CN104541431A - 电压检测装置和均衡装置 - Google Patents

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CN104541431A CN201380040669.7A CN201380040669A CN104541431A CN 104541431 A CN104541431 A CN 104541431A CN 201380040669 A CN201380040669 A CN 201380040669A CN 104541431 A CN104541431 A CN 104541431A
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Abstract

当从A/D转换器(8)接收到检测结果时，通过比较经由LPF(5)检测的单元电池(C1k-Cmn)的电压与不利用LPF(5)检测的单元电池(C1k-Cmn)的电压，主微控制器(4)检测LPF(5)的故障。

Description

电压检测装置和均衡装置
技术领域
本发明涉及一种电压检测装置和均衡装置。更具体地，本发明涉及一种电压检测装置和均衡装置，该电压检测装置和均衡装置检测彼此串联连接的多个单元电池中每个单元电池的两端电压。
背景技术
安装在例如混合动力车和电动车上的电池组由彼此串联连接的多个单元电池构成。200伏特的高压例如在电池组的两端之间产生，并且产生的电供应到驱动电机。在这样的电池组中，如果在各个单元电池的成对端点间的电压之间发生变化，可能会降低电池组利用的效率或使电池组过度充电。因此，已经提出一种均衡装置，该均衡装置检测每个单元电池两端的电压，并且，基于检测结果利用放电电阻器等来均衡各个单元电池的成对端点之间的电压。
该均衡装置由电池监测IC，每个电池监测IC都包括用于分别检测单元电池的成对端点之间的电压的A/D转换器等。为了提高电池监测IC的电压检测准确度，低通滤波器(在下文缩写为LPF)设置在每个单元电池和相关的A/D转换器之间，从而消除高频噪声。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2012-122856
发明内容
技术问题
然而，在上述传统技术中，当LPF出现故障时，取决于其类型，可能会无法检测LPF的故障。更具体的，在由于例如导致其断开的LPF的电阻破断使LPF输出电压在短时间内显著降低的故障情况中，基于单元电池两端电压的检测结果，能够检测LPF故障。另一方面，在由于例如电容的泄漏故障导致的LPF输出电压在长时间内逐渐降低的故障情况中，不能从单元电池自身特性的劣化中明确地识别LPF的故障，因此难以在LPF的故障发生后不久检测出该LPF的故障。如在后者的情况中不能及时地检测出LPF故障，单元电池的检测值低于实际值，直至检测出故障，这样可能会降低电池的有效利用或导致其过度充电。
已经提出在专利文件1中公开的技术作为一种检测LPF断开的技术。然而，虽然在专利文件1公开的装置能够检测LPF的断开，但是不能够检测电容的泄漏故障。
在上述情况下创造出本发明，因此本发明的目的是提供能够检测包括低通滤波器的电容的泄漏故障等故障的电压检测装置和均衡装置。
解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的第一个方面是提供了一种电压检测装置，该电压检测装置用于检测相互串联连接的多个单元电池中的每个单元电池的两端电压，该电压检测装置包括：低通滤波器，该低通滤波器连接到各个所述单元电池，并且每个所述低通滤波器滤除相对应的所述单元电池的两端电压的高频分量；第一电压检测器，该第一电压检测器连接到所述低通滤波器，所述低通滤波器连接到各个所述单元电池，并且该第一电压检测器检测经由相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的两端电压；第二电压检测器，该第二电压检测器检测不经过相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的两端电压；以及故障检测器，该故障检测器通过比较由所述第一电压检测器检测到的检测值、与由所述第二电压检测器检测到的检测值，检测所述低通滤波器是否存在故障。
本申请的发明的第二个方面提供了电压检测装置，其中，根据本发明的第一方面的电压检测装置的所述第一电压检测器和所述第二电压检测器由单个模数转换器形成；并且所述电压检测装置还包括：切换单元，该切换单元将输入到模数转换器的电压在经由所述低通滤波器供应的所述单元电池的电压和不经过所述低通滤波器供应的所述单元电池的电压之中切换。
本申请的发明的第三个方面提供了一种均衡装置，包括：根据本发明的第一或第二个方面的电压检测装置；放电电阻，该放电电阻分别连接到所述单元电池与所述低通滤波器的连接点；以及均衡开关，该均衡开关的每个都安置在相对应的所述单元电池的两端之间，并且串联连接到相对应的所述放电电阻，其中，所述第二电压检测器检测在相对应的所述放电电阻与相对应的所述均衡开关的连接点的电压，来作为不经过相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的电压。
本发明的有益效果
如上所述，在本发明的第一方面中，通过比较由第一电压检测器检测的检测值、即经由低通滤波器检测的检测值，与由第二电压检测器检测的检测值、即不经过低通滤波器检测的检测值，故障检测器检测低通滤波器是否存在故障。因此，能够检测包括低通滤波器的泄露故障的故障。
在本发明的第二方面，在经由低通滤波器供应的单元电池的电压和不经过低通滤波器供应的单元电池的电压之中，切换单元切换所述电压以输入到模数转换器。因此，第一电压检测器和第二电压检测器能够由单个模数转换器形成，从而能够实现成本减少。
在本发明的第三方面，基于相对应的放电电阻与均衡开关的连接点的电压，能够判定每个均衡转换器是接通还是断开。因此，也能够检测用于接通/断开控制均衡开关的电路是否存在故障。
附图说明
图1是示出根据本发明的均衡装置的一部分的电压检测单元的实施例的块状图。
图2是图1示出的均衡装置的一部分的均衡单元的块状图。
图3示出图1示出的均衡装置的一部分的电池监测IC的细节。
图4是图1示出的主微控制器的处理流程的流程图。
符号说明
1：均衡装置
2：电压检测单元(电压检测装置)
4：主微控制器(故障检测器)
5：LPF(低通滤波器)
7：转换开关(切换单元)
8：A/D转换器(第一电压检测器、第二电压检测器)
C11-Cmn：单元电池
具体实施方式
将在下文参考图1-4描述根据本发明的包括均衡装置的电压检测装置的均衡装置的实施例。如图1所示，均衡装置1是用于均衡多个单元电池C11-Cmn的成对端点之间的电压，所述多个单元电池C11-Cmn组成了电池组BH并且相互串联连接。虽然在实施例中单元电池C11-Cmn的每个都是是单个二次电池，但是该单元电池C11-Cmn的每个可以由多个二次电池构成。
例如，该电池组BH被用作混合电力车辆的电机的电源，该混合电力车辆采用发动机和电机(这二者都未示出)作为行使驱动源。当需要时，不仅电机连接到电池组BH的两端作为负载，而且交流发电机等(未示出)连接到电池组BH的两端作为充电器。该单元电池C11-Cmn被分成n个电池块CB1-CBn。即，所述电池组BH有n个电池块CB1-CBn。电池块CB1-CBn的每块由m个单元电池构成。
均衡装置1装配有：电压检测单元2(见图1)，该电压检测单元2是用于检测单元电池C11-Cmn的每个的两端电压；均衡单元3(见图2)，该均衡单元3通过利用放电电阻Rd对单元电池C11-Cmn的每个进行放电而执行均衡；以及主微控制器4，该主微控制器4控制整个装置，而且基于电压检测单元2的检测结果，控制均衡单元3。
如图1所示，该电压检测单元2装配有：n个电池监测IC 21-2n，该n个电池监测IC 21-2n设置成对应于各个电池块CB1-CBn；以及多个低通滤波器(以下缩写为LPF)5，多个低通滤波器的每个都设置在单元电池C11-Cmn中的一个的正极侧(一个端侧)与电池监测IC 21-2n中的相关联的一个之间。电池监测IC 21-2n中的每个都检测单元电池C11-Cmn中的相对应的单元电池，该相对应的单元电池构成电池块CB1-CBn中的相对应的一个电池块，并且电池监测IC 21-2n中的每个将检测到的电压发送到主微控制器4。
电池监控IC 21-2n互相级联连接，并且只有连接到最高电势的电池监测IC 2n能够(通过绝缘体I/F 6)直接与主微控制器4通信。除了最高电势电池监测IC 2n，电池监测IC21-2(n-1)的每个都通过位于自身的高电势侧的电池监测IC与主微控制器4通信。如图3所示，每个LPF5是由电阻R1和电容C组成的所谓的CR滤波器。该电阻R1连接在单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池的正极侧和电池监测IC21-2n中的相应一个电池监测IC之间。该电容C连接在电阻R1与电池监测IC 21-2n中的相应一个电池监测IC的连接点、与电池块CB1-CBn中的相对应一个电池块的负电极之间。每个LPF5设置在单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池与电池监测IC21-2n中的相应一个电池监测IC之间，每个LPF5滤除单元电池C11-Cmn中的对应的一个单元电池的正极侧电压的高频分量，并且将产生的电压供给到电池监测IC21-2n中的相应一个电池监测IC。虽然在实施例中每个电容C连接到电池块CB1-CBn中的相应一个电池块的负极，但是每个电容C可以连接到一个单元电压低的单元电池所连接的电阻R1、与电池监测IC21-2n中的对应的一个电池监测IC的连接点。
如图2所示，均衡单元3装配有：多个放电电阻Rd，该多个放电电阻Rd设置成对应于各个单元电池C11-Cmn；多个均衡开关Q，该均衡开关Q的每个都与相关的放电电阻Rd串联(串联连接设置在单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池的两端之间)；寄存器31；以及电平位移电路32。均衡开关Q例如是场效应晶体管。当每个均衡开关Q接通时，放电电阻Rd连接到单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池的两端。另一方面，当每个均衡开关Q断开时，放电电阻Rd与单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池断开连接，从而，停止单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池的放电。
寄存器31临时地存储由主微控制器4发送的用于均衡开关Q的接通/断开信号，并且将产生的接通/断开信号并行发送到各个均衡开关Q。主微控制器4输出具有位序列的接通/断开信号，该位序列的位数等于单元电池C11-Cmn的数量，并且其中，与判定要求放电的单元电池C11-Cmn的部分相对应的位被赋予数值“1”，并且与判定不要求放电的单元电池C11-Cmn的部分的位被赋予数值“0”。更具体地，如果只有单元电池C11应当放电，则接通/断开信号具有位序列“10…00”，该位序列的位(MSB到LSB)依序对应于各个单元电池C11-Cmn。
因为每个由寄存器31输出的接通/断开信号具有基于主微控制器4的电源的低压电池的电压而产生的电压，所以如果该接通/断开信号如此输入到均衡开关Q的门极，不能接通/断开控制相对应的均衡开关Q。因此，在通过相对应的电平位移电路32转换成具有能够接通或断开对应的均衡开关Q这样的电平的电压之后，每个由寄存器31输出的接通/断开信号输出到相对应的均衡开关Q。如果接收到电压电平位移后的接通/断开信号“1”(高电平)，则均衡开关Q接通，并且使单元电池C11-Cmn中的相对应的一个放电。虽然在实施例中当接收接通/断开信号“1”(高电平)时每个均衡开关Q接通并使单元电池C11-Cmn中的相对应的一个放电，但是每个均衡开关Q可以(例如，通过使用p沟道场效应晶体管)配置成接通，并且使单元电池C11-Cmn中的与其连接的单元电池放电。关于均衡开关Q的驱动方法，虽然在实施例中采用电压驱动，但是可以采用电流驱动。
接下来将参考附图3描述如上所述的电池监测IC21-2n的详细配置。因为电池监测IC 21-2n具有相同的配置，所以接下来的描述将指向任意的代表性的电池监测IC 2k(k：从1到m选择的任意整数)。如图3所示，电池监测IC 2k装配有：端子V1-Vm，单元电池C1k-Cmk的正极侧分别通过LPF5连接到端子V1-Vm；以及端子V2-V2m，放电电阻Rd与均衡开关Q的连接点分别通过电阻R2连接到端子V2-V2m。即，单元电池C11-Cmn的正极侧电压通过LPF5供应到端子V1-Vm，并且在通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压供应到端子V2-V2m。
电池监测IC 2k还装配有：转换开关7，该转换开关7是将端子V1-Vm和端子V2-V2m中的一个连接到A/D转换器(模数转换器)8的输入端；A/D转换器8，该A/D转换器8是用于将接收的模拟电压转换为数字电压的第一电压检测器和第二电压检测器，并且将后者发送到主微控制器4；用于控制转换开关7的控制逻辑电路9；以及控制单元10，该控制单元10用于控制A/D转换器8和控制逻辑电路9。
接下来将参考附图4描述具有上述配置的均衡装置1如何操作。响应于诸如点火开关的接通或断开的触发，主微控制器4开始进行均衡处理。首先，主微控制器4将第一电压检测指令顺序地输出到电池监测IC 21-2n，从而使所述电池监测IC检测在通过LPF5后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压(步骤S1)。
当接收第一电压检测指令时，各电池监测IC21-2n的控制单元10判定接收的第一电压检测指令是否对该电池监测IC本身操作。如果该接收的第一电压检测指令不对其本身操作，控制单元10将接收的第一电压检测指令发送到该电池监测IC 21-2n(n-1)中的邻近的电池监测IC(在低电势侧)。另一方面，如果接收的第一电压检测指令对其本身操作，控制单元10控制该控制逻辑电路9，以使转换开关7将端子V1-Vm顺次地连接到A/D转换器8的输入端。结果，A/D转换器8对输入到端子V1-Vm的电压顺次地进行A/D转换，并且控制单元10将A/D转换后的电压顺次地发送到主微控制器4作为检测电压。所述检测电压直接从电池监测IC 2n发送到主微控制器4。该检测电压从每个电池监测IC21-2(n-1)通过电池监测IC 22-2n中的位于高电势侧的电池监测IC发送到主微控制器4。以这种方式，将在通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压顺次地发送到主微控制器4。
然后，主微控制器4将第二电压检测指令顺次地输出到各个电池监测IC 21-2n，从而使所述电池监测IC检测在通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压(步骤S2)。当接收第二电压检测指令时，每个电池监测IC 21-2n的控制单元10判定接收到的第二电压检测指令是否对该电池监测IC本身操作。如果接收到的第二电压检测指令不对其本身操作，控制单元10发送接收到的第二电压检测指令到电池监测IC 21-2n(n-1)中邻近的电池监测IC(在低电势极)。另一方面，如果接收到的第二电压检测指令对其本身操作，控制单元10控制所述控制逻辑电路9，以使转换开关7将端子V21-V2m顺次地连接到A/D转换器8的输入端。结果，A/D转换器8顺次地对输入到端子V21-V2m的电压进行A/D转换，并且控制单元10顺次地将A/D转换后的电压发送到主微控制器4作为检测电压。所述检测电压直接从电池监测IC 2n发送到主微控制器4。所述检测电压从每个电池监测IC 21-2(n-1)通过电池监测IC 22-2n中的位于高电势侧的电池监测IC发送到主微控制器4。以这种方式，将在通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压顺次地发送到主微控制器4。
然后，主微控制器4作为故障检测器操作。即，通过分别将在通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压、与在通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压进行比较，主微控制器4检测LPF5是否存在故障(步骤S3)。如果每个LPF5没有断开故障、泄漏故障等，则在通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池的正极侧电压应当具有与通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn中的相应一个单元电池的正极侧电压大致相同的值。
如果发现故障(步骤S4：是)，主微控制器4将该故障通知给存在于比主微控制器4更高层的控制系统中的更高层系统(未示出)(步骤S5)，并且完成所述处理。如果没有发现故障(步骤S4：否)，主微控制器4根据在通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压计算单元电池C11-Cmn的成对端点之间的电压。互相比较计算后的电压，主微控制器4输出用于使单元电池C11-Cmn中的、在成对端点之间具有高电压的单元电池放电的接通/断开信号(步骤S6)。所述接通/断开信号通过寄存器31以及电位转换电路32输入到均衡开关Q，从而使与单元电池C11-Cmn中的、在成对端点之间具有高电压的单元电池相对应的均衡开关Q接通，并且使单元电池C11-Cmn中的、在成对端点之间具有高电压的单元电池放电。
然后，主微控制器4再次将第二电压检测指令顺次地输出到电池监测IC 21-2n，从而使电池监测IC21-2n分别检测在放电电阻Rd与均衡开关Q之间的连接点的电压(步骤S7)。如果接收到第二电压检测指令对该电池监测IC本身操作，则所述控制单元10控制控制逻辑电路9，以使转换开关7将连接端子V21-V2m顺次地连接到A/D转换器8的输入端。A/D转换器8对输入到端子V21-V2m的电压顺次地进行A/D转换，并且控制单元10将A/D转换后的电压顺次地发送到主微控制器4作为检测电压。以这种方式，将在放电电阻Rd与均衡开关Q之间的连接点的电压顺次地发送到主微控制器4。当均衡开关Q断开时，这些连接点的电压分别大致等于单元电池C11-Cmn的正极侧电压，并且当均衡开关Q接通时，这些连接点的电压分别大致等于单元电池C11-Cmn的负极侧电压。因此，均衡开关Q是接通还是断开能够基于相应的连接点的电压来判定。
然后，主微控制器4基于各个连接点电压来判定均衡开关Q是接通还是断开(步骤S8)。通过将主微控制器4在步骤S8获得的接通/断开判定结果、与在步骤S6输出到主微控制器4的接通/断开信号相比较，主微控制器4检测每个均衡开关Q是否存在故障(步骤S9)。如果检测到均衡开关Q存在故障(步骤S10：是)，主微控制器4将该故障通知给更高层的系统(未示出)(步骤S11)，并且完成所述处理。另一方面，如果检测到没有均衡开关Q存在故障(步骤S10：否)，主微控制器4立即完成所述处理。
在上述实施例中，通过分别比较在通过LPF之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压的检测值、与在通过LPF之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压的检测值，主微控制器4检测LPF5是否存在故障。因此，能够检测出包括LPF的电容C的泄漏故障的故障。
在上述实施例中，在通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压和通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压之中，转换开关7切换电压以输入到A/D转换器8。因此，第一电压检测器与第二电压检测器能够通过单个A/D转换器8形成，从而实现成本减少。
而且，在上述实施例中，在放电电阻Rd和均衡开关Q的连接点的电压被分别检测为在通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的成对端点之间的电压。因此，在放电期间，每个均衡开关Q是接通还是断开能够基于这样检测到的所述电压来判定。结果，也能够检测控制均衡开关Q的接通/断开的均衡单元3是否存在故障。
虽然在上述实施例中检测出均衡单元3是否存在故障，但这不是必要特征；不总是需要检测均衡单元3是否存在故障。
在上述实施例中，通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压和通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压由单个A/D转换器8进行A/D转换，但本发明不仅限于这样的情况。通过LPF5之后的单元电池C11-Cmn的正极侧电压和通过LPF5之前的单元电池C11-Cmn的正极侧电压可以由不同的A/D转换器8进行A/D转换。
在上述实施例中，最高电势侧的电池监测IC 2n直接(通过绝缘体I/F 6)连接到主微控制器4，但本发明不仅限于这样的情况。例如，最低电势侧的电池监测IC 21可以(通过绝缘体I/F 6)连接到主微控制器4。并且微控制器可以设置用于各个电池监测IC。
虽然在上述实施例中主微控制器4用作故障检测器，但电池监测IC也可以用作故障检测器。
上述实施例只是本发明的一个典型形式，并且本发明不仅限于本实施例。即，在不背离本发明的主旨的情况下，可以进行各种修改。
根据本发明的电压检测装置和均衡装置的实施例的特征将以条目[1]-[3]的形式简洁地总结如下：
[1]一种电压检测装置(1)，该电压检测装置用于检测相互串联连接的多个单元电池(C11-Cmn)中的每个单元电池的两端电压，该电压检测装置包括：
低通滤波器(LPF5)，该低通滤波器连接到各个所述单元电池，并且每个所述低通滤波器滤除相对应的所述单元电池的两端电压的高频分量；
第一电压检测器(A/D转换器8)，该第一电压检测器连接到所述低通滤波器，所述低通滤波器连接到各个所述单元电池，并且该第一电压检测器检测经由相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的两端电压；
第二电压检测器(A/D转换器8)，该第二电压检测器检测不经过相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的两端电压；以及
故障检测器(主微控制器4)，该故障检测器通过比较由所述第一电压检测器检测到的检测值、与由所述第二电压检测器检测到的检测值，检测所述低通滤波器是否存在故障。
[2]根据条目[1]所述的电压检测装置，其中，所述第一电压检测器和所述第二电压检测器由单个模数转换器(8)形成；并且
所述电压检测装置还包括：
切换单元(转换开关7)，该切换单元将输入到模数转换器的电压在经由所述低通滤波器供应的所述单元电池的电压和不经过所述低通滤波器供应的所述单元电池的电压之中切换。
[3]一种均衡装置，包括：
根据条目[1]或[2]所述的电压检测装置；
放电电阻(放电电阻Rd)，该放电电阻分别连接到所述单元电池与所述低通滤波器的连接点；以及
均衡开关(均衡开关Q)，该均衡开关的每个都安置在相对应的所述单元电池的两端之间，并且串联连接到相对应的所述放电电阻，
其中，所述第二电压检测器检测在相对应的所述放电电阻与相对应的所述均衡开关的连接点的电压，来作为不经过相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的电压。
尽管通过参考具体实施例详细描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下能够做出各种改变和修改。
本申请基于于2012年9月21日递交的日本专利申请No.2012-208480，其公开的内容通过引用并入此处。
工业实用性
根据本发明的电压检测装置和均衡装置能够检测包括低通滤波器的电容的泄漏故障的故障。利用该优势，当应用到检测相互串联连接的多个单元电池中的每个单元电池的两端电压的电压检测装置和均衡装置的领域时，本发明是有用的。

Claims (3)

1.一种电压检测装置，该电压检测装置用于检测相互串联连接的多个单元电池中的每个单元电池的两端电压，该电压检测装置包括：
低通滤波器，该低通滤波器连接到各个所述单元电池，并且每个所述低通滤波器滤除相对应的所述单元电池的两端电压的高频分量；
第一电压检测器，该第一电压检测器连接到所述低通滤波器，所述低通滤波器连接到各个所述单元电池，并且该第一电压检测器检测经由相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的两端电压；
第二电压检测器，该第二电压检测器检测不经过相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的两端电压；以及
故障检测器，该故障检测器通过比较由所述第一电压检测器检测到的检测值、与由所述第二电压检测器检测到的检测值，检测所述低通滤波器是否存在故障。
2.根据权利要求1所述的电压检测装置，其中，所述第一电压检测器和所述第二电压检测器由单个模数转换器形成；并且
所述电压检测装置还包括：
切换单元，该切换单元将输入到模数转换器的电压在经由所述低通滤波器供应的所述单元电池的电压和不经过所述低通滤波器供应的所述单元电池的电压之中切换。
3.一种均衡装置，包括：
根据权利要求1或2所述的电压检测装置；
放电电阻，该放电电阻分别连接到所述单元电池与所述低通滤波器的连接点；以及
均衡开关，该均衡开关的每个都安置在相对应的所述单元电池的两端之间，并且串联连接到相对应的所述放电电阻，
其中，所述第二电压检测器检测在相对应的所述放电电阻与相对应的所述均衡开关的连接点的电压，来作为不经过相对应的所述低通滤波器供应的每个所述单元电池的电压。
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