CN103515933A

CN103515933A - 电路保护器

Info

Publication number: CN103515933A
Application number: CN201310253067.1A
Authority: CN
Inventors: 伊藤雅也; 前原恒男
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: US20130342939A1; DE102013106370B4; JP5585616B2; CN103515933B; US9263878B2; JP2014007883A; DE102013106370A1

Abstract

一种电路保护器，包括连接于电池组L和监测电路22之间的多条检测线L、连接于检测线L之间并将施加到监测电路22的电压保持在固定电压的过电压保护元件212、以及布置在各个检测线L中并在超出预定电流值的电流流入检测线时断开监测电路22和电池组1之间的电连接的电路保护元件212。当电池组1中出现过电压时，所述过电压保护元件212将各个检测线L之间保持为短路状态，并且所述电路保护元件211通过经由过电压保护元件212在检测线L之间流动的短路电流来断开电池组1和监测电路22之间的电连接。

Description

电路保护器

技术领域

本发明涉及用于保护监测电源单元的电压的监测电路的电路保护器。

背景技术

通常，混合动力车辆或电动车辆例如被装备了具有串联连接的多个电池单元作为电源单元的电池组，并且用于驱动车辆的电机由电源单元中生成的电压驱动。

这种电源单元被连接到监测电路，所述监测电路监测电压以防止伴随着电压的异常出现的热量生成、火灾破坏、老化等（例如参考4537993号日本专利）。

此处，电源单元和监测电路之间由多个用于电压检测的检测线电连接，并且存在一种可能性：当电源单元中出现过电压，或在外围设备的影响下高电流流入检测线时，监测电路可能被破坏。

因此，有必要提供一种用于保护电源单元和监测电路之间的监测电路的电路保护器。

对于电路保护器，可能会提及在各个检测线上准备诸如保险丝的电路保护元件的结构。

因此，由于当超过额定电流的大电流流入检测线时，检测线的电路保护元件被断开，抑制流入到监测电路的过电流成为可能。

此外，齐纳二极管（过电压保护元件）可以被作为电路保护器连接在每个检测线之间，以便与电源单元一起被连接在各个检测线之间。

因此，当电源单元中出现过电压时，因为短路电流通过齐纳二极管在各个检测线之间流动，因此施加在监测电路上的电压能够被保持为固定的电压。

顺便提及，当电源单元中出现过电压时的流入各个检测线的电流，根据监测电路的内部结构（阻抗）而变化。

因此，当电路保护器由例如保险丝的电路保护元件所构成时，难以设定电路保护元件的额定电流，以便当过电压出现时截断检测线，因此监测电路可能得不到适当的保护。

另一方面，当电路保护器由诸如齐纳二极管的过电压保护元件所构成时，所述过电压保护元件可能被大电流（短路电流）所破坏，所述大电流当电源单元中出现过电压时在各个检测线之间流动。

如果这种情况中的过电压保护元件的故障是内部电流路径已被断开的开路路障，则存在一种可能性：由于出现在电源单元中的过电压被施加到监测电路上，因此监测电路可能会被损坏。

因此，通过常规的电路保护器，监测电路不能被适当地保护以避免出现在电源单元中的过电压的破坏，因此，有必要从具有高电气鲁棒性的高电压元件中构成监测电路中的各个元件，或者在监测电路中增加保护元件，并且无法避免电力系统中的复杂的电路配置或者成本上涨。

发明内容

本发明根据上述问题被做出，其目的在于提供一种可以适当地保护监测电路免受电源单元中出现的过电压的破坏的电路保护器。

本发明针对一种保护监测电源单元的电压的监测电路的电路保护器。

在根据第一方面的电路保护器中，用于保护监测电源单元的电压的监测电路的电路保护器包括多条检测线、过电压保护元件和电路保护元件，其中，所述多条检测线连接在电源单元和监测电路之间以进行电压检测，所述过电压保护元件被连接在检测线之间并将施加到监测电路的电压保持为固定的电压，所述电路保护元件被布置在各个检测线中，并在超出预定电流值的电流流入检测线时断开监测电路和电源单元之间的电连接。

过电压保护元件被构成为使得各个检测线之间的传导被保持为短路状态，即，当电源单元中出现过电压时，它们都被保持连接在一起。

电路保护元件被构成为当电源单元中出现过电压时，使得电源单元与监测电路之间的电连接被经由过电压保护元件在检测线之间流动的短路电流所截断。

因此，当电源单元中出现过电压时，多条检测线之间被过电压保护元件保持为短路状态，并且由于电源单元与监测电路之间的电连接被电路保护元件所截断，监测电路可以被适当地保护以免受出现在电源单元中的过电压的破坏。

其结果是，没有必要从具有高电气鲁棒性的高电压元件中构成监测电路或在监测电路中增加保护元件以防止监测电路由于电源单元中出现的过电压所引起的故障，并且这能够抑制伴随为监测电路提供适当保护的电路配置的复杂度以及成本增加。

此外，由于所述电路保护元件能够根据当电源单元中出现过电压时在各个检测线之间流动的短路电流来配置断路电流（额定电流），其可以容易地选择电路保护元件。

在根据第二方面的电路保护器中，过电压保护元件由在被施加过电压时出现短路故障的齐纳二极管构成。

在根据第三方面的电路保护器中，电路保护元件由保险丝构成，当电源单元中出现过电压时，所述保险丝由于经由过电压保护元件在检测线之间流动的短路电流被断开。

根据第四方面的电路保护器，电路保护元件由低电阻电阻器构成，当电源单元中出现过电压时，所述低电阻电阻器由于经由过电压保护元件在检测线之间流动的短路电流被烧断。

附图说明

在附图中：

图1示出了第一实施例中的完整的电力系统的框图；

图2示出了第一实施例中的电池监测器的主要部分的框图；

图3示出了第一实施例中的齐纳二极管的示意图；以及

图4示出了第二实施例中的电池监测器的主要部分的框图。

具体实施方式

下文中将参考附图来描述本发明的实施例。

[第一实施例]

在本实施例中，本发明的电路保护器被应用于安装在混合动力车辆或电动车辆的电力系统中。

如图1所示，本实施例的电力系统具有电池组1和电池监测器2作为主要组件。

电池组1为各种车内的电流消耗装置提供电力，主要是用于驱动车辆的电机，电池组1构成了本发明的电源单元。

本实施例的电池组1通过串联连接多个由可再充电电池，例如锂电池所制成的电池单元10而构成，并且被构成为多个电池块B1……Bn的串联体，其中每一个电池块由彼此连接的预定数量的电池单元10聚合而成。

电池监测器2是通过检测各种状态，例如电池组1的电压，来监测电池组1的装置，其通过检测线L等被连接到电池组1的各个电池单元10的两端，以用于电压检测。

本实施例的电池监测器2装备有电路保护部件21、多个监测电路22、控制部件23以及绝缘部件24作为主要的组件。

电路保护部件21是保护监测电路22免受电池组1的影响的电路保护器，并具有电路保护元件211以及过电压保护元件212。

电路保护元件211是被布置在各个检测线L中的元件，并在超过预定电流值的电流流入检测线L时，截断监测电路22和电池组1之间的电连接。

此外，过电压保护元件212是被连接在各个检测线L之间的元件，并且将施加在监测电路22上的电压保持为固定的电压。

电路保护部件21中的电路保护元件211以及过电压保护元件212的详情将在稍后提及。

分别对应于电池组1的电池块B1...Bn提供了多个监测电路22，并且，所述多个监测电路22是监测电池组1中的电池块B1...Bn的块电压以及电池单元10的单元电压的电路。

本实施例的监测电路22被构成以使得示出电池组1等的电压状态的信号被经由绝缘部件24输出到控制部件23。

控制部件23由微型计算机构成，所述微型计算机由CPU、ROM、RAM、EEPROM等，以及外围设备构成，并且所述控制部件23被构成以使得根据控制程序的各种处理，例如各个监测电路22的控制处理，以及电池组1的电压异常的判断处理，被存储在例如ROM的存储器装置中。

绝缘部件24是用于在各个绝缘的监测电路22和控制部件23之间双向地传输信号的传输装置，并且其例如由光电耦合器等构成。

接下来，将使用图2来说明书本实施例的电路保护部件21的详情。

此外，为了便于说明，在图2中示出了多个电池块B1...Bn中的一个电池块Bi，监测电池块Bi的监测电路22，以及保护监测电路22的电路保护部件21。

本实施例的过电压保护元件212是防止电池块Bi中出现的过电压被施加到监测电路22上的元件。

而且，过电压保护元件212被构成为，当构成电池块Bi的电池单元10的部分中出现过电压时，使得被连接到电池单元10的两端的检测线L之间被保持在短路状态（导电状态）。

过电压保护元件212由齐纳二极管ZD所构成，并且如图2所示，在本实施例中，齐纳二极管ZD1...ZDn被连接在各个检测线L1...Ln+1之间。

考虑到电池单元10的电压以及所需的监测电路22的鲁棒性来在本实施例的齐纳二极管ZD中配置击穿电压（例如，电池单元10的完全充电电压（full charge voltage）的几倍）。

此外，在各个位于被连接到电池单元10的两端的一对检测线之间的齐纳二极管ZD1...ZDn中，阴极被连接到连接到电池单元10的高压侧端子的检测线，以及阳极被连接到连接到低压侧端子的检测线。

此外，本实施例中采用具有当被施加过电压时出现短路故障的结构的齐纳二极管ZD。

特别是，如图3所示的示意性示图，本实施例的齐纳二极管ZD由PN结型IC芯片212a，在一端侧夹持所述IC芯片212a的一对引线框架212b和212c，以及由覆盖IC芯片212a，以及引线框架212b和212c的部分的树脂制成的外部部分212d所构成。

此外，如果所述齐纳二极管ZD具有IC芯片212a和引线框架212b和212c通过导线被结合在一起的结构，当被施加过电压时，所述导线可能会断裂并且出现开路故障。

由于这个原因，本实施例中采用具有通过该对引线框架212b和212c直接夹持IC芯片212a的结构的齐纳二极管ZD。

接下来，本实施例的电路保护元件211被构造为，当过电压被生成时，使得生成过电流处的电池单元10的两端以及监测电路22之间的电连接可以由通过过电压保护元件212在检测线L之间流动的过电流截断。

也就是说，电路保护元件211使用如下所述的元件：当过电压被生成时，该元件由于通过过电压保护元件212在检测线L之间流动的短路电流而被断开。

特别地，过电压保护元件212由保险丝F所构成，当大于额定电流的电流流经电路保护元件211时，所述保险丝烧断，并且如图2所示，保险丝Fl...Fn+1被布置在本实施例的各个检测线L1...Ln+1中。

本实施例的保险丝F被构成为当齐纳二极管ZD由于过电压而出现短路故障时，使其由于流入检测线L的高电流而烧断。

也就是说，当齐纳二极管ZD由于过电压出现短路故障时，保险丝F的额定电流被基于流入检测线L的高电流进行配置。

此外，由于当保险丝F中的电阻分量较大时，其对监测电路22中电压监测的准确性等具有影响，希望选择具有小电阻值的保险丝F。

接下来将说明当电池组1中出现过电压时，电路保护部件21的功能。

当电池组1中出现过电压并且超出击穿电压的电压被施加到齐纳二极管ZD1...ZDn时，高电流（短路电流）流入电池组1和齐纳二极管ZD1...ZDn之间所形成的闭合电路中。

如果齐纳二极管ZD1...ZDn出现短路故障，则高电流（短路电流）继续流入电池组1和齐纳二极管ZD1...ZDn之间所形成的闭合电路中。

然后，保险丝F1...Fn+1由高电流被熔断，并且电池组1和监测电路22之间的电连接被截断。

因此，由于过电压未被施加到监测电路22侧，监测电路22被适当地保护以避免出现在电池组1中的过电压的破坏。

例如，如果过电压出现在作为图2所示的电池块Bi的第二高压的电池单元10中，并且超出击穿电压的电压被施加到齐纳二极管ZD2上，则高电流（短路电流）流入电池单元10、检测线L2和L3，以及由齐纳二极管ZD2形成的闭合电路（参考图2中的箭头）。

如果齐纳二极管ZD1...ZDn此时出现短路故障，因为高电流（短路电流）持续流入电池单元10和齐纳二极管ZD2所形成的闭合电路，保险丝F2熔断，并且电池单元10以及监测电路22之间的电连接被截断。

上面所说明的本实施例的电路保护部件21由过电压保护部件212以及电路保护元件211所构成，所述过电压保护部件212在电池组1中出现过电压时，将各个检测线L之间保持为短路状态，所述电路保护元件211在电池组1中出现过电压时，根据经由过电压保护元件212在各个保护线L之间流动的高电流而熔断。

因此，当电池组1中出现过电压时，各个检测线L之间通过过电压保护元件212被保持为短路状态，并且由于电池组1和监测电路22之间的电连接被电路保护元件211所截断，监测电路22可以被适当地保护以免受出现在电池组1中的过电压的破坏。

其结果是，没有必要从鲁棒性的高电压元件构成所述监测电路22，或在监测电路22中添加保护元件以使得防止由电池组1中出现的过电压所引起的监测电路22的故障，并且能够抑制伴随监测电路22的适当保护所带来的电路配置的复杂度和成本增长。

此外，由于电路保护元件211能够根据当电池组1中出现过电压时，在各个检测线L之间流动的短路电流来配置断路电流（额定电流），使得可以容易地选择电路保护元件211。

此外，在本实施例中，过电压保护元件212由当被施加过电压时出现短路故障的齐纳二极管所构成。

因为这个原因，由于可以使用当齐纳二极管ZD出现故障时，通过在各个检测线L之间流动的短路电流截断各个检测线L的任何电路保护元件，电路保护元件211的选择增加了，并且电路保护元件211的选择也变得简单了。

[第二实施例]

接下来将说明第二实施例。

应当理解的是，为了省略或简化说明，与第一实施例中相同或相似的第二实施例中的组件被给出了相同的附图标记。

如图4的框图所示，本实施例通过低电阻电阻器R而不是保险丝F来构成电路保护元件211。

本实施例的低电阻电阻器R使用当出现过电压时，与保险丝F一样由于经由过电压保护元件212在检测线L之间流动的短路电流而被断开的电阻元件。

此外，为了抑制监测电路22中的电压检测性能的影响，低电阻电阻器R被希望构成为具有低的电阻。

即使电路保护元件211由与本实施例一样的低电阻电阻器R所构成，也可以实现与第一实施例相同的功能和效果。

此外，如果电路保护元件211由具有比保险丝F较低价格的低电阻电阻器R构成，则有可能降低电路保护部件21的成本。

[其他实施例]

尽管以上说明了本发明的实施例，但本发明并不限于此，并且在本发明的实施例不偏离各个权利要求所指示的范围的情况下，其可以被适当地修改。例如，其可以被进行如下的各种修改。

尽管以上所提及的各个实施例说明了使用保险丝F以及低电阻电阻器R构成电路保护元件211的示例，但并不仅限于低电阻电阻器R和保险丝F，而是任何能够执行等同于保险丝F的功能的元件可以被用作电路保护元件211。

尽管以上所提及的各个实施例说明了使用齐纳二极管ZD构成过电压保护元件212的示例，但其并不仅限于齐纳二极管ZD，而是任何能够执行等同于齐纳二极管ZD的功能的元件可以被用作过电压保护元件212。

尽管以上所提及的各个实施例说明了本发明的电路保护器被应用于监测安装在车辆中的电池组1的电压的监测电路22，但是其可以被应用于监测为了其他用途的电源单元的电压的监测电路。

此外，电源单元并不限于电池，而也可以是任何能够为各种电流消耗装置提供电力的电源。

Claims

1.一种用于保护监测电路的电路保护器，所述监测电路用于监测电源单元的电压，所述电路保护器包括：

多条连接于电源单元与监测电路之间的用于电压检测的检测线；

被连接于所述检测线之间的过电压保护元件，所述过电压保护元件将施加到所述监测电路的电压保持在固定的电压；以及

被布置在各个检测线中的电路保护元件，在超出预定电流值的电流流入检测线时，所述电路保护元件断开所述监测电路与所述电源单元之间的电连接；其中，

所述过电压保护元件被构成为当所述电源单元中出现过电压时，使得各个检测线之间的传导保持在短路状态；以及

所述电路保护元件被构成为当所述电源单元中出现过电压时，使得所述电源单元与所述监测电路之间的电连接被经由所述过电压保护元件在检测线之间流动的短路电流所截断。

2.根据权利要求1所述的用于保护的电路保护器，其中，

所述过电压保护元件由被施加过电压时出现短路故障的齐纳二极管所构成。

3.根据权利要求1或2所述的用于保护的电路保护器，其中，

所述电路保护元件由当所述电源单元中出现过电压时，由于经由所述过电压保护元件在检测线之间流动的短路电流而烧断的保险丝所构成。

4.根据权利要求1或2所述的用于保护的电路保护器，其中，

所述电路保护元件由当所述电源单元中出现过电压时，由于经由所述过电压保护元件在检测线之间流动的短路电流而被烧断的低电阻电阻器所构成。