JP4503499B2 - Battery voltage detector - Google Patents
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Description
本発明は、直列接続された複数の電池モジュールより構成される組電池の電圧を検出する組電池電圧検出装置に関する。 The present invention relates to an assembled battery voltage detection device that detects the voltage of an assembled battery composed of a plurality of battery modules connected in series.
例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等では、二次電池や燃料電池からなる組電池は互いに直列接続された多数の電池モジュールにより構成され、各電池モジュールは所定数の単電池を直列接続して構成されている。尚、ここでは、電池モジュールの定義を広くとらえ、電池モジュールには、モジュール化されていない単電池が1個から成るもの(組電池がモジュール化されていない複数の単電池から構成されるもの)も含まれるものとする。従来、組電池の電圧を検出する装置としての先行技術としては、以下の先行技術1〜2があった。
For example, in a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, etc., an assembled battery consisting of a secondary battery and a fuel cell is composed of a number of battery modules connected in series with each other, and each battery module connects a predetermined number of single cells in series. Configured. In addition, here, the definition of the battery module is taken broadly, and the battery module is composed of a single unit cell that is not modularized (the assembled battery is composed of a plurality of unit cells that are not modularized). Is also included. Conventionally, there are the following
先行技術1には、互いに隣接する2つの電池モジュールの電圧を2つのフライングキャパシタに同時に読み込み、出力側スイッチを順次オンすることによりフライングキャパシタの蓄電電圧をマルチプレクスして電圧を検出及びA/D変換し、その後、出力側スイッチを同時にオンして2つのフライングキャパシタの電荷を放電することが記載されている。
In
先行技術2には、組電池を構成する複数の電池モジュールを2つのグループに分割し、スイッチを制御して、グループ毎に設けられた一方のフライングキャパシタへ電池モジュールの電圧の読み込み、同時に他方のフライングキャパシタの蓄電電圧の検出処理、増幅処理、絶対値処理及びA/D変換処理を順次することが記載されている。
電池モジュール(単電池含む)は、放電により充電率(SOC)が低下すると、電圧が低下する。そのため、電池モジュールの電圧が低下したときの電圧を正確に検出しようとすると電圧検出範囲を広げる必要がある。例えば、電池モジュールの電池検出範囲が10〜20Vでの検出精度が±0.5Vであるとする。このとき、電圧検出範囲を0〜20Vにすると、量子化ビット数が同じであれば、検出精度は±1Vに悪化する。一方、検出精度を維持しようとすると、例えば、オペアンプとA/D変換器の組を複数個設ける必要があり、回路が複雑になりコストが増大する問題点がある。 A battery module (including a single cell) has a reduced voltage when the charge rate (SOC) is reduced by discharging. Therefore, in order to accurately detect the voltage when the voltage of the battery module is lowered, it is necessary to widen the voltage detection range. For example, it is assumed that the detection accuracy when the battery detection range of the battery module is 10 to 20V is ± 0.5V. At this time, if the voltage detection range is set to 0 to 20 V, the detection accuracy deteriorates to ± 1 V if the number of quantization bits is the same. On the other hand, in order to maintain detection accuracy, for example, it is necessary to provide a plurality of sets of operational amplifiers and A / D converters, which causes a problem that the circuit becomes complicated and the cost increases.
先行技術1,2では、各電池モジュールの電圧をA/D変換器によりA/D変換するが、電圧検出範囲の広域化を図った場合は、検出精度が悪化する、もしくは、検出精度を維持しようとすると、オペアンプ及びA/D変換器の回路規模が増大し、コストが増大する問題がある。即ち、回路構成が複雑になることなく、電圧検出精度を確保するとともに、検出範囲の広域化を実現することはできなかった。
In the
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回路構成が複雑になることなく、電圧検出精度を確保するとともに、検出可能電圧を広域化することのできる組電池電圧検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an assembled battery voltage detection device capable of ensuring voltage detection accuracy and widening the detectable voltage without complicating the circuit configuration. The purpose is to do.
請求項1記載の発明によれば、複数の電池モジュールが直列接続された組電池の電圧を検出する組電池電圧検出装置であって、前記各電池モジュールの両端の正電極及び負電極に接続された複数の第1及び第2のスイッチ手段と、正電極が前記複数の第1のスイッチ手段に接続され、負電極が前記複数の第2のスイッチ手段に接続された1つ又は複数のコンデンサと、スイッチ制御信号に基づいて、前記複数の第1及び第2のスイッチ手段のオン/オフを制御するスイッチ駆動手段と、前記コンデンサの前記正及び負電極間の電圧が、一定範囲内であるとき、該電圧に対応する電圧値を出力し、前記一定範囲よりも低電圧であるとき、所定値を出力する電圧検出手段と、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、複数個が直列接続された前記電池モジュールの両端の電極間の電圧が前記各コンデンサに保持されるように前記スイッチ制御信号を出力する電圧検出制御手段とを備えたことを特徴とする組電池電圧検出装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an assembled battery voltage detecting device for detecting a voltage of an assembled battery in which a plurality of battery modules are connected in series, the battery modules being connected to positive and negative electrodes at both ends of each battery module. A plurality of first and second switch means; and one or more capacitors having a positive electrode connected to the plurality of first switch means and a negative electrode connected to the plurality of second switch means; When the voltage between the switch driving means for controlling on / off of the plurality of first and second switch means based on the switch control signal and the positive and negative electrodes of the capacitor is within a certain range. A voltage detection unit that outputs a voltage value corresponding to the voltage and outputs a predetermined value when the voltage is lower than the predetermined range; and a plurality of voltages when the voltage output by the voltage detection unit is the predetermined value. Pieces are straight Provided is an assembled battery voltage detection device comprising voltage detection control means for outputting the switch control signal so that a voltage between electrodes at both ends of the connected battery module is held by each capacitor. Is done.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記電圧検出制御手段は、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、直列接続された前記電池モジュールの個数が増加した電圧が前記コンデンサに保持されるよう前記スイッチ制御信号を出力し、前記電圧検出手段より出力された各電圧が前記一定範囲であるとき、該電圧の総和を算出する総電圧算出手段を備えたことを特徴とする組電池電圧検出装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the voltage detection control means is configured such that the number of the battery modules connected in series when the voltage output from the voltage detection means is the predetermined value. Output a switch control signal so that the increased voltage is held in the capacitor, and when each voltage output from the voltage detecting means is within the certain range, a total voltage calculating means for calculating a sum of the voltages An assembled battery voltage detecting device is provided.
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明において、前記各コンデンサは、2のべき乗個の電池モジュールが前記複数の第1及び第2のスイッチ手段を通して接続され、前記電圧検出制御手段は、前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、直列接続された前記電池モジュールの個数が現在の個数の2倍に増加した電圧が前記各コンデンサに保持されるよう前記スイッチ制御信号を出力する請求項2記載の組電池電圧検出装置が提供される。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, each of the capacitors has a power-of-two battery module connected through the plurality of first and second switch means, and the voltage detection control. The switch is configured so that, when the voltage output from the voltage detection unit is the predetermined value, the voltage obtained by increasing the number of the battery modules connected in series to twice the current number is held in the capacitors. The assembled battery voltage detection device according to
請求項1記載の組電池電圧検出装置によれば、一定範囲の電圧を一定精度で検出する電圧検出手段を用い、電圧検出手段が出力した電圧が所定値であるとき、複数個が直列接続された電池モジュールの両端の電極間の電圧がコンデンサに保持されるようにスイッチ制御信号を出力する電圧検出制御手段を設けたので、回路構成が複雑になることなく、電圧検出精度を確保するとともに、検出可能電圧を広域化することができる。
According to the assembled battery voltage detecting device according to
請求項2記載の組電池電圧検出装置によれば、電圧検出制御手段は、電圧検出手段が出力した電圧が所定値であるとき、直列接続された電池モジュールの個数が増加された電圧がコンデンサに保持されるようスイッチ制御信号を出力するので、電圧検出精度を確保するとともに、検出可能電圧の更なる広域化を実現できる。
According to the assembled battery voltage detection device of
請求項3記載の組電池電圧検出装置によれば、各コンデンサは、2のべき乗個の電池モジュールが複数の第1及び第2のスイッチ手段を通して接続され、電圧検出制御手段は、電圧検出手段が出力した電圧が所定値であるとき、直列接続された電池モジュールの個数が現在の個数の2倍に増加された電圧を検出することから、検出された電圧の総和が組電池の電圧となり、組電池電圧を当該総和により算出できる。
According to the assembled battery voltage detection apparatus of
図1は、本発明の実施形態による組電池電圧検出装置が搭載されるハイブリッド自動車の一部概略構成図である。図2は組電池電圧検出装置10の構成図である。図1に示すように、ハイブリッド自動車は、組電池2と、パワードライブユニット(PDU)4と、モータ6と、エンジン8と、組電池電圧検出装置10を含む。組電池2は、図2に示すように、複数個の二次電池(例えば、ニッケル−水素(Ni−MH)、または、リチウムイオン二次電池)から成る電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)が直列に接続され、PDU4に高電圧を出力及びPDU4から充電されるこのように、組電池2の状態、即ち、電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)の電圧は、モータ6の駆動・回生により、時々刻々と変化している。尚、電池モジュール50#ijにはモジュール化されていない1個の単電池の場合も含まれるものとする。
FIG. 1 is a partial schematic configuration diagram of a hybrid vehicle equipped with an assembled battery voltage detection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of the assembled battery
電池モジュール50#ijは、n個のグループに分割されている。各グループにm個(チャネル数とも呼ぶ)の電池モジュールが属する。同一グループに属する電池モジュールの電圧は同一のコンデンサに保持されることをいう。例えば、グループGriに属する電池モジュール50#ij(j=1〜m)の電圧は、グループGriについて設けられたコンデンサ70#iに保持されることを意味する。尚、グループ数nは電圧を高速に検知する(nは大きいほど高速化)観点とコストの観点より決定される。各グループに属する電池モジュールの個数mは、後述するように2べき乗であることが望ましい。
PDU4は、例えば、並列接続されたIGBT及びダイオードを複数用いてブリッジ接続されたSWモジュールを含むインバータを有する。モータ6の駆動時は、ECU12からのトルク指令値に基づき、SWモジュールのSWをPWM制御することにより、組電池2より供給された直流電力を3相交流電力に変換し、モータ6に供給する。また、モータ6の回生時には、モータ6から供給される3相交流電力を直流電圧に変換し、組電池2を充電する。モータ6は、エンジン8の出力軸に直結され、図示しないトランスミッションに駆動力を伝達及び回生する電動機及び発電機として機能する。
The
組電池電圧検出装置14は、組電池電圧検出周辺回路10とECU12から構成される。組電池電圧検出周辺回路10は、図2に示すように、スイッチング手段、例えば、フォトMOSリレー52と、コンデンサ54と、スイッチング手段、例えば、フォトMOSリレー56と、差動増幅器58と、A/D変換器60と、SWドライバー62を有する。
The assembled battery
フォトMOSリレー52は、電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)毎に設けられた複数のフォトMOSリレー60#ijH,60#ijLから成る。フォトMOSリレー(第1のスイッチ手段)60#ijHは、入力側が電池モジュール50#ijの正電極が接続される入力端子に接続され、出力側がコンデンサ70#iの正電極に接続されている。フォトMOSリレー(第2のスイッチ手段)60#ijLは、入力側が電池モジュール50#ijの負電極が接続される入力端子に接続され、出力側がコンデンサ70#iの負電極に接続されている。
The
コンデンサ54は、グループGri(i=1〜n)毎に設けられた複数のコンデンサ70#i(i=1〜n)を有する。コンデンサ70#iは、正電極がフォトMOSリレー60#ijH(j=1〜m)及びフォトMOSリレー80#iHに接続され,負電極がフォトMOSリレー60#ijL(j=1〜m)及びフォトMOSリレー80#iLの入力側に接続される。フォトMOSリレー80#iH(i=1〜n)は、入力側がコンデンサ80#iHの正電極に接続され、出力側が差動増幅器58の入力側に接続されている。フォトMOSリレー80#iL(i=1〜n)は、入力側がフライングキャパシタ80#iHの負極に接続され、出力側が接地されている。
The capacitor 54 includes a plurality of
差動増幅器58は、フォトMOSリレー80#iH(i=1〜n)を通して、コンデンサ70#i(i=1〜n)から入力される入力電圧と基準電圧Vrefの差分電圧を所定の利得で増幅し、A/D変換器60に出力するものであり、例えば、3個のオペアンプ90,92,94を有する。
The
オペアンプ90は、コンデンサ70#i(i=1〜n)からの入力電圧を一定利得で増幅するオペアンプである。オペアンプ92は、基準電圧Vrefをオペアンプ90と同じ利得で増幅するオペアンプである。オペアンプ94は、オペアンプ90,92の差分電圧を一定利得で増幅するオペアンプである。
The operational amplifier 90 is an operational amplifier that amplifies the input voltage from the
基準電圧Vrefは、一定範囲内の電圧を一定の検出精度で検出し、それよりも低電圧については所定値を出力するための当該一定範囲の電圧の下限に対応するものであり、例えば、10V〜20Vの入力電圧を±0.5Vの精度で検出し、9V以下の電圧について9Vの所定値を出力する場合は、基準電圧Vrefは9Vとなる。 The reference voltage Vref corresponds to the lower limit of the voltage within the certain range for detecting a voltage within a certain range with a certain detection accuracy and outputting a predetermined value for a voltage lower than that, for example, 10V When an input voltage of ˜20V is detected with an accuracy of ± 0.5V and a predetermined value of 9V is output for a voltage of 9V or less, the reference voltage Vref is 9V.
A/D変換器60は、差動増幅器58の出力電圧を、一定の検出精度で量子化して、ディジタル信号に変換する。このとき、差動増幅器58の出力電圧が入力電圧と基準電圧Vrefの差分電圧が増幅されたものであることから、一定範囲内の電圧については、一定精度が保たれるが、一定範囲内の電圧よりも低電圧については、所定値に固定される。例えば、10V〜20Vの範囲では±0.5Vの精度で検出されるが、9V以下の電圧は9Vとして検出される。SWドライバー62は、ECU12からSW制御信号を受けると、SW制御信号に基づき、フォトMOSリレー52,56のオン/オフを制御する。
The A /
ECU12は、組電池電圧検出装置14の一部を構成するCPUであり、モータ6の駆動時及び回生時のPDU4のPWM制御等を行うとともに、組電池電圧検出に係る以下の機能を有する。図3は、ECU12により実現される組電池電圧検出に係る機能ブロック図である。図3に示すように、組電池電圧検出装置14は、バッファメモリ100と、電圧検出制御手段102と、SW制御手段104と、総電圧算出手段106と、電池異常検出手段108を有する。
The
バッファメモリ100は、A/D変換器60より出力される電圧を記憶するメモリであり、電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)分のメモリ150#ij(i=1〜n,j=1〜m)を有する。バッファ100には、先頭より、検出順に電圧が格納される。メモリ150#ijに格納された電圧値をVHB((i−1)×n+j)と記す。電圧検出制御手段102は、次の処理を行う。
The
(1)電圧検出開始、例えば、イグニッションスイッチがオンされたとき、Nに1を代入し、チャネル数mの1番小さい約数であるM=1個の電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)が直列に接続された両端の電圧、即ち、各電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)の電圧を順次検出するように、SW制御手段104に指示する。このように、各電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)を順次検出する制御を制御1と呼ぶ。
(1) Voltage detection start, for example, when the ignition switch is turned on, 1 is substituted for N, and M = 1
(2)バッファメモリ100の先頭より電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)を読み込み、電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)が一定範囲よりも小さい、例えば、9V以下であれば、Nに(N+1)を代入し、mの小さい方からN番目の約数M(現在のN番目に小さいmの約数の次に大きいmの約数)個の電池モジュール50#ijが直列接続されたその両端の電圧を検出するようにSW制御手段104に指示する。このように、Mをチャネル数mの約数とするのは、M個の電池モジュール50#ijが直列接続されたその両端の電圧の総和により、組電池2の電圧を検出するためである。尚、電池モジュール50#ij(j=1〜m)の個数mが2のべき乗であれば、Mは現在のMの2倍となる。
(2) The voltage VHB (k) (k = 1 to n * m / M) is read from the head of the
例えば、10V〜20Vまでの範囲が検出され、9V以下が9Vとして検出される場合、M=2でVHB(k)(k=1〜n*m/2)が9V以下であれば、各電池モジュールの電圧は5V(=10/2)以下であると判断される。このとき、M=2で10V以下であることが判明すると、各電池モジュールの電圧は10V/2=5V以下であることから、M=4、即ち、4個の電池モジュール分の電圧を検出しても、4*5V=20Vまで検出可能であり、且つmが2のべき乗ならば、mが4で割り切れることから、M=4とすることにより、全電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)の電圧を含む電圧が検出され、組電池2の総電圧が検出可能となる。
For example, when a range from 10V to 20V is detected and 9V or less is detected as 9V, if V = 2 (M = 2 and VHB (k) (k = 1 to n * m / 2) is 9V or less, each battery The voltage of the module is determined to be 5V (= 10/2) or less. At this time, if it becomes clear that M = 2 and 10V or less, the voltage of each battery module is 10V / 2 = 5V or less. Therefore, M = 4, that is, the voltage for four battery modules is detected. Even if 4 * 5V = 20V can be detected, and m is a power of 2, m is divisible by 4. Therefore, by setting M = 4, all
(3)バッファメモリ100より電圧VHB(k)(k=1〜n*m/N)を読み込み、電圧VHB(k)(k=1〜n*m/N)が上限値、例えば、20Vであれば、Nに(N−1)を代入し、mの小さい方からN番目の約数M(現在のN番目に小さいmの約数の次に小さいmの約数)個の電池モジュール50#ijが直列接続されたその両端の電圧を検出するようにSW制御手段104に指示する。尚、電池モジュール50#ij(j=1〜m)の個数mが2のべき乗であれば、Mは現在のMの1/2倍となる。
(3) The voltage VHB (k) (k = 1 to n * m / N) is read from the
(4)(1),(2),(3)の処理により、バッファ100より読み込まれた全ての電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)が一定範囲(10V〜20V)であるとき、その時点のMを総電圧算出手段106及び電池異常検出手段108に出力する。
(4) Through the processes (1), (2), and (3), all the voltages VHB (k) (k = 1 to n * m / M) read from the
SW制御手段104は、電圧検出制御手段102より指示されたM個の電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)が直列接続された両端の電圧が順次検出されるようSW制御信号をSWドライバー62に出力する。
The
総電圧算出手段106は、電圧検出制御手段102より出力されたMに基づいて、バッファ100より電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)を読み込み、それらの電圧を全て加算して、加算された総電圧VESを出力する。電池異常検出手段108は、電圧検出制御手段102より出力されたMに基づいて、バッファ100より電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)を読み込み、その最大電圧値VHB(MAX)と、最小電圧値VHB(MIN)から(VHB(MAX)/M−VHB(MIN)/M))を算出し、この値をVERに代入する。VERが所定値を超える場合は、電池エラーを出力する。
The total voltage calculation means 106 reads the voltage VHB (k) (k = 1 to n * m / M) from the
図4〜図6は電池電圧検出順を示す図でする。図4では、組電池2が6個の電池モジュール50#ij(i=1〜2,j=1〜3)からなり、2グループGr1,Gr2に分割され、各グループGri(i=1,2)には、3個の電池モジュール50#ij(j=1,2,3)が属している場合を示している。
4 to 6 are diagrams showing the battery voltage detection order. In FIG. 4, the assembled
電池モジュール50#ij(i=1〜2,j=1〜3)の電圧をVHBk(k=(i−1)*3+j)で表している。電池モジュール50#ijのフォトMOSリレー60#ijH,60#ijLを符号iHj(i=1,2,j=1〜3)で表し、Gri用のコンデンサ70#i(i=1,2)をPMi(i=1,2)、フォトMOSリレー60#ijLを符号iL(i=1,2)で表している。
The voltage of the
図6に示すように、1H1,2H1,1H2,2H2,1H3,2H3の順にフォトMOSリレーがオンされ、1L,2Lが交互にオンされ、図5に示すように、VHB1,VHB4,VHB2,VHB5,VHB3,VHB6の順に電圧が検出される。そして、それに対応するディジタル値がバッファ100の先頭から順に書き込まれる。即ち、M=1の場合、各jについて、電池モジュール50#ijの電圧がiの昇順に検出され、次いで、jの昇順に電圧が検出され、バッファ100の先頭から順に書き込まれる。
As shown in FIG. 6, the photo MOS relays are turned on in the order of 1H1, 2H1, 1H2, 2H2, 1H3, and 2H3, and 1L and 2L are alternately turned on. As shown in FIG. , VHB3 and VHB6 are detected in this order. Then, corresponding digital values are written in order from the top of the
次に、M>1の場合の電池電圧の検出順について説明する。図7は8個の電池モジュールを4個のグループに分割(n=4,m=4)した場合の電池の検出順を示す図である。iHj(i=1〜4,j=1,2)は、フォトMOSリレー60#ijH,60#ijLを示し、ハッチングされたフォトMOSリレーはオンされていることを示す。 Next, the detection order of the battery voltage when M> 1 will be described. FIG. 7 is a diagram showing the battery detection order when eight battery modules are divided into four groups (n = 4, m = 4). iHj (i = 1 to 4, j = 1, 2) indicates the photo MOS relays 60 # ijH and 60 # ijL, and indicates that the hatched photo MOS relays are turned on.
M=2の場合は、図7(a)において、(1)に示すように、グループGr1のフォトMOSリレー60#11H(1H1H),60#12L(1H2L)がオンして電池モジュール50#11,50#12の直列接続の電圧、(2)に示すように、グループGr2のフォトMOSリレー60#21H,60#22Lがオンして電池モジュール50#21,50#22の直列接続の電圧、(3)に示すように、グループGr3のフォトMOSリレー60#31H,60#32Lがオンして電池モジュール50#31,50#32の直列接続の電圧、(4)に示すように、グループGr4のフォトMOSリレー60#41H,60#42Lがオンして電池モジュール50#41,50#42の直列接続の電圧が順次検出される。(1)は図7(b)に対応する。
When M = 2, as shown in (1) in FIG. 7A, the photo MOS relays 60 # 11H (1H1H) and 60 # 12L (1H2L) of the group Gr1 are turned on and the
図8及び図9は8個の電池モジュールを2個のグループGr1,Gr2に分割(n=2,m=4)した場合の電池電圧の検出順を示す図である。M=2の場合は、図8(a)において、(1)に示すように、グループGr1のフォトMOSリレー60#11H,60#12Lがオンして電池モジュール50#11,50#12の直列接続の電圧、(2)に示すように、グループGr2のフォトMOSリレー60#21H,60#22Lがオンして電池モジュール50#21,50#22の直列接続の電圧、グループGr1のフォトMOSリレー60#13H,60#14Lがオンして電池モジュール50#13,50#14の直列接続の電圧、グループGr2のフォトMOSリレー60#23H,60#24Lがオンして電池モジュール50#23,50#24の直列接続の電圧が順次検出される。(1)は図8(b)に対応する。
FIGS. 8 and 9 are diagrams showing the battery voltage detection order when eight battery modules are divided into two groups Gr1 and Gr2 (n = 2, m = 4). When M = 2, as shown in (1) in FIG. 8A, the photo MOS relays 60 # 11H and 60 # 12L of the group Gr1 are turned on and the
また、M=4の場合は、図9において、(1)に示すように、グループGr1のフォトMOSリレー60#11H,60#14Lがオンして電池モジュール50#11,50#14の直列接続の電圧、(2)に示すように、グループGr2のフォトMOSリレー60#21H,60#24Lがオンして電池モジュール50#21,50#24の直列接続の電圧が順次検出される。(1)は、図9(b)に対応する。
In the case of M = 4, as shown in (1) in FIG. 9, the photo MOS relays 60 # 11H and 60 # 14L of the group Gr1 are turned on and the
このように、M>1の場合も、グループGr1,Gr2,・・,Grn,Gr1,Gr2,・・,Grnの順に、M=1の場合と同様に電圧が検出される。この電圧検出のためのフォトMOSリレー52,56の制御シーケンスは、M=1の場合と同様である。 Thus, when M> 1, voltages are detected in the order of the groups Gr1, Gr2,..., Grn, Gr1, Gr2,. The control sequence of the photo MOS relays 52 and 56 for voltage detection is the same as in the case of M = 1.
図10は本発明の実施形態による電池電圧検出方法を示すフローチャートである。ステップS2でNに初期値1を代入する。初期値の代入は、例えば、ハイブリッド自動車では、イグニッシュスイッチがオンされたときに行われる。ステップS2で制御(M)を行うためのSW制御信号を作成する。制御(M)とは、MをグループGriに属する電池モジュール50#ij(j=1〜m)の個数mの小さい方からN番目の約数としたとき、M個の直列接続の電池モジュールの両端の電圧を上述したシーケンスに従って、検出することをいう。N=1のとき、M=1である。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a battery voltage detection method according to an embodiment of the present invention. In step S2, an
ステップS4で制御(M)を行うためのSW制御信号をSWドライバー62に送信する。SWドライバー62は、SW制御信号に基づいて、制御(M)を行うために、フォトMOSリレー52,56の該当フォトMOSリレーをオン/オフを制御する。 In step S4, a SW control signal for performing control (M) is transmitted to the SW driver 62. The SW driver 62 controls ON / OFF of the corresponding photoMOS relays of the photoMOS relays 52 and 56 in order to perform control (M) based on the SW control signal.
ステップS8で制御(M)による検出電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)がバッファ100の先頭から順次書き込まれる。ステップS10で検出電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)が上限値、例えば、20V以上であるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップS12に進む。否定判定ならば、ステップS14に進む。
In step S8, the detection voltage VHB (k) (k = 1 to n * m / M) by the control (M) is sequentially written from the top of the
ステップS12でNに(N−1)を代入し、ステップS4に戻る。ステップS14で電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)が一定範囲よりも小さい、例えば、9V以下であるか否かを判定する。肯定判定ならば、ステップS16に進む。否定判定ならば、ステップS18に進む。ステップS16でNに(N+1)を代入し、ステップS4に戻る。 In step S12, (N-1) is substituted for N, and the process returns to step S4. In step S14, it is determined whether or not the voltage VHB (k) (k = 1 to n * m / M) is smaller than a certain range, for example, 9V or less. If a positive determination is made, the process proceeds to step S16. If a negative determination is made, the process proceeds to step S18. In step S16, (N + 1) is substituted for N, and the process returns to step S4.
ステップS18でバッファ100より電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)を読み込み、これら全てを加算し(VHB(1)+VHB(2)+・・+VHB(n*m/M))に、加算結果を総電圧VESに代入する。このとき、Mはmの約数であることから、VESは組電池2の電圧となる。ステップS20で電圧VHB(k)(k=1〜n*m/M)の最大値VHB(MAX)から最小値VHB(MIN)を減算し、Mで割る((VHB(MAX)−VHB(MIN))/M)。その結果をVERに代入する。
In step S18, the voltage VHB (k) (k = 1 to n * m / M) is read from the
VERが所定値を超える場合は、電池モジュールが異常であると判断し、出力する。ステップS4に戻って、上述したステップS4〜S20までの処理が一定周期で繰り返して実行される。次回の電圧検出は、N=1からではなく、前回の電圧検出終了時のNで行われることから、高速に電圧検出が終了する。 When VER exceeds a predetermined value, it is determined that the battery module is abnormal and output. Returning to step S4, the above-described steps S4 to S20 are repeatedly executed at a constant cycle. Since the next voltage detection is not performed from N = 1 but at N at the end of the previous voltage detection, the voltage detection is completed at high speed.
尚、Nを減少させるステップS12は組電池2がモータ6の回生により充電されて電圧が増加した場合、Nを増加させるステップS16は、組電池2が長時間放置されて、放電した場合および組電池2がモータ6を駆動するために放電した場合等である。
Note that step S12 for decreasing N is performed when the assembled
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果がある。電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)をn個のグループに分割したので、nを最適な値とすることにより、電圧の高速検出と回路構成が複雑になることを防止することの双方を満足させることができる。
According to this embodiment described above, there are the following effects. Since the
図11は他の効果説明図である。図11(a)に示すように、各電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)の電圧a1,a2が10〜20Vの範囲の場合、a3,a4に示すように、10〜20Vの検出範囲で精度±0.5Vの検出精度で検出することができる。また、図11(b)に示すように、各電池モジュール50#ij(i=1〜n,j=1〜m)の電圧b1,b2が10V以下では、例えば、5V〜10Vの範囲では、b3に示すように、2つの電池モジュールの電圧b1,b2が加算された10〜20Vの検出範囲の電圧で±0.5Vの検出精度で検出することができる。このように、検出可能幅広域化することにより、オペアンプやA/D変換器の回路構成の複雑化を抑止しつつ、高精度に組電池電圧を検出することができる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of another effect. As shown to Fig.11 (a), when voltage a1, a2 of each
尚、上記のように電池モジュールには1個の単電池が含まれることから、この場合は、電池モジュールの場合と同様に個々の単電池の電圧が一定範囲内でないとき、直列接続された複数の単電池の両端の電圧が測定され、その総和により組電池の電圧が測定されることとなる。 Since the battery module includes one unit cell as described above, in this case, as in the case of the battery module, when the voltage of each unit cell is not within a certain range, a plurality of units connected in series are connected. The voltage at both ends of the unit cell is measured, and the voltage of the assembled battery is measured by the sum of the voltages.
2 組電池
50#ij(i=1〜n,j=1〜m) 電池モジュール
52 フォトMOSリレー
54 フライングキャパシタ
56 フォトMOSリレー
58 差動増幅器
60 A/D変換器
62 SWドライバー
102 電圧検出制御手段
104 SW制御手段
106 総電圧算出手段
2 assembled
Claims (3)
前記各電池モジュールの両端の正電極及び負電極に接続された複数の第1及び第2のスイッチ手段と、
正電極が前記複数の第1のスイッチ手段に接続され、負電極が前記複数の第2のスイッチ手段に接続された1つ又は複数のコンデンサと、
スイッチ制御信号に基づいて、前記複数の第1及び第2のスイッチ手段のオン/オフを制御するスイッチ駆動手段と、
前記コンデンサの前記正及び負電極間の電圧が、一定範囲内であるとき、該電圧に対応する電圧値を出力し、前記一定範囲よりも低電圧であるとき、所定値を出力する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段が出力した電圧が前記所定値であるとき、複数個が直列接続された前記電池モジュールの両端の電極間の電圧が前記各コンデンサに保持されるように前記スイッチ制御信号を出力する電圧検出制御手段と、
を備えたことを特徴とする組電池電圧検出装置。 An assembled battery voltage detection device for detecting a voltage of an assembled battery in which a plurality of battery modules are connected in series,
A plurality of first and second switch means connected to a positive electrode and a negative electrode at both ends of each battery module;
One or more capacitors having a positive electrode connected to the plurality of first switch means and a negative electrode connected to the plurality of second switch means;
Switch driving means for controlling on / off of the plurality of first and second switch means based on a switch control signal;
Voltage detection means for outputting a voltage value corresponding to the voltage when the voltage between the positive and negative electrodes of the capacitor is within a certain range, and outputting a predetermined value when the voltage is lower than the certain range When,
When the voltage output from the voltage detection means is the predetermined value, the switch control signal is output so that a voltage between electrodes at both ends of the battery modules connected in series is held in the capacitors. Voltage detection control means;
An assembled battery voltage detection device comprising:
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