專利名稱：電池電壓測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池電壓測定裝置，特別涉及適用于串聯(lián)連接多個(gè)二次電池的電源裝置的各二次電池電壓測定的電池電壓測定裝置。
背景技術(shù)：
例如，在電動(dòng)汽車等的電源裝置中，為了得到規(guī)定的驅(qū)動(dòng)電壓，采用串聯(lián)連接多個(gè)二次電池的結(jié)構(gòu)，但為了穩(wěn)定地確保這種電源裝置的可靠性，有必要確實(shí)地不斷把握各個(gè)二次電池的狀態(tài)。因此，已知有設(shè)置用于測定各個(gè)二次電池的兩端電壓的電池電壓測定裝置。
如圖4所示，在以往的這種電池電壓測定裝置中，將得到對(duì)應(yīng)于其兩端電壓的輸出電壓的差分放大器12和對(duì)該輸出電壓進(jìn)行增益校正的增益校正放大器13與在各個(gè)二次電池11連接。如圖5所示，為了檢測各二次電池11的電壓，采用這樣的結(jié)構(gòu)，即將來自各個(gè)增益校正放大器13的輸出電壓用分別應(yīng)設(shè)置的A/D變換器14變換成數(shù)字量，并將對(duì)應(yīng)于各個(gè)二次電池11的兩端電壓的數(shù)字信號(hào)輸入到微型計(jì)算機(jī)15中。此外，如圖4所示，對(duì)于全部的差分放大器12分別共同連接其電源端和接地端，將共同的控制電源連接在其電源端和接地端之間，加上電源電壓Vcc，同時(shí)將接地端連接到公共接地GND上。
這里，將增益校正放大器13與各個(gè)差分放大器12連接進(jìn)行各自的增益校正的理由如下。為了將差分放大器12的輸出電壓變換的數(shù)字差并送到微型計(jì)算機(jī)15中，必須使差分放大器12的增益與A/D變換器14的可能輸入電壓范圍相適應(yīng)。例如，如果電池電壓的檢測范圍是0～20V，A/D變換器14的輸入電壓范圍是0～5V，則必須用差分放大器12將電池電壓變換成1/4倍進(jìn)行輸出。
可是，在差分放大器12中有同相輸入范圍，是在輸入端上加上電壓進(jìn)行正常動(dòng)作的電壓范圍，對(duì)應(yīng)于器件的特性和電源電壓輸入的電壓范圍受到限制。例如，差分放大器12使用某個(gè)器件時(shí)，電源電壓Vcc是+15V的情況下，同相輸入范圍是14V。這種同相輸入范圍因構(gòu)成差分放大器12的器件而異，一般為比電源電壓Vcc的+15V稍微低的值，取該值為14V。另一方面，如圖6所示，因多個(gè)二次電池11串聯(lián)連接，所以有時(shí)某個(gè)二次電池11的一端的電壓Va相對(duì)接地例如是200V，即使在這種情況下，輸入電壓Vb也必須不超過作為同相輸入范圍的14V。因此，圖6的R1和R2必須滿足R2/R1≤14/(200-14)，這種場合差分放大器12的增益在R2/R1(＝7/93)以下。因此，為了與所述A/D變換器的輸入范圍相適應(yīng)，必須要有增益是R1/4R2(＝93/28)的增益校正放大器13。
但是問題是，在前述以往的結(jié)構(gòu)中，因必須對(duì)每個(gè)差分放大器12、即對(duì)每個(gè)二次電池11設(shè)置增益校正放大器13，所以成本非常高。
此外，在從二次電池11向分別用于電壓測定而設(shè)置的差分放大器12側(cè)有暗電流流過。如果這種暗電流大，則問題在于，在長時(shí)間沒有充電而放置的情況下會(huì)導(dǎo)致過放電而引起電池容量減少和內(nèi)部電阻增大等性能劣化。此外的問題是，在串聯(lián)連接的二次電池11之間，當(dāng)暗電流存在差別時(shí)，則各二次電池間的容量誤差增大，如果僅估計(jì)容量的中間值進(jìn)行控制，則有的電池發(fā)生過充電和過放電，而使用時(shí)必須不至于有這種過充放電所以使得其使用允許范圍減小。另外的問題還有由于長時(shí)間沒有充電而放置時(shí)，剩余容量大小不等，而容量減小的二次電池會(huì)導(dǎo)致其它二次電池進(jìn)一步放電，導(dǎo)致電池性能劣化。因此問題在于，要減小暗電流，減小各個(gè)二次電池11之間暗電流的差別。
但是，在前述結(jié)構(gòu)中，因?qū)⒏鞑罘址糯笃?2連接到公共接地GND上，所以其等效電路如圖3(b)所示。在圖3中示出了串聯(lián)連接9個(gè)二次電池11的場合的例子，以VB1～VB9表示各個(gè)二次電池11的電池電壓，R表示差分放大器12側(cè)的等效阻抗，I1～I(xiàn)9表示來自各個(gè)二次電池11的暗電流，例如，假設(shè)VB1～VB9為15V，R為1MΩ，則I1＝I9＝67.5μA，I2＝I8＝120.0μA，I3＝I7＝157.5μA，I4＝I6＝180.0μA，I5＝187.5μA，各二次電池11的暗電流最大可大至180.0μA，而且暗電流的差最大可達(dá)到120μA(這可達(dá)到最大暗電流值180.0μA的67％)，不能解決前述課題的問題。
本發(fā)明，鑒于前述以往的問題，其目的在于提供一種電池電壓沉淀裝置，該裝置對(duì)于測定各電池電壓的差分放大器可不必設(shè)置增益校正放大器，以便能降低成本，減小暗電流，并且減少其差別。
發(fā)明概述本發(fā)明的電池電壓測定裝置，是在對(duì)串聯(lián)連接的多個(gè)電池的各自的電壓進(jìn)行測定的電池電壓測定裝置中，對(duì)每個(gè)電池設(shè)置差分放大器，得到對(duì)應(yīng)于其兩端電壓的輸出電壓，并對(duì)適當(dāng)個(gè)數(shù)的差分放大器進(jìn)行分組，在各個(gè)組中設(shè)置相互絕緣的接地端，同時(shí)設(shè)置相互絕緣的控制電源，并將各控制電源連接在各個(gè)組的各差分放大器的電源輸入端和接地端之間。
因各個(gè)組的差分放大器在相互絕緣的狀態(tài)下將控制電源連接在電源輸入端和接地端之間，所以在各個(gè)組內(nèi)加在各差分放大器的輸入端上的電壓相對(duì)于各個(gè)接地端較低，因此，增益的設(shè)定范圍增寬而不必要設(shè)置增益校正放大器，能降低成本，此外，因借助于減少各個(gè)組內(nèi)的差分放大器數(shù)并接地，能減小最大暗電流值，并且即使長時(shí)間沒有充電而放置也難于引起電池的劣化，同時(shí)也能減小暗電流值的差別，所以不必縮小電池的使用范圍、也能防止發(fā)生電池的過充電和過放電。
其結(jié)果，能將各差分放大器的輸出端與對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換的A/D變換手段直接相連，并能將A/D變換手段與根據(jù)其輸出信號(hào)檢測電池電壓的手段連接。
此外，前述電池不限于由單一的電池單元組成，當(dāng)然也可以是連接多個(gè)電池單元而形成的模塊。
附圖簡要說明

圖1表示本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的電池電壓測定裝置的關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)圖。
圖2表示同一實(shí)施形態(tài)的電池電壓測定裝置的相對(duì)于1個(gè)電池部分的整體示意構(gòu)成圖。
圖3是同一實(shí)施形態(tài)與以往例的暗電流的說明圖。
圖4表示以往例的電池電壓測定裝置的關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)圖。
圖5表示同一以往例的電池電壓測定裝置的相對(duì)于1個(gè)電池部分的整體示意構(gòu)成圖。
圖6是同一以往例的差分放大器的設(shè)定增益的說明圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式下面，參照?qǐng)D1～圖3對(duì)實(shí)施本發(fā)明的電池電壓測定裝置的一實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
在圖1中，1 是作為測定對(duì)象的電池的二次電池，是串聯(lián)連接多個(gè)(例如6個(gè))電池單元構(gòu)成模塊的二次電池。借助于多個(gè)串聯(lián)連接這種二次電池1，構(gòu)成電動(dòng)汽車和其它的電源裝置。
2 是用于檢測各二次電池1的兩端電壓而與各二次電池1連接的差分放大器。將每適當(dāng)個(gè)數(shù)的差分放大器2、在圖示的例中為每3個(gè)分為一組，形成組5(5-1～5-n)。并且，對(duì)各個(gè)組設(shè)置相互絕緣的接地端6(6-1～6-n)，并且分別各自接地(GND1～GNDn)，同時(shí)設(shè)置相互絕緣的控制電源7(7-1～7-n)(VCC1～VCCn)。通過絕緣型DC/DC變換器分別將各控制電源7(7-1～7-n)與電源變壓器連接。并且將各控制電源7(7-1～7-n)連接在各差分放大器2的電源輸入端2a和與之對(duì)應(yīng)的接地端6(6-1～6-n)之間。
在圖2中，各差分放大器2與A/D變換器3直接連接。A/D變換器3將差分放大器2的輸出信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，并向微型計(jì)算機(jī)4輸出。4是根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)檢測出各二次電池1的兩端電壓的微型計(jì)算機(jī)。
在前述的結(jié)構(gòu)中，將各二次電池1的兩端電壓輸入到差分放大器2中，將對(duì)應(yīng)于各二次電池1的兩端電壓的輸出電壓信號(hào)(模擬信號(hào))輸入到A/D變換器3中，并用A/D變換器3變換成數(shù)字信號(hào)，并向微型計(jì)算機(jī)4輸出。微型計(jì)算機(jī)4用必要的讀取時(shí)間，將輸入的數(shù)字信號(hào)變換成電壓值，并根據(jù)該電壓值檢測出二次電池1的兩端電壓。這樣，因借助于檢測出串聯(lián)連接多個(gè)二次電池1的電源裝置的各二次電池1的輸出電壓，能經(jīng)常確實(shí)地把握各二次電池1的各自的狀態(tài)，所以能穩(wěn)定地確保電源裝置的可靠性。
在本實(shí)施形態(tài)中，因?qū)⑦m當(dāng)數(shù)量的前述差分放大器2分成一組，分成組5-1～5-n，將對(duì)各個(gè)組相互絕緣的控制電源7(7-1～7-n)連接在對(duì)各組5-1～5-n相互絕緣狀態(tài)的接地端6(6-1～6-n)(GND1～GNDn)和其各差分放大器2的電源輸入端2a之間，對(duì)每個(gè)組加上控制電壓(VCC1～VCCn)，所以各組5-1～5-n內(nèi)加在各差分放大器2的輸入端上的電壓(圖6的電壓Va)相對(duì)于各自的接地端6(6-1～6-n)(GND1～GNDn)的電壓降低。因此，差分放大器2的增益設(shè)定范圍增寬，不必要設(shè)置在以往例中設(shè)置的增益校正放大器，因此，能大幅度降低成本。
此外，借助于減少各個(gè)組5內(nèi)的差分放大器2的數(shù)量(在本實(shí)施形態(tài)中是3)，則由圖3(a)所示的等效電路供給暗電流。也就是說，以VB1～VB9表示各個(gè)二次電池1的電池電壓，R表示差分放大器2側(cè)的等效阻抗，I1～I(xiàn)9表示來自各個(gè)二次電池1的暗電流，例如，假設(shè)VB1～VB9為15V，R為1MΩ，則I1＝I3＝I4＝I6＝I7＝I9＝22.5μA，I2＝I5＝I8＝30.0μA，各二次電池1的暗電流最大為30.0μA，與以往相比大幅度地降低，而且暗電流的差最大為7.5μA(最大暗電流值30.0μA的25％)。
因此，暗電流值減小，并且即使長時(shí)間沒有充電而放置也難于引起電池的劣化。此外，暗電流值的差別也減小到最大暗電流值的25％，能不必縮小電池的使用范圍也能防止發(fā)生電池的過充電和過放電，同時(shí)也不會(huì)發(fā)生由于剩余容量差而產(chǎn)生的過放電。
工業(yè)上的實(shí)用性如前所述，采用本發(fā)明，則不必對(duì)于各差分放大器設(shè)置增益校正放大器，能降低成本。此外，由于能減小最大暗電流值并且也能減小其差別，使得為了防止由于電池的剩余容量差產(chǎn)生的過放電、過充電而設(shè)定的電池的使用范圍更加寬，所以作為電源裝置的電池電壓測定裝置是有用的。
權(quán)利要求
1.一種電池電壓測定裝置，對(duì)串聯(lián)連接的多個(gè)電池各自的電壓進(jìn)行測定，其特征在于，對(duì)每個(gè)電池(1)設(shè)置差分放大器(2)，得到對(duì)應(yīng)于其兩端電壓，將適當(dāng)個(gè)數(shù)的差分放大器(2)進(jìn)行分組，在各個(gè)組(5)中設(shè)置相互絕緣的接地端(6)，同時(shí)設(shè)置相互絕緣的控制電源(7)，并將各控制電源(7)連接在各個(gè)組(5)的各差分放大器(2)的電源輸入端(2a)和接地端(6)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的電池電壓測定裝置，其特征在于，將各差分放大器(2)的輸出端與對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換的A/D變換手段(3)直接連接，將A/D變換手段(3)與根據(jù)其輸出信號(hào)檢測電池電壓的手段(4)連接。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種電池電壓測定裝置,對(duì)每個(gè)電池(1)設(shè)置差分放大器(2)得到對(duì)應(yīng)于其兩端電壓的輸出電壓,將適當(dāng)個(gè)數(shù)的差分放大器(2)進(jìn)行分組,分成組(5),在各個(gè)組(5)中設(shè)置相互絕緣的接地端(6),同時(shí)設(shè)置相互絕緣的控制電源(7),并將各控制電源(7)連接在各個(gè)組(5)的各差分放大器(2)的電源端(2a)和接地端(6)之間。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1241259SQ98801435
公開日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月30日
發(fā)明者鳥井祐次, 中西利明 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社