CN104813178A

CN104813178A - 电压测量电路

Info

Publication number: CN104813178A
Application number: CN201380059897.9A
Authority: CN
Inventors: 小林靖洋
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-07-29
Also published as: JP2014098643A; WO2014077049A1; US20160264015A1

Abstract

提供了一种电压测量电路，其构造为能够减小用于电压测量的分压电阻器针对开启暗电流削减继电器时产生的冲击电压的耐受电压，并能降低成本。该电压测量电路包括：高电压电源；多个分压电阻器(3-7)，其对高电压进行分压；电压测量单元(11、13、15)，其测量被多个分压电阻器(3-7)降低的电压；以及暗电流削减继电器(8)，其串联至多个分压电阻器(3-7)之间。

Description

电压测量电路

技术领域

本发明涉及电压测量电路。

背景技术

已知专利文献1中描述的电压测量电路是相关技术的电压测量电路的示例。该电压测量电路通过使用多个分压电阻器对作为电动汽车或混合动力汽车电源的电池进行分压，并测量电池的电压。

专利文献2中描述的相关技术的电路如下构造。即，第一保护继电器安置于电池与需要切断暗电流的多个电子控制装置之间。第二保护继电器安置于电池与无需切断暗电流的多个电子控制装置之间。分压电阻器安置于用于连接对应的电子控制装置的导线上。在点火开关长期未开启的情况下，切断第一保护继电器以防止由暗电流导致的电池耗尽。在各电子控制装置中产生过电流的情况下，分压电阻器检测到这种情况，并切断各保护继电器。因此，可防止过电流对电路和导线造成的破坏。

相关文献

专利文献

专利文献1：JP-A-2010-19603

专利文献2：JP-A-2003-40050

发明内容

发明要解决的问题

然而，相关技术的电压测量电路存在如下问题。

即，专利文献1公开了一种电压测量电路，其中通过使用分压电阻器来降低电池的高电压，然后对电压进行测量。专利文献2公开了：为了减小暗电流，在电池和分压电阻器之间***暗电流削减继电器。使用该电压测量电路与该暗电流削减继电器的组合。

在该组合中，在开启暗电流削减继电器时会产生冲击电压，该冲击电压施加至最高电压侧的电阻器。因此，该电阻器需具有高耐受电压。

因而，出现这样的问题：必须使用昂贵的电阻器，所以电压测量电路变得昂贵。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种电压测量电路，该电压测量电路可针对开启暗电流削减继电器时产生的冲击电压来减小用于电压测量的各个分压电阻器的耐受电压，从而可以降低电压测量电路的成本。

解决问题的方案

为实现这一目的，根据本发明的电压测量电路包括：

高电压输入端子；

多个分压电阻器，其对从所述高电压输入端子输入的高电压进行分压；

电压测量模块，其测量被所述多个分压电阻器降低至低电压的电压；以及

暗电流削减开关电路，其串联于所述多个分压电阻器当中的相邻的分压电阻器之间。

本发明的优点

在根据本发明的电压测量电路中，暗电流削减继电器串联于多个分压电阻器当中的相邻的分压电阻器之间。因此，在开启暗电流削减继电器时，可使得分压电阻器两端产生的冲击电压较小。因而，可使用减小了耐受电压的分压电阻器，其中耐受电压的减小量等于冲击电压的减小量。因此，可降低电压测量电路的成本。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的电压测量电路的示图。

图2是以相关技术和第一实施例之间的对比方式示出的开启暗电流削减继电器时布置在暗电流削减继电器附近的第一分压电阻器和第二分压电阻器每一个的两端的电压变化的示图。

图3是以相关技术和其中暗电流削减继电器的位置改变的第一实施例之间的对比方式示出的开启暗电流削减继电器时暗电流削减继电器的冲击电压的示图。

具体实施方式

下面，将基于附图中示出的实施例来详细说明根据本发明的示例性实施例。

第一实施例

首先，将对根据第一实施例的电压测量电路的整体构造进行说明。

根据第一实施例的电压测量电路是测量安装在电动汽车或混合动力汽车中的电池的总电压的电路。

如图1所示，根据第一实施例的电压测量电路按照下述方式构造：正极侧端子1连接至电池16的正极端子(VH+)，而负极侧端子2连接至电池16的负极侧端子(VH-)。

将众所周知的串联许多电池而构造的高电压二次电池用作电池16。正极侧端子1(高电压输入端子)连接至电动汽车或混合动力汽车的电池。

多个分压电阻器(在本实施例中，由五个分压电阻器构成，即，从正极侧端子1朝向负极侧端子2的第一分压电阻器3、第二分压电阻器4、第三分压电阻器5、第四分压电阻器6和第五分压电阻器7)和暗电流削减继电器8串联于正极侧端子1与负极侧端子2之间。各个分压电阻器由诸如薄膜电阻器构造。

暗电流削减继电器8连接在多个分压电阻的中央或接近中央的位置。更具体地，在第一实施例中，暗电流削减继电器8串联于第二分压电阻器4与第三分压电阻器5之间。

暗电流削减继电器8对应于根据本发明的暗电流削减开关电路。

在电路中，导线具有电感。导线越长，电感就变得越大。冲击电压的幅度取决于导线的位置。

在这一方面，将各导线的长度设置得较小以尽可能减小各导线的电感。如下说明，电感根据导线位置而不同。

首先，正极侧端子1与第一分压电阻器3之间的导线不可避免地变长，所以其间的电感9A变大。

然后，尽管暗电流削减继电器8与第二分压电阻器4通过尽可能短的导线相连接，但是该导线仍需具有一定长度。该导线的电感9B小于电感9A，但是冲击电压的幅度不可忽略。

可使得暗电流削减继电器8与第三分压电阻器5之间的导线较短。因此与电感9A和9B相比，该导线的电感9C非常小。

可使得第一分压电阻器3与第二分压电阻器4之间的导线较短。同样，可使得第三分压电阻器5与第四分压电阻器6之间的导线较短。虽然这些导线的每一个均具有与电感9C几乎相同的电感，但是这些电感的每一个对冲击电压的影响均比较小。由于这些电感变得难以在图中看到，所以未在图1中示出这些电感。

分压提取部14设置在第四分压电阻器6与第五分压电阻器7之间。因此，这两个电阻器之间的导线的电感大于电感9C，但是该电感对冲击电压的影响小。由于该电感变得难以在图中看见，因此同样未在图1中示出该电感。

第五分压电阻器7与负极侧端子2之间的导线较长，所以该导线的电感较大。然而，该电感对冲击电压的影响小。同样未在图中示出该电感。

通过电阻器如此分压的电压被从分压提取部14提取作为总电压的分压，其小于5伏特，并随后被施加至A/D电路11。

如图1所示，杂散电容10a至10l存在于分压电阻器3至7的两侧和机械接触件8a的两侧。

在这种情况下，机械接触件8a两侧的杂散电容10e和10f的每个均小于分压电阻器3至7的杂散电容10a至10d以及10g至10l。

暗电流削减继电器8由机械接触件8a和电磁体8b构成。电磁体8b的一端连接至5伏特电源，而其另一端连接至晶体管12的集电极。

在晶体管12中，集电极如上所述连接至电磁体8b，发射极接地，而基极连接至中央处理单元(CPU)13。CPU 13控制晶体管的操作。

从分压提取部14提取的作为总电压的分压的电压由A/D电路11转换为数字信号并被发送至光耦合器15。通过光耦合器15将数字信号转换为光信号并经由未示出的光缆输入至CPU 13。

CPU 13将光信号转换为数字信号，并计算电池16的电压。

如上所述，A/D电路11、光耦合器15和CPU 13充当对通过多个分压电阻器降低至低电压的电压进行测量的电压测量部。

将对按照本方式构造的根据第一实施例的电压测量电路的行为进行说明。首先，将对相关技术中产生大冲击电压的原因进行说明。

在相关技术中，五个分压电阻器，即，第一至第五分压电阻器串联布置在暗电流削减继电器8的下游侧。连接在暗电流削减继电器8的上游侧与正极侧端子1之间的导线不可避免地较长，所以该导线的电感(以下简称为第一电感)变大。

在相关技术的电路中，连接在暗电流削减继电器8的上游侧与正极侧端子1之间的导线具有第一杂散电容。在暗电流削减继电器8的下游侧与布置在暗电流削减继电器8的下游侧上的第一分压电阻器之间的导线具有第二杂散电容。

暗电流削减继电器8处于关断状态时，电池16的几百伏特(例如400伏特)的大电压施加至第一杂散电容，同时0伏特施加至第二杂散电容。当暗电流削减继电器8开启时，冲击电流瞬时流过布置在暗电流削减继电器8的上游侧与正极侧端子1之间的具有较大第一电感的导线。

因而，第一杂散电容上积累的电荷经由连接在暗电流削减继电器8与正极侧端子1之间的第一电感的导线和连接在暗电流削减继电器8与第一分压电阻器之间的第二电感的导线充电至第二杂散电容上。第一电感远大于第二电感。

当电荷积累于第二杂散电容上时，冲击电流消失。然后，产生根据第一电感和第二电感的电动势。由于该电动势，电流继续流动，从而对第二杂散电容充电，所以第二杂散电容的电压升高。

将对第一分压电阻器两侧处电压值的瞬时变化进行说明。当暗电流削减继电器8开启时，在第一分压电阻器的上游侧上的端电压变为与电动势相等，并且第一分压电阻器的上游侧上的端电压变为0。

因此，需使用可耐受由这些电感所产生的高电动势的电阻器来作为第一分压电阻器，这会导致成本增加。

为了解决这一问题，根据第一实施例的电压测量电路被构造为减小当暗电流削减继电器8开启时施加至分压电阻器的电动势。在这种情况下，虽然要求使得第一电感和第二电感的每一个均较小，但是很难通过进一步缩短第二电感侧上的导线来减小第二电感。此外，由于与第一电感相比第二电感非常小，因此在第一实施例中使得第一电感较小即可。然而，在这种情况下，不可能仅减小第一电感侧上的导线的长度，由此无法使该导线长度相对于相关技术的导线的长度作出改变。

如上所述，根据第一实施例，第一分压电阻器3和第二分压电阻器4在暗电流削减继电器8的上游侧上串联布置。此外，第三分压电阻器5、第四分压电阻器6和第五分压电阻7器在暗电流削减继电器8的下游侧上串联布置。如此，可以使得主要影响冲击电压的导线的电感变小。

在由此构造的根据第一实施例的电压测量电路中，当电键处于关断状态时，晶体管12不使电流流入电磁体8b。因此，暗电流削减继电器8的机械接触件8a处于开路状态，这样第二分压电阻器4与第三分压电阻器5之间的连接被中断。因此，防止了暗电流由电池流出。

当电键导通时，CPU 13将ON信号施加至晶体管12的基极。因此，根据从电池高电压落降的5伏特电源来将电流提供给电磁体8b。因此，机械接触件8a闭合。

响应于机械接触件8a的闭合状态，电流从电池的正极侧端子1经第一至第五分压电阻器3至7和暗电流削减继电器8流至负极侧端子2。

因此，可从第二分压电阻器4和第三分压电阻器5之间的部分提取总电压的分压，其等于或小于5伏特，并且由A/D电路11对该分压进行模数转换。然后，通过光耦合器15将数字信号转换为光信号并发送至CPU 13。CPU计算电池的端电压。

当电键导通时，由结合相关技术说明的相同原因产生冲击电压。然而，根据第一实施例，第二分压电阻器4被布置在暗电流削减继电器8的上游侧以尽可能靠近暗电流削减继电器。如此，暗电流削减继电器8的上游侧与第二分压电阻器4之间的电感9B远小于相关技术的值。相比之下，暗电流削减继电器8的下游侧与第三分压电阻器5之间的电感9C与相关技术的值几乎相等。然而，与电感9A相比该电感值很小。因此，第二分压电阻器4与第三分压电阻器5之间的电感9B和电感9C的总值变得远小于相关技术的值。在电键导通时，由于施加在第二分压电阻器4和第三分压电阻器5的每个的两端之间的电感所导致的电动势减小了与电感的减小量相对应的量。

因此，无需将具有高耐受电压的电阻器用作分压电阻器3至7的每个，从而抑制了成本增加。

为了确认上述效果，将参照图2示出相关技术与第一实施例之间的比较的仿真结果。

在图2的(a)至(c)的每个中，横坐标表示时间，而纵坐标表示在分压电阻器的两端所施加的电压。图2的(a)示出了相关技术的情况，而图2的(b)和(c)示出了第一实施例的情况。

在该仿真中，第一至第四分压电阻器的每个被设置为具有相同的电阻值，同时第五分压电阻器被设为具有远小于第一至第四分压电阻器的电阻值的电阻值。

在该图中，在相关技术的情况下，与第一实施例相同的第一至第五分压电阻器顺序串联布置在暗电流削减继电器8的下游侧与电池的负极端子之间。在图2的(a)中，布置在暗电流削减继电器8的下游侧上的最上游侧处的第一分压电阻器以R1表示，紧接着布置在第一分压电阻器的下游侧上的第二分压电阻器以R2表示。这些分压电阻器在同一附图中示出。

另一方面，在第一实施例中，紧挨着布置在暗电流削减继电器8的上游侧的第二分压电阻器4在图2的(b)中以R2表示。进一步地，紧接着布置在暗电流削减继电器8的下游侧的第三分压电阻器在图2的(c)中以R3表示。这些分压电阻器在不同附图中分别示出，以避免重叠而易于在它们之间进行区分。然而，这些附图之间的比例是相同的。

由图2的(a)显然可知，在相关技术中，当暗电流削减继电器开启时，最靠近暗电流削减继电器的第一分压电阻器R1两端的电压较大且存在扰动。这是由于当第一电感较大时，刚刚开启暗电流削减继电器8之后反向电动势变大，并作用在第一分压电阻器R1上。该时刻的峰值在附图中用圆圈环绕的部分P示出。因此，需使用具有高耐受电压的昂贵的分压电阻器来作为可耐受这种高电压的第一分压电阻器。

另一方面，与第一分压电阻器相比，第二分压电阻器距暗电流削减继电器8更远。因此，第二分压电阻器两端的电压随时间的变化几乎是第一分压电阻器两端的电压随时间变化的一半。因此，与第一分压电阻器R1不同，第二分压电阻器两端的电压没有过多地扰动。

在第一实施例中，在第二分压电阻器4(R2)与第三分压电阻器5(R3)之间的电感9B较小。因此，如图2的(b)所示，最靠近暗电流削减继电器8的第二分压电阻器4(R2)两端的电压随时间的变化与相关技术的第二分压电阻器R2随时间的变化的程度几乎相同，即，相关技术的第一分压电阻器R1的几乎一半程度。第二分压电阻器两端的电压没有过多地扰动。

在第一实施例中，与第二分压电阻器4(R2)相比，第三分压电阻器5(R3)距暗电流削减继电器8更远。因此，如图2的(c)所示，第三分压电阻器两端的电压随时间的变化与图2的(b)所示的第二分压电阻器4(R2)两端的电压随时间的变化相比略低。

如上所述，在根据第一实施例的电压测量电路中，当暗电流削减继电器8开启时，靠近暗电流削减继电器8的高电压侧的第二分压电阻器4两端的电压与相关技术相比变小。同时，紧接着布置在暗电流削减继电器8的下游侧上的第三分压电阻器5的两端的电压与相关技术相比变小。因此，可使用具有低耐受电压的便宜的分压电阻器作为这些分压电阻器的每个。

附带提及，当第一分压电阻器3、第四分压电阻器6和第五分压电阻器7的每个均远离暗电流削减继电器8时，这些电阻器的每个的两端的电压小于第二分压电阻器4和第三分压电阻器5的每个的两端的电压，这一点是清楚的，因而未在附图中示出。因此，显而易见地，第一、第四和第五分压电阻器的每个均无需具有高耐受电压。

在上述描述中，暗电流削减继电器8连接在多个分压电阻器3至7的中央或接近中央的部分处。更具体地，暗电流削减继电器串联于第二分压电阻器4与第三分压电阻5器之间。然而，如下说明，暗电流削减继电器8可以布置在多个分压电阻器3-7当中的任意相邻的电阻器之间。

图3示出了开启暗电流削减继电器8时冲击电压随时间的变化。即，该图以对比方式示出了其中暗电流削减继电器8布置在所有分压电阻器的上游侧的相关技术的情况，以及其中将暗电流削减继电器布置在多个分压电阻器当中的相邻的分压电阻器之间的改变的情况。

图3的(a)示出了相关技术的情况。在该图中，点划线代表第一分压电阻器R1两端的电压，粗实线代表第二分压电阻器R2两端的电压，细实线代表第三分压电阻器两端的电压，双点划线代表第四分压电阻器两端的电压。

在这种情况下，如上所述，当暗电流削减继电器8开启时，显然可知在第一分压电阻器R1的两端施加了非常大的冲击电压。因此，需使用具有高耐受电压的昂贵的分压电阻器作为可耐受这种高电压的第一分压电阻器。

图3的(b)至(d)示出了第一实施例的修改实例。在上述附图中的每个中，均用点划线代表第一分压电阻器3两端的电压，粗实线代表第二分压电阻器4两端的电压，细实线代表第三分压电阻器5两端的电压，双点划线代表第四分压电阻器6两端的电压。

图3的(b)示出了在下述情况中第一至第四分压电阻器3至6中的每个的两端的电压。所述情况为，暗电流削减继电器8布置在第一级，即，布置在与其串联的第一分压电阻器3与第二分压电阻器4之间。第一分压电阻器3布置在暗电流削减继电器8的上游侧上。第三分压电阻器5、第四分压电阻器6和第五分压电阻器7串联地布置在第二分压电阻器4的下游侧。

在这种情况下，显然可知冲击电压等于或小于相关技术的一半。

图3的(c)示出了下述情况中第一至第四分压电阻器3至6中的每个的两端的电压。所述情况为，暗电流削减继电器8布置在第二级，即，布置在与其串联的第二分压电阻器4与第三分压电阻器5之间。第一分压电阻器3串联地布置在第二分压电阻4的上游侧，其中第二分压电阻器4位于暗电流削减继电器8的上游侧。第四分压电阻器6和第五分压电阻器7串联地布置在第三分压电阻器5的下游侧，其中第三分压电阻器5位于暗电流削减继电器8的下游侧。

在这种情况下，与第一级的情况类似，显然可知冲击电压等于或小于相关技术的一半。与第一级的情况相比，冲击电压较早地消失。

图3的(d)示出了下述情况中第一至第四分压电阻器3至6中的每个的两端的电压。所述情况为，暗电流削减继电器8布置在第三级，即，布置在与其串联的第三分压电阻器5与第四分压电阻器6之间。第一分压电阻器3与第二分压电阻器4串联地布置在第三分压电阻5的上游侧上，其中第三分压电阻器5位于暗电流削减继电器8的上游侧。第五分压电阻器7串联地布置在第四分压电阻器6的下游侧上，其中第四分压电阻器6位于暗电流削减继电器8的下游侧。

在这种情况下，与第一级和第二级的情况类似，显然可知冲击电压等于或小于相关技术中的一半。与第二级的情况相比，冲击电压较晚地消失，但是几乎与第一级的情况同时消失。

根据这些结果，显然可知，在暗电流削减继电器8连接至多个分压电阻器当中的任意相邻的电阻器之间的每种情况下，与相关技术相比，有利地是，冲击电压均可大幅度减小。在这些情况中，显然可知，当暗电流削减继电器8连接至多个分压电阻器的中央或接近中央的部分(在利用了五个分压电阻器的第一实施例中，位于第二分压电阻器与第三分压电阻器之间)时，可以最为有效地减小冲击电压。

如上说明，在根据第一实施例的电压测量电路中，暗电流削减继电器8串联于多个分压电阻器3至7当中的相邻的电阻器之间。因此，在暗电流削减继电器8开启时，可将分压电阻器3至7中的每个的两端产生的冲击电压抑制至较低值。因而，可使用减小了耐受电压的分压电阻器3至7，其中每个的耐受电压的减小量等于冲击电压的减小量。因此，可降低电压测量电路的成本。

暗电流削减继电器8连接至多个分压电阻器的中央(第一实施例中的第二级)。因此，可以最为有效地减小冲击电压。

根据第一实施例的电压测量电路对于用于电动汽车或混合动力汽车(包括***式混合动力汽车)的电池的电压测量电路是最优的。

虽然基于实施例对本发明进行了说明，但是本发明不限于此。本发明包括在不背离本发明的主旨的范围内的实施例的设计改变等。

例如，分压电阻器的数量不限于第一实施例的五个，而可以为任意多个。

电源不限于电池，而可以为任意类型的电源。

根据本发明的暗电流削减开关电路不限于第一实施例的暗电流削减继电器8，而可以为在导通与关断状态之间可切换的电路。

根据本发明的电压测量电路可应用于其他装置和***中，而非电动汽车或混合动力汽车。

本发明基于2012年11月15日提交的日本专利申请(日本专利申请第2012-250890号)，其全部内容通过引用合并于此。本说明书中所有参考也全部合并于此。

参考标记的说明

1 正极侧端子

2 负极侧端子

3 第一分压电阻器

4 第二分压电阻器

5 第三分压电阻器

6 第四分压电阻器

7 第五分压电阻器

8 暗电流削减继电器

8a 机械接触件

8b 电磁体

9A，9B 电感

10a至10j 杂散电容

11 A/D电路

12 晶体管

13 中央处理单元

14 分压提取部

15 光耦合器

16 电池

Claims

1.一种电压测量电路，包括：

高电压输入端子；

电压测量部，其测量被所述多个分压电阻器降低至低电压的电压；以及

2.根据权利要求1所述的电压测量电路，其中

所述暗电流削减开关电路连接在所述多个分压电阻器的中央或接近中央的位置。

3.根据权利要求1或2所述的电压测量电路，其中

所述高电压输入端子连接至电动汽车或混合动力汽车的电池。