CN105723230A - 蓄电池监视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄电池监视装置。蓄电池监视装置包括：与分别连接在蓄电池的正极和负极上的一对电压检测线分别连接的一对测量线，与测量线并联地分别与一对电压检测线连接的一对调整线；连接在一对测量线之间的第一电容元件；连接在一对调整线之间的第二电容元件；和连接在第二电容元件的两端之间的开关。以在电压检测线断线的情况下，在使开关闭合并在规定的短路时间之后断开后一对测量线之间的电压持续变化的方式，设定第一电容元件和第二电容元件的电容值。

Description

蓄电池监视装置

技术领域

本发明涉及蓄电池监视装置。

背景技术

以往，以提高可处理性和结构的简化为目的，将使用二次电池的电池单体多个串联连接成为电池组。已知在这样的电池组中，各电池单体使用锂离子电池的情况下，在各电池单体上连接电压检测线来测量电压，基于该测量结果检测各电池单体的状态，进行电池组的管理的方法。

在上述电池组的管理方法中，因电压检测线的断线等而在电池单体与电压测量电路之间发生连接不良时，不能够正确地测量电池单体的电压，因此不能正确地管理电池组。于是，作为解决它的手段，已知下述专利文献1这样的连接不良的检测方法。在该方法中，使分别与电池单体的正极和负极连接的电压检测线之间经由电阻短路规定时间，之后解除短路来检测电压检测线之间的电压是否大致是短路状态的电压，从而判断是否连接不良。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2001-157367号公报

发明内容

发明要解决的问题

一般而言，与电池单体连接的电压检测线上，连接有用于去除噪声的噪声滤波器。因此，在上述专利文献1中记载的连接不良的检测方法中，如果在发生了连接不良时使电压检测线之间短路，则电压检测线之间的电压降低至被判断为连接不良的电压需要与噪声滤波器的时间常数对应的放电时间。从而，为了检测连接不良所需要的短路时间变长，存在电力损失相应地增大的问题。

用于解决问题的手段

本发明的蓄电池监视装置包括与分别连接在蓄电池的正极和负极上的一对电压检测线分别连接的一对测量线；与测量线并联地与一对电压检测线分别连接的一对调整线；连接在一对测量线之间的第一电容元件；连接在一对调整线之间的第二电容元件；和连接在第二电容元件的两端之间的开关，设定第一电容元件和第二电容元件的电容值，使得在电压检测线断线的情况下，在使开关闭合且在规定的短路时间之后使其断开后一对测量线之间的电压持续变化。

发明效果

根据本发明，能够缩短检测连接不良所需要的短路时间，减少电力损失。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的蓄电池监视装置100的结构的图。

图2是表示断线检测处理中的测量线142的电位变动的例子的图。

图3是表示电压检测线212断线的情况下开关132被切换成接通状态时的测量线142的电位变动的状况的详情的图。

图4是表示与电压检测线212断线时的电压变动相关的部分的电路结构的图。

符号说明

100蓄电池监视装置

110调整侧滤波电路

111、112、113电阻元件

114、115电容元件

120测量侧滤波电路

121、122、123电阻元件

124、125电容元件

131、132开关

141、142、143测量线

151、152、153调整线

160电压测量部

170断线检测部

200电池组

201、202电池单体

211、212、213电压检测线

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的一个实施方式。

图1是表示本发明的一个实施方式的蓄电池监视装置100的结构的图。蓄电池监视装置100经由电压检测线211、212和213与电池组200连接。

电池组200具有电池单体201和202。电池单体201、202是分别使用锂离子电池等二次电池构成的蓄电池，通过对未图示的负载供给电力而放电。此外，能够使用从未图示的充电装置等供给的电力，对电池单体201、202充电。

电压检测线211与电池单体201的正极连接，电压检测线212与电池单体201的负极和电池单体202的正极连接，电压检测线213与电池单体202的负极连接。这样，电压检测线211、212、213分别与构成电池组200的各电池单体201、202的正极和负极连接。

蓄电池监视装置100包括：分别与电压检测线211、212、213对应地设置的测量线141、142、143和调整线151、152、153；调整侧滤波电路110；测量侧滤波电路120；电压测量部160；和断线检测部170。

在蓄电池监视装置100中，在电压检测线211上并联地连接有测量线141和调整线151。测量线141与电压测量部160连接，调整线151与开关131连接。在电压检测线212上并联地连接有测量线142和调整线152。测量线142与电压测量部160连接，调整线152与开关131、132连接。在电压检测线213上并联地连接有测量线143和调整线153。测量线143与电压测量部160连接，调整线153与开关132连接。

开关131、132的动作由电压测量部160控制。例如，通过分别使开关131、132闭合而使电池单体201、202放电，进行电池单体201、202的充电容量的平衡。此外，在后述的断线检测处理中，交替地进行分别使开关131、132闭合并在规定的短路时间之后断开的动作。

调整侧滤波电路110是用于去除分别从电压检测线211、212、213流入调整线151、152、153的噪声的电路，由电阻元件111、112、113和电容元件114、115构成。如图1所示，电阻元件111、112、113分别设置在调整线151、152、153上。此外，电容元件114设置在调整线151与调整线152之间，电容元件115设置在调整线152与调整线153之间。

测量侧滤波电路120是用于去除分别从电压检测线211、212、213流入测量线141、142、143的噪声的电路，由电阻元件121、122、123和电容元件124、125构成。如图1所示，电阻元件121、122、123分别设置在测量线141、142、143上。此外，电容元件124设置在测量线141与测量线142之间，电容元件125设置在测量线142与测量线143之间。

电压测量部160控制开关131、132的动作，并且对测量线141与测量线142之间的电压V1、以及测量线142与测量线143之间的电压V2进行测量。在断线检测处理中，电压测量部160使开关131、132交替地闭合断开，之后测量电压V1、V2。然后，对断线检测部170输出测量出的电压V1、V2。

断线检测部170从电压测量部160输入电压V1、V2的测量结果，对它们与规定的阈值电压Vth进行比较。基于该比较结果，检测电压检测线211、212、213的断线。

其中，图1中例示了与由2个电池单体201、202构成的电池组200连接的蓄电池监视装置100的结构，但连接有本发明的蓄电池监视装置的电池组的电池单体的个数不限定于图1的例子。在本发明的蓄电池监视装置中，与构成作为监视对象的蓄电池的电池单体的个数无关地，如图1所示那样使电压检测线分别与各电池单体的正极和负极连接，在该各电压检测线上连接有测量线和调整线。而且，在各测量线和各调整线上，设置了组合电阻元件和电容元件而成的滤波电路，并且在相邻的调整线彼此之间设置了开关。

接着，对于在蓄电池监视装置100中执行的断线检测处理进行说明。蓄电池监视装置100根据规定的时序和来自外部的指示来执行用于检测电压检测线211、212、213的断线的断线检测处理。在该断线检测处理中，如上所述，通过电压测量部160，分别使开关131、132闭合并在规定的短路时间之后断开，而后，对测量线141与测量线142之间的电压V1、以及测量线142与测量线143之间的电压V2进行测量。基于这样测量出的电压V1、V2，用断线检测部170判断电压检测线211、212、213是否断线。

图2是表示断线检测处理中的测量线142的电位变动的例子的图。

断线检测处理开始时，开关131、132交替地被切换成接通状态。此处如图2所示，假设从开关132最初被切换成接通状态起至下一次被切换成接通状态为止的期间，电压检测线212断线。

在该情况下，开关132被切换成接通状态时，位于测量线142与测量线143之间的电容元件125放电，测量线142的电位逐渐降低。此时，在电压测量部160中，测量电压V1增大，测量电压V2减小。

之后，开关131被切换成接通状态时，经由电压检测线211从电池单体201供给电流，位于测量线142与测量线143之间的电容元件125被充电。其结果，测量线142的电位上升至测量线141的电位附近。此时，在电压测量部160中，测量电压V1减小，测量电压V2增大。

进而，之后，在电压检测线212未断线的状态下，开关132被切换成接通状态时，测量线142的电位恢复到与经由电压检测线212连接的电池单体202的正极和电池单体201的负极对应的电位。此时，在电压测量部160中，测量电压V1、V2是正常时的电压。

如以上所说明的那样，在电压检测线212断线的情况下，与开关131、132的切换动作对应地，测量电压V1、V2分别降低。因此，在断线检测部170中，对该测量电压V1、V2与规定的阈值电压Vth分别进行比较，判断测量电压V1、V2是否不到(小于)阈值电压Vth，由此能够检测出电压检测线212的断线。此外，在其他电压检测线211、213断线的情况下，也能够用相同的方法进行断线检测。

图3是表示电压检测线212断线的情况下开关132被切换成接通状态时的测量线142的电位变动的状况的详情的图。

在时刻t1，开关132从断开状态被切换成接通状态时，位于测量线142与测量线143之间的电容元件125开始放电，并且位于调整线152与调整线153之间的电容元件115也开始放电。此时，因为电容元件115不经过电阻元件地与开关132直接连接，所以在短时间放电。另一方面，因为电容元件125经由设置在测量线142、143上的电阻元件122、123和设置在调整线152、153上的电阻元件112、113与开关132连接，所以比电容元件115更迟缓地放电。因此，如图3所示，调整线152的电位先降低，测量线142的电位迟缓地降低。

此处，如图3所示，假设在电容元件125的放电还未完成、测量线142的电位正在下降的中途，在时刻t2，开关132从接通状态被切换成断开状态。在该情况下，因为电荷从电容元件125向已经放电的电容元件115移动，所以电容元件125继续放电，另一方面，电容元件115被充电。因此，测量线142的电位持续降低，调整线152的电位开始上升。

测量线142的电位与调整线152的电位一致时，电容元件125的放电和电容元件115的充电完成。在之后的时刻t3，通过用电压测量部160获取测量线142与测量线143的电位差作为测量电压V2，能够基于它检测出电压检测线212的断线。

通过将电容元件125和电容元件115的电容值分别设定为适当的值，如以上所说明的那样，即使在使开关132从接通状态被切换成断开状态之后，也能够使电容元件125继续放电。由此，与在电容元件125放电完成后使开关132断开的现有的方法相比，能够缩短开关132的短路时间。因此，能够减少开关132为接通状态时产生的电力损失。

接着，对于电容元件125和电容元件115的电容值的设定方法进行说明。图4是表示图1的结构中与电压检测线212断线时的电压变动相关的部分的电路结构的图。

如图4所示，在开关132内存在内部电阻，将该内部电阻的值表示为Rsw。此外，将开关132的两端电压、即调整线152与调整线153之间的电压表示为开关端电压Vsw。

电压检测线212未断线时，从图1的电池单体202经由电压检测线212、213分别对测量线142与测量线143之间、以及调整线152与调整线153之间施加与电池单体202的充电状态对应的电压。以下将该电压表示为初始电压V0。

当电压检测线212断线时，如果开关132被切换成接通状态，则如上述那样，电容元件125、115分别开始放电。将从开关132接通后的经过时间表示为t时，能够用该经过时间t作为变量，分别用下式(1)、(2)表示测量电压V2的时间函数V2(t)和开关端电压Vsw的时间函数Vsw(t)。

V2(t)＝V0*exp(-t/τm)……(1)

Vsw(t)＝V0*exp(-t/τb)……(2)

式(1)中，τm是电容元件125的放电时间常数，能够用下式(3)表示。式(3)中，Rmeas2、Rmeas3分别表示电阻元件122、123的电阻值，Rbal2、Rbal3分别表示电阻元件112、113的电阻值，Cmeas表示电容元件125的电容值。

τm＝(Rmeas2+Rbal2+Rsw+Rbal3+Rmeas3)*Cmeas……(3)

此外，在式(2)中，τb是电容元件115的放电时间常数，能够用下式(4)表示。在式(4)中，Cbal表示电容元件115的电容值。

τb＝Rsw*Cbal……(4)

在上述式(3)、(4)中，一般而言，由于Rmeas2、Rmeas3、Rbal2、Rbal3>>Rsw，所以可知电容元件125的电容值Cmeas与电容元件115的电容值Cbal是相同程度的情况下，τm>>τb。

在式(2)中，直到电容元件115放电后到开关端电压Vsw成为大致0V的时间一般是用式(4)表示的放电时间常数τb的5倍左右。另一方面，电容元件125放电后到测量电压V2成为大致0V需要用式(3)表示的放电时间常数τm的5倍左右的时间，而如上所述，τm>>τb。因此，可知如图3所说明的那样，通过在电容元件115的放电完成之后，在电容元件125正在放电时使开关132断开而使其继续放电，与现有的在电容元件125的放电完成之后使开关132断开的情况相比，能够大幅缩短开关132的短路时间。

如上所述，在电容元件125正在放电时使开关132断开，之后如果经过足够的时间，则测量线142的电位与调整线152的电位一致而成为稳定状态。该稳定状态下的测量电压V2的大小与初始电压V0和开关132的短路时间对应地变化。将在稳定状态下测量电压V2能取得的最大值表示为V2st时，该最大值V2st能够用下式(5)求取。在式(5)中，Vmax表示初始电压V0的最大值、即电压检测线212未断线的情况下的测量线142、143之间的最大电压。

V2st＝Vmax*Cmeas/(Cbal+Cmeas)……(5)

如果用上述式(5)表示的测量电压V2的最大值V2st低于上述阈值电压Vth，在断线检测部170中，能够正确地检测出电压检测线212的断线。从而，通过以满足以下不等式(6)的方式，设定电容元件125的电容值Cmeas和电容元件115的电容值Cbal，能够用图3说明的方法，进行电压检测线212的断线检测。

Cmeas/(Cbal+Cmeas)＜Vth/Vmax……(6)

一般而言，阈值电压Vth设定为比电池单体202的过放电电压低的值。从而，在例如电池单体202的过放电电压是2V、Vmax＝5V的情况下，在至少满足Cbal＞1.5*Cmeas的关系的范围内，根据阈值电压Vth来设定电容元件125的电容值Cmeas和电容元件115的电容值Cbal。例如，在Vth＝0.5V、Vmax＝5V的情况下，通过使Cbal＞9*Cmeas，能够满足式(6)的关系。

另外，在上述说明中，说明了电压检测线212断线的情况的例子，但其他电压检测线211、213断线的情况下也是相同的。即，通过与上述电容元件115、125同样地设定电容元件114、124的电容值，在电压检测线211、213的断线检测中，也能够缩短开关131、132的短路时间，减少电力损失。进而，通过与电池单体的个数无关地在与各电池单体连接的每一条电压检测线上分别连接测量线和调整线，如上所述地设定构成各测量线和各调整线的滤波电路的电容元件的电容值，能够减少各电压检测线的断线检测中的电力损失。

根据以上说明的实施方式，能够实现以下的作用效果。

(1)蓄电池监视装置100包括：与分别连接至作为蓄电池的电池单体202的正极和负极的一对电压检测线212、213分别连接的一对测量线142、143；与测量线142、143并联地、分别与电压检测线212、213连接的一对调整线152、153；在测量线142、143之间连接的电容元件125；在调整线152、153之间连接的电容元件115；和在电容元件115的两端之间连接的开关132。在该电路结构中，电容元件125的电容值Cmeas和电容元件115的电容值Cbal设定成，在电压检测线212断线的情况下，在使开关132闭合并在规定的短路时间之后断开后，测量线142、143之间的测量电压V2持续变化。因此，能够缩短检测出电压检测线212的连接不良所需要的短路时间，减少电力损失。

(2)电容元件125的电容值Cmeas和电容元件115的电容值Cbal，基于电压检测线212未断线的情况下的测量线142、143之间的最大电压Vmax、以及用于检测电压检测线212的断线的规定的阈值电压Vth，以满足上述不等式(6)的方式设定。这样，在电压检测线212断线的情况下，在使开关132闭合并在规定的短路时间之后断开后，能够使测量线142、143之间的测量电压V2持续变化直到不足阈值电压Vth。因此，能够可靠地检测出电压检测线212的断线。

(3)蓄电池监视装置100包括：在使开关131、132闭合并在短路时间之后断开后，对测量线141、142之间的电压V1和测量线142、143之间的电压V2进行测量的电压测量部160；和对用电压测量部160测量出的电压V1、V2与阈值电压Vth进行比较，基于该比较结果检测电压检测线211、212、213的断线情况的断线检测部170。因此，在电压检测线211、212、213断线的情况下，能够可靠地检测出该断线。

此外，以上说明的实施方式和变形例只是一例，只要不损害发明的特征，本发明就不限定于这些内容。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种蓄电池监视装置，其特征在于，包括：

一对测量线，其与分别连接在蓄电池的正极和负极上的一对电压检测线分别连接；

一对调整线，其与所述测量线并联地与所述一对电压检测线分别连接；

第一电容元件，其连接在所述一对测量线之间；

第二电容元件，其连接在所述一对调整线之间；和

开关，其连接在所述第二电容元件的两端之间，

设定所述第一电容元件的电容值Cmeas和所述第二电容元件的电容值Cbal，使得在所述电压检测线断线的情况下，在使所述开关闭合且在规定的短路时间之后使其断开后所述一对测量线之间的电压持续变化，

所述第一电容元件的电容值Cmeas和所述第二电容元件的电容值Cbal设定成满足基于在所述电压检测线未断线的情况下所述一对测量线之间的最大电压Vmax和用于检测所述电压检测线的断线的规定阈值电压Vth的下述式：

Cmeas/(Cbal+Cmeas)＜Vth/Vmax，

所述蓄电池监视装置还包括：

电压测量部，其在使所述开关闭合且在所述短路时间之后使其断开后测量所述一对测量线之间的电压；和

断线检测部，其对由所述电压测量部测量出的电压与所述阈值电压Vth进行比较，基于该比较结果检测所述电压检测线的断线。

2.(删除)

3.(删除)

Claims (3)

1.一种蓄电池监视装置，其特征在于，包括：

一对测量线，其与分别连接在蓄电池的正极和负极上的一对电压检测线分别连接；

一对调整线，其与所述测量线并联地与所述一对电压检测线分别连接；

第一电容元件，其连接在所述一对测量线之间；

第二电容元件，其连接在所述一对调整线之间；和

开关，其连接在所述第二电容元件的两端之间，

设定所述第一电容元件的电容值Cmeas和所述第二电容元件的电容值Cbal，使得在所述电压检测线断线的情况下，在使所述开关闭合且在规定的短路时间之后使其断开后所述一对测量线之间的电压持续变化。

2.如权利要求1所述的蓄电池监视装置，其特征在于：

所述第一电容元件的电容值Cmeas和所述第二电容元件的电容值Cbal设定成满足基于在所述电压检测线未断线的情况下所述一对测量线之间的最大电压Vmax和用于检测所述电压检测线的断线的规定阈值电压Vth的下述式：

Cmeas/(Cbal+Cmeas)＜Vth/Vmax。

3.如权利要求2所述的蓄电池监视装置，其特征在于，还包括：

电压测量部，其在使所述开关闭合且在所述短路时间之后使其断开后测量所述一对测量线之间的电压；和

断线检测部，其对由所述电压测量部测量出的电压与所述阈值电压Vth进行比较，基于该比较结果检测所述电压检测线的断线。