专利名称：用于电池组的电压均衡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于串联连接一个或多个电池块并且输出给定电压的电池组的电压均衡器，该电压均衡器使各个电池块的输出电压均衡。
背景技术：
例如，安装在混合动力车辆或电动车辆中的二次电池包含串联电路，在该串联电路中，输出给定电压的多个单位电池串联连接，并且在该串联电路的两端产生例如200V的高压电力。通过使用二次电池的该电力，驱动马达被驱动。为了均衡各个单位电池的输出电压，在这样的多个单位电池串联连接的电池组中，设置均衡开关，以经由放电电阻器在各个单位电池或各个包含多个单位电池的电池块的正电极与负电极之间引起短路。对于输出较高电压的单位电池或电池块，将均衡开关接通(电路闭合)以消耗电力，使得将输出电压控制成与其它单位电池或电池块的输出电压一致。在上述的电压均衡电路中，当电路有故障时，发生不能使各个单位电池或电池块的输出电压均衡的问题。因此，如专利技术文献I中所述，已经提出了具有诊断均衡电路是否正常工作的功能的均衡器。图1是示意性地示出在专利技术文献I中所描述的均衡器的说明性图示，其中将待均衡的单位电池51的正电极经由电阻器R51和开关SW51连接到测量装置52的端子T51，将待均衡的单位电池51的负电极经由电阻器R52和开关SW52连接到测量装置52的端子T52。将开关SW53和电阻器R53的串联电路设置在测量装置52的两个端子T51和T52之间。当均衡电压时，开关SW53在各开关SW51和SW52两者均接通的状态下接通，因此，放电电流在放电电阻器53中流动，并且消耗了单位电池51的电力，从而降低单位电池51的电压。此外，当诊断开关SW53时，在各开关SW51和SW52两者都接通时，测量装置52测量在开关SW53切断的情况下的端子之间的电压以及在开关SW53接通的情况下的端子之间的电压，并且，基于测量的结果判定均衡开关SW53是否正常工作。换言之，当开关SW53切断时，测量装置52检测单位电池51的两个端子之间的电压，并且当开关SW53接通时，测量装置52检测对应于电阻器R51至R53的分压比的电压，这使得可以基于检测到的电压来判定均衡开关SW53是否正常工作。引用列表专利文献专利技术文 献1:日本专利文献JP2009-159769A
发明内容
然而，在专利技术文献I的均衡器中，由于有必要检测在均衡开关SW53接通与切断的两个状态下的电压，所以存在故障诊断所需的步骤的数量太多的问题。虽然可以诊断均衡开关SW53是否正常工作，但是存在如下缺陷:当在操作均衡开关SW53的驱动系统(未图示出)中存在故障时，不能检测到故障。因此，可能发生如下问题:即使当均衡开关SW53正常工作时，也会错误地检测到异常。已经做出了本发明以解决这些常规问题，并且本发明的目的是提供用于电池组的电压均衡器，该电压均衡器能够确保迅速检测均衡电路中的异常，该均衡电路使构成电池组的各个电池�？榈牡缪咕�。为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的电压均衡器设置有:包含串联电路的电池组，在该串联电路中，一个以上的电池块串联连接，且该电池块由一个以上的单位电池构成；所述电池组用于在该串联电路的两端产生预期的电压，所述电压均衡器用于均衡这些电池块的输出电压。该电压均衡器包含放电电阻器、均衡开关、均衡控制单元、以及均衡诊断单元。各个放电电阻器设置在每一个所述电池块的正电极和负电极中的至少一个处。各个均衡开关设置在每一个所述电池块的所述正电极和所述负电极之间，所述均衡开关用于切换每一个所述电池块的所述正电极和所述负电极之间经由所述放电电阻器的连接和断开。当给出均衡开始命令时，该均衡控制单元产生均衡控制信号，该均衡控制信号由判定所述均衡开关的连接或断开的第一状态信号或第二状态信号的位串所构成；并且该均衡控制单元将所述均衡控制信号输出到对应的均衡开关，以便控制该均衡开关的连接和断开。该均衡诊断单元获得每一个所述电池块的均衡检测信号，该均衡检测信号基于与每一个所述电池块相对应的均衡开关与放电电阻器的连接点处产生的电压，由所述第一状态信号或所述第二状态信号的位串构成；所述均衡诊断单元还获得所述均衡控制信号，并且基于所述均衡检测信号和所述均衡控制信号来诊断所述均衡开关的工作状态；所述均衡诊断单元用于将所述均衡控制信号与对应于所述均衡开关的所述均衡检测信号相比较，从而基于所述比较的结果来判定是否对每一个所述电池块正常进行了均衡处理。优选地，根据本发明的第一方面的电压均衡器进一步包括锁存电路，当给出所述均衡开始命令时，该锁存电路输出所述第一状态信号和所述第二状态信号中的一个，并且当给出均衡终止命令时，所述锁存电路输出所述第一状态信号和所述第二状态信号中的另一个。在这种情况下，除在所述均衡控制信号与对应于所述均衡开关的所述均衡检测信号之间的比较之外，所述均衡诊断单元还考虑锁存信号来判定是否对每一个所述电池块正常进行了均衡处理，所述锁存信号是来自所述锁存电路的输出信号。在根据本发明的第一方面的电压均衡器中，优选地，关于对应的电池块，当执行均衡时，所述均衡控制单元输出是所述第一状态信号的均衡控制信号；并且当不执行均衡时，所述均衡控制单元输出是所述第二状态信号的均衡控制信号。在这种情况下，当与所述电池块对应的所述均衡开关被连接时，所述均衡检测信号是所述第一状态信号；并且当所述均衡开关被断开时，所述均衡检测信号是所述第二状态信号。此外，当所述均衡检测信号和所述均衡控制信号彼此一致时，所述均衡诊断单元对于与所述电池块对应的所述均衡开关判定该均衡开关的工作正常；并且当所述均衡检测信号和所述均衡控制信号彼此不一致时，所述均衡诊断单元判定所述均衡开关的工作异常。利用根据本发明的第一方面的电压均衡器，优选地，当给出所述均衡开始命令时，所述锁存信号变为所述第一状态信号；并且当给出所述均衡终止命令时，所述锁存信号变为所述第二状态信号。在这种情况下，关于所述对应的电池块，当所述锁存信号是所述第一状态信号并且所述均衡检测信号和所述均衡控制信号两者均是所述第一状态信号时，所述均衡诊断单元判定所述均衡开关的工作正常，并且当所述锁存信号是所述第二状态信号并且所述均衡检测信号和所述均衡控制信号中的至少一个是所述第一状态信号时，所述均衡诊断单元判定所述均衡开关的工作不正常。在根据本发明的第一方面的电压均衡器中，由于基于均衡控制信号和均衡检测信号可以诊断是否在各个电池块中正常地执行均衡处理，所以不必具有许多步骤，并且能够高精度地检测均衡处理的异常。
图1是常规的均衡器的电路图。图2是示出根据第一和第二实施例中的每一个的电压均衡器的配置的电路图。图3是示出设置在根据第一和第二实施例中的每一个的电压均衡器中的锁存电路的输出信号的说明性图示。图4是示出根据第一实施例的电压均衡器的处理步骤的流程图。图5是示出根据第二实施例的电压均衡器的处理步骤的流程图。图6是示出根据第一和第二实施例中的每一个的电压均衡器的改进实例的配置的电路图。
具体实施例方式接下来，将基于
本发明的实施例。(第一实施例的描述)图2是示出根据第一实施例的用于电池组的电压均衡器的配置以及连接到该电压均衡器的电池组23的配置的框图。如图2中所示，例如，将电池组23用作设置在电动车辆中的二次电池，并且包含相互串联连接的三个单位电池BTl至BT3 (例如，锂离子电池)。在第一和第二实施例中，设置三个单位电池BTl至BT3以便更容易理解描述，但是单位电池的数量可以是一个、两个、四个、或更多。图2中所示的电压均衡器包括锁存电路13、均衡控制单元15以及均衡诊断单元
14。基于主系统提供的均衡开始命令或均衡终止命令，锁存电路13输出锁存信号，该锁存信号指示是否要执行均衡控制的“I”(第一状态信号)或“O”(第二状态信号)。基于均衡开始命令和均衡终止命令，均衡控制单元15输出由“I”或“O”的位串所组成的均衡控制信号。基于从锁存电路13输出的锁存信号、从均衡控制单元15输出的均衡控制信号以及稍后描述的均衡检测信号，均衡诊断单元14诊断是否正常地执行了电压均衡处理。锁存电路13包含非门N0T4，与门ANDl、以及或门ORl，并且当输入均衡开始命令时，锁存电路13将输出信号锁存至“I” (H-电平)，并且当输入均衡终止命令时，锁存电路13将输出信号锁存至“O”(L-电平)。将由“I”或“O”构成的以及从锁存电路13输出的锁存信号供给到均衡诊断单元14的端子“C”。如图3中所示，来自锁存电路13的输出信号如下操作。首先，一旦均衡开始命令从“O”切换至“I”，锁存信号就从“O”改变至“I”。其后，即使均衡开始命令改变至“O”，锁存信号也被保持在“I”。然后，一旦均衡终止命令从“O”切换至“I”，锁存信号就从“I”改变至“O”。其后，即使均衡终止命令改变至“0”，锁存信号也被保持在“O”。
图2中所示的均衡控制单元15输出作为与单位电池BTl至BT3的数量对应的位串的均衡控制信号。具体地说，均衡控制单元15输出作为位串的均衡控制信号，在该位串中，与被判定为输出电压太高(省略了用于测量电压的方法的描述)的单位电池对应的位是“I”(第一状态信号)，并且与被判定为输出电压一致的单位电池对应的位是“O”(第二状态信号)。例如，在根据电压测量的结果判定单位电池BT2的输出电压正常并且单位电池BTl和BT3的输出电压太高的情况下，均衡控制单元15按照BTl、BT2和BT3的顺序输出“ 1,0, I"的位串的均衡控制信号。将均衡控制信号临时存储在第一寄存器17中，然后被输出到分别设置在单位电池BTl至BT3中的(稍后描述的)均衡开关SWl至SW3。具体地，将位信号“ I”输出到均衡开关SWl和SW3，使得指示均衡开关SWl和SW3将被接通，并且将位信号“O”输出到均衡开关SW2，使得指示均衡开关SW2将被切断。将存储在第一寄存器17中的均衡控制信号“1，O, I”也供给到均衡诊断单元14的端子“B”。放电电阻器Rl和均衡开关SWl的串联电路设置在单位电池BTl的正电极与负电极(接地)之间。放电电阻器Rl和均衡开关SWl的连接点Pl经由非门NOTl而连接到第二寄存器16。当连接点Pl处的电压处于H电平时，来自非门NOTl的输出信号处于L电平(该L电平是“O”)。当连接点Pl处的电压处于L电平时，来自非门NOTl的输出信号处于H电平(该H电平是“I”)。来自非门NOTl的输出信号被供给到第二寄存器16。放电电阻器R2和均衡开关SW2的串联电路设置在单位电池BT2的正电极与负电极(BTl的正电极)之间。放电电阻器R2和均衡开关SW2的连接点P2经由电平转换器11和非门N0T2连接到第二寄存器16。电平转换器11是将在连接点P2处产生的电压转换成相对于单位电池BT2的负电极的电压的电路。当连接点P2处的电压处于H电平时，来自非门N0T2的输出信号是“O”。当连接点P2处的电压处于L电平时，来自非门N0T2的输出信号是“I”。放电电阻器R3和均衡开关SW3的串联电路设置在单位电池BT3的正电极与负电极(BT2的正电极)之间。放电电阻器R3和均衡开关SW3的连接点P3经由电平转换器12和非门N0T3连接到第二寄存器16。电平转换器12是将在连接点P3处产生的电压转换成相对于单位电池BT3的负电极的电压的电路。当连接点P3处的电压处于H电平时，来自非门N0T3的输出信号是“O”。当连接点P3处的电压处于L电平时，来自非门N0T3的输出信号是“I”。第二寄存器16临时存储由具有从相应的非门NOTl至N0T3输出的三个“O”或“I”(在该实例中为“1，0，I”)的位串构成的均衡检测信号，并且将该均衡检测信号输出到均衡诊断单元14。均衡检测信号被供给到均衡诊断单元14的端子A。接下来，将参照图4中所示的流程图来说明根据第一实施例的电压均衡器的工作。首先，判定是否将均衡开始命令输入到锁存电路13 (步骤S11)。在均衡开始命令未被输入(在步骤Sll中，否(NO))的情况下，处理移至步骤S18。另一方面，在均衡开始命令被输入(在步骤Sll中，是(YES))的情况下，均衡控制单元15产生均衡控制信号，该均衡控制信号是其中与用于均衡的单位电池相对应的位为“I”的位串，并且将该均衡控制信号输出到第一寄存器17 (步骤S12)。例如，当单位电池BTl和BT3将被均衡时，均衡控制单元15输出“1，O, I”的位串的均衡控制信号。
将均衡控制信号供给到均衡诊断单元14的端子“B”(步骤S13)，并且也供给到各个均衡开关SWl至SW3。然后，根据均衡控制信号将各个均衡开关SWl至SW3接通或切断(步骤S14)。在该实例中，将均衡开关SWl和SW3接通，并且将均衡开关SW2切断。结果，由于各个单位电池BTl和BT3的正电极和负电极分别经由放电电阻器Rl和R3电连接到彼此，所以放电电流流入放电电阻器Rl和R3中并且电力被消耗，因此将各个单位电池BTl和BT3的电压降到一致的电压值。简言之，执行了用于各个单位电池BTl至BT3的均衡处理。接下来，将根据在各个均衡开关SWl至SW3与各个放电电阻器Rl至R3的连接点Pl至P3处产生的电压的值“I”或“O”的位信号供给到第二寄存器16。将这些信号经由第二寄存器16输出到均衡诊断单元14，作为对应于各个均衡开关SWl至SW3的位串的均衡检测信号。结果，将均衡检测信号供给到均衡诊断单元14的端子“A”(步骤S15)。在第一实施例中，由于均衡开关SWl被接通，所以在连接点Pl处的电压是指示接地电压的“0”，并且将通过使“O”反相所获得的“1”供给到第二寄存器16。此外，由于均衡开关SW2被切断，所以在连接点P2处的电压是指示与单位电池BT2的正电极相同的电压的“1”，并且将通过使“I”反相所获得的“O”供给到第二寄存器16。此外，由于均衡开关SW3被接通，所以在连接点P3处的电压是指示与单位电池BT3的负电极相同的电压的“0”，并且将通过使“O”反相所获得的“ 1 ”供给到第二寄存器16。因此，从第二寄存器16输出的均衡检测信号的位串是“1，0，1”，并且该位串被供给到均衡诊断单元14的端子“A”。然后，基于供给到端子“A”的均衡检测信号以及供给到端子“B”的均衡控制信号，均衡诊断单元14诊断均衡处理是否正常地执行(步骤S16)。同时，在步骤Sll中被判定为NO (否)的情况下，判定是否是电力激活(poweactivation)时刻或电力诊断时刻(步骤S18)。换言之，即使当并未执行均衡时，均衡诊断单元14也会判定是否在电力激活时刻或以给定间隔设定的电力诊断时刻正常执行均衡。在既不是电力激活时刻也不是电力诊断时刻的情况下(在步骤S18中，否(NO))，处理结束。当是电力激活时刻或电力诊断时刻时(在步骤S18中，是(YES))，均衡诊断单元14获得存储在第一寄存器17中的位信号(步骤S19)。均衡诊断单元14也获得存储在第二寄存器16中的位信号(步骤S20)。其后，经由步骤S16的处理，基于供给到端子“A”的均衡检测信号以及供给到端子“B”的均衡控制信号，均衡诊断单元14诊断是否正常地执行了均衡处理。在下文中将参照表I中图示出的真值表来说明由均衡诊断单元14执行的诊断处理。[表1]
权利要求
1.一种电压均衡器，该电压均衡器设置在包含串联电路的电池组中；在该串联电路中，一个以上的电池块串联连接，且该电池块由一个以上的单位电池构成；所述电池组在所述串联电路的两端产生预期的电压；所述电压均衡器使所述电池块的输出电压均衡；所述电压均衡器包括: 放电电阻器，该放电电阻器设置在每一个所述电池块的正电极和负电极中的至少一个处； 均衡开关，该均衡开关设置在每一个所述电池块的所述正电极和所述负电极之间，所述均衡开关用于切换每一个所述电池块的所述正电极和所述负电极之间经由所述放电电阻器的连接和断开； 均衡控制单元，当给出均衡开始命令时，该均衡控制单元产生均衡控制信号，该均衡控制信号由判定所述均衡开关的连接或断开的第一状态信号或第二状态信号的位串所构成；并且该均衡控制单元将所述均衡控制信号输出到对应的均衡开关，以便控制该均衡开关的连接和断开；以及 均衡诊断单元，该均衡诊断单元获得每一个所述电池块的均衡检测信号，该均衡检测信号基于与每一个所述电池块相对应的均衡开关与放电电阻器的连接点处产生的电压，由所述第一状态信号或所述第二状态信号的位串构成；所述均衡诊断单元还获得所述均衡控制信号，并且基于所述均衡检测信号和所述均衡控制信号来诊断所述均衡开关的工作状态；所述均衡诊断单元用于将所述均衡控制信号与对应于所述均衡开关的所述均衡检测信号相比较，从而基于所述比较的结果来判定是否对每一个所述电池块正常进行了均衡处理。
2.根据权利要求1所述的电压均衡器，还包括: 锁存电路，当给出所述均衡开始命令时，该锁存电路输出所述第一状态信号和所述第二状态信号中的一个，并且当给出均衡终止命令时，所述锁存电路输出所述第一状态信号和所述第二状态信号中的另一个，其中 除在所述均衡控制信号与对应于所述均衡开关的所述均衡检测信号之间的比较之外，所述均衡诊断单元还考虑锁存信号来判定是否对每一个所述电池块正常进行了均衡处理，所述锁存信号是来自所述锁存电路的输出信号。
3.根据权利要求1所述的电压均衡器，其中: 关于对应的电池块，当执行均衡时，所述均衡控制单元输出是所述第一状态信号的均衡控制信号；并且当不执行均衡时，所述均衡控制单元输出是所述第二状态信号的均衡控制信号， 当与所述电池块对应的所述均衡开关被连接时，所述均衡检测信号是所述第一状态信号；并且当所述均衡开关被断开时，所述均衡检测信号是所述第二状态信号，并且 当所述均衡检测信号和所述均衡控制信号彼此一致时，所述均衡诊断单元对于与所述电池块对应的所述均衡开关判定该均衡开关的工作正常；并且当所述均衡检测信号和所述均衡控制信号彼此不一致时，所述均衡诊断单元判定所述均衡开关的工作异常。
4.根据权利要求2所述的电压均衡器，其中: 关于对应的电池块，当执行均衡时，所述均衡控制单元输出是所述第一状态信号的均衡控制信号；并且当并未执行均衡时，所述均衡控制单元输出是所述第二状态的均衡控制信号， 当与所述电池块对应的所述均衡开关被连接时，所述均衡检测信号是所述第一状态信号；并且当所述均衡开关被断开时，所述均衡检测信号是所述第二状态信号，并且 当所述均衡检测信号和所述均衡控制信号彼此一致时，所述均衡诊断单元对于与所述电池块对应的所述均衡开关判定该均衡开关的工作正常；并且当所述均衡检测信号和所述均衡控制信号彼此不一致时，判定所述均衡开关的工作异常。
5.根据权利要求4所述的电压均衡器，其中: 当给出所述均衡开始命令时，所述锁存信号变为所述第一状态信号；并且当给出所述均衡终止命令时，所述锁存信号变为所述第二状态信号，并且， 关于所述对应的电池块，当所述锁存信号是所述第一状态信号并且所述均衡检测信号和所述均衡控制信号两者均是所述第一状态信号时，所述均衡诊断单元判定所述均衡开关的工作正常，并且 当所述锁存信号是所述第二状态信号并且所述均衡检测信号和所述均衡控制信号中的至少一个是所述第一状态信号时，所述均衡诊断单元判定所述均衡开关的工作不正常。
全文摘要
一种组件电池组的电压均衡设备，包括与组成电池组(23、23a)的电池块(BT1至BT3，BT11至BT13)相关的均衡开关(SW1至SW3)；均衡控制单元(15)和均衡诊断单元(14)。均衡诊断单元获得从均衡控制单元输出的均衡控制信号以及在均衡开关的各连接点(P1至P3)处检测到的均衡检测信号。然后均衡诊断单元将均衡控制信号与均衡检测信号相比较，并且基于比较的结果诊断在各个电池块中的均衡处理是否正常地执行。例如，当均衡控制信号和均衡检测信号彼此一致时，均衡诊断单元判定均衡处理正常，并且当所述两个信号彼此不一致时，均衡诊断单元判定均衡处理异常。
文档编号G01R31/02GK103119827SQ201180034720
公开日2013年5月22日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年7月14日
发明者伊泽崇明 申请人:矢崎总业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
