JP5866001B2 - 電池監視装置および電池システム監視装置 - Google Patents
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Description
本発明による電池監視装置は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを監視する電池監視装置であって、セルグループの各単電池セルのセル電圧を含む複数種類の電圧の中からいずれかを測定対象電圧として選択する第1切替回路と、第1入力端子および第2入力端子を有し、第1切替回路により選択されて第1入力端子と第2入力端子の間に入力された測定対象電圧を差動増幅して所定範囲の電圧に変換する差動増幅回路と、第1切替回路により選択されて差動増幅回路により変換された測定対象電圧を測定し、測定結果に応じたデジタル信号を出力するADコンバータと、セルグループにおける最高電位の単電池セルの正極側と、最低電位の単電池セルの負極側との間に接続されており、セルグループ電圧に応じた分圧電圧を出力する分圧回路と、分圧回路から出力された分圧電圧または差動増幅回路からの出力電圧のいずれか一方を選択してADコンバータに出力する第2切替回路とを備え、第2切替回路により分圧電圧を選択することで、差動増幅回路を介さずに出力された分圧電圧を異常検知電圧としてADコンバータに出力する。
本発明による電池監視装置は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを監視する電池監視装置であって、セルグループの各単電池セルのセル電圧を含む複数種類の電圧の中からいずれかを測定対象電圧として選択する第1切替回路と、第1入力端子および第2入力端子を有し、第1切替回路により選択されて第1入力端子と第2入力端子の間に入力された測定対象電圧を差動増幅して所定範囲の電圧に変換する差動増幅回路と、第1切替回路により選択されて差動増幅回路により変換された測定対象電圧を測定し、測定結果に応じたデジタル信号を出力するADコンバータとを備え、第1切替回路により、セルグループにおける最低電位の単電池セルの負極側を除いて、セルグループの各単電池セルのうちいずれかの単電池セルの正極側または負極側に第1入力端子および第2入力端子を共に接続して、第1入力端子と第2入力端子の間を短絡させたときの差動増幅回路からの出力電圧を、異常検知電圧としてADコンバータに出力する。
本発明による電池システム監視装置は、上記の電池監視装置と、電池監視装置のADコンバータから出力されたデジタル信号に応じた測定情報を電池監視装置から受信するバッテリコントローラとを備える。バッテリコントローラは、ADコンバータにより異常検知電圧を測定したときの測定情報に基づいて、差動増幅回路の差動増幅特性の異常を検知する。
図1は、本発明による電池システム監視装置を備えた蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車用電動駆動装置の構成例を示す図である。この電動駆動装置は、車両コントローラ400、モータコントローラ300、バッテリコントローラ200、複数のセルコントローラIC100、電池システム130、インバータ340、モータ350などを備えている。これらの内、車両コントローラ400、モータコントローラ300、バッテリコントローラ200、セルコントローラIC100およびインバータ340は、車両内に設置される通信回路を介して互いに情報の授受を行う。
ここで、本発明によるセルコントローラIC100を説明する前に、従来のセルコントローラICについて説明する。図2は、従来のセルコントローラIC100´のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この例では、直列接続された12個のセル110により1つのセルグループ120が構成されている。以下の説明では、これら12個のセル110を、低電位側から高電位側の順にセル1〜セル12と呼ぶこととする。なお図2では、セル3〜10の図示を省略している8.セル1〜12の各正負極端子は、計13本の電圧検出線によりセルコントローラIC100´と接続されている。
続いて、以上説明した従来のセルコントローラIC100´において、逐次変換型のADコンバータ503が故障した場合の問題点について説明する。図6は、従来のセルコントローラIC100´において逐次変換型のADコンバータ503で故障が発生した場合のセル電圧検出特性の一例を示す図である。ここでは、図5に示したADコンバータ503内のDAコンバータ603の構成において、切替SW部607のスイッチの一つが基準電圧源505側に固着する故障が生じた場合の電圧検出特性の一例を示している。
次に、従来のセルコントローラIC100´において、差動増幅回路502が故障した場合の問題点について説明する。図7は、差動増幅回路502の抵抗R1〜R4の抵抗値が変化した場合に発生する電圧検出誤差とセル位置との関係を表した特性線図の一例を示す図である。ここでは、符号701〜704の各特性線図により、図2に示した差動増幅回路502の構成において、各セルのセル電圧が4.1Vであるときに、差動増幅器U1の+入力端子側の分圧比と−入力端子側の分圧比がそれぞれ50%から±0.2%ずつ変化した場合の電圧検出誤差とセル位置との関係を示している。すなわち、特性線図701、702は、差動増幅器U1の+入力端子側の分圧比が49.8%と50.2%であるときの電圧検出誤差とセル位置との関係をそれぞれ示している。また、特性線図703、704は、差動増幅器U1の−入力端子側の分圧比が49.8%と50.2%であるときの電圧検出誤差とセル位置との関係をそれぞれ示している。
図8は、本発明の第1の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図8の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、基準電圧源504に加えてさらに基準電圧源506を有する基準電圧発生回路500Aを備える点と、端子A14を切替回路501に設けた点である。
図9は、本発明の第2の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図9の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、基準電圧源504に替えてDAコンバータ508を有する基準電圧発生回路500Bを備える点である。
図10は、本発明の第3の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図10の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、基準電圧源504に加えてさらに発振器509を有する基準電圧発生回路500Cを備える点である。
図11は、本発明の第4の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図11の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、基準電圧源504に加えてさらに切替器510および定電流源511を有する基準電圧発生回路500Dを備える点と、セルコントローラIC100の外部にコンデンサ512が設けられている点である。
図12は、本発明の第5の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図12の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、基準電圧源504に加えてさらに基準電圧源506を有する基準電圧発生回路500Aを備える点と、差動増幅回路502の入力端子T1をグランド電圧に接続するための端子A14を切替回路501に設けた点である。なお、図12に示したセル電圧測定系の構成は、図8に示した第1の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成と同じものである。
図14は、本発明の第6の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図14の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、分圧回路512および切替器513を備える点と、差動増幅回路502の入力端子T1をグランド電圧に接続するための端子A14を切替回路501に設けた点である。
図16は、本発明の第7の実施形態によるセルコントローラIC100のセル電圧測定系の構成例を示す図である。この図16の構成において、図2に示した従来のセルコントローラIC100´の構成との違いは、差動増幅回路502の入力端子T1をグランド電圧に接続するための端子A14を切替回路501に設けた点である。
Claims (7)
- 複数の単電池セルを直列接続したセルグループを監視する電池監視装置であって、
前記セルグループの各単電池セルのセル電圧を含む複数種類の電圧の中からいずれかを測定対象電圧として選択する第1切替回路と、
第1入力端子および第2入力端子を有し、前記第1切替回路により選択されて前記第1入力端子と前記第2入力端子の間に入力された測定対象電圧を差動増幅して所定範囲の電圧に変換する差動増幅回路と、
前記第1切替回路により選択されて前記差動増幅回路により変換された測定対象電圧を測定し、測定結果に応じたデジタル信号を出力するADコンバータと、
前記セルグループにおける最低電位の単電池セルの負極側を除いて、前記セルグループの各単電池セルのうちいずれかの単電池セルの正極側または負極側に接続され、当該単電池セルの正極側または負極側の電位を基準とした第1基準電圧を発生する第1基準電圧源と、
前記最低電位の単電池セルの負極側に接続されており、前記最低電位の単電池セルの負極側の電位を基準とした第2基準電圧を発生する第2基準電圧源と、を備え、
前記第1切替回路により前記第1基準電圧を選択することで、前記差動増幅回路により変換された前記第1基準電圧を、前記差動増幅回路の差動増幅特性の異常を検知するための異常検知電圧として前記ADコンバータに出力し、
前記第1切替回路により前記最低電位の単電池セルの負極側に前記第1入力端子および前記第2入力端子を共に接続して、前記第1入力端子と前記第2入力端子の間を短絡させたときの前記差動増幅回路からの出力電圧を、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのオフセット誤差を測定するためのオフセット誤差電圧として前記ADコンバータに出力し、
前記第1切替回路により前記第2基準電圧を選択することで、前記差動増幅回路により変換された前記第2基準電圧を、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのゲイン誤差を測定するためのゲイン誤差電圧として前記ADコンバータに出力する電池監視装置。 - 複数の単電池セルを直列接続したセルグループを監視する電池監視装置であって、
前記セルグループの各単電池セルのセル電圧を含む複数種類の電圧の中からいずれかを測定対象電圧として選択する第1切替回路と、
第1入力端子および第2入力端子を有し、前記第1切替回路により選択されて前記第1入力端子と前記第2入力端子の間に入力された測定対象電圧を差動増幅して所定範囲の電圧に変換する差動増幅回路と、
前記第1切替回路により選択されて前記差動増幅回路により変換された測定対象電圧を測定し、測定結果に応じたデジタル信号を出力するADコンバータと、
前記セルグループにおける最高電位の単電池セルの正極側と、最低電位の単電池セルの負極側との間に接続されており、セルグループ電圧に応じた分圧電圧を出力する分圧回路と、
前記分圧回路から出力された分圧電圧または前記差動増幅回路からの出力電圧のいずれか一方を選択して前記ADコンバータに出力する第2切替回路とを備え、
前記第2切替回路により前記分圧電圧を選択することで、前記差動増幅回路を介さずに出力された前記分圧電圧を異常検知電圧として前記ADコンバータに出力する電池監視装置。 - 請求項2に記載の電池監視装置において、
前記最低電位の単電池セルの負極側に接続されており、前記最低電位の単電池セルの負極側の電位を基準とした基準電圧を発生する基準電圧源をさらに備え、
前記第1切替回路により前記最低電位の単電池セルの負極側に前記第1入力端子および前記第2入力端子を共に接続して、前記第1入力端子と前記第2入力端子の間を短絡させたときの前記差動増幅回路からの出力電圧を、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのオフセット誤差を測定するためのオフセット誤差電圧として前記ADコンバータに出力し、
前記第1切替回路により前記基準電圧を選択することで、前記差動増幅回路により変換された前記基準電圧を、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのゲイン誤差を測定するためのゲイン誤差電圧として前記ADコンバータに出力する電池監視装置。 - 複数の単電池セルを直列接続したセルグループを監視する電池監視装置であって、
前記セルグループの各単電池セルのセル電圧を含む複数種類の電圧の中からいずれかを測定対象電圧として選択する第1切替回路と、
第1入力端子および第2入力端子を有し、前記第1切替回路により選択されて前記第1入力端子と前記第2入力端子の間に入力された測定対象電圧を差動増幅して所定範囲の電圧に変換する差動増幅回路と、
前記第1切替回路により選択されて前記差動増幅回路により変換された測定対象電圧を測定し、測定結果に応じたデジタル信号を出力するADコンバータとを備え、
前記第1切替回路により、前記セルグループにおける最低電位の単電池セルの負極側を除いて、前記セルグループの各単電池セルのうちいずれかの単電池セルの正極側または負極側に前記第1入力端子および前記第2入力端子を共に接続して、前記第1入力端子と前記第2入力端子の間を短絡させたときの前記差動増幅回路からの出力電圧を、異常検知電圧として前記ADコンバータに出力する電池監視装置。 - 請求項4に記載の電池監視装置において、
前記最低電位の単電池セルの負極側に接続されており、前記最低電位の単電池セルの負極側の電位を基準とした基準電圧を発生する基準電圧源をさらに備え、
前記第1切替回路により前記最低電位の単電池セルの負極側に前記第1入力端子および前記第2入力端子を共に接続して、前記第1入力端子と前記第2入力端子の間を短絡させたときの前記差動増幅回路からの出力電圧を、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのオフセット誤差を測定するためのオフセット誤差電圧として前記ADコンバータに出力し、
前記第1切替回路により前記基準電圧を選択することで、前記差動増幅回路により変換された前記基準電圧を、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのゲイン誤差を測定するためのゲイン誤差電圧として前記ADコンバータに出力する電池監視装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電池監視装置と、
前記電池監視装置のADコンバータから出力されたデジタル信号に応じた測定情報を前記電池監視装置から受信するバッテリコントローラとを備え、
前記バッテリコントローラは、前記ADコンバータにより前記異常検知電圧を測定したときの前記測定情報に基づいて、前記差動増幅回路の差動増幅特性の異常を検知する電池システム監視装置。 - 請求項1、3または5のいずれか一項に記載の電池監視装置と、
前記電池監視装置のADコンバータから出力されたデジタル信号に応じた測定情報を前記電池監視装置から受信するバッテリコントローラとを備え、
前記バッテリコントローラは、
前記ADコンバータにより前記オフセット誤差電圧を測定したときの前記測定情報に基づいて、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのオフセット誤差を測定し、
前記ADコンバータにより前記ゲイン誤差電圧を測定したときの前記測定情報に基づいて、前記差動増幅回路および前記ADコンバータのゲイン誤差を測定し、
前記オフセット誤差が所定の第1の誤差範囲内であり、前記ゲイン誤差が所定の第2の誤差範囲内であり、且つ前記ADコンバータにより前記異常検知電圧を測定したときの前記測定情報の値が所定範囲外である場合、前記差動増幅回路の差動増幅特性が異常であると判断する電池システム監視装置。
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