电压检测装置和电压检测方法

专利名称：电压检测装置和电压检测方法
技术领域：
本发明涉及一种对从电池或电容器等输出的DC(直流)输 出电压进行检测的装置。
背景技术：
在现有技术中，在例如电动汽车或HEV(Hybrid Electric Vehicle,混和电动车)等包括由从电池输出的电力驱动的电动才几 并由电动机的驱动力推进的车辆中，已经使用了各种类型方法 用于检测从电池施加至电路的DC电压(以下也将其称作"电池 的输出电压，，)，即要作为检测对象的电压。例如，已知提供了 一种非绝缘型电压传感器，通过使与电池的输出电压相对应的 电流流过线缆，从而即使在远离电池的位置处该非绝缘型电压 传感器也能够精确地检测该输出电压(参照专利文献1)。
专利文献l:曰本净争开2001 — 124805。

发明内容
发明要解决的问题
利用专利文献l中公开的电压传感器(以下也称作"电压检 测装置")，为了减轻噪声和在A/D(模拟/数字)转换期间的量化 误差(quantization error)等的影响并由此提高检测的精确度，有 必要使流过线缆的电流的动态范围变大。然而，如果使流过线 缆的电流的动态范围变大，则出现由于与此相对应的线缆中的 损耗而造成电力的无用消耗的问题。
为了解决这一问题，已经考虑提供包括如下电压转换电路 的电压传感器该电压转换电路输出随着要作为检测对象的DC
电压的增加而增加的第 一 电压以及随着要作为4全测对象的D C 电压的增加而减小的第二电压，并基于从该电压转换电路输出 的第 一 电压和第二电压之间的差来计算作为测对象的D C电 压。然而，在使用这种电压传感器的情况下，由于与现有技术 的电压传感器相比，电路变得复杂，因此带来发生故障的可能 性升高的问题。因此，存在对电压检测装置的故障进行可靠检 测的需要。
解决问题的方式
根据本发明的第一方面， 一种电压检测装置，用于连接至 施加了 DC电压的DC电路，并对施加至所述DC电路的所述DC 电压进行检测，所述电压检测装置包括电压转换部件，用 于输出随着所述D C电压的增大而增大的第 一 电压和随着所迷 DC电压的增大而减小的第二电压；电压计算部件，用于输入从 所述电压转换部件输出的所述第一电压和所述第二电压，并基 于所输入的所述第一电压和所输入的所述第二电压之间的差来 计算所述DC电压；以及第一故障判断部件，用于如果所述第一 电压和所述第二电压中至少之一未输入至所述电压计算部件， 则判断为已经发生故障。
才艮据本发明的第二方面， 一种电压4全测方法，用于对施加 至DC电if各的DC电压进行检测，所述电压^r测方法包括将随 着所述D C电压的增大而增大的第 一 电压和随着所述D C电压的 增大而减小的第二电压输入至输入单元；基于输入到所述输入 单元的所述第一电压和所述第二电压之间的差来计算所述DC 电压；以及如果所述第一电压和所述第二电压中至少之一未输 入至所述输入单元，则判断为已经发生故障。
发明的有益效果
根据本发明，可以可靠地对电压检测装置中的故障进行检
测。


图l是根据第一实施例的车用电压检测装置的框图； 图2中的(a)是示出输入至开关的触发信号的图，且(b)是示
出电池输出电压Vout与初级线圈的两端之间的电位差的有效值
Vsef之间的关系的图3是示出电池输出电压Vout和DC电压Vl和V2之间的关
系的图4是用于说明在发生增益误差时的校正方法的图； 图5是用于说明在当输出电压Vout为O时包括了 VbV2的偏
移误差的情况下的校正方法的图6是用于说明在当输出电压Vout为O时包括了 VKV2的偏
移误差的情况下的校正方法的图7是用于说明在包括偏移误差时的故障诊断方法的图； 图8是用于说明在第一实施例中基于测量V1或V2中的结果
来进行故障诊断的方法的图9是示出根据第 一 实施例的车用电压检测装置的变形例
的图IO是根据第二实施例的车用电压检测装置的框图； 图1 l是示出根据第二实施例的车用电压检测装置的变形例 的图12是用于说明在第二实施例中基于测量V1或V2的结果 来进行故障诊断的方法的图；以及
图13是用于说明在变得不可能检测V2的情况下获得电池 输出电压Vout的方法的图。
具体实施例方式
实施例1
图l是根据已经应用了本发明的实施例的车用电压检测装 置的框图。该电压检测装置被安装至装备有由从电池1供给的电
力来驱动的电动才几4、并由电动机4的驱动力推进的车辆等。例 如，安装了该电压检测装置的车辆可以是电动汽车或混和电动 汽车(HEV)等。如图l所示，该电压检测装置连接至施加了电池 l的输出电压(DC电压)的DC电路5，并#全测电池l的输出电压。 该电压检测装置包括电压转换单元2和微计算机3 。
在电压转换单元2中包括开关21、变压器24和AC/DC(交流/ 直流)转换器25。变压器24包括在电池1侧、即变压器24输入级 的初级线圈241,以及在AC/DC转换器25侧、即变压器24输出级 的次级线圏242。应当理解，初级线圈241和次级线圈242彼此电 绝缘。另外，由于电池l的输出电压是高压，因此提供作为分压 电阻器的电阻器22和23以向电压检测装置输入已分压并由此降 压的电压。如果电池1的输出电压低于或等于电压检测装置的耐 压(withstand voltage),则不提供电阻器22和23也可接受。
从电池l输出的DC输出电压Vout由电阻器22和23(以下称 作"分压电阻器＂)降压，并作为DC输入电压输入至电压转换
单元２．将DC电压V1和V2输出至微计算机3。孩i计算机3检测从 电压转换单元2输出的这些DC电压V1和V2，并基于该检测的结 果来获得电池l的输出电压Vout。利用图l所示的电压检测装置， 以这种方式来进行电池输出电压的检测。以下，将具体地说明 电压转换单元2和微计算机3的操作的详情。
电压转换单元2的开关21根据来自微计算机3的控制信号来 进行打开和闭合的操作。通过该开关21的打开和闭合操作，使
得电池1和初级线圏2 41的连接状态在连接和断开之间切换。通 过以预定周期来重复该开关21的打开和闭合操作并从而改变电 池1的连接状态，使得输入电压与开关21的操作相对应地以预定 的周期振荡。在发生这种情况时，将输入电压从DC电压转换成 AC(交流)电压，并将与输入电压的大小相对应的AC电压施加至 变压器24的初级线圏241。换句话说，由于以预定周期重复开关 21的打开和闭合操作，因此开关21用作将输入DC电压转换成 AC电压的DC/AC转换部件。由于施加的该AC电压，^使得AC电 流流过初级线圏241。此时在初级线圈241的两端间生成的电4立 差将由Vs表示。
初级线圏241的两端间电位差Vs^^据开关21的打开和闭合 操作而随着时间周期性地变化。如果此时Vs的有效值由Vsef表 示，则#4居电阻器22和23以及初级线圈241的阻抗的比率来确定 电池l的输出电压Vout和Vsef之间的比率。
根据施加至初级线圈241的电压的频率，换句话说，根据开关21 的操作频率，并才艮据初级线圏241的电感(inductance)来确定初 级线圈241的阻抗。因此，当以预定操作频率操作开关21时，对 电阻器22、电阻器23和初级线圏241的各阻抗的比率是固定的。 换句话说，根据电阻器22和电阻器23的电阻值、初级线圈241 的电感和开关21的#:作频率可以预先确定和i殳置Vout和Vsef之 间的比率。
图2(a)的图示出作为从微计算机3输入至开关21的控制信 号的触发信号的例子。图2(b)的图示出电池l的输出电压Vout和 初级线圏241的两端间电位差的有效值Vsef之间的关系。例如， 如图2(a)所示，将周期T的触发信号输入至开关21,并且根据所 输入的触发信号来打开和闭合开关21。此时，通过相对于由与 电动机4消耗的电力的波动等引起的电池1的输出电压Vout变化 的时间来将周期T设置为足够小、并通过由此高速地操作开关 21，如图2(b)所示，可以和Vsef—起忠实地再现输出电压Vout 变化的方式。
将施加至初级线圈241的AC电压从作为变压器24的输入级 的初级线圏241传输至作为变压器24的输出级的次级线圏242。 这里，如果初级线圏241和次级线圏242的臣凄t之间的比率是l, 则施加至初级线圏241的AC电压的大小和传输至次级线圈242 的AC电压的大小」波此近似相等。因而，还可以由与在初级线圈 241的情况中相同的符号Vs来表示在次级线圏242的两端间生 成的电4立差。
应当理解，在变压器24中，期望初级线圏241和次级线圈242 的温度特性相同。如果是这样，则即使发生了温度变化，也可 以使施加至初级线圈241的AC电压的大小与传#T至次级线圈 242的AC电压的大小近似相等。
如果电阻器22的电阻值是O,则将如前述已经从DC电压转 换成AC电压的全部电压Vout从初级线圈241传车lr至次级线圏。 另一方面，如果电阻器22的电阻值不是O,则将已经转换成AC 电压的电压Vo u t的 一 部分输入至初级线圈2 41并传输至次级线 圈242。如前所述，通过电阻器22和电阻器23的电阻值、初级线 圈241的电感和开关21的操作频率来确定此时的传输比率。
将从AC/DC转换器25输出的预定基准电压Vref施加至次级 线圏242的阻抗变成一半的点，换句话说施加至位于次级线圏 242的近似中心处的点。由于这样，如果在次级线圏242的两端 生成的电压由Vh和Vl表示，则使用次级线圈242的两端间的电 位差Vs,可以如下面在等式(l)和p)中表示Vh和Vl。应当理解， Vh是+侧(高电位侧)而V1是-侧(低电位侧)。由于如上所述根据
开关21的操作，线圏两端间电位差Vs以预定的周期随着时间而 变化，因此Vh和Vl都是以基准电压Vref为中心而变化的AC电压。
Vh=Vref+Cl/2)Vs (1) Vl=Vref—(l/2)Vs (2)
将由上述等式(l)和(2)定义的AC电压Vh和Vl输入至AC/DC 转换器25。 AC/DC转换器25获得已输入的AC电压Vh和Vl的有 效值，基于下述等式(3)和(4)将它们分别转换成D C电压V1和 V2，并将这些输入至微计算机3的A/D端口 。孩支计算机3将已输 入至A/D端口的DC电压V1和V2从模拟信号转换成数字信号，从 而将它们作为数字值输入。由于这样，由微计算机3来检测DC 电压V1和V2。
通过利用有效值Vsef来替换在上述等式(l)和(2)中的Vs，如 下面在等式(3)和(4)中所示，可以获得由AC/DC转换器25输出的 DC电压V1和V2:
Vl=Vref+(l/2)Vsef (3)
V2-Vref-(l/2)Vsef (4)
这里，如前所述，4艮据电阻器22和电阻器23的电阻值、初 级线圈241的电感和开关21的操作频率来预先确定Vout和Vsef 之间的比率。如果该比率定义为传输比Rt，则等式(3)和(4)可被 改写成下列等式(5)和(6):
Vl=Vref+Cl/2)Rt.Vout (5)
V2=Vref-( 1 /2)Rt. Vout (6)
从等式(5)和(6)可导出以下的等式(7):
Vout=(l/Rt).(Vl—V2)
设V1-V2=V，则变成
Vout=V/Rt (7)
微计算机3包括电压检测单元31、偏移电压冲佥测单元32和故 障判断单元3 3 。电压检测单元31输入作为从A /D端口输出的数 字信号的DC电压V1和V2，并基于已输入的DC电压V1和V2来获 得电池l的输出电压Vout。偏移电压检测单元32基于已输入的 DC电压Vl和V2来^r测下文将进行说明的偏移电压。并且故障 判断单元33基于已输入的DC电压V1和V2来对电压检测装置的 故障进行判断。
图3的图示出电池l的输出电压的大小与由等式(5)和(6)给 出的DC电压V1和V2之间的关系。4黄轴表示电池侧电压电4立、 换句话说输出电压Vout的大小，而纵轴表示电压检测输出级电 位，换句话说纵轴表示DC电压V1和V2的大小。如图3的图中所 示，DC电压V1和V2根据输出电压Vout而变化。Vl随着Vout的 增大而增大，反之，V2随着Vout的增大而减小。应当理解，在 Vout=0时V1和V2都等于基准电压Vref。
电压检测单元31基于所输入的DC电压V1和V2和已经预先 确定的传输比Rt、根据上述等式(7)来获得电池1的输出电压 Vout。换句话说，电压检测单元31计算图3所示的V1和V2之间 的差V,并通过将已计算出的V1和V2之间的差V应用于上述等 式(7)来获得电池1的输出电压Vout。通过以这种方式获得电池l 的输出电压Vout,可以以高精度进行电压检测，而不会造成无 用的电力消耗，例如电流流过线缆等。
应当理解，微计算机3的A/D端口具有预先确定的预定电压 检测范围(即可进行4全测的范围，例如0V 5V)。因而，在该电 压检测范围内，从电压转换单元2输出V1和V2。如图3所示，如 果电池l的最大输出电压是Vmax，则Vout的范围是从0到Vmax。 确定基准电压Vref和传输比Rt使得为该Vout输出的V1和V2总 是在微计算机3的A/D端口的电压检测范围内。例如，如果微计
算机3的A/D端口可进行检测的范围是0V到5V，则可将Vref设置 为2.5V，并且还设置传输比Rt使得当电池l的输出电压是其最大 值Vmax时，Vl小于或等于5V且V2大于或等于0V。通过这样， 可以由微计算机3检测到V1和V2。
在变压器24中，初级线圈241和次级线圈242彼此电绝缘。 由于这样，Vout与V1和V2电绝缘，使得不直4妄/人电池l传输车命 出电压。因而，即使来自电池l的输出电压是高压，也可以安全 地对其进行^r测。
应当理解，如果在电池l的输出电压Vout的^r测期间发生异 常，例如，如果已经检测到Vout超过最大输出电压Vmax等，则 期望通过来自微计算机3的控制信号来打开开关21。通过这样， 可以在发生异常时保护电压检测装置。
现在，利用本发明的电压检测装置，通过对由微计算机3 检测DC电压V1和V2期间可能发生的各种类型的误差进行校 正、或通过进行各种故障诊断，能够精确地获得电池l的输出电 压Vout。下面将"i兌明这些方法。
图4是用于说明当由电压检测单元31检测V1和V2期间时、 由A/D端口将信号从模拟转换成数字的转换期间已经发生增益 误差这一情况的图。图4(a)示出没有增益误差时、在正常状况 期间电池侧电压电^f立与DC电压Vl和V2之间的关系。由于由上 述等式(5)和(6)l会出此时的Vout与V1和V2之间的关系，因而VI 和V2以基准电压Vref为中心，并如图4(a)所示上下对称地变化。
图4(b)示出当在微计算机3的A/D端口处已经发生增益误差 时的电池侧电压电位与DC电压V1和V2之间的关系。如果此时 的增益误差分量由Gerr表示，则由以下的等式(8)和(9)给出Vout 与V1和V2之间的关系
Vl=Vref+(l/2)Rt.Vout+Gerr'Vout (8)<formula>formula see original document page 14</formula>(9)
由上述等式(8)和(9)给出的V1和V2根据电池侧电压电位而 改变，例如像图4(b)中所示。以这种方式，与图4(a)所示的正常 状况期间的波形相比，在发生增益误差时，Vl和V2的倾斜度/人 它们本应所在的位置刚好偏离了增益误差分量G e r r 。
当计算等式(8)和(9)两侧的差时可以忽略增益误差分量 Gerr，从而获得等式(7)。换句话说，Vl和V2之间的电压差保持 恒定，而与增益误差分量的大小无关。因而，利用本实施例的 电压检测装置，即使发生了增益误差，由于抵消了该增益误差， 也可以从等式(7)获得Vout。
接着，将说明在从AC/DC转换器25输出的V1和V2中包括偏 移误差的情况下的校正方法。应当理解，偏移误差与上述增益 误差不同，而是由如下情况造成的误差即如图5所示、在图中 从AC/DC转换器25输出的VI和V2的0点向左和右偏移(换句话 说V1和V2平行位移)。图5表示当输出电压Vout为0时VbV2的 情况。在这种情况下，如果在输出电压Vout为0时将Vl-V2的值 定义为偏移误差Va，则等式(7)的计算结果的误差正好为该偏移 误差Va。因此，提供至微计算机3的偏移检测单元32基于V1和 V2之间的电压差V来获得偏移误差Va。电压检测单元31使用通 过从V1和V2之间的电压差V减去已经通过偏移4全测单元32获 得的偏移误差Va所得到的值(定义为Vta),来校正偏移误差并获 得Vout。
具体地，在由检测偏移误差的偏移检测单元3 2已经判断为 当输出电压Vout为0时V1 >V2的情况下，则偏移检测单元3 2计算 偏移误差Va。此时，电压检测单元31不使用等式(7)而使用下述 等式(10)来获得Vout:
<formula>formula see original document page 14</formula>
设V1-V2-Va=Vta,则简化成 Vout=Vta/Rt (10)
图6示出当输出电压Vout为0时VKV2的情况。在这种情况 下，以与参照图5所说明的类似的方式，可以通过使用将偏移误 差Vb与V1和V2之间的电压差V相加所得到的值(定义为Vtb)来 校正偏移误差并获得Vout。具体地，在由才全测偏移误差的偏移 检测单元32已经判断为当输出电压Vout为0时VKV2的情况下， 则偏移检测单元32计算偏移误差Vb。此时，电压4全测单元31不 使用等式(7)而使用下述等式(ll)来获得Vout:
Vout=(l/Rt).(Vl—V2+Vb)
i殳V1—V2+Vb=Vtb，则简化成
Vout=Vtb/Rt (11)
如已经如上所述，可以#4居在电池1的1俞出电压Vout为0时
V1和V2之间的差来计算偏移误差Va或Vb,并通过才交正该偏移
误差来计算Vout。应当理解，在获得偏移误差Va或Vb时，即使
电池l的实际输出电压不是O,在由偏移检测单元32检测偏移期
间，也从偏移检测单元32向电压检测单元31发送命令以打开开
关21(即，使电路开路)。通过响应于该命令正在从电压检测单
元31输出至开关21的控制信号，开关21打开并将电池1的连接状
态切换至断开。由于这个，/人电池1施加至初级线圈241的电压
变成0，使得可以建立与在电池l的输出电压Vout为O时相同的状 太
或者，如图9的变形例所示，由于电池l与电压检测装置彼 此电切断，还可以建立4吏从电池1输入至电压改变单元2的电压 为O,且该状态与在电池l的输出电压Vout为O时的状态等同。在 这种情况下，由于通过来自偏移检测单元32的控制信号打开主 继电器ML，电池l与电压检测装置彼此电切断，其中该主继电
器ML用于将电池1(DC电源)从电路切断的开关。应当理解，传 统地为电动汽车设置这种主继电器ML。
如上所述，可以通过切断开关21或传统地设置的主继电器 ML,使施加至初级线圈241的电压变为0。通过这样，可以在Y壬 意期望定时检测偏移误差，而与电池l的输出电压(即电池l的状 态)无关、并且此外没有添加任何用于检测偏移误差的特殊开 关。由于这样，可以计算偏移误差Va或Vb，而与电池l的状态 无关。
接着，将"i兌明为本实施例的电压^r测装置而实施的故障i會 断。应当理解，在本实施例中，"f叚定同时(即，并4亍)进行由偏 移电压检测单元3 2进行的偏移误差的上述4企测以及由电压抬，须'J 单元31进行的DC电压的检测。图7是用于说明当在V1和V2的检 测结果中包括在以上说明中解释的类型的偏移误差时故障诊断 用的方法的图。在图7(a)中，示出在正常状况期间电池侧电压 电位与DC电压V1和V2之间的关系。另一方面，在图7(b)中，示
如图l和图9所示，微计算机3包括基于所输入的V1和V2的 值对电压检测装置的故障进行判断的故障判断单元3 3 。如图7 (a) 所示，如果当电池l的输出电压Vout为0时VbV2，则在偏移误 差Va小于预定阈值Vc的情况下该故障判断单元33判断为电压 检测装置正常地运行。在这种情况下，根据前述的方法，通过 校正偏移误差Va的量来获得电池输出Vout。然而，如图7(b)所 示，如果偏移误差Va大于或等于预定阈值Vc,则判断为电压检 测装置出现故障且没有正常地运行。在这种情况下，故障判断 单元33在例如为车辆的驾驶者的座椅所设置的指示器等通知装 置上输出表示正发生故障的故障信号，并且故障判断单元33进 行故障发生等的通知。
应当理解，由于温度变化等这种电压检测装置的环境变化、 在V1和V2中可能出现一定的偏移。因而，当随着这种环境变化
出现此种偏移时、将预定阈值Vc设置为大于或等于偏移误差Va 的值。由于这样，如果随某些环境变化出现偏移误差Va(换句话 说，如果Va〈Vc),则通过根据该偏移误差Va的量进行才交正来获 得电池输出Vout;而如果随电压检测装置的故障已经出现偏移 误差(换句话说，如果Va〉Vc)，则如上所述进行发生故障等的通 知。当通过打开开关21或主继电器ML来检测偏移时，在例如发 生不能完全打开开关21或主继电器ML的故障(例如，其接触点 焊接的故障)的情况下，则可能发生这种故障。
应当理解，在上述说明中，仅说明了当电池l的输出电压 Vout为0时VbV2的情况。然而，对于当Vout为0时VKV2的情 况，也可以通过类似的方法来进行故障诊断。换句话说，如果 当输出电压Vout为0时VKV2，则在图6所示的偏移误差Vb小于 阈值V c的情况下、由故障判断单元3 3判断为电压检测装置正常 地运行。然而，在偏移误差Vb大于或等于预定的阈值Vc的情况 下，则由故障判断单元33判断为电压检测装置出现故障并且没 有正常地运行。
代替如上所述基于在电池l的输出电压为0时从检测出的 V1和V 2之间的差获得的偏移误差来进行故障诊断，还可以基于 V1和V2中任一个的测量结果来进行故障诊断。现在将使用图8 来说明这种方法。图8(a)是用于说明根据V1的测量结果来进行 故障诊断的方法的图。如在图中所示，如果在Vout为0时Vl的 测量结果Vla大于或等于预定阈值Vd,则可以由故障判断单元 33判断为电压检测装置出现故障。
以与以上说明中已解释的V1的情况类似的方法，还可以根 据V2的测量结果来进行故障诊断。图8(b)是用于说明根据V2的
测量结果来进行故障诊断的方法的图。如在该图中所示，如果
在Vout为0时V2的测量结果V2a小于或等于预定阈值Ve,则可以 由故障判断单元3 3判断为电压检测装置出现故障。
应当理解，与上述类似的方式，将预定阈值Vd和Ve设置为 大于或等于由于伴随环境变化的偏移所造成的V1和V2中的误 差的值。通过这样，当出现伴随电压检测装置的故障的偏移误 差时(换句话说，当Vla〉Vd或V2a〈Ve时)，如上所述进行发生故 障等的通知。应当理解，电压检测装置的故障的类型是例如 AC/DC转换器25的故障、或次级线圏242的 一部分中发生短路的 故障。并且，作为AC/DC转换器25的故障，故障的类型是例如， 在由AC/DC转换器25计算VI期间的Vref变得大于实际施加至次 级线圏242的中心的Vref等故障，或者如在计算V2期间的Vref 变得小于实际施加至次级线圏242的中心的Vref等故障。
上述实施例中的微计算机3同时用于利用偏移电压4佥测单 元32进行偏移误差的检测、利用电压检测单元31进行DC电压的
的。例如，如果由故障判断单元33的判断结果是判断为发生了 故障，则可以停止由偏移电压检测单元3 2进行的偏移误差的枱， 测以及由电压检测单元31进行的D C电压的检测。
根据上述实施例，可以获得下面的有益操作效果
(1) 微计算机3的偏移电压检测单元32基于在电池l的输出 电压为O时所计算出的V1和V2之间的差来计算偏移误差Va或 Vb,并基于该偏移误差Va或Vb以及Vl和V2之间的电位差V来 计算Vout。由于进行了该操作，即使在发生偏移误差时，也可 以通过校正该偏移误差来进行精确的电压检测。
(2) 通过由于断开开关21或主继电器ML(即成为开路)使得
从电池1施加至初级线圈241的电压为0来建立与在电池1的^T出 电压Vout为O时的状态等同的状态，从而计算偏移误差Va或Vb。 由于进行了该才乘作，可以在任何期望定时计算偏移误差Va或 Vb，而与电池l的状态无关。
(3) 在偏移误差Va或Vb大于或等于预定阈值Vc的情况下， 故障判断单元3 3判断为电压检测装置出现故障。由于进行了该 操作，可以以简易的方式进行电压检测装置的故障诊断。
(4) 在当电池l的llr出电压Vout为O时Vl的测量结果Vla大于 或等于预定阈值V d 、或V 2的测量结果V 2 a小于或等于预定阈值 Ve的情况下，故障判断单元3 3判断为电压检测装置出现故障。 由于进行了该操作，可以以简易的方式进行电压检测装置的故 障诊断。
实施例2
接着，将说明根据已经应用了本发明的第二实施例的电压 检测装置。图10和11是根据第二实施例的车用电压检测装置的 框图。在该车用4全测装置中，微计算机3的A/D端口读取在DC 电压V1和V 2中作为输入的模拟信号，将它们从模拟信号转换成 数字信号，再输出这些数字信号。由于这样，以与根据图1和9 所示的第一实施例的车用电压检测装置的情况类似的方式，由 微计算机3来检测DC电压V1和V2。正如在图l和图9中的情况， 该微计算机3包括电压检测单元31。另外，代替偏移检测单元32 和故障判断单元33,该微计算机3包括基于所输入的DC电压V1 和V 2来对电压检测装置的故障进行判断的偏移故障判断单元 35和输入故障判断单元36。
接着，将说明针对本实施例的电压检测装置实施的故障诊断。
如图10和11所示，微计算机3包括基于所输入的V1和V2来
对电压检测装置的故障进行判断的偏移故障判断单元3 5 。利用 本实施例示出的这种电压检测装置，存在可能发生AC/DC转换 器25的故障的可能性，并存在由于次级线圏242的一部分的短路 可能发生故障的可能性。在这种情况下，如图12所示，V1和V2 偏移。应当理解，AC/DC转换器25的故障使得例如，AC/DC转 换器25计算V1或V2时使用的Vref(换句话说，等式(3)或(4)中的 Vref)与实际施加至次级线圏242的中心的Vref不同。偏移故障判 断单元35对这种类型故障的发生进行判断。
图12示出当已经发生如上所述的偏移故障时在电池侧电压 (换句话说，输出电压Vout)和电压^r测输出级电位(换句话说， DC电压V1和V2)之间的关系。应当理解，图12所述的Vref是指 Vref的常规(正常)值。
图12(a)示出当电压检测装置中已经发生故障时、在电池侧 电压和电压;f企测输出级电位之间的关系。这里，示出如下情况 的例子已经发生了 AC/DC转换器25计算V1时使用的Vref(换句 话说，等式(3)中的Vref)变得大于实际施加至次级线圏242的中 心的Vref这样的故障。如果发生这种故障，则在图中V1向上偏 移。因此，如在该图中所示，在当Vout为O时Vl的测量结果Vla 大于或等于预定阈值Vc的情况下，则微计算机3的偏移故障判 断单元3 5能够判断为A C / D C转换器2 5已经出现故障。
图12(b)示出当在电压检测装置中出现除上述以外的故障
示出如下故障的发生的例子如在由A C / D C转换器2 5计算V 2期 间使用的Vref(换句话说，等式(4)中的Vref)变得小于实际施加至 次级线圈242的中心的Vref等故障，或者如在低于次级线圈242 的中心的电压侧处发生的短路等故障。如果发生这种故障，则 在图中V2向下偏移。因此，如在该图中所示，在当Vout为0时
V2的测量结果V2a小于或等于预定阈值Vd的情况下，则微计算 机3的偏移故障判断单元35能够判断为电压检测装置已经出现 故障。
应当理解，由于如温度变化等这种电压检测装置的环境变 化，在V1和V2中可能出现一定的偏移误差。由于这样，以与上 述类似的方式，将预定阈值Vc和Vd设置为大于或等于由于随环 境变化的偏移所造成的Vl和V2中的误差的值。
以这种方式，微计算机3的偏移故障判断单元3 5 #r测电压转 换单元2的故障，并在已经确定已经发生故障的情况下、将故障 信号a输出至电压检测单元31。并且在接收故障信号a时、电压 检测单元31禁止用于DC电压的检测动作(换句话说，DC电压的 计算)。应当理解，通过将故障信号a从偏移故障判断单元35输 出至如显示器等外部通知装置来通知故障的发生也是可以接受 的。
如已经在上面所述，偏移故障判断单元3 5根据在电池1的输 出电压Vout为0时Vl和V2的值即Vla和V2a来^r测电压转换单 元2的故障。应当理解，在由偏移故障判断单元35的该偏移故障 判断期间，即使电池l的实际输出电压不是O,也从偏移故障判 断单元35向电压4全测单元31发送命令以打开开关21(即，使电3各 开路)。响应于该命令，通过根据来自电压检测单元31的控制信 号打开开关21使得从电池1施加至初级线圏241的电压变为0，并 从而将电池l的连接状态切换为断开。由于这样，可以建立与在 来自电池l的输出电压Vout为O时的状态等同的状态。
或者，如图ll所示，通过使电池l与电压检测装置彼此电断 开，并通过由此4吏从电池1输入至电压转换单元2的电压为O,也 可以建立与在电池l的输出电压为0时的状态等同的状态。在这 种情况下，由于通过来自偏移故障判断单元35的控制信号打开 主继电器ML、即用于从电路断开电池1(DC电源)的开关，电池l 与电压检测装置彼此电断开。应当理解，通常为电动汽车设置 这种主继电器ML。
如上述，通过断开开关21或所传统地i殳置的主继电器ML， 可以使施加至初级线圈241的电压变为0。通过这样，可以在任 意期望定时进行故障判定，而与电池l的输出电压(即电池l的状 态)无关，并且此外不用添加任何用于进行偏移故障判断的特殊 开关。由于这样，偏移故障判断单元35可以进行故障判断，而 与电池l的状态无关。
并且，利用本实施例的电压检测装置，如图10和11所示，
所输入的V1和V2对下文将进行说明的电压检测装置的故障进 行判断的输入故障判断单元3 6 。
在像本实施例的电压检测装置中，例如，存在如下可能性 发生AC/DC转换器25变得不能输出V1或V2的故障、发生用于将 V1或V2从AC/DC转换器25传输至微计算机3的两条通信线路中 的一条或另 一条断掉的故障或者发生微计算机3的A/D端口变 得不能读入V1或V2的故障。如果不可以检测V1和V2中的至少 一个(换句话说，如果通过A/D端口输入的V1或V2实际并未输 入)，则输入故障判断单元36判断为发生这种类型的故障，并因 此将故障信号(3输出至电压检测单元31并输出至存储单元34。
每当输入V1和V2时，存储单元34更新并存储所存储的VI 和V2。然而，如果输入了故障信号(3,则停止V1和V2的更新， 并照原样仍存储紧在输入故障信号(3之前的V1和V2的值。换句 话说，如果已经输入了故障信号(3，则存储单元34保持存储在输 入故障信号卩之前的VI和V2的值。
在接收来自输入故障判断单元33的故障信号(3时，电压检测
单元31读出存储在存储单元34中的V1和V2、换句话说在通过故 障信号p进行判断之前的Vl和V2的值。并且使用已经由此读取 的V1和V2、以及从AC/DC转换器25输入的V1和V2其中 一个能 被检测的值来4企测D C电压。
图13示出当已经变为不可能检测V2时的情形。如果以这种 方式已经不可能才全测V2，则电压才佥测单元31计算存<渚在存<诸单 元34中的、故障前V1和V2的值之间的中间值与可^皮;险测的VI 的值之间的差。并且电压检测单元31获得两倍于该已经计算出 的差值的值(定义为Vtc)，并在等式(7)中使用该Vtc而不是V。换 句话说，在接收故障信号p时，电压检测单元31计算故障前V1 和V2之间的中间值作为Vref。然后采用两倍于已经计算出的该 Vref与可被检测出的V1之间的差的电压值、即Vtc来作为Vl和 V2之间的差即V,并从而计算DC电压Vout。
应当理解，如果已经不可能检测Vl,则以与上述的V2的情 况类似的方式，可以通过采用故障前V1和V2的值之间的中间值 作为Vref、并通过使用两倍于该值Vref和可被检测到的V2的值 之间的差的电压值而不是等式(7)中的V,计算Vout。
根据如上所述的第二实施例，可得到下列有益的作用效果。
(1) 如果不能检测V1和V2中的至少一个，则判断为电压检 测装置出现故障。因此，可以以简易的方式进行电压检测装置 的故障诊断。
(2) 存储在电池1的输出电压Vo u t为0时检测到的V1和V 2的 值两者。并且，如果发生了不可以检测V1或V2中一个或另一个 的故障，则基于通过使可被检测的V1或V2中的一个与故障前所 存储的V1和V2的值之间的中间值之间的差变成2倍所获得的值 Vtc来计算电池l的输出电压Vout。由于进行了该操作，因而即 使不可以4全测V1或V2中的一个或另 一个，仍可以进行电压枱r
(3)在当电池l的输出电压为O时、测量Vl的结果Vla大于或 等于预定阈值Vc、或测量V2的结果V2a小于或等于预定阈值 Vd、或二者兼有的情况下，则不进行输出电压Vout的计算。因 此，可以防止由于基于正生成大的误差的V1或V2来计算输出电 压Vout,而对与电池的实际输出电压大不相同的输出电压进行 计算。
应当理解，尽管在上述实施例中采用电池l的输出电压作为 用于检测的对象，但配置作为用于检测的对象的电压为在电池 电压以外的电压也是可以接受的。例如，还可以将^f壬何类型的 DC电压看作是用于检测的对象，如来自作为多个电池的组合而 构成的组电池(assembled buttery)、或来自电容器等的输出电 压、或电路上某点处的DC电压等。只要是输出DC电压的，还 可接受配置任何目标作为电压检测的对象。另外，将本发明应 用于如下电流检测装置也是可以接受的该电流检测装置通过 在连接有DC电源的DC电路中设置电阻器并由此将DC电流转 换成DC电压、并通过检测已经由此转换的DC电压，来才全测DC 电流。
仅通过示例给出上述实施例和各种类型的变形实施例；在 没有放弃本发明的区别特征的情况下，可以认为本发明不限于 这些详细内容。
在上述各实施例中，由电压转换单元2来实现电压转换部 件，并由微计算机3的电压检测单元31来实现电压计算部件。另 外，还配置由开关21来实现DC/AC转换部件和连接切换部件， 由变压器24来实现变压器部件以及由AC/DC转换器25来实现基 准电压施加部件和AC/DC转换部件。此外，在第一实施例中， 分别配置由微计算机3的偏移检测单元32来实现误差检测部件，
二实施例中，分别配置由微计算机3的输入故障判断单元36来实 现第 一故障判断部件，由微计算机3的偏移故障判断单元35来实 现第二故障判断部件以及由微计算机3的存储单元34来实现存 储部件。然而，上述说明仅是一个例子，并当阐述本发明时， 上述实施例中记载的项与权利要求书的范围中说明的项之间的 对应关系不应i人为以4壬4可方式#:限制。
应当理解，如下也是可以接受的分别将电压转换部件替 换成电压转换单元，将误差检测部件替换成误差检测单元，将 电压计算部件替换成电压计算单元，并将故障判断部件替换成 故障判断单元。另外，还有可能分别将DC/AC转换部件替换成 DC/AC转换单元，将变压器部件替换成变压器单元，将基准电 压施加部件替换成基准电压施加单元，将AC/DC转换部件替换 成AC/DC转换单元，并将连接切换部件替换成连接切换单元。 再者，还有可能分别将第一故障判断部件替换成第一故障判断 单元，将存储部件替换成存储单元，并将第二故障判断部件替 换成第二故障判断单元。
下列内容通过引用而被包含于此
日本专利申请2006—4834(2006年1月12日提交)和日本专利 申请2006—336985 (2006年12月14日提交)。
权利要求
1.一种电压检测装置，用于连接至施加了DC电压的DC电路，并对施加至所述DC电路的所述DC电压进行检测，所述电压检测装置包括电压转换部件，用于输出随着所述DC电压的增大而增大的第一电压和随着所述DC电压的增大而减小的第二电压；电压计算部件，用于输入从所述电压转换部件输出的所述第一电压和所述第二电压，并基于所输入的所述第一电压和所输入的所述第二电压之间的差来计算所述DC电压；以及第一故障判断部件，用于如果所述第一电压和所述第二电压中至少之一未输入至所述电压计算部件，则判断为已经发生故障。
2. 根据权利要求l所述的电压检测装置，其特征在于，还 包括存储部件，所述存储部件用于存储所述第一电压和所述第 二电压，其中，如果所述故障判断部件判断为已经发生故障， 则所述电压计算部件基于存储在所述存储部件中的、故障发生 前所述第一电压和所述第二电压之间的中间的值与所输入的所 述第一电压或所述第二电压之间的差的两倍的值，来计算所述 DC电压。
3. 根据权利要求2所述的电压检测装置，其特征在于，还 包括第二故障判断部件，所述第二故障判断部件用于如果当所 述DC电压为O时所述第一电压大于或等于预定值或所述第二电 压小于或等于预定值，则判断为已经发生故障；并且如果所述 第二故障判断部件判断为已经发生故障，则所述电压计算部件 不计算所述DC电压。
4. 根据权利要求3所述的电压检测装置，其特征在于，所 述DC电压是/人DC电源施加至所述DC电i 各的电压，所述电压抬， 测装置还包括 连接切换部件，用于将所述DC电源和所述DC电路切换至 连接状态或断开状态，其中，所述DC电压为O的状态是由所述连接切换部件将所 述D C电源和所述D C电路设置为断开状态的状态。
5. 根据权利要求3所述的电压检测装置，其特征在于，所 述电压转换部件包括DC/AC转换部件，用于以预定周期振荡所述DC电压并将所 述DC电压转换成AC电压；变压器部件，用于将由所述DC/AC转换部件转换成所述AC 电压的全部或部分输出电压施加至初级线圈，并以预定传输比 率Rt将它传输至次级线圏；基准电压施加部件，用于将预定基准电压Vref施加至位于 在所述次级线圏的两端间近似中心处的点；以及AC/DC转换部件，用于纟全测所述次级线圈的两端处的AC电 压V h和V1 ，并将它们分别转换成所述第 一 电压和所述第二电 压。
6. 根据权利要求5所述的电压检测装置，其特征在于，述DC电路和所述初级线圏之间的开关，来将以预定周期振荡所以及
7. —种电压检测方法，用于对施加至DC电路的DC电压进 行检测，所述电压才全测方法包括将随着所述D C电压的增大而增大的第 一 电压和随着所述 DC电压的增大而减小的第二电压输入至输入单元；基于输入到所述输入单元的所述第一电压和所述第二电压 之间的差来计算所述DC电压；以及 如果所述第一电压和所述第二电压中至少之一未输入至所 述输入单元，则判断为已经发生故障。
8.根据权利要求7所述的电压检测方法，其特征在于，还 包括存储所述第一电压和所述第二电压，其中，如果判断为已 经发生故障，则基于故障发生前存储的所述第一电压和所述第 二电压之间的中间的值与输入到所述输入单元的所述第 一电压 或所述第二电压之间的差的两倍的值，来计算所述DC电压。
全文摘要
一种电压检测装置，用于连接至施加了DC电压的DC电路并对施加至DC电路的DC电压进行检测，该电压检测装置包括电压转换部件，用于输出随着DC电压的增大而增大的第一电压和随着DC电压的增大而减小的第二电压；电压计算部件，用于输入从电压转换部件输出的第一电压和第二电压，并基于所输入的第一电压和所输入的第二电压之间的差来计算DC电压；以及第一故障判断部件，用于如果第一电压和第二电压中至少之一未输入至电压计算部件，则判断为已经发生故障。
文档编号G01R19/00GK101371146SQ20078000233
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月12日 优先权日2006年1月12日
发明者吉田伸辅, 森田刚, 长仓只人 申请人:日产自动车株式会社