專利名稱：電池組控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，存在電池組控制設(shè)備，其具有檢測用于檢測電池組的過充電和/或過放電的參考電壓的自發(fā)改變的功能，作為例子在第一專利文獻(xiàn)中提出了該電池組控制設(shè)備。當(dāng)將電池電壓與參考電壓比較時(shí)，電池組控制設(shè)備在一個步驟中相對于指定電壓改變參考電壓。然后，在無論參考電壓的相對改變，參考電壓和單位單元的電壓的大小關(guān)系不逆轉(zhuǎn)時(shí)，電池組控制設(shè)備確定參考電壓存在較大的自發(fā)改變。這使得可以檢測參考電壓的自發(fā)改變。上面討論的技術(shù)專利文獻(xiàn)第一專利文獻(xiàn):2003-92840

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，上述傳統(tǒng)技術(shù)在相對地偏移參考電壓時(shí)需要指定的電壓作為單元的電壓。 這可能不檢測取決于電池組的使用狀態(tài)的特性偏移。為此，傳統(tǒng)技術(shù)存在著問題，該問題是參考電壓的自發(fā)改變的確定可靠性較低。鑒于以上各點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種能夠改進(jìn)參考電壓的自發(fā)改變的確定的可靠性的電池組控制設(shè)備。解決問題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)明是一種電池組控制設(shè)備，用于監(jiān)視構(gòu)成電池組的多個串聯(lián)連接的單元的電壓。該電池組控制設(shè)備包括電壓檢測裝置，檢測多個單元中的單元的電壓；參考電壓生成裝置，生成參考電壓；電壓比較裝置，將至少一個單元的電壓與參考電壓相比較；切換裝置，包括多個相對地改變參考電壓的電壓切換電路；以及確定裝置，其基于從電壓比較裝置輸出的比較結(jié)果確定電池組的狀態(tài)；以及基于這樣的內(nèi)容來確定是否存在參考電壓的自發(fā)改變由電壓檢測裝置檢測的單元的電壓和參考電壓之間的比較結(jié)果；以及在利用多個電壓切換電路逐步地相對改變參考電壓的同時(shí)，電壓比較裝置的比較結(jié)果。參考電壓利用多個切換電路相對改變的范圍被設(shè)為在單元的總電壓范圍內(nèi)由單元使用的使用電壓范圍，總電壓范圍從單元的最小電壓到最大電壓來限定，以及確定裝置基于由多個電壓切換電路逐步切換的參考電壓的多個電平和單元的電壓之間的各個比較結(jié)果檢測參考電壓的自發(fā)改變。如上所述，因?yàn)閰⒖茧妷旱南鄬Ω淖兊姆秶幌拗圃趩卧褂玫碾妷悍秶鷥?nèi)， 所以可以最小化要在切換裝置中設(shè)置的電壓切換電路的數(shù)目。因而，可以防止電池組控制設(shè)備的規(guī)模變大。
在根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明中，參考電壓的相對改變的范圍具有上限，該上限被設(shè)定為指示單元的過充電的電壓，且確定裝置執(zhí)行在超過參考電壓的相對改變的范圍的上限時(shí)單元被過充電的異常確定。這防止單元的過充電導(dǎo)致的故障，因而提高單元的安全性。在根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明中，參考電壓的相對改變的范圍具有下限，該下限被設(shè)定為指示至少一個單元的過放電的電壓，且確定裝置在確定下降到參考電壓的相對改變的范圍的下限以下時(shí)停止該至少一個單元的操作。因?yàn)樵谶^放電的情況下單元的操作被停止，所以可以防止單元的進(jìn)一步過放電， 從而提高單元的可靠性。在根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明中，當(dāng)參考電壓生成裝置、電壓比較裝置和切換裝置構(gòu)成過充電和過放電檢測電路時(shí)，對多個單元之一多個地提供過充電和過放電檢測電路。因?yàn)槔枚鄠€過充電和過放電電路監(jiān)視一個單元的過放電，可以增強(qiáng)單元的過充電和過放電的監(jiān)視的冗余。即使對一個單元提供多個切換裝置，參考電壓的相對改變的范圍也限制在單元使用的電壓范圍內(nèi)。為此，最小化了在每一個切換裝置中設(shè)置的多個電壓切換電路的數(shù)目。因而，即使增強(qiáng)了單元的過充電和過放電的監(jiān)視的冗余，也可以防止電池組控制設(shè)備的規(guī)模變大。在根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)明中，使用電壓范圍是在總電壓范圍內(nèi)確定的范圍，該范圍以具有最高頻率的電壓為中心。這恰當(dāng)?shù)蒯槍ψ罡哳l率地使用的電壓確定過充電和過放電。在根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明中，單元被安裝在能夠通過從內(nèi)燃機(jī)輸出的驅(qū)動力和從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力中至少之一行駛的交通工具中，且單元使用的使用電壓范圍是單元的完全充電電壓的60%加上或減去不大于完全充電電壓20%的值的范圍，在該范圍內(nèi)以60%為中心。在能夠通過從內(nèi)燃機(jī)輸出的驅(qū)動力和從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力中至少之一行駛的諸如混合動力車的交通工具中，單元的完全充電電壓的60%或其左右的電壓使用頻率。為此，參考電壓的相對改變的范圍限于單元的完全充電電壓的60% 士20%的范圍，從而恰當(dāng)?shù)卮_定過充電和過放電。在根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明中，單元被安裝在能夠通過從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力行駛的交通工具中，且單元要使用的使用電壓范圍是從單元的完全充電電壓的80%到等于或小于完全充電電壓的-40%的值的范圍。在能夠通過從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力行駛的諸如電動車的交通工具中，單元的完全充電電壓的80%或其左右的電壓的使用頻率。為此，參考電壓的相對改變的范圍限于單元的完全充電電壓的80%到等于或小于完全充電電壓的-40%的值的范圍。這恰當(dāng)?shù)卮_定過充電和過放電。


圖1是包括根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電池組控制設(shè)備的電池組控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是例示鋰離子電池的電壓特性的圖3是例示電壓切換電路的數(shù)目的圖；圖4是例示檢測過充電的異常檢測例程的流程圖；以及圖5是包括根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電池組控制設(shè)備的電池組控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在以下實(shí)施例中，對相同或等同的部分賦予相同的附圖標(biāo)記。(第一實(shí)施例)以下將參考對應(yīng)的附圖描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。根據(jù)本實(shí)施例的電池組控制設(shè)備可以應(yīng)用于監(jiān)視安裝在例如交通工具中的交通工具裝載電池，交通工具諸如是混合動力車(HV車)，其可通過從內(nèi)燃機(jī)輸出的驅(qū)動力和從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力中至少之一行駛。另外，根據(jù)本實(shí)施例的電池組控制設(shè)備可以應(yīng)用于監(jiān)視安裝在例如交通工具中的交通工具裝載電池，交通工具諸如是電動車(EV車)，其可以通過從電動機(jī)輸出的驅(qū)動力行駛。圖1是包括根據(jù)本實(shí)施例的電池組控制設(shè)備的電池組控制的整體結(jié)構(gòu)圖。如圖1 所示，電池組控制系統(tǒng)裝備有電池組1和電池組控制設(shè)備2。電池組1是通過將多個單元la、lb、lc和Id串聯(lián)連接構(gòu)成的電壓源。單元Ia至 Id中的每一個是例如可充電鋰離子二次電池。對于作為例子的混合動力車，在混合動力車加速期間電動機(jī)輔助引擎時(shí)使用電池組1作為電源。另一方面，對于電動車，電池組1用作用于生成驅(qū)動力的運(yùn)行的電動機(jī)的電源。電池組控制設(shè)備2是被配置為通過將單元Ia至Id的每一個處的電壓與預(yù)設(shè)值 (閾值)相比較來監(jiān)視單元Ia至Id的每一個處的電壓的設(shè)備。因?yàn)閱卧狪a至Id的每一個是二次電池，電池組控制設(shè)備2被用于監(jiān)視單元Ia至Id的每一個的過充電和/或過放電。上述電池組控制設(shè)備2包括過充電和過放電檢測電路3和電池E⑶4。過充電和過放電檢測電路3是被配置為監(jiān)視由多個單元Ia至Id構(gòu)成的塊的狀態(tài)的電路。在本實(shí)施例中，四個單元Ia至Id構(gòu)成一個塊，且過充電和過放電檢測電路3與該一個塊連接。實(shí)際上，多個塊彼此串聯(lián)連接。過充電和過放電檢測電路3與每一個塊連接，且過充電和過放電檢測電路3中的每一個與電池E⑶4連接。在圖1中，典型地例示了塊中的一個塊和一個過充電和過放電檢測電路3。過充電和過放電檢測電路3還在其中輸入跨對應(yīng)塊的兩端的電壓，并向電壓E⑶ 4輸出跨對應(yīng)塊的兩端的電壓。為此，過充電和過放電檢測電路3包括正端子10，用于在對應(yīng)塊的正端子處輸出電壓(VBBl)；負(fù)端子10，用于在對應(yīng)塊的負(fù)端子處輸出電壓(VBB2)； 以及開關(guān)20和21。當(dāng)設(shè)置在過充電和過放電檢測電路3和電池ECU 4之間的各個開關(guān)20 和21被接通或斷開時(shí)，正和負(fù)端子10和11與電池E⑶4連接。過充電和過放電檢測電路3裝備有參考電壓源30、31、32和33，切換單元40，比較器50、51、52和53，或(OR)電路60，與(AND)電路61以及I/F單元70。參考電壓源30至33中的每一個是生成相對于對應(yīng)單元Ia至Id的負(fù)電極處的電勢的恒定參考電壓(U的電壓源。參考電壓源30至33的每一個連接在比較器50至53中的對應(yīng)一個的反向輸入端㈠和單元Ia至Id的對應(yīng)一個的負(fù)電極之間。切換單元40是被配置為根據(jù)單元Ia至Id的對應(yīng)一個處的電壓生成與閾值相對應(yīng)的閾值電壓的開關(guān)裝置。換句話說，其用來相對地改變參考電壓。閾值電壓被輸出到比較器50至53的對應(yīng)一個的非反向輸入端(+)。切換單元40包括對單元Ia至Id中的每一個提供的多個電壓切換電路41，該多個電壓切換電路41被用于相對地改變參考電壓。電壓切換電路41中的每一個包括PNP晶體管42、電阻器43、44和45以及二極管46。因?yàn)殡妷呵袚Q電路41的結(jié)構(gòu)對單元Ia至Id中的每一個是共通的，所以將描述針對單元Ia的結(jié)構(gòu)。晶體管42的發(fā)射極連接到單元Ia的正電極，其集電極經(jīng)由電阻器43與比較器50 的非反向輸入端連接。電阻器44連接在晶體管42的基極和單元Ia的正電極之間，且電阻器45和二極管46與晶體管42的基極連接。二極管46與設(shè)置在切換單元40中的晶體管47的集電極連接，從而經(jīng)由晶體管47 的集電極和發(fā)射極與單元Ia的負(fù)電極連接。晶體管47對各個串聯(lián)連接的單元Ia至Id的電壓切換電路41是共通的。響應(yīng)于輸入到設(shè)置在過充電和過放電檢測電路3中的時(shí)鐘端12的時(shí)鐘信號CLKl 驅(qū)動晶體管47。具體地，晶體管62和63在時(shí)鐘端12和單元Ia的負(fù)電極之間彼此串聯(lián)連接，且電阻器62和63之間的連接點(diǎn)與晶體管47的基極連接。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKl是邏輯“高” 時(shí)晶體管47導(dǎo)通。注意通過電池E⑶4接通/斷開過充電和過放電檢測電路3和電池 E⑶4之間的開關(guān)22允許生成邏輯“高”和邏輯“低”。在單元Ia中多個地設(shè)置上述電壓切換電路41。電阻器48和49在單元Ia的兩個端部之間彼此串聯(lián)連接。設(shè)置在一個單元Ia中的對應(yīng)的相應(yīng)電壓切換電路41的電阻器43 中的每一個與對應(yīng)電阻器48和49之間的連接點(diǎn)連接，且該連接點(diǎn)與比較器50的非反向輸入端連接。另外，如上所述，電壓切換電路41的每一個與晶體管47連接，且時(shí)鐘信號CLKl至 CLKn分別連接到晶體管47。附圖標(biāo)記“η”對應(yīng)于設(shè)置在一個單元Ia中的電壓切換電路41 的數(shù)目。與時(shí)鐘信號CLKl 一樣，從與時(shí)鐘端13、14和15連接的各個電阻器62和63的連接點(diǎn)向各個晶體管47的基極輸入時(shí)鐘信號CLK2至CLKn。時(shí)鐘端13、14和15中的每一個經(jīng)由開關(guān)23、M和25中的對應(yīng)一個開關(guān)與電池E⑶4連接。在開關(guān)23、對和25中的對應(yīng)一個被接通/斷開時(shí)，生成時(shí)鐘信號CLK2至CLK中的每一個。如上所述，在一個單元Ia中設(shè)置多個電壓切換電路41。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKl例如切換到邏輯“高”時(shí)，對應(yīng)的晶體管47導(dǎo)通。這接通了多個電壓切換電路41中的對應(yīng)的晶體管42，導(dǎo)致對應(yīng)電阻器48和49的連接點(diǎn)處的電勢的改變。這實(shí)現(xiàn)了與跨單元Ia的兩端的電壓相比閾值電壓減小相同的效果。在本實(shí)施例中，由于在一個單元Ia中設(shè)置多個電壓切換電路41，對每一個電壓切換電路41的晶體管42的接通/斷開的限制允許逐步地切換閾值電壓的值?？芍鸩角袚Q閾值電壓的范圍的上限和下限示出指示過充電的閾值電壓和指示過放電的閾值電壓。在上述一個單元Ia中設(shè)置多個電壓切換電路41的結(jié)構(gòu)對其它單元Ib至Id是共通的。比較器50至53被用于分別將單元Ia至Id處的電壓與參考電壓相比較。對比較器50至53中的每一個的非反向輸入端輸入由切換單元40切換的閾值電壓，且對其反向輸入端輸入?yún)⒖茧妷涸?0至33中的對應(yīng)一個的參考電壓。具體地，對比較器50至53中的每一個的反向輸入端輸入相對于單元Ia至Id中的對應(yīng)一個的負(fù)電極處的電壓的參考電壓。 跨單元Ia至Id中的對應(yīng)一個的電壓的預(yù)定劃分的電壓(即閾值電壓)被輸入到比較器50 至53中的每一個的相應(yīng)非反向輸入端?；螂娐?0是生成比較器50至53的各個輸出的邏輯或信號的邏輯電路。與電路 61是生成比較器50至53的各個輸出的邏輯與信號的邏輯電路。這些邏輯或和邏輯與信號以及時(shí)鐘信號CLKl至CLKn的組合允許通過電池ECU 4確定過充電和過放電。具體地，當(dāng)在時(shí)鐘信號CLKl至CLKn是邏輯“低”的過充電檢測時(shí)，時(shí)鐘信號CLKl 至CLKn的輸出、或電路60的輸出以及與電路61的輸出的邏輯或是邏輯“高”的情況下，所有單元Ia至Id都沒有過充電而是正常的。此外，當(dāng)時(shí)鐘信號CLKl至CLKn的輸出、或電路 60的輸出以及與電路61的輸出的邏輯或是邏輯“低”時(shí)，單元Ia至Id中至少之一被過充電，或切換單元40、參考電壓30至33和比較器50至53中的任一個是異常的。另一方面，當(dāng)時(shí)鐘信號CLKl至CLKn是邏輯“高”的過放電檢測時(shí)時(shí)鐘信號CLKl至 CLKn的輸出、或電路60的輸出以及與電路61的輸出的邏輯或是邏輯“低”的情況下，所有單元Ia至Id都沒有過放電、而是正常的。另外，當(dāng)時(shí)鐘信號CLKl至CLKn的輸出、或電路 60的輸出以及與電路61的輸出的邏輯或是邏輯“高”時(shí)，單元Ia至Id中至少之一被過放電，或切換單元40、參考電壓30至33以及比較器50至53中的任一個是異常的。I/F單元70是基于或電路60及與電路61的輸出對電池E⑶4輸出邏輯或信號和邏輯與信號的恒電流電路。上述I/F單元70包括電阻器71、二極管72、PNP晶體管73、電阻器74、電阻器75和電阻器76。電阻器75和76彼此串聯(lián)連接，且電阻器75與塊(串聯(lián)連接的四個單元Ia至Id的集合)的正電極連接。對于或電路60，一個電阻器71被連接在或電路60的輸出端和塊的正電極之間，且一個二極管72被連接在塊的正電極和或電路60的輸出端之間。一個晶體管73的基極與或電路60的輸出端連接，且一個晶體管73的發(fā)射極經(jīng)由一個電阻器74與塊的正電極連接。一個晶體管73的集電極與電阻器76連接。針對與電路61的I/F單元70的結(jié)構(gòu)與針對或電路60的I/F單元70的結(jié)構(gòu)相同。 通過這些結(jié)構(gòu)，由于晶體管73根據(jù)或電路或者與電路61的輸出而接通或斷開，所以I/F單元70的組合的電阻改變。I/F單元70的每一個電阻器76經(jīng)由設(shè)置在過充電和過放電檢測電路3中的電阻器64與塊的負(fù)電極連接，且電阻器76和64之間的連接點(diǎn)與設(shè)置在過充電和過放電檢測電路3中的輸出端16連接。輸出端16在設(shè)置于過充電和過放電檢測電路3與電池ECU 4之間的開關(guān)26的接通/斷開時(shí)與電池ECU 4連接。這使作為過充電和過放電檢測電路3的輸出(OCDS)的從I/F單元70輸出的邏輯或信號或者邏輯與信號被輸入到電池ECU 4。電池E⑶4具有基于從比較器50至53輸出的比較的結(jié)果確定電池組1的狀態(tài)的功能。具體地，電池ECU 4基于過充電和過放電檢測電路3的輸出(OCDS)以及時(shí)鐘信號 CLKl至CLKn的邏輯組合，確定單元Ia至Id中的每一個處的電壓是否在恒定電壓范圍內(nèi)。CN 102549874 A這導(dǎo)致電池E⑶4檢測單元Ia至Id的過充電或過放電，從而確定電池組1的狀態(tài)。電池E⑶4還具有基于這樣的內(nèi)容檢測在參考電壓中是否存在自發(fā)改變的功能 由塊電壓檢測器如檢測的單元Ia至Id處的電壓；以及在通過多個電壓切換電路41逐步地改變參考電壓時(shí)比較器50至53的輸出。為此，電池E⑶4設(shè)置有塊電壓檢測器如。塊電壓檢測器如被用于測量跨塊的電壓，即跨串聯(lián)連接的4個單元Ia至Id的電壓。為此，塊電壓檢測器如經(jīng)由開關(guān)20與正電極端10連接，并經(jīng)由開關(guān)21與負(fù)電極端11 連接。塊電壓檢測器4A還以單元Ia至Id的數(shù)量來劃分跨塊的電壓，從而獲得一個單元處的電壓的平均值。單元Ia至Id的該估的值用來檢測切換單元40中的每一個參考電壓的自發(fā)改變。具體地，電池E⑶4按以下步驟檢測參考電壓的自發(fā)改變。首先，塊電壓檢測器如檢測跨塊的電壓。電池ECU 4還獲得在切換切換單元40電壓切換電路41以相對地改變參考電壓時(shí)比較器50至53的輸出。也就是說，電池E⑶4獲得或電路60以及與電路61的輸出。此后，電池E⑶4將由塊電壓檢測器如檢測的單元Ia至Id中的每一個的估計(jì)值和對應(yīng)的參考電壓之間的比較結(jié)果與在通過多個電壓切換電路41將對應(yīng)的參考電壓逐步改變到多個電平時(shí)(即邏輯或電路60和邏輯與電路61的輸出)由過充電和過放電檢測電路3進(jìn)行的比較結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果，在對應(yīng)的比較結(jié)果彼此匹配時(shí)確定不存在異常，或在對應(yīng)的比較結(jié)果彼此不匹配時(shí)確定在對應(yīng)的參考電壓中存在自發(fā)改變。上述電池ECU 4裝備有微計(jì)算機(jī)，包括CPU、R0M、EEPR0M、RAM等(未示出)。根據(jù)微計(jì)算機(jī)中存儲的程序，電池ECU 4監(jiān)視塊的單元Ia至Id中的每一個的過充電或過放電， 并檢測參考電壓的自發(fā)改變。這是根據(jù)本實(shí)施例的電池組控制系統(tǒng)和電池組控制設(shè)備2的整體結(jié)構(gòu)。接下來，參考圖2和圖3說明針對單元Ia至Id中的每一個的電壓切換電路41的數(shù)量。圖2是例示鋰離子電池的電壓特性的圖。水平軸表示單元Ia至Id中的充電狀態(tài) (SOC)，垂直軸表示單元端電壓(跨一個單元的兩端的電壓)。圖3是例示電壓切換電路41 的數(shù)量的圖。在此，SOC是100%這一事實(shí)意味著一個單元被完全充電。如圖2所示，鋰離子電池的電壓特性示出單元端電壓陡峭地升到3. 3V級，直到SOC 從0%達(dá)到若干百分比。單元端電壓以恒定的上升百分比上升，直到SOC從若干百分比達(dá)到 100 %，且在SOC超過100 %之后直到達(dá)到120 %左右，單元端電壓以與恒定的上升百分比相比更大的上升百分比上升。當(dāng)SOC是120%時(shí)單元端電壓變?yōu)?. OV級。在鋰離子電池的電壓特性中，鋰離子電池的總電壓范圍80是從最小電壓到最大電壓的范圍。為此，鋰離子電池的總電壓范圍80是從OV到5. OV的范圍。具體地，單元Ia 至Id的每一個的總電壓范圍80是從OV到5. OV的范圍，這對應(yīng)于SOC從0%到120%的范圍。電池組1要安裝在例如混合動力車或電動車中。依據(jù)混合動力車和電動車中的對應(yīng)一個確定與總電壓范圍80相對應(yīng)的使用電壓范圍81和82中的每一個。具體地，使用單元Ia至Id中的每一個的總電壓范圍0至5. OV的部分。
使用電壓范圍81和82中的每一個是在總電壓范圍80內(nèi)要由單元Ia至Id中的每一個使用的電壓范圍。以具有最高頻率的電壓為中心確定使用電壓范圍81和82中的每一個。這允許恰當(dāng)?shù)卮_定相對于最高頻率使用的電壓的過充電和過放電。具體地，當(dāng)電池組1安裝在混合動力車中時(shí)，要對單元Ia至Id中的每一個使用的使用電壓范圍81是例如具有每一單元的完全充電電壓的60% 士20%的范圍(參見圖2)。 也就是說，混合動力車中的單元Ia至Id中的每一個的使用電壓范圍81對應(yīng)于與SOC從 40%到80%的范圍等同的單元端電壓范圍。單元端電壓范圍例如是從3. 6V到3. 8V。對于混合動力車，與在總電壓范圍80內(nèi)使用頻率最高的電壓相對應(yīng)的SOC是 60%，優(yōu)選使用電壓范圍81限于具有每一單元的完全充電電壓的60% 士20%的范圍，且還根據(jù)經(jīng)常使用限于士 10%。另一方面，當(dāng)電池組1安裝在電動車中時(shí)，對單元Ia至Id中的每一個使用的使用電壓范圍82是例如從每一單元的完全充電電壓的20%到90%的范圍(見圖2)。也就是說，電動車中的單元Ia至Id中的每一個的使用電壓范圍82對應(yīng)于與SOC從20%到90% 的范圍等同的單元端電壓范圍。對于電動車，與總電壓范圍80內(nèi)的使用頻率最高的電壓相對應(yīng)的SOC是80%，優(yōu)選使用電壓范圍82限于每一個單元的完全充電電壓的80%到-40%的范圍(相對于80% 的0%至-40% )。使用電壓范圍82例如是3. 5V到4. 0V。使用電壓范圍82可進(jìn)一步限于等于或小于-40 %，諸如-20 %。另外，當(dāng)單元Ia至Id的每一個的電壓超過使用電壓范圍81和82中的任一個時(shí)， 電壓被假定為是異常電壓。當(dāng)單元Ia至Id中的每一個處的電壓降到使用電壓范圍81和 82中的任一個以下時(shí)，將電壓視為操作禁止電壓。在單元Ia至Id中的對應(yīng)一個的總電壓范圍80的一部分(使用電壓范圍81或 82)內(nèi)限定由多個電壓切換電路41進(jìn)行的參考電壓的相對改變的范圍。將參考電壓的相對改變的范圍設(shè)置成使得上限被設(shè)定為指示單元Ia至Id中的對應(yīng)一個的過充電的電壓，且下限被設(shè)定為指示單元Ia至Id中的對應(yīng)一個的過放電的電壓。換句話說，布置多個電壓切換電路41以滿足總電壓范圍80的一部分，即使用電壓范圍81或82，且電壓切換電路41的數(shù)目被設(shè)定為滿足使用電壓范圍81或82的數(shù)目。結(jié)果，當(dāng)總電壓范圍80即從OV到5. OV的范圍內(nèi)電壓的切換間隔是0. 2V時(shí)，需要25個電壓切換電路41。然而，當(dāng)電壓使用范圍81和82中的每一個被設(shè)定為從3. IV到 4. IV的范圍時(shí)，該范圍需要不多于5個電壓切換電路41。將參考電壓的相對改變限制到使用電壓范圍81或82允許減少電壓切換電路41的數(shù)量、減小其尺寸。注意可考慮由切換單元40對過充電和過放電檢測閾值進(jìn)行的切換的準(zhǔn)確度來設(shè)置電壓切換電路41的數(shù)目。假定一個電壓切換電路41的電壓切換準(zhǔn)確度是士3%，這等于從0.97V到1.03V的范圍，當(dāng)過充電閾值被設(shè)為4. OV時(shí)是士0. 12V。因而，將電壓切換電路41設(shè)在0. 24(^0. 2V)間隔處允許窮盡地覆蓋使用電壓范圍81和82中的每一個。具體地,如圖 3 所示，獲得了 4. OV士0. 2V,3. 8V±0. 2V,3. 6V±0. 2V,3. 4V±0. 2V 和 3. 2V±0. 2V。例如，如果上側(cè)(過充電)被確定為是4. 0V，當(dāng)?shù)谝婚撝蹈哂诘谝粶y量電壓時(shí)，其是正常的(見圖幻，然而當(dāng)最大0.2V被加到第一測量電壓時(shí)，其是異常的。相似地，當(dāng)?shù)谝婚撝蹈哂诘诙y量電壓時(shí)，其是正常的(見圖3)，然而當(dāng)最大0. 4V被加到第一測量電壓時(shí)，其是異常的。因而，參考電壓可移至達(dá)0.4V。當(dāng)使用上限4. OV偏移0. 4V時(shí)電壓切換電路41的電壓偏移寬度的上限成為4. 4V, 這降低了異常檢測能力。因而，將電壓切換間隔設(shè)為0. IV使異常確定被設(shè)為第一測量電壓和最大0. 2V的和，這在使用上限4. OV處將異常確定限制為達(dá)4. 2V。接著，參考圖4描述用于異常檢測的電池E⑶4的操作。圖4是例示檢測過充電或過放電的異常檢測例程的流程圖。運(yùn)行存儲在電池ECU 4中的程序執(zhí)行異常檢測例程。 注意當(dāng)電池ECU 4通電或斷電或接收外部指令時(shí)啟動異常檢測例程。當(dāng)起動流程時(shí)，在步驟100，執(zhí)行電壓測量。具體地，在根據(jù)到每一個電壓切換電路 41的時(shí)鐘信號CLKl至CLKn的輸入逐步地切換對應(yīng)閾值電壓的同時(shí)，將過充電和過放電檢測電路3的輸出(0⑶S)輸入到電池E⑶4。在步驟110，基于在步驟100獲得的輸出(0⑶S)和時(shí)鐘信號CLKl至CLKn確定單元Ia至Id的每一個處的電壓是否在對應(yīng)的使用電壓范圍81或82內(nèi)。換句話說，確定單元Ia至Id中的每一個是否被過充電或過放電，或是否是正常的。當(dāng)確定出單元la、lb、lc 或Id處的電壓不在對應(yīng)的使用電壓范圍81或82內(nèi)時(shí)，也就是說，單元la、lb、Ic或Id被過充電或過放電時(shí)，例程進(jìn)行到步驟150。另外，當(dāng)確定單元Ia至Id每一個處的電壓在對應(yīng)的使用電壓范圍81或82內(nèi)時(shí)，例程進(jìn)行到步驟120。步驟120至140是檢測每一參考電壓的自發(fā)改變的操作。首先，在步驟120，進(jìn)行到測量電壓的切換。具體地，通過塊電壓檢測器如測量跨單元Ia至Id的塊的電壓，且在大小上彼此比較一個單元的估計(jì)值和對應(yīng)的參考電壓。在步驟130，進(jìn)行確定。具體地，確定各個比較結(jié)果是否彼此匹配。當(dāng)各個比較結(jié)果彼此匹配時(shí)，確定不存在異常。否則，當(dāng)各個比較結(jié)果彼此不匹配時(shí)，確定發(fā)生了參考電壓的自發(fā)改變。在步驟140，存儲步驟130中的確定結(jié)果，然后終止異常檢測例程。步驟150至170是單元la、lb、lc或Id處的電壓異常時(shí)的操作。在步驟150，確定在步驟110中確定為在使用電壓范圍81或82之外的電壓是否超過使用電壓范圍81或82 的上限，即過充電閾值電壓。在該步驟，當(dāng)電壓超過使用電壓范圍81或82的上限時(shí)，例程進(jìn)行到步驟160。否則，當(dāng)電壓沒有超過使用電壓范圍81或82的上限時(shí)，例程進(jìn)行到步驟 170。在步驟160，當(dāng)步驟150中電壓超過使用電壓范圍81或82的上限時(shí)，即單元la、 IbUc或Id處的電壓超過對應(yīng)參考電壓的相對改變范圍的上限時(shí)，對應(yīng)單元la、lb、Ic或 Id成為過充電。然后，存儲該異常狀態(tài)。另一方面，在步驟170，當(dāng)在步驟150中電壓沒有超過使用電壓范圍81或82的上限時(shí)，即單元la、lb、lc或Id處的電壓降到對應(yīng)參考電壓的相對改變范圍的下限以下時(shí)，執(zhí)行禁止對應(yīng)單元la、lb、Ic或Id的操作的操作禁止處理，然后終止異常檢測例程。如上所述，在本實(shí)施例中，切換單元40特征在于包括多個電壓切換電路41，以及在將對應(yīng)參考電壓相對地逐步改變?yōu)槎鄠€電平的同時(shí)檢測對應(yīng)參考電壓的自發(fā)改變。這使得與偏移參考電壓一步以檢測參考電壓的自發(fā)改變的情況相比，可以更精細(xì)地劃分對應(yīng)的參考電壓。這使得確定參考電壓的自發(fā)改變的準(zhǔn)確度得到提高。確定參考電壓的自發(fā)改變的準(zhǔn)確度的提高允許可靠地確定電池組1中的參考電壓的自發(fā)改變，該電池組1要用于需要安全性和可靠性的混合動力車或電動車。另外，多個電壓切換電路41的參考電壓的相對改變的范圍特征在于被設(shè)在作為單元Ia至Id中每一個的總電壓范圍一部分的使用電壓范圍81或82內(nèi)。這不再需要提供在單元Ia至Id的每一個的總電壓范圍上相對地改變參考電壓所需的電壓切換電路41，使得可以對每一個單元Ia至Id最小化電壓切換電路41的數(shù)量。因而，可以防止電池組控制設(shè)備2的尺寸增大。另外，確定單元Ia至Id中的每一個是否被過充電或過放電。當(dāng)確定單元la、lb、 Ic或Id被過充電時(shí)，進(jìn)行異常確定以防止由于其過充電導(dǎo)致的單元la、lb、lc或Id的故障，從而提供單元Ia至Id的安全性。另一方面，當(dāng)確定單元la、lb、Ic或Id被過放電時(shí)， 停止對應(yīng)單元la、lb、Ic或Id的操作。這防止對應(yīng)單元la、lb、Ic或Id的進(jìn)一步放電，從而提高單元Ia至Id的可靠性。注意，對于本實(shí)施例的描述和后面權(quán)利要求書的描述之間的對應(yīng)關(guān)系，塊電壓檢測器如對應(yīng)于權(quán)利要求書中所述的“電壓檢測裝置”，且參考電壓源30至33對應(yīng)于權(quán)利要求書中所述的“參考電壓生成裝置”。另外，比較器50至53、或電路60以及與電路61對應(yīng)于權(quán)利要求書中所述的“電壓比較裝置”，且電池E⑶4對應(yīng)于權(quán)利要求書中所述的“確定裝置”。而且，切換單元40對應(yīng)于權(quán)利要求中所述的“切換裝置”。(第二實(shí)施例)在本實(shí)施例中，僅描述與第一實(shí)施例不同的部分。在本實(shí)施例中，在一個塊中提供多個過充電和過放電電路3。圖5是包括根據(jù)本實(shí)施例的電池組控制設(shè)備2的電池組控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。 如圖1所示，在一個塊中設(shè)置第一到第N這N個過充電和過放電檢測電路3。具體地，對于多個單元Ia至Id中的一個單元，設(shè)置多組參考電壓源30至33、比較器50至53和切換單元40。因而，在電池E⑶4中，基于過充電和過放電檢測電路3的每一個的檢測結(jié)果檢測過充電和過放電，且互相比較過放電檢測電路3的各個結(jié)果。注意可與多個過充電和過放電檢測電路3相對應(yīng)地多個地設(shè)置塊電壓檢測器如。上述配置允許通過多個過充電和過放電電路3監(jiān)視每一個單元Ia至Id的過放電。為此，可以提高單元Ia至Id中每一個的過充電和過放電檢測的冗余。另外，即使在任意過充電和過放電檢測電路3中發(fā)生了參考電壓的自發(fā)改變，使用其它過充電和過放電檢測電路3的結(jié)果允許繼續(xù)電壓監(jiān)視。即使對單元Ia至Id中的每一個提供了多個切換單元40，在作為一個過充電和過放電檢測電路3中的單元Ia至Id中的對應(yīng)一個的總電壓范圍的一部分的使用電壓范圍 81或82中設(shè)置多個電壓切換電路41的對應(yīng)參考電壓的相對改變的范圍。因此，要設(shè)置在過充電和過放電檢測電路3的每一個的切換單元40中的電壓切換電路41的數(shù)目得以最小化。因而，可以防止電池組控制設(shè)備2的規(guī)模變大。(其它實(shí)施例)在第一和第二實(shí)施例的每一個中，作為例子描述了用于構(gòu)成電池組1的單元Ia至 Id的每一個的鋰離子二次電池，然而可使用另一類型的二次電池。在混合動力車或電動車中不需安裝電池組1。換句話說，不需在交通工具中安裝電池組1。
在第一和第二實(shí)施例的每一個中，塊電壓檢測器如被用于測量跨一個塊的電壓， 然而可被用于測量一個單元Ia的電壓。在第一和第二實(shí)施例的每一個中所示的過充電和過放電電路的電路結(jié)構(gòu)是例子， 且可使用其它電路結(jié)構(gòu)。在第一和第二實(shí)施例的每一個中，電池組1用作混合動力車或電動車的電源，然而可用作插電式混合動力車的電池。在這種情況下，使用電壓范圍可被設(shè)為用于混合動力車的使用電壓范圍81和用于電動車的使用電壓范圍82之間的范圍。附圖標(biāo)記的說明1電池組Ia 至 Id 單元4a塊電壓檢測器(電壓檢測裝置)30至33參考電壓源(參考電壓生成裝置)50至53比較器(電壓比較裝置)60或電路(電壓比較裝置)61與電路(電壓比較裝置)41電壓切換電路40切換單元(切換裝置)4電池ECU (確定裝置)80單元的總電壓范圍81用于混合動力車的使用電壓范圍82用于電動車的使用電壓范圍
權(quán)利要求
1.一種電池組控制設(shè)備，用于監(jiān)視構(gòu)成電池組的多個串聯(lián)連接的單元的電壓，所述電池組控制設(shè)備包括電壓檢測裝置，檢測多個單元中至少一個單元的電壓；參考電壓生成裝置，生成參考電壓；電壓比較裝置，將所述至少一個單元的電壓與所述參考電壓相比較；切換裝置，包括多個相對地改變所述參考電壓的電壓切換電路；以及確定裝置，其基于從所述電壓比較裝置輸出的比較結(jié)果確定所述電池組的狀態(tài)；以及基于這樣的內(nèi)容來確定是否存在所述參考電壓的自發(fā)改變由所述電壓檢測裝置檢測的所述至少一個單元的電壓和所述參考電壓之間的比較結(jié)果；以及在利用所述多個電壓切換電路逐步地相對改變所述參考電壓的同時(shí)，所述電壓比較裝置的比較結(jié)果，其中，所述參考電壓利用所述多個切換電路相對改變的范圍被設(shè)為在所述至少一個單元的總電壓范圍內(nèi)由所述至少一個單元使用的使用電壓范圍，所述總電壓范圍從所述至少一個單元的最小電壓到最大電壓來限定，以及所述確定裝置基于由所述多個電壓切換電路逐步切換的所述參考電壓的多個電平和所述至少一個單元的電壓之間的各個比較結(jié)果檢測所述參考電壓的自發(fā)改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組控制設(shè)備，其中，所述參考電壓的相對改變的范圍具有上限，所述上限被設(shè)定為指示所述至少一個單元的過充電的電壓，以及所述確定裝置執(zhí)行在所述至少一個單元超過所述參考電壓的相對改變范圍的上限時(shí)被過充電的異常確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池組控制設(shè)備，其中，所述參考電壓的相對改變的范圍具有下限，所述下限被設(shè)定為指示所述至少一個單元的過放電的電壓，以及所述確定裝置在確定降到所述參考電壓的相對改變的范圍的下限以下時(shí)停止所述至少一個單元的操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電池組控制設(shè)備，其中，當(dāng)所述參考電壓生成裝置、所述電壓比較裝置和所述切換裝置構(gòu)成過充電和過放電檢測電路時(shí)，對所述多個單元的每一個多個地設(shè)置所述過充電和過放電檢測電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電池組控制設(shè)備，其中，所述使用電壓范圍是在所述總電壓范圍內(nèi)確定的范圍，所述范圍以具有最高使用頻率的電壓為中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電池組控制設(shè)備，其中，所述單元中的每一個安裝在這樣的交通工具中所述交通工具能夠通過從內(nèi)燃機(jī)輸出的驅(qū)動力和從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力中的至少之一行駛，以及要由所述至少一個單元使用的所述使用電壓范圍是所述至少一個單元的完全充電電壓的60%加上或減去不多于完全充電電壓的20%的值的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電池組控制設(shè)備，其中，所述單元中的每一個被安裝在能夠通過從驅(qū)動電動機(jī)輸出的驅(qū)動力行駛的交通工具中，以及要由所述至少一個單元使用的所述使用電壓范圍是從所述至少一個單元的完全充電電壓的80%到等于或小于完全充電電壓的-40%的值的范圍。
全文摘要
多個電壓改變電路(41)被設(shè)置在改變單元(40)中，以通過在多個步驟中相對地改變參考電壓來檢測參考電壓的自發(fā)改變。由電壓改變電路(41)進(jìn)行的參考電壓的相對改變范圍被設(shè)為作為各單元(1a至1d)的總電壓范圍(80)一部分的使用電壓范圍(81、82)。這避免提供電壓改變電路(41)，使得能夠針對各單元(1a至1d)的總電壓范圍(81)相對地改變參考電壓。于是，需要最小數(shù)目的用于每一個單元(1a至1d)的電壓改變電路41。因此，可以防止組合電池控制設(shè)備(2)的電路規(guī)模增大。
文檔編號H01M10/48GK102549874SQ20108004303
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者佐佐木學(xué), 溝口朝道, 泉純太, 清水工, 真野亮, 石下晃生, 菊池義晃, 谷川圭介 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社電裝