專利名稱：電池電壓測(cè)定電路、電池電壓測(cè)定方法及電池電子控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)構(gòu)成串聯(lián)連接了多個(gè)單體電池的電池組的各個(gè)單體電池的電壓進(jìn)行測(cè)定的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車和燃料電池車等中，以降低布線電阻損耗和開關(guān)元件小型化等為目的，一般串聯(lián)連接由多個(gè)二次電池或燃料電池構(gòu)成的單位電池來(lái)構(gòu)成高壓的電池組。例如，在使用燃料電池時(shí)，單位電池的單體電池電壓約為1V，所以一般串聯(lián)連接數(shù)百個(gè)單體電池來(lái)獲得所需要的高電壓。在這種情況下，如果單位電池中的一個(gè)產(chǎn)生異常，而以極低或極高的電壓進(jìn)行工作，則產(chǎn)生了這種不良的單位電池的單體電池有可能發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生耐壓不良，致使整個(gè)電池組損壞。因此，在使用這種電池組時(shí)，對(duì)各個(gè)單位電池逐個(gè)地或每次幾個(gè)地依次掃描其電壓進(jìn)行計(jì)測(cè)、監(jiān)視，可以在有異常時(shí)馬上予以處理。
作為進(jìn)行這種電壓監(jiān)視的示例，可以列舉利用各不相同的差動(dòng)放大器，以最下位端子作為基準(zhǔn)對(duì)各個(gè)單位電池的電壓進(jìn)行檢測(cè)的示例(參照專利文獻(xiàn)1)，或者以與電池組的中點(diǎn)相同電位的虛擬接地端作為基準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)的示例(參照專利文獻(xiàn)2)。
另外，公開了被稱為所謂快速電容器(flying capacitor)式的方法。在該方法中，通過(guò)一對(duì)多路掃描器(multiplxer)依次對(duì)快速電容器施加各個(gè)單位電池的電壓，然后使兩個(gè)多路掃描器處于斷開狀態(tài)，采樣保持單位電池電壓，然后使快速電容器的兩端分別通過(guò)電容器電位輸出用的模擬開關(guān)與電壓檢測(cè)電路導(dǎo)通，通過(guò)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)快速電容器的電位差即蓄電電壓(參照專利文獻(xiàn)3)。
另外，還公開有以下示例，將各個(gè)單位電池的電壓通過(guò)一對(duì)多路掃描器輸入初級(jí)差動(dòng)放大器的一對(duì)輸入端子，初級(jí)差動(dòng)放大器以電池組的最低電位為基準(zhǔn)進(jìn)行差動(dòng)放大，初級(jí)差動(dòng)放大器的輸出電壓通過(guò)后級(jí)差動(dòng)放大器以車體接地電位為基準(zhǔn)進(jìn)行放大，對(duì)后級(jí)差動(dòng)放大器的輸出電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(參照專利文獻(xiàn)4)。
專利文獻(xiàn)1日本特開平11-113182號(hào)公報(bào)(第0017段、圖1)專利文獻(xiàn)2日本特開2003-70171號(hào)公報(bào)(第0017段、圖1)專利文獻(xiàn)3日本特開2002-156392號(hào)公報(bào)(摘要、圖1)專利文獻(xiàn)4日本特開2002-122643號(hào)公報(bào)(第0044段-第0048段、圖1)但是，在前述以往的方法中，像專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2所示的方法那樣，在將檢測(cè)輸入單位電池電壓的初級(jí)放大器或轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓設(shè)為與最下位端子或電池組的中點(diǎn)相同電位的虛擬接地端時(shí)，對(duì)初級(jí)放大器或轉(zhuǎn)換器的輸入電壓增大，不能獲取較大的增益，存在檢測(cè)電壓精度惡化的問(wèn)題。并且，也存在暗電流增加等問(wèn)題，從這方面講產(chǎn)生不能獲取足夠的精度的問(wèn)題。此外，在專利文獻(xiàn)3等所示的快速電容器式的示例中，電池側(cè)的高壓部和車體接地電位的低壓部被絕緣，所以要求元件具有雙向耐壓，由于需要使用多個(gè)雙向耐壓較大的元件，所以存在花費(fèi)成本的問(wèn)題。另外，像專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4那樣在為了對(duì)公共的微機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入而利用開關(guān)進(jìn)行切換的結(jié)構(gòu)中，存在由于寄生電容等容易受到噪聲影響的問(wèn)題。此外，在像專利文獻(xiàn)4那樣以車體接地端作為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定的結(jié)構(gòu)中，電池組的基準(zhǔn)電位和車體電位被絕緣，所以容易產(chǎn)生難以確定原因的噪聲，存在容易受到寄生噪聲的影響的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決這些問(wèn)題而提出的，其課題是提供一種電池電壓測(cè)定電路、電池電壓測(cè)定方法及電池ECU，可以利用比較簡(jiǎn)單又低廉的結(jié)構(gòu)，通過(guò)公共的測(cè)定電路高精度地測(cè)定電池組的電壓。
為了解決上述課題，本發(fā)明之一的電池電壓測(cè)定電路，其測(cè)定串聯(lián)連接多個(gè)單位電池得到的電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓，其特征在于，該電池電壓測(cè)定電路具備轉(zhuǎn)換單元，其針對(duì)各個(gè)單位電池設(shè)置，把該單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定的物理量；以及測(cè)試單元，其對(duì)于所述多個(gè)單位電池中的各個(gè)單位電池，共同地處理并計(jì)測(cè)由所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的所述物理量。
由此，可以實(shí)現(xiàn)使用更加容易處理的物理量使計(jì)測(cè)共通化，可以簡(jiǎn)單容易地進(jìn)行測(cè)試的電池電壓測(cè)定電路。
本發(fā)明之二的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，計(jì)測(cè)單元包括A/D轉(zhuǎn)換單元，該A/D轉(zhuǎn)換單元把所述兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為表示相應(yīng)數(shù)值的數(shù)字信號(hào)。
由此，可以利用比較簡(jiǎn)單又價(jià)格低廉的轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為可以直接運(yùn)算計(jì)測(cè)的數(shù)字值，容易進(jìn)行計(jì)測(cè)處理。
本發(fā)明之三的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，在本發(fā)明之一中，還具備電平移位單元，該電平移位單元針對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)換單元設(shè)置，把由該轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的所述物理量轉(zhuǎn)換為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓，所述計(jì)測(cè)單元向所述多個(gè)單位電池中的各個(gè)單位電池依次輸出與所述的以最低電位為基準(zhǔn)的電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)字值。
由此，各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓被轉(zhuǎn)換為所述的以電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓，所以能夠公共地利用一個(gè)計(jì)測(cè)單元高精度地依次進(jìn)行測(cè)試。
本發(fā)明之四的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，在本發(fā)明之一至之三的任一發(fā)明中，把分別與所述多個(gè)單位電池對(duì)應(yīng)的所述轉(zhuǎn)換單元?jiǎng)澐譃橛上噜彽念A(yù)定數(shù)量構(gòu)成的組，對(duì)每個(gè)組設(shè)置電荷泵電路，各個(gè)組的所述轉(zhuǎn)換單元利用來(lái)自與該組相關(guān)聯(lián)的所述電荷泵電路的電源而工作。
由此，能夠比較容易地實(shí)現(xiàn)與要測(cè)定的單位電池的測(cè)定端子的電位相匹配的電源，能夠容易地進(jìn)行測(cè)定。
本發(fā)明之五的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，在本發(fā)明之四中，還具有DC/DC轉(zhuǎn)換器，其與所述電池組電絕緣，作為各個(gè)電荷泵電路的電源。
由此，可以向轉(zhuǎn)換單元的組提供穩(wěn)定的電源，而不受電池組的輸出電壓的影響。
本發(fā)明之六的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，在本發(fā)明之一的發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)換單元包括把所述兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)大小的電流的電壓/電流轉(zhuǎn)換單元。
由此，能夠利用比較簡(jiǎn)單又價(jià)格低廉的轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠容易地實(shí)現(xiàn)電平移位和計(jì)測(cè)。
本發(fā)明之七的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，在本發(fā)明之一的發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)換單元包括把所述兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)頻率的交流信號(hào)的電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元。
由此，能夠利用比較簡(jiǎn)單又價(jià)格低廉的轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠容易地實(shí)現(xiàn)電平移位和計(jì)測(cè)。
本發(fā)明之八的電池電壓測(cè)定電路的特征在于，在本發(fā)明之一的發(fā)明中，該電池電壓測(cè)定電路還具備與所述電池組電絕緣的控制運(yùn)算部；在保持所述電池組與所述控制運(yùn)算部之間的絕緣性的同時(shí)，將對(duì)于各個(gè)單位電池的所述數(shù)字值從所述計(jì)測(cè)單元以電的方式傳送給所述控制運(yùn)算部的單元。
由此，能夠保持電池組與控制運(yùn)算部之間的絕緣性，控制運(yùn)算部不會(huì)受到電池組的影響，所以控制運(yùn)算部的可靠性提高。
本發(fā)明之九提供一種電池電壓測(cè)定電路的電池電壓測(cè)定方法，該電池電壓測(cè)定電路測(cè)定串聯(lián)連接多個(gè)單位電池而成的電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓。本發(fā)明的電池電壓測(cè)定方法的特征在于，所述電池電壓測(cè)定電路執(zhí)行以下步驟放大步驟，差動(dòng)放大各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓；轉(zhuǎn)換步驟，把在所述放大步驟得到的輸出電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定的物理量；電平移位步驟，使在所述轉(zhuǎn)換步驟中所轉(zhuǎn)換的所述物理量電平移位為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓；以及計(jì)測(cè)步驟，對(duì)于所述多個(gè)單位電池的各個(gè)單位電池，使用共同的計(jì)測(cè)單元計(jì)測(cè)在所述電平移位步驟中電平移位后的所述電壓。
由此，通過(guò)使電池組的單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓電平移位為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓，可以公共地利用單側(cè)耐壓的一個(gè)計(jì)測(cè)單元進(jìn)行計(jì)測(cè)，容易進(jìn)行電池電壓測(cè)定。
本發(fā)明之十提供一種電池電子控制裝置，其可以測(cè)定串聯(lián)連接多個(gè)單位電池而成的電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓。本發(fā)明的電池電子控制裝置的特征在于，該電池電子控制裝置具備處理裝置，該處理裝置內(nèi)置有差動(dòng)放大單元，其針對(duì)各個(gè)單位電池設(shè)置，通過(guò)輸入部檢測(cè)該單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓，并輸出檢測(cè)電壓；轉(zhuǎn)換單元，其針對(duì)各個(gè)差動(dòng)放大單元設(shè)置，把來(lái)自該差動(dòng)放大單元的所述檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為規(guī)定的物理量；電平移位單元，其把通過(guò)所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的所述物理量電平移位為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓；以及計(jì)測(cè)單元，其計(jì)測(cè)由所述電平移位單元進(jìn)行電平移位后的所述電壓。
該電池ECU通過(guò)使電池組的單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓電平移位為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓，可以公共地利用單側(cè)耐壓的一個(gè)測(cè)試單元進(jìn)行計(jì)測(cè)，容易進(jìn)行電池電壓測(cè)定。
本發(fā)明之十一的電池電子控制裝置的特征在于，所述處理裝置是集成電路。
由此，可以使電池電子控制裝置小型化。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使構(gòu)成電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓電平移位為以電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓，可以公共地利用單側(cè)耐壓的一個(gè)計(jì)測(cè)試單元進(jìn)行計(jì)測(cè)。因此，能夠利用價(jià)格低廉的結(jié)構(gòu)高精度地測(cè)定電池組的各個(gè)單位電池的電壓，而不會(huì)降低安全性。


圖1是本發(fā)明的電池電壓測(cè)定電路的簡(jiǎn)要方框圖。
圖2是使用了電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的方框圖。
圖3是使用了電壓/電流轉(zhuǎn)換器的本發(fā)明另一實(shí)施方式的方框圖。
圖4是本發(fā)明的電池ECU的方框圖。
圖5是以往的電池ECU的方框圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖具體說(shuō)明本發(fā)明。
另外，在多個(gè)附圖中表示相同要素的情況下，賦予相同的參照標(biāo)號(hào)。
圖1是本發(fā)明的電池電壓測(cè)定電路的簡(jiǎn)要方框圖。在圖1中，標(biāo)號(hào)V、A、T后面的數(shù)字是識(shí)別用的附加標(biāo)記，在使用K(整數(shù))和對(duì)K進(jìn)行加減后的數(shù)作為附加標(biāo)記時(shí)，在K的后面添加括號(hào)()進(jìn)行表述。標(biāo)號(hào)E表示作為測(cè)定對(duì)象的電池組。標(biāo)號(hào)V1、…、V(K)、…表示構(gòu)成電池組E的各個(gè)單位電池。標(biāo)號(hào)A1、…、A(K)、…表示分別檢測(cè)單位電池V1、…、V(K)、…的電壓的差動(dòng)放大器。標(biāo)號(hào)T1、…、T(K)、…表示分別把差動(dòng)放大器(AMP)A1、…、A(K)、…的輸出轉(zhuǎn)換為規(guī)定的物理量的轉(zhuǎn)換器。標(biāo)號(hào)1表示檢測(cè)電路，該檢測(cè)電路把通過(guò)轉(zhuǎn)換器T1、…、T(K)、…轉(zhuǎn)換的物理量，分別逆轉(zhuǎn)換為把電池組E的最低電位作為基準(zhǔn)的電信號(hào)(例如，電壓對(duì)應(yīng)V1、…、V(K)、…的輸出電壓的直流信號(hào)，或者頻率與V1、…、V(K)、…的輸出電壓相應(yīng)的交流信號(hào)，以后稱為轉(zhuǎn)換信號(hào))。標(biāo)號(hào)2表示高壓部的控制部，其具有以下功能多路掃描功能，例如從與電池組E的最低單位電池相應(yīng)的轉(zhuǎn)換信號(hào)開始，依次輸出與單位電池V1、…、V(K)、…相應(yīng)地從檢測(cè)電路1輸出的轉(zhuǎn)換信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換功能，把所提供的轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換為表示與該電壓或頻率相應(yīng)的數(shù)值的數(shù)字信號(hào)。標(biāo)號(hào)3表示把來(lái)自控制部2的信號(hào)發(fā)送給低壓部的絕緣緩沖電路。來(lái)自控制部2的信號(hào)經(jīng)由絕緣緩沖電路3發(fā)送給車體接地的控制運(yùn)算部(后面敘述)進(jìn)行處理。
轉(zhuǎn)換器T包含于權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換單元中，檢測(cè)電路1具有權(quán)利要求的電平移位單元的功能，控制部2具有權(quán)利要求的計(jì)測(cè)單元的功能。
按照該方框圖，說(shuō)明本發(fā)明的電池電壓測(cè)定電路的基本動(dòng)作。
各個(gè)單位電池V的兩端電壓被差動(dòng)放大器A放大，通過(guò)轉(zhuǎn)換器T被轉(zhuǎn)換為與單位電池V的兩端電壓對(duì)應(yīng)的特定物理量。由該轉(zhuǎn)換器T轉(zhuǎn)換后的物理量在檢測(cè)電路1中進(jìn)行電平移位，被轉(zhuǎn)換為以電池組的最低電位作為公共基準(zhǔn)的電壓。
這樣，來(lái)自檢測(cè)電路1的輸出電壓與電平移位為公共基準(zhǔn)電位的單位電池V的兩個(gè)端子之間的電壓相對(duì)應(yīng)。控制部2通過(guò)多路掃描器依次選擇與該各個(gè)單位電池V的兩端電壓對(duì)應(yīng)的電壓，并且進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，作為串行的數(shù)字信號(hào)通過(guò)光耦合器等絕緣緩沖電路3發(fā)送給控制運(yùn)算部。
其中，由轉(zhuǎn)換器T轉(zhuǎn)換的物理量雖然必須與各個(gè)單位電池V的兩個(gè)端子之間的電位差對(duì)應(yīng)，但可以與各個(gè)端子的電位無(wú)關(guān)地進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，通過(guò)在檢測(cè)電路1中進(jìn)行電平移位，置換為以電池組的最低電位為公共基準(zhǔn)電位的電壓，可以獲得以電池組的最低電位為基準(zhǔn)電位(即，電位0)的相當(dāng)于各個(gè)單位電池的兩端子間電壓的電位、即以電位0作為基準(zhǔn)的電壓。由于對(duì)于每個(gè)單位電池不存在基準(zhǔn)電壓偏差，所以能夠使用公共的檢測(cè)電路1和控制部2高精度地測(cè)定所有單位電池的輸出電壓。
另一方面，差動(dòng)放大器A和轉(zhuǎn)換器T的電源電壓必須是將單位電池V的兩端子電壓收納在該電源電壓的正負(fù)范圍內(nèi)的電壓。因此，需要按照單位電池V設(shè)置多個(gè)電源。作為這種電源，例如可以使用電荷泵電路。
圖2是使用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器作為轉(zhuǎn)換器的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的方框圖。另外，各個(gè)電壓/頻率轉(zhuǎn)換器(V/F)Tf(K)包括圖1中的差動(dòng)放大器A(K)。
按照?qǐng)D2說(shuō)明該實(shí)施方式的測(cè)試動(dòng)作。
例如，單位電池V(K)的兩端子電壓經(jīng)由輸入電阻(相當(dāng)于權(quán)利要求的輸入部)R1，被輸入V/F(電壓/頻率)轉(zhuǎn)換器Tf(K)，被V/F轉(zhuǎn)換器Tf(K)轉(zhuǎn)換為與端子電壓對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)φ(fK)。由于該轉(zhuǎn)換后的頻率信號(hào)φ(fK)是頻率信號(hào)，所以經(jīng)由電容C1連接到與電池組的最低電位連接的終端電容C2，從而可以成為與單位電池V(K)側(cè)的直流電位分離的信號(hào)，能夠容易地將基準(zhǔn)電壓不同的獨(dú)立的單位電池電壓信號(hào)向下移位為以電池組的最低電位為基準(zhǔn)電位的頻率信號(hào)。
另外，輸入電阻R1是權(quán)利要求的輸入部的一例。
與單位電池V1、…、V(K)、…對(duì)應(yīng)的被向下移位的頻率信號(hào)φ(f1)、…、φ(fK)、…通過(guò)具有輸入多路掃描器的公共的頻率/電壓轉(zhuǎn)換器(MUX/FVC)11，被依次轉(zhuǎn)換為以電池組的最低電位為基準(zhǔn)電位的頻率f1、…、fK、…的交流電壓信號(hào)。從MUX/FVC 11輸出的復(fù)用后的交流電壓信號(hào)被輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)12，并被轉(zhuǎn)換為表示與頻率f1、…、fK、…相應(yīng)數(shù)值的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)光耦合器等絕緣緩沖電路3發(fā)送給主體側(cè)的車體接地的控制運(yùn)算部4。
這樣，通過(guò)具有輸入多路掃描器的公共的頻率/電壓轉(zhuǎn)換器MUX/FVC11轉(zhuǎn)換為電壓，通過(guò)公共的ADC 12轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所以能夠?qū)z測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列的串行數(shù)字信號(hào)，可以削減包括絕緣緩沖電路3在內(nèi)的元件數(shù)量。并且，由于使用這種由公共的MUX/FVC 11、公共的ADC 12構(gòu)成的檢測(cè)電路(可以認(rèn)為與圖1中的處理裝置2等同)，所以能夠降低每個(gè)電池通路的計(jì)測(cè)偏差。
其中，V/F轉(zhuǎn)換器Tf相當(dāng)于權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換單元，電容C1、C2具有權(quán)利要求的電平移位單元的功能，MUX/FVC 11、ADC 12和控制運(yùn)算部4具有權(quán)利要求的計(jì)測(cè)單元的功能。
可是，V/F轉(zhuǎn)換器Tf的基準(zhǔn)電壓因計(jì)測(cè)對(duì)象的單位電池V的電位而不同，所以需要根據(jù)從電池組E的最低電位看來(lái)的單位電池V的電位，對(duì)V/F轉(zhuǎn)換器Tf的基準(zhǔn)電位進(jìn)行向上電平移位。為了適合這種目的，使用電荷泵P構(gòu)成電源。
在圖2的實(shí)施方式中，把構(gòu)成電池組E的單位電池劃分為上下大致相同數(shù)量的組V1、V2、…和組V(K-2)、V(K-1)、…這兩組，對(duì)各個(gè)組設(shè)置直流電源B1、B2。另外，對(duì)于上下的組，都將相鄰的每?jī)蓚€(gè)單位電池進(jìn)行分組，對(duì)上下兩組的最后的小組直接使用直流電源B1、B2的輸出，對(duì)于除此以外更靠前的小組，對(duì)每個(gè)小組準(zhǔn)備專用的電荷泵P。下面的組V1、V2、…的電荷泵把直流電源B1作為電源，上面的組V(K-2)、V(K-1)、…的電荷泵把直流電源B2作為電源。
例如，在下面的組中，直接使用直流電源B1向V/F轉(zhuǎn)換器Tf1和Tf2提供電源，使用通過(guò)電荷泵P11升壓后的電壓向V/F轉(zhuǎn)換器Tf3和Tf4提供電源。下面的組的其他V/F轉(zhuǎn)換器Tf5、…也相同，被從由直流電源B1驅(qū)動(dòng)的電荷泵P12、…提供電力。
同樣，在上面的組中，直接使用直流電源B2向V/F轉(zhuǎn)換器Tf(K-2)和Tf(K-1)提供電源，使用通過(guò)電荷泵P21升壓后的電壓向V/F轉(zhuǎn)換器TfK和Tf(K+1)提供電源。
另外，在V/F轉(zhuǎn)換器Tf的電源電壓較低時(shí)，有可能輸出錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)換結(jié)果，所以優(yōu)選設(shè)計(jì)檢測(cè)電壓異常的電路，在電源電壓異常時(shí)，利用停止轉(zhuǎn)換等方法防止錯(cuò)誤檢測(cè)。
在這種結(jié)構(gòu)中，在V/F轉(zhuǎn)換器Tf中使用的元件和在電荷泵P中使用的開關(guān)元件及電容需要具有高于電池組的電壓的耐壓。但是，由于置換為把電池組的最低電位作為基準(zhǔn)電位的信號(hào)，所以可以只要求單側(cè)耐壓，因此能夠削減元件數(shù)量，使用更加價(jià)格低廉的元件。
圖3表示使用電壓/電流轉(zhuǎn)換器Ti作為轉(zhuǎn)換器T的本發(fā)明另一實(shí)施方式的方框圖。圖3所示的電池電壓測(cè)定電路對(duì)構(gòu)成電池組E的K個(gè)單位電池V1、V2、…、V(K-1)、V(K)的各個(gè)電池，設(shè)置前級(jí)具有放大器的電壓電流轉(zhuǎn)換器(V/I轉(zhuǎn)換器)Ti 1、Ti 2、…、Ti(K-1)、Ti(K)。此處，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，把K設(shè)為偶數(shù)。在本實(shí)施方式中，對(duì)相鄰的每?jī)蓚€(gè)V/I轉(zhuǎn)換器Ti設(shè)置一個(gè)電荷泵P。因此，在不像圖2所示的實(shí)施方式那樣將電池組E分割為多個(gè)組，對(duì)各個(gè)組設(shè)置直流電源，對(duì)各組的最后的單位電池使用直流電源，而是簡(jiǎn)單地對(duì)每?jī)蓚€(gè)V/I轉(zhuǎn)換器Ti分配電荷泵P的情況下，具有(K/2)個(gè)電荷泵1、…、PJ(J＝K/2)。因此，把從同一電荷泵提供電源的兩個(gè)V/I轉(zhuǎn)換器Ti表示為一個(gè)塊，例如表示為轉(zhuǎn)換器Ti(K-1)、Ti(K)、轉(zhuǎn)換器Ti(K-3)、Ti(K-4)、…。各個(gè)單位電池V(k)(k＝1、2、…、K)的高電位側(cè)的端子經(jīng)由電阻R1(權(quán)利要求的輸入部的一例)與對(duì)應(yīng)的V/I轉(zhuǎn)換器Ti(K)的對(duì)應(yīng)輸入端子連接，低電位側(cè)的端子直接與V/I轉(zhuǎn)換器Ti(K)的對(duì)應(yīng)輸入端子連接。V/I轉(zhuǎn)換器Ti(K)、Ti(K-1)、Ti(K-2)、…的輸出通過(guò)利用壓降檢測(cè)電壓的檢測(cè)電阻R2(K)、R2(K-1)、…與公共的基準(zhǔn)電位(即電池組E的最低電位)連接。檢測(cè)電阻R2(K)、R2(K-1)、…的高電位側(cè)分別與放大器A(K)、A(K-1)、…的輸入端子連接。放大器A(K)、A(K-1)、…的輸出與帶有多路掃描器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(MUX/ADC)13的對(duì)應(yīng)輸入端子連接。MUX/ADC 13的輸出經(jīng)由所述絕緣緩沖電路3與和電池組E電絕緣的電路模塊(稱為低電位側(cè))的控制運(yùn)算部4連接。并且，圖3所示的電池電壓測(cè)定電路具有對(duì)低電位側(cè)的直流電源B的輸出進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換器6，和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器6的輸出使其適合于IC(集成電路)用的電源電壓的調(diào)壓器(REG)7。DC/DC轉(zhuǎn)換器6主要用于電荷泵P(J)、P(J-1)、…的驅(qū)動(dòng)。另外，I(K)、I(K-1)、I(K-2)、…表示V/I轉(zhuǎn)換器Ti(K)、Ti(K-1)、Ti(K-2)、…的輸出電流。
在該實(shí)施方式中，把單位電池V的端子間電壓轉(zhuǎn)換為電流進(jìn)行輸出。轉(zhuǎn)換器Ti可以視為輸出與單位電池V的端子間電壓對(duì)應(yīng)的電流的電壓控制電流源。轉(zhuǎn)換器Ti的輸出電流是獨(dú)立于從電池組E的最低電位看來(lái)的單位電池V的直流電位的值。因此，可以根據(jù)轉(zhuǎn)換器Ti的輸出電流，使基準(zhǔn)電壓不同的各個(gè)單位電池的輸出電壓容易地向下移位成為以電池組的最低電位為基準(zhǔn)電位的電壓。
按照?qǐng)D3說(shuō)明本實(shí)施方式的計(jì)測(cè)動(dòng)作。
各個(gè)電位電池V(k)的兩端子電壓經(jīng)由輸入電阻R1輸入V/I轉(zhuǎn)換器Ti(k)，通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換器Ti(k)轉(zhuǎn)換為與端子間電壓相應(yīng)的電流信號(hào)I(k)。把該轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)I(k)發(fā)送給連接在電池組E的最低電位上的相同電阻值的終端電阻R2(k)，由此可以轉(zhuǎn)換為以電池組的最低電位作為公共基準(zhǔn)電位的電壓信號(hào)。
轉(zhuǎn)換后的公共基準(zhǔn)電位的電壓信號(hào)被具有多路掃描功能的A/D轉(zhuǎn)換器MUX/ADC 13依次轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，變?yōu)橐幌盗械拇行盘?hào)，經(jīng)由絕緣緩沖電路3發(fā)送給低電位側(cè)的車體接地的控制運(yùn)算部4。
這樣被具有輸入多路掃描器的公共的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器MUX/ADC 13依次轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，并被轉(zhuǎn)換為一系列的串行信號(hào)而發(fā)送給絕緣緩沖電路3，因此可以削減包括絕緣緩沖電路3在內(nèi)的元件數(shù)量。并且，由于使用公共的MUX/ADC 13，所以能夠降低每個(gè)電池通路的計(jì)測(cè)偏差。
在此，V/I轉(zhuǎn)換器Ti(k)包括權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換單元，電阻R2(k)具有權(quán)利要求的電平移位單元的功能，MUX/ADC 13和控制運(yùn)算部4具有權(quán)利要求的計(jì)測(cè)單元的功能。
此外，如前面所述，使用對(duì)低電位側(cè)直流電源B的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換的絕緣型DC/DC轉(zhuǎn)換器6的輸出電壓作為基準(zhǔn)電源，將該電壓例如通過(guò)電荷泵P(J)進(jìn)行電平移位，然后對(duì)外置的電容器C3進(jìn)行充電，把其作為V/I轉(zhuǎn)換器Ti(k)、Ti(k-1)的電源。并且，將DC/DC轉(zhuǎn)換器6的輸出電壓通過(guò)調(diào)壓器7調(diào)節(jié)電壓后用作MUX/ADC 13和絕緣緩沖電路3等的公共部分的電源。
這樣，構(gòu)成V/I轉(zhuǎn)換器Ti的電源，從直流電源B獲取V/I轉(zhuǎn)換器Ti的輸出電流的電力，所以在計(jì)測(cè)時(shí)不會(huì)消耗被測(cè)定側(cè)的電池組E的電力。因此，內(nèi)置于V/I轉(zhuǎn)換器Ti的放大器的輸入電阻可以做到高電阻化，在輸入側(cè)構(gòu)成去除電池噪聲用的低頻濾波器時(shí)，可以減小其電容，可以做到小型化及降低成本。
在該實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中，在V/I轉(zhuǎn)換器Ti中使用的元件和在電荷泵P中使用的開關(guān)元件及電容需要具有高于電池組的電壓的耐壓。但是，由于置換為以電池組E的最低電位作為基準(zhǔn)電位的信號(hào)，所以可以只要求單側(cè)耐壓，因此能夠削減元件數(shù)量，使用更加價(jià)格低廉的元件，可以做到小型化及降低成本。
特別是像本實(shí)施方式這樣使用V/I轉(zhuǎn)換器Ti作為單位電池輸出的轉(zhuǎn)換器時(shí)，內(nèi)置于MUX/ADC 13中的多路掃描器只要對(duì)于每個(gè)單位電池具有一個(gè)輸入接點(diǎn)既可，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
在以上實(shí)施方式中，把單位電池V的端子間電壓置換為頻率信號(hào)或電流后進(jìn)行向下移位，通過(guò)公共的檢測(cè)電路變?yōu)榇械臄?shù)字電壓信號(hào)，經(jīng)由絕緣緩沖電路3發(fā)送給控制運(yùn)算部4。但是，也可以直接對(duì)單位電池V的端子間電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使其變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，依次對(duì)與各個(gè)單位電池對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理。
作為本發(fā)明的另一實(shí)施方式，簡(jiǎn)單說(shuō)明內(nèi)置了以上敘述的本發(fā)明的電池電壓測(cè)定電路的電池ECU(電子控制裝置)。
圖4是本發(fā)明的電池ECU 100的方框圖。并且，為了比較，圖5示出上述專利文獻(xiàn)1中敘述的以往類型的電池ECU的方框圖。另外，在圖5中，圖4中的高壓控制部42和低壓側(cè)控制運(yùn)算部4分別替換為高壓控制部52和低壓側(cè)控制運(yùn)算部54。
在圖4中，HVIC(高耐壓IC)21集成了包括轉(zhuǎn)換器和電荷泵在內(nèi)的電路。高壓側(cè)控制部42具有逆轉(zhuǎn)換功能、多路掃描功能和A/D轉(zhuǎn)換功能。絕緣緩沖電路3形成有從高壓側(cè)控制部42向低壓側(cè)控制運(yùn)算部4傳送計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)、以及把來(lái)自低壓側(cè)控制運(yùn)算部4的控制信號(hào)傳送給高壓側(cè)控制部42的上行下行線路。DC/DC轉(zhuǎn)換器6和調(diào)壓器7具有與圖3所示相同的功能。
這樣，通過(guò)在HVIC 21中集成輸入電路部分等，可以削減高耐壓部件數(shù)量，可以做到小型化及降低成本。而且，容易實(shí)現(xiàn)電路整體的集成化，能夠?qū)㈦姵仉妷簻y(cè)定功能集成于一個(gè)電池ECU 100中。
在圖5所示的以往的電池ECU中，設(shè)置由光電MOS開關(guān)電路(稱為通路)構(gòu)成的開關(guān)電路25，根據(jù)從低壓側(cè)控制部54經(jīng)由未圖示的絕緣緩沖元件發(fā)送的控制信號(hào)，依次選擇該開關(guān)電路25的通路，與此相比，圖4所示的電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，可以減少絕緣緩沖電路等的絕緣元件數(shù)量。
此外，在圖4的實(shí)施方式中，可以把由單位電池V1、V2、…、V20(為了簡(jiǎn)化說(shuō)明設(shè)為20個(gè))構(gòu)成的電池組E1的最低電位作為公共基準(zhǔn)電位，所以如圖4所示，容易構(gòu)成電流和電壓的檢測(cè)電路，能夠?qū)⒔油姵仉娏鳈z測(cè)電路(IB)22和點(diǎn)火開關(guān)時(shí)電源電路的電容器預(yù)充電用的預(yù)充電接觸器(PRECHG)23組裝入電池ECU 100的內(nèi)部，通過(guò)把電池組E1的最低電位作為基準(zhǔn)電位，可以簡(jiǎn)化高壓和車體接地之間的漏電檢測(cè)電路(LEAK)24，具有可以減少電路的絕緣部位等優(yōu)點(diǎn)。
如以上所述，在本發(fā)明中，把相當(dāng)于各個(gè)被測(cè)定電池的端子間電壓的電壓變?yōu)檗D(zhuǎn)換信號(hào)，把該轉(zhuǎn)換信號(hào)移位到公共的基準(zhǔn)電位，可以利用公共的測(cè)定裝置進(jìn)行高精度檢測(cè)，把檢測(cè)結(jié)果作為串行信號(hào)經(jīng)由絕緣元件發(fā)送給低壓部的控制運(yùn)算部。由此，可以利用價(jià)格低廉的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能夠高精度地測(cè)定電池組的電壓、而且確保安全性的電池電壓測(cè)定電路。
以上為了說(shuō)明本發(fā)明僅僅列舉了實(shí)施方式的示例。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思或原理，對(duì)所述實(shí)施方式進(jìn)行各種變更、修改或追加。
例如，上述說(shuō)明以電池電壓測(cè)定電路為中心進(jìn)行了敘述，但在該電池電壓測(cè)定電路中使用的測(cè)定方法也是本發(fā)明的對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于像電池組的單位電池那樣的電池的各個(gè)電壓，可以在工作過(guò)程中利用數(shù)量少于以往的部件高精度地進(jìn)行檢測(cè)，以使用燃料電池的廣范圍的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?yàn)榇?，具有能夠在需要監(jiān)視電池電壓的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中廣泛利用的可行性。
權(quán)利要求
1.一種電池電壓測(cè)定電路，其測(cè)定串聯(lián)連接多個(gè)單位電池而成的電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓，其特征在于，該電池電壓測(cè)定電路具備轉(zhuǎn)換單元，其針對(duì)各個(gè)單位電池設(shè)置，把該單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定的物理量；以及計(jì)測(cè)單元，其對(duì)于所述多個(gè)單位電池中的各個(gè)單位電池，共同地處理并計(jì)測(cè)由所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的所述物理量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，所述計(jì)測(cè)單元包括A/D轉(zhuǎn)換單元，該A/D轉(zhuǎn)換單元把所述兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為表示相應(yīng)數(shù)值的數(shù)字信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，該電池電壓測(cè)定電路還具備電平移位單元，該電平移位單元針對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)換單元設(shè)置，把由該轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的所述物理量轉(zhuǎn)換為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓，所述計(jì)測(cè)單元向所述多個(gè)單位電池中的各個(gè)單位電池依次輸出與所述的以最低電位為基準(zhǔn)的電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)字值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，把分別與所述多個(gè)單位電池對(duì)應(yīng)的所述轉(zhuǎn)換單元?jiǎng)澐譃橛上噜彽念A(yù)定數(shù)量構(gòu)成的組，對(duì)每個(gè)組設(shè)置電荷泵電路，各個(gè)組的所述轉(zhuǎn)換單元利用來(lái)自與該組相關(guān)聯(lián)的所述電荷泵電路的電源而工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，該電池電壓測(cè)定電路還具有DC/DC轉(zhuǎn)換器，該DC/DC轉(zhuǎn)換器與所述電池組電絕緣，作為各個(gè)電荷泵電路的電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元包括把所述兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)大小的電流的電壓/電流轉(zhuǎn)換單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元包括把所述兩個(gè)電極之間的電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)頻率的交流信號(hào)的電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池電壓測(cè)定電路，其特征在于，該電池電壓測(cè)定電路還具備與所述電池組電絕緣的控制運(yùn)算部；在保持所述電池組與所述控制運(yùn)算部之間的絕緣性的同時(shí)，將對(duì)于各個(gè)單位電池的所述數(shù)字值從所述計(jì)測(cè)單元以電的方式傳送給所述控制運(yùn)算部的單元。
9.一種電池電壓測(cè)定電路的電池電壓測(cè)定方法，該電池電壓測(cè)定電路測(cè)定串聯(lián)連接多個(gè)單位電池而成的電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓，其特征在于，所述電池電壓測(cè)定電路執(zhí)行以下步驟放大步驟，差動(dòng)放大各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓；轉(zhuǎn)換步驟，把所述放大步驟中得到的輸出電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定的物理量；電平移位步驟，使所述轉(zhuǎn)換步驟中所轉(zhuǎn)換的所述物理量電平移位為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓；以及計(jì)測(cè)步驟，對(duì)于所述多個(gè)單位電池中的各個(gè)單位電池，使用共同的計(jì)測(cè)單元計(jì)測(cè)在所述電平移位步驟中電平移位后的所述電壓。
10.一種電池電子控制裝置，其可以測(cè)定串聯(lián)連接多個(gè)單位電池得到的電池組的各個(gè)單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓，其特征在于，該電池電子控制裝置具備處理裝置，該處理裝置內(nèi)置有差動(dòng)放大單元，其針對(duì)各個(gè)單位電池設(shè)置，通過(guò)輸入部檢測(cè)該單位電池的兩個(gè)電極之間的電壓，并輸出檢測(cè)電壓；轉(zhuǎn)換單元，其針對(duì)各個(gè)差動(dòng)放大單元設(shè)置，把來(lái)自該差動(dòng)放大單元的所述檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為預(yù)定的物理量；電平移位單元，其把通過(guò)所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的所述物理量電平移位為以所述電池組的最低電位為基準(zhǔn)的電壓；以及計(jì)測(cè)單元，其計(jì)測(cè)由所述電平移位單元進(jìn)行電平移位后的所述電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池電子控制裝置，其特征在于，所述處理裝置是集成電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池電壓測(cè)定電路、電池電壓測(cè)定方法及電池電子控制裝置。其目的在于，可以利用比較簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉的結(jié)構(gòu)，通過(guò)公共的測(cè)定電路高精度地測(cè)定電池組的電壓。作為解決手段，各個(gè)單位電池V的兩端電壓被差動(dòng)放大器A放大，被轉(zhuǎn)換器T轉(zhuǎn)換為與單位電池V的兩端電壓對(duì)應(yīng)的特定物理量，通過(guò)檢測(cè)電路(1)進(jìn)行電平移位，被逆轉(zhuǎn)換為以電池組的最低電位作為公共基準(zhǔn)電位的電壓。另外，該逆轉(zhuǎn)換后的電壓通過(guò)控制部(2)在多路掃描器中被依次選擇進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，作為串行的數(shù)字信號(hào)經(jīng)由絕緣緩沖電路(3)發(fā)送給控制運(yùn)算部(4)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101043094SQ20071008941
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
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