(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電素子を直列接続した蓄電器に対して電圧を検出する蓄電器の電圧検出装置において、一次巻線及び中間タップ付の二次巻線を有するトランスと、このトランスの一次巻線に対して電圧の検出対象となる一又は二以上の蓄電素子を選択的に接続する複数のスイッチを有するスイッチ回路部と、検出対象の蓄電素子を前記トランスの一次巻線に接続するスイッチを、所定のスイッチング周波数によりスイッチング制御する制御回路部と、前記トランスの二次巻線に誘起される電圧から検出対象の蓄電素子の電圧を検出する検出回路部とを備えるとともに、この検出回路部に、前記二次巻線の両端にそれぞれ接続した一対の整流素子に対してそれぞれ直列に接続し、かつ検出対象となる蓄電素子に対応して選択的に切換える一対の開閉スイッチを有することにより、前記二次巻線の出力を直流化した検出信号を出力する直流化回路を設けてなることを特徴とする蓄電器の電圧検出装置。
【請求項２】
前記スイッチ回路部は、Ｎ個の蓄電素子を直列接続した蓄電器に対して、（Ｎ＋１）個のスイッチを有し、一端側からｎ番目の蓄電素子と（ｎ＋１）番目の蓄電素子（ただし、ｎは奇数）の接続部を、前記トランスの一次巻線の他端に接続するスイッチと、一端側からｍ番目の蓄電素子と（ｍ＋１）番目の蓄電素子（ただし、ｍは偶数）の接続部を、前記トランスの一次巻線の一端に接続するスイッチと、最高位と最低位の各蓄電素子における前記接続部に対する反対側の端子を、当該接続部を接続した前記トランスの一次巻線における反対側の端子に接続するスイッチを備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項３】
前記スイッチは、オン時に双方向に通電する双方向スイッチであることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項４】
前記制御回路部は、予め設定した所定のスイッチング周波数を有するスイッチング信号を出力する発振器を備えるとともに、電圧の検出時に、前記スイッチング信号により、検出対象の蓄電素子に接続したスイッチを所定の検出期間だけスイッチング制御する駆動回路を備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項５】
前記制御回路部は、予め設定した所定のスイッチング周波数を有するスイッチング信号を出力する発振器を備えるとともに、電圧の検出時に、前記スイッチング信号を、検出対象の蓄電素子に接続したスイッチに、所定の検出期間だけ付与してスイッチング制御する駆動回路を備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項６】
前記制御回路部は、最初に奇数番目（又は偶数番目）における全部又は一部の蓄電素子に対する検出を行い、この後に偶数番目（又は奇数番目）における全部又は一部の蓄電素子に対する検出を行う制御機能を備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項７】
前記直流化回路は、前記二次巻線の出力を整流した後の電圧を保持するコンデンサを備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項８】
前記直流化回路は、検出対象となる蓄電素子に対する検出を終了した後、次の検出対象となる蓄電素子に対する検出を開始するまでの所定の休止期間に、残留電荷を放電させる放電回路を備えることを特徴とする請求項７記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項９】
前記検出回路部は、前記直流化回路から得る検出信号をアナログ−ディジタル変換した検出データを出力するＡ／Ｄ変換回路を備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電器の電圧検出装置。
【請求項１０】
前記検出回路部は、予め補正データをメモリに記憶し、前記Ａ／Ｄ変換回路から得る検出データに対して、前記メモリに記憶した補正データにより補正するデータ処理部を備えることを特徴とする請求項９記載の蓄電器の電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の蓄電素子を直列接続した蓄電器に対して電圧検出を行う際に用いて好適な蓄電器の電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車等に搭載される車載バッテリ（蓄電器）は、直列接続された多数の蓄電素子の組合わせからなる。ところで、各蓄電素子の電圧は、均一ではなく経年変化等によりバラついているとともに、各蓄電素子の蓄積エネルギは、その電圧の僅かな相違によっても大きく変動するため、見掛上、満充電されていても、実際には十分な充電が行われていない場合もある。この場合、十分な電気エネルギを放出することができないことになり、特に、電気自動車の駆動エネルギ源として使用する蓄電器では、蓄電効率及び蓄電能力の低下による走行距離の実質的な低下を招くとともに、一旦特性の不揃いが発生すると、充放電の繰り返しによってバラつきも累積的に大きくなり、この結果、蓄電器の寿命が加速的に低下してしまう。
【０００３】
このため、この種の蓄電器には、電圧検出装置を付設し、定期的或いは一定の条件下で各蓄電素子の電圧を自動で検出するとともに、異常を検出した際には、その旨を表示し、異常に対して速やかに対処できるようにしているが、通常、６０〜８０個使用される各蓄電素子の電圧を検出するには、その検出回路がかなり煩雑になる問題を生じる。
【０００４】
そこで、従来においては、特開２０００−１９３６９４号公報で開示されるように、比較的簡易化された電圧検出装置も提案されている。この電圧検出装置は、電池モジュール（蓄電素子）を複数直列接続してなる電池ブロックを、複数直列接続してなる組み電池（蓄電器）から、各電池モジュールの端子電圧をモジュール電圧検出部により検出するものであり、特に、電池ブロックの最低位の端子からなる共通端子を、それぞれ複数の抵抗素子を直列接続してなる多数の分圧回路の一端に基準電位ラインを通じて個別に接続し、各分圧回路の他端を、この共通端子を除く、各電池モジュールの高位側の端子にそれぞれ接続し、各分圧回路の複数の抵抗素子のうち、基準電位ライン側の抵抗素子の電圧降下を検出するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の電圧検出装置は、次のような問題点がある。
【０００６】
第一に、高位側の電池モジュール（蓄電素子）の電圧を検出する場合、低位側の電池モジュールも一緒に電圧の検出に利用されるため、低位側の電池モジュールに無用な電力損失を生じるとともに、高位側と低位側の電池モジュール間における電力損失にアンバランスを生じる。
【０００７】
第二に、各電池モジュールの電圧を選択的に検出するためのスイッチを必要とするが、上述した電圧検出装置では、組み電池（蓄電器）を複数にブロック化しているため、例えば、１５にブロック化した場合、スイッチの数量は、電池モジュールの数量分に加えて、さらに１５の数量が必要になる。通常、この種のスイッチには、フォトリレー等の半導体スイッチが用いられるため、スイッチ数の増加によるコストアップが無視できなくなる。
【０００８】
第三に、組み電池（蓄電器）は、全体で数百ボルト程度の高電圧になるが、電池モジュールの電圧を直接検出する回路構成のため、回路に接触等の異常が発生した場合、Ａ／Ｄ変換器やＣＰＵ等の低圧回路部品に高電圧が印加され、低圧回路部品の破壊を招く虞れがあるなど、安全性及び信頼性に難があるとともに、他方、絶縁対策を施した別途の補助電源を用いれば、この側面からの大型化やコストアップを生じる。
【０００９】
本発明はこのような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、電圧検出に伴う無用な電力損失を排除し、かつ蓄電素子間における電力損失のアンバランスを防止するとともに、スイッチ数の削減及び絶縁対策の不要化による小型化及びコストダウン、さらには、安全性及び信頼性を高めることができる蓄電器の電圧検出装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、複数の蓄電素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…を直列接続した蓄電器Ｂに対して電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…を検出する蓄電器Ｂの電圧検出装置１を構成するに際して、一次巻線Ｔｆ及び中間タップＴｓｃ付の二次巻線Ｔｓを有するトランスＴと、このトランスＴの一次巻線Ｔｆに対して電圧の検出対象となる一又は二以上の蓄電素子Ｂ１…を選択的に接続する複数のスイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…を有するスイッチ回路部２と、検出対象の蓄電素子Ｂ１…をトランスＴの一次巻線Ｔｆに接続するスイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２…を、所定のスイッチング周波数ｆｓによりスイッチング制御する制御回路部３と、トランスＴの二次巻線Ｔｓに誘起される電圧から検出対象の蓄電素子Ｂ１…の電圧Ｅ１…を検出する検出回路部４とを備えるとともに、この検出回路部４に、二次巻線Ｔｓの両端Ｔｓｘ，Ｔｓｙにそれぞれ接続した一対の整流素子Ｄｐ，Ｄｑに対してそれぞれ直列に接続し、かつ検出対象となる蓄電素子Ｂ１…に対応して選択的に切換える一対の開閉スイッチＫｐ，Ｋｑを有することにより、二次巻線Ｔｓの出力を直流化した検出信号Ｓｄを出力する直流化回路１３を設けてなることを特徴とする。
【００１１】
この場合、好適な実施の形態により、スイッチ回路部２は、Ｎ個の蓄電素子Ｂ１，Ｂ２…を直列接続した蓄電器Ｂに対して、（Ｎ＋１）個のスイッチＫ０，Ｋ１…を有し、一端側からｎ番目の蓄電素子Ｂ１…と（ｎ＋１）番目の蓄電素子Ｂ２…（ただし、ｎは奇数）の接続部Ｐ１２…を、トランスＴの一次巻線Ｔｆの他端Ｔｆｙに接続するスイッチＫ１…と、一端側からｍ番目の蓄電素子Ｂ２…と（ｍ＋１）番目の蓄電素子Ｂ３…（ただし、ｍは偶数）の接続部Ｐ２３…を、トランスＴの一次巻線Ｔｆの一端Ｔｆｘに接続するスイッチＫ２…と、最高位と最低位の各蓄電素子Ｂ１，ＢＥにおける接続部に対する反対側の端子Ｐｐ，Ｐｎを、当該接続部を接続したトランスＴの一次巻線Ｔｆにおける反対側の端子Ｔｆｘ，Ｔｆｙに接続するスイッチＫ０，ＫＥを備えて構成することができる。なお、スイッチＫ０，Ｋ１…は、オン時に双方向に通電する双方向スイッチを用いることが望ましい。
【００１２】
一方、制御回路部３は、予め設定した所定のスイッチング周波数ｆｓを有するスイッチング信号Ｓｓを出力する発振器１１を備えるとともに、電圧の検出時に、スイッチング信号Ｓｓにより、検出対象の蓄電素子Ｂ１…に接続したスイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２…を所定の検出期間ｔｃだけスイッチング制御する駆動回路１２ｖを備えて構成してもよいし、予め設定した所定のスイッチング周波数ｆｓを有するスイッチング信号Ｓｓを出力する発振器１１を備えるとともに、電圧の検出時に、スイッチング信号Ｓｓを、検出対象の蓄電素子Ｂ１…に接続したスイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２…に所定の検出期間ｔｃだけ付与してスイッチング制御する駆動回路１２ｗを備えて構成してもよい。また、制御回路部３は、最初に奇数番目（又は偶数番目）における全部又は一部の蓄電素子Ｂ１…に対する検出を行い、この後に偶数番目（又は奇数番目）における全部又は一部の蓄電素子Ｂ２…に対する検出を行う制御機能を持たせることができる。
【００１３】
他方、直流化回路１３は、トランスＴの二次巻線Ｔｓの出力を整流した後の電圧Ｖｄを保持するコンデンサＣｄを備えて構成できる。また、この直流化回路１３は、検出対象となる蓄電素子Ｂ１…に対する検出を終了した後、次の検出対象となる蓄電素子Ｂ２…に対する検出を開始するまでの所定の休止期間ｔｉに、残留電荷を放電させる放電回路１４を備えて構成できる。
【００１４】
さらに、検出回路部４は、直流化回路１３から得る検出信号Ｓｄをアナログ−ディジタル変換した検出データＡｄを出力するＡ／Ｄ変換回路１５を備えるとともに、予め補正データＡｓをメモリ１６ｍに記憶し、Ａ／Ｄ変換回路１５から得る検出データＡｄに対して、メモリ１６ｍに記憶した補正データＡｓにより補正するデータ処理部１６を備えて構成できる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
まず、本実施例に係る電圧検出装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１７】
Ｂは蓄電器であり、この蓄電器Ｂは、多数（例えば、６０〜８０個）の蓄電素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…ＢＥを直列接続して構成する。この蓄電素子Ｂ１…には、リチウムイオン電池や電気二重層コンデンサ等の各種二次電池を用いることができる。
【００１８】
そして、この蓄電器Ｂに対して本実施例に係る電圧検出装置１を接続する。電圧検出装置１は、大別して、前段側から、スイッチ回路部２，トランスＴ，検出回路部４，制御回路部３を内蔵するコントローラ３０を備える。この場合、トランスＴは、一次巻線Ｔｆと、中間タップＴｓｃ付の二次巻線Ｔｓを備え、各巻線Ｔｆ，Ｔｓの巻線方向は図示のようになる。
【００１９】
スイッチ回路部２は、トランスＴの一次巻線Ｔｆに対して電圧の検出対象となる一の蓄電素子Ｂ１…を選択的に接続する複数のスイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…ＫＥを有する。この場合、スイッチ回路部２におけるスイッチＫ０，Ｋ１…の数は、蓄電素子Ｂ１…がＮ個のときに、（Ｎ＋１）個必要となり、例えば、８０個の蓄電素子Ｂ１…を有する蓄電器Ｂの場合、８１個のスイッチＫ０，Ｋ１…が必要となる。具体的には、一端側（高位側）からｎ番目の蓄電素子Ｂ１…と（ｎ＋１）番目の蓄電素子Ｂ２…（ただし、ｎは奇数）の接続部Ｐ１２…を、トランスＴの一次巻線Ｔｆの他端Ｔｆｙに接続するスイッチＫ１…と、一端側（高位側）からｍ番目の蓄電素子Ｂ２…と（ｍ＋１）番目の蓄電素子Ｂ３…（ただし、ｍは偶数）の接続部Ｐ２３…を、トランスＴの一次巻線Ｔｆの一端Ｔｆｘに接続するスイッチＫ２…と、最高位の蓄電素子Ｂ１における接続部Ｐ１２に対する反対側の端子Ｐｐを、当該接続部Ｐ１２を接続したトランスＴの一次巻線Ｔｆにおける反対側の端子Ｔｆｘに接続するスイッチＫ０と、最低位の蓄電素子ＢＥにおける接続部に対する反対側の端子Ｐｎを、当該接続部を接続したトランスＴの一次巻線Ｔｆにおける反対側の端子Ｔｆｙに接続するスイッチＫＥを備える。
【００２０】
スイッチＫ０（他のスイッチＫ１…も同じ）は、オン時に双方向に通電する双方向スイッチを用いる。具体的には、スイッチング素子（フォトトランジスタ）Ｑｃと発光ダイオードＤｃからなるアイソレーションされたフォトリレーＲＬを用いる。この場合、フォトリレーＲＬは、双方向スイッチのため、スイッチング素子Ｑｃは、オン時に、双方向に通電を許容する正逆方向に接続した一対のフォトトランジスタを有する。そして、スイッチング素子Ｑｃの一端は、蓄電素子Ｂ１の端子Ｐｐに接続し、かつスイッチング素子Ｑｃの他端は、トランスＴの一次巻線Ｔｆにおける端子Ｔｆｘに接続するとともに、発光ダイオードＤｃの一端（順方向前端）は、アースラインＬｎに接続し、かつ発光ダイオードＤｃの他端は、抵抗Ｒ０を介してコントローラ３０に接続する。他のスイッチＫ１…も上述した接続ルールに従って同様に接続する。なお、図１中、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…ＲＥは、スイッチＫ１，Ｋ２，Ｋ３…ＫＥに接続した抵抗を示す。
【００２１】
一方、図２には、コントローラ３０の具体的な回路を示す。コントローラ３０は、大別して、制御回路部３とデータ処理部１６を備える。制御回路部３は、発振器１１，制御部３１及び駆動回路１２ｖを備え、検出対象の蓄電素子Ｂ１…をトランスＴの一次巻線Ｔｆに接続するスイッチＫ０，Ｋ１…を、予め設定した所定のスイッチング周波数ｆｓによりスイッチング制御する機能を有する。この場合、発振器１１からは、所定のスイッチング周波数ｆｓ、例えば、１００〔ｋＨｚ〕程度の高周波パルスを用いたスイッチング信号Ｓｓが出力する。また、制御部３１は、各蓄電素子Ｂ１…に対する検出タイミングの制御を司る機能を有しており、この制御部３１には、検出対象となる蓄電素子Ｂ１…を選択的に接続する一対のスイッチＫ０，Ｋ１…を、スイッチング制御するための制御信号Ｓｉ１…を出力する所定の検出期間ｔｃ、さらには検出対象となる蓄電素子Ｂ１…に対する検出を終了した後、次の検出対象となる蓄電素子Ｂ２…に対する検出を開始するまでの所定の休止期間ｔｉを設定する。
【００２２】
駆動回路１２ｖは、電圧の検出時に、制御信号Ｓｉ１…により、検出対象の蓄電素子Ｂ１…に接続した一対のスイッチＫ０，Ｋ１…を所定期間ｔｃだけスイッチング制御するものであり、蓄電素子Ｂ１に対応する系は、電源ラインＬｐとアースラインＬｎ間に接続した抵抗Ｒ１１とスイッチングトランジスタＱ１１の直列回路，抵抗Ｒ１１とスイッチングトランジスタＱ１１の接続部とスイッチＫ０の抵抗Ｒ０間に接続したダイオードＤ０１，抵抗Ｒ１１とスイッチングトランジスタＱ１１の接続部とスイッチＫ１の抵抗Ｒ１間に接続したダイオードＤ０２を備えており、スイッチングトランジスタＱ１１のゲートは、制御部３１の出力ポートに接続する。同様に、蓄電素子Ｂ２に対応する系は、電源ラインＬｐとアースラインＬｎ間に接続した抵抗Ｒ１２とスイッチングトランジスタＱ１２の直列回路，抵抗Ｒ１２とスイッチングトランジスタＱ１２の接続部とスイッチＫ１の抵抗Ｒ１間に接続したダイオードＤ１１，抵抗Ｒ１２とスイッチングトランジスタＱ１２の接続部とスイッチＫ２の抵抗Ｒ２間に接続したダイオードＤ１２を備えており、スイッチングトランジスタＱ１２のゲートは、制御部３１の出力ポートに接続する。同様に、蓄電素子Ｂ３に対応する系は、電源ラインＬｐとアースラインＬｎ間に接続した抵抗Ｒ１３とスイッチングトランジスタＱ１３の直列回路，抵抗Ｒ１３とスイッチングトランジスタＱ１３の接続部とスイッチＫ２の抵抗Ｒ２間に接続したダイオードＤ２１，抵抗Ｒ１３とスイッチングトランジスタＱ１３の接続部とスイッチＫ３の抵抗Ｒ３間に接続したダイオードＤ２２を備えており、スイッチングトランジスタＱ１３のゲートは、制御部３１の出力ポートに接続する。他の蓄電素子Ｂ４…に対応する系も、これらと同一に構成される。なお、蓄電素子ＢＥに対応する系は、電源ラインＬｐとアースラインＬｎ間に接続した抵抗Ｒ１ＥとスイッチングトランジスタＱ１Ｅの直列回路，抵抗Ｒ１ＥとスイッチングトランジスタＱ１Ｅの接続部とスイッチＫＥの抵抗ＲＥ間に接続したダイオードＤＥ１，抵抗Ｒ１ＥとスイッチングトランジスタＱ１Ｅの接続部とスイッチＫＥの抵抗ＲＥ間に接続したダイオードＤＥ２を備えており、スイッチングトランジスタＱ１Ｅのゲートは、制御部３１の出力ポートに接続する。
【００２３】
さらに、コントローラ３０には、後述する切換信号Ｓｃを出力する切換信号生成回路３２を備える。切換信号生成回路３２は、コンデンサＣｃと抵抗Ｒｃの並列回路３２ｃを有し、この並列回路３２ｃの一端（接地側）は、アースラインＬｎに接続するとともに、並列回路３２ｃの他端（非接地側）は、ダイオードＤｓ１，Ｄｓ２，Ｄｓ３…ＤｓＥを介して、抵抗Ｒ１１とスイッチングトランジスタＱ１１の接続部，抵抗Ｒ１２とスイッチングトランジスタＱ１２の接続部，抵抗Ｒ１３とスイッチングトランジスタＱ１３の接続部…抵抗Ｒ１ＥとスイッチングトランジスタＱ１Ｅの接続部にそれぞれ接続する。これにより、並列回路３２ｃの他端（非接地側）から、抵抗Ｒｓを介して切換信号Ｓｃが出力し、この切換信号Ｓｃは、後述する放電切換回路３３に付与される。この放電切換回路３３と切換信号生成回路３２により、放電回路１４が構成される。
【００２４】
また、トランスＴの一次巻線Ｔｆの両端間には、一対のツェナーダイオードＤｉ，Ｄｊを正方向及び逆方向に接続する。これにより、一次巻線Ｔｆの両端電圧は、一対のツェナーダイオードＤｉ，Ｄｊにより一定の大きさに制限される。
【００２５】
他方、検出回路部４は、トランスＴの二次巻線Ｔｓの出力を直流化した検出信号Ｓｄを出力する直流化回路１３を備える。直流化回路１３は、二次巻線Ｔｓの両端Ｔｓｘ，Ｔｓｙにそれぞれ接続した一対の整流素子Ｄｐ，Ｄｑと、各整流素子Ｄｐ，Ｄｑに対して直列に接続し、かつ検出対象となる蓄電素子Ｂ１…に対応して選択的に切換える一対の開閉スイッチＫｐ，Ｋｑと、一対の整流素子Ｄｐ，Ｄｑの順方向前端とアースラインＬｎ間に接続したコンデンサＣｄと、コンデンサＣｄの両端に並列接続した分圧回路３４を備える。このコンデンサＣｄは、トランスＴの二次巻線Ｔｓの出力を整流した後の電圧Ｖｄを保持する機能を有する。一方、分圧回路３４は抵抗Ｒｍと抵抗Ｒｎを直列接続して構成し、抵抗Ｒｎの両端から分圧された検出信号（アナログ信号）Ｓｄが得られる。また、トランスＴの二次巻線Ｔｓにおける中間タップＴｓｃは、アースラインＬｎに接続する。なお、開閉スイッチＫｐ，Ｋｑは、前述したフォトリレーＲＬを用いることができ、各開閉スイッチＫｐ，Ｋｑは、それぞれ抵抗Ｒｐ，Ｒｑを介してコントローラ３０（制御部３１）に接続する。
【００２６】
さらに、検出回路部４は、直流化回路１３から得る検出信号Ｓｄをアナログ−ディジタル変換した検出データＡｄを出力するＡ／Ｄ変換回路１５を備えるとともに、前述したデータ処理部１６を備える。このデータ処理部１６は、各種のデータ処理機能を備えるとともに、予め補正データＡｓをメモリ１６ｍに記憶し、Ａ／Ｄ変換回路１５から得る検出データＡｄに対して、メモリ１６ｍに記憶した補正データＡｓにより補正する機能を備える。
【００２７】
また、直流化回路１３には、検出対象となる蓄電素子Ｂ１…に対する検出を終了した後、次の検出対象となる蓄電素子Ｂ２…に対する検出を開始するまでの所定の休止期間ｔｉ…に、残留電荷を放電させる放電回路１４を備える。この放電回路１４は、前述した切換信号生成回路３２と放電切換回路３３により構成され、この放電切換回路３３は、コンデンサＣｄの両端に並列接続した抵抗ＲｓとスイッチングトランジスタＱｓの直列回路、さらに、コンデンサＣｄの両端に並列接続した抵抗ＲｔとスイッチングトランジスタＱｔの直列回路を備え、スイッチングトランジスタＱｔのゲートは、スイッチングトランジスタＱｓのコレクタに接続するとともに、スイッチングトランジスタＱｓのゲートは、前述した抵抗Ｒｓに接続する。
【００２８】
次に、本実施例に係る電圧検出装置１の動作について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２９】
まず、電圧の検出時には、図２に示す発振器１１から、予め設定した１００〔ｋＨｚ〕程度のスイッチング周波数ｆｓを有するスイッチング信号Ｓｓ（高周波パルス）が出力し、制御部３１に付与される。制御部３１は、各蓄電素子Ｂ１…の電圧Ｅ１…を検出する検出タイミングの制御を司る機能を有するため、蓄電素子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…ＢＥの順番に、各蓄電素子Ｂ１…の電圧Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…を検出するための制御信号Ｓｉ１，Ｓｉ２…を出力する。
【００３０】
即ち、最初に、蓄電素子Ｂ１の電圧Ｅ１を検出するため、制御部３１からスイッチングトランジスタＱ１１に対して制御信号Ｓｉ１が出力する。この場合、制御信号Ｓｉ１は、所定の検出期間ｔｃだけスイッチング信号Ｓｓが出力する信号であるため、スイッチングトランジスタＱ１１は、検出期間ｔｃだけ制御信号Ｓｉ１の周期に基づいてオン−オフを繰り返す。なお、実施例は３回繰り返す場合を示しているが、検出期間ｔｃの長さは任意に設定できる。よって、抵抗Ｒ１１とスイッチングトランジスタＱ１１の接続部からは、図３（ｈ）に示す駆動信号Ｓ１が出力し、ダイオードＤ０１及びＤ０２を通して流れる電流が断続するため、スイッチＫ０とＫ１は、図３（ｃ）に示すように、検出期間ｔｃにおいてオン−オフを繰り返す。
【００３１】
この結果、図１に示すように、蓄電素子Ｂ１の正極側の端子Ｐｐは、スイッチＫ０を介してトランスＴの一次巻線Ｔｆの一端Ｔｆｘに接続されるとともに、蓄電素子Ｂ１の負極側の端子となる接続部Ｐ１２は、スイッチＫ１を介してトランスＴの一次巻線Ｔｆの他端Ｔｆｙに接続され、トランスＴの一次巻線Ｔｆには、蓄電素子Ｂ１から、スイッチング周波数ｆｓによりスイッチングされた一次電流が流れる。このときの一次巻線Ｔｆの両端電圧Ｖｉを図３（ｅ）に示す。これにより、スイッチＫ０，Ｋ１のオンにより蓄電素子Ｂ１の電圧がトランスＴの一次巻線Ｔｆに印加されて蓄積されたエネルギを、スイッチＫ０，Ｋ１のオフ期間に放出する放出回路が構成され、この両端電圧Ｖｉ（−）は、一対のツェナーダイオードＤｉ，Ｄｊにより一定の大きさに制限（クランプ）される。なお、この場合、Ｖｉ（−）≫Ｖｉ（＋）の関係が成立するものとする。
【００３２】
また、駆動信号Ｓ１は、ダイオードＤｓ１を通して、コンデンサＣｃを充電し、かつ抵抗Ｒｓを通してスイッチングトランジスタＱｓをオンにする。この結果、スイッチングトランジスタＱｔはオフとなり、比較的高い値の抵抗Ｒｓが、分圧回路３４に並列接続される。
【００３３】
一方、制御部３１は、開閉スイッチＫｐに対して閉指令信号Ｓｐを出力し、図３（ａ）に示すように、所定の検出期間ｔｃだけ開閉スイッチＫｐをオンにする。この閉指令信号Ｓｐは制御信号Ｓｉ１に同期する。よって、一次巻線Ｔｆに一次電流が流れることにより、二次巻線Ｔｓに二次電圧が誘起する。この結果、ダイオードＤｐを通した二次電流が流れることにより、ダイオードＤｐにより半波整流され、かつコンデンサＣｄにより平滑される。したがって、コンデンサＣｄの両端電圧、即ち、出力電圧Ｖｄは、図３（ｆ）のようになる。そして、出力電圧Ｖｄは、分圧回路３４により分圧され、抵抗Ｒｎの端子電圧が検出信号ＳｄとしてＡ／Ｄ変換器１５に付与される。この検出信号Ｓｄを図３（ｇ）に示す。
【００３４】
また、検出信号Ｓｄは、Ａ／Ｄ変換器１５によりアナログ−ディジタル変換される。これにより、Ａ／Ｄ変換器１５からは検出データＡｄが出力し、この検出データＡｄは、データ処理部１６に付与される。データ処理部１６では、検出データＡｄが、蓄電素子Ｂ１の電圧Ｅ１に対応するように、予め設定した一定の係数を乗じて補正する。この場合、トランスＴの一次巻線Ｔｆの巻数をＮ１，二次巻線Ｔｓの巻数をＮ２，ダイオードＤｐの電圧降下をＶｄｐとし、スイッチＫ０とＫ１の電圧降下を無視すれば、検出信号Ｓｄの大きさは、Ｓｄ＝（（Ｎ２／Ｎ１）・Ｖｉ（＋）−Ｖｄｐ）・Ｒｎ／（Ｒｍ＋Ｒｎ）となる。したがって、Ｎ２≫Ｎ１とすれば、Ｖｄｐを無視できるため、Ｓｄ＝Ｎ２・Ｒｎ・Ｖｉ（＋）／（Ｎ１・（Ｒｍ＋Ｒｎ））に書き換えることができ、この式から、Ｖｉ（＋）＝Ｎ１・（Ｒｍ＋Ｒｎ）・Ｓｄ／（Ｎ２・Ｒｎ）を得ることができる。よって、Ｎ１・（Ｒｍ＋Ｒｎ）／（Ｎ２・Ｒｎ）＝１の条件に設定すれば、Ｓｄ＝Ｖｉ（＋）となり、補正することなく直読が可能になる。ここで、Ｖｉ（＋）はＥ１を意味する。
【００３５】
さらに、データ処理部１６では、検出データＡｄに対して補正データＡｓにより補正を行う。補正データＡｓは、無視できない場合のダイオードＤｐの電圧降下や使用部品のバラツキ等により、予め求めたものをメモリ１６ｍに記憶させておく。そして、電圧の検出時に、メモリ１６ｍから補正データＡｓを読み出し、この補正データＡｓにより検出データＡｄを補正する。なお、補正方法の詳細は、既に、本出願人が特願２００１−１５３２７３号により提案している。
【００３６】
一方、検出期間ｔｃが経過したなら、休止時間ｔｉだけ休止する。したがって、休止時間ｔｉでは全ての制御信号Ｓｉ１…が出力しない。これにより、スイッチングトランジスタＱｓはオフするとともに、スイッチングトランジスタＱｔはオンするため、比較的値の小さい抵抗Ｒｔが分圧回路３４に対して並列に接続される。この結果、コンデンサＣｄ等の残留電荷は、抵抗Ｒｔを通して放電され、図３（ｇ）に示す検出信号Ｓｄのように、検出信号Ｓｄは速やかに立ち下がることにより、次の検出に対する影響が回避される。
【００３７】
そして、休止時間Ｔｉが経過したなら、次の蓄電素子Ｂ２の電圧Ｅ２を検出するため、制御部３１からスイッチングトランジスタＱ１２に対して制御信号Ｓｉ２が出力する。これにより、抵抗Ｒ１２とスイッチングトランジスタＱ１２の接続部からは、図３（ｉ）に示す駆動信号Ｓ２が出力し、ダイオードＤ１１及びＤ１２を通して電流が断続して流れるため、スイッチＫ１とＫ２は、図３（ｄ）に示すように、検出期間ｔｃにおいてオン−オフを繰り返す。
【００３８】
この結果、蓄電素子Ｂ２の正極側の端子となる接続部Ｐ１２は、スイッチＫ１を介してトランスＴの一次巻線Ｔｆの他端Ｔｆｙに接続されるとともに、蓄電素子Ｂ２の負極側の端子となる接続部Ｐ２３は、スイッチＫ２を介してトランスＴの一次巻線Ｔｆの一端Ｔｆｘに接続され、トランスＴの一次巻線Ｔｆには、蓄電素子Ｂ２から、スイッチング周波数ｆｓによりスイッチングされた一次電流が流れる。このときの一次巻線Ｔｆの両端電圧Ｖｉを図３（ｅ）に示す。また、駆動信号Ｓ２は、ダイオードＤｓ２を通して、コンデンサＣｃを充電し、かつ抵抗Ｒｓを通してスイッチングトランジスタＱｓをオンにする。これにより、比較的高い値の抵抗Ｒｓが、分圧回路３４に並列接続される。
【００３９】
一方、制御部３１は、開閉スイッチＫｑに対して閉指令信号Ｓｑを出力し、図３（ｂ）に示すように、検出期間ｔｃだけ開閉スイッチＫｑをオンにする。この閉指令信号Ｓｑは制御信号Ｓｉ２に同期する。よって、一次巻線Ｔｆに一次電流が流れることにより、二次巻線Ｔｓに二次電圧が誘起する。この結果、ダイオードＤｑを通した二次電流が流れることにより、ダイオードＤｑにより半波整流され、かつコンデンサＣｄにより平滑される。したがって、コンデンサＣｄの両端電圧、即ち、出力電圧Ｖｄは、図３（ｆ）のようになる。そして、出力電圧Ｖｄは、分圧回路３４により分圧されるとともに、抵抗Ｒｎの端子電圧が検出信号ＳｄとしてＡ／Ｄ変換器１５に付与され、以後の処理は、上述した蓄電素子Ｂ１の場合と同様に行われる。
【００４０】
なお、他の蓄電素子Ｂ３…においても同様の検出処理が行われる。この際、奇数番目の蓄電素子Ｂ３…に対しては、蓄電素子Ｂ１の場合と同様の処理（動作）が行われるとともに、偶数番目の蓄電素子Ｂ４…に対しては、蓄電素子Ｂ２の場合と同様の処理（動作）が行われる。
【００４１】
このように、本実施例に係る電圧検出装置１によれば、各蓄電素子Ｂ１…に対して完全に独立して電圧Ｅ１…の検出が行われるため、検出に伴う無用な電力損失が排除されるとともに、高位側と低位側の蓄電素子Ｂ１…間における電力損失のアンバランスが防止される。また、スイッチ回路部２においては、Ｎ個の蓄電素子Ｂ１…を直列接続して構成される蓄電器Ｂに対しては、（Ｎ＋１）個のスイッチＫ１…で足りるため、スイッチ数の削減によるコストダウンが図られる。さらに、トランスＴにより、蓄電器Ｂ側と電圧検出装置１におけるＡ／Ｄ変換器１５やデータ処理部１６（ＣＰＵ）等の低圧回路部品側が電気的に絶縁（アイソレーション）されるため、回路に接触等の異常が発生した場合であっても、高電圧が印加されて低圧回路部品の破壊を招く虞れは回避されるため、安全性及び信頼性が高められるとともに、絶縁対策を施した別途の補助電源等も不要になるため、この側面からも小型化及びコストダウンが図られる。
【００４２】
次に、本発明の変更実施例（応用実施例）に係る電圧検出装置１について、図４〜図７を参照して説明する。
【００４３】
まず、図４は、図２に示した駆動回路１２ｖの代わりに、異なる形態の駆動回路１２ｗを用いたものである。この駆動回路１２ｗは、予め設定した所定のスイッチング周波数ｆｓを有するスイッチング信号Ｓｓを出力する発振器１１を備えるとともに、電圧の検出時に、スイッチング信号Ｓｓを、検出対象の蓄電素子Ｂ１…に接続したスイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２…に所定の検出期間ｔｃだけ付与してスイッチング制御する機能を備える。即ち、発振器１１から出力するスイッチング信号Ｓｓは、図２に示した駆動回路１２ｖの場合とは異なり、各スイッチＫ０，Ｋ１，Ｋ２…における各ダイオードＤｃ…に直接付与される。一方、スイッチＫ０におけるダイオードＤｃの一端（順方向前端）は、抵抗Ｒ０，ダイオードＤ０１，スイッチングトランジスタＱ１を介してアースラインＬｎに接続する。同様に、スイッチＫ１は、抵抗Ｒ１，ダイオードＤ１１，スイッチングトランジスタＱ２を介してアースラインＬｎに接続するとともに、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１１の接続部は、ダイオードＤ０２を介してダイオードＤ０１とスイッチングトランジスタＱ１の接続部に接続する。同様に、スイッチＫ２は、抵抗Ｒ２，ダイオードＤ２１，スイッチングトランジスタＱ３を介してアースラインＬｎに接続するとともに、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２１の接続部は、ダイオードＤ１２を介してダイオードＤ１１とスイッチングトランジスタＱ２の接続部に接続する。また、他のスイッチＫ４…の場合も、これらと同様に接続する。なお、スイッチＫＥは、抵抗ＲＥ，ダイオードＤＥ２，スイッチングトランジスタＱＥを介してアースラインＬｎに接続し、このスイッチングトランジスタＱＥには、手前のダイオードＤＥ１を接続する。他方、各スイッチングトランジスタＱ１…のゲートは、それぞれ制御部３１に接続する。
【００４４】
よって、蓄電素子Ｂ１の電圧Ｅ１を検出する場合には、制御部３１から検出期間ｔｃだけハイレベルとなる制御信号が、スイッチングトランジスタＱ１のゲートに付与される。この制御信号は、前述したダイオードＤｐに付与した閉指令信号Ｓｐと一致する。これにより、検出期間ｔｃだけスイッチングトランジスタＱ１がオンし、ダイオードＤ０１，Ｄ０２には、発振器１１から出力するスイッチング信号Ｓｓに基づく駆動電流が流れる。この結果、スイッチＫ０，Ｋ１は、検出期間ｔｃだけスイッチング周波数ｆｓによりオン−オフ制御される。また、切換信号Ｓｃは駆動回路１２ｖの場合と同様に、ダイオードＤｓ１…通して出力される。しかし、この場合、上述したように、制御部３１から出力する制御信号は、所定の検出期間ｔｃだけハイレベルが連続する信号となるため、図２で用いたコンデンサＣｃは不要となる。その他の構成及び動作は、図１〜図３に示した実施例と基本的に同じとなる。したがって、図４において、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図５及び図６は、検出方法の変更、即ち、制御回路部３（コントローラ３０）の変更に関するものである。図５に示すコントローラ３０の場合、制御信号（図４の制御信号と同じ）を出力する出力ポートは、各スイッチＫ０…に接続されるが、各出力ポートのうち、一端側から奇数番目に対応する各出力ポートには、ダイオードＤｘ１，Ｄｘ３…をそれぞれ接続するとともに、各ダイオードＤｘ１，Ｄｘ３…の前端（順方向前端）はコモン接続し、開閉スイッチＫｐに直列接続した抵抗Ｒｐに接続するとともに、さらに、コモン接続した各ダイオードＤｘ１，Ｄｘ３…の順方向前端は、抵抗Ｒｐｋ，ダイオードＤｐｋを介してスイッチングトランジスタＱｓのゲートに接続する。一方、各出力ポートのうち、一端側から偶数番目に対応する各出力ポートには、ダイオードＤｘ２…ＤｘＥをそれぞれ接続するとともに、各ダイオードＤｘ２…ＤｘＥの前端（順方向前端）は、コモン接続し、開閉スイッチＫｑに直列接続した抵抗Ｒｑに接続するとともに、さらに、コモン接続した各ダイオードＤｘ２…ＤｘＥの順方向前端は、抵抗Ｒｑｋ，ダイオードＤｑｋを介してスイッチングトランジスタＱｓのゲートに接続する。また、スイッチングトランジスタＱｓのゲートは、抵抗Ｒｋｃを介してアースラインＬｎに接続する。
【００４６】
これにより、制御部３１は、図６（ａ）に示すように、最初に奇数番目（又は偶数番目）における全部の蓄電素子Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５…に対する検出を行い、この後に、図６（ｂ）に示すように、偶数番目（又は奇数番目）における全部の蓄電素子Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６…に対する検出を行うことができる。なお、この場合、全部の蓄電素子Ｂ１…，Ｂ２…ではなく、分割することにより一部ずつ交互に行ってもよい。その他の構成及び動作は、図１〜図４に示した実施例と基本的に同じとなる。したがって、図５において、図１〜図４と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
図７は、応用実施例を示す。図７に示す電圧検出装置１を用いることにより、蓄電器Ｂの全体の電圧を検出することができる。この場合、トランスＴは、中間タップＴｆｃ付の一次巻線Ｔｆを有し、蓄電器Ｂの負極側の端子Ｐｎは、ダイオードＤｕを介して一次巻線Ｔｆの一端Ｔｆｘに接続するとともに、さらに、蓄電器Ｂの負極側の端子Ｐｎは、スイッチＫｕを介して一次巻線Ｔｆの他端Ｔｆｙに接続する。また、蓄電器Ｂの正極側の端子Ｐｐは、一次巻線Ｔｆの中間タップＴｆｃに接続する。なお、図中、ＲｕはスイッチＫｕに接続した抵抗を示す。
【００４８】
これにより、コントローラ３０（制御回路部３）から制御信号を出力して、スイッチＫｕをスイッチング周波数ｆｓによりスイッチング制御すれば、一次電圧は絶縁されて二次巻線Ｔｓに誘起されるため、前述した実施例と同様、検出回路部４により、蓄電器Ｂの電圧を検出することができる。この場合、トランスＴを利用するため、トランスＴを利用したことにより電気的に絶縁される効果を享受できる。その他の構成及び動作は、図１〜図５に示した実施例と基本的に同じとなる。したがって、図７において、図１〜図５と同一部分には同一符号を付して、その構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
以上、実施例（変更実施例）について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成（回路構成），部品，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、単一のトランスＴを用いることがコスト上、最も有利になるが、蓄電素子Ｂ１…を複数のブロックに分け、各ブロックに対応する複数のトランスを用いる場合を排除するものではない。また、直列接続された二以上の蓄電素子Ｂ１，Ｂ２…の電圧を検出してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
このように、本発明に係る蓄電器の電圧検出装置は、一次巻線及び中間タップ付の二次巻線を有するトランスと、このトランスの一次巻線に対して電圧の検出対象となる一又は二以上の蓄電素子を選択的に接続する複数のスイッチを有するスイッチ回路部と、検出対象の蓄電素子をトランスの一次巻線に接続するスイッチを、所定のスイッチング周波数によりスイッチング制御する制御回路部と、トランスの二次巻線に誘起される電圧から検出対象の蓄電素子の電圧を検出する検出回路部とを備えるとともに、この検出回路部に、前記二次巻線の両端にそれぞれ接続した一対の整流素子に対してそれぞれ直列に接続し、かつ検出対象となる蓄電素子に対応して選択的に切換える一対の開閉スイッチを有することにより、前記二次巻線の出力を直流化した検出信号を出力する直流化回路を設けてなるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００５１】
（１）  各蓄電素子に対して完全に独立して電圧検出できるため、検出に伴う無用な電力損失を排除できるとともに、高位側と低位側の蓄電素子間における電力損失のアンバランスを防止できる。
【００５２】
（２）  スイッチ回路部においては、Ｎ個の蓄電素子を直列接続して構成される蓄電器に対して、（Ｎ＋１）個のスイッチで足りるため、スイッチ数の削減によるコストダウンを図ることができる。
【００５３】
（３）  トランスにより、蓄電器側と電圧検出装置における低圧回路部品側が電気的に絶縁（アイソレーション）されるため、回路に接触等の異常が発生した場合であっても、低圧回路部品に高電圧が印加され、低圧回路部品の破壊を招く虞れを回避できるため、安全性及び信頼性を高めることができるとともに、絶縁対策を施した別途の補助電源等も不要になるため、この側面からも小型化及びコストダウンを図ることができる。
【００５４】
（４）  好適な実施の形態により、直流化回路に、検出対象となる蓄電素子に対する検出を終了した後、次の検出対象となる蓄電素子に対する検出を開始するまでの所定の休止期間に、残留電荷を放電させる放電回路を設ければ、検出信号を速やかに立ち下げることができるため、次の検出に対する影響を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る電圧検出装置の電気回路図、
【図２】同電圧検出装置に備えるコントローラの電気回路図、
【図３】同電圧検出装置における各部の信号及び動作のタイミングチャート、
【図４】本発明の変更実施例に係る電圧検出装置に備える駆動回路の電気回路図、
【図５】本発明の他の変更実施例に係る電圧検出装置の一部を示す電気回路図、
【図６】図５に示した電圧検出装置における動作のタイミングチャート、
【図７】本発明の応用実施例に係る電圧検出装置の電気回路図、
【符号の説明】
１      電圧検出装置
２      スイッチ回路部
３      制御回路部
４      検出回路部
１１    発振器
１２ｖ  駆動回路
１２ｗ  駆動回路
１３    直流化回路
１４    放電回路
１５    Ａ／Ｄ変換回路
１６    データ処理部
１６ｍ  メモリ
Ｂ      蓄電器
Ｂ１…  蓄電素子
Ｔ      トランス
Ｔｆ    トランスの一次巻線
Ｔｓ    トランスの二次巻線
Ｔｓｃ  二次巻線の中間タップ
Ｋ０…  スイッチ
Ｋｐ    開閉スイッチ
Ｋｑ    開閉スイッチ
Ｐ１２…  接続部
Ｄｐ    整流素子
Ｄｑ    整流素子
Ｄｉ    ツェナーダイオード
Ｄｊ    ツェナーダイオード
Ａｄ    検出データ
Ａｓ    補正データ
Ｅ１…  蓄電素子の電圧
Ｓｓ    スイッチング信号
Ｓｄ    検出信号
ｔｃ    検出期間
ｔｉ    休止期間
【図１】
0004008277.tif 000002
【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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