CN102785586A - 电动车辆的电池监视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动车辆的电池监视装置，能够通过具有屏蔽性的电池壳体将具有由多个电池单元构成的电池模块的电池的状态信息发送给BMU。电池（4）和VTM（6）收纳于被电磁屏蔽的电池壳体（70）内，具有CPU（451）的BMU（45）收纳于BMU壳体（71）中。电池壳体（70）与BMU壳体（71）之间通过作为屏蔽线的电波引导线（72）连接。VTM（6）具有保护IC（60）和蓝牙芯片（61），保护IC（60）监视电池模块（4a）以及电池单元（7），输出状态信息。使用蓝牙芯片（61）无线发送状态信息。无线发送的状态信息通过电波引导线（72）被传输至BMU（45），被蓝牙芯片（453）接收后输入到CPU（451）。CPU（451）基于状态信息检测过充电、过放电、过热程度等。

Description

电动车辆的电池监视装置

技术领域

本发明涉及电动车辆的电池监视装置，尤其是涉及能够改善监视单元与控制电池的控制单元之间的通信手段的电动车辆的电池监视装置，其中，所述监视单元取得具有由多个电池单元串联连接而成的多个模块的电池中的电池单元的温度、电压以及电流等状态信息。

背景技术

作为用于驱动电动汽车或者所谓的混合动力车辆等电动车辆的行驶用电动机或者各种负载的电源装置，为了获得大容量和高电压，使用将多个电池模块进一步连接而构成的电池，其中，该电池模块由多个单电池（以下称“电池单元”）串联连接而成。在电池监视系统中，有时按照每个电池模块连接监视单元与控制电池的控制单元，或者使用线束（harness）将电池模块集中地连接监视单元与控制电池的控制单元，其中，所述监视单元取得每个电池模块中的电池单元的温度、电压以及电流等状态信息。但是，存在布线的处理次数增多和当布线变长时容易受噪声影响的问题。

因此，例如，可以考虑将专利文献1中所记载的那样的使用无线通信来连接多个客户端与服务器端的技术应用于电动车辆的电池监视系统。

专利文献

专利文献1：日本特开2001-339408号公报

在设想电动车辆特别是电动二轮车的情况下，从考虑了防振、防水等的耐用性方面来看，优选将电池模块收纳于金属制的电池壳体中。此外，为了布局上的方便，有时将控制单元与电池壳体分离配置，这种情况下，会出现这样的问题：基于来自安装于各电池模块中的监视单元的无线通信的通信信息被金属制的电池壳体屏蔽。

发明内容

本发明的目的在于提供电动车辆的电池监视装置，其能够可靠地将来自金属制的电池壳体内的模块监视单元的通信信息发送到控制单元。

为达到所述目的，本发明的电动车辆的电池监视装置，其搭载于电动车辆，所述电动车辆的电池监视装置具有：电池（4），其由多个电池模块（4a）串联连接而成，所述电池模块（4a）具有串联连接的多个电池单元（7）；监视单元（6），其监视所述电池模块（4a）以及所述电池单元（7），输出状态信息；以及控制单元（45），其接收从所述监视单元（6）以无线通信方式输出的所述状态信息，控制所述电池（4），所述电动车辆的电池监视装置的第1特征在于，该电池监视装置具有：被电磁屏蔽的电池壳体（70），其收纳所述电池（4）以及所述监视单元（6）；以及被电磁屏蔽的控制壳体（71），其收纳所述控制单元（45），该电池监视装置使用具有电磁屏蔽包覆的电波引导线（72）将所述电池壳体（70）与所述控制壳体（71）彼此连接，并且该电池监视装置具备：发送单元（61），其设置于所述电池壳体（70）内，将所述状态信息作为电波信号发送；以及接收单元（453），其设置于所述控制壳体（71）内，通过所述电波引导线（72）接收从所述发送单元（61）发送的所述状态信息。

此外，本发明的第2特征在于，所述电池壳体（70）具有在树脂箱体（70a）的内表面实施了金属膜内衬（70b）的构造。

此外，本发明的第3特征在于，多个发送单元（61）被设定成以彼此不同的发送频率来发送电波信号。

此外，本发明的第4特征在于，所述状态信息是每个所述电池单元（7）的电压和每个所述电池模块（4a）的电压以及温度。

此外，本发明的第5特征在于，一种搭载于电动二轮车（1）的电动车辆的电池监视装置，所述电动二轮车（1）具备：所述电动二轮车具备：踏板（40）；以及比踏板（40）靠近车体后上方配置的驾驶座（21），所述电池壳体（70）配置于所述踏板（40）的下方，所述控制壳体（71）在所述电动二轮车（1）的后轮（WR）和电池壳体（70）之间，配置于所述驾驶座（21）的下方。

此外，本发明的第6特征在于，在所述电池壳体（70）的前部连接有冷却管（38），在所述电池壳体（70）的后部设置有冷却风扇（39）。

进而，本发明的第7特征在于，所述电池壳体（70）和所述控制壳体（71）在所述电动二轮车的前后方向上彼此靠近地配置。

发明的效果

根据具有第1特征的本发明，将电池壳体、控制壳体进行金属化等，使用电磁屏蔽的电池壳体和控制壳体，能够在提高防振/防水性的同时，将来自外部的电波的影响最小化，此外，能够通过具有电磁屏蔽覆膜的电磁引导线将由监视单元检测到的电池模块或者电池单元的状态信息可靠地并且不受噪声影响地发送到控制单元。

根据具有第2特征的本发明，能够通过树脂制箱体实现轻量化，同时，使用金属膜内衬，使得不易受噪声的影响。

根据具有第3特征的本发明，能够使用1根电波引导线将多个电池模块的状态信息区分开来进行发送，接收单元也能够区分地接收。

根据具有第4特征的本发明，控制单元能够接收电池单元或者电池模块的电压以及电池模块的温度，检测过充电、过放电以及过热程度等。

此外，特别是通过将本发明应用于安装在容易暴露于外部环境中的电动二轮车的电池监视装置中，良好的防水性和耐振性的优点更为显著。

根据具有第5特征的本发明，即便在低重心化的情况下，也能够通过金属护罩确保防水性，能够良好的回避飞石等撞击的影响。

进而，根据具有第6特征的本发明，能够通过冷却系统与金属壳体的叠加作用效果而产生良好的放热性。

根据具有第7特征的本发明，能够缩短电磁引导线的长度，因此能够进一步排除来自外部的噪声的影响，能够减小功率损耗。

附图说明

图1是安装有本发明一个实施方式的电池监视装置的电动车辆的左侧面图。

图2是示出电池监视装置的系统结构的图。

图3是电池壳体的主要部分剖面图。

图4是示出状态信息的发送格式的一例的图。

图5是示出VTM内的副检测单元的例子的图。

标号说明

1：电动车辆；4：电池；4a：电池模块；6：电池电压/温度监视电路（VTM）；7：电池单元；45：电池控制电路（BMU）；61、453：收发芯片；70：电池壳体；70a：树脂箱体；70b：内衬部分；71：BMU壳体；72：电波引导线。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式。图1是安装有本发明一个实施方式的电池监视装置的电动车辆的左侧面图。电动车辆1是具有低踏板的脚踏型二轮车，在车体框架3上直接或者经由其他的部件间接地安装有各结构部分。车体框架3由以下部分组成：头管（head pipe）31；前框架部分32，其前端与头管31接合，后端向下延伸；一对主框架部分33，其从前框架部分32分别向车体宽度方向左右分开，并向车体后方延伸；以及后框架部分36，其从主框架部分33向车体后上方延伸。

支承前轮WF的前轮叉2可自由转向地支承于头管31。转向手柄46连接于从前轮叉2向上部延伸并由头管31支承的转向轴41的上部。转向手柄46上设置有节流阀传感器23，该节流阀传感器23检测设置于车体右侧的未图示的油门把手的转动角即把手开度。前照灯25和位于前照灯25上方的前托架26支承于与头管31的前部结合的托座37的前端部。

在车体框架3的主框架部分33与后框架部分36的中间区域，接合有向车体后方延伸的托座34。枢轴35在车体宽度方向上延伸，设置在托座34上。具备作为车辆驱动源的电动机18的摇臂（swing arm）17以可上下自由摇动的方式支承于枢轴35。电动机18的输出被传递至后轮车轴19，驱动支承于后轮车轴19的后轮WR。通过后悬挂装置20连接包含后轮车轴19的外壳与后框架部分36。在停车时支承车体的侧支架24以可枢转的方式支承于托座34。并且，设置有侧支架开关28，该侧支架开关28在侧支架24收容到预定位置时输出检测信号。

具有高电压（例如额定72伏）的主电池4安装于主框架部分33中，主电池4配置于踏板40的下方，收纳于电池壳体70中。电池壳体70内包含主电池4以及后面详细叙述的VTM。

主电池4被电池壳体70覆盖，在电池壳体70的前部连接有空气导入管（冷却管）38，在电池壳体70的后部设置有吸气风扇（冷却风扇）39。通过吸气风扇39从空气导入管38向电池壳体70内的内部导入空气，在将主电池4冷却后，该空气向车体后方排出。优选通过未图示的空气滤清器向空气导入管38导入空气。

在后框架部分36上设置有能够与充电电缆42的插头43连接的插座44，其中，该充电电缆42从对主电池4进行充电的充电器（未图示）延伸。后框架部分36上设置有后托架29和尾灯27。

在左右一对的后框架部分36之间设置有货箱50，在从该货箱50向下部突出的货箱50的底部收纳有由主电池4充电的低电压（例如额定12伏）的副电池5。摇臂17上设置有将控制电动机18的电源驱动单元（PDU）的功能一体化的电池管理单元（BMU）45。BMU45相对于电池壳体70收纳于靠近车体后方配置的BMU壳体71中。在电池壳体70内和BMU壳体71内分别设置具有近距离无线标准（该例中为蓝牙“商标”）的收发芯片（蓝牙“商标”芯片）61、453。主电池4与BMU45之间通过具有电波引导线的屏蔽线72来连接。

在货箱50上设置有兼作货箱50的盖的驾驶座21，在驾驶座21上设置有当驾驶者坐下时进行工作而输出落座信号的座椅开关22。

图2是示出电动车辆中的电池监视装置的系统结构的框图。在图2中，电池控制系统具备：电池4；电池4的电压/温度监视电路（VTM）6；以及电池控制装置（BMU）45，其监视由VTM6检测到的电池电压和电池温度。BMU45包含：CPU451，其执行基于从VTM6输入的电池电压和电池温度来计算充电结束状态、放电结束状态、电池剩余容量以及温度校正信息的功能；接触驱动器452；以及蓝牙芯片453。

为了获得高电压，电池4由多个电池模块4a串联连接而成，进而，各电池模块4a分别包含串联连接的多个电池单元7。在该例中，为获得72伏的电压作为电池电压，使用3个电池模块（即各模块的电压为24伏），可以根据所需的电池电压而任意设置电池模块的个数，只要各电池模块中将相同电池单元电压的电池单元设为相同数目，则可以任意选择电池单元7的个数。VTM6监视每个电池单元7的状态信息（电压，温度）。

电池4与未图示的电动机驱动电路以及充电器电路连接。电池4的正极侧端子设置有允许或者禁止充放电的接触器47，负极侧端子设置有分流电阻48。另外，接触器47上连接有限制冲击电流的电阻器49。分流电阻48的两端与CPU451的电池电流输入端子T2连接，CPU451检测流过分流电阻48的电流。

VTM6是与多个电池模块4a分别对应地设定的。各VTM6是相同的电路，具有：附带电池平衡的保护IC60；蓝牙的收发芯片61；以及异常通知输出部62。收发芯片61与保护IC60之间通过接口B1连接。此外，CPU451与收发芯片453之间通过接口B2连接。

设置于多个VTM6中的收发芯片61被设定成通过电波信号来发送数据，该电波信号使用彼此频率不同的载波。

在收发芯片61与453的连接认证中使用链路密钥。各收发芯片61、453彼此设定链路密钥，将该链路密钥与各芯片的蓝牙设备地址作为组来保持。一旦成为连接认证完成的状态，则之后的连接认证可以基于非易失性内存中记录的链路密钥与蓝牙设备地址的“对”，进行连接认证。

保护IC60具备电池4的温度保护功能。电池平衡是将具有比预定的放电基准电压VB高的电池单元电压的电池单元7的电压值VA放电至放电基准电压VB的功能。在电池模块4a中设置有热敏电阻器12a、12b，作为用于检测各自的温度的温度传感器，检测温度被输入到保护IC60。

异常通知输出部62是由光电二极管D1和光敏晶体管Q1构成的光耦合器，其中，所述光敏晶体管Q1接收光电二极管D1产生的光而动作。光敏晶体管Q1经由同样设置于其他两个VTM6中的光敏晶体管Q1与CPU451的充放电停止输入端子T1连接。当保护IC60检测到电池4的异常或者充电/放电结束时，光电二极管D1变为导通而发光，光敏晶体管Q1导通，充放电停止输入端子T1的电位变化，因此CPU451根据该变化，指示接触驱动器452进行驱动使接触器47断开，以停止电池4的充放电。

电池4与VTM6收纳于电池壳体70中，BMU45收纳于BMU壳体71中。优选电池壳体70以及BMU壳体71在金属制或树脂制的箱体内表面上施加铝蒸镀等金属内衬，从而具备电磁屏蔽性和防水性。

图3是电池壳体70的一例的主要部分的剖面图。电池壳体70具备树脂箱体70a以及在树脂箱体70a的内侧进行了铝蒸镀的内衬部分70b。

电池4与BMU壳体71之间通过实施了电磁屏蔽包覆721的电波引导线72而连接。电波引导线72的两端的电磁屏蔽包覆721被剥开而露出，分别插入电池壳体70和BMU壳71内。

在上述结构的电池控制系统中，收发芯片61、453起动后，两者已具有链路密钥，所以直接进行连接认证，通过电波引导线72开始相互通信。收发芯片61通过接口B1读入电池模块4a的各个状态信息（各电池单元7的电压、各电池模块4a的温度），将该状态信息构成为规定的格式来发送。

图4是示出包含状态信息的通信信息的格式的例子的图。在图4中，在帧的开头设置了奇偶校验位，接着，设定VTM6的识别信息（VTMID），然后设定状态信息（电压、电流、温度）、紧急位以及预备位。

包含所述状态信息的发送数据通过电波引导线72被BMU45侧的收发芯片453接收，并通过接口B2输入到CPU451。从多个VTM6的收发芯片61送出的状态信息是使用频率彼此不同的载波来发送的（频分复用发送），因此即便电波引导线72是单一的，也能传输来自多个模块（VTM6）的信息。

这样，使用收发芯片61将来自多个VTM6的信息作为电波信号送出，该电波信号通过电波引导线72被传输至BMU45侧。然后，在BMU45侧，通过电波引导线72而传输的电波信号被收发芯片453接收后提供给CPU451。因此能够使用电波无法穿透的电磁屏蔽体来形成电池壳体70和BMU壳体71，并且使用电波引导线72来排除来自外部的影响，传输电池单元7和电池模块4a的状态信息。此外，能够将来自多个VTM6的信息作为电波信号发送，所以具有简化布线的优点。

另外，VTM6的保护IC60还能够由数字电路系统和模拟电路系统的保护电路构成。此外，可以设置副检测单元作为该保护电路发生故障时的备用。

图5是示出包含副检测单元的VTM6的例子的图。在图5中，副检测单元75具有过充电检测电路9、过放电检测电路10以及温度保护电路11。过充电检测电路9由过充电检测用比较器92构成，过充电检测用比较器92将充电结束电压作为基准电压91输入给反相输入端，将电池模块4a的电压输入给同相输入端。

过放电检测电路10由过放电检测用比较器102构成，过放电检测用比较器102将充电结束电压作为基准电压101输入到同相输入端，将电池模块4a的电压输入到反相输入端。

温度保护电路11由设置于电池模块4a内的温度传感器（热敏电阻器）12a和12b、保护基准电压产生器111以及比较器112和113构成。保护基准电压产生器111是产生保护基准电压的电路，该保护基准电压与用于保护电池4的规定温度对应。比较器112和113的反相输入端子经由保护基准电压产生器111与热敏电阻器12a、12b的一端连接，热敏电阻器12a、12b的另一端与比较器112、113的同相输入端端子连接，并且经由电阻器114、115与电源Vdd连接。

过充电检测用比较器92和过放电检测用比较器102以及比较器112、113的输出端子与“或”电路13的输入侧连接，光耦合器14的发光二极管14a与“或”电路13的输出侧连接。光耦合器14的光敏晶体管14b与所述BMU45内的CPU451的充放电停止输入端子T1连接。

根据该副检测电源75，当电池模块4a的电压在充电结束电压以上或者小于放电结束电压时，或者当电池模块4a的温度在保护温度以上时，“或”电路13产生输出，从而检测出过充电、过放电或者过热。

另外，副检测电源75可以进行如下变形。例如，关于过充电，将电池模块4a整体的电压输入到过充电检测用比较器92的同相输入端，将在各电池单元7中检测到的电压的合计值输入到反相输入端，代替将充电结束电压作为基准电压的方式。由此，当电池模块4a的电压值大于在各电池单元7中检测到的电压的合计值时，过充电检测用比较器92产生输入，光耦合器14进行导通动作，异常信号被输送至BMU45。

Claims (7)

1.一种电动车辆的电池监视装置，该电动车辆的电池监视装置具有：

电池（4），其由多个电池模块（4a）串联连接而成，所述电池模块（4a）具有串联连接的多个电池单元（7）；

监视单元（6），其监视所述电池模块（4a）以及所述电池单元（7），输出状态信息；以及

控制单元（45），其接收从所述监视单元（6）以无线通信方式输出的所述状态信息，控制所述电池（4），

所述电动车辆的电池监视装置的特征在于，该电池监视装置具有：

被电磁屏蔽的电池壳体（70），其收纳所述电池（4）以及所述监视单元（6）；以及

被电磁屏蔽的控制壳体（71），其收纳所述控制单元（45），

该电池监视装置使用具有电磁屏蔽包覆的电波引导线（72）将所述电池壳体（70）与所述控制壳体（71）彼此连接，并且

该电池监视装置具备：

发送单元（61），其设置于所述电池壳体（70）内，将所述状态信息作为电波信号发送；以及

接收单元（453），其设置于所述控制壳体（71）内，通过所述电波引导线（72）接收从所述发送单元（61）发送的所述状态信息。

2.根据权利要求1所述的电动车辆的电池监视装置，其特征在于，

所述电池壳体（70）具有在树脂箱体（70a）的内表面实施了金属膜内衬（70b）的构造。

3.根据权利要求1或2所述的电动车辆的电池监视装置，其特征在于，

多个发送单元（61）被设定成以彼此不同的发送频率来发送电波信号。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电动车辆的电池监视装置，其特征在于，

所述状态信息是每个所述电池单元（7）的电压和每个所述电池模块（4a）的电压以及温度。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电动车辆的电池监视装置，其特征在于，

所述电动二轮车具备：踏板（40）；以及比踏板（40）靠近车体后上方配置的驾驶座（21），

所述电池壳体（70）配置于所述踏板（40）的下方，所述控制壳体（71）在所述电动二轮车（1）的后轮（WR）和电池壳体（70）之间，配置于所述驾驶座（21）的下方。

6.根据权利要求5所述的电动车辆的电池监视装置，其特征在于，

在所述电池壳体（70）的前部连接有冷却管（38），在所述电池壳体（70）的后部设置有冷却风扇（39）。

7.根据权利要求5或6所述的电动车辆的电池监视装置，其特征在于，

所述电池壳体（70）和所述控制壳体（71）在所述电动二轮车的前后方向上彼此靠近地配置。

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