JP6930741B2 - 管理装置および電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る電源装置100の構成を示す回路図である。電源装置100は、例えば、ハイブリッド車、電気自動車などの動力源として車両に搭載することができる。電源装置100は、組電池(蓄電モジュール)10および電池管理装置(管理装置)30を備える。組電池10と電池管理装置30間はワイヤーハーネス20により接続される。
図2は、断線が発生していない場合の図1の電源装置100の動作を説明する図である。図2では、第1スイッチ素子SW11〜SW14が導通し、第1電荷引き抜き回路37が電荷を引き抜いている状態を示している。第2スイッチ素子SW21〜SW24は非導通である。第1抵抗R11〜R14のそれぞれには、定電流が流れ、電圧降下が発生する。第1電流源I11〜I14が引き込む定電流の大きさはそれぞれ実質的に等しいため、第1抵抗R11〜R14の電圧降下はそれぞれ実質的に等しい。従って、第1電圧検出回路35が検出する各電圧は、第1抵抗R11〜R14の電圧降下の影響を受けにくく、電池セルS1〜S3のそれぞれの電圧と略等しい。即ち、電圧検出誤差が小さい。
図3は、第1電圧検出線L12に断線が発生した場合の図1の電源装置100の動作を説明する図である。ここでは、第1抵抗R12が外れたことにより、第1電圧検出線L12が断線している一例を示す。第1容量素子C11の両端間の電圧を電圧V11とし、第1容量素子C12の両端間の電圧を電圧V12とし、第1容量素子C13の両端間の電圧を電圧V13とする。第2容量素子C21の両端間の電圧を電圧V21とし、第2容量素子C22の両端間の電圧を電圧V22とし、第2容量素子C23の両端間の電圧を電圧V23とする。
図5は、第2電圧検出線L22に断線が発生した場合の図1の電源装置100の動作を説明する図である。ここでは、第2抵抗R22が外れたことにより、第2電圧検出線L22が断線している一例を示す。
図7は、共通の電圧検出線L2に断線が発生した場合の図1の電源装置100の動作を説明する図である。
図8(a)は、図7における電圧V12の変化を示す図であり、図8(b)は、図7における電圧V22の変化を示す図である。時刻t7において共通の電圧検出線L2に断線が発生し、時刻t8において第1スイッチ素子SW11〜SW14が導通する。共通の電圧検出線L2が断線しているため、第1電流源I12が引き込む定電流により、第1容量素子C12の電荷が引き抜かれると共に、第1電圧検出線L12および第2電圧検出線L22を介して第2容量素子C22の電荷も引き抜かれる。これにより、図8(a)に示すように電圧V12は低下し始める。また図8(b)に示すように電圧V22も低下し始める。
第2の実施形態では、第2電荷引き抜き回路はセルバランス用のスイッチ素子を用いて構成されている点において第1の実施形態と異なる。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
また、第2スイッチ素子SW31〜SW33は、セルバランス用のスイッチ素子としても用いられる。
第1の実施形態の電圧検出装置32は1つの半導体集積回路として構成されるが、第2の実施形態では電圧検出装置を2つの半導体集積回路に分ける。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
直列接続された複数のセル(S1〜S3)の各ノードに第1電圧検出線(L11〜L14)で接続され、当該複数のセル(S1〜S3)のそれぞれの電圧を検出する第1電圧検出回路(35)と、
前記複数のセル(S1〜S3)の各ノードに第2電圧検出線(L21〜L24)で接続され、当該複数のセル(S1〜S3)のそれぞれの電圧を検出する第2電圧検出回路(36)と、
各セル(S1〜S3)に接続された2本の第1電圧検出線(L11とL12、L12とL13、L13とL14)間にそれぞれ接続された複数の第1容量素子(C11〜C13)と、
各セル(S1〜S3)に接続された2本の第2電圧検出線(L21とL22、L22とL23、L23とL24)間にそれぞれ接続された複数の第2容量素子(C21〜C23)と、
前記複数のセル(S1〜S3)の各ノードから各第1電圧検出線(L11〜L14)を介して電荷を引き抜く第1電荷引き抜き回路(37)と、
前記複数のセル(S1〜S3)の各ノードから各第2電圧検出線(L21〜L24)を介して電荷を引き抜く第2電荷引き抜き回路(38、38A)と、
を備えることを特徴とする管理装置(30、30A、30B)。
これによれば、断線検出できると共に、断線が発生した場所を特定できる。
[項目2]
前記第1電荷引き抜き回路(37)と前記第2電荷引き抜き回路(38,38A)に交互に電荷を引き抜かせる制御回路(34)を備えることを特徴とする項目1に記載の管理装置(30、30A、30B)。
これによれば、消費電力の増加を抑制しつつ、断線が発生しているか常時判定することができる。
[項目3]
前記制御回路(34)は、
前記第1電荷引き抜き回路(37)が電荷を引き抜き、前記第1電圧検出回路(35)で検出された何れかのセル(S1〜S3)の電圧が閾値電圧以下であり、前記第2電圧検出回路(36)で検出された各セル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧より高い場合、前記第2電圧検出回路(36)で検出された電圧を取得し、
前記第2電荷引き抜き回路(38、38A)が電荷を引き抜き、前記第2電圧検出回路(36)で検出された何れかのセル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧以下であり、前記第1電圧検出回路(35)で検出された各セル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧より高い場合、前記第1電圧検出回路(35)で検出された電圧を取得することを特徴とする項目2に記載の管理装置(30、30A、30B)。
これによれば、断線していない第1電圧検出線(L11〜L14)または第2電圧検出線(L21〜L24)を介して検出された電圧を用いて、セル(S1〜S3)の充放電制御などを行うことができる。
[項目4]
前記制御回路(34)は、前記第1電荷引き抜き回路(37)が電荷を引き抜き、前記第1電圧検出回路(35)で検出された何れかのセル(S1〜S3)の電圧が閾値電圧以下であり、前記第2電圧検出回路(36)で検出された各セル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧より高い場合、および、前記第2電荷引き抜き回路(38、38A)が電荷を引き抜き、前記第2電圧検出回路(36)で検出された何れかのセル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧以下であり、前記第1電圧検出回路(35)で検出された各セル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧より高い場合、前記第1電圧検出線(L11〜L14)または前記第2電圧検出線(L21〜L24)が断線したことを示す検出信号を出力することを特徴とする項目2または3に記載の管理装置(30、30A、30B)。
これによれば、第1電圧検出線(L11〜L14)または第2電圧検出線(L21〜L24)が断線したことを示す検出信号が出力された場合、セル(S1〜S3)の充放電量の制限や、ユーザへの通知などの必要な対応を行うことができる。
[項目5]
前記第1電圧検出線(L11〜L14)と前記第2電圧検出線(L11〜L14)は、共通の電圧検出線(L1〜L4)を介して前記複数のセル(S1〜S3)の各ノードに接続され、
前記制御回路(34)は、前記第1電荷引き抜き回路(37)または前記第2電荷引き抜き回路(38、38A)が電荷を引き抜き、前記第1電圧検出回路(35)で検出された何れかのセル(S1〜S3)の電圧が閾値電圧以下であり、前記第2電圧検出回路(36)で検出された何れかのセル(S1〜S3)の電圧が前記閾値電圧以下である場合、前記共通の電圧検出線(L1〜L4)が断線したことを示す検出信号を出力することを特徴とする項目2から4のいずれか1項に記載の管理装置(30、30A、30B)。
これによれば、共通の電圧検出線(L1〜L4)が断線したことを示す検出信号が出力された場合、セル(S1〜S3)の充放電の停止や、ユーザへの通知などの必要な対応を行うことができる。
[項目6]
前記第1電荷引き抜き回路(37)は、
対応する第1電圧検出線(L11〜L14)に接続された一端をそれぞれ有する複数の第1スイッチ素子(SW11〜SW14)と、
対応する第1スイッチ素子(SW11〜SW14)の他端に接続された一端と、所定の固定電位に接続された他端とをそれぞれ有する複数の第1電流源(I11〜I14)と、を有し、
前記第2電荷引き抜き回路(38)は、
対応する第2電圧検出線(L21〜L24)に接続された一端をそれぞれ有する複数の第2スイッチ素子(SW21〜SW24)と、
対応する第2スイッチ素子(SW21〜SW24)の他端に接続された一端と、前記固定電位に接続された他端とをそれぞれ有する複数の第2電流源(I21〜I24)と、を有することを特徴とする項目1から5のいずれか1項に記載の管理装置(30、30B)。
これによれば、簡単な構成で第1電荷引き抜き回路(37)と第2電荷引き抜き回路(38)を実現できる。
[項目7]
前記第1電荷引き抜き回路(37)は、
対応する第1電圧検出線(L11〜L14)に接続された一端をそれぞれ有する複数の第1スイッチ素子(SW11〜SW14)と、
対応する第1スイッチ素子(SW11〜SW14)の他端に接続された一端と、所定の固定電位に接続された他端とをそれぞれ有する複数の第1電流源(I11〜I14)と、を有し、
前記第2電荷引き抜き回路(38A)は、各セル(S1〜S3)に接続された2本の第2電圧検出線(L21とL22、L22とL23、L23とL24)間にそれぞれ接続された複数の第2スイッチ素子(SW31〜SW33)を有することを特徴とする項目1から5のいずれか1項に記載の管理装置(30A)。
これによれば、セルバランス用の第2スイッチ素子(SW31〜SW33)を用いて電荷を引き抜くことができるので、第2電荷引き抜き回路(37)に電荷を引き抜くための電流源を設ける必要がない。よって、電流源の数を減らすことができる。
[項目8]
前記第1電圧検出回路(35)と前記第1電荷引き抜き回路(37)は、第1の半導体集積回路(321)として構成され、
前記第2電圧検出回路(36)と前記第2電荷引き抜き回路(38)は、第2の半導体集積回路(322)として構成されていることを特徴とする項目1から6のいずれか1項に記載の管理装置(30B)。
これによれば、同一の2つの半導体集積回路を用いて管理装置を構成できる。
[項目9]
複数のセル(S1〜S3)が直列接続された蓄電モジュール(10)と、
前記蓄電モジュール(10)を管理する項目1から8のいずれか1項に記載の管理装置(30、30A、30B)と、
を備えることを特徴とする電源装置(100、100A、100B)。
Claims (7)
- 直列接続された複数のセルの各ノードに第1電圧検出線で接続され、当該複数のセルのそれぞれの電圧を検出する第1電圧検出回路と、
前記複数のセルの各ノードに第2電圧検出線で接続され、当該複数のセルのそれぞれの電圧を検出する第2電圧検出回路と、
各セルに接続された2本の第1電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第1容量素子と、
各セルに接続された2本の第2電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第2容量素子と、
前記複数のセルの各ノードから各第1電圧検出線を介して電荷を引き抜く第1電荷引き抜き回路と、
前記複数のセルの各ノードから各第2電圧検出線を介して電荷を引き抜く第2電荷引き抜き回路と、
前記第1電荷引き抜き回路と前記第2電荷引き抜き回路に交互に電荷を引き抜かせる制御回路を備え、
前記制御回路は、
前記第1電荷引き抜き回路が電荷を引き抜き、前記第1電圧検出回路で検出された何れかのセルの電圧が閾値電圧以下であり、前記第2電圧検出回路で検出された各セルの電圧が前記閾値電圧より高い場合、前記第2電圧検出回路で検出された電圧を取得し、
前記第2電荷引き抜き回路が電荷を引き抜き、前記第2電圧検出回路で検出された何れかのセルの電圧が前記閾値電圧以下であり、前記第1電圧検出回路で検出された各セルの電圧が前記閾値電圧より高い場合、前記第1電圧検出回路で検出された電圧を取得することを特徴とする管理装置。 - 直列接続された複数のセルの各ノードに第1電圧検出線で接続され、当該複数のセルのそれぞれの電圧を検出する第1電圧検出回路と、
前記複数のセルの各ノードに第2電圧検出線で接続され、当該複数のセルのそれぞれの電圧を検出する第2電圧検出回路と、
各セルに接続された2本の第1電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第1容量素子と、
各セルに接続された2本の第2電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第2容量素子と、
前記複数のセルの各ノードから各第1電圧検出線を介して電荷を引き抜く第1電荷引き抜き回路と、
前記複数のセルの各ノードから各第2電圧検出線を介して電荷を引き抜く第2電荷引き抜き回路と、
前記第1電荷引き抜き回路と前記第2電荷引き抜き回路に交互に電荷を引き抜かせる制御回路を備え、
前記制御回路は、前記第1電荷引き抜き回路が電荷を引き抜き、前記第1電圧検出回路で検出された何れかのセルの電圧が閾値電圧以下であり、前記第2電圧検出回路で検出された各セルの電圧が前記閾値電圧より高い場合、および、前記第2電荷引き抜き回路が電荷を引き抜き、前記第2電圧検出回路で検出された何れかのセルの電圧が前記閾値電圧以下であり、前記第1電圧検出回路で検出された各セルの電圧が前記閾値電圧より高い場合、前記第1電圧検出線または前記第2電圧検出線が断線したことを示す検出信号を出力することを特徴とする管理装置。 - 前記第1電圧検出線と前記第2電圧検出線は、共通の電圧検出線を介して前記複数のセルの各ノードに接続され、
前記制御回路は、前記第1電荷引き抜き回路または前記第2電荷引き抜き回路が電荷を引き抜き、前記第1電圧検出回路で検出された何れかのセルの電圧が閾値電圧以下であり、前記第2電圧検出回路で検出された何れかのセルの電圧が前記閾値電圧以下である場合、前記共通の電圧検出線が断線したことを示す検出信号を出力することを特徴とする請求項1または2に記載の管理装置。 - 前記第1電荷引き抜き回路は、
対応する第1電圧検出線に接続された一端をそれぞれ有する複数の第1スイッチ素子と、
対応する第1スイッチ素子の他端に接続された一端と、所定の固定電位に接続された他端とをそれぞれ有する複数の第1電流源と、を有し、
前記第2電荷引き抜き回路は、
対応する第2電圧検出線に接続された一端をそれぞれ有する複数の第2スイッチ素子と、
対応する第2スイッチ素子の他端に接続された一端と、前記固定電位に接続された他端とをそれぞれ有する複数の第2電流源と、を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の管理装置。 - 直列接続された複数のセルの各ノードに第1電圧検出線で接続され、当該複数のセルのそれぞれの電圧を検出する第1電圧検出回路と、
前記複数のセルの各ノードに第2電圧検出線で接続され、当該複数のセルのそれぞれの電圧を検出する第2電圧検出回路と、
各セルに接続された2本の第1電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第1容量素子と、
各セルに接続された2本の第2電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第2容量素子と、
前記複数のセルの各ノードから各第1電圧検出線を介して電荷を引き抜く第1電荷引き抜き回路と、
前記複数のセルの各ノードから各第2電圧検出線を介して電荷を引き抜く第2電荷引き抜き回路と、
を備え、
前記第1電荷引き抜き回路は、
対応する第1電圧検出線に接続された一端をそれぞれ有する複数の第1スイッチ素子と、
対応する第1スイッチ素子の他端に接続された一端と、所定の固定電位に接続された他端とをそれぞれ有する複数の電流源と、を有し、
前記第2電荷引き抜き回路は、各セルに接続された2本の第2電圧検出線間にそれぞれ接続された複数の第2スイッチ素子を有することを特徴とする管理装置。 - 前記第1電圧検出回路と前記第1電荷引き抜き回路は、第1の半導体集積回路として構成され、
前記第2電圧検出回路と前記第2電荷引き抜き回路は、第2の半導体集積回路として構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の管理装置。 - 複数のセルが直列接続された蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールを管理する請求項1から6のいずれか1項に記載の管理装置と、
を備えることを特徴とする電源装置。
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