CN102998625B - 监视装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监视装置。对作为蓄电元件的二次电池(10)的状态进行监视的监视装置(30)具备：测量部(41)，其测量所述二次电池(10)的状态；唤醒定时器(35)，其使所述监视装置(30)按照已经决定的启动周期(T)从睡眠状态启动，并使所述测量部测量所述二次电池的状态；以及CPU(31)，其在所述测量部(41)的测量值较之上一次测量发生了变化的情况下，变更所述启动周期(T)。从而，能够早期地检测在从负载侧没有接受到启动信号的状态下正在使用蓄电元件的情况，以便蓄电元件不会成为异常状态。

Description

监视装置

技术领域

本发明涉及对蓄电元件的状态进行监视的技术。

背景技术

在下述专利文献1中，公开了通过使电压监视单元交替地执行电压测量模式和睡眠模式来抑制二次电池的消耗电力的技术。

专利文献1：日本特开平8-140204号公报

监视二次电池的电池监视装置通常在电池使用时从负载侧接受启动信号来启动，为了从睡眠模式脱离，在电池使用中能够监视二次电池的状态。

但是，在以从负载被移除的状态使用了二次电池的情况下，或者在与负载侧的通信中存在不顺利的情况下，由于无法从负载侧接受启动信号，所以电池监视装置依旧为睡眠模式，从而以固定周期来监视电池。由于如果固定周期长则未监视的状态会持续，所以假设在进行了不适当的充电的情况下，存在电池电压会进入使用禁止区域(过充电或过放电等)中等、二次电池会成为异常状态的顾虑。另外，该问题在二次电池以外的电容器等中也同样会发生。

发明内容

本发明基于上述情况而完成，其目的在于，早期地检测在从负载侧没有接受到启动信号的状态下正在使用蓄电元件的情况，以便蓄电元件不会成为异常状态。

本发明是一种监视蓄电元件的状态的监视装置，具备：测量部，其测量所述蓄电元件的状态；唤醒定时器，其使所述监视装置按照已经决定的启动周期从睡眠状态启动，并使所述测量部测量所述蓄电元件的状态；以及控制装置，其在所述测量部的测量值发生了变化的情况下，变更所述启动周期。另外，所谓测量值发生了变化的情况意思是，测量值的数值相对于上一次或上上一次等过去的测量值、预先设定的基准值等成为比较对象的值而发生了变化的情况。

在本发明中，如果测量值有变化，则由于启动周期被变更，所以监视装置的监视频度变多。由此，能够早期地检测在从负载侧没有接受到启动信号的状态下正在使用二次电池等蓄电元件的情况。此外，即使假设二次电池等蓄电元件的状态发生了变化，由于二次电池等蓄电元件的未监视状态不会持续长时间，所以能够防止二次电池等蓄电元件进入过充电、过放电等异常状态于未然。

作为本发明的实施方式优选为以下的构成。

·所述控制装置根据所述测量值的变化量来变更所述启动周期。

·所述控制装置在向睡眠模式转移时所述蓄电元件的电压为接近于充满电电压的值的情况下，将所述启动周期变更得比初始值还短。

·所述测量部测量所述蓄电元件的电压和电流值，所述控制装置在所述蓄电元件的电压发生变化、且电流在所述蓄电元件中流过的情况下，进行所述启动周期的变更。

·所述蓄电元件是正极使用了橄榄石型磷酸铁的橄榄石铁系锂离子二次电池。

本发明是一种监视蓄电元件的状态的监视装置，具备：测量部，其测量所述蓄电元件的状态；唤醒定时器，其使所述监视装置按照已经决定的启动周期从睡眠状态启动，并使所述测量部测量所述蓄电元件的状态；以及控制装置，其在所述测量部的测量值没有发生变化的情况下，变更所述启动周期。

发明效果

根据本发明，能够早期地检测在从负载侧没有接受到监视装置的启动信号的状态下正在使用二次电池的情况。此外，能够防止二次电池进入过充电、过放电等异常状态于未然。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的监视装置的电气构成的框图。

图2是表示启动周期变更顺序的处理流程的流程图。

图3是表示电池电压没有变化的情况下的监视装置的启动周期的图。

图4是表示电池电压有变化的情况下的监视装置的启动周期的图。

图5是表示本发明的实施方式2涉及的监视装置的启动周期的图。

图6是表示橄榄石铁系锂离子二次电池的充电特性的图。

图7是表示本发明的实施方式3涉及的启动周期变更顺序的处理流程的流程图。

符号说明：

10：二次电池(本发明的“蓄电元件”的一例)；20：充电器；30：监视装置；31：CPU(本发明的“控制装置”的一例)；35：唤醒定时器；41：测量部；T：启动周期；S1：内部启动信号；Sa：睡眠信号；Sb：外部启动信号。

具体实施方式

<实施方式1>

通过图1至图4来说明本发明的实施方式1。

监视装置30与作为蓄电元件的一例的二次电池10一体组装，用于监视二次电池10的状态，具体而言用于监视电池电压、电池温度、电流值。监视装置30的构成如图1所示，采用包括以下部件的构成：CPU31、时钟振荡器33、唤醒定时器(wake up timer)35、看门狗定时器(watchdog timer)37、测量部41、A/D转换器43、RAM45、ROM47、通信接口49。另外，CPU31是本发明的控制装置的一例。

测量部41承担测量二次电池10的电池电压(端子间电压)、电池温度、电流值的功能。A/D转换器43将二次电池10的电池电压、电池温度、电流值等测量值转换为数字值并输出到CPU31。CPU31对通过A/D转换器43取入的二次电池10的电池电压、电池温度的信息进行解析，来监视在二次电池10中是否没有异常，即监视电池的状态。RAM45作为CPU31的工作存储器来使用。ROM47存储用于执行后述的启动周期变更顺序的程序、各种运算所需的数据等。

在监视装置30中有测量模式和睡眠模式(低消耗电力模式)这2个模式设定。测量模式是测量二次电池10的电池电压、电池温度、电流值来监视电池的状态的模式，在该模式中向监视装置30整体提供电力。

睡眠模式是反复进行电池的监视和睡眠状态(也称为休止)的模式。监视装置30通过在睡眠模式中接受来自唤醒定时器35的内部启动信号S1来启动，从而按照固定的启动周期T来监视电池的状态，在除此以外的情况下成为睡眠状态。另外，唤醒定时器35对启动周期T进行计数并输出内部启动信号S1，从而发挥使监视装置30按照已经决定的启动周期T从睡眠状态启动，并使监视装置30的测量部41测量二次电池10的电池电压、电流、温度的功能。

在睡眠状态下，仅仅向监视装置30中的时钟振荡器33、唤醒定时器35、通信接口49提供电力，针对除此以外的各部的电力提供被停止，所以能够抑制二次电池10的电力消耗。另外，能够通过使监视装置30成为睡眠状态来抑制二次电池10的电力消耗的原因在于，监视装置30从二次电池10接受电力提供。

另外，采用下述构成：通过从负载侧的控制***(例如，如果是车载二次电池10的情形，则是指车载的EUC)输出的2个控制信号Sa、Sb来控制测量模式和睡眠模式的模式转移。即，负载侧的控制***在检测到二次电池10的未使用状态持续固定时间的情况等、向睡眠模式转移的转移条件的时间点，通过通信接口49输出睡眠信号Sa，并使监视装置30向睡眠模式转移。

此外，负载侧的控制***在使用电池时，通过通信接口49输出外部启动信号Sb，并使监视装置30向测量模式转移。因此，如果二次电池10处于能够从负载接受外部启动信号Sb的状态，则在电池使用时通过监视装置30来监视二次电池10的使用状态。

但是，在以从负载被移除的状态使用了二次电池10的情况下、或者在与负载侧的通信中存在不顺利的情况下，由于无法从负载侧接受外部启动信号Sb，所以监视装置30有时会依旧为睡眠状态，从而以预先设定的固定周期来监视电池。由此，根据二次电池10进行不适当的充电的时间等情况，在从电池的监视到下一次监视为止的期间，电池会进入异常状态，例如电池电压进入使用禁止区域(过充电、过放电等)。

因此，在本实施方式中，在睡眠模式下二次电池10的电池电压较之上一次测量值有变化的情况下，通过变更启动周期T来缩短由监视装置30监视二次电池10的监视周期，从而能够早期地检测在从负载侧没有接受到外部启动信号Sb的状态下正在使用二次电池的情况，并且能够防止二次电池10进入使用禁止区域于未然。

以下，参照图2来说明变更监视装置30的启动周期T的启动周期变更顺序。另外，设二次电池10最初搭载于负载中，唤醒定时器35的设定时间、即启动周期T的初始值为60sec。

启动周期变更顺序以检测到从测量模式向睡眠模式转移的转移条件，且从负载侧向监视装置30输出睡眠信号Sa为条件而开始。

若监视装置30接受到睡眠信号Sa，则成为转移到睡眠模式来抑制消耗电力的睡眠状态。即，仅时钟振荡器33、唤醒定时器35、通信接口49接受电力提供而成为工作状态，针对除此以外的各部的电力提供被停止(S10)。

唤醒定时器35在向睡眠状态转移之后开始时间的计时，若达到设定时间则向CPU31输出内部启动信号S1。这里，由于设定时间的初始值为60sec，所以在从向睡眠状态转移的转移时起经过了60sec的时间点，从唤醒定时器35向CPU31输出内部启动信号S1。

若CPU31接受到内部启动信号S1，则使监视装置30的各部通电，启动监视装置30(S20、S30)。之后，通过测量部41来执行对二次电池10的电池电压、电池温度、电流值进行测量的处理。

然后，由测量部41测量到的测量值被A/D转换器43变更为数字值之后，取入到CPU31(S40)。若取入测量值，则CPU31判定测量值是否较之上一次发生了变化。具体而言，判定二次电池10的电池电压是否较之上一次测量值发生了变化(S50)。另外，作为判定基准，优选在二次电池10的电池电压较之上一次测量值变化了规定值以上(例如，0.05V以上)的情况下，判定为有变化。这样，由于可因使用状况引起的电池电压的微小变化(即便没有进行不适当的充电等也可引起的电压变化)，不会判定为有变化。此外，在初次判定中，由于不存在上一次测量值，所以将在刚刚进入睡眠模式之前的测量模式下测量到的最新的测量值判定为上一次测量值。这里，设测量值没有变化来继续说明。

之后，处理转移到S70，唤醒定时器35的设定时间被维持在初始值。之后，处理返回S10，监视装置30再次转移到睡眠状态。然后，若唤醒定时器35达到设定时间，则向CPU31输出内部启动信号S1，启动监视装置30(S20、S30)。

由此，监视装置30启动，测量二次电池10的电池电压、电池温度、电流值。如果二次电池10的电池电压没有变化，则在S50中判定为“否”，唤醒定时器35的设定时间被维持在初始值。

因此，如果电池电压10较之上一次测量值没有变化的状态持续，则监视装置30如图3所示成为下述状态：重复以60sec的间隔启动来监视二次电池10的状态。

于是，在所搭载的二次电池10连同充电器20一起从负载被移除后进行充电的情况、在通过一起组装的充电器20以外的充电器进行充电的情况下，二次电池10的电池电压上升，从而较之上一次测量值发生变化。由此，在接下来进行S50的判定时，判定为“是”。在该情况下，CPU31变更唤醒定时器35的设定时间来缩短监视装置30的启动周期T。例如，将唤醒定时器35的设定时间从60sec变更为30sec，将监视装置30的启动周期T从初始值的60sec变更为30sec。

由此，监视装置30在接下来进行监视时，以30sec的间隔来启动。然后，如果监视的结果是电池电压没有变化，则CPU31将唤醒定时器35的设定时间返回为初始值，如果电池电压较之上一次测量值发生变化的状态持续，则CPU31将唤醒定时器35的设定时间维持为变更值、即30sec。

由此，在二次电池10的电池电压相对于时间轴发生变化(在图4的例子中是成比例变化)的状态持续的情况下，监视装置30处于反复以30sec的间隔启动来进行二次电池10的监视的状态。

如果电池电压的变化持续多次，则CPU31能够判断为在从负载侧没有接受到外部启动信号Sb的状态下正在使用二次电池10。并且，在本实施方式中，在二次电池10的电池电压较之上一次测量值发生了变化的情况下，由于缩短了监视装置30的启动周期T，所以多次测量所需的时间变短即可。

因此，与监视装置30的启动周期T较之初始值没有变更的情况相比，能够早期地检测在从负载侧没有接受到外部启动信号Sb的状态下正在使用二次电池10的情况。另外，在检测到在从负载侧没有接受到外部启动信号Sb的状态下正在使用二次电池10的情况下，监视装置30的CPU31进行警报异常的处理，例如点亮异常警报灯、或者鸣响蜂鸣器等的处理。

此外，通过缩短监视装置30的启动周期T，从而二次电池10的监视周期变短，所以在进入过充电之前就切断继电器R以停止充电，由此能够防止二次电池10成为过充电于未然。

另外，预先将阈值设定在二次电池10的充满电电压附近，在测量到的电池电压超出阈值并继续上升的情况下，如图4所示，如果将监视装置30的启动周期T变更得进一步短，则能够更加可靠地防止二次电池10进入过充电。

<实施方式2>

接下来，通过图5、图6来说明本发明的实施方式2。在实施方式1中，列举了二次电池10的电池电压相对于时间轴成比例地推移的例子，列举了将监视装置30的启动周期T从60sec变更为30sec的例子。

在实施方式2中，根据电池电压的测量值的变化量来变更监视装置30的启动周期T。具体而言，电池电压的测量值的变化量越大，则越缩短启动周期T。由此，例如，如图5所示，在电池电压相对于时间轴以接近于二次曲线的曲线进行推移的情况下，随着时间的经过，将监视装置30的启动周期T设定得较短。

这样，如果电池电压(cell voltage)的变化量变大而接近于充满电电压，则启动周期T变短，由监视装置30对二次电池10监控的监视频度变多。由此，能够防止二次电池10成为过充电于未然。另外，作为如图5所示那样在充电终期电压急剧增加的特性的二次电池，已知橄榄石铁系锂离子二次电池。橄榄石铁系电池是锂离子电池的一种，正极使用橄榄石型磷酸铁、即磷酸铁锂(LiFePO4)，负极使用例如碳等。橄榄石铁系锂离子二次电池如图6所示，因为充满电电压为大约3.5V，所以在接近于充满电电压的3.45V～3.5V之间，如果预先将启动周期T设定得较短，则因为在充满电附近电池的监视频度增加，所以能够更可靠地防止橄榄石铁系锂离子二次电池10进入过充电。

<实施方式3>

接下来，通过图7来说明本发明的实施方式3。实施方式3对实施方式1的启动周期变更顺序追加了S3和S5的处理，除此以外的处理(具体而言，S10～S70的处理)与实施方式1的启动周期变更顺序相同。因此，这里，仅仅说明作为不同点的S3和S5的处理。

如图7所示，在实施方式3中，若检测到向睡眠模式转移的转移条件并从负载侧输出睡眠信号Sa，则首先监视装置30进行下述处理：判定在测量模式时测量到的二次电池10的最近的电池电压是否为充满电电压附近(S3)。具体而言，将最新的电池电压与预先设定的阈值(接近于充满电电压的数值)进行比较，如果最新的电池电压超过阈值，则判定为是充满电电压附近(判定“是”)，在低于阈值的情况下，判定为不是充满电电压附近(判定“否”)。

在判定为不是充满电电压附近的情况下(S3：否)，处理转移到S10。向S10转移后的处理与实施方式1相同，在二次电池10的电池电压较之上一次测量值没有变化的情况下，监视装置30以60sec的启动周期T来启动，监视二次电池10，如果电池电压有变化，则变更启动周期T。

接下来，在判定为是充满电电压附近的情况下(S3：是)，处理转移到S5。在S5中，通过CPU31将唤醒定时器35的设定时间变更为比初始值还短的时间。如果唤醒定时器35的设定时间的初始值为60sec，则在S5中将唤醒定时器35的设定时间设定为比60sec还短的时间，例如30sec。由此，监视装置30较之最初向睡眠模式的转移而以比初始设定还短的启动周期T来启动，监视二次电池10。

这样，在从测量模式向睡眠模式的转移前的阶段，在二次电池10的电池电压为充满电附近的情况下，如果将监视装置30的启动周期T设定得比最初还短，则能够防止二次电池成为过充电于未然。

<其他实施方式>

本发明并不限定于通过上述叙述和附图说明过的实施方式，例如下面这样的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

(1)在上述实施方式中，示出了由监视装置30来监视二次电池10的状态的例子，但是监视装置30的监视对象可以是蓄电元件(积蓄电的元件)，除了二次电池10以外也可以监视电容器的状态。此外，在上述实施方式中，虽然示出了通过CPU31来构成控制装置的例子，但是也可以由硬件电路构成。

(2)在上述实施方式中，列举了在二次电池10的电池电压较之上一次测量值有变化的情况下，变更监视装置30的启动周期T的例子。但是除此以外例如也可以在二次电池10的电池温度较之上一次测量值有变化的情况下，变更监视装置30的启动周期T。表示二次电池10的状态的信息除了电池温度以外，也可以是SOC(State of Charge)、电流值、电池内压等能够检测到电池为异常的可能性的量。例如，以电流为例，在汽车停车中由二次电池10消耗的暗电流为100mA以下的***中，如果暗电流为正常值即不足100mA，则设监视装置30的启动周期T为60秒(初始值)。另一方面，如果为100mA以上，则将启动周期T一律设定为30秒周期，或者根据暗电流的电平来阶段性地缩短启动周期T。例如，在二次电池10的容量为60Ah、且暗电流不足100mA～0.1CA(6A)的情况下，设启动周期T为30秒，在暗电流为0.1CA(6A)～0.5CA(30A)的情况下，设启动周期T为20秒，在暗电流为0.5CA(30A)以上的情况下，设启动周期T为10秒。此外，除了上述以外，也可以基于多个测量值来决定启动周期T。例如，在将电流和电池电压组合起来、且双方为设定电平以上的情况下，与仅仅其中一方超过设定电平的情况相比，可以进一步加快启动周期T。

(3)在上述实施方式中，列举了在二次电池10的测量值较之上一次测量值发生了变化的情况下，变更监视装置30的启动周期T的例子。二次电池10的测量值的比较对象除了上一次测量值以外，可以是上上一次测量值、基准值，也可以在二次电池10的测量值较之上上一次测量值、基准值有变化的情况下，变更监视装置30的启动周期T。

(4)在上述实施方式中，虽然例示了二次电池10的电池电压在相对于上一次测量值变大的方向上变化的情况(充电)，但是本发明也能够适用于电池电压在相对于上一次测量值变小的方向上变化的情况(放电)。另外，电池电压在较之上一次测量值变小的方向上变化的情况也与在变大的方向上变化的情况相同，缩短启动周期T来缩短监视装置30的监视周期即可。

(5)在上述实施方式中，示出了监视装置30接受从负载侧输出的睡眠信号Sa而从测量模式转移到睡眠模式的例子，但是监视装置30也可以自我检测向睡眠模式转移的转移条件，从而向睡眠模式进行转移。

(6)在上述实施方式中，虽然将睡眠信号Sa和外部启动信号Sb作为分别不同的信号，但是也可以将这2个信号Sa、Sb作为1个信号，通过信号电平的“High”/“Low”来控制监视装置30的模式转移。

(7)在上述实施方式中，列举了在二次电池10的电池电压较之上一次测量发生了变化的情况下，变更监视装置30的启动周期T的例子，但是除了将流过电流作为变更条件以外，也可以在二次电池10的电池电压较之上一次测量发生变化、且电流在二次电池10中流过的情况下，变更监视装置30的启动周期T。这样，在如下点是有效的。一般，由于充放电结束之后的短暂期间存在电池电压发生变化的区域，所以如果仅仅将电池电压的变化作为启动周期T的变更条件，则即使在没有进行不适当的充电的通常状态下，也可能变更启动周期T。在这一点上，如果在启动周期的变更条件中加上流过电流，则在通常的状态下不变更启动周期T，能够仅仅在进行了不适当的使用(例如充电)的情况下变更启动周期T。

(8)在实施方式2中，虽然说明了电池电压的测量值的变化量越大，则越缩短启动周期T的例子，但是也可以根据测量值的变化量来变更启动周期T，例如按照下面的模式来变更监视装置30的启动周期T。如图6所示，橄榄石铁系锂离子二次电池使用充满电电压为大约3.5V、通常为3.3V～3.5V的电压。该情况下，电池的使用范围E为3.3V～3.5V的200mV，其百分之十为20mV。因此，在将测量值没有变化时的启动周期T设为初始值的60sec之际，在测量值较之上一次测量变化了相当于使用范围的十分之一的20mV的情况下，将启动周期T从60sec变更为其二分之一倍的30sec(模式1)。此外，在测量值变化了相当于使用范围的百分之二十的40mV的情况下，将启动周期T从60sec变更为其四分之一倍的15sec(模式2)。此外，在测量值变化了20mV而将启动周期T从初始值的60sec变更为30sec之后，在下一次测量中测量值变化了40mV的情况下，将启动周期T从30sec变更为其二分之一倍的15sec，在测量值变化了与上一次变化量相同的20mV的情况下，将启动周期T依旧设为30sec(模式3)。此外，使启动周期T变更的方式除了上述这样在启动周期T上乘以与测量值的变化量相应的常数(1/2或1/4)的方法以外，也可以是根据测量值的变化量的大小而从启动周期T中减去常数(20sec、40sec)的方法。

(9)在上述实施方式中，虽然列举了在二次电池10的电池电压较之上一次测量值有变化的情况下，变更监视装置30的启动周期T的例子，但是也可以在二次电池10的电池电压较之上一次测量值、基准值没有发生变化的情况下，变更启动周期。具体而言，在测量值没有变化的情况下，由于二次电池10不适当使用的可能性较低，所以即使将监视装置30的启动周期变长，二次电池10出现异常的可能性也较低。由此，如果启动周期T是初始值的60sec，则在测量值没有变化的情况下，可以将启动周期T设定为90sec、120sec等比初始值还长的值。如果将启动周期T变长，则因为相应地能够抑制监视装置20的消耗电力，所以是有效的。另外，在二次电池10的电池电压较之上一次测量值、基准值没有变化的情况下变更启动周期T的控制，也可以并用作在有变化的情况下变更启动周期T的控制。即，可以在有变化的情况下将启动周期T变更得较短，在没有变化的情况下将启动周期T变更得较长。

Claims (4)

1.一种监视装置，对蓄电元件的状态进行监视，所述监视装置具备：

测量部，其测量所述蓄电元件的状态，获得能够检测到所述蓄电元件为异常的可能性的量；

唤醒定时器，其使所述监视装置按照已经决定的启动周期从睡眠状态启动，并使所述测量部测量所述蓄电元件的状态；以及

控制装置，其在所述测量部的测量值发生了变化的情况下，变更所述启动周期，

所述控制装置根据所述测量值的变化量来变更所述启动周期。

2.根据权利要求1所述的监视装置，其特征在于，

所述控制装置在向睡眠模式转移时所述蓄电元件的电压为接近于充满电电压的值的情况下，将所述启动周期变更得比初始值还短。

3.根据权利要求1所述的监视装置，其中，

所述测量部测量所述蓄电元件的电压和电流值，

所述控制装置在所述蓄电元件的电压发生变化、且电流在所述蓄电元件中流过的情况下，进行所述启动周期的变更。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的监视装置，其中，

所述蓄电元件是正极使用了橄榄石型磷酸铁的橄榄石铁系锂离子二次电池。