專利名稱：多路傳輸電壓測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多路傳輸電壓測量設(shè)備，尤其是用于測量串行連接的N個電壓源中每一個電壓源電壓的多路傳輸電壓測量設(shè)備。
電動車輛所用的幾百伏的高功率電源是由多個次級電池如鎳氫蓄電池形成的，并且是彼此串行地連接在一起。為了充電與放電控制的目的，每一個串行連接的電池的容量應(yīng)被進行監(jiān)視。
特別地，由240個串行連接的電池形成的電池可以產(chǎn)生288伏的電壓。在這樣的電池中，監(jiān)視每一個電池是有實際困難的。例如，在日本公開的專利申請8-140204中，對24個模塊中的每一個測量其電壓，其中每個模塊包含10個電池。
在電動車中，高電壓系統(tǒng)與車架是絕緣的以便消除危險的環(huán)境。而另一方面，由于用于充電/放電控制的處理器使用該車架的電勢作為參考電勢，因此電池的電壓應(yīng)被絕緣地測量的。
在日本公開的專利申請8-140204的電池中，包括有運算放大器、AD轉(zhuǎn)換器、光耦合器、電源等的絕緣電路單元被提供給每一個模塊，這種電池結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的。
作為絕緣測量傳感器或類似的電壓輸出方式，已知有一種慣性(flying)電容器。圖3中示出一個多路傳輸電壓測量設(shè)備300，在該例子中電壓源的數(shù)量(N)為5。
串行連接的電壓源V1-V5通過電壓檢測端子T1-T6、由開關(guān)S1、S3和S5形成的第一采樣開關(guān)1和由開關(guān)S2、S4、S6形成的第二采樣開關(guān)連接到一個電容器3。電容器3通過一個由開關(guān)4a和4b形成的第三采樣開關(guān)4連接到一個電壓測量電路5。
圖4是各個開關(guān)S1-S6和4a與4b的打開/關(guān)斷的時序圖，下面參照圖4并結(jié)合圖3描述該多路傳輸電壓測量設(shè)備300的操作。
在測量電壓源V1-V5的電壓前，開關(guān)S1-S6和4a與4b都是打開的(斷開)。在周期P1期間，首先，開關(guān)S1和S2合上(接通)，由此電壓源V1的電壓被施加給電容器3，并把電荷存儲在電容器3中，在保持接通狀態(tài)一預(yù)定時間周期后，開關(guān)S1與S2被斷開。隨后，在自開關(guān)S1與S2被斷開起一預(yù)定的時間之后，第三采樣開關(guān)4(開關(guān)4a與4b)被接通，由此在電容器3中的充電電壓，即電壓源V1的電壓被傳送給電壓測量電路5。
當然，每個開關(guān)的驅(qū)動電路與該開關(guān)的觸點是分開的。第一采樣開關(guān)1未被合上，同時第三采樣開關(guān)4被合上，而在第三采樣開關(guān)4合上時，第二采樣開關(guān)2不合上。因此，電壓源V1的電壓被絕緣地測量，即，當測量電壓源V1的電壓時，電壓源V1與電容器3是絕緣的。
在周期P2期間，開關(guān)S2和S3和4a與4b被類似地接通和斷開，而在周期P3期間，開關(guān)S3和S4和4a與4b是類似地接通和斷開的。以這種方式，如圖4所示，多路傳輸電壓測量設(shè)備300是以多路傳輸方式運行以便測量電壓源V1-V5的電壓值。
在上述的傳統(tǒng)的電壓測量設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)，當測量完電壓源V5之后測量電壓源V1時，開關(guān)S1和S2是合上的(接通)。但是如果開關(guān)S1與S2中的一個出現(xiàn)故障，例如開關(guān)S1與S2中的一個在應(yīng)該合上時卻處于打開狀態(tài)，則電壓源V1的電壓就不能存儲在電容器3中，而且，在測量電壓源V5時存儲在電容器3中的電荷仍保持在電容器3中。由于測量電壓源V1的電壓時電容器3的極性與測量電壓源V5的電壓時的極性相同，電壓測量設(shè)備300就會錯誤地讀取電壓源V5的電壓。
因此，當開關(guān)S1與S2中的一個出現(xiàn)故障以致不能合上時，先前存儲的電荷就會留在電容器3中。因此電壓測量設(shè)備300就會錯誤地讀取留在電容器3中的電壓，并且不能檢測到引起錯誤測量的故障。
按照本發(fā)明的一個方面，一種多路傳輸電壓測量設(shè)備包括連接到N個串行連接的電壓源的(N+1)個電壓檢測端子；利用該N個電壓源的任意一個的電壓值進行充電的電容器；第一采樣開關(guān)，用于選擇地把(N+1)個電壓檢測端子中的奇數(shù)編號的電壓檢測端子連接到該電容器的第一端子；第二采樣開關(guān)，用于選擇地把(N+1)個電壓檢測端子中的偶數(shù)編號的電壓檢測端子連接到該電容器的第二端子；用于測量存儲在該電容器中的電壓值的電壓測量電路；用于將電容器的第一端子與第二端子連接到該電壓測量電路的第三采樣開關(guān)；以及極性控制器，用于控制第一與第二采樣開關(guān)以便當?shù)谌蓸娱_關(guān)打開時選擇N個電壓源中的一個。
在本發(fā)明的一個實施例中，該極性控制器允許第一采樣開關(guān)與第二采樣開關(guān)以逐個方式在這N個電壓源進行序列地選擇，以便該電容器交替地利用具有相反極性的電壓值進行充電。
按照本發(fā)明，當順序地測量電壓源中的電壓時，具有相反極性的電壓，即正電壓與負電壓，被交替地施加給一個電容器。利用這種配置，即便是第一采樣開關(guān)或第二采樣開關(guān)出現(xiàn)故障以致于不能被合上，且在先前測量中所測量的電壓仍保持在該電容器中時，該電壓測量設(shè)備可以確定有一個損壞的開關(guān)，因為一個電壓測量設(shè)備是連續(xù)地獲取同一極性的電壓值。
因此，本發(fā)明的特征在于一個電壓測量設(shè)備包括一個極性控制器，使得采樣開關(guān)順序地選擇電壓源以便具有相反極性的電壓被交替地存儲在該電容器中。
因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)提供一種多路傳輸電壓測量設(shè)備，它可以在即便一個采樣開關(guān)出現(xiàn)故障以致不能合上時不會測量一個出錯的電壓；以及(2)提供一種多路傳輸電壓測量設(shè)備，它可以檢測到采樣開關(guān)中一個在運行時出現(xiàn)的故障。
通過參照附圖閱讀并理解下面的詳細描述后，本發(fā)明這些及其它優(yōu)點對本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的人來說是非常明顯的。


圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的多路傳輸電壓測量設(shè)備100的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用于說明如圖1所示的多路傳輸電壓測量設(shè)備100的運行的時序圖3是傳統(tǒng)的多路傳輸電壓測量設(shè)備300的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是用于說明傳統(tǒng)的多路傳輸電壓測量設(shè)備300的運行的時序圖。
下面，參照圖1描述按照本發(fā)明的一個實施例的多路傳輸電壓測量設(shè)備100。
在圖1中，與用于圖3的多路傳輸電壓測量設(shè)備300的相同單元用相同的參考號來指示，并在圖3中省略對其描述。
多路傳輸電壓測量設(shè)備100測量5個串行連接的電壓源V1-V5中的每一個。
如圖1所示，該多路傳輸電壓測量設(shè)備100包括連接到5個電壓源V1-V5的電壓檢測端子T1-T6；具有第一端子3A與第二端子3B的電容器3；由開關(guān)S1、S3、S5形成的第一采樣開關(guān)1，用于有選擇地把奇數(shù)編號的電壓檢測端子T1、T3、T5中任意一個連接到電容器3的第一端子3A；由開關(guān)S2、S4、S6形成的第二采樣開關(guān)2，用于有選擇地把偶數(shù)的電壓檢測端子T2、T4、T6中的任意一個連接到電容器3的第二端子3B；用于測量第一端子3A與第二端子3B之間的電壓的電壓測量電路5；由開關(guān)4a與4b形成的第三采樣開關(guān)，用于將電容器3的第一端子3a與第二端子3b連接到電壓測量電路5；以及極性控制電路6，用于控制第一采樣開關(guān)1、第二采樣開關(guān)2和第三采樣開關(guān)4的打開/合上。
在多路傳輸電壓測量設(shè)備100中，第一采樣開關(guān)1與第二采樣開關(guān)2在第三采樣開關(guān)4打開時選擇電壓源V1-V5中的一個，然后，第一采樣開關(guān)1與第二采樣開關(guān)2打開，第三采樣開關(guān)4隨后合上。重復(fù)這樣的過程，由此，測量了各個電壓源V1-V5中的電壓。
在本例中，提供了5個電壓源V1-V5和6個電壓檢測端子T1-T6，但是電壓源的數(shù)量與電壓檢測端子的數(shù)量并不限于此，只要提供了N個電壓源與(N+1)個電壓檢測端子就可以實現(xiàn)本發(fā)明。
現(xiàn)在參考圖1描述多路傳輸電壓測量設(shè)備100操作。在測量電壓源V1的電壓時，開關(guān)S1與S2合上，同時第三采樣開關(guān)4打開，由此電容器3用電壓源V1的電壓進行充電。
然后，開關(guān)S1與S2打開，第三采樣開關(guān)4合上，由此該電壓源V1的電壓由該電壓測量電路5測量，此時，電容器3的第一端子3A的極性是正的，電容器3的第二端子3B的極性是負的。
在測量電壓源V2的電壓時，開關(guān)S2與S3被合上，同時第三采樣開關(guān)4打開，由此電容器3利用電壓源V2的電壓進行充電。
隨后，開關(guān)S2與S3打開，而第三采樣開關(guān)4合上，由此該電壓源V2的電壓由該電壓測量電路5測量。此時，電容器3的第一端子3A的極性是負的，電容器3的第二端子3B的極性是正的。
在測量電壓源V1時電容器3的極性與測量電壓源V2時的極性是相反的。
在測量電壓源V3的電壓時，開關(guān)S3與S4合上，同時第三采樣開關(guān)4打開，由此電容器3利用電壓源V3的電壓進行充電。此時，電容器3的第一端子3A的極性是正的，電容器3的第二端子3B的極性是負的，即，這些極性與測量電壓源V1的電壓時的極性是相同的。
類似地，當測量電壓源V4的電壓時，電容器3的第一端子3A的極性是負的，電容器3的第二端子3B的極性是正的。在測量電壓源V5的電壓時，電容器3的第一端子3A的極性是正的，電容器3的第二端子3B的極性是負的。
因此，從電壓源V1、V3或V5施加給電容器3的電壓的極性與從電壓源V2或V4施加給電容器3的電壓的極性是相反的。
現(xiàn)在，考慮按照V1、V2、V3、V4、V5的順序重復(fù)測量電壓源V1-V5。
在電壓源V5已經(jīng)被測量完后測量電壓源V1時，如果開關(guān)S1與S2中的一個出現(xiàn)故障以致它不能被合上時，電容器3不會用電壓源V1電壓充電，也就是，電壓源V5的電壓仍留在電容器3中，而且，在測量電壓源V1時電容器3的極性與測量電壓V5時的極性是相同的。因此，盡管電容器3的電荷隨著時間放電，并且，電容器3的電壓值也相應(yīng)地變化，但電壓測量電路5錯誤地測量了電壓源V5的電壓，因此，電壓測量電路誤讀當開關(guān)S1與S2中一個出現(xiàn)故障而導(dǎo)致它不能被閉合時的電壓值。此外，該多路傳輸電壓測量設(shè)備100不能檢測到該故障。
按照本發(fā)明的本實施例，如圖2所示，此多路傳輸電壓測量設(shè)備100的操作受極性控制電路6的控制，以便在電壓源V5的電壓被測量完之后并在電壓源V1的電壓被測量之前再次測量電壓源V4的電壓(V1→V2→V3→V4→V5→V4→V1→V2)。
在測量電壓源V4時電容器3的極性與測量電壓源V1或V5時的極性相反。因此，電容器3的極性在每次測量時反轉(zhuǎn)。
在測量完電壓源V5的電壓之后測量電壓源V4的電壓時，電容器3的極性變到相反的極性，盡管對電壓源V4所測量的電壓的極性與電壓源V5的電壓極性相反，但是通過反轉(zhuǎn)在電壓測量電路5中的所測量電壓的極性就可以獲取一個正確的電壓值。
假定電壓測量電路5獲得電壓源V5的電壓作為正值，并獲得電壓源V4的電壓作為負值。如果開關(guān)S4或S5中的一個出現(xiàn)故障不能閉合，電容器3不能用電壓源V4的電壓進行充電，也就是，電壓源V5的電壓保持在該電容器3中。因此，電壓測量電路5就獲得一個正電壓值，因此，可以檢測到開關(guān)S4或S5的損壞，并相應(yīng)地預(yù)防了錯誤的測量。
在測量完電壓源V4的電壓后測量電壓源V1的電壓的情況與此相同。
正如這里所描述的，按照本發(fā)明該實施例，極性控制電路6控制第一采樣開關(guān)1、第二采樣開關(guān)2和第三采樣開關(guān)4以便具有相反極性的電壓被交替地存儲在電容器3中。利用這種控制布置，當多路傳輸電壓測量設(shè)備100連續(xù)地獲得同一極性的電壓值時，該多路傳輸電壓測量設(shè)備100就可以確定有一個壞掉的開關(guān)。
因此，按照本發(fā)明，提供了一種多路傳輸電壓測量設(shè)備，它可以在即使一個采樣開關(guān)壞掉以致不能閉合時不去測量錯誤的電壓。
而且，按照本發(fā)明，提供了一種多路傳輸電壓測量設(shè)備，可以檢測到一個采樣開關(guān)在運行中的故障。
本發(fā)明的各種其它修改對于本領(lǐng)域內(nèi)的人是顯而易見的且不會脫離本發(fā)明的精神與范圍，因此，本發(fā)明所附的權(quán)利范圍并不限于這里所描述，而是可以更廣義地加以理解。
權(quán)利要求
1.一種多路傳輸電壓測量設(shè)備，包括連接到N個串行連接的電壓源的(N+1)個電壓檢測端子；利用該N個電壓源中任一個的電壓值進行充電的電容器；第一采樣開關(guān)，用于有選擇地將(N+1)個電壓檢測端子中的奇數(shù)編號的電壓檢測端子連接到該電容器的第一端子；第二采樣開關(guān)，用于有選擇地將(N+1)個電壓檢測端子中的偶數(shù)編號的電壓檢測端子連接到該電容器的第二端子；電壓測量電路，用于測量存儲在該電容器中的電壓值；第三采樣開關(guān)，用于將電容器的第一端子與第二端子連接到該電壓測量電路；以及極性控制器，用于控制第一采樣開關(guān)與第二采樣開關(guān)以便當?shù)谌蓸娱_關(guān)打開時選擇N個電壓源中的一個。
2.按照權(quán)利要求1所述的多路傳輸電壓測量設(shè)備，其中該極性控制器允許第一與第二采樣開關(guān)逐個的方式在N個電壓源中進行順序地選擇，以便電容器被交替地用具有相反極性的電壓值進行充電。
全文摘要
多路傳輸電壓測量設(shè)備,包括:連接到N個電壓源的(N+1)個電壓檢測端子;利用該任一個電壓源的電壓值充電的電容器;第一采樣開關(guān),有選擇地將奇數(shù)編號的電壓檢測端子連接到電容器的第一端子;第二采樣開關(guān),有選擇地將偶數(shù)編號的電壓檢測端子連接到該電容器的第二端子;電壓測量電路,測量電容器的電壓值;第三采樣開關(guān),將第一端子與第二端子連接到測量電路;極性控制器,控制第一第二采樣開關(guān)以便當?shù)谌蓸娱_關(guān)打開時選擇N個電壓源中的一個。
文檔編號G01R19/165GK1322957SQ0110976
公開日2001年11月21日 申請日期2001年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月10日
發(fā)明者槙一郎, 湯田平, 裕文 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社, 豐田自動車株式會社