CN103003705B - 电池组电压检测装置 - Google Patents

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Abstract

公开的电池组电压检测装置通过连接线(L1-L4)连接每一个单元电池(BT1-BT4)的正电极和多路器12的每一个端子(T1-T4)，并且在连接线和单元电池之间设置有第一开关(SW11-SW14)。此外，将第一到第四串联连接电路(N1-N4)连接到每一连接线，并且将基准电压施加到每一连接线。随后，在第一开关(SW11-SW14)被切换到断开的状态下，将基准电压施加到每一连接线，并且在电平移位之后，使在多路器(12)中选定该基准电压并且通过A/D转换器(13)数字化该基准电压。基于数字化了的电压，判定在多路器、电平转换电路或A/D转换器中是否存在异常。

Description

电池组电压检测装置
技术领域
本发明涉及：在包括多个串联连接的单元电池(unit cells)并且输出预定的电压的电池组中，检测每一单元电池的输出电压是否正常的电压检测装置。更具体地，本发明涉及一种诊断与电压测量相关的各种装置是否正常地工作的方法。
背景技术
例如，安装在混合动力车辆或者电动车辆上的二次电池包括串联连接的多个单元电池，每一单元电池输出预定的电压。例如，二次电池在串联连接电路的两端产生200V的高压并且使用所产生的电力来驱动驱动马达。在这样的包括串联连接的多个单元电池的电池组中，每一单元电池有时随着时间而劣化。为了快速地检测并且修复劣化的电池，常规电池组设置有检测每一单元电池的充电电压是否正常的电压检测装置。
专利技术文献1中描述了一种这样的常规电压检测装置。在专利技术文献1的公开中，通过A/D转换器使恒定的模拟基准电压数字化，并且将数字化了的电压的数据与基准数据比较。如果数字化的电压的数据与基准数据匹配，则判定A/D转换器正常，并且否则，判定A/D转换器异常。
引用列表
专利文献
专利技术文献1：日本专利文献JP2010-58244A
发明内容
在专利技术文献1中描述的电压检测装置能够检测测量组成电池组的多个电池组电池的电压的A/D转换器的异常，但是不能检测设置在电池组电池和A/D转换器之间的各种测量设备中发生的异常。
做出本发明以解决上述的常规问题，并且本发明的目的是提供一种电池组电压检测装置，该电池组电压检测装置能够高精度地检测测量电池块的电压的装置的异常。
为了实现上述的目的，为包括串联连接电路和在该串联连接电路的两端产生预期电压的电池组而设置根据本发明第一方面的电压检测装置，所述串联连接电路具有串联连接的两个或更多个电池块，该电压检测装置用于检测每一个电池块的输出电压，每一个电池块包括一个或更多个单元电池，所述电压检测装置包括：电压选择器，该电压选择器通过连接线而连接到所述电池块的正电极端子，并且该电压选择器基于在该正电极端子处产生的电压来选择每一个电池块的输出电压；第一开关，该第一开关分别设置在所述正电极端子和所述连接线之间；A/D转换器，该A/D转换器用于将由所述电压选择器选择的输出电压的信号数字化；基准电压输出单元，该基准电压输出单元能够向各所述连接线提供不同电平的基准电压；第二开关，该第二开关用于在从所述基准电压输出单元向各所述连接线输出的所述基准电压的供给与切断之间切换；控制器，在检测所述电池块的所述输出电压的过程中，该控制器执行接通第一开关并且断开第二开关的控制；并且在对电压选择器和A/D转换器的故障诊断的过程中，该控制器断开第一开关并且接通第二开关；以及故障检测器，该故障检测器基于从所述A/D转换器输出的电压信号来判定是否所述电压选择器和所述A/D转换器中的至少一个故障。
在根据本发明的第一方面的电压检测装置中，优选地，所述基准电压输出单元包括与每一个连接线对应的串联连接电路，该串联连接电路各自具有两个电阻器，在每一个所述串联连接电路的所述两个电阻器之间的中间点被连接到相关连接线，每一个所述串联连接电路的一端被连接到DC电源，并且通过设定每一个串联连接电路的所述两个电阻器的合适的电阻器值，设定供给到相关连接线的电压。
在以上情况中，优选地，所述串联连接电路连接到共用的DC电源。
在根据本发明的第一方面的电压检测装置中，每一个电池块可以只由一个单元电池组成。
在根据本发明的第一方面的电压检测装置中，电池组可以是安装在车辆上的二次电池。
利用根据本发明的第一方面的电压检测装置，在诊断电压选择器和A/D转换器的过程中，将具有预定电压值的基准电压施加到连接线上并且通过A/D转换器将该基准电压数字化，并且基于数字化了的电压信号诊断电压选择器和A/D转换器。因此，可以检测与电压测量相关的整个测量装置的异常并且能够执行快速和高精度的异常检测。
附图说明
[图1]图1是说明了根据第一实施例的电池组电压检测装置的构造的电路图。
[图2]图2是说明了根据第一实施例的电池组电压检测装置的处理操作的流程图。
[图3]图3是说明了根据第一实施例改进的电池组电压检测装置的构造的电路图。
具体实施方式
在下文中，给出了参考附图对于实施例的描述。
图1是说明了根据第一实施例的电池组电压检测装置和连接到电压检测装置的电池组的构造的框图。如图1中所示的，例如，电池组51用作对电动车辆设置的二次电池，并且包括串联连接的四个单元电池BT1至BT4(例如，锂离子电池)。在第一实施例中，为了方便说明，图示了四个单元电池BT1至BT4，但是单元电池的数量可以是一个，两个，三个，五个，或者更多。
图1中所示的电压检测装置包括：用于选择每一单元电池BT1至BT4的输出电压的多路器；用于将由多路器12选择的电压信号电平移位的电平移位器11；用于使电平移位了的电压信号数字化的A/D转换器13；以及设置在A/D转换器13的下游的控制器14。
控制器14基于从A/D转换器13输出的电压信号判定所测量的电压是否异常。如果判定所测量的电压为异常，则控制器14向设置在下游的警报装置(未示出)等输出警报信号。而且，在诊断多路器12和A/D转换器13的操作的过程中，控制器14将转换信号输出到稍后描述的开关SW11至SW14(第一开关)以及开关21和22(第二开关)。
换句话说，控制器14包括故障检测器的功能，在故障诊断时，其基于从A/D转换器输出的电压信号判定是否多路器12和A/D转换器13中的至少一个故障。此外，控制器14还包括开关控制器的功能，在检测每一电池块(每一单元电池BT1至BT4)的输出电压的过程中，控制器14执行控制第一开关(SW11至SW14)的接通和第二开关(SW21，SW22)的断开，并且在对多路器12和A/D转换器13的故障诊断时断开第一开关并且接通第二开关。
另一方面，将组成电池组51的单元电池BT1至BT4的正电极分别通过第一开关组15和连接线L1至L4而连接至多路器12的端子T1至T4。第一开关组15由开关SW11至SW14组成。具体地说，将单元电池BT1的正电极通过开关SW11而连接至连接线L1的一端，并且将连接线L1的另一端连接至多路器12的端子T1。将单元电池BT2的正电极通过开关SW12连接至连接线L2的一端，并且将连接线L2的另一端连接至多路器12的端子T2。将单元电池BT3的正电极连通过开关SW13连接到连接线L3的一端，并且将连接线L3的另一端连接到多路器12的端子T3。将单元电池BT4的正电极通过开关SW14连接到连接线14的一端，并且将连接线L4的另一端连接到多路器12的端子T4。
此外，图1中所图示的电压检测装置包括连接到DC电源VB的开关SW21和接地的开关SW22。在开关SW21和开关SW22之间，设置有四路串联连接的电路(第一到第四串联连接电路N1至N4；基准电压输出单元)。
第一串联连接电路N1包括串联连接的电阻器Ra1、二极管D1和D2以及电阻器Rb1。第二串联连接电路N2包括串联连接的电阻器Ra2、二极管D1和D2以及电阻器Rb2。第三串联连接电路N3包括串联连接的电阻器Ra3、二极管D1和D2以及电阻器Rb3。第四串联连接电路N4包括串联连接的电阻器Ra4、二极管D1和D2以及电阻器Rb4。
第一串联连接电路N1在二极管D1和D2之间的点P1处连接至连接线L1。当开关SW21和SW22都接通的时候，通过由电阻器Ra1和Rb1对DC电源VB的电压分压而获得的电压因此被施加于点P1。在这里，二极管D1和D2的压降可以忽略。
第二串联连接电路N2在二极管D1和D2之间的点P2处连接至连接线L2。当开关SW21和SW22都接通的时候，通过由电阻器Ra2和Rb2对DC电源VB的电压分压而获得电压因此被施加于点P2。
第三串联连接电路N3在二极管D1和D2之间的点P3处连接至连接线L3。当开关SW21和SW22都接通的时候，通过由电阻器Ra3和Rb3对DC电源VB的电压分压而获得的电压因此被施加于点P3。
第四串联连接电路N4在二极管D1和D2之间的点P4处连接至连接线L4。当开关SW21和SW22都接通的时候，通过由电阻器Ra4和Rb4对DC电源VB的电压分压而获得的电压因此被施加于点P4。
接下来，参考如图2所示的流程图给出根据如上所述构造的第一实施例的电压检测装置的处理操作的描述。该过程在控制器14的控制下执行。
首先，控制器14判定是否执行监控单元电池BT1至BT4的电压的过程或者是否执行电压测量仪器(从多路器12到A/D转换器13的各种装置)的诊断过程(步骤S10)。
在执行监控单元电池BT1至BT4的电压的过程(步骤S10中的“电池电压监控”)中，控制器14接通第一开关组15的所有开关(步骤S11)。接下来，控制器14断开开关SW21和SW22(步骤S12)。
如图1所示的开关SW11至SW14于是被接通，并且在单元电池BT1至BT4的正电极产生的电压分别通过连接线L1至L4而供给到多路器12的端子T1至T4。例如，端子T1被供给了作为单元电池BT1的正电极的电压的、2.0V的电压。端子T2被供给了作为单元电池BT2的正电极的电压的、4.1V的电压。端子T3被供给了作为单元电池BT3的正电极的电压的、6.3V的电压。端子T4被供给了作为单元电池BT4的正电极的电压的、8.6V的电压。
此外，由于开关SW21和SW22两者都是断开的，所以不供给从DC电源VB输出的电压。而且，由于每一个串联连接电路N1至N4都具有二极管D1和D2，所以连接线L1至L4并不会经由串联连接电路N1至N4而短路。
将由多路器12选定的模拟电压信号通过电平移位器11(levelshifter)供给到A/D转换器13。A/D转换器13能够基于供给到端子T1至T4的电压来测量单元电池BT1至BT4的输出电压。具体地说，单元电池BT1至BT4的输出电压分别是2.0V，2.1V(=4.1-2.0)，2.2V(=6.3-4.1)，以及2.3V(=8.6-6.3)。
将通过A/D转换器13数字化了的单元电池BT1至BT4的测量结果输出到控制器14(步骤S13)。
控制器14将检测到的的单元电池BT1至BT4的电压信息输出至设置在下游的显示器、报警装置等(未示出)（步骤S14）。以这种方式，操作者能够识别单元电池BT1至BT4的输出电压并且能够处理输出电压的异常。
另一方面，例如，当电源接通时或在每一预定的时间段，执行电压检测装置的电路诊断过程。在这种情况下，在步骤S10中选择“电路诊断”。
如果选定了电路诊断，则控制器14断开第一开关组15的所有开关(步骤S15)。然后控制器14打开开关SW21和SW22两者(步骤S16)。.
因此，对于点P1，施加有通过由电阻器Ra1和Rb1分压DC电源VB的输出电压所得到的电压。以相似的方式，对于点P2，施加有通过由电阻器Ra2和Rb2分压DC电源VB的输出电压所得到的电压。对于点P3，施加有通过由电阻器Ra3和Rb3分压DC电源VB的输出电压所得到的电压。对于点P4，施加有通过由电阻器Ra4和Rb4分压DC电源VB的输出电压所得到的电压。
在该情况下，通过适当地设置电阻器Ra1至Ra4和Rb1至Rb4的大小，可以将在点P1至P4所产生的电压的值设置为预期的值。例如，可以使在点P1产生2V的电压；可以使在点P2产生4V的电压；可以使在点P3产生6V的电压；可以使在点P4产生8V的电压。这些电压通过分压从DC电源VB输出的电压而产生，并且，因此，能够以极高的精度产生。
在点P1至P4产生的电压分别供给到多路器12的端子T1至T4。多路器12选择各对相邻点之间（P1和地之间、P2和P1之间、P3和P2之间以及P4和P3之间）的电压、使其电平移位并且随后将移位了的电平输出到A/D转换器13用于电压信号的数字化。由控制器14获得数字化了的电压信号(步骤S17)。
控制器14判定所获得的基准电压是否正常(步骤S18)。如果获得的基准电压是正常的(在步骤S18中的“是”)，则控制器14判定电压测量仪器(从多路器12到A/D转换器13的各装置)的操作是正常的并且终止电路诊断过程。另一方面，如果基准电压不正常(在步骤S18中的“否”)，则控制器14判定电压测量仪器是异常的并且向警报装置(未示出)输出警报信号以通知该异常的操作者。因此操作者可以立即识别电压测量仪器是异常的。
如上所述，在根据第一实施例的电池组电压检测装置中，为了测量单元电池BT1至BT4的输出电压，对于电压测量过程，第一开关组15的所有开关都是接通的而开关SW21和SW22是断开的。
在电路诊断时，通过断开第一开关组15的所有开关并且接通开关SW21和SW22，将预期的基准电压施加到连接线L1至L4以将基准电压提供到多路器12的端子T1至T4。基准电压被A/D转换器13数字化并且随后被施加到控制器14。控制器14基于每一对端子T1至T4之间的电压来判定电压测量仪器(从多路器12到A/D转换器13的各仪器)是否正常地工作。这使得能够识别多路器12和A/D转换器13的任何一个是异常，从而完成了关于电压测量仪器的整体的异常检测。
此外，每一个串联连接电路N1至N4都包括二极管D1和D2,。这能够防止当第一开关组15接通并且开关SW21和SW22断开时，电流在连接线L1至L4之间流动。
此外，产生在各点P1至P4的电压可以通过确定电阻器Ra1至Ra4与电阻器Rb1至Rb4的分压比而任意地设置。这可以增加电压设置的通用性。而且，将串联连接电路N1至N4连接到同一DC电源VB以产生基准电压。因此，即使当DC电源VB的输出电压改变时，在点P1至P4产生的电压也相应地改变。因此，可以执行电压测量仪器的诊断过程而不受到整体上电压改变的影响。
如果将根据第一实施例的诊断功能施加到安装在车辆等上的锂离子电池的各单元电池，则可以快速地识别电压测量装置故障。这可以确定地防止二次电池的过度充电和过度放电。
接下来，将给出上述的第一实施例的改进的描述。图3是说明了根据第一实施例的改进的电池组电压检测装置的结构的电路图。如图3所示的，在根据改进的电压检测装置中，将各自包括串联连接的多个单元电池的电池块BT11、BT12、BT13以及BT14串联连接以组成电池组51a。电压检测装置测量各个电池块BT11至BT14的电压。对于电压测量仪器的诊断过程，将基准电压施加到在分别连接于电压块BT11至BT14的正电极的连接线11至14上的点P11、P12、P13和P14。所述基准电压是通过分压DC电源VB的输出电压而得到的。
在上述的结构中，可以诊断多路器12和A/D转换器13是否正常地工作。图3中所示的为每个电池块BT11至BT14所设置的单元电池的数量可以是一样的也可以是不一样的。
在上文中，基于图中所示的实施例描述了根据本发明的电池组电压检测装置。然而，本发明不限于这些实施例，并且每一部分的结构可以被具有相似功能的任意结构所代替。例如，在上述的实施例的描述中，将二次电池安装在电动车辆上作为电池组51或51a。本发明不限于此，并且可以应用于在除了电动车辆以外使用的电池组中。
工业实用性
本发明可用于判定是否正常地测量为电池组设置的每个单元电池的输出电压。

Claims (5)

1.一种电压检测装置，该电压检测装置为包括串联连接电路并在该串联连接电路的两端产生预期电压的电池组而设置，所述串联连接电路具有串联连接的两个或更多个电池块，该电压检测装置用于检测每一个所述电池块的输出电压，每一个所述电池块都包括一个或更多个单元电池，所述电压检测装置包括：
电压选择器，该电压选择器通过连接线而连接到所述电池块的正电极端子，并且该电压选择器基于在该正电极端子处产生的电压来选择每一个所述电池块的输出电压；
第一开关，该第一开关分别设置在所述正电极端子与所述连接线之间；
A/D转换器，该A/D转换器用于将由所述电压选择器选择的输出电压的信号数字化；
基准电压输出单元，该基准电压输出单元能够向各所述连接线提供不同电平的基准电压；
第二开关，该第二开关用于在从所述基准电压输出单元向各所述连接线输出的所述基准电压的供给与切断之间切换；
控制器，在检测所述电池块的所述输出电压的过程中，该控制器执行接通所述第一开关并且断开所述第二开关的控制；并且在对所述电压选择器和所述A/D转换器的故障诊断的过程中，该控制器断开所述第一开关并且接通所述第二开关；以及
故障检测器，该故障检测器在故障诊断的过程中基于从所述A/D转换器输出的电压信号来判定是否所述电压选择器和所述A/D转换器中的至少一个故障。
2.根据权利要求1所述的电压检测装置，其中：
所述基准电压输出单元包括与每一个所述连接线对应的串联连接电路，该串联连接电路各自具有两个电阻器，
在每一个所述串联连接电路的所述两个电阻器之间的中间点，被连接到相关连接线，
每一个所述串联连接电路的一端被连接到DC电源，并且
通过设定每一个所述串联连接电路的所述两个电阻器的合适的电阻器值，设定供给到所述相关连接线的电压。
3.根据权利要求2所述的电压检测装置，其中：
所述串联连接电路连接到共用的DC电源。
4.根据权利要求1所述的电压检测装置，其中：
每一个所述电池块都由一个单元电池组成。
5.根据权利要求1所述的电压检测装置，其中：
所述电池组是安装在车辆上的二次电池。
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