集成电路、电池监视装置以及电池监视系统的制作方法

[0001]
本发明涉及对电池的状态进行监视的电池监视装置。


背景技术：

[0002]
hev(hybrid electric vehicle，混合动力汽车)或ev(electric vehicle，电动汽车)等将二次电池作为电源而行驶的汽车的开发正在进行。此外，已知为了安全地使用二次电池而通过电池管理系统(bms：battery management system)进行电池余量推定以及异常检测等的技术。作为这样的bms，在专利文献1中公开了能够实时监视电池的状态的电池监视装置。
[0003]
现有技术文献
[0004]
专利文献
[0005]
专利文献1：日本专利第5403437号公报


技术实现要素：

[0006]
本发明提供能够计算与用于计测电池的电压或电流的端子连接的滤波器部的时间常数的集成电路。此外，本发明提供具备这样的集成电路的电池监视装置以及电池监视系统。
[0007]
本发明的一实施方式的集成电路，具备：一对端子，连接包含电容元件的滤波器部，用于计测电池的电压或电流；ad(analog to digital)变换器，计测当上述电容元件被充电或放电时的上述端子间的电压的波形；以及时间常数计算部，基于所计测的上述波形，计算上述滤波器部的时间常数。
[0008]
本发明的一实施方式的电池监视装置具备上述集成电路和上述滤波器部。
[0009]
本发明的一实施方式的电池监视系统具备上述电池监视装置和上述电池。
[0010]
根据本发明的一实施方式，实现能够计算与用于计测电池的电压或电流的端子连接的滤波器部的时间常数的集成电路。此外，根据本发明的一实施方式，实现具备这样的集成电路的电池监视装置以及电池监视系统。
附图说明
[0011]
图1是表示实施方式1的电池监视系统的功能结构的框图。
[0012]
图2是第一滤波器部的时间常数的计算动作的流程图。
[0013]
图3是表示用于说明第一滤波器部的时间常数的计算方法的电压波形的图。
[0014]
图4是第二滤波器部的时间常数的计算动作的流程图。
[0015]
图5是表示用于说明第二滤波器部的时间常数的计算方法的电压波形的图。
[0016]
图6是表示电阻的配置被变更了的电池监视系统的功能结构的框图。
具体实施方式
[0017]
以下，关于实施方式，参照附图进行说明。另外，以下说明的实施方式均表示总括性或具体性的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等作为一例而并不意欲限定本发明。此外，以下的实施方式的构成要素中，关于独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。
[0018]
另外，各图是示意图，并不一定严格地图示。此外，在各图中，对于实质相同的结构附加同一符号，有省略或简化重复的说明的情况。
[0019]
(实施方式1)
[0020]
[结构]
[0021]
首先，说明实施方式1的电池监视系统的结构。图1是表示实施方式1的电池监视系统的功能结构的框图。
[0022]
图1所示的电池监视系统200具备电池监视装置100和电池组101。电池监视装置100是监视电池组101的状态的装置。电池组101包括多个电池b。电池b换言之是电池单元。电池b具体而言是锂离子电池，但也可以是镍氢电池等其他电池。电池组101作为负载102的电源发挥功能，向负载102供给电力。负载102例如是ev的马达，但没有特别限定。另外，也有代替负载102而将用于对电池组101充电的充电装置连接到负载102的位置的情况。
[0023]
电池监视装置100具体而言能够对电池b的交流阻抗进行计算及监视。电池b的交流阻抗例如用于计算电池b的劣化度。电池b的劣化度例如由称作soh(state of health)的参数来表现。
[0024]
电池监视装置100具备多个第一滤波器部103、第二滤波器部104、集成电路105、电阻106和开关107。集成电路105具备多组第一端子108、多个第一ad(analog to digital)变换器109、第二端子110、电源111、第二ad变换器112、交流阻抗计算部113、多个第一开关115、控制部116、时间常数计算部117和第二开关118。
[0025]
第一端子108是用于计测电池b的电压的一对端子。多个第一端子108(更详细而言，多组第一端子)与多个电池b一对一地对应。在1个第一端子108之间经由第一滤波器部103连接1个电池b。
[0026]
多个第一ad变换器109是计测多个电池b的电压的计测部。多个第一ad变换器109与多个电池b一对一地对应。1个第一ad变换器109将1个电池b的两端的电压(即，模拟信号)变换为数字信号。第一ad变换器109例如是δσ型的ad变换器。
[0027]
集成电路105中，多个第一ad变换器109具有相同ad变换特性。所谓ad变换特性，是分辨率(比特数)等各种参数。对于多个第一ad变换器109，具体而言，作为制品而使用相同的ad变换器。由此，能够降低由ad变换引起的多个电池b的电压的计测误差。
[0028]
第二端子110是用于计测电池b的电流的一对端子。在第二端子110之间，经由第二滤波器部104连接电阻106。
[0029]
电阻106是配置在与从电池组101向负载102流动的电流的路径p1不同的路径p2上的电阻。即，电阻106是不流动向负载102流动的电流的电阻。电阻106与电池组101串联连接。电阻106例如是在集成电路105的外部设置的分立部件。
[0030]
开关107是用于从电池组101向电阻106流动电流的开关。开关107例如是fet
(field effect transistor)，但也可以是双极型晶体管。开关107的接通及断开例如由集成电路105的控制部116控制。
[0031]
这样，如果电阻106配置在路径p2上，则能够与电池组101是否处于充放电中无关地通过将开关107接通而从电池组101向电阻106流动电流。即，能够与电池组101是否处于充放电中无关地计测电池b的电流。
[0032]
第二ad变换器112是计测流过电阻106的电流的计测部。第二ad变换器112具体而言将电阻106的两端的电压(即模拟信号)变换为数字信号。第二ad变换器112例如是δσ型的ad变换器。对于第二ad变换器112，例如使用与多个第一ad变换器109具有相同ad变换特性的(即作为制品而相同的)ad变换器。由此，能够降低在多个第一ad变换器109与第二ad变换器112之间产生的由ad变换引起的计测误差。
[0033]
交流阻抗计算部113根据由多个第一ad变换器109计测的多个电池b的电压、以及由第二ad变换器112计测的电池组101的电流(即，电池b的电流)，计算多个电池b的交流阻抗。交流阻抗计算部113具体而言将多个电池b的电压变换为复电压，将电池b的电流变换为复电流，通过用复电压除以复电流而计算多个电池b各自的交流阻抗。
[0034]
[第一滤波器部的时间常数的计算]
[0035]
此外，为了去除计测电池b的电压时的噪声，对于多个第一端子108分别连接第一滤波器部103。第一滤波器部103具体而言是低通滤波器。第一滤波器部103是由电阻103r1、电阻103r2及电容元件103c构成的滤波器电路。第一滤波器部103中包含的电容元件103c需要较大的电容，所以难以将第一滤波器部103内置于集成电路105。因而，第一滤波器部103由分立部件构成，外装于集成电路105。
[0036]
在第一滤波器部103由分立部件构成的情况下，有对于第一滤波器部103的时间常数的设计值的误差变大的情况。如果能够计算时间常数，则能够通过对应于时间常数对交流阻抗进行修正而提高交流阻抗的计算精度。
[0037]
因而，集成电路105具有计算第一滤波器部103的时间常数的功能。集成电路105中，作为用于计算第一滤波器部103的时间常数的构成要素，具备多个第一开关115、控制部116和时间常数计算部117。
[0038]
第一开关115设于多个第一端子108的每一个，对第一端子108之间的短路及开路进行切换。第一开关115例如是fet，但也可以是双极型晶体管等其他开关元件。
[0039]
控制部116将第一滤波器部103中包含的电容元件103c放电。控制部116通过将控制信号输出而将第一开关115接通，从而使第一端子108之间短路而将电容元件103c放电。控制部116例如由微型计算机或处理器等实现。
[0040]
时间常数计算部117根据电容元件103c刚刚被放电后通过电池b将该电容元件103c充电时的第一端子108之间的电压的波形(即，电容元件103c的两端的电压的波形)，计算第一滤波器部103的时间常数。时间常数计算部117例如由微型计算机或处理器等实现。
[0041]
以下，对利用这样的构成要素的时间常数的计算动作进行说明。图2是第一滤波器部103的时间常数的计算动作的流程图。图3是表示用于说明第一滤波器部103的时间常数的计算方法的电压波形的图。
[0042]
如图3所示，通常，向电容元件103c施加有电池b的电压v。该状态下，控制部116通过将第一开关115接通而将电容元件103c放电(s11)。具体而言，控制部116在图3的定时t4
将第一开关115接通，在到定时t0的期间t0(放电期间)之间，使第一开关115持续接通。
[0043]
接着，控制部116在定时t0将第一开关115断开(s12)。这样，电池b对电容元件103c的充电开始。第一ad变换器109计测当电容元件103c被充电时的第一端子108之间的电压的波形(s13)。即，第一ad变换器109计测当电容元件103c被充电时的电容元件103c的两端的电压的波形。
[0044]
电容元件103c的两端的电压在经过与第一滤波器部103的时间常数相应的长度的期间的情况下达到电压v。因此，时间常数计算部117根据由第一ad变换器109计测的波形，计算第一滤波器部103的时间常数(s14)。时间常数的具体计算方法并不特别限定，以下对一例进行说明。
[0045]
时间常数计算部117例如根据所计测的波形的第一区间t1的积分值dint1、以及所计测的波形的与第一区间t1不同的第二区间t2的积分值dint2，计算第一滤波器部103的时间常数。第一区间t1是从定时t1到定时t2的区间，第二区间t2是从定时t2到定时t3的区间。即，第一区间t1及第二区间t2是连续的区间。第一区间t1的长度及第二区间t2的长度不特别限定。
[0046]
电容元件103c被充电时的电容元件103c的两端的电压的波形x用时间常数τ由以下的式1表示，波形x的积分值由以下的式2表示。
[0047]
【数1】
[0048][0049][0050]
将第一区间t1的长度及第二区间t2的长度分别设为ts，用积分值dint1除以积分值dint2，则成为以下的式3。将式3变形，则时间常数τ如以下的式4那样求出。
[0051]
【数2】
[0052][0053][0054]
这样，时间常数计算部117能够根据由第一ad变换器109计测的波形而计算第一滤波器部103的时间常数。
[0055]
[第二滤波器部的时间常数的计算]
[0056]
此外，为了去除计测电池b的电流时的噪声，在第二端子110上连接第二滤波器部
104。第二滤波器部104具体而言是低通滤波器。第二滤波器部104是由电阻104r1、电阻104r2以及电容元件104c构成的滤波器电路。第二滤波器部104中包含的电容元件104c需要较大的电容，所以难以将第二滤波器部104内置于集成电路105。因而，第二滤波器部104由分立部件构成，外装于集成电路105。
[0057]
在第二滤波器部104由分立部件构成的情况下，有对于第二滤波器部104的时间常数的设计值的误差变大的情况。如果能够计算时间常数，则能够通过对应于时间常数对交流阻抗进行修正而提高交流阻抗的计算精度。
[0058]
因此，集成电路105具有计算第二滤波器部104的时间常数的功能。集成电路105中，作为用于计算第二滤波器部104的时间常数的构成要素，除了上述的控制部116以及时间常数计算部117以外，还具备第二开关118。
[0059]
第二开关118设置在电源111及第二端子110之间，将电源111及电容元件104c的电连接的有无进行切换。第二开关118例如是fet，但也可以是双极型晶体管。另外，图1中，电源111作为电流源而图示，但也可以是电压源。
[0060]
以下，说明利用这样的构成要素的时间常数的计算动作。图4是第二滤波器部104的时间常数的计算动作的流程图。图5是表示用于说明第二滤波器部104的时间常数的计算方法的电压波形的图。
[0061]
如图5所示，在开关107断开的情况下，在电容元件104c上没有施加电池组101的电压。即，电容元件104c没有被充电。该状态下，控制部116通过将第二开关118接通而将电容元件104c充电(s21)。控制部116具体而言在图5的定时t4将第二开关118接通，在到定时t0的期间t0(充电期间)之间，将第二开关118持续接通。
[0062]
接着，控制部116在定时t0将第二开关118断开(s22)。这样，电容元件104c的放电开始。第二ad变换器112计测当电容元件104c被放电时的第二端子110之间的电压的波形(s23)。即，第二ad变换器112计测当电容元件104c被放电时的电容元件104c的两端的电压的波形。
[0063]
电容元件104c的两端的电压在经过与第一滤波器部103的时间常数相应的长度的期间的情况下达到放电状态的电压。因此，时间常数计算部117根据由第二ad变换器112计测的波形，计算第二滤波器部104的时间常数(s24)。时间常数的具体计算方法例如能够使用利用上述式1～式4说明的计算方法。
[0064]
这样，时间常数计算部117能够根据由第二ad变换器112计测的波形，计算第二滤波器部104的时间常数。
[0065]
另外，第二ad变换器112计测在路径p2上配置的电阻106的两端的电压，但电阻106也可以配置在从电池组101向负载102流动的电流的路径p1上。图6是表示电阻106的配置被变更了的电池监视系统200的功能结构的框图。图6的例子中，开关107也配置在路径p1上。图6的例子中，电阻106及开关107被作为电池监视装置100的构成要素以外，但也可以作为电池监视装置100的构成要素。
[0066]
[交流阻抗的修正]
[0067]
交流阻抗计算部113能够利用第一滤波器部103的时间常数以及第二滤波器部104的时间常数对交流阻抗进行修正。以下，说明交流阻抗的修正方法。
[0068]
将电阻103r1及电阻103r2的电阻值设为r，将电容元件103c的电容值设为c，则第
一滤波器部103的阻抗由以下的式5表示。
[0069][0070]
这里，将角速度设为ω，将频率设为f，将时间常数设为τ，则经过第一滤波器部103时的增益g及相位θ由以下的式6及式7表示。
[0071][0072]
θ＝tan-1
(2πfτ)
ꢀꢀꢀ
··
式7
[0073]
用于修正这样的增益g的修正增益gcomp由以下的式8表示，用于修正相位θ的修正相位θcomp由以下的式9表示。
[0074][0075]
θ
comp
＝-θ＝-tan-1
(2πfτ)
ꢀꢀꢀ
··
式9
[0076]
交流阻抗计算部113能够利用电压用的修正增益gvcomp及修正相位θvcomp，修正由第一ad变换器109计测的电压。若将由第一ad变换器109计测的电压v用以下的式10表示，则修正后的电压v由以下的式11表示。
[0077]
v＝v
meas
exp(jθ
vmeas
)
ꢀꢀꢀ
··
式10
[0078]
v＝g
vcomp
v
meas
exp(j(θ
vmeas
+θ
vcomp
))
ꢀꢀꢀ
··
式11
[0079]
同样，交流阻抗计算部113能够利用电流用的修正增益gicomp及修正相位θicomp，修正由第二ad变换器112计测的电流。若将由第二ad变换器112计测的电流i用以下的式12表示，则修正后的电流i由以下的式13表示。即，修正后的交流阻抗z由以下的式14表示。
[0080]
i＝i
meas
exp(jθ
imeas
)
ꢀꢀꢀ
··
式1２
[0081]
i＝g
icomp
i
meas
exp(j(θ
imeas
+θ
icomp
))
ꢀꢀꢀ
··
式13
[0082][0083]
[效果等]
[0084]
如以上说明的那样，集成电路105具备：一对端子，连接包含电容元件的滤波器部，用于计测电池b的电压或电流；控制部116，将连接在端子间的电容元件充电或放电；ad变换器，计测当电容元件被充电或放电时的端子间的电压的波形；以及时间常数计算部117，根据所计测的波形，计算滤波器部的时间常数。ad变换器例如是第一ad变换器109或第二ad变换器112。滤波器部例如是第一滤波器部103或第二滤波器部104。
[0085]
这样的集成电路105能够计算与用于计测电池b的电压或电流的端子连接的滤波器部的时间常数。如果对应于所计算的时间常数来修正交流阻抗，则能够提高交流阻抗的计算精度。
[0086]
例如，第一端子108是用于计测电池b的电压的端子，经由第一滤波器部103电连接在电池b的两端。集成电路105还具备对第一端子108之间的短路及开路进行切换的第一开
关115。控制部116通过将第一开关115接通而使第一端子108之间短路并将电容元件103c放电后，通过将第一开关115断开而将电容元件103c充电。第一ad变换器109计测当电容元件103c被充电时的第一端子108之间的电压的波形。
[0087]
这样的集成电路105能够通过计测电容元件103c的充电时的波形，计算第一滤波器部103的时间常数。
[0088]
此外，例如，第二端子110是用于计测电池b的电流的端子，经由第二滤波器部104而电连接在与电池b串联连接的电阻106的两端。集成电路105还具备电源111、和对电源111及电容元件104c的电连接的有无进行切换的第二开关118。控制部116在通过将第二开关118接通而将电源111及电容元件104c电连接并将电容元件104c充电后，通过将第二开关118断开而将电容元件104c放电。第二ad变换器112计测当电容元件104c被放电时的第二端子110之间的电压的波形。
[0089]
这样的集成电路105能够通过计测电容元件104c的放电时的波形而计算第二滤波器部104的时间常数。
[0090]
此外，例如，时间常数计算部117根据所计测的波形的第一区间t1的积分值dint1以及所计测的波形的与第一区间t1不同的第二区间t2的积分值dint2，计算滤波器部的时间常数。
[0091]
这样的集成电路105能够根据第一区间t1的积分值dint1以及第二区间t2的积分值dint2，计算滤波器部的时间常数。
[0092]
此外，例如，集成电路105还具备利用电池b的电压及电流、和所计算的滤波器部的时间常数来计算电池b的交流阻抗的交流阻抗计算部113。
[0093]
这样的集成电路105能够通过利用滤波器部的时间常数而以高精度计算交流阻抗。
[0094]
此外，电池b是电池组101中包含的多个电池b中的1个。
[0095]
这样的集成电路105能够计算与用于计测电池组101中包含的电池b的电压或电流的端子连接的滤波器部的时间常数。
[0096]
此外，电池监视装置100具备集成电路105和滤波器部。
[0097]
这样的电池监视装置100能够计算滤波器部的时间常数。
[0098]
此外，电池监视系统200具备电池监视装置100和电池b。
[0099]
这样的电池监视系统200能够计算滤波器部的时间常数。
[0100]
(其他实施方式)
[0101]
以上，对实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。
[0102]
例如，上述实施方式中，说明了以ev等汽车中使用的电池为监视对象的电池监视装置，但电池监视装置以怎样用途的电池为监视对象都可以。
[0103]
此外，上述实施方式中，电池监视系统具备电池组，但具备至少1个电池即可。即，电池监视装置及集成电路以至少1个电池为监视对象即可。
[0104]
此外，上述实施方式中说明的电路结构是一个例子，本发明不限于上述电路结构。即，能够与上述电路结构同样地实现本发明的特征性功能的电路也包含于本发明。例如，在能够实现与上述电路结构同样的功能的范围下，对某个元件串联或并联地连接了开关元件(晶体管)、电阻元件或电容元件等元件的结构也包含于本发明。
[0105]
此外，上述实施方式中，集成电路所包含的构成要素由硬件实现。但是，集成电路所包含的构成要素的一部分也可以通过执行适于该构成要素的软件程序而实现。集成电路所包含的构成要素的一部分也可以通过由cpu(central processing unit)或处理器等程序执行部将硬盘或半导体存储器等记录介质中记录的软件程序读出并执行来实现。
[0106]
此外，上述实施方式中，也可以将特定的处理部执行的处理用其他处理部执行。此外，在上述实施方式中说明的动作中，多个处理的顺序可以变更，多个处理也可以并行进行。
[0107]
除此以外，对各实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的形态、或者在不脱离本发明的主旨的范围内将各实施方式中的构成要素及功能任意组合而实现的形态也包含于本发明。
[0108]
标记说明
[0109]
100 电池监视装置
[0110]
101 电池组
[0111]
102 负载
[0112]
103 第一滤波器部
[0113]
103c，104c 电容元件
[0114]
103r1，103r2，104r1，104r2，106 电阻
[0115]
104 第二滤波器部
[0116]
105 集成电路
[0117]
107 开关
[0118]
108 第一端子
[0119]
109 第一ad变换器
[0120]
110 第二端子
[0121]
111 电源
[0122]
112 第二ad变换器
[0123]
113 交流阻抗计算部
[0124]
115 第一开关
[0125]
116 控制部
[0126]
117 时间常数计算部
[0127]
118 第二开关
[0128]
200 电池监视系统
[0129]
b 电池