JP2015102336A - Battery monitoring device - Google Patents
Battery monitoring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015102336A JP2015102336A JP2013240860A JP2013240860A JP2015102336A JP 2015102336 A JP2015102336 A JP 2015102336A JP 2013240860 A JP2013240860 A JP 2013240860A JP 2013240860 A JP2013240860 A JP 2013240860A JP 2015102336 A JP2015102336 A JP 2015102336A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- voltage
- circuit
- battery monitoring
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
この発明は、電気自動車(Electric Vehicle;EV)およびハイブリッド電気自動車(Hybrid EV;HEV)といった電動車両を動作させる電池を監視する電池監視装置に関し、特にセルバランス回路の異常を検出するものである。 The present invention relates to a battery monitoring device for monitoring a battery that operates an electric vehicle such as an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (Hybrid EV; HEV), and particularly detects an abnormality of a cell balance circuit.
EVおよびHEVには、駆動用電源としてリチウムイオン電池が採用されている。リチウムイオン電池は、セルと呼ばれる4V前後の電圧を持つ電池で構成されており、セルを8〜10個集めたものをモジュールと呼ぶ。このモジュールを10〜20個直列に接続して合計300〜400Vの電池を構成し、それをEVおよびHEVの駆動用電源として使用している。 The EV and HEV employ a lithium ion battery as a driving power source. A lithium ion battery is composed of a battery having a voltage of about 4 V called a cell, and a module in which 8 to 10 cells are collected is called a module. 10 to 20 modules are connected in series to form a total battery of 300 to 400V, which is used as a driving power source for EVs and HEVs.
このリチウムイオン電池の健全性を確保するために、電池監視装置が車両に搭載されている。電池監視装置は、リチウムイオン電池の充電状態および劣化状態の算出のために重要なパラメータとなる電圧と温度の監視(計測)を行っている。 In order to ensure the soundness of this lithium ion battery, a battery monitoring device is mounted on the vehicle. The battery monitoring device monitors (measures) voltage and temperature, which are important parameters for calculating the state of charge and deterioration of the lithium ion battery.
リチウムイオン電池は、セルの個体差および経年変化により、各セルで充電量にばらつきが生じる。この状態でリチウムイオン電池を使用すると、過充電あるいは過放電状態となり、電池の劣化および発火につながる可能性がある。これを回避するために、電池監視装置は、充電量の多いセルを放電して均等化を行うセルバランス回路を搭載している。 Lithium ion batteries vary in the amount of charge in each cell due to individual differences in cells and aging. If the lithium ion battery is used in this state, it may be overcharged or overdischarged, leading to deterioration of the battery and ignition. In order to avoid this, the battery monitoring device is equipped with a cell balance circuit that discharges and equalizes cells with a large amount of charge.
従来のセルバランス回路は、セルに接続された放電抵抗と、この放電抵抗を介してセルを短絡するFET(Field Effect Transistor)等のスイッチング素子とから構成され、電池監視IC(Integrated Circuit)がFETを制御して放電抵抗に電流を流し、セルを放電するといったセルバランス動作が一般的である(例えば、特許文献1参照)。この電池監視ICの異常時、FETの開放および短絡時には、セルバランス動作が正常に機能しないことから、セルバランス回路の異常診断が必要である。 A conventional cell balance circuit includes a discharge resistor connected to a cell and a switching element such as a field effect transistor (FET) that short-circuits the cell via the discharge resistor, and a battery monitoring IC (Integrated Circuit) is an FET. In general, a cell balance operation is performed such that a current is passed through a discharge resistor to discharge a cell (see, for example, Patent Document 1). When the battery monitoring IC is abnormal, or when the FET is opened or short-circuited, the cell balance operation does not function normally. Therefore, an abnormality diagnosis of the cell balance circuit is necessary.
モジュールは、多数のセルを直列に接続した構造であるため、高電位側セルを放電するFETには高い電圧が印加される。そのため、セルバランス回路の異常を検出するために、高電位側セルのFETのドレインを、電圧耐性が低い電圧検出用のICに直接接続することはできない。 Since the module has a structure in which a large number of cells are connected in series, a high voltage is applied to the FET that discharges the high potential side cell. Therefore, in order to detect an abnormality in the cell balance circuit, the drain of the FET of the high potential side cell cannot be directly connected to the voltage detection IC having a low voltage tolerance.
そこで、例えば上記特許文献1では、FETのソース−ドレイン間の電圧とセルごとに接続した基準電圧とをコンパレータで比較し、セルバランス回路の異常原因であるFETの外部短絡、放電抵抗の短絡および開放を個別的に検出していた。
また例えば、レベルシフトおよび絶縁処理など特殊な機能を持ったICを用いてセルバランス回路の異常を検出する方法もあった。
Thus, for example, in
For example, there is a method of detecting an abnormality in the cell balance circuit using an IC having a special function such as level shift and insulation processing.
しかしながら、従来の方法は回路構成が複雑で部品点数が多く、高価であるという課題があった。 However, the conventional method has a problem that the circuit configuration is complicated, the number of parts is large, and the cost is high.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、レベルシフトおよび絶縁処理など特殊な機能を持ったICを用いることなく、安価な回路構成でセルバランス回路の異常を検出することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and detects an abnormality of a cell balance circuit with an inexpensive circuit configuration without using an IC having a special function such as level shift and insulation processing. For the purpose.
この発明に係る電池監視装置は、セルごとにスイッチおよび放電抵抗が接続され、スイッチが動作して、放電抵抗を介してセルを放電するセルバランス回路と、スイッチと放電抵抗の間に設置され、スイッチの電圧を基準電圧レベルの微分波形に変換して出力するCR微分回路を有する異常検出部と、異常検出部の出力に基づいてセルバランス回路の異常を診断する異常診断部とを備えるものである。 The battery monitoring device according to the present invention is connected between a switch and a discharge resistor for each cell, the switch operates, a cell balance circuit that discharges the cell through the discharge resistor, and is installed between the switch and the discharge resistor, An abnormality detection unit having a CR differentiation circuit that converts a switch voltage into a differential waveform of a reference voltage level and outputs the waveform, and an abnormality diagnosis unit that diagnoses an abnormality of the cell balance circuit based on the output of the abnormality detection unit. is there.
この発明によれば、CR微分回路(カップリングコンデンサと抵抗)を設置してスイッチの電圧を基準電圧レベルに変換するようにしたので、レベルシフトおよび絶縁処理など特殊な機能を持ったICを用いることなく、安価な回路構成でセルバランス回路の異常を検出することができる。 According to the present invention, since the CR differential circuit (coupling capacitor and resistor) is installed to convert the switch voltage to the reference voltage level, an IC having a special function such as level shift and insulation processing is used. Therefore, the abnormality of the cell balance circuit can be detected with an inexpensive circuit configuration.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。図2は、この電池監視装置100の全体構成を示すブロック図である。図3は、この電池監視装置100を適用した電動車両駆動システムのブロック図の一例である。EVおよびHEVなどの電動車両に搭載されたバッテリ1はリチウムイオン電池から構成されており、直列接続された8個のセル11〜18ごとにモジュール化され、モジュール10ごとに電池監視装置100が接続されている。なお、図2および図3では1個のモジュール10を8個のセル11〜18で構成したが、セル数はこれに限定されるものではない。図1では、1個のモジュールをn個のセル10−1〜10−n(nは任意の数)で構成する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a peripheral structure of the
図2に示すように、電池監視装置100は、バッテリ1のモジュール10から電源供給を受ける高電圧側と、補機バッテリ(図示せず)から電源供給を受ける低電圧側とに分離されており。両エリアはアイソレータ109を介して電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
電池監視装置100の高電圧側において、高電圧側電源回路101は、バッテリ1のモジュール10を電源として例えば5V電源を生成し、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)102およびマイクロコンピュータ(以下、マイコン)108に供給している。このEEPROM102は、電池監視装置100の各種パラメータなどを記憶する記憶素子である。モジュール電圧計測回路103は、モジュール10の電圧を分圧してマイコン108に入力する。
On the high voltage side of the
セルバランス回路104は、セル11〜18を個別に放電して充電量を均等化する。また、セルバランス回路104は後述する異常検出結果をマイコン108に出力する。電池監視IC105は、セル11〜18それぞれの電圧を測定してマイコン108に出力する。温度計測回路106は、温度センサ20を使用してセル11〜18の温度を電気信号に変換し、マイコン108に入力する。
The
マイコン108は、電池監視IC105を制御してセル11〜18の電圧計測を実施したり、電池監視IC105を介してセルバランス回路104の異常検出を実施したりする。また、マイコン108は、モジュール電圧計測回路103によるモジュール10の電圧計測結果、電池監視IC105によるセル11〜18の電圧計測結果、温度計測回路106による温度計測結果、およびセルバランス回路104による異常検出結果を、CAN(Controller Area Network)を経由して電池管理装置2へ送信する。ウォッチドッグ回路107は、マイコン108の暴走時にこのマイコン108をリセットする。
The
他方、電池監視装置100の低電圧側において、低電圧側電源回路110は、補機バッテリ(図示せず)を電源として例えば5V電源を生成し、CAN通信I/F111に供給している。CAN通信I/F111は、CANを経由して電池管理装置2およびその他の電池監視装置100と通信を行う。自動付番回路112は、CANに接続された複数の電池監視装置100のうち、自機の接続順序を検出してEEPROM102に設定する。
On the other hand, on the low voltage side of the
ここで、図1を参照しながら、セルバランス回路104の詳細を説明する。
セルバランス回路104の基本構成は、セル10−1〜10−nごとに設けられたセルバランス用スイッチFET1〜FETnと放電抵抗R1〜Rnである。
Here, the details of the
The basic configuration of the
セル10−1〜10−nは、製造時のばらつき、自己放電のばらつき、および経年変化の影響により、充電量が一律とは限らず、セルによって個体差が生じる。そのため、セル10−1〜10−nのセル電圧にばらつきが発生したときに、マイコン108が電池監視IC105を介してセルバランス回路104を動作させて、セル10−1〜10−nを選択的に放電して、セル10−1〜10−nの充電量を最も少ないセルに合わせる。
In the cells 10-1 to 10-n, the charge amount is not always uniform due to the influence of manufacturing variations, self-discharge variations, and aging, and individual differences occur depending on the cells. Therefore, when the cell voltages of the cells 10-1 to 10-n vary, the
図1に示すように、セル10−1のセル電圧計測のため、セル10−1の両極が電池監視IC105のセル電圧計測端子C0,C1に接続されている。セル電圧計測結果は、SPI(Serial Peripheral Interface)通信などにより電池監視IC105からマイコン108へ送信される。
As shown in FIG. 1, in order to measure the cell voltage of the cell 10-1, both electrodes of the cell 10-1 are connected to the cell voltage measurement terminals C0 and C1 of the
また、セル10−1の正極(高電位V1側)には、セルバランス用スイッチFET1のソースが接続され、セルバランス用スイッチFET1のドレインが放電抵抗R1を介してセル10−1の負極(低電位V0側)に接続されている。セルバランス用スイッチFET1のゲートは、電池監視IC105のセルバランス制御端子S1に接続されている。セル10−1のセルバランス動作を実施する場合、SPI通信などにより、マイコン108から電池監視IC105へセルバランス制御信号(ON/OFF信号)が送信される。電池監視IC105は、セルバランス制御信号に従ってセルバランス制御端子S1をONし、セルバランス用スイッチFET1のゲート電圧を変動する。すると、セルバランス用スイッチFET1がON動作してセル10−1の両端が短絡し、放電抵抗R1に電流が流れて放電が行われる。セルバランス動作を実行しない場合は、セルバランス用スイッチFET1がOFFのため放電抵抗R1に電流は流れない。
The source of the cell balance switch FET1 is connected to the positive electrode (high potential V1 side) of the cell 10-1, and the drain of the cell balance switch FET1 is connected to the negative electrode (low) of the cell 10-1 via the discharge resistor R1. Potential V0 side). The gate of the cell balance switch FET1 is connected to the cell balance control terminal S1 of the
セル10−2〜10−nも、セル10−1と同様に、電池監視IC105のセルバランス制御端子S2〜Snに接続されている。また、セルバランス動作時には、セル10−2〜10−nそれぞれに並列に接続されたセルバランス用スイッチFET2〜FETnがON動作し、放電抵抗R2〜Rnを介してセル10−2〜10−nが短絡し放電する。
Similarly to the cell 10-1, the cells 10-2 to 10-n are connected to the cell balance control terminals S2 to Sn of the
モジュール10は、多数のセル10−1〜10−nを直列に接続した構造であるため、セルバランス用スイッチFET1〜FETnに印加される電圧レベルが異なり、高電位側のセルバランス用スイッチFETn等には高い電圧が印加される。そのため、セルバランス回路104の異常を検出するために、高い電圧レベルのセルバランス用スイッチFETn等のドレインを、電圧耐性が低い電圧検出用のIC(例えば、図1に示す検出IC121またはマイコン108)に直接接続することはできない。
Since the
そこで、実施の形態1では、セル10−1のセルバランス用スイッチFET1およびセルバランス制御端子S1の異常を検出するために、カップリングコンデンサCと抵抗Rを直列に接続したCR微分回路120−1を追加している。セル10−2〜10−nも、セル10−1と同様に、CR微分回路120−2〜120−nを追加している。そして、検出IC121が、CR微分回路120−1〜120−nの各抵抗Rの両端電圧の変動を検出し、各セルバランス用スイッチFET1〜FETnのON/OFF動作を表す二値(High/Low)の電気信号に変換して、マイコン108へ出力する。
CR微分回路120−1〜120−nおよび検出IC121が異常検出部を構成し、電池監視IC105およびマイコン108が異常診断部を構成する。
Therefore, in the first embodiment, in order to detect an abnormality in the cell balance switch FET1 and the cell balance control terminal S1 of the cell 10-1, a CR differentiation circuit 120-1 in which a coupling capacitor C and a resistor R are connected in series. Has been added. Similarly to the cell 10-1, the cells 10-2 to 10-n are additionally provided with CR differentiating circuits 120-2 to 120-n. Then, the
The CR differentiation circuits 120-1 to 120-n and the
以下では、CR微分回路120−1〜120−nを代表して、CR微分回路120−1を用いて説明する。
カップリングコンデンサCは、一端が、セルバランス用スイッチFET1と放電抵抗R1の間に接続され、他端が、抵抗Rと検出IC121にそれぞれ接続されている。抵抗Rは、一端が、カップリングコンデンサCと検出IC121にそれぞれ接続され、他端が、基準電圧(ここでは、モジュール10の低電位V0と同じ電位)に接続されている。
これにより、セルバランス用スイッチFET1〜FETnの電圧レベルを、CR微分回路120−1〜120−nで基準電圧レベルに下げて、検出IC121に入力することができる。
Hereinafter, the CR differentiating circuit 120-1 will be described as a representative of the CR differentiating circuits 120-1 to 120-n.
One end of the coupling capacitor C is connected between the cell balance switch FET1 and the discharge resistor R1, and the other end is connected to the resistor R and the
As a result, the voltage levels of the cell balance switches FET1 to FETn can be lowered to the reference voltage level by the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n and input to the
図4(a)に、セルバランス制御端子S1からセルバランス用スイッチFET1に出力されるON/OFF信号の波形を示し、図4(b)に、CR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧の波形を示す。セルバランス用スイッチFET1のON/OFF切替時、カップリングコンデンサCが充放電を行い、抵抗Rの両端電圧が変動する。検出IC121は、抵抗Rの両端電圧の正側のピークを検出した場合(または、両端電圧が正側の閾値を超えた場合など)にHighを出力し、それ以外はLowを出力する。
4A shows the waveform of the ON / OFF signal output from the cell balance control terminal S1 to the cell balance switch FET1, and FIG. 4B shows the voltage across the resistor R of the CR differentiation circuit 120-1. The waveform is shown. When the cell balance switch FET1 is switched ON / OFF, the coupling capacitor C is charged and discharged, and the voltage across the resistor R varies. The
この回路構成において、マイコン108がセル10−1のセルバランス動作をOFFからONに切り替えた場合、即ち、電池監視IC105のセルバランス制御端子S1にON信号を出力してセルバランス用スイッチFET1をONした場合、セルバランス用スイッチFET1のON/OFF切替時にCR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧が変動し、検出IC121の出力する電気信号がHighになる。
一方、セルバランス動作がOFFの間は、CR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧は変動しないので、検出IC121が出力する電気信号はLowのままである。
In this circuit configuration, when the
On the other hand, while the cell balance operation is OFF, the voltage across the resistor R of the CR differentiation circuit 120-1 does not fluctuate, so the electrical signal output from the
従って、セル10−1用のセルバランス制御端子S1およびセルバランス用スイッチFET1が正常の場合、セルバランス動作を実行すると検出IC121の電気信号がLowからHighに変化する。
これに対し、セル10−1用のセルバランス制御端子S1およびセルバランス用スイッチFET1のいずれか一方、または両方に異常が発生した場合、セルバランス動作を実行しても検出IC121の電気信号がLowのままであったり、セルバランス動作を実行していないにもかかわらず検出IC121の電気信号がLowからHighに変化したりする。
よって、マイコン108が、セルバランス制御端子S1〜SnのON/OFF信号と検出IC121のHigh/Lowの電気信号を比較することにより、セルバランス回路104の異常を診断できる。
Therefore, when the cell balance control terminal S1 and the cell balance switch FET1 for the cell 10-1 are normal, the electric signal of the
On the other hand, when an abnormality occurs in one or both of the cell balance control terminal S1 for the cell 10-1 and the cell balance switch FET1, the electric signal of the
Therefore, the
さらに、カップリングコンデンサCの容量と抵抗Rの抵抗値の調整によって、CR微分回路120−1の時定数を変更し、図4(b)に二点鎖線で示すように抵抗Rの両端電圧の変動を素早く収束させるように構成してもよい。これにより、より速い応答スピードでセルバランス回路104の異常診断を実施可能となる。また、応答スピードを速めることで単位時間あたりに実施可能な異常診断の回数を増やすことができるので、例えばマイコン108が1個のセルについてセルバランス用スイッチのON/OFF動作を100回繰り返して異常診断を実施し、正常と診断した回数が80回を超えた場合に最終的な診断結果を正常と決定する等、診断精度の向上を図ることができる。
Furthermore, the time constant of the CR differentiation circuit 120-1 is changed by adjusting the capacitance of the coupling capacitor C and the resistance value of the resistor R, and the voltage across the resistor R is changed as shown by the two-dot chain line in FIG. You may comprise so that a fluctuation | variation may be converged quickly. As a result, the abnormality diagnosis of the
マイコン108は、セルバランス回路104の異常検出結果、電池監視IC105が計測したセル電圧の計測結果、モジュール電圧計測回路103が計測したモジュール電圧の計測結果、および、温度計測回路106が計測した温度計測結果を、自動付番回路112で設定した電池監視装置100の固有番号と共に、アイソレータ109を介してCAN通信I/F111から電池管理装置2(図3に示す)へ出力する。電池管理装置2は、この計測結果を元にバッテリ1のモジュール10の状態を確認し、その確認結果を必要に応じてCANを経由して車両制御装置3へ出力する。
The
この電池管理装置2は、バッテリ1の管理を行う所謂BMU(Battery Management Unit)であり、例えば、電池監視装置100から通知される電圧計測結果に基づいてバッテリ1の残容量を診断する。また、電池管理装置2は、電池監視装置100から通知される各種計測結果を車両制御装置3へ出力したり、車両制御装置3から通知を受けて電池監視装置100の動作を制御したりする。
The
車両制御装置3は、電動車両全体を統合制御する所謂ECU(Electronic Control Unit)であり、車両駆動用モータ4を始め、不図示の充電用コネクタ、イグニッションスイッチ、表示器などに接続している。車両制御装置3は、例えば、イグニッションスイッチのオンオフを検出してバッテリ1から車両各部への電力供給を制御したり、電池管理装置2から通知されるバッテリ1の残容量などの情報を表示器に表示させたり、充電用コネクタへの充電ガンの接続を検出して充電可能状態に移行したことを電池管理装置2へ通知したりする。
The
以上より、実施の形態1によれば、電池監視装置100は、セル10−1〜10−nごとにセルバランス用スイッチFET1〜FETnおよび放電抵抗R1〜Rnが接続され、セルバランス用スイッチFET1〜FETnが動作して、放電抵抗R1〜Rnを介してセル10−1〜10−nを放電するセルバランス回路104と、セルバランス用スイッチFET1〜FETnと放電抵抗R1〜Rnそれぞれの間に設置され、セルバランス用スイッチFET1〜FETnの電圧を基準電圧レベル(図1のV0)の微分波形に変換して出力するCR微分回路120−1〜120−nを有する異常検出部と、異常検出部の出力に基づいてセルバランス回路104の異常を診断する異常診断部(マイコン108)とを備える構成にした。このため、カップリングコンデンサCと抵抗Rを追加した安価な回路構成によって、セルバランス回路104の異常を検出することができる。また、カップリングコンデンサCには直流電流が流れ込まないため、診断時に電流を消費せず、また、放電電流への影響がない。
As described above, according to the first embodiment, the
また、実施の形態1によれば、異常検出部は、CR微分回路120−1〜120−nの出力する電圧を検出して、セルバランス用スイッチFET1〜FETnのON/OFF動作を表す二値の電気信号を出力する検出IC121を有する構成にした。この検出IC121がセルバランス回路104のON/OFF情報を電気信号に変換して出力するので、マイコン108が容易に異常診断を実施できる。
Further, according to the first embodiment, the abnormality detection unit detects a voltage output from the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n, and represents a binary value representing the ON / OFF operation of the cell balance switches FET1 to FETn. The
なお、実施の形態1では、CR微分回路120−1〜120−nの各抵抗Rの電圧変動を検出IC121で検出する構成にしたが、高速処理が可能なマイコン108を使用する場合には、検出IC121を省略し、マイコン108が各抵抗Rの電圧変動を検出するように構成してもよい。
In the first embodiment, the
また、実施の形態1によれば、異常診断部(マイコン108)は、セルバランス用スイッチFET1〜FETnのON/OFF動作を設定された回数繰り返して当該回数分の異常診断を実施し、正常または異常と診断した回数に応じて最終的な診断を下すように構成した。このため、診断精度を高めることができる。 Further, according to the first embodiment, the abnormality diagnosis unit (the microcomputer 108) repeats the ON / OFF operation of the cell balance switches FET1 to FETn for the set number of times, performs abnormality diagnosis for the number of times, and is normal or The final diagnosis is made according to the number of times diagnosed as abnormal. For this reason, diagnostic accuracy can be improved.
実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。図6(a)は、セルバランス制御端子S1からセルバランス用スイッチFET1に出力されるON/OFF信号の波形を示し、図6(b)は、CR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧の波形を示し、図6(c)は、整流ダイオードD1の出力電圧の波形を示すグラフである。
なお、図5および図6において、図1〜図4と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the peripheral structure of
5 and 6, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
実施の形態2では、CR微分回路120−1〜120−nと検出IC122の間に整流ダイオードD1〜Dnを接続して、CR微分回路120−1〜120−nにて生成した負の電圧を整流ダイオードD1〜Dnで除去する。
これにより、検出IC122として、正電圧入力のみ扱うロジックIC、マイコンなどを使用することができる。
In the second embodiment, rectifier diodes D1 to Dn are connected between the CR differentiating circuits 120-1 to 120-n and the
Thereby, a logic IC, a microcomputer, etc. which handle only a positive voltage input can be used as the
以上より、実施の形態2によれば、異常検出部は、CR微分回路120−1〜120−nと検出IC122の間に接続された整流ダイオードD1〜Dnを有する構成にした。このため、整流ダイオードD1〜Dnが、CR微分回路120−1〜120−nが出力する負電圧を除去するので、正電圧入力のみ扱うロジックIC、マイコンなどの安価な検出IC122を使用することができる。
As described above, according to the second embodiment, the abnormality detection unit has the rectifier diodes D1 to Dn connected between the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n and the
実施の形態3.
図7は、この発明の実施の形態3に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。図8(a)は、セルバランス制御端子S1からセルバランス用スイッチFET1に出力されるON/OFF信号の波形を示し、図8(b)は、CR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧の波形を示し、図8(c)は、整流ダイオードD1の出力電圧の波形を示し、図8(d)は検出IC123−1の出力端子Qの出力波形を示し、図8(e)は、検出IC123−1のリセット端子Rの入力波形(リセット信号)を示すグラフである。
なお、図7および図8において、図1〜図6と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a peripheral structure of
7 and 8, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
実施の形態3では、CR微分回路120−1〜120−nの出力電圧を検出する検出IC123−1〜123−nとして、RSラッチなどのロジックICを使用する。例えば、検出IC123−1は、整流ダイオードD1を介してセット端子Sに入力されるCR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧の変動のエッジを検出すると、出力端子Qからマイコン108へ出力する電気信号をHighにラッチする。また、検出IC123−1は、マイコン108からリセット端子Rへリセット信号が入力されると、ラッチを解除して電気信号をLowにする。
In the third embodiment, logic ICs such as RS latches are used as the detection ICs 123-1 to 123-n that detect the output voltages of the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n. For example, when the detection IC 123-1 detects the fluctuation edge of the voltage across the resistor R of the CR differentiation circuit 120-1 that is input to the set terminal S via the rectifier diode D1, the detection IC 123-1 outputs it to the
マイコン108は、例えばセル10−1〜10−nのセルバランス動作をOFFからONに切り替えてから所定時間が経過したタイミングで、検出IC123−1〜123−nの電気信号を計測し、検出IC123−1〜123−nそれぞれへリセット信号を出力する。これにより、低速のマイコン108であっても、検出IC123−1〜123−nの電気信号を確実に計測することができる。また、マイコン108が、検出IC123−1〜123−nの電気信号出力のタイミングを個別に計時する必要がないので、マイコン108の負荷を軽減することができる。
For example, the
なお、実施の形態3では、セル10−1〜10−nごとに検出IC123−1〜123nを設置しているので、複数のセルの異常診断を同時に実施することが可能である。
また、複数のセルの異常診断を同時に、かつ、上記実施の形態1で説明したようにCR微分回路120−1〜120−nの時定数を変更して高速で異常診断を実施したとしても、CR微分回路120−1〜120−nの消費電流は極めて小さいので、放電電流への影響が少ない。
In the third embodiment, the detection ICs 123-1 to 123n are installed for each of the cells 10-1 to 10-n, so that abnormality diagnosis of a plurality of cells can be performed simultaneously.
Moreover, even if abnormality diagnosis of a plurality of cells is performed simultaneously and the abnormality diagnosis is performed at high speed by changing the time constant of the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n as described in the first embodiment, Since the consumption current of the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n is extremely small, the influence on the discharge current is small.
以上より、実施の形態3によれば、異常検出部の検出IC123−1〜123−nは、CR微分回路120−1〜120−nの出力する電圧の立ち上がりを検出して、電気信号をラッチする構成にした。このため、マイコン108の負荷を軽減することができ、低速のマイコン108を使用可能となる。
As described above, according to the third embodiment, the detection ICs 123-1 to 123-n of the abnormality detection unit detect the rising edges of the voltages output from the CR differentiation circuits 120-1 to 120-n and latch the electric signals. It was configured to be. For this reason, the load on the
実施の形態4.
図9は、この発明の実施の形態4に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。なお、図9において、図1〜図8と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
実施の形態4では、CR微分回路120−1〜120−nの出力電圧を検出する検出IC124として、AD(アナログ/デジタル)コンバータを使用する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a peripheral structure of
In the fourth embodiment, an AD (analog / digital) converter is used as the
また、検出IC124にADコンバータを使用する場合に、CR微分回路120−1〜120−nの各抵抗Rの両端電圧の変動量を測定して、マイコン108へ出力する構成にしてもよい。その場合、抵抗Rの電圧変動量を精度良く測定するために、サンプルアンドホールド機能を有するADコンバータを使用することが好ましい。
Further, when an AD converter is used for the
以下、セル10−1〜10−nを代表して、セル10−1について説明する。
マイコン108は、予め与えられている放電抵抗R1、カップリングコンデンサC、および抵抗Rの設定値を使用して、検出IC124が測定した抵抗Rの電圧変動量からセル10−1のセル電圧を推定する。CR微分回路120−1の抵抗Rの両端電圧はセル10−1のセル電圧と正比例することから、抵抗Rの電圧変動量から推定したセル10−1のセル電圧と、セル電圧計測端子C0,C1の電位差から算出したセル10−1のセル電圧とを比較して、セルバランス回路104の異常を診断することが可能である。
Hereinafter, the cell 10-1 will be described on behalf of the cells 10-1 to 10-n.
The
具体的には、電池監視IC105およびセル電圧計測端子C0,C1等に異常が生じている場合、抵抗Rの電圧変動量から推定したセル10−1のセル電圧と、セル電圧計測端子C0,C1の電位差から算出したセル10−1のセル電圧のずれが大きくなるので、セル10−1のセル電圧を計測する経路上の異常を発見可能である。
Specifically, when an abnormality occurs in the
また、放電抵抗R1に異常が生じている場合、抵抗Rの電圧変動量から推定したセル10−1のセル電圧が、想定されるセル10−1のセル電圧からずれるので、放電抵抗R1の異常を発見可能である。
なお、図9の例では放電抵抗R1が1個の場合を示しているが、図10のように、複数の放電抵抗R1を並列に接続した場合にも、いずれかの放電抵抗R1に生じた異常を発見可能である。
In addition, when abnormality occurs in the discharge resistor R1, the cell voltage of the cell 10-1 estimated from the voltage fluctuation amount of the resistor R is deviated from the assumed cell voltage of the cell 10-1. Is discoverable.
In addition, although the example of FIG. 9 shows the case where there is one discharge resistor R1, as shown in FIG. 10, even when a plurality of discharge resistors R1 are connected in parallel, they occurred in any one of the discharge resistors R1. Anomalies can be found.
以上より、実施の形態4によれば、異常検出部は、CR微分回路120−1〜120−nの出力する電圧の変動量を測定し、測定値を出力する検出IC124を有する構成にした。CR微分回路120−1〜120−nの抵抗Rの両端電圧の変動量はセル電圧と正比例することから、検出IC124が測定した変動量からセル電圧が算出可能になる。従って、放電抵抗R1〜Rnの断線などが診断可能になる。
As described above, according to the fourth embodiment, the abnormality detection unit includes the
なお、上記実施の形態1〜4では、セルバランス回路104のセルバランス用スイッチとしてFETを使用したが、トランジスタなどのスイッチング素子を使用してもよい。
In the first to fourth embodiments, an FET is used as the cell balance switch of the
上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In addition to the above, within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or omitted any component in each embodiment. Is possible.
1 バッテリ(電池)、2 電池管理装置、3 車両制御装置、4 車両駆動用モータ、10 モジュール、11〜18,10−1〜10−n セル、20 温度センサ、100 電池監視装置、101 高電圧側電源回路、102 EEPROM、103 モジュール電圧計測回路、104 セルバランス回路、105 電池監視IC(異常診断部)、106 温度計測回路、107 ウォッチドッグ回路、108 マイコン(異常診断部)、109 アイソレータ、110 低電圧側電源回路、111 CAN通信I/F、112 自動付番回路、120−2〜120−n CR微分回路(異常検出部)、121,122,123−1〜123−n,124 検出IC(異常検出部)、C カップリングコンデンサ、C0〜Cn セル電圧計測端子、D1〜Dn 整流ダイオード、FET1〜FETn セルバランス用スイッチ、R 抵抗、R1〜Rn 放電抵抗、S1〜Sn セルバランス制御端子。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記セルごとにスイッチおよび放電抵抗が接続され、前記スイッチが動作して、前記放電抵抗を介して前記セルを放電するセルバランス回路と、
前記スイッチと前記放電抵抗の間に設置され、前記スイッチの電圧を基準電圧レベルの微分波形に変換して出力するCR微分回路を有する異常検出部と、
前記異常検出部の出力に基づいて前記セルバランス回路の異常を診断する異常診断部とを備えることを特徴とする電池監視装置。 A battery monitoring device for monitoring a battery in which a plurality of cells are connected in series,
A switch and a discharge resistor are connected for each cell, and the switch operates to discharge the cell via the discharge resistor,
An anomaly detector having a CR differentiation circuit that is installed between the switch and the discharge resistor, converts the voltage of the switch into a differential waveform of a reference voltage level, and outputs the differential waveform;
A battery monitoring apparatus comprising: an abnormality diagnosis unit that diagnoses an abnormality of the cell balance circuit based on an output of the abnormality detection unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013240860A JP2015102336A (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Battery monitoring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013240860A JP2015102336A (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Battery monitoring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015102336A true JP2015102336A (en) | 2015-06-04 |
Family
ID=53378164
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013240860A Pending JP2015102336A (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Battery monitoring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015102336A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016152720A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 三菱電機株式会社 | Cell balance circuit and failure diagnosis device thereof |
CN108448671A (en) * | 2018-03-26 | 2018-08-24 | 南通宁远自动化科技有限公司 | A kind of external passive balancer |
CN111929500A (en) * | 2019-05-13 | 2020-11-13 | 上海海拉电子有限公司 | Y-capacitor balance detection method, system and circuit |
-
2013
- 2013-11-21 JP JP2013240860A patent/JP2015102336A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016152720A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 三菱電機株式会社 | Cell balance circuit and failure diagnosis device thereof |
CN108448671A (en) * | 2018-03-26 | 2018-08-24 | 南通宁远自动化科技有限公司 | A kind of external passive balancer |
CN111929500A (en) * | 2019-05-13 | 2020-11-13 | 上海海拉电子有限公司 | Y-capacitor balance detection method, system and circuit |
CN111929500B (en) * | 2019-05-13 | 2023-01-03 | 上海海拉电子有限公司 | Y-capacitor balance detection method, system and circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101589198B1 (en) | Apparatus and method for diagnosis of cell balancing circuit | |
JP5356579B2 (en) | Cell balance circuit abnormality diagnosis apparatus and method | |
JP5567956B2 (en) | Cell voltage equalization device for multiple assembled batteries | |
EP3575809B1 (en) | A method of operating battery management systems, corresponding device and vehicle | |
US9494653B2 (en) | Battery pack monitoring apparatus | |
JP5974849B2 (en) | Battery monitoring device | |
JP4524219B2 (en) | Flying capacitor voltage measuring device | |
JP2016146728A (en) | Battery monitoring device | |
JP2007085847A (en) | Abnormality detection system for cell balance circuit | |
JP2012090392A (en) | Battery state monitoring apparatus | |
JP2010271267A (en) | Battery monitoring device | |
JP5477254B2 (en) | Battery status monitoring device | |
JP6324333B2 (en) | Cell balance circuit and fault diagnosis device thereof | |
JP2013242324A (en) | Battery monitoring device | |
JP2017070024A (en) | Battery monitoring device | |
KR100968348B1 (en) | Apparatus and Method for diagnosis of cell balancing circuit using flying capacitor | |
JP2014206453A (en) | Battery monitoring device | |
JP2012208066A (en) | Battery voltage detection device | |
JP6787705B2 (en) | Anomaly detector and battery system | |
KR101858321B1 (en) | Apparatus and method for diagnosis of cell balancing circuit | |
JP2015102336A (en) | Battery monitoring device | |
EP3907813A1 (en) | Temperature measuring apparatus, battery apparatus including same, and temperature measuring method | |
JP5561049B2 (en) | Battery voltage measuring device | |
JP2015211583A (en) | Battery monitoring method | |
KR20210104458A (en) | Battery apparatus and current sensor diagnosis method |