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公開番号2022095276
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-28
出願番号2020208507
出願日2020-12-16
発明の名称電池監視装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人サトー
主分類H02J 7/00 20060101AFI20220621BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電池セルの電圧検出の冗長監視を行うとともに、インピーダンスの算出における動作の安全性および算出精度を良好に維持する電池監視装置を提供する。
【解決手段】複数の電池セル(Cb1~Cb24)が直列接続された構成の組電池2を監視する電池監視装置1は、複数の電池セルの電圧を検出する第1電圧検出部13と、冗長監視のために複数の電池セルの電圧を検出する第2電圧検出部14と、組電池に交流電流を印加する電流印加部30と、電流印加部により組電池に交流電流が印加される期間における複数の電池セルの電圧を検出する第3電圧検出部15と、電池セルのインピーダンスを算出する算出部34と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
複数の電池セル(Cb)が直列接続された構成の組電池(2)を監視する電池監視装置(1、51、61、71、81)であって、
前記複数の電池セルの電圧を検出する第1電圧検出部(13)と、
冗長監視のために前記複数の電池セルの電圧を検出する第2電圧検出部(14)と、
前記組電池に交流電流を印加する電流印加部(30)と、
前記電流印加部により前記組電池に交流電流が印加される期間における前記複数の電池セルの電圧を検出する第3電圧検出部(15、63)と、
前記電池セルのインピーダンスを算出する算出部(34)と、
を備え、
前記電流印加部は、
前記組電池の両端子間に直列に接続された負荷素子(6)、スイッチング素子(7)およびシャント抵抗(Rsh)と、
所望する周波数を有する前記交流電流が前記組電池に印加されるように前記スイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部(29、74、85)と、
を備え、
前記算出部は、
前記シャント抵抗の端子電圧に基づいて複数の前記電池セルに流れる電流を検出する電流検出部(33)を備え、
前記第3電圧検出部により検出される前記複数の電池セルの電圧値および前記電流検出部により検出される前記複数の電池セルの電流値に基づいて前記インピーダンスを算出し、
前記駆動制御部は、
所望する周波数を有する交流信号をパルス幅変調することにより前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するPWM変調器(35)と、
所望する周波数を有する交流信号をパルス粗密変調することにより前記駆動信号を生成するPDM変調器(36)と、
前記PWM変調器により生成される前記駆動信号により前記スイッチング素子を駆動する第1駆動状態と前記PDM変調器により生成される前記駆動信号により前記スイッチング素子を駆動する第2駆動状態とのいずれかに切り替える切替部(37)と、
を備える電池監視装置。
続きを表示(約 2,400 文字)【請求項2】
前記切替部は、前記交流信号の周波数が所定の閾値周波数を超える場合には前記第1駆動状態に切り替えるとともに、前記交流信号の周波数が前記閾値周波数以下である場合には前記第2駆動状態に切り替える請求項1に記載の電池監視装置。
【請求項3】
前記切替部は、前記組電池に印加される前記交流電流の直流成分が所定の閾値電流を超える場合には前記第2駆動状態に切り替えるとともに、前記交流電流の直流成分が前記閾値電流以下である場合には前記第1駆動状態に切り替える請求項1または2に記載の電池監視装置。
【請求項4】
前記切替部は、前記電流検出部により検出される電流に基づいて前記交流電流の直流成分を検出するようになっている請求項3に記載の電池監視装置。
【請求項5】
さらに、前記負荷素子または前記電池セルの温度を検出する温度検出部(84)を備え、
前記切替部は、前記温度検出部により検出される温度に基づいて前記交流電流の直流成分を推定するようになっている請求項3に記載の電池監視装置。
【請求項6】
前記電流検出部は、
前記シャント抵抗の端子電圧をA/D変換するA/D変換器(31)と、
前記A/D変換器から出力されるデジタル信号に対し、前記交流信号と同じ周波数を有するSIN波信号およびCOS波信号をそれぞれ乗算することにより2つの乗算後信号を生成し、それら2つの乗算後信号のそれぞれについて積分フィルタ(40、41)を介して積分することにより前記複数の電池セルに流れる電流の検出値に対応した信号の実数部および虚数部を検出する直交ロックイン検出部(32)と、
を備え、
前記積分フィルタの動作周期は、前記交流信号の周期の整数倍の周期となっている請求項1から5のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項7】
前記PDM変調器により生成される前記駆動信号は、Return to Zeroの信号となっている請求項1から6のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項8】
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、前記電池セルを放電するための放電用抵抗(Rcb)を介して前記電池セルの低電位側端子に接続される第1接続端子(S1~S24)と、
前記放電用抵抗を介して前記組電池において最も高電位側に設けられる前記電池セルである最上位電池セル(Cb24)の高電位側端子に接続される第2接続端子(S25)と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、第1フィルタ用抵抗(Rp)を介して前記電池セルの高電位側端子に接続される第3接続端子(V1~V24)と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、第2フィルタ用抵抗(Rs)を介して前記電池セルの低電位側端子に接続される第4接続端子(W1~W24)と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する前記電池セルに接続される前記第1接続端子と対応する前記電池セルに接続される前記第3接続端子との間に接続される第1フィルタ用容量(Cp)と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、前記最上位電池セルを除く前記電池セル(Cb1~Cb23)については対応する前記電池セルの上段側に隣接する前記電池セルに接続される前記第1接続端子と対応する前記電池セルに接続される前記第4接続端子との間に接続されるとともに、前記最上位電池セルについては前記第2接続端子と前記最上位電池セルに接続される前記第4接続端子との間に接続される前記第2フィルタ容量(Cs)と、
を備え、
前記第1電圧検出部は、検出対象の前記電池セルに対応する前記第1接続端子および前記第3接続端子を介して電圧を検出し、
前記第2電圧検出部は、前記最上位電池セルを除く前記電池セルについては、検出対象の前記電池セルの上段側に隣接する前記電池セルに対応する前記第1接続端子および検出対象の前記電池セルに対応する前記第4接続端子を介して電圧を検出し、前記最上位電池セルについては、前記第2接続端子および前記最上位電池セルに対応する前記第4接続端子を介して電圧を検出し、
前記第3電圧検出部は、前記最上位電池セルを除く前記電池セルについては、検出対象の前記電池セルの上段側に隣接する前記電池セルに対応する前記第1接続端子および検出対象の前記電池セルに対応する前記第1接続端子を介して電圧を検出し、前記最上位電池セルについては、前記第2接続端子および前記最上位電池セルに対応する前記第1接続端子を介して電圧を検出する請求項1から7のいずれか一項に記載の電池監視装置。
【請求項9】
前記第3電圧検出部は、
前記第1接続端子および前記第2接続端子の各電圧を入力し、それら入力された電圧のうち検出対象の前記電池セルの電圧を検出するために必要となる2つの電圧を選択的に出力するマルチプレクサ(25)と、
前記マルチプレクサの出力電圧が入力される抵抗および容量を備えたフィルタ(22)と、
を備え、
前記フィルタの出力電圧に基づいて前記電池セルの電圧を検出する請求項8に記載の電池監視装置。
【請求項10】
少なくとも前記第1電圧検出部、前記第2電圧検出部および前記算出部は、半導体集積回路として構成されており、
前記フィルタを構成する前記抵抗および前記容量のうち少なくとも一部は、前記半導体集積回路の外部に設けられる外付けの素子により構成される請求項9に記載の電池監視装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の電池セルが直列接続された組電池を監視する電池監視装置に関する。
続きを表示(約 1,900 文字)【背景技術】
【0002】
電池監視装置は、各電池セルのSOCを推定する機能、各電池セルの劣化状態を推定する機能、各電池セルの電圧を均等化する機能などを備えている。なお、SOCは、電池の充電状態を表す指標であり、State Of Chargeの略称である。電池監視装置では、これらの機能などを実現するため、電池セルの電圧を検出する電圧検出部が設けられている。上記した電池セルの劣化状態は、交流インピーダンス法により推定することができる。
【0003】
交流インピーダンス法では、組電池の端子間に例えば10Hz~5kHz程度の周波数を有する交流電流が印加された際における電池セルに流れる電流を検出し、その電流の検出値および電池セルの電圧の検出値に基づいて周波数毎のインピーダンスが算出され、それら周波数毎のインピーダンスに基づいて電池セルの劣化状態が推定される。そのため、従来の電池監視装置には、特許文献1に開示されるように、組電池の端子間に交流電流を印加するための構成である電流印加部、電池セルに流れる電流を検出するための構成である電流検出部などが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2013-64697号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の電池監視装置における電流印加部の具体的な構成例として、組電池の両端子間に直列に接続された負荷素子およびスイッチング素子と、上記した交流電流が組電池に印加されるようにスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部と、を備えた構成を挙げることができる。この場合、スイッチング素子を駆動するための駆動信号は、所望する周波数を有する交流信号をパルス幅変調することにより生成することが一般的である。
【0006】
しかしながら、このような構成では、特に交流電流の周波数が比較的低い周波数となる低周波測定時、駆動信号のパルスが時間的に集中し易くなり、その結果、負荷素子、スイッチング素子などに発熱の時間的集中が生じる。このような発熱の時間的集中が生じると、動作の安全性が低下するといった問題、負荷素子の温度による特性変動に起因するインピーダンスの測定誤差が生じるといった問題などが生じるおそれがある。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池セルの電圧検出の冗長監視を行うとともに、インピーダンスの算出における動作の安全性および算出精度を良好に維持することができる電池監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1に記載の電池監視装置(1、51、61、71、81)は、複数の電池セル(Cb)が直列接続された構成の組電池(2)を監視するものであって、複数の電池セルの電圧を検出する第1電圧検出部(13)と、冗長監視のために複数の電池セルの電圧を検出する第2電圧検出部(14)と、組電池に交流電流を印加する電流印加部(30)と、電流印加部により組電池に交流電流が印加される期間における複数の電池セルの電圧を検出する第3電圧検出部(15、63)と、電池セルのインピーダンスを算出する算出部(34)と、を備える。
【0009】
電流印加部は、組電池の両端子間に直列に接続された負荷素子(6)、スイッチング素子(7)およびシャント抵抗(Rsh)と、所望する周波数を有する交流電流が組電池に印加されるようにスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部(29、74、85)と、を備える。算出部は、シャント抵抗の端子電圧に基づいて複数の電池セルに流れる電流を検出する電流検出部(33)を備え、第3電圧検出部により検出される複数の電池セルの電圧値および電流検出部により検出される複数の電池セルの電流値に基づいてインピーダンスを算出する。駆動制御部は、PWM変調器(35)、PDM変調器(36)および切替部(37)を備える。
【0010】
PWM変調器は、所望する周波数を有する交流信号をパルス幅変調することによりスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する。PDM変調器は、所望する周波数を有する交流信号をパルス粗密変調することにより駆動信号を生成する。切替部は、PWM変調器により生成される駆動信号によりスイッチング素子を駆動する第1駆動状態とPDM変調器により生成される駆動信号によりスイッチング素子を駆動する第2駆動状態とのいずれかに切り替える。
(【0011】以降は省略されています)

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