CN1322957A - 多路传输电压测量设备 - Google Patents

Abstract

多路传输电压测量设备,包括:连接到N个电压源的(N+1)个电压检测端子;利用该任一个电压源的电压值充电的电容器;第一采样开关,有选择地将奇数编号的电压检测端子连接到电容器的第一端子;第二采样开关,有选择地将偶数编号的电压检测端子连接到该电容器的第二端子;电压测量电路,测量电容器的电压值;第三采样开关,将第一端子与第二端子连接到测量电路;极性控制器,控制第一第二采样开关以便当第三采样开关打开时选择N个电压源中的一个。

Description

多路传输电压测量设备

本发明涉及一种多路传输电压测量设备，尤其是用于测量串行连接的N个电压源中每一个电压源电压的多路传输电压测量设备。

电动车辆所用的几百伏的高功率电源是由多个次级电池如镍氢蓄电池形成的，并且是彼此串行地连接在一起。为了充电与放电控制的目的，每一个串行连接的电池的容量应被进行监视。

特别地，由240个串行连接的电池形成的电池可以产生288伏的电压。在这样的电池中，监视每一个电池是有实际困难的。例如，在日本公开的专利申请8-140204中，对24个模块中的每一个测量其电压，其中每个模块包含10个电池。

在电动车中，高电压系统与车架是绝缘的以便消除危险的环境。而另一方面，由于用于充电/放电控制的处理器使用该车架的电势作为参考电势，因此电池的电压应被绝缘地测量的。

在日本公开的专利申请8-140204的电池中，包括有运算放大器、AD转换器、光耦合器、电源等的绝缘电路单元被提供给每一个模块，这种电池结构是非常复杂的。

作为绝缘测量传感器或类似的电压输出方式，已知有一种惯性(flying)电容器。图3中示出一个多路传输电压测量设备300，在该例子中电压源的数量(N)为5。

串行连接的电压源V1-V5通过电压检测端子T1-T6、由开关S1、S3和S5形成的第一采样开关1和由开关S2、S4、S6形成的第二采样开关连接到一个电容器3。电容器3通过一个由开关4a和4b形成的第三采样开关4连接到一个电压测量电路5。

图4是各个开关S1-S6和4a与4b的打开/关断的时序图，下面参照图4并结合图3描述该多路传输电压测量设备300的操作。

在测量电压源V1-V5的电压前，开关S1-S6和4a与4b都是打开的(断开)。在周期P1期间，首先，开关S1和S2合上(接通)，由此电压源V1的电压被施加给电容器3，并把电荷存储在电容器3中，在保持接通状态一预定时间周期后，开关S1与S2被断开。随后，在自开关S1与S2被断开起一预定的时间之后，第三采样开关4(开关4a与4b)被接通，由此在电容器3中的充电电压，即电压源V1的电压被传送给电压测量电路5。

当然，每个开关的驱动电路与该开关的触点是分开的。第一采样开关1未被合上，同时第三采样开关4被合上，而在第三采样开关4合上时，第二采样开关2不合上。因此，电压源V1的电压被绝缘地测量，即，当测量电压源V1的电压时，电压源V1与电容器3是绝缘的。

在周期P2期间，开关S2和S3和4a与4b被类似地接通和断开，而在周期P3期间，开关S3和S4和4a与4b是类似地接通和断开的。以这种方式，如图4所示，多路传输电压测量设备300是以多路传输方式运行以便测量电压源V1-V5的电压值。

在上述的传统的电压测量设备结构内，当测量完电压源V5之后测量电压源V1时，开关S1和S2是合上的(接通)。但是如果开关S1与S2中的一个出现故障，例如开关S1与S2中的一个在应该合上时却处于打开状态，则电压源V1的电压就不能存储在电容器3中，而且，在测量电压源V5时存储在电容器3中的电荷仍保持在电容器3中。由于测量电压源V1的电压时电容器3的极性与测量电压源V5的电压时的极性相同，电压测量设备300就会错误地读取电压源V5的电压。

因此，当开关S1与S2中的一个出现故障以致不能合上时，先前存储的电荷就会留在电容器3中。因此电压测量设备300就会错误地读取留在电容器3中的电压，并且不能检测到引起错误测量的故障。

按照本发明的一个方面，一种多路传输电压测量设备包括：连接到N个串行连接的电压源的(N+1)个电压检测端子；利用该N个电压源的任意一个的电压值进行充电的电容器；第一采样开关，用于选择地把(N+1)个电压检测端子中的奇数编号的电压检测端子连接到该电容器的第一端子；第二采样开关，用于选择地把(N+1)个电压检测端子中的偶数编号的电压检测端子连接到该电容器的第二端子；用于测量存储在该电容器中的电压值的电压测量电路；用于将电容器的第一端子与第二端子连接到该电压测量电路的第三采样开关；以及极性控制器，用于控制第一与第二采样开关以便当第三采样开关打开时选择N个电压源中的一个。

在本发明的一个实施例中，该极性控制器允许第一采样开关与第二采样开关以逐个方式在这N个电压源进行序列地选择，以便该电容器交替地利用具有相反极性的电压值进行充电。

按照本发明，当顺序地测量电压源中的电压时，具有相反极性的电压，即正电压与负电压，被交替地施加给一个电容器。利用这种配置，即便是第一采样开关或第二采样开关出现故障以致于不能被合上，且在先前测量中所测量的电压仍保持在该电容器中时，该电压测量设备可以确定有一个损坏的开关，因为一个电压测量设备是连续地获取同一极性的电压值。

因此，本发明的特征在于一个电压测量设备包括一个极性控制器，使得采样开关顺序地选择电压源以便具有相反极性的电压被交替地存储在该电容器中。

因此，本发明具有如下优点：(1)提供一种多路传输电压测量设备，它可以在即便一个采样开关出现故障以致不能合上时不会测量一个出错的电压；以及(2)提供一种多路传输电压测量设备，它可以检测到采样开关中一个在运行时出现的故障。

通过参照附图阅读并理解下面的详细描述后，本发明这些及其它优点对本技术领域内的人来说是非常明显的。

图1是按照本发明的一个实施例的多路传输电压测量设备100的结构示意图；

图2是用于说明如图1所示的多路传输电压测量设备100的运行的时序图；

图3是传统的多路传输电压测量设备300的结构示意图：

图4是用于说明传统的多路传输电压测量设备300的运行的时序图。

下面，参照图1描述按照本发明的一个实施例的多路传输电压测量设备100。

在图1中，与用于图3的多路传输电压测量设备300的相同单元用相同的参考号来指示，并在图3中省略对其描述。

多路传输电压测量设备100测量5个串行连接的电压源V1-V5中的每一个。

如图1所示，该多路传输电压测量设备100包括：连接到5个电压源V1-V5的电压检测端子T1-T6；具有第一端子3A与第二端子3B的电容器3；由开关S1、S3、S5形成的第一采样开关1，用于有选择地把奇数编号的电压检测端子T1、T3、T5中任意一个连接到电容器3的第一端子3A；由开关S2、S4、S6形成的第二采样开关2，用于有选择地把偶数的电压检测端子T2、T4、T6中的任意一个连接到电容器3的第二端子3B；用于测量第一端子3A与第二端子3B之间的电压的电压测量电路5；由开关4a与4b形成的第三采样开关，用于将电容器3的第一端子3a与第二端子3b连接到电压测量电路5；以及极性控制电路6，用于控制第一采样开关1、第二采样开关2和第三采样开关4的打开/合上。

在多路传输电压测量设备100中，第一采样开关1与第二采样开关2在第三采样开关4打开时选择电压源V1-V5中的一个，然后，第一采样开关1与第二采样开关2打开，第三采样开关4随后合上。重复这样的过程，由此，测量了各个电压源V1-V5中的电压。

在本例中，提供了5个电压源V1-V5和6个电压检测端子T1-T6，但是电压源的数量与电压检测端子的数量并不限于此，只要提供了N个电压源与(N+1)个电压检测端子就可以实现本发明。

现在参考图1描述多路传输电压测量设备100操作。在测量电压源V1的电压时，开关S1与S2合上，同时第三采样开关4打开，由此电容器3用电压源V1的电压进行充电。

然后，开关S1与S2打开，第三采样开关4合上，由此该电压源V1的电压由该电压测量电路5测量，此时，电容器3的第一端子3A的极性是正的，电容器3的第二端子3B的极性是负的。

在测量电压源V2的电压时，开关S2与S3被合上，同时第三采样开关4打开，由此电容器3利用电压源V2的电压进行充电。

随后，开关S2与S3打开，而第三采样开关4合上，由此该电压源V2的电压由该电压测量电路5测量。此时，电容器3的第一端子3A的极性是负的，电容器3的第二端子3B的极性是正的。

在测量电压源V1时电容器3的极性与测量电压源V2时的极性是相反的。

在测量电压源V3的电压时，开关S3与S4合上，同时第三采样开关4打开，由此电容器3利用电压源V3的电压进行充电。此时，电容器3的第一端子3A的极性是正的，电容器3的第二端子3B的极性是负的，即，这些极性与测量电压源V1的电压时的极性是相同的。

类似地，当测量电压源V4的电压时，电容器3的第一端子3A的极性是负的，电容器3的第二端子3B的极性是正的。在测量电压源V5的电压时，电容器3的第一端子3A的极性是正的，电容器3的第二端子3B的极性是负的。

因此，从电压源V1、V3或V5施加给电容器3的电压的极性与从电压源V2或V4施加给电容器3的电压的极性是相反的。

现在，考虑按照V1、V2、V3、V4、V5的顺序重复测量电压源V1-V5。

在电压源V5已经被测量完后测量电压源V1时，如果开关S1与S2中的一个出现故障以致它不能被合上时，电容器3不会用电压源V1电压充电，也就是，电压源V5的电压仍留在电容器3中，而且，在测量电压源V1时电容器3的极性与测量电压V5时的极性是相同的。因此，尽管电容器3的电荷随着时间放电，并且，电容器3的电压值也相应地变化，但电压测量电路5错误地测量了电压源V5的电压，因此，电压测量电路误读当开关S1与S2中一个出现故障而导致它不能被闭合时的电压值。此外，该多路传输电压测量设备100不能检测到该故障。

按照本发明的本实施例，如图2所示，此多路传输电压测量设备100的操作受极性控制电路6的控制，以便在电压源V5的电压被测量完之后并在电压源V1的电压被测量之前再次测量电压源V4的电压(V1→V2→V3→V4→V5→V4→V1→V2)。

在测量电压源V4时电容器3的极性与测量电压源V1或V5时的极性相反。因此，电容器3的极性在每次测量时反转。

在测量完电压源V5的电压之后测量电压源V4的电压时，电容器3的极性变到相反的极性，尽管对电压源V4所测量的电压的极性与电压源V5的电压极性相反，但是通过反转在电压测量电路5中的所测量电压的极性就可以获取一个正确的电压值。

假定电压测量电路5获得电压源V5的电压作为正值，并获得电压源V4的电压作为负值。如果开关S4或S5中的一个出现故障不能闭合，电容器3不能用电压源V4的电压进行充电，也就是，电压源V5的电压保持在该电容器3中。因此，电压测量电路5就获得一个正电压值，因此，可以检测到开关S4或S5的损坏，并相应地预防了错误的测量。

在测量完电压源V4的电压后测量电压源V1的电压的情况与此相同。

正如这里所描述的，按照本发明该实施例，极性控制电路6控制第一采样开关1、第二采样开关2和第三采样开关4以便具有相反极性的电压被交替地存储在电容器3中。利用这种控制布置，当多路传输电压测量设备100连续地获得同一极性的电压值时，该多路传输电压测量设备100就可以确定有一个坏掉的开关。

因此，按照本发明，提供了一种多路传输电压测量设备，它可以在即使一个采样开关坏掉以致不能闭合时不去测量错误的电压。

而且，按照本发明，提供了一种多路传输电压测量设备，可以检测到一个采样开关在运行中的故障。

本发明的各种其它修改对于本领域内的人是显而易见的且不会脱离本发明的精神与范围，因此，本发明所附的权利范围并不限于这里所描述，而是可以更广义地加以理解。

Claims (2)

1、一种多路传输电压测量设备，包括：

连接到N个串行连接的电压源的(N+1)个电压检测端子；

利用该N个电压源中任一个的电压值进行充电的电容器；

第一采样开关，用于有选择地将(N+1)个电压检测端子中的奇数编号的电压检测端子连接到该电容器的第一端子；

第二采样开关，用于有选择地将(N+1)个电压检测端子中的偶数编号的电压检测端子连接到该电容器的第二端子；

电压测量电路，用于测量存储在该电容器中的电压值；

第三采样开关，用于将电容器的第一端子与第二端子连接到该电压测量电路；以及

极性控制器，用于控制第一采样开关与第二采样开关以便当第三采样开关打开时选择N个电压源中的一个。

2、按照权利要求1所述的多路传输电压测量设备，其中该极性控制器允许第一与第二采样开关逐个的方式在N个电压源中进行顺序地选择，以便电容器被交替地用具有相反极性的电压值进行充电。

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