专利名称：电池电压测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池电压测量装置，用于测量层叠式可再充电电池(电池组)的电压，该电池被安装在由该可再充电电池驱动的设备(例如电动车辆或类似装置)上。
背景技术：
作为一种为了解决环境问题和能源问题而设计的低污染车辆，电动车辆目前已备受关注，例如HEV(混合电动车辆)和PEV(纯电动车辆)的。该电动车辆具有安装在其内的蓄电池，该蓄电池的电能驱动电动机来开动电动车辆。该电动车辆具有一驱动电动机的高压电路和一驱动不同电子设备、例如音响设备、照明装置和电子控制器(例如ECU电子控制单元)等的低压电路。该高压电路包括一用于驱动电动机的转换器，该转换器控制并驱动电动机。
在这种电动车辆的电池控制部中，为了获得平稳地将电能提供给电动机的蓄电池的输出状态，需要使用一电池电压测量装置来准确测量电池组(battery pack)中每个电池块(battery block)的电池电压。
图5是说明常规电池电压测量装置100的典型结构的电路图。图5中，电池电压测量装置100包括多个开关120，其中，每对相邻的开关120顺序选择被包括在电池组110中的电池块111的两个对应输出端111a；一电容器130，用于存储(复制)指定的电池电压；开关140，用于选择地将存储在电容器130中的电池电压施加到差动放大器150；差动放大器150，用于差动地放大通过开关140输入其内的存储的电池电压；和一A/D(模拟/数字)转换器160，用于执行从差分放大器150中输出的电压的A/D转换。
电池组110包括多个串联连接的电池块111。从一个电池块111(电池组件)中输出的电压的值例如约为DC 20V。从所有串联层叠的电池块111中输出的电压的最大值约为DC 400V。
相邻开关120的每一对都连接到多个电池块111的每一个的两个对应输出端111a上。
电容器130具有连接到位于开关120和开关140之间的一对导线141a和141b上。电容器130暂时存储每个电池块111的电压，该电压通过两个指定的开关120传导到电容器130。
每个开关140都连接到差动放大器150的两个输入端之一上，用于将差动放大器150连接到电容器130上或从电容器130上切断差动放大器150。由开关控制器(未图示)、例如微型计算机来执行多个开关120和开关140的开/关控制。
利用上述结构，首先，为了将第一电池块111的电池电压存储(复制)到电容器130中，接通连接于第一电池块111的两个输出端111a之一的每个开关120。此时，开关140被断开，从差动放大器150的两个输入端上切断电容器130。
接着，断开所有开关120，使所有电池块111与电容器130断开，随后接通开关140，将存储在电容器130中的第一电池块111的电池电压输入到差动放大器150，用于增益调整。电池电压、例如DC20V被差动放大器150差动放大，变为A/D转换器160的输入电压范围(动态范围)内的DC5V。A/D转换器160执行对应于该差动放大电池电压的电池电压数据的A/D转换。在随后的阶段中由例如微型计算机(未图示)可读取该被A/D转换的电池电压数据。
在类似的方式中，将第二电池块111的电池电压存储(复制)在电容器130内。来自第二电池块111、存储在电容器130中的电池电压具有与来自第一电池块的电压反相的极性。存储在电容器130中的第二电池块111的电池电压被差动放大器150差动放大，随后A/D转换器160执行差动放大电池电压的A/D转换。
参照图6A、6B、7A、7B、8A和8B来详细描述差动放大器150和A/D转换器160。
通常，当在CPU(中央处理单元)中算术处理模拟输入电压时，使用电压值转换电路和A/D转换器。
电压值转换电路包括一模拟电路，当输入电压高时执行除法，当输入电压低时执行乘法(模拟电路除了除法和乘法外，还执行加法和减法)。由一分压器电路来实现该模拟电路，该分压器电路包括一电阻、一利用运算放大器的电路和类似部件。电压值转换电路产生的转换结果对应于A/D转换器的输入电压范围。A/D转换器的输入电压范围为例如GND(0V)和DC5V之间。
A/D转换器是用于比较输入电压(例如从电压值转换电路输出的电池电压)和参考电压的组件，将输入电压转换为微型计算机可读取的数字数据。鉴于分辨率而不是转换准确率，通常根据比较的精密度来确定A/D转换器的性能，虽然准确率对于比较电压来说是重要的。比较的精密度代表分辨率。
分辨率的简要描述如图6A所示，例如，在10位A/D转换器的情况下，从0V至5V的输入电压范围被分解成参考电压的1024(2的十次方)个电平(level)，比较输入电压和参考电压来确定输入电压为哪个电压电平。在位的数量变大时，如图6B的12位A/D转换器所示，从0V至5V的输入电压范围被分解成参考电压的4096(2的十二次方)个电平，比较输入电压和参考电压来确定输入电压为哪个电压电平。即，当位的数量变大时，可执行更详细的输入电压的测量。
通常，在检测输入电压中的势差时，差动放大器包括一作为电压值转换电路的运算放大器。当未确定输入电压A的参考点时，例如，在电池电压的情况下，使用该运算放大器。
例如，当输入电压A1的极性为同相(即总为正或负)时，如图7A所示，差动放大器151a的增益(即R2/R1)固定，由差动放大器151可容易地获得(输入电压*增益)＝(A1*R2/R1)＝(输出电压B1)，而适合的输出电压B1在下一阶段中总被输出到A/D转换器中。
如图5和7B所示，当输入电压A2的极性在随后将电池块111的电压值存储在电容器130的过程中被反相时，通过将一补偿电压施加到对差动放大器150的一参考电压上，输入电压范围可以是A/D转换器160输入电压范围的一半(图5)。这样，尽管差动放大器150的增益固定(即R2/R1)，但也总能输出适合A/D转换器160的输入电压范围的输出电压B2。即，由差动放大器150可得到(输入电压*增益)+(补偿电压(DC2.5V))＝(A2*R2/R1)+Voffset＝(输出电压B2)。
换言之，如图8A所示，当输入电压A2的极性为正时，使用为A/D转换器160的输入电压范围一半的从DC2.5V至最大电压DC5V的输入电压范围。当输入电压A2的极性为负时，使用为A/D转换器160的输入电压范围一半的从DC2.5V至最小电压DC0V的输入电压范围。特别是，即使当A/D转换器160是例如12位A/D转换器时，实际上，A/D转换器160可以仅具有分辨率比12位A/D转换器低的11位A/D转换器所提供的输入电压范围。
如上所述，在常规结构中，在输入电压为具有同相极性的图8B的电压A1时，可使用A/D转换器160的整个输入电压范围，但当输入电压为具有反相极性的图8A的电压A2时，当输入电压A2的极性为正时，仅可使用A/D转换器160的一半输入电压范围，当输入电压A2的极性为负时，可使用A/D转换器160的另一半输入电压范围，因此，仅可利用A/D转换器160整个分辨率的一半。
发明概述根据本发明的一个方面，一种电池电压测量装置包括多个第一开关部，其中相邻的第一开关部的每一对顺序选择包括在电池组中的多个电池块的每一个的两个输出端；一电平改变部，用于改变通过第一开关部输入到电平改变部的每个电池块的电池电压的电平；一A/D转换部，用于执行从电平改变部输出的电池电压数据的A/D转换；和一参考电压控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制电平改变部的参考电压的输出。
利用上述结构，参考电压控制部根据输入到电平改变部的电压的反相极性来控制对电平改变部的参考电压的输出，因此，每次电压的极性被反相时，从电平改变部到A/D转换器的输入电压都能在A/D转换器的输入电压范围内。因此，不必有限地使用如常规所需方式下指定给每个相反极性的A/D转换器的仅半个输入电压范围，可使用A/D转换器的整个输入电压范围，因此，可得到两倍于常规A/D转换器的分辨率，可完整地使用A/D转换器的原始分辨率。
根据本发明的一个实施例，电池电压测量装置可进一步包括一电容部，用于通过第一开关部选择地存储每个电池块的电池电压；和一第二开关部，用于选择地将存储在电容部中的电池电压施加到电平改变部，其中，电平改变部改变存储在该电容部中的电池电压的电平，该电压通过第二开关部输入到电平改变部。
利用上述结构，当每个电池块的电池电压存储在该电容部中、接着将存储在电容部中的电池电压输入到电平改变部时，每次都反相电压的极性，使得从电平改变产输入到A/D转换器的电压在A/D转换器的输入电压范围内，因此，可得到两倍于常规A/D转换器的分辨率，可实现本发明的一个效果，即可完整地使用A/D转换器的原始分辨率。
根据本发明的另一个实施例，参考电压控制部可包括一第三开关部，用于转换该电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第三开关部。或者，该参考电压控制部可包括一参考电压生成部，用于产生用于电平改变部的参考电压；和一参考电压生成控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制参考电压生成部的输出。
利用上述结构，为了转变用于电平改变部的参考电压以获得两倍于A/D转换器的分辨率，根据输入到电平改变部的电压之极性来控制第三开关部的开关，或根据输入到电平改变部的电压之极性来控制参考电压生成部的输出，因而所需结构可以是简单的。
根据本发明的再一实施例，根据事先存储的用于开关控制的表格信息，可以执行根据输入到电平改变部的电压之极性来执行的控制。
利用上述结构，当根据事先存储的用于开关控制的表格信息而预先知道输入到电平改变部的电压之极性时，参考电压控制部根据用于开关控制的表格信息来控制第三开关部或参考电压生成部，因而可容易地控制用于电平改变部的参考电压的输出。
根据本发明的又一实施例，当选择一个预置参考电压值时，如果A/D转换部的A/D转换输出代表A/D转换部之输入电压范围内的最大值或最小值，则可执行根据输入到电平改变部的电压之极性所执行的控制，将一个预置参考电压值转变为另一个预置参考电压值。
利用上述结构，在事先不知道输入到电平改变部的电压之极性的情况下，当选择一个参考电压值时，如果参考电压控制部确定A/D转换部的A/D转换输出代表A/D转换部之输入电压范围内的最大值或最小值，则控制第三开关部或参考电压生成部，将选择的参考电压值转变为另一个参考电压值，因此，可根据输入到电平改变部的电压之极性来容易地控制输出用于电平改变部的参考电压。
根据本发明的又一实施例，电池电压测量装置可进一步包括一第四开关部，用于改变电平改变部的反馈电阻值，以改变增益；和一第二开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制第四开关部。
利用上述结构，不仅可通过使从电平改变部到A/D转换部的输入电压在A/D转换部的输入电压范围内，而且可通过改变电平改变部的增益，使A/D转换部的分辨率更好。
根据本发明的另一方面，一种电池电压测量装置包括一电池组，包括多个电池块；多个第一开关部，其中相邻的第一开关部的每一对顺序选择该多个电池块的每一个的两个输出端；一电平改变部，用于改变通过第一开关部输入到电平改变部的每个电池块的电池电压的电平；一A/D转换部，用于执行从电平改变部输出的电池电压数据的A/D转换；和一参考电压控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制电平改变部的参考电压的输出。
根据本发明的一个实施例，电池电压测量装置可进一步包括一电容部，用于通过第一开关部选择地存储每个电池块的电池电压；和一第二开关部，用于选择地将存储在电容部中的电池电压施加到电平改变部，其中，电平改变部改变通过第二开关部输入到电平改变部的存储在电容部中的电池电压的电平。
根据本发明的另一个实施例，参考电压控制部可包括一第三开关部，用于转变电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第三开关部。
根据本发明的再一个实施例，参考电压控制部可包括一参考电压生成部，用于产生用于电平改变部的参考电压；和一参考电压生成控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制参考电压生成部的输出。
根据本发明的又一实施例，电池电压测量装置可进一步包括一第四开关部，用于改变电平改变部的反馈电阻值，以改变增益；和一第二开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制第四开关部。
根据本发明的又一实施例，参考电压控制部可包括一第三开关部，用于转变电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制第三开关部。
根据本发明的又一实施例，根据事先存储的用于开关控制的表格信息，可执行根据输入到电平改变部的电压之极性来执行的控制。
根据本发明的又一实施例，当选择一个预置参考电压值时，如果A/D转换部的A/D转换输出代表A/D转换部之输入电压范围内的最大值或最小值，则可执行根据输入到电平改变部的电压之极性所执行的控制，将一个预置参考电压值转变为另一个预置参考电压值。
因此，上述本发明的优点在于提供一种电池电压测量装置，即使当输入到差动放大器的电压之极性反相时，该装置也可使用A/D转换器的整个输入电压范围来提高分辨率。
通过参照附图来阅读和理解下述的详细说明，对于本领域的技术人员而言，本发明的上述和其它优点是显而易见的。
最佳实施例的说明下面，将描述一种根据本发明的电池电压测量装置的实例，它应用于驱动电动车辆的电路，之后，详细描述作为本发明一个特征的电压测量部。
(实施例1)
图1是说明根据本发明实施例1的用于驱动电动车辆的电路1的结构的示意框图。图1中，用于驱动电动车辆的电路1包括作为电源的电池组2；电池ECU(电池电子控制单元)3，通过获得电池组2的特定状态(例如电池剩余电容；SOC)来控制电池组2的输出；车辆ECU(车辆电子控制单元)4，用于控制电动车辆的组件；转换器5，将来自电池组2的电池电压转换为规定的三相高电压；和一电动机6，用于通过例如来自转换器5的三相高电压来旋转电动车辆(未图示)的车轴。
电池组2(也称为“原电池”或“主电池”)包括多个串联连接的电池块21(每个电池块21包括多个电池单元)。从每个电池块21输出的电压值例如为DC20V。从所有电池块21输出的电压最大值约为DC400V。
电池ECU 3包括电压测量部31、温度测量部32、电流测量部33、剩余电容(SOC)计算(或检测)部34、输入/输出允许功率计算部35和通信部36。
电压测量部31测量电池组2的每个电池块21的电池电压。
电池组2包括多个位于适当位置的温度传感器321，来可靠地感应温度。基于从温度传感器321输出的传感器，温度测量部32测量温度传感器321所处的每个位置处的电池温度，该温度因电池组2产生的热而变化。
电流测量部33以磁补偿方式(或并联电阻方式)来测量流过电池组2和转换器5之间的闭合电路的电池电流。
剩余电容检测部34根据对每个电池块21测量到的测量电池电压值、电流测量部33测量的测量电流值和温度测量部32测量的测量电池温度值来检测每个电池块21的剩余电容SOC。
输入/输出允许功率计算部35接收代表测量到的每个电池块21的测量电池电压值、测量电池温度值和剩余电容SOC值的数据。例如，输入/输出允许功率计算部35计算代表目前车辆可输出多少电能的输出允许功率或代表目前车辆中再生成多少电能的输入允许功率。
通信部36将输入/输出允许功率信息传输到车辆ECU 4。
例如，车辆ECU 4检测被接通的点火键IG，并接通开关41和42，因此来自电池组2的电池功率输入到转换器5。例如，当测量电池温度特别高时，车辆ECU4根据输入/输出允许计算部35输出的输入/输出允许功率值来抑制转换器5的输出，直到电池温度降到规定的电池温度(例如60℃或更低)。
下面详细描述作为本发明的一个特征的电压测量部31。
图2是说明图1的电池组2和电压测量部31的典型结构的电路图。在图2中，电压测量部31为电池电压测量装置的一个组件，包括多个开关311(第一开关部)，其中每一对相邻开关311选择包括在电池组2中的每个电池块21的两个输出端21a；一电容器312(电容部)，用于选择地存储每个电池块21的电池电压；和开关313(第二开关部)，选择地将电容器312中存储的电池电压应用于差动放大器314。
电压测量部31进一步包括差动放大器314(差动放大器部和/或增益调整部(电平改变部))；A/D转换器315(A/D转换部)，用于执行对差动放大器314之输出的A/D转换；开关316(第三开关部)，用于开关差动放大器314的参考电源；和开关控制器317(参考电压控制部或第一开关控制部)，用于根据输入到差动放大器314的电压之极性来控制开关316，以控制差动放大器314的参考电源的输出。
多个开关311的每一个都在一端上连接多个电池块21的一个输出端21a，在另一端上连接一对导线318a和318b之一。
电容器312暂时存储通过两个指定开关311从每个电池块21的两个输出端21a提供的电池电压。
开关313的两个输出端(输出侧)的每一个都连接到差动放大器314的两个输入端之一上，并用于差动放大器314的两个输入端和电容器312的两个电极之间的接通或断开。
差动放大器314差动地放大电容器312的电池电压(例如DC 20V)，该电压是通过开关313输入到差动放大器314的，因此，电池电压的值在A/D转换器315的输入电压范围内，例如DC 5V。
A/D转换器315根据A/D转换器315的输入电压范围(从0V至DC5V)，执行从差动放大器314中输出的电压的A/D转换。
在开关316中有两个从参考电源输出到差动放大器314的规定补偿电压(参考电压DC5V或0V)。开关316在补偿电压电源(DC5V或0V)之间进行切换，因此，补偿电压电源的之一连接到差动放大器314的一个输入端上。
开关控制器317是微型计算机，包括一ROM 317a(只读存储器)，用于存储一电压测量控制程序和与该控制程序有关的大量数据，该程序用于测量每个电池块21的电压；CPU 317b(中央处理单元)，根据控制程序来执行电压测量控制处理，和RAM 317c(随机存取存储器)，用于存储CPU 317b所需的数据，以执行大量操作。
作为与包括在电压测量控制程序中的开关控制程序有关的数据，例如，包括用于开关311、313和316的开/关控制内容的控制表格信息被事先存储在ROM 317a中。开关控制器317执行开关311和313的开/关控制，并根据控制表格来控制开关316。在控制表格中，由多个开关311的开/关控制来确定输入到差动放大器314的电压是正还是负和选择哪个电池块21，因此，设定开关316的操作，以根据输入电压的极性(正或负)来选择参考电源0V或DC 5V之一。
当开关控制器317控制开关316时，开关控制器317控制电压测量部31的整个操作的定时，因此，使用开关控制器317可提前确定输入到差动放大器314的电压之极性。因此，开关控制器317根据控制表格来控制开关316，以便根据输入到差动放大器314的一个输入端的输入电压的极性来提供所选择的参考电源电压(0V或DC 5V)。
利用上述结构，下面描述电压测量部31的操作。参照图1，接通点火开关IG(未图示)，以驱动车辆ECU4，并接通在电池组2的两端上连接到输出端的开关41和42，因此，向转换器5提供来自电池组2的电能。转换器5将来自电池组2的电能转换为三相高电压，并将它提供给电动机6。电动机6旋转车辆的轴，使车辆开动。
参照图2，当测量每个电池块21的输出电池电压时，为了将第一电池块21的电池电压存储在电容器312中，开关控制器317根据控制表格，接通两个开关311的每一个(而其它开关311保持断开)，该开关311连接于第一电池块21的两个对应输出端21a之一。同时，断开开关313，将电容器312的电极从差动放大器314的输入端上断开。
断开所有开关311，以将电容器312从所有电池块21上断开，接着，接通开关313，将存储在电容器312中的第一电池块21的电池电压(例如DC20V)输入到差动放大器314。同时，开关控制器317根据控制表格来控制开关316，选择0V参考电压。因此，差动放大器314输出一电压，故可使用A/D转换器315的整个输入电压范围(从0V到DC5V)。
A/D转换器315利用其原始分辨率来执行差动放大器314差动放大(用于增益调整或电压调整)的电池电压的A/D转换(电池电压的检测)。在随后阶段中，微型计算机(未图示)读取对应于A/D转换器315输出的检测电池电压的数据(数字数据)。
接着，为了将第二电池块21的电池电压存储在电容器312中，开关控制器317根据控制表格接通连接于第二电池块21的两个输出端21a之一的两个开关311的每一个(而其它开关311保持断开)。同时，存储在电容器312中的电池电压具有与来自第一电池块21之电压反相的极性。
开关控制器317根据控制表格断开所有开关311，将电容器312从所有电池块21上断开，并接通开关313，将存储在电容器312中的第二电池块21的电池电压(例如DC20V)输入到差动放大器314。同时，开关控制器317根据控制表格来控制开关316，选择DC5V参考电压。因此，差动放大器314输出一电压，故可使用A/D转换器315的整个输入电压范围(从DC5V到0V)。
A/D转换器315利用其原始分辨率来执行差动放大器314差动放大(用于增益调整或电压调整)的电池电压的A/D转换(电池电压的检测)。在随后阶段中，微型计算机(未图示)读取对应于A/D转换器315输出的检测电池电压的数据(数字数据)。
如上所述，根据本发明的实施例1，开关控制器317基于根据输入到差动放大器314的电压之极性设定的控制表格，在从参考电源输出到差动放大器314的参考电压(0V和DC5V)之间控制开关316。每次电压极性被反相时，开关控制器317可使从差动放大器314到A/D转换器315的输入电压在A/D转换器315的输入电压范围内。因此，不必有限地使用如常规所需方式下指定给每个相反极性的A/D转换器315的仅半个输入电压范围。因此，根据本发明，可使用A/D转换器315的整个输入电压范围，故可得到两倍于常规A/D转换器的分辨率，可整个使用A/D转换器315的原始分辨率。
(实施例2)在本发明的实施例1中，为了使用A/D转换器315的整个动态范围(输入电压范围)，开关316基于根据输入到差动放大器314的电压的反相极性(正或负)设定的控制表格，为差动放大器314转变参考电压。在本发明的实施例2中，基于根据输入电压的反相极性设定的控制表格来生成用于差动放大器314的参考电压，作为D/A(数字/模拟)转换器316A的输出电压(补偿电压)。
图3是说明根据本发明实施例2的电压测量部结构实例的电路图。在图3中，实现与图1和图2中组件实现的效果类似的组件标以相同的参考编号，省略其说明。
在图3中，电压测量部31A为电池电压测量装置的一个组件，包括D/A转换器316A(参考电压生成部)，用于改变用于差动放大器314的参考电压，和一参考电压生成控制器317A(参考电压生成控制部)，用于根据该控制表格来控制从D/A转换器316A输出的参考电压。
D/A转换器316A根据来自参考电压生成控制器317A的控制数据，自由地输出期望的参考电压。D/A转换器316A是可包括在CPU中或可作为IC(集成电路)的组件。
参考电压生成控制器317A根据控制表格将控制数据输出到D/A转换器316A，该控制表格包括对应于开关311和313的开/关数据的开关控制输出内容。在此情况下，由开关311和313的开/关数据来确定输入到差动放大器314的电压之极性。
利用上述结构，根据本发明的实施例2，D/A转换器316A自由地输出两个不同的固定参考电压值，因此D/A转换器316A可与本发明实施例1的具有电压电源(DC5V和0V)的开关316一样执行，并能使A/D转换器315具有两倍于常规使用的分辨率。
在本发明的实施例1和2中，参照输入到差动放大器314的电压之极性是事先知道的和控制电压测量部31的整个操作的定时的情况，描述了开关控制器317和参考电压生成控制器317A。但是，本发明并不限于这种情况，即使在事先不知输入到差动放大器314的电压之极性的情况下，只要选择任何预置的参考电压值，也可处理这种情况。如果一个预置参考电压值为正确的概率为二分之一，则可得到正确的输入值。在输入电压的值不对应于预置的参考电压值的情况下，当由A/D转换器315检测到的电池电压输入到图2中点划线所示开关控制器317(或图3的参考电压生成控制器317A)、且开关控制器317(或参考电压生成控制器317A)的CPU(微型计算机)读取检测到的电池电压值时，检测到的电池电压值不对应于A/D转换器315的原始输入电压范围(从0V到DC5V)。但是，该CPU(微型计算机)确定输入电压具有在输入电压范围内的最大或最小值。这里所述“最大值”或“最小值”分别包括大于输入电压范围内的最大值或小于输入电压范围内的最小值的电池电压值。一旦开关控制器317(或参考电压生成控制器317A)检测到该最大或最小值后，则可选择另一参考电压(另一预置参考电压值)来产生对于相同输入电压的正确检测结果。或者，即使利用事先选择的预置参考电压来测量正确值，可以确认，通过利用另一预置参考电压值来测量相同输入电压以得到的最大或最小值，使用事先选择的预置参考电压值所测量的电池电压值是正确的。
如上所述，在设定一个参考电压值的情况下，当A/D转换器315的A/D转换输出(检测电池电压)代表A/D转换器315的输入电压范围内的最大或最小电压值时，开关控制器317(或参考电压生成控制器317A)控制开关316(或D/A转换器316A)，因此，可根据输入到差动放大器314的电压之极性来选择另一参考电压值。因此，即使事先不知输入到差动放大器314的电压之极性，通过控制开关316(或D/A转换器316A)，根据差动放大器314的输入电压的极性可以容易地控制用于差动放大器314的参考电压之输出。
(实施例3)实施例1和2描述了A/D转换器315获得两倍于常规使用的分辨率的情况。在本发明的实施例3中，A/D转换器315的分辨率提高两倍或更高(几倍)。
图4是说明根据本发明实施例3的电压测量部的典型结构的电路图。在图4中，用与实施例2类似的方式，控制器317B使用两倍于A/D转换器315之常规使用分辨率来检测电池电压。控制器317B还作为相同输入电压用的参考电压生成控制器，并作为第二开关控制部，用于控制开关319和320(第四开关部)，改变差动放大器314B的反馈电阻值。参考电压生成控制器根据输入到差动放大器314B的电压之极性来控制来自D/A转换器316B(参考电压生成部)的参考电压输出。第二开关控制部根据输入到差动放大器314B的电压之极性来控制开关319和320，开关319和320是串联连接到确定增益G的电阻上的第四开关部。
换言之，在第二电池电压测量中，控制器317B使用开关319和320来改变增益G和D/A转换器316B的输出电压值，因此，改变了补偿电压值，将差动放大器314B的输出电压值控制在A/D转换器315的输入电压范围(从0V到DC5V)内。结果，A/D转换器315的常规使用分辨率被提高两倍或更多(多倍)。
利用上述结构，首先，使用A/D转换器315的原始分辨率来测量电池电压，例如DC20V。接着，为了更详细地测量电池电压(DC20V)，通过切换开关319和320，控制用于获得差动放大器314B的增益G的电阻值，以得到例如两倍增益G。但是，例如当输入电压值为DC4V时，上述操作仅使得电压DC8V输入到A/D转换器315。这种情况下，当改变D/A转换器316B的输出电压值以将补偿电压值设定在DC-5V时，A/D转换器315的输入电压范围被设定为(DC8V-DC5V)＝DC3V，因此，输入电压值未超过A/D转换器315的输入电压范围，可测量电池电压来作为对应于DC3V的电压值。另外，通过两倍增加增益G，A/D转换器315的原始分辨率可增加两倍，即等于常规使用分辨率的四倍(上述的多倍)。
利用上述方法，可使从差动放大器314B输入到A/D转换器315的电压在A/D转换器315的输入电压范围内。另外，通过改变差动放大器314B的增益G，可使用A/D转换器315的更详细分辨率，即多倍于常规使用的分辨率来测量电池电压。这样，可大大提高电池电压测量性能。或者，可使用具有优于A/D转换器315的全分辨率的分辨率且低价格的通用A/D转换器来测量电池电压，因此可期望成本、安装面积、可靠性评估所需费用等的降低。因此，其更大的优点在于可使用通用的A/D转换器，因为不仅是电动汽车，而且任何使用镍金属氢化物电池、锂离子可再充电电池等的设备，都要求高精度、高分辨率地执行电池电压、电池电流、电池温度等的高速测量，在这些电池中要求可准确获得容量的状态以控制这种设备操作。
实施例1-3描述了将本发明的电池电压测量装置应用于电动车辆的情况。但本发明不限于这种情况，本发明的电池电压测量装置可应用于任何设备，只要使用包括多个电池块21的电池组2的电源来驱动该设备。在这种情况下，可获得类似于实施例1-3的效果。
实施例1-3还描述了使用采用运算放大器的差动放大器(差动放大器部)来改变电池电压电平的情况。但本发明不限于这种情况，使用包括电阻的分压电路可改变电池电压的电平，并可获得类似于实施例1-3的效果。
如上所述，根据本发明，参考电压控制部根据输入到电平改变部的电压之反相极性来控制用于电平改变部的参考电压输出，因此，每次电压极性被反相时，从电平改变部到A/D转换器的输入电压都可在A/D转换器的输入电压范围内。这样，不必有限地使用如常规所需方式下指定给每个相反极性的A/D转换器的仅半个输入电压范围，可使用A/D转换器的整个输入电压范围，因此，可得到两倍于常规A/D转换器的分辨率，可整个使用A/D转换器的原始分辨率。
根据本发明，当将每个电池块的电池电压存储在电容部、并随后将存储在电容部中的电池电压输入到电平改变部时，每次反相电压极性，从电平改变部输入到A/D转换器的电压都在A/D转换器的输入电压范围内，因此，可得到两倍于常规A/D转换器的分辨率，可得到整个使用A/D转换器的原始分辨率的本发明的效果。
根据本发明，为了转变用于电平改变部的参考电压以获得两倍于A/D转换器的分辨率，根据输入到电平改变部的电压之极性来控制第三开关部的开关，或根据输入到电平改变部的电压之极性来控制参考电压生成部的输出，因而所需结构是简单的。
根据本发明，当根据事先存储的用于开关控制的表格信息而预先知道输入到电平改变部的电压之极性时，参考电压控制部根据用于开关控制的表格信息来控制第三开关部或参考电压生成部，因而可容易地控制用于电平改变部的参考电压的输出。
根据本发明，在事先不知道输入到电平改变部的电压之极性的情况下，当选择一个参考电压值时，如果参考电压控制部确定A/D转换部的A/D转换输出代表A/D转换部的输入电压范围内的最大值或最小值，则可控制第三开关部或参考电压生成部，将选择的参考电压值转变为另一个参考电压值，因此，可根据输入到电平改变部的电压之极性来容易地控制并输出用于电平改变部的参考电压。
根据本发明，不仅可通过使从电平改变部到A/D转换部的输入电压在A/D转换部的输入电压范围内，而且可通过改变电平改变部的增益，使A/D转换部的分辨率更好。
根据本发明的电池电压测量装置可包括电池组2和电压测量部31，或可以仅包括电压测量部31而不包括电池组2。
不脱离本发明的范围和精神，不同的变更对于本领域的技术人员而言是显而易见的，并可容易地做出这些变更。因此，并不打算将权利要求的范围限定在上述说明中，而应更宽地解释权利要求。
权利要求
1.一种电池电压测量装置，包括多个第一开关部，其中相邻的第一开关部的每一对顺序地选择包括在电池组中的多个电池块的每一个的两个输出端；一电平改变部，用于改变通过该第一开关部输入到该电平改变部的每个电池块的电池电压的电平；一A/D转换部，用于执行从该电平改变部输出的电池电压数据的A/D转换；和一参考电压控制部，用于根据输入到该电平改变部的电压之极性来控制该电平改变部的参考电压的输出。
2.根据权利要求1所述的电池电压测量装置，进一步包括一电容部，用于通过该第一开关部选择地存储每个电池块的电池电压；和一第二开关部，用于选择地将存储在该电容部中的电池电压施加到该电平改变部，其中，该电平改变部改变存储在该电容部中的电池电压的电平，该电池电压通过该第二开关部被输入到该电平改变部。
3.根据权利要求2所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一第三开关部，用于转变电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第三开关部。
4.根据权利要求2所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一参考电压生成部，用于产生用于电平改变部的参考电压；和一参考电压生成控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制参考电压生成部的输出。
5.根据权利要求4所述的电池电压测量装置，进一步包括一第四开关部，用于改变电平改变部的反馈电阻值，以改变增益；和一第二开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第四开关部。
6.根据权利要求1所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一第三开关部，用于转变该电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第三开关部。
7.根据权利要求1所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一参考电压生成部，用于产生用于电平改变部的参考电压；和一参考电压生成控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该参考电压生成部的输出。
8.根据权利要求7所述的电池电压测量装置，进一步包括一第四开关部，用于改变电平改变部的反馈电阻值，以改变增益；和一第二开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第四开关部。
9.根据权利要求1所述的电池电压测量装置，其中，根据事先存储的用于开关控制的表格信息，执行根据输入到电平改变部的电压之极性来执行的控制。
10.根据权利要求1所述的电池电压测量装置，其中，当选择一个预置参考电压值时，如果A/D转换部的A/D转换输出代表A/D转换部之输入电压范围内的最大值或最小值，执行根据输入到电平改变部的电压之极性所执行的控制，以将一个预置参考电压值转变为另一个预置参考电压值。
11.一种电池电压测量装置，包括一电池组，包括多个电池块；多个第一开关部，其中，相邻的第一开关部的每一对顺序地选择该多个电池块的每一个的两个输出端；一电平改变部，用于改变通过该第一开关部输入到该电平改变部的每个电池块的电池电压的电平；一A/D转换部，用于执行从该电平改变部输出的电池电压数据的A/D转换；和一参考电压控制部，用于根据输入到该电平改变部的电压之极性来控制该电平改变部的参考电压的输出。
12.根据权利要求11所述的电池电压测量装置，进一步包括一电容部，用于通过第一开关部选择地存储每个电池块的电池电压；和一第二开关部，用于选择地将存储在该电容部中的电池电压施加到电平改变部，其中，电平改变部改变存储在该电容部中的电池电压的电平，该电池电压通过第二开关部而被输入到电平改变部。
13.根据权利要求12所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一第三开关部，用于转变电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第三开关部。
14.根据权利要求12所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一参考电压生成部，用于产生用于电平改变部的参考电压；和一参考电压生成控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该参考电压生成部的输出。
15.根据权利要求14所述的电池电压测量装置，进一步包括一第四开关部，用于改变电平改变部的反馈电阻值，以改变增益；和一第二开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第四开关部。
16.根据权利要求11所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一第三开关部，用于转变电平改变部的参考电压；和一第一开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第三开关部。
17.根据权利要求11所述的电池电压测量装置，其中，参考电压控制部包括一参考电压生成部，用于产生用于电平改变部的参考电压；和一参考电压生成控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制参考电压生成部的输出。
18.根据权利要求17所述的电池电压测量装置，进一步包括一第四开关部，用于改变电平改变部的反馈电阻值，以改变增益；和一第二开关控制部，用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制该第四开关部。
19.根据权利要求11所述的电池电压测量装置，其中，根据事先存储的用于开关控制的表格信息，执行根据输入到电平改变部的电压之极性来执行的控制。
20.根据权利要求11所述的电池电压测量装置，其中，当选择一个预置参考电压值时，如果A/D转换部的A/D转换输出代表A/D转换部之输入电压范围内的最大值或最小值，执行根据输入到电平改变部的电压之极性所执行的控制，以将一个预置参考电压值转变为另一个预置参考电压值。
全文摘要
一种电池电压测量装置,包括:多个第一开关部,其中相邻的第一开关部的每一对顺序选择包括在电池组中的多个电池块的每一个的两个输出端;一电平改变部,用于改变通过第一开关部输入到电平改变部的每个电池块的电池电压的电平;一A/D转换部,用于执行从电平改变部输出的电池电压数据的A/D转换;和一参考电压控制部,用于根据输入到电平改变部的电压之极性来控制电平改变部的参考电压的输出。
文档编号H01M10/48GK1352398SQ0113776
公开日2002年6月5日 申请日期2001年11月1日 优先权日2000年11月2日
发明者汤田平裕文, 槙一郎, 森本直久 申请人:松下电器产业株式会社, 丰田自动车株式会社