異常判定裝置的製作方法

2023-07-30 10:57:31 1

本公開涉及一種異常判定裝置，該異常判定裝置應用於電池組，並且包括由串聯連接的多個電池單元組成的多個塊體(block)以及將這些塊體彼此串聯連接的連接部件。

背景技術：

一種應用於電池組的異常判定裝置，該電池組包括由串聯連接的多個電池單元組成的多個塊體以及將這些塊體彼此串聯連接的連接部件。該異常判定裝置判定在連接部件中的開路異常的發生，其中塊體之間的傳導中斷(JP-A-2015-83960)。

在JP-A-2015-83960所公開的配置中，要求加入新的開關元件和電阻元件。另外，也要求對快速電容器的充電-放電控制。因此，該配置是複雜的。

技術實現要素：

因此期望簡化異常判定裝置的配置，該異常判定裝置判定在連接部件中的開路異常的發生，其中配置電池組的塊體之間的傳導中斷。

本公開的示例性實施例提供了一種異常判定裝置，該異常判定裝置應用於電池組，該電池組包括多個塊體和將這些塊體彼此串聯連接的連接部件，每個塊體由串聯連接的多個電池單元組成。該異常判定裝置包括第一檢測電路、閉合電路形成單元、和第一異常判定單元。該第一檢測電路在多個塊體和連接部件中檢測包括連接部件的第一串聯電路的電壓。該閉合電路形成單元形成閉合電路，以便讓電流流到連接部件。該閉合電路包括連接部件、所述多個電池單元中的至少一個、和與該連接部件並聯連接的二極體。在與連接部件連接的多個塊體中的兩個塊體中，該二極體讓電流僅沿著從這兩個塊體中的低電壓側上的一個的正電極到這兩個塊體中的高電壓側上的另一個的負電極的方向流動。當充電-放電電流沒有流到電池組時，基於來自處於閉合電路形成單元形成閉合電路的狀態中的第一檢測電路的檢測值，第一異常判定單元判定開路異常是否在連接部件中發生。

在上述配置中，在形成閉合電路的狀態中，當開路異常沒有在連接部件中發生時，電流流到連接部件。當開路異常在連接部件中發生時，電流流到二極體。因此，當開路異常沒有在連接部件中發生時，來自第一檢測電路的檢測值是配置該第一串聯電路的電池單元的總的電壓值。然而，當開路異常在連接部件中發生時，來自第一檢測電路的檢測值是通過從配置該第一串聯電路的電池單元的總的電壓值中減去二極體的正向下降電壓而獲得的值。因此，可以基於來自處於形成閉合電路的狀態中的第一檢測電路的檢測值來判定異常是否在連接部件中發生。即，可以通過簡單配置來確定連接部件中的開路異常的發生。

另外，第一串聯電路可配置成不包括電池單元並且包括連接部件。在此配置中，當開路異常沒有在連接部件中發生時，來自第一檢測電路的檢測值大約為0V。當開路異常在連接部件中發生時，來自第一檢測電路的檢測值是二極體的正向下降電壓(負值)。

附圖說明

附圖中：

圖1是根據本實施例的電池組和異常判定裝置的電配置圖；

圖2是異常判定過程的流程圖；和

圖3是不同示例中的電池組和異常判定裝置的電配置圖。

具體實施方式

將異常判定裝置應用於混合動力車輛的實施例將參考附圖在下文中描述。該混合動力車輛設置有電池組。該電池組是向電機供電的主發動機電池。另外，該電機是同時作為發電機運轉的電動發電機。該電動發電機和電池組配置車輛的電力供應系統。在電動發電機和電池組之間，設置有繼電器開關(主繼電器)。

圖1示出了根據本實施例的電池組10和應用於該電池組10的異常判定裝置的電配置圖。該異常判定裝置包括監視電路20和控制單元30。

該電池組10配置為彼此串聯連接的多個電池單元B的串聯連接體。根據本實施例的每個電池單元B由鋰離子二次電池組成。

在電池組10中，多個電池單元B被分成多個塊體BL1、BL2和BL3。這裡，電池單元B被描述為電池單元Bij(i＝1,2,3；j＝1到6)。指示符i表示電池單元B所屬的塊體BL1到BL3。指示符j表示1、2、3、4、5或6，以從最靠近電池組10的正電極的電池單元B起的順序。電池單元B11到B16屬於塊體BL1。電池單元B21到B26屬於塊體BL2。電池單元B31到B36屬於塊體BL3。

組成塊體BL1的電池單元B11到B16被集成地形成並且配置電池堆疊。具體地，在塊體BL1中，彼此相鄰的電池單元B11到B16的正電極和負電極通過匯流條連接。該匯流條是由金屬組成的條形連接部件。例如，電池單元B11的負電極和電池單元B12的正電極通過匯流條連接。以與塊體BL1中的電池單元B11到B16類似的方式，組成塊體BL2的電池單元B21到B26和組成塊體BL3的電池單元B31到B36也被集成地形成並且配置電池堆疊。

另外，線W1將塊體BL1的負電極(電池單元B16的負電極)和塊體BL2的正電極(電池單元B21的正電極)連接。線W1是由金屬組成的連接部件。以類似的方式，線W2將塊體BL2的負電極(電池單元B26的負電極)和塊體BL3的正電極(電池單元B31的正電極)連接。線W2是由金屬組成的連接部件。在將電池組10組裝到車輛的時候，線W1和W2被連接。

監視電路20監視電池組10的狀態並且形成在集成電路中。具體地，監視電路20檢測每個電池單元B的端子間電壓。監視電路20包括對應於電池單元Bij的端子PPij和PNij。端子PPij連接到電池單元Bij的正電極。端子PNij連接到電池單元Bij的負電極。另外，監視電路20包括復用器21(MUX)和模數轉換器22(ADC)。端子PPij和PNij通過MUX 21連接到ADC 22。由MUX21選擇的端子之間的電壓的模擬值(電池單元Bij的電壓)被輸入到ADC 22。

控制單元30獲取來自監視電路20的ADC 22的每個電池單元Bij的端子間電壓的檢測值。然後，控制單元30基於從獲取的每個電池單元Bij的端子間電壓估計的每個電池單元Bij的充電率(充電狀態[SOC])來控制電動發電機的發電操作和再生操作。另外，控制單元30還基於每個電池單元B的SOC來執行使得電池單元B的SOC變得相等的均衡放電。

在監視電路20的外部，齊納二極體DTij在端子PPij和端子PNij之間連接。當電池單元B之間的連接中發生開路異常，齊納二極體DTij抑制過電壓的發生。這裡，電池單元B之間的連接中的開路異常例如因匯流條的斷開而發生。

另外，旁路電容器Cij在端子PPij和端子PNij之間連接。旁路電容器Cij抑制由於輻射噪聲等而發生的施加在端子PPij和端子PNij之間的電壓中的突然波動。另外，電阻元件RPij在電池單元Bij的正電極和端子PPij之間連接，並且電阻元件RNij在電池單元Bij的負電極和端子PNij之間連接。電阻元件RPij和RNij以及旁路電容器Cij用作低通濾波器。

在監視電路20的內部，放電開關SAij在端子PPij和端子PNij之間連接。由於放電開關SAij被設為導通狀態的結果，電流按照從電池單元Bij的正電極到電阻元件RPij、到端子PPij、到放電開關SAij、到端子PNij、到電阻元件RNij、到電池單元Bij的負電極的順序流動。由於將放電開關SAij設為導通狀態的結果，控制單元30可以將電池單元Bij放電並且將電池單元Bij的SOC降低到預定的值。

另外，在監視電路20的內部，二極體DPij在端子PPij和端子PNij之間連接。二極體DNij也在端子PNij和端子PPi(j+1)之間連接。二極體DPij和DNij的相應的陽極連接到低電壓側上的端子。二極體DPij和DNij的相應的陰極連接到高電壓側上的端子。例如，二極體DP11在端子PP11和端子PN11之間連接。二極體DN11在端子PN11和端子PN12之間連接。當過電壓瞬間施加到端子PPij和Pnij時，二極體DPij和DNij可以保護配置監視電路20的元件。

在監視電路20外部，齊納二極體DTW1a和DTW1b與線W1並聯連接。齊納二極體DTW1a的陽極連接到端子PN16側。齊納二極體DTW1a的陰極連接到端子PP21側。齊納二極體DTW1b的陽極連接到端子PP21側。齊納二極體DTW1b的陰極連接到端子PP16側。以類似的方式，在監視電路20外部，齊納二極體DTW2a和DTW2b與線W2並聯連接。齊納二極體DTW2a的陽極連接到端子PN26側。齊納二極體DTW2a的陰極連接到端子PP31側。齊納二極體DTW2b的陽極連接到端子PP31側。齊納二極體DTW2b的陰極連接到端子PN26側。當開路異常在線W1和W2中發生時，齊納二極體DTW1a、DTW1b、DTW2a和DTW2b抑制電池組10中的過電壓的發生。

另外，在監視電路20內部，二極體DW1和DW2分別與線W1和W2並聯連接。二極體DW1的陰極連接到塊體BL1的負電極。二極體DW1的陽極連接到塊體BL2的正電極。此外，二極體DW2的陰極連接到塊體BL2的負電極。二極體DW2的陽極連接到塊體BL3的正電極。當伴隨著線W1和W2中的開路異常，過電壓瞬間地施加到端子PN26和PN36時，二極體DW1和DW2可以保護配置監視電路20的元件。

此外，監視電路20包括端子PB和PG。端子PB連接到塊體BL1的正電極。端子PG連接到塊體BL3的負電極(地電位)。端子PB和端子PG之間的電壓被監視電路20內部的電阻元件RA1和RA2分壓並且隨後通過MUX 21輸入到ADC 22。

控制單元30從監視電路20中的ADC 22獲取端子PB和端子PG之間的電壓，作為整個電池組10(第二串聯電路)的電壓的檢測值。另外，開關SW(開關元件)與端子PB和PG之間的電阻元件RA1和RA2串聯連接。由於開關SW被設為導通狀態的結果，形成包括電池元件B11到B36以及線W1和W2的閉合電路。由於控制電路30將命令輸出到監視電路20來將開關SW設為導通狀態的結果，控制單元30可以獲取整個電池組10的端子間電壓的檢測值。這裡，由於將開關SW設為斷開狀態的結果，可以停止從電池組10流到電阻器元件RA1和RA2的電流。因此，由於提供開關SW的結果，可以抑制功率損失。

作為第二異常判定單元工作的控制單元30可以將由作為第二檢測電路工作的監視電路20所檢測的整個電池組10的電壓的檢測值與由作為第三檢測電路工作的監視電路20所檢測的電池單元B的電壓的檢測值之和進行比較。當基於比較的結果而判定預先確定的值或更大的差異出現時，控制單元30判定在電池單元B的電壓的檢測中出現異常。

這裡，有這樣的擔憂：在將電池組10組裝到車輛期間，由於錯誤組裝等的結果，線W1和W2中可能發生開路異常。另外，也會擔憂：當車輛正在行駛時，由於斷路等的結果，線W1和W2中可能發生開路異常。因此，作為第一異常判定單元工作的控制單元30判定線W1和W2中的開路異常的發生。

由控制單元30做出的關於線W1和W2中發生開路異常的判定將在下文中描述。控制單元30從監視電路20獲取在線W1(第一串聯電路)中產生的電壓V1。控制單元30然後基於電壓值判定線W1中是否發生開路異常。作為第一檢測電路工作的監視電路20在電流流到電池組10的狀態中檢測端子PN16和端子PP21之間的電壓，作為在線W1中產生的電壓V1。

當開路異常還未發生時，因為線W1的電阻分量小，所以電壓V1大約為0V。與此同時，當開路異常發生時，電流不會流到線W1，而是流到二極體DW1。因此，在二極體DN16中產生正向下降電壓Vf，並且電壓V1成為-Vf(大約-0.6V)。

這裡，當處於線W1和W2中發生開路異常的狀態中，充電-放電電流流到電池組10時，有這樣的擔憂：大電流將流到監視電路20(尤其是二極體DW1和DW2)和齊納二極體DTW1a、DTW1b、DTW2a和DTW2b，因此造成損壞。由此，根據本實施例的控制單元30允許比流到電池組10的充電-放電電流足夠小的電流在充電-放電電流沒有流到電池組10的狀態下流到線W1和W2以及二極體DW1和DW2。

具體地，控制單元30在充電-放電電流沒有流到電池組10的狀態下將作為閉合電路形成單元工作的開關SW設置為導通狀態充電-放電。當開關SW設為導通狀態時，電池組10、電阻元件RA1和RA2、以及開關SW形成閉合電路。由於配置電池組10的電池單元B的電壓，電流流到由電池組10、電阻元件RA1和RA2、以及開關SW形成的閉合電路。因此，足夠小於充電-放電電流的電流流到線W1和W2以及二極體DW1和DW2。

在開關SW設置為導通狀態並且電流流到線W1和W2以及二極體DW1和DW2的狀態中，控制單元30獲取端子PN16和端子PP21之間的電壓V1以及端子PN26和端子PP31之間的電壓V2的檢測值。然後，控制單元30，基於檢測值，判定線W1和W2中的開路異常的發生。

圖2示出用於線W1和W2的開路異常判定過程的流程圖。控制單元30以預定循環執行本過程。

在步驟S01處，控制單元30判定車輛的電力供應系統是否處於導通狀態。更具體地，控制單元30判定電力供應系統是否處於點火-導通狀態。接著，當判定電力供應系統處於導通狀態(步驟S01處的「是」)時，在步驟S02處控制單元30判定主繼電器是否處於斷開狀態。主繼電器將電池組10與電動發動機連接和斷開。當主繼電器處於斷開狀態時，充電-放電電流沒有流到電池組10。當判定電力供應系統設置為斷開狀態(步驟S01處的「否」)或主繼電器處於導通狀態(步驟S02處的否)時，控制單元30結束該過程。

當判定主繼電器處於斷開狀態(步驟S02處的「是」)時，步驟S03處控制單元30將開關SW設置為導通狀態。將開關SW設置為導通狀態之後，在步驟S04處控制單元30獲取電壓V1和V2。接著，在步驟S05處控制單元30判定電壓V1是否為二極體DW1的正向下降電壓-Vf(大約-0.6V)。正向下降電壓-Vf是預定的閾值。當判定電壓V1基本上匹配二極體DW1的正向下降電壓-Vf(步驟S05處的「是」)時，在步驟S06處控制單元30判定開路異常在線W1中發生。與此同時，當判定電壓V1約為0V(步驟S05處的「否」)時，在步驟S07處控制單元30判定開路異常沒有在線W1中發生(即，判定線W1為正常)。

在步驟S06和S07之後，在步驟S08處控制單元30判定電壓V2是否為二極體DW2的正向下降電壓-Vf(大約-0.6V)。正向下降電壓-Vf是預定的閾值。當判定電壓V2基本上匹配二極體DW2的正向下降電壓-Vf(步驟S08處的「是」)時，在步驟S09處控制單元30判定開路異常在線W2中發生。與此同時，當判定電壓V2約為0V(步驟S08處的「否」)時，在步驟S10處控制單元30判定開路異常沒有在線W2中發生。在步驟S09和S10後，在步驟S11處控制單元30將開關SW設置為斷開狀態並且結束該過程。當判定開路異常在線W1和W2中發生時，控制單元30將該異常通知用戶等。

下文中描述根據本實施例的效果。

由於上述配置的結果，在形成閉合電路的狀態中，當開路異常沒有在線W1和W2中發生時，電流流到W1和W2。當開路異常在線W1和W2中發生時，電流流到二極體DW1和DW2。因此，當開路異常沒有在線W1和W2中發生時，電壓V1和V2的檢測值是配置該第一串聯電路的電池單元Bij的總的電壓值。另外，當開路異常在線W1和W2中發生時，電壓V1和V2的檢測值是通過從配置該第一串聯電路的電池單元Bij的總的電壓值中減去二極體DW1和DW2的正向下降電壓Vf而獲得的值。因此，可以基於處於形成閉合電路的狀態中的電壓V1和V2的檢測值來判定開路異常是否在線W1和W2中發生。即，關於線W1和W2中的開路異常的出現的判定可以利用簡單的配置做出。

另外，根據本實施例，第一串聯電路有不包括電池單元B並且僅包括線W1和W2的配置。由於連接到線W1和W2的端子(PN16和PP21以及PN26和PP31)之間的電壓V1和V2被檢測的結果，正常操作期間的電壓V1和V2的檢測值大約為0V(正常值)。開路異常期間的電壓V1和V2的檢測值大約為-0.6V(正向下降電壓Vf)。因此，在正常操作期間和開路異常期間之間的檢測值的差別是顯著的。異常判定的精確性可以被提高。另外，因為在正常操作期間的電壓大約為固定值0V，可以省略在電流沒有流到線W1和W2以及二極體DW1和DW2的狀態中的電壓V1和V2的檢測值(正常值)的獲取。該過程可以被簡化。

在根據本實施例的配置中，監視電路20配備有用於檢測電池組10(對應於第二串聯電路)的電壓的功能(對應於第二檢測電路),該電池組是多個電池單元B11到B36和線W1與W2的串聯連接體。另外，監視電路20配備有用於檢測配置電池組10的所有電池單元B11到B36的相應電壓的功能(對應於第三檢測電路)。作為第二異常判定單元工作的控制單元30，通過將來自第二檢測電路的檢測值與來自第三檢測電路的檢測值的總值進行比較，可以判定異常是否在第三檢測電路中發生。更具體地，當來自第二檢測電路的檢測值與來自第三檢測電路的檢測值的總值相匹配時，控制單元30判定第三檢測電路正常。當判定在來自第二檢測電路的檢測值與來自第三檢測電路的檢測值的總值之間出現預定值或更大的差別時，控制單元30判定第三檢測電路中發生異常。

這裡，因為針對第二檢測電路進行的電壓檢測所使用的閉合電路(開關SW以及電阻元件RA1和RA2)也用作當做出線W1和W2中出現開路異常的判定時將電流發送至線W1和W2的閉合電路，監視電路20中所使用的元件的數目可以被減少。

(其他實施例)

根據上述實施例，該配置使得連接到線W1的任一末端的端子PN16和端子PP21之間的電壓被檢測來判定線W1中的開路異常的發生。然而，此配置可以被修改。

例如，配置可以為使得連接到電池單元B16和B21的串聯連接體(第一串聯電路)的兩端的端子PP16和PN21之間的電壓被檢測來判定線W1中的開路異常的發生。在此配置中，在充電-放電電流沒有流到電池組10並且開關SW設置為斷開狀態的狀態中，控制單元30獲取電池單元B16和B21的端子間電壓的總和，作為端子PP16和PN21之間電壓的檢測值。

另外，在開關SW設置為導通狀態並且線W1中沒有發生開路異常的狀態中，控制單元30獲取電池單元B16和B21的端子間電壓的總和，作為端子PP16和PN21之間電壓的檢測值。此外，在開關SW設置為導通狀態並且線W1中發生開路異常的狀態中，控制單元30獲取通過從電池單元B16和B21的端子間電壓的總和中減去二極體DW1的正向下降電壓Vf而獲得的值，作為端子PP16和PN21之間電壓的檢測值。

這裡，當充電-放電電流沒有流到電池組10時，充當第一異常判定單元的控制單元30獲取處於開關SW設置為斷開狀態的狀態中的端子PP16和PN21之間的電壓的檢測值。此外，當充電-放電電流沒有流到電池組10時，控制單元30將開關SW設置為導通狀態，並且獲取處於開關SW設置為導通狀態的狀態中的端子PP16和PN21之間的電壓的檢測值。

然後，控制單元30可以基於當開關SW設置為斷開狀態時所獲取的電壓檢測值和當開關SW設置為導通狀態時所獲取的電壓檢測值之間的比較來判定線W1中的開路異常的發生。

具體地，當開關SW設置為導通狀態時所獲取的電壓檢測值沒有從當開關SW設置為斷開狀態時所獲取的電壓檢測值改變時，控制單元30判定線W1中沒有發生開路異常。另外，當開關SW設置為導通狀態時所獲取的電壓檢測值從當開關SW設置為斷開狀態時所獲取的電壓檢測值下降了正向下降電壓Vf時，控制單元30判定線W1中發生開路異常。以此方式，可以基於包括線W1和電池單元B的串聯連接體的電壓，做出開路異常的的發生的判定。

另外，例如，為了判定開路異常是否至少在線W1和線W2中的任一中發生，配置可以為使得整個電池組10的檢測值(即端子PB和端子PG之間的電壓)被使用。

當充電-放電電流沒有流到電池組10時，充當第一異常判定單元的控制單元30獲取處於開關SW設置為斷開狀態的狀態中的端子PB和PG之間的電壓的檢測值。另外，當充電-放電電流沒有流到電池組10時，控制單元30將開關SW設置為導通狀態，並且獲取處於開關SW設置為導通狀態的狀態中的端子PB和PG之間的電壓的檢測值。

控制單元30可以基於當開關SW設置為斷開狀態時所獲取的電壓檢測值和當開關SW設置為導通狀態時所獲取的電壓檢測值之間的比較來判定線W1和線W2的任一中的開路異常的發生。

具體地，當開關SW設置為導通狀態時所獲取的電壓檢測值沒有從當開關SW設置為斷開狀態時所獲取的電壓檢測值改變時，控制單元30判定線W1和W2兩者中沒有發生開路異常(即，線W1中沒有開路異常，線W2中也沒有開路異常)。另外，當開關SW設置為導通狀態時所獲取的電壓檢測值從當開關SW設置為斷開狀態時所獲取的電壓檢測值下降了正向下降電壓Vf時，控制單元30判定線W1和線W2的任一中發生開路異常。以此方式，可以基於整個電池組10的電壓做出至少線W1和線W2的任一中的開路異常的發生的判定。

即，使用端子間電壓來判定發生開路異常的第一串聯電路可以配置為包括多個線W1和W2。作為此類配置的結果，在多個線W1和W2中的異常的發生可以通過簡單過程來判定。

根據上述實施例，為了判定在線W1中的開路異常的發生，此配置使得用來檢測整個電池組10的電壓的開關SW設置為導通狀態。然而，此配置可以被修改。

例如，如圖3所示，配置可以為提供開關SWB和開關SWC。提供開關SWB用來檢測由電池單元B11到B23組成的串聯連接體(對應於第二串聯電路)的電壓。提供開關SWC用來檢測由電池單元B24到B36組成的串聯連接體(第二串聯電路)的電壓。作為開關SWB被設置成導通狀態的結果，由電阻元件RB1和RB2所分的電壓被輸入到MUX 21。另外，作為開關SWC被設置成導通狀態的結果，由電阻元件RC1和RC2所分的電壓被輸入到MUX 21。

在此情況中，作為開關SWB被設為導通狀態的結果，形成包括電池元件B11到B23、線W1、以及二極體DW1的閉合電路。作為電池單元B11到B23的電壓的結果，電流流到線W1和二極體DW1。

因此，可以通過使開關SWB被設為導通狀態來判定線W1中的開路異常的發生。以類似的方式，可以通過使開關SWC被設為導通狀態來判定線W1中的開路異常的發生。

如上所述，為了判定線W1中的開路異常的發生，所需要的全部為其中形成電流流到線W1和二極體DW1的閉合電路。因此，例如，配置可以為提供形成包括線W1和電池單元B16的閉合電路的開關。以類似的方式，配置可以為提供形成包括線W2和電池單元B26的閉合電路的開關。

可以使用鎳氫二次電池等作為電池單元，來替代鋰離子二次電池。另外，可使用燃料電池等作為電池單元，來替代二次電池。

根據上述實施例，配置為分別地提供監視電路20和控制電路30。然而，該配置可以被修改以便集成地提供監視電路和控制電路。例如，監視電路可以包括控制電路。

由金屬、金屬板等形成的條狀部件的匯流條可以用作將塊體彼此串聯連接的連接部件，來代替根據上述實施例的線W1和W2。

根據上述實施例，配置使得：當電壓V1和V2與作為預定閾值的二極體DW1和DW2的正向下降電壓Vf一致時，判定開路異常發生。然而，此配置可以被修改。當開關SW設為導通狀態時的電壓V1和V2的檢測值與正常值(0V)之間的差別等於或大於基於正向下降電壓Vf設置的預定閾值(諸如Vf/2)時，可以判定線W1和W2中發生開路異常。