CN102736030B - 电池电压检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电池电压检测装置包括：电压检测电路，具有由第1电池单元充电的电容器，和充电期间中断开从而将电容器与一对输出端子绝缘并且在充电后接通而将电容器连接在一对输出端子之间的输出开关；以及电压处理单元，在输出开关的接通期间取入所述一对输出端子之间的电压作为单元电压，从电源对一对输出端子中的高电位侧的输出端子提供电源电压，电压处理单元在输出开关的关断期间取入电压检测电路的所述一对输出端子之间的电压作为异常判断用电压，基于该异常判断用电压，判断是否发生了单元电压的误检测。

Description

电池电压检测装置
技术领域
本发明涉及电池电压检测装置。
背景技术
众所周知，在电动汽车或混合动力汽车等车辆中，装载作为动力源的电动机(motor)、和对所述电动机提供电力的高电压/大容量的电池。该电池是串联连接多个由锂离子电池或镍氢电池等构成的电池单元(cell)而构成的。以往，为了维持电池的性能，监视各个电池单元的单元电压，进行使各个单元电压均匀的单元平衡控制。
在单元电压的检测中，利用不需要专用绝缘电源或绝缘元件的加速电容器式电压检测电路成为主流。该加速电容器式电压检测电路具有因时间特性劣化而使加速电容器或取样开关的泄漏电流增大时，测定对象的单元电压被检测得比实际值低的缺点。其结果是，有不能得到正确的单元电压从而导致单元平衡控制的精度降低的顾虑。
在特开2002-291167号公报中，公开了为了克服上述的加速电容器式电压检测电路的缺点，对于测定对象的电池单元，用加速电容器式电压检测电路，以时序上不同的定时(timing)进行单元电压的检测，基于从该检测结果得到的单元电压的电压衰减特性，估计加速电容器的刚刚充电开始后的电压(即看作实际值的电池电压)的技术。
发明内容
特开2002-291167号公报中记载的技术是用加速电容器式电压检测电路检测正确的单元电压(正确地通过运算处理估计看作实际值的电池电压)的技术，不是以检测起因于时间特性劣化的发生单元电压的误检测为目的的技术。为了进行适当的电池控制，不用说检测正确的单元电压，而且检测发生单元电压的误检测(即发生电路异常)也很重要。
本发明的一个方案鉴于上述事情而完成，目的在于提供可以检测起因于时间特性劣化的发生单元电压的误检测的电池电压检测装置。
为了实现上述目的，在本发明的一个方案中，作为电池电压检测装置的第1解决方式，电池电压检测装置包括：电压检测电路，具有：由第1电池单元(cell)充电的电容器；一对输出端子；和在充电期间断开从而将所述电容器与所述一对输出端子绝缘，并且在充电后接通从而将所述电容器连接在所述一对输出端子之间的输出开关；以及电压处理单元，在所述输出开关的接通期间取入所述一对输出端子之间的电压作为所述第1电池单元的单元电压，从电源对所述电压检测电路中设置的所述一对输出端子中的高电位侧的输出端子提供电源电压，所述电压处理单元在所述输出开关的关断期间中取入所述一对输出端子之间的电压作为异常判断用电压，基于所述异常判断用电压，判断是否发生了所述单元电压的误检测。
另外，在本发明的一个方案中，作为涉及电池电压检测装置的第2解决方式，在上述第1解决方式中，所述电压处理单元也可以在所述异常判断用电压低于规定阈值的情况下，判断为发生了所述单元电压的误检测。
另外，在本发明的一个方案中，作为电池电压检测装置的第3解决方式，在上述第1或第2解决方式中，所述电源也可以是基准电压源。
另外，在本发明的一个方案中，作为电池电压检测装置的第4解决方式，在上述第1解决方式-第3解决方式中的任何一个解决方式中，对于相互串联连接的、包含所述第1电池单元的多个第2电池单元中的每一个电池单元单独设置所述电压检测电路，所述各个电压检测电路中的每一个电压检测电路的结构也可以包括：一对输入端子，连接到所述第2电池单元的两个端子；输入开关，在充电期间中接通从而将所述电容器连接到所述一对输入端子之间，在充电后断开从而将所述电容器与所述一对输入端子绝缘。
另外，在本发明的一个方案中，作为电池电压检测装置的第5解决方式，在上述第1解决方式中，所述电压处理单元也可以与所述电容器充电时同步，基于所述异常判断用电压来判断是否发生了所述单元电压的误检测。
将电压检测电路中设置的一对输出端子内的高电位侧的输出端子连接到电源电位线时，输出开关的断开期间(电容器与输出端子绝缘从而被电池单元充电的状态)中得到的电压检测电路的输出端子间电压，在输出开关的后级产生的泄漏电流足够小的情况(输出端子之间的泄漏电阻足够大的情况)下与电源电位线大致相等，但泄漏电流越增加(泄漏电阻越小)，输出端子间电压越难以降低。
即，在本发明的方案中，在输出开关的断开期间中取入电压检测电路的输出端子间电压作为异常判断用电压，通过基于该异常判断用电压判断是否发生了单元电压的误检测，能够采用简单的结构高精度地检测起因于电压检测电路的时间特性劣化的单元电压发生误检测，能够有助于适当的电池控制。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的电池电压检测装置1的结构概括图。
图2是单元电压检测电路D1的电路结构图。
图3是图示电池电压检测装置1的动作的时序图。
图4的(a)是图示从时刻t3到时刻t4期间的、取入到微计算机M中的单元电压检测电路D1的输出端子间电压V和泄漏电阻RL之间的关系的V-RL特性图；(b)是图示从时刻t1到时刻t2的充电期间的、取入到微计算机M中的单元电压检测电路D1的输出端子间电压V和泄漏电阻RL之间的关系的V-RL特性图；(c)是故障标志状态。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
图1是本实施方式的电池电压检测装置1的结构概括图。如该图1所示，电池电压检测装置1是具备了检测构成电池的12个电池单元C1-C12的单元电压的功能、以及进行电池单元C1-C12的单元平衡控制(单元电压的均匀化)的功能的ECU(ElectronicControlUnit；电子控制单元)，包括：12个旁路电路B1-B12；12个单元电压检测电路D1-D12；微计算机M(电压处理单元)；以及绝缘元件IR。
旁路电路B1-B12分别由旁路电阻和晶体管等开关元件的串联电路构成。旁路电路B1-B12与电池单元C1-C12的每一个并联连接。再有，在图1中，内置在旁路电路B1-B12的每一个旁路电路中的旁路电阻的符号是R1-R12，开关元件的符号是T1-T12。
单元电压检测电路D1-D12是对于串联连接的电池单元C1-C12的每一个电池单元单独设置的、所谓的单加速电容器式电压检测电路。
在图2中图示了检测电池单元C1的单元电压的单元电压检测电路D1的电路结构图。
再有，由于其它的单元电压检测电路D2-D12也是同样的电路结构，所以下面代表性地用单元电压检测电路D1，说明其电路结构的细节。
在该图2中，符号Pi1是连接到电池单元C1的正极端子的第1输入端子。符号Pi2是连接到电池单元C1的负极端子的第2输入端子。符号Po1是连接到微计算机M的输入端口(与A/D转换电路接通的端口)的第1输出端子。符号Po2是连接到电池电压检测装置1内的共用电位线(例如接地线SG)的第2输出端子。
再有，上述第1输入端子Pi1以及第2输入端子Pi2相当于本实施方式中的一对输入端子，上述第1输出端子Po1以及第2输出端子Po2相当于本实施方式中的一对输出端子。
符号FC是连接到高电位线L1和低电位线L2之间的加速电容器(电容器)。高电位线L1连接第1输入端子Pi1和第1输出端子Po1。低电位线L2连接第2输入端子Pi2和第2输出端子Po2。符号SW1是插入到高电位线L1和低电位线L2的加速电容器FC的前级侧之间的输入开关。
具体地说，该输入开关SW1由第1输入开关SW1a和第2输入开关SW1b构成。第1输入开关SW1a插入到高电位线L1的加速电容器FC的前级侧。第2输入开关SW1b插入到低电位线L2的加速电容器FC的前级侧。再有，在高电位线L1的第1输入开关SW1a的前级侧插入输入电阻Ra。在低电位线L2的第1输入开关SW1b的前级侧插入输入电阻Rb。
这样的输入开关SW1在加速电容器FC的充电期间接通，从而将加速电容器FC连接到输入端子之间(即连接到电池单元C1)。另外，输入开关SW1在加速电容器FC的充电后断开，从而将加速电容器FC与输入端子绝缘(即与电池单元C1绝缘)。
符号SW2是插入到高电位线L1和低电位线L2的加速电容器FC的后级侧的输出开关。具体地说，该输出开关SW2由第1输出开关SW2a和第2输出开关SW2b构成。第1输出开关SW2a插入到高电位线L1的加速电容器FC的后级侧。第2输出开关SW2b插入到低电位线L2的加速电容器FC的后级侧。
这样的输出开关SW2在加速电容器FC的充电期间断开，从而将加速电容器FC与输出端子绝缘(即与作为后级电路的微计算机M绝缘)。另外，输出开关SW2在加速电容器FC的充电后接通，从而将加速电容器FC连接到输出端子之间(即连接到微计算机M)。
另外，单元电压检测电路D1中设置的一对输出端子(第1输出端子Po1以及第2输出端子Po2)内的高电位侧的输出端子、即第1输出端子Po1，通过上拉电阻(pull-upresistor)Rp，由电池电压检测装置1内的电源(例如Vcc＝5V的电源)提供电源电压。虽然省略了图示，但是该电源是生成作为电路动作的基准的稳定基准电压(Vcc)的基准电压源。
再有，在图2中，用虚线表示的泄漏电阻RL作为实际的电路元件并不存在。为了等价地表示因单元电压检测电路D1的时间特性劣化所产生的泄漏电流IL经由什么路径流过而图示了泄漏电阻RL。单元电压检测电路D1的时间特性劣化加重时，泄漏电阻RL的值变小，泄漏电流IL增大。
上面是关于单元电压检测电路D1的详细电路结构(单元电压检测电路D2-D12也同样)的说明，下面返回到图1继续进行说明。微计算机M是将ROM以及RAM等存储器、CPU(CentralProcessingUnit：中央处理单元)、A/D转换电路、输入输出接口等一体地组装的微控制器。
该微计算机M具有在各个单元电压检测电路D1-D12的输出开关SW2的接通期间，取入各个单元电压检测电路D1-D12的输出端子间电压(第1输出端子Po1和第2输出端子Po2之间的电压)作为电池单元C1-C12的单元电压，将表示各电池单元C1-C12的识别号和单元电压之间的对应关系的数据作为单元电压检测结果存储在内部存储器(例如RAM)中的功能。
另外，该微计算机M通过绝缘元件IR，与作为高层控制装置的电池ECU2可通信地连接。微计算机M具有将如上所述存储在内部存储器内的单元电压检测结果发送到电池ECU2的功能。电池ECU2根据从微计算机M接收的单元电压检测结果，监视各电池单元C1-C12的状态(单元电压的平衡状态)。电池ECU2与其它电池单元比较从而发现单元电压高的电池单元时，将该电池单元指定为必须放电的单元(要放电单元)，将该指定结果发送到微计算机M。
微计算机M还具有对连接到要放电单元的旁路电路的开关元件进行占空比控制的功能，即单元平衡控制的功能。在单元平衡控制中，微计算机M从电池ECU2接收要放电单元的指定结果时，在连接到要放电单元的旁路电路中流过规定的放电电流。
而且，细节后述，而作为本实施方式的特征功能之一，该微计算机M具有在各个单元电压检测电路D1-D12的输出开关SW2的断开期间中取入单元电压检测电路D1-D12的输出端子间电压作为异常判断用电压，基于该异常判断用电压，判断是否发生了单元电压的误检测(在单元电压检测电路中是否发生了异常)的功能。
上面是关于本实施方式的电池电压检测装置1的结构的说明。在以下对如上所述构成的电池电压检测装置1的动作，特别是作为本实施方式的特征动作之一的、判断有无发生单元电压的误检测时的动作(单元电压检测电路和微计算机间有无发生电路异常)，参照图3和图4详细地进行说明。
再有，在以下，为了便于说明，对代表性地使用检测电池单元C1的单元电压的单元电压检测电路D1来判断有无发生单元电压的误检测时的动作进行说明，而对于其它的单元电压检测电路D2-D12来说，也进行同样的动作。
图3是表示在电压检测周期Td的一个周期内，取入到微计算机M中的单元电压检测电路D1的输出端子间电压V、单元电压检测电路D1的输入开关SW1(第1输入开关SW1a、第2输入开关SW1b)的接通/断开状态、输出开关SW2(第1输出开关SW2a、第2输出开关SW2a)的接通/断开状态之间的时间性的对应关系的定时图。
如该图3所示，假定在时刻t1来到了电压检测周期Td的开始定时(加速电容器FC的充电开始定时)，则单元电压检测电路D1的输入开关SW1(SW1a、SW1b)为接通状态，另一方面，输出开关SW2(SW2a第2输出开关SW2a)为断开状态。由此，开始由电池单元C1对加速电容器FC的充电。
然后，输入开关SW1在从时刻t1经过了一定时间后的时刻t2为断开状态。即，在经过被认为对加速电容器FC充分地充电的时间后，输入开关SW1为断开状态。由于在从时刻t1到时刻t2的充电期间(输出开关SW2的断开期间)，加速电容器FC与输出端子(第1输出端子Po1、第2输出端子Po2)为电绝缘的状态，所以单元电压检测电路D1的输出端子间电压V用下述式(1)表示。再有，在下述式(1)中，“RL”表示泄漏电阻RL的电阻值，“Rp”表示上拉电阻Rp的电阻值。
V＝Vcc×RL/(Rp+RL)...(1)
微计算机M在从时刻t1到时刻t2的充电期间中(输出开关SW2的断开期间)，取入单元电压检测电路D1的输出端子间电压V作为异常判断用电压Vref，将该异常判断用电压Vref通过A/D转换电路转换为可进行CPU处理的数字数据后，存储在内部存储器(例如RAM)中。
然后，在加速电容器FC充电后，在从时刻t3到时刻t4的期间，输出开关SW2为接通状态(输入开关SW1为断开状态)。由于在从该时刻t3到时刻t4的期间(输出开关SW2的接通期间)，加速电容器FC与输出端子(第1输出端子Po1、第2输出端子Po2)为电绝缘的状态，所以单元电压检测电路D1的输出端子间电压V与加速电容器FC的端子间电压大致相等。
微计算机M在从时刻t3到时刻t4期间中(输出开关SW2的接通期间中)，取入单元电压检测电路D1的输出端子间电压V作为电池单元C1的单元电压V_FC，将该单元电压V_FC通过A/D转换电路转换为可进行CPU处理的数字数据后，存储在内部存储器(例如RAM)中。
如上所述，微计算机M取入异常判断用电压Vref以及单元电压V_FC时，从内部存储器中读取异常判断用电压Vref，判断该异常判断用电压Vref是否比规定的阈值Vth低。
图4的(a)是图示在从时刻t3到时刻t4期间(输出开关SW2的接通期间)，取入到微计算机M中的单元电压检测电路D1的输出端子间电压V(即单元电压V_FC)和泄漏电阻RL(参照图2)之间的关系的V-RL特性图。图4的(b)是图示在从时刻t1到时刻t2的充电期间(输出开关SW2的断开期间)，取入到微计算机M中的单元电压检测电路D1的输出端子间电压V(即异常判断用电压Vref)和泄漏电阻RL之间的关系的V-RL特性图。
如从图4的(a)中可知，单元电压检测电路D1的时间特性劣化加重从而泄漏电阻RL越小，即泄漏电流IL越增大，在单元电压V_FC中产生相对于电池单元C1的单元电压的实际值VA越大的误差。另外，如从图4的(b)中可知，单元电压检测电路D1的时间特性劣化没有加重，在泄漏电阻RL的电阻值大到能够无视上拉电阻Rp的电阻值的程度上拉电阻的情况下，异常判断用电压Vref与Vcc大致相等(参照上述式(1))。
另一方面，单元电压检测电路D1的时间特性劣化加重从而泄漏电阻RL变小时(泄漏电流IL增大时)，相对于泄漏电阻RL的电阻值不能够无视上拉电阻Rp的电阻值，异常判断用电压Vref缓慢地下降。因此，在异常判断用电压Vref低于最低限容许阈值Vth时，能够判断为发生了单元电压的误检测(单元电压检测电路D1和微计算机M之间发生电路异常)。
即，微计算机M判断异常判断用电压Vref是否比阈值Vth低，在异常判断用电压Vref比阈值Vth低的情况下，判断为发生了单元电压的误检测(单元电压检测电路D1和微计算机M之间发生电路异常)，将故障标志设置为“1”。另一方面，在异常判断用电压Vref在阈值Vth以上的情况下，判断为微计算机M正常地检测了单元电压(单元电压检测电路D1和微计算机M之间的电路正常)，将故障标志设置为“0”(参照图4的(c))。
在将故障标志设置为“0”的情况下，微计算机M将内部存储器中存储的单元电压V_FC作为电池单元C1的单元电压检测结果发送到电池ECU2。在将故障标志设置为“1”的情况下，微计算机M通过代替电池单元C1的单元电压检测结果而将故障标志发送到ECU2，通知ECU2发生了单元电压的误检测(单元电压检测电路D1与微计算机M之间发生电路异常)。
电池电压检测装置1通过在电压检测周期Td内反复执行上述一系列的动作，经常监视各个电池单元C1-C12发生单元电压的误检测(单元电压检测电路D1-D12发生异常)。在发生了单元电压的误检测(单元电压检测电路D1和微计算机M之间发生电路异常)的情况下，电池电压检测装置1每次都通知电池ECU2。再有，输入开关SW1以及输出开关SW2的接通/断开状态可以由微计算机M进行控制，或者也可以设置其它控制电路进行控制。
如上所述，根据本实施方式，在输出开关SW2的断开期间中取入单元电压检测电路D1-D12的输出端子间电压V作为异常判断用电压Vref，基于该异常判断用电压Vref判断是否发生了单元电压的误检测。由此能够以简单的结构，高精度地检测因加速电容器式单元电压检测电路D1-D12的时间特性劣化所引起的发生单元电压的误检测(单元电压检测电路与微M之间发生电路异常)。其结果，能够实现适当的电池控制。
再有，本发明不限于上述实施方式，可以列举如下的变形例。
例如，在上述实施方式中，例示了对12个电池单元C1-C12进行单元电压检测的电池电压检测装置1。但是，测定对象的电池单元数量不限于12个。另外，例示了单元电压检测电路D1-D12也与电池单元C1-C12对应地设置12个的情况。但是，也可以是以下结构：仅设置1个单元电压检测电路，通过多路调制器将电池单元C1-C12中每一个的两端子与单元电压检测电路的两输入端子依次连接，顺序检测各个电池单元C1-C12的单元电压。再有，在使用多路调制器的情况下，不需要输入开关SW1。另外，例示了通过上拉电阻Rp，从电池电压检测装置1内的电源(例如Vcc＝5V的电源)提供电源电压的情况，但是也可以不是上拉电阻而成为开关的结构。
本申请要求2011年3月30日申请的日本专利申请第2011-075303号的优先权，其内容包括在此作为参考。
以上，说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不仅限定于此。在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行结构的附加、省略、置换、以及其它改变。本发明不受前述说明的限定，仅由权利要求的范围来限定。

Claims (1)

1.一种电池电压检测装置，包括：
电压检测电路，具有：由电池单元充电的电容器；一对输出端子；和在充电期间断开从而将所述电容器与所述一对输出端子绝缘，并且在充电后接通从而将所述电容器连接在所述一对输出端子之间的输出开关；以及
电压处理单元，在所述输出开关的接通期间取入所述一对输出端子之间的电压作为所述电池单元的单元电压，
所述电压检测电路还包括：一对输入端子，连接到所述电池单元的两个端子；以及输入开关，在充电期间中接通从而将所述电容器连接到所述一对输入端子之间，在充电后断开从而将所述电容器与所述一对输入端子绝缘，
对于相互串联连接的多个所述电池单元的每一个电池单元，单独地设置所述电压检测电路，
从电源经由上拉电阻对所述电压检测电路中设置的所述一对输出端子中的高电位侧的输出端子提供基准电压源，
所述电压处理单元在所述输入开关的接通期间且所述输出开关的关断期间中取入所述一对输出端子之间的电压作为异常判断用电压，在所述异常判断用电压低于了规定的阈值的情况下，判断发生了所述单元电压的误检测，
所述异常判断用电压为：
V＝Vcc×RL/(Rp+RL)
其中，“RL”表示泄漏电阻RL的电阻值，“Rp”表示所述上拉电阻的电阻值，“Vcc”表示电源的电压值。
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