电池监视装置的制造方法
【专利说明】电池监视装置
[0001](本申请是申请日为2010年2月26日、申请号为20101012609L5、名称为“电池监视装置以及电池监视装置的诊断方法”的发明专利申请的分案申请)
技术领域
[0002]本发明涉及电池监视装置以及电池监视装置的诊断方法。
【背景技术】
[0003]在混合动力车或者电动车等中，为了确保所希望的高电压，使用串联连接了多个二次电池的电池单体构成的组电池。在这样的组电池中，为了进行各电池单体的容量计算或保护管理，使用监视电池单体的状态的监视IC和控制电池的充放电状态的控制1C，进行电池单体的管理。特别是，在使用了锂离子电池的系统中，由于锂离子电池是高能量密度，过充电状态是危险的，因此如专利文献3所示，用各控制IC和监视IC测定单体的电压，检测过充电状态，使得如果哪一个IC检测到过充电则中止电池的充放电，提高可靠性和安全性。
[0004]监视IC独立地检测电池单体的电压，例如在有过充电状态的电池的情况下，经过通信向控制IC发送过充电信息。而且，为了可靠地向控制IC发送过充电信息，从控制IC发送试验信号，诊断在通信线中是否有断线等异常。
[0005]另外，在电池单体的电压的检测时，用多路转接器(multiplexer)选择规定的电池单体，用电压检测部检测电压。通过切换多路转接器的连接，能够检测全部电池单体的电压。为了取得正确的单体电压，需要包括多路转接器的单体电压测定系统正确地动作。为此，在专利文献2记载的发明中，把各单体电压测定值的和与用总电压测量系统测定的全单体电压测定值进行比较，如果明显不同，则判断为在包括多路转接器的单体电压测定系统中有故障。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利特开2005 - 318750号公报
[0009]专利文献2:日本专利特开2008 - 92656号公报
[0010]专利文献3:日本专利4092580号公报
【发明内容】
[0011]然而，在上述过充电的诊断中，不能诊断到监视IC内部的过充电检测电路是否正常，在提高可靠性方面尚不充分。另外，在根据与全单体电压测定值的比较判断单体电压测定系统的故障的装置的情况下，例如，即使成为多路转接器只选择I个单体的异常状态，但在各个充电状态均匀的情况下，几乎没有合计电压与总电压的差，有可能诊断为正常。另夕卜，在用多路转接器选择的情况下，由于单体电压测定的同时性的关系，即使多路转接器正确地动作，但在电压变动急剧时，产生单体电压的合计值与总电压不同的情况，有可能误判断。从而，为了可靠地检测过充电，如上所述，需要把监视IC和控制IC分开，提高可靠性。
[0012]用于解决课题的本发明构成
[0013]本发明方案I的电池监视装置的特征是，具备，根据串联的多个电池单体的各单体电压，检测所述电池单体的电池状态的电池状态检测电路；和根据所述多个电池单体的各单体电压，监视所述电池单体的状态的控制电路，所述控制电路向所述电池状态检测电路输入近似电压信息，诊断该电池状态检测电路是否正常动作。
[0014]本发明方案8的电池监视装置的诊断方法，所述电池监视装置具备，把串联的多个电池单体的各单体电压与过充电阈值相比较，检测电池单体的过充电，并输出检测信息的过充电检测电路，其特征在于，代替所述所测定的单体电压，向所述过充电检测电路输入过充电相当电压，根据所述检测信息的输出的有无诊断所述过充电检测电路是否正常动作。
[0015]本发明方案32的电池监视装置的诊断方法，所述电池监视装置利用选择电路选择从串联的多个电池单体输入的各电压的任一者，利用电压测定电路测定其选择的电压，根据所述所测定的电压来监视所述电池单体的状态，其特征在于，生成相互不同的多个电压，代替所述的电池单体的电压，使所述选择电路选择相互不同的电压，根据由所述电压测定电路测定的电压值诊断所述选择电路的选择状态。
[0016]依据本发明，能够诊断电池状态检测电路是否正常动作，能够提高电池监视装置的可靠性。另外，由于能够可靠地检测过充电或者电池状态检测电路的故障，因此在检测时能够防止电池的过充电，不需要把监视IC和控制IC分开，就能够可靠地防止电池的过充电，提高系统的安全性和可靠性。
【附图说明】
[0017]图1是表示车辆用旋转电机的驱动系统的框图。
[0018]图2是表示关于电池块9A的ICl?IC3的部分的图。
[0019]图3是表示IC内部块的概略的图。
[0020]图4是说明测量动作的定时的图。
[0021]图5是表示图3示出的IC内部块的数字电路部分的图。
[0022]图6是说明通信电路127及其动作的图。
[0023]图7是说明关于电池单体BCl的连接诊断，(a)表示用于单体电压检测的周边电路，(b)表示屏蔽功能通断时的各种动作的图。
[0024]图8是说明关于电池单体BC2的连接诊断，(a)表示用于单体电压检测的周边电路，(b)表示屏蔽功能通断时的各种动作的图。
[0025]图9是说明连接诊断的图，(a)说明关于电池单体BC3的连接诊断，(b)说明关于电池单体BC4的连接诊断。
[0026]图10是说明连接诊断的图，(a)说明关于电池单体BC5的连接诊断，(b)说明关于电池单体BC6的连接诊断。
[0027]图11是表示多路转接器连接诊断的一个例子的流程图。
[0028]图12是表示多路转接器连接诊断的另一个例子的流程图。
[0029]图13是说明第2实施方式的图。
[0030]图14是说明多路转接器MUXUMUX2的切换动作的图，(a)表示单体电压测定模式的情况，(b)表示诊断模式的情况。
[0031]图15是表示单体电压测定时以及诊断时的多路转接器MUXl?MUX5、HVMUXUHVMUX2等的状态的图，(a)表示根据STGl.STG2信号进行多路转接器HVMUXl、HVMUX2的切换的情况，(b)表示根据来自微机30的指令进行多路转接器HVMUXl、HVMUX2的切换的情况。
[0032]图16是说明第2实施方式的变形例，表示ICl的内部块的图。
[0033]图17是表示多路转接器HVMUXl、HVMUX2的输入端子的组合与所测量的电压值的关系的图。
[0034]图18是说明第3实施方式的图。
[0035]图19是说明第4实施方式的图。
[0036]图20是说明第5实施方式的图。
[0037]图21是说明第6实施方式的图。
[0038]图22是表示比较器COMPl?C0MP4的特性的图。
[0039]图23是说明第7实施方式的图。
[0040]图24是表示多路转接器HVMUXl、HVMUX2的选择状态以及平衡开关129A、129B的通断状态与所测定的电压的关系的图。
[0041]图25是表不第8实施方式，(a)表不IC的内部块的一部分，(b)表不多路转接器MUXl?4的结构的图。
[0042]图26是表示诊断顺序的流程图。
[0043]图27是表不把电压源设置在IC外部时的一个例子的图。
[0044]图28是表示用于进行过充电检测的结构的图。
[0045]图29是表示过充电检测功能诊断的顺序的流程图。
[0046]符号说明
[0047]9:电池模块
[0048]9A、9B:电池块
[0049]30:微机
[0050]100:电池监视装置
[0051]122A:模拟数字变换器
[0052]BSl ?BS6、129A ?129D:平衡开关
[0053]160:控制信号检测电路
[0054]220:变流器装置
[0055]230:电机
[0056]233:切换器
[0057]257、259:解码器
[0058]262:差动放大器
[0059]270:数字比较器
[0060]272、276:数字多路转接器
[0061]274:当前值存储电路
[0062]278:基准值存储电路
[0063]400、402 ?405、410、411:电压源
[0064]401:逻辑(LOGIC) /通信电路
[0065]430:绝缘开关
[0066]431:光电親合器
[0067]440:外部电压源
[0068]120、450、HVMUX1、HVMUX2、MUXl ?MUX5:多路转接器
[0069]602,604:通信系统
[0070]BCl?BC4:电池单体
[0071]COMPl ?4:比较器
[0072]ICl?IC6:集成电路
[0073]LI ?L5、LS:读出线(sensing line)
[0074]RCV、R、Rl ?R4、RPU、RPB:电阻
[0075]Sff:开关
【具体实施方式】
[0076]以下，参照【附图说明】本发明的实施方式。首先，说明在各个实施方式中共同的构成要素。图1是表示车辆用旋转电机的驱动系统的框图。图1表示的驱动系统具备电池模块9、监视电池模块9的电池监视装置100、把来自电池模块9的直流电力变换成三相交流电力的变流器装置220、车辆驱动用的电机230。电机230由来自变流器装置220的三相交流电力驱动。变流器装置220与电池监视装置100用CAN通信连接，变流器装置220对于电池监视装置110起到上位控制器的作用。另外，变流器装置220还根据来自上位的控制器(未图示)的指令信息动作。
[0077]变流器装置220具有功率模块226、MCU222、和用于驱动功率模块226的驱动器电路224。功率模块226把从电池模块9供给的直流电力变换成用于驱动电机230的三相交流电力。另外，虽然没有图示，但是在功率模块226上连接的强电线HV+、HV—之间，设置大约700 μ F?大约2000 μ F的大容量的平滑电容器。该平滑电容器起到降低加入到电池监视装置100中设置的集成电路上的电压噪声的作用。
[0078]在变流器装置220的动作开始状态下，平滑电容器的电荷大致是0，如果闭合继电器RL，则向平滑电容器流入很大的初始电流。而且，由于该大电流，继电器RL有可能溶化而损坏。为了解决这个问题，MCU222进而根据来自上位控制器的命令，在电机230的驱动开始时，使预充电继电器RLP从开状态成为闭状态，对平滑电容器充电，然后，使继电器RL从开状态成为闭状态，开始从电池模块9向变流器装置220的供电。在对平滑电容器充电时，经过电阻RP控制最大电流的同时进行充电。通过进行这样的动作，在保护继电器电路的同时，能够使流过电池单体或者变流器装置220的最大电流降低到规定值以下，能够维持高可靠性。
[0079]另外，变流器装置220控制由功率模块226发生的交流电力对于电机230的转子的相位，在车辆制动时，使电机230作为发电机动作。即进行再生制动控制，通过发电机运转发电的电力在电池模块9中再生，对电池模块9充电。在电池模块9的充电状态从基准状态下降的情况下，变流器装置220把电机230作为发电机运转。在电机230中发电的三相交流电力由功率模块226变换成直流电力，供给到电池模块9。其结果，对电池模块9充电。
[0080]另一方面，在使电机230进行牵引运转的情况下，MCU222根据上位控制器的命令，控制驱动器电路224，使得对于电机230的转子的旋转发生超前方向的旋转磁场，控制功率模块226的开关动作。这种情况下，从电池模块9向功率模块226供给直流电力。另外，在通过再生制动控制对电池模块9充电的情况下，MCU222控制驱动器电路224，使得发生对于电机230的转子的旋转滞后方向的旋转磁场，控制功率模块226的开关动作。这种情况下，从电机230向功率模块226供电，功率模块226的直流电力供给到电池模块9。其结果，电机230起到发电机的作用。
[0081]变流器装置220的功率模块226高速地进行导通以及切断动作，进行直流电力与交流电力之间的电力变换。这时，由于高速地切断大电流，因此由直流电路具有的电感发生很大的电压变动。为了抑制该电压变动，设置上述的大容量的平滑电容器。
[0082]电池模块9由串联连接的2个电池块9A、9B构成。各电池块9A、9B具备串联连接的16个单体的电池单体。电池块9A和电池块9B经过将开关和保险丝串联连接的保养?检修用的服务断路器SD串联连接。通过打开该服务断路器SD，切断电气电路的直连电路，即使假设电池块9A、9B的任一处与车辆之间在任一个位置形成连接电路，也不会流过电流。根据这样的结构能够维持高可靠性。另外，在检修时，即使人接触到HV+与HV —之间，高电压也不会施加到人体上，因此是安全的。
[0083]在电池模块9与变流器装置220之间的强电线HV+上，设置有具备继电器RL、电阻RP以及预充电继电器RLP的电池断路器单元BDU。将由电阻RP与预充电继电器RLP构成的串联电路并联连接在继电器RL上。
[0084]电池监视装置100主要进行各单体电压的测定、总电压的测定、电流的测定、单体温度以及单体的容量调整等。从而，设置作为单体控制器的IC(集成电路)1?IC6。设置在各电池块9A、9B内的16个单体的电池单体分别分成3个单体组，在每一个单体组中设置一个集成电路。
[0085]ICl?IC6具备通信系统602和I比特通信系统604。在用于单体电压值读取或者各种指令发送的通信系统602中，经过绝缘元件(例如，光电耦合器)PH，以串级链(daisychain)方式与微机30进行串行通信。I比特通信系统604发送检测出了单体过充电时的异常信号。在图1表示的例子中，通信系统602分为对电池块9A的ICl?IC3的上位通信通道、和对电池块9B的IC4?IC6的下位通信通道。
[0086]各IC进行异常诊断，在判断为自身异常或者有接收端子FFI从前面的IC接收到了异常信号的情况下，从发送端子FFO发送异常信号。另一方面，已经有接收端子FFI接收的异常信号消失，或者在自身的异常判断成为正常判断的情况下，从发送端子FFO传输的异常信号消失。该异常信号在本实施方式中是I比特信号。
[0087]微机30虽然不向IC发送异常信号，但是为了诊断作为异常信号的传输通道的I比特通信系统604是否正常动作，向I比特通信系统604发送作为模拟异常信号的试验信号。接收到该试验信号的ICl向通信系统604发送异常信号，由IC2接收其异常信号。异常信号从IC2按照IC3、IC4、IC5、IC6的顺序发送，最终从IC6向微机30返送。如果通信系统604正常动作，则从微机30发送的模拟异常信号经过通信系统604返回到微机30。这样通过微机30接收模拟异常信号，能够进行通信系统604的诊断，提高系统的可靠性。
[0088]在电池断路器BDU内设置霍尔元件等电流传感器Si，在微机30中输入电流传感器Si的输出。有关电池模块9的总电压以及温度的信号也输入到微机30，分别由微机30的AD变换器(ADC)测定。温度传感器设置在电池块9A、9B内的多个位置。
[0089]图2是表示关于图1的电池块9A的ICl?1C3的部分。另外，虽然省略了图示，但是关于电池块9B也成为相同的结构。设置在电池块9A中的16个单体的电池单体分为4单体、6单体、6单体的3个单体组，与各单体组相对应，设置IC1、IC2、IC3。
[0090]ICl的CVl?CV6端子是用于测量电池单体的单体电压的端子，各IC能够测量到6个单体。在监视6个单体的IC2、IC3的情况下，在CVl?CV6端子的电压测量线上，分别设置用于端子保护以及容量调整的放电电流限制的电阻RCV。另一方面，在监视4个单体的ICl的情况下，在CV3?CV6端子的电压测量线上，分别设置用于端子保护以及容量调整的放电电流限制电阻RCV。各电压测量线经过读出线LS，连接各电池单体BC的正极或者负极。另外，在电池单体BC6的负极上连接IC2、IC3的GNDS端子。例如，在测量电池单体BCl的单体电压的情况下，测量CVl - CV2端子之间的电压。另外，在测量电池单体BC6的单体电压的情况下，测量CV6 - GNDS端子之间的电压。在ICl的情况下，使用CV3?CV6端子以及GNDS端子，测量电池单体BCl?BC4的单体电压。在电压测量线之间，作为噪声对策设置电容器Cv、Cin。
[0091]为了最大限度地灵活运用电池模块9的性能，需要对32个单体的单体电压进行均等化。例如，在单体电压的偏差大的情况下，在再生充电时，需要在最高的电池单体达到了上限电压的时刻停止再生动作。这种情况下，尽管其它的电池单体的单体电压没有达到上限，但也停止再生动作，作为制动消耗能量。为了防止这一点，各IC按照来自微机30的指令进行用于电池单体的容量调整的放电。
[0092]如图2 所示，各 ICl ?IC3 在 CVl — BR1、BR2 — CV3、CV3 — BR3、BR4 — CV5、CV5 —BR5以及BR6 - GNDS的各端子之间具备单体容量调整用的平衡开关BSl?BS6。例如，在进行ICl的电池单体BCl的放电的情况下，接通平衡开关BS3。如果这样做，则在电池单体CVl的正极一电阻RCV — CVl端子一平衡开关BS3 — BR3端子一电阻RB —电池单体CVl的负极的通道中，流过平衡电流。RB或者RBB是平衡用的电阻。
[0093]在ICl?IC3之间，如上所述设置通信系统602、604。来自微机30的通信指令经过光电耦合器PH输入到通信系统602，经过通信系统602，由ICl的接收端子LINl接收。从ICl的发送端子LIN2发送与通信指令相对应的数据或者指令。由IC2的接收端子LINl接收到的通信指令从发送端子LIN2发送。这样顺序地进行接收和发送，传输信号从IC3的发送端子LIN2发送，经过光电耦合器PH，由微机30的接收端子接收。ICl?IC3根据接收到的通信指令，进行单体电压等的测定数据向微机30的发送或者平衡动作。进而，各ICl?IC3根据所测定的单体电压检测单体过充电。其检测结果(异常信号)经过通信系统604向微机30发送。
[0094]图3是表示IC内部块的概略的图，作为例子示出了连接6个电池单体BCl?BC6的IC2。另外，虽然省略说明，但是关于其它的IC也成为同样的结构。在IC2上设置作为电池状态检测电路的多路转接器120及模拟数字变换器122A、IC控制电路123、诊断电路130、传输输入电路138和142、传输输出电路140和143、起动电路254、定时器电路150、控制信号检测电路160、差动放大器262以及OR电路288。
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