CN108226794B - 二次电池监视装置及故障诊断方法 - Google Patents

二次电池监视装置及故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

【课题】提供能够与故障部位或故障模式无关地检测出监视二次电池的电路的故障的二次电池监视装置及故障诊断方法。【解决方案】其特征在于具备：检测二次电池的异常的电阻电路及检测电路；产生用于使电阻电路的输出端子成为故障诊断用的电压的故障检测电流的电流生成电路；以及将故障检测电流切换到电阻电路的输出端子而流过的开关。另外，该二次电池监视装置的故障诊断方法。

Description

二次电池监视装置及故障诊断方法
技术领域
本发明关于二次电池监视装置及故障诊断方法。
背景技术
现有的检测多个串联连接的二次电池的异常的二次电池监视装置，具备检测二次电池监视装置的故障的功能。
二次电池监视装置具备对各二次电池每一个设置的异常检测电路、和变更各异常检测电路的异常判定电压的判定电压变更电路。而且，关于二次电池监视装置，判定电压变更电路变更异常检测电路的异常判定电压，检测出二次电池的电压从而检测异常检测电路的故障（例如，参照专利文献1）。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2004－127663号公报。
发明内容
【发明要解决的课题】
然而，现有的二次电池监视装置在基准电压电路输出的基准电压的值偏移的故障的情况下，在过充电检测中难以检测出判定电压上升的故障，在过放电检测中难以检测出判定电压下降的故障。另外，在分压电阻的电阻比中，根据发生异常的方式其检测也是困难的。即，现有的二次电池监视装置存在根据故障部位或故障模式而难以进行故障的检测这一课题。
本发明鉴于上述课题而构思，目的在于提供能够与故障部位或故障模式无关地检测故障的二次电池监视装置及故障诊断方法。
【用于解决课题的方案】
本发明的二次电池监视装置，其特征在于具备：电阻电路，连接有二次电池的两端，从输出端子输出检测电压；检测电路，基于检测电压检测二次电池的异常；电压电流转换电路，连接有二次电池的两端并将二次电池的电压转换为电流；电流电压转换电路，将电压电流转换电路的电流转换为电压；第一电流生成电路，基于电流电压转换电路的电压生成与二次电池的电压成比例的第一电流；第二电流生成电路，生成与用于使电阻电路的输出端子成为故障诊断用的电压的电压成比例的第二电流；电流反射镜电路，使与第一电流和第二电流对应的故障检测电流流过；以及开关，使故障检测电流流过电阻电路的输出端子。
另外，本发明的二次电池监视装置的故障诊断方法，该二次电池监视装置检测二次电池的异常，并具备：第一电阻电路，连接有第一二次电池的两端并从输出端子输出第一检测电压；第一检测电路，基于第一检测电压检测第一二次电池的异常；第一电压电流转换电路，连接有第一二次电池的两端并将第一二次电池的电压转换为电流；第二电阻电路，连接有与第一二次电池串联连接的第二二次电池的两端并从输出端子输出第二检测电压；第二检测电路，基于第二检测电压检测第二二次电池的异常；第二电压电流转换电路，连接有第二二次电池的两端并将第二二次电池的电压转换为电流；电流电压转换电路，输入端子经由第一开关与第一电压电流转换电路连接且经由第二开关与第二电压电流转换电路连接，将第一或第二电压电流转换电路的电流转换为电压；第一电流生成电路，基于电流电压转换电路的电压生成与二次电池的电压成比例的第一电流；第二电流生成电路，生成与用于使第一或第二电阻电路的输出端子成为故障诊断用的电压的电压成比例的第二电流；电流反射镜电路，使与第一电流和第二电流对应的故障检测电流流过；第三开关，使故障检测电流流过第一电阻电路的输出端子；以及第四开关，使故障检测电流流过第二电阻电路的输出端子，所述二次电池监视装置的故障诊断方法的特征在于：从外部电源对连接第二二次电池的两端的端子施加电压，使第一开关截止、第二开关导通、第三开关导通、第四开关截止，根据第一检测电路的检测结果诊断二次电池监视装置的故障。
【发明效果】
依据本发明的二次电池监视装置及故障诊断方法，能够与故障部位或故障模式无关地检测故障。
附图说明
【图1】是示出本发明的二次电池监视装置的框图。
【图2】是示出本发明的二次电池监视装置的故障诊断方法的框图。
具体实施方式
图1是示出本发明的实施方式的二次电池监视装置100的框图。
二次电池监视装置100具备：电压电流转换电路11、21；选择开关12、22；电阻电路13、23；基准电压电路14、24；开关15、16、25、26；比较器17、18、27、28；电流电压转换电路31；运算放大器32、35；MOS晶体管33、36；电阻34、37；基准电压电路38；以及电流反射镜电路39。
另外，虽然未图示，但是二次电池监视装置100具备根据二次电池C1、C2的电压信息等控制充放电控制开关的控制电路等。
比较器17、27是检测过放电的比较器，比较器18、28是检测过充电的比较器。电阻电路13串联连接有三个电阻13a、13b、13c，其电阻值设为Ra、Rb、Rc。电阻电路23串联连接有三个电阻23a、23b、23c，其电阻值设为Ra、Rb、Rc。基准电压电路14、24输出基准电压vref。
电压电流转换电路11及21、电流电压转换电路31、运算放大器32、MOS晶体管33、和电阻34，是生成用于使电阻电路13（23）中的比较器17、18（27、28）所检测的节点与基准电压电路14（24）的基准电位相同的电流Ic的电流生成电路。运算放大器35、MOS晶体管36、电阻37、和基准电压电路38是生成用于使电阻电路13（23）中的比较器17、18（27、28）所检测的节点为故障诊断用的电压的电流Ir的电流生成电路。
电压电流转换电路11的输入端子与二次电池C1的两端连接，输出端子经由选择开关12而与电流电压转换电路31的输入端子连接。电阻电路13的两端与二次电池C1的两端连接，第一输出端子与比较器17的反相输入端子连接，第二输出端子与比较器18的同相输入端子连接。基准电压电路14的输出端子与比较器17的同相输入端子和比较器18的反相输入端子连接。
电压电流转换电路21的输入端子与二次电池C2的两端连接，输出端子经由选择开关22而与电流电压转换电路31的输入端子连接。电阻电路23的两端与二次电池C2的两端连接，第一输出端子与比较器27的反相输入端子连接，第二输出端子与比较器28的同相输入端子连接。基准电压电路24的输出端子与比较器27的同相输入端子和比较器28的反相输入端子连接。比较器17、18、27、28的输出端子与未图示的控制电路的输入端子连接。
运算放大器32的同相输入端子与电流电压转换电路31的输出端子连接，输出端子与MOS晶体管33的栅极连接。MOS晶体管33的源极与电阻34的一端和运算放大器32的反相输入端子连接。
运算放大器35的同相输入端子与基准电压电路38的输出端子连接，输出端子与MOS晶体管36的栅极连接。MOS晶体管36的源极与电阻37的一端和运算放大器35的反相输入端子连接。
电流反射镜电路39的输入端子与MOS晶体管36的漏极连接，输出端子与MOS晶体管33的漏极连接。开关15连接在电流反射镜电路39的输出端子与比较器17的反相输入端子之间。开关16连接在电流反射镜电路39的输出端子与比较器18的同相输入端子之间。开关25连接在电流反射镜电路39的输出端子与比较器27的反相输入端子之间。开关26连接在电流反射镜电路39的输出端子与比较器28的同相输入端子之间。
电压电流转换电路11（21）将二次电池C1（C2）的电压转换为电流而向电流电压转换电路31输入。电流电压转换电路31将电压电流转换电路11（21）的电流转换为电压而向运算放大器32的同相输入端子输入。运算放大器32以使在电阻34产生的电压与电流电压转换电路31的电压相等的方式控制MOS晶体管33的栅极。此时，流过电阻34的电流为与二次电池的电压成比例的电流，将其值设为Ic。运算放大器35以使在电阻37产生的电压与基准电压电路38的电压相等的方式控制MOS晶体管36的栅极。此时，设流过电阻37的电流的值为Ir。
接着，对二次电池监视装置100的故障诊断功能进行说明。
在进行监视二次电池C1的电路的故障诊断的情况下，使选择开关12导通而使选择开关22截止。电压电流转换电路11将二次电池C1的电压VC1转换为电流，并经由选择开关12向电流电压转换电路31输入。电流电压转换电路31将所输入的电流转换为电压VC1，并通过运算放大器32和电阻34和MOS晶体管33得到与二次电池C1的电压VC1成比例的电流Ic。
在此，以使电阻34的电阻值R34与所诊断的比较器的电阻电路的上游侧电阻值相等的方式进行切换，即，诊断比较器17时为电阻值Ra，诊断比较器18时为电阻值Ra＋Rb。
进而，基准电压电路38的电压也根据所诊断的比较器进行切换。基准电压电路38的电压值在诊断比较器17的情况下输出小于基准电压vref的电压Vud，在诊断比较器18的情况下输出高于基准电压vref的电压Vod。
进而，电阻37的电阻值37切换为从所诊断的比较器的输入部观看的电阻电路的等效输入电阻值。因而，电阻值37在诊断比较器17的情况下设定为1/｛1/Ra＋1/（Rb＋Rc）｝，在诊断比较器18的情况下设定为1/｛1/（Ra＋Rb）＋1/Rc｝。
这些切换是根据未图示的测试电路的控制信号进行的。
而且，通过使与流过电阻34的电流Ic和流过电阻37的电流Ir对应的电流流入电阻电路13、或者从电阻电路13流出，诊断电阻电路13和基准电压电路14。
接着，对故障诊断的动作进行说明。
使选择开关12导通，将电阻值R34设定为电阻值Ra，将电阻值37设定为1/｛1/Ra＋1/（Rb＋Rc）｝，将基准电压电路38的电压设定为电压Vud。通过这样设定，使电流Ic成为VC1/Ra，使电流Ir成为Vud·｛1/Ra＋1/（Rb＋Rc）｝。
若使开关15导通，则故障检测用的电流Ic－Ir从电阻13a和电阻13b的连接点经由开关15流过电阻34，比较器17的反相输入端子的电压成为电压Vud。此时，电流Ic使电阻13a和电阻13b的连接点的电位与二次电池C1的负极的电位相等，电流Ir使电阻13a和电阻13b的连接点的电位从二次电池C1的负极的电位高出电压Vud的量。即，能够与二次电池C1的电压VC1无关地向比较器17的反相输入端子施加电压Vud。
在此，电压Vud比基准电压vref低，因此比较器17检测出过放电。因而，通过比较器17没有检测出过放电，能够检测出基准电压vref变低的异常。另外，通过比较器17没有检测出过放电，也能够检测出电阻值Ra变低的异常。另外，通过比较器17没有检测出过放电，也能够检测出电阻值Rb或电阻值Rc变高的异常。
接着，使开关15截止，将电阻值R34设定为电阻值Ra＋Rb，将电阻值R37设定为1/｛1/（Ra＋Rb）＋1/Rc｝，将基准电压电路38的电压设定为电压Vod。通过这样设定，使电流Ic成为VC1/Ra＋Rb，使电流Ir成为Vod·｛1/（Ra＋Rb）＋1/Rc｝。
若使开关16导通，则故障检测用的电流Ir－Ic从电流反射镜电路39经由开关16向电阻13b和电阻13c的连接点流动，比较器18的同相输入端子的电压成为电压Vod。此时，电流Ic使电阻13b和电阻13c的连接点的电位与二次电池C1的负极的电位相等，电流Ir使电阻13b和电阻13c的连接点的电位比二次电池C1的负极的电位高出电压Vod的量。即，能够与二次电池C1的电压VC1无关地向比较器18的同相输入端子施加电压Vod。
在此，电压Vod高于基准电压vref，因此比较器18检测出过充电。因而，通过比较器18没有检测出过充电，能够检测出基准电压vref变高的异常。另外，通过比较器18没有检测出过充电，能够检测出电阻值Rc变低的异常。另外，通过比较器18没有检测出过充电，能够检测出电阻值Ra或电阻值Rb变高的异常。
另外，关于电阻值Rb变低的异常，可以通过在二次电池C1的电压VC1正常时比较器17、18的哪一个会误动作而检测出故障。
在进行监视二次电池C2的电路的故障诊断的情况下，可以对这些电路与上述同样地进行诊断。
另外，利用诊断时动作的电压电流转换电路11，在开关15、16截止时仅使电压电流转换电路11动作，从而还能检测出二次电池C1与二次电地C2的连接点的连接故障。
图2是示出对本实施方式中追加的用于故障诊断的电路进行故障诊断的方法的框图。以下，说明实施电流生成电路的故障诊断的方法。
与图1的差异在于：在使开关15或16导通时，选择开关12截止、选择开关22导通。再者，在应连接二次电池C2的端子连接有能够改变电压的外部电源。
若为这样的状态，则电阻电路13被施加二次电池C1的电压，并且流过由电流生成电路基于电压电流转换电路21的电流生成的电流Ic、和电流Ir决定的故障检测用的电流。详细而言，关于故障检测用的电流，在开关15导通时电流Ic－Ir从电阻电路13流出，在开关16导通时电流Ir－Ic流入电阻电路13。
在该状态下，若将外部电源的电压设定为低于二次电池C1的电压，则电流Ic会小于由二次电池C1的电压生成的电流，因此比较器17的反相输入端子的电压会高于电压Vud。在此，若使该电压高于基准电压Vref，则比较器17不会检测出过放电，从而能够检测出包含电压电流转换电路21的生成电流Ic及Ir的电流生成电路没有故障。另外，能够检测出电阻电路13的比较器17的反相输入端子的电压过度下降的故障。
同样地，使开关15截止、开关16导通，改变外部电源的电压而能够检测出过充电检测电路的故障、和电阻电路13的比较器18的同相输入端子的电压过度上升的故障。
进而，使选择开关12导通、选择开关22截止，对于应连接二次电池C1的端子连接能够改变电压的外部电源，并进行故障诊断，从而能够检测出包含电压电流转换电路11的电流生成电路没有故障。
如以上说明的那样，本实施方式的二次电池监视装置100具备生成电流Ic及电流Ir的电流生成电路以及电流反射镜电路39，切换开关15、16（25、26）而使得期望的电流流过电阻电路，因此能够与故障部位或故障模式无关地检测出监视二次电池C1（C2）的电路的故障。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更。
例如，作为监视二次电池的电路，用具备检测过放电的电路和检测过充电的电路的例子进行了说明，但是也可为具备其中之一的结构。另外，以监视串联连接的两个二次电池的电路为例，但是不管二次电池是一个还是三个以上，都能同样实施。另外，说明了由运算放大器、MOS晶体管和电阻构成电流生成电路，但是满足功能即可，并不局限于该电路。另外，使电阻电路13和电阻电路23的各电阻的电阻值为相同值，但是二次电池C1和C2的电压不同的情况等，各电阻的电阻值不同也可。在此情况下，需要另行具备电流生成电路。
标号说明
100　二次电池监视装置；11、21　电压电流转换电路；14、24、38　基准电压电路；17、18、27、28　比较器；31　电流电压转换电路；32、35　运算放大器；39　电流反射镜电路。

Claims (5)

1.一种二次电池监视装置，检测二次电池的异常，其特征在于具备：
电阻电路，连接有所述二次电池的两端，从输出端子输出检测电压；
检测电路，基于所述检测电压，检测所述二次电池的异常；
电压电流转换电路，连接有所述二次电池的两端，将所述二次电池的电压转换为电流；
电流电压转换电路，将所述电压电流转换电路的电流转换为电压；
第一电流生成电路，基于所述电流电压转换电路的电压，生成与所述二次电池的电压成比例的第一电流；
第二电流生成电路，生成与用于使所述电阻电路的所述输出端子成为故障诊断用的电压的电压成比例的第二电流；
电流反射镜电路，使与所述第一电流和所述第二电流对应的故障检测电流流过；以及
开关，使所述故障检测电流流过所述电阻电路的所述输出端子。
2.一种二次电池监视装置，检测二次电池的异常，其特征在于具备：
电阻电路，连接有所述二次电池的两端，从第一输出端子输出过放电检测电压，从第二输出端子输出过充电检测电压；
过放电检测电路，基于所述过放电检测电压，检测所述二次电池的过放电；
过充电检测电路，基于所述过充电检测电压，检测所述二次电池的过充电；
电压电流转换电路，连接有所述二次电池的两端，将所述二次电池的电压转换为电流；
电流电压转换电路，将所述电压电流转换电路的电流转换为电压；
第一电流生成电路，基于所述电流电压转换电路的电压，生成与所述二次电池的电压成比例的第一电流；
第二电流生成电路，生成与用于使所述电阻电路的所述第一输出端子及所述第二输出端子成为故障诊断用的电压的电压成比例的第二电流；
电流反射镜电路，使与所述第一电流和所述第二电流对应的故障检测电流流过；
第一开关，使所述故障检测电流流过所述电阻电路的第一输出端子；以及
第二开关，使所述故障检测电流从所述电阻电路的第二输出端子流过。
3.如权利要求2所述的二次电池监视装置，其特征在于：
在所述第一开关导通且所述第二开关截止时诊断所述过放电检测电路的故障，
在所述第一开关截止且所述第二开关导通时诊断所述过充电检测电路的故障。
4.如权利要求2或3所述的二次电池监视装置，其特征在于：
在诊断所述过放电检测电路的故障时和诊断所述过充电检测电路的故障时，
所述第一电流生成电路切换所述第一电流而输出，
所述第二电流生成电路切换所述第二电流而输出。
5.一种二次电池监视装置的故障诊断方法，所述二次电池监视装置检测二次电池的异常，并具备：
第一电阻电路，连接有第一二次电池的两端，从输出端子输出第一检测电压；
第一检测电路，基于所述第一检测电压，检测所述第一二次电池的异常；
第一电压电流转换电路，连接有所述第一二次电池的两端，将所述第一二次电池的电压转换为电流；
第二电阻电路，连接有与所述第一二次电池串联连接的第二二次电池的两端，从输出端子输出第二检测电压；
第二检测电路，基于所述第二检测电压，检测所述第二二次电池的异常；
第二电压电流转换电路，连接有所述第二二次电池的两端，将所述第二二次电池的电压转换为电流；
电流电压转换电路，输入端子经由第一开关与所述第一电压电流转换电路连接，且经由第二开关与所述第二电压电流转换电路连接，将所述第一或第二电压电流转换电路的电流转换为电压；
第一电流生成电路，基于所述电流电压转换电路的电压，生成与所述二次电池的电压成比例的第一电流；
第二电流生成电路，生成与用于使所述第一或第二电阻电路的所述输出端子成为故障诊断用的电压的电压成比例的第二电流；
电流反射镜电路，使与所述第一电流和所述第二电流对应的故障检测电流流过；
第三开关，使所述故障检测电流流过所述第一电阻电路的所述输出端子；以及
第四开关，使所述故障检测电流流过所述第二电阻电路的所述输出端子，
所述二次电池监视装置的故障诊断方法，其特征在于：
从外部电源对连接所述第二二次电池的两端的端子施加电压，
使所述第一开关截止，使所述第二开关导通，使所述第三开关导通，使所述第四开关截止，
根据所述第一检测电路的检测结果，诊断所述二次电池监视装置的故障。
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