JP5694902B2 - 二次電池監視装置 - Google Patents
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Description
二次電池は、その化学的な性質から充放電可能な電流や電荷量が決まっており、これを超えて充放電すると、性能の急激な低下や故障を引き起こす恐れがある。したがって、これらを防ぐためには、電圧等、二次電池の状態を監視しながら充放電を適切に管理する必要がある。
自動車のような出力規模の大きなシステムで二次電池を用いる際、大電力や大容量を確保するため、電池セルを多直列して組電池ユニットとし、この組電池ユニットをさら多直列して、数百V以上の出力電圧を有する二次電池システムを構成する場合がある。
そこで、本発明は、各組電池ユニットの放電量が均等となるよう維持するとともに、上位制御装置と各監視装置との通信、隣接する監視装置間の通信にそれぞれ最適な通信方式を選択することをも可能にする二次電池監視装置を提供することを目的とする。
(1)充放電可能な1つ以上の電池セルで構成される組電池と、該組電池の状態の検知を行う監視装置とからなる電池ユニットを複数備え、前記複数の電池ユニットを直列に接続して構成される二次電池監視装置において、絶縁が必要な外部の上位制御装置と通信を行う外部通信装置を更に備え、前記電池ユニットは、それぞれ、当該電池ユニットの組電池から電力供給を受ける第1の電源回路を電源として、当該電池ユニットの監視装置に電力を供給し、前記外部通信装置は、すべての前記電池ユニットの組電池から均等に電力供給を受ける第2の電源回路を電源とするようにした。
また、特に第2の電源回路を、上位制御装置との通信用に使用した場合、各電池ユニットの監視装置間の通信と、外部との通信を個別の電源で行うことで、組電池間の通信方式をより低消費電力のものにすることができ、二次電池の監視に必要な電力を抑え、二次電池に蓄えられた電力の有効利用を図ることで、電池の小型化を実現できる。
本実施例は、電池セルの状態検知で消費する電力を供給する第一の電源回路と、外部の上位制御回路との通信で消費する電力を供給する第二の電源回路を持ち、第二の電源回路は直列に接続された電池セル全体から電力供給を受けることで、各電池セルの状態検知に必要な消費電力量の均一化を電池セル間で図るものである。
図1に本実施例の二次電池モジュール1000を示す。二次電池モジュール1000は、複数の電池セル12が直列に接続された組電池11をそれぞれ備えた組電池ユニット100(100−1〜100−n)と、外部通信装置200から構成される。また、これらの組電池ユニット100がさらに直列に接続されて、高い出力電圧を備えた、全二次電池10を構成している。
通信回路60は、隣接する組電池ユニット(例えば100−1と100−2)間で1対1通信を行う。
また、監視装置20は組電池11から、二次電池及び外部通信装置200は、全二次電池10に蓄えられた電力で動作するため、待機時など二次電池10の監視が不要な時には、監視装置20をスリープさせ、二次電池10の充電量の低下を防止する。
組電池ユニット100−1〜100−nの通信回路60及び外部通信装置200の内部通信装置230、外部通信回路240はデータの送受信が行われていない場合には、受信状態として待機している。
なお、何個の状態情報を追加するかは、起動時に外部通信装置200より、外部通信装置200から近い順にIDを割り付けることで、また、データ311の中に何個の組電池ユニット100を経由してきたかの情報を入れることで決定できる。
組電池ユニット100−2では、続く部分に状態情報(data2)を書き込む(データ321−2)。
このようにすることで、組電池ユニット100−nの通信回路60から送信されたデータ321に、組電池ユニット100−1〜100−nの組電池11の状態情報が順次書き込まれていき、外部通信装置200の内部通信回路230は、組電池ユニット100−1〜100−nの全ての二次電池情報が追加されたデータ321−nを受信することができ、外部通信装置200の制御回路220は、データ321−nを上位制御装置2000への送信データのフォーマットに変換したデータ322を生成し、外部通信回路240を介して、上位制御装置2000に送信することができる。
このように、本実施例によれば、二次電池モジュール1000における状態検知処理による電池セル12の充電量のばらつきの発生を抑えることができ、電池セルの容量を最適化し小型化することできる。
例えば、上位制御装置2000との通信として、RS485やCANまたはEthernet(登録商標)等の通信方式とし、組電池ユニット100間の通信は、低消費電力化が可能となるカレントループ方式などを選択することができ、電池セル12の状態検知に伴う消費電力を削減することができる。
監視装置20は、電源回路40と制御回路50、通信回路60からなる。電源回路40はリレー41と電源生成回路42から構成される。制御回路50及び通信回路60は電源回路40より電力供給を受けて動作し、制御回路50はセンサ51、電池状態監視装置52、通信制御装置53から、通信回路60は、送受信回路61、62から構成される。
図2におけるフォーマット変換及び通信パケット生成は通信制御装置53で行われ、送受信回路61、62は通信パケットの送受信を行う。センサ51は、組電池11を構成する電池セル12の各電圧の検出及び、1つ以上の電池セル12の温度を検出する機能を有する。
外部通信回路200は、電源回路210と制御回路220、内部通信回路230、外部通信回路240からなる。電源回路210は、電源回路40と同じく、リレー211と電源回路生成212、リレー211のON信号213、誤動作防止用のコンデンサ214から構成されている。なお、電源回路210の電力の供給は全二次電池10から供給されており、その点が電源回路40と異なっている。この電源回路210からの電圧出力により、制御回路220、内部通信回路230、外部通信回路240が動作する。
また、送受信回路231及び241は通信パケットの送受信を行い、通信制御装置222は、送受信回路231が受信した通信パケットの処理及び、送受信回路231が送信する通信パケットの生成を行う。同様に、通信制御装置223は、送受信回路241が受信した通信パケットの処理及び、送受信回路241が送信する通信パケットの生成を行う。送受信回路231は組電池ユニット100−nとの通信方式に、送受信回路241は外部の上位制御装置2000との通信方式に、それぞれ対応させる。
また、モジュール状態監視装置221での処理に、例えば二次電池10の電圧や電流が必要な場合には、電池セル12間で消費電力のばらつきを発生させず、センサを追加することが可能となる。
なお、通信機能を内蔵したマイコンがあることから、制御回路220、内部通信回路230、外部通信回路240を1つマイコンに割り当て、マイコン上のソフトウエアを変更のみで、通信方式を変更することができる。
上位制御装置2000が特定の組電池ユニット100の電池セル12の状態情報を入手する通信方式を示す。図5では上位制御装置2000が、全組電池ユニットのうち、特定の組電池ユニット100−2における組電池11のデータを入手する例である。
これは、上位制御装置2000が一回で送信する通信量を、特定の組電池ユニット100−2のように、ひとつの組電池ユニットに対するものに限定することで、その電池セル12の状態情報等、最小の通信量で済み、通信に伴う電池セル12への負荷を最小にすることができる。
このIDは、例えば、起動時に外部通信装置200より、外部通信装置200から近い順にIDを割り付けることで設定することができる。
組電池ユニット100−1〜100−nの通信回路60は及び外部通信装置200の内部通信装置230、外部通信回路240は受信状態として待機している。
また、外部通信装置200の制御回路220は、データ341を上位制御装置2000への送信データのフォーマットに変換したデータ342を作成し、外部通信回路240を介して、上位制御装置2000に送信することができる。
また、以上の実施例では、複数の電池セルを直列に接続して組電池ユニットとしたが、1つの電池セルで電池ユニットを構成してもよい。
このように構成された第二の電源回路は、外部通信装置200の電力供給のみならず、上位制御装置2000等、二次電池システムを構成する様々な機器の電力供給に利用することが可能である。
Claims (4)
- 充放電可能な1つ以上の電池セルで構成される組電池と、該組電池の状態の検知を行う監視装置とからなる電池ユニットを複数備え、前記複数の電池ユニットを直列に接続して構成される二次電池監視装置において、
絶縁が必要な外部の上位制御装置と通信を行う外部通信装置を更に備え、
前記電池ユニットは、それぞれ、当該電池ユニットの組電池から電力供給を受ける第1の電源回路を電源として、当該電池ユニットの監視装置に電力を供給し、
前記外部通信装置は、すべての前記電池ユニットの組電池から均等に電力供給を受ける第2の電源回路を電源とすることを特徴とする二次電池監視装置。 - 請求項1の二次電池監視装置において、
前記監視装置は、隣接する他の電池ユニットの監視装置との間で通信を行う通信回路を有し、
前記外部通信装置は、各通信回路を経由して、前記監視装置のそれぞれと通信を行うことで、各電池ユニットの電池セルの状態を取得して前記上位制御装置と通信し、
前記電池セルの状態を取得する際に、隣接する他の電池ユニットの監視装置との通信で送信されるデータは、すべての組電池の状態情報分のデータサイズを有し、前記監視装置は、それぞれ当該データの該当部分に自電池ユニットの状態情報を書き込むことを特徴とする二次電池監視装置。 - 請求項1または2の二次電池監視装置において、
前記組電池ユニットの監視装置間で行われる通信と、前記外部通信装置と外部間で行われる通信が、互いに異なる通信方式を採用したことを特徴とする二次電池監視装置。 - 請求項2の二次電池監視装置において、
前記監視装置は、前記電池セルの状態として、電圧、温度を測定する手段を有することを特徴とする二次電池監視装置。
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