电池控制装置的制作方法

1.本发明涉及电池控制装置。


背景技术：

2.在下述专利文献1中公开了电压检测装置。该电压检测装置具备：多个电压检测电路，按照蓄电池的每个电池模块而设置，检测电池单元各自的电压；多个电压检测线，将电池单元与电压检测电路连接；以及控制装置，基于从电压检测电路获得的检测信息来控制电池单元的充放电，上述电压检测电路经由电压检测线检测电池单元各自的电压，多个电压检测电路经由通信线被串联连接，并且被串联连接的一端的电压检测电路经由通信线与控制装置连接，在相邻的电压检测电路中，与一个电压检测电路连接的最低电位的电压检测线、和与另一个电压检测电路连接的最高电位的电压检测线邻接并经由第一电容器连接。
3.先行技术文献
4.专利文献1：日本特开2015-136255号公报
5.上述背景技术以所谓的菊花链方式连接多个电压检测电路以及控制装置，将每个电压检测电路检测到的各电池单元的电压经由其它电压检测电路通知给控制装置。在这样的背景技术中，通过在将多个电压检测电路相互连接的通信线插入第一电容器来使每个电压检测电路电绝缘，以减少噪声的影响，确保各个电压检测电路的稳定动作。
6.在这样的背景技术中，由于各个电压检测电路被电绝缘，所以通过通信线传送的通信信号的电位有可能不稳定。而且，若通信信号的电位不稳定，则不能够在多个电压检测电路以及控制装置中实现准确的通信，所以有可能无法将每个电压检测电路检测出的各电池单元的电压准确地通知给控制装置。


技术实现要素：

7.本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于确保经由电容器以菊花链方式连接多个电压检测电路时的通信信号的电位的稳定性。
8.在本发明的第一方式中，具备：多个电压检测电路，与构成电池的多个电池模块对应地设置，检测该电池模块的电压；多个通信线路，经由耦合电容器以菊花链方式连接每个所述电压检测电路；以及控制电路，与所述电压检测电路经由该通信线路进行通信信号的收发，并基于从所述电压检测电路接收到的所述电压来控制所述电池，所述电压检测电路中与所述通信线路连接的通信端子经由规定的无源电路被接地。
9.根据上述第一方式，在本发明的第二方式中，所述通信线路单独具备上行通信用的第一通信线和下行通信用的第二通信线，所述电压检测电路中与所述第一通信线连接的第一通信端子以及与所述第二通信线连接的第二通信端子分别经由所述无源电路被接地。
10.根据上述第二方式，在本发明的第三方式中，所述无源电路具备：第一电阻器，其一端与所述第一通信端子连接；第二电阻器，其一端与所述第二通信端子连接；以及电容
器，其一端与所述第一电阻器的另一端以及第二电阻器的另一端连接，其另一端被接地。
11.根据上述第三方式，在本发明的第四方式中，所述电压检测电路的电源端子经由第二电容器与所述第一电阻器的另一端连接。
12.根据上述第一～第三中的任意一个方式，在本发明的第五方式中，所述电压检测电路的电源端子经由第二无源电路被接地。
13.发明效果
14.根据本发明，能够确保经由电容器以菊花链方式连接多个电压检测电路时的通信信号的电位的稳定性。
附图说明
15.图1是表示本发明的一实施方式中的车载用电池控制装置的整体结构的框图。
16.图2是表示本发明的一实施方式所涉及的电压检测电路的整体的功能构成的电路图。
17.图3是本发明的一实施方式所涉及的电压检测电路的主要部分功能构成的电路图。
18.图4的(a)～(c)是表示本发明的一实施方式所涉及的电压检测电路的通信信号的波形图。
19.图5a是表示本发明的一实施方式所涉及的电压检测电路的变形例的电路图。
20.图5b是表示本发明的一实施方式所涉及的电压检测电路的变形例的电路图。
21.附图标记的说明
22.a车载用电池控制装置；b组电池；c1第一耦合电容器；c2第二耦合电容器；d1～dn电压检测电路；d1数字io电路；d2数字电源电路；i绝缘电路；s控制电路；t通信线路；t1第一通信线；t2第二通信线；1电压检测ic；2cr滤波器；3通信附加电路；4第一电阻器；5第二电阻器；6第一电容器；7第二电容器。
具体实施方式
23.以下，参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。
24.如图1所示，本实施方式所涉及的车载用电池控制装置a具备：n个电压检测电路d1～dn、通信线路t、绝缘电路i以及控制电路s。该车载用电池控制装置a搭载在电动汽车、混合动力汽车等将马达作为行驶动力源的电动车辆上，将锂离子电池等组电池b作为控制对象。此外，本实施方式中的“n”为自然数。
25.先从本实施方式的组电池b进行说明，该组电池b是n个电池模块m1～mn串联连接而成的组电池，例如具有数百伏的输出电压(电池电压)。虽然没有图示，但该组电池b是向作为行驶驱动电路的pcu(power control unit：动力控制单元)供给动力运行电力的二次电池。该组电池b的动力运行功率(电池功率)通过pcu转换为马达的驱动功率(交流功率)。
26.n个电池模块m1～mn分别是串联或者/以及并联连接有多个电池单元的模块，输出规定的输出电压(模块电压)的直流功率。这样的由n个电池模块m1～mn构成的组电池b相当于本发明的电池。
27.n个电压检测电路d1～dn是与这样的n个电池模块m1～mn对应地设置的集成电路。
这些n个电压检测电路d1～dn对与自己对应的电池模块m1～mn检测并且监视每个电池单元的电压(单元电压)的上述各电池单元的单元电压，是表示组电池b即n个电池模块m1～mn的状态的物理量。
28.这样的电压检测电路d1～dn是经由多个通信线路t将每个电池模块m1～mn中的多个单元电压(电池信息)发送至控制电路s的电子电路。多个通信线路t是以菊花链的连接形式将n个电压检测电路d1～dn以及控制电路s可通信地相互连接的信号线。
29.也就是说，多个通信线路t相对于作为主机的控制电路s将作为副机的n个电压检测电路d1～dn连接成一串。更具体而言，多个通信线路t按照n个电压检测电路d1～dn以及控制电路s电压检测电路d1
→
电压检测电路d2
→
电压检测电路d3
→
(中略)
→
电压检测电路dn
→
控制电路s的顺序相互连接。
30.这样的多个通信线路t具备：上行通信用的第一通信线t1、第一耦合电容器c1、下行通信用的第二通信线t2以及第二耦合电容器c2。此外，多个通信线路t中的、将第n电压检测电路dn与控制电路s相互连接的通信线路t如图示那样具备绝缘电路i来代替第一耦合电容器c1以及第二耦合电容器c2。
31.在多个通信线路t中，每个第一通信线t1是传送从各电压检测电路d1～dn向控制电路s输出的上行通信信号的电线。另外，在多个通信线路t中，每个第一耦合电容器c1被设置于每个第一通信线t1的中途部，切断各电压检测电路d1～dn间的直流成分的传送。
32.在多个通信线路t中，每个第二通信线t2是传送从控制电路s向各电压检测电路d1～dn输出的下行通信信号的电线。另外，在多个通信线路t中，每个第二耦合电容器c2被设置于每个第二通信线t2的中途部，切断各电压检测电路d1～dn间的直流成分的传送。
33.也就是说，各通信线路t中的第一耦合电容器c1以及第二耦合电容器c2是确保各电压检测电路d1～dn中的电隔离性的电路元件。由于各电压检测电路d1～dn通过这样的具备第一耦合电容器c1以及第二耦合电容器c2的多个通信线路t而相互以菊花链方式连接，所以能够抑制相互干扰。
34.绝缘电路i设置于这样的多个通信线路t中的将第n电压检测电路dn与控制电路s相互连接的通信线路t。该绝缘电路i是与上述第一耦合电容器c1以及第二耦合电容器c2同样地用于取得电隔离性的电路，例如是光电耦合器、脉冲变压器。这样的绝缘电路i抑制n个电池模块m1～mn与控制电路s之间的电干扰。
35.控制电路s经由通信线路t与n个电压检测电路d1～dn进行通信信号的收发，并基于从n个电压检测电路d1～dn接收的各电池模块m1～mn的单元电压来控制组电池b。该控制电路s经由多个通信线路t的第二通信线t2向n个电压检测电路d1～dn发送控制指令，还经由多个通信线路t的第一通信线t1从n个电压检测电路d1～dn接收各电池单元的电压(单元电压)。
36.接着，对上述的n个电压检测电路d1～dn的详细结构进行说明。此外，由于n个电压检测电路d1～dn被大致相同地构成，所以以下作为代表，对电压检测电路d1(第一电压检测电路)的详细结构进行说明。
37.如图2所示，第一电压检测电路d1具备：电压检测ic1、多个cr滤波器2以及通信附加电路3。电压检测ic1是如图示那样设置有多个连接端子的集成电路。在这些连接端子中，端子in0～in16分别是经由cr滤波器2与构成第一电池模块m1的各电池单元的电极连接的
模拟电压输入端子。
38.例如，端子in0经由第一cr滤波器2与构成第一电池模块m1的多个电池单元中位于最上位电压的第一电池单元的正电极连接。另外，端子in1经由第二cr滤波器2与上述第一电池单元的负电极、即位于该第一电池单元的下位电压的第二电池单元的正电极连接。
39.另外，端子in2经由第三cr滤波器2与上述第二电池单元的负电极、即位于该第二电池单元的下位电压的第三电池单元的正电极连接。并且，端子in16经由第十七cr滤波器2与构成第一电池模块m1的多个电池单元中的位于最下位电压的第十六电池单元的负电极连接。
40.除了这样的端子in0～in16之外，电压检测ic1至少还具备第一通信用端子dpl、第二通信用端子dml以及电源监视端子cvdd。第一通信用端子dpl是将上行通信信号输出至第一通信线t1的一端的输出端子。第二通信用端子dml是经由第二通信线t2输入下行通信信号的输入端子。
41.此处，第一通信用端子dpl以及第二通信用端子dml相当于本发明的通信端子。另外，第一通信用端子dpl相当于本发明的第一通信端子，第二通信用端子dml相当于本发明的第二通信端子。并且，电源监视端子cvdd相当于本发明的电源端子。
42.除了图2之外还如图3所示，电源监视端子cvdd是与连接到第一通信用端子dpl以及第二通信用端子dml的数字io电路d1(数字输入输出电路)连接的监视端子。数字io电路d1是生成上行通信信号以用于经由通信线路t的与外部的通信并对下行通信信号进行波形成形的数字电路。
43.该数字io电路d1是通过从数字电源电路d2供给电源(数字电源)而工作并进行通信信号的生成以及下行通信信号的波形成形的数字电路。上述电源监视端子cvdd与这样的数字io电路d1的电源输入端即数字电源电路d2的输出端连接，并且是用于监视数字电源的电压值的输出端子。
44.如图示那样，多个cr滤波器2是由电阻器和电容器构成的低通滤波器。在每个cr滤波器2中，电阻器的一端与各电池单元的电极连接另一端与端子in0～in16以及电容器的一端连接。另外，在每个cr滤波器2中，电容器的一端与电阻器的另一端以及端子in0～in16连接，另一端被接地。
45.这样的cr滤波器2是除去叠加在从每个电池单元输入至端子in0～in16的电压中的噪声的低通滤波器。本实施方式所涉及的车载用电池控制装置a和作为该车载用电池控制装置a的控制对象的组电池b通过规定的电线(电压检测线)被连接，有时噪声从外部传入该电压检测线。每个cr滤波器2抑制这样的噪声流入到端子in0～in16。
46.通信附加电路3是本实施方式所涉及的车载用电池控制装置a中的特征性的构成要素。该通信附加电路3相当于本发明的无源电路以及第二无源电路，如图示那样，具备第一电阻器4、第二电阻器5、第一电容器6以及第二电容器7。
47.第一电阻器4具有第一电阻值ra，一端与第一通信用端子dpl连接，另一端与第一电容器6的一端以及第二电容器7的一端连接。第二电阻器5具有第二电阻值rb，一端与第二通信用端子dml连接，另一端与第一电容器6的一端、第二电容器7的一端以及第一电阻器4的另一端连接。此外，第一电阻值ra以及第二电阻值rb例如被设定为同一值。
48.第一电容器6具有第一静电电容ca，一端与第一电阻器4的另一端、第二电阻器5的
另一端以及第二电容器7的一端连接，另一端被接地。第二电容器7具有第二静电电容cb，一端与第一电阻器4的另一端、第二电阻器5的另一端以及第一电容器6的一端连接，另一端与电源监视端子cvdd连接。此外，第一静电电容ca以及第二静电电容cb例如被设定为同一值。
49.在这样的第一电阻器4、第二电阻器5、第一电容器6以及第二电容器7中，第一电阻器4、第二电阻器5以及第一电容器6构成本发明的无源电路。即，第一电阻器4、第二电阻器5以及第一电容器6是将第一通信用端子dpl经由第一电阻值ra以及第一静电电容ca连接于gnd(接地电位)，并且将第二通信用端子dml经由第二电阻值rb以及第一静电电容ca连接于gnd(接地电位)的无源电路。
50.另外，第二电容器7是将经由第一电阻值ra连接的第一通信用端子dpl以及经由第二电阻值rb连接的第二通信用端子dml经由第二静电电容cb连接于数字电源的无源电路(无源元件)。这样的第二电容器7以及上述第一电容器6构成本发明的第二无源电路。
51.接下来，也参照图4以及图5a、图5b，详细对本实施方式所涉及的车载用电池控制装置a的动作进行说明。
52.在该车载用电池控制装置a中，若控制电路s将请求单元电压的发送的电压发送指令输出至第二通信线t2，则该电压发送指令作为下行通信信号并经由各通信线路t的第二通信线t2以及各电压检测电路d1～dn由所有电压检测电路d1～dn接收。
53.其结果，所有电压检测电路d1～dn将在与自己对应的电池模块m1～mn的单元电压附加了自己的识别编号的检测电压信号输出至第一通信线t1。每个电压检测电路d1～dn输出到第一通信线t1的检测电压信号作为上行通信信号并经由各通信线路t的第一通信线t1以及各电压检测电路d1～dn由控制电路s接收。
54.此处，在每个电压检测电路d1～dn设置有通信附加电路3。在电压检测电路d1～dn中的上行通信信号的发送以及下行通信信号的接收时，该通信附加电路3如以下那样发挥功能。
55.在生成上行通信信号的电压检测ic1中，由于经由第一电阻器4(第一电阻值ra)以及第一电容器6(第一静电电容ca)以交流的方式设定输出上行通信信号的第一通信用端子dpl，所以该第一电阻器4(第一电阻值ra)以及第一电容器6(第一静电电容ca)使上行通信信号的电位稳定。
56.另外，在生成下行通信信号的电压检测ic1中，由于经由第二电阻器5(第二电阻值rb)以及第一电容器6(第一静电电容ca)以交流的方式设定输出下行通信信号的第二通信用端子dml，所以该第二电阻器5(第二电阻值rb)以及第一电容器6(第一静电电容ca)使下行通信信号的电位稳定。
57.根据这样的本实施方式，由于通过由第一电阻器4、第二电阻器5以及第一电容器6构成的无源电路将进行通信信号的输入输出的第一通信用端子dpl以及第二通信用端子dml被交流地接地，所以可以确保通信信号的电位的稳定性。
58.另外，在通信附加电路3中，除了上述无源电路之外，还设置有第二电容器7。也就是说，电压检测ic1中的电源监视端子cvdd，换句话说在电压检测ic1中最终输入输出通信信号的数字io电路d1的电源(数字电源)通过由第二电容器7以及第一电容器6构成的第二无源电路而被交流地接地。
59.根据这样的本实施方式，如图4的(a)～图4的(c)所示，在gnd(接地电位)未叠加脉
冲状的噪声的情况下(图4的(a))和叠加了脉冲状的噪声的情况下(图4的(b))，通信信号的波形不同。即，在未叠加噪声的情况下(图4的(a))，不产生通信信号的波形失真，但在gnd中叠加了噪声的情况下，如(图4的(b))的通信信号波形那样一部分由于噪声而损坏，导致波形失真。
60.对于这样的噪声，根据本实施方式，能够与叠加了在gnd(接地电位)中的噪声同步地使数字电源变动。即，根据本实施方式，由于噪声，gnd(接地电位)和数字电源(5v)同步地变动，如图4的(c)那样通信信号的波形也叠加在gnd(接地电位)中的噪声同步地变动，所以可以抑制通信信号的波形失真，因而，能够实现稳定的通信。
61.在本实施方式所涉及的车载用电池控制装置a中设置有多个cr滤波器2。这些cr滤波器2如上述那样将电容器的另一端连接于gnd(接地电位)，使从外部传入电压检测线的噪声经由上述电容器迂回到gnd(接地电位)。因此，处于脉冲状噪声容易叠加在gnd(接地电位)的趋势。
62.然而，控制电路s基于从各电压检测电路d1～dn接收到的各电池模块m1～mn的单元电压来判定各电池模块m1～mn或组电池b的状态，并基于该判定结果来控制各电池模块m1～mn或组电池b。
63.例如，在第一电池模块m1中的一个电池单元为异常电压的情况下，控制电路s通过将第一电池模块m1的各电池单元中的与对应上述异常电压的电池单元并列连接的放电电路从off状态设定为on状态，从而控制为充电电流不流入对应异常电压的电池单元。
64.此外，本发明并不限于上述实施方式，例如考虑以下那样的变形例。
65.(1)在上述实施方式中，对通信线路t单独具备上行通信用的第一通信线和下行通信用的第二通信线t2的情况进行了说明，但本发明并不限于此。本发明也能够应用于通过单一的通信线传送下行通信信号和上行通信信号的通信线路。
66.(2)在上述实施方式中，使用构成第二无源电路的第一电容器6以及第二电容器7将电源监视端子cvdd交流地接地，但本发明并不限于此。第二无源电路的本质的功能为使输入输出下行通信信号以及上行通信信号的数字io电路d1的电源(数字电源)与叠加在gnd(接地电位)中的脉冲状噪声同步地变动。因此，只有是能够使数字io电路d1的电源(数字电源)与上述脉冲状噪声同步地变动的电路部位，则也可以是电源监视端子cvdd以外的电路部位。
67.(3)采用具备第一电阻器4、第二电阻器5、第一电容器6以及第二电容器7的通信附加电路3，但本发明并不限于此。例如如图5a所示，也可以采用通信附加电路3a来代替通信附加电路3。
68.该通信附加电路3a并不是将第二电容器7的一端连接于第一电阻器4的另一端、第二电阻器5的另一端以及第一电容器6的一端，而连接于gnd(接地电位)。根据这样的通信附加电路3a，与通信附加电路3同样地能够实现通信信号的电位的稳定和减少由噪声带来的影响。在这样的通信附加电路3a中，第二电容器7相当于本发明的第二无源电路。
69.(4)在上述实施方式中采用通信附加电路3，但也可以采用图5b所示的通信附加电路3c来代替该通信附加电路3。该通信附加电路3c是将第一电阻器4置换为第三串联电路ze，还将第二电阻器5置换为第四串联电路zf的电路。第三串联电路ze以及第四串联电路zf例如是电阻器与电容器的串联电路。