ｎ個の電圧源とシャーシとの間の絶縁インピーダンスを測定する漏電検出回路とを備える積層電圧計測装置であって、
前記積層電圧計測回路は、前記Ｎ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、
第１端子と第２端子とを有する第１コンデンサと、
奇数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第１コンデンサの前記第１端子に選択的に接続する第１マルチプレクサと、
偶数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第１コンデンサの前記第２端子に選択的に接続する第２マルチプレクサと、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を計測する電圧計測回路と、
前記第１コンデンサの前記第１端子と第２端子とを前記電圧計測回路に接続する第１サンプルスイッチと、
奇数番目の前記電圧源の電圧極性と偶数番目の前記電圧源の電圧極性とを揃える極性補正回路とを備え、
前記積層電圧計測回路は、前記第１サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１および第２マルチプレクサが所望の前記電圧源のうちの１つを選択した後に前記第１および前記第２マルチプレクサを開いて前記第１サンプルスイッチを閉じることを繰り返すことにより前記電圧源の各電圧を計測し、
前記漏電検出回路は、前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方に接続される第２コンデンサと、
前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方に前記第２のコンデンサを介して信号を与える信号発生器と、
前記信号発生器の信号レベルと前記第２コンデンサの信号レベルとを比較するレベル比較回路と、
前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方と前記信号発生器との間に設けられる第２サンプルスイッチとを備え、
前記第２サンプルスイッチは、前記第２サンプルスイッチに結線された前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方の電圧を計測するときのみ開く積層電圧計測装置。
【請求項２】
前記第２サンプルスイッチは、前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方と前記第２コンデンサとの間に設けられる、請求項１記載の積層電圧計測装置。
【請求項３】
前記第２サンプルスイッチは、前記第２コンデンサと前記信号発生器との間に設けられる、請求項１記載の積層電圧計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は積層電圧計測装置に関し、特に直列接続されたＮ個の電圧源のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などの数百Ｖの高出力電源は、ニッケル水素蓄電池のような２次電池を多数個直列接続して構成される。直列接続された電池は充放電制御のために個々の電池の能力の状態を監視する必要がある。具体的には２４０セルの直列電池で２８８Ｖの総電圧が得られるが、個々のセルを監視するのは物量的に困難なため１０セルで１モジュールとしてモジュール単位即ち２４個のモジュール毎の電圧を計測している例がある（特開平８−１４０２０４号公報参照）。
【０００３】
電気自動車において高電圧系統は危険防止のためのシャーシから絶縁されている。一方、放充電を制御するプロセッサはシャーシが基準電位であるため前記電池の電圧は絶縁的に計測される必要がある。前記の例においては個々のモジュール毎にオペアンプ、ＡＤコンバータ、フォトカップラ、電源等を含む絶縁回路ユニットを備えており、非常に複雑となっていた。
【０００４】
センサ等の出力電圧を絶縁的に計測する方式としてフライング・キャパシタ回路が知られている。図３は、積算電圧計測装置４００の構成を示す。電圧源の数（Ｎ）を５個として説明する。
【０００５】
直列接続された電圧源Ｖ１〜Ｖ５は、電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６からスイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ５から成る第１マルチプレクサ１およびスイッチＳ２，Ｓ４，Ｓ６から成る第２マルチプレクサ２を経由して第1コンデンサ３に接続される。第1コンデンサ３はスイッチ４ａ，４ｂから成る第1サンプルスイッチ４および極性補正回路５を経由して電圧計測回路６に接続される。
【０００６】
図４は、積算電圧計測装置４００の動作を説明するための各スイッチ開閉タイミングを示す。図４に基づいて図３の積算電圧計測装置４００の動作を説明する。
【０００７】
電圧源Ｖ１〜Ｖ５の電圧を計測するに際して、スイッチＳ１〜Ｓ６および第１サンプルスイッチ４ａ，４ｂは開（オフ）状態とされる。このような状態で、期間Ｐ１において、まず、スイッチＳ１とスイッチＳ２が閉（オン）状態とされ、これにより電圧源Ｖ１における電圧が第１コンデンサ３に印加され、第１コンデンサ３に電荷が蓄積される。スイッチＳ１およびスイッチＳ２が所定時間にわたってオンされると、スイッチＳ１およびスイッチＳ２はオフされる。スイッチＳ１およびスイッチＳ２がオフされた後に適当な時間が経過すると、第１サンプルスイッチ４（スイッチ４ａ，４ｂ）がオンされ、これにより極性補正回路５及び電圧計測回路６に第１コンデンサ３の充電電圧即ち電源圧Ｖ１の電圧が入力される。
【０００８】
各スイッチの駆動回路と各スイッチの接点とは当然のことながら絶縁が保たれているものとする。第１マルチプレクサ１，第２マルチプレクサ２と第１サンプルスイッチ４とは同時に閉じないため、電圧源Ｖ１と第１コンデンサ３に入力された電圧源Ｖ１の電圧とは絶縁的に計測される。
【０００９】
同様に期間Ｐ２において、スイッチＳ２とスイッチＳ３とを、期間Ｐ３でスイッチＳ３とスイッチＳ４とをいう具合に順次マルチプレックスしていく。
【００１０】
ここで図３において注意すべきことは、極性補正回路５によって奇数番目の電圧源に対して偶数番目の電圧源の電圧が極性反転して電圧計測回路６に入力されることである。このための極性補正回路５の一例を図５に示す。
【００１１】
極性補正回路５は、よく知られた絶対値回路である。極性補正回路５は、電圧計測回路６のＡＤコンバータに入力される電圧極性を揃える役割を果たす。極性補正回路５は、電池のような単極性の電圧源Ｖに対して有効である。極性補正回路５は、この様なアナログ回路ではなく、両極入力のＡＤコンバータの極性出力ビットを無視するようなデジタル回路であっても良い。
【００１２】
また、漏電検出回路７は、第２コンデンサ１０，増幅器１１，１２、信号発生器１３，レベル比較回路１４で成り立っている。漏電検出回路７は、前記信号発生器１３の出力レベルと増幅器１２の出力レベルとを比較することにより、前記Ｎ個の電圧源とシャーシとの絶縁インピーダンスを測定している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に述べたような従来の積層電圧計測装置では、図６に示すように、５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５に接続された６個の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６のうち、漏電検出回路７と接続している電圧検出端子Ｔ６のラインが開（図１０における１５の×印）になっても、漏電検出回路７の信号が、矢印の線のようなループＬを形成するので、本来電圧が生じない第１コンデンサ３に電荷が蓄積されて電圧が発生する。このため、×１５で示す電圧検出端子のラインの故障を検出できないという課題があった。
【００１４】
本発明の目的は、漏電検出回路と接続している電圧検出端子のラインの故障を検出することができる積層電圧計測装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る積層電圧計測装置は、直列接続されたＮ個の電圧源のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測回路と、前記Ｎ個の電圧源とシャーシとの間の絶縁インピーダンスを測定する漏電検出回路とを備える積層電圧計測装置であって、前記積層電圧計測回路は、前記Ｎ個の電圧源に接続された（Ｎ＋１）個の電圧検出端子と、第１端子と第２端子とを有する第１コンデンサと、奇数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第１コンデンサの前記第１端子に選択的に接続する第１マルチプレクサと、偶数番目の前記電圧検出端子のいずれかを前記第１コンデンサの前記第２端子に選択的に接続する第２マルチプレクサと、前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を計測する電圧計測回路と、前記第１コンデンサの前記第１端子と第２端子とを前記電圧計測回路に接続する第１サンプルスイッチと、奇数番目の前記電圧源の電圧極性と偶数番目の前記電圧源の電圧極性とを揃える極性補正回路とを備え、前記積層電圧計測回路は、前記第１サンプルスイッチを開いた状態で、前記第１および第２マルチプレクサが所望の前記電圧源のうちの１つを選択した後に前記第１および前記第２マルチプレクサを開いて前記第１サンプルスイッチを閉じることを繰り返すことにより前記電圧源の各電圧を計測し、前記漏電検出回路は、前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方に接続される第２コンデンサと、前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方に前記第２のコンデンサを介して信号を与える信号発生器と、前記信号発生器の信号レベルと前記第２コンデンサの信号レベルとを比較するレベル比較回路と、前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方と前記信号発生器との間に設けられる第２サンプルスイッチとを備え、前記第２サンプルスイッチは、前記第２サンプルスイッチに結線された前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方の電圧を計測するときのみ開くものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、本発明は、上記積層電圧計測装置において、前記第２サンプルスイッチは、前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方と前記第２コンデンサとの間に設けられることが好ましい。
また、本発明は、上記積層電圧計測装置において、前記第２サンプルスイッチは、前記第２コンデンサと前記信号発生器との間に設けられることが好ましい。
以下、本発明の作用について説明する。
図６に示す従来の積層電圧計測装置５００の漏電検出回路７の信号発生器１３と、Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方との間の接続を開閉できる第２サンプルスイッチを設けるものである。
【００１６】
上記第２サンプルスイッチは電圧源の両端のいずれか一方の電圧値を測定する時のみ開とし、それ以外のタイミングでは閉とする。
【００１７】
このことにより、電圧源Ｖ５の電圧測定時に電圧検出端子Ｔ６ラインに開故障が存在した場合でも、前述したループＬは形成されず、第１コンデンサ３に電荷か、蓄積されることはないので、容易に電圧検出端子のラインの開故障を検出することができる。なお、両端の電圧源以外の電圧源は漏電検出回路と接続されていないため、当然のことながら前述したループＬを形成することはない。
【００１８】
また、第２サンプルスイッチは前記Ｎ個の電圧源の両端のいずれか一方と第２コンデンサ１０との間に設けても、第２コンデンサ１０と信号発生器１３との間に設けても同様な効果が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１と図２とを用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１に係る積層電圧計測装置１００を説明する。前述した図３の積層電圧計測装置４００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。ただし、８はシャーシと電池との漏電抵抗である。
【００２１】
積層電圧計測装置１００は、直列接続された５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５のそれぞれの電圧を計測する積層電圧計測回路２００と、前記５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５とシャーシとの間の絶縁インピーダンスを測定する漏電検出回路３００とを備える。
【００２２】
積層電圧計測回路２００は、５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５に接続された６個の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６と、第１端子３Ａと第２端子３Ｂとを有する第１コンデンサ３と、奇数番目の電圧検出端子Ｔ１、Ｔ３およびＴ５のいずれかを第１コンデンサ３の第１端子３Ａに選択的に接続する第１マルチプレクサ１と、偶数番目の電圧検出端子Ｔ２、Ｔ４およびＴ６のいずれかを第１コンデンサ３の第２端子３Ｂに選択的に接続する第２マルチプレクサ２と、第１端子３Ａと第２端子３Ｂとの間の電圧を計測する極性補正回路５および電圧計測回路６と、第１コンデンサ３の第１端子３Ａと第２端子３Ｂとを極性補正回路５および電圧計測回路６に接続する第１サンプルスイッチ４とを備える。極性補正回路５は、奇数番目の電圧源Ｖ１、Ｖ３およびＶ５の電圧極性と偶数番目の電圧源Ｖ２，Ｖ４およびＶ６の電圧極性とを揃えるものである。
【００２３】
積層電圧計測回路２００は、第１サンプルスイッチ４を開いた状態で、第１および第２マルチプレクサ１、２が所望の電圧源Ｖ１〜Ｖ５のうちの１つを選択した後に第１および第２マルチプレクサ１、２を開いて第１サンプルスイッチ４を閉じることを繰り返すことにより電圧源Ｖ１〜Ｖ５の各電圧を計測する。
【００２４】
たとえば、Ｖ１の電圧を測定する場合、第１サンプルスイッチ４が開（オフ）の状態で、スイッチＳ１とスイッチＳ２を閉（オン)とする。（図４のＰ１区間）このとき、スイッチＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６は開（オフ）である。
【００２５】
スイッチＳ１とスイッチＳ２が閉（オン)状態になると、電源圧Ｖ１の電圧がコンデンサ３に印加され、コンデンサ３に電荷が蓄積される。スイッチＳ１およびスイッチＳ２が所定時間にわたりオンされると、スイッチＳ１およびＳ２はオフされる。スイッチＳ１およびスイッチＳ２がオフされた後、適当な時間が経過すると、第１サンプルスイッチ４（スイッチ４ａ，４ｂ）がオンされ、コンデンサ３の充電電圧即ち電圧源Ｖ１の電圧が極性補正回路５に印加される。極性補正回路５は、電圧源Ｖ１の極性を備えた信号を電圧計測回路６に伝達し、電圧計測回路６は電圧源Ｖ１の電圧を計測する。この動作を順次繰り返すことにより、電圧源Ｖ１〜Ｖ５の電圧値が計測される。
【００２６】
漏電検出回路３００は、電圧源Ｖ５の電圧検出端子Ｔ６のラインに接続される第２コンデンサ１０と、電圧源Ｖ５に第２コンデンサ１０を介して信号を与える信号発生器１３と、信号発生器１３の信号レベルと第２コンデンサ１０の信号レベルとを比較するレベル比較回路１４と、電圧源Ｖ５と第２コンデンサ１０との間に設けられる第２サンプルスイッチ１５ａとを備える。
【００２７】
なお、５個の電圧源Ｖ１〜Ｖ５と６個の電圧検出端子Ｔ１〜Ｔ６を備える積層電圧計測回路２００を例に挙げて説明するが、電圧源および電圧検出端子の個数はこれに限定されない。電圧源がＮ個、電圧検出端子がＮ＋１個であればよい。
【００２８】
図１において、漏電検出回路３００の第２サンプルスイッチ１５ａが開の状態で電圧源Ｖ５を測定するとき、サンプルスイッチＳ５及びＳ６が閉じると、電圧源Ｖ５の値は第１コンデンサ３にチャージされる。次にスイッチＳ５とスイッチＳ６は開、第１サンプルスイッチ４を閉とすることにより、電圧源Ｖ５の電圧値は電圧計測回路６によって計測される。
【００２９】
ここで、×印１５が開故障のときは、電圧源Ｖ５の電圧値は第１コンデンサ３にチャージされない。このため、第１コンデンサ３の第１端子３Ａと第２端子３Ｂと間の電圧値が０Ｖと低くなるため×印１５の開故障は検出され得る。
【００３０】
しかしながら、漏電検出回路３００の第２サンプルスイッチ１５ａが、閉の場合には図６に示すように、漏電検出回路３００の出力が、漏電検出回路３００→スイッチＳ６→第１コンデンサ３→電圧源Ｖ５→漏電インピーダンス８→漏電検出回路３００というループＬで信号が流れるため、第１コンデンサ３の第１端子３Ａと第２端子３Ｂと間の電圧値が０Ｖと低くならず、電圧源Ｖ５の電圧値が違った値で計測される。このため、×印１５の開故障を検出できない。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、サンプルスイッチＳ５及びサンプルスイッチＳ６が閉となるタイミング時に、第２サンプルスイッチ１５ａを開とすることにより、漏電検出回路３００の信号が流れる上記ループＬを断ち切る。この結果、  電圧検出端子Ｔ６ラインの×印１５で開故障があった場合、第１コンデンサ３の第１端子３Ａと第２端子３Ｂと間の電圧値が０Ｖと低くなるためラインの開故障は検出することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図２を参照して、実施の形態２に係る積層電圧計測装置１００Ａを説明する。実施の形態１で前述した積層電圧計測装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３３】
図２に示す実施の形態２に係る積層電圧計測装置１００Ａでは、図１に示す実施の形態１に係る漏電検出回路３００において、電圧源Ｖ５と第２コンデンサ１０との間に設けられていた第２サンプルスイッチ１５ａを、第２コンデンサ１０と信号発生器１３との間に設けた第２サンプルスイッチ１５ｂに置き換えている。作用効果は、実施の形態１で前述した積層電圧計測装置１００の作用効果とまったく同じである。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、漏電検出回路と接続している電圧検出端子のラインの故障を検出することができる積層電圧計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る積層電圧計測装置の構成図である。
【図２】実施の形態２に係る積層電圧計測装置の構成図である。
【図３】従来の積層電圧計測装置の構成図である。
【図４】積層電圧計測装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】極性補正回路の説明図である。
【図６】従来の積層電圧計測装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
Ｖ１〜Ｖ５  電圧源
Ｔ１〜Ｔ６  電圧検出端子
１  第１のマルチプレクサ
２  第２のマルチプレクサ
３  第１コンデンサ
４  第１サンプルスイッチ
５  極性補正回路
６  電圧計測回路
７  漏電検出回路
８  漏電インピーダンス
１５ａ，１５ｂ  第２サンプルスイッチ
【図１】
0004421070.tif 000002
【図２】
0004421070.tif 000003
【図３】
0004421070.tif 000004
【図４】
0004421070.tif 000005
【図５】
0004421070.tif 000006
【図６】
0004421070.tif 000007