CN101142733A - 用于电源系统的监视装置 - Google Patents

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Abstract

电池监视单元(40)和传感器(50，52，54)被供以共同的运行电源电压(Vd1)以运行。来自传感器(50，52，54)的检测值被电池监视单元(40)发送到控制电路(30)。控制电路(30)用电压传感器(56)监视运行电源电压(Vd1)，另外，判定继电器连接之前来自传感器(50，52，54)的检测值是否属于正常范围，以便更加准确地检测电池监视单元(40)的电源低下异常。因此，当为二次电池设置的传感器和电池检测单元由于低下的运行电源电压而不能正常运行时能够准确地检测出异常。

Description

用于电源系统的监视装置
技术领域
本发明涉及用于电源系统的监视装置，特别涉及用在这样的电源系统中的监视装置：该电源系统从二次电池通过继电器向负载供给电力。
背景技术
在混合动力车等等之中，使用了用于从二次电池向负载供给电力的多种电源系统。在这样的电源系统中，有必要正确地检测二次电池中的异常。
在这方面，例如日本专利特开No.2002-084669(以下称作专利文献1)公开了一种电池组，该电池组被配置为使得多个电池单体组——其各自被配置为包含多个串联连接的电池单体——串联连接。对于这种电池组，提供用于监视各电池单体状态的电池单体状态监视装置，以便使得对于各电池单体的异常检测成为可能。特别地，在专利文献1所公开的配置中，到电池单体状态监视装置的电源供给在来自电池单体状态监视装置的输出不被上位的异常监视装置参照时至少部分停止，故电池状态监视装置的功耗能够得到降低。
另外，日本专利特开No.11-234801(以下称作“专利文献2”)公开了基于电压数据或温度数据检测电池异常状况的电池ECU。在这种电池ECU中，当检测电池异常的传感器自身发生任何异常时，通风扇或内外切换阀被适当地切换，故而即使在电池异常状况重复发生时，电池产生的气体能被迅速排出车外。
然而，专利文献1中公开的构造不能对监视二次电池异常的电池单体状态监视装置自身的异常进行检测。因此，在电池单体状态监视装置的异常状况过程中，二次电池可能由于错误的信息而不能正确地得到控制。
另一方面，在专利文献2所公开的构造中，对于确定电压数据或温度数据的传感器，传感器自身的故障在发生断线或短路等硬件故障时被检测到。然而，即使在没有断线或短路等硬件故障时，传感器输出值(检测值)或电池监视单元的运行有时可能由于运行电源电压的降低而变得异常。当在不检测这种异常的情况下将来自传感器或电池监视单元的输出值用作用于控制等等的正常值时，二次电池的状态不能得到准确的控制，由此可能导致电源系统的异常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电源系统的监视装置，该装置使得在为二次电池设置的传感器和电池监视单元由于运行电源电压的降低而不能进行正常运行时的准确异常检测成为可能。
根据本发明的电源系统用监视装置监视这样的电源系统：该电源系统包含二次电池、从二次电池接收电力供给的负载以及被布置在二次电池与负载之间的继电器。监视装置包含传感器、电池监视单元、第一检知部分、第二检知部分以及异常检知部分。传感器被设置为测量二次电池的状态量。电池监视单元具有与传感器共用的运行电源电压，并运行以监视二次电池的状态。第一检知部分在继电器连接前的状态下检知由传感器获得的测量值落在规定正常范围之外。第二检知部分检知运行电源电压低于电池监视单元的规定运行保证值。当继电器连接前第一检知部分检知传感器所获得的测量值落在正常范围外时且当第二检知部分检知运行电源电压低于运行保证值时，异常检知部分检知电池监视单元的异常。
根据如上所述的电源系统用监视装置，基于当继电器连接前的状态下传感器输出落在继电器连接前的正常范围之外且当运行电源电压低于运行保证值时，检知电池监视单元的异常。因此，即使是在当电力不从二次电池供给时的继电器连接之前，包含传感器在内的电池监视单元的运行电源电压低下异常能被检知。因此，不在传感器和电池监视单元由于低下的运行电源电压而不能正常运行的状态下通过连接继电器来开始电力供给，由此防止了基于错误的传感器输出的电源系统异常运行。另外，与仅仅基于监视运行电源电压来检测电池监视单元异常的构造相比，能够防止运行电源电压中的瞬间变动引起的错误的异常检测。
优选为，在根据本发明的电源系统用监视装置中，当运行电源电压连续低于运行保证值达一规定时间段时，第二检知部分检知运行电源电压低于运行保证值。
根据如上所述的电源系统用监视装置，即使是在电池监视单元的运行电源电压与其它设备共用且运行电源电压暂时低下时，不会错误地检测出电池监视单元的异常。因此，对电池监视单元的异常进行检测的精度能够得到改进。
优选为，在根据本发明的电源系统用监视装置中，在继电器连接后，当第二检知部分检知运行电源电压连续低于运行保证值达一规定时间段时，异常检知部分检知电池监视单元的异常。
根据如上所述的电源系统用监视装置，即使在继电器连接之后，能够检测运行电源电压低下异常。
优选为，传感器为测量二次电池的输入/输出电流的电流传感器。
根据如上所述的电源系统用监视装置，在继电器连接前测量值在零附近的电流传感器被用于检测电池监视单元的异常，故而能够更为准确地检测继电器动作(relaying)之前的运行电源电压低下异常。
优选为，根据本发明的电源系统用监视装置还包含异常处理部分，该部分在异常检知部分检知电池监视单元异常时禁止通过继电器的连接。
根据如上所述的电源系统用监视装置，当电池监视单元的异常被检知时，二次电池与负载之间通过继电器的连接被禁止，由此防止了由于错误的传感器输出或电池运行输出导致的电源系统异常运行。
优选为，根据本发明的电源系统用监视装置还包含异常处理部分，当异常检知部分检知电池监视单元的异常时，该部分中止基于传感器测量值的控制。
根据如上所述的电源系统用监视装置，当电池监视单元的异常被检知时，中止基于传感器测量值的控制。因此，可防止由于基于运行电源电压低下所引起的、来自传感器的异常输出的控制所导致的电源系统异常运行。
因此，在根据本发明的电源系统用监视装置中，在为二次电池提供的传感器和电池监视单元由于运行电源电压低下而不能正常运行时，能够准确地进行异常检测。
附图说明
图1为一原理框图，其示出了由根据本发明一实施例的监视装置监视的电源系统的示例性构造；
图2示出了到图1所示各传感器以及电池监视单元的电源供给的构造；
图3为一流程图，其示出了与运行电源电压低下有关的传感器异常运行；
图4为一流程图，其示出了由根据本发明该实施例的监视装置进行的对电池监视单元异常的检测。
具体实施方式
下面将参照附图详细介绍本发明的实施例。注意，在下文中，附图中相同或对应的部分用同样的参考标号表示，且基本上不重复进行详细介绍。
图1为一原理框图，其示出了由根据本发明一实施例的监视装置监视的电源系统的示例性构造。
参照图1，电源系统5包含二次电池10、负载20、被设置在二次电池10与负载20之间的继电器21-23、控制电路(ECU：电子控制单元)30、电池监视单元40以及为二次电池10提供的传感器50、52、54。
二次电池10通过连接多个可再充电的电池单体(electric cell)配置而成。在本发明该实施例中，不特别限制二次电池10的形式，且本发明可应用于任何的铅酸电池、镍金属氢化物二次电池、锂离子二次电池等等。
二次电池10的正电极被连接到电源线PL，负电极被连接到接地线EL。继电器21被布置为使得电源线PL能通过突入电流限制电阻器24连接到负载20。继电器22被设置为与继电器21以及突入电流限制电阻器24并联，并被布置为使得电源线PL与负载20能不通过突入电流限制电阻器24彼此连接。继电器23被连接在接地线EL与负载20之间。
继电器21-23分别对继电器控制信号SR1-SR3做出响应地被开通/关断。在负载20起动前的状态下，也就是说，在继电器连接前，继电器21-23各自被关断，故二次电池10被从负载20电气切离。
在负载20起动时，继电器21与23被开通，故电力从二次电池10通过突入电流限制电阻器24被供到负载20。此后，当负载20起动后已经过去一规定时间段时，继电器22代替继电器21被开通。继电器22与继电器23被开通，故电在旁路突入电流限制电阻器24的同时从二次电池10被供到负载20。换句话说，在继电器连接后，继电器21或22以及继电器23被开通，故电流从二次电池10被供到负载20。另一方面，在负载20停止或异常检知时，控制电路30通过继电器控制信号SR1-SR3关断各继电器21-23，故从二次电池10到负载20的电流供给可被停止。
二次电池10具有电流传感器50、电压传感器52、温度传感器54。电流传感器50输出按照通过电源线PL的经过电流——也即二次电池10的输入/输出电流Ib(下面也称作电池电流Ib)——的输出电压Iv。电压传感器52输出按照电池电压Vb——其为二次电池10的输出电压——的输出电压Vv。温度传感器54被附着到二次电池10的规定部分，以便输出按照被附着部分温度(电池温度Tb)的输出电压Tv。
电池监视单元40接收来自传感器50、52、54的输出电压Iv、Vv、Tv，以便输出电池电流Ib、电池电压Vb、电池温度Tb，它们各自为二次电池10的状态量。这些状态量从电池监视单元40被输出为数字信号，以便通过通信线35被传送到控制电路30。
电池监视单元40可被配置为另外包含检测二次电池10的故障的功能。例如，电池监视单元40被配置为通过通信线35向控制电路30输出来自传感器50、52、54的用于表示硬件故障(例如断线或短路)的信号(未示出)。作为替代的是，电池监视单元40被配置为使用未示出的压力传感器来测量电池单体的气体压力，并通过通信线35将测量结果传送到控制电路30。
图2示出了到图1所示传感器50、52、54以及电池监视单元40的电源供给的构造。
参照图2，传感器50、52、54和电池监视单元40对共同的运行电源电压做出响应地运行。运行电源电压供自控制电路(ECU)30的运行电源(Vd0)。注意，电压传感器56检测传感器50、52、54以及电池监视单元40的运行电源电压Vd1。由于电源线寄生电阻上的电压降，运行电源电压Vd1变得低于Vd0。控制电路(ECU)30能够用从电压传感器56获得的检测值来连续监视运行电源电压Vd1。
传感器50、52、54和电池监视单元40各自被设计为共用接地(GND2)，其不同于控制电路(ECU)30的接地(GND1)。
电池监视单元40的运行保证值被预先确定。基本上，当电池监视单元40的运行电源电压Vd1低于运行保证电压(Vk)时，控制电路30检知电池监视单元的运行电源电压低下。
然而，例如，混合动力车将辅助电池用作用于控制电路(ECU)30的运行电源，其也被用作用于其它辅助设备的电源。因此，在这种辅助设备的运行中，来自运行电源的供电电压Vd0暂时低下，且运行电源电压Vd1也可能相应地低下。因此，如果仅仅基于运行电源电压Vd1进行电池监视单元40的异常检测，有可能错误地检测出异常。
另一方面，由于各传感器对与电池监视单元40共用的运行电源电压Vd1做出响应地运行，运行电源电压Vd1的低下也影响传感器的输出。
图3示出了与运行电源电压低下有关的传感器异常运行。
图3示出了在各继电器21-23保持为关断时，在改变运行电源电压Vd1的情况下，电压传感器52和电流传感器50的输出变化的实验结果。
参照图3，运行电源电压Vd1被实验性地设置为随时间逐渐低下。例如，运行电源电压Vd1在时刻t0被设置为高于运行保证电压Vk的V0，在时刻t1、t2被设置为低于运行保证电压Vk的V1、V2。
在时刻ta，运行电源电压Vd1变得低于运行保证电压Vk。然而，即使在这种状态下，电流传感器50和电压传感器52能够正常运行。换句话说，它们输出与Vd1＞Vk时类似的正常值。注意，在继电器关断时电压传感器52与电流传感器50的正常输出值为：对于电流传感器50，Ib＝0；对于电压传感器52，电池电压Vb，其对应于二次电池10的开路电压。
此后，当运行电源电压Vd1进一步低下时，来自电流传感器50的输出值在Vd1＜V1的区域内变得异常(发生偏移)。另外，来自电压传感器52的输出在Vd1＜V2的区域内变得异常。
以这种方式，随着运行电源电压的低下，电流传感器50或电压传感器52的输出也显示出异常。换句话说，在继电器连接之前也能通过监视来自这些传感器的输出值是否正常来检测运行电源电压Vd1的低下。
因此，根据本发明该实施例的电源系统用监视装置根据图4所示的流程图检测电池监视单元的异常。
参照图4，控制电路(ECU)30在步骤S100中判定点火开关是否开启，并在接下来的步骤S110-S160中对于点火开关开启的一时间段进行异常检测处理(步骤S100中的是)。另一方面，当点火开关关闭时(步骤S110中的否)，用于电源监视单元的异常检测处理结束。
在步骤S110中，控制电路(ECU)30判定继电器21-23是否尚未被连接(关断)，也就是说，负载20是否尚未被起动。
在继电器连接之前(步骤S110中的是)，控制电路(ECU)30在步骤S120中判定来自电流传感器50的输出是否正常。基于继电器连接之前的电池电流Ib＝0，当从电流传感器50获得的检测值的绝对值|Ib|大于规定判定值时，检知来自电流传感器50的输出落在正常范围之外。
当来自电流传感器50的输出落在正常范围之外时(步骤S120中的是)，控制电路(ECU)30判定电池监视单元40的运行电源电压Vd1是否低于运行保证电压Vk。于是，当Vd1＜Vk持续长于规定时间段时(步骤S130中的是)，控制电路(ECU)30检知运行电源电压Vd1低于运行保证电压Vk，从而检知电池监视单元40的电源低下异常(步骤S140)。
另一方面，在继电器连接之后(步骤S110中的否)，控制电路(ECU)30仅在步骤S130中进行对于电池监视单元40的电源低下异常检测。换句话说，当Vd1＜Vk持续长于规定时间段、电池监视单元40的运行电源电压持续低下时，检测出电池监视单元的电源低下异常(步骤S140)。
当电池监视单元的电源低下异常在步骤S140中被检测出时(步骤S150中的是)，控制电路(ECU)30在步骤S160中进行规定的异常处理。步骤S160中所进行的异常处理包括请求关断继电器21-23以便将二次电池10从负载20切离，以及请求中止基于传感器50、52、54的检测值的多种控制(例如，对二次电池10的充电/放电的控制)。
相应地，可避免在运行电源电压低下的状态下由于基于来自电池监视单元40的输出(包括传感器输出)的错误控制操作而导致的电源系统5的异常运行。
注意，当在步骤S120中判定为否时(|Ib0|＜0)，或当在步骤S130中判定为否时(运行电源电压Vd1＞运行保证电压Vk)，电池监视单元40的电源低下异常不被检测出。对于点火开启的时间段(步骤S100中的是)，以规定间隔重复执行步骤S110-S160中的异常检测处理。作为替代的是，在图4中的流程图中，步骤S130可在步骤S110与S120之前执行。
注意，图4所示的流程图与本发明的构造之间的对应性如下：步骤S120对应于本发明中的“第一检知装置”，步骤S130对应于本发明中的“第二检知装置”。另外，步骤S140对应于本发明中的“异常检知装置”，步骤S160对应于本发明中的“异常处理装置”。
尽管详细介绍和示出了本发明，显然，可以明了，其仅仅作为举例和说明，不是为了限制。本发明的精神和范围仅由所附权利要求书的条款限制。

Claims (12)

1.一种电源系统(5)用监视装置，所述电源系统包含二次电池(10)、从所述二次电池接收电力供给的负载(20)、被布置在所述二次电池与所述负载之间的继电器(21-23)，所述监视装置包含：
传感器(50，52，54)，其用于测量所述二次电池的状态量；
电池监视单元(40)，其被供以与所述传感器共用的运行电源电压(Vd1)，并用于监视所述二次电池的状态；
第一检知装置(S120)，其用于在所述继电器连接之前的状态下检知由所述传感器获得的测量值落在规定正常范围之外；
第二检知装置(S130)，其用于检知所述运行电源电压低于所述电池监视单元的规定运行保证值(Vk)；以及
异常检知装置(S140)，其用于在所述继电器连接前所述第一检知装置检知由所述传感器获得的所述测量值落在所述正常范围之外时且在所述第二检知装置检知所述运行电源电压低于所述运行保证值时检知所述电池监视单元的异常。
2.根据权利要求1的电源系统用监视装置，其中，当所述运行电源电压(Vd1)连续低于所述运行保证值(Vk)达一规定时间段时，所述第二检知装置(S130)检知所述运行电源电压低于所述运行保证值。
3.根据权利要求1的电源系统用监视装置，其中，所述异常检知装置(S140)包含这样的装置：该装置用于在所述继电器连接后当所述第二检知装置(S130)检知所述运行电源电压(Vd1)连续低于所述运行保证值(Vk)达一规定时间段时检知所述电池监视单元(40)的异常。
4.根据权利要求1-3中任意一项的电源系统用监视装置，其中，所述传感器为测量所述二次电池(10)的输入/输出电流(Ib)的电流传感器(50)。
5.根据权利要求1-3中任意一项的电源系统用监视装置，其还包含异常处理装置(S160)，该装置用于在所述异常检知装置(S140)检知所述电池监视单元的异常时禁止通过所述继电器的连接。
6.根据权利要求1-3中任意一项的电源系统用监视装置，其还包含异常处理装置(S160)，该装置用于在所述异常检知装置(S140)检知所述电池监视单元(40)的异常时中止基于所述传感器的测量值的控制。
7.一种电源系统(5)用监视装置，所述电源系统包含二次电池(10)、从所述二次电池接收电力供给的负载(20)、被布置在所述二次电池与所述负载之间的继电器(22，23)，所述监视装置包含：
传感器(50，52，54)，其用于测量所述二次电池的状态量；
电池监视单元(40)，其被供以与所述传感器共用的运行电源电压(Vd1)，并用于监视所述二次电池的状态；
第一检知部分(S120)，其在所述继电器连接之前的状态下检知由所述传感器获得的测量值落在规定正常范围之外；
第二检知部分(S130)，其检知所述运行电源电压低于所述电池监视单元的规定运行保证值(Vk)；以及
异常检知部分(S140)，其在所述继电器连接前所述第一检知部分检知由所述传感器获得的所述测量值落在所述正常范围之外时且在所述第二检知部分检知所述运行电源电压低于所述运行保证值时检知所述电池监视单元的异常。
8.根据权利要求7的电源系统用监视装置，其中，当所述运行电源电压(Vd1)连续低于所述运行保证值(Vk)达一规定时间段时，所述第二检知部分(S130)检知所述运行电源电压低于所述运行保证值。
9.根据权利要求7的电源系统用监视装置，其中，在所述继电器连接后当所述第二检知部分(S130)检知所述运行电源电压(Vd1)连续低于所述运行保证值(Vk)达一规定时间段时，所述异常检知部分(S140)检知所述电池监视单元(40)的异常。
10.根据权利要求7-9中任意一项的电源系统用监视装置，其中，所述传感器为测量所述二次电池(10)的输入/输出电流(Ib)的电流传感器(50)。
11.根据权利要求7-9中任意一项的电源系统用监视装置，其还包含异常处理部分(S160)，该部分在所述异常检知部分(S140)检知所述电池监视单元的异常时禁止通过所述继电器的连接。
12.根据权利要求7-9中任意一项的电源系统用监视装置，其还包含异常处理部分(S160)，该部分在所述异常检知部分(S140)检知所述电池监视单元(40)的异常时中止基于所述传感器的测量值的控制。
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