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JP2001204141A - 組電池のセル電圧検出装置及び検出方法 - Google Patents

組電池のセル電圧検出装置及び検出方法

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JP2001204141A
JP2001204141A JP2000014017A JP2000014017A JP2001204141A JP 2001204141 A JP2001204141 A JP 2001204141A JP 2000014017 A JP2000014017 A JP 2000014017A JP 2000014017 A JP2000014017 A JP 2000014017A JP 2001204141 A JP2001204141 A JP 2001204141A
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JP
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voltage
capacitor
cell
time
circuit
Prior art date
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JP2000014017A
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Masaru Noda
勝 野田
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Hitachi Ltd
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】多セルを直列してなる組電池のセル電圧検出装
置に関し、特に、フライングキャパシタ方式を用いて対
地電位の異なる各セルの電圧を同一の対地電位にシフト
してセル電圧を検出するものにおいて、計測単位とする
セルの直列個数を自由に設定でき、高精度のＡ／Ｄ変換
器を必要とせず、かつ、高精度でセル電圧を検出できる
セル電圧検出装置を提供することである。 【解決手段】本発明によるセル電圧検出装置は、第１ス
テップとしてフライングキャパシタ回路の作用により、
多セルを直列した組電池の対地電位の異なる任意のセル
についてコンデンサをセル電圧に充電し、第２ステップ
としてフライングキャパシタ回路のコンデンサと放電回
路と電圧比較器の作用により、セル電圧に充電されたコ
ンデンサの電圧が減衰してしきい電圧に到達する時間に
対応するパルス幅のパルスを得、第３ステップとして該
パルス幅の時間計測手段と演算手段の作用により、セル
電圧のディジタル値を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多セルを直列してな
る組電池のセル電圧検出装置及び検出方法に関し、特
に、対地電位の異なる各セルの電圧を同一の対地電位に
シフトして高精度で電圧検出できるセル電圧検出装置及
び検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車やいわゆるハイブリッドカー
では、動力源又は補助動力源として電動モーターが用い
られ、その電力源として多数のセルを直列した二次電池
が用いられている。一例として、１セル当たりの標準電
圧が１．２Ｖのニッケル・水素二次電池を６０セル直列
したものが知られている。このように多数のセルを直列
した二次電池を、充電と放電を繰り返して継続使用する
と、セルの電圧に高低のばらつきが生じてくることが知
られている。そのため、全セルの総電圧の監視に加え
て、セル毎の電圧を監視し、いずれのセルにおいても過
充電や過放電の状態で継続使用されることのないように
した二次電池の管理方式が必要である。
【０００３】電圧の監視は、電圧をＡ／Ｄ変換器でディ
ジタル値に変換して取り込んで行うのが都合が良いが、
そのためには、セル毎に異なる対地電位を同一の対地電
位にシフトした上でセル電圧をＡ／Ｄ変換器に入力しな
くてはならない。この観点において、上記の６０セル直
列のケースでは、最下段セルの負極の電位をアース電位
にとると、最上段セルの正極の対地電位は７２Ｖにも達
して、このままでは対地電位を同一電位にシフトする設
計が困難になる。そこで先ずは、６０セルを数ブロック
に分けて各ブロックの直列セル数を減じた上で、各ブロ
ック内でセル毎の電圧を監視し、各ブロックで得られた
セル電圧の監視結果等のデータをフォトカプラなどの絶
縁通信手段を介して集計して統合管理する構成がとられ
る。勿論、このようにブロック分けするとＡ／Ｄ変換器
をはじめ回路部品の個数が増えるなどデメリットも多い
が、機能の実現のためにはやむを得ないことである。
【０００４】ここで、セル電圧とは各セルの正極電位と
負極電位の差電圧、即ち差動電圧であり、これに対し
て、セル毎に異なる対地電位は同相電圧であるから、多
数のセルが直列された電池のセル電圧を計測すると言う
目的は、同相電圧に感応しないで差動電圧を計測すると
言う目的に相当する。
【０００５】１ブロックの直列セル数を２０セルとした
ケースでは、最下段セルの負極電位と最上段セルの負極
電位の電位差は２２．８Ｖであり、もっとも厳しい条件
において、同相電圧２２．８Ｖの影響を排除しながら差
動電圧１．２Ｖを正確に計測することが要求される。
【０００６】同相電圧の影響を排除して差動電圧を取り
出す回路としては、一般には差動増幅器やオペアンプを
使ったレベルシフト回路がよく知られているが、いずれ
も、差動増幅器を構成するトランジスタ対のしきい電圧
オフセットやレベルシフト用抵抗器の抵抗比誤差などの
影響を受けて出力電圧の対地電位に誤差を発生しやす
く、ここでの使用目的に合った性能を得にくい面があ
る。他の回路方式として、専門家の間でフライングキャ
パシタ（Flying Capacitor）と呼ばれている回路方式が
ある。その概念は公開特許公報、特開平８−２４２１６
９号に記載されているが、基本的な動作は次の(１)から
(３)の繰り返しである。
【０００７】(１)コンデンサを被測定電圧源に接続し被
測定電圧源の電圧に充電する。
【０００８】(２)コンデンサの両端子を被測定電圧源か
ら切り離す。
【０００９】(３)コンデンサをＡ／Ｄ変換器の基準電位
端子（通常はアース端子）と入力端子に接続し、コンデ
ンサの電圧をディジタル値に変換する。
【００１０】上記の一連の動作は、あたかもコンデンサ
が被測定電圧源とＡ／Ｄ変換器との間を飛び交いながら
被測定電圧源の電圧をＡ／Ｄ変換器の入力へと転写して
いるかのようであることから、フライングキャパシタと
呼ばれているようである。これは一般にはあまり聞き慣
れない用語であるが、前述のようにその動作の概念を良
く言い表している用語であると考え、本願明細書でもフ
ライングキャパシタ又はフライングキャパシタ方式を用
語として用いることにする。
【００１１】フライングキャパシタ方式を電池のセル電
圧の計測に応用した例は、公開特許公報、特開平１１−
９８７０２号に記載されている。
【００１２】このように、フライングキャパシタ方式
は、被測定電圧源の電圧をコンデンサに充電して保持
し、対地電位だけをシフトして、コンデンサの充電電圧
をそのままＡ／Ｄ変換器に転写するので、同相電圧の影
響を排除して差動電圧だけを取り出すのに好適な方式で
あると言える。
【００１３】一方、フライングキャパシタによって対地
電位をシフトした電圧を高精度でＡ／Ｄ変換するために
は、Ａ／Ｄ変換器自体が十分な分解能を持った高精度な
ものであることに加えて、Ａ／Ｄ変換器の最大入力電圧
（即ちＡ／Ｄ変換器のフルスケール）が被測定電圧源の
最大電圧（即ち被測定電圧源のフルスケール）に程良く
整合していることが必要条件である。Ａ／Ｄ変換器フル
スケールが被測定電圧源のフルスケールに対して大きす
ぎれば、実質的な分解能が低下し、逆に小さければ変換
不能の領域が生じる。この観点でフライングキャパシタ
方式とその出力を受けるＡ／Ｄ変換器との整合性につい
て観ると、被測定電圧源の電圧に充電したコンデンサの
充電電圧をそのままＡ／Ｄ変換器に転写すると言うこと
は、上記の必要条件を満たす上で障害になることが多い
ことが分かる。例えば、マイコンに内蔵するＡ／Ｄ変換
器はフルスケールが５Ｖのものが多いが、これに対し
て、１セル当たりの標準電圧が１．２Ｖのニッケル・水
素二次電池を６セル直列したものをセル電圧の測定単位
とするケースでは、標準で７．２Ｖとなって、５Ｖフル
スケールのＡ／Ｄ変換器を使えない。逆に、５Ｖフルス
ケールのＡ／Ｄ変換器を使うには、セル電圧の変動も考
慮して計測単位を３セル程度に留めなければならないと
言う制約条件が発生する。
【００１４】このように、フライングキャパシタ方式を
多セル直列の組電池のセル電圧検出に適用し、フライン
グキャパシタ回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換したのでは、
計測するセル電圧の範囲が制約されるので、装置を総合
的観点で最適設計することができない。また、高精度の
Ａ／Ｄ変換器は高価でもある。
【００１５】そこで本発明が対象とする課題は、多セル
を直列してなる組電池のセル電圧検出装置に関し、特
に、フライングキャパシタ方式を用いて対地電位の異な
る各セルの電圧を同一の対地電位にシフトしてセル電圧
を検出するものにおいて、計測単位とするセルの直列個
数を自由に設定でき、高精度のＡ／Ｄ変換器を必要とせ
ず、かつ、高精度でセル電圧を検出できるセル電圧検出
装置及び検出方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によるセル電圧検
出装置は、複数のセルを直列した組電池と、フライング
キャパシタ回路と、放電回路と、電圧比較器と、時間計
測手段と、演算手段を具備する。
【００１７】該フライングキャパシタ回路は、コンデン
サと、該組電池の内の選択されたセルの両端を該コンデ
ンサに接続し該選択されたセルの電圧を該コンデンサに
サンプルホールドするサンプリングスイッチと、該サン
プリングスイッチがオフに遷移した後に該コンデンサを
該放電回路に並列接続して該コンデンサの電荷を該放電
回路を通して放電するトランスファスイッチとを具備す
る。
【００１８】該放電回路は、定電流回路又は単純な抵抗
器であり、その一端は基準電位に接続されている。該放
電回路の両端子間電圧は該トランスファスイッチがオン
する直前までは小さな電圧であり、該トランスファスイ
ッチのオンにより該コンデンサが接続されるとコンデン
サの電圧まで立ち上がる。その後の電圧の推移は該放電
回路が定電流回路の場合と単純な抵抗器の場合で異な
る。定電流回路の場合、該コンデンサの電荷が一定電流
で放電され、電圧は放電時間の推移に比例して減少す
る。単純な抵抗器の場合、該コンデンサの容量値をＣと
し、該抵抗器の抵抗値をＲとしたとき、ＣＲを時定数と
する衆知のエキスポーネンシャル関数に従って放電時間
の推移と共に電圧が減少する。
【００１９】該電圧比較器は、該放電回路の該基準電位
に接続されていない他端の電圧を入力とし、しきい電圧
と比較する。そして、放電時間の推移と共に減少する入
力電圧が該しきい電圧に到達したときに、出力電圧をハ
イからロー（又はローからハイ）に遷移させる。従っ
て、該電圧比較器の出力には、該トランスファスイッチ
のオンによる放電開始時刻から入力電圧が該しきい電圧
に到達した時刻までの時間をパルス幅とするパルスが発
生する。この時間をしきい到達時間（Ｔ）と定義する。
しきい到達時間（Ｔ）は放電開始直前のコンデンサの電
圧に関連した関数で決まるので、このしきい到達時間
（Ｔ）を元に放電開始直前のコンデンサの電圧、即ち、
計測対象のセル電圧を算出することが出来る。
【００２０】該時間計測手段は、上述したしきい到達時
間（Ｔ）に関連したディジタル値を得るもので、例え
ば、該時間内の基準クロックパルス数を計数することで
ディジタル値に変換するものである。更に具体的には、
基準クロックパルスを計数するパルスカウンタのゲート
制御を該電圧比較器の出力パルスで行う方法や、同じく
パルスカウンタのゲート制御を該トランスファスイッチ
のオンタイミングとしきい電圧到達時刻に該電圧比較器
の出力に発生した電圧遷移のタイミングによって開閉制
御する方法などが利用できる。或いは、上記のようなパ
ルス計数手法に代わる別の手法であっても良い。いずれ
にしろ、この段階でセル電圧に関連するアナログ値がデ
ィジタル値に変換されたことになる。
【００２１】該演算手段は、該時間計測手段で計測され
たしきい到達時間に関するディジタル値を元にセル電圧
のディジタル値を算出する。その演算式については、実
施形態により後述する。
【００２２】以上を要約すると、第１ステップとしてフ
ライングキャパシタ回路の作用により、多セルを直列し
た組電池の対地電位の異なる任意のセルについてコンデ
ンサをセル電圧に充電し、第２ステップとしてフライン
グキャパシタ回路のコンデンサと放電回路と電圧比較器
の作用により、セル電圧に充電されたコンデンサの電圧
が減衰してしきい電圧に到達する時間に対応するパルス
幅のパルスを得、第３ステップとして時間計測手段と演
算手段の作用により、セル電圧のディジタル値を得るも
のである。
【００２３】これにより、多セルを直列した組電池の対
地電位の異なる任意のセルについて、Ａ／Ｄ変換器のフ
ルスケールの制約を受けることなく計測単位のセル電圧
を自由に設定でき、かつ、高価な高精度Ａ／Ｄ変換器を
用いることなく高精度でセル電圧のディジタル値を得る
ことが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態により本発明を
詳細に説明する。
【００２５】図１は本発明の第１の実施形態を示す図で
ある。同図において、１は組電池、２はフライングキャ
パシタ回路、３は放電回路、４は電圧比較器、５は時間
計測手段、６は演算手段である。２１，２２，２３はそ
れぞれフライングキャパシタ回路の構成要素で、２１は
コンデンサ、２２はサンプリングスイッチ、２３はトラ
ンスファスイッチである。３１と３２は放電回路３の構
成手段で、３１は抵抗器、３２は定電流回路ある。３１
と３２はどちらかの一方が用いられる。４１は電圧比較
器４のしきい電圧を示す。５１と５２は時間計測手段５
の構成要素で、５１はパルス幅計測手段、５２は基準ク
ロックパルスである。また、１００はマイコンを示し、
１０１はスイッチパルス発生手段である。
【００２６】組電池１は、#１から#４までの４個のセル
の直列体で、更に、#１から#４の各セル自体も又複数の
素電池の直列体で出来ている。セルの直列個数や素電池
の直列個数は本発明の成立に直接関わるものではない
が、ひとまず、標準電圧が１．２Ｖのニッケル水素電池
の素電池を６個直列にしたもので各セルを構成し、標準
のセル電圧が７．２Ｖで標準の総電圧が２８．８Ｖのケ
ースとする。
【００２７】フライングキャパシタ回路のサンプリング
スイッチ２２はスイッチパルス発生手段１０１から供給
されるサンプリングスイッチパルスによってφＳ１乃至
φＳ４の内の１つのスイッチが選択されてオンオフ制御
される。スイッチパルス発生手段１０１はφＳ１乃至φ
Ｓ４の４個のスイッチパルスを個別にサンプリングスイ
ッチに供給しても良いが、例えば２ビットのコードにエ
ンコードしたものを供給し、サンプリングスイッチ側で
それをデコードして用いる方法でも良い。サンプリング
スイッチがオンすると、選択されたスイッチに繋がるセ
ルがコンデンサ２１に接続され、コンデンサ２１が当該
セルの電圧に充電される。
【００２８】トランスファスイッチ２３はトランスファ
スイッチパルスφＴによってオンオフ制御され、サンプ
リングスイッチ２２がオンからオフに遷移した後のタイ
ミングでオンする。なお、サンプリングスイッチとトラ
ンスファスイッチが同時にオンすることの無いようにス
イッチタイミングが管理されている。
【００２９】放電回路３は、抵抗器３１又は定電流回路
３２のいずれかで構成され、機能的には２端子の回路で
ある。更に、定電流回路３２は図中に例示した回路で実
現できる。放電回路３の一端は基準電位（図示ではアー
ス電位）にバイアスされており、他端子は電圧比較器４
の入力端子に接続されている。この電圧比較器４の入力
端子に接続されている他端子側の電圧を放電回路の電圧
として定義する。放電回路の電圧はトランスファスイッ
チ２３がオフの期間では低い電圧にある。トランスファ
スイッチ２３がオンするとコンデンサ２１が放電回路３
に並列接続され、コンデンサ２１の充電電荷が放電回路
３を通して徐々に放電される。放電回路の電圧は、放電
開始直後ではコンデンサ２１の初期充電電圧まで上昇
し、その後、放電時間の推移と共に徐々に低下する。
【００３０】電圧比較器４は、入力端子に印加された該
放電回路の電圧をしきい電圧４１と比較する。そして、
放電時間の推移と共に低下する入力電圧が該しきい電圧
に到達したときに、出力電圧をハイからローに遷移させ
る。従って、電圧比較器４の出力には、トランスファス
イッチのオンによる放電開始時刻から入力電圧が該しき
い電圧に到達した時刻までの時間をパルス幅とするパル
スが発生する。このパルスをしきい到達時間パルスと定
義する。又、この放電開始時刻から入力電圧が該しきい
電圧に到達した時刻までの時間をしきい到達時間（Ｔ）
と定義する。しきい到達時間（Ｔ）は放電開始直前のコ
ンデンサの電圧に関連した関数で決まるので、このしき
い到達時間（Ｔ）を元に放電開始直前のコンデンサの電
圧、即ち、計測対象のセル電圧を算出することが出来
る。
【００３１】なお、トランスファスイッチのオン期間は
しきい到達時間（Ｔ）よりも長く設定されていることが
必要条件である。予め余裕を持って定めた一定時間にす
るか、又は、放電回路の電圧がしきい電圧に到達した後
の適当な時刻にオフに戻るような設計が良い。
【００３２】図２は、本第１の実施形態におけるサンプ
リングスイッチパルス、トランスファスイッチパルス、
しきい到達時間パルスの相互タイミングの一例を示す図
である。
【００３３】図３はしきい到達時間（Ｔ）の説明図であ
る。放電回路が抵抗器（Ｒ）の場合と定電流回路（Ｉ
ｃ）の場合を、それぞれ（Ａ）と（Ｂ）に示す。
【００３４】まず、放電回路が抵抗器（Ｒ）の場合を説
明する。この場合、放電時間推移に伴う放電回路の電圧
（Ｖ（ｔ））は下記のエキスポーネンシャル関数とな
る。
【００３５】
【数１】
【００３６】ここに、Ｖｃは放電開始直前のコンデンサ
２１の充電電圧、即ち、計測対象のセル電圧である。
又、Ｃはコンデンサ２１の容量値、Ｒは抵抗器３１の抵
抗値である。図ではＶｃが異なる電圧（Ｖ１，Ｖ２）の
場合の電圧推移も併せて表示している。しきい電圧４１
がＶｔｈであるとして、放電回路の電圧（Ｖ（ｔ））が
Ｖｔｈに到達する時刻がＴで示されている。Ｖ１，Ｖ２
に対応するＴは、それぞれ、Ｔ１，Ｔ２である。
【００３７】ＶｔｈとＣＲ積が既知であれば、Ｔの計測
値を用いてＶｃを次式により算出できる。
【００３８】
【数２】
【００３９】次に、放電回路が定電流回路（Ｉｃ）の場
合を説明する。この場合、放電時間推移に伴う放電回路
の電圧（Ｖ（ｔ））は下記の直線関数となる。
【００４０】
【数３】
【００４１】ここに、Ｉｃは定電流回路の電流値であ
る。図では、しきい電圧４１がＶｔｈであるとして、放
電回路の電圧（Ｖ（ｔ））がＶｔｈに到達する時刻がＴ
で示されている。Ｖ１，Ｖ２に対応するＴは、それぞ
れ、Ｔ１，Ｔ２である。
【００４２】ＶｔｈとＩｃが既知であれば、Ｔの計測値
を用いてＶｃを次式により算出できる。
【００４３】
【数４】
【００４４】Ｖｔｈ，Ｃ，Ｒ，Ｉｃはいずれも設計パラ
メータであって、既知、かつ、基本的には固定値である
から、上述の数式（２）又は数式（４）に従って、しき
い到達時間（Ｔ）の計測値からセル電圧を算出すること
が出来る。なお、上記設計パラメータには経時変化や温
度異存による変化が見込まれる場合があるが、その場合
の対処方法については、後述の他の実施形態によって説
明する。
【００４５】再び図１の説明に戻る。
【００４６】時間計測手段５は、上述したしきい到達時
間（Ｔ）に関連したディジタル値を得るもので、例え
ば、しきい到達時間（Ｔ）内の基準クロックパルス数を
計数することでディジタル値に変換するものである。一
例として、パルス幅計測手段５１と基準クロックパルス
５２により構成されたものが示されている。パルス幅計
測手段５１は電圧比較器４から出力されるパルスによっ
てパルスカウンタのゲートを開閉制御するものであっ
て、パルス幅Ｔのパルスが印加されている期間の基準ク
ロックパルスを計数する。パルスカウンタのゲート開閉
制御の別の方法として、トランスファスイッチのオンタ
イミングでゲートを開き、しきい電圧到達時刻に電圧比
較器の出力に発生した電圧遷移のタイミングでゲートを
閉める方法が利用できる。又、マイコンにはこのような
機能をインプットキャプチャと称して組み込んでいるも
のが有り、それを利用することも出来る。いずれにし
ろ、しきい到達時間（Ｔ）内の基準クロックパルス数を
計数することでしきい到達時間（Ｔ）のディジタル値を
得ることが出来る。
【００４７】基準クロックパルスの繰り返し周期がＴｃ
ｌｋで、パルス計数値がＰであった場合のしきい到達時
間（Ｔ）のディジタル値は、次式によって求められる。
【００４８】
【数５】 Ｔ＝Ｐ・Ｔｃｌｋ−−−−−−−−−−−−−−−−−−（５） 例えば、マイコンのクロックを５ＭＨｚとするとき、Ｔ
ｃｌｋは０．２μ秒が適当であり、しきい到達時間
（Ｔ）を２００μ秒程度にするように各設計パラメータ
が設定されていると、±１の計数誤差が有ったとして
も、０．１％程度の精度が得られる計算になる。
【００４９】演算手段６は、時間計測手段５で計測され
たしきい到達時間に関するディジタル値を元にセル電圧
のディジタル値を算出する。具体的には、上記数式
（５）を前記の数式（２）又は（４）に代入して得られ
る数式に相当するプログラムが組み込まれたマイコン１
００がこれを行う。演算の結果得られたセル電圧のディ
ジタル値は、同じマイコン内においてセル電圧監視に用
いられたり、或いは、別のホストマイコンに報知されて
装置全体の制御など他の用に供される。
【００５０】以上述べたことを、時系列に要約して表現
すると以下のようになる。なお、＃４のセル電圧を計測
する場合を例題にする。
【００５１】(１)サンプリングスイッチのφＳ４をオン
し、＃４のセルをコンデンサ２１に接続する。この時、
コンデンサ２１は＃４のセルのセル電圧に充電される。
【００５２】(２)φＳ４をオフにする。この時、コンデ
ンサ２１は＃４のセルのセル電圧を保持している。
【００５３】(３)トランスファスイッチのφＴをオン
し、コンデンサ２１を放電回路３に並列接続する。この
時、コンデンサの充電電荷の放電が開始される。
【００５４】(４)放電開始直前のコンデンサの充電電圧
を初期値にして、放電回路の電圧が放電時間の推移と共
に低下する。
【００５５】(５)放電回路の電圧がしきい電圧に到達し
た時刻に電圧比較器が電圧遷移を出力する。この時、し
きい到達時間（Ｔ）をパルス幅とするしきい到達時間パ
ルスが発生する。
【００５６】(６)時間計測手段が上記パルスの期間の基
準クロックパルス数を計数して、しきい到達時間（Ｔ）
をディジタル値に変換する。
【００５７】(７)上記しきい到達時間（Ｔ）のディジタ
ル値を元にディジタル演算して、セル電圧のディジタル
値を算出する。
【００５８】(８)放電回路の電圧がしきい電圧に到達し
た時刻より後の適当な時刻に、トランスファスイッチを
オフする。
【００５９】(９)手順(１)に戻り、次のセル電圧計測シ
ーケンスに移る。（φＳ３オンなど）以上述べた本発明
の実施形態においては、多セルを直列した組電池の対地
電位の異なる任意のセルについて、Ａ／Ｄ変換器のフル
スケールの制約を受けることなく計測単位のセルの個数
を自由に設定でき、かつ、高価な高精度Ａ／Ｄ変換器を
必要とせずに高精度でセル電圧のディジタル値を得るこ
とが可能になる。
【００６０】次に本発明の第２の実施形態を図４を用い
て説明する。本第２の実施形態は、前記第１の実施形態
の説明でセル電圧の算出式として導出した数式（２）又
は数式（４）におけるＣ，Ｒ，Ｉｃ，Ｖｔｈ等のパラメ
ータの初期ばらつき、及び、それらの経時変化と温度依
存への対処方法を開示するものである。
【００６１】セル電圧（Ｖｃ）の算出式を以下に再掲す
る。
【００６２】
【数２】
【００６３】
【数４】
【００６４】上記セル電圧算出式において、Ｔは計測値
であり、他のＣ，Ｒ，Ｉｃ，Ｖｔｈがパラメータであ
る。一般に、各パラメータの初期ばらつき、経時変化、
温度依存性等の変動要因はそれらの部品の素材や構造の
違いによって量的程度や性質が異なる。例えば、Ｃ，Ｒ
は一般に温度依存性が高く、又、Ｉｃも一般的に抵抗値
に反比例するので、同様に温度依存性が高いと言う性質
がある。
【００６５】このような性質を考慮して、Ｃ，Ｒ，Ｉｃ
に直接依存しない仕組みを提供するのが本第２の実施形
態である。
【００６６】図４において、１は組電池を示す。組電池
１は前記第１の実施形態における組電池と同様に複数個
のセルの直列体であるが、本実施形態の本質を理解し易
くするために、その内の任意のセル（＃ｎ）が代表とし
て表記されている。同様にセル（＃ｎ）以外につながる
サンプリングスイッチが省略されて表記されている。７
は校正電圧源である。この校正電圧源７の電圧（Ｖｏ）
をサンプリングするためのスイッチφＳｏがサンプリン
グスイッチ２２に新しく追加されている。８は分圧器で
あり、校正電圧源７の電圧（Ｖｏ）を分圧比αで分圧し
てαＶｏの電圧を生成する。このαＶｏの電圧は電圧比
較器４のしきい電圧として用いられている。その他は前
記第１の実施形態と同じであり、同図では記載が省略さ
れている。なお、放電回路３は、前記第１の実施形態と
同様に抵抗器の場合と定電流回路の場合の２通りがあ
る。
【００６７】校正電圧源７は、半導体のツエナー電圧や
バンドギャップ電圧を利用して出力電圧を安定化した電
圧源である。この種の電圧源としては、温度依存性が１
０ｐｐｍ／度Ｃと極めて安定な特性を持ったＩＣが比較
的安価に流通している。分圧器８は、２個の抵抗器から
成り、分圧比αは２個の抵抗器の抵抗値比で決まる。２
個の抵抗器は同種の素材かつ同種の構造であるから、抵
抗値の温度依存性も同一であり、従って、分圧比αは温
度依存性を持たない。又分圧比αの初期値も、必要に応
じてトリミングを施すことで正確なものが得られる。そ
こで、本実施形態では、校正電圧Ｖｏと分圧比αは安定
な固定値であるとして以下の説明を進める。
【００６８】本実施形態によるセル電圧検出回路はセル
電圧検出モードと校正モードの２つの動作モードを持
つ。セル電圧検出モードでの動作は前記第１の実施形態
と同じである。校正モードでは、サンプリングスイッチ
２２のφＳｏが働いて、校正電圧源７の電圧Ｖｏを計測
するように動作し、その時計測されたしきい到達時間を
Ｔｏとして記憶する。以下、放電回路が抵抗器の場合と
定電流回路の場合とに分けて説明する。
【００６９】まず、放電回路が抵抗器の場合、数式
（２）において、ＶｃをＶｏ、ＶｔｈをαＶｏ、ＴをＴ
ｏと置き換えて校正モードに対応した下記の数式が成り
立つ。
【００７０】
【数６】
【００７１】上式を１／ＣＲについて解いて次式が得ら
れる。
【００７２】
【数７】
【００７３】上式は、温度依存性の高いＣＲを、安定な
固定値αと校正モードでのしきい到達時間の計測値Ｔｏ
で置き換えられることを意味する。
【００７４】この式を数式（２）に代入して、下記のセ
ル電圧計測モードでのセル電圧算出式を得る。
【００７５】
【数８】
【００７６】上式は、安定な固定値である校正電圧Ｖｏ
と分圧比αと、校正モードで計測され記憶されたしきい
到達時間Ｔｏとを計算パラメータとし、セル電圧計測モ
ードでのきい到達時間Ｔの計測値からセル電圧を算出で
きることを示している。
【００７７】次に放電回路が定電流回路の場合、数式
（４）において、ＶｃをＶｏ、ＶｔｈをαＶｏ、ＴをＴ
ｏと置き換えて下記の数式が成り立つ。
【００７８】
【数９】
【００７９】上式をＩｃ／Ｃについて解いて次式が得ら
れる。
【００８０】
【数１０】
【００８１】上式は、温度依存性の高いＣとＩｃを、安
定な固定値αと校正モードでのしきい到達時間の計測値
Ｔｏで置き換えられることを意味する。
【００８２】この式を数式（４）に代入して、下記のセ
ル電圧計測モードでのセル電圧算出式を得る。
【００８３】
【数１１】
【００８４】上式は、安定な固定値である校正電圧Ｖｏ
と分圧比αと、校正モードで計測され記憶されたしきい
到達時間Ｔｏとを計算パラメータとし、セル電圧計測モ
ードでのきい到達時間Ｔの計測値からセル電圧を算出で
きることを示している。
【００８５】上記の２通りの放電回路のいずれのケース
も、校正モードとセル電圧計測モードの時間間隔を適切
に短く管理すれば、その時間内での温度変化と経時変化
を十分小さく留めることが出来るから、Ｃ，Ｒ，Ｉｃ等
の温度依存性と経時変化の影響を排除することが可能に
なる。また、Ｃ，Ｒ，Ｉｃの初期的なばらつきも完全に
吸収される。
【００８６】以上の説明において、校正電圧Ｖｏと分圧
比αは安定な固定値であることを必要条件とした。しか
し、次のような初期値校正方法を併用すれば、初期値が
設計目標値に完全に一致していることは必ずしも必要で
なくなる。その初期値校正方法とは、本発明を実施した
組電池装置の組立行程の最終工程に近い行程において、
次の手順により行う。
【００８７】(１)校正電圧源７の校正電圧Ｖｏと分圧器
８で生成された分圧電圧を外部の精密電圧計で読みる。
【００８８】(２)読みとった校正電圧のディジタル値を
Ｖｏの実値として組電池装置内のメモリに格納する。
【００８９】(３)読みとった前記２者の電圧の比を計算
し、αの実値として組電池装置内のメモリに格納する。
【００９０】組電池装置が使用される段階では、組電池
装置内のメモリに格納された上記のＶｏの実値とαの実
値をメモリから読み出して、前記数式（８）又は数式
（１１）の演算に用いる。
【００９１】これにより、校正電圧源７と分圧器８の初
期精度をむやみに厳しくしなくて済む。
【００９２】次に、校正電圧ＶｏとＶｏのα倍の電圧を
生成する他の手段を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。同図
（Ａ）は、オペアンプの出力を分圧比αで分圧した電圧
をオペアンプの反転入力端子へ帰還し、非反転入力端子
にαＶｏの電圧を印加するものである。オペアンプの出
力電圧はＶｏとなり、ＶｏとαＶｏを前記第２の実施形
態と同様に用いる。
【００９３】図５（Ｂ）は、前記（Ａ）と同一形式の回
路をもう１組有し、オペアンプに印加する電圧をＶｏと
もαＶｏとも異なる電圧Ｖｒｅｆとする。それぞれの分
圧器の分圧比をＶｒｅｆ／Ｖｏ，Ｖｒｅｆ／αＶｏとす
ることで、オペアンプの出力に、ＶｏとαＶｏの電圧を
得る。こうして得られたＶｏとαＶｏを前記第２の実施
形態と同様に用いる。
【００９４】上記のいずれの手段によっても、校正電圧
Ｖｏと校正電圧に係数αを掛けた電圧αＶｏを得ると言
う機能において等価である。
【００９５】なお、本第２の実施形態によって得られる
効果は、セル電圧計測対象セルが特定の１個のセルに限
られているケースでも有効である。即ち、サンプリング
スイッチ２２は、組電池１の全セルを選択可能なもので
あることは必ずしも必要でなく、特定のセルのみを選択
するものにおいても同様の効果が得られる。
【００９６】次に、本発明の第３の実施形態を図６によ
り説明する。同図において前記第１の実施形態と異なる
点は、サンプリングスイッチ２２に新たにコモンサンプ
リングスイッチφＳｃが追加されたことである。その他
は同一である。コモンサンプリングスイッチのコモンの
意味は、セル電圧計測の該当セルを選択する機能を持つ
サンプリングスイッチφＳ１乃至φＳ４のコモン端子に
つながれていて、いずれのセル電圧計測でも共通にスイ
ッチ動作をするサンプリングスイッチであることを表し
ている。前記第１の実施形態におけるサンプリングスイ
ッチは、セル電圧計測の該当セルを選択する機能と所定
の時間だけスイッチがオンして該当セルの電圧をサンプ
リングしてコンデンサ２１に充電する機能とを兼ね備え
たものであったが、本第３の実施形態におけるサンプリ
ングスイッチは、上記両機能の内の後者の機能をコモン
サンプリングスイッチに課したものである。
【００９７】図７に、本第３の実施形態におけるスイッ
チ駆動タイミングを示す。図２に前掲した第１の実施形
態におけるスイッチ駆動タイミングを参照すれば、上記
の違いが分かると共に、本第３の実施形態によって前記
第１の実施形態と同様のセル電圧検出機能が得られるこ
とが理解できる。
【００９８】一方、上記のコモンサンプリングスイッチ
の追加によって、以下の新たな効果が得られる。それ
は、フライングキャパシタ回路がその動作原理上、寄生
コンデンサの影響を受けて電圧誤差を発生するという性
質に着目したものである。即ち、実際のフライングキャ
パシタ回路構成においては、コンデンサの接続先を切り
換える電子スイッチ群が必須であり、この電子スイッチ
に不可避的に付随する寄生コンデンサの影響を受けて、
結果的に、コンデンサ２１に保持された電圧に誤差を生
ずると言う現象である。この現象は特に、計測対象のセ
ル数が多く、それに伴って電子スイッチの個数とそれに
付随する寄生コンデンサの総容量値が大きい場合、又、
ＩＣ化など種々の理由でコンデンサ２１の容量値をあま
り大きくできない場合に重大になる。
【００９９】ここで、寄生コンデンサの影響を受けてコ
ンデンサ２１の電圧に生ずる誤差について図８と図９を
用いて説明する。図８は電子スイッチに付随する寄生コ
ンデンサの内、上記の電圧誤差に関与するものを、コモ
ンサンプリングスイッチが無い場合とある場合を対比さ
せて表示している。電子スイッチの１個毎に容量値Ｃｓ
の寄生コンデンサが付随するものとする。コンデンサ２
１のハイ電位側端子に直接つながる寄生コンデンサが上
記電圧誤差に関与するので、その寄生コンデンサの総容
量値をΣＣｓとする。図から分かるように、コモンサン
プリングスイッチが無い場合は、ΣＣｓは５Ｃｓであ
り、他方、コモンサンプリングスイッチが有る場合は、
ΣＣｓは２Ｃｓである。コモンサンプリングスイッチが
コンデンサ２１とセル選択の機能を果たすφＳ１乃至φ
Ｓ４スイッチの間に有って、φＳ１乃至φＳ４スイッチ
に付随する寄生コンデンサの影響を排除しているのであ
る。
【０１００】図９は上記ΣＣｓがどのようなメカニズム
でコンデンサ２１に電圧誤差を生むのかを、説明してい
る。サンプリングスイッチがオンの期間にΣＣｓは被測
定セル＃ｎの正極電位に充電され、次いで、トランスフ
ァスイッチがオンしてコンデンサ２１のロー側の電極が
アース電位に接続されると、上記ΣＣｓからコンデンサ
２１に向かって充電電荷の移動が発生する。これが、コ
ンデンサ２１にΔＶの電圧誤差を発生させる。ΔＶの大
きさは、図中に記載された算出式で表され、ΣＣｓの大
きさに比例する。従って、ΣＣｓを小さくできるコモン
サンプリングスイッチがある場合の方が、電圧誤差が小
さい値に留まる。
【０１０１】なお、本第３の実施形態で説明したコモン
サンプリングスイッチは、前記第２の実施形態にも応用
できることは明白である。
【０１０２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセル電圧
検出装置及び検出方法によれば、第１ステップとしてフ
ライングキャパシタ回路の作用により、多セルを直列し
た組電池の対地電位の異なる任意のセルについてコンデ
ンサをセル電圧に充電し、第２ステップとしてフライン
グキャパシタ回路のコンデンサと放電回路と電圧比較器
の作用により、セル電圧に充電されたコンデンサの電圧
が減衰してしきい電圧に到達する時間に対応するパルス
幅のパルスを得、第３ステップとして該パルス幅の時間
計測手段と演算手段の作用により、セル電圧のディジタ
ル値を得るので、Ａ／Ｄ変換器のフルスケールの制約を
受けることなく計測単位のセル電圧を自由に設定でき、
かつ、高価な高精度Ａ／Ｄ変換器を必要とせず、対地電
位の異なる任意のセル電圧のディジタル値を高精度で得
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図。
【図２】第１の実施形態におけるスイッチ駆動タイミン
グを示す図。
【図３】しきい到達時間（Ｔ）の説明図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図。
【図５】校正電圧ＶｏとＶｏのα倍の電圧を生成する他
の手段を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図。
【図７】第３の実施形態におけるスイッチ駆動タイミン
グを示す図。
【図８】フライングキャパシタ回路における寄生コンデ
ンサの振る舞いを説明する図。
【図９】寄生コンデンサの影響によるコンデンサ電圧誤
差を説明する図。
【符号の説明】
１…組電池、２…フライングキャパシタ回路、３…放電
回路、４…電圧比較器、５…時間計測手段、６…演算手
段、２１…コンデンサ、２２…サンプリングスイッチ、
２３…トランスファスイッチ、３１…抵抗器、３２…定
電流回路、４１…電圧比較器４のしきい電圧、５１…パ
ルス幅計測手段、５２…基準クロックパルス、７…校正
電圧源、８…分圧器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｍ 1/50 Ｈ０３Ｍ 1/50 Ｆターム(参考） 2G016 CA03 CB11 CB12 CC01 CC04 CC12 CC27 CD10 CD14 5G003 BA03 CA11 CB10 CC02 CC07 EA02 EA06 GC05 5H030 AS06 AS08 FF43 FF44 5H115 PG04 PI16 PU01 QN03 QN12 TI05 TR19 TU16 TU17 5J022 AA07 BA01 CE02 CF01 CF04 CG01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】サンプリングスイッチと、コンデンサと、
    トランスファスイッチと、放電回路と、電圧比較器と、
    時間計測手段と、演算手段とを具備する組電池のセル電
    圧検出装置であって、 該サンプリングスイッチは、組電池の内の選択されたセ
    ルの両端を該コンデンサに接続して該選択されたセルの
    電圧を該コンデンサにサンプルホールドし、 該トランスファスイッチは、該サンプリングスイッチが
    オフに遷移した後に該コンデンサを該放電回路に並列接
    続し、 該放電回路は、該トランスファスイッチのオンにより該
    コンデンサが接続されると該コンデンサの充電電荷を放
    電時間の推移と共に放電し、 該電圧比較器は、該放電回路の電圧をしきい電圧と比較
    し、放電の推移と共に減少する該放電回路の電圧が該し
    きい電圧に到達したときに、出力電圧を遷移させて該時
    間計測手段にこれを報知し、 該時間計測手段は、該トランスファスイッチのオンによ
    り該コンデンサの電荷の放電が開始された時刻から該放
    電回路の電圧が該しきい電圧に到達した時刻までの時間
    内の基準クロックパルスの個数を計数し、これをしきい
    到達時間に関連するディジタル値として計測し、 該演算手段は、該時間計測手段で計測されたしきい到達
    時間に関するディジタル値を用いてセル電圧のディジタ
    ル値を算出する、 ことを特徴とした組電池のセル電圧検出装置。
  2. 【請求項２】サンプリングスイッチとコンデンサとトラ
    ンスファスイッチとを含むフライングキャパシタ回路
    と、放電回路と、電圧比較器と、時間計測手段と、演算
    手段とを用いた組電池のセル電圧検出方法であって、 該フライングキャパシタ回路により、該コンデンサを組
    電池のセル電圧に充電し、 該コンデンサと該放電回路と該電圧比較器の作用によ
    り、セル電圧に充電された該コンデンサの電圧がしきい
    電圧に到達する時間に対応するパルス幅のパルスを得、 該時間計測手段により該パルスのパルス幅をディジタル
    値として計測し、 該演算手段により、該パルス幅に関するディジタル値か
    らセル電圧のディジタル値を得る、 ことを特徴とした組電池のセル電圧検出方法。
  3. 【請求項３】サンプリングスイッチと、コンデンサと、
    トランスファスイッチと、放電回路と、電圧比較器と、
    時間計測手段と、演算手段と、電圧生成手段とを具備
    し、校正モードとセル電圧計測モードで動作する組電池
    のセル電圧検出装置であって、 該電圧生成手段は、校正電圧Ｖｏ及びこれに係数α（０
    ＜α＜１）を乗じたしきい電圧αＶｏを生成し、 該校正モードにおいては、 該サンプリングスイッチは、該電圧生成手段を該コンデ
    ンサに接続して該校正電圧Ｖｏを該コンデンサにサンプ
    ルホールドし、 該トランスファスイッチは、該サンプリングスイッチが
    オフに遷移した後に該コンデンサを該放電回路に並列接
    続し、 該放電回路は、該トランスファスイッチのオンにより該
    コンデンサが接続されると該コンデンサの充電電荷を放
    電時間の推移と共に放電し、 該電圧比較器は、該放電回路の電圧を該電圧生成手段か
    ら供給された該しきい電圧αＶｏと比較し、放電の推移
    と共に減少する該放電回路の電圧が該しきい電圧に到達
    したときに、出力電圧を遷移させて該時間計測手段にこ
    れを報知し、 該時間計測手段は、該トランスファスイッチのオンによ
    り該コンデンサの電荷の放電が開始された時刻から該放
    電回路の電圧が該しきい電圧に到達した時刻までの時間
    内の基準クロックパルスの個数を計数し、これを校正モ
    ードにおけるしきい到達時間（Ｔｏ）に関連するディジ
    タル値として計測し、これをメモリに格納し、 該セル電圧計測モードにおいては、 該サンプリングスイッチは、組電池のセルの両端を該コ
    ンデンサに接続して該セルの電圧を該コンデンサにサン
    プルホールドし、 該トランスファスイッチは、該サンプリングスイッチが
    オフに遷移した後に該コンデンサを該放電回路に並列接
    続し、 該放電回路は、該トランスファスイッチのオンにより該
    コンデンサが接続されると該コンデンサの充電電荷を放
    電時間の推移と共に放電し、 該電圧比較器は、該放電回路の電圧を該電圧生成手段か
    ら供給された該しきい電圧αＶｏと比較し、放電の推移
    と共に減少する該放電回路の電圧が該しきい電圧に到達
    したときに、出力電圧を遷移させて該時間計測手段にこ
    れを報知し、 該時間計測手段は、該トランスファスイッチのオンによ
    り該コンデンサの電荷の放電が開始された時刻から該放
    電回路の電圧が該しきい電圧に到達した時刻までの時間
    内の基準クロックパルスの個数を計数し、これをしきい
    到達時間に関連するディジタル値（Ｔ）として計測し、 該演算手段は、該時間計測手段で計測されたしきい到達
    時間に関するディジタル値（Ｔ）と該メモリから読み出
    した前記校正モードにおけるしきい到達時間（Ｔｏ）を
    用いてセル電圧のディジタル値を算出する、 ことを特徴とした組電池のセル電圧検出装置。
  4. 【請求項４】サンプリングスイッチとコンデンサとトラ
    ンスファスイッチとを含むフライングキャパシタ回路
    と、放電回路と、電圧比較器と、時間計測手段と、演算
    手段と、電圧生成手段とを用いた組電池のセル電圧検出
    方法であって、 該電圧生成手段により、校正電圧Ｖｏ及びこれに係数α
    （０＜α＜１）を乗じたしきい電圧αＶｏを生成し、 該フライングキャパシタ回路により、該コンデンサを該
    校正電圧Ｖｏに充電し、 該コンデンサと該放電回路と該電圧比較器の作用によ
    り、該校正電圧Ｖｏに充電された該コンデンサの電圧が
    減衰してしきい電圧に到達する時間に対応するパルス幅
    （Ｗｏ）のパルスを得、 該パルスのパルス幅（Ｗｏ）を該時間計測手段によりデ
    ィジタル値（Ｔｏ）として計測し、 一方該フライングキャパシタ回路により、該コンデンサ
    を組電池のセル電圧に充電し、 該コンデンサと該放電回路と該電圧比較器の作用によ
    り、セル電圧に充電された該コンデンサの電圧が減衰し
    てしきい電圧に到達する時間に対応するパルス幅（Ｗ）
    のパルスを得、 該パルスのパルス幅（Ｗ）を該時間計測手段によりディ
    ジタル値（Ｔ）として計測し、 該演算手段により、前記ディジタル値（Ｔｏ）と前記デ
    ィジタル値（Ｔ）を用いてセル電圧のディジタル値を算
    出する、 ことを特徴とした組電池のセル電圧検出方法。
  5. 【請求項５】請求項１又は請求項３に記載の組電池のセ
    ル電圧検出装置において、 該放電回路は抵抗であることを特徴とした組電池のセル
    電圧検出装置。
  6. 【請求項６】請求項１又は請求項３に記載の組電池のセ
    ル電圧検出装置において、 該放電回路は定電流回路であることを特徴とした組電池
    のセル電圧検出装置。
  7. 【請求項７】請求項２又は請求項４に記載の組電池のセ
    ル電圧検出方法において、 該放電回路は抵抗であることを特徴とした組電池のセル
    電圧検出方法。
  8. 【請求項８】請求項２又は請求項４に記載の組電池のセ
    ル電圧検出方法において、 該放電回路は定電流回路であることを特徴とした組電池
    のセル電圧検出方法。
  9. 【請求項９】請求項１、請求項３、請求項５及び請求項
    ６のいずれか１項に記載の組電池のセル電圧検出装置に
    おいて、 該サンプリングスイッチは、組電池のセルの内の１つを
    選択するセル選択スイッチのコモン端子に直列に接続さ
    れたコモンサンプリングスイッチを有する、 ことを特徴とした組電池のセル電圧検出装置。
  10. 【請求項１０】請求項２、請求項４、請求項７及び請求
    項８のいずれか１項に記載の組電池のセル電圧検出方法
    において、 該サンプリングスイッチは、組電池のセルの内の１つを
    選択するセル選択スイッチのコモン端子に直列に接続さ
    れたコモンサンプリングスイッチを有する、 ことを特徴とした組電池のセル電圧検出方法。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289263A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Denso Corp フライングキャパシタ式組電池電圧検出装置
JP2004170103A (ja) * 2002-11-18 2004-06-17 Yazaki Corp 非接地電源の絶縁検出装置
JP2007046917A (ja) * 2005-08-05 2007-02-22 Yazaki Corp 組電池電圧測定装置及び組電池電圧測定方法
JP2007170983A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Yazaki Corp 絶縁検出装置
JP2008151682A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Honda Motor Co Ltd 電圧監視回路
US7593199B2 (en) 2005-09-08 2009-09-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Control signal generation circuit and battery management system using the same
JP2010515883A (ja) * 2007-01-07 2010-05-13 エナーデル、インク フライングキャパシタを用いた直列接続セル電圧測定のための方法とシステム
GB2479156A (en) * 2010-03-30 2011-10-05 Univ Newcastle Measuring a voltage to be measured by use of a digital counter means selectively connected to a charged capacitor
US8174237B2 (en) 2005-07-07 2012-05-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery module
CN102736030A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 株式会社京滨 电池电压检测装置
CN102735898A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 株式会社京滨 电池电压检测装置
CN103197247A (zh) * 2012-01-05 2013-07-10 赵恩海 一种14节串联电池组中单体电池电压测量电路
CN103245916A (zh) * 2012-02-14 2013-08-14 赵恩海 一种12节串联电池组中单体电池电压测量电路
CN103245917A (zh) * 2012-02-14 2013-08-14 赵恩海 一种6节串联电池组中单体电池电压测量电路
CN103718054A (zh) * 2011-06-15 2014-04-09 米其林企业总公司 一种用于监控蓄电电池组的装置及相关方法
CN110609240A (zh) * 2018-06-15 2019-12-24 罗伯特·博世有限公司 检测设备和用于运行检测设备的方法
CN119147804A (zh) * 2024-11-19 2024-12-17 湖南恩智测控技术有限公司 回显量程同步控制方法、装置、设备及存储介质

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002289263A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Denso Corp フライングキャパシタ式組電池電圧検出装置
JP2004170103A (ja) * 2002-11-18 2004-06-17 Yazaki Corp 非接地電源の絶縁検出装置
US8174237B2 (en) 2005-07-07 2012-05-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery module
JP2007046917A (ja) * 2005-08-05 2007-02-22 Yazaki Corp 組電池電圧測定装置及び組電池電圧測定方法
US7593199B2 (en) 2005-09-08 2009-09-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Control signal generation circuit and battery management system using the same
US7830122B2 (en) 2005-09-08 2010-11-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Control signal generation circuit and battery management system using the same
JP2007170983A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Yazaki Corp 絶縁検出装置
JP2008151682A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Honda Motor Co Ltd 電圧監視回路
JP2010515883A (ja) * 2007-01-07 2010-05-13 エナーデル、インク フライングキャパシタを用いた直列接続セル電圧測定のための方法とシステム
GB2479156B (en) * 2010-03-30 2012-11-21 Univ Newcastle Apparatus and method for voltage sensing
GB2479156A (en) * 2010-03-30 2011-10-05 Univ Newcastle Measuring a voltage to be measured by use of a digital counter means selectively connected to a charged capacitor
US9121871B2 (en) 2010-03-30 2015-09-01 University Of Newcastle Upon Tyne Apparatus and method for voltage sensing
CN102736030A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 株式会社京滨 电池电压检测装置
CN102735898A (zh) * 2011-03-30 2012-10-17 株式会社京滨 电池电压检测装置
CN103718054A (zh) * 2011-06-15 2014-04-09 米其林企业总公司 一种用于监控蓄电电池组的装置及相关方法
CN103197247A (zh) * 2012-01-05 2013-07-10 赵恩海 一种14节串联电池组中单体电池电压测量电路
CN103245916A (zh) * 2012-02-14 2013-08-14 赵恩海 一种12节串联电池组中单体电池电压测量电路
CN103245917A (zh) * 2012-02-14 2013-08-14 赵恩海 一种6节串联电池组中单体电池电压测量电路
CN110609240A (zh) * 2018-06-15 2019-12-24 罗伯特·博世有限公司 检测设备和用于运行检测设备的方法
CN119147804A (zh) * 2024-11-19 2024-12-17 湖南恩智测控技术有限公司 回显量程同步控制方法、装置、设备及存储介质

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