CN108780121A - 管理装置和电源装置 - Google Patents

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松原智之
古川公彦
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Abstract

为了提供一种能够更可靠地进行断线检测的技术，管理装置(30)具备电压检测电路(32)和多个电容电路(CA1～CA4)。电压检测电路(32)通过电压检测线(L1～L5)而与串联连接的多个单元(S1～S4)的各节点连接，用于检测所述多个单元(S1～S4)各自的电压。多个电容电路(CA1～CA4)分别连接在与各单元(S1～S4)连接的两根电压检测线之间。与相邻的两个单元对应的两个电容电路具有互不相同的电容值。

Description

管理装置和电源装置
技术领域
本发明涉及一种管理电池等蓄电模块的状态的管理装置和具备该管理装置的电源装置。
背景技术
近年，混合动力车(HV)、插电式混合动力车(PHV)、电动汽车(EV)越来越普及。在这些车中搭载二次电池来作为关键设备。作为车载用二次电池，主要普及有镍氢电池和锂离子电池。预测在今后能量密度高的锂离子电池会加速普及。
锂离子电池的常用区域与使用禁止区域接近，因此需要比其它种类的电池更严格的电压管理。在使用多个锂离子电池单元串联连接而成的电池组的情况下，设置用于检测各电池单元的电压的电压检测电路(例如参照专利文献1)。在连接各电池单元与电压检测电路的电压检测线之间，连接有用于应对ESD(Electro-Static Discharge：静电放电)的电容元件和滤波用的电容元件中的至少任一方。被检测的各电池单元的电压使用于充放电控制和单元电压的均等化控制等。
专利文献1：日本特开2001-116776号公报
发明内容
发明要解决的问题
电池组的电压检测线的断线检测是系统的故障检测的必须项目。但是，在某个电压检测线发生了断线的情况下，与该电压检测线连接的相邻的两个电池单元的电压之和被电容值相等的两个电容元件分压。因此，供给到电压检测电路的各电压与没有发生断线的情况下的各电压大致相同。因而，在电压检测线之间连接有电容元件的情况下，仅检测各电池单元的电压是难以进行断线检测的。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够更可靠地进行断线检测的技术。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的某个方式的管理装置具备：电压检测电路，其通过电压检测线而与串联连接的多个单元的各节点连接，用于检测所述多个单元中的各个单元的电压；以及多个电容电路，所述多个电容电路分别连接在与各单元连接的两根电压检测线之间。与相邻的两个单元对应的两个电容电路具有互不相同的电容值。
发明的效果
根据本发明，能够更可靠地进行断线检测。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的电源装置的结构的电路图。
图2的(a)是用于说明在图1的电源装置中电压检测线L2发生了断线且进行了充电的情况下的动作的电路图，图2的(b)是表示图2的(a)的电路的电压的变化的图。图2的(c)是用于说明在比较例的电源装置中电压检测线L2发生了断线且进行了充电的情况下的动作的电路图，图2的(d)是表示图2的(c)的电路的电压的变化的图。
图3的(a)是用于说明在图1的电源装置中电压检测线L2发生了断线且进行了放电的情况下的动作的电路图，图3的(b)是表示图3的(a)的电路的电压的变化的图。图3的(c)是用于说明在比较例的电源装置中电压检测线L2发生了断线且进行了放电的情况下的动作的电路图，图3的(d)是表示图3的(c)的电路的电压的变化的图。
具体实施方式
图1是表示一个实施方式所涉及的电源装置100的结构的电路图。电源装置100例如能够作为混合动力车、电动车等的动力源搭载于车辆。电源装置100具备电池组(蓄电模块)10和电池管理装置(管理装置)30。电池组10与电池管理装置30之间通过线束20连接。
电池组10具有串联连接的多个电池单元(单元)。在本实施方式中，对串联连接的四个电池单元S1～S4进行说明，省略其它电池单元的图示和说明。另外，将电池的类别假定为锂离子电池。搭载于混合动力车、电动汽车的主流的电池组10为200V以上的电池组，大多将60个以上的电池单元串联使用。在电池组10的两端之间连接有省略了图示的负载和充电电路。电池组10向负载放电，还利用充电电路进行充电。
电池管理装置30具备多个电容电路CA1～CA4、电压检测电路32以及控制电路34。关于电池管理装置30也是，对与电池单元S1～S4对应的结构进行说明，省略与其它电池单元对应的结构的图示和说明。电池管理装置30管理电池组10。电池管理装置30例如构成在印刷电路板上。
多个电池单元S1～S4的各节点通过电压检测线L1～L5而与电压检测电路32的多个电压输入端子VP1～VP5分别连接。在电池管理装置30的内部，电压检测线L1～L5由印刷配线构成，在电池管理装置30的外部，电压检测线L1～L5由线束20构成。
多个电容电路CA1～CA4分别连接在与各电池单元S1～S4连接的两根电压检测线之间。即，电容电路CA1连接在与电池单元S1连接的两根电压检测线L1、L2之间。电容电路CA2～CA4也同样地进行连接。
多个电容电路CA1～CA4各自包括用于吸收伴随静电放电产生的放电脉冲的静电放电保护电路和具有规定的频率特性的低通滤波器电路。即，电容电路CA1包括静电放电保护电路E1和低通滤波器电路LP1。电容电路CA2～CA4也具有同样的结构。
静电放电保护电路E1～E4分别包括第一电容元件C1～C4。多个第一电容元件C1～C4为ESD保护元件。因此，第一电容元件C1～C4的电容值被设定为能够确保所需的静电耐压的值。多个第一电容元件C1～C4分别连接在与各电池单元S1～S4连接的两根电压检测线之间。在图1所示的例子中，第一电容元件C1连接在电压检测线L1与电压检测线L2之间。同样地，第一电容元件C2、第一电容元件C3、第一电容元件C4分别连接在电压检测线L2与电压检测线L3之间、电压检测线L3与电压检测线L4之间、电压检测线L4与电压检测线L5之间。即，多个第一电容元件C1～C4分别连接在对应的电池单元的两端之间。第一电容元件C1～C4配置在比电阻R1～R5靠电池单元S1～S4的一侧。
与相邻的两个电池单元S1、S2对应的两个第一电容元件C1、C2的电容值互不相同。与相邻的两个电池单元S2、S3对应的两个第一电容元件C2、C3的电容值互不相同。与相邻的两个电池单元S3、S4对应的两个第一电容元件C3、C4的电容值互不相同。像这样，与相邻的两个电池单元对应的两个静电保护电路具有电容值互不相同的第一电容元件。
此外，也可以是，与间隔一个电池单元设置的多个电池单元S1、S3对应的多个第一电容元件C1、C3的电容值实质上相等。也可以是，与间隔一个电池单元设置的多个电池单元S2、S4对应的多个第一电容元件C2、C4的电容值实质上相等。通过使电容元件的电容值实质上相等，能够使硬件共用化，从而能够期待成本降低等效果。
电容值只要满足这样的关系即可，并无特别限定，例如可以是，第一电容元件C1、C3的电容值约为0.1μF，第一电容元件C2、C4的电容值约为0.01μF。
多个电压检测线L1～L5经由低通滤波器电路LP1～LP4而与电压检测电路32的多个电压输入端子VP1～VP5分别连接。低通滤波器电路LP1～LP4用于抑制电压检测线L1～L5的噪声。在图1所示的例子中，由RC电路构成低通滤波器。具体地说，低通滤波器电路LP1～LP4各自包括电阻和第二电容元件。多个电压检测线L1～L5与电阻R1～R5分别串联连接。多个第二电容元件C11～C14在比电阻R1～R5靠电压检测电路32的一侧分别连接在与各电池单元S1～S4连接的两根电压检测线之间。也就是说，第二电容元件C11、第二电容元件C12、第二电容元件C13、第二电容元件C14分别连接在电压检测线L1与电压检测线L2之间、电压检测线L2与电压检测线L3之间、电压检测线L3与电压检测线L4之间、电压检测线L4与电压检测线L5之间。各电阻R1～R5的电阻值实质上相等。各第二电容元件C11～C14的电容值实质上相等。
像这样，与相邻的两个电池单元对应的两个电容电路具有互不相同的电容值。电容电路CA1的电容值为第一电容元件C1的电容值与第二电容元件C2的电容值之和。电容电路CA2～CA4的电容值也同样。另外，可以将与间隔一个电池单元设置的多个电池单元S1、S3对应的多个电容电路CA1、CA3的电容值设为实质上相等。可以将与间隔一个电池单元设置的多个电池单元S2、S4对应的多个电容电路CA2、CA4的电容值设为实质上相等。
电压检测电路32与串联连接的多个电池单元S1～S4的各节点连接，用于检测多个电池单元S1～S4各自的电压。具体地说，电压检测电路32检测多个电压输入端子VP1～VP5各自的电压。检测出的电池单元S1～S4的各电压被传递到控制电路34。电压检测电路32由专用的定制IC即ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等构成。
控制电路34参照从电压检测电路32获取到的电压来进行单元电压的均等化控制等电池控制。另外，控制电路34当检测到电池单元S1～S4的各电压的异常时，将表示电压的异常的异常探测信号通知给未图示的上位的控制装置。上位的控制装置当被通知异常探测信号时，进行使电池组10的充放电停止等必要的应对。具体地说，控制电路34在多个电池单元S1～S4中的某个电池单元的电压比第一检测电压UV低或者比第二检测电压OV高的情况下，输出异常探测信号。第二检测电压OV比第一检测电压UV高。控制电路34由CPU或逻辑电路构成，或者由CPU与逻辑电路的组合构成。
说明在这样的电源装置100中电池单元S1～S4与第一电容元件C1～C4之间的电压检测线L1～L5中的某个电压检测线发生了断线的情况下的动作。在此，假定电压检测线L2在线束20的部分发生了断线。以下的电压等的数值为用于进行说明的一例，不特别限定为这些数值。
图2的(a)是用于说明在图1的电源装置100中电压检测线L2发生了断线且进行了充电的情况下的动作的电路图，图2的(b)是表示图2的(a)的电路的电压的变化的图。在图2的(a)中，上部分的电路仅示出电源装置100中的与以下说明相关联的部分，下部分的电路为上部分的电路的等效电路。电容元件C12x为第一电容元件C1与C2的合成电容。
如图2的(b)所示，假定充电前的电池单元S1、S2的各电压Vs为4V，从时刻t1到t2，通过充电使各电压Vs增加至4.3V。即，各电池单元S1、S2的通过充电而产生的电压变化量ΔV为0.3V。
与发生了断线的电压检测线L2连接的两个第一电容元件C1、C2中的电容值相对小的第一电容元件C2的通过充电而产生的电压变化量ΔV2比电容值相对大的第一电容元件C1的通过充电而产生的电压变化量ΔV1大。在图示的数值例中，当考虑电容元件C12x来进行计算时，ΔV1为0.0546V，ΔV2为0.546V。另外，ΔV2比ΔV大。
因而，如图2的(b)所示，在充电后即时刻t2之后，由电压检测电路32检测出的第一电容元件C2的两端之间的电压V2为4.546V，比电池单元S2的实际的电压Vs(＝4.3V)高。第二检测电压OV为4.4V。
另外，在时刻t2之后，由电压检测电路32检测出的第一电容元件C1的两端之间的电压V1为4.0546V，比电池单元S1的实际的电压Vs(＝4.3V)低，但省略了图示。
像这样，在电池组10充电后，尽管电池单元S1、S2的各电压Vs比第二检测电压OV低，但电容值小的第一电容元件C2的两端的电压V2比第二检测电压OV高。因此，控制电路34能够输出异常探测信号。
图2的(c)是用于说明在比较例的电源装置中电压检测线L2发生了断线且进行了充电的情况下的动作的电路图，图2的(d)是表示图2的(c)的电路的电压的变化的图。如图2的(c)所示，在比较例中，多个第一电容元件的电容值实质上相等，其它结构与本实施方式相同。
如图2的(d)所示，在比较例中，第一电容元件C1、C2的电容值彼此相等，因此在充电后第一电容元件C2的两端的电压V2也与电池单元S2的电压Vs相等。因而，在该定时不输出异常探测信号。当重复进行充电或放电而使得电池单元S1、S2的电压Vs互不相同时，导致电压V2与电池单元S2的电压Vs不同。导致电压V1也与电池单元S1的电压Vs不同。因此，对于没有检测出正确的电压Vs的电池单元S1、S2，不能正确地控制其电压Vs。因而，随着时间经过，具有电池单元S1、S2的电压Vs比第二检测电压OV高的可能性。
在本实施方式中，在发生断线后，能够在电池单元S2的电压Vs变得比第二检测电压OV高之前输出异常探测信号，因此，相比于比较例能够提早进行使电池组10的充放电停止等必要的应对。
图3的(a)是用于说明在图1的电源装置100中电压检测线L2发生了断线且进行了放电的情况下的动作的电路图，图3的(b)是表示图3的(a)的电路的电压的变化的图。
假定放电前的电池单元S1、S2的各电压Vs为3V，从时刻t3到t4，通过放电使各电压Vs下降至2.7V。即，各电池单元S1、S2的通过放电而产生的电压变化量ΔV为0.3V。
与发生断线的电压检测线L2连接的两个第一电容元件C1、C2中的电容值小的第一电容元件C2的通过放电而产生的电压变化量ΔV2比电容值大的第一电容元件C1的通过放电而产生的电压变化量ΔV1大。在图示的数值例中，ΔV1为0.0546V，ΔV2为0.546V。另外，ΔV2比ΔV大。
因而，如图3的(b)所示，在放电后即时刻t4之后，由电压检测电路32检测出的第一电容元件C2的两端之间的电压V2为2.454V，比电池单元S2的实际的电压Vs(＝2.7V)低。第一检测电压UV为2.5V。
像这样，在电池组10放电后，尽管电池单元S1、S2的各电压Vs比第一检测电压UV高，但电容值小的第一电容元件C2的两端的电压V2比第一检测电压UV低。因此，控制电路34能够输出异常探测信号。
第一电容元件C1、C3的电容值与第一电容元件C2、C4的电容值之差越大，则发生了断线的情况下的通过充电或放电而产生的电压的变化量越大。因此，能够更可靠地进行断线检测。
图3的(c)是用于说明在比较例的电源装置中电压检测线L2发生了断线且进行了放电的情况下的动作的电路图，图3的(d)是表示图3的(c)的电路的电压的变化的图。
如图3的(d)所示，在比较例中，第一电容元件C1、C2的电容值彼此相等，因此在放电后第一电容元件C2的两端的电压V2也与电池单元S2的电压Vs相等。因而，在该定时不输出异常探测信号。随着时间经过，具有电池单元S1、S2的电压Vs比第一检测电压UV低的可能性。
在本实施方式中，在发生断线后，能够在电池单元S2的电压Vs变得比第一检测电压UV低之前输出异常探测信号，因此，相比于比较例能够提早进行必要的应对。
如以上所说明的那样，根据本实施方式，在发生了断线的情况下，通过多个电池单元S1～S4的充电或放电，能够使与发生了断线的电压检测线连接的两个第一电容元件中的电容值小的第一电容元件的电压变化量比电池单元的电压变化量ΔV大。由此，控制电路34能够输出异常探测信号。因而，在电压检测线之间连接有第一电容元件C1～C4的情况下，能够更可靠地进行断线检测。
另外，只要如前述的那样设定作为ESD保护元件的多个第一电容元件C1～C4的电容值就能够实现电池管理装置30，因此无需对前述的比较例追加新的电路元件。另外，也不存在电池管理装置30的消耗电流相对于比较例增加的风险。另外，即使第一电容元件C1、C3的电容值与第一电容元件C2、C4的电容值不同，对电压检测电路32的电压检测特性也几乎没有影响。
并且，第一电容元件C1～C4的电容值有两种，因此与使用一种电容值的第一电容元件的比较例相比，能够抑制成本的增加，并且能够抑制制造工序变得复杂。
以上基于实施方式对本发明进行了说明。这些实施方式是例示性的，本领域人员应该理解的是，这些各构成要素、各处理工艺的组合存在各种变形例，另外，这样的变形例也包括在本发明的范围中。
在上述的实施方式中，说明了使用电池管理装置30来管理车载用二次电池的例子。关于该点，电池管理装置30也能够应用于管理固定型的蓄电系统内的蓄电模块的用途。另外，多个电池单元S1～S4也可以为双电层电容器等电容器(Condenser)。
另外，只要与相邻的两个电池单元对应的两个第一电容元件的电容值互不相同即可，对多个第一电容元件C1～C4的电容值的关系并无特别限定。例如，也可以是，使与间隔两个电池单元设置的电池单元对应的多个第一电容元件的电容值实质上相等，还可以是，所有的第一电容元件C1～C4的电容值均不相同。
另外，对与关于作为ESD保护元件的多个第一电容元件C1～C4相邻的两个电池单元对应的两个第一电容元件的电容值互不相同的一例进行了说明。关于该点，也可以是多个第一电容元件C1～C4的电容值实质上相等，与关于构成低通滤波器的多个第二电容元件C11～C14相邻的两个电池单元对应的两个第二电容元件的电容值互不相同。在该情况下，为了使多个低通滤波器的截止频率各不相同，以满足所需的噪声去除特性的方式设定电容值即可。
并且，也可以是，与相邻的两个电池单元对应的两个第一电容元件的电容值互不相同，且与相邻的两个电池单元对应的两个第二电容元件的电容值互不相同。在该情况下，考虑与同一个电池单元对应的第一电容元件和第二电容元件的合成电容值，使与相邻的两个电池单元对应的两个合成电容值互不相同即可。
此外，实施方式也可以通过以下的项目来确定。
[项目1]
一种管理装置(30)，其特征在于，具备：电压检测电路(32)，其通过电压检测线(L1～L5)而与串联连接的多个单元(S1～S4)的各节点连接，用于检测所述多个单元(S1～S4)各自的电压；以及多个电容电路(CA1～CA4)，所述多个电容电路分别连接在与各单元(S1～S4)连接的两根电压检测线(L1与L2、L2与L3、L3与L4、L4与L5)之间，其中，与相邻的两个单元(S1和S2、S2和S3、S3和S4)对应的两个电容电路(CA1和CA2、CA2和CA3、CA3和CA4)具有互不相同的电容值。
由此，能够更可靠地进行断线检测。
[项目2]
根据项目1所述的管理装置(30)，其特征在于，与间隔一个单元设置的单元(S1和S3、S2和S4)对应的多个电容电路(CA1和CA3、CA2和CA4)具有实质上相等的电容值。
据此，电容电路(CA1～CA4)的电容值有两种，因此能够抑制成本的增加，并且能够抑制制造工序变得复杂。
[项目3]
根据项目1或2所述的管理装置(30)，其特征在于，所述多个电容电路(CA1～CA4)的各电容电路包括：静电放电保护电路(E1～E4)，其用于吸收伴随静电放电产生的放电脉冲；以及低通滤波器电路(LP1～LP4)，其具有规定的频率特性，其中，与相邻的两个单元(S1和S2、S2和S3、S3和S4)对应的两个静电保护电路(E1和E2、E2和E3、E3和E4)具有电容值互不相同的ESD保护元件(C1和C2、C2和C3、C3和C4)。
据此，能够在使低通滤波器电路(LP1～LP4)的频率特性实质上相等的基础上，使两个电容电路(CA1和CA2、CA2和CA3、CA3和CA4)具有互不相同的电容值，因此能够使得对电压检测电路(32)的电压检测特性几乎没有影响。
[项目4]
一种电源装置(100)，其特征在于，具备：蓄电模块(10)，其由多个单元(S1～S4)串联连接而成；以及根据项目1至3中的任一项所述的管理装置(30)，其管理所述蓄电模块(10)。
据此，能够提供一种能够更可靠地进行断线检测的电源装置(100)。
附图标记说明
S1～S4：电池单元；L1～L5：电压检测线；CA1～CA4：电容电路；E1～E4：静电放电保护电路；C1～C4：第一电容元件；LP1～LP4：低通滤波器电路；C11～C14：第二电容元件；R1～R5：电阻；10：电池组；30：电池管理装置；32：电压检测电路；34：控制电路；100：电源装置。

Claims (4)

1.一种管理装置，其特征在于，具备：
电压检测电路，其通过电压检测线而与串联连接的多个单元的各节点连接，用于检测所述多个单元各自的电压；以及
多个电容电路，所述多个电容电路分别连接在与各单元连接的两根电压检测线之间，
其中，与相邻的两个单元对应的两个电容电路具有互不相同的电容值。
2.根据权利要求1所述的管理装置，其特征在于，
与间隔一个单元设置的单元对应的多个电容电路具有实质上相等的电容值。
3.根据权利要求1或2所述的管理装置，其特征在于，
所述多个电容电路的各电容电路包括：静电放电保护电路，其用于吸收伴随静电放电产生的放电脉冲；以及低通滤波器电路，其具有规定的频率特性，
其中，与相邻的两个单元对应的两个静电保护电路具有电容值互不相同的静电放电保护元件。
4.一种电源装置，其特征在于，具备：
蓄电模块，其由多个单元串联连接而成；以及
根据权利要求1至3中的任一项所述的管理装置，其管理所述蓄电模块。
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