特許 7499699 セル監視回路、及び、管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-06

(45)【発行日】2024-06-14

(54)【発明の名称】セル監視回路、及び、管理システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20240607BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20240607BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240607BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20240607BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H01M10/42 P

H01M10/44 P

G01R19/00 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020539491

(86)(22)【出願日】2019-08-27

(86)【国際出願番号】 JP2019033491

(87)【国際公開番号】W WO2020045418

(87)【国際公開日】2020-03-05

【審査請求日】2022-08-19

(31)【優先権主張番号】P 2018160104

(32)【優先日】2018-08-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】小林 仁

【審査官】大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１１４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５６７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２７６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５３８３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８

Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｇ０１Ｒ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セル監視回路であって、
蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、
前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる交流電源から絶縁状態で電力供給を受けるための絶縁素子と、
前記蓄電セルの状態を管理する管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路と、
前記交流電源から前記絶縁素子を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記計測回路に供給する変換回路とを備え、
前記絶縁素子の一次側は、交流電力線を介して前記交流電源に接続され、
前記絶縁素子の二次側は、前記通信回路と前記変換回路に接続され、
前記交流電力線には、前記セル監視回路とは異なる他のセル監視回路、及び、前記管理装置が接続され、
前記通信回路は、前記交流電源から前記セル監視回路に交流電力の供給が行われているときに、前記交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して前記管理装置が備える制御マイコンと通信を行う
セル監視回路。

【請求項2】

前記通信回路は、前記周波数帯域のうちの一部を前記セル監視回路に割り当てられた通信チャンネルとして使用する
請求項１に記載のセル監視回路。

【請求項3】

さらに、前記変換回路の出力電圧に応じて前記計測回路の起動または停止を制御するための制御信号を出力する電圧検知回路を備える
請求項１または２に記載のセル監視回路。

【請求項4】

さらに、前記交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成するクロック生成回路を備え、
前記計測回路は、生成された前記クロック信号に基づいて前記蓄電セルの蓄電量を計測する
請求項１～３のいずれか１項に記載のセル監視回路。

【請求項5】

さらに、前記セル監視回路を他のセル監視回路と識別するための識別情報が記憶される記憶部を備える
請求項１～４のいずれか１項に記載のセル監視回路。

【請求項6】

蓄電セルの状態を管理する管理装置と、
セル監視回路とを備え、
前記セル監視回路は、
前記蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、
前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる交流電源から絶縁状態で電力供給を受けるための絶縁素子と、
前記管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路と、
前記交流電源から前記絶縁素子を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記計測回路に供給する変換回路とを備え、
前記絶縁素子の一次側は、交流電力線を介して前記交流電源に接続され、
前記絶縁素子の二次側は、前記通信回路と前記変換回路に接続され、
前記交流電力線には、前記セル監視回路とは異なる他のセル監視回路、及び、前記管理装置が接続され、
前記通信回路は、前記交流電源から前記セル監視回路に交流電力の供給が行われているときに、前記交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して前記管理装置が備える制御マイコンと通信を行う
管理システム。

【請求項7】

前記管理システムは、複数の前記蓄電セルに対応する複数の前記セル監視回路を備え、
複数の前記セル監視回路のそれぞれは、当該セル監視回路が備える前記絶縁素子を介して、複数の前記セル監視回路に共通の前記交流電力線に接続され、
前記管理装置は、前記交流電力線を介して複数の前記セル監視回路のそれぞれと通信を行う
請求項６に記載の管理システム。

【請求項8】

複数の前記セル監視回路のそれぞれは、前記周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路に割り当てられた通信チャンネルとして使用する
請求項７に記載の管理システム。

【請求項9】

複数の前記セル監視回路のそれぞれは、
さらに、当該セル監視回路を他のセル監視回路と識別するための識別情報が記憶される記憶部を備え、
計測された蓄電量に、当該セル監視回路の識別情報が付与された前記情報を前記管理装置に送信する
請求項７または８に記載の管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、セル監視回路、及び、これを備える管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、動作電源の冗長性を向上させることで、動作の信頼性を確保することができる電池電圧監視装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１６３８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セルバランスが崩れることを抑制することができるセル監視回路、及び、これを用いた管理システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係るセル監視回路は、蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる電源から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、前記蓄電セルの状態を管理する管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路とを備える。

【0006】

本開示の一態様に係る管理システムは、蓄電セルの状態を管理する管理装置と、セル監視回路とを備え、前記セル監視回路は、前記蓄電セルの蓄電量を計測する計測回路と、前記計測回路が前記蓄電セルとは異なる電源から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子と、前記管理装置に、前記計測回路によって計測された前記蓄電量を示す情報を、前記絶縁素子を介して送信する通信回路とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セルバランスが崩れることを抑制することができるセル監視回路、及び、これを用いた管理システムが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態１に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。

【図2】図２は、実施の形態２に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。

【図3】図３は、実施の形態３に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。

【図4】図４は、実施の形態３に係るＢＭＳにおける、ＢＭＵ及び複数のセル監視回路の接続関係を示す図である。

【図5】図５は、伝送路のインピーダンスの周波数特性を示す図である。

【図6】図６は、伝送路の電力スペクトラムを示す図である。

【図7】図７は、実施の形態３の変形例に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。

【図8】図８は、実施の形態４に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態１）
［構成］
以下、実施の形態１に係るＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリマネジメントシステム）について説明する。まず、実施の形態１に係るＢＭＳの構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。

【0010】

実施の形態１に係るＢＭＳ１００は、例えば、電気自動車などの車両に搭載される。ＢＭＳ１００は、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）１０と、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路（ＣＳＣ：Ｃｅｌｌ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０とを備える。図１では、組電池２０及びセル監視回路３０は、２つずつ図示されているが、組電池２０及びセル監視回路３０の数は２つに限定されず、３つ以上であってもよい。また、ＢＭＳ１００は、組電池２０及びセル監視回路３０のそれぞれを１つだけ備えてもよい。

【0011】

ＢＭＵ１０は、複数の組電池２０の状態の監視、及び、複数の組電池２０の制御を行う。組電池２０は、複数の二次電池セル２１を含むが、少なくとも１つの二次電池セル２１を含めばよい。二次電池セル２１は、蓄電セルの一例である。二次電池セル２１は、具体的には、リチウムイオン電池であるが、ニッケル水素電池などその他の電池であってもよい。複数の二次電池セル２１は、例えば、直列接続されるが、一部または全部が並列接続されていてもよい。

【0012】

なお、組電池２０が１つ以上の二次電池セル２１によって構成されることは必須ではなく、１つ以上の蓄電キャパシタセルによって構成されてもよい。蓄電キャパシタセルは、蓄電セルの別の一例である。蓄電キャパシタセルは、具体的には、電気二重層コンデンサであるが、リチウムイオンキャパシタなどであってもよい。

【0013】

ＢＭＵ１０は、具体的には、複数の通信回路１１と、複数の一次側電源回路１２と、制御マイコン１３とを備える。図１では、通信回路１１及び一次側電源回路１２は、２つずつ図示されているが、ＢＭＵ１０は、通信回路１１及び一次側電源回路１２を、セル監視回路３０に対応する数だけ備えていればよい。なお、ＢＭＵ１０は、少なくとも制御マイコン１３を備えていればよい。

【0014】

通信回路１１は、ＢＭＵ１０がセル監視回路３０と通信を行うための回路である。通信回路１１は、具体的には、信号を送信するための送信回路、フィルタ、及び、増幅回路、並びに、信号を受信するための受信回路、フィルタ、及び、増幅回路などを含む。

【0015】

一次側電源回路１２は、トランス３８、及び、二次側電源回路３９とともに、スイッチング電源回路４０を構成する。スイッチング電源回路４０は、組電池２０とは異なる経路でセル監視回路３０へ非接触給電を行うための電源回路である。つまり、セル監視回路３０は、組電池２０ではなく、スイッチング電源回路４０によって供給される電力によって動作する。

【0016】

制御マイコン１３は、複数の組電池２０の状態の監視、及び、複数の組電池２０の制御を行う。

【0017】

複数のセル監視回路３０は、複数の組電池２０に１対１で対応する回路である。セル監視回路３０は、回路モジュールであり、基板に回路部品が実装されることによって形成される。セル監視回路３０は、具体的には、計測回路３１と、通信回路３７と、トランス３８と、二次側電源回路３９とを備える。

【0018】

計測回路３１は、組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１それぞれの蓄電量を計測する。計測回路３１は、具体的には、組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１それぞれの電圧値を当該二次電池セル２１の蓄電量を示すパラメータとして計測する。計測回路３１は、複数の二次電池セル２１に対応する複数のスイッチング素子３２と、マルチプレクサ３３と、ＡＤ変換器３４と、記憶部３５と、制御回路３６とを備える。計測回路３１は、蓄電量を直接または間接に示すパラメータを計測すればよい。

【0019】

複数のスイッチング素子３２は、オンすることで対応する複数の二次電池セル２１の個々の蓄電量を放電させて調整する。

【0020】

マルチプレクサ３３は、選択回路であり、複数の二次電池セル２１の両端の電圧値を選択する。

【0021】

ＡＤ変換器３４は、マルチプレクサ３３によって選択入力されるアナログの電圧値をデジタルの電圧値に変換する。

【0022】

記憶部３５は、例えば、不揮発性の半導体メモリであり、セル監視回路３０を他のセル監視回路３０と識別するためのアドレス（言い換えれば、識別情報または認識符号）が記憶される。このアドレスは、組電池２０を他の組電池２０と識別するための識別情報と考えることもできる。なお、図１の例では、記憶部３５は、計測回路３１の一部として図示されている（つまり、計測回路３１によって備えられている）が、計測回路３１とは別の構成要素とされてもよい。

【0023】

制御回路３６は、ＡＤ変換器３４から出力されるデジタルの電圧値に、記憶部３５に記憶されたアドレスを付与した情報（計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報とも記載される）を生成し、生成した情報を通信回路３７に出力する。制御回路３６は、言い換えれば、制御ロジック回路である。

【0024】

通信回路３７は、組電池２０の状態を管理するＢＭＵ１０に、計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する。通信回路３７は、具体的には、信号を送信するための送信回路、フィルタ、及び、増幅回路、並びに、信号を受信するための受信回路、フィルタ、及び、増幅回路などを含む。

【0025】

トランス３８は、計測回路３１が組電池２０とは異なる電源（具体的には、一次側電源回路）から非接触で電力供給を受けるための絶縁素子である。トランス３８、二次側電源回路３９、及び、一次側電源回路は、スイッチング電源回路４０を構成する。なお、セル監視回路３０は、トランス３８に代えて他のコイル素子を絶縁素子として備えてもよい。

【0026】

スイッチング電源回路４０は、組電池２０とは異なる経路でセル監視回路３０へ非接触給電を行うための電源回路である。計測回路３１及び通信回路３７は、組電池２０ではなく、スイッチング電源回路４０によって供給される電力によって動作する。スイッチング電源回路４０は、言い換えれば、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。

【0027】

なお、スイッチング電源回路４０のスイッチング周波数は、例えば、３５０ｋＨｚ程度であり、セル監視回路３０（通信回路３７）とＢＭＵ１０（通信回路１１）との通信における搬送波の周波数帯域は、３５０ｋＨｚよりも高い。

【0028】

［効果等］
一般的なＢＭＳは、組電池２０の過充電による発熱、発火、爆発、及び、劣化を抑制し、かつ、充電によって二次電池セル２１の蓄電量を最大化するために。組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の蓄電量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を均等化するセルバランス処理を行った上で組電池を充電する。このとき、ＢＭＵは、二次電池セルの蓄電量（言い換えれば、二次電池セルの電圧値）を管理するために、複数のセル監視回路と、デージ（数珠つなぎ）通信を実施する。

【0029】

一般的なＢＭＳにおいては、複数のセル監視回路のそれぞれは、当該セル監視回路の監視対象の組電池（二次電池セル）から電力の供給を受ける。このような構成においては、複数のセル監視回路の動作電力のばらつきが、セルバランスが崩れる要因となる。特に、複数のセル監視回路の通信頻度の違いによって生じる動作電力のバラツキは、セルバランスが崩れる大きな要因となる。

【0030】

セルバランスが崩れることを抑制するため、組電池と異なる別電源（ＢＭＳが車載用途の場合は、１２Ｖバッテリなど）からセル監視回路へ電力を供給する方法が考えられる。この方法においては、上記別電源と組電池とは、ガルバニックアイソレーションされる必要がある。別電源からセル監視回路へ電力を供給する方法は、具体的には、トランスを用いた絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータによるセル監視回路へ給電などである。

【0031】

しかしながら、別電源からセル監視回路へ電力を供給する方法を一般的なＢＭＳに適用する場合、複数のセル監視回路とＢＭＵとの間に、電力供給経路（例えば、配線またはハーネスなど）を設ける必要がある。そうすると、部品点数の増加、及び、重量の増大などの新たな課題が生じる。

【0032】

これに対し、ＢＭＳ１００は、スイッチング電源回路４０による電力供給経路（電力線５０及びトランス３８）を、ＢＭＵ１０及びセル監視回路３０の通信経路としても使用するため、電力供給経路を別途設ける必要がない。つまり、ＢＭＳ１００は、部品点数の増加、及び、重量の増大などを抑制し、かつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。

【0033】

［複数のセル監視回路を区別する方法］
次に、記憶部３５に記憶されるアドレスの意義について説明する。ＢＭＳ１００においては、二次電池セル２１毎に蓄電量を管理する必要があるため、セル監視回路３０の上位システムであるＢＭＵ１０が個々の二次電池セル２１を特定できる仕組みが必要になる。

【0034】

ここで、一般的なＢＭＳでは、デージ通信が行われ、デージ通信においてはバケツリレー式に通信が行われるため、通信開始時に複数のセル監視回路３０のそれぞれに固有のアドレスが順番に付与される。これに対し、ＢＭＳ１００では、複数のセル監視回路３０が並行してＢＭＵ１０と通信を行うため、順番にアドレスを付与する方法を使用することはできないという課題がある。

【0035】

そこで、ＢＭＳ１００では、セル監視回路３０が備える記憶部３５に当該セル監視回路３０に固有のアドレスが記憶される。セル監視回路３０は、計測回路３１によって計測された電圧値に、当該セル監視回路３０のアドレスが付与された情報をＢＭＵ１０に送信する。これにより、ＢＭＵ１０は、通信によって取得した電圧値がどのセル監視回路３０から送信されたものか（どの組電池２０の電圧値か）を区別して管理することができる。１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の電圧値は順番に送信されるため、１つの組電池２０に含まれる複数の二次電池セル２１の区別は、例えば、この順番によって行われる。

【0036】

（実施の形態２）
［構成］
以下、実施の形態２に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態２に係るＢＭＳの構成について説明する。図２は、実施の形態２に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。

【0037】

実施の形態２に係るＢＭＳ１００ａは、ＢＭＵ１０ａと、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ａとを備える。

【0038】

ＢＭＵ１０とＢＭＵ１０ａとの相違点は、ＢＭＵ１０ａは、一次側電源回路１２に代えて、交流電源１２ａを備えている点である。交流電源１２ａは、交流電力線５０ａを介してセル監視回路３０ａに交流電力を供給する。つまり、ＢＭＳ１００ａでは、ＢＭＵ１０ａからセル監視回路３０ａにガルバニックアイソレーション境界を超えて交流電力が供給される。

【0039】

セル監視回路３０とセル監視回路３０ａとの相違点は、セル監視回路３０ａは、二次側電源回路３９に代えて、変換回路３９ａを備えている点である。

【0040】

変換回路３９ａは、交流電源１２ａからトランス３８を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を計測回路３１及び通信回路３７に供給する。つまり、実施の形態２では、トランス３８は、計測回路３１が組電池２０とは異なる交流電源１２ａから非接触で電力供給を受けるための絶縁素子である。変換回路３９ａは、具体的には、全波整流回路、平滑回路、及び、レギュレータなどによって構成される。交流電源１２ａの周波数は、例えば、３５０ｋＨｚであり、実効値は、例えば、５Ｖである。なお、交流電源１２ａの周波数、及び、実効値は特に限定されない。

【0041】

［効果等］
実施の形態１で説明したスイッチング電源回路４０は、スイッチング周波数、及び、スイッチングパルス幅が変動するため、スイッチングノイズの周波数成分が広範囲に広がる場合がある。つまり、通信品質を確保することが難しい可能性がある。

【0042】

これに対し、ＢＭＳ１００ａは、交流電力が伝送される交流電力線５０ａを介して通信が行われる。交流電力の波形が単一周波数の正弦波であれば、周波数成分は広がりにくいため、通信品質を確保しやすい効果が得られる。また、周波数成分は広がりにくいことにより、通信を行う周波数帯の自由度も向上される。

【0043】

（実施の形態３）
［構成］
以下、実施の形態３に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態３に係るＢＭＳの構成について説明する。図３は、実施の形態３に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態３では、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１及び２で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。

【0044】

実施の形態３に係るＢＭＳ１００ｂは、ＢＭＵ１０ｂと、複数の組電池２０と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ｂとを備える。

【0045】

ＢＭＵ１０ａとＢＭＵ１０ｂとの相違点は、ＢＭＵ１０ｂは、通信回路１１及び交流電源１２ａをそれぞれ１つだけ備え、さらに、トランス１４を備える点である。なお、ＢＭＵ１０ｂは、トランス１４に変えて他のコイル素子を絶縁素子として備えてもよい。

【0046】

ＢＭＵ１０ｂの通信回路１１は、トランス１４を介して交流電力線５０ｂに接続される。具体的には、トランス１４の一次側コイルが通信回路１１に接続され、トランス１４の二次側コイルが交流電力線５０ｂに接続される。

【0047】

この交流電力線５０ｂは複数のセル監視回路３０ｂによって共用される。つまり、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、当該セル監視回路３０ｂが備えるトランス３８を介して、複数のセル監視回路３０ｂに共通の交流電力線５０ｂに接続される。具体的には、トランス３８の一次側コイルが交流電力線５０ｂに接続され、トランス３８の二次側コイルが通信回路３７及び変換回路３９ａに接続される。

【0048】

このような接続関係により、ＢＭＵ１０ｂは、交流電力線５０ｂを介して複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれと通信を行うことができる。交流電力線５０ｂは、デージ通信線である。

【0049】

セル監視回路３０ａとセル監視回路３０ｂとの相違点は、セル監視回路３０ｂは、クロック生成回路３９ｂを備える点である。

【0050】

クロック生成回路３９ｂは、交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成する。計測回路３１は、生成されたクロック信号に基づいて二次電池セル２１の電圧値を計測する。クロック生成回路３９ｂは、具体的には、位相同期回路（言い換えれば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路）によって実現される。

【0051】

［効果等］
ＢＭＳ１００ｂでは、単一の交流電源１２ａを用いて、複数のセル監視回路３０ｂへガルバニックアイソレーション境界を超えて交流電力を供給することができる。また、専用の交流電力線５０ｂにより、容易に通信を行うことができる。

【0052】

ＢＭＳ１００ｂに類似する構成として、複数の組電池２０を接続する電源ライン（バスバーとも呼ばれる）を使用してＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を行う構成が想定される。このような構成では、通信線を不要にすることができる。

【0053】

ここで、一般的に、バスバーはＧＮＤ配線がない単配線であるため、通信の伝送線路として使用するにはノイズ耐性が低いという課題がある。また、バスバーには大電流が断続的に流されることから非常に大きな外乱ノイズが発生する。このため通信品質を確保することが難しいという課題もある。

【0054】

しかしながら、ＢＭＳ１００ｂでは、バスバーとは別の交流電力線５０ｂを用いて、通信が行われる。具体的には、ＢＭＳ１００ｂでは、交流電源１２ａからガルバニックアイソレーション境界を超えて複数のセル監視回路３０ｂへの電力供給が行われるとともに、交流電力線５０ｂを用いて通信が行われる。これにより、複数のセル監視回路３０ｂ間に電力供給経路（具体的には、配線またはハーネスなど）を新たに設けることなく、通信品質の高い通信が可能となる。

【0055】

［通信の周波数帯域］
次に、ＢＭＳ１００ｂにおける通信の搬送波の周波数帯域について説明する。図４は、ＢＭＳ１００ｂにおける、ＢＭＵ１０ｂ及び複数のセル監視回路３０ｂの接続関係を示す図であり、図５は、交流電力線５０ｂを含む伝送路のインピーダンスの周波数特性を示す図である。

【0056】

図４及び図５に示されるように、交流電力線５０ｂを含む伝送路は、交流電力の周波数に適した特性を有している。具体的には、伝送路の共振周波数は、交流電力の周波数と実質的に同じ周波数に設定される。伝送路の共振周波数、及び、交流電力の周波数は、例えば、数百ｋＨｚであり、図４及び図５の例では、３５０ｋＨｚである。これにより、ロスの少ない電力供給が実現される。

【0057】

また、ＢＭＳ１００ｂにおいては、通信において使用される周波数帯域は、交流電力の周波数よりも高い。つまり、セル監視回路３０ｂの通信回路３７は、交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。通信の搬送波周波数は、例えば、２０ＭＨｚである。

【0058】

このように、通信の搬送波周波数が交流電力線５０ｂの共振周波数から離れた高い周波数帯域に設定されれば、ＢＭＳ１００ｂは、伝送路のインピーダンス特性においてインピーダンスが高い周波数帯域を使用して比較的低い通信電力で通信を行うことができる。なお、このような周波数帯域の設定の仕方は、実施の形態１及び２にも適用できる。

【0059】

［通信のチャンネル］
また、通信に使用される周波数帯域は、複数の周波数チャンネルに分割されてもよい。図６は、交流電力線５０ｂを含む伝送路の電力スペクトラムを示す図である。

【0060】

図６に示されるように、ＢＭＳ１００ｂは、通信で使用する周波数帯域の複数の通信チャンネル１～ｎ（ｎは２以上の自然数）に分割する。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路３０ｂに割り当てられた通信チャンネルとして使用する。これにより、通信速度及び通信品質を向上することができる。

【0061】

例えば、送信チャンネルと受信チャンネルとを区別することで全二重通信が実現される。また、複数のセル監視回路３０ｂにそれぞれ別の通信チャンネルを割り当てて通信することで、複数のセル監視回路３０ｂとＢＭＵ１０ｂ間の同時通信が実現される。また、ＢＭＳ１００ｂは、複数の通信チャンネルから通信状態が最も良好な通信チャンネルを選択して通信を行うこともでき、また、２つの通信チャンネルを同じ信号の送信に使用し、受信側で受信された信号の比較を行うことで冗長通信が実現される。なお、このような周波数帯域を複数の通信チャンネルに分ける手法は、実施の形態１及び２にも適用できる。

【0062】

［クロック生成回路］
次に、クロック生成回路３９ｂの意義について説明する。一般的に、組電池のＳＯＣ及びＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅｌｔｈ）を正確に算出するには、正確なＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）求めることが必要である。しかしながら、組電池２０がセットに組み込まれた状態では、実際に負荷をゼロにして正確なＯＣＶを測定することは困難である。

【0063】

そこで、二次電池セル２１の内部インピーダンスを計測することで、セル電圧の計測値から動作時電流及び内部インピーダンスによる電圧降下分を差し引いてＯＣＶを算出する方法が考えられる。この方法によって正確なＯＣＶを算出するためには、複数の二次電池セル２１の電圧の計測タイミングと電流の計測タイミングとを高い精度で一致させる必要がある。

【0064】

また、一般的には、この電流の計測は、バスバーの１箇所を対象としてＢＭＵ側で行われ、複数のセル監視回路のそれぞれは、個別のクロック発振器を備え、複数のセル監視回路は同期することなく独立に動作する。この場合、電圧の計測タイミングは、デージ通信によってＢＭＵ側から指示されるが、通信時間の遅れと複数のセル監視回路のクロック発信器のバラツキにより、電流と電圧との計測タイミングを精度良く同期させることができない。

【0065】

これに対し、ＢＭＳ１００ｂでは、複数のセル監視回路３０ｂに単一の交流電源１２ａから交流電力が供給されている。したがって、クロック生成回路３９ｂが交流電力の周波数に基づいてクロック信号を生成することで、複数のセル監視回路３０ｂそれぞれのシステムクロックを同期させることができる。さらに、交流電力の周波数にＢＭＵ１０ｂ側の電流計測タイミングを同期させることで、セル監視回路３０ｂが行う二次電池セル２１の電圧の計測タイミングと、ＢＭＵ１０ｂ側の電流の計測タイミングとを精度良く同期させることができる。

【0066】

そうすると、ＢＭＳ１００ｂは、二次電池セル２１の内部インピーダンスを正確に計測することで正確なＯＣＶを算出することができ、より高精度にＳＯＣ及びＳＯＨを算出することができる。

【0067】

［変形例］
セル監視回路３０ｂは、１つの二次電池セル２１のみを監視対象としてもよい。図７は、セル監視回路３０ｂが１つの二次電池セル２１のみを監視対象とするＢＭＳ（実施の形態３の変形例に係るＢＭＳ）の機能構成の概略を示す図である。図７に示されるＢＭＳ１００ｃでは、計測回路３１ｃは、マルチプレクサ３３を備えていない。つまり、ＢＭＳ１００ｃでは、マルチプレクサ３３を省略することが可能である。なお、実施の形態１及び２において、セル監視回路３０またはセル監視回路３０ａは、１つの二次電池セル２１のみを監視対象としてもよい。

【0068】

（実施の形態４）
以下、実施の形態４に係るＢＭＳについて説明する。まず、実施の形態４に係るＢＭＳの構成について説明する。図８は、実施の形態４に係るＢＭＳの機能構成の概略を示す図である。なお、実施の形態４では、実施の形態１～３との相違点を中心に説明が行われ、実施の形態１～３で説明された事項については、適宜、説明が省略または簡略化される。

【0069】

実施の形態３に係るＢＭＳ１００ｄは、ＢＭＵ１０ｂと、複数の組電池２０（図８で図示せず）と、複数の組電池２０に対応する複数のセル監視回路３０ｄとを備える。

【0070】

セル監視回路３０ｄは、変換回路３９ａの後段に電圧検知回路３９ｄを備える。図示されないが、セル監視回路３０ｄのその他の構成は、セル監視回路３０ｂと同様である。

【0071】

電圧検知回路３９ｄは、変換回路３９ａの出力電圧に応じて計測回路３１の起動または停止を制御するための制御信号を出力する。電圧検知回路３９ｄは、具体的には、コンパレータ回路などによって実現され、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧以上になると制御信号（ハイレベル）を出力する。電圧検知回路３９ｄは、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧未満の場合は制御信号を停止する（ローレベル）。なお、制御信号の論理は逆であってもよく、電圧検知回路３９ｄは、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧未満の場合に制御信号（ハイレベル）を出力し、変換回路３９ａの出力電圧が所定電圧以上の場合は制御信号を停止（ローレベル）してもよい。

【0072】

上述のように、変換回路３９ａは、交流電源１２ａからの交流電力を直流電力に変換するため、電圧検知回路３９ｄは、セル監視回路３０ｄに交流電源１２ａから交流電力が供給され始めると制御信号を出力する回路であるといえる。この制御信号は、例えば、セル監視回路３０ｄの起動または停止を制御するための信号（例えば、パワーオンリセット信号など）であり、具体的には、制御回路３６に出力される。

【0073】

一般的に、組電池２０が使用されていないときには、セル監視回路をシャットダウンして、組電池２０の電力消費を極力抑える必要がある。例えば、ＢＭＳが電気自動車に搭載される場合、電気自動車が停止している状態で組電池２０の充電が行われずに１～２年程度放置されても、組電池２０が完全放電状態にならないこと（電気自動車が動作できること）が必要である。

【0074】

セル監視回路をシャットダウンするために、セル監視回路（より詳細には、セル監視回路に相当するバッテリマネジメントＩＣ。言い換えれば、電池監視ＩＣ。）は、シャットダウンモードを有するが、シャットダウンモード時のセル監視回路を起動させる方法には検討の余地がある。ＢＭＵは、組電池２０などの高電圧系とは別の電源系統を使用するため、基準電圧がセル監視回路と異なる。ＢＭＵがセル監視回路を起動させるには、ガルバニックアイソレーション境界を超えて起動信号をセル監視回路に与える必要がある。

【0075】

起動信号をセル監視回路に与える方法としては、フォトカプラを用いる方法、及び、デージ通信インターフェースを通じて起動信号を送信する方法などが考えられる。フォトカプラを用いる方法では、複数のセル監視回路とＢＭＵとの間を接続する配線またはハーネスが必要であることが課題である。また、デージ通信インターフェースを通じて起動信号を送信する方法では、シャットダウンモード時もセル監視回路３０ｄが起動信号を受信できるように受信回路をオフすることができず、シャットダウンモード時にわずかな消費電力が必要となるという課題がある。

【0076】

これに対し、ＢＭＳ１００ｄでは、ＢＭＵ１０ｂは、交流電源１２ａのオン及びオフによって電圧検知回路３９ｄから計測回路３１への制御信号（つまり、起動信号）のオン及びオフを制御できる。つまり、交流電力を検知する電圧検知回路３９ｄがセル監視回路３０ｄ側に設置されることで、ＢＭＵ１０ｂは、容易にセル監視回路３０ｄを起動することができる。

【0077】

なお、交流電力を直流電力に変換する変換回路３９ａは、具体的には、ダイオードブリッジと平滑コンデンサで構成できるので回路電流は不要である。また、電圧検知回路３９ｄは、交流電力を整流したＤＣ電源に基づいて動作するため、組電池２０側から電源供給を受ける必要がない。したがって、セル監視回路３０ｄのような構成によれば、シャットダウンモード時にセル監視回路３０ｄが消費する組電池２０からの供給電力をほぼゼロにすることができる。

【0078】

（まとめ）
以上説明したように、セル監視回路３０は、二次電池セル２１の蓄電量を計測する計測回路３１と、計測回路３１が二次電池セル２１とは異なる電源から非接触で電力供給を受けるためのトランス３８と、二次電池セル２１の状態を管理するＢＭＵ１０に、計測回路３１によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する通信回路３７とを備える。二次電池セル２１は、蓄電セルの一例であり、トランス３８は、絶縁素子の一例であり、ＢＭＵ１０は、管理装置の一例である。なお、セル監視回路３０ａ、３０ｂ、及び、３０ｄも同様の構成である。

【0079】

このようなセル監視回路３０は、二次電池セル２１とは別の電源からの電力供給経路を、ＢＭＵ１０との通信経路としても使用するため、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。

【0080】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、上記電源は、交流電源１２ａであり、セル監視回路３０ｂは、さらに、交流電源１２ａからトランス３８を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を計測回路３１に供給する変換回路３９ａを備える。

【0081】

このようなセル監視回路３０ｂは、交流電力を直流電力に変換して動作することができる。

【0082】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、トランス３８は、交流電力線５０ｂを介してく交流電源１２ａに接続される。交流電力線５０ｂには、セル監視回路３０ｂとは異なる他のセル監視回路３０ｂ、及び、ＢＭＳ１００ｂが接続される。

【0083】

このようなセル監視回路３０ｂは、他のセル監視回路３０ｂと共通の交流電力線５０ｂを用いてＢＭＵ１０と通信を行うことができる。

【0084】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、通信回路３７は、交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。

【0085】

このようなセル監視回路３０ｂは、伝送路のインピーダンス特性においてインピーダンスが高い周波数帯域を使用して比較的低い通信電力で通信を行うことができる。

【0086】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいては、通信回路３７は、周波数帯域のうちの一部をセル監視回路３０ｂに割り当てられた通信チャンネルとして使用する。

【0087】

このようなセル監視回路３０ｂは、通信チャンネルを活用することで、通信速度及び通信品質を向上することができる。

【0088】

また、例えば、セル監視回路３０ｄは、さらに、変換回路３９ａの出力電圧に応じて計測回路３１の起動または停止を制御するための制御信号を出力する電圧検知回路３９ｄを備える。

【0089】

このようなセル監視回路３０ｄによれば、ＢＭＵ１０ｂは、容易にセル監視回路３０ｄを起動することができる。

【0090】

また、例えば、セル監視回路３０ｂは、さらに、交流電力の周波数に同期したクロック信号を生成するクロック生成回路３９ｂを備える。計測回路３１は、生成されたクロック信号に基づいて二次電池セル２１の蓄電量を計測する。

【0091】

これにより、例えば、単一の交流電源１２ａから複数のセル監視回路３０ｂに交流電力が供給されているときには、交流電力を利用して複数のセル監視回路３０ｂそれぞれのシステムクロックを同期させることができる。

【0092】

また、例えば、セル監視回路３０ｂは、さらに、セル監視回路３０ｂを他のセル監視回路３０ｂと識別するためのアドレスが記憶される記憶部３５を備える。アドレスは、識別情報の一例である。

【0093】

このようなセル監視回路３０ｂによって、セル監視回路３０ｂのアドレスが付与された蓄電量が送信されれば、ＢＭＵ１０ｂは、通信によって取得した蓄電量がどのセル監視回路３０ｂから送信されたものかを区別して管理することができる。

【0094】

また、ＢＭＳ１００は、二次電池セル２１の状態を管理するＢＭＵ１０と、セル監視回路３０とを備える。セル監視回路３０は、二次電池セル２１の蓄電量を計測する計測回路３１と、計測回路３１が二次電池セル２１とは異なる電源から非接触で電力供給を受けるためのトランス３８と、ＢＭＵ１０に、計測回路によって計測された蓄電量を示す情報を、トランス３８を介して送信する通信回路３７とを備える。ＢＭＳ１００は、管理システムの一例である。

【0095】

このようなＢＭＳ１００は、二次電池セル２１とは別の電源からの電力供給経路を、ＢＭＵ１０及びセル監視回路３０の通信経路としても使用するため、通信に関する構成要素の追加を抑制しつつ、セル監視回路３０の動作電力のばらつきによってセルバランスが崩れることを抑制することができる。

【0096】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂは、複数の二次電池セル２１に対応する複数のセル監視回路３０ｂを備える。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、当該セル監視回路３０が備えるトランス３８を介して、複数のセル監視回路３０ｂに共通の交流電力線５０ｂに接続される。ＢＭＵ１０ｂは、交流電力線５０ｂを介して複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれと通信を行う。

【0097】

このようなＢＭＳ１００ｂにおいて、ＢＭＵ１０ｂは、複数のセル監視回路３０ｂに共通の交流電力線５０ｂを用いて複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれと通信を行うことができる。

【0098】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいて、ＢＭＵ１０ｂは、交流電力線５０ｂを通じて交流電力の周波数よりも高い周波数帯域を使用して通信を行う。複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、周波数帯域のうちの一部を当該セル監視回路３０ｂに割り当てられた通信チャンネルとして使用する。

【0099】

このようなＢＭＳ１００ｂは、通信チャンネルを活用することで、通信速度及び通信品質を向上することができる。

【0100】

また、例えば、ＢＭＳ１００ｂにおいて、複数のセル監視回路３０ｂのそれぞれは、さらに、当該セル監視回路３０ｂを他のセル監視回路３０ｂと識別するためのアドレスが記憶される記憶部３５を備え、計測された蓄電量に、当該セル監視回路３０ｂのアドレスが付与された情報をＢＭＵ１０ｂに送信する。

【0101】

このようなＢＭＳ１００ｂにおいては、セル監視回路３０ｂによってセル監視回路３０ｂのアドレスが付与された情報が送信さることで、ＢＭＵ１０ｂは、通信によって取得した蓄電量がどのセル監視回路３０ｂから送信されたものかを区別して管理することができる。

【0102】

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。

【0103】

例えば、上記実施の形態では、絶縁素子としてトランスが例示されたが、絶縁素子は、電磁共鳴結合器などの他の絶縁素子であってもよい。

【0104】

また、上記実施の形態では、電気自動車に用いられる組電池が管理対象とされたが、ＢＭＳは、どのような用途の電池を管理してもよい。

【0105】

また、上記実施の形態で説明された回路構成は、一例であり、本開示は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本開示の特徴的な機能を実現できる回路も本開示に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子（トランジスタ）、抵抗素子、または容量素子等の素子が接続されたものも本開示に含まれる。

【0106】

また、上記実施の形態において、セル監視回路に含まれる構成要素は、どのように集積化されてもよい。例えば、計測回路、及び、通信回路は、単一の集積回路として実現されてもよいし、それぞれ別の集積回路として実現されてもよい。

【0107】

また、上記実施の形態では、セル監視回路は、ハードウェアによって実現された。しかしながら、セル監視回路に含まれる構成要素の一部は、当該構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。セル監視回路に含まれる構成要素の一部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。

【0108】

また、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、上記実施の形態において説明された動作において、複数の処理の順序が変更されてもよいし、複数の処理が並行して行われてもよい。

【0109】

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

【0110】

例えば、本開示は、ＢＭＵ、蓄電キャパシタマネジメントシステム、または、蓄電キャパシタマネジメントユニットなどとして実現されてもよい。本開示は、上記実施の形態のセル監視回路またはＢＭＳを搭載した電気自動車などの車両として実現されてもよい。本開示は、上記実施の形態のセル監視回路またはＢＭＳを搭載した車両以外の機器として実現されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0111】

本開示のセル監視回路、及び、これを用いたＢＭＳは、車載用途などに幅広く利用できる。

【符号の説明】

【0112】

１０、１０ａ、１０ｂ ＢＭＵ
１１、３７ 通信回路
１２ 一次側電源回路
１２ａ 交流電源
１３ 制御マイコン
１４、３８ トランス
２０ 組電池
２１ 二次電池セル
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｄ セル監視回路
３１、３１ｃ 計測回路
３２ スイッチング素子
３３ マルチプレクサ
３４ ＡＤ変換器
３５ 記憶部
３６ 制御回路
３９ 二次側電源回路
３９ａ 変換回路
３９ｂ クロック生成回路
３９ｄ 電圧検知回路
４０ スイッチング電源回路
５０ 電力線
５０ａ、５０ｂ 交流電力線
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ ＢＭＳ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】