DE102016213837A1

DE102016213837A1 - Sekundärzellenzustandsdetektor

Info

Publication number: DE102016213837A1
Application number: DE102016213837.5A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Takahashi; Takahiro SYOUDA; Nobuyuki Takahashi; Ayako Saito; Tsutomu Saigo; Hironao Fujii; Jian Wang
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: US10249914B2; US20170033415A1; JP2017032349A; DE102016213837B4

Abstract

Platten an einer Seite der ersten und zweiten Kondensatoren (Co1, Co2) sind mit einer Elektrode an einer Seite von einer (Cen) aus einer Mehrzahl von Sekundärzellen (Cw1–Ce4) verbunden. Die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle (Cen) ist durch erste Schalter (SW11, SW12) mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators (Co1) oder des zweiten Kondensators (Co2) verbunden. Eine MCU (MUC5) steuert die ersten Schalter (SW11, SW12), um die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle (Cen) mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators (Co1) zu verbinden, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen (Ce1–Ce4) in einem ersten Zustand befindet, und dann die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle (Ce1–Ce4) mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators zu verbinden, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen (Ce1–Ce4) in einem zweiten Zustand befindet. Eine Differenzverstärkerschaltung (6) gibt eine Differenzspannung von Spannungen der Platten an der anderen Seite des ersten Kondensators (Co1) und des zweiten Kondensators (Co2) aus. Eine Zellenüberwachungs-IC (IC7) erfasst Zustände der Sekundärzellen (Ce1–Ce4) auf Basis der Differenzspannung.

Description

Querverweis
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-150918 in Anspruch, die am 30. Juli 2015 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hiermit vollumfänglich aufgenommen wird.
Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sekundärzellenzustandsdetektor, der einen Zustand einer Elektrozelle detektiert, wie zum Beispiel einen Alterungsgrad oder einen Innenwiderstand der Elektrozelle.
Stand der Technik
Eine Sekundärzelle, wie zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, wird beispielsweise als eine Energiequelle eines Elektromotors in verschiedenen Kraftfahrzeugen eingebaut, wie zum Beispiel ein Elektrokraftfahrzeug (EV), das durch einen Elektromotor angetrieben wird, und ein Hybridelektrokraftfahrzeug (HEV), das durch einen Motor zusammen mit einem Elektromotor angetrieben wird.
Durch wiederholtes Laden und Entladen altert eine solche Sekundärzelle und bekanntermaßen nimmt eine Speicherkapazität (momentane Kapazität oder Leistungsvermögen) graduell ab. Zusätzlich wird im EV, das die Sekundärzelle verwendet, eine Speicherkapazität durch Detektieren eines Alterungsgrads der Sekundärzelle erhalten, um eine Entfernung, bis zu der das EV durch die Sekundärzelle betrieben werden kann, eine Lebenszeit der Sekundärzelle und dergleichen zu berechnen.
Ein Alterungszustand (SOH), der einem Verhältnis aus einer momentanen Speicherkapazität zu einer anfänglichen Speicherkapazität entspricht, stellt einen Faktor dar, der den Alterungsgrad der Sekundärzelle anzeigt. Der SOH weist bekanntermaßen eine Korrelation mit dem Innenwiderstand der Sekundärzelle auf. Falls der Innenwiderstand der Sekundärzelle erhalten wird, kann der SOH auf Basis des Innenwiderstands detektiert werden.
Es wird zum Beispiel ein Sekundärzellenzustandsdetektor, der in JP 2014-219311 A beschrieben ist, als eine Vorrichtung vorgeschlagen, die den Innenwiderstand der Sekundärzelle detektiert. Der Sekundärzellenzustandsdetektor aus JP 2014-219311 A umfasst zwei Kondensatoren zum Halten der entsprechenden Zellspannungen von zwei Zuständen der Sekundärzelle, beispielsweise ein Entladungszustand und ein Entladungsaussetzungszustand in den Kondensatoren, und verstärkt eine Differenz zwischen den Zellspannungen, die durch den Kondensator unter Verwendung einer Verstärkerschaltung beibehalten werden, wodurch ein Innenwiderstand oder ein SOH akkurat erhalten wird.
Eine Platte der zwei Kondensatoren des oben beschriebenen und in JP 2014-219311 A dargestellten Sekundärzellenzustandsdetektors ist mit Masse verbunden und ein Erfassungskriterium ist zu jeder Zeit Masse. Aus diesem Grund wird eine Zellspannung einer verbundenen Sekundärzelle an einer Masseseite mit Ausnahme einer Sekundärzelle, die der Masse am nächsten ist, in ein Messergebnis eingeschlossen, wenn der in JP 2014-219311 A dargestellte Sekundärzellenzustandsdetektor zur Detektion von Zuständen der Sekundärzellen angewendet wird, die in einer Batterievorrichtung ohne Änderung vorgesehen sind. Folglich besteht ein Problem darin, dass keine genaue Messung durchgeführt werden kann.
Patentliteratur 1: JP 2014-219311 A
Zusammenfassung
In dieser Hinsicht besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Sekundärzellenzustandsdetektor bereitzustellen, der Zustände einer Mehrzahl von Sekundärzellen genau detektieren kann, die in einer Batterievorrichtung vorgesehen sind.
Zur Lösung des obigen Problems stellt die Erfindung in einem ersten Aspekt einen Sekundärzellenzustandsdetektor dar, der Zustände einer Mehrzahl von Sekundärzellen detektiert, die in Reihe geschaltet sind, und der umfasst: einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, die jeweils eine Platte an einer Seite aufweisen, die mit einer Elektrode an einer Seite von einer aus der Mehrzahl von Sekundärzellen verbunden ist; einen ersten Schalter, der die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators verbindet; eine erste Schaltersteuereinheit, die den ersten Schalter steuert, um die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators zu verbinden, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen in einem ersten Zustand befindet, und dann die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators verbindet, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen in einem zweiten Zustand befindet; eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Differenzspannung von Spannungen der Platten an der anderen Seite des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators ausgibt; und eine Zellenzustandsdetektiereinheit, die einen Zustand der Sekundärzelle auf Basis der Differenzspannung detektiert.
Die Erfindung in einem zweiten Aspekt stellt den Sekundärzellenzustandsdetektor in dem ersten Aspekt dar, ferner umfassend: zweite Schalter zum Auswählen von einer aus der Mehrzahl von Sekundärzellen; und eine zweite Schaltersteuereinheit, die die zweiten Schalter steuert, um eine Elektrode an der einen Seite der ausgewählten Sekundärzelle mit den Platten an der einen Seite des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators zu verbinden, wobei die erste Schaltersteuereinheit die Elektrode an der anderen Seite der Sekundärzelle, die durch die zweiten Schalter ausgewählt ist, mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators verbindet, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen im ersten Zustand befindet und dann die Elektrode an der anderen Seite der einen Sekundärzelle, die durch die zweiten Schalter ausgewählt ist, mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators verbindet, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen im zweiten Zustand befindet.
Die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt stellt den Sekundärzellenzustandsdetektor gemäß dem zweiten Aspekt dar, ferner umfassend: eine Angleichungsvorrichtung, die Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Mehrzahl von Sekundärzellen durch Steuern des ersten Schalters und der zweiten Schalter angleicht, um einen Transfer elektrischer Ladung unter der Mehrzahl von Sekundärzellen unter Verwendung des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators zu ermöglichen.
Die Erfindung gemäß einem vierten Aspekt stellt den Sekundärzellenzustandsdetektor gemäß dem zweiten Aspekt dar, wobei die zweiten Schalter Enden an einer Seite aufweisen, die entsprechend mit den Elektroden an der anderen Seite der Mehrzahl von Sekundärzellen verbunden sind. Die Enden an der anderen Seite sind gemeinsam mit dem ersten Schalter verbunden und der Sekundärzellenzustandsdetektor umfasst ferner: Widerstände, die entsprechend zwischen den zweiten Schaltern und den Sekundärzellen verbunden sind; und eine Angleichungsvorrichtung, die ein Angleichen durch Steuern der zweiten Schalter durchführt, so dass beide Elektroden einer Sekundärzelle, die eine hohe Spannung aufweist, mit beiden Enden des Widerstands verbunden sind.
Die Erfindung gemäß einem fünften Aspekt stellt den Sekundärzellenzustandsdetektor gemäß dem ersten Aspekt dar, wobei eine Mehrzahl von ersten Kondensatoren und eine Mehrzahl von zweiten Kondensatoren entsprechend der Mehrzahl von Sekundärzellen bereitgestellt sind. Es ist eine Mehrzahl von ersten Schaltern entsprechend der Mehrzahl von Sekundärzellen bereitgestellt, um die Elektrode an der anderen Seite einer entsprechenden Sekundärzelle von der Mehrzahl von Sekundärzellen mit den Platten an der anderen Seite des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators zu verbinden.
Die Erfindung gemäß einem sechsten Aspekt stellt den Sekundärzellenzustandsdetektor gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte dar, ferner umfassend einen dritten Schalter, der zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator bereitgestellt ist, und die Differenzverstärkerschaltung, wobei die erste Schaltersteuereinheit den ersten Schalter steuert, während der dritte Schalter gesteuert wird, um den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator von der Differenzverstärkerschaltung zu trennen, und den dritten Schalter steuert, um die Differenzverstärkerschaltung mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu verbinden, während beide Platten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators von der Sekundärzelle getrennt sind.
In der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt werden beide Elektroden, wie oben beschrieben ist, von einer aus einer Mehrzahl von Sekundärzellen mit einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensator verbunden. Demzufolge ist es möglich, Zustände der Mehrzahl von Sekundärzellen akkurat zu detektieren, die von einer Batterievorrichtung umfasst werden.
In der Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt sind nicht unbedingt ein erster Kondensator und ein zweiter Kondensator entsprechend einer Mehrzahl von Sekundärzellen bereitgestellt und es kann versucht werden, Kosten zu reduzieren.
In der Erfindung gemäß dem dritten Aspekt kann eine Angleichung durch Abtrennen eines ersten Kondensators oder eines zweiten Kondensators durchgeführt werden. Aus diesem Grund werden ein Kondensator oder erste und zweite Schalter zum Durchführen der Angleichung von einem Sekundärzellenzustandsdetektor nicht separat bereitgestellt, und es kann eine Kostenreduktion versucht werden.
In der Erfindung gemäß dem vierten Aspekt können Sekundärzellen durch Abtrennen eines Widerstands oder eines zweiten Schalters angeglichen werden. Aus diesem Grund sind ein Entladungswiderstand oder ein Schalter zur Durchführung der Angleichung nicht unbedingt separat von einem Sekundärzellenzustandsdetektor bereitzustellen und es kann versucht werden, Kosten zu reduzieren.
In der Erfindung gemäß dem fünften Aspekt werden Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen einer Mehrzahl von Sekundärzellen in entsprechenden ersten und zweiten Kondensatoren simultan beibehalten. Folglich können Zustände von Sekundärzellen schnell und akkurat detektiert werden.
In der Erfindung gemäß dem sechsten Aspekt ist eine Sekundärzelle nicht mit einer Differenzverstärkerschaltung verbunden und es ist folglich möglich, einer Forderung nach einer Leistung zu unterdrücken, wie zum Beispiel ein Widerstandsdruck auf eine Hardware nach der Differenzverstärkerschaltung.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren einer MCU darstellt, die in dem Sekundärzellenzustandsdetektor von 1 bereitgestellt ist;
3 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
4 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einer dritten Ausführungsform darstellt;
5 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform darstellt;
6 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einer vierten Ausführungsform darstellt.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren einer MCU darstellt, die in dem Sekundärzellenzustandsdetektor aus 6 bereitgestellt ist;
8 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einer fünften Ausführungsform darstellt;
9 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einer sechsten Ausführungsform darstellt;
10 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren einer MCU darstellt, die in dem Sekundärzellenzustandsdetektor aus 9 bereitgestellt ist; und
11 zeigt ein Schaltbild, das einen Sekundärzellenzustandsdetektor der Erfindung in einer siebten Ausführungsform darstellt;
Detaillierte Beschreibung
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend erfolgt mit Bezug auf 1 eine Beschreibung eines Sekundärzellenzustandsdetektors in einer ersten Ausführungsform. Ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist zum Beispiel in ein Elektrokraftfahrzeug (EV) eingebaut, um entsprechende Zustände einer Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zu detektieren, die in einer Batterievorrichtung 2 bereitgestellt sind, die in 1 dargestellt ist, welche in dem EV bereitgestellt ist. Die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 sind in Reihe geschaltet.
Gemäß der Darstellung in 1 umfasst der Sekundärzellenzustandsdetektor 1 der ersten Ausführungsform einen ersten Kondensator Co1, einen zweiten Kondensator Co2, eine erste Schalteinheit 31, eine zweite Schalteinheit 32, ein aktives Teil 4, eine MCU 5, die als erste Schaltersteuereinheit und zweite Schaltersteuereinheit dient, eine Differenzverstärkerschaltung 6, eine Zellenüberwachungs-IC 7, die als Zellenzustandsdetektiereinheit dient, und eine Tiefpassfiltereinheit (nachfolgend als TPF bezeichnet) 8.
Der erste Kondensator Co1 und der zweite Kondensator Co2 stellen jeweils einen Kondensator zum sukzessive Halten von Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in zwei Zuständen (zum Beispiel einen Ladezustand und einen Ladungsausetzungszustand) dar. Platten an einer Seite des ersten Kondensators Co1 und des zweiten Kondensators Co2 sind mit negativen Elektroden an der einen Seite (Elektroden an der einen Seite) der Sekundärzellen Ce1 und Ce2 verbunden, die durch die zweite Schalteinheit 32 ausgewählt werden, die unten beschrieben ist.
Zusätzlich ist die Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 mit einem von zwei Eingängen der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden, die unten beschrieben ist. Die Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2 ist mit dem anderen der zwei Eingänge der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden, die unten beschrieben ist.
Die erste Schalteinheit 31 umfasst erste Schalter SW11 und SW12, die eine positive Elektrode (die andere Elektrode) von einer Sekundärzelle Cen (nachfolgend bezeichnet n eine beliebige ganze Zahl von 1 bis 4), die durch die unten beschriebene zweite Schalteinheit 32 ausgewählt wird, mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 oder des zweiten Kondensators Co2 verbindet. Ein Ende an einer Seite des ersten Schalters SW11 ist mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 verbunden und ein Ende an einer Seite des ersten Schalters SW12 ist mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2 verbunden.
Die zweite Schalteinheit 32 umfasst zweite Schalter SW21 bis SW24, SW31 bis SW34, und SW41 bis SW44 zum Auswählen von einem aus der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4.
Die zweiten Schalter SW21 bis SW24 weisen Enden an einer Seite auf, die mit entsprechenden positiven Elektroden der Sekundärzellen Ce1 und Ce4 verbunden sind. Die Enden an der anderen Seite sind miteinander verbunden und mit den Enden an der anderen Seite der ersten Schalter SW11 und SW12 verbunden.
Die zweiten Schalter SW31 bis SW34 weisen Enden an einer Seite auf, die mit entsprechenden negativen Elektroden der Sekundärzellen Ce1 und Ce4 verbunden sind. Die Enden an der anderen Seite sind mit der Platte an der einen Seite des zweiten Kondensators Co2 verbunden. Die zweiten Schalter SW41 bis SW44 weisen Enden an einer Seite, die mit den entsprechenden negativen Elektroden der Sekundärzellen Ce1 und Ce4 verbunden sind, und die Enden an der anderen Seite auf, die mit der Platte an der einen Seite des ersten Kondensators Co1 verbunden sind.
Wenn die zweiten Schalter SW2n, SW3n und SW4n eingeschaltet sind, ist eine positive Elektrode einer ausgewählten Sekundärzelle Cen mit den ersten Schaltern SW11 und SW12 verbunden, und es ist eine negative Elektrode der Sekundärzelle Cen mit den entsprechenden Platten an der einen Seite des ersten Kondensators Co1 und des zweiten Kondensators Co2 verbunden.
In einem Fall, in dem zweite Schalter SW2n, SW3n und SW4n eingeschaltet sind und eine Sekundärzelle Cen ausgewählt ist, ist die Sekundärzelle Cen zusätzlich mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 verbunden, wenn der erste Schalter SW11 eingeschaltet ist, und die Sekundärzelle Cen ist mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2 verbunden, wenn der erste Schalter SW12 eingeschaltet ist.
Das aktive Teil 4 ist mit beiden Elektroden der Batterievorrichtung 2 verbunden und konfiguriert, um zum Zeitpunkt des Ladens der in der Batterievorrichtung 2 bereitgestellten Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 ein Fließen eines vorbestimmten Ladestroms Ic zu ermöglichen. Das aktive Teil 4 ist mit der unten beschriebenen MCU 5 verbunden. In Antwort auf ein Steuersignal von der MCU 5 lädt das aktive Teil 4 die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 durch erlauben, dass der Ladestrom Ic durch die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 fließen darf und setzt das Laden durch Aussetzen des Ladestromflusses Ic zu den Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 ein.
Die MCU 5 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen, welche bekannt sind. Die MCU 5 führt eine An-Aus-Steuerurig der ersten Schalteinheit 31 und der zweiten Schalteinheit 32 durch und steuert das aktive Teil 4. Die MCU 5 steuert die erste Schalteinheit 31 und die zweite Schalteinheit 32, um eine positive Elektrode einer Sekundärzelle Cen, die durch die zweite Schalteinheit 32 ausgewählt wird, wenn die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 sich in einem ersten Zustand befinden, mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 zu verbinden, und verbindet dann eine positive Elektrode einer Sekundärzelle Cen, die durch die zweite Schalteinheit 32 ausgewählt wird, wenn sich die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in einem zweiten Zustand befinden, mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2. Hierin bezeichnen der erste Zustand und der zweite Zustand Zustände, in denen sich Ströme, die durch eine Sekundärzelle Cen fließen, voneinander unterscheiden. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Ladungszustand, in dem der Ladestrom Ic durch die Sekundärzelle Cen fließt, als der erste Zustand festgelegt und ein Ladungsaussetzungszustand, in dem kein Strom durch die Sekundärzelle Cen fließt, wird als der zweite Zustand festgelegt.
Die Differenzverstärkerschaltung 6 umfasst einen sogenannten Instrumentenverstärker und weist einen ersten Verstärker 61, einen zweiten Verstärker 62 und einen Differenzverstärker 63 auf. Der erste Verstärker 61 weist einen nicht-invertierenden Eingang auf, der mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 verbunden ist, und verstärkt eine Spannung der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1. Der zweite Verstärker 62 weist einen nicht-invertierenden Eingang auf, der mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2 verbunden ist, und verstärkt eine Spannung der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2. Der Differenzverstärker 63 verstärkt eine Differenz der Spannung zwischen den Platten an der anderen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2, die durch die ersten und zweiten Verstärker 61 und 62 verstärkt werden, und gibt die Differenz als eine Differenzspannung aus.
Die Zellenüberwachungs-IC 7 umfasst zum Beispiel einen Mikrocomputer. Die Zellenüberwachungs-IC 7 nimmt die Differenzspannungen ausgegeben durch die Differenzverstärkerschaltung 6 auf, um entsprechende Innenwiderstände der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zu detektieren, wodurch Zustände der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 detektiert werden. Insbesondere werden in der vorliegenden Ausführungsform Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen V1 der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 im Ladungszustand durch die folgende Gleichung (1) dargestellt. V1 = Ve + r × Ic (1) Ve: elektromotorische Kräfte der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4, r: Innenwiderstand, Ic: Ladestrom
Inzwischen befindet sich ein Spannungsabfall Vr des Innenwiderstands r im Ladungsaussetzungszustand 0. Zusätzlich kann eine Zunahme in der elektromotorischen Kraft Ve aufgrund des Ladens als im Wesentlichen Null angesehen werden und folglich werden die entsprechenden Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen V2 der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in dem Ladungsaussetzungszustand durch die folgende Gleichung (2) dargestellt: V2 = Ve (2)
Demzufolge werden die Differenzspannungen ausgegeben durch die Differenzverstärkerschaltung 6 gleich einem Wert entsprechend V1 – V2 = r × Ic. Die Zellenüberwachungs-IC 7 erhält einen Innenwiderstand r aus der Differenzspannung.
Die TPF-Einheit 8 umfasst eine Mehrzahl von LPFs, die jeweils einen Widerstand Rd und einen Kondensator C umfassen. Die entsprechenden LPFs werden zwischen den positiven Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 und den entsprechenden zweiten Schaltern SW21 bis SW24 bereitgestellt.
Als nächstes wird ein Betrieb des Sekundärzellenzustandsdetektors 1, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren der MCU 5 darstellt, die in dem in 1 dargestellten Sekundärzellenzustandsdetektor 1 bereitgestellt ist.
Bei Empfang eines Befehls zum Detektieren von Zuständen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 von einer elektronischen Steuerung, die in das Kraftfahrzeug eingebaut ist, beginnt die MCU 5 einen Zellenzustandsdetektionsprozess, der in 2 dargestellt ist. Als erstes überträgt die MCU 5 ein Ladungsstartsteuersignal zu dem aktiven Teil 4 (Schritt S1). Das aktive Teil 4 beginnt ein Laden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 mit dem Ladestrom Ic in Antwort auf das Steuersignal.
Nachfolgend schaltet die MCU 5 die zweiten Schalter SW2n, SW3n und SW4n EIN, um eine positive Elektrode einer ausgewählten Sekundärzelle Cen mit den ersten Schaltern SW11 und SW12 zu verbinden und um eine negative Elektrode der ausgewählten Sekundärzelle Cen mit den Platten an der einen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 zu verbinden. Weiterhin schaltet die MCU 5 den ersten Schalter SW11 EIN, um die positive Elektrode der Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 zu verbinden, wodurch die beiden Elektroden der Sekundärzelle Cen mit den beiden Platten des ersten Kondensators Co1 verbunden werden (Schritt S2). In einem anfänglichen Zustand ist n = 1. Auf diese Weise wird eine Elektrode-zu-Elektrode-Spannung der Sekundärzelle Cen in dem ersten Kondensator Co1 in einem Ladungszustand gehalten.
Daraufhin schaltet die MCU 5 den ersten Schalter SW11 AUS, wenn eine ausreichende Zeit t1 vergangen ist (J in Schritt S3), während der eine Spannung über beiden Platten des ersten Kondensators Co1 die Elektrode-zu-Elektrode-Spannung der Sekundärzelle Cen erreicht, um den ersten Kondensator Co1 von der Sekundärzelle Cen zu trennen (Schritt S4). Daraufhin überträgt die MCU 5 ein Ladungsaussetzungssteuersignal zu dem aktiven Teil 4 (Schritt S5). Das aktive Teil 4 setzt das Laden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in Antwort auf das Steuersignal aus.
Nachfolgend schaltet die MCU 5 den ersten Schalter SW12 EIN, um die positive Elektrode der Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2 zu verbinden, wodurch die beiden Elektroden der Sekundärzelle Cen mit beiden Platten des zweiten Kondensators Co2 verbunden werden (Schritt S6). Auf diese Weise wird eine Elektrode-zu-Elektrode-Spannung der Sekundärzelle Cen in einem Ladungsaussetzungszustand im zweiten Kondensator Co2 gehalten.
Daraufhin schaltet die MCU 5 den ersten Schalter SW12 AUS, wenn die Zeit t1 vergangen ist (J in Schritt S7), um den zweiten Kondensator Co2 von der Sekundärzelle Cen zu trennen (Schritt S8).
Daraufhin ruft die MCU 5 die Differenzspannungen ausgegeben durch die Differenzverstärkerschaltung 6 ab und überträgt einen Befehl zum Erhalten eines Innenwiderstands der Sekundärzelle Cen zu der Zellenüberwachungs-IC 7 (Schritt S9). In Antwort auf dieses Steuersignal wandelt die Zellenüberwachungs-IC 7 A/D um und fragt die Differenzspannungsausgabe der Differenzverstärkerschaltung 6 ab und erhält den Innenwiderstand der Sekundärzelle Cen.
Wenn n ungleich 4 (N in Schritt S10), erhöht die MCU 5 anschließend n (Schritt S11), und kehrt dann zu Schritt S1 zurück. Andererseits, wenn n = 4 (J in Schritt S10), geht die MCU 5 davon aus, dass alle Innenwiderstände der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 detektiert wurden und beendet den Zellenzustandsdetektionsprozess.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind beide Elektroden von einer aus der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 mit dem ersten Kondensator Co1 und dem zweiten Kondensator Co2 verbunden. Demzufolge ist es möglich, Zustände der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4, die von der Batterievorrichtung 2 umfasst werden, akkurat zu detektieren.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird zusätzlich eine der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 ausgewählt und mit dem ersten Kondensator Co1 und dem zweiten Kondensator Co2 verbunden. Der erste Kondensator Co1 und der zweite Kondensator Co1 werden folglich nicht unbedingt in Entsprechung zu der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 bereitgestellt und es kann versucht werden, Kosten zu sparen.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zusätzlich mit den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 der Reihe nach verbunden. Aus diesem Grund wird eine elektrische Ladung von den Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 entsprechend einer Hochspannung zu den Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 entsprechend einer Niederspannung durch die ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 übertragen. Folglich ist es möglich, die Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 anzugleichen. Wenn z. B. eine Elektrode-zu-Elektrode-Spannung der Sekundärzelle Ce1 hoch ist und eine Elektrode-zu-Elektrode-Spannung der Sekundärzelle Ce2 niedrig ist, werden die ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 durch die Sekundärzelle Ce1 geladen. Daraufhin, wenn die Sekundärzelle Ce2 mit beiden Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 verbunden ist, werden die ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 entladen und die Sekundärzelle Ce2 wird geladen. Im Ergebnis wird eine elektrische Ladung von der Sekundärzelle Ce1, deren Elektrode-zu-Elektrode-Spannung hoch ist, auf die Sekundärzelle Ce2 übertragen, deren Elektrode-zu-Elektrode-Spannung niedrig ist. Durch wiederholtes Durchführen des Zellenzustandsdetektionsprozesses ist eine Angleichung der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 möglich.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden die Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in dem Ladungszustand (erster Zustand) und dem Ladungsaussetzungszustand (zweiter Zustand) in den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 gehalten und es ergibt sich daraus eine Differenzspannung. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 können Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in zwei unterschiedlichen Zuständen gehalten werden. Beispielsweise können Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in einem Ladungszustand und einem Entladungszustand in den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 gehalten werden. Alternativ können Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in einem Ladungszustand, in dem ein großer Ladestrom fließt, und einem Ladungszustand, in dem ein kleiner Ladestrom fließt, in den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 gehalten werden. Alternativ können die Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in einem Entladungszustand, in dem eine großer Entladestrom fließt, und einem Entladungszustand, in dem kleiner Entladungsstrom fließt, in den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 gehalten werden.
Zusätzlich kann ein Angleichungsprozess ferner unabhängig von dem oben beschriebenen Zellenzustandsdetektierprozess durchgeführt werden. Insbesondere wird eine Elektrode-zu-Elektrode-Spannung von jeder Sekundärzelle Ce1 bis Ce4 gemessen und die MCU 5 fungiert als eine Angleichungseinheit und steuert die erste Schalteinheit 31 und die zweite Schalteinheit 32, um eine der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4, deren Elektrode-zu-Elektrode-Spannung am größten ist, mit dem ersten Kondensator Co1 oder dem zweiten Kondensator Co2 zu verbinden und dann eine der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4, deren Elektrode-zu-Elektrode-Spannung am niedrigsten ist, mit dem ersten Kondensator Co1 oder dem zweiten Kondensator Co2 zu verbinden. Dann kann eine Angleichung durchgeführt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird mit Bezug auf 3 ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 in einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Ein Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass eine Spitzenhaltegleichrichterschaltung 9 zwischen den zweiten Schaltern SW21 bis SW24 und den ersten Schaltern SW11 und SW12 bereitgestellt ist.
Die Spitzenhaltegleichrichterschaltung 9 umfasst eine Diode D und einen Rücksetzschalter SW5, der zu der Diode D parallel geschaltet ist. Der Rücksetzschalter SW5 ist mit einer MCU 5 verbunden und eine An-Aus-Steuerung des Rücksetzschalters SW5 wird durch die MCU 5 durchgeführt. Die Spitzenhaltegleichrichterschaltung 9 wird verwendet, um einen Spitzenwert der Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 zu halten, wenn ein Entladestrom oder ein Ladestrom entsprechend einem Wechselstrom fließt. Auf diese Weise kann ein Innenwiderstand akkurat erhalten werden, sogar wenn eine A/D-Abtastgeschwindigkeit einer Zellen Überwachungs-IC 7 im Vergleich zu einer Änderungsrate des Entladestroms oder des Ladestroms gering ist.
Zusätzlich besteht ein anderer Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform darin, dass eine Verstärkungsfaktor-Festlegungsschaltung 64 bereitgestellt wird, um zu ermöglichen, dass sich ein Verstärkungsfaktor einer Differenzspannungsausgabe einer Differenzverstärkerschaltung 6 dadurch ändert, dass sich ein Widerstand zwischen einem invertierenden Eingang eines ersten Verstärkers 61 und einem invertierenden Eingang eines zweiten Verstärkers 62 ändern darf. Wenn ein optimaler Verstärkungsfaktor bezüglich einer Größe einer Differenzspannung festgelegt ist, die durch die Verstärkungsfaktor-Festlegungsschaltung 64 gemessen wird, kann ein A/D-Messbereich effektiv verwendet werden und es kann eine Messung akkurat durchgeführt werden, sogar wenn sich die Größe der Differenzspannung ändert.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 in einer dritten Ausführungsform mit Bezug auf 4 beschrieben. Ein Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform besteht darin, dass eine Konfiguration einer zweiten Schalteinheit 32 und einer dritten Schalteinheit 33 bereitgestellt werden.
Die zweite Schalteinheit 32 umfasst zweite Schalter SW21 bis SW24 und SW31 bis SW34 und umfasst nicht die in 1 dargestellten zweiten Schalter SW41 bis SW44. In der dritten Ausführungsform weisen die zweiten Schalter SW31 bis SW34 Enden an einer Seite, die mit entsprechenden negativen Elektroden von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 verbunden sind, und die Enden an der anderen Seite auf, die mit Platten an der einen Seite von sowohl einem ersten Kondensator Co1, als auch einem zweiten Kondensator Co2 verbunden sind.
Die dritte Schalteinheit 33 ist zwischen den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 und einer Differenzverstärkerschaltung 6 bereitgestellt. Die dritte Schalteinheit 33 umfasst einen dritten Schalter SW51, der zwischen der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1 und der Differenzverstärkerschaltung 6 bereitgestellt ist, und einen dritten Schalter SW52, der zwischen der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2 und der Differenzverstärkerschaltung 6 bereitgestellt ist.
Die dritten Schalter SW51 und SW52 sind mit einer MCU 5 verbunden. Eine An-Aus-Steuerung der dritten Schalter SW51 und SW52 erfolgt durch die MCU 5. Zusätzlich steuert die MCU 5 die ersten und zweiten Schalteinheiten 31 und 32, um die Sekundärzellen Ce1 und Ce2 mit den ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 zu verbinden, während der erste Kondensator Co1 und der zweite Kondensator Co2 von der Differenzverstärkerschaltung 6 durch ein AUS-Schalten der dritten Schalter SW51 und SW52 getrennt werden (insbesondere wird ein Betrieb der Schritte S2 bis S8 aus 2 durchgeführt). Die MCU 5 verbindet ferner die Differenzverstärkerschaltung 6 mit dem ersten Kondensator Co1 und dem zweiten Kondensator Co2 durch ein EIN-Schalten der dritten Schalter SW51 und SW52, während beide Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co1 und Co2 von beiden Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 durch ein AUS-Schalten der zweiten Schalteinheit 32 getrennt werden, und überträgt den Befehl aus Schritt S9 aus 2.
In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform sind die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 nicht mit der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden und es ist demzufolge möglich, einen Bedarf an Leistung, wie zum Beispiel einem Widerstandsdruck auf die Hardware nach der Differenzverstärkerschaltung 6, zu unterdrücken.
In diesem Fall kann, wie in 5 dargestellt ist, ähnlich zur zweiten Ausführungsform eine Spitzenhalte-Gleichrichterschaltung 9 oder eine Verstärkungsfaktor-Festlegungsschaltung 64 bereitgestellt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 einer vierten Ausführungsform mit Bezug auf 6 beschrieben. In dieser Figur gelten die gleichen Bezugszeichen für ein Element, das zum Sekundärzellenzustandsdetektors 1 äquivalent ist, der vorangehend in der ersten Ausführungsform beschrieben und in 1 dargestellt ist. Deshalb erfolgt keine detaillierte Beschreibung hiervon.
Gemäß der Darstellung in 6 umfasst der Sekundärzellenzustandsdetektor 1 der vierten Ausführungsform eine Mehrzahl von ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24, ersten Schalteinheiten 311 bis 314, eine dritte Schalteinheit 33, ein aktives Teil 4, eine MCU 5, eine Differenzverstärkerschaltung 6, eine Zellüberwachungs-IC 7 und eine TPF-Einheit 8.
Es wird die Mehrzahl von ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 bereitgestellt, um entsprechenden Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zu entsprechen, und die Anzahl der ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die Anzahl der zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 ist gleich der Anzahl der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4. Platten an der einen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n sind miteinander verbunden und sind mit einer negativen Elektrode einer Sekundärzelle Cen verbunden.
Es wird die Mehrzahl von ersten Schalteinheiten 311 bis 314 entsprechend der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 bereitgestellt. Die Anzahl der entsprechenden ersten Schalteinheiten 311 bis 314 ist gleich der Anzahl der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4. Eine beliebige erste Schalteinheit 31n umfasst erste Schalter SW11n und SW12n, die eine positive Elektrode einer entsprechenden Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite eines entsprechenden ersten Kondensators Co1n oder eines entsprechenden zweiten Kondensators Co2n verbindet.
Die ersten Schalter SW11n und SW12n weisen Enden an einer Seite, die mit Platten an der anderen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n entsprechend verbunden sind, und die Enden an der anderen Seite auf, die miteinander verbunden und mit einer positiven Elektrode einer Sekundärzelle Cen verbunden sind.
Gemäß der obigen Konfiguration wird eine positive Elektrode einer entsprechenden Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite eines ersten Kondensators Co1n verbunden, wenn ein erster Schalter SW11n EIN geschaltet ist. Wenn ein erster Schalter SW12n EIN geschaltet ist, wird eine positive Elektrode einer entsprechenden Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite eines zweiten Kondensators Co2n verbunden.
Die dritte Schalteinheit 33 umfasst dritte Schalter SW71 bis SW74 und dritte Schalter SW81 bis SW84, die zwischen den ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und den zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 bereitgestellt sind, und die Differenzverstärkerschaltung 6.
Die dritten Schalter SW71 bis SW74 weisen Enden an einer Seite, die mit den Platten an der anderen Seite der ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 entsprechend verbunden sind, und die Enden an der anderen Seite auf, die miteinander verbunden und mit der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden sind. Die dritten Schalter SW81 bis SW84 weisen Enden an einer Seite, die entsprechend mit den Platten an der anderen Seite der zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 verbunden sind, und die Enden an der anderen Seite auf, die miteinander verbunden und mit der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden sind.
Das aktive Teil 4, die MCU 5, die MCU-DifferenzVerstärkerschaltung 6, die MCU-Zellenüberwachungs-IC 7 und die MCU-TPF-Einheit 8 entsprechen den aus 1, die in der ersten Ausführungsform oben beschrieben sind. Folglich erfolgt keine detaillierte Beschreibung davon.
Als nächstes wird ein Betrieb des Sekundärzellenzustandsdetektors 1 in der oben beschriebenen Konfiguration mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren der MCU 5 darstellt, die von dem Sekundärzellenzustandsdetektor 1 umfasst wird, der in 6 dargestellt ist.
Die MCU 5 startet einen Zellenzustandsdetektierprozess, der in 7 dargestellt ist, nach einem Empfangen eines Befehls zum Detektieren von Zuständen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 von einer elektronischen Steuerung, die in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist. Die MCU 5 überträgt als erstes ein Ladungsstartsteuersignal zu dem aktiven Teil 4 (Schritt S21). Das aktive Teil 4 beginnt ein Laden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 mit einem Ladestrom Ic in Antwort auf das Steuersignal.
In einem anfänglichen Zustand sind alle der ersten Schalteinheiten 311 bis 314 und die dritte Schalteinheit 33 AUS geschaltet. Anschließend schaltet die MCU 5 die ersten Schalter SW111 bis SW114 ein, um positive Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 mit den Platten an der anderen Seite der entsprechenden ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 zu verbinden (Schritt S22). Auf diese Weise werden Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in einem Ladungszustand in den ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 entsprechend gehalten.
Daraufhin schaltet die MCU 5 die ersten Schalter SW111 bis SW114 AUS, wenn eine Zeit t1 vergangen ist (J in Schritt S23), um die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 von den ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 zu trennen (Schritt S24). Daraufhin überträgt die MCU 5 ein Ladungsaussetzungssteuersignal zu dem aktiven Teil 4 (Schritt S25). Das aktive Teil 4 setzt ein Laden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in Antwort auf dieses Steuersignal als.
Daraufhin schaltet die MCU 5 die ersten Schalter SW121 bis SW124 EIN, um die positiven Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 mit den Platten an der anderen Seite der entsprechenden zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 zu verbinden (Schritt S26). Auf diese Weise werden Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in einem Ladungsaussetzungszustand in den zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 gehalten. Daraufhin schaltet die MCU 5 die ersten Schalter SW121 bis SW124 AUS, wenn die Zeit t1 vergangen ist (J in Schritt S27), um die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 von den zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 zu trennen (Schritt S28).
Daraufhin schaltet MCU 5 einen Schalter SW7n und einen Schalter SW8n EIN, um einen ersten Kondensator Co1n und einen zweiten Kondensator Co2n mit der Differenzverstärkerschaltung 6 zu verbinden. Weiterhin übernimmt die MCU 5 eine Differenzspannungsausgabe der Differenzverstärkerschaltung 6 und überträgt einen Befehl an die Zellenüberwachungs-IC 7, um einen Innenwiderstand einer Sekundärzelle Cen zu erhalten (Schritt S29). Daraufhin schaltet die MCU 5 den Schalter SW7n und den Schalter SW8n AUS, um den ersten Kondensator Co1n und den zweiten Kondensator Co2n von der Differenzverstärkerschaltung 6 zu trennen (Schritt S30). Wenn n ungleich 4 (N in Schritt S31), erhöht die MCU 5 daraufhin n (Schritt S32) und kehrt zu Schritt S29 zurück. Andererseits beendet die MCU 5 den Zellenzustandsdetektionsprozess, wenn n = 4 (J in Schritt S31).
Gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform werden die ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 in Entsprechung zu der Mehrzahl von entsprechenden Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 bereitgestellt und beide Elektroden der entsprechenden Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 sind simultan mit den entsprechenden ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und den zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 verbunden. Folglich ist es möglich, Innenwiderstände (Zustände) der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 schnell zu detektieren.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 in einer fünften Ausführungsform mit Bezug auf 8 beschrieben. Ein Unterschied zwischen der vierten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform besteht darin, dass Schalter SW91 bis SW93 bereitgestellt werden, um beide Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Cen von beiden Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 zu trennen.
Ein Schalter SW9n ist ein Umschalter, der zwischen Platten an einer Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n und einer negativen Elektrode einer Sekundärzelle Cen verbunden ist, um eine Verbindung der Platten an der einen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n zwischen der negativen Elektrode der Sekundärzelle Cen und Masse zu schalten. Wenn die Schalter SW91 bis SW93 bereitgestellt sind, können beide Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 von den Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 getrennt werden.
Zusätzlich schaltet MCU 5 die Schalter SW91 bis SW93 EIN, um Platten an der einen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 mit entsprechenden negativen Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Cen zu verbinden, während eine dritte Schalteinheit 33 AUS geschaltet ist, um die ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 von einer Differenzverstärkerschaltung 6 zu trennen. In diesem Zustand steuert die MCU 5 die ersten Schalteinheiten 311 bis 314, um Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in den ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 zu halten (insbesondere, um einen Betrieb der Schritte S22 bis S28 in 7 durchzuführen).
Die MCU 5 schaltet ferner die ersten Schalteinheiten 311 bis 314 und die Schalter SW91 bis SW93 AUS, um Platten an der einen Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 mit Masse zu verbinden und die beiden Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 von den Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zu trennen. In diesem Zustand steuert die MCU 5 die dritte Schalteinheit 33, um die ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 mit der Differenzverstärkerschaltung 6 sukzessive zu verbinden (insbesondere, um einen Betrieb der Schritte S29 und S30 in 7 durchzuführen).
Gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform sind die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 nicht mit der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden, und es ist folglich möglich, einen Bedarf an Leistung, wie zum Beispiel einen Widerstandsdrucks auf die Hardware nach der Differenzverstärkerschaltung 6, zu unterdrücken.
(Sechste Ausführungsform)
Als nächstes wird ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 in einer sechsten Ausführungsform erfolgt mit Bezug auf 9 beschrieben. Ein Unterschied zwischen der sechsten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform besteht darin, dass eine erste Schalteinheit 31, eine zweite Schalteinheit 32 und eine vierte Schalteinheit 34 zum Auswählen eines der ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und der zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 anstelle der Mehrzahl von ersten Schalteinheiten 311 bis 314 und der dritten Schalteinheit 33 bereitgestellt werden.
Die ersten und zweiten Schalteinheiten 31 und 32 sind äquivalent zu den ersten und zweiten Schalteinheiten 31 und 32, die oben in der ersten Ausführungsform beschrieben und in 1 dargestellt sind. Folglich erfolgt keine detaillierte Beschreibung an dieser Stelle. Platten an einer Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n sind mit einer negativen Elektrode einer entsprechenden Sekundärzelle Cen verbunden. Zusätzlich ist die Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1n mit einem ersten Schalter SW11 durch die vierte Schalteinheit 34, die unten beschrieben ist, verbunden und die Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2n ist mit einem ersten Schalter SW12 durch die vierte Schalteinheit 34 verbunden, die unten beschrieben ist.
Die vierte Schalteinheit 34 umfasst vierte Schalter SW131 bis SW134, die zwischen dem ersten Schalter SW11 und den Platten an der anderen Seite der ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 entsprechend bereitgestellt sind, und vierte Schalter SW141 bis SW144, die zwischen dem ersten Schalter SW12 und den Platten an der anderen Seite der zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 entsprechend bereitgestellt sind.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration ist eine positive Elektrode einer ausgewählten Sekundärzelle Cen mit den ersten Schaltern SW11 und SW12 verbunden, wenn ein zweiter Schalter SW2n EIN geschaltet ist, und ein Paar von ausgewählten ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n ist mit den ersten Schaltern SW11 und SW12 verbunden, wenn vierte Schalter SW13n und SW14n EIN geschaltet sind. Demzufolge kann eine positive Elektrode (die andere Elektrode) einer Sekundärzelle Cen, die durch die zweite Schalteinheit 32 ausgewählt ist, mit einem ersten Kondensator Co1n oder einem zweiten Kondensator Co2n verbunden sein, der durch die vierte Schalteinheit 34 ausgewählt ist, wenn der erste Schalter SW11 oder SW12 EIN geschaltet ist.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Betriebs des Sekundärzellenzustandsdetektors 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration bezüglich 10. 10 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verarbeitungsverfahren einer MCU 5 darstellt, die von dem Sekundärzellenzustandsdetektor 1 umfasst wird, der in 9 dargestellt ist.
Die MCU 5 beginnt einen Zellenzustandsdetektierprozess, der in 10 dargestellt ist, bei einem Empfangen eines Befehls zum Detektieren von Zuständen von Sekundärzellen Ce1 und Ce2 von einer elektronischen Steuerung, die in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist. Als erstes überträgt die MCU 5 ein Ladungsstartsteuersignal zu einem aktiven Teil 4 (Schritt S41). Das aktive Teil 4 beginnt mit einem Laden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 mit einem Ladestrom Ic in Antwort auf das Steuersignal.
Daraufhin schaltet die MCU 5 einen zweiten Schalter SW2n und vierte Schalter 13n und 14n ein, um eine positive Elektrode einer ausgewählten Sekundärzelle Cen mit den ersten Schaltern SW11 und SW12 zu verbinden und die Platten an der anderen Seite von ausgewählten ersten und zweiten Kondensatoren Co1n und Co2n mit den ersten Schaltern SW11 und SW12 zu verbinden. Weiterhin schaltet die MCU 5 die ersten Schalter SW11 ein, um die positive Elektrode der Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators Co1n zu verbinden, wodurch beide Elektroden der Sekundärzelle Cen mit beiden Platten des ersten Kondensators Co1n verbunden werden (Schritt S42), Auf diese Weise wird eine Ende-zu-Ende-Spannung der Sekundärzelle Cen in einem Zustand im ersten Kondensator Co1n gehalten.
Wenn eine Zeit t1 vergangen ist (J in Schritt S43), schaltet die MCU 5 daraufhin den ersten Schalter SW11 AUS, um den ersten Kondensator Co1n von der Sekundärzelle Cen zu trennen (Schritt S44). Daraufhin überträgt die MCU 5 ein Ladungsaussetzungssteuersignal zu dem aktiven Teil 4 (Schritt S45). Das aktive Teil 4 setzt ein Laden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in Antwort auf das Steuersignal aus.
Daraufhin schaltet die MCU 5 den ersten Schalter SW12 EIN, um die positive Elektrode der Sekundärzelle Cen mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators Co2n zu verbinden, wodurch beide Elektroden der Sekundärzelle Cen mit beiden Platten des zweiten Kondensators Co2n verbunden sind (Schritt S46). Auf diese Weise wird die Ende-zu-Ende-Spannung der Sekundärzelle Cen in einem ausgesetzten Ladungszustand im zweiten Kondensator Co2n gehalten.
Daraufhin schaltet die MCU 5 den ersten Schalter SW12 AUS, wenn die Zeit t1 vergangen ist (J in Schritt S47), um den zweiten Kondensator Co2n von der Sekundärzelle Cen zu trennen (Schritt S48).
Daraufhin ruft die MCU 5 eine Differenzspannungsausgabe einer Differenzverstärkerschaltung 6 ab und überträgt einen Befehl zu einer Zellenüberwachungs-IC 7, um einen Innenwiderstand der Sekundärzelle Cen zu erhalten (Schritt S49).
Wenn n ungleich 4 (N in Schritt S50), erhöht die MCU 5 daraufhin n (Schritt S51) und kehrt zu Schritt S1 zurück. Andererseits beendet die MCU 5 den Zellenzustandsdetektionsprozess, wenn n = 4 (J in Schritt S50).
In der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform, ähnlich der vierten Ausführungsform, werden die ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 entsprechend der Mehrzahl von entsprechenden Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 bereitgestellt. Die Enden an beiden Seiten der entsprechenden Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 sind mit den entsprechenden ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und den zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 verbunden. Folglich können Innenwiderstände (Zustände) der Mehrzahl von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 akkurat detektiert werden, die von einer Batterievorrichtung 2 umfasst werden.
(Siebte Ausführungsform)
Als nächstes wird ein Sekundärzellenzustandsdetektor 1 in einer siebten Ausführungsform mit Bezug auf 11 beschrieben. Ein Unterschied zwischen der sechsten Ausführungsform und der siebten Ausführungsform besteht darin, dass eine dritte Schalteinheit 33 und Schalter SW91 bis SW93 zum Trennen der beiden Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 von beiden Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 bereitgestellt werden.
Die dritte Schalteinheit 33 ist äquivalent zu der dritten Schalteinheit 33 aus 5, die oben in der dritten Ausführungsform beschrieben ist. Folglich erfolgt hier keine detaillierte Beschreibung. Die Schalter SW91 bis SW93 sind äquivalent zu den Schaltern SW91 bis SW93, die in der vierten Ausführungsform oben beschrieben wurden und in 8 dargestellt sind. Folglich erfolgt hier keine detaillierte Beschreibung.
Zusätzlich schaltet eine MCU 5 die Schalter SW91 bis SW93 ein, um Platten an einer Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 mit entsprechenden negativen Elektroden der Sekundärzellen Ce1 bis Cen zu verbinden, während die dritte Schalteinheit 33 AUS geschaltet ist, um die ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die zweiten Kondensatoren Co21 und Co22 von einer Differenzverstärkerschaltung 6 zu trennen. In diesem Zustand steuert die MCU 5 eine erste Schalteinheit 31 und eine zweite Schalteinheit 32, um Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen von Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 in den ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und den zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 zu halten (insbesondere, um einen Betrieb der Schritte S42 bis S48 aus 10 durchzuführen).
Weiterhin schaltet die MCU 5 die erste Schalteinheit 31 und die Schalter SW91 bis SW93 AUS, um Platten an einer Seite der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 mit Masse zu verbinden und beide Platten der ersten und zweiten Kondensatoren Co11 bis Co14 und Co21 bis Co24 von den Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zu trennen. In diesem Zustand steuert die MCU 5 die dritte Schalteinheit 33 und eine vierte Schalteinheit 34, um die ersten Kondensatoren Co11 bis Co14 und die zweiten Kondensatoren Co21 bis Co24 sukzessive mit der Differenzverstärkerschaltung 6 zu verbinden (insbesondere einen Betrieb von Schritt S49 aus 10 durchzuführen).
Entsprechend der oben beschriebenen siebten Ausführungsform sind die Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 nicht mit der Differenzverstärkerschaltung 6 verbunden und folglich kann ein Bedarf an Leistung, wie zum Beispiel ein Widerstandsdruck auf die Hardware nach der Differenzverstärkerschaltung 6, unterdrückt werden.
(Achte Ausführungsform)
Wenn einer der ersten Kondensatoren Co1 und Co11 bis Co14 und der zweiten Kondensators Co2 und Co21 bis Co24 durch die ersten Schalter SW11 und SW12 ausgewählt ist, eine der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 durch die zweiten Schalter SW21 bis SW24 ausgewählt ist und der ausgewählte Kondensator und die ausgewählte Sekundärzelle können miteinander verbunden sein, die zweiten Schalter SW21 bis SW24 und der Widerstand Rd, der von der TPF-Einheit 8 umfasst ist, können zur Entladungstypangleichung abgezweigt werden.
Insbesondere werden Ende-zu-Ende-Spannungen der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 gemessen und die MCU 5 steuert die zweiten Schalter SW21 bis SW24, um den Widerstand Rd mit beiden Enden von einer der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 zu verbinden, die eine Hochspannung aufweist, wodurch die Sekundärzelle entladen wird. Wenn eine Ende-zu-Ende-Spannung der Sekundärzelle Ce1 beispielsweise hoch ist, schaltet die MCU 5 die zweiten Schalter SW21 und SW22 EIN, um den Widerstand Rd an beiden Enden der Sekundärzelle Ce1 zu verbinden.
Gemäß der oben beschriebenen achten Ausführungsform kann der Widerstand Rd der TPF oder können die zweiten Schalter SW21 bis SW24, die in der ersten Schalteinheit 31 bereitgestellt sind, zur Angleichung der Sekundärzellen Ce1 bis Ce4 abgezweigt werden. Aus diesem Grund wird ein Entladungswiderstand oder ein Schalter für eine Abgleichung separat von dem Sekundärzellenzustandsdetektor 1 nicht unbedingt bereitgestellt und es kann eine Kostenreduktion versucht werden.
In der oben beschriebenen achten Ausführungsform wird ein Widerstand eines TPF als der Widerstand Rd verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann ein Schaltungsschutzwiderstand verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich anschauliche Ausführungsformen der Erfindung dar und die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen begrenzt. Insbesondere können die Ausführungsformen verschiedentlich modifiziert und in einem Bereich umgesetzt werden, der nicht von dem Gegenstand der Erfindung abweicht.
Bezugszeichenliste

1: Sekundärzellenzustandsdetektor
5: MCU (erste Schaltersteuereinheit, zweite Schaltersteuereinheit und Abgleichungseinheit)
6: Differenzverstärkerschaltung
7: Zellenüberwachungs-IC (Zellenzustandsdetektiereinheit)
Ce1 bis Ce4: Sekundärzelle
Co1: erster Kondensator
Co11 bis Co14: erster Kondensator
Co2: zweiter Kondensator
Co21 bis Co24: zweiter Kondensator
SW11, SW12: erster Schalter
SW111 bis SW114: erster Schalter
SW121 bis SW124: erster Schalter
SW21 bis SW24: zweiter Schalter
SW31 bis SW34: zweiter Schalter
SW41 bis SW44: zweiter Schalter
SW51, SW52: dritter Schalter
SW71 bis SW74: dritter Schalter
SW81 bis SW84: dritter Schalter
Rd: Widerstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-150918 [0001]
JP 2014-219311 A [0006, 0006, 0007, 0007, 0007]

Claims

Sekundärzellenzustandsdetektor, der Zustände einer Mehrzahl von Sekundärzellen detektiert, die in Reihe geschaltet sind, wobei der Sekundärzellenzustandsdetektor umfasst: einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator aufweisen, die jeweils eine Platte an einer Seite, die mit einer Elektrode an einer Seite von einer der Mehrzahl von Sekundärzellen verbunden ist, aufweisen; einen ersten Schalter, der die Elektrode an der anderen Seite der einen der Sekundärzellen mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators verbindet; eine erste Schaltersteuereinheit, die den ersten Schalter steuert, um die Elektrode an der anderen Seite der einen der Sekundärzellen mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators zu verbinden, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen in einem ersten Zustand befindet, und dann die Elektrode an der anderen Seite der einen der Sekundärzellen mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators zu verbinden, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen in einem zweiten Zustand befindet; eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Differenzspannung von Spannungen der Platten an der anderen Seite des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators ausgibt; und eine Zellenzustandsdetektiereinheit, die einen Zustand der Sekundärzelle auf Basis der Differenzspannung detektiert.
Sekundärzellenzustandsdetektor nach Anspruch 1, ferner umfassend: zweite Schalter, die eine aus der Mehrzahl von Sekundärzellen auswählt; und eine zweite Schaltersteuereinheit, die die zweiten Schalter steuert, um eine Elektrode an einer Seite der einen ausgewählten Sekundärzelle mit den Platten an der einen Seite des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators zu verbinden, wobei die erste Schaltersteuereinheit die Elektrode an der anderen Seite der einen Sekundärzelle, die durch die zweiten Schalter ausgewählt ist, mit der Platte an der anderen Seite des ersten Kondensators zu verbinden, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen in dem ersten Zustand befindet, und dann die Elektrode an der anderen Seite der einen Sekundärzelle, die durch die zweiten Schalter ausgewählt ist, mit der Platte an der anderen Seite des zweiten Kondensators verbindet, wenn sich die Mehrzahl von Sekundärzellen in dem zweiten Zustand befindet.
Sekundärzellenzustandsdetektor nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Abgleichungseinheit, die Elektrode-zu-Elektrode-Spannungen der Mehrzahl von Sekundärzellen durch Steuern des ersten Schalters und der zweiten Schalter abgleicht, um einen elektrischen Ladungstransfer unter der Mehrzahl von Sekundärzellen unter Verwendung des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators zu ermöglichen.
Sekundärzellenzustandsdetektor nach Anspruch 2, wobei ein Ende an einer Seite des zweiten Schalters entsprechend mit den Elektroden an der anderen Seite der Mehrzahl von Sekundärzellen verbunden ist und das Ende an der anderen Seite des zweiten Schalters mit dem ersten Schalter verbunden ist, und wobei der Sekundärzellenzustandsdetektor ferner umfasst: Widerstände, die zwischen den zweiten Schaltern und den Sekundärzellen entsprechend verbunden sind, und eine Abgleichungseinheit, die einen Abgleich durch Steuern der zweiten Schalter durchführt, so dass beide Elektroden der Sekundärzellen, die eine Hochspannung aufweisen, mit beiden Enden der zweiten Schalter verbunden sind.
Sekundärzellenzustandsdetektor nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator und der zweite Kondensator entsprechend der Mehrzahl von Sekundärzellen mehrfach bereitgestellt sind, und der erste Schalter entsprechend der Mehrzahl von Sekundärzellen mehrfach bereitgestellt ist, um die Elektrode an der anderen Seite einer entsprechenden Sekundärzelle unter der Mehrzahl von Sekundärzellen mit den Platten an der anderen Seite des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators zu verbinden.
Sekundärzellenzustandsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: dritte Schalter, die zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator bereitgestellt sind, und die Differenzverstärkerschaltung, wobei die erste Schaltersteuereinheit die dritten Schalter steuert, um den ersten Schalter zu steuern, wobei die erste Kondensator- und die zweite Kondensatorschaltung von dem Differenzverstärker getrennt sind, und die dritten Schalter steuert, um die Differenzverstärkerschaltung mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu verbinden, wobei beide Platten des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators von der Sekundärzelle getrennt sind.