CN115152120A - 电源装置 - Google Patents

Abstract

可靠地判定电池模块的故障。电源装置具备：多个电池模块(2)，包括故障判定部(21)，对故障与正常进行判定并利用“高”与“低”的信号来输出故障与正常；故障传输线(3)，与各个电池模块(2)的故障判定部(21)连接而成；以及模块故障判定电路(1)，连接于故障传输线(3)，且对电池模块(2)的故障与正常进行判定。模块故障判定电路(1)具备：电压判定电路(4)，对故障传输线(3)的“高”“低”进行判定；阻抗检测电路(5)，检测相对于地线(23)的阻抗；以及运算电路(6)，根据电压判定电路(4)和阻抗检测电路(5)的输出，来判定电池模块(2)的故障与正常以及故障传输线(3)的异常。

Description

电源装置

技术领域

本发明涉及具备多个电池模块的电源装置，尤其涉及将各个电池模块的故障与正常利用故障传输线传输至模块故障判定电路而成的电源装置。

背景技术

具备多个电池模块的电源装置能够增多电池模块的个数而增大充放电容量而成为大输出，因此被用于电动车辆、蓄电装置等电源装置。该电源装置检测各个电池模块的故障，以保证稳定的动作(参照专利文献1)。

以上的电源装置在各个电池模块设置进行自我诊断的故障判定部来判定故障与正常，各个电池模块将故障判定部连接于故障传输线，并连接于对所有的电池模块的故障与正常进行判定的模块故障判定电路，从而能监视所有的电池模块的状态。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-087129号公报

发明内容

-发明所要解决的课题-

电源装置能利用模块故障判定电路来判定各个电池模块的故障。该电源装置能将设置在各个电池模块的故障判定部连接于故障传输线，从而通过模块故障判定电路来检测哪一个电池模块发生了故障。在该电源装置中，与故障传输线连接的各个电池模块的故障判定部在正常的状态下输出“高”信号，在故障状态下输出“低”信号，模块故障判定电路在故障传输线为“高”的状态下将所有的电池模块判定为正常，在故障传输线为“低”的状态下判定为某一个电池模块发生了故障。通过故障传输线的“高”“低”来判定故障与正常的电源装置，在故障传输线非正常的状态、例如故障传输线的接触不良、断线等状态下检测“高”“低”，无法准确地判定电池模块的故障与正常。因此，仅通过“高”“低”来判定电池模块的故障的电源装置，始终无法准确地判定电池模块的故障与正常。

本发明是以进一步消除以上的缺点为目的而被开发出来的，本发明的目的之一在于，提供一种能可靠地判定电池模块的故障的电源装置。

-用于解决课题的手段-

本发明的某方式所涉及的电源装置具备：包括故障判定部的多个电池模块，该故障判定部判定故障与正常并利用“高”与“低”的信号来输出故障与正常；故障传输线，与各个电池模块的故障判定部连接；以及模块故障判定电路，与故障传输线连接，对电池模块的故障与正常进行判定。模块故障判定电路具备：电压判定电路，对故障传输线的“高”“低”进行判定；阻抗检测电路，检测地线所对应的阻抗；以及运算电路，根据电压判定电路与阻抗检测电路的输出，来判定电池模块的故障与正常和故障传输线的异常。

-发明效果-

以上的电源装置具有能更可靠地检测电池模块的故障的优点。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的电源装置的框图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明。另外，在以下的说明中，根据需要使用表示特定的方向、位置的用语(例如，“上”、“下”以及包括这些用语的其他用语)，但这些用语的使用是为了使得参照附图的发明的理解变得容易，并非是利用这些用语的含义来限制本发明的技术范围。此外，多个附图中出现的相同符号的部分表示相同或同等的部分或者构件。

进而，以下所示的实施方式表示本发明的技术思想的具体例，并未限定本发明。此外，以下所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特定的记载，则并不是将本发明的范围仅限定于此的意思，仅仅只是意图进行例示。此外，在一个实施方式、实施例中说明的内容也能应用于其他实施方式、实施例。此外，附图所示的构件的大小、位置关系等，为了使说明明确，有时会有所夸张。

本发明的第一实施方式的电源装置具备：包括故障判定部的多个电池模块，该故障判定部判定故障与正常并利用“高”与“低”的信号来输出故障与正常；故障传输线，与各个电池模块的故障判定部连接而成；以及模块故障判定电路，连接于故障传输线，且对电池模块的故障与正常进行判定。模块故障判定电路具备：电压判定电路，对故障传输线的“高”“低”进行判定；阻抗检测电路，检测相对于地线的阻抗；以及运算电路，根据电压判定电路和阻抗检测电路的输出，来判定电池模块的故障与正常以及故障传输线的异常。

以上的电源装置具有能更可靠地检测电池模块的故障的优点。尤其是，能可靠地检测电池模块的故障与正常以及故障传输线的异常。这是因为，在以上的电源装置中，根据对故障传输线的“高”“低”进行判定的电压判定电路和相对于地线的阻抗进行检测的阻抗检测电路的输出，运算电路判定电池模块的故障与正常以及故障传输线的异常。

本发明的第二实施方式的电源装置具备：上拉电源，经由上拉电阻而连接于故障传输线的终端部，将故障传输线的电压上拉至“高”，故障判定部具备短路开关，该短路开关通过故障与正常中的任一方将故障传输线连接于地线并设为“低”。

本发明的第三实施方式的电源装置在故障判定部对电池模块的故障进行判定的状态下，将短路开关设为导通状态，将故障传输线连接于地线并设为“低”。

本发明的第四实施方式的电源装置具备：电压判定电路，其具备第一开关元件，该第一开关元件检测故障传输线的“低”状态而成为导通状态，检测故障传输线的“高”状态和比设定阻抗高的高阻抗而成为截止状态；以及阻抗检测电路，其具备第二开关元件，该第二开关元件检测故障传输线的“高”状态而成为导通状态，检测故障传输线的“低”状态和比设定阻抗高的高阻抗而切换为截止状态。该电源装置的运算电路在第一开关元件处于截止状态且第二开关元件处于导通状态时，将电池模块判定为正常，在第一开关元件处于导通状态且第二开关元件处于截止状态时，将电池模块判定为异常，在第一开关元件和第二开关元件的截止状态中，判定为故障传输线的异常。

以上的电源装置，由于运算电路通过电压判定电路的第一开关元件和阻抗检测电路的第二开关元件的导通状态和截止状态，来判定电池模块的故障与正常以及故障传输线的异常，因此具有能简单且可靠地检测电池模块的故障、故障传输线的异常的优点。

在本发明的第五实施方式的电源装置中，第一开关元件为p沟道的FET，FET将漏极作为输出，将源极连接于电源，将栅极经由输入电阻连接于电源并且经由二极管而连接于故障传输线，二极管将从栅极侧流向故障传输线的电流以正向的朝向连接。

在本发明的第六实施方式的电源装置中，第二开关元件为n沟道的FET，FET将源极作为输出，将栅极经由输入电阻连接于地线并且经由齐纳二极管连接于故障传输线，齐纳二极管将从栅极流向故障传输线的电流设为正向的朝向，将从故障传输线的“高”电平电压减去齐纳电压而得到的电压输入栅极，由此将齐纳电压设定成使FET为导通状态的电压。

(实施方式1)

图1的电源装置100具备：多个电池模块2；故障传输线3，与各个电池模块2连接；以及模块故障判定电路1，根据故障传输线3的“高”“低”来判定电池模块2的故障与正常，进而根据故障传输线3的阻抗来判定故障传输线3的异常。

(电池模块2)

电池模块2内置多个能充电的电池单体(未图示)，还具备安装对电池单体的电压、剩余容量等进行检测的保护电路等的电路基板(未图示)等。电池模块2具备对处于正常的状态还是发生了故障进行判定的故障判定部21。故障判定部21例如对电池单体、电路基板等故障进行检测，以将故障传输线3的连接端子22设为“高”或者“低”。故障判定部21将短路开关24连接在连接端子22与地线23之间。短路开关24能使用FET、晶体管等半导体开关元件，但图1的故障判定部21将短路开关24设为FET24A，在判定为故障的状态下向栅极输入导通电压，将FET24A切换为导通状态，在正常的状态下将FET24A的栅极电压设为截止电压，以将FET24A设为截止状态。

(故障传输线3)

故障传输线3在终端部经由上拉电阻25与上拉电源10的正极侧连接，在短路开关24截止的状态下，故障传输线3的连接端子22成为“高”。图1的电源装置100将上拉电源10设置于模块故障判定电路1，并经由电源线9与上拉电阻25，连接于故障传输线3的终端。电源装置100并未特定上拉电源10的电压，但例如设定为12V。

电池模块2的故障判定部21的短路开关24的FET24A在正常的状态下成为截止状态，因此在电池模块2正常的状态下将连接端子22设为“高”电平。在电池模块2的故障状态下，短路开关24的FET24A被切换为导通状态，因此在故障判定部21判定为故障的状态下，连接端子22通过短路开关24的FET24A而连接于地线23，由此成为“低”电平。

各个电池模块2将故障判定部21的连接端子22连接于故障传输线3。因此，若任一个电池模块2的故障判定部21检测出故障并将短路开关24切换为导通状态，则经由导通状态的短路开关24，故障传输线3与地线23连接而成为“低”电平。在所有的电池模块2正常地动作的状态下，所有的电池模块2的短路开关24被保持为截止状态，故障传输线3被保持为“高”状态。

(模块故障判定电路1)

模块故障判定电路1具备：电压判定电路4，判定故障传输线3的“高”“低”；阻抗检测电路5，检测故障传输线3的相对于地线23的阻抗；以及运算电路6，根据电压判定电路4和阻抗检测电路5的输出来判定电池模块2的故障与正常以及故障传输线3的异常。

(电压判定电路4)

电压判定电路4检测故障传输线3的电压来判定各个电池模块2的故障与正常。电压判定电路4具备第一开关元件11，其检测故障传输线3的“低”状态而成为导通状态，检测“高”状态而成为截止状态。第一开关元件11为p沟道的FET11A。该FET11A将漏极作为输出侧而连接于运算电路6，将源极连接于电源13，将栅极经由输入电阻14而连接于电源13、并且经由二极管15而连接于故障传输线3。二极管15将从栅极侧流向故障传输线3的电流以正向的朝向连接。

以上的电压判定电路4根据故障传输线3的电压的“高”电平且在二极管15中没有电流流动，p沟道的FET11A的栅极连接于源极而成为截止状态。若故障传输线3成为“低”电平，则从电源13经由输入电阻14和正向的二极管15而对故障传输线3通电，向FET11A的栅极输入相对于电源13为负的导通电压，FET11A成为导通状态。此外，由于故障传输线3在异常的状态下成为高阻抗，因此无法从电源13沿二极管15的正向对高阻抗的故障传输线3通电，FET11A的栅极成为“高”，FET11A成为截止状态。该电压判定电路4仅在电池模块2发生了故障的状态、即任一个电池模块2发生了故障的状态下，第一开关元件11的FET11A成为导通状态，从FET的漏极将“高”信号输出至运算电路6。在所有的电池模块2为正常的状态、或者故障传输线3为异常的状态下，第一开关元件11的FET11A成为截止状态，不输出“高”。

(阻抗检测电路5)

阻抗检测电路5具备第二开关元件12。第二开关元件12检测出故障传输线3的“高”电平而被切换为导通，检测出故障传输线3的“低”电平和高阻抗而被切换为截止。进行以上动作的第二开关元件12为n沟道的FET12A，该FET12A将漏极作为输入侧而连接于电源16，并且将源极作为输出侧而连接于运算电路6，栅极经由输入电阻17连接于地线19且经由齐纳二极管18连接于故障传输线3。齐纳二极管18将从栅极流向故障传输线3的电流作为正向的朝向，根据故障传输线3的“低”电平将FET12A设为截止状态。进而，将从故障传输线3的“高”电平电压减去齐纳电压而得到的电压输入至FET12A的栅极，由此齐纳二极管18的齐纳电压设定成使FET12A成为导通状态的电压。此外，齐纳二极管18的齐纳电压在故障传输线3为高阻抗的状态下，被设定得比从电压判定电路4的电源13经由正向的二极管15而被输入的电压还高。

以上的阻抗检测电路5在故障传输线3为“高”电平的状态下，经由齐纳二极管18向FET12A的栅极输入导通电压，由此FET12A成为导通状态。在故障传输线3为“低”电平的状态下，栅极经由齐纳二极管18和输入电阻17与地线23连接，FET12A的栅极电压成为截止电压而成为截止状态。进而，若因故障传输线3的断线、接触不良，故障传输线3成为高阻抗状态，则FET12A的栅极在故障传输线3中不与地线23连接，但经由输入电阻17与地线23连接，栅极电压成为截止电压，从而被切换为截止状态。作为第二开关元件12的FET12A在导通状态下从源极向运算电路6输出“高”电平，在截止状态下源极不与漏连接，由此不会输出“高”电平。

(运算电路6)

运算电路6检测电压判定电路4的第一开关元件11和阻抗检测电路5的第二开关元件12的导通截止，即检测从电压判定电路4和阻抗检测电路5输出的“高”信号，来判定电池模块2的故障和故障传输线3的异常。运算电路6在以下的状态下判定电池模块2和故障传输线3的故障。

1.在电压判定电路4的第一开关元件11为截止状态、阻抗检测电路5的第二开关元件12为导通状态而输出“高”的状态下，将所有的电池模块2判定为正常。

2.在电压判定电路4的第一开关元件11为导通状态而输出“高”，阻抗检测电路5的第二开关元件12为截止状态时，判定为某一个电池模块2异常。

3.在电压判定电路4的第一开关元件11和阻抗检测电路5的第二开关元件12双方均处于截止状态，且从双方未输出“高”的状态下，判定为故障传输线3的异常。

-产业上的可利用性-

本发明能有效利用于具备多个电池模块的大输出的电源装置的用途。

-符号说明-

100...电源装置

1...模块故障判定电路

2...电池模块

3...故障传输线

4...电压判定电路

5...阻抗检测电路

6...运算电路

9...电源线

10...上拉电源

11...第一开关元件

11A...FET

12...第二开关元件

12A...FET

13...电源

14...输入电阻

15...二极管

16...电源

17...输入电阻

18...齐纳二极管

19...地线

21...故障判定部

22...连接端子

23...地线

24...短路开关

24A...FET

25...上拉电阻。

Claims (6)

1.一种电源装置，其特征在于，具备：

多个电池模块，包括故障判定部，该故障判定部对故障与正常进行判定并利用“高”与“低”的信号来输出故障与正常；

故障传输线，与各个所述电池模块的所述故障判定部连接而成；以及

模块故障判定电路，连接于所述故障传输线，且对所述电池模块的故障与正常进行判定，

所述模块故障判定电路具备：

电压判定电路，对所述故障传输线的“高”“低”进行判定；

阻抗检测电路，检测相对于地线的阻抗；以及

运算电路，根据所述电压判定电路和所述阻抗检测电路的输出，来判定所述电池模块的故障与正常以及所述故障传输线的异常。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，

所述电源装置具备：上拉电源，经由串联电阻连接于所述故障传输线的终端部，以将故障传输线的电压上拉至“高”，

所述故障判定部具备短路开关，该短路开关根据故障与正常中的任一方将所述故障传输线连接于地线并设为“低”。

3.根据权利要求2所述的电源装置，其中，

所述故障判定部在对所述电池模块的故障进行判定的状态下，

将所述短路开关设为导通状态，将所述故障传输线连接于地线并设为“低”。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其中，

所述电压判定电路具备第一开关元件，该第一开关元件检测所述故障传输线的“低”状态而成为导通状态，检测所述故障传输线的“高”状态和比设定阻抗高的高阻抗而成为截止状态，

所述阻抗检测电路具备第二开关元件，该第二开关元件检测所述故障传输线的“高”状态而被切换为导通状态，检测所述故障传输线的“低”状态和比设定阻抗高的高阻抗而被切换为截止状态，

所述运算电路，

在所述第一开关元件处于截止状态且所述第二开关元件为导通状态时，将所述电池模块判定为正常，

在所述第一开关元件处于导通状态且所述第二开关元件为截止状态时，将所述电池模块判定为异常，

在所述第一开关元件与第二开关元件的截止状态下，判定为所述故障传输线的异常。

5.根据权利要求4所述的电源装置，其中，

所述第一开关元件为p沟道的FET，

所述FET将漏极作为输出，将源极连接于电源，将栅极经由输入电阻连接于电源并且将栅极经由二极管连接于所述故障传输线，

所述二极管将从所述栅极侧流向所述故障传输线的电流以正向的朝向连接而成。

6.根据权利要求4或5所述的电源装置，其中，

所述第二开关元件为n沟道的FET，

所述FET将源极作为输出，将栅极经由输入电阻连接于地线并且将栅极经由齐纳二极管连接于所述故障传输线，

所述齐纳二极管将从所述栅极流向所述故障传输线的电流设为正向的朝向，

将从故障传输线的“高”电平电压减去齐纳电压而得到的电压输入栅极，由此将齐纳电压设定成使FET为导通状态的电压而成。

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