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CN105452882A - 电池监视装置 - Google Patents

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CN105452882A
CN105452882A CN201480042911.9A CN201480042911A CN105452882A CN 105452882 A CN105452882 A CN 105452882A CN 201480042911 A CN201480042911 A CN 201480042911A CN 105452882 A CN105452882 A CN 105452882A
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Abstract

即使在电池电压上叠加较大的纹波电压，也精度良好地测定电池电压。电池监视装置(1)中，电源电路(13)基于从电池组(2)输入的基准电压(17)，生成用于驱动选择电路(11)的各开关元件(110p、111p、111m和112m)的驱动电压(18)并将该驱动电压供给到选择电路(11)。基准电压(17)从电池组(2)经由检测用滤波电路(120)输入到电源电路(13)。由此，从电池组(2)向电源电路(13)输入基准电压(17)的路径的时间常数与检测用滤波电路(120～122)的时间常数大致相等。

Description

电池监视装置
技术领域
本发明涉及电池监视装置。
背景技术
以往，已知监视由单个或多个电池组合而成的电池组并进行必要的控制的电池监视装置。在这样的电池监视装置中，检测各电池的电压，在判断为处于过充电等不安全的状态的情况下采取切断电流等措施，从而能够避免各电池处于危险的状态。
上述电池监视装置中，作为用于检测各电池的电压的电路结构，例如已知以下专利文献1所公开的半导体电路。该半导体电路具备由与各电池对应地设置有开关的多路复用器(multiplexer)构成的电池选择电路，利用A/D转换电路对用该电池选择电路选择的电池的电压进行测定。
一般而言，半导体电路中的多路复用器，是将nMOS开关、即使用了n型沟道的金属氧化膜半导体晶体管的开关组合起来而构成的。检测用这样的多路复用器选择的电池的电压的情况下，为了降低检测误差，优选充分确保各nMOS开关的栅极-源极间电压而将导通电阻抑制为一定以下。为此，需要对多路复用器的各nMOS开关供给比电池电压高几V程度的驱动电压。专利文献1中，从多个电池中的最上位的电池经由RC滤波器供给电池选择电路的电源电压。
另外，如逆变器那样产生高频的电流噪声的负载与电池组连接的情况下，该电流噪声引起的纹波电压被叠加在电池电压上，因而产生电池电压的检测误差。专利文献1中，在半导体电路与各电池之间，设置有用于除去纹波电压的低通滤波器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-44768号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献1中公开的半导体电路那样，在电源电压的供给线和电池电压的检测线中分别设置有滤波器的情况下，电源电压的供给线中设置的滤波器中流过比较大的电流。因此，优选尽量减小构成该滤波器的电阻器的电阻值。另一方面，电池电压的检测线中设置的滤波器中，为了有效地除去纹波电压，优选尽量增大滤波器的时间常数。因此，现有的电池监视装置中，电源电压的供给线中的滤波器和电池电压的检测线中的滤波器，一般而言时间常数不同。
如上所述，在电源电压的供给线和电池电压的检测线中分别使用时间常数不同的滤波器的情况下，在与电池电压的变动相应地从这些滤波器输出的电压波形之间，产生与滤波器的时间常数相应的差异。因此，在电池电压上叠加较大的纹波电压时，不能够在向多路复用器输入的电源电压与电池电压之间确保充分的电位差，结果各nMOS开关的栅极电压不足，有可能产生电池电压的检测误差。现有的电池监视装置中，存在这样的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的。其主要目的在于提供一种即使在电池电压上叠加较大的纹波电压，也能够精度良好地测定电池电压的电池监视装置。
解决技术问题的技术手段
本发明的电池监视装置是用于控制由单个或多个电池构成的电池组的装置，该电池监视装置包括：选择电路，其具有与所述电池组的各电池经由电压检测线分别连接的单个或多个开关元件，用所述开关元件从所述电池组的电池中选择作为电压测定对象的电池；电源电路，其基于从所述电池组输入的基准电压，生成用于驱动所述选择电路的各开关元件的驱动电压并将该驱动电压供给到所述选择电路；和检测用滤波电路，其与所述电池组的各电池对应地设置在所述电压检测线上。该电池监视装置中，从所述电池组向所述电源电路输入所述基准电压的路径的时间常数与所述检测用滤波电路的时间常数大致相等。
发明效果
根据本发明的电池监视装置，即使在电池电压上叠加较大的纹波电压，也能够精度良好地测定电池电压。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的电池监视装置的结构的功能框图。
图2是表示经由电源用滤波电路向电源电路输入基准电压的情况下，来自电源用滤波电路和检测用滤波电路的各输出波形与来自电源电路的驱动电压的输出波形的关系的示意图。
图3是表示第一实施方式的电池监视装置的电路结构中的来自电源用滤波电路和检测用滤波电路的各输出波形与来自电源电路的驱动电压的输出波形的关系的示意图。
图4是表示本发明的第二实施方式的电池监视装置的结构的功能框图。
图5是表示第二实施方式的电池监视装置的电路结构中的来自电源用滤波电路和检测用滤波电路的各输出波形与来自电源电路的驱动电压的输出波形的关系的示意图。
图6是表示电源电路的结构的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下用附图说明本发明的第一实施方式的电池监视装置。图1是表示本发明的第一实施方式的电池监视装置1的结构的功能框图。如图1所示，电池监视装置1与电池组2和上级控制器3连接，在其内部设置有：选择电路11；检测用滤波电路120、121和122；电源电路13；电源用滤波电路14；AD转换器15；和电池监视装置控制器10。
电池组2包括电池21和22。此外，图1中为了简化说明，省略了最上位的电池21与最下位的电池22之间设置的其它电池的图示，示出了用2个电池21、22构成电池组2的例子。但是，构成电池组2的电池的数量不限定于此。可以用2个以上的任意个数的电池构成电池组2。
选择电路11是用于从构成电池组2的电池21、22中选择作为电压测定对象的电池的电路(多路复用器)，具有开关元件110p、111p、111m和112m。开关元件110p与电池21的正极经由电压检测线210连接，开关元件111p和111m与电池21的负极经由电压检测线211连接，开关元件112m与电池22的负极经由电压检测线212连接。此外，如上所述，图1中省略了最上位的电池21与最下位的电池22之间设置的其它电池的图示。因此，对于与未图示的电池对应的选择电路11内的开关元件和电压检测线，在图1中也省略了图示。
检测用滤波电路120、121和122是用于从分别从电池21、22的正极和负极经由电压检测线210、211和212输入的电压信号中除去噪声的滤波电路。这些滤波电路与电池组2的各电池21、22对应地在电压检测线210、211和212上分别设置。检测用滤波电路120、121和122分别由未图示的电阻器和电容器构成，它们分别具有大致相同的时间常数。与检测用滤波电路120～122的时间常数相应地，抑制从电池组2的各电池21、22输入的电压信号中包括的高频噪声成分。
电源电路13生成用于驱动选择电路11的各开关元件110p、111p、111m和112m的驱动电压18并将该驱动电压18供给到选择电路11。从电源电路13供给到选择电路11的驱动电压18，通过在选择电路11内被输出到开关元件110p、111p、111m和112m，而被利用于这些开关元件进行的开关动作。
对于电源电路13，从电池组2的电池21经由电压检测线210和电源用滤波电路14输入电源输入电压16，并且从同一电池21经由电压检测线210和检测用滤波电路120输入基准电压17。电源电路13基于这些输入电压，根据电源输入电压16生成对基准电压17进行了一定电压的电平移位的驱动电压18，并将该驱动电压18供给到选择电路11。
电源用滤波电路14与检测用滤波电路120～122同样，由未图示的电阻器和电容器构成。与电源用滤波电路14的时间常数相应地，抑制从电池组2的电池21向电源电路13输入的电源输入电压16中包括的不要的噪声成分。此外，电源用滤波电路14中，流过与电源电路13根据电源输入电压16生成驱动电压18时的使用功率相应的电流。因此，电源用滤波电路14中的电阻器的电阻值，被设定为小于检测用滤波电路120～122中的电阻器的电阻值。即，电源用滤波电路14的时间常数与检测用滤波电路120～122的时间常数不相同。
AD转换器15测定由选择电路11选择的电池的电压并将其转换为数字信号，向电池监视装置控制器10输出。
电池监视装置控制器10基于从AD转换器15输出的电池电压的测定信号，进行电池组2的状态控制，并且通过通信向上级控制器3通知与电池组2的状态相关的信息。另外，为了依次选择电池21、22进行电压测定，而对选择电路11输出选择控制信号19。
接着，说明选择电路11的详情。选择电路11中，开关元件110p、111p、111m和112m均由nMOS开关构成。选择电路11能够使用该开关元件110p、111p、111m和112m，从构成电池组2的电池21、22中选择作为电压测定对象的电池。例如，选择电池21作为电压测定对象的情况下，使与电池21的正极对应的开关元件110p和与电池21的负极对应的开关元件111m导通(ON)，使其它开关元件断开(OFF)。由此，向AD转换器15输入电池21的两端电压。
另外，选择电路11中，与从电池监视装置控制器10输入的选择控制信号19相应地，来自电源电路13的驱动电压18被有选择地作为开关元件110p、111p、111m或112m的栅极电压施加。由此，各开关元件被控制为导通或断开的某一种状态。
为了使各开关元件以充分低的导通电阻导通，需要向栅极施加与向各开关元件输入的电池电压相比充分高的电压。此时必要的电压差因使用的nMOS开关的特性而不同。例如，需要4V以上的电压差的情况下，为了满足该条件，电源电路13以经由最上位的检测用滤波电路120输入的基准电压17为基准，生成从该电压进行了大于4V的电压、例如5.5V的电平移位的驱动电压18，并将该驱动电压18供给到选择电路11。
接着，用图6说明电源电路13的详情。图6是表示电源电路13的结构的图。此外，可以考虑多种实现电源电路13的电路方式，以下说明本实施方式中使用电荷泵电路的例子。
此外，以下说明的电荷泵电路，能够由电容器、二极管和开关构成，所以与需要电感器(线圈)的其它电源电路方式(例如升压型转换器)相比，具有能够使电路简单且低成本的优点。另一方面，与其它电源电路方式相比，具有可输出的电流较小的缺点。但是，本实施方式的电源电路13中，只要输出驱动选择电路11的各开关元件的栅极所需的微小的电流即可，所以这样的缺点不成问题。
图6中，电源电路13包括：电源电路控制器40；开关元件41和42；二极管43和44；飞跨电容器(flyingcondenser)45；和输出电容器46。飞跨电容器45和输出电容器46分别与接地电位47连接。
电源电路控制器40基于输入的基准电压17，进行开关元件41、42的开关控制。开关元件41、42按照电源电路控制器40的控制进行开关，从而与二极管43、44和飞跨电容器45协作地进行使用了电源输入电压16的升压动作。升压后的电压通过输出电容器46稳定化，作为驱动电压18输出。
开关元件41、42按照电源电路控制器40的控制互斥地开关。开关元件41由pMOS开关构成，开关元件42由nMOS开关构成。与开关元件41、42的开关状态相应地，飞跨电容器45的图中左侧的端子与电源输入端子16或接地电位47连接。
接着，说明升压动作的详情。电源电路13进行升压动作的情况下，首先使开关元件41断开，使开关元件42导通，从而使飞跨电容器45的图中左侧的端子与接地电位47连接。此时，利用电源输入电压16，通过二极管43对飞跨电容器45充电。
接着，使开关元件41导通，使开关元件42断开，从而使飞跨电容器45的图中左侧的端子的连接目标从接地电位47切换为电源输入电压16。这样，飞跨电容器45的图中右侧的端子的电压，被升压至前一阶段中充电的电压加上电源输入电压16与接地电位47的电压差得到的电压。因为该升压，二极管44导通而对输出电容器46充电，从而输出驱动电压18。
电源电路13通过反复上述动作，而将电源输入电压16升压，作为驱动电压18输出。其结果，设电源输入电压16与接地电位47的电压差为Vs时，理论上能够将电源输入电压16相对于接地电位47升压至最大2Vs。
但是，输出过高的电压作为驱动电压18时，存在超过选择电路11的耐压的风险。因此，电源电路13中，通过电源电路控制器40的作用，将驱动电压18调整为必要充分的电压。即，电源电路控制器40对驱动电压18与基准电压17进行比较，仅在驱动电压18与基准电压17之差不足一定值、例如5.5V时，进行开关元件41、42的开关。由此，能够维持驱动电压18比基准电压17高出一定电压(5.5V)的状态。
通过采取以上结构，即使在电池电压上叠加了较大的纹波电压，电源电路13也能够总是维持比经由检测用滤波电路120输入的基准电压17高出一定电压的状态地输出驱动电压18。
接着，用图2和图3说明用电源电路13如上所述地输出驱动电压18的效果。
图2是作为现有技术的例子示出了经由电源用滤波电路14向电源电路13输入基准电压17的情况下，来自电源用滤波电路14和检测用滤波电路120的各输出波形与来自电源电路13的驱动电压18的输出波形的关系的示意图。
在经由电压检测线210的来自电池21的输出电压上叠加较大的纹波电压时，向电源用滤波电路14和检测用滤波电路120输入的电压中分别产生变动。此处，如上所述，电源用滤波电路14的时间常数与检测用滤波电路120的时间常数不同。因此，如图2中实线分别所示，来自电源用滤波电路14的输出波形与来自检测用滤波电路120的输出波形之间，产生与时间常数的不同相应的振幅和相位的差异。
电源电路13以经由电源用滤波电路14输入的基准电压17为基准生成驱动电压18的情况下，从电源电路13输出的驱动电压18与来自电源用滤波电路14的输出波形相应地，如图2的点划线所示地变动。另一方面，驱动选择电路11的开关元件110p所需的栅极电压，与来自检测用滤波电路120的输出波形相应地，如图2的虚线所示地变动。因此，因纹波电压的振幅和相位的不同，有可能如图2所示驱动电压18低于开关元件110p的必要电压，开关元件110p中发生栅极电压不足，所以不能够正确地测定电池21的电压。现有的电路结构中，存在这样的问题。
图3是表示图1所示的第一实施方式的电池监视装置1的电路结构中的来自电源用滤波电路14和检测用滤波电路120的各输出波形与来自电源电路13的驱动电压18的输出波形的关系的示意图。
如本实施方式所述，电源电路13以经由检测用滤波电路120输入的基准电压17为基准生成驱动电压18的情况下，从电源电路13输出的驱动电压18与来自检测用滤波电路120的输出波形相应地，如图3的虚线所示地变动。即，图1的电路结构中，驱动电压18以与驱动选择电路11的开关元件110p所需的栅极电压(图3中的虚线)相同的振幅和相位变动。因此，不会如图2所示驱动电压18低于开关元件110p的必要电压，能够总是正确地测定电池21的电压。
如以上所说明，本实施方式中，基准电压17从电池组2的电池21经由检测用滤波电路120输入到电源电路13。由此，使从电池组2向电源电路13输入基准电压17的路径的时间常数与从电池组2的各电池到选择电路11的电压输入路径的时间常数大致相等。因此，能够与纹波电压的大小无关地，正确地测定各电池的电压。
另外，图1中为了精度良好地测定电池21的电压，需要充分地确保开关元件110p的栅极电压。因此，从电源电路13输出的驱动电压18(图3中的点划线)与开关元件110p中所需的栅极电压(图3中的虚线)之间的电压差，需要与开关元件110p的结构相应地维持规定值以上。
本实施方式所示的图1的电路结构中，使用了如图6所说明的电荷泵电路作为电源电路13。由此，以经由检测用滤波电路120对电源电路13输入的基准电压17为基准，生成从该电压进行了一定电压(例如5.5V)的电平移位的电压，将其作为驱动电压18输出到选择电路11。因此，能够与来自电源用滤波电路14的输出无关地，维持如上所述的电压差。
此外，图1的电路结构中，从电池组2的电池21经由检测用滤波电路120向电源电路13输入基准电压17，但也可以从其它电池经由与该电池对应地设置的检测用滤波器向电源电路13输入基准电压17。即，基准电压17从电池组2经由检测用滤波电路120～122中的某一个输入到电源电路13。
根据以上说明的本发明的第一实施方式，可以起到以下作用效果。
(1)电池监视装置1用于控制由电池21、22构成的电池组2，并且具备选择电路11、电源电路13和检测用滤波电路120～122。选择电路11具有与电池组2的各电池21、22经由电压检测线210～212分别连接的开关元件110p、111p、111m和112m，用这些开关元件从电池组2的电池21、22中选择作为电压测定对象的电池。电源电路13基于从电池组2输入的基准电压17，生成用于驱动选择电路11的各开关元件110p、111p、111m和112m的驱动电压18并将该驱动电压18供给到选择电路11。检测用滤波电路120～122与电池组2的各电池21、22对应地在电压检测线210～212上分别设置。该电池监视装置1中，从电池组2向电源电路13输入基准电压17的路径的时间常数与检测用滤波电路120～122的时间常数大致相等。这样，即使在从电池组2输出的电池电压上叠加较大的纹波电压，电池监视装置1中也能够精度良好地测定电池电压。
(2)基准电压17从电池组2经由检测用滤波电路120～122中的某一个输入到电源电路13。这样，能够可靠地使从电池组2向电源电路13输入基准电压17的路径的时间常数与检测用滤波电路120～122的时间常数大致一致。
(3)电源电路13能够使用如图6所示的电荷泵电路构成。这样，能够用简单且低成本的电路结构实现电源电路13。
(第二实施方式)
接着，用附图说明本发明的第二实施方式的电池监视装置。本实施方式中，说明用与上述的第一实施方式不同的方法实现同样的效果的例子。
图4是表示本发明的第二实施方式的电池监视装置1A的结构的功能框图。电池监视装置1A与上述的第一实施方式中的电池监视装置1的差异在于，从电池组2经由电源用滤波电路14向电源电路13输入基准电压17这一点，和使电源用滤波电路14的时间常数与检测用滤波电路120～122的时间常数大致一致这一点。由此，能够保持现有的电路结构，实现与第一实施方式中说明的效果同样的效果。
电池监视装置1A中，电源用滤波电路14由未图示的电阻器和电容器构成。该电阻器的电阻值，因为如上所述的理由，需要设定为小于检测用滤波电路120～122中的电阻器的电阻值。因此，为了补偿这样的电阻值的不足部分，而将电源用滤波电路14中的电容器的电容值设定为大于检测用滤波电路120～122中的电容器的电容值。由此，在电源用滤波电路14和检测用滤波电路120～122中，能够使作为电阻值与电容值之积的时间常数大致一致。
通过采取以上结构，与第一实施方式同样，即使在电池电压上叠加了较大的纹波电压，电源电路13也能够总是维持比经由电源用滤波电路14输入的基准电压17高出一定电压的状态地输出驱动电压18。
图5是表示图4所示的第二实施方式的电池监视装置1A的电路结构中的来自电源用滤波电路14和检测用滤波电路120的各输出波形与来自电源电路13的驱动电压18的输出波形的关系的示意图。
如本实施方式所述，使电源用滤波电路14的时间常数与检测用滤波电路120的时间常数大致一致的情况下，如图5中实线分别所示，来自电源用滤波电路14的输出波形与来自检测用滤波电路120的输出波形也大致一致。该情况下，电源电路13以经由电源用滤波电路14输入的基准电压17为基准生成驱动电压18时，从电源电路13输出的驱动电压18与来自电源用滤波电路14的输出波形相应地，如图5的虚线所示地变动。即，图4的电路结构中，也与第一实施方式中说明的图1的电路结构同样，驱动电压18以与驱动选择电路11的开关元件110p所需的栅极电压(图5中的虚线)相同的振幅和相位变动。因此，不会如第一实施方式中作为现有技术的例子说明的图2所示、驱动电压18低于开关元件110p的必要电压，能够总是正确地测定电池21的电压。
此外，图4的电路结构中，从电池组2的电池21经由电源用滤波电路14向电源电路13输入基准电压17，但也可以从其它电池经由电源用滤波电路14向电源电路13输入基准电压17。即，基准电压17从电池组2经由电源用滤波电路14输入到电源电路13。
根据以上说明的本发明的第二实施方式，电池监视装置1A具备在电池组2与电源电路13之间设置的电源用滤波电路14。该电池监视装置1A中，基准电压17从电池组2经由电源用滤波电路14输入到电源电路13。另外，电源用滤波电路14的时间常数与检测用滤波电路120～122的时间常数大致相等。这样，能够可靠地使从电池组2向电源电路13输入基准电压17的路径的时间常数与检测用滤波电路120～122的时间常数大致一致。
此外，上述第一实施方式和第二实施方式中，用2个电池21、22构成电池组2，但构成电池组2的电池的个数可以更多，或者也可以是1个。通过与电池组2具有的电池的个数相应地，使电池组2与选择电路11之间连接的电压检测线和检测用滤波电路的数量以及选择电路11中包括的开关元件的数量分别增减，就能够将本发明应用于各种结构的电池组2。
另外，以上说明的各实施方式和变形例只是一例，只要不损害发明的特征，本发明就不限定于这些内容。
附图标记说明
1、1A：电池监视装置
2：电池组
3：上级控制器
10：电池监视装置控制器
11：选择电路
13：电源电路
14：电源用滤波电路
15：AD转换器
16：电源输入电压
17：基准电压
18：驱动电压
19：选择控制信号
21，22：电池
110p、111p、111m、112m：开关元件
120、121、122：检测用滤波电路
210、211、212：电压检测线

Claims (4)

1.一种电池监视装置，其用于控制由单个或多个电池构成的电池组，该电池监视装置的特征在于，包括：
选择电路，其具有经由电压检测线与所述电池组的各电池分别连接的单个或多个开关元件，用所述开关元件从所述电池组的电池中选择作为电压测定对象的电池；
电源电路，其基于从所述电池组输入的基准电压，生成用于驱动所述选择电路的各开关元件的驱动电压并将该驱动电压供给到所述选择电路；和
检测用滤波电路，其与所述电池组的各电池对应地设置在所述电压检测线上，
从所述电池组向所述电源电路输入所述基准电压的路径的时间常数与所述检测用滤波电路的时间常数大致相等。
2.如权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于：
所述基准电压从所述电池组经由所述检测用滤波电路输入到所述电源电路。
3.如权利要求1所述的电池监视装置，其特征在于：
还包括设置在所述电池组与所述电源电路之间的电源用滤波电路，
所述基准电压从所述电池组经由所述电源用滤波电路输入到所述电源电路，
所述电源用滤波电路的时间常数与所述检测用滤波电路的时间常数大致相等。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电池监视装置，其特征在于：
所述电源电路用电荷泵电路构成。
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