JP2015079585A - バッテリ監視装置、及び、バッテリ監視装置を備える電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】メイン基板とサテライト基板とにより構成される電源監視装置において、監視対象であるバッテリのセル数が変更されたとしてもメイン基板に設計変更が生じることのないバッテリ監視装置を提供する。【解決手段】複数のセル33により構成されるバッテリ30の監視を行うバッテリ監視装置であって、メイン基板10と、メイン基板10に実装された供給電源12と、複数のサテライト基板20と、複数のサテライト基板20にそれぞれ実装され、所定数のセル33を監視する監視IC21と、複数のサテライト基板20にそれぞれ実装され、入力される電圧を変圧して監視IC21に供給する絶縁電源22と、供給電源12と絶縁電源22とを接続する配線13、24、25と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図1
Description
本発明は、複数のセルにより構成されるバッテリの監視を行う監視ICを備えるバッテリ監視装置に関する。
従来、複数のセルにより構成されるバッテリの各セルの容量を監視ICにより監視し、各セルの容量を調整するものがある(特許文献1参照)。特許文献1に記載の制御装置では、バッテリから監視ICへ電力を供給している。監視ICが監視可能なセル数は上限が定められているため、バッテリのセル数に応じて監視ICの数は変更される。
一方、図4に示すように、制御マイコン11、内部電源12、及び、絶縁電源14が実装されたメイン基板10と、複数のセル33により構成される第1バッテリ30を監視する監視IC21が実装されたサテライト基板20とによりバッテリ監視装置を構成したものもある。
図4に示すバッテリ監視装置では、監視IC21を駆動するための電力は第2バッテリ40から供給される。第2バッテリ40から入力された電力は絶縁電源14により昇圧又は降圧され、各サテライト基板20に実装された監視IC21へ入力される。
図4に示すバッテリ監視装置では、第1バッテリ30のセル数に変更が生じた場合、監視IC21の数の変更がなされるため、メイン基板10に設ける絶縁電源14を監視IC21の数に対応するものへと変更する必要が生じる。すなわち、監視対象であるバッテリのセル数に応じて、メイン基板10の設計変更が必要となる。
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、その主たる目的は、メイン基板とサテライト基板とにより構成される電源監視装置において、監視対象であるバッテリのセル数が変更されたとしてもメイン基板に設計変更が生じることのないバッテリ監視装置を提供することにある。
本発明は、複数のセルにより構成されるバッテリの監視を行うバッテリ監視装置であって、メイン基板と、メイン基板に実装された供給電源と、複数のサテライト基板と、複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、所定数のセルを監視する監視ICと、複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、入力される電圧を変圧して監視ICに供給する絶縁電源と、供給電源と絶縁電源とを接続する配線と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、バッテリのセル数が変更されることによって監視ICを実装するサテライト基板の数を変更する必要が生じたとしても、メイン基板に絶縁電源が実装されていないため、メイン基板の設計を変更する必要が生じることがなく、開発コストを低減することができる。
本実施形態に係るバッテリ監視装置は、複数のセルからなり、開放電圧が数百Vの第1バッテリであるリチウムイオンバッテリと、開放電圧が12V程度の第2バッテリである鉛バッテリとを備えるHV車に搭載され、リチウムイオンバッテリの各セルの電圧を監視するバッテリ監視装置である。リチウムイオンバッテリ及び鉛バッテリは、HV車に搭載された発電装置により充電が行われる。
図1は、本実施形態に係るバッテリ監視装置の回路ブロック図である。
バッテリ監視装置は、ひとつのメイン基板10と、複数のサテライト基板20とにより構成される。
メイン基板10には、制御マイコン11及び内部電源12が実装され、第2バッテリ40が電力を供給可能に接続されている。制御マイコン11は、図示しない上位ECUからの制御信号を受信し、内部電源12を駆動する。内部電源12は、第2バッテリ40から入力される電力に対して整流等を行い、出力する構造となっており、供給電源として機能する。
サテライト基板20には、監視IC21、絶縁電源22、接続部23、及び、入力用配線24が実装される。絶縁電源22は、入力部である一次コイルと出力部である二次コイルとを備えるトランスである。絶縁電源22は、メイン基板10の内部電源12から入力された電力を所定電圧まで昇圧し、監視IC21へ供給する。
監視IC21には、第1バッテリ30の電圧値が入力される。第1バッテリ30は、直列接続された複数のスタック31からなり、各スタック31は、直列接続された複数の組電池32を備えている。そして、各組電池32は、直列接続された複数のセル33により構成されている。
サテライト基板20に実装される監視IC21は、ひとつの組電池32の各セル33の電圧を監視する。各サテライト基板20には、ひとつの監視IC21が実装されるため、サテライト基板20の数と組電池32の数は同数である。
次に、メイン基板10と、サテライト基板20との接続について説明する。内部電源12には接続配線13の一端が接続され、接続配線13の他端は接続部23に接続される。接続配線13が接続される接続部23を備えるサテライト基板20は、複数のサテライト基板20のうち、ひとつのみである。絶縁電源22と接続部23とは入力用配線24により接続されているため、内部電源12から出力された電力は、接続配線13、接続部23、及び、入力用配線24を介して絶縁電源22に入力される。一方、接続部23には連結配線25も接続される。連結配線25は、他のサテライト基板20の接続部23に接続される。こうすることにより、メイン基板10とサテライト基板20とは、1系統の接続配線13により接続されることとなる。
ここで、仮に、図4に示す従来例の構成をとった場合、配線15の電位は高電位となり、取扱者の安全を確保するために、高圧配線用の安全規格を満たす必要が生ずる。しかしながら、本実施形態では、接続配線13、入力用配線24、及び、連結配線25は、内部電源12から出力された電力をサテライト基板20に設けた絶縁電源22に入力するために用いられるため、接続配線13、入力用配線24、及び、連結配線25の電位は、監視IC21の電位と比較して低電位となる。
次に、本実施形態に係るバッテリ監視装置の動作について説明する。
まず、車両に設けられたイグニッションスイッチがONとなると、上位ECUから制御マイコン11へ内部電源12の起動信号が送信される。制御マイコン11は、起動信号を受信すると、内部電源12からサテライト基板20への電力の供給が、接続配線13を介して行われる。上述したとおり、各サテライト基板20は連結配線25により連結されているため、電力の供給は、すべてのサテライト基板20に対して同時に行われる。
サテライト基板20に入力された電力は、絶縁電源22により昇圧され、監視IC21へ供給される。これにより、監視IC21が起動する。監視IC21は、起動した後、第1バッテリ30の各セル33の電圧値を用いて自己診断動作等を行う。自己診断動作では入力された各セル33の電圧に基づき、各セル33の内部抵抗及び容量を算出する。また、所定時間での各セル33の電圧の降下量を算出することにより、各セル33の劣化状態を判定する。そして、算出された内部抵抗値、容量、及び、判定された劣化状態を監視IC21が備えるメモリに記録する。
メモリに記録された各セル33の内部抵抗値、容量、及び、劣化状態は、上位ECUへと送信される。上位ECUは受信した各セル33の内部抵抗値、容量、及び、劣化状態に基づいて、充電装置の制御を行う。いずれかのセル33の容量が所定の第1閾値を下回っていた場合には過放電状態であると判定し、充電装置の電圧を調節することにより、セル33の充電を行う。一方、いずれかのセル33の容量が第1閾値より大きい値である第2閾値を上回っていた場合には過充電状態であると判定し、充電装置の電圧を調節することにより、セル33の放電を行う。
一方、イグニッションスイッチがOFFとなると、上位ECUから制御マイコン11へ供給停止信号が送信される。制御マイコン11は、供給停止信号を受信すると、内部電源12からの電力の出力を停止する。内部電源12からの電力の出力が停止されることにより、監視IC21への電力の供給が停止されるため、監視IC21は動作を停止し、第1バッテリ30の電圧の監視を終了する。
図2は、バッテリ監視装置と第1バッテリ30とからなる電源装置の構造を示す図である。
第1バッテリ30の各スタック31は、所定数の組電池32が直列に配置されて1つのスタック31を構成し、ケース35に収容されている。
サテライト基板20は、監視IC21が監視対象としている組電池32が収容されるケース35の上部に設置される。一方、メイン基板10は、第1バッテリ30に隣接するように配置してもよいし、第1バッテリ30と離れた場所に配置してもよい。また、ケース35にスペースを設け、設けられたスペースにメイン基板10を収容する構造としてもよい。
上記構成により、本実施形態に係るバッテリ監視装置及び電源装置は以下の効果を奏する。
・バッテリのセル数が変更されることによって監視IC21を実装するサテライト基板20の数を変更する必要が生じたとしても、メイン基板10に絶縁電源22が実装されていないため、メイン基板10の設計を変更する必要が生じることがなく、開発コストを低減することができる。
・内部電源12と絶縁電源22とを接続する接続配線13は低圧の配線であるため、簡易な構造で取扱者の安全を確保することができる。
・メイン基板10に設けられた制御マイコン11から各絶縁電源22へ停止信号を送信する必要がないため、メイン基板10とサテライト基板20との接続構造を簡略化することができる。
・サテライト基板20に分岐用の接続部23を設け、メイン基板10とサテライト基板20とを接続する接続配線13を1系統のみとし、他のサテライト基板20は、接続部23に接続された連結配線25と接続する構成としたため、第1バッテリ30のセル33の数の変更に伴い、サテライト基板20の数を変更する必要が生じたとしても、メイン基板10とサテライト基板20との配線を変更する必要が生じない。
・一般的に、バッテリを収容するケースの上部にはスペースが設けられることが多い。このスペースにサテライト基板20を設置することで、サテライト基板20を設置するスペースを別に設ける必要がなく、電源装置を搭載する対象の設計上の制約を低減することができる。
<変形例>
・上記実施形態では、サテライト基板20に接続部23を設け、接続部23を介して連結配線25によりサテライト基板20どうしを接続する構成としたが、図3に示すように、接続配線13をサテライト基板20の外部で分岐させてもよい。すなわち、サテライト基板20に接続部を設けず、接続配線13に分岐部26を設け、メイン基板10と各サテライト基板20とを接続する構成としてもよい。
・上記実施形態では、サテライト基板20に接続部23を設け、接続部23を介して連結配線25によりサテライト基板20どうしを接続する構成としたが、図3に示すように、接続配線13をサテライト基板20の外部で分岐させてもよい。すなわち、サテライト基板20に接続部を設けず、接続配線13に分岐部26を設け、メイン基板10と各サテライト基板20とを接続する構成としてもよい。
上記構成とした場合、接続配線13はサテライト基板20の数により変更されることとなるが、上記実施形態と同様に、メイン基板10の構成に変更を加える必要性が生じることはない。したがって、サテライト基板20の数が変更された場合には、接続配線13の設計変更のみで対応できるため、メイン基板10の設計変更が必要となる従来例と比較して、設計コストを低減することができる。
・上記実施形態では、制御マイコン11から内部電源12へ起動信号及び供給停止信号を送信するものとしたが、制御マイコン11を介さず、上位ECU等から直接内部電源12へ起動信号及び供給停止信号を送信することもできる。また、メイン基板10に設けられた制御マイコン11や上位ECU等から、各絶縁電源22へ起動信号及び停止信号を送信して、絶縁電源22の起動及び停止の制御を行う構成を採用することもできる。
・上記実施形態では、ひとつの監視IC21がひとつの組電池32の監視を行うものとしたが、ひとつの監視IC21が複数の組電池32の監視を行うものとしてもよく、ひとつの監視IC21がひとつのスタック31の監視を行うものとしてもよい。すなわち、監視IC21の性能によって監視可能なセル33の数の上限が決定されるため、ひとつの組電池32を構成するセル33の数、及び、ひとつのスタック31を構成するセル33の数等により、監視IC21の監視対象となるスタック31や組電池32を決定すればよい。
・上記実施形態では、複数のセル33からなる第1バッテリ30をリチウムイオンバッテリとし、第2バッテリ40を鉛バッテリとしたが、第1バッテリ30及び第2バッテリ40はこれらのバッテリには限られない。すなわち、第1バッテリ30は、複数のセル33からなるバッテリであればよく、第2バッテリ40は、第1バッテリ30より開放電圧の低いバッテリであればよい。
・上記実施形態では、第1バッテリ30を第2バッテリ40より高圧のバッテリとしたが、第2バッテリ40を第1バッテリ30より高圧のバッテリとしてもよい。この場合には、絶縁電源22は入力される電圧を降圧し、監視IC21へ入力する構成となる。
・サテライト基板20を設置する場所は、ケース35の上部に限らず、サテライト基板20の寸法に応じて、サテライト基板20を設置する場所を適宜変更してもよい。サテライト基板20を、ケース35の側部や、ケース35から離れた場所に設置してもよい。また、ケース内にサテライト基板20を収容するスペースを設けてもよい。
10…メイン基板、12…内部電源、13…接続配線、20…サテライト基板、21…監視IC、22…絶縁電源、24…入力用配線、25…連結配線、30…第1バッテリ、33…セル。
Claims (5)
- 複数のセル(33)により構成されるバッテリ(30)の監視を行うバッテリ監視装置であって、
メイン基板(10)と、
前記メイン基板に実装された供給電源(12)と、
複数のサテライト基板(20)と、
前記複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、所定数の前記セルを監視する監視IC(21)と、
前記複数のサテライト基板にそれぞれ実装され、入力される電圧を変圧して前記監視ICに供給する絶縁電源(22)と、
前記供給電源と前記絶縁電源とを接続する配線(13、24、25)と、
を備えることを特徴とするバッテリ監視装置。 - 前記バッテリの電圧は、前記供給電源の出力電圧より高圧であり、
前記絶縁電源は、入力される電圧を昇圧して前記監視ICに供給することを特徴とする請求項1に記載のバッテリ監視装置。 - 前記供給電源へ供給停止信号を送信することにより、前記供給電源から前記絶縁電源への電力の供給を停止することを特徴とする請求項1又は2に記載のバッテリ監視装置。
- 前記サテライト基板は、それぞれ接続部(23)を備え、
前記配線は、前記供給電源と、複数の前記サテライト基板のいずれかひとつの前記サテライト基板が備える前記接続部とを接続する接続配線(13)と、前記接続部同士を連結する連結配線(25)とを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のバッテリ監視装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のバッテリ監視装置と、前記バッテリとを備える電源装置であって、
前記サテライト基板は、それぞれ、前記サテライト基板に実装される前記監視ICが監視対象とした前記セルを収容するケース(35)の上部に設置されることを特徴とする電源装置。
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