JP7164059B2 - 電池監視装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載されている組電池が有する複数の各単位電池を監視する電圧監視装置に関する。
電圧監視装置の中には、電池ECUと、電池ECUに通信線で接続された複数の電圧モニタとを有するものがある。電池ECUは、指令を通信線により電圧モニタに送信する。電圧モニタは、複数の単位電池がグループ化された電池ブロック毎に設置されており、単位電池の電圧情報を検出して通信線により電池ECUに送信する。そして、このような技術を開示する文献としては、例えば次に示す特許文献1がある。
近年においては、車両で使用する電力が増加する傾向にある。そのため、組電池が有する単位電池の数が増加し、それに伴い電池ブロックの数及びそれらに対応する電圧モニタの数が増加する傾向にある。そのため、電池ECUと各電圧モニタとを接続する通信線の数も増加してしまう。その対策として、電池ECUと電圧モニタとの間で無線通信を行うことが提案されている。
ところで、電池ECUと各電圧モニタとの間で通信を行うにあたっては、各電圧モニタから送信された電圧の検出値がどの電池ブロックに対応するかを、電池ECUが認識する必要がある。そのため、各電圧モニタにIDを、例えば低電位の電池ブロックに対応するものから順にや、高電位の電池ブロックに対応するものから順に等、所定の順に割り付けることが必要になる。
その点、通信線を備える有線の電池監視装置では、例えば、複数の電圧モニタを通信線で所定の順に直列に接続すると共に、その両端の電圧モニタと電池ECUとを通信線で接続するカスケード接続の構成を取ることができる。その場合、通信の順にIDを割り付けることにより、各電圧モニタに、所定の順にIDを割り付けることができる。
しかしながら、通信を無線化した場合、このようなカスケード接続の構成を取れないので、これとは異なる手段により、各電圧モニタに所定の順にIDを割り付ける必要がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池ECUと各電圧モニタとの通信を無線化した場合において、各電圧モニタに、所定の順にIDを割り付けられるようにすることを、主たる目的とする。
本発明の電池監視装置は、車両に搭載されている組電池が有する複数の単位電池を監視する装置であって、電池ECUと、複数の前記単位電池をグループ分けした電池ブロック毎に設置されている電圧モニタとを有し、前記電池ECUは、指令を前記電圧モニタに無線送信し、前記電圧モニタは、前記単位電池の電圧情報を検出して前記電池ECUに無線送信する、電池監視装置において、前記電池ECUと各前記電圧モニタは、それぞれ配線により互いに接続されており、各前記電圧モニタは、前記電池ECUから各前記配線を介して信号を受信した場合、前記電池ECUと無線通信を介して前記電池ECUによりIDが割り付けられる。
本発明によれば、電池ECUは、所定の順に各電圧モニタにIDを割り付けることができる。
次に本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の電池監視装置51及びその周辺を示す回路図である。車両には、走行用の動力装置に加え、組電池60、電池監視装置51、補機バッテリ67等が搭載されている。
図1は、第1実施形態の電池監視装置51及びその周辺を示す回路図である。車両には、走行用の動力装置に加え、組電池60、電池監視装置51、補機バッテリ67等が搭載されている。
組電池60は、直列に接続されている複数の単位電池63を有する。それら複数の単位電池63は、複数の電池ブロック62にグループ分けされている。電池監視装置51は、電池ECU10と複数の電圧モニタ20とを有し、さらに電源線31と複数の電力線33と複数の検出線39とが設けられている。
電池ECU10は、給電部11とMCU13と親機16とを有し、さらに電源ポート10aと複数の電力出力ポート10b1~10bNと電気配線αと通信配線βとが設けられている。親機16は、アンテナ16bを備える。各電圧モニタ20は、監視IC23と子機26とを有し、さらに電力入力ポート20aと複数の検出ポート20dと電気配線αと通信配線βと検出配線δとが設けられている。子機26は、アンテナ26bを備える。親機16と子機26とは、無線装置を構成する。
次に、以上に示した各部材等について説明する。車両の動力装置は、エンジンであってもよいし、モータであってもよいし、その両方を備えたもの(ハイブリッド)であってもよい。各単位電池63は、セル電池単体であってもよいし、セル電池の直列接続体であってもよい。セル電池は、本実施形態では、リチウム電池であるが、その他の電池であってもよい。電池ブロック62毎に、電圧モニタ20が設けられている。
電池ECU10の電源ポート10aには、電源線31により補機バッテリ67が接続されている。給電部11は、電気配線αにより電源ポート10aとMCU13と親機16とに接続されている。給電部11は、給電スイッチを備える。給電部11の給電スイッチは、車両の動力スイッチ(動力装置の起動スイッチ)がONになると、それに連動してONになり、車両の動力スイッチがOFFになると、それに連動してOFFになる。給電部11は、その給電スイッチがOFFである間は、MCU13及び親機16に電力を供給することはない。他方、給電部11は、その給電スイッチがONになると、補機バッテリ67から供給される電力をMCU13及び親機16に供給する。それにより、電池ECU10が起動する。
MCU13は、監視IC23に対する指令等を行う。指令には、単位電池63の電圧情報を取得する指令や、単位電池63を放電する指令等が含まれる。MCU13と親機16とは、通信配線βにより通信可能に接続されている。MCU13は、監視IC23に対する指令等を通信配線βにより親機16に送信する。他方、親機16は、子機26から無線受信した電圧情報等を通信配線βによりMCU13に送信する。
本実施形態では、MCU13が、各電圧モニタ20を順に時間差をおいて起動させるモニタ起動装置を構成している。MCU30は、電気配線αにより各電力出力ポート10b1~10bNに接続されている。
電池ECU10の電力出力ポート10b1~10bNは、電力線33により各電圧モニタ20の電力入力ポート20aに接続されている。詳しくは、第1電力出力ポート10b1は、最も低電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の電力入力ポート20aに接続されている。また、第2電力出力ポート10b2は、2番目に低電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の電力入力ポート20aに接続されている。以下同様に、下位の電力出力ポートから順に、低電位側の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の電力入力ポート20aに接続されている。そして、MCU30は、下位の電力出力ポートから順に、電力供給を開始する。そのため、各電圧モニタ20を、低電位の電池ブロック62に対応するものから順に、起動させることができる。そして、親機16は、各電圧モニタ20が、低電位の電池ブロック62に対応するものから順に起動するものと認識している。
電圧モニタ20の電力入力ポート20aは、電気配線αにより、監視IC23と子機26とに接続されている。電力入力ポート20aに電力が供給されると、監視IC23及び子機26に電力が供給されることにより、電圧モニタ20が起動する。
監視IC23はマルチプレクサを備える。マルチプレクサは、検出配線δにより各検出ポート20dに接続されている。複数の検出ポート20dは、検出線39により、電池ブロック62の両端及びその電池ブロック62を構成する複数の単位電池63の各端子間に接続されている。マルチプレクサは、各単位電池63の端子間の電圧情報を順に検出可能になっている。電圧情報は、実際の電圧値であってもよいし、例えば、所定部分に流れる電流値等、電圧値に変換可能な情報であってもよい。マルチプレクサは、必要に応じて各単位電池63を放電可能になっている。そのため、各単位電池63の充電状態を均一化するバランシング処理を行うことができる。
監視IC23と子機26とは、通信配線βにより通信可能に接続されている。子機26は、親機16から無線受信した指令等を、通信配線βにより監視IC23に送信する。他方、監視IC23は、電圧情報等を、通信配線βにより子機26に送信する。
親機16と各子機26との間で無線通信の通信接続が成立すると、MCU13による指令等を親機16が各子機26に無線送信すると共に、電圧情報等を子機26が親機16に無線送信するようになる。
図2は、各電圧モニタ20に対するIDの割付を示すフローチャートである。車両の動力スイッチがONになると、電池ECU10が起動する(S101)。次に、電池ECU10が、起動していない電圧モニタ20のうち、対応する電池ブロック62の電位が最下位のものに対して、電力線33により電力供給を開始する(S102)。それにより、その電圧モニタ20が起動する(S103)。
次に、その電圧モニタ20の子機26が親機16と無線通信をして通信接続を成立させる(S104)。このとき、親機16はその通信接続を成立させる子機26に対して、未だ割り付けていないIDのうち最下位のIDを割り付ける(S105)。次に、MCU13が、未だ起動していない電圧モニタ20が有るか否かを判定する(S106)。未だ起動していない電圧モニタ20が有ると判定した場合(S106:YES)、S102に戻って、未だ起動していない電圧モニタ20のうち、対応する電池ブロック62の電位が最下位のものに対して、電力線33により電力供給を開始する(S102)。そして、同様にS103~S106の制御を行う。他方、S106で、全ての電圧モニタ20が起動していると判定した場合(S106:NO)、各電圧モニタ20に対するIDの割付を終了する。
詳しくは、S102での、最下位の電圧モニタ20に対する電力供給の開始は、未だ電力供給を開始していない最下位の電力出力ポート10b1に対して電力供給を開始することにより、行うことができる。また、S106での未だ起動していない電圧モニタ20が有るか否かを判定は、例えば、電力線33が接続されている電力出力ポート10b1~10bNのうち、未だ電力供給を開始していないものがあるか否かを判定することにより、行うことができる。S102~S106では、このように、起動した電圧モニタ20の子機26と親機16とが無線通信をして通信接続を成立させ(S102~S104)、子機26にIDが割り付けられた(S105)後に、次の電圧モニタ20が起動される(S102)。
本実施形態によれば、次の効果が得られる。複数の電圧モニタ20が、対応する電池ブロック62が低電位のものから順に起動し、起動した電圧モニタ20の子機26から順に親機16と無線通信をしてIDが割り付けられる。そのため、各電圧モニタ20の子機26に対して、対応する電池ブロック62が低電位のものから順にIDを割り付けることができる。また、電池ECU10自身が、複数の各電圧モニタ20に対して順に電力供給を行うことにより、シンプルな構成で、各電圧モニタ20を順に起動させることができる。
[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態の電池監視装置52について説明する。以下の実施形態では、それ以前の実施形態のものと同一の又は対応する部材等については、同一の符号を付する。ただし、電池監視装置自体については、実施形態毎に異なる符号を付する。本実施形態については、第1実施形態をベースにそれと異なる点を中心に説明する。
次に本発明の第2実施形態の電池監視装置52について説明する。以下の実施形態では、それ以前の実施形態のものと同一の又は対応する部材等については、同一の符号を付する。ただし、電池監視装置自体については、実施形態毎に異なる符号を付する。本実施形態については、第1実施形態をベースにそれと異なる点を中心に説明する。
図3は、第2実施形態の電池監視装置52を示す回路図である。電池監視装置52は、複数の電力線33の代わりに、複数の信号線35と複数の電源線38とを備えている。電池ECU10には、複数の電力出力ポート10b1~10bNの代わりに、複数の信号出力ポート10c1~10cNが設けられている。また、電池ECU10には、一部の電気配線αの代わりに、信号配線γが設けられている。電圧モニタ20には、電力入力ポート20aの代わりに、電源ポート20Aと信号入力ポート20bとが設けられている。また、電圧モニタ20には、給電部21が設けられている。
次に、以上に示した各部材等について説明する。信号配線γ及び信号線35は、導線である。信号配線γ及び信号線35は、起動信号を送信するが、指令及び電圧値を送信することはない。MCU13は、信号配線γにより各信号出力ポート10c1~10cNに接続されている。電池ECU10の信号出力ポート10c1~10cNは、信号線35により各電圧モニタ20の信号入力ポート20bに接続されている。詳しくは、第1信号出力ポート10c1は、最も低電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の信号入力ポート20bに接続されている。また、第2信号出力ポート10c2は、2番目に低電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の信号入力ポート20bに接続されている。以下同様に、下位の信号出力ポートから順に、低電位側の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の信号入力ポート20bに接続されている。そして、MCU30は、下位の信号出力ポートから順に、起動信号を送信する。
電圧モニタ20の給電部21は、信号配線γによりに信号入力ポート20bに接続されると共に、電源ポート20Aに電気配線αにより接続されている。電源ポート20Aは、電源線38により組電池60に接続されている。
給電部21は、給電スイッチを備えており、起動信号を受信していない間は給電スイッチがOFFになり、起動信号を受信すると給電スイッチがONになる。給電部21は、給電スイッチがOFFの間は、電力を監視IC23及び子機26に供給することはない。他方、給電部21は、給電スイッチがONになると、単位電池63から供給される電力を監視IC23及び子機26に供給するようになる。それにより、電圧モニタ20が起動する。詳しくは、各給電部21は、自身の属する電圧モニタ20に対応する電池ブロック62の単位電池63から電力を取得する。
図4は、信号出力ポート10c1~10cNが出力する出力電圧を示すグラフである。信号出力ポート10c1~10cNは、下位のものから順に、すなわち、第1信号出力ポート10c1、第2信号出力ポート10c2、・・・第N信号出力ポート10cNの順に、時間差をおいて出力電圧が低電圧Loから高電圧Hiに切り替わる。この高電圧Hiが起動信号となる。
図5は、各電圧モニタ20に対するIDの割付を示すフローチャートである。車両の動力スイッチがONになると、電池ECU10が起動する(S201)。次に、電池ECU10が、起動していない電圧モニタ20のうち、対応する電池ブロック62の電位が最下位のものに対して、信号線35により起動信号を送信する(S202)。それにより、その電圧モニタ20が起動する(S203)。
次に、その電圧モニタ20の子機26が親機16と無線通信をして通信接続を成立させる(S204)。このとき、親機16はその通信接続を成立させる子機26に対して、未だ割り付けていないIDのうち最下位のIDを割り付ける(S205)。次に、未だ起動していない電圧モニタ20が有るか否かを判定する(S206)。未だ起動していない電圧モニタ20が有ると判定した場合(S206:YES)、S202に戻って、未だ起動していない電圧モニタ20のうち、対応する電池ブロック62の電位が最下位のものに対して、信号線35により起動信号を送信する(S202)。そして、同様にS203~S206の制御を行う。他方、S206で、全ての電圧モニタ20が起動していると判定した場合(S206:NO)、各電圧モニタ20に対するIDの割付を終了する。
詳しくは、S202での、最下位の電圧モニタ20に対する起動信号の送信は、出力電圧が低電圧Loである電力出力ポートのうち最下位のものの出力電圧を高電圧Hiに切り替えることにより、行うことができる。また、S206での未だ起動していない電圧モニタ20が有るか否かを判定は、例えば、信号線35が接続されている信号出力ポート10c1~10cNのうち、出力電圧が低電圧Loであるものがあるか否かを判定することにより、行うことができる。
本実施形態によれば、次の効果が得られる。電池ECU10は、信号線35により起動信号を送るだけであり、電力を送る訳ではないので、信号線35は第1実施形態の電力線33に比べて電気抵抗が大きくても許容できる。そのため、信号線35を第1実施形態の電力線33に比べて細くすること等が可能になる。また、信号線35は、指令や電圧値等を送信することはなく、高電圧Hiを起動信号として送信するだけなので、信号線35は単なる導線でよい。そのため、電池ECU10と電圧モニタ20とを一般的な通信線で接続する場合に比べて、配線を簡単にすることができる。
また、電池ECU10は、起動信号を送るだけであり、電力を送る訳ではないので、電池ECU10に、電力を各電圧モニタ20に供給するための回路を設ける必要がなくなる。そのため、電池ECU10の回路規模を抑えることができる。また、各電圧モニタ20は、電圧を検出する単位電池63から電力が供給されるため、シンプルな構成で、電力を確保することができる。
[第3実施形態]
図6は、第3実施形態の電池監視装置53を示す回路図である。本実施形態については、第2実施形態をベースにそれと異なる点を中心に説明する。電池監視装置53は、複数の信号線35の代わりに、一の信号線35と複数の接続線36とを備える。電池ECU10には、複数の信号出力ポート10c1~10cNの代わりに、一の信号出力ポート10cが設けられている。また、各電圧モニタ20には、信号出力ポート20cが設けられている。
図6は、第3実施形態の電池監視装置53を示す回路図である。本実施形態については、第2実施形態をベースにそれと異なる点を中心に説明する。電池監視装置53は、複数の信号線35の代わりに、一の信号線35と複数の接続線36とを備える。電池ECU10には、複数の信号出力ポート10c1~10cNの代わりに、一の信号出力ポート10cが設けられている。また、各電圧モニタ20には、信号出力ポート20cが設けられている。
次に、以上に示した各部材等について説明する。電池ECU10の信号出力ポート10cは、信号線35により、最も低電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20(所定の電圧モニタ)の信号入力ポート20bに接続されている。子機26は、信号配線γにより信号出力ポート20cに接続されている。各電圧モニタ20の信号出力ポート20cは、当該電圧モニタ20に対応する電池ブロック62よりも1つ高電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20の信号入力ポート20bに、接続線36により接続されている。それにより、複数の電圧モニタ20が直列に接続されている。接続線36は、導線である。接続線36は、信号線35と同じ導線であってもよいし、異なる導線であってもよい。本実施形態では、MCU13と子機26とが、各電圧モニタ20を順に時間差をおいて起動させるモニタ起動装置を構成している。
図7は、各電圧モニタ20に対するIDの割付を示すフローチャートである。動力スイッチがONになると電池ECU10が起動する(S301)。次に、電池ECU10が、信号線35により接続されている電圧モニタ20に対して起動信号を送信する(S302)。それにより、最も低電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20が起動する(S303)。
次に、その電圧モニタ20の子機26が親機16と無線通信をして通信接続を成立させる(S304)。このとき、親機16はその通信接続を成立させる子機26に対して、未だ割り付けていないIDのうち最下位のIDを割り付ける(S305)。
次に、その電圧モニタ20よりも1つ上位の電圧モニタ20が有れば、IDを割り付けられた子機26が、接続線36により1つ上位の電圧モニタ20に起動信号を送信する(S306)。これにより、1つ上位の電圧モニタ20が有れば、その電圧モニタ20が起動する(S307)。次に、それにより起動した電圧モニタ20があれば、その電圧モニタ20の子機26が、IDが割り付けられていないID無しの状態のまま、親機16に無線信号を送信する。そして、親機16が、ID無しの子機26から無線信号を受信したか否かを判定する(S308)。
親機16が、ID無しの子機26から無線信号を受信した場合(S308:YES)、S304に戻って、そのID無しの子機26と、無線通信をして通信接続を成立させる(S304)。そして、S305からS308の制御を繰り返す。他方、S308で、ID無しの子機26から無線信号を受信しない場合(S308:NO)、各子機26に対するIDの割付を終了する(S309)。
詳しくは、S306での、起動した電圧モニタ20よりも1つ上位の電圧モニタ20が有ればその上位の電圧モニタ20に起動信号を送信するといった制御は、例えば、その起動した電圧モニタ20の子機26が信号出力ポート20cに起動信号を送信することにより行うことができる。この場合、信号出力ポート20cに接続線36が接続されていれば、すなわち、上位の電圧モニタ20があれば、その上位の電圧モニタ20に起動信号を送信することになる。他方、信号出力ポート20cに接続線36が接続されていなければ、すなわち、上位の電圧モニタ20がなければ、上位の電圧モニタ20に起動信号を送信することはない。
本実施形態によれば、次の効果が得られる。隣り合う電圧モニタ20どうしを接続線36により接続するので、電池ECU10は一の電圧モニタ20にのみ接続すればよい。そのため、電池ECU10と各電圧モニタ20とを信号線35で接続する第2実施形態に比べて、配線をシンプルにできる。
また、電圧モニタ20の数が増えても、直列に接続する電圧モニタ20の数が増えるだけなので、電池ECU10は、信号線35を接続する信号出力ポート10cを1つ備えていれば足りる。そのため、電圧モニタ20の数の増加により信号出力ポート10cが足りなくなって、対応できなくなるといった事態の発生をなくすことができる。
[他の実施形態]
以上の実施形態は、次のように変更して実施することもできる。例えば、親機16に、各子機26が、高電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20のものから順に起動するものと認識させ、各子機26を当該順に起動させてIDを割り付けてもよい。また例えば、複数の電池ブロック62を並列に設け、親機16に、各子機26が、並びの一端の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20のものから順に起動するものと認識させ、各子機26を当該順に起動させてIDを割り付けてもよい。
以上の実施形態は、次のように変更して実施することもできる。例えば、親機16に、各子機26が、高電位の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20のものから順に起動するものと認識させ、各子機26を当該順に起動させてIDを割り付けてもよい。また例えば、複数の電池ブロック62を並列に設け、親機16に、各子機26が、並びの一端の電池ブロック62に対応する電圧モニタ20のものから順に起動するものと認識させ、各子機26を当該順に起動させてIDを割り付けてもよい。
また例えば、第1実施形態において、電池ECU10の給電部11から電力出力ポート10b1~10bNに直接電力が供給されるようにしてもよい。そして、MCU13がその電力供給のON、OFFを制御するようにしてもよい。
また例えば、MCU13から、各電圧モニタ20を起動させるモニタ起動装置として機能する部分を切り離して、当該部分を電池ECU10の外部に設けるようにしてもよい。また例えば、第2又は第3実施形態において、単位電池63からではなく、補機バッテリ67等の別の電池から各電圧モニタ20の給電部21に電力が供給されるようにしてもよい。
10…電池ECU、20…電圧モニタ、51~53…電池監視装置、60…組電池、62…電池ブロック、63…単位電池。
Claims (6)
- 車両に搭載されている組電池(60)が有する複数の単位電池(63)を監視する装置であって、
電池ECU(10)と、複数の前記単位電池をグループ分けした電池ブロック(62)毎に設置されている電圧モニタ(20)とを有し、前記電池ECUは、指令を前記電圧モニタに無線送信し、前記電圧モニタは、前記単位電池の電圧情報を検出して前記電池ECUに無線送信する、電池監視装置(51~53)において、
前記電池ECUと各前記電圧モニタは、それぞれ配線(33,35)により互いに接続されており、
各前記電圧モニタは、前記電池ECUから各前記配線を介して信号を受信した場合、前記電池ECUと無線通信を介して前記電池ECUによりIDが割り付けられる、電池監視装置。 - 前記電池ECUは、所定の順で前記配線ごとに信号を各前記電圧モニタに送信することにより、所定の順で各前記電圧モニタにIDを割り付ける請求項1に記載の電池監視装置。
- 前記電池ECUは、各前記配線を介して送信された信号の状態で、各前記電圧モニタを識別する請求項1又は2に記載の電池監視装置。
- 前記電池ECUは、電源線(31)を介して補機バッテリ(87)が接続される請求項1~3のうちいずれか1項に記載の電池監視装置。
- 前記補機バッテリの給電スイッチは、車両の動力スイッチに連動する請求項4に記載の電池監視装置。
- 前記電圧モニタは、各前記単位電池の端子間の電圧情報を検出可能なマルチプレクサを備える請求項1~5のうちいずれか1項に記載の電池監視装置。
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