JP6449585B2 - 電池監視システム - Google Patents
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Description
<1−1.充放電システムの概要>
図1は、充放電システムSTの概要を示す図である。充放電システムSTは、ハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)、および、燃料電池自動車(FCV:Fuel Cell Vehicle)等の車両の駆動用電源として用いられる。充放電システムSTは、組電池1と、モニタIC12等を備えた複数のサテライト基板2と、監視装置21と、車両制御装置31と、モータ41と、電圧変換器51と、リレー61とを含むシステムである。
このため、充放電システムSTでは、セルを電池の最小単位とし、組電池1は複数のブロック1aにより構成され、ブロック1aは複数のグループにより構成され、グループは複数のセルにより構成される。
図2は、電池監視システムWSの構成を説明するブロック図である。電池監視システムWSは、サテライト基板2と監視装置21とを含むシステムである。なお、電池監視システムWSは複数のサテライト基板2を備えるが、説明を簡略化するために、図2では1つのサテライト基板2とそれに属する1つのブロック1aのセル(16セル)を例に説明する。
図3では横軸は時間を示し、電圧を計測する機器とその機器が計測の対象とするセル等が時間軸上に示されている。第1グループ10のセル10a〜10hの個別電圧は、図3上段に示すようにAD変換部102aにより計測され、ブロック1aのブロック電圧は、AD変換器15aにより計測される。また第2グループ11のセル11a〜11hの個別電圧は、図3下段に示すようにAD変換部102bにより計測される。ここで、AD変換部102bは、第2グループ11のセルの個別電圧を所定の順序で計測する。具体的にはAD変換部102は、時間t1〜t2までセル11a〜セル11dの4つのセルの電圧を計測し、時間t2〜t3までセル11eの電圧を計測した後、時間t4までセル11hの電圧を計測する。
次に、電池監視システムWSの監視装置21の機能について説明する。監視装置21は図2に示すように、計測要求部201、取得要求部202、および、判定部203を主に備えている。監視装置21のこれらの機能について図4に示す電池監視システムWSの処理フローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートでは監視装置21の処理を示すと共に、監視装置21と通信する第1モニタIC12a、および、第2モニタIC12bの処理を示す。なおこの図4に示す処理は、所定周期で繰り返し行われる。
以上のように第1の実施の形態の電池監視システムWSでは、比較的高い電圧となるセルの電圧を計測する機器と、比較的高い電圧に関する信号を送信する機器とは、同一基板上に設けられる。セルの電圧を計測する機器は、モニタIC12のAD変換部102およびAD変換器15であり、セルの電圧に関する信号を送信する機器は、パルストランス16である。これに対して監視装置21は、パルストランス16を介してセルの電圧に関する信号を受信するため、監視装置21への比較的高い電圧の進入が遮断される。その結果、監視装置21は、サテライト基板2以外の位置に配置可能となる。具体的には、監視装置21は、組電池1とサテライト基板2とを含む比較的電圧が高い電池パックの外側(例えば、車室内の座席の下部等)に設けることが可能となり、監視装置21が電池パック内に設けられる場合と比べて配置の制限が解消する。また、監視装置21に対して絶縁回路等を設ける必要がなくなり、部品点数の増加を抑制でき、コストの大幅な上昇を回避できる。また、絶縁回路等が不要となるため、回路規模の大型化を防止できる。
次に、第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態ではAD変換器15aが計測したブロック電圧は、第1モニタIC12aに出力され、メモリ13aに記憶されると説明した。これに対して第2の実施の形態では、ブロック電圧は第2モニタIC12bにも出力され、第2モニタIC12bと電気的に接続されているメモリ13bに記憶される。
図5は、第2の実施の形態の電池監視システムWSの構成を示す図である。図5の電池監視システムWSにおいて、AD変換器15aが計測したブロック電圧は、第1モニタIC12aおよび第2モニタIC12bのそれぞれに出力される。第1モニタIC12aはブロック電圧の電圧値をメモリ13aに記憶し、第2モニタIC12bはブロック電圧の電圧値をメモリ13bに記憶する。
次に、第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態は、第2の実施の形態のサテライト基板2に設けられた分圧抵抗14aおよび14bに替えて、スイッチ17(17a〜17d)と、コンデンサ18aとを設けた構成である。
図6は、第3の実施の形態の電池監視システムの構成を説明するブロック図である。図6のサテライト基板2にはコンデンサ18aが設けられている。AD変換器15aがブロック電圧を計測する場合、このコンデンサ18aに溜まった電荷がAD変換器15aに出力され、ブロック電圧が計測される。具体的には、第1モニタIC12aは、監視装置21の計測要求部201の電圧計測要求に基づき、ブロック1aのブロック電圧を計測するタイミングで、スイッチ17aおよび17bをオンに切り替える。スイッチ17aおよび17bがオンに切り替わることで、ブロック1aに含まれる全てのセルの電荷、すなわちブロックの電荷がコンデンサ18aに流れ込む。次に、第1モニタIC12aはスイッチ17aおよび17bをオフに切り替えた後、スイッチ17cおよび17dをオンに切り替える。その結果、コンデンサ18aに溜まったブロックの電荷がAD変換器15aに出力され、ブロック電圧が計測される。このように、スイッチ17とコンデンサ18aとを設けることで、電池監視システムWSは、ブロック電圧を計測するタイミングでより正確なブロック電圧を計測できる。
次に、第4の実施の形態について説明する。この第4の実施の形態は、サテライト基板2にブロック電圧を計測するAD変換器15aを設けることなく、第1モニタIC12aのAD変換部102a、および、第2モニタIC12bのAD変換部102bにより、ブロック電圧を計測する構成である。
図7は、第4の実施の形態の電池監視システムWSの構成を説明するブロック図である。図7の電池監視システムWSでは、サテライト基板2の第1モニタIC12aと、第1グループ10のセル10hのプラス側の端子との接続ライン間に、スイッチW1が設けられている。このスイッチW1は端子T1aおよびT1bを有しており、スイッチW1が端子T1a側に接続されている場合は、AD変換部102aがセル10hの個別電圧を計測する。また、スイッチW1が端子T1b側に接続されている場合は、AD変換部102aがブロック1aのブロック電圧を計測する。なお、図7に示すスイッチW1は端子T1b側に接続されており、このスイッチW1の制御は、第1モニタIC12aが監視装置21の計測要求部201からの電圧計測要求に基づき行う。
図8では、AD変換部102aおよびAD変換部102bは、時間t1〜t2まで一部のセルの個別電圧を計測する。具体的には、AD変換部102aはセル10a〜10dの電圧を計測し、AD変換部102bはセル11a〜11dの電圧を計測する。
次に、第5の実施の形態について説明する。第5の実施の形態では、サテライト基板2にAD変換器15を2つ設け、これらのAD変換器15によりブロック1aのブロック電圧ではなく、第1グループ10および第2グループ11のグループごとの電圧を計測する。各グループの電圧は、異なるグループの個別電圧を計測するAD変換部102の有するモニタIC12に出力される。
第5の実施の形態の電池監視システムWSの構成および処理は、第1の実施の形態とほぼ同様であるが、ブロック電圧ではなくグループの電圧を計測することや、グループの電圧の出力の経路等が異なる。以下、図9および図10を用いて説明する。
図10では、AD変換部102aおよびAD変換部102bは、時間t1〜t2までグループに含まれる一部のセルの個別電圧を計測する。具体的には、AD変換部102aは第1グループ10のセル10a〜10dの電圧を計測し、AD変換部102bは第2グループ11のセル11a〜11dの電圧を計測する。
次に、第6の実施の形態について説明する。この第6の実施の形態は、第5の実施の形態のサテライト基板2に設けられた分圧抵抗14cおよび14dに替えて、スイッチ17(17e〜17h)と、コンデンサ18bとを設けた構成である。また分圧抵抗14eおよび14fに替えて、スイッチ17(17m〜17p)と、コンデンサ18cとを設けた構成である。
図11は、第6の実施の形態の電池監視システムの構成を説明するブロック図である。図11のサテライト基板2にはコンデンサ18bおよびコンデンサ18cが設けられている。AD変換器15bが第1グループ10のグループ電圧を計測する場合、このコンデンサ18bに溜まった電荷がAD変換器15bに出力され、第1グループ電圧が計測される。具体的には第1モニタIC12aは、電圧計測要求に基づき、第1グループ電圧を計測するタイミングで、スイッチ17eおよび17fをオンに切り替える。スイッチ17eおよび17fがオンに切り替わることで、第1グループ10に含まれる全てのセルの電荷がコンデンサ18bに流れ込む。次に、第1モニタIC12aはスイッチ17eおよび17fをオフに切り替えた後、スイッチ17gおよび17hをオンに切り替える。その結果、コンデンサ18bに溜まった第1グループ10の電荷がAD変換器15bに出力され、第1グループ電圧が計測される。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。上記実施の形態及び以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。
2 サテライト基板
21 監視装置
31 車両制御装置
41 モータ
51 電圧変換器
61 リレー
Claims (5)
- 第1グループに含まれる複数のセルのそれぞれの個別電圧を計測する第1個別計測手段と、
第2グループに含まれる複数のセルのそれぞれの個別電圧を計測する第2個別計測手段と、
前記第1グループおよび前記第2グループを含むブロックのブロック電圧を計測するブロック計測手段と、
前記第1グループのセルの個別電圧に関する第1セル電圧信号と、前記第2グループのセルの個別電圧に関する第2セル電圧信号と、前記第1グループおよび前記第2グループのブロック電圧に関するブロック電圧信号とを送信するパルストランスと、
前記第1セル電圧信号と、前記第2セル電圧信号と、前記ブロック電圧信号とを受信して前記セルの電圧の計測状態を判定する監視装置と、
を備え、
前記第1個別計測手段、前記第2個別計測手段、前記ブロック計測手段、および、前記パルストランスは、同一の基板上に設けられ、
前記監視装置は、前記基板上以外の位置に設けられること、
を特徴とする電池監視システム。 - 請求項1に記載の電池監視システムにおいて、
前記第1個別計測手段は、前記第1グループに含まれる前記複数のセルのそれぞれの個別電圧をAD変換し、
前記第2個別計測手段は、前記第2グループに含まれる前記複数のセルのそれぞれの個別電圧をAD変換し、
前記ブロック計測手段は、前記第1個別計測手段および前記第2個別計測手段の少なくともいずれか一方を用いて前記ブロック電圧をAD変換すること、
を特徴とする電池監視システム。 - 請求項1に記載の電池監視システムにおいて、
前記第1個別計測手段は、前記監視装置の電圧計測要求に基づき、前記第1グループに含まれる一部のセルの個別電圧を計測し、前記ブロック計測手段が前記ブロック電圧を計測した後に、前記第1グループに含まれる残りのセルの個別電圧を計測し、
前記第2個別計測手段は、前記監視装置の電圧計測要求に基づき、前記第2グループに含まれる複数のセルの個別電圧を所定の順序で計測すること、
を特徴とする電池監視システム。 - 第1グループに含まれる複数のセルのそれぞれの個別電圧を計測する第1個別計測手段と、
前記第1グループに含まれる複数のセルのグループ電圧を計測する第1グループ計測手段と、
第2グループに含まれる複数のセルのそれぞれの個別電圧を計測する第2個別計測手段と、
前記第2グループに含まれる複数のセルのグループ電圧を計測する第2グループ計測手段と、
前記第1グループのセルの個別電圧に関する第1セル電圧信号と、前記第2グループのセルの個別電圧に関する第2セル電圧信号と、前記第1グループのグループ電圧に関する第1グループ電圧信号と、前記第2グループのグループ電圧に関する第2グループ電圧信号とを送信するパルストランスと、
前記第1セル電圧信号と、前記第2セル電圧信号と、前記第1グループ電圧信号と、前記第2グループ電圧信号とを受信して前記セルの電圧の計測状態を判定する監視装置と、
を備え、
前記第1個別計測手段、前記第1グループ計測手段、前記第2個別計測手段、前記第2グループ計測手段、および、前記パルストランスは、同一の基板上に設けられ、
前記監視装置は、前記基板上以外の位置に設けられ、
前記第1グループ計測手段は、前記第1グループ電圧信号を、前記第2個別計測手段を有する第2計測回路を経由して前記パルストランスへ送信し、
前記第2グループ計測手段は、前記第2グループ電圧信号を、前記第1個別計測手段を有する第1計測回路を経由して前記パルストランスへ送信すること、
を特徴とする電池監視システム。 - 請求項4に記載の電池監視システムにおいて、
前記第1個別計測手段は、前記監視装置の要求に基づき、前記第1グループに含まれる一部のセルの個別電圧を計測し、前記第1グループ計測手段が前記第1グループのグループ電圧を計測した後に、前記第1グループに含まれる残りのセルの個別電圧を計測し、
前記第2個別計測手段は、前記監視装置の要求に基づき、前記第2グループに含まれる一部のセルの個別電圧を計測し、前記第2グループ計測手段が前記第2グループのグループ電圧を計測した後に、前記第2グループに含まれる残りのセルの個別電圧を計測すること、
を特徴とする電池監視システム。
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