电压测量装置、电压测量系统和电压测量方法
【专利摘要】一种测量串联连接的多个单电池（31）的电池电压的电压测量装置，具有：第一电压检测单元（20），其检测所述电池电压；存储单元（40），其存储关于由所述第一电压检测单元（20）检测到的电压与由第二电压检测单元（70）检测到的电压之间的检测误差的误差信息，所述第二电压检测单元（70）与所述第一电压检测单元（20）相比具有较高的检测精度但较低的检测速度；以及校正单元（30），其基于存储在所述存储单元（40）中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元（20）检测到的所述电池电压。
【专利说明】电压测量装置、电压测量系统和电压测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量在电池组(assembled battery)中的电池电压的电压测量装置等，在所述电池组中多个单电池串联连接。
【背景技术】
[0002]常规的车辆用电池包括其中多个电池单体(battery cell)串联连接的电池组。电池单体的过度放电和过度充电不仅可能导致电动机的转矩特性受损并因此导致车辆驾驶性能受损，而且可能导致电池单体寿命缩短。因此，有必要监视电池单体中的单体电压(cell voltage),以便在过度放电或过度充电的情况下，快速地检测到这种异常从而相应地控制充电和放电。
[0003]日本专利申请公开N0.2009-069056 (JP2009-069056A)公开了一种单体电压监视装置，该装置监视多单体串联电池的各电池单体中的异常，其中在任意电池单体的监视周期开始之后立即使单体电压异常检测电路工作，并且判定单体电压是否偏离正常范围。
[0004]然而，在JP2009-069056A的配置中，单体电压的测量花费一些时间。此外，一旦单体电压的测量精度降低，则诸如过度充电和过度放电的异常可能被忽略。
【发明内容】
[0005]本发明提供了既缩短电池电压测量时间又提高测量精度的电压测量装置、电压测量系统和电压测量方法。
[0006]根据本发明第一方面的电压测量装置是一种测量串联连接的多个单电池的电池电压的电压测量装置，该装置具有:第一电压检测单元，其检测所述电池电压；存储单元，其存储关于由所述第一电压检测单元检测到的电压与由第二电压检测单元检测到的电压之间的检测误差的误差信息，所述第二电压检测单元与所述第一电压检测单元相比具有较高的检测精度但较低的检测速度；以及校正单元，其基于存储在所述存储单元中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元检测到的所述电池电压。
[0007]在根据所述第一方面的电压测量装置的配置中，所述检测误差可以是当所述第一电压检测单元和所述第二电压检测单元分别检测基准电源的电压时获得的电压差。这种配置允许取得精确的误差信息。
[0008]在根据所述第一方面的电压测量装置的配置中，所述第一电压检测单元可以包括与所述单电池对应地设置的多个差分放大器；并且每一个所述差分放大器可以以相同的定时(timing)取得所述电池电压中的每一个。在这种配置中，各电池电压被同时取得，因此检测速度可以可靠地提高。
[0009]在上述配置中，还可以设置平均化处理单元，其对从所述差分放大器连续输出的各个电池电压进行平均化；从而所述校正单元可以基于所述误差信息校正被所述平均化处理单元平均化了的电池电压。这种配置允许进一步提高电池电压的测量精度。
[0010]在根据所述第一方面的电压测量装置的配置中，所述第一电压检测单元的检测精度可以随温度波动。即使第一电压检测单元的检测精度随着温度变化而降低，也可以通过基于所述误差信息进行的校正而避免测量精度的损失。
[0011]根据本发明第二方面的电压测量系统是一种测量串联连接的多个单电池的电池电压的电压测量系统，该系统具有:基准电源；第一电压检测单元，其检测所述电池电压；第二电压检测单元，其与所述第一电压检测单元相比具有较高的检测精度但较低的检测速度；存储单元，其存储当所述第一电压检测单元和所述第二电压检测单元分别检测所述基准电源的电压时获得的电压差作为误差信息；以及校正单元，其基于存储在所述存储单元中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元检测到的所述电池电压。
[0012]根据本发明第三方面的电压测量方法包括:使用第一电压检测单元测量基准电源的电压；使用第二电压检测单元测量所述基准电源的电压，所述第二电压检测单元与所述第一电压检测单元相比具有较高的检测精度但较低的检测速度；在存储单元中存储由所述第一电压检测单元测量到的所述基准电源的电压与由所述第二电压检测单元测量到的所述基准电源的电压之间的差作为误差信息；使用所述第一电压检测单元同时测量串联连接的多个单电池的电池电压；以及基于存储在所述存储单元中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元测量到的所述电池电压。
[0013]本发明的上述方面允许既实现电池电压测量时间的缩短又实现提高的测量精度。【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，在附图中相似的附图标记表示相似的元件，并且其中:
[0015]图1是具有根据本发明实施例的电压测量装置的电压测量系统的功能框图；
[0016]图2是示例出根据本发明实施例的电压测量系统的硬件配置的电路图；
[0017]图3是示例出根据本发明实施例取得误差信息时的硬件配置的电路图；
[0018]图4是示意性示例出根据本发明实施例的误差信息的示意图；
[0019]图5是比较例中的电压测量装置的电路图；
[0020]图6是示例出根据本发明实施例的单体电压测量方法的流程图；以及
[0021]图7是根据本发明实施例在测量两个不同电池组的单体电压的情况下的电压测量系统的功能框图。
【具体实施方式】
[0022]接下来将参考图1和图2解释包括根据本实施例的电压测量装置的电压测量系统。图1是该电压测量系统的功能框图，其中虚线表示在第一和第二电压检测单元中确定误差信息时的信号流，并且实线表示在测量每个电池单体(单电池)的单体电压(电池电压)时的信号流。图2是示例出该电压测量系统中的硬件的例子的电路图。
[0023]参考图1，电压测量系统I具有电压测量装置2、基准电源60和第二电压检测单元70。电压测量装置2具有电池组3、第一电压检测单元20、校正单元30和存储单元40。如图2所示，通过串联连接多个电池单体31构造电池组3。电池单体31可以是诸如锂离子电池、镍氢化物电池等的二次电池。
[0024]第一电压检测单元20测量电池单体31的单体电压。第一电压检测单元20也测量基准电源60的电压。第二电压检测单元70测量基准电源60的电压。第二电压检测单元70与第一电压检测单元20相比具有较高的检测精度但较低的检测速度。存储单元40存储当第一电压检测单元20和第二电压检测单元70分别检测基准电源60的电压时获得的电压差作为误差信息。基于存储在存储单元40中的误差信息,校正单元30校正由第一电压检测单元20检测到的各单体电压。
[0025]在以上配置中，由第一电压检测单元20检测每个电池单体31中的单体电压。因此，可以使电压测量的测量速度较高。同样，基于存储在存储单元40中的误差信息，校正由第一电压检测单元20检测的单体电压。因此，可以提高电压测量的测量精度。
[0026]接下来将参考图2解释用于实现电压测量装置2的硬件配置的例子。第一电压检测单元20具有多个隔离放大器21和多个差分放大器22。为各个电池单体31设置隔离放大器21和差分放大器22。隔离放大器21将“ch”彼此隔离。差分放大器22将输入信号放大到模拟到数字转换器(ADC)输入额定值，并且将信号输出至安装在后段的单体电压测量用PC50上的ADC51。隔离放大器21和差分放大器22是模拟电路，因此呈现出由温度变化导致的测量精度可变性，并且其估计精度也由于随时间的变化而降低。因此，第一电压检测单元20具有特性上高的检测速度但是低的检测精度。
[0027]继电器电路23位于电池组3与第一电压检测单元20之间。继电器电路23具有多个继电器231。为各个隔离放大器21设置继电器231。继电器231在连接到各个电池单体31的状态与连接到基准电源60的状态之间切换。在本实施例中，所有电池单体31的单体电压都同时被测量，因此所有继电器231被连接到对应的电池单体31。
[0028]ADC51经由外围部件互连(PCI)总线而被连接到平均化处理单元52，并且以3-4ms的周期将各电池单体31的单体电压同时馈送至所述平均化处理单元52。平均化处理单元52可以以中央处理单元(CPU)或微处理单元(MPU)的形式实现。平均化处理单元52具有存储器52A。平均化处理单元52中的CPU或MPU在存储器52A中存储与由各个差分放大器22输出的单体电压有关的信息，并且一旦接收到下一个(subsequent)单体电压，就将所接收的单体电压与存储在存储器52A中的单体电压平均化，并且更新存储在存储器52A中的单体电压。每次接收到与单体电压有关的信息时更新单体电压。可以使用专用集成电路(ASIC)，所述ASIC以电路的形式执行由CPU或MPU执行的处理的至少一部分。因此同时进行单体电压的平均化处理得到较快的处理。
[0029]从提高测量精度的观点来说，所执行的平均化处理的次数可以由本领域技术人员适当地确定。在例如平均化处理的次数是10的情况下，则所有单体电压的测量时间可以缩短到仅30-40ms。由于同时执行单体电压的平均化处理，因此即使电池单体31的数目增加，也可以抑制测量速度的降低。
[0030]控制PC80具有控制器81和存储器82。控制器81控制整个控制PC80。控制器81可以是CPU或MPU，或者可以是以电路的形式执行由CPU或MPU执行的处理的至少一部分的ASIC0存储单元82存储误差信息，所述误差信息是当第一电压检测单元20和第二电压检测单元70分别检测基准电源60的电压时获得的电压差。存储器82可以是可读记录介质，并且可以是例如随机存取存储器(RAM)。
[0031]接下来解释图1的功能块与图2的硬件配置之间的对应。由图1中的校正单元30执行的处理可以通过控制PC80的存储器82与控制器81之间的协作来执行。具体地，控制器81基于存储在存储器82中的误差信息来校正由第一电压检测单元20检测到的各个单体电压。
[0032]由图1中的存储单元40执行的处理可以通过控制PC80的存储器82与控制器81之间的协作来执行。即，控制器81计算由第一电压检测单元20检测到的基准电源60的电压与由第二电压检测单元70检测到的基准电源60的电压之间的差，并且将该差作为误差信息存储在存储器82中。存储单元40可以被设置在控制PC80外部。在这种情况下，控制PC80通过经由通信取得存储在存储单元40中的误差信息来校正单体电压。
[0033]接下来参考图3解释用于取得存储在存储单元40中的误差信息的方法。图3是对应于图2的图示。图3中的配置与图2的配置的不同之处在于:现在所有继电器231都被设置在连接第一电压检测单元20与基准电源60的连接位置处。
[0034]第二电压检测单元70测量基准电源60的电压。第二电压检测单元70可以是数字万用表(DMM) 71。控制PC80取得由DMM71输出的电压。
[0035]控制PC80在预定范围内修改基准电源60的电压。所述预定范围可以是电池单体31的工作电压；或者，所述电压可以例如从OV到5V以IV的间隔被顺序地修改。
[0036]控制PC80在从OV到5V以IV的间隔修改基准电源60的电压的同时取得第一电压检测单元20和DMM71的检测结果，并且将所述结果存储在存储单元40中，作为映射到继电器231的信道号的误差信息。图4是示意性示例出格式为数据表的误差信息的示意图。通过直线近似可以计算出除了所取得的电压值之外的值。可以通过对所有信道执行这些操作来取得所有信道的误差信息。误差信息的格式可以不是数据表(例如，函数表示)。
[0037]图5是比较例中的电压测量装置的电路图。用相同的附图标记来标记与所述实施例中的那些相同的构成元件。在该比较例中，电池单体31的单体电压由DMM71取得。DMM71的第一级是模拟电路，因此与差分放大器22的情况一样，由于温度变化而发生测量误差。然而，DMM71也是专用测量装置，并且很好地配备有补偿电路，因此其测量精度高。然而，在测量单体电压时所花费的测量时间很长，这是因为必须通过以预先设定的顺序连续导通继电器231来在不同的定时测量单体电压。
[0038]在例如继电器231的切换周期是20ms/ch并且DMM71的测量时间是17ms/ch的情况下，则测量56个电池单体31的单体电压花费总共2072ms的测量时间。S卩，第二电压检测单元70的特征在于与第一电压测量单元20相比具有较高的测量精度，但是引起比第一电压测量单元20长的测量时间。
[0039]接下来参考图6的流程图解释本实施例中用于测量单体电压的测量方法。在步骤SlOl中，第一电压检测单元20和第二电压检测单元70测量基准电源60的电压。在步骤S102中，控制PC80在存储单元40中存储步骤SlOl的测量结果作为误差信息。
[0040]在步骤S103中，第一电压检测单元20同时测量电池单体31的单体电压，将所测量的单体电压放大到ADC输入额定值、并且将单体电压输出到ADC51。在步骤S104，平均化处理单元52对从ADC51接收的单体电压以及存储在存储器52A中的单体电压进行平均化，并且在步骤S105中，在存储器52A中存储所获得的平均化的值作为新的单体电压。如果在存储器52A中未存储单体电压，则将从ADC51接收的单体电压按原样存储在存储器52A中。
[0041]在步骤S106中，平均化处理单元52判定平均化处理的次数是否达到9次处理(即，单体电压的测量次数是否达到10次测量)。如果测量的次数达到10次测量，则处理进行到步骤S107 ;否则，处理返回到步骤S103。在步骤S107中，平均化处理单元52将存储在存储器52A中的电池单体31的单体电压映射到电池单体31的单元编号，并且将映射的单体电压输出到控制PC80。
[0042]控制PC80的控制器81从存储单元40读取误差信息并且校正单体电压。在例如用于chi的电池单体31的测得的单体电压是3.6V的情况下，在与3.6V对应的第二电压检测单元70的电压值的校正之后以校正电压值的形式记录所述单体电压，参考图4。与其中仅由第一电压检测单元20测量单体电压的情况相比，上述方法允许提高测量精度。同样，与仅由第二电压检测单元70测量单体电压的情况相比，可以使测量速度更高。
[0043](变型例I)
[0044]在上述实施例中，解释了其中存在一个电池组的各测得的单体电压的情况，但是本申请的发明也可以用于测量多个电池组中的单体电压的情况。与图1对应的图7是在测量两个不同电池组的单体电压的情况下的电压测量系统的功能框图。用相同的附图标记来标记具有与上述实施例中的那些构成元件相同功能的构成元件。
[0045]关于图7，电压测量装置A测量构成电池组A的各电池单体的单体电压，并且电压测量装置B测量构成电池组B的各电池单体的单体电压。在该变型中，电压测量装置A和电压测量装置B共享基准电源60。因此，成本可以降低，这是因为基准电源60的数目没有增加。电池组A的单体电压测量与电池组B的单体电压测量可以同时进行，从而测量速度可以因此提闻。
[0046](变型例2)
[0047]在上述实施例中，电池单体31的单体电压被测量多次，并且将其平均值用作在校正单元30中校正之前的单体电压。然而，本发明不限于此，并且可以省略所述平均化处理。在这种情况下，通过校正单元30校正由第一电压检测单元20输出的单体电压。
[0048](变型例3)
[0049]在上述实施例中，解释了其中电池单体的单体电压被测量的情况，但是本发明不限于此，而是也可以用于另一单电池。该另一单电池可以是其中多个电池单体被连接的电池模块。即，本发明可以用于测量各个电池模块的模块电压(电池电压)的情况。
【权利要求】
1.一种测量串联连接的多个单电池的电池电压的电压测量装置，包括: 第一电压检测单元，其检测所述电池电压； 存储单元，其存储关于由所述第一电压检测单元检测到的电压与由第二电压检测单元检测到的电压之间的检测误差的误差信息，所述第二电压检测单元与所述第一电压检测单元相比具有较高的检测精度但较低的检测速度；以及 校正单元，其基于存储在所述存储单元中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元检测到的电池电压。
2.根据权利要求1所述的电压测量装置，其中，所述检测误差是当所述第一电压检测单元和所述第二电压检测单元分别检测基准电源的电压时获得的电压差。
3.根据权利要求1或2所述的电压测量装置，其中， 所述第一电压检测单元包括与所述单电池对应地设置的多个差分放大器；以及 每一个所述差分放大器以相同的定时取得所述电池电压中的每一个。
4.根据权利要求3所述的电压测量装置，还包括:平均化处理单元，其对从所述差分放大器连续输出的各个电池电压进行平均化， 其中，所述校正单元基于所述误差信息校正被所述平均化处理单元平均化了的电池电压。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的电压测量装置，其中，所述第一电压检测单元的检测精度随温度波动。
6.一种测量串联连接的多个单电池的电池电压的电压测量系统，包括: 基准电源； 第一电压检测单元，其检测所述电池电压； 第二电压检测单元，其与所述第一电压检测单元相比具有较高的检测精度但较低的检测速度； 存储单元，其存储当所述第一电压检测单元和所述第二电压检测单元分别检测所述基准电源的电压时获得的电压差作为误差信息；以及 校正单元，其基于存储在所述存储单元中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元检测到的所述电池电压。
7.一种电压测量方法，包括: 使用第一电压检测单元测量基准电源的电压； 使用第二电压检测单元测量所述基准电源的电压，所述第二电压检测单元与所述第一电压检测单元相比具有较高的检测精度但较低的检测速度； 在存储单元中存储由所述第一电压检测单元测量到的所述基准电源的电压与由所述第二电压检测单元测量到的所述基准电源的电压之间的差作为误差信息； 使用所述第一电压检测单元同时测量串联连接的多个单电池的电池电压；以及基于存储在所述存储单元中的所述误差信息，校正由所述第一电压检测单元测量到的所述电池电压。
【文档编号】G01R19/165GK103562738SQ201280014377
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年3月21日 优先权日:2011年3月24日
【发明者】宫崎干, 宫田朗 申请人:丰田自动车株式会社