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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriespannungs-Messvorrichtung
zum Messen einer Spannung von gestapelten wiederaufladbaren Batterien
(ein Batteriepack), die in einer Vorrichtung, etwa ein Elektrofahrzeug
oder dergleichen, angebracht sind, die durch die wiederaufladbaren
Batterien angetrieben wird.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Als
schadstoffarmes Fahrzeug, das für
den Zweck der Lösung
von Umwelt- und Energieproblemen entworfen wurde, hat ein Elektrofahrzeug,
etwa ein HEV (Hybrid-Elektrofahrzeug) und ein PEV (rein elektrisch
angetriebenes Fahrzeug), bis heute eine große Aufmerksamkeit erregt. Das
Elektrofahrzeug besitzt wiederaufladbare Batterien, die darin angebracht
sind, und die elektrische Leistung der wiederaufladbaren Batterien
treibt einen Elektromotor an, um das Elektrofahrzeug zu betreiben.
Das Elektrofahrzeug besitzt eine Hochspannungsschaltung zum Ansteuern
des Elektromotors und eine Niederspannungsschaltung zu Ansteuern
verschiedener elektronischer Vorrichtungen, wie etwa akustische
Anlagen, Beleuchtungsvorrichtungen und eine elektronische Steuereinheit
(z. B. ECU, elektronische Steuereinheit). Die Hochspannungsschaltung
enthält
einen Wechselrichter zum Antreiben eines Elektromotors, wobei der
Wechselrichter den Elektromotor steuert und antreibt.
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Um
einen Ausgabezustand der wiederaufladbaren Batterien zu erreichen,
bei dem elektrische Leistung an den Elektromotor stabil abgegeben
wird, ist es in einem Batteriesteuerabschnitt eines derartigen Elektrofahrzeugs
erforderlich, eine Batteriespannungs-Messvorrichtung zu verwenden,
um eine Batteriespannung von jedem Batterieblock des Batteriepacks
genau zu messen.
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5 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau einer herkömmlichen
Batteriespannungs-Messvorrichtung 100 zeigt. In 5 enthält die Batteriespannungs-Messvorrichtung 100:
mehrere Schalter 120, wobei jedes Paar benachbarter Schalter 120 sequentiell
zwei entsprechende Ausgangsanschlüsse 111a eines Batterieblocks 111,
der in einem Batteriepack 110 enthalten ist, auswählt; einen
Kondensator 130 zum Speichern (Kopieren) einer bestimmten
Batteriespannung; Schalter 140, um wahlweise die in dem
Kondensator 130 gespeicherte Spannung in einen Differenzverstärker 150 einzugeben;
den Differenzverstärker 150,
um die gespeicherte Spannung, die über die Schalter 140 eingegeben wird,
differentiell zu verstärken;
und einen A/D-Umsetzer, um eine A/D-Umsetzung der Spannung, die von
dem Differenzverstärker 150 ausgegeben
wird, auszuführen.
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Das
Batteriepack 110 enthält
mehrere in Reihe geschaltete Batterieblöcke 111. Ein Wert
einer von einem Batterieblock 111 (Batteriemodul) ausgegebenen
Spannung beträgt
z. B. 20 V Gleichspannung. Der Maximalwert einer von allen in Reihe
gestapelten Batterieblöcke 111 ausgegebenen
Spannung beträgt etwa
400 V Gleichspannung.
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Jedes
Paar benachbarter Schalter 120 ist mit zwei entsprechenden
Ausgangsanschlüssen 111a von
jedem der mehreren Batterieblöcke 111 verbunden.
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Der
Kondensator 130 weist Elektroden auf, die mit einem Paar
Leitungen 141a und 141b verbunden sind, die zwischen
den Schaltern 120 und den Schaltern 140 geschaltet
sind. Der Kondensator 130 speichert vorübergehend eine Batteriespannung
von jedem der Batterieblöcke 111,
die über
zwei bestimmte Schalter 120 an den Kondensator 130 übertragen wird.
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Jeder
der Schalter 140 ist mit einem der beiden Eingangsanschlüsse des
Differenzverstärkers 150 verbunden
und dient dazu, den Differenzverstärker 150 mit dem Kondensator 130 zu
verbinden oder den Differenzverstärker 150 von dem Kondensator 130 zu
trennen. Die Ein/Aus-Steuerung der mehreren Schalter 120 und
der Schalter 140 wird durch eine (nicht gezeigte) Schaltsteuereinheit,
z. B. einen Mikrocomputer ausgeführt.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau wird zunächst zum Speichern (Kopieren)
einer Batteriespannung eines ersten Batterieblocks 111 in
dem Kondensator 130 jeder der Schalter 120, die
mit einem der beiden Eingangsanschlüsse 111a des ersten
Batterieblocks 111 verbunden sind, eingeschaltet. Zu diesem
Zeitpunkt sind die Schalter 140 ausgeschaltet, um den Kondensator 130 von
den beiden Eingangsanschlüssen
des Differenzverstärkers 150 zu
trennen.
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Dann
werden alle Schalter 120 ausgeschaltet, um den Kondensator 130 von
allen Batterieblöcken 111 zu
trennen, und anschließend
werden die Schalter 140 eingeschaltet, um die Batteriespannung des
ersten Batterieblocks 111, die in dem Kondensator 130 gespeichert
ist, für
eine Einstellung des Verstärkungsfaktors
in den Differenzverstärker 150 einzugeben.
Die Batteriespannung, z. B. 20 V Gleichspannung wird durch den Differenzverstärker 150 auf einen
Wert von 5 V Gleichspannung differentiell verstärkt, der in einem Eingangsspannungsbereich
(Dynamikbereich) des A/D-Umsetzers 160 liegt. Der A/D-Umsetzer 160 führt eine
A/D-Umsetzung der Batteriespannungsdaten entsprechend der differentiell
verstärkten
Batteriespannung aus. Die A/D-umgesetzten Batteriespannungsdaten
können
in einer nachfolgenden Stufe z. B. durch einen (nicht gezeigten)
Mikrocomputer gelesen werden.
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In ähnlicher
Weise wird eine Batteriespannung des zweiten Batterieblocks 111 in
dem Kondensator 130 gespeichert (in diesen kopiert). Die
in dem Kondensator 130 gespeicherte Batteriespannung, die
von dem zweiten Batterieblock 111 abgeleitet wurde, besitzt
eine umgekehrte Polarität
zu der von dem ersten Batterieblock abgeleiteten Batteriespannung.
Die Batteriespannung des zweiten Batterieblocks 111, die
in dem Kondensator 130 gespeichert ist, wird durch den
Differenzverstärker 150 differentiell
verstärkt
und anschließend
führt der
A/D-Umsetzer 160 eine A/D-Umsetzung der differentiell verstärkten Batteriespannung
aus.
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Der
Differenzverstärker 150 und
der A/D-Umsetzer 160 werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die 6A, 6B, 7A, 7B, 8A und 8B genauer
beschrieben.
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Im
Allgemeinen werden dann, wenn eine analoge Eingangsspannung in einer
CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) arithmetisch verarbeitet wird, eine
Spannungswert-Umsetzungsschaltung
und ein A/D-Umsetzer verwendet.
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Die
Spannungswert-Umsetzungsschaltung enthält eine analoge Schaltung zum
Ausführen
einer Division, wenn eine Eingangsspannung hoch ist, und zum Ausführen einer
Multiplikation, wenn die Eingangsspannung niedrig ist (wobei die
analoge Schaltung zusätzlich
zur Division und Multiplikation außerdem Addition und Subtraktion
ausführt).
Die analoge Schaltung wird realisiert durch eine Spannungsteilerschaltung,
die einen Widerstand, eine Schaltung mit einem Operationsverstärker und
dergleichen enthält. Ein
Umsetzungsergebnis, das von der Spannungswert-Umsetzungsschaltung
erzeugt wird, entspricht einem Eingangsspannungsbereich eines A/D-Umsetzers.
Der Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers liegt z. B. zwischen
GND (0 V) und 5 V Gleichspannung.
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Der
A/D-Umsetzer ist eine Komponente zum Vergleichen einer Eingangsspannung
(z. B. eine Batteriespannung, die von der Spannungswert-Umsetzungsschaltung
ausgegeben wird) mit einer Referenzspannung, um die Eingangsspannung
in digitale Daten umzusetzen, die durch einen Mikrocomputer gelesen
werden können.
Die Leistungsfähigkeit
eines A/D-Umsetzers wird im Allgemeinen entsprechend der Feinheit
des Vergleichs in Bezug auf die Auflösung anstelle der Umsetzungsgenauigkeit
festgelegt, obwohl diese für
das Vergleichen von Spannungen wichtig ist. Die Feinheit des Vergleichs
repräsentiert
die Auflösung.
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Um
die Auflösung
kurz zu beschreiben, wird z. B. bei einem 10-Bit-A/D-Umsetzer, wie
in 6A dargestellt ist, ein Eingangsspannungsbereich
von 0 V bis 5 V in 1024 (210) Pegel einer
Referenzspannung umgesetzt und eine Eingangsspannung wird mit der Referenzspannung
verglichen, um festzustellen, auf welchem Pegel die Eingangsspannung
liegt. Wenn die Anzahl der Bits größer wird, wie bei einem 12-Bit-A/D-Umsetzer
von 6B dargestellt ist, wird der Eingangsspannungsbereich
von 0 V bis 5 V in 4096 (212) Pegel der
Referenzspannung aufgelöst und
eine Eingangsspannung wird mit der Referenzspannung verglichen,
um festzustellen, auf welchem Pegel die Eingangsspannung liegt.
Das heißt,
wenn die Anzahl der Bits größer wird,
kann eine genauere Messung der Eingangsspannung ausgeführt werden.
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Wenn
im Allgemeinen eine Potentialdifferenz bei einer Eingangsspannung
erfasst wird, enthält
ein Differenzverstärker
einen Operationsverstärker
als eine Spannungswert-Umsetzungsschaltung. Der Operationsverstärker wird
verwendet, wenn z. B. bei einer Batteriespannung kein Referenzpunkt
einer Eingangsspannung A bestimmt wird.
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Wenn
z. B. die Polarität
einer Eingangsspannung A1 nichtinvertierend ist (d. h. sie ist stets
positiv oder stets negativ), wie in 7A dargestellt
ist, ist der Verstärkungsfaktor
(d. h. R2/R1) eines Differenzverstärkers 151a festgelegt
und (Eingangsspannung × Verstärkungsfaktor)
= (A1 × R2/R1)
= (Ausgangsspannung B1) kann durch den Differenzverstärker 151 leicht
erhalten werden, wodurch in einer nächsten Stufe stets eine geeignete
Ausgangsspannung B1 an einen A/D-Umsetzer ausgegeben werden kann.
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Wenn,
wie in den 5 und 7B dargestellt
ist, die Polarität
einer Eingangsspannung A2 in dem Prozess des sequenziellen Speicherns
der Spannungswerte der Batterieblöcke 111 in dem Kondensator 130 invertiert
wird, indem eine Offsetspannung (2,5 V Gleichspannung) in eine Referenzspannung
für den
Differenzverstärker 150 eingegeben wird,
kann der Eingangsspannungsbereich die Hälfte des Eingangsspannungsbereichs
des A/D-Umsetzers 160 betragen (5). Es ist
dadurch möglich, stets
eine Ausgangsspannung B2 auszugeben, die für den Eingangsspannungsbereich
des A/D-Umsetzers 160 geeignet ist, während der Verstärkungsfaktor
(d. h. R2/R1) des Differenzverstärkers 150 festgelegt
ist. Das heißt
(eine Eingangsspannung × Verstärkungsfaktor)
+ (eine Offsetspannung (2,5 V Gleichspannung)) = (A2 × R2/R1)
+ Voffset = (die Ausgangsspannung B2) kann
durch den Differenzverstärker 150 erhalten
werden.
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Wie
in 8A dargestellt ist, wird mit anderen Worten dann,
wenn die Polarität
der Eingangsspannung A1 positiv ist, ein Eingangsspannungsbereich
von 2,5 V Gleichspannung bis zur maximalen Spannung 5 V Gleichspannung,
der die Hälfte
des Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzers 160 ist,
verwendet. Wenn die Polarität
der Eingangsspannung A2 negativ ist, wird ein Eingangsspannungsbereich
von 2,5 V Gleichspannung bis zur minimalen Spannung 0 V Gleichspannung,
der die Hälfte
des Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzers ist, verwendet.
Im Einzelnen kann selbst dann, wenn der A/D-Umsetzer 160 z.
B. ein 12-Bit-A/D-Umsetzer ist, der A/D-Umsetzer 160 in
der Praxis lediglich den Eingangsspannungsbereich aufweisen, der durch
einen 11-Bit-A/D-Umsetzer bereitgestellt wird, dessen Auflösung geringer
ist als die des 12-Bit-A/D-Umsetzers.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann bei dem herkömmlichen Aufbau dann, wenn
die Eingangsspannung die Spannung A1 von 8B mit
nichtinvertierender Polarität
ist, der vollständige
Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers 160 verwendet
werden, wobei jedoch dann, wenn die Eingangsspannung die Spannung
A2 von 8A mit invertierender Polarität ist, lediglich
eine Hälfte
des Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzers 160 verwendet
werden kann, wenn die Polarität
der Eingangsspannung A2 positiv ist, und die andere Hälfte des
Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzers 160 kann dann
verwendet werden, wenn die Polarität der Eingangsspannung A2 negativ
ist, so dass lediglich die Hälfte
der vollen Auflösung
des A/D-Umsetzers 160 genutzt wird.
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Die
Patentanmeldung
JP 2000 171532 offenbart
eine Batteriespannungs-Messvorrichtung, die mehrere erste Schaltabschnitte
umfasst, wobei jedes Paar benachbarter erster Schaltabschnitte sequentiell
zwei Ausgangsanschlüsse
jedes von mehreren Batterieblöcken,
die in einem Batteriepack enthalten sind, auswählt, einen Pegeländerungsabschnitt,
um einen Pegel einer Batteriespannung jedes Batterieblocks, die
in den Pegeländerungsabschnitt über den ersten
Schaltab schnitt eingegeben wird, zu ändern, und einen A/D-Umsetzungsabschnitt,
um eine A/D-Umsetzung der Batteriespannungsdaten, die von dem Pegeländerungsabschnitt
ausgegeben werden, auszuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst eine Batteriespannungs-Messvorrichtung:
mehrere erste Schaltabschnitte, wobei jedes Paar benachbarter erster Schaltabschnitte
sequentiell zwei Ausgangsanschlüsse
jedes von mehreren Batterieblöcken,
die in einem Batteriepack enthalten sind, auswählt; einen Pegeländerungsabschnitt,
um einen Pegel einer Batteriespannung jedes Batterieblocks, die
in den Pegeländerungsabschnitt über den
ersten Schaltabschnitt eingegeben wird, zu ändern; einen A/D-Umsetzungsabschnitt,
um eine A/D-Umsetzung
der Batteriespannungsdaten, die von dem Pegeländerungsabschnitt ausgegeben
werden, auszuführen;
und einen Referenzspannungs-Steuerabschnitt, um einen Ausgang einer
Referenzspannung des Pegeländerungsabschnitts
entsprechend der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau steuert ein Referenzspannungs-Steuerabschnitt
einen Ausgang einer Referenzspannung für einen Pegeländerungsabschnitt
entsprechend der invertierten Polarität einer Spannung, die in den
Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, so dass jedes Mal, wenn die Polarität einer
Spannung invertiert wird, die Eingangsspannung von dem Pegeländerungsabschnitt in
einen A/D-Umsetzer in einem Eingangsspannungsbereich der A/D-Umsetzers liegen
kann. Es ist dadurch nicht erforderlich, zwangsläufig lediglich die Hälfte des
Eingangsspannungsbereichs der A/D-Umsetzers, die jeweils einer der
entgegengesetzten Polaritäten
entspricht, zu verwenden, wie dies herkömmlich erforderlich ist, sondern
der vollständige Eingangsspannungsbereich
des A/D-Umsetzers kann verwendet werden, so dass die doppelte Auflösung eines
herkömmlichen
A/D-Umsetzers erreicht werden kann und die ursprüngliche Auflösung des A/D-Umsetzers
kann vollständig
verwendet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die Batteriespannungs-Messvorrichtung ferner
umfassen: einen Kapazitätsabschnitt,
um eine Batteriespannung jedes der Batterieblöcke über den ersten Schaltabschnitt
wahlweise zu speichern; und einen zweiten Schaltabschnitt, um die
in dem Kapazitätsabschnitt
gespeicherte Batteriespannung wahlweise in den Pegeländerungsabschnitt
einzugeben, wobei der Pegeländerungsabschnitt
einen Pegel der in dem Kapazitätsabschnitt
gespeicherten Batteriespannung ändert,
die in den Pegeländerungsabschnitt über den
zweiten Schaltabschnitt eingegeben wird.
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Wenn
bei dem oben beschriebenen Aufbau eine Batteriespannung jedes der
Batterieblöcke
in dem Kapazitätsabschnitt
gespeichert ist und anschließend
die in dem Kapazitätsabschnitt
gespeicherte Batteriespannung in den Pegeländerungsabschnitt eingegeben
wird, wird immer dann, wenn die Polarität einer Spannung invertiert
wird, bewirkt, dass die von dem Pegeländerungsabschnitt in den A/D-Umsetzer eingegebene
Spannung in dem Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers liegt, so dass die doppelte
Auflösung
eines herkömmlichen A/D-Umsetzers erreicht
werden kann und eine Wirkung der vorliegenden Erfindung in der Weise,
dass die ursprüngliche
Auflösung
des A/D-Umsetzers vollständig
verwendet werden kann, erreicht werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann: einen dritten Schaltabschnitt,
um eine Referenzspannung des Pegeländerungsabschnitts zu schalten;
und einen ersten Schaltsteuerabschnitt, um den dritten Schaltabschnitt
entsprechend der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern. Der Referenzspannungs-Steuerabschnitt
kann alternativ umfassen: einen Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitt,
um eine Referenzspannung für
den Pegeländerungsabschnitt
zu erzeugen; und einen Referenzspannungserzeugungs-Steuerabschnitt,
um einen Ausgang des Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitts entsprechend
der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Um
bei dem oben beschriebenen Aufbau eine Referenzspannung für den Pegeländerungsabschnitt
so zu schalten, dass das Zweifache der Auflösung des A/D-Umsetzers erreicht
wird, wird das Schalten des dritten Schaltabschnitts entsprechend der
Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung gesteuert oder ein Ausgang des Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitts
wird entsprechend der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung gesteuert, wodurch der erforderliche Aufbau
einfach sein kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Steuerung, die entsprechend der Polarität der in
den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung ausgeführt
wird, anhand von im Voraus gespeicherten Tabelleninformationen für die Schaltsteuerung
ausgeführt
werden.
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Wenn
bei dem oben beschriebenen Aufbau die Polarität der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung anhand von im Voraus gespeicherten Tabelleninformationen
für die
Schaltsteuerung vorher bekannt ist, steuert der Referenzspannungs-Steuerabschnitt
den dritten Schaltabschnitt oder den Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitt anhand
der Tabelleninformationen für
die Schaltsteuerung, wodurch der Ausgang der Referenzspannung für den Pegeländerungsabschnitt
einfach gesteuert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird dann, wenn ein im Voraus gesetzter Referenzspannungswert
ausgewählt
wird und falls ein A/D-Umsetzungsausgang
des A/D-Umsetzungsabschnitts einen Maximalwert oder einen Minimalwert
innerhalb eines Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzungsabschnitts
repräsentiert,
die Steuerung, die entsprechend der Polarität der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung ausgeführt
wird, so ausgeführt,
dass der eine im Voraus festgelegte Referenzspannungswert zu dem
anderen im Voraus festgelegten Referenzspannungswert geschaltet
wird.
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Wenn
bei dem oben beschriebenen Aufbau die Polarität der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung in Voraus nicht bekannt ist, wird dann, wenn
ein Referenzspannungswert ausgewählt
wird und falls der Referenzspannungs-Steuerabschnitt feststellt,
dass ein A/D-Umsetzungsausgang des A/D-Umsetzungsabschnitts den
Maximalwert oder den Minimalwert innerhalb des Eingangsspannungsbereichs
des A/D-Umsetzungsabschnitts repräsentiert, der dritte Schaltabschnitt
oder der Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitt so gesteuert, dass
der ausgewählte
Referenzspannungswert zu dem anderen Referenzspannungswert geschaltet wird,
so dass die Referenzspannung für
den Pegeländerungsabschnitt
in einfacher Weise so gesteuert wird, dass sie entsprechend der
Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung ausgegeben wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Batteriespannungs-Messvorrichtung ferner
umfassen: einen vierten Schaltabschnitt, um einen Rückkopplungswiderstandswert
des Pegeländerungsabschnitts
zu ändern,
um so einen Verstärkungsfaktor
zu ändern;
und einen zweiten Schaltsteuerabschnitt, um den vierten Schaltabschnitt
entsprechend der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau kann nicht nur durch das Bewirken,
dass die Eingangsspannung von dem Pegeländerungsabschnitt in den A/D-Umsetzungsabschnitt
in dem Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzungsabschnitts liegt, sondern
auch durch Änderung
des Verstärkungsfaktors
die Auflösung
des A/D-Umsetzungsabschnitts feiner
sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Batteriespannungs-Messvorrichtung:
ein Batteriepack, das mehrere Batterieblöcke enthält; mehrere erste Schaltabschnitte,
wobei jedes Paar benachbarter erster Schaltabschnitte sequentiell
zwei Ausgangsanschlüsse
jedes von mehreren Batterieblöcken,
die in einem Batteriepack enthalten sind, auswählt; einen Pegeländerungsabschnitt,
um einen Pegel einer Batteriespannung jedes Batterieblocks, die
in den Pegeländerungsabschnitt über den
ersten Schaltabschnitt eingegeben wird, zu ändern; einen A/D-Umsetzungsabschnitt,
um eine A/D-Umsetzung der Batteriespannungsdaten, die von dem Pegeländerungsabschnitt ausgegeben
werden, auszuführen;
und einen Referenzspannungs-Steuerabschnitt, um einen Ausgang einer
Referenzspannung des Pegeländerungsabschnitts
entsprechend der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann die Batteriespannungs-Messvorrichtung ferner
umfassen: einen Kapazitätsabschnitt,
um eine Batteriespannung jedes der Batterieblöcke über den ersten Schaltabschnitt
wahlweise zu speichern; und einen zweiten Schaltabschnitt, um die
in dem Kapazitätsabschnitt
gespeicherte Batteriespannung wahlweise in den Pegeländerungsabschnitt
einzugeben, wobei der Pegeländerungsabschnitt
einen Pegel der in dem Kapazitätsabschnitt
gespeicherten Batteriespannung ändert,
die in den Pegeländerungsabschnitt über den
zweiten Schaltabschnitt eingegeben wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Referenzspannungs-Steuerabschnitt umfassen:
einen dritten Schaltabschnitt, um eine Referenzspannung des Pegeländerungsabschnitts
zu schalten; und einen ersten Schaltsteuerabschnitt, um den dritten
Schaltabschnitt entsprechend der Polarität der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Referenzspannungs-Steuerabschnitt umfassen:
einen Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitt, um eine Referenzspannung
für den Pegeländerungsabschnitt
zu erzeugen; und einen Referenzspannungserzeugungs-Steuerabschnitt, um
einen Ausgang des Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitts entsprechend
der Polarität
der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Batteriespannungs-Messvorrichtung ferner
umfassen: einen vierten Schaltabschnitt, um einen Rückkopplungswiderstandswert
des Pegeländerungsabschnitts
zu ändern,
um so einen Verstärkungsfaktor
zu ändern;
und einen zweiten Schaltsteuerabschnitt, um den vierten Schaltabschnitt
entsprechend der Polarität
der in den Pegelände rungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Referenzspannungs-Steuerabschnitt umfassen:
einen dritten Schaltabschnitt, um eine Referenzspannung des Pegeländerungsabschnitts
zu schalten; und einen ersten Schaltsteuerabschnitt, um den dritten
Schaltabschnitt entsprechend der Polarität der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung zu steuern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Steuerung, die entsprechend der Polarität der in
den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung ausgeführt
wird, anhand von im Voraus gespeicherten Tabelleninformationen für die Schaltsteuerung
ausgeführt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird dann, wenn ein im Voraus gesetzter Referenzspannungswert
ausgewählt
wird und falls ein A/D-Umsetzungsausgang des A/D-Umsetzungsabschnitts
einen Maximalwert oder einen Minimalwert innerhalb eines Eingangsspannungsbereichs des
A/D-Umsetzungsabschnitts repräsentiert,
die Steuerung, die entsprechend der Polarität der in den Pegeländerungsabschnitt
eingegebenen Spannung ausgeführt
wird, so ausgeführt,
dass der eine im Voraus festgelegte Referenzspannungswert zu dem
anderen im Voraus festgelegten Referenzspannungswert geschaltet
wird.
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Die
hier beschriebene Erfindung ermöglicht somit
den Vorteil des Schaffens einer Batteriespannungs-Messvorrichtung,
die eine Auflösung
verbessern kann, indem ein vollständiger Eingangsspannungsbereich
eines A/D-Umsetzers verwendet wird, selbst wenn die Polarität einer
Spannung, die in einen Differenzverstärker eingegeben wird, invertiert.
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Diese
und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann
deutlich beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Prinzipschaltplan, der den Aufbau einer elektrischen Schaltung
zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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2 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau eines Batteriepacks
und eines Spannungsmessabschnitts von 1 veranschaulicht;
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3 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau eines Spannungsmessabschnitts
gemäß dem Beispiel
2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau eines Spannungsmessabschnitts
gemäß dem Beispiel
3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau einer herkömmlichen
Batteriespannungs-Messvorrichtung veranschaulicht;
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6A veranschaulicht
genaue Pegel eines Eingangsbereichs eines 10-Bit-A/D-Umsetzers;
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6B veranschaulicht
genaue Pegel eines Eingangsbereichs eines 12-Bit-A/D-Umsetzers;
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7A ist
ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Differenzverstärkers in
dem Fall veranschaulicht, bei dem eine in diesen eingegebene Spannung nichtinvertierend
ist;
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7B ist
ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Differenzverstärkers in
dem Fall veranschaulicht, bei dem eine in diesen eingegebene Spannung
invertierend ist;
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8A ist
eine Darstellung, die ein Beispiel des Eingangsbereichs eines A/D- Umsetzers veranschaulicht,
bei dem eine in einen Differenzverstärker eingegebene Spannung invertierend
ist; und
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8B ist
eine Darstellung, die ein Beispiel des Eingangsbereichs eines A/D-Umsetzers veranschaulicht,
bei dem eine in einen Differenzverstärker eingegebene Spannung nichtinvertierend
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden Beispiele einer Batteriespannungs-Messvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die bei einer elektrischen Schaltung zum Antreiben eines
Elektrofahrzeugs angewendet wird, beschrieben und anschließend wird
ein Spannungsmessabschnitt, der ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, genau beschrieben.
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(Beispiel 1)
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1 ist
ein Prinzipschaltplan, der einen Aufbau einer elektrischen Schaltung 1 zum
Antreiben eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Beispiel 1 der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. In 1 umfasst
die elektrische Schaltung 1 zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs:
ein Batteriepack 2 als Leistungsversorgungsquelle; eine
Batterie-ECU (elektronische Steuereinheit der Batterie) 3 zum
Steuern eines Ausgangs des Batteriepacks 2, durch Erhalten eines
bestimmten Zustands des Batteriepacks 2 (z. B. eine Batterie-Restkapazität; SOC);
eine Fahrzeug-ECU (elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs) 4 zum
Steuern von Komponenten des Elektrofahrzeugs; einen Wechselrichter 5 zum
Umsetzen einer Batteriespannung von dem Batteriepack 2 in eine
vorgeschriebene 3-Phasen-Hochspannung; und einen Elektromotor 6 zum
Drehen einer (nicht gezeigten) Welle des Elektrofahrzeugs z. B.
durch eine 3-Phasen-Hochspannungsleistung vom Wechselrichter 5.
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Das
Batteriepack 2 (das auch als "Primärbatterie" oder "Hauptbatterie" bezeichnet wird)
enthält mehrere
in Reihe geschaltete Batterieblöcke 21 (wobei
jeder der Batterieblöcke 21 mehrere
Batteriezellen enthält).
Ein Wert einer Spannung, die von jedem der Batterieblöcke 21 ausgegeben
wird, beträgt
z. B. 20 V Gleichspannung. Der Maximalwert einer Spannung, die von
allen Batterieblöcken 21 ausgegeben wird,
beträgt
etwa 400 V Gleichspannung.
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Die
Batterie-ECU 3 enthält
einen Spannungsmessabschnitt 31, einen Temperaturmessabschnitt 32,
einen Strommessabschnitt 33, einen Restkapazität- (SOC)
Berechnungs- (oder Erfassungs-) Abschnitt 34, einen Abschnitt 35 zur
Berechnung einer zulässigen
Eingangs/Ausgangsleistung und einen Kommunikationsabschnitt 36.
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Der
Spannungsmessabschnitt 31 misst eine Batteriespannung jedes
der Batterieblöcke 21 des Batteriepacks 2.
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Das
Batteriepack 2 enthält
mehrere Temperatursensoren 321, die an geeigneten Stellen
zur zuverlässigen
Temperaturerfassung vorgesehen sind. Der Temperaturmessabschnitt 32 misst
anhand eines Sensorausgangs von dem Temperatursensor 321 allen
Stellen, an denen die Temperatursensoren 321 angeordnet
sind, eine Batterietemperatur, die infolge der von dem Batteriepack 2 erzeugten
Wärme unterschiedlich
ist.
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Der
Strommessabschnitt 33 erfasst einen Batteriestrom, der
durch einen geschlossenen Stromkreis zwischen dem Batteriepack 2 und
dem Wechselrichter 5 fließt, durch magnetische Kompensation
(oder über
den Nebenschlusswiderstand).
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Der
Restkapazitäts-Erfassungsabschnitt 34 erfasst
eine Restkapazität
SOC jedes der Batterieblöcke 21 anhand
eines Batteriespannungs-Messwerts, der für jeden Batterieblock 21 gemessen
wird, eines Strommesswerts, der durch den Strommessabschnitt 33 gemessen
wird, und eines Batterietemperatur-Messwerts, der durch den Temperaturmessabschnitt 32 gemessen
wird.
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Der
Abschnitt 35 zur Berechnung einer zulässigen Eingangs/Ausgangsleistung
empfängt
Daten, die den Batteriespannungs-Messwert, der für jeden Batterieblock 21 gemessen
wird, repräsentieren, den
Batterietemperatur-Messwert und einen Wert der Restkapazität SOC. Der
Abschnitt 35 zur Berechnung einer zulässigen Eingangs/Ausgangsleistung berechnet
z. B. eine zulässige
Ausgangsleistung, die angibt, wie viel elektrische Leistung ein
Fahrzeug momentan ausgeben kann, oder eine zulässige Eingangsleistung, die
angibt, wie viel elektrische Leistung in einem Fahrzeug momentan
erzeugt wird.
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Der
Kommunikationsabschnitt 36 überträgt die Informationen der zulässigen Eingangs/Ausgangsleistung
an die Fahrzeug-ECU 4.
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Die
Fahrzeug-ECU 4 erfasst zum Beispiel, dass ein Zündschlüssel IG
eingeschaltet wurde und schaltet Schalter 41 und 42 ein,
so dass die Batterieleistung vom Batteriepack 2 in den
Wechselrichter 5 eingegeben wird. Wenn z. B. eine gemessene
Batterietemperatur extrem hoch ist, unterdrückt die Fahrzeug-ECU einen
Ausgang vom Wechselrichter 5 gemäß einem Wert der zulässigen Eingangs/Ausgangsleistung,
der von dem Abschnitt 35 zur Berechnung einer zulässigen Eingangs/Ausgangsleistung
ausgegeben wird, bis die Batterietemperatur auf eine vorgeschriebene
Batterietemperatur (z. B. 60 °C
oder weniger) fällt.
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Der
Spannungsmessabschnitt 31, der ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung ist, wird später genau
beschrieben.
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2 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau des Batteriepacks 2 und
des Spannungsmessabschnitts 31 von 1 veranschaulicht. In 2 umfasst
der Spannungsmessabschnitt 31, der eine Komponente der
Batteriespannungs-Messvorrichtung
ist: mehrere Schalter 311 (erste Schaltabschnitte), wobei
jedes Paar benachbarter Schalter 311 zwei Ausgangsanschlüsse 21a jedes
der Batterieblöcke 21,
die in dem Batteriepack 2 enthalten sind, auswählt; einen
Kondensator 312 (Kapazitätsabschnitt), um wahlweise
eine Batteriespannung jedes der Batterieblöcke 21 auszuwählen; und
Schalter 313 (zweite Schaltabschnitte), um wahlweise die
Batteriespannung, die in dem Kondensator 312 gespeichert
ist, in den Differenzverstärker 314 einzugeben.
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Der
Spannungsmessabschnitt 31 umfasst ferner: den Differenzverstärker 314 (Differenzverstärkerabschnitt
und/oder einen Verstärkungsfaktor-Einstellabschnitt
(Pegeländerungsabschnitt));
einen A/D-Umsetzer 315 (A/D-Umsetzungsabschnitt), um eine
A/D-Umsetzung eines Ausgangs vom Differenzverstärker 314 auszuführen; einen
Schalter 316 (dritter Schaltabschnitt), um eine Referenzleistungsquelle
des Differenzverstärkers 314 zu
schalten; und eine Schaltsteuereinheit 317 (Referenzspannungs-Steuerabschnitt
oder erster Schaltsteuerabschnitt), um den Schalter 316 entsprechend
der Polarität
einer Spannung, die in den Differenzverstärker 314 eingegeben
wird, zu steuern, um einen Ausgang von Referenzleistungsquellen
des Differenzverstärkers 314 zu steuern.
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Jeder
der mehreren Schalter 311 ist an einem Ende mit einem Ausgangsanschluss 321a der mehreren
Batterieblöcke 21 und
am anderen Ende mit einer Leitung des Leitungspaars 318a und 318b verbunden.
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Der
Kondensator 312 speichert vorübergehend eine Batteriespannung,
die über
zwei vorgesehene Schalter 311 von zwei Ausgangsanschlüssen 21a jedes
der Batterieblöcke 21 eingegeben
wird.
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Jeder
der beiden Ausgangsanschlüsse
(Ausgangsseite) der Schalter 313 ist mit einem der beiden Eingangsanschlüsse des
Differenzverstärkers 314 verbunden
und wird verwendet, um zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des
Differenzverstärkers 314 und
den beiden Elektroden des Kondensators 312 zu verbinden
oder zu trennen.
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Der
Differenzverstärker 314 verstärkt die Batteriespannung
(z. B. 20 V Gleichspannung) des Kondensators 312 differentiell,
die über
die Schalter 313 in den Differenzverstärker 314 eingegeben
wird, so dass ein Wert der Eingangsspannung in einem Eingangsspannungsbereich
des A/D-Umsetzers 315 von z. B. 5 V Gleichspannung liegt.
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Der
A/D-Umsetzer 315 führt
eine A/D-Umsetzung der Spannung, die von dem Differenzverstärker 314 ausgegeben
wird, entsprechend dem Eingangsspannungsbereich (von 0 V bis 5 V
Gleichspannung) des A/D-Umsetzers 315 aus.
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An
dem Schalter 316 sind zwei vorgeschriebene Offsetspannungen
(die Referenzspannungen 5 V. Gleichspannung oder 0 V) vorhanden,
die von dem Referenzleistungsquellen an den Differenzverstärker 314 ausgegeben
werden. Der Schalter 316 schaltet zwischen den Offsetspannungsquellen
(5 V Gleichspannung oder 0 V), so dass eine der Offsetspannungsquellen
mit einem Eingangsanschluss des Differenzverstärkers 314 verbunden
ist.
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Die
Schaltsteuereinheit 317 ist ein Mikrocomputer und enthält einen
ROM 317a, um ein Spannungsmessungs-Steuerprogramm zum Messen
einer Spannung jedes der Batterieblöcke 21 und eine Vielzahl
von Daten, die das Steuerprogramm betreffen, zu speichern, eine
CPU 317b (zentrale Verarbeitungseinheit), um eine Spannungsmessungs-Steuerverarbeitung
anhand des Steuerprogramms auszuführen, und einen RAM 317c,
um Daten zu speichern, die für
die CPU 317b zum Ausführen
einer Vielzahl von Operationen erforderlich sind.
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Als
Daten, die ein Schaltsteuerprogramm betreffen, das in dem Spannungsmessungs-Steuerprogramm
enthalten ist, werden z. B. Steuertabelleninformationen, die Ein/Aus-Steuerinhalte
für die
Schalter 311, 313 und 316 enthalten,
im Voraus in dem ROM 317a gespeichert. Die Schaltsteuereinheit 317 führt die
Ein/Aus-Steuerung
der Schalter 311 und 313 aus und steuert den Schalter 316 entsprechend
der Steuertabelle. In der Steuertabelle wird in Abhängigkeit
davon, ob eine in den Differenzverstärker 314 eingegebene
Spannung positiv oder negativ ist und welcher Batterieblock 21 ausgewählt ist,
die Ein/Aus-Steuerung der mehreren Schalter 311 entschieden
und dadurch wird eine Betätigung
des Schalters 316 so eingestellt, dass eine der Referenzleistungsquellen
0 V oder 5 V Gleichspannung anhand der Polarität (positiv oder negativ) der
Eingangsspannung ausgewählt wird.
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Wenn
die Schaltsteuereinheit 317 den Schalter 316 steuert,
steuert die Schaltsteuereinheit 317 den zeitlichen Ablauf
der gesamten Operation des Spannungsmessabschnitts 31 und
dadurch kann die Polarität
einer in den Differenzverstärker 314 eingegebenen
Spannung unter Verwendung der Schaltsteuereinheit 317 im
Voraus bestimmt werden. Demzufolge steuert die Schaltsteuereinheit 317 den Schalter 316 anhand
der Steuertabelle, um eine die Spannung einer Referenzleistungsquelle
(0 V oder 5 V Gleichspannung), die entsprechend der Polarität der Eingangsspannung
ausgewählt
wurde, in einen der Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers 314 einzugeben.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau wird ein Betrieb des Spannungsmessabschnitts 31 nachfolgend
beschrieben. In 1 wird der (nicht gezeigte)
Zündschlüssel IG
eingeschaltet, um die Fahrzeug-ECU 4 anzusteuern, und die
beiden Schalter 41 und 42, die an beiden Ende
des Batteriepacks 2 an Ausgangsanschlüsse angeschlossen sind, werden eingeschaltet,
so dass elektrische Leistung vom Batteriepack 2 an den
Wechselrichter 5 geliefert wird. Der Wechselrichter 5 setzt
die elektrische Leistung vom Batteriepack 2 in eine 3-Phasen-Hochspannung um
und liefert diese an den Elektromotor 6. Der Elektromotor 6 dreht
eine Welle des Fahrzeugs, damit das Fahrzeug fährt.
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Wenn
in 2 eine Batterieausgangsspannung jedes der Batterieblöcke 21 gemessen
wird, schaltet die Schaltsteuereinheit 317 zum Speichern einer
Batteriespannung eines ersten Batterieblocks 21 in dem
Kondensator 312 anhand der Steuertabelle einen der beiden
Schalter 311, die jeweils mit einem der beiden entsprechenden
Ausgangsanschlüssen 21a des
ersten Batterieblocks 21 verbunden sind, ein (wobei der
andere Schalter 311 ausgeschaltet bleibt). In der Zwischenzeit
werden die Schalter 313 ausgeschaltet, um die Elektroden
des Kondensators 312 von den Eingangsanschlüssen des
Differenzverstärkers 314 zu
trennen.
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Alle
Schalter 311 werden ausgeschaltet, um den Kondensator 312 von
allen Batterieblöcken 21 zu trennen,
und anschließend
werden die Schalter 313 eingeschaltet, um die Batteriespannung
des ersten Batterieblocks (z. B. 20 V Gleichspannung), die in dem
Kondensator 312 gespeichert ist, in den Differenzverstärker 314 einzugeben.
Zu diesem Zeitpunkt steuert die Schaltsteuereinheit 317 den
Schalter 316 anhand der Steuertabelle, um die Referenzspannung 0
V auszuwählen.
Folglich gibt der Differenzverstärker 314 eine
Spannung aus, derart, dass der vollständige Eingangsspannungsbereich
(von 0 V bis 5 V Gleichspannung) des A/D-Umsetzers 315 verwendet werden
kann.
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Eine
A/D-Umsetzung der Batteriespannung (Erfassung der Batteriespannung),
die (für
eine Verstärkungsfaktoreinstellung
oder eine Spannungseinstellung) durch den Differenzverstärker 314 differentiell
verstärkt
wurde, wird durch den A/D-Umsetzer 315 bei seiner ursprünglichen
Auflösung
ausgeführt. Daten
(digitale Daten), die der erfassten Batteriespannung entsprechen,
die von dem A/D-Umsetzer 315 ausgegeben wurde, werden in
einer folgenden Stufe von einem (nicht gezeigten) Mikrocomputer
gelesen.
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Um
eine Batteriespannung des zweiten Batterieblocks 21 in
dem Kondensator 312 zu speichern, schaltet anschließend die
Schaltsteuereinheit 217 anhand der Steuertabelle jeden
der beiden Schalter 311 ein, die jeweils mit einem der
beiden Ausgangsanschlüsse 21a des
zweiten Batterieblocks verbunden sind (wobei die anderen Schalter 311 ausgeschaltet
bleiben). Zu diesem Zeitpunkt besitzt die in dem Kondensator 312 gespeicherte
Batteriespannung eine invertierte Polarität zu der Spannung, die von
dem ersten Batterieblock 21 abgeleitet wurde.
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Die
Schaltsteuereinheit 317 schaltet anhand der Steuertabelle
alle Schalter 311 aus, um den Kondensator 312 von
allen Batterieblöcken 21 zu
trennen, und schaltet die Schalter 313 ein, um die Batteriespannung
des zweiten Batterieblocks (z. B. 20 V Gleichspannung), die in dem
Kondensator 312 gespeichert ist, in den Differenzverstärker 314 einzugeben.
In der Zwischenzeit steuert die Schaltsteuereinheit 317 den
Schalter 316 anhand der Steuertabelle, um die Referenzspannung 5
V Gleichspannung auszuwählen.
Folglich gibt der Differenzverstärker 314 eine
Spannung aus, derart, dass der gesamte Eingangsspannungsbereich
(5 V Gleichspannung bis 0 V) des A/D-Umsetzers 315 verwendet
werden kann.
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Eine
A/D-Umsetzung der Batteriespannung (Erfassung der Batteriespannung),
die (für
eine Verstärkungsfaktoreinstellung
oder eine Spannungseinstellung) durch den Differenzverstärker 314 differentiell
verstärkt
wurde, wird durch den A/D-Umsetzer 315 bei seiner ursprünglichen
Auflösung
ausgeführt. Daten
(digitale Daten), die der erfassten Batteriespannung entsprechen,
die von dem A/D-Umsetzer 315 ausgegeben wurde, werden in
einer folgenden Stufe von einem (nicht gezeigten) Mikrocomputer
gelesen.
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Wie
oben beschrieben wurde, steuert die Schaltsteuereinheit 317 gemäß dem Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung anhand der Steuertabelle, die entsprechend
der Polarität
der in den Differenzverstärker 314 eingegebenen
Spannung eingestellt ist, den Schalter 316 zwischen den
Referenzspannungen (0 V und 5 V Gleichspannung), die von der Referenzleistungsquelle
an den Differenzverstärker 314 ausgegeben
werden. Jedes Mal, wenn die Polarität einer Spannung invertiert
wird, kann die Schaltsteuereinheit 317 bewirken, dass eine
Eingangsspannung von dem Differenzverstärker 314 in den A/D-Umsetzer 315 in
dem Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers 315 liegt.
Dadurch ist es nicht erforderlich, wie in der herkömmlich erforderlichen
Weise zwangsläufig
nur eine Hälfte
des Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzers 315, die
jeweils einer der entgegengesetzten Polaritäten zugewiesen ist, zu verwenden.
Demzufolge kann gemäß der vorliegenden
Erfindung der gesamte Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers 315 verwendet
werden, so dass die doppelte Auflösung eines herkömmlichen
A/D-Umsetzers erreicht werden kann und die ursprüngliche Auflösung des A/D-Umsetzers 315 kann
vollständig
verwendet werden.
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(Beispiel 2)
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Um
im Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung den vollständigen Dynamikbereich (Eingangsspannungsbereich)
des A/D-Umsetzers 315 zu verwenden, schaltet der Schalter 316 die
Referenzspannungen für
den Differenzverstärker 314 anhand
der Steuertabelle, die entsprechend der invertierenden Polarität (positiv
oder negativ) einer Spannung, die in den Differenzverstärker 314 eingegeben
wird, eingestellt ist. Im Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung
wird die Referenzspannung für
den Differenzverstärker 314 als
eine Ausgangsspannung (Offsetspannung) des A/D-Umsetzers 316A anhand der Steuertabelle,
die entsprechend der invertierenden Polarität der Eingangsspannung eingestellt
ist, erzeugt.
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3 ist
ein Schaltplan, der ein Beispiel eines Aufbaus eines Spannungsmessabschnitts
gemäß dem Beispiel
2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 3 sind
Komponenten, die ähnliche
Wirkungen erzielen wie die von den Komponenten der 1 und 2 erreichten
Wirkungen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deswegen
wird ihre Beschreibung weggelassen.
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In 3 enthält ein Spannungsmessabschnitt 31A,
der eine Komponente der Batteriespannungs-Messvorrichtung ist, einen
D/A-Umsetzer 316A (Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitt), eine
Referenzspannung für
den Differenzverstärker 314A zu ändern, und
eine Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A (Referenzspannungserzeugungs-Steuerabschnitt),
um die Referenzspannung, die von dem D/A-Umsetzer 316A ausgegeben wird,
anhand der Steuertabelle zu steuern.
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Der
D/A-Umsetzer 316A ist geeignet, eine gewünschte Referenzspannung
entsprechend Steuerdaten von der Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A auszugeben.
Der D/A-Umsetzer 316A ist eine Komponente, die in einer
CPU enthalten oder eine integrierte Schaltung (IC) sein kann.
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Die
Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A gibt die
Steuerdaten an den D/A-Umsetzer 316A anhand der Steuertabelle
aus, die Schaltsteuerungs-Ausgabeinhalte
enthält,
die Ein/Aus-Daten der Schalter 311 und 313 entsprechen.
In diesem Fall wird die Polarität
einer Spannung, die in den Differenzverstärker 314 eingegeben
wird, durch die Ein/Aus-Daten der Schalter 311 und 313 bestimmt.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau gemäß dem Beispiel 2 der vorliegenden
Erfindung ist der D/A-Umsetzer 316A geeignet, zwei unterschiedliche festgelegte
Referenzspannungswerte auszugeben und dadurch kann der D/A-Umsetzer 316A in
der gleichen Weise wirken wie der Schalter 316 mit den beiden
Spannungsquellen (5 V Gleichspannung und 0 V) vom Beispiel 1 der
vorliegenden Erfindung und bewirken, dass der A/D-Umsetzer 315 Das
Zweifache der herkömmlich
verwendeten Auflösung
besitzt.
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In
den Beispielen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung wurden die Schaltsteuereinheit 317 und die
Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A unter Bezugnahme
auf den Fall beschrieben, bei dem die Polarität der Spannung, die in den
Differenzverstärker 314 eingegeben
wird, vorher bekannt ist, wobei der Zeitablauf der gesamten Operation
des Spannungsmessabschnitts 31 gesteuert wird. Die vorliegende
Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt und
selbst dann, wenn die Polarität
der Spannung, die in den Differenzverstärker 314 eingegeben
wird, vorher nicht bekannt ist, kann dieser Fall bewältigt werden,
solange einer von im Voraus festgelegten Referenzspannungswerten
ausgewählt wird.
Wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein im Voraus festgelegter Referenzspannungswert
korrekt ist, zwei zu eins ist, kann ein korrekter Ausgangswert erhalten
werden. Falls der Wert der Eingangsspannung nicht dem im Voraus
festgelegten Referenzspannungswert entspricht, wenn eine Batteriespannung, die
von dem A/D-Umsetzer 315 erfasst wurde, in die Schaltsteuereinheit 317 (oder
in die Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A von 3) eingegeben
wird, wie in 2 durch die gestrichelte Linie
angegeben ist, und eine CPU (oder die Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A)
einen Wert der erfassten Batteriespannung liest, entspricht der
Wert der erfassten Batteriespannung nicht dem ursprünglichen
Eingangsspannungsbereich (von 0 V bis 5 V Gleichspannung) des A/D-Umsetzers 315.
Die CPU (der Mikrocomputer) stellt jedoch fest, dass die Eingangsspannung
in dem Eingangsspannungsbereich einen Maximal- oder Minimalwert aufweist.
Der hier beschriebene "Maximalwert" oder "Minimalwert" enthält Werte
der Batteriespannungen, die größer als
die maximale Spannung in dem Eingangsspannungsbereich bzw. kleiner
als die minimale Spannung in dem Eingangsspannungsbereich sind.
Unmittelbar nachdem die Schaltsteuereinheit 317 (oder die
Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A) den Maximal- oder Minimalwert misst,
kann die andere Referenzspannung (der andere im Voraus festgelegte
Referenzspannungswert) ausgewählt
werden, um so ein korrektes Erfassungsergebnis für die gleiche Eingangsspannung
zu erzeugen. Selbst dann, wenn alternativ ein korrekter Wert unter
Verwendung der zuvor ausgewählten,
im Voraus festgelegten Referenzspannung gemessen wird, kann bestätigt werden,
dass der unter Verwendung des zuvor ausgewählten, im Voraus festgelegten
Referenzspannungswerts gemessene Batteriespannungswert korrekt ist,
indem die gleiche Eingangsspannung unter Verwendung des anderen
im Voraus festgelegten Referenzspannungswerts gemessen wird, um
den Maximal- oder
Minimalwert zu erhalten.
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Wenn,
wie oben beschrieben wurde, ein Referenzspannungswert eingestellt
ist und ein A/D-umgesetzter Ausgang (eine erfasste Batteriespannung) des
A/D-Umsetzers 315 den
Maximal- oder Minimalwert innerhalb des Eingangsspannungsbereichs
des A/D-Umsetzers 315 repräsentiert, steuert die Schaltsteuereinheit 317 (oder
die Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit 317A) den
Schalter 316 (oder den D/A-Umsetzer 316A) in der
Weise, dass der andere Referenzspannungswert entsprechend der Polarität der in
den Differenzverstärker 314 eingegebenen
Spannung ausgewählt
wird. Folglich ist es selbst dann, wenn die Polarität einer
in den Differenzverstärker 315 eingegebenen
Spannung vorher nicht bekannt ist, möglich, einen Ausgang der Referenzspannung
für den
Differenzverstärker 314 entsprechend
der Polarität
der Eingangsspannung des Differenzverstärkers 314 durch Steuerung
des Schalters 316 (oder des D/A-Umsetzers 316A) einfach zu steuern.
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(Beispiel 3)
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Die
Beispiele 1 und 2 beschreiben den Fall, bei dem der A/D-Umsetzer 315 den doppelten
Wert der herkömmlich
verwendeten Auflösung
erhält.
Im Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung wird die Auflösung des
A/D-Umsetzers 315 auf das Zweifache oder mehr (mehrfach)
vergrößert.
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4 ist
ein Schaltplan, der einen beispielhaften Aufbau eines Spannungsmessabschnitts
gemäß dem Beispiel
3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In 4 erfasst
eine Steuereinheit 317B ähnlich wie im Beispiel 2 eine
Batteriespannung unter Verwendung des doppelten Werts der herkömmlich verwendeten
Auflösung
des A/D-Umsetzers 315. Die Steuereinheit 317B funktioniert
außerdem
als eine Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit für die gleiche
Eingangsspannung und als ein zweiter Schaltsteuerabschnitt zum Steuern
der Schalter 319 und 320 (vierter Schaltabschnitt),
um einen Rückkopplungswiderstandswert eines
Differenzverstärkers 314B zu ändern. Die
Referenzspannungserzeugungs-Steuereinheit steuert einen Ausgang
einer Referenzspannung von dem D/A-Umsetzer 316B (Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitte)
entsprechend der Polarität
einer Spannung, die in den Differenzverstärker 314B eingegeben
wird. Der zweite Schaltsteuerabschnitt steuert die Schalter 319 und 320,
die die vierten Schaltsteuerabschnitte darstellen, die mit Widerständen in
Reihe geschaltet sind, die einen Verstärkungsfaktor G entsprechend
der Polarität
einer Spannung, die in den Differenzverstärker 314B eingegeben
wird, bestimmen.
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Mit
anderen Worten, bei der zweiten Batteriespannungsmessung ändert die
Steuereinheit 317B den Verstärkungsfaktor G und einen Ausgangsspannungswert
des D/A-Umsetzers 316B unter Verwendung der Schalter 319 u 320,
so dass ein Offsetspannungswert geändert wird, wodurch ein Ausgangsspannungswert
des Differenzverstärkers 314B in
der Weise gesteuert wird, dass er in dem Eingangsspannungsbereich
(von 0 V bis 5 V Gleichspannung) des A/D-Umsetzers 315 liegt.
Folglich kann die herkömmlich
verwendete Auflösung
des A/D-Umsetzers 315 auf das Zweifache oder mehr (auf
das Mehrfache) vergrößert werden.
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Bei
dem oben beschriebenen Aufbau wird zuerst eine Batteriespannung,
z. B. 20 V Gleichspannung unter Verwendung der ursprünglichen
Auflösung
des A/D- Umsetzers 315 gemessen.
Um die Batteriespannung (20 V Gleichspannung) genauer zu messen,
werden anschließend
Widerstandswerte, die zum Erhalten des Verstärkungsfaktors G des Differenzverstärkers 314B verwendet
werden, durch Schalten der Schalter 319 und 320 in
der Weise gesteuert, dass der zweifache Wert des Verstärkungsfaktors
G erhalten wird. Wenn z. B. ein Wert der Eingangsspannung 4 V Gleichspannung
beträgt,
bewirkt jedoch die oben beschriebene Operation lediglich, dass eine
Spannung von 8 V Gleichspannung in den A/D-Umsetzer 315 eingegeben
wird. Wenn in diesem Fall ein Ausgangsspannungswert des D/A-Umsetzers 316B so
geändert
wird, dass ein Offsetspannungswert auf –5 V Gleichspannung eingestellt
wird, ist der Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers 315 gegeben
als (8 V Gleichspannung – 5
V Gleichspannung) = 3 V Gleichspannung, so dass der Eingangsspannungswert
den Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers 315 nicht übersteigt
und die Batteriespannung kann als ein Spannungswert gemessen werden,
der 3 V Gleichspannung entspricht. Darüber hinaus kann durch das Verdoppeln des
Verstärkungsfaktors
G die ursprüngliche
Auflösung
des A/D-Umsetzers 315 auf das Zweifache vergrößert werden,
was mit dem Vierfachen (das Mehrfache, wie oben beschrieben wurde)
der ursprünglich verwendeten
Auflösung
gleichbedeutend ist.
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Bei
dem oben beschriebenen Verfahren wird bewirkt, dass eine Spannung,
die von dem Differenzverstärker 314B in
den A/D-Umsetzer 315 eingegeben wird, in dem Eingangsspannungsbereich
des A/D-Umsetzers 315 liegt. Darüber hinaus kann durch Änderung
des Verstärkungsfaktors
G des Differenzverstärkers 314B eine
Batteriespannung unter Verwendung einer genaueren Auflösung des
A/D-Umsetzers 315,
d. h. eines Mehrfachen der herkömmlich verwendeten
Auflösung
gemessen werden. Dadurch kann eine Batteriespannungs-Messleistung
stark verbessert werden. Die Batteriespannung kann alternativ unter
Verwendung eines kostengünstigen
Universal-A/D-Umsetzers mit einer Auflösung, die feiner als die volle
Auflösung
des A/D-Umsetzers 315 ist, gemessen werden und dadurch
werden eine Verringerung der Kosten, der Belegungsfläche und
von Ausgaben, die für
eine zuverlässige
Bewertung erforderlich sind, usw. erwartet. Es ist demzufolge sehr vorteilhaft,
dass der Universal-A/D-Umsetzer verwendet werden kann, da eine schnelle
Messung einer Batteriespannung, eines Batteriestroms, einer Batterietemperatur
usw. mit hoher Genauigkeit und großer Auflösung nicht nur für ein Elektrofahrzeug ausgeführt werden
müssen,
sondern für
alle Vorrichtungen, die eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine wiederaufladbare
Lithiumionen-Batterie usw. verwenden, bei denen für die Steuerung
des Betriebs dieser Vorrichtung ein Zustand der Kapazität genau erhalten
werden muss.
-
Die
Beispiele 1 bis 3 haben den Fall beschrieben, bei dem die Batteriespannungs-Messvorrichtung der
vorliegenden Erfindung bei einem Elektrofahrzeug angewendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen derartigen
Fall beschränkt,
die Batteriespannungs-Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung
kann bei jeder Vorrichtung angewendet werden, solange diese unter
Verwendung von elektrischer Energie des Batteriepacks 2,
das mehrere Batterieblöcke 21 enthält, angetrieben
wird. In diesem Fall können ähnliche
Wirkungen wie die der Beispiele 1 bis 3 erreicht werden.
-
Die
Beispiele 1 bis 3 haben außerdem
den Fall beschrieben, bei dem ein Pegel einer Batteriespannung unter
Verwendung eines Differenzverstärkers
(ein Differenzverstärkerabschnitt)
geändert
wird. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen derartigen Fall
beschränkt,
wobei ein Pegel der Batteriespannung unter Verwendung einer Spannungsteilerschaltung,
die einen Widerstand enthält,
geändert wird
und ähnliche
Wirkungen wie die der Beispiele 1 bis 3 erreicht werden können.
-
Wie
oben beschrieben wurde, steuert gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Referenzspannungs-Steuerabschnitt einen Ausgang einer Referenzspannung
für einen
Pegeländerungsabschnitt entsprechend
der invertierten Polarität
einer Spannung, die in den Pegeländerungsabschnitt
eineggeben wird, so dass jedes Mal dann, wenn die Polarität einer
Spannung invertiert wird, die Eingangsspannung von dem Pegeländerungsabschnitt
in einen A/D-Umsetzer in einem Eingangsspannungsbereich des A/D-Umsetzers
liegen kann. Dadurch ist es nicht erforderlich, zwangsläufig wie
in der herkömmlich
erforderlichen Weise jeweils lediglich eine der Hälften des
Eingangsspannungsbereichs des A/D-Umsetzers, die den entgegengesetzten
Polaritäten
zugeordnet sind, zu verwenden, wobei der gesamte Eingangsspannungsbereich
des A/D-Umsetzers verwendet werden kann, so dass das Zweifache der
Auflösung
eines herkömmlichen
A/D-Umsetzers erreicht werden kann und die ursprüngliche Auflösung des A/D-Umsetzers
vollständig
verwendet werden kann.
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Wenn
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Batteriespannung jedes der Batterieblöcke in einem
Kapazitätsabschnitt
gespeichert wird und die in dem Kapazitätsabschnitt gespeicherte Batteriespannung
dann in den Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, wird jedes Mal dann, wenn die Polarität einer
Spannung invertiert wird, bewirkt, dass die Spannung, die von dem
Pegeländerungsabschnitt
in dem A/D-Umsetzer eingegeben wird, in dem Eingangsspannungsbereich
des A/D-Umsetzers liegt, so dass das Zweifache der Auflösung eines
herkömmlichen A/D-Umsetzers
erreicht werden kann und es kann eine Wirkung der vorliegenden Erfindung
in der Weise, dass die ursprüngliche
Auflösung
des A/D-Umsetzers vollständig
verwendet werden kann, erreicht werden.
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Um
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Referenzspannung für den Pegeländerungsabschnitt so zu schalten,
dass das Zweifache der Auflösung des
A/D-Umsetzers erreicht wird, wird das Schalten des dritten Schaltabschnitts
entsprechend der Polarität
der Spannung, die in den Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, gesteuert oder ein Ausgang des Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitts
wird entsprechend der Polarität
der Spannung, die in den Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, gesteuert, wodurch der erforderliche Aufbau einfach
sein kann.
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Wenn
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Polarität
der Spannung, die in den Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, anhand von im Voraus gespeicherten Tabelleninformationen
für die
Schaltsteuerung vorher bekannt ist, steuert der Referenzspannungs-Steuerabschnitt
den dritten Schaltabschnitt anhand der Tabelleninformationen für die Schaltsteuerung,
wodurch der Ausgang der Referenzspannung für den Pegeländerungsabschnitt einfach gesteuert
werden kann.
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Wenn
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Polarität
der Spannung, die in den Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, vorher unbekannt ist, wird dann, wenn ein Referenzspannungswert
ausgewählt wird
und falls der Referenzspannungs-Steuerabschnitt
feststellt, dass ein A/D-Umsetzungsausgang des A/D-Umsetzungsabschnitts
den Maximalwert oder den Minimalwert innerhalb des Eingangsspannungsbereichs
des A/D-Umsetzungsabschnitts repräsentiert, der dritte Schaltabschnitt
oder der Referenzspannungs-Erzeugungsabschnitt in der Weise gesteuert,
dass der ausgewählte
Referenzspannungswert zu dem anderen Referenzspannungswert geschaltet
wird, so dass die Referenzspannung für den Pegeländerungsabschnitt einfach so
gesteuert wird, dass sie entsprechend der Polarität der Spannung,
die in den Pegeländerungsabschnitt
eingegeben wird, ausgegeben wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann nicht nur durch das Bewirken, dass die Eingangsspannung
von dem Pegeländerungsabschnitt
in den A/D-Umsetzungsabschnitt in dem Eingangsspannungsbereich des
A/D-Umsetzungsabschnitts liegt, sondern außerdem durch das Ändern eines
Verstärkungsfaktors
des Pegeländerungsabschnitts
die Auflösung
des A/D-Umsetzungsabschnitts feiner sein.
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Die
Batteriespannungs-Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann sowohl das Batteriepack 2 als auch den Spannungsmessabschnitt 31 enthalten
oder kann nur den Spannungsmessabschnitt 31 enthalten,
ohne dass das Batteriepack 2 enthalten ist.
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Verschiedene
weitere Modifikationen werden einem Fachmann erscheinen und können in
einfacher Weise ausgeführt
werden, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.