JP2013542556A - バッテリモジュール電圧を測定するためのバッテリシステム - Google Patents

Abstract

複数のバッテリセル（１０）を含む少なくとも１つのモジュール（２４）を備えたバッテリシステム（１００）であって、各モジュール（２４）には、通信バス（３６）を介して評価ユニット（３８）と接続されたセル電圧検出ユニット（２６）が割り当てられる、上記バッテリシステム（１００）が提案される。各モジュール（２４）は追加的に、評価ユニット（３８）と接続されたモジュール電圧検出回路（４１）を備えることが構想される。さらに、本発明は、複数のバッテリセルを有する少なくとも１つのモジュールを備えたバッテリシステムを監視する方法であって、各バッテリセルの電圧が検出されて、セル電圧検出ユニットを介して評価ユニットに供給され、追加的にモジュール電圧が別に検出されて、評価ユニットに供給される、上記方法に関する。さらに、バッテリシステム（１００）を備えた車両が設けられ、バッテリシステム（１００）は、車両の駆動システムと接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリシステムを監視するためのバッテリシステム及び方法、並びに、本発明に係るバッテリシステムを備えた車両に関する。

将来的に、例えば風力発電所のような定置型の適用のため、及び、ハイブリッド車及び電気自動車のような自動車のために、非常に高い信頼性が求められる新しいバッテリシステムが使用されることが明らかである。

このような要請の背景には、バッテリシステムの故障がシステム全体の故障に繋がりうるということがある。例えば電気自動車の場合には、メインバッテリの故障によって、自動車が立ち往生することになる。さらに、バッテリの故障が、安全性に関わる問題となる可能性がある。風力発電所の場合には、例えばバッテリが、強風の際に動翼の調整によって、許容しえない駆動状態になることから発電所を護るために使用される。

従来技術によるバッテリシステムの原則的な回路図が図１に示されている。全体として符号１００が付されたバッテリシステムは、モジュール２４内にまとめられた複数のバッテリセル１０を備える。さらに、分離スイッチ１４と、充電スイッチ１６と、充電抵抗１８と、を備える充電及び分離素子１２が設けられる。追加的に、バッテリシステム１００は、分離スイッチ２２を有する分離素子２０を備えることが可能である。

バッテリシステム１００の安全な駆動のために、各バッテリセル１０を、許容される駆動範囲（電圧範囲、温度範囲、電流限界値）内で駆動することが必然的に必要となる。バッテリセル１０が上記限界値から外れる場合には、このバッテリセル１０をセルアセンブリから取り出す必要がある。従って、（図１に示すように）バッテリセル１０が直列回路である場合には、１つのバッテリセル１０の故障が、バッテリシステム１００全体の故障に繋がる。

特にハイブリッド車及び電気自動車の場合には、リチウムイオン又はニッケルメタルハイブリッド技術による、直列に接続された複数の電気化学的バッテリセルを有するバッテリが使用される。バッテリ管理ユニットは、バッテリを監視するために利用され、安全監視と並んで、可能な限り長い寿命を保証する。従って例えば、セル電圧検出ユニットが使用される。

図２は、この種のセル電圧検出ユニットの公知の利用を示している。

図２は、従来技術で公知の典型的なセル電圧検出部の構造を示している。ここでは、自身のバッテリセル１０を有する各モジュール２４に、セル電圧検出ユニット２６が割り当てられる。セル電圧検出ユニット２６は、マルチプレクサ２８を備え、このマルチプレクサ２８は、バッテリセル１０の数に対応する数のチャネル３０を介して、各個別バッテリセル１０の電圧を検出する。マルチプレクサ２８は、アナログデジタル変換器３２を介して、通信バス３６と結合されたゲートウェイ３４と接続される。通信バス３６には、中央マイクロコントローラ３８が接続されている。従って、この中央マイクロコントローラ３８を介して、個々のバッテリセル１０の電圧が検出され、評価されうる。マイクロコントローラ３８は、バッテリ管理ユニットの構成要素であってもよい。

図２が示すように、ここでは、バッテリセル１０を有する複数のモジュール２４であって、各々が独自のセル電圧検出ユニット２６を有する上記モジュール２４が直列に配置されうる。

マルチプレクサ２８は、ここでは示唆されるにすぎないが、ＮＴＣ抵抗の抵抗値の検出が行なえることにより公知のように温度測定のために役立ちうる補助入力口４０を有する。

本発明によれば、複数のバッテリセルを含む少なくとも１つのモジュールを備えたバッテリシステムであって、各モジュールには、通信バスを介して評価ユニットと接続されたセル電圧検出ユニットが割り当てられ、各モジュールは追加的に、評価ユニットと接続されたモジュール電圧検出回路を備える、上記バッテリシステムが提供される。これにより、個々のモジュールの電圧が追加的に別に測定されて別に評価ユニットへと伝送されることで、セル電圧検出ユニットを介して測定されるセル電圧を検証することが可能であることが有益である。従って、評価ユニットは、セル電圧検出ユニットを介して定められ通信バスを介してデジタル化されて伝送されたセル電圧を、モジュール電圧検出ユニットを介して提供された追加的な情報と比較することが可能な状態に置かれる。従って特に、セル電圧検出ユニットを介して伝達されるセル電圧情報の妥当性も確認され又は判定されうる。

本発明の好適な構成において、モジュール電圧検出ユニットが、電圧に依存する周波数発生器、好適に発振器を備えることが構想される。これにより、特に簡単な形態で、モジュール全体の電圧を検出し、この電圧に前処理を施して、評価ユニットに提供することが可能となる。従って、評価ユニットは、簡単な形態で、測定されたモジュール電圧に相当する獲得された周波数値を読み込み、セル電圧検出ユニットにより獲得された信号と比較することが可能である。

さらに、本発明の好適な構成において、発振器が評価ユニットと容量結合されることが構想される。これにより有利に、周波数が大きくなるにつれ容量結合が増大するという効果を利用することが可能となる。これにより、評価が簡単な形態でサポートされうる。さらに、モジュール電圧検出回路を介した、評価ユニットに対する雑音電圧の影響が生じ得ない。

さらに、本発明によれば、複数のバッテリセルを有する少なくとも１つのモジュールを備えたバッテリシステムを監視する方法であって、各バッテリセルの電圧が検出されて、セル電圧検出ユニットを介して評価ユニットに供給され、追加的にモジュール電圧が別に検出されて、評価ユニットに同様に供給される、上記方法が提供される。これにより、簡単な形態で、セル電圧検出ユニットを介して提供される情報が検証される。モジュール電圧を個別に追加的に検出することによって、評価素子はさらに、バッテリシステム全体の信頼性を保証することが可能となる。

好適に、モジュール電圧に比例する周波数信号が生成され、周波数信号が評価ユニットへと供給されることが構想される。これにより、簡単な形態で、アナログ的に測定されたモジュール電圧信号と、デジタル的に機能する評価素子、との結合が可能となる。周波数信号は、２進信号として簡単な形態で評価されうる。

本発明の更なる別の観点は、本発明に係るバッテリシステムを備える車両に関する。

以上、本発明に係るバッテリシステム又は本発明に係る方法によって、確実に機能しないバッテリシステムによる二次損害を防止するために、バッテリシステムの信頼性を検査し、場合よって生じる誤動作を適時に検出するということが達成される。

本発明の実施例が、図面及び以下の明細書の記載によって詳細に解説される。
従来技術によるバッテリシステムを示す。 従来技術によるセル電圧検出ユニットの構造を示す。 追加的なバッテリモジュール電圧測定部を備えた本発明に係るバッテリシステムを示す。

図３は、本発明に係るバッテリシステム１００を示す。複数のバッテリセル１０が直列に接続されて、モジュール２４内にまとめられている。マルチプレクサ２８内では、個別バッテリセル１１のセル電圧が１つにまとめられて、アナログデジタル変換器３２及びゲートウェイ３４を介して、通信バス３６内へと供給される。マイクロコントローラ３８を介して、それ自体は公知のやり方で、電圧評価が行われる。

図３には、それぞれが複数のバッテリセル１０を備える２つのモジュール２４が例示されている。更なる別の示されない実施例によれば、複数のモジュール２４を、直列又は並列に互いに接続することも可能である。

各モジュール２４には、モジュール電圧検出回路４１が割り当てられる。モジュール電圧検出回路４１は、モジュール２４を介して印加される電圧を検知し、これを発振器４２に供給する。発振器４２はそれぞれ、コンデンサ回路４４を介して、評価回路３８の入力口４６と容量結合される。

モジュール電圧検出回路４１によって、モジュール２４全体に渡る電圧が検知されて、周波数に比例する信号へと変換される。この信号は、容量結合４４を介して評価回路３８へと供給される。評価回路３８は同時に、通信バス３６を介して、セル電圧検出ユニット２６から情報を獲得する。適切な割り当て、及び、通信バス３６及び入力口４６を介して提供される信号の比較によって、比較と、適切な評価と、が行われうる。その際に、モジュール電圧が、発振器４２を介して測定された周波数を用いて算出され、セル電圧検出ユニット２６を介して測定されたセル電圧と比較される。

Claims (7)

1. 複数のバッテリセル（１０）を含む少なくとも１つのモジュール（２４）を備えたバッテリシステム（１００）であって、各モジュール（２４）には、通信バス（３６）を介して評価ユニット（３８）と接続されたセル電圧検出ユニット（２６）が割り当てられる、前記バッテリシステム（１００）において、
   各モジュール（２４）は、追加的に前記評価ユニット（３８）と接続されたモジュール電圧検出回路（４１）を備えることを特徴とする、バッテリシステム（１００）。
2. 前記モジュール電圧検出回路（４１）は、電圧に依存する周波数発生器を備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリシステム（１００）。
3. 前記周波数発生器は発振器（４２）であることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリシステム。
4. 前記発振器（４２）は、前記評価ユニット（３８）と容量結合されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリシステム。
5. 複数のバッテリセルを有する少なくとも１つのモジュールを備えたバッテリシステムを監視する方法であって、各前記バッテリセルの電圧が検出されて、セル電圧検出ユニットを介して評価ユニットに供給される、前記方法において、
   追加的にモジュール電圧が別に検出されて、前記評価ユニットに供給されることを特徴とする、方法。
6. 前記モジュール電圧に比例する周波数信号が生成され、前記周波数信号が前記評価ユニットへと供給されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリシステム（１００）を備えた車両において、前記バッテリシステム（１００）は、前記車両の駆動システムと接続される、車両。
   

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