管理装置和电源系统的制作方法

本发明涉及一种对蓄电模块的状态进行管理的管理装置和电源系统。

背景技术：

近年来，混合动力汽车(hv)、插电式混合动力汽车(phv)、电动汽车(ev)正在逐渐普及。在这些车辆上，作为关键设备搭载有二次电池。

作为车载用二次电池，主要普及了镍氢电池和锂离子电池。预想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和使用禁止区域接近，因此与其它种类的电池相比需要更严格的电压管理。在使用将多个锂离子电池单元串联连接而成的电池组的情况下，设置有用于检测各单元的电压的电压检测电路。通过多个电压检测线将多个单元的各节点与电压检测电路连接(例如，参照专利文献1、2)。检测出的单元电压被用于soc(stateofcharge：荷电状态)管理、均等化控制等。

关于电压检测电路的动作电源，为了电源电路的简化，从检测对象的电池组的两端接受提供的结构多。在该结构中，可以考虑将构成电池组的多个单元的最上位/最下位的电压检测线与正/负电源提供线兼用的设计方法以及进行独立布线的设计方法。在前者的设计方法中，能够减少布线的数量，能够使电路结构简化。另一方面，在后者的设计方法中，电压检测电路的动作电流不流过最上位/最下位的电压检测线，因此能够抑制最上位/最下位的节点电压的检测精度下降。另外，即使在最上位/最下位的电压检测线发生了断线的情况下，也能够继续进行向电压检测电路的电源提供。

即使在由于电压检测线的断线而使与该电压检测线连接的电压检测电路的端子电压下降的情况下，电压检测电路也无法立即判定是该电压检测线发生了断线还是相应的单元电压发生了下降。因此，存在如下方法：使在该电压检测线与同该电压检测线相邻的电压检测线之间设置的均等化电路导通，观察该电压检测线的电压变化，由此确认是否发生了断线。在该方法中以均等化电路正常为前提，因此需要进行均等化电路本身的故障检测。

专利文献1：日本特开2013-50312号公报

专利文献2：日本特开2013-172544号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

一般使用使电压检测电路冗余化来防备电压检测电路本身的故障的结构。通过将多个电压检测电路的检测值进行比较，能够检测电压检测电路的故障、电压检测线的断线。

本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于，提供一种在将用于对串联连接的多个单元的各电压进行检测的电压检测电路冗余化的情况下、简单地检测最下位的电压检测线的断线的技术。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明的某个方式的管理装置具备：第一电压检测电路，其通过电压检测线来与串联连接的多个单元的各节点连接，对该多个单元中的各个单元的电压进行检测；以及第二电压检测电路，其通过电压检测线来与所述多个单元的各节点连接，对该多个单元中的各个单元的电压进行检测。从所述多个单元的两端分别提供所述第一电压检测电路和所述第二电压检测电路的动作电源，通过所述电压检测线和负电源提供线这2根线将所述多个单元的最下位的节点与所述第一电压检测电路之间连接，通过兼用作所述电压检测线和负电源提供线的1根布线将所述多个单元的最下位的节点与所述第二电压检测电路之间连接。

此外，以上的结构要素的任意的组合、将本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换而成的方式也作为本发明的方式有效。

发明的效果

根据本发明，能够在将用于对串联连接的多个单元的各电压进行检测的电压检测电路冗余化的情况下、简单地检测最下位的电压检测线的断线。

附图说明

图1是用于说明比较例1所涉及的电源系统的图。

图2是用于说明比较例2所涉及的电源系统的图。

图3是用于说明比较例3所涉及的电源系统的图。

图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的电源系统的图。

具体实施方式

图1是用于说明比较例1所涉及的电源系统1的图。电源系统1具备蓄电模块10和管理装置30。蓄电模块10包括串联连接的多个单元。对于单元，能够使用锂离子电池单元、镍氢电池单元、铅电池单元、双电层电容器单元、锂离子电容器单元等。下面，在本说明书中设想使用锂离子电池单元(公称电压：3.6v-3.7v)的例子。在图1中，描绘了使用将8个锂离子电池单元(第一单元s1-第八单元s8)串联连接来构成的电池组的例子。

管理装置30包括均等化电路、输入滤波器、单元电压检测电路31以及控制电路32，它们安装于印刷布线基板上。单元电压检测电路31通过多条电压检测线l1-l9来与串联连接的多个单元s1-s8的各节点连接，对相邻的电压检测线之间的电压进行检测来检测各单元s1-s8的电压。单元电压检测电路31例如由专用的定制ic即asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)构成。单元电压检测电路31将检测出的各单元s1-s8的电压发送到控制电路32。

电线线束(wireharness)与蓄电模块10的多个单元s1-s8的各节点连接，各电线线束的前端的连接器安装于印刷布线基板上安装的管理装置30的各连接器。即，蓄电模块10与管理装置30之间经由线束(harness)连接器20来电连接。

电阻r1-r9分别插入到多个电压检测线l1-l9，在相邻的2根电压检测线之间分别连接有电容器c1-c8。电阻r1-r9和电容器c1-c8构成输入滤波器(低通滤波器)，具有使向单元电压检测电路31输入的电压稳定的作用。

通过多个电压检测线l1-l9将管理装置30的各连接器与单元电压检测电路31的各检测端子之间连接。在相邻的2根电压检测线之间分别连接有均等化电路。在图1所示的例子中，均等化电路由放电电阻r11-r18与放电开关q1-q8的串联电路构成。放电开关q1-q8例如由晶体管构成。

控制电路32基于从单元电压检测电路31接收到的多个单元s1-s8的电压来执行均等化控制。具体地说，在多个单元s1-s8内，使其它单元的电压与电压最低的单元的电压一致。控制电路32使与该其它单元并联连接的均等化电路的放电开关接通(turnon)，来使该其它单元放电。如果该其它单元的电压下降至电压最低的单元的电压，则使与该其它单元并联连接的均等化电路的放电开关关断(turnoff)。控制电路32例如由微处理器构成。

关于单元电压检测电路31的动作电源，为了电源电路的简化，从监视对象的蓄电模块10接受提供。在单元电压检测电路31从蓄电模块10以外的电源接受电力提供的情况下，需要绝缘处理，因此电路大型化，成本增大。

作为单元电压检测电路31的电路动作电流，通常产生数ma～数十ma的电流。在将电源提供线与电压检测线兼用的情况下，由该电路动作电流引起的电压降对检测电压造成影响。特别是，在使用了需要高精度的管理的锂离子电池的电源系统1中，该影响是无法忽略的。因此，考虑不将电源提供线与电压检测线兼用而是设为独立布线。

在图1所示的例子中，通过第一电压检测线l1和正电源提供线l0这2根线将构成蓄电模块10的多个单元s1-s8的最上位的节点与单元电压检测电路31之间连接。同样地，通过第九电压检测线l9和负电源提供线l10这2根线将多个单元s1-s8的最下位的节点与单元电压检测电路31之间连接。

在单元电压检测电路31的内部，在连接有第九电压检测线l9的第九检测端子与连接有负电源提供线l10的负电源端子之间连接有esd(electro-staticdischarge：静电放电)保护二极管d1。此外，虽未图示，但在连接有正电源提供线l0的正电源端子与连接有第一电压检测线l1的第一检测端子之间也连接有esd保护二极管。这些esd保护二极管一般是在ic的制造时预先组入的。

在线束连接器20中发生连接不良或断线(下面，在本说明书中包括两者在内称为断线。即，断线不限定于布线的物理切断，也包括电切断。)的情况下，无法由单元电压检测电路31正确地检测单元电压。在该情况下，无法由控制电路32正确地进行单元的状态监视、均等化控制。

因此，通常具备驱动均等化电路等来将断线状态检测为异常电压的功能。例如在使均等化电路导通后，在单元电压大幅下降的情况下判定为电压检测线的断线，在单元电压几乎没有变化的情况下判定为单元的soc下降。但是，在该方法中，需要安装用于执行该功能的追加功能。另外，需要另外设置均等化电路本身的故障检测电路。仅通过单元电压检测电路31对单元电压的监视，无法检测均等化电路的故障。

在正电源提供线l0和/或负电源提供线l10发生了断线的情况下，发生以下的2个动作中的任一个，因此电源系统1检测出故障而安全停止。

(1)不再向单元电压检测电路31提供电源，因此来自单元电压检测电路31的响应消失，由控制电路32检测出故障。

(2)单元电压检测电路31的动作电流通过esd保护二极管d1、与发生了断线的电源提供线相邻的电压检测线继续流动。但是，该电压检测线的电压受到由于动作电流通过滤波器电阻而产生的电压降的影响。由此单元电压被检测为相对于单元的通常使用范围大幅降低，由控制电路32检测为过放电。例如，当在图1中负电源提供线l10发生断线时，动作电流通过esd保护二极管d1来流过第九电压检测线l9，由于第九电阻r9引起的电压降的影响，第八单元s8的电压被检测得低。此外，虽未图示，但在为具备连接在连接有正电源提供线l0的正电源端子与连接有第一电压检测线l1的第一检测端子之间的esd保护二极管的结构的情况下，在正电源提供线l0发生了断线时，动作电流通过该esd保护二极管来流过第一电压检测线l1。

图2是用于说明比较例2所涉及的电源系统1的图。在单元电压检测电路31的内部使用多路转换器、ad变换器以进行电压测量的情况多。在该情况下，通常从单元电压检测电路31的各检测端子的电位向地电位的方向略微发生泄漏电流(参照图2的i1)。通常设计为泄漏电流远小于1ua，即使在使用了数kω左右的滤波器电阻的情况下，也不造成显著的检测误差。

由于该泄漏电流i1，构成第三检测端子的输入滤波器的第二电容器c2被充电，第三电容器c3被放电。由此，第三检测端子的电位逐渐下降，第二检测端子与第三检测端子之间的电压v2被检测得比第二单元s2的实际电压大，相反地，第三检测端子与第四检测端子之间的电压v3被检测得比第三单元s3的实际电压小。其结果，判定为第二单元s2被过充电、第三单元s3被过放电，电源系统1由于异常检测而停止。

但是，泄漏电流是针对地电位产生的，因此在单元电压检测电路31内，不从与地电位相同电位的第九检测端子的电位流动泄漏电流。因而，即使第九电压检测线l9发生断线，也不产生电压变化，因此检测不到第九电压检测线l9的断线。

为了避免该情况，可以考虑追加电流源i2，在第九电压检测线l9发生了断线的情况下，有意地使第八检测端子与第九检测端子之间的电压v8变化为异常电压。然而需要追加的电路元件。另外也需要电流源i2本身的故障检测电路。在不设置电流源i2的故障检测电路的情况下，在电流源i2发生了故障时，即使第九电压检测线l9发生断线，也不产生第八检测端子与第九检测端子之间的电压变化，因此电流源i2的故障和第九电压检测线l9的断线均无法被检测出来。

在图2中描绘了第九电压检测线l9的断线检测用的电流源i2，但是也搭载了其它电压检测线的断线检测用的电流源。但是，在该利用向地电位的泄漏电流来检测断线的方式中，产生消耗电流的增加、检测误差的增加。另外，该方式具有越上位的电压检测线越容易检测断线、越下位的电压检测线越难以检测断线的性质。如上述那样，在最下位的电压检测线中，若不追加电流源则无法检测断线。

图3是用于说明比较例3所涉及的电源系统1的图。在比较例3中，使单元电压检测电路31冗余化。此外，在图3中，为了简化附图，省略均等化电路地进行了描绘。

第一单元电压检测电路31a是主测量电路，第二单元电压检测电路31b是冗余测量电路。主测量电路对电源系统1高精度地进行控制，因此被设计为高规格。冗余测量电路是为了基本地确认主测量电路是否在正常地发挥功能而设置的，与主测量电路相比，被设计为相对较低的规格。例如，安装于冗余测量电路的ad变换器的分辨率被抑制为比安装于主测量电路的ad变换器的分辨率低。

另外，也可以构成为冗余测量电路的检测周期比主测量电路的检测周期长。当检测周期长时，具有对于急剧变化的响应性下降但抑制了消耗电力的特征。

冗余测量电路不以单元的soc管理、均等化控制为主要目的，而是以主测量电路的故障检测、单元的过充电/过放电的检测为主要目的。因而，能够容许比主测量电路规格低，由此能够降低电路成本和消耗电流。

第一单元电压检测电路31a将检测出的各单元s1-s8的电压发送到控制电路32，第二单元电压检测电路31b也将检测出的各单元s1-s8的电压发送到控制电路32。控制电路32将从第一单元电压检测电路31a接收到的各单元s1-s8的电压与从第二单元电压检测电路31b接收到的各单元s1-s8的电压进行比较。由此，能够检测第一单元电压检测电路31a或第二单元电压检测电路31b的故障。

即使单元电压检测电路31被冗余化，线束连接器20也被安装单一一个。

线束连接器20与电子部件不同，安装空间、成本大，因此如图3所示，将正电源提供线l0、多个电压检测线l1-l9以及负电源提供线l10在比线束连接器20靠后级的印刷布线基板上分别分支为2根。若从电线线束的阶段进行冗余化则需要使电线线束的根数为2倍，单元的串联数越多则增加的根数越多。

在图3所示的电路结构中，由于泄漏电流等而产生的断线时的举动也是相同的，第九电压检测线l9的断线几乎不对第九检测端子的检测值造成影响。主测量电路和冗余测量电路这两方的举动相同，因此即使进行了冗余化也无法检测断线。

图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的电源系统1的图。在实施方式中，通过第九电压检测线l9和负电源提供线l10这2根线将多个单元s1-s8的最下位的节点与第一单元电压检测电路31a之间连接。另一方面，通过被兼用作电压检测线的负电源提供线l10这1根线将多个单元s1-s8的最下位的节点与第二单元电压检测电路31b之间连接。第二单元电压检测电路31b的第九检测端子经由第九电阻r9b来与地连接。

在该结构中，在第九电压检测线l9断线时，主测量电路(第一单元电压检测电路31a)的第九检测端子不定(floating：浮置)，但冗余测量电路(第二单元电压检测电路31b)的第九检测端子能够继续检测多个单元s1-s8的最下位节点的电压。因而即使在第八单元s8中发生了过充电/过放电的情况下，也通过冗余测量电路来检测出第八单元s8的过充电/过放电，通过控制电路32进行保护。

主测量电路使用主测量电路和冗余测量电路的动作电流不流过的第九电压检测线l9来检测第八单元s8的电压。因而在第九电压检测线l9没有发生断线的期间，第八单元s8的电压被主测量电路高精度地检测，基于此，电源系统1被高精度地控制。冗余测量电路使用负电源提供线l10来检测第八单元s8的电压。冗余测量电路能够基本地检测过充电/过放电即可，因此能够容许由于使用负电源提供线l10而引起的小的检测误差。

在负电源提供线l10断线时，通过esd保护二极管d1和第九电压检测线l9来确保电源提供。在负电源提供线l10发生了断线时，主测量电路的第八检测端子与第九检测端子之间的电压大幅变化(下降)。由此控制电路32能够检测出负电源提供线l10的断线或第八单元s8的过放电。

通过第一电压检测线l1和正电源提供线l0这2根线将多个单元s1-s8的最上位的节点与第一单元电压检测电路31a之间连接。同样地，通过第一电压检测线l1和正电源提供线l0这2根线也将多个单元s1-s8的最上位的节点与第一单元电压检测电路31a之间连接。

在第一电压检测线l1发生了断线的情况下，泄漏电流的影响大幅显现，因此与第九电压检测线l9的断线不同，能够容易地检测第一电压检测线l1的断线。因而通过兼用作电压检测线和正电源提供线的1根布线将第一单元电压检测电路31a及第二单元电压检测电路31b中的任一方与多个单元s1-s8的最上位的节点之间连接的必要性低。但是，也可以是，以即使在正电源提供线l0发生了断线的情况下也确保第一单元电压检测电路31a和第二单元电压检测电路31b中的任一方的电源为目的，而使用通过兼用作电压检测线和正电源提供线的1根布线将第一单元电压检测电路31a及第二单元电压检测电路31b中的任一方(例如，第二单元电压检测电路31b)与最上位的节点之间连接的结构。

如以上说明的那样，根据本实施方式，通过使单元电压检测电路31冗余化，来通过主测量电路和冗余测量电路这两方监视多个单元s1-s8，由此能够构建更安全的电源系统1。通过在主测量电路与冗余测量电路之间改变与多个单元s1-s8的最下位的节点的连接方式，能够不追加特别的断线检测电路地简单地检测第九电压检测线l9的断线。另外，即使负电源提供线l10发生断线，也由于具备esd保护二极管d1而确保主测量电路的电源，因此能够进行故障防护(fail-safe)动作。通过以上，能够确保电源系统1的安全性且得到高的可靠性。

在以上的说明中，以通过兼用作电压检测线的负电源提供线l10这1根线将多个单元s1-s8的最下位的节点与第二单元电压检测电路31b之间连接的结构为例进行了说明，但也可以构成为将正电源提供线l0与电压检测线兼用。在该结构的情况下，优选的是，具备连接在连接有正电源提供线l0的正电源端子与连接有第一电压检测线l1的第一检测端子之间的esd保护二极管。

根据该结构，在正电源提供线l0发生了断线时，动作电流通过该esd保护二极管来流过第一电压检测线l1，能够确保电路的电源，能够进行断线检测。

以上，基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施方式是例示，它们的各结构要素、各处理过程的组合能够存在各种变形例，另外，这样的变形例也处于本发明的范围内。

在上述的实施方式中，示出了使冗余测量电路的规格比主测量电路的规格低来实现检测精度与成本的平衡的例子，但也可以使主测量电路与冗余测量电路的规格相同。如果均设计为高规格，则即使基于冗余测量电路的检测值也能够高精度地进行单元的soc管理、均等化控制。

另外，在上述的实施方式中设想了将电源系统1用于车辆用电源装置的例子，但是不限于车载用途，也能够用于航空用电源装置、船舶用电源装置、定置型蓄电系统等其它用途。例如关于esd保护二极管d1，也能够通过在能够得到同等效果的位置安装通常的二极管来实现。另外，在实施例中设为容易检测第一电压检测线l1的断线，但在根据电路结构而不容易检测的情况下，也可以是与第九电阻r9b的连接方式同样地，仅第一电阻r1b与正电源提供线连接。

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：

第一电压检测电路(31a)，其通过电压检测线(l1-l9)来与串联连接的多个单元(s1-s8)的各节点连接，对该多个单元(s1-s8)中的各个单元的电压进行检测；以及

第二电压检测电路(31b)，其通过电压检测线(l1-l9)来与所述多个单元(s1-s8)的各节点连接，对该多个单元(s1-s8)中的各个单元的电压进行检测，

其中，从所述多个单元(s1-s8)的两端分别提供所述第一电压检测电路(31a)和所述第二电压检测电路(31b)的动作电源，

通过所述电压检测线(l9)和负电源提供线(l10)这2根线将所述多个单元(s1-s8)的最下位的节点与所述第一电压检测电路(31a)之间连接，

通过兼用作所述电压检测线和负电源提供线的1根布线(l10)将所述多个单元(s1-s8)的最下位的节点与所述第二电压检测电路(31b)之间连接。

据此，能够简单地检测与多个单元(s1-s8)的最下位的节点连接的电压检测线(l9)的断线。

[项目2]

根据项目1所记载的管理装置(30)，其特征在于，

通过所述电压检测线(l1)和正电源提供线(l0)这2根线将所述多个单元(s1-s8)的最上位的节点与所述第一电压检测电路(31a)之间连接，

通过兼用作所述电压检测线(l1)和正电源提供线(l0)的1根布线将所述多个单元(s1-s8)的最上位的节点与所述第二电压检测电路(31b)之间连接。

据此，能够简单地检测与多个单元(s1-s8)的最上位的节点连接的电压检测线(l9)的断线。

[项目3]

根据项目1所记载的管理装置(30)，其特征在于，

通过所述电压检测线(l1)和正电源提供线(l0)这2根线将所述多个单元(s1-s8)的最上位的节点与所述第一电压检测电路(31a)之间连接，

通过所述电压检测线(l1)和正电源提供线(l0)这2根线将所述多个单元(s1-s8)的最上位的节点与所述第二电压检测电路(31b)之间连接。

据此，能够抑制第一电压检测电路(31a)和第二电压检测电路(31b)中的最上位的单元(s1)的电压检测精度的下降。

[项目4]

根据项目1至3中的任一项所记载的管理装置(30)，其特征在于，

电线线束与所述多个单元(s1-s8)的各节点连接，各电线线束的前端的连接器与所述管理装置(30)的各连接器连接，

在所述管理装置(30)内，与所述多个单元(s1-s8)的各节点连接的布线产生分支。

据此，能够抑制由于进行冗余化引起的电线线束连接器的增加。

[项目5]

根据项目1至4中的任一项所记载的管理装置(30)，其特征在于，

在所述第一电压检测电路(31a)中，在连接同所述多个单元(s1-s8)的最下位的节点连接的电压检测线(l9)的端子与连接所述负电源提供线(l10)的端子之间连接有二极管(d1)。

据此，即使负电源提供线(l10)发生断线，也能够确保第一电压检测电路(31a)的电源。

[项目6]

根据项目1至5中的任一项所记载的管理装置(30)，其特征在于，

所述第一电压检测电路(31a)是主测量电路，

所述第二电压检测电路(31b)是比所述第一电压检测电路(31a)规格低的冗余测量电路。

据此，能够实现检测精度与成本的平衡。

[项目7]

一种电源系统(1)，其特征在于，具备：

多个单元(s1-s8)串联连接而成的蓄电模块(10)；以及

对所述蓄电模块(10)进行管理的根据项目1至6中的任一项所记载的管理装置(30)。

据此，能够简单地检测与多个单元(s1-s8)的最下位的节点连接的电压检测线(l9)的断线。

附图标记说明

1：电源系统；10：蓄电模块；s1-s8：单元；l0：正电源提供线；l1-l9：电压检测线；l10：负电源提供线；20：线束连接器；30：管理装置；r1-r9：电阻；c1-c8：电容器；r11-r18：放电电阻；q1-q8：放电开关；d1：esd保护二极管；31：单元电压检测电路；31a：第一单元电压检测电路；31b：第二单元电压检测电路；32：控制电路。