電壓檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)形成電池組的電池單元的單獨(dú)的端子間電壓(inter-terminalvoltage)進(jìn)行檢測(cè)的電壓檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、筆記本型個(gè)人電腦以及其它設(shè)備均使用電池組。電池組由串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池(電池單元)形成。在這種電池組中，必須分別檢測(cè)每個(gè)電池單元的電壓來(lái)計(jì)算每個(gè)電池單元的容量并且進(jìn)行防護(hù)管理。
[0003]這種類(lèi)型的傳統(tǒng)裝置(例如，與US 2008/0150516 Al相對(duì)應(yīng)的JP-A-2008-145180)由A/D轉(zhuǎn)換器和電平移位電路形成，該電平移位電路選擇電池單元中的任意一個(gè)電池單元并且將所選電池單元的端子間電壓移位到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍內(nèi)。
[0004]電平移位電路通常由使用運(yùn)算放大器和電容器的積分電路形成。在各種類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器中，循環(huán)型A/D轉(zhuǎn)換器最適合用于縮減尺寸。該循環(huán)型A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)具有較少位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)對(duì)作為待轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換主體電壓(convers1n subject voltage)的模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，基于A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果來(lái)產(chǎn)生模擬電壓，通過(guò)從轉(zhuǎn)換主體電壓中減去所產(chǎn)生的模擬電壓來(lái)產(chǎn)生剩余電壓，放大剩余電壓并且通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)對(duì)放大的剩余電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。用于產(chǎn)生剩余電壓的電路由使用運(yùn)算放大器和電容器的積分電路形成。
[0005]由于兩種電路均包括占用大量電路面積并且消耗大量電功率的運(yùn)算放大器，如上所述，因而增大了整個(gè)裝置的電路面積和功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的在于減少電壓檢測(cè)裝置的電路面積和功耗。
[0007]根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種用于由串聯(lián)連接的電池單元形成的電池組的電壓檢測(cè)裝置。電壓檢測(cè)裝置包括運(yùn)算放大器、第一部分電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、第二部分電路、切換電路和控制電路。第一部分電路與運(yùn)算放大器一起形成電平移位電路，電平移位電路選擇電池組的電池單元中的任意一個(gè)電池單元并且提取并保持表示所選電池單元的端子間電壓的電壓。A/D轉(zhuǎn)換電路將輸入的轉(zhuǎn)換主體電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。第二部分電路與運(yùn)算放大器一起形成剩余電壓電路，剩余電壓電路通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)換主體電壓與對(duì)應(yīng)于A/D轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換結(jié)果的模擬電壓之間的差分電壓進(jìn)行放大來(lái)產(chǎn)生剩余電壓并且將剩余電壓作為轉(zhuǎn)換主體電壓施加到A/D轉(zhuǎn)換電路。切換電路將運(yùn)算放大器用作電平移位電路和剩余電壓產(chǎn)生電路中的任意一個(gè)電路，并且切換第一部分電路和第二部分電路的連接狀態(tài)，從而將由電平移位電路所保持的電壓作為轉(zhuǎn)換主體電壓施加到A/D轉(zhuǎn)換電路和剩余電壓產(chǎn)生電路?？刂齐娐房刂魄袚Q電路的設(shè)置和第一部分電路與第二部分電路的操作，從而執(zhí)行循環(huán)型A/D轉(zhuǎn)換器的操作?？刂齐娐吩陔娖揭莆荒Ｊ较聦⑦\(yùn)算放大器用作電平移位電路，并且然后在A/D轉(zhuǎn)換模式下將運(yùn)算放大器用作剩余電壓產(chǎn)生電路。控制電路通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路和剩余電壓產(chǎn)生電路來(lái)對(duì)電平移位電路所施加的轉(zhuǎn)換主體電壓進(jìn)行循環(huán)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的電壓檢測(cè)裝置的電路圖；
[0009]圖2是示出了第一實(shí)施例的操作的時(shí)序圖；
[0010]圖3是示出了第一實(shí)施例中的電平移位模式下的復(fù)位周期中的連接狀態(tài)的電路圖；
[0011]圖4是示出了第一實(shí)施例中的電平移位模式下的保持周期中的連接狀態(tài)的電路圖；
[0012]圖5是示出了第一實(shí)施例中的A/D轉(zhuǎn)換模式下的采樣周期中的連接狀態(tài)的電路圖；
[0013]圖6是示出了第一實(shí)施例中的A/D轉(zhuǎn)換模式下的MD/A轉(zhuǎn)換周期中的連接狀態(tài)的電路圖；
[0014]圖7是根據(jù)第二實(shí)施例的電壓檢測(cè)裝置的電路圖；
[0015]圖8是示出了第二實(shí)施例的操作的時(shí)序圖；
[0016]圖9是根據(jù)第三實(shí)施例的電壓檢測(cè)裝置的第二部分電路的電路圖；
[0017]圖10是示出了第三實(shí)施例的操作的時(shí)序圖；以及
[0018]圖11是根據(jù)實(shí)施例的修改的電壓檢測(cè)裝置的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將參考附圖中所示的各種實(shí)施例來(lái)描述電壓檢測(cè)裝置。
[0020][第一實(shí)施例]
[0021]〈整體結(jié)構(gòu)〉
[0022]將圖1中所示的根據(jù)第一實(shí)施例的電壓檢測(cè)裝置I應(yīng)用于用作車(chē)載電池等的電池組BT。電壓檢測(cè)裝置I分別檢測(cè)形成電池組BT的每個(gè)電池單元BI到B4的端子間電壓并且輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。端子間電壓是等于電池單元的端子電壓之間的差值的電壓。
[0023]電壓檢測(cè)裝置I包括運(yùn)算放大器2、第一部分電路3、第二部分電路4、輸入切換電路5、A/D轉(zhuǎn)換電路6和控制電路7。電池組BT由電池單元BI到B4形成，其中電池單元BI至B4是串聯(lián)連接的二次電池(例如，鋰離子電池)。本文假設(shè)電池單元的數(shù)量為4。電池單元的數(shù)量可以是大于或等于2的任何數(shù)量。在以下說(shuō)明中，將每個(gè)電池單元Bi(i = I到4)的正極側(cè)的端子電壓(正極側(cè)電壓)和負(fù)極側(cè)的電壓(負(fù)極側(cè)電壓)分別表示為Vi和V1-10
[0024]電壓檢測(cè)裝置I通過(guò)端子TO至T4來(lái)接收每個(gè)電池單元BI到B4的兩側(cè)的電壓VO到V4。S卩，將電池單元BI的負(fù)極側(cè)電壓VO施加到端子T0，將電池單元Bj+Ι的負(fù)極側(cè)電壓Vj和電池單元Bj的正極側(cè)電壓施加到端子Tj (j = 1、2、3);并且將電池單元B4的正極側(cè)電壓V4施加到端子T4。
[0025]〈第一部分電路〉
[0026]第一部分電路3與運(yùn)算放大器2 —起形成電平移位電路，運(yùn)算放大器2的非反相輸入端子連接到接地線(xiàn)。電平移位電路選擇電池單元BI到B4中的任意一個(gè)電池單元，并且將對(duì)應(yīng)于所選電池單元Bi的端子間電壓(V1-V1-1)的電壓的電壓電平移位到適合于A/D轉(zhuǎn)換電路6的輸入電壓范圍的值。
[0027]第一部分電路3由電容器C1、C2和開(kāi)關(guān)SWO到SW5形成。電容器Cl和C2串聯(lián)連接，并且電容器C2側(cè)處的一端連接到運(yùn)算放大器2的輸出端子。電容器C2置于運(yùn)算放大器2的輸出端子與反相輸入端子之間。即，電容器Cl與C2之間的公共接點(diǎn)可以連接到運(yùn)算放大器2的反相輸入端子。
[0028]開(kāi)關(guān)SWO到SW4的一端連接在一起并且公共接點(diǎn)連接到電容器Cl和C2的電容器Cl側(cè)的一端。與公共接點(diǎn)相對(duì)的開(kāi)關(guān)SWO到SW4的單獨(dú)的端子分別連接到端子TO至T4。開(kāi)關(guān)SW5與電容器C2并聯(lián)連接。
[0029]〈輸入切換電路〉
[0030]輸入切換電路5選擇運(yùn)算放大器2的輸出電壓Vop和施加到外部輸入端子T5的外部輸入電壓Vin中的任意一個(gè)電壓，并且將所選電壓作為要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl施加到第二部分電路4和A/D轉(zhuǎn)換電路6。
[0031]〈A/D轉(zhuǎn)換電路〉
[0032]A/D轉(zhuǎn)換電路6是1.5位A/D轉(zhuǎn)換器，其通過(guò)利用兩個(gè)閾值電壓Vthl和Vth2?Vthl)來(lái)將轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl轉(zhuǎn)換為表示3個(gè)值的2位數(shù)字轉(zhuǎn)換值XD，其中通過(guò)除以預(yù)定的高參考電壓Vrefp與低參考電壓Vrefm之間的差分電壓(Vrefp-Vrefm)來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)閾值電壓Vthl和Vth2。具體而言，A/D轉(zhuǎn)換電路6在VsKVthl時(shí)輸出O ( = 00)，在Vthl ( Vsl<Vth2時(shí)輸出1( = 01)，在Vsl彡Vth2時(shí)輸出2( = 10)。A/D轉(zhuǎn)換電路6可以是由例如分壓電阻器、比較器、鎖存電路、編碼器等形成的傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換電路。分壓電阻器根據(jù)參考電壓Vrefp和Vrefm來(lái)產(chǎn)生閾值電壓Vthl和Vth2。比較器將轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl與閾值電壓Vthl和Vth2進(jìn)行比較。鎖存電路鎖存比較器的輸出電壓。編碼器將鎖存電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字轉(zhuǎn)換值XD。
[0033]〈第二部分電路〉
[0034]第二部分電路4與運(yùn)算放大器2 —起形成剩余電壓產(chǎn)生電路，并且第二部分電路4由包括電容器CS10、CSlUCF和開(kāi)關(guān)SlO到S17的電容器陣列電路形成。
[0035]剩余電壓產(chǎn)生電路從轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl中減去與作為轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字轉(zhuǎn)換值XD相對(duì)應(yīng)的模擬電壓，并且通過(guò)放大該差分電壓來(lái)產(chǎn)生剩余電壓。由此產(chǎn)生的剩余電壓是下一步處理中的轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl并且將其施加至A/D轉(zhuǎn)換電路6和第二部分電路4 (即，剩余電壓產(chǎn)生電路本身)。剩余電壓電路與A/D轉(zhuǎn)換電路6和控制電路7 —起形成循環(huán)型A/D轉(zhuǎn)換器。
[0036]開(kāi)關(guān)SlO和Sll中的每個(gè)開(kāi)關(guān)選擇閾值電壓Vrefp、Vrefm和轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl中的任意一個(gè)電壓，并且將所選電壓施加到電容器CSlO和CS11。用于選擇轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl的開(kāi)關(guān)S1和Sll的設(shè)置被稱(chēng)為采樣設(shè)置。用于選擇閾值電壓Vrefp和Vrefm中的任意一個(gè)電壓的開(kāi)關(guān)SlO和Sll的設(shè)置被稱(chēng)為MD/A轉(zhuǎn)換設(shè)置。
[0037]電容器CSlO和CSlI具有相同的電容CS。電容器CSlO和CSll的一端連接在一起并且通過(guò)開(kāi)關(guān)S12連接到運(yùn)算放大器2的反相輸入端子、通過(guò)開(kāi)關(guān)S13連接到接地線(xiàn)。由開(kāi)關(guān)SlO所選的電壓連接到電容器CSlO的另一端。由開(kāi)關(guān)Sll所選的電壓施加到電容器CSll的另一端。
[0038]電容器CF具有電容器CSlO和CSll的電容的兩倍大小的電容(=2XCS)。連接電容器CF，以在其一端處接收轉(zhuǎn)換主體電壓Vsl。電容器CF的另一端通過(guò)開(kāi)關(guān)S15連接到運(yùn)算放大器2的反相輸入端子，并且通過(guò)開(kāi)關(guān)S16連接到接地線(xiàn)。
[0039]開(kāi)關(guān)S14置于運(yùn)算放大器2的非反相輸入端子與輸出端子之間。開(kāi)關(guān)S17置于運(yùn)算放大器2的反相輸入端子與電容器Cl和C2的公共接點(diǎn)之間。
[0040]運(yùn)算放大器2在開(kāi)關(guān)S12、S14和S15被設(shè)置為斷開(kāi)狀態(tài)并且開(kāi)關(guān)S17被設(shè)置為接通狀態(tài)的狀態(tài)下用作電平移位電路。運(yùn)算放大器2在開(kāi)關(guān)S15被設(shè)置為接通狀態(tài)并且開(kāi)關(guān)S16和S17被設(shè)置為斷開(kāi)狀態(tài)的狀態(tài)下用作剩余電壓產(chǎn)生電路。運(yùn)算放大器2用作電平移位電路的操作模式被稱(chēng)為電平移位模式。運(yùn)算放大器2用作剩余電壓產(chǎn)生電路和循環(huán)型A/D轉(zhuǎn)換器的操作模式被稱(chēng)為A/D轉(zhuǎn)換模式。
[0041]〈控制電路〉
[0042]控制電路7產(chǎn)生用于切換開(kāi)關(guān)SWO到SW5和SI到S17的設(shè)置的控制信號(hào)(未示出)，并且控制電路7根據(jù)預(yù)定順序?qū)㈦妷簷z測(cè)裝置I的操作模式切換為電平移位模式或A/D轉(zhuǎn)換模式。在A/D轉(zhuǎn)換模式下的操作中，控制電路7基于從A/D轉(zhuǎn)換電路6順序輸出的多個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換值XD