JP2012047520A - Battery voltage detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池の電圧を検出する電池電圧検出装置に関する。 The present invention relates to a battery voltage detection device that detects voltages of a plurality of batteries.
この種の電池電圧検出装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、燃料電池を構成する複数の電池セルのうちの1つをマルチプレクサによってA/D変換器に選択的に接続するものも提案されている。
As this type of battery voltage detection device, for example, as seen in
ところで、上記のようにマルチプレクサを用いる場合、複数の電池セルの電圧の検出タイミング同士のずれが無視できない。また、上記装置では、複数のA/D変換器を備えるために、コストアップが無視できない。 By the way, when using a multiplexer as mentioned above, the shift | offset | difference of the detection timing of the voltage of a some battery cell cannot be disregarded. In addition, since the apparatus includes a plurality of A / D converters, an increase in cost cannot be ignored.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の検出対象電池の電圧の検出タイミングのずれを好適に低減することのできる電池電圧検出装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a battery voltage detection device that can suitably reduce a shift in voltage detection timing of a plurality of detection target batteries. is there.
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.
請求項1記載の発明は、複数の検出対象電池の電圧を検出する電池電圧検出装置において、前記複数の検出対象電池のそれぞれの両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかと周期的に増減する1のキャリアとの大小に応じた2値的な信号を電圧検出信号として出力する比較手段を備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, in the battery voltage detection device for detecting the voltages of a plurality of detection target batteries, the voltage at both ends of each of the plurality of detection target batteries and their corresponding values are periodically increased or decreased 1 Comparing means for outputting a binary signal corresponding to the size of the carrier as a voltage detection signal is provided.
上記発明では、複数の検出対象電池のそれぞれに対応する比較手段のそれぞれが、共通のキャリアとの大小に応じた電圧検出信号を出力するため、複数の検出対象電池の電圧の検出タイミングのずれを好適に低減することができる。特に、共通のキャリアを用いることで、電圧検出信号から電圧情報を復調する際の復調手法を共通とすることもできる。 In the above invention, since each of the comparison means corresponding to each of the plurality of detection target batteries outputs a voltage detection signal according to the magnitude of the common carrier, the detection timing shift of the voltages of the plurality of detection target batteries is prevented. It can reduce suitably. In particular, by using a common carrier, the demodulation method used when demodulating voltage information from the voltage detection signal can be made common.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記比較手段の出力する電圧検出信号のうち電圧の最小値に対応するものを選択して出力する出力手段を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, there is provided the first aspect of the invention, further comprising output means for selecting and outputting the voltage detection signal output from the comparison means corresponding to the minimum value of the voltage. .
複数の検出対象電池の情報のうち特にその最小値に関する情報は、要求される度合いが大きくなる傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、出力手段を備えることで、要求される度合いの大きい情報を確実に取得しつつも出力手段の出力信号を受信する手段の受信用端子の数を低減することなどができる。 Of the information on the plurality of detection target batteries, information on the minimum value, in particular, tends to require a greater degree. In the above invention, in view of this point, by providing the output means, it is possible to reduce the number of receiving terminals of the means for receiving the output signal of the output means while reliably obtaining the required information. Can do.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記比較手段の出力する電圧検出信号のうち電圧の最大値に対応するものを選択して出力する出力手段を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the invention, there is provided the first or second aspect of the invention, further comprising output means for selecting and outputting the voltage detection signal output from the comparison means corresponding to the maximum value of the voltage. And
複数の検出対象電池の情報のうち特にその最大値に関する情報は、要求される度合いが大きくなる傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、出力手段を備えることで、要求される度合いの大きい情報を確実に取得しつつも出力手段の出力信号を受信する手段の受信用端子の数を低減することなどができる。 Of the information on the plurality of detection target batteries, information on the maximum value, in particular, tends to require a greater degree. In the above invention, in view of this point, by providing the output means, it is possible to reduce the number of receiving terminals of the means for receiving the output signal of the output means while reliably obtaining the required information. Can do.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記複数の検出対象電池の両端のそれぞれに接続されることで前記複数の検出対象電池の両端の電圧のそれぞれを共通の基準電位の電圧に変換して前記比較手段に入力する電位変換手段をさらに備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記複数の検出対象電池は、複数の電池セルの直列接続体である組電池を構成するものであることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the invention according to
上記発明では、複数の検出対象電池の電極電位が互いに相違するため、電位変換手段を備えるメリットが特に大きい。 In the above invention, since the electrode potentials of the plurality of batteries to be detected are different from each other, the merit provided with the potential conversion means is particularly great.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明において、前記複数の検出対象電池は、いずれも同一個数の電池セルからなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, each of the plurality of detection target batteries includes the same number of battery cells.
請求項7記載の発明は、請求項5記載の発明において、前記複数の検出対象電池は、これらを構成する電池セルの個数が互いに相違するものを含み、前記電位変換手段は、複数の検出対象電池の電圧のそれぞれを前記基準電位の電圧に変換するに際し、変換される電圧を、同一個数の電池セル当たりの電圧に規格化する規格化手段を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5, wherein the plurality of batteries to be detected include those in which the number of battery cells constituting the plurality of batteries is different from each other, and the potential converting means includes a plurality of objects to be detected. When each of the battery voltages is converted into the reference potential voltage, it comprises a normalizing means for normalizing the converted voltage to a voltage per the same number of battery cells.
請求項8記載の発明は、請求項4〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記電位変換手段は、オペアンプを備えて構成されて且つ、前記複数の検出対象電池の両端をオペアンプの入力端子に直結したことを特徴とする。
The invention according to claim 8 is the invention according to any one of
上記発明では、検出対象電池とオペアンプとの間に流れる電流を制限できるため、これらの間の電圧降下量を低減することができ、ひいては電圧降下による検出誤差を低減することができる。 In the above invention, since the current flowing between the battery to be detected and the operational amplifier can be limited, the amount of voltage drop between them can be reduced, and thus the detection error due to the voltage drop can be reduced.
請求項9記載の発明は、請求項5〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記組電池は、前記電位変換手段によって1の基準電位の電圧に変換される複数の検出対象電池を複数組備えて且つ、これら各組の検出対象電池の電圧は、互いに相違する基準電位の電圧に前記電位変換手段によって変換されることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 5 to 7, wherein the assembled battery includes a plurality of detection target batteries that are converted to a voltage of one reference potential by the potential conversion means. A plurality of sets are provided, and the voltages of the batteries to be detected in each set are converted into voltages having different reference potentials by the potential converting means.
上記発明では、組電池内の電位差が大きくなる場合であっても、電位変換手段に要求される耐圧を低減することができる。 In the said invention, even if it is a case where the electrical potential difference in an assembled battery becomes large, the proof pressure requested | required of an electrical potential conversion means can be reduced.
請求項10記載の発明は、請求項5〜7,9のいずれか1項に記載の発明において、前記組電池は、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムを構成するものであり、前記比較手段の出力する電圧検出信号のうち電圧の最小値に対応するものおよび最大値に対応するものの少なくとも一方を選択して出力する出力手段をさらに備え、前記出力手段の出力が絶縁手段を介して前記低電圧システムに出力されることを特徴とする。
The invention according to
複数の検出対象電池の情報のうち特にその最小値や最大値に関する情報は、要求される度合いが大きくなる傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、出力手段を備えることで、要求される度合いの大きい情報を確実に伝達しつつも絶縁手段の数を低減することができる。 Among the information on the plurality of detection target batteries, information regarding the minimum value and the maximum value in particular tends to require a greater degree. In view of this point, in the above invention, by providing the output means, it is possible to reduce the number of insulating means while reliably transmitting information with a high degree of demand.
請求項11記載の発明は、請求項10記載の発明において、前記組電池は、前記電位変換手段によって1の基準電位の電圧に変換される複数の検出対象電池を複数組備えて且つ、これら各組の電池は、互いに相違する基準電位の電圧に前記電位変換手段によって変換されるものであり、前記出力手段は、前記互いに相違する基準電位毎に各別に備えられるものであり、前記絶縁手段を介して出力される前記各出力手段の出力信号のうち、電圧の最小値に対応するものおよび最大値に対応するものの少なくとも一方を選択する選択手段を更に備えることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, the assembled battery includes a plurality of sets of detection target batteries that are converted to a reference potential voltage by the potential converting means, and The batteries of the set are converted to different reference potential voltages by the potential converting means, and the output means is provided for each different reference potential, and the insulating means It further comprises selection means for selecting at least one of the signal corresponding to the minimum value of the voltage and the signal corresponding to the maximum value among the output signals of the respective output means output via the output means.
上記発明では、選択手段の出力を受信する手段の受信端子等を低減することができる。 In the above invention, the receiving terminals of the means for receiving the output of the selection means can be reduced.
請求項12記載の発明は、請求項11記載の発明において、前記複数の検出対象電池の各組に対応するキャリア同士を同期させる同期手段をさらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 12 is the invention according to claim 11, further comprising synchronization means for synchronizing carriers corresponding to each set of the plurality of detection target batteries.
上記発明では、選択手段の出力を、検出対象電池の全てのうちの最大値および最小値の少なくとも一方を高精度に表現する信号とすることができる。 In the said invention, the output of a selection means can be made into the signal which expresses at least one of the maximum value and the minimum value of all the detection object batteries with high precision.
請求項13記載の発明は、請求項1〜12のいずれか1項に記載の発明において、前記比較手段は、ヒステリシスコンパレータを備えて構成されることを特徴とする。
The invention according to claim 13 is the invention according to any one of
<第1の実施形態>
以下、本発明にかかる電池電圧検出装置を車載主機の電力源としての組電池の電圧検出装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which a battery voltage detection device according to the present invention is applied to a voltage detection device for an assembled battery as a power source of an in-vehicle main unit will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。 FIG. 1 shows a system configuration according to the present embodiment.
図示される組電池10は、車載主機としての電動機(図示略)に対する電力供給源である。組電池10は、燃料電池によって構成される電池セルCij(i=1〜m、j=1〜n)の直列接続体である。電池セルCijは、全て同一仕様であり、個体差や経年変化を除き端子電圧が等しくなるものである。電池セルCijは、隣接するn個ずつでグループ化され、ブロックBiを構成している。各ブロックBiの状態は、監視ユニットUiによって監視される。
The illustrated assembled
上記組電池10や監視ユニットUiは、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムを構成するものである。監視ユニットUiには、フォトカプラ20を介して低電圧システムを構成する制御装置22から同期信号Synが入力される。これにより、監視ユニットUiでは、ブロックBi内の電池セルCi1〜Cinの電圧のうちのブロック内最大値MAXiとブロック内最小値MINiとをそれぞれフォトカプラ24,28を介して低電圧システム側に出力する。そして、各ブロックBiのブロック内最大値MAXiは、OR回路26に取り込まれ、OR回路26の出力するブロック間最大値MAXが制御装置22に入力される。このOR回路26の出力するブロック間最大値MAXは、電池セルC11〜Cnmの電圧の最大値を表現する。一方、各ブロックBiのブロック内最小値MINiは、AND回路30に取り込まれ、AND回路30の出力するブロック間最小値MINが制御装置22に入力される。このAND回路30の出力するブロック間最小値MIXは、電池セルC11〜Cnmの電圧の最小値を表現する。
The assembled
上記制御装置22は、低電圧バッテリ40を電源とする。また、監視ユニットUiは、低電圧バッテリ40の電力を入力とするフライバックコンバータ42を電源とする。すなわち、フライバックコンバータ42は、2次側コイル44をm個備えており、これらの出力電圧がダイオードを介して各監視ユニットUiにそれぞれ印加される。
The
図2に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。 FIG. 2 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment.
図示されるように、各電池セルCi1〜Cinの一対の電極は、各電位変換回路50のそれぞれの一対の入力端子に接続され、これにより、各電池セルCi1〜Cinの電圧が同一の電位基準の電圧に変換される。電位変換回路50は、オペアンプ51を備えて構成される差動増幅回路である。すなわち、非反転入力端子に抵抗体53が接続され、反転入力端子に抵抗体55が接続され、抵抗体53と非反転入力端子との間に抵抗体57が接続されている。そして、反転入力端子と出力端子との間に抵抗体59が接続されている。ここで、上記抵抗体57のうち、抵抗体53と非反転入力端子との接続側でない方は、基準電位とされる。なお、図2では、基準電位とするための手段を記載していないが、実際には、所定の電位に固定される。
As illustrated, the pair of electrodes of each battery cell Ci1 to Cin is connected to the respective pair of input terminals of each
上記電位変換回路50の各出力は、対応するコンパレータ60の非反転入力端子に印加される。コンパレータ60の反転入力端子には、キャリアCSが印加される。これにより、電位変換回路50の出力する電圧信号は、キャリアCSによってPWM変調されることとなる。
Each output of the
コンパレータ60の出力信号は、OR回路62とAND回路64とにそれぞれ入力される。OR回路62の出力信号は、n個のコンパレータ60の出力信号のうち論理「H」期間が最長となるものを出力させる機能を有する。このため、OR回路62の出力は、上記ブロック内最大値MAXiとなる。一方、AND回路64の出力信号は、n個のコンパレータ60の出力信号のうち論理「H」期間が最短となるものを出力させる機能を有する。このため、AND回路64の出力は、上記ブロック内最小値MINiとなる。
The output signal of the
上記キャリアCSは、上記同期信号Synに基づき生成される。すなわち、同期信号Synは、矩形波発生回路70に取り込まれ、ここで所定の波高値を有する矩形波信号とされた後、積分回路72に取り込まれる。積分回路72の出力は、三角波形状のキャリアCSとなる。
The carrier CS is generated based on the synchronization signal Syn. That is, the synchronization signal Syn is taken into the rectangular
図3に、本実施形態にかかるブロック内の電圧検出処理の態様を示す。詳しくは、図3(a)に、同期信号Synの推移を示し、図3(b)に、積分回路72の出力(キャリアCS)の推移を示し、図3(c)に、コンパレータ60の一対の入力の推移を示す。また、図3(d)に、電池セルCi1〜Cinの電圧の最大値VHに対応するコンパレータ60の出力の推移を示し、図3(e)に、電池セルCi1〜Cinの電圧の中間値VMに対応するコンパレータ60の出力の推移を示し、図3(f)に、電池セルCi1〜Cinの電圧の最小値VLに対応するコンパレータ60の出力の推移を示す。また、図3(g)に、OR回路62の出力(ブロック内最大値MAXi)の推移を示し、図3(h)に、AND回路64の出力(ブロック内最小値MINi)の推移を示す。
FIG. 3 shows a mode of voltage detection processing in the block according to the present embodiment. Specifically, FIG. 3A shows the transition of the synchronization signal Syn, FIG. 3B shows the transition of the output (carrier CS) of the integrating
図示されるように、OR回路62の出力は、最大値VHとキャリアCSとを比較したコンパレータ60の出力となり、AND回路64の出力は、最小値VLとキャリアCSとを比較したコンパレータ60の出力となる。そして、先の図1に示したOR回路26とAND回路30とによって、制御装置22では、電池セルC11〜Cmnの電圧の最大値と最小値とを把握することができる。
As shown in the figure, the output of the
ここで、組電池10による電力供給時に生じる電池セルCijの異常としては、電池セルCijの端子電圧が低下し、やがて起電力がゼロとなって抵抗体(ショート状態)となる異常がある。この異常を電池セルCijの電圧が低下し始めた時点で検出するためには、電池セルCijのうち端子電圧が最低となるものの値を検出すれば足りる。このため、ブロック間最小値MINのみから異常の有無を診断することができる。
Here, as an abnormality of the battery cell Cij that occurs when power is supplied by the assembled
また、組電池10に燃料が供給されない状況下において端子電圧がゼロとならない場合には、意図せずして発電する異常が生じていると考えられる。この異常は、電池セルCijのうち端子電圧が最高となるものの値を検出すれば足りる。このため、ブロック間最大値MAXのみから異常の有無を診断することができる。なお、この診断は、監視ユニットUiの電源をブロックBi自体としたのでは行なうことができない。この点、本実施形態によれば、フライバックコンバータ42を電源とすることでこうした診断処理をも好適に行なうことができる。
In addition, when the terminal voltage does not become zero in a situation where fuel is not supplied to the assembled
なお、制御装置22では、ブロック間最小値MINやブロック間最大値MAXの1周期に対する論理「H」期間の時比率によって電圧値を把握することができる。このため、制御装置22では、最大値や最小値を検出するための機能として、タイマ計測機能やカウンタ機能等の計時動作機能を備えるのみでよく、高精度なA/D変換器を搭載する必要がない。さらに、ブロック内最小値MINiやブロック間最大値MAXiが2値信号であることから、2値的な信号を伝送する絶縁素子(フォトカプラ24,28)を利用してこれらを低電圧システムに出力することができる。このため、絶縁処理を簡素化することもできる。
The
ちなみに、上記キャリアCSが漸増期間と漸減期間とを周期的に繰り返す周期信号であって且つ漸増期間が時間に比例して増加するものであり、漸減期間が時間に比例して減少するものであるため、電圧と上記時比率との関係は、線形関係となる。 Incidentally, the carrier CS is a periodic signal that periodically repeats a gradual increase period and a gradual decrease period, and the gradual increase period increases in proportion to time, and the gradual decrease period decreases in proportion to time. For this reason, the relationship between the voltage and the duty ratio is a linear relationship.
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)複数の検出対象電池(電池セルCi1〜Cin)のそれぞれの両端の電圧相当値と周期的に増減する1のキャリアCSとの大小に応じた2値的な信号を電圧検出信号として出力するコンパレータ60を備えた。これにより、複数の検出対象電池の電圧の検出タイミングのずれを好適に低減することができる。
(1) A binary signal corresponding to the magnitude of a voltage equivalent value at each end of each of a plurality of detection target batteries (battery cells Ci1 to Cin) and one carrier CS that periodically increases or decreases is output as a voltage detection signal.
(2)コンパレータ60の出力する電圧検出信号のうち電圧の最小値に対応するものを選択して出力するAND回路64を備えた。これにより、電池セルCijの異常の有無に関する情報を好適に取得することができる。
(2) An AND
(3)コンパレータ60の出力する電圧検出信号のうち電圧の最大値に対応するものを選択して出力するOR回路62を備えた。これにより、電池セルCijの異常の有無に関する情報を好適に取得することができる。
(3) An OR
(4)複数の検出対象電池(電池セルCi1〜Cin)の両端の電圧のそれぞれを共通の基準電位の電圧に変換してコンパレータ60に入力する電位変換回路50を備えた。これにより、最小値や最大値に関する信号を好適に生成することができる。
(4) A
(5)複数の検出対象電池を、いずれも同一個数の電池セルとした。これにより、電位変換回路50等の構成を同一としつつも、最大値や最小値に関する信号を適切に生成することができる。
(5) The plurality of detection target batteries are all the same number of battery cells. Thereby, it is possible to appropriately generate a signal relating to the maximum value and the minimum value while keeping the configuration of the
(6)ブロックB1〜Bmのそれぞれの電池セルCi1〜Cinが、電位変換回路50によって互いに共通の基準電位の電圧に変換されて且つ、ブロック毎に基準電位を相違させた。これにより、電位変換回路50に要求される耐圧を低減することができる。
(6) The battery cells Ci1 to Cin of the blocks B1 to Bm are converted to a common reference potential by the
(7)ブロック内最小値MINiの論理積を取るAND回路30やブロック内最大値MAXiの論理和を取るOR回路26を備えることで、制御装置22の入力端子数を低減することができる。
(7) The number of input terminals of the
(8)各ブロックB1〜BmのそれぞれのキャリアCS同士を同期信号Synによって同期させた。これにより、ブロック間最小値MINやブロック間最大値MAXを高精度に生成することができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(8) The carriers CS of the respective blocks B1 to Bm are synchronized with each other by the synchronization signal Syn. Thereby, the minimum value MIN between blocks and the maximum value MAX between blocks can be generated with high accuracy.
<Second Embodiment>
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図4に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。なお、図4において先の図2に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 4 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment. In FIG. 4, members corresponding to those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、積分回路72の出力を反転回路74に入力することでキャリアCSを鋸波とする。なお、反転回路74には、同期信号Synが論理「L」の間に限って反転処理を行なうべく同期信号Synが入力されている。
As shown in the figure, in the present embodiment, the output of the
図5に、本実施形態にかかるブロック内の電圧検出処理の態様を示す。詳しくは、図5(a)および図5(c)〜図5(h)は、先の図3(a)および図3(c)〜図3(h)に対応している。また、図5(b1)は、積分回路72の出力の推移を示し、図5(b2)は、反転回路74の出力の推移を示す。
FIG. 5 shows an aspect of voltage detection processing in the block according to the present embodiment. Specifically, FIG. 5A and FIG. 5C to FIG. 5H correspond to FIG. 3A and FIG. 3C to FIG. 3H. 5 (b1) shows the transition of the output of the integrating
図示されるように、本実施形態にかかるキャリアCSは、漸増期間の後、初期化される鋸波であり、漸増期間においては時間に比例して増加する信号であるため、コンパレータ60やOR回路62、AND回路64の出力の時比率と電圧値との関係が線形関係となる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
As shown in the figure, the carrier CS according to the present embodiment is a sawtooth wave that is initialized after the gradual increase period, and is a signal that increases in proportion to the time during the gradual increase period. 62, the relationship between the output time ratio of the AND
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図6に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。なお、図6において先の図2に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 6 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment. In FIG. 6, members corresponding to those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、矩形波発生回路70の出力がローパスフィルタ76に取り込まれることで、その出力(キャリアCS)を正弦波とする。
As shown in the figure, in this embodiment, the output of the rectangular
図7に、本実施形態にかかるブロック内の電圧検出処理の態様を示す。詳しくは、図7(a)および図7(c)〜図7(h)は、先の図3(a)および図3(c)〜図3(h)に対応している。また、図7(b3)は、ローパスフィルタ76の出力の推移を示す。
FIG. 7 shows an aspect of voltage detection processing in the block according to the present embodiment. Specifically, FIG. 7A and FIG. 7C to FIG. 7H correspond to FIG. 3A and FIG. 3C to FIG. 3H. FIG. 7B3 shows the transition of the output of the low-
図示されるように、本実施形態にかかるキャリアCSは、漸増期間と漸減期間とを周期的に繰り返すものであるものの漸増速度や漸減速度が変化するものであるため、コンパレータ60やOR回路62、AND回路64の出力の時比率と電圧値との関係は非線形関係となる。ただし、この場合であっても、制御装置22において、時比率と閾値とを比較することで電池セルCijの異常の有無を診断することはできる。特に正弦波の場合、その極大点近傍や極小点近傍での変化速度が最も小さいため、異常判定のための電位変換回路50の出力電圧の閾値が極大点よりも僅かに小さくなったり、極小点よりも僅かに大きくなったりするようにキャリアCSを設定するなら、制御装置22による電圧の分解能が閾値付近において増大する。このため、閾値以上であるか否かや閾値以下であるか否かの判断精度を向上させることができる。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
As shown in the figure, the carrier CS according to the present embodiment periodically repeats a gradual increase period and a gradual decrease period. However, since the gradual increase speed and the gradual decrease speed change, the
<Fourth Embodiment>
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図8に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。なお、図8において先の図2に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 8 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment. In FIG. 8, members corresponding to those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、ローパスフィルタ76の出力が全波整流回路78に取り込まれることで、その出力(キャリアCS)を全波整流正弦波とする。
As shown in the figure, in the present embodiment, the output of the low-
図9に、本実施形態にかかるブロック内の電圧検出処理の態様を示す。詳しくは、図9(a)および図9(c)〜図9(h)は、先の図3(a)および図3(c)〜図3(h)に対応している。また、図9(b3)は、ローパスフィルタ76の出力の推移を示し、図9(b4)は、全波整流回路78の出力の推移を示す。
FIG. 9 shows an aspect of voltage detection processing in the block according to the present embodiment. Specifically, FIG. 9A and FIG. 9C to FIG. 9H correspond to FIG. 3A and FIG. 3C to FIG. 3H. 9 (b3) shows the transition of the output of the low-
図示されるように、本実施形態にかかるキャリアCSは、漸増期間と漸減期間とを周期的に繰り返すものであるものの漸増速度や漸減速度が変化するものであるため、コンパレータ60やOR回路62、AND回路64の出力の時比率と電圧値との関係は非線形関係となる。ただし、この場合であっても、制御装置22において、時比率と閾値とを比較することで電池セルCijの異常の有無を診断することはできる。特に全波整流正弦波の場合、その極大点近傍での変化速度が最も小さいため、異常判定のための電位変換回路50の出力電圧の閾値が極大点よりも僅かに小さくなるようにキャリアCSを設定するなら、制御装置22による電圧の分解能が閾値付近において増大する。このため、閾値以上であるか否かの判断精度を向上させることができる。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
As shown in the figure, the carrier CS according to the present embodiment periodically repeats a gradual increase period and a gradual decrease period. However, since the gradual increase speed and the gradual decrease speed change, the
<Fifth Embodiment>
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.
図10に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。なお、図10において先の図2に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 10 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment. In FIG. 10, members corresponding to those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、ブロックBi内の電池セルCi1〜Ci(n−2)については各1つずつの電圧が検出されるのに対し、ブロックBi内の電池セルCi(n−1)および電池セルCinについてはこれらの合計の電圧が検出対象となる。ただし、ブロック内最大値MAXiを、ブロックBi内の電池セルCijの最大値相当の電圧検出結果として且つ、ブロック内最小値MINiを、ブロックBi内の電池セルCijの最小値相当の電圧検出結果とすべく、電池セルCi1〜Ci(n−2)のそれぞれの電位変換回路50と、電池セルCi(n−1)および電池セルCinの電位変換回路50とでゲインを変更する。詳しくは、電池セルCi(n−1)および電池セルCinの電位変換回路50の抵抗体53,55の抵抗値R3を、電池セルCi1〜Ci(n−2)のそれぞれの電位変換回路50の抵抗体53,55の抵抗値R1の2倍とする。
As illustrated, in the present embodiment, one voltage is detected for each of the battery cells Ci1 to Ci (n-2) in the block Bi, whereas the battery cells Ci (n in the block Bi are detected. -1) and battery cell Cin are the total voltage of these. However, the in-block maximum value MAXi is used as a voltage detection result corresponding to the maximum value of the battery cell Cij in the block Bi, and the in-block minimum value MINi is set as a voltage detection result corresponding to the minimum value of the battery cell Cij in the block Bi. Accordingly, the gain is changed between the
これにより、電池セルCi(n−1)および電池セルCinの電位変換回路50は、電池セルCi1〜Ci(n−2)のそれぞれの電位変換回路50と比較して、入力電圧の出力電圧への変換比が「1/2」となる。このため、電池セルCi(n−1)および電池セルCinの電位変換回路50と、電池セルCi1〜Ci(n−2)のそれぞれの電位変換回路50とのそれぞれの出力を、電池セルCijの1つ当たりの電圧とすることができる。
Thereby, the
ちなみに、検出対象電池を構成する電池セル数を一定値としないこうした設定は、組電池10の部分部分で異常の生じやすさが相違する場合等に有効である。すなわち、異常の生じやすい箇所については検出対象電池の電池セル数を少なくする一方、異常の生じにくい箇所については検出対象電池の電池セル数を多くすることで、検出精度を確保しつつも部品点数を低減することができる。
Incidentally, such a setting in which the number of battery cells constituting the detection target battery is not set to a constant value is effective when, for example, the probability of occurrence of an abnormality is different in a portion of the assembled
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(4)、(6)〜(8)の各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described above, in addition to the effects (1) to (4) and (6) to (8) of the first embodiment, the following effects can be obtained. Become.
(9)複数の検出対象電池に、電池セルの個数が互いに相違するものを含めて且つ、電位変換回路50によって変換される電圧を、同一個数の電池セル当たりの電圧に規格化した。これにより、ブロック内最大値MAXiやブロック内最小値MINiを好適に生成することができる。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(9) The voltages converted by the
<Sixth Embodiment>
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図11に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。なお、図11において先の図2に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 11 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment. In FIG. 11, members corresponding to those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、本実施形態では、電位変換回路50を、オペアンプを2つ備えて構成し、電池セルCijの両電極がオペアンプの入力端子に直結される構成とする。これにより、電池セルCijとオペアンプの入力端子との間に電流が流れないため、この間の電圧降下を無視することができる。このため、先の図2に示した電位変換回路50のように、抵抗体53,55の電圧降下による電圧検出精度の低下を回避することができる。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
As illustrated, in the present embodiment, the
<Seventh Embodiment>
Hereinafter, the seventh embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment.
図12に、本実施形態にかかる監視ユニットUiの回路構成を示す。なお、図12において先の図2に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。 FIG. 12 shows a circuit configuration of the monitoring unit Ui according to the present embodiment. In FIG. 12, members corresponding to those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、コンパレータ60として、オープンコレクタタイプのものを用い、これに起因して出力端子を抵抗体80を介してプルアップする。また、コンパレータ60の非反転入力端子と出力端子との間に抵抗体82を接続することで、ヒステリシスコンパレータを構成する。そして、コンパレータ60の反転入力端子に、抵抗体84を介して電位変換回路50の出力を印加し、非反転入力端子に抵抗体86を介してキャリアCSを印加する。
As shown in the figure, in the present embodiment, an open collector type is used as the
このように、ヒステリシスコンパレータを備えることで、ブロック内最大値MAXiやブロック内最小値MINiのノイズ等に対する耐性を高めることができる。すなわち、ヒステリシスコンパレータは、論理「H」となる閾値と論理「L」となる閾値とが相違するため、出力が論理「H」および論理「L」を頻繁に行き来するハンチング現象を好適に抑制することができる。 As described above, by providing the hysteresis comparator, it is possible to increase resistance to noise of the intra-block maximum value MAXi and the intra-block minimum value MINi. That is, the hysteresis comparator suitably suppresses the hunting phenomenon in which the output frequently goes back and forth between the logic “H” and the logic “L” because the threshold value that becomes the logic “H” is different from the threshold value that becomes the logic “L”. be able to.
特に本実施形態では、コンパレータ60としてオープンコレクタタイプのものを用いて且つ、非反転入力端子にキャリアCSを印加することで、上記一対の閾値間の間隔(ヒステリシス幅)が抵抗体86等によってばらついたとしても電圧の検出精度への影響を好適に回避することができる。以下、これについて説明する。
In particular, in this embodiment, an open
今、抵抗体82,84,86の抵抗値R1,R2,R3とキャリアCSの電圧Vcを用いると、ヒステリシスコンパレータの出力が論理「L」のとき、非反転入力端子の電圧V+は、「V+=Vc・R1/(R1+R3)≒Vc」となる。ただし、「R1>>R3」とした。このため、電位変換回路50の出力電圧がVcとなることでヒステリシスコンパレータの出力は論理「H」に反転する。
Now, when the resistance values R1, R2, and R3 of the
一方、ヒステリシスコンパレータの出力が論理「H」(電圧Vh)のとき、非反転入力端子の電圧V+は、「V+≒Vc+Vh(R3/R1)」となる。したがって、電位変換回路50の出力電圧がこの電圧「Vc+Vh(R3/R1)」となることで、ヒステリシスコンパレータの出力は論理「L」に反転する。この電圧は、抵抗体82,86の抵抗値によって変動する。ただし、ヒステリシスコンパレータの出力が論理「L」に反転するのは、鋸波のリセット時であるため、この影響はヒステリシスコンパレータの出力に影響しない。
On the other hand, when the output of the hysteresis comparator is logic “H” (voltage Vh), the voltage V + of the non-inverting input terminal is “V + ≈Vc + Vh (R3 / R1)”. Therefore, when the output voltage of the
なお、本実施形態では、OR回路62の出力がブロック内最小値MINiとなる。また、ブロック内最大値MAXiについては、ヒステリシスコンパレータの出力端子同士を接続することでその接続点の電圧とすることができる。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
「比較手段について」
上記第1〜第6の実施形態では、コンパレータ60の非反転入力端子に検出対象電池の電圧相当信号を入力し、反転入力端子にキャリアSCを入力したが、逆でもよい。
In the present embodiment, the output of the
<Other embodiments>
Each of the above embodiments may be modified as follows.
About comparison means
In the first to sixth embodiments, the voltage equivalent signal of the detection target battery is input to the non-inverting input terminal of the
また、上記第7の実施形態において、コンパレータ60の非反転入力端子に検出対象電池の電圧相当信号を入力し、反転入力端子にキャリアSCを入力してもよい。ただし、この場合、抵抗体82,86によるヒステリシスのばらつきの影響を受けやすくなる。
「ヒステリシスコンパレータについて」
ヒステリシスコンパレータとしては、上記第7の実施形態(図12)に例示したものに限らない。例えば、出力電圧の論理反転後、所定期間にわたって論理反転を禁止するものであってもよい。この場合、上記第1〜第4の実施形態で例示したキャリアを用いて上記第7の実施形態と同様の効果を得ることも可能となる。また例えば、コンパレータ60として、オペアンプを用いてもよい。
「キャリアについて」
キャリアSCとしては、上記第1〜第4の実施形態で例示したものに限らない。要は、検出対象電圧領域内において1の単調増加期間と1の単調減少期間とを有する周期的な電圧信号であればよい。なお、ここで検出対象電圧領域とは、正常時の電圧と異常判断のための電圧閾値とを結ぶ領域を含む領域のことである。
「出力手段について」
電圧の最小値に対応する信号を出力する手段としては、上記AND回路64やOR回路62を用いて構成されるものに限らない。例えば、上記第1の実施形態において、AND回路64に代えて、コンパレータ60の各出力を取り込みそのうちの1の出力のみを選択的に出力させるセレクタを備え、コンパレータ60の出力が最初に経ち下がるものをセレクタによって選択する手段としてもよい。
In the seventh embodiment, the voltage equivalent signal of the detection target battery may be input to the non-inverting input terminal of the
“Hysteresis Comparator”
The hysteresis comparator is not limited to that exemplified in the seventh embodiment (FIG. 12). For example, the logic inversion may be prohibited for a predetermined period after the logic inversion of the output voltage. In this case, the same effects as those of the seventh embodiment can be obtained by using the carriers exemplified in the first to fourth embodiments. For example, an operational amplifier may be used as the
“About Career”
The carrier SC is not limited to those exemplified in the first to fourth embodiments. In short, any periodic voltage signal having one monotonically increasing period and one monotonically decreasing period in the detection target voltage region may be used. Here, the detection target voltage region is a region including a region connecting a normal voltage and a voltage threshold value for abnormality determination.
"About output means"
Means for outputting a signal corresponding to the minimum value of the voltage is not limited to the one configured using the AND
電圧の最大値に対応する信号を出力する手段としては、上記AND回路64やOR回路62を用いて構成されるものや上記第7の実施形態において例示したものに限らない。例えば、上記第7の実施形態において、コンパレータ60の各出力を取り込みそのうちの1の出力のみを選択的に出力させるセレクタを備え、コンパレータ60の出力が最初に経ち下がるものをセレクタによって選択する手段としてもよい。
Means for outputting a signal corresponding to the maximum value of the voltage is not limited to one configured using the AND
また、電圧の最小値に対応する信号を出力する手段と、電圧の最大値に対応する信号を出力する手段との双方を備えるものに限らない。
「電位変換手段について」
電位変換手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば電池セルCi1〜Ci(n−1)のそれぞれの電圧を電流に変換する電流変換手段と、この電流を電池セルCinの負極電位基準の電圧に変換する抵抗体等の電圧変換手段とを備えるものであってもよい。
「オペアンプの入力端子を直結する手法について」
電位変換回路を構成するオペアンプの入力端子と電池セルCijとの間に抵抗体を介在させない手法としては、上記第6の実施形態(図11)に例示したものに限らない。例えば図13に示すように、電位変換回路50として、計測器アンプを備えるものであってもよい。
「規格化手段について」
先の図10に示した構成において、電池セルCi(n−1),Cinの両端の電圧を抵抗体によって分圧して電位変換回路50に入力することで、規格化手段を構成してもよい。
Further, the present invention is not limited to the one provided with both means for outputting a signal corresponding to the minimum value of voltage and means for outputting a signal corresponding to the maximum value of voltage.
About potential conversion means
The potential conversion means is not limited to those exemplified in the above embodiments. For example, a current conversion unit that converts each voltage of the battery cells Ci1 to Ci (n-1) into a current and a voltage conversion unit such as a resistor that converts the current into a voltage based on the negative potential of the battery cell Cin are provided. It may be a thing.
“Method for directly connecting the input terminals of an operational amplifier”
The technique of not interposing a resistor between the input terminal of the operational amplifier constituting the potential conversion circuit and the battery cell Cij is not limited to that exemplified in the sixth embodiment (FIG. 11). For example, as shown in FIG. 13, the
"Standardization means"
In the configuration shown in FIG. 10, the normalization means may be configured by dividing the voltage across the battery cell Ci (n-1), Cin by a resistor and inputting the divided voltage to the
また、規格化手段としては、差動増幅回路の抵抗値の調節によって、多数の電池セルCijの電圧を変換する際の倍率を、少数の電池セルCijの電圧を変換する際の倍率よりも小さくするものに限らない。例えば、各電池セル毎に差動増幅回路と、それらの出力を平均する平均値回路とを備えて電位変換手段を構成してもよい。
「同期手段について」
上記実施形態では、同期信号Synを矩形波発生回路70の出力信号と同様の信号としたがこれに限らない。例えば矩形波発生回路70の立ち上がりエッジを規定するパルス信号と、立ち下がりエッジを規定するパルス信号とを、パルス数の相違によって表現する信号であってもよい。
Further, as a normalization means, by adjusting the resistance value of the differential amplifier circuit, the magnification for converting the voltage of a large number of battery cells Cij is smaller than the magnification for converting the voltage of a small number of battery cells Cij. It is not limited to what you do. For example, the potential conversion means may be configured by providing a differential amplifier circuit for each battery cell and an average value circuit for averaging the outputs thereof.
"About synchronization means"
In the above embodiment, the synchronization signal Syn is the same signal as the output signal of the rectangular
また、同期手段を備えなくてもよい。すなわち、例えば各監視ユニットUiがキャリアを生成するための発振器を備える構成としてもよい。この場合であっても、キャリアの周期や波形情報を予め制御装置22に記憶しておくなどすることで、各ブロックBiを構成する電池セルCi1〜Cinの電圧の最大値と最小値とを把握することはできる。ただし、この場合、ブロック毎に検出結果を制御装置22に送信することが望ましい。
「検出対象電池について」
検出対象電池としては、1の電池セルまたは2個直列接続された電池セルに限らない。例えば3つ以上の直列接続された電池セルであってもよい。また、電池セルとしては、燃料電池に限らず、例えば2次電池であってもよい。ここで、2次電池としてリチウムイオン2次電池等を採用するなら、その充電状態を厳密に監視する要求が高いため、電圧の最大値および最小値を上記態様にて監視することが特に有効である。
Further, the synchronization means may not be provided. That is, for example, each monitoring unit Ui may be configured to include an oscillator for generating a carrier. Even in this case, the maximum value and the minimum value of the voltage of the battery cells Ci1 to Cin constituting each block Bi are grasped by storing the carrier cycle and waveform information in the
“Detection target battery”
The battery to be detected is not limited to one battery cell or two battery cells connected in series. For example, three or more battery cells connected in series may be used. Moreover, as a battery cell, not only a fuel battery but a secondary battery may be sufficient, for example. Here, if a lithium ion secondary battery or the like is adopted as the secondary battery, there is a high demand for strictly monitoring the state of charge, and therefore it is particularly effective to monitor the maximum value and the minimum value of the voltage in the above manner. is there.
また、複数の検出対象電池としては、共通の組電池を構成するものに限らない。例えば、互いに並列接続されるものであってもよい。この場合、電位変換回路50は不要となる。このため、比較手段に検出対象電池の電圧を直接印加してもよい。また、これに代えて、検出対象電池の電圧を抵抗体によって分圧したものを比較手段に印加してもよい。
(そのほか)
・監視ユニットUiの電源としては、フライバックコンバータ42に限らない。例えば、各ブロックBiであってもよい。この場合であっても、組電池10の電圧が安定した後に最小電圧等を監視することなどはできる。また、組電池10を2次電池とする場合には、こうした構成であっても常時電圧を監視することができる。
Moreover, as a some detection object battery, it does not restrict to what comprises a common assembled battery. For example, they may be connected in parallel to each other. In this case, the
(others)
The power source for the monitoring unit Ui is not limited to the
・コンパレータ60のそれぞれの出力を制御装置22に出力するようにしてもよい。もっとも、この場合、絶縁手段の数が膨大となるため、制御装置22自体を高電圧システムに搭載することが望ましい。
Each output of the
10…組電池、22…制御装置、50…電位変換回路、60…コンパレータ、62…OR回路、64…AND回路、Ui…監視ユニット、Cij…電池セル。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記複数の検出対象電池のそれぞれの両端の電圧およびそれらの相当値のいずれかと周期的に増減する1のキャリアとの大小に応じた2値的な信号を電圧検出信号として出力する比較手段を備えることを特徴とする電池電圧検出装置。 In the battery voltage detection device that detects the voltages of a plurality of detection target batteries,
Comparing means for outputting, as a voltage detection signal, a binary signal corresponding to the magnitude of one of the voltages at both ends of each of the plurality of detection target batteries and their corresponding values and one carrier that periodically increases or decreases. A battery voltage detection device characterized by the above.
前記電位変換手段は、複数の検出対象電池の電圧のそれぞれを前記基準電位の電圧に変換するに際し、変換される電圧を、同一個数の電池セル当たりの電圧に規格化する規格化手段を備えることを特徴とする請求項5記載の電池電圧検出装置。 The plurality of detection target batteries include those in which the number of battery cells constituting them is different from each other,
The potential conversion means includes a normalization means for normalizing the converted voltage to a voltage per the same number of battery cells when converting each of a plurality of detection target battery voltages to the reference potential voltage. The battery voltage detection device according to claim 5.
前記比較手段の出力する電圧検出信号のうち電圧の最小値に対応するものおよび最大値に対応するものの少なくとも一方を選択して出力する出力手段をさらに備え、
前記出力手段の出力が絶縁手段を介して前記低電圧システムに出力されることを特徴とする請求項5〜7,9のいずれか1項に記載の電池電圧検出装置。 The assembled battery constitutes an in-vehicle high voltage system insulated from the in-vehicle low voltage system,
An output means for selecting and outputting at least one of the voltage detection signal output from the comparison means corresponding to the minimum value of the voltage and the voltage detection signal corresponding to the maximum value;
10. The battery voltage detection device according to claim 5, wherein an output of the output unit is output to the low-voltage system through an insulating unit.
前記出力手段は、前記互いに相違する基準電位毎に各別に備えられるものであり、
前記絶縁手段を介して出力される前記各出力手段の出力信号のうち、電圧の最小値に対応するものおよび最大値に対応するものの少なくとも一方を選択する選択手段を更に備えることを特徴とする請求項10記載の電池電圧検出装置。 The assembled battery includes a plurality of detection target batteries that are converted to a reference potential voltage by the potential converting means, and each of the sets of batteries converts the potential to a different reference potential voltage. Is converted by means,
The output means is provided separately for each different reference potential.
The apparatus further comprises selection means for selecting at least one of a signal corresponding to the minimum value of the voltage and a signal corresponding to the maximum value among the output signals output from the output means via the insulating means. Item 11. The battery voltage detection device according to Item 10.
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