CN102439472A - 电池电压监视装置 - Google Patents

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Abstract

电池控制器10将电压采样和保持命令信号输出至位于集成电路CC1～CCn的级联的上游端的集成电路CCn，以使得集成电路CC1～CCn对分组到电池模块M1～Mn内的单元电池1的输出电压进行采样并保持。电池控制器10在确认电压采样和保持命令信号已发送至位于级联的下游端的集成电路CC1之后，将发送命令信号输出至位于级联电路的上游端的集成电路CCn，以将保持在集成电路CC1～CCn中的单元电池1的输出电压发送至电池控制器10。结果，可以缩短对电池模块M1～Mn中的单元电池1的输出电压的检测时刻的时滞。

Description

电池电压监视装置
技术领域
本发明涉及针对各自包括多个单元电池的多个电池模块的监视装置。
背景技术
日本专利局于2003年公开的日本特开2003-070179A提出了用于检测各自包括多个单元电池的多个电池模块中的各单元电池的电压的监视装置。
该监视装置包括各自检测各个电池模块中的单元电池的电压的集成电路(IC)。这些集成电路经由所谓的级联电路连接至控制器，并且在该控制器内处理从各集成电路输出的信息。该监视装置包括用于检测电池模块的整体输出电压的整体输出电压检测电路，并且被配置为通过将从集成电路获得的数据与从该整体输出电压检测电路获得的数据进行比较的处理来判断电池模块的状态。
发明内容
由于根据现有技术的监视装置经由级联电路将集成电路连接至控制器，因此将从该控制器输出的电压检测命令信号发送至位于级联电路的最上游端的第一集成电路。
当第一集成电路接收到电压检测命令信号时，第一集成电路立即检测连接至该集成电路的单元电池的电压，并且将检测到的电压值连同该电压检测命令信号一起经由级联电路输出至位于第一集成电路之后的第二集成电路。第二集成电路以与第一集成电路相同的方式工作，并且将检测到的电压值连同该电压检测命令信号一起经由级联电路输出至位于第二集成电路之后的第三集成电路。
作为该通信系统的结果，在利用集成电路对单元电池进行电压检测的时刻出现大的时滞量。如果将检测到的电压视为在同一时刻检测到的，则单元电池的电压检测精度受损。
因此，本发明的目的在于缩短对经由级联电路所连接的电池模块中单元电池的输出电压的检测时刻的时滞。
为了实现以上目的，本发明提供了一种电池电压监视装置，其用于监视串联连接的各个电池模块内的单元电池的输出电压，并包括：多个集成电路，各个所述集成电路对各个所述电池模块内的单元电池的输出电压进行采样并保持；级联通信电路，其将所述集成电路串联连接，以根据所述集成电路的连接顺序向所述集成电路发送信号；以及可编程的控制器，其连接至相对于信号发送而言位于所述级联通信电路的上游端的集成电路和位于所述级联通信电路的下游端的集成电路。
所述控制器被编程为：将电压采样和保持命令信号输出至位于上游端的集成电路，以使得所述电压采样和保持命令信号经由所述级联通信电路被发送至各个所述集成电路，其中，所述电压采样和保持命令信号命令各个所述集成电路对各个所述电池模块内的单元电池的输出电压进行采样并保持；以及在发送了所述电压采样和保持命令信号之后，将发送命令信号输出至位于上游端的集成电路，以使得所述发送命令信号经由所述级联通信电路被发送至各个所述集成电路，其中，所述发送命令信号命令各个所述集成电路将各自所保持的输出电压经由所述级联通信电路发送至所述控制器。
在本说明书的其余部分陈述了并且在附图中示出了本发明的详细内容以及其它的特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明的电池电压监视装置的电路图。
图2是根据本发明的集成电路CC2的框图。
图3A和3B是示出根据本发明的、从电池控制器发送至集成电路CC3的数据的结构和从集成电路CC3发送至集成电路CC2的数据的结构的时序图。
图4是说明根据本发明的电池控制器所进行的用于判断电池组的输出电压的例程的流程图。
图5是根据本发明第二实施例的电池电压监视装置的电路图。
图6是说明根据本发明第二实施例的电池控制器所进行的与集成电路有关的异常判断例程的流程图。
图7是根据本发明第三实施例的电池电压监视装置的电路图。
图8A和8B是示出根据本发明第三实施例的、在开始内燃机的启动附近的时间段内将单元电池的输出电压值输入至电池控制器中的输入时刻的时序图。
图9A和9B是示出根据本发明第三实施例的、在完成内燃机的启动附近的时间段内将单元电池的输出电压输入至电池控制器中的输入时刻的时序图。
图10是说明根据本发明第三实施例的电池控制器所进行的对单元电池的异常判断例程的流程图。
图11是根据本发明第四实施例的电池电压监视装置的电路图。
图12A～12F是示出根据本发明第四实施例的电池电压监视装置所进行的数据处理的时序图。
具体实施方式
参考附图1，用作混合驱动式电动车辆或电动车辆的动力源的电池组3包括以串联方式电连接的三个电池模块M1、M2、M3。各电池模块M1、M2、M3包括四个单元电池1。
根据本发明的电池电压监视装置检测各个电池模块M1、M2、M3的四个单元电池1的输出电压。为此，该监视装置包括三个集成电路(IC)CC1、CC2、CC3。
用于驱动车辆的电动马达2作为电负载经由诸如逆变器等的电力变换装置连接至电池组3的电端子。在电池组3和电动马达2之间插入用于将电动马达2的主电源切换为接通(ON)或断开(OFF)的中继器4。
使用电动马达2作为发电机或者使用未示出的单独发电机来进行电池组3的充电。当对电池组3充电时，单元电池1的充电量由于制造过程中产生的单元电池1之间的个体差异而可能示出差异。
参考图2，电池控制器10根据检测到的单元电池1的电压向集成电路CC1～CC3输出命令信号，并且通过使集成电路CC1～CC3的开关元件6闭合以将电力从单元电池1提供至充电量调节电阻5来降低示出高充电量的单元电池1的输出电压。充电量调节电阻5和开关元件6形成电压降低单元。
图2仅示出与一个单元电池1有关的一对充电量调节电阻5和开关元件6。在图1中，未示出充电量调节电阻5和开关元件6。然而，应当注意，针对电池模块M1、M2、M3中的各单元电池1均设置了包括充电量调节电阻5和开关元件6的电压降低单元。
与电池组3的输出电压有关的信号输入至电池控制器10中。车辆设置有主控制器100，其中，主控制器100基于输入至电池控制器10中的与电池组3的输出电压有关的信号，经由逆变器来控制电动马达2的输出转矩。
当电池组3的输出电压变低时，主控制器100经由逆变器来限制电动马达2的输出转矩，由此防止电池组3过放电。当电池组3向除电动马达2以外的其它电负载提供电力时，主控制器100限制整体电负载的功耗。
主控制器100和电池控制器10分别由微计算机构成，其中，该微计算机包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出接口(I/O接口)。主控制器100和电池控制器10可以由单个微处理器构成，或者主控制器100和电池控制器10中的一个或这两者可以由多个微处理器构成。
再次参考图2，将说明集成电路CC2的构成。集成电路CC1和CC3的构成与集成电路CC2的构成相同。
集成电路CC2包括电压输入端子VC1、VC2、VC3、VC4和接地片GND，其中，构成电池模块M2的四个单元电池1各自的输出电压输入至电压输入端子VC1、VC2、VC3、VC4。集成电路CC2还包括通信输出端子TX、通信电源端子VO、通信输入端子RX以及与通信电源端子VO配对的接地片GND。
通信输入端子RX连接至相邻的集成电路CC1的通信输出端子TX。通信输出端子TX连接至另一相邻的集成电路CC3的通信输入端子RX。通信电源端子VO和配对的接地片GND是用于提供通信输入端子RX接收从集成电路CC1的通信输出端子TX输出的信号所需的电力的端子。
集成电路CC2还包括用以对输入至端子RX、TX和VC1～VC4的信号进行处理的采样和保持电路21、A/D转换器22、地址指定电路23、数字计算电路24、信号发送电路25和信号接收电路26。
再次参考图1，信号从配置于电池控制器10的输出端子TDX经由光电耦合器PC1输入至位于电池组3的负电极侧的集成电路CC3的通信输入端子RX。从位于电池组3的正电极侧的集成电路CC1的通信输出端子TX输出的信号经由光电耦合器PC2输入至配置于电池控制器10的输入端子RXD。
集成电路CC1、CC3与电池控制器10不是经由普通的通信线缆相连接而是经由光电耦合器PC2、PC1相连接的原因如下。具体地，集成电路CC1～CC3连接至高压电池模块M1～M3，因而电池控制器10与集成电路CC1～CC3应当彼此电分离，以保护电池控制器10免于高压电流。
光电耦合器PC1包括：光电二极管PD1，其由发光元件构成，并且生成与输入至该光电二极管中的电信号相对应的光信号；以及光电晶体管，其由光敏元件构成，并且生成与输入至该光电晶体管中的光信号相对应的电信号。光电二极管PD1连接至电池控制器10的输出端子TDX，并且输出与从电池控制器10输出的命令信号相对应的光信号。在接收到光信号时，光电晶体管PT1将该光信号转换成电信号，并且将该电信号输入至集成电路CC3的通信输入端子RX。从电池控制器10提供光电二极管PD1工作所需的电力，并且从集成电路CC3提供光电晶体管PT1工作所需的电力。
光电耦合器PC2包括光电二极管PD2和光电晶体管PT2。光电二极管PD2连接至集成电路CC1的通信输出端子TX。光电晶体管PT2连接至电池控制器10的输入端子RXD。从电池控制器10提供光电晶体管PT2工作所需的电力。从集成电路CC1提供光电二极管PD2工作所需的电力。
由此，集成电路CC1、CC2、CC3经由所谓的级联电路连接至电池控制器10。通过采用级联通信电路，与集成电路CC1、CC2、CC3各自独立地与电池控制器10相连接的情况相比较，可以减少昂贵的光电耦合器PC1和PC2的数量。
集成电路CC1～CC3需要电阻R11、R12、R21、R22、R31和R32来经由级联通信电路与电池控制器10进行通信或者彼此进行通信。
再次参考图2，采样和保持电路21存储输入至电压输入端子VC1～VC4的输出电压值作为模拟信号。A/D转换器22将存储在采样和保持电路21中的单元电池1的输出电压值转换成数字值。地址指定电路23存储分配至集成电路CC2的固有地址。
信号接收电路26接收输入至通信输入端子RX的信号。
数字计算电路24通过参考存储在地址指定电路23中的固有地址来识别信号接收电路26所接收到的信号，并且根据识别结果来进行各种处理。
具体地，数字计算电路24从信号接收电路26所接收到的信号中识别针对集成电路CC2的电压采样和保持命令信号。然后，数字计算电路24响应于识别出的电压采样和保持命令信号，将A/D转换器22已转换成数字值的电池模块M2的单元电池1的输出电压存储在该数字计算电路24的内部存储器中。
数字计算电路24还从信号接收电路26所接收到的信号中识别针对集成电路CC2的发送命令信号。然后，数字计算电路24将存储在存储器中的单元电池1的输出电压值经由信号发送电路25发送至通信输出端子TX。
数字计算电路24还识别针对电池模块M2的特定单元电池1的开关元件6的开/闭信号，然后将相应的命令信号输出至开关元件6。
数字计算电路24将信号接收电路26所接收到的信号经由信号发送电路25输出至通信输出端子TX，而与以上识别无关。
再次参考图1，电池电压监视装置包括经由级联通信电路串联连接至电池控制器10的如此构成的集成电路CC1～CC3。电池控制器10在预定时刻从输出端子TDX输出对单元电池1的电压采样和保持命令信号。电池控制器10还对输入至输入端子RXD的信号进行处理。
接着，将说明现有技术的用于检测电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压的处理。
首先，电池控制器10将电压采样信号从输出端子TDX经由光电耦合器PC1输出至集成电路CC3的通信输入端子RX。
在接收到该电压采样信号时，集成电路CC3检测连接至集成电路CC3的电池模块M3的单元电池1的输出电压。将检测到的输出电压作为电压值信号连同该电压采样信号一起从集成电路CC3的通信输出端子TX输出。从集成电路CC3输出的信号经由集成电路CC2、集成电路CC1和光电耦合器PC2输入至电池控制器10的输入端子RXD。此时向集成电路CC2发送了电压采样信号。
在接收到该电压采样信号时，集成电路CC2检测连接至集成电路CC2的电池模块M2的单元电池1的输出电压。将检测到的输出电压作为电压值信号连同该电压采样信号一起从集成电路CC2的通信输出端子TX输出。从集成电路CC2输出的信号经由集成电路CC1和光电耦合器PC2输入至电池控制器10的输入端子RXD。此时向集成电路CC1发送了电压采样信号。
在接收到该电压采样信号时，集成电路CC1检测连接至集成电路CC1的电池模块M1的单元电池1的输出电压。将检测到的输出电压作为电压值信号连同该电压采样信号一起从集成电路CC1的通信输出端子TX输出。从集成电路CC1输出的信号经由光电耦合器PC2输入至电池控制器10的输入端子RXD。
上述用于检测电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压的检测处理是包括通过级联通信电路连接的集成电路的电池电压监视装置所进行的典型的现有技术处理。
在该处理中，与电池模块M1～M3有关的单元电池1的输出电压值的检测时刻必然发生时滞。如果电池控制器10将如此获得的电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压值作为大致同时检测到的输出电压值来进行处理，则在检测值和真实值之间很可能引入误差。
对于位于级联通信电路的下游端的集成电路CC1，针对单元电池1的输出电压的检测的时滞特别显著。
当电池控制器10经由级联通信电路命令检测电池模块M1～M3的输出电压并且将这些输出电压发送至电池控制器10时，首先将来自电池控制器10的命令信号经由光电耦合器PC1输入至上游端的集成电路CC3。
在接收到该命令信号时，集成电池CC3检测相应的电池模块M3中的单元电池1的输出电压。将检测到的电压写入该信号中并且从集成电路CC3输出。由此检测到电池模块M3中的单元电池1的电压并且将检测到的电压从集成电路CC3发送出去。接着，集成电路CC2接收到从集成电路CC3发送来的命令信号。与集成电路CC3的情况相同，集成电路CC2检测相应的电池模块M2中的单元电池1的输出电压。将检测到的电压写入集成电路CC2所接收到的信号中，并且输出至下游端的集成电路CC1。
经由级联通信电路如此发送的信号包括各电池模块M1～M3中的单元电池1的输出电压数据，并最终经由光电耦合器PC2输出至电池控制器10。电池控制器10通过接收该信号来完成对电池模块M1～M3中的单元电池1的电压的检测和读入。
当经由这种级联通信系统检测和发送电池模块M1～M3中的单元电池1的输出电压时，必然在不同的时刻对电池模块M1～M3进行单元电池1的输出电压检测。由于对电池模块M1～M3中的单元电池1的输出电压的检测时刻存在时滞，单元电池1的输出电压数据可能引入了误差。这些误差可能不利地影响检测到的单元电池1的输出电压的精度。
随着串联连接的电池模块的数量增加，或者换言之，随着级联的级数增加，时滞变大。
根据本发明的电池电压监视装置通过使集成电路CC1～CC3相互独立且大致同时对电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压进行采样并保持，来防止在检测电池模块M1～M3的单元电池的输出电压时发生由检测时刻的时滞所引起的误差。
为了实现监视装置的这种操作，首先，电池控制器10将电压采样和保持命令信号发送至上游端的集成电路CC3，以将该电压采样和保持命令信号经由级联通信电路发送至各个集成电路CC1～CC3。该电压采样和保持命令信号命令在集成电路CC1～CC3中对单元电池1的输出电压进行采样并保持。然后，电池控制器10在发送了电压采样和保持命令信号之后，将发送命令信号输出至上游端的集成电路CC3，以将该发送命令信号经由级联通信电路发送至各个集成电路CC1～CC3。该发送命令信号命令将集成电路CC1～CC3所保持的输出电压值发送至电池控制器10。
用以将单元电池1的输出电压值发送至电池控制器10的操作需要时间。因此，监视装置将用于对单元电池1的输出电压进行采样并保持的处理与用于将集成电路CC1～CC3所保持的输出电压值发送至电池控制器10的处理分离开，以使得集成电路CC1～CC3可以大致同时地进行前一处理。
参考图3A-3B和图4，将说明对电池组3的输出电压的判断以及基于该判断结果对电动马达2的输出转矩的控制。
图3A示出从电池控制器10发送至集成电路CC3的数据的结构。图3B示出从集成电路CC3发送至集成电路CC2的数据的结构。
如图所示，电池控制器10输出至集成电路CC3的电压采样和保持命令信号包括同步数据和命令数据。该命令数据包括与要检测输出电压的单元电池1有关的命令和地址信息。
集成电路CC3将从电池控制器10输入至集成电路CC3的通信输入端子RX的电压采样和保持命令信号毫无修改地从通信输出端子TX发送至集成电路CC2的通信输入端子RX。集成电路CC3还将该电压采样和保持命令信号识别为针对集成电路CC3的信号，并且将输入至集成电路CC3的电压输入端子VC1～VC4的电池模块M3的单元电池1的输出电压值存储至数字计算电路24的存储器中。
同样，集成电路CC2将从集成电路CC3输入至集成电路CC2的通信输入端子RX的电压采样和保持命令信号毫无修改地从通信输出端子TX发送至集成电路CC1的通信输入端子RX。集成电路CC2还将该电压保持和采样命令信号识别为针对集成电路CC2的信号，并且将输入至集成电路CC2的电压输入端子VC1～VC4的电池模块M2的单元电池1的输出电压值写入数字计算电路24的存储器中。
此外，同样，集成电路CC1将从集成电路CC2输入至集成电路CC1的通信输入端子RX的电压采样和保持命令信号毫无修改地从通信输出端子TX经由光电耦合器PC2发送至电池控制器10的输入端子RXD。集成电路CC1还将该电压保持和采样命令信号识别为针对集成电路CC1的信号，并且将输入至集成电路CC1的电压输入端子VC1～VC4的电池模块M1的单元电池1的输出电压值写入数字计算电路24的存储器中。
电池控制器10通过接收到从集成电路CC1经由光电耦合器PC2发送来的电压采样和保持命令信号，判断为已将电压采样和保持命令信号发送至位于级联通信电路的下游端的集成电路CC1。
在该判断之后，电池控制器10将发送命令信号输出至集成电路CC3。
集成电路CC3响应于在通信输入端子RX处接收到的发送命令信号，将包含存储在数字计算电路24的存储器中的电池模块M3的单元电池1的输出电压值的输出应答信号CELL1～CELL4从通信输出端子TX输出。
应答信号CELL1包含连接至集成电路CC3的电压输入端子VC1的单元电池1的输出电压值。应答信号CELL2包含连接至集成电路CC3的电压输入端子VC2的单元电池1的输出电压值。应答信号CELL3包含连接至集成电路CC3的电压输入端子VC3的单元电池1的输出电压值。应答信号CELL4包含连接至集成电路CC3的电压输入端子VC4的单元电池1的输出电压值。
参考图3B，与图3A所示的电压采样和保持命令信号的情况相同，发送命令信号包括同步数据和命令数据。然而，发送命令信号的命令数据不同于电压采样和保持命令信号的命令数据。
同样，集成电路CC2和集成电路CC1响应于发送命令信号而分别将应答信号CELL1～CELL4从它们的通信输出端子TX输出。
如上所述，在该监视装置中，将电压采样和保持命令信号发送至所有的集成电路CC1～CC3，并且这些集成电路CC1～CC3检测单元电池1的输出电压，并且将这些输出电压值存储在数字计算电路24的存储器中。各个集成电路CC1～CC3并行地大致同时进行该操作。
然后，集成电路CC1～CC3响应于发送命令信号而将存储在各自的数字计算电路24的存储器中的输出电压值从通信输出端子TX输出。
因此，对单元电池1的输出电压值的检测在位于级联通信电路的上游侧的集成电路发送检测到的输出电压值之前进行。从位于级联通信电路的上游侧的集成电路发送检测到的输出电压值，将不会导致位于下游的集成电路对单元电池1的输出电压的检测发生延迟。结果，大致同时进行对所有电池模块M1～M3中的单元电池1的输出电压的检测。
参考图4，将说明电池控制器10所进行的、用于基于电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压来判断电池组3的输出电压的例程。例如，无论车辆状况如何，均按40msec的固定时间间隔重复进行该例程。
在步骤S1中，电池控制器10判断包括电动马达2的电负载是否工作。当该判断为否定时，电池控制器10立即终止该例程。
另一方面，当该判断为肯定时，在步骤S2中，电池控制器10将电压采样和保持命令信号输出至集成电路CC3。集成电路CC1～CC3在接收到该电压采样和保持命令信号时，分别将输入至电压输入端子VC1～VC4的单元电池1的输出电压值写入数字计算电路24的存储器中。
在步骤S3中，电池控制器10将发送命令信号输出至集成电路CC3。集成电路CC1～CC3响应于该发送命令信号，分别将存储在存储器中的单元电池1的输出电压值作为应答信号CELL1～CELL4发送至电池控制器10。
在已从集成电路CC1～CC3接收到应答信号CELL1～CELL4的情况下，电池控制器10计算电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压的总值Vcellsum。
在步骤S4中，电池控制器10读取电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压的总值Vcellsum。
在下一步骤S5中，电池控制器10将总值Vcellsum与预定阈值Vmin进行比较。阈值Vmin是用于判断电池组3的充电量是否充足的基准值。当总值Vcellsum大于阈值Vmin时，电池控制器10立即终止该例程。在这种情况下，判断为电池组3的充电量充足，并且不对电动马达2的输出转矩施加限制。
另一方面，当在步骤S5中判断为总值Vcellsum不大于阈值Vmin时，在步骤S6中，电池控制器10将输出转矩限制信号输出至主控制器100。
在接收到该输出转矩限制信号时，主控制器100通过控制连接至电动马达2的逆变器来限制电动马达2的输出转矩不超过设定的转矩界限。结果，即使当车辆的驾驶员踩踏加速踏板时，也不会发生电池组3的过放电。
如上所述，根据本发明的监视装置将电压采样和保持命令信号与发送命令信号分离开。结果，集成电路CC1～CC3响应于该电压采样和保持命令信号而大致同步地对单元电池1的输出电压进行采样并保持。集成电路CC1～CC3仅当接收到发送命令信号时才将存储在存储器中的单元电池1的输出电压值输出至电池控制器10。通过以这种方式对单元电池1的输出电压进行检测和发送，大幅缩短了对电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压的检测时刻的时滞。通过缩短该时滞，可以精确地计算出单元电池1的输出电压的总值Vcellsum。
假定构成一个电池模块的单元电池1的数量为N并且由电池模块构成的电池组3的单元电池1的总数为M，则电池模块的数量由M/N来表示。假定与现有技术的处理的情况下那样、集成电路在输出检测到的单元电池1的电压值之后将电压采样信号发送至经由级联通信电路所连接的相邻的集成电路，并且各集成电路需要20毫秒(20msec)来检测相关电池模块的单元电池1的输出电压，则与图4的步骤S2和S3相对应的处理所需的时间为20×M/N(msec)。在这种情况下，在检测单元电池1的输出电压期间，在级联通信电路的上游端的集成电路与在该级联通信电路的下游端的集成电路之间出现约等于20×M/N(msec)的时滞。
在本发明的监视装置中，由于电压采样和保持命令信号以及发送命令信号是单独生成的，因此对电池模块M1～M3中的单元电池1的输出电压的检测时刻几乎相同。因此，根据该监视装置，在抑制时滞方面获得了显著效果。在车辆的诸如车辆启动等的瞬时状态下，电负载急速改变。抑制时滞使检测电池组3的充电量的精度提高。由此精确地控制在车辆的瞬时状态下的电池组3的负载状态。
当将根据本发明的监视装置应用于混合驱动式电动车辆时，该监视装置还可以用于进行再生电力充电的控制。
具体地，当进行了车辆的再生制动时，主控制器100经由逆变器控制电池组3的充电操作，以使用电动马达2所生成的电力来对电池组3充电。为了该目的，电池控制器10将单元电池1的输出电压的总值Vcellsum与预定阈值Vmax进行比较。如果总值Vcellsum低于阈值Vmax，则电池控制器10判断为可以对电池组3进一步充电，并且向主控制器100输出用以继续使用通过再生制动生成的电力来对该电池组充电的信号。另一方面，如果单元电池1的输出电压的总值Vcellsum不低于阈值Vmax，则电池控制器10判断为电池组3可能被过充电，并且向主控制器100输出充电停止信号。
如上所述，该监视装置在防止电池组3的过放电以及防止电池组3的过充电方面带来了较好的效果。
在步骤S5中，电池控制器10将单元电池1的输出电压的总值Vcellsum与阈值Vmin进行比较以判断电池组3的充电量。可以使用除单元电池1的输出电压的总值Vcellsum以外的各种参数来进行电池组3的充电量的判断。例如，可以基于特定单元电池1的输出电压来判断电池组3的充电量，或者可以基于电池模块M1～M3的输出电压值中的最大值或最小值来判断电池组3的充电量。
中继器4用作使包括电动马达2和空调等的所有电负载准备工作就绪的主开关。应当注意，这些电负载在仅中继器4接通(ON)的情况下不工作，而是在从主控制器100接收到操作命令信号时工作。
当中继器4接通但电负载不工作时，通过执行该例程来检测无负载状态下电池模块M1～M3中的单元电池1的输出电压。然后，在步骤S6中，基于检测到的输出电压值来控制电动马达2的输出转矩。因此，可以限制电动马达2在电动马达2开始工作之前的输出转矩。该限制通过使电动马达2在电池组3的充电状态低的情况下开始工作来防止电池组3被过放电。
此外，如果单独设置了用于使电池控制器10和集成电路CC1～CC3工作的电源，则即使当中继器4处于断开(OFF)状态时也可以检测单元电池1的输出电压。在这种情况下，可以在中继器4被切换至接通状态之前检测电池组3的充电量，由此预先限制电动马达2准备工作时的输出转矩。
参考图5和6，将说明本发明的第二实施例。
本实施例与第一实施例的不同之处在于，监视装置包括整体输出电压检测电路20，并且代替对电池组3进行输出电压判断例程，电池控制器10对集成电路CC1～CC3进行异常判断例程。
参考图5，整体输出电压检测电路20连接至设置在电池组3的两个电端头处的端子，从而直接检测电池组3的输出电压。整体输出电压检测电路20由与集成电路CC1～CC3类似的集成电路构成，并且设置有数字计算电路，其中，该数字计算电路具有用以存储电池组3的整体输出电压值的存储器。整体输出电压检测电路20经由光电耦合器PC3和光电耦合器PC4连接至电池控制器10。
参考图6，将说明集成电路CC1～CC3的异常判断例程。电池控制器10基于电池组3的整体输出电压和电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压来进行该例程。与图4的例程不同，仅当车辆开始运行时进行一次该例程。
在本实施例中，在不经由中继器4的情况下，一直提供用于使电池控制器10工作的电力。
在步骤S11中，电池控制器10判断中继器4是否处于接通状态。
当中继器4不是处于接通状态时，电池控制器10等待，直到中继器4切换为接通状态为止。
当中继器4处于接通状态时，在步骤S12中，电池控制器10将电压采样和保持命令信号输出至集成电路。电池控制器10还将电压采样和保持命令信号输出至整体输出电压检测电路20。由于整体输出电压检测电路20经由独立的信号电路连接至电池控制器10，因此输出至整体输出电压检测电路20的电压采样和保持命令信号无需包括地址信息。在接收到该电压采样和保持命令信号时，集成电路CC1～CC3检测所连接的电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压，并且将检测到的输出电压值存储在各自的数字计算电路24的存储器中。在接收到该电压采样和保持命令信号时，整体输出电压检测电路20检测电池组3的整体输出电压并且将检测到的整体输出电压值存储在数字计算电路的存储器中。
最终，从集成电路CC3输出至集成电路CC1的电压采样和保持命令信号经由光电耦合器PC2输入至电池控制器10中。通过识别出输入了电压采样和保持命令信号，电池控制器10判断为将电压采样和保持命令信号发送至集成电路CC1～CC3完成。
在判断为将电压采样和保持命令信号发送至集成电路CC1～CC3完成之后，在步骤S13中，电池控制器10将操作命令信号输出至电动马达2。由此，电动马达2开始使用从电池组3提供的电力工作。
在下一步骤S14中，电池控制器10将发送命令信号输出至集成电路CC3和整体输出电压检测电路20。然后，电池控制器10读取响应于该发送命令信号而从集成电路CC1～CC3发送来的单元电池1的输出电压值、以及响应于该发送命令信号而从整体输出电压检测电路20发送来的电池组3的整体输出电压值Vsum。与第一实施例的步骤S3的情况相同，电池控制器10计算单元电池1的输出电压的总值Vcellsum。将该计算的结果存储在电池控制器10的存储器中。
在步骤S15中，电池控制器10读取单元电池1的输出电压的总值Vcellsum和电池组3的整体输出电压Vsum。
在步骤S16中，电池控制器10判断单元电池1的输出电压的总值Vcellsum与电池组3的整体输出电压Vsum之差的绝对值是否大于恒定值C。
如果集成电路CC1～CC3和整体输出电压检测电路20都未表现异常，则Vcellsum的值和Vsum的值应当大致相等。恒定值C被设置成在电压检测期间可能发生的最大误差附近。当步骤S16的判断为否定时，判断为集成电路CC1～CC3工作正常。
例如，当单元电池1的输出电压的总值Vcellsum与整体输出电压Vsum之差的绝对值不大于恒定值C时，电池控制器10在不进入其它步骤的情况下立即终止该例程。
然而，当集成电路CC2的数字计算电路24存在缺陷时，集成电路CC2无法将电池模块M2的单元电池1的输出电压保持在数字计算电路24中。结果，响应于发送命令信号而从集成电路CC2将零值发送至电池控制器10。
在这种情况下，在单元电池1的输出电压的总值Vcellsum与电池组3的整体输出电压Vsum之间出现大的差。当该差的绝对值大于恒定值C时，在步骤S17中，电池控制器10在显示装置上指示在集成电路CC1～CC3中的至少一个或整体输出电压检测电路20中存在异常。
由于电池控制器10可以根据输入信号来计算各个电池模块M1～M3的单元电池1的输出电压的总值，因此电池控制器10可以指定哪个集成电路存在缺陷。此外，电池控制器10可以经由主控制器100采取诸如禁止电动马达2工作以及在步骤S17中表示集成电路存在异常等的防故障措施。
根据本实施例，对于单元电池1的输出电压的检测，与第一实施例的情况相同，在单独的处理中分别进行将电压采样和保持命令信号输出至集成电路CC3以及将发送命令信号输出至集成电路CC3。此外，根据本实施例，消除了检测单元电池1的输出电压中的时滞，并且提高了检测单元电池1的输出电压的总值Vcellsum的精度。通过简单地将整体输出电压检测电路20应用于第一实施例的监视装置，本实施例可以精确地对集成电路CC1～CC3进行异常判断，并且进行电动马达2的输出转矩控制。
在本实施例中，由电池控制器10来进行与集成电路CC1～CC3有关的异常判断例程。然而，代替电池控制器10，可以将主控制器100配置成进行该异常判断例程。
参考图7、图8A-8B、图9A-9B和图10，将说明本发明的第三实施例。
本实施例应用于混合驱动式电动车辆。该混合驱动式电动车辆包括电动马达2和内燃机这两个动力源。这里，电动马达2还用作内燃机的启动马达。
参考图7，监视装置包括用于检测电池模块M1～M3的大气温度的温度传感器7。温度传感器7所检测到的温度作为信号经由独立的信号电路输入至电池控制器10中。
从电动马达2向电池控制器10输入表示电动马达2工作、或者换言之表示内燃机的启动的启动信号。
基于这些信号，电池控制器10进行图10所示的电池模块异常判断例程。
与第一实施例的情况相同，监视装置响应于从电池控制器10输出的电压采样和保持命令信号，将输入至集成电路CC1～CC3的电压输入端子VC1～VC4的单元电池1的输出电压值存储在各自集成电路CC1～CC3的数字计算电路24的存储器中。该监视装置响应于从电池控制器10输出的发送命令信号而将所存储的单元电池1的输出电压值发送至电池控制器10。
当任意单元电池1的输出电压低于或等于预定的依赖于电池组3的负载状况的第一过放电阈值电压Va或第二过放电阈值电压Vb时，电池控制器10开启警告灯。
第一过放电阈值电压Va是用于在无负载状态下判断单元电池1的输出电压的异常的阈值。第二过放电阈值电压Vb是用于在低温的负载状态下判断单元电池1的输出电压的异常的阈值。这里，无负载状态表示不进行内燃机的启动的状态，而负载状态表示在低温状态下进行内燃机的启动的状态。
当在单元电池1的内部阻抗大的低温状态下对单元电池1施加电负载时，单元电池1输出大的电流。结果，单元电池1表现出明显的电压下降。考虑到这种情形，将第二过放电阈值电压Vb设置为与第一过放电阈值电压Va相比更低的值。
电池控制器10通过根据温度状况和负载状况选择性地应用第一过放电阈值电压Va和第二过放电阈值电压Vb来判断是否存在任意单元电池1的输出电压异常，并且根据该判断结果来开启警告灯。
由于该监视装置采用级联通信电路来在各个集成电路CC1～CC3与电池控制器10之间进行通信，因此各个集成电路CC1～CC3检测单元电池1的输出电压并且将检测到的输出电压值存储在存储器中所需的总时间段短于集成电路CC1～CC3将所存储的输出电压值发送至电池控制器10所需的总时间段。在混合驱动式电动车辆中，主控制器100将与内燃机有关的启动命令输出至电动马达2，并且电动马达2响应于该启动命令而开始启动内燃机。
在从输出启动命令起直到内燃机的启动实际开始为止的时间段内，电池控制器10将单元电池1的输出电压V1～Vn与第一过放电阈值电压Va进行比较。当任意单元电池1的输出电压低于或等于第一过放电阈值电压Va时，电池控制器10判断为相关的单元电池1异常并且开启警告灯。
在进行内燃机的启动的时间段内，电池控制器10将单元电池1的输出电压V1～Vn与第二过放电阈值电压Vb进行比较。当任意单元电池1的输出电压低于或等于第二过放电阈值电压Vb时，电池控制器10判断为相关的单元电池1异常并开启警告灯。
当内燃机的启动完成时，电池控制器10再次将单元电池1的输出电压V1～Vn与第一过放电阈值电压Va进行比较。当任意单元电池1的输出电压低于或等于第一过放电阈值电压Va时，电池控制器10判断为相关的单元电池1异常并且开启警告灯。
图8A-8B和图9A-9B中的圆圈编号1～N表示单元电池1的输出电压的检测顺序。圆圈编号1表示位于离图7中的电池组3的负电极最近的位置处的单元电池1的输出电压V1，而圆圈编号N表示位于离电池组3的正电极最近的位置处的单元电池1的输出电压Vn。在图8B和9B的时序图中，纵轴表示电压而横轴表示时间。响应于电池控制器10在每个循环周期T内输出的电压采样和保持命令信号，集成电路CC1～CC3检测单元电池1的输出电压，并且将检测到的电压值存储在存储器中。响应于电池控制器10在每个循环周期T内根据电压采样和保持命令信号而单独输出的发送命令信号，集成电路CC1～CC3将所存储的电压值发送至电池控制器10。
参考图10，将说明电池控制器10所进行的与单元电池1有关的异常判断例程。当针对电池控制器10的电源接通时，电池控制器10按例如10毫秒的固定间隔进行该例程。
由于假定在低温条件下进行该例程，因此没有设置特定温度判断步骤。电池控制器10可以基于温度传感器7所检测到的温度来判断目前的条件是否与预定低温条件相对应，并且仅当目前的条件与该低温条件相对应时才进行该例程。然而，无论温度条件如何都进行该例程也是可以的。
在步骤S32中，电池控制器10将电压采样和保持命令信号输出至集成电路CC3。如至此为止所述，集成电路CC1～CC3响应于该电压采样和保持命令信号，将输入至电压输入端子VC1～VC4的单元电池1的输出电压作为数字值存储在数字计算电路24的存储器中。
在下一步骤S33中，电池控制器10将发送命令信号输出至集成电路CC3。集成电路CC1～CC3响应于该发送命令信号，将所存储的电压值以信号CELL1～CELL4的形式发送至电池控制器10。电池控制器10读取这些值。在以下说明中，将发送至电池控制器10的单元电池1的输出电压值从图7的电池组3的负电极侧向着正电极侧命名为V1、V2、V3、...Vn。
当从各个集成电路CC1～CC3输入应答信号CELL1～CELL4完成时，在步骤S34中，电池控制器10基于来自电动马达2的输入信号来判断是否正在进行利用电动马达2对内燃机的启动。
当不是正在进行内燃机的启动时，在步骤S35中，电池控制器10判断内燃机的启动是否已完成。
在内燃机的启动没有完成时，这表示内燃机的启动尚未开始。在这种情况下，在步骤S36中，电池控制器10将单元电池1的输出电压值V1～Vn与第一过放电阈值电压Va进行比较。
作为比较结果，当所有的输出电压值V1～Vn都大于第一过放电阈值电压Va时，电池控制器10判断为电池组3工作正常。在这种情况下，电池控制器10终止该例程。
作为步骤S36的比较结果，如果任意输出电压值V1～Vn低于或等于第一过放电阈值电压Va，则电池控制器10在步骤S37中开启警告灯，并且终止该例程。
当在步骤S34中判断为正在进行内燃机的启动时，在步骤S38中，电池控制器10判断本循环周期内输入输出电压值V1～Vn是否完成。
当步骤S38的判断为否定时，与在启动开始之前的情况相同，在步骤S36中，电池控制器10将单元电池1的输出电压值V1～Vn与第一过放电阈值电压Va进行比较。如果步骤S38的判断为否定，则在本循环周期T内检测到的输出电压值V1～Vn是在启动开始之前检测到的输出电压值。在这种情况下，在步骤S36中，应用针对无负载状态的第一过放电阈值电压Va来评价输出电压值V1～Vn。
另一方面，当步骤S38的判断为肯定时，这表示在步骤S33中读取的输出电压值V1～Vn是在正在进行利用电动马达2对内燃机的启动的情况下检测到的值。然后，在步骤S39中，电池控制器10将输出电压值V1～Vn与第二过放电阈值电压Vb进行比较。
作为步骤S39的比较结果，当所有的输出电压值V1～Vn都高于第二过放电阈值电压Vb时，电池控制器10判断为电池组3工作正常。在这种情况下，电池控制器10终止该例程。
另一方面，当在步骤S39中判断出任意输出电压值V1～Vn低于或等于第二过放电阈值电压Vb时，电池控制器10在步骤S37中开启警告灯，并且终止该例程。
当在步骤S35中判断为内燃机的启动已完成时，在步骤S40中，电池控制器10判断本循环周期内输入输出电压值V1～Vn是否完成。
当步骤S40的判断为否定时，与正在进行启动的情况相同，在步骤S41中，电池控制器10将输出电压值V1～Vn与第二过放电阈值电压Vb进行比较。如果步骤S40的判断为否定，则在步骤S33中读取到的输出电压值V1～Vn是在正在进行启动的情况下检测到的值。在这种情况下，在步骤S41中，应用针对负载状态的第二过放电阈值电压Vb来评价输出电压值V1～Vn。
作为在步骤S41中进行比较的结果，如果所有的输出电压值V1～Vn都高于第二过放电阈值电压Vb，则电池控制器10判断为电池组3工作正常。在这种情况下，电池控制器10终止该例程。
另一方面，当在步骤S41中判断出任意输出电压值V1～Vn低于或等于第二过放电阈值电压Vb时，电池控制器10在步骤S42中开启警告灯，并且终止该例程。
当步骤S40的判断为肯定时，这表示在步骤S33中读取的输出电压值V1～Vn是在内燃机的启动完成之后检测到的电压值。然后，在步骤S36中，电池控制器10将输出电压值V1～Vn与第一过放电阈值电压Va进行比较。
作为在步骤S36中进行比较的结果，如果所有的输出电压值V1～Vn都高于第一过放电阈值电压Va，则电池控制器10判断为电池组3工作正常。在这种情况下，电池控制器10终止该例程。
另一方面，当在步骤S36中判断出任意输出电压值V1～Vn低于或等于第一过放电阈值电压Va时，电池控制器10在步骤S37中开启警告灯、终止该例程、并且在下一循环周期T开始的开始时刻重新开始该例程。
通过进行上述例程，如图8A-8B和图9A-9B所示，将在不进行启动的状态下检测到的单元电池1的输出电压值V1～Vn与第一过放电阈值电压Va进行比较来判断电池组3的异常，并且当发现了异常时开启警告灯。如图8A-8B和图9A-9B所示，将在正在进行启动的状态下检测到的单元电池1的输出电压值V1～Vn与低于第一过放电阈值电压Va的第二过放电阈值电压Vb进行比较来判断电池组3的异常，并且在发现了异常时开启警告灯。
参考图8A和8B，利用电动马达2对内燃机的启动开始时刻、或者换言之在图8A中启动从OFF切换为ON的时刻，与电池控制器10检测输出电压值V1～Vn并且判断电池组3的异常的循环周期T的边界不一致。在图8A和8B中，在启动从OFF切换为ON之后，将所有检测到的输出电压值V1～Vn输入至电池控制器10中尚未完成，直到经过了延迟时间C1为止。
因此，即使当检测到内燃机的启动开始时，电池控制器10也不立即切换过放电阈值电压。由于存储在数字计算电路24的存储器中的输出电压值V1～Vn是在启动开始之前检测到的输出电压值，因此电池控制器10在进行比较的下一循环周期T内将过放电阈值电压从第一过放电阈值电压Va切换为第二过放电阈值电压Vb。
参考图9A和9B，当电动马达2停止启动内燃机并且电池控制器10检测到启动完成时，电池控制器10在进行比较的下一循环周期T内将过放电阈值电压从第二过放电阈值电压Vb切换为第一过放电阈值电压Va。换言之，从第二过放电阈值电压切换至第一过放电阈值电压的切换被延迟，直到在图9A中启动从ON切换为OFF之后经过了延迟时间C2为止。
参考图8A和8B，在启动实际开始之前的时间段A内，内燃机并未启动。在这种状态下，由于电池组3无负载，因此电池控制器10在时刻t1将在时刻t0检测到的单元电池1的输出电压值与第一过放电阈值电压进行比较。在时刻t2，电池控制器10将在时刻t1检测到的单元电池1的输出电压值与第一过放电阈值电压进行比较。时刻t0、t1、t2、t3、...的间隔与循环周期T相对应。
当电动马达2开始启动内燃机时，对电池组3施加电负载。然而，此时电池控制器10仍在接收在时刻t2检测到的单元电池1的输出电压值。因此，电池控制器10没有立即将过放电阈值电压从第一过放电阈值电压Va切换为第二过放电阈值电压Vb。作为代替，电池控制器10在将输出电压值与第一过放电阈值电压Va进行比较完成之后的、从时刻t3起的循环周期T内进行该切换。之后，电池控制器10周期性地将单元电池1的输出电压值与第二过放电阈值电压Vb进行比较，直到利用电动马达2对内燃机的启动完成为止。
参考图9A和9B，当内燃机的启动完成时，电池控制器10对在启动从ON切换为OFF之后的第一次比较应用第二过放电阈值电压Vb。在从时刻t8起的下一循环周期T内将过放电阈值电压从第二过放电阈值电压Vb切换为第一过放电阈值电压Va。之后，电池控制器10周期性地将单元电池1的输出电压值与第一过放电阈值电压Va进行比较，直到例如为了运行而再次驱动电动马达2为止。
此外，根据本实施例，对于单元电池1的输出电压的检测，与第一实施例的情况相同，单独进行步骤S32中的将电压采样和保持命令信号输出至集成电路CC3与步骤S33中的将发送命令信号输出至集成电路CC3。结果，用于检测单元电池1的输出电压所需的时间缩短，并且针对第一过放电阈值电压Va和第二过放电阈值电压Vb之间的切换的延迟时间C1和C2得以缩短。根据本实施例，无论是否正在进行利用电动马达3对内燃机的启动，均可以精确地进行与电池组3有关的异常判断。
上述第一至第三实施例假定设置了三个电池模块和三个集成电路，但无论电池模块和集成电路的数量如何，都可以实现根据本发明的监视装置。
参考图11和图12A～12F，将说明本发明的第四实施例。
本实施例与第二实施例的不同之处在于，假定电池模块和集成电路的数量为不定数n，并且监视装置还包括：温度传感器7，用于检测电池模块M1～Mn的大气温度；电流传感器8，用于检测电池组3的整体输出电力电流；以及整体输出电压检测电路20，用于检测电池组3的整体输出电压。利用这些传感器/电路获得的检测值分别经由独立的信号电路输入至电池控制器10中。该装置的其它组件与第二实施例的组件相同。
根据本实施例，对电池控制器10进行编程，以计算单元电池1的最高电池电压VHa(VHb)或最低电池电压VLa(VLb)，并且基于该最高电池电压VHa(VHb)或最低电池电压VLa(VLb)来调节电池组3的输出电力。
此外，根据本实施例，与第三实施例的步骤S32、S33的处理相同，如图11所示，电池控制器10将电压采样和保持命令信号以及发送命令信号单独输出至与位于离电池组3的负电极最近的位置处的电池模块Mn相连接的集成电路CCn。
集成电路CC1～CCn在接收到电压采样和保持命令信号时，分别检测电池模块M1～Mn的单元电池1的输出电压并且将检测到的电压值存储在存储器中。集成电路CC1～CCn经由级联通信电路连接至电池控制器10，并且响应于发送命令信号，如图12A所示按固定间隔将所存储的输出电压值顺次输出至电池控制器10。这里将集成电路CC1～CCn输出所存储的输出电压值的循环周期称为采样循环周期T1。
如图12B所示，将从电池控制器10输出电压采样和保持命令信号起、直到所有的单元电池1的输出电压值从集成电路CC1～CCn输入至电池控制器10中为止的时间段称为采样循环周期T2。
此外，根据该监视装置，由于与第一至第三实施例相同、在输出所存储的电压值之前进行经由级联通信电路所连接的集成电路CC1～CCn之间的电压采样和保持命令信号发送，因此与现有技术的监视装置相比较，可以缩短采样循环周期T2。
当采样循环周期T2长时，在将单元电池1的输出电压的变化反映到对电池组3的输出电力的控制中之前，需要长的时间。
为了缩短该时间，电池控制器10在采样循环周期T2内周期性地计算单元电池的输出电压，并且基于该计算结果来控制电池组3的输出电力，由此防止了电池组3的过充电/过放电。
参考图12B，电流传感器8在每个采样循环周期T1内检测电池组3的输出电力电流，并且相应地将检测到的电力电流值输出至电池控制器10。整体输出电压检测电路20在每个采样循环周期T1内检测电池组3的整体输出电压，并且相应地将检测到的电压值输出至电池控制器10。在电池模块M1～Mn附近配置有温度传感器7。温度传感器7在每个采样循环周期T1内检测电池模块M1～Mn的大气温度，并且分别将检测到的温度输出至电池控制器10。
接着，将说明电池控制器10对电池组3的输出电力的控制。
这里，将采样循环周期T1设置为等于从集成电路CC1～CCn将单元电池1的输出电压值输入至电池控制器10中的输入周期。
在使中继器4变为接通之前的时刻t1，电池控制器10输出用于命令集成电路CC1～CCn对单元电池1的输出电压进行采样并保持的电压采样和保持命令信号。在确认已将该信号发送至位于级联通信电路的下游端的集成电路CC1之后，电池控制器10输出用于命令集成电路CC1～CCn将所存储的输出电压值发送至电池控制器10的发送命令信号。在时刻t1，由于中继器4处于断开状态，因此在采样循环周期T2内输入至电池控制器10中的输入值是在电池组3处于无负载状态时检测到的值。在时刻t1+T1，如图12C所示，中继器4变为接通，之后对电池组3施加电负载。
作为对比，在每个采样循环周期T1内，将来自整体输出电压检测电路20的电池组3的整体输出电压Vs、来自电流传感器8的电池组3的输出电力电流Ia和来自温度传感器7的电池模块M1～Mn的大气温度输入至电池控制器10中。
作为输出发送命令信号的结果，在从时刻t1起的整个采样循环周期T2中的每个采样周期T1内，将单元电池1的输出电压值从集成电路CC1～CCn顺次输入至电池控制器10中。对于单元电池1的输出电压值的输入恰好在等于时刻t1+T2的时刻t2之前终止。
在从时刻t1起已经过了采样循环周期T1的时刻t1+T1，将从集成电路CCn输出的单元电池1的输出电压值、从整体输出电压检测电路20输出的电池组3的整体输出电压Vs、从电流传感器8输出的电池组3的电力电流Ia以及从温度传感器7输出的电池模块M1～Mn的大气温度输入至电池控制器10中。由于传感器7、8和整体输出电压检测电路20经由独立的信号电路连接至电池控制器10，因此假定从检测到数据到将检测到的数据输入至电池控制器10中无时间损失。换言之，在时刻t1+T1检测到这些数据并且将这些数据输入至电池控制器10中。在时刻t1+T1之后的每个采样循环周期T1内，将电池组3的整体输出电压Vs、来自电池组3的输出电力电流Ia和电池模块M1～Mn的大气温度连同特定电池模块Mx(x＝1，2，...n)的单元电池1的输出电压值一起输入至电池控制器10中。
当将所有的电池单元1的输出电压值输入至电池控制器10中完成时，电池控制器10立即提取所有的单元电池1的输出电压值中的最高电池电压VH1和最低电池电压VL1。
电池控制器10在开始下一采样循环周期T2的时刻t2(＝t1+T2)，再次将电压采样和保持命令信号以及电压采样输出至集成电路CCn。
从时刻t2+T1起，电池组3的整体输出电压Vsa、电池组3的输出电力电流Ia和电池模块M1～Mn的大气温度连同特定电池模块Mx(x＝1，2，...n)的单元电池1的输出电压值一起输入至电池控制器10中。
电池控制器10这样在每个采样循环周期T2内读取所有的单元电池1的输出电压值。另一方面，电池控制器10在每个采样循环周期T1内读取电池组3的整体输出电压Vsa、电池组3的输出电力电流Ia和电池模块M1～Mn的大气温度。
然后，电池控制器10使用这样获得的数据来进行以下计算。
具体地，如图12D所示，电池控制器10在从时刻t1起的采样循环周期T2结束时，提取所有的电池模块M1～Mn的单元电池1的输出电压值中的最高电池电压VH1和最低电池电压VL1。
这里，最高电池电压VH1和最低电池电压VL1是紧挨在电池组3仍处于无负载状态的时刻t1之后检测到的最高电池电压VH1和最低电池电压VL1。在该时刻，电池组3的输出电力电流Ia为0安培(0A)。通过将电池组3的整体输出电压Vs除以构成电池组3的单元电池1的数量n所获得的值与处于无负载状态的单元电池1的平均输出电压相对应。
电池控制器10使用以下的关系式(1)来计算最高电池电压的电压偏差VdH1。
VdH1＝VH1×n-Vs1    (1)
电池控制器10使用以下的关系式(2)来计算最低电池电压的电压偏差VdL1。
VdL1＝Vs1-VL1×n    (2)
单元电池1的输出电压特性的差异是因制造误差等而产生的。此外，输出电压特性可能受到对单元电池1重复进行充电和放电的影响。
电池控制器10通过应用关系式(1)和(2)来计算表示单元电池1的固有输出电压特性的电压偏差。
电池控制器10使用在第一个采样循环周期T2内获得的最高电池电压的电压偏差VdH1和最低电池电压的电压偏差VdL1，在本采样循环周期T2内的每个采样循环周期T1中进行以下计算。
具体地，电池控制器10使用最高电池电压的电压偏差VdH1和在时刻t2之后的每个采样循环周期T1内检测到的电池组3的整体输出电压Vsa，通过应用以下的关系式(3)来计算最高电压VHa。
该值与单元电池1的输出电压在本采样循环周期T2内可以采用的估计最高电压相对应。
VHa＝(Vsa+VdH1)/n    (3)
电池组3的整体输出电压Vsa是在时刻t2之后的每个采样周期T1内检测到的值。由于采样周期T1比单元电池1的输出电压的采样循环周期T2短，因此电池组3的整体输出电压Vsa与各单元电池1的输出电压相比示出更加连续的变化。最高电池电压的电压偏差VdH1是在第一个采样循环周期T2内获得的值，并且与时刻t2的整体输出电压Vs1与最高电池电压VH1之间的偏差相对应。这里，最高电池电压VH1是紧挨在电池组3的输出电力电流Ia为0安培的时刻t1之后检测到的值，并且表示单元电池1的固有输出电压特性的偏差。
在电池组3从无负载状态转变为负载状态的时刻t1+T1，单元电池1的输出电压大幅改变。由于最高电池电压的电压偏差VdH1是依赖于单元电池1的固有输出电压特性的值，因此VdH1的幅度小于单元电池1的输出电压在无负载状态和负载状态之间的变化幅度。
在用于计算估计最高电压的关系式(3)中，电池控制器10采用以连续方式改变的电池组3的整体输出电压Vsa作为基准，并且将表示单元电池1的固有输出电压特性的最高电池电压的电压偏差VdH1与该基准相加。由此假定了在时刻t2之后的采样循环周期T2内的输出电压变化的连续性，并且确保了电池组3的输出电压控制的冗余性。
电池控制器10还使用最低电池电压的电压偏差VdL1和在从时刻t2起的每个采样循环周期T1内检测到的整体输出电压Vsa，通过应用以下的关系式(4)来在每个采样循环周期T1内计算最低电压VLa。该值与单元电池1的输出电压在本采样循环周期T2内可以采用的估计最低电压相对应。
VLa＝(Vsa-VdL1)/n    (4)
在时刻t3-T1，电池控制器10完成读取集成电路CC1～CCn已检测到的所有的单元电池1的输出电压值。这些值是紧挨在电池组3处于负载状态下的时刻t2之后检测到的。电池控制器10提取所有的电池模块M1～Mn的单元电池1的输出电压值中的最高电池电压VH2和最低电池电压VL2。电池控制器10使用最高电池电压的电压偏差VdH1、在时刻t2检测到的电池组3的整体输出电压VS2和在时刻t2检测到的电池组3的输出电力电流I2，通过应用以下的关系式(5)来计算最高电池电压的内部阻抗偏差RdH2。
RdH2＝(VH2×n-VS2-VdH1)/I2    (5)
这里，VH2×n-VS2与时刻t2的最高电池电压的电压偏差相对应。关系式(5)是用以将从时刻t1到时刻t2的时间段内电压偏差的变化转换成阻抗值的关系式。
以相同的方式，电池控制器10使用最低电池电压的电压偏差VdL1、在时刻t2检测到的电池组3的整体输出电压VS2和在时刻t2检测到的电池组3的输出电力电流I2，通过应用关系式(6)来计算最低电池电压的内部阻抗偏差RdL2。
RdL2＝(VS2-VL2×n-VdL1)/I2    (6)
电池控制器10使用最高电池电压的电压偏差VdH1、在每个采样循环周期T1内检测到的电池组3的整体输出电压Vsb、最高电压的内部阻抗偏差RdH2和在每个采样循环周期T1内检测到的电池组3的输出电力电流Ib，通过应用以下的关系式(7)来计算在从时刻t3起的整个采样循环周期T2中的每个采样循环周期T1内的最高电池电压VHb。这里，VdH1和RdH2是紧挨在时刻t3之前计算出的值。Vsb和Ib是在每个采样循环周期T1内输入至电池控制器10中的值。如此计算出的最高电池电压VHb与单元电池1的输出电压值在本采样循环周期T2内的每个采样循环周期T1中可以采用的估计最高值相对应。
VHb＝(VS2+VdH1+RdH2×Ib)/n    (7)
在每个采样循环周期T1内检测到的整体输出电压Vsb在整个采样循环周期T2中具有连续性。最高电池电压的电压偏差VdH1表示单元电池1的固有输出电压特性。RdH2×Ib表示单元电池1的输出电压值随着时刻t2与时刻t3之间的时间变化的波动。
因此，根据关系式(7)，考虑到单元电池1的固有输出电压特性以及单元电池1的输出电压值随着时刻t2与时刻t3之间的时间变化的波动，可以基于以连续方式变化的电池组3的整体输出电压Vsb来精确地计算在从时刻t3起的采样循环周期T2内的每个采样循环周期T1中的最高电池电压VHb。
电池控制器10还使用最低电池电压的电压偏差VdL1、电池组3的整体输出电压Vsb、最低电压的内部阻抗偏差RdL2和在本采样循环周期T2内的每个采样循环周期T1中检测到的电池组3的输出电力电流Ib，通过应用以下的关系式(8)来计算在从时刻t3起的采样循环周期T2内的每个采样循环周期T1中的最低电池电压VLb。
VLb＝(Vsb-VdL1-RdL2×Ib)/n    (8)
电池控制器10继续计算在从时刻t4起的采样循环周期T2以及以后的采样循环周期T2内的每个采样循环周期T1中的最高电池电压VHb和最低电池电压VLb。
电池控制器10将由此计算出的最高电池电压VHa(VHb)和最低电池电压VLa(VLb)发送至主控制器100。主控制器100基于该最高电池电压VHa(VHb)和最低电池电压VLa(VLb)来控制电池组3的输出电力以及电池组3的充电量和放电量。
此外，根据本实施例，由于在输出所存储的电压值之前进行经由级联通信电路所连接的集成电路CC1～CCn之间的电压采样和保持命令信号发送，因此可以将采样循环周期T2设置得较短。短的采样循环周期T2表示对所有的电池单元1的输出电压的检测频率高。因此，使采样循环时间T2变短使得对电池组3的输出电力的控制精度提高。
根据本实施例，在从时刻t1起的第一个起始采样循环周期T2结束时，电池控制器10使用从检测到的输出电压值中提取出的最高电池电压和在每个采样循环周期T1内检测到的电池组3的整体输出电压来计算最高电池电压的电压偏差。电池控制器10基于最高电池电压的电压偏差和在每个采样循环周期T1内检测到的电池组3的整体输出电压来估计下一采样循环周期T2内单元电池1的最高输出电压。使用如此估计出的估计最高输出电压，可以按与采样循环周期T1相对应的间隔来重复进行对电池组3的输出电力的控制，其中，采样循环周期T1比检测单元电池1的输出电压所需的采样循环周期T2短。结果，可以提高对电池组3的输出电力的控制精度。
此外，根据本实施例，可以基于电池组3的整体输出电压来估计最高电池电压和最低电池电压，其中，电池组3的整体输出电压是在每个短的采样循环周期T1内检测到的，并且作为通过应用本质上几乎不展现时间依赖性变化的电压偏差的结果而连续改变，由此确保了优选作为控制参数的这些估计值的连续性。
当对电池组3施加电负载时，与当电池组3处于无负载状态时相比，单元电池1的输出电压大幅改变。根据本实施例，在比采样循环周期T2短的每个采样循环周期T1内，基于在每个循环周期T1内检测到的电池3的整体输出电压来估计从时刻t3起的采样循环周期T2内的最高电池电压和最低电池电压，并且在每个采样循环周期T2内计算电压偏差和内部阻抗偏差。结果，可以在早期阶段精确地掌握伴随着电池组3的整体输出电压的变化的单元电池1的输出电压的变化。
优选使用温度传感器7的检测值来计算单元电池1的最高电池电压或最低电池电压。最高电池电压的内部阻抗偏差RdH2和最低电池电压的内部阻抗偏差RdL2根据单元电池1的温度而改变。因此，如果在计算内部阻抗偏差时考虑到温度传感器7检测到的温度，则可以更加精确地计算出单元电池1的最高电池电压或最低电池电压。
在此通过引用而包括在日本的申请日为2009年5月20日的特开2009-121636和申请日为2010年4月14日的特开2010-093273的内容。
尽管以上已经参考特定实施例说明了本发明，但本发明不限于上述这些实施例。在权利要求书的范围内，本领域的技术人员将想到上述这些实施例的修改和变形。
如下定义了要求专有所有权或特权的本发明的实施例。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明的电压监视装置适合于混合驱动式电动车辆和电动车辆，但不限于此。
如下定义了要求专有所有权或特权的本发明的实施例。

Claims (19)

1.一种电池电压监视装置，用于监视串联连接的多个电池模块(M1～Mn)中的各个电池模块内的一个或多个单元电池(1)的输出电压，所述电池电压监视装置包括：
集成电路(CC1～CCn)，各个所述集成电路(CC1～CCn)能够对各个所述电池模块(M1～Mn)内的一个或多个单元电池(1)的输出电压进行采样并保持；
级联通信电路，其将所述集成电路(CC1～CCn)串联连接，以根据所述集成电路(CC1～CCn)的连接顺序向所述集成电路(CC1～CCn)发送信号；以及
能够被编程的控制器(10)，其连接至相对信号发送而言位于所述级联通信电路的上游端的集成电路(CC3，CCn)和位于所述级联通信电路的下游端的集成电路(CC1)；
其中，所述控制器(10)通过以下步骤来进行控制：
将电压采样和保持命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)，以使得所述电压采样和保持命令信号经由所述级联通信电路被发送至各个所述集成电路(CC1～CCn)，其中，所述电压采样和保持命令信号命令各个所述集成电路(CC1～CCn)对各个所述电池模块(M1～Mn)内的一个或多个单元电池(1)的输出电压进行采样并保持；以及
在发送了所述电压采样和保持命令信号之后，将发送命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)，以使得所述发送命令信号经由所述级联通信电路被发送至各个所述集成电路(CC1～CCn)，其中，所述发送命令信号命令各个所述集成电路(CC1～CCn)将各自所保持的输出电压经由所述级联通信电路发送至所述控制器(10)。
2.根据权利要求1所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：判断所述电压采样和保持命令信号是否已到达位于所述下游端的集成电路(CC1)(S2)，并且在所述电压采样和保持命令信号到达位于所述下游端的集成电路(CC1)(S2)之前不输出所述发送命令信号。
3.根据权利要求1或2所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：在所述电池模块(M1～Mn)未经受电负载的状态下，将所述电压采样和保持命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)。
4.根据权利要求3所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述电池模块(M1～Mn)经由中继器(4)连接至电负载(2)，并且
所述控制器(10)还被编程为：一旦所述中继器(4)从断开切换为接通，就将所述电压采样和保持命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)。
5.根据权利要求1或2所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：在所述电池模块(M1～Mn)经受到电负载的状态下，将所述电压采样和保持命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：计算从所述集成电路(CC1～CCn)输入的所述电池模块(M1～Mn)的输出电压的总值(Vcellsum)(S4)，并且当所述总值(Vcellsum)低于阈值(Vmin)时(S5)限制连接至所述电池模块(M1～Mn)的电负载(2)的操作(S6)。
7.根据权利要求5或6所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述电池模块(M1～Mn)包括分别连接至所述单元电池(1)的电阻(5)，所述电阻(5)调节所述单元电池(1)的充电量。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，还包括整体输出电压检测电路(20)，所述整体输出电压检测电路(20)检测所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vsum)，并且
所述控制器(10)还被编程为：计算从所述集成电路(CC1～CCn)输入的所述单元电池(1)的输出电压的总值(Vcellsum)(S15)，并且当所述总值(Vcellsum)与所述整体输出电压(Vsum)之差大于恒定值(C)时(S16)，判断为所述电池模块(M1～Mn)异常(S17)。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述电池模块(M1～Mn)连接至电负载(2)，并且
所述控制器(10)还被编程为：
在所述电负载(2)不工作的状态下，当任意所述单元电池(1)的输出电压低于或等于第一过放电阈值电压(Va)时(S34，S36)，判断为所述电池模块(M1～Mn)异常(S37)；以及
在所述电负载(2)工作的状态下，当任意所述单元电池(1)的输出电压低于或等于第二过放电阈值电压(Vb)时(S34，S39)，判断为所述电池模块(M1～Mn)异常(S37)，
其中，所述第二过放电阈值电压(Vb)被设置为低于或等于所述第一过放电阈值电压(Va)。
10.根据权利要求9所述的电池电压监视装置，其特征在于，还包括温度传感器(7)，所述温度传感器(7)检测所述电池模块(M1～Mn)的温度，并且
所述控制器(10)还被编程为：当所述电池模块(M1～Mn)的温度等于或高于恒定温度时，不进行基于所述单元电池(1)的输出电压与所述第一过放电阈值电压(Va)或所述第二过放电阈值电压(Vb)之间的比较来判断所述电池模块(M1～Mn)的异常。
11.根据权利要求9或10所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：当所述控制器(10)判断所述电池模块(M1～Mn)是否异常时，即使在所述电负载(2)接通之后，只要将所述集成电路(CC1～CCn)所保持的输出电压发送至所述控制器(10)的发送尚未完成(S34，S38)，当任意所述单元电池(1)的输出电压低于或等于所述第一过放电阈值电压(Va)时(S36)，就判断为所述电池模块(M1～Mn)异常(S37)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：当所述控制器(10)判断所述电池模块(M1～Mn)是否异常时，即使在所述电负载(2)断开之后，只要将所述集成电路(CC1～CCn)所保持的输出电压发送至所述控制器(10)的发送尚未完成(S35，S40)，当任意所述单元电池(1)的输出电压低于或等于所述第二过放电阈值电压(Vb)时(S41)，就判断为所述电池模块(M1～Mn)异常(S42)。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，还包括整体输出电压检测电路(20)，所述整体输出电压检测电路(20)检测所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vsa，Vsb)，并且
所述控制器(10)还被编程为：在假定将所述集成电路(CC1～CCn)所保持的所述单元电池(1)的输出电压发送至所述控制器(10)所需的时间是第二循环周期(T2)的情况下，以与比所述第二循环周期(T2)短的第一循环周期(T1)相对应的间隔，基于从所述集成电路(CC1～CCn)以与所述第二循环周期(T2)相对应的间隔发送来的输出电压、以及所述整体输出电压检测电路(20)以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vsa，Vsb)，来计算所述单元电池(1)的输出电压。
14.根据权利要求13所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔，基于在前一个与所述第二循环周期(T2)相对应的间隔内从所述集成电路(CC1～CCn)发送至所述控制器(10)的输出电压的最大值(VH1)和最小值(VL1)、以及所述整体输出电压检测电路(20)以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vsa，Vsb)，来计算各个所述单元电池(1)的输出电压。
15.根据权利要求14所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述控制器(10)还被编程为：
计算通过将在前一个与所述第二循环周期(T2)相对应的间隔内从所述集成电路(CC1～CCn)发送至所述控制器(10)的输出电压中的最大值(VH1)与所述电池模块(M1～Mn)的所述单元电池(1)的数量(n)相乘所获得的值与所述整体输出电压检测电路(20)在所述控制器(10)将所述电压采样和保持命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)的时刻检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vs1)之差，作为最大电池电压偏差(VdH1)；
计算通过将在前一个与所述第二循环周期(T2)相对应的间隔内从所述集成电路(CC1～CCn)发送至所述控制器(10)的输出电压中的最小值(VL1)与所述电池模块(M1～Mn)的所述单元电池(1)的数量(n)相乘所获得的值与所述整体输出电压检测电路(20)在所述控制器(10)将所述电压采样和保持命令信号输出至位于所述上游端的集成电路(CC3，CCn)的时刻检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vs1)之差，作为最小电池电压偏差(VdL1)；
以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔，使用所述整体输出电压检测电路(20)以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vsa，Vsb)、以及所述最大电池电压偏差(VdH1)，来计算最大电池输出电压(VHa，VHb)；以及
以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔，使用所述整体输出电压检测电路(20)以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(Vsa，Vsb)、以及所述最小电池电压偏差(VdL1)，来计算最小电池输出电压(VLa，VLb)。
16.根据权利要求15所述的电池电压监视装置，其特征在于，还包括电流传感器(8)，所述电流传感器(8)检测所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电流(Ib)，
其中，所述控制器(10)还被编程为：
以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔，根据在所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压不为0的状态下检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(VS2)、在前一个与所述第二循环周期(T2)相对应的间隔内从所述集成电路(CC1～CCn)发送至所述控制器(10)的输出电压的最大值(VH1)、以及所述最大电池电压偏差(VdH1)，来计算与最大电池电压相对应的内部阻抗偏差(RdH2)；
以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔，根据在所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压不为0的状态下检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压(VS2)、在前一个与所述第二循环周期(T2)相对应的间隔内从所述集成电路(CC1～CCn)发送至所述控制器(10)的输出电压的最小值(VL1)、以及所述最小电池电压偏差(VdL1)，来计算与最小电池电压相对应的内部阻抗偏差(RdL2)；以及
以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔，根据以下的等式(A)和(B)来计算最大电池输出电压(VHb)和最小电池输出电压(VLb)：
VHb＝(Vsb+VdH1+RdH2×Ib)/n    (A)
VLb＝(Vsb-VdL1-RdL2×Ib)/n    (B)
其中，
VHb＝以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔计算出的最大电池电压；
VLb＝以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔计算出的最小电池电压；
Vsb＝以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电压；
VdH1＝最大电池电压偏差；
RdH2＝与所述最大电池电压相对应的内部阻抗偏差；
Ib＝以与所述第一循环周期(T1)相对应的间隔检测到的所述电池模块(M1～Mn)的整体输出电流；
n＝所述电池模块(M1～Mn)中的所述单元电池(1)的数量；以及
RdL2＝与所述最小电池电压相对应的内部阻抗偏差。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，所述第一循环周期(T1)被设置为等于将所述集成电路(CC1～CCn)所保持的输出电压发送至所述控制器(10)的间隔。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，各个所述电池模块(M1～Mn)中的所述单元电池(1)串联连接。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电池电压监视装置，其特征在于，位于所述级联通信电路的所述下游端的集成电路(CC1)被配置为将所述电压采样和保持命令信号发送至所述控制器(10)，并且
所述控制器(10)还被编程为：当所述电压采样和保持命令信号从位于所述级联通信电路的所述下游端的集成电路(CC1)输入至所述控制器(10)中时，判断为所述电压采样和保持命令信号已被发送至位于所述级联通信电路的所述下游端的集成电路(CC1)。
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