(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池ブロックからなる組電池と、該電池ブロック毎の両出力端子を電池ブロックの極性が反転するように順次切換える複数の第１スイッチ手段と、該第１スイッチ手段を介した前記電池ブロック毎の電池電圧をレベル変換するレベル変換手段と、該レベル変換手段からの電池電圧データをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該レベル変換手段の基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値または下限値に切換える基準電圧制御手段とを備えた積層電圧計測装置。
【請求項２】
前記第１スイッチ手段を介した前記電池ブロック毎の電池電圧を蓄積する容量手段と、該容量手段に蓄積された電池電圧をオンオフする第２スイッチ手段とを有し、前記レベル変換手段は、該第２スイッチ手段を介した該容量手段の電池電圧をレベル変換する請求項１記載の積層電圧計測装置。
【請求項３】
前記基準電圧制御手段は、前記レベル変換手段の基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値または下限値に切換える第３スイッチ手段と、前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該第３スイッチ手段を切換え制御する第１切換え制御手段とを有した請求項１または２記載の積層電圧計測装置。
【請求項４】
前記基準電圧制御手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値および下限値を発生する基準電圧発生手段と、前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該基準電圧発生手段を出力制御する基準電圧発生制御手段とを有する請求項１または２記載の積層電圧計測装置。
【請求項５】
前記基準電圧制御手段における前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じた制御は、予め記憶されたスイッチ制御用テーブル情報に基づいて行う請求項１〜４の何れかに記載の積層電圧計測装置。
【請求項６】
前記基準電圧制御手段における前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じた制御は、前記レベル変換手段の基準電圧を前記上限値または下限値に切換えた場合の前記Ａ／Ｄ変換手段からのＡ／Ｄ変換出力が、該Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値または下限値をそれぞれ示している場合には、前記レベル変換手段の基準電圧を前記下限値または上限値にそれぞれ切換えるように制御する請求項１〜４の何れかに記載の積層電圧計測装置。
【請求項７】
前記レベル変換手段の帰還抵抗値を切換えてゲインを切換える第４スイッチ手段と、該レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該第４スイッチ手段を切換え制御する第２切換え制御手段とを有した請求項４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、例えば電気自動車など、二次電池（バッテリー）により駆動する機器に搭載され、積層された二次電池（組電池）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】
従来より、環境問題やエネルギー問題を解決する低公害車として、ＨＥＶ（ハイブリッド  エレクトリック  ビークル）、ＰＥＶ（ピュア  エレクトリック  ビークル）などの電気自動車が注目を集めている。この電気自動車は二次電池を搭載し、この二次電池の電力により電動機（モータ）を駆動することにより走行するようになっている。電気自動車は、電動機を駆動する高電圧回路と、音響機器やイルミネーション、電子制御装置（例えばＥＣＵ；エレクトロニック  コントロール  ユニット）などの各種電子機器を駆動する低電圧回路とを有している。この高電圧回路には電動機駆動用のインバータが搭載されており、インバータにより電動機を制御、駆動している。
【０００３】
このような電気自動車の電池制御手段において、二次電池の出力状態を把握して電動機に安定した電力供給を行うために、各電池ブロック毎の電池電圧を積層電圧計測装置にて正確に計測する必要がある。
【０００４】
図５は従来の積層電圧計測装置の構成例を示す回路図である。図５において、積層電圧計測装置１００は、組電池１１０を構成する電池ブロック１１１毎の出力端子１１１ａを切換える複数のスイッチ手段１２０と、所定の電池電圧をコピーするためのコンデンサ１３０と、このコンデンサ１３０の電池電圧をオンオフするスイッチ手段１４０と、このスイッチ手段１４０を介して入力された蓄積電池電圧を差動増幅する差動増幅器１５０と、この差動増幅器１５０からの出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１６０とを備えている。
【０００５】
組電池１１０は複数の電池ブロック１１１が直列接続されて構成されている。一つの電池ブロック１１１（電池モジュール）毎の出力電圧差は例えばＤＣ２０Ｖ程度であり、直列に積層化された全電池ブロック１１１の出力電圧は最大値としてＤＣ４００Ｖにもなる。
【０００６】
複数のスイッチ手段１２０はそれぞれ、複数の電池ブロック１１１の出力端子１１１ａ毎にそれぞれ接続されている。
【０００７】
コンデンサ１３０は、複数のスイッチ手段１２０とスイッチ手段１４０との間に配設された一対の配線１４１ａ，１４１ｂ間に両電極が接続されて設けられており、所定の両スイッチ手段１２０を介して印加された電池ブロック１１１毎の電池電圧を一旦蓄えるものである。
【０００８】
スイッチ手段１４０はそれぞれ、差動増幅器１５０の両入力端子にそれぞれ接続されており、差動増幅器１５０とコンデンサ１３０とを接続または遮断するものである。なお、これらの複数のスイッチ手段１２０とスイッチ手段１４０とのオンオフ制御は、図示しないスイッチ制御手段（例えばマイクロコンピュータ）にて行われる。
【０００９】
上記構成により、まず、第１番目の電池ブロック１１１の電池電圧をコンデンサ１３０に蓄積（コピー）するために、第１番目の電池ブロック１１１の両出力端子１１１ａに接続された各スイッチ手段１２０をオンする。このとき、スイッチ手段１４０をオフしてコンデンサ１３０と差動増幅器１５０の両入力端子とを遮断状態とする。
【００１０】
次に、全スイッチ手段１２０をオフしてコンデンサ１３０と全電池ブロック１１１を遮断した後に、スイッチ手段１４０をオンして、コンデンサ１３０に蓄えられた第１番目の電池ブロック１１１の電池電圧をゲイン調整用の差動増幅器１５０に入力させる。電池電圧例えばＤＣ２０Ｖは、差動増幅器１５０により、Ａ／Ｄコンバータ１６０の入力電圧範囲（ダイナミックレンジ）のＤＣ５Ｖに差動増幅される。差動増幅された電池電圧データを、Ａ／Ｄコンバータ１６０によりＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された検出電池電圧データは、図示しない後段の例えばマイクロコンピュータによって読み取り可能である。
【００１１】
これと同様にして、第２番目の電池ブロック１１１の電池電圧をコンデンサ１３０に蓄積（コピー）する。このとき、コンデンサ１３０に蓄積された電池電圧はその極性が反転している。コンデンサ１３０に蓄えられた第２番目の電池ブロック１１１の電池電圧を差動増幅器１５０で差動増幅した後に、Ａ／Ｄコンバータ１６０によりＡ／Ｄ変換する。
【００１２】
ここで、差動増幅器１５０およびＡ／Ｄコンバータ１６０について、図６〜図８を参照しながら更に詳細に説明する。
【００１３】
一般に、アナログ入力電圧をＣＰＵ（中央演算処理装置）にて演算処理する場合には、電圧値変換回路およびＡ／Ｄコンバータが用いられる。
【００１４】
この電圧値変換回路は、入力電圧が大きい場合には除算し、入力電圧が小さい場合には乗算するようなアナログ回路（除算、乗算の他、加減算を行う）で構成されている。このアナログ回路は、抵抗による分圧回路やオペアンプを用いた回路などにより実現されている。その電圧値変換回路による変換の結果は、Ａ／Ｄコンバータの入力電圧範囲によって決定される。Ａ／Ｄコンバータの入力電圧範囲は、例えばＧＮＤ（０Ｖ）〜ＤＣ５Ｖである。
【００１５】
Ａ／Ｄコンバータは、入力電圧（例えば電圧値変換回路からの電池電圧）を基準電圧と比較することにより、マイクロコンピュータが読取可能とするデジタルデータに変換する素子である。Ａ／Ｄコンバータの性能は、一般的に、電圧を比較する際に、変換精度も重要ではあるが、分解能の観点から、如何に細かく比較するかによって決定されるものである。この細かさが所謂分解能である。
【００１６】
簡単に、分解能について説明すると、図６（ａ）に示すように、例えば１０ビット（ｂｉｔ）のＡ／Ｄコンバータの場合、入力電圧範囲０〜５Ｖを１０２４（２の１０乗）の基準電圧に分解し、入力電圧をその基準電圧と比較して、入力電圧がどの電圧レベルであるかを判断するものである。また、ビット数が増えて、図６（ｂ）に示すように、１２ビット（ｂｉｔ）のＡ／Ｄコンバータの場合、入力電圧範囲０〜５Ｖを４０９６（２の１２乗）の基準電圧に分解し、入力電圧をその基準電圧と比較して、入力電圧がどの電圧レベルであるかを判断するものである。つまり、ビット数が多いほど、より細かい入力電圧の計測が可能となる。
【００１７】
一般的に、入力電圧の電位差を検出する場合、電圧値変換回路としてオペアンプで差動増幅器を構成する。これは、電池電圧などのように入力電圧Ａの基準点が決まっていない場合に用いられる。
【００１８】
例えば、入力電圧レベルの極性が反転しない場合（常に正か負）には、図７（ａ）に示すように、差動増幅器１５１ａのゲイン（＝Ｒ２／Ｒ１）を固定したまま、差動増幅器１５１により、入力電圧×ゲイン＝Ａ１×Ｒ２／Ｒ１＝出力電圧Ｂ１を簡単に得ることができて、次段のＡ／Ｄコンバータに適切な出力電圧Ｂ１を常に出力することができる。
【００１９】
また、図５および図７（ｂ）に示すように、入力電圧Ａ２の極性が常に反転しながら使用される場合には、差動増幅器１５０の基準電圧に対してオフセット電圧（ＤＣ２.５Ｖ）を加えることにより、Ａ／Ｄコンバータ１６０の入力電圧範囲の１／２にすることができ、差動増幅器１５０のゲイン（＝Ｒ２／Ｒ１）を固定したまま、Ａ／Ｄコンバータ１６０の入力電圧範囲に対して、常に、適切な出力電圧Ｂ２を出力することができる。つまり、差動増幅器１５０により、入力電圧×ゲイン＋オフセット電圧（ＤＣ２.５Ｖ）＝Ａ２×Ｒ２／Ｒ１＋Ｖoffset＝出力電圧Ｂ２を得ることができる。
【００２０】
つまり、図８（ａ）に示すように、入力電圧Ａ２の極性が正の場合は、Ａ／Ｄコンバータ１６０の入力電圧範囲の１／２の電圧ＤＣ２.５Ｖから一番上の電圧ＤＣ５Ｖまでの半分の入力電圧範囲を使用し、また、入力電圧Ａ２の極性が負の場合は、Ａ／Ｄコンバータ１６０の入力電圧範囲の１／２の電圧ＤＣ２.５Ｖから一番下の電圧０Ｖまでの半分の入力電圧範囲を使用する。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１６０を例えば１２ビット（ｂｉｔ）とした場合、実質的に、より分解能の小さい１１ビット（ｂｉｔ）のＡ／Ｄコンバータとしてしか入力電圧範囲を使用することができない。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記従来の構成では、極性が反転しない図８（ｂ）の入力電圧Ａ１の場合は、Ａ／Ｄコンバータの入力電圧範囲をフルに活用することができるが、極性が反転する図８（ａ）の入力電圧Ａ２の場合には、入力電圧Ａ２が正と負でそれぞれＡ／Ｄコンバータ１６０の入力電圧範囲の半分づつしか使用することができず、その分解能が本来の分解能の半分になってしまうという問題を有していた。
【００２２】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、差動増幅器への入力電圧の極性が反転する場合にも、Ａ／Ｄコンバータの入力電圧範囲をフルに用いることにより分解能の改善を図ることができる積層電圧計測装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層電圧計測装置は、直列接続された複数の電池ブロックからなる組電池と、該電池ブロック毎の両出力端子を電池ブロックの極性が反転するように順次切換える複数の第１スイッチ手段と、該第１スイッチ手段を介した前記電池ブロック毎の電池電圧をレベル変換するレベル変換手段と、該レベル変換手段からの電池電圧データをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該レベル変換手段の基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値または下限値に切換える基準電圧制御手段とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
この構成により、基準電圧制御手段が、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じてレベル変換手段の基準電圧を出力制御するので、極性反転毎に、レベル変換手段からＡ／Ｄ変換手段への入力電圧をＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に対応させることが可能となり、従来のようにＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲を振り分けて極性反転毎に半分づつ用いる必要がなく、Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲をフルに用いることが可能となって、従来のものに比べて２倍の分解能を得ると共に、Ａ／Ｄ変換手段の分解能を本来の分解能に改善することが可能となる。
【００２５】
また、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置において、前記第１スイッチ手段を介した前記電池ブロック毎の電池電圧を蓄積する容量手段と、該容量手段に蓄積された電池電圧をオンオフする第２スイッチ手段とを有し、前記レベル変換手段は、該第２スイッチ手段を介した該容量手段の電池電圧をレベル変換する。
【００２６】
この構成により、電池ブロック毎の電池電圧を容量手段に一旦蓄積し、その蓄積した容量手段の電池電圧をレベル変換手段に入力する場合にも、極性反転毎に、レベル変換手段からＡ／Ｄ変換手段への入力電圧をＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に対応させることにより、従来のものに比べて２倍の分解能を得ると共に、Ａ／Ｄ変換手段の分解能を本来の分解能に改善する本発明の効果を奏することができる。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置における前記基準電圧制御手段は、前記レベル変換手段の基準電圧を前記Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値または下限値に切換える第３スイッチ手段と、前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該第３スイッチ手段を切換え制御する第１切換え制御手段とを有する。また、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置における前記基準電圧制御手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値および下限値を発生する基準電圧発生手段と、前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて該基準電圧発生手段を出力制御する基準電圧発生制御手段とを有する。
【００２８】
この構成により、従来のものに比べて２倍の分解能を得るべく、レベル変換手段の基準電圧を切換えるのに、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて第３スイッチ手段を切換え制御したり、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて基準電圧発生手段を出力制御したりするだけの簡単な構成とすることができる。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置において、前記基準電圧制御手段における前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じた制御は、予め記憶されたスイッチ制御用テーブル情報に基づいて行う。
【００３０】
この構成により、レベル変換手段への入力電圧の極性が、記憶されたスイッチ制御用テーブル情報により予め解っている場合には、基準電圧制御手段は、スイッチ制御用テーブル情報に基づいて第３スイッチ手段や基準電圧発生手段を制御して、レベル変換手段の基準電圧を容易に出力制御することが可能である。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置において、前記基準電圧制御手段における前記レベル変換手段への入力電圧の極性に応じた制御は、前記レベル変換手段の基準電圧を前記上限値または下限値に切換えた場合の前記Ａ／Ｄ変換手段からのＡ／Ｄ変換出力が、該Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限値または下限値をそれぞれ示している場合には、前記レベル変換手段の基準電圧を前記下限値または上限値にそれぞれ切換えるように制御する。
【００３２】
この構成により、レベル変換手段への入力電圧の極性が予め解らない場合であっても、基準電圧制御手段は、一方側の基準電圧設定値に切換えられたときのＡ／Ｄ変換手段からのＡ／Ｄ変換出力が、Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの値を示していると判断した場合に、一方側から他方側の基準電圧設定値に第３スイッチ手段や基準電圧発生手段を制御して、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じたレベル変換手段の基準電圧を容易に出力制御することが可能となる。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の積層電圧計測装置において、レベル変換手段の帰還抵抗値を切換えてゲインを切換える第４スイッチ手段と、レベル変換手段への入力電圧の極性反転に応じて第４スイッチ手段を切換え制御する第２切換え制御手段とを有する。
【００３４】
この構成により、レベル変換手段からＡ／Ｄ変換手段への入力電圧をＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に対応させるだけではなく、レベル変換手段のゲインをも切換えるようにすれば、Ａ／Ｄ変換手段の分解能をより微細な分解能とすることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる積層電圧計測装置を電気自動車の駆動用電気回路に適用させた場合の実施形態について説明した後に、本発明の特長部分である電圧計測手段について詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における電気自動車の駆動用電気回路の概略構成を示すブロック図である。図１において、電気自動車の駆動用電気回路１は、電力供給源としての組電池２と、組電池２の状態（例えば電池残存容量ＳＯＣなど）を把握して出力制御をする電池ＥＣＵ（電池エレクトロニック・コントロール・ユニット）３と、車両各部を制御する車両ＥＣＵ（車両エレクトロニック・コントロール・ユニット）４と、組電池２からの電池電圧を所定の３相高電圧に変換するインバータ５と、インバータ５からの例えば３相高電圧電力により車軸（図示せず）を回転駆動させる電動機（モータ）６とを有している。
【００３６】
組電池２は主電池やメインバッテリーなどと呼ばれ、複数の電池ブロック２１（複数のセル電池で構成）が直列に接続されて構成されており、この電池ブロック２１は１ブロック当たり例えばＤＣ２０Ｖの出力電圧を有している。複数の電池ブロック２１全体では最大ＤＣ４００Ｖ程度の出力電圧を有している。
【００３７】
電池ＥＣＵ３は、電圧計測手段３１と、温度計測手段３２と、電流計測手段３３と、残存容量検出手段３４と、入力／出力許容電力演算手段３５と、通信手段３６とを有している。
【００３８】
電圧計測手段３１は、組電池２の各電池ブロック２１のそれぞれの電池電圧を計測するものである。
【００３９】
温度計測手段３２は、組電池２の複数適所に温度センサ３２１が取り付けられ、温度センサ３２１からのセンサ出力に応じて組電池２の発熱による各適所の電池温度を計測するようにしている。
【００４０】
電流計測手段３３は、組電池２とインバータ５の閉回路に流れる電池電流を、磁気補償型（またはシャント抵抗型など）にて検出するようにしている。
【００４１】
残存容量検出手段３４は、各電池ブロック２１単位の計測電池電圧値と、電流計測手段３３による計測電流値と、温度計測手段３２による計測電池温度値とに応じて、各電池ブロック２１毎の残存容量ＳＯＣを検出するようになっている。
【００４２】
入力／出力許容電力演算手段３５は、各電池ブロック２１毎の計測電池電圧と、計測電池温度と、残存容量ＳＯＣとが入力され、例えば車両側から見た場合に、どれくらいの電力パワーが今現在において出力できるかを示す出力許容電力、また、どれくらいの電力パワーが今現在において回生されているのかを示す入力許容電力を演算するようになっている。
【００４３】
通信手段３６は、入力／出力許容電力を車両ＥＣＵ４に送信するようになっている。
【００４４】
車両ＥＣＵ４は、例えばイグニッションキーＩＧがオンされたことを検出して、スイッチ４１，４２をオンすることにより、組電池２からの電池電力がインバータ５に入力されるようになっている。また、車両ＥＣＵ４は、入力／出力許容電力演算手段３５からの入力／出力許容電力値によって例えば計測電池温度が異常に高い場合など所定電池温度（例えば摂氏６０度）以下になるようにインバータ５の出力を抑えるようになっている。
【００４５】
ここで、以下、本発明の特長部分である電圧計測手段３１について詳細に説明する。
【００４６】
図２は、図１の組電池２および電圧計測手段３１の構成例を示す回路図である。図２において、積層電圧計測装置を構成する電圧計測手段３１は、組電池２を構成する電池ブロック２１毎の両出力端子２１ａを切換える複数の第１スイッチ手段としてのスイッチ手段３１１と、電池ブロック２１毎の電池電圧をコピーするための容量手段としてのコンデンサ３１２と、このコンデンサ３１２の電池電圧をオンオフする第２スイッチ手段としてのスイッチ手段３１３とを有している。
【００４７】
また、電圧計測手段３１は、レベル変換手段としての差動増幅手段やゲイン調整手段である差動増幅器３１４と、差動増幅器３１４からの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段としてのＡ／Ｄコンバータ３１５と、差動増幅器３１４の基準電源を切換える第３スイッチ手段としてのスイッチ手段３１６と、差動増幅器３１４への入力電圧の極性に応じてスイッチ手段３１６を切換え制御して差動増幅器３１４の基準電源を出力制御する基準電圧制御手段としての切換え制御手段（第１切換え制御手段）とを有している。
【００４８】
複数のスイッチ手段３１１は、その一方端が、複数の電池ブロック２１の出力端子２１ａ毎に接続され、その他方端が一対の配線３１８ａ，３１８ｂの何れかに接続されている。
【００４９】
コンデンサ３１２は、電池ブロック２１毎の両出力端子２１ａから所定の両スイッチ手段３１１を介して印加された電池電圧を一旦蓄えるものである。
【００５０】
スイッチ手段３１３は、その両出力端がそれぞれ、差動増幅器３１４の両入力端子にそれぞれ接続されており、差動増幅器３１４の両入力端子とコンデンサ３１２の両電極とを接続または遮断するものである。
【００５１】
差動増幅器３１４は、スイッチ手段３１３を介して入力されたコンデンサ３１２の電池電圧（電圧差として例えばＤＣ２０Ｖ）を、Ａ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲例えばＤＣ５Ｖに対応するように、差動増幅するものである。
【００５２】
Ａ／Ｄコンバータ３１５は、この差動増幅器３１４からの出力電圧を、入力電圧範囲（０Ｖ〜ＤＣ５Ｖ）に応じてＡ／Ｄ変換するものである。
【００５３】
スイッチ手段３１６は、差動増幅器３１４の基準電源からのオフセット電圧（基準電圧ＤＣ５Ｖまたは０Ｖ）が予め２つ用意されており、差動増幅器３１４の一方の入力端子に、オフセット電圧源（ＤＣ５Ｖまたは０Ｖ）の何れかを切換えるものである。
【００５４】
切換え制御手段３１７はマイクロコンピュータで構成され、各電池ブロック２１毎の電圧計測制御プログラムおよび、制御プログラムに関連した各種データを記憶するＲＯＭ３１７ａと、その制御プログラムに基づいて電圧計測制御処理を実行するＣＰＵ３１７ｂ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵ３１７ｂが各処理を実行する上において必要なデータを記憶するＲＡＭ３１７ｃとを有している。
【００５５】
電圧計測制御プログラムにおけるスイッチ制御プログラムに関連したデータとして、例えばスイッチ手段３１１，３１３，３１６に対するオンオフ制御内容の制御テーブル情報が、ＲＯＭ３１７ａ内に予め記憶されており、切換え制御手段３１７は、制御テーブルに従ってスイッチ手段３１１，３１３のオンオフ制御を行うと共に、スイッチ手段３１６の切換え制御を行うようになっている。この制御テーブルは、複数のスイッチ手段３１１のオン／オフによって、差動増幅器３１４に対する入力電圧が正であるかまたは負であるかが確定すると共に、何番目の電池ブロック２１が選択されているのかも確定することから、入力電圧の極性（正または負）に基づいて基準電源０ＶおよびＤＣ５Ｖの何れかを選択するように、スイッチ手段３１６の動作が設定されている。
【００５６】
切換え制御手段３１７は、スイッチ手段３１６の切換え制御の場合、電圧計測手段３１の全ての動作タイミングを制御している。このため、切換え制御手段３１７において、予め差動増幅器３１４への入力電圧の極性が判断できる。このことから、切換え制御手段３１７は、その入力電圧の極性に合わせた基準電源（０ＶまたはＤＣ５Ｖ）を差動増幅器３１４の一方の入力端子に印加するべく、制御テーブルに基づいてスイッチ手段３１６を切換え制御するものである。
【００５７】
上記構成により、以下、その動作を説明する。イグニションスイッチＩＧがオンされて車両ＥＣＵ４が駆動し、組電池２の出力両端側にあるスイッチ４１，４２がオンすることにより、組電池２からの電力がインバータ５に供給される。インバータ５は、組電池２からの電力を三相の高電圧に変換して電動機６に供給し、電動機６による車軸の駆動によって電気自動車は走行する。
【００５８】
このとき、各電池ブロック２１毎の出力電池電圧を計測する際に、まず、第１番目の電池ブロック２１の電池電圧をコンデンサ３１２に蓄積（コピー）するために、切換え制御手段３１７は、制御テーブルに基づいて、第１番目の電池ブロック２１の両出力端子２１ａに接続された各スイッチ手段３１１をオン（他のスイッチ手段３１１は全てオフ）させる。このとき、スイッチ手段３１３がオフすると共にコンデンサ３１２の両電極と差動増幅器３１４の両入力端子とを遮断状態とする。
【００５９】
さらに、全スイッチ手段３１１をオフしてコンデンサ３１２と全電池ブロック２１とを遮断した後に、スイッチ手段３１３をオンして、コンデンサ３１２に蓄えられた第１番目の電池ブロック２１の電池電圧（例えばＤＣ２０Ｖ）を差動増幅器３１４に入力させる。このとき、切換え制御手段３１７は、制御デーブルに基づいてスイッチ手段３１６を制御して基準電源０Ｖ側を選択する。これによって、Ａ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲（０Ｖ〜ＤＣ５Ｖ）をフルに使うように、差動増幅器３１４が電圧出力を行う。
【００６０】
さらに、差動増幅器３１４で差動増幅（ゲイン調整または電圧調整）された電池電圧は、Ａ／Ｄコンバータ３１５の本来の分解能によりＡ／Ｄ変換（電池電圧検知）される。Ａ／Ｄコンバータ３１５からの検出電池電圧データ（デジタルデータ）は、図示しない後段のマイクロコンピュータによって読み取られる。
【００６１】
次に、第２番目の電池ブロック２１の電池電圧をコンデンサ３１２に蓄積（コピー）するために、制御手段３１７は、制御テーブルに基づいて、第２番目の電池ブロック２１の両出力端子２１ａに接続された各スイッチ手段３１１をオン（他のスイッチ手段３１１は全てオフ）させる。このとき、コンデンサ３１２に蓄積される電池電圧は、前回の第１番目の電池ブロック２１のときとは、その極性が反転している。
【００６２】
さらに、切換え制御手段３１７は、制御テーブルに基づいて、全スイッチ手段３１１をオフしてコンデンサ３１２と全電池ブロック２１とを遮断した後に、スイッチ手段３１３をオンして、コンデンサ３１２に蓄えられた第２番目の電池ブロック２１の電池電圧（例えばＤＣ２０Ｖ）を差動増幅器３１４に入力させる。このとき、切換え制御手段３１７は、制御デーブルに基づいてスイッチ手段３１６を制御して基準電源ＤＣ５Ｖ側を選択させる。これによって、Ａ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲（ＤＣ５Ｖ〜０Ｖ）をフルに使うように、差動増幅器３１４が電圧出力を行う。
【００６３】
さらに、差動増幅器３１４で差動増幅（ゲイン調整または電圧調整）された電池電圧は、Ａ／Ｄコンバータ３１５の本来の分解能によりＡ／Ｄ変換（電池電圧検知）される。Ａ／Ｄコンバータ３１５からの検出電池電圧データ（デジタルデータ）は、図示しない後段のマイクロコンピュータによって読み取られる。
【００６４】
以上により、本実施形態１によれば、切換え制御手段３１７が、差動増幅器３１４への入力電圧の極性に応じて設定された制御テーブルに基づいてスイッチ手段３１６を切換え制御することで、差動増幅器３１４の基準電源からの基準電圧（０ＶとＤＣ５Ｖ）を出力制御する。このため、切換え制御手段３１７は、極性反転毎に、差動増幅器３１４からＡ／Ｄコンバータ３１５への入力電圧をＡ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲に対応させることができ、従来のようにＡ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲を振り分けて極性反転毎に半分づつ用いる必要がなく、Ａ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲をフルに用いることができて、従来のものに比べて２倍の分解能を得ると共に、Ａ／Ｄコンバータ３１５の分解能を本来の分解能に改善することができる。
【００６５】
（実施形態２）
上記実施形態１では、Ａ／Ｄコンバータ３１５のダイナミックレンジ（入力電圧範囲）をフルに使うべく、差動増幅器３１４の基準電圧を、反転する差動増幅器３１４への入力電圧の極性（正または負）に応じてスイッチ手段３１６で切換えるようにしたが、本実施形態２では、差動増幅器３１４の基準電圧を、反転する入力電圧の極性（正または負）に応じてＤ／Ａコンバータから出力電圧（オフセット電圧）を発生させる場合である。
【００６６】
図３は、本発明の実施形態２における電圧計測手段の構成例を示す回路図である。なお、図１および図２と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図３において、積層電圧計測装置を構成する電圧計測手段３１ａは、差動増幅器３１４の基準電圧を変化させる基準電圧発生手段としてのＤ／Ａコンバータ３１６Ａと、制御テーブルに基づいてＤ／Ａコンバータ３１６Ａの出力基準電圧を制御する基準電圧発生制御手段３１７Ａとを有している。
【００６８】
Ｄ／Ａコンバータ３１６Ａは、基準電圧発生制御手段３１７Ａからの制御データに応じて、所望する基準電圧が出力自在な素子である。これは、ＣＰＵに内蔵されているものもあれば、ＩＣ単体のものもある。
【００６９】
基準電圧発生制御手段３１７Ａは、スイッチ手段３１１，３１３のオンオフデータに対応したスイッチ制御出力内容の制御テーブルに基づいて、Ｄ／Ａコンバータ３１６Ａに制御データを出力するものである。この場合、差動増幅器３１４への入力電圧の極性は、スイッチ手段３１１，３１３のオンオフデータによって決まっている。
【００７０】
以上により、本実施形態２によれば、Ｄ／Ａコンバータ３１６Ａは、固定された２つの異なる基準電圧値を任意に出力することができる点で、上記実施形態１のスイッチ手段３１６および電圧源（ＤＣ５Ｖおよび０Ｖ）と同様の性能を得ることができて、従来に比べてＡ／Ｄコンバータ３１５の分解能を２倍にすることができる。
【００７１】
なお、本実施形態１，２では、切換え制御手段３１７や基準電圧発生制御手段３１７Ａが、差動増幅器３１４への入力電圧の極性が予め解っている場合であって、電圧計測手段３１の全ての動作タイミングを握っている場合について説明したが、これに限らず、入力電圧の極性が事前に解らない場合であっても、一旦、選択すべき何れかの基準電圧を設定しておくことで、対処が可能となる。その設定した基準電圧の一方側が、１／２の確率で正しい場合には正しい出力値が得られる。その一方側が本来のものとは逆のとき、Ａ／Ｄコンバータ３１５からの検出電池電圧を、図２または図３の破線に示すように切換え制御手段３１７や基準電圧発生制御手段３１７Ａに入力して、切換え制御手段３１７や基準電圧発生制御手段３１７ＡのＣＰＵ（マイクロコンピュータ）により読み取った場合に、本来のＡ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲（０Ｖ〜ＤＣ５Ｖ）を超えるため、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）は、入力電圧が上限いっぱいの電圧値であるか、または、下限いっぱいの電圧値であるかを判定する。その上限、下限いっぱいの電圧値を、切換え制御手段３１７や基準電圧発生制御手段３１７Ａが計測した際に、直後に、再度、同じ入力電圧に対して、他の別の基準電圧（他方側の基準電圧設定値）に再設定して、正しい検出結果を得るようにすればよい。また、最初に設定した基準電圧で、正しい値を計測した場合も、同じ入力電圧を他の別の基準電圧に切換えて計測し、その上限、下限いっぱいの出力電圧結果を得て、最初の基準電源選択時の電池電圧計測値が正しかったことをも確認することができる。
【００７２】
このように、切換え制御手段３１７や基準電圧発生制御手段３１７Ａはそれぞれ、差動増幅器３１４への入力電圧の極性に応じた制御として、一方の基準電圧設定値に切換え時のＡ／Ｄコンバータ３１５からのＡ／Ｄ変換出力（検出電池電圧）が、Ａ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの電圧値を示している場合に他方の基準電圧設定値に切換えるように制御するものである。これによって、差動増幅器３１４への入力電圧の極性が予め解らない場合であっても、スイッチ手段３１６やＤ／Ａコンバータ３１６Ａを制御して、差動増幅器３１４への入力電圧の極性に応じて差動増幅器３１４ｂの基準電圧を容易に出力制御することができる。
【００７３】
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、Ａ／Ｄコンバータ３１５の分解能を２倍にする場合について説明したが、本実施形態３では、Ａ／Ｄコンバータ３１５の分解能を２倍以上の数倍にする場合である。
【００７４】
図４は、本発明の実施形態３における電圧計測手段の要部構成例を示す回路図である。図４において、制御手段３１７Ｂは、上記実施形態２の場合と同様に、２倍の分解能にて電池電圧の検出を行い、更に同じ入力電圧に対して、基準電圧発生制御手段としての機能を有すると共に、第４スイッチ手段としてのスイッチ手段３１９、３２０を制御して差動増幅器３１４Ｂの帰還抵抗値を切換え制御する第２切換え制御手段としの機能を有するものである。基準電圧発生制御手段は、差動増幅器３１４Ｂへの入力電圧の極性に応じて、基準電圧発生手段としてのＤ／Ａコンバータ３１６Ｂからの基準電圧を出力制御するものである。また、第２切換え制御手段は、差動増幅器３１４Ｂへの入力電圧の極性に応じて、ゲインＧを決定する抵抗器と直列に接続した第４スイッチ手段としてのスイッチ手段３１９、３２０を切換え制御するものである。
【００７５】
つまり、制御手段３１７Ｂは、２度目の電池電圧計測時に、スイッチ手段３１９、３２０によりゲインＧを変化させ、Ｄ／Ａコンバータ３１６Ｂの出力電圧値を変化させることで、更にオフセット電圧値を変化させて、差動増幅器３１４Ｂからの電圧出力値をＡ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲（０Ｖ〜ＤＣ５Ｖ）内に収めるように制御するものである。これによって、Ａ／Ｄコンバータ３１５に対して２倍以上（数倍）の分解能を得ることができるものである。
【００７６】
上記構成により、最初に、Ａ／Ｄコンバータ３１５の本来の分解能で、電池電圧例えばＤＣ２０Ｖを計測する。次に、このＤＣ２０Ｖをもっと細かく見るために、差動増幅器３１４ＢのゲインＧを構成する抵抗値をスイッチ手段３１９，３２０によって切換え制御し、ゲインＧを例えば２倍にする。これだけでは、本来例えばＤＣ４Ｖの入力電圧に対してＤＣ８ＶをＡ／Ｄコンバータ３１５に入力してしまう。そこで、Ｄ／Ａコンバータ３１６Ｂの出力電圧値を変化させ、オフセット電圧値として、ＤＣ−５Ｖを設定すると、Ａ／Ｄコンバータ３１５への入力電圧範囲は、ＤＣ８Ｖ−ＤＣ５Ｖ＝ＤＣ３Ｖとなり、Ａ／Ｄコンバータ３１５への入力電圧範囲を超えることなく、そのＤＣ３Ｖに対応した電圧値として電池電圧を計測することができる。また、ゲインＧを２倍にすることで、Ａ／Ｄコンバータ３１５の本来の分解能の２倍、従来の分解能の４倍（上記数倍）の分解能を得ることができるものである。
【００７７】
以上の方法を用いることで、差動増幅器３１４ＢからＡ／Ｄコンバータ３１５への入力電圧をＡ／Ｄコンバータ３１５の入力電圧範囲に対応させるだけではなく、差動増幅器３１４Ｂのゲインをも切換えることで、Ａ／Ｄコンバータ３１５の分解能をより微細な分解能、即ち、現在使用しているＡ／Ｄコンバータ３１５の数倍の分解能で電池電圧の計測ができる。このため、電池電圧の計測に対する大幅な性能アップが可能である。また逆に、より安価な汎用のＡ／Ｄコンバータを用い、かつ、より大きい分解能にて電圧計測することが可能なため、コストダウン、実装面積の削減、信頼性評価にかかる費用の削減などが期待できるものである。このように、Ａ／Ｄコンバータの汎用品が使用できることは、大きなメリットである。これは、電気自動車に限らず、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池など、制御上、より正確な容量把握が必要な機器には、電池電圧、電流、温度など、高精度、高分解能、高速な計測が必要とされるからである。
【００７８】
なお、上記実施形態１〜３では、本発明の積層電圧計測装置を電気自動車に適用した場合について説明したが、これに限らず、複数の電池ブロック２１からなる組電池２の電力を用いて駆動する機器であれば、本発明の積層電圧計測装置を適用することができる。この場合にも、本実施形態の作用効果と同様の作用効果を奏することができるものである。
【００７９】
また、上記実施形態１〜３では、オペアンプで差動増幅器（差動増幅手段）を構成して電池電圧をレベル変換する場合について説明したが、これに限らず、抵抗による分圧回路（分圧手段）によっても同様に実現可能であり、上記実施形態１〜３と同様の効果を奏することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上により、請求項１によれば、基準電圧制御手段が、レベル変換手段への入力電圧の極性反転に応じてレベル変換手段の基準電圧を出力制御するため、極性反転毎に、レベル変換手段からＡ／Ｄ変換手段への入力電圧をＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に対応させることができ、従来のようにＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲を振り分けて極性反転毎に半分づつ用いる必用がなく、Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲をフルに用いることができて、従来のものに比べて２倍の分解能を得ると共に、Ａ／Ｄ変換手段の分解能を本来の分解能に改善することができる。
【００８１】
また、請求項２によれば、電池ブロック毎の電池電圧を容量手段に一旦蓄積し、その蓄積した容量手段の電池電圧をレベル変換手段に入力する場合にも、極性反転毎に、レベル変換手段からＡ／Ｄ変換手段への入力電圧をＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に対応させることにより、従来のものに比べて２倍の分解能を得ると共に、Ａ／Ｄ変換手段の分解能を本来の分解能に改善する本発明の効果を奏することができる。
【００８２】
さらに、請求項３，４によれば、従来のものに比べて２倍の分解能を得るべく、レベル変換手段の基準電圧を切換えるのに、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて第３スイッチ手段を切換え制御したり、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じて基準電圧発生手段を出力制御したりするだけの簡単な構成とすることができる。
【００８３】
さらに、請求項５によれば、レベル変換手段への入力電圧の極性が、予め記憶されたスイッチ制御用テーブル情報に基づいて解る場合には、基準電圧制御手段は、スイッチ制御用テーブル情報に基づいて第３スイッチ手段や基準電圧発生手段を制御して、レベル変換手段の基準電圧を容易に出力制御することができる。
【００８４】
さらに、請求項６によれば、レベル変換手段への入力電圧の極性が予め解らない場合であっても、基準電圧制御手段が、一方側の基準電圧設定値に切換えられたときのＡ／Ｄ変換手段からのＡ／Ｄ変換出力が、Ａ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲の上限または下限いっぱいの値を示していると判断した場合に、一方側から他方側の基準電圧設定値に第３スイッチ手段や基準電圧発生手段を制御して、レベル変換手段への入力電圧の極性に応じたレベル変換手段の基準電圧を容易に出力制御することができる。
【００８５】
さらに、請求項７によれば、レベル変換手段からＡ／Ｄ変換手段への入力電圧をＡ／Ｄ変換手段の入力電圧範囲に対応させるだけではなく、レベル変換手段のゲインをも切換えるようにすれば、Ａ／Ｄ変換手段の分解能をより微細な分解能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における電気自動車の駆動用電気回路の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の組電池および電圧計測手段の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態２における電圧計測手段の構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態３における電圧計測手段の要部構成例を示す回路図である。
【図５】従来の積層電圧計測装置の構成例を示す回路図である。
【図６】Ａ／Ｄコンバータの入力範囲の細かさを示す図であって、（ａ）は例えば１０ビットのＡ／Ｄコンバータの場合を示す図、（ｂ）は１２ビットのＡ／Ｄコンバータの場合を示す図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ差動増幅器の例を示す図である。
【図８】（ａ）は差動増幅器の入力電圧が反転する場合のＡ／Ｄコンバータに対する入力範囲例を示す図、（ｂ）は差動増幅器の入力電圧が反転しない場合のＡ／Ｄコンバータに対する入力範囲例を示す図である。
【符号の説明】
１    電気自動車の駆動用電気回路
２    組電池
２１    電池ブロック
２１ａ    電池出力端子
３    電池ＥＣＵ
３１，３１Ａ    電圧計測手段
３１１，３１３，３１６，３１９，３２０    スイッチ手段（第１〜第４スイッチ手段）
３１２    コンデンサ（容量手段）
３１４，３１４Ｂ    差動増幅器（レベル変換手段）
３１５    Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換手段）
３１６Ａ，３１６Ｂ    Ｄ／Ａコンバータ（基準電圧発生手段；Ｄ／Ａ変換手段）
３１７    切換え制御手段（第１切換え制御手段）
３１７Ａ    基準電圧発生制御手段
３１７Ｂ    制御手段（基準電圧発生制御手段と第１および第２切換え制御手段）
【図１】
0004210030.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004210030.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004210030.tif 000008
【図８】
0004210030.tif 000009