DE112014002935B4 - Filterschaltung - Google Patents

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Abstract

Filterschaltung (20), die zwischen eine Batteriesatzschaltung (10) mit zwei oder mehr in Reihe geschalteten Batteriezellen (Bc(01), Bc(02), ...) und eine Spannungserkennungsschaltung (30) geschaltet ist, um Spannungen an Ausgangsanschlüssen (T01, T02, ...) der jeweiligen Batteriezellen (Bc(01), Bc(02), ...) durch die Spannungserkennungsschaltung (30) zu erkennen, wobei sich die Werte der an den Ausgangsanschlüssen (T01, T02, ...) vorliegenden Spannungen voneinander unterscheiden, wobei die Filterschaltung (20) umfasst:
eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern (21(01), 21(02), ...), die jeweils mit einem Widerstand (Rf(01), Rf(02), ...) und einem Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) versehen sind, wobei der Widerstand (Rf(01), Rf(02), ...) zwischen einen der Ausgangsanschlüsse (T01, T02, ...) und einen einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen (Ti01, Ti02, ...) der Spannungserkennungsschaltung (30) geschaltet ist, und der Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) zwischen den Eingangsanschluss (Ti01, Ti02, ...) der Spannungserkennungsschaltung (30) und einen Masseanschluss geschaltet ist,
wobei sich aufgrund der sich voneinander unterscheidenden Werte der Spannungen an den Ausgangsanschlüssen (T01, T02, ...) auch die Werte der an die Kondensatoren (Cf(01), Cf(02), ...) angelegten Gleichspannungen voneinander unterscheiden,
wobei die Kapazität der einzelnen Kondensatoren (Cf(01), Cf(02), ...) von der an den jeweiligen Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) angelegten Gleichspannung abhängt, und
wobei in jedem Tiefpassfilter (21(01), 21(02), ...) ein Wert des Widerstands (Rf(01), Rf(02), ...) so festgelegt ist, dass er einen Kompensationswiderstandswert beinhaltet, der dazu erforderlich ist, ein geschätztes Ausmaß eines Absinkens der Kapazität des Kondensators (Cf(01), Cf(02), ...) im Vergleich zu den Kapazitäten der übrigen Kondensatoren (Cf(01), Cf(02), ...) der Filterschaltung (20) derart zu kompensieren, dass die Grenzfrequenzen (fc) aller Tiefpassfilter (21(01), 21(02), ...) innerhalb eines vorgesehenen Frequenzbereichs gehalten werden können.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filterschaltung, die zum Beispiel in einem Elektrofahrzeug und einem Hybridfahrzeug verwendbar ist.
  • Hintergrund
  • In einem Elektrofahrzeug und einem Hybridfahrzeug wird als Leistungsquelle, die zum Antreiben des Fahrzeugs verwendbar ist, eine Sekundärbatterie wie zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Da bei nur einer einzigen Batterie die Spannung niedrig ist, wird darüber hinaus eine Batteriesatzschaltung, die mit einer Anzahl von Batteriezellen gestaltet ist, zum Beispiel acht oder mehr, die in Reihe geschaltet sind, verwendet.
  • Wenn eine solche Batteriesatzschaltung eingesetzt wird, muss neben Vorgängen wie zum Beispiel Laden und Entladen zu jeder Zeit überwacht werden, ob jede der Batteriezellen ordnungsgemäß arbeitet. Im Allgemeinen wird die Spannung zwischen den Anschlüssen jeder Batteriezelle gemessen, und durch die gemessene Spannung wird der Zustand jeder Batteriezelle ersichtlich.
  • Die Ist-Spannung jeder Batteriezelle wird jedoch durch komplexe Schwankungen im Strom im Zusammenhang mit dem Laden und Entladen, das Eindringen von Rauschen von außen und Sonstiges beeinflusst. Das heißt, wenn versucht wird, die Gleichspannung jeder Batteriezelle zu messen, besteht die Möglichkeit, dass es durch den Einfluss von Rauschen von Wechselstrom oder hohen Frequenzen zu einem schweren Messfehler kommt.
  • Infolgedessen wird bei einer in der Druckschrift JP 2003 - 282 158 A offenbarten Batteriespannungs-Messschaltung zum Beispiel eine RC-Filtereinheit zwischen jeden Ausgangsanschluss einer Batteriesatzschaltung und einen Eingangsanschluss einer Spannungsmessschaltung geschaltet. Das heißt, die Spannung wird gemessen, nachdem die Rauschanteile von Wechselstrom und hohen Frequenzen mithilfe eines Tiefpassfilters beseitigt worden sind, der mit einem Widerstand (resistor, R) und einen Kondensator (capacitor, C) gestaltet ist. Dieser Ansatz ist auch aus der Druckschrift JP 2012 - 159 406 A bekannt.
  • Technisches Problem
  • Bei der RC-Filtereinheit in der Druckschrift JP 2003 - 282 158 A besteht jedoch die Möglichkeit, dass sie nicht in der Lage ist, das Rauschen angemessen zu beseitigen, da ein Kondensator zwischen die Anschlüsse jeder der Batteriezellen geschaltet ist. Das heißt, die Fähigkeit, das Rauschen zu beseitigen, das zwischen dem Anschluss jeder Batteriezelle und Masse entsteht, ist gering.
  • Wenn, wie zum Beispiel in der Druckschrift JP 2011 - 69 639 A oder der JP 2013 - 94 032 A beschrieben, ein Kondensator eines Filters zwischen dem Anschluss jeder Batteriezelle und Masse angeschlossen ist, kann die Fähigkeit, Rauschen zu beseitigen, verbessert werden. In diesem Fall wird jedoch die Spannung hoch, die zwischen den Anschlüssen des Kondensators anliegt, und so wird es notwendig, die Spannungsfestigkeit jedes Kondensators zu erhöhen. In diesem Fall ist es des Weiteren denkbar, dass aufgrund einer Gleichvorspannung des Kondensators die Leistungsfähigkeit des Filters herabgesetzt sein kann und die Messung der Spannung beeinträchtigt sein kann.
  • Beispielsweise ist es denkbar, als Bestandteil des Filters einen Keramikkondensator einzusetzen, der relativ klein ist, eine hohe Spannungsfestigkeit aufweist und preiswert ist. Der Keramikkondensator neigt jedoch abhängig von der angelegten Gleichvorspannung zu Kapazitätsschwankungen. Wenn die Kapazität schwankt, variiert jedoch die Grenzfrequenz des Filters, und dadurch wird das Rauschen bei niedrigen Frequenzen möglicherweise nicht angemessen beseitigt. Wenn die Grenzfrequenz des Filters umgekehrt zu niedrig ist, bewirkt das Filter des Weiteren, dass außer dem Rauschen auch schnelle Schwankungen in der Spannung der Batteriezelle selbst auftreten, und so ist es vorstellbar, dass sich die Fähigkeit zur Überwachung der Spannung verschlechtern kann und dass die Größe des Kondensators mehr als notwendig zunimmt.
  • Die vorliegende Erfindung ist angesichts der oben beschriebenen Situation gemacht worden, und ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Filterschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, das Rauschen in einem vorgesehenen Frequenzbereich zu verringern, selbst wenn eine hohe Gleichspannung an den Eingang angelegt wird.
  • Lösung des Problems
  • Das obige Ziel wird durch eine Filterschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Mit der erfindungsgemäßen Filterschaltung ist es möglich, das Rauschen in einem vorgesehenen Frequenzbereich angemessen zu verringern, da der Kondensator zwischen einen beliebigen der Eingangsanschlüsse und den Masseanschluss geschaltet ist. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Gleichvorspannung (Bezugsgleichspannung), die an den Kondensator angelegt wird, hoch wird, und wenn es sich bei dem Kondensator zum Beispiel um einen Keramikkondensator handelt, besteht die Möglichkeit, dass die Kapazität im Hinblick auf einen vorgeschriebenen Wert sinkt. Der Widerstandswert des Widerstands wird jedoch so festgelegt, dass er einen Kompensationswiderstandswert beinhaltet, der erforderlich ist, ein Absinken der Kapazität des Kondensators aufgrund der im Betrieb an dem Kondensator anliegenden Gleichspannung zu kompensieren. Dadurch kann der Einfluss der Gleichvorspannung unterdrückt werden, und auf diese Weise kann eine angemessene Fähigkeit zum Verringern des Rauschens in dem vorgesehenen Frequenzbereich gewährleistet werden.
  • In der Filterschaltung kann die Grenzfrequenz des Filters in allen Sätzen der Filtereinheiten an einen bestimmten Wert angenähert werden, selbst wenn die Gleichvorspannungen, die an die Kondensatoren angelegt werden, sich erheblich unterscheiden.
  • Vorteilhafterweise kann die Filtereinheit mit einem Keramikfilter gebildet werden, so dass leicht eine erforderliche und ausreichende Spannungsfestigkeit gewährleistet werden kann. Darüber hinaus kann die Filtereinheit relativ kleine und preiswerte ausgestaltet werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der Filterschaltung der Erfindung kann das Rauschen in einem vorgesehenen Frequenzbereich selbst dann angemessen verringert werden, wenn eine hohe Gleichspannung an den Eingang angelegt wird. Dementsprechend kann es zum Beispiel zum Überwachen der Spannung einer Batteriesatzschaltung verwendet werden, die mit einer relativ hohen Spannung arbeitet, wie etwa eine Leistungsversorgungsschaltung eines Elektrofahrzeugs und eines Hybridfahrzeugs.
  • Die Erfindung ist wie oben kurz erläutert worden. Darüber hinaus werden die Einzelheiten der Erfindung durch Durchlesen einer beispielhaften Ausführungsform zum Umsetzen der Erfindung (im Folgenden als „Ausführungsform“ bezeichnet) weiter verdeutlicht, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel für die Gestaltung einer Vorrichtung veranschaulicht, die eine Filterschaltung beinhaltet.
    • 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Liste von spezifischen Beispielen für Parameter der in 1 veranschaulichten Filterschaltung veranschaulicht.
    • 3 ist eine graphische Darstellung, die das Messergebnis bezüglich der Beziehung zwischen einer Gleichvorspannung eines Keramikkondensators und der Kapazität darstellt.
    • 4 ist eine schematische Darstellung, die die Liste der Parameter veranschaulicht, wenn der Einfluss der Gleichvorspannung nicht berücksichtigt wird.
  • Beschreibung einer Ausführungsform
  • Im Folgenden wird eine spezifische beispielhafte Ausführungsform bezüglich einer Filterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Gestaltung der Schaltung
  • 1 veranschaulicht ein Beispiel für die Gestaltung einer Vorrichtung, die eine Filterschaltung 20 gemäß der Ausführungsform beinhaltet.
  • Es kann davon ausgegangen werden, dass die in 1 veranschaulichte Vorrichtung in einem Zustand verwendet wird, in dem sie zum Beispiel als Leistungsquelle in einem Elektrofahrzeug und einem Hybridfahrzeug eingebaut ist. Das heißt, eine in 1 veranschaulichte Batteriesatzschaltung 10 wird als Versorgungsquelle für die elektrische Leistung verwendet, die erforderlich ist, um eine Antriebskraft für das Fahrzeug zu erzeugen.
  • Dementsprechend ist die Batteriesatzschaltung 10 in dem Gestaltungsbeispiel in 1 mit 10 einzelnen Batteriezellen Bc(01), Bc(02), ..., Bc(09) und Bc(10) gestaltet, die so in Reihe geschaltet sind, dass sie in der Lage sein sollen, eine angemessen hohe Spannung zuzuführen. Jede der Batteriezellen Bc(01) bis Bc(10) ist mit einer wiederaufladbaren Sekundärbatterie wie zum Beispiel einer Lithium-Ionen-Batterie gestaltet.
  • Wenngleich die Darstellung in 1 weggelassen worden ist, sind in einem Zustand der tatsächlichen Verwendung eine Ladeschaltung, die die Batteriesatzschaltung 10 mit Ladeleistung versorgt, und verschiedene Verbraucher an dem Fahrzeug, die die elektrische Leistung der Batteriesatzschaltung 10 verbrauchen, an die Batteriesatzschaltung 10 angeschlossen.
  • In dem in 1 veranschaulichten Beispiel kann jede Batteriezelle Bc eine Spannung von 5 V als Nennspannung abgeben. Da die Batteriesatzschaltung 10 in 1 10 einzelne, in Reihe geschaltete Batteriezellen Bc(01) bis Bc(10) aufweist, kann die Batteriesatzschaltung 10 insgesamt eine Spannung von 50 V abgeben.
  • Wenn eine solche Batteriesatzschaltung 10 verwendet wird, ist es zum korrekten Verständnis des Ladezustands und des Entladezustands oder zum Überwachen des Vorhandenseins von Funktionsstörungen der Batteriezellen Bc zum Beispiel erforderlich, die Spannungen der Ausgangsanschlüsse T01 bis T10 der Batteriesatzschaltung 10 zu erkennen.
  • Um die Spannungen der Ausgangsanschlüsse T01 bis T10 zu erkennen, ist die in 1 veranschaulichte Vorrichtung mit einer Spannungserkennungsschaltung 30 ausgestattet. Das heißt, die Spannungserkennungsschaltung 30 kann durch Überwachen der an die Eingangsanschlüsse Ti01 bis Ti10 angelegten Spannungen die Spannungen der Batteriezellen Bc erkennen, die die Batteriesatzschaltung 10 bilden.
  • Bei den an den Ausgangsanschlüssen T01 bis T10 der Batteriesatzschaltung 10 auftretenden Versorgungsspannungen handelt es sich im Wesentlichen um Gleichspannungen. Da es jedoch Fälle von Beeinträchtigung durch den Strom, der durch Laden schwankt, und den Strom, der zu verschiedenen Verbrauchern fließt, und von Beeinflussung durch das Rauschen gibt, das von außen eindringt, beinhalten die Spannungen, die tatsächlich an den Ausgangsanschlüssen T01 bis T10 auftreten, Spannungskomponenten von Wechselstrom und hohen Frequenzen.
  • Infolgedessen wird die Filterschaltung 20 angeschlossen, um die nicht erforderlichen Spannungskomponenten von Wechselstrom- und Hochfrequenzrauschen zu beseitigen, wenn die Spannungserkennungsschaltung 30 die Gleichspannungen der Eingangsanschlüsse Ti01 bis Ti10 misst.
  • Die Filterschaltung 20 ist mit 10 Sätzen von Tiefpassfiltern 21(01), 21(02), ..., 21(09) und 21(10) gestaltet, die voneinander unabhängig sind. Jeder der Tiefpassfilter 21 ist zwischen den Ausgangsanschlüssen der Batteriesatzschaltung 10 und den Eingangsanschlüssen der Spannungserkennungsschaltung 30 angeschlossen.
  • Beispielsweise ist der erste Tiefpassfilter 21(01) mit einem Widerstand Rf(01) und einem Kondensator Cf(01) gestaltet. Der Widerstand Rf(01) ist an einem Ende an dem Ausgangsanschluss T01 angeschlossen und ist an dem anderen Ende an dem Eingangsanschluss Ti01 angeschlossen. Der Kondensator Cf(01) ist an einem Ende an dem Widerstand Rf(01) und dem Eingangsanschluss Ti01 angeschlossen und ist an dem anderen Ende an einer Masseelektrode angeschlossen.
  • Die anderen Tiefpassfilter 21 (02) bis 21(10) weisen jeweils dieselbe Gestaltung auf. Was die Widerstandswerte der Widerstände Rf(01) bis Rf(10) betrifft, so werden Werte, die sich voneinander unterscheiden, den jeweiligen Tiefpassfiltern 21(01) bis 21(10) zugeordnet, wie im Folgenden beschrieben.
  • Wie ein allgemein gebräuchliches Tiefpassfilter (low-pass filter, LPF) können die Tiefpassfilter 21(01) bis 21(10) jeweils Wechselstromkomponenten mit hohen Frequenzen beseitigen und nur Wechselstromkomponenten mit niedrigen Frequenzen und eine Gleichstromkomponente durchlassen. Die Grenzfrequenz (cutoff frequency) (Sperrfrequenz) fc des Filters wird durch den Widerstandswert des Widerstands Rf und die Kapazität des Kondensators Cf bestimmt. Das heißt, sie wird durch folgenden Ausdruck ausgedrückt.
    fc = 1 / ( 2 π ⋅ R ⋅ C )
    Figure DE112014002935B4_0001
    • R: Widerstandswert des Widerstands Rf
    • C: Kapazität des Kondensators Cf
  • Was die Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) betrifft, die die jeweiligen Tiefpassfilter 21(01) bis 21(10) bilden, wird ein Keramikkondensator eingesetzt, der eine angemessene Spannungsfestigkeit aufweist. Die Nennkapazität jedes der verwendeten Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) beträgt 0,1 µF, die Toleranz der Kapazität beträgt ±10 %, und die Spannungsfestigkeit beträgt 100 V.
  • Erläuterung von Schwankungen der Kapazität
  • Bei der in 1 veranschaulichten Vorrichtung werden relativ hohe Gleichspannungen an die Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) angelegt, die die jeweiligen Tiefpassfilter 21(01) bis 21(10) bilden. Beispielsweise wird im Normalzustand zwischen den Anschlüssen des Kondensators Cf(01) eine Gleichspannung von 5 V von dem Ausgangsanschluss T01 der Batteriesatzschaltung 10 angelegt, und zwischen den Anschlüssen des Kondensators Cf(10) wird eine Gleichspannung von 50 V von dem Ausgangsanschluss T10 angelegt. Bei Keramikkondensatoren besteht die Möglichkeit, dass die Kapazität abhängig von der angelegten Gleichspannung schwankt.
  • Um die tatsächliche Beziehung zwischen der Gleichvorspannung und der Kapazität bei dem Kondensator Cf zu verstehen, der für jeden der Tiefpassfilter 21(01) bis 21(10) eingesetzt wird, ist die Messung dementsprechend mithilfe eines Keramikkondensators desselben Typs wie der Cf durchgeführt worden. Das Messergebnis wird in 3 veranschaulicht. In 3 stellt die Abszissenachse die Gleichvorspannung (V) dar, die an den Kondensator des Messobjekts angelegt wird, und die Ordinatenachse stellt den Wert der Kapazität (µF) dar.
  • Wie aus dem in 3 veranschaulichten Messergebnis zu ersehen ist, schwankt die Ist-Kapazität des Keramikkondensators abhängig von der angelegten Gleichspannung erheblich. Wenn die angelegte Gleichspannung zum Beispiel etwa 50 V erreicht, fällt die Ist-Kapazität drastisch auf etwa die Hälfte im Vergleich dazu, wenn die Spannung 0 V beträgt.
  • In der Einsatzumgebung der in 1 veranschaulichten Filterschaltung 20 ist zu erwarten, dass die Ist-Kapazität der Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) in einem Verwendungszustand schwankt, wie in der in 3 veranschaulichten Kennlinie, da unterschiedliche Spannungen an die Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) angelegt werden.
  • Wenn die Ist-Kapazität des Kondensators Cf jedoch von dem vorgeschriebenen Wert abweicht, soll die Grenzfrequenz fc des Filters in Übereinstimmung mit dem obigen Ausdruck (1) schwanken. Wenn die Kapazität zum Beispiel die Hälfte des vorgeschriebenen Wertes erreicht, wird die Grenzfrequenz fc doppelt so hoch. Infolgedessen erreicht das Tiefpassfilter 21(10) einen Zustand, in dem es außerstande ist, ein Niederfrequenzrauschen angemessen zu beseitigen, und folglich ist die Spannungserkennungsschaltung 30 zum Beispiel außerstande, genaue Spannungen zu erkennen.
  • Gegenmaßnahme gegen Schwankungen der Kapazität
  • Bei der in 1 veranschaulichten Filterschaltung 20 wird eine Gegenmaßnahme so ergriffen, dass das Rauschen in einem vorgesehenen Frequenzband angemessen beseitigt werden kann. Das heißt, Kompensationswerte, die im Voraus festgelegt worden sind, werden so zu den Widerstandswerten der Widerstände Rf(01) bis Rf(10) addiert, dass die Grenzfrequenzen fc der jeweiligen Tiefpassfilter 21(01) bis 21(10) im Hinblick auf die Schwankungen in der Kapazität nicht schwanken, wie in 3 veranschaulicht. Dies wird im Besonderen wie folgt durchgeführt.
  • Das heißt, in der Umgebung der in 1 veranschaulichten Vorrichtung werden die Bezugswerte (5, 10, 15, ..., 45, 50 V) der Gleichspannungen vorgegeben, die an die Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) angelegt werden, und sofern ansonsten keine besonderen Umstände wie zum Beispiel eine Fehlfunktion auftreten, sollen die angelegten Gleichspannungen niemals erheblich von den Bezugswerten abweichen. Dementsprechend kann der Anteil von Änderungen der Kapazität durch den Einfluss der Gleichvorspannung für jeden der Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) im Voraus geschätzt werden.
  • Durch Modifizieren des obigen Ausdrucks (1) können die folgenden Ausdrücke erzielt werden. R = 1 / ( 2 π ⋅ C ⋅ fc )
    Figure DE112014002935B4_0002
     Rx = 1 / ( 2 π ⋅ Cx ⋅ fc )
    Figure DE112014002935B4_0003
    • Cx: Geschätzte Kapazität des Kondensators Cf unter Berücksichtigung des Einflusses der Gleichvorspannung V
    • Rx: Widerstandswert des Widerstands Rf, der den Kompensationswert beinhaltet, der erforderlich ist, um aus der fc einen vorgeschriebenen Wert zu machen
  • Folglich wird zunächst ein Sollwert (z. B. 31 bis 32 Hz) der Grenzfrequenz fc festgelegt, und anschließend wird die geschätzte Kapazität Cx jedes der Kondensatoren Cf(01) bis Cf(10) und die Grenzfrequenz fc in den obigen Ausdruck (3) eingesetzt. Daraufhin wird der Widerstandswert Rx des Widerstands Rf nach einer Kompensation berechnet. Wie bei der geschätzten Kapazität Cx kann er aus dem Bezugswert Vx (5, 10, 15, ..., 45, 50 V) der Gleichspannung an dem Ausgangsanschluss (einem beliebigen von T01 bis T10), an dem der entsprechende Kondensator Cf angeschlossen ist, und aus dem in 3 veranschaulichten Messergebnis erzielt werden.
  • Es bestehen jedoch Einschränkungen bezüglich der Widerstandswerte des Widerstands Rf, die tatsächlich erhältlich sind. Das heißt, nur die Widerstände mit Widerstandswerten können bezogen werden, die in der Reihe (z. B. E96) von Widerständen tatsächlich vorhanden sind, die durch die Norm definiert werden. Folglich wird der Widerstandswert aus der Reihe von Widerständen ausgewählt, der dem Widerstandswert Rx nach einer Kompensation, der durch den obigen Ausdruck (3) berechnet worden ist, am nächsten ist, und er wird als Widerstandswert des tatsächlichen Widerstands Rf eingesetzt.
  • Dementsprechend handelt es sich bei dem ausgewählten Widerstandswert des Widerstands Rf um einen Näherungswert des berechneten Wertes, und infolgedessen wird die Ist-Grenzfrequenz fc etwas von der vorgegebenen Frequenz abweichen. So wird der Widerstandswert des ausgewählten Widerstands Rf in den obigen Ausdruck (1) eingesetzt, und die Ist-Grenzfrequenz fc wird berechnet. Wenn die Ist-Grenzfrequenz fc von dem vorgesehenen Bereich abweicht, wird die Auswahl des Widerstandswerts des Widerstands Rf erneut durchgeführt, und ein weiteren Näherungswert wird ausgewählt.
  • 2 veranschaulicht eine Liste von spezifischen Beispielen für Parameter der in 1 veranschaulichten Filterschaltung 20. 4 veranschaulicht die Liste der Parameter, wenn der Einfluss der Gleichvorspannung nicht berücksichtigt wird.
  • Das heißt, ein optimaler Widerstandswert des Widerstands Rf(n), der als Ergebnis der oben beschriebenen Vorgehensweise für jede Batteriezellenposition (n: eine beliebige von 1 bis 10) ausgewählt worden ist, und die Parameter, die den Widerstandswert betreffen, werden in 2 veranschaulicht. Wenngleich, wie in 2 veranschaulicht, die Kapazität (der Nennwert) des Kondensators Cf an jeder Batteriezellenposition (n) jeweils „0,1 µF“ beträgt, sinkt die Ist-Kapazität Cx(n) im Einsatz unter „0,1 µF“, da sie durch die angelegte Gleichvorspannung beeinflusst wird.
  • Was zum Beispiel den Kondensator Cf(10) betrifft, der an die Batteriezelle Bc(10) der 10. Position angeschlossen ist, sinkt die Ist-Kapazität Cx(10) von 0,1 µF auf 0,047 µF, da der Bezugswert Vx(10) der angelegten Gleichspannung 50 V beträgt. Diese Kapazität Cx(10) kann aus dem in 3 veranschaulichten Messergebnis geschätzt werden.
  • Im Hinblick auf die Ist-Kapazität Cx(n) an jeder Position wird ein Wert, der dem Widerstandswert Rx nach einer Kompensation angenähert ist, der aus dem obigen Ausdruck (3) berechnet worden ist, als Widerstandswert des Widerstands Rf(n) ausgewählt, so dass die Grenzfrequenz fc innerhalb des vorgesehenen Frequenzbereichs gehalten werden kann. Was den Widerstand Rf(10) an der 10. Position betrifft, wird dementsprechend zum Beispiel 107 kΩ, erhältlich aus der E96-Reihe, als Widerstandswert ausgewählt.
  • In diesem Fall beträgt der Widerstandswert des Widerstands Rf(10) 107 kΩ, und die Ist-Kapazität Cx(10) des Kondensators Cf(10) beträgt 0,047 µF, und so erreicht die Grenzfrequenz fc(10), die aus dem obigen Ausdruck (1) berechnet wird, 31,45 Hz.
  • Wenn der Kompensationswert nicht zu dem Widerstandswert des Widerstands Rf addiert wird, wie in 4 veranschaulicht, variiert die Ist-Grenzfrequenz fc dagegen für jede Position der Zelle, und im Besonderen beträgt die Grenzfrequenz fc an der 10. Position 65,98 Hz und weicht erheblich von dem vorgesehenen Bereich (31 bis 32) ab.
  • Das heißt, wie aus dem Vergleich des Inhalts in 2 und des Inhalts in 4 ersichtlich wird, kann durch Korrigieren des Widerstandswerts des Widerstands Rf im Voraus so, dass der Anteil (Schätzwert) der Senkung der Ist-Kapazität Cx für jeden Kondensator Cf kompensiert wird, die vorgesehene Filterkennlinie erzielt werden. Das heißt, selbst wenn ein Keramikkondensator als Kondensator Cf in der Einsatzumgebung verwendet wird, wie bei der in 1 veranschaulichten Vorrichtung, kann verhindert werden, dass die Varianz in der Ist-Grenzfrequenz fc auftritt, und die Ist-Grenzfrequenz fc kann innerhalb des vorgesehenen Bereichs gehalten werden. Dementsprechend können die nicht erforderlichen Rauschanteile von Wechselstrom und hohen Frequenzen, die in der Spannung beinhaltet sind, die an jedem der Ausgangsanschlüsse T01 bis T10 der Batteriesatzschaltung 10 auftreten, angemessen durch die Filterschaltung 20 beseitigt werden.
  • Durchführbarkeit von Modifizierungen
  • In der in 1 veranschaulichten Filterschaltung 20 besteht jeder der Widerstände Rf aus einem einzigen Bauteil. Ein mit dem Widerstand Rf vergleichbares Bauteil kann jedoch durch Schalten einer Mehrzahl von Widerständen in Reihe gestaltet werden. In diesem Fall ist es zum Beispiel denkbar, einen ersten Widerstand, der dem Widerstandswert entspricht, der aus dem Nennwert der Kapazität des Kondensators Cf und aus der Grenzfrequenz fc erzielt worden ist, und einen zweiten Widerstand, der einem Widerstandswert entspricht, der zum Kompensieren des Senkungsanteils der Kapazität durch die Gleichvorspannung erforderlich ist, in Reihe zu schalten.
  • Bei der obigen Ausführungsform wird die Ist-Kapazität Cx (Schätzwert) durch das Ist-Messergebnis (den Inhalt in 3) spezifiziert. Selbst wenn das Messergebnis der Kapazität für eine angemessene Gleichspannung nicht vorhanden ist, kann die Kapazität Cx dennoch auch als Näherungswert auf Grundlage einer Funktion, die die Kennlinie wie in 3 darstellt, die aus dem Messergebnis geschätzt wird, oder auf Grundlage des Messergebnisses einer Näherungsspannung spezifiziert werden.
  • Die folgende Punkte (1) bis (4) führen knapp und zusammengefasst die Merkmale der Filterschaltung bei der oben beschriebenen Ausführungsform gemäß der Erfindung auf.
    1. (1) Eine Filterschaltung (20), die zwischen eine Batteriesatzschaltung (10), die mit zwei oder mehr in Reihe geschalteten Batteriezellen gestaltet ist, und eine bestimmte Spannungserkennungsschaltung (30) geschaltet ist, um Spannungen von Ausgangsanschlüssen (T01 bis T10) an Anschlussstellen der jeweiligen Batteriezellen durch die Spannungserkennungsschaltung (30) zu erkennen, wobei die Filterschaltung (20) beinhaltet eine Mehrzahl von Sätzen von Tiefpassfiltern (21), die jeweils mit einem Widerstand (Rf), der zwischen einen beliebigen der Ausgangsanschlüsse (T01 bis T10) der Batteriesatzschaltung (10) und einen beliebigen einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen (Ti01 bis Ti10) der Spannungserkennungsschaltung (30) geschaltet ist, und mit einem Kondensator (Cf) gestaltet ist, der zwischen den beliebigen der Eingangsanschlüsse (Ti01 bis Ti10) der Spannungserkennungsschaltung (30) und einen Masseanschluss geschaltet ist, wobei ein Widerstandswert des Widerstands (Rf) so festgelegt wird, dass er einen Kompensationswiderstandswert beinhaltet, um ein geschätztes Ausmaß eines Absinkens der Kapazität zu kompensieren, das in dem Kondensator (Cf) im Hinblick auf einen Bezugswert (Vx(n)) einer Gleichspannung an dem entsprechenden Ausgangsanschluss (T01 bis T10) auftritt.
    2. (2) Die unter dem Punkt (1) beschriebene Filterschaltung (20), wobei der Kompensationswiderstandswert als Wert definiert wird, der erforderlich ist, um aus einer Grenzfrequenz (fc) eines Filters, die durch einen Widerstandswert des Widerstands (Rf) und die Kapazität des Kondensators (Cf) festgelegt wird, einen vorgegebenen bestimmten Wert zu machen.
    3. (3) Die unter dem Punkt (2) beschriebene Filterschaltung (20), wobei der Kompensationswiderstandswert einen höheren Zahlenwert annimmt, da der Bezugswert (Vx(n)) der Gleichspannung an dem entsprechenden Ausgangsanschluss (T01 bis T10) höher ist.
    4. (4) Die unter einem der Punkte (1) bis (3) beschriebene Filterschaltung (20), wobei ein Keramikkondensator als Kondensator (Cf) verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Batteriesatzschaltung
    20
    Filterschaltung
    21
    Tiefpassfilter
    30
    Spannungserkennungsschaltung
    Bc
    Batteriezelle
    Cf
    Kondensator
    Rf
    Widerstand
    T00, T01, T02, T09, T10
    Ausgangsanschluss
    Ti00, Ti01, Ti02, Ti09, Ti10
    Eingangsanschluss
    n
    Positionsnummer der Zelle
    Cx
    geschätzte Kapazität im Einsatz
    fc
    Grenzfrequenz des Filters
    Vx
    Bezugswert der angelegten Gleichspannung

Claims (4)

  1. Filterschaltung (20), die zwischen eine Batteriesatzschaltung (10) mit zwei oder mehr in Reihe geschalteten Batteriezellen (Bc(01), Bc(02), ...) und eine Spannungserkennungsschaltung (30) geschaltet ist, um Spannungen an Ausgangsanschlüssen (T01, T02, ...) der jeweiligen Batteriezellen (Bc(01), Bc(02), ...) durch die Spannungserkennungsschaltung (30) zu erkennen, wobei sich die Werte der an den Ausgangsanschlüssen (T01, T02, ...) vorliegenden Spannungen voneinander unterscheiden, wobei die Filterschaltung (20) umfasst: eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern (21(01), 21(02), ...), die jeweils mit einem Widerstand (Rf(01), Rf(02), ...) und einem Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) versehen sind, wobei der Widerstand (Rf(01), Rf(02), ...) zwischen einen der Ausgangsanschlüsse (T01, T02, ...) und einen einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen (Ti01, Ti02, ...) der Spannungserkennungsschaltung (30) geschaltet ist, und der Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) zwischen den Eingangsanschluss (Ti01, Ti02, ...) der Spannungserkennungsschaltung (30) und einen Masseanschluss geschaltet ist, wobei sich aufgrund der sich voneinander unterscheidenden Werte der Spannungen an den Ausgangsanschlüssen (T01, T02, ...) auch die Werte der an die Kondensatoren (Cf(01), Cf(02), ...) angelegten Gleichspannungen voneinander unterscheiden, wobei die Kapazität der einzelnen Kondensatoren (Cf(01), Cf(02), ...) von der an den jeweiligen Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) angelegten Gleichspannung abhängt, und wobei in jedem Tiefpassfilter (21(01), 21(02), ...) ein Wert des Widerstands (Rf(01), Rf(02), ...) so festgelegt ist, dass er einen Kompensationswiderstandswert beinhaltet, der dazu erforderlich ist, ein geschätztes Ausmaß eines Absinkens der Kapazität des Kondensators (Cf(01), Cf(02), ...) im Vergleich zu den Kapazitäten der übrigen Kondensatoren (Cf(01), Cf(02), ...) der Filterschaltung (20) derart zu kompensieren, dass die Grenzfrequenzen (fc) aller Tiefpassfilter (21(01), 21(02), ...) innerhalb eines vorgesehenen Frequenzbereichs gehalten werden können.
  2. Filterschaltung (20) nach Anspruch 1, wobei der Kompensationswiderstandswert als Wert definiert wird, der erforderlich ist, um aus der Grenzfrequenz (fc) des jeweiligen Tiefpassfilters (21(01), 21(02), ...), die durch den Wert des Widerstands (Rf(01), Rf(02), ...) und die Kapazität des Kondensators (Cf(01), Cf(02), ...) festgelegt wird, einen vorgegebenen Wert zu machen.
  3. Filterschaltung (20) nach Anspruch 2, wobei der Kompensationswiderstandswert einen höheren Zahlenwert annimmt, je höher die an den Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) des entsprechenden Tiefpassfilters (21(01), 21(02), ...) angelegte Gleichspannung ist.
  4. Filterschaltung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Keramikkondensator als Kondensator (Cf(01), Cf(02), ...) verwendet wird.
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