专利名称：用于多个电池的电压测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于多个电池的电压测量装置，其用于检测将多个单元电池串联连接以输出所需电压的多个电池的电压，并且特别地涉及一种检测电压测量误差并提高检测精度的技术。
背景技术：
例如，电动车、混合动力车辆等具有作为用于驱动电机的电源的高压电池。这样的高压电池将诸如镍氢电池和锂电池的二次电池(可再充电电池)的多个单元电池串联连接，以提供闻电压。在二次电池中，以相同的电力未每个单元电池充电，并且在相同的电力下放电。因此，如果各个单元电池不同地劣化，则二次电池将容易地变成过充电或过放电状态。为了防止二次电池的过充电或过放电状态，必需检验每个单元电池的充电状态。以前，将多个(例如，55个)单元电池划分成例如五个区块(即，每个区块11个单元电池)，并且利用为每个区块设置的电压检测IC实时地测量每个区块中包含的每个单元电池的电池电压，以监测电压是否异常。为了电压监测，电压检测IC测量在区块中的单元电池(例如11个)的电压，利用包含在电压检测IC中的A/D转换器将所检测的模拟电压信号转换为数字信号，并且将该数字信号发送到主微型计算机。每个电压检测IC可能在单元电池电压测量的精度上存在误差。如果误差存在，则必须检测并校正该误差。存在已知的诸如在日本未审查专利申请公开号2005-62028中的公开的一种电压检测精 度校正方法。该现有技术计算每个区块(每个电压检测IC)的单元电池电压的平均值，并且将该平均值设定为该区块的代表值。根据该代表值，现有技术检测在每个单元电池电压中的检测误差，并且如果该误差大，则校正该误差。
发明内容
本发明要解决的问题然而，上述现有技术采用根据例如每个区块的单元电池电压的平均值的基准电压来求得电压测量误差的方法，并且因此，该现有技术存在的问题是，如果包含在区块中的单元电池的电池电压作为整体变化，则基准电压本身为了进行高精度校正而变得不可靠。为了解决现有技术的问题，本发明提供一种用于多个电池的电压测量装置，其能够高精度地校正每个电压检测单元的电压检测精度。解决问题的方案根据本发明的技术方面，提供一种用于多个电池电压测量装置，该多个电池串联连接多个单元电池以输出所需的电压。该装置测量每个单元电池的输出电压，并且包括:电压检测部分，对于所述多个单元电池所划分成的的多个区块的每个区块设置该电压检测部分，以检测所述区块中的每个单元电池电压；以及充电状态监测部分，该充电状态监测部分配置成根据由所述电压检测器检测的所述单元电池电压监测所述每个单元电池电压的充电状态。每个所述电压检测部分都包括:通信部分，该通信部分将数据发送到所述充电状态监测部分并且从所述充电状态监测部分接收数据；基准电压生成部分，该基准电压生成器具有电阻器和至少一个二极管的串联电路，当电压施加在串联电路两端时，该基准电压生成部分输出在所述二极管两端产生的基准电压；以及A/D转换部分，该A/D转换部分将每个单元电池的输出电压和所述基准电压数字化。所述通信部分将所述数字化的电压信号发送到所述充电状态监测部分。所述充电状态监测部分包括:理论值生成部分，该理论值生成部分根据环境温度生成在所述二极管两端产生的理论电压；以及误差检测部分，该误差检测部分将从所述电压检测部分发送的所述基准电压的所述数字化的电压信号与所述理论值相比较，并且根据该比较的结果，检测在由所述A/D转换器数字化的所述电压信号中的误差。
图1是示出根据本发明的实施例的用于多个电池的电压测量装置的构造的方框图。图2是示出在根据本发明的实施例的用于多个电池的所述电压测量装置中布置的电压检测IC的详细构造的方框图。图3是示出在根据本发明的实施例的用于多个电池的所述电压测量装置中布置的基准电压生成器的电路图。图4是示出根据本发明的实施例的用于多个电池的电压测量装置的处理操作的流程图。图5是示出根据本发明的实施例的用于多个电池的电压测量装置的处理操作的流程图。图6是示出在根据本发明的实施例的用于多个电池的所述电压测量装置中布置的基准电压生成器的电路图。
具体实施例方式将参照
本发明的实施例。图1是示出根据本发明的实施例的电压测量装置10和包括多个单元电池BTl至BT55的二次电池(电池组的多个电池)13的方框图，并且图2是示出电压检测IC (21-1)的详细构造的方框图。该实施例所采用的二次电池13用作为例如用以驱动电动车、混合动力车辆等的电机的高压电池。如图1中所示，根据实施例的电压测量装置10被绝缘接口 32分为高压侧装置11和低压侧装置12。高压侧装置11包括五个电压检测1C，即，第一电压检测IC (21-1)至第五电压检测IC (21-5)。第一电压检测IC (21-1)测量被分组为第一区块(61-1)的11个单元电池BTl至BTll的每个的电池电压。第二电压检测IC (21-2)测量被分组为第二区块(61-2)的11个单元电池BT12至BT22的每个的电池电压。第三电压检测IC (21_3)测量被分组为第三区块(61-3)的11个单元电池BT23至BT33的每个的电池电压。第四电压检测IC(21-4)测量被分组为第四区块(61-4)的11个单元电池BT34至BT44的每个的电池电压。第五电压检测IC (21-5)测量被分组为第五区块(61-5)的11个单元电池BT45至BT55的每个的电池电压。每个电压检测IC (21-1)至(21-5)都具有A/D转换器(A/D转换部分)26 (参照图2)，该A/D转换器使用由基准电源(71-1)至(71-5)中相对应的一个提供的A/D转换电压VfO将相对应的区块(第一至第五区块中的一个)的电池电压(模拟电压信号)转换成数字电压信号。电压检测IC (21-1)至(21-5)分别连接到热传感器(温度检测器)(34-1)至(34-5)，以检测环境温度。将参照图2说明电压检测IC (21-1)至(21-5)。第二至第五电压检测IC (21-2)至(21-5)具有与第一电压检测IC (21-1)相同的构造，并且因此，将以第一电压检测IC(21-1)作为实例来说明。如图2中所示，第一电压检测IC (21-1)包括:电源电路23，接收来自单元电池的电力，并且生成预定电压；电池电压的输入部分22，连接到第一区块(61-1)的单元电池BTl至BTll，以检测这些单元电池的输出电力；复用器25，将从电池电压的输入部分22输出的单元电池的电压信号转换为时间序列信号；以及基准电压生成器24，生成基准电压。还包括:A/D转换器26，将从复用器25输出的单元电池BTl至BTl I的电压信号和从基准电压生成器24输出的电压信号的每个都转换成数字信号；以及开关SW1，选择复用器25和基准电压生成器24的输出信号中的一个，并且将所选择的输出信号供应到A/D转换器26。A/D转换器26根据从基准电源(71_1)输出的A/D转换电压VfO将模拟电压信号
数字化。第一电压检测IC (21-1)还包括控制部分27和两个通信I/F (通信部分)35a和35b。控制部分27执行将数字电压信号从A/D转换器26经过通信I/F35a和35b发送到如图1所示的主微型计算机33的处理。开关SWl在控制部分27的控制下操作，并且在正常状态下连接到复用器25，并且在校正电压检测的精度，诸如为了装货而初始化装置，的情况下连接到基准电压生成器24。第二至第五电压检测IC (21-2)至(21-5)经过通信线31连接到第一电压检测IC(21-1)，并且电压检测IC (21-1)经过绝缘接口 32连接到布置在低压侧装置12中的主微型计算机33。即，主微型计算机33和电压检测IC (21-1)至(21-5)经过绝缘接口 32连接到彼此，以实现菊花链通信。如图1中所示，主微型计算机33经过绝缘I/F32连接到第一电压检测IC(21_1)，以将电压检测指令和电压校正处理指令发布到电压检测IC (21-1)至(21-5)，接收来自电压检测IC (21-1)至(21-5)的电压信号，读取单元电池BTl至BT55的电压，并且将这些发送到更高的系统(未示出)。即，主微型计算机33作用为充电状态监测部分，以根据由电压检测IC (21-1)至(21-5)检测的电池电压来监测每个电池电压的充电状态。主微型计算机33还连接到存储器36。图3是示出基准电压生成器24的详细构造的电路图。如图所示，基准电压生成器24具有包括电阻器(电阻体)Rrefl和二极管Dl的串联连接电路。电阻器RrefI的一端连接到电源Vccl的供给点，并且二极管Dl的一端接地。电阻器Rrefl和二极管Dl的连接点连接到缓冲放大器51。因此，在缓冲放大器51的输出端子处产生的电压是通过使二极管Dl两端电压稳定化而获得的电压。该电压用作为基准电压Vf。连接到主微型计算机33的存储器36存储与环境温度相关的基准电压Vf的理论值数据。即，将在图3中所示的二极管Dl两端产生的电压设置为环境温度的函数。如果环境温度确定，则在二极管Dl两端产生的电压唯一确定，并且因此，存储器36存储示出环境温度和基准电压Vf的理论值之间的对应性的温度理论值对应表。即，存储器36作用为提供关于环境温度的在二极管Dl的两端所产生的电压的理论值的理论值生成部分。而且，主微型计算机33将由每个电压检测IC (21-1)至(21_5)检测的基准电压Vf的实际测量值与理论值相比较，并且在由A/D转换器26数字化的电压信号中求得误差。即，主微型计算机33作用为将基准电压的数字化的电压信号与理论值比较，并且根据比较的结果，检测由A/D转换装置数字化的电压信号中的误差的误差检测装置。将说明具有上述构造的根据本发明的实施例的电压测量装置10的操作。通常，在图2中所示的每个电压检测IC (21-1)至(21-5)中的开关SWl连接到复用器25。因此，将连接到第一电压检测IC (21-1)的单元电池BT-1至BT-1l的电池电压通过复用器25转换成串行信号，该串行信号由A/D转换器26数字化。将数字化的电压信号经过通信I/F35a和35b发送到主微型计算机33。因此，主微型计算机33获得单元电池BT-1至BT-55的电池电压，并且监测单元电池BT-1至BT-55是否引起过放电或过充电。将参照图4中所示的流程图说明由根据本发明的实施例的电压测量装置10执行的电压检测的误差检测处理。首先，主微型计算机33将指示电压校正处理的信号发送到电压检测IC (21-1)至(21-5)(步骤 S11)。根据主微型计算机33的指令，第一电压检测IC (21-1)的控制部分27将开关SWl切换到基准电压生成器24 (步骤S12)。结果，从基准电压生成器24输出的基准电压，SP，从图3中所示的电路的缓冲放大器51输出的基准电压Vf输出到A/D转换器26。A/D转换器26将从基准电压生成器24输出的基准电压Vf数字化(步骤S13)。热传感器(34-1)检测第一电压检测IC (21-1)的环境温度(步骤S14)。通信I/F35a和35b经过绝缘I/F32将数字化的基准电压Vf和由热传感器(34_1)所检测的温度数据发送到在低压侧装置12中的主微型计算机33 (步骤S15)。主微型计算机33接收从第一电压检测IC (21-1)发送的基准电压Vf和温度数据。主微型计算机33参考在存储器36中存储的温度理论值对应表，并且根据温度数据求得用于基准电压Vf的理论值。S卩，在图3中所示的二极管Dl两端处产生的电压是温度的函数，并且该电压随着温度的确定而确定。该电压作为理论值提供。该理论值与从电压检测IC (21-1)发送的测量的基准电压Vf相比较(步骤S17)。此后，计算理论值和测量值之间的误差，并且确定该误差是否在预定范围内(步骤S18)。如果确定该误差不在预定范围内(误差大)(在步骤S18中为否)，则将该误差存储在存储器36中(步骤S19)。如果该误差在预定范围内(误差小)(在步骤S18中为是)，则不存储所检测的误差。主微型计算机33依次处理电压检测IC (21-2)至(21-5)(步骤S20)，并且如果处理了所有的电压检测IC (21-1)至(21-5)，则执行热传感器(34-1)至(34-5)的校正处理(步骤S21)。下面将说明温度校正处理的细节。与关于理论值包含大误差的由电压检测IC (21-1)至(21-5)检测的所测量的基准电压Vf的任何一个有关，检测的电池电压根据理论值和测量值之间的误差来校正。结果，即便电压检测IC (21-1)至(21-5)劣化了它们的电压检测精度，检测误差也可高精度地校正。将参照图5中所示的流程图说明在图4的步骤S21中的热传感器的校正处理。首先，主微型计算机33计算由电压检测IC (21-1)至(21-5)的热传感器(34-1)至(34-5)所检测的温度数据的平均值(步骤S31)。主微型计算机计算由热传感器(34-1)至(34-5)所检测的每条温度数据与所述平均值之间的差值(偏差)(步骤S32)。此后，确定计算的差值是否等于或大于阈值(步骤S33)，并且如果存在其差值等于或大于阈值的热传感器(在步骤S33中为是)，则确定热传感器是异常的，并且利用警报等通知异常的发生(步骤S34)。由于电源检测IC (21-1)至(21-5)放置在大致相同的环境中，所以可以理解的是在由热传感器(34-1)至(34-5 )所检测的温度之中不存在显著差别。如果关于平均值存在大的差别，则认为所关注的热传感器是异常的，并且通知该异常的发生。以此方式，如果热传感器(34-1)至(34-5)产生异常，则检测该异常并将其通知给操作者。以此方式，根据实施例的电压测量装置10将基准电压生成器24布置在每个电压检测IC (21-1)至(21-5)中，并且将从基准电压生成器24输出的所测量的基准电压Vf与理论值进行比较，从而确定每个电压检测IC (21-1)至(21-5)的电压检测精度。如图3中所示，基准电压生成器24具有包括二极管Dl和电阻器Rrefl的串联电路。电压(基准电压Vf)的测量值与根据由热传感器(34-1)至(34-5)中的相对应的一个所检测的温度数据所获得的理论值相比较，当电压Vccl施加在串联电路两端时在二极管两端产生该电压。根据经过比较发现的误差的大�。范ǖ缪共饬烤仁欠窳己�。以此方式，正确地检测电压检测IC (21-1)至(21-5)的检测误差。另外，该检测误差用于校正每个电池电压，使得电压检测IC (21-1)至(21-5)可以提供精准的电池电压。如果热传感器(34-1)至(34-5)产生异常，则检测该异常并且将其通知给操作者，使得可以快速地识别并处理该异常热传感器。将说明上述实施例的修改例。图6是示出根据修改例的基准电压生成器24a的电路图。如图所示，该基准电压生成器24a与图3所示的基准电压生成器24的不同之处在于多个(η件)二极管串联连接。S卩，在电阻器Rrefl和地之间布置η个二极管Dl至Dn。二极管Dn与电阻器Rrefl的连接点连接到缓冲放大器51并且二极管Dl的一端接地。缓冲放大器51的输出电压是基准电压Vf。利用该构造，能够将基准电压Vf设定成所需的值。例如，一个二极管可以产生大约0.6V的电压。然后，可以连接六个二极管以提供大约3.6V的电压。如果电池电压是例如4V，则可以将接近该电压的电压设定为基准电压Vf。这使得进一步地提高了电压校正的精度。虽然已经参照附图中所示的实施例说明了本发明的电压测量装置，但是本发明不局限于该实施例。如果能提供相同或相似的功能，各个部分的构造可以用可选构造代替。例如，上述实施例采用用于基准电压生成器24的二极管D1。可替换地，可以采用晶体管的基射极部分。能够采用Zener 二极管来代替二极管Dl以产生恒定电压。根据上述实施例，连接到主微型计算机33的存储器36存储温度电压表，该温度电压表用于寻找电压的理论值。可替换地，理论值可以根据环境温度来计算。已知硅半导体具有关于电压的在t°C处的_2[mV/°C]的温度特性。该温度特性可以用于求得电压的理论值。即，本发明的理论值生成部分可以根据利用表的技术和利用计算的技术中的任何一个来求得理论电压值。根据本发明，用于多个电池的电压测量装置包括电压检测部分，在每个电压检测部分中，基准电压生成器输出基准电压。A/D转换该基准电压，并且将数字化的电压信号发送到充电状态监测部分。该充电状态监测部分将数字化的基准电压(所测量的基准电压)与根据环境温度所获得的理论值进行比较，并且根据该比较的结果，确定电压检测部分的电压检测精度是否良好。这提高了每个电压检测部分的电压检测精度。本发明可应用于检测在多个电池的电压检测精度中的劣化，并且校正所检测的电压值。(美国指定)关于美国指定，该国际专利申请在35U.S.Cl 19 (a)下要求在2010年10月14日提交的日本专利申请号2010 -231210的优先权，并且其公开的内容在此处引用。
权利要求
1.一种电压测量装置，该电压测量装置用于测量多个电池的每个单元电池的输出电压，该多个电池串联连接多个单元电池以输出所需的电压，所述电压测量装置包括: 电压检测器，对于所述多个单元电池所划分成的多个区块的每个区块设置该电压检测器，该电压检测器配置成:检测所述区块中的每个单元电池电压；以及 充电状态监测部分，该充电状态监测部分配置成根据由所述电压检测器检测的所述单元电池电压,监测每个单元电池电压的充电状态， 每个所述电压检测器都包括: 通信部分，该通信部分配置成将数据发送到所述充电状态监测部分并且从所述充电状态监测部分接收数据； 基准电压生成器，该基准电压生成器具有电阻器与至少一个二极管的串联电路，该基准电压生成器配置成:当电压施加在所述串联电路两端时，输出在所述二极管两端产生的基准电压；以及 A/D转换器，该A/D转换器配置成:将每个单元电池的输出电压和所述基准电压数字化， 所述通信部分将所述数字化的电压信号发送到所述充电状态监测部分， 所述充电状态监测部分包括: 理论值生成器，该理论值生成器配置成:根据环境温度，生成在所述二极管两端产生的理论电压；以及 误差检测器，该误差检测器配置成:将从所述电压检测器发送的所述基准电压的所述数字化的电压信号与所述理论值相比较，并且根据该比较的结果，检测由所述A/D转换器数字化的所述电压信号中的误差。
2.根据权利要求1所述的用于多个电池的电压测量装置，其中 所述充电状态监测部分根据由所述误差检测器所检测的所述误差，校正每个单元电池的输出电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的用于多个电池的电压测量装置，其中:每个所述电压检测器都具有温度检测器以检测所述电压检测器的环境温度，并且所述通信部分将由所述温度检测器所检测的环境温度数据发送到所述充电状态监测部分；并且所述理论值生成器根据由所述温度检测器所检测的所述环境温度数据，生成所述理论值。
4.根据权利要求1或2所述的用于多个电池的电压测量装置，其中 所述充电状态监测部分计算由所述温度检测器检测的所述温度数据的平均值，并且如果在所检测的温度数据与所述平均值之间的差值大于预定阈值，则判定所关注的所述温度检测器异常。
5.根据权利要求1或2所述的用于多个电池的电压测量装置，其中 所述理论值生成器包括示出环境温度与在所述二极管两端产生的电压之间的关系的映射。
6.根据权利要求1或2所述的用于多个电池的电压测量装置，其中 所述电压检测器布置在高压侧电路中，并且所述充电状态监测部分布置在低压侧电路中，该低压侧电路经过绝缘接口连接到所述高压侧电路。
全文摘要
本发明提供一种用于多个电池组的电压测量装置，其中，每个电压检测IC(21-1至21-5)将开关(SW1)连接到基准电压生成器(24)，并且将基准电压(Vf)从基准电压生成器(24)供给到A/D转换器(26)。在将基准电压(Vf)通过所述A/D转换器(26)数字化之后，基准电压(Vf)发送到主微型计算机(33)。主微型计算机(33)基于环境温度确定基准电压的理论值，并且将该逻辑值与基准电压(Vf)的测量值进行比较，并确定第一电压检测IC(21-1)的电压检测精确度是否良好。
文档编号G01R19/00GK103154749SQ20118004979
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月12日 优先权日2010年10月14日
发明者石川聪, 关崎将士 申请人:矢崎总业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
