CN106461730A

CN106461730A - 电池监视装置

Info

Publication number: CN106461730A
Application number: CN201580017218.0A
Authority: CN
Inventors: 铃木睦三; 菊地睦
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: EP3130934A4; CN106461730B; JP2015203593A; JP6312508B2; EP3130934A1; US20170030976A1; US10101404B2; WO2015156360A1; EP3130934B1

Abstract

本发明的电池监视装置监视多个电池单元串联而成的电池组，该电池监视装置包括：第1电压测量部，其测量多个电池单元各自的端子间电压；第2电压测量部，其测量多个电池单元中的至少2个以上的电池单元串联在一起的电池单元组的两端电压；电流测量部，其测量在电池组中流动的电流；单元电压比算出部，其根据由第1电压测量部测量到的端子间电压来分别算出多个电池单元的单元电压比；单元电压算出部，其根据单元电压比和由第2电压测量部测量到的两端电压来分别算出两端电压的测量时的多个电池单元的单元电压；以及触发信号产生部，其将用于以集合形式获取由第2电压测量部测量的两端电压和由电流测量部测量的电流值的触发信号分别输入至第2电压测量部及电流测量部。

Description

电池监视装置

技术领域

本发明涉及一种监视电池的状态的电池监视装置。

背景技术

将锂离子二次电池或镍氢电池、铅电池等二次电池的电池单元串并联多个而构成的电池组通常是与电池监视装置一起使用。电池监视装置通过检测构成电池组的各电池单元的单元电压或检测流至电池单元的电流来检测电池的状态。由此，监视电池组是否处于恰当的状态。也存在如下情况：为了保持恰当的状态，某些电池监视装置具有作为控制通电状态等的控制装置的功能。

在普通的电池监视装置中，为了了解各单元是否有过充电/过放电，会检测或测量各电池单元的电压或通电电流。此外，为了了解电池的劣化状态，还会检测电池单元的内部电阻。其原因在于，当电池劣化时，内部电阻会上升，因此，通过了解内部电阻，可了解电池的劣化状态。

电池的内部电阻的检测是根据电池单元的电压的测定值和通电电流的测定值来求出。但此时，必须使通过电压检测单元来检测电池单元的单元电压的时刻与通过电流检测单元来检测在电池单元中流动的电流的时刻同步。

普通的电池状态检测电路的构成是依序测量多个电池单元的单元电压，因此单元电压的测量需要一定时间宽度的单元电压测量期间。因此，难以使单元电压的测量时刻与电流的测量时刻的同时性小于该单元电压测量期间的时间宽度。因此，在以往的电池监视电路中，难以针对每一电池单元而使电压与电流的测量时刻一致，因此，难以针对每一单元而测定电池的内部电阻。

作为使单元电压的检测时刻与电流的检测时刻同步的构成，考虑如下构成：在设置有电压检测单元的监视电路中设置电流检测单元，根据监视电路侧的时钟来执行单元电压的检测以及电流的检测。

但是，在这种构成中，必须在监视电路中针对每一电池单元而检测单元电压的同时检测电流，因此存在监视电路所处理的数据较为庞大的问题。

相对于此，在专利文献1中展示有如下构成：容许监视电路中的电压检测时刻与控制电路中的电流检测时刻的偏差，并使用修正该偏差的修正单元。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-154641号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，检测时刻的偏差幅度与修正量的关系会根据电流、电压的变化速度而发生变化，因此该方法存在无法进行准确的修正的问题。尤其是在电流、电压急速发生经时变化的情况下，存在误差较大的问题。

解决问题的技术手段

根据本发明的形态，一种电池监视装置，其监视多个电池单元串联而成的电池组，该电池监视装置的特征在于，包括：第1电压测量部，其测量多个电池单元各自的端子间电压；第2电压测量部，其测量多个电池单元中的至少2个以上的电池单元串联在一起的电池单元组的两端电压；电流测量部，其测量在电池组中流动的电流；单元电压比算出部，其根据由第1电压测量部测量到的端子间电压来分别算出多个电池单元的单元电压比；单元电压算出部，其根据单元电压比和由第2电压测量部测量到的两端电压来分别算出两端电压的测量时的多个电池单元的单元电压；以及触发信号产生部，其将用于以集合形式获取由第2电压测量部测量的两端电压和由电流测量部测量的电流值的触发信号分别输入至第2电压测量部及电流测量部。

发明的效果

根据本发明，可针对每一单元而检测多个电池单元的内部电阻。

附图说明

图1为表示电动车辆驱动装置100的构成的一例的图。

图2为表示电池组10的通电电流发生了变化时的单元电压的变化的图。

图3为表示图1所示的单元电压测量电路CC1～CCL的典型构成例的图。

图4为示意性地表示单元电压测量电路CC1中的测量次序的图。

图5为说明容许时间范围Tp的图。

图6为说明电池监视装置2中的内部电阻推导动作的图。

图7为说明测量时刻偏差的容许值的图。

图8为表示测量时刻偏差Δt与内部电阻的测量误差ΔR的关系的图。

图9为表示电池监视装置的第2实施方式的图。

图10为表示电池监视装置的第3实施方式的图。

图11为表示电池监视装置的第4实施方式的图。

图12为示意性地表示第2电压测量部22的传递函数GV和电流测量部23的传递函数GI的图。

图13为表示电池监视装置的第6实施方式的图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

-第1实施方式-

本发明的电池监视装置检测电池系统(也称为蓄电装置)中所设置的电池组的电池状态，从而将电池组保持在恰当的状态。图1表示搭载设置有本实施方式的电池监视装置2的电池系统1的电动车辆驱动装置100。此处，所谓电动车辆驱动装置，是指驱动混合动力汽车(HEV)或电动汽车(EV)等电动车辆的旋转电机系统。

在电动车辆驱动装置100中配备有包括电池监视装置2及电池组10等的电池系统1、进行车辆整体的控制的车辆控制器30、变换器40、旋转电机50等。电池系统1经由继电器60、61而连接于变换器40。电池监视装置2经由CAN(Controller Area Network，控制器区域网路)的通信总线而进行与变换器40以及上位的车辆控制器30的通信。

旋转电机50通过来自变换器40的电力加以驱动。在车辆的起步及加速时，放电电力从电池系统1通过变换器40而供给至旋转电机50，通过旋转电机50的驱动力来辅助发动机(未图示)。在车辆停止及减速时，来自旋转电机50的再生电力通过变换器40对电池系统1中所设置的电池组10进行充电。再者，变换器40内置马达控制器41而控制变换器40的DC-AC转换及AC-DC转换，由此进行旋转电机50的驱动控制以及电池组10的充放电控制。

电池系统1包括电池组10、电池监视装置2及电流测量元件9。电池组10是串联多个作为最小单位的电池单元C(C(1)～C(N))而构成。再者，本实施方式的电池组10例如是串联50个～100个左右的电池单元C而构成。在以下的说明中，将构成电池组10的电池单元C的个数设为N，以下，在以代表的方式表示N个电池单元C(1)～C(N)中的一个的情况下，有时会称为电池单元C。作为构成电池组10的电池单元C，例如使用可充放电的锂离子二次电池。在图1所示的例子中，配备多个电池单元C的电池组10构成了将以规定数量的电池单元(图1所示的例子中为4个)加以组别化而成的多个(图1所示的例子中为L个)单元块B1～BL串联而成的连接体。

(电池监视装置2的构成)

电池监视装置2为监视电池组10的状态的装置，具有检测电池组10的各电池单元C的过充电及过放电的过充放电检测功能、检测电池组10的各电池单元C的内部电阻的内部电阻检测功能等。电池监视装置2包括单元电压测量部21、第2电压测量部22、电流测量部23、控制部24等。

单元电压测量部21为测量构成电池组10的各电池单元C中的每一单元的电压(以下，称为单元电压)的电路。单元电压测量部21包括对应于单元块B1～BL的多个单元电压测量电路CC1～CCL。单元电压测量电路CC1～CCL可测量4～12个左右的电池单元C的单元电压，也可使用以集成电路(IC)的形式构成的测量电路。

第2电压测量部22为测量构成电池组10的N个电池单元整体的电压(以下称为总电压Vt)的电路。若从电池组负极侧起以符号C(1)、C(2)、····、C(N－1)、C(N)来表示N个电池单元C，则第2电压测量部22的第2电压输入端子220a、220b分别与电池单元C(1)的负极、电池单元C(N)的正极连接。各单元电压测量电路CC1～CCL针对每一单元块B1～BL而测定各电池单元的电压。再者，虽然省略了图示，但单元电压测量电路CC1～CCL包括进行各电池单元C(1)～C(N)的单元电压的平衡动作的平衡电阻和平衡开关、以及与控制部24进行通信来进行控制的逻辑部。

测量信号(电信号)从电流测量元件9输入至测量流至电池组10的电流的电流测量部23。电流测量元件9是将电流的大小转换为电信号的元件，具体而言，有霍耳元件传感器、分流电阻元件等。从电流测量元件9输出与电流的大小相对应的电信号，该电信号由电流测量部23加以测量。

再者，分流电阻元件在以下方面优于霍耳元件传感器。分流电阻元件因补偿电流较小，因此可准确(高精度)地测量电池组10的充电状态(SOC)。此外，分流电阻元件的响应特性(电压值对电流变化的追随性)较快，因此，若加快电流测量部23的测定时间常数，则相应地可提高时间分辨率。即，在易于达成测量的同时性方面较为优异。

控制部24进行电池监视装置2整体的控制，例如进行单元电压测量电路CC1～CCL的动作控制、状态判定等。控制部24接收发自单元电压测量部21、第2电压测量部22、电流测量部23中的各方的信号，使用这些信号值来检测各电池单元C(1)～C(N)的内部电阻。

在构成电池组10的电池单元C(1)～C(N)的个数N较多的情况下，电池监视装置2内的高电压侧与低电压侧的连接需要电绝缘。例如，考虑串联有N＝96个锂离子二次电池的情况。在该情况下，电池组10的两端的电压会达到400V左右。因此，在连接有电池单元C(1)的单元电压测量电路CC1与连接有电池单元C(N)的单元电压测量电路CCL中，将存在400V左右的电压差。因而，必须将单元电压测量电路CC1～CCL与控制部24加以电绝缘。具体而言，如图1所示，将绝缘元件6插入在连接线(信号线)上。

同样地，在第2电压测量部22与控制部24之间、以及电流测量部23与控制部24之间也插入绝缘元件6。这些绝缘元件6是视需要而加入的，例如在N＝4等电池组10的电压没有高到需要电绝缘的情况下，便无须加入绝缘元件6。

(相对于电流变化的测量时刻偏差的说明)

对电池系统1中的电池组10的通电电流的经时变化对测量时刻偏差的影响进行说明。在图1所示的电动车辆(HEV)中，旋转电机50的输出扭矩会根据电动车辆的行驶状态而在时间上发生变动。例如，当需要利用旋转电机50来辅助发动机时，旋转电机50的输出扭矩增加，因此，变换器40的输出电力相应增加。并且，去往变换器40的输入电流即电池组10的通电电流也增加。相反，当电动车辆使用再生制动而变为再生状态时，旋转电机50作为发电机而进行动作，再生电力从旋转电机50(发电机)流至变换器40，进而流至电池组10。因此，去往电池组10的充电电流增加。如此，在电池系统1中，去往电池组10的通电电流会发生经时变化。

图2为表示电池组10的通电电流发生了变化时的单元电压的变化的图。图2的(a)表示电流变化，图2的(b)表示单元电压的变化。当电流I(t)像图2的(a)那样在某一时刻发生了ΔI程度的变化时，此时的单元电压的变化像图2的(b)那样由立即响应电流变化的成分和在时间上延迟而发生变化的成分表示。将立即响应的成分称为直流内部电阻成分(DCR，Direct-Current Resistance)，将延迟而发生变化的成分称为极化成分(Polarization)。直流内部电阻成分是由电池单元C的内部电阻R所引起的电压变化，以R×ΔI表示。极化成分是由电池单元C所具有的静电电容、电感、进而电解液中的离子的行为等因素所引起的电压变化成分。

另外，在电池监视装置2中，如上所述，进行电池单元C的内部电阻的检测。内部电阻是根据电池单元C的电压(单元电压)和在电池单元C中流动的电流来算出，因此，为了精度较佳地求内部电阻，必须准确地测量单元电压及电流。

此处，如图2所示，假设单元电压测量部21中的单元电压测量的时刻t1与电流测量部23中的电流测量的时刻t0存在偏差。并且，考虑如下情况：根据时刻t1下的单元电压测量值vc(t1)和时刻t0下的电流测量值I(t0)，以vc(t1)/I(t0)的形式求出电池单元C的内部电阻Rc。由于vc(t1)比时刻t0下的单元电压值vc(t0)小，因此vc(t1)/I(t0)比正确的内部电阻值(vc(t0)/I(t0))小。如此，当单元电压的测定时刻与电流的测定时刻存在偏差时，无法求出正确的内部电阻。

(单元电压测量的所需时间)

接着，对电池监视装置2中的单元电压测量进行说明。图3为表示图1所示的单元电压测量电路CC1～CCL的典型构成例的图。单元电压测量电路CC1～CCL的构成相同，图3表示的是单元电压测量电路CC1。再者，在图1所示的例子中，是将构成单元块B1的电池单元C的数量设为4个，但出于说明的关系，在图3中表示的是电池单元C的数量为6个的情况。

如前文所述，单元电压测量电路CC1～CCL可测量4～12个左右的电池单元C的单元电压，包括选择要测量的电池单元C(1)～C(6)的选择电路210和电压检测电路211。具体而言，使用多工器等作为选择电路210，电压检测电路211通常由放大器和模数转换器构成。

图4为示意性地表示图3所示的单元电压测量电路CC1中的典型测量次序的图。图4的(a)为表示电池单元C(1)～C(6)的单元电压测量时刻的时间图，图4的(b)表示电流的变化。如图4的(a)所示，选择电路210按照电池单元C(1)→电池单元C(2)→电池单元C(3)→电池单元C(4)→电池单元C(5)→电池单元C(6)的顺序来选择电池单元。继而，通过电压检测电路211，针对每1单元而依序测量单元电压。以下，将由电压检测电路211测量到的单元电压称为单元电压测量值。

因而，在测量6个电池单元C(1)～C(6)的单元电压的情况下，单元电压的测量所需要的时间(此处，称为单元电压测量期间)Tm需要1单元的测量所需时间的6倍的时间。例如，1单元的测量所需时间的典型值为200μs，因此，在该情况下，单元电压测量期间Tm为1.2ms。

此处，考虑像图4的(b)那样在单元电压测量期间Tm内电流发生了ΔI程度的变化的情况。在时刻t0测量电流的情况下，电池单元C(5)的电压和电流同时被测量。但是，就电池单元C(2)而言，由于单元电压是在时刻t1被测量，因此电压和电流是在不同时刻(时刻t1和时刻t0)被测量，而在这期间，电流发生了ΔI程度的变化。因此，就电池单元C(2)而言，无法测量正确的内部电阻。

因此，在本发明中，如后文所述，利用“单元电压比”的经时变化较小这一情况，可在实质上同时测量单元电压值和电流值。由此，即便在像图4的(b)那样电流发生经时变化的情况下，也可针对每一单元而精度较佳地测量内部电阻。

在本发明中，所谓“单元电压比”，是指各单元电压测量值相对于N个单元电压测量值vc(1,t)～vc(N,t)的合计的比率，在本说明书中，将时刻t下的电池单元C(k)的单元电压比表示为a(k,t)。单元电压比a(k,t)是通过下式(1)而求出。再者，在式(1)中，vc(k,t)为时刻t下的电池单元C(k)的单元电压测量值。

[数式1]

【数1】

当通过式(1)而求出单元电压比a(k,t)时，可根据该单元电压比和由第2电压测量部22测量的总电压Vt，通过下式(2)来算出各电池单元C(1)～C(N)的单元电压。此处，将通过式(2)而算出的单元电压vc(k,t0)称为单元电压运算值。在式(2)中，时刻t0为第2电压测量部22的总电压Vt的测量时刻。另一方面，单元电压比a(k,t2)中的时刻t2为各单元电压测量电路CC1～CCL中的各电池单元C(1)～C(N)的测量时刻。由于各单元电压测量电路CC1～CCL是在大致相同的时刻开始单元电压测量，因此N个单元电压测量值vc(1,t)～vc(N,t)是在图4的单元电压测量期间Tm内得到测量。

[数式2]

【数2】v_c(k，t0)＝a(k，t2)×V_t(t0) …(2)

此处，以下内容较为重要：单元电压比a(k,t2)中的测量时刻(单元电压测量时刻)t2与总电压Vt的测量时刻t0的时刻偏差只要在后文叙述的容许时间范围Tp的期间内，便会被容许。其原因在于，如后文所述，在容许时间范围Tp的期间内，单元电压比a(k,t2)的经时变化足够小。再者，式(1)的单元电压比a(k,t)的算出、以及式(2)的各电池单元C(k)的单元电压运算值vc(k,t0)的算出是在控制部24的运算部240中进行。

(容许时间范围Tp)

接着，使用图5，对可认为单元电压比a(k,t2)的经时变化足够小的容许时间范围Tp进行说明。发明者使用锂离子电池的典型特性值来计算电池组10的行为，结果发现，在10ms的时间范围内，单元电压比处于5×10^-6×ΔI的误差范围内，较为固定。此处，ΔI是以安培单位(A)来表示10ms的时间范围内的电流的变化量的值。

例如，在ΔI＝100(A)的情况下，10ms的时间范围内的单元电压比的误差为5×10^-4＝0.05％左右。再者，在计算该误差时，除了电池单元C的直流电阻(DCR)成分以外，还要考虑极化成分(图2的P(t))。因此，若判断电池系统的电流变化ΔI最大为100(A)左右，则10ms的时间范围内的单元电压比的误差为0.05％左右，可认为大致固定，因此可将10ms设为容许时间范围Tp。

但是，容许时间范围Tp的值并不固定于10ms，而是根据所容许的误差范围等而发生变化。例如，在容许0.3％左右的误差的电池监视装置的情况下，容许时间范围Tp为50ms。

如此，在容许时间范围Tp的期间内，如图5的(c)所示，可认为单元电压比a(k,t2)是固定的。即，在容许时间范围Tp内获取到单元电压比a(k,t2)及总电压Vt(t0)的情况下，通过按照式(2)来求单元电压比a(k,t2)与总电压Vt(t0)的积，可像图5的(d)所示那样获得与总电压Vt(t0)的测量时刻t0相对应的单元电压运算值vc(t0)。

(作为相同时刻的单元电压的单元电压运算值)

如上所述，在本实施方式中，在算出单元电压比时，是使用通过式(2)而算出的单元电压运算值vc(1,t0)～vc(N,t0)代替由单元电压测量部21测量到的单元电压测量值vc(1,t)～vc(N,t)。由此，可高精度地算出第2电压测量部22的总电压Vt(t0)的测量时刻t0的相同时刻下的单元电压(即，单元电压运算值vc(1,t0)～vc(N,t0))。继而，根据所算出的单元电压运算值vc(1,t0)～vc(N,t0)和由电流测量部23测量到的电流值来求各电池单元C(1)～C(N)的内部电阻。

一边参考图6，一边对电池监视装置2中的内部电阻推导动作进行说明。再者，在图6所示的电池监视装置2中，为了将说明简单化，是简化为如下构成来加以表示：通过单元电压测量部21中所设置的选择电路21a来选择N个电池单元C(1)～C(N)中的任一个，利用电压检测电路21b来测量所选择的电池单元的单元电压。选择电路21a及电压检测电路21b具有与图3所示的选择电路210及电压检测电路211相同的功能。

再者，在本实施方式中，当然也可像如图1所示那样利用多个单元电压检测电路CC1～CCL来构成单元电压测量部21。图9、图10、图11、图13也一样。

单元电压测量部21通过选择电路21a来依序选择电池单元C(1)～C(N)，并通过电压检测电路21b来测量由选择电路21a选择的电池单元的电压。由于单元电压测量部21的实际构成与图1相同，因此各电池单元C(1)～C(N)的单元电压测量所需要的时间像前文所述那样为1ms左右。由单元电压测量部21测量到的单元电压测量值经由信号线而传送至控制部24。

在控制部24的运算部240中，使用由电压检测电路21b测量到的单元电压测量值和上述式(1)，针对每一电池单元C(1)～C(N)而计算单元电压比a(k,t)。控制部24将电压测量触发信号Svt发送至第2电压测量部22，将电流测量触发信号Sit发送至电流测量部23。

第2电压测量部22接收电压测量触发信号Svt，在时刻t0测量第2电压输入端子220a、220b间的电压。第2电压输入端子220a、220b间的电压为电池组整体的端子间电压，因此对应于总电压Vt(t0)。测量到的电压值(即总电压Vt(t0))被发送至控制部24。电流测量部23接收电流测量触发信号Sit，测量时刻t0下的电池组10的电流值。测量到的电流值I(t0)被发送至控制部24。控制部24使用发送来的单元电压比a(k,t)、总电压Vt(t0)和式(2)来分别算出各电池单元C(1)～C(N)的时刻t0下的单元电压运算值vc(k,t0)。

如上所述，第2电压测量部22和电流测量部23分别接收触发信号Svt、Sit而开始测量。在本说明书中，所谓触发信号，不仅包括脉冲性信号，还包括软件命令的发送信号。即，如下情况也包含在本发明中：从控制部24中所包含的微电脑对第2电压测量部22和电流测量部23中的各方发送指示测量开始的软件命令，第2电压测量部22和电流测量部23以该软件命令为触发信号，以测量时刻相同的方式进行测量。

如前文所述，由于容许时间范围Tp内的单元电压比a(k,t)的经时变化足够小，因此如此求出的多个单元电压运算值均对应于在时刻t0(第2电压测量部22的总电压测量时刻)测量的单元电压。使用如此求出的时刻t0下的单元电压运算值vc(k,t0)和时刻t0下的电流值I(t0)来求各电池单元C(1)～C(N)的内部电阻。在该情况下，由于单元电压运算值vc(k,t0)和电流值I(t0)均为时刻t0下的值，因此，即便在容许时间范围Tp内单元电压或电流存在经时变化，也会获得正确(高精度)的内部电阻。

(关于总电压测量与电流测量的同时性)

如上所述，针对多个电池单元C(1)～C(N)而获得了相同时刻下的单元电压(单元电压运算值)，因此，为了进一步降低内部电阻的运算误差，总电压测量与电流测量的同时性便成为了问题。本实施方式的特征在于以第2电压测量部22及电流测量部23的测量时刻在实质上相同的方式进行控制。

下面，对容许多少第2电压测量部22与电流测量部23的测量时刻偏差、即为了以所期望的精度算出内部电阻而容许的测量时刻偏差进行说明。首先，如图7的(b)所示，考虑在1ms的期间内电流发生ΔI＝100A变化的情况。继而，考虑在时刻t1测量电流、在时刻t2测量电压(总电压Vt)的情况。图7的(b)表示电流的变化，图7的(a)表示电压的变化。

图8表示测量时刻偏差Δt＝t2－t1与内部电阻的测量误差ΔR的关系。由于电池单元的内部电阻优选在±20％的误差范围进行测量，因此，根据图8的关系，所容许的时刻偏差为±200μs以内。在该情况下，本发明中的所谓“第2电压测量部22的测量时刻与电流测量部23的测量时刻在实质上相同”意指如下情况：若时刻偏差为±200μs以内，则视为“同时”。进而，由于更优选在±1％的误差范围测量内部电阻，因此所容许的时刻偏差为±10μs以内。

此外，所容许的时刻偏差还取决于所测量的电流波形的最大变化速度。例如，在对第2电压测量部22和电流测量部23设置低通滤波器而迟缓了所观测的电压波形和电流波形的经时变化的情况下，与经时变化的迟缓程度相对应的所容许的测量时刻偏差也会变大。接着，以定量方式对这方面进行叙述。

此处，若将所观测的电流的最大经时变化量设为Imax'，则所容许的测量时刻偏差Δt以下式(3)加以表示。最大经时变化量Imax'是由下式(4)定义的量，函数max()为返回最大值的函数。在式(3)中，α为内部电阻的测量值所容许的测量误差，I0为平均电流值。如上所述，所容许的测量误差α优选为±20％，进而优选为±1％。根据式(3)可知，若设置低通滤波器，则作为电流波形的经时变化的Imax'会变小，因此所容许的时刻偏差Δt变大。

[数式3]

【数3】

-第2实施方式-

使用图9，对本发明的第2实施方式进行说明。在上述第1实施方式中，是根据单元电压比a(k,t)和由第2电压测量部22测量到的总电压Vt(电池组整体的电压)，通过式(2)来算出与电流测量时刻在实质上相同的时刻下的单元电压。在以下所说明的第2实施方式中，是使用中间电压Vm(串联在一起的M个电池单元的电压：M为2～N－1的自然数)而非电池组10的总电压Vt作为由第2电压测量部22测量的电压。

再者，在图9所示的电池监视装置2中，为了将说明简单化，是简化为如下构成来加以表示：通过单元电压测量部21中所设置的选择电路21a来选择N个电池单元C(1)～C(N)中的任一个，并利用电压检测电路21b来测量所选择的电池单元的单元电压。在本实施方式中，当然也可像图1所示那样利用多个单元电压检测电路CC1～CCL来构成单元电压测量部21。

在图9所示的例子中，将第2电压输入端子220a连接于电池单元C(1)的负极侧、将第2电压输入端子220b连接于电池单元C(2)的正极侧，测量电池单元C(1)的电压与电池单元C(2)的电压的和作为中间电压Vm。在第2实施方式中，与第1实施方式的情况一样，第2电压测量部22及电流测量部23也是以测量时刻在实质上相同的方式接收触发信号Svt、Sit而进行测量。

在本实施方式中，以如下方式算出时刻t0(第2电压测量部22中的电压测量时刻)下的单元电压vc(k,t0)。例如，在将从第1电池单元C(1)起到第M电池单元C(M)为止的M个电池单元的两端电压作为中间电压Vm的情况下，中间电压Vm(t0)与上述总电压Vt(t0)通过下式(5)而联系在一起。若将根据式(5)而求出的总电压Vt(t0)代入至上述式(3)，则通过下式(6)来求出单元电压vc(k,t0)。在式(6)中，B(t2)为根据单元电压比而算出的修正系数，由下式(7)定义。

[数式4]

【数4】

根据式(6)也可知道，由于修正系数B(t2)是根据单元电压比而算出，因此与单元电压比一样，在容许期间范围Tp内可视为固定。因而，如式(6)所示，根据在时刻t0测量到的中间电压Vm(t0)来求时刻t0下的单元电压运算值vc(k,t0)。关于进行修正系数B(t2)的算出处理的时刻，于在单元电压测量部21中测量到各电池单元的单元电压C(1)～C(N)的时间点进行算出即可。修正系数B(t2)的运算是在控制部24的运算部240中进行。在图9所示的例子中，是将电池单元C(1)～C(2)的两端电压用作中间电压Vm，但可将电池组10中连续的任意M个两端电压用作中间电压。例如，在将从第i电池单元C(i)起到第i+M电池单元C(i+M)为止的M个电池单元的两端电压作为中间电压Vm的情况下，作为修正系数B(t2)，取j＝i到j＝M+i的总和作为式(7)的分母的总和(Σ)即可。

在本实施方式中，通过使用中间电压Vm(t0)代替总电压Vt(t0)，使得在第2电压测量部22中应测量的电压值的大小比测量总电压Vt(t0)的情况小，从而有电压测量电路易于制作的效果。尤其是由于电路所要求的绝缘耐压变小，因此可减小第2电压测量部22的电路面积。

-第3实施方式-

使用图10，对本发明的电池监视装置的第3实施方式进行说明。在本实施方式中，如图10所示，单元电压测量部21配备有单元电压滤波器21c。单元电压滤波器21c是发挥将单元电压的信号在时间上加以平均化的作用的滤波器，典型而言使用低通滤波器。如前文所述，由于单元电压比a(k,t)的经时变化较慢，因此测量单元电压的单元电压测量部21的响应时间也可较慢。因此，通过设置单元电压滤波器21c而将单元电压信号在时间上加以平均化，电噪声得以减少，从而可准确地测定单元电压比a(k,t)。

再者，在图10所示的电池监视装置2中，为了将说明简单化，是简化为如下构成来加以表示：通过单元电压测量部21中所设置的选择电路21a来选择N个电池单元C(1)～C(N)中的任一个，并利用电压检测电路21b来测量所选择的电池单元的单元电压。在本实施例中，当然也可像图1所示那样利用多个单元电压检测电路CC1～CCL来构成单元电压测量部21。

进而，如图4所示，单元电压的测定需要单元电压测量期间Tm这一时间。在该单元电压测量期间Tm内，单元电压无变化将可测量准确的单元电压。因此，通过设置单元电压滤波器21c来限制信号频带而将信号平滑化，可提高单元电压比a(k,t)的精度。进而，优选以单元电压测量期间Tm内的单元电压信号的经时变化较小的方式规定单元电压滤波器的特性时间常数，以进一步提高该效果。具体而言，优选将单元电压滤波器21c的低通时间常数设定为单元电压测量期间Tm的2倍以上。由此，即便在单元电压测量期间Tm内电流发生变化，通过单元电压滤波器之后的电压信号也几乎无变化，因此可精度较佳地求出单元电压比a(k,t)。

再者，所谓单元电压测量期间Tm，是指将构成电池组10的电池单元C(1)～C(N)的电压全部测量完毕所需要的时间。例如，考虑如下情况：单元电压测量部21像图1所示那样由多个单元电压测量电路CC1～CCL构成，各单元电压测量电路CC1～CCL像图3所示那样由多工器等选择电路210和电压检测电路211构成。通过对单元电压测量电路CC1～CCL施加触发信号，各单元电压测量电路CC1～CCL可大致同时开始测量，因此将连接有各单元电压测量电路CC1～CCL的电池单元的单元电压全部测量完毕的时间成为单元电压测量期间Tm。在图1的情况下，将单元C(1)～单元C(4)测量完毕的期间为单元电压测量期间Tm。

再者，根据单元电压测量电路CC1～CCL的构成的不同，有时会在该期间之后进行零点修正等电路校正处理，但该电路校正处理期间不包含在单元电压测量期间Tm内。其原因在于，在电路校正处理期间，即便单元电压值发生变动，也不会对单元电压的测量产生影响。

-第4实施方式-

使用图11，对本发明的电池监视装置的第4实施方式进行说明。在本实施方式中，对第2电压测量部22也设置具有低通特性的第2电压输入滤波器22a，单元电压滤波器21c的特性时间常数与第2电压输入滤波器22a的特性时间常数设定为互不相同。输入至第2电压测量部22的电压信号经过第2电压输入滤波器22a之后，被输入至为AD转换器的电压检测电路22b，使得模拟信号转换为数字信号。再者，在电流测量部23中设置有电流输入滤波器23a。

再者，在图11所示的电池监视装置2中，为了将说明简单化，是简化为如下构成来加以表示：通过单元电压测量部21中所设置的选择电路21a来选择N个电池单元C(1)～C(N)中的任一个，并利用电压检测电路21b来测量所选择的电池单元的单元电压。在本实施例中，当然也可像图1所示那样利用多个单元电压检测电路CC1～CCL来构成单元电压测量部21。

通过像图11那样在第2电压测量部22中设置第2电压输入滤波器22a，即便在像上述那样单元电压滤波器21c的特性时间常数较长的情况下，也可将第2电压测量电路22的第2电压输入滤波器22a的特性时间常数设定得较短。像使用图5而说明过的那样，本发明中的单元电压(通过上述式(2)或式(6)而算出的单元电压运算值)的测定时间常数被第2电压测量电路22的响应时间常数左右。因此，通过像上述那样将第2电压输入滤波器22a的特性时间常数设定得比单元电压滤波器21c的特性时间常数短，即便加长单元电压滤波器的特性时间常数，也可利用第2电压测量电路的响应时间常数来测定单元电压。

如前文所述，就可精度较佳地测量单元电压比a(k,t)的观点而言，单元电压滤波器21c的特性时间常数优选设定得较长。因而，根据本实施方式的构成，可兼顾较高的测定精度和高速响应特性。为了进一步提高该效果，进而优选宜将第2电压测量部22的第2电压滤波器22a的特性时间常数设为单元电压滤波器21c的特性时间常数的1/2以下。

-第5实施方式-

本发明的电池监视装置的第5实施方式的特征在于使图1中的第2电压测量部22及电流测量部23的响应特性相等。此处，所谓“使响应特性相等”，是定义为使第2电压测量部22的传递函数的特性频率与电流测量部23的传递函数的特性频率相等。各测量部的所谓传递函数，是指去往该测量部的输入信号与输出信号的电压振幅的比率。传递函数也称为增益。

图12为示意性地表示第2电压测量部22的传递函数GV和电流测量部23的传递函数GI的图。在图12中，横轴以对数轴表示频率，纵轴以对数轴表示电压振幅的比率。图12所示的传递函数GV、GI在低区域(频率较低的区域)内取固定值，但在高区域(频率较高的区域)内表现出频率越高便越小的特性。这是低通特性。

所谓传递函数的特性频率fc(characteristic frequency)，在本说明书中，按照普通规约定义为传递函数的振幅发生3dB降低的频率。所谓“发生3dB降低”，是指“振幅变为1/√2”。并且，特性时间常数τc由下式(8)定义。

[数式5]

【数5】

接着，对“使特性频率相等”的容许范围进行说明。对传递函数具有1次低通特性(Low-Pass filter)的情况进行说明。在该情况下，传递函数由下式(9)表示。此处，|G0|表示低频域下的增益。即，G0＝G(f→0)。

[数式6]

【数6】

如图12所示，将第2电压测量部22的传递函数GV的特性频率设为fc(V)，将电流测量部23的传递函数GI的特性频率设为fc(I)。满足f＞＞fc(V)、f＞＞fc(V)的频率f下的增益误差ΔG由下式(10)表示。根据式(10)可知，对作为原本的增益的|GV0/GI0|乘以β即为测量误差，因此由式(11)定义的β表示因特性频率互不相同所引起的测量误差。

[数式7]

【数7】

由于测量误差优选为±20％以下，因此，根据式(11)可知，第2电压测量部22与电流测量部23的特性频率优选在±20％的范围内相等。由于测量误差进而优选为±5％以下，因此，根据式(11)可知，第2电压测量部22与电流测量部23的特性频率优选在±5％的范围相等。

在高于低通特性的特性频率的频域内，输出信号振幅相较于输入信号振幅而言会发生衰减。但是，若在第2电压测量部22和电流测量部23中将传递函数的特性频率设定得相等，则在式(10)、(11)中，β＝1，因此即便在高于特性频率的频域内，电压信号与电流信号的振幅比也会是正确值。因而，可准确地测量电池单元的内部电阻。如此，通过在第2电压测量部22和电流测量部23中将传递函数的特性频率(即特性时间常数τc)设定得相等，有如下效果：即便使用特性频率较低(特性时间常数较长)的测量电路，也可准确地求出内部电阻。

-第6实施方式-

使用图13，对本发明的电池监视装置的第6实施方式进行说明。在第6实施方式的电池监视装置2中，是将第2电压测量部22的电压检测电路(数模转换器)22b和电流测量部23的电流检测电路(电流AD转换器)23b形成于同一集成电路(IC)25上。集成电路25包括控制电压检测电路22b及电流检测电路23b的AD转换控制部250。如此，通过将电压检测电路22b及电流检测电路23b形成于同一集成电路25上，易于提高第2电压测量部22与电流测量部23的同时测定性能、易于使传递函数的特性相等。

再者，在图13所示的电池监视装置2中，为了将说明简单化，是简化为如下构成来加以表示：通过单元电压测量部21中所设置的选择电路21a来选择N个电池单元C(1)～C(N)中的任一个，并利用电压检测电路21b来测量所选择的电池单元的单元电压。在本实施例中，当然也可像图1所示那样利用多个单元电压检测电路CC1～CCL来构成单元电压测量部21。

电压检测电路22b及电流检测电路23b分别接收来自AD转换控制部250的触发信号而开始AD转换。AD转换控制部250以电压检测电路22b及电流检测电路23b的转换时刻相等的方式产生触发信号。进而，优选构成为电压检测电路22b及电流检测电路23b在同一触发信号下开始转换。

此外，优选对电压检测电路22b及电流检测电路23b使用ΔΣ型AD转换器。若使用ΔΣ型AD转换器，则可进行高精度的AD转换，所以较佳。

进而优选在电压检测电路22b和电流检测电路23b中将ΔΣ型AD转换器的抽取滤波器设为相同特性的抽取滤波器，由此可使这2个AD转换器的传递函数相等。

此外，也可像图11所示那样对第2电压测量部22和电流测量部23中的各方设置输入滤波器(第2电压输入滤波器22a、电流输入滤波器23a)。在该情况下，若构成为第2电压测量部22所具有的第2电压输入滤波器22a的特性频率与电流测量部23所具有的电流输入滤波器23a的特性频率相等，则更佳。

如以上所说明，监视多个电池单元C(1)～C(N)串联而成的电池组10的电池监视装置2包括：单元电压测量部21，其测量电池单元C(1)～C(N)各自的端子间电压；第2电压测量部22，其测量电池单元C(1)～C(N)中的至少2个以上的电池单元串联在一起的电池单元组的两端电压；电流测量部23，其测量在电池组10中流动的电流；作为单元电压比算出部的运算部240，其根据由单元电压测量部21测量到的端子间电压来分别算出电池单元C(1)～C(N)的单元电压比a(k,t)；作为单元电压算出部的运算部240，其根据单元电压比a(k,t)和由第2电压测量部22测量到的两端电压来分别算出两端电压测量时的电池单元C(1)～C(N)的单元电压运算值vc(k,t0)；以及作为触发信号产生部的控制部24，其将用于以集合形式获取由第2电压测量部22测量的两端电压和由电流测量部23测量的电流值的触发信号Svt、Sit分别输入至第2电压测量部22及电流测量部23。

各电池单元C(1)～C(N)的单元电压运算值vc(k,t0)是根据单元电压比a(k,t)和由第2电压测量部22测量到的两端电压来算出，因此可视为同一时刻下的单元电压，从而可使多个单元电压的测量时刻与电流的测量时刻一致。所谓用于以集合形式获取两端电压和由电流测量部23测量的电流值的触发信号，意指以获取内部电阻算出所需要的单元电压及电流值的方式产生触发信号，是以两端电压及电流值的测量时刻为相同时刻或大致相同时刻的方式加以控制。由此，可降低通过单元电压运算值vc(k,t0)和测量到的电流值而算出的内部电阻值的算出误差。

进而，通过将用于以集合形式进行获取的触发信号Svt、Sit设为以第2电压测量部22及电流测量部23的各测量时刻在实质上相等的方式对输入时刻进行调整后的触发信号，可更高精度地算出内部电阻值。

再者，通过像图9所示那样使所述电池单元组中的电池单元的个数少于电池组10的电池单元的总数、使用中间电压Vm(t0)代替总电压Vt(t0)，使得在第2电压测量部22中应测量的电压值的大小比测量总电压Vt(t0)的情况小，从而使得例如电路所要求的绝缘耐压减小，可减小第2电压测量部22的电路面积。相反，通过像图1那样使用总电压Vt(t0)，可降低单元电压运算值vc(k,t0)的运算负荷。

此外，在图1所示的电动车辆驱动装置100的电池系统1中，通过配备上述那样的电池监视装置2，可针对每一单元而测量多个电池单元C(1)～C(N)的内部电阻，因此，可分别高精度地测定构成电池组10的各电池单元C(1)～C(N)的劣化度。即，可针对各单元中的每一个而监视电池的劣化度，因此可高精度地控制电池。

上述各实施方式可分别单独使用或组合使用。其原因在于，可单独或协同发挥各实施方式中的效果。此外，只要不损及本发明的特征，则本发明丝毫不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，以电动车辆驱动装置的电池系统中所设置的电池监视装置为例进行了说明，但本发明并不限于运用于电动车辆驱动装置，而是可运用于各种装置的电池系统中所设置的电池监视装置。

下面的优先权基础申请的揭示内容以引用文的形式并入至本申请。

日本专利申请2014年第81975号(2014年4月11日申请)

符号说明

1 电池系统

2 电池监视装置

9 电流测量元件

10 电池组

21 单元电压测量部

21c 单元电压滤波器

22 第2电压测量部

22a 第2电压输入滤波器

22b、211 电压检测电路

23a 电流输入滤波器

23b 电流检测电路

23 电流测量部

24 控制部

25 集成电路

30 车辆控制器

40 变换器

50 旋转电机

100 电动车辆驱动装置

210 选择电路

240 运算部

C、C(1)～C(N) 电池单元

CC1～CCL 单元电压测量电路

Sit 电流测量触发信号

Svt 电压测量触发信号。

Claims

1.一种电池监视装置，其监视多个电池单元串联而成的电池组，该电池监视装置的特征在于，包括：

第1电压测量部，其测量所述多个电池单元各自的端子间电压；

第2电压测量部，其测量所述多个电池单元中的至少2个以上的电池单元串联在一起的电池单元组的两端电压；

电流测量部，其测量在所述电池组中流动的电流；

单元电压比算出部，其根据由所述第1电压测量部测量到的所述端子间电压来分别算出所述多个电池单元的单元电压比；

单元电压算出部，其根据所述单元电压比和由所述第2电压测量部测量到的两端电压来分别算出所述两端电压的测量时的所述多个电池单元的单元电压；以及

触发信号产生部，其将用于以集合形式获取由所述第2电压测量部测量的两端电压和由所述电流测量部测量的电流值的触发信号分别输入至所述第2电压测量部及所述电流测量部。

2.根据权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，

用于以集合形式进行获取的所述触发信号是以所述第2电压测量部及所述电流测量部的各测量时刻在实质上相等的方式对输入时刻进行调整后的触发信号。

3.根据权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，

所述第1电压测量部包括响应时间常数比所述第2电压测量部的响应时间常数大的单元电压滤波器。

4.根据权利要求3所述的电池监视装置，其特征在于，

所述第2电压测量部的响应时间常数为所述单元电压滤波器的响应时间常数的1/2以下。

5.根据权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，

所述第1电压测量部包括低频截止特性时间为端子间电压测量期间的2倍以上的单元电压滤波器。

6.根据权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，

所述第2电压测量部的传递函数和所述电流测量部的传递函数中，它们的特性时间常数相等。

7.根据权利要求6所述的电池监视装置，其特征在于，

将所述第2电压测量部中所设置的模数转换器和所述电流测量部中所设置的模数转换器形成于同一集成电路上。

8.根据权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，

所述电池单元组中的电池单元的个数少于所述电池组的电池单元的总数。

9.根据权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，

与所述电流测量部连接的电流测量元件为电阻元件。