JP2015081845A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池間のワイヤに発生したノイズが監視回路へ混入することを抑制して、監視回路の誤動作を抑制できる電池監視装置を提供する。
【解決手段】複数の電池セル１５が直列に接続されたスタック１１，１２がスタック間ワイヤ１７により直列に接続されて構成された電池１０の状態を監視する電池ＥＵＣ５０であって、隣接する電池セル１５のセル間又はスタック１１，１２の端部に接続される接続線３６を複数有し、所定のスタックに含まれる電池セル１５の電圧を検出する監視ＩＣ２１，２２と、監視回路２１，２２が有する接続線３６のうち第１接続線３６ａ及び第２接続線３６ｂに、両端がそれぞれ接続されたコンデンサ３３と、を備える。第１接続線３６ａ及び第２接続線３６ｂは、少なくとも１つのスタック間ワイヤ１７を跨いでセル間又はスタック１１，１２の端部に接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の組電池から構成された電池の状態を監視する電池監視装置に関する。

近年、複数の電池セルを含む組電池が直列に接続された高圧の電池が用いられている。このような電池に含まれる各電池セルの保護を図るために、各電池セルのセル電圧を監視する電池電圧監視装置が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の電池電圧監視装置では、各電池セルの正極及び負極にそれぞれ対応する一対の検出端子が電池セルごとに設けられており、電池セルごとに設けられた一対の検出端子に印可されるセル電圧を検出している。上記電池電圧監視装置では、監視回路へのノイズ混入を抑制するため、各電池セルの正極端子及び負極端子のそれぞれと、電池セルごとに設けられた一対の検出端子との間に、ＲＣフィルタ回路が設けられている。

特開２０１２−１５９４０６号公報

上述したような高圧の電池からインバータへ電流を流す場合に、組電池と組電池とを接続するワイヤのインダクタンスが大きいと、インバータのスイッチングに伴うサージ電流により、ワイヤに起電力が生じる。しかしながら、特許文献１が備えるＲＣフィルタ回路では、組電池間のワイヤに発生する起電力が、組電池間のワイヤに接続される監視回路へ伝達することを抑制できない。そのため、監視回路の電源ラインやグランドラインにノイズが混入し、監視回路が誤作動するおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、組電池間のワイヤに発生したノイズが監視回路へ混入することを抑制して、監視回路の誤動作を抑制できる電池監視装置を提供することを主たる目的とする。

上記課題を解決するため、本願発明は、複数の電池セルが直列に接続された組電池が組電池間ワイヤにより複数直列に接続されて構成された電池の状態を監視する電池監視装置であって、隣接する前記電池セルのセル間又は前記組電池の端部に接続される接続線を複数有し、所定の組電池に含まれる電池セルの電圧を検出する監視回路と、複数の前記監視回路が有する前記接続線のうち第１接続線及び第２接続線に、両端がそれぞれ接続されたコンデンサと、を備え、前記第１接続線及び前記第２接続線は、少なくとも１つの前記組電池間ワイヤを跨いで前記セル間又は前記端部に接続される。

本願発明によれば、少なくとも１つの組電池間ワイヤを跨いでセル間に接続される第１接続線と第２接続線との間に、コンデンサが接続されている。これにより、サージ電流により第１接続線と第２接続線との間の組電池間ワイヤに発生する起電力が、コンデンサに吸収される。したがって、組電池間ワイヤに発生したノイズが監視回路へ混入することを抑制して、監視回路の誤動作を抑制できる。

第１実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図。 第２実施形態に係る電池監視装置の構成を示す図。 従来の電池監視装置の構成を示す図。

まず、図３を参照して、主機電池の状態を監視する従来の電池ＥＣＵ１５０（電池監視装置）について説明する。電池ＥＣＵ１５０は、各電池セル１５の電圧を検出する監視ＩＣ１２１，１２２と、スタック１１，１２との間に、それぞれノイズ除去用のＲＣフィルタ回路１３４を備えている。

主機電池１０（電池）は、複数のスタック１１，１２（組電池）が、スタック間ワイヤ１７（組電池間ワイヤ）により直列に接続されて構成されている。スタック１１，１２は、複数の電池セル１５が直列に接続されて構成されている。主機電池１０は、図示しないインバータに接続され、インバータを介してモータ等へ電力を供給する。

ここで、主機電池１０からインバータへ電流が流れる際に、スタック間ワイヤ１７のインダクタンスが大きいと、インバータのスイッチングに伴うサージ電流により、スタック間ワイヤ１７に起電力が生じる。

本発明者は、スタック間ワイヤ１７に発生した起電力が、電池ＥＣＵ１５０が備えるＲＣフィルタ回路１３４では除去できないために、監視ＩＣ１２１，１２２のグランドラインや電源ラインにノイズが混入し、監視ＩＣ１２１，１２２が誤動作するおそれがあることに着目した。さらに、監視ＩＣ１２１，１２２がデイジーチェーン接続(実線の矢印)されている場合には、監視ＩＣ１２２のグランドラインに重畳したノイズが、破線の矢印で示すように、デイジーチェーン通信により監視ＩＣ１２１のグランドラインへ伝達される。本発明者は、監視ＩＣ１２１，１２２がデイジーチェーン接続されている場合には、スタック間ワイヤ１７に発生するノイズにより、監視ＩＣ１２１，１２２のグランドが変動して、ビット化け等の通信異常が発生するおそれがあることにも着目した。

以下、スタック間ワイヤ１７に発生したノイズが監視ＩＣへ混入することを抑制して、監視ＩＣの誤動作を抑制できる電池監視装置を具現化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。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、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、主機電池１０に含まれる各電池セル１５の電圧を検出する電池ＥＣＵ５０（電池監視装置）の構成について説明する。電池ＥＣＵ５０は、複数の監視ＩＣ２１，２２（監視回路）、ＲＣフィルタ回路３４、保護回路３５、及びマイコン４０を備える。

マイコン４０は、監視ＩＣ２１，２２へ制御指令を送信するとともに、監視ＩＣ２１，２２により検出された各電池セル１５の電圧を、監視ＩＣ２１，２２から受信する。マイコン４０と監視ＩＣ２１（第１監視回路）、監視ＩＣ２１と監視ＩＣ２２（第２監視回路）は、デイジーチェーン接続されている。マイコン４０から、監視ＩＣ２１，２２へ、デイジーチェーン通信により制御指令が送信され、監視ＩＣ２１，２２からマイコン４０へデイジーチェーン通信により検出された各電池セル１５の電圧が送信される。

監視ＩＣ２１，２２は、グランド端子３１、電源端子３２、隣接する電池セル１５間又はスタック１１，１２の端部に接続される複数の接続線３６、図示しないマルチプレクサ回路及びフライングキャパシタ回路を備え、所定のスタックに含まれる電池セル１５の電圧を検出する。本実施形態では、監視ＩＣ２１は、スタック１１に含まれる電池セル１５群の各電圧を検出し、監視ＩＣ２２は、スタック１２に含まれる電池セル１５群の各電圧を検出する。

監視ＩＣ２１，２２がそれぞれ備える接続線３６のうちの両端２本は、グランド端子３１及び電源端子３２にそれぞれ接続されている。監視ＩＣ２１の電源端子３２に接続された接続線３６、及び監視ＩＣ２２のグランド端子３１に接続された接続線３６は、スタック間ワイヤ１７の両端にそれぞれ接続される。また、監視ＩＣ２１のグランド端子３１に接続された接続線３６、及び監視ＩＣ２２の電源端子３２に接続された接続線３６は、スタック１１及びスタック１２の端部にそれぞれ接続される。

監視ＩＣ２１，２２が備える接続線３６のうち、スタック間ワイヤ１７の両端に接続される接続線３６以外の接続線３６は、監視ＩＣ２１，２２が備えるマルチプレクサ回路に接続されている。マルチプレクサ回路は、スタック間ワイヤ１７の両端に接続される接続線３６以外の接続線３６のそれぞれと、フライングキャパシタ回路が備えるフライングキャパシタの両端のいずれかと、を接続及び遮断するスイッチから構成されている。マルチプレクサ回路のスイッチを操作して、各電池セル１５の両端に接続される接続線３６と、フライングキャパシタの両端とを順次接続すると、フライングキャパシタ回路により、各電池セル１５の電圧が順次検出される。

なお、主機電池１０は、３つ以上のスタックから構成されていてもよい。また、電池ＥＣＵ５０は、３つ以上の監視ＩＣを備えていてもよい。さらに、１つのスタックに対して１つの監視ＩＣが対応していなくてもよい。例えば、１つの監視ＩＣが２つのスタックに含まれる電池セル１５群の各電圧を検出してもよい。

ＲＣフィルタ回路３４は、抵抗３４ａとコンデンサ３４ｂ（フィルタ用コンデンサ）とを備え、各接続線３６とグランド端子３１に接続された接続線との間にそれぞれ接続されている。詳しくは、抵抗３４ａは、グランド端子３１に接続された接続線３６を除く接続線３６に接続されている。また、コンデンサ３４ｂは、グランド端子３１に接続された接続線３６とそれ以外の各接続線３６とに、両端がそれぞれ接続されている。コンデンサ３４ｂの一端は、ＲＣフィルタ回路３４の抵抗３４ａよりも監視ＩＣ２１，２２側に接続されている。ＲＣフィルタ回路３４により、フライングキャパシタ回路に印可される各電池セル１５の電圧が安定する。

保護回路３５は、ツェナーダイオードから構成され、隣接する接続線３６間に接続されている。よって、各接続線３６が各セル間又はスタック１１，１２の端部に接続されると、電池セル１５とツェナーダイオードとは、逆並列に接続される。そのため、電池セル１５の電圧が所定値まで高くなると、ツェナーダイオードに電流が流れて、接続線３６間の電圧が所定値以下に維持される。よって、電池セル１５の電圧が所定値よりも高くなった場合でも、監視ＩＣ２１，２２に過電圧がかかることがなく、監視ＩＣ２１，２２が保護される。

コンデンサ３３は、スタック間ワイヤ１７に発生するノイズを除去するためのコンデンサである。コンデンサ３３は、監視ＩＣ２１，２２が備える接続線３６のうち接続線３６ａ（第１接続線）及び接続線３６ｂ（第２接続線）に、両端がそれぞれ接続されている。接続線３６ａは、監視ＩＣ２１が備える接続線３６に含まれるとともに、接続線３６ｂは、監視ＩＣ２２が備える接続線に含まれ、接続線３６ａ及び接続線３６ｂは、スタック間ワイヤ１７を跨いでそれぞれセル間に接続される。また、コンデンサ３３の両端は、ＲＣフィルタ回路３４の抵抗３４ａよりも電池セル１５側に接続されている。

ＲＣフィルタ回路３４が備えるコンデンサ３４ｂの両端は、スタック間ワイヤ１７を跨ぐように、接続線３６を介してセル間又はスタック１１，１２の端部にそれぞれ接続されることはない。これに対して、コンデンサ３３の両端は、スタック間ワイヤ１７を跨ぐように、接続線３６ａ及び接続線３６ｂを介して、スタック１１のセル間及びスタック１２のセル間にそれぞれ接続される。そのため、破線の矢印で示すように、スタック間ワイヤ１７に発生するノイズは、接続線３６ｂを介してコンデンサ３３へ伝達する。よって、スタック間ワイヤ１７に発生するノイズは、監視ＩＣ２１，２２へ伝達しない。

なお、接続線３６ａは、監視ＩＣ２１が備える接続線３６のどれでもよい。また、接続線３６ｂは、監視ＩＣ２２が備える接続線のどれでもよい。さらに、監視ＩＣ２１，２２が複数のスタックを監視している場合、接続線３６ａ及び接続線３６ｂは、２つ以上のスタック間ワイヤ１７を跨ぐように、セル間又はスタックの端部に接続されてもよい。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

・少なくとも１つのスタック間ワイヤ１７を跨いでセル間に接続される接続線３６ａと接続線３６ｂとの間に、コンデンサ３３が接続されている。これにより、サージ電流に伴い接続線３６ａと接続線３６ｂとの間のスタック間ワイヤ１７に発生する起電力が、コンデンサ３３に吸収される。したがって、スタック間ワイヤ１７に発生したノイズが監視ＩＣ２１，２２へ混入することを抑制して、監視ＩＣ２１，２２の誤動作を抑制できる。

・監視ＩＣ２１の電源端子３２に接続された接続線３６、スタック間ワイヤ１７、及び監視ＩＣ２２のグランド端子３１に接続された接続線３６を跨いで、コンデンサ３３が接続線３６ａ及び接続線３６ｂに接続されている。よって、スタック間ワイヤ１７に発生するノイズが、監視ＩＣ２１の電源端子３２及び監視ＩＣ２２のグランド端子３１に重畳することを抑制できる。ひいては、監視ＩＣ２１及び監視ＩＣ２２の誤動作を抑制できる。

・スタック間ワイヤ１７に発生するノイズをコンデンサ３３に吸収させることにより、デイジーチェーン通信の異常発生を防止することができる。

・コンデンサ３３の両端は、ＲＣフィルタ回路３４の抵抗３４ａよりも電池セル１５側に接続されているため、スタック間ワイヤ１７に発生したノイズが抵抗３４ａへ流れるよりも先にコンデンサ３３へ吸収される。したがって、コンデンサ３３により、スタック間ワイヤ１７に発生したノイズが監視ＩＣ２１，２２へ混入することを、効果的に抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図２を参照して、第２実施形態に係る電池監視装置の構成について、第１実施形態と異なる点について説明する。本実施形態では、コンデンサ３３の両端を接続する接続線が、第１実施形態と異なる。本実施形態では、主機電池１０は３つのスタック１１，１２，１３を備える。また、電池ＥＣＵ５０は３つの監視ＩＣ２１，２２，２３、及び２つのコンデンサ３３ａ，ｂを備える。図では、スタック１３及び監視ＩＣ２３は省略して示しているが、スタック１１，１２及び監視ＩＣ２１，２２と同様である。

コンデンサ３３ａは、監視ＩＣ２１（第１監視回路）のグランド端子３１に接続された接続線３６ａ（第１接続線）、及び監視ＩＣ２２（第２監視回路）のグランド端子３１に接続された接続線３６ｂ（第２接続線）に、両端がそれぞれ接続されている。接続線３６ａ及び接続線３６ｂは、スタック１１とスタック１２との間のスタック間ワイヤ１７ａを跨いで、スタック１１の端部及びスタック間ワイヤ１７ａのスタック１２側の端部にそれぞれ接続される。そのため、破線の矢印で示すように、スタック間ワイヤ１７ａに発生するノイズは、接続線３６ｂを介してコンデンサ３３ａに伝達される。よって、スタック間ワイヤ１７ａに発生するノイズは、監視ＩＣ２１，２２へ伝達しない。

また、コンデンサ３３ｂは、監視ＩＣ２２（第１監視回路）のグランド端子３１に接続された接続線３６ｂ（第１接続線）、及び監視ＩＣ２３（第２監視回路）のグランド端子３１に接続された接続線３６ｃ（第２接続線）に、両端がそれぞれ接続されている。監視ＩＣ２２の電源端子３２に接続された接続線３６、及び監視ＩＣ２３のグランド端子３１に接続された接続線３６ｃは、スタック１２とスタック１３との間のスタック間ワイヤ１７ｂの両端にそれぞれ接続される。したがって、接続線３６ｂ及び接続線３６ｃは、スタック間ワイヤ１７ｂを跨いで、スタック間ワイヤ１７ａのスタック１２側の端部及びスタック間ワイヤ１７ｂのスタック１３側の端部に、それぞれ接続される。そのため、スタック間ワイヤ１７ａに発生するノイズと同様に、スタック間ワイヤ１７ｂに発生するノイズは、接続線３６ｃを介してコンデンサ３３ｂへ伝達される。よって、スタック間ワイヤ１７ｂに発生するノイズは、監視ＩＣ２２，２３へ伝達しない。

また、監視ＩＣ２２のグランド端子３１に接続された接続線３６ｂは、スタック間ワイヤ１７ａを介して、監視ＩＣ２１の電源端子３２に接続された接続線３６に接続される。そのため、コンデンサ３３ａは、監視ＩＣ２１のバイパスコンデンサの役割も果たす。同様に、監視ＩＣ２３のグランド端子３１に接続された接続線３６ｃは、スタック間ワイヤ１７ｂを科しいて、監視ＩＣ２２の電源端子３２に接続された接続線３６に接続されるため、コンデンサ３３ｂは、監視ＩＣ２２のバイパスコンデンサの役割も果たす。

以上説明した第２実施形態によれば、以下の効果をさらに奏する。
・スタック間ワイヤ１７ａ，ｂに発生するノイズ除去用のコンデンサ３３ａ，ｂを、監視ＩＣ２１，２２の電源を安定させるバイパスコンデンサとして兼用できる。

（他の実施形態）
本発明は上記各実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。

・コンデンサ３３の一端に接続される接続線３６ａを備える監視ＩＣ２１と、コンデンサ３３の他端に接続される接続線３６ｂを備える監視ＩＣ２２との間に、１つ以上の監視ＩＣが設置されていてもよい。詳しくは、電池ＥＣＵ５０は、監視ＩＣ２１が電圧を検出する電池セル１５群と、監視ＩＣ２２が電圧を検出する電池セル１５群との間に接続された電池セル１５群の電圧を検出する１つ以上の監視ＩＣを備えていてもよい。すなわち、コンデンサ３３は、３つ以上の監視ＩＣに跨って、接続線３６に接続されていてもよい。例えば、第２実施形態において、コンデンサ３３ａの両端を、接続線３６ａ及び接続線３６ｃにそれぞれ接続してもよい。このようにすれば、１つのコンデンサ３３により、スタック間ワイヤ１７に発生するノイズが、３つ以上の監視ＩＣへ混入することを抑制できる。したがって、コスト及びコンデンサの実装面積を削減できる。

・複数の監視ＩＣ及びマイコン４０は、デイジーチェーン接続されていなくてもよい。各監視ＩＣとマイコン４０とがそれぞれ通信可能なように接続されている場合でも、コンデンサ３３により、監視ＩＣの誤動作を抑制できる。

１０…主機電池、１１，１２，１３…スタック、１５…電池セル、１７，１７ａ，１７ｂ…スタック間ワイヤ、２１，２２，２３…監視ＩＣ、３３，３３ａ，３３ｂ…コンデンサ、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ…接続線、５０…電池ＥＣＵ。

Claims (6)

1. 複数の電池セル（１５）が直列に接続された組電池（１１，１２，１３）が組電池間ワイヤ（１７，１７ａ，１７ｂ）により複数直列に接続されて構成された電池（１０）の状態を監視する電池監視装置（５０）であって、
   隣接する前記電池セルのセル間又は前記組電池の端部に接続される接続線（３６，３６ａ〜ｃ）を複数有し、所定の組電池に含まれる電池セルの電圧を検出する監視回路（２１，２２，２３）と、
   複数の前記監視回路が有する前記接続線のうち第１接続線（３６ａ，３６ｂ）及び第２接続線（３６ｂ，３６ｃ）に、両端がそれぞれ接続されたコンデンサ（３３，３３ａ，３３ｂ）と、を備え、
   前記第１接続線及び前記第２接続線は、少なくとも１つの前記組電池間ワイヤを跨いで前記セル間又は前記端部に接続されることを特徴とする電池監視装置。
2. 前記複数の監視回路のうちの第１監視回路（２１，２２）が有する電源端子（３２）に接続された前記接続線、及び前記複数の監視回路のうちの第２監視回路（２２，２３）が有するグランド端子（３１）に接続された前記接続線は、前記組電池間ワイヤの両端にそれぞれ接続され、
   前記第１接続線は、前記第１監視回路が有する前記接続線に含まれ、
   前記第２接続線は、前記第２監視回路が有する前記接続線に含まれる請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記第１接続線は、前記第１監視回路が有するグランド端子に接続された前記接続線であり、
   前記第２接続線は、前記第２監視回路が有するグランド端子に接続された前記接続線である請求項２に記載の電池監視装置。
4. 前記第１監視回路と前記第２監視回路とは、デイジーチェーン接続されている請求項２又は３に記載の電池監視装置。
5. 前記第１接続線は、前記複数の監視回路のうちの第１監視回路が有する前記接続線に含まれ、
   前記第２接続線は、前記複数の監視回路のうちの第２監視回路が有する前記接続線に含まれ、
   前記複数の監視回路には、前記第１監視回路が電圧を検出する前記電池セルと前記第２監視回路が電圧を検出する前記電池セルとの間に接続された前記電池セルの電圧を検出する少なくとも１つの監視回路が含まれる請求項１に記載の電池監視装置。
6. 前記接続線には、抵抗（３４ａ）及びフィルタ用コンデンサ（３４ｂ）を備えるＲＣフィルタ回路（３４）が接続されており、
   前記コンデンサの両端は、前記ＲＣフィルタ回路の前記抵抗よりも前記電池セル側に接続されている請求項１〜５のいずれかに記載の電池監視装置。

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