JP5494702B2 - セル電圧監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池セルのセル電圧を監視するセル電圧監視装置に関するものである。

従来用いられていたこの種の装置としては、下記の特許文献１等に記載された構成を挙げることができる。すなわち、従来装置では、直列に接続された複数の電池セルが所定個数毎にグループ化されることで複数のブロックが構成される。そして、各ブロックのブロック電圧を監視部に送信することで、各電池セルのセル電圧を個々に送信する場合に比べて、データの送信量を低減している。

特開２０１１−１８５９１５号公報

上記のような従来のセル電圧監視装置では、ブロック電圧を監視部に送信しているので、ブロック単位でしか電圧を監視することができない。すなわち、従来装置では、電池セル単位での電圧監視を行うことができず、監視精度が悪くなっている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、データの送信量を抑えつつ、各電池セルのセル電圧を個々に監視することができるセル電圧監視装置を提供することである。

本発明に係るセル電圧監視装置は、複数の電池セルのセル電圧を所定の順序でそれぞれ検出する検出部と、検出部により検出されたセル電圧をデジタル信号に変換して、デジタル信号を出力する出力部と、出力部からのデジタル信号に基づいてセル電圧を監視する監視部とを備え、デジタル信号には、検出部によって検出される先行セルのセル電圧と後続セルのセル電圧とが相違するか否かを示す相違フラグが含まれており、後続セルのセル電圧が先行セルのセル電圧と同じ場合、デジタル信号において後続セルのセル電圧が相違フラグによって表現される。

また、本発明に係るセル電圧監視装置は、複数の電池セルのセル電圧を所定の周期でそれぞれ検出する検出部と、検出部により検出されたセル電圧をデジタル信号に変換して、デジタル信号を出力する出力部と、出力部からのデジタル信号に基づいてセル電圧を監視する監視部とを備え、デジタル信号には、セル電圧が前回の検出値と相違するか否かを電池セル毎に示す相違フラグが含まれており、セル電圧が前回の検出値と同じ場合、デジタル信号において相違フラグによってセル電圧が表現される。

本発明のセル電圧監視装置によれば、各電池セルのセル電圧をより少ない情報量で表現しつつデジタル信号に含ませるので、データの送信量を抑えつつ、各電池セルのセル電圧を個々に監視することができる。

本発明の実施の形態１によるセル電圧監視装置を示すブロック図である。 図１の出力部によって生成されるデジタル信号を示す説明図である。 本発明の実施の形態２によるセル電圧監視装置において出力部によって生成されるデジタル信号を示す説明図である。 本発明の実施の形態３によるセル電圧監視装置において出力部によって生成されるデジタル信号を示す説明図である。 本発明の実施の形態４によるセル電圧監視装置において出力部によって生成されるデジタル信号を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるセル電圧監視装置を示すブロック図である。図において、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両１には、組電池２が搭載されている。この組電池２は、車両１に搭載された電気機器（図示せず）に電力を供給するとともに、車両１の発電機器（図示せず）により発電された電力を蓄電するためのものである。

組電池２は、複数の電池セル２０が直列及び／又は並列に接続されることにより構成されている。組電池２を構成する電池セル２０の数は、車種によって異なるが１００を超える場合もある。各電池セル２０は、検出部３及び出力部４を介して監視部５に接続されている。本実施の形態のセル電圧監視装置は、これら検出部３、出力部４、及び監視部５により構成されている。

検出部３は、例えば各電池セル２０の両端にそれぞれ接続された複数の測定用抵抗、及び各測定用抵抗と出力部４との間を選択的に接続する選択スイッチ等により構成されており、各電池セル２０のセル電圧２０ａ（閉路電圧）をそれぞれ検出する。この検出部３によるセル電圧２０ａの検出は、所定の検出順序３ａに従ってすべての電池セル２０に対して行われるとともに、数十ｍｓ毎程度の所定の周期で繰り返し行われる。

出力部４は、例えば選択スイッチに接続されたＡ／Ｄ変換器、及びＡ／Ｄ変換器に接続された通信処理部等により構成されたものであり、検出部３により検出されたセル電圧２０ａをデジタル信号４１に変換して、このデジタル信号４１を監視部５に対して出力する。この出力部４によって生成されるデジタル信号４１については、後に詳しく説明する。

監視部５は、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ）等により構成されており、出力部４からのデジタル信号４１に基づいて各電池セル２０のセル電圧２０ａを監視する。監視部５は、いずれかの電池セル２０のセル電圧２０ａが所定の下限値以下となっていることを検出した場合、その電池セル２０からの放電を制限する。また、監視部５は、いずれかの電池セル２０のセル電圧２０ａが所定の上限値以上となっていることを検出した場合、その電池セル２０への充電を制限する。

次に、図２は、図１の出力部４によって生成されるデジタル信号４１を示す説明図である。図において、デジタル信号４１は、各電池セル２０のセル電圧２０ａを表現するために、相違フラグ４００（ｂｉｔ９）及び電圧表現領域４０１（ｂｉｔ８〜０）を含んでいる。

相違フラグ４００は、検出部３によるセル電圧２０ａの検出順序３ａに沿う先行セルのセル電圧２０ａと後続セルのセル電圧２０ａとが相違するか否かを示すビットである。本実施の形態では、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと相違する場合、相違フラグ４００が１にセットされ、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと同じ場合、相違フラグ４００が０にセットされる。なお、先行及び後続とは、検出される電池セル２０の順序を表現するものであり、先行セルとは、検出部３によって後続セルの直前にセル電圧２０ａが検出される１つの電池セル２０（第ｎ番目のセル）を意味し、後続セルとは、先行セルの直後にセル電圧２０ａが検出される１つの電池セル２０（第ｎ＋１番目のセル）を意味する（但し、ｎは任意の正の整数）。すなわち、先行セル及び後続セルは、検出順序３ａに沿う２つの電池セル２０の相対的な関係を示す用語であり、いずれの電池セル２０も先行セル及び後続セルとなり得る。

電圧表現領域４０１は、相違フラグ４００に続く９ビットのビット領域であり、各電池セル２０のセル電圧２０ａの絶対値が二値によって表現される領域である。

出力部４は、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと相違する場合、相違フラグ４００を１にセットするとともに、電圧表現領域４０１において後続セルのセル電圧２０ａの絶対値を二値により表現する。一方で、出力部４は、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと同じ場合、相違フラグ４００を０にセットするとともに、電圧表現領域４０１で後続セルのセル電圧２０ａを表現することを省略する。すなわち、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと同じ場合、後続セルのセル電圧２０ａが相違フラグ４００により表現されて、電圧表現領域４０１が削減される。

デジタル信号４１が監視部５によって受信された場合、初めのビットが１つめの電池セル２０に関する相違フラグ４００であると認識される。このとき、相違フラグ４００が１にセットされていることから、この相違フラグ４００に続く９ビットが電圧表現領域４０１であると認識されて、この電圧表現領域４０１に基づいて１つ目の電池セル２０のセル電圧２０ａが認識される。その次に、電圧表現領域４０１に続く１ビットが２つめの電池セル２０に関する相違フラグ４００であると認識され、この相違フラグ４００が０にセットされていることから、２つ目のセル電圧２０ａが１つ目のセル電圧２０ａと同じであることが認識される。３つ目以降も同様である。

このようなセル電圧監視装置では、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと同じ場合、デジタル信号４１において後続セルのセル電圧２０ａが相違フラグ４００によって表現されるので、後続セルのセル電圧２０ａを表現するための電圧表現領域４０１を削減することができる。これにより、各電池セル２０のセル電圧２０ａをより少ない情報量で表現しつつデジタル信号４１に含ませることができ、データの送信量を抑えつつ、各電池セル２０のセル電圧２０ａを個々に監視することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２によるセル電圧監視装置において出力部４によって生成されるデジタル信号４２を示す説明図である。なお、本実施の形態におけるセル電圧監視装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるので、本実施の形態の説明に図１を流用する。図３に示すように、実施の形態２のデジタル信号４２は、実施の形態１で説明した相違フラグ４００（ｂｉｔ９）及び電圧表現領域４０１（ｂｉｔ７〜３）に加えて、大小フラグ４０２（ｂｉｔ８）をさらに含んでいる。

大小フラグ４０２は、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａよりも大きいか否かを示すビットである。本実施の形態では、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａよりも大きい場合、大小フラグ４０２が１にセットされ、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａよりも小さい場合、大小フラグ４０２が０にセットされる。

電圧表現領域４０１では、先行セルのセル電圧２０ａと後続セルのセル電圧２０ａとの差分値が二値によって表現される。実施の形態１では電圧表現領域４０１が９ビットにより構成されるように説明したが、本実施の形態では電圧表現領域４０１が５ビットにより構成されている。これは、先行セルと後続セルとが物理的に近くに配置されている場合が多く、先行セルのセル電圧２０ａと後続セルのセル電圧２０ａとの差が小さいと考えられるためである。

出力部４は、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａよりも大きい場合、相違フラグ４００を１にセットするとともに、大小フラグ４０２を１にセットし、電圧表現領域４０１において先行セルのセル電圧２０ａと後続セルのセル電圧２０ａとの差分値を二値により表現する。また、出力部４は、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａよりも小さい場合、相違フラグ４００を１にセットするとともに、大小フラグ４０２を０にセットし、電圧表現領域４０１において先行セルのセル電圧２０ａと後続セルのセル電圧２０ａとの差分値を二値により表現する。なお、セル電圧２０ａの検出が開始された直後は、１つめのセル電圧２０ａは実施の形態１と同様に絶対値で表現される。

また、出力部４は、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと同じ場合、大小フラグ４０２及び電圧表現領域４０１を省略して、相違フラグ４００により後続セルのセル電圧２０ａを表現する。

図３に示すデジタル信号４１が監視部５によって受信された場合、初めの１ビットが１つめの電池セル２０に関する相違フラグ４００であると認識される。このとき、相違フラグ４００が１にセットされていることから、この相違フラグ４００に続く１ビットが大小フラグ４０２であると認識されるとともに、大小フラグ４０２に続く５ビットが電圧表現領域４０１（後続セルのセル電圧２０ａと先行セルのセル電圧２０ａとの差分値）であると認識される。そして、これら大小フラグ４０２及び電圧表現領域４０１に基づいて、１つめの電池セル２０のセル電圧２０ａが認識される。２つめ以降のセル電圧２０ａについても同様である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

このようなセル電圧監視装置では、後続セルのセル電圧２０ａが先行セルのセル電圧２０ａと相違する場合、後続セルのセル電圧２０ａと先行セルのセル電圧２０ａとの差分値と大小フラグ４０２とによって後続セルのセル電圧２０ａが表現されるので、後続セルのセル電圧２０ａを絶対値で表現する場合に比べて電圧表現領域４０１を削減することができる。

なお、実施の形態１，２では、先行セルの直後にセル電圧２０ａが検出される１つの電池セル２０が後続セルであると説明したが、１つの先行セルの後にセル電圧が検出される複数の電池セル２０を後続セルとしてもよい。すなわち、例えば検出順序３ａの先頭に配された電池セルを基準として、その電池セルとの比較により複数の後続セルのセル電圧を表現してもよい。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３によるセル電圧監視装置において出力部４によって生成されるデジタル信号４３を示す説明図である。なお、本実施の形態におけるセル電圧監視装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるので、本実施の形態の説明に図１を流用する。図４に示すように、本実施の形態のデジタル信号４１は、実施の形態２と同様に、相違フラグ４００（ｂｉｔ９）、大小フラグ４０２（ｂｉｔ８）、及び電圧表現領域４０１（ｂｉｔ３〜７）を含んでいる。

実施の形態１，２では、検出順序３ａに沿う先行セルのセル電圧２０ａと後続セルのセル電圧２０ａとの関係により後続セルのセル電圧２０ａを表現するように説明したが、この実施の形態３では、セル電圧２０ａの検出が周期的に行われることに着目して、新たに検出されたセル電圧２０ａと前回の検出値（前回検出されたセル電圧）との関係により各電池セル２０のセル電圧２０ａを表現する。

すなわち、本実施の形態では、相違フラグ４００は、セル電圧２０ａが前回の検出値と相違するか否か電池セル２０毎に示す。また、大小フラグ４０２は、セル電圧２０ａが前回の検出値よりも大きいか否かを電池セル２０毎に示す。電圧表現領域４０１は、セル電圧２０ａと前回の検出値との差分値を示す。

セル電圧２０ａが前回の検出値と同じ場合、相違フラグ４００によってセル電圧２０ａが表現される。セル電圧２０ａが前回の検出値と相違する場合、セル電圧２０ａと前回の検出値との差分値と大小フラグ４０２とによりセル電圧２０ａが表現される。その他の構成は、実施の形態１，２と同様である。

このようなセル電圧監視装置では、セル電圧２０ａが前回の検出値と同じ場合、デジタル信号４３において相違フラグ４００によってセル電圧２０ａが表現されるので、実施の形態１と同様に、セル電圧２０ａを表現するための電圧表現領域４０１を削減することができる。これにより、各電池セル２０のセル電圧２０ａをより少ない情報量で表現しつつデジタル信号４３に含ませることができ、データの送信量を抑えつつ、各電池セル２０のセル電圧２０ａを個々に監視することができる。

また、セル電圧２０ａが前回の検出値と相違する場合、デジタル信号４３において、セル電圧２０ａと前回の検出値との差分値と大小フラグ４０２とによりセル電圧２０ａが表現されるので、実施の形態２と同様に、セル電圧２０ａを絶対値で表現する場合に比べて電圧表現領域４０１を削減することができる。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４によるセル電圧監視装置において出力部４によって生成されるデジタル信号４４を示す説明図である。なお、本実施の形態におけるセル電圧監視装置の基本的な構成は実施の形態１と同様であるので、本実施の形態の説明に図１を流用する。図５に示すように、本実施の形態のデジタル信号４４には、実施の形態１と同様に、相違フラグ４００（ｂｉｔ９）及び電圧表現領域４０１（ｂｉｔ１〜８）が含まれている。

本実施の形態では、各電池セル２０のセル電圧２０ａの絶対値が電圧表現領域４０１に表現される。但し、電圧表現領域４０１（デジタル信号４４）におけるセル電圧２０ａの表現範囲の下限は０Ｖよりも大きな値とされる。より具体的には、セル電圧２０ａの表現範囲の下限は、電池セル２０の充放電制御及び異常検出に必要とされるセル電圧２０ａの監視上限値（所定の上限値）と０Ｖとの中間値とされる。従って、監視上限値が５Ｖの場合、セル電圧２０ａの表現範囲の下限は２．５Ｖとされる。これは、セル電圧２０ａが低い状態では一般に電池セル２０が使用されないため、このような状態までデジタル信号４４に含ませる必要がないためである。実施の形態１では、電圧表現領域４０１が９ビットにより構成されていたが、本実施の形態では、セル電圧２０ａの表現範囲が狭くされている（半分にされている）ことにより、電圧表現領域４０１が８ビットで済んでいる。

このようなセル電圧監視装置では、デジタル信号４４におけるセル電圧２０ａの表現範囲の下限が０Ｖよりも大きな値とされているので、セル電圧２０ａを０Ｖから表現する場合に比べてセル電圧２０ａを表現するための電圧表現領域４０１を削減できる。これにより、データの送信量を抑えつつ、各電池セル２０のセル電圧２０ａを個々に監視することができる。

なお、実施の形態４では、相違フラグ４００を用いる場合にセル電圧２０ａの表現範囲の下限を０Ｖよりも大きくするように説明しているが、相違フラグを用いない場合でもセル電圧の表現範囲の下限を０Ｖよりも大きくしてもよい。

３ 検出部
４ 出力部
５ 監視部
２０ 電池セル
２０ａ セル電圧
４１〜４４ デジタル信号
４００ 相違フラグ
４０１ 電圧表現領域
４０２ 大小フラグ

Claims (4)

1. 複数の電池セルのセル電圧を所定の順序でそれぞれ検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記セル電圧をデジタル信号に変換して、前記デジタル信号を出力する出力部と、
   前記出力部からの前記デジタル信号に基づいて前記セル電圧を監視する監視部と
   を備え、
   前記デジタル信号には、前記検出部によって検出される先行セルのセル電圧と後続セルのセル電圧とが相違するか否かを示す相違フラグが含まれており、
   前記後続セルのセル電圧が前記先行セルのセル電圧と同じ場合、前記デジタル信号において前記後続セルのセル電圧が前記相違フラグによって表現される
   ことを特徴とするセル電圧監視装置。
2. 前記デジタル信号には、前記後続セルのセル電圧が前記先行セルのセル電圧よりも大きいか否かを示す大小フラグがさらに含まれており、
   前記後続セルのセル電圧が前記先行セルのセル電圧と相違する場合、前記デジタル信号において、前記後続セルのセル電圧と前記先行セルのセル電圧との差分値と前記大小フラグとによって前記後続セルのセル電圧が表現される
   ことを特徴とする請求項１記載のセル電圧監視装置。
3. 複数の電池セルのセル電圧を所定の周期でそれぞれ検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記セル電圧をデジタル信号に変換して、前記デジタル信号を出力する出力部と、
   前記出力部からの前記デジタル信号に基づいて前記セル電圧を監視する監視部と
   を備え、
   前記デジタル信号には、前記セル電圧が前回の検出値と相違するか否かを前記電池セル毎に示す相違フラグが含まれており、
   前記セル電圧が前回の検出値と同じ場合、前記デジタル信号において前記相違フラグによって前記セル電圧が表現される
   ことを特徴とするセル電圧監視装置。
4. 前記デジタル信号には、前記セル電圧が前回の検出値よりも大きいか否かを示す大小フラグがさらに含まれており、
   前記セル電圧が前回の検出値と相違する場合、前記デジタル信号において、前記セル電圧と前回の検出値との差分値と前記大小フラグとによって前記セル電圧が表現される
   ことを特徴とする請求項３記載のセル電圧監視装置。

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