JP2014206453A - Battery monitoring device - Google Patents
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Abstract
【課題】セルバランス回路の異常を簡素かつ安価な回路構成によって検出する。
【解決手段】セルバランス回路104において、セルバランス用スイッチFET1〜FET8が各セル11〜18の両端を短絡して放電し、その放電電流でフォトカプラPC1〜PC8が動作する。マイコン108は、フォトカプラPC1〜PC8の受光素子Q1〜Q8から入力端子Vinへの入力信号に基づいて、セルバランス回路104の異常原因であるセルバランス制御端子VB1〜VB8の異常、ならびに、セルバランス用スイッチFET1〜FET8の開放および短絡を検出する。
【選択図】図1An abnormality of a cell balance circuit is detected by a simple and inexpensive circuit configuration.
In a cell balance circuit 104, cell balance switches FET1 to FET8 are discharged by short-circuiting both ends of each cell 11-18, and photocouplers PC1 to PC8 are operated by the discharge current. Based on the input signals from the light receiving elements Q1 to Q8 of the photocouplers PC1 to PC8 to the input terminal Vin, the microcomputer 108 detects the abnormality of the cell balance control terminals VB1 to VB8 that are the cause of the abnormality of the cell balance circuit 104 and the cell balance. The open and short circuits of the switches FET1 to FET8 are detected.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、電気自動車(Electric Vehicle;EV)およびハイブリッド電気自動車(Hybrid EV;HEV)といった電動車両を動作させる電池を監視する電池監視装置に関し、特にセルバランス回路の異常を検出するものである。 The present invention relates to a battery monitoring device for monitoring a battery that operates an electric vehicle such as an electric vehicle (EV) and a hybrid electric vehicle (Hybrid EV; HEV), and particularly detects an abnormality of a cell balance circuit.
EVおよびHEVには、駆動用電源としてリチウムイオン電池が採用されている。リチウムイオン電池は、セルと呼ばれる4V前後の電圧を持つ電池で構成されており、セルを8〜10個集めたものをモジュールと呼ぶ。このモジュールを10〜20個直列に接続して合計300〜400Vの電池を構成し、それをEVおよびHEVの駆動用電源として使用している。 The EV and HEV employ a lithium ion battery as a driving power source. A lithium ion battery is composed of a battery having a voltage of about 4 V called a cell, and a module in which 8 to 10 cells are collected is called a module. 10 to 20 modules are connected in series to form a total battery of 300 to 400V, which is used as a driving power source for EVs and HEVs.
このリチウムイオン電池の健全性を確保するために、電池監視装置が車両に搭載されている。電池監視装置は、リチウムイオン電池の充電状態および劣化状態の算出のために重要なパラメータとなる電圧と温度の監視(計測)を行っている。 In order to ensure the soundness of this lithium ion battery, a battery monitoring device is mounted on the vehicle. The battery monitoring device monitors (measures) voltage and temperature, which are important parameters for calculating the state of charge and deterioration of the lithium ion battery.
リチウムイオン電池は、セルの個体差および経年変化により、各セルで充電量にばらつきが生じる。この状態でリチウムイオン電池を使用すると、過充電あるいは過放電状態となり、電池の劣化および発火につながる可能性がある。これを回避するために、電池監視装置は、充電量の多いセルを放電して均等化を行うセルバランス回路を搭載している。 Lithium ion batteries vary in the amount of charge in each cell due to individual differences in cells and aging. If the lithium ion battery is used in this state, it may be overcharged or overdischarged, leading to deterioration of the battery and ignition. In order to avoid this, the battery monitoring device is equipped with a cell balance circuit that discharges and equalizes cells with a large amount of charge.
従来のセルバランス回路は、セルに接続された放電抵抗と、この放電抵抗を介してセルを短絡するFET(Field Effect Transistor)等のスイッチング素子とから構成され、電池監視IC(Integrated Circuit)がFETを制御して放電抵抗に電流を流し、セルを放電するといったセルバランス動作が一般的である(例えば、特許文献1参照)。この電池監視ICの異常時、FETの開放および短絡時には、セルバランス動作が正常に機能しないことから、セルバランス回路の異常診断が必要である。 A conventional cell balance circuit includes a discharge resistor connected to a cell and a switching element such as a field effect transistor (FET) that short-circuits the cell via the discharge resistor, and a battery monitoring IC (Integrated Circuit) is an FET. In general, a cell balance operation is performed such that a current is passed through a discharge resistor to discharge a cell (see, for example, Patent Document 1). When the battery monitoring IC is abnormal, or when the FET is opened or short-circuited, the cell balance operation does not function normally. Therefore, an abnormality diagnosis of the cell balance circuit is necessary.
そこで、例えば上記特許文献1では、FETのソース−ドレイン間の電圧とセルごとに接続した基準電圧とをコンパレータで比較し、セルバランス回路の異常原因であるFETの外部短絡、放電抵抗の短絡および開放を個別的に検出していた。
また例えば、レベルシフトおよび絶縁処理など特殊な機能を持ったICを用いてセルバランス回路の異常を検出する方法もあった。
Thus, for example, in Patent Document 1, the voltage between the source and drain of the FET and the reference voltage connected to each cell are compared by a comparator, and an external short circuit of the FET, a short circuit of the discharge resistance, and Openness was detected individually.
For example, there is a method of detecting an abnormality in the cell balance circuit using an IC having a special function such as level shift and insulation processing.
しかしながら、上記特許文献1の異常検出方法では、基準電圧源およびコンパレータなどが必要なため、回路構成が複雑になり部品点数も増加してしまった。また、上記のような特殊なICは高価であった。 However, the abnormality detection method disclosed in Patent Document 1 requires a reference voltage source, a comparator, and the like, which complicates the circuit configuration and increases the number of parts. Further, the special IC as described above is expensive.
このように、従来の方法では、セルバランス回路の異常を検出するための回路を、簡素かつ安価に構成することができないという課題があった。 Thus, the conventional method has a problem that a circuit for detecting an abnormality of the cell balance circuit cannot be configured simply and inexpensively.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、セルバランス回路の異常を簡素かつ安価な回路構成によって検出することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to detect an abnormality of a cell balance circuit with a simple and inexpensive circuit configuration.
この発明に係る電池監視装置は、セルごとにスイッチおよび放電抵抗が接続され、スイッチが放電抵抗を介して当該セルの両端を短絡して放電するセルバランス回路と、セルの放電電流で発光する発光素子および当該発光を受光して信号を出力する受光素子からなる、スイッチごとに設けられた異常検出部と、受光素子の信号に基づいてセルバランス回路の異常を診断する異常診断部とを備えるものである。 The battery monitoring device according to the present invention includes a cell balance circuit in which a switch and a discharge resistor are connected to each cell, the switch short-circuits both ends of the cell via the discharge resistor, and light emission that emits light by the discharge current of the cell. Comprising an element and a light receiving element that receives the emitted light and outputs a signal, and includes an abnormality detecting unit provided for each switch, and an abnormality diagnosing unit that diagnoses an abnormality in the cell balance circuit based on a signal from the light receiving element It is.
この発明によれば、発光素子と受光素子を用いた簡素かつ安価な回路構成によって、セルバランス回路の異常を検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect an abnormality in the cell balance circuit with a simple and inexpensive circuit configuration using a light emitting element and a light receiving element.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。図2は、この電池監視装置100の全体構成を示すブロック図である。図3は、この電池監視装置100を適用した電動車両駆動システムのブロック図の一例である。EVおよびHEVなどの電動車両に搭載されたバッテリ1はリチウムイオン電池から構成されており、直列接続された8個のセル11〜18ごとにモジュール化され、モジュール10ごとに電池監視装置100が接続されている。なお、図示例では1個のモジュール10を8個のセル11〜18で構成したが、セル数はこれに限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a peripheral structure of the
電池監視装置100は、バッテリ1のモジュール10から電源供給を受ける高電圧側と、補機バッテリ(図示せず)から電源供給を受ける低電圧側とに分離されており。両エリアはアイソレータ109を介して電気的に接続されている。
The
電池監視装置100の高電圧側において、高電圧側電源回路101は、バッテリ1のモジュール10を電源として例えば5V電源を生成し、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)102およびマイクロコンピュータ(以下、マイコン)108に供給している。このEEPROM102は、電池監視装置100の各種パラメータなどを記憶する記憶素子である。モジュール電圧計測回路103は、モジュール10の電圧を分圧してマイコン108に入力する。
On the high voltage side of the
セルバランス回路104は、セル11〜18を個別に放電して充電量を均等化する。また、セルバランス回路104は後述する異常検出結果をマイコン108に出力する。電池監視IC105は、セル11〜18それぞれの電圧を測定してマイコン108に出力する。温度計測回路106は、温度センサ20を使用してセル11〜18の温度を電気信号に変換し、マイコン108に入力する。
The
マイコン108は、電池監視IC105を制御してセル11〜18の電圧計測を実施したり、電池監視IC105を介してセルバランス回路104の異常検出を実施したりする。また、マイコン108は、モジュール電圧計測回路103によるモジュール10の電圧計測結果、電池監視IC105によるセル11〜18の電圧計測結果、温度計測回路106による温度計測結果、およびセルバランス回路104による異常検出結果を、CAN(Controller Area Network)を経由して電池管理装置2へ送信する。ウォッチドッグ回路107は、マイコン108の暴走時にこのマイコン108をリセットする。
The
他方、電池監視装置100の低電圧側において、低電圧側電源回路110は、補機バッテリ(図示せず)を電源として例えば5V電源を生成し、CAN通信I/F111に供給している。CAN通信I/F111は、CANを経由して電池管理装置2およびその他の電池監視装置100と通信を行う。自動付番回路112は、CANに接続された複数の電池監視装置100のうち、自機の接続順序を検出してEEPROM102に設定する。
On the other hand, on the low voltage side of the
ここで、セルバランス回路104および電池監視IC105の詳細を説明する。
セルバランス回路104の基本構成は、セル11〜18ごとに設けられたセルバランス用スイッチFET1〜FET8と放電抵抗R1〜R8である。本実施の形態1では、セルバランス用スイッチFET1〜FET8および放電抵抗R1〜R8からなるセルバランス回路104の異常を検出するために、この放電抵抗R1〜R8に並列に接続されたフォトカプラPC1〜PC8と電流制限抵抗R11〜R18、および、高電圧側電源回路101から供給される5V電源とプルアップ抵抗R21が追加されている。
フォトカプラPC1〜PC8が異常検出部を構成し、電池監視IC105およびマイコン108が異常診断部を構成する。
Here, details of the
The basic configuration of the
Photocouplers PC1 to PC8 constitute an abnormality detection unit, and
セル11〜18は、製造時のばらつき、自己放電のばらつき、および経年変化の影響により、充電量が一律とは限らず、セルによって個体差が生じる。そのため、セル11〜18のセル電圧にばらつきが発生したときに、マイコン108が電池監視IC105を介してセルバランス回路104を動作させて、セル11〜18を選択的に放電して、セル11〜18の充電量を最も少ないセルに合わせる。
In the
図1に示すように、セル11のセル電圧計測のため、セル11の両極が電池監視IC105のセル電圧計測端子C1,C2に接続されている。セル電圧計測結果は、SPI(Serial Peripheral Interface)通信などにより電池監視IC105からマイコン108へ送信される。
As shown in FIG. 1, in order to measure the cell voltage of the
また、セル11の正極にはセルバランス用スイッチFET1のソースが接続され、セルバランス用スイッチFET1のドレインが放電抵抗R1を介してセル11の負極に接続されている。セルバランス用スイッチFET1のゲートは、電池監視IC105のセルバランス制御端子VB1に接続されている。セル11のセルバランス動作を実施する場合、SPI通信などにより、マイコン108から電池監視IC105へセルバランス制御信号が送信される。電池監視IC105は、セルバランス制御信号に従ってセルバランス制御端子VB1をONし、セルバランス用スイッチFET1のゲートに電圧を印加する。すると、セルバランス用スイッチFET1がON動作してセル11の両端が短絡し、放電抵抗R1に電流が流れて放電が行われる。セルバランス動作を実行しない場合は、セルバランス用スイッチFET1がOFFのため放電抵抗R1に電流は流れない。
The source of the cell balance switch FET1 is connected to the positive electrode of the
セル12〜18も、セル11と同様に、電池監視IC105のセル電圧計測端子C2〜C9に接続されている。また、セルバランス動作時には、セル12〜18それぞれに並列に接続されたセルバランス用スイッチFET2〜FET8がON動作し、放電抵抗R2〜R8を介してセル12〜18が短絡し放電する。
なお、図示例では、セルバランス用スイッチにFETを使用したが、これに限定されるものではない。
Similarly to the
In the illustrated example, the FET is used for the cell balance switch, but the present invention is not limited to this.
このセルバランス回路104において、セルバランス用スイッチFET1およびセルバランス制御端子VB1の異常を検出するために、フォトカプラPC1を放電抵抗R1と並列に配置し、フォトカプラPC1を放電電流で動作させる。図示例では、フォトカプラPC1の発光素子D1としてフォトダイオード、受光素子Q1としてフォトトランジスタを使用している。
In this
フォトカプラPC1の発光素子D1は電流制限抵抗R11を介してセルバランス用スイッチFET1のドレインに接続されており、セルバランス用スイッチFET1のON動作によりフォトカプラPC1が動作する。フォトカプラPC1の受光素子Q1のコレクタはプルアップ抵抗R21を介して5V電源に接続され、受光素子Q1のエミッタが接地されている。さらに、受光素子Q1のコレクタとプルアップ抵抗R21の接続点がマイコン108の入力端子Vinに接続されており、フォトカプラPC1がOFFの間は入力端子Vinへの入力信号がHighにプルアップされ、フォトカプラPC1が動作すると入力端子Vinへの入力信号はLowに変化する。
The light-emitting element D1 of the photocoupler PC1 is connected to the drain of the cell balance switch FET1 via the current limiting resistor R11, and the photocoupler PC1 operates by the ON operation of the cell balance switch FET1. The collector of the light receiving element Q1 of the photocoupler PC1 is connected to a 5V power supply via a pull-up resistor R21, and the emitter of the light receiving element Q1 is grounded. Further, the connection point between the collector of the light receiving element Q1 and the pull-up resistor R21 is connected to the input terminal Vin of the
この回路構成において、セル11のセルバランス動作がOFFの場合、マイコン108への入力信号はHighとなる。セルバランス動作がONになるとセル11から放電電流が放電抵抗R1に流れ、その放電電流でフォトカプラPC1が動作し、マイコン108への入力信号はLowに変化する。
In this circuit configuration, when the cell balance operation of the
ここで、図4の一覧を参照して、セルバランス回路104の異常検出方法を説明する。
セル11のセルバランス動作がOFFの場合、セルバランス用スイッチFET1の設定がOFF(即ち、電池監視IC105のセルバランス制御端子VB1がOFF)になり、放電抵抗R1に電流が流れずフォトカプラPC1が動作しないので、マイコン108の入力端子Vinへの入力信号はHighになる。
一方、セル11のセルバランス動作がONの場合、セルバランス用スイッチFET1の設定がON(即ち、電池監視IC105のセルバランス制御端子VB1がON)になり、セル11の両端が短絡して放電抵抗R1に電流が流れると共にフォトカプラPC1が動作し、マイコン108の入力端子Vinへの入力信号はLowになる。
Here, an abnormality detection method of the
When the cell balance operation of the
On the other hand, when the cell balance operation of the
従って、セル11用のセルバランス制御端子VB1およびセルバランス用スイッチFET1が正常の場合、セルバランス動作を実行するとマイコン108への入力信号がHighからLowに変化する。
Therefore, when the cell balance control terminal VB1 for the
一方、セル11用のセルバランス制御端子VB1に異常が発生して、セルバランス制御端子VB1が常時OFFまたは常時ONとなった場合、マイコン108への入力信号は、セルバランス動作を実行しても変化せず常時Highまたは常時Lowのままとなり、マイコン108はこの異常を検出できる。
On the other hand, when an abnormality occurs in the cell balance control terminal VB1 for the
セルバランス用スイッチFET1が開放(OFFに固着)する異常が発生した場合、セルバランス制御端子VB1がONでもOFFでも、セルバランス動作によらずマイコン108への入力信号がHighのまま変化しないため、マイコン108がこの異常を検出できる。
If an abnormality occurs in which the cell balance switch FET1 is opened (fixed to OFF), the input signal to the
また、セルバランス用スイッチFET1が短絡(ONに固着)する異常が発生した場合、セルバランス制御端子VB1がONでもOFFでも、セルバランス動作によらずマイコン108への入力信号がLowのまま変化しないため、マイコン108がこの異常を検出できる。
If an abnormality occurs in which the cell balance switch FET1 is short-circuited (fixed to ON), the input signal to the
セル12〜セル18も、セル11と同様に、放電抵抗R2〜R8それぞれに並列に接続されたフォトカプラPC2〜PC8と電流制限抵抗R12〜R18を備え、セルバランス動作がONになると放電抵抗R2〜R8に電流が流れると共にフォトカプラPC2〜PC8が動作し、マイコン108への入力信号がHighからLowに変化する。従って、セルバランス制御端子VB2〜VB8の異常、ならびにセルバランス用スイッチFET2〜FET8の開放および短絡についても、図4のとおりに異常検出できる。
Similarly to the
なお、図1の例では、フォトカプラの発光素子にフォトダイオード、受光素子にフォトトランジスタを使用したが、これらに限定されるものではない。
また、図1に示したとおり、受光素子Q1〜Q8のコレクタを接続する信号線を共通にして、1個の入力端子Vinに対して8個の受光素子Q1〜Q8のコレクタを共通に接続したので、フォトカプラPC1〜PC8が1つでも動作すると入力信号がLowに変化する。従って、セル11〜18を同時にセルバランス動作させた場合、セルバランス用スイッチFET1〜FET8およびセルバランス制御端子VB1〜VB8のどこに異常が発生しているか特定できない。セル単位で異常を特定するためには、セルバランス制御端子VB1〜VB8を順番にON/OFFしてセルバランス動作させ、異常検出を行う必要がある。
In the example of FIG. 1, a photodiode is used as the light emitting element of the photocoupler and a phototransistor is used as the light receiving element. However, the present invention is not limited to these.
Further, as shown in FIG. 1, the signal lines connecting the collectors of the light receiving elements Q1 to Q8 are shared, and the collectors of the eight light receiving elements Q1 to Q8 are commonly connected to one input terminal Vin. Therefore, when any one of the photocouplers PC1 to PC8 operates, the input signal changes to Low. Therefore, when the
マイコン108は、セルバランス回路104の異常検出結果、セル11〜18の電圧計測結果、モジュール電圧計測回路103の計測したモジュール10の電圧計測結果、および、温度計測回路106の計測した温度計測結果を、自動付番回路112で設定した電池監視装置100の固有番号と共に、アイソレータ109を介してCAN通信I/F111から電池管理装置2(図3に示す)へ出力する。電池管理装置2はこの計測結果を元にバッテリ1のモジュール10の状態を確認し、その確認結果を必要に応じてCANを経由して車両制御装置3へ出力する。
The
この電池管理装置2は、バッテリ1の管理を行う所謂BMU(Battery Management Unit)であり、例えば、電池監視装置100から通知される電圧計測結果に基づいてバッテリ1の残容量を診断する。また、電池管理装置2は、電池監視装置100から通知される各種計測結果を車両制御装置3へ出力したり、車両制御装置3から通知を受けて電池監視装置100の動作を制御したりする。
The
車両制御装置3は、電動車両全体を統合制御する所謂ECU(Electronic Control Unit)であり、車両駆動用モータ4を始め、不図示の充電用コネクタ、イグニッションスイッチ、表示器などに接続している。車両制御装置3は、例えば、イグニッションスイッチのオンオフを検出してバッテリ1から車両各部への電力供給を制御したり、電池管理装置2から通知されるバッテリ1の残容量などの情報を表示器に表示させたり、充電用コネクタへの充電ガンの接続を検出して充電可能状態に移行したことを電池管理装置2へ通知したりする。
The vehicle control device 3 is a so-called ECU (Electronic Control Unit) that performs integrated control of the entire electric vehicle, and is connected to a vehicle drive motor 4, a charging connector (not shown), an ignition switch, a display, and the like. For example, the vehicle control device 3 detects on / off of an ignition switch to control the power supply from the battery 1 to each part of the vehicle, or displays information such as the remaining capacity of the battery 1 notified from the
なお、セルバランス回路104の異常検出はいつ行ってもよい。例えばイグニッションスイッチがオンされ車両各部への電力供給を開始する前に異常検出を行ってもよいし、マイコン108がセルバランス動作を実行するときに同時に異常検出を行ってもよい。
Note that the abnormality detection of the
以上より、実施の形態1によれば、電池監視装置100は、セル11〜18ごとにセルバランス用スイッチFET1〜FET8および放電抵抗R1〜R8が接続され、セルバランス用スイッチFET1〜FET8が放電抵抗R1〜R8を介してセル11〜18の両端を短絡して放電するセルバランス回路104と、セル11〜18の放電電流で発光する発光素子D1〜D8および当該発光を受光して入力信号を出力する受光素子Q1〜Q8からなる、セルバランス用スイッチごとに設けられたフォトカプラPC1〜PC8と、受光素子Q1〜Q8の信号に基づいてセルバランス回路104の異常を診断する異常診断部とを備えるように構成した。このため、発光素子D1〜D8と受光素子Q1〜Q8を用いた簡素かつ安価な回路構成によって、セルバランス回路104の異常を検出することができる。
As described above, according to the first embodiment, in the
また、実施の形態1によれば、発光素子D1〜D8と放電抵抗R1〜R8を並列に接続する構成にしたので、放電抵抗R1〜R8に大きな電流を流すことが可能となり、セル11〜18を素早く放電できる。 Moreover, according to Embodiment 1, since it was set as the structure which connected the light emitting elements D1-D8 and discharge resistance R1-R8 in parallel, it becomes possible to flow a big electric current through discharge resistance R1-R8, and the cells 11-18. Can be discharged quickly.
また、実施の形態1によれば、異常診断部を構成するマイコン108において、1つの入力端子Vinに対して受光素子Q1〜Q8を共通に接続する構成にしたので、安価である。また、電池監視IC105のセルバランス制御端子VB1〜VB8およびセルバランス用スイッチFET1〜FET8の異常を、電池監視装置100単独で簡単に診断できるというメリットがある。
Further, according to the first embodiment, since the
実施の形態2.
図5は、本実施の形態2に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。なお、図5において図1と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図6は、本実施の形態2のセルバランス回路104の異常検出方法を説明する図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a peripheral structure of the
本実施の形態2では、フォトカプラPC1の発光素子D1を放電抵抗R1と直列に接続する。従って、セル11のセルバランス動作を実施する場合、電池監視IC105がセルバランス制御端子VB1をONし、セルバランス用スイッチFET1のゲートに電圧を印加すると、セルバランス用スイッチFET1がON動作してセル11の両端が短絡し、放電抵抗R1に電流が流れて放電が行われると共に、その放電電流でフォトカプラPC1が動作してマイコン108の入力端子Vinへの入力信号がLowになる。セルバランス動作を実行しない場合は、セルバランス用スイッチFET1がOFFのため放電抵抗R1に電流は流れず、従ってフォトカプラPC1も動作せず、入力端子Vinへの入力信号はHighになる。
In the second embodiment, the light emitting element D1 of the photocoupler PC1 is connected in series with the discharge resistor R1. Accordingly, when the cell balance operation of the
フォトカプラPC1と同様に、フォトカプラPC2〜PC8の発光素子D2〜D8も放電抵抗R2〜R8それぞれに直列に接続されており、セルバランス用スイッチFET2〜FET8がON動作すると、放電抵抗R2〜R8に電流が流れると共にフォトカプラPC2〜PC8が動作してマイコン108の入力端子Vinへの入力信号がHighからLowに変化する。
Similarly to the photocoupler PC1, the light emitting elements D2 to D8 of the photocouplers PC2 to PC8 are also connected in series to the discharge resistors R2 to R8, respectively. When the cell balance switches FET2 to FET8 are turned on, the discharge resistors R2 to R8 are connected. As the current flows through the photocouplers PC2 to PC8, the input signal to the input terminal Vin of the
このセルバランス回路104の異常原因であるセルバランス制御端子VB1〜VB8の異常、ならびに、セルバランス用スイッチFET1〜FET8の開放および短絡は、上記実施の形態1と同様に検出可能なため、説明を省略する。
Since the abnormalities of the cell balance control terminals VB1 to VB8, which are the cause of the abnormality of the
さらに本実施の形態2では、セルバランス回路104の異常原因である放電抵抗R1〜R8の開放を検出できる。例えば放電抵抗R1が開放する異常が発生した場合、セルバランス制御端子VB1がONでもOFFでも、放電抵抗R1に電流が流れず、フォトカプラPC1が動作しないことから、マイコン108への入力信号がHighのまま変化しないため、マイコン108がこの異常を検出できる。
Furthermore, in the second embodiment, it is possible to detect the opening of the discharge resistors R1 to R8 that are the cause of the abnormality of the
以上より、実施の形態2によれば、発光素子D1〜D8と放電抵抗R1〜R8を直列に接続する構成にしたので、電池監視IC105のセルバランス制御端子VB1〜VB8の異常ならびにセルバランス用スイッチFET1〜FET8の開放および短絡と合わせて、放電抵抗R1〜R8の開放も診断することができる。
As described above, according to the second embodiment, since the light emitting elements D1 to D8 and the discharge resistors R1 to R8 are connected in series, the cell balance control terminals VB1 to VB8 of the
実施の形態3.
図7は、本実施の形態3に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。なお、図7において図1と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a peripheral structure of the
本実施の形態3では、5V電源のプルアップ抵抗R21とフォトカプラPC1の受光素子Q1のコレクタとの接続点をマイコン108の入力端子Vin1に接続して、マイコン108が入力端子Vin1への入力信号に基づいてセルバランス制御端子VB1およびセルバランス用スイッチFET1の異常を検出する。
同様に、5V電源のプルアップ抵抗R22〜R28とフォトカプラPC2〜PC8の受光素子Q2〜Q8のコレクタとの各接続点をマイコン108の入力端子Vin2〜Vin8に接続して、マイコン108が入力端子Vin2〜Vin8への各入力信号に基づいて、セルバランス制御端子VB2〜VB8およびセルバランス用スイッチFET2〜FET8の各異常を検出する。
In the third embodiment, the connection point between the pull-up resistor R21 of the 5V power supply and the collector of the light receiving element Q1 of the photocoupler PC1 is connected to the input terminal Vin1 of the
Similarly, each connection point between the pull-up resistors R22 to R28 of the 5V power source and the collectors of the light receiving elements Q2 to Q8 of the photocouplers PC2 to PC8 is connected to the input terminals Vin2 to Vin8 of the
このように、セルバランス回路104の異常検出用の入力信号を、セル11〜18ごとにマイコン108へ入力する構成にしたので、セル11〜18ごとにセルバランス用スイッチFET1〜FET8とセルバランス制御端子VB1〜VB8の異常を検出することができる。従って、セル11〜18を同時にセルバランス動作させて、セルバランス制御端子VB1〜VB8の異常、ならびに、セルバランス用スイッチFET1〜FET8の開放および短絡を同時に検出することができる。
As described above, since the input signal for detecting the abnormality of the
なお、図7では、フォトカプラPC1〜PC8の発光素子D1〜D8を放電抵抗R1〜R8と並列に接続したが、直列に接続してもよい。 In FIG. 7, the light emitting elements D1 to D8 of the photocouplers PC1 to PC8 are connected in parallel to the discharge resistors R1 to R8, but may be connected in series.
以上より、実施の形態3によれば、異常診断部を構成するマイコン108において、複数の入力端子Vin1〜Vin8に対して複数の受光素子Q1〜Q8をそれぞれ接続する構成にしたので、セルバランス回路104の異常をセル単位に検出することができる。
As described above, according to the third embodiment, the
実施の形態4.
図8は、本実施の形態4に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。なお、図8において図1と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a peripheral structure of the
本実施の形態4では、フォトカプラPC1の受光素子Q1のコレクタと、5V電源に接続したプルアップ抵抗R21との接続点を、電池監視IC105の入力端子Vinに接続して、1個のマイコン108で複数の電池監視IC105(図示例では2個)を監視および制御する構成である。上位の電池監視IC105はSPI通信などによりマイコン108に直接接続され、下位の電池監視IC105はIC間通信などにより上位の電池監視IC105に接続されている。上位の電池監視IC105は、自機の入力端子Vinの入力信号を計測してSPI通信などによりマイコン108へ送信すると共に、IC間通信などにより下位の電池監視IC105から受信した入力信号の計測結果もマイコン108へ送信する。
In the fourth embodiment, the connection point between the collector of the light receiving element Q1 of the photocoupler PC1 and the pull-up resistor R21 connected to the 5V power supply is connected to the input terminal Vin of the
この構成の場合、複数のモジュール10のセルバランス回路104の異常を1個のマイコン108で検出することが可能となる。また、モジュール10ごとにマイコン108を設ける必要がないので、マイコン108の個数が少なくなり、コストを削減できる。
In the case of this configuration, an abnormality in the
なお、図8では、フォトカプラPC1〜PC8の発光素子D1〜D8を放電抵抗R1〜R8と並列に接続したが、直列に接続してもよい。 In FIG. 8, the light emitting elements D1 to D8 of the photocouplers PC1 to PC8 are connected in parallel with the discharge resistors R1 to R8, but may be connected in series.
以上より、実施の形態4によれば、電池監視装置100は、1つの入力端子Vinに対して複数の受光素子Q1〜Q8が共通に接続された電池監視IC105と、電池監視IC105から受信した受光素子Q1〜Q8の信号に基づいてセルバランス回路104の異常を診断するマイコン108とを備える構成にした。このため、複数の電池監視IC105が制御する複数のセルバランス回路104の異常を1個のマイコン108で診断することが可能となる。また、マイコン108の個数が少なくなることから、コスト削減のメリットがある。
As described above, according to the fourth embodiment, the
実施の形態5.
図9は、本実施の形態5に係る電池監視装置100のうち、セルバランス回路104の周辺構造を示す回路図である。なお、図9において図7と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
Embodiment 5. FIG.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a peripheral structure of the
本実施の形態5では、5V電源のプルアップ抵抗R21〜R28とフォトカプラPC1〜PC8の受光素子Q1〜Q8のコレクタとの各接続点を電池監視IC105の入力端子Vin1〜Vin8に接続して、1個のマイコン108で複数の電池監視IC105(図示例では2個)を監視および制御する構成である。上位・下位の電池監視IC105間での通信、および上位の電池監視IC105とマイコン108間での通信は、上記実施の形態4と同様に行う。
In the fifth embodiment, the connection points of the pull-up resistors R21 to R28 of the 5V power source and the collectors of the light receiving elements Q1 to Q8 of the photocouplers PC1 to PC8 are connected to the input terminals Vin1 to Vin8 of the
この構成の場合、複数のモジュール10のセルバランス回路104の異常を1個のマイコン108で検出することが可能となる。また、モジュール10ごとにマイコン108を設ける必要がないので、マイコン108の個数が少なくなり、コストを削減できる。さらに、セルバランス回路104の異常をセル単位に検出することができる。
In the case of this configuration, an abnormality in the
なお、図9では、フォトカプラPC1〜PC8の発光素子D1〜D8を放電抵抗R1〜R8と並列に接続したが、直列に接続してもよい。 In FIG. 9, the light emitting elements D1 to D8 of the photocouplers PC1 to PC8 are connected in parallel to the discharge resistors R1 to R8, but may be connected in series.
以上より、実施の形態5によれば、電池監視装置100は、複数の入力端子Vin1〜Vin8に対して複数の受光素子Q1〜Q8が共通に接続された電池監視IC105と、電池監視IC105から受信した受光素子Q1〜Q8の信号に基づいてセルバランス回路104の異常を診断するマイコン108とを備える構成にした。このため、複数の電池監視IC105が制御する複数のセルバランス回路104の異常を1個のマイコン108で診断することが可能となる。また、マイコン108の個数が少なくなることから、コスト削減のメリットがある。さらに、複数の入力端子Vin1〜Vin8に対して複数の受光素子Q1〜Q8をそれぞれ接続する構成にしたので、セルバランス回路104の異常をセル単位に検出することができる。
As described above, according to the fifth embodiment, the
なお、図8および図9では、1つのマイコン108に対して複数の電池監視IC105を接続する構成にしたが、これに限定されるものではなく、1つのマイコン108に対して1つの電池監視IC105を接続する構成であってもよい。このように、受光素子Q1〜Q8の信号を電池監視IC105を介してマイコン108に出力することにより、電池監視IC105とマイコン108の間で絶縁を行うシステム構成において、受光素子Q1〜Q8の信号を絶縁してマイコン108に入力する必要がなく、絶縁回路を簡略化することが可能である。
8 and FIG. 9, the configuration is such that a plurality of
上記以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In addition to the above, within the scope of the invention, the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or omitted any component in each embodiment. Is possible.
1 バッテリ(電池)、2 電池管理装置、3 車両制御装置、4 車両駆動用モータ、10 モジュール、11〜18 セル、20 温度センサ、100 電池監視装置、101 高電圧側電源回路、102 EEPROM、103 モジュール電圧計測回路、104 セルバランス回路、105 電池監視IC(異常診断部)、106 温度計測回路、107 ウォッチドッグ回路、108 マイコン(異常診断部)、109 アイソレータ、110 低電圧側電源回路、111 CAN通信I/F、112 自動付番回路、C1〜C9 セル電圧計測端子、D1〜D8 発光素子、FET1〜FET8 セルバランス用スイッチ、PC1〜PC8 フォトカプラ(異常検出部)、Q1〜Q8 受光素子、R1〜R8 放電抵抗、R11〜R18 電流制限抵抗、R21〜R28 プルアップ抵抗、VB1〜VB8 セルバランス制御端子、Vin,Vin1〜Vin8 入力端子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery (battery), 2 Battery management apparatus, 3 Vehicle control apparatus, 4 Vehicle drive motor, 10 modules, 11-18 cells, 20 Temperature sensor, 100 Battery monitoring apparatus, 101 High voltage side power supply circuit, 102 EEPROM, 103 Module voltage measurement circuit, 104 cell balance circuit, 105 battery monitoring IC (abnormality diagnosis unit), 106 temperature measurement circuit, 107 watchdog circuit, 108 microcomputer (abnormality diagnosis unit), 109 isolator, 110 low voltage side power supply circuit, 111 CAN Communication I / F, 112 automatic numbering circuit, C1 to C9 cell voltage measurement terminal, D1 to D8 light emitting element, FET1 to FET8 cell balance switch, PC1 to PC8 photocoupler (abnormality detection unit), Q1 to Q8 light receiving element, R1-R8 discharge resistance, R11-R18 current limit Anti, R21 to R28 pullup resistor, VB1~VB8 cell balance control terminal, Vin, Vin1~Vin8 input terminal.
Claims (7)
前記セルごとにスイッチおよび放電抵抗が接続され、前記スイッチが前記放電抵抗を介して当該セルの両端を短絡して放電するセルバランス回路と、
前記セルの放電電流で発光する発光素子および当該発光を受光して信号を出力する受光素子からなる、前記スイッチごとに設けられた異常検出部と、
前記受光素子の信号に基づいて前記セルバランス回路の異常を診断する異常診断部とを備えることを特徴とする電池監視装置。 A battery monitoring device for monitoring a battery in which a plurality of cells are connected in series,
A switch and a discharge resistor are connected to each cell, and a cell balance circuit in which the switch short-circuits both ends of the cell via the discharge resistor and discharges,
An abnormality detection unit provided for each switch, comprising a light emitting element that emits light with a discharge current of the cell and a light receiving element that receives the emitted light and outputs a signal;
A battery monitoring apparatus comprising: an abnormality diagnosis unit that diagnoses an abnormality of the cell balance circuit based on a signal of the light receiving element.
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