JP5620428B2

JP5620428B2 - 電池セル監視回路、および電池セル監視システム

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Publication number: JP5620428B2
Application number: JP2012070198A
Authority: JP
Inventors: 木敦久鈴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: US9753089B2; JP2013200280A; US20130261815A1

Description

電池セル監視回路、および電池セル監視システムに関する。

従来、直列に複数接続された電池セルを監視する複数の電池セル監視回路と、これらの電池セル監視回路を制御するマイコンとを備えた電池セル監視システムがある。従来の電池セル監視システムでは、マイコンから最も離れた電池セル監視回路までの信号の往復の遅延時間が、クロックの半周期または1周期を超えると通信が不能となる。このため、電池セル監視回路の接続数を制限するか、または通信可能な最大周波数を制限する必要がある。

特開２００６−２９８９５号公報特開２０１０−１６１９１８号公報

接続段数および通信可能な最大周波数の自由度を向上することが可能な電池セル監視回路を提供する。

実施形態に従った電池セル監視システムは、直列に接続された電池セルをモニタする複数の電池セル監視回路を備える。電池セル監視システムは、データ信号を生成し出力させる電池セル監視回路を指定するためのアドレス情報を含む信号およびクロック信号を出力して、前記複数の電池セル監視回路を制御するマイコンを備える。

前記電池セル監視回路は、アドレス情報を含む信号が入力されるアドレス入力端子を有する。電池セル監視回路は、前記アドレス入力端子を介して入力されたアドレス情報を含む信号を出力するアドレス出力端子を有する。電池セル監視回路は、クロック信号が入力されるクロック入力端子を有する。電池セル監視回路は、前記クロック入力端子を介して入力されたクロック信号を出力するクロック出力端子を有する。電池セル監視回路は、データ信号が入力されるデータ入力端子を有する。電池セル監視回路は、データ信号を出力するデータ出力端子を有する。電池セル監視回路は、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定された場合には、対応する電池セルをモニタした結果に応じたデータ信号を出力するデータ出力回路を有する。電池セル監視回路は、前記データ入力端子および前記データ出力回路の出力に入力が接続され、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定された場合には、前記データ出力回路が出力したデータ信号を選択して出力し、一方、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定されていない場合には、前記データ入力端子から入力されたデータ信号を選択して出力するマルチプレクサを有する。電池セル監視回路は、前記クロック入力端子に入力されたクロック信号がクロック端子に入力され、前記マルチプレクサが出力した信号がデータ端子に入力され、前記クロック信号に同期して前記データ端子に入力された信号をラッチし、ラッチした信号を前記データ出力端子に出力するフリップフロップを有する。

図１は、第１の実施形態に係る電池セル監視システム１０００の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す電池セル監視回路１００ｂの構成の一例を示す図である。図３は、図１に示す電池セル監視システムの各クロック信号と各データ信号の波形の一例を示す図である。

以下、各実施形態について、図面に基づいて説明する。

第１の実施形態

図１は、第１の実施形態に係る電池セル監視システム１０００の構成の一例を示す図である。図１の電池セル監視システム１０００は、複数の電池セル監視回路１００ａ〜１００ｄと、絶縁用カプラＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、通信線ＰＡ、ＰＣＬＫ、ＰＤと、マイコンＭと、を備える。

電池セル監視回路１００ａ〜１００ｄはそれぞれ、対応する電池セルＣｅｌｌａ〜Ｃｅｌｌｄをモニタする。電池セルＣｅｌｌａ〜Ｃｅｌｌｄは、直列に接続されており、並列に接続された負荷Ｒに電力を供給する。
絶縁用カプラＣ１〜Ｃ３は例えば、フォトカプラ等の信号を伝達しつつ、電池セル監視回路１００ａとマイコンＭを結ぶ通信線間を電気的に絶縁可能な素子で構成される。

隣接する電池セル監視回路間は、通信線ＰＡ，ＰＣＬＫ，ＰＤで接続されている。例えば、電池セル監視回路１００ａのアドレス出力端子ＴＡｏは、通信線ＰＡにより電池セル監視回路１００ｂのアドレス入力端子ＴＡｉに接続されている。また、電池セル監視回路１００ａのクロック出力端子ＴＣＬＫｏは、通信線ＰＣＬＫにより電池セル監視回路１００ｂのクロック入力端子ＴＣＬＫｉに接続されている。また、電池セル監視回路１００ａのデータ入力端子ＴＤｉは、通信線ＰＤにより電池セル監視回路１００ｂのデータ出力端子ＴＤｏに接続されている。

なお、接地電位側の電池セルＣｅｌｌａを監視する電池セル監視回路１００ａのアドレス入力端子ＴＡｉは、通信線ＰＡおよび絶縁用カプラＣ３を介して、マイコンＭからアドレス情報を含む信号が入力される。また、クロック入力端子ＴＣＬＫｉは、通信線ＰＣＬＫおよび絶縁用カプラＣ２を介して、マイコンＭからクロック信号が入力される。また、また、データ出力端子ＴＤｏは、通信線ＰＤおよび絶縁用カプラＣ１を介して、データ信号をマイコンＭに出力する。
また、電源電位側の電池セルＣｅｌｌｄを監視する電池セル監視回路１００ｄのアドレス出力端子、クロック出力端子及びデータ入力端子は、どこにも接続されていない。

マイコンＭは、データ信号を生成し出力させる電池セル監視回路を指定するためのアドレス情報を含む信号およびクロック信号を出力して、複数の電池セル監視回路１００ａ〜１００ｄを制御する。マイコンＭは、アドレス情報を含む信号により指定した電池セル監視回路までのクロック信号の遅延時間、および、指定した電池セル監視回路からマイコンＭまでのデータ信号の伝搬時間に基づいて、当該データ信号の先頭位置を特定する。

また、例えば、アドレス情報を含む信号により指定された電池セル監視回路は、クロック信号の遅延時間、および、データ信号の伝搬時間に基づいて、マイコンＭに対して他の電池セル監視回路が出力したデータ信号の先頭位置と同一となるように、データ信号の出力のタイミングを制御するようにしてもよい。

なお、通信線ＰＡ、ＰＣＬＫ、ＰＤを用いたマイコンＭからの通信は、非同期通信でなく、マイコンＭから出力されるクロック信号との同期通信が望ましい。その理由の１つは、非同期通信の場合には少なくとも１つの電池セル監視回路が通信のマスターとして動作する必要があり、チップサイズ増大の懸念が有るからである。もう１つの理由は、通信時に電池セル監視回路側で常時発振器を動作させる必要があり、消費電流増大が懸念されるからである。

ここで、図２は、電池セル監視回路１００の構成例を示す図である。図２の電池セル監視回路１００は、データ出力回路ＤＣと、マルチプレクサＭＵＸと、ＤフリップフロップＦと、アドレス入力バッファＢＡｉと、アドレス出力バッファＢＡｏと、クロック入力バッファＢＣＬＫｉと、クロック出力バッファＢＣＬＫｏと、データ入力バッファＢＤｉと、データ出力バッファＢＤｏと、を有する。また、電池セル監視回路１００は、アドレス入力端子ＴＡｉと、アドレス出力端子ＴＡｏと、クロック入力端子ＴＣＬＫｉと、クロック出力端子ＴＣＬＫｏと、データ入力端子ＴＤｉと、データ出力端子ＴＤｏと、を有する。

アドレス入力端子ＴＡｉは、アドレス情報を含む信号が入力される。アドレス出力端子ＴＡｏは、アドレス入力端子ＴＡｉを介して入力されたアドレス情報を含む信号を出力する。アドレス入力バッファＢＡｉは、アドレス入力端子ＴＡｉとデータ出力回路ＤＣの入力との間に接続されている。アドレス出力バッファＢＡｏは、アドレス入力バッファＢＡｉの出力とアドレス出力端子ＴＡｏとの間に接続されている。
すなわち、アドレス入力端子ＴＡｉに入力されたアドレス情報を含む信号は、アドレス入力バッファＢＡｉ、アドレス出力バッファＢＡｏを介して、アドレス出力端子ＴＡｏから出力される。

また、クロック入力端子ＴＣＬＫｉは、クロック信号が入力される。クロック出力端子ＴＣＬＫｏは、クロック入力端子ＴＣＬＫｉを介して入力されたクロック信号を出力する。クロック入力バッファＢＣＬＫｉは、クロック入力端子ＴＣＬＫｉとＤフリップフロップＦのクロック端子ＣＫとの間に接続されている。クロック出力バッファＢＣＬＫｏは、クロック入力バッファＢＣＬＫｉの出力とクロック出力端子ＴＣＬＫｏとの間に接続されている。
すなわち、クロック入力端子ＴＣＬＫｉに入力されたクロック信号は、クロック入力バッファＢＣＬＫｉ、クロック出力バッファＢＣＬＫｏを介して、クロック出力端子ＴＣＬＫｏから出力される。

また、データ入力端子ＴＤｉは、データ信号が入力される。データ出力端子ＴＤｏは、データ信号を出力する。データ入力バッファＢＤｉは、データ入力端子ＴＤｉとマルチプレクサＭＵＸの入力との間に接続されている。データ出力バッファＢＤｏは、ＤフリップフロップＦの出力Ｑとデータ出力端子ＴＤｏとの間に接続されている。

アドレス情報を含む信号により電池セル監視回路１００が指定されると、データ出力回路ＤＣは、対応する電池セルＣｅｌｌをモニタした結果に応じたデータ信号を出力する。このモニタした結果には、例えば、電池セルＣｅｌｌの電圧、電池セルＣｅｌｌの温度等が含まれる。また、データ出力回路ＤＣは、アドレス情報を含む信号により電池セル監視回路１００が指定された場合には、対応する電池セルＣｅｌｌをモニタしたデータ信号が選択されるように、マルチプレクサＭＵＸを制御する。

マルチプレクサＭＵＸには、データ入力端子ＴＤｉおよびデータ出力回路ＤＣのデータ信号が入力される。なお、データ入力端子ＴＤｉのデータ信号は、データ入力バッファＤＢｉを介して、マルチプレクサＭＵＸに入力される。マルチプレクサＭＵＸは、アドレス情報を含む信号により指定された場合には、データ出力回路ＤＣのデータ信号を出力する。一方、マルチプレクサＭＵＸは、アドレス情報を含む信号により指定されていない場合には、データ入力端子ＴＤｉからのデータ信号を出力する。マルチプレクサＭＵＸで選択されたデータ信号は、ＤフリップフロップＦ、データ出力バッファＢＤｏを介して、データ出力端子ＴＤｏから出力される。

ＤフリップフロップＦは、クロック入力端子ＴＣＬＫｉに入力されたクロック信号がクロック入力バッファＢＣＬＫｉを介してクロック端子ＣＫに入力され、マルチプレクサＭＵＸが出力したデータ信号がデータ端子Ｄに入力される。ＤフリップフロップＦは、入力されたクロック信号に同期して、ラッチしたデータ信号をデータ出力端子ＴＤｏに出力する。

ここで、例えば、アドレス入力端子ＴＡｉからアドレス入力バッファＢＡｉ、アドレス出力バッファＢＡｏを介してアドレス出力端子ＴＡｏに至る経路と、クロック入力端子ＴＣＬＫｉからクロック入力バッファＢＣＬＫｉ、クロック出力バッファＢＣＬＫｏを介してクロック出力端子ＴＣＬＫｏに至る経路は同等の遅延時間となるよう考慮されている。これにより、アドレス情報を含む信号とクロック信号の遅延時間の差を考慮する必要が無くなる。

なお、電池セル監視回路１００ｄは、データ入力端子ＴＤｉと、クロック出力端子ＴＣＬＫｏと、アドレス出力端子ＴＡｏと、アドレス出力バッファＢＡｏと、クロック出力バッファＢＣＬＫｏと、データ入力バッファＢＤｉとが、省略された構成になっている。しかし、電池セル監視回路１００ｄも、図２と同様の構成であってもよい。

また、図２に示す構成例では、データ入力端子ＴＤｉは、アドレス入力端子ＴＡｉと別に設けられ、データ出力端子ＴＤｏは、アドレス出力端子ＴＡｏと別に設けられている。しかし、データ入力端子ＴＤｉは、アドレス入力端子ＴＡｉと共通であり、データ出力端子ＴＤｏは、アドレス出力端子ＴＡｏと共通であるようにしてもよい。この場合、例えば、アドレス情報を含む信号とデータ信号とが伝搬するタイミングが異なるように制御される。

次に、以上のような構成を有する電池セル監視システム１０００の動作の一例について説明する。本実施例の構成では、電池セル監視回路を直列に接続する段数が増加すると、マイコンＭに対し、各電池セル監視回路からのクロック信号の遅延時間が増大する。例として、マイコンＭからのクロック信号の立ち上がりエッジに同期して、各データ出力回路が伝搬したデータ信号を出力し、マイコンＭはクロックの立ち下がりエッジでデータをラッチする場合を考える。

図３は、本実施形態の電池セル監視システムのクロック信号とデータ信号の波形の一例を示すタイミングチャートである。図３の例では、電池セル監視回路１００ｄがアドレス情報を含む信号により指定される場合を示す。

なお、図３において、マイコンＭから出力されるクロック信号を（ａ）に、マイコンＭに入力されるデータ信号を（ｂ）に示す。また、電池セル監視回路１００ａに入力されるクロック信号を（ｃ）に、電池セル監視回路１００ａから出力されるデータ信号を（ｄ）に示す。また、電池セル監視回路１００ｂに入力されるクロック信号を（ｅ）に、電池セル監視回路１００ｂから出力されたデータ信号を（ｆ）に示す。また、電池セル監視回路１００ｃに入力されるクロック信号を（ｇ）に、電池セル監視回路１００ｃから出力されたデータ信号を（ｈ）に示す。また、電池セル監視回路１００ｃが受信した電池セル監視回路１００ｄから出力されたデータ信号を（ｉ）に示す。また、電池セル監視回路１００ｄに入力されるクロック信号を（ｊ）に、電池セル監視回路１００ｄから出力されたデータ信号を（ｋ）に示す。

マイコンＭから出力されたクロック信号（ａ）は、時間ｔ０〜時間ｔ１だけ遅れて、電池セル監視回路１００ｄへクロック信号（ｊ）として伝達される。そして、電池セル監視回路１００ｄは、クロック信号（ｊ）の立ち上がりエッジの時間ｔ１にハイレベルのデータ信号（ｋ）を出力する。

そして、電池セル監視回路１００ｃは、時間ｔ２において、ハイレベルのデータ信号（ｉ）を受信する。電池セル監視回路１００ｃは、受信したデータ信号（ｉ）を、電池セル監視回路１００ｄがデータ信号の出力を開始させたクロック信号の立ち上がりエッジから一周期遅れた次のクロック信号（ｇ）の立ち上がりエッジの時間ｔ３でラッチし、電池セル監視回路１００ｂへデータ信号（ｈ）を出力する。

同様に、電池セル監視回路１００ｂは、受信したデータ信号を、クロック信号（ｅ）の立ち上がりエッジの時間ｔ４でラッチし、電池セル監視回路１００ａへデータ信号（ｆ）を出力する。電池セル監視回路１００ａは、受信したデータ信号を、クロック信号（ｃ）の立ち上がりエッジの時間ｔ５でラッチし、電池セル監視回路１００ｂへデータ信号（ｄ）を出力する。

従って、マイコンＭは、データが経由した電池セル監視回路の段数と同じ数のクロック分と、通信線、絶縁用カプラにて発生する分だけ遅れた時間ｔ６に、ハイレベルのデータ信号（ｂ）を受信する。

以上により、マイコンＭは、常に所定のタイミング（図３では、電池セル監視回路からの信号をクロックの立ち上がりエッジ）でデータを取得できる。本実施例では、データの通信の絶対的な遅れ時間は伸びるものの、各電池セル監視回路の遅延時間は累積しない。このため、電池セル監視回路の段数を増やしたとしても通信に用いる周波数を下げる必要はない。したがって、電池セル監視回路の接続段数および通信可能な最大周波数に拘わらず、マイコンＭの通信が正常に保たれる。これにより、電池セル監視回路の接続段数および通信可能な最大周波数の自由度を向上することができる。

なお、例えば、指定された電池セル監視回路は、マイコンＭから指定した電池セル監視回路間のクロック信号の遅延時間、および、データ信号の伝搬時間に基づいて、マイコンＭに対して指定された電池セル監視回路が出力したデータ信号の先頭位置が何れも同一となるように、データ信号の出力のタイミングを制御するようにしてもよい。これにより、マイコンＭは、データ信号を同じタイミングでラッチすることができる。

以上のように、本実施形態に係る電池セル監視回路および電池セル監視システムによれば、接続段数および通信可能な最大周波数の自由度を向上することができる。
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１００ａ〜１００ｄ電池セル監視回路
１０００電池セル監視システム
Ｃ１〜Ｃ３絶縁用カプラ
Ｃｅｌｌａ〜Ｃｅｌｌｄ電池セル
Ｍマイコン
Ｒ負荷

Claims

直列に接続された電池セルをモニタする複数の電池セル監視回路と、
所望の電池セル監視回路を指定するためのアドレス情報を含む信号および基準クロック信号を出力するマイコンと、を備え、
前記電池セル監視回路は、
前記アドレス情報を含む信号が入力されるアドレス入力端子と、
前記アドレス入力端子を介して入力されたアドレス情報を含む信号を出力するアドレス出力端子と、
クロック信号が入力されるクロック入力端子と、
前記クロック入力端子を介して入力されたクロック信号を出力するクロック出力端子と、
データ信号が入力されるデータ入力端子と、
前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定された場合には、対応する電池セルをモニタした結果に応じたデータ信号を出力するデータ出力回路と、
前記データ入力端子および前記データ出力回路の出力に入力が接続され、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定された場合には、前記データ出力回路が出力したデータ信号を選択して出力し、一方、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定されていない場合には、前記データ入力端子から入力されたデータ信号を選択して出力するマルチプレクサと、
前記クロック入力端子に入力されたクロック信号がクロック端子に入力され、前記マルチプレクサが出力した信号がデータ端子に入力され、前記クロック信号に同期して前記データ端子に入力された信号をラッチし、ラッチした信号を出力するフリップフロップと、
前記フリップフロップから出力されたデータ信号を出力するデータ出力端子と、
を有する
ことを特徴とする電池セル監視システム。
前記複数の電池セル監視回路のうちの第１の電池セル監視回路のアドレス入力端子は、前記マイコンから前記アドレス情報を含む信号が入力され、
前記第１の電池セル監視回路のアドレス出力端子は、前記複数の電池セル監視回路のうち前記第１の電池セル監視回路に隣接する第２の電池セル監視回路のアドレス入力端子に接続され、
前記第１の電池セル監視回路のクロック入力端子は、前記基準クロック信号が入力され、
前記第１の電池セル監視回路のクロック出力端子は、前記第２の電池セル監視回路のクロック入力端子に接続され、
前記第１の電池セル監視回路のデータ入力端子は、前記第２の電池セル監視回路のデータ出力端子に接続され、
前記第１の電池セル監視回路のデータ出力端子は、データ信号を前記マイコンに出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池セル監視システム。
前記アドレス入力端子と前記データ出力回路の入力との間に接続され、アドレス情報を含む信号を前記データ出力回路に出力するアドレス入力バッファと、
前記アドレス入力バッファの出力と前記アドレス出力端子との間に接続されたアドレス出力バッファと、
前記クロック入力端子と前記フリップフロップのクロック端子との間に接続されたクロック入力バッファと、
前記クロック入力バッファの出力と前記クロック出力端子との間に接続されたクロック出力バッファと、
前記データ入力端子と前記マルチプレクサの入力との間に接続されたデータ入力バッファと、
前記フリップフロップの出力と前記データ出力端子との間に接続されたデータ出力バッファと、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池セル監視システム。
前記電池セル監視回路の前記アドレス入力端子から前記アドレス出力端子までの前記アドレス情報を含む信号の伝搬遅延時間と、前記クロック入力端子から前記クロック出力端子までの前記クロック信号の伝搬遅延時間が同じになるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の電池セル監視システム。
前記アドレス信号により指定された前記電池セル監視回路は、前記マイコンから前記指定した電池セル監視回路までのクロック信号の遅延時間、および、前記指定した電池セル監視回路が出力したデータ信号の前記指定した電池セル監視回路から前記マイコンまでの伝搬時間に基づいて、前記マイコンに対して前記複数の電池セル監視回路が出力したデータ信号の先頭位置が同一となるように、データ信号の出力のタイミングを制御する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池セル監視システム。
アドレス情報を含む信号が入力されるアドレス入力端子と、
前記アドレス入力端子を介して入力されたアドレス情報を含む信号を出力するアドレス出力端子と、
クロック信号が入力されるクロック入力端子と、
前記クロック入力端子を介して入力されたクロック信号を出力するクロック出力端子と、
データ信号が入力されるデータ入力端子と、
前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定された場合には、対応する電池セルをモニタした結果に応じたデータ信号を出力するデータ出力回路と、
前記データ入力端子および前記データ出力回路の出力に入力が接続され、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定された場合には、前記データ出力回路が出力したデータ信号を選択して出力し、一方、前記アドレス情報を含む信号によりアドレス指定されていない場合には、前記データ入力端子から入力されたデータ信号を選択して出力するマルチプレクサと、
前記クロック入力端子に入力されたクロック信号がクロック端子に入力され、前記マルチプレクサが出力した信号がデータ端子に入力され、前記クロック信号に同期して前記データ端子に入力された信号をラッチし、ラッチした信号を出力するフリップフロップと、
前記フリップフロップから出力されたデータ信号を出力するデータ出力端子と、を有する
ことを特徴とする電池セル監視回路。