JP5481367B2 - Battery module and vehicle - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、組電池モジュール、および、車両に関する。 Embodiments described herein relate generally to an assembled battery module and a vehicle.
複数の二次電池セルを組み合わせた組電池を備える二次電池装置は、過充電や過放電等の二次電池セルの異常な状態を回避するために、各二次電池セルの電圧や温度を常時監視する監視回路を備えている。 A secondary battery device including an assembled battery in which a plurality of secondary battery cells are combined has a voltage and temperature of each secondary battery cell in order to avoid an abnormal state of the secondary battery cell such as overcharge and overdischarge. A monitoring circuit for constant monitoring is provided.
また、一般に、複数の二次電池セルを組み合わせて使用する組電池を備える二次電池装置において、二次電池セルの充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされた二次電池セルに蓄えられたエネルギーが不均一になることが知られている。このため、二次電池装置は、二次電池セルに蓄えられているエネルギーが不均一になると、二次電池セルを抵抗放電することによりエネルギーの均等化を行う均等化回路を備えている。 In general, in a secondary battery device including an assembled battery that is used in combination with a plurality of secondary battery cells, the secondary battery cells are stored in the combined secondary battery cells due to charge / discharge of the secondary battery cells or temperature variations. It is known that the energy becomes non-uniform. For this reason, the secondary battery device includes an equalization circuit that equalizes energy by resistance discharging the secondary battery cell when the energy stored in the secondary battery cell becomes non-uniform.
これらの監視回路や均等化回路等の各々の二次電池セルに直接接続される回路を含む組電池監視回路と、組電池監視回路を制御する組電池管理装置とは接地電位が異なり、互いに絶縁通信回路を介して通信を行なっている。 The assembled battery monitoring circuit including a circuit directly connected to each secondary battery cell, such as the monitoring circuit and the equalization circuit, and the assembled battery management device that controls the assembled battery monitoring circuit have different ground potentials and are insulated from each other. Communication is performed via a communication circuit.
組電池監視回路の均等化回路は、組電池管理装置等の上位装置が動作していない時に数時間をかけて二次電池セルのエネルギーが均等になるように補正を行う。このために、組電池監視回路は組電池管理装置の電源が切れているときでも、組電池から電源を得て組電池監視回路だけで動作してエネルギーの均等化を行なうように組電池から組電池監視回路への電源供給を維持できるようになっている。 The equalization circuit of the assembled battery monitoring circuit performs correction so that the energy of the secondary battery cells is equalized over several hours when the host device such as the assembled battery management device is not operating. For this reason, even when the battery pack monitoring device is turned off, the battery pack monitoring circuit obtains power from the battery pack and operates only with the battery pack monitoring circuit to perform energy equalization. The power supply to the battery monitoring circuit can be maintained.
例えば、何らかのトラブルによりエネルギーの均等化終了後も組電池監視回路の電源が入り続けた場合には、組電池管理装置からの通信による指令が無いため通常動作時ほどは組電池監視回路において電力を消費しないものの、組電池監視回路の電源が切れているときに比べれば大きな電力を消費する。 For example, if the battery pack monitoring circuit continues to be turned on even after the end of energy equalization due to some kind of trouble, there is no communication command from the battery pack management device, so that the battery pack monitoring circuit supplies power as during normal operation. Although not consumed, it consumes more power than when the battery pack monitoring circuit is turned off.
組電池監視回路の電源が入り続けると、組電池監視回路は組電池出力電圧により正常な動作を維持できなくなるまで動作を続ける。組電池監視回路が正常に動作しない電圧まで組電池を放電してしまうと組電池が過放電状態となり、二次電池セルの種類によってはその性能が劣化することもあった。 If the assembled battery monitoring circuit is kept powered on, the assembled battery monitoring circuit continues to operate until normal operation cannot be maintained due to the assembled battery output voltage. When the assembled battery is discharged to a voltage at which the assembled battery monitoring circuit does not operate normally, the assembled battery is overdischarged, and the performance may be deteriorated depending on the type of the secondary battery cell.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、組電池が過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止する組電池モジュール、および、車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an assembled battery module that prevents an assembled battery from being overdischarged and prevents performance of the assembled battery from deteriorating, and a vehicle. For the purpose.
実施形態による組電池モジュールは、複数の二次電池セルを含む組電池と、前記複数の二次電池セルの電圧を検出する監視回路と、前記監視回路で検出された電圧を上位回路へ出力するとともに、前記上位回路からの信号を受信して前記監視回路へ出力する通信回路と、前記複数の二次電池セルの電圧のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく又は組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さく、かつ、前記上位回路から通信がない状態が所定時間継続した場合、シャットダウン信号を出力する判定回路と、前記組電池を電源として、前記監視回路および前記通信回路へ電源電圧を出力するとともに、前記判定回路から前記シャットダウン信号を受信したときにシャットダウン処理を行う電源回路と、を備える。 An assembled battery module according to an embodiment includes an assembled battery including a plurality of secondary battery cells, a monitoring circuit that detects voltages of the plurality of secondary battery cells, and outputs a voltage detected by the monitoring circuit to an upper circuit. In addition, a communication circuit that receives a signal from the upper circuit and outputs the signal to the monitoring circuit, and any of the voltages of the plurality of secondary battery cells is smaller than the set voltage for the single battery or the output voltage of the assembled battery is A determination circuit that outputs a shutdown signal when a voltage lower than a set voltage for the assembled battery and no communication from the upper circuit continues for a predetermined time; and a power supply to the monitoring circuit and the communication circuit using the assembled battery as a power source A power supply circuit that outputs a voltage and performs a shutdown process when the shutdown signal is received from the determination circuit.
以下、第1実施形態に係る組電池モジュールおよび車両について、図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態に係る組電池モジュールを含む二次電池装置1の一構成例を示す。二次電池装置1は、複数の組電池モジュール12a〜12cと、組電池モジュール12a〜12cから受信した組電池14a〜14cに関する情報を利用して組電池モジュール12a〜12cの電力の入出力を制御する組電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)11とを備えている。組電池モジュール12a〜12cは、複数の二次電池セルを含む組電池14a〜14cと、組電池監視回路(VTM:Voltage Temperature Monitoring)13a〜13cと、を備えている。
Hereinafter, the assembled battery module and the vehicle according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, the example of 1 structure of the
二次電池装置1は、例えば電気自動車や電力蓄積システムなどの二次電池装置使用装置に接続され、正極端子16および負極端子17を通じて組電池14a〜14cへの充放電が行われるほか、残容量等の二次電池装置1の保全に関する通信が、通信線15を介して組電池管理装置11と二次電池装置1が組み込まれた装置(電気自動車など)との間で行われる。
The
また、二次電池装置1は正極端子16および負極端子17と二次電池装置使用装置との接続を入り切りするための電磁接触器(図示せず)を有してもよい。
Moreover, the
組電池管理装置11は、組電池監視回路13a〜13cと絶縁通信を行なう通信インタフェースIFを備えている。通信インタフェースIFは、組電池14a〜14cの電圧、温度等の情報を、通信線19a〜19cを介して組電池監視回路13a〜13cとの間で通信を行い、二次電池装置1の保全に関する情報を収集する。また、組電池管理装置11は、組電池モジュール12a〜12cの実装時に、通信インタフェースIFから電源制御信号線111a〜111cへ電源制御信号を送信する。組電池管理装置11には、二次電池装置使用装置から電源供給線18を介して電源が供給される。
The assembled
組電池モジュール12a〜12cの組電池14a〜14cは直列に接続され、直列に接続された組電池14a〜14cの両端はそれぞれ正極端子16と負極端子17とに電気的に接続される。
The assembled
図1では一つの組電池14aには5個の二次電池セル14a−1〜14a−5を備えているが、この数に限定されるものではない。また図1では、3個の組電池モジュール12a〜12cを備えているが、この数に限定されるものではなく、任意の複数であってもよく単一の組電池モジュール12であってもよい。
In FIG. 1, one assembled
組電池監視回路13a〜13cは、組電池管理装置11からの通信による指令に基づいて、組電池14a〜14cを構成する個々の二次電池セル14a−1〜14c−5の電圧、温度を計測する。ただし、計測する温度は1つの組電池14a〜14cにつき数箇所であってもよく、全ての二次電池セル14a−1〜14c−5の温度は検出しなくてもよい。
The assembled
組電池監視回路13a〜13cは、通信線19a〜19cおよび電源制御信号線111a〜111cにより直列接続されている。組電池監視回路13a〜13cは通信線19b、19cにより相互にデータを転送するとともに、組電池管理装置11の通信インタフェースIFと末端の組電池監視回路13aとの間で通信線19aによりデータを転送することにより、組電池監視回路13a〜13cのデータを組電池管理装置11へ転送する。なお、組電池監視回路13a〜13cを構成する要素の全部又は一部は半導体集積回路にて構成しても良い。
The assembled
ここで、例えば、出力3Vの二次電池セル14−1〜14−5を10個直列接続した組電池14の場合、組電池としての負極と正極との間には30Vの電位差がある。したがって、組電池監視回路13が組電池モジュール12の負極の電圧を基準電位とするように構成されていた場合、30Vもの電位差がある正極側に接続されたもう一方の組電池監視回路13と通信しなければならない。 Here, for example, in the case of the assembled battery 14 in which ten secondary battery cells 14-1 to 14-5 having an output of 3V are connected in series, there is a potential difference of 30V between the negative electrode and the positive electrode as the assembled battery. Therefore, when the assembled battery monitoring circuit 13 is configured to use the negative voltage of the assembled battery module 12 as a reference potential, it communicates with the other assembled battery monitoring circuit 13 connected to the positive electrode side having a potential difference of 30V. Must.
組電池モジュール12a〜12cは電力用インバータやコンバータに接続されているため、正極端子16および負極端子17には広い周波数に渡って雑音電流が流れる。その結果、組電池モジュール12a〜12c間の接続配線インピーダンスにより、直列に連結された一方の組電池モジュール12の正極側と他方の組電池モジュール12a〜12cの負極側との間に電位差が生じ、組電池モジュール12a〜12c間にコモンモード雑音が発生する。また、組電池モジュール12a〜12c自身にもインピーダンスがあるため、組電池モジュール12a〜12cとしての負極と正極との間の電圧は充放電電流に依存して変化する。そこで、本実施形態の組電池監視回路13a〜13cは、基準電位の異なる組電池モジュール12a〜12c間で通信可能に構成されている。
Since the assembled
図2は、本実施形態の組電池監視回路13aの一構成例を示す図である。なお、以下の説明において、上位とは正極端子16に近い側を表し、下位とは負極端子17に近い側を表す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the assembled
組電池監視回路13aは、電源回路21a、監視回路22a、直流コンバータ回路23a、レベルシフト回路24a、下位通信回路25a、上位通信回路26a、および、シャットダウン判定回路27aを備えている。
The assembled
電源回路21aは、シャットダウン判定回路27aからのウェイクアップ信号により起動され、シャットダウン信号によりシャットダウン処理を行う。電源回路21aは、組電池14aを電源として、組電池モジュール12aの負極電位を基準電位とした電圧を出力する。電源回路21aの出力電圧は、監視回路22a、直流コンバータ回路23a、レベルシフト回路24a、および、下位通信回路25aに供給される。
The power supply circuit 21a is activated by a wake-up signal from the shutdown determination circuit 27a, and performs a shutdown process by the shutdown signal. The power supply circuit 21a outputs a voltage using the assembled
直流コンバータ回路23aは、異なる基準電圧により動作する通信相手との通信に必要な、電位がシフトした電源を生成する。例えば直流コンバータ回路23aは下位の組電池監視回路13aに設けられているため、上位の組電池モジュール12bの負極電位を基準電位とする電源電圧を生成する。具体的にこの回路を実現する方法としては、チャージポンプ回路が知られている。
The
監視回路22aは、組電池14aを構成する二次電池セル14a−1〜14a−5の状態(電圧、温度等)を検出すると共に、通信線19aを介して下位通信回路25aから組電池管理装置11からの指令を受信し、検出結果を下位通信回路25aおよびシャットダウン判定回路27aへ送信する。また監視回路22aは、下位通信回路25aのスイッチ53aを制御して、上位通信回路26aからの通信と自らの通信との衝突を防止する。
The
下位通信回路25aには、スイッチ53aが設けられている。スイッチ53aは、監視回路22aからの制御信号によって切り替えられる。即ち、監視回路22aは、通信経路を切り替えて自ら収集した二次電池セル14a−1〜14a−5の電圧、温度などの保全情報を組電池管理装置11に伝送する。一方、これ以外のタイミングでは、上位の監視回路22bからの保全情報を通信できるように通信経路を元の状態に戻す。
The
下位通信回路25aは、組電池管理装置11(あるいは不図示の下位の組電池監視回路13)からの信号を受信して、監視回路22aおよびシャットダウン判定回路27aへ出力するとともに、レベルシフト回路24aを介して上位通信回路26aに出力する。また、下位通信回路25aは、レベルシフト回路24aを介して上位通信回路26aからの信号を受信して、組電池管理装置11(あるいは不図示の下位の組電池監視回路13)に出力する。
The
下位通信回路25aには電源として、電源回路21aの出力電位と、組電池14aの負極電位(あるいは下位の組電池モジュール(図示せず)の正極電位)とが基準電圧として入力されている。
As the power source, the output potential of the power supply circuit 21a and the negative potential of the assembled
レベルシフト回路24aは、下位通信回路25aと上位通信回路26aとの中間に配置されて、異なる基準電位間での通信信号の授受を可能とするインタフェースとして機能する。即ち、レベルシフト回路24aは、下位通信回路25aが扱う下位の基準電位を「0」レベルとする2値の通信信号と、上位通信回路26aが扱う上位の基準電位を「0」レベルとする2値の通信信号とを電位レベルをシフトして相互に変換する。レベルシフト回路24aには、下位通信回路25aの出力信号が入力される。またレベルシフト回路24aには電源制御信号線111aが接続され、電源制御信号線111aを介して組電池管理装置11(あるいは下位の組電池監視回路13)から電源制御信号を受信する。
The level shift circuit 24a is disposed between the
上位通信回路26aは、レベルシフト回路24aを介して下位通信回路25aからの信号および電源制御信号を受け取って上位の組電池監視回路13bに出力すると共に、上位の組電池監視回路13bからの信号を受信して、レベルシフト回路24aを介して下位通信回路25aに出力する。上位通信回路26aには電源として、直流コンバータ回路23aの出力電位と、上位の組電池モジュール12bの負極電位(又は組電池14aの正極電位)とが入力されている。
The
上述のように直流コンバータ回路23aの出力電位は、上位基準電位に対応した電源電位、即ち電源回路21bの出力電位と(略)同じ電位となっている。従って、上位通信回路26aと下位通信回路25bとは、電位差の無い(小さい)電源電位の下で動作する。
As described above, the output potential of the
上位通信回路26aと下位通信回路25bは連結接続されている組電池モジュール12aの正極と組電池モジュール12bの負極とを共通の基準電位として通信を行う。このため、上位通信回路26aと下位通信回路25bとの間には組電池モジュール12aの正極と組電池モジュール12bの負極との配線インピーダンスと電池の充放電電流に起因する電位差のみが生じる。通信線19bにとっては、これは同相電位差となるため、差動通信を行うことにより同相成分を除去して通信を行うことができる。
The
シャットダウン判定回路27aには、電源制御信号線111aからの電源制御信号、通信線19aからの組電池管理装置11(あるいは下位の組電池監視回路13)との通信信号、監視回路22aからの二次電池セル14a−1〜14a−5の電圧(単電池出力電圧)、および、組電池14aの正極電圧(組電池出力電圧)が入力される。
The shutdown determination circuit 27a includes a power supply control signal from the power supply
組電池管理装置11は、組電池モジュール12a〜12cを起動する際には電源制御信号をオフレベル(第2レベル)とする。電源制御信号は、組電池モジュール12a、組電池モジュール12b、組電池モジュール12cの順に、電源制御信号線111a〜111cにより送信される。組電池管理装置11は、組電池モジュール12a〜12cをシャットダウンする際には電源制御信号をオンレベル(第1レベル)とする。また、電源制御信号は、組電池モジュール12a〜12cが二次電池装置1から取り外されるとオンレベルとなる。
The assembled
組電池監視回路13a〜13cは、組電池14a〜14cを構成する各二次電池セルの14a−1〜14c−5に蓄えられたエネルギーの不均一を放電することにより均等化する均等化回路28a〜28cをさらに備えている。
The assembled
均等化回路28a〜28cは、組電池管理装置11や二次電池装置1を搭載した装置が動作していない時に数時間かけてゆっくりエネルギーの均等化を行う。このために、組電池監視回路13a〜13cは組電池管理装置11の電源が切れている時でも、組電池14a〜14cを電源としてエネルギーの均等化を行なうことができるように構成されている。すなわち、電源回路21a〜21cは、組電池管理装置11が動作していない時にも組電池監視回路13a〜13cへの電源供給を継続できるように構成されている。組電池監視回路13a〜13cが動作する期間では、電源制御信号は組電池管理装置11の電源が切れているときでもオフレベルが維持される。
The
例えば、何らかのトラブルによりエネルギーの均等化終了後も組電池監視回路13a〜13cの電源が入り続けた場合、組電池管理装置11からの通信による指令が無いため通常動作時ほどは電力を消費しないものの、組電池監視回路13a〜13cの電源が切れているときに比べれば大きな電力を消費する。この場合、組電池14a〜14cの出力電圧が組電池監視回路13a〜13cの正常な動作を維持できなくなるまで、組電池監視回路13a〜13cは動作を続ける。
For example, if the assembled
組電池監視回路13a〜13cの正常な動作を維持できなくなる電圧(回路動作電圧)が、組電池14a〜14cの正常な使用範囲の下限電圧よりも低く設計されたときに、組電池監視回路13a〜13cの回路動作電圧まで放電してしまうと組電池14a〜14cは過放電状態となることがある。さらに、組電池14a〜14cの種類によっては過放電状態となることにより組電池14a〜14cの性能が劣化するものもある。
When the voltage (circuit operating voltage) at which normal operation of the assembled
本実施形態では、上記のように組電池監視回路13a〜13cが動作し続けることにより組電池14a〜14cが過放電状態となることを回避するため、組電池14a〜14cの二次電池セル14a−1〜14c−5の出力電圧又は組電池の出力電圧が、組電池管理装置11から通信で設定される設定電圧(単電池用設定電圧又は組電池用設定電圧)を下回った状態で、かつ、組電池管理装置11から通信がない状態が所定時間継続した場合、組電池管理装置11により組電池監視回路13a〜13cが管理されていないとみなして、シャットダウン判定回路27a〜27cは組電池監視回路13a〜13c自身の電源を切る。
In this embodiment, in order to avoid that the assembled
図3に、シャットダウン判定回路27a〜27cの動作の一例を説明するための状態遷移図を示す。シャットダウン判定回路27a〜27cは、入力された信号に基づいて、電源回路21a〜21cへウェイクアップ信号あるいはシャットダウン信号を出力する。なお、以下に図3を参照してシャットダウン判定回路27aの動作を説明するが、シャットダウン判定回路27b、27cの動作も同様である。 FIG. 3 is a state transition diagram for explaining an example of the operation of the shutdown determination circuits 27a to 27c. The shutdown determination circuits 27a to 27c output wakeup signals or shutdown signals to the power supply circuits 21a to 21c based on the input signals. The operation of the shutdown determination circuit 27a will be described below with reference to FIG. 3, but the operation of the shutdown determination circuits 27b and 27c is the same.
電源回路21aがシャットダウンされている状態(シャットダウン状態S1)において、電源制御信号がオフレベルとなり、かつ、組電池14aの出力電圧が組電池監視回路13aの回路動作電圧以上である場合に、シャットダウン判定回路27aはウェイクアップ状態W1となり、電源回路21aへウェイクアップ信号を出力する。電源回路21aはウェイクアップ信号を受信すると起動する。
In a state where the power supply circuit 21a is shut down (shutdown state S1), the shutdown determination is made when the power supply control signal is turned off and the output voltage of the assembled
ウェイクアップ状態W1において、電源制御信号がオンレベルとなった場合、あるいは、組電池14aの出力電圧が組電池監視回路13aの回路動作電圧よりも小さくなった場合に、シャットダウン判定回路27aはシャットダウン状態S1となり、電源回路21aへシャットダウン信号を出力する。電源回路21aはシャットダウン信号を受信するとシャットダウン処理を行う。
In the wake-up state W1, the shutdown determination circuit 27a is in the shutdown state when the power supply control signal is turned on or when the output voltage of the assembled
ウェイクアップ状態W1において、二次電池セル14a−1〜14a−5の電圧(単電池出力電圧)のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧よりも小さくなると、シャットダウン判定回路27aは過放電警戒状態W2となる。この状態では組電池14aは過放電ではないため、シャットダウン判定回路27aは、電源回路21aへのウェイクアップ信号の送信を維持する。
In the wake-up state W1, any of the voltages (single battery output voltages) of the
過放電警戒状態W2において、二次電池セル14a−1〜14a−5の電圧(単電池出力電圧)の全てが単電池用設定電圧以上、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となると、シャットダウン判定回路27aはウェイクアップ状態W1に戻り、電源回路21aへのウェイクアップ信号の送信を維持する。
In the overdischarge warning state W2, all the voltages (single battery output voltages) of the
過放電警戒状態W2において、電源制御信号がオンレベルとなった場合、あるいは、組電池14aの出力電圧が組電池監視回路13aの回路動作電圧よりも小さくなった場合に、シャットダウン判定回路27aはシャットダウン状態S1となり、電源回路21aへシャットダウン信号を出力する。電源回路21aはシャットダウン信号を受信するとシャットダウン処理を行う。
In the overdischarge warning state W2, the shutdown determination circuit 27a shuts down when the power supply control signal is turned on or when the output voltage of the assembled
過放電警戒状態W2において、組電池管理装置11からの通信信号が所定時間無通信時状態である場合、シャットダウン判定回路27aは過放電防止状態S2となり、電源回路21aへシャットダウン信号を送信する。電源回路21aはシャットダウン信号を受信するとシャットダウン処理を行う。すなわち、複数の二次電池セル14a−1〜14a−5の出力電圧のいずれかが単電池用設定電圧より小さい場合又は組電池14aの出力電圧が組電池用設定電圧より小さい場合であって、かつ、組電池管理装置11からの通信信号が一定時間受信されなかった場合、シャットダウン判定回路27aは過放電防止状態S2となり、組電池14aが過放電でない場合でもシャットダウン信号を出力する。
In the overdischarge warning state W2, when the communication signal from the assembled
過放電防止状態S2において、電源制御信号がオンレベルとなった場合、あるいは、組電池14aの出力電圧が組電池監視回路13aの回路動作電圧よりも小さくなった場合に、シャットダウン判定回路27aはシャットダウン状態S1となり、電源回路21aへのシャットダウン信号の出力を維持する。
In the overdischarge prevention state S2, the shutdown determination circuit 27a shuts down when the power supply control signal is turned on or when the output voltage of the assembled
すなわち、本実施形態では、シャットダウン判定回路27aに2つのシャットダウン状態S1、S2を設けることにより、シャットダウン状態S2において、何らかの理由により二次電池セル又は組電池の出力電圧が高くなった場合に、組電池監視回路13aが勝手に起動することを回避している。シャットダウン判定回路27aがシャットダウン状態S2であるときには、組電池管理装置11が電源制御信号をオンとした後オフしなければ組電池監視回路13aを起動することができない。
That is, in this embodiment, when the shutdown determination circuit 27a is provided with two shutdown states S1 and S2, when the output voltage of the secondary battery cell or the assembled battery becomes high for some reason in the shutdown state S2, The
組電池管理装置11から通信で設定される上記単電池用設定電圧値は、組電池14a〜14cを構成する二次電池セル14a−1〜14c−5のそれぞれが過放電となる過放電電圧値よりも高い値とすることにより、組電池監視回路13a〜13cの電源が切れた後は、組電池14a〜14cを構成する各二次電池セル14a−1〜14c−5の自己放電電流だけが消費されることになるので、組電池14a〜14cが過放電状態に至るまでの時間を大幅に長くすることができる。
The set voltage values for single cells set by communication from the assembled
同様に、組電池管理装置11から通信で設定される上記組電池用設定電圧値は、組電池14a〜14cを構成する二次電池セル14a−1〜14c−5が過放電となる過放電電圧値の和(二次電池セル14a−1〜14c−5の過放電電圧値×二次電池セル数)よりも高い値とすることにより、組電池監視回路13a〜13cの電源が切れた後は、組電池14a〜14cの自己放電電流だけが消費されることになるので、組電池14a〜14cが過放電状態に至るまでの時間を大幅に長くすることができる。
Similarly, the set voltage value for the assembled battery set by communication from the assembled
なお、組電池管理装置11は、組電池モジュール12a〜12cの初期化の際に、組電池モジュール12a〜12cへ単電池用設定電圧値および組電池用設定電圧値の少なくとも一方を通信し、シャットダウン判定回路27a〜27cへ所定の大きさの単電池用設定電圧値および組電池用設定電圧値を設定する。
When the assembled
一方で、シャットダウン判定回路27a〜27cで組電池管理装置11からの通信の有無を監視しているため、組電池14a〜14cを構成する二次電池セル14a−1〜14c−5の過放電電圧値よりも高い値に単電池用設定電圧値を設定し、組電池14a〜14cを構成する二次電池セル14a−1〜14c−5の過放電電圧値の和よりも高い値に組電池用設定電圧値を設定しても、組電池管理装置11が動作している間は二次電池セル14a−1〜14c−5の出力電圧および組電池の出力電圧が上記電圧設定値より小さくなることのみにより組電池監視回路13a〜13cの電源が切れることはない。
On the other hand, since the shutdown determination circuits 27a to 27c monitor the presence / absence of communication from the assembled
上記のように、二次電池装置1では、組電池14a〜14cを構成する各二次電池セル14a−1〜14c−5の出力電圧もしくは組電池の出力電圧が過放電状態になる手前の所定電圧(単電池設定電圧又は組電池設定電圧)よりも小さくなったときに、組電池管理装置11から一定時間通信を受けない(例えば組電池管理装置11の電源が切れている)場合には、組電池監視回路13a〜13cの電源を切り、組電池14a〜14cが過放電状態に至るまでの期間を増大させることができる。このことによって、本実施形態に係る組電池モジュールを含む二次電池装置1では、組電池14a〜14cが過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止することができる。
As described above, in the
図4に、上記二次電池装置1を備える車両の一構成例を概略的に示す。図4は車両100、車両100への二次電池装置の搭載個所、及び車両100の駆動モータ45などは概略的に示している。
FIG. 4 schematically shows a configuration example of a vehicle including the
車両100は、二次電池装置1と、二次電池装置1の上位制御手段である電気制御装置(ECU:Electric Control Unit)80と、外部電源70と、インバータ40と、駆動モータ45とを備えている。
The
二次電池装置1は、互いに直列に接続された複数の組電池モジュール12a、12b、12cと、組電池管理装置11と、組電池モジュール12a、12b、12cと組電池管理装置11とを接続する電源制御信号線111a〜111cおよび通信線19a〜19cと、スイッチ装置33と、を備えている。
The
組電池モジュール12aは、組電池14aと組電池監視回路13aと、を備えている。組電池モジュール12bは、組電池14bと組電池監視回路13bと、を備えている。組電池モジュール12cは、組電池14cと組電池監視回路13cと、を備えている。組電池モジュール12a、12b、12cは、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の組電池モジュールと交換することができる。
The assembled
二次電池装置1の負極端子17には、接続ラインL1の一方の端子が接続されている。この接続ラインL1は、組電池管理装置11内の電流検出部(図示せず)を介してインバータ40の負極入力端子に接続されている。
One terminal of the connection line L1 is connected to the
また二次電池装置1の正極端子16には、接続ラインL2の一方の端子が、スイッチ装置33を介して接続されている。接続ラインL2の他方の端子は、インバータ40の正極入力端子に接続されている。
One terminal of the connection line L <b> 2 is connected to the
スイッチ装置33は、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ(図示せず)、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ(図示せず)を含む。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオンおよびオフされるリレー回路(図示せず)を備える。
The
インバータ40は、入力した直流電圧をモータ駆動用の3相の交流(AC)の高電圧に変換する。このインバータ40は、後述する組電池管理装置11あるいは車両全体動作を制御するための電気制御装置80からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ40の3相の出力端子は、駆動モータ45の各3相の入力端子に接続されている。駆動モータ45の回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪Wに伝達される。
The
組電池管理装置11には、独立した外部電源70が接続されている。外部電源70は定格12Vの鉛蓄電池である。また、組電池管理装置11は、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行なう電気制御装置80と接続されている。
An independent
本実施形態に係る組電池モジュール、および、車両によれば、組電池が過放電状態になる前に、二次電池セルの出力電圧が単電池用設定電圧より小さい場合若しくは組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さい場合であって、かつ、組電池管理装置から一定時間通信を受けない(例えば組電池管理装置の電源が切れている)場合には、電圧温度監視回路の電源を切り、組電池が過放電状態に至るまでの期間を増大させることができる。 According to the assembled battery module and the vehicle according to the present embodiment, when the output voltage of the secondary battery cell is smaller than the set voltage for the single battery or the output voltage of the assembled battery is before the assembled battery is overdischarged. If the voltage is lower than the set voltage for the assembled battery and no communication is received from the assembled battery management device for a certain period of time (for example, the assembled battery management device is turned off), the voltage temperature monitoring circuit is turned off. The period until the assembled battery reaches the overdischarged state can be increased.
すなわち、本実施形態によれば、組電池が過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止する組電池モジュール、および、車両を提供することができる。 That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an assembled battery module and a vehicle that can prevent the assembled battery from being overdischarged and prevent the performance of the assembled battery from deteriorating.
次に、第2実施形態に係る組電池モジュールおよび車両について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態に係る組電池モジュールおよび車両と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、組電池監視回路13(13a〜13c)のシャットダウン判定回路27(27a〜27c)の動作が上述の第1実施形態と異なっている。 Next, an assembled battery module and a vehicle according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the assembled battery module and the vehicle according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted. In the present embodiment, the operation of the shutdown determination circuit 27 (27a to 27c) of the assembled battery monitoring circuit 13 (13a to 13c) is different from that of the first embodiment.
図5に、シャットダウン判定回路27a〜27cの動作の一例を説明するための状態遷移図を示す。シャットダウン判定回路27a〜27cは、入力された信号に基づいて、電源回路21a〜21cへウェイクアップ信号あるいはシャットダウン信号を出力する。 FIG. 5 shows a state transition diagram for explaining an example of the operation of the shutdown determination circuits 27a to 27c. The shutdown determination circuits 27a to 27c output wakeup signals or shutdown signals to the power supply circuits 21a to 21c based on the input signals.
本実施形態では、シャットダウン判定回路27a〜27cが過放電防止状態S2であるときに、単電池出力電圧の全てが単電池用設定電圧以上、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合、シャットダウン判定回路27a〜27cがウェイクアップ状態W1となり、電源回路21a〜21cへウェイクアップ信号を出力する。電源回路21a〜21cはウェイクアップ信号を受信すると起動する。 In the present embodiment, when the shutdown determination circuits 27a to 27c are in the overdischarge prevention state S2, all the unit cell output voltages are equal to or higher than the unit cell set voltage, or the assembled battery output voltage is equal to or higher than the group battery set voltage. In this case, the shutdown determination circuits 27a to 27c enter the wake-up state W1, and output a wake-up signal to the power supply circuits 21a to 21c. The power supply circuits 21a to 21c are activated when receiving the wake-up signal.
本実施形態に係る組電池モジュールおよび車両は、上記のシャットダウン判定回路27a〜27cの動作のみ上述の第1実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態では、第1実施形態と同様にシャットダウン判定回路27a〜27cに2つのシャットダウン状態S1、S2を設けることにより、組電池14a〜14cを構成する各二次電池セル14a−1〜14c−5の出力電圧又は組電池の出力電圧が過放電状態になる手前の所定電圧(単電池設定電圧又は組電池設定電圧)よりも小さくなったときに、組電池管理装置11から一定時間通信を受けない場合には、組電池監視回路13a〜13cの電源を切り、組電池14a〜14cが過放電状態に至るまでの期間を増大させることができる。このことによって組電池14a〜14cが過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止することができる。
The assembled battery module and the vehicle according to the present embodiment differ from the first embodiment described above only in the operation of the shutdown determination circuits 27a to 27c. In other words, in the present embodiment, the
すなわち、本実施形態によれば、組電池が過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止する組電池モジュール、および、車両を提供することができる。 That is, according to the present embodiment, it is possible to provide an assembled battery module and a vehicle that can prevent the assembled battery from being overdischarged and prevent the performance of the assembled battery from deteriorating.
さらに、シャットダウン状態S2において、単電池出力電圧の全てが単電池用設定電圧以上、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合に、シャットダウン判定回路27a〜27cから出力されたウェイクアップ信号により電源回路21a〜21cが起動する。このことにより、シャットダウン状態S2であっても、何らかの理由により組電池14a〜14cそれぞれを構成する二次電池セル14a−1〜14c−5の出力電圧の全てが単電池用設定電圧以上となった場合、又は、組電池14a〜14cの出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合に、組電池監視回路13a〜13c自身が起動して、組電池管理装置11との通信を開始する等の対応を取ることが可能となる。
Further, in the shutdown state S2, when all of the unit cell output voltages are equal to or higher than the unit cell set voltage, or when the battery pack output voltage is equal to or higher than the unit cell set voltage, the shutdown determination circuits 27a to 27c output. The power supply circuits 21a to 21c are activated by the wakeup signal. As a result, even in the shutdown state S2, all of the output voltages of the
第1実施形態では、組電池監視回路13a〜13cが組電池管理装置11により管理されるものであったが、本実施形態では、組電池監視回路13a〜13cが組電池管理装置11により管理されるだけでなく、自ら組電池14a〜14cを管理することを可能としている。このように、本実施形態では上述の第1実施形態と比べて組電池監視回路13a〜13cでの管理機能を拡大することが可能となる。
In the first embodiment, the assembled
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
IF…通信インタフェース、W1…ウェイクアップ状態、S1…シャットダウン状態、W2…過放電警戒状態、S2…過放電防止状態、W…駆動輪、1…二次電池装置、11…組電池管理装置(上位回路)、12(12a〜12c)…組電池モジュール、13(13a〜13c)…組電池監視回路、14(14a〜14c)…組電池、14a−1〜14c−5…二次電池セル、16…正極端子、17…負極端子、18…電源供給線、19a〜19c…通信線、21(21a〜21c)…電源回路、22(22a〜22c)…監視回路、23(23a〜23c)…直流コンバータ回路、24(24a〜24c)…レベルシフト回路、25(25a〜25c)…下位通信回路、26(26a〜26c)…上位通信回路、27(27a〜27c)…シャットダウン判定回路、40…インバータ、45…駆動モータ、53(53a〜53c)…スイッチ、70…外部電源、80…電気制御装置、100…車両、111a〜111c…電源制御信号線。 IF ... Communication interface, W1 ... Wake-up state, S1 ... Shutdown state, W2 ... Overdischarge warning state, S2 ... Overdischarge prevention state, W ... Drive wheel, 1 ... Secondary battery device, 11 ... Battery management device (higher level) Circuit), 12 (12a-12c) ... assembled battery module, 13 (13a-13c) ... assembled battery monitoring circuit, 14 (14a-14c) ... assembled battery, 14a-1-14c-5 ... secondary battery cell, 16 ... Positive terminal, 17 ... Negative terminal, 18 ... Power supply line, 19a to 19c ... Communication line, 21 (21a to 21c) ... Power supply circuit, 22 (22a to 22c) ... Monitoring circuit, 23 (23a to 23c) ... DC Converter circuit, 24 (24a to 24c) ... Level shift circuit, 25 (25a to 25c) ... Lower communication circuit, 26 (26a to 26c) ... Upper communication circuit, 27 (27a to 27c) ... Shutdown determination circuit, 40 ... inverter, 45 ... drive motor, 53 (53a-53c) ... switch, 70 ... external power supply, 80 ... electric control unit, 100 ... vehicle, 111 a to 111 c ... power control signal line.
Claims (6)
前記複数の二次電池セルの電圧を検出する監視回路と、
前記監視回路で検出された電圧を上位回路へ出力するとともに、前記上位回路からの信号を受信して前記監視回路へ出力する通信回路と、
前記複数の二次電池セルの電圧のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく又は組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さく、かつ、前記上位回路から通信がない状態が所定時間継続した場合、シャットダウン信号を出力する判定回路と、
前記組電池を電源として、前記監視回路および前記通信回路へ電源電圧を出力するとともに、前記判定回路から前記シャットダウン信号を受信したときにシャットダウン処理を行う電源回路と、を備えたことを特徴とする組電池モジュール。 An assembled battery including a plurality of secondary battery cells;
A monitoring circuit for detecting voltages of the plurality of secondary battery cells;
A communication circuit that outputs a voltage detected by the monitoring circuit to an upper circuit, receives a signal from the upper circuit, and outputs the signal to the monitoring circuit;
Any of the voltages of the plurality of secondary battery cells is smaller than the set voltage for the single battery or the output voltage of the assembled battery is smaller than the set voltage for the assembled battery, and no communication from the upper circuit continues for a predetermined time A determination circuit that outputs a shutdown signal,
And a power supply circuit that outputs a power supply voltage to the monitoring circuit and the communication circuit using the assembled battery as a power supply, and performs a shutdown process when the shutdown signal is received from the determination circuit. Battery module.
前記電源回路は、前記判定回路から前記ウェイクアップ信号を受信したときに起動することを特徴とする請求項1記載の組電池モジュール。 In the determination circuit, any of the voltages of the plurality of secondary battery cells is smaller than the set voltage for the single battery or the output voltage of the assembled battery is smaller than the set voltage for the assembled battery, and there is no communication from the upper circuit. After the state continues for a predetermined time, when all of the voltages of the plurality of secondary battery cells are equal to or higher than the set voltage for the single battery or the output voltage of the assembled battery is equal to or higher than the set voltage for the assembled battery, the wake-up to the power supply circuit is performed. Output an up signal,
The assembled battery module according to claim 1, wherein the power supply circuit is activated when the wakeup signal is received from the determination circuit.
前記組電池モジュールへ電源制御信号を送信する組電池管理装置と、
前記組電池モジュールからの電力により駆動される車軸と、を具備することを特徴とする車両。 An assembled battery module according to any one of claims 1 to 5,
An assembled battery management device for transmitting a power control signal to the assembled battery module;
And an axle driven by electric power from the assembled battery module.
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