JP2008281464A - State detection device of energy storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は蓄電装置の状態検出装置、特に組電池の電圧等を検出する装置に関する。 The present invention relates to a state detection device for a power storage device, and more particularly to a device for detecting a voltage of an assembled battery.
従来より、1つあるいは複数の電池が直列に接続されてブロックを構成し、ブロックを複数直列に接続されて構成される組電池がハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されており、組電池の電圧等を検出する装置が知られている。 Conventionally, one or a plurality of batteries are connected in series to form a block, and an assembled battery composed of a plurality of blocks connected in series has been mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle. There are known devices for detecting.
下記の特許文献1には、被測定電池としての二次電池の両端電圧に対応する出力電圧を得る差動アンプと、差動アンプの出力電圧値を周波数に変換する電圧−周波数変換器と、 周波数を被測定電池の電圧値として検出する検出手段としてのマイコンとを備え、電圧−周波数変換器を用いることによりマイコンとの間で1本の信号線で接続するだけで二次電池の電圧を検出する構成が開示されている。
In the following
しかしながら、組電池の各ブロックを電圧−周波数変換器(V/Fコンバータ)等の検出器に接続して組電池の電圧を検出する場合、電池の不使用時において漏れ電流が生じてしまう。漏れ電流を防止するためには電池と検出回路との間の遮断が必要である。また、組電池の電圧検出法としてはフライングキャパシタを用いる別の方法があるが、漏れ電流を防止するために高価な低抵抗フォトMOSリレーを多数必要とするのでコストが増加し、部品点数も増大するので小型化が困難となる。 However, when each block of the assembled battery is connected to a detector such as a voltage-frequency converter (V / F converter) to detect the voltage of the assembled battery, a leakage current occurs when the battery is not used. In order to prevent leakage current, it is necessary to interrupt the battery and the detection circuit. In addition, there is another method using a flying capacitor as a voltage detection method for an assembled battery. However, since a large number of expensive low-resistance photo MOS relays are required to prevent leakage current, the cost increases and the number of parts also increases. This makes it difficult to reduce the size.
本発明の目的は、簡易な構成で非動作時における漏れ電流を防止することができる状態検出装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the state detection apparatus which can prevent the leakage current at the time of non-operation with a simple structure.
本発明は、蓄電装置の状態検出装置であって、前記蓄電装置の電圧を測定する測定手段と、前記測定手段の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記蓄電装置からの電力により動作するものであり、前記蓄電装置と前記制御手段との間の接続/非接続を切り替える第1スイッチと、前記蓄電装置と前記測定手段との間の接続/非接続を切り替える、前記第1スイッチと並列接続された第2スイッチとを有することを特徴とする。 The present invention is a state detection device for a power storage device, comprising: a measuring unit that measures a voltage of the power storage device; and a control unit that controls an operation of the measurement unit. A first switch that switches connection / disconnection between the power storage device and the control means, and a connection / disconnection between the power storage device and the measurement means, It has the 2nd switch connected in parallel with the 1st switch, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の1つの実施形態では、前記制御手段は、前記第1スイッチを閉じることにより前記蓄電装置と接続されて前記蓄電装置からの電力により動作状態に移行し、前記第2スイッチを閉じることにより前記蓄電装置と前記測定手段とを接続する。 In one embodiment of the present invention, the control means is connected to the power storage device by closing the first switch, transitions to an operating state by power from the power storage device, and closes the second switch. The power storage device and the measurement unit are connected.
また、本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、前記第2スイッチを閉じることで前記蓄電装置と接続されて前記蓄電装置からの電力による動作状態を維持する。 In another embodiment of the present invention, the control unit is connected to the power storage device by closing the second switch, and maintains an operation state based on electric power from the power storage device.
本発明によれば、非動作時に第2スイッチを切り替えて非接続とすることで、非動作時における漏れ電流を防止することができる。 According to the present invention, the leakage current at the time of non-operation can be prevented by switching the second switch to be non-connected at the time of non-operation.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、蓄電装置として組電池を例にとり説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an assembled battery as an example of a power storage device.
図1に、本実施形態における状態検出装置の構成ブロック図を示す。状態検出装置は例えばハイブリッド自動車に搭載され、組電池の電圧を検出する。図1において、蓄電装置としての組電池100は、複数のブロックB1〜Bnから構成され(図では便宜上、B1及びB2のみ示す)、各ブロックB1〜Bnは直列接続される。各ブロックは1つまたは複数の単電池が直列接続されて構成される。各電池は例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池である。
FIG. 1 shows a configuration block diagram of a state detection apparatus in the present embodiment. The state detection device is mounted on, for example, a hybrid vehicle and detects the voltage of the assembled battery. In FIG. 1, an assembled
下位検出ユニット102−1〜102−nは、組電池100を構成する各ブロックB1〜Bn毎に設けられ、各ブロックの電圧VB1〜VBnを検出する。下位検出ユニット102−1〜102−nは同一構成であり、例えば下位検出ユニット102−1は、2つのスイッチSW1、SW2、制御部104−1、測定部106−1から構成される。
The lower detection units 102-1 to 102-n are provided for the respective blocks B1 to Bn constituting the assembled
2つのスイッチSW1、SW2は互いに並列接続され、SW1の一方の端子はブロックB1に接続され、他方の端子は制御部104−1に接続される。SW1のオン/オフは、上位検出ユニット110からの起動信号により制御され、SW1がオン状態になると制御部104−1にブロックB1の電力が供給されて制御部104−1が起動する。SW2の一方の端子はブロックB1に接続され、他方の端子は制御部104−1に接続されるとともに測定部106―1に接続される。SW2のオン/オフは、制御部104−1からの信号により制御され、SW2がオン状態になると制御部104−1に電力が供給されるとともに測定部106―1に電力が供給され、測定部106−1でのブロックB1の電圧測定が可能となる。
The two switches SW1 and SW2 are connected in parallel to each other, one terminal of SW1 is connected to the block B1, and the other terminal is connected to the control unit 104-1. The on / off state of SW1 is controlled by an activation signal from the
制御部104−1は、SW2のオン/オフを制御することでブロックB1の電圧測定のタイミングを制御するとともに、測定部106−1の測定動作を制御する。 The control unit 104-1 controls the voltage measurement timing of the block B1 by controlling ON / OFF of SW2, and also controls the measurement operation of the measurement unit 106-1.
測定部106−1は、ブロックB1の電圧を測定し、測定結果を上位検出ユニット110に供給する。測定部106−1は、例えばA/Dコンバータと比較器とシフトレジスタ、V/Fコンバータとパルスカウンタとシフトレジスタ等で構成される。
The measurement unit 106-1 measures the voltage of the block B1, and supplies the measurement result to the
上位検出ユニット110は、例えばマイクロプロセッサ(MPU)で構成され、各下位検出ユニットのSW1に起動信号を供給することで各下位検出ユニットの制御部104−1、104−2、・・にブロックB1、B2、・・からの電力を供給することで起動する。また、各下位検出ユニットの測定部106−1、106−2、・・で測定された電圧が入力され、測定された電圧を所定電圧と比較する等の処理により組電池100の状態(例えば電圧異常)を検出する。上位検出ユニット110と各下位検出ユニットは、フォトカプラ等の絶縁部108で絶縁(ハイインピーダンス)される。
The
このように、SW1とSW2とを並列接続し、SW1をオン制御することで制御部104−1、104−2、・・に電力を供給して起動し、SW1とは別のSW2をオン/オフ制御して各ブロックの電圧を測定する構成とすることで、電圧測定の処理を実施していない非動作時の各ブロックと測定部との接続を簡易に遮断し、非動作時の漏れ電流を防止することができる。また、SW1をオンして制御部104−1を起動した後にSW2をオンしてラッチすることで、SW2を介した電力供給が可能となるのでSW1をオフとしてSW1を上位検出ユニット110から制御部104−1に信号を供給するためのスイッチとすることができる。SW1はオン時に制御部104−1、104−2、・・に電力を供給するためのスイッチであり、高抵抗のスイッチ素子やフォトカプラ等の低コスト部品で構成し得る。また、SW2の耐圧は各ブロックの電圧分でよいので容易に低抵抗スイッチが選択できる。
In this way, SW1 and SW2 are connected in parallel, and by turning on SW1, power is supplied to the control units 104-1, 104-2,..., And SW2 different from SW1 is turned on / off. By configuring the block to measure the voltage of each block, the connection between each block and the measurement unit during non-operation when voltage measurement processing is not performed is easily cut off, and the leakage current during non-operation Can be prevented. Also, by turning on SW1 and starting the control unit 104-1 and then turning on and latching SW2, power supply via SW2 becomes possible, so SW1 is turned off and SW1 is switched from the
以下、本実施形態をより具体的に説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically.
図2に、本実施形態の詳細構成図を示す。下位検出ユニット102−1は、SW1、SW2、制御部104−1、測定部106−1を有する。他の下位検出ユニットも同様の構成である。上位検出ユニット110は、プロセッサで構成される。
FIG. 2 shows a detailed configuration diagram of the present embodiment. The lower detection unit 102-1 includes SW1, SW2, a control unit 104-1, and a measurement unit 106-1. The other lower detection units have the same configuration. The
SW1は、図1における絶縁部108の一部であるフォトカプラで構成される。フォトカプラの発光側はプロセッサ110に接続され、フォトカプラの受光側はブロックB1及び制御部104−1に接続される。
SW1 is composed of a photocoupler that is a part of the
SW2は、pチャネルMOSFET等のトランジスタスイッチで構成され、一方の端子がブロックB1に接続され、他方の端子が制御部104−1及び測定部106−1のV/Fコンバータ106a−1に接続される。また、トランジスタスイッチのゲートは他のトランジスタスイッチTrに接続され、トランジスタスイッチTrのオン/オフは制御部104−1により制御される。
SW2 is configured by a transistor switch such as a p-channel MOSFET, and one terminal is connected to the block B1, and the other terminal is connected to the V /
測定部106−1は、V/Fコンバータ106a−1、パルスカウンタ106b−1、及びシフトレジスタ106c−1から構成される。V/Fコンバータ106a−1は、ブロックB1の電圧を周波数に変換し、パルスカウンタ106b−1は周波数に変換されたブロック電圧のパルス数をカウントする。シフトレジスタ106c−1は、パルスカウンタ106b−1でカウントされたパルス数、すなわちブロック電圧データを順次格納し、プロセッサ110からの同期信号に応じてプロセッサ110に順次ブロック電圧データを出力する。同期信号は、プロセッサ110から制御部104−1に供給され、制御部104−1からシフトレジスタ106c−1に供給される。同期信号は、起動信号と同様にSW1を介して制御部104−1に供給することができる。
The measurement unit 106-1 includes a V /
制御部104−1は、プロセッサ110からの起動信号によりSW1がオンすると起動し、以後は内部の発振器を起動し、そのクロックによって種々処理を実行する。すなわち、まず、トランジスタTrをオンすることでSW2をオンし所定時間ラッチする。そして、プロセッサ110から読み取り信号が供給されたか否かを判定する。例えば、プロセッサ110からの信号がHiレベルからLowレベルに変化したか否かを判定する。制御部104−1への電力供給はSW2をラッチすることでSW2を介して行われ、SW1のオフによりプロセッサ110は電力供給の替わりに読み取り信号を供給できる。制御部104−1はプロセッサ110からの信号がHiレベルからLowレベルに変化した場合に読み取り信号が供給されたものと判定し、所定の信号処理に移行する。
The control unit 104-1 is activated when SW1 is turned on by an activation signal from the
所定の信号処理は、以下のように行われる。すなわち、パルスカウンタ106b−1のカウント値を0にリセットしてパルス計数をスタートさせる。そして、パルス数をカウントした後、パルスカウンタ106b−1の上位10ビットをシフトレジスタ106c−1にコピーする。また、シフトレジスタ106c−1にパリティビットを付加して合計11ビットのデータとする。次に、プロセッサ110から同期信号が供給されたか否かを判定し、同期信号が供給された場合にその立ち上がりエッジでシフトレジスタ106c−1に格納されたブロック電圧データを出力し、立ち上がりエッジでシフトレジスタ106c−1のデータを順次シフトさせる。パリティビットを含む11ビットのデータを全て出力した後、再びパルスカウンタ106b−1を0にリセットしてパルス計数を再びスタートさせる。以上の処理を繰り返すことで、ブロック電圧データがプロセッサ110に順次供給される。制御部104−1は、SW2をオンすると同時にスタートさせたタイマが所定時間、例えば2秒間を計時した場合にSW2をオフ制御する。すなわち、SW2は2秒間だけオンされラッチされる。SW2のオンとともにSW1はオフ制御される。なお、制御部104−1は、例えばプロセッサ110からの信号を自身のサンプリングクロック毎にフェッチし、同一レベルが2回一致した場合に信号レベルを確定する。また、プロセッサ110は、自身の同期信号の立ち上がりタイミングでブロック電圧データをフェッチする。
The predetermined signal processing is performed as follows. That is, the count value of the
図3に、プロセッサ110からの信号、制御部104−1の内部クロック信号、V/F変換期間のタイミング信号、データ出力信号のタイミングチャートを示す。図3(a)はプロセッサ110からの信号であり、V/F読み取り信号と同期信号を含む。V/F読み取り信号はレベルがLowレベルとなる信号であり、同期信号は、V/F読み取り信号に続く信号でデューティ50%の5kHz信号である。図3(b)は制御部104−1の内部クロック信号であり、42kHz信号である。プロセッサ110からの信号を判別する際に、クロック信号2周期分で信号レベルを確定するためのサンプリング信号である。図3(c)はV/F変換期間のタイミング信号であり、V/Fコンバータ106a−1を動作させ、かつ、パルスカウンタ106b−1を動作させる期間である。プロセッサ110からの信号レベルがHiレベルからLowレベルに変化したことを確定すると、V/F変換期間をスタートさせる。また、プロセッサ110からの信号レベルがLowレベルから再びHiレベルに変化すると、V/F変換期間を終了する。すなわち、V/Fコンバータ106a−1とパルスカウンタ106b−1の動作を停止する。図3(d)はデータ出力信号であり、プロセッサ110からの同期信号を確定すると、11ビット長のデータ(10ビットの電圧データ+パリティビット)を順次出力する。
FIG. 3 shows a timing chart of the signal from the
図4に、プロセッサ110から制御部104−1、104−2に供給される信号のタイミングチャートを示す。各ブロックの各制御部に供給する信号は、V/F読み取り信号300−1、300−2と、それに続く同期信号302−1、302−2を含む。制御部104−1、104−2に供給されるV/F読み取り信号300−1、300−2は同期したタイミングであり、同期信号302−1、302−2はそれぞれタイミングのずれた信号である。同期信号302−1のタイミングでシフトレジスタ106c−1からブロックB1のブロック電圧データが出力され、同期信号302−2のタイミングでシフトレジスタ106c−2からブロックB2のブロック電圧データが出力される。
FIG. 4 shows a timing chart of signals supplied from the
以上、本発明の実施形態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、種々の変形が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible.
例えば、本実施形態では図1、図2に示すように各ブロックの下位検出ユニット102−1、102−2、・・・からブロック電圧データをパラレルにプロセッサ110に出力しているが、下位検出ユニット102−1、102−2、・・からブロック電圧データをシリアルにプロセッサ110に出力してもよい。図5に、ブロック電圧データをシリアルに出力する場合の構成を示す。各下位検出ユニット102−1、102−2、・・のシフトレジスタ106c−1、106c−2、・・・の出力側にORゲート109−1、109−2を設け、ORゲート109−1の出力端子を電圧レベルシフト回路111を介してORゲート109−2の入力端子に接続する。以下、同様に全てのORゲートをカスケードに接続してプロセッサ110に接続する。
For example, in this embodiment, the block voltage data is output to the
100 組電池、102−1,102−2 下位検出ユニット、104−1,104−2 制御部、106−1,106−2 測定部、108 絶縁部、110 上位検出ユニット(プロセッサ)。 100 assembled battery, 102-1, 102-2 lower detection unit, 104-1, 104-2 control unit, 106-1, 106-2 measurement unit, 108 insulation unit, 110 upper detection unit (processor).
Claims (5)
前記蓄電装置の電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段の動作を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記蓄電装置からの電力により動作するものであり、
前記蓄電装置と前記制御手段との間の接続/非接続を切り替える第1スイッチと、
前記蓄電装置と前記測定手段との間の接続/非接続を切り替える、前記第1スイッチと並列接続された第2スイッチと、
を有することを特徴とする蓄電装置の状態検出装置。 A state detection device for a power storage device,
Measuring means for measuring the voltage of the power storage device;
Control means for controlling the operation of the measuring means;
Have
The control means is operated by electric power from the power storage device,
A first switch for switching connection / disconnection between the power storage device and the control means;
A second switch connected in parallel with the first switch for switching connection / disconnection between the power storage device and the measuring means;
A state detection device for a power storage device, comprising:
前記制御手段は、前記第1スイッチを閉じることにより前記蓄電装置と接続されて前記蓄電装置からの電力により動作状態に移行し、前記第2スイッチを閉じることにより前記蓄電装置と前記測定手段とを接続することを特徴とする蓄電装置の状態検出装置。 The apparatus of claim 1.
The control means is connected to the power storage device by closing the first switch and shifts to an operating state by power from the power storage device, and the power storage device and the measurement means are connected by closing the second switch. A state detection device for a power storage device, characterized by being connected.
前記測定手段は、
前記蓄電装置の電圧を周波数に変換する手段と、
前記周波数のパルスを計数する手段と、
計数して得られた電圧データを格納し所定のタイミングで出力する手段と、
を有することを特徴とする蓄電装置の状態検出装置。 The apparatus according to claim 1,
The measuring means includes
Means for converting the voltage of the power storage device into a frequency;
Means for counting pulses of said frequency;
Means for storing voltage data obtained by counting and outputting at predetermined timing;
A state detection device for a power storage device, comprising:
前記制御手段は、前記第2スイッチを閉じることで前記蓄電装置と接続されて前記蓄電装置からの電力による動作状態を維持することを特徴とする蓄電装置の状態検出装置。 The apparatus of claim 2.
The control unit is connected to the power storage device by closing the second switch, and maintains an operation state based on electric power from the power storage device.
前記蓄電装置は、直列に接続された複数のブロックからなり、
前記制御手段及び前記測定手段は、複数の前記ブロックのそれぞれに設けられる
ことを特徴とする蓄電装置の状態検出装置。 The apparatus of claim 1.
The power storage device comprises a plurality of blocks connected in series,
The control unit and the measurement unit are provided in each of the plurality of blocks.
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