WO2021200446A1 - 電源装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power supply device including a plurality of battery modules, and particularly to a power supply device in which a failure and normality of each battery module are transmitted to a module failure determination circuit on a failure transmission line.
- a power supply device equipped with a plurality of battery modules is used for a power supply device such as an electric vehicle or a power storage device because the number of battery modules can be increased to increase the charge / discharge capacity to increase the output.
- This power supply device detects a failure of each battery module and guarantees stable operation (see Patent Document 1).
- each battery module is provided with a failure determination unit for self-diagnosis to determine failure and normality, and each battery module connects the failure determination unit to the failure transmission line to connect all the battery modules.
- Module that determines failure and normality It can be connected to a failure determination circuit to monitor the status of all battery modules.
- the power supply device can determine the failure of each battery module with the module failure determination circuit.
- This power supply device can connect a failure determination unit provided in each battery module to a failure transmission line and detect that any battery module has failed in the module failure determination circuit.
- the failure determination unit of each battery module connected to the failure transmission line outputs a "High” signal in a normal state and a "Low” signal in a failure state
- the module failure determination circuit outputs a "Low” signal.
- the power supply device that judges failure and normality by "High” and “Low” of the failure transmission line sets “High” and “Low” when the failure transmission line is not normal, for example, when the failure transmission line has poor contact or disconnection. It cannot be detected to accurately determine the failure and normality of the battery module. Therefore, the power supply device that determines the failure of the battery module only by "High” and “Low” cannot always accurately determine the failure and normality of the battery module.
- the present invention has been developed for the purpose of eliminating the above-mentioned drawbacks, and one of the purposes of the present invention is to provide a power supply device capable of reliably determining a failure of a battery module.
- the power supply device includes a plurality of battery modules including a failure determination unit that determines failure and normality and outputs failure and normality with "High” and “Low” signals, and each battery module. It is provided with a failure transmission line connected to a failure determination unit and a module failure determination circuit connected to the failure transmission line to determine failure and normality of a battery module.
- the module failure judgment circuit is a voltage judgment circuit that judges "High” and “Low” of the failure transmission line, an impedance detection circuit that detects the impedance to the ground line, and the output of the voltage judgment circuit and the impedance detection circuit. It is equipped with an arithmetic circuit that determines failure and normality, and failure transmission line abnormality.
- the above power supply unit has the feature of being able to detect the failure of the battery module more reliably.
- the power supply device includes a plurality of battery modules including a failure determination unit that determines failure and normality and outputs failure and normality with "High” and “Low” signals, and each battery. It is provided with a failure transmission line connected to a failure determination unit of the module and a module failure determination circuit connected to the failure transmission line to determine the failure and normality of the battery module.
- the module failure judgment circuit is a voltage judgment circuit that judges "High” and “Low” of the failure transmission line, an impedance detection circuit that detects the impedance to the ground line, and the output of the voltage judgment circuit and the impedance detection circuit. It is equipped with an arithmetic circuit that determines failure and normality, and failure transmission line abnormality.
- the above power supply unit has the feature of being able to detect the failure of the battery module more reliably. In particular, it is possible to reliably detect the failure and normality of the battery module and the abnormality of the failure transmission line. From the output of the voltage judgment circuit that determines the "High” and “Low” of the failure transmission line and the impedance detection circuit that detects the impedance to the ground line, the above power supply device determines whether the battery module is faulty or normal, and fault transmission. This is because the arithmetic circuit determines the abnormality of the line.
- the power supply device includes a pull-up power supply that is connected to the end of the faulty transmission line via a pull-up resistor to pull up the voltage of the faulty transmission line to "High".
- the failure determination unit is provided with a short-circuit switch that connects the failure transmission line to the ground line to make it "Low” on either the failure or the normal side.
- the failure determination unit determines the failure of the battery module, the short-circuit switch is turned on, and the failure transmission line is connected to the ground line to be "Low”. ..
- the voltage determination circuit detects the "Low” state of the faulty transmission line and turns it on, and the "High” state of the faulty transmission line and the high impedance higher than the set impedance are obtained. It is equipped with a first switching element that detects and turns off, and the impedance detection circuit detects the "High” state of the faulty transmission line and turns it on, the "Low” state of the faulty transmission line, and a high higher than the set impedance. It includes a second switching element that detects impedance and switches to the off state.
- the arithmetic circuit determines that the battery module is normal when the first switching element is in the off state and the second switching element is in the on state, and the first switching element is in the on state. , The battery module is determined to be abnormal when the second switching element is off, and the faulty transmission line is determined to be abnormal when the first switching element and the second switching element are off.
- the arithmetic circuit determines whether the battery module is faulty or normal, and the faulty transmission line is abnormal. Since the determination is made, there is a feature that a failure of the battery module or an abnormality of the failure transmission line can be easily and surely detected.
- the first switching element is a p-channel FET, and the FET uses a drain as an output, connects a source to a power supply, and connects a gate to a power supply via an input resistor.
- the faulty transmission line is connected via a diode, and the diode is connected in the direction in which the current flowing from the gate side to the faulty transmission line is in the forward direction.
- the second switching element is an n-channel FET
- the FET has a source as an output
- a gate is connected to the ground line via an input resistor
- a Zener diode is used.
- the Zener diode Connected to the faulty transmission line via, the Zener diode is oriented in the forward direction of the current flowing from the gate to the faulty transmission line, subtracting the Zener voltage from the "High" level voltage of the faulty transmission line.
- the voltage is input to the gate and set to the voltage that turns on the FET.
- the battery module 2 includes a plurality of rechargeable battery cells (not shown), and further includes a circuit board (not shown) on which a protection circuit for detecting the voltage and remaining capacity of the battery cells is mounted. ..
- the battery module 2 includes a failure determination unit 21 that determines whether the battery module 2 is in a normal state or has a failure.
- the failure determination unit 21 detects, for example, a failure of a battery cell, a circuit board, or the like, and sets the connection terminal 22 of the failure transmission line 3 to "High” or "Low”.
- the failure determination unit 21 connects a short-circuit switch 24 between the connection terminal 22 and the ground line 23.
- a semiconductor switching element such as an FET or a transistor can be used as the short-circuit switch 24, but the failure determination unit 21 in FIG. 1 uses the short-circuit switch 24 as the FET 24A and inputs an on-voltage to the gate in a state of determining the failure, and the FET 24A Is switched to the on state, and in the normal state, the gate voltage of the FET 24A is set as the off voltage, and the FET 24A is turned off.
- the faulty transmission line 3 is connected to the positive side of the pull-up power supply 10 via a pull-up resistor 25 at the terminal end, and when the short-circuit switch 24 is off, the connection terminal 22 of the faulty transmission line 3 is set to "High".
- a pull-up power supply 10 is provided in the module failure determination circuit 1, and is connected to the end of the failure transmission line 3 via a power supply line 9 and a pull-up resistor 25.
- the power supply device 100 does not specify the voltage of the pull-up power supply 10, but is set to, for example, 12V.
- the connection terminal 22 Since the FET 24A of the short-circuit switch 24 of the failure determination unit 21 of the battery module 2 is turned off in the normal state, the connection terminal 22 is set to the "High" level when the battery module 2 is in the normal state. Since the FET 24A of the short-circuit switch 24 is switched to the ON state in the failure state of the battery module 2, the connection terminal 22 is connected to the ground line 23 by the FET 24A of the short-circuit switch 24 in the state where the failure determination unit 21 determines that the failure occurs. It becomes "Low" level.
- Each battery module 2 connects the connection terminal 22 of the failure determination unit 21 to the failure transmission line 3. Therefore, when the failure determination unit 21 of any battery module 2 detects a failure and switches the short-circuit switch 24 to the on state, the failure transmission line 3 is connected to the ground line 23 via the short-circuit switch 24 in the on state. It becomes the "Low” level. When all the battery modules 2 operate normally, the short-circuit switches 24 of all the battery modules 2 are held in the off state, and the faulty transmission line 3 is held in the "High" state.
- the module failure determination circuit 1 includes a voltage determination circuit 4 that determines "High” and “Low” of the failure transmission line 3, an impedance detection circuit 5 that detects the impedance of the failure transmission line 3 with respect to the ground line 23, and a voltage determination circuit 4. From the output of the impedance detection circuit 5, the failure and normality of the battery module 2 and the calculation circuit 6 for determining the abnormality of the failure transmission line 3 are provided.
- the voltage determination circuit 4 detects the voltage of the failure transmission line 3 and determines whether each battery module 2 is faulty or normal.
- the voltage determination circuit 4 includes a first switching element 11 that detects the "Low” state of the faulty transmission line 3 and turns it on, and detects the "High” state and turns it off.
- the first switching element 11 is a p-channel FET 11A.
- the FET 11A is connected to the arithmetic circuit 6 with the drain as the output side, the source is connected to the power supply 13, the gate is connected to the power supply 13 via the input resistor 14, and the faulty transmission line 3 is connected via the diode 15. You are connected.
- the diode 15 is connected in a direction in which the current flowing from the gate side to the faulty transmission line 3 is in the forward direction.
- the faulty transmission line 3 becomes high impedance in an abnormal state, the faulty transmission line 3 of high impedance cannot be energized in the forward direction from the power supply 13 to the diode 15, and the gate of the FET 11A becomes "High".
- the FET 11A is turned off.
- the FET 11A of the first switching element 11 is turned on only in the state where the battery module 2 has failed, that is, when any of the battery modules 2 has failed, and the FET 11A is turned on from the drain of the FET. "The signal is output to the arithmetic circuit 6. When all the battery modules 2 are in a normal state or the faulty transmission line 3 is in an abnormal state, the FET 11A of the first switching element 11 is turned off and "High" is not output.
- the impedance detection circuit 5 includes a second switching element 12.
- the second switching element 12 detects the "High” level of the faulty transmission line 3 and turns it on, and detects the "Low” level of the faulty transmission line 3 and switches it off.
- the second switching element 12 that performs the above operation is an n-channel FET 12A, which is connected to the power supply 16 with the drain as the input side and connected to the arithmetic circuit 6 with the source as the output side, and the gate is an input resistor. It is connected to the ground line 19 via the 17 and the faulty transmission line 3 via the Zener diode 18.
- the Zener diode 18 turns off the FET 12A at the "Low” level of the faulty transmission line 3 with the current flowing from the gate to the faulty transmission line 3 in the forward direction. Further, the Zener voltage of the Zener diode 18 is set to a voltage at which the voltage obtained by subtracting the Zener voltage from the "High” level voltage of the faulty transmission line 3 is input to the gate of the FET 12A to turn on the FET 12A. Furthermore, the Zener voltage of the Zener diode 18 is set higher than the voltage input from the power supply 13 of the voltage determination circuit 4 via the diode 15 in the forward direction when the failure transmission line 3 is in a high impedance state.
- the FET 12A which is the second switching element 12, outputs the “High” level from the source to the arithmetic circuit 6 in the ON state, and does not output the “High” level because the source is not connected to the drain in the Off state.
- the arithmetic circuit 6 turns on / off the first switching element 11 of the voltage determination circuit 4 and the second switching element 12 of the impedance detection circuit 5, that is, the “High” signal output from the voltage determination circuit 4 and the impedance detection circuit 5. Detect and determine the failure of the battery module 2 and the failure of the failure transmission line 3. The arithmetic circuit 6 determines the failure of the battery module 2 and the failure transmission line 3 in the following states.
- the present invention can be effectively used in applications of high-power power supply devices including a plurality of battery modules.
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Abstract
電池モジュールの故障を確実に判定する。 電源装置は、故障と正常を判定して故障と正常を"Ｈｉｇｈ"と"Ｌｏｗ"の信号で出力する故障判定部（２１）を備える複数の電池モジュール（２）と、各々の電池モジュール（２）の故障判定部（２１）に接続してなる故障伝送ライン（３）と、故障伝送ライン（３）に接続されて、電池モジュール（２）の故障と正常を判定するモジュール故障判定回路（１）とを備えている。モジュール故障判定回路（１）は、故障伝送ライン（３）の"Ｈｉｇｈ""Ｌｏｗ"を判定する電圧判定回路（４）と、グランドライン（２３）に対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路（５）と、電圧判定回路（４）とインピーダンス検出回路（５）の出力から、電池モジュール（２）の故障と正常と、故障伝送ライン（３）の異常を判定する演算回路（６）とを備えている。
Description
本発明は複数の電池モジュールを備える電源装置に関し、とくに各々の電池モジュールの故障と正常を、故障伝送ラインでモジュール故障判定回路に伝送してなる電源装置に関する。
複数の電池モジュールを備える電源装置は、電池モジュールの個数を多くして充放電容量を大きくして大出力にできることから、電動車両や蓄電装置などの電源装置に使用されている。この電源装置は、各々の電池モジュールの故障を検出して安定な動作を保証している（特許文献１参照）。
以上の電源装置は、各々の電池モジュールに自己診断する故障判定部を設けて故障と正常を判定し、各々の電池モジュールは、故障判定部を故障伝送ラインに接続して、全ての電池モジュールの故障と正常を判定するモジュール故障判定回路に接続して、全ての電池モジュールの状態を監視できる。
電源装置は、モジュール故障判定回路で各々の電池モジュールの故障を判定できる。この電源装置は、各々の電池モジュールに設けた故障判定部を故障伝送ラインに接続して、モジュール故障判定回路でいずれかの電池モジュールが故障したことを検出できる。この電源装置は、故障伝送ラインに接続している各々の電池モジュールの故障判定部が、正常な状態で”Ｈｉｇｈ”信号を、故障状態で”Ｌｏｗ”信号を出力し、モジュール故障判定回路は、故障伝送ラインが”Ｈｉｇｈ”の状態で、全ての電池モジュールを正常と判定し、故障伝送ラインが”Ｌｏｗ”の状態では、いずれかの電池モジュールが故障していると判定している。故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”で故障と正常を判定する電源装置は、故障伝送ラインが正常でない状態、たとえば故障伝送ラインの接触不良や断線などの状態では、”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を検出して、電池モジュールの故障と正常を正確に判定できない。したがって、”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”のみで電池モジュールの故障を判定する電源装置は、常に正確に電池モジュールの故障と正常を判定できない。
本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の目的の一は、電池モジュールの故障を確実に判定できる電源装置を提供することにある。
本発明のある態様に係る電源装置は、故障と正常を判定して故障と正常を”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の信号で出力する故障判定部を備える複数の電池モジュールと、各々の電池モジュールの故障判定部に接続してなる故障伝送ラインと、故障伝送ラインに接続されて、電池モジュールの故障と正常を判定するモジュール故障判定回路とを備えている。モジュール故障判定回路は、故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を判定する電圧判定回路と、グランドラインに対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路と、電圧判定回路とインピーダンス検出回路の出力から、電池モジュールの故障と正常と、故障伝送ラインの異常を判定する演算回路とを備えている。
以上の電源装置は、電池モジュールの故障をより確実に検出できる特長がある。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
本発明の第１の実施態様の電源装置は、故障と正常を判定して故障と正常を”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の信号で出力する故障判定部を備える複数の電池モジュールと、各々の電池モジュールの故障判定部に接続してなる故障伝送ラインと、故障伝送ラインに接続されて、電池モジュールの故障と正常を判定するモジュール故障判定回路とを備えている。モジュール故障判定回路は、故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を判定する電圧判定回路と、グランドラインに対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路と、電圧判定回路とインピーダンス検出回路の出力から、電池モジュールの故障と正常と、故障伝送ラインの異常を判定する演算回路とを備えている。
以上の電源装置は、電池モジュールの故障をより確実に検出できる特長がある。とくに、電池モジュールの故障と正常と、故障伝送ラインの異常を確実に検出できる。それは、以上の電源装置が、故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を判定する電圧判定回路と、グランドラインに対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路の出力から、電池モジュールの故障と正常と、故障伝送ラインの異常を演算回路が判定するからである。
本発明の第２の実施態様の電源装置は、故障伝送ラインの終端部にプルアップ抵抗を介して接続されて、故障伝送ラインの電圧を”Ｈｉｇｈ”にプルアップするプルアップ電源を備えており、故障判定部が、故障と正常のいずれか一方で、故障伝送ラインをグランドラインに接続して”Ｌｏｗ”とする短絡スイッチを備えている。
本発明の第３の実施態様の電源装置は、故障判定部が、電池モジュールの故障を判定する状態で、短絡スイッチをオン状態として、故障伝送ラインをグランドラインに接続して”Ｌｏｗ”とする。
本発明の第４の実施態様の電源装置は、電圧判定回路が、故障伝送ラインの”Ｌｏｗ”状態を検出してオン状態、故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ”状態と設定インピーダンスよりも高いハイインピーダンスを検出してオフ状態となる第１のスイッチング素子を備え、インピーダンス検出回路が、故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ”状態を検出してオン状態、故障伝送ラインの”Ｌｏｗ”状態と設定インピーダンスよりも高いハイインピーダンスを検出してオフ状態に切り換えられる第２のスイッチング素子を備えている。この電源装置は、演算回路が、第１のスイッチング素子がオフ状態にあって、第２のスイッチング素子がオン状態において、電池モジュールを正常と判定し、第１のスイッチング素子がオン態にあって、第２のスイッチング素子がオフ状態において、電池モジュールを異常と判定し、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のオフ状態において、故障伝送ラインの異常と判定する。
以上の電源装置は、電圧判定回路の第１のスイッチング素子とインピーダンス検出回路の第２のスイッチング素子のオン状態とオフ状態によって、演算回路が電池モジュールの故障と正常と、故障伝送ラインの異常を判定するので、電池モジュールの故障や故障伝送ラインの異常を簡単かつ確実に検出できる特長がある。
本発明の第５の実施態様の電源装置は、第１のスイッチング素子がｐチャンネルのＦＥＴで、ＦＥＴは、ドレインを出力として、ソースを電源に接続して、ゲートを入力抵抗を介して電源に接続すると共に、ダイオードを介して故障伝送ライン接続しており、ダイオードは、ゲート側から故障伝送ラインに流れる電流を順方向とする向きで接続している。
本発明の第６の実施態様の電源装置は、第２のスイッチング素子がｎチャンネルのＦＥＴで、ＦＥＴは、ソースを出力とし、ゲートを入力抵抗を介してグランドラインに接続すると共に、ツェナーダイオードを介して故障伝送ライン接続しており、ツェナーダイオードは、ゲートから故障伝送ラインに流れる電流を順方向とする向きであって、ツェナー電圧を、故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ”レベル電圧からツェナー電圧を減算した電圧がゲートに入力されて、ＦＥＴをオン状態とする電圧に設定している。
（実施の形態１）
図１の電源装置１００は、複数の電池モジュール２と、各々の電池モジュール２に接続している故障伝送ライン３と、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”から電池モジュール２の故障と正常を判定し、さらに故障伝送ライン３のインピーダンスから故障伝送ライン３の異常を判定するモジュール故障判定回路１とを備える。
図１の電源装置１００は、複数の電池モジュール２と、各々の電池モジュール２に接続している故障伝送ライン３と、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”から電池モジュール２の故障と正常を判定し、さらに故障伝送ライン３のインピーダンスから故障伝送ライン３の異常を判定するモジュール故障判定回路１とを備える。
（電池モジュール２）
電池モジュール２は、複数の充電できる電池セル（図示せず）を内蔵し、さらに電池セルの電圧や残容量などを検出する保護回路などを実装する回路基板（図示せず）等を備えている。電池モジュール２は、正常な状態にあるか故障しているかを判定する故障判定部２１を備えている。故障判定部２１は、たとえば、電池セルや回路基板などの故障を検出して、故障伝送ライン３の接続端子２２を”Ｈｉｇｈ”又は”Ｌｏｗ”とする。故障判定部２１は、接続端子２２とグランドライン２３との間に短絡スイッチ２４を接続している。短絡スイッチ２４は、ＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチング素子が使用できるが、図１の故障判定部２１は、短絡スイッチ２４をＦＥＴ２４Ａとして、故障と判定する状態ではゲートにオン電圧を入力して、ＦＥＴ２４Ａをオン状態に切り換え、正常な状態ではＦＥＴ２４Ａのゲート電圧をオフ電圧として、ＦＥＴ２４Ａをオフ状態とする。
電池モジュール２は、複数の充電できる電池セル（図示せず）を内蔵し、さらに電池セルの電圧や残容量などを検出する保護回路などを実装する回路基板（図示せず）等を備えている。電池モジュール２は、正常な状態にあるか故障しているかを判定する故障判定部２１を備えている。故障判定部２１は、たとえば、電池セルや回路基板などの故障を検出して、故障伝送ライン３の接続端子２２を”Ｈｉｇｈ”又は”Ｌｏｗ”とする。故障判定部２１は、接続端子２２とグランドライン２３との間に短絡スイッチ２４を接続している。短絡スイッチ２４は、ＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチング素子が使用できるが、図１の故障判定部２１は、短絡スイッチ２４をＦＥＴ２４Ａとして、故障と判定する状態ではゲートにオン電圧を入力して、ＦＥＴ２４Ａをオン状態に切り換え、正常な状態ではＦＥＴ２４Ａのゲート電圧をオフ電圧として、ＦＥＴ２４Ａをオフ状態とする。
（故障伝送ライン３）
故障伝送ライン３は、終端部に、プルアップ抵抗２５を介してプルアップ電源１０のプラス側に接続して、短絡スイッチ２４のオフ状態で、故障伝送ライン３の接続端子２２は”Ｈｉｇｈ”となる。図１の電源装置１００は、プルアップ電源１０をモジュール故障判定回路１に設けており、電源ライン９とプルアップ抵抗２５を介して、故障伝送ライン３の終端に接続している。電源装置１００は、プルアップ電源１０の電圧を特定するものでないが、例えば１２Ｖに設定する。
故障伝送ライン３は、終端部に、プルアップ抵抗２５を介してプルアップ電源１０のプラス側に接続して、短絡スイッチ２４のオフ状態で、故障伝送ライン３の接続端子２２は”Ｈｉｇｈ”となる。図１の電源装置１００は、プルアップ電源１０をモジュール故障判定回路１に設けており、電源ライン９とプルアップ抵抗２５を介して、故障伝送ライン３の終端に接続している。電源装置１００は、プルアップ電源１０の電圧を特定するものでないが、例えば１２Ｖに設定する。
電池モジュール２の故障判定部２１の短絡スイッチ２４のＦＥＴ２４Ａは、正常な状態でオフ状態となるので、電池モジュール２が正常な状態では接続端子２２を”Ｈｉｇｈ”レベルとする。電池モジュール２の故障状態で、短絡スイッチ２４のＦＥＴ２４Ａはオン状態に切り換えられるので、故障判定部２１が故障と判定する状態で、接続端子２２が短絡スイッチ２４のＦＥＴ２４Ａでグランドライン２３に接続されて”Ｌｏｗ”レベルとなる。
各々の電池モジュール２は、故障判定部２１の接続端子２２を故障伝送ライン３に接続している。したがって、いずれかの電池モジュール２の故障判定部２１が、故障を検出して短絡スイッチ２４をオン状態に切り換えると、オン状態の短絡スイッチ２４を介して故障伝送ライン３はグランドライン２３に接続されて”Ｌｏｗ”レベルとなる。全ての電池モジュール２が正常に動作する状態では、全ての電池モジュール２の短絡スイッチ２４がオフ状態に保持されて、故障伝送ライン３は”Ｈｉｇｈ”状態に保持される。
（モジュール故障判定回路１）
モジュール故障判定回路１は、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を判定する電圧判定回路４と、故障伝送ライン３のグランドライン２３に対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路５と、電圧判定回路４とインピーダンス検出回路５の出力から、電池モジュール２の故障と正常と、故障伝送ライン３の異常を判定する演算回路６とを備えている。
モジュール故障判定回路１は、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を判定する電圧判定回路４と、故障伝送ライン３のグランドライン２３に対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路５と、電圧判定回路４とインピーダンス検出回路５の出力から、電池モジュール２の故障と正常と、故障伝送ライン３の異常を判定する演算回路６とを備えている。
（電圧判定回路４）
電圧判定回路４は、故障伝送ライン３の電圧を検出して各々の電池モジュール２の故障と正常を判定する。電圧判定回路４は、故障伝送ライン３の”Ｌｏｗ”状態を検出してオン状態、”Ｈｉｇｈ”状態を検出してオフ状態となる第１のスイッチング素子１１を備える。第１のスイッチング素子１１はｐチャンネルのＦＥＴ１１Ａである。このＦＥＴ１１Ａは、ドレインを出力側として演算回路６に接続して、ソースを電源１３に接続し、ゲートを入力抵抗１４を介して電源１３に接続すると共に、ダイオード１５を介して故障伝送ライン３に接続している。ダイオード１５は、ゲート側から故障伝送ライン３に流れる電流を順方向とする向きで接続されている。
電圧判定回路４は、故障伝送ライン３の電圧を検出して各々の電池モジュール２の故障と正常を判定する。電圧判定回路４は、故障伝送ライン３の”Ｌｏｗ”状態を検出してオン状態、”Ｈｉｇｈ”状態を検出してオフ状態となる第１のスイッチング素子１１を備える。第１のスイッチング素子１１はｐチャンネルのＦＥＴ１１Ａである。このＦＥＴ１１Ａは、ドレインを出力側として演算回路６に接続して、ソースを電源１３に接続し、ゲートを入力抵抗１４を介して電源１３に接続すると共に、ダイオード１５を介して故障伝送ライン３に接続している。ダイオード１５は、ゲート側から故障伝送ライン３に流れる電流を順方向とする向きで接続されている。
以上の電圧判定回路４は、故障伝送ライン３の電圧の”Ｈｉｇｈ”レベルでダイオード１５に電流は流れず、ｐチャンネルのＦＥＴ１１Ａのゲートはソースに接続されてオフ状態となる。故障伝送ライン３が”Ｌｏｗ”レベルになると、電源１３から入力抵抗１４と順方向のダイオード１５を介して故障伝送ライン３に通電されて、ＦＥＴ１１Ａのゲートに、電源１３に対してマイナスのオン電圧が入力されて、ＦＥＴ１１Ａがオン状態になる。また、故障伝送ライン３は、異常な状態でハイインピーダンスとなるので、ハイインピーダンスの故障伝送ライン３には電源１３からダイオード１５の順方向に通電できず、ＦＥＴ１１Ａのゲートは”Ｈｉｇｈ”となってＦＥＴ１１Ａはオフ状態となる。この電圧判定回路４は、電池モジュール２が故障した状態、すなわちいずれかの電池モジュール２が故障した状態に限って第１のスイッチング素子１１のＦＥＴ１１Ａがオン状態となって、ＦＥＴのドレインから”Ｈｉｇｈ”信号を演算回路６に出力する。全ての電池モジュール２が正常な状態、あるいは故障伝送ライン３が異常な状態では第１のスイッチング素子１１のＦＥＴ１１Ａがオフ状態となって、”Ｈｉｇｈ”を出力しない。
（インピーダンス検出回路５）
インピーダンス検出回路５は、第２のスイッチング素子１２を備えている。第２のスイッチング素子１２は、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ”レベルを検出してオン、故障伝送ライン３の”Ｌｏｗ”レベルと、ハイインピーダンスを検出してオフに切り換えられる。以上の動作をする第２のスイッチング素子１２はｎチャンネルのＦＥＴ１２Ａで、このＦＥＴ１２Ａは、ドレインを入力側として電源１６に接続すると共に、ソースを出力側として演算回路６に接続し、ゲートは入力抵抗１７を介してグランドライン１９と、ツェナーダイオード１８を介して故障伝送ライン３に接続している。ツェナーダイオード１８は、ゲートから故障伝送ライン３に流れる電流を順方向とする向きとして、故障伝送ライン３の”Ｌｏｗ”レベルでＦＥＴ１２Ａをオフ状態とする。さらに、ツェナーダイオード１８のツェナー電圧は、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ”レベル電圧からツェナー電圧を減算した電圧がＦＥＴ１２Ａのゲートに入力されて、ＦＥＴ１２Ａをオン状態とする電圧に設定している。さらにまた、ツェナーダイオード１８のツェナー電圧は、故障伝送ライン３がハイインピーダンスな状態において、電圧判定回路４の電源１３から順方向のダイオード１５を介して入力される電圧よりも高く設定される。
インピーダンス検出回路５は、第２のスイッチング素子１２を備えている。第２のスイッチング素子１２は、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ”レベルを検出してオン、故障伝送ライン３の”Ｌｏｗ”レベルと、ハイインピーダンスを検出してオフに切り換えられる。以上の動作をする第２のスイッチング素子１２はｎチャンネルのＦＥＴ１２Ａで、このＦＥＴ１２Ａは、ドレインを入力側として電源１６に接続すると共に、ソースを出力側として演算回路６に接続し、ゲートは入力抵抗１７を介してグランドライン１９と、ツェナーダイオード１８を介して故障伝送ライン３に接続している。ツェナーダイオード１８は、ゲートから故障伝送ライン３に流れる電流を順方向とする向きとして、故障伝送ライン３の”Ｌｏｗ”レベルでＦＥＴ１２Ａをオフ状態とする。さらに、ツェナーダイオード１８のツェナー電圧は、故障伝送ライン３の”Ｈｉｇｈ”レベル電圧からツェナー電圧を減算した電圧がＦＥＴ１２Ａのゲートに入力されて、ＦＥＴ１２Ａをオン状態とする電圧に設定している。さらにまた、ツェナーダイオード１８のツェナー電圧は、故障伝送ライン３がハイインピーダンスな状態において、電圧判定回路４の電源１３から順方向のダイオード１５を介して入力される電圧よりも高く設定される。
以上のインピーダンス検出回路５は、故障伝送ライン３が”Ｈｉｇｈ”レベルの状態では、ツェナーダイオード１８を介してＦＥＴ１２Ａのゲートにオン電圧が入力されてＦＥＴ１２Ａがオン状態となる。故障伝送ライン３が”Ｌｏｗ”レベルの状態では、ツェナーダイオード１８と入力抵抗１７を介してゲートがグランドライン２３に接続されて、ＦＥＴ１２Ａのゲート電圧はカットオフ電圧となってオフ状態となる。さらに、故障伝送ライン３の断線や接触不良で、故障伝送ライン３がハイインピーダンス状態になると、ＦＥＴ１２Ａのゲートは、故障伝送ライン３でグランドライン２３に接続されないが、入力抵抗１７を介してグランドライン２３に接続されて、ゲート電圧がカットオフ電圧となってオフ状態に切り換えられる。第２のスイッチング素子１２であるＦＥＴ１２Ａは、オン状態でソースから”Ｈｉｇｈ”レベルを演算回路６に出力し、オフ状態ではソースがドレインに接続されず、”Ｈｉｇｈ”レベルを出力しない。
（演算回路６）
演算回路６は、電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１とインピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２のオンオフ、すなわち電圧判定回路４とインピーダンス検出回路５から出力される”Ｈｉｇｈ”信号を検出して、電池モジュール２の故障と、故障伝送ライン３の異常を判定する。演算回路６は、以下の状態で電池モジュール２と故障伝送ライン３の故障を判定する。
演算回路６は、電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１とインピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２のオンオフ、すなわち電圧判定回路４とインピーダンス検出回路５から出力される”Ｈｉｇｈ”信号を検出して、電池モジュール２の故障と、故障伝送ライン３の異常を判定する。演算回路６は、以下の状態で電池モジュール２と故障伝送ライン３の故障を判定する。
１．電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１がオフ状態で、インピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２がオン状態で”Ｈｉｇｈ”を出力する状態において、全ての電池モジュール２を正常と判定する。
２．電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１がオン態で”Ｈｉｇｈ”を出力し、インピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２がオフ状態においては、いずれかの電池モジュール２が異常であると判定する。
３．電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１とインピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２の両方がオフ状態にあって、両方から”Ｈｉｇｈ”が出力されない状態では、故障伝送ライン３の異常と判定する。
２．電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１がオン態で”Ｈｉｇｈ”を出力し、インピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２がオフ状態においては、いずれかの電池モジュール２が異常であると判定する。
３．電圧判定回路４の第１のスイッチング素子１１とインピーダンス検出回路５の第２のスイッチング素子１２の両方がオフ状態にあって、両方から”Ｈｉｇｈ”が出力されない状態では、故障伝送ライン３の異常と判定する。
本発明は、複数の電池モジュールを備える大出力の電源装置の用途において有効に使用できる。
１００…電源装置
１…モジュール故障判定回路
２…電池モジュール
３…故障伝送ライン
４…電圧判定回路
５…インピーダンス検出回路
６…演算回路
９…電源ライン
１０…プルアップ電源
１１…第１のスイッチング素子
１１Ａ…ＦＥＴ
１２…第２のスイッチング素子
１２Ａ…ＦＥＴ
１３…電源
１４…入力抵抗
１５…ダイオード
１６…電源
１７…入力抵抗
１８…ツェナーダイオード
１９…グランドライン
２１…故障判定部
２２…接続端子
２３…グランドライン
２４…短絡スイッチ
２４Ａ…ＦＥＴ
２５…プルアップ抵抗
１…モジュール故障判定回路
２…電池モジュール
３…故障伝送ライン
４…電圧判定回路
５…インピーダンス検出回路
６…演算回路
９…電源ライン
１０…プルアップ電源
１１…第１のスイッチング素子
１１Ａ…ＦＥＴ
１２…第２のスイッチング素子
１２Ａ…ＦＥＴ
１３…電源
１４…入力抵抗
１５…ダイオード
１６…電源
１７…入力抵抗
１８…ツェナーダイオード
１９…グランドライン
２１…故障判定部
２２…接続端子
２３…グランドライン
２４…短絡スイッチ
２４Ａ…ＦＥＴ
２５…プルアップ抵抗
Claims (6)
- 故障と正常を判定して故障と正常を”Ｈｉｇｈ”と”Ｌｏｗ”の信号で出力する故障判定部を備える複数の電池モジュールと、
各々の前記電池モジュールの前記故障判定部に接続してなる故障伝送ラインと、
前記故障伝送ラインに接続されて、
前記電池モジュールの故障と正常を判定するモジュール故障判定回路とを備え、
前記モジュール故障判定回路が、
前記故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を判定する電圧判定回路と、
グランドラインに対するインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路と、
前記電圧判定回路と前記インピーダンス検出回路の出力から、
前記電池モジュールの故障と正常と、前記故障伝送ラインの異常を判定する演算回路とを備えることを特徴とする電源装置。 - 請求項１に記載する電源装置であって、
前記故障伝送ラインの終端部に直列抵抗を介して接続されて、
故障伝送ラインの電圧を”Ｈｉｇｈ”にプルアップするプルアップ電源を備え、
前記故障判定部が、
故障と正常のいずれか一方で、
前記故障伝送ラインをグランドラインに接続して”Ｌｏｗ”とする短絡スイッチを備えることを特徴とする電源装置。 - 請求項２に記載する電源装置であって、
前記故障判定部が、
前記電池モジュールの故障を判定する状態で、
前記短絡スイッチをオン状態として、
前記故障伝送ラインをグランドラインに接続して”Ｌｏｗ”とすることを特徴とする電源装置。 - 請求項３に記載する電源装置であって、
前記電圧判定回路が、
前記故障伝送ラインの”Ｌｏｗ”状態を検出してオン状態、
前記故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ”状態と設定インピーダンスよりも高いハイインピーダンスを検出してオフ状態となる第１のスイッチング素子を備え、
前記インピーダンス検出回路が、
前記故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ”状態を検出してオン状態、
前記故障伝送ラインの”Ｌｏｗ”状態と設定インピーダンスよりも高いハイインピーダンスを検出してオフ状態に切り換えられる第２のスイッチング素子を備え、
前記演算回路が、
前記第１のスイッチング素子がオフ状態にあって、
前記第２のスイッチング素子がオン状態において、
前記電池モジュールを正常と判定し、
前記第１のスイッチング素子がオン態にあって、
前記第２のスイッチング素子がオフ状態において、
前記電池モジュールを異常と判定し、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のオフ状態において、
前記故障伝送ラインの異常と判定することを特徴とする電源装置。 - 請求項４に記載する電源装置であって、
前記第１のスイッチング素子がｐチャンネルのＦＥＴで、
前記ＦＥＴは、
ドレインを出力として、
ソースを電源に接続して、
ゲートを入力抵抗を介して電源に接続すると共に、
ダイオードを介して前記故障伝送ライン接続しており、
前記ダイオードは、
前記ゲート側から前記故障伝送ラインに流れる電流を順方向とする向きで接続されてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項４又は５に記載する電源装置であって、
前記第２のスイッチング素子がｎチャンネルのＦＥＴで、
前記ＦＥＴは、
ソースを出力とし、
ゲートを入力抵抗を介してグランドラインに接続すると共に、
ツェナーダイオードを介して前記故障伝送ライン接続しており、
前記ツェナーダイオードは、
前記ゲートから前記故障伝送ラインに流れる電流を順方向とする向きであって、
ツェナー電圧を、
故障伝送ラインの”Ｈｉｇｈ”レベル電圧からツェナー電圧を減算した電圧がゲートに入力されて、
ＦＥＴをオン状態とする電圧に設定してなることを特徴とする電源装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202180015740.0A CN115152120A (zh) | 2020-03-30 | 2021-03-24 | 电源装置 |
| JP2022512016A JPWO2021200446A1 (ja) | 2020-03-30 | 2021-03-24 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020061462 | 2020-03-30 | ||
| JP2020-061462 | 2020-03-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021200446A1 true WO2021200446A1 (ja) | 2021-10-07 |
Family
ID=77927171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/012185 WO2021200446A1 (ja) | 2020-03-30 | 2021-03-24 | 電源装置 |
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|---|---|
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| WO (1) | WO2021200446A1 (ja) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2002325370A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 充電状態制御方法及び装置 |
| JP2006292516A (ja) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Denso Corp | 電池電圧検出制御装置 |
| JP2014087129A (ja) * | 2012-10-22 | 2014-05-12 | Sharp Corp | 電力供給システム |
-
2021
- 2021-03-24 JP JP2022512016A patent/JPWO2021200446A1/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| JP2002325370A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 充電状態制御方法及び装置 |
| JP2006292516A (ja) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Denso Corp | 電池電圧検出制御装置 |
| JP2014087129A (ja) * | 2012-10-22 | 2014-05-12 | Sharp Corp | 電力供給システム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115152120A (zh) | 2022-10-04 |
| JPWO2021200446A1 (ja) | 2021-10-07 |
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