CN112305436A - 电池监视装置 - Google Patents

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Abstract

一种电池监视装置，包括：电路板；信号控制单元，上述信号控制单元构造成使规定的AC信号经由第一电气路径从蓄电池输出；响应信号输入单元，上述响应信号输入单元构造成经由成对的第二电气路径向AC信号输入蓄电池的响应信号；以及计算单元，上述计算单元构造成基于响应信号来对蓄电池的复阻抗进行计算。第一电气路径和第二电气路径设置在电路板的主表面上。在电路板上，限定有由第一电气路径和第二电气路径以及蓄电池的两个端子包围的第一区域。第一区域的尺寸设定成使得由AC信号在第二电气路径中感应出的感应电动势处于允许电动势范围内。

Description

电池监视装置
技术领域
本公开涉及电池监视装置。
背景技术
已知有一种对蓄电池的复阻抗进行测量，从而对蓄电池的状态进行监视的技术(例如，见日本专利JP6226261B2号)。具体地，根据该技术，通过电力控制器将矩形波信号施加到蓄电池。然后，基于蓄电池的响应信号，将蓄电池的复阻抗特性计算为矩形波信号。然后，基于计算出的复阻抗特性来对蓄电池的SOH(即，健康状态)进行判断。
此外，还已知另一种对蓄电池的复阻抗进行测量，从而对蓄电池的状态进行监视的技术(例如，见日本专利申请公开JP2018190502A号)。具体地，根据该技术，通过振荡器将正弦波信号施加到蓄电池。然后，由锁定放大器来检测蓄电池对正弦波信号(或由正弦波信号引起的蓄电池电压变化)的响应信号。此后，基于检测出的响应信号来对蓄电池的复阻抗特性进行计算。此外，基于计算出的复阻抗特性来对蓄电池的SOH进行判断。
然而，当在电池监视装置中使用上述任一技术来对蓄电池的复阻抗进行测量时，可能会发生以下问题。即，蓄电池对施加到蓄电池的AC信号(例如，矩形波或正弦波信号)的响应信号是非常微弱的信号，因此容易受到外部影响。例如，当AC信号施加到蓄电池时，通过由AC信号引起的磁通量变化，在经由响应信号输入或输出的电气路径中感应出电动势。由于蓄电池对AC信号的响应信号是非常微弱的信号，因此，这可能会受到感应电动势的影响，从而导致响应信号的检测中出现错误。
发明内容
本公开是鉴于上述问题而作的，并且旨在提供一种电池监视装置，能够提高检测蓄电池对规定的AC信号的响应信号的精度，由此提高基于检测出的响应信号来对蓄电池的复阻抗进行计算的精度。
根据本公开，提供一种用于对蓄电池的状态进行监视的电池监视装置。蓄电池具有正电极侧电源端子和负电极侧电源端子。该电池监视装置包括：
平面电路板，上述平面电路板布置在蓄电池的正电极侧电源端子与负电极侧电源端子之间；
信号控制单元，上述信号控制单元设置在将蓄电池的正电极侧电源端子与负电极侧电源端子连接的第一电气路径中，信号控制单元构造成使规定的AC信号经由第一电气路径从蓄电池输出；
响应信号输入单元，上述响应信号输入单元经由成对的第二电气路径分别与蓄电池的正电极侧电源端子和负电极侧电源端子连接，响应信号输入单元构造成经由成对的第二电气路径来输入蓄电池对AC信号的响应信号；以及
计算单元，所述计算单元构造成基于由响应信号输入单元输入的响应信号来对蓄电池的复阻抗进行计算，
其中，
第一电气路径和成对的第二电气路径设置在电路板的主表面上，
在电路板上，限定有第一区域，上述第一区域由第一电气路径、成对的第二电气路径以及蓄电池的正电极侧电源端子和负电极侧电源端子包围，并且
第一区域的尺寸设定成使得，由流过第一电气路径的AC信号在成对的第二电气路径中感应出的感应电动势处于包括零在内的允许电动势范围内。
通过上述构造，当规定的AC信号经由第一电气路径从蓄电池输出时，可以防止因AC信号引起的磁通量变化而在成对的第二电气路径中感应出高电动势。其结果是，可以对在响应信号的检测中错误的发生进行抑制，从而提高基于检测出的响应信号来对蓄电池的复阻抗进行计算的精度。
附图说明
图1是电源系统的示意性构造图。
图2是根据第一实施方式的电池监视装置的构造图。
图3是示出根据第一实施方式的复阻抗计算处理的流程图。
图4是示出根据第一实施方式的电池单元与相应的电池监视装置之间的电连接的示意性平面图。
图5A是示出电池单元的模型的示意图。
图5B是示出与图5A所示的电池单元连接的电气路径和在电池单元中形成的电气路径的示意图。
图6是示出由流过第一电气路径的AC信号在成对的第二电气路径中感应出的感应电动势与第一电气路径和该成对的第二电气路径间的距离之间的关系的图。
图7A是示出电池监视装置的响应信号输入端子可能分别连接到电池单元的电源端子的非期望位置的示意图。
图7B是示出电池监视装置的响应信号输入端子被分别连接到电池单元的电源端子的期望位置的示意图。
图8A是示出根据第二实施方式的电池监视装置的电路板和管状构件的构造的侧视图。
图8B是示出电路板和管状构件的构造的局部剖视图。
图9是示出在根据第三实施方式的电池监视装置的电路板上的第一区域中布置的屏蔽板的示意图。
图10是根据第四实施方式的电池监视装置的构造图。
图11是示出根据第四实施方式的复阻抗计算处理的流程图。
图12是根据第五实施方式的电池监视装置的构造图。
图13是示出根据第五实施方式的复阻抗计算处理的流程图。
图14是示出根据第六实施方式的复阻抗计算处理的流程图。
图15是根据变形例的电池监视装置的构造图。
图16是根据另一变形例的电池监视装置的构造图。
图17是根据又一变形例的电池监视装置的构造图。
图18是根据再一变形例的电池监视装置的构造图。
图19是示出根据变形例的复阻抗计算处理的流程图。
具体实施方式
下面，参考附图对示例性实施方式进行描述。应当注意，为了明确和理解，已在每幅图中尽可能对在整体说明中具有相同功能的相同部件标注相同的附图标记，并且为了避免赘述，不再对相同部件进行重复说明。
[第一实施方式]
图1示出在车辆(例如，混合动力车辆或电动车辆)中设置的电源系统10的总体构造，并且在该电源系统10中使用根据第一实施方式的电池监视装置50。
如图1所示，电源系统10包括：作为旋转电机的电动机20；作为向电动机20供给三相交流电流的电力转换器的逆变器30；能充放电的电池包40；用于对电池包40的状态进行监视的电池监视装置50；以及对电动机20和逆变器30进行控制的ECU 60。
电动机20是车辆的主机。电动机20与车辆的驱动轮(未示出)机械连接，使得机械动力(或转矩)可以在电动机20与驱动轮之间传递。在本实施方式中，电动机20由三相永磁同步电动机实现。
逆变器30构造成具有多个成对的上臂和下臂的全桥电路。上臂和下臂的对数等于电动机20的相绕组的数量。上臂和下臂中的每一个均具有设置在其中的开关(或半导体开关元件)。在操作中，通过打开/关闭上臂和下臂的开关来对供给到电动机20的相绕组的电流进行控制。
具体地，在逆变器30中设置有逆变器控制器(未示出)。逆变器控制器基于在电动机20中检测出的各种类型的信息和动力运行驱动请求(或转矩产生请求)或发电请求，来对逆变器30中的开关的接通/关断进行控制，从而对电动机20的相绕组的通电进行控制。更具体地，逆变器控制器对经由逆变器30从电池包40向电动机20的电力供给进行控制，从而对电动机20进行驱动以在动力运行模式(或是转矩产生模式)下工作。除此之外，当电动机20以发电模式工作时(即，电动机20由例如从车辆的驱动轮传递的机械动力驱动以产生三相AC电力)，逆变器控制器对用作整流器的逆变器30进行控制，以将由电动机20产生的三相AC电力整流成DC电力，然后，DC电力被供给到电池包40以对该电池包40充电。
即，在本实施方式中，电动机20构造为在动力运行模式或发电模式中选择性地工作的电动发电机。此外，逆变器30构造为选择性地用作逆变器或整流器的电力转换器。
电池包40经由逆变器30电连接到电动机20。电池包40具有例如高于或等于100V的端子电压(即，两个端子之间的电压)。电池包40构造成具有彼此串联连接的多个电池模块41。此外，每个电池模块41构造成具有彼此串联连接的多个电池单元42。电池单元42可以通过例如锂离子电池或镍金属氢化物电池来实现。即，电池单元42中的每一个是包括电解液和成对电极的蓄电池。
在与电池包40的正电极侧电源端子连接的正电极侧电源路径L1，连接有诸如逆变器30等电负载的正电极侧端子。另一方面，在与电池包40的负电极侧电源端子连接的负电极侧电源路径L2，连接有电负载的负电极侧端子。此外，在正电极侧电源路径L1和负电极侧电源路径L2中的每一个中，设置有SMR(即，系统主继电器)开关，以选择性地允许和中断流过电源路径的电流。
电池监视装置50设置成对电池单元42中的每一个的SOC(即，充电状态)和/或SOH(即，健康状态)进行监视。更特别地，在本实施方式中，对于每个电池单元42，设置有电池监视装置50中的相应一个，以对电池单元42的SOC和/或SOH进行监视。电池监视装置50与ECU60连接，以便将电池单元42的监视状态输出到ECU 60。稍后将详细描述电池监视装置50的构造。
ECU 60基于各种类型的信息来选择性地向逆变器控制器发出动力运行驱动请求或发电请求。各种类型的信息包括例如加速器操作信息、制动器操作信息、车速和电池包40的状态。
接下来，将参考图2对根据本实施方式的电池监视装置50中的每一个的构造进行描述。此外，如前所述，在本实施方式中，对于每个电池单元42，设置有电池监视装置50中的相应一个。
如图2所示，电池监视装置50中的每一个包括ASIC(专用集成电路)50a、滤波单元55和电流调制电路56。
ASIC 50a包括稳定电源单元51、输入/输出单元52、通信单元54以及用作计算单元的微型计算机53。
稳定电源单元51与电池单元42的电源线连接。稳定电源单元51构造成从电池单元42向输入/输出单元52、微型计算机53和通信单元54供给电力。因此，输入/输出单元52、微型计算机53和通信单元54可以通过由稳定电源单元51所供给的电力来工作。
输入/输出单元52与作为监视目标的电池单元42连接。具体地，输入/输出单元52具有DC电压输入端子57，经由该DC电压输入端子57，电池单元42的DC电压(或端子电压)被输入到电池监视装置50(或由电池监视装置50测量)。在电池单元42与DC电压输入端子57之间设置有滤波单元55。更具体地，DC电压输入端子57包括正电极侧输入端子57a和负电极侧输入端子57b。另一方面，滤波单元55具有作为滤波电路的RC(电阻器电容器)滤波器55a和作为保护元件的齐纳二极管55b。RC滤波器55a和齐纳二极管55b设置在输入/输出单元52的正电极侧输入端子57a与负电极侧输入端子57b之间。即，RC滤波器55a和齐纳二极管55b与电池单元42并联连接。
此外，输入/输出单元52还具有响应信号输入端子58，经由该响应信号输入端子58，指示电池单元42的内部复阻抗信息的响应信号(或电压变化)被输入到电池监视装置50。即，在本实施方式中，输入/输出单元52用作电池监视装置50的响应信号输入单元。
此外，输入/输出单元52与用作信号控制单元的电流调制电路56连接。输入/输出单元52具有指令信号输出端子59a，经由该指令信号输出端子59a，指令信号被输出到电流调制电路56，该指令信号是表示对电流调制电路56进行指令以使规定的正弦波信号(或AC信号)从电池单元42输出的指令。此外，输入/输出单元52还具有反馈信号输入端子59b，经由该反馈信号输入端子59b，从电池单元42实际输出(或实际流出)的电流信号作为反馈信号经过电流调制电路56被输入到输入/输出单元52。
输入/输出单元52还与微型计算机53连接，以便将经由DC电压输入端子57输入的DC电压、经由响应信号输入端子58输入的响应信号和经由反馈信号输入端子59b输入的反馈信号输出到微型计算机53。此外，输入/输出单元52在其中包括AD(模数)转换器(未示出)，AD转换器构造成将输入的模拟信号转换成数字信号，并且将所得的数字信号输出到微型计算机53。
此外，输入/输出单元52构造成：从微型计算机53输入指令信号；并且经由指令信号输出端子59a将指令信号输出到电流调制电路56。此外，输入/输出单元52在其中还包括DA(数模)转换器(未示出)，DA转换器构造成将从微型计算机53输入的数字信号转换为模拟信号，并且将所得的模拟信号输出到电流调制电路56。
在本实施方式中，DC偏置被施加到由向电流调制电路56的指令信号所指示的正弦波信号，以防止正弦波信号变为负电流(或相对于电池单元42的反向电流)。
电流调制电路56构造成使规定的AC信号(即，正弦波信号)从作为监视目标的电池单元42输出，其中电池单元42本身是用于输出规定的AC信号的电源。具体地，电流调制电路56包括：半导体开关元件(例如，MOSFET)56a；以及与半导体开关元件56a串联连接的电阻器56b。半导体开关元件56a的漏极端子与电池单元42的正电极侧电源端子71a连接，并且半导体开关元件56a的源极端子与电阻器56b的一端串联连接。此外，电阻器56b的另一端连接到电池单元42的负电极侧电源端子71b。半导体开关元件56a构造成能够对在其漏极与其源极之间流动的电流量进行调节。
应当注意，根据半导体开关元件56a的工作区域，可以在电流调制电路56中与半导体开关元件56a串联地插入附加电阻器，以便对施加到半导体开关元件56a的电压进行调节。
此外，电池单元42的正电极侧电源端子71a和负电极侧电源端子71b分别与电池单元42的正电极和负电极连接(见图7A至图7B)。期望的是，在电池单元42的电源端子71a、71b的所有可连接部中，响应信号输入端子58分别连接到位于最靠近电池单元42的电极的位置处的那些可连接部(见图7B)。类似地，期望的是，DC电压输入端子57分别连接到位于最靠近电极的位置处的电源端子71a、71b的那些可连接部，或是连接到位于第二靠近电极的位置处的电源端子71a、71b的那些可连接部，其中，响应信号输入端子58连接到最靠近电极的可连接部。在这些情况下，可以使由主电流或均衡电流引起的电压降对经由响应信号输入端子58输入到电池监视装置50的响应信号和经由DC电压输入端子57输入到电池监视装置50的DC电压的影响最小化。
此外，在电流调制电路56中，设置有连接到电阻器56b两端以用作电流检测单元的电流检测放大器56c。具体地，电流检测放大器56c构造成对流过电阻器56b的信号(即，电流信号)进行检测，并且将检测信号作为反馈信号输出到输入/输出单元52的反馈信号输入端子59b。
此外，在电流调制电路56中，还设置有反馈电路56d。反馈电路56d构造成：(1)从输入/输出单元52的指令信号输出端子59a输入指令信号，并且从电流检测放大器56c输入反馈信号；(2)将指令信号与反馈信号进行比较；以及(3)将表示比较结果的信号输出到半导体开关元件56a的栅极端子。
基于从反馈电路56d输出的信号，半导体开关元件56a对施加在其栅极与其源极之间的电压进行调节，以对在其漏极与其源极之间流动的电流量进行调节，从而使由指令信号所指示的正弦波信号(或规定的AC信号)从电池单元42输出。此外，当由指令信号所指示的正弦波信号的波形与实际流过电阻器56b的正弦波信号的波形之间存在偏差时，半导体开关元件56a基于从反馈电路56d输出的信号来调节电流量，从而校正偏差。因此，可以使流过电阻器56b的正弦波信号稳定。
接下来，将参考图3对根据本实施方式的对每个电池单元42的复阻抗进行计算的处理进行描述。该处理由相应的电池监视装置50在规定的周期内重复执行。
在复阻抗计算处理中，首先，在步骤S101中，相应的电池监视装置50的微型计算机53在规定的频率范围内对复阻抗的测量频率进行设定。
在步骤S102中，微型计算机53基于在步骤S101中设定的测量频率来对正弦波信号(或规定的AC信号)的频率进行设定。然后，微型计算机53将指令信号输出到输入/输出单元52。如前所述，指令信号是表示指令电流调制电路56以使正弦波信号从电池单元42输出的指令。
在指令信号被输入到输入/输出单元52时，该输入/输出单元52通过DA转换器的数模转换将指令信号输出到电流调制电路56。然后，根据指令信号，电流调制电路56使正弦波信号从作为监视目标的电池单元42输出，其中，电池单元42本身是用于输出正弦波信号的电源。
更具体地，在电流调制电路56中，半导体开关元件56a基于经由反馈电路56d输入到其中的信号来调节电流量，从而使由指令信号所指示的正弦波信号从电池单元42输出。因此，正弦波信号从电池单元42输出。
在从电池单元42输出正弦波信号时，换言之，在对电池单元42施加干扰时，电池单元42的端子之间的电压发生变化，电压变化表示电池单元42的内部复阻抗信息。然后，输入/输出单元52将经由响应信号输入端子58输入到输入/输出单元52的电压变化作为响应信号输出到微型计算机53。更具体地，输入/输出单元52通过AD转换器的模数转换来输出响应信号。
在步骤S103中，微型计算机53接收从输入/输出单元52输出的响应信号。
在步骤S104中，微型计算机53获取流过电流调制电路56的电阻器56b的电流信号(即，从电池单元42输出的正弦波信号)。具体地，微型计算机53经由输入/输出单元52接收从电流检测放大器56c输出的反馈信号(或检测信号)，以作为电流信号。
另外，可以使用与输出到电流调制电路56的指令信号成比例的信号作为电流信号，以代替反馈信号。
在步骤S105中，微型计算机53基于响应信号和电流信号两者来对电池单元42的复阻抗进行计算。具体地，微型计算机53基于响应信号的振幅和响应信号与电流信号的相位差，来对复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位中的至少一个进行计算。
在步骤S106中，微型计算机53经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。然后，复阻抗计算处理终止。
重复上述计算处理，直到已经相对于规定的频率范围内的多个测量频率计算出电池单元42的复阻抗。基于计算结果，ECU 60例如创建复阻抗平面图(或科尔图)，从而确定电池单元42的电极和电解液的特性。例如，ECU 60确定电池单元42的SOC和/或SOH。
此外，未必需要创建整个科尔图。相反，可以关注科尔图的仅一部分。例如，可以：(1)在车辆的行驶期间以规定的时间间隔在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42在行驶期间的SOC、SOH和温度的变化。替代地，也可以：(1)以规定的时间间隔(例如，每天一次、每周一次或每年一次)在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42的SOH随时间的变化。接下来，将参考图4对电池单元42与相应的电池监视装置50之间的电连接进行描述。
图4是从电池单元42和相应的电池监视装置50的上侧(即，电池单元42的电源端子71所在的一侧)的示意性俯视图。
如图4所示，每个电池单元42具有接收壳体42a，在该接收壳体42a中接收电池单元42的其他组件、诸如电解液和电极。在本实施方式中，电池单元42中的每一个(更具体地，其接收壳体42a)成形为薄的矩形长方体。此外，电池单元42中的每一个具有设置在其上端面上的电源端子71(即，正电极侧电源端子71a和负电极侧电源端子71b)。更具体地，电池单元42中的每一个具有分别设置在其纵向方向(即，图4中的垂直方向)上的上端面的相反端部上的电源端子71。
电池单元42在其横向方向(即，图4中的左右方向)上堆叠，以使其接收壳体42a的侧面彼此重叠。更具体地，电池单元42被堆叠成对于每个相邻成对的电池单元42，该成对的蓄电池单元42中的一个蓄电池单元42的正电极侧电源端子71a和负电极侧电源端子71b分别与该成对的蓄电池单元42中的另一个蓄电池单元42的负电极侧电源端子71b和正电极侧电源端子71a在横向方向上对准。因此，电池单元42的正电极侧电源端子71a与电池单元42的负电极侧电源端子71b在横向方向上交替地布置。
此外，对于电池单元42中的每一个，电池单元42的正电极侧电源端子71a经由母线73与位于电池单元42的横向一侧且和该电池单元42相邻的一个电池单元42的负电极侧电源端子71b连接，电池单元42的负电极侧电源端子71b经由母线73与位于电池单元42的横向另一侧且和该电池单元42相邻的一个电池单元42的正电极侧电源端子71a连接。因此，所有电池单元42经由母线73彼此串联地电连接。
每个母线73由导电材料形成，并且形成为薄板状。此外，每个母线73具有长度，该长度足以在横向方向上将电池单元42的一个相邻成对的电源端子71，例如，上述长度约为每个电池单元42在横向方向上的厚度的两倍。此外，每个母线73(例如，通过焊接)接合到电池单元42的一个相邻成对的电源端子71，以便在电池单元42的纵向方向上覆盖成对的电源端子71的外端部(或外半部)。
在电池单元42中的每一个的正电极侧电源端子71a与负电极侧电源端子71b之间，布置有平面的电路板72。电路板72例如由PCB(印刷电路板)或FPC(柔性印刷电路)来实现。在电路板72上，由导电金属形成的电气路径(或信号配线)延伸，以将布置在电路板72上的电路元件连接。
更具体地，电气路径基本上成对地形成在电路板72上。例如，在每个电池监视装置50中，为了将指示在反馈电路56d中进行的比较的结果的信号施加到半导体开关元件56a的栅极端子(见图2)，用于将信号供给至栅极端子的供给电气路径和信号的返回电气路径两者均形成在电路板72上。
布置(或固定)在电路板72上的电路元件例如包括构成电池监视装置50中的每一个的ASIC 50a、滤波单元55和电流调制电路56的那些电路元件。更特别地，在本实施方式中，仅设置有对于所有电池监视装置50共用的仅单个ASIC 50a。换言之，单个ASIC 50a由所有电池监视装置50共享。
应当注意，为了简单起见，在图4中，仅示出电池监视装置50的电流调制电路56的仅单个ASIC 50a和半导体开关元件56a。
如图4所示，电路板72形成为在堆叠的电池单元42的整个范围内沿电池单元42的堆叠方向(即，图4中的左右方向)延伸。此外，电路板72插设在电池单元42中的每一个的电源端子71(即，正电极侧电源端子71a与负电极侧电源端子71b)之间。此外，电路板72布置成使其下主面面向电池单元42的上端面，在上述上端面上分别设置有电池单元42的电源端子71。
对于每个电池单元42，相应的半导体开关元件56a(即，与电池单元42对应的那一个电池监视装置50的半导体开关元件56a)布置在电池单元42的电源端子71之间。
相反，ASIC 50a在电路板72的纵向方向(或电池单元42的堆叠方向)上布置在电路板72的端部(即，图4中的右端部)上，以便不与任何电池单元42重叠。
如图4中的虚线所示，对于每个电池单元42，在电路板72的上主面上形成有呈直线的第一电气路径81，以将电池单元42的正电极侧电源端子71a与负电极侧电源端子71b连接。在第一电气路径81中，设置有相应的半导体开关元件56a(或相应的电池监视装置50的电流调制电路56的半导体开关元件56a)。如前所述，相应的半导体开关元件56a、即相应的电流调制电路56构造成使得规定的AC信号通过第一电气路径81从电池单元42输出。
此外，如图4中的实线所示，对于每个电池单元42，在电路板72的上主面上还形成有成对的第二电气路径82，以将电池单元42的电源端子71与ASIC 50a的输入/输出单元52的相应的响应信号输入端子58连接。换言之，ASIC 50a的输入/输出单元52分别经由成对的第二电气路径82而与电池单元42的电源端子71连接。
更具体地，该对第二电气路径82包括：与电池单元42的正电极侧电源端子71a连接的正电极侧第二电气路径82a；以及与电池单元42的负电极侧电源端子71b连接的负电极侧第二电气路径82b。类似地，ASIC 50a的相应的响应信号输入端子58包括：与正电极侧第二电气路径82a连接的相应的正电极侧响应信号输入端子58a；以及与负电极侧第二电气路径82b连接的相应的负电极侧响应信号输入端子58b。
正电极侧第二电气路径82a形成为：首先从正电极侧电源端子71a朝向负电极侧电源端子71b呈直线地延伸；然后以90°的直角弯曲以在电路板72的纵向方向上延伸到布置有ASIC 50a的电路板72的端部；此后再次以90°的直角弯曲以延伸到ASIC 50a的相应的正电极侧响应信号输入端子58a。
类似地，负电极侧第二电气路径82b形成为：首先从负电极侧电源端子71b朝向正电极侧电源端子71a呈直线地延伸；然后在与正电极侧第二电气路径82a分离的位置处，以90°的直角弯曲以在电路板72的纵向方向上与正电极侧第二电气路径82a平行地延伸到布置有ASIC 50a的电路板72的端部；此后再次以90°的直角弯曲以延伸到ASIC 50a的相应的负电极侧响应信号输入端子58b。
应当注意，第二电气路径82可以在具有或不具有弯曲半径的情况下以90°的直角弯曲。还应当注意，第二电气路径82可以替代地以不等于90°的角度弯曲或者被弯曲以形成弧形或倒角。
另外，第二电气路径82与和其他电池单元42连接的第一电气路径81相交。因此，为了防止与第一电气路径81的直接接触，第二电气路径82至少在第二电气路径82与第一电气路径81相交的位置处形成于与第一电气路径81不同的层中。
另一方面，如果第二电气路径82形成在与第一电气路径81不同的层中，且所述第一电气路径81连接有与第二电气路径82所连接的相同的电池单元42，则因插设在第一电气路径81与第二电气路径82之间的电介质材料(即，电路板72的一部分)，使得在第一电气路径81与第二电气路径82之间的寄生电容变高。因此，在本实施方式中，在相同层中形成有与相同的电池单元42连接的第一电气路径81和第二电气路径82。
此外，尽管图4中未示出，但是在与相同的电池单元42连接的第一电气路径81和第二电气路径82彼此相交的情况下，期望第一电气路径81和第二电气路径82仅在它们彼此相交的位置处分别形成在不同层中。此外，在这种情况下，优选地，第二电气路径82垂直于第一电气路径81延伸，以使第二电气路径82与第一电气路径81相交的区域最小化。
此外，在本实施方式中，与和其他电池单元42连接的第一电气路径81相交的第二电气路径82的那些部分形成在与第二电气路径82的其他部分不同的层中。此外，在与第二电气路径82的其他部分不同的层中形成的第二电气路径82的那些部分的面积(或尺寸)被最小化。因此，与其他电池单元42连接的第二电气路径82和第一电气路径81之间的寄生电容对经由第二电气路径82传递的响应信号没有或仅有很小的影响。
针对每个电池单元42，形成如上所述的第一电气路径81和第二电气路径82。特别地，第二电气路径82形成为使其与电池监视装置50的半导体开关元件56a的重叠以及与连接到其他电池单元42的第一电气路径81和第二电气路径82的重叠最小化。更具体地，分别连接到电池单元42的半导体开关元件56a在电路板72的横向方向(即，图4中的垂直方向)上彼此偏移。此外，分别与电池单元42连接的所有成对的第二电气路径82在电路板72的纵向方向(即，图4中的左右方向)上彼此平行地延伸。此外，分别与电池单元42连接的所有成对的第二电气路径82在电路板72的横向方向上彼此偏移。
在本实施方式中，在每个电池监视装置50中，电流调制电路56使得规定的AC信号(即，正弦波信号)经由第一电气路径81从相应的电池单元42输出。在输出AC信号时，由AC信号在成对的第二电气路径82中感应出电动势。然而，流过该成对的第二电气路径82的响应信号是非常微弱的信号。因此，响应信号可能受到该成对的第二电气路径82中的感应电动势的影响，从而导致相应电池单元42的复阻抗的测量中的误差。
为了解决上述问题，在本实施方式中，电池监视装置50构造成减少第二电气路径82中的感应电动势。
在下文中，为了便于理解，在对用于降低感应电动势的电池监视装置50的构造进行描述之前，对感应电动势发生的原因和抑制感应电动势的原理进行阐述。
图5A示出电池单元42的模型。图5B示出与电池单元42连接的第一电气路径81和第二电气路径82以及在电池单元42中形成的电气路径(或电流路径)。另外，图5A中的点P1～P12分别对应于图5B中的点P1～P12。
下式(1)表示法拉第定律，其中E为电场，L是线积分的路径(即，计算线积分所沿的路径)的长度，B为磁通密度矢量，S为左侧线积分的路径所包围的区域的面积，并且n是S的法向矢量。另外，电场E和磁通密度矢量B是与位置和时间两者有关的参数。
Figure BDA0002600178640000151
根据法拉第定律，电场仅需存在于式(1)的左侧的线积分的路径上，而不必由导电构件、即电气路径来封闭线积分的路径。因此，式(1)的左侧的线积分的路径可以由顺序地将点P1～P2连接的路径来表示。另外，假设点P1～P12通过直线连接。
在图5A和图5B中，点P10、P11分别表示与电池单元42对应的两个响应信号输入端子58的位置。点P9、P12分别表示第二电气路径82分别弯曲的位置(也见图4)。点P1、P8分别表示第二电气路径82分别接合到电池单元42的电源端子71(即，正电极侧电源端子71a和负电极侧电源端子71b)的位置。点P2、P7分别表示第一电气路径81的相反端部分别接合到电池单元42的电源端子71的位置。即，在图5B中，将点P2、P7连接的直线表示第一电气路径81。
此外，在图5A和图5B中，点P3是在延伸穿过点P2的直线上的点，上述点P3与将点P2、P7连接的直线和将点P1、P2连接的直线垂直，并且表示电池单元42的正电极侧电源端子71a的露出部的下端的位置。正电极侧电源端子71a的露出部从电池单元42的接收壳体42a露出。点P4是电池单元42的下端面(或底面)与延伸穿过点P2、P3并与将点P2、P7连接的直线和将点P1、P2连接的直线两者垂直的直线之间的交点。类似地，点P6是在延伸穿过点P7的直线上的点，上述点P6与将点P2、P7连接的直线和将点P7、P8连接的直线垂直，并且表示电池单元42的负电极侧电源端子71b的露出部的下端的位置。负电极侧电源端子71b的露出部从电池单元42的接收壳体42a露出。点P5是电池单元42的下端面与延伸穿过点P6、P7两者且垂直于将点P2、P7连接的直线和将点P7、P8连接的直线两者的直线之间的交点。另外，在图5B中，用点表示的部分表示电池单元42的内部(更具体地，电池单元42的接收壳体42a的内部)。
电池单元42的接收壳体42a内的电流流动取决于电极的结构，因此很复杂。然而，由在电池单元42的接收壳体42a内流动的电流所产生的磁通量被在接收壳体42a的表面上产生的涡电流(换言之，通过接收壳体42的屏蔽效应)抵消。因此，假设电流沿第一电气路径81从点P2流至点P7，则可以将接收壳体42a内的电流的流动简化为流过点P6→点P5→点P4→点P3。应当注意：流过第一电气路径81的电流是规定的AC信号，因此，电流的流动不是单向的，而是双向的。
如图5B所示，当电流沿第一电气路径81从点P2流至点P7时，顺时针产生磁通密度矢量B。因此，在延伸穿过点P7→点P8→点P9→点P10→点P11→点P12→点P1→点P2的电气路径中感应出、即在成对的第二电气路径82中感应出感应电动势V1(图5B中由虚线指示)，以使点P7处的电位变得高于点P2处的电位。
同时，在延伸穿过点P7→点P6→点P5→点P4→点P3→点P2的电气路径中感应出、即在电池单元42中感应出感应电动势V2(图5B中由虚线表示)，以使点P7处的电位变得高于点P2处的电位。即，电动势V1和电动势V2被感应为彼此抵消。
此外，鉴于式(1)的右侧表示磁通量随时间的变化的情况，磁通密度矢量B和法向矢量n的乘积被考虑如下。在此，假设对于供规定的AC信号流过的第一电气路径81，从电池单元42内部向外的方向被定义为法向矢量n的正方向。
如图5B所示，当电流沿第一电气路径81从点P2流至点P7时，在电路板72上限定的第一区域S1的磁通密度矢量B和法向矢量n1的乘积(φ1)变为正，第一区域S1被延伸穿过点P1→点P2→点P7→点P8→点P9→点P10→点P11→点P12→点P1的电气路径包围。另外，第一区域S1可以被视为被第一电气路径81、成对的第二电气路径82以及电池单元42的正电极侧电源端子71a和负电极侧电源端子71b包围的区域。
同时，在电池单元42中限定的第二区域S2的磁通密度矢量B和法向矢量n2的乘积(φ2)变为负，第二区域S2被延伸穿过点P2→点P3→点P4→点P5→点P6→点P7→点P2的电气路径包围。由上可知，很显然，磁通密度矢量B和法向矢量n1的乘积(φ1)与磁通密度矢量B和法向矢量n2的乘积(φ2)具有彼此相反的正/负关系。
此外，在本实施方式中，式(1)可以重新表示为以下的式(2)，其中S1是第一区域S1的面积，S2是第二区域S2的面积。
Figure BDA0002600178640000171
此外，式(1)和(2)的左侧表示总感应电动势。由式(2)可知，很显然，总感应电动势等于第一区域S1上的磁通密度矢量B(即，流过第一区域S1的磁通)的表面积分相对于时间t的部分微分的结果与第二区域S2上的磁通密度矢量B(即，流过第二区域S2的磁通)的表面积分相对于时间t的部分微分的结果的总和。
电池单元42的设计规范通常是预先规定的。因此，难以改变电池单元42的构造(即，接收壳体42a的形状、电极的布置和形状、电源端子71的布置和形状等)。有鉴于此，在本实施方式中，第一区域S1的尺寸(或区域)设定成使得，由流过第一电气路径81的规定的AC信号在成对的第二电气路径82中感应出的感应电动势处于包括零在内的允许电动势范围内。
更具体地，如图6所示，本申请的发明人通过实验研究发现，感应电动势随着第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离而变化。另外，在图6中，水平轴线表示第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离，垂直轴线表示感应电动势的大小。
在本实施方式中，通过对第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离进行调节来设定第一区域S1的尺寸，以使感应电动势处于允许电动势范围内。
允许电动势范围可以例如基于电池单元42的复阻抗的计算精度以及响应信号和噪声信号的振幅来进行设定。更特别地，在本实施方式中，允许的电动势范围被设定为以零为中心的±200μV的范围(见图6)。换言之，允许电动势范围被设定为-200μV到200μV。
另外，在能够确定由第一电气路径81包围的第二区域S2和电池单元42的接收壳体42a的情况下，第一区域S1的尺寸可以根据第二区域S2来设定，使得第一磁通量与第二磁通量之间的差在包括零在内的允许磁通量差范围内。在此，第一磁通量表示由规定的AC信号产生的、流过第一区域S1的磁通量，而第二磁通量表示由规定的AC信号产生的、流过第二区域S2的磁通量。通过该构造，可以对成对的第二电气路径82中的感应电动势进行抑制。此外，允许磁通量差范围可以例如基于电池单元42的复阻抗的计算精度以及响应信号和噪声信号的振幅来进行设定。
根据本实施方式，能够实现以下有益效果。
在根据本实施方式的每个电池监视装置50中，第一区域S1的尺寸(或区域)设定成使得，由流过第一电气路径81的规定的AC信号在成对的第二电气路径82中感应出的感应电动势处于包括零在内的允许电动势范围内。更具体地，通过对第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离进行调节来设定第一区域S1的尺寸。因此，当规定的AC信号从电池单元42经由第一电气路径81输出时，可以防止因AC信号引起的磁通量变化而在该对第二电气路径82中感应出高电动势。其结果是，可以对在响应信号的检测中的错误的发生进行抑制，从而提高基于检测出的响应信号来对电池单元42的复阻抗进行计算的精度。
此外，在根据本实施方式的每个电池监视装置50中，电流调制电路56包括用作信号控制单元的半导体开关元件56a。ASIC 50a包括：用作响应信号输入单元的输入/输出单元52；以及用作计算单元的微型计算机53。电流调制电路56、ASIC 50a、第一电气路径81和成对的第二电气路径82的全部均位于相同的平面上。因此，基于如上所述的原理，可以通过对由第一电气路径81和成对的第二电气路径82包围的第一区域S1的尺寸进行调节来抑制感应电动势。此外，ASIC 50a布置在电路板72的端部(即，图4中的右端部)上。因此，与在电池单元42的正电极侧电源端子71a与负电极侧电源端子71b之间布置ASIC 50a的情况相比，从第一电气路径81到ASIC 50a的距离增加。其结果是，ASIC 50a不易受到流过第一电气路径81的规定的AC信号所产生的磁通密度矢量的影响。
在根据本实施方式的每个电池监视装置50中，电流调制电路56构造成使得从作为监视目标的电池单元42输出正弦波信号(或规定的AC信号)，其中，电池单元42本身是用于输出正弦波信号的电源。因此，为了对电池单元42的复阻抗进行测量的目的，不需要使用外部电源来对电池单元42施加干扰(即，使正弦波信号从电池单元42输出)。其结果是，可以减少电池监视装置50的部件数量和尺寸，从而降低制造成本。
此外，对于车载蓄电池，通常连接有诸如保护元件和滤波电路等外围装置。因此，当AC信号作为对蓄电池的干扰被输入时，AC信号的一部分可能会泄漏到外围装置。例如，在本实施方式中，对于每个电池单元42，连接有RC滤波器55a和齐纳二极管55b。因此，如果AC信号被输入到电池单元42，则AC信号的一部分可能会泄漏到RC滤波器55a和齐纳二极管55b。因此，如果基于电池单元42对于所输入的AC信号的响应信号来对电池单元42的复阻抗进行计算，则因由AC信号的泄漏导致的响应信号中的误差，可能无法确保对复阻抗进行计算的精度。
相反，在本实施方式中，如上所述，电流调制电路56构造成使正弦波信号从作为监视目标的电池单元42输出，其中，电池单元42本身是用于输出正弦波信号的电源。因此，可以通过电流调制电路56和电池单元42来实现闭合电路。其结果是，可以消除从电池单元42到外围装置的电流泄漏，从而对响应信号中的误差的发生进行抑制。
此外，实际流过电阻器56b的电流信号与期望从电池单元42输出的正弦波信号之间可能发生偏差，该偏差可能会导致响应信号中的错误。有鉴于此，在本实施方式中，电流调制电路56构造成包括反馈电路56d。反馈电路56d基于反馈信号(即，检测信号)与由指令信号所指示的正弦波信号之间的比较，来执行用于半导体开关元件56a的接通/关断操作的反馈控制。因此，可以使所指示的(或期望的)正弦波信号从电池单元42稳定且准确地输出。
在本实施方式中，在通过指令信号对电流调制电路56指示正弦波信号的波形时，对指令信号执行数模转换。然而，在数模转换期间，指令信号的波形可能发生误差。为了对这种误差的发生进行抑制，可以在输入/输出单元52与电流调制电路56之间设置滤波电路，以使指令信号的波形平滑。然而，在这种情况下，电池监视装置50的尺寸和制造成本将增加。
特别地，车载电池单元42的容量通常较大。因此，电池单元42的复阻抗的计算(或测量)中的测量频率的范围趋于变宽。由此，如果在输入/输出单元52与电流调制电路56之间设置滤波电路以使指令信号的波形平滑，则滤波电路的尺寸也将会变大。
相反，在本实施方式中，如上所述，反馈电路56d对半导体开关元件56a的接通/关断操作执行反馈控制，从而对指令信号的波形中的误差的发生进行抑制。因此，不需要在输入/输出单元52与电流调制电路56之间设置滤波电路。
在本实施方式中，电流调制电路56构造成对流过电阻器56b的电流信号进行检测，并且经由输入/输出单元52将检测出的电流信号作为反馈信号输出到微型计算机53。然后，微型计算机53使用反馈信号作为电流信号来对电池单元42的复阻抗进行计算。因此，当实际流过电阻器56b的电流信号与期望从电池单元42输出的正弦波信号(即，由微型计算机53指示的正弦波信号)之间存在偏差(例如，相位偏差)时，也可以通过使用反馈信号(即，实际流过电阻器56b的电流信号)来确保复阻抗的计算的精度。
此外，由于如上所述使用反馈信号来执行信号校正，因此，不需要在输入/输出单元52与电流调制电路56之间设置滤波电路。因此，可以使电池监视装置50的尺寸和制造成本最小化。
在本实施方式中，在电池单元42的电源端子71a、71b的所有可连接部中，响应信号输入端子58分别与位于最靠近电池单元42的电极的位置处的那些可连接部连接。因此，可以对电池单元42的电源端子71a、71b的阻抗分量对经由响应信号输入端子58输入到电池监视装置50的响应信号的影响进行抑制，从而提高电池单元42的复阻抗的计算精度。
更具体地，如图7A和图7B所示，电池单元42的电源端子71a、71b具有阻抗分量。因此，优选地，相比于如图7A所示远离电极的那些可连接部，响应信号输入端子58分别与电源端子71a、71b的如图7B所示更靠近电极的那些可连接部连接。另外，如图7B所示，优选地，分别与响应信号输入端子58连接的电源端子71a、71b的那些可连接部位于比分别与电流调制电路56的端子连接的那些可连接部更靠近电极的位置。
[第二实施方式]
根据第二实施方式的电池监视装置50具有与根据第一实施方式的电池监视装置50类似的构造。因此，下文将主要描述它们之间的差异。
如图8A和图8B所示，在第二实施方式中，电路板72在电路板72的纵向方向(或电池单元42的堆叠方向)上在其端部处弯曲。因此，电路板72具有第一部分72a和第二部分72b两者。第一部分72a布置在每个电池单元42的电源端子71之间，以面对电池单元42的上端面，在上述上端面上分别设置有电池单元42的电源端子71。另一方面，第二部分72b布置成垂直于第一部分72a、即平行于电池单元42的侧面。即，第二部分72b与电池单元42的侧面反向。在第二部分72b上，设置有ASIC 50a以及每个第二电气路径82的一部分。在下文中，电路板72的第一部分72a和第二部分72b分别被称为第一电路板72a和第二电路板72b。
另外，电路板72可以由弯曲成具有彼此垂直延伸的第一部分和第二部分的单个FPC(柔性印刷电路)来实现。在这种情况下，单个FPC的第一部分和第二部分分别构成彼此一体地形成的第一电路板72a和第二电路板72b。作为替代，电路板72可以由彼此分开形成并通过例如连接器和/或FPC彼此机械和电气地连接的两个电路板来实现。在这种情况下，两个电路板分别构成第一电路板72a和第二电路板72b。
在本实施方式中，ASIC 50a以及第二电气路径82的、设置于第二电路板72b上的那些部分与第一电气路径81和电池监视装置50的电流调制电路56位于不同的平面上。因此，ASIC 50a以及第二电气路径82的、设置于第二电路板72b上的那些部分通过由规定的AC信号产生的磁通密度矢量，以不同于ASIC 50a和整个第二电气路径82与第一电气路径81和电流调制电路56位于相同的平面的情况的方式受到影响。
有鉴于此，在本实施方式中，设置有作为屏蔽构件的管状构件101，以包围第二电路板72b。管状构件101由诸如导电金属、树脂或碳的导电材料形成为矩形管的形状。在管状构件101中接收第二电路板72b。因此，可以抑制由规定的AC信号产生的磁通密度矢量对ASIC 50a的影响，还可以抑制外部磁场对ASIC 50a的影响。其结果是，可以提高每个电池单元42的复阻抗的计算精度。
此外，在第二电路板72b设置成垂直于第一电路板72a的情况下，与第一电路板72a和第二电路板72b均设置在相同的平面上的情况相比，可以在电池单元42的堆叠方向上缩短整个电路板72的长度。另外，在第二电路板72b与电池单元42的侧面反向的情况下，可以使电池单元42和相应的电池监视装置50的整个组件的尺寸最小化。
此外，如图8B所示，管状构件101在上侧(即，电池单元42的电源端子71所在的一侧)具有开口端，并且在下侧(即，电池单元42的下端面所在的一侧)具有底壁102。在底壁102中，形成有在垂直方向(即，电池单元42的高度方向)上穿透底壁102的通孔102a。因此，通过通孔102a，冷却空气可以流过管状构件101的内部。其结果是，可以有效地耗散由设置在第二电路板72b上的ASIC 50a产生的热量。
另外，在本实施方式中，管状构件101与电池单元42的接收壳体42a分开地形成。然而，管状构件101也可以替代地与电池单元42的至少一个接收壳体42a一体地形成。例如，管状构件101可以与电池单元42的接收壳体42a中的一个一体地形成，以与接收壳体42a共享侧壁。作为另一替代，管状构件101可以与整个电池包40的接收壳体(或电源壳体)一体地形成，以与接收壳体共享侧壁。
[第三实施方式]
根据第三实施方式的电池监视装置50具有与根据第一实施方式的电池监视装置50类似的构造。因此，下文将主要描述它们之间的差异。
在第一实施方式中，在每个电池监视装置50中，通过对第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离进行调节来设定第一区域S1的大小(或面积)，以使感应电动势处于允许电动势范围内。
然而，在电路板72上，布置有各种电路元件和电气路径。因此，不总是可以任意地设定第一区域S1的尺寸。
有鉴于此，在本实施方式中，在电路板72上的第一区域S1内布置有导电构件。
具体地，如图9所示，导电且成形为矩形板的屏蔽板110布置在第一区域S1内，更具体地，布置在第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间。另外，为了便于理解，在图9中用阴影表示屏蔽板110。
屏蔽板110由导电材料形成。此外，屏蔽板110与第一电气路径81电连接，以具有与第一电气路径81相同的电位。更具体地，在屏蔽板110与第一电气路径81之间连接有信号线110a。不允许电流从第一电气路径81流至屏蔽板110。
屏蔽板110阻止由规定的AC信号产生的磁通密度矢量B穿过该屏蔽板110。因此，在屏蔽板110布置于第一区域S1内的情况下，由规定的AC信号产生的磁通密度矢量B实际穿过的第一区域S1的有效面积实质上减小了屏蔽板110的面积。
因此，在本实施方式中，对屏蔽板110的尺寸以及第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离进行调节，以使感应电动势处于允许电动势范围内。
因此，当不容易任意地对第一电气路径81与成对的第二电气路径82之间的距离进行调节时，仍然可以通过对屏蔽板110的尺寸进行调节以使感应电动势处于允许电动势范围内。
信号线110a可以具有使屏蔽板110的电位保持稳定的电阻。此外，屏蔽板110也可以替代地经由信号线而与第二电气路径82中任一个连接。此外，屏蔽板110可以替代地具有矩形形状以外的其他形状。例如，屏蔽板110可以替代地是环形形状或网格形状，以在其中形成一个或多个孔。另外，屏蔽板110可以形成有设置在电路板72上的图案或密封状的电导体。
[第四实施方式]
图10示出根据第四实施方式的、构造成对响应信号执行两相锁定检测的电池监视装置50的构造。
如图10所示，在本实施方式中，电池监视装置50的ASIC 50a包括差分放大器151，上述差分放大器151设置成对作为监视目标的电池单元42的端子之间的DC电压进行测量。具体地，差分放大器151与DC电压输入端子57(即，正电极侧输入端子57a和负电极侧输入端子57b)连接。此外，差分放大器151构造成对经由DC电压输入端子57输入到其中的DC电压进行测量，并且输出测量的DC电压。
在本实施方式中，ASIC 50a还包括前置放大器152，上述前置放大器152设置成经由响应信号输入端子58输入电池单元42在正弦波信号的输出期间的电压变化，以作为响应信号。具体地，前置放大器152与响应信号输入端子58连接。此外，前置放大器152构造成将经由响应信号输入端子58输入到其中的电压变化放大，并且将放大的电压变化作为响应信号输出。即，响应信号的振幅显著比电池单元42的端子电压(即，端子之间的电压)的振幅低，因此，使用前置放大器152来提高响应信号的检测精度。
另外，在本实施方式中，前置放大器152由单级放大器来实现。然而，应当注意，前置放大器152也可以替代地由多级放大器实现。
此外，在本实施方式中，如图10所示，在电池单元42的正电极侧电源端子71a与正电极侧响应信号输入端子58(或前置放大器152的正电极侧端子)之间设置有电容器C1，以切断电池单元42的电压变化的DC分量。因此，可以从电池单元42的电压变化中移除与电池单元42的内部复阻抗信息无关的DC分量，从而提高响应信号的检测精度。
在本实施方式中，ASIC 50a还包括信号开关153，以在从差分放大器151输出的DC电压与从前置放大器152输出的响应信号之间进行选择。此外，对于信号开关153，连接有AD转换器154以对DC电压和响应信号中的、由信号开关153选择的那一个执行模数转换。
AD转换器154与在第四实施方式中用作计算单元的信号处理单元155连接。AD转换器154构造成在由信号开关153选择DC电压时，将DC电压输入到信号处理单元155。此外，AD转换器154还与第一乘法器156和第二乘法器157两者连接。AD转换器154构造成在由信号开关153选择响应信号时，将响应信号输入到第一乘法器156和第二乘法器157中的每一个。
对于第一乘法器156，连接有稍后将描述的振荡电路158。第一参考信号从振荡电路158输入到第一乘法器156。然后，第一乘法器156通过将第一参考信号和响应信号相乘，来对与响应信号的实部成比例的值进行计算。此后，第一乘法器156经由低通滤波器159将与响应信号的实部成比例的值输出到信号处理单元155。此外，在图10中，响应信号的实部由Re|Vr|表示。
对于第二乘法器157，经由相位偏移电路160连接有振荡电路158。第二参考信号从相位偏移电路160输入到第二乘法器157，通过将第一参考信号的相位提前90°(即，π/2)由相位偏移电路160来产生第二参考信号。更具体地，相位偏移电路160构造成将从振荡电路158输入到其中的正弦波信号(即，第一参考信号)的相位提前，并且将相位提前的正弦波信号作为第二参考信号输出到第二乘法器157。
第二乘法器157通过将第二参考信号和响应信号相乘，来对与响应信号的虚部成比例的值进行计算。然后，第二乘法器157经由低通滤波器161将与响应信号的虚部成比例的值输出到信号处理单元155。此外，在图10中，响应信号的虚部由Im|Vr|表示。
振荡电路158构造成输出规定的正弦波信号，并且用作波形指示单元。如上所述，振荡电路158将正弦波信号作为第一参考信号输出到第一乘法器156和相位偏移电路160两者。此外，振荡电路158经由DA转换器162而与指令信号输出端子59a连接。振荡电路158通过利用DA转换器162的数模转换将正弦波信号作为指令信号输出到指令信号输出端子59a。
反馈信号输入端子59b经由AD转换器163而与信号处理单元155连接。反馈信号(或检测信号)通过利用AD转换器163的模数转换从反馈信号输入端子59b输入到信号处理单元155。
信号处理单元155接收与响应信号的实部成比例的值和与响应信号的虚部成比例的值两者。然后，基于这些值，信号处理单元155对电池单元42的复阻抗的实部和虚部进行计算。此外，基于输入到其中的反馈信号，信号处理单元155考虑到实际流过电阻器56b的电流信号的振幅以及电流信号与由指令信号指示的正弦波信号的相位差，来对复阻抗的实部和虚部进行校正。
此外，信号处理单元155还对复阻抗的绝对值和相位两者进行计算。更具体地，由于响应信号的实部和虚部两者已经通过两相锁定检测被检测，因此，响应信号可以在复平面上的极坐标中由|Vr|ejθv表示，其中，θv是响应信号的相位。类似地，电流可以由复平面上的极坐标中的|I|ejθi来表示，其中，θi是电流的相位。此外，电池单元42的复阻抗可以由复平面上的极坐标中的|Z|ejθz来表示，其中，θz是复阻抗的相位。然后，可以从V＝ZI得到以下的式(3)。另外，“j”是满足(j2＝-1)的虚单位。
Figure BDA0002600178640000261
信号处理单元155通过(|Z|＝|Vr|/|I|)来对复阻抗的绝对值进行计算。此外，信号处理单元155通过(θv－θi)来对复阻抗的相位进行计算。此后，信号处理单元155经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。此外，在图10中，复阻抗的绝对值和相位分别由|Z|和arg(Z)表示。
接下来，将参考图11来对根据第四实施方式的电池单元42的复阻抗的计算处理进行描述。该处理在规定的周期内通过电池监视装置50重复地执行。
在复阻抗计算处理中，首先，在步骤S201中，振荡电路158在规定的频率范围内对复阻抗的测量频率进行设定。此外，在第四实施方式中，测量频率由例如信号处理单元155确定。
在步骤S202中，在从差分放大器151输出的DC电压和从前置放大器152输出的响应信号中，信号开关153被设定为允许仅响应信号被输出到AD转换器154。此外，信号开关153根据例如来自信号处理单元155的指令来工作。
在步骤S203中，振荡电路158基于在步骤S201中设定的测量频率来对正弦波信号(或规定的AC信号)的频率进行设定。然后，振荡电路158通过利用DA转换器162的数模转换将指令信号经由指令信号输出端子59a输出到电流调制电路56。如前所述，指令信号是表示指令电流调制电路56以使正弦波信号从电池单元42输出的指令。此外，振荡电路158根据例如来自信号处理单元155的指令来输出指令信号。
在通过DA转换器162对指令信号进行数模转换时，考虑到电池单元42的DC电压，来设定适当的偏移值(即，DC偏置)。更具体地，偏移值由例如信号处理单元155设定。此外，期望基于电池单元42的DC电压来设定偏移值。此外，电池单元42的DC电压可以由差分放大器151测量。
在步骤S204中，根据指令信号，电流调制电路56使正弦波信号从作为监视目标的电池单元42输出，其中，电池单元42本身是用于输出正弦波信号的电源。因此，正弦波信号从电池单元42输出。
在从电池单元42输出正弦波信号时，换言之，在对电池单元42施加干扰时，电池单元42的端子之间的电压发生变化，电压变化表示电池单元42的内部复阻抗信息。然后，前置放大器152将经由响应信号输入端子58输入到前置放大器152的电压变化作为响应信号输出。
此外，在将电压变化从电池单元42输入到响应信号输入端子58期间，电压变化的DC分量被电容器C1切断(或移除)，留下电压变化的仅特征部分。期望基于电池单元42的DC电压来对被电容器C1切断的DC分量的大小进行调节。前置放大器152将DC分量已经从中移除的弱电压变化放大，并且输出放大的电压变化作为响应信号。期望基于电池单元42的DC电压通过前置放大器152来对电压变化的放大程度进行调节。
AD转换器154对经由信号开关153输入到AD转换器154的响应信号执行模数转换。然后，AD转换器154将响应信号以数字形式输出到第一乘法器156和第二乘法器157中的每一个。
在步骤S205中，第一乘法器156和第二乘法器157中的每一个接收从AD转换器154输出的响应信号。
在步骤S206中，第一乘法器156通过将第一参考信号(即，来自振荡电路158的正弦波信号)和响应信号相乘来对与响应信号的实部成比例的值进行计算。同时，第二乘法器157通过将第二参考信号(即，来自相位偏移电路160的相位提前了的正弦波信号)与响应信号相乘来对与响应信号的虚部成比例的值进行计算。
然后，由第一乘法器156和第二乘法器157计算出的值分别通过低通滤波器159、161输入到信号处理单元155。此外，当经过低通滤波器159、161时，除DC分量之外的信号分量衰减(或被移除)。
在步骤S207中，信号处理单元155从反馈信号输入端子59b获取反馈信号(或检测信号)。更具体地，反馈信号通过利用AD转换器163的模数转换从反馈信号输入端子59b输入到信号处理单元155。
在步骤S208中，信号处理单元155基于反馈信号和来自低通滤波器159、161的信号(或分别与响应信号的实部和虚部成比例的值)，来对电池单元42的复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位中的至少一个进行计算。此外，反馈信号用于对从电池单元42实际输出的电流信号与期望从电池单元42输出的正弦波信号之间的振幅或相位的任何偏差进行校正(或消除)。
在步骤S209中，信号处理单元155经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。然后，复阻抗计算处理终止。
重复上述计算处理，直到已经相对于规定的频率范围内的多个测量频率计算出电池单元42的复阻抗。基于计算结果，ECU 60例如创建复阻抗平面图(或科尔图)，从而确定电池单元42的电极和电解液的特性。例如，ECU 60确定电池单元42的SOC和/或SOH。
此外，未必需要创建整个科尔图。相反，可以关注科尔图的仅一部分。例如，可以：(1)在车辆的行驶期间以规定的时间间隔在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42在行驶期间的SOC、SOH和温度的变化。替代地，也可以：(1)以规定的时间间隔(例如，每天一次、每周一次或每年一次)在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42的SOH随时间的变化。
根据第四实施方式，能够实现以下有益效果。
在根据本实施方式的电池监视装置50中，信号处理单元155基于经由响应信号输入端子58输入的响应信号与第一参考信号的乘积，来对与响应信号的实部成比例的值进行计算。此外，信号处理单元155还基于响应信号与通过使正弦波信号(即，第一参考信号)的相位移位而产生的第二参考信号的乘积，来对与响应信号的虚部成比例的值进行计算。然后，信号处理单元155基于上述值来对电池单元42的复阻抗进行计算。因此，通过执行所谓的锁定检测，可以从响应信号中提取具有与仅由振荡电路158指示的正弦波信号相同频率的分量。因此，根据本实施方式的电池监视装置50，能够耐受白噪声和粉红噪声，并且能够准确地对电池单元42的复阻抗进行计算。由此，根据本实施方式的电池监视装置50特别适合于通常存在各种类型噪声的车辆中使用。此外，由于电池监视装置50耐受噪声，因此，可以降低从电池单元42输出的电流(即，正弦波信号)。因此，可以对电池单元42的电力的消耗进行抑制，还可以对蓄电池单元42以及电池监视装置50的半导体开关元件56a的温度升高进行抑制。
此外，在本实施方式中，信号处理单元155从电流调制电路56获取反馈信号，该反馈信号是从电池单元42实际输出(或实际流出)的检测出的电流信号。然后，信号处理单元155将从电池单元42实际输出的电流信号与由指令信号指示的正弦波信号之间的振幅或相位中的任何偏差校正(或消除)。因此，可以提高电池单元42的复阻抗的计算精度。
此外，在本实施方式中，即使在利用DA转换器162的数模转换期间指令信号的波形中发生误差，也可以通过使用反馈信号执行的校正来抑制误差。因此，不需要在电流调制电路56与DA转换器162之间设置滤波电路。其结果是，可以使电力转换装置50的尺寸和制造成本最小化。
[第五实施方式]
图12示出根据第五实施方式的、构造成在信号分析中执行FFT(快速傅立叶变换)的电池监视装置50的构造。
如图12所示，在本实施方式中，电池监视装置50的ASIC 50a包括用作执行FFT的计算单元的信号处理单元201。信号处理单元201构造成经由AD转换器154接收电池单元42的DC电压的测量值。此外，信号处理单元201还构造成经由AD转换器154接收响应信号。此外，信号处理单元201还构造成经由AD转换器163接收反馈信号。另外，信号处理单元201与振荡电路158连接，并且构造成能够对正弦波信号的频率进行设定。
在本实施方式中，信号处理单元201对响应信号(即，电压信号)和反馈信号(即，电流信号)中的每一个执行FFT。然后，信号处理单元201基于对响应信号和反馈信号执行FFT的结果，来对电池单元42的复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位进行计算。此后，信号处理单元201经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。
接下来，参考图13来对使用根据第五实施方式的电池单元42的复阻抗的计算处理进行描述。该处理在规定的周期内通过电池监视装置50重复地执行。
根据第五实施方式的复阻抗计算处理的步骤S301～S305分别与根据第四实施方式的复阻抗计算处理的步骤S201～S205相同。因此，在下文中，省略根据第五实施方式的复阻抗计算处理的步骤S301～S305的描述。
此外，在第五实施方式中，由信号处理单元201设定测量频率和偏移值(即，DC偏置)。此外，信号开关153的工作和指令信号的输出由信号处理单元201指示(或控制)。
在根据第五实施方式的复阻抗计算处理的步骤S306中，信号处理单元201对从AD转换器154接收的响应信号执行FFT。因此，获得关于响应信号相对于测量频率的振幅的信息。
在步骤S307中，信号处理单元201从反馈信号输入端子59b获取反馈信号。更具体地，反馈信号通过利用AD转换器163的模数转换从反馈信号输入端子59b输入到信号处理单元201。
在步骤S308中，信号处理单元201对反馈信号执行FFT。因此，获得关于反馈信号相对于测量频率的振幅的信息。
在步骤S309中，信号处理单元201基于在步骤S306中获得的响应信号的振幅信息和在步骤S308中获得的反馈信号的振幅信息两者，来对电池单元42的复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位中的至少一个进行计算。
在步骤S310中，信号处理单元201经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。然后，复阻抗计算处理终止。
重复上述计算处理，直到已经相对于规定的频率范围内的多个测量频率计算出电池单元42的复阻抗。基于计算结果，ECU 60例如创建复阻抗平面图(或科尔图)，从而确定电池单元42的电极和电解液的特性。例如，ECU 60确定电池单元42的SOC和/或SOH。
此外，未必需要创建整个科尔图。相反，可以关注科尔图的仅一部分。例如，可以：(1)在车辆的行驶期间以规定的时间间隔在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42在行驶期间的SOC、SOH和温度的变化。替代地，也可以：(1)以规定的时间间隔(例如，每天一次、每周一次或每年一次)在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42的SOH随时间的变化。
根据第五实施方式，能够实现以下有益效果。
在根据本实施方式的电池监视装置50中，信号处理单元201对响应信号和反馈信号中的每一个执行FFT，从而不仅获得响应信号和反馈信号(即，电压信号和电流信号)两者相对于测量频率的振幅信息和相位信息，还获得响应信号和反馈信号相对于测量频率的谐波的振幅信息和相位信息。因此，可以一次对电池单元42相对于多个频率的复阻抗进行计算。
此外，在本实施方式中，信号处理单元201从电流调制电路56获取反馈信号，该反馈信号是从电池单元42实际输出(或实际流出)的检测出的电流信号。然后，信号处理单元201对反馈信号执行FFT。因此，可以将从电池单元42实际输出的电流信号与由指令信号指示的正弦波信号之间的振幅或相位中的任何偏差校正(或消除)。其结果是，可以提高电池单元42的复阻抗的计算精度。
[第六实施方式]
根据第六实施方式的电池监视装置50具有与根据第四实施方式的电池监视装置50相同的基本构造。即，根据第六实施方式的电池监视装置50还构造成对响应信号执行两相锁定检测。因此，下面仅对根据第六实施方式的电池监视装置50与根据第四实施方式的电池监视装置50的区别进行描述。
根据第四实施方式，可以通过对响应信号执行两相锁定检测来减少诸如白噪声信号等噪声信号。然而，当存在与规定的AC信号具有相同的恒定频率的噪声信号且噪声信号的相位与规定的AC信号的相位一致时，可以通过两相锁定检测来对噪声信号和响应信号进行检测，从而导致响应信号的检测中的错误。此外，具有恒定频率的噪声信号可以包括例如由在车辆中存在的噪声源(例如，逆变器)引起的噪声信号和由暂时地连接到车辆的噪声源(例如，充电器)引起的噪声信号。
为了解决上述问题，根据第六实施方式的电池监视装置50构造成执行如图14所示的复阻抗计算处理。该处理在规定的周期内通过电池监视装置50重复地执行。
在复阻抗计算处理中，首先，在步骤S401中，信号处理单元155在规定的频率范围内对复阻抗的测量频率进行设定。
在步骤S402中，信号处理单元155对测量频率是否处于规定的噪声频率范围内进行判断。
在此，噪声频率范围被预先设定为很可能产生具有恒定频率的噪声信号的频率范围。例如，由逆变器引起的噪声信号可以具有与逆变器的驱动频率相等或接近的频率以及驱动频率的谐波分量，或是具有逆变器的寄生电感和寄生电容的、由电感分量和电容分量引起的谐振频率以及谐振频率的谐波分量。因此，可以基于诸如逆变器等噪声源的驱动频率和实验结果来预先确定很可能产生频率恒定的噪声信号的噪声频率范围。规定的噪声频率范围存储在信号处理单元155的存储器(未示出)中。
如果步骤S402中的判断结果为“否”，则处理前进到步骤S403。
在步骤S403中，信号处理单元155对响应信号进行锁定检测。然后，处理前进到步骤S404。另外，可以与第四实施方式中描述的相同的方式对响应信号执行锁定检测(见图11的步骤S202-S207)。
在步骤S404中，信号处理单元155基于响应信号的输入频率分量和从电池单元42输出的电流信号，来对电池单元42的复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位中的至少一个进行计算。另外，从电池单元42输出的电流信号可以基于反馈信号或由指令信号指示的正弦波信号来确定。替代地，可以通过对来自反馈信号的测量频率分量进行锁定检测来确定电流信号。
在步骤S405中，信号处理单元155经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。然后，复阻抗计算处理终止。
另一方面，如果步骤S402中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S406。
在步骤S406中，信号处理单元155对噪声信号(或背景噪声)进行锁定检测。
具体地，在步骤S406中，信号处理单元155对在没有向电池单元42施加干扰时能检测到的噪声信号进行锁定检测。即，在电流调制电路56没有使正弦波信号从电池单元42输出的状态下，信号处理单元155执行锁定检测以提取在正弦波信号(或测量信号)的频率下的噪声信号的频率分量(DC分量)。另外，对噪声信号执行的锁定检测与对响应信号执行的锁定检测相同，除了在对噪声信号执行锁定检测期间没有正弦波信号从电池单元42输出之外。因此，在下文中，省略对噪声信号执行的锁定检测的描述。
在步骤S406之后，在噪声信号的频率分量输入到信号处理单元155时，处理前进到步骤S407。
在步骤S407中，信号处理单元155对噪声信号的输入频率分量是否高于或等于规定的参考值进行判断。通过该判断，信号处理单元155对是否存在高电平噪声信号进行判断。即，在本实施方式中，信号处理单元155还用作噪声判断单元。
如果步骤S407中的判断结果为“否”，换言之，如果噪声信号的电平不高，则处理前进到步骤S403。
相反，如果步骤S407中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S408。
在步骤S408中，信号处理单元155对在测量频率下的(具有噪声信号的)响应信号的频率分量进行锁定检测。另外，在步骤S408中获得的响应信号的频率分量包括由噪声信号引起的误差。
在步骤S408之后，在响应信号的频率分量输入到信号处理单元155时，处理前进到步骤S409。
在步骤S409中，信号处理单元155以与步骤S406相同的方式再次对噪声信号进行锁定检测。
另外，在步骤S406～S409中，在这些步骤中需要将参考信号的相位调节为相同的相位。这是因为不能在参考信号的相位偏移(或偏移)的情况下正常地执行锁定检测。作为防止参考信号的相位偏移的方法，例如，在步骤S406中开始输出参考信号时，可以在随后步骤的执行期间继续输出参考信号，从而维持响应信号与噪声信号之间的相位的恒定关系。
在步骤S409之后，在噪声信号的频率分量输入到信号处理单元155时，处理前进到步骤S410。
在步骤S410中，信号处理单元155对在步骤S406之后立即输入到自身的噪声信号的频率分量与在步骤S409之后立即输入到自身的噪声信号的频率分量进行比较。然后，信号处理单元155对在步骤S406、S409中分别获得的噪声信号的频率分量之间的差(即，振幅差)是否不大于(即，小于或等于)阈值进行判断。即，信号处理单元155对在获取响应信号的频率分量之前和之后噪声信号中是否存在相当大的变化进行判断。
如果步骤S410中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S411。
在步骤S411中，信号处理单元155从在步骤S408中获得的响应信号的频率分量中去除噪声信号。
更具体地，在该步骤中，信号处理单元155通过从在步骤S408中获得的响应信号的频率分量减去在步骤S406(或步骤S409)中获得的噪声信号的频率分量来去除噪声信号。即，在本实施方式中，信号处理单元155还用作噪声去除单元。
在步骤S411之后，处理前进到步骤S404，在该步骤S404中，信号处理单元155基于在步骤S411中计算出的响应信号的频率分量和从电池单元42输出的电流信号，来对电池单元42的复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位中的至少一个进行计算。
另一方面，如果步骤S410中的判断结果为“否”，则处理前进到步骤S412。
在步骤S412，信号处理单元155对响应信号的测量次数是否不大于(即，小于或等于)给定的次数进行判断。
如果步骤S412中的判断结果为“是”，则信号处理单元155将响应信号的测量次数加1。此后，处理返回到步骤S406以重复步骤S406和随后的步骤。此外，响应信号的测量次数在处理开始或结束时重置。
另一方面，如果步骤S412中的判断结果为“否”，则处理前进到步骤S413。
在步骤S413中，信号处理单元155经由通信单元54向ECU 60输出异常信号，从而通知ECU 60响应信号不能准确地输入到信号处理单元155。然后，该处理直接终止。
重复上述计算处理，直到已经相对于规定的频率范围内的多个测量频率计算出电池单元42的复阻抗。基于计算结果，ECU 60例如创建复阻抗平面图(或科尔图)，从而确定电池单元42的电极和电解液的特性。例如，ECU 60确定电池单元42的SOC和/或SOH。
此外，未必需要创建整个科尔图。相反，可以关注科尔图的仅一部分。例如，可以：(1)在车辆的行驶期间以规定的时间间隔在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42在行驶期间的SOC、SOH和温度的变化。替代地，也可以：(1)以规定的时间间隔(例如，每天一次、每周一次或每年一次)在特定频率下对电池单元42的复阻抗进行测量；以及(2)基于复阻抗在特定频率下随时间的变化来确定电池单元42的SOH随时间的变化。
根据第六实施方式，能够实现以下有益效果。
在根据本实施方式的电池监视装置50中，信号处理单元155在使正弦波信号(或规定的AC信号)从电池单元42输出之前，对是否存在具有与正弦波信号的频率(或测量频率)对应的频率分量的噪声信号进行判断。如果存在这样的噪声信号，则信号处理单元155从响应信号的频率分量中去除噪声信号。
具体地，信号处理单元155通过从响应信号的频率分量中减去噪声信号的频率分量来去除噪声信号。此后，信号处理单元155基于已经去除噪声信号的响应信号的频率分量和从电池单元42输出的电流信号，来对电池单元42的复阻抗进行计算。因此，当存在与测量频率具有相同频率的噪声信号时，可以抑制噪声信号对响应信号的检测的影响，从而提高电池单元42的复阻抗的计算精度。
此外，在根据本实施方式的电池监视装置50中，信号处理单元155在使正弦波信号从电池单元42输出之前，获取流至电池单元42的噪声信号。然后，信号处理单元155基于将噪声信号与参考信号相乘而获得的值来对与正弦波信号对应的噪声信号的频率分量进行检测，根据由指令信号指示的正弦波信号来确定参考信号。
因此，通过对与测量频率对应的噪声信号的频率分量进行锁定检测，可以准确地执行噪声信号的去除。此外，由于利用用于对响应信号进行锁定检测的现有构造来识别噪声信号，因此，可以对电池监视装置10的尺寸和成本的增加进行抑制。
在第一实施方式中描述的车辆电源系统中，逆变器30以规定的驱动频率来驱动电动机20。因此，在基于驱动频率的特定频带内可能产生噪声信号。有鉴于此，在本实施方式中，当在步骤S401中设定的测量频率处于规定的噪声频率范围内时，信号处理单元155判断为很可能存在与测量频率对应的噪声信号。因此，可以容易且简单地对是否很可能存在与测量频率对应的噪声信号进行判断。
此外，在根据本实施方式的电池监视装置50中，在判断为很可能存在与测量频率对应的噪声信号时，信号处理单元155通过对锁定检测出的噪声信号的频率分量是否高于或等于参考值进行判断，来进一步对是否存在噪声信号进行判断。因此，可以准确地对是否存在与测量频率对应的噪声信号进行判断。
[第七实施方式]
根据第七实施方式的电池监视装置50构造成执行与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理不同的复阻抗计算处理。
具体地，与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理(见图14)相比，从根据本实施方式的复阻抗计算处理中省略步骤S402。
即，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中，不管测量频率是否处于规定的噪声频率范围内，信号处理单元155对与测量频率对应的噪声信号的频率分量进行锁定检测，并且基于检测出的频率分量的振幅来对是否存在噪声信号进行判断。
[第八实施方式]
根据第八实施方式的电池监视装置50构造成执行与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理不同的复阻抗计算处理。
具体地，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中，信号处理单元155不对是否存在噪声信号进行判断。即，与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理(见图14)相比，从根据本实施方式的复阻抗计算处理中省略步骤S402、S403、S407。
由此，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中，每次执行处理时，信号处理单元155对与测量频率对应的噪声信号的频率分量进行锁定检测，并且从响应信号的频率分量中去除检测出的频率分量。
[第九实施方式]
根据第九实施方式的电池监视装置50构造成执行与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理不同的复阻抗计算处理。
具体地，与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理(见图14)相比，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中不执行噪声去除。
相反，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中，如果步骤S402中的判断结果为“是”、即如果测量频率处于很可能产生具有恒定频率的噪声信号的规定的噪声频率范围内，则信号处理单元155通过任何合适的方法来改变测量频率，以便处于规定的噪声频率范围之外。然后，处理前进到步骤S403。因此，可以通过简单的方法来避免具有恒定频率的噪声信号。
[第十实施方式]
根据第十实施方式的电池监视装置50构造成执行与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理不同的复阻抗计算处理。
具体地，与在第六实施方式中描述的复阻抗计算处理(见图14)相比，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中不执行噪声去除。
相反，在根据本实施方式的复阻抗计算处理中，信号处理单元155对与测量频率对应的噪声信号的频率分量进行锁定检测，并且对检测出的频率分量是否高于或等于规定的参考值进行判断。如果判断结果为“是”，则信号处理单元155改变测量频率。因此，可以通过简单的方法来避免具有恒定频率的噪声信号。
虽然已经示出了和描述了所述特定实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的精神的情况下，可以进行各种变形、改变和改进。
(1)如上所述，在第一实施方式中，每个电池监视装置50构造成对一个电池单元42进行监视。替代地，每个电池监视装置50可以构造成对多个电池单元42(例如，一个电池模块41的所有电池单元42或整个电池包40的所有电池单元42)进行监视。此外，电池监视装置50的一些功能可以由所有电池单元42共享。
例如，如图15所示，电池监视装置50的稳定电源单元301、通信单元54和微型计算机53由电池包40(或一个电池模块41)的所有电池单元42共享。在这种情况下，电池单元42的负极的电位可能彼此不同。由此，用于将各种类型的信息通信的各种电信号的电池单元42的基准电位也彼此不同。因此，需要考虑基准电位之间的差，将来自电池单元42的各种电信号输入到微型计算机53，并且由微型计算机53处理。此外，作为使信号在不同基准电位之间通信的装置，可以使用电容器、变压器、无线电波和/或光。
(2)如上所述，在第四实施方式中，每个电池监视装置50构造成对一个电池单元42进行监视。替代地，每个电池监视装置50可以构造成对多个电池单元42(例如，一个电池模块41的所有电池单元42或整个电池包40的所有电池单元42)进行监视。此外，电池监视装置50的一些功能可以由所有电池单元42共享。
例如，如图16所示，稳定电源单元301、通信单元54、差分放大器151、前置放大器152、信号开关153、AD转换器154、163、信号处理单元155、第一乘法器156、第二乘法器157、低通滤波器159、161、振荡电路158、相位偏移电路160、DA转换器162、反馈电路56d和电流检测放大器56c由电池包40(或一个电池模块41)的所有电池单元42共享。
此外，在这种情况下，多路复用器302～304用于在电池单元42之间执行诸如DC电压、响应信号和指令信号等各种信号的切换。此外，多路复用器302～304由例如信号处理单元155控制。
(3)如上所述，在第五实施方式中，每个电池监视装置50构造成对一个电池单元42进行监视。替代地，每个电池监视装置50可以构造成对多个电池单元42(例如，一个电池模块41的所有电池单元42或整个电池包40的所有电池单元42)进行监视。此外，电池监视装置50的一些功能可以由所有电池单元42共享。
例如，如图17所示，稳定电源单元301、通信单元54、差分放大器151、前置放大器152、信号开关153、AD转换器154、163、信号处理单元201、振荡电路158、DA转换器162，反馈电路56d和电流检测放大器56c由电池包40(或一个电池模块41)的所有电池单元42共享。
此外，在这种情况下，多路复用器302～304用于在电池单元42之间执行诸如DC电压、响应信号和指令信号等各种信号的切换。此外，多路复用器302～304由例如信号处理单元201控制。
(4)在如上所述的实施方式(见图2、图10和图12)和变形例(见图15-17)中，电池监视装置50可以由第一电源和多个第二电源供电。第一电源构造成具有彼此串联连接的多个电池单元42。此外，上述第一电源具有：正电极侧电源端子，上述正电极侧电源端子与多个电池单元42的具有最高电位的一个蓄电池单元42的正电极连接；以及负电极侧电源端子，上述负电极侧电源端子与多个电池单元42的具有最低电位的一个蓄电池单元42的负电极连接。相反，第二电源中的每一个均构造成具有电池单元42中的相应一个。此外，第二电源中的每一个均具有分别与相应的电池单元42的正电极和负电极连接的、成对的正电极侧电源端子和负电极侧电源端子。
例如，在图18所示的变形例中，通信单元54、AD转换器154、163、信号处理单元155、201、振荡电路158、相位偏移电路160和DA转换器162由所有电池单元42共享。此外，尽管图18中未示出第一乘法器156、第二乘法器157和低通滤波器159、161，但在信号处理单元155被用于执行两相锁定检测的情况下，它们也可以由所有电池单元42共享。
此外，在图18所示的变形例中，由所有电池单元42共享的电池监视装置50的那些组件由构造成具有多个彼此串联连接的蓄电池单元42的第一电源401供电。相反，与电池单元42中的仅一个对应的每个部件组由构造成具有相应的电池单元42的第二电源402供电。此外，第一电源401的输出电压比第二电源402中的每一个的输出电压高。
此外，在图18所示的变形例中，多路复用器302～304用于在电池单元42之间执行各种信号的切换，诸如DC电压、响应信号和指令信号的切换。(5)在如上所述的实施方式(见图2、图10和图12)和变形例(见图15-17)中，电池监视装置50可以被变型成以进一步执行用于使电池单元42的充电状态和/或电压均衡的均衡处理。具体地，均衡处理是用于使具有比其他电池单元42更高的SOC(即，充电状态)的电池单元42放电，从而使所有电池单元42的充电状态均衡化的处理。因此，可以防止一些电池单元42变成过充电的现象的发生。
此外，在电池监视装置50变型成进一步执行均衡处理的情况下，可以由相应的电流调制电路56使每个电池单元42放电。在这种情况下，电池监视装置50还用作放电控制单元。
例如，在第一实施方式中(见图2)中，可以由微型计算机53如下地执行均衡处理。在基于电池单元42的SOC接收到由ECU 60发出的放电指令时，或是在电池单元42的SOC或电压超过规定的阈值时，微型计算机53将该指令信号发送到电流调制电路56。然后，在接收到指令信号时，电流调制电路56使周期函数信号(例如，正弦波信号或矩形波信号)或DC信号从电池单元42输出。此外，微型计算机53继续向电流调制电路56发送指令信号，直到放电指令已经被终止、或是电池单元42的SOC或电压已经降低到规定的阈值以下。
此外，在第四实施方式和第五实施方式(见图10和图12)和变形例(见图15～图17)中，均衡处理可以类似地由微型计算机53或是由信号处理单元155或201来执行。
此外，可以基于电池单元42对为了执行均衡处理而输出的正弦波信号的响应信号，来对电池单元42的复阻抗进行计算。在这种情况下，可以对电池单元42的电力消耗进行抑制。
此外，为了执行均衡处理而输出的正弦波信号的强度通常被设定为低(或弱)，以对电力消耗进行抑制并使设备的尺寸最小化。因此，根据第四实施方式和第六实施方式的、构造成执行两相锁定检测的电池监视装置50，特别适合于执行均衡处理。
(6)在如上所述的实施方式中，滤波单元55由半导体元件实现。替代地，可以通过在印刷板上形成的半导体元件、配线、连接器触点、图案配线和/或实心图案来代替滤波单元55实现，或是与滤波单元55相结合来实现。
(7)在如上所述的实施方式中，可以在电流调制电路56与输入/输出单元52(或DA转换器162)之间设置滤波电路。在这种情况下，通过滤波电路，可以在指令信号的数模转换期间对指令信号波形中的误差的发生进行抑制。
(8)在如上所述的实施方式中，差分放大器151、前置放大器152、信号开关153、AD转换器154、163、信号处理单元155、第一乘法器156、第二乘法器157、低通滤波器159、161、振荡电路158、相位偏移电路160、DA转换器162、反馈电路56d和电流检测放大器56c的部分或全部可以通过软件实现。
(9)在如上所述的实施方式中，可以从电池监视装置50中省略反馈电路56d。此外，流过电阻器56b的电流信号可以不由电流检测放大器56c来检测。另外，微型计算机53和信号处理单元155或201可以没有输入到其中的反馈信号。
(10)在如上所述的实施方式中，作为监视目标的电池单元42的DC电压由电池监视装置50来检测。然而，电池单元42的DC电压可以不由电池监视装置50来检测。
(11)在如上所述的第四实施方式到第十实施方式中，可以从电池监视装置50中省略信号开关153。在这种情况下，测量的DC电压可以直接地输入到信号处理单元155或201。
(12)在如上所述的第四实施方式到第十实施方式中，反馈信号也可以由信号开关153来选择。换言之，信号开关153可以替代地构造成在DC电压、响应信号与反馈信号之间进行选择。在这种情况下，可以省略AD转换器163，并且使用单个AD转换器154来执行DC电压、响应信号和反馈信号的所有模数转换。
(13)根据如上所述的实施方式的电池监视装置50可以应用于HEV(混合动力电动车辆)、EV(电动车辆)、PHV(插电式混合动力车辆)、汽车辅助电池、电动飞机、电动摩托车和电动船舶。
(14)在如上所述的第四实施方式到第十实施方式中，为了防止在AD转换器154的模数转换期间发生混叠，可以紧接在前置放大器152之前或之后、或者紧接在AD转换器154之前设置滤波电路。
(15)在如上所述的实施方式中，每个电池监视装置50可以构造成对一个电池模块41的状态进行监视。在这种情况下，从分别对电池模块41进行监视的电池监视装置50的通信单元54到ECU 60的通信可以是具有不同电位基准的绝缘通信。可以使用例如隔离变压器或电容器来实现绝缘通信。
(16)在如上所述的第四实施方式和第六实施方式到第十实施方式中，反馈信号也可以被锁定检测。
例如，图19示出了对反馈信号和响应信号执行两相锁定检测的复阻抗计算处理。该处理在规定的周期内通过电池监视装置50重复地执行。
在复阻抗计算处理中，首先，在步骤S501中，振荡电路158在规定的频率范围内对复阻抗的测量频率进行设定。此外，测量频率由例如信号处理单元155确定。
在步骤S502中，振荡电路158基于在步骤S501中设定的测量频率来对正弦波信号(或规定的AC信号)的频率进行设定。然后，振荡电路158通过利用DA转换器162的数模转换将指令信号经由指令信号输出端子59a输出到电流调制电路56。如前所述，指令信号是表示指令电流调制电路56以使正弦波信号从电池单元42输出的指令。在接收到指令信号时，电流调制电路56使正弦波信号从作为监视目标的电池单元42输出，其中，电池单元42本身是用于输出正弦波信号的电源。因此，正弦波信号从电池单元42输出。
在步骤S503中，信号处理单元155通过两相锁定检测来对反馈信号进行测量。具体地，信号处理单元155将由振荡电路158指示的正弦波信号(或参考信号)与输入的反馈信号相乘。此外，信号处理单元155将通过使由振荡电路158指示的正弦波信号的相位偏移90°而获得的信号与输入的反馈信号相乘。然后，基于该乘法结果，信号处理单元155对反馈信号的振幅和相位两者进行计算。
在步骤S504中，信号处理单元155对计算出的反馈信号的振幅与振幅校正值之间的偏差是否在给定的振幅偏差范围内进行判断。在此，振幅校正值表示期望从电池单元42输出的正弦波信号的振幅。
如果步骤S504中的判断结果为“否”，则处理前进到步骤S505。相反，如果步骤S504中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S507。
在步骤S505中，信号处理单元155进一步对步骤S503中的反馈信号的测量次数是否已经增加到不小于(即，大于或等于)给定的次数进行判断。
如果步骤S505中的判断结果为“否”，则信号处理单元155将反馈信号的测量次数加1。此后，处理返回到步骤S503以重复步骤S503和随后的步骤。
另一方面，如果步骤S505中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S506。
在步骤S506中，信号处理单元155对反馈信号的测量出的振幅的平均值进行计算，并且将振幅校正值重写为平均值。然后，信号处理单元155清除测量次数。此后，该处理前进到步骤S507。
在步骤S507中，信号处理单元155对在步骤S503中计算出的反馈信号的相位与相位校正值之间的偏差是否在给定的相位偏差范围内进行判断。在此，相位校正值表示期望从电池单元42输出的正弦波信号的相位。
如果步骤S507中的判断结果为“否”，则处理前进到步骤S508。相反，如果步骤S507中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S510。
在步骤S508中，信号处理单元155进一步对步骤S503中的反馈信号的测量次数是否已经增加到不小于(即，大于或等于)给定的次数进行判断。
如果步骤S508中的判断结果为“否”，则信号处理单元155将反馈信号的测量次数加1。此后，处理返回到步骤S503以重复步骤S503和随后的步骤。
另一方面，如果步骤S508中的判断结果为“是”，则处理前进到步骤S509。
在步骤S509中，信号处理单元155对反馈信号的测量出的相位的平均值进行计算，并且将相位校正值重写为平均值。然后，信号处理单元155清除测量次数。此后，该处理前进到步骤S510。
在步骤S510中，信号处理单元155通过两相锁定检测来对响应信号进行测量。例如，可以通过执行根据第四实施方式的复阻抗计算处理的步骤S202、S205和S206来对响应信号进行测量(见图11)。
在步骤S511中，信号处理单元155基于反馈信号和来自低通滤波器159、161的信号(或分别与响应信号的实部和虚部成比例的值)，来对电池单元42的复阻抗的实部、虚部、绝对值和相位中的至少一个进行计算。在此，反馈信号由振幅校正值和相位校正值两者来表示。反馈信号用于对从电池单元42实际输出的电流信号与期望从电池单元42输出的正弦波信号之间的振幅或相位的任何偏差进行校正(或消除)。
在步骤S512中，信号处理单元155经由通信单元54将计算结果输出到ECU 60。然后，复阻抗计算处理终止。
在如上所述的复阻抗计算处理中，还通过两相锁定检测来对反馈信号进行测量。因此，通过上述处理，即使在存在噪声的环境中，也可以准确地对从电池单元42实际输出的电流信号进行测量。由此，使用由两相锁定检测测量的反馈信号，可以进一步提高电池单元42的复阻抗的计算精度。
(17)在如上所述的实施方式中，从电池单元42输出的电流信号不限于正弦波信号。电流信号可以替代地是诸如矩形波信号或三角波信号等其他AC信号。
(18)在如上所述的实施方式中，ECU 60可以包括多个ECU元件。此外，ECU可以设置成分别执行不同的功能、或者分别对不同的控制目标进行控制。例如，ECU可以包括电池ECU和逆变器ECU。
(19)在如上所述的实施方式中，在执行锁定检测的情况下，由振荡电路158指示的正弦波信号被用作第一参考信号。替代地，检测信号(即，反馈信号)可以用作第一参考信号。此外，在执行两相锁定检测的情况下，通过使检测信号(即，反馈信号)的相位移位而获得的信号可以被用作第二参考信号。
(20)在如上所述的实施方式中，电池单元42(或电池模块41或电池包40)可以构造成在根据指令信号从其输出正弦波信号(或响应信号的输出)的期间用作外围电路的电源。相反，电池单元42(或电池模块41或电池包40)也可以构造成在根据指令信号从其输出正弦波信号(或响应信号的输出)的期间不用作外围电路的电源。
(21)在如上所述的实施方式中，在将成对的第二电气路径82布置成沿电路板72的纵向方向延伸时，期望将正电极侧第二电气路径82a与负电极侧第二电气路径82b之间的距离设定得尽可能短。
(22)在如上所述的实施方式中，在电路板72的不同层中彼此形成电气路径的情况下，期望使他们彼此偏移以降低他们之间的寄生电容。
(23)在如上所述的实施方式中，每个电池单元42可以具有布置在其上端面上的防爆阀(即，安全阀或压力释放阀)。在这种情况下，在电路板72相对于电池单元42布置在规定的位置处的状态下，期望电路元件和电气路径81、82位于电路板72的、分别与电池单元42的防爆阀反向的那些区域的外部。换言之，期望电路元件和电气路径81、82设置在电路板72上，以便不直接地位于电池单元42的防爆阀的上方，进而不与防爆阀重叠。另外，设置在电路板72上的电路元件例如包括构成每一个电池监视装置50的ASIC 50a、滤波单元55和电流调制电路56的那些电路元件。
此外，可以在电路板72中形成通孔，以便不与电池单元42的防爆阀反向，经由上述通孔，冷却空气可以流动以对电路元件进行冷却。在如上所述的实施方式中，ASIC 50a在电路板72的纵向方向(或电池单元42的堆叠方向)上布置在电路板72的端部(即，图4中的右端部)上，以便不与任何电池单元42重叠。因此，容易在ASIC 50a附近的电路板72中形成通孔，以便不与电池单元42的防爆阀反向。此外，在电路板72中形成通孔的情况下，优选形成尽可能短的电气路径。
另外，在第二实施方式中，ASIC 50a布置在平行于电池单元42的侧面延伸的第二电路板72b上(见图8)。因此，特别容易在ASIC 50a附近形成通孔，以便不与电池单元42的防爆阀反向。

Claims (8)

1.一种电池监视装置(50)，所述电池监视装置用于对蓄电池(42)的状态进行监视，所述蓄电池具有正电极侧电源端子(71a)和负电极侧电源端子(71b)，
所述电池监视装置包括：
平面电路板(72)，所述平面电路板布置在所述蓄电池的所述正电极侧电源端子与所述负电极侧电源端子之间；
信号控制单元(56)，所述信号控制单元设置在将所述蓄电池的所述正电极侧电源端子与所述负电极侧电源端子连接的第一电气路径(81)中，所述信号控制单元构造成使规定的AC信号经由所述第一电气路径从所述蓄电池输出；
响应信号输入单元(52)，所述响应信号输入单元经由成对的第二电气路径(82、82a、82b)分别与所述蓄电池的所述正电极侧电源端子与所述负电极侧电源端子连接，所述响应信号输入单元构造成经由成对的所述第二电气路径来输入所述蓄电池对所述AC信号的响应信号；以及
计算单元(53、155、201)，所述计算单元构造成基于由所述响应信号输入单元输入的所述响应信号来对所述蓄电池的复阻抗进行计算，
其中，
所述第一电气路径和成对的所述第二电气路径设置在所述电路板的主表面上，
在所述电路板上，限定有第一区域(S1)，所述第一区域由所述第一电气路径、成对的所述第二电气路径以及所述蓄电池的所述正电极侧电源端子和所述负电极侧电源端子包围，并且
所述第一区域的尺寸设定成使得由流过所述第一电气路径的所述AC信号在成对的所述第二电气路径中感应出的感应电动势处于包括零在内的允许电动势范围内。
2.如权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于，
所述蓄电池还具有：成对的正电极和负电极，成对的所述正电极和所述负电极分别与所述蓄电池的所述正电极侧电源端子和所述负电极侧电源端子连接；以及接收壳体(42a)，所述接收壳体在其中接收所述正电极和所述负电极，
在所述蓄电池中，限定有由所述第一电气路径和所述接收壳体包围的第二区域(S2)，
根据所述第二区域来对所述第一区域的尺寸进行设定，使得第一磁通量与第二磁通量之间的差处于包括零在内的允许磁通量差范围内。
3.如权利要求1或2所述的电池监视装置，其特征在于，
在所述第一区域内，布置有导电构件(110)，
所述第一区域的尺寸和所述导电构件的尺寸均设定成使所述感应电动势处于所述允许电动势范围内。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电池监视装置，其特征在于，
所述信号控制单元、所述响应信号输入单元、所述计算单元、所述第一电气路径和成对的所述第二电气路径的全部位于相同的平面上。
5.如权利要求1至3任一项所述的电池监视装置，其特征在于，
所述电路板包括：第一电路板(72a)，在所述第一电路板上布置有所述信号控制单元；以及第二电路板(72b)，在所述第二电路板(72b)上布置有所述响应信号输入单元和所述计算单元两者，
所述蓄电池成形为扁平矩形的长方体，并且具有设置在其端面上的所述正电极侧电源端子和所述负电极侧电源端子，
所述第一电路板布置在所述蓄电池的所述正电极侧电源端子与所述负电极侧电源端子之间，以面向设置有所述正电极侧电源端子和所述负电极侧电源端子的所述蓄电池的所述端面，
所述第二电路板布置成垂直于所述第一电路板，并且与所述蓄电池的侧面反向，
所述第二电路板由导电屏蔽构件(101)包围。
6.如权利要求5所述的电池监视装置，其特征在于，
所述蓄电池还具有：成对的正电极和负电极，成对的所述正电极和所述负电极分别与所述蓄电池的所述正电极侧电源端子和所述负电极侧电源端子连接；以及接收壳体(42a)，所述接收壳体在其中接收所述正电极和所述负电极，
所述屏蔽构件形成为与所述接收壳体共享所述接收壳体的一部分。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电池监视装置，其特征在于，
所述蓄电池具有设置在其中的防爆阀，
所述电路板布置在相对于所述蓄电池的规定的位置处，
构成所述信号控制单元、所述响应信号输入单元和所述计算单元的电路元件以及所述第一电气路径和所述第二电气路径设置在所述电路板上，以便位于与所述蓄电池的所述防爆阀反向的所述电路板的区域之外。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电池监视装置，其特征在于，
所述信号控制单元构造成使规定的所述AC信号从所述蓄电池输出，其中，所述蓄电池本身是用于输出规定的所述AC信号的电源。
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