CN110062992A - 车载电池用的电池监控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够更准确地检测电池模块的各位置的电压、并且在过电压时以及过电流时能够保护电路的车载电池用的电池监控装置。在车载电池用的电池监控装置(10)中，电源线(17)与高电压电极部(2A)电连接，成为来自高电压电极部(2A)侧的电流不经由高电压信号线(12B)的第1熔断器(14A)(第1电流切断部)地流过的路径。第2齐纳二极管(17C)的阴极与电源线(17)电连接，阳极与多条电压信号线(12A)中的高电压信号线(12B)以外的其他信号线电连接。

Description

车载电池用的电池监控装置
技术领域
本发明涉及车载电池用的电池监控装置。
背景技术
在将串联连接多个电池单元(单位电池)而成的电池模块用作车载用途的情况下，要求检测各个电池单元的电压等、并监控电池单元的状态，在专利文献1中公开了实现该要求的结构。在该电池***中，电压计测部(电池监控IC)经由电压计测线(电压信号线)监控各个电池单元的电压。在该电池***中，例如在从外部对电池模块施加了过电压的情况下，与电池单元并联连接的过电压保护二极管发生故障，并且电流经由熔断器(第1熔断器)流过，由过电压保护二极管对电压计测线间的电压进行钳位。然后，当流过熔断器的电流变得过大时，熔断器熔断，防止过电流流入到电压计测部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-121246号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所公开的电池***中，经由连接到在电压计测部所监控的电池单元的范围中电位最高的电极的电压计测线，供给针对电压计测部的电源电压。具体来说，将熔断器的一端连接到最上位的电池单元的正极，将经由电阻连接到电压计测部的输入端子的线以及用于将工作电压供给到电压计测部的电力供给线连接到熔断器的另一端。即，将连接到最上位的电池单元的熔断器以及配线作为通用路径，经由电力供给线流入到电压计测部的电源线的电流以及经由电阻流入到电压计测部的信号线的电流流过该通用路径。因为是这样的结构，因此，在作为通用路径的熔断器及其附近的配线部处，产生用于驱动电压计测部的驱动电流相当量(即，流过电力供给线的电流相当量)的压降。这样，在通用路径中产生由于驱动电流引起的压降，因此，存在将通用路径作为计测路径的一部分的电压计测线受到压降的影响、导致计测精度的降低这样的担忧。
本发明是基于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种能够更准确地检测电池模块的各位置的电压、并且在过电压时以及过电流时能够保护电路的车载电池用的电池监控装置。
用于解决课题的技术方案
本发明的车载电池用的电池监控装置将形成为串联连接多个单位电池而成的结构的电池模块的至少一部分作为监控范围而进行监控，其中，所述车载电池用的电池监控装置具有：
信号线组，具备多条电压信号线，将各条所述电压信号线电连接到串联连接的多个所述单位电池的电池间电极部或者所述电池模块的端部电极部，将某一条所述电压信号线构成为与在所述电池模块的所述监控范围中电压最高的高电压电极部电连接的高电压信号线；
保护电路部，具备多个第1齐纳二极管，各个所述第1齐纳二极管在多条所述电压信号线的信号线间与所述单位电池并联连接，并且，各个所述第1齐纳二极管的阳极与所并联连接的所述单位电池的负极侧的所述电压信号线连接，各个所述第1齐纳二极管的阴极与所并联连接的所述单位电池的正极侧的所述电压信号线连接；
电流切断部组，具备多个第1电流切断部，各个所述第1电流切断部分别设置于各条所述电压信号线，并且当在某一条所述电压信号线中产生过电流时，设置于产生了过电流的所述电压信号线的所述第1电流切断部切断电流；
电源线，与所述高电压电极部电连接，该电源线是来自所述高电压电极部侧的电流不经由所述高电压信号线的所述第1电流切断部地流过的路径；
监控电路部，基于施加到所述电源线的电源电压而工作，检测经由各条所述电压信号线输入的输入电压和多条所述电压信号线中的各条信号线间的电压中的至少任意一种电压；
第2齐纳二极管，该第2齐纳二极管的阴极与所述电源线电连接，该第2齐纳二极管的阳极与多条所述电压信号线中的所述高电压信号线以外的其他信号线电连接；以及
第2电流切断部，在所述电源线中设置于所述第2齐纳二极管的连接位置与所述高电压电极部之间，当在所述电源线中产生过电流时，切断流过所述电源线的电流。
发明效果
在上述电压监控装置中，能够由监控电路部检测构成电池模块的单位电池的各个电极部的电压，同时能够在对电压信号线施加了过电压的情况下，使第1齐纳二极管发生击穿而保护电路，在过大的电流流过电压信号线的情况下，通过第1电流切断部切断电流。而且，用于将电源电压供给到监控电路部的电源线电连接到高电压电极部，成为来自高电压电极部侧的电流不经由高电压信号线的第1电流切断部地流过的路径。由于这样构成，因此，能够可靠地抑制流过电源线的驱动电流对在高电压信号线的第1电流切断部处产生的压降造成影响。即，关于经由高电压信号线输入到监控电路部的电压，抑制流过电源线的驱动电流的影响，监控电路部能够更准确地检测电连接有高电压信号线的部位的电压。进一步地，以阴极电连接到电源线、阳极电连接到高电压信号线以外的其他信号线的形式设置有第2齐纳二极管，因此，能够在对电源线施加了过电压时，使第2齐纳二极管发生击穿而保护电路，同时能够抑制经由第2齐纳二极管而电源线与高电压信号线相互造成影响。
附图说明
图1是例示出具备实施例1的电池监控装置的车载用电池***的电路图。
图2是例示出具备比较例的电池监控装置的车载用电池***的电路图。
具体实施方式
在这里，示出发明优选的一例。
所述第2齐纳二极管的阳极也可以与第2电压信号线电连接，所述第2电压信号线的电压在多条所述电压信号线中仅次于所述高电压信号线的电压。
通过这样，能够形成能够抑制经由第2齐纳二极管而电源线与高电压信号线相互造成影响的结构，同时将第2齐纳二极管的击穿电压设定得更小。
＜实施例1＞
下面，说明使本发明具体化而得到的实施例1。
图1所示的车载用电池***1具备将多个单位电池4串联连接而成的车载用的电池模块2(下面也称为电池模块2)以及检测该电池模块2的各部位的电压的车载电池用的电池监控装置10(下面也称为电池监控装置10)。
电池模块2是能够作为车载用的电源发挥功能的蓄电单元，例如作为电动车辆(EV、HEV)的行驶用马达的电源等而搭载于车辆。电池模块2例如构成为串联连接多个由锂离子二次电池、镍氢二次电池等构成的单位电池4而成的串联连接体。
在图1所示的电池模块2中，高电压电极部2A(以后也称为电极部2A)是串联连接单位电池4而成的连接体的高电压侧(高电位侧)的端部电极部。低电压电极部2B(以后也称为电极部2B)是串联连接单位电池4而成的连接体的低电压侧(低电位侧)的端部电极部。电池间电极部2C(以后也称为电极部2C)是串联连接单位电池4而成的连接体的单位电池间的电极部。在本结构中，在电池监控装置10的监控范围(在电池模块2中能够检测电压的范围)中包括的多个电极部中的电压最高的电极部是高电压电极部2A。另外，在电池监控装置10的监控范围中包括的多个电极部中的电压最低的电极部是低电压电极部2B。此外，在图1的例子中，电池模块2的整体为电池监控装置10的监控范围。
电池监控装置10具备保护电路11以及监控电路部20。此外，在图1、图2中，省略示出一部分的单位电池4，与被省略的单位电池4对应的电路也省略示出。
保护电路11具有信号线组12、保护电路部13、电流切断部组14、电阻部组15、电源线17及地线18等。
信号线组12具备多条电压信号线12A，将各条电压信号线12A电连接到电池模块2的电极部2A、2B、2C。在图1的例子中，对串联连接的单位电池4的高电压电极部2A、低电压电极部2B、电池间电极部2C的全部分别连接多条电压信号线12A的各自的一端部，多条电压信号线12A的各自的另一端部分别连接到监控电路部20的各个输入端子20C。各条电压信号线12A是将各个电极部与监控电路部20电连接的路径，在各条电压信号线12A的中途设置有第1熔断器14A以及电阻19。这些多条电压信号线12A中的、与高电压电极部2A(在电池模块2的监控范围中电压最高的电极部)电连接的信号线是高电压信号线12B。
高电压电极部2A是电池模块2的一端部的电极部，是在电池模块2中电压(电位)最大的电极部。低电压电极部2B是电池模块2的另一端部的电极部，是在电池模块2中电压(电位)最小的电极部。电极部2C是在串联连接的单位电池4之间将一个单位电池4的正极与另一个单位电池4的负极电连接的部分。另外，关于这些电极部2C各自的电压(电位)，在图1所示的电路中，靠近电极部2A的电极部2C的电压(电位)大于远离电极部2A的电极部2C的电压(电位)。
保护电路部13具备多个第1齐纳二极管16。各个第1齐纳二极管16在多条电压信号线12A的信号线间与单位电池4并联连接，各个第1齐纳二极管16的阳极与所并联连接的单位电池4的负极侧的电压信号线12A连接，阴极与所并联连接的单位电池4的正极侧的电压信号线12A连接。
具体来说，第1齐纳二极管16在与电极部2A连接的高电压信号线12B和分别与电极部2B、2C连接的多条电压信号线12A的信号线之间，分别与连接部位相邻的2条电压信号线12A连接。另外，关于与电池模块2的连接部位相邻的电压信号线12A，越是靠近电极部2B的电压信号线12A，则电压(电位)越低，越是靠近电极部2A的电压信号线12A，则电压(电位)越高。各个第1齐纳二极管16的一端分别连接到各条电压信号线12A，各个第1齐纳二极管16的另一端分别连接到电压(电位)仅次于与一端连接的电压信号线12A的电压的电压信号线12A。在这样的结构中，各个第1齐纳二极管16分别连接在各条信号线之间，相对于各个单位电池4并联连接。
各个第1齐纳二极管16的阴极连接到作为连接对象的2条电压信号线12A中的电压(电位)相对较高的电压信号线12A，阳极连接到电压(电位)仅低于与阴极连接的电压信号线12A的电压的电压信号线12A。由于这样连接，因此，例如如果连接了第1齐纳二极管16的2条电压信号线12A的信号线间电压变高至规定值，则电流从第1齐纳二极管16的阴极侧流到阳极侧，将第1齐纳二极管16的两端电压(即，信号线间的电压)钳位到规定电压以下。
电流切断部组14具备多个相当于第1电流切断部的第1熔断器14A，各个第1熔断器14A分别设置于各条电压信号线12A，并且各个第1熔断器14A都是当在自身中产生过电流时切断相对应的电压信号线12A的电流。在电流切断部组14中，当在某一条电压信号线12A中产生过电流(具体来说，使第1熔断器14A熔断的大小的过电流)时，设置于产生了过电流的电压信号线12A的第1熔断器14A(第1电流切断部)熔断，切断流过该电压信号线12A的电流。各个第1熔断器14A在各条电压信号线12A中，设置于第1齐纳二极管16的连接位置与单位电池4之间。
电阻部组15具备多个电阻19。各个电阻19在各条电压信号线12A中，设置于第1齐纳二极管16的连接位置与监控电路部20之间。电阻19以抑制经由设置有电阻19的电压信号线12A流入到监控电路部20的电流的方式发挥功能。
监控电路部20构成为进行电池电压的监控的集成电路(电压监控IC)，与后述的电源线17的另一端连接，并且基于施加到电源线17的电源电压而工作。并且，监控电路部20检测经由各条电压信号线12A输入的输入电压和多条电压信号线12A中的各条信号线间的电压中的至少任意一种电压。具体来说，监控电路部20具备分别连接多条电压信号线12A的多个输入端子20C，将表示电池模块2中的各条电压信号线12A的连接位置的电压的模拟电压信号输入到各个输入端子20C。
另外，通过基于该模拟电压信号来检测各条电压信号线12A间的电位差，从而能够检测各个单位电池4的端子电压。此外，监控电路部20既可以具有将所输入的各模拟电压信号转换成数字信号的AD转换器，也可以具有能够进行基于各模拟电压信号的判定、控制的控制电路(CPU等)。另外，监控电路部20设置有电源输入端子20A以及接地端子20B。电源输入端子20A是用于从外部输入在监控电路部20工作时所需的电源电压的端子。接地端子20B是用于从外部输入在监控电路部20中作为基准的基准电压(在车载用电池***1中作为基准的大地电压)的端子。
电源线17与高电压电极部2A电连接，该电源线17是来自高电压电极部2A侧的电流不经由高电压信号线12B的第1熔断器14A(第1电流切断部)地流过的路径。电源线17的一端与高电压电极部2A连接，被施加与高电压电极部2A的电压相应的电源电压(具体来说，与高电压电极部2A相同程度的电压)。后述的第2齐纳二极管17C的一端侧电连接到电源线17，进一步地，在电源线17的中途设置有作为第2电流切断部的第2熔断器17A以及电源电阻部17B。
第2齐纳二极管17C的阴极与电源线17电连接，阳极与多条电压信号线12A中的高电压信号线12B以外的其他信号线电连接。具体来说，第2齐纳二极管17C的阳极在第2电压信号线12C中电连接于电阻19与第1齐纳二极管16的连接位置之间，该第2电压信号线12C的电压在多条电压信号线12A中仅次于高电压信号线12B的电压。
第2熔断器17A相当于第2电流切断部的一例，在电源线17中设置于第2齐纳二极管17C的连接位置P1与高电压电极部2A之间，以当在电源线17中产生过电流时切断流过电源线17的电流的方式发挥功能。具体来说，当在电源线17中流过使第2熔断器17A熔断的程度的过大的电流的情况下，第2熔断器17A熔断，切断流过电源线17的电流。
电源电阻部17B在电源线17中设置于监控电路部20的电源输入端子20A与第2齐纳二极管17C的连接位置P1之间，以抑制流入到监控电路部20的电源输入端子20A的电流的方式发挥功能。
地线18电连接到与低电压电极部2B电连接的电压信号线12A(低电压信号线12D)，并且电连接到监控电路部20的接地端子20B，进一步地，电连接到设置于车辆内的地部。地线18保持于大地电位(0V)。
接下来，例示出上述结构的效果。
在上述电池监控装置10中，能够由监控电路部20检测构成电池模块2的单位电池4的各个电极部的电压，同时能够在对电压信号线12A施加了过电压的情况下，使第1齐纳二极管16发生击穿而保护电路，在过大的电流流过电压信号线12A的情况下，通过第1熔断器14A(第1电流切断部)切断电流。
进一步地，本结构还能够得到提高检测精度的效果。关于这点，与比较例对比进行来说明本结构的效果。
首先，说明比较例的电池***的工作。如图2所示，在比较例的电池***中，熔断器114A的一端与电池模块2的电极部2A连接，在熔断器114A的另一端连接有经由电阻与监控电路部20的输入端子20C连接的电压信号线112A的路径以及用于将工作电压供给到监控电路部20的电源线117的路径。即，将连接到最上位的电极部2A的熔断器114A及其附近的配线作为通用路径，经由电源线117流入到监控电路部20的驱动电流I1和经由电压信号线112A流入到监控电路部20的电流I2流过该通用路径。因为是这样的结构，因此，在作为通用路径的熔断器114A及其附近的配线部处，产生用于驱动监控电路部20的驱动电流量(即，流过电源线117的电流量)的压降。这样在通用路径中产生由于驱动电流I1而引起的压降，因此，将通用路径作为计测路径的一部分的电压信号线112A受到压降的影响，导致计测精度的降低。
与此相对地，在实施例1的电池监控装置10中，如图1所示，用于将电源电压供给到监控电路部20的电源线17电连接到高电压电极部2A，成为来自高电压电极部2A侧的电流不经由高电压信号线12B的第1熔断器14A(第1电流切断部)地流过的路径。在该结构中，流过电源线17的驱动电流I3不流过高电压信号线12B的第1熔断器14A及其附近的配线部地生成，因此，流过电源线17的驱动电流I3对在高电压信号线12B的第1熔断器14A(第1电流切断部)处产生的压降不造成影响。因此，关于经由高电压信号线12B输入到监控电路部20的电压，抑制流过电源线17的驱动电流I3的影响，监控电路部20能够更准确地检测电连接有高电压信号线12B的部位(高电压电极部2A)的电压。
进一步地，以阴极电连接到电源线17、阳极电连接到高电压信号线12B以外的其他信号线的形式设置有第2齐纳二极管17C，因此，能够在对电源线17施加了过电压时，使第2齐纳二极管17C发生击穿而保护电路，同时能够抑制经由第2齐纳二极管17C而电源线17与高电压信号线12B相互造成影响。
在本结构中，第2齐纳二极管17C的阳极电连接到在多条电压信号线12A中电压仅次于高电压信号线12B的电压的信号线(第2电压信号线12C)。
通过这样，能够形成能够抑制经由第2齐纳二极管17C而电源线17与高电压信号线12B相互造成影响的结构，同时将第2齐纳二极管17C的击穿电压设定得更小。
＜其他实施例＞
本发明不限定于通过上述叙述以及附图而说明的实施例1，例如如下的实施例也包括在本发明的技术范围中。
在上述实施例中，示出了将第2齐纳二极管17C的阳极连接到电压仅次于高电压信号线12B的电压的第2电压信号线12C的例子，但也可以将第2齐纳二极管17C的阳极电连接到高电压信号线12B以及第2电压信号线12C以外的其他电压信号线12A。在该情况下，和与第2齐纳二极管17C并联连接的单位电池4的数量(串联连接的数量)相匹配地使齐纳二极管的规格变更即可。例如，如果与第2齐纳二极管17C并联连接的单位电池4的数量大，则使用击穿电压大的齐纳二极管即可，如果与第2齐纳二极管17C并联连接的单位电池4的数量小，则使用击穿电压小的齐纳二极管即可。
在上述实施例中，示出了电池模块2的一个例子，但构成电池模块的单位电池的数量是多个即可，其数量不受限定。另外，连接到电池模块的各部位的电压信号线的数量也是多个即可，其数量不受限定。
在上述实施例中，例示出将电压信号线12A连接到电池模块2的端部电极部(高电压电极部2A和低电压电极部2B)以及全部的电池间电极部2C的结构，但也可以不将电压信号线连接到电池模块的端部电极部以及全部的电池间电极部中的某一个或者多个位置。例如，在串联连接的单位电池中，也可以多个一组地连接电压信号线。
在上述实施例中，作为单位电池4，例示出镍氢电池、锂离子电池这样的二次电池，但也可以代替这些二次电池而使用双电层电容器等蓄电单元。
在上述实施例中，例示出将电池模块2设置于电池监控装置10的外部的结构，但电池监控装置也可以是包括电池模块的结构。即，电池监控装置既可以作为结构要素而包括电池模块，也可以不包括。在电池监控装置作为结构要素而包括电池模块的情况下，例如，齐纳二极管、在基板设置电压信号线等而成的电路结构体、电池模块也可以一体地构成。
在上述实施例中，示出了电池监控装置10将1个电池模块2的整体作为监控范围而监控电池模块2的各个电极部的电压的例子，但也可以是电池监控装置10将1个电池模块2的一部分作为监控范围而监控设置于该监控范围内的电极部的电压的结构。或者，在将多个电池模块设置于车辆内的情况下，既可以以将多个电池模块作为监控范围而进行监控的方式设置电池监控装置，也可以以与各个电池模块分别对应的方式分别设置将各个电池模块作为监控范围的电池监控装置。例如，在将串联连接多个电池模块而成的电池***作为监控对象的情况下，以与各个电池模块对应的方式分别设置电池监控装置，以与各个电池监控装置对应的方式设置监控电路部即可。
标号说明
2…电池模块
2A…高电压电极部(端部电极部)
2B…低电压电极部(端部电极部)
2C…电池间电极部
4…单位电池
10…车载电池用的电池监控装置
12…信号线组
12A…电压信号线
12B…高电压信号线
12C…第2电压信号线
13…保护电路部
14…电流切断部组
14A…第1熔断器(第1电流切断部)
15…电阻部组
16…第1齐纳二极管
17…电源线
17A…第2熔断器(第2电流切断部)
17C…第2齐纳二极管
20…监控电路部

Claims (2)

1.一种车载电池用的电池监控装置，将形成为串联连接多个单位电池而成的结构的电池模块的至少一部分作为监控范围而进行监控，其中，所述车载电池用的电池监控装置具有：
信号线组，具备多条电压信号线，将各条所述电压信号线电连接到串联连接的多个所述单位电池的电池间电极部或者所述电池模块的端部电极部，将某一条所述电压信号线构成为与在所述电池模块的所述监控范围中电压最高的高电压电极部电连接的高电压信号线；
保护电路部，具备多个第1齐纳二极管，各个所述第1齐纳二极管在多条所述电压信号线的信号线间与所述单位电池并联连接，并且，各个所述第1齐纳二极管的阳极与所并联连接的所述单位电池的负极侧的所述电压信号线连接，各个所述第1齐纳二极管的阴极与所并联连接的所述单位电池的正极侧的所述电压信号线连接；
电流切断部组，具备多个第1电流切断部，各个所述第1电流切断部分别设置于各条所述电压信号线，并且当在某一条所述电压信号线中产生过电流时，设置于产生了过电流的所述电压信号线的所述第1电流切断部切断电流；
电源线，与所述高电压电极部电连接，该电源线是来自所述高电压电极部侧的电流不经由所述高电压信号线的所述第1电流切断部地流过的路径；
监控电路部，基于施加到所述电源线的电源电压而工作，检测经由各条所述电压信号线输入的输入电压和多条所述电压信号线中的各条信号线间的电压中的至少任意一种电压；
第2齐纳二极管，该第2齐纳二极管的阴极与所述电源线电连接，该第2齐纳二极管的阳极与多条所述电压信号线中的所述高电压信号线以外的其他信号线电连接；以及
第2电流切断部，在所述电源线中设置于所述第2齐纳二极管的连接位置与所述高电压电极部之间，当在所述电源线中产生过电流时，切断流过所述电源线的电流。
2.根据权利要求1所述的车载电池用的电池监控装置，其中，
所述第2齐纳二极管的阳极与第2电压信号线电连接，所述第2电压信号线的电压在多条所述电压信号线中仅次于所述高电压信号线的电压。
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