JP2016208733A - 電池保護システム、電池保護装置、及び電池保護方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図2は、本発明の一実施形態に係る電池保護システムの一例を示す全体構成図である。以下、図示するように、電池保護システム1が、第一の電池保護装置の例としてデバイス100、第三の電池保護装置の例としてデバイス110、及び第二の電池保護装置の例としてデバイス120を有する例で説明する。また、図2では、図示するように、二次電池セル2と、二次電池セル3と、二次電池セル4とが直列に接続される例である。即ち、電池保護システム1は、例えば、図示するような二次電池セルが複数直列に接続される高電圧の電池セット等に用いられる。
図3は、本発明の一実施形態に係る電池保護装置の一例を示す回路図である。例えば、デバイス100は、図3に示す構成である。また、デバイス110及びデバイス120は、例えばデバイス100と同様の図3に示す構成である。以下、デバイス100を例に説明する。
電圧クランプ回路C1は、図示するように、スイッチSW1を有し、電圧クランプ回路C1は、スイッチSW1を切り替えることによって、送受信端子SOCの電圧を切り替える。また、電圧クランプ回路C1は、送受信端子SOCの電圧が一定の電圧以下とならないように、クランプを行う回路である。なお、送受信端子SOCの電圧は、電圧クランプ回路により決まり、送受信端子SOCが上段のデバイスへ送信する電圧伝達信号VSIGの電圧である。
電流判定回路C2は、送受信端子SOCへ入力される電流を判定する。具体的には、電流判定回路C2は、電流伝達信号ISIGの電流が検出電流であるか否かを判定する。なお、電流伝達信号ISIGの電流は、電流伝達信号ISIGを送信する上段のデバイスが電流を切り替える。
電流出力回路C3は、電流伝達信号ISIGを検出電流で出力する。具体的には、電流出力回路C3は、下段のデバイスに電流伝達信号ISIGを送信する。送受信端子COUTから送信される電流伝達信号ISIGは、下段のデバイスでは、送受信端子SOCによって受信される。なお、電流出力回路C3によって出力される電流は、下段のデバイスが有する送受信端子SOCから送受信端子COUTに送信される電圧伝達信号VSIGの電圧に影響されない。
電圧判定回路C4は、電圧伝達信号VSIGの電圧を判定する。即ち、電圧判定回路C4は、電圧伝達信号VSIGの電圧が検出電圧であるか否かを判定する。なお、電圧伝達信号VSIGの電圧は、下段のデバイスによって切り替えられる。
充放電制御回路C5は、送受信端子COUTから二次電池セルの充電及び放電を制御する制御信号を送信する。なお、送受信端子COUTが送信する信号は、デバイスが最下段のデバイスであるか否かによって異なる。具体的には、図2に示すデバイス120のように、最下段のデバイスである場合、スイッチSW3が図示するように設定され、送受信端子COUTは、二次電池セルの充電を制御する制御信号を出力する。この場合、図2に示すデバイス120のように、送受信端子COUTは、FET5に接続される。
図4は、本発明の一実施形態に係る電池保護システムによる過充電検出処理の一例を示すフローチャートである。即ち、図4に示す過充電検出処理は、第1条件を二次電池セルの過充電が検出された場合とし、最上段のデバイスから下段のデバイスに過充電の検出結果を通信によって伝える例である。
ステップS01では、デバイス100は、過充電を検出する。具体的には、デバイス100は、第1電源端子VDD及び第2電源端子VSS端子によって、二次電池セルの電圧を計測し、電圧が所定の電圧以上となると、過充電であると検出する。
ステップS02では、デバイス100は、過充電を検出すると、検出電流でデバイス110に第1電流伝達信号を送信する。
ステップS03では、デバイス110は、デバイス100から送信される第1電流伝達信号の電流が検出電流であるか否かを判定する。例えば、デバイス110は、第1電流伝達信号の電流が検出電流を示す閾値以上であるか否かによって、検出電流であるか否かを判定する。
ステップS04では、デバイス110は、検出電流でデバイス120に第2電流伝達信号を送信する。
ステップS05では、デバイス120は、デバイス110から送信される第2電流伝達信号の電流が検出電流であるか否かを判定する。例えば、デバイス120は、ステップS03と同様の手順で、検出電流であるか否かを判定する。
ステップS06では、デバイス120は、充電を停止させる等を行って、充電を制限する。具体的には、ステップS06では、デバイス120は、FET5をオフ(off)にする制御等を行う。
図7は、本発明の一実施形態に係る電池保護システムによる負荷接続検出処理の一例を示すフローチャートである。なお、図7に示す処理は、例えば、二次電池セルの過充電を検出して充電を制限し、その後、二次電池セルの電力を利用する負荷が接続される場合に行われる処理である。即ち、図7に示す負荷接続検出処理は、第2条件を二次電池セルの電力を使用する負荷が接続されたのが検出された場合とし、最下段のデバイスから上段のデバイスに負荷接続の検出結果を通信によって伝える例である。
ステップS11では、デバイス120は、負荷接続を検出する。具体的には、デバイス120は、V−端子によって、P−端子の電圧を計測し、電圧が所定の電圧以上上がると、負荷が接続されたと検出する。即ち、負荷が接続され放電電流が流れると、FET5が有するボディダイオード(寄生ダイオード又は内蔵ダイオードともいう。)によって、P−端子の電圧が上がる。これに対して、デバイス120は、V−端子によって、電圧が上がるのを検出して、負荷が接続されるのを検出することができる。
ステップS12では、デバイス120は、負荷接続が検出されると、デバイス110に第2電圧伝達信号を検出電圧で送信する。
ステップS13では、デバイス110は、デバイス120から送信される第2電圧伝達信号の電圧が検出電圧であるか否かを判定する。例えば、デバイス110は、第2電圧伝達信号の電圧が検出電圧を示す閾値以下であるか否かによって、検出電圧であるか否かを判定する。
ステップS14では、デバイス110は、デバイス100に第1電圧伝達信号を検出電圧で送信する。
ステップS15では、デバイス100は、デバイス110から送信される第1電圧伝達信号の電圧が検出電圧であるか否かを判定する。例えば、デバイス100は、ステップS13と同様の手順等で、検出電圧であるか否かを判定する。
ステップS16では、デバイス100、デバイス110、及びデバイス120は、充電を制御する。例えば、負荷接続が検出され、かつ、二次電池セルの電圧が過充電検出電圧SH1未満となると、デバイス120は、図4のステップS06等による充電の制限を解除する等を行う。具体的には、ステップS16では、デバイス120は、FET5をオンにする制御等を行う。
複数のデバイスで共有する情報は、過充電の検出結果及び負荷接続の検出結果に限られない。即ち、第1条件が過充電が検出された場合及び第2条件が二次電池セルに負荷が接続されたのが検出された場合であるに限られない。例えば、情報は、温度に係る保護を行う場合、温度に係る情報であってもよい。即ち、第1条件又は第2条件が温度に係る条件であってもよい。温度に係る情報を複数のデバイスで共有すると、図9に示す負荷接続の検出結果と同様に、各デバイスは、温度に係る情報に基づいて充電の制御を行うことができる。
図10は、本発明の一実施形態に係る電池保護システムの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。図示するように、電池保護システム1は、第一の電池保護装置の例であるデバイス100と、第二の電池保護装置の例であるデバイス120とを含む。
図11は、比較例の電池保護システムの一例を示す回路図である。
100、110、120 デバイス
C1 電圧クランプ回路
C2 電流判定回路
C3 電流出力回路
C4 電圧判定回路
C5 充放電制御回路
5 FET
COUT 送受信端子
SOC 送受信端子
Claims (12)
- 直列接続された複数の二次電池セルに対して、
前記複数の二次電池セルに並列に接続された複数の二次電池保護装置を有し、
前記複数の二次電池保護装置の間で通信が行われる二次電池保護システムであって、
前記複数の二次電池セルのうち、いずれかの第1の二次電池セルに接続された第1の二次電池保護装置は、
第1条件になると、状態に応じて電流値を可変させた電流伝達信号を生成して送信する電流送信部を有し、
前記第1の二次電池セルと隣合せの第2の二次電池セルに接続された第2の二次電池保護装置は、
第2条件になると状態に応じて電圧値を可変させた電圧伝達信号を生成して送信する電圧送信部を有し、
前記電流伝達信号と前記電圧伝達信号は1本の通信線を共有して送信され、
前記第1の二次電池保護装置はさらに、
前記電圧伝達信号を受信する電圧判定部を有し、
前記第2の二次電池保護装置はさらに、
前記電流伝達信号を受信する電流判定部を有し、
前記第2の二次電池保護装置から前記第1の二次電池保護装置に送信される前記電圧伝達信号の電圧振幅は前記第1の二次電池セルと前記第2の二次電池セルの接続点の電位に対してそれぞれの二次電池セルの電圧よりも低い所定の電圧以下であり、前記所定の電圧は前記第1の二次電池保護装置の耐圧未満の電圧であることを特徴とする二次電池保護システム。 - 前記第1の二次電池保護装置は前記第1の二次電池セルを電源とし、前記第2の二次電池保護装置は前記第2の二次電池セルを電源とする請求項1に記載の二次電池保護システム。
- 前記電流送信部は、1つ以上の定電流源を含み、
前記定電流源をオンオフ制御することで前記電流伝達信号を生成する
請求項1又は2に記載の二次電池保護システム。 - 前記電圧送信部は、1つ以上の定電圧回路をさらに含み、
前記定電圧回路を制御して前記電圧伝達信号を生成する請求項1から3のいずれか一項に記載の二次電池保護システム。 - 前記定電圧回路は、1つ以上のダイオードを有し、前記ダイオードの順方向電圧に基づいて定電圧を生成することを特徴とする
請求項4に記載の二次電池保護システム。 - 前記電流判定部又は前記電圧判定部の何れか一方の受信結果に基づいて前記二次電池セルの充電又は放電を切り替える制御信号を出力する制御部を有し、
他方の受信結果に基づいて充放電保護状態から通常動作状態への復帰処理を行うことを特徴とする
請求項1から5のいずれか一項に記載の二次電池保護システム。 - 前記制御信号が出力される端子と、前記電流伝達信号が送信され、かつ、前記電圧伝達信号を受信する端子とが共通である請求項6に記載の二次電池保護システム。
- 前記制御信号を出力する端子とするか、前記電流伝達信号を送信し、かつ、前記電圧伝達信号を受信する端子とするかを切り替えるスイッチをさらに含む請求項7に記載の二次電池保護システム。
- 前記第1条件は、前記二次電池セルの過充電、過放電、過電流の何れか一つの異常が検出された場合である請求項1から8のいずれか一項に記載の二次電池保護システム。
- 前記第2条件は、前記二次電池セルに負荷接続を検出した場合、負荷開放が検出された場合、充電器接続が検出された場合、充電器開放が検出された場合のいずれかである
請求項1から9のいずれか一項に記載の二次電池保護システム。 - 直列接続された複数の二次電池セルに対して、
複数のセルに並列に接続された複数の二次電池保護装置を有し、
前記複数の二次電池保護装置の間で通信が行われる二次電池保護方法であって、
第1の二次電池セルに接続された第1の二次電池保護装置は、
第1条件になると状態に応じて電流値を可変させた電流伝達信号を生成して送信する電流送信手段を有し、
前記第1の二次電池セルと隣合せの第2の二次電池セルに接続された第2の二次電池保護装置は、
第2条件になると状態に応じて電圧値を可変させた電圧伝達信号を生成する電圧送信手段を有し、
前記電流伝達信号と前記電圧伝達信号は1本の通信線を共有して送信され、
前記第1の二次電池保護装置はさらに、
前記電圧伝達信号を受信する電圧判定手段を有し、
前記第2の二次電池保護装置はさらに、
前記電流伝達信号を受信する電流判定手段を有し、
前記第2の二次電池保護装置から前記第1の二次電池保護装置に送信される電圧伝達信号の電圧振幅は前記第1の二次電池セルと前記第2の二次電池セルの接続点の電位に対してそれぞれの二次電池セルの電圧よりも低い所定の電圧以下とし、前記所定の電圧は前記第1の二次電池保護装置の耐圧未満の電圧とすることを特徴とする
二次電池保護方法。 - 直列接続された複数の二次電池セルに対して、
複数の二次電池セルに並列に接続され、接続された二次電池セルを電源として駆動する複数の二次電池保護装置を有し、
前記複数の二次電池保護装置の間で通信が行われる二次電池保護システムを構成する二次電池保護装置であって、
第1条件になると状態に応じて電流値を可変させた第1の電流伝達信号を生成して送信する電流送信部と、
前記第1の電流伝達信号と1本の通信路を共有して、
対向する二次電池保護装置から送信される第1の電圧伝達信号を受信する電圧判定部と、
第2条件になると状態に応じて電圧値を可変させた第2の電圧伝達信号を生成して送信する電圧送信部と、
前記第2の電圧伝達信号と1本の通信路を共有して、
対向する二次電池保護装置から送信される第2の電流伝達信号を受信する電流判定部を有し、
前記第2の電圧伝達信号の電圧振幅は高電位側電源電圧又は低電位側電源電圧からそれぞれの二次電池セルの電圧よりも低い所定の電圧以下であり、前記所定の電圧は二次電池保護装置の耐圧未満の電圧であることを特徴とする
二次電池保護装置。
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