JP4588675B2 - 電圧検出装置、及び電動車輌 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の電圧を検出するための電圧検出装置、及びそれを備えた電動車輌に関する。

従来、組電池を構成する電池ブロックの電圧を検出するための装置として、特許文献１の電池電圧検出装置が開示されている。

特許文献１に記載の電池電圧検出装置は、ツェナーダイオードのような定電圧降下回路を含む基準電圧発生部と並列に、１つのコンデンサを有し、スイッチの切り替えによって、組電池を構成する二次電池でコンデンサを充電する。電圧検出部は、充電後のコンデンサの両端電圧を基準電圧として入力することで、内部基準電圧の補正を行う。
特開２００２−０４００６４号公報（第２図）

上記従来例の電池電圧検出装置は、基準電圧発生用の電源を接続する必要がなく、単独かつ頻繁に内部基準電圧の補正を行えるという利点を有する一方で、定電圧降下回路を構成するツェナーダイオードの降伏電圧以上の内部基準電圧を発生することができなかった。

このため、比較的高電圧の電池ブロック電圧を検出する場合、精度良く検出誤差を補正出来ない、という問題を有していた。
本発明は、上記問題に鑑み、できる限り低コストに、内部基準電圧以上の電圧で検出誤差を補正することが可能な電圧検出装置、及びそれを備えた電動車輌を提供することを課題とする。

上記問題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
本発明の電圧検出装置は、１つ以上の二次電池からなる電池ブロックを１つ以上直列接続させた構成を有する組電池の任意の電池ブロックの両端電圧を取出すための複数のスイッチを有する第１のスイッチ群、前記任意の電池ブロックの両端電圧又は所定の内部基準電圧で充電され、直列接続及び並列接続に切り替えられる２つ以上のコンデンサを有する充放電部、及び前記２つ以上のコンデンサの放電電圧を入力する電圧検出部、を有する電圧検出装置であって、前記充放電部は、前記２つ以上のコンデンサのそれぞれの間に設けられ、一方のコンデンサの第２端子と他方のコンデンサの第１端子との間に接続された、相互に連動してオンオフする１つ以上のスイッチを有する第２のスイッチ群と、前記２つ以上のコンデンサと前記内部基準電圧を供給する電源との間に設けられ、各コンデンサの第１端子と前記内部基準電圧を供給する電源の正極との間の各々に接続された第１のスイッチ、及び各コンデンサの第２端子と前記内部基準電圧を供給する電源の負極との間の各々に接続された第２のスイッチからなり、連動してオンオフ制御される第３のスイッチ群と、を有し、直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの高電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第３のスイッチと、直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの低電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第４のスイッチとを有し、第１の期間において、互いに直列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記組電池の任意の電池ブロックの両端電圧で充電され、第２の期間において、互いに直列接続された、前記第１の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧が前記電圧検出部によって検出され、第３の期間において、互いに並列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記所定の内部基準電圧でそれぞれ充電され、第４の期間において、互いに直列接続された、前記第３の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧を基準として前記電圧検出部の検出誤差が補正される。この発明によれば、直列接続及び並列接続に切り替えられる２つ以上のコンデンサを設けることにより、内部基準電圧以上の電圧で検出誤差を補正することができる、という効果を有する。コンデンサは低コストである。

また、コンデンサ及びスイッチは低コストである故に、できる限り低コストに、内部基準電圧以上の電圧で検出誤差を補正することが可能な電圧検出装置を実現できる、という効果を奏する。

更にこうした電圧検出装置は、以下に列記するような態様での具体化が可能である。

・ 前記第１、第２、及び第４の期間では、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオンとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオフとされることにより、前記２つ以上のコンデンサが直列接続される。

・ 前記第３の期間では、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオフとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオンとされることにより、前記２つ以上のコンデンサが並列接続される。

・ コンデンサの充放電は、（１）前記第１及び第３の期間では、前記第３及び第４のスイッチが共にオフとされることで前記２つ以上のコンデンサが充電される、或いは（２）前記第２及び第４の期間において、前記第３及び第４のスイッチが共にオンとされることで前記２つ以上のコンデンサが放電される、といった態様で実現できる。

・ 前記第１のスイッチ群は、複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサとを備え、前記第１のマルチプレクサの各スイッチは、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオンとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオフとされることで直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの高電位端子と、前記複数の電池ブロックの各々の第１端子との間に接続され、前記第２のマルチプレクサの各スイッチは、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオンとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオフとされることで直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの低電位端子と、前記複数の電池ブロックの第２端子との間に接続される。なおこうした構成では、（１）前記第１の期間では、前記第１のマルチプレクサのいずれか１つのスイッチのみがオンとされ、且つ前記第２のマルチプレクサのいずれか１つのスイッチのみがオンとされることで、前記２つ以上のコンデンサが任意の電池ブロックの両端電圧で充電される、或いは（２）前記第２、第３及び第４の期間では、前記第１のマルチプレクサの全てのスイッチのみがオフとされ、且つ前記第２のマルチプレクサの全てのスイッチのみがオフとされる、といった態様で電源電圧の検出及び検出誤差の補正を行うことができる。

更に以上の本発明の電圧検出装置は、全ての電池ブロックが一巡されるまで、対象とする電池ブロックを順次切り替えながら、前記第１の期間及び第２の期間が繰り返されることで、前記電圧検出部は、全ての電池ブロックの両端電圧を検出し、次いで前記第３の期間及び第４の期間において、前記電圧検出部の検出結果の検出誤差の補正を行うように構成することで、検出誤差補正を行った上で全ての電池ブロックの両端電圧を個別に検出することができるようになる。

一方、本発明の電動車輌は、直列接続された複数の電池ブロックを有する組電池と、前記複数の電池ブロックのうちの任意の両端電圧を検出する電圧検出装置と、を備える電動車輌であって、前記電圧検出装置は、前記任意の電池ブロックの両端電圧を取出すための複数のスイッチを有する第１のスイッチ群、前記任意の電池ブロックの両端電圧又は所定の内部基準電圧で充電され、直列接続及び並列接続に切り替えられる２つ以上のコンデンサを有する充放電部、及び前記２つ以上のコンデンサの放電電圧を入力する電圧検出部、を有し、前記充放電部は、前記２つ以上のコンデンサのそれぞれの間に設けられ、一方のコンデンサの第２端子と他方のコンデンサの第１端子との間に接続された、相互に連動してオンオフする１つ以上のスイッチを有する第２のスイッチ群と、前記２つ以上のコンデンサと前記内部基準電圧を供給する電源との間に設けられ、各コンデンサの第１端子と前記内部基準電圧を供給する電源の正極との間の各々に接続された第１のスイッチ、及び各コンデンサの第２端子と前記内部基準電圧を供給する電源の負極との間の各々に接続された第２のスイッチからなり、連動してオンオフ制御される第３のスイッチ群と、を有し、直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの高電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第３のスイッチと、直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの低電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第４のスイッチとを有し、第１の期間において、互いに直列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記組電池の任意の電池ブロックの両端電圧で充電され、第２の期間において、互いに直列接続された、前記第１の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧が前記電圧検出部によって検出され、第３の期間において、互いに並列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記所定の内部基準電圧でそれぞれ充電され、第４の期間において、互いに直列接続された、前記第３の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧を基準として前記電圧検出部の検出誤差が補正される。この発明によれば、上記の電圧検出装置と同等の効果を奏する電動車輌を実現することができる。

本発明によれば、できる限り低コストに、内部基準電圧以上の電圧で検出誤差を補正することが可能な電圧検出装置、及びそれを備えた電動車輌を実現することができる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について、図面とともに記載する。

図１、２、及び３を用いて、本発明の実施例における電圧検出装置について説明する。図１は、本実施例の電圧検出装置を備えた電動車輌の構成を示すブロック図である。図１において、本実施例の電動車輌は、組電池１、ハイサイドコンタクタ２、ローサイドコンタクタ３、プリチャージコンタクタ４、制限抵抗５、コンデンサ６、インバータ７、モータジェネレータ８、電流センサ９、電源制御部１０、及び車輌制御部１１を有する。

組電池１は、直列接続された複数の電池ブロックから構成される、総電圧３００Ｖの電源である。各電池ブロックは、比較的低電圧の二次電池を複数個直列接続することによって構成される。二次電池は、例えば、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命等の基本特性に優れる密閉型のニッケル水素化物電池（ニッケル水素蓄電池）であるが、これに限らず、リチウムイオン二次電池、ニッケルカドミウム蓄電池、鉛蓄電池等を用いても良い。

組電池１の正極側には、ハイサイドコンタクタ２の一端が接続され、負極側にはローサイドコンタクタ３の一端が接続される。プリチャージコンタクタ４は、制限抵抗５と共に直列回路を構成し、この直列回路は、ハイサイドコンタクタ２と並列に接続される。

ハイサイドコンタクタ２、ローサイドコンタクタ３、及びプリチャージコンタクタ４は、各々可動接点と固定接点とを有し、さらに可動接点を動作させるためのコイルを有する。各コイルは一端を接地電位に接続し、車輌制御部１１を介して補助電源電圧Ｖｓｕｂをコイルに印加することによって可動接点を可動せしめ、接点間の導通状態及び遮断状態を切り替える。

コンデンサ６は、ハイサイドコンタクタ２の他端と、ローサイドコンタクタ３の他端との間に接続された平滑用のコンデンサである。コンデンサ６は、インバータ７に印加される電圧の変動を抑える働きをし、モータジェネレータ８に安定して電圧を供給するために設けられる。

インバータ７は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）等の高速スイッチングが可能な複数組のトランジスタ及びダイオードから構成される。インバータ７は、入力した直流電源を三相の交流電圧に変換し、モータジェネレータ８の各相に電圧を順次印加する。これにより、モータジェネレータ８が回転駆動される。

モータジェネレータ８は、インバータ７によって制御され、例えばロータ内部に埋め込まれた磁石が、ステータコイルに印加された電圧によって回転力を与えられることによって回転駆動する。モータジェネレータ８は、三相交流発電機又は三相交流電動機として機能する。モータジェネレータ８は、発電機として機能している場合、組電池１を充電し、電動機として機能している場合、組電池１から供給される電力を消費する。

車輌制御部１１は、車輌判定部１１０、コンタクタ制御部１１１、及びインバータ制御部１１２を有する。
車輌判定部１１０は、操作者が図示しないイグニションキー、アクセル、シフトレバー、ブレーキ等を操作することによって出力される操作信号を、操作信号入力端子ＯＰから入力する。車輌判定部１１０は、入力した各操作信号に応じて、コンタクタ制御部１１１、インバータ制御部１１２、及び電源制御部１０に命令を出力する。

コンタクタ制御部１１１は、ハイサイドコンタクタ２、ローサイドコンタクタ３、及びプリチャージコンタクタ４のコイルに補助電源電圧Ｖｓｕｂを印加することによって、各コンタクタ２、３、及び４の導通状態及び遮断状態を制御する。

インバータ制御部１１２は、インバータに印加される電圧、及び、インバータ７の出力信号である帰還した三相の電圧信号を入力する。インバータ制御部１１２は、入力した各信号に基づいて、インバータ７の各トランジスタを制御する制御信号を出力し、インバータ７を介してモータジェネレータ８の回転数等を制御する。

電源制御部１０は、電圧検出装置１００、電流検出部１０５、温度検出部１０８、及び電源判定部１０９を有する。
電流検出部１０５は、例えば、電源判定部１０９が指示するタイミングで、あるいは、所定の電流測定周期毎に、電流センサ９が検出した組電池１の低電位側に流れる電流を読み出して、電源判定部１０９に出力する。電流センサ９は、例えば、導線を流れる電流によって発生する電磁界を検出するホールセンサを用いて、組電池１の低電位側のラインに流れる電流を検出する。

温度検出部１０８は、例えば電源判定部１０９が指示するタイミングで、あるいは、所定の電流測定周期毎に、組電池１の近傍に設けられた温度センサ１０８ａ及び１０８ｂによって組電池１の温度を検出する。温度センサ１０８ａ及び１０８ｂは、例えばサーミスタ等である。本実施例において、温度センサは２個図示されているが、温度センサの数は１個以上の任意の数であって良い。しかし、組電池１内での温度差を補償するために２個以上設けられることが好ましい。

電圧検出装置１００は、組電池１の任意の電池ブロックの両端電圧を検出する。電圧検出装置１００については、後に図２を用いて更に詳しく説明する。
電源判定部１０９は、電圧検出装置１００が検出した組電池１の各電池ブロックの両端電圧と、温度検出部１０８が検出した組電池１の温度と、電流検出部１０５が検出した組電池１に流れる電流とを入力する。電源判定部１０９は、入力した組電池１の諸情報を用いて組電池１の状態を監視し、車輌制御部１１に出力する。車輌制御部１１は、電源判定部１０９から入力される組電池１の状態に基づいて、インバータ制御及びコンタクタ制御を行う。

次に、図２を参照して、本発明の特徴である電圧検出装置１００について詳細に説明する。図２は、図１に示した構成のうち、組電池１、電圧検出装置１００、及び電源判定部１０９のみを抜き出して、その詳細構成を記載した回路図である。

図２において、電圧検出装置１００は、第１のマルチプレクサ１０１、第２のマルチプレクサ１０２、サンプルスイッチ部１０３、電圧検出部１０６、及び充放電部１０７を有する。第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２は、組電池の任意の電池ブロックの両端電圧を取出すための第１のスイッチ群を形成する。また、図２において、組電池１は、ｎ個の電池ブロックを有し、各電池ブロックを高電位側から順にそれぞれＢＢ１、ＢＢ２、・・・、ＢＢ（ｎ−１）、ＢＢｎとしている。

第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２は、組電池１の高電位側、組電池１の各電池ブロック間、及び組電池１の低電位側に交互に一端が接続された複数のスイッチから構成される。第１のマルチプレクサ１０１の各スイッチ１０１１、１０１２、・・・１０１ｐは、他端がサンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ａに接続される。第２のマルチプレクサ１０２の各スイッチ１０２１、・・・１０２ｑは、他端がサンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ｂに接続される。なお本実施形態においては、スイッチ１０３ａが上記第３のスイッチに、スイッチ１０３ｂが上記第４のスイッチにそれぞれ相当する。

第１のマルチプレクサ１０１を構成する複数の（図２ではｐ個）スイッチの中から適当な１つのスイッチ、及び、第２のマルチプレクサ１０２を構成する複数の（図２ではｑ個）スイッチの中から適当な１つのスイッチ、を選択してこの２つのスイッチをオンとし、その他のスイッチを全てオフにする。これによって、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２は、組電池１の電池ブロックのうち任意の１つの電池ブロックの両端電圧を取り出すことができる。

なお、第１のマルチプレクサ１０１のスイッチの総数ｐ及び第２のマルチプレクサ１０２のスイッチの総数ｑと、組電池１の電池ブロックの数ｎとの間には、以下の式が成り立つ。

ｐ＋ｑ＝ｎ＋１ ・・・・・・（１）
例えば、図２に示した構成において、組電池１の高電位側は、第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１１の一端に接続されている。組電池１の電池ブロックＢＢ１及びＢＢ２の接続点は、第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２１の一端に接続されている。組電池１の電池ブロックＢＢ２及びＢＢ３の接続点は、第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１２の一端に接続されている。組電池１の電池ブロックＢＢ（ｎ−１）及びＢＢｎの接続点は、第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１ｐの一端に接続されている。組電池１の低電位側は、第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２ｑの一端に接続されている。

例えば、電池ブロックＢＢ２の両端電圧は、第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２１及び第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１２をオンとし、その他のスイッチを全てオフにすることによって、取り出すことができる。

サンプルスイッチ部１０３は、一端が第１のマルチプレクサ１０１の各スイッチに接続され、他端が電圧検出部１０６に接続されたスイッチ１０３ａと、一端が第２のマルチプレクサ１０２の各スイッチに接続され、他端が電圧検出部１０６に接続されたスイッチ１０３ｂとを有する。スイッチ１０３ａ及び１０３ｂは、相互に連動してオンオフ制御される。

充放電部１０７は、第１のマルチプレクサ１０１とサンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ａとの接続点、及び第２のマルチプレクサ１０２とサンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ｂとの接続点間に接続される。充放電部１０７は、補正スイッチ部１０４、コンデンサＣ１、Ｃ２及びＣ３、スイッチＳＷ１及びＳＷ２、及び、高精度基準電圧Ｖｒｅｆを有する。なお本実施形態では、このスイッチＳＷ１及びＳＷ２により上記第２のスイッチ群が構成されている。

コンデンサＣ１、スイッチＳＷ１、コンデンサＣ２、スイッチＳＷ２、及びコンデンサＣ３は、この順で、第１のマルチプレクサ１０１とサンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ａとの接続点、及び第２のマルチプレクサ１０２とサンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ｂとの接続点間に直列に接続される。スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、相互に連動してオンオフ制御される。

補正スイッチ部１０４は、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅを有する。スイッチ１０４ａは、コンデンサＣ１の高電位側に接続された第１端子と、高精度基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば、５Ｖ）を有する内部電源の正極に接続された第２端子とを有する。スイッチ１０４ｂは、コンデンサＣ１の低電位端子に接続された第１端子と上記内部電源の負極に接続された第２端子とを有する。スイッチ１０４ｃは、コンデンサＣ２の高電位側に接続された第１端子と、上記内部電源の正極に接続された第２端子とを有する。スイッチ１０４ｄは、コンデンサＣ２の低電位端子に接続された第１端子と上記内部電源の負極に接続された第２端子とを有する。更にスイッチ１０４ｅは、コンデンサＣ３の高電位端子に接続された第１端子と上記内部電源の正極に接続された第２端子とを有する。これらスイッチ１０４ａ〜１０４ｅは、連動してオンオフ制御される。なお本実施形態では、これらスイッチ１０４ａ〜１０４ｅにより上記第３のスイッチ群が構成されている。

コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の接続関係は、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２、充放電部１０７のスイッチＳＷ１及びＳＷ２、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂ、及びスイッチ１０４ａ〜１０４ｅが制御されることによって、組電池１の任意の電池ブロック又は電圧検出部１０６に対して直列接続、あるいは、充放電部１０７内の高精度基準電圧Ｖｒｅｆに対して並列接続に切り替えられる。

電圧検出部１０６は、抵抗１０６０、１０６１、１０６５、及び１０６８と演算増幅器１０６３とで構成される差動増幅回路、相互に連動してオンオフ制御されるスイッチ１０６２及び１０６４、及びＡ／Ｄ変換器１０６７を有する。電圧検出部１０６は、スイッチ１０６２及び１０６４がオフである時、サンプルスイッチ部１０３の各スイッチ１０３ａ及び１０３ｂを介してそれぞれ入力される充放電部１０７の放電電圧を検出し、Ａ／Ｄ変換して電源判定部１０９に出力する。スイッチ１０６２及び１０６４がオンである時、電圧検出部１０６の出力はゼロである。

電源判定部１０９は、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の各スイッチ、サンプルスイッチ部１０３のスイッチ１０３ａ及び１０３ｂ、スイッチＳＷ１及びＳＷ２、補正スイッチ部１０４のスイッチ１０４ａ〜１０４ｅを制御する。電源判定部１０９は、上記各スイッチを制御して、ある期間において、組電池１の各電池ブロックの両端電圧を監視し、別の期間において、電圧検出部１０６の検出誤差を補正する。

以下、電源判定部１０９の各スイッチの制御について詳しく説明する。
第１の期間において、電源判定部１０９は、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の適当な２つのスイッチをオンに制御して、組電池１の任意の電池ブロックの両端電圧を取り出す。同時に、電源判定部１０９は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅをオフ、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂをオフに制御する。コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３は、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２によって取り出された組電池１の任意の電池ブロックの両端電圧で充電される。この時、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３は直列接続である。

第２の期間において、電源判定部１０９は、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の全スイッチをオフにし、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂをオンに制御して、第１の期間において充電されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３を放電する。この時、スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅはオフのままである故に、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３は直列接続である。スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオンである故に、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の放電電圧は、電圧検出部１０６に入力され、検出される。電源判定部１０９は、電圧検出部１０６が検出した電圧を入力し、その値が正常範囲内であるか否かを監視する。

第３の期間において、電源判定部１０９は、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂをオフ、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオフ、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅをオンに制御して、高精度基準電圧ＶｒｅｆでコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３を充電する。第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の全スイッチはオフのままである。この時、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオフである故に、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３は並列接続であり、高精度基準電圧Ｖｒｅｆでそれぞれ充電される。

第４の期間において、電源判定部１０９は、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂをオン、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅをオフに制御して、第３の期間において充電されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３を放電する。第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の全スイッチはオフのままである。この時、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３は直列接続である。スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオンである故に、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の放電電圧は、電圧検出部１０６に入力され、検出される。電源判定部１０９は、電圧検出部１０６が検出した電圧を入力し、その値を基準として、電圧検出部１０６の検出誤差を補正する。具体的には、電圧検出部１０６の演算増幅器１０６３のオフセット電圧を補正する。

なお、電源判定部１０９は、更に電圧検出部１０６のスイッチ１０６２及び１０６４を制御しても良い。その場合、電圧検出部１０６のスイッチ１０６２及び１０６４は、上記第１の期間及び第３の期間においてオン、上記第２の期間及び第４の期間においてオフに制御される。

次に、図２及び図３を参照して、上記の構成を有する本発明の電圧検出装置１００の動作について、説明する。図３は、電圧検出装置１００の各スイッチの動作を説明するための図である。

図３の期間Ｔ１に渡って、スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅはオフに維持される。
期間Ｔ１の前半（第１の期間に相当する）において、第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１１及び第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２１がオンに制御され、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の他のスイッチは全てオフに制御される。これにより、組電池１の電池ブロックＢＢ１の両端電圧が取り出される。スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅはオフ、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオフである故に、組電池１の電池ブロックＢＢ１の両端電圧で、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３が充電される。

期間Ｔ１の後半（第２の期間に相当する）において、第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１１及び第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２１がオフに制御され（これにより第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の全てのスイッチがオフとなる。）、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオンとなる。直列接続された、期間Ｔ１の前半（第１の期間に相当する）で充電されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の放電電圧が電圧検出部１０６に入力される。

したがって、期間Ｔ１によって、組電池１の電池ブロックＢＢ１の両端電圧が検査される。
図３の期間Ｔ２に渡って、スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅはオフに維持される。

期間Ｔ２の前半（第１の期間に相当する）において、第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２１及び第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１２がオンに制御され、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の他のスイッチは全てオフに制御される。これにより、組電池１の電池ブロックＢＢ２の両端電圧が取り出される。スイッチＳＷ１及びＳＷ２はオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅはオフ、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオフである故に、組電池１の電池ブロックＢＢ２の両端電圧で、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３が充電される。

期間Ｔ２の後半（第２の期間に相当する）において、第２のマルチプレクサ１０２のスイッチ１０２１及び第１のマルチプレクサ１０１のスイッチ１０１２がオフに制御され（これにより第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の全てのスイッチがオフとなる。）、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオンとなる。直列接続された、期間Ｔ２の前半（第１の期間に相当する）で充電されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の放電電圧が、電圧検出部１０６に入力される。

したがって、期間Ｔ２によって、組電池１の電池ブロックＢＢ２の両端電圧が検査される。
上記の動作を組電池１の全ての電池ブロックに対して繰り返すことにより、組電池１の全電池ブロックＢＢ１〜ＢＢｎについて、その両端電圧が順に検査される。

次に、図３の期間ＡＤＪにおいて、電圧検出部１０６の検出誤差が補正される。
図３の期間ＡＤＪに渡って、第１のマルチプレクサ１０１及び第２のマルチプレクサ１０２の全てのスイッチはオフに維持される。
期間ＡＤＪの前半（第３の期間に相当する）において、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオフ、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅがオン、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオフに制御される。高精度基準電圧Ｖｒｅｆで、並列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３がそれぞれ充電される。

期間ＡＤＪの後半（第４の期間に相当する）において、スイッチＳＷ１及びＳＷ２がオン、スイッチ１０４ａ〜１０４ｅがオフ、スイッチ１０３ａ及び１０３ｂがオンとなる。期間ＡＤＪの前半（第３の期間に相当する）で充電された、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の放電電圧が、電圧検出部１０６に入力される。

コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３は、期間ＡＤＪの前半（第３の期間に相当する）において、高精度基準電圧Ｖｒｅｆでそれぞれ並列に充電されているため、期間ＡＤＪの後半（第４の期間に相当する）において、直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の放電電圧は、高精度基準電圧Ｖｒｅｆの３倍である。電源判定部１０９は、電圧検出部１０６が検出した、高精度基準電圧Ｖｒｅｆの３倍の電圧を用いて、電圧検出部１０６のオフセット電圧を調整して検出誤差を補正する。電圧検出部１０６は、高精度基準電圧Ｖｒｅｆ以上の電圧で検出誤差を補正することができる。

以上の構成によれば、本発明の電圧検出装置は、比較的低い内部基準電圧を備える場合でも、内部基準電圧以上の電圧で検出誤差を補正することが可能な電圧検出装置を実現することができる。このため、高い電池ブロック電圧を検出する場合でも精度良く検出誤差を補正することができる。また、コンデンサ及びスイッチは低コストである故に、本発明の電圧検出装置は低コストである。

なお、本実施例において、充放電部１０７は、コンデンサＣ１、Ｃ２、及びＣ３の３つのコンデンサを有した。しかし、これに限らず、電圧検出装置の検出誤差を補正するための所望の電圧値に応じて、コンデンサ数を変更し得る。充放電部１０７は、２つ以上のコンデンサを有していれば、内部基準電圧以上の電圧で検出誤差を補正することができる、という効果を発揮する。

本発明にかかる電圧検出装置は、例えば、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池と二次電池とを有するハイブリッド電気自動車等の電動車輌に搭載される組電池の電圧検出装置として利用することができる。

本発明の実施例における電圧検出装置を備えた電動車輌の構成を示す図 本発明の実施例における電圧検出装置の構成を示す図 本発明の実施例における電圧検出装置のスイッチ動作を説明するための図

符号の説明

１ 組電池
２ ハイサイドコンタクタ
３ ローサイドコンタクタ
４ プリチャージコンタクタ
５ 制限抵抗
６ 平滑用コンデンサ
７ インバータ
８ モータ
９ 電流センサ
１０ 電源制御部
１１ 車輌制御部
１００ 電圧検出装置
１０１ 第１のマルチプレクサ
１０２ 第２のマルチプレクサ
１０３ サンプルスイッチ部
１０４ 補正スイッチ部
１０５ 電流検出部
１０６ 電圧検出部
１０７ 充放電部
１０８ 温度検出部
１０８ａ、１０８ｂ 温度センサ
１０９ 電源判定部
１１０ 車輌制御部
１１１ コンタクタ制御部
１１２ インバータ制御部

Claims (10)

1. １つ以上の二次電池からなる電池ブロックを１つ以上直列接続させた構成を有する組電池の任意の電池ブロックの両端電圧を取出すための複数のスイッチを有する第１のスイッチ群、
   前記任意の電池ブロックの両端電圧又は所定の内部基準電圧で充電され、直列接続及び並列接続に切り替えられる２つ以上のコンデンサを有する充放電部、及び
   前記２つ以上のコンデンサの放電電圧を入力する電圧検出部、
   を有する電圧検出装置であって、
   前記充放電部は、前記２つ以上のコンデンサのそれぞれの間に設けられ、一方のコンデンサの第２端子と他方のコンデンサの第１端子との間に接続された、相互に連動してオンオフする１つ以上のスイッチを有する第２のスイッチ群と、
   前記２つ以上のコンデンサと前記内部基準電圧を供給する電源との間に設けられ、各コンデンサの第１端子と前記内部基準電圧を供給する電源の正極との間の各々に接続された第１のスイッチ、及び各コンデンサの第２端子と前記内部基準電圧を供給する電源の負極との間の各々に接続された第２のスイッチからなり、連動してオンオフ制御される第３のスイッチ群と、を有し、
   直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの高電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第３のスイッチと、直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの低電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第４のスイッチとを有し、
   第１の期間において、互いに直列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記組電池の任意の電池ブロックの両端電圧で充電され、
   第２の期間において、互いに直列接続された、前記第１の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧が前記電圧検出部によって検出され、
   第３の期間において、互いに並列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記所定の内部基準電圧でそれぞれ充電され、
   第４の期間において、互いに直列接続された、前記第３の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧を基準として前記電圧検出部の検出誤差が補正される
   ことを特徴とする電圧検出装置。
2. 前記第１、第２、及び第４の期間では、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオンとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオフとされることにより、前記２つ以上のコンデンサが直列接続されてなる請求項１に記載の電圧検出装置。
3. 前記第３の期間では、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオフとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオンとされることにより、前記２つ以上のコンデンサが並列接続されてなる請求項１又は２に記載の電圧検出装置。
4. 前記第１及び第３の期間では、前記第３及び第４のスイッチが共にオフとされることで前記２つ以上のコンデンサが充電される請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
5. 前記第２及び第４の期間において、前記第３及び第４のスイッチが共にオンとされることで前記２つ以上のコンデンサが放電される請求項１〜４のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
6. 前記第１のスイッチ群は、複数のスイッチを有する第１のマルチプレクサと、複数のスイッチを有する第２のマルチプレクサとを備え、
   前記第１のマルチプレクサの各スイッチは、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオンとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオフとされることで直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの高電位端子と、前記複数の電池ブロックの各々の第１端子との間に接続され、
   前記第２のマルチプレクサの各スイッチは、前記第２のスイッチ群の前記１つ以上のスイッチがオンとされ、且つ前記第３のスイッチ群の前記複数のスイッチがオフとされることで直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの低電位端子と、前記複数の電池ブロックの第２端子との間に接続される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
7. 前記第１の期間では、前記第１のマルチプレクサのいずれか１つのスイッチのみがオンとされ、且つ前記第２のマルチプレクサのいずれか１つのスイッチのみがオンとされることで、前記２つ以上のコンデンサが任意の電池ブロックの両端電圧で充電される請求項６に記載の電圧検出装置。
8. 前記第２、第３及び第４の期間では、前記第１のマルチプレクサの全てのスイッチがオフとされ、且つ前記第２のマルチプレクサの全てのスイッチがオフとされる請求項６又は７に記載の電圧検出装置。
9. 全ての電池ブロックが一巡されるまで、対象とする電池ブロックを順に切り替えながら、前記第１の期間及び第２の期間が繰り返されることで、前記電圧検出部は、全ての電池ブロックの両端電圧を検出し、次いで前記第３の期間及び第４の期間において、前記電圧検出部の検出結果の検出誤差の補正を行う
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の電圧検出装置。
10. 直列接続された複数の電池ブロックを有する組電池と、前記複数の電池ブロックのうちの任意の両端電圧を検出する電圧検出装置と、を備える電動車輌であって、
    前記電圧検出装置は、前記任意の電池ブロックの両端電圧を取出すための複数のスイッチを有する第１のスイッチ群、前記任意の電池ブロックの両端電圧又は所定の内部基準電圧で充電され、直列接続及び並列接続に切り替えられる２つ以上のコンデンサを有する充放電部、及び前記２つ以上のコンデンサの放電電圧を入力する電圧検出部、を有し、
    前記充放電部は、前記２つ以上のコンデンサのそれぞれの間に設けられ、一方のコンデンサの第２端子と他方のコンデンサの第１端子との間に接続された、相互に連動してオンオフする１つ以上のスイッチを有する第２のスイッチ群と、
    前記２つ以上のコンデンサと前記内部基準電圧を供給する電源との間に設けられ、各コンデンサの第１端子と前記内部基準電圧を供給する電源の正極との間の各々に接続された第１のスイッチ、及び各コンデンサの第２端子と前記内部基準電圧を供給する電源の負極との間の各々に接続された第２のスイッチからなり、連動してオンオフ制御される第３のスイッチ群と、を有し、
    直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの高電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第３のスイッチと、直列接続されたときの前記２つ以上のコンデンサの低電位端子と前記電圧検出部との間に接続された第４のスイッチとを有し、
    第１の期間において、互いに直列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記組電池の任意の電池ブロックの両端電圧で充電され、
    第２の期間において、互いに直列接続された、前記第１の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧が前記電圧検出部によって検出され、
    第３の期間において、互いに並列接続された前記２つ以上のコンデンサが前記所定の内部基準電圧でそれぞれ充電され、
    第４の期間において、互いに直列接続された、前記第３の期間に充電された前記２つ以上のコンデンサが放電され、その放電電圧を基準として前記電圧検出部の検出誤差が補正される
    ことを特徴とする電動車輌。

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