JP2019213333A - Battery pack monitoring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を監視する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for monitoring an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells in series.
近年、地球環境問題が大きくクローズアップされており、地球温暖化防止へ向けた炭酸ガスの排出削減が求められている。炭酸ガスの大きな排出源として、例えばガソリンエンジンの自動車が挙げられる。ガソリンエンジン自動車については、ハイブリッド電気自動車や電気自動車への代替が始まっており、その代替はこれからより進行すると考えられる。ハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力電源には、主に高出力，大容量な大型の二次電池が用いられる。よって、これを構成する蓄電池モジュールは、複数の電池セルを直列に接続した構成が一般的に用いられている。 In recent years, global environmental problems have been greatly highlighted, and there is a demand for reducing carbon dioxide emissions to prevent global warming. As a large emission source of carbon dioxide gas, for example, a gasoline engine car can be cited. As for gasoline engine vehicles, alternatives to hybrid electric vehicles and electric vehicles have begun, and it is considered that such alternatives will continue to progress. High-power, large-capacity large-sized secondary batteries are mainly used as power sources for hybrid electric vehicles and electric vehicles. Therefore, a configuration in which a plurality of battery cells are connected in series is generally used for the storage battery module constituting the same.
大容量な二次電池としてリチウムイオン電池が広く知られているが、その取扱には、高電圧充電の防止や過放電による性能劣化の防止などの措置が必要となる。そのため、ハイブリッド電気自動車等に搭載されるリチウムイオン電池を用いた蓄電池モジュールについては、電圧，電流，温度等の電池状態を各セル毎に監視し、電池状態に応じて各電池セルを制御することが一般的となっている。 Lithium ion batteries are widely known as large-capacity secondary batteries, but their handling requires measures such as prevention of high-voltage charging and performance deterioration due to overdischarge. Therefore, for storage battery modules using lithium ion batteries mounted on hybrid electric vehicles, etc., the battery state such as voltage, current, temperature, etc. is monitored for each cell, and each battery cell is controlled according to the battery state. Has become commonplace.
上記のような電池状態に応じた電池セルの制御を実現するものとして、例えば特許文献１に開示されている技術が知られている。特許文献１に開示された電池制御装置では、電池セル管理装置が各電池セルの充電状態；ＳＯＣを取得する。組電池管理装置は、電池セル管理装置から送信された測定結果に基づき電池セル管理装置との間で行う通信量を変化させることで、各電池セルのＳＯＣのばらつきを調整している。
For example, a technique disclosed in
しかしながら、特許文献１の構成では、電池セル管理装置に故障が発生すると、各電池セルの過充電検知及び放電を行う機能が損なわれるため、各電池セルの制御が困難になる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池監視ＩＣが故障状態の場合においても、既存の回路を用いて過充電防止機能を補完できる組電池監視装置を提供することにある。
However, in the configuration of
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an assembled battery monitoring device that can supplement an overcharge prevention function using an existing circuit even when a battery monitoring IC is in a failure state.
請求項１記載の組電池監視装置によれば、電池監視ＩＣは、各電池セルの電圧を均等化する。電源ＩＣは、組電池から電力を受け取り電池監視ＩＣに動作電力を供給する。また、電源ＩＣは、端子電圧監視部により組電池の端子電圧を監視し、効率調整部によって電池監視ＩＣに動作電力を供給する際の電力効率を調整する。そして、組電池の端子電圧が過電圧閾値を超えると効率調整部によって電力効率を低下させる。すなわち、組電池が過電圧状態となった際には、電源ＩＣが備えている効率調整部が電力効率を低下させることで電力をより多く消費させて、過電圧状態を解消することが可能になる。 According to the assembled battery monitoring device of the first aspect, the battery monitoring IC equalizes the voltage of each battery cell. The power supply IC receives power from the assembled battery and supplies operating power to the battery monitoring IC. Further, the power supply IC monitors the terminal voltage of the assembled battery by the terminal voltage monitoring unit, and adjusts the power efficiency when the operating power is supplied to the battery monitoring IC by the efficiency adjusting unit. And if the terminal voltage of an assembled battery exceeds an overvoltage threshold value, power efficiency will be reduced by an efficiency adjustment part. That is, when the assembled battery is in an overvoltage state, the efficiency adjusting unit provided in the power supply IC can reduce the power efficiency, thereby consuming more power and eliminating the overvoltage state.
請求項２記載の組電池監視装置によれば、効率調整部にスイッチトキャパシタ回路を備え、組電池の端子電圧が所定の閾値以下であれば、その両端に複数のコンデンサを並列に接続した状態を維持して電池監視ＩＣに動作電力を供給する第１モードを実行する。組電池の端子電圧が閾値を超えると、複数のコンデンサを直列に接続して充電させる充電期間と、並列に接続して放電させる放電期間とを交互に繰り返して電池監視ＩＣに動作電力を供給して電力効率を向上させる第２モードを実行する。
According to the assembled battery monitoring device of
そして、組電池の端子電圧が、前記閾値よりも高く設定される過電圧閾値を超えると第１モードを実行するように切替える。すなわち、組電池が過電圧状態となった際には、第１モードを実行させて電源ＩＣの電力効率を低下させて組電池の電力を消費させる。このように、スイッチトキャパシタ回路を用いて電源ＩＣの効率を所期通りに調整できる。 Then, when the terminal voltage of the assembled battery exceeds an overvoltage threshold set higher than the threshold, the first mode is switched. That is, when the assembled battery is in an overvoltage state, the first mode is executed to reduce the power efficiency of the power supply IC and consume the power of the assembled battery. In this way, the efficiency of the power supply IC can be adjusted as desired using the switched capacitor circuit.
（第１実施形態）
図１に示す電池監視システムは、複数の電池監視装置１からなる電池監視装置群７と、電池監視装置群７を制御するマイクロコンピュータ５とを備える。組電池である電池２は、複数の電池セルを直列に接続して構成されている。電池監視装置１は、複数の電池２に対応して複数設けられている。本実施形態の電池２は、ハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、インバータやモータ等の負荷を駆動するための電源等に用いられる。電池セルには、充電可能な二次電池が採用され、本実施形態ではリチウムイオン二次電池を用いる。なお、電池セルはリチウムイオン二次電池に限らず、例えば、鉛蓄電池を採用することもできる。
(First embodiment)
The battery monitoring system shown in FIG. 1 includes a battery
電池監視装置１は、電池監視ＩＣ３，電源ＩＣ４及び絶縁型通信モジュール６を備えている。電池監視ＩＣ３は、各電池セルの電圧のばらつきを均等化するための電圧均等化処理を行う。電源ＩＣ４は、各電池セルの端子電圧が入力端子Ｖｉｎに入力され、出力端子Ｖｏｕｔから電池監視ＩＣ３の動作電力入力端子ＥＮに動作電力を供給する。絶縁型通信モジュール６は、マイコン５からの指示信号が入力されるＣＬＫ＿ＩＮ端子及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子と、電池監視ＩＣ３の状態信号を出力するＣＬＫ＿ＯＵＴ端子及びＤＡＴＡ＿ＯＵＴ端子とを備える。また、絶縁型通信モジュール６は、電池監視ＩＣ３及び電源ＩＣ４にそれぞれ制御信号を出力する。すなわち、電池監視装置１は、絶縁型通信モジュール６を介してマイコン５と通信を行う。
The
次に、マイコン５及び電池監視ＩＣ３間の通信について説明する。電池監視装置１が１つの場合、マイコン５より送信されたクロック信号及び指示信号は、電池監視装置１のＣＬＫ＿ＩＮ端子及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子にそれぞれ入力され、絶縁型通信モジュール６を介して電池監視ＩＣ３に入力される。その後、クロック信号及び電池監視ＩＣ３の状態信号が、絶縁型通信モジュール６を介してマイコン５に送信される。
Next, communication between the microcomputer 5 and the battery monitoring IC 3 will be described. When there is one
ここで、電池２及び電池監視装置１が複数，例えばＮ個あるとする。電池２（１），２（２），…，２（Ｎ−１），２（Ｎ）の間は、スタックワイヤ８により接続されている。この場合、先ずマイコン５より送信されるクロック信号及び指示信号は、電池監視装置１（１）のＣＬＫ＿ＩＮ及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子に入力される。これらの信号は電池監視装置１（１）の絶縁型通信モジュール６を介して電池監視ＩＣ３へ入力される。その後、同電池監視ＩＣ３より出力されると、絶縁型通信モジュール６を介して電池監視装置１（１）のＣＬＫ＿ＯＵＴ及びＤＡＴＡ＿ＯＵＴ端子から出力され、電池監視装置１（２）のＣＬＫ＿ＩＮ及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子に入力される。
Here, it is assumed that there are a plurality of, for example, N,
電池監視装置１（２）のＣＬＫ＿ＩＮ及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子に入力されたクロック信号及び指示信号は、電池監視装置１（２）の絶縁型通信モジュールを介して電池監視ＩＣ３に入力される。その後、同電池監視ＩＣ３より出力されると、絶縁型通信モジュール６を介して電池監視装置１（２）のＣＬＫ＿ＯＵＴ及びＤＡＴＡ＿ＯＵＴ端子から出力され、図示しない電池監視装置１（３）のＣＬＫ＿ＩＮ及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子に入力される。以下電池監視装置１（Ｎ）まで同様にして各信号が伝達される。
The clock signal and the instruction signal input to the CLK_IN and DATA_IN terminals of the battery monitoring device 1 (2) are input to the
電池監視装置１（Ｎ）のＣＬＫ＿ＩＮ及びＤＡＴＡ＿ＩＮ端子より入力されたクロック信号及び指示信号は、電池監視装置１（Ｎ）の絶縁型通信モジュールを介して電池監視ＩＣ３へ入力される。その後、同電池監視ＩＣ３より出力されると、絶縁型通信モジュール６を介して電池監視装置１（Ｎ）のＣＬＫ＿ＯＵＴ及びＤＡＴＡ＿ＯＵＴ端子から出力されて、マイコン５に入力される。すなわち、これらはデイジーチェーン接続されている。
The clock signal and instruction signal input from the CLK_IN and DATA_IN terminals of the battery monitoring device 1 (N) are input to the
以上の処理において、マイコン５より出力される指示信号には、電池監視装置１（１）〜１（Ｎ）に対応したアドレスが付与されている。これにより、指示信号のアドレスに対応した電池監視装置１の電池監視ＩＣ３のみが入力された指示信号に対応した処理を行い、それ以外の電池監視装置１の電池監視ＩＣ３は処理を行わない。
In the above processing, the instruction signals output from the microcomputer 5 are given addresses corresponding to the battery monitoring devices 1 (1) to 1 (N). Thereby, only the
電池監視ＩＣ３は、各電池セルの電圧ばらつきを検出し、以上のような通信処理によってセル電圧の電圧ばらつきに関する情報をマイコン５に送信する。マイコン５は、受信した電圧ばらつき情報に基づいた指示信号を電池監視ＩＣ３に送信する。電池監視ＩＣ３は、受信した指示信号に基づき他の電池セルよりも電圧が高い電池セルの正極側から流れる電流を負極側に流すことで、各電池セル間の電圧ばらつきを縮小する均等化処理を行う。
The
図２に示すように、電源ＩＣ４は、制御ロジック部１０，電池監視部２０，スイッチング動作部３０及びＬＤＯ（Low Drop Out）４０を備えている。電池監視部２０及びスイッチング動作部３０には、電池２の端子電圧Ｖｉｎが入力されている。制御ロジック部１０は、電池監視部２０からの状態信号を受信する。また、制御ロジック部１０は、マイコン５と電池監視ＩＣ３との通信信号であるＣＬＫ＿ＩＮ及びＤＡＴＡ＿ＩＮを受信し、スイッチング動作部３０に制御信号を送信する。ＬＤＯ４０は、降圧型のシリーズレギュレータであり、スイッチング動作部３０より出力される電圧を降圧して、電池監視ＩＣ３に電力を供給する。
As shown in FIG. 2, the
電源ＩＣ４は、マイコン５及び電池監視ＩＣ３からの通信信号を制御ロジック部１０で受信し、その信号より電池監視ＩＣ３が異常であると判断すると、電池監視部２０から制御ロジック部１０に送信される状態信号により電池２が正常か、過充電状態かを判定する。制御ロジック部１０は、電池２が過充電であると判定するとスイッチング動作部３０へ制御信号を送り、電源ＩＣ４の電力効率を低下させるようにスイッチング動作部３０を制御する。
The
電源ＩＣ４から出力される電力は一定であるから、電力効率を低下させると入力電力を増やす必要がある。電源ＩＣ４の入力電力を増やすことは、電池２からの入力電流を増やすことになる。これにより電池２の電力を消費させて電池２の過充電を防止する。スイッチング動作部３０は、効率調整部に相当する。
Since the power output from the
図３に示すように、電池監視部２０は、複数個のツェナーダイオード２１を直列に接続したツェナーダイオード群２２と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１及びＴｒ２で構成されるミラー対とを備えている。トランジスタＴｒ１及びＴｒ２のソースはグランドに接続され、両者のゲートは、トランジスタＴｒ１のドレインに共通に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
電池２の正極に接続される入力端子ＩＮ２３は、ツェナーダイオード群２２及び抵抗Ｒ１の直列回路を介してトランジスタＴｒ１のドレインに接続されている。トランジスタＴｒ２のドレインは、抵抗Ｒ２を介して動作用電源に接続されていると共に出力端子ＯＵＴ２４に接続されている。出力端子ＯＵＴ２４は、制御ロジック部１０の入力端子に接続される。
An input terminal IN23 connected to the positive electrode of the
ツェナーダイオード群２２は、ツェナー電圧の総計が電池２の過充電閾値に等しくなるようにツェナーダイオード２１の接続数が設定される。また、ツェナーダイオード群２２に替えて、複数のダイオードを順方向に直列接続したダイオード群を用いても良い。また、より高精度な温度特性を補償するため、カソードを共通に接続したダイオード及びツェナーダイオードの組を複数直列に接続した、ツェナーダイオード及びダイオード群を用いても良い。
In the
電池２の充電電圧が正常な範囲にあれば、ツェナーダイオード群２２が導通せず、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２に電流は流れない。したがって、出力端子ＯＵＴ２４は動作電源電圧と同じ電圧となり、制御ロジック部１０にはハイレベル信号が入力される。
If the charging voltage of the
一方、電池２が過充電状態になると、ツェナーダイオード群２２が導通してトランジスタＴｒ１及びＴｒ２に電流が流れる。これにより、制御ロジック部１０には出力端子ＯＵＴ２４よりローレベル信号が入力される。これが過充電判定信号となる。電池監視部２０は、端子電圧監視部に相当する。
On the other hand, when the
マイコン５より、電池監視ＩＣ３の判定トリガ信号が制御ロジック部１０に送信されると、制御ロジック部１０は電池監視部２０より入力される信号を参照する。当該信号がローレベル；過充電判定信号であれば、制御ロジック部１０はスイッチング動作部３０に制御信号を送信し、電源ＩＣ４の電力効率を低下させるように制御する。
When the determination trigger signal of the
図４に示すように、スイッチング動作部３０は、２組のスイッチトキャパシタ回路を用いて構成されている。すなわちＭ＝２に対応する構成である。電池２の正極に接続される入力端子ＩＮ１とグランドとの間には、スイッチＳＷ１及びコンデンサＣ１の直列回路と、スイッチＳＷ３及びコンデンサＣ２の直列回路とが直列に接続されている。スイッチＳＷ１及びコンデンサＣ１の共通接続点と、スイッチＳＷ３及びコンデンサＣ２との共通接続点との間にはスイッチＳＷ２が接続されている。スイッチＳＷ３及びコンデンサＣ２の直列回路には、スイッチＳＷ４が並列に接続されている。スイッチＳＷ３及びコンデンサＣ２の共通接続点は、ＬＤＯ４０に接続される出力端子ＯＵＴ１である。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、例えばリレーで構成される。
As shown in FIG. 4, the switching
次に、スイッチング動作部３０の動作である及び２：１モードについて説明する。
＜１：１モード＞
図５に示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、制御信号がハイレベルでＯＮ状態、ローレベルでＯＦＦ状態となる。スイッチＳＷ３は常時ＯＦＦ状態に、スイッチＳＷ４は常時ＯＮ状態にする。スイッチＳＷ１及びＳＷ２も基本的にＯＮ状態にするが、クロック信号ＣＬＫの立上り及び立下りに同期して一定時間だけＯＦＦ状態に切換える。これはスイッチＳＷ１及びＳＷ２の固着を防止すると共に、１：１モードと２：１モードとの切り替えを行い易くするためである。
Next, the operation of the switching
<1: 1 mode>
As shown in FIG. 5, the switches SW1 to SW4 are turned on when the control signal is high and turned off when the control signal is low. The switch SW3 is always in the OFF state, and the switch SW4 is always in the ON state. The switches SW1 and SW2 are basically turned on, but are switched off for a predetermined time in synchronization with the rising and falling of the clock signal CLK. This is for preventing the switches SW1 and SW2 from sticking and facilitating switching between the 1: 1 mode and the 2: 1 mode.
特に、スイッチＳＷ１が固着して常時ＯＮ状態になると、コンデンサＣ１に常に電流が流れ込んで発熱温度が上昇するおそれがある。スイッチＳＷ１，ＳＷ２及びがＳＷ４がＯＮでスイッチＳＷ３がＯＦＦの状態では、コンデンサＣ１及びＣ２は共に、電池２の正極及び出力端子ＯＵＴ１とグランドとの間に並列に接続される。これにより電池２の電圧は、そのままＬＤＯ４０に入力される。これが１：１モードの動作である。１：１モードは第１モードに相当する。
In particular, when the switch SW1 is fixed and always turned on, current may flow into the capacitor C1 and the heat generation temperature may rise. When the switches SW1, SW2 and SW4 are ON and the switch SW3 is OFF, the capacitors C1 and C2 are both connected in parallel between the positive electrode of the
＜２：１モード＞
図６に示すように、スイッチＳＷ１及びＳＷ３は、クロック信号ＣＬＫがハイレベルになるのに同期してＯＮになり、スイッチＳＷ２及びＳＷ４のＯＮはその反転となる。スイッチＳＷ１及びＳＷ３がＯＮ状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４がＯＦＦ状態では、コンデンサＣ１及びＣ２が入力端子ＩＮ１とグランドとの間に直列に接続される。この時、コンデンサＣ１及びＣ２には電荷が充電され、電池２の電圧の１／２電圧が出力端子ＯＵＴ１へ出力される。
<2: 1 mode>
As shown in FIG. 6, the switches SW1 and SW3 are turned on in synchronization with the clock signal CLK becoming high level, and the switches SW2 and SW4 are turned on. When the switches SW1 and SW3 are on and the switches SW2 and SW4 are off, the capacitors C1 and C2 are connected in series between the input terminal IN1 and the ground. At this time, the capacitors C1 and C2 are charged, and a voltage half the voltage of the
一方、スイッチＳＷ１及びＳＷ３がＯＦＦ状態、スイッチＳＷ２及びＳＷ４がＯＮ状態では、コンデンサＣ１及びＣ２は出力端子ＯＵＴ１とグランドとの間に並列に接続される。この時、コンデンサＣ１及びＣ２の充電電荷が放電されて、電池２の電圧の１／２の電圧が出力端子ＯＵＴ１へ出力される。これが２：１モードの動作である。２：１モードは第２モードに相当する。
On the other hand, when the switches SW1 and SW3 are OFF and the switches SW2 and SW4 are ON, the capacitors C1 and C2 are connected in parallel between the output terminal OUT1 and the ground. At this time, the charged charges of the capacitors C1 and C2 are discharged, and a voltage that is ½ of the voltage of the
次に、スイッチング動作部３０の動作を、電池２の充電状態が正常状態時の動作と、過充電状態時の動作とに分けて説明する。
＜正常状態＞
電池２からの入力電圧Ｖｉｎ及びＬＤＯ４０への最低出力電圧Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎについて、以下の式（１）が成り立つ場合は、スイッチング動作部３０を１：１モードで動作させる。
Ｖｉｎ＜Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×２＋１［Ｖ］ …（１）
また、過充電閾値をＶｏｖｅｒとして、以下の式（２）が成り立つ場合は、スイッチング動作部３０を２：１モードで動作させる。
Ｖｏｖｅｒ＞Ｖｉｎ≧Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×２＋１［Ｖ］ …（２）
すなわち、２：１モードでは入力電圧Ｖｉｎの１／２の電圧を出力するので、式（１）が成り立つ低電圧下では１：１モードで動作させる。
Next, the operation of the switching
<Normal state>
When the following expression (1) holds for the input voltage Vin from the
Vin <Vout_min × 2 + 1 [V] (1)
In addition, when the following formula (2) is satisfied with the overcharge threshold as Vover, the switching
Vover> Vin ≧ Vout_min × 2 + 1 [V] (2)
That is, since the voltage of 1/2 of the input voltage Vin is output in the 2: 1 mode, the operation is performed in the 1: 1 mode under a low voltage that satisfies Equation (1).
図７は、スイッチング動作部３０を１：１モード，２：１モードで動作させた時の電力効率を示す。２：１モードは、１：１モード動作時と比べ電力効率が良いことがわかる。このため式（１）の条件下では１：１モードで動作させ、式（２）の条件下では２：１モードで動作させてスイッチング動作部３０の電力効率を上げる。
FIG. 7 shows the power efficiency when the switching
＜過充電状態＞
次に過充電状態の動作説明を行う。電池２からの入力電圧Ｖｉｎと過充電閾値Ｖｏｖｅｒについて、以下の式が成り立つ状態を過充電状態と呼ぶ。
Ｖｉｎ≧Ｖｏｖｅｒ …（３）
式（３）の条件が成立すると、電池監視部２０よりスイッチング動作部３０に指示信号が送られ、スイッチング動作部３０は１：１モードで動作する。図８は、過充電領域におけるスイッチング動作部３０の電力効率を示す。電池２の充電電圧が過充電閾値Ｖｏｖｅｒを超えた場合には、２：１モードよりも電力効率の悪い１：１モードで動作させて、電池２の過充電電力を消費して過充電を防止する。
<Overcharged state>
Next, the operation in the overcharge state will be described. Regarding the input voltage Vin from the
Vin ≧ Vover (3)
When the condition of Expression (3) is satisfied, an instruction signal is sent from the
以上のように本実施形態によれば、電池監視ＩＣ３は、電池２を構成する各電池セルの電圧を均等化する。電源ＩＣ４は、電池２から電力を受け取り電池監視ＩＣ３に動作電力を供給する。また、電源ＩＣ４は、電池監視部２０により電池２の端子電圧を監視し、スイッチング動作部３０によって電池監視ＩＣ３に動作電力を供給する際の電力効率を調整する。そして、電池２の端子電圧が過電圧閾値Ｖｏｖｅｒを超えると、スイッチング動作部３０により電力効率を低下させる。これにより、電池２の電力をより多く消費させて、過電圧状態を解消することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
具体的には、スイッチング動作部３０にスイッチトキャパシタ回路を備え、電池２の端子電圧Ｖｉｎが所定の閾値（Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×２＋１［Ｖ］）以下であれば、その両端にコンデンサＣ１及びＣ２を並列に接続した状態を維持して電池監視ＩＣ３に動作電力を供給する１：１モードを実行する。端子電圧Ｖｉｎが前記閾値を超えると、コンデンサＣ１及びＣ２を直列に接続して充電させる充電期間と、並列に接続して放電させる放電期間とを交互に繰り返して電池監視ＩＣ３に動作電力を供給して電力効率を向上させる２：１モードを実行する。
Specifically, the switching
そして、電池２の端子電圧が前記閾値よりも高く設定される過電圧閾値Ｖｏｖｅｒを超えると１：１モードを実行するように切替える。すなわち、電池２が過電圧状態となった際には、１：１モードを実行させて電源ＩＣ４の電力効率を低下させて電池２の電力を消費させる。これにより、電源ＩＣ４の効率を所期通りに調整できる。
Then, when the terminal voltage of the
また、スイッチング動作部３０のスイッチトキャパシタ回路を、クロック信号ＣＬＫに同期してスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオンオフを切り替えるように構成し、１：１モードを実行する際に、一端が電池２の正極側に接続されるスイッチＳＷ１及びＳ２については、クロック信号ＣＬＫに同期して所定のオフ期間を設けるようにした。これにより、スイッチＳＷ１及びＳＷ２の固着を防止すると共に、１：１モードと２：１モードとの切り替えが行い易くなる。
In addition, the switched capacitor circuit of the switching
（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図９に示すように、第２実施形態は、スイッチング動作部５０の構成が相違しており、第１実施形態のスイッチング動作部３０に、コンデンサＣ３及びスイッチＳＷ５〜ＳＷ７を加えたものである。すなわちＭ＝３に対応する構成である。コンデンサＣ２とグランドとの間には、スイッチＳＷ６及びコンデンサＣ３の直列回路が挿入されている。スイッチＳＷ３及びコンデンサＣ２の共通接続点と、スイッチＳＷ６及びコンデンサＣ３の共通接続点との間には、スイッチＳＷ５が接続されている。スイッチＳＷ６及びコンデンサＣ３の直列回路には、スイッチＳＷ７が並列に接続されている。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different parts will be described. As shown in FIG. 9, the configuration of the switching
スイッチング動作部５０の動作モードは、１：１モード及び３：１モードとなる。
＜１：１モード＞
図１０に示すように、スイッチＳＷ３及びＳＷ６は常時ＯＦＦ状態、スイッチＳＷ４及びＳＷ７は常時ＯＮ状態にする。一端が電池２の正極に接続されるスイッチＳＷ１，ＳＷ２及びＳＷ５は基本的にＯＮ状態であるが、第１実施形態と同様の理由により、クロック信号ＣＬＫの立上り及び立下りに同期して瞬間的にＯＦＦ状態にする。これにより、スイッチＳＷ１，ＳＷ２及びＳＷ５がＯＮの時に、コンデンサＣ１〜Ｃ３は、電池２及びＬＤＯ４０とグランドとの間に並列に接続される。
The operation modes of the switching
<1: 1 mode>
As shown in FIG. 10, the switches SW3 and SW6 are always in the OFF state, and the switches SW4 and SW7 are always in the ON state. The switches SW1, SW2 and SW5 whose one ends are connected to the positive electrode of the
＜３：１モード＞
図１１に示すように、クロック信号ＣＬＫの立上り及び立下りに同期して、（ａ）スイッチＳＷ１，ＳＷ３及びＳＷ６がＯＮの状態でスイッチＳＷ２,ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ７はＯＦＦ状態、（ｂ）スイッチＳＷ１，ＳＷ３及びＳＷ６がＯＦＦの状態でスイッチＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ７はＯＮ状態にする。（ａ）の状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ３は、入力端子ＩＮ１とグランドとの間に直列に接続される。この時、コンデンサＣ１〜Ｃ３には電荷が充電され、入力電圧Ｖｉｎの１／３の電圧が出力端子ＯＵＴ１へ出力される。（ｂ）の状態では、コンデンサＣ１〜Ｃ３が出力端子ＯＵＴ１とグランドとの間に並列に接続される。この時、コンデンサＣ１〜Ｃ３からは電荷が放電され、入力電圧Ｖｉｎの１／３電圧が出力端子ＯＵＴ１へ出力される。
<3: 1 mode>
As shown in FIG. 11, in synchronization with the rising and falling edges of the clock signal CLK, (a) the switches SW1, SW3, and SW6 are ON and the switches SW2, SW4, SW5, and SW7 are OFF, and (b) the switch The switches SW2, SW4, SW5, and SW7 are turned on while the SW1, SW3, and SW6 are turned off. In the state (a), the capacitors C1 to C3 are connected in series between the input terminal IN1 and the ground. At this time, the capacitors C1 to C3 are charged, and a
そして、第２実施形態では、閾値電圧を（Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×３＋１［Ｖ］）に設定し、入力電圧Ｖｉｎの大きさに応じて、以下のようにスイッチング動作部５０の動作モードを切り替える。以下の式（４）が成り立つ場合は、１：１モードで動作させる。
Ｖｉｎ＜Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×３＋１［Ｖ］ …（４）
以下の式（５）が成り立つ場合は、３：１モードで動作させる。
Ｖｏｖｅｒ＞Ｖｉｎ≧Ｖｏｕｔ，ｍｉｎ×３＋１［Ｖ］ …（５）
In the second embodiment, the threshold voltage is set to (Vout_min × 3 + 1 [V]), and the operation mode of the switching
Vin <Vout_min × 3 + 1 [V] (4)
When the following equation (5) holds, the operation is performed in the 3: 1 mode.
Vover> Vin ≧ Vout, min × 3 + 1 [V] (5)
図１２に示すように、３：１モードは３つのキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３を直列に接続して充電し、並列に接続して放電する動作を繰り返すため、１：１モード動作時よりも電力効率が良い。このため式（４）が成立する条件下では１：１モードで動作させ、式（５）が成立する条件下では３：１モードで動作させて電力効率を高める。 As shown in FIG. 12, in the 3: 1 mode, three capacitors C1, C2, and C3 are connected in series for charging and connected in parallel for discharging. Efficiency is good. Therefore, the power efficiency is increased by operating in the 1: 1 mode under the condition where the formula (4) is satisfied, and operating in the 3: 1 mode under the condition where the formula (5) is satisfied.
そして、式（６）が成り立つ状態を過充電状態では、
Ｖｉｎ≧Ｖｏｖｅｒ …（６）
第１実施形態と同様に電池監視部２０よりスイッチング動作部５０に指示信号が送られ、スイッチング動作部５０は１：１モードで動作する。図１３に示すように、電池２の充電電圧が過充電閾値Ｖｏｖｅｒを超えた場合は、電力効率の悪い１：１モードへの動作に切り替えて、電池２の電力を消費して過充電を防止する。
And, in the overcharged state, the equation (6) holds:
Vin ≧ Vover (6)
As in the first embodiment, an instruction signal is sent from the
以上のように第２実施形態によれば、スイッチング動作部５０を、３つのコンデンサＣ１〜Ｃ３と７つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ７とを備えて構成し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ７を切り替えることで、動作モードを１：１モードと３：１モードとに切替える。そして、電池２が過充電状態になると、１：１モードへの動作に切り替えて電力効率を低下させ、電池２の電力を消費して過充電を防止する。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, according to the second embodiment, the switching
（第３実施形態）
第３実施形態では、スイッチング動作部６０を、Ｍ（≧４）個のコンデンサＣ１〜ＣＭを用いたスイッチトキャパシタ回路で構成する。図１４に示すように、スイッチング動作部６０では、入力端子ＩＮ１とグランドとの間に、スイッチＳＷ１及びコンデンサＣ１の直列回路，スイッチＳＷ２及びコンデンサＣ２の直列回路，…，スイッチＳＷ（３Ｍ−６）及びコンデンサＣ（Ｍ−１）の直列回路，スイッチＳＷ（３Ｍ−３）及びコンデンサＣＭの直列回路が、直列に接続されている。そして、スイッチＳＷ（３Ｍ−６）及びコンデンサＣ（Ｍ−１）の共通接続点と、スイッチＳＷ（３Ｍ−３）及びコンデンサＣＭの共通接続点との間には、スイッチＳＷ（３Ｍ−４）が接続されている。また、スイッチＳＷ（３Ｍ−３）及びコンデンサＣＭの直列回路には、スイッチＳＷ（３Ｍ−２）が並列に接続されている。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the switching
次に、第３実施形態の作用について説明する。スイッチトキャパシタ回路におけるスイッチＳＷ（３Ｍ−３），スイッチＳＷ（３Ｍ−４），スイッチＳＷ（３Ｍ−２）の位置付けは、例えば第２実施形態におけるスイッチＳＷ５〜ＳＷ７と同じである。したがって、１：１モードでは、図１５に示すように、それぞれスイッチＳＷ５〜ＳＷ７と同じようにＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、Ｍ：１モードについても、図１６に示すように同様に制御する。 Next, the operation of the third embodiment will be described. The positions of the switch SW (3M-3), the switch SW (3M-4), and the switch SW (3M-2) in the switched capacitor circuit are the same as, for example, the switches SW5 to SW7 in the second embodiment. Therefore, in the 1: 1 mode, as shown in FIG. 15, ON / OFF is controlled in the same manner as the switches SW5 to SW7. Further, the M: 1 mode is similarly controlled as shown in FIG.
＜１：１モード＞
１：１モードでは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ５，…，スイッチＳＷ（３Ｍ−４）がＯＮの時に、コンデンサＣ１〜ＣＭは、電池２及びＬＤＯ４０とグランドとの間に並列に接続される。
<1: 1 mode>
In the 1: 1 mode, when the switches SW1, SW2, SW5,..., And the switch SW (3M-4) are ON, the capacitors C1 to CM are connected in parallel between the
＜３：１モード＞
（ａ）スイッチＳＷ１，ＳＷ３，…，ＳＷ（３Ｍ−３）がＯＮ状態でスイッチＳＷ２,ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ（３Ｍ−４）がＯＦＦ状態では、コンデンサＣ１〜ＣＭは、入力端子ＩＮ１とグランドとの間に直列に接続される。この時、コンデンサＣ１〜ＣＭには電荷が充電され、入力電圧Ｖｉｎの１／Ｍの電圧が出力端子ＯＵＴ１へ出力される。
<3: 1 mode>
(A) When the switches SW1, SW3,..., SW (3M-3) are ON and the switches SW2, SW4, SW5, SW (3M-4) are OFF, the capacitors C1 to CM are connected to the input terminal IN1 and the ground. Are connected in series. At this time, the capacitors C1 to CM are charged, and a
（ｂ）スイッチＳＷ１，ＳＷ３，…，ＳＷ（３Ｍ−３）がＯＦＦの状態でスイッチＳＷ２,ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ（３Ｍ−４）がＯＮ状態では、コンデンサＣ１〜ＣＭが出力端子ＯＵＴ１とグランドとの間に並列に接続される。この時、コンデンサＣ１〜ＣＭからは電荷が放電され、入力電圧Ｖｉｎの１／Ｍの電圧が出力端子ＯＵＴ１へ出力される。
(B) When the switches SW1, SW3,..., SW (3M-3) are OFF and the switches SW2, SW4, SW5, SW (3M-4) are ON, the capacitors C1 to CM are connected to the output terminal OUT1 and the ground. Are connected in parallel. At this time, charges are discharged from the capacitors C1 to CM, and a
そして、第３実施形態では、閾値電圧を（Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×Ｍ＋１［Ｖ］）に設定し、入力電圧Ｖｉｎの大きさに応じて、以下のようにスイッチング動作部６０の動作モードを切り替える。以下の式（７）が成り立つ場合は、１：１モードで動作させる。
Ｖｉｎ＜Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×Ｍ＋１［Ｖ］ …（７）
以下の式（８）が成り立つ場合は、Ｍ：１モードで動作させる。
Ｖｏｖｅｒ＞Ｖｉｎ≧Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×Ｍ＋１［Ｖ］ …（８）
In the third embodiment, the threshold voltage is set to (Vout_min × M + 1 [V]), and the operation mode of the switching
Vin <Vout_min × M + 1 [V] (7)
When the following equation (8) holds, the operation is performed in the M: 1 mode.
Vover> Vin ≧ Vout_min × M + 1 [V] (8)
図１７に示すように、Ｍ：１モードは１：１モード動作時よりも電力効率が良い。このため式（７）が成立する条件下では１：１モードで動作させ、式（８）が成立する条件下ではＭ：１モードで動作させて電力効率を高める。 As shown in FIG. 17, the M: 1 mode is more power efficient than the 1: 1 mode operation. Therefore, the power efficiency is increased by operating in the 1: 1 mode under the condition where the formula (7) is satisfied, and operating in the M: 1 mode under the condition where the formula (8) is satisfied.
そして、式（９）が成り立つ状態を過充電状態では、
Ｖｉｎ≧Ｖｏｖｅｒ …（９）
第１，第２実施形態と同様に電池監視部２０よりスイッチング動作部６０に指示信号が送られ、スイッチング動作部６０は１：１モードで動作する。図１８に示すように、電池２の充電電圧が過充電閾値Ｖｏｖｅｒを超えた場合は、電力効率の悪い１：１モードへの動作に切り替えて、電池２の電力を消費して過充電を防止する。
And, in the overcharged state, the state where equation (9) holds is:
Vin ≧ Vover (9)
As in the first and second embodiments, an instruction signal is sent from the
以上のように第３実施形態によれば、スイッチング動作部６０を、Ｍ個のコンデンサＣ１〜ＣＭと（３Ｍ−２）個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ（３Ｍ−２）とを備えて構成し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ（３Ｍ−２）を切り替えることで、動作モードを１：１モードとＭ：１モードとに切替える。そして、電池２が過充電状態になると、１：１モードへの動作に切り替えて電力効率を低下させ、電池２の電力を消費して過充電を防止する。これにより、第１，第２実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, according to the third embodiment, the switching
（その他の実施形態）
例えば第１実施形態において、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をクロック信号ＣＬＫの立上り及び立下りに同期して一定時間だけＯＦＦ状態に切換える動作は、必要に応じて行えば良い。
閾値電圧を、（Ｖｏｕｔ＿ｍｉｎ×Ｍ＋１［Ｖ］）以外に設定しても良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
For example, in the first embodiment, the operation of switching the switches SW1 and SW2 to the OFF state for a predetermined time in synchronization with the rise and fall of the clock signal CLK may be performed as necessary.
The threshold voltage may be set to other than (Vout_min × M + 1 [V]).
Although the present disclosure has been described with reference to the embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiments and structures. The present disclosure includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more or less, are within the scope and spirit of the present disclosure.
図面中、１は電池監視装置、２は電池、３は電池監視ＩＣ、４は電源ＩＣ、５はマイコン、７は電池監視装置群、１０は制御ロジック部、２０は電池監視部、３０はスイッチング動作部、４０はＬＤＯ、ＳＷ１〜ＳＷ４はスイッチを示す。 In the drawings, 1 is a battery monitoring device, 2 is a battery, 3 is a battery monitoring IC, 4 is a power supply IC, 5 is a microcomputer, 7 is a battery monitoring device group, 10 is a control logic unit, 20 is a battery monitoring unit, and 30 is switching. An operation unit, 40 is an LDO, and SW1 to SW4 are switches.
Claims (4)
前記各電池セルの電圧を均等化する電池監視ＩＣ（３）と、
前記組電池から電力を受け取り前記電池監視ＩＣに動作電力を供給する電源ＩＣ（４）とを備え、
前記電源ＩＣは、
前記組電池の端子電圧を監視する端子電圧監視部（２０）と、
前記電池監視ＩＣに動作電力を供給する際の電力効率を調整する機能を備える効率調整部（３０）とを有し、
前記組電池の端子電圧が過電圧閾値を超えると、前記効率調整部によって電力効率を低下させる組電池監視装置。 A battery pack (2) configured by connecting a plurality of battery cells in series is to be monitored.
A battery monitoring IC (3) for equalizing the voltage of each battery cell;
A power supply IC (4) for receiving power from the assembled battery and supplying operating power to the battery monitoring IC;
The power supply IC is
A terminal voltage monitoring unit (20) for monitoring the terminal voltage of the assembled battery;
An efficiency adjustment unit (30) having a function of adjusting the power efficiency when supplying operating power to the battery monitoring IC;
An assembled battery monitoring device that reduces power efficiency by the efficiency adjusting unit when a terminal voltage of the assembled battery exceeds an overvoltage threshold.
前記組電池の端子電圧が所定の閾値以下であれば、前記組電池の両端に対して前記複数のコンデンサを並列に接続した状態を維持して前記電池監視ＩＣに動作電力を供給する第１モードを実行し、
前記組電池の端子電圧が前記閾値を超えると、前記組電池の両端に対して前記複数のコンデンサを直列に接続して充電させる充電期間と、前記複数のコンデンサを並列に接続して放電させる放電期間とを交互に繰り返して前記電池監視ＩＣに動作電力を供給して電力効率を向上させる第２モードを実行し、
前記組電池の端子電圧が前記閾値よりも高く設定される過電圧閾値を超えると、前記第１モードを実行するように切替える請求項１記載の組電池監視装置。 The efficiency adjusting unit includes a plurality of capacitors (C) and a plurality of switches (SW), and the plurality of capacitors are connected in series to both ends of the assembled battery by switching on and off the plurality of switches. A switched capacitor circuit configured to be able to switch between a connected state and a connected state in parallel,
If the terminal voltage of the assembled battery is equal to or lower than a predetermined threshold value, a first mode for supplying operating power to the battery monitoring IC while maintaining a state in which the plurality of capacitors are connected in parallel to both ends of the assembled battery Run
When the terminal voltage of the assembled battery exceeds the threshold value, a charging period in which the plurality of capacitors are connected in series with respect to both ends of the assembled battery and charging, and a discharge in which the plurality of capacitors are connected in parallel are discharged. Executing a second mode in which the operation power is supplied to the battery monitoring IC by alternately repeating the period to improve the power efficiency,
The assembled battery monitoring apparatus according to claim 1, wherein when the terminal voltage of the assembled battery exceeds an overvoltage threshold set higher than the threshold, switching is performed to execute the first mode.
前記組電池の正極と負極との間に接続される、前記スイッチ及び前記コンデンサからなるＭ（Ｍ≧２）組の直列回路と、
前記Ｍ組の直列回路の各共通接続点間に接続される（Ｍ−１）個のスイッチと、
各コンデンサの低電位型端子間に接続される（Ｍ−１）個のスイッチとを備える請求項２記載の組電池監視装置。 The switched capacitor circuit is:
A series circuit of M (M ≧ 2) sets including the switch and the capacitor connected between a positive electrode and a negative electrode of the assembled battery;
(M-1) switches connected between the common connection points of the M sets of series circuits;
The assembled battery monitoring device according to claim 2, further comprising (M−1) switches connected between low potential terminals of each capacitor.
前記効率調整部は、前記第１モードを実行する際に、一端が前記組電池の正極に接続されるスイッチについて、前記クロック信号に同期して所定のオフ期間を設ける請求項２又は３記載の組電池監視装置。 The switched capacitor circuit is configured to switch on and off the plurality of switches in synchronization with a clock signal;
The said efficiency adjustment part provides the predetermined | prescribed OFF period synchronizing with the said clock signal about the switch in which one end is connected to the positive electrode of the said assembled battery when performing the said 1st mode. Battery pack monitoring device.
Priority Applications (1)
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| JP2018106880A JP2019213333A (en) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | Battery pack monitoring device |
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Publications (1)
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