JP2014228302A - Battery monitoring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数個の電池セルの直列接続体である組電池に適用される電池監視装置に関する。 The present invention relates to a battery monitoring device applied to an assembled battery that is a serially connected body of a plurality of battery cells.
この種の電池監視装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、複数個の電池セルの直列接続体であるセルグループを複数直列接続してなる組電池に適用されるものが知られている。詳しくは、この装置は、複数のセルグループのそれぞれに対応して設けられ、セルグループを構成する複数の電池セルのそれぞれを監視する監視回路を備えている。
As this type of battery monitoring device, for example, as can be seen in
上記複数の電池セルのそれぞれは、自身の正極端子及び負極端子に接続された一対の電気経路(具体的には、回路基板に形成された配線パターン)によって監視回路に接続されている。監視回路は、一対の電気経路を介して電池セルを監視する。 Each of the plurality of battery cells is connected to the monitoring circuit by a pair of electrical paths (specifically, wiring patterns formed on the circuit board) connected to its own positive electrode terminal and negative electrode terminal. The monitoring circuit monitors the battery cell via a pair of electrical paths.
ところで、上記電気経路にノイズが伝播することがある。このノイズは、例えば、電気経路、及び電池監視装置のグラウンド(例えば、回路基板が収容される筐体)間の浮遊容量を介して上記電気経路に伝播し得る。また、このノイズは、例えば、電池監視装置内の上記電気経路及び電池セルを接続すべく回路基板に設けられたコネクタに物体が触れ、これによる静電気に起因して上記電気経路に伝播し得る。上記ノイズが電気経路を介して監視回路に伝播すると、電池監視装置の信頼性が低下する懸念がある。 By the way, noise may propagate in the electrical path. This noise can propagate to the electrical path through, for example, a stray capacitance between the electrical path and the ground of the battery monitoring device (for example, a housing in which the circuit board is accommodated). Further, for example, this noise can propagate to the electrical path due to static electricity caused by an object touching a connector provided on the circuit board to connect the electrical path and the battery cell in the battery monitoring device. When the noise propagates to the monitoring circuit via the electrical path, there is a concern that the reliability of the battery monitoring device is lowered.
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、組電池に適用され、電池監視装置の信頼性の低下を好適に回避することのできる電池監視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 monitoring device that can be applied to an assembled battery and can suitably avoid a decrease in reliability of the battery monitoring device. It is in.
上記課題を解決すべく、請求項1記載の発明は、複数個の電池セル(C1〜C9)の直列接続体である組電池(10)に適用され、前記電池セルの1個、又は前記電池セルの複数個の直列接続体のいずれかを単位電池と定義し、複数の前記単位電池のそれぞれの正極端子及び負極端子に接続された電気経路(L1〜L12;L1〜L24)と、前記正極端子及び前記負極端子に接続された一対の前記電気経路を介して前記単位電池を監視する監視回路(30a〜30c;30a〜30h)と、複数の前記電気経路のうち前記組電池に電流が流れる場合に同電位になると想定される一対の電気経路(L4,L5,L8,L9;L3,L4,L6,L7,L9,L10,L12,L13,L15,L16,L18,L19,L21,L22)の間を接続する低耐圧コンデンサ(50a,50b;58a〜58g)と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention according to
上記発明では、上記同電位になると想定される一対の電気経路を低耐圧コンデンサによって敢えて接続する構成を採用した。こうした構成によれば、例えば、同電位になると想定される一対の電気経路のうち一方の電気経路を伝播するノイズを、低耐圧コンデンサを介して他方の電気経路に導き、他方の電気経路及びグラウンドの間に形成された浮遊容量を介してノイズをグラウンド側に逃がすことができる。これにより、電気経路を介した監視回路へのノイズの伝播を抑制することができる。したがって、上記発明によれば、電池監視装置の信頼性の低下を好適に回避することができる。 In the above-described invention, a configuration is adopted in which a pair of electrical paths that are assumed to have the same potential are connected with a low-voltage capacitor. According to such a configuration, for example, noise propagating in one electrical path of a pair of electrical paths that are assumed to have the same potential is guided to the other electrical path via the low-voltage capacitor, and the other electrical path and ground are connected. Noise can be released to the ground side through the stray capacitance formed between the two. Thereby, the propagation of noise to the monitoring circuit via the electrical path can be suppressed. Therefore, according to the said invention, the fall of the reliability of a battery monitoring apparatus can be avoided suitably.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記同電位になると想定される一対の電気経路のうちいずれか一方(L5,L9)及びグラウンドの間を接続し、端子間電圧の許容上限値が前記低耐圧コンデンサよりも高いコモンコンデンサ(52b,52c)を更に備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, any one of the pair of electric paths (L5, L9) and the ground that are assumed to be the same potential is connected to the ground, and the voltage between the terminals is reduced. It further comprises a common capacitor (52b, 52c) whose allowable upper limit value is higher than that of the low withstand voltage capacitor.
上記発明では、電池監視装置の耐ノイズ及び静電気耐量を更に向上させるために、コモンコンデンサを備えている。コモンコンデンサを備えることで、電気経路を伝播するノイズを、コモンコンデンサを介してグラウンド側に的確に逃がすことができる。このため、電池監視装置の信頼性の低下をより好適に回避することができる。 In the above invention, the common capacitor is provided in order to further improve the noise resistance and static electricity resistance of the battery monitoring device. By providing the common capacitor, noise propagating in the electric path can be accurately released to the ground side via the common capacitor. For this reason, the fall of the reliability of a battery monitoring apparatus can be avoided more suitably.
また、上記発明では、同電位になると想定される一対の電気経路が低耐圧コンデンサによって接続されていることから、コモンコンデンサの設置箇所を上記一対の電気経路のうちいずれか一方に限定することができる。このため、コモンコンデンサの設置箇所を上記一対の電気経路のそれぞれとする構成と比較して、コモンコンデンサの設置数を削減することができる。ここで、漏電に備えて、コモンコンデンサの端子間電圧の許容上限値は、低耐圧コンデンサの端子間電圧の許容上限値よりも高く設定されている。許容上限値が高いほどコンデンサのコストが増大することから、上記発明では、コモンコンデンサの設置数の削減により、電池監視装置のコストを好適に削減することができる。 In the above invention, since the pair of electrical paths that are assumed to have the same potential are connected by a low-voltage capacitor, the installation location of the common capacitor may be limited to one of the pair of electrical paths. it can. For this reason, the number of common capacitors to be installed can be reduced as compared with the configuration in which the common capacitor is installed at each of the pair of electrical paths. Here, in preparation for electric leakage, the allowable upper limit value of the terminal voltage of the common capacitor is set higher than the allowable upper limit value of the terminal voltage of the low voltage capacitor. Since the cost of the capacitor increases as the allowable upper limit value is higher, in the above invention, the cost of the battery monitoring device can be suitably reduced by reducing the number of installed common capacitors.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電池監視装置を車載主機としての回転機(モータジェネレータ)の電源となる車載高電圧バッテリに適用した第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 monitoring device according to the present invention is applied to an in-vehicle high voltage battery serving as a power source of a rotating machine (motor generator) as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、高電圧バッテリとしての組電池10は、車載高電圧システムを構成する複数の電池セルの直列接続体であり、その端子間電圧が例えば100V以上の高電圧(例えば288V)となる。組電池10は、車載主機としてのモータジェネレータの電源となったり、モータジェネレータの回生制御によって生成される電力を貯蔵したりする。なお、本実施形態では、電池セルとして、リチウムイオン2次電池を用いている。
As shown in FIG. 1, the assembled
ちなみに、本実施形態では、組電池10として、3つのセルグループである第1〜第3のセルグループCGa〜CGcによって構成されているものを例示した。ここで、これらセルグループCGa〜CGcのそれぞれは、隣接する複数個の電池セルの直列接続体として構成されている。本実施形態では、隣接する3個の電池セルの直列接続体によって第1〜第3のセルグループCGa〜CGcのそれぞれが構成されているものを例示した。特に、本実施形態では、各セルグループCGa〜CGcのそれぞれを構成する電池セルC1〜C9を、第1〜第9の電池セルと称すこととする。なお、本実施形態において、組電池10を構成する電池セルのそれぞれは、個体差を除き、互いに同一の構成であるとする。より詳しくは、これら電池セルのそれぞれは、充電率(SOC:満充電電荷量に対する実際の充電量の比率)に対する開放端電圧の関係や、満充電電荷量、内部抵抗値等が互いに同一であるとする。また、本実施形態では、1個の電池セルが「単位電池」に相当する。
By the way, in this embodiment, what was comprised by the 1st-3rd cell group CGa-CGc which is three cell groups as the assembled
組電池10を構成する複数の電池セルC1〜C9のそれぞれは、電池監視装置20によって監視される。電池監視装置20は、第1〜第3の監視回路30a〜30c及びマイコン40を備えている。なお、本実施形態において、第1〜第3の監視回路30a〜30cは、集積回路として構成されている。
Each of the plurality of battery cells C <b> 1 to C <b> 9 constituting the assembled
第1〜第3の監視回路30a〜30cのそれぞれは、1つのセルグループを監視ブロックとし、監視ブロック毎に設けられている。これら監視回路30a〜30cのそれぞれは、電池セルが過充電状態又は過放電状態であるか否かを監視する。詳しくは、第1の監視回路30aは、第1のセルグループCGaを監視ブロックとし、第2の監視回路30bは、第2のセルグループCGbを監視ブロックとし、第3の監視回路30cは、第3のセルグループCGcを監視ブロックとする。
Each of the first to
第1〜第3の監視回路30a〜30cと、第1〜第9の電池セルC1〜C9とは、一対の電気経路、及び電池監視装置20のコネクタ22を介して接続されている。詳しくは、第1のセルグループCGaにおいて、第1の電池セルC1の負極端子には、第1の電気経路L1を介して第1の監視回路30aが接続され、第1の電池セルC1の正極端子及び第2の電池セルC2の負極端子には、第2の電気経路L2を介して第1の監視回路30aが接続されている。また、第2の電池セルC2の正極端子及び第3の電池セルC3の負極端子には、第3の電気経路L3を介して第1の監視回路30aが接続され、第3の電池セルC3の正極端子には、第4の電気経路L4を介して第1の監視回路30aが接続されている。すなわち、第1のセルグループCGaにおいて、電池セルC1,C2の正極端子に接続された電気経路と、この正極端子に隣接する電池セルC2,C3の負極端子に接続された電気経路とは共通化されている。
The first to
一方、第2のセルグループCGbにおいて、第4の電池セルC4の負極端子には、第5の電気経路L5を介して第2の監視回路30bが接続され、第4の電池セルC4の正極端子及び第5の電池セルC5の負極端子には、第6の電気経路L6を介して第2の監視回路30bが接続されている。また、第5の電池セルC5の正極端子及び第6の電池セルC6の負極端子には、第7の電気経路L7を介して第2の監視回路30bが接続され、第6の電池セルC6の正極端子には、第8の電気経路L8を介して第2の監視回路30bが接続されている。すなわち、第2のセルグループCGbにおいて、電池セルC4,C5の正極端子に接続された電気経路と、この正極端子に隣接する電池セルC5,C6の負極端子に接続された電気経路とは共通化されている。
On the other hand, in the second cell group CGb, the
他方、第3のセルグループCGcにおいて、第7の電池セルC7の負極端子には、第9の電気経路L9を介して第3の監視回路30cが接続され、第7の電池セルC7の正極端子及び第8の電池セルC8の負極端子には、第10の電気経路L10を介して第3の監視回路30cが接続されている。また、第8の電池セルC8の正極端子及び第9の電池セルC9の負極端子には、第11の電気経路L11を介して第3の監視回路30cが接続され、第9の電池セルC9の正極端子には、第12の電気経路L12を介して第3の監視回路30cが接続されている。すなわち、第3のセルグループCGcにおいて、電池セルC7,C8の正極端子に接続された電気経路と、この正極端子に隣接する電池セルC8,C9の負極端子に接続された電気経路とは共通化されている。
On the other hand, in the third cell group CGc, the
第1の監視回路30aは、一対の電気経路である第1,第2の電気経路L1,L2を介して第1の電池セルC1を監視し、第2,第3の電気経路L2,L3を介して第2の電池セルC2を監視し、第3,第4の電気経路L3,L4を介して第3の電池セルC3を監視する。また、第2の監視回路30bは、一対の電気経路である第5,第6の電気経路L5,L6を介して第4の電池セルC4を監視し、第6,第7の電気経路L6,L7を介して第5の電池セルC5を監視し、第7,第8の電気経路L7,L8を介して第6の電池セルC6を監視する。さらに、第3の監視回路30cは、一対の電気経路である第9,第10の電気経路L9,L10を介して第7の電池セルC7を監視し、第10,第11の電気経路L10,L11を介して第8の電池セルC8を監視し、第11,第12の電気経路L11,L12を介して第9の電池セルC9を監視する。
The
第1〜第3の監視回路30a〜30cは、第1〜第3の監視部32a〜32c及び第1〜第3の電源部34a〜34cを備えている。本実施形態では、第1〜第3の監視回路30a〜30cの構成が基本的には同一である。このため、以下、監視回路の構成について、第1の監視回路30aを例にして説明する。
The first to
第1の電源部34aは、第1の監視回路30aの監視ブロックとなる第1のセルグループCGaのうち最も高電位側の第3の電池セルC3の正極端子と、最も低電位側の第1の電池セルC1の負極端子との電位差から一定電圧を生成する機能を有する。この一定電圧は、第1の監視回路30aの電源として用いられる。また、第1の電源部34aは、上記電位差から、過充電状態を検出するための閾値電圧、及び過放電状態を検出するための閾値電圧を生成する機能をも有する。
The first
第1の監視部32aは、第1〜第3の電池セルC1〜C3のそれぞれの端子間電圧と、上記閾値電圧との比較に基づき、電池セルが過充電状態又は過放電状態であるか否かを監視する。 The first monitoring unit 32a determines whether or not the battery cell is in an overcharge state or an overdischarge state based on a comparison between the respective terminal voltages of the first to third battery cells C1 to C3 and the threshold voltage. To monitor.
第1〜第3の監視回路30a〜30cは、これら監視回路30a〜30cのそれぞれに対応する監視ブロックの監視を指示する指示信号が、第1〜第3の監視回路30a〜30cのうち高電位側の監視回路から低電位側の監視回路へと順次伝達可能なように形成されたシリアルラインSLによって接続(いわゆるディジチェーン接続)されている。詳しくは、シリアルラインSLは、上記指示信号がマイコン40から第1〜第3の監視回路30a〜30cを順次通り、マイコン40へと戻るリング状に形成されている。具体的には、マイコン40から出力される上記指示信号は、低電圧システム及び高電圧システムの間を絶縁しつつ低電圧システムから高電圧システムへと信号を伝達する第1の絶縁素子42a(例えばフォトカプラ)、及びシリアルラインSLを介して第1の監視回路30aに入力される。その後、シリアルラインSLを介して第3の監視回路30cまで伝達された指示信号は、高電圧システム及び低電圧システムの間を絶縁しつつ、高電圧システムから低電圧システムへと信号を伝達する第2の絶縁素子42b(例えばフォトカプラ)を介してマイコン40に入力される。
In the first to
なお、絶縁素子を介した監視結果の伝達手法は、組電池10を含む高電圧システムのグラウンド(以下、高圧GND)の電位と、マイコン40を含む低電圧システムのグラウンド(回路基板を収容する筐体のケースアース。以下、低圧GND)の電位とが相違しているために採用される。ちなみに、本実施形態では、高圧GND電位が組電池10の正極端子の電位と負極端子の電位との中央値に設定されている。これは、組電池10の正極端子及び負極端子を、互いに抵抗値の等しいハイインピーダンスの第1の抵抗体14a及び第2の抵抗体14bの直列接続体で接続し、これら抵抗体14a,14bの接続点を低圧GNDに接続することで実現できる。
It should be noted that the monitoring result transmission method via the insulating element is based on the potential of the ground of the high-voltage system (hereinafter referred to as high voltage GND) including the assembled
組電池10は、第1のセルグループCGaの正極端子及び第2のセルグループCGbの負極端子の間を電気的に遮断状態又は導通状態とすることが可能なサービスプラグ12を備えている。サービスプラグ12は、組電池10に対して手動で脱着可能に設けられ、メンテナンス時において作業を安全に行うこと等を目的として備えられる。ちなみに、本実施形態において、サービスプラグ12が組電池10に装着された状態における第4,第5の電気経路L4,L5が、組電池10に電流が流れる場合に同電位になると想定される一対の電気経路に相当する。また、本実施形態において、第8,第9の電気経路L8,L9も、組電池10に電流が流れる場合に同電位になると想定される一対の電気経路に相当する。
The assembled
電池監視装置20は、本実施形態にかかる特徴的構成である受動素子としての低耐圧コンデンサ及びコモンコンデンサを備えている。詳しくは、第4の電気経路L4及び第5の電気経路L5の間は、第1の低耐圧コンデンサ50aによって接続され、第8の電気経路L8及び第9の電気経路L9の間は、第2の低耐圧コンデンサ50bによって接続されている。
The
第1の電気経路L1は、コモンコンデンサ52aを介して低圧GNDに接続され、第5の電気経路L5は、第2のコモンコンデンサ52bを介して低圧GNDに接続されている。また、第9の電気経路L9は、第3のコモンコンデンサ52cを介して低圧GNDに接続され、第12の電気経路L12は、第4のコモンコンデンサ52dを介して低圧GNDに接続されている。第1〜第4のコモンコンデンサ52a〜52dによれば、上記電気経路L1,L4,L5,L8,L9,L12にノイズが伝播することに起因した第1〜第3の監視回路30a〜30cの信頼性の低下を回避することができる。ここで、上記ノイズは、例えば、回路基板の配線パターン及び低圧GND間の浮遊容量を介して上記電気経路に伝播し得る。また、上記ノイズは、例えば、コネクタ22に物体が触れることによる静電気に起因して上記電気経路に伝播し得る。
The first electric path L1 is connected to the low voltage GND through the
第1,第2の低耐圧コンデンサ50a,50b及び第1〜第4のコモンコンデンサ52a〜52dによれば、耐ノイズ性及び静電気耐量を向上させることができる。なお、耐ノイズ性の向上により、例えば、第1〜第3の電源部34a〜34cにおける閾値電圧の設定精度を向上させることができる。
According to the first and second
第2の低耐圧コンデンサ50bの端子間電圧の許容上限値(以下、耐圧)は、非常に低い電圧に設定されている。この設定は、組電池10に電流が流れる場合において、組電池10のうち第6の電池セルC6の正極端子及び第7の電池セルC7の負極端子の間の電圧降下量が非常に小さいことに基づくものである。一方、サービスプラグ12を跨ぐ第1の低耐圧コンデンサ50aの耐圧は、第2の低耐圧コンデンサ50bの耐圧よりも高い電圧に設定されている。具体的には、第2の低耐圧コンデンサ50bの耐圧は、サービスプラグ12が組電池10から取り外された状態において、第4の電池セルC4の負極端子及び第3の電池セルC3の正極端子の電位差よりもやや高い電圧に設定されている。
The allowable upper limit value (hereinafter, withstand voltage) of the voltage between the terminals of the second low withstand
一方、第1〜第4のコモンコンデンサ52a〜52dの耐圧は、第1,第2の低耐圧コンデンサ50a,50bの耐圧よりも高い電圧に設定され、具体的には、組電池10の端子間電圧よりもやや高い電圧に設定されている。これは、高電圧システム及び低電圧システム間の絶縁性の低下による漏電に備えた設定である。詳しくは、例えば、第1の抵抗体14aがショートする場合、第2の抵抗体14bの端子間電圧が組電池10の端子間電圧となることから、第1のコモンコンデンサ52aに組電池10の端子間電圧が印加される。こうした事態に備えて、第1〜第4のコモンコンデンサ52a〜52dの耐圧を上記設定とした。
On the other hand, the breakdown voltage of the first to fourth
続いて、本実施形態にかかる電池監視装置の特徴を、図2に示す関連技術と比較して説明する。ここで、図2は、関連技術にかかる電池監視装置の電気回路図である。なお、図2では、先の図1との相違点を中心に説明する。また、図2において、先の図1の部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。 Next, the features of the battery monitoring device according to the present embodiment will be described in comparison with the related technology shown in FIG. Here, FIG. 2 is an electric circuit diagram of the battery monitoring apparatus according to the related art. In FIG. 2, the description will focus on the differences from FIG. In FIG. 2, the same members as those in FIG. 1 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、関連技術では、第1,第2の低耐圧コンデンサ50a,50bが備えられていない。そして、第1〜第3のセルグループCGa〜CGcのそれぞれの正極端子及び負極端子の全てにコモンコンデンサが接続されている。詳しくは、第4の電気経路L4は、第5のコモンコンデンサ52eによって低圧GNDに接続され、第8の電気経路L8は、第6のコモンコンデンサ52fによって低圧GNDに接続されている。
As shown in the figure, the related art does not include the first and second
図3に、関連技術にかかる回路基板60の平面図の一例を示す。
FIG. 3 shows an example of a plan view of a
図示されるように、回路基板60(例えばプリント基板)には、第1〜第3の監視回路30a〜30c、コネクタ22、第1〜第6のコモンコンデンサ52a〜52fが設けられている。詳しくは、回路基板60は、その板面の正面視において矩形形状をなしている。コネクタ22は、回路基板60の板面の正面視において、回路基板60の一辺に設けられている。第1〜第3の監視回路30a〜30cは、回路基板60の板面の正面視において、コネクタ22が設けられた回路基板60の一辺に沿って(より詳細には、上記回路基板60の一辺に平行な方向に)一列に並んだ状態で回路基板60に設けられている。
As illustrated, the circuit board 60 (for example, a printed circuit board) is provided with first to
回路基板60において、第1〜第3の監視回路30a〜30cのそれぞれ及びコネクタ22は、配線パターンとしての上記電気経路L1〜L12によって接続されている。詳しくは、回路基板60において、第1〜第4の電気経路L1〜L4は、第1の監視回路30a及びコネクタ22を接続し、互いに並走するように形成され、第5〜第8の電気経路L5〜L8は、第2の監視回路30b及びコネクタ22を接続し、互いに並走するように形成されている。また、第9〜第12の電気経路L9〜L12は、第3の監視回路30c及びコネクタ22を接続し、互いに並走するように形成されている。
In the
図3に示す構成によれば、第1の電気経路L1、第4の電気経路L4、第5の電気経路L5、第8の電気経路L8、第9の電気経路L9及び電気経路L12の一部を低圧GNDに近接させて回路基板60に形成させることができる。このため、第1〜第6のコモンコンデンサ52a〜52fを低圧GNDに接続するための配線パターンを短くできる。
According to the configuration shown in FIG. 3, a part of the first electrical path L1, the fourth electrical path L4, the fifth electrical path L5, the eighth electrical path L8, the ninth electrical path L9, and the electrical path L12. Can be formed on the
続いて、図4に、関連技術にかかる回路基板60の平面図の別例を示す。なお、図4において、先の図3に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
Next, FIG. 4 shows another example of a plan view of the
図示される例において、回路基板60の形状は、先の図4に示した細長形状ではなく、回路基板60の板面の正面視においてコネクタ22が設けられた回路基板60の一辺と直交する方向に延びた形状となっている。こうした形状は、例えば、電池監視装置20の搭載スペースの制約によって採用され得る。
In the illustrated example, the shape of the
こうした形状を採用する場合、第2,第3の監視回路30b,30cは、回路基板60において第1の監視回路30aよりもコネクタ22から離間した位置に設けられることとなる。第1〜第3の監視回路30a〜30cは、回路基板60の板面の正面視において、コネクタ22が設けられた回路基板60の一辺に沿って2列並んだ状態で回路基板60に設けられている。詳しくは、第1の監視回路30aは、1列目に設けられ、第2,第3の監視回路30b,30cは、2列目に設けられている。特に、第2の監視回路30bは、回路基板60において、第2の監視回路30b及びコネクタ22で第1の監視回路30aを挟む位置に設けられている。
When such a shape is adopted, the second and
こうした構成では、第5のコモンコンデンサ52eの一端が接続された第4の電気経路L4と、第2の監視回路30b及びコネクタ22を接続する第5の電気経路L5とが隣接して形成されることとなる。ここで、一対の電気経路間には、電位差に応じたギャップを設ける必要があることから、第5のコモンコンデンサ52eの一端が接続された第4の電気経路L4が、第5の電気経路L5の配置に影響を及ぼすこととなる。詳しくは、回路基板60において第1の監視回路30a及び第2の監視回路30bで挟まれた領域に形成された第4の電気経路L4と、第5の電気経路L5との間のギャップにより、回路基板60の面積の増大を招くこととなる。なお、回路基板60の面積の増大を回避すべく、配線パターンを細くする対策も考えられるが、細くするにも限度がある。このため、配線パターンを細くすることのみで対策できない場合には、回路基板60の面積の増大を招くこととなる。
In such a configuration, the fourth electrical path L4 to which one end of the fifth
そこで、本実施形態では、図5に示すように、第1,第2の低耐圧コンデンサ50a,50bを配置した。ここで、図5は、本実施形態にかかる電池監視装置20の回路基板60の平面図である。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, the first and second
図示されるように、回路基板60の板面の正面視において、第1,第2の低耐圧コンデンサ50a,50bは、第1〜第4のコモンコンデンサ52a〜52dよりもコネクタ22側に設けられている。より詳しくは、これら低耐圧コンデンサ50a,50bは、コネクタ22付近に設けられている。これら低耐圧コンデンサ50a,50bにより、先の図4に示した第5のコモンコンデンサ52e及び第6のコモンコンデンサ52fを削減することができる。そして、これにより、第5のコモンコンデンサ52eの一端が接続された第4の電気経路L4の一部を削減することができる。したがって、ギャップを設けることによる回路基板60の面積の増大を回避することができる。すなわち、回路基板60におけるアートワークの制約を緩和することができる。なお、図5には、低耐圧コンデンサの設置により、回路基板60の一辺の長さが「L1」から「L2」に短縮されることを示した。
As shown in the drawing, the first and second
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)サービスプラグ12を挟んで隣接する第4の電気経路L4及び第5の電気経路L5の間を第1の低耐圧コンデンサ50aによって接続した。また、第6の電池セルC6の正極端子に接続された第8の電気経路L8及び第7の電池セルC7の負極端子に接続された第9の電気経路L9の間を第2の低耐圧コンデンサ50bによって接続した。これにより、例えば、低圧GND及び第4の電気経路L4の間の浮遊容量を介して第4の電気経路L4に伝播したノイズを、第1の低耐圧コンデンサ50aを介して第5の電気経路L5に導き、第5の電気経路L5及び低圧GNDの間に形成された浮遊容量や第2のコモンコンデンサ52bを介してノイズを低圧GND側に逃がすことができる。したがって、第1〜第3の監視回路30a〜30cへのノイズの伝播を抑制することができ、電池監視装置20の信頼性の低下を好適に回避することができる。
(1) The fourth electric path L4 and the fifth electric path L5 adjacent to each other with the service plug 12 interposed therebetween are connected by the first low withstand voltage capacitor 50a. The second low withstand voltage capacitor is connected between the eighth electric path L8 connected to the positive terminal of the sixth battery cell C6 and the ninth electric path L9 connected to the negative terminal of the seventh battery cell C7. Connected by 50b. Thereby, for example, the noise propagated to the fourth electric path L4 via the stray capacitance between the low-voltage GND and the fourth electric path L4 is transferred to the fifth electric path L5 via the first low-voltage capacitor 50a. Thus, noise can be released to the low-voltage GND side via the stray capacitance formed between the fifth electric path L5 and the low-voltage GND and the second
特に、本実施形態では、第5の電気経路L5及び低圧GNDの間を第2のコモンコンデンサ52bによって接続し、また、第9の電気経路L9及び低圧GNDの間を第3のコモンコンデンサ52cによって接続したことが、ノイズ抑制効果を大きくすることに寄与している。
In particular, in the present embodiment, the fifth electric path L5 and the low voltage GND are connected by the second
また、本実施形態では、第4,第5の電気経路L4,L5間を第1の低耐圧コンデンサ50aによって接続し、第8,第9の電気経路L8,L9間を第2の低耐圧コンデンサ50bによって接続していることから、低耐圧コンデンサよりもコストが高いコモンコンデンサの設置数を削減することができる。これにより、電池監視装置20のコストを好適に削減することもできる。
In the present embodiment, the fourth and fifth electric paths L4 and L5 are connected by the first low-voltage capacitor 50a, and the eighth and ninth electric paths L8 and L9 are connected by the second low-voltage capacitor. Since the connection is made by 50b, it is possible to reduce the number of common capacitors that are more expensive than low-voltage capacitors. Thereby, the cost of the
さらに、本実施形態では、コモンコンデンサの設置数の削減により、回路基板60において隣接する電気経路間に設けられるギャップ面積の拡大を回避できる。このため、回路基板60におけるアートワークの制約を緩和することができる。
Furthermore, in this embodiment, the reduction in the number of common capacitors installed can avoid an increase in gap area provided between adjacent electrical paths in the
(2)回路基板60の板面の平面視において、コネクタ22が設けられた回路基板60の一辺が延びる方向とは直交する方向に第1〜第3の監視回路30a〜30cを2列並んだ状態で回路基板60に設けた。こうした設置手法を採用する場合、1列目の第1の監視回路30aに対応するコモンコンデンサに接続された第4の電気経路L4の存在により、第4の電気経路L4及び第5の電気経路L5間のギャップが拡大し、回路基板60の面積が増大しやすい。このため、監視回路が2列並んだ構成に対しては、コモンコンデンサの設置数を削減し、ギャップの拡大を回避できる本実施形態を適用するメリットが大きい。
(2) In a plan view of the plate surface of the
(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。
本実施形態では、回路基板への監視回路の配置手法を変更する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
In this embodiment, the arrangement method of the monitoring circuit on the circuit board is changed.
以下、本実施形態にかかる電池監視装置の特徴を、図6に示す関連技術と比較して説明する。ここで、図6は、関連技術にかかる回路基板の平面図である。なお、図6において、先の図5と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。 Hereinafter, the characteristics of the battery monitoring device according to the present embodiment will be described in comparison with the related technology shown in FIG. Here, FIG. 6 is a plan view of a circuit board according to the related art. In FIG. 6, the same members as those in FIG. 5 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、回路基板60に、第1〜第8の監視回路30a〜30hが設けられている。詳しくは、コネクタ22が設けられた回路基板60の一辺に平行な方向において、1列目に第1〜第4の監視回路30a〜30dが直線状に並んで設けられ、2列目に第5〜第8の監視回路30e〜30hが直線状に並んで設けられている。特に、2列目の第5〜第8の監視回路30e〜30hは、回路基板60において、これら監視回路30e〜30h及びコネクタ22で1列目の第1〜第4の監視回路30a〜30dを挟むように設けられている。
As illustrated, in the present embodiment, the
ここで、図6では、監視ブロックであるセルグループを構成する電池セルの数を2個とした。このため、本実施形態において、組電池10を構成する電池セルの数は16個となる。
Here, in FIG. 6, the number of battery cells constituting the cell group that is the monitoring block is two. For this reason, in this embodiment, the number of the battery cells which comprise the assembled
第1の監視回路30aは、第1〜第3の電気経路L1〜L3を介してコネクタ22と接続され、第2の監視回路30bは、第4〜第6の電気経路L4〜L6を介してコネクタ22と接続され、第3の監視回路30cは、第7〜第9の電気経路L7〜L9を介してコネクタ22と接続されている。また、第4の監視回路30dは、第10〜第12の電気経路L10〜L12を介してコネクタ22と接続され、第5の監視回路30eは、第13〜第15の電気経路L13〜L15を介してコネクタ22と接続され、第6の監視回路30fは、第16〜第18の電気経路L16〜L18を介してコネクタ22と接続されている。さらに、第7の監視回路30gは、第19〜第21の電気経路L19〜L21を介してコネクタ22と接続され、第8の監視回路30hは、第22〜第24の電気経路L22〜L24を介してコネクタ22と接続されている。
The
また、図6では、第1の監視回路30aに対応するコモンコンデンサを第1,第2のコモンコンデンサ56a,56bとし、第2の監視回路30bに対応するコモンコンデンサを第3,第4のコモンコンデンサ56c,56dとし、第3の監視回路30cに対応するコモンコンデンサを第5,第6のコモンコンデンサ56e,56fとしている。さらに、第4の監視回路30dに対応するコモンコンデンサを第7,第8のコモンコンデンサ56g,56hとし、第5の監視回路30eに対応するコモンコンデンサを第9,第10のコモンコンデンサ56i,56jとし、第6の監視回路30fに対応するコモンコンデンサを第11,第12のコモンコンデンサ56k,56lとする。加えて、第7の監視回路30gに対応するコモンコンデンサを第13,第14のコモンコンデンサ56m,56nとし、第8の監視回路30hに対応するコモンコンデンサを第15,第16のコモンコンデンサ56o,56pとする。
In FIG. 6, the common capacitors corresponding to the
上記構成では、回路基板60において第1〜第4の監視回路30a〜30d及び第5〜第8の監視回路30e〜30hで挟まれた領域に存在し、コモンコンデンサの一端に接続された電気経路が多い。これは、コネクタ22と2列目の監視回路30e〜30hとで挟まれた1列目の監視回路30a〜30dの数が、上記第1の実施形態よりも多いためである。これにより、ギャップ面積の拡大が上記第1の実施形態よりも顕著となり、その結果、回路基板60の面積の増大が顕著となる。
In the above configuration, an electric path that is present in a region sandwiched between the first to
そこで、本実施形態では、図7に示すように、第3,第4の電気経路L3,L4間を第1の低耐圧コンデンサ58aによって接続し、第6,第7の電気経路L6,L7間を第2の低耐圧コンデンサ58bによって接続した。また、第9,第10の電気経路L9,L10間を第3の低耐圧コンデンサ58cによって接続し、第12,第13の電気経路L12,L13間を第4の低耐圧コンデンサ58dによって接続した。さらに、第15,第16の電気経路L15,L16間を第5の低耐圧コンデンサ58eによって接続し、第18,第19の電気経路L18,L19間を第6の低耐圧コンデンサ58fによって接続し、第21,第22の電気経路L21,L22間を第7の低耐圧コンデンサ58gによって接続した。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the third and fourth electric paths L3 and L4 are connected by the first low-
これにより、第2のコモンコンデンサ56b、第4のコモンコンデンサ56d、第6のコモンコンデンサ56f、及び第8のコモンコンデンサ56hを削減することができる。したがって、これらコモンコンデンサの一端と接続される電気経路を削減することができ、ギャップ面積の拡大に起因した回路基板60の面積の拡大を回避できる。
As a result, the second
さらに、上記コモンコンデンサ56b,56d,56f,56hに加え、第10のコモンコンデンサ56j、第12のコモンコンデンサ56l、及び第14のコモンコンデンサ56nの削減により、電池監視装置20のコストを低減できる。
In addition to the
(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。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・コモンコンデンサの接続箇所としては、先の図1に示したものに限らない。例えば、コモンコンデンサを、第5,第9の電気経路L5,L9と低圧GNDとの間に代えて、第4,第8の電気経路L4,L8と低圧GNDとの間に接続してもよい。 -The connection location of the common capacitor is not limited to that shown in FIG. For example, a common capacitor may be connected between the fourth and eighth electric paths L4 and L8 and the low voltage GND instead of between the fifth and ninth electric paths L5 and L9 and the low voltage GND. .
・上記第1の実施形態において、第1,第2のコモンコンデンサ52a,52bを除去してもよい。この場合であっても、上述したように、例えば、低圧GND及び第4の電気経路L4の間の浮遊容量を介して第4の電気経路L4に伝播したノイズを、第1の低耐圧コンデンサ50aを介して第5の電気経路L5に導き、第5の電気経路L5及び低圧GNDの間に形成された浮遊容量を介してノイズを低圧GND側に逃がすことができる。このため、電池監視装置20の信頼性の低下を回避することはできる。
In the first embodiment, the first and second
・上記各実施形態において、第1〜第3のセルグループCGa〜CGcのそれぞれを構成する電池セルの数が相違していてもよい。この場合、監視ブロックとなる電池セルの数は、監視回路毎に相違することとなる。 -In each said embodiment, the number of the battery cells which comprise each of the 1st-3rd cell groups CGa-CGc may differ. In this case, the number of battery cells serving as monitoring blocks differs for each monitoring circuit.
・複数の電池セルの監視結果をマイコン40に伝達する構成としては、ディジチェーン接続を有する構成に限らない。例えば、第1〜第3の監視回路30a〜30cのそれぞれとマイコン40とを各別の絶縁素子(例えばフォトカプラ)によって接続することで、複数の電池セルのそれぞれの監視結果をマイコン40に各別に伝達する構成を採用してもよい。
The configuration for transmitting the monitoring results of a plurality of battery cells to the
・上記各実施形態において、回路基板において3列以上並んで監視回路が設けられていてもよい。 In each of the above embodiments, the monitoring circuit may be provided in three or more rows on the circuit board.
・「単位電池」としては、1個の電池セルに限らず、複数個の電池セルの直列接続体であってもよい。 The “unit battery” is not limited to one battery cell, and may be a series connection body of a plurality of battery cells.
・「電池セル」としては、リチウムイオン2次電池に限らず、例えばニッケル水素2次電池であってもよい。 The “battery cell” is not limited to a lithium ion secondary battery, and may be, for example, a nickel hydride secondary battery.
10…組電池、30a〜30c…第1〜第3の監視回路、50a,50b…第1,第2の低耐圧コンデンサ、C1〜C9…第1〜第9の電池セル、L1〜L12…第1〜第12の電気経路。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電池セルの1個、又は前記電池セルの複数個の直列接続体のいずれかを単位電池と定義し、
複数の前記単位電池のそれぞれの正極端子及び負極端子に接続された電気経路(L1〜L12;L1〜L24)と、
前記正極端子及び前記負極端子に接続された一対の前記電気経路を介して前記単位電池を監視する監視回路(30a〜30c;30a〜30h)と、
複数の前記電気経路のうち前記組電池に電流が流れる場合に同電位になると想定される一対の電気経路(L4,L5,L8,L9;L3,L4,L6,L7,L9,L10,L12,L13,L15,L16,L18,L19,L21,L22)の間を接続する低耐圧コンデンサ(50a,50b;58a〜58g)と、
を備えることを特徴とする電池監視装置。 Applied to a battery pack (10) that is a series connection of a plurality of battery cells (C1 to C9),
One of the battery cells or a plurality of series connected bodies of the battery cells is defined as a unit battery,
Electrical paths (L1 to L12; L1 to L24) connected to the positive and negative terminals of each of the plurality of unit cells;
A monitoring circuit (30a to 30c; 30a to 30h) for monitoring the unit cell via a pair of the electrical paths connected to the positive terminal and the negative terminal;
A pair of electrical paths (L4, L5, L8, L9; L3, L4, L6, L7, L9, L10, L12, which are assumed to have the same potential when a current flows through the assembled battery among the plurality of electrical paths. L13, L15, L16, L18, L19, L21, L22) and low voltage capacitors (50a, 50b; 58a-58g),
A battery monitoring device comprising:
複数の前記セルグループのそれぞれにおいて、前記単位電池の正極端子に接続された前記電気経路、及び前記正極端子に隣接する前記単位電池の負極端子に接続された前記電気経路は共通化され、
前記同電位になると想定される一対の電気経路とは、隣接する前記セルグループのうち低電位側のセルグループ(CGb)の正極端子に接続された前記電気経路(L8)、及び高電位側のセルグループ(CGc)の負極端子に接続された前記電気経路(L9)を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の電池監視装置。 The assembled battery is formed by serially connecting a plurality of cell groups (CGa to CGc) that are serially connected bodies of the plurality of battery cells,
In each of the plurality of cell groups, the electrical path connected to the positive terminal of the unit battery, and the electrical path connected to the negative terminal of the unit battery adjacent to the positive terminal are shared,
The pair of electrical paths assumed to be the same potential are the electrical path (L8) connected to the positive terminal of the cell group (CGb) on the low potential side of the adjacent cell groups, and the high potential side 3. The battery monitoring device according to claim 1, comprising the electric path (L <b> 9) connected to a negative electrode terminal of the cell group (CGc).
前記組電池は、複数の前記セルグループのうち隣接する一部の前記セルグループ(CGa,CGb)の間に脱着可能に設けられ、これらセルグループの間を電気的に遮断状態又は導通状態とするサービスプラグ(12)を更に備え、
前記同電位になると想定される一対の電気経路とは、前記サービスプラグを挟んで隣接する前記セルグループのうち低電位側のセルグループ(CGa)の正極端子に接続された前記電気経路(L4)、及び高電位側のセルグループ(CGb)の負極端子に接続された前記電気経路(L5)を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池監視装置。 The assembled battery is formed by serially connecting a plurality of cell groups (CGa to CGc) that are serially connected bodies of the plurality of battery cells,
The assembled battery is detachably provided between a part of the cell groups (CGa, CGb) adjacent to each other among the plurality of cell groups, and the cell groups are electrically disconnected or conductive. A service plug (12);
The pair of electrical paths assumed to be the same potential is the electrical path (L4) connected to the positive terminal of the low potential side cell group (CGa) among the cell groups adjacent to each other across the service plug. And the electric path (L5) connected to the negative electrode terminal of the cell group (CGb) on the high potential side.
前記同電位になると想定される一対の電気経路のうち一方及びグラウンドの間を接続し、端子間電圧の許容上限値が前記低耐圧コンデンサよりも高いコモンコンデンサ(52b,52c;56c,56e,56g,56i,56k,56m,56o)と、
複数の前記監視回路、前記低耐圧コンデンサ及び前記コモンコンデンサが設けられた回路基板(60)と、
前記監視回路及び前記組電池を接続するために前記回路基板に設けられたコネクタ(22)と、
を更に備え、
前記電気経路は、前記監視回路を前記コネクタを介して前記組電池に接続するために前記回路基板に形成された配線パターンであり、
複数の前記監視回路は、前記回路基板の板面の正面視において、前記回路基板の一辺に沿って前記回路基板に複数列設けられていることを特徴とする請求項3又は4記載の電池監視装置。 The monitoring circuit is provided corresponding to each of the plurality of cell groups,
A common capacitor (52b, 52c; 56c, 56e, 56g) is connected between one of the pair of electrical paths assumed to have the same potential and the ground, and the allowable upper limit value of the inter-terminal voltage is higher than that of the low breakdown voltage capacitor. , 56i, 56k, 56m, 56o),
A circuit board (60) provided with a plurality of the monitoring circuits, the low withstand voltage capacitor and the common capacitor;
A connector (22) provided on the circuit board for connecting the monitoring circuit and the assembled battery;
Further comprising
The electrical path is a wiring pattern formed on the circuit board to connect the monitoring circuit to the assembled battery via the connector,
5. The battery monitoring according to claim 3, wherein the plurality of monitoring circuits are provided in a plurality of rows on the circuit board along one side of the circuit board in a front view of the plate surface of the circuit board. apparatus.
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