JP2010281717A

JP2010281717A - 複数組電池の電圧監視装置

Info

Publication number: JP2010281717A
Application number: JP2009135965A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sekizaki; 将士関崎; Satoshi Ishikawa; 聡石川; Koyo Matsuura; 公洋松浦
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16
Also published as: US9885758B2; US20100308835A1

Abstract

【課題】簡単な操作で単位セルの閾値電圧を変更することが可能な複数組電池の電圧監視装置を提供する。
【解決手段】各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5が通信線３１を介して互いに接続されており、メインマイコン３３より閾値電圧信号が送信されると、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5のレジスタ２９にこの閾値電圧が記憶される。そして、この閾値電圧を用いて、単位セルの電圧とが比較される。従って、ハード構成を変更する等の面倒な作業を必要とせずに簡単な操作で閾値電圧を変更することができ、高圧バッテリの設置環境や、使用する高圧バッテリの種類の変更等により閾値電圧を変更する場合に効果が大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の単位セルを直列接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を監視する電圧監視装置に関する。

例えば、ハイブリッド車両では、モータの駆動電源として、高電圧バッテリを備えている。高電圧バッテリは、例えば、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの二次電池（蓄電式電池）の単位セルを複数個直列接続して高電圧を得ている。

また、二次電池が過放電状態、或いは過充電状態とならないように、各単位セル毎の充電状態を確認する必要がある。そこで、従来よりに複数個（例えば、５５個）の単位セルを例えば５個のブロックに分割し（即ち、１１個の単位セルで１ブロック）、各ブロックの単位セルより出力される電圧を、各ブロック毎に設けられた電圧検出用ＩＣによりリアルタイムで電圧を測定し、測定した各単位セルの電圧が所定の範囲内に収まっているか否かを判断している（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来における電圧監視装置に用いられる電圧検出回路の一例を示す説明図である。該電圧検出回路１０１では、スイッチ回路１０２により、各単位セルの電圧を切り替えて増幅器１０３に供給する。そして、比較器１０４では、増幅器１０３より出力された電圧と、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２で分圧して得られる基準電圧とを比較し、この比較結果に基づいて、単位セルの出力電圧が所定の上限閾値電圧以上であるか否か、或いは所定の下限閾値電圧未満であるか否かを判定する。

特開２００２−８４６６９号公報

しかしながら、従来における電圧監視装置では、抵抗Ｒ１０１とＲ１０２の比率に基づいて基準電圧を生成しているので、単位セルの電圧を検出する際の上限閾値電圧、或いは下限閾値電圧を変更する場合には、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２の比率を調整する必要があり、上限閾値電圧及び下限閾値電圧の調整に多くの労力、コストがかかるという欠点がある。

即ち、単位セルの上限電圧、及び下限電圧を決める閾値は、周囲温度等の設置環境や、接続する二次電池の種類に応じて変更する場合があり、このような場合には回路構成を変更する必要があり、部品を変更するために多くのコストがかかり、且つ部品の変更作業に人手による多くの労力が必要になるという欠点がある。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な操作で単位セルの閾値電圧を変更することが可能な複数組電池の電圧監視装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、複数の単位セルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を監視する複数組電池の電圧監視装置において、前記複数のセルを複数のブロックに分割し、各ブロック毎にそれぞれ電圧監視手段が設けられ、前記各電圧監視手段は、通信回線を介して互いに接続され、且つ該通信回線を介して主制御手段に接続され、前記各電圧監視手段は、閾値電圧を記憶する記憶手段と、前記各単位セルの電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された各単位セルの電圧と前記閾値電圧を比較する電圧比較判定手段と、前記電圧比較判定手段による判定結果を、前記主制御手段に送信する通信手段と、を有し、前記主制御手段は、前記閾値電圧を変更する際に、前記各電圧監視手段に変更後の閾値電圧信号を送信すると共に、前記各電圧監視手段の前記通信手段は、前記変更後の閾値電圧信号が受信された際に、前記記憶手段に記憶されている閾値電圧を、変更後の閾値電圧に変更することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記記憶手段は、前記閾値電圧として、単位セル電圧の上限電圧を示す上限閾値電圧、及び前記単位セル電圧の下限電圧を示す下限閾値電圧を記憶し、前記電圧比較判定手段は、前記電圧検出手段で検出された単位セル電圧が前記下限閾値電圧を下回ったこと、或いは前記上限閾値電圧を上回ったこと、或いは前記下限閾値電圧と上限閾値電圧の間であること、のいずれかを前記判定結果として、前記主制御手段に送信することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記電圧比較手段は、前記判定結果として、前記単位セル電圧が前記下限閾値電圧を下回った場合、及び前記上限閾値電圧を上回った場合に、異常判定信号を送信し、前記単位セル電圧が前記下限閾値電圧と上限閾値電圧の間である場合に、正常判定信号を前記主制御手段に送信することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記各電圧監視手段は、高電圧側装置に設けられ、前記主制御手段は、高圧側装置とは絶縁インターフェースを介して接続される低電圧側装置に設けられたことを特徴とする。

請求項１の発明では、複数の電圧監視手段が通信回線を介して互いに接続されており、主制御手段より閾値電圧信号が送信されると、各電圧監視手段の記憶手段にこの閾値電圧が記憶され、この閾値電圧を用いて、電圧検出手段で検出される単位セルの電圧とが比較される。従って、ハード構成を変更する等の面倒な作業を必要とせずに簡単な操作で閾値電圧を変更することができ、高圧バッテリの設置環境や、使用する高圧バッテリの種類の変更等により閾値電圧を変更する場合には、極めて有効である。

請求項２の発明では、閾値電圧として下限電圧を規定する下限閾値電圧、及び上限電圧を規定する上限閾値電圧を設定し、単位セルの出力電圧が下限閾値電圧と上限閾値電圧との間のである場合に電圧が正常であると判定できるので、単位セルの出力電圧が所定の範囲内にあるか否かを確実に検出することができる。

請求項３の発明では、単位セルの出力電圧が下限閾値電圧と上限閾値電圧との間のである場合に正常判定信号を送信し、下限閾値電圧を下回った場合及び上限閾値電圧を上回った場合に異常判定信号を送信するので、通信のデータ量を削減し、通信負荷を低減することができる。

請求項４の発明では、高電圧装置側に設けられた電圧監視手段に対して、絶縁インターフェースを介して接続される低電圧装置側に主制御手段を設けるので、高電圧装置と低電圧装置を確実に分離することができる。

本発明の一実施形態に係る電圧監視装置、及び二次電池を示す回路図である。本発明の一実施形態に係る電圧監視装置の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る電圧監視装置の、電圧判定処理の手順を示すフローチャートである。従来における閾値電圧の設定方法を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電圧監視装置１０、及び複数の単位セルＢＴ１〜ＢＴ５５からなる二次電池１３（複数組電池）を示すブロック図である。本実施形態で採用する二次電池１３は、例えば、ハイブリッド車両や電気自動車に用いられるモータを駆動するための高圧バッテリとして用いられる。

図１に示すように、本実施形態に係る電圧監視装置１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１と低電圧側装置１２に分離されている。

高電圧側装置１１は、５個の電圧監視用ＩＣ、即ち、第１電圧監視用ＩＣ（２１-1）〜第５電圧監視用ＩＣ（２１-5）を備えている。そして、第１電圧監視用ＩＣ（２１-1）は、第１ブロック６１-1として区切られた１１個の単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を測定する。また、第２電圧監視用ＩＣ（２１-2）は、第２ブロック６１-2として区切られた１１個の単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２の出力電圧を測定し、同様に、第３電圧監視用ＩＣ（２１-3）は、第３ブロック６１-3として区切られた１１個の単位セルＢＴ２３〜ＢＴ３３の出力電圧を測定し、第４電圧監視用ＩＣ（２１-4）は、第４ブロック６１-4として区切られた１１個の単位セルＢＴ３４〜ＢＴ４４の出力電圧を測定し、第５電圧監視用ＩＣ（２１-5）は、第５ブロック６５として区切られた１１個の単位セルＢＴ４５〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する。

また、各電圧監視用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（図２参照）を備えており、Ａ／Ｄ変換用の基準電源７１-1〜７１-5より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック〜第５ブロック）に設けられる各単位セル毎に測定された電圧信号をディジタルの電圧信号に変換する。

更に、第２〜第５電圧監視用ＩＣ（２１-2）〜（２１-5）は、通信線３１を介して、第１電圧監視用ＩＣ（２１-1）に接続され、該電圧監視用ＩＣ（２１-1）は、絶縁インターフェース３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン（主制御手段）３３に接続されている。即ち、メインマイコン３３と、各電圧監視用ＩＣ（２１-1）〜（２１-5）は、絶縁インターフェース３２を介し、デイジーチェーン通信で接続されている。

図２は、第１電圧監視用ＩＣ２１-1の内部構成を示すブロック図であり、以下、図２を参照して第１電圧監視用ＩＣ２１-1の詳細な構成について説明する。なお、第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１-2〜２１-5は、第１電圧監視用ＩＣ２１-1と同一構成であるので、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、第１電圧監視用ＩＣ２１-1は、単位セルより出力される電力を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、ブロック６１-1に設けられる各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１と接続され、これらの出力電圧検出するセル電圧入力部２２と、セル電圧入力部２２より出力される各単位セルの電圧信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルの電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６と、を備えている。Ａ／Ｄ変換器は、基準電源７１-1より出力される基準電圧を用いて、アナログ信号をディジタル信号に変換する。

更に、第１電圧監視用ＩＣ２１-1は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ，３５ｂを備えている。

コントロール部２７は、データ記憶用のメモリ２８及びレジスタ２９を備え、第１電圧監視用ＩＣ２１-1を総括的に制御する。特に、メインマイコン３３より、閾値電圧設定データが送信された場合には、このデータをレジスタ２９に書き込む処理を実行する。例えば、閾値電圧として各単位セルの出力電圧の上限を規定する上限閾値電圧Ｖmax、及び下限を規定する下限閾値電圧Ｖminが送信された場合には、これらの閾値電圧Ｖmax、Ｖminをレジスタ２９に記憶する。

更に、コントロール部２７は、Ａ／Ｄ変換器２６より、各単位セルの出力電圧が入力された場合には、入力された単位セルの電圧をメモリ２８に記憶すると共に、この入力された電圧とレジスタ２９に記憶されている上限閾値電圧Ｖmax、及び下限閾値電圧Ｖminとを比較し、この比較結果を通信Ｉ／Ｆ３５ａ，３５ｂを介して、図１に示すメインマイコン３３に送信する処理を行う。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る電圧監視装置１０で実行される電圧判定処理を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

はじめに、ステップＳ１１の処理において、低電圧側装置１２のメインマイコン３３は、電圧検出起動指令を出力する。

ステップＳ１２の処理において、高電圧側装置１１に設けられる各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5を起動させる。

ステップＳ１３の処理において、メインマイコン３３は、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5に、閾値登録指令信号を出力する。この処理では、メインマイコン３３は、各セル電圧の下限を規定する下限閾値電圧Ｖminのデータ、及び上限を規定するＶmaxのデータを送信する。これらの閾値電圧Ｖmin、Ｖmaxは、外部入力装置（図示省略）よりユーザが所望の数値を入力しても良いし、予め決められているデータが条件設定により自動的に選択されて送信されるようにしても良い。

ステップＳ１４の処理において、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5は、メインマイコン３３より送信された上限閾値電圧Ｖmax、及び下限閾値電圧Ｖminを、レジスタ２９内に記憶する。

ステップＳ１５の処理において、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5は、各単位セルの出力電圧の検出を開始する。この処理では、各単位セルの出力電圧がセル電圧入力部２２に供給され、更に、マルチプレクサ２５を介してＡ／Ｄ変換器２６に供給されるので、ディジタル化された電圧データがコントロール部２７に入力されることになる。

ステップＳ１６の処理において、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5は、ステップＳ１５の処理で検出された各単位セルの出力電圧のデータを、メモリ２８内に記憶する。

ステップＳ１７の処理において、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5は、メモリ２８に記憶されている各単位セルの出力電圧と、レジスタ２９に記憶されている下限閾値電圧Ｖmin、及び上限閾値電圧Ｖmaxとを対比する。

ステップＳ１８の処理において、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5は、単位セルの出力電圧が下限閾値電圧Ｖminを下回っているか、或いは上限閾値電圧Ｖmaxを上回っているか、或いは下限閾値電圧Ｖminと上限閾値電圧Ｖmaxとの間の範囲内であるかを判定する。単位セルの出力電圧が、下限閾値電圧Ｖminを下回ったか、或いは、上限閾値電圧Ｖmaxを上回ったと判定した場合には（ステップＳ１８でＮＯ）、ステップＳ１９の処理において、異常判定信号をメインマイコン３３に送信する。また、単位セルの出力電圧が、下限閾値電圧Ｖminと上限閾値電圧Ｖmaxとの間の範囲内であると判定した場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ２０の処理において、正常判定信号をメインマイコン３３に送信する。

こうして、高電圧側装置１１の各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5にて各単位セルの出力電圧が下限閾値電圧Ｖminと上限閾値電圧Ｖmaxとの間であるか否かを判断し、この判断結果が低電圧側装置１２のメインマイコン３３に送信されるので、各単位セルの出力電圧に電圧異常が発生している場合には即時にこれを認識することができるのである。

このようにして、本実施形態に係る複数組電池の電圧監視装置では、メインマイコン３３で設定した下限閾値電圧Ｖmin、及び上限閾値電圧Ｖmaxの各データを、デイジーチェーン通信で接続された各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5に送信して、各電圧監視用ＩＣ２１-1〜２１-5にて設定する下限閾値電圧Ｖmin及び上限閾値電圧Ｖmaxをソフト的に変更することができる。従って、閾値電圧の変更処理を容易に行うことができる。

このため、例えば、高圧バッテリを設置する環境が変化した場合や、高圧バッテリの種類変更された場合等で、閾値電圧を変更する必要が発生した場合には、従来のようにハード構成を変更する等の労力が不要となり、メインマイコン３３での入力設定処理により、容易に閾値電圧を変更することができる。

また、単位セルの出力電圧と、下限閾値電圧Ｖmin、及び上限閾値電圧Ｖmaxとの比較の結果は、異常判定信号或いは正常判定信号のいずれかの信号で示され、この信号がメインマイコン３３に送信されるので、通信信号のデータ量を削減し、通信負荷を低減することができる。

以上、本発明の複数組電池の電圧監視装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、閾値電圧として、下限閾値電圧Ｖmin、及び上限閾値電圧Ｖmaxの２つの閾値電圧を設定する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、下限閾値電圧或いは上限閾値電圧のうちの一方のみを設定する構成としても良い。

また、第１下限閾値電圧、及びこれよりも低い第２下限閾値電圧の２つを設定し、且つ、第１上限閾値電圧、及びこれよりも大きい第２上限閾値電圧の２つを設定し、単位セルの出力電圧が第１下限閾値電圧を下回った場合、及び第１上限閾値電圧を上回った場合に、第１警報を出力し、単位セルの出力電圧が第２下限閾値電圧を下回った場合、及び第２上限閾値電圧を上回った場合に、第２警報を出力する構成とすることも可能である。

本発明は、高圧バッテリを構成する複数の単位セルの出力電圧を監視する上で極めて有用である。

１０電圧監視装置
１１高電圧側装置
１２低電圧側装置
１３二次電池
２１-1〜２１-5 第１〜第５電圧監視用ＩＣ（電圧監視手段）
２２セル電圧入力部（電圧検出手段）
２３電源回路
２５マルチプレクサ
２６Ａ／Ｄ変換器
２７コントロール部
２８メモリ
２９レジスタ（記憶手段）
３１通信線
３２絶縁インターフェース
３３メインマイコン（主制御手段）
６１-1〜６１-5 第１〜第５ブロック
７１-1〜７１-5 基準電源
１０１電圧検出回路
１０２スイッチ回路
１０３増幅器
１０４比較器
Ｒ１０１，Ｒ１０２抵抗

Claims

複数の単位セルを直列に接続して所望の電圧を出力する複数組電池の、出力電圧を監視する複数組電池の電圧監視装置において、
前記複数のセルを複数のブロックに分割し、各ブロック毎にそれぞれ電圧監視手段が設けられ、
前記各電圧監視手段は、通信回線を介して互いに接続され、且つ該通信回線を介して主制御手段に接続され、
前記各電圧監視手段は、
閾値電圧を記憶する記憶手段と、
前記各単位セルの電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された各単位セルの電圧と前記閾値電圧を比較する電圧比較判定手段と、
前記電圧比較判定手段による判定結果を、前記主制御手段に送信する通信手段と、
を有し、
前記主制御手段は、前記閾値電圧を変更する際に、前記各電圧監視手段に変更後の閾値電圧信号を送信すると共に、
前記各電圧監視手段の前記通信手段は、前記変更後の閾値電圧信号が受信された際に、前記記憶手段に記憶されている閾値電圧を、変更後の閾値電圧に変更すること
を特徴とする複数組電池の電圧監視装置。
前記記憶手段は、前記閾値電圧として、単位セル電圧の上限電圧を示す上限閾値電圧、及び前記単位セル電圧の下限電圧を示す下限閾値電圧を記憶し、
前記電圧比較判定手段は、前記電圧検出手段で検出された単位セル電圧が前記下限閾値電圧を下回ったこと、或いは前記上限閾値電圧を上回ったこと、或いは前記下限閾値電圧と上限閾値電圧の間であること、のいずれかを前記判定結果として、前記主制御手段に送信することを特徴とする請求項１に記載の複数組電池の電圧監視装置。
前記電圧比較手段は、前記判定結果として、前記単位セル電圧が前記下限閾値電圧を下回った場合、及び前記上限閾値電圧を上回った場合に、異常判定信号を送信し、前記単位セル電圧が前記下限閾値電圧と上限閾値電圧の間である場合に、正常判定信号を前記主制御手段に送信することを特徴とする請求項２に記載の複数組電池の電圧監視装置。
前記各電圧監視手段は、高電圧側装置に設けられ、前記主制御手段は、高圧側装置とは絶縁インターフェースを介して接続される低電圧側装置に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の複数組電池の電圧監視装置。