JP2007157403A

JP2007157403A - 電源装置

Info

Publication number: JP2007157403A
Application number: JP2005348528A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Aoki; 英明青木; Kazunobu Yokoya; 和展横谷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】雑音の影響を受け難く、また、通信ラインの本数が少ない電源装置を提供することを目的とする。また、高耐電圧部品を必要としない電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】各々の電池状態検出回路９は、光信号を発する電池モジュール側発光素子９Ｅと、電子制御ユニット８は、該光信号を受信するＥＣＵ側受光素子８Ｒを備え、電池モジュール側発光素子９ＥとＥＣＵ側受光素子８Ｒとの光伝送を可能とするＥＣＵ方向光伝達機構２０を有し、信号処理を行うために電子制御ユニット８は光信号を発信するＥＣＵ側発光素子８Ｅを備え、電池状態検出回路９は該光信号を受信するための電池モジュール側受光素子９Ｒを備え、ＥＣＵ側発光素子８Ｅと電池モジュール側受光素子９Ｒとの光伝送を可能とする電池モジュール方向光伝達機構３０を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関する。

以下の特許文献には、以下の従来技術が開示されている。この公報の図２に開示されるように、自動車用の電源装置は、複数の分割ユニットを直列に接続している組電池と、各々の分割ユニットに接続している複数の電池状態検出回路９と、各々の電池状態検出回路９に外部通信バス１０を介して接続しているバッテリＥＣＵ８とを備える。各々の電池状態検出回路９は、電圧検出器とＡ／Ｄ変換器とユニット演算回路と通信回路を備える。電池状態検出回路９は、ユニット演算回路で各々の分割ユニットの状態を検出し、検出された分割ユニットの状態を外部通信バス１０を介してバッテリＥＣＵ８に伝送する。

このような構成により、各分割ユニットの状態をより詳細に検出できると共に、バッテリＥＣＵの負荷を軽くして安価なものを使用できる特長がある。
特開2003-47111号公報

従来の電源装置においては、外部通信バス１０として、金属電線を利用しているので、雑音の影響を受け易く、また、外部通信バス１０としては、バッテリＥＣＵ８と、各電池状態検出回路９とを電気接続する外部通信バス１０が必要になり、電池状態検出回路９の数だけ、外部通信バス１０の本数が必要であった。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、雑音の影響を受け難く、また、通信ラインの本数が少ない電源装置を提供することを目的とする。また、高耐電圧部品を必要としない電源装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電池モジュールを直列に接続している電池体と、各前記電池モジュールに対応した複数の電池状態検出回路と、各々の電池状態検出回路に光伝達機構を介して接続して前記電池モジュールの状態を監視する電子制御ユニットとを備え、前記電池状態検出回路の各々が、電池モジュール状態を検出する検出器と、該検出器からの出力を基に、電池モジュール状態データを演算する演算回路とを備え、前記演算回路は、前記電池モジュール状態データを光信号にて前記光伝達機構を介して前記電子制御ユニットに伝送する通信処理を行う機能を備え、各々の前記電池状態検出回路は、前記光信号を発する電池モジュール側発光素子と、前記電子制御ユニットは、該光信号を受信するＥＣＵ側受光素子を備え、前記電池モジュール側発光素子と前記ＥＣＵ側受光素子との光伝送を可能とするＥＣＵ方向光伝達機構を有し、信号処理を行うために前記電子制御ユニットは光信号を発信するＥＣＵ側発光素子を備え、前記電池状態検出回路は該光信号を受信するための電池モジュール側受光素子を備え、ＥＣＵ側発光素子と電池モジュール側受光素子との光伝送を可能とする電池モジュール方向光伝達機構を備えることを特徴とする。また、前記検出器が、電池電圧又は電池温度を検出することを特徴とする。

本発明では、電池モジュール状態について、電池状態検出回路と電子制御ユニットとの通信を、ＥＣＵ方向光伝達機構と、電池モジュール方向光伝達機構を介して行うことができるので、配線数が増えることなく、また、光伝送であるので、雑音に強く、過大な電圧が伝達されることも少ない。

本発明の一実施例の電源装置を、図面を用いて、以下に説明する。
本実施例は、電気自動車等の駆動モータに電力を供給し、また、発電機からの電力により充電される電源装置である。

本実施例は、複数の電池モジュール１を直列に接続している電池体１Ａと、各電池モジュール１に対応した複数の電池状態検出回路９と、各々の電池状態検出回路９に光伝達機構２０、３０を介して接続して、電池モジュール１の状態を監視するマイコンを含むバッテリＥＣＵ８（＝バッテリ電子制御ユニット８）とを備えている。バッテリＥＣＵ８は、監視した残容量や電池状態の判定結果を車側コントローラ（図示せず）に送信する。電池体１Ａからの出力電力は、車側に出力される。

電池モジュール１は、複数個の素電池１ｃを直列接続して構成され、電源装置の出力電圧は、自動車に要求される出力により最適電圧に設定され、たとえば１００〜３００Ｖの範囲に設定される。素電池１ｃは、５〜７Ａｈのニッケル−水素電池である。ただ、素電池１ｃの容量をこの値に特定せず、これよりも大きくあるいは小さくすることができる。また、素電池１ｃには、リチウムイオン電池やニッケル−カドミウム電池等の全ての二次電池を使用できる。なお、要求される電圧が低い場合は、電池モジュール１は、ひとつの素電池１ｃで構成しても良い。

各電池状態検出回路９は、電池モジュール状態を検出する検出器として、電池モジュール１、素電池１ｃの電池電圧（測定点を、Ｖ１〜Ｖ５で図示する）を検出する電圧検出器と、電池モジュール１、素電池１ｃの温度を検出する温度検出器とを備えている。電圧検出器と温度検出器の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、電圧検出器と温度検出器の出力をデジタル信号に変換した信号から電池モジュール状態を検出し、演算して、電池モジュール状態データを得るマイコンを含むユニット演算回路とを備えている。

ユニット演算回路は、電池モジュール状態データを光信号にてを光伝達機構２０、３０を介してバッテリＥＣＵ８に伝送する通信処理を行う機能を備えている。このように、各々の電池状態検出回路９に内蔵されるユニット演算回路は、各々が独立して電池モジュール状態データを得ている。

各々のユニット演算回路は、Ａ／Ｄ変換器から入力される信号で、各々の電池モジュール状態、たとえば電池モジュール１の残容量や異常状態を検出する。検出した各々の電池モジュール１状態は、光伝達機構２０、３０を介してバッテリＥＣＵ８に伝送される。ユニット演算回路は、たとえば各々の電池モジュール１において素電池１ｃの電圧偏差が所定値以上ある場合、セル電圧（＝電池残容量）がアンバランスであるとして、電池状態検出回路９内で、アンバランスが生じている素電池１ｃを放電して均等化を行う回路（図示せず）を備えている。

さらに、ユニット演算回路は、電池モジュール１の電圧値が最高電圧よりも高いとき、または最低電圧よりも低いとき、さらに、電池モジュール１の温度が設定値よりも高いときも異常状態と判別し、電圧異常の状態信号を、バッテリＥＣＵ８に送信するすることもできる。

電源装置は、電池本１Ａの電流を検出する電池電流検出回路１１を設けている。この電池電流検出回路１１は、電池本１Ａに流れる電流をシャント抵抗（図示せず）の両端電圧を測定することにより検出してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備える。なお、シャント抵抗に代えて、ホール素子等、電流値を測定することができる素子を用いても良い。Ａ／Ｄ変換器で変換されたデジタル信号の電池電流は、バッテリＥＣＵ８に入力される。

バッテリＥＣＵ８においては、電池電流検出回路１１から入力されるデジタル信号により、電流積算を行い電池容量を演算する。また、このような電流積算による電池容量の演算、検出に代えて、リチウムイオン電池を利用するときは、予め出力電圧と電池容量との関係のデータを保存しておき、出力電圧を測定してデータより電池容量を得ることもできる。

電池状態検出回路９のＡ／Ｄ変換器は、一定のサンプリング周期で、あるいはバッテリＥＣＵ８から入力される信号に制御されて、電圧をデジタル信号に変換する。

バッテリＥＣＵ８との通信処理は、以下のように、ユニット演算回路の通信部にて行われる。この通信部は、電池モジュール１又は素電池１ｃの電池電圧、残容量等の各種の電池情報（＝電池モジュール状態）をバッテリＥＣＵ８が受信できる信号データに作成する通信データ作成部と、バッテリＥＣＵ８と実際に通信を行うためのドライバ部と、残容量を算出するための各種パラメータの記憶や諸々のデータを記憶する為のメモリを備えている。また、バッテリＥＣＵ８から電池状態検出回路９における各種データ種類送信の要求信号をドライバ部にて受け、通信データ作成部にて作成されたデータ信号をドライバ部から送信する。なお、ユニット演算回路は、演算した残容量を一定の周期でバッテリＥＣＵ８に出力することもできる。

更に、各々の電池状態検出回路９は、電池モジュール状態データ等のデータ信号に基づいて光信号を発するモジュール側発光素子９Ｅ（例えば、発光ダイオードが利用できる）を備えている。また、バッテリＥＣＵ８からの要求信号を受信するために、各々の電池状態検出回路９は、モジュール側受光素子９Ｒ（例えば、フォトダイオードが利用できる）を備えている。

また、バッテリＥＣＵ８は、モジュール側発光素子９Ｅからの光信号を受信するＥＣＵ側受光素子８Ｒ（例えば、フォトダイオードが利用できる）を備え、要求信号を発する信号処理を行うために、バッテリＥＣＵ８は光信号を発信するＥＣＵ側発光素子８Ｅ（例えば、フォトダイオードが利用できる）を備えている。

モジュール側発光素子９ＥとＥＣＵ側受光素子８Ｒとの光伝送を可能とするＥＣＵ方向光伝達機構２０を備える。また、ＥＣＵ側発光素子８Ｅと電池モジュール側受光素子９Ｒとの光伝送を可能とするモジュール方向光伝達機構２１を備える。

図２に示すように、ＥＣＵ方向光伝達機構２０において、基板２１と、この上に光伝達媒体２２が配置されている。細長い矩形状の基板２１上の１長辺側に、各モジュール制御手段９に対応したモジュール側発光素子９Ｅが設置され、対向する長辺側に、ＥＣＵ側受光素子８Ｒが設置されている。基板２１の中央に、略断面形状が矩形の角柱型の光伝達媒体２２が設置されている。モジュール側発光素子９Ｅからの光（図２において実線矢印で示す）が、光伝達媒体２２の側面に入射され、この光である光信号が、光伝達媒体２２中を進行し（光の進路を図の点線で示す）、ＥＣＵ側受光素子８Ｒがこの光信号を受光して、電気信号に変換している。

電池モジュール方向光伝達機構３０も、上述のＥＣＵ方向光伝達機構２０と同様な構造であって、以下に説明する。電池モジュール方向光伝達機構３０において、基板３１と、この上に光伝達媒体３２が配置されている。細長い矩形状の基板３１上の１長辺側に、各モジュール制御手段９に対応したモジュール側受光素子９Ｅが設置され、対向する長辺側に、ＥＣＵ側発光素子８Ｅが設置されている。基板３１の中央に、略断面形状が矩形の角柱型の光伝達媒体３２が設置されている。ＥＣＵ側発光素子８Ｅからの光（図２において実線矢印で示す）が、光伝達媒体３２の側面に入射され、この光である光信号が、光伝達媒体３２中を進行し（光の進路を図２の点線で示す）、モジュール側受光素子９Ｒがこの光信号を受光して、電気信号に変換している。

なお、光伝達媒体２２、３２の材質としては、アクリル、ガラス等の光伝達性が良い材料が使用でき、安価に作成できる。光伝達媒体２２、３２より、光が出入りする部分（＝受光素子、発行素子と対向する部分）を除いて、スモーク状の加工（＝すりガラスに表面を凹凸化する加工）するなら、光の伝達は良好である。

そして、断面図に示すように、ＥＣＵ方向光伝達機構２０、モジュール方向光伝達機構３０を積層して、配置して利用している。

図３は、図２に示すＥＣＵ方向光伝達機構２０、電池モジュール方向光伝達機構３０のひとつの例を示す構造であり、両者を並べて配置してパッケージしたものであり、バッテリＥＣＵ８、電池状態検出回路９と、各発行素子、受光素子との電気接続は、各素子から下部に延在する金属リードＭにて行う。図３（ａ）に示す断面図は、ＥＣＵ方向光伝達機構２０、電池モジュール方向光伝達機構３０に共通した断面図である。

以上の電源装置は、以下の手順で、電池状態検出回路９と、バッテリＥＣＵ８との通信を行う。このような手順は、いわゆる、マスタ−スレーブ方式の通信方式であって、全てマスター側（バッテリＥＣＵ８）からの要求信号から、通信が始まっている。
(1)各電池状態検出回路９には、事前に、アドレス（＝識別子）が割り振られている。バッテリＥＣＵ８から、要求する電池状態検出回路９のアドレス（＝識別子）を付加した要求信号（要求するデータ種類（例えば、電圧、温度）を特定したもの）を、電池状態検出回路９に送信する。
(2)各電池状態検出回路９は、バッテリＥＣＵ８から要求信号を受信し、アドレスを認識する。そして、該アドレスが、各モジュール制御手段９のアドレスと一致するかどうかを判定する。
(3)アドレスが一致するのであれば、要求信号が要求するデータ種類のデータを、電池状態検出回路９のメモリーより読み取り、電池状態検出回路９より、バッテリＥＣＵ８に送信する。また、アドレスが一致しないときは、その電池状態検出回路９は、受信待機を継続することになる。

以上の手順のように、バッテリＥＣＵ８の要求信号には、アドレス（＝識別子）が割り振られていることより、多数の電池状態検出回路９があるものの、所望の電池状態検出回路９より、所望のデータを得ることができる。

以上のように、本実施例においては、電池モジュール状態について、電池状態検出回路と電子制御ユニットとの通信を、ＥＣＵ方向光伝達機構と、電池モジュール方向光伝達機構を介して行うことができるので、配線数が増えることなく、また、光伝送であるので、雑音に強く、過大な電圧が伝達されることも少ない。

本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック回路図である。ＥＣＵ方向光伝達機構、電池モジュール方向光伝達機構の構造を示す平面図であり、素子は電気回路記号にて示している。本発明の一実施例の光伝達機構を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は、側面図である。

符号の説明

１…電池モジュール
１Ａ…電池体
８…バッテリＥＣＵ（＝バッテリ電子制御ユニット）
９…電池状態検出回路
１１…電池電流検出回路
２０…ＥＣＵ方向光伝達機構
３０…電池モジュール方向光伝達機構
８Ｅ…ＥＣＵ側発光素子
８Ｒ…ＥＣＵ側受光素子
９Ｒ…電池モジュール側受光素子
９Ｅ…電池モジュール側発光素子

Claims

複数の電池モジュールを直列に接続している電池体と、各前記電池モジュールに対応した複数の電池状態検出回路と、各々の電池状態検出回路に光伝達機構を介して接続して前記電池モジュールの状態を監視する電子制御ユニットとを備え、
前記電池状態検出回路の各々が、電池モジュール状態を検出する検出器と、該検出器からの出力を基に、電池モジュール状態データを演算する演算回路とを備え、
前記演算回路は、前記電池モジュール状態データを光信号にて前記光伝達機構を介して前記電子制御ユニットに伝送する通信処理を行う機能を備え、
各々の前記電池状態検出回路は、前記光信号を発する電池モジュール側発光素子と、前記電子制御ユニットは、該光信号を受信するＥＣＵ側受光素子を備え、前記電池モジュール側発光素子と前記ＥＣＵ側受光素子との光伝送を可能とするＥＣＵ方向光伝達機構を有し、
信号処理を行うために前記電子制御ユニットは光信号を発信するＥＣＵ側発光素子を備え、前記電池状態検出回路は該光信号を受信するための電池モジュール側受光素子を備え、ＥＣＵ側発光素子と電池モジュール側受光素子との光伝送を可能とする電池モジュール方向光伝達機構を備えることを特徴とする電源装置。
前記検出器が、電池電圧又は電池温度を検出することを特徴とする請求項１のの電源装置。