JP2011078201A

JP2011078201A - 組電池システム

Info

Publication number: JP2011078201A
Application number: JP2009226643A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Itakura; 哲朗板倉; Daisuke Kurose; 大介黒瀬; Hiroki Sakurai; 宏樹櫻井; Nobuo Shibuya; 信男渋谷; Yoshinao Tatebayashi; 義直舘林; Takuya Iwasaki; 拓哉岩崎; Kazuyoshi Kasai; 一欽葛西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5275198B2

Abstract

【課題】電池セルの残量のばらつきを位置によらず低減する。
【解決手段】複数の電池セル１０１〜１０ｎと、前記複数の電池セルの電池情報取得機能を有する１からN個（Nは２以上の整数）の電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎと、前記電池情報取得モジュールを制御管理する管理ユニット１２０からなる組電池システムにおいて、前記電池情報取得モジュールは電池情報取得回路と、取得した電池情報を保持する記憶回路と、通信するための少なくとも光発光素子と光受光素子を備えた送受信回路を2組具備し、i番目の電池情報取得モジュールは、i-1番目とi+1番目の電池情報取得モジュールと通信を行い、前記電池情報取得モジュールからの電池情報を１番目からN番目の前記電池情報取得モジュールの方向で通信する期間とN番目から１番目の前記電池情報取得モジュールの方向で通信する期間とを交互に設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数の電池セルから成る組電池システムに関し、特に電池情報の制御・管理、ならびに伝送方法に関する。

電気自動車や産業用車両に用いられる電池電源では、高電圧・大容量の電圧を得るために低電圧・低容量の電池セルを多直並列に接続し組電池システムを構成している。組電池システムを安全に動作させるために、各電池セルの電圧や温度などをモニタする組電池システムが必要である。

このような組電池システムは、複数の電池セルと、電池情報取得回路と取得した情報を記憶する記憶回路とから成る送受信回路を含む電池情報取得モジュールと、各モジュールと通信を行う管理ユニットで構成されており、管理ユニットが各モジュールの制御を行っている。

近年では、この通信に光を用いて行うものが提案されている(特許第3930171号公報)。光を用いることのメリットは、光信号に変換するために、電気信号のように電池情報取得モジュールの送受信回路間で信号のレベル変換が必要ないことや、送受信回路の故障によって、他のモジュールに異常な電圧がかかるなどの害を及ぼさないために、安全性が向上するといったことがあげられる。従来の構成では、図１に示すように管理ユニット９２０からの電池情報取得命令（白抜き矩形）に基づき、上の電池情報取得モジュール９１iから順番に下の電池情報取得モジュール９１（ｉ−１）を介して管理ユニット電池情報（白抜き以外の矩形）が伝達される。この時、上の電池情報取得モジュールから、自身の電池情報を送信した後は、送受信回路は動作する必要がなくオフ状態となっている。この構成では、より多くの電池情報の送受信を行う下の電池モジュール９１（ｉ−１）の電力消費が大きくなる。各電池情報取得モジュール９１１〜９１ｎは、電池セルからの電源により動作しているため、上側の電池セル９０ｉと下側の電池セル９０（ｉ−１）では、電池の残量にばらつきが生じてしまうという問題があった。

特許第3930171号公報

このように従来の電池取得モジュールと管理ユニット間の通信に光信号を用いる組電池システムにおいては、電池情報取得モジュールの配置位置により送受信する電池情報量の違いから電池情報取得モジュール電力消費がモジュールごとで異なり、電池セルの残量にばらつきが生じてしまう問題があった。

この発明は、電池情報取得モジュールが送受信する電池情報量を揃えて各電池情報取得モジュールの電力消費を概ね等しくすることにより電池セルの残量のばらつきを位置によらず低減することを目的とする。また、この発明は、電池セルの残量ばらつきを低減する組電池システムを提供することを目的とする。

複数の電池セルと、前記複数の電池セルの電池情報取得機能を有する１からN個（Nは２以上の整数）の電池情報取得モジュールと、前記電池情報取得モジュールを制御管理する管理ユニットからなる組電池システムにおいて、前記電池情報取得モジュールは電池情報取得回路と、取得した電池情報を保持する記憶回路と、通信するための少なくとも光発光素子と光受光素子を備えた送受信回路を2組具備し、i番目の電池情報取得モジュールは、i-1番目とi+1番目の電池情報取得モジュールと通信を行い、1番目の電池情報取得モジュールは2番目の電池情報取得モジュールと管理ユニットと通信を行い、N番目の電池情報取得モジュールはN-1番目と管理ユニットと通信を行い、前記電池情報取得モジュールからの電池情報を１番目からN番目の前記電池情報取得モジュールの方向で通信する期間とN番目から１番目の前記電池情報取得モジュールの方向で通信する期間とを交互に設けることを特徴とする。

電池情報をN番目から1番目の方向で通信する期間と1番目とN番目の方向で通信する期間を設けることにより、電池情報取得モジュールの消費電力のばらつきを低減する。

従来例の電池情報取得モジュールと管理ユニット間の光通信を示す図。本発明の組電池システムの構成ならびに電池情報伝送の流れを説明するためのブロック図。本発明の組電池システムに用いる電池情報取得モジュールの構成を説明するブロック図。本発明の組電池システムの他の構成を示す図。図４に示す本発明の組電池システムに用いる電池情報取得モジュールの構成を説明するブロック図。図３で用いる送受信回路の入出力部を説明する図。図５で用いる送受信回路の入出力部を説明する図。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

図２は本実施の形態に係わる組電池システムのブロック図である。図２に示す組電池システムでは、電池セルの電圧よりも高い電圧を得るため、複数の電池セル１０１〜１０ｎを直列に接続している。組電池システムを安全に動作させるため、構成する電池セル１０１〜１０ｎの両端の電圧や電池セル１０１〜１０ｎの温度などの電池情報を電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎにて検出し、取得した電池情報を管理ユニット１２０からの各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎから管理ユニット１２０への送信命令に基づき、各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎから取得した電池情報を管理ユニット１２０に送信する。この時、送信命令はN番目の電池情報取得モジュール１１ｎから１番目の電池情報取得モジュール１１１に伝送され、i番目（iは２〜ｎの自然数）の電池情報取得モジュール１１ｉの電池地情報が（i-1）番目の電池情報取得モジュール１１（ｉ−１）から１番目の電池情報取得モジュール１１１を介して伝送される期間と、送信命令が１番目の電池情報取得モジュール１１１からN番目の電池情報取得モジュール１１ｎに伝送され、i番目（iは１からN-1）の電池情報取得モジュール１１ｉの電池地情報が（i+1）番目の電池情報取得モジュール１１（ｉ＋１）からN番目の電池情報取得モジュール１１ｎを介して伝送される期間を交互に設ける。これにより、図３に示すような各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎ内の送受信回路１、２の使用頻度を等しくすることができる。電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎは、図３に示すように電池セル１０１〜１０ｎより電源Vddと電源Vssが供給されているため、各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎの送受信回路１、２で消費する電力を概ね等しくすることができる。よって、各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎが接続されている電池セル間での電池残量のばらつきを低減することができる。図２では、１回ごとに伝送の方向を変える例を記載しているが、M（Mは正数）ごとに伝送の方向を変えても良い。

図３に示す電池情報取得モジュール１１ｉで、電池情報取得回路４で電池情報を取得し、取得した電池情報を前記記憶回路３に保持する動作後、前記電池情報取得回路４をオフすることにより電力消費を減らすことができる。また、i番目の電池情報取得モジュール１１ｉは、i番目の電池情報取得モジュール１１ｉで取得し、記憶回路３に保持された電池情報を送受信回路１あるいは２にて通信した後、i番目の電池情報取得モジュール１１ｉの送受信回路１、２をオフすることによりさらに電力消費を低減できる。図３に示すように、各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎの送受信回路１、２は、図６に示すように光発光素子５，６からの出力は光分配器７を介して送受信共用の接続端子に接続されると共に、送受信共用の接続端子から光分配器７を介して光受光素子５，６に接続され、モジュール間の伝送経路は光ファイバーで形成される。

図４に示す組電池システムのように、電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎ間、電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎと管理ユニット間１２０を接続する通信経路を２系統有し、N番目の電池情報取得モジュール１１ｎから１番目の電池情報取得モジュール１１１に送信命令ならびに取得した電池情報を伝送する経路（実線）と、１番目の電池情報取得モジュール１１１からN番目の電池情報取得モジュール１１ｎに送信命令ならびに取得した電池情報を伝送する経路（破線）とに分けても良い。この場合、図５に示すように、各電池情報取得モジュール１１１〜１１ｎの送受信回路１、２は、受信ならびに送信用の接続端子を有し、図７に示すように送信用の端子は光発光素子５に、また、受信用の端子は光受光素子６に接続され、モジュール間の伝送経路は光ファイバーで形成される。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１、２送受信回路
３記憶回路
４電池情報取得回路
５、６光発光素子
７光分配器
１０１〜１０ｎ電池セル
１１１〜１１ｎ電池情報取得モジュール
１２０管理ユニット

Claims

複数の電池セルと、前記複数の電池セルの電池情報取得機能を有する１からN個（Nは２以上の整数）の電池情報取得モジュールと、前記電池情報取得モジュールを制御管理する管理ユニットからなる組電池システムにおいて、
前記電池情報取得モジュールは電池情報取得回路と、取得した電池情報を保持する記憶回路と、通信するための少なくとも光発光素子と光受光素子を備えた送受信回路を2組具備し、i番目の電池情報取得モジュールは、i-1番目とi+1番目の電池情報取得モジュールと通信を行い、1番目の電池情報取得モジュールは2番目の電池情報取得モジュールと管理ユニットと通信を行い、N番目の電池情報取得モジュールはN-1番目と管理ユニットと通信を行い、
前記電池情報取得モジュールからの電池情報を１番目からN番目の前記電池情報取得モジュールの方向で通信する期間とN番目から１番目の前記電池情報取得モジュールの方向で通信する期間とを交互に設けることを特徴とする組電池システム。
前記電池情報取得回路は電池情報を取得し、取得した電池情報を前記記憶回路に保持する動作後、前記電池情報取得回路をオフすることを特徴とする請求項１記載の組電池システム。
前記電池情報取得モジュールは、前記送受信回路をオン・オフすることが可能とし、前記i番目の電池情報取得モジュールは、前記i番目の電池情報取得モジュールで取得し、前記記憶回路に保持された電池情報を前記送受信回路にて通信した後、前記i番目の電池情報取得モジュールの前記送受信回路をオフすることを特徴とする請求項２記載の組電池システム。
前記電池情報取得モジュール間は、光ファイバーからなる通信経路により相互に結ばれている請求項３記載の組電池システム。