專利名稱：用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，并且更具體地，涉及檢測具有串聯(lián)連接的多個電池的電池組件中的任何電池的內(nèi)阻的升高的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)廣泛使用了其中大量電池或電池模塊串聯(lián)連接的電池組件。這種類型的電池組件被用在混合動力車輛等中，作為用于驅(qū)動電機的電源。在如日本專利申請公報No. 2005-345124 (JP-A-2005-345124)中所描述的電池組件中，A/D轉(zhuǎn)換器在多個電池模塊之間共享。具體地，JP-A-2005-345124公開了一種數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，其具有用于檢測電壓值的第一 A/D轉(zhuǎn)換器和用于檢測電流值的第二 A/D轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器在多個電池模塊之間共享。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)被布置為以異步模式操作第一 A/D轉(zhuǎn)換器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，以確保電壓檢測值與電流檢測值之間的同步性。利用以上布置，彼此同步地檢測電池或電池模塊的電壓或電流，使得即使電池電壓隨著電流改變，也可以正確地檢測內(nèi)阻。因此可以減小不正確地檢測到內(nèi)阻異常(升高)的可能性。為了檢測電池組件中每個電池的過度充電和過度放電,每個電池需要具有電池監(jiān)視功能。具體地，當系統(tǒng)被設(shè)置為能夠獲得每個電池的電壓值(模擬值)時，可以基于對于每個電池獲得的電壓值以及由電流傳感器獲得的電流值的組合來檢測內(nèi)阻的異常(過度升高)。利用這種布置，如JP-A-2005-345124中描述的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)具有用于電壓檢測的A/D轉(zhuǎn)換器，每個轉(zhuǎn)換器由電池或電池模塊共享，并且能夠工作以將電流檢測值與電壓檢測值同步。然而，如果異常檢測系統(tǒng)被布置為能夠輸出用于每個電池的電壓檢測值，安裝在系統(tǒng)中的傳感器的數(shù)目和由系統(tǒng)處理的信號的數(shù)目增加了，這可能導致異常檢測系統(tǒng)復雜的布置或構(gòu)造，并且導致系統(tǒng)尺寸增加。因此，系統(tǒng)可以被布置為通過僅產(chǎn)生每個電池的輸出電壓與臨界電壓之間的比較結(jié)果來監(jiān)視電池的電壓，而不是直接處理電壓檢測值，其中臨界電壓作為用于判斷過度充電或過度放電的閾值。該布置可以簡化系統(tǒng)的構(gòu)造或配置。與此同時，如何確保異常檢測中的足夠高的精確度以及系統(tǒng)的簡化是重要問題。例如，因為電池電壓隨著電流改變，電壓檢測時機和電流檢測時機需要彼此同步，以精確地評估電池的內(nèi)阻。因此，如果異常檢測系統(tǒng)僅如上所述地簡單地構(gòu)造，那么可能難以在使得電壓值和電流值彼此精確地同步的同時檢測它們。在這種情況下，因為由于同步損失引起的電流檢測的誤差，可能錯誤地檢測內(nèi)阻的異常(過度升高)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種異常檢測系統(tǒng)，其被簡單地構(gòu)造為具有用于電池組件的各電池的電壓監(jiān)視功能，其通過在不直接檢測電壓值的情況下獲得每個電池的電壓值與預定判定電壓之間的比較結(jié)果來實施，由此使得更不可能或更不易錯誤地檢測到內(nèi)阻的異常(過度升高)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，所述電池組件具有串聯(lián)連接的多個電池，所述異常檢測系統(tǒng)包括多個檢測單元、電流檢測器和異常監(jiān)視電路。所述多個檢測單元對于所述多個電池分別設(shè)置，所述檢測單元中的每個均被布置為將所述電池中的相應一個電池的輸出電壓與預定的判定電壓相比較。電流檢測器被設(shè)置為檢測通過所述多個電池的電流。所述多個檢測單元響應于開始觸發(fā)而按順序地進行工作，并且按順序地傳送反映該電壓比較的結(jié)果的檢測信號，從而輸出表示是否所述多個電池中的任何電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓的異常信號。基于從所述多個檢測單元接收的所述檢測信號以及通過所述電流檢測器獲得的電流檢測值，所述異常監(jiān)視電路檢查是否在所述多個電池中的任何電池中發(fā)生了作為內(nèi)阻升高到比所述內(nèi)阻的上限高的水平的內(nèi)阻異常。所述異常監(jiān)視電路包括電流采樣單元、校正量設(shè)定單元 和電流比較單元。電流采樣單元按照預定采樣周期對所述電流檢測器的電流檢測值進行預定次數(shù)的采樣。校正量設(shè)定單元對于與將所述判定電壓除以所述內(nèi)阻的所述上限而獲得的電流值相對應的判定電流，設(shè)定反映所述電流的波動成分的電流校正量。當所述異常信號表示所述多個電池中的任何電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓時，并且當由所述電流采樣單元獲得的多個電流采樣值的最大值小于通過從所述判定電流減去所述電流校正量而獲得的電流值時，所述電流比較單元檢測到所述內(nèi)阻異常。此外，所述電流采樣單元將所述采樣周期設(shè)定為使得首次電流采樣時間被設(shè)定為從在所述多個檢測單元中進行的對于所述多個電池的電壓比較的開始起經(jīng)過了與所述采樣周期的半周期相等或更短的給定時間長度的時間點，并且使得最終電流采樣時間被設(shè)定為在所述多個檢測單元中進行的電壓比較的結(jié)束提前了與所述采樣周期的半周期相等或更短的給定時間長度的時間點。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的異常檢測系統(tǒng)中，所述校正量設(shè)定單元可以根據(jù)期望地配置為根據(jù)由于與所述采樣周期的半周期相對應的相移所帶來的、由所述波動成分產(chǎn)生的電流變化量來設(shè)定所述電流校正量。在如上所述的異常檢測系統(tǒng)中，所述校正量設(shè)定單元可以根據(jù)期望地配置為基于當所述波動成分被看作正弦電流時在所述電池組件的最大輸出時的電流振幅，并基于所述采樣周期的半周期與所述波動成分的周期的比率，來設(shè)定所述電流校正量。在如上所述的異常檢測系統(tǒng)中，所述多個檢測單元包括第一至第n檢測單元(其中，n為等于或大于2的整數(shù))。在這種布置中，所述第一檢測單元響應于所述開始觸發(fā)而進行工作，并將表示是否第一電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓的檢測信號傳送到第二檢測單元。第i檢測單元中的每個(其中i為2至n的整數(shù))均包括電壓比較器和邏輯運算電路，所述電壓比較器輸出第i電池的輸出電壓與所述判定電壓之間的電壓比較的結(jié)果，所述邏輯運算電路被配置為基于從第i_l檢測單元傳送的檢測信號以及所述電壓比較器的輸出信號，來輸出表示是否第一至第i電池中的任何電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓的檢測信號。所述異常檢測系統(tǒng)還可以包括信號傳送電路，所述信號傳送電路從第n檢測單元接收所述檢測信號并且將基于所述檢測信號的所述異常信號輸出到所述異常監(jiān)視電路。根據(jù)本發(fā)明的以上方面的異常檢測系統(tǒng)被簡單地構(gòu)造，以不直接檢測電壓值而獲得每個電池的電壓值與預定判定電壓之間的比較結(jié)果，由此降低或避免了錯誤地檢測內(nèi)阻的異常(過度升高)的可能性。


將會在本發(fā)明的示例實施例的以下具體描述中參照附圖描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點和技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標記表示相似的元素，其中圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)應用到其中的電子系統(tǒng)的構(gòu)造的示意框圖；
圖2是示出了圖I中示出的檢測單元的構(gòu)造示例的框圖；圖3是用于解釋由圖I的實施例的異常監(jiān)視電路檢測內(nèi)阻異常的方法的概念圖；圖4是用于解釋在根據(jù)圖I的實施例的用于電池組件的異常監(jiān)測系統(tǒng)中，檢測電池的內(nèi)阻異常的方法的時序圖；圖5是示出了圖I的實施例的異常監(jiān)視電路的功能的功能框圖，該異常監(jiān)視電路用于實施檢測內(nèi)阻異常的方法；圖6是用于解釋在本發(fā)明的圖I的實施例中，由于電流波動的影響而由電壓檢測時機與電流檢測時機之間的時間延遲所引起的電流變化的概念圖；圖7是示出了用于檢測內(nèi)阻異常的控制程序的流程圖，其由用于根據(jù)本發(fā)明的圖I的實施例的電池組件的異常檢測系統(tǒng)執(zhí)行；圖8是示出了圖7中示出的電流采樣處理的具體控制例程的流程圖；圖9是與圖4類似的時序圖，其作為本發(fā)明的圖I的實施例的修改示例；以及圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的圖I的實施例的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)應用到其中的電池組件的構(gòu)造的另一個示例的框圖。
具體實施例方式將會參照附圖具體描述本發(fā)明的一個實施例。在下文中，相同的附圖標記被指定為附圖中的相同或相應的部分或元素，并且將不會重復這些部分或元素的解釋。參照圖1，電子系統(tǒng)200被安裝到具有能夠使用電功率產(chǎn)生車輛驅(qū)動力的機構(gòu)的車輛(諸如混合動力車輛或電動車輛)上。電子系統(tǒng)200具有電池組件10、用于檢測電池組件10中的異常的異常檢測系統(tǒng)100、以及負載12。電池組件10包括串聯(lián)連接的多個電池CL(I)-CL(n) (n :等于或大于2的整數(shù))。電池組件10將dc功率提供到負載12。同樣，電池組件10也利用從負載12提供的dc功率充電。負載12包括電動機(未示出)和用于驅(qū)動電動機的逆變器(未示出)。電動機被由電功率驅(qū)動，以向車輪產(chǎn)生驅(qū)動力，以及借助于車輪的驅(qū)動力旋轉(zhuǎn)，以通過再生制動產(chǎn)生ac功率。電動機可以被用于發(fā)動安裝在混合動力車輛中的發(fā)動機，和/或產(chǎn)生用于為電池組件10充電的電功率。同樣，逆變器(未示出)將從電池組件10接收的dc功率轉(zhuǎn)換為ac功率并且將該ac功率提供到電動機，或者將由電動機產(chǎn)生的ac功率轉(zhuǎn)換為dc功率并且將dc功率提供給電池組件10。異常檢測系統(tǒng)100包括為電池CL (I)到CL(n)分別提供的檢測單元20 (I)-20 (n)、傳送電路25、以及異常監(jiān)視電路30。檢測單元20 (1)-20 (n)分別接收相應電池CL (I)-CL (n)的輸出電壓Vc (I)-Vc (n)。檢測單元20 (I)響應于從異常監(jiān)視電路30提供的開始觸發(fā)TRG而進行工作，并且將電池CL(I)的輸出電壓Vc⑴與預定的判定電壓Vx相比較。之后，檢測單元20⑴按照電壓比較的結(jié)果輸出檢測信號OD (I)。更具體地，如果輸出電壓Vc (I)變得低于判定電壓Vx (Vc (I)< Vx)，那么檢測單元20 (I)輸出邏輯高水平(將會被稱作為“H水平”)的檢測信號OD (I)。另一方面，如果輸出電壓Vc (I)不低于(即，等于或高于)判定電壓Vx(Vcd) >Vx)，那么檢測單元20 (I)輸出邏輯低水平(將會被稱作為“L水平”)的檢測信號OD (I)。檢測單元20 (2)響應于從前一級的檢測單元20 (I)傳送的檢測信號進行工作，并且將電池CL⑵的輸出電壓Vc⑵與預定的判定電壓Vx相比較。之后，檢測單元20⑵輸出檢測信號OD (2)，其為在檢測單元20 (I)處獲得的電壓比較結(jié)果和在檢測單元20(2)處獲得的電壓比較結(jié)果的邏輯或(“0R”)。S卩，當檢測信號OD (I)處于H水平時，即使Vc (2)等于或高于Vx (Vc (2)彡Vx)，檢測單元20⑵也輸出H水平的檢測信號OD (2)。另一方面，當檢測信號OD⑴處于L水平時，檢測單元20 (2)輸出對應于Vc⑵與判定電壓Vx的比較結(jié)果的檢測信號OD (2);即，檢測單元20⑵在Vc⑵低于Vx (Vc (2) <Vx)時輸出H水平的檢測信號OD (2)，并且在Vc (2)等于或高于Vx (Vc (2)彡Vx)時輸出L水平的檢測信號OD (2)。作為示例，第i檢測單元20 (i)被如圖2所示地構(gòu)造,其中i = 2到n。參照圖2，檢測單元20(i)具有電壓比較器21和邏輯門22。電壓比較器21將對應于檢測單元20 (i)的電池CL⑴的輸出電壓Vc⑴與預定的判定電壓Vx相比較。之后，電壓比較器21在Vc⑴變得低于Vx(Vc(i) <Vx)時將輸出電壓設(shè)置到H水平，并且在Vc (i)等于或高于Vx (Vc (i) ^Vx)時將輸出電壓設(shè)置到L水平。邏輯門22輸出OR運算結(jié)果來作為檢測信號0D(i)，該OR運算結(jié)果是電壓比較器21的輸出信號與從前一級的檢測單元20 (i-1)接收到的檢測信號OD (i-1)的邏輯OR。再次參照圖1，在檢測單元20執(zhí)行OR運算的同時，反映了在每個檢測單元20 (其一般地表示檢測單元20 (I) -20 (n))處獲得的電壓比較結(jié)果的檢測信號OD (其一般地表示檢測信號OD (I)-OD (n))被相繼發(fā)送到下一級的檢測單元20。因此，檢測單元20 (I)-20 (n)響應于開始觸發(fā)TRG而連續(xù)工作。因為每個檢測單元20的工作時間相同，所以相應的電池CL(l)-CL(n)的輸出電壓Vc (I)-Vc (n)被以固定的周期或固定的間隔與判定電壓Vx按順序地比較。由最終級的檢測單元20(n)產(chǎn)生的檢測信號OD (n)是響應于開始觸發(fā)TRG、通過電池CL (I)-CL (n)的輸出電壓與判定電壓Vx之間的一系列電壓比較，表示是否存在任何電池的輸出電壓變得低于判定電壓Vx的信號。例如，檢測信號0D(n)是一比特的數(shù)字信號。傳送電路25接收由最終級的檢測單元20 (n)產(chǎn)生的檢測信號OD (n)，并且使用用于絕緣的光耦合器等產(chǎn)生最終判定信號FV。即，最終判定信號FV被響應于開始觸發(fā)TRG產(chǎn)生并且被傳送到異常監(jiān)視電路30。如上所述，最終判定信號FV表示是否發(fā)生了電池CL (I)到CL(n)中的任何電池的輸出電壓變得低于判定電壓Vx的異常(其將會被稱作為“電池電壓降低異常”)。更具體地，如果電池CL(I)-CL(n)中的任何電池的輸出電壓變得低于判定 電壓Vx，最終判定信號FV被設(shè)置到H水平。另一方面，如果電池CL(l)-CL(n)的全部的輸出電壓均未降低到判定電壓Vx以下(即，等于或高于)，則最終判定信號FV被設(shè)置到L水平。電流傳感器15檢測作為通過電池組件10的電流的電池電流lb。因為電池CL (I)-CL (n)被串聯(lián)連接，所以電池電流Ib對于電池CL (I)-CL (n)共用。電池電流Ib的電流值可以借助于電流傳感器15獲得。與此同時，異常檢測系統(tǒng)100不具有用于檢測電池CL(l)-CL(n)的輸出電壓Vc⑴-Vc (n)的電壓值的電壓傳感器，但是僅處理輸出電壓Vc (I)-Vc (n)與判定電壓Vx之間的比較結(jié)果。因此將會理解，關(guān)于對于每個電池的電壓監(jiān)視，異常檢測系統(tǒng)100具有其中不提供用于檢測多個電池CL(l)-CL(n)的電壓值(模擬值)的電壓傳感器的簡單布置。 響應于來自E⑶(電子控制單元)的開始指示信號STR，異常監(jiān)視電路30執(zhí)行用于檢測電池CL(I)-CL(n)中的異常的異常檢測操作。即，異常監(jiān)視電路30響應于開始指示信號STR而產(chǎn)生要被傳送到檢測單元20 (I)的開始觸發(fā)TRG。此外，當發(fā)生上述電壓降低異常時，異常監(jiān)視電路30基于響應于開始觸發(fā)TRG發(fā)送回給電路30的最終判定信號FV以及電流傳感器15的輸出的采樣值來判斷是否發(fā)生內(nèi)阻的過度升高(這將會被簡稱做“內(nèi)阻異?！?。之后，異常監(jiān)視電路30將表示異常檢測結(jié)果的信號RSL輸出到ECU，該異常檢測結(jié)果至少包括關(guān)于電池CL (I) -CL (n)的電池電壓降低異常和內(nèi)阻異常的檢測結(jié)果。異常檢測系統(tǒng)還可以具有電壓異常檢測單元(其在附圖中沒有被示出，因為它們不直接涉及本實施例中的內(nèi)阻異常的檢測)，其判斷每個電池的輸出電壓Vc (I) -Vc (n)是否超出上限電壓(其高于判定電壓Vx)。在這種情況下，針對每個電池設(shè)置電壓異常檢測單元(未示出)，并且檢測單元可以被布置為響應于開始觸發(fā)TRG來按順序地工作，將相應的電池的輸出電壓與上限電壓相比較，并且將反映電壓比較結(jié)果的上限電壓比較信號按順序地傳送到接下來的檢測單元，以輸出表示是否任何電池的輸出電壓高于上限電壓的電壓異常信號。因此，異常檢測系統(tǒng)100可以被布置為能夠檢測是否存在由于與對各個電池CL (I)-CL (n)的過度充電而引起的電壓異常。之后，將會具體描述由異常監(jiān)視電路30進行的內(nèi)阻異常的檢測。在這方面，異常監(jiān)視電路30可以包括微計算機(諸如集成電路(IC))并且被構(gòu)造為通過由執(zhí)行預先存儲的(一個或多個)程序來實施的軟件處理和/或由預先準備的專用電子電路(未示出)實施的硬件處理來執(zhí)行如下所述的異常檢測操作。參照圖3，電池的內(nèi)阻可以通過觀側(cè)按照電池電流Ib發(fā)生的、從開路電壓No的電壓降來檢測。即，隨著電池電流Ib增加，電池的輸出電壓Vc沿著對應于內(nèi)阻的斜率降低。如果電池的內(nèi)阻升高，如圖3所示的表示Ib與Vc的關(guān)系的直線的斜率或梯度(負值)變得更陸，并且在相同電池電流Ib下的輸出電壓Vc降低。通過確定內(nèi)阻的對應于閾值(基于該閾值檢測內(nèi)阻異常)的邊界值，可以獲得在內(nèi)阻等于邊界值的狀態(tài)下當輸出電壓Vc等于Vx時出現(xiàn)的電流Ix。由此獲得的電流Ix被與當電池CL (I)-CL (n)中的任何電池的輸出電壓變得低于判定電壓Vx時的電池電流Ib相比；因此，電流Ix作為基于其檢測內(nèi)阻異常的判定電流。即，當檢測到電池電壓降低異常時，如果電池電流Ib小于Ix(Ib < Ix)，則檢測到內(nèi)阻異常，而如果電池電流Ib等于或大于Ix(Ib ^ Ix)，則沒有檢測到內(nèi)阻異常。因此，即使異常檢測系統(tǒng)100不具有用于獲得每個電池的輸出電壓值的電壓傳感器，異常檢測系統(tǒng)100仍然可以在其異常檢測操作中判斷是否存在內(nèi)阻異常。即使利用以上布置，因為輸出電壓Vc隨著電池電流Ib改變，所以期望將在發(fā)生電池電壓降低異常時的電池電流Ib與判定電流Ix相比較，以通過電池電流Ib與判定電流Ix之間的比較來判斷存在內(nèi)阻異常，而不使用任何電壓值。這里，要被與判定電流Ix比較的電池電流Ib是通過對電流傳感器15的輸出值進行采樣的異常監(jiān)視電路30獲得的。因此，如果在檢測電池電壓降低異常的時間點與對電池電流Ib進行采樣的時間點之間存在時間差或延遲，則可能由于時間延遲不能精確地檢測內(nèi)阻異常。具體地，當所檢測的電池電流Ib具有極小值時，可能錯誤地檢測到內(nèi)阻異常。與此同時，如果異常監(jiān)視電路30被配置為按照檢測單元20 (I) -20 (n)的工作周期來對電流傳感器15的輸出值進行采樣，則不僅需要高速電流采樣操作，并且異常監(jiān)視電路30也需要從檢測單元20 (I) -20 (n)接收檢測信號OD (I) -OD (n)，導致由于輸入和輸出信號線的增加所引起的復雜布置以及系統(tǒng)成本的增加。因此，本實施例的具有簡化配置的異常 檢測系統(tǒng)100采用了下述方法，以減小錯誤地檢測到內(nèi)阻異常的可能性，同時避免高速電流采樣。參照圖4，當開始指示信號STR從E⑶提供到異常監(jiān)視電路30時，開始用于檢測電池CL (I)-CL (n)中的異常的異常檢測操作(一組)。異常監(jiān)視電路30響應于開始指示信號STR而產(chǎn)生開始觸發(fā)TRG。如上文參照圖I解釋的，檢測單元20 (1)-20 (n)響應于開始觸發(fā)TRG而按順序地進行工作。那么，在時刻Tvl與時刻Tvn之間的各個時間點處，將電池CL⑴-CL (n)的輸出電壓與判定電壓Vx相比較。即時間點Tvl、Tv2、一Tvn對應于對各個檢測單元20 (1)-20 (n)的電壓進行采樣的電壓米樣時機。在檢測單元20 (n)在時刻Tvn處完成電壓比較之后，最終判定信號FV經(jīng)由傳送電路25在時刻Tvc處到達異常監(jiān)視電路30。時刻Tvl與時刻Tvn之間的所需時段Tl對應于檢測單元20 (1)-20 (n)的工作時間和檢測信號OD (I)-OD (n)的傳送時間。同樣，時刻Tvn與時刻Tvc之間的所需時段T2對應于在傳送電路25處所需的時間(例如包括由光耦合器引起的傳送延遲)。利用如上所述構(gòu)造的本實施例的異常檢測系統(tǒng)100，異常監(jiān)視電路30不能直接掌握時刻Tvl-Tvn中的各個點。然而，可以預先掌握如上所述的所需時段T1、T2。因此，可以基于產(chǎn)生開始觸發(fā)TRG的時機來設(shè)置預料將會在其中執(zhí)行電壓采樣的時間段Ta-Tb (其將會被稱作“電壓采樣時段”)。在上述電壓采樣時段Ta-Tb期間，以ATi的采樣周期(S卩，以ATi的規(guī)則間隔)重復地執(zhí)行給定次數(shù)的電流采用。在圖4的示例中，給定次數(shù)是三次，并且在ATi的采樣周期中的時刻Til、Ti2、Ti3的時間點處執(zhí)行電流采樣。初始電流采樣時刻Til被設(shè)置為從電壓采樣時間段的開始時刻Ta起經(jīng)過(ATi/2)以下的時間延遲。例如，Til被設(shè)置在比Ta晚(ATi/2)的時間點處。同樣，最終電流采樣時刻Ti3被設(shè)置為使得Ti3與Tb (電壓采樣時段在此處結(jié)束)之間的時間長度等于或短于(ATi/2)。例如，Ti3被設(shè)置到比Tb早(ATi/2)的時間點處。通過適當?shù)卦O(shè)置采樣周期ATi和初始電流采樣時刻(時刻Ti)與電壓采樣時段的開始時刻(時刻Ta)之間的關(guān)系，電流采樣時刻Til、Ti2、Ti3被設(shè)置在位于電壓采樣時間段Ta-Tb內(nèi)部的時間段內(nèi)，在電流采樣時段Til-Ti3的兩側(cè)具有ATi/2以下的給定時間。圖5中示出的每個塊的功能通過由異常監(jiān)視電路30進行的軟件處理和/或硬件處理來實施。參照圖5，異常監(jiān)視電路30包括電流采樣單元32、最大值提取單元34、校正量設(shè)定單元36和電流比較單元38。在接收到開始指示信號STR之后，電流采樣單元32產(chǎn)生開始觸發(fā)TRG，并且根據(jù)如圖4所示的時機，以A Ti的預定采樣周期(或A Ti的間隔)執(zhí)行對由電流傳感器15檢測的電池電流Ib的采樣。因此，如圖4所示獲得了電流采樣值I (Til)、I (Ti2)、I (Ti3)。最大值提取單元34提取由電流采樣單元32獲得的電流采樣值的最大值，并且輸出最大電流Imax0
校正量設(shè)定單元36設(shè)置用于如圖3所示的判定電流Ix的校正電流Id。校正電流Id被認為是電流的改變量的最大值，該電流的改變是由于如上所述的電池電流Ib的波動成分的存在，而由電池電壓降低異常的檢測與電池電流Ib的采樣之間的時間延遲所引起的。之后，電流比較單元38接收通過使用校正電流Id校正原始判定電流Ix(圖3)而獲得的電流值(Ix-Id)。當最終判定信號FV被設(shè)置到H水平時，即，當任何電池的輸出電壓變得低于判定電壓Vx時，電流比較單元38輸出表示是否存在內(nèi)阻異常的異常信號，作為信號RSL。電流比較單元38將從最大值提取單元34接收的最大電流Imax與經(jīng)校正的判定電流(Ix-Id)相比較。如果Imax小于(Ix-Id) (Imax < (Ix-Id)),那么電流比較單元38檢測到內(nèi)阻異常，并且將內(nèi)阻異常信號設(shè)定為H水平。另一方面，如果Imax等于或大于(Ix-Id)(Imax彡(Ix-Id))，那么電流比較單元38將內(nèi)阻異常信號設(shè)定為L水平，且表示沒有檢測到內(nèi)阻異常。將會參照圖6描述設(shè)置校正電流Id的方式。如上所述，校正電流Id被設(shè)定為應對電池電流Ib的電流波動(ac成分)。參照圖6，假設(shè)在電池的輸出電壓Vc由于電池電流Ib的波動成分而改變的情況下，在時刻Tv處檢測到Vc < Vx。S卩，在時刻Tv檢測到電池電壓降低異常。與此同時，無論上述時刻Tv如何，根據(jù)預定采樣周期ATi設(shè)定電流采樣時機Ti。因此，在檢測電壓的時刻Tv與檢測電流的時刻Ti之間存在檢測延遲Td。由于檢測延遲Td，產(chǎn)生了基于電流波動的相差的電流變化Idd。假設(shè)電池電流Ib的波動成分具有正弦電流的形式，將會理解由于檢測延遲Td引起的電流變化Idd有以下公式(I)表示Idd = Ipp sin (- (Td/Ts) Ji)在以上公式(I)中，Ipp對應于假設(shè)為正弦電流的電流波動的峰對峰值(振幅的兩倍)，并且Ts對應于電流波動的周期。根據(jù)電流檢測時機Ti的相位，電流變化Idd可以取正值或負值。然而，在該實施例中，只有在檢測到過小電流時發(fā)生的電流變化Idd可以被納入考慮，這是因為實施例的目的是減小錯誤地檢測到內(nèi)阻升高到大于閾值的異常的可能性。從這點來看，將會具體描述如何在上述公式(I)中設(shè)置電流變化Idd的最大值。在一個異常檢測操作中，如圖4所示，在三個時間點Til、Ti2、Ti3處執(zhí)行電流采樣。同時，在時刻Ta與時刻Tb之間進行對于電池CL(I)-CL(n)的電壓比較。
因此，圖6中的電壓檢測時機Tv(在此處由于電池的輸出電壓與判定電壓之間的比較而檢測到電池電壓降低異常)存在于作為電壓采樣時間段的時刻Ta與時刻Tb之間的某些點處。因此，將會理解電壓檢測時機Tv與電流采樣時機Ti之間的時間延遲的最大值是采樣周期的半周期(ATi/2)。因此，用于判定電流Ix的校正電流Id可以通過將Td =(ATi/2)代入上述公式(I)來設(shè)置。公式⑴中的電流波動的峰對峰值Ipp和周期Ts根據(jù)用于產(chǎn)生車輛驅(qū)動力的電動機(其提供負載12)的轉(zhuǎn)速或功率而改變。因此，峰對峰值Ipp可以被設(shè)定為使其對應于每個車輛所要求覆蓋的車速范圍或功率范圍，并且對應于可以產(chǎn)生的最大電流波動的振幅。類似地，可以對于每個車輛設(shè)定電流波動的周期Ts。即，對于每種類型的車輛，可以根據(jù)電池組件10的負載(通常為用于驅(qū)動車輛的電動機)的規(guī)格或其控制規(guī)格預先確定按照以上公式(I)設(shè)定的校正電流Id?？紤]校正電流Id起到減小判定電流Ix以減小錯誤地檢測到內(nèi)阻異常的可能性的作用，Ipp的最大值和Ts的最大值(可以考慮到負載(電機)的規(guī)格預先構(gòu)想出)被應用到上述公式(I)，使得校正電流Id對于每種類型或規(guī)格的車輛取固定值。或者，電流波動的峰對峰值Ipp和周期Ts可以根據(jù)車輛情況(具體地，電動機的轉(zhuǎn)速和輸出值)改變，并且因而應用到上述公式(I)，使得校正電流Id被設(shè)定為根據(jù)車輛情況改變的可變值。在本實施例的異常檢測系統(tǒng)100中，在時間點Til_Ti3處獲得的電流采樣值I (Til)-I (ti3)的最大值(最大電流Imax)小于經(jīng)校正的判定電流(Ix-Id)時,檢測到內(nèi)阻異常。關(guān)于相對于最大電流Imax的電流變化Idd，采樣周期的半周期(ATi/2)(其作為檢測延遲的最大值)被用作Td代入以上公式(I)中，使得可以計算當估計電流波動的影響最大時出現(xiàn)的電流變化Idd。這是因為如圖4所示，電流采樣時刻在電流采樣時段的兩側(cè)具有(ATi/2)以下的給定時間的狀態(tài)下被設(shè)置在位于電壓采樣時段Ta-Tb內(nèi)部的時段內(nèi)，所以即使當在時刻Tvl-Tvn中的任何時刻處檢測到電池電壓降低異常時，電壓檢測時刻(圖6中的Tv)與緊接在電壓檢測時刻之前或之后的電流采樣時刻之間的時間差或延遲總是等于或小于(ATi/2)。如上所述，將要與最大電流Imax比較的判定電流可以被校正，使得其反映對應于電流變化的校正電流Id。因此，錯誤地檢測到內(nèi)阻升高的可能性得到減小或避免，否則當由于電流波動的影響而由電壓檢測時機與電流檢測時機之間的延遲引起的檢測到過小電流值時將會產(chǎn)生這種可能性。之后，將會參照示出了由異常監(jiān)視電路30執(zhí)行的控制例程的流程圖解釋根據(jù)本發(fā)明的實施例的由用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)進行的內(nèi)阻異常檢測。參照圖7，異常監(jiān)視電路30在步驟SlOO中判斷是否開始用于檢測內(nèi)阻異常的異常檢測操作。在步驟SlOO中，判斷例如是否從ECU產(chǎn)生開始指示信號STR。當沒有產(chǎn)生開始指示信號STR時，將不會執(zhí)行以下步驟S110-S170的處理。
另一方面，如果產(chǎn)生了開始指示信號STR，在步驟SlOO中作出肯定判定(YES)，并且控制進行到步驟S110。在步驟SllO中，異常監(jiān)視電路30向檢測單元20(1)產(chǎn)生開始觸發(fā)TRG。響應于開始觸發(fā)TRG，檢測單元20 (1)-20 (n)按順序地工作，以將電池CL (I)-CL (n)的輸出電壓相繼地與判定電壓Vx相比較。此外，異常監(jiān)視電路30在步驟S120中執(zhí)行電流采樣處理，其中每經(jīng)過采樣周期時間段ATi就對電流進行采樣。在步驟S120中，通過在各個采樣時刻對電流傳感器15的輸出值進行采樣而獲得電流采樣值。
參照圖8，在電流采樣處理中，異常監(jiān)視電路30在步驟S121中執(zhí)行計時或時間測量操作，并且在步驟S122中判斷是否已經(jīng)從時刻Ta(電壓采樣時間段的起點)經(jīng)過了預定時間，該預定時間通常為采樣周期的半周期(ATi/2)。(當在步驟S122中作出否定判定(“否”)時)異常監(jiān)視電路30重復步驟S121的計時處理，直到經(jīng)過(ATi/2)為止。在經(jīng)過預定時間(在本實施例中為ATi/2)之后，在步驟S122中作出肯定判定(“是”)，并且異常監(jiān)視電路30進行到其中執(zhí)行初始電流采樣的步驟S123。因此，電流傳感器15的輸出值被采樣，從而獲得電流采樣值I(Til)。在步驟S124中，異常監(jiān)視電路30執(zhí)行計時操作，以測量從最后的或上一個電流采樣時刻已經(jīng)經(jīng)過的時間。之后，異常監(jiān)視電路30在步驟S125中判斷從最后的電流采樣起是否已經(jīng)經(jīng)過了采樣周期ATi。(當在步驟S125中作出否定判定(“否”)時)異常監(jiān)視電路30重復步驟S124的計時操作，直到已經(jīng)經(jīng)過了 ATi位置。如果從最后的電流采樣起已經(jīng)經(jīng)過了采樣周期時間段ATi (當在步驟S125中作出肯定判定(“是”)時)，異常監(jiān)視電路30進行到其中對電流傳感器15的輸出值進行采樣的步驟S126。在執(zhí)行電流采樣(S126)之后，異常監(jiān)視電路30進行到步驟S127，以判斷是否已經(jīng)執(zhí)行了預定次數(shù)的電流采樣。如果已經(jīng)執(zhí)行了預定次數(shù)的電流采樣(如果在步驟S127中作出肯定判定(“是”))，異常監(jiān)視電路30進行到步驟S128以結(jié)束電流采樣處理。如果還沒有執(zhí)行預定次數(shù)的電流采樣(如果在步驟S127中作出否定判定(“否”))，異常監(jiān)視電路30重復步驟S124-S127的處理，以按照采樣周期ATi執(zhí)行電流采樣。以此方式，如圖4所示在Til-Ti3的每個時刻執(zhí)行電流采樣。參照圖7，一旦在步驟S120中完成電流采樣處理，異常監(jiān)視電路30進行到步驟S130以提取作為在步驟S120中獲得的多個電流采樣值的最大值的最大電流Imax。在上述示例中，對于每個異常檢測操作執(zhí)行三次電流采樣；因此，電流采樣值I (Til)-I (Ti3)的最大值被設(shè)置為最大電流Imax。在步驟S140中，異常監(jiān)視電路30設(shè)定用于判定電流Ix的校正電流Id。如上文參照圖6解釋的，當圖6中示出的檢測延遲Td處于最大(ATi/2)時，通過用(ATi/2)代入以上公式(I)中的Td來設(shè)定在步驟S140中設(shè)定的校正電流Id，以覆蓋由于電流波動所引起的電流變化。當異常監(jiān)視電路30基于最終判定信號FV檢測電池電壓降低異常時，異常監(jiān)視電路30通過將在步驟S130中獲得的最大電流Imax與經(jīng)校正的判定電流(Ix-Id)相比較來判斷是否發(fā)生內(nèi)阻異常。當Imax小于(Ix-Id)時(即，當在步驟S150中作出肯定判定(“是”)時)，異常監(jiān)視電路30進行到步驟S160以判定為在某電池中內(nèi)阻已經(jīng)升高到大于閾值，即，發(fā)生內(nèi)阻異常，并且輸出檢測結(jié)果“檢測到異?！?。另一方面，當Imax等于或大于(Ix-Id)時(S卩，當在步驟S150中作出否定判定(“否”)時)，異常監(jiān)視電路30進行到步驟S170以判定為沒有發(fā)生內(nèi)阻異常，并且輸出檢測結(jié)果“沒有檢測到異?！?。當最終判定信號FV表示沒有檢測到電池電壓降低異常時，在步驟S150中作出否定判定(“否”)，并且判定為沒有發(fā)生內(nèi)阻異常。 雖然根據(jù)本實施例的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)被簡單地構(gòu)造為不像每個電池的電壓監(jiān)視功能那樣直接檢測每個電池的電壓值，但是該系統(tǒng)能夠判斷內(nèi)阻是否已經(jīng)升高到大于預定水平(是否存在內(nèi)阻異常)，同時減小或消除由于電流傳感器15的輸出的采樣時機與電壓檢測時機之間的延遲所引起的錯誤檢測的可能性。
雖然在一個異常檢測操作中進行三次電流采樣，但是電流采樣的次數(shù)可以被設(shè)置為等于或大于三的任何數(shù)值。例如，圖9示出了其中在一個異常檢測操作中進行四次電流采樣的修改示例。在圖9的修改示例中，在從電壓采樣時段的開始時刻(Ta)起已經(jīng)經(jīng)過采樣周期的半周期(ATi/2)的時間點與比電壓采樣時段的結(jié)束(Tb)提前(ATi/2)的時間點之間，以采樣周期時間段ATi的間隔設(shè)置電流采樣時刻Til_Ti4，使得通過與圖示實施例類似的異常檢測方法，借助于將多個電流采樣值的最大電流與經(jīng)校正的判定電流(Ix-Id)相比較，可以在減小由電壓檢測時機與電流檢測時機之間的延遲所引起的錯誤檢測的可能性的狀態(tài)下檢測內(nèi)阻異常。如圖10所示，圖I中示出的電池組件10可以被當作為一個電池塊，并且多個這種電池塊(B0-B7)可以被結(jié)合到一起，以進一步提供圖10中示出的電池組件10。
權(quán)利要求
1.一種用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，所述電池組件具有串聯(lián)連接的多個電池，所述異常檢測系統(tǒng)包括 對于所述多個電池分別設(shè)置的多個檢測單元，所述檢測單元中的每個均被布置為將所述電池中的相應一個電池的輸出電壓與預定的判定電壓相比較，所述多個檢測單元響應于開始觸發(fā)而按順序地進行工作，并且按順序地傳送反映該電壓比較的結(jié)果的檢測信號，從而輸出表示是否所述多個電池中的任何電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓的異常信號; 電流檢測器，其檢測通過所述多個電池的電流；以及 異常監(jiān)視電路，基于從所述多個檢測單元接收的所述檢測信號以及通過所述電流檢測器獲得的電流檢測值，所述異常監(jiān)視電路檢查是否在所述多個電池中的任何電池中發(fā)生了作為內(nèi)阻升高到比所述內(nèi)阻的上限高的水平的內(nèi)阻異常， 其中，所述異常監(jiān)視電路包括 電流采樣單元，其按照預定采樣周期對所述電流檢測器的電流檢測值進行預定次數(shù)的采樣； 校正量設(shè)定單元，其對于與將所述判定電壓除以所述內(nèi)阻的所述上限而獲得的電流值相對應的判定電流，設(shè)定反映所述電流的波動成分的電流校正量；以及 電流比較單元，當所述異常信號表示所述多個電池中的任何電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓時，并且當由所述電流采樣單元獲得的多個電流采樣值的最大值小于通過從所述判定電流減去所述電流校正量而獲得的電流值時，所述電流比較單元檢測到所述內(nèi)阻異常，并且 其中，所述電流采樣單元將所述采樣周期設(shè)定為使得首次電流采樣時間被設(shè)定為從在所述多個檢測單元中進行的對于所述多個電池的電壓比較的開始起經(jīng)過了與所述采樣周期的半周期相等或更短的給定時間長度的時間點，并且使得最終電流采樣時間被設(shè)定為在所述多個檢測單元中進行的電壓比較的結(jié)束提前了與所述采樣周期的半周期相等或更短的給定時間長度的時間點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，其中，所述校正量設(shè)定單元被配置為根據(jù)由于與所述采樣周期的半周期相對應的相移所帶來的、由所述波動成分產(chǎn)生的電流變化量來設(shè)定所述電流校正量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，其中，所述校正量設(shè)定單元被配置為基于當所述波動成分被看作正弦電流時在所述電池組件的最大輸出時的電流振幅，并基于所述采樣周期的半周期與所述波動成分的周期的比率，來設(shè)定所述電流校正量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，其中，由所述異常監(jiān)視電路接收到的所述檢測信號是基于由作為所述多個檢測單元之一的最終級的檢測單元產(chǎn)生的所述檢測信號而生成的異常信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，其中，所述多個檢測單元包括第一至第n檢測單元，其中，n為等于或大于2的整數(shù)，所述第一檢測單元響應于所述開始觸發(fā)而進行工作，并將表示是否第一電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓的檢測信號傳送到第二檢測單元，在i為2至n的整數(shù)的情況下的第i檢測單元中的每個均包括電壓比較器和邏輯運算電路，所述電壓比較器輸出第i電池的輸出電壓與所述判定電壓之間的電壓比較的結(jié)果，所述邏輯運算電路被配置為基于從第i-1檢測單元傳送的檢測信號以及所述電壓比較器的輸出信號，來輸出表示是否第一至第i電池中的任何電池的輸出電壓變得低于所述判定電壓的檢測信號， 所述異常檢測系統(tǒng)還包括信號傳送電路，所述信號傳送電路從第n檢測單元接收所述檢測信號并且將基于所述檢測信號的所述異常信號輸出到所述異常監(jiān)視電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的用于電池組件的異常檢測系統(tǒng)，還包括分別對所述多個電池設(shè)置的多個電壓異常檢測單元，所述電壓異常檢測單元中的每個響應于開始觸發(fā)而按順序地進行工作，將所述電池中的相應一個的輸出電壓與比所述判定電壓高的上限電壓相比較并且按順序地傳送反映該電壓比較的結(jié)果的上限電壓比較信號，從而輸出表示是否所述多個電池中的任何電池的輸出電壓高于所述上限電壓的電壓異常信號。
全文摘要
一種異常檢測系統(tǒng)在各個時間點(Tv1-Tvn)處按順序地將串聯(lián)連接的n個電池的輸出電壓與判定電壓相比較，并且在一時刻(Tvc)處產(chǎn)生表示是否存在任何電池的電壓變得低于判定電壓的判定信號。以采樣周期(ΔTi)的間隔對電池電流(Ib)進行預定次數(shù)的采樣。電流采樣時刻(Ti1-Ti3)被設(shè)置在位于包括上述時間點(Tv1-Tvn)的電壓采樣時段(Ta-Tb)內(nèi)的時段內(nèi)，在該時段的兩側(cè)設(shè)置了給定時間(ΔTi-2)或更小的時間，當基于電流采樣值的最大值與判定電流之間的比較檢測到內(nèi)阻的升高時，異常檢測系統(tǒng)考慮到由于電流波動所引起的在采樣周期的半周期中的電流變化來校正判定電流。
文檔編號H01M10/48GK102656048SQ201080055117
公開日2012年9月5日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者石下晃生 申請人:豐田自動車株式會社