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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieüberwachungssystem zum Überwachen der Zustände von einen Batteriepack bildenden Batteriezellen.
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Stand der Technik
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In einem Hybrid-Fahrzeug, einem elektrischen Fahrzeug oder etwas Ähnlichem wird eine Fahrleistung dadurch erhalten, dass ein Elektromotor durch eine in einer Sekundärbatterie wie beispielsweise einer Lithiumionenbatterie oder einer Nickelwasserstoffbatterie angehäuften elektrischen Energie betrieben wird.
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Bei einer solchen Sekundärbatterie wird beispielsweise eine Vielzahl von Batteriezellen wechselweise in Serie verbunden, wodurch ein Batteriepack gebildet wird.
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Mit einem wiederholt ausgeführten Laden und Entladen der jeweiligen Batteriezellen verschlechtert sich das Batteriepack graduell mit der Zeit und verändert sich zusätzlich die Ausgangsspannung jeder Batteriezelle.
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Ebenso verändert sich bei dem Batteriepack die Ausgangsspannung der Batteriezelle aufgrund von Lastschwankungen wie beispielsweise eine Änderung in einem Betriebszustand eines Fahrzeugs oder eine Störung wie beispielsweise eine Änderung einer Temperatur bei Feuchtigkeit.
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Insbesondere bei einem Lithiumionenbatterien verwendenden Batteriepack ist es notwendig die Spannung und etwas Ähnliches einer jeden Batteriezelle zu überwachen, um ein Überladen und Überentladen einer jeden Batteriezelle zu verhindern, und daher wurden Techniken betreffend eine Batterieüberwachung vorgeschlagen (siehe PTL 1 (
JP 2013-024800 A )).
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Wie in 3 dargestellt umfasst eine Spannungsdetektionsvorrichtung 520 eines in PTL 1 beschriebenen konventionellen Beispiels Multiplexer 540, 541, welche eine beliebige von jeweiligen Batteriezellen 511 eines Batteriepacks 510 selektiv verbinden, wobei die Batteriezelle 511 in Serie verbunden ist, und eine Vielzahl von Spannungsdetektionsmittel 550, 551 zum Detektieren der Zellspannungen als die Ausgangsspannungen der Multiplexer 540, 541.
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Zusätzlich umfasst die Spannungsdetektionsvorrichtung 520 Schaltmittel 530 zum Schalten der Operation zwischen einem ersten Modus, wobei die jeweiligen Spannungsdetektionsmittel 550, 551 die Zellspannungen von unterschiedlichen Batteriezellen 511 detektieren, und einem zweiten Modus, wobei die jeweiligen Spannungsdetektionsmittel 550, 551 jeweils die Zellspannung einer einzigen Batteriezelle 511 detektieren.
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Mit der Spannungsdetektionsvorrichtung 520 mit einer solchen Konfiguration wird durch Bereitstellen von zwei Messrouten (die Spannungsdetektionsmittel 550, 551 und so weiter) zum Messen jeweils einer einzigen Zielspannung, falls eine Differenz zwischen entsprechenden Messergebnissen der Spannungsdetektionsmittel 550, 551 auftritt, bestimmt, dass ein Fehler entweder auf einer oder auf beiden Messrouten aufgetreten ist.
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Zusammenfassung
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Allerdings weist die Spannungsdetektionsvorrichtung des konventionellen Beispiels die folgenden Nachteile auf.
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Das heißt, es gibt einen Fall, bei welchem bestimmt wird, dass die Messrouten keine Unregelmäßigkeit aufweisen, bei einer Situation, bei welcher dasselbe Messergebnis ausgegeben wird, selbst wenn beide Messrouten die Spannungen nicht korrekt messen können. Daher weist die konventionelle Spannungsdetektionsvorrichtung ein Problem darin auf, dass eine Zuverlässigkeit beim Detektieren eines Fehlers gering ist.
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Zusätzlich wird bei einer Situation, bei welcher beide der zwei Messrouten dasselbe Messergebnis ausgeben und außer Betrieb sind, erwartet, dass eine Energieversorgung oder etwas Ähnliches, welche bei beiden Messrouten gemeinsam verwendet wird, einen Fehler aufweisen kann. Dennoch, wenn die Spannungsdetektionsvorrichtung des konventionellen Beispiels einen solchen Fehler nicht detektieren kann, ist es unwahrscheinlich, dass man eine Messung zum Aussetzen der Verwendung eines Batteriepacks durchführen kann, als ein Überwachungsziel, und eine Vorrichtung wie beispielsweise ein mit dem Batteriepack versehenes Fahrzeug anhält, wodurch ein Problem einer schlechten Funktionssicherheit des Gesamtsystems auftritt.
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Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen zu lösenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein Batterieüberwachungssystem bereitzustellen, welches zum Verbessern der Zuverlässigkeit bei einem Detektieren eines Fehlers und zum Erhöhen der Funktionssicherheit des Gesamtsystems geeignet ist. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, falls ein Fehler auftritt auf eine der Spannungsmessrouten beschränkt ist, ein Batterieüberwachungssystem bereitzustellen, welches es ebenso ermöglicht, die Funktion des Gesamtsystems mit der Verwendung von nur einer der anderen Spannungsmessrouten ohne Fehler fortzuführen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung wird ein Batterieüberwachungssystem zum Überwachen eines Zustands eines Batteriepacks bereitgestellt, welches n (n: eine ganze Zahl) Elemente von in Serie über eine Vielzahl von Stufen verbundenen Batteriezellen umfasst, umfassend: einen Eingabeschaltkreis, in welchen jeweilige Spannungssignale der Batteriezellen eingegeben werden; einen Multiplexer, ausgebildet zum Auswählen einer Batteriezelle für eine Spannungsdetektion aus den n Elementen von Batteriezellen, zum Auswählen von von dem Eingabeschaltkreis eingegebenen Spannungssignalen und zum Ausgeben der ausgewählten Spannungssignale; einen Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis, ausgebildet zum Erzeugen einer Selbstdiagnosespannung zum Feststellen eines Zustands des Batterieüberwachungssystems selbst; einen ersten Spannungsmessschaltkreis, ausgebildet zum Messen eines Spannungssignals auf einer ersten Route, eingegeben durch den Multiplexer, basierend auf der von dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis erzeugten Selbstdiagnosespannung oder basierend auf den Spannungen der Batteriezellen, eingegeben von dem Eingabeschaltkreis; einen zweiten Spannungsmessschaltkreis, ausgebildet zum Messen eines Spannungssignals auf einer zweiten Route, eingegeben über den Multiplexer zur gleichen Zeit, wenn der erste Spannungsmessschaltkreis das Spannungssignal auf der ersten Route misst, basierend auf der von dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis erzeugten Selbstdiagnosespannung oder basierend auf den von dem Eingabeschaltkreis eingegeben Spannungen der Batteriezellen; einen Komparator, ausgebildet zum Vergleichen eines Messergebnisses von dem ersten Spannungsmessschaltkreis mit einem Messergebnis von dem zweiten Spannungsmessschaltkreis; und eine Steuereinheit, ausgebildet zum Bestimmen eines Vorhandenseins oder Abwesendseins eines Fehlers auf einer mit dem ersten Spannungsmessschaltkreis oder dem zweiten Spannungsmessschaltkreis verbunden Messeroute und eines Fehlers des ersten Spannungsmessschaltkreises selbst oder des zweiten Spannungsmessschaltkreises selbst, basierend auf einem Vergleichsergebnis durch den Komparator, und zum Steuern des Eingabeschaltkreises, des Multiplexers, des Komparators und des Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreises.
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Der Eingabeschaltkreis kann umfassen: n Elemente von FETs, welche Gleichstellungsschalter (Englisch: Equalization Switch) zum Ausgleichen der Spannungen der jeweiligen Batteriezellen bilden; n Elemente von Widerständen zum Ausgleichen, wobei jeder davon zwischen einer Drain-Anschluss-Seite eines jeden der FETs und einer positiven Seite einer jeden der Batteriezellen verbunden ist; n Elemente eines ersten Überwachungsanschlusses, wobei jeder davon mit einem Verbindungspunkt zwischen jeweils den Widerständen und der positiven Seite jeder der Batteriezellen verbunden ist, und bei welcher die Spannungssignale auf der ersten Route eingegeben werden; und n Elemente eines zweiten Überwachungsanschlusses, wobei jeder davon mit einem Verbindungspunkt zwischen der Drain-Anschluss-Seite eines jeden der FETs und jedem der Widerstände verbunden ist, und bei welchem die Spannungssignale auf der zweiten Route eingegeben werden. Eine erste Schaltgruppe kann zwischen dem Eingabeschaltkreis und dem Multiplexer zum Ein- und Ausschalten einer selektiven Verbindung des Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreises mit den Routen der ersten Überwachungsanschlüsse und den Routen der zweiten Überwachungsanschlüsse angeordnet sein.
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Der Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis kann eine Selbstdiagnosespannungsausgabeeinheit umfassen, welche zum Ausgeben einer von unterschiedlichen Selbstdiagnosespannungen bei jeder Stufe auf der Route des ersten Überwachungsanschlusses und auf der Route des zweiten Überwachungsanschlusses, welche beide zu derselben Stufe gehören, ausgebildet ist.
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Eine zweite Schaltgruppe kann zwischen dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis und der ersten Schaltgruppe angeordnet sein. Die zweite Schaltgruppe kann zum selektiven Anlegen der durch den Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis erzeugten Selbstdiagnosespannung an den ersten Spannungsmessschaltkreis oder den zweiten Spannungsmessschaltkreis ausgebildet sein.
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Eine dritte Schaltgruppe kann zwischen dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis und der zweiten Schaltgruppe angeordnet sein. Die dritte Schaltgruppe kann zum zwangsweisen Abschalten eines Anlegens der durch den Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis erzeugten Selbstdiagnosespannung ausgebildet sein.
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Tiefpassfilter sind auf vorgelagerten Seiten der ersten Überwachungsanschlüsse und der zweiten Überwachungsanschlüsse vorgesehen, welche jeweils dieselbe Zeitkonstante aufweisen.
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Mit dem Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist es möglich, das Batterieüberwachungssystem bereitzustellen, welches zum Verbessern der Zuverlässigkeit beim Detektieren eines Fehlers und zum Erhöhen der Funktionssicherheit des Gesamtsystems geeignet ist. Zusätzlich ist es möglich, falls ein Fehlerauftreten auf eine der Spannungsmessrouten beschränkt ist, das Batterieüberwachungssystem bereitzustellen, welches zum Beibehalten der Funktion des Gesamtsystems mit der Verwendung von nur der anderen Spannungsmessroute ohne einen Fehler geeignet ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches eine Gesamtkonfiguration eines Batterieüberwachungssystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
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2 ist ein Flussdiagramm, welches das Verarbeitungsverfahren eines Batterieüberwachungsprozesses darstellt, welcher bei dem Batterieüberwachungssystem gemäß der Ausführungsform ausgeführt wird.
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3 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches eine Gesamtkonfiguration einer Spannungsdetektionsvorrichtung eines konventionellen Beispiels darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen Ein Batterieüberwachungssystem S1 gemäß einer Ausführungsform wird mit Bezug zu den 1 und 2 beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt ist das Batterieüberwachungssystem S1 derart ausgebildet, einen Zustand eines Batteriepacks zu überwachen, welches n (n: eine ganze Zahl) Elemente von Batteriezellen VBATn (VBAT1 bis VBAT3) umfasst, welche durch mehrere Stufen in Serie verbunden sind, und umfasst einen Eingabeschaltkreis IN-C, in welchen Spannungssignale der jeweiligen Batteriezellen VBATn eingegeben werden, einen Multiplexer 11, welcher eine bestimmte Batteriezelle VBATn auswählt, deren Spannung zu detektieren ist, aus n Elementen von Batteriezellen und ebenso die eingegebenen Spannungssignale zum Ausgeben dieser auswählt, einen Selbstdiagnosespannungserkennungsschaltkreis 15, welcher eine Selbstdiagnosespannung zum Feststellen eines Fehlerzustands des Batterieüberwachungssystems S1 selbst erzeugt, einen ersten Spannungsmessschaltkreis 12a und einen zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b, welche Spannungen auf der Basis der Spannungssignale auf der ersten und der zweiten Route messen, welche über den Multiplexer 11 eingegeben sind, basierend auf von dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 ausgegebenen Selbstdiagnosespannungen oder von dem Eingabeschaltkreis IN-C ausgegebenen Spannungen der Batteriezellen, einen Komparator 13 zum Vergleichen von Messergebnissen des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a und des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b miteinander und eine durch einen Mikrocomputer oder etwas Ähnliches gebildete Steuereinheit 14 zum Steuern des Eingabeschaltkreises IN-C, des Multiplexers 11, des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a, des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b, des Komparators 13 und des Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreises 15. Die Steuereinheit 14 gibt Steuersignale für eine erste Schaltgruppe 100, eine zweite Schaltgruppe 101, eine dritte Schaltgruppe 102 und FETn als Gleichstellungsschalter aus.
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Die Steuereinheit 14 ist daran angepasst, basierend auf einem Vergleichsergebnis des Komparators 13, das Vorhandenseins/Abwesendseins von Fehlern einer mit dem ersten Spannungsmessschaltkreis 12a oder dem zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b verbundenen Messroute und des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a selbst oder des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b selbst zu bestimmen. Der genaue Bestimmungsprozess wird später beschrieben.
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Das Batterieüberwachungssystem S1 kann modul-basiert oder auf einem LSI Chip angebracht sein. Alternativ kann lediglich der Eingabeschaltkreis IN-C oder die später beschriebenen ersten bis dritten Schaltgruppen in der Form eines LSI Schaltkreises vorgesehen sein.
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Obwohl das in 1 dargestellte Konfigurationsbeispiel 3 Batteriezellen VBAT1 bis VBAT3 als die zu überwachenden Batteriezellen VBATn zur Vereinfachung der Erläuterung darstellt, können diese eine beliebige Anzahl (n) von Batteriezellen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Wie in 1 schematisch dargestellt, umfasst der Eingabeschaltkreis C: FETn (n: eine ganze Zahl, welche zu der Anzahl von Batterien korrespondiert) als Gleichstellungsschalter zum Ausgleichen der Spannungen der jeweiligen Batteriezellen VBATn, Ausgleichswiderstände R0-1 bis R0-3, welche jeweils zwischen der Seite eines Drain-Anschlusses eines jeden FETn und der positiven Seite einer jeden Batteriezelle verbunden sind, n erste Überwachungsanschlüsse Vn (V1 bis V3), welche mit Verbindungspunkten (Knoten n5, n6, n7) zwischen den Widerständen R0-1 bis R0-3 und den positiven Seiten der jeweiligen Batteriezellen VBATn verbunden sind und zu welchem die Spannungen auf der ersten Route eingegeben sind, und n zweite Überwachungsanschlüsse DVn (DV1 bis DV3), welche mit Verbindungspunkten X, Y und Z zwischen den Seiten des Drain-Anschlusses der jeweiligen FETn und den Widerständen R0-1 bis R0-3 verbunden sind und an welche die Spannungen auf der zweiten Route ausgegeben werden.
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Zwischen dem Eingabeschaltkreis IN-C und dem Multiplexer 11 sind die erste Schaltgruppe (SW1 Gruppe: SW1-1 bis SW1-6) 100 zum selektiven Ausführen einer Ein- und Aus-Steuerung einer Verbindung mit den jeweiligen ersten Überwachungsanschlüssen Vn und den jeweiligen zweiten Überwachungsanschlüssen DVn angeordnet.
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Der Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 umfasst Selbstdiagnosespannungsausgabeeinheiten 15a bis 15c, welche jeweils eine unterschiedliche Selbstdiagnosespannung entsprechen einer jeden Stufe (beispielsweise eine von unterschiedlichen Spannungen, welche sich voneinander um 1 bis 2 V unterscheiden) für Routen ausgibt, über welche der Überwachungsanschluss Vn und der zweite Überwachungsanschluss DVn, welche zu derselben Stufe gehören, mit dem Multiplexer 11 verbunden sind.
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Bei dem in 1 dargestellte Konfigurationsbeispiel ist die zweite Schaltgruppe (SW2 Gruppe: SW2-1 bis SW2-6) 101 vorgesehen zum selektiven Anlegen von Selbstdiagnosespannungen, welche durch den Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 erzeugt sind.
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Zwischen dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 und der zweiten Schaltgruppe 101 ist die dritte Schaltgruppe (SW3 Gruppe: SW3-1 bis SW3-3) 102 zum zwangsweisen Abschalten der Anwendung der durch den Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 erzeugten Selbstdiagnosespannungen unter Steuerung der Steuereinheit 14 angeordnet ist.
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Folglich, selbst wenn die durch den Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 erzeugten Selbstdiagnosespannungen weiterhin an die Seite des Eingangs Schaltkreises IN-C (das heißt die Batteriezellen) aufgrund eines Fehlers der zweiten Schaltgruppe 101 angelegt werden, ist es möglich die Selbstdiagnosespannungen durch Abschalten der dritten Schaltgruppe 102 unter der Steuerung der Steuereinheit 14 zwangsweise auszuschalten. Auf diese Weise wird bei dem Batterieüberwachungssystem S1 angedacht eine Möglichkeit auszuschließen, dass die Systemfunktion zum Messen der Spannungen der Batteriezellen aufgrund eines Fehlers des Selbstdiagnoseschaltkreissystems beeinflusst wird, und zusätzlich wird die Systemsicherheit verbessert, um eine Kollision zwischen der Zellspannung und der Schaltkreisspannung zu vermeiden.
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Bei dem Eingabeschaltkreis IN-C gibt es Tiefpassfilter (LPFs) auf der vorgelagerten Seite der ersten Überwachungsanschlüsse Vn und der zweiten Überwachungsanschlüsse DVn, welche jeweils dieselbe Zeitkonstante aufweisen.
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Bei dem Batterieüberwachungssystem S1 ist es möglich dieselbe Zielspannung durch den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a und den zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b gleichzeitig zu messen. Zusätzlich ist es möglich diese Messergebnisse miteinander zu vergleichen.
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Ebenso, da die Steuereinheit 14 die Operationen der jeweiligen Schalter in der ersten Schaltgruppe 100, der zweiten Schaltgruppe 101 und der dritten Schaltgruppe 100 frei steuert, ist es möglich das Vorhandensein/Abwesendsein eines Fehlers auf der Messroute, welche mit dem ersten Spannungsmessschaltkreis 12a oder dem zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b verbunden ist, und einen Fehler des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a selbst oder des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b selbst, ohne Auslassung zu detektieren.
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Als Nächstes wird ein konkretes Konfigurationsbeispiel des Eingabeschaltkreises IN-C mit Bezug zu 1 beschrieben.
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Zuerst wird bei der ersten Stufe der Widerstand R0-1 und der FET1, welche einen Gleichstellungsschalter bilden, parallel zu der Batteriezelle VBAT1 zwischen einem Knoten n1 und einem Knoten n2 über den Knoten n5, den Punkt Z, einen Knoten n11, einen Knoten n10 und einen Knoten n4 parallel verbunden. Eine negative Seite der Batteriezelle VBAT1 ist mit dem Knoten n1 verbunden, während eine positive Seite der Batteriezelle VBAT1 mit dem Knoten n2 verbunden ist.
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Eine parasitäre Diode d1 ist zwischen dem Knoten n11 und dem Knoten n10 ausgebildet.
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Ein Source-Anschluss des FET1 ist mit der Seite des Knotens n10 verbunden, während ein Drain-Anschluss des FET1 mit der Seite des Knotens n11 verbunden ist.
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Ein Widerstand R3 ist zwischen dem Anschluss VSS eines Erdungspotentials als ein Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 und dem Betriebsanschluss CB1 des FET1 über einen Knoten n20 und einen Knoten n21 verbunden.
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Der Betriebsanschluss CB1 des FET1 ist mit einem Gate-Anschluss des FET1 über den Knoten n21 verbunden.
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Ein Widerstand R1 und ein Kondensator C1 sind mit dem ersten Überwachungsanschluss V1 verbunden, welche einen Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 bildet und zum Detektieren einer Zellspannung der Batteriezelle VBAT1 dient, über einen Knoten 22 und einen Knoten n31.
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Der Widerstand R1 weist ein Ende auf, welches mit der positiven Seite der Batteriezelle VBAT1 über den Knoten n22, den Knoten n5 und den Knoten n2 verbunden ist.
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Ein anderer Widerstand R1 und ein anderer Kondensator C1 sind mit dem zweiten Überwachungsanschluss DV1 verbunden, welcher einen Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 bildet und zum Detektieren der Drain-Spannung des FET1 dient, über einen Knoten n30.
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Als Nächstes sind bei der zweiten Stufe der Widerstand R0-2 und der FET 2, welche einen Ausgleichsschalter bilden, mit der Batteriezelle VBAT2 zwischen dem Knoten n2 und einem Knoten n3 über den Knoten n6, den Punkt Y, einen Knoten n2, einen Knoten n13 und den Knoten 5 parallel verbunden. Eine negative Seite der Batteriezelle VBAT2 ist mit dem Knoten n2 verbunden, während eine positive Seite der Batteriezelle VBAT2 mit dem Knoten n3 verbunden ist.
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Eine parasitäre Diode d2 ist zwischen dem Knoten n13 und dem Knoten n12 ausgebildet.
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Ein Source-Anschluss des FET2 ist auf der Seite des Knotens n12 vorgesehen, während ein Drain-Anschluss des FET2 auf der Seite des Knotens n13 vorgesehen ist.
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Ein Widerstand R3 ist zwischen dem ersten Überwachungsanschluss V1 als ein Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 und dem Betriebsanschluss CB2 des FET2 über einen Knoten n22 und einen Knoten n23 verbunden.
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Der Betriebsanschluss CB2 des FET2 ist mit einem Gate-Anschluss des SAE T2 über den Knoten n23 verbunden.
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Ein Widerstand R1 und ein Kondensator C1 sind mit dem ersten Überwachungsanschluss V2, welcher einen Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 bildet und zum Detektieren einer Zellspannung der Batteriezelle VBAT2 dient, über einen Knoten n24 und einen Knoten n33 verbunden.
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Der Widerstand R1 weist ein Ende auf, welches mit der positiven Seite der Batteriezelle VBAT2 über einen Knoten n24, den Knoten n6 und den Knoten n3 verbunden ist.
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Ein anderer Widerstand R1 und ein anderer Kondensator C1 sind mit dem zweiten Überwachungsanschluss DV2, welcher einen Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 bildet und zum Detektieren der Drain-Spannung des FET2 dient, über einen Knoten n32 verbunden.
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Als Nächstes sind bei der dritten Stufe der Widerstand R0-3 und der FET3, welche einen Gleichstellungsschalter bilden, mit der Batteriezelle VBAT3 zwischen dem Knoten n3 und einem Knoten n7 über den Knoten n7, den Punkt X, einen Knoten n15, einen Knoten n14 und den Knoten n6 parallel verbunden. Eine negative Seite der Batteriezelle VBAT3 ist mit dem Knoten n3 verbunden, während eine positive Seite der Batteriezelle VBAT3 mit dem Knoten n7 verbunden ist.
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Eine parasitäre Diode d3 ist zwischen dem Knoten n15 und dem Knoten n14 ausgebildet.
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Ein Source-Anschluss des FET3 ist auf der Seite des Knotens n14 vorgesehen, während ein Drain-Anschluss des FET3 auf der Seite des Knotens n15 vorgesehen ist.
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Ein Widerstand R3 ist zwischen dem ersten Überwachungsanschluss V2 als ein Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 und den Betriebsanschluss CB3 des FET3 über einen Knoten n24 und einen Knoten n25 verbunden.
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Der Betriebsanschluss CB3 des FET3 ist mit einem Gate Anschluss des FET3 über den Knoten n25 verbunden.
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Ein Widerstand R1 und ein Kondensator C1 sind mit dem ersten Überwachungsanschluss V3, welcher einen Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 bildet und zum Detektieren einer Zellspannung der Batteriezelle VBAT3 dient, über den Knoten n7 und einen Knoten n35 verbunden.
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Der Widerstand R1 weist ein Ende auf, welches mit der positiven Seite der Batteriezelle VBAT3 über den Knoten n7 verbunden ist.
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Ein anderer Widerstand R1 und ein anderer Kondensator C1 sind mit dem zweiten Überwachungsanschluss DV3, welcher einen Verbindungsanschluss mit dem Multiplexer 11 bildet und zum Detektieren der Drain-Spannung des FET3 dient, über einen Knoten n34 verbunden.
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Ein Widerstand R2 ist zwischen dem Knoten n7 und einem Anschluss VCC einer Betriebsenergieversorgung vorgesehen. Ein Kondensator C2 ist mit einem Ende eines Widerstands R2 über einen Knoten n36 verbunden.
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Hierbei, obwohl jede Ausgangsspannung der Batteriezelle VBAT1 bis VBAT3 auf 3V Nennspannung bei der dargestellten Ausführungsform eingestellt ist, ist dies nicht darauf beschränkt.
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Zusätzlich, obwohl der in 1 dargestellte Eingabeschaltkreis IN-C 3 Batteriezellen VBAT1 bis VBAT3 als die zu überwachenden (detektierten) Batteriezellen VBATn darstellt, können diese eine beliebige Anzahl (n: eine ganze Zahl) von Batteriezellen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Dann ist entsprechend der Anzahl (n) der Batteriezellen VBAT1 der Eingabeschaltkreis IN-C mit den ersten Überwachungsanschlüssen V1 bis Vn (n: eine ganze Zahl) und den zweiten Überwachungsanschlüssen DV1 bis DVn (n: eine ganze Zahl) versehen.
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Der erste Spannungsmessschaltkreis 12a und der zweite Spannungsmessschaltkreis 12b werden durch denselben Takt für eine perfekte Synchronisierung der Betriebszeitpunkte der beiden Spannungsmessschaltkreise 12a, 12b betrieben.
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Für den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a und den zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b werden Schaltkreise mit denselben Eigenschaften verwendet.
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Die Widerstandswerte der Widerstände R0 (R0-1 bis R0-3) sind derart ausgewählt, dass diese viel kleiner als der Widerstandswert eines jeden der Widerstände R1 sind.
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Folglich weisen der erste Überwachungsanschluss Vn und der zweite Überwachungsanschluss DVn ähnliche Zeitkonstanten auf, aufgrund der externen Tiefpassfilter (LPFs), welche jeweils aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 gebildet sind. Somit ist es durch Einstellen der Zeitkonstante eines jeden der Tiefpassfilter möglich die Spannungsschwankungen zu verhindern.
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In 1 bezeichnen die Bezugszeichen VH0 bis VH3 Detektionsleitungen zum Detektieren von jeweiligen Spannungen der Batteriezellen VBAT1 bis VBAT3. Es sind (n+1) Detektionsleitungen, zugehörend zu der Anzahl (n) der Batteriezellen VBAT, vorgesehen.
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Der erste Spannungsmessschaltkreis 12a misst als die Spannung auf der ersten Route eine Spannung zwischen dem Anschluss VSS des Erdungspotentials und des ersten Überwachungsanschlusses V1 auf der untersten Stufe oder eine Spannung zwischen den jeweiligen ersten Überwachungsanschlüssen Vn (V1-V2, V2-V3) der oberen und unteren benachbarten Stufen. Der zweite Spannungsmessschaltkreis 12b mist als die Spannung auf der zweiten Route eine Spannung zwischen dem Anschluss VSS des Erdungspotentials und des zweiten Überwachungsanschlusses DV1 der untersten Stufe oder eine Spannung zwischen dem ersten Überwachungsanschluss Vn (V1 oder V2) und des zweiten Überwachungsanschlusses DVn + 1 (DV2 oder DV3) der oberen und unteren benachbarten Stufen.
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Wie in 1 dargestellt, wird die Spannung der Batteriezelle VBAT1 als ein Potential zwischen dem Erdungspotential VH0 und einem positiven Potential VH1 detektiert. Die Spannung der Batteriezelle VBA2 wird als ein Potential zwischen dem Potential VH1 und einem Potential VH2 detektiert. Die Spannung der Batteriezelle VBAT3 wird als ein Potential zwischen dem Potential VH2 und dem Potential VH3 detektiert.
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Die Situation, wobei die FETn (FET1 bis FET3), welche jeweils den Gleichstellungsschalter bilden, durch die Steuereinheit 14 gesteuert werden, wird nachfolgend beschrieben.
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Wenn das FET 1 ausgeschaltet wird, erscheint dieselbe Spannung an dem ersten Überwachungsanschluss V1 und dem zweiten Überwachungsanschluss DV1.
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Andererseits, wenn das FET 1 eingeschaltet wird, erscheint ein Zellpotential der Batteriezelle VBAT1 an dem ersten Überwachungsanschluss V1, während eine Spannung (ungefähr VSS), welche durch Subtrahieren eines bei dem Widerstand R0-n erzeugten Spannungsabfalls von dem Zellpotential erhalten ist, bei den zweiten Überwachungsanschlüssen DV1 erscheint.
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Ähnlich, wenn das FET2 ausgeschaltet wird, erscheint dieselbe Spannung an dem ersten Überwachungsanschluss V2 und dem zweiten Überwachungsanschlüssen DV2. Wenn das FET2 eingeschaltet wird, erscheint ein Zellpotential der Batteriezelle VBAT2 bei dem ersten Überwachungsanschluss V2, während eine Spannung (ungefähr V1), welche durch Subtrahieren eines bei dem Widerstand R0-n erzeugten Spannungsabfalls von dem Zellpotential erhalten ist, an dem zweiten Überwachungsanschlüssen DV2 erscheint.
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Wenn das FET 3 ausgeschaltet wird, erscheint dieselbe Spannung an dem ersten Überwachungsanschluss V3 und dem zweiten Überwachungsanschluss DV3. Wenn das FET3 eingeschaltet wird, erscheint ein Zellpotential bei der Batteriezelle VBAT3 an dem ersten Überwachungsanschluss V3, während eine Spannung (ungefähr V2), welche durch Subtrahieren eines bei dem Widerstand R0-3 erzeugten Spannungsabfalls von dem Zellpotential erhalten ist, bei dem zweiten Überwachungsanschluss DV3 erscheint.
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Unter der Steuerung der Steuereinheit 14 wählt der Multiplexer 11 diese Spannungen aus und gibt diese gleichzeitig in zwei Spannungsmessschaltkreise 12a, 12b ein.
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Insbesondere wird für die Spannungsmessung der Batteriezelle VBAT1 die Spannung zwischen dem ersten Überwachungsanschluss V1 und dem Anschluss VSS an den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a eingegeben, während die Spannung zwischen dem zweiten Überwachungsanschluss DV1 und dem Anschluss VSS bei dem zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b eingegeben wird.
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Für die Spannungsmessung der Batteriezelle VBAT2 wird die Spannung zwischen den ersten Überwachungsanschlüssen V2–V1 an den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a eingegeben, während die Spannung zwischen dem zweiten Überwachungsanschluss DV2 und dem ersten Überwachungsanschluss V1 bei dem zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b eingegeben wird.
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Für die Spannungsmessung der Batteriezelle VBAT3 wird die Spannung zwischen den ersten Überwachungsanschlüssen V3–V2 bei dem ersten Spannungsmessschaltkreis 12a eingegeben, während die Spannung zwischen dem zweiten Überwachungsanschluss DV3 und dem ersten Überwachungsanschluss V2 bei dem zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b eingegeben wird.
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Dann werden diese Spannungen durch den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a und den zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b gleichzeitig gemessen. Da die Messgenauigkeit bestätigt werden kann, da der Komparator 13 diese Spannungen miteinander vergleicht, ist es möglich, dass die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen VBAT1 bis VBAT3 mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
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Während des Ausgleichsprozesses fallen die Spannungen des ersten Überwachungsanschlusses Vn und des zweiten Überwachungsanschlusses DVn nicht miteinander zusammen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Vergleich durch den Komparator 13 im Wesentlichen nicht ausgeführt. Unbeachtlich dessen ist es mit dem Schaltkreis aus 1 möglich, dass die Selbstdiagnoseoperation ausgeführt wird, während der Ausgleich ausgeführt wird. Der Grund dafür ist wie folgt: da die Steuerung des FET zum Ausgleichen und die Spannungsmessung unabhängig steuerbar sind, kann die Selbstdiagnoseoperation durch Ausführen der Schalter in der ersten Schaltgruppe 100 auf offen, während das FET eingeschaltet wird, realisiert werden.
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Andererseits, wenn eine Selbstdiagnose des Batterieüberwachungssystems S1 ausgeführt wird, führt die Steuereinheit 14 die Ein- und Aussteuerung der ersten Schaltgruppe (SW1 Gruppe: SW1-1 bis SW1-6) 100, der zweiten Schaltgruppe (SW2 Gruppe: SW2-1 bis SW2-6) 101 und der dritten Schaltgruppe (SW3 Gruppe: SW3-1 bis SW3-3) 102 und die Steuerung zum Erzeugen einer Spannung für die Selbstdiagnose aus.
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Insbesondere für die Steuereinheit 14, welche aus einem Mikrocomputer oder ähnlichem gebildet ist, die in 2 dargestellte Selbstdiagnoseverarbeitungsoperationen aus.
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Hierbei wird das Verarbeitungsverfahren der Selbstdiagnoseverarbeitungsoperationen mit Bezug zu dem Flussdiagramm aus 2 beschrieben.
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Wenn die Selbstdiagnoseverarbeitungsoperationen gestartet wird, wird bei dem Schritt S10 zum Ausschalten aller Schalter in der ersten Schaltgruppe SW 1 ausgeführt und danach geht der Prozess zu Schritt S11 über.
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Im Ergebnis kann die Verbindung zwischen einem Systemteil, welcher aus den Batteriezellen VBATn und dem Eingabeschaltkreis IN-C gebildet ist, und den anderen Systemteilen getrennt werden.
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Im Schritt S11 wird durch Steuern der zweiten Schaltgruppe SW2 und der dritten Schaltgruppe SW3 durch die Steuereinheit 14 ausgeführt, dass eine Ausgabe der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss Vn und den zweiten Überwachungsanschlüssen DVn an die Eingangsseite des Multiplexers 11 verbunden wird. Der Anfangswert von „n“ ist „1“.
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Hier wird das Anlegen der Selbstdiagnosespannung beschrieben.
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Insbesondere wird die Schaltsteuerung wie folgt ausgeführt.
- 1) Wenn die Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss V1 und den zweiten Überwachungsanschluss DV1 ausgegeben wird, wird ausgeführt, dass die erste Schaltgruppe 100, die zweite Schaltgruppe 101 und die dritte Schaltgruppe 102 derart gesteuert wird, sodass dieselbe Spannung zwischen der Route des ersten Überwachungsanschlusses V1 und des Anschlusses VSS und der Route des zweiten Überwachungsanschlusses DV1 und des Anschlusses VSS angelegt wird.
- 2) Wenn die Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss V2 und den zweiten Überwachungsanschluss DV2 ausgegeben wird, wird ausgeführt, dass die erste Schaltgruppe 100, die zweite Schaltgruppe 101 und die dritte Schaltgruppe 102 derart gesteuert wird, dass dieselbe Spannung zwischen der Route des ersten Überwachungsanschlusses V2 und des ersten Überwachungsanschlusses V1 und zwischen der Route des zweiten Überwachungsanschlusses DV2 und des ersten Überwachungsanschlusses V1 angelegt wird.
- 3) Wenn die Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss V3 und den zweiten Überwachungsanschluss DV3 ausgegeben wird, wird ausgeführt, dass die erste Schaltgruppe 100, die zweite Schaltgruppe 101 und die dritte Schaltgruppe 102 derart gesteuert wird, dass dieselbe Spannung zwischen der Route des ersten Überwachungsanschlusses V3 und des ersten Überwachungsanschlusses V2 und zwischen der Route des zweiten Überwachungsanschlusses DV3 und des ersten Überwachungsanschlusses V2 angelegt wird.
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Es ist möglich das Ausgeben der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss V1 und den zweiten Bewachungsanschlüssen DV1, das Ausgeben der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss-V2 und den zweiten Überwachungsanschlüssen DV2 und das Ausgeben der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss V3 und den zweiten Überwachungsanschluss DV3 gleichzeitig oder unabhängig voneinander auszuführen. Das Flussdiagramm aus 2 stellt ein Beispiel zum Ausführen einer solchen unabhängigen andauernden Ausgabe dar.
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Zurück zu dem Flussdiagramm aus 2, bei dem Schritt S12 wird ausgeführt, dass das Ausgeben der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss Vn und den zweiten Überwachungsanschlüssen DVn gestartet wird, und danach fährt der Prozess mit Schritt S13 fort.
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Bei dem Schritt S13 wird die Spannungsmessung durch den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a und den zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b bei demselben Prozess (Sequenz) als die Messung der Batteriezelle VBATn ausgeführt, und danach fährt der Prozess mit dem Schritt S14 fort.
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Bei dem Schritt S14 wird ausgeführt, dass das Ausgeben der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss Vn und den zweiten Überwachungsanschluss DVn angehalten wird, und danach fährt der Prozess mit dem Schritt S15 und dem Schritt S18 fort.
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Zuerst, bei dem Schritt S15 wird bestimmt, ob „der ideale Ausgabewert der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss Vn und den zweiten Überwachungsanschluss DVn“ = „das Messergebnis des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a“ ist oder nicht.
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Hierbei bedeutet „der ideale Ausgabewert der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss Vn und den zweiten Überwachungsanschluss DVn“ ein Spannungswert, welcher innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (beispielsweise 10 mV) für jede von dem Selbstdiagnosespannungserzeugungsschaltkreis 15 ausgegebene Diagnosespannung sichergestellt ist.
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Falls die Bestimmung im Schritt S15 „Ja“ ist, fährt der Prozess mit Schritt S16 fort, bei welchem bestimmt wird, dass die Route des ersten Überwachungsanschlusses Vn und des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a in einem gewöhnlichen Zustand sind, und dann fährt der Prozess mit Schritt S21 fort.
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Falls bei Schritt S15 „Nein“ die Bestimmung ist, fährt der Prozess mit Schritt S17 fort, bei welchem bestimmt wird, dass ein Fehler irgendwo entlang der Route des ersten Überwachungsanschlusses Vn und des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a vorliegt, und danach fährt der Prozess mit Schritt S21 fort.
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Andererseits wird bei dem Schritt S18 bestimmt, ob „der ideale Ausgabewert der Selbstdiagnosespannung für den ersten Überwachungsanschluss Vn und den zweiten Überwachungsanschluss DVn“ = „das Messergebnis des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b“ ist oder nicht. Falls die Bestimmung in diesem Schritt „Ja“ ist, fährt der Prozess mit dem Schritt S19 fort.
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Bei dem Schritt S19 wird bestimmt, dass die Route des zweiten Überwachungsanschlusses DVn und des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b in einem gewöhnlichen Zustand ist, und danach fährt der Prozess mit dem Schritt S21 fort.
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Falls die Bestimmung bei dem Schritt S18 „Nein“ ist, fährt der Prozess mit dem Schritt S20 fort, bei welchem bestimmt wird, dass ein Fehler irgendwo entlang der Route des zweiten Überwachungsanschlusses DVn und des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b vorliegt, und danach fährt der Prozess mit dem Schritt S21 fort.
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Bei dem Schritt S21 wird ausgeführt, dass „n“ um „1“ erhöht wird, und dann fährt der Prozess mit dem Schritt S22 fort.
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Bei dem Schritt S22 wird bestimmt, ob die nicht-Gleichheit Beziehung „n > max“ erfüllt ist oder nicht. Falls die Bestimmung bei dem Schritt S22 „Ja“ ist, dann wird der Prozess beendet. Andererseits, falls die Bestimmung bei dem Schritt S22 „Nein“ ist, kehrt der Prozess zu dem Schritt S11 zurück und danach werden die oben beschriebenen Prozesse wiederholt ausgeführt.
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Die obige Beschreibung betrifft einen Fall, bei welchem es drei Selbstdiagnoseziele gibt und die Selbstdiagnoseoperation für diese Ziele dauerhaft ausgeführt wird. Allerdings kann die Selbstdiagnoseoperation für ein ausgewähltes Ziel unabhängig ausgeführt werden.
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Mit der oben beschriebenen Selbstdiagnoseoperation ist es durch die Selbstdiagnosespannung (Genauigkeitssicherstellung) möglich einen auf jeder Route erzeugten Fehlerbetrag zu bestätigen, und ist es ebenso möglich einen Fehler zu bestimmen, falls der Fehlerbetrag einen vorbestimmten Schwellenwert zur Bestimmung überschreitet. Im Ergebnis ist es möglich die Funktionssicherheit des Gesamtsystems zu verbessern.
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Zusätzlich ist es ebenso möglich die Funktion wie beispielsweise eine Spannungsmessung der Batteriezelle VBATn fortzuführen, durch Verwenden lediglich der gewöhnlichen Route, deren Genauigkeit durch die Selbstdiagnoseoperation sichergestellt wurde.
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Mit der Selbstdiagnoseoperation ist es weiterhin möglich, da zwei Routen gleichzeitig unter Verwendung derselben Messverarbeitung (Sequenz) als die Zellspannungsmessung diagnostiziert werden, durch dieselbe Selbstdiagnosespannung, die Bestimmtheit des ersten Spannungsmessschaltkreises 12a und des zweiten Spannungsmessschaltkreises 12b ebenso wie die Bestimmtheit des Messungsprozesses (Sequenz) zu bestätigen (beispielsweise das Vorhandensein/Abwesendsein eines Fehlers in den Messprogrammen).
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Für eine Betriebsprüfung des Multiplexers 11 ist es möglich, auszuführen, dass die Verbindung durch Einstellen der Selbstdiagnosespannung auf einen Wert eindeutig für den Kanal gemäß der Anzahl von zu scheidenden Kanälen überprüft wird.
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Bei dem konventionellen Beispiel, falls ein Fehler auf zwei Messerouten auftritt, kann ein Fehler nicht detektiert werden. Allerdings, um dieses Problem zu lösen, ist das Batterieüberwachungssystem der vorliegenden Anmeldung derart ausgebildet, dass zwei Messrouten und deren Funktionen unter Verwendung der Selbstdiagnoseoperation zu einem beliebigen Zeitpunkt bestätigt werden, wodurch die Bestimmtheit der Zellspannungsmessfunktion sichergestellt ist.
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In Anbetracht einer Sicherstellung der Detektionsgenauigkeit eines Fehlers oder etwas Ähnliches ist es zusätzlich bevorzugt, dass das Batterieüberwachungssystem entsprechend der Ausführungsform durch einen einzelnen LSI gebildet wird.
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Obwohl das Batterieüberwachungssystem der vorliegenden Anmeldung basierend auf der dargestellten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Anmeldung nicht darauf beschränkt und daher kann die Zusammenstellung der jeweiligen Komponenten mit einer beliebigen Konfiguration mit derselben Funktion ersetzt werden.
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Beispielsweise können anstelle einer Verwendung des Multiplexers 11 die Selbstdiagnosespannungen direkt an den ersten Spannungsmessschaltkreis 12a und den zweiten Spannungsmessschaltkreis 12b für die Selbstdiagnoseoperation angelegt werden. In einem solchen Fall kann der Multiplexer 11 durch ein anderes Diagnosemittel selbst diagnostiziert werden.
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Obwohl die dritte Schaltgruppe (SW3 Gruppe) 100 in der Ausführungsform vorgesehen ist, kann diese entfernt werden, da diese kein wesentliches Merkmal ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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