DE60102651T2 - Spannungsmessgerät - Google Patents

Spannungsmessgerät Download PDF

Info

Publication number
DE60102651T2
DE60102651T2 DE60102651T DE60102651T DE60102651T2 DE 60102651 T2 DE60102651 T2 DE 60102651T2 DE 60102651 T DE60102651 T DE 60102651T DE 60102651 T DE60102651 T DE 60102651T DE 60102651 T2 DE60102651 T2 DE 60102651T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
series
section
voltage measuring
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60102651T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60102651D1 (de
Inventor
Masahiro Toyohashi-shi Takada
Naohisa Toyohashi-shi Morimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE60102651D1 publication Critical patent/DE60102651D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60102651T2 publication Critical patent/DE60102651T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG:
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen unter Isolationsbedingungen der Spannung jeder von mehreren in Reihe geschalteten Leistungsquellen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Spannungsmessvorrichtung, die die Spannung jeder Zelle in einer Hochspannungsbatterie, die mehrere in Reihe geschaltete Zellen enthält, wobei die Batterie als Leistungsquelle in einem Elektrofahrzeug wie etwa einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) verwendet wird, messen kann.
  • 2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
  • Eine Hochspannungsbatterie, die als Leistungsquelle in einem HEV verwendet wird, enthält mehrere in Reihe geschaltete Zellen, um so eine Hochspannung zu erhalten. Bei einer solchen Hochspannungsbatterie werden anomale Bedingungen, der Ladezustand und dergleichen vorzugsweise durch Messen der Spannung jeder Zelle erfasst. Da jedoch eine Hochspannungsbatterie mehrere Zellen verwendet, ist es nicht einfach, die Spannung jeder Zelle zu messen. Üblicherweise sind mehrere in Reihe geschaltete Zellen in mehreren Batteriemodulen zusammengefasst, wovon jedes eine vorgegebene Anzahl von Zellen enthält, wobei dann die Spannung jedes Batteriemoduls gemessen wird.
  • Ferner wird gewöhnlich der Versuch gemacht, den Aufbau der Messschaltung zum Messen der Spannung jedes Batteriemoduls zu vereinfachen, indem sämtliche Batteriemodule über eine Umschaltschaltung nacheinander mit einer einzigen Spannungsmessschaltung verbunden werden und dann die Spannung jedes Batteriemoduls nacheinander gemessen wird.
  • Eine als Leistungsquelle in einem HEV verwendete Hochspannungsbatterie ist zur Vermeidung von Gefahr unter Isolation von dem Chassis angebracht. Deshalb misst eine Spannungsmessvorrichtung die Absolutspannung von jedem Batteriemodul in der Hochspannungsbatterie. Im Gegensatz dazu verwendet ein Steuersystem, das das Laden und Entladen einer Hochspannungsbatterie steuert, das Potential eines Chassis als Referenzpotential.
  • EP 0 990 913A offenbart eine Spannungsmessvorrichtung mit einfachem Schaltungsaufbau, die die Spannung jedes Batteriemoduls in einer Hochspannungsbatterie, die mehrere in Reihe geschaltete Zellen enthält, misst. In dieser Vorrichtung wird eine Umschaltschaltung, die eine Kombination aus zwei Multiplexern enthält, verwendet, wobei die Spannung jedes Batteriemoduls nacheinander an einen vorgesehenen Kondensator, der jeweils einem Batteriemodul entspricht, angelegt wird. Ferner werden sämtliche Kondensatoren nacheinander mit einer einzigen Spannungsmessschaltung verbunden.
  • Die oben beschriebene Spannungsmessvorrichtung kann die Spannung jedes Batteriemoduls mit hoher Genauigkeit messen, wobei die Anzahl von teuren Analogschaltem, die in einer Umschaltschaltung verwendet werden, wesentlich verringert werden kann, wodurch der Gesamtschaltungsaufbau vereinfacht wird und die Wirtschaftlichkeit verbessert wird.
  • In einer in einem HEV verwendeten Hochspannungsbatterie wird die Spannung jedes der mehreren Batteriemodule stets zu vorgegebenen Zeitpunkten während der Zeit, in der das HEV gefahren wird, gemessen. In diesem Fall verändert sich während der Zeit, in der das HEV gefahren wird, der Strom, der durch ein Modul fließt, ständig. Deshalb ändert sich der Spannungswert jedes Batteriemoduls in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsmessung durchgeführt wird. In Extremfällen, in denen zwischen dem Laden und Entladen einer Hochspannungsbatterie umgeschaltet wird, kann sich der Stromwert eines Batteriemoduls drastisch ändern.
  • Wie oben beschrieben worden ist, ändert sich der Stromwert jedes Batteriemoduls in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsmessung durchgeführt wird. In diesem Fall ist die in der oben beschriebenen Veröffentlichung offenbarte Spannungsmessvorrichtung oder dergleichen kaum geeignet, die Spannung jedes Batteriemoduls genau zu messen. Im Ergebnis ist die gemessene Spannung eines Batteriemoduls ungenau, was zu einem Fehler bei der Erfassung einer Batterie in anomalem Zustand, zu einer Verringerung der Genauigkeit des Steuerns des Ladens und Entladens oder dergleichen führt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen einer Spannung jeder von N in Reihe geschalteten Leistungsquellen N Kapazitätselemente, die jeweils entsprechend den N Leistungsquellen vorgesehen und in Reihe geschaltet sind, einen ersten Schaltabschnitt zum gleichzeitigen Anlegen einer Spannung jeder Leistungsquelle an eines der N Kapazitätselemente, das der Leistungsquelle entspricht, einen Spannungsmessabschnitt zum Messen einer Spannung jedes Kapazitätselements und einen zweiten Schaltabschnitt zum aufeinander folgenden Verbinden jedes Kapazitätselements mit dem Spannungsmessabschnitt.
  • In einer Ausführungsform umfasst der erste Schaltabschnitt zwei Abtastschalter, die zwischen Anschlüssen einer Schaltung, die die N in Reihe geschalteten Leistungsquellen enthält, und entsprechenden Anschlüssen einer Schaltung, die die N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente umfasst, vorgesehen sind; und N – 1 Abtastschalter, wovon jeder zwischen einem Grenzabschnitt zwischen einem entsprechenden Paar von in Reihe geschalteten Leitungsquellen und einem Grenzabschnitt zwischen einem entsprechenden Paar von in Reihe geschalteten Kapazitätselementen vorgesehen ist. Die N + 1 Abtastschalter werden gleichzeitig geschlossen oder geöffnet.
  • In einer Ausführungsform dieser Erfindung umfasst der zweite Schaltabschnitt einen ersten Multiplexer, der einen Schalter enthält, der zwischen einen positiven Anschluss jedes ungeradzahligen Kapazitätselements der N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente und einen Anschluss eines Paars von Eingangsanschlüssen des Spannungsmessabschnitts geschaltet ist, und einen zweiten Multiplexer, der einen Schalter enthält, der zwischen einen positiven Anschluss jedes geradzahligen Kapazitätselements der N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente und den anderen Anschluss des Paars von Eingangsanschlüssen des Spannungsmessabschnitts geschaltet ist. Einer der Schalter in jedem Multiplexer wird gleichzeitig ausgewählt und geschlossen oder geöffnet, derart, dass die N Kapazitätselemente nacheinander mit dem Spannungsmessabschnitt verbunden werden.
  • In einer Ausführungsform dieser Erfindung ist der Spannungsmessabschnitt mit einem Polaritätskorrekturabschnitt verbunden, um die Polarität einer zu messenden Spannung zu invertieren.
  • In einer Ausführungsform dieser Erfindung enthält jedes Kapazitätselement ein Paar Kapazitätsunterelemente. Der Spannungsmessabschnitt ist vom Typ mit differenziellem Eingang. Der zweite Schaltabschnitt enthält einen dritten Multiplexer, um einen Zwischenverbindungspunkt zwischen dem Paar von Kapazitätsunterelementen, das mit dem Spannungsmessabschnitt verbunden ist, wahlweise mit einem Referenzpotential des Spannungsmessabschnitts zu verbinden.
  • In einer Ausführungsform dieser Erfindung enthält jeder Abtastschalter im ersten Schaltabschnitt ein Halbleiterrelaiselement, um einen MOS-Transistor unter Verwendung eines Lichtsignals anzusteuern.
  • In einer Ausführungsform dieser Erfindung enthält jeder Schalter in dem zweiten Schaltabschnitt ein Halbleiterrelaiselement, um einen MOS-Transistor unter Verwendung eines Lichtsignals anzusteuern.
  • Somit führt die hier beschriebene Erfindung zu dem Vorteil, dass eine Spannungsmessvorrichtung bereitgestellt ist, die ohne Einfluss von Schwankungen des Stromwertes die übereinstimmenden Spannungen sämtlicher der in Reihe geschalteten mehreren Leistungsquellen messen kann.
  • Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Figuren offenbar.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist ein Stromlaufplan, der eine Spannungsmessvorrichtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Zeitablaufplan zur Erläuterung der Funktionsweise der in 1 gezeigten Spannungsmessvorrichtung.
  • 3 ist ein Stromlaufplan, der eine Spannungsmessvorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Zeitablaufplan zur Erläuterung der Funktionsweise der in 3 gezeigten Spannungsmessvorrichtung.
  • 5 ist ein Stromlaufplan, der ein Halbleiterrelaiselement zeigt, das in der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand von veranschaulichenden Beispielen beschrieben.
  • 1 ist ein Stromlaufplan, der eine exemplarische Spannungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein Zeitablaufplan von Schaltvorgängen in der in 1 gezeigten Spannungsmessvorrichtung.
  • Die in 1 gezeigte Spannungsmessvorrichtung wird verwendet, um die Spannungen von Batteriemodulen einer in einem Elektrofahrzeug wie etwa einem HEV verwendeten Hochspannungsbatterie V zu messen. Die Hochspannungsbatterie V enthält mehrere in Reihe geschaltete Zellen, die in N Batteriemodule unterteilt sind, wovon jedes eine vorgegebene Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen enthält. In diesem Beispiel wird zum Zweck der Klarheit die Anzahl von Batteriemodulen (Leistungsquellen) als fünf angenommen, wobei die Hochspannungsbatterie V fünf Batteriemodule V1 bis V5 enthält. Die Spannungsmessvorrichtung misst jeweils die Spannung der Batteriemodule V1 bis V5.
  • Die Spannungsmessvorrichtung umfasst fünf (N) in Reihe geschaltete Kondensatoren C1 bis C5 (Kapazitätselemente), die den fünf Batteriemodulen V1 bis V5 entsprechen; eine erste Umschaltschaltung 10, die zwischen einer Reihenschaltung aus den Batteriemodulen V1 bis V5 und einer Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 vorgesehen ist; eine einzige Spannungsmessschaltung 30 zum wahlweisen Messen der Spannung jedes der Kondensatoren C1 bis C5; eine zweite Umschaltschaltung 20, die zwischen einer Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 und der Spannungsmessschaltung 30 vorgesehen ist; und einen Polaritätskorrekturabschnitt 40 zum wahlweisen Invertieren der Polarität einer durch die Spannungsmessschaltung 30 gemessenen Spannung.
  • Die erste Umschaltschaltung 10 enthält sechs (N + 1) Abtastschalter 11 bis 16.
  • Jeder Abtastschalter 11 bis 16 wird verwendet, um die Spannung des jeweiligen Batteriemoduls V1 bis V5 an den entsprechenden Kondensator C1 bis C5 anzulegen.
  • Der erste Abtastschalter 11 ist zwischen einem Ende der Reihenschaltung aus den fünf Batteriemodulen V1 bis V5 und einem Ende der Reihenschaltung aus den fünf Kondensatoren C1 bis C5 vorgesehen. Der sechste Abtastschalter 16 ist zwischen dem anderen Ende der Reihenschaltung aus den Batteriemodulen V1 bis V5 und dem anderen Ende der Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 vorgesehen.
  • Der zweite Abtastschalter 12 ist zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten in Reihe geschalteten Batteriemodulen V1 und V2 und einem Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten in Reihe geschalteten Kondensatoren C1 und C2 vorgesehen.
  • Ähnlich ist der dritte Abtastschalter 13 zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den zweiten und dritten in Reihe geschalteten Batteriemodulen V2 und V3 und einem Verbindungspunkt zwischen den zweiten und dritten in Reihe geschalteten Kondensatoren C2 und C3 vorgesehen. Der vierte Abtastschalter 14 ist zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den dritten und vierten in Reihe geschalteten Batteriemodulen V3 und V4 und einem Verbindungspunkt zwischen den dritten und vierten in Reihe geschalteten Kondensatoren C3 und C4 vorgesehen. Der fünfte Abtastschalter 15 ist zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den vierten und fünften in Reihe geschalteten Batteriemodulen V4 und V5 und einem Verbindungspunkt zwischen den vierten und fünften in Reihe geschalteten Kondensatoren C4 und C5 vorgesehen.
  • Die ersten bis sechsten Abtastschalter 11 bis 16 werden gleichzeitig gesteuert, derart, dass sie durch (nicht gezeigte) Steuermittel, die eine CPU, einen Taktgenerator und dergleichen umfassen, nach einem Spannungsmessungs-Steuerprogramm geschlossen und geöffnet werden.
  • Die zweite Umschaltschaltung 20, die zwischen der Reihenschaltung aus den ersten bis fünften Kondensatoren C1 bis C5 und der Spannungsmessschaltung 30 vorgesehen ist, umfasst zwei Multiplexer 20A und 20B. Der erste Multiplexer 20A umfasst drei Schalter 21,23 und 25, die mit jeweiligen Verbindungspunkten zwi schen den ungeradzahligen (d. h. den ersten, dritten und fünften) Abtastschaltern 11, 13 und 15 in der ersten Umschaltschaltung 10 und den ungeradzahligen (d. h. den ersten, dritten und fünften) Kondensatoren C1, C3 und C5 verbunden sind. Jeder Schalter 21, 23 und 25 ist mit einem Anschluss eines Paars von Eingangsanschlüssen der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
  • Der zweite Multiplexer 20B umfasst drei Schalter 22, 24 und 26, die mit jeweiligen Verbindungspunkten zwischen den geradzahligen (d. h. den zweiten, vierten und sechsten) Abtastschaltern 12, 14 und 16 in der ersten Umschaltschaltung 10 und den ungeradzahligen (d. h. den ersten, dritten und fünften) Kondensatoren C1, C3 und C5 verbunden sind. Jeder Schalter 22, 24 und 26 ist mit dem anderen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
  • Die ersten und zweiten Multiplexer 20A und 20B werden durch (nicht gezeigte) Steuermittel, die eine CPU, einen Taktgenerator und dergleichen umfassen, in der folgenden Weise gesteuert. Jedes Mal wenn die ersten bis sechsten Abtastschalter 11 bis 16 in der ersten Umschaltschaltung 10 vom geschlossen Zustand in den geöffneten Zustand umgeschaltet werden, wird einer der Schalter 21 bis 26 wahlweise geschlossen, so dass die Kondensatoren C1 bis C5 nacheinander mit der Spannungsmessschaltung 30 verbunden werden.
  • Während die Hochspannungsbatterie V, die die Batteriemodule V1 bis V5 enthält, von dem Chassis eines HEV, das die Hochspannungsbatterie V trägt, isoliert ist, ist die Spannungsmessschaltung 30 an dem Chassis geerdet, wobei das Potential des Chassis als Referenzpotential zur Messung der Spannung jedes Kondensators C1 bis C5 verwendet wird.
  • Mit Bezug auf einen Zeitablaufplan, der in 2 gezeigt ist, wird die Funktionsweise der so aufgebauten Spannungsmessvorrichtung beschrieben.
  • In einem HEV, das die Hochspannungsbatterie V trägt, wird die Spannung jedes Batteriemoduls V1 bis V5 in der Hochspannungsbatterie V in vorgegebenen Zyklen gemessen. Die ersten bis sechsten Abtastschalter 11 bis 16 in der ersten Umschaltschaltung 10 und die ersten bis sechsten Schalter 21 bis 26 in der zweiten Umschaltschaltung 20 sind normalerweise geöffnet. Zu jedem Zeitpunkt einer Spannungsmessung werden alle Abtastschalter 11 bis 16 in der ersten Umschaltschaltung 10 gleichzeitig vom geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet.
  • In diesem Fall sind die Batteriemodule V1 bis V5 mit den jeweiligen Kondensatoren C1 bis C5, die den jeweiligen Batteriemodulen V1 bis V5 entsprechen, parallel geschaltet. Deshalb liegt die Spannung jedes Batteriemoduls V1 bis V5 an dem entsprechenden Kondensator C1 bis C5 an. Jeder Kondensator C1 bis C5 wird durch die Spannung des entsprechenden Batteriemoduls V1 bis V5 aufgeladen, wobei die Spannung jedes Kondensators C1 bis C5 der Spannung des entsprechenden Batteriemoduls V1 bis V5 entspricht. In diesem Fall ist jeder Schalter 21 bis 26 in der zweiten Umschaltschaltung 20 geöffnet und die Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 von der Spannungsmessschaltung 30 elektrisch getrennt.
  • Wenn jeder Kondensator C1 bis C5 für eine vorgegebene Zeitspanne, nachdem alle Abtastschalter 11 bis 16 in der ersten Umschaltschaltung 10 geschlossen worden sind, aufgeladen worden ist, werden alle Abtastschalter 11 bis 16 in der ersten Umschaltschaltung 10 geöffnet, wodurch die Reihenschaltung aus den Batteriemodulen V1 bis V5 von der Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 elektrisch getrennt wird.
  • In dieser Situation werden in der zweiten Umschaltschaltung 20 der erste Schalter 21 im ersten Multiplexer 20A und der zweite Schalter 22 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen. Im Ergebnis ist der positive Anschluss des ersten Kondensators C1 mit einem der Eingangsanschlüsse der Spannungsmessschaltung 30 verbunden, während der negative Anschluss des ersten Kondensators C1 mit dem anderen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden ist. Hierbei misst die Spannungsmessschaltung 30 die Absolutspannung des ersten Kondensators C1.
  • Nachdem die Spannung des ersten Kondensators C1 gemessen ist, werden der dritte Schalter 23 im ersten Multiplexer 20A und der zweite Schalter 22 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen. Im Ergebnis ist der negative Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit einem Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden, während der positive Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit dem anderen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden ist. In diesem Fall wird die Absolutspannung des zweiten Kondensators C2 gemessen.
  • Anschließend werden der dritte Schalter 23 im ersten Multiplexer 20A und der vierte Schalter 24 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen, wodurch die Spannung des dritten Kondensators C3 gemessen wird. Der fünfte Schalter 25 im ersten Multiplexer 20A und der vierte Schalter 24 im zweiten Multiplexer 20A werden geschlossen, wodurch die Spannung des vierten Kondensators C4 gemessen wird. Ferner werden der fünfte Schalter 25 im ersten Multiplexer 20A und der sechste Schalter 26 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen, wodurch die Spannung des fünften Kondensators C5 gemessen wird.
  • Die ersten bis fünften Kondensatoren C1 bis C5 werden gleichzeitig mit den Spannungen der jeweiligen Batteriemodule V1 bis V5 aufgeladen, wobei die Ströme, die durch die Batteriemodule V1 bis V5 fließen, übereinstimmen. Somit können die Spannungen der Batteriemodule V1 bis V5 in einer Folge genau bestimmt werden, indem die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5 nacheinander gemessen werden.
  • In diesem Fall besitzen die gemessenen Spannungswerte der ungeradzahligen (d. h. der ersten, dritten und fünften) Kondensatoren C1, C3 und C5 eine Polarität, die jener der gemessenen Spannungswerte der geradzahligen (zweiten und vierten) Kondensatoren C2 und C4 entgegengesetzt ist. Jedoch wird die Polarität der gemessenen Spannungswerte der geradzahligen Kondensatoren C2 und C4 jeweils durch den Polaritätskorrekturabschnitt 40 korrigiert. Somit besitzen die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5 die gleiche Polarität.
  • Der Polaritätskorrekturabschnitt 40 kann eine wohlbekannte Schaltung sein, die einen Schalter enthält.
  • Wie oben beschrieben worden ist, beträgt in der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Schaltern, die zwischen der Reihenschaltung aus den Batteriemodulen V1 bis V5 und der Spannungsmessschaltung 30 vorgesehen sind, etwas mehr als das Zweifache der Anzahl von Batteriemodulen V1 bis V5. Somit können die übereinstimmenden Spannungen der Batteriemodule V1 bis V5 unter Verwendung einer solch kleinen Anzahl von Schaltern gemessen werden.
  • 3 ist ein Stromlaufplan, der eine weitere exemplarische Spannungsmessvor richtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist ein Zeitablaufplan, der den Schaltvorgang der in 3 gezeigten Spannungsmessvorrichtung zeigt.
  • Die in 3 gezeigte Spannungsmessvorrichtung umfasst mehrere Paare von in Reihe geschalteten Kondensatorelementen Ca1 und Cb1 bis Ca5 und Cb5 anstelle der einzelnen Kondensatoren C1 bis C5 als Kapazitätselemente in der in 1 gezeigten Spannungsmessvorrichtung. In jedem Paar besitzen die beiden Kondensatoren die gleiche Kapazität.
  • Eine Spannungsmessschaltung 30 enthält einen Operationsverstärker 31 mit differenziellem Eingang, der einen Referenzspannungs-Eingangsanschluss aufweist. Zwischenverbindungspunkte zwischen den Kondensatorelementen Ca1 und Cb1 bis Ca5 und Cb5 in den Kondensatoren C1 bis C5 sind über einen dritten Multiplexer 20C mit dem Referenzspannungs-Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
  • Der dritte Multiplexer 20C umfasst fünf Schalter 21' bis 25', die den ersten bis fünften Kondensatoren C1 bis C5 entsprechen. Die Schalter 21' bis 25' sind normalerweise im geöffneten Zustand. Ein Schalter 21' bis 25' wird geschlossen, wenn der andere Anschluss des entsprechenden Kondensators C1 bis C5 mit dem jeweiligen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden wird. Die Schalter 21' bis 25' im dritten Multiplexer 20C sind alle mit dem Referenzspannungs-Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 31 in der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
  • Die restliche Spannungsmessvorrichtungsstruktur, die in 4 gezeigt ist, gleicht jener der in 1 gezeigten Spannungsmessvorrichtung.
  • In der in 3 gezeigten Spannungsmessvorrichtung ist dann, wenn einer der Schalter 21, 23 und 25 in einem ersten Multiplexer 20A und der entsprechende der Schalter 22, 24 und 26 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen sind, der andere Anschluss des entsprechenden Kondensators C1 bis C5 mit dem jeweiligen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden. Die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5 werden durch die Spannungsmessschaltung 30 nacheinander gemessen, wobei beim Messen der Spannung eines Kondensators C1 bis C5 der entsprechende Schalter 21' bis 25' geschlossen wird.
  • Durch jeden Kondensator C1 bis C5 fließt ein Kriechstrom, wenn der entsprechende Schalter 21 bis 26 in der zweiten Umschaltschaltung 20 geschlossen ist. Ein solcher Kriechstrom ist durch die Sperrkapazität jedes Schalters 21 bis 26 bedingt, was als gewöhnliches Rauschen bezeichnet wird und einen Fehler des gemessenen Spannungswertes verursachen kann. Das gemeinsame Rauschen kann verringert werden, indem die Schalter 21' bis 25' geschlossen werden, wenn die Spannung der jeweiligen Kondensatoren C1 bis C5 gemessen wird.
  • Wenn beispielsweise der Schalter 21' im dritten Multiplexer 20C bei der Messung der Spannung des ersten Kondensators C1 geschlossen wird, wird der Zwischenverbindungspunkt zwischen den Kondensatorelementen Ca1 und Cb1, die den ersten Kondensator C1 bilden, mit dem Referenzspannungs-Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden. Deshalb fließen die durch die Sperrkapazität jedes Schalters 21 und 22 hervorgerufenen Kriechströme symmetrisch in entgegengesetzten Richtungen durch die Kondensatorelemente Ca1 und Cb1 und wirken sich als Referenzpotential an der Spannungsmessschaltung 30 aus. In dieser Situation werden die Spannungen der Kondensatorelemente Ca1 und Cb1, die den ersten Kondensator C1 bilden, durch den Operationsverstärker 31 mit differenziellem Eingang in der Spannungsmessschaltung 30 gemessen, womit sich die Kriechströme gegenseitig aufheben und das gemeinsame Rauschen somit verringert ist.
  • Ähnlich ist das gemeinsame Rauschen verringert, wenn jeweils die Spannungen der zweiten bis fünften Kondensatoren C2 bis C5 gemessen werden.
  • Somit können die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5 in der exemplarischen Spannungsmessvorrichtung, wenn die Sperrkapazität jedes Schalters in der Umschaltschaltung 20 groß ist oder wenn das hochfrequente Rauschen stark ist oder Ähnliches auftritt, mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
  • 5 ist ein Stromlaufplan, der ein Halbleiterrelaiselement zeigt, das in der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise jeweils als Abtastschalter 11 bis 16, die die erste Umschaltschaltung bilden, und jeweils als Schalter 21 bis 26 und 21' bis 25', die die zweite Umschaltschaltung 20 bilden, verwendet wird.
  • Das Halbleiterrelaiselement 50 enthält eine LED 51 als Licht emittierendes Ele ment und ein photoelektrisches Element 52, das ein Lichtsignal von der LED 51 empfängt. Ein Ausgangssignal des photoelektrischen Elementes 52 bewirkt das Durchschalten eines Paars von MOS-Transistoren 53 und 54. In einem solchen Halbleiterrelaiselement 50 können die LED 51 und das photoelektrische Element 52 voneinander getrennt sein. Deshalb kann zwischen der Hochspannungsbatterie V, die von dem Chassis eines HEV isoliert ist, und die Spannungsmessschaltung 30, die an dem Chassis geerdet ist, selbst dann, wenn sie voneinander elektrisch getrennt sind, ein Signal übertragen und empfangen werden.
  • Ferner besitzt das Halbleiterrelaiselement 50 eine ausgezeichnete Schaltfähigkeit wie etwa Durchschlagfestigkeit und einen niedrigen Sperrwiderstand. Somit kann das Halbleiterrelaiselement 50 vorzugsweise jeweils als Abtastschalter 11 bis 16, die die erste Umschaltschaltung 10 bilden, und jeweils als Schalter 21 bis 26 und 21' bis 25', die die zweite Umschaltschaltung 20 bilden, verwendet werden.
  • Das Halbleiterrelaiselement 50 mit einer Struktur, wie sie oben beschrieben worden ist, besitzt einen hohen Sperrkapazitätspegel. Wenn es jedoch jeweils als Schalter 21 bis 26 in der zweiten Umschaltschaltung 20 verwendet wird, kann der oben beschriebene Aufbau der Spannungsmessvorrichtung vorzugsweise das durch die Sperrkapazität bedingte gemeinsame Rauschen verringern.
  • Obwohl in diesem Beispiel ein Kondensator als Kapazitätselement verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jede Art von Kapazitätselement, das eine Spannung erhalten kann, die der Spannung eines Batteriemoduls entspricht, kann verwendet werden.
  • In der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Kapazitätselement, das jeweils einer von mehreren in Reihe geschalteten Leistungsquellen entspricht, gleichzeitig auf eine Spannung aufgeladen, die der Spannung jeweils einer Leistungsquelle entspricht. Deshalb kann selbst dann, wenn sich der Wert eines durch die mehreren in Reihe geschalteten Leistungsquellen fließenden Stroms ändert, die Spannung jeder Leistungsquelle, die zu dem Zeitpunkt erfasst wird, wenn übereinstimmende Ströme durch die Leistungsquelle fließen, gemessen werden. Somit kann die Spannung jeder Leistungsquelle gemessen werden, um einen anomalen Zustand oder dergleichen jeder Leistungsquelle mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
  • Für den Fachmann sind verschiedene weitere Abwandlungen offensichtlich und durchführbar, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Es ist dementsprechend nicht beabsichtigt, den Umfang der beigefügten Ansprüche auf die hier dargelegte Beschreibung zu begrenzen.

Claims (7)

  1. Spannungsmessvorrichtung zum Messen einer Spannung jeder von N Leistungsquellen, wobei die Vorrichtung umfasst: N Kapazitätselemente (C1–C5; Ca1–Cb5), die jeweils entsprechend den N Leistungsquellen vorgesehen sind; einen ersten Schaltabschnitt (10) zum gleichzeitigen Anlegen einer Spannung jeder Leistungsquelle an eines der N Kapazitätselemente, das der Leistungsquelle entspricht; einen Spannungsmessabschnitt (30) zum Messen einer Spannung jedes Kapazitätselements; und einen zweiten Schaltabschnitt (20A, 20B, 20C) zum aufeinander folgenden Verbinden jedes Kapazitätselements mit dem Spannungsmessabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass die N Leistungsquellen in Reihe geschaltet sind; und dass die N Kapazitätselemente in Reihe geschaltet sind.
  2. Spannungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Schaltabschnitt umfasst: zwei Abtastschalter (11, 16), die zwischen Anschlüssen einer Schaltung, die die N in Reihe geschalteten Leistungsquellen enthält, und entsprechenden Anschlüssen einer Schaltung, die die N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente umfasst, vorgesehen sind; und N – 1 Abtastschalter (1215), wovon jeder zwischen einem Grenzabschnitt zwischen einem Paar von in Reihe geschalteten Leitungsquellen und einem Grenzabschnitt zwischen dem entsprechenden Paar von in Reihe geschalteten Kapazitätselementen vorgesehen ist, wobei die N + 1 Abtastschalter (1016) gleichzeitig geschlossen oder geöffnet werden.
  3. Spannungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der bei Verwendung einer aufeinander folgenden Nummerierung der in Reihe geschalteten Kapazitätselemente der zweite Schaltabschnitt umfasst: einen ersten Multiplexer (20A), der einen Schalter enthält, der zwischen einen positiven Anschluss jedes ungeradzahligen Kapazitätselements der N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente und einen Anschluss eines Paars von Eingangsanschlüssen des Spannungsmessabschnitts geschaltet ist; und einen zweiten Multiplexer (20B), der einen Schalter enthält, der zwischen einen positiven Anschluss jedes geradzahligen Kapazitätselements der N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente und den anderen Anschluss des Paars von Eingangsanschlüssen des Spannungsmessabschnitts geschaltet ist, wobei einer der Schalter in jedem Multiplexer gleichzeitig ausgewählt und geschlossen oder geöffnet wird, derart, dass die N Kapazitätselemente nacheinander mit dem Spannungsmessabschnitt verbunden werden.
  4. Spannungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Spannungsmessabschnitt (30) mit einem Polaritätskorrekturabschnitt verbunden ist, um die Polarität einer zu messenden Spannung zu invertieren.
  5. Spannungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der: jedes Kapazitätselement ein Paar Kapazitätsunterelemente (Ca, Cb) enthält; der Spannungsmessabschnitt (30) vom Typ mit differenziellem Eingang ist; und der zweite Schaltabschnitt einen dritten Multiplexer (20C) enthält, um einen Zwischenverbindungspunkt zwischen dem Paar von Kapazitätsunterelementen wahlweise mit einem Referenzpotential des Spannungsmessabschnitts zu verbinden.
  6. Spannungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Abtastschalter im ersten Schaltabschnitt (10) ein Halbleiterrelaiselement enthält, um einen MOS-Transistor unter Venrvendung eines Lichtsignals anzusteuern.
  7. Spannungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Schalter in dem zweiten Schaltabschnitt (20A, 20B, 20C) ein Halbleiterrelaiselement enthält, um einen MOS-Transistor unter Verwendung eines Lichtsignals anzusteuern.
DE60102651T 2000-10-31 2001-10-26 Spannungsmessgerät Expired - Lifetime DE60102651T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000334026A JP4557407B2 (ja) 2000-10-31 2000-10-31 積層電圧計測装置
JP2000334026 2000-10-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60102651D1 DE60102651D1 (de) 2004-05-13
DE60102651T2 true DE60102651T2 (de) 2004-08-19

Family

ID=18810018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60102651T Expired - Lifetime DE60102651T2 (de) 2000-10-31 2001-10-26 Spannungsmessgerät

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6621273B2 (de)
EP (1) EP1202071B1 (de)
JP (1) JP4557407B2 (de)
CN (1) CN1205481C (de)
DE (1) DE60102651T2 (de)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4662098B2 (ja) * 2001-03-27 2011-03-30 株式会社デンソー フライングキャパシタ式組電池電圧検出装置
JP4179205B2 (ja) * 2004-03-29 2008-11-12 サンケン電気株式会社 電圧測定装置
JP4180560B2 (ja) * 2004-11-30 2008-11-12 株式会社ケーヒン 電池電圧測定回路
KR101014981B1 (ko) 2005-07-07 2011-02-16 가부시끼가이샤 도시바 전지 모듈
JP4605047B2 (ja) * 2006-02-24 2011-01-05 パナソニック株式会社 積層電圧計測装置
US8148003B2 (en) * 2006-04-12 2012-04-03 Mitsubishi Electric Corporation Power storage apparatus
KR100756976B1 (ko) * 2006-10-31 2007-09-07 주식회사 케피코 배터리 전압 측정 회로 및 이를 이용한 배터리 전압 측정방법
JP2008175597A (ja) * 2007-01-16 2008-07-31 Gs Yuasa Corporation:Kk 組電池用電圧検出装置
JP5022925B2 (ja) * 2008-01-23 2012-09-12 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 電池電圧検出回路
JP2010104195A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Seiko Epson Corp 電気負荷駆動回路
FR2948461B1 (fr) * 2009-07-24 2011-07-01 Renault Sa Procede de diagnostic du fonctionnement d'un dispositif de coupure et de raccordement d'une batterie a un reseau de bord de vehicule automobile
JP5417162B2 (ja) * 2009-12-28 2014-02-12 株式会社日立製作所 蓄電装置
JP5847995B2 (ja) * 2010-04-27 2016-01-27 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置
JP5991299B2 (ja) * 2012-12-26 2016-09-14 株式会社デンソー 組電池の電圧検出装置
KR102008359B1 (ko) * 2013-02-25 2019-08-07 온세미컨덕터코리아 주식회사 전압 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
KR102008358B1 (ko) * 2013-02-25 2019-10-21 온세미컨덕터코리아 주식회사 전압 측정 장치 및 이를 포함하는 배터리 관리 시스템
CN105510670A (zh) * 2014-09-24 2016-04-20 博世汽车部件(苏州)有限公司 用于检测电池组中电池电压的检测电路及电池组
CN104391166A (zh) * 2014-11-21 2015-03-04 重庆星联云科科技发展有限公司 一种飞电容式串联电池组电压检测装置和控制方法
JP6621256B2 (ja) * 2015-07-16 2019-12-18 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置、電池監視装置および電池セルの電圧検出方法
JP6272285B2 (ja) * 2015-10-05 2018-01-31 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置の制御方法
JP6640169B2 (ja) * 2017-10-13 2020-02-05 矢崎総業株式会社 二次電池状態検出装置及び二次電池状態検出方法
CN107978810A (zh) * 2017-12-06 2018-05-01 北海威德电子科技有限公司 一种牵引蓄电池包
JP6445673B2 (ja) * 2017-12-28 2018-12-26 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置
CN112015110B (zh) * 2019-05-28 2024-03-29 杭州瑞彼加医疗科技有限公司 一种开关阵列的控制装置
CN113049945A (zh) * 2021-03-18 2021-06-29 湖南国科微电子股份有限公司 一种芯片测试电路

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6230418A (ja) * 1985-08-01 1987-02-09 Meidensha Electric Mfg Co Ltd アナログマルチプレクサ
US5281920A (en) * 1992-08-21 1994-01-25 Btech, Inc. On-line battery impedance measurement
JPH09236624A (ja) * 1996-02-29 1997-09-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 絶縁型電圧測定装置
JP3518318B2 (ja) * 1998-03-06 2004-04-12 松下電器産業株式会社 積層電圧計測装置
WO1999045402A1 (fr) * 1998-03-06 1999-09-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Instrument de mesure de tension a condensateur volant

Also Published As

Publication number Publication date
US20020070733A1 (en) 2002-06-13
DE60102651D1 (de) 2004-05-13
JP4557407B2 (ja) 2010-10-06
EP1202071B1 (de) 2004-04-07
JP2002139523A (ja) 2002-05-17
CN1351261A (zh) 2002-05-29
US6621273B2 (en) 2003-09-16
EP1202071A2 (de) 2002-05-02
EP1202071A3 (de) 2002-09-25
CN1205481C (zh) 2005-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60102651T2 (de) Spannungsmessgerät
DE60111298T2 (de) Multiplex Spannungssignalmessgerät
EP3503343B1 (de) Elektrisches system und verfahren zur diagnose der funktionsfähigkeit von leistungsrelais in einem elektrischen system
DE102015206078B4 (de) Isolierungserfassungsvorrichtung
DE69937220T2 (de) Spannungsmessvorrichtung mit fliegendem kondensator
DE10051984C2 (de) Batteriespannungs-Messvorrichtung
EP2618439B1 (de) Schutzschaltung für einen Akkupack
DE60220855T2 (de) Batteriespannungs-Detektionsanordnung
DE19857689B4 (de) Strommeßschaltung für ein IC-Testgerät
EP3631976B1 (de) Verfahren zur erkennung eines kontaktfehlers in einer photovoltaikanlage
EP2618440B1 (de) "Schutzschaltung für einen Akkupack"
DE102011009474A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen und Symmetrieren eines mehrzelligen Energiespeicherstapels
EP1671142B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum messen einzelner zellenspannungen in einem zellenstapel eines energiespeichers
EP0351559B1 (de) Einrichtung zum Erfassen von inneren Fehlern bei einer Hochspannungskondensatorbatterie
DE102020104825A1 (de) System zum messen von spannungsunterschieden zwischen batteriezellen und zum erlangen von batteriezellenspannungen unter verwendung der spannungsunterschiede
DE102017200050A1 (de) Anschlussmodul für einen elektrischen Energiespeicher sowie Energieversorgungssystem
DD248010A5 (de) Analog/digital-umsetzer
DE60201778T2 (de) Spannungskomparatorschaltung
DE102004041901B4 (de) Spannungsdetektor für eine Batterieanordnung
DE10338079A1 (de) Testanordnung zum Testen von Halbleiterschaltungschips
DE202005010858U1 (de) Vorrichtung zum Überwachen und Steuern mehrerer in Serie geschalteter Kapazitäten
DE112006003440T5 (de) Prüfvorrichtung und Stiftelektronikkarte
DE10341836B4 (de) Testvorrichtung zum Testen von elektrischen Schaltungen sowie Verfahren zum parallelen Testen von elektrischen Schaltungen
DE3435354C2 (de)
EP0733910B1 (de) Platine mit eingebauter Kontaktfühlerprüfung für integrierte Schaltungen

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: PANASONIC CORP., KADOMA, OSAKA, JP

Owner name: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, TOYOTA-SHI, A, JP

8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)