CN103424709A - 半导体器件和电压测量装置 - Google Patents

半导体器件和电压测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103424709A
CN103424709A CN2013101779969A CN201310177996A CN103424709A CN 103424709 A CN103424709 A CN 103424709A CN 2013101779969 A CN2013101779969 A CN 2013101779969A CN 201310177996 A CN201310177996 A CN 201310177996A CN 103424709 A CN103424709 A CN 103424709A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage measurement
control module
voltage
signal
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013101779969A
Other languages
English (en)
Inventor
牧野良成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Publication of CN103424709A publication Critical patent/CN103424709A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/18—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of DC into AC, e.g. with choppers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/364—Battery terminal connectors with integrated measuring arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/371—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with remote indication, e.g. on external chargers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

本公开涉及半导体器件和电压测量装置。在包括多级式串联的多个电池单元的组合电池中，每个电压测量单元包括：测量所述多个电池单元的电压的模拟前端单元，用于与公共总线连接的接口单元，控制所述模拟前端单元和所述接口单元的电压测量控制单元，以及允许所述电压测量控制单元和所述接口单元在彼此绝缘的状态所述电压测量控制单元和所述接口单元之间的通信。电压测量单元中的每个电压测量单元的接口单元是电绝缘的，从而它可以与包括电池系统控制单元的电气系统的低电压电源系统耦合。由于所述接口单元和所述电池系统控制单元之间没有电势差，因此它们可以经由所述公共总线彼此耦合。

Description

半导体器件和电压测量装置
相关申请的交叉引用
通过引用将2012年5月15日提交的申请号为2012-111212的日本专利申请的公开（包括说明书、附图、以及摘要）全部并入在此。
技术领域
本发明涉及一种用于测量多个串联电压电源中的每一个电压电源产生的电压并且收集测量结果的装置，本发明特别适合应用于构成这种装置的半导体器件。
背景技术
目前，不仅汽车制造厂而且许多其它企业和组织也正在开发各种电动车辆，每种电动车辆通过马达驱动而行进。驱动电动车辆的马达需要能够供应几百伏特的车载高电压电源。这种电源是通过由多个串联的电池单元组成的电池系统来实现的，该多个串联的电池单元中的每个电池单元能够产生大约几伏特的电压。这种要在不同的条件下（例如，在行进的车辆中或者在正在被充电时）使用的电池系统要求以高准确度测量多个串联的电池单元中的每个电池单元的电压，以使得能够监视该电池系统的状态（例如，过度充电状态、过度放电状态、和电池电平）。如果电池系统引出异常状态，则可能导致严重的事故发生，诸如，着火或爆炸。因此，为了安全地操作电池系统，有必要发送关于电池系统的状态（诸如，电压测量装置测量的多个电池单元中的每个电池单元的电压）的数据至系统控制装置，以实时核对该数据并且基于该数据适当地控制该电池系统。
如果某人触摸具有高电压的组合电池，那么他或她可能会遭受到电力的严重伤害。因此，有必要使诸如用于电动车辆的组合电池、经由导电线与该组合电池耦合的马达、以及驱动该马达的反相电路之类的零件与车辆的低电压电气系统电隔离，该低电压电气系统包括以与被用作公共的基准电势的车身耦合的状态操作的零件。在包括于电压测量装置中用于分别测量多个电池单元的电压的多个电压测量单元中，用于测量该组合电池的高电势侧的电池单元的电压的那些电压测量单元在电势上比低电势电气系统高出几百伏特。因此，需要使从系统控制装置发送至电压测量装置的控制信号与从电压测量装置传输至系统控制装置并且表示电压测量装置收集的组合电池电压数据的信号电隔离。
在针对电池系统中的数据传输提出的相关配置中，系统控制装置和多个电压测量单元经由配备有用于电绝缘的绝缘元件（诸如，光电耦合器）的通信路径一对一地耦合。
在公开号为平11（1999）-196537的日本未审专利公开中，公开了一种包括多级式串联的多个电池单元的组合电池系统。在该组合电池系统中，多个电池模块中的每个电池模块个体地测量多个电池单元的电压，并且通过总线且经由绝缘元件耦合至用于系统控制的微型计算机。每个电池模块配备有用于个体地测量多个电池单元的电压的电压检测器和耦合至电压检测器的微型计算机。由每个电池模块个体地测量的电池单元的电压通过总线且经由绝缘元件被传输到用于系统控制的微型计算机。该用于系统控制的微型计算机配备有通信端口，该通信端口的数目等于与其耦合的电池模块的数目。电池模块通过总线一对一地与通信端口耦合（如在专利文献中所提及的）。电池模块测量多级式串联的多个电池单元的电压，使得它们在电势上互不相同。位于高电势侧的电池模块在电势上达到几百伏特。另一方面，用于系统控制的微型计算机被布置在低电压侧，该低电压侧的电势接近车身的电势。由此，使用诸如光电耦合器之类的绝缘元件使每个总线电隔离。
在公开号为2003–70179的日本未审专利公开中，公开了一种电池系统，其中，替代使所有的电池模块通过总线（使用绝缘元件使每个总线绝缘）与用于系统控制的微型计算机一对一地耦合，仅仅一些电池模块与用于系统控制的微型计算机一对一地耦合，而其它电池模块在不被绝缘的情况下分别与相邻的电池模块耦合。与相邻的电池模块耦合的那些电池模块在电势上互不相同，但是任何两个相邻的电池模块之间的电势差并不大，使得不涉及绝缘元件地在它们之间传输由电流表示的信息。这样，可以减少使用绝缘元件绝缘的通信路径的数目，以降低成本。在公开号为2003–70179的日本未审专利公开中提及的具有绝缘元件的通信路径（尽管不被称为总线）具有与在公开号为平11(1999)-196537的日本未审专利公开中提及的总线的功能类似的功能。
在公开号为2008-131670的日本未审专利公开中，公开了一种包括多级式串联的多个电池单元的组合电池系统。在该组合电池系统中，用于个体地测量多个电池单元的电压的多个智能检测模块经由绝缘元件与耦合至中央微型计算机的多路复用器一对一地串联。在这种配置中，通过该智能检测模块和该中央微型计算机以分散的方式控制该系统。该智能检测模块与多级式串联的电池单元耦合，其中该智能检测模块与该多级对应，使得该智能检测模块在电势上互不相同。尽管该智能检测模块经由多路复用器与中央微型计算机耦合，但是它们基本上一对一地与该中央微型计算机进行通信。
发明内容
在上述相关领域的专利文件中公开的组合电池均由多级式串联的电池单元组成，并且在每个组合电池中，用于测量个体电池单元的电压的多个电池电压测量单元与用于系统控制的微型计算机一对一地耦合。当串联电池单元的级的数目增加到使该组合电池产生高电压时，有必要成比例地提高用于多个电池电压测量单元和用于系统控制的微型计算机之间的耦合的通信路径的数目。然而，增加通信路径的数目要求以相同的数目增加用于系统控制的微型计算机的通信端口数目，同时还增加组成通信路径的束线（wire harness）的量。这不可避免地增加了系统成本。
在下文中将描述用于解决上述问题的手段。根据以下描述和附图，本发明的其它目标和新颖特征将变得明了。
本发明的一个实施例如下。
在由多级串联的多个电池单元组成的组合电池中，均用于测量个体电池单元的电压的多个电压测量单元经由公共总线与电池系统控制单元耦合。每个所述电压测量单元均由用于测量各个电池单元的电压的模拟前端单元、用于所述电压测量单元和所述公共总线之间的连接的接口单元、用于控制所述模拟前端单元和所述接口单元的电压测量控制单元、以及用于准许电绝缘状态下所述电压测量控制单元和所述接口单元之间的通信的绝缘元件组成。
下面简要地描述上述实施例的效果。
多个电压测量单元中的每个电压测量单元的接口单元是电绝缘的，从而它可以与包括电池系统控制单元的电气系统的低电压电源系统耦合。由于接口单元和电池系统控制单元之间没有电势差，因此它们可以经由公共总线彼此耦合。通过经由公共总线耦合该多个电压测量单元和该电池系统控制单元，该电池系统控制单元不需要除了用于与该公共总线连接的通信端口以外的通信端口，并且除了公共总线以外不需要通信束线。这使得系统成本低。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的组合电池电压测量装置的方框图。
图2是根据本发明的第二实施例的组合电池电压测量装置的方框图。
图3是根据解决问题的手段的实施例的组合电池电压测量装置的方框图。
图4是示出接口单元6的一个实施例的方框图。
图5是示出根据本发明的第四实施例的接口单元6和绝缘体电路8的方框图。
图6是根据本发明的第四实施例的电力恢复控制序列的流程图。
图7是根据本发明的第五实施例安装的电压测量单元的俯视图。
图8是示出电压测量装置的应用的方框图。
具体实施方式
1.实施例的概述
首先，下面将概述在本申请中公开的典型的实施例。注意，在本发明的典型的实施例的以下概要描述中提及的（在括号中的）和在附图中使用的附图标记仅仅表示包括在可能的组成要素的概念内的示例性组成要素。
[1]<公共总线+收发机+绝缘体+电压测量控制单元>
半导体器件用于测量多个电池单元(B11至Bmn)中的每个电池单元的电压并且用于经由公共总线(9)传送测量结果至电池系统控制单元（1），该多个电池单元多级式串联在一起组成组合电池。
该半导体器件包括模拟前端单元(4)和电压测量控制单元(5)，该模拟前端单元(4)测量每个电池单元的电压，该电压测量控制单元(5)执行控制以将从该模拟前端单元输出的测量结果传送至该公共总线。该半导体器件进一步地包括接口单元(6)和绝缘元件(8)，该接口单元(6)可以使得在驱动该公共总线和将其与该公共总线的耦合设定为高阻抗之间进行切换，该绝缘元件(8)实现在彼此电绝缘的状态下电压测量控制单元和接口单元之间的通信。
在上述半导体器件中，该电池系统控制单元(1)无需除了用于与公共总线(9)连接的通信端口以外的通信端口，并且无需除了公共总线(9)以外的通信束线。这使得系统成本低。由于模拟前端单元(4)和电压测量控制单元(5)均布置在相对于绝缘体电路(8)的电池侧（以下可以简单地称为"电池侧"）并且包括在相同的供电系统中，因此可以通过各种方法降低功耗。
[2]<调节器（regulator）>
以上[1]中描述的半导体器件进一步地包括调节器(7)，该调节器(7)使来自电池单元的电力稳定并且将该电力供应给电压测量控制单元。该调节器具有用于供应电力至电压测量控制单元以及停止至电压测量控制单元的电力供应的电源控制信号(10)。
在以上[2]中描述的半导体器件中，可以执行电压测量，而不受到噪声的影响，例如，电池上的负荷的变化。此外，可以个体地或者集体地控制至模拟前端单元(4)、电压测量控制单元(5)、和绝缘体电路(8)的电力供应。这使得可以降低电压测量控制单元(2)的功耗。
[3]<电力供应/切断控制>
在以上[2]中描述的半导体器件中，基于从接口单元输出的接收信号(30)控制电源控制信号。
在以上[3]中描述的半导体器件中，可以基于由电池系统控制单元(1)经由公共总线传输的控制命令来控制用于个体电压测量单元(2_1至2_m)的电力供应的供应和切断。由此，在通过采用公共总线并且减少所需的束线使得系统成本低的同时，可以减少系统功耗。
[4]<电力恢复>
以上[3]中描述的半导体器件进一步地包括电力恢复控制电路(41)、电感耦合的绝缘元件(46)、以及峰值检测电路(47)。该电力恢复控制电路开始基于该接收信号输出第一交流信号。该电感耦合的绝缘元件将处于被在直流方面（DC-wise）绝缘的状态的第一交流信号转变成第二交流信号，并且将该第二交流信号传输至峰值检测电路。峰值检测电路在使第二交流信号整流和平滑之后使用该第二交流信号控制该电源控制信号。
在以上[4]中描述的半导体器件中，可以使用经由公共总线(9)传输的控制命令恢复已经切断的至电池侧的电力供应。
[5]<差分总线>
以上[1]中描述的半导体器件进一步地包括位于低电压侧的电源终端(VCC)，用于向接口单元供应电力。该接口单元具有差分驱动电路(包括23和25至28)和差分接收电路(24)。该差分驱动电路利用来自于低电压侧的电源终端的电力操作，并且要么利用差分信号驱动该公共总线要么输出高阻抗。该差分接收电路利用来自于低电压侧的电源终端的电力操作，并且接收来自该公共总线的差分信号。
在以上[5]中描述的半导体器件中，公共总线(9)的噪声抗扰性得到了提高。
[6]<CAN(控制器区域网)>
在以上[5]中描述的半导体器件中，差分驱动电路以符合CAN标准的方式驱动公共总线，并且从公共总线接受符合CAN标准的信号。
在以上[6]中描述的半导体器件中，可以进一步地改善通信可靠性。这是因为CAN(控制器区域网)指定如下通信数据配置，在该通信数据配置中，可以检测并且校正比特差错（bit error）和突发差错（bursterror）（如果包含在通信数据中）。
[7]<SiP(系统封装)>
在以上[1]中描述的半导体器件中，模拟前端单元、电压测量控制单元、接口单元、以及绝缘元件被集成在相同的封装中。
以上[7]中描述的半导体器件使得可以通过使部件变小来降低系统成本，并且还可以减少安装衬底所需要的面积。
[8]<微型隔离器>
在以上[7]中描述的半导体器件中，绝缘元件是形成在半导体衬底之上的变压器，其中变压器的初级侧和次级侧跨越绝缘层彼此绝缘并且电压测量控制单元也形成在该半导体衬底之上。
以上[8]中描述的半导体器件使得可以通过使部件变小来降低系统成本，并且还可以减少安装衬底所需要的面积。
[9]<SOI(绝缘体上硅配置)>
在以上[7]中描述的半导体器件中，绝缘元件是形成在半导体衬底之上的变压器，其中变压器的初级侧和次级侧跨越绝缘层彼此绝缘。此外，电压测量控制单元、绝缘元件、以及接口单元形成在相同的SOI衬底之上，电压测量控制单元和接口单元形成在彼此绝缘的阱（well）上。
以上[9]中描述的半导体器件使得可以通过使部件变小来降低系统成本，并且还可以减少安装衬底所需要的面积。
[10]<电压测量装置(组合电池+电压测量单元+公共总线+电池系统控制单元)>
电压测量装置包括多个电压测量单元(2_1至2_m)、使该电压测量单元相互耦合的公共总线(9)、以及与该公共总线耦合的电池系统控制单元(1)，该多个电压测量单元与通过多级式串联组成组合电池的多个电池单元组(B11至B1n，B21至B2n，---Bm1至Bmn)对应。
该电压测量单元中的每一个包括模拟前端单元(4)和电压测量控制单元(5)，该模拟前端单元(4)测量包括在相应的一个电池单元组中的每个电池单元的电压，该电压测量控制单元(5)执行控制以将从该模拟前端单元输出的测量结果传送至该公共总线。该电压测量单元中的每一个进一步地包括接口单元(6)和绝缘元件(8)，该接口单元(6)可以使得在驱动该公共总线和将其与该公共总线的耦合设定为高阻抗之间进行切换，该绝缘元件(8)实现在彼此电绝缘状态下电压测量控制单元和接口单元之间通信。
在以上[10]中描述的电压测量装置中，电池系统控制单元(1)经由公共总线(9)传输控制命令至多个电压测量单元(2_1至2_m)。电压测量单元(2_1至2_m)中的每一个基于接收的控制命令而控制相应的模拟前端单元(4)，测量相应的电池单元组中的多个电池单元的电压，并且经由公共总线传输测量结果至电池系统控制单元(1)。
[11]<调节器>
在以上[10]中描述的电压测量装置中，电压测量单元中的每一个进一步地包括调节器(7)，该调节器(7)使从相应的一个电池单元组供应的电力稳定并且将该电力供应给电压测量控制单元。该调节器根据电源控制信号(10)供应和终止至电压测量控制单元的电力。
在以上[11]中描述的电压测量装置中，可以执行电压测量，而不受到噪声的影响，例如，电池上的负荷的变化。此外，可以个体地或者集体地控制至模拟前端单元(4)、电压测量控制单元(5)、和绝缘体电路(8)的电力供应。这使得可以降低电压测量控制单元(2)的功耗。
[12]<电力供应/切断控制>
在以上[11]中描述的电压测量装置中，电压测量单元中的每一个根据电池系统控制单元经由公共总线发出的控制命令而控制电源控制信号。
在以上[12]中描述的电压测量装置中，可以基于由电池系统控制单元(1)经由公共总线传输的控制命令来控制各个电压测量单元(2_1至2_m)的电力供应的供应和切断。由此，在通过采用公共总线并且减少所需的束线使得系统成本低的同时，可以减少系统功耗。
[13]<电力恢复>
在以上[12]中描述的电压测量装置中，电压测量控制单元可以基于控制命令输出用于终止至电压测量控制单元的电力的信号作为电源控制信号。电压测量单元中的每一个进一步地包括电力恢复控制电路(41)、电感耦合的绝缘元件(46)、以及峰值检测电路(47)。该电力恢复控制电路开始基于该控制命令输出第一交流信号。该电感耦合的绝缘元件将处于被在直流方面绝缘的状态的第一交流信号转变成第二交流信号，并且将该第二交流信号传输至峰值检测电路。峰值检测电路能够输出通过整流和平滑第二交流信号而生成的信号，作为电源控制信号，用于启动至电压测量控制单元的电力供应。
在以上[13]中描述的电压测量装置中，可以使用经由公共总线(9)传输的控制命令恢复已经切断的至电池侧的电力供应。
[14]<差分总线>
在以上[10]中描述的电压测量装置中，电压测量单元中的每一个进一步地包括调节器(7)，该调节器(7)使从相应的一个电池单元组供应的电力稳定并且将该电力供应给电压测量控制单元。
该接口单元被供应以恒定电压电力，该电池系统控制单元也被供应以该恒定电压电力。该接口单元具有差分驱动电路(包括23和25至28)和差分接收电路(24)。该差分驱动电路利用在低电压侧上供应的电力操作，并且要么利用差分信号驱动该公共总线要么输出高阻抗。该差分接收电路利用在低电压侧上供应的电力操作，并且接收来自该公共总线的差分信号。
在以上[14]中描述的电压测量装置中，公共总线(9)的噪声抗扰性得到了提高。
[15]<CAN(控制器区域网)>
在以上[14]中描述的电压测量装置中，包括该公共总线的网络符合CAN标准。
在以上[15]中描述的电压测量装置中，可以进一步地改善通信可靠性。这是因为CAN(控制器区域网)指定如下通信数据配置，在该通信数据配置中，可以检测并且校正比特差错和突发差错（如果包含在通信数据中）。
[16]<控制经由总的传输路径引起的至电压测量单元的电力的切断>
电压测量装置包括多个电压测量单元(2_9至2_m)和经由传输路径(9)与该电压测量单元耦合的电池系统控制单元，该多个电压测量单元与通过多级式串联组成组合电池的多个电池单元组(B99至B9n，B29至B2n，---Bm9至Bmn)对应。
电压测量单元均包括：测量相应的一个电池单元组中包括的每个电池单元的电压的模拟前端单元(4)，传输从该模拟前端单元输出的测量结果至传输路径的接口单元(6)，以及控制该模拟前端单元和该接口单元的电压测量控制单元(5)。电压测量单元均进一步地包括绝缘元件(8)和调节器(7)，该绝缘元件(8)允许在彼此电绝缘的状态下电压测量控制单元和接口单元之间的通信，该调节器(7)使从相应的一个电池单元组供应的电力稳定并且将该电力供应给电压测量控制单元。
调节器具有用于基于经由传输路径从电池系统控制单元发出的控制命令终止和启动至电压测量控制单元的电力供应的控制功能。
在以上[16]中描述的电压测量装置中，也可以利用经由不同于该公共总线的传输路径由电池系统控制单元(1)传输的控制命令来控制至电压测量单元(2_1至2_m)的电力的供应和切断。这使得可以降低电池系统控制单元(1)的功耗。
[17]<控制经由总的传输路径引起的至电压测量单元的电力的切断>
在以上[16]中描述的电压测量装置中，电压测量控制单元基于控制命令使至其的电力供应终止。
该电压测量单元均进一步地包括电力恢复控制电路(41)、电感耦合的绝缘元件(46)、以及峰值检测电路(47)。该电力恢复控制电路开始基于该控制命令输出第一交流信号。该电感耦合的绝缘元件将处于被在直流方面绝缘的状态的第一交流信号转变成第二交流信号，并且将该第二交流信号传输至峰值检测电路。峰值检测电路利用通过整流和平滑第二交流信号生成的信号使至电压测量控制单元的电力供应启动。
在以上[17]中描述的电压测量装置中，与可以利用经由不同于公共总线的传输路径传输的控制命令来恢复至电池侧（至该电池侧的电力供应已经切断）的电力供应。
2.实施例的细节
在详述本发明的实施例之前，以下将描述发明人所做的准备性研究以及通过该研究所发现的问题。
图3是根据解决问题的手段的实施例的组合电池电压测量装置的方框图。
在该组合电池电压测量装置中，组合电池由多个串联的电池单元B11至Bmn组成，并且测量该组合电池的每个电池单元B11至Bmn的电压，用于由电池系统控制单元1进行监视与控制。该组合电池包括m个电池单元组，每个电池单元组具有n个串联电池单元。该m个电池单元组配备有电压测量单元2_1至2_m。该电压测量单元2_1至2_m不是一对一地而是集体地经由公共总线9分别与电池系统控制单元1耦合。
每个电压测量单元2_1至2_m包括多路复用器（MUX）3、模拟前端（AFE）4、电压测量控制单元(CTL)5、接口单元6、调节器(Reg)7、以及绝缘体电路8。多路复用器3从n个电池单元中选择要测量的电池单元并且将该选择的电池单元耦合至模拟前端单元4。该模拟前端单元4包括模/数转换器。在电压测量控制单元5的控制下，模拟前端单元4测量多路复用器3选择的电池单元的电压并且在将电压测量转换成数字值之后输出该电压测量。例如，该电压测量控制单元5是与电池系统控制单元1通信的微型计算机(或微控制器)，并且基于公共总线9的协议控制通信。当接收到来自该电池系统控制单元1的控制命令时，该电压测量控制单元5解译该控制命令，并且通过控制该多路复用器3和该模拟前端单元4，收集电池电压测量值。电压测量控制单元5将该收集的测量值传输至电池系统控制单元1。绝缘体电路8包括绝缘元件、驱动该绝缘元件的驱动电路、以及检测电路。例如，该绝缘元件可以是光电耦合器、电感耦合的绝缘元件、或电容耦合的绝缘元件。
该接口单元6是满足针对公共总线9的物理和电气标准的总线收发器。根据相关领域的技术，电池系统控制单元1和每个电压测量单元2_1至2_m经由配备有绝缘元件的通信路径一对一地耦合，从而实现电绝缘状态下的通信。当要用公共总线替代通信路径时，引起了在哪里插入该绝缘元件的问题。公共总线要求如下状态，在该状态中，在不驱动公共总线的情况下输出高阻抗。此外，公共总线需要满足一些物理和电气标准。因此，简单地在接口单元6和公共总线9之间的耦合部分处插入绝缘元件不能满足针对该公共总线9的物理和电气标准。
由此，绝缘体电路8被插入在模拟前端单元4和电压测量控制单元5之间。这使得可以在电压测量控制单元5和公共总线9之间布置满足针对公共总线9的物理和电气标准的总线收发器，作为该接口单元6。
通过经由公共总线9耦合的多个电压测量单元2和电池系统控制单元1，该电池系统控制单元1无需除了用于与公共总线(9)连接的通信端口以外的通信端口，并且无需除了公共总线9以外的通信束线。这使得系统成本低。
然而，在模拟前端单元4和电压测量控制单元5之间插入绝缘体电路8引起了如下问题，即，需要大量的绝缘元件。通常，模/数转换器提供多比特并行输出（multiple bit parallel output），使得需要至少与模/数转换器的比特的数目的相同的数目的绝缘元件。此外，当涉及较大的电势差时，需要更大数目的绝缘元件。由此，有必要使用大的衬底区域用于安装许多绝缘元件和转换器操作所需的外部的外围部件，同时使它们分开足够的距离，以确保低电压侧和高电压侧之间的电绝缘。这样做需要高的成本并且增加了系统成本。
此外，为了实现其中绝缘体电路8是被插入在模拟前端单元4和电压测量控制单元5之间的配置,电压测量控制单元5还需要被供应有VCC、用于电气系统的低电压电源，电池系统控制单元1也被供应以该低电压电源。存在如下情况，在该情况中，由多级式串联的电池单元组成的组合电池输出多达几百伏特的高电压。参考图3所示的组合电池电压测量装置，电压测量单元2_1与电势最高的电池单元组B11至B1n耦合，使得该模拟前端单元4的接地电平具有高电势。由n个串联的电池单元组成的电池单元组B11至B1n输出几十伏特。电压测量单元2_1至2_m均配备有调节器7，该调节器7通过逐渐降低几十伏特产生供电电源VDD并且将该VDD供应给模拟前端单元4。
根据相关领域的技术，VDD被供应给模拟前端单元4和电压测量控制单元5。在公开号为平11(1999)-196537、2003-70179、和2008-131670的日本未审专利公开中描述的电池监测模块中，相当于上述电压测量控制单元5的电路(例如，微型计算机)与电池单元电压测量电路通信并且控制电池单元电压测量。这个相当于上述电压测量控制单元5的电路具有来自作为其电压测量的对象的电池单元的电力，用于执行操作。参考公开号为2003–70179的日本未审专利公开的图3，电源电路2通过使来自组成该组合电池的一部分的多个电池单元的电力稳定来产生供电电源VDD。参考公开号为2008-131670的日本未审专利公开的图3，来自组成该组合电池的一部分的多个电池单元的电力直接作为VCC供应，而无需使用任何电源电路。尽管没有电路被表示为电源电路，电池侧的电路所需的电力显然地由该电池供应，其中利用绝缘元件使该电池侧绝缘。
根据相关领域的技术，供电电源VDD从电池侧被供应至电压测量控制单元5。看起来，改变这种配置使得从电池系统控制系统1侧向电压测量控制单元5供应用于电气系统的电力VCC没有引起任何问题。
然而，作为发明人还考虑了组合电池电压测量装置要满足的其他规格而进行的精细研究的结果，已经发现这种配置变化引起了新的问题。也就是，当做出改变使得从电池系统控制单元1侧向电压测量控制单元5供应用于电气系统的电力VCC而无需供应电池的供电电源VDD至电压测量控制单元5时，通过暂时终止至电压测量单元2的内部电路的一部分的电力供应来降低功耗变得不可实施。
存在如下情况，在这些情况中，机动车在交付给买方之前被长时间地（例如，多达几个月）存放着。同时，当要长途运输许多机动车时，由于机动车的重量，运输工具可能限于船舶。这使得在运输期间机动车通常处于不用的的状态。还存在这样的情况，即，由于用户的某些原因，例如，当用户正在商务旅行时或者用户长时间住院时，用户将机动车长时间地存放着。在此情况下，可以由任何人（例如，用户或工人）拔出低风险低电压的铅蓄电池，以停止电池功耗，或者可以容易地在再一次使用该电池之前利用外部充电器对该电池进行充电。然而，在高电压组合电池的情况下，需要利用一种特殊的充电器对该电池进行充电。即使在电池没有被使用的期间，为了监控该电池的状态，也需要使电压测量装置定期地操作以发送关于该电池的数据至电池系统控制单元。这是因为有必要至少外部地监控电池以便检测该电池的异常状态(例如，由外物或过放电所引起的热量产生)，如果存在这种异常状态的话。即使当该电池没有被使用，其电力也被消耗。由此，需要尽可能地降低当电池不被使用时的电池功耗。在电池处于正常使用的期间，为了增加机动车的里程，需要使电压测量单元的功耗最小化。
在公开号为平11(1999)-196537、2003-70179、和2008-131670的日本未审专利公开中描述的电池监测模块中，例如，供电电源VDD从电池侧被供应至模拟前端单元和电压测量控制单元。因此，当多个电压测量单元不需要电力时可以个体地终止至该多个电压测量单元的电力供应。在图3所示的组合电池电压测量装置中，虽然可以个体地终止至模拟前端单元4的电力供应，但是不能个体地终止至电压测量控制单元5的电力供应，因为该多个电压测量单元2_1至2_m是集体供电。个体地终止至该多个电压测量单元的电力供应需要一种新的控制手段。
如上所述，已经发现有必要提供一种能够通过减少作为多个电压测量单元和电池系统控制单元之间的通信路径的束线来降低系统成本的电压测量装置，在该电压测量装置中，可以减少电压测量单元的功耗。
第一实施例<公共总线>
图1是根据本发明的第一实施例的组合电池电压测量装置的方框图。
在该组合电池电压测量装置中，组合电池由多个串联的电池单元B11至Bmn组成，并且测量该组合电池的每个电池单元B11至Bmn的电压，用于由电池系统控制单元1进行监视与控制。该组合电池包括m个电池单元组，每个电池单元组具有n个串联电池单元。该m个电池单元组配备有电压测量单元2_1至2_m。该电压测量单元2_1至2_m不是一对一地而是集体地经由公共总线9分别与电池系统控制单元1耦合。
每个电压测量单元2_1至2_m(以下共同地称作"电压测量单元2"或者个体地称作"电压测量单元2"）包括多路复用器3、模拟前端4、电压测量控制单元5、接口单元6、以及绝缘体电路8。多路复用器3从n个电池单元中选择要测量的电池单元并且将该选择的电池单元耦合至模拟前端单元4。该模拟前端单元4包括模/数转换器。在电压测量控制单元5的控制下，模拟前端单元4测量多路复用器3选择的电池单元的电压并且在将电压测量转换成数字值之后输出该电压测量。例如，该电压测量控制单元5是微型计算机，并且基于该公共总线9的协议控制与电池系统控制单元1的通信。在执行通信控制时，电压测量控制单元5解译从电池系统控制单元1接收的控制命令，通过控制多路复用器3和模拟前端单元4收集电池电压测量值，以及传输所收集的电压测量值至电池系统控制单元1。绝缘体电路8包括绝缘元件、驱动该绝缘元件的驱动电路、以及检测电路。例如，该绝缘元件可以是光电耦合器、电感耦合的绝缘元件、或电容耦合的绝缘元件。
该接口单元6是满足针对公共总线9的物理和电气标准的总线收发器。在根据相关领域的技术的上述组合电池电压测量装置中，电池系统控制单元1和每个电压测量单元2_1至2_m经由配备有绝缘元件的通信路径一对一地耦合，从而实现电绝缘状态下的通信。如已经研究过的，简单地用公共总线替换各个通信路径不会使得满足针对公共总线9的标准。因此，在本实施例中，绝缘体电路8被插入在接口单元6和电压测量控制单元5之间。这使得接口单元6可以用作满足针对公共总线9的物理和电气标准的总线收发器。通过经由公共总线9耦合的多个电压测量单元2和电池系统控制单元1，该电池系统控制单元1无需除了用于与公共总线9连接的通信端口以外的通信端口，并且无需除了公共总线9以外的通信束线。这使得系统成本低。
图8是示出电压测量装置的应用的方框图。马达60和马达驱动逆变器61与组合电池耦合，该组合电池向马达60和马达驱动逆变器61供应电力。测量组合电池的每个电池单元B11至Bmn的电压，用于由电池系统控制单元1进行监控。测量分组的电池单元B11至B1n、B21至B2n、---Bm1至Bmn的电压测量单元2_1至2_m被布置为靠近该分组的电池单元。在机动车的情况下，该分组的电池单元B11至B1n、B21至B2n、---、Bm1至Bmn被广泛地布置在例如座椅下。如果在这种情况下该电池单元组是一对一地与电池系统控制单元1耦合的话，那么可能需要总长度多达几米的布线。在这种情况下利用公共总线可以实现以横贯（traversely）的方式布线所有的该分组的电池单元B11至B1n、B21至B2n、---、Bm1至Bmn，从而形成连续的布线路径。这可以使布线的总长度减少一半或者更多。
根据第一实施例，如图1所示，模拟前端单元4和电压测量控制单元5两者都被布置在相同的供电系统中，从绝缘体电路8看出去时位于电池单元侧。这使得可以以多种方式降低功耗。例如，通过采取一些或所有以下方法可以减少组合电池的功耗。
在其中没有在电池系统控制单元1的控制下执行通信的期间，终止模拟前端单元4、电压测量控制单元5和绝缘体电路8的操作。这可以降低模拟前端单元4和电压测量控制单元5的功耗。此外，这还使得可以降低绝缘体电路8的待机电流（例如，差分电路的偏置电流或空闲电流），并且在将光电耦合器用作绝缘元件的情况下，还可以降低该光电耦合器的暗电流。
--当处于如下状态时，即，正在等候要从电池系统控制单元1输入的控制命令，那么终止接口单元6和绝缘体电路8的传输侧上的偏压供应和操作。反之，当处于传输状态时，终止接口单元6和绝缘体电路8的接收侧的偏压供应和操作。
--使用微型计算机作为该电压测量控制单元5并且利用定时器，使得该模拟前端单元4定期地测量电池单元电压，并且当不执行电池单元电压测量时，终止至该模拟前端单元4的电力供应。当模拟前端单元4致力于电池单元电压测量时，使用作电压测量控制单元5的微型计算机进入休眠模式或待机模式。当暂时停止电压测量控制单元5时，终止至驱动该绝缘体电路8的电路的电力供应。
--取决于通信速度设置，适当地调整偏置电流或者切换至针对低速通信调整的电路。
第二实施例<调节器>
图2是根据本发明的第二实施例的组合电池电压测量装置的方框图。
在第二实施例的组合电池电压测量装置中，如同在第一实施例的组合电池电压测量装置中，组合电池由多个串联的电池单元B11至Bmn组成，并且测量每个电池单元B11至Bmn的电压，用于由电池系统控制单元1进行监视与控制。第二实施例的组合电池电压测量装置与第一实施例的组合电池电压测量装置的不同之处在于，电压测量单元2_1配备有调节器7。调节器7逐步降低由n个串联电池单元B1a至B1n产生的数十伏特的电压，并且将逐步降低的电压作为供电电源VDD供应至模拟前端单元4和电压测量控制单元5。按照与电压测量单元2_1相同的方式配置其它电压测量单元2_2至2_m。
例如，组合电池中串联的单元(电池单元）的数目取决于输出电压规格，从而串联的电池单元的数目不是必须可被电压测量单元2的数目除尽。也就是，在各个电压测量单元之间，电池单元组中串联的电池单元所产生的电压可以不同。此外，该电压很大程度上随着负荷变化，并且当该负荷是电感的，类似马达，那么该负荷可能很大程度上随着反电动势变化。其它噪声也可以导致电势在沿着串联的电池单元的点之间变化。
根据第二实施例，调节器7使各电池单元组中串联的电池单元产生的电压稳定，产生供电电源VDD并且将该供电电源VDD供应至模拟前端单元4和电压测量控制单元5。这使得可以在不受诸如电池负荷变动之类的噪声的影响下测量电池单元电压。
可以个体地或者集体地控制至模拟前端单元4、电压测量控制单元5、和绝缘体电路8的电力供应，并且输入电源控制信号10至调节器7。当个体地控制至它们的电力供应时，精细的电源控制使得可以有效地减少功耗，例如，通过当模拟前端单元4致力于电池电压测量时终止至电压测量控制单元5和绝缘体电路8的电力供应，或者通过当正在执行通信时终止至模拟前端单元4的电力供应。当终止全部电力供应时，终止调节器7的电源稳定化操作进一步地降低了功耗。
基于电池系统控制单元1传输的命令信号控制电源控制信号10。电池系统控制单元1经由公共总线9传输控制命令至电压测量单元2_1至2_m。在电压测量单元2_1至2_m的每一个中，电压测量控制单元5解译从电池系统控制单元1接收的控制命令并且生成电源控制信号10。从即使当切断至电压测量控制单元5的电力供应时仍保持适当的电势水平的电路输出该电源控制信号10。例如，该电路是电池供电的寄存器电路或设置/重置触发器电路。用于切断至电压测量控制单元5的电力供应的值可以在这种电路中由电压测量控制单元5自身来设定。然而，用于恢复至电压测量控制单元5的电力供应的值则不能在这种电路中由未被供电的电压测量控制单元5来设定。为了恢复至电压测量控制单元5的电力供应，提供另一个电路，该电路解译经由公共总线9从电池系统控制单元1传输且由接口单元6接收的控制命令，并且该电路基于该控制命令在上述电路中设定用于恢复至电压测量控制单元5的电力供应的值。稍后将结合后续的实施例详细地描述该操作的具体例子。
如上所述，可以根据经由公共总线9从电池系统控制单元1接收的控制命令而控制至电压测量单元2_1至2_m的电力供应的供应和切断。因此，如上所述利用公共总线可以减少要使用的束线，从而最终降低系统成本和功耗。
第三实施例<差分总线和CAN（控制器区域网)>
图4是示出接口单元6和绝缘体电路8的实施例的方框图。
在第三实施例中，当公共总线9是差分总线时，接口单元6驱动该差分总线并且接收经由该差分总线进入的信号。在第三实施例中，经由该差分总线接收的信号在正侧上被假定为是CANH21，在负侧上被假定为是CANL22。
该接口单元6是一种众所周知的CAN收发机。它包括：接收作为差分输入的正CANH21和负CANL22的接收电路24，驱动该正CANH21的上臂晶体管25，以及驱动该负CANL22的下臂晶体管28。提供二极管26和27，用于防止反向电流。晶体管25和28均由传输电路23驱动。当晶体管25和28均被截止时，从接口单元6至公共总线9的输出的阻抗变高，使得允许另一个接口单元的收发机驱动公共总线9。
从电压测量控制单元5输出的串行发送数据被输入至高电势侧上的发送数据输入端39。该输入的串行发送数据在放大器31处被放大，然后被输入至绝缘元件32。作为示例，图4所示的绝缘元件32表示变压器，该变压器是一个电感耦合的绝缘元件。其初级侧和二次侧彼此直流电隔离的变压器传递交流信号。从变压器的二次侧输出的串行发送数据通过滤波器33和波形整形电路34，以被整形为脉冲波形，然后作为低电势侧上的发送数据29被输入至包括在接口单元6中的传输电路23。
低电势侧上的接收数据30被输入至放大器35处的绝缘元件36的初级侧，然后被转入至二次侧，其中，该低电势侧上的接收数据30是从包括在接口单元6中的接收电路24输出的。随后，该接收数据30通过滤波器37和波形整形电路38被整形为脉冲波形，然后作为串行接收数据被输入至电压测量控制单元5。
在每个变压器（即，电感耦合的绝缘元件32和36）中，初级侧电势取决于与电压测量单元2耦合的电池单元的位置为高，但是也包括该电池系统控制单元1的电气系统中的二级侧的电势水平为低。由此，向比电感耦合的绝缘元件32和36更靠近公共总线9的电路供应供电电源VCC，并且向包括电池系统控制单元1的电气系统供应GND。
利用差分总线（尤其是CAN）作为公共总线9产生以下效果。
即使当两个电压测量点之间存在大的电势差时，也可以使相关的通信输入/输出信号与电池系统控制单元在电势水平上相同，从而使能电压通信，而无需利用电流来表示信息。
利用差分总线增强了公共总线的噪声抗扰性。
利用CAN(控制器区域网)改善了通信可靠性，在该CAN中可以检测并且校正比特差错和突发差错（如果包含在通信数据中的话）。
然而，并非一定要执着于CAN，只要将要使用的通信系统可以通过与以上描述的手段类似的手段改善通信可靠性即可。例如，可以使用能够高速传输数据的拐射线系统（FlexRay system），而该拐射线系统比CAN复杂得多。利用不被要求实现多个主控制下的媒体存取的系统配置，可以实现通过采取主/从控制来降低成本。
尽管图4所示的示例性电路包括由电感耦合的绝缘元件组成的变压器作为绝缘元件32和36，绝缘元件32和36也可以是电容耦合的绝缘元件或光电耦合器。
第四实施例<电力恢复>
在每个电压测量单元2的电池侧和总线侧通过绝缘体电路8彼此绝缘的情况下，可以切断电池侧的至模拟前端单元4和电压测量控制单元5的电力供应，从而减少功耗。然而，在那种情况下，有必要考虑如何恢复该电力供应。即使当接口单元6经由公共总线9接收到用于恢复至模拟前端单元4和电压测量控制单元5的电力供应的控制命令，由于响应这种控制命令执行控制的电路在电池侧没有被供应电力，该电路无法正常操作。下面将描述可以用来解决这个问题的控制序列和电路。
图5是示出可以响应经由公共总线接收的控制命令恢复至电压测量单元2的电池侧的电力供应的绝缘体电路8和接口单元6的实施例的方框图。图6是用于恢复电力供应的控制序列的流程图。
与图4所示的绝缘体电路8相比较，图5所示的绝缘体电路8另外还包括绝缘元件46、用于在总线侧检测用于电力恢复的控制命令的电路、以及用于经由绝缘元件46转移这种控制命令的检测结果至电池侧的电路。该绝缘体电路8的传输系统和接收系统分别配备有使能逻辑电路42和43。包括在绝缘体电路8中的恢复控制电路41从接口单元6的接收电路24检测用于恢复至电池侧的电力供应的控制命令，并且输出该检测结果至振荡器44。响应于从该恢复控制电路41接收的检测信号，振荡器44开始振荡，引起振荡信号经由放大器45和绝缘元件46被传输到电池侧。在绝缘元件46的二次侧与峰值检测电路47耦合的情况下，所接收的振荡信号通过检测和平滑处理被转换成直流电，由此导致启动用于恢复至电池侧的电力供应的控制，例如，通过激活调节器。指示至电池侧的电力供应的恢复的信号从高电势侧上的发送数据输入端39经由绝缘元件32被反馈回恢复控制41。基于所接收的信号，恢复控制电路41使传输系统中的使能逻辑电路42和接收系统中的使能逻辑电路43都进入使能状态。
当电池侧部分地被供应以电力时，可以利用电感耦合的绝缘元件操作用于对信号进行整形的电路，因此可以使用与用于接收系统中的滤波器和波形整形电路类似的滤波器37和波形整形电路38来启动用于恢复电池侧电力供应的控制。此外，可以使用光电耦合器作为绝缘元件46。当电池侧根本上没有被供应电力时，配置为有源电路元件的滤波器37和波形整形电路38是不可操作的。光电耦合器也不能使用。这是因为在没有电力供应的情况下是无法执行信号放大。
如结合本实施例所描述的，可以在至其的电力供应已经被切断的侧上生成控制信号。这个通过以下步骤来完成：采用电感耦合绝缘元件(变压器)作为绝缘元件46；利用交流信号(振荡信号）而不是单脉冲信号作为信息传输信号；以及在没有被供应电力的电感耦合的绝缘元件的二次侧上检测和平滑交流信号。
这种控制信号不必一定用于控制目的。例如，它可以用作用于操作电路的电源。或者，在不使用峰值检测电路的情况下，该控制信号可以用作交流信号，以作为开关电容器的时钟。当该控制信号仅用于恢复电力供应时，可以通过检测该电力供应的恢复并且，例如，利用与用来使能使能逻辑电路42和43相同的信号来终止振荡器44的操作。
尽管上述配置包括用来生成交流信号(振荡信号)的振荡器44，在诸如时钟信号之类的交流信号已经被提供给恢复控制电路的情况下，该交流信号可以被传输至电感耦合绝缘元件(变压器)46。在此情况下，振荡器44不是必需的。
下面参考图6描述电力恢复序列。
电池系统控制单元1使CAN总线(也就是，公共总线9）占主导(步骤71)。当使该总线占主导时，基于CAN标准该总线用于优先输出。当接收电路24检测到公共总线9的主导状态时(步骤72)，确定恢复控制电路41是否处于待机状态(步骤73)。当恢复控制电路41不是处于待机状态时，经由绝缘体电路8的接收系统输入0至电压测量控制单元5，以结束处理(步骤74)。当恢复控制电路41处于待机状态时，也就是，当在恢复控制电路41中保持至电池侧的电力供应被切断的状态时，处理前进至步骤75至78，以便恢复电力。
首先，恢复控制电路41使振荡器44操作(步骤75)。振荡信号经由放大器45和用作绝缘元件46的变压器被输入至峰值检测电路47。振荡器44生成的振荡信号使峰值检测电路47聚积电荷(步骤76)。当峰值检测电路47中聚积的电荷达到预定阀值(步骤77)时，调节器7被激活。结果，至电压测量控制单元5的电力供应被恢复，并且电压测量控制单元5开始操作(步骤78)。
已经重新开始操作的电压测量控制单元5经由绝缘体电路8的传输系统传输激活信号至恢复控制电路41(步骤79)。恢复控制电路41进入激活状态，并且将包括在绝缘体电路8的接收系统中的使能逻辑电路43切换至使能状态，还将包括在绝缘体电路8的传输系统中的与CAN收发机耦合的使能逻辑电路42切换至使能状态(步骤80)。
这样，可以利用符合CAN标准的控制命令来恢复至每个电压测量单元2的电池侧的电力供应。
通过第二和第三实施例，已经描述了如下电压测量装置，在该电压测量装置中，利用经由公共总线9从电池系统控制单元1传输的控制命令来控制至电压测量单元2_1至2_m中每一个的电力供应的切断和恢复。用于控制电力供应的恢复和切断的方法不受电池系统控制单元1和电压测量单元2_1至2_m之间的通信格式的限制。该控制方法还适用于其中基于相关领域的技术电池系统控制单元1和电压测量单元2_1至2_m一对一地耦合的情况。
第五实施例<<SiP(系统封装)和微型隔离器>
图7是根据本发明的第五实施例安装在衬底上的电压测量单元的俯视图。
参考图7,电压测量单元2包括利用SiP(系统封装)技术安装在衬底51上的两个半导体集成电路装置52和53。在该半导体集成电路装置52中形成电感耦合绝缘元件54(微型隔离器)。电感耦合绝缘元件54与电压测量控制单元5耦合。该半导体集成电路装置52还包括集成在其内的模拟前端单元4和调节器7。该半导体集成电路装置53包括接口单元6。可以通过以下方式实现该电感耦合绝缘元件54，即,利用用于半导体加工的多层布线技术,在两个布线层上形成两个螺旋缠绕的线圈使得这两个线圈跨越布置在它们之间的绝缘层彼此相对。如此布置的线圈形成了一个变压器,并且以交流的方式电感耦合。尽管在图7中仅示出了一个变压器，但是可以有多于一个的变压器。未在图7中示出的放大器31和35、滤波器33和37、以及波形整形电路34和38包括在半导体集成电路52或53中。
上述配置使得可以使组成部件更小以降低成本并且使得可以减少安装该装置所需的衬底区域。
此外，在相同的SOI(绝缘体上硅)衬底上形成半导体集成电路装置52和53，即，将所有组成部件集成在单个芯片上，使得可以使组成部件进一步地变小，并且进一步地降低安装该装置所需的衬底区域。
已经基于实施例对本发明的发明人所做出的发明进行了详细地描述，但是本发明并不局限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下按照多种方式改变。
已经描述了应用于由多级式串联的单元(电池单元）组成的组合电池的电压测量装置。电池单元可以有效地应用于诸如锂离子电池或镍氢电池之类的二次电池，以用于监控该电池的充电/放电状态。此外，电池单元可以有效地应用于电压测量装置，以测量多级式串联的电源的电压，例如，由串联的初级电池单元组成的组合电池的电压。

Claims (17)

1.一种半导体器件，用于测量多个电池单元中的每个电池单元的电压并经由公共总线传送测量结果至电池系统控制单元，所述多个电池单元多级式串联在一起组成组合电池，所述半导体器件包括∶
模拟前端单元，所述模拟前端单元测量每一个所述电池单元的电压；
电压测量控制单元，所述电压测量控制单元执行控制以将从所述模拟前端单元输出的测量结果传送至所述公共总线；
接口单元，所述接口单元能够在驱动所述公共总线和将其与所述公共总线的耦合设置为高阻抗之间进行切换；以及
绝缘元件，所述绝缘元件允许在所述电压测量控制单元和所述接口单元处于彼此电绝缘的状态下所述电压测量控制单元和所述接口单元之间的通信。
2.根据权利要求1的半导体器件，进一步地包括调节器，所述调节器使从所述电池单元供应的电力稳定并且将所述电力供应给所述电压测量控制单元，所述调节器具有用于供应和终止至所述电压测量控制单元的电力的电源控制信号。
3.根据权利要求2的半导体器件，其中，基于从所述接口单元输出的接收信号控制所述电源控制信号。
4.根据权利要求3的半导体器件，进一步地包括电力恢复控制电路、电感耦合绝缘元件和峰值检测电路，
其中，所述电力恢复控制电路基于所述接收信号开始输出第一交流信号，
其中，所述电感耦合绝缘元件将处于被在直流方面绝缘的状态的第一交流信号转变成第二交流信号，并且将所述第二交流信号传输至峰值检测电路，并且
其中，所述峰值检测电路在使所述第二交流信号整流和平滑之后使用所述第二交流信号控制所述电源控制信号。
5.根据权利要求1的半导体器件，进一步地包括位于低电压侧的电源终端，所述电源终端用于向所述接口单元供应电力，
其中，所述接口单元包括差分驱动电路和差分接收电路，所述差分驱动电路利用从位于所述低电压侧的所述电源终端供应的电力操作，并且要么利用差分信号驱动所述公共总线要么输出高阻抗，所述差分接收电路利用从位于所述低电压侧的所述电源终端供应的电力操作，并且从所述公共总线接收所述差分信号。
6.根据权利要求5的半导体器件，其中，所述差分驱动电路以满足CAN标准的方式驱动所述公共总线，并且
其中，所述差分接收电路接收来自所述公共总线的满足所述CAN标准的信号。
7.根据权利要求1的半导体器件，其中，所述模拟前端单元、所述电压测量控制单元、所述接口单元、以及所述绝缘元件被集成在相同的封装中。
8.根据权利要求7的半导体器件，其中，所述绝缘元件是形成在半导体衬底之上的变压器，所述变压器的初级侧和次级侧跨越绝缘层彼此绝缘，并且所述电压测量控制单元也形成在所述半导体衬底之上。
9.根据权利要求7的半导体器件，其中，所述绝缘元件是形成在半导体衬底之上的变压器，所述变压器的初级侧和次级侧跨越绝缘层彼此绝缘，并且
其中，所述电压测量控制单元、所述绝缘元件、以及所述接口单元形成在相同的SOI衬底之上，所述电压测量控制单元和所述接口单元形成在彼此绝缘的阱上。
10.一种电压测量装置，包括∶
多个电压测量单元，所述多个电压测量单元对应于通过多级式串联组成组合电池的多个电池单元组；
公共总线，所述公共总线使所述电压测量单元相互耦合；以及
电池系统控制单元，所述电池系统控制单元与所述公共总线耦合，
其中，所述电压测量单元中的每一个包括：
模拟前端单元，所述模拟前端单元测量包括在相应的一个所述电池单元组中的每个电池单元的电压；
电压测量控制单元，所述电压测量控制单元执行控制以将从所述模拟前端单元输出的测量结果传送至所述公共总线；
接口单元，所述接口单元能够在驱动所述公共总线和将其与所述公共总线的耦合设置为高阻抗之间进行切换；以及
绝缘元件，所述绝缘元件允许在所述电压测量控制单元和所述接口单元处于彼此电绝缘的状态下所述电压测量控制单元和所述接口单元之间的通信。
11.根据权利要求10的电压测量装置，其中，所述电压测量单元中的每一个进一步地包括调节器，所述调节器使从相应的一个所述电池单元组供应的电力稳定并且将所述电力供应给所述电压测量控制单元，所述调节器根据电源控制信号供应和终止至所述电压测量控制单元的电力。
12.根据权利要求11的电压测量装置，其中所述电压测量单元中的每一个根据所述电池系统控制单元经由所述公共总线发出的控制命令而控制所述电源控制信号。
13.根据权利要求12的电压测量装置，
其中，所述电压测量控制单元能够基于所述控制命令输出用于终止至所述电压测量控制单元的电力供应的信号，作为所述电源控制信号，并且，
其中，所述电压测量单元中的每一个进一步地包括电力恢复控制电路、电感耦合绝缘元件、以及峰值检测电路，所述电力恢复控制电路基于所述控制命令开始输出第一交流信号，所述电感耦合绝缘元件将处于被在直流方面绝缘的状态的所述第一交流信号转换成第二交流信号，并且将所述第二交流信号传输至所述峰值检测电路，所述峰值检测电路能够输出通过整流和平滑所述第二交流信号而生成的信号，作为所述电源控制信号，以启动至所述电压测量控制单元的电力供应。
14.根据权利要求10的电压测量装置，
其中，所述电压测量单元中的每一个进一步地包括调节器，所述调节器使从相应的一个所述电池单元组供应的电力稳定并且将所述电力供应给所述电压测量控制单元，并且
其中，所述接口单元被供应以恒定电压电力并且包括差分驱动电路和差分接收电路，所述恒定电压电力也被供应给所述电池系统控制单元，所述差分驱动电路利用低电压侧上供应的电力操作，并且要么利用差分信号驱动所述公共总线要么输出高阻抗，所述差分接收电路利用低电压侧上供应的电力操作并且从所述公共总线接收差分信号。
15.根据权利要求14的电压测量装置，其中，包括所述公共总线的网络满足CAN标准。
16.一种电压测量装置，包括∶
多个电压测量单元，所述多个电压测量单元对应于通过多级式串联组成组合电池的多个电池单元组；以及，电池系统控制单元，所述电池系统控制单元经由传输路径与所述电压测量单元耦合，
其中，所述电压测量单元中的每一个包括：
模拟前端单元，所述模拟前端单元测量包括在相应的一个所述电池单元组中的每个电池单元的电压；
接口单元，所述接口单元将从所述模拟前端单元输出的测量结果传输至传输路径，
电压测量控制单元，所述电压测量控制单元控制所述模拟前端单元和所述接口单元，
绝缘元件，所述绝缘元件允许在所述电压测量控制单元和所述接口单元处于彼此电绝缘的状态下所述电压测量控制单元和所述接口单元之间的通信，以及
调节器，所述调节器使从相应的一个所述电池单元组供应的电力稳定并且将所述电力供应给所述电压测量控制单元，
其中，所述调节器具有用于基于经由所述传输路径从所述电池系统控制单元发出的控制命令来终止和启动至所述电压测量控制单元的电力供应的控制功能。
17.根据权利要求16的电压测量装置，
其中，所述电压测量控制单元基于所述控制命令使至其的电力供应终止，并且
其中，所述电压测量单元中的每一个进一步地包括电力恢复控制电路、电感耦合绝缘元件、以及峰值检测电路，所述电力恢复控制电路基于所述控制命令开始输出第一交流信号，所述电感耦合绝缘元件将处于被在直流方面绝缘的状态的所述第一交流信号转换成第二交流信号，并且传送所述第二交流信号至所述峰值检测电路，所述峰值检测电路利用通过整流和平滑所述第二交流信号而生成的信号使至所述电压测量控制单元的电力供应启动。
CN2013101779969A 2012-05-15 2013-05-15 半导体器件和电压测量装置 Pending CN103424709A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-111212 2012-05-15
JP2012111212A JP2013238472A (ja) 2012-05-15 2012-05-15 半導体装置および電圧測定装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103424709A true CN103424709A (zh) 2013-12-04

Family

ID=48236679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101779969A Pending CN103424709A (zh) 2012-05-15 2013-05-15 半导体器件和电压测量装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130307551A1 (zh)
EP (1) EP2664937A3 (zh)
JP (1) JP2013238472A (zh)
KR (1) KR20130127945A (zh)
CN (1) CN103424709A (zh)
TW (1) TW201351840A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104931894A (zh) * 2015-07-14 2015-09-23 国家电网公司 一种锂离子电池状态参数采样系统
CN117214726A (zh) * 2023-11-02 2023-12-12 江苏天合储能有限公司 状态检测方法及装置、电子设备、计算机可读存储介质

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8831077B2 (en) * 2010-07-01 2014-09-09 Texas Instruments Incorporated Communication on a pilot wire
US9698866B2 (en) 2011-12-12 2017-07-04 Texas Instruments Incorporated Scheduling for charger and electric vehicle communication in power line communication system
TW201505396A (zh) * 2013-07-29 2015-02-01 Myson Century Inc 控制器區域網路節點收發器
JP2015156728A (ja) * 2014-01-14 2015-08-27 日立マクセル株式会社 蓄電装置及び蓄電システム
JP6450223B2 (ja) * 2015-03-06 2019-01-09 エイブリック株式会社 センサ装置及びその検査方法
KR20160148355A (ko) 2015-06-16 2016-12-26 주식회사 엘지화학 변압 릴레이 및 이를 이용한 배터리 전압 측정 시스템
CN109565086B (zh) * 2016-08-26 2022-03-08 松下知识产权经营株式会社 蓄电系统
EP3315918B1 (en) 2016-10-26 2018-08-22 Samsung SDI Co., Ltd. Crash detection circuit for the detection of a crash of a vehicle
JP6814085B2 (ja) * 2017-03-31 2021-01-13 エイブリック株式会社 監視回路及び半導体装置
JP2019090703A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 株式会社デンソー 電圧検出装置
US11502530B2 (en) * 2017-12-26 2022-11-15 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery management device, battery system, and vehicle power supply system for managing battery state of charge level when in non-use state
JP7458326B2 (ja) * 2018-12-17 2024-03-29 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 電池監視制御回路
US11079428B2 (en) 2019-12-13 2021-08-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Test circuit and method
CN112073083B (zh) * 2020-08-21 2022-03-25 南京矽力微电子技术有限公司 多芯片集成电路及其交互通信方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1643390A (zh) * 2002-03-29 2005-07-20 洁能氏公司 测量燃料电池电压和高频电阻的系统和方法
CN2914341Y (zh) * 2006-02-16 2007-06-20 思柏科技股份有限公司 具通信接口的自我测试功能的多电源系统装置
US20100079146A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery information acquiring apparatus
US20100327878A1 (en) * 2009-06-25 2010-12-30 Yazaki Corporation Disconnection detecting device
US20110025271A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Denso Corporation State monitoring apparatus for assembled battery
CN102375126A (zh) * 2011-09-22 2012-03-14 奇瑞汽车股份有限公司 一种电池组采样模块检测方法、装置及其系统

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5646534A (en) * 1995-01-06 1997-07-08 Chrysler Corporation Battery monitor for electric vehicles
JPH11168884A (ja) * 1997-12-01 1999-06-22 Ebara Corp 直流電源回路
JP3503453B2 (ja) 1997-12-26 2004-03-08 株式会社日立製作所 電池システム及びそれを用いた電気自動車
US6281684B1 (en) * 1999-12-27 2001-08-28 Plug Power Inc. Technique and apparatus to measure cell voltages of a fuel cell stack using different ground references
JP2001224138A (ja) * 2000-02-07 2001-08-17 Hitachi Ltd 蓄電装置及び蓄電器の電圧検出方法
JP4605952B2 (ja) 2001-08-29 2011-01-05 株式会社日立製作所 蓄電装置及びその制御方法
JP2007295163A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 Matsushita Electric Works Ltd 通信システム、マスタ装置、及びスレーブ装置
JP2008131670A (ja) 2006-11-16 2008-06-05 Densei Lambda Kk 電池電圧監視装置
JP5303167B2 (ja) * 2008-03-25 2013-10-02 ローム株式会社 スイッチ制御装置及びこれを用いたモータ駆動装置
US8022669B2 (en) * 2009-01-06 2011-09-20 O2Micro International Limited Battery management system
WO2011000101A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 Greenlight Innovation Corporation Channel, system and method for monitoring voltages
JP2011035449A (ja) * 2009-07-29 2011-02-17 Toshiba Corp トランシーバ、半導体装置および通信システム
US20120161677A1 (en) * 2009-08-31 2012-06-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery module, battery system and electrically driven vehicle
JP5537364B2 (ja) * 2009-09-30 2014-07-02 株式会社東芝 通信回路、組電池装置及び車両
US9330835B2 (en) * 2010-03-09 2016-05-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Signal transmitting apparatus
WO2011132434A1 (ja) * 2010-04-22 2011-10-27 三洋電機株式会社 バッテリモジュール、それを備えた電動車両、移動体、電力貯蔵装置、電源装置および電気機器
KR101193174B1 (ko) * 2011-05-04 2012-10-26 삼성에스디아이 주식회사 배터리 시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1643390A (zh) * 2002-03-29 2005-07-20 洁能氏公司 测量燃料电池电压和高频电阻的系统和方法
CN2914341Y (zh) * 2006-02-16 2007-06-20 思柏科技股份有限公司 具通信接口的自我测试功能的多电源系统装置
US20100079146A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery information acquiring apparatus
US20100327878A1 (en) * 2009-06-25 2010-12-30 Yazaki Corporation Disconnection detecting device
US20110025271A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Denso Corporation State monitoring apparatus for assembled battery
CN102375126A (zh) * 2011-09-22 2012-03-14 奇瑞汽车股份有限公司 一种电池组采样模块检测方法、装置及其系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104931894A (zh) * 2015-07-14 2015-09-23 国家电网公司 一种锂离子电池状态参数采样系统
CN117214726A (zh) * 2023-11-02 2023-12-12 江苏天合储能有限公司 状态检测方法及装置、电子设备、计算机可读存储介质
CN117214726B (zh) * 2023-11-02 2024-01-26 江苏天合储能有限公司 状态检测方法及装置、电子设备、计算机可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
TW201351840A (zh) 2013-12-16
US20130307551A1 (en) 2013-11-21
EP2664937A3 (en) 2015-09-30
JP2013238472A (ja) 2013-11-28
EP2664937A2 (en) 2013-11-20
KR20130127945A (ko) 2013-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103424709A (zh) 半导体器件和电压测量装置
CN102064356B (zh) 一种电池管理系统
US9553460B2 (en) Wireless battery management system
CN102655337B (zh) 蓄电装置、蓄电池管理控制装置以及马达驱动装置
CN107599848B (zh) 高压检测电路、检测器、电池装置和运载工具
CN102673417B (zh) 电池系统和集成电路
US9595847B2 (en) Uninterrupted lithium battery power supply system
US9685800B2 (en) Charging/discharging system
US20180354375A1 (en) Golf cart battery system
US10116149B1 (en) Automatic control system for a rechargeable battery system
KR20190011568A (ko) 배터리 관리 유닛 및 이를 포함하는 배터리팩
US8878540B2 (en) Abnormal condition detection apparatus
CN203445668U (zh) 一种分布式电池管理系统
EP2797202B1 (en) Battery monitoring and control integrated circuit and a battery system
CN103081288A (zh) 电池模块的充电系统
CN103918153A (zh) 用于管理锂离子电池模块的荷电状态的方法和系统
CN108093662B (zh) 电池管理装置
CN111030230A (zh) 基于无线电能传输技术的电池组均衡装置
CN103944420B (zh) 电源供应系统及其控制方法
CN103419615A (zh) 接触器隔离方法和设备
US20140044998A1 (en) High voltage battery system for a vehicle
CN110249498A (zh) 电池装置和电池单元均衡电路
JP5371651B2 (ja) 車両用電源システムおよび通信装置
CN207496476U (zh) 高压检测电路、检测器、电池装置和运载工具
JP2022520145A (ja) Ｉｃチップ及びこれを用いた回路システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Tokyo, Japan

Applicant after: Renesas Electronics Corporation

Address before: Kanagawa, Japan

Applicant before: Renesas Electronics Corporation

COR Change of bibliographic data
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131204