CN110780206A - 电池监视设备 - Google Patents

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Abstract

一种电池监视设备，将端子部(2)与处理部(3)连接的连接部(4)包括插入各主线(Li)的均衡电阻(43)以及用于使第一端子(Tm+1)的主线(Lm+1)与第二端子(Tm+2)的主线(Lm+2)短路的0Ω电阻(46)。在端子部(2)中，第二端子(Tm+2)未被使用，并且与堆条(52)的高电位侧相邻的电池单元(Cm)连接在第一端子(Tm+1)与第三端子(Tm+3)之间。

Description

电池监视设备
技术领域
本发明涉及用于单独地对串联连接的多个电池单元进行监视的技术。
背景技术
在电动汽车、混合动力汽车等中使用的电池组，具有包括组合的多个电池堆的结构。每个电池堆具有包括串联连接的多个电池单元的结构。与在同一电池堆中将电池单元相互连接的汇流条(以下称为“单元条”)相比，将跨电池堆的电池单元相互连接的汇流条(以下称为“堆条”)更长，并且具有更大的电阻。
JP6111848B公开了一种技术，该技术独立于电池单元的电压对堆条的两端间的电压进行测量，并且基于检测到的电压值，对检测堆条所连接的耦合部件中的异常进行检测。
注意，独立地对电池单元的两端之间的电压和堆条的两端之间的电压进行检测的检测电路各自具有将电池单元或堆条连接的检测路径。相邻的检测路径构造成使得一个检测路径中的高电位侧的路径与另一个检测路径中的低电位侧的路径共享。在下文中，用于对堆条的两端之间的电压进行检测的检测电路所连接的检测路径被定义为堆检测路径，并且用于对电池单元的两端之间的电压进行检测的检测电路所连接到的检测路径被定义为单元检测路径。
然而，经发明人详细研讨的结果是，已经发现JP6111848B中公开的现有技术涉及这样的问题，即，当该技术应用于诸如电动车辆和插电式混合动力车辆这样的、电池的充放电电流大的车辆时，在与堆条相邻的电池单元中，两端之间的电压的检测值可能仍具有误差。
也就是说，在充放电电流大的车辆中，在堆条之间产生的电压变得非常高。特别是在电池放电期间，在堆条之间产生与电池电压相反方向的高负电压。然后，设置在堆检测路径中的寄生二极管导通，由此电流经由寄生二极管流入堆检测路径。其结果是，在与堆检测路径相邻的单元检测路径中，在与堆检测路径共享的路径上的电阻部件中发生电压降，并且在电池单元的两端之间的电压的检测值中可能包括误差。
发明内容
本公开的一个方面提供一种用于抑制因将电池堆相互连接的堆条的影响而引起的单元电压的检测误差的技术。
本公开的一个实施例是一种包括端子部、处理部和连接部的电池监视设备。
端子部具有M+1个连接端子，M为3以上的正整数。作为用于将电池堆或多个电池单元相互连接的汇流条的堆条连接在各个连接端子之间，以使电池单元串联连接。
处理部具有M个处理块，每个处理块针对每个相邻端子对而设置，假设i为1≤i≤M，并且相邻端子对是第i个连接端子和第(i+1)个连接端子的集合。M个处理块每个具有根据相邻端子对的端子间电压执行处理的处理电路和使相邻端子对的连接端子短路或断开的短路开关。
连接部将端子部与处理部连接。在此，在作为与堆条连接的相邻端子对的堆连接对中，位于高电位侧的连接端子被定义为第一端子。位于比第一端子更高电位侧并且与第一端子一起形成相邻端子对的连接端子被定义为第二端子，并且位于比第二端子更高电位侧并且与第二端子一起形成相邻端子对的连接端子被定义为第三端子。
连接部包括电阻和短路线。电阻针对每个连接端子而设置，并且被串联插入到每个作为从连接端子延伸到短路开关的导线的主线中。短路线使第一端子的主线与第二端子的主线短路。
在端子部中，第二端子未被使用，并且与堆条的高电位侧相邻的电池单元连接在第一端子与第三端子之间。
根据这样的构造，从将相邻端子对与处理部的导线中排除堆条，其中，所述电池单元与所述相邻端子对连接，所述处理部具有与相邻端子对相对应的处理块，由此能使抑制处理部中的处理精度因堆条的影响而劣化。
此外，第一端子和第二端子通过短路线短路，并且与堆条的高电位侧相邻的电池单元(下文中称为高电位侧单元)通过与包括第二端子和第三端子的相邻端子对相对应的处理块进行处理。
因此，可以抑制在执行高电位侧电池单元的处理的处理块处，因在堆连接对中出现负电压时流动的噪声电流的影响而导致的处理精度劣化。
也就是说，例如，通过电池单元的放电或来自外部的噪声，在堆条的两端处可能产生负电压。在产生这样的负电压时，噪声电流经由寄生二极管流动，所述寄生二极管是与堆连接对和堆条相对应的处理块形成的闭合回路中的短路开关所拥有的。该噪声电流在插入到第一端子的主线中的电阻两端产生电压降。具体而言，使用第一端子的主线的处理块受到噪声电流的影响。因此，不能使用该处理块，并且进一步地，与相邻高电位侧的第二端子和第三端子相对应的处理块被用于高电位侧单元的处理。因二，可以抑制在用于高电位侧单元的处理块处因噪声电流而导致的处理精度劣化。
应当理解，权利要求书中使用的括号内的附图标记表示与在随后将作为一个方面进行描述的各实施例中所描述的具体装置的对应关系，并且不旨在限制本公开的技术范围。
附图说明
在附图中：
图1是示出根据第一实施例的电池监视设备的构造的电路图；
图2是示出电池组中的电池堆之间和电池单元之间的连接状态的说明图；
图3是示出通道的基本构造的电路图；
图4是示出根据第二实施例的电池监视设备的构造的电路图；以及
图5是示出根据第三实施例的电池监视设备的构造的电路图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图，描述本公开的实施例。
[1.第一实施例]
[1-1.构造]
图1所示的电池监视设备1是与具有串联连接的多个电池单元C的电池组5连接并对各电池单元C的充电状态进行监视的设备。电池单元C是二次电池。
电池组5具有包括组合的多个电池堆51的结构。每个电池堆51具有包括串联连接的多个电池单元的结构。
如图2所示，在各电池单元C的上表面设置有正电极端子61和负电极端子62。属于同一电池堆51的多个电池单元C被布置成使得相邻的电池单元C在正电极端子61和负电极端子62的布置顺序方面相反。相邻的一个电池单元C的正电极端子61和另一个电池单元C的负电极端子62经由汇流条63(以下称为单元条)连接。
另外，多个电池堆51被布置成使得属于相邻的一个电池堆51的电池单元的正电极端子61和属于另一个电池堆51的电池单元C的负电极端子 62经由间隔件7彼此相对，并且经由汇流条52(在下文中称为堆条)连接。也就是说，堆条52具有横跨间隔件7的长度，并因此比单元条63更长，且具有更大的电阻部件。汇流条52、63是具有导电性的板状构件。
注意，在各个单元条63上，位于距连接到正电极端子61和负电极端子62的两端相等间隔处的位置用作与后文描述的连接端子相连接的连接点。从这些端子61、62至连接点的距离被定义为X。在堆条52上，分别与正电极端子61和负电极端子62相距距离X的两个点用作到与连接端子连接的连接点。
返回图1，电池监视设备1具有端子部2、处理部3和连接部4，这些部件2、3、4一体地构成在电子电路板上。
端子部2具有M+1个连接端子。M为3以上的整数。另外，i被定义为整数，使得1≤i≤M，并且由第i个连接端子Ti和第(i+1)个连接端子 Ti+1形成的端子对被定义为相邻的端子对PTi。
图1示出了当堆条52连接到第m个相邻端子对(下文称为堆端子对) PTm时，由与堆条52的每端相邻的两个电池单元C组成的总共四个电池单元Cm-2至Cm+1，以及与这些电池单元Cm-2至Cm+1和堆条52相关联的电路，m是整数，使得2≤m≤M-1。
在堆端子对PTm中，在连接到与堆条52相邻的电池单元Cm的负电极端子的一侧上的连接端子Tm+1被称为高电位侧，并且在连接到与堆条52 相邻的电池单元Cm-1的正电极端子的一侧上的连接端子Tm被称为低电位侧。在下文中，在堆端子对PTm中，在高电位侧的连接端子Tm+1被称为第一端子。位于比第一端子Tm+1更高电位侧并与第一端子Tm+1一起形成相邻端子对PTm+1的连接端子Tm+2被称为第二端子，位于比第二端子Tm+2更高电位侧并与第二端子Tm+2一起形成相邻端子对PTm+2的连接端子Tm+3被称为第三端子。
即，电池单元C连接到不具有第一端子Tm+1和第二端子Tm+2中一个的各相邻端子对PTi，并且还连接在第一端子Tm+1与第三端子Tm+3之间。在下文中，将第一端子Tm+1和第三端子Tm+3称为特定端子对PTe。
处理部3具有分别对应于M个相邻端子对PT的M个处理块B。处理部3具有M+1个共同端子CT和M个AD转换端子AT。对于转换端子CT 和AD转换端子AT，可以参考图3。处理部3可以由半导体集成电路实现。
处理块Bi全部以相同的方式构成，并且每个处理块都包括如图3所示的AD转换器31和短路开关32。另外，共同端子CTi、CTi+1和AD转换端子ATi对应于各个处理块Bi。
处理块Bi的AD转换器31将AD转换器端子ATi与共同端子CTi之间的电压转换成数字值，并将该值输出到未示出的外部设备。处理块Bi的短路开关32是根据来自外部设备的指令而被接通/断开操作的晶体管，并且其使共同端子CTi、CTi+1短路或断开。这一晶体管具有寄生二极管。当因某些原因使得共同端子CTi的电位变得高于共同端子CTi+1的电位，从而对晶体管施加反向电压时，共同端子CTi、CTi+1经由寄生二极管彼此电连接。
如图3所示，连接部4具有主线Li，所述主线Li是将连接端子Ti与共同端子CTi连接的M+1条导电线。处理块Bi的AD转换端子ATi与从主线 Li+1分支出的分支线LPi连接。在下文中，将相邻的端子对PTi、处理块Bi和将他们连接的连接部4的一部分总称为通道CHi。
熔丝41、电感器42和均衡电阻43沿从连接端子Ti朝向共用端子CTi的方向上依次串联连接于每个主线Li。
在各通道CHi中，在电感器42与均衡电阻43之间并联设置有将主线 Li与Li+1连接的齐纳二极管44和电容器45。齐纳二极管44具有与主线Li连接的阳极和与主线Li+1连接的阴极，并且齐纳二极管44在主线Li与主线 Li+1之间施加不低于击穿电压的正过电压时导通。
分支线LPi从主线Li+1上的电感器42与均衡电阻43之间分支出，并经由低通滤波器47而与AD转换端子ATi连接。
在各通道CHi中，电感器42和电容器45构成滤波电路。熔丝41对应于断路元件，齐纳二极管44对应于保护电路。
然而，包括堆连接对PTm的通道CHm和与堆连接对PTm的高电位侧相邻的两个通道CHm+1、CHm+2构造成与图3所示的基本构造不同。
如图1所示，在通道CHm中，使用串联连接以使他们的阳极彼此连接的两个齐纳二极管44来代替单个齐纳二极管44。即，通道CHm构造成不仅在主线Lm与主线Lm+1之间施加正过电压时，而且在主线Lm与主线Lm+1之间施加负过电压时，都将主线Lm、Lm+1电连接。
在作为位于通道CHm+1的高电位侧的主线且也作为位于通道CHm+2的低电位侧的主线的主线Lm+2上，如图1中的虚线所示，省略了熔丝41和电感器42的安装，并且进行设置以使得第二端子Tm+2和主线Lm+2不彼此电连接。
此外，在通道CHm+1中，省略了齐纳二极管44和电容器45的安装。相反，安装0Ω电阻46，以在主线Lm+1与主线Lm+2之间形成短路路径。也就是说，0Ω电阻46用于使处理块Bm+1的输入端短路，使得通道CHm+1变为未使用的通道，并且禁止外部设备使用处理块Bm+1。此外，连接在特定端子对PTe的连接端子之间的电池单元Cm、即与堆条52的高电位侧相邻的电池单元Cm的两端间的电压，通过通道CHm+2中的处理块Bm+2处理。
[1-2.操作]
在通道CHm、CHm+1和CHm+2以外的各通道CHi中，AD转换器31将与相邻端子对PTi连接的电池单元C的两端电压转换为数字值，并将该值输出到外部设备。
在通道CHm+2中，AD转换器31将连接到特定端子对PTe的电池单元 C的两端间的电压转换成数字值，并将该值输出到外部设备。
在通道CHm中，AD转换器31将连接到堆端子对PTm的堆条52的两端之间的电压转换成数字值并将该值输出到外部设备。
在通道CHm和CHm+1之外的各个通道、即对电池单元C两端间的电压进行检测的通道CH中，根据来自外部设备的指令，短路开关32被适当地接通/断开。具体而言，短路开关32被控制成使得两端之间具有相对高电压的电池单元C放电，从而对属于电池组5的电池单元C之间的两端之间的电压变化进行压缩。
电池单元C所连接的相邻端子对PTi或特定端子对PTe被定义为电池连接对。当在电池连接对的连接端子之间施加比齐纳二极管44的击穿电压高的正过电压时，齐纳二极管44在通道CHm+1以外的通道中被导电。因而，处理块B被保护免受这样的过电压。另外，此时能抑制通过经由齐纳二极管44流动的大电流导致的熔丝41的熔断，其导致大电流的连续流动。
不同于与电池单元C连接的相邻端子对PTi或特定端子对PTe，与堆条 52连接的堆连接对PTm不处于总是施加正电压的状态。因此，例如，由于外部噪声和电池组5的充放电操作，在堆条52的两端处可能产生负电压。通道CHm具有两个反向串联的齐纳二极管44，并因此保护处理块Bm免受正过电压和负过电压。
当在堆条52的两端产生负电压时，噪声电流Ino沿连接端子Tm、主线 Lm、短路开关的寄生二极管32、主线Lm+1和连接端子Tm+1的方向依次流动。该噪声电流Ino根据主线Lm+1上的均衡电阻43中的噪声电流Ino而产生误差电压ΔV，导致处理块Bm+1的低电位侧的电位变化。因此，在通道 CHm+1中的AD转换器31的检测结果中出现误差。另外，当必须流过大电流的电池组5例如在电动车辆中使用时，噪声电流Ino的影响更显著。
相反，主线Lm+1上的均衡电阻43不包括在闭环中，该闭环形成为具有通道CHm+2中的AD转换器31、与特定端子对PTe连接的电池单元Cm和0 Ω电阻46。因此，通道CHm+2中的AD转换器31不受流过通道CHm的噪声电流Ino的影响。
[1-3.效果]
以上详细描述的第一实施例提供了以下效果。
(1a)与堆连接对PTm相关联的通道CHm的高电位侧相邻的通道CHm+1被用作未使用的通道，并且与更高电位侧相邻的通道CHm+2执行与堆条52 的高电位侧相邻的单元Cm的处理。
因此，即使在堆条52的两端例如由于外部噪声和来自电池组5的放电而产生负电压，也可以抑制因负电压流动的噪声电流Ino的影响而导致的各个单元C的两端之间的电压的检测精度的劣化。
(1b)由于连接部4构成在电路板上，因此，只要切换各部件的安装，就可以任意地改变各通道CHi的电路构造。也就是说，不需要改变堆条52 连接到任何相邻端子对PTi的电路板的设计。因此，电池监视设备1的电路板能够在多种车辆中共用。
(1c)由于熔丝41和电感器42都不安装在未使用的第二端子Tm+2的主线Lm+2上，因此，即使电池单元C错误地连接在第二端子Tm+2与第一端子Tm+1之间，大电流也不会流经0Ω电阻46。其结果是，可以抑制因错误连接而导致的设备故障。
[2.第二实施例]
[2-1.与第一实施例的不同]
由于第二实施例在基本构造上类似于第一实施例，因此，以下将描述不同之处。由于与第一实施例中使用的附图标记相同的附图标记表示相同的构造，因此，参照前面的说明。
本实施例与第一实施例的不同之处在于对于特定端子对PTe的保护电路的构造。
如图4所示，本实施例的电池监视设备1a的不同之处在于连接部4a 的构造，特别是与特定端子对PTe相关的通道CHm+1的构造。具体而言，作为未使用的通道的通道CHm+1也设置有与0Ω电阻46并联的齐纳二极管 44。即，作为对于特定端子对PTe的保护电路，在第一实施例中，使用设置在通道CHm+2中的仅一个齐纳二极管44，在本实施例中，使用设置在通道CHm+1、CHm+2中的两个齐纳二极管44。
[2-2.操作]
在第一实施例中，在特定端子对PTe上施加比击穿电压高的正过电压时，通道CHm+2的齐纳二极管44导电，从而保护处理块Bm+2免受这样的过电压的影响。此时的短路电流流过0Ω电阻46。因连接有0Ω电阻46的事实，保护处理块Bm+1免受过电压以及过电流。然而，当0Ω电阻46在熔丝 41熔断之前被该短路电流断开时，短路电流流入处理块Bm+1。
另一方面，在本实施例中，即使0Ω电阻46被断开，通过对与0Ω电阻46并联连接的齐纳二极管44施加过电压，也会使齐纳二极管44导电。因此，禁止过电流流入处理块Bm+1。
[2-3.效果]
以上详细描述的第二实施例提供了上面描述的第一实施例的效果(1a) 至(1c)，并且进一步提供了以下效果。
(2a)由于齐纳二极管44也安装在未使用的通道CHm+1中，因此，可以保护处理部3并且由此保护电池监视设备1a免受由故障(即、0Ω电阻46 的断开)引起的缺陷。
[3.第三实施例]
[3-1.与第一实施例的不同]
由于第三实施例在基本构造上类似于第一实施例，因此，以下将描述不同之处。由于与第一实施例中使用的附图标记相同的附图标记表示相同的构造，因此，参照前面的说明。
本实施例与第一实施例和第二实施例的不同之处在于对于特定端子对 PTe的保护电路的构造。
如图5所示，本实施例的电池监视设备1b的不同之处在于连接部4b 的构造，特别是与特定端子对PTe相关的通道CHm+1和CHm+2的构造。具体而言，省略了将主线Lm与主线Lm+1连接的通道CHm+1和将主线Lm+1与主线Lm+2的通道CHm+2中的齐纳二极管44。相反，设置将主线Lm与主线 Lm+2连接的齐纳二极管44b。
[3-2.操作]
在第二实施例的情况下，当特定端子对PTe产生过电压时，在特定端子对PTe的连接端子间的过电压达到击穿电压的2倍以上之前，不使未使用的通道CHm+1中的齐纳二极管44处于击穿状态。因此，熔丝41熔断所需的时间可能比在过电压被施加到其他通道CHi的情况下更长。
另一方面，在本实施例中，设置将与特定端子对PTe对应的主线Lm与主线Lm+2直接连接的齐纳二极管44。因此，在与用于其他通道CHi的齐纳二极管相同的时间内，齐纳二极管44处于击穿状态，进而熔丝41熔断。
[3-3.效果]
以上详细描述的第三实施例提供了上述第一实施例的效果(1a)至(1c) 和效果(2a)，并且进一步提供了以下效果。
(3a)与其他通道CH中的结构相比，可以抑制对于在对应于特定端子对PTe的通道CHm+1、CHm+2中的过电压的保护而发生延迟，并且可以进一步提高设备的可靠性。
[4.其他实施例]
以上已经描述了本公开的各实施例，但是本公开不限于上面描述的各实施例，并且可以以各种变形例来实现。
(4a)在上面描述的各实施例中，已经说明了各个处理块Bi所具有的处理电路是AD转换器31的情况。然而，本公开并不局限于这些情况。只要包括根据相邻端子对PTi的两端之间的电压执行处理的电路就可以。
(4b)在如上面描述的各实施例中，由一个部件实现的多个功能可以由多个部件实现，或者由一个部件实现的一个功能可以由多个部件实现。此外，由多个部件实现的多个功能可以由一个部件实现，或者由多个部件实现的一个功能可以由一个部件实现。此外，可以省略如上面描述的各实施例的一部分构造。此外，如上面描述的各实施例的至少一部分构造可以被添加到如上面描述的各实施例的任何其他构造中，或是用如上面描述的各实施例的任何其他构造所代替。落入由权利要求书的措辞特定的技术思想内的所有方面是本公开的实施例。
(4c)除了上面描述的电池监视设备1、1a、1b之外，本公开可以以各种形式实现，诸如包括电池监视设备1、1a、1b作为部件的系统。

Claims (6)

1.一种电池监视设备，包括：
端子部(2)，所述端子部(2)具有M+1个连接端子，M设为3以上的正整数，其中，作为用于将电池堆(51)或多个电池单元(C)相互连接的汇流条的堆条(52)在各个所述连接端子之间被连接，以使所述电池单元串联连接；
处理部(3)，所述处理部(3)具有M个处理块(Bi)，每个处理块(Bi)针对每个相邻端子对(PTi)而设置，假设i设为1≤i≤M，并且所述相邻端子对是第i个所述连接端子和第i+1个所述连接端子的集合，其中，M个所述处理块每个具有根据所述相邻端子对的端子间电压进行处理的处理电路(31)和将所述相邻端子对的所述连接端子短路或断开的短路开关(32)；以及
连接部(4)，所述连接部(4)将所述端子部与所述处理部连接，其中，
在作为与所述堆条连接的所述相邻端子对的堆连接对(PTm)中，位于高电位侧的所述连接端子被定义为第一端子(Tm+1)，位于比所述第一端子更高电位侧且与所述第一端子一起形成所述相邻端子对的所述连接端子被定义为第二端子(Tm+2)，并且位于比所述第二端子更高电位侧且与所述第二端子一起形成所述相邻端子对的所述连接端子被定义为第三端子(Tm+3)，其中，
所述连接部包括：
电阻(43)，所述电阻(43)针对每个所述连接端子而设置，并被串联插入到每个从所述连接端子延伸到所述短路开关的导线、即主线(L)中；以及
短路线(46)，所述短路线(46)使所述第一端子的主线(Lm+1)与所述第二端子的主线(Lm+2)短路，
在所述端子部中，所述第二端子未被使用，并且与所述堆条的所述高电位侧相邻的所述电池单元连接在所述第一端子与所述第三端子之间。
2.如权利要求1所述的电池监视设备，其特征在于，
将与所述电池单元连接的成对的所述连接端子定义为电池连接对，其中，
所述连接部还包括：
保护电路(44)，所述保护电路(44)分别设置在所述电池连接对和所述堆连接对中，并且当所述电池连接对的所述端子间电压超过预设的容许范围时，将所述电池连接对的所述连接端子电连接；以及
断路元件(41)，所述断路元件(41)设置在与所述第二端子以外的所述连接端子相关联的每个所述主线上，通过在所述保护电路致动时流过的电流，使所述主线断路。
3.如权利要求2所述的电池监视设备，其特征在于，
设置在所述第一端子与所述第三端子之间的所述保护电路具有连接在所述第二端子的所述主线与所述第三端子的所述主线之间的齐纳二极管。
4.如权利要求2所述的电池监视设备，其特征在于，
设置在所述第一端子与所述第三端子之间的所述保护电路具有分别连接在所述第一端子的所述主线与所述第二端子的所述主线之间以及连接在所述第二端子的所述主线与所述第三端子的所述主线之间的两个齐纳二极管。
5.如权利要求2所述的电池监视设备，其特征在于，
设置在所述第一端子与所述第三端子之间的所述保护电路具有连接在所述第二端子的所述主线与所述第三端子的所述主线之间的齐纳二极管。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电池监视设备，其特征在于，
所述处理电路是将所述相邻端子对的所述端子间电压转换成数字值的模拟/数字转换器。
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