CN110140274A - 电池监视装置的保护电路及电池监视装置 - Google Patents

电池监视装置的保护电路及电池监视装置 Download PDF

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Abstract

在监视电池模块的电池监视装置的保护电路中，在不熔断路径的情况下保护电路免受过电流。在保护电路(11)中，信号线组(12)具备多个电压信号线(12A)，各电压信号线(12A)与多个单电池(4)的电极部(2C)或电池模块(2)的电极部(2A、2B)分别连接。第一保护电路(13)具备多个稳压二极管(16)，各稳压二极管(16)在多个电压信号线(12A)的信号线之间与单电池(4)并联连接。电阻部组(15)具备多个电阻部(19)，各电阻部(19)在各电压信号线(12A)上介于稳压二极管(16)与单电池(4)之间而限制电流。第二保护电路部(14)具备多个压敏电阻(17)，各压敏电阻(17)在多个电压信号线(12A)的信号线之间与单电池(4)并联连接。

Description

电池监视装置的保护电路及电池监视装置
技术领域
本发明涉及电池监视装置的保护电路及电池监视装置。
背景技术
在将多个电池单元(单电池)串联连接而成的电池模块用作车载用的情况下，希望监视各电池单元的电压等而监视电池单元的状态。关于这一点，在专利文献1中公开了经由电压计测线而通过电压计测部来监视各电池单元的电压的电池***的例子。在该电池***中，在向电池模块施加比通常大的电压的情况下，电流经由设置于电压计测线的保险丝流向稳压二极管，保险丝熔断。然后，通过这样的保险丝的熔断来保护电路。
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
发明要解决的技术问题
但是，关于在专利文献1中公开的电池***，若一旦保险丝熔断，则只要不进行将熔断的保险丝更换为新的保险丝的作业，就不能在该路径上监视电池单元的电压。也就是说，该电池***在进行通过保险丝的熔断来保护电路的动作之后，不能在该熔断的路径上进行电压监视，存在进行复原时不能避免花费时间的作业的问题。
本发明是鉴于上述的情况而提出的，其目的在于提供能在不熔断路径的情况下保护电路免受过电流的电池监视装置的保护电路及电池监视装置。
用于解决技术问题的技术方案
第一发明为一种对形成为多个单电池串联连接的结构的电池模块进行监视的电池监视装置的保护电路，具有：
信号线组，具备多个电压信号线，各所述电压信号线与串联连接的多个所述单电池的电池间电极部或所述电池模块的端部电极部电连接；
第一保护电路部，具备串联连接的多个稳压二极管，各所述稳压二极管在多个所述电压信号线的信号线之间与所述单电池并联连接，并且各所述稳压二极管的阳极与并联连接的所述单电池的负极侧的所述电压信号线连接，各所述稳压二极管的阴极与并联连接的所述单电池的正极侧的所述电压信号线连接；
电阻部组，具备多个电阻部，各所述电阻部在各所述电压信号线上介于所述稳压二极管与所述单电池之间并限制电流；及
第二保护电路部，具备串联连接的多个压敏电阻，各所述压敏电阻在多个所述电压信号线的信号线之间与所述单电池并联连接，并且各所述压敏电阻的各端子在所述电压信号线上连接在所述电阻部与所述单电池之间。
第二发明的电池监视装置包括：所述保护电路；及监视电路，与所述保护电路中的多个所述电压信号线分别连接，被分别输入施加于各所述电压信号线的电压。
发明的效果
在第一发明中，在电池模块的整体或一部分产生过电压而任意的电压信号线之间的电位差变大的情况下，电流流向配置于该电压信号线之间的压敏电阻，从而能够防止过电流流入监视电路侧。由于能够像这样使电流在压敏电阻中流动，所以与不存在压敏电阻的情况相比，将在稳压二极管中流动的电流抑制得小。并且，在过电流发生时一部分电流流经稳压二极管的情况下，能够通过稳压二极管对电压信号线之间的电压进行钳位。此时，在压敏电阻的监视电路侧，能够以稳压二极管的精度对电压信号线之间的电压进行钳位。也就是说，即使压敏电阻的钳位精度发生了偏差，在稳压二极管侧也能够以稳压二极管的精度进行钳位。
根据第二发明，能够实现起到与第一发明同样的效果的电池监视装置。
附图说明
图1是例示具备实施例1的电池监视装置的车载用电池***的电路图。
图2是示出在具备实施例1的电池监视装置的车载用电池***中从***电源向电池监视装置施加过电压的情况的一个例子的说明图。
图3是示出在具备实施例1的电池监视装置的车载用电池***中从***电源向电池监视装置施加过电压的情况的另一例子的说明图。
图4是示出在比较例的车载用电池***中从***电源向电池监视装置施加过电压的情况的一个例子的说明图。
图5是示出在比较例的车载用电池***中从***电源向电池监视装置施加过电压的情况的另一例子的说明图。
具体实施方式
＜实施例1＞
下面，说明将本发明具体化的实施例1。
图1所示的车载用电池***1具备：车载用电池模块2(下面，也称为电池模块2)，由多个单电池4串联连接而成；及车载电池用电池监视装置10(下面，也称为电池监视装置10)，检测该电池模块2 的各部位的电压。需要说明的是，在图1～图5中，省略示出一部分的单电池4，也省略示出与省略的单电池4对应的电路。
电池模块2是能够发挥作为车载用电源的功能的蓄电装置，例如作为电动车辆(EV、HEV)的行驶用电动机的电源等而搭载于车辆。电池模块2例如构成为将多个由锂离子二次电池、镍氢二次电池等构成的单电池4串联连接而成的串联连接体。
电池模块2能够相对于后述的电池监视装置10拆装，例如，分别连接于电池模块2的端部电极部2A、2B(以后，也称为电极部2A、 2B)及电池间电极部2C(以后，也称为电极部2C)的各端子3与各电压信号线12A能够拆装。另外，在电池模块2的电极部2A、2B连接有***电源5。***电源5是能够对电池模块2进行充电的车载用电源，是能输出电力的电源即可。在图1的例子中，向电池模块2的电极部2A、2B施加来自***电源5的输出电压，通过这样的电力供给，在电池模块2中对各单电池4进行充电。
电池监视装置10具备保护电路11及作为监视电路的电池监视 IC20，构成为监视电池模块2的装置。
保护电路11具有信号线组12、第一保护电路部13、第二保护电路部14及电阻部组15。
信号线组12具备多个电压信号线12A。这些电压信号线12A分别与电池模块2的电极部2A、2B及串联连接的多个单电池4的各单电池 4的电极部2C电连接。
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中电位最高的电极部。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中电位最低的电极部。电极部2C是在串联连接的单电池4 之间一方的单电池4的正极与另一方的单电池4的负极电连接的部分。另外，关于这些电极部2C各自的电位，靠近电极部2A的电极部2C 比远离电极部2A的电极部2C高。具体地说，多个电极部2C中的各电极部2C在电池模块2中随着在电路内变得位于靠近电极部2A的位置而电位变高。
第一保护电路部13具备串联连接在电位最高的电压信号线12A与电位最低的电压信号线12A之间的多个稳压二极管16。任意的稳压二极管16都以两端分别与两条电压信号线12A连接的方式设置于信号线之间。每个稳压二极管16与如下的两条电压信号线12A连接，即，在分别与电极部2A、2B及2C连接的多个电压信号线12A中，与电池模块2连接的部位在电路内相邻的两条电压信号线。关于稳压二极管16 的两端所连接的两电压信号线12A(与电池模块2连接的部位相邻的电压信号线12A)，在电路内，靠近电极部2B的信号线的电位低，靠近电极部2A的信号线的电位高。
稳压二极管16在分别与电极部2A、2B及2C连接的多个电压信号线12A的信号线之间与单电池4并联连接，稳压二极管16的阳极连接于与该稳压二极管16并联连接的单电池4的负极侧的电压信号线 12A(电位相对低的电压信号线)，稳压二极管16的阴极连接于正极侧的电压信号线12A(电位相对高的电压信号线)。
各稳压二极管16的两端与两条电压信号线12A分别连接，各稳压二极管16的阴极与电位相对高的电压信号线12A连接，各稳压二极管 16的阳极与紧接该电压信号线12A之后电位低的电压信号线12A连接。由于这样连接，所以若与稳压二极管16并联连接的单电池4的端子间电压高到规定值，则电流从稳压二极管16的阴极侧向阳极侧流动。由此，与稳压二极管16的两端连接的两条电压信号线12A之间的电压维持为规定电压以下。
第二保护电路部14具备串联连接在电位最高的电压信号线12A与电位最低的电压信号线12A之间的多个压敏电阻17。这些压敏电阻17 在分别与电极部2A、2B及2C连接的多个电压信号线12A的信号线之间与单电池4并联连接，并且各压敏电阻17的各端子在电压信号线12A 上连接在后述的电阻部19与单电池4之间。任意的压敏电阻17都以两端与两条电压信号线12A分别连接的方式设置于信号线之间。每个压敏电阻17与如下的两条电压信号线12A连接，即，在分别与电极部 2A、2B及2C连接的多个电压信号线12A中，与电池模块2连接的部位在电路内相邻的两条电压信号线12A。各压敏电阻17与各单电池4 及各稳压二极管16并联连接。在任意的电压信号线12A上，压敏电阻 17的连接部位都在稳压二极管16的连接部位与单电池4的连接部位之间。
关于压敏电阻17，若与该压敏电阻17并联连接的单电池4的端子间电压高到规定值，则电流从与该压敏电阻17的两端连接的两条电压信号线12A中的电位高的一条电压信号线12A向电位低的另一条电压信号线12A流动。由此，与压敏电阻17的两端连接的两条电压信号线12A之间的电压维持为规定电压以下。
电阻部组15具备多个电阻部19。这些电阻部19在各电压信号线 12A上介于稳压二极管16与单电池4之间，并且限制电流。具体地说，在各电压信号线12A上，在稳压二极管16连接的部位与压敏电阻17 连接的部位之间设置有电阻部19，在各电压信号线12A中电流从第二保护电路部14侧向第一保护电路部13侧流动时，各电阻部19以使电压降低的方式限制电流。
电池监视IC20与保护电路11中的多个电压信号线12A分别连接，施加于各电压信号线12A的电压分别输入电池监视IC20。电池监视 IC20具有如下的功能，即，检测经由各电压信号线12A输入的输入电压而分别检测多个电压信号线12A中的各信号线之间的电压(即，各单电池4的电极间电压(单元电压))。电池监视IC20具备与多个电压信号线12A分别连接的多个输入端子，检测经由各电压信号线12A 输入的模拟电压信号。而且，通过经由各电压信号线12A输入的模拟电压信号来检测各电压信号线12A之间的电位差(即，各单电池4的端子间电压)。需要说明的是，电池监视IC20可以具有将输入的各模拟电压信号转换为数字信号的AD转换器，也可以具有能进行基于各模拟电压信号的判定、控制的控制电路(CPU等)。
接着，说明该电池监视装置10的动作。
在本结构中，构成电池模块2的多个单电池4形成为相同的结构，任意单电池4充满电时的电压都为规定值左右。另外，多个压敏电阻 17形成为相同的结构，任意的压敏电阻17的压敏电阻电压都为同等程度。另外，多个稳压二极管16形成为相同的结构，任意的稳压二极管 16的稳压电压为同等程度。各单电池4充满电时的端子间电压小于各压敏电阻17的压敏电阻电压并且小于各稳压二极管16的稳压电压。
在与各单电池4的两端连接的两电压信号线12A之间的电压都处于正常范围内(比单电池4充满电时的电压值(规定值)低的范围) 且与电池模块整体的两端(电极部2A、2B)连接的两电压信号线12A 处于正常范围内的情况下，对于任意的压敏电阻17，与两端连接的两电压信号线12A之间的电压都小于压敏电阻电压，所以在各压敏电阻 17没有电流流动。另外，在该情况下，对于任意的稳压二极管16，与两端连接的两电压信号线12A之间的电压都小于稳压电压，所以在各稳压二极管16没有电流流动。在该情况下，与电极部2A、2B、2C的各电压对应的模拟电压信号经由各电压信号线12A输入电池监视 IC20。由此，电池监视IC20能够检测电极部2A、2B、2C的各电压或者各单电池4的端子间电压(单元电压)。
接着，作为异常发生时的动作的一个例子，说明来自***电源5 的输出电压大于正常范围的状态(过电压输出状态)下的电池监视装置10的动作。
首先，作为比较对象，说明在图4那样的电池***中，来自***电源5的输出电压大于正常范围的状态(过电压输出状态)下的动作。在图4所示的电池***中，若从***电源5输出过电压而连接于电极部2A的电压信号线112A与连接于电极部2B的电压信号线112A之间的电位差变大，则串联连接在上述两侧的电压信号线112A之间的多个稳压二极管116的各端子间电压V2增大。并且，若端子间电压V2大于稳压电压，则电流经由多个稳压二极管116从电极部2A侧向电极部 2B侧流动，各稳压二极管116的两端的电压被钳位为稳压电压左右的大小。此时，在与电极部2A、2B连接的电压信号线112A上设置的保险丝F中流动有过电流I1。并且，若过电流I1超过保险丝F的额定电流而达到熔断电流，则保险丝F熔断。之后，若来自***电源5的输出电压继续为过电压输出状态，则与熔断的保险丝F连接的电压信号线112A相邻的电压信号线112A的保险丝F熔断，最终全部保险丝F 熔断。若这样保险丝F熔断，则不会向设置有电池监视IC和稳压二极管116的电路侧流入过电流，但是电池监视IC20不能检测电池模块2 的各部位的电压。因此，在图4的电池***中，若保险丝F熔断，则即使能够消除***电源5的过电压输出状态，如果不更换保险丝F也不能进行动作。
相对于此，在图2所示的本结构的电池监视装置10中，若从***电源5输出过电压而连接于电极部2A的电压信号线12A与连接于电极部2B的电压信号线12A之间的电位差变大，则串联连接在上述的两侧的电压信号线12A之间的多个压敏电阻17的各端子间电压V4增大。并且，若各压敏电阻17的端子间电压V4大于各压敏电阻17的压敏电阻电压，则电流I2经由各压敏电阻17从电极部2A侧向电极部2B侧流动，各压敏电阻17的两端电压被钳位为规定电压左右。
另外，在从***电源5输出过电压而连接于电极部2A的电压信号线12A与连接于电极部2B的电压信号线12A之间的电位差变大的情况下，串联连接在上述的两侧的电压信号线12A之间的多个稳压二极管16的各端子间电压V6也增大。并且，在各端子间电压V6大于各稳压二极管16的稳压电压的情况下，电流I3经由各稳压二极管16从电极部2A侧向电极部2B侧流动，各稳压二极管16的两端电压也被钳位为稳压电压左右的大小。
这样，在电池监视装置10中，在从***电源5输出过电压而连接于电极部2A的电压信号线12A与连接于电极部2B的电压信号线12A 之间的电位差变大的情况下，在串联连接有压敏电阻17的路径和串联连接有稳压二极管16的路径上都流动有电流，能够抑制过电流流入电池监视IC20侧。并且，像这样在两串联路径上流动有电流的状态下，由于配置于各电压信号线12A的各电阻部19的存在，从压敏电阻17 侧向稳压二极管16侧的方向的电流被限制。因此，串联连接有稳压二极管16的路径的路径两端电压V5小于串联连接有压敏电阻17的路径的路径两端电压V3，抑制在过电压发生时施加于各稳压二极管16的电压。另外，在电池监视装置10中，由于存在串联连接有压敏电阻17 的路径，所以能够至少使在串联连接有稳压二极管16的路径中流动的电流减小在串联连接有压敏电阻17的路径中流动的电流。而且，在本结构中，在发生图2那样的过电压时，能够在串联连接有压敏电阻17 的路径中流动更大的电流，能够使串联连接有稳压二极管16的路径的电流I3小于压敏电阻17的路径的电流I2。
在本结构中，在稳压二极管和压敏电阻的性质方面，各稳压二极管16的钳位电压的个体之间的偏差小于各压敏电阻17的钳位电压的个体之间的偏差。也就是说，在过电压发生时，即使各压敏电阻17的钳位电压偏差得大，也能够抑制各稳压二极管16的钳位电压的偏差而使各稳压二极管16的钳位电压保持在恒定值附近。由此能够防止在电池监视IC20中相邻的输入端子间的电位差因偏差而增大。
在本结构中，在发生了图2那样的过电压的情况下，进行上述的保护动作。并且，通过一些处理或应对来消除***电源5的过电压状态而变为通常状态的情况下，各稳压二极管16的端子间电压V6及各压敏电阻17的端子间电压V4都变小，所以不会在各压敏电阻17的路径及各稳压二极管16的路径中进行流动。在像这样恢复为通常状态的情况下，能够通过电池监视IC20检测电极部2A、2B、2C的各电压或各单电池4的端子间电压(单元电压)。
接着，作为异常发生时的动作的另一例子，说明在发生来自***电源5的输出电压大于正常范围的状态(过电压输出状态)的情况下，电极部2A、2B及2C中任一个开路故障时的电池监视装置10的动作。
首先，通过图5所示的比较例说明发生上述异常的情况。在图5 所示的电池***中，在从***电源5输出过电压时，在应该串联连接的单电池4的一部分发生断线等开路故障的情况下，如图5所示，过电流以避开开路故障的位置而在保险丝F及稳压二极管116中经过的方式流动。具体地说，如图5所示，随着过电压发生，与开路故障的单电池4并联配置的稳压二极管116的两端电压V10增大，若电压V10 大于稳压电压，则在该稳压二极管116中流动有电流I7，并且两端电压被钳位为稳压电压左右的大小。并且，若电流I7超过保险丝F的额定电流而达到熔断电流，则保险丝F熔断。在该情况下，如果不更换保险丝F就不能经由熔断的路径检测电压。
相对于此，关于实施例1的电池监视装置10，如图3所示，在从***电源5输出过电压时，在应该串联连接的单电池4的一部分(在图3的例子，为第二个单电池4的端子间电极部2C)发生断线等开路故障的情况下，如图3所示，过电流以避开开路故障的位置而在压敏电阻17及稳压二极管16中经过的方式流动。具体地说，如图3，随着过电压发生，与开路故障的单电池4并联配置的压敏电阻17的两端电压V11及稳压二极管16的两端电压V12增大。若与开路故障的单电池 4并联配置的压敏电阻17的两端电压V11大于压敏电阻电压，则在该压敏电阻17中流动有电流I8，该压敏电阻17的两端的电压被钳位为规定电压。另外，若与开路故障的单电池4并联配置的稳压二极管16 的两端电压V12大于稳压电压，则在该稳压二极管16中流动有电流I9，该稳压二极管16的两端电压被钳位为稳压电压左右。
这样，在图3那样的状态下发生过电压的情况下，过电流也经由与开路故障的单电池4并联设置的压敏电阻17及稳压二极管16流动，能够保护电路。在该情况下，由于电阻部19的存在，从压敏电阻17 侧朝向稳压二极管16侧的方向的电流被限制，施加于稳压二极管16 的电压被抑制。另外，至少能够使在稳压二极管16中流动的电流减小在压敏电阻17中流动的电流I8，此外，由于能够在压敏电阻17中流动更大的电流，所以能够使在压敏电阻17中流动的电流I8比稳压二极管16的电流I9小。另外，即使压敏电阻17的钳位电压的误差大，也能够将稳压二极管16的钳位电压高精度地保持为期望的值。
接着，例示上述结构的效果。
关于保护电路11，在电池模块2的整体或一部分发生过电压而任意的电压信号线之间的电位差变大的情况下，电流在配置于该电压信号线之间的压敏电阻17中流动，能够防止过电流流入电池监视IC(监视电路)侧。能够这样使电流在压敏电阻17中流动，所以与不存在压敏电阻17的情况相比，将流向稳压二极管16的电流抑制得小。并且，在过电流发生时，一部分电流在稳压二极管16中流动的情况下，能够通过稳压二极管16钳位电压信号线之间的电压。此时，在压敏电阻17 的电池监视IC(监视电路)侧，能够以稳压二极管16的精度钳位电压信号线之间的电压。也就是说，即使压敏电阻17的钳位精度发生偏差，在稳压二极管16侧也能够以稳压二极管16的精度进行钳位。
＜其他实施例＞
本发明不限于通过上述记载及附图说明的实施例，例如如下的实施例也包括在本发明的技术范围内。
在上述的实施例中，示出了电池模块2的一个例子，但是构成电池模块的单电池的数量是多个即可，其数量不被限定。另外，与电池模块的各部位连接的电压信号线的数量也是多个即可，其数量不被限定。
在上述的实施例中，例示了在电池模块2的电极部2A、2B及电极部2C连接有电压信号线12A的结构，但也可以在电池模块的端部电极部及全部的电池间电极部中的任意一个或多个位置不连接电压信号线。例如，在串联连接的单电池4中，可以在每多个单电池4连接有电压信号线。
在上述的实施例中，作为单电池4例示了镍氢电池和锂离子电池等二次电池，但是也可以取代这些二次电池，而使用双电层电容器等蓄电装置。
在上述的实施例中，例示了电池模块2设置于电池监视装置10的外部的结构，但是电池监视装置也可以是包括电池模块的结构。也就是说，在电池监视装置中，可以作为构成要素而包括电池模块，也可以不包括电池模块。在电池监视装置包括电池模块作为构成要素的情况下，例如，在基板上设置稳压二极管、电压信号线等而成的电路结构体和电池模块可以构成为一体。
在上述的实施例中，示出了一个电池监视装置10监视一个电池模块2的各部位的例子，但是在车辆内设置有多个电池模块的情况下，可以以监视多个电池模块的方式设置电池监视装置，也可以以与各电池模块分别对应的方式设置电池监视装置。例如，可以多个电池模块2 串联连接，从***电源向串联连接的多个电池模块2施加输出电压。在该情况下，可以在各电池模块2分别连接一个电池监视装置，也可以对多个电池模块2以连接一个电池监视装置的方式进行分配。另外，也可以对各电池模块2分配多个电池监视装置。
标号的说明
2…电池模块
2A、2B…端部电极部
2C…电池间电极部
4…单电池
10…电池监视IC(监视电路)
11…保护电路
12…信号线组
12A…电压信号线
13…第一保护电路部
14…第二保护电路部
15…电阻部组
16…稳压二极管
17…压敏电阻
19…电阻部

Claims (2)

1.一种电池监视装置的保护电路，是对形成为多个单电池串联连接的结构的电池模块进行监视的电池监视装置的保护电路，其中，具有：
信号线组，具备多个电压信号线，各所述电压信号线与串联连接的多个所述单电池的电池间电极部或所述电池模块的端部电极部电连接；
第一保护电路部，具备串联连接的多个稳压二极管，各所述稳压二极管在多个所述电压信号线的信号线之间与所述单电池并联连接，并且各所述稳压二极管的阳极与并联连接的所述单电池的负极侧的所述电压信号线连接，各所述稳压二极管的阴极与并联连接的所述单电池的正极侧的所述电压信号线连接；
电阻部组，具备多个电阻部，各所述电阻部在各所述电压信号线上介于所述稳压二极管与所述单电池之间并限制电流；及
第二保护电路部，具备串联连接的多个压敏电阻，各所述压敏电阻在多个所述电压信号线的信号线之间与所述单电池并联连接，并且各所述压敏电阻的各端子在所述电压信号线上连接在所述电阻部与所述单电池之间。
2.一种电池监视装置，包括：
权利要求1记载的所述保护电路；及
监视电路，与所述保护电路中的多个所述电压信号线分别连接，被分别输入施加于各所述电压信号线的电压。
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