專利名稱：電池組電壓檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在包括多個串聯(lián)連接的單元電池(unit cells)并且輸出預定的電 壓的電池組中，檢測每一單元電池的輸出電壓是否正常的電壓檢測裝置。更具體地，本發(fā)明 涉及一種診斷與電壓測量相關的各種裝置是否正常地工作的方法。
背景技術：
例如，安裝在混合動力車輛或者電動車輛上的二次電池包括串聯(lián)連接的多個單元 電池，每一單元電池輸出預定的電壓。例如，二次電池在串聯(lián)連接電路的兩端產(chǎn)生200V的 高壓并且使用所產(chǎn)生的電力來驅(qū)動驅(qū)動馬達。在這樣的包括串聯(lián)連接的多個單元電池的電 池組中，每一單元電池有時隨著時間而劣化。為了快速地檢測并且修復劣化的電池,常規(guī)電 池組設置有檢測每一單元電池的充電電壓是否正常的電壓檢測裝置。
專利技術文獻I中描述了一種這樣的常規(guī)電壓檢測裝置。在專利技術文獻I的公 開中，通過A/D轉換器使恒定的模擬基準電壓數(shù)字化，并且將數(shù)字化了的電壓的數(shù)據(jù)與基 準數(shù)據(jù)比較。如果數(shù)字化的電壓的數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)匹配，則判定A/D轉換器正常，并且否 則，判定A/D轉換器異常。
引用列表
專利文獻
專利技術文獻1:日本專利文獻JP2010-58244A 發(fā)明內(nèi)容
在專利技術文獻I中描述的電壓檢測裝置能夠檢測測量組成電池組的多個電池 組電池的電壓的A/D轉換器的異常，但是不能檢測設置在電池組電池和A/D轉換器之間的 各種測量設備中發(fā)生的異常。
做出本發(fā)明以解決上述的常規(guī)問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種電池組電壓檢 測裝置，該電池組電壓檢測裝置能夠高精度地檢測測量電池塊的電壓的裝置的異常。
為了實現(xiàn)上述的目的，為包括串聯(lián)連接電路和在該串聯(lián)連接電路的兩端產(chǎn)生預期 電壓的電池組而設置根據(jù)本發(fā)明第一方面的電壓檢測裝置，所述串聯(lián)連接電路具有串聯(lián)連 接的兩個或更多個電池塊，該電壓檢測裝置用于檢測每一個電池塊的輸出電壓，每一個電 池塊包括一個或更多個單元電池，所述電壓檢測裝置包括電壓選擇器，該電壓選擇器通過 連接線而連接到所述電池塊的正電極端子，并且該電壓選擇器基于在該正電極端子處產(chǎn)生 的電壓來選擇每一個電池塊的輸出電壓；第一開關，該第一開關分別設置在所述正電極端 子和所述連接線之間；A/D轉換器，該A/D轉換器用于將由所述電壓選擇器選擇的輸出電壓 的信號數(shù)字化；基準電壓輸出單元，該基準電壓輸出單元能夠向各所述連接線提供不同電 平的基準電壓；第二開關，該第二開關用于在從所述基準電壓輸出單元向各所述連接線輸 出的所述基準電壓的供給與切斷之間切換；控制器，在檢測所述電池塊的所述輸出電壓的 過程中，該控制器執(zhí)行接通第一開關并且斷開第二開關的控制；并且在對電壓選擇器和A/D轉換器的故障診斷的過程中，該控制器斷開第一開關并且接通第二開關；以及故障檢測 器，該故障檢測器基于從所述A/D轉換器輸出的電壓信號來判定是否所述電壓選擇器和所 述A/D轉換器中的至少一個故障。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電壓檢測裝置中，優(yōu)選地，所述基準電壓輸出單元包 括與每一個連接線對應的串聯(lián)連接電路，該串聯(lián)連接電路各自具有兩個電阻器，在每一個 所述串聯(lián)連接電路的所述兩個電阻器之間的中間點被連接到相關連接線，每一個所述串聯(lián) 連接電路的一端被連接到DC電源，并且通過設定每一個串聯(lián)連接電路的所述兩個電阻器 的合適的電阻器值，設定供給到相關連接線的電壓。
在以上情況中，優(yōu)選地，所述串聯(lián)連接電路連接到共用的DC電源。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電壓檢測裝置中，每一個電池塊可以只由一個單元電 池組成。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電壓檢測裝置中，電池組可以是安裝在車輛上的二次 電池。
利用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電壓檢測裝置，在診斷電壓選擇器和A/D轉換器的 過程中，將具有預定電壓值的基準電壓施加到連接線上并且通過A/D轉換器將該基準電壓 數(shù)字化，并且基于數(shù)字化了的電壓信號診斷電壓選擇器和A/D轉換器。因此，可以檢測與電 壓測量相關的整個測量裝置的異常并且能夠執(zhí)行快速和高精度的異常檢測。


圖1是說明了根據(jù)第一實施例的電池組電壓檢測裝置的構造的電路圖。
圖2是說明了根據(jù)第一實施例的電池組電壓檢測裝置的處理操作的流程圖。
圖3是說明了根據(jù)第一實施例改進的電池組電壓檢測裝置的構造的電路圖。
具體實施方式
在下文中，給出了參考附圖對于實施例的描述。
圖1是說明了根據(jù)第一實施例的電池組電壓檢測裝置和連接到電壓檢測裝置的 電池組的構造的框圖。如圖1中所示的，例如，電池組51用作對電動車輛設置的二次電池， 并且包括串聯(lián)連接的四個單元電池BTl至BT4(例如，鋰離子電池)。在第一實施例中，為了 方便說明，圖示了四個單元電池BTl至BT4，但是單元電池的數(shù)量可以是一個，兩個，三個， 五個，或者更多。
圖1中所示的電壓檢測裝置包括用于選擇每一單元電池BTl至BT4的輸出電壓 的多路器；用于將由多路器12選擇的電壓信號電平移位的電平移位器11 ;用于使電平移位 了的電壓信號數(shù)字化的A/D轉換器13 ;以及設置在A/D轉換器13的下游的控制器14。
控制器14基于從A/D轉換器13輸出的電壓信號判定所測量的電壓是否異常。如 果判定所測量的電壓為異常，則控制器14向設置在下游的警報裝置(未示出)等輸出警報 信號。而且，在診斷多路器12和A/D轉換器13的操作的過程中，控制器14將轉換信號輸 出到稍后描述的開關SWll至SW14 (第一開關)以及開關21和22 (第二開關)。
換句話說，控制器14包括故障檢測器的功能，在故障診斷時，其基于從A/D轉換器 輸出的電壓信號判定是否多路器12和A/D轉換器13中的至少一個故障。此外，控制器14還包括開關控制器的功能，在檢測每一電池塊(每一單元電池BTl至BT4)的輸出電壓的過 程中，控制器14執(zhí)行控制第一開關(SW11至SW14)的接通和第二開關(SW21，SW22)的斷 開，并且在對多路器12和A/D轉換器13的故障診斷時斷開第一開關并且接通第二開關。
另一方面，將組成電池組51的單元電池BTl至BT4的正電極分別通過第一開關組 15和連接線LI至L4而連接至多路器12的端子Tl至T4。第一開關組15由開關SWll至 SW14組成。具體地說，將單元電池BTl的正電極通過開關SWll而連接至連接線LI的一端， 并且將連接線LI的另一端連接至多路器12的端子Tl。將單元電池BT2的正電極通過開關 Sff12連接至連接線L2的一端，并且將連接線L2的另一端連接至多路器12的端子T2。將 單元電池BT3的正電極連通過開關SW13連接到連接線L3的一端，并且將連接線L3的另一 端連接到多路器12的端子T3。將單元電池BT4的正電極通過開關SW14連接到連接線14 的一端，并且將連接線L4的另一端連接到多路器12的端子T4。
此外，圖1中所圖示的電壓檢測裝置包括連接到DC電源VB的開關SW21和接地的 開關SW22。在開關SW21和開關SW22之間，設置有四路串聯(lián)連接的電路(第一到第四串聯(lián) 連接電路NI至N4 ;基準電壓輸出單元)。
第一串聯(lián)連接電路NI包括串聯(lián)連接的電阻器Ral、二極管Dl和D2以及電阻器 Rbl0第二串聯(lián)連接電路N2包括串聯(lián)連接的電阻器Ra2、二極管Dl和D2以及電阻器Rb2。 第三串聯(lián)連接電路N3包括串聯(lián)連接的電阻器Ra3、二極管Dl和D2以及電阻器Rb3。第四 串聯(lián)連接電路N4包括串聯(lián)連接的電阻器Ra4、二極管Dl和D2以及電阻器Rb4。
第一串聯(lián)連接電路NI在二極管Dl和D2之間的點Pl處連接至連接線LI。當開 關SW21和SW22都接通的時候，通過由電阻器Ral和Rbl對DC電源VB的電壓分壓而獲得 的電壓因此被施加于點Pl。在這里，二極管Dl和D2的壓降可以忽略。
第二串聯(lián)連接電路N2在二極管Dl和D2之間的點P2處連接至連接線L2。當開 關SW21和SW22都接通的時候，通過由電阻器Ra2和Rb2對DC電源VB的電壓分壓而獲得 電壓因此被施加于點P2。
第三串聯(lián)連接電路N3在二極管Dl和D2之間的點P3處連接至連接線L3。當開 關SW21和SW22都接通的時候，通過由電阻器Ra3和Rb3對DC電源VB的電壓分壓而獲得 的電壓因此被施加于點P3。
第四串聯(lián)連接電路N4在二極管Dl和D2之間的點P4處連接至連接線L4。當開 關SW21和SW22都接通的時候，通過由電阻器Ra4和Rb4對DC電源VB的電壓分壓而獲得 的電壓因此被施加于點P4。
接下來，參考如圖2所示的流程圖給出根據(jù)如上所述構造的第一實施例的電壓檢 測裝置的處理操作的描述。該過程在控制器14的控制下執(zhí)行。
首先，控制器14判定是否執(zhí)行監(jiān)控單元電池BTl至BT4的電壓的過程或者是否執(zhí) 行電壓測量儀器(從多路器12到A/D轉換器13的各種裝置)的診斷過程(步驟S10)。
在執(zhí)行監(jiān)控單元電池BTl至BT4的電壓的過程(步驟SlO中的“電池電壓監(jiān)控”) 中，控制器14接通第一開關組15的所有開關(步驟Sll)。接下來，控制器14斷開開關 Sff21 和 SW22(步驟 S12)。
如圖1所示的開關SWll至SW14于是被接通，并且在單元電池BTl至BT4的正電 極產(chǎn)生的電壓分別通過連接線LI至L4而供給到多路器12的端子Tl至T4。例如，端子Tl被供給了作為單元電池BTI的正電極的電壓的、2. OV的電壓。端子T2被供給了作為單元電 池BT2的正電極的電壓的、4.1V的電壓。端子T3被供給了作為單元電池BT3的正電極的電 壓的、6. 3V的電壓。端子T4被供給了作為單元電池BT4的正電極的電壓的、8. 6V的電壓。
此外，由于開關SW21和SW22兩者都是斷開的，所以不供給從DC電源VB輸出的電 壓。而且，由于每一個串聯(lián)連接電路NI至N4都具有二極管Dl和D2，所以連接線LI至L4 并不會經(jīng)由串聯(lián)連接電路NI至N4而短路。
將由多路器12選定的模擬電壓信號通過電平移位器11 (level shifter)供給到 A/D轉換器13。A/D轉換器13能夠基于供給到端子Tl至T4的電壓來測量單元電池BTl至 BT4的輸出電壓。具體地說，單元電池BTl至BT4的輸出電壓分別是2. 0V, 2.1V (=4. 1-2. O), 2. 2V(=6. 3-4.1)，以及 2. 3V (=8. 6-6. 3)。
將通過A/D轉換器13數(shù)字化了的單元電池BTl至BT4的測量結果輸出到控制器 14(步驟 S13)。
控制器14將檢測到的的單元電池BTl至BT4的電壓信息輸出至設置在下游的顯 示器、報警裝置等(未示出K步驟S14)。以這種方式，操作者能夠識別單元電池BTl至BT4 的輸出電壓并且能夠處理輸出電壓的異常。
另一方面，例如，當電源接通時或在每一預定的時間段，執(zhí)行電壓檢測裝置的電路 診斷過程。在這種情況下，在步驟SlO中選擇“電路診斷”。
如果選定了電路診斷，則控制器14斷開第一開關組15的所有開關(步驟S15)。 然后控制器14打開開關SW21和SW22兩者(步驟S16)。.
因此，對于點P1，施加有通過由電阻器Ral和Rbl分壓DC電源VB的輸出電壓所得 到的電壓。以相似的方式，對于點P2，施加有通過由電阻器Ra2和Rb2分壓DC電源VB的輸 出電壓所得到的電壓。對于點P3，施加有通過由電阻器Ra3和Rb3分壓DC電源VB的輸出 電壓所得到的電壓。對于點P4，施加有通過由電阻器Ra4和Rb4分壓DC電源VB的輸出電 壓所得到的電壓。
在該情況下，通過適當?shù)卦O置電阻器Ral至Ra4和Rbl至Rb4的大小，可以將在點 Pl至P4所產(chǎn)生的電壓的值設置為預期的值。例如，可以使在點Pl產(chǎn)生2V的電壓；可以使 在點P2產(chǎn)生4V的電壓；可以使在點P3產(chǎn)生6V的電壓；可以使在點P4產(chǎn)生8V的電壓。這 些電壓通過分壓從DC電源VB輸出的電壓而產(chǎn)生，并且，因此，能夠以極高的精度產(chǎn)生。
在點Pl至P4產(chǎn)生的電壓分別供給到多路器12的端子Tl至T4。多路器12選擇 各對相鄰點之間(Pl和地之間、P2和Pl之間、P3和P2之間以及P4和P3之間)的電壓、使 其電平移位并且隨后將移位了的電平輸出到A/D轉換器13用于電壓信號的數(shù)字化。由控 制器14獲得數(shù)字化了的電壓信號(步驟S17)。
控制器14判定所獲得的基準電壓是否正常(步驟S18)。如果獲得的基準電壓是 正常的(在步驟S18中的“是”)，則控制器14判定電壓測量儀器(從多路器12到A/D轉 換器13的各裝置)的操作是正常的并且終止電路診斷過程。另一方面，如果基準電壓不正 常(在步驟S18中的“否”)，則控制器14判定電壓測量儀器是異常的并且向警報裝置(未 示出)輸出警報信號以通知該異常的操作者。因此操作者可以立即識別電壓測量儀器是異 常的。
如上所述，在根據(jù)第一實施例的電池組電壓檢測裝置中，為了測量單元電池BTl至BT4的輸出電壓，對于電壓測量過程，第一開關組15的所有開關都是接通的而開關SW21 和SW22是斷開的。
在電路診斷時，通過斷開第一開關組15的所有開關并且接通開關SW21和SW22， 將預期的基準電壓施加到連接線LI至L4以將基準電壓提供到多路器12的端子Tl至T4。 基準電壓被A/D轉換器13數(shù)字化并且隨后被施加到控制器14?？刂破?4基于每一對端子 Tl至T4之間的電壓來判定電壓測量儀器(從多路器12到A/D轉換器13的各儀器)是否 正常地工作。這使得能夠識別多路器12和A/D轉換器13的任何一個是異常，從而完成了 關于電壓測量儀器的整體的異常檢測。
此外，每一個串聯(lián)連接電路NI至N4都包括二極管Dl和D2，。這能夠防止當?shù)谝?開關組15接通并且開關SW21和SW22斷開時，電流在連接線LI至L4之間流動。
此外，產(chǎn)生在各點Pl至P4的電壓可以通過確定電阻器Ral至Ra4與電阻器Rbl至 Rb4的分壓比而任意地設置。這可以增加電壓設置的通用性。而且，將串聯(lián)連接電路NI至 N4連接到同一 DC電源VB以產(chǎn)生基準電壓。因此，即使當DC電源VB的輸出電壓改變時，在 點Pl至P4產(chǎn)生的電壓也相應地改變。因此，可以執(zhí)行電壓測量儀器的診斷過程而不受到 整體上電壓改變的影響。
如果將根據(jù)第一實施例的診斷功能施加到安裝在車輛等上的鋰離子電池的各單 元電池，則可以快速地識別電壓測量裝置故障。這可以確定地防止二次電池的過度充電和 過度放電。
接下來，將給出上述的第一實施例的改進的描述。圖3是說明了根據(jù)第一實施例 的改進的電池組電壓檢測裝置的結構的電路圖。如圖3所示的，在根據(jù)改進的電壓檢測裝 置中，將各自包括串聯(lián)連接的多個單元電池的電池塊BT11、BT12、BT13以及BT14串聯(lián)連接 以組成電池組51a。電壓檢測裝置測量各個電池塊BTll至BT14的電壓。對于電壓測量儀 器的診斷過程，將基準電壓施加到在分別連接于電壓塊BTll至BT14的正電極的連接線11 至14上的點P11、P12、P13和P14。所述基準電壓是通過分壓DC電源VB的輸出電壓而得 到的。
在上述的結構中，可以診斷多路器12和A/D轉換器13是否正常地工作。圖3中 所示的為每個電池塊BTll至BT14所設置的單元電池的數(shù)量可以是一樣的也可以是不一樣 的。
在上文中，基于圖中所示的實施例描述了根據(jù)本發(fā)明的電池組電壓檢測裝置。然 而，本發(fā)明不限于這些實施例，并且每一部分的結構可以被具有相似功能的任意結構所代 替。例如，在上述的實施例的描述中，將二次電池安裝在電動車輛上作為電池組51或51a。 本發(fā)明不限于此，并且可以應用于在除了電動車輛以外使用的電池組中。
工業(yè)實用性
本發(fā)明可用于判定是否正常地測量為電池組設置的每個單元電池的輸出電壓。
權利要求
1.一種電壓檢測裝置，該電壓檢測裝置為包括串聯(lián)連接電路并在該串聯(lián)連接電路的兩端產(chǎn)生預期電壓的電池組而設置，所述串聯(lián)連接電路具有串聯(lián)連接的兩個或更多個電池塊，該電壓檢測裝置用于檢測每一個所述電池塊的輸出電壓，每一個所述電池塊都包括一個或更多個單元電池，所述電壓檢測裝置包括 電壓選擇器，該電壓選擇器通過連接線而連接到所述電池塊的正電極端子，并且該電壓選擇器基于在該正電極端子處產(chǎn)生的電壓來選擇每一個所述電池塊的輸出電壓； 第一開關，該第一開關分別設置在所述正電極端子與所述連接線之間； A/D轉換器，該A/D轉換器用于將由所述電壓選擇器選擇的輸出電壓的信號數(shù)字化； 基準電壓輸出單元，該基準電壓輸出單元能夠向各所述連接線提供不同電平的基準電壓； 第二開關，該第二開關用于在從所述基準電壓輸出單元向各所述連接線輸出的所述基準電壓的供給與切斷之間切換； 控制器，在檢測所述電池塊的所述輸出電壓的過程中，該控制器執(zhí)行接通所述第一開關并且斷開所述第二開關的控制；并且在對所述電壓選擇器和所述A/D轉換器的故障診斷的過程中，該控制器斷開所述第一開關并且接通所述第二開關；以及 故障檢測器，該故障檢測器基于從所述A/D轉換器輸出的電壓信號來判定是否所述電壓選擇器和所述A/D轉換器中的至少一個故障。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓檢測裝置，其中 所述基準電壓輸出單元包括與每一個所述連接線對應的串聯(lián)連接電路，該串聯(lián)連接電路各自具有兩個電阻器， 在每一個所述串聯(lián)連接電路的所述兩個電阻器之間的中間點，被連接到相關連接線， 每一個所述串聯(lián)連接電路的一端被連接到DC電源，并且 通過設定每一個所述串聯(lián)連接電路的所述兩個電阻器的合適的電阻器值，設定供給到所述相關連接線的電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的電壓檢測裝置，其中 所述串聯(lián)連接電路連接到共用的DC電源。
4.根據(jù)權利要求1所述的電壓檢測裝置，其中 每一個所述電池塊都由一個單元電池組成。
5.根據(jù)權利要求1所述的電壓檢測裝置，其中 所述電池組是安裝在車輛上的二次電池。
全文摘要
本發(fā)明公開的電池組電壓檢測裝置通過連接線(L1-L4)連接每一個單元電池(BT1-BT4)的正電極和多路器12的每一個端子(T1-T4)，并且在連接線和單元電池之間設置有第一開關(SW11-SW14)。此外，將第一到第四串聯(lián)連接電路(N1-N4)連接到每一連接線，并且將基準電壓施加到每一連接線。隨后，在第一開關(SW11-SW14)被切換到斷開的狀態(tài)下，將基準電壓施加到每一連接線，并且在電平移位之后，使在多路器(12)中選定該基準電壓并且通過A/D轉換器(13)數(shù)字化該基準電壓。基于數(shù)字化了的電壓，判定在多路器、電平轉換電路或A/D轉換器中是否存在異常。
文檔編號G01R19/00GK103003705SQ20118003466
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2010年7月14日
發(fā)明者伊澤崇明 申請人:矢崎總業(yè)株式會社