本發(fā)明涉及提高順次獲取的第一電壓與第二電壓之間的差分電壓的測量精度的技術(shù)。

背景技術(shù)：

例如，諸如使用電動機運行的電動車輛(ev)以及使用發(fā)動機和電動機二者運行的混合動力車輛(hev)這樣的各種類型的車輛安裝有二次電池作為電動機的電源，諸如鋰離子電池和鎳氫電池。

已知這樣的二次電池隨著重復(fù)地充電和放電而逐漸劣化，并且可充電容量(電流容量或電力容量)逐漸減小。然后，使用二次電池的電動車輛檢測二次電池的劣化度以獲得可充電容量，從而計算使用二次電池能夠移動的距離和二次電池的使用壽命。

作為表示二次電池的劣化度的一個指標(biāo)，存在作為當(dāng)前可充電容量與初始可充電容量的比率的健康狀態(tài)(soh)。已知soh與二次電池的內(nèi)部電阻有關(guān)。因此，由于檢測了二次電池的內(nèi)部電阻，所以能夠基于內(nèi)部電阻而獲得soh。

通常地，由于內(nèi)部電阻很小，所以難以獲得足夠的檢測精度。jp2014-219311a公開了一種用于提高內(nèi)部電阻的檢測精度的電池狀態(tài)檢測裝置。

圖12是示意性地圖示出在jp2014-219311a中公開的電池狀態(tài)檢測裝置500的配置的圖。二次電池(檢測對象)b具有產(chǎn)生電壓的電動勢部分e以及內(nèi)部電阻r。能夠通過檢測內(nèi)部電阻r而獲得二次電池b的soh。

二次電池b在兩個電極(正電極bp與負電極bn)之間產(chǎn)生電壓v。通過由電動勢部分e的電動勢產(chǎn)生的電壓ve和由流到內(nèi)部電阻r的電流產(chǎn)生的電壓vr來測量電壓v(v＝ve+vr)。二次電池b的負電極bn連接于基準(zhǔn)電位g。

電池狀態(tài)檢測裝置500包括：差分放大單元511、轉(zhuǎn)換開關(guān)512、第一電容器513、第二電容器514、充電單元515、第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)521、第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)522和微機(μcom)540。

在該圖所示的配置中，當(dāng)μcom540將控制信號通過輸出端口po2傳送到充電單元515以開始充電時，充電單元515開始使預(yù)定的充電電流ic流到二次電池b。利用該配置，開始二次電池b的充電。

當(dāng)充電開始時，μcom540通過輸出端口po1控制轉(zhuǎn)換開關(guān)512，并且連接二次電池b的正電極bp與第一電容器513。因此，充電的二次電池的兩個電極之間的電壓(v1＝ve+r·ic)保持在第一電容器513中。

接著，當(dāng)通過輸入端口pi1獲取的二次電池b的兩個電極之間的電壓變?yōu)轭A(yù)定的狀態(tài)檢測電壓時，μcom540通過輸出端口po1控制轉(zhuǎn)換開關(guān)512，并且連接二次電池b的正電極bp與第二電容器514，并且通過輸出端口po2傳送控制信號以停止對充電單元515的充電。

因此，當(dāng)朝著二次電池b的充電電流ic停止、并且第二電容器514的蓄積狀態(tài)穩(wěn)定時，在不充電期間的二次電池b的兩個電極之間的電壓保持在第二電容器514中(v2＝ve)。

在該狀態(tài)下，μcom540通過輸入端口pi2檢測由差分放大單元511輸出的放大電壓vm。然后，將檢測的放大電壓vm除以差分放大單元511的放大系數(shù)av，并且再除以充電電流ic，以檢測二次電池b的內(nèi)部電阻r(＝(vm/av)/ic)。

最終，μcom540通過輸出端口po2將控制信號傳送到充電單元515，以開始充電。充電單元515根據(jù)控制信號使預(yù)定的充電電流ic再次流到二次電池b。因此，重新開始充電，并且電池狀態(tài)檢測處理結(jié)束。

專利文獻1：jp2014-219311a

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)在jp2014-219311a中公開的電池狀態(tài)檢測裝置500，能夠提高二次電池的內(nèi)部電阻的檢測精度，并且能夠抑制電池狀態(tài)的檢測精度的降低。

另外，通過應(yīng)用電池狀態(tài)檢測裝置500的技術(shù)，能夠配置一種差分電壓測量裝置，該差分電壓測量裝置能夠精確地測量諸如電池這樣的電壓源的第一狀態(tài)與第二狀態(tài)的微小電壓變化和電路中的兩個點之間的電位差、以及二次電池的內(nèi)部電阻。

換句話說，順次進行下面的過程，從而能夠精確地測量電壓源的第一狀態(tài)與第二狀態(tài)的微小電壓變化或者電路中的一個點與另一個點之間的電位差。

1)通過開關(guān)512和第一電容器513對處于第一狀態(tài)的電壓源的電壓或者電路中的一個點的電壓采樣，并且保持為第一電壓。

2)通過開關(guān)512和第二電容器514對處于第二狀態(tài)的電壓源的電壓或者電路中的另一個點的電壓采樣，并且保持為第二電壓。

3)通過差分放大單元511放大第一電壓與第二電壓之間的差，將通過差分放大單元511輸出的放大電壓vm除以差分放大單元511的放大系數(shù)av。

在jp2014-219311a中公開的實例中，恒定電流ic流到二次電池b的狀態(tài)對應(yīng)于第一狀態(tài)，并且電流不流動的狀態(tài)對應(yīng)于第二狀態(tài)。此外，作為電壓變化的檢測對象的電壓源不限于二次電池，并且可以是一次電池、電池組的單元或電源電路。

然而，在實際的電容器中產(chǎn)生微小泄露電流，并從而蓄積的電荷泄露出。因此，與在第一電容器513結(jié)束對處于第一狀態(tài)的電池的電壓的采樣和保持操作之后、直到第二電容器514結(jié)束對處于第二狀態(tài)的電池的電壓的采樣和保持操作為止的時間內(nèi)的泄露電流相比，蓄積在第一電容器513中的電荷更輕微地泄露出。

當(dāng)電荷從第一電容器513泄露出時，檢測到第一電壓比實際值稍低，并且測量精度降低。本發(fā)明的目的是提高順次獲取的第一電壓與第二電壓之間的電壓差的測量精度。

根據(jù)為了解決以上問題的本發(fā)明，提供了一種差分電壓測量裝置，包括：第一電容器；第二電容器，該第二電容器的容量比所述第一電容器的容量小；差分放大單元，該差分放大單元用于根據(jù)保持在所述第一電容器中的電壓與保持在所述第二電容器中的電壓之間的差分電壓輸出電壓；和控制單元，該控制單元將第一電壓引導(dǎo)至所述第一電容器，并且在所述第一電容器保持所述第一電壓的狀態(tài)下將第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器。

這里，所述差分電壓測量裝置還包括轉(zhuǎn)換開關(guān)，該轉(zhuǎn)換開關(guān)將電壓輸入的輸入端子的連接目標(biāo)單獨地切換為所述第一電容器或所述第二電容器。所述控制單元可以控制所述轉(zhuǎn)換開關(guān)，從而將所述第一電壓引導(dǎo)至所述第一電容器，并且在所述第一電容器保持所述第一電壓的狀態(tài)下將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器。

所述差分電壓測量裝置還包括泄露電流防止開關(guān)，該泄露電流防止開關(guān)切換連接狀態(tài)，使得將所述第一電容器的所述轉(zhuǎn)換開關(guān)的連接側(cè)變?yōu)橄喾磦?cè)。在所述第一電容器保持所述第一電壓的狀態(tài)下將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器的期間，所述控制單元可以將所述泄露電流防止開關(guān)切換為斷開狀態(tài)。

另外，所述差分電壓測量裝置包括：保護開關(guān)，該保護開關(guān)切換所述差分放大單元相對于所述第一電容器和所述第二電容器的連接狀態(tài)；和溫度傳感器。所述控制單元可以將所述第一電壓引導(dǎo)至所述第一電容器，并且在所述第一電容器保持所述第一電壓的狀態(tài)下、當(dāng)將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器的期間，將所述保護開關(guān)設(shè)定為斷開狀態(tài)。在將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器、并且根據(jù)所述溫度傳感器的測量值設(shè)定的等待時間過去之后，可以將所述保護開關(guān)設(shè)定為連接狀態(tài)。

另外，所述控制單元可以控制將電壓所輸入到的輸入端子的連接目標(biāo)單獨地切換為第一電容器和第二電容器的開關(guān)，從而將所述第一電壓引導(dǎo)至所述第一電容器，并且在所述第一電容器保持所述第一電壓的狀態(tài)下將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器。

另外，所述差分電壓測量裝置可以還包括電流輸出單元，該電流輸出單元切換和輸出為了產(chǎn)生所述第一電壓而供給的第一電流和為了產(chǎn)生所述第二電壓而供給的第二電流。

另外，所述控制單元配置成獲取用于產(chǎn)生第一電壓和第二電壓的電流的值，并且使得在下面任意一種情況中的差分放大單元的輸出結(jié)果無效：

1)在將所述第一電壓引導(dǎo)至所述第一電容器的期間獲取的電流值已經(jīng)變化，

2)在將所述第一電壓引導(dǎo)至所述第一電容器之后、直到將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器為止獲取的電流值尚未變化，和

3)在將所述第二電壓引導(dǎo)至所述第二電容器的期間獲取的電流值已經(jīng)變化。

另外，所述控制單元可以基于與所述第一電壓和所述第二電壓的電源的內(nèi)部連接有關(guān)的預(yù)定電阻值來校正所述差分放大單元的輸出結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明，將第一電容器的容量設(shè)定得大并且將第二電容器的容量設(shè)定得小，使得能夠減小由于第一電容器的電荷泄露引起的電壓降，并且能夠縮短用于第二電容器的蓄積電荷所花費的時間。因此，能夠減小在當(dāng)?shù)诙娙萜餍罘e電荷的期間的第一電容器的電壓降。能夠提高順次獲取的第一電壓與第二電壓之間的差分電壓的測量精度。

附圖說明

圖1是示意性地圖示出第一實施例的電池狀態(tài)檢測裝置的配置的圖；

圖2是圖示出電池狀態(tài)檢測裝置中的電池狀態(tài)檢測處理的一個實例的流程圖；

圖3是示意性地圖示出第二實施例的差分電壓測量裝置的配置的圖；

圖4是圖示出差分放大單元的一個實例的電路圖；

圖5是圖示出差分電壓測量裝置的第一變形例的配置的塊圖；

圖6是用于描述泄露電流防止開關(guān)的on/off開關(guān)控制的圖；

圖7是圖示出差分電壓測量裝置的第二變形例的配置的塊圖；

圖8是用于描述電容器的溫度與泄露電流之間的關(guān)系的圖；

圖9a至9c是用于描述測量時的電流變化的圖；

圖10是用于描述差分電壓測量裝置的第三變形例的流程圖；

圖11是用于描述由電池組中的匯流條連接產(chǎn)生的電阻的圖；以及

圖12是示意性地圖示出傳統(tǒng)的電池狀態(tài)檢測裝置的配置的圖。

參考標(biāo)記列表

100電池狀態(tài)檢測裝置

111差分放大單元

112轉(zhuǎn)換開關(guān)

113第一電容器

114第二電容器

115充電單元

121第一adc

122第二adc

140μcom

200差分電壓測量裝置

201差分電壓測量裝置

202差分電壓測量裝置

210μcom

211開關(guān)控制單元

220電流輸出單元

230轉(zhuǎn)換開關(guān)

240差分放大單元

250adc

261檢測對象選擇開關(guān)

262基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)

270保護開關(guān)

具體實施方式

參考附圖描述本發(fā)明的實施例。第一實施例是將本發(fā)明的差分電壓測量裝置應(yīng)用于電池狀態(tài)檢測裝置的實例。圖1是示意性地圖示出本發(fā)明的第一實施例的電池狀態(tài)檢測裝置的配置的圖。

該實施例的電池狀態(tài)檢測裝置100例如安裝在電動車輛中，連接于電動車輛中裝備的二次電池的電極之間，以檢測二次電池的內(nèi)部電阻作為二次電池的狀態(tài)。當(dāng)然，該差分電壓測量裝置可以應(yīng)用于除了電動車輛之外的任意裝備有二次電池的裝置和系統(tǒng)。

二次電池(檢測對象)b具有產(chǎn)生電壓的電動勢部分e和內(nèi)部電阻r。能夠通過檢測內(nèi)部電阻r而獲得二次電池b的soh。

二次電池b在兩個電極(正電極bp與負電極bn)之間產(chǎn)生電壓v。通過由電動勢部分e的電動勢產(chǎn)生的電壓ve和由流到內(nèi)部電阻r的電流產(chǎn)生的電壓vr測量電壓v(v＝ve+vr)。二次電池b的負電極bn連接于基準(zhǔn)電位g。

如在該圖中所示，電池狀態(tài)檢測裝置100包括：差分放大單元111、轉(zhuǎn)換開關(guān)112、第一電容器113、第二電容器114、充電單元115、第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)121、第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)122和微機(μcom)140。

差分放大單元111由運算放大器構(gòu)成，例如包括兩個輸入端子(第一輸入端子in1和第二輸入端子in2)以及一個輸出端子(輸出端子out)，通過利用預(yù)定的放大系數(shù)av放大經(jīng)過這兩個輸入端子輸入的差分電壓而獲得放大電壓vm，并且通過輸出端子輸出放大電壓vm。

例如，轉(zhuǎn)換開關(guān)112是由模擬開關(guān)構(gòu)成的一個電路-兩個觸點(單刀雙擲(spdt))開關(guān)。轉(zhuǎn)換開關(guān)112具有兩個開關(guān)端子a和b，其中，開關(guān)端子a連接于差分放大單元111的第一輸入端子in1，并且輸入端子b連接于差分放大單元111的第二輸入端子in2。另外，轉(zhuǎn)換開關(guān)112的公用端子c連接于二次電池b的正電極bp。

轉(zhuǎn)換開關(guān)112連接于μcom140的輸出端口po1，并且根據(jù)來自μcom140的控制信號切換公用端子c與兩個開關(guān)端子a和b之間的連接，使得二次電池b的正電極bp單獨地連接到第一輸入端子in1和第二輸入端子in2。

第一電容器113連接在差分放大單元111的第一輸入端子in1與基準(zhǔn)電位g之間。換句話說，第一電容器113設(shè)置在第一輸入端子in1與二次電池b的負極bn之間。因此，第一輸入端子in1與二次電池b的負電極bn之間的電壓保持在第一電容器113中。

第二電容器114連接在差分放大單元111的第二輸入端子in2與基準(zhǔn)電位g之間。換句話說，第二電容器114設(shè)置在第二輸入端子in2與二次電池b的負極bn之間。因此，第二輸入端子in2與二次電池b的負電極bn之間的電壓保持在第二電容器114中。

這里，基于第一電容器113與第二電容器114的容量之間的差，將該實施例的電池狀態(tài)檢測裝置100設(shè)計成使得首先蓄積電荷的第一電容器113的容量變得比第二電容器114的容量大。一般地，隨著容量變大，電容器能夠較少地受到由于泄露電流引起的電壓降的影響，并且隨著容量變小，能夠使采樣和保持操作更短。

在對二次電池b充電期間，充電單元115連接在二次電池b的正電極bp與基準(zhǔn)電位g之間，并且設(shè)置成使得預(yù)定的充電電流ic流到二次電池b。因此，充電單元能夠用作電流輸出單元。充電單元115連接于下文描述的μcom140的輸出端口po2，根據(jù)來自μcom140的控制信號，利用充電電流ic對二次電池b充電、以及停止充電電流ic向二次電池b的流動以停止充電。

第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)121量化二次電池b的兩個電極之間的電壓，以輸出表示與該電壓的對應(yīng)的數(shù)值的信號。第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)122量化從差分放大單元111輸出的放大電壓vm，并且輸出表示與放大電壓vm對應(yīng)的數(shù)值的信號。

μcom140由嵌入其中的cpu、rom和ram構(gòu)成，并且用作控制單元，以進行電池狀態(tài)檢測裝置100的整體控制。μcom140包括連接于轉(zhuǎn)換開關(guān)112的第一輸出端口po1和連接于充電單元115的第二輸出端口po2，并且通過第一輸入端口po1將控制信號傳送到轉(zhuǎn)換開關(guān)112以控制轉(zhuǎn)換開關(guān)112，使得在對二次電池b充電的同時，二次電池b的正電極bp連接于第一輸入端子in1；并且使得在不對二次電池b充電的同時，二次電池b的正電極bp連接于第二輸入端子in2。

另外，在充電單元115對二次電池b充電的同時，當(dāng)通過第二輸出端口po2將控制信號傳送到充電單元115、并且二次電池b的兩個電極之間的電壓v達到預(yù)定的狀態(tài)檢測電壓vth時，控制充電單元115以停止對二次電池b的充電。

μcom140包括：第一輸入端口pi1，從第一adc121輸出的信號輸入到該第一輸入端口pi1；和第二輸入端口pi2，從第二adc122輸出的信號輸入到該第二輸入端口pi2?；谶@些信號，μcom140檢測二次電池b的兩個電極之間的電壓v以及由差分放大單元111輸出的放大電壓vm。然后，基于放大電壓vm和充電電流ic檢測二次電池b的內(nèi)部電阻r。

接著，將參考圖2的流程圖對裝備在第一實施例的電池狀態(tài)檢測裝置100中的μcom140中的示例性的電池狀態(tài)檢測處理進行描述。

例如，當(dāng)通過通信端口從裝備在車輛中的電子控制裝置收到二次電池b的充電開始命令時，μcom140通過第二輸出端口po2將控制信號傳送到充電單元115以開始充電。根據(jù)控制信號，充電單元115開始使預(yù)定的充電電流ic流到二次電池b。因此，開始二次電池b的充電。

當(dāng)充電電流ic流到二次電池b時，μcom140通過第一輸出端口po1將控制信號傳送到轉(zhuǎn)換開關(guān)112，以連接開關(guān)端子a與公用端子c(s110)。

當(dāng)根據(jù)控制信號連接開關(guān)端子a與公用端子c時，轉(zhuǎn)換開關(guān)112連接二次電池b的正電極bp與差分放大單元111的第一輸入端子in1。

因此，第一電容器113連接在二次電池b的正電極bp與負電極bn之間，并且電荷從二次電池b和充電單元115流入第一電容器113。然后，當(dāng)過去一定量的時間時，電荷蓄積在第一電容器113中達到上限，并且充電的二次電池b的兩個電極之間的電壓保持為第一電容器113中的第一電壓。

接著，直到二次電池b的兩個電極之間的電壓達到狀態(tài)檢測電壓vth，μcom140處于待機狀態(tài)(s120)。然后，當(dāng)二次電池b的兩個電極之間的電壓變?yōu)轭A(yù)定的狀態(tài)檢測電壓vth時，將控制信號通過第一輸出端口po1傳送到轉(zhuǎn)換開關(guān)112，以連接開關(guān)端子b與公用端子c(s130)，并且?guī)缀跬瑫r，將控制信號通過第二輸出端口po2傳送到充電單元115以停止充電(s140)。

轉(zhuǎn)換開關(guān)112通過根據(jù)控制信號連接開關(guān)端子b與公用端子c而連接二次電池b的正電極bp與差分放大單元111的第二輸入端子in2。

因此，第二電容器114連接在二次電池b的正電極bp與負電極bn之間，并且電荷從二次電池b流到第二電容器114內(nèi)。另外，充電單元115根據(jù)來自μcom140的控制信號停止對二次電池b的充電電流ic。

在當(dāng)?shù)诙娙萜?14與二次電池b通過轉(zhuǎn)換開關(guān)112連接的期間，第一電容器113從二次電池b分離。然而，將第一電容器113設(shè)計成具有大容量，從而能夠使由于泄露電流引起的電荷的損失量小。

然后，直到第二電容器114的將電荷蓄積達到上限所花費的預(yù)定的電池充電時間過去為止，該處理處于待機狀態(tài)(s150)。將第二電容器114設(shè)計成具有小容量，并從而能夠在短時間內(nèi)將電荷蓄積達到上限。因此，能夠使從第一電容器113的電荷的損失量更小。

當(dāng)電池充電時間過去時，第二電容器114將電荷蓄積達到上限，以穩(wěn)定保持電壓。將充電的二次電池b的兩個電極之間的電壓保持為第二電容器114中的第二電壓。

接著，當(dāng)保持在第二電容器中的電壓穩(wěn)定時(即，在當(dāng)電池充電時間過去時)，μcom140基于從輸入第二輸入端口pi2中的信號獲得的信息檢測從差分放大單元111輸出的放大電壓vm(s160)。

μcom140通過將檢測的放大電壓vm除以差分放大單元111的放大系數(shù)av、并且將獲得的電壓除以充電電流ic來檢測二次電池b的內(nèi)部電阻r(r＝(vm/av)/ic)(s170)。

最終，μcom140通過第二輸出端口po2將控制信號傳送到充電單元115，以開始充電(s180)。充電單元115根據(jù)控制信號使預(yù)定的充電電流ic再次流到二次電池b。因此，重新開始充電，并且電池狀態(tài)檢測處理結(jié)束。

如上所述，在該實施例的電池狀態(tài)檢測裝置100中，將首先蓄積電荷的第一電容器113的容量設(shè)定為比第二電容器114的容量大。

由于將第一電容器113的容量設(shè)定得大，所以能夠減小在當(dāng)?shù)诙娙萜?14蓄積電荷的期間由于電荷泄露而引起的電壓降。由于將第二電容器114的容量設(shè)定得小，所以能夠縮短第二電容器114的電池充電時間。因此，能夠在第一電容器113的第一電壓不降低的狀態(tài)下檢測差分電壓，并從而能夠提高測量精度。

接著，將描述本發(fā)明的第二實施例。圖3是圖示出本發(fā)明的第二實施例的差分電壓測量裝置的概要的圖。通過使用電池狀態(tài)檢測裝置100的技術(shù)獲得第二實施例的差分電壓測量裝置200，并且將裝備有多個組裝的電池單元(ce1至ce4)的電池組bs用作電壓源(測量對象)。

如在該圖中所示，差分電壓測量裝置200包括第一電容器c1、第二電容器c2、μcom210、電流輸出單元220、轉(zhuǎn)換開關(guān)230、差分放大單元240、adc250、檢測對象選擇開關(guān)261、基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262、和保護開關(guān)270。

電流輸出單元220基于μcom210的命令使恒定電流流到電池組bs。通過切換流到電池組bs的恒定電流而產(chǎn)生電池組bs的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。第一狀態(tài)和第二狀態(tài)中的任意一者可以是電流不流動的狀態(tài)。

第一電容器c1保持處于第一狀態(tài)的電池組bs中的測量對象的電壓，作為第一電壓。第二電容器c2保持處于第二狀態(tài)的電池組bs中的測量對象的電壓，作為第二電壓。這里，將第一電容器c1的容量設(shè)計成比第二電容器c2的容量大。

轉(zhuǎn)換開關(guān)230包括：sw31，其朝著第一電容器c1引導(dǎo)處于第一狀態(tài)的電池組bs中的測量對象的電壓(第一電壓)；和sw32，其將處于第二狀態(tài)的電池組bs中的測量對象的電壓(第二電壓)引導(dǎo)至第二電容器c2。

檢測對象選擇開關(guān)261設(shè)置在形成電池組bs的各個電池單元(ce1至ce4)的端部與轉(zhuǎn)換開關(guān)230之間。具體地，sw11設(shè)置在對應(yīng)于電池組bs的正電極的電池單元ce1的端部與轉(zhuǎn)換開關(guān)230之間，sw12設(shè)置在電池單元ce1和電池單元ce2的觸點與轉(zhuǎn)換開關(guān)230之間，sw13設(shè)置在電池單元ce2和電池單元ce3的觸點與轉(zhuǎn)換開關(guān)230之間，并且sw14設(shè)置在電池單元ce3和電池單元ce4的觸點與轉(zhuǎn)換開關(guān)230之間。

基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262是用于設(shè)定第一電容器c1和第二電容器c2的基準(zhǔn)電位的開關(guān)。具體地，sw24設(shè)置成設(shè)定具有基準(zhǔn)電位g的第一電容器c1和第二電容器c2的基準(zhǔn)電位，sw23設(shè)置成設(shè)定具有電池單元ce4的電壓的第一電容器c1和第二電容器c2的基準(zhǔn)電位，sw22設(shè)置成設(shè)定具有電池單元ce4+電池單元ce3的電壓的第一電容器c1和第二電容器c2的基準(zhǔn)電位，并且sw21設(shè)置成設(shè)定具有電池單元ce4+電池單元ce3+電池單元ce2的電壓的第一電容器c1和第二電容器c2的基準(zhǔn)電位。

保護開關(guān)270是保護差分放大單元240的開關(guān)。保護開關(guān)270是在第一電容器c1和第二電容器c2中完成采樣和保持操作之后、將第一電壓和第二電壓引導(dǎo)至差分放大單元240的開關(guān)，并且包括設(shè)置在第一電容器c1與第一輸入端子in1之間的sw41和設(shè)置在第二電容器c2與第二輸入端子in2之間的sw42。在采樣和保持操作期間，sw41和sw42二者均斷開，并且在采樣和保持操作結(jié)束之后接通，以將第一電壓和第二電壓引導(dǎo)至差分放大單元240。

差分放大單元240包括兩個輸入端子(第一輸入端子in1和第二輸入端子in2)以及一個輸出端子(輸出端子out)，并且從輸出端子輸出通過利用預(yù)定的放大系數(shù)av放大輸入到兩個輸入端子的差分電壓而獲得的放大電壓vm。例如，差分放大單元240可以由運算放大器或圖4所示的電路構(gòu)成。

adc250量化從差分放大單元240輸出的放大電壓vm，并且輸出表示對應(yīng)于放大電壓vm的數(shù)值的信號。

μcom210由嵌入其中的cpu、rom和ram構(gòu)成，并且用作控制單元，以進行差分電壓測量裝置200的整體控制。μcom210包括：連接于電流輸出單元220的第一輸出端口po1，從adc250輸出的信號所輸入到的第一輸入端口pi1以及控制各個開關(guān)的開關(guān)控制單元211。

例如，差分電壓測量裝置200能夠通過測量各個電池單元的內(nèi)部電阻而獲得各個電池單元的soh。在測量電池單元ce1的內(nèi)部電阻的情況下，僅檢測對象選擇開關(guān)261的開關(guān)sw11接通，并且僅基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262的sw21接通。因此，ce1的兩個端子之間的電壓將被引導(dǎo)至第一電容器c1和第二電容器c2。

然后，預(yù)定的第一恒定電流i1從電流輸出單元220流動，作為第一狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)換開關(guān)230的sw31接通。因此，將處于第一狀態(tài)的電池單元ce1的電壓保持為第一電容器c1中的第一電壓。

接著，預(yù)定的第二恒定電流i2從電流輸出單元220流動，作為第二狀態(tài)，并且轉(zhuǎn)換開關(guān)230的sw32接通。因此，將處于第二狀態(tài)的電池單元ce1的電壓保持在第二電容器c2中。

當(dāng)保護開關(guān)270接通并且將第一電壓和第二電壓引導(dǎo)至差分放大單元240時，差分電壓輸入到μcom210。μcom210能夠通過與第一實施例相同的原理獲得電池單元ce1的內(nèi)部電阻r1(＝(vm/av)/(i1-i2))。能夠以相同的方式獲得其它電池單元的內(nèi)部電阻。

即使在第二實施例中，由于將第一電容器c1的容量設(shè)定得大并且將第二電容器c2的容量設(shè)定得小，所以在當(dāng)?shù)诙娙萜鱟2蓄積電荷的期間，能夠使第一電容器c1的電壓降小，并且能夠提高第一電壓與第二電壓之間的差分電壓的測量精度。

此外，在第二實施例中，開關(guān)控制單元211操作檢測對象選擇開關(guān)261和基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262，以測量各個電位差。

例如，在僅接通基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262的sw21、而不引起電流從電流輸出單元220流動的狀態(tài)下，僅通過接通檢測對象選擇開關(guān)261的sw11而獲取第一電壓。其后，僅通過接通檢測對象選擇開關(guān)261的sw12而獲取第二電壓，以測量第一電壓與第二電壓之間的差分電壓。然后，獲得的電壓變?yōu)殡姵貑卧猚e1的兩個端子之間的電位差(即，電池單元ce1的電壓)。還能夠以相同的方式獲得其它電池單元的電壓。

即使在這種情況下，也將第一電容器c1的容量設(shè)定得大，并且將第二電容器c2的容量設(shè)定得小。因此，在當(dāng)?shù)诙娙萜鱟2蓄積電荷的期間，能夠使第一電容器c1的電壓降小，并且能夠提高第一電壓與第二電壓之間的差分電壓的測量精度。

目前為止，已經(jīng)描述了本發(fā)明的第一和第二實施例，但是本發(fā)明的差分電壓測量裝置不限于這些實施例的配置。

例如，在各個實施例中，當(dāng)通過使電流從充電單元115或電流輸出單元220流動而對二次電池b充電時，已經(jīng)描述了第一恒定電流i1和第二恒定電流i2作為實例。然而，二次電池v可以通過由連接于二次電池b的負載所產(chǎn)生的負載電流放電。

此外，該配置可以如下所述地變形。此外，將在應(yīng)用第二實施例的情況下使用實例描述該變形例，但是仍可以應(yīng)用第一實施例。

圖5是圖示出差分電壓測量裝置的第一變形例的配置的塊圖。如在該圖中所示，與第二實施例的差分電壓測量裝置200相似地，差分電壓測量裝置201包括第一電容器c1、第二電容器c2、μcom210、電流輸出單元220、轉(zhuǎn)換開關(guān)230、差分放大單元240、adc250、檢測對象選擇開關(guān)261、基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262和保護開關(guān)270。將省略這些部件的描述。

第一變形例的差分電壓測量裝置201還在靠近第一電容器c1的基準(zhǔn)電位的一側(cè)設(shè)置有泄露電流防止開關(guān)sw51。換句話說，泄露電流防止開關(guān)sw51設(shè)置在第一電容器c1與基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262之間。泄露電流防止開關(guān)sw51由μcom210的開關(guān)控制單元211控制，以進行on/off開關(guān)控制。

圖6是用于描述泄露電流防止開關(guān)sw51的on/off開關(guān)控制的圖。將描述關(guān)于在測量電池單元ce1的電壓的情況下的實例。因此，僅檢測對象選擇開關(guān)261的sw11接通，并且僅基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262的sw21接通。用于進行采樣和保持操作以及差分電壓測量的轉(zhuǎn)換開關(guān)230和保護開關(guān)270的開關(guān)控制與圖3的操作相似，并從而將省略其描述。

首先，在泄露電流防止開關(guān)sw51接通的狀態(tài)下，由第一電容器c1采樣和保持處于第一恒定電流i1流動的第一狀態(tài)的電池單元ce1的電壓。當(dāng)?shù)谝浑娙萜鱟1的采樣和保持操作結(jié)束時，泄露電流防止開關(guān)sw51切換為off狀態(tài)。因此，第一電容器c1與基準(zhǔn)電位之間的路徑斷開，并從而能夠減小第一電容器c1的泄露電流。

然后，由第二電容器c2采樣和保持處于第二恒定電流i2流動的第二狀態(tài)的電池單元ce1的電壓。同時，泄露電流防止開關(guān)sw51保持在off狀態(tài)，并且泄露電流保持得小。當(dāng)?shù)诙娙萜鱟2的采樣和保持操作結(jié)束時，泄露電流防止開關(guān)sw51切換為on狀態(tài)，并且測量差分電壓。

以這種方式，為了減小第一電容器c1的泄露電流，在第一電容器c1的采樣和保持操作結(jié)束之后、直到測量差分電壓為止，第一變形例的差分電壓測量裝置201保持泄露電流防止開關(guān)sw51的off狀態(tài)。因此，能夠進一步防止由于因為泄露電流帶來的電荷泄露而引起的測量精度的降低。

此外，甚至在第二電容器c2的基準(zhǔn)電位中設(shè)置另一個泄露電流防止開關(guān)，并且在第二電容器c2的采樣和保持操作結(jié)束之后、直到測量差分電壓為止，該開關(guān)保持off狀態(tài)，使得能夠減小其間的第二電容器c2的泄露電流。

圖7是圖示出差分電壓測量裝置的第二變形例的配置的塊圖。如在該圖中所示，與第二實施例的差分電壓測量裝置200相似地，差分電壓測量裝置202包括第一電容器c1、第二電容器c2、μcom210、電流輸出單元220、轉(zhuǎn)換開關(guān)230、差分放大單元240、adc250、檢測對象選擇開關(guān)261、基準(zhǔn)電位設(shè)定開關(guān)262和保護開關(guān)270。將省略這些部件的描述。

第二變形例的差分電壓測量裝置202還包括第一電容器c1和第二電容器c2附近的溫度傳感器ts。溫度傳感器ts的測量值輸入到μcom210。在這種情況下，溫度傳感器ts可以設(shè)置在其它位置，以估計第一電容器c1和第二電容器c2的附近的溫度。

一般地，電容器的泄露電流受到溫度影響，并且泄露電流隨著溫度升高而增大。因此，當(dāng)假設(shè)溫度t2比溫度t1高時，如圖8所示，在采樣和保持操作結(jié)束之后的處于溫度t1的第一電容器c1的電壓降的量比在溫度t2的電壓降的量大。第二電容器c2的電壓降的量也在溫度t1變得比在溫度t2大。

這里，由于在第一電容器c1的采樣和保持操作之后進行第二電容器c2的采樣和保持操作，所以在當(dāng)?shù)诙娙萜鱟2的采樣和保持操作結(jié)束時，僅第一電容器c1產(chǎn)生由于泄露電流而引起的電壓降。

另一方面，由于第二電容器c2的容量比第一電容器c1的容量小，所以在第二電容器c2的采樣和保持操作結(jié)束之后，第二電容器c2的電壓以比第一電容器c1高的速度降低。

因此，在第二電容器c2的采樣和保持操作結(jié)束之后的特定時間，第一電容器c1的電壓降的量與第二電容器c2的電壓降的量匹配。如果設(shè)定等待時間wt以測量此時的差分電壓，則兩個電容器的電壓降的量抵消(cancelled)。因此，能夠進一步防止由于因為泄露電流帶來的電荷泄露而引起的測量精度的降低。這里，等待時間wt是在第二電容器c2的采樣和保持操作結(jié)束之后、直到測量差分電壓為止所花費的時間。

然而，雖然等待時間wt相同，但是第一電容器c1和第二電容器c2的電壓降的量受到溫度影響，并從而電壓降的量隨著溫度升高而增大，如上所述。因此，當(dāng)固定地設(shè)定等待時間wt時，測量精度取決于溫度變化。

因此，在第二變形例中，等待時間wt根據(jù)溫度傳感器ts的測量值而變化。換句話說，對于測量的溫度，實驗性地獲得“在第一電容器c1的采樣和保持操作之后、直到第二電容器c2的采樣和保持操作為止的第一電容器c1的電壓降的量”與第二電容器c2的采樣和保持操作之后的“第二電容器c2的電壓降的量與第一電容器c1的電壓降的量之間的差”匹配時的時間，并且將該時間以表格格式存儲在μcom210中作為等待時間wt。

然后，在實際測量時，可以在第二電容器c2的采樣和保持操作后經(jīng)過對應(yīng)于測量溫度的等待時間wt之后測量差分電壓。因此，能夠進一步防止由于因為泄露電流帶來的電荷泄露而引起的測量精度的降低。

接著，將描述關(guān)于差分電壓測量裝置的第三變形例。在第二實施例中，如圖9a所示，當(dāng)預(yù)定的第一恒定電流i1流動時，電流輸出單元220進行第一電容器c1的采樣和保持操作，并且然后，當(dāng)預(yù)定的第二恒定電流流動時，進行第二電容器c2的采樣和保持操作。換句話說，差分電壓測量裝置用于測量以理想的階狀波形變化的電流i。

然而，在將該差分電壓測量裝置安裝在車輛中的情況下，將電流i改變?yōu)槔硐氲碾A狀波形而僅測量運行期間的差分電壓是不現(xiàn)實的。另一方面，當(dāng)與電流i的狀態(tài)獨立地測量差分電壓時，電流i可能在第一電容器c1的采樣和保持操作時并且在第二電容器c2的采樣和保持操作時不變化，如圖9b所示，或者電流i可能在采樣和保持操作時變化，如圖9c所示。因此，不能獲得精確的測量結(jié)果。

在差分電壓測量裝置的第三變形例中，根據(jù)圖10的流程圖所示的流程來測量差分電壓，從而獲得精確的測量結(jié)果，而不強制輸出理想的階狀波形。此外，在該過程中，假設(shè)總是測量流到電流輸出單元220的電流i。

首先，在預(yù)定時間進行第一電容器c1的采樣和保持操作(s201)。判定在第一電容器c1的采樣和保持操作期間，電流i是否恒定(s202)。在電流i不恒定的情況下(s202：否)，判定電流不適當(dāng)，并從而再次進行第一電容器c1的采樣和保持操作(s201)。

在電流i在第一電容器c1的采樣和保持操作期間恒定的情況下(s202：是)，將該時間的電流i視為恒定電流i1，并且處理在預(yù)定時間內(nèi)處于待機狀態(tài)(s203)。判定電流i在待機狀態(tài)期間是否變化(s204)。在電流i不變化的情況下(s204：否)，判定電流不適當(dāng)，并從而再次進行第一電容器c1的采樣和保持操作(s201)以及隨后的步驟。

在電流i在待機狀態(tài)期間變化的情況下(s204：是)，在預(yù)定的時間進行第二電容器c2的采樣和保持操作(s205)。判定電流i在第二電容器c2的采樣和保持操作期間是否恒定(s206)。在電流i不恒定的情況下(s206：否)，判定電流不適當(dāng)，并從而再次進行第一電容器c1的采樣和保持操作(s201)以及隨后的步驟。

在電流i在第二電容器c2的采樣和保持操作期間恒定的情況下(s206：是)，將那時的電流i視為恒定電流i2，并且判定電流適當(dāng)。因此，測量差分電壓(s207)。在獲得的結(jié)果不是異常值的情況下(s208：否)，視為測量值有效(s209)，并且重復(fù)進行第一電容器c1的采樣和保持操作(s201)以及隨后的步驟，作為下一次的測量。

在獲得的結(jié)果是異常值的情況下(s208：是)，將測量值視為無效，再次進行第一電容器c1的采樣和保持操作(s201)以及隨后的步驟。此外，可以進行異常值的判定，使得預(yù)先記錄電池單元ce的正常電壓范圍，并且將測量值與該范圍進行比較。

結(jié)果，由于能夠?qū)⒈慌卸橛行У臏y量值視為與理想的階狀波形中的測量值相同，所以能夠?qū)⒃摐y量值視為正常的測量結(jié)果。此外，在該流程中，對于各個處理確定測量規(guī)范(measurementpropriety)。然而，可以整體性地確定測量規(guī)范。例如，在進行第一電容器c1的采樣和保持操作和第二電容器c2的采樣和保持操作之后，判定在采樣和保持操作期間的電流i的穩(wěn)定性以及在采樣和保持操作期間的電流i的變化，使得可以確定測量規(guī)范。

順便提及，在電池組bs中，各個電池單元ce通常通過匯流條連接。在通過匯流條的連接中，存在微小的接觸電阻和配線電阻。因此，電池組bs具有由于電池單元ce1與電池單元ce2之間的匯流條連接而引起的電阻bbr12，如圖11所示。由于該電阻引起的電壓降包含在電池單元ce1的測量電壓值中，并且產(chǎn)生誤差。其它電池單元也是一樣。

可以通過實際測量預(yù)先獲取由于匯流條連接而引起的電阻值。因此，由于各個電池單元之間的匯流條連接而引起的電阻值記錄在μcom210中，并且從測量值減去由于測量時的電流i產(chǎn)生的電壓降的量，使得能夠進一步提高差分電壓的測量精度?？紤]到長期變化，可以通過將記錄的電阻值與預(yù)定的對應(yīng)于長期變化的系數(shù)相乘來計算電壓降。

此外，僅作為本發(fā)明的代表方面給出包括以上變形例的實施例，并且本發(fā)明不限于此。換句話說，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠基于現(xiàn)有技術(shù)的知識在不背離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)做出各種變化。只要設(shè)置了本發(fā)明的差分電壓測量裝置的配置，這些變化也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。