JP2014147187A

JP2014147187A - 電池監視装置

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Publication number: JP2014147187A
Application number: JP2013013515A
Authority: JP
Inventors: Yohei Kondo; 洋平近藤; Hayato Mizoguchi; 隼溝口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: JP6089725B2

Abstract

【課題】サーミスタ側から印加される高電圧から構成機器を保護しつつ、電池温度を適切に検出可能な電池監視装置を提供する。
【解決手段】組電池１に近接配置されたサーミスタ１１の一端側に直列に接続されたプルアップ抵抗２２２、およびサーミスタ１１およびプルアップ抵抗２２２に交流電圧を印加する交流電圧印加部２２１を有する駆動回路２２と、駆動回路２２にてサーミスタ１１およびプルアップ抵抗２２２に交流電圧が印加された際のサーミスタ１１とプルアップ抵抗２２２との接続点の電圧に基づいて組電池１の電池温度を検出する監視回路２３と、駆動回路２２と監視回路２３との間に設けられ、ノイズを除去するフィルタ回路２４と、駆動回路２２、監視回路２３、およびフィルタ回路２４を高電圧から保護するために、サーミスタ１１と駆動回路２２との間に設けられたコンデンサ２５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを直列に接続して構成される組電池の電池温度を監視する電池監視装置に関する。

従来、電池監視装置として、組電池に複数設けられたサーミスタ（温度センサ）に直列接続されたプルアップ抵抗を有し、当該プルアップ抵抗およびサーミスタに定電圧を印加する駆動回路、プルアップ抵抗とサーミスタとの接続点の電圧（抵抗分圧）に基づいて組電池の電池温度を検出する監視回路等を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、監視回路をサージ電圧から保護するためのサージ吸収回路を、監視回路の入力側や駆動回路の入力側に設ける構成が開示されている。

特開２００５−２２４０７１号公報

ところで、監視回路の基準となる電位を組電池の電位と同電位とする場合、組電池に近接配置された温度センサを構成するサーミスタが、組電池における高電圧側の配線と短絡すると、電池監視装置の構成機器である駆動回路や監視回路等に、例えば２００Ｖ〜３００Ｖ程度の高電圧が印加される可能性がある。

ここで、特許文献１の如く、監視回路の入力側にサージ吸収回路を設ける構成とすると、監視回路を保護することは可能であるが、サージ吸収回路とサーミスタとの間に存する駆動回路等の構成機器を保護することができない。

一方、駆動回路の入力側にサージ吸収回路が設ける構成とすると、サージ吸収回路を構成するダイオードを過電流から保護するために、駆動回路とサーミスタとの間に抵抗値の高い電流制限用の抵抗を設ける必要がある。この場合、監視回路では、プルアップ抵抗と電流制限用抵抗との接続点の電圧に基づいて組電池の電池温度を検出することになり、電池温度を適切に検出できなくなる虞がある。

本発明は上記点に鑑みて、サーミスタ側から印加される高電圧から構成機器を保護しつつ、電池温度を適切に検出可能な電池監視装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電池セル（１０）で構成される組電池（１）に適用され、組電池に近接配置された温度検知用のサーミスタ（１１）を利用して組電池の電池温度を監視する電池監視装置に関する。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、サーミスタの一端側に直列に接続されたプルアップ抵抗（２２２）、およびサーミスタおよびプルアップ抵抗に交流電圧を印加する交流電圧印加部（２２１）を有する駆動回路（２２）と、駆動回路にてサーミスタおよびプルアップ抵抗に交流電圧が印加された際のサーミスタとプルアップ抵抗との接続点の電圧に基づいて組電池の電池温度を検出する監視回路（２３）と、監視回路と前記駆動回路との間に設けられ、ノイズを除去するフィルタ回路（２４）と、駆動回路、監視回路、およびフィルタ回路を高電圧から保護するために、サーミスタと駆動回路との間に設けられたコンデンサ（２５）と、を備えることを特徴としている。

これによれば、サーミスタと組電池における高電圧側の配線とが短絡したとしても、サーミスタと駆動回路（サーミスタとプルアップ抵抗の接続点）との間に設けたコンデンサにより、サーミスタと電池監視装置の構成機器とが絶縁されるので、電池監視装置の構成機器を保護することが可能となる。

また、従来技術の如く、サーミスタと駆動回路との間に電流制限用の抵抗を設ける必要がないので、監視回路では、プルアップ抵抗とサーミスタとの接続点の電圧に基づいて組電池の電池温度を検出することができ、監視回路にて電池温度を適切に検出可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る電池監視装置の全体構成図である。電池監視装置の作動を説明するためのタイミングチャートである。第２実施形態に係る電池監視装置の全体構成図である。第２実施形態に係る電池監視装置の変形例を示す全体構成図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。本実施形態では、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される車載高圧バッテリをなす組電池１に、本発明の電池監視装置２を適用している。

組電池１は、図示しない走行用電動モータを主として、車載された各種電気負荷に給電する電源である。本実施形態の組電池１は、図１の全体構成図に示すように、リチウムイオン電池等の二次電池からなる複数の電池セル１０を直列に接続した直列接続体として構成されている。この組電池１の電圧は、例えば２００Ｖ以上の高電圧である。

組電池１には、その両端側および中央付近に位置する合計３箇所の電池セル１０の表面側に、温度検知用のサーミスタ１１が近接配置されている。

本実施形態のサーミスタ１１は、電池セル１０の温度上昇と共に抵抗値が減少する抵抗温度特性を有する。なお、各サーミスタ１１は、測定する温度範囲が同じであることから、それぞれ同じ抵抗温度特性の素子を用いている。

電池監視装置２は、組電池１に近接配置された各サーミスタ１１を利用して組電池１の電池温度を監視する装置である。電池監視装置２は、各サーミスタ１１に対して第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２、および第２コネクタＧＢ０〜ＧＢ２を介して接続されている。

第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２は、サーミスタ１１の一端側を後述する電池監視装置２の監視回路２３に接続する端子である。また、第２コネクタＧＢ０〜ＧＢ２は、サーミスタ１１の他端側を電池監視装置２の内部にて組電池１における最も電位が低い電池セル１０の負極端子と同電位となる配線に接続する端子である。なお、本実施形態では、後述する監視回路２３の基準となる電位が、組電池１における最も低電位となる負極端子の電位と同電位となる。

本実施形態の電池監視装置２は、前述の第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２および第２コネクタＧＢ０〜ＧＢ２に加え、ケーシング２１、駆動回路２２、監視回路２３、フィルタ回路２４等を備えている。

ケーシング２１は、駆動回路２２、監視回路２３、およびフィルタ回路２４といった電池監視装置２の各種構成機器を収容する部材である。このケーシング２１は、高電圧バッテリを構成する組電池１から電池監視装置２の各種構成機器を保護するために、電気絶縁性を有する材料（例えば、樹脂）で構成されている。

駆動回路２２は、サーミスタ１１に対して駆動電圧を印加する回路であり、サーミスタ１１に対応して複数設けられている。本実施形態の駆動回路２２は、プルアップ抵抗２２２、および交流電圧印加部２２１で構成されている。

プルアップ抵抗２２２は、第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２を介してサーミスタ１１に直列に接続されており、サーミスタ１１および後述のコンデンサ２５と共に分圧回路を構成している。

交流電圧印加部２２１は、プルアップ抵抗２２２の上流側（サーミスタ１１の反対側）に接続されており、プルアップ抵抗２２２およびサーミスタ１１に対して、周期的に大きさと方向が変化する交流電圧を印加する回路である。本実施形態の交流電圧印加部２２１は、図２（ａ）に示すように、周期的にハイレベル（Ｈｉ）とローレベルとなる方形波の交流電圧（パルス電圧）を印加する。交流電圧印加部２２１は、監視回路２３からの指令信号により制御されるように構成されている。なお、交流電圧印加部２２１は、図示しない電源回路から電源が供給されている。

駆動回路２２のプルアップ抵抗２２２とサーミスタ１１との接続点には、監視回路２３が接続されている。この監視回路２３は、駆動回路２２にてサーミスタ１１およびプルアップ抵抗に電圧が印加された際のサーミスタ１１とプルアップ抵抗２２２との接続点の電圧に基づいて組電池１の電池温度を検出する回路である。

本実施形態の監視回路２３は、サーミスタ１１とプルアップ抵抗２２２と接続点の電圧（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡＤ変換器２３１、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）２３２で構成されている。

監視回路２３のマイコン２３２は、ＣＰＵ、メモリ２３２ａおよびその周辺機器で構成されている。マイコン２３２は、電池温度を検出して監視する機能（温度監視手段２３２ｂ）および、交流電圧印加部２２１を制御する機能（制御手段２３２ｃ）を有する。

本実施形態のマイコン２３２は、ＡＤ変換器２３１を介して入力される入力電圧（サーミスタ１１とプルアップ抵抗２２２との接続点の電圧）を温度換算することで、電池温度を検出する。なお、監視回路２３は、予めマイコン２３２のメモリに記憶された入力電圧Ｖｉｎと電池温度との相関関係を規定した制御マップを参照して、実際に監視回路２３に入力された入力電圧Ｖｉｎを温度に換算するように構成されている。

また、フィルタ回路２４は、駆動回路２２と監視回路２３との間に設けられ、電池監視回路２に作用するノイズを除去する回路である。本実施形態のフィルタ回路２４は、抵抗ＲとコンデンサＣとからなるＲＣ回路であり、いわゆるローパスフィルタを構成している。

ところで、各サーミスタ１１は、組電池１に近接配置されているため、何らかの要因により、サーミスタ１１と組電池１における高電圧側が短絡してしまう可能性がある。この場合、第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２を介して電池監視装置２の各種構成機器に２００Ｖ〜３００Ｖの高電圧が印加されてしまう。

そこで、本実施形態では、サーミスタ１１を介して印加される高電圧から電池監視装置２の各種構成機器を保護するために、各第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２と駆動回路２２との間の各配線にコンデンサ２５を設ける構成としている。なお、コンデンサ２５としては、サーミスタ１１を介して印加され得る高電圧を想定して高耐圧の素子が採用されている。

次に、本実施形態の監視回路２３による電池温度の監視について説明する。まず、監視回路２３に入力される入力電圧Ｖｉｎ（サーミスタ１１とプルアップ抵抗２２２との接続点の電圧）は、プルアップ抵抗２２２と、サーミスタ１１およびコンデンサ２５の合成インピーダンスとの分圧により交流電圧印加部２２１の印加電圧Ｖｒｅｆが分圧された電圧となる。

前述のようにサーミスタ１１は、抵抗値が電池温度の上昇と共に減少する特性を有することから、入力電圧Ｖｉｎは、電池温度に相関して変化することとなる。

具体的には、組電池１の電池温度が低温となっている場合、サーミスタ１１の抵抗値が大きくなるので、図２（ｂ）に示すように、駆動回路２２の交流電圧印加部２２１にて交流電圧が印加された際の入力電圧Ｖｉｎ（波高値）が上昇する。

これに対して、組電池１の電池温度が高温となっている場合、サーミスタ１１の抵抗値が小さくなるので、図２（ｃ）に示すように、駆動回路２２の交流電圧印加部２２１にて交流電圧が印加された際の入力電圧Ｖｉｎ（波高値）が低下する。

監視回路２３では、組電池１の電池温度に相関して変化する入力電圧Ｖｉｎをメモリ２３２ａに記憶された制御マップを参照して温度換算することで、組電池１の電池温度を検出する。そして、監視回路２３では、組電池１の電池温度が適正温度であるか否かを監視する。

ここで、サーミスタ１１と組電池１における高電圧側が短絡すると、実質的にインピーダンスがゼロとなる組電池１とサーミスタ１１とが並列に接続されることになり、合成インピーダンスが小さくなるので、図２（ｄ）に示すように、入力電圧Ｖｉｎが正常時に比べて小さくなる。

このため、監視回路２３において、入力される入力電圧Ｖｉｎが予め定められた異常判定閾値を下回っているか否かを判定することで、組電池１とサーミスタ１１との短絡異常を検出することができる。なお、異常判定閾値としては、正常時に取り得る入力電圧Ｖｉｎの下限値以下に設定すればよい。

以上説明した本実施形態の電池監視装置２では、温度検知用のサーミスタ１１と駆動回路２２との間の配線にコンデンサ２５を設ける構成としている。これにより、サーミスタ１１に組電池１における高電圧側の配線等が短絡したとしても、コンデンサ２５により、サーミスタ１１と電池監視装置２の構成機器とが絶縁されるので、電池監視装置２の構成機器を保護することが可能となる。

また、本実施形態の電池監視装置２では、従来技術の如く、サーミスタ１１と駆動回路２２との間に電流制限用の抵抗を設ける必要がない。このため、監視回路２３では、プルアップ抵抗２２２とサーミスタ１１との接続点の電圧に基づいて組電池１の電池温度を検出することができ、監視回路２３にて電池温度を適切に検出可能となる。

さらに、本実施形態の電池監視装置２では、電気絶縁性を有する材料で構成されるケーシング２１に、駆動回路２２、監視回路２３、およびフィルタ回路２４を収容する構成としている。このため、組電池１の高電圧等から電池監視装置２の構成機器を効果的に保護することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

本実施形態では、サーミスタ１１の一端側（第１コネクタＴＢ０〜ＴＢ２側）と組電池１における高電圧側の配線とが短絡した際に、サーミスタ１１に過電流が流れることを考慮して、当該過電流からサーミスタ１１を保護する保護素子を設ける構成としている。

具体的には、本実施形態では、図３の全体構成図に示すように、サーミスタ１１の他端側に接続された第２コネクタＧＢ０〜ＧＢ２と、組電池１における低電位となる部位に接続される配線との間に、保護素子としてコンデンサ２６を設けている。

その他の構成および作動については、第１実施形態と同様である。本実施形態によれば、第１実施形態で説明した作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。

すなわち、本実施形態では、サーミスタ１１の他端側に保護素子としてコンデンサ２６を設けている。このため、サーミスタ１１の一端側と組電池１における高電圧側の配線等が短絡したとしても、コンデンサ２６によりサーミスタ１１に過電流が流れることを抑制することができる。従って、本実施形態によれば、電池監視装置２の構成機器に加えて、温度検知用のサーミスタ１１についても適切に保護することが可能となる。

なお、本実施形態では、保護素子としてコンデンサ２６を用いる例について説明したが、これに限定されない。例えば、図４の全体構成図に示すように、保護素子として、過電流が流れた際に破断するヒューズ２７を用いるようにしてもよい。これによっても、温度検知用のサーミスタ１１に過電流が流れることを抑制することができ、サーミスタ１１を適切に保護することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態の如く、電気絶縁性を有するケーシング２１に電池監視装置２の各種構成機器を収容することが望ましいが、これに限らず、ケーシング２１を省略してもよい。

（２）上述の各実施形態では、組電池１の各種状態のうち電池温度を監視する例について説明したが、電池温度の監視に加えて、電池監視装置２にて各電池セル１０のセル電圧や組電池１を流れる電流を監視するようにしてもよい。

（３）上述の各実施形態では、電池監視装置２の構成機器の保護を図るためにコンデンサ２５を追加する例について説明したが、これに限定されない。例えば、コンデンサ２５に加えて、電池監視装置２における駆動回路２２よりも監視回路２３側にサージ電圧を吸収するサージ吸収回路を設けるようにしてもよい。

（４）上述の各実施形態では、所定の３箇所に温度検知用のサーミスタ１１が近接配置された組電池１に、本発明の電池監視装置２を適用する例について説明したが、これに限定されない。組電池１の任意の箇所にサーミスタ１１が少なくとも１つ近接配置されている組電池１であれば、本発明の電池監視装置２を適用することができる。

（５）上述の各実施形態では、交流電圧印加部２２１にて方形波の交流電圧を印加する例について説明したが、波形が周期的に大きさと方向が変化する交流電圧であれば、方形波に限らず、例えば正弦波の交流電圧を印加する交流電圧印加部２２１を用いてもよい。

（６）上述の各実施形態では、第２コネクタＧＢ０〜ＧＢ２を、組電池１における最も電位が低い電池セル１０の負極端子と同電位となる配線に接続する例について説明したが、これに限らず、組電池１における任意の位置の電位と同電位となる配線に接続するようにしてもよい。なお、監視回路２３における基準電位は、組電池１における任意の位置と同電位となる。

（７）上述の各実施形態では、電池監視装置２を車載高圧バッテリに適用する例について説明したが、車載高圧バッテリに限らず、他のバッテリに適用してもよい。

（８）上述の各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

（９）上述の各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

（１０）上述の各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

（１１）上述の各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

１組電池
１０電池セル
１１サーミスタ
２電池監視装置
２２駆動回路
２２１交流電圧印加部
２２２プルアップ抵抗
２３監視回路
２４フィルタ回路
２５コンデンサ

Claims

複数の電池セル（１０）で構成される組電池（１）に適用され、前記組電池に近接配置された温度検知用のサーミスタ（１１）を利用して前記組電池の電池温度を監視する電池監視装置であって、
前記サーミスタの一端側に直列に接続されたプルアップ抵抗（２２２）、および前記サーミスタおよび前記プルアップ抵抗に交流電圧を印加する交流電圧印加部（２２１）を有する駆動回路（２２）と、
前記駆動回路にて前記サーミスタおよび前記プルアップ抵抗に交流電圧が印加された際の前記サーミスタと前記プルアップ抵抗との接続点の電圧に基づいて前記組電池の電池温度を検出する監視回路（２３）と、
前記監視回路と前記駆動回路との間に設けられ、ノイズを除去するフィルタ回路（２４）と、
前記駆動回路、前記監視回路、および前記フィルタ回路を高電圧から保護するために、前記サーミスタと前記駆動回路との間に設けられたコンデンサ（２５）と、
を備えることを特徴とする電池監視装置。
前記サーミスタの他端側に接続され、前記サーミスタに過電流が流れることを抑制する保護素子（２６、２７）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
前記駆動回路、前記監視回路、および前記フィルタ回路を収容するケーシング（２１）を備え、
前記ケーシング（２１）は、電気絶縁性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池監視装置。