JP2019213333A - 組電池監視装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。【解決手段】電池監視IC3は、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。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。【選択図】図1
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
<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。
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。
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。
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。
<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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
<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。
<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。
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。
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)
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)
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
<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。
<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。
(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。
(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。
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)
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)
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
Claims (4)
- 複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池(2)を監視対象とするもので、
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。 - 前記効率調整部は、複数のコンデンサ(C)と複数のスイッチ(SW)とを有し、前記複数のスイッチのオンオフを切り替えることで、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する状態と並列に接続する状態とを切替え可能に構成されるスイッチトキャパシタ回路を備え、
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。 - 前記スイッチトキャパシタ回路は、
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。 - 前記スイッチトキャパシタ回路は、クロック信号に同期して前記複数のスイッチのオンオフを切り替えるように構成され、
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018106880A JP2019213333A (ja) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | 組電池監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018106880A JP2019213333A (ja) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | 組電池監視装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019213333A true JP2019213333A (ja) | 2019-12-12 |
Family
ID=68844172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018106880A Pending JP2019213333A (ja) | 2018-06-04 | 2018-06-04 | 組電池監視装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2019213333A (ja) |
-
2018
- 2018-06-04 JP JP2018106880A patent/JP2019213333A/ja active Pending
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