CN105092950B - 电压检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电压检测装置，其能够提供在电压检测装置中使用了电源电压不同的各种电路的情况下，适于检测电池单元的电压的技术。电压检测装置包括模拟转换电路、数字转换电路及控制电路。所述模拟转换电路对构成电池的多个电池单元的电压进行电平转换而转换为低电压。所述数字转换电路将该模拟转换电路输出的所述低电压转换为数字值。所述控制电路由单独设置的电源驱动，并且控制所述数字转换电路。所述模拟转换电路由从所述多个电池单元生成的第一电源驱动。所述数字转换电路由基于所述控制电路产生的脉冲信号而生成的第二电源驱动。

Description

电压检测装置
技术领域
本发明涉及电压检测装置。
背景技术
在电动车或混合动力车等中，使用了由多个电池单元(cell)构成的电源。
作为关联技术，在专利文献1中记载了与电池单元的电压检测相关的技术。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)日本特开2011-217606号公报
发明内容
本发明要解决的问题
然而，一般而言，在检测电池单元的电压的电压检测装置中，使用电源电压不同的各种电路。在这种情况下，如果从单一电源生成各种电源电压并向各个电路供给电力，则在生成电压检测装置所需的多个电源电压时，可能产生效率变差的情况。其结果是，从单一电源的电流供给能力不足，无法生成电压检测装置所需的电源电压，电压检测装置可能不能继续检测电池单元的电压。
因此，在电压检测装置中使用电源电压不同的各种电路的情况下，需要找到一种适于检测电池单元的电压的技术。
由此，本发明的目的在于提供能够解决上述问题的电压检测装置。
用于解决问题的手段
为达成上述目的，本发明的电压检测装置，其特征在于，包括：模拟转换电路，其对构成电池的多个电池单元的电压进行电平转换而转换为低电压；数字转换电路，其将该模拟转换电路输出的所述低电压转换为数字值；以及控制电路，其由单独设置的电源驱动，并且控制所述数字转换电路，其中，所述模拟转换电路由从所述多个电池单元生成的第一电源驱动，所述数字转换电路由基于所述控制电路产生的脉冲信号而生成的第二电源驱动。
此外，本发明的电压检测装置，其中，还包括平滑电路，该平滑电路通过将所述控制电路产生的脉冲信号平滑化来生成所述第二电源。
此外，本发明的电压检测装置，其中，所述脉冲信号是包括针对所述数字转换电路的控制信息的调制信号。
此外，本发明的电压检测装置，其中，所述调制信号是将所述控制信息作为占空比而示出的PWM信号。
此外，本发明的电压检测装置，其中，所述脉冲信号从所述控制电路经由脉冲变压器而被供给到所述平滑电路。
根据本发明，能够提供一种在电压检测装置中使用电源电压不同的各种电路的情况下，适于检测电池单元的电压的技术。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施方式的电压检测装置1的示例的图。
图2是示出根据本发明的第一实施方式的DC/DC转换器40的示例的图。
图3是示出根据本发明的第二实施方式的电压检测装置1的示例的图。
图4是示出根据本发明的第二实施方式的DC/DC转换器40的示例的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是示出根据本发明的第一实施方式的电压检测装置1的示例的图。
如图1所示，根据第一实施方式的电压检测装置1包括电池ECU(ElectronicControl Unit，电子控制单元)基板6、单元电压传感器基板7a、7b、7c以及电池单元组(多个电池单元)10a、10b、10c。
电压检测装置1所包括的单元电压传感器基板7a，包括电源电路20a、集成电路30a、DC(Direct Current，直流)/DC转换器40a以及绝缘元件50a。
单元电压传感器基板7a所包括的电源电路20a生成供给到电平转换部(模拟转换电路)的电源的电压，该电平转换部被包括在以电池单元组10a的最低电位作为基准电位Va的集成电路30a中。例如，电源电路20a将电池单元组10a的电压升压，生成以Va作为基准电位的模拟转换电路的电源电压。
电池单元组10a、10b、10c中的各个都由多个电池单元构成。
集成电路30a包括电平转换部(模拟转换电路)301a以及A/D(Analog to Digital，模拟到数字)转换电路(数字转换电路)302a。
电平转换部301a对电池单元组10a中的各个电池单元的单元电压进行转换，以使得多个电池单元输出的最大电压变为与A/D转换电路302a的满量程相对应的电压。电平转换部301a是为了输入各个电池单元组10a的电压而在高电压(例如60伏)的电源(第一电源)下工作(被驱动)的电路。
A/D转换电路302a输入由电平转换部301a转换之后的单元电源，并生成相对应的数字信号(数字值)。A/D转换电路302a是在低电压(例如5伏)的电源(第二电源)下工作(被驱动)的电路。
DC/DC转换器40a生成供给到集成电路30a所包括的A/D转换电路(数字转换电路)302a的电源的电压。例如，DC/DC转换器40a基于处理器(控制电路)80生成的PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)信号(脉冲信号)，针对基准电位Va生成5伏的电压。
绝缘元件50a不进行单元电压传感器基板7a与电池ECU基板6之间的电流的授受，而是将示出的由集成电路30a转换后的电池单元的电压的信息传送给处理器80。
此外，除了基准电位为Vb之外，单元电压传感器基板7b具备与单元电压传感器基板7a同样的功能部。即，单元电压传感器基板7b包括电源电路20b、集成电路30b、DC/DC转换器40b以及绝缘元件50b。
同样，除了基准电位为Vc之外，单元电压传感器基板7c具备与单元电压传感器基板7a同样的功能部。即，单元电压传感器基板7c包括电源电路20c、集成电路30c、DC/DC转换器40c以及绝缘元件50c。
电池ECU基板6包括DC/DC转换器40a、40b、40c、绝缘元件50a、50b、50c、电源60(单独设置的电源)、电源电路70以及处理器80。
电源60向电源电路70输出电压。例如，电源60向电源电路70输出12伏的电压。
电源电路70基于电源60输出的电压，生成处理器80工作(驱动)所需的电源电压。例如，电源电路70从电源60输出的12伏电压生成5伏电压。
处理器80生成用于由DC/DC转换器40a生成A/D转换电路302a的电源电压的PWM信号。此外，处理器80经由绝缘元件50a获取由A/D转换电路302a转换的各个电池单元的电压信息。另外，处理器80也可以生成指示A/D转换电路302a对各个电池单元的单元电压进行采样的定时的指令信号。
另外，下文中，将单元电压传感器基板7a、7b、7c总称为单元电压传感器基板7。同样，将电池单元组10a、10b、10c总称为电池单元组10；将电源电路20a、20b、20c总称为电源电路20；将集成电路30a、30b、30c总称为集成电路30。将DC/DC转换器40a、40b、40c总称为DC/DC转换器40；将绝缘元件50a、50b、50c总称为绝缘元件50；将电平转换部301a、301b、301c总称为电平转换部301；将A/D转换电路302a、302b、302c总称为A/D转换电路302。
图2是示出根据本发明的第一实施方式的DC/DC转换器40的示例的图。
如图2所示，根据第一实施方式的DC/DC转换器40包括第一通信元件25、第二通信元件26、开关元件401、二极管402、电容403以及差分缓冲器404。
图2所示的根据第一实施方式的DC/DC转换器40，一般是被称为反激(flyback)式构造的DC/DC转换器。
第一通信元件25包括芯(core)27a及线圈28a。此外，第二通信元件26包括芯27b及线圈28b。线圈28a是一次线圈，而线圈28b是二次线圈。线圈28a和线圈28b以极性相反的方式配置，从而构成了脉冲变压器。
当开关元件401为打开状态时，由于存在二极管402，因此线圈28b中没有电流流过。此时，芯27b磁化并积蓄磁能。此外，当开关元件401为关闭状态时，线圈28a中无电流流过。此时，由于芯27b中积蓄的磁能，电流从线圈28b经由二极管402流过。电容403基于该电流而积蓄电荷。像这样，二极管402整流，电容403(平滑电路)进行平滑化，由此基于在电池ECU基板6侧生成的PWM信号，能够在单元电压传感器基板7侧生成期望的电压。此外，例如通过使在电池ECU基板6侧生成的PWM信号的脉冲宽度(即占空比)具有希望传送到单元电压传感器基板7侧的控制信息，因而PWM信号(调制信号)不仅能够用于能量传送，还能够将其用于信息传送。
接下来，对根据第一实施方式的电压检测装置1的处理进行说明。另外，在此，将以图1所示的电压检测装置1包括图2所示的DC/DC转换器40的情况为例来说明电压检测装置1的处理。另外，在电动车或混合动力车等中，为了防止电池单元的过充电而监视电池单元的单元电压，而电压检测装置1就是检测电池单元组10的各个单元电压的装置。此外，假定将各个集成电路30与相对应的电池单元组10连接，以使各个集成电路30的最低电位与相对应的各个电池单元组10的最低电位一致。
电源电路20以相对应的电池单元组10的最低电位为基准，将电池单元组输出的电压(例如38伏)升压，来生成电平转换单元301工作所需的电压(例如60伏)。电源电路20将生成的电压输出到电平转换部301。由此，电平转换部301变为可工作。
电源电路70从电源60输出的电压(例如12伏)生成处理器80工作所需的电压(例如5伏)。电源电路70将生成的电压输出到处理器80。由此，处理器80变为可工作。
处理器80在变为可工作后，生成PWM信号。处理器80将生成的PWM信号输出到各DC/DC转换器40。
DC/DC转换器40是例如图2所示的反激式的电路。DC/DC转换器40所包括的开关元件401在从处理器80输入了PWM信号时，在PWM信号为High状态的期间变为打开状态，电流流过第一通信元件25所包括的线圈28a。此时，由于第二通信元件26所包括的线圈28b中存在二极管402，因此线圈28b中无电流流过。并且，芯27b磁化并积蓄磁能。
此外，在PWM信号为Low状态的期间，开关元件401变为关闭状态。并且线圈28a中无电流流过。此时，由于芯27b所积蓄的磁能，电流从线圈28b经由二极管402流过。电容403由于二极管402中流过的电流而积蓄电荷。
A/D转换电路302的电源端子连接到电容403。在电流流过二极管402的期间，来自二极管402的5伏电压以及电流供给到A/D转换电路302的电源。此外，在无电流流过二极管402的期间，通过将电容403所积蓄的电荷放电来将5伏电压及电流供给到A/D转换电路302的电源。
在电平转换部301及A/D转换电路302均被供给电源电压之后，处理器80生成包含示出电池单元组10的各个单元电压的采样定时的信息的PWM信号。例如，处理器80生成如下这样的PWM信号(以下称为PWM信息信号)，该PWM信号的脉冲宽度(即占空比)具有控制信息。处理器80将生成的PWM信息信号输出到DC/DC转换器40。
DC/DC转换器40所包括的开关元件401在输入了PWM信息信号时，根据PWM信息信号所示的High期间和Low期间对打开状态和关闭状态进行切换。在第二通信元件26所包括的线圈28b的两端所发生的电压，是与开关元件401的打开状态和关闭状态相对应的电压。线圈28b的两端连接差分缓冲器404，差分缓冲器404向相对应的各个A/D转换电路302输出基于PWM信息信号的、包括示出对电池单元组10的各个单元电压进行采样定时的信息的信号。
此时，电平转换部301将从电池单元组10输入的各个单元电压转换为与A/D转换电路302的满量程相对应的大小的电压。例如，电平转换部301以使多个电池单元输出的最大电压变为与A/D转换电路302的满量程相对应的电压的比例，来转换各个电池单元的电压。
当从差分缓冲器404输入了包含示出采样定时的信息的信号时，A/D转换电路302从电平转换部301获取在该采样定时由电平转换部301进行了转换之后的各个单元电压。A/D转换电路302将从电平转换部301获取的各个单元电压(模拟信号)转换为数字信号。A/D转换电路302将转换后的数字信号输出到绝缘元件50。绝缘元件50生成基于从A/D转换电路302输入的数字信号的信号。例如，在数字信号是由电压示出的信号并且绝缘元件50是光电耦合器的情况下，光电耦合器50使用阻抗来输入与数字信号相对应的电流。光电耦合器50生成与输入的电流相对应的光，并且在光电耦合器50内部从单元电压传感器基板7向电池ECU基板6发出该光。光电耦合器50在电池ECU基板6中将生成的光转换为相对应的电流。
绝缘元件50向处理器80输出与光相对应的电流。处理器80输入与绝缘元件50输出的电流相对应的信号。例如，处理器80通过阻抗将与数字信号相对应的电流转换为电压，并且输入该电压示出的数字信号。该数字信号是基于A/D转换电路302输出的数字信号而生成的信号，包含了从电平转换部301获取的各个单元电压的信息。
处理器80基于输入的数字信号进行控制，以向处理器80所管理的各种电路(未图示)输出指令信号，使得电池单元组10不会过充电。
另外，在此示出了电平转换部301的电源电压与A/D转换电路302的电源电压是两个不同的电源电压的情况的示例。然而，电平转换部301的电源电压和A/D转换电路302的电源电压不被限定为是两个不同的电源电压。例如，A/D转换电路302可以是在模拟电路与数字电路之间以不同的电源电压工作的电路，模拟电路的电源电压是5伏，而数字电路的电源电压是1.8伏。在这种情况下，可以从施加到A/D转换电路302的5伏电压来生成模拟电路的电源电压及数字电路的电源电压。此外，也可以将施加到A/D转换电路302的5伏作为模拟电路的电源电压，而从其他的电源供给数字电路的电源电压。
以上对根据本发明的第一实施方式的电压检测装置1的处理进行了说明。根据上述电压检测装置1，电压检测装置1包括集成电路30。集成电路30具有电平转换部301，该电平转换部301根据基于电池单元组10输出的电压而生成的电压来进行工作；集成电路30具有A/D转换电路302，该A/D转换电路302根据基于处理器产生的PWM信号而生成的电压来进行工作。集成电路30检测电池单元组10的单元电压。
由此，能够提供在电压检测装置1中使用了电源电压不同的各种电路的情况下，适于检测电池单元的电压的技术。
此外，处理器80生成包含针对A/D转换电路302的指令信息的PWM信息信号。
由此，能够减少在电压检测装置1中用于进行通信的绝缘元件50的总数。
此外，A/D转换电路302向处理器80输出包含从电平转换部301获取的各个单元电压的信息的数字信号。
由此，在电压检测装置1中，处理器80通过基于包含各个单元电压的信息的数字信号，向处理器80所管理的各种电路输出指令信号，能够使得电池单元组10不会过充电。
(第二实施方式)
图3是示出根据本发明的第二实施方式的电压检测装置1的示例的图。
如图3所示，根据第二实施方式的电压检测装置1的集成电路30和DC/DC转换器40与根据第一实施方式的电压检测装置1不同。
此外，根据第一实施方式的电压检测装置1包括多个单元电压传感器基板7，与之相对，根据第二实施方式的电压检测装置1包括一个单元电压传感器基板7。
根据第一实施方式的集成电路30中的各个经由绝缘元件50向处理器80输出数字信号，与之相对，根据第二实施方式的集成电路30在集成电路30之间发送/接收数字信号，将多个数字信号整合为一个数字信号，然后经由绝缘元件50向处理器80输出该数字信号。
根据第一实施方式的第二通信元件26包括一个线圈28b，与之相对，DC/DC转换器40包括多个线圈28b。另外，多个线圈28b中的各个对应于各个集成电路30。
图4是示出根据本发明的第二实施方式的DC/DC转换器40的示例的图。
如图4所示，根据第二实施方式的DC/DC转换器40包括第一通信元件25、第二通信元件26、开关元件401、二极管402、电容403以及差分缓冲器404。
图4所示的根据第二实施方式的DC/DC转换器40是被称为反激式构造的DC/DC转换器。
第一通信元件25包括芯27a和线圈28a。此外，第二通信元件26包括芯27b、线圈28b1、28b2及28b3。线圈28a是一次线圈，而线圈28b1、28b2及28b3是二次线圈。线圈28a与线圈28b1、28b2及28b3以极性相反的方式进行配置，从而构成了脉冲变压器。
另外，与线圈28b1同样，线圈28b2及28b3中的各个也与整流二极管、平滑化电容以及差分缓冲器连接，但在图4中未示出。
此外，第二实施方式的DC/DC转换器40的工作，相当于将根据第一实施方式的线圈28a与线圈28b的关系适用于线圈28a与线圈28b1、线圈28a与线圈28b2、线圈28a与线圈28b3中的各个的情况。因此省略对根据第二实施方式的DC/DC转换器40的工作说明。
接下来，将对根据第二实施方式的电压检测装置1的处理进行说明。另外，在此将以图3所示的电压检测装置1包括图4所示的DC/DC转换器40的情况为例来说明电压检测装置1的处理。另外，假定各个集成电路30与相对应的电池单元组10连接，以使各个集成电路30的最低电位与相对应的电池单元组10的最低电位一致。
在此，将对根据第二实施方式的电压检测装置1的处理中的、与根据第一实施方式的电压检测装置1不同的处理进行说明。
处理器80生成PWM信号。处理器80向各个DC/DC转换器40输出生成的PWM信号。
DC/DC转换器40例如是图4所示的反激式的电路。DC/DC转换器40所包括的开关元件401当从处理器80输入了PWM信号时，在PWM信号为High状态的期间变为打开状态，电流流过第一通信元件25所包括的线圈28a。此时，由于第二通信元件26所包括的线圈28b1中存在二极管402，因此线圈28b1中无电流流过。并且，芯27b磁化并且积蓄磁能。
此外，在PWM信号为Low状态的期间，开关元件401变为关闭状态。并且线圈28a中无电流流过。此时，由于芯27b所积蓄的磁能，电流从线圈28b1经由二极管402流过。电容403由于二极管402中流过的电流而积蓄电荷。
此外，针对线圈28a和线圈28b2、线圈28a和线圈28b3中的各个也同时进行与上述线圈28a和线圈28b1同样的处理。
DC/DC转换器40所包括的开关元件401在输入了PWM信息信号时，根据PWM信息信号所示的High期间和Low期间来切换打开状态和关闭状态。第二通信元件26所包括的线圈28b1的两端所产生的电压，是与开关元件401的打开状态和关闭状态所对应产生的电压。线圈28b1的两端连接差分缓冲器404，差分缓冲器404向相对应的各个A/D转换电路302输出包括基于PWM信息信号的、示出电池单元组10的各个单元电压的采样定时的信息的信号。
此外，针对线圈28a和线圈28b2、线圈28a和线圈28b3中的各个也同时进行与上述线圈28a和线圈28b1同样的处理。
单元电压传感器基板7所包括的电平转换部301将从电池单元组10输入的各个单元电压转换为与A/D转换电路302的满量程相对应的大小的电压。当从差分缓冲器404输入了包含示出采样定时的信息的信号时，A/D转换电路302从电平转换部301获取在该采样定时由电平转换部301进行了转换之后的各个单元电压。A/D转换电路302将从电平转换部301获取的各个单元电压(模拟信号)转换为数字信号。A/D转换电路302在相邻的集成电路30之间发送/接收转换后的数字信号。
例如，集成电路30a向集成电路30b输出由A/D转换电路302a转换后的数字信号。当从集成电路30a输入了转换后的数字信号时，集成电路30b通过将该输入的、由A/D转换电路302a转换后的数字信号与由A/D转换电路302b转换后的数字信号相关联来生成新的数字信号。集成电路30b向集成电路30c输出新生成的数字信号。当从集成电路30b输入了新生成的数字信号时，集成电路30c生成进一步将该输入的数字信号与由A/D转换电路302c转换后的数字信号关联而生成新的数字信号。反复对所有集成电路30进行该关联处理。并且，最后的集成电路30(图3中为集成电路30c)向绝缘元件50输出将由所有集成电路30所包括的A/D转换电路302转换后的数字信号关联而成的数字信号。
绝缘元件50生成基于从集成电路30c输入的数字信号的信号。例如，数字信号是由电压示出的信号，在绝缘元件50是光电耦合器的情况下，光电耦合器50使用阻抗来输入与数字信号相对应的电流。光电耦合器50生成与输入的电流相对应的光，并且在光电耦合器50内部从单元电压传感器基板7向电池ECU基板6发出该光。光电耦合器50在电池ECU基板6中将生成的光转换为相对应的电流。
绝缘元件50向处理器80输出与光相对应的电流。处理器80输入与绝缘元件50输出的电流相对应的信号。例如，处理器80通过阻抗将与数字信号相对应的电流转换为电压，并且输入该电压示出的数字信号。该数字信号是基于所有的A/D转换电路302输出的数字信号而生成的信号，且包含了从所有的电平转换部301获取的各个单元电压的信息。
处理器80基于输入的数字信号进行控制，以向处理器80所管理的各种电路(未示出)输出指令信号，使得电池单元组10不会过充电。
以上说明了根据本发明的第二实施方式的电压检测装置1的处理。根据上述电压检测装置1，电压检测装置1所包括的DC/DC转换器40包括具有多个线圈的第二通信元件26。
这样能够使得电压检测装置1中第一通信元件25仅包括一个线圈28a，并能够实现DC/DC转换器40的小型化。
此外，在集成电路30之间发送/接收将由A/D转换电路302转换后的数字信号关联而成的新的数字信号。
这样能够在电压检测装置1中通过一个绝缘元件50将由所有的A/D转换电路302转换后的数字信号通信传送给处理器80，并能够实现电压检测装置1的小型化。
另外，在能够进行适当的信息的发送/接收的范围内，本发明中的存储部可以被包括在任意部位中。另外，在能够进行适当的信息的发送/接收的范围内，存储部可以存在多个，将数据分散存储。
另外，在能够进行适当的处理的范围内，可以替换本发明的实施方式中的处理的顺序。
另外，虽然说明了本发明的实施方式，但是在上述电压检测装置1的内部具有计算机系统。并且，上述处理的过程以程序的形式存储在计算机可读存储介质中，通过计算机读出并执行该程序来进行上述处理。在此，计算机可读存储介质指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。此外，也可以通过通信线路向计算机分配该计算机程序，并且由接收到该分配的计算机执行该程序。
此外，上述程序可以用于实现上述功能的一部分。进一步来说，上述程序也可以通过与计算机系统中已存储的程序的组合来实现上述功能，也就是差分文件(差分程序)。
虽然已对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为示例而提出的，并非用于限定发明的范围。此外，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换或变更。
附图标记的说明
1……电压检测装置
6……电池ECU基板
7a、7b、7c……单元电压传感器基板
10a、10b、10c……电池单元组
20a、20b、20c……电源电路
25……第一通信元件
26……第二通信元件
27a、27b……芯
28a、28b、28b1、28b2、28b3……线圈
30a、30b、30c……集成电路
40、40a、40b、40c……DC/DC转换器
50、50a、50b、50c……绝缘元件
60……电源(12伏)
70……电源电路
80……处理器(控制电路)
301a、301b、301c……电平转换部(模拟转换电路)
302a、302b、302c……A/D转换电路(数字转换电路)
401……开关元件
402……二极管
403……电容
404……差分缓冲器
Va……电池单元组10a的最低电位
Vb……电池单元组10b的最低电位
Vc……电池单元组10c的最低电位

Claims (5)

1.一种电压检测装置，其特征在于，包括：
模拟转换电路，其对构成电池的多个电池单元的电压进行电平转换而转换为低电压；
数字转换电路，其将该模拟转换电路输出的所述低电压转换为数字值；
控制电路，其由单独设置的电源驱动，并且控制所述数字转换电路；以及
绝缘件，所述绝缘件的输入端连接至所述数字转换电路的输出端，并且所述绝缘件向所述控制电路输出相应的电流，
其中，所述模拟转换电路由从所述多个电池单元生成的第一电源驱动，所述数字转换电路由基于所述控制电路产生的脉冲信号而生成的第二电源驱动，并且所述低电压是与所述数字转换电路的满量程相对应的电压。
2.根据权利要求1所述的电压检测装置，其特征在于：
所述电压检测装置还包括平滑电路，该平滑电路通过将所述控制电路产生的脉冲信号平滑化来生成所述第二电源。
3.根据权利要求2所述的电压检测装置，其特征在于：
所述脉冲信号是包括针对所述数字转换电路的控制信息的调制信号。
4.根据权利要求3所述的电压检测装置，其特征在于：
所述调制信号是将所述控制信息作为占空比而示出的PWM信号。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的电压检测装置，其特征在于：
所述脉冲信号从所述控制电路经由脉冲变压器而被供给到所述平滑电路。
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