JP2008039443A - 蓄電池監視装置、及び蓄電池 - Google Patents

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隆弘 川田
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昭彦 江守
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洋平 河原
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Abstract

【課題】同一の半導体集積装置(IC)によって構成され、各種の蓄電池種類及び蓄電池構成に対応して蓄電池の状態を検出・監視することができる蓄電池監視装置を提供する。
【解決手段】 蓄電池監視装置101の通信手段105が、上位システム106から監視対象の蓄電池102の種類又は構成に関する設定情報(測定パラメータ)を受信する。すると、設定手段107は、その測定パラメータを取得して測定手段103やディジタル信号変換手段104に対して設定する。つまり、設定手段107は、蓄電池102の種類又は構成に対応して、測定時間間隔、測定チャネル数、及び測定レンジなどの測定パラメータを測定手段103及びディジタル信号変換手段104に対して設定する。これによって、蓄電池監視装置101は、蓄電池102の種類や構成が変わっても蓄電池102の充電状態などを正確に測定・監視することが可能となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、蓄電池の充電状態や残存容量などを監視する蓄電池監視装置、及び監視対象となる蓄電池に関する。
蓄電池を用いた電源装置によって走行するハイブリッド自動車や電気自動車は、蓄電池を安全かつ有効に使用するために、その蓄電池の状態を検知しながら制御を行うバッテリコントローラ又は蓄電池監視装置を搭載している。このとき、バッテリコントローラや蓄電池監視装置が行う蓄電池の状態検知の種類は、どの程度まで充電されているか、あるいは、どの程度放電可能な電荷量が残っているかを示す充電状態(SOC:State Of Charge)や残存容量、どの程度まで蓄電池の劣化が進行しているかを示す健康状態(SOH:State Of Health)などである。
例えば、ハイブリッド自動車に使用される蓄電池において、バッテリコントローラは蓄電池のSOCやSOHなどの状態検知を行い、その結果を、制御機器向け通信プロトコルの一種であるCAN(Controller Area Network)を用いてビークルコントローラなどの上位システムに伝達している。そして、ビークルコントローラは蓄電池の状態に基づいて蓄電池を使用している。また、蓄電池監視装置としては、蓄電池の電圧、電流、温度を検出してSOCやSOHなどの状態に応じた処理をマイクロコンピュータによって行っている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。また、CPUを用いて蓄電池の電圧、電流、温度の監視を行うことができるIC化された蓄電池監視装置の技術も報告されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平8−313606号公報(段落番号0009〜0022、及び図1、図2参照) 特開2002−243813公報(段落番号0009〜0023、及び図1〜図7参照) 特開2004−301781公報(段落番号0020〜0028、及び図1参照)
しかしながら、前記の特許文献1及び特許文献2に開示された蓄電池監視装置は、演算手段であるマイクロコンピュータICの他に、電源電圧を生成するための電圧レギュレータIC、クロック信号を生成するための水晶振動子又はセラミック振動子、蓄電池の状態を測定する測定手段、ディジタル信号変換手段であるA/D(Analog Digital)変換部品、及び基準電圧生成部品など、多くの周辺要素がICやディスクリート部品によって構成されている。したがって、蓄電池監視装置を構成する部品点数が多くなり、装置の容積が大きくなってしまう。
そこで、これらの部品点数を削減するために、特許文献3の技術のように周辺要素を集積化して1チップ化したり、ハイブリッド構成にしてSiP(System in Package)化したりすることにより、蓄電池監視装置に必要な測定手段、ディジタル信号変換手段、通信手段、さらには演算手段も含めて1つの半導体集積装置(IC)で構成することができる。しかし、特許文献3の蓄電池監視装置においては、同一の蓄電池種類又は同一の蓄電池構成に対しては蓄電池の電圧、電流、温度を検出・監視することができるが、鉛蓄電池とリチウムイオン電池と云うように蓄電池の種類が異なったり、セルの直並列組合せ個数による蓄電池構成が異なったりすると対応することができない。つまり、特許文献3の蓄電池監視装置はIC化によって小型化されているが、蓄電池の種類や構成に応じた測定パラメータ(例えば、測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなど)に応じた検出・監視を行うことができない。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、蓄電池の種類又は構成に応じて蓄電池の状態を検出・監視することができる蓄電池監視装置、及び監視対象となる蓄電池を提供することを課題とする。
本発明の蓄電池監視装置は、ICチップ又はハイブリッドICなどのICによって構成された蓄電池監視装置であって、上位システムなどの外部から蓄電池監視装置の通信手段が受信した情報又はIC端子に電位固定されたディジタル情報に基づいて、設定手段が、監視対象となる蓄電池の種類又は構成に応じた測定パラメータの設定を行うことを特徴とする。このような設定手段による測定パラメータの設定により、検出・監視される蓄電池の種類又は構成が変わっても、同一の蓄電池監視装置によって、それぞれの蓄電池の電圧、電流、温度などを自動的に測定することができる。
本発明によれば、蓄電池の種類又は構成に応じて蓄電池の状態を検出・監視することができる蓄電池監視装置、及び監視対象となる蓄電池を提供することができる。
《本発明の概要》
本発明の蓄電池監視装置においては、蓄電池の電圧、電流、温度を測定する蓄電池監視装置が同一のICによって構成され、測定対象の蓄電池の種類あるいは構成に応じた測定パラメータの設定を上位システムからの通信又はIC端子に印加された電位固定のディジタル情報によって行うことができる。すなわち、測定対象の蓄電池の種類あるいは構成に応じて、電圧、電流、温度の測定時間間隔や、測定チャネル数や、測定レンジを上位システムからの通信又はIC端子に印加される電位固定のディジタル情報によって設定することができる。これにより、部品点数を削減して小スペース化と高信頼性が可能になると共に複数種類の蓄電池に対応することが可能な蓄電池監視装置を実現することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の蓄電池監視装置について幾つかの実施形態を用いて詳細に説明するが、以下の説明では、説明の便宜上、蓄電池と蓄電池監視装置と上位システムとを備える蓄電池監視システムについて説明する。
《第1実施形態》
図1は、本発明の第1実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図1において、蓄電池監視システム200は、蓄電池監視装置101と、蓄電池102と、上位システム106とによって構成されている。また、蓄電池監視装置101は、測定手段103、ディジタル信号変換手段104、通信手段105、及び設定手段107によって構成されている。さらに、この蓄電池監視装置101は、1チップ化又はSiP化された半導体集積装置(IC)によって構成されている。
蓄電池102は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、燃料電池などの電力貯蔵機能を有するデバイスによって構成されている。測定手段103は、蓄電池102の測定対象となる電圧、電流、温度の少なくとも1つを測定するセンサや電気/電子回路によって構成されている。ディジタル信号変換手段104は、測定手段103が測定した蓄電池102の測定値をアナログ信号からディジタル信号に変換するA/D変換器によって構成されている。
通信手段105は、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、ブルートゥース(登録商標)などのシリアル信号を通信する回路、又は、フォトカプラやリレーなどのON−OFF信号を通信する回路によって構成されている。この通信手段105は、上位システム106との間で通信を行う。上位システム106は、例えばハイブリッド自動車の用途においてはビークルコントローラやモータコントローラなどの蓄電池の状態に基づき蓄電池を使用する上位のコントローラから成る。
このような構成において、蓄電池監視装置101は、通信手段105によって上位システム106から監視対象である蓄電池102の種類又は構成に関する設定情報(つまり、測定条件を示すパラメータであり、以下、「測定パラメータ」という)を受信し、測定手段103やディジタル信号変換手段104に対して設定手段107を用いて蓄電池102における測定条件の設定(つまり、測定パラメータの設定)を行う。設定手段107は、フリップフロップやレジスタやSRAMなどの記憶回路を用いて通信手段105より受信した設定情報を保存する。なお、このときの設定情報は測定パラメータである場合もあるし、蓄電池の種類や構成である場合もある。
つまり、設定手段107により、蓄電池102の種類又は構成に対応して、測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなどの測定パラメータを測定手段103及びディジタル信号変換手段104に対して設定する。例えば、蓄電池種類が鉛蓄電池の場合は、測定時間間隔が1ms、測定チャネル数が5、測定レンジが0〜48Vというように測定パラメータを設定し、蓄電池種類がリチウムイオン電池の場合は、測定時間間隔が5ms、測定チャネル数が10、測定レンジが0〜42Vというように測定パラメータを設定する。そして、測定手段103やディジタル信号変換手段104はこれらの測定パラメータの設定値に対応した動作を行う。なお、設定手段107による測定パラメータの設定は蓄電池102の監視を開始する前に行う必要があるため、蓄電池監視装置101の起動時に測定パラメータの設定を行う。
本実施形態によれば、同一のICから成る蓄電池監視装置を異なる種類の蓄電池又は異なる蓄電池構成に対して適用することができる。したがって、各種蓄電池の種類又は構成に対して同一構成のICから成る蓄電池監視装置を用いることが可能となり、部品点数の削減による小スペース化と高信頼性を実現することが可能となる。
《第2実施形態》
図2は本発明の第2実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図2に示す第2実施形態の蓄電池監視システム205の構成は、第1実施形態の蓄電池監視システム200の構成と異なり、設定手段107は通信手段105からの情報によって動作するのではなく、ICで構成された蓄電池監視装置110のIC端子201を用いて、ICの外部よりHigh(H)又はLow(L)の電位固定で与えられるディジタル情報により、設定手段107が、蓄電池102の種類又は構成に対応して測定手段103やディジタル信号変換手段104に対して測定パラメータを設定する。
例えば、IC端子201が“0001”のディジタル情報を受信したときは、設定手段107は、“0001” のディジタル情報に対応するロジックを読み出し、蓄電池102の種類又は構成に対応する測定パラメータ(測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなど)に変換して測定手段103やディジタル信号変換手段104に対して測定パラメータの設定を行う。なお、設定手段107は、IC端子201から電位固定のディジタル情報(H/L)を取得するためにフリップフロップ等の記憶回路によって構成されている。また、図2における通信手段105は、図1のように上位システム106からの設定情報は受信しないが、測定手段103が測定した電圧、電流、温度の情報を上位システム106へ送信する。
《第3実施形態》
図3は本発明の第3実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図3に示す第3実施形態の蓄電池監視システム210の蓄電池監視装置115は、図1に示す第1実施形態の蓄電池監視システム200の構成に対して、演算手段301が追加されている。この演算手段301は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、又はロジック回路から成り、測定手段103とディジタル信号変換手段104によって得られた蓄電池102の電圧、電流、温度のディジタル測定値に対し、それぞれの平均値、最大値、最小値などを演算したり、蓄電池102のSOCやSOHなどの状態を検知したりする。例えば、演算手段301は、測定手段103が蓄電池102の電圧値を10パルスサンプリングしたとき、そのサンプリングパルスの平均値を演算したり最大値や最小値を求めたりする。このようにして演算された蓄電池102の電圧、電流、温度の平均値、最大値、最小値などは、通信手段105から上位システム106へ送信される。
また、通信手段105が上位システム106から監視対象の蓄電池102の蓄電池種類又は蓄電池構成に関する設定情報(測定パラメータ)を受信すると、設定手段107は、その設定情報(測定パラメータ)を通信手段105から取得して測定手段103やディジタル信号変換手段104や演算手段301に対して測定パラメータの設定を行う。
《第4実施形態》
図4は本発明の第4実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図4に示す第4実施形態の蓄電池監視システム215の蓄電池監視装置120は、図2に示す第2実施形態の蓄電池監視システム205に対して、演算手段301が追加される構成である。この演算手段301は、図3に示す第3実施形態の演算手段301と同じものであり、蓄電池102の電圧、電流、温度のディジタル測定値に対し、それぞれの平均値、最大値、最小値などを演算したり、蓄電池102のSOCやSOHなどの状態を検知したりする。
また、蓄電池監視装置120のIC端子201を用いてICの外部より電位固定(H/L)で与えられるパラレルディジタル情報により、設定手段107は、蓄電池102の種類又は構成に対応して、測定手段103やディジタル信号変換手段104や演算手段301に対して測定パラメータの設定を行う。したがって、上位システム106は、測定パラメータを通信手段105へ送信する機能を備える必要はない。
《第5実施形態》
図5は本発明の第5実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図5に示す第5実施形態の蓄電池監視システム220の蓄電池監視装置125は、図1に示す第1実施形態の蓄電池監視システム200に対して、固定メモリ501が追加された構成となっている。
固定メモリ501は、蓄電池102の種類又は構成に対応した測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなどの測定パラメータが予め格納されている。したがって、通信手段105が、上位システム106から監視対象となる蓄電池102の種類又は構成に関する情報を受信すると、設定手段107は、通信手段105から取得した蓄電池102の種類又は構成に関する情報に基づいて、固定メモリ501に格納されている対応する測定パラメータ(つまり、測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなど)を参照し、測定手段103やディジタル信号変換手段104に対してその測定パラメータの設定を行う。つまり、上位システム106は、通信手段105に対して測定条件に関する測定パラメータを送信する必要はなく、蓄電池102の種類又は構成に関する情報のみを通信手段105へ送信すればよい。
《第6実施形態》
図6は本発明の第6実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図6に示す第6実施形態の蓄電池監視システム225の蓄電池監視装置130は、図2に示す第2実施形態の蓄電池監視システム205に対して、固定メモリ501が蓄電池監視装置130に追加された構成となっている。
蓄電池監視装置101のIC端子201を用いて、ICの外部より電位固定(H/L)で与えられるディジタル情報によって蓄電池102の種類又は構成を識別する。そして、設定手段107が、IC端子201から取得した蓄電池102の種類又は構成に関するディジタル情報に基づいて、固定メモリ501から対応する測定パラメータ(つまり、測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなど)を参照し、測定手段103やディジタル信号変換手段104に対してその測定パラメータの設定を行う。つまり、IC端子201は、固定電位によるパラレルディジタル情報によって測定パラメータを受信する必要はなく、固定電位によるディジタル情報によって蓄電池102の種類又は構成に関する情報のみを受信すればよい。言い換えると、IC端子201は“10”、“00”…などのシンプルなディジタル情報を受信すればよいので、端子のピン数を減らすことができる。
《第7実施形態》
図7は本発明の第7実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図7に示す第7実施形態の蓄電池監視システム230の蓄電池監視装置135は、図3に示す第3実施形態の蓄電池監視システム210に対して、固定メモリ501が追加された構成となっている。
通信手段105が、上位システム106から監視対象である蓄電池102の種類又は構成に関する情報を受信すると、設定手段107は、通信手段105から取得した蓄電池102の種類又は構成に関する情報に基づいて、固定メモリ501から対応する測定パラメータ(つまり、測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジなど)を参照し、測定手段103やディジタル信号変換手段104や演算手段301に対してその測定パラメータの設定を行う。なお、演算手段301が行う動作は図3に示す第3実施形態の場合と同じであるので、その説明は省略する。
《第8実施形態》
図8は本発明の第8実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図8に示す第8実施形態の蓄電池監視システム235の蓄電池監視装置140は、図4に示す第4実施形態の蓄電池監視システム215の構成に対して固定メモリ501が追加された構成となっている。
蓄電池監視装置101のIC端子201を用いてICの外部より電位固定(H/L)で与えられるディジタル情報により蓄電池102の種類又は構成を識別すると、設定手段107が、IC端子201から取得した蓄電池102の種類又は構成に関するディジタル情報に基づいて、固定メモリ501から対応する測定パラメータを参照し、測定手段103やディジタル信号変換手段104や演算手段301に対してその測定パラメータの設定を行う。
《第9実施形態》
図9は本発明の第9実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図9に示す第9実施形態の蓄電池監視システム240の構成が、図1に示す第1実施形態の蓄電池監視システム200と異なる点は、蓄電池910に蓄電池通信手段902が内蔵されている点である。
したがって、第9実施形態の蓄電池監視システム240においては、蓄電池監視装置145の通信手段105は、上位システム106から蓄電池910の種類又は構成に関する設定情報を受信するのではなく、蓄電池910に内蔵された蓄電池通信手段902からその蓄電池910の種類又は構成に関する設定情報(測定パラメータ)を受信する。これによって、設定手段107は、通信手段105から取得した蓄電池910の種類又は構成に関する設定情報(測定パラメータ)に基づいて、測定手段103やディジタル信号変換手段104に対して測定パラメータの設定を行う。
《第10実施形態》
図10は本発明の第10実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図10に示す第10実施形態の蓄電池監視システム245が、図3に示す第3実施形態の蓄電池監視システム210と異なる点は、蓄電池910に蓄電池通信手段902が内蔵されている点である。
したがって、蓄電池監視システム245においては、蓄電池監視装置150の通信手段105は、上位システム106から蓄電池910の蓄電池種類又は蓄電池構成に関する設定情報を受信するのではなく、蓄電池910に内蔵された蓄電池通信手段902からその蓄電池910の種類又は構成に関する設定情報(測定パラメータ)を受信する。これによって、設定手段107は、測定手段103やディジタル信号変換手段104や演算手段301に対して測定パラメータの設定を行う。
《第11実施形態》
図11は本発明の第11実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図11に示す第11の実施形態蓄電池監視システム250の蓄電池監視装置155は、図9に示す第9実施形態の蓄電池監視システム240に対して固定メモリ501が追加された構成である。
蓄電池910に内蔵された蓄電池通信手段902から蓄電池監視装置155の通信手段105への通信により、通信手段105が、監視対象の蓄電池910の種類又は構成に関する情報を受信する。これにより、設定手段107は、通信手段105から取得した蓄電池910の種類又は構成に関する情報に基づいて、固定メモリ501から対応する測定パラメータを参照し、測定手段103やディジタル信号変換手段104に対して測定パラメータの設定を行う。
《第12実施形態》
図12は本発明の第12実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。図12に示す第12実施形態の蓄電池監視システム255の蓄電池監視装置160は、図10に示す第10の実施形態の蓄電池監視システム245に対して固定メモリ501が追加された構成である。
蓄電池910に内蔵された蓄電池通信手段902から蓄電池監視装置160の通信手段105への通信により、通信手段105が、監視対象の蓄電池910の種類又は構成に関する情報を受信する。これにより、設定手段107は、通信手段105から取得した蓄電池910の種類又は構成に関する情報に基づいて、固定メモリ501から対応する測定パラメータを参照し、測定手段103やディジタル信号変換手段104や演算手段301に対して測定パラメータの設定を行う。
本発明の蓄電池監視装置は、IC化によって小型化されていると共に多種類の蓄電池に対応することができるので、電気自動車やハイブリッド自動車への利用だけではなく通信機器や産業機器などあらゆる分野に利用することができる。
本発明の第1実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第2実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第3実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第4実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第5実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第6実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第7実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第8実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第9実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第10実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第11実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。 本発明の第12実施形態に適用される蓄電池監視システムの構成図である。
符号の説明
101,110,115,120,125,130,135,140,145,150,155,160 蓄電池監視装置
102,910 蓄電池
103 測定手段
104 ディジタル信号変換手段
105 通信手段
106 上位システム
107 設定手段
200,205,210,215,220,225,230,235,240,245,250,255 蓄電池監視システム
201 IC端子
301 演算手段
501 固定メモリ
902 蓄電池通信手段

Claims (10)

  1. 蓄電池の電圧、電流、温度の少なくとも1つを測定する測定手段と、測定されたアナログ信号をディジタル信号に変換するディジタル信号変換手段と、外部と通信を行う通信手段とを備えた、IC化された蓄電池監視装置であって、
    前記通信手段が外部から受信した情報又は複数のIC端子に入力されたディジタル情報により、監視対象となる蓄電池の種類又は構成に応じた測定パラメータの設定を行う設定手段を備えることを特徴とする蓄電池監視装置。
  2. 蓄電池の電圧、電流、温度の少なくとも1つを測定する測定手段と、測定されたアナログ信号をディジタル信号に変換するディジタル信号変換手段と、外部と通信を行う通信手段とを備えた、IC化された蓄電池監視装置であって、
    前記通信手段が前記蓄電池から取得した情報により、監視対象となる蓄電池の種類又は構成に応じた測定パラメータの設定を行う設定手段を備えることを特徴とする蓄電池監視装置。
  3. 前記測定パラメータは、前記蓄電池の測定時間間隔、測定チャネル数、測定レンジの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蓄電池監視装置。
  4. 前記測定パラメータを格納し、前記通信手段が外部から受信した情報又は前記IC端子に印加されたディジタル情報に対応させて、この測定パラメータを提示する固定メモリを備えることを特徴とする請求項1に記載の蓄電池監視装置。
  5. 前記測定パラメータを格納し、前記通信手段が前記蓄電池から取得した情報に対応させて、この測定パラメータを提示する固定メモリを備えることを特徴とする請求項2に記載の蓄電池監視装置。
  6. 前記ディジタル信号変換手段が変換した前記蓄電池の電圧、電流、温度のディジタル測定値を任意の時間間隔で所望の値に演算する演算手段を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蓄電池監視装置。
  7. 前記所望の値は、前記蓄電池の電圧、電流、温度のディジタル測定値の任意の時間間隔における平均値、最大値、最小値の少なくとも1つであることを特徴とする請求項6に記載の蓄電池監視装置。
  8. 前記蓄電池の種類又は構成に応じた測定パラメータの設定は、この蓄電池の監視を開始する直前に行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蓄電池監視装置。
  9. 蓄電池監視装置によって電圧、電流、温度の少なくとも1つが監視される蓄電池であって、
    蓄電池の種類又は構成に関する情報を外部へ送信する蓄電池通信手段を備えることを特徴とする蓄電池。
  10. 前記情報は、前記蓄電池の種類又は構成に応じた測定パラメータであることを特徴とする請求項9に記載の蓄電池。
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