JP2014081268A - Battery system, and electrically driven vehicle and power storage device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組電池を構成する各電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えるバッテリシステムと、このバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置に関する。 The present invention relates to a battery system including a voltage detection circuit that detects the voltage of each battery constituting an assembled battery, an electric vehicle including the battery system, and a power storage device.
複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしているバッテリシステムは、電動車両のモータに電力を供給する用途などに使用されるが、電池電圧を監視することが、安全性を確保する上で重要である。電池の電圧が、正常に使用可能な範囲から外れる状態では、過充電状態や過放電状態となって安定な動作が確保されず、また寿命の悪化や場合によっては発煙や発火にいたる可能性もあるからである。また、バッテリシステムに接続される、インバータやモータ、あるいはコンバータなどの装置や外部からのノイズによる電圧の誤検出も避けなければならない。電池電圧の正確な測定は、前述の通り重要であるからである。さらに、測定された電池の電圧は残容量の検出などにも用いられてバッテリシステムの安全制御に利用される。また、バッテリシステム、及びこれに接続される機器の制御にもフィードバックされ、これはシステム挙動にも影響があるため、電池の電圧は速やかに検出することが求められる。また、バッテリシステムの安全監視においても、電池電圧が異常な状態となったことの検出は、即時の動作、たとえば、出力側に接続しているリレーをオープンに切り換える等の安全性を確保する動作を取る必要もあり極めて重要である。これらのことから、バッテリシステムは、電池の電圧をノイズの影響なくかつ速やかに検出することが求められる。 A battery system in which a plurality of batteries are connected in series to increase the output voltage is used for applications such as supplying electric power to the motor of an electric vehicle. However, monitoring the battery voltage ensures safety. Is important above. If the battery voltage is out of the normal usable range, the battery may be overcharged or overdischarged and stable operation may not be ensured. Because there is. In addition, it is necessary to avoid erroneous detection of voltage due to noise from devices such as inverters, motors, and converters connected to the battery system and from the outside. This is because accurate measurement of the battery voltage is important as described above. Further, the measured battery voltage is also used for detecting the remaining capacity and used for safety control of the battery system. Moreover, since it is also fed back to the control of the battery system and devices connected thereto, which also affects the system behavior, it is required to detect the battery voltage promptly. Also, in the safety monitoring of the battery system, the detection that the battery voltage has become abnormal is an immediate operation, for example, an operation that ensures safety, such as switching the relay connected to the output side open. It is extremely important to take For these reasons, the battery system is required to quickly detect the voltage of the battery without the influence of noise.
電池の電圧を正確に検出する従来の技術として、ノイズ影響を少なくするためにローパスフィルターが用いられている。ローパスフィルターは、電圧検出ラインの直列抵抗と入力側に接続しているコンデンサーとで構成され、これ等の定数が小さいほどカットオフ周波数が高くなり、反対に大きいほどよりカットオフ周波数は低くなる。バッテリシステムの電池の電圧は直流であり、またインバータやコンバータからのノイズ成分をカットして電池の電圧を検出すべきことから、ローパスフィルターは、より低いカットオフ周波数として、ノイズ成分をより効果的に除去することが推奨される。しかしながら、ローパスフィルターは、カットオフ周波数をより低くするためには、直列抵抗の抵抗値とコンデンサーの静電容量のいずれか又は両方をより大きくする必要がある。さら、その反面、直列抵抗の抵抗値やコンデンサーの静電容量を大きくすると、ローパスフィルターを構成する直列抵抗とコンデンサーとの時定数が大きくなり、電圧検出スイッチを切り換えてからコンデンサーの充電に時間がかかり、コンデンサー両端の電圧が飽和電圧まで上昇するのに時間がかかる弊害が発生する。コンデンサー両端の電圧が、飽和電圧の99.9%以上に達するまでに実に時定数の7倍以上の時間がかかるため、ローパスフィルターが検出時間を長くする課題があった。この弊害を避けるために、すなわちコンデンサーの電圧が飽和電圧に達するまでの時間を短縮して、検出時間を速くするために、ローパスフィルターの直列抵抗の抵抗値とコンデンサーの静電容量を小さくすると、カットオフ周波数が高くなってノイズの影響を受けやすい課題が発生する。 As a conventional technique for accurately detecting the voltage of a battery, a low-pass filter is used to reduce the influence of noise. The low-pass filter is composed of a series resistor of the voltage detection line and a capacitor connected to the input side. The smaller the constants, the higher the cutoff frequency, and the larger the constant, the lower the cutoff frequency. The battery voltage of the battery system is DC, and the noise component from the inverter and converter should be cut to detect the battery voltage, so the low-pass filter has a lower cutoff frequency and the noise component is more effective. It is recommended to remove it. However, in order to lower the cutoff frequency of the low-pass filter, it is necessary to increase either or both of the resistance value of the series resistor and the capacitance of the capacitor. On the other hand, when the resistance value of the series resistor and the capacitance of the capacitor are increased, the time constant between the series resistor and the capacitor constituting the low-pass filter increases, and it takes time to charge the capacitor after switching the voltage detection switch. As a result, it takes a long time for the voltage across the capacitor to rise to the saturation voltage. Since it takes more than seven times the time constant until the voltage across the capacitor reaches 99.9% or more of the saturation voltage, there is a problem that the low-pass filter lengthens the detection time. In order to avoid this harmful effect, that is, to shorten the time until the voltage of the capacitor reaches the saturation voltage and speed up the detection time, the resistance value of the series resistance of the low-pass filter and the capacitance of the capacitor are reduced. A problem arises that the cutoff frequency increases and is susceptible to noise.
以上の課題を解決するために、ローパスフィルターのコンデンサー電圧、すなわち電圧検出回路の入力電圧を、第1の充電時間と第2の充電時間とで検出して、検出する電圧から指数関数で飽和電圧を演算するバッテリシステムが開発されている。(特許文献1参照) In order to solve the above problems, the capacitor voltage of the low-pass filter, that is, the input voltage of the voltage detection circuit is detected at the first charging time and the second charging time, and the saturation voltage is exponentially determined from the detected voltage. A battery system for computing the above has been developed. (See Patent Document 1)
特許文献1のバッテリシステムは、指数関数を演算して飽和電圧を演算するので、速やかに電池の電圧を検出できるが、複雑な計算式で演算するので、簡単かつ容易に、しかも安価な演算回路で速やかに電池の電圧を検出するのが難しい欠点がある。
The battery system of
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の電圧を短時間で正確に検出しながら、極めて簡単な演算で電池の電圧を検出できるバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a battery system capable of detecting the voltage of a battery by extremely simple calculation while accurately detecting the voltage of the battery in a short time, an electric vehicle including the battery system, and a power storage device. is there.
本発明のバッテリシステムは、複数の電池2を直列に接続してなる組電池1と、電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1の電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。電圧検出器3は、入力側にコンデンサー8を接続し、電池2の電圧を所定の周期(Δt)で検出する電圧検出回路5と、電圧検出スイッチ4を介して電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備えている。このバッテリシステムは、電圧検出スイッチ4が順番に切り換えられて、電池2の電圧が電圧検出回路5の入力側に入力されて、電池2の電圧が電圧検出回路5で検出される。さらに、以上のバッテリシステムの演算回路7は、電圧検出回路5によって所定の周期(Δt)で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数1の式で演算して、収束電圧(V)から電池2の電圧を検出する。
The battery system of the present invention includes an assembled
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).
以上のバッテリシステムは、極めて簡単な演算で電池の電圧を短時間で正確に検出できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、従来のように複雑な指数関数の演算式によらず、3回の検出電圧から簡単な演算で収束電圧を演算するからである。 The battery system described above has a feature that the voltage of the battery can be accurately detected in a short time by an extremely simple calculation. This is because the battery system described above calculates the convergence voltage by a simple calculation from the three detection voltages, regardless of the calculation formula of the complex exponential function as in the prior art.
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路5の入力端子を一対の電圧検出スイッチ4と電圧検出ライン10とを介して電池2の正負に電極に接続して、電池2の電圧を検出することができる。
The battery system of the present invention can detect the voltage of the
以上のバッテリシステムは、一対の電圧検出スイッチを切り換えて各電池の正負の電極を電圧検出回路に接続した後、極めて短時間に各電池の電圧を正確に検出できるので、組電池を構成している複数の電池の電圧を短時間で正確に検出できる特徴がある。 In the above battery system, the voltage of each battery can be accurately detected in a very short time after switching the pair of voltage detection switches and connecting the positive and negative electrodes of each battery to the voltage detection circuit. There is a feature that can accurately detect the voltage of a plurality of batteries in a short time.
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路5の入力側に、電圧検出スイッチ4のオフ状態でコンデンサー8を放電する放電回路11を接続して、この放電回路11でコンデンサー8を放電して電池2の電圧を検出することができる。
このバッテリシステムは、電圧検出スイッチのオフ状態でコンデンサーを放電して、電池の電圧を検出するのでより高精度に電圧を検出できる。
In the battery system of the present invention, a
In this battery system, the capacitor is discharged in the OFF state of the voltage detection switch to detect the voltage of the battery, so that the voltage can be detected with higher accuracy.
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路5の入力側に入力抵抗14を接続して、入力抵抗14と直列抵抗6とで電池2の電圧を分圧して電圧検出回路5に入力することができる。
このバッテリシステムは、直列抵抗と入力抵抗とで電池の電圧を、電圧検出回路が検出するのに最適な電圧に降圧して検出できるので、電圧検出回路に、例えば高耐圧の素子等を使用することなく、部品コストを低減できる。
In the battery system of the present invention, the
In this battery system, since the voltage of the battery can be stepped down to the optimum voltage for the voltage detection circuit to detect by using the series resistance and the input resistance, for example, a high withstand voltage element or the like is used for the voltage detection circuit. Therefore, the component cost can be reduced.
本発明の電動車両は、バッテリシステム100を備え、バッテリシステム100は、複数の電池2を直列に接続してなる組電池1と、電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1の電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。電圧検出器3は、入力側にコンデンサー8を接続し、電池2の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路5と、電圧検出スイッチ4を介して電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備えている。このバッテリシステム100は、電圧検出スイッチ4が順番に切り換えられて、電池2の電圧が電圧検出回路5の入力側に入力されて、電池2の電圧が電圧検出回路5で検出される。さらに、以上のバッテリシステム100の演算回路7は、電圧検出回路5によって所定の周期で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数2の式で演算して、収束電圧(V)から電池2の電圧を検出する。
The electric vehicle according to the present invention includes a
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).
以上の電動車両は、組電池を構成する電池の電圧を、短時間に正確に検出しながら、充放電できるので、組電池の過充電や過放電を有効に阻止して、組電池の劣化を少なく寿命を長くできる。 Since the above electric vehicle can charge and discharge while accurately detecting the voltage of the battery constituting the assembled battery in a short time, it effectively prevents overcharge and overdischarge of the assembled battery, and deteriorates the assembled battery. Less life can be achieved.
本発明の蓄電装置は、自然エネルギー又は深夜電力を蓄電するバッテリシステム100を備え、このバッテリシステム100は、複数の電池2を直列に接続してなる組電池1と、電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1の各電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。電圧検出器3は、入力側にコンデンサー8を接続し、電池2の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路5と、電圧検出スイッチ4を介して各電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備えている。このバッテリシステムは、電圧検出スイッチ4が順番に切り換えられて、各々の電池2の電圧が電圧検出回路5の入力側に入力されて、電池2の電圧が電圧検出回路5で検出される。さらに、以上のバッテリシステムの演算回路7は、電圧検出回路5によって所定の周期で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数3の式で演算して、収束電圧(V)から電池2の電圧を検出する。
The power storage device of the present invention includes a
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).
以上の蓄電装置は、組電池を構成する電池の電圧を、短時間に正確に検出しながら、充放電できるので、組電池の過充電や過放電を有効に阻止して組電池の劣化を少なく寿命を長くできる。 The power storage device described above can charge and discharge while accurately detecting the voltage of the battery constituting the assembled battery in a short time, thus effectively preventing overcharge and overdischarge of the assembled battery and reducing deterioration of the assembled battery. Long life can be achieved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステムとこのバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a battery system for embodying the technical idea of the present invention, an electric vehicle including the battery system, and a power storage device. The present invention is a battery system and the battery. The electric vehicle and power storage device including the system are not specified as follows. Furthermore, this specification does not limit the members shown in the claims to the members of the embodiments.
図1のバッテリシステム100は、複数の電池2を直列に接続している組電池1と、この組電池1を構成している電池2の電圧を検出する電圧検出器3と、組電池1を構成している各々の電池2を電圧検出器3の入力側に接続する電圧検出スイッチ4とを備える。
A
電圧検出器3は、各電池2の電圧を検出するが、検出する電池は必ずしもひとつの素電池とは限らず、たとえば、複数の素電池を直列に接続した電池の電圧を検出することもできる。素電池をリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー電池とするバッテリシステムは、電池をひとつの素電池で構成して、各素電池の電圧を検出し、素電池をニッケル水素電池とするバッテリシステムは、ニッケル水素電池からなる複数の素電池を直列に接続してひとつの電池として、この電池の電圧を検出する。電池をひとつの素電池で構成して、全ての素電池の電圧を検出するバッテリシステムは、全ての素電池の過充電や過放電を防止しながら、充放電をコントロールできるので、全ての素電池の劣化を防止できる。複数の素電池を直列に接続した電池の電圧を検出するバッテリシステムは、素電池の数に比較して電圧を検出する電池の個数が少なくなるので、回路構成を簡単にして部品コストを低減できる。電池をひとつの素電池で構成するか、複数の素電池で構成するかは、素電池のタイプや要求される寿命特性等を考慮して最適な状態に設定される。
Although the
電圧検出器3は、組電池1を構成する電池2の電圧を所定の周期で検出する電圧検出回路5と、この電圧検出回路5の入力側を電圧検出スイッチ4を介して各電池2に接続する直列抵抗6を有する電圧検出ライン10と、電圧検出回路5で検出される電池2の電圧を演算する演算回路7とを備える。
The
電圧検出回路5は、入力側にコンデンサー8を接続している。このコンデンサー8は、電圧検出ライン10の直列抵抗6と、電圧検出回路5の入力側に接続している入力抵抗14とでローパスフィルター15を構成して、電圧検出回路5に入力されるノイズ成分を除去する。ローパスフィルター15は、カットオフ周波数を低くして、ノイズ成分をより効率よく除去する。ローパスフィルター15のカットオフ周波数は、直列抵抗6の抵抗値と、コンデンサー8の静電容量で特定される。
The
さらに、図1の電圧検出回路5は、入力側にコンデンサー8の放電回路11を接続している。放電回路11は、放電抵抗12と放電スイッチ13の直列回路で、放電スイッチ13は制御回路9でオンオフに制御される。制御回路9は、一対の電圧検出スイッチ4をオンに切り換えて、オン状態の電圧検出スイッチ4を介して電圧検出回路5に接続される電池2の電圧を検出した後、一対の電圧検出スイッチ4をオフに切り換える状態で、放電スイッチ13をオン状態に切り換えて、コンデンサー8を放電する。放電回路11のある電圧検出器3は、電池2の電圧を検出する毎に、コンデンサー8を放電するので、電池2の電圧をより高精度に検出できる。ただ、本発明のバッテリシステムは、コンデンサーを放電することなく、3回の検出電圧から電池の電圧を正確に検出できるので、必ずしも放電回路を設ける必要はない。それは、3回の検出電圧から収束電圧を演算する電圧検出器は、コンデンサー8が完全に放電されない状態であっても、また放電される状態にあっても、正確に収束電圧を演算できるからである。コンデンサー8を放電しないで、3回の検出電圧から収束電圧を演算できるので、放電回路11を備えるバッテリシステムにおいては、放電回路11でコンデンサー8を完全に放電することなく、電池2の電圧を検出することもできる。
Further, the
図1のバッテリシステムは、各電圧検出ライン10に直列抵抗6を接続しており、電圧検出回路5の入力側にも入力抵抗14とコンデンサー8とを接続しているので、電圧検出回路5の入力側は図2に示す回路構成となる。図2において、ローパスフィルター15は、電圧検出ライン10の直列抵抗6と、電圧検出回路5の入力側に接続している入力抵抗14とコンデンサー8とでカットオフ周波数が特定される。この回路構成におけるローパスフィルター15のカットオフ周波数は以下の数2で特定される。
In the battery system of FIG. 1, a
この式におけるRCは、以下の数3で特定される。 RC in this equation is specified by the following equation (3).
R1は直列抵抗の抵抗値、R2は入力抵抗の抵抗値をそれぞれ示している。
R1 represents the resistance value of the series resistance, and R2 represents the resistance value of the input resistance.
以上の式から、ローパスフィルター15のカットオフ周波数は、直列抵抗6の抵抗値を大きく、コンデンサー8の静電容量を大きくして低くできる。カットオフ周波数を低くして、ノイズ成分をより効果的に除去できるので、電圧検出回路5がノイズ成分を除去して電池2の電圧を正確に検出するには、ローパスフィルター15のカットオフ周波数を低く、すなわち、直列抵抗6の抵抗値を大きくし、コンデンサー8の静電容量を大きくする必要がある。
From the above formula, the cutoff frequency of the low-
入力側にローパスフィルター15を接続している電圧検出回路5は、オン状態の電圧検出スイッチ4を介して電池2に接続された後、電圧が上昇するのに時間がかかる。入力側のコンデンサー8の充電に時間がかかるからである。図3は、電圧検出回路5の電圧が、電圧検出スイッチ4のオン状態から次第に上昇する特性を示している。電圧検出回路5の入力電圧は、コンデンサー8が完全に充電された状態で電池2の電圧となる。電圧検出回路5の入力電圧が上昇する特性は、ローパスフィルター15の時定数によって変化する。時定数は、ローパスフィルター15を構成する抵抗値とコンデンサー8の静電容量の積で特定される。時定数のタイミングで、入力電圧は63.2%となるので、電圧検出回路5の入力電圧を正確に電池2の電圧とするには、時定数の数倍以上もかかる。カットオフ周波数の低いローパスフィルター15は、時定数が大きいので、電池2の電圧が電圧検出回路5の入力電圧に上昇するのに相当に時間がかかることになる。したがって、電池2の正確な電圧が電圧検出回路5に入力されるまで待って、電池2の電圧を検出すると、電池2の電圧検出に相当な時間がかかる欠点がある。
The
以上のバッテリシステムは、この弊害を防止するために、電圧検出回路5に入力される電圧が上昇する特性から電池2の電圧を短時間で検出する。図4は、電圧検出スイッチ4がオンに切り換えられた瞬間から電圧検出回路5の入力電圧が上昇する特性を示している。この図において、電圧検出スイッチ4がオンのタイミングにおける電圧検出回路5の入力電圧は、V1から時間が経過して収束電圧まで上昇するとき、以下の数6が成り立つ。
The above battery system detects the voltage of the
上記数6より、t=X1,X2,X3のときのV(t)の値をY1,Y2,Y3とすると、以下の数7が得られる。ただし、X1<X2<X3とする。
From the
上記数7を変形してX1、X2、X3について解くと、以下の数8が得られる。
When
ここで、Δt=X2−X1=X3−X2とすると、以下の数9、数10が成り立つ。
Here, when Δt = X2−X1 = X3−X2, the following
上記数9と数10の左辺が一定値を示すことから数11が得られる。
Since the left sides of
上記数11を変形してV2について解くと、以下の数12が得られる。
When
演算回路7は、以上の数12から収束電圧(V2)を演算し、演算する収束電圧から、以下の数13に基づいて電池2の電圧(Vi)を演算する。収束電圧(V2)は、電池2の電圧が電圧検出ライン10の直列抵抗6と入力電圧とで分圧して入力されるからである。
The
以上の演算は、演算回路7で処理される。演算回路7が収束電圧から電池2の電圧を演算するために、電圧検出回路5は所定の周期(Δt)で検出する電圧を演算回路7に出力する。図1の電圧検出回路5は、電池2の電圧が入力される差動アンプ16の出力側にA/Dコンバータ17を接続している。A/Dコンバータ17は、差動アンプ16から入力されるアナログ信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換して演算回路7に出力する。
The above calculation is processed by the
演算回路7が3回の検出電圧から電池2の電圧を検出するために、電圧検出回路5は、たとえば5msecの周期(Δt)で電池2の電圧を検出して演算回路7に出力する。演算回路7は、より正確に電池2の電圧を検出するために、たとえば、電圧検出回路5から入力される複数の電圧信号を平均して検出電圧を演算し、演算した検出電圧から、数13の演算式でもって電池2の電圧(Vi)を演算する。この演算回路7は、たとえば100μsecのサンプリング周期で入力される5回の電圧信号から、最大と最小の電圧信号を除く3回の電圧信号を平均して1回の検出電圧を演算し、これを繰り返した少なくとも3回の検出電圧からより正確に電池2の電圧を検出できる。この電圧検出器3は、100μsecのサンプリング周期で5回の電圧信号を検出して演算回路7に出力し、5回の電圧信号から1回の検出電圧を演算するが、電池2の電圧の演算に使用される3回の検出電圧は、5msecの周期(Δt)で検出される。このように、複数の電圧信号を平均して1回の検出電圧を演算する方法は、複数の電圧信号のサンプリング周期を、たとえば、1μsec〜2msecとすることができる。ただし、電圧検出回路5は、複数の電圧信号を平均することなく、電圧検出回路5から入力される3回の電圧信号を検出電圧として、電池2の電圧を演算することもできる。また、演算回路7が電池2の演算する3回の検出電圧の周期(Δt)は、5msecに特定されず、たとえば、1msec以上であって、200msecよりも短く、好ましくは1msecよりも長くて100msecよりも短くする。演算に使用する電圧を検出する周期は、短くしてより短時間で電池2の電圧を検出できる。ただ、電池2の電圧を検出する時間を短くすると、使用する電子部品に高速処理用の電子部品を使用する必要があって部品コストが高くなる。したがって、電圧検出回路5が電池2の電圧を検出するサンプリング周期は、部品コストと、漏電検出に要求される時間とを考慮して最適値に設定される。
In order for the
組電池1を構成する各電池2の電圧を順番に検出するために、電圧検出スイッチ4は制御回路9でもって、所定の周期でオンオフに制御されて、順番に各電池2の電圧を電圧検出器3に入力する。図5は、制御回路9が各電圧検出スイッチ4を順番にオンオフに切り換える状態を示している。電圧検出スイッチ4は、電圧検出回路5の一対の入力端子に接続している一対の電圧検出スイッチ4が同時にオンに切り換えられて、ひとつの電池2の電圧を電圧検出器3に入力する。一対の電圧検出スイッチ4がオンに切り換えられる状態で、他の全ての電圧検出スイッチ4はオフ状態に保持される。図5に示すように、一対の電圧検出スイッチ4がオンに切り換えられるタイミングで、電圧検出回路5に入力される電圧は次第に上昇するが、このタイミングにおいて、所定の周期(Δt)で少なくとも3回の検出電圧から収束電圧(V)が演算され、収束電圧から電池2の電圧が演算される。
In order to detect the voltage of each
図6は、電圧検出回路に入力される電圧が収束するまで待って、電池の電圧を検出する状態、すなわち従来のバッテリシステムが電池の電圧を検出する状態を示す図である。この図に示すように、収束電圧を演算することなく電池の電圧を検出するバッテリシステムは、電圧検出回路に入力される電圧が収束するまで待ってから電圧を検出するので、各電池の電圧検出に相当に時間がかかる欠点がある。また、電圧検出回路5に入力される電圧が収束するのを待つことにより、コンデンサー8に充電される電気量も多くなるので、各電池2の電圧検出後において、充電されたコンデンサー8を放電回路11で放電する時間も長くなる。したがって、図6に示すように、各々の電池2の電圧検出にかかる検出周期(T)が長くなり、すべての電池の電圧を検出するのにかかる時間が相当に長くなる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the battery voltage is detected after the voltage input to the voltage detection circuit has converged, that is, a state in which the conventional battery system detects the battery voltage. As shown in this figure, the battery system that detects the voltage of the battery without calculating the convergence voltage detects the voltage after waiting until the voltage input to the voltage detection circuit converges. Has the disadvantage that it takes a considerable amount of time. In addition, since the amount of electricity charged in the
これに対して、本発明のバッテリシステムは、図4に示すように、所定の周期(Δt)(たとえば5msec)で少なくとも3回の検出電圧を検出して、検出電圧から収束電圧を演算して電池2の電圧を検出するので、電池2の電圧検出にかかる時間を短縮(たとえば約10msec)できる。さらに、電圧検出回路5に入力される電圧が収束するのを待つことなく電池2の電圧を検出するので、コンデンサー8に充電される電気量を少なくでき、各電池2の電圧検出後において、充電されたコンデンサー8を放電回路11で放電する時間も短縮できる。したがって、図5に示すように、電圧検出スイッチ4を順番に切り換えて複数の電池2の電圧を順番に検出する状態において、各々の電池2の電圧検出にかかる検出周期(T)を短くして、すべての電池2の電圧検出にかかる時間を短縮できる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the battery system of the present invention detects at least three detection voltages at a predetermined period (Δt) (for example, 5 msec) and calculates a convergence voltage from the detection voltages. Since the voltage of the
図1のバッテリシステムは、以下に示す図7のフローチャートで、組電池1を構成する各電池2の電圧を検出する。
The battery system of FIG. 1 detects the voltage of each
[S=1、2のステップ]
組電池1を構成している一対の電圧検出スイッチ4(SW1)をオンに切り換えて、他の全ての電圧検出スイッチ4をオフ状態とする。最初は、n=1として、第1の電圧検出スイッチSW1a、SW1bのみをオンに切り換えて、他の全ての電圧検出スイッチ4をオフ状態とする。
[Steps of S = 1, 2]
The pair of voltage detection switches 4 (SW1) constituting the assembled
[S=3のステップ]
このステップで、演算回路7は、電圧検出回路5から入力される少なくとも3回の検出電圧から収束電圧を演算し、収束電圧から第1の電池電圧Vc1を演算する。
[Step S = 3]
In this step, the
[S=4のステップ]
第1の電池電圧Vc1を検出した後、オン状態にあった第1の電圧検出スイッチSW1a、SW1bをオフ状態に切り換える。この状態においても、他の全ての電圧検出スイッチ4をオフ状態とする。
[Step S = 4]
After detecting the first battery voltage Vc1, the first voltage detection switches SW1a and SW1b that are in the on state are switched to the off state. Even in this state, all other
[S=5のステップ]
このステップで放電回路11の放電スイッチ13(SW7)をオンに切り換えて、コンデンサー8を放電する。放電スイッチ13はコンデンサー8を放電するが、必ずしもコンデンサー8を完全に放電する必要はない。それは、コンデンサー8を完全に放電しない状態としても、3回の検出電圧から数1に基づいて正確に収束電圧を演算できるからである。
[Step S = 5]
In this step, the discharge switch 13 (SW7) of the
[S=6、7のステップ]
全ての電池2の電圧が検出されるまで、S=2のステップにループする。S=2のステップにループする毎に、nに1がプラスされて、S=2〜5のステップにおいて、電圧検出スイッチ4が順番にオン状態に切り換えられ、オン状態の電圧検出スイッチ4を介して電圧検出回路5に接続される電池2の電圧が検出される。
[Steps S = 6, 7]
It loops to the step of S = 2 until the voltage of all the
以上のバッテリシステムは、一対の電圧検出スイッチ4を介して、各電池2の正負の電極を順番に電圧検出回路5の入力端子に接続して、各電池2の電圧を検出する。ただ、本発明は電圧検出回路を以上の回路構成には特定せず、たとえば図示しないが、直列に接続している電池の正負の電極のグランドラインに対する電圧を順番に検出し、検出する電圧差から各電池の電圧を検出する回路構成とすることもできる。
The battery system described above detects the voltage of each
以上のバッテリシステムは、車載用の電源として利用できる。バッテリシステムを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。 The above battery system can be used as an in-vehicle power source. As a vehicle equipped with a battery system, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used and used as a power source for these vehicles. .
(ハイブリッド自動車用バッテリシステム)
図8は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両HVは、車両HVを走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、バッテリシステム100の電池を充電する発電機94と、エンジン96、モータ93、バッテリシステム100、及び発電機94を搭載してなる車両本体90と、エンジン96又はモータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム100の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
(Battery system for hybrid vehicles)
FIG. 8 shows an example in which a battery system is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor. A vehicle HV equipped with the battery system shown in this figure includes an
(電気自動車用バッテリシステム)
また、図9は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、このバッテリシステム100の電池を充電する発電機94と、モータ93、バッテリシステム100、及び発電機94を搭載してなる車両本体90と、モータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム100の電池を充電する。
(Battery system for electric vehicles)
FIG. 9 shows an example in which a battery system is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor. A vehicle EV equipped with the battery system shown in this figure includes a traveling
(蓄電装置用バッテリシステム)
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図10に示す。この図に示すバッテリシステム100は、複数の電池ブロック81をユニット状に接続して電池ユニット82を構成している。各電池ブロック81は、複数の素電池1が直列及び/又は並列に接続されている。各電池ブロック81は、電源コントローラ84により制御される。このバッテリシステム100は、電池ユニット82を充電用電源CPで充電した後、負荷LDを駆動する。このためバッテリシステム100は、充電モードと放電モードを備える。負荷LDと充電用電源CPはそれぞれ、放電スイッチDS及び充電スイッチCSを介してバッテリシステム100と接続されている。放電スイッチDS及び充電スイッチCSのON/OFFは、バッテリシステム100の電源コントローラ84によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ84は充電スイッチCSをONに、放電スイッチDSをOFFに切り替えて、充電用電源CPからバッテリシステム100への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷LDからの要求に応じて、電源コントローラ84は充電スイッチCSをOFFに、放電スイッチDSをONにして放電モードに切り替え、バッテリシステム100から負荷LDへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチCSをONに、放電スイッチDSをONにして、負荷LDの電力供給と、バッテリシステム100への充電を同時に行うこともできる。
(Battery system for power storage device)
Furthermore, this battery system can be used not only as a power source for a mobile body but also as a stationary power storage facility. For example, as a power source for home and factory use, a power supply system that is charged with sunlight or midnight power and discharged when necessary, or a streetlight power supply that charges sunlight during the day and discharges at night, or during a power outage It can also be used as a backup power source for driving signals. Such an example is shown in FIG. The
バッテリシステム100で駆動される負荷LDは、放電スイッチDSを介してバッテリシステム100と接続されている。バッテリシステム100の放電モードにおいては、電源コントローラ84が放電スイッチDSをONに切り替えて、負荷LDに接続し、バッテリシステム100からの電力で負荷LDを駆動する。放電スイッチDSはFET等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチDSのON/OFFは、バッテリシステム100の電源コントローラ84によって制御される。また電源コントローラ84は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図10の例では、UARTやRS−232c等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器HTと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
A load LD driven by the
各電池ブロック81は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子DIと、異常出力端子DAと、接続端子DOとを含む。入出力端子DIは、他の電池ブロック81や電源コントローラ84からの信号を入出力するための端子であり、接続端子DOは他の電池ブロック81に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子DAは、電池ブロック81の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック81同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット82は並列接続スイッチ85を介して出力ラインOLに接続されて互いに並列に接続されている
Each
本発明のバッテリシステムは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両、又は太陽電池2発電装置や風力発電などの自然エネルギーを蓄電し、あるいは深夜電力の蓄電装置などに好適に利用できる。
The battery system of the present invention can be suitably used for an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, or for storing natural energy such as a
100…バッテリシステム
1…組電池
2…電池
3…電圧検出器
4…電圧検出スイッチ
5…電圧検出回路
6…直列抵抗
7…演算回路
8…コンデンサー
9…制御回路
10…電圧検出ライン
11…放電回路
12…放電抵抗
13…放電スイッチ
14…入力抵抗
15…ローパスフィルター
16…差動アンプ
17…A/Dコンバータ
81…電池ブロック
82…電池ユニット
84…電源コントローラ
85…並列接続スイッチ
90…車両本体
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
EV…車両
HV…車両
LD…負荷
CP…充電用電源
DS…放電スイッチ
CS…充電スイッチ
OL…出力ライン
HT…ホスト機器
DI…入出力端子
DA…異常出力端子
DO…接続端子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電圧検出器が、入力側にコンデンサーを接続し、前記電池の電圧を所定の周期(Δt)で検出する電圧検出回路と、前記電圧検出スイッチを介して前記電池に接続する直列抵抗を有する電圧検出ラインと、前記電圧検出回路で検出される電池の電圧を演算する演算回路とを備え、
前記電圧検出スイッチが順番に切り換えられて、前記電池の電圧が電圧検出回路の入力側に入力されて、電池の電圧が前記電圧検出回路で検出されるバッテリシステムであって、
前記演算回路が、前記電圧検出回路によって所定の周期(Δt)で検出される少なくとも3回の検出電圧から、検出電圧が収束する収束電圧(V)を下記の数14の式で演算して、収束電圧(V)から電池の電圧を検出するようにしてなることを特徴とするバッテリシステム。
Y1は、時間(t)における検出電圧V(t)、
Y2は、時間(t+Δt)における検出電圧V(t+Δt)、
Y3は、時間(t+2Δt)における検出電圧V(t+2Δt)である。 A battery system comprising an assembled battery formed by connecting a plurality of batteries in series, a voltage detector for detecting the voltage of the battery, and a voltage detection switch for connecting the battery of the assembled battery to the input side of the voltage detector. Because
The voltage detector has a voltage detection circuit that connects a capacitor on the input side and detects the voltage of the battery at a predetermined period (Δt), and a voltage having a series resistance connected to the battery via the voltage detection switch A detection line, and an arithmetic circuit for calculating the voltage of the battery detected by the voltage detection circuit,
The voltage detection switch is switched in order, the battery voltage is input to the input side of the voltage detection circuit, the battery voltage is detected by the voltage detection circuit,
The arithmetic circuit calculates a convergence voltage (V) at which the detection voltage converges from at least three detection voltages detected at a predetermined cycle (Δt) by the voltage detection circuit by the following equation (14): A battery system characterized by detecting a voltage of a battery from a convergence voltage (V).
Y1 is the detected voltage V (t) at time (t),
Y2 is the detected voltage V (t + Δt) at time (t + Δt),
Y3 is the detected voltage V (t + 2Δt) at time (t + 2Δt).
前記バッテリシステムが車両を走行させるモータに電力を供給するようにしてなる電動車両。 An electric vehicle comprising the battery system according to any one of claims 1 to 4,
An electric vehicle in which the battery system supplies power to a motor that drives the vehicle.
前記バッテリシステムが自然エネルギー又は深夜電力を蓄電するようにしてなる蓄電装置。 A power storage device comprising the battery system according to any one of claims 1 to 4,
A power storage device in which the battery system stores natural energy or midnight power.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012229042A JP2014081268A (en) | 2012-10-16 | 2012-10-16 | Battery system, and electrically driven vehicle and power storage device having the same |
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---|---|---|---|---|
JP2014196951A (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 株式会社ケーヒン | Voltage detection device |
JP2017529823A (en) * | 2014-09-18 | 2017-10-05 | クアルコム,インコーポレイテッド | Apparatus and method for power loss detection |
-
2012
- 2012-10-16 JP JP2012229042A patent/JP2014081268A/en active Pending
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