JP2010003536A - Battery pack system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド自動車や電動アシスト自転車の走行電源などに使用される電池モジュールが1以上の二次電池からなる組電池システムに係り、特に電池モジュール間の通信インタフェース方式の技術に関する。 The present invention relates to an assembled battery system in which a battery module used for a traveling power source of a hybrid vehicle or an electrically assisted bicycle is composed of one or more secondary batteries, and more particularly to a technology of a communication interface method between battery modules.
電気自動車、燃料電池自動車やハイブリッドカーでは、動力源又は補助動力源として電動機である電動モータが用いられている。この電動モータの電力源としては、二次電池を有する単セルが多数直列に配設された電池モジュールが採用され、特に、単セルの電池電圧が高い二次電池を直列に多数接続すれば、高電圧、かつ高出力化が実現可能である。そのため、近年、二次電池からなる単セルを直列に接続した組電池が採用された組電池システムの開発が普及している。 In an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid car, an electric motor that is an electric motor is used as a power source or an auxiliary power source. As a power source of this electric motor, a battery module in which a large number of single cells having secondary batteries are arranged in series is adopted. High voltage and high output can be realized. Therefore, in recent years, development of an assembled battery system in which an assembled battery in which single cells including secondary batteries are connected in series has been widely used.
従来では、この組電池システムにおいて、電池モジュール間のデータ通信I/Fにはシリアル伝送を使用している場合が多く、1本の伝送路を使用してデータを1ビットずつ順番に伝送している。 Conventionally, in this battery pack system, serial transmission is often used for data communication I / F between battery modules, and data is transmitted one bit at a time using one transmission line. Yes.
ところで、上記のような電池モジュール間のデータ通信I/Fとしてシリアル伝送を使用する組電池システムでは、図6の通り、各電池モジュールを繋ぐデータ通信用の伝送路は1本である。そのため、当該伝送路中の所定箇所が切断されたり、ある電池モジュールの故障が生じた場合には、切断箇所や故障した電池モジュールの下流にある電池モジュール及び管理基板とは通信が不能となるといった問題が生じた。これにより、組電池システムにおける電池モジュールの制御が実行できないという状態に陥っていた。 By the way, in the assembled battery system using serial transmission as the data communication I / F between the battery modules as described above, there is one data communication transmission path connecting the battery modules as shown in FIG. For this reason, when a predetermined location in the transmission path is cut or a failure of a certain battery module occurs, communication with the battery module and the management board downstream of the cut location or the failed battery module is disabled. There was a problem. As a result, the battery module in the assembled battery system cannot be controlled.
また、上記のような組電池システムでは、電池モジュール間の通信は、電位差のある電池モジュール間でデータ通信が行われることから、シリアル伝送用の通信I/Fには絶縁回路を使用したり、レベルシフト回路を使用したりする必要があり、回路全体が大規模になる傾向が強かった。 Further, in the assembled battery system as described above, since communication between battery modules is performed by data communication between battery modules having a potential difference, an insulation circuit is used for the communication I / F for serial transmission. It was necessary to use a level shift circuit, and the entire circuit tended to be large.
本発明は、上記のような課題を解消するために提案されたものであって、その目的は、電池モジュール間のデータの伝送路をループ状に構成することで、一部の伝送路が切断されたり、ある電池モジュールに故障が生じた場合であっても、それ以外の電池モジュールとのデータ伝送を確保し、当該電池モジュールの制御を継続することが可能な組電池システムを提案することにある。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to configure a data transmission path between battery modules in a loop shape so that a part of the transmission path is disconnected. To propose a battery pack system that can ensure data transmission with other battery modules and continue control of the battery modules even if a certain battery module fails. is there.
また、本発明は、同電位の電池モジュールを並列に接続した組電池システムを採用することで、電位が同等の電池モジュール間に、レベルシフト回路や絶縁回路の使用を抑え、通信I/Fやレベルシフト回路の使用量の増加を抑制し、回路量の大規模化を防止することも目的とする。 Further, the present invention employs an assembled battery system in which battery modules having the same potential are connected in parallel, thereby suppressing the use of a level shift circuit or an insulation circuit between battery modules having the same potential, It is also an object to suppress an increase in the amount of use of the level shift circuit and prevent an increase in the circuit amount.
上述した目的を達成するために、本発明は、1以上の電池モジュールが直列に接続された組電池システムにおいて、前記各電池モジュールは、直列に接続された二次電池と、前記二次電池の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電池モジュール間の通信を行う複数の伝送路及び当該伝送路に配設された通信I/Fと、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides an assembled battery system in which one or more battery modules are connected in series, wherein each of the battery modules includes: a secondary battery connected in series; and A voltage measuring circuit for measuring a voltage, a plurality of transmission paths for performing communication between the battery modules, and a communication I / F disposed in the transmission path are provided.
また、本発明は、前記各電池モジュールは、二重化された前記伝送路及び当該伝送路に配設された通信I/Fを備え、一方の前記伝送路は、低電位側の前記電池モジュールから通信し、他方の前記伝送路は、絶縁回路を介した上で高電位側の前記電池モジュールから通信するよう構成されていることを特徴とする点も一態様とする。 Further, according to the present invention, each battery module includes the duplexed transmission path and a communication I / F disposed in the transmission path, and one of the transmission paths communicates from the battery module on the low potential side. However, the other transmission line is configured to communicate with the battery module on the high potential side through an insulating circuit, and is also an aspect.
以上のような態様によれば、一方の伝送路中で切断が生じた場合であっても、他方の伝送路によりデータ通信が可能になる。また、ある電池モジュールと、高電位側、低電位側で隣接する電池モジュールとの間の伝送路が共に切断された場合であっても、2本の伝送路により補完し合うことで全電池モジュールと通信が可能となる。 According to the above aspect, even if a disconnection occurs in one transmission line, data communication is possible through the other transmission line. Moreover, even when the transmission path between a certain battery module and the battery modules adjacent on the high potential side and the low potential side are both cut off, the entire battery module is complemented by two transmission paths. Can communicate with.
また、従来のシステムでは、1つの電池モジュールで故障が生じると、それより下流の伝送路に接続された電池モジュール及び管理基板に対する通信は不能となっていたが、本組電池システムでは、保護基板上に通信I/Fが二重化され、2本の伝送路によりデータ通信を行うことで、故障した電池モジュールを除く全ての電池モジュールとの通信が可能となる。つまり、故障した電池モジュールより下流の電池モジュール及び管理基板との通信不能から電池システムの制御が困難であったが、上記構成を有する組電池システムにより、当該システムの大部分の制御を実行することが可能となる。 Further, in the conventional system, when a failure occurs in one battery module, communication with the battery module and the management board connected to the downstream transmission path is impossible. The communication I / F is duplicated on the top, and data communication is performed through two transmission lines, thereby enabling communication with all battery modules except the failed battery module. In other words, although it was difficult to control the battery system due to the inability to communicate with the battery module and the management board downstream from the failed battery module, most of the system is controlled by the assembled battery system having the above configuration. Is possible.
本発明は、1以上の電池モジュールが直列及び並列に接続された組電池システムにおいて、前記各電池モジュールは、二次電池と、前記二次電池の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電池モジュール間の通信を行う通信I/Fと、を備え、同電位の前記電池モジュール同士は、当該各電池モジュールの通信I/Fを通じて接続される点も特徴とする。 The present invention provides an assembled battery system in which one or more battery modules are connected in series and in parallel. Each of the battery modules includes a secondary battery, a voltage measurement circuit for measuring a voltage of the secondary battery, and the battery module. And the battery modules having the same potential are connected to each other through the communication I / F of each battery module.
以上のような態様によれば、並列に接続された電池モジュールのうち、同電位の電池モジュールに対して当該モジュール内の通信I/F間を伝送路により接続することから、この通信I/F内では、絶縁回路やレベルシフト回路を不要な構成とすることができる。これにより、保護基板の回路を簡素化することが可能になる。 According to the above aspect, among the battery modules connected in parallel, the communication I / Fs in the module are connected to the battery modules having the same potential through the transmission path. Inside, an insulating circuit and a level shift circuit can be made unnecessary. As a result, the circuit of the protective substrate can be simplified.
また、本発明は、前記通信I/Fは、電位が異なる前記電池モジュール同士が接続する場合には、絶縁回路とレベルシフト回路のいずれかを備えることを特徴とする点も一態様とする。 In addition, the present invention is also characterized in that the communication I / F includes either an insulating circuit or a level shift circuit when the battery modules having different potentials are connected to each other.
以上のような態様によれば、電池モジュール内の保護基板上に配設された通信I/Fには、絶縁回路やレベルシフト回路を送信側又は受信側の片方に配設すれば済むため、この絶縁回路等の回路量を削減することが可能となる。また、管理基板上には、低電位側の電池モジュールから1本の伝送路によりデータ通信を行うため、第2の実施形態と比較しても絶縁回路の量を削減することが可能である。 According to the above aspect, the communication I / F disposed on the protective substrate in the battery module may be provided with an insulating circuit or a level shift circuit on one side of the transmission side or the reception side. It becomes possible to reduce the circuit amount of this insulation circuit or the like. Further, since data communication is performed on the management board from the battery module on the low potential side through one transmission line, the amount of the insulating circuit can be reduced as compared with the second embodiment.
以上のような本発明によれば、一方の伝送路中で切断が生じた場合であっても、他方の伝送路によりデータ通信が可能となり、また、1つの電池モジュールで故障が生じた場合であっても、保護基板上に通信I/Fが二重化され、2本の伝送路によりデータ通信を行うことで、故障した電池モジュールを除く全ての電池モジュールとの通信が可能となる。 According to the present invention as described above, even when a disconnection occurs in one transmission line, data communication is possible through the other transmission line, and when a failure occurs in one battery module. Even in such a case, the communication I / F is duplicated on the protective substrate, and data communication is performed through two transmission paths, thereby enabling communication with all the battery modules except the failed battery module.
[1.第1の実施形態]
次に、第1の実施形態に係る組電池システムを、図1〜3を参照して説明する。なお、下記で示すモジュール、二次電池の数は任意であるもとし、このような形態に限定するものではない。
[1. First Embodiment]
Next, the assembled battery system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. It should be noted that the number of modules and secondary batteries shown below is arbitrary and is not limited to such a form.
図1の通り、第1の実施形態に係る組電池システムは、複数の電池モジュール1a〜1cと、当該電池モジュール1a〜1cを管理し制御する管理基板2と、伝送路に配設された絶縁回路3と、から構成されている。
As shown in FIG. 1, the assembled battery system according to the first embodiment includes a plurality of
各電池モジュール1a〜1cは、図2に示すように、各々二次電池4を有する複数のセルが直列に接続されており、各セルの電圧を測定する電圧測定回路5も設けられている。なお、電圧測定回路5には、各セルの二次電池4が電圧検出線を通じて接続されている。また、この電圧測定回路5は、ディスクリート素子で構成した回路とIC化した回路を有している。
As shown in FIG. 2, each of the
各電池モジュールは、保護基板6を有し、この保護基板6上に、上記電圧測定回路5と、二次電池4の充放電を制御するMPU7と、当該MPU7に繋がる通信I/F8と、が配設されている。
Each battery module has a protective substrate 6 on which the
ここで、通信I/F8の構成は、図3に記載されているように、伝送路上に配設される、絶縁回路又はレベルシフト回路8a、eと、受信I/F8bと、伝送処理回路8cと、送信I/F8dと、から構成されている。なお、この通信I/F8内の伝送処理回路8cがMPU7に接続されている。
Here, as shown in FIG. 3, the configuration of the communication I /
第1の実施形態では、図1の通り、保護基板6上に複数の通信I/F8を設置する点を特徴とする(図1の例では二つ)。特に、第1の実施形態に係る組電池システムでは、図1に示すように電池モジュール1上の通信I/F8を二重化すると共に、一方の伝送路を、管理基板2からみて低電位側の電池モジュール1cから接続していき、他方の伝送路を、絶縁回路3を介した上で、管理基板2からみて高電位側の電池モジュール1aから接続するように構成している。なお、保護基板6上に二重化された通信I/F8は、いずれもMPU7に繋がっている。
As shown in FIG. 1, the first embodiment is characterized in that a plurality of communication I /
以上のような構成を有する組電池システムによれば、一方の伝送路中で切断が生じた場合であっても、他方の伝送路によりデータ通信が可能になる。また、ある電池モジュールと、高電位側、低電位側で隣接する電池モジュールとの間の伝送路が共に切断された場合であっても、2本の伝送路により補完し合うことで全電池モジュールとの通信が可能となる。 According to the assembled battery system having the above-described configuration, even when a disconnection occurs in one transmission path, data communication is possible through the other transmission path. In addition, even if the transmission path between a certain battery module and the battery modules adjacent on the high potential side and the low potential side are both disconnected, all the battery modules are complemented by two transmission paths. Communication with is possible.
また、従来のシステムでは、1つの電池モジュールで故障が生じると、それより下流の伝送路に接続された電池モジュール及び管理基板に対する通信は不能となっていたが、本組電池システムでは、保護基板上に通信I/Fが二重化され、2本の伝送路によりデータ通信を行うことで、故障した電池モジュールを除く全ての電池モジュールとの通信が可能となる。つまり、故障した電池モジュールより下流の電池モジュール及び管理基板との通信不能から電池システムの制御が困難であったが、上記構成を有する組電池システムにより、当該システムの大部分の制御を実行することが可能となる。 Further, in the conventional system, when a failure occurs in one battery module, communication with the battery module and the management board connected to the downstream transmission path is impossible. The communication I / F is duplicated on the top, and data communication is performed through two transmission lines, thereby enabling communication with all battery modules except the failed battery module. In other words, it is difficult to control the battery system due to the inability to communicate with the battery module and the management board downstream from the failed battery module, but most of the system is controlled by the assembled battery system having the above configuration. Is possible.
[2.第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る組電池システムを、図4を参照して説明する。なお、下記で示すモジュール、二次電池の数は任意であるもとし、このような形態に限定するものではない。また、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[2. Second Embodiment]
Next, an assembled battery system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that the number of modules and secondary batteries shown below is arbitrary and is not limited to such a form. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図4の通り、第2の実施形態に係る組電池システムは、第1の実施形態が、直列に接続した電池モジュール1a〜cを採用していたのに対し、直列に接続した電池モジュール1a〜cと、電池モジュール1d〜fと、電池モジュール1g〜iと、を並列に接続して構成されている。また、並列に接続された電池モジュール1g〜iの各々は、絶縁回路3を介して管理基板2に接続されている。すなわち、管理基板2と電位が各々相違する電池モジュール間の伝送路には絶縁回路3が配設されている。
As shown in FIG. 4, in the assembled battery system according to the second embodiment, the first embodiment employs the
特に、第2の実施形態では、並列とした、電池モジュール1a〜c、1d〜f、1g〜iに対して、同電位の電池モジュール間をデータ通信が可能となるように伝送路により接続している。具体的には、第1の実施形態では、各電池モジュールの保護基板6上に配設された通信I/F8を当該通信I/F8内の絶縁回路又はレベルシフト回路8a、8eを介して直列に伝送路を通じて接続していたのに対し、第2の実施形態では、並列に接続された電池モジュールのうち同電位となる電池モジュール内の通信I/F8を接続している。
In particular, in the second embodiment, the
つまり、図4で言えば、伝送路により、同電位の電池モジュール毎に、電池モジュール1aと1dと1gを接続し、また、電池モジュール1bと1eと1hを接続し、電池モジュール1cと1fと1iを接続している。なお、このような同電位の電池モジュールでは、各電池モジュール内の通信I/F8を繋ぐ伝送路にコンデンサが配設されている。
That is, in FIG. 4, the
以上のような構成を有する組電池システムによれば、並列に接続された電池モジュールのうち、同電位の電池モジュールに対して当該モジュール内の通信I/F間を伝送路により接続することから、この通信I/F内では、絶縁回路やレベルシフト回路を不要な構成とすることができる。これにより、保護基板の回路を簡素化することが可能になる。 According to the assembled battery system having the above configuration, among the battery modules connected in parallel, the communication I / F in the module is connected to the battery module of the same potential by the transmission line. In this communication I / F, an insulation circuit and a level shift circuit can be made unnecessary. As a result, the circuit of the protective substrate can be simplified.
[3.第3の実施形態]
次に、第3の実施形態に係る組電池システムを、図5を参照して説明する。なお、下記で示すモジュール、二次電池の数は任意であるものとし、このような形態に限定するものではない。また、第1及び2の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[3. Third Embodiment]
Next, an assembled battery system according to a third embodiment will be described with reference to FIG. Note that the number of modules and secondary batteries shown below are arbitrary, and the present invention is not limited to such a form. In addition, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
第2の実施形態に係る組電池システムでは、管理基板2と電位が各々相違する電池モジュール間に対して、伝送路を介して絶縁回路3が配設されていたのに対し、第3の実施形態では、図5の通り、この絶縁回路3を削減するために、低電位側の電池モジュールに繋がれた1本の伝送路を管理基板2に接続する点を特徴とする。すなわち、電池モジュール1iの通信I/F8と管理基板2とが伝送路により接続されている。
In the assembled battery system according to the second embodiment, the insulating
さらに、第3の実施形態では、電位が異なる電池モジュール間を繋ぐ場合にのみ、絶縁回路又はレベルシフト回路8a、eを有する通信I/F8を採用する。つまり、直列に接続された電池モジュール間で、第1の実施形態のように、データ通信を行う場合には、絶縁回路又はレベルシフト回路8a、eと、受信I/F8b、送信I/F8dとを備えた通信I/F8を使用する。
Further, in the third embodiment, the communication I /
具体的には、図5によると、一例として、電池モジュール1cの保護基板6Aでは、通信I/F8の送信I/F8d側にだけ絶縁回路又はレベルシフト回路8eを備え、電池モジュール1bの保護基板6Bでは、通信I/F8の受信I/F8b側にだけ絶縁回路又はレベルシフト回路8aを備えている。なお、電池モジュール1a、d〜f、i内に配設された保護基板6Nでは、通信I/F8に絶縁回路又はレベルシフト回路8a、eを有していない。
Specifically, according to FIG. 5, as an example, the protective substrate 6A of the
以上のような構成を有する組電池システムによれば、電池モジュール内の保護基板上に配設された通信I/Fには、絶縁回路やレベルシフト回路を信側又は受信側の片方に配設すれば済むため、この絶縁回路等の回路量を削減することが可能となる。また、管理基板上には、低電位側の電池モジュールから1本の伝送路によりデータ通信を行うため、第2の実施形態と比較しても絶縁回路の量を削減することが可能である。 According to the assembled battery system having the above-described configuration, an insulation circuit and a level shift circuit are disposed on one of the communication side and the reception side in the communication I / F disposed on the protective substrate in the battery module. Therefore, it is possible to reduce the circuit amount of the insulation circuit and the like. Further, since data communication is performed on the management board from the battery module on the low potential side through one transmission line, the amount of the insulating circuit can be reduced as compared with the second embodiment.
1、1a〜i…電池モジュール
2…管理基板
3…絶縁回路
4…二次電池
5…電圧測定回路
6A、6B、6N…保護基板
7…MPU
8…通信I/F
8a、e…レベルシフト回路
8b…受信I/F
8c…伝送処理回路
8d…送信I/F
DESCRIPTION OF
8 ... Communication I / F
8a, e ...
8c:
Claims (4)
前記各電池モジュールは、
直列に接続された二次電池と、
前記二次電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電池モジュール間の通信を行う複数の伝送路及び当該伝送路に配設された通信I/Fと、
を備えたことを特徴とする組み電池システム。 In an assembled battery system in which one or more battery modules are connected in series,
Each of the battery modules is
A secondary battery connected in series;
A voltage measuring circuit for measuring a voltage of the secondary battery;
A plurality of transmission paths for performing communication between the battery modules, and communication I / Fs disposed in the transmission paths;
An assembled battery system characterized by comprising:
一方の前記伝送路は、低電位側の前記電池モジュールから通信し、他方の前記伝送路は、絶縁回路を介した上で高電位側の前記電池モジュールから通信するよう構成されていることを特徴とする請求項1に記載の組電池システム。 Each battery module includes the duplexed transmission path and a communication I / F disposed in the transmission path.
One of the transmission paths is configured to communicate from the battery module on the low potential side, and the other transmission path is configured to communicate from the battery module on the high potential side via an insulating circuit. The assembled battery system according to claim 1.
前記各電池モジュールは、
二次電池と、
前記二次電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電池モジュール間の通信を行う通信I/Fと、を備え、
同電位の前記電池モジュール同士は、当該各電池モジュールの通信I/Fを通じて接続されることを特徴とする組電池システム。 In an assembled battery system in which one or more battery modules are connected in series and in parallel,
Each of the battery modules is
A secondary battery,
A voltage measuring circuit for measuring a voltage of the secondary battery;
A communication I / F for performing communication between the battery modules,
The battery modules having the same potential are connected to each other through a communication I / F of each battery module.
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