JP2011107009A - バッテリ監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を構成するバッテリの増加に伴う配線の増加を抑えることが可能なバッテリ監視装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のバッテリ２のそれぞれの電圧に応じたデジタル信号を出力する複数の監視回路３と、監視回路３から出力されるデジタル信号に基づいて、バッテリ２の充放電制御を行う制御回路４と、制御回路４に接続される配線７と、複数の監視回路３と配線７との間にそれぞれ設けられる複数のコンデンサ５とを備え、デジタル信号を出力する監視回路３以外の監視回路３の出力をハイインピーダンスにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池を構成する複数のバッテリのそれぞれの電圧などを監視するバッテリ監視装置に関する。

図６は、従来のバッテリ監視装置を示す図である。
図６に示すバッテリ監視装置５０は、組電池を構成する複数のバッテリ５１（５１−１〜５１−１６）と、複数の監視回路５２（５２−１及び５２−２）と、制御回路５３とを備えて構成されている。

監視回路５２−１は、ＩＣなどにより構成され、バッテリ５１−１〜５１−８の各電圧を監視し、その監視状況を示す電圧もしくは電流モードのデジタル信号ＤＳ１を制御回路５３に伝える。

監視回路５２−２は、ＩＣなどにより構成され、バッテリ５１−９〜５１−１６の各電圧を監視し、その監視状況を示す電圧もしくは電流モードのデジタル信号ＤＳ２を制御回路５３に伝える。

制御回路５３は、ＣＰＵなどにより構成され、電圧もしくは電流モードのデジタル信号ＤＳ１及び電圧もしくは電流モードのデジタル信号ＤＳ２に基づいてバッテリ５１−１〜５１−８及びバッテリ５１−９〜５１−１６の過電圧や過放電を判断し、各バッテリ５１が長寿命化するように各バッテリ５１の充放電動作を制御する。

また、バッテリ監視装置として、例えば、グループ毎にバッテリの平均電圧を監視回路から制御回路に伝えるものもある（例えば、特許文献１参照）。
このように、複数のバッテリをいくつかのグループに分け、グループ毎に監視状況をまとめて監視回路から制御回路に伝えるバッテリ監視装置は、監視回路と制御回路との間の配線を削減することができる。なお、監視回路と制御回路との間の配線を削減することが可能なバッテリ監視装置としては、例えば、無線により監視状況を監視回路から制御回路に伝えるものもある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上述のように、グループ毎に監視状況をまとめて監視回路から制御回路に伝えるバッテリ監視装置においても、組電池を構成するバッテリの増加に伴い監視回路が増えると、監視回路と制御回路とを接続する配線の増加やバッテリと監視回路間の配線が増加してしまい、体格やコストが増大するという問題がある。

特開２００２−１０１５６５号公報 特許第３２９３４１０号公報

本発明では、組電池を構成するバッテリの増加に伴う配線の増加を抑えることが可能なバッテリ監視装置を提供することを目的とする。

本発明のバッテリ監視装置は、第１のバッテリの電圧に応じたデジタル信号を出力する第１の監視回路と、前記第１のバッテリとともに組電池を構成する第２のバッテリの電圧に応じたデジタル信号を出力する第２の監視回路と、前記第１及び第２の監視回路からそれぞれ出力されるデジタル信号に基づいて、前記第１及び第２のバッテリの電圧制御を行う制御回路と、前記制御回路に接続される配線と、前記第１の監視回路と前記配線との間に設けられる第１のコンデンサと、前記第２の監視回路と前記配線との間に設けられる第２のコンデンサとを備え、前記第１及び第２の監視回路は、それぞれ、前記デジタル信号を出力していないとき、出力がハイインピーダンスになるインターフェイスを備える。

これにより、デジタル信号が出力される監視回路以外の監視回路の出力がハイインピーダンスになるため、監視回路から出力されるデジタル信号がコンデンサにより減衰されることを抑えることができる。そのため、各監視回路をコンデンサを介して配線にバス接続して監視回路から制御回路へ減衰なくデジタル信号を伝えることができるので、組電池を構成するバッテリが増加して監視回路が増加しても監視回路と制御回路とを接続する配線の増加やバッテリと監視回路間の配線の増加がなく、バッテリの増加に伴う配線の増加を抑えることができる。

また、バッテリと監視回路との対応関係が１対１であるため、バッテリや監視回路の故障時、バッテリや監視回路の交換作業を容易にすることができる。
また、前記インターフェイスは、互いに縦続接続される２つのクロックドインバータにより構成されてもよい。

また、前記第１の監視回路は、前記第１のバッテリの周辺温度に応じたデジタル信号を出力し、前記第２の監視回路は、前記第２のバッテリの周辺温度に応じたデジタル信号を出力するように構成してもよい。

本発明によれば、組電池を構成する複数のバッテリのそれぞれの電圧などを監視するバッテリ監視装置において、バッテリの増加に伴う配線の増加を抑えることができる。

本発明の実施形態のバッテリ監視装置を示す図である。 監視回路から出力されるデジタル信号の一例を示す図である。 監視回路の一例を示す図である。 監視回路の動作フローを示す図である。 バッテリと監視回路との接続例を示す図である。 従来のバッテリ監視装置を示す図である。

図１は、本発明の実施形態のバッテリ監視装置を示す図である。
図１に示すバッテリ監視装置１は、組電池を構成する複数のバッテリ２（２−１〜２−ｎ）と、複数の監視回路３（３−１〜３−ｎ）と、制御回路４と、複数のコンデンサ５（５−１〜５−ｎ）と、各バッテリ２のそれぞれの周辺温度Ｔを検出する複数の温度センサ６（６−１〜６−ｎ）とを備えて構成されている。なお、各コンデンサ５の容量は、特に限定されないが、各コンデンサ５から出力されるデジタル信号が減衰しないように比較的大きな容量に設定されることが望ましい。

各監視回路３は、それぞれ、ＩＣなどにより構成され、カップリングコンデンサとしてのコンデンサ５を介して配線７にバス接続されている。また、各監視回路３は、それぞれ、対応するバッテリ２の電圧を監視し、その電圧に応じたデジタル信号を制御回路４へ出力する。また、各監視回路３は、それぞれ、対応する温度センサ６により検出される周辺温度Ｔに応じたデジタル信号を制御回路４へ出力する。例えば、各バッテリ２が過電圧でもなく過放電でもない場合の各バッテリ２の電圧が３［Ｖ］で、かつ、各バッテリ２の周辺温度Ｔが３０［℃］である場合を考える。この場合、監視回路３−１は、バッテリ２−１の電圧（０〜３［Ｖ］の電圧）を検出し、その電圧に応じたデジタル信号（例えば、図２（ａ）に示すＶａｃ１）を出力するとともに、温度センサ６−１により検出される３０［℃］の周辺温度Ｔ１に応じたデジタル信号も出力する。また、監視回路３−２は、バッテリ２−２の電圧（３〜６［Ｖ］の電圧）を検出し、その電圧に応じたデジタル信号（例えば、図２に示すＶａｃ２）を出力するとともに、温度センサ６−２により検出される３０［℃］の周辺温度Ｔ２に応じたデジタル信号も出力する。監視回路３−３〜３−ｎも同様である。

制御回路４は、ＣＰＵなどにより構成され、各監視回路３から出力されるデジタル信号に基づいてバッテリ２の充放電動作を制御する。例えば、制御回路４は、監視回路３−１（第１の監視回路）から出力されるデジタル信号Ｖａｃ１が所定のデジタル値を超えると、バッテリ２−１（第１のバッテリ）が過電圧であると判断し、バッテリ２−１を放電させる。また、例えば、制御回路４は、監視回路３−２（第２の監視回路）から出力されるデジタル信号Ｖａｃ２が所定のデジタル値を下回ると、バッテリ２−２（第２のバッテリ）が電圧不足していると判断し、バッテリ２−１〜２−ｎを充電させる。また、例えば、制御回路４は、温度監視結果であるデジタル信号が所定のデジタル値を超えると、バッテリ２−１が過熱していると判断し、バッテリ２−１〜２−ｎの充電を停止する。

図３は、監視回路３−１の一例を示す図である。なお、監視回路３−２〜３−ｎも監視回路３−１と同じ構成にしてもよい。
図３に示す監視回路３−１は、均等化回路８と、セレクタ９と、アナログデジタル変換回路１０と、制御回路１１と、メモリ１２と、インターフェイス１３とを備えて構成されている。

均等化回路８は、制御回路４からの制御信号を受けて、バッテリ２−１の電圧が他のバッテリ２−２〜２−ｎの電圧と同じになるように、バッテリ２−１の電圧を調整する。例えば、均等化回路８は、ドレインがバッテリ２−１のプラス電極に接続され、ソースがバッテリ２−１のマイナス電極に接続されるＭＯＳＦＥＴ１４により構成され、バッテリ２−１の電圧が他のバッテリ２−２〜２−ｎの電圧と同じになるように、制御回路１１から出力される制御信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ１４がオン（放電）、オフされる。

セレクタ９は、均等化回路８の出力及び温度センサ６−１の出力のどちらか一方を選択してアナログデジタル変換回路１０に出力する。例えば、セレクタ９は、均等化回路８とアナログデジタル変換回路１０との間に設けられるスイッチ１５と、温度センサ６−１とアナログデジタル変換回路１０との間に設けられるスイッチ１６とにより構成されている。制御回路１１から出力される制御信号に基づいて、スイッチ１５がオン、スイッチ１６がオフになると、均等化回路８から出力される電圧がアナログデジタル変換回路１０に入力される。一方、スイッチ１５がオフ、スイッチ１６がオンになると、温度センサ６−１から出力される周辺温度Ｔ１がアナログデジタル変換回路１０に入力される。

アナログデジタル変換回路１０は、セレクタ９から出力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。
メモリ１２には、監視回路３−１に固有のアドレスが記録されている。

制御回路１１は、デジタル信号の出力要求と共に制御回路４から出力されるアドレスがメモリ１２に記録されているアドレスと一致すると判断した場合、アナログデジタル変換回路１０の出力に基づいてデジタル信号を生成し、インターフェイス１３に出力する。

インターフェイス１３は、デジタル信号を出力しないとき、出力をハイインピーダンスにする。例えば、インターフェイス１３は、互いに縦続接続されるクロックドインバータ１７、１８により構成され、クロックドインバータ１８の入力端子がコンデンサ５−１に接続され、クロックドインバータ１８の出力端子が制御回路１１に接続される。なお、初期状態では、監視回路３−１〜３−ｎのそれぞれの制御回路１１は、クロックドインバータ１７の出力をハイインピーダンスにさせるとともに、クロックドインバータ１８をインバータ（単に入力信号を反転させて出力する論理回路）として機能させる。以下、このような状態をトライステート受信モードという。トライステート受信モードの監視回路３では、出力をハイインピーダンスの状態にしつつ、制御回路４から出力される出力要求やアドレスを受信することができる。なお、インターフェイス１３のクロックドインバータ１７をインバータとして機能させるとともに、クロックドインバータ１８の出力をハイインピーダンスにさせて、監視回路３から制御回路４へデジタル信号が出力されるようにした状態を、以下、送信モードという。

図４は、制御回路１１の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、制御回路１１は、インターフェイス１３をトライステート受信モードにする（Ｓ１）。例えば、バッテリ監視装置１の起動時、監視回路３−１〜３−ｎのそれぞれのインターフェイス１３はトライステート受信モードになる。

次に、制御回路１１は、制御回路４より信号（バッテリ状態検知要求やメモリ１２に記録されるアドレスと同じアドレスなど）が送られてきたと判断すると（Ｓ２がＹｅｓ）、バッテリ２の電圧、温度、及び周辺温度を検知する（Ｓ３）。

次に、制御回路１１は、バッテリ２の電圧、温度、及び周辺温度をそれぞれデジタル信号に変換し（Ｓ４）、メモリ１２に格納する（Ｓ５）。
次に、制御回路１１は、デジタル信号のメモリ１２への格納を終了すると（Ｓ６がＹｅｓ）、インターフェイス１３を送信モードにする（Ｓ７）。このとき、他の監視回路３のそれぞれのインターフェイス１３はトライステート受信モードのままである。

次に、制御回路１１は、メモリ１２に格納したデジタル信号を制御回路４に送信し（Ｓ８）、デジタル信号の送信が終了すると（Ｓ９がＹｅｓ）、バッテリ状態検知動作を終了する。

このように、本実施形態のバッテリ監視装置１では、送信モードの監視回路３以外の監視回路３が全てトライステート受信モードになり、それらトライステート受信モードの監視回路３の出力が全てハイインピーダンスになる。そのため、送信モードの監視回路３から出力されるデジタル信号がコンデンサ５により減衰されることを抑えることができるので、各監視回路３をコンデンサ５を介して配線７にバス接続して各監視回路３から制御回路４へ減衰なくデジタル信号を伝えることができる。これにより、バッテリ２が増加して監視回路３が増加しても監視回路３と制御回路４とを接続する配線の増加がなく、バッテリ２の増加に伴う配線の増加を抑えることができる。

また、本実施形態のバッテリ監視装置１は、各監視回路３と制御回路４とがコンデンサ５によりＤＣカットされているため、各監視回路３から出力されるＤＣ電圧を制御回路４で自由に設定できる。また、本実施形態のバッテリ監視装置１は、バッテリ２と監視回路３との対応関係が１対１であるため、バッテリ２や監視回路３の故障時、バッテリ２や監視回路３の交換作業を容易にすることができる。

図５は、バッテリ２と監視回路３の接続例を示す図である。
図５に示すように、例えば、監視回路３−１〜３−ｎはそれぞれ基板１９上に搭載され、各基板１９とバッテリ２−１〜２−ｎとがそれぞれソケット２０を介して接続されてもよい。

なお、上記実施形態では、電圧監視結果と温度監視結果が監視回路３から出力される構成であるが、電圧監視結果のみが監視回路３から出力されるように構成してもよい。このように構成する場合、上述の温度センサ６やセレクタ９を省略することができる。

１ バッテリ監視装置
２ バッテリ
３ 監視回路
４ 制御回路
５ コンデンサ
６ 温度センサ
７ 配線
８ 均等化回路
９ セレクタ
１０ アナログデジタル変換回路
１１ 制御回路
１２ メモリ
１３ インターフェイス
１４ ＭＯＳＦＥＴ
１５、１６ スイッチ
１７、１８ クロックドインバータ

Claims (3)

1. 第１のバッテリの電圧に応じたデジタル信号を出力する第１の監視回路と、
   前記第１のバッテリとともに組電池を構成する第２のバッテリの電圧に応じたデジタル信号を出力する第２の監視回路と、
   前記第１及び第２の監視回路からそれぞれ出力されるデジタル信号に基づいて、前記第１及び第２のバッテリの電圧制御を行う制御回路と、
   前記制御回路に接続される配線と、
   前記第１の監視回路と前記配線との間に設けられる第１のコンデンサと、
   前記第２の監視回路と前記配線との間に設けられる第２のコンデンサと、
   を備え、
   前記第１及び第２の監視回路は、それぞれ、前記デジタル信号を出力していないとき、出力がハイインピーダンスになるインターフェイスを備える
   ことを特徴とするバッテリ監視装置。
2. 請求項１に記載のバッテリ監視装置であって、
   前記インターフェイスは、互いに縦続接続される２つのクロックドインバータにより構成されている
   ことを特徴とするバッテリ監視装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のバッテリ監視装置であって、
   前記第１の監視回路は、前記第１のバッテリの周辺温度に応じたデジタル信号を出力し、
   前記第２の監視回路は、前記第２のバッテリの周辺温度に応じたデジタル信号を出力する
   ことを特徴とするバッテリ監視装置。

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