JP2015079585A - バッテリ監視装置、及び、バッテリ監視装置を備える電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メイン基板とサテライト基板とにより構成される電源監視装置において、監視対象であるバッテリのセル数が変更されたとしてもメイン基板に設計変更が生じることのないバッテリ監視装置を提供する。【解決手段】複数のセル３３により構成されるバッテリ３０の監視を行うバッテリ監視装置であって、メイン基板１０と、メイン基板１０に実装された供給電源１２と、複数のサテライト基板２０と、複数のサテライト基板２０にそれぞれ実装され、所定数のセル３３を監視する監視ＩＣ２１と、複数のサテライト基板２０にそれぞれ実装され、入力される電圧を変圧して監視ＩＣ２１に供給する絶縁電源２２と、供給電源１２と絶縁電源２２とを接続する配線１３、２４、２５と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のセルにより構成されるバッテリの監視を行う監視ＩＣを備えるバッテリ監視装置に関する。

従来、複数のセルにより構成されるバッテリの各セルの容量を監視ＩＣにより監視し、各セルの容量を調整するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載の制御装置では、バッテリから監視ＩＣへ電力を供給している。監視ＩＣが監視可能なセル数は上限が定められているため、バッテリのセル数に応じて監視ＩＣの数は変更される。

一方、図４に示すように、制御マイコン１１、内部電源１２、及び、絶縁電源１４が実装されたメイン基板１０と、複数のセル３３により構成される第１バッテリ３０を監視する監視ＩＣ２１が実装されたサテライト基板２０とによりバッテリ監視装置を構成したものもある。

図４に示すバッテリ監視装置では、監視ＩＣ２１を駆動するための電力は第２バッテリ４０から供給される。第２バッテリ４０から入力された電力は絶縁電源１４により昇圧又は降圧され、各サテライト基板２０に実装された監視ＩＣ２１へ入力される。

特開２００３−７０１７９号公報

図４に示すバッテリ監視装置では、第１バッテリ３０のセル数に変更が生じた場合、監視ＩＣ２１の数の変更がなされるため、メイン基板１０に設ける絶縁電源１４を監視ＩＣ２１の数に対応するものへと変更する必要が生じる。すなわち、監視対象であるバッテリのセル数に応じて、メイン基板１０の設計変更が必要となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、メイン基板とサテライト基板とにより構成される電源監視装置において、監視対象であるバッテリのセル数が変更されたとしてもメイン基板に設計変更が生じることのないバッテリ監視装置を提供することにある。

本発明は、複数のセルにより構成されるバッテリの監視を行うバッテリ監視装置であって、メイン基板と、メイン基板に実装された供給電源と、複数のサテライト基板と、複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、所定数のセルを監視する監視ＩＣと、複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、入力される電圧を変圧して監視ＩＣに供給する絶縁電源と、供給電源と絶縁電源とを接続する配線と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、バッテリのセル数が変更されることによって監視ＩＣを実装するサテライト基板の数を変更する必要が生じたとしても、メイン基板に絶縁電源が実装されていないため、メイン基板の設計を変更する必要が生じることがなく、開発コストを低減することができる。

実施形態に係るバッテリ監視装置の回路ブロック図である。 実施形態に係る電源装置の構造を示す図である。 メイン基板とサテライト基板の接続構造を変更した例である。 従来のバッテリ監視装置の回路ブロック図である。

本実施形態に係るバッテリ監視装置は、複数のセルからなり、開放電圧が数百Ｖの第１バッテリであるリチウムイオンバッテリと、開放電圧が１２Ｖ程度の第２バッテリである鉛バッテリとを備えるＨＶ車に搭載され、リチウムイオンバッテリの各セルの電圧を監視するバッテリ監視装置である。リチウムイオンバッテリ及び鉛バッテリは、ＨＶ車に搭載された発電装置により充電が行われる。

図１は、本実施形態に係るバッテリ監視装置の回路ブロック図である。

バッテリ監視装置は、ひとつのメイン基板１０と、複数のサテライト基板２０とにより構成される。

メイン基板１０には、制御マイコン１１及び内部電源１２が実装され、第２バッテリ４０が電力を供給可能に接続されている。制御マイコン１１は、図示しない上位ＥＣＵからの制御信号を受信し、内部電源１２を駆動する。内部電源１２は、第２バッテリ４０から入力される電力に対して整流等を行い、出力する構造となっており、供給電源として機能する。

サテライト基板２０には、監視ＩＣ２１、絶縁電源２２、接続部２３、及び、入力用配線２４が実装される。絶縁電源２２は、入力部である一次コイルと出力部である二次コイルとを備えるトランスである。絶縁電源２２は、メイン基板１０の内部電源１２から入力された電力を所定電圧まで昇圧し、監視ＩＣ２１へ供給する。

監視ＩＣ２１には、第１バッテリ３０の電圧値が入力される。第１バッテリ３０は、直列接続された複数のスタック３１からなり、各スタック３１は、直列接続された複数の組電池３２を備えている。そして、各組電池３２は、直列接続された複数のセル３３により構成されている。

サテライト基板２０に実装される監視ＩＣ２１は、ひとつの組電池３２の各セル３３の電圧を監視する。各サテライト基板２０には、ひとつの監視ＩＣ２１が実装されるため、サテライト基板２０の数と組電池３２の数は同数である。

次に、メイン基板１０と、サテライト基板２０との接続について説明する。内部電源１２には接続配線１３の一端が接続され、接続配線１３の他端は接続部２３に接続される。接続配線１３が接続される接続部２３を備えるサテライト基板２０は、複数のサテライト基板２０のうち、ひとつのみである。絶縁電源２２と接続部２３とは入力用配線２４により接続されているため、内部電源１２から出力された電力は、接続配線１３、接続部２３、及び、入力用配線２４を介して絶縁電源２２に入力される。一方、接続部２３には連結配線２５も接続される。連結配線２５は、他のサテライト基板２０の接続部２３に接続される。こうすることにより、メイン基板１０とサテライト基板２０とは、１系統の接続配線１３により接続されることとなる。

ここで、仮に、図４に示す従来例の構成をとった場合、配線１５の電位は高電位となり、取扱者の安全を確保するために、高圧配線用の安全規格を満たす必要が生ずる。しかしながら、本実施形態では、接続配線１３、入力用配線２４、及び、連結配線２５は、内部電源１２から出力された電力をサテライト基板２０に設けた絶縁電源２２に入力するために用いられるため、接続配線１３、入力用配線２４、及び、連結配線２５の電位は、監視ＩＣ２１の電位と比較して低電位となる。

次に、本実施形態に係るバッテリ監視装置の動作について説明する。

まず、車両に設けられたイグニッションスイッチがＯＮとなると、上位ＥＣＵから制御マイコン１１へ内部電源１２の起動信号が送信される。制御マイコン１１は、起動信号を受信すると、内部電源１２からサテライト基板２０への電力の供給が、接続配線１３を介して行われる。上述したとおり、各サテライト基板２０は連結配線２５により連結されているため、電力の供給は、すべてのサテライト基板２０に対して同時に行われる。

サテライト基板２０に入力された電力は、絶縁電源２２により昇圧され、監視ＩＣ２１へ供給される。これにより、監視ＩＣ２１が起動する。監視ＩＣ２１は、起動した後、第１バッテリ３０の各セル３３の電圧値を用いて自己診断動作等を行う。自己診断動作では入力された各セル３３の電圧に基づき、各セル３３の内部抵抗及び容量を算出する。また、所定時間での各セル３３の電圧の降下量を算出することにより、各セル３３の劣化状態を判定する。そして、算出された内部抵抗値、容量、及び、判定された劣化状態を監視ＩＣ２１が備えるメモリに記録する。

メモリに記録された各セル３３の内部抵抗値、容量、及び、劣化状態は、上位ＥＣＵへと送信される。上位ＥＣＵは受信した各セル３３の内部抵抗値、容量、及び、劣化状態に基づいて、充電装置の制御を行う。いずれかのセル３３の容量が所定の第１閾値を下回っていた場合には過放電状態であると判定し、充電装置の電圧を調節することにより、セル３３の充電を行う。一方、いずれかのセル３３の容量が第１閾値より大きい値である第２閾値を上回っていた場合には過充電状態であると判定し、充電装置の電圧を調節することにより、セル３３の放電を行う。

一方、イグニッションスイッチがＯＦＦとなると、上位ＥＣＵから制御マイコン１１へ供給停止信号が送信される。制御マイコン１１は、供給停止信号を受信すると、内部電源１２からの電力の出力を停止する。内部電源１２からの電力の出力が停止されることにより、監視ＩＣ２１への電力の供給が停止されるため、監視ＩＣ２１は動作を停止し、第１バッテリ３０の電圧の監視を終了する。

図２は、バッテリ監視装置と第１バッテリ３０とからなる電源装置の構造を示す図である。

第１バッテリ３０の各スタック３１は、所定数の組電池３２が直列に配置されて１つのスタック３１を構成し、ケース３５に収容されている。

サテライト基板２０は、監視ＩＣ２１が監視対象としている組電池３２が収容されるケース３５の上部に設置される。一方、メイン基板１０は、第１バッテリ３０に隣接するように配置してもよいし、第１バッテリ３０と離れた場所に配置してもよい。また、ケース３５にスペースを設け、設けられたスペースにメイン基板１０を収容する構造としてもよい。

上記構成により、本実施形態に係るバッテリ監視装置及び電源装置は以下の効果を奏する。

・バッテリのセル数が変更されることによって監視ＩＣ２１を実装するサテライト基板２０の数を変更する必要が生じたとしても、メイン基板１０に絶縁電源２２が実装されていないため、メイン基板１０の設計を変更する必要が生じることがなく、開発コストを低減することができる。

・内部電源１２と絶縁電源２２とを接続する接続配線１３は低圧の配線であるため、簡易な構造で取扱者の安全を確保することができる。

・メイン基板１０に設けられた制御マイコン１１から各絶縁電源２２へ停止信号を送信する必要がないため、メイン基板１０とサテライト基板２０との接続構造を簡略化することができる。

・サテライト基板２０に分岐用の接続部２３を設け、メイン基板１０とサテライト基板２０とを接続する接続配線１３を１系統のみとし、他のサテライト基板２０は、接続部２３に接続された連結配線２５と接続する構成としたため、第１バッテリ３０のセル３３の数の変更に伴い、サテライト基板２０の数を変更する必要が生じたとしても、メイン基板１０とサテライト基板２０との配線を変更する必要が生じない。

・一般的に、バッテリを収容するケースの上部にはスペースが設けられることが多い。このスペースにサテライト基板２０を設置することで、サテライト基板２０を設置するスペースを別に設ける必要がなく、電源装置を搭載する対象の設計上の制約を低減することができる。

＜変形例＞
・上記実施形態では、サテライト基板２０に接続部２３を設け、接続部２３を介して連結配線２５によりサテライト基板２０どうしを接続する構成としたが、図３に示すように、接続配線１３をサテライト基板２０の外部で分岐させてもよい。すなわち、サテライト基板２０に接続部を設けず、接続配線１３に分岐部２６を設け、メイン基板１０と各サテライト基板２０とを接続する構成としてもよい。

上記構成とした場合、接続配線１３はサテライト基板２０の数により変更されることとなるが、上記実施形態と同様に、メイン基板１０の構成に変更を加える必要性が生じることはない。したがって、サテライト基板２０の数が変更された場合には、接続配線１３の設計変更のみで対応できるため、メイン基板１０の設計変更が必要となる従来例と比較して、設計コストを低減することができる。

・上記実施形態では、制御マイコン１１から内部電源１２へ起動信号及び供給停止信号を送信するものとしたが、制御マイコン１１を介さず、上位ＥＣＵ等から直接内部電源１２へ起動信号及び供給停止信号を送信することもできる。また、メイン基板１０に設けられた制御マイコン１１や上位ＥＣＵ等から、各絶縁電源２２へ起動信号及び停止信号を送信して、絶縁電源２２の起動及び停止の制御を行う構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、ひとつの監視ＩＣ２１がひとつの組電池３２の監視を行うものとしたが、ひとつの監視ＩＣ２１が複数の組電池３２の監視を行うものとしてもよく、ひとつの監視ＩＣ２１がひとつのスタック３１の監視を行うものとしてもよい。すなわち、監視ＩＣ２１の性能によって監視可能なセル３３の数の上限が決定されるため、ひとつの組電池３２を構成するセル３３の数、及び、ひとつのスタック３１を構成するセル３３の数等により、監視ＩＣ２１の監視対象となるスタック３１や組電池３２を決定すればよい。

・上記実施形態では、複数のセル３３からなる第１バッテリ３０をリチウムイオンバッテリとし、第２バッテリ４０を鉛バッテリとしたが、第１バッテリ３０及び第２バッテリ４０はこれらのバッテリには限られない。すなわち、第１バッテリ３０は、複数のセル３３からなるバッテリであればよく、第２バッテリ４０は、第１バッテリ３０より開放電圧の低いバッテリであればよい。

・上記実施形態では、第１バッテリ３０を第２バッテリ４０より高圧のバッテリとしたが、第２バッテリ４０を第１バッテリ３０より高圧のバッテリとしてもよい。この場合には、絶縁電源２２は入力される電圧を降圧し、監視ＩＣ２１へ入力する構成となる。

・サテライト基板２０を設置する場所は、ケース３５の上部に限らず、サテライト基板２０の寸法に応じて、サテライト基板２０を設置する場所を適宜変更してもよい。サテライト基板２０を、ケース３５の側部や、ケース３５から離れた場所に設置してもよい。また、ケース内にサテライト基板２０を収容するスペースを設けてもよい。

１０…メイン基板、１２…内部電源、１３…接続配線、２０…サテライト基板、２１…監視ＩＣ、２２…絶縁電源、２４…入力用配線、２５…連結配線、３０…第１バッテリ、３３…セル。

Claims (5)

1. 複数のセル（３３）により構成されるバッテリ（３０）の監視を行うバッテリ監視装置であって、
   メイン基板（１０）と、
   前記メイン基板に実装された供給電源（１２）と、
   複数のサテライト基板（２０）と、
   前記複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、所定数の前記セルを監視する監視ＩＣ（２１）と、
   前記複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、入力される電圧を変圧して前記監視ＩＣに供給する絶縁電源（２２）と、
   前記供給電源と前記絶縁電源とを接続する配線（１３、２４、２５）と、
   を備えることを特徴とするバッテリ監視装置。
2. 前記バッテリの電圧は、前記供給電源の出力電圧より高圧であり、
   前記絶縁電源は、入力される電圧を昇圧して前記監視ＩＣに供給することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ監視装置。
3. 前記供給電源へ供給停止信号を送信することにより、前記供給電源から前記絶縁電源への電力の供給を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ監視装置。
4. 前記サテライト基板は、それぞれ接続部（２３）を備え、
   前記配線は、前記供給電源と、複数の前記サテライト基板のいずれかひとつの前記サテライト基板が備える前記接続部とを接続する接続配線（１３）と、前記接続部同士を連結する連結配線（２５）とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリ監視装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリ監視装置と、前記バッテリとを備える電源装置であって、
   前記サテライト基板は、それぞれ、前記サテライト基板に実装される前記監視ＩＣが監視対象とした前記セルを収容するケース（３５）の上部に設置されることを特徴とする電源装置。

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