WO2020045418A1 - セル監視回路、及び、管理システム - Google Patents

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WO2020045418A1
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cell monitoring
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cell
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小林　仁
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a cell monitoring circuit and a management system including the same.
  • Patent Document 1 discloses a battery voltage monitoring device capable of ensuring the reliability of operation by improving the redundancy of an operation power supply.
  • the present disclosure provides a cell monitoring circuit capable of suppressing a cell balance from being disrupted while suppressing addition of components related to communication, and a management system using the cell monitoring circuit.
  • a cell monitoring circuit includes a measurement circuit that measures the amount of stored power in a storage cell, an insulating element that allows the measurement circuit to receive power supply from a power source different from the storage cell in a non-contact manner,
  • the management device that manages the state of the storage cell includes a communication circuit that transmits information indicating the amount of stored power measured by the measurement circuit via the insulating element.
  • a management system includes a management device that manages a state of a power storage cell, and a cell monitoring circuit, wherein the cell monitoring circuit measures a power storage amount of the power storage cell; An insulating element for a circuit to receive power from a power source different from the power storage cell in a non-contact manner, and information indicating the amount of stored power measured by the measuring circuit is transmitted to the management device via the insulating element. Communication circuit.
  • a cell monitoring circuit capable of suppressing the cell balance from being lost while suppressing the addition of communication-related components, and a management system using the same are realized.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the BMS according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the BMS according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the BMS according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection relationship between a BMU and a plurality of cell monitoring circuits in the BMS according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of the impedance of the transmission path.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a power spectrum of a transmission path.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of a BMS according to a modification of the third embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an outline of a functional configuration of the BMS according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the BMS according to the first embodiment.
  • the BMS 100 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle, for example.
  • the BMS 100 includes a BMU (Battery Management Unit) 10, a plurality of battery packs 20, and a plurality of cell monitoring circuits (CSC: Cell Supervising Circuit) 30 corresponding to the plurality of battery packs 20.
  • BMU Battery Management Unit
  • CSC Cell Supervising Circuit
  • FIG. 1 two battery packs 20 and two cell monitoring circuits 30 are shown, but the number of battery packs 20 and cell monitoring circuits 30 is not limited to two, and may be three or more. Further, the BMS 100 may include only one of each of the battery pack 20 and the cell monitoring circuit 30.
  • the BMU 10 monitors the states of the plurality of assembled batteries 20 and controls the plurality of assembled batteries 20.
  • the battery pack 20 includes a plurality of secondary battery cells 21, but may include at least one secondary battery cell 21.
  • the secondary battery cell 21 is an example of a power storage cell.
  • the secondary battery cell 21 is specifically a lithium ion battery, but may be another battery such as a nickel hydride battery.
  • the plurality of secondary battery cells 21 are connected in series, for example, but may be partially or entirely connected in parallel.
  • the assembled battery 20 is constituted by one or more secondary battery cells 21, and may be constituted by one or more storage capacitor cells.
  • a storage capacitor cell is another example of a storage cell.
  • the storage capacitor cell is specifically an electric double layer capacitor, but may be a lithium ion capacitor or the like.
  • the BMU 10 specifically includes a plurality of communication circuits 11, a plurality of primary-side power supply circuits 12, and a control microcomputer 13.
  • the communication circuit 11 and the primary-side power supply circuit 12 are illustrated two each.
  • the BMU 10 may include the communication circuits 11 and the primary-side power supply circuits 12 as many as the number corresponding to the cell monitoring circuit 30. I just need.
  • the BMU 10 only needs to include at least the control microcomputer 13.
  • the communication circuit 11 is a circuit for the BMU 10 to communicate with the cell monitoring circuit 30.
  • the communication circuit 11 specifically includes a transmission circuit for transmitting a signal, a filter, and an amplification circuit, and a reception circuit, a filter, and an amplification circuit for receiving a signal.
  • the primary power supply circuit 12 constitutes a switching power supply circuit 40 together with the transformer 38 and the secondary power supply circuit 39.
  • the switching power supply circuit 40 is a power supply circuit for performing non-contact power supply to the cell monitoring circuit 30 through a path different from that of the battery pack 20. That is, the cell monitoring circuit 30 operates not with the battery pack 20 but with the power supplied by the switching power supply circuit 40.
  • the control microcomputer 13 monitors the states of the plurality of assembled batteries 20 and controls the plurality of assembled batteries 20.
  • the plurality of cell monitoring circuits 30 are circuits corresponding to the plurality of assembled batteries 20 on a one-to-one basis.
  • the cell monitoring circuit 30 is a circuit module, and is formed by mounting circuit components on a substrate.
  • the cell monitoring circuit 30 includes a measurement circuit 31, a communication circuit 37, a transformer 38, and a secondary power supply circuit 39.
  • the measurement circuit 31 measures the charged amount of each of the plurality of secondary battery cells 21 included in the battery pack 20. Specifically, the measurement circuit 31 measures the voltage value of each of the plurality of secondary battery cells 21 included in the assembled battery 20 as a parameter indicating the amount of charge of the secondary battery cells 21.
  • the measurement circuit 31 includes a plurality of switching elements 32 corresponding to the plurality of secondary battery cells 21, a multiplexer 33, an AD converter 34, a storage unit 35, and a control circuit 36. The measurement circuit 31 may measure a parameter indicating directly or indirectly the charged amount.
  • the multiplexer 33 is a selection circuit, and selects a voltage value between both ends of the plurality of secondary battery cells 21.
  • the AD converter 34 converts an analog voltage value selectively input by the multiplexer 33 into a digital voltage value.
  • the storage unit 35 is, for example, a nonvolatile semiconductor memory, and stores an address (in other words, identification information or an identification code) for identifying the cell monitoring circuit 30 from other cell monitoring circuits 30. This address can be considered as identification information for identifying the battery pack 20 from other battery packs 20.
  • the storage unit 35 is illustrated as a part of the measurement circuit 31 (that is, provided by the measurement circuit 31), but is configured as a different component from the measurement circuit 31. Is also good.
  • the control circuit 36 outputs information (also described as information indicating the amount of stored power measured by the measurement circuit 31) obtained by adding an address stored in the storage unit 35 to the digital voltage value output from the AD converter 34.
  • the generated information is output to the communication circuit 37.
  • the control circuit 36 is, in other words, a control logic circuit.
  • the communication circuit 37 transmits, via the transformer 38, information indicating the power storage amount measured by the measurement circuit 31 to the BMU 10 that manages the state of the battery pack 20.
  • the communication circuit 37 specifically includes a transmission circuit for transmitting a signal, a filter, and an amplification circuit, and a reception circuit, a filter, and an amplification circuit for receiving a signal.
  • the transformer 38 is an insulating element for the measuring circuit 31 to receive power from a power source (specifically, a primary-side power source circuit) different from the battery pack 20 in a non-contact manner.
  • the transformer 38, the secondary-side power supply circuit 39, and the primary-side power supply circuit constitute a switching power supply circuit 40.
  • the cell monitoring circuit 30 may include another coil element as an insulating element instead of the transformer 38.
  • the switching power supply circuit 40 is a power supply circuit for performing non-contact power supply to the cell monitoring circuit 30 through a path different from that of the battery pack 20.
  • the measurement circuit 31 and the communication circuit 37 operate not with the battery pack 20 but with the power supplied by the switching power supply circuit 40.
  • the switching power supply circuit 40 is, in other words, an insulating DC-DC converter.
  • the switching frequency of the switching power supply circuit 40 is, for example, about 350 kHz, and the frequency band of the carrier wave in the communication between the cell monitoring circuit 30 (the communication circuit 37) and the BMU 10 (the communication circuit 11) is higher than 350 kHz.
  • a general BMS is to suppress heat generation, ignition, explosion, and deterioration due to overcharging of the battery pack 20, and to maximize the amount of power stored in the secondary battery cells 21 by charging.
  • the battery pack is charged after performing cell balancing processing for equalizing the state of charge (SOC) of the plurality of secondary battery cells 21 included in the battery pack 20.
  • the BMU performs data communication (daisy-chain connection) with a plurality of cell monitoring circuits in order to manage the storage amount of the secondary battery cells (in other words, the voltage value of the secondary battery cells).
  • each of a plurality of cell monitoring circuits receives power from a battery pack (secondary battery cell) to be monitored by the cell monitoring circuit.
  • a battery pack secondary battery cell
  • variations in the operating power of the plurality of cell monitoring circuits cause a cell balance to be lost.
  • variations in operating power caused by differences in the communication frequency of a plurality of cell monitoring circuits are a major factor in disrupting cell balance.
  • a method of supplying power to the cell monitoring circuit from another power source different from the assembled battery may be considered.
  • the separate power supply and the assembled battery need to be galvanically isolated.
  • a method of supplying power from another power source to the cell monitoring circuit is, for example, power supply to the cell monitoring circuit by an isolated DC-DC converter using a transformer.
  • the BMS 100 uses the power supply path (the power line 50 and the transformer 38) by the switching power supply circuit 40 also as the communication path of the BMU 10 and the cell monitoring circuit 30, there is no need to separately provide a power supply path. That is, the BMS 100 can suppress an increase in the number of parts, an increase in weight, and the like, and can suppress a cell balance from being disrupted due to a variation in operation power of the cell monitoring circuit 30.
  • an address unique to the cell monitoring circuit 30 is stored in the storage unit 35 included in the cell monitoring circuit 30.
  • the cell monitoring circuit 30 transmits to the BMU 10 information in which the voltage value measured by the measurement circuit 31 and the address of the cell monitoring circuit 30 are added. Accordingly, the BMU 10 can manage the voltage value acquired by the communication from which cell monitoring circuit 30 is transmitted (which voltage value of the battery pack 20). Since the voltage values of the plurality of secondary battery cells 21 included in one assembled battery 20 are transmitted in order, the plurality of secondary battery cells 21 included in one assembled battery 20 are distinguished, for example, by this order. Done.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the BMS according to the second embodiment.
  • the description will be made focusing on the differences from the first embodiment, and the description of the items described in the first embodiment will be omitted or simplified as appropriate.
  • the BMS 100a includes a BMU 10a, a plurality of assembled batteries 20, and a plurality of cell monitoring circuits 30a corresponding to the plurality of assembled batteries 20.
  • the difference between the BMU 10 and the BMU 10a is that the BMU 10a includes an AC power supply 12a instead of the primary power supply circuit 12.
  • the AC power supply 12a supplies AC power to the cell monitoring circuit 30a via the AC power line 50a. That is, in the BMS 100a, AC power is supplied from the BMU 10a to the cell monitoring circuit 30a beyond the galvanic isolation boundary.
  • a difference between the cell monitoring circuit 30 and the cell monitoring circuit 30a is that the cell monitoring circuit 30a includes a conversion circuit 39a instead of the secondary power supply circuit 39.
  • the conversion circuit 39a converts AC power supplied from the AC power supply 12a via the transformer 38 into DC power, and supplies the DC power to the measurement circuit 31 and the communication circuit 37. That is, in the second embodiment, the transformer 38 is an insulating element that allows the measurement circuit 31 to receive power from the AC power supply 12a different from the battery pack 20 in a contactless manner.
  • the conversion circuit 39a is specifically configured by a full-wave rectification circuit, a smoothing circuit, a regulator, and the like.
  • the frequency of the AC power supply 12a is, for example, 350 kHz, and the effective value is, for example, 5V.
  • the frequency and the effective value of the AC power supply 12a are not particularly limited.
  • the switching frequency and the switching pulse width fluctuate, so that the frequency component of the switching noise may spread over a wide range. That is, it may be difficult to secure communication quality.
  • the BMS 100a performs communication via the AC power line 50a through which AC power is transmitted. If the waveform of the AC power is a sinusoidal wave of a single frequency, the frequency component is unlikely to spread, so that an effect of easily ensuring communication quality can be obtained. Further, since the frequency components are not easily spread, the degree of freedom of the frequency band in which communication is performed is also improved.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of the BMS according to the third embodiment.
  • description will be made mainly on differences from the first and second embodiments, and the description of the items described in the first and second embodiments will be omitted or simplified as appropriate. .
  • the BMS 100b includes a BMU 10b, a plurality of assembled batteries 20, and a plurality of cell monitoring circuits 30b corresponding to the plurality of assembled batteries 20.
  • the BMU 10b includes only one communication circuit 11 and one AC power supply 12a, and further includes a transformer 14. Note that the BMU 10b may include another coil element as an insulating element instead of the transformer 14.
  • the communication circuit 11 of the BMU 10b is connected to the AC power line 50b via the transformer 14. Specifically, a primary coil of the transformer 14 is connected to the communication circuit 11, and a secondary coil of the transformer 14 is connected to the AC power line 50b.
  • the AC power line 50b is shared by the plurality of cell monitoring circuits 30b. That is, each of the plurality of cell monitoring circuits 30b is connected to the AC power line 50b common to the plurality of cell monitoring circuits 30b via the transformer 38 included in the cell monitoring circuit 30b. Specifically, a primary coil of the transformer 38 is connected to the AC power line 50b, and a secondary coil of the transformer 38 is connected to the communication circuit 37 and the conversion circuit 39a.
  • the BMU 10b can communicate with each of the plurality of cell monitoring circuits 30b via the AC power line 50b.
  • the AC power line 50b is a data communication line.
  • the difference between the cell monitoring circuit 30a and the cell monitoring circuit 30b is that the cell monitoring circuit 30b includes a clock generation circuit 39b.
  • the clock generation circuit 39b generates a clock signal synchronized with the frequency of the AC power.
  • the measurement circuit 31 measures the voltage value of the secondary battery cell 21 based on the generated clock signal.
  • the clock generation circuit 39b is specifically realized by a phase locked loop circuit (in other words, a PLL (Phase Locked Loop) circuit).
  • the BMS 100b can use a single AC power supply 12a to supply AC power to a plurality of cell monitoring circuits 30b across a galvanic isolation boundary. Further, communication can be easily performed by the dedicated AC power line 50b.
  • a configuration similar to the BMS 100b a configuration in which a PLC (Power Line Communication) is performed using a power supply line (also referred to as a bus bar) that connects a plurality of assembled batteries 20 is assumed. In such a configuration, a communication line can be made unnecessary.
  • a PLC Power Line Communication
  • the bus bar is generally a single wire without a GND wire, there is a problem that the noise resistance is low when used as a communication transmission line. Further, since a large current is intermittently applied to the bus bar, very large disturbance noise is generated. Therefore, there is also a problem that it is difficult to secure communication quality.
  • the BMS 100b communication is performed using the AC power line 50b different from the bus bar.
  • power is supplied from the AC power supply 12a to the plurality of cell monitoring circuits 30b beyond the galvanic isolation boundary, and communication is performed using the AC power line 50b. Accordingly, communication with high communication quality can be performed without newly providing a power supply path (specifically, a wiring or a harness) between the plurality of cell monitoring circuits 30b.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection relationship between the BMU 10b and the plurality of cell monitoring circuits 30b in the BMS 100b
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a frequency characteristic of impedance of a transmission line including the AC power line 50b.
  • the transmission line including the AC power line 50b has characteristics suitable for the frequency of the AC power.
  • the resonance frequency of the transmission line is set to substantially the same frequency as the frequency of the AC power.
  • the resonance frequency of the transmission line and the frequency of the AC power are, for example, several hundred kHz, and are 350 kHz in the examples of FIGS. 4 and 5. Thereby, power supply with less loss is realized.
  • the frequency band used for communication is higher than the frequency of the AC power. That is, the communication circuit 37 of the cell monitoring circuit 30b performs communication using a frequency band higher than the frequency of the AC power.
  • the carrier frequency of the communication is, for example, 20 MHz.
  • the BMS 100b uses a frequency band having a high impedance in the impedance characteristic of the transmission line to use a relatively low communication power. Can communicate. Note that such a method of setting the frequency band can be applied to the first and second embodiments.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a power spectrum of a transmission line including the AC power line 50b.
  • the BMS 100b divides a frequency band used for communication into a plurality of communication channels 1 to n (n is a natural number of 2 or more).
  • n is a natural number of 2 or more.
  • Each of the plurality of cell monitoring circuits 30b uses a part of the frequency band as a communication channel assigned to the cell monitoring circuit 30b. Thereby, communication speed and communication quality can be improved.
  • full-duplex communication is realized by distinguishing a transmission channel from a reception channel. Further, by allocating different communication channels to the plurality of cell monitoring circuits 30b and performing communication, simultaneous communication between the plurality of cell monitoring circuits 30b and the BMU 10b is realized. Also, the BMS 100b can select a communication channel having the best communication state from a plurality of communication channels to perform communication, and use the two communication channels for transmitting the same signal and receive the same signal on the receiving side. Redundant communication is realized by comparing signals. Note that such a method of dividing the frequency band into a plurality of communication channels can be applied to the first and second embodiments.
  • the measurement of the current is performed on one side of the bus bar on the BMU side, each of the plurality of cell monitoring circuits includes an individual clock oscillator, and the plurality of cell monitoring circuits are synchronized. Work independently without any.
  • the measurement timing of the voltage is instructed from the BMU side by data communication.
  • the measurement timing of the current and the voltage is accurately synchronized due to a delay in the communication time and variations of the clock generators of the plurality of cell monitoring circuits. Can not do.
  • the clock generation circuit 39b generates a clock signal based on the frequency of the AC power, so that the system clocks of the plurality of cell monitoring circuits 30b can be synchronized. Furthermore, by synchronizing the current measurement timing of the BMU 10b with the frequency of the AC power, the measurement timing of the voltage of the secondary battery cell 21 performed by the cell monitoring circuit 30b and the measurement timing of the current of the BMU 10b are accurately synchronized. be able to.
  • the BMS 100b can calculate an accurate OCV by accurately measuring the internal impedance of the secondary battery cell 21, and can calculate the SOC and the SOH with higher accuracy.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a functional configuration of a BMS (a BMS according to a modification of the third embodiment) in which the cell monitoring circuit 30b monitors only one secondary battery cell 21.
  • the measurement circuit 31c does not include the multiplexer 33. That is, in the BMS 100c, the multiplexer 33 can be omitted.
  • the cell monitoring circuit 30 or the cell monitoring circuit 30a may monitor only one secondary battery cell 21.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an outline of a functional configuration of the BMS according to the fourth embodiment.
  • the description will be made focusing on the differences from the first to third embodiments, and the description of the items described in the first to third embodiments will be omitted or simplified as appropriate. .
  • the BMS 100d includes the BMU 10b, a plurality of assembled batteries 20 (not shown in FIG. 8), and a plurality of cell monitoring circuits 30d corresponding to the plurality of assembled batteries 20.
  • the cell monitoring circuit 30d includes a voltage detection circuit 39d at a stage subsequent to the conversion circuit 39a. Although not shown, the other configuration of the cell monitoring circuit 30d is the same as that of the cell monitoring circuit 30b.
  • the voltage detection circuit 39d outputs a control signal for controlling the start or stop of the measurement circuit 31 according to the output voltage of the conversion circuit 39a.
  • the voltage detection circuit 39d is specifically realized by a comparator circuit or the like, and outputs a control signal (high level) when the output voltage of the conversion circuit 39a becomes equal to or higher than a predetermined voltage.
  • the voltage detection circuit 39d stops the control signal when the output voltage of the conversion circuit 39a is lower than the predetermined voltage (low level).
  • the logic of the control signal may be reversed, and the voltage detection circuit 39d outputs a control signal (high level) when the output voltage of the conversion circuit 39a is lower than a predetermined voltage, and the output voltage of the conversion circuit 39a is When the voltage is equal to or higher than the predetermined voltage, the control signal may be stopped (low level).
  • the voltage detection circuit 39d outputs a control signal when the AC power is started to be supplied from the AC power supply 12a to the cell monitoring circuit 30d. It can be said that it is a circuit that outputs.
  • the control signal is, for example, a signal (for example, a power-on reset signal or the like) for controlling the start or stop of the cell monitoring circuit 30d, and specifically, is output to the control circuit 36.
  • the battery pack 20 when the battery pack 20 is not used, it is necessary to shut down the cell monitoring circuit to minimize the power consumption of the battery pack 20.
  • the battery pack 20 when the BMS is mounted on an electric vehicle, the battery pack 20 is not completely discharged even if the battery pack 20 is not charged and left for about one to two years while the electric vehicle is stopped. (That the electric vehicle can operate) is required.
  • the cell monitoring circuit (more specifically, a battery management IC corresponding to the cell monitoring circuit, in other words, a battery monitoring IC) has a shutdown mode.
  • the BMU uses a power supply system different from the high-voltage system such as the battery pack 20, the reference voltage is different from that of the cell monitoring circuit.
  • the BMU In order for the BMU to activate the cell monitoring circuit, it is necessary to provide an activation signal to the cell monitoring circuit beyond the galvanic isolation boundary.
  • a method using a photocoupler As a method of giving the start signal to the cell monitoring circuit, a method using a photocoupler, a method of transmitting the start signal through a data communication interface, and the like are considered.
  • the problem with the method using a photocoupler is that wiring or a harness for connecting between a plurality of cell monitoring circuits and the BMU is required. Further, in the method of transmitting the start signal through the data communication interface, the receiving circuit cannot be turned off so that the cell monitoring circuit 30d can receive the start signal even in the shutdown mode, and a small power consumption is required in the shutdown mode. There is a problem of becoming.
  • the BMU 10b can control on and off of a control signal (ie, a start signal) from the voltage detection circuit 39d to the measurement circuit 31 by turning on and off the AC power supply 12a. That is, the BMU 10b can easily activate the cell monitoring circuit 30d by installing the voltage detection circuit 39d for detecting the AC power on the cell monitoring circuit 30d side.
  • a control signal ie, a start signal
  • the conversion circuit 39a for converting the AC power into the DC power can be constituted by a diode bridge and a smoothing capacitor, so that no circuit current is required. Further, since the voltage detection circuit 39d operates based on the DC power obtained by rectifying the AC power, it is not necessary to receive the power supply from the battery pack 20 side. Therefore, according to the configuration like the cell monitoring circuit 30d, the power supplied from the battery pack 20 consumed by the cell monitoring circuit 30d in the shutdown mode can be made substantially zero.
  • the cell monitoring circuit 30 includes the measurement circuit 31 that measures the amount of power stored in the secondary battery cell 21 and the measurement circuit 31 that receives power from a power source different from the secondary battery cell 21 in a non-contact manner. And a communication circuit 37 for transmitting, via the transformer 38, information indicating the amount of power storage measured by the measurement circuit 31 to the BMU 10 that manages the state of the secondary battery cell 21.
  • the secondary battery cell 21 is an example of a power storage cell
  • the transformer 38 is an example of an insulating element
  • the BMU 10 is an example of a management device. Note that the cell monitoring circuits 30a, 30b, and 30d have the same configuration.
  • Such a cell monitoring circuit 30 also uses a power supply path from a power source different from the secondary battery cell 21 as a communication path with the BMU 10, the cell monitoring circuit 30 suppresses the addition of communication-related components and performs cell monitoring. Cell balance can be prevented from being lost due to variation in the operating power of the circuit 30.
  • the power supply is the AC power supply 12a
  • the cell monitoring circuit 30b further converts AC power supplied from the AC power supply 12a via the transformer 38 into DC power, and converts the DC power.
  • a conversion circuit 39a for supplying the measurement circuit 31 is provided.
  • Such a cell monitoring circuit 30b can operate by converting AC power into DC power.
  • the transformer 38 is connected to the AC power supply 12a via the AC power line 50b.
  • the cell monitoring circuit 30b different from the cell monitoring circuit 30b and the BMS 100b are connected to the AC power line 50b.
  • Such a cell monitoring circuit 30b can communicate with the BMU 10 using the common AC power line 50b with the other cell monitoring circuits 30b.
  • the communication circuit 37 performs communication using a frequency band higher than the frequency of the AC power.
  • Such a cell monitoring circuit 30b can perform communication with relatively low communication power using a frequency band having a high impedance in the impedance characteristic of the transmission line.
  • the communication circuit 37 uses a part of the frequency band as a communication channel allocated to the cell monitoring circuit 30b.
  • Such a cell monitoring circuit 30b can improve communication speed and communication quality by utilizing a communication channel.
  • the cell monitoring circuit 30d further includes a voltage detection circuit 39d that outputs a control signal for controlling the start or stop of the measurement circuit 31 according to the output voltage of the conversion circuit 39a.
  • the BMU 10b can easily activate the cell monitoring circuit 30d.
  • the cell monitoring circuit 30b further includes a clock generation circuit 39b that generates a clock signal synchronized with the frequency of the AC power.
  • the measurement circuit 31 measures the amount of charge of the secondary battery cell 21 based on the generated clock signal.
  • the system clocks of the plurality of cell monitoring circuits 30b can be synchronized using the AC power.
  • the cell monitoring circuit 30b further includes a storage unit 35 in which an address for identifying the cell monitoring circuit 30b from other cell monitoring circuits 30b is stored.
  • An address is an example of identification information.
  • the BMU 10b determines which cell monitoring circuit 30b has transmitted the storage amount obtained by communication. Can be managed separately.
  • the BMS 100 includes the BMU 10 that manages the state of the secondary battery cell 21 and the cell monitoring circuit 30.
  • the cell monitoring circuit 30 includes a measurement circuit 31 that measures the amount of charge stored in the secondary battery cell 21, a transformer 38 for the measurement circuit 31 to receive power supply from a power source different from the secondary battery cell 21 in a non-contact manner, and a BMU 10. And a communication circuit 37 that transmits information indicating the amount of stored power measured by the measurement circuit via the transformer 38.
  • the BMS 100 is an example of a management system.
  • the BMS 100 Since such a BMS 100 also uses a power supply path from a power source different from the secondary battery cell 21 as a communication path for the BMU 10 and the cell monitoring circuit 30, the BMS 100 suppresses the addition of communication-related components, and It is possible to suppress the cell balance from being lost due to the variation in the operating power of the monitoring circuit 30.
  • the BMS 100b includes a plurality of cell monitoring circuits 30b corresponding to the plurality of secondary battery cells 21.
  • Each of the plurality of cell monitoring circuits 30b is connected to an AC power line 50b common to the plurality of cell monitoring circuits 30b via a transformer 38 included in the cell monitoring circuit 30.
  • the BMU 10b communicates with each of the cell monitoring circuits 30b via the AC power line 50b.
  • the BMU 10b can communicate with each of the plurality of cell monitoring circuits 30b using the AC power line 50b common to the plurality of cell monitoring circuits 30b.
  • the BMU 10b performs communication using a frequency band higher than the frequency of the AC power through the AC power line 50b.
  • Each of the plurality of cell monitoring circuits 30b uses a part of the frequency band as a communication channel assigned to the cell monitoring circuit 30b.
  • the BMS 100b can improve communication speed and communication quality by utilizing a communication channel.
  • each of the plurality of cell monitoring circuits 30b further includes a storage unit 35 in which an address for identifying the cell monitoring circuit 30b from another cell monitoring circuit 30b is stored, and the measurement is performed.
  • the information in which the address of the cell monitoring circuit 30b is added to the charged amount is transmitted to the BMU 10b.
  • the information to which the address of the cell monitoring circuit 30b is given is transmitted by the cell monitoring circuit 30b, so that the BMU 10b determines from which cell monitoring circuit the storage amount acquired by communication is transmitted. Can be managed separately.
  • the transformer is exemplified as the insulating element, but the insulating element may be another insulating element such as an electromagnetic resonance coupler.
  • the battery pack used for the electric vehicle is managed, but the BMS may manage the battery for any purpose.
  • the circuit configuration described in the above embodiment is an example, and the present disclosure is not limited to the circuit configuration. That is, similarly to the above-described circuit configuration, a circuit that can realize the characteristic function of the present disclosure is also included in the present disclosure. For example, an element in which a switching element (transistor), a resistor, a capacitor, or the like is connected to a certain element in series or in parallel to the extent that a function similar to the above circuit configuration can be realized is also described in the present disclosure. included.
  • the components included in the cell monitoring circuit may be integrated in any manner.
  • the measurement circuit and the communication circuit may be realized as a single integrated circuit, or may be realized as separate integrated circuits.
  • the cell monitoring circuit is realized by hardware.
  • some of the components included in the cell monitoring circuit may be realized by executing a software program suitable for the components.
  • Some of the components included in the cell monitoring circuit are realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory. May be done.
  • a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory. May be done.
  • another processing unit may execute the process executed by the specific processing unit.
  • the order of a plurality of processes may be changed, or the plurality of processes may be performed in parallel.
  • the present disclosure may be realized as a BMU, a storage capacitor management system, a storage capacitor management unit, or the like.
  • the present disclosure may be realized as a vehicle such as an electric vehicle equipped with the cell monitoring circuit or the BMS of the above embodiment.
  • the present disclosure may be realized as a device other than the vehicle equipped with the cell monitoring circuit or the BMS of the above embodiment.
  • the cell monitoring circuit of the present disclosure and the BMS using the same can be widely used for in-vehicle use and the like.

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Abstract

セル監視回路（３０）は、二次電池セル（２１）の蓄電量を計測する計測回路（３１）と、計測回路（３１）が二次電池セル（２１）とは異なる電源から非接触で電力供給を受けるためのトランス（３８）と、組電池（２０）の状態を管理するＢＭＵ（１０）に、計測回路（３１）によって計測された蓄電量をトランス（３８）を介して送信する通信回路（３７）とを備える。

Description

セル監視回路、及び、管理システム
　本開示は、セル監視回路、及び、これを備える管理システムに関する。
　特許文献１には、動作電源の冗長性を向上させることで、動作の信頼性を確保することができる電池電圧監視装置が開示されている。
特開２０１１－１６３８４７号公報
　本開示は、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セルバランスが崩れることを抑制することができるセル監視回路、及び、これを用いた管理システムを提供する。
　本開示の一態様に係るセル監視回路は、蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる電源から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、前記蓄電セルの状態を管理する管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路とを備える。
　本開示の一態様に係る管理システムは、蓄電セルの状態を管理する管理装置と、セル監視回路とを備え、前記セル監視回路は、前記蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる電源から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、前記管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路とを備える。
　本開示によれば、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セルバランスが崩れることを抑制することができるセル監視回路、及び、これを用いた管理システムが実現される。
図１は、実施の形態１に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図２は、実施の形態２に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図３は、実施の形態３に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図４は、実施の形態３に係るＢＭＳにおける、ＢＭＵ及び複数のセル監視回路の接続関係を示す図である。 図５は、伝送路のインピーダンスの周波数特性を示す図である。 図６は、伝送路の電力スペクトラムを示す図である。 図７は、実施の形態３の変形例に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。 図８は、実施の形態４に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。
　（実施の形態１）
　［構成］
　以下、実施の形態１に係るＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリマネジメントシステム）について説明する。まず、実施の形態１に係るＢＭＳの構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。
　実施の形態１に係るＢＭＳ１００は、例えば、電気自動車などの車両に搭載される。ＢＭＳ１００は、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）１０と、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路（ＣＳＣ：Ｃｅｌｌ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０とを備える。図１では、組電池２０及びセル監視回路３０は、２つずつ図示されているが、組電池２０及びセル監視回路３０の数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。また、ＢＭＳ１００は、組電池２０及びセル監視回路３０のそれぞれを１つだけ備えてもよい。
　ＢＭＵ１０は、複数の組電池２０の状態の監視、及び、複数の組電池２０の制御を行う。組電池２０は、複数の二次電池セル２１を含むが、少なくとも１つの二次電池セル２１を含めばよい。二次電池セル２１は、蓄電セルの一例である。二次電池セル２１は、具体的には、リチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池などその他の電池であってもよい。複数の二次電池セル２１は、例えば、直列接続されるが、一部または全部が並列接続されていてもよい。
　なお、組電池２０が１つ以上の二次電池セル２１によって構成されることは必須ではなく、１つ以上の蓄電キャパシタセルによって構成されてもよい。蓄電キャパシタセルは、蓄電セルの別の一例である。蓄電キャパシタセルは、具体的には、電気二重層コンデンサであるが、リチウムイオンキャパシタなどであってもよい。
　ＢＭＵ１０は、具体的には、複数の通信回路１１と、複数の一次側電源回路１２と、制御マイコン１３とを備える。図１では、通信回路１１及び一次側電源回路１２は、２つずつ図示されているが、ＢＭＵ１０は、通信回路１１及び一次側電源回路１２を、セル監視回路３０に対応する数だけ備えていればよい。なお、ＢＭＵ１０は、少なくとも制御マイコン１３を備えていればよい。
　通信回路１１は、ＢＭＵ１０がセル監視回路３０と通信を行うための回路である。通信回路１１は、具体的には、信号を送信するための送信回路、フィルタ、及び、増幅回路、並びに、信号を受信するための受信回路、フィルタ、及び、増幅回路などを含む。
　一次側電源回路１２は、トランス３８、及び、二次側電源回路３９とともに、スイッチング電源回路４０を構成する。スイッチング電源回路４０は、組電池２０とは異なる経路でセル監視回路３０へ非接触給電を行うための電源回路である。つまり、セル監視回路３０は、組電池２０ではなく、スイッチング電源回路４０によって供給される電力によって動作する。
　制御マイコン１３は、複数の組電池２０の状態の監視、及び、複数の組電池２０の制御を行う。
　複数のセル監視回路３０は、複数の組電池２０に１対１で対応する回路である。セル監視回路３０は、回路モジュールであり、基板に回路部品が実装されることによって形成される。セル監視回路３０は、具体的には、計測回路３１と、通信回路３７と、トランス３８と、二次側電源回路３９とを備える。
　計測回路３１は、組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１それぞれの蓄電量を計測する。計測回路３１は、具体的には、組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１それぞれの電圧値を当該二次電池セル２１の蓄電量を示すパラメータとして計測する。計測回路３１は、複数の二次電池セル２１に対応する複数のスイッチング素子３２と、マルチプレクサ３３と、ＡＤ変換器３４と、記憶部３５と、制御回路３６とを備える。計測回路３１は、蓄電量を直接または間接に示すパラメータを計測すればよい。
　複数のスイッチング素子３２は、オンすることで対応する複数の二次電池セル２１の個々の蓄電量を放電させて調整する。
　マルチプレクサ３３は、選択回路であり、複数の二次電池セル２１の両端の電圧値を選択する。
　ＡＤ変換器３４は、マルチプレクサ３３によって選択入力されるアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換する。
　記憶部３５は、例えば、不揮発性の半導体メモリであり、セル監視回路３０を他のセル監視回路３０と識別するためのアドレス（言い換えれば、識別情報または認識符号）が記憶される。このアドレスは、組電池２０を他の組電池２０と識別するための識別情報と考えることもできる。なお、図１の例では、記憶部３５は、計測回路３１の一部として図示されている（つまり、計測回路３１によって備えられている）が、計測回路３１とは別の構成要素とされてもよい。
　制御回路３６は、ＡＤ変換器３４から出力されるデジタルの電圧値に、記憶部３５に記憶されたアドレスを付与した情報（計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報とも記載される）を生成し、生成した情報を通信回路３７に出力する。制御回路３６は、言い換えれば、制御ロジック回路である。
　通信回路３７は、組電池２０の状態を管理するＢＭＵ１０に、計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する。通信回路３７は、具体的には、信号を送信するための送信回路、フィルタ、及び、増幅回路、並びに、信号を受信するための受信回路、フィルタ、及び、増幅回路などを含む。
　トランス３８は、計測回路３１が組電池２０とは異なる電源（具体的には、一次側電源回路）から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子である。トランス３８、二次側電源回路３９、及び、一次側電源回路は、スイッチング電源回路４０を構成する。なお、セル監視回路３０は、トランス３８に代えて他のコイル素子を絶縁素子として備えてもよい。
　スイッチング電源回路４０は、組電池２０とは異なる経路でセル監視回路３０へ非接触給電を行うための電源回路である。計測回路３１及び通信回路３７は、組電池２０ではなく、スイッチング電源回路４０によって供給される電力によって動作する。スイッチング電源回路４０は、言い換えれば、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。
　なお、スイッチング電源回路４０のスイッチング周波数は、例えば、３５０ｋＨｚ程度であり、セル監視回路３０（通信回路３７）とＢＭＵ１０（通信回路１１）との通信における搬送波の周波数帯域は、３５０ｋＨｚよりも高い。
　［効果等］
　一般的なＢＭＳは、組電池２０の過充電による発熱、発火、爆発、及び、劣化を抑制し、かつ、充電によって二次電池セル２１の蓄電量を最大化するために。組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の蓄電量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を均等化するセルバランス処理を行った上で組電池を充電する。このとき、ＢＭＵは、二次電池セルの蓄電量（言い換えれば、二次電池セルの電圧値）を管理するために、複数のセル監視回路と、デージ（数珠つなぎ）通信を実施する。
　一般的なＢＭＳにおいては、複数のセル監視回路のそれぞれは、当該セル監視回路の監視対象の組電池（二次電池セル）から電力の供給を受ける。このような構成においては、複数のセル監視回路の動作電力のばらつきが、セルバランスが崩れる要因となる。特に、複数のセル監視回路の通信頻度の違いによって生じる動作電力のバラツキは、セルバランスが崩れる大きな要因となる。
　セルバランスが崩れることを抑制するため、組電池と異なる別電源（ＢＭＳが車載用途の場合は、１２Ｖバッテリなど）からセル監視回路へ電力を供給する方法が考えられる。この方法においては、上記別電源と組電池とは、ガルバニックアイソレーションされる必要がある。別電源からセル監視回路へ電力を供給する方法は、具体的には、トランスを用いた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータによるセル監視回路へ給電などである。
　しかしながら、別電源からセル監視回路へ電力を供給する方法を一般的なＢＭＳに適用する場合、複数のセル監視回路とＢＭＵとの間に、電力供給経路（例えば、配線またはハーネスなど）を設ける必要がある。そうすると、部品点数の増加、及び、重量の増大などの新たな課題が生じる。
　これに対し、ＢＭＳ１００は、スイッチング電源回路４０による電力供給経路（電力線５０及びトランス３８）を、ＢＭＵ１０及びセル監視回路３０の通信経路としても使用するため、電力供給経路を別途設ける必要がない。つまり、ＢＭＳ１００は、部品点数の増加、及び、重量の増大などを抑制し、かつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
　［複数のセル監視回路を区別する方法］
　次に、記憶部３５に記憶されるアドレスの意義について説明する。ＢＭＳ１００においては、二次電池セル２１毎に蓄電量を管理する必要があるため、セル監視回路３０の上位システムであるＢＭＵ１０が個々の二次電池セル２１を特定できる仕組みが必要になる。
　ここで、一般的なＢＭＳでは、デージ通信が行われ、デージ通信においてはバケツリレー式に通信が行われるため、通信開始時に複数のセル監視回路３０のそれぞれに固有のアドレスが順番に付与される。これに対し、ＢＭＳ１００では、複数のセル監視回路３０が並行してＢＭＵ１０と通信を行うため、順番にアドレスを付与する方法を使用することはできないという課題がある。
　そこで、ＢＭＳ１００では、セル監視回路３０が備える記憶部３５に当該セル監視回路３０に固有のアドレスが記憶される。セル監視回路３０は、計測回路３１によって計測された電圧値に、当該セル監視回路３０のアドレスが付与された情報をＢＭＵ１０に送信する。これにより、ＢＭＵ１０は、通信によって取得した電圧値がどのセル監視回路３０から送信されたものか（どの組電池２０の電圧値か）を区別して管理することができる。１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の電圧値は順番に送信されるため、１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の区別は、例えば、この順番によって行われる。
　（実施の形態２）
　［構成］
　以下、実施の形態２に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態２に係るＢＭＳの構成について説明する。図２は、実施の形態２に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。
　実施の形態２に係るＢＭＳ１００ａは、ＢＭＵ１０ａと、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ａとを備える。
　ＢＭＵ１０とＢＭＵ１０ａとの相違点は、ＢＭＵ１０ａは、一次側電源回路１２に代えて、交流電源１２ａを備えている点である。交流電源１２ａは、交流電力線５０ａを介してセル監視回路３０ａに交流電力を供給する。つまり、ＢＭＳ１００ａでは、ＢＭＵ１０ａからセル監視回路３０ａにガルバニックアイソレーション境界を超えて交流電力が供給される。
　セル監視回路３０とセル監視回路３０ａとの相違点は、セル監視回路３０ａは、二次側電源回路３９に代えて、変換回路３９ａを備えている点である。
　変換回路３９ａは、交流電源１２ａからトランス３８を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を計測回路３１及び通信回路３７に供給する。つまり、実施の形態２では、トランス３８は、計測回路３１が組電池２０とは異なる交流電源１２ａから非接触で電力供給を受けるための絶縁素子である。変換回路３９ａは、具体的には、全波整流回路、平滑回路、及び、レギュレータなどによって構成される。交流電源１２ａの周波数は、例えば、３５０ｋＨｚであり、実効値は、例えば、５Ｖである。なお、交流電源１２ａの周波数、及び、実効値は特に限定されない。
　［効果等］
　実施の形態１で説明したスイッチング電源回路４０は、スイッチング周波数、及び、スイッチングパルス幅が変動するため、スイッチングノイズの周波数成分が広範囲に広がる場合がある。つまり、通信品質を確保することが難しい可能性がある。
　これに対し、ＢＭＳ１００ａは、交流電力が伝送される交流電力線５０ａを介して通信が行われる。交流電力の波形が単一周波数の正弦波であれば、周波数成分は広がりにくいため、通信品質を確保しやすい効果が得られる。また、周波数成分は広がりにくいことにより、通信を行う周波数帯の自由度も向上される。
　（実施の形態３）
　［構成］
　以下、実施の形態３に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態３に係るＢＭＳの構成について説明する。図３は、実施の形態３に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１及び２で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。
　実施の形態３に係るＢＭＳ１００ｂは、ＢＭＵ１０ｂと、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ｂとを備える。
　ＢＭＵ１０ａとＢＭＵ１０ｂとの相違点は、ＢＭＵ１０ｂは、通信回路１１及び交流電源１２ａをそれぞれ１つだけ備え、さらに、トランス１４を備える点である。なお、ＢＭＵ１０ｂは、トランス１４に変えて他のコイル素子を絶縁素子として備えてもよい。
　ＢＭＵ１０ｂの通信回路１１は、トランス１４を介して交流電力線５０ｂに接続される。具体的には、トランス１４の一次側コイルが通信回路１１に接続され、トランス１４の二次側コイルが交流電力線５０ｂに接続される。
　この交流電力線５０ｂは複数のセル監視回路３０ｂによって共用される。つまり、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、当該セル監視回路３０ｂが備えるトランス３８を介して、複数のセル監視回路３０ｂに共通の交流電力線５０ｂに接続される。具体的には、トランス３８の一次側コイルが交流電力線５０ｂに接続され、トランス３８の二次側コイルが通信回路３７及び変換回路３９ａに接続される。
　このような接続関係により、ＢＭＵ１０ｂは、交流電力線５０ｂを介して複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれと通信を行うことができる。交流電力線５０ｂは、デージ通信線である。
　セル監視回路３０ａとセル監視回路３０ｂとの相違点は、セル監視回路３０ｂは、クロック生成回路３９ｂを備える点である。
　クロック生成回路３９ｂは、交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成する。計測回路３１は、生成されたクロック信号に基づいて二次電池セル２１の電圧値を計測する。クロック生成回路３９ｂは、具体的には、位相同期回路（言い換えれば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路）によって実現される。
　［効果等］
　ＢＭＳ１００ｂでは、単一の交流電源１２ａを用いて、複数のセル監視回路３０ｂへガルバニックアイソレーション境界を超えて交流電力を供給することができる。また、専用の交流電力線５０ｂにより、容易に通信を行うことができる。
　ＢＭＳ１００ｂに類似する構成として、複数の組電池２０を接続する電源ライン（バスバーとも呼ばれる）を使用してＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を行う構成が想定される。このような構成では、通信線を不要にすることができる。
　ここで、一般的に、バスバーはＧＮＤ配線がない単配線であるため、通信の伝送線路として使用するにはノイズ耐性が低いという課題がある。また、バスバーには大電流が断続的に流されることから非常に大きな外乱ノイズが発生する。このため通信品質を確保することが難しいという課題もある。
　しかしながら、ＢＭＳ１００ｂでは、バスバーとは別の交流電力線５０ｂを用いて、通信が行われる。具体的には、ＢＭＳ１００ｂでは、交流電源１２ａからガルバニックアイソレーション境界を超えて複数のセル監視回路３０ｂへの電力供給が行われるとともに、交流電力線５０ｂを用いて通信が行われる。これにより、複数のセル監視回路３０ｂ間に電力供給経路（具体的には、配線またはハーネスなど）を新たに設けることなく、通信品質の高い通信が可能となる。
　［通信の周波数帯域］
　次に、ＢＭＳ１００ｂにおける通信の搬送波の周波数帯域について説明する。図４は、ＢＭＳ１００ｂにおける、ＢＭＵ１０ｂ及び複数のセル監視回路３０ｂの接続関係を示す図であり、図５は、交流電力線５０ｂを含む伝送路のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
　図４及び図５に示されるように、交流電力線５０ｂを含む伝送路は、交流電力の周波数に適した特性を有している。具体的には、伝送路の共振周波数は、交流電力の周波数と実質的に同じ周波数に設定される。伝送路の共振周波数、及び、交流電力の周波数は、例えば、数百ｋＨｚであり、図４及び図５の例では、３５０ｋＨｚである。これにより、ロスの少ない電力供給が実現される。
　また、ＢＭＳ１００ｂにおいては、通信において使用される周波数帯域は、交流電力の周波数よりも高い。つまり、セル監視回路３０ｂの通信回路３７は、交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。通信の搬送波周波数は、例えば、２０ＭＨｚである。
　このように、通信の搬送波周波数が交流電力線５０ｂの共振周波数から離れた高い周波数帯域に設定されれば、ＢＭＳ１００ｂは、伝送路のインピーダンス特性においてインピーダンスが高い周波数帯域を使用して比較的低い通信電力で通信を行うことができる。なお、このような周波数帯域の設定の仕方は、実施の形態１及び２にも適用できる。
　［通信のチャンネル］
　また、通信に使用される周波数帯域は、複数の周波数チャンネルに分割されてもよい。図６は、交流電力線５０ｂを含む伝送路の電力スペクトラムを示す図である。
　図６に示されるように、ＢＭＳ１００ｂは、通信で使用する周波数帯域の複数の通信チャンネル１～ｎ（ｎは２以上の自然数）に分割する。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路３０ｂに割り当てられた通信チャンネルとして使用する。これにより、通信速度及び通信品質を向上することができる。
　例えば、送信チャンネルと受信チャンネルとを区別することで全二重通信が実現される。また、複数のセル監視回路３０ｂにそれぞれ別の通信チャンネルを割り当てて通信することで、複数のセル監視回路３０ｂとＢＭＵ１０ｂ間の同時通信が実現される。また、ＢＭＳ１００ｂは、複数の通信チャンネルから通信状態が最も良好な通信チャンネルを選択して通信を行うこともでき、また、２つの通信チャンネルを同じ信号の送信に使用し、受信側で受信された信号の比較を行うことで冗長通信が実現される。なお、このような周波数帯域を複数の通信チャンネルに分ける手法は、実施の形態１及び２にも適用できる。
　［クロック生成回路］
　次に、クロック生成回路３９ｂの意義について説明する。一般的に、組電池のＳＯＣ及びＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｈｅｌｔｈ）を正確に算出するには、正確なＯＣＶ（Ｏｐｅｎ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｖｏｌｔａｇｅ）求めることが必要である。しかしながら、組電池２０がセットに組み込まれた状態では、実際に負荷をゼロにして正確なＯＣＶを測定することは困難である。
　そこで、二次電池セル２１の内部インピーダンスを計測することで、セル電圧の計測値から動作時電流及び内部インピーダンスによる電圧降下分を差し引いてＯＣＶを算出する方法が考えられる。この方法によって正確なＯＣＶを算出するためには、複数の二次電池セル２１の電圧の計測タイミングと電流の計測タイミングとを高い精度で一致させる必要がある。
　また、一般的には、この電流の計測は、バスバーの１箇所を対象としてＢＭＵ側で行われ、複数のセル監視回路のそれぞれは、個別のクロック発振器を備え、複数のセル監視回路は同期することなく独立に動作する。この場合、電圧の計測タイミングは、デージ通信によってＢＭＵ側から指示されるが、通信時間の遅れと複数のセル監視回路のクロック発信器のバラツキにより、電流と電圧との計測タイミングを精度良く同期させることができない。
　これに対し、ＢＭＳ１００ｂでは、複数のセル監視回路３０ｂに単一の交流電源１２ａから交流電力が供給されている。したがって、クロック生成回路３９ｂが交流電力の周波数に基づいてクロック信号を生成することで、複数のセル監視回路３０ｂそれぞれのシステムクロックを同期させることができる。さらに、交流電力の周波数にＢＭＵ１０ｂ側の電流計測タイミングを同期させることで、セル監視回路３０ｂが行う二次電池セル２１の電圧の計測タイミングと、ＢＭＵ１０ｂ側の電流の計測タイミングとを精度良く同期させることができる。
　そうすると、ＢＭＳ１００ｂは、二次電池セル２１の内部インピーダンスを正確に計測することで正確なＯＣＶを算出することができ、より高精度にＳＯＣ及びＳＯＨを算出することができる。
　［変形例］
　セル監視回路３０ｂは、１つの二次電池セル２１のみを監視対象としてもよい。図７は、セル監視回路３０ｂが１つの二次電池セル２１のみを監視対象とするＢＭＳ（実施の形態３の変形例に係るＢＭＳ）の機能構成の概略を示す図である。図７に示されるＢＭＳ１００ｃでは、計測回路３１ｃは、マルチプレクサ３３を備えていない。つまり、ＢＭＳ１００ｃでは、マルチプレクサ３３を省略することが可能である。なお、実施の形態１及び２において、セル監視回路３０またはセル監視回路３０ａは、１つの二次電池セル２１のみを監視対象としてもよい。
　（実施の形態４）
　以下、実施の形態４に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態４に係るＢＭＳの構成について説明する。図８は、実施の形態４に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態４では、実施の形態１～３との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１～３で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。
　実施の形態３に係るＢＭＳ１００ｄは、ＢＭＵ１０ｂと、複数の組電池２０（図８で図示せず）と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ｄとを備える。
　セル監視回路３０ｄは、変換回路３９ａの後段に電圧検知回路３９ｄを備える。図示されないが、セル監視回路３０ｄのその他の構成は、セル監視回路３０ｂと同様である。
　電圧検知回路３９ｄは、変換回路３９ａの出力電圧に応じて計測回路３１の起動または停止を制御するための制御信号を出力する。電圧検知回路３９ｄは、具体的には、コンパレータ回路などによって実現され、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧以上になると制御信号（ハイレベル）を出力する。電圧検知回路３９ｄは、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧未満の場合は制御信号を停止する（ローレベル）。なお、制御信号の論理は逆であってもよく、電圧検知回路３９ｄは、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧未満の場合に制御信号（ハイレベル）を出力し、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧以上の場合は制御信号を停止（ローレベル）してもよい。
　上述のように、変換回路３９ａは、交流電源１２ａからの交流電力を直流電力に変換するため、電圧検知回路３９ｄは、セル監視回路３０ｄに交流電源１２ａから交流電力が供給され始めると制御信号を出力する回路であるといえる。この制御信号は、例えば、セル監視回路３０ｄの起動または停止を制御するための信号（例えば、パワーオンリセット信号など）であり、具体的には、制御回路３６に出力される。
　一般的に、組電池２０が使用されていないときには、セル監視回路をシャットダウンして、組電池２０の電力消費を極力抑える必要がある。例えば、ＢＭＳが電気自動車に搭載される場合、電気自動車が停止している状態で組電池２０の充電が行われずに１～２年程度放置されても、組電池２０が完全放電状態にならないこと（電気自動車が動作できること）が必要である。
　セル監視回路をシャットダウンするために、セル監視回路（より詳細には、セル監視回路に相当するバッテリマネジメントＩＣ。言い換えれば、電池監視ＩＣ。）は、シャットダウンモードを有するが、シャットダウンモード時のセル監視回路を起動させる方法には検討の余地がある。ＢＭＵは、組電池２０などの高電圧系とは別の電源系統を使用するため、基準電圧がセル監視回路と異なる。ＢＭＵがセル監視回路を起動させるには、ガルバニックアイソレーション境界を超えて起動信号をセル監視回路に与える必要がある。
　起動信号をセル監視回路に与える方法としては、フォトカプラを用いる方法、及び、デージ通信インターフェースを通じて起動信号を送信する方法などが考えられる。フォトカプラを用いる方法では、複数のセル監視回路とＢＭＵとの間を接続する配線またはハーネスが必要であることが課題である。また、デージ通信インターフェースを通じて起動信号を送信する方法では、シャットダウンモード時もセル監視回路３０ｄが起動信号を受信できるように受信回路をオフすることができず、シャットダウンモード時にわずかな消費電力が必要となるという課題がある。
　これに対し、ＢＭＳ１００ｄでは、ＢＭＵ１０ｂは、交流電源１２ａのオン及びオフによって電圧検知回路３９ｄから計測回路３１への制御信号（つまり、起動信号）のオン及びオフを制御できる。つまり、交流電力を検知する電圧検知回路３９ｄがセル監視回路３０ｄ側に設置されることで、ＢＭＵ１０ｂは、容易にセル監視回路３０ｄを起動することができる。
　なお、交流電力を直流電力に変換する変換回路３９ａは、具体的には、ダイオードブリッジと平滑コンデンサで構成できるので回路電流は不要である。また、電圧検知回路３９ｄは、交流電力を整流したＤＣ電源に基づいて動作するため、組電池２０側から電源供給を受ける必要がない。したがって、セル監視回路３０ｄのような構成によれば、シャットダウンモード時にセル監視回路３０ｄが消費する組電池２０からの供給電力をほぼゼロにすることができる。
　（まとめ）
　以上説明したように、セル監視回路３０は、二次電池セル２１の蓄電量を計測する計測回路３１と、計測回路３１が二次電池セル２１とは異なる電源から非接触で電力供給を受けるためのトランス３８と、二次電池セル２１の状態を管理するＢＭＵ１０に、計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する通信回路３７とを備える。二次電池セル２１は、蓄電セルの一例であり、トランス３８は、絶縁素子の一例であり、ＢＭＵ１０は、管理装置の一例である。なお、セル監視回路３０ａ、３０ｂ、及び、３０ｄも同様の構成である。
　このようなセル監視回路３０は、二次電池セル２１とは別の電源からの電力供給経路を、ＢＭＵ１０との通信経路としても使用するため、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、上記電源は、交流電源１２ａであり、セル監視回路３０ｂは、さらに、交流電源１２ａからトランス３８を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を計測回路３１に供給する変換回路３９ａを備える。
　このようなセル監視回路３０ｂは、交流電力を直流電力に変換して動作することができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、トランス３８は、交流電力線５０ｂを介してく交流電源１２ａに接続される。交流電力線５０ｂには、セル監視回路３０ｂとは異なる他のセル監視回路３０ｂ、及び、ＢＭＳ１００ｂが接続される。
　このようなセル監視回路３０ｂは、他のセル監視回路３０ｂと共通の交流電力線５０ｂを用いてＢＭＵ１０と通信を行うことができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、通信回路３７は、交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。
　このようなセル監視回路３０ｂは、伝送路のインピーダンス特性においてインピーダンスが高い周波数帯域を使用して比較的低い通信電力で通信を行うことができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、通信回路３７は、周波数帯域のうちの一部をセル監視回路３０ｂに割り当てられた通信チャンネルとして使用する。
　このようなセル監視回路３０ｂは、通信チャンネルを活用することで、通信速度及び通信品質を向上することができる。
　また、例えば、セル監視回路３０ｄは、さらに、変換回路３９ａの出力電圧に応じて計測回路３１の起動または停止を制御するための制御信号を出力する電圧検知回路３９ｄを備える。
　このようなセル監視回路３０ｄによれば、ＢＭＵ１０ｂは、容易にセル監視回路３０ｄを起動することができる。
　また、例えば、セル監視回路３０ｂは、さらに、交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成するクロック生成回路３９ｂを備える。計測回路３１は、生成されたクロック信号に基づいて二次電池セル２１の蓄電量を計測する。
　これにより、例えば、単一の交流電源１２ａから複数のセル監視回路３０ｂに交流電力が供給されているときには、交流電力を利用して複数のセル監視回路３０ｂそれぞれのシステムクロックを同期させることができる。
　また、例えば、セル監視回路３０ｂは、さらに、セル監視回路３０ｂを他のセル監視回路３０ｂと識別するためのアドレスが記憶される記憶部３５を備える。アドレスは、識別情報の一例である。
　このようなセル監視回路３０ｂによって、セル監視回路３０ｂのアドレスが付与された蓄電量が送信されれば、ＢＭＵ１０ｂは、通信によって取得した蓄電量がどのセル監視回路３０ｂから送信されたものかを区別して管理することができる。
　また、ＢＭＳ１００は、二次電池セル２１の状態を管理するＢＭＵ１０と、セル監視回路３０とを備える。セル監視回路３０は、二次電池セル２１の蓄電量を計測する計測回路３１と、計測回路３１が二次電池セル２１とは異なる電源から非接触で電力供給を受けるためのトランス３８と、ＢＭＵ１０に、計測回路によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する通信回路３７とを備える。ＢＭＳ１００は、管理システムの一例である。
　このようなＢＭＳ１００は、二次電池セル２１とは別の電源からの電力供給経路を、ＢＭＵ１０及びセル監視回路３０の通信経路としても使用するため、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂは、複数の二次電池セル２１に対応する複数のセル監視回路３０ｂを備える。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、当該セル監視回路３０が備えるトランス３８を介して、複数のセル監視回路３０ｂに共通の交流電力線５０ｂに接続される。ＢＭＵ１０ｂは、交流電力線５０ｂを介して複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれと通信を行う。
　このようなＢＭＳ１００ｂにおいて、ＢＭＵ１０ｂは、複数のセル監視回路３０ｂに共通の交流電力線５０ｂを用いて複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれと通信を行うことができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいて、ＢＭＵ１０ｂは、交流電力線５０ｂを通じて交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路３０ｂに割り当てられた通信チャンネルとして使用する。
　このようなＢＭＳ１００ｂは、通信チャンネルを活用することで、通信速度及び通信品質を向上することができる。
　また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいて、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、さらに、当該セル監視回路３０ｂを他のセル監視回路３０ｂと識別するためのアドレスが記憶される記憶部３５を備え、計測された蓄電量に、当該セル監視回路３０ｂのアドレスが付与された情報をＢＭＵ１０ｂに送信する。
　このようなＢＭＳ１００ｂにおいては、セル監視回路３０ｂによってセル監視回路３０ｂのアドレスが付与された情報が送信さることで、ＢＭＵ１０ｂは、通信によって取得した蓄電量がどのセル監視回路３０ｂから送信されたものかを区別して管理することができる。
　（その他の実施の形態）
　以上、実施の形態について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態では、絶縁素子としてトランスが例示されたが、絶縁素子は、電磁共鳴結合器などの他の絶縁素子であってもよい。
　また、上記実施の形態では、電気自動車に用いられる組電池が管理対象とされたが、ＢＭＳは、どのような用途の電池を管理してもよい。
　また、上記実施の形態で説明された回路構成は、一例であり、本開示は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本開示の特徴的な機能を実現できる回路も本開示に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子（トランジスタ）、抵抗素子、または容量素子等の素子が接続されたものも本開示に含まれる。
　また、上記実施の形態において、セル監視回路に含まれる構成要素は、どのように集積化されてもよい。例えば、計測回路、及び、通信回路は、単一の集積回路として実現されてもよいし、それぞれ別の集積回路として実現されてもよい。
　また、上記実施の形態では、セル監視回路は、ハードウェアによって実現された。しかしながら、セル監視回路に含まれる構成要素の一部は、当該構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。セル監視回路に含まれる構成要素の一部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
　また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、上記実施の形態において説明された動作において、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して行われてもよい。
　その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　例えば、本開示は、ＢＭＵ、蓄電キャパシタマネジメントシステム、または、蓄電キャパシタマネジメントユニットなどとして実現されてもよい。本開示は、上記実施の形態のセル監視回路またはＢＭＳを搭載した電気自動車などの車両として実現されてもよい。本開示は、上記実施の形態のセル監視回路またはＢＭＳを搭載した車両以外の機器として実現されてもよい。
　本開示のセル監視回路、及び、これを用いたＢＭＳは、車載用途などに幅広く利用できる。
　１０、１０ａ、１０ｂ　ＢＭＵ
　１１、３７　通信回路
　１２　一次側電源回路
　１２ａ　交流電源
　１３　制御マイコン
　１４、３８　トランス
　２０　組電池
　２１　二次電池セル
　３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｄ　セル監視回路
　３１、３１ｃ　計測回路
　３２　スイッチング素子
　３３　マルチプレクサ
　３４　ＡＤ変換器
　３５　記憶部
　３６　制御回路
　３９　二次側電源回路
　３９ａ　変換回路
　３９ｂ　クロック生成回路
　３９ｄ　電圧検知回路
　４０　スイッチング電源回路
　５０　電力線
　５０ａ、５０ｂ　交流電力線
　１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ　ＢＭＳ

Claims (12)

  1. 　蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、
    　前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる電源から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、
    　前記蓄電セルの状態を管理する管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路とを備える
    　セル監視回路。
  2. 　前記電源は、交流電源であり、
    　前記セル監視回路は、さらに、前記電源から前記絶縁素子を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記計測回路に供給する変換回路を備える
    　請求項１に記載のセル監視回路。
  3. 　前記絶縁素子は、交流電力線を介して前記電源に接続され、
    　前記交流電力線には、前記セル監視回路とは異なる他のセル監視回路、及び、前記管理装置が接続される
    　請求項２に記載のセル監視回路。
  4. 　前記通信回路は、前記交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う
    　請求項２または３に記載のセル監視回路。
  5. 　前記通信回路は、前記周波数帯域のうちの一部を前記セル監視回路に割り当てられた通信チャンネルとして使用する
    　請求項４に記載のセル監視回路。
  6. 　さらに、前記変換回路の出力電圧に応じて前記計測回路の起動または停止を制御するための制御信号を出力する電圧検知回路を備える
    　請求項２～５のいずれか１項に記載のセル監視回路。
  7. 　さらに、前記交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成するクロック生成回路を備え、
    　前記計測回路は、生成された前記クロック信号に基づいて前記蓄電セルの蓄電量を計測する
    　請求項２～６のいずれか１項に記載のセル監視回路。
  8. 　さらに、前記セル監視回路を他のセル監視回路と識別するための識別情報が記憶される記憶部を備える
    　請求項１～７のいずれか１項に記載のセル監視回路。
  9. 　蓄電セルの状態を管理する管理装置と、
    　セル監視回路とを備え、
    　前記セル監視回路は、
    　前記蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、
    　前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる電源から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、
    　前記管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路とを備える
    　管理システム。
  10. 　前記管理システムは、複数の前記蓄電セルに対応する複数の前記セル監視回路を備え、
    　複数の前記セル監視回路のそれぞれは、当該セル監視回路が備える前記絶縁素子を介して、複数の前記セル監視回路に共通の交流電力線に接続され、
    　前記管理装置は、前記交流電力線を介して複数の前記セル監視回路のそれぞれと通信を行う
    　請求項９に記載の管理システム。
  11. 　前記管理装置は、前記交流電力線を通じて交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行い、
    　複数の前記セル監視回路のそれぞれは、前記周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路に割り当てられた通信チャンネルとして使用する
    　請求項１０に記載の管理システム。
  12. 　複数の前記セル監視回路のそれぞれは、
    　さらに、当該セル監視回路を他のセル監視回路と識別するための識別情報が記憶される記憶部を備え、
    　計測された蓄電量に、当該セル監視回路の識別情報が付与された前記情報を前記管理装置に送信する
    　請求項１０または１１に記載の管理システム。
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