CN108226792A - 差分电压测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种差分电压测量装置，能够提高依次获取的第一电压与第二电压之间电压差的测量精度，并且实现差分电压测量装置的成本降低和小型化。差分电压测量装置包括：由陶瓷电容器形成的第一电容器(113)和第二电容器(114)；差分放大器(111)，用于输出与由第一电容器(113)保持的电压和由第二电容器(114)保持的电压之间电压差相对应的电压；和μCOM(140)，用于将第一电压引导至第一电容器(113)，在第一电容器(113)保持第一电压的情况下将第二电压引导至第二电容器(114)，并且μCOM(140)将第三电压引导至至少第一电容器(113)或第二电容器(114)，并且在停止施加第三电压之后，将第一电压引导至第三电压所引导到的第一电容器(113)或第二电容器(114)。

Description

差分电压测量装置
技术领域
本发明涉及一种技术，用于提高要依次获取的第一电压与第二电压之间的电压差的测量精度。
背景技术
例如，在诸如使用电动机行驶的电动车辆(EV)、通过内燃机与电动机的混合使用而行驶的混合动力车辆(HEV)等这样的各种车辆中，安装了诸如锂离子可充电电池或镍氢可充电电池这样的二次电池，作为电动机的电源。
已知这样的二次电池由于反复充电和放电而劣化，并且可存储容量(电流容量、电力容量等)逐渐减小。则在使用二次电池的电动车辆中，通过检测二次电池的劣化程度而得出可存储容量，并从而计算二次电池的可行驶距离、二次电池的寿命等。
作为表示二次电池的劣化程度的一个指标，存在作为当前可充电容量相对于初始可存储容量的比率这样的SOH(健康状态)。已知SOH与二次电池的内部电阻相互关联。因此，检测二次电池的内部电阻使得能够基于该内部电阻得到SOH。
通常地，虽然由于内部电阻很小而难以得到足够的检测精度，但是专利文献1公开了具有提高的内部电阻的检测精度的电池状态检测装置。
图6图示出示出在专利文献1中描述的电池状态检测装置500的示意性配置的图。要检测的二次电池B具有产生电压的电动势部分e和内部电阻r。该内部电阻r的检测使得能够得到二次电池B的SOH。
二次电池B在两个电极(正电极Bp和负电极Bn)之间产生电压V，通过由电动势部分e处的电动势所产生的电压Ve以及使电流流经内部电阻r所产生的电压Vr，来确定电压V(V＝Ve+Vr)。二次电池B的负电极Bn连接于基准电位G。
电池状态检测装置500包括：差分放大单元511、转接开关512、第一电容器513、第二电容器514、充电单元515、第一模拟数字转换器(ADC)521、第二模拟数字转换器(ADC)522、和微型计算机(μCOM)540。
在图中所示的配置中，当μCOM 540将充电开始的控制信号通过输出端口PO2发送到充电单元515时，充电单元515开始使预定的恒定电流Ic流向二次电池B。结果，二次电池B的充电开始。
当充电开始时，μCOM 540通过输出端口PO2控制转接开关512，使得二次电池B的正电极Bp与第一电容器513连接。结果，充电期间的二次电池B的两个电极之间的电压V1＝Ve+r·Ic保持在第一电容器513中。
接着，当通过输入端口PI1获取的二次电池B的两个电极之间的电压达到预定的状态检测电压时，μCOM 540通过输出端口PO1控制转接开关512，使得二次电池B的正电极Bp与第二电容器514连接，并且将充电停止的控制信号通过输出端口PO2发送到充电单元515。
结果，当到二次电池B的充电电流Ic停止并且第二电容器514的存储状态变得稳定时，二次电池B的两个电极之间的电压V2＝Ve保持在第二电容器514中。
在该状态下，μCOM 540通过输入端口PI2检测差分放大器511输出的放大电压Vm。然后，将检测到的放大电压Vm除以差分放大器511的比率Av，并且再除以充电电流Ic，从而检测到内部电阻r(＝(Vm/Av)/Ic)。
最终，μCOM 540将充电开始的控制信号通过输出端口PO2发送到充电单元515。充电单元515根据该控制信号而开始使预定的恒定充电电流Ic再次流入二次电池B内。结果，继续充电，并且电池状态检测过程结束。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2014-219311
发明内容
本发明要解决的问题
利用在专利文献1中描述的电池状态检测装置500，能够提高二次电池的内部电阻的检测精度，并且抑制电池状态的检测精度的恶化。
此外，通过应用电池状态检测装置500的技术，能够构成差分电压测量装置，该差分电压测量装置不仅能够测量二次电池的内部电阻，而且能够高精度地测量诸如电池这样的电压源中的第一状态与第二状态之间的微小电压改变或者电路中的两点的电势差等。
即，利用开关512和电容器513将第一状态的电压源的电压或电路中的一点处的电压取样并保持为第一电压，而后利用开关512和第二电容器514将第二状态的电压源的电压或电路中的另一点处的电压取样且保持为第二电压，在通过差分放大器511放大第一电压与第二电压之间的差之前，并且将放大单元511输出的放大电压Vm除以差分放大单元511的放大因数Av，并从而能够高精度地测量电压源中的第一状态与第二状态之间的微小电压改变或者电路中的一点与另一点。
在专利文献1中描述的实例中，恒定电流Ic流经二次电池B的状态对应于第一状态，并且没有电流流动的状态对应于第二状态。注意，作为电压改变的检测对象的特定电压源不限于二次电池，而可以是构成一次电池的单位电池、或组装电池、电源电路等。
现在，在实际的电容器中，发生蓄积的电荷由于微小的漏电流而被释放的现象。因此，在利用第一电容器513采样和保持第一状态的电池的电压而直到利用第二电容器514采样和保持第二状态的电池的电压结束为止之后，蓄积在第一电容器513中的电荷由于漏电流而稍微逃逸。当电荷从第一电容器513被释放时，第一电压比实际电压低，这导致测量精度的降低。
此外，为了减小该类型的装置的成本和尺寸，优选地对于第一电容器513或第二电容器514使用陶瓷电容器。然而，陶瓷电容器具有静电容随着电压增大而减小的直流偏置(DC bias)特性。由于该特征性的直流偏置特性，当采样和保持的电荷由于漏电流而逃逸时，第一电压减小并且静电容增大，使得第一电压的减小进一步发展，造成测量精度进一步恶化的问题。因此，传统方法难以使用陶瓷电容器。
鉴于以上，本发明的目的是提供一种差分电压测量装置，该差分电压测量装置能够抑制依次获取的第一电压与第二电压之间的电压差的测量精度的恶化，并且能够降低成本和减小装置的尺寸。
解决问题的方案
为了解决以上问题，本发明的差分电压测量装置由以下构成：均由陶瓷电容器形成的第一电容器和第二电容器；差分放大器，该差分放大器用于输出与由所述第一电容器保持的电压和由所述第二电容器保持的电压之间的电压差相对应的电压；以及控制单元，该控制单元用于将第一电压引导至所述第一电容器，并且在所述第一电容器保持所述第一电压的情况下将第二电压引导至所述第二电容器，并且所述控制单元将第三电压引导到至少所述第一电容器，并且在停止施加所述第三电压之后，将所述第一电压引导至所述第三电压被引导至的所述第一电容器。另外，所述第二电容器可以具有比所述第一电容器的容量小的容量。另外，所述控制单元控制将电压被施加到的输入端的连接目的地唯一地连接到所述第一电容器或所述第二电容器，并从而将所述第一电压或所述第三电压引导至所述第一电容器，并且在所述第一电容器保持所述第一电压或所述第三电压的情况下，将所述第二电压或所述第三电压引导至所述第二电容器。此外，该差分电压测量装置还包括电流输出单元，该电流输出单元切换和输出用于产生所述第一电压而提供的第一电流、用于产生所述第二电压而提供的第二电流、以及用于产生所述第三电压而提供的第三电流。
发明的优点
根据本发明，将第三电压引导至第一电容器和第二电容器中的至少一个电容器，在停止第三电压的施加之后，在过去预定时间之后，将第一电压或第二电压引导至第一电容器或第二电容器。通过像这样做，能够在陶瓷电容器的直流偏置特性改变之后得到第一电压和第二电压。因此，抑制了由于陶瓷电容器的直流偏置特性的影响而导致的电压降所引起的静电容的增大，并且此外，减小了电容器的电压降，使得能够抑制第一电压与第二电压之间的电压差的测量精度降低。并且，由于使用了陶瓷电容器，所以能够实现装置的成本降低和小型化。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的电池状态检测装置的示意性配置的图。
图2是示出电池状态检测装置中的电池状态检测处理的一个实例的流程图。
图3是示出陶瓷电容器的直流偏置特性的一个实例的曲线图。
图4是示出根据第二实施例的差分电压测量装置的示意性配置的图。
图5是示出差分放大器的一个实例的电路图。
图6是示出传统的电池状态检测装置的示意性配置的图。
参考标记列表
100 电池状态检测装置(差分电压测量装置)
111 差分放大器
112 转接开关
113 第一电容器
114 第二电容器
115 充电单元(电流输出单元)
121 第一ADC
122 第二ADC
140 μCOM(控制单元)
200 差分电压测量装置
210 μCOM(控制单元)
211 开关控制单元
220 电流输出单元
230 转接开关
240 差分放大器
250 ADC
261 检测对象选择开关
262 基准电位设定开关
270 保护开关
C1 第一电容器
C2 第二电容器
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的实施例。第一实施例是其中差分电压测量装置应用于电池状态检测装置的实例。图1是示出作为本发明的第一实施例的电池状态检测装置的示意性配置的图。
本实施例的电池状态检测装置100安装于电动车辆，例如，连接在设置于电动车辆所包括的二次电池中的二次电池的电极之间，并且该电池状态检测装置100检测二次电池的内部电阻作为该二次电池的状态。毫无疑问可以应用于除了电动车辆之外的配备有二次电池的装置、系统等。
要检测的二次电池B具有产生电压的电动势部分e和内部电阻r。通过检测内部电阻r，能够得到二次电池B的SOH。
二次电池B在两个电极(正电极Bp和负电极Bn)之间产生电压V，通过由电动势部分e生成的电动势所产生的电压Ve以及流经内部电阻r的电流所产生的电压Vr，来确定电压V(V＝Ve+Vr)。二次电池B的负电极Bn连接于基准电位G。
如图所示，电池状态检测装置100包括：差分放大器111、转接开关112、第一电容器113、第二电容器114、充电单元115、第一模拟数字转换器(ADC)121、第二模拟数据转换器(ADC)122、和微型计算机(μCOM)140。
例如，差分放大器111由运算放大器等构成，并且具有两个输入端(第一输入端In1和第二输入端In2)和一个输出端(输出端Out)，并且从输出端输出电压Vm，通过将输入到这两个输入端的电压的差值以预定的放大因数Av放大而得到该电压Vm。
例如，转接开关112是由模拟开关等构成的一个电路2触点开关(SPDT(单刀双掷))开关。转接开关112中的两个转接端子a和b中的转接端子a连接于差分放大器111的第一输入端In1，并且转接端子b连接于差分放大器111的第二输入端In2。此外，转接开关112中的共用端子c连接于二次电池B的正电极Bp。
转接开关112连接到稍后描述的μCOM 140的输出端口PO1，根据来自μCOM 140的控制信号而切换两个转接端子a、b与共用端子c之间的连接，二次电池B的正电极Bp唯一地连接于第一输入端In1，或者连接于第二输入端In2。
第一电容器113连接在差分放大器111的第一输入端In1与基准电位G之间。即，第一电容器113被设置在第一输入端In1与二次电池B的负电极Bn之间。结果，第一电容器113保持第一输入端In1与二次电池B的负电极Bn之间的电压。
第二电容器114连接于差分放大器111的第二输入端In2与基准电位G之间。即，第二电容器114被设置在第二输入端In2与二次电池B的负电极Bn之间。结果，第二电容器114保持第二输入端In2与二次电池B的负电极Bn之间的电压。
这里，在本实施例的电池状态检测装置100中，第一电容器113和第二电容器114均由陶瓷电容器构成。另外，第一电容器113和第二电容器114的电容彼此不同，将首先蓄积电荷的第一电容器113的电容设计为比第二电容器114的电容大。通常地，对于电容器，电容越大，由于漏电流而产生的电压降的效果越小，并且电容越小，采样保持所需的时间越短。
在本实施例中，第一电容器113的电容与第二电容器114的电容是不同的，但是它们可以具有相同的电容。
充电单元115连接于二次电池B的正电极Bp与基准电位G之间，以使得在对二次电池B充电时，预定的充电电流Ic能够在二次电池B中流动。因此，充电单元115能够用作电流输出单元。充电单元115连接于稍后描述的μCOM 140的输出端口PO2，充电电流Ic根据控制信号而流经二次电池B，并且停止使充电电流Ic流经二次电池B从而停止充电。
第一模拟数字转换器(ADC)121量化二次电池B的两个电极之间的电压，并且输出表示与该电压相对应的数值的信号。第二模拟数字转换器(ADC)122量化从差分放大器111输出的放大电压Vm，并且输出表示与放大电压Vm相对应的数值的信号。
μCOM 140具有内置的CPU、ROM、RAM等，该μCOM 140用作控制器，并且控制整个电池状态检测装置100。μCOM 140设置有连接于转接开关112的第一输出端口PO1和连接于充电单元115的第二输出端口PO2，μCOM 140通过第一输出端口PO1将控制信号发送到转接开关112，控制转接开关112，使得在对二次电池B充电的同时，将二次电池B的正电极Bp与第一输入端In1连接，并且在停止二次电池B的充电的同时，将二次电池B的负电极Bp与第二输入端In2连接。
此外，控制信号通过第二输出端口PO2而被发送到充电单元115，并且在利用充电单元115对二次电池B充电期间，当二次电池B的两个电极之间的电压V达到预定的状态检测电压Vt时，控制充电单元115从而停止二次电池B的充电。
μCOM 140具有：第一输入端口PI1，从第一ADC 121输出的信号输入到该第一输入端口PI1；和第二输入端口PI2，从第二ADC 122输出的信号输入到该第二输入端口PI2。基于这些信号，μCOM 140检测二次电池B的两个电极之间的电压V和从差分放大器111输出的放大电压Vm。然后，基于放大电压Vm和充电电流Ic检测二次电池B的内部电阻r。
接着，将参考图2的流程图描述包括在根据第一实施例的电池状态检测装置100中的μCOM 140中的电池状态检测过程的一个实例。
例如，在通过通信端口从安装在车辆上的电子控制单元接收到二次电池B的充电开始命令时，μCOM 140通过第二输出端口PO2将用于开始充电的控制信号发送到充电单元115。根据该控制信号，充电单元115开始将预定的恒定充电电流Ic供给到二次电池B。结果，二次电池B的充电开始。
当充电电流Ic流经二次电池B并且对电池充电时，μCOM 140通过第一输出端口PO1将用于连接转接端子a与共用端子c的控制信号发送到转接开关112(S110)。
转接开关112根据该控制信号连接转接端子a与共用端子c，使得二次电池B的正电极Bp与差分放大器111的第一输入端In1连接。
结果，第一电容器113连接于二次电池B的正电极Bp与负电极Bn之间，并且电荷从二次电池B和充电单元115流入第一电容器113内。当过去特定量的时间时，第一电容器113蓄积电荷达到其容量上限，另外，在第一电容器113中存储在充电期间二次电池B的两个电极之间的电压(第三电压)。
接着，μCOM 140等待，直到二次电池B的两个电极之间的电压达到状态检测电压Vth(S120)。当二次电池B的两个电极之间的电压达到预定的状态检测电压Vth时，μCOM 140通过第一输出端口PO1将用于连接转接端子b与共用端子c的控制信号发送到转接开关112(S130)。
转接开关112根据该控制信号将转接端子b与共用端子c连接，使得二次电池B的正电极Bp与差分放大器111的第二输入端In2连接。
结果，第二电容器114连接在二次电池B的正电极Bp与负电极Bn之间，并且电荷从二次电池B和充电单元115流入第二电容器114内。当过去特定量的时间时，第二电容器114蓄积电荷达到其容量上限，另外，在第二电容器114中存储在充电期间二次电池B的两个电极之间的电压(第三电压)。
接着，μCOM 140等待，直到二次电池B的两个电极之间的电压达到状态检测电压Vth(S140)。达到该点时，对于第一电容器113和第二电容器114进行预采样和保持操作。稍后将描述关于该预采样和保持操作的效果。
当二次电池B的两个电极之间的电压达到预定的状态检测电压Vth时，μCOM 140通过第一输出端口PO1将用于连接转接端子a与共用端子c的控制信号发送到转接开关112(S150)。
转接开关112根据该控制信号连接转接端子a与共用端子c，使得二次电池B的正电极Bp与差分放大器111的第一输入端In1连接。
结果，第一电容器113连接于二次电池B的正电极Bp与负电极Bn之间，并且电荷从二次电池B和充电单元115流入第一电容器113内。当过去特定量的时间时，第一电容器113蓄积电荷达到其容量上限，另外，在第一电容器113中存储在充电期间二次电池B的两个电极之间的电压作为第一电压。
接着，μCOM 140等待，直到二次电池B的两个电极之间的电压达到状态检测电压Vth(S160)。当二次电池B的两个电极之间的电压达到预定的状态检测电压Vth时，μCOM 140通过第一输出端口PO1将用于连接转接端子b与端子c的控制信号发送到转接开关112，并且几乎同时地通过第二输出端口PO2将用于停止充电的控制信号发送到充电单元115。
转接开关112根据该控制信号将转接端子b与共用端子c连接，使得二次电池B的正电极Bp与差分放大器111的第二输入端In2连接。
结果，第二电容器114连接在二次电池B的正电极Bp与负电极Bn之间，并且电荷从二次电池B流入第二电容器114内。另外，充电单元115根据来自μCOM 140的控制信号停止对二次电池B的充电电流Ic。
在第二电容器114与二次电池B通过转接开关112连接的同时，虽然第一电容器113从二次电池B断开，但是因为将第一电容器113的量设计为大的，所以能够减小由于漏电流而逃逸的电荷量。
然后，第二电容器114等待至过去为了蓄积电荷达到容量上限而设定的电力存储时间段(S190)。因为将第二电容器114的容量设计为小的，所以第二电容器114能够在短时间内存储电荷达到容量上限。由于该原因，能够进一步减小通过第一电容器113逃逸的电荷量。
当该存储时间段已经过去时，第二电容器114存储电荷达到其容量上限，由二次电池B保持的电压稳定化，并且保持二次电池B的两个电极之间的电压作为第二电容器114中的第二电压。
接着，当由第二电容器保持的电压稳定化时(即，当存储时间段已经过去时)，μCOM140基于从输入到第二输入端口PI2的信号所得到的信息而检测从差分放大器111输出的放大电压Vm(S200)。
μCOM 140将检测到的放大电压Vm除以差分放大器111的放大因数Av，再除以充电电流Ic，并从而检测到二次电池B的内部电阻r(r＝(Vm/Av)/Ic)(S210)。
最终，μCOM 140通过第二输出端口PO2将充电开始的控制信号发送到充电单元115(S220)。根据该控制信号，充电单元115再次开始使预定的恒定充电电流Ic流到二次电池B。结果，继续充电，并且电池状态检测过程终止。
如上所述，在根据本实施例的电池状态检测装置100中，如在步骤S120或S140中一样，一旦电压施加于第一电容器113和第二电容器114(作为预采样和保持)，则保持(采样和保持)用于检测内部电阻r的第一电压和第二电压。从而，能够减小由于陶瓷电容器的直流偏置特性的影响而引起的内部电阻r的检测精度降低的可能性。
图3示出陶瓷电容器的直流偏置特性的一个实例。在图3中，纵轴表示静电容的变化率，并且横轴表示直流电压。图3中的实线表示当未进行预采样保持时的特性，并且虚线表示当进行预采样保持时的特性。
如图3所示，已知当将直流电压施加到陶瓷电容器时，陶瓷电容器的有效静电容减小。另外，还已知这样的现象：一旦陶瓷电容器经受电压施加，则陶瓷电容器改变为基于由虚线表示的减小的电容这样的特性，并且在充电之后放电。
因此，一旦将直流电压施加于陶瓷电容器以充电，则能够将充电一旦停止之后的放电的特性从图3中的实线改变为虚线。如从图3中清楚看到地，在由于电压变化而引起的静电容变化率的变化方面，虚线的特性比实线的特性更缓和(moderate)。即，通过预采样保持操作改变特性并且对实际测量进行采样和保持能够减小由于漏电流而引起的电容器的电压降的影响。
在图1所示的配置的情况下，在进行第一电容器113的预采样保持(步骤S110、S120)的同时，进行第二电容器114的预采样和保持(步骤S130和S140)，并且对第一电容器113的实际测量进行采样和保持(步骤S150、S160)。在第二电容器114的预采样和保持期间，停止第一电容器113的充电。该第二电容器114的预采样和保持使得第一电容器113在预采样保持与实际测量的采样保持之间留有间隔。即，停止第三电压的施加并且过去预定时间，并且在该间隔期间由于漏电流而引起放电。因此，在实际测量的采样保持时，第一电容器113的直流偏置特性从图3中的实线改变为虚线。
这同样适用于第二电容器114。在第二电容器114的预采样和保持(步骤S130和S140)以及实际测量的采样保持(步骤S170至S190)期间，进行第一电容器113的实际测量的采样保持(S150、S160)。结果，在第一电容器113的实际测量的采样保持期间，停止第二电容器114的充电。第二电容器114在预采样和保持与实际测量的采样保持之间留有间隔。即，停止第三电压的施加并且过去预定时间。因此，在实际测量的采样保持时，第二电容器114的直流偏置特性从图3中的实线改变为虚线。
优选地，该预采样和保持与实际测量的采样保持之间的间隔(预定时间)是这样的间隔：其使得转换的直流偏置特性不返回初始特性，例如，电容器不完全放电。另外，在预采样和保持期间，电容器不需要存储达到容量的上限。简言之，如图3所示，直流偏置特性可以通过预采样和保持改变则足矣，并且可以通过例如试验得到预定时间、要充电的容量等。
根据本实施例，μCOM 140控制转接开关112，使得第一电容器113具有与第一电压相同的电压，并且然后μCOM 140控制转接开关112，使得第二电容器114具有与第一电压相同的电压，并且停止第一电压对第一电容器113的施加。然后，控制转接开关112从而将第一电压引导至第一电容器113。从而，能够在陶瓷电容器的直流偏置特性改变之后得到第一电压或第二电压。因此，能够抑制因为陶瓷电容器的直流偏置特性影响的漏电流而引起的电压降所带来的静电容的增大，并且能够进一步减小电容器的电压降的降低，这抑制了第一电压与第二电压之间的电压差的测量精度的降低。并且，由于使用了陶瓷电容器，所以能够实现装置的成本降低和小型化。
另外，在通过第二电容器114蓄积电荷的同时，第一电容器113的电容的增大能够减小由于电荷逃逸而引起的电压降，并且第二电容器114的容量的降低能够缩短第二电容器114的存储时期。结果，能够在第一电容器113的第一电压不减小的状态下检测差分电压，这提高了测量精度。
在上述实施例中，在预采样和保持期间由第一电容器和第二电容器保持的电压(第三电压)是与第一电压相同的电压，然而可以是与第二电压相同的电压，或者可以是与这些电压均不同的电压。即，如图3所示，通过进行预采样和保持，可以改变陶瓷电容器的直流偏置特性。
此外，在上述实施例中，对第一电容器113和第二电容器114二者进行预采样和保持，然而可以仅对它们中的一者进行预采样和保持。例如，可以仅对具有较长的待命时间的第一电容器114进行预采样和保持。虽然对第一电容器113和第二电容器114二者的预采样和保持优选地改变两个电容器的直流偏置特性，但是即使不像对二者都进行预采样和保持那么多，仅对它们中的一者进行预采样和保持也能够减小由于直流偏置特性的影响而引起的电容器的电压的下降。
接着，将描述本发明的第二实施例。图4是示出本发明的第二实施例的差分电压测量装置的轮廓的图。第二实施例的差分电压测量装置200是应用于电池状态检测装置100的技术的装置，并且具有电压源以测量其中组合了多个单元电池(Ce1至Ce4)的组装电池BS。
如图所示，差分电压测量装置200包括：第一电容器C1、第二电容器C2、μCOM 210、电流输出单元220、转接开关230、差分放大单元240、ADC 250、检测对象选择开关261、基准电位设定开关262、和保护开关270。
电流输出单元220基于来自μCOM 210的命令将恒定电流供给到组装电池BS。切换流到组装电池BS的恒定电流建立了组装电池BS的第一状态和第二状态。第一状态或第二状态可以是没有电流流动的状态。
第一电容器C1保持要在第一状态下的组装电池BS中测量的部分的电压作为第一电压。第二电容器C2保持要在第二状态下的组装电池BS中测量的部分的电压作为第二电压。这里，将第一电容器C1的电容设计成比第二电容器C2的电容大。然而，第一电容器C1和第二电容器C2的电容可以具有相同的容量。
转接开关230设置有：开关SW 31，其用于将第一状态下的组装电池BS中的测量对象部分的电压(第一电压)引导至第一电容器C1；和开关SW 32，其用于将第二状态下的组装电池BS中的测量对象部分的电压(第二电压)引导至第二电容器C2。
检测对象选择开关261设置在构成组装电池BS的各个单元电池(Ce1至Ce4)与转接开关230之间。具体地，在与组装电池BS的正极侧对应的单元电池Ce1的端部与转接开关230之间设置了SW11，在单元电池Ce1与单元电池Ce2的连接点与转接开关230之间设置了SW12，在单元电池Ce2与单元电池Ce3的连接点与转接开关230之间设置了SW13，并且在单元电池Ce3与单元电池Ce4的连接点与转接开关230之间设置了SW 14。
基准电位设定开关262是用于设定第一电容器C1和第二电容器C2的基准电位的开关。具体地，设置了用于将第一电容器C1和第二电容器C2的基准电位设定为基准电位G的SW24，用于将第一电容器C1和第二电容器C2的基准电位设定为单元电池Ce4的电压的SW 23，用于将第一电容器C1和第二电容器C2的基准电位设定为单元电池Ce4加单元电池Ce3的电压的SW 22，以及用于将第一电容器C1和第二电容器C2的基准电位设定为单元电池Ce4加单元电池Ce3加单元电池Ce2的电压的SW 21。
保护开关270是这样的开关：其保护差分放大单元240，并且还减小到连接于第一电容器C1和第二电容器C2的差分放大器240的漏电流。保护开关270是这样的开关：在完成第一电容器C1和第二电容器C2的采样和保持之后，该开关将第一电压/第二电压引导至差分放大器240，并且该开关设置有：开关SW 41，其设置于第一电容器C1与第一输入端In1之间；和开关SW42，其设置于第二电容器C2与第二输入端In2之间。在采样和保持期间断开SW41和SW 42二者，并且当完成采样和保持时，将第一电压和第二电压引导至差分放大器240。
差分放大器240具有两个输入端(第一输入端In1和第二输入端In2)以及一个输出端(输出端Out)，并且从输出端输出放大电压Vm，在该输出端处，利用预定的放大因数Av放大输入到这两个输入端的电压。例如，差分放大单元240能够由运算放大器或图5所示的电路构成。
ADC 250量化从差分放大器240输出的放大电压Vm，并且输出表示与放大电压Vm相对应的数值的信号。
μCOM 210具有内置的CPU、ROM、RAM等，并且用作控制整个差分电压测量装置200的控制单元。μCOM 210设置有：第一输出端口PO1，其连接于输入端口20；第一输入端口PI1，从ADC 250输出的信号输入到该第一输入端口PI1；和开关控制单元211，其用于控制各个开关。
例如，差分电压测量装置200能够通过测量各个单元电池的内部电阻而得到各个单元电池的SOH。将描述测量单元电池Ce1的内部电阻的情况。首先，为了进行预采样和保持，接通检测对象选择开关261的开关SW 11，并且仅接通基准电位设定开关262的开关SW21。从而，将Ce1的两端之间的电压引导至第一电容器C1和第二电容器C2。
然后，使预定的第一恒定电流I1从电流输出单元220流动作为第一状态，并且仅接通转接开关230的开关SW 31。结果，进行第一电容器C1的预采样和保持，并且将单元电池Ce1的电压保持在第一电容器C1中。
接着，断开转接开关230的开关SW 31并且接通开关SW 32。以这种方式，进行第二电容器C2的预采样和保持，并且将单元电池Ce1的电压保持在第二电容器C2中。
接着，进行实际测量的采样和保持。断开转接开关230的开关SW32并且断开开关SW31。结果，由于利用单元电池充电第一电压，电池Ce1的电压保持在第一电容器C1中。
接着，使预定的第二恒定电流I2从电流输出单元220流动作为第二状态，并且断开转接开关SW 230的开关SW 31并且接通开关SW 32。结果，第二状态下的单元电池Ce1的电压保持在第二电容器C2中作为第二电压。
当接通保护开关270以将第一电压和第二电压引导至差分放大器240时，电压差输入到μCOM210。利用与第一实施例中相同的原理，μCOM210能够通过r1＝(Vm/Av)/(I1-I2)的表达式得到单元电池Ce1的内部电阻r1。还能够相似地得到其它单元电池的内部电阻。
如在本实施例中一样，在检测关于组装电池BS的差分电压的情况下，可以检测由于为连接各个单元电池设置的诸如汇流条这样的连接部件的接触电阻和布线电阻而引起的电压降。因此，预先测量连接部件的接触电阻和布线电阻，并且可以将由于连接部件的影响而引起的电压降从检测到的差分电压减去。例如，假设真实差分电压是ΔV，检测到的差分电压是Vm/Av，连接部件的接触电阻和布线电阻是R，则得到ΔV＝(Vm/Av)-R×(I1-I2)。然后，通过基于该真实差分电压ΔV得到内部电阻r1，能够提高检测精度。
同样在第二实施例中，因为进行预采样和保持，所以与陶瓷电容器的直流偏置特性相关的由于电压改变而引起的静电容变化率略微改变，从而减小了由于直流偏置特性的影响而引起的电容器的电压降，这减小了由于漏电流而引起的电容器的电压降的影响。
此外，由于第一电容器C1的容量增大并且第二电容器C2的容量减小。所以能够减小在第二电容器C2蓄积电荷的同时的第一电容器C1的电压降，从而提高第一电压与第二电压之间的差分电压的测量精度。
在第二实施例中，由于开关控制单元211操作检测对象选择开关261和基准电位设定开关262，所以能够测量各种电势差。
例如，电流输出单元220不流经电流，并且在仅基准电位设定开关262中的开关SW21接通且仅检测对象选择开关261中的开关SW 11接通的情况下，得到第一电压，其后，在仅检测对象选择开关261中的开关SW 12接通的情况下得到第二电压，并且测量第一电压与第二电压之间的差分电压，测量结果表示单元电池Ce1的两端，即，单元电池Ce1的电压。能够以相同方式得到其它单元电池的电压。
同样在该情况下，通过在得到第一电压之前进行预采样和保持，与陶瓷电容器的直流偏置特性相关的由于电压改变而引起的电容变化率逐渐地改变，从而减小了由于直流偏置特性的影响而引起的电容器的电压降，这减小了由于漏电流而引起的电容器的电压降的影响。
此外，由于第一电容器C1的容量增大并且第二电容器C2的容量减小。所以能够减小在第二电容器C2蓄积电荷的同时的第一电容器C1的电压降，这提高了第一电压与第二电压之间的差分电压的测量精度。
虽然已经参考第一和第二实施例描述了本发明，但是差分电压测量装置不限于这些实施例的配置。
例如，在各个上述实施例中，关于第一恒定电流I1和第二恒定电流I2，从充电单元115或电流输出单元220流动的电流对二次电池B充电，但是由于连接于二次电池B的负载而产生的负载电流可能使二次电池B放电。
需要注意的是，上述实施例仅示出了本发明的代表性形态，但是不限于该状态。即，本领域技术人员将理解为，根据能够在不背离本发明的范围的情况下根据目前为止已知的知识做出各种修改。只要这样的修改具有本发明的差分电压测量装置的配置，则其当然地包括在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种差分电压测量装置，包括：
第一电容器和第二电容器，该第一电容器和该第二电容器均由陶瓷电容器形成；
差分放大器，该差分放大器用于输出与由所述第一电容器保持的电压和由所述第二电容器保持的电压之间的电压差相对应的电压，以及
控制单元，该控制单元用于：将第一电压引导至所述第一电容器，并且在所述第一电容器保持所述第一电压的情况下将第二电压引导至所述第二电容器，其中
所述控制单元将第三电压引导到至少所述第一电容器，并且在停止施加所述第三电压之后，所述控制单元将所述第一电压引导至所述第三电压所引导到的所述第一电容器。
2.根据权利要求1所述的差分电压测量装置，其中，
所述第二电容器具有比所述第一电容器的容量小的容量。
3.根据权利要求1或2所述的差分电压测量装置，其中，
所述控制单元控制开关，以将电压所施加到的输入端的连接目的地唯一地切换为所述第一电容器或者切换为所述第二电容器，从而将所述第一电压或所述第三电压引导至所述第一电容器，并且在所述第一电容器保持所述第一电压或所述第三电压的情况下，将所述第二电压或所述第三电压引导至所述第二电容器。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的差分电压测量装置，还包括：
电流输出单元，该电流输出单元被切换为输出：用于产生所述第一电压而提供的第一电流、用于产生所述第二电压而提供的第二电流、以及用于产生所述第三电压而提供的第三电流。
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