JPWO2011043311A1 - Battery voltage detector - Google Patents
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Abstract
バッテリセルの電圧値を検出し、ディジタル電圧値に変換するA/D変換器(20)と、ディジタル電圧値を伝送する通信手段(40)と、ディジタル電圧値を取得するマイクロコンピュータ(50)と、電池モジュールとA/D変換器(20)との間に挿入されるアナログLPF(10)と、A/D変換器(20)と通信手段(40)との間に挿入されるディジタルLPF(30)と、を備え、ディジタルLPF(30)は、マイクロコンピュータ(50)が取得するディジタル電圧値のサンプリング周波数の1/2以上を遮断し、マイクロコンピュータ(50)が取得するディジタル電圧値のサンプリング周波数に対して、A/D変換されるディジタル電圧値のサンプリング周波数を高く設定し、アナログLPF(10)は、A/D変換される電池電圧のサンプリング周波数の1/2以上を遮断する。An A / D converter (20) for detecting the voltage value of the battery cell and converting it into a digital voltage value, a communication means (40) for transmitting the digital voltage value, and a microcomputer (50) for acquiring the digital voltage value An analog LPF (10) inserted between the battery module and the A / D converter (20), and a digital LPF (inserted between the A / D converter (20) and the communication means (40) ( 30), and the digital LPF (30) blocks half or more of the sampling frequency of the digital voltage value acquired by the microcomputer (50), and samples the digital voltage value acquired by the microcomputer (50). The sampling frequency of the digital voltage value to be A / D converted is set higher than the frequency, and the analog LPF (10) is A / D converted. Blocking more than half of the sampling frequency of the battery voltage.
Description
本発明は、電池モジュールにおけるバッテリセルの電圧監視を行う電池電圧検出装置に関する。 The present invention relates to a battery voltage detection device that monitors the voltage of a battery cell in a battery module.
バッテリセルのセルコントローラ(電池電圧検出装置)は、リチウムイオンバッテリセルが複数接続された電池モジュールに対して、電圧監視および容量均等化を行う集積回路(IC:Integrated Circuit)を備えている。複数の電池モジュールから構成されるバッテリパックに対しては、デイジーチェーン方式でIC同士を通信させ、絶縁素子の削減によりコストを下げる技術が紹介されている(例えば、特許文献1〜3参照)。この場合、各ICにて計測したバッテリセルの電圧データを、シリアル通信でCPU(Central Processing Unit)に転送するため、バッテリセルの数が多数におよぶと、1パケット当りのデータストリームが長くなり、CPUにおける電圧計測のインターバルが長くなる。
A battery cell cell controller (battery voltage detection device) includes an integrated circuit (IC) that performs voltage monitoring and capacity equalization on a battery module to which a plurality of lithium ion battery cells are connected. For a battery pack composed of a plurality of battery modules, a technology has been introduced in which ICs communicate with each other by a daisy chain method to reduce the cost by reducing the number of insulating elements (for example, see
例えば、転送速度を100kbps、バッテリセルが100セル、1バッテリセル当りのデータが10bitから構成されるデータを計測するとした場合、
1パケット当りのデータ長: 100セル×10bit=1000bit
1秒当りに転送できるパケット数: 100kbps÷1000bit=100パケット/sec
となり、電圧計測のサンプリング周波数は100Hzとなる。For example, when it is assumed that the transfer rate is 100 kbps, the battery cell is 100 cells, and the data per battery cell is composed of 10 bits,
Data length per packet: 100 cells x 10 bits = 1000 bits
Number of packets that can be transferred per second: 100 kbps / 1000 bits = 100 packets / sec
Thus, the sampling frequency for voltage measurement is 100 Hz.
ハイブリッド電気自動車においては、例えばインバータのスイッチングに伴って発生する数kHzから数MHzに及ぶ比較的高周波帯域のノイズが車載組電池の両極に印加される。
一方、ハイブリッド電気自動車のモータは、例えば、6極対のモータを6000rpmで回転させた場合、電気角周波数は600Hzである。これにより、モータの回転に同期した比較的低周波帯域のリップルノイズがインバータより車載組電池の両極に印加される。また、電気自動車においては外部充電器から商用電源を全波整流した場合に生じる100〜120Hzのリップルノイズが同様に印加される。In a hybrid electric vehicle, for example, noise in a relatively high frequency band ranging from several kHz to several MHz generated by switching of an inverter is applied to both electrodes of an in-vehicle assembled battery.
On the other hand, the motor of the hybrid electric vehicle has an electrical angular frequency of 600 Hz when, for example, a six-pole motor is rotated at 6000 rpm. Thereby, ripple noise in a relatively low frequency band synchronized with the rotation of the motor is applied from the inverter to both electrodes of the in-vehicle assembled battery. Further, in an electric vehicle, ripple noise of 100 to 120 Hz generated when a commercial power source is full-wave rectified from an external charger is similarly applied.
これらの事象を考慮すると、比較的高周波帯域のノイズを十分に除去するとともに、エイリアシング防止のためにはサンプリング周波数に対し、十分に低い遮断周波数特性を有したフィルタ回路をICの入力部に設ける必要がある。例えば、サンプリング周波数を100Hzとするならば、50Hz以上の成分を遮断できる特性を有するフィルタを設ける。 Considering these events, it is necessary to sufficiently remove noise in a relatively high frequency band and to provide a filter circuit having a sufficiently low cutoff frequency with respect to the sampling frequency at the input portion of the IC in order to prevent aliasing. There is. For example, if the sampling frequency is 100 Hz, a filter having a characteristic capable of blocking components of 50 Hz or higher is provided.
ところで、フィルタ回路は、抵抗およびコンデンサよりなるRCの1次フィルタが一般的である。そこで、例えば、50Hzでのゲインを1/100と設定すると、RCの時定数は318msecになり、100kΩの抵抗と3.18μFのコンデンサで構成できる。 By the way, the filter circuit is generally an RC primary filter composed of a resistor and a capacitor. Therefore, for example, if the gain at 50 Hz is set to 1/100, the RC time constant is 318 msec, which can be constituted by a resistor of 100 kΩ and a capacitor of 3.18 μF.
しかしながら、このような部品定数で構成すると、抵抗値が大きくなり、A/D(Analogue/Digital)変換器側から見たときの回路インピーダンスが大きくなるため、A/D変換精度に悪影響を生じさせる。また、コンデンサの容量が大きいことにより、電解コンデンサを用いれば精度が悪化し、セラミックコンデンサを用いれば部品単価が高くなる。
また、特許文献1〜3に記載の技術では、サンプリング周波数を高くするため、通信速度を上げる手法が考えられるが、CAN(Controller Area Network)を用いれば通信速度を1Mbps程度に上げられるが、通信インターフェース回路が増えコスト高になる。However, when configured with such component constants, the resistance value increases, and the circuit impedance when viewed from the A / D (Analogue / Digital) converter side increases, which adversely affects A / D conversion accuracy. . In addition, due to the large capacity of the capacitor, the accuracy deteriorates if an electrolytic capacitor is used, and the unit cost increases if a ceramic capacitor is used.
In addition, in the techniques described in
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、簡易な構成で、高精度かつ低コスト化が可能な低域濾波器を備える電池電圧検出装置を提供することを課題とする。 This invention solves the above-mentioned conventional subject, and makes it a subject to provide a battery voltage detection apparatus provided with the low-pass filter which can be highly accurate and cost-reduced with a simple structure.
前記課題を解決するために、本発明は、バッテリセルからなる電池モジュールが直列に接続された組電池における前記バッテリセルの電圧を検出する電池電圧検出装置であって、前記バッテリセルの電池電圧値を検出し、ディジタル電圧値にA/D変換するA/D変換手段と、前記ディジタル電圧値を伝送する通信手段と、前記通信手段を経由して前記ディジタル電圧値を取得する第1のマイクロコンピュータと、前記バッテリセルと前記A/D変換手段との間に挿入されるアナログ低域濾波フィルタ回路と、前記A/D変換手段と前記通信手段との間に挿入されるディジタル低域濾波フィルタ回路と、を備え、前記アナログ低域濾波フィルタ回路は、前記電池電圧値を前記A/D変換する第1のサンプリング周波数の1/2以上の周波数のノイズ信号を遮断する特性を有し、前記ディジタル低域濾波フィルタ回路は、前記ディジタル電圧値を前記第1のマイクロコンピュータが取得する第2のサンプリング周波数の1/2以上の周波数のノイズ信号を遮断する特性を有し、前記第1のサンプリング周波数は前記第2のサンプリング周波数より高いことを特徴とする。
但し、括弧内の数字は、例示である。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a battery voltage detection device for detecting a voltage of the battery cell in an assembled battery in which battery modules made of battery cells are connected in series, the battery voltage value of the battery cell. A / D conversion means for detecting A / D and converting the digital voltage value into a digital voltage value, a communication means for transmitting the digital voltage value, and a first microcomputer for obtaining the digital voltage value via the communication means An analog low-pass filter circuit inserted between the battery cell and the A / D converter, and a digital low-pass filter circuit inserted between the A / D converter and the communication unit And the analog low-pass filter circuit has a frequency of ½ or more of a first sampling frequency for A / D converting the battery voltage value. The digital low-pass filter circuit has a characteristic that cuts off noise signals, and the digital low-pass filter circuit cuts off noise signals having a frequency equal to or higher than ½ of the second sampling frequency obtained by the first microcomputer. The first sampling frequency is higher than the second sampling frequency.
However, the numbers in parentheses are examples.
本発明によれば、フィルタの構成を、前段をアナログ低域濾波フィルタ回路、後段をディジタル低域濾波フィルタ回路とすることにより、アナログ低域濾波フィルタ回路の部品定数を小さくできるので高精度かつ低コスト化を実現する電池電圧検出装置を提供することができる。また、第1のサンプリング周波数を第2のサンプリング周波数より高くすることで、電気自動車が発生する固有のノイズをアナログ低域濾波フィルタ回路で排除し、自動車の直列電池の電圧を測る上での通信回線の速度の制約から生じる周波数成分をディジタル低域濾波フィルタ回路で排除することができ、それぞれのフィルタ回路を効率よく設置することができる。 According to the present invention, the configuration of the filter is such that the analog low-pass filter circuit in the front stage and the digital low-pass filter circuit in the rear stage can reduce the component constant of the analog low-pass filter circuit. It is possible to provide a battery voltage detection device that realizes cost reduction. In addition, by making the first sampling frequency higher than the second sampling frequency, the inherent noise generated by the electric vehicle is eliminated by an analog low-pass filter circuit, and communication for measuring the voltage of the series battery of the vehicle Frequency components resulting from line speed restrictions can be eliminated by the digital low-pass filter circuit, and each filter circuit can be installed efficiently.
また、本発明は、各バッテリセルに対応した前記アナログ低域濾波フィルタ回路と1つの前記A/D変換手段との間にマルチプレクサを備え、マルチプレクサは、並列に入力された電池電圧値を直列に順次出力し、前記A/D変換手段が、前記マルチプレクサから入力された各バッテリセルの電池電圧値を順次ディジタル電圧値に変換し、変換されたディジタル電圧値が、複数のディジタル低域濾波フィルタ回路に入力されることを特徴とする。 Further, the present invention includes a multiplexer between the analog low-pass filter circuit corresponding to each battery cell and one A / D conversion means, and the multiplexer serially inputs battery voltage values input in parallel. The A / D conversion means sequentially outputs the battery voltage value of each battery cell input from the multiplexer to a digital voltage value, and the converted digital voltage value is converted into a plurality of digital low-pass filter circuits. It is characterized by being input to.
本発明によれば、マルチプレクサを用いることにより、高価なA/D変換器の数を減らすことができA/D変換器を効率よく効果的に用いることができる。 According to the present invention, by using a multiplexer, the number of expensive A / D converters can be reduced, and the A / D converters can be used efficiently and effectively.
また、本発明は、前記ディジタル低域濾波フィルタ回路が、前記ディジタル低域濾波フィルタ回路の機能を有するプログラムを実行する第2マイクロコンピュータであることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the digital low-pass filter circuit is a second microcomputer that executes a program having the function of the digital low-pass filter circuit.
本発明によれば、ディジタル低域濾波フィルタ回路の機能をプログラム化してマイクロコンピュータに実行させることができるため、プログラムを変更することで、サンプリング周波数や遮断周波数の変更を容易に行うことができる。 According to the present invention, since the function of the digital low-pass filter circuit can be programmed and executed by the microcomputer, the sampling frequency and the cutoff frequency can be easily changed by changing the program.
また、本発明は、前記通信手段が、隣接する別の前記通信手段と順次接続されて前記ディジタル電圧値を順次伝送し、前記第1のマイクロコンピュータが端末に接続されて前記ディジタル電圧値を受信することを特徴とする。 According to the present invention, the communication means is sequentially connected to another adjacent communication means to sequentially transmit the digital voltage value, and the first microcomputer is connected to a terminal to receive the digital voltage value. It is characterized by doing.
本発明によれば、隣接する別の通信手段と順次接続されてディジタル電圧値を順次伝送するので、伝送する電池モジュール同士の電位差を低く抑えることができる。 According to the present invention, since the digital voltage value is sequentially transmitted by being sequentially connected to another adjacent communication means, the potential difference between the battery modules to be transmitted can be kept low.
また、本発明は、複数の前記通信手段が、前記第1のマイクロコンピュータとそれぞれ接続されて、前記第1のマイクロコンピュータが複数の前記通信手段から前記ディジタル電圧値を受信することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a plurality of the communication means are connected to the first microcomputer, respectively, and the first microcomputer receives the digital voltage value from the plurality of the communication means. .
本発明によれば、マイクロコンピュータは、各々の通信インターフェースと通信し、任意のタイミングで各々の電池モジュールのディジタル電圧値を入手することが可能になる。 According to the present invention, the microcomputer can communicate with each communication interface and obtain the digital voltage value of each battery module at an arbitrary timing.
また、本発明は、複数の前記通信手段と前記第1のマイクロコンピュータとが通信バスにより接続されて、前記第1のマイクロコンピュータが複数の前記通信手段から前記ディジタル電圧値を受信することを特徴とする。 The present invention is also characterized in that a plurality of the communication means and the first microcomputer are connected by a communication bus, and the first microcomputer receives the digital voltage value from the plurality of the communication means. And
本発明によれば、各々の電池モジュールが通信バスにディジタル電圧値を送信すると、マイクロコンピュータは、通信バス上を行き交うディジタル電圧値のうち自己に必要な電池モジュールのいずれかのディジタル電圧値を取得することが可能になる。 According to the present invention, when each battery module transmits a digital voltage value to the communication bus, the microcomputer obtains the digital voltage value of any battery module necessary for itself among the digital voltage values that pass over the communication bus. It becomes possible to do.
本発明によれば、簡易な構成で、高精度かつ低コスト化が可能な低域濾波器を備える電池電圧検出装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to provide a battery voltage detection device including a low-pass filter capable of achieving high accuracy and low cost with a simple configuration.
以下に、本発明の実施形態に係る電池電圧検出装置について図を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a battery voltage detection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る電池電圧検出装置を示す図である。(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a battery voltage detection device according to the first embodiment.
組電池200は、複数のバッテリセルBC(図5参照)が接続された電池モジュールVM1〜VM4を直列に接続して構成される。
電池電圧検出装置100は、アナログLPF(Low Pass Filter)(アナログ低域濾波フィルタ回路)10、A/D変換器(A/D変換手段)20、ディジタルLPF(ディジタル低域濾波フィルタ回路)30、通信インターフェース(通信手段)40及びマイクロコンピュータ50(第1のマイクロコンピュータ)を備える。The assembled battery 200 is configured by connecting in series battery modules VM1 to VM4 to which a plurality of battery cells BC (see FIG. 5) are connected.
The battery
アナログLPF10は、電池モジュールVM1〜VM4における各バッテリセルBCとA/D変換器20との間に設置され、A/D変換器20による電圧計測のサンプリング周波数Fs1に対して所定の周波数を遮断する(図2参照)。
A/D変換器20は、各電池モジュールVM1〜VM4におけるバッテリセルBCの電圧を個別に検出し、検出した電圧をディジタル電圧値へ変換する。The
The A /
ディジタルLPF30は、A/D変換器20と通信インターフェース40との間に設置され、専用のディジタル回路で実現したものであり、通信インターフェース40の通信インターバルから定まるサンプリング周波数Fs2に対してディジタルLPF30から出力された電圧値における所定の周波数を遮断する(図2参照)。
通信インターフェース40は、各バッテリセルBCのディジタル電圧値をマイクロコンピュータ50へ伝送する。通信インターフェース40は、電池モジュールVM1〜VM4に対応するように設けられている。通信インターフェース40は、隣接する別の通信インターフェース40と順次接続されてディジタル電圧値をマイクロコンピュータ50へ順次伝送するので、伝送する電池モジュールVM1〜VM4同士の電位差を低く抑えることができる。マイクロコンピュータ50は、通信インターフェース40を経由して各バッテリセルBCのディジタル電圧値を取得する。The
The
図2は、第1の実施形態におけるフィルタ回路設定の概念を示す図である。
本実施形態では、フィルタ回路をアナログLPF10とディジタルLPF30との2段で構成し、信号を遮断する周波数を各々分担する。つまり、電気自動車にて発生するインバータのスイッチングノイズなどの比較的高周波帯域のノイズ信号をアナログLPF10で排除し、モータの回転に伴い発生するリップルノイズや、商用電源を全波整流した場合に発生するリップルノイズ等の比較的低周波帯域のノイズ信号をディジタルLPF30で排除することにより、それぞれのフィルタ回路を効率よく設置することができる。FIG. 2 is a diagram illustrating the concept of filter circuit setting in the first embodiment.
In the present embodiment, the filter circuit is composed of two stages of an
つまり、図2に示すように、バッテリセルBCとA/D変換器20との間に設置されるアナログLPF10は、A/D変換器20のサンプリング周波数Fs1(第1のサンプリング周波数)の1/2以上の周波数のノイズ信号を遮断する。即ち、アナログLPF10は、サンプリング周波数Fs1の1/2の周波数の信号を十分に減衰させる特性を有する。
That is, as shown in FIG. 2, the
さらに、A/D変換器20と通信インターフェース40との間に追加したディジタルLPF30は、通信インターフェース40における通信インターバルから定まるサンプリング周波数Fs2(第2のサンプリング周波数)の1/2以上の周波数のノイズ信号を遮断する。即ち、マイクロコンピュータ50(図1参照)が取得するディジタル電圧値のサンプリング周波数Fs2に対し、ディジタルLPF30は、サンプリング周波数Fs2の1/2の周波数の信号を十分に減衰させる特性を有する。ここで周波数Fs1は周波数Fs2よりも高い周波数である。また、サンプリング周波数Fs2は、自動車の直列電池の電圧を測る上での通信回線の速度の制約により上限が定まる。
Furthermore, the
フィルタの構成を、前段をアナログLPF10、後段をディジタルLPF30とすることにより、アナログLPF10の部品定数を小さくできるので高精度かつ低コスト化を実現する電池電圧検出装置100を提供することができる。また、サンプリング周波数Fs1をサンプリング周波数Fs2より高くすることで、電気自動車が発生する比較的高周波帯域のノイズをアナログ低域濾波フィルタ回路で排除し、比較的低周波帯域のノイズをディジタル低域濾波フィルタ回路で排除することができ、それぞれのフィルタ回路を効率よく設置することができる。
By configuring the filter with the
図3は、第1の実施形態におけるフィルタ回路設定の具体例を示す図である。
A/D変換器20のサンプリング周波数Fs1を10kHzに設定すると、サンプリング周波数Fs1の1/2となる5kHzにおけるゲインを1/100とするアナログLPF10は、例えば、10kΩの抵抗と0.318μFのコンデンサで構成することができる。なお、データは1バッテリセルあたり10bitで構成される。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the filter circuit setting in the first embodiment.
When the sampling frequency Fs1 of the A /
通信インターフェース40のサンプリング周波数Fs2を100Hzとして、サンプリング周波数Fs2の1/2となる50Hzにおけるゲインを1/100とする時定数は318msecであるから、ディジタルLPF30の遮断周波数Fcを1/0.318=3.14Hzとする。
Since the time constant when the sampling frequency Fs2 of the
適用するディジタルLPF30の形式を、簡易な1次のIIR(Infinite Inpulse Response)型フィルタとすると、今回の入力値xnと前回の出力値yn-1とから、今回の出力値ynは以下の式1で求めることができる。If the format of the applied
図4は、第1の実施形態におけるディジタルLPFの詳細動作例を示す図である。
図4において、白色部位は整数部を示し、灰色部位は少数点以下の部分を示す。入力値xnを10bit幅とし、前回値yn-1を26bit(整数部10bit+小数点以下16bit)とする。ここで、前記したようにcとdはそれぞれ小数点以下の16bitからなるものとする。図4に示すように、xnとcとの積xn×cは26bitとなる。FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed operation example of the digital LPF in the first embodiment.
In FIG. 4, a white part shows an integer part and a gray part shows a part below the decimal point. The input value xn is 10 bits wide, and the previous value yn -1 is 26 bits (
一方、yn-1とdとの積yn-1×dは、整数部10bitおよび小数点以下32bitの42bitになるが、下位16bitは切り捨て、積xn×cと同じ26bitとする。なお、下位16bitを切り捨てることにより丸め誤差が出る場合は、切り捨てずに四捨五入してもよい。求めたxn×cとyn-1×dとの和を求めて新規のynとして26bit幅で保管し、次回の計算において前回値yn-1として使用する。ynは26bitから構成されるが、フィルタの出力としては整数部だけでよいから、ディジタルLPF30は、ynの上位10bitのみを出力として通信インターフェースに送出する。なお、小数点以下を切り捨てることにより丸め誤差が出る場合は、切り捨てずに四捨五入してもよい。On the other hand, the product y n-1 × d and y n-1 and d is comprised in 42bit integer portion 10bit and decimal 32bit, lower 16bit truncation, the same 26bit the product x n × c. If a rounding error is generated by rounding down the lower 16 bits, it may be rounded off without being rounded down. The sum of the determined x n × c and y n−1 × d is obtained and stored as a new y n in a 26-bit width, and used as the previous value y n−1 in the next calculation. y n consists 26bit is, since as the output of the filter need only integer part, a digital LPF30 sends to the communication interface only the upper 10bit of y n as the output. If a rounding error occurs by rounding down the decimal point, it may be rounded off without being rounded down.
図5は、第1の実施形態におけるA/D変換器の使用例を説明する図である。図5に示すように、アナログLPF11〜LPF14とA/D変換器20との間にマルチプレクサ90を設置し、A/D変換器20とディジタルLPF31〜LPF34との間にデマルチプレクサ91を設置する。本実施形態では、マルチプレクサ90は、ディジタルLPF31〜34に対応して4個の入力端子を有し、1個の出力端子を有する。デマルチプレクサ91は、1個の入力端子を有し、4個の出力端子を有する。A/D変換器20の前にマルチプレクサ90を、後ろにデマルチプレクサ91を設置することにより、使用するA/D変換器20の数を4個から1個へ減じることができる。これにより、高価なA/D変換器の数を減らすことができA/D変換器を効率よく効果的に用いることができる。なお、マルチプレクサ90の入力端子(チャネル:CH)数は任意の数を設定できる。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of use of the A / D converter in the first embodiment. As shown in FIG. 5, a
図6は、マルチプレクサ/デマルチプレクサを用いた場合のA/D変換器の使用態様を示す図である(適宜図5参照)。各バッテリセルBC1〜BC4の電圧検出信号は、アナログLPF11〜LPF14を介して、それぞれマルチプレクサ90の各入力端子CH1〜CH4に同じタイミングで並列に入力される。マルチプレクサ90は、各入力端子CH1〜CH4へ入力された電圧検出信号を直列に変換し、所定の時間間隔でA/D変換器20に順次入力する。
FIG. 6 is a diagram showing how the A / D converter is used when a multiplexer / demultiplexer is used (see FIG. 5 as appropriate). The voltage detection signals of the battery cells BC1 to BC4 are input in parallel to the input terminals CH1 to CH4 of the
図6に示すように、A/D変換器20による電圧検出信号のサンプリング周波数Fs1の範囲内で、全ての入力端子CH1〜CH4に対応する電圧検出信号がA/D変換器20に順次入力され、入力順に出力される。そして、順次A/D変換器20においてディジタル変換されたディジタル電圧値は、デマルチプレクサ91の入力端子に順次入力される。デマルチプレクサ91は、直列に順次入力されたディジタル電圧値を並列に変換して出力端子DCH1〜DCH4に出力し、同じタイミングでディジタルLPF31〜LPF34へ入力する。ディジタルLPF31〜LPF34において所定の周波数域が遮断されたディジタル電圧値は、所定のタイミングで通信インターフェース40へ入力される。
As shown in FIG. 6, the voltage detection signals corresponding to all the input terminals CH1 to CH4 are sequentially input to the A /
このようにサンプリング周波数Fs1の範囲内でマルチプレクサ90における入力端子CH1〜CH4の電圧検出信号をA/D変換器20へ順次入力してディジタル電圧値に変換して出力することで、各バッテリセルBC1〜BC4ごとにA/D変換器20を設置したのと同等の効果を得られるようになり、高価なA/D変換器20を効率的に使用することが可能になる。
As described above, the voltage detection signals of the input terminals CH1 to CH4 in the
図7は、通信インターフェースにおけるデータストリームの構成を示す図である(適宜図5参照)。
一般的な時定数の大きいアナログLPFのみを用いた場合は、異常時などに発生するステップ的なバッテリセルの電圧変化に対する検出タイミングは、時定数分だけアナログLPFが無い場合に比べて遅くなる。つまり、異常を検出するまでに時間遅れが発生する。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a data stream in the communication interface (see FIG. 5 as appropriate).
When only a general analog LPF having a large time constant is used, the detection timing for a stepped battery cell voltage change that occurs at the time of abnormality or the like is delayed as compared with the case where there is no analog LPF by the time constant. That is, a time delay occurs until an abnormality is detected.
これに対して、本実施形態のように、ディジタルLPFを用いた場合は、図7(a)に示すように、各バッテリセルBC1〜BC4(図7ではCH1〜CH4と表している)ごとにディジタルLPF31〜LPF34の入力値(フィルタ無)と出力値(フィルタ有)とを併せて通信インターフェース40へ送出し、各バッテリセル毎に、フィルタ無の電圧値を監視し異常判定閾値を示す所定値との大小関係を検出することで、図8に示すように、早期に電池の異常を検出できる。
On the other hand, when the digital LPF is used as in this embodiment, as shown in FIG. 7A, each battery cell BC1 to BC4 (represented as CH1 to CH4 in FIG. 7). The input values (without filter) and output values (with filter) of the
また、ディジタルLPFを用いることにより、図7(b)に示すように、電池モジュールVM1におけるバッテリセルBC1〜BC4の上限電圧と下限電圧を異常として検出する方法として用いることも可能になる。この場合は、同一電池モジュールVM1におけるバッテリセルBC1〜BC4の電圧の最大値Max(フィルタ無)と最小値Min(フィルタ無)を代表値として通信インターフェース40へ送出することで、異常判定閾値を示す所定値との大小関係を検出することができるため早期に電池の異常を検出できる。
Further, by using the digital LPF, as shown in FIG. 7B, it can be used as a method of detecting the upper limit voltage and the lower limit voltage of the battery cells BC1 to BC4 in the battery module VM1 as abnormal. In this case, the abnormality determination threshold is indicated by sending the maximum value Max (no filter) and the minimum value Min (no filter) of the voltages of the battery cells BC1 to BC4 in the same battery module VM1 to the
また、ディジタルLPFを用いることにより、図7(c)に示すように、バッテリセルBC1〜BC4の異常判定閾値を示す所定値との大小関係を示すフラグのみを送信することで、図7(a)や図7(b)に示すようなデータストリーム長の増大を少なくできる。つまり、例えば、異常であればフラグを1とし、正常であればフラグを0とする。 Further, by using the digital LPF, as shown in FIG. 7C, only the flag indicating the magnitude relationship with the predetermined value indicating the abnormality determination threshold value of the battery cells BC1 to BC4 is transmitted, so that FIG. ) And the increase in data stream length as shown in FIG. 7B can be reduced. That is, for example, the flag is set to 1 if abnormal, and the flag is set to 0 if normal.
以上、本実施形態によれば、フィルタ回路を、アナログLPF10とディジタルLPF30との2段構成にすることにより、アナログLPF10の部品定数を小さくできるので、使用する部品の高精度化かつ低コスト化が可能になる。また、ディジタルLPF30は高集積化が容易であるので、ディジタルLPF30を、A/D変換器20や通信インターフェース40と一体の部品として構成することができ、低コスト化が可能になる。
As described above, according to this embodiment, since the filter circuit has a two-stage configuration of the
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態における電池電圧検出装置を示す図である。第1の実施形態と同様な構成又は機能を示す部位については、その説明の重複を省略する。
図8に示す電池電圧検出装置110と、第1の実施形態における電池電圧検出装置100との相違点は、第1の実施形態におけるディジタルLPF30を、第2の実施形態ではマイクロコンピュータ(第2のマイクロコンピュータ)60に置き換えた点である。(Second Embodiment)
FIG. 8 is a diagram illustrating a battery voltage detection device according to the second embodiment. The description of the same configuration or function as in the first embodiment will be omitted.
The difference between the battery voltage detection device 110 shown in FIG. 8 and the battery
前記したように、第1の実施形態におけるディジタルLPF30は、演算式(式1、式2)で表され、これを専用のディジタル回路で実現したものである。したがって、この演算式をプログラム化することでマイクロコンピュータ60による処理も可能になる。ここで、マイクロコンピュータ60は、前記プログラムを実行するためのMPU(Micro Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備える。このように演算式をプログラムにしてマイクロコンピュータ60で実行させることができるので、サンプリング周波数や遮断周波数等の変更が容易になる。
As described above, the
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態における電池電圧検出装置を示す図である。第1または第2の実施形態と同様な構成又は機能を示す部位については、その説明の重複を省略する。
図9に示す電池電圧検出装置120と、第2の実施形態における電池電圧検出装置100との相違点は、各々の電池モジュールVM1〜VM4に対応する各々の通信インターフェース70がマイクロコンピュータ51に接続されている点である。(Third embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating a battery voltage detection device according to the third embodiment. The description of the same components or functions as those in the first or second embodiment will be omitted.
The difference between the battery voltage detection device 120 shown in FIG. 9 and the battery
各々の通信インターフェース70は、マイクロコンピュータ51との間で双方向の通信回線を有している。このため、マイクロコンピュータ51は、各々の通信インターフェース70と通信し、任意のタイミングで各々の電池モジュールVM1〜VM4のディジタル電圧値を入手することが可能になる。
通信回線が複数並列で設けられるため、実効的には通信速度を向上させたことと等価であり、マイクロコンピュータ51が各セルの電圧を取得するサンプリング周波数を高くすることができる。
しかしながら、一般的にマイクロコンピュータでの通信回線数には限りがあるため、通信する電池モジュールの数が多くなると、通信回線を切り替えるなどの回路が必要となり、実際の通信速度は低下してしまう。
第1または第2の実施形態で示したアナログLPFとディジタルLPFとを組み合わせた構成により、通信インターフェース70の通信速度を下げてもエイリアシングノイズを抑制できる。Each
Since a plurality of communication lines are provided in parallel, it is effectively equivalent to improving the communication speed, and the sampling frequency at which the
However, since the number of communication lines in a microcomputer is generally limited, when the number of battery modules to be communicated increases, a circuit for switching communication lines is required, and the actual communication speed is reduced.
With the configuration in which the analog LPF and the digital LPF shown in the first or second embodiment are combined, aliasing noise can be suppressed even if the communication speed of the
(第4の実施形態)
図10は、第4の実施形態における電池電圧検出装置を示す図である。第1、第2または第3の実施形態と同様な構成又は機能を示す部位については、その説明の重複を省略する。
図10に示す電池電圧検出装置130と、第3の実施形態における電池電圧検出装置120との相違点は、各々の通信インターフェース80が、CAN(Controller Area Network)等の通信BUSに接続されている点である。(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a battery voltage detection device according to the fourth embodiment. The description of the same configuration or function as in the first, second, or third embodiment will be omitted.
The difference between the battery voltage detection device 130 shown in FIG. 10 and the battery voltage detection device 120 in the third embodiment is that each
例えば、主通信路としての専用通信線であるCANBUSに通信インターフェース80を複数接続する。そして、各々の電池モジュールVM1〜VM4がCANバスにディジタル電圧値を送信すると、マイクロコンピュータ52は、CANバス上を行き交うディジタル電圧値のうち自己に必要な電池モジュールVM1〜VM4のいずれかのディジタル電圧値を取得することが可能になる。
しかしながら、通信する電池モジュールの数が多くなるとCANバス上の通信トラフィックが増大し通信の安定性が損なわれるため、データの更新周期を遅くしなければならない。
第1または第2の実施形態で示したアナログLPFとディジタルLPFとを組み合わせた構成により、通信インターフェース80のデータ更新周期を遅くしてもエイリアシングノイズを抑制できる。For example, a plurality of
However, if the number of battery modules to be communicated increases, communication traffic on the CAN bus increases and communication stability is impaired. Therefore, the data update cycle must be delayed.
With the configuration combining the analog LPF and the digital LPF shown in the first or second embodiment, aliasing noise can be suppressed even if the data update period of the
10、11、12、13、14 アナログLPF(アナログ低域濾波フィルタ回路)
20 A/D変換器(A/D変換手段)
30、31、32、33、34 ディジタルLPF(ディジタル低域濾波フィルタ回路)
40、70、80 通信インターフェース(通信手段)
50、51、52 マイクロコンピュータ(第1のマイクロコンピュータ)
60 マイクロコンピュータ(第2のマイクロコンピュータ)
90 マルチプレクサ
91 デマルチプレクサ
100、110、120、130 電池電圧検出装置
200 組電池
BC、BC1、BC2、BC3、BC4 バッテリセル
VM1、VM2、VM3、VM4 電池モジュール10, 11, 12, 13, 14 Analog LPF (analog low-pass filter circuit)
20 A / D converter (A / D conversion means)
30, 31, 32, 33, 34 Digital LPF (digital low-pass filter circuit)
40, 70, 80 Communication interface (communication means)
50, 51, 52 Microcomputer (first microcomputer)
60 microcomputer (second microcomputer)
90
Claims (7)
前記バッテリセルの電池電圧値を検出し、ディジタル電圧値にA/D変換するA/D変換手段と、
前記ディジタル電圧値を伝送する通信手段と、
前記通信手段を経由して前記ディジタル電圧値を取得する第1のマイクロコンピュータと、
前記バッテリセルと前記A/D変換手段との間に挿入されるアナログ低域濾波フィルタ回路と、
前記A/D変換手段と前記通信手段との間に挿入されるディジタル低域濾波フィルタ回路と、を備え、
前記アナログ低域濾波フィルタ回路は、前記電池電圧値を前記A/D変換する第1のサンプリング周波数の1/2以上の周波数のノイズ信号を遮断する特性を有し、
前記ディジタル低域濾波フィルタ回路は、前記ディジタル電圧値を前記第1のマイクロコンピュータが取得する第2のサンプリング周波数の1/2以上の周波数のノイズ信号を遮断する特性を有し、
前記第1のサンプリング周波数は前記第2のサンプリング周波数よりも高いこと
を特徴とする電池電圧検出装置。A battery voltage detection device for detecting a battery voltage value of the battery cell in an assembled battery in which battery modules including battery cells are connected in series,
A / D conversion means for detecting a battery voltage value of the battery cell and A / D converting it into a digital voltage value;
Communication means for transmitting the digital voltage value;
A first microcomputer for obtaining the digital voltage value via the communication means;
An analog low-pass filter circuit inserted between the battery cell and the A / D converter;
A digital low-pass filter circuit inserted between the A / D conversion means and the communication means,
The analog low-pass filter circuit has a characteristic of blocking a noise signal having a frequency equal to or higher than ½ of a first sampling frequency for A / D converting the battery voltage value,
The digital low-pass filter circuit has a characteristic of blocking a noise signal having a frequency equal to or higher than ½ of a second sampling frequency acquired by the first microcomputer from the digital voltage value,
The battery voltage detection device, wherein the first sampling frequency is higher than the second sampling frequency.
前記マルチプレクサは、並列に入力された電池電圧値を直列に順次出力し、
前記A/D変換手段は、前記マルチプレクサから入力された各バッテリセルの電池電圧値を順次ディジタル電圧値に変換し、
変換されたディジタル電圧値は、複数のディジタル低域濾波フィルタ回路に入力されること
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の電池電圧検出装置。A multiplexer is provided between the analog low-pass filter circuit corresponding to each battery cell and one A / D converter;
The multiplexer sequentially outputs battery voltage values input in parallel in series,
The A / D conversion means sequentially converts the battery voltage value of each battery cell input from the multiplexer into a digital voltage value,
The battery voltage detection device according to claim 1, wherein the converted digital voltage value is input to a plurality of digital low-pass filter circuits.
を特徴とする請求の範囲第1項に記載の電池電圧検出装置。The battery voltage detection device according to claim 1, wherein the digital low-pass filter circuit is a second microcomputer that executes a program having a function of the digital low-pass filter circuit.
を特徴とする請求の範囲第2項に記載の電池電圧検出装置。3. The battery voltage detection device according to claim 2, wherein the digital low-pass filter circuit is a second microcomputer that executes a program having a function of the digital low-pass filter circuit.
を特徴とする請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか1項に記載の電池電圧検出装置。The communication means is sequentially connected to another adjacent communication means to sequentially transmit the digital voltage value, and the first microcomputer is connected to a terminal to receive the digital voltage value. The battery voltage detection device according to any one of claims 1 to 4.
を特徴とする請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか1項に記載の電池電圧検出装置。The plurality of communication means are connected to the first microcomputer, respectively, and the first microcomputer receives the digital voltage value from the plurality of communication means. The battery voltage detection apparatus of any one of thru | or 4th term | claim.
を特徴とする請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか1項に記載の電池電圧検出装置。The plurality of communication means and the first microcomputer are connected by a communication bus, and the first microcomputer receives the digital voltage value from the plurality of communication means. Item 5. The battery voltage detection device according to any one of Items 1 to 4.
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