JP6877912B2 - Battery monitoring system - Google Patents
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Description
本発明は、電圧監視装置および組電池監視システムに関する。 The present invention relates to a voltage monitoring device and an assembled battery monitoring system.
電気自動車やハイブリッド型自動車などの車両は、電動機および電源を有しており、電源に蓄積された電力によって電動機を駆動する。かかる電源として、複数の電池セルが直列接続されて構成される複数の電池ブロックを有する組電池が用いられており、各電池ブロックの電圧を監視する電圧監視装置として、フライングキャパシタを用いた装置が知られている(例えば、特許文献1)。 Vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles have an electric motor and a power source, and the electric power stored in the power source drives the electric vehicle. As such a power source, an assembled battery having a plurality of battery blocks configured by connecting a plurality of battery cells in series is used, and as a voltage monitoring device for monitoring the voltage of each battery block, a device using a flying capacitor is used. It is known (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の電圧監視装置を電池ブロック毎に設ける場合、フライングキャパシタの電圧を検出するためのAD変換器を含むマイクロコンピュータを電池ブロック毎に配置することになり、低コスト化の妨げになる場合がある。 However, when a conventional voltage monitoring device is provided for each battery block, a microcomputer including an AD converter for detecting the voltage of the flying capacitor is arranged for each battery block, which hinders cost reduction. There is.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、例えば、低コスト化を図ることができる電圧監視装置および組電池監視システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide, for example, a voltage monitoring device and an assembled battery monitoring system capable of reducing costs.
実施形態の一態様に係る電圧監視装置は、複数の電池ブロックを有する組電池の前記電池ブロック毎に設けられる電圧監視装置であって、閾値電圧出力部と、コンパレータと、出力部とを備える。前記閾値電圧出力部は、閾値電圧を出力する。前記コンパレータは、前記電池ブロックの電圧に対応する電圧と前記閾値電圧とを比較し、前記電池ブロックの過電圧を検出する。前記出力部は、前記コンパレータによる前記過電圧の検出結果を出力する。 The voltage monitoring device according to one aspect of the embodiment is a voltage monitoring device provided for each battery block of an assembled battery having a plurality of battery blocks, and includes a threshold voltage output unit, a comparator, and an output unit. The threshold voltage output unit outputs a threshold voltage. The comparator compares the voltage corresponding to the voltage of the battery block with the threshold voltage, and detects the overvoltage of the battery block. The output unit outputs the detection result of the overvoltage by the comparator.
実施形態の一態様に係る電圧監視装置および組電池監視システムによれば、例えば、低コスト化を図ることができる。 According to the voltage monitoring device and the assembled battery monitoring system according to one aspect of the embodiment, for example, cost reduction can be achieved.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る電圧監視装置および組電池監視システムを詳細に説明する。なお、かかる実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the voltage monitoring device and the assembled battery monitoring system according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to these embodiments.
[1.車両搭載用システムの構成]
図1は、実施形態に係る組電池監視システムを含む車両搭載用システムの構成例を示す図である。車両搭載用システム100は、例えば、図示しない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)等の車両に搭載される。
[1. Vehicle mounting system configuration]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a vehicle-mounted system including the assembled battery monitoring system according to the embodiment. The
かかる車両搭載用システム100は、組電池1と、組電池監視システム2と、車両制御装置3と、電動機4と、電力変換器5と、リレー6とを備える。
The
組電池1は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などであり、図示しない車体に対して絶縁されている。組電池1は、複数の電池ブロック10が直列に接続されて構成される。各電池ブロック10は、直列に接続された複数の電池セル11を備える。そして、各電池セル11には、内部圧力が上昇した時に、機械的に電流経路を遮断する不図示の電流遮断デバイス(Current Interrupt Device)が設けられている。
The assembled battery 1 is, for example, a lithium ion secondary battery, a nickel hydrogen secondary battery, or the like, and is insulated from a vehicle body (not shown). The assembled battery 1 is configured by connecting a plurality of
組電池監視システム2は、組電池1の充電状態などを監視し、車両制御装置3へ通知する。かかる組電池監視システム2は、複数のサテライト基板21と、電池状態監視部23とを備える。各サテライト基板21は、ブロック監視部22(電圧監視装置の一例)を有しており、電池ブロック10毎に個別に設けられる。なお、複数のサテライト基板21は、例えば、互いに離間した位置に配置される。
The assembled
ブロック監視部22は、電池ブロック10や電池セル11の電圧を検出したり、電池ブロック10の過電圧や電池ブロック10の断線などを検出したりし、これらの検出結果を電池状態監視部23へ通知する。なお、かかるブロック監視部22の構成および動作については後で詳述する。
The
また、電池状態監視部23は、例えば電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)である。かかる電池状態監視部23は、複数のブロック監視部22から取得した情報に基づいて、組電池1の充電状態を判定する。電池状態監視部23は、組電池1の充電状態を車両制御装置3へ通知したり、組電池1の充電状態に基づいて、リレー6をオフにして、組電池1に対する充放電を停止させたりすることができる。
Further, the battery
例えば、電池状態監視部23は、組電池1の電圧が許容値より大きい場合に組電池1またはブロック監視部22に異常があると判定し、リレー6をオフにして、組電池1に対する充放電を停止させることができる。また、電池状態監視部23は、ブロック監視部22によって電池ブロック10の異常が検出された場合、リレー6をオフにして、組電池1に対する充放電を停止させることができる。
For example, the battery
車両制御装置3は、組電池1の充電状態に応じて組電池1に対する充放電を行って車両を制御する。例えば、車両制御装置3は、組電池1に充電された電圧を電力変換器5に直流から交流の電圧に変換させ、変換された電圧を電動機4へ供給して電動機4を駆動させる。これにより、組電池1が放電される。
The
また、車両制御装置3は、電動機4の回生制動によって発電した電圧を電力変換器5に交流から直流の電圧に変換させ、組電池1へ供給する。これにより、組電池1が充電される。このように、車両制御装置3は、組電池監視システム2から取得した組電池1の充電状態に基づいて組電池1の電圧を監視し、監視結果に応じた制御を実行する。
Further, the
[2.ブロック監視部22]
図2は、ブロック監視部22を含むサテライト基板21の構成例を示す図である。図2に示すように、サテライト基板21は、電池ブロック10毎に設けられており、複数のセル接続端子T1と、通信端子T2と、出力端子T3、T5と、入力端子T4と、ブロック監視部22とを備える。
[2. Block monitoring unit 22]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the
ブロック監視部22は、複数のヒューズ30と、電源電圧生成部31と、セルモニタIC(Integrated Circuit)32と、通信部33と、過電圧検出部34と、高電圧検出部35とを備える。
The
電源電圧生成部31は、電池ブロック10の正極と負極との間の電圧Vbr(以下、ブロック電圧Vbrと記載する場合がある)に基づいて、電源電圧Vcを生成する。かかる電源電圧Vc(<Vbr)は、電源電圧生成部31からセルモニタIC32、通信部33、過電圧検出部34および高電圧検出部35へ出力される。セルモニタIC32、通信部33、過電圧検出部34および高電圧検出部35は、電源電圧Vcによって動作する。
The power supply
各電池セル11の正極および負極のそれぞれは異なるセル接続端子T1に接続され、セルモニタIC32(セル電圧検出部の一例)は、複数のヒューズ30を介して各電池セル11の正極および負極のそれぞれと接続される。セル接続端子T1とセルモニタIC32との間に大きな電流が流れた場合、ヒューズ30が溶断し、セルモニタIC32が保護される。
The positive electrode and the negative electrode of each
セルモニタIC32は、電池ブロック10を構成する各電池セル11の電圧(以下、セル電圧Vceと記載する場合がある)やブロック電圧Vbrを検出する。かかるセルモニタIC32は、例えば、電池状態監視部23から電圧検出要求に応じてセル電圧Vceやブロック電圧Vbrを検出し、かかる検出結果を電池状態監視部23へ通知することができる。
The
通信部33は、絶縁性の通信インターフェイスであり、通信端子T2とセルモニタIC32との間に設けられる。かかる通信部33は、電池状態監視部23との間で通信信号S1を送受信する。かかる通信部33によってセルモニタIC32と電池状態監視部23との間の絶縁性を保ちつつ、電池状態監視部23とセルモニタIC32との間で通信を行うことができる。
The
過電圧検出部34は、電池ブロック10の電圧が過電圧になったか否かを判定し、かかる判定結果を示す検出結果信号S2を出力端子T3経由で電池状態監視部23へ出力する。かかる過電圧検出部34は、ブロック電圧Vbrに対応する電圧と閾値電圧Vathとを比較し、かかる比較結果に基づいて電池ブロック10の過電圧を検出する。このように、セルモニタIC32に加え、過電圧検出部34を設けることで、電池ブロック10の電圧の監視をより適切に行うことができる。
The
また、過電圧検出部34は、電池状態監視部23から入力端子T4へ入力される閾値調整要求信号S3に基づいて、閾値電圧Vathを変更することができる。これにより、閾値電圧Vathを電池状態監視部23から調整することができる。なお、かかる過電圧検出部34の構成については後で詳述する。
Further, the
高電圧検出部35は、「CID切れ」や「バスバー外れ」などのような電池ブロック10の断線が発生したか否かを判定し、かかる判定結果を示す検出結果信号S4を出力端子T5経由で電池状態監視部23へ出力することができる。なお、「CID切れ」は、電池セルに設けられた電流遮断デバイス(図示せず)が作動して電池セル11の電流経路が遮断された状態である。また、「バスバー外れ」は、電池セル11間を接続するバスバー(図示せず)が電池セル11間から外れた状態である。
The high
高電圧検出部35は、整流ブリッジ回路を有しており、かかる整流ブリッジ回路の出力電圧に基づいて、電池ブロック10の断線を検出する。そのため、高電圧検出部35は、電池ブロック10の放電時および充電時のいずれの場合においても、電池ブロック10の断線を精度よく検出することができる。
The high
このように、セルモニタIC32に加え、高電圧検出部35を設けることで、電池ブロック10の監視をより適切に行うことができる。また、高電圧検出部35により電池セルの断線を検出することで、フライングキャパシタにより電池セルの断線を検出する場合に比べ、低コスト化を図ることができる。なお、かかる高電圧検出部35の構成については後で詳述する。
As described above, by providing the high
[3.過電圧検出部34の構成例]
図3は、過電圧検出部34の構成例を示す図である。図3に示す過電圧検出部34は、分圧回路41と、閾値電圧出力部42と、コンパレータ43と、出力部44と、入力部45と、閾値電圧調整部46と、電源電圧監視部47とを備える。
[3. Configuration example of overvoltage detection unit 34]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
分圧回路41は、ブロック電圧Vbrに対応する電圧を生成する。具体的には、分圧回路41は、抵抗R1、R2を有しており、ブロック電圧Vbrを分圧した電圧である分圧電圧Va(=R2/(R1+R2))を生成する。なお、ブロック電圧Vbrに比例する電圧をコンパレータ43に出力できる構成であればよく、図2に示す分圧回路41に限定されない。
The
閾値電圧出力部42は、閾値電圧Vathを生成して出力する。かかる閾値電圧Vathは、ブロック電圧Vbrが正常範囲にある場合に、分圧電圧Vaよりも高い電圧である。
The threshold
かかる閾値電圧出力部42は、例えば、分圧回路41と同様の分圧回路を有しており、電源電圧Vcを分圧した電圧を閾値電圧Vathとして生成する。なお、閾値電圧出力部42は、例えば、抵抗とツェナーダイオードの直列回路などによって構成してもよい。
The threshold
コンパレータ43は、分圧電圧Vaと閾値電圧Vathとを比較し、かかる比較結果を示す検出信号Scmpを出力する。具体的には、コンパレータ43は、分圧電圧Vaが閾値電圧Vath以上である場合に、電池ブロック10が過電圧であることを示すHighレベルの検出信号Scmpを出力する。一方、コンパレータ43は、分圧電圧Vaが閾値電圧Vath未満である場合に、電池ブロック10が過電圧でないことを示すLowレベルの検出信号Scmpを出力する。
The
このように、過電圧検出部34は、コンパレータ43により電池ブロック10が過電圧であるか否かを判定することから、フライングキャパシタとマイクロコンピュータとにより過電圧を検出する場合に比べ、過電圧検出部34を低コストで構成することができる。
In this way, since the
出力部44は、絶縁性の出力部であり、出力端子T3とコンパレータ43の出力との間に設けられる。かかる出力部44は、検出信号Scmpに応じた検出結果信号S2を電池状態監視部23へ出力する。かかる出力部44によって過電圧検出部34と電池状態監視部23との間の絶縁性を保ちつつ、検出信号Scmpに応じた検出結果信号S2を電池状態監視部23へ出力することができる。
The
図4は、ブロック電圧Vbrが正常状態から過電圧になった場合の分圧電圧Va、検出信号Scmpおよび検出結果信号S2の変化の一例を示す図である。図4に示すように、電池ブロック10の過充電などによって分圧電圧Vaが閾値電圧Vath以上になった場合(時刻t1)、検出信号ScmpはLowレベルからHighレベルへ変化する。そのため、過電圧を示す検出結果信号S2が出力部44から電池状態監視部23へ出力される。
FIG. 4 is a diagram showing an example of changes in the voltage dividing voltage Va, the detection signal Scmp, and the detection result signal S2 when the block voltage Vbr changes from the normal state to the overvoltage. As shown in FIG. 4, when the voltage dividing voltage Va becomes equal to or higher than the threshold voltage Vath due to overcharging of the
図3に戻って、過電圧検出部34の説明を続ける。過電圧検出部34の入力部45は、絶縁性の入力部であり、入力端子T4と閾値電圧調整部46の出力との間に設けられる。入力部45は、閾値電圧Vathの調整を要求する閾値調整要求信号S3を電池状態監視部23から入力端子T4を介して受信する。
Returning to FIG. 3, the description of the
かかる入力部45は、受信した閾値調整要求信号S3に応じた調整信号Adを閾値電圧調整部46へ出力する。かかる入力部45によって電池状態監視部23と過電圧検出部34との間の絶縁性を保ちつつ、電池状態監視部23と過電圧検出部34との間の通信を行うことができる。
The
閾値電圧調整部46は、入力部45から出力された調整信号Adに基づいて、閾値電圧Vathを調整する。閾値調整要求信号S3および調整信号Adは、例えば、デューティ比を有するパルス信号であるが、閾値電圧Vathが調整できればよく、閾値調整要求信号S3および調整信号Adは、デューティ比を有するパルス信号に限定されない。
The threshold
閾値電圧調整部46は、調整信号Adのデューティ比に基づいて、閾値電圧Vathを調整することができる。この場合、例えば、閾値電圧出力部42には出力端にコンデンサが接続されており、かかるコンデンサの電荷を調整信号Adのデューティ比で放電させることで、コンデンサの電圧を減少させる。これにより、閾値電圧Vathが調整される。
The threshold
電池状態監視部23は、閾値調整要求信号S3を調整することによって、セルモニタIC32や過電圧検出部34が正常に動作しているかどうかの自己診断処理を実行することができ、サテライト基板21の故障などを精度よく検出することができる。
By adjusting the threshold value adjustment request signal S3, the battery
例えば、電池状態監視部23は、セルモニタIC32による検出結果に基づいて、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaよりも少し高い程度の電圧になるように閾値調整要求信号S3を調整することができる。かかる調整により、異常ありを示す検出結果信号S2が出力部44から電池状態監視部23へ出力された場合、電池状態監視部23は、セルモニタIC32または過電圧検出部34に異常があることを検出することができる。
For example, the battery
また、電池状態監視部23は、セルモニタIC32による検出結果に基づいて、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaよりも少し低い程度の電圧になるように閾値調整要求信号S3を調整することができる。かかる調整により、異常ありを示す検出結果信号S2が出力部44から電池状態監視部23へ出力されない場合、電池状態監視部23は、セルモニタIC32または過電圧検出部34に異常があることを検出することができる。
Further, the battery
図5は、電池状態監視部23による自己診断処理が実行された場合の閾値電圧Vath、調整信号Adおよび検出信号Scmpの変化の一例を示す図である。なお、図5においては、調整信号Adの大きさは、ディーティ比を示すものとし、また、セルモニタIC32は正常に動作しているものとする。
FIG. 5 is a diagram showing an example of changes in the threshold voltage Vath, the adjustment signal Ad, and the detection signal Scmp when the self-diagnosis process is executed by the battery
図5に示すように、自己診断処理が実行される前(時刻t10よりも前)において、調整信号Adはディーティ比がゼロであり、閾値電圧調整部46によって閾値電圧Vathは調整されない。この状態では、閾値電圧Vathは、分圧電圧Vaよりもある程度高く、検出信号ScmpはLowレベルである。
As shown in FIG. 5, before the self-diagnosis process is executed (before the time t10), the detail ratio of the adjustment signal Ad is zero, and the threshold voltage Vath is not adjusted by the threshold
その後、時刻t10において、自己診断処理が実行されると、電池状態監視部23は、セルモニタIC32の検出結果に応じたブロック電圧Vbrに基づいてディーティ比がDuty1の閾値調整要求信号S3を生成する。
After that, when the self-diagnosis process is executed at time t10, the battery
このとき、入力部45から出力される調整信号Adのディーティ比はDuty1であり、閾値電圧調整部46によって閾値電圧Vathが調整され、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaを少し上回るぐらいまで低下する。この状態では、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaより高いため、検出信号ScmpはLowレベルである。
At this time, the detail ratio of the adjustment signal Ad output from the
一方で、例えば、分圧回路41が故障して分圧電圧Vaが通常よりも高い電圧Va’になっていると仮定する。この場合、時刻t11で閾値電圧Vathが電圧Va’を下回る。そのため、検出信号Scmpは、「Scmp’」に示すようにHighレベルになり、過電圧を示す検出結果信号S2が出力部44から電池状態監視部23へ出力される。
On the other hand, for example, it is assumed that the
したがって、電池状態監視部23は、過電圧検出部34から出力される検出結果信号S2に基づいて、分圧回路41の故障、すなわち、過電圧検出部34の異常を検出することができる。
Therefore, the battery
また、分圧回路41が正常である場合であっても、閾値電圧出力部42または閾値電圧調整部46の故障によって、閾値電圧Vathが通常よりも低くなった場合も同様に、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaを下回ることがある。この場合にも、過電圧検出部34から出力される検出結果信号S2に基づいて、閾値電圧出力部42または閾値電圧調整部46の故障、すなわち、過電圧検出部34の異常を検出することができる。
Further, even when the
電池状態監視部23は、過電圧検出部34に異常がないと判定した場合、時刻t12に、閾値調整要求信号S3のディーティ比をDuty1からDuty2へ上げる。これにより、Duty2の調整信号Adによって閾値電圧調整部46により閾値電圧Vathが調整され、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaを少し下回るぐらいまで低下する。この状態では、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaより低いため、検出信号ScmpはHighレベルであり、過電圧を示す検出結果信号S2が出力部44から電池状態監視部23へ出力される。
When the battery
一方、例えば、分圧回路41が故障して分圧電圧Vaが通常よりも低い電圧Va”になっていると仮定する。この場合、時刻t13〜t15の期間で閾値電圧Vathが電圧Va”を上回る。そのため、検出信号Scmpは、「Scmp”」に示すようにLowレベルのままであり、過電圧を示す検出結果信号S2は出力部44から電池状態監視部23へ出力されない。したがって、電池状態監視部23は、検出結果信号S2に基づいて、分圧回路41の故障、すなわち、過電圧検出部34の異常を検出することができる。
On the other hand, for example, it is assumed that the
また、分圧回路41が正常である場合であっても、閾値電圧出力部42または閾値電圧調整部46の故障によって、閾値電圧Vathが通常よりも高くなった場合も同様に、閾値電圧Vathが分圧電圧Vaを上回ることがある。この場合にも、同様に過電圧検出部34の異常を検出することができる。
Further, even when the
なお、過電圧検出部34が正常であっても、セルモニタIC32が正常に動作しておらず、ブロック電圧Vbrが正常に検出できない場合、上述した場合と同様に、閾値調整要求信号S3に応じた適切な検出結果信号S2が出力されない場合がある。このような場合には、セルモニタIC32が故障等の異常を検出することができる。
Even if the
図3に戻って、過電圧検出部34の説明を続ける。過電圧検出部34の電源電圧監視部47は、電源電圧Vcが上昇する異常を検出することができる。電源電圧監視部47は、電源電圧Vcが閾値電圧Vcth以上に上昇した場合、電源電圧Vcが異常であると判定する。
Returning to FIG. 3, the description of the
電源電圧Vcが異常であると判定した場合、電源電圧監視部47は、Highレベルの異常検出信号Sabを出力部44へ出力し、異常を示す検出結果信号S2を出力部44から電池状態監視部23へ出力させる。なお、異常を示す検出結果信号S2は、過電圧を示す検出結果信号S2と共用することで、出力部44の構成を簡易化することができる。
When it is determined that the power supply voltage Vc is abnormal, the power supply
閾値電圧Vathの大きさが電源電圧Vcの大きさに依存して変化する場合、電源電圧Vcが上昇する異常が発生すると、閾値電圧Vathも上昇する。そのため、電池ブロック10が過電圧になる場合に、分圧電圧Vaが閾値電圧Vath以上になるまでの時間がかかったり、分圧電圧Vaが閾値電圧Vath以上にならなかったりする場合がある。このような場合、過電圧の検出が遅れたり、過電圧の検出ができなかったりするため、電池ブロック10がさらに過充電されてしまうおそれがある。
When the magnitude of the threshold voltage Vath changes depending on the magnitude of the power supply voltage Vc, when an abnormality in which the power supply voltage Vc rises occurs, the threshold voltage Vath also rises. Therefore, when the
そこで、電源電圧監視部47は、電源電圧Vcが閾値電圧Vcth以上に上昇した場合、電源電圧Vcの異常であると判定し、出力部44から異常を示す検出結果信号S2を電池状態監視部23へ出力させる。これにより、電池状態監視部23は、例えば、リレー6(図1参照)をオフにし、組電池1への充放電を停止させることができ、電池ブロック10の過充電の抑制が遅延することを防止することができる。
Therefore, when the power supply voltage Vc rises above the threshold voltage Vct, the power supply
図6は、電源電圧Vcが上昇する異常が発生する前後の状態における電源電圧Vc、分圧電圧Vaおよび異常検出信号Sabの状態変化を示す図である。図6に示すように、時刻t20において、電源電圧生成部31に故障が発生した場合、電源電圧Vcが上昇し、かかる電源電圧Vcの上昇に伴って閾値電圧Vathが上昇する。
FIG. 6 is a diagram showing state changes of the power supply voltage Vc, the voltage dividing voltage Va, and the abnormality detection signal Sab before and after the occurrence of an abnormality in which the power supply voltage Vc rises. As shown in FIG. 6, when a failure occurs in the power supply
そして、電源電圧Vcが閾値電圧Vcth以上になった場合(時刻t21)、電源電圧監視部47は、電源電圧Vcが異常であることを示すHighレベルの異常検出信号Sabを出力部44へ出力する。これにより、出力部44から異常を示す検出結果信号S2が電池状態監視部23へ出力される。
Then, when the power supply voltage Vc becomes equal to or higher than the threshold voltage Vct (time t21), the power supply
このように、過電圧検出部34は、電源電圧監視部47を有しており、電源電圧Vcの異常によって過電圧の検出が遅れるような場合や過電圧の検出ができないような場合であっても、電池ブロック10を適切に保護することができる。
As described above, the
[4.過電圧検出部34の具体的な構成例]
図7は、過電圧検出部34の具体的な構成例を示す図である。図7に示すように、閾値電圧出力部42は、抵抗R3〜R5と、コンデンサC1を備える。電源電圧Vcは、抵抗R3、R4によって分圧され、かかる分圧電圧は、抵抗R5を介してコンデンサC1へ入力され、コンデンサC1の両端電圧が、閾値電圧Vathとして出力される。
[4. Specific configuration example of the overvoltage detection unit 34]
FIG. 7 is a diagram showing a specific configuration example of the
かかる閾値電圧出力部42は、入力端子T4への閾値調整要求信号S3の入力がない場合、すなわち、閾値調整要求信号S3のデューティ比がゼロである場合、電源電圧Vcの分圧電圧を閾値電圧Vath(=R4/(R3+R4))として出力する。
When the threshold adjustment request signal S3 is not input to the input terminal T4, that is, when the duty ratio of the threshold adjustment request signal S3 is zero, the threshold
一方、閾値電圧出力部42は、入力端子T4への閾値調整要求信号S3の入力がある場合、閾値電圧調整部46によって閾値調整要求信号S3に応じてコンデンサC1の両端電圧が低下させられる。そのため、かかる低下後の電圧が閾値電圧Vathとなる。
On the other hand, when the threshold
出力部44は、抵抗R6〜R8、R18と、コンデンサC2と、トランジスタQ1、Q2と、フォトカプラPC1とを備える。なお、トランジスタQ1は、NPN型トランジスタであり、トランジスタQ2は、PNP型トランジスタである。
The
図7に示すように、抵抗R6とトランジスタQ1とによって第1のエミッタ接地回路が構成され、抵抗R7とトランジスタQ2とによって第2のエミッタ接地回路が構成される。そして、トランジスタQ1のコレクタがトランジスタQ2のベースに入力される。 As shown in FIG. 7, the resistor R6 and the transistor Q1 form a first grounded emitter circuit, and the resistor R7 and the transistor Q2 form a second grounded emitter circuit. Then, the collector of the transistor Q1 is input to the base of the transistor Q2.
かかる構成によって、コンパレータ43から出力される検出信号ScmpがLowレベルの場合、トランジスタQ1がオフであり、トランジスタQ2がオフである。そのため、検出信号ScmpがLowレベルの場合、フォトカプラPC1はオフであり、出力端子T3を構成する端子T3aとT3bとは接続されていない状態であることから過電圧を示す検出結果信号S2は出力端子T3から出力されない。
With this configuration, when the detection signal Scmp output from the
一方、コンパレータ43から出力される検出信号ScmpがHighレベルの場合、トランジスタQ1がオンであり、トランジスタQ2がオンである。そのため、検出信号ScmpがHighレベルの場合、フォトカプラPC1はオンであり、端子T3aとT3bとが接続された状態であることから過電圧を示す検出結果信号S2が出力端子T3から出力される。
On the other hand, when the detection signal Scmp output from the
このように、フォトカプラPC1によって検出結果信号S2が出力端子T3から出力されるため、絶縁性を高めつつ、電池状態監視部23と過電圧検出部34との間の通信を行うことができる。なお、抵抗R6およびコンデンサC2はノイズ除去用のフィルタを構成する。これにより、フォトカプラPC1がノイズ等の影響によってオンになってしまうことを防止することができる。
In this way, since the detection result signal S2 is output from the output terminal T3 by the photocoupler PC1, communication between the battery
入力部45は、フォトカプラPC2と抵抗R9、R10とを有する。フォトカプラPC2のダイオードは、入力端子T4を構成する端子T4aとT4bとの間に接続される。したがって、端子T4aとT4bとの間に電流が流れた場合にフォトカプラPC2はオンになり、端子T4aとT4bとの間に電流が流れない場合にはフォトカプラPC2はオフになる。
The
図7に示す過電圧検出部34の構成の場合、閾値調整要求信号S3は、電池状態監視部23によってデューティ比が調整されたパルス信号である。抵抗R9は、フォトカプラPC2のトランジスタのコレクタと電源電圧Vcとの間に接続されており、抵抗R10は、フォトカプラPC2のトランジスタのエミッタとグランドとの間に接続されている。
In the case of the configuration of the
抵抗R9の抵抗値は、抵抗R10の抵抗値に対して十分に小さい。そのため、フォトカプラPC2がオンのとき、調整信号Adは、Highレベルになり、フォトカプラPC2がオフのとき、調整信号Adは、Lowレベルになる。これにより、入力部45は、閾値調整要求信号S3のディーティ比と同じデューティ比の調整信号Adを出力する。
The resistance value of the resistor R9 is sufficiently smaller than the resistance value of the resistor R10. Therefore, when the photocoupler PC2 is on, the adjustment signal Ad becomes the High level, and when the photocoupler PC2 is off, the adjustment signal Ad becomes the Low level. As a result, the
閾値電圧調整部46は、抵抗R11と、トランジスタQ3とを備える。調整信号Adは、トランジスタQ3のゲートに入力される。調整信号Adがオフ(Lowレベル)の場合、トランジスタQ3がオフになり、コンデンサC1は抵抗R11を介してグランドに接続されない。
The threshold
一方、調整信号Adがオン(Highレベル)の場合、トランジスタQ3がオンになり、コンデンサC1が抵抗R11およびトランジスタQ3を介してグランドに接続される。そのため、調整信号Adのデューティ比がゼロでない場合、コンデンサC1の電圧が低下して閾値電圧Vathが低下し、調整信号Adのディーティ比が高いほど、閾値電圧Vathを低下させることができる。 On the other hand, when the adjustment signal Ad is on (High level), the transistor Q3 is turned on, and the capacitor C1 is connected to the ground via the resistor R11 and the transistor Q3. Therefore, when the duty ratio of the adjustment signal Ad is not zero, the voltage of the capacitor C1 decreases and the threshold voltage Vath decreases, and the higher the duty ratio of the adjustment signal Ad, the lower the threshold voltage Vath can be.
電源電圧監視部47は、抵抗R12と、コンパレータ48と、トランジスタQ4とを備える。コンパレータ48の非反転入力端子には電源電圧Vcが入力され、コンパレータ48の反転入力端子には閾値電圧Vcthが入力される。なお、閾値電圧Vcthはブロック電圧Vbrから生成される。例えば、ブロック電圧Vbrをツェナーダイオードに抵抗を介して接続することによって、ツェナーダイオードのツェナーを閾値電圧Vcthとすることができる。
The power supply
電源電圧Vcが閾値電圧Vcth未満である場合、コンパレータ48はLowレベルの信号を出力する。そのため、トランジスタQ4はオフであり、Highレベルの異常検出信号Sabが出力されるため、過電圧の異常がない場合、フォトカプラPC1はオフである。一方、電源電圧Vcが閾値電圧Vcth以上である場合、コンパレータ48はHighレベルの信号を出力する。そのため、トランジスタQ4はオンであり、Lowレベルの異常検出信号Sabが出力され、フォトカプラPC1はオンである。
When the power supply voltage Vc is less than the threshold voltage Vct, the
[5.電池状態監視部23]
次に、上述した自己診断処理を行う電池状態監視部23の構成および動作についてさらに詳細に説明する。図8は、電池状態監視部23の構成のうち自己診断処理を行う構成例を示す図であり、その他の機能を行う構成については省略している。
[5. Battery condition monitoring unit 23]
Next, the configuration and operation of the battery
図8に示すように、電池状態監視部23は、通信端子T10と、入力端子T11と、出力端子T12と、通信部60と、ブロック電圧値要求部61と、ブロック電圧値取得部62と、閾値電圧調整要求部63と、異常判定部64とを備える。
As shown in FIG. 8, the battery
かかる電池状態監視部23は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。マイクロコンピュータのCPUは、ROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、通信部60、ブロック電圧値要求部61、ブロック電圧値取得部62、閾値電圧調整要求部63および異常判定部64として機能する。
The battery
また、通信部60、ブロック電圧値要求部61、ブロック電圧値取得部62、閾値電圧調整要求部63および異常判定部64の少なくともいずれかまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。
Further, at least one or all of the
通信部60は、通信端子T10を介して通信信号S1をセルモニタIC32との間で例えばシリアルデータ形式またはパラレルデータ形式で情報や要求を送受信する。ブロック電圧値要求部61は、通信部60から電圧検出要求をセルモニタIC32へ出力する。これにより、セルモニタIC32に電池セル11の電圧または電池ブロック10の電圧を検出させる。
The
ブロック電圧値取得部62は、電圧検出要求に応じてセルモニタIC32から送信される各電池セル11の電圧値または電池ブロック10の電圧値の情報を取得する。ブロック電圧値取得部62は、セルモニタIC32から各電池セル11の電圧値を取得した場合、電池ブロック10を構成するすべての電池セル11の電圧値を積算することで電池ブロック10の電圧値の情報を取得する。
The block voltage value acquisition unit 62 acquires information on the voltage value of each
閾値電圧調整要求部63は、ブロック電圧値取得部62によって取得された電池ブロック10の電圧値に基づいて、電池ブロック10の電圧値に応じたデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成して、出力端子T12を介して過電圧検出部34へ出力する。
The threshold voltage
かかる閾値電圧調整要求部63は、例えば、過電圧検出部34毎に対応するブロック電圧Vbrに応じたデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成して、過電圧検出部34毎の閾値調整要求信号S3を出力端子T12から出力することができる。なお、出力端子T12は、過電圧検出部34毎に設けられており、これにより、過電圧検出部34毎に閾値調整要求信号S3を出力することができる。
The threshold voltage
また、閾値電圧調整要求部63は、複数の過電圧検出部34に対して共通の閾値調整要求信号S3を生成して、かかる共通の閾値調整要求信号S3を出力端子T12から複数の過電圧検出部34へ出力することができる。この場合、閾値電圧調整要求部63は、複数のブロック電圧Vbrの平均値、最小値または最大値に対応するデューティ比の閾値調整要求信号S3を共通の閾値調整要求信号S3として生成することができる。
Further, the threshold voltage
また、出力端子T12は、過電圧検出部34毎に設けられてもよいが、複数の過電圧検出部34に対して出力端子T12を共通化することができる。例えば、複数の過電圧検出部34の入力端子T4をカスケード接続し、カスケード接続された複数の入力端子T4の一端と他端を出力端子T12に接続する構成にもできる。これにより、出力端子T12の数を低減することができ、電池状態監視部23の小型化を図ることができる。
Further, although the output terminal T12 may be provided for each
かかる閾値電圧調整要求部63は、第1デューティ比出力部65と、第2デューティ比出力部66とを備える。第1デューティ比出力部65は、過電圧検出部34毎に対応するブロック電圧Vbrよりも少し高い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成して出力端子T12を介して過電圧検出部34へ出力する。
The threshold voltage
なお、第1デューティ比出力部65は、複数の過電圧検出部34に対して共通の閾値調整要求信号S3を生成する場合、複数のブロック電圧Vbrの最大値より閾値電圧Vathの方が少し高い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成することもできる。
When the first duty
また、第2デューティ比出力部66は、過電圧検出部34毎に対応するブロック電圧Vbrよりも少し低い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成して出力端子T12を介して過電圧検出部34へ出力する。
Further, the second duty
なお、第2デューティ比出力部66は、複数の過電圧検出部34に対して共通の閾値調整要求信号S3を生成する場合、複数のブロック電圧Vbrの最小値よりも閾値電圧Vathの方が少し低い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成することもできる。
When the second duty
異常判定部64は、第1デューティ比出力部65からの検出結果信号S2が過電圧検出部34へ出力された際に、過電圧検出部34から出力された閾値調整要求信号S3が異常ありを示す場合、セルモニタIC32または過電圧検出部34が異常であると判定する。また、異常判定部64は、第2デューティ比出力部66からの検出結果信号S2が過電圧検出部34へ出力された際に、過電圧検出部34から出力された閾値調整要求信号S3が異常なしを示す場合、セルモニタIC32または過電圧検出部34が異常であると判定する。
When the
なお、入力端子T11は、過電圧検出部34毎に設けられており、出力端子T3を構成する端子T3a、T3bをそれぞれ接続する2つの端子を備える。これにより、過電圧検出部34毎に検出結果信号S2を入力することができる。
The input terminal T11 is provided for each
異常判定部64には、出力端子T3を構成する端子T3a、T3b間の導通状態を検出する検出部(図示せず)を有しており、かかる検出部によって、過電圧検出部34毎の検出結果信号S2の状態を判定し、過電圧検出部34毎に過電圧異常や電源電圧異常を検出する。なお、端子T3a、T3b間の導通状態は、例えば、端子T3a、T3b間に電圧を印加し、その際に電流が流れるか否かによって判定することができる。
The
また、複数の過電圧検出部34に対して入力端子T11を共通化することができる。例えば、複数の過電圧検出部34の出力端子T3を入力端子T11に並列に接続する構成にもできる。これにより、複数の過電圧検出部34のうちいずれか一つに過電圧異常や電源電圧異常が生じたことを検出可能としつつ入力端子T11の数を低減することができ、電池状態監視部23の小型化を図ることができる。
Further, the input terminal T11 can be shared with the plurality of
図9は、電池状態監視部23が行う自己診断処理の流れを示すフローチャートである。なお、セルモニタIC32は正常であるとして説明する。
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the self-diagnosis process performed by the battery
図9に示すように、電池状態監視部23は、過電圧検出部34の自己診断開始タイミングであるか否かを判定する(ステップS10)。過電圧検出部34の自己診断開始タイミングであると判定した場合(ステップS10;Yes)、電池状態監視部23は、セルモニタIC32へ電圧検出要求を行い、ブロック電圧Vbrの情報を取得する(ステップS11)。
As shown in FIG. 9, the battery
次に、電池状態監視部23は、ステップS11で取得したブロック電圧Vbrよりも少し高い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成して出力端子T12を介して過電圧検出部34へ出力する(ステップS12)。その後、電池状態監視部23は、検出結果信号S2が正常を示すか否かを判定する(ステップS13)。
Next, the battery
検出結果信号S2が正常を示すと判定した場合(ステップS13;Yes)、電池状態監視部23は、ブロック電圧Vbrよりも少し低い程度の電圧になるようなデューティ比の閾値調整要求信号S3を生成して出力端子T12を介して過電圧検出部34へ出力する(ステップS14)。その後、電池状態監視部23は、検出結果信号S2が異常を示すか否かを判定する(ステップS15)。
When it is determined that the detection result signal S2 indicates normality (step S13; Yes), the battery
検出結果信号S2が異常を示すと判定した場合(ステップS15;Yes)、電池状態監視部23は、過電圧検出部34は正常であると判定する(ステップS16)。一方、ステップS13において検出結果信号S2が正常を示さないと判定した場合(ステップS13;No)、または、検出結果信号S2が異常を示さないと判定した場合(ステップS15;No)、ステップS15において電池状態監視部23は、過電圧検出部34は異常であると判定する(ステップS17)。
When it is determined that the detection result signal S2 indicates an abnormality (step S15; Yes), the battery
自己診断開始タイミングではないと判定した場合(ステップS10;No)、ステップS16またはステップS17の処理が終了した場合、図9に示す処理をステップS10から繰り返し行う。 When it is determined that it is not the self-diagnosis start timing (step S10; No), when the process of step S16 or step S17 is completed, the process shown in FIG. 9 is repeated from step S10.
[6.高電圧検出部35]
次に、高電圧検出部35について説明する。図10は、高電圧検出部35の構成例を示す図である。
[6. High voltage detector 35]
Next, the high
図10に示すように、高電圧検出部35は、整流ブリッジ回路51と、断線検出部52とを備える。整流ブリッジ回路51は、電池ブロック10の負極と正極との間に接続され、ブロック電圧Vbrを整流して出力する。
As shown in FIG. 10, the high
断線検出部52は、整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreが所定電圧Vreth以上である場合に、電池ブロック10の断線があることを示す検出結果信号S4(以下、断線を示す検出結果信号S4と記載する)を出力する。一方、整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreが所定電圧Vreth未満である場合に、断線を示す検出結果信号S4を出力しない。
The
断線検出部52は、後で詳述するように、例えば、複数の電圧制限回路を有する構成であり、これらの制限電圧回路の出力電圧差が所定値以上である場合に、出力電圧Vreが所定電圧Vreth以上であるとして、断線を示す検出結果信号S4を出力することができる。
As will be described in detail later, the
また、断線検出部52は、例えば、出力電圧Vreを分圧する分圧回路とコンパレータを有する構成であってもよい。この場合、断線検出部52は、出力電圧Vreの分圧電圧が所定電圧以上である場合に、出力電圧Vreが所定電圧Vreth以上であるとして、断線を示す検出結果信号S4を出力することができる。
Further, the
図11は、電池セル11が有する電流遮断デバイス(CID)の作動状態と、電池セル11の充放電状態と、電流遮断デバイスの両端電圧との関係を説明するための図である。なお、図11において、CID切れが発生した場合を「CID切れ」と記載し、CID切れが発生してない場合を「CID正常」と記載している。また、CID切れが発生した場合の電流遮断デバイスの両端電圧は、一例として±300Vであるとしている。
FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the operating state of the current cutoff device (CID) of the
図11に示すように、電池ブロック10の放電中にCID切れが発生するとCID切れ発生箇所の電圧Vcid(以下、CID電圧Vcidと記載する)は、+300Vになり、電池ブロック10の充電中にCID切れが発生するとCID電圧Vcidは、−300Vになる。
As shown in FIG. 11, when the CID is cut off during the discharge of the
上述したように、電池ブロック10の両極間は、整流ブリッジ回路51に接続されており、かかる整流ブリッジ回路51によってブロック電圧Vbrが整流されて整流ブリッジ回路51から出力される。したがって、CID電圧Vcidが+300Vであっても−300Vであっても、整流ブリッジ回路51から同じ正電圧が出力される。
As described above, both poles of the
そのため、整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreを監視することで、電池ブロック10の充電時にCID切れが発生した場合であっても、電池ブロック10の充電時にセル電流遮断が発生した場合であっても、CID切れを精度よく検出することができる。
Therefore, by monitoring the output voltage Vre of the rectifying
また、バスバー外れの場合、CID切れの場合と同様に、バスバーが外れた電池ブロック10間で正の高電圧または負の高電圧が発生するため、整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreを監視することで、電池ブロック10の充電時と放電時とに関わらず、バスバー外れを精度よく検出することができる。
Further, when the bus bar is disconnected, a positive high voltage or a negative high voltage is generated between the battery blocks 10 from which the bus bar is disconnected, as in the case where the CID is exhausted. Therefore, the output voltage Vre of the rectifying
さらに、高電圧検出部35は、図2に示すように、ヒューズ30を介さずに電池ブロック10の両端(負極と正極)に接続される。そのため、例えば、電池ブロック10の断線によってセルモニタIC32と電池ブロック10との間に過電流が流れてヒューズ30が溶断された場合であっても、電池ブロック10の断線を検出することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the high
したがって、電池ブロック10の断線によって、ヒューズ30が溶断し、セルモニタIC32および過電圧検出部34によって電池ブロック10の電圧が検出できず、電池状態監視部23への電圧の情報を通知できない場合であっても、電池ブロック10の断線を検出することができる。
Therefore, the
[7.高電圧検出部35の具体的な構成例]
図12は、高電圧検出部35の具体的な構成例を示す図である。図12に示すように、整流ブリッジ回路51は、4つのダイオードD10〜D13がブリッジ接続されたダイオードブリッジ回路で構成される。
[7. Specific configuration example of the high voltage detection unit 35]
FIG. 12 is a diagram showing a specific configuration example of the high
断線検出部52は、第1電圧制限回路53と、第2電圧制限回路54と、判定部55と、出力部56とを備える。
The
第1電圧制限回路53は、出力電圧Vreが第1電圧V1以下である場合に、出力電圧Vreに応じた電圧を出力電圧Vcp1として出力し、整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreが第1電圧V1より高い場合に、出力電圧Vcp1を第1電圧V1に制限して出力する。なお、「出力電圧Vreに応じた電圧」は、第1電圧制限回路53の入出力間の電圧を無視できるとした場合、出力電圧Vreと同じ電圧である。
When the output voltage Vre is equal to or less than the first voltage V1, the first
第1電圧V1は、電池ブロック10が正常である場合のブロック電圧Vbrよりも高い電圧に設定される。例えば、ブロック電圧Vbrの正常値が110V以下である場合、第1電圧V1は、例えば、130Vに設定される。
The first voltage V1 is set to a voltage higher than the block voltage Vbr when the
したがって、ブロック電圧Vbrの正常値である場合、ブロック電圧Vbrに応じた電圧が出力電圧Vcp1として第1電圧制限回路53から出力される。一方、電池ブロック10の断線などによってブロック電圧Vbrが正常値に対して高電圧になった場合、第1電圧V1が出力電圧Vcp1として第1電圧制限回路53から出力される。
Therefore, when the block voltage Vbr is a normal value, the voltage corresponding to the block voltage Vbr is output from the first
かかる第1電圧制限回路53は、抵抗R20と、コンデンサC10と、ツェナーダイオードZD1とを備える。抵抗R20の一端は、整流ブリッジ回路51の出力に接続され、抵抗R20の他端とグランドとの間にはコンデンサC10およびツェナーダイオードZD1が並列に接続される。なお、抵抗R20とコンデンサC10とによりRCフィルタが構成される。
The first
ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧は、第1電圧V1に設定されており、出力電圧Vreが第1電圧V1より低い場合、出力電圧Vreに応じた電圧が出力電圧Vcp1として出力される。 The Zener voltage of the Zener diode ZD1 is set to the first voltage V1, and when the output voltage Vre is lower than the first voltage V1, the voltage corresponding to the output voltage Vre is output as the output voltage Vcp1.
一方、整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreが第1電圧V1より高い場合、ツェナーダイオードZD1によって抵抗R20の他端の電圧がクランプされる。これにより、出力電圧Vreが第1電圧V1を超える場合に、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が第1電圧V1になり、第2電圧制限回路54および判定部55に加わる電圧を第1電圧V1以下に制限することができる。
On the other hand, when the output voltage Vre of the rectifying
そのため、第2電圧制限回路54および判定部55に高電圧が加わることを避けることができ、高電圧が加わる場合に比べ、第2電圧制限回路54および判定部55を構成する各素子の定格電圧を抑えることができ、低コスト化や小型化を図ることができる。
Therefore, it is possible to avoid applying a high voltage to the second
第2電圧制限回路54は、出力電圧Vcp1が第1電圧V1よりも低い第2電圧V2(<V1)以下である場合に、出力電圧Vcp1に応じた電圧を出力電圧Vcp2として出力する。なお、「出力電圧Vcp1に応じた電圧」は、第2電圧制限回路54の入出力間の電圧を無視できるとした場合、出力電圧Vcp1と同じ電圧である。
When the output voltage Vcp1 is lower than the first voltage V1 and is equal to or lower than the second voltage V2 (<V1), the second
一方、第2電圧制限回路54は、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が第2電圧V2より高い場合に、出力電圧Vcp2を第2電圧V2に制限して出力する。
On the other hand, when the output voltage Vcp1 of the first
第2電圧V2は、電池ブロック10が正常である場合のブロック電圧Vbrよりも高い電圧に設定され、かつ、第1電圧V1よりも低い電圧に設定される。例えば、ブロック電圧Vbrの正常値が110V以下である場合、第2電圧V2は、例えば、120Vに設定される。
The second voltage V2 is set to a voltage higher than the block voltage Vbr when the
第2電圧制限回路54は、抵抗R21と、コンデンサC11と、ツェナーダイオードZD2とを備え、第1電圧制限回路53と同様に構成される。ただし、ツェナーダイオードZD2のツェナー電圧は、第2電圧V2に設定されており、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が第2電圧V2以下である場合、出力電圧Vreに応じた電圧が出力電圧Vcp2として出力される。
The second
一方、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が第2電圧V2を超える場合、ツェナーダイオードZD2によって抵抗R21の他端の電圧がクランプされる。これにより、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が第2電圧V2を超える場合に、第2電圧制限回路54の出力電圧Vcp2が第1電圧V1よりも低い第2電圧V2になる。
On the other hand, when the output voltage Vcp1 of the first
したがって、電池ブロック10の断線などによってブロック電圧Vbrが高電圧になった場合、第1電圧制限回路53から第1電圧V1が出力電圧Vcp1として出力され、第2電圧制限回路54から第2電圧V2が出力電圧Vcp2として出力される。このように、電池ブロック10の断線が発生した場合、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2とは、電圧差ΔV(=V1−V2)を生じる。
Therefore, when the block voltage Vbr becomes high due to disconnection of the
そこで、判定部55は、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との差に基づいて、電池ブロック10の断線があるか否かを判定する。例えば、判定部55は、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との差が所定値ΔVcp(<ΔV)以上である場合に、電池ブロック10の断線があると判定する。一方、判定部55は、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との差が所定値ΔVcp未満である場合、電池ブロック10の断線がないと判定する。
Therefore, the
判定部55は、例えば、入力抵抗R22とトランジスタQ10とを備える。トランジスタQ10のエミッタには、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が入力され、トランジスタQ10のベースには、入力抵抗R22を介して第2電圧制限回路54の出力電圧Vcp2が入力される。
The
そのため、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との電圧差がトランジスタQ10の閾値電圧以上になった場合にトランジスタQ10がオンになり、電池ブロック10の断線があると判定した状態になる。したがって、図12に示す回路の場合、所定値ΔVcpは、トランジスタQ10の閾値電圧以上の電圧である。一方、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との電圧差がトランジスタQ10の閾値電圧未満である場合、トランジスタQ10はオフであり、電池ブロック10の断線がないと判定した状態になる。
Therefore, when the voltage difference between the output voltage Vcp1 and the output voltage Vcp2 becomes equal to or higher than the threshold voltage of the transistor Q10, the transistor Q10 is turned on and it is determined that the
出力部56は、絶縁性の出力部であり、判定部55の出力と出力端子T5との間に設けられる。かかる出力部56は、電池状態監視部23へ判定部55の判定結果に応じた検出結果信号S4を出力する。かかる出力部56によって高電圧検出部35と電池状態監視部23との間の絶縁性を保ちつつ、判定部55の判定結果に応じた検出結果信号S4を電池状態監視部23へ出力することができる。
The
かかる出力部56は、抵抗R23と、フォトカプラPC3とを備える。フォトカプラPC3のダイオード側は、抵抗R23と直列接続され、フォトカプラPC3のトランジスタ側には、出力端子T5を構成する端子T5aとT5bが接続される。
The
トランジスタQ10がオフである場合、フォトカプラPC3はオフであり、端子T5aとT5bとは接続されていない状態であり、断線を示す検出結果信号S4は出力端子T5から出力されない。一方、トランジスタQ10がオンである場合、フォトカプラPC3はオンであり、端子T5aとT5bとは接続された状態であり、断線を示す検出結果信号S4が出力端子T5から出力される。 When the transistor Q10 is off, the photocoupler PC3 is off, the terminals T5a and T5b are not connected, and the detection result signal S4 indicating disconnection is not output from the output terminal T5. On the other hand, when the transistor Q10 is on, the photocoupler PC3 is on, the terminals T5a and T5b are connected, and the detection result signal S4 indicating disconnection is output from the output terminal T5.
なお、電池状態監視部23は、端子T5aとT5bとにそれぞれ接続される2つの端子を有する入力端子T15(図示せず)と、入力端子T15の2つの端子の導通状態を検出する検出部(図示せず)を有している。電池状態監視部23は、かかる検出部によって、高電圧検出部35毎の検出結果信号S4の状態を判定し、高電圧検出部35毎に電池ブロック10の断線を検出することができる。なお、端子T5aとT5b間の導通状態は、例えば、端子T5aとT5b間に電圧を印加し、その際に電流が流れるか否かによって判定することができる。
The battery
また、電池状態監視部23は、複数の高電圧検出部35の出力端子T5を入力端子T15(図示せず)に並列に接続する構成にもできる。これにより、複数の高電圧検出部35のうちいずれか一つに電池ブロック10の断線が生じたことを検出可能としつつ入力端子T15の数を低減することができ、電池状態監視部23の小型化を図ることができる。なお、複数の高電圧検出部35の出力端子T5は、入力端子T11に出力端子T3と並列に接続されてもよい。
Further, the battery
このように、図12に示す断線検出部52は、ブロック電圧Vbrの正常値よりも高い電圧制限であって制限電圧が互いに異なる2つの電圧制限回路を設け、これらの電圧制限回路の出力の差に基づき、電池ブロック10の断線があるか否かを判定することができる。そのため、例えば、抵抗、ツェナーダイオード、コンデンサおよびトランジスタのみを用いた比較的簡易かつ安価に断線検出部52を構成することができる。
As described above, the
なお、図12に示す判定部55では、トランジスタQ10によって、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との電圧差が所定値以上であることを検出したが、かかる構成に限定されない。
The
例えば、抵抗R23とフォトカプラPC3の直列回路(図12参照)の抵抗R23側に出力電圧Vcp1を入力し、かかる直列回路のフォトカプラPC3側に出力電圧Vcp2を入力する構成であってもよい。これにより、抵抗R23とフォトカプラPC3の直列回路に出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との電圧差ΔVに応じた電流が流れる。 For example, the output voltage Vcp1 may be input to the resistor R23 side of the series circuit of the resistor R23 and the photocoupler PC3 (see FIG. 12), and the output voltage Vcp2 may be input to the photocoupler PC3 side of the series circuit. As a result, a current corresponding to the voltage difference ΔV between the output voltage Vcp1 and the output voltage Vcp2 flows in the series circuit of the resistor R23 and the photocoupler PC3.
また、この場合、抵抗R23とフォトカプラPC3の直列回路に1以上のダイオードを直列に追加することでフォトカプラPC3がオンになる出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との電圧差を調整することができる。この場合、ダイオードの順方向はフォトカプラPC3の順方向と同じである。 Further, in this case, the voltage difference between the output voltage Vcp1 and the output voltage Vcp2 at which the photocoupler PC3 is turned on can be adjusted by adding one or more diodes in series to the series circuit of the resistor R23 and the photocoupler PC3. .. In this case, the forward direction of the diode is the same as the forward direction of the photocoupler PC3.
図13は、電池ブロック10の放電時にCID切れの発生によるCID電圧Vcid、出力電圧Vre、Vcp1、Vcp2、および、検出結果信号S4の変化を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing changes in the CID voltage Vside, output voltages Vre, Vcp1, Vcp2, and detection result signal S4 due to the occurrence of CID expiration when the
図13に示すように、電池ブロック10の放電時にCID切れが発生した場合(時刻t31)、CID電圧Vcidおよび出力電圧Vre、Vcp1、Vcp2が上昇する。そして、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が第2電圧V2より高くなった場合(時刻t32)、第2電圧制限回路54の出力電圧Vcp2が第2電圧V2に制限される。
As shown in FIG. 13, when the CID is cut off when the
その後、第1電圧制限回路53の出力電圧Vcp1が上昇して、出力電圧Vcp1と出力電圧Vcp2との電圧差が所定値ΔVcp以上になった場合(時刻t33)に、判定部55が電池ブロック10の断線があると判定し、出力部56が断線を示す検出結果信号S4を出力端子T5から出力する。
After that, when the output voltage Vcp1 of the first
図14は、電池ブロック10の充電時にCID切れの発生によるCID電圧Vcid、出力電圧Vre、Vcp1、Vcp2、および、検出結果信号S4の変化を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing changes in the CID voltage Vside, output voltages Vre, Vcp1, Vcp2, and detection result signal S4 due to the occurrence of CID expiration during charging of the
図14に示すように、電池ブロック10の充電時にCID切れが発生した場合(時刻t31)、CID電圧Vcidが負電圧になるが、整流ブリッジ回路51から出力される出力電圧Vreは、図13に示す場合と同様に正電圧である。そのため、図13に示す場合と同様に、判定部55が電池ブロック10の断線があると判定し、出力部56が断線を示す検出結果信号S4を出力端子T5から出力することができる。
As shown in FIG. 14, when the CID is cut off when the
ここで、出力部56の抵抗R23とフォトカプラPC3のダイオードとに流れる電流Iaと、フォトカプラPC3のオン/オフとの関係を説明する。図15は、CID電圧Vcid、電流IaおよびフォトカプラPC3のオン/オフ状態を示す図である。
Here, the relationship between the current Ia flowing through the resistor R23 of the
図15に示すように、CID電圧Vcidが所定電圧Vcidth以上になった場合に、電流Iaが閾値Ith以上となって、フォトカプラPC3がオンになり、断線を示す検出結果信号S4が出力端子T5から出力される。なお、所定電圧Vcidthは、所定電圧Vrethに対応する電圧であり、整流ブリッジ回路51の内部ロス分を無視した場合、例えば、Vcidth=Vrethである。
As shown in FIG. 15, when the CID voltage Vcid becomes equal to or higher than the predetermined voltage Vcidth, the current Ia becomes equal to or higher than the threshold value Ith, the photocoupler PC3 is turned on, and the detection result signal S4 indicating disconnection is the output terminal T5. Is output from. The predetermined voltage Vcithth is a voltage corresponding to the predetermined voltage Vreth, and when the internal loss of the rectifying
以上のように、高電圧検出部35は、整流ブリッジ回路51を有し、かかる整流ブリッジ回路51の出力電圧Vreに基づいて電池ブロック10の断線を検出する。そのため、電池ブロック10が充電状態である場合も放電状態である場合も、電池ブロック10の断線を同様の構成にて検出することができる。
As described above, the high
なお、図12に示す高電圧検出部35は、第2電圧制限回路54の入力側が第1電圧制限回路53の出力側に接続されるが、高電圧検出部35は図12に示す構成に限定されない。図16は、高電圧検出部35の他の構成例を示す図である。図16に示す高電圧検出部35は、第2電圧制限回路54の入力側が整流ブリッジ回路51の出力側に接続される。
In the high
図16に示す高電圧検出部35は、第1電圧制限回路53の入力側と第2電圧制限回路54の入力側とがそれぞれ整流ブリッジ回路51の出力側に接続される。そのため、コンデンサC10によって出力電圧Vcp1の立ち上がりが遅延する場合であっても、かかる遅延による出力電圧Vcp2の立ち上がりの遅延を抑制することができる。そのため、電池ブロック10の断線を迅速に検出することができる。
In the high
以上のように、実施形態に係るブロック監視部22(電圧監視装置の一例)は、複数の電池ブロック10を有する組電池1の電池ブロック10毎に設けられる。かかるブロック監視部22は、閾値電圧出力部42と、コンパレータ43と、出力部44とを備える。閾値電圧出力部42は、閾値電圧Vathを出力する。コンパレータ43は、ブロック電圧Vbr(電池ブロックの電圧)の分圧電圧Vaと閾値電圧Vathとを比較し、電池ブロック10の過電圧を検出する。出力部44は、コンパレータ43による過電圧の検出結果を出力する。このように、ブロック監視部22は、コンパレータ43により電池ブロック10が過電圧であるか否かを判定することから、フライングキャパシタとマイクロコンピュータとにより過電圧を検出する場合に比べ、ブロック監視部22を低コストで構成することができる。
As described above, the block monitoring unit 22 (an example of the voltage monitoring device) according to the embodiment is provided for each
また、ブロック監視部22は、入力部45と、閾値電圧調整部46とを備える。入力部45は、閾値電圧Vathの調整を要求する閾値調整要求信号S3を入力する。閾値電圧調整部46は、入力部45に入力された閾値調整要求信号S3に基づいて、閾値電圧Vathを調整する。このように、ブロック監視部22は、ブロック監視部22の外部から閾値電圧Vathを変更することができることから、電池ブロック10の過電圧やブロック監視部22の故障を精度よく検出することができる。
Further, the
また、閾値調整要求信号S3は、ブロック電圧Vbrに応じたデューティ比を有するパルス信号であり、閾値電圧調整部46は、閾値調整要求信号S3のディーティ比に基づいて、閾値電圧Vathを調整する。閾値調整要求信号S3をパルス信号にすることで、絶縁性を保ちつつも、閾値電圧Vathを多段階に調整するための閾値調整要求を簡単な構成で電池状態監視部23からブロック監視部22へ送ることができる。
Further, the threshold adjustment request signal S3 is a pulse signal having a duty ratio corresponding to the block voltage Vbr, and the threshold
また、ブロック監視部22は、電源電圧生成部31と、電源電圧監視部47とを備える。電源電圧生成部31は、ブロック電圧Vbrに基づいて、電源電圧Vcを生成する。閾値電圧出力部42は、電源電圧Vcに比例する電圧を閾値電圧Vathとして出力する。電源電圧監視部47は、電源電圧Vcの上昇に基づいて、電源電圧Vcの異常を検出する。出力部44は、電源電圧監視部47による電源電圧Vcの異常の検出結果を出力する。これにより、閾値電圧Vathの大きさが電源電圧Vcの大きさに依存して変化する場合に、過電圧の検出が遅れた場合などにおいても、電池ブロック10の過充電を抑制することが可能になる。
Further, the
また、出力部44は、フォトカプラPC2を備える。かかるフォトカプラPC2は、コンパレータ43による過電圧の検出結果に応じてON/OFFして、コンパレータ43による過電圧の検出結果を出力する。これにより、例えば、ブロック監視部22と外部(例えば、電池状態監視部23)との間で絶縁性を保ちつつ、簡易な構成で過電圧の検出結果を外部(例えば、電池状態監視部23)へ出力することができる。
Further, the
また、実施形態に係る組電池監視システム2は、ブロック監視部22を複数備えると共に、複数のブロック監視部22との間で通信を行う電池状態監視部23とを備える。電池状態監視部23は、ブロック監視部22での過電圧の検出結果に基づいて、組電池1の充放電を停止する。これにより、電池ブロック10毎にブロック監視部22を設けつつ、ブロック監視部22での過電圧の検出結果に基づいて、組電池1の充放電を停止することができる。
Further, the assembled
また、実施形態に係る組電池監視システム2は、セルモニタIC32(セル電圧検出部の一例)を備える。セルモニタIC32は、ブロック電圧Vbrまたは複数のセル電圧Vce(電池ブロック10を構成する複数の電池セルの電圧)を検出する。電池状態監視部23は、セルモニタIC32によって検出された電圧に基づいて、閾値電圧出力部42が出力する閾値電圧Vathよりも低くブロック電圧Vbrよりも高い電圧になるように閾値電圧調整部46に閾値電圧Vathを調整させる要求を閾値調整要求信号S3として出力する。その後、電池状態監視部23は、ブロック監視部22から過電圧の検出結果が出力された場合に、ブロック監視部22に異常があると判定する。これにより、ブロック監視部22の故障を精度よく検出することができる。
Further, the assembled
また、電池状態監視部23は、セルモニタIC32によって検出された電圧に基づいて、ブロック電圧Vbrよりも低い電圧になるように閾値電圧調整部46に閾値電圧Vathを調整させる要求を閾値調整要求信号S3として出力する。その後、電池状態監視部23は、ブロック監視部22から過電圧の検出結果が出力された場合に、ブロック監視部22に異常があると判定する。これにより、ブロック監視部22の故障を精度よく検出することができる。
Further, the battery
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and variations can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the invention are not limited to the particular details and representative embodiments expressed and described as described above. Therefore, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general concept of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
1 組電池
2 組電池監視システム
10 電池ブロック
11 電池セル
21 サテライト基板
22 ブロック監視部
23 電池状態監視部
30 ヒューズ
31 電源電圧生成部
32 セルモニタIC
34 過電圧検出部
35 高電圧検出部
41 分圧回路
42 閾値電圧出力部
43 コンパレータ
44 出力部
45 入力部
46 閾値電圧調整部
47 電源電圧監視部
1 set
34
Claims (6)
閾値電圧を出力する閾値電圧出力部と、
前記電池ブロックの電圧を分圧した分圧電圧と前記閾値電圧とを比較し、前記電池ブロックの過電圧を検出するコンパレータと、
前記コンパレータによる前記過電圧の検出結果を出力する出力部と、
前記閾値電圧の調整を要求する閾値調整要求信号を入力する入力部と、
前記入力部に入力された前記閾値調整要求信号に基づいて、前記閾値電圧を調整する閾値電圧調整部と
を備える電圧監視装置と、
前記電池ブロックの電圧または前記電池ブロックを構成する複数の電池セルの電圧を検出するセル電圧検出部と、
前記電圧監視装置および前記セル電圧検出部との間で通信を行う電池状態監視部と、
を備え、
前記電池状態監視部は、
前記セル電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記閾値電圧出力部が出力する前記閾値電圧よりも低く前記分圧電圧よりも高い電圧になるように前記閾値電圧調整部に前記閾値電圧を調整させる要求を前記閾値調整要求信号として出力し、
前記閾値調整要求信号を出力した後の前記電圧監視装置から前記過電圧の検出結果が出力された場合に、前記電圧監視装置に異常があると判定する
ことを特徴とする組電池監視システム。 A voltage monitoring device provided for each battery block of an assembled battery having a plurality of battery blocks.
The threshold voltage output unit that outputs the threshold voltage and
A comparator that compares the divided voltage obtained by dividing the voltage of the battery block with the threshold voltage and detects the overvoltage of the battery block.
An output unit that outputs the detection result of the overvoltage by the comparator and
An input unit for inputting a threshold value adjustment request signal for adjusting the threshold voltage, and an input unit for inputting the threshold value adjustment request signal.
Based on the threshold value adjustment request signal inputted to the input unit, and a Ru voltage monitoring apparatus includes a threshold voltage adjustment section for adjusting the threshold voltage,
A cell voltage detection unit that detects the voltage of the battery block or the voltage of a plurality of battery cells constituting the battery block, and
A battery condition monitoring unit that communicates between the voltage monitoring device and the cell voltage detecting unit,
With
The battery condition monitoring unit
Based on the voltage detected by the cell voltage detection unit, the threshold voltage is applied to the threshold voltage adjusting unit so that the voltage is lower than the threshold voltage output by the threshold voltage output unit and higher than the divided voltage. The request to be adjusted is output as the threshold adjustment request signal,
When the overvoltage detection result is output from the voltage monitoring device after the threshold adjustment request signal is output, it is determined that the voltage monitoring device has an abnormality.
An assembled battery monitoring system characterized by this .
閾値電圧を出力する閾値電圧出力部と、
前記電池ブロックの電圧を分圧した分圧電圧と前記閾値電圧とを比較し、前記電池ブロックの過電圧を検出するコンパレータと、
前記コンパレータによる前記過電圧の検出結果を出力する出力部と、
前記閾値電圧の調整を要求する閾値調整要求信号を入力する入力部と、
前記入力部に入力された前記閾値調整要求信号に基づいて、前記閾値電圧を調整する閾値電圧調整部と
を備える電圧監視装置と、
前記電池ブロックの電圧または前記電池ブロックを構成する複数の電池セルの電圧を検出するセル電圧検出部と、
前記電圧監視装置および前記セル電圧検出部との間で通信を行う電池状態監視部と、
を備え、
前記電池状態監視部は、
前記セル電圧検出部によって検出された電圧に基づいて、前記分圧電圧よりも低い電圧になるように前記閾値電圧調整部に前記閾値電圧を調整させる要求を前記閾値調整要求信号として出力し、
前記閾値調整要求信号を出力した後の前記電圧監視装置から前記過電圧の検出結果が出力されない場合に、前記電圧監視装置に異常があると判定する
ことを特徴とする組電池監視システム。 A voltage monitoring device provided for each battery block of an assembled battery having a plurality of battery blocks.
The threshold voltage output unit that outputs the threshold voltage and
A comparator that compares the divided voltage obtained by dividing the voltage of the battery block with the threshold voltage and detects the overvoltage of the battery block.
An output unit that outputs the detection result of the overvoltage by the comparator and
An input unit for inputting a threshold value adjustment request signal for adjusting the threshold voltage, and an input unit for inputting the threshold value adjustment request signal.
Based on the threshold value adjustment request signal inputted to the input unit, and a Ru voltage monitoring apparatus includes a threshold voltage adjustment section for adjusting the threshold voltage,
A cell voltage detection unit that detects the voltage of the battery block or the voltage of a plurality of battery cells constituting the battery block, and
A battery condition monitoring unit that communicates between the voltage monitoring device and the cell voltage detecting unit,
With
The battery condition monitoring unit
Based on the voltage detected by the cell voltage detection unit, a request for the threshold voltage adjusting unit to adjust the threshold voltage so as to be lower than the divided voltage is output as the threshold adjustment request signal.
When the overvoltage detection result is not output from the voltage monitoring device after the threshold adjustment request signal is output, it is determined that the voltage monitoring device has an abnormality.
An assembled battery monitoring system characterized by this .
前記閾値電圧調整部は、
前記パルス信号のディーティ比に基づいて、前記閾値電圧を調整する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の組電池監視システム。 The threshold value adjustment request signal is a pulse signal having a duty ratio corresponding to the voltage of the battery block.
The threshold voltage adjusting unit is
The assembled battery monitoring system according to claim 1 or 2, wherein the threshold voltage is adjusted based on the detail ratio of the pulse signal.
前記電源電圧の上昇に基づいて、前記電源電圧の異常を検出する電源電圧監視部と、を備え、
前記閾値電圧出力部は、
前記電源電圧に比例して低下する電圧を前記閾値電圧として出力し、
前記出力部は、
前記電源電圧監視部による前記異常の検出結果を出力する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の組電池監視システム。 A power supply voltage generator that lowers the voltage of the battery block to generate a power supply voltage,
A power supply voltage monitoring unit that detects an abnormality in the power supply voltage based on the rise in the power supply voltage is provided.
The threshold voltage output unit is
A voltage that decreases in proportion to the power supply voltage is output as the threshold voltage.
The output unit
The assembled battery monitoring system according to any one of claims 1 to 3, wherein the power supply voltage monitoring unit outputs the detection result of the abnormality.
前記過電圧の検出結果に応じてON/OFFし、前記過電圧の検出結果を出力するフォトカプラを備える
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の組電池監視システム。 The output unit
The assembled battery monitoring system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a photocoupler that turns ON / OFF according to the overvoltage detection result and outputs the overvoltage detection result.
前記複数の電圧監視装置との間で通信を行い、前記電圧監視装置での前記過電圧の検出結果に基づいて、前記組電池の充放電を停止する
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の組電池監視システム。 Before Symbol battery state monitoring unit,
Any of claims 1 to 5 , wherein communication is performed with the plurality of voltage monitoring devices, and charging / discharging of the assembled battery is stopped based on the detection result of the overvoltage by the voltage monitoring device. The assembled battery monitoring system described in one.
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