JP3835114B2 - 組電池制御用回路及びバッテリパック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池制御用回路及びバッテリパックに係り、特に、第１電源部とこの第１電源部より高い電圧の第２電源部との２系統の電源で作動し、組電池を構成する各単電池の単電池電圧を検出して各単電池の容量を均一に調整する組電池制御用回路であって、フォトカプラを用いて外部に信号伝送を行う組電池制御回路及び該組電池制御回路を備えたバッテリパックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単電池としてのリチウムイオン２次電池（以下、セルという。）が直列に複数個接続された組電池を制御する組電池制御用回路は、各セルのセル電圧を検出する電圧検出部、各セルの容量がほぼ一定となるように制御するバイパス制御部、種々の演算処理を実行するマイコン及び組電池の外部との通信を行うための通信部等によって構成されている。
【０００３】
図３にこのような組電池制御用回路の一例を示す。電圧検出部１はセルＢ１〜Ｂ８の各セル電圧をセルＢ８の−端子をグランド（ＧＮＤ）として変換するもので、具体的には差動増幅器が用いられる。この電圧検出部１の出力は、セルＢ１〜Ｂ８の各セルの電圧値と予め設定された電圧値とを比較してセルＢ１〜Ｂ８の過充電・過放電（過電圧）を検出する電圧比較部２の入力となる。セルＢ１〜Ｂ８が過電圧の場合には、フォトカプラ３を通じて外部へ過電圧信号を出力する。また、マイコン４は内蔵されたＡＤコンバータを介して各セルＢ１〜Ｂ８のセル電圧を取り込み（検出し）、各セルＢ１〜Ｂ８のセル電圧がほぼ均一となるように抵抗を通じて放電させる。この機能を行うのがバイパス制御部５である。さらにマイコン４は、例えば自動車の制御部等の外部とフォトカプラ６、７を通じて通信を行う。
【０００４】
図３に示した組電池制御用回路では、電源として、マイコン４、フォトカプラ３、６、７等を作動させる第１電源部１１とこの第１電源部１１よりも少し電圧が高い第２電源部１２とが必要となる。この組電池制御用回路で第２電源部１２の電圧が第１電源部１１の電圧より高いのは、各セルＢ１〜Ｂ８のセル電圧の検出に差動増幅器が用いられているためである。
【０００５】
また、外部との通信信号生成にフォトカプラを使用する組電池制御用回路では、確実な信号伝送が行われるようにフォトカプラに所定の通電電流を流している。特に、スパークノイズが発生する自動車用システムでは、信号伝送の確実性を担保するために、フォトカプラにある程度の電流を通電する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した組電池制御用回路では過電圧信号を出力するためのフォトカプラ３と通信データを出力するためのフォトカプラ７の通電電流が１１ｍＡと全体の消費電流の２１％を占めており、フォトカプラの消費電流が大きいことが組電池制御用回路全体の消費電流を大きくする要因となっていた。
【０００７】
ここで、図４を参照して組電池制御用回路に流れる電流について検討すると、組電池制御用回路の消費電流Ｉは、第１電源部１１の負荷となる第１電源部系負荷１４に流れる第１電源部供給電流Ｉ１と第２電源部１２の負荷となる第２電源部系負荷１５に流れる第２電源部供給電流Ｉ２との和で表される。つまり、下記式（１）に示すように、消費電流Ｉは、第１電源系負荷電流Ｉ３、第２電源系負荷電流Ｉ４及びフォトカプラ１３に通電されるフォトカプラ通電電流Ｉ５の和で表される。
【０００８】
【数１】
【０００９】
一方、組電池制御用回路の消費電流を低減させるには、マイコン４や電圧検出部１の演算増幅器等の半導体素子を低消費電力素子に変更する方法もあるが、組電池制御用回路のコストが高くなる、という問題がある。
【００１０】
本発明は上記事案に鑑み、低コストで消費電流の小さい組電池制御用回路及び該組電池制御用回路を備えたバッテリパックを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、第１電源部とこの第１電源部より高い電圧の第２電源部との２系統の電源で作動し、組電池を構成する各単電池の単電池電圧を検出して前記各単電池の容量を均一に調整する組電池制御用回路であって、フォトカプラを用いて外部に信号伝送を行う組電池制御用回路において、前記フォトカプラは前記第１電源部及び第２電源部に接続され、該フォトカプラの通電電流は前記第２電源部から供給され前記第１電源部の供給電流の一部となることを特徴とする。
【００１２】
図１に示すように、本発明では、フォトカプラ１３を第１電源部１１とこの第１電源部１１より高い電圧の第２電源部１２とに接続し、第２電源部１２から供給される電流でフォトカプラ１３を作動させる。第２電源部１２が組電池制御用回路に供給する電流は、第２電源部系負荷１５を流れる第２電源部系負荷電流Ｉ４と、フォトカプラ１３に通電されるフォトカプラ通電電流Ｉ５である。第１電源部１１が組電池制御用回路に供給する電流は、第１電源部系負荷１４を流れる第１電源部系負荷電流Ｉ３であるが、フォトカプラ通電電流Ｉ５が第１電源部系負荷電流Ｉ３の一部となるので、換言すれば、フォトカプラ通電電流Ｉ５が第１電源部１１の供給電流の一部となるので、実際には第１電源部系負荷電流Ｉ３からフォトカプラ通電電流Ｉ５を引いた値となる。その結果、次式（２）に示すように、組電池制御用回路の消費電流Ｉは、第２電源部１２と第１電源部１１の供給電流の和、つまり第１電源部系負荷電流Ｉ３と第２電源部系負荷電流Ｉ４との和となる。
【００１３】
【数２】
【００１４】
本発明によれば、式（２）に示すように、組電池制御用回路の消費電流Ｉは第１電源部系負荷電流Ｉ３と第２電源部系負荷電流Ｉ４の和となり、低消費電力素子を使用しなくても消費電流Ｉが従来の組電池制御用回路の消費電流より低減されるので、低コストかつ消費電流の小さい組電池制御用回路とすることができる。
【００１５】
この場合において、フォトカプラ１３による電圧降下が第２電源部１２の電圧と第１電源部１１の電圧との電圧差となるようにすれば、第１電源部系負荷１４に第１電源部１１と同電圧を供給することができる。また、バッテリパックを、リチウムイオン２次電池を複数個直列に接続した組電池と前記組電池用制御回路とを備えて構成すれば、低コストかつ省エネルギータイプのバッテリパックとすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されるバッテリパックの実施の形態について説明する。なお、本実施形態は、図３に示した従来例の組電池制御回路において、通信出力部９に接続されるフォトカプラ７に本発明を適用したものである。
【００１７】
図２に示すように、本実施形態のバッテリパックは、フォトカプラ７の発光素子（発光ダイオード）アノード側に抵抗Ｒ２を介して、第１電源部系負荷１４に５Ｖの電圧を供給する第１電源部１１と、第２電源部系負荷１５に１２Ｖの電圧を供給する第２電源部１２と、が接続されている。フォトカプラ７の発光素子カソード側にはトランジスタＴｒのコレクタが接続されている。トランジスタＴｒのベースは抵抗Ｒ１を介してマイコン４に接続されており、エミッタはコンデンサＣを介して第１電源部系負荷１４に接続されている。なお、図２において図示を省略した第１電源部系負荷１４及び第２電源部系負荷１５の他端は共通のグランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【００１８】
本実施形態では、マイコン４からハイレベル信号が出力されると、トランジスタＴｒのベース・エミッタ間に微弱電流が流れ、コレクタ・エミッタ間にフォトカプラ７を作動させる作動電流（１１ｍＡ）が第２電源部１２から通電される。一方、マイコン４からローレベル信号が出力されるときには、トランジスタＴｒのコレクタ・エミッタ間にはフォトカプラ７を作動させる（発光素子を発光させる）作動電流が通電されない。このため、フォトカプラ７では、マイコン４のハイレベル信号、ローレベル信号の出力に応じて発光素子側が発光・消灯し、受光素子側で信号が生成され、信号出力部９から組電池制御用回路の外部となる自動車の制御部に通信信号が出力される。
【００１９】
フォトカプラ７通電時のフォトカプラ７、抵抗Ｒ２及びトランジスタＴｒによる電圧降下は第２電源部１２と第１電源部１１との電圧差に相当する７Ｖであり、グランドを基準として第１電源部１１の電圧と同電圧の５Ｖまで落とされる。フォトカプラ７の通電電流（１１ｍＡ）は、トランジスタＴｒのエミッタから第１電源部系負荷１４に供給される。従って、フォトカプラ７の通電電流は第２電源部１２から供給され第１電源部１１の供給電流の一部となるように供給される。
【００２０】
この結果、従来の組電池制御用回路では全体の消費電流が５２ｍＡであったのに対して、フォトカプラ７を１２Ｖの第２電源部１２で作動させた本実施形態の組電池制御用回路の全体の消費電流は４１ｍＡとなり、従来の組電池制御用回路の消費電流を２１％低減することができた。このように、本実施形態のバッテリパックは低消費電力素子を使用しなくても消費電流を低減することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組電池制御用回路の消費電流は第１電源部系負荷電流と第２電源部系負荷電流の和となり、低消費電力素子を使用しなくても消費電流が従来の組電池制御用回路の消費電流より低減されるので、低コストかつ消費電流の小さい組電池制御用回路とすることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池制御用回路の消費電流を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した実施形態のバッテリパックの部分ブロック回路図である。
【図３】従来の組電池制御用回路のブロック回路図である。
【図４】従来の組電池制御用回路の消費電流を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 電圧検出部
２ 電圧比較部
３、６、７、１３ フォトカプラ
４ マイコン
５ バイパス制御部
８ 通信入力部
９ 通信出力部
１１ 第１電源部
１２ 第２電源部
１４ 第１電源部系負荷
１５ 第２電源部系負荷
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｔｒ トランジスタ
Ｃ コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池制御用回路及びバッテリパックに係り、特に、第１電源部とこの第１電源部より高い電圧の第２電源部との２系統の電源で作動し、組電池を構成する各単電池の単電池電圧を検出して各単電池の容量を均一に調整する組電池制御用回路であって、フォトカプラを用いて外部に信号伝送を行う組電池制御回路及び該組電池制御回路を備えたバッテリパックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単電池としてのリチウムイオン２次電池（以下、セルという。）が直列に複数個接続された組電池を制御する組電池制御用回路は、各セルのセル電圧を検出する電圧検出部、各セルの容量がほぼ一定となるように制御するバイパス制御部、種々の演算処理を実行するマイコン及び組電池の外部との通信を行うための通信部等によって構成されている。
【０００３】
図３にこのような組電池制御用回路の一例を示す。電圧検出部１はセルＢ１〜Ｂ８の各セル電圧をセルＢ８の−端子をグランド（ＧＮＤ）として変換するもので、具体的には差動増幅器が用いられる。この電圧検出部１の出力は、セルＢ１〜Ｂ８の各セルの電圧値と予め設定された電圧値とを比較してセルＢ１〜Ｂ８の過充電・過放電（過電圧）を検出する電圧比較部２の入力となる。セルＢ１〜Ｂ８が過電圧の場合には、フォトカプラ３を通じて外部へ過電圧信号を出力する。また、マイコン４は内蔵されたＡＤコンバータを介して各セルＢ１〜Ｂ８のセル電圧を取り込み（検出し）、各セルＢ１〜Ｂ８のセル電圧がほぼ均一となるように抵抗を通じて放電させる。この機能を行うのがバイパス制御部５である。さらにマイコン４は、例えば自動車の制御部等の外部とフォトカプラ６、７を通じて通信を行う。
【０００４】
図３に示した組電池制御用回路では、電源として、マイコン４、フォトカプラ３、６、７等を作動させる第１電源部１１とこの第１電源部１１よりも少し電圧が高い第２電源部１２とが必要となる。この組電池制御用回路で第２電源部１２の電圧が第１電源部１１の電圧より高いのは、各セルＢ１〜Ｂ８のセル電圧の検出に差動増幅器が用いられているためである。
【０００５】
また、外部との通信信号生成にフォトカプラを使用する組電池制御用回路では、確実な信号伝送が行われるようにフォトカプラに所定の通電電流を流している。特に、スパークノイズが発生する自動車用システムでは、信号伝送の確実性を担保するために、フォトカプラにある程度の電流を通電する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した組電池制御用回路では過電圧信号を出力するためのフォトカプラ３と通信データを出力するためのフォトカプラ７の通電電流が１１ｍＡと全体の消費電流の２１％を占めており、フォトカプラの消費電流が大きいことが組電池制御用回路全体の消費電流を大きくする要因となっていた。
【０００７】
ここで、図４を参照して組電池制御用回路に流れる電流について検討すると、組電池制御用回路の消費電流Ｉは、第１電源部１１の負荷となる第１電源部系負荷１４に流れる第１電源部供給電流Ｉ１と第２電源部１２の負荷となる第２電源部系負荷１５に流れる第２電源部供給電流Ｉ２との和で表される。つまり、下記式（１）に示すように、消費電流Ｉは、第１電源系負荷電流Ｉ３、第２電源系負荷電流Ｉ４及びフォトカプラ１３に通電されるフォトカプラ通電電流Ｉ５の和で表される。
【０００８】
【数１】
一方、組電池制御用回路の消費電流を低減させるには、マイコン４や電圧検出部１の演算増幅器等の半導体素子を低消費電力素子に変更する方法もあるが、組電池制御用回路のコストが高くなる、という問題がある。
【００１０】
本発明は上記事案に鑑み、低コストで消費電流の小さい組電池制御用回路及び該組電池制御用回路を備えたバッテリパックを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、第１電源部とこの第１電源部より高い電圧の第２電源部との２系統の電源で作動し、組電池を構成する各単電池の単電池電圧を検出して前記各単電池の容量を均一に調整する組電池制御用回路であって、フォトカプラを用いて外部に信号伝送を行う組電池制御用回路において、前記フォトカプラは前記第１電源部及び第２電源部に接続され、該フォトカプラの通電電流は前記第２電源部から供給され前記第１電源部の供給電流の一部となることを特徴とする。
【００１２】
図１に示すように、本発明では、フォトカプラ１３を第１電源部１１とこの第１電源部１１より高い電圧の第２電源部１２とに接続し、第２電源部１２から供給される電流でフォトカプラ１３を作動させる。第２電源部１２が組電池制御用回路に供給する電流は、第２電源部系負荷１５を流れる第２電源部系負荷電流Ｉ４と、フォトカプラ１３に通電されるフォトカプラ通電電流Ｉ５である。第１電源部１１が組電池制御用回路に供給する電流は、第１電源部系負荷１４を流れる第１電源部系負荷電流Ｉ３であるが、フォトカプラ通電電流Ｉ５が第１電源部系負荷電流Ｉ３の一部となるので、換言すれば、フォトカプラ通電電流Ｉ５が第１電源部１１の供給電流の一部となるので、実際には第１電源部系負荷電流Ｉ３からフォトカプラ通電電流Ｉ５を引いた値となる。その結果、次式（２）に示すように、組電池制御用回路の消費電流Ｉは、第２電源部１２と第１電源部１１の供給電流の和、つまり第１電源部系負荷電流Ｉ３と第２電源部系負荷電流Ｉ４との和となる。
【００１３】
【数２】
本発明によれば、式（２）に示すように、組電池制御用回路の消費電流Ｉは第１電源部系負荷電流Ｉ３と第２電源部系負荷電流Ｉ４の和となり、低消費電力素子を使用しなくても消費電流Ｉが従来の組電池制御用回路の消費電流より低減されるので、低コストかつ消費電流の小さい組電池制御用回路とすることができる。
【００１５】
この場合において、フォトカプラ１３による電圧降下が第２電源部１２の電圧と第１電源部１１の電圧との電圧差となるようにすれば、第１電源部系負荷１４に第１電源部１１と同電圧を供給することができる。また、バッテリパックを、リチウムイオン２次電池を複数個直列に接続した組電池と前記組電池用制御回路とを備えて構成すれば、低コストかつ省エネルギータイプのバッテリパックとすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されるバッテリパックの実施の形態について説明する。なお、本実施形態は、図３に示した従来例の組電池制御回路において、通信出力部９に接続されるフォトカプラ７に本発明を適用したものである。
【００１７】
図２に示すように、本実施形態のバッテリパックは、フォトカプラ７の発光素子（発光ダイオード）アノード側に抵抗Ｒ２を介して、第１電源部系負荷１４に５Ｖの電圧を供給する第１電源部１１と、第２電源部系負荷１５に１２Ｖの電圧を供給する第２電源部１２と、が接続されている。フォトカプラ７の発光素子カソード側にはトランジスタＴｒのコレクタが接続されている。トランジスタＴｒのベースは抵抗Ｒ１を介してマイコン４に接続されており、エミッタはコンデンサＣを介して第１電源部系負荷１４に接続されている。なお、図２において図示を省略した第１電源部系負荷１４及び第２電源部系負荷１５の他端は共通のグランド（ＧＮＤ）に接続されている。
【００１８】
本実施形態では、マイコン４からハイレベル信号が出力されると、トランジスタＴｒのベース・エミッタ間に微弱電流が流れ、コレクタ・エミッタ間にフォトカプラ７を作動させる作動電流（１１ｍＡ）が第２電源部１２から通電される。一方、マイコン４からローレベル信号が出力されるときには、トランジスタＴｒのコレクタ・エミッタ間にはフォトカプラ７を作動させる（発光素子を発光させる）作動電流が通電されない。このため、フォトカプラ７では、マイコン４のハイレベル信号、ローレベル信号の出力に応じて発光素子側が発光・消灯し、受光素子側で信号が生成され、信号出力部９から組電池制御用回路の外部となる自動車の制御部に通信信号が出力される。
【００１９】
フォトカプラ７通電時のフォトカプラ７、抵抗Ｒ２及びトランジスタＴｒによる電圧降下は第２電源部１２と第１電源部１１との電圧差に相当する７Ｖであり、グランドを基準として第１電源部１１の電圧と同電圧の５Ｖまで落とされる。フォトカプラ７の通電電流（１１ｍＡ）は、トランジスタＴｒのエミッタから第１電源部系負荷１４に供給される。従って、フォトカプラ７の通電電流は第２電源部１２から供給され第１電源部１１の供給電流の一部となるように供給される。
【００２０】
この結果、従来の組電池制御用回路では全体の消費電流が５２ｍＡであったのに対して、フォトカプラ７を１２Ｖの第２電源部１２で作動させた本実施形態の組電池制御用回路の全体の消費電流は４１ｍＡとなり、従来の組電池制御用回路の消費電流を２１％低減することができた。このように、本実施形態のバッテリパックは低消費電力素子を使用しなくても消費電流を低減することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組電池制御用回路の消費電流は第１電源部系負荷電流と第２電源部系負荷電流の和となり、低消費電力素子を使用しなくても消費電流が従来の組電池制御用回路の消費電流より低減されるので、低コストかつ消費電流の小さい組電池制御用回路とすることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組電池制御用回路の消費電流を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した実施形態のバッテリパックの部分ブロック回路図である。
【図３】従来の組電池制御用回路のブロック回路図である。
【図４】従来の組電池制御用回路の消費電流を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 電圧検出部
２ 電圧比較部
３、６、７、１３ フォトカプラ
４ マイコン
５ バイパス制御部
８ 通信入力部
９ 通信出力部
１１ 第１電源部
１２ 第２電源部
１４ 第１電源部系負荷
１５ 第２電源部系負荷
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｔｒ トランジスタ
Ｃ コンデンサ
Claims (3)
- 第１電源部とこの第１電源部より高い電圧の第２電源部との２系統の電源で作動し、組電池を構成する各単電池の単電池電圧を検出して前記各単電池の容量を均一に調整する組電池制御用回路であって、フォトカプラを用いて外部に信号伝送を行う組電池制御用回路において、前記フォトカプラは前記第１電源部及び第２電源部に接続され、該フォトカプラの通電電流は前記第２電源部から供給され前記第１電源部の供給電流の一部となることを特徴とする組電池制御用回路。
- 前記フォトカプラ作動時の該フォトカプラによる電圧降下が前記第２電源部の電圧と前記第１電源部の電圧との電圧差となることを特徴とする請求項１に記載の組電池制御用回路。
- リチウムイオン２次電池を複数個直列に接続した組電池と請求項１又は請求項２に記載の組電池制御用回路とを備えたことを特徴とするバッテリパック。
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|---|---|---|---|
| JP2000127050A JP3835114B2 (ja) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | 組電池制御用回路及びバッテリパック |
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|---|---|---|---|
| JP2000127050A JP3835114B2 (ja) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | 組電池制御用回路及びバッテリパック |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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- 2000-04-27 JP JP2000127050A patent/JP3835114B2/ja not_active Expired - Fee Related
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