(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池から成る単位セルが複数接続された電池パックを複数備えた電池システムの電圧検出装置であって、
前記電池システムが備える第１の電池パックに搭載され、前記第１の電池パックの電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第１の電圧検出部を制御する制御回路と、前記第１の電圧検出部と前記制御回路とを結合する絶縁デバイスとを備えた第１の基板と、
前記電池システムが備える第２の電池パックに搭載され、前記制御回路に制御されて前記第２の電池パックの電圧を検出する第２の電圧検出部と、前記第２の電圧検出部と前記制御回路とを結合する絶縁デバイスとを備えた第２の基板と、
前記電池システムが備える第３の電池パック以降の各電池パックに搭載され、前記制御回路に制御されて前記電池パックの電圧を検出する他の電圧検出部を備えた他の基板とを備え、
前記第２の電圧検出部及び前記他の電圧検出部は、直列接続されていることを特徴とする電圧検出装置。
【請求項２】
前記第１の電圧検出部，前記第２の電圧検出部，及び前記他の電圧検出部の少なくとも何れかは、電圧を検出する前記電池パックを複数に分割したブロック毎に、前記ブロックの両端の単位セル間の電圧を検出する電圧検出回路を備え、前記電圧検出回路同士を直列接続して構成されていることを特徴とする電圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池から成る単位セルが複数接続された電池パックを複数備えた電池システムの電圧検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車の電気回路は、エンジン駆動等に用いる低電圧系回路の他に、モータ駆動用の高圧系回路を備えており、２次電池から成る複数の単位セルを直列接続してなる組電池で高圧系回路への電源供給を行っている。
【０００３】
特許文献１の電源システムは、セルコントローラを搭載した基板をセルコントローラボックスに内蔵している。セルコントローラは、電池ブロックを構成する各単電池に検出用ハーネスで接続された高圧系回路であり、低電圧系であるバッテリコントローラに絶縁回路を介して通信ハーネスで接続されている。検出用ハーネスは、セルコントローラを搭載した基板から組電池ブロック毎に導出されている。セルコントローラは、単電池の端子電圧を周期的に検出して検出結果を保持しており、バッテリコントローラからの命令を受けると、保持した検出結果をバッテリコントローラに送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８９２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の電源システムでは、電池ブロックを構成する各単電池から、セルコントローラが搭載された基板まで検出用ハーネスが引き廻されていたことから、ハーネスの配索に手間がかかって作業性が悪かった。しかも、車両衝突時には検出用ハーネスが断線してショートし、発火や発煙をもたらす可能性もあった。
【０００６】
本発明は斯かる課題に鑑みてなされたもので、上記課題を解決することのできる電圧検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明の電圧検出装置は、２次電池から成る単位セルが複数接続された電池パックを複数備えた電池システムの電圧検出装置であって、前記電池システムが備える第１の電池パックに搭載され、前記第１の電池パックの電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第１の電圧検出部を制御する制御回路と、前記第１の電圧検出部と前記制御回路とを結合する絶縁デバイスとを備えた第１の基板と、前記電池システムが備える第２の電池パックに搭載され、前記制御回路に制御されて前記第２の電池パックの電圧を検出する第２の電圧検出部と、前記第２の電圧検出部と前記制御回路とを結合する絶縁デバイスとを備えた第２の基板と、前記電池システムが備える第３の電池パック以降の各電池パックに搭載され、前記制御回路に制御されて前記電池パックの電圧を検出する他の電圧検出部を備えた他の基板とを備え、前記第２の電圧検出部及び前記他の電圧検出部は、直列接続されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記第１の電圧検出部，前記第２の電圧検出部，及び前記他の電圧検出部の少なくとも何れかは、電圧を検出する前記電池パックを複数に分割したブロック毎に、前記ブロックに含まれる単位セルの電圧を検出する電圧検出回路を備え、前記電圧検出回路同士を直列接続して構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電圧検出用の回路を備えた基板を電圧検出を行う電池パックに搭載し、第１の基板の制御回路と第２及び第３の基板との間で順々に情報を伝送することから、電圧検出のための配索数及び配索距離を少なく抑えて、ハーネスの配索にかかる手間を省き、車両衝突時にショートしたり発火や発煙をもたらすことも防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の電池システムの構成の概略を示す斜視図である。
【図２】電池システムが備える電圧検出装置の回路構成を概念的に示すブロック図である。
【図３】電圧検出装置が備える第１の基板の回路構成の一例を示す図である。
【図４】電圧検出装置が備える第２の基板の回路構成の一例を示す図である。
【図５】電圧検出装置が備える第３の基板の回路構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態の電池システムの構成の概略を示す斜視図である。図２は、電池システムが備える電圧検出装置１の回路構成の概略を示すブロック図である。なお、以下の説明で用いる上下の各方向は説明に用いる各図に示している。この上下は説明のために記載したもので、実際の配置と異なってよいことはもちろんである。
【００１１】
図１に示す電池システムは、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の走行駆動源となる電動モータに電源を供給するためのものであり、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池から成る複数の単位セルが直列接続された電池パック２１，３１，４１を備えている。電池パック２１，３１，４１は、複数の単位セル毎にブロックに分割されており、図２に示す電圧検出装置１で電圧や電池温度がブロック単位で管理される。
【００１２】
電圧検出装置１は、電池パック２１に搭載された第1の基板２Ａと、電池パック３１に搭載された第２の基板３Ａと、電池パック４１に搭載された第３の基板４Ａとを備えている。
【００１３】
図２に示すように、第1の基板２Ａは、電池パック２１が備える単位セルのブロック毎に設けられた高圧検出回路（高圧検出部２２）２３と、電圧検出装置１が備えた各回路の動作を制御する制御回路２５と、高圧検出回路２３と制御回路２５とを電気的に絶縁した状態で結合する絶縁デバイス２４とを備えている。
【００１４】
高圧検出回路２３は、ブロックに含まれる各単位セルの電圧を検出する回路である。高圧検出回路２３は、電池パック２１が備える単位セルのブロック数と同数だけ第１の基板２Ａに搭載され、電池パック２１がＮ個のブロックを備える場合には高圧検出回路２３１〜２３ＮまでのＮ個の高圧検出回路２３が第１の基板２Ａに搭載される。高圧検出回路２３は、各単位セルの両端電圧をスイッチの切換で順番に作動増幅器で増幅し、ＡＤ変換器で変換した後に出力する。各高圧検出回路２３１〜２３Ｎは直列接続されており、高圧検出回路２３１〜２３Ｎ間でデイジーチェーン通信（Ｄａｉｓｙ通信）を行う。
【００１５】
制御回路２５は、基板２Ａ，３Ａ，４Ａでの電圧検出を制御するための回路であり、マイコンから構成されている。絶縁デバイス２４は、光を媒体としたフォトカプラや磁気を媒体とした磁気カプラ等から構成されている。
【００１６】
図３は、電池パック２１が単位セルのブロックを５つ備える場合に、電池パック２１に搭載される第１の基板２Ａの構成の一例を示している。第１の基板２Ａ上には、上述の高圧検出回路２３を備えた高圧検出ＩＣ２３１〜２３５が絶縁デバイス２４１，２４２と直列接続されて搭載されている。また、高圧検出ＩＣ２３１〜２３５は、絶縁デバイス２４３，２４４を介して制御回路２５と並列接続されている。高圧検出ＩＣ２３１〜２３５には、電池パック２１のブロックが備える各単位セルの端子がケーブル２７を介して接続されている。また、高圧検出ＩＣ２３１〜２３５には、電池パック２１のブロックに含まれる単位セルの電池温度を検出する温度センサがケーブル２７を介して接続されている。
【００１７】
図３に矢印で示すように、制御回路２５から送信された制御信号は、絶縁デバイス２４１を介して高圧検出回路２３５で受信された後、高圧検出ＩＣ２３５から高圧検出ＩＣ２３１にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送される。また、高圧検出ＩＣ２３１〜２３５での電圧や電池温度の検出結果は、高圧検出ＩＣ２３２から高圧検出ＩＣ２３５にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送された後、絶縁デバイス２４２を介して制御回路２５に供給される。また、制御回路２５と高圧検出ＩＣ２３１〜２３５との間では、絶縁デバイス２４３，２４４を介して個別に信号の送受信が行われる。
【００１８】
図２に示すように、第２の基板３Ａは、電池パック３１が備える単位セルのブロック毎に設けられた高圧検出回路（高圧検出部３２）３３と、高圧検出回路３３と第１の基板２Ａの制御回路２５とを電気的に絶縁した状態で結合する絶縁デバイス３４とを備えている。また、第３の基板４Ａは、電池パック４１が備える単位セルのブロック毎に高圧検出回路（高圧検出部４２）４３を備えている。
【００１９】
高圧検出回路３３，４３は、電池パック３１，４１のブロックに含まれる各単位セルの電圧を検出する回路で、何れも第１の基板２Ａの高圧検出回路２３と同様に構成されており、電池パック３１，４１が備える単位セルのブロック数と同じ数だけ基板３Ａ，４Ａに搭載される。第２の基板３Ａの高圧検出回路３３１〜３３Ｎ及び第３の基板４Ａの高圧検出回路４３１〜４３Ｎは直列接続されており、高圧検出回路３３１〜３３Ｎ，４３１〜４３Ｎ間でデイジーチェーン通信を行う。
【００２０】
図４は、電池パック３１が単位セルのブロックを５つ備える場合に、電池パック３１に搭載される第２の基板３Ａの構成の一例を示している。また、図５は、電池パック４１が単位セルのブロックを５つ備える場合に、電池パック４１に搭載される第３の基板４Ａの構成の一例を示している。
【００２１】
図４に示すように、第２の基板３Ａ上には、上述の高圧検出回路３３を備えた高圧検出ＩＣ３３１〜３３５が絶縁デバイス３４１，３４２と直列接続されて搭載されている。また、高圧検出ＩＣ３３１〜３３５は、絶縁デバイス３４３，３４４を介して第１の基板２Ａの制御回路２５と並列接続されている。高圧検出ＩＣ３３１〜３３５には、電池パック３１のブロックが備える各単位セルの端子、及び、単位セルの電池温度を検出する温度センサが、それぞれケーブル３７を介して接続されている。
【００２２】
図４に矢印で示すように、制御回路２５から送信された制御信号は、ケーブル５２から絶縁デバイス３４１を介して高圧検出ＩＣ３３５に入力された後、高圧検出ＩＣ３３５から高圧検出ＩＣ３３１にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送される。また、高圧検出ＩＣ３３１〜３３５での電圧や電池温度の検出結果は、高圧検出ＩＣ３３２から高圧検出ＩＣ３３５にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送された後、絶縁デバイス３４２を介して制御回路２５に供給される。また、第１の基板２Ａの制御回路２５と高圧検出ＩＣ３３１〜３３５との間では、ケーブル５２及び絶縁デバイス３４３，３４４を介して個別に信号の送受信が行われる。
【００２３】
図５に示すように、第３の基板４Ａ上には、上述の高圧検出回路４３を備えた高圧検出ＩＣ４３１〜４３５が、ケーブル５３及び配線４９を介して第２の基板３Ａの高圧検出ＩＣ３３１〜３３５と直列接続されて搭載されている。また、高圧検出ＩＣ４３１〜４３５は、ケーブル５３，第２の基板３Ａの絶縁デバイス３４３，３４４，及びケーブル５２を介して、第１の基板２Ａの制御回路２５と並列接続されている。高圧検出ＩＣ４３１〜４３５には、電池パック４１のブロックが備える各単位セルの端子、及び、単位セルの電池温度を検出する温度センサが、それぞれケーブル４７を介して接続されている。
【００２４】
図５に矢印で示すように、第２の基板３Ａで高圧検出ＩＣ３３１から高圧検出ＩＣ３３５まで伝送された制御信号は、ケーブル５３及び配線４９を介して高圧検出ＩＣ４３５に入力された後、高圧検出ＩＣ４３４から高圧検出ＩＣ４３１にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送される。また、高圧検出ＩＣ４３１〜４３５での電圧や電池温度の検出結果は、高圧検出ＩＣ４３２から高圧検出ＩＣ４３５にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送された後、ケーブル５３及び配線４９を介して第２の基板３Ａの高圧検出ＩＣ３３１に入力され、高圧検出ＩＣ３３１〜ＩＣ３３５での検出結果と同様にして制御回路２５に供給される。また、第１の基板２Ａの制御回路２５と高圧検出ＩＣ４３１〜４３５との間では、ケーブル５２，５３及び絶縁デバイス３４３，３４４を介して個別に信号の送受信が行われる。
【００２５】
電池システムが備える各電池パック２１〜４１の電圧を検出する電圧検出装置１の動作を、図３〜５を用いて説明する。第１の基板２Ａの制御回路２５は、第１の基板２Ａの高圧検出ＩＣ２３１〜２３５に、絶縁デバイス２４を介して覚醒信号を送信する。この覚醒信号は、電池パック２１〜４１から高圧検出ＩＣ２３１〜２３５への電圧供給のオン・オフを切り換えるための信号であり、各高圧検出ＩＣ２３１〜２３５に個別に送信される。覚醒信号で電圧供給がオンされると、電池パック２１〜４１から高圧検出ＩＣ２３１〜２３５に電圧が供給されて、電池パック２１での電圧及び電池温度の検出が可能となる。また、制御回路２５は、検出命令を絶縁デバイス２４に送信する。絶縁デバイス２４に送信された検出命令は、高圧検出ＩＣ２３５から高圧検出ＩＣ２３１にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送され、高圧検出ＩＣ２３１〜２３５での電圧検出が実行される。
【００２６】
また、制御回路２５は、第２の基板３Ａの高圧検出ＩＣ３３１〜３３５及び第３の基板４Ａの高圧検出ＩＣ４３１〜４３５に、第２の基板３Ａの絶縁デバイス３４を介して覚醒信号を送信し、電池パック３１，４１から高圧検出ＩＣ３３１〜３３５及び高圧検出ＩＣ４３１〜４３５に電圧供給を行う。また、制御回路２５は、検出命令を絶縁デバイス３４に送信する。絶縁デバイス３４に送信された検出命令は、高圧検出ＩＣ３３５から高圧検出ＩＣ３３１にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送された後、第３の基板４Ａの高圧検出ＩＣ４３５から高圧検出ＩＣ４３１にかけてデイジーチェーン通信により順々に伝送される。これにより、第２の基板３Ａ，第３の基板４Ａでの電圧検出が実行される。
【００２７】
第１の基板２Ａの高圧検出ＩＣ２３１〜２３５での検出結果は、各高圧検出ＩＣ２３１〜２３５から絶縁デバイス２４側に接続された高圧検出ＩＣ２３２〜２３５に対してデイジーチェーン通信により順々に伝送された後、絶縁デバイス２４から制御回路２５に送信される。また、第２の基板３Ａの高圧検出ＩＣ３３１〜３３５、及び、第３の基板３Ａの高圧検出ＩＣ４３１〜４３５での検出結果は、第２の基板３Ａの絶縁デバイス３４側に接続された高圧検出ＩＣ３３１〜３３５，４３２〜４３５にデイジーチェーン通信により順々に伝送された後、絶縁デバイス３４から制御回路２５に送信される。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、電池システムが備える各電池パック２１，３１，４１に搭載された基板２Ａ，３Ａ，４Ａ上にその電池パック２１，３１，４１の電圧を検出するための高圧検出回路２３，３３，４３を構成し、第１の基板２Ａが備える制御回路２５と第２及び第３の基板３Ａ，４Ａの高圧検出回路３３，４３とを直列接続して、第２及び第３の基板３Ａ，４Ａと制御回路２５との間でデイジーチェーン通信により順々に情報を伝送することから、基板２Ａ，３Ａ，４Ａ同士を結ぶケーブル５２，５３を配索することで、電池パック２１，３１，４１での電圧検出を行うことが可能となる。このため、電圧検出のための配索数及び配索距離を少なく抑え、ハーネスの配索にかかる手間を省くことができる。また、ハーネスの配索数及び配索距離が抑えられることから、電圧検出用のハーネスが断線する虞も少なくなり、車両衝突時にショートしたり発火や発煙をもたらすことも防止することができる。
【００２９】
また、第２の基板３Ａの高圧検出回路３３と第３の基板４Ａの高圧検出回路４３とを直列接続して、第２及び第３の基板３Ａ，４Ａと制御回路２５との間でデイジーチェーン通信により順々に情報を伝送することから、第３の基板４Ａには絶縁デバイスを設ける必要がなくなり、その分回路の設置スペース及び製造コストを削減することができる。また、第１の基板２Ａの制御回路２５から第３の基板３Ａへの配索を省略できることから、制御回路２５の通信ポート数も削減することができる。
【００３０】
また、高圧検出回路３２，３３，４３が複数の基板２Ａ，３Ａ，４Ａに分割して搭載されていることから、高圧検出回路３２，３３，４３の一部の回路が故障した場合には、故障箇所を有した基板２Ａ，３Ａ，４Ａを取り替えれば済むため、部分的に基板２Ａ，３Ａ，４Ａのリユースが可能となり、環境に配慮した構成とすることができる。
【００３１】
上記実施形態では、電圧検出装置１が３つの基板２Ａ，３Ａ，４Ａを備えている場合について説明したが、電圧検出装置１が備える基板の数量は、電池システムが備える電池パックの数量に応じて定めることができる。例えば、３つ以上の電池パックを電池システムが備えている場合には、第３の基板４Ａと同様の構成を有した基板を４つ目以降の電池パックに搭載し、４つ目以降の電池パックに搭載した各基板を第３の基板４Ａに対して直列接続する構成とすることができる。上位側の基板の高圧検出回路４３１に相当する高圧検出回路と下位側の基板の高圧検出回路４３Ｎに相当する高圧検出回路とを直列接続し、第２の基板３Ａよりも下位側の基板間でデイジーチェーン通信を行うことで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
また、各基板２Ａ，３Ａ，４Ａが備える高圧検出ＩＣの数は、電池パック２１，３１，４１が備える単位セルのブロック数に応じて定めることができ、必ずしも複数備えている必要はない。
【符号の説明】
【００３３】
１                    電圧検出装置
２Ａ                  第1の基板
３Ａ                  第２の基板
４Ａ                  第３の基板
２１，３１，４１      電池パック
２２，３２，４２      高圧検出部（電圧検出部）
２３，３３，４３      高圧検出回路（電圧検出回路）
２４，３４            絶縁デバイス
２５                  制御回路
２３１〜２３Ｎ        高圧検出回路（電圧検出回路）
３３１〜３３Ｎ        高圧検出回路（電圧検出回路）
２３１〜２３５        高圧検出ＩＣ（電圧検出回路）
３３１〜３３５        高圧検出ＩＣ（電圧検出回路）
２７，３７，４７      ケーブル
５２，５３            ケーブル
【図１】
0005438542.tif 000002
【図２】
0005438542.tif 000003
【図３】
0005438542.tif 000004
【図４】
0005438542.tif 000005
【図５】
0005438542.tif 000006