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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG:
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen unter Isolationsbedingungen
der Spannung jeder von mehreren in Reihe geschalteten Leistungsquellen.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Spannungsmessvorrichtung,
die die Spannung jeder Zelle in einer Hochspannungsbatterie, die
mehrere in Reihe geschaltete Zellen enthält, wobei die Batterie als
Leistungsquelle in einem Elektrofahrzeug wie etwa einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV)
verwendet wird, messen kann.
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2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN
TECHNIK
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Eine Hochspannungsbatterie, die als
Leistungsquelle in einem HEV verwendet wird, enthält mehrere
in Reihe geschaltete Zellen, um so eine Hochspannung zu erhalten.
Bei einer solchen Hochspannungsbatterie werden anomale Bedingungen, der
Ladezustand und dergleichen vorzugsweise durch Messen der Spannung
jeder Zelle erfasst. Da jedoch eine Hochspannungsbatterie mehrere
Zellen verwendet, ist es nicht einfach, die Spannung jeder Zelle
zu messen. Üblicherweise
sind mehrere in Reihe geschaltete Zellen in mehreren Batteriemodulen zusammengefasst,
wovon jedes eine vorgegebene Anzahl von Zellen enthält, wobei
dann die Spannung jedes Batteriemoduls gemessen wird.
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Ferner wird gewöhnlich der Versuch gemacht,
den Aufbau der Messschaltung zum Messen der Spannung jedes Batteriemoduls
zu vereinfachen, indem sämtliche
Batteriemodule über
eine Umschaltschaltung nacheinander mit einer einzigen Spannungsmessschaltung
verbunden werden und dann die Spannung jedes Batteriemoduls nacheinander gemessen
wird.
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Eine als Leistungsquelle in einem
HEV verwendete Hochspannungsbatterie ist zur Vermeidung von Gefahr
unter Isolation von dem Chassis angebracht. Deshalb misst eine Spannungsmessvorrichtung
die Absolutspannung von jedem Batteriemodul in der Hochspannungsbatterie.
Im Gegensatz dazu verwendet ein Steuersystem, das das Laden und Entladen
einer Hochspannungsbatterie steuert, das Potential eines Chassis
als Referenzpotential.
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EP 0 990 913A offenbart eine Spannungsmessvorrichtung
mit einfachem Schaltungsaufbau, die die Spannung jedes Batteriemoduls
in einer Hochspannungsbatterie, die mehrere in Reihe geschaltete
Zellen enthält,
misst. In dieser Vorrichtung wird eine Umschaltschaltung, die eine
Kombination aus zwei Multiplexern enthält, verwendet, wobei die Spannung
jedes Batteriemoduls nacheinander an einen vorgesehenen Kondensator,
der jeweils einem Batteriemodul entspricht, angelegt wird. Ferner
werden sämtliche
Kondensatoren nacheinander mit einer einzigen Spannungsmessschaltung
verbunden.
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Die oben beschriebene Spannungsmessvorrichtung
kann die Spannung jedes Batteriemoduls mit hoher Genauigkeit messen,
wobei die Anzahl von teuren Analogschaltem, die in einer Umschaltschaltung
verwendet werden, wesentlich verringert werden kann, wodurch der
Gesamtschaltungsaufbau vereinfacht wird und die Wirtschaftlichkeit
verbessert wird.
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In einer in einem HEV verwendeten
Hochspannungsbatterie wird die Spannung jedes der mehreren Batteriemodule
stets zu vorgegebenen Zeitpunkten während der Zeit, in der das
HEV gefahren wird, gemessen. In diesem Fall verändert sich während der
Zeit, in der das HEV gefahren wird, der Strom, der durch ein Modul
fließt,
ständig.
Deshalb ändert
sich der Spannungswert jedes Batteriemoduls in Abhängigkeit
von dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsmessung durchgeführt wird.
In Extremfällen,
in denen zwischen dem Laden und Entladen einer Hochspannungsbatterie
umgeschaltet wird, kann sich der Stromwert eines Batteriemoduls
drastisch ändern.
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Wie oben beschrieben worden ist, ändert sich
der Stromwert jedes Batteriemoduls in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt,
zu dem die Spannungsmessung durchgeführt wird. In diesem Fall ist
die in der oben beschriebenen Veröffentlichung offenbarte Spannungsmessvorrichtung
oder dergleichen kaum geeignet, die Spannung jedes Batteriemoduls
genau zu messen. Im Ergebnis ist die gemessene Spannung eines Batteriemoduls
ungenau, was zu einem Fehler bei der Erfassung einer Batterie in
anomalem Zustand, zu einer Verringerung der Genauigkeit des Steuerns
des Ladens und Entladens oder dergleichen führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen einer
Spannung jeder von N in Reihe geschalteten Leistungsquellen N Kapazitätselemente,
die jeweils entsprechend den N Leistungsquellen vorgesehen und in
Reihe geschaltet sind, einen ersten Schaltabschnitt zum gleichzeitigen
Anlegen einer Spannung jeder Leistungsquelle an eines der N Kapazitätselemente,
das der Leistungsquelle entspricht, einen Spannungsmessabschnitt
zum Messen einer Spannung jedes Kapazitätselements und einen zweiten
Schaltabschnitt zum aufeinander folgenden Verbinden jedes Kapazitätselements
mit dem Spannungsmessabschnitt.
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In einer Ausführungsform umfasst der erste Schaltabschnitt
zwei Abtastschalter, die zwischen Anschlüssen einer Schaltung, die die
N in Reihe geschalteten Leistungsquellen enthält, und entsprechenden Anschlüssen einer
Schaltung, die die N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente
umfasst, vorgesehen sind; und N – 1 Abtastschalter, wovon jeder
zwischen einem Grenzabschnitt zwischen einem entsprechenden Paar
von in Reihe geschalteten Leitungsquellen und einem Grenzabschnitt
zwischen einem entsprechenden Paar von in Reihe geschalteten Kapazitätselementen
vorgesehen ist. Die N + 1 Abtastschalter werden gleichzeitig geschlossen
oder geöffnet.
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In einer Ausführungsform dieser Erfindung umfasst
der zweite Schaltabschnitt einen ersten Multiplexer, der einen Schalter
enthält,
der zwischen einen positiven Anschluss jedes ungeradzahligen Kapazitätselements
der N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente und einen Anschluss
eines Paars von Eingangsanschlüssen
des Spannungsmessabschnitts geschaltet ist, und einen zweiten Multiplexer, der
einen Schalter enthält,
der zwischen einen positiven Anschluss jedes geradzahligen Kapazitätselements
der N in Reihe geschalteten Kapazitätselemente und den anderen
Anschluss des Paars von Eingangsanschlüssen des Spannungsmessabschnitts
geschaltet ist. Einer der Schalter in jedem Multiplexer wird gleichzeitig
ausgewählt
und geschlossen oder geöffnet,
derart, dass die N Kapazitätselemente
nacheinander mit dem Spannungsmessabschnitt verbunden werden.
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In einer Ausführungsform dieser Erfindung ist
der Spannungsmessabschnitt mit einem Polaritätskorrekturabschnitt verbunden,
um die Polarität
einer zu messenden Spannung zu invertieren.
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In einer Ausführungsform dieser Erfindung enthält jedes
Kapazitätselement
ein Paar Kapazitätsunterelemente.
Der Spannungsmessabschnitt ist vom Typ mit differenziellem Eingang.
Der zweite Schaltabschnitt enthält
einen dritten Multiplexer, um einen Zwischenverbindungspunkt zwischen
dem Paar von Kapazitätsunterelementen,
das mit dem Spannungsmessabschnitt verbunden ist, wahlweise mit
einem Referenzpotential des Spannungsmessabschnitts zu verbinden.
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In einer Ausführungsform dieser Erfindung enthält jeder
Abtastschalter im ersten Schaltabschnitt ein Halbleiterrelaiselement,
um einen MOS-Transistor unter Verwendung eines Lichtsignals anzusteuern.
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In einer Ausführungsform dieser Erfindung enthält jeder
Schalter in dem zweiten Schaltabschnitt ein Halbleiterrelaiselement,
um einen MOS-Transistor unter Verwendung eines Lichtsignals anzusteuern.
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Somit führt die hier beschriebene Erfindung zu
dem Vorteil, dass eine Spannungsmessvorrichtung bereitgestellt ist,
die ohne Einfluss von Schwankungen des Stromwertes die übereinstimmenden Spannungen
sämtlicher
der in Reihe geschalteten mehreren Leistungsquellen messen kann.
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Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen
Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Figuren offenbar.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Stromlaufplan, der eine Spannungsmessvorrichtung gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Zeitablaufplan zur Erläuterung der
Funktionsweise der in 1 gezeigten
Spannungsmessvorrichtung.
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3 ist
ein Stromlaufplan, der eine Spannungsmessvorrichtung gemäß einem
weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Zeitablaufplan zur Erläuterung der
Funktionsweise der in 3 gezeigten
Spannungsmessvorrichtung.
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5 ist
ein Stromlaufplan, der ein Halbleiterrelaiselement zeigt, das in
der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise
verwendet wird.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird die vorliegende
Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand von veranschaulichenden
Beispielen beschrieben.
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1 ist
ein Stromlaufplan, der eine exemplarische Spannungsmessvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. 2 ist
ein Zeitablaufplan von Schaltvorgängen in der in 1 gezeigten Spannungsmessvorrichtung.
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Die in 1 gezeigte
Spannungsmessvorrichtung wird verwendet, um die Spannungen von Batteriemodulen
einer in einem Elektrofahrzeug wie etwa einem HEV verwendeten Hochspannungsbatterie
V zu messen. Die Hochspannungsbatterie V enthält mehrere in Reihe geschaltete
Zellen, die in N Batteriemodule unterteilt sind, wovon jedes eine
vorgegebene Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen enthält. In diesem
Beispiel wird zum Zweck der Klarheit die Anzahl von Batteriemodulen
(Leistungsquellen) als fünf
angenommen, wobei die Hochspannungsbatterie V fünf Batteriemodule V1 bis V5
enthält.
Die Spannungsmessvorrichtung misst jeweils die Spannung der Batteriemodule
V1 bis V5.
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Die Spannungsmessvorrichtung umfasst fünf (N) in
Reihe geschaltete Kondensatoren C1 bis C5 (Kapazitätselemente),
die den fünf
Batteriemodulen V1 bis V5 entsprechen; eine erste Umschaltschaltung 10,
die zwischen einer Reihenschaltung aus den Batteriemodulen V1 bis
V5 und einer Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 vorgesehen ist;
eine einzige Spannungsmessschaltung 30 zum wahlweisen Messen
der Spannung jedes der Kondensatoren C1 bis C5; eine zweite Umschaltschaltung 20,
die zwischen einer Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis
C5 und der Spannungsmessschaltung 30 vorgesehen ist; und
einen Polaritätskorrekturabschnitt 40 zum
wahlweisen Invertieren der Polarität einer durch die Spannungsmessschaltung 30 gemessenen
Spannung.
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Die erste Umschaltschaltung 10 enthält sechs
(N + 1) Abtastschalter 11 bis 16.
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Jeder Abtastschalter 11 bis 16 wird
verwendet, um die Spannung des jeweiligen Batteriemoduls V1 bis
V5 an den entsprechenden Kondensator C1 bis C5 anzulegen.
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Der erste Abtastschalter 11 ist
zwischen einem Ende der Reihenschaltung aus den fünf Batteriemodulen
V1 bis V5 und einem Ende der Reihenschaltung aus den fünf Kondensatoren
C1 bis C5 vorgesehen. Der sechste Abtastschalter 16 ist
zwischen dem anderen Ende der Reihenschaltung aus den Batteriemodulen
V1 bis V5 und dem anderen Ende der Reihenschaltung aus den Kondensatoren
C1 bis C5 vorgesehen.
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Der zweite Abtastschalter 12 ist
zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten
in Reihe geschalteten Batteriemodulen V1 und V2 und einem Verbindungspunkt
zwischen den ersten und zweiten in Reihe geschalteten Kondensatoren
C1 und C2 vorgesehen.
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Ähnlich
ist der dritte Abtastschalter 13 zwischen einem Verbindungspunkt
zwischen den zweiten und dritten in Reihe geschalteten Batteriemodulen
V2 und V3 und einem Verbindungspunkt zwischen den zweiten und dritten
in Reihe geschalteten Kondensatoren C2 und C3 vorgesehen. Der vierte Abtastschalter 14 ist
zwischen einem Verbindungspunkt zwischen den dritten und vierten
in Reihe geschalteten Batteriemodulen V3 und V4 und einem Verbindungspunkt
zwischen den dritten und vierten in Reihe geschalteten Kondensatoren
C3 und C4 vorgesehen. Der fünfte
Abtastschalter 15 ist zwischen einem Verbindungspunkt zwischen
den vierten und fünften
in Reihe geschalteten Batteriemodulen V4 und V5 und einem Verbindungspunkt
zwischen den vierten und fünften
in Reihe geschalteten Kondensatoren C4 und C5 vorgesehen.
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Die ersten bis sechsten Abtastschalter 11 bis 16 werden
gleichzeitig gesteuert, derart, dass sie durch (nicht gezeigte)
Steuermittel, die eine CPU, einen Taktgenerator und dergleichen
umfassen, nach einem Spannungsmessungs-Steuerprogramm geschlossen
und geöffnet
werden.
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Die zweite Umschaltschaltung 20,
die zwischen der Reihenschaltung aus den ersten bis fünften Kondensatoren
C1 bis C5 und der Spannungsmessschaltung 30 vorgesehen
ist, umfasst zwei Multiplexer 20A und 20B. Der
erste Multiplexer 20A umfasst drei Schalter 21,23 und 25,
die mit jeweiligen Verbindungspunkten zwi schen den ungeradzahligen (d.
h. den ersten, dritten und fünften)
Abtastschaltern 11, 13 und 15 in der
ersten Umschaltschaltung 10 und den ungeradzahligen (d.
h. den ersten, dritten und fünften)
Kondensatoren C1, C3 und C5 verbunden sind. Jeder Schalter 21, 23 und 25 ist
mit einem Anschluss eines Paars von Eingangsanschlüssen der
Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
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Der zweite Multiplexer 20B umfasst
drei Schalter 22, 24 und 26, die mit
jeweiligen Verbindungspunkten zwischen den geradzahligen (d. h. den
zweiten, vierten und sechsten) Abtastschaltern 12, 14 und 16 in
der ersten Umschaltschaltung 10 und den ungeradzahligen
(d. h. den ersten, dritten und fünften)
Kondensatoren C1, C3 und C5 verbunden sind. Jeder Schalter 22, 24 und 26 ist
mit dem anderen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
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Die ersten und zweiten Multiplexer 20A und 20B werden
durch (nicht gezeigte) Steuermittel, die eine CPU, einen Taktgenerator
und dergleichen umfassen, in der folgenden Weise gesteuert. Jedes
Mal wenn die ersten bis sechsten Abtastschalter 11 bis 16 in
der ersten Umschaltschaltung 10 vom geschlossen Zustand
in den geöffneten
Zustand umgeschaltet werden, wird einer der Schalter 21 bis 26 wahlweise geschlossen,
so dass die Kondensatoren C1 bis C5 nacheinander mit der Spannungsmessschaltung 30 verbunden
werden.
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Während
die Hochspannungsbatterie V, die die Batteriemodule V1 bis V5 enthält, von
dem Chassis eines HEV, das die Hochspannungsbatterie V trägt, isoliert
ist, ist die Spannungsmessschaltung 30 an dem Chassis geerdet,
wobei das Potential des Chassis als Referenzpotential zur Messung
der Spannung jedes Kondensators C1 bis C5 verwendet wird.
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Mit Bezug auf einen Zeitablaufplan,
der in 2 gezeigt ist,
wird die Funktionsweise der so aufgebauten Spannungsmessvorrichtung
beschrieben.
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In einem HEV, das die Hochspannungsbatterie
V trägt,
wird die Spannung jedes Batteriemoduls V1 bis V5 in der Hochspannungsbatterie
V in vorgegebenen Zyklen gemessen. Die ersten bis sechsten Abtastschalter 11 bis 16 in
der ersten Umschaltschaltung 10 und die ersten bis sechsten
Schalter 21 bis 26 in der zweiten Umschaltschaltung 20 sind
normalerweise geöffnet.
Zu jedem Zeitpunkt einer Spannungsmessung werden alle Abtastschalter 11 bis 16 in
der ersten Umschaltschaltung 10 gleichzeitig vom geöffneten
Zustand in den geschlossenen Zustand geschaltet.
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In diesem Fall sind die Batteriemodule
V1 bis V5 mit den jeweiligen Kondensatoren C1 bis C5, die den jeweiligen
Batteriemodulen V1 bis V5 entsprechen, parallel geschaltet. Deshalb
liegt die Spannung jedes Batteriemoduls V1 bis V5 an dem entsprechenden
Kondensator C1 bis C5 an. Jeder Kondensator C1 bis C5 wird durch
die Spannung des entsprechenden Batteriemoduls V1 bis V5 aufgeladen,
wobei die Spannung jedes Kondensators C1 bis C5 der Spannung des
entsprechenden Batteriemoduls V1 bis V5 entspricht. In diesem Fall
ist jeder Schalter 21 bis 26 in der zweiten Umschaltschaltung 20 geöffnet und
die Reihenschaltung aus den Kondensatoren C1 bis C5 von der Spannungsmessschaltung 30 elektrisch
getrennt.
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Wenn jeder Kondensator C1 bis C5
für eine vorgegebene
Zeitspanne, nachdem alle Abtastschalter 11 bis 16 in
der ersten Umschaltschaltung 10 geschlossen worden sind,
aufgeladen worden ist, werden alle Abtastschalter 11 bis 16 in
der ersten Umschaltschaltung 10 geöffnet, wodurch die Reihenschaltung
aus den Batteriemodulen V1 bis V5 von der Reihenschaltung aus den
Kondensatoren C1 bis C5 elektrisch getrennt wird.
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In dieser Situation werden in der
zweiten Umschaltschaltung 20 der erste Schalter 21 im
ersten Multiplexer 20A und der zweite Schalter 22 im zweiten
Multiplexer 20B geschlossen. Im Ergebnis ist der positive
Anschluss des ersten Kondensators C1 mit einem der Eingangsanschlüsse der
Spannungsmessschaltung 30 verbunden, während der negative Anschluss
des ersten Kondensators C1 mit dem anderen Eingangsanschluss der
Spannungsmessschaltung 30 verbunden ist. Hierbei misst
die Spannungsmessschaltung 30 die Absolutspannung des ersten
Kondensators C1.
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Nachdem die Spannung des ersten Kondensators
C1 gemessen ist, werden der dritte Schalter 23 im ersten
Multiplexer 20A und der zweite Schalter 22 im
zweiten Multiplexer 20B geschlossen. Im Ergebnis ist der
negative Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit einem Eingangsanschluss
der Spannungsmessschaltung 30 verbunden, während der
positive Anschluss des zweiten Kondensators C2 mit dem anderen Eingangsanschluss
der Spannungsmessschaltung 30 verbunden ist. In diesem Fall
wird die Absolutspannung des zweiten Kondensators C2 gemessen.
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Anschließend werden der dritte Schalter 23 im
ersten Multiplexer 20A und der vierte Schalter 24 im
zweiten Multiplexer 20B geschlossen, wodurch die Spannung
des dritten Kondensators C3 gemessen wird. Der fünfte Schalter 25 im
ersten Multiplexer 20A und der vierte Schalter 24 im
zweiten Multiplexer 20A werden geschlossen, wodurch die
Spannung des vierten Kondensators C4 gemessen wird. Ferner werden
der fünfte
Schalter 25 im ersten Multiplexer 20A und der
sechste Schalter 26 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen,
wodurch die Spannung des fünften
Kondensators C5 gemessen wird.
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Die ersten bis fünften Kondensatoren C1 bis C5
werden gleichzeitig mit den Spannungen der jeweiligen Batteriemodule
V1 bis V5 aufgeladen, wobei die Ströme, die durch die Batteriemodule
V1 bis V5 fließen, übereinstimmen.
Somit können
die Spannungen der Batteriemodule V1 bis V5 in einer Folge genau
bestimmt werden, indem die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5
nacheinander gemessen werden.
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In diesem Fall besitzen die gemessenen Spannungswerte
der ungeradzahligen (d. h. der ersten, dritten und fünften) Kondensatoren
C1, C3 und C5 eine Polarität,
die jener der gemessenen Spannungswerte der geradzahligen (zweiten
und vierten) Kondensatoren C2 und C4 entgegengesetzt ist. Jedoch
wird die Polarität
der gemessenen Spannungswerte der geradzahligen Kondensatoren C2
und C4 jeweils durch den Polaritätskorrekturabschnitt 40 korrigiert.
Somit besitzen die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5 die gleiche
Polarität.
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Der Polaritätskorrekturabschnitt 40 kann eine
wohlbekannte Schaltung sein, die einen Schalter enthält.
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Wie oben beschrieben worden ist,
beträgt
in der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Anzahl
von Schaltern, die zwischen der Reihenschaltung aus den Batteriemodulen
V1 bis V5 und der Spannungsmessschaltung 30 vorgesehen sind,
etwas mehr als das Zweifache der Anzahl von Batteriemodulen V1 bis
V5. Somit können
die übereinstimmenden
Spannungen der Batteriemodule V1 bis V5 unter Verwendung einer solch
kleinen Anzahl von Schaltern gemessen werden.
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3 ist
ein Stromlaufplan, der eine weitere exemplarische Spannungsmessvor richtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. 4 ist
ein Zeitablaufplan, der den Schaltvorgang der in 3 gezeigten Spannungsmessvorrichtung
zeigt.
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Die in 3 gezeigte
Spannungsmessvorrichtung umfasst mehrere Paare von in Reihe geschalteten
Kondensatorelementen Ca1 und Cb1 bis Ca5 und Cb5 anstelle der einzelnen
Kondensatoren C1 bis C5 als Kapazitätselemente in der in 1 gezeigten Spannungsmessvorrichtung.
In jedem Paar besitzen die beiden Kondensatoren die gleiche Kapazität.
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Eine Spannungsmessschaltung 30 enthält einen
Operationsverstärker 31 mit
differenziellem Eingang, der einen Referenzspannungs-Eingangsanschluss
aufweist. Zwischenverbindungspunkte zwischen den Kondensatorelementen
Ca1 und Cb1 bis Ca5 und Cb5 in den Kondensatoren C1 bis C5 sind über einen
dritten Multiplexer 20C mit dem Referenzspannungs-Eingangsanschluss
der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
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Der dritte Multiplexer 20C umfasst
fünf Schalter 21' bis 25', die den ersten
bis fünften
Kondensatoren C1 bis C5 entsprechen. Die Schalter 21' bis 25' sind normalerweise
im geöffneten
Zustand. Ein Schalter 21' bis 25' wird geschlossen,
wenn der andere Anschluss des entsprechenden Kondensators C1 bis
C5 mit dem jeweiligen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden
wird. Die Schalter 21' bis 25' im dritten
Multiplexer 20C sind alle mit dem Referenzspannungs-Eingangsanschluss
des Operationsverstärkers 31 in
der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
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Die restliche Spannungsmessvorrichtungsstruktur,
die in 4 gezeigt ist,
gleicht jener der in 1 gezeigten
Spannungsmessvorrichtung.
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In der in 3 gezeigten Spannungsmessvorrichtung
ist dann, wenn einer der Schalter 21, 23 und 25 in
einem ersten Multiplexer 20A und der entsprechende der
Schalter 22, 24 und 26 im zweiten Multiplexer 20B geschlossen
sind, der andere Anschluss des entsprechenden Kondensators C1 bis C5
mit dem jeweiligen Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
Die Spannungen der Kondensatoren C1 bis C5 werden durch die Spannungsmessschaltung 30 nacheinander
gemessen, wobei beim Messen der Spannung eines Kondensators C1 bis
C5 der entsprechende Schalter 21' bis 25' geschlossen wird.
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Durch jeden Kondensator C1 bis C5
fließt
ein Kriechstrom, wenn der entsprechende Schalter 21 bis 26 in
der zweiten Umschaltschaltung 20 geschlossen ist. Ein solcher
Kriechstrom ist durch die Sperrkapazität jedes Schalters 21 bis 26 bedingt, was
als gewöhnliches
Rauschen bezeichnet wird und einen Fehler des gemessenen Spannungswertes verursachen
kann. Das gemeinsame Rauschen kann verringert werden, indem die
Schalter 21' bis 25' geschlossen
werden, wenn die Spannung der jeweiligen Kondensatoren C1 bis C5
gemessen wird.
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Wenn beispielsweise der Schalter 21' im dritten
Multiplexer 20C bei der Messung der Spannung des ersten
Kondensators C1 geschlossen wird, wird der Zwischenverbindungspunkt
zwischen den Kondensatorelementen Ca1 und Cb1, die den ersten Kondensator
C1 bilden, mit dem Referenzspannungs-Eingangsanschluss der Spannungsmessschaltung 30 verbunden.
Deshalb fließen
die durch die Sperrkapazität
jedes Schalters 21 und 22 hervorgerufenen Kriechströme symmetrisch
in entgegengesetzten Richtungen durch die Kondensatorelemente Ca1
und Cb1 und wirken sich als Referenzpotential an der Spannungsmessschaltung 30 aus.
In dieser Situation werden die Spannungen der Kondensatorelemente
Ca1 und Cb1, die den ersten Kondensator C1 bilden, durch den Operationsverstärker 31 mit
differenziellem Eingang in der Spannungsmessschaltung 30 gemessen,
womit sich die Kriechströme
gegenseitig aufheben und das gemeinsame Rauschen somit verringert
ist.
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Ähnlich
ist das gemeinsame Rauschen verringert, wenn jeweils die Spannungen
der zweiten bis fünften
Kondensatoren C2 bis C5 gemessen werden.
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Somit können die Spannungen der Kondensatoren
C1 bis C5 in der exemplarischen Spannungsmessvorrichtung, wenn die
Sperrkapazität
jedes Schalters in der Umschaltschaltung 20 groß ist oder wenn
das hochfrequente Rauschen stark ist oder Ähnliches auftritt, mit hoher
Genauigkeit gemessen werden.
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5 ist
ein Stromlaufplan, der ein Halbleiterrelaiselement zeigt, das in
der Spannungsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise
jeweils als Abtastschalter 11 bis 16, die die
erste Umschaltschaltung bilden, und jeweils als Schalter 21 bis 26 und 21' bis 25', die die zweite
Umschaltschaltung 20 bilden, verwendet wird.
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Das Halbleiterrelaiselement 50 enthält eine LED 51 als
Licht emittierendes Ele ment und ein photoelektrisches Element 52,
das ein Lichtsignal von der LED 51 empfängt. Ein Ausgangssignal des
photoelektrischen Elementes 52 bewirkt das Durchschalten
eines Paars von MOS-Transistoren 53 und 54. In einem
solchen Halbleiterrelaiselement 50 können die LED 51 und
das photoelektrische Element 52 voneinander getrennt sein.
Deshalb kann zwischen der Hochspannungsbatterie V, die von dem Chassis
eines HEV isoliert ist, und die Spannungsmessschaltung 30,
die an dem Chassis geerdet ist, selbst dann, wenn sie voneinander
elektrisch getrennt sind, ein Signal übertragen und empfangen werden.
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Ferner besitzt das Halbleiterrelaiselement 50 eine
ausgezeichnete Schaltfähigkeit
wie etwa Durchschlagfestigkeit und einen niedrigen Sperrwiderstand.
Somit kann das Halbleiterrelaiselement 50 vorzugsweise
jeweils als Abtastschalter 11 bis 16, die die
erste Umschaltschaltung 10 bilden, und jeweils als Schalter 21 bis 26 und 21' bis 25', die die zweite Umschaltschaltung 20 bilden,
verwendet werden.
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Das Halbleiterrelaiselement 50 mit
einer Struktur, wie sie oben beschrieben worden ist, besitzt einen
hohen Sperrkapazitätspegel.
Wenn es jedoch jeweils als Schalter 21 bis 26 in
der zweiten Umschaltschaltung 20 verwendet wird, kann der
oben beschriebene Aufbau der Spannungsmessvorrichtung vorzugsweise
das durch die Sperrkapazität
bedingte gemeinsame Rauschen verringern.
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Obwohl in diesem Beispiel ein Kondensator als
Kapazitätselement
verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jede
Art von Kapazitätselement,
das eine Spannung erhalten kann, die der Spannung eines Batteriemoduls
entspricht, kann verwendet werden.
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In der Spannungsmessvorrichtung der
vorliegenden Erfindung wird ein Kapazitätselement, das jeweils einer
von mehreren in Reihe geschalteten Leistungsquellen entspricht,
gleichzeitig auf eine Spannung aufgeladen, die der Spannung jeweils
einer Leistungsquelle entspricht. Deshalb kann selbst dann, wenn
sich der Wert eines durch die mehreren in Reihe geschalteten Leistungsquellen
fließenden Stroms ändert, die
Spannung jeder Leistungsquelle, die zu dem Zeitpunkt erfasst wird,
wenn übereinstimmende
Ströme
durch die Leistungsquelle fließen,
gemessen werden. Somit kann die Spannung jeder Leistungsquelle gemessen
werden, um einen anomalen Zustand oder dergleichen jeder Leistungsquelle
mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
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Für
den Fachmann sind verschiedene weitere Abwandlungen offensichtlich
und durchführbar, ohne
vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Es ist dementsprechend
nicht beabsichtigt, den Umfang der beigefügten Ansprüche auf die hier dargelegte Beschreibung
zu begrenzen.