JP2020171150A

JP2020171150A - 電池監視装置

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Publication number: JP2020171150A
Application number: JP2019071668A
Authority: JP
Inventors: 亮平上田; Ryohei Ueda; 正信松井; Masanobu Matsui
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2039-04-03
Also published as: JP7120129B2

Abstract

【課題】互いに直列接続される複数の電池のそれぞれの電圧を監視する電池監視装置に備えられる監視回路や上位制御回路が破損することを防止する。【解決手段】静電気放電保護回路３６、３７に接続されるグランドＧＮＤ５が、静電気放電保護回路３４、３５に接続されるグランドＧＮＤ４とコンデンサＣ３を介して接続されるとともに、上位制御回路３３に接続されるグランドＧＮＤ３とコンデンサＣ４を介して接続され、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌが、抵抗Ｒ１を介して監視回路３１に接続されるグランドＧＮＤ１または監視回路３１の電源Ｐ１に接続され、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌが、抵抗Ｒ２を介して監視回路３２に接続されるグランドＧＮＤ２または監視回路３２の電源Ｐ２に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続される複数の電池のそれぞれの電圧を監視する電池監視装置に関する。

図３は、静電気保護機能を付加した電池監視装置の一例を示す図である。
図３に示す電池監視装置３０は、監視回路３１と、監視回路３２と、上位制御回路３３と、静電気放電保護回路３４〜３７とを備える。

監視回路３１は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、グランドＧＮＤ１に接続され、電池Ｂ１の電圧を監視する。

監視回路３２は、ＩＣなどにより構成され、グランドＧＮＤ１と異なるグランドＧＮＤ２に接続され、電池Ｂ１のマイナス端子に接続される電池Ｂ２の電圧を監視するとともに、監視回路３１とコンデンサＣ１を介して通信を行う。

上位制御回路３３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより構成され、グランドＧＮＤ１、ＧＮＤ２と異なるグランドＧＮＤ３に接続され、監視回路３２とコンデンサＣ２を介して通信を行う。

静電気放電保護回路３４は、コンデンサや抵抗などにより構成され、電池Ｂ１のプラス端子と監視回路３１との間に接続される高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈと、グランドＧＮＤ１との間に接続され、静電気などによって電池Ｂ１のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈに流れる電流をグランドＧＮＤ１に流す。

静電気放電保護回路３５は、コンデンサや抵抗などにより構成され、電池Ｂ１のマイナス端子と監視回路３１との間に接続される低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌと、グランドＧＮＤ１との間に接続され、静電気などによって電池Ｂ１のマイナス端子から低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌに流れる電流をグランドＧＮＤ１に流す。

静電気放電保護回路３６は、コンデンサや抵抗などにより構成され、電池Ｂ２のプラス端子と監視回路３２との間に接続される高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈと、グランドＧＮＤ２との間に接続され、静電気などによって電池Ｂ２のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈに流れる電流をグランドＧＮＤ２に流す。

静電気放電保護回路３７は、コンデンサや抵抗などにより構成され、電池Ｂ２のマイナス端子と監視回路３２との間に接続される低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌと、グランドＧＮＤ２との間に接続され、静電気などによって電池Ｂ２のマイナス端子から低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌに流れる電流をグランドＧＮＤ２に流す。

関連する技術として、例えば、特許文献１がある。

特開２０１１−００４５８５号公報

しかしながら、上記の電池監視装置では、静電気などにより電池Ｂ１のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈに電流が流れると、その電流が高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４、グランドＧＮＤ１、監視回路３１、コンデンサＣ１、監視回路３２、コンデンサＣ２、及び上位制御回路３３を介してグランドＧＮＤ３に流れるため、その電流により監視回路３１、監視回路３２、及び上位制御回路３３が破損するおそれがある。

または、静電気などにより電池Ｂ１のマイナス端子から低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌに電流が流れると、その電流が低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌから静電気放電保護回路３５、グランドＧＮＤ１、監視回路３１、コンデンサＣ１、監視回路３２、コンデンサＣ２、及び上位制御回路３３を介してグランドＧＮＤ３に流れるため、その電流により監視回路３１、監視回路３２、及び上位制御回路３３が破損するおそれがある。

または、静電気などにより電池Ｂ２のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈに電流が流れると、その電流が高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈから静電気放電保護回路３６、グランドＧＮＤ２、監視回路３２、コンデンサＣ２、及び上位制御回路３３を介してグランドＧＮＤ３に流れるため、その電流により監視回路３２及び上位制御回路３３が破損するおそれがある。

または、静電気などにより電池Ｂ２のマイナス端子から低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌに電流が流れると、その電流が低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌから静電気放電保護回路３７、グランドＧＮＤ２、監視回路３２、コンデンサＣ２、及び上位制御回路３３を介してグランドＧＮＤ３に流れるため、その電流により監視回路３２及び上位制御回路３３が破損するおそれがある。

または、電池Ｂ１、Ｂ２が充電されることにより電池Ｂ１のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈに電流が流れると、その電流が高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４、グランドＧＮＤ１、監視回路３１、コンデンサＣ１、監視回路３２、グランドＧＮＤ２、静電気放電保護回路３７、及び低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌを介して電池Ｂ２のマイナス端子に流れるため、その電流により監視回路３１及び監視回路３２が破損するおそれがある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、互いに直列接続される複数の電池のそれぞれの電圧を監視する電池監視装置に備えられる監視回路や上位制御回路が破損することを防止することである。

本発明に係る一つの形態である電池監視装置は、第１のグランドに接続され、第１の電池の電圧を監視する第１の監視回路と、第１のグランドと異なる第２のグランドに接続され、第１の電池のマイナス端子に接続される第２の電池の電圧を監視するとともに、第１の監視回路と第１のコンデンサを介して通信を行う第２の監視回路と、第１及び第２のグランドと異なる第３のグランドに接続され、第２の監視回路と第２のコンデンサを介して通信を行う上位制御回路と、第１の電池のプラス端子と第１の監視回路との間に接続される第１の高電位側電圧監視線と、第１〜第３のグランドと異なる第４のグランドとの間に接続される第１の静電気放電保護回路と、第１の電池のマイナス端子と第１の監視回路との間に接続される第１の低電位側電圧監視線と、第４のグランドとの間に接続される第２の静電気放電保護回路と、第２の電池のプラス端子と第２の監視回路との間に接続される第２の高電位側電圧監視線と、第１〜第４のグランドと異なる第５のグランドとの間に接続される第３の静電気放電保護回路と、第２の電池のマイナス端子と第２の監視回路との間に接続される第２の低電位側電圧監視線と、第５のグランドとの間に接続される第４の静電気放電保護回路とを備える。

第５のグランドは、第４のグランドと第３のコンデンサを介して接続されるとともに、第３のグランドと第４のコンデンサを介して接続される。

第１の低電位側電圧監視線は、第１の抵抗を介して第１のグランドまたは第１の監視回路の電源に接続される。

第２の低電位側電圧監視線は、第２の抵抗を介して第２のグランドまたは第２の監視回路の電源に接続される。

これにより、静電気などによって第１の電池のプラス端子から第１の高電位側電圧監視線に電流が流れると、その電流が第１の高電位側電圧監視線から第１の静電気放電保護回路、第４のグランド、第３のコンデンサ、第５のグランド、及び第４のコンデンサを介して、第３のグランドに流れるため、その電流が第１の監視回路、第２の監視回路、及び上位制御回路に流れることを防止することができ、その電流により第１の監視回路、第２の監視回路、及び上位制御回路が破損することを防止することができる。

また、静電気などによって第１の電池のマイナス端子から第１の低電位側電圧監視線に電流が流れると、その電流が第１の低電位側電圧監視線から第２の静電気放電保護回路、第４のグランド、第３のコンデンサ、第５のグランド、及び第４のコンデンサを介して、第３のグランドに流れるため、その電流が第１の監視回路、第２の監視回路、及び上位制御回路に流れることを防止することができ、その電流により第１の監視回路、第２の監視回路、及び上位制御回路が破損することを防止することができる。

また、静電気などによって第２の電池のプラス端子から第２の高電位側電圧監視線に電流が流れると、その電流が第２の高電位側電圧監視線から第３の静電気放電保護回路、第５のグランド、及び第４のコンデンサを介して、第３のグランドに流れるため、その電流が第２の監視回路及び上位制御回路に流れることを防止することができ、その電流により第２の監視回路及び上位制御回路が破損することを防止することができる。

また、静電気などによって第２の電池のマイナス端子から第２の低電位側電圧監視線に電流が流れると、その電流が第２の低電位側電圧監視線から第４の静電気放電保護回路、第５のグランド、及び第４のコンデンサを介して、第３のグランドに流れるため、その電流が第２の監視回路及び上位制御回路に流れることを防止することができ、その電流により第２の監視回路及び上位制御回路が破損することを防止することができる。

また、第１及び第２の電池が充電されることにより第１の電池のプラス端子から第１の高電位側電圧監視線に電流が流れると、その電流が第１の高電位側電圧監視線から第１の静電気放電保護回路、第４のグランド、第３のコンデンサ、第５のグランド、第４の静電気放電保護回路、及び第２の低電位側電圧監視線を介して第２の電池のマイナス端子に流れるため、その電流が第１及び第２の監視回路に流れることを防止することができ、その電流により第１及び第２の監視回路が破損することを防止することができる。

本発明によれば、互いに直列接続される複数の電池のそれぞれの電圧を監視する電池監視装置に備えられる監視回路や上位制御回路が破損することを防止することができる。

実施形態の電池監視装置の一例を示す図である。実施形態の電池監視装置の他の例を示す図である。静電気保護機能を付加した電池監視装置の一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池監視装置の一例を示す図である。なお、図３に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。

図１に示す電池監視装置は、監視回路３１（第１の監視回路）と、監視回路３１とコンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を介して通信を行う監視回路３２（第２の監視回路）と、監視回路３２とコンデンサＣ２（第２のコンデンサ）を介して通信を行う上位制御回路３３と、静電気放電保護回路３４（第１の静電気放電保護回路）と、静電気放電保護回路３５（第２の静電気保護回路）と、静電気放電保護回路３６（第３の静電気放電保護回路）と、静電気放電保護回路３７（第４の静電気放電保護回路）とを備える。例えば、監視回路３１は、電池Ｂ１の電圧Ｖ１を取得し、その取得した電圧Ｖ１を監視回路３２に送信する。監視回路３２は、電池Ｂ２の電圧Ｖ２を取得し、その取得した電圧Ｖ２及び受信される電圧Ｖ１を上位制御回路３３に送信する。上位制御回路３３は、受信される電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて電池Ｂ１、Ｂ２の容量などを求める。また、電池Ｂ１、Ｂ２は、例えば、モータを用いて走行する車両に搭載される電池であって、燃料電池またはリチウムイオン電池などとする。また、電池Ｂ１、Ｂ２は、それぞれ、複数の電池により構成されていてもよい。

なお、実施形態の電池監視装置は、互いに直列接続される２つの電池（電池Ｂ１、Ｂ２）のそれぞれの電圧を監視する構成であるが、互いに直列接続される３つ以上の電池のそれぞれの電圧を監視するように構成してもよい。このように構成する場合、新たな電池が電池Ｂ１のプラス端子側に直列接続されるとともに、その新たな電池にそれぞれ監視回路及び静電気放電保護回路が接続されるものとする。

静電気放電保護回路３４は、高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈ（第１の高電位側電圧監視線）と、グランドＧＮＤ１〜ＧＮＤ３と異なるグランドＧＮＤ４（第４のグランド）との間に接続される。すなわち、静電気保護回路３４に接続されるグランドＧＮＤ４は、監視回路３１に接続されるグランドＧＮＤ１（第１のグランド）と電気的に分かれている。これにより、高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４に流れる電流がグランドＧＮＤ１を介して監視回路３１に流れることを防止することができる。

静電気放電保護回路３５は、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌ（第１の低電位側電圧監視線）と、グランドＧＮＤ４との間に接続される。すなわち、静電気保護回路３５に接続されるグランドＧＮＤ４は、監視回路３１に接続されるグランドＧＮＤ１と電気的に分かれている。これにより、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌから静電気放電保護回路３５に流れる電流がグランドＧＮＤ１を介して監視回路３１に流れることを防止することができる。

静電気放電保護回路３６は、高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈ（第２の高電位側電圧監視線）と、グランドＧＮＤ１〜ＧＮＤ４と異なるグランドＧＮＤ５（第５のグランド）との間に接続される。すなわち、静電気放電保護回路３６に接続されるグランドＧＮＤ５は、監視回路３２に接続されるグランドＧＮＤ２（第２のグランド）と電気的に分かれている。これにより、高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈから静電気放電保護回路３６に流れる電流がグランドＧＮＤ２を介して監視回路３２に流れることを防止することができる。

静電気放電保護回路３７は、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌ（第２の低電位側電圧監視線）と、グランドＧＮＤ５との間に接続される。すなわち、静電気放電保護回路３７に接続されるグランドＧＮＤ５は、監視回路３２に接続されるグランドＧＮＤ２と電気的に分かれている。これにより、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌから静電気放電保護回路３７に流れる電流がグランドＧＮＤ２を介して監視回路３２に流れることを防止することができる。

グランドＧＮＤ５は、グランドＧＮＤ４とコンデンサＣ３（第３のコンデンサ）を介して接続される。これにより、高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４に流れる電流を、コンデンサＣ３、グランドＧＮＤ５、及び静電気放電保護回路３７を介して低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌに流すことができる。

また、グランドＧＮＤ５は、グランドＧＮＤ３と第４のコンデンサ（第４のコンデンサ）を介して接続される。これにより、高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４に流れる電流を、グランドＧＮＤ４、コンデンサＣ３、グランドＧＮＤ５、及びコンデンサＣ４を介してグランドＧＮＤ３に流すことができる。また、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌから静電気放電保護回路３５に流れる電流を、グランドＧＮＤ４、コンデンサＣ３、グランドＧＮＤ５、及びコンデンサＣ４を介してグランドＧＮＤ３に流すことができる。また、高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈから静電気放電保護回路３６に流れる電流を、グランドＧＮＤ５及びコンデンサＣ４を介してグランドＧＮＤ３に流すことができる。また、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌから静電気放電保護回路３７に流れる電流を、グランドＧＮＤ５及びコンデンサＣ４を介してグランドＧＮＤ３に流すことができる。

また、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌは、抵抗Ｒ１（第１の抵抗）を介してグランドＧＮＤ１に接続される。これにより、監視回路３１において、電池Ｂ１のマイナス端子の電位をグランドＧＮＤ１の電位と同じにすることができるとともに、低電位側電圧監視線Ｌ１−ＬからグランドＧＮＤ１に流れる電流を制限することができる。

また、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌは、抵抗Ｒ２（第２の抵抗）を介してグランドＧＮＤ２に接続される。これにより、監視回路３２において、電池Ｂ２のマイナス端子の電位をグランドＧＮＤ２の電位と同じにすることができるとともに、低電位側電圧監視線Ｌ２−ＬからグランドＧＮＤ２に流れる電流を制限することができる。

なお、図２に示すように、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌは、抵抗Ｒ１を介して監視回路３１の電源Ｐ１に接続されてもよい。これにより、監視回路３１において、電池Ｂ１のマイナス端子の電位を電源Ｐ１の電位と同じにすることができるとともに、低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌから電源Ｐ１に流れる電流を制限することができる。

また、図２に示すように、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌは、抵抗Ｒ２を介して監視回路３２の電源Ｐ２に接続されてもよい。これにより、監視回路３２において、電池Ｂ２のマイナス端子の電位を電源Ｐ２の電位と同じにすることができるとともに、低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌから電源Ｐ２に流れる電流を制限することができる。

従って、図１または図２に示す電池監視装置では、静電気などによって電池Ｂ１のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈに電流が流れると、その電流が高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４、グランドＧＮＤ４、コンデンサＣ３、グランドＧＮＤ５、及びコンデンサＣ４を介して、グランドＧＮＤ３に流れるため、その電流が監視回路３１、監視回路３２、及び上位制御回路３３に流れることを防止することができ、その電流により監視回路３１、監視回路３２、及び上位制御回路３３が破損することを防止することができる。

また、図１または図２に示す電池監視装置では、静電気などによって電池Ｂ１のマイナス端子から低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌに電流が流れると、その電流が低電位側電圧監視線Ｌ１−Ｌから静電気放電保護回路３５、グランドＧＮＤ４、コンデンサＣ３、グランドＧＮＤ５、及びコンデンサＣ４を介して、グランドＧＮＤ３に流れるため、その電流が監視回路３１、監視回路３２、及び上位制御回路３３に流れることを防止することができ、その電流により監視回路３１、監視回路３２、及び上位制御回路３３が破損することを防止することができる。

また、図１または図２に示す電池監視装置では、静電気などによって電池Ｂ２のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈに電流が流れると、その電流が高電位側電圧監視線Ｌ２−Ｈから静電気放電保護回路３６、グランドＧＮＤ５、及びコンデンサＣ４を介して、グランドＧＮＤ３に流れるため、その電流が監視回路３２及び上位制御回路３３に流れることを防止することができ、その電流により監視回路３２及び上位制御回路３３が破損することを防止することができる。

また、図１または図２に示す電池監視装置では、静電気などによって電池Ｂ２のマイナス端子から低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌに電流が流れると、その電流が低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌから静電気放電保護回路３７、グランドＧＮＤ５、及びコンデンサＣ４を介して、グランドＧＮＤ３に流れるため、その電流が監視回路３２及び上位制御回路３３に流れることを防止することができ、その電流により監視回路３２及び上位制御回路３３が破損することを防止することができる。

また、図１または図２に示す電池監視装置では、電池Ｂ１、Ｂ２が充電されることにより電池Ｂ１のプラス端子から高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈに電流が流れると、その電流が高電位側電圧監視線Ｌ１−Ｈから静電気放電保護回路３４、グランドＧＮＤ４、コンデンサＣ３、グランドＧＮＤ５、静電気放電保護回路３７、及び低電位側電圧監視線Ｌ２−Ｌを介して電池Ｂ２のマイナス端子に流れるため、その電流が監視回路３１、３２に流れることを防止することができ、その電流により監視回路３１、３２が破損することを防止することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

３１監視回路
３２監視回路
３３上位制御回路
３４〜３７静電気放電保護回路
Ｌ１、Ｌ２電圧監視線
Ｃ１〜Ｃ３コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２抵抗
Ｂ１、Ｂ２電池
ＧＮＤ１〜ＧＮＤ５グランド

Claims

第１のグランドに接続され、第１の電池の電圧を監視する第１の監視回路と、
前記第１のグランドと異なる第２のグランドに接続され、前記第１の電池のマイナス端子に接続される第２の電池の電圧を監視するとともに、前記第１の監視回路と第１のコンデンサを介して通信を行う第２の監視回路と、
前記第１及び第２のグランドと異なる第３のグランドに接続され、前記第２の監視回路と第２のコンデンサを介して通信を行う上位制御回路と、
前記第１の電池のプラス端子と前記第１の監視回路との間に接続される第１の高電位側電圧監視線と、前記第１〜第３のグランドと異なる第４のグランドとの間に接続される第１の静電気放電保護回路と、
前記第１の電池のマイナス端子と前記第１の監視回路との間に接続される第１の低電位側電圧監視線と、前記第４のグランドとの間に接続される第２の静電気放電保護回路と、
前記第２の電池のプラス端子と前記第２の監視回路との間に接続される第２の高電位側電圧監視線と、前記第１〜第４のグランドと異なる第５のグランドとの間に接続される第３の静電気放電保護回路と、
前記第２の電池のマイナス端子と前記第２の監視回路との間に接続される第２の低電位側電圧監視線と、前記第５のグランドとの間に接続される第４の静電気放電保護回路と、
を備え、
前記第５のグランドは、前記第４のグランドと第３のコンデンサを介して接続されるとともに、前記第３のグランドと第４のコンデンサを介して接続され、
前記第１の低電位側電圧監視線は、第１の抵抗を介して前記第１のグランドまたは前記第１の監視回路の電源に接続され、
前記第２の低電位側電圧監視線は、第２の抵抗を介して前記第２のグランドまたは前記第２の監視回路の電源に接続される
ことを特徴とする電池監視装置。