JPWO2013024541A1 - Battery monitoring device and battery control device provided with the same - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを制御する電池監視装置であって、前記単電池セルの端子間電圧を測定する第1のユニットと、前記単電池セルのバランシング放電を行う第2のユニットと、前記単電池セルの端子間電圧を測定するための、前記単電池セルの正極および負極のそれぞれと前記第1のユニットとを接続する複数の電圧検出線とを備え、各々の前記電圧検出線には第1の抵抗が設けられ、前記第2のユニットには、前記第1の抵抗より前記単電池セル側で、各々の前記電圧検出線から分岐したバランシング線が接続され、前記バランシング線には第2の抵抗が設けられ、前記第2のユニットは前記単電池セルの正極に接続されたバランシング線と負極に接続されたバランシング線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを前記単電池セル毎に備える。The present invention is a battery monitoring apparatus for controlling a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series, the first unit for measuring a voltage between terminals of the unit cells, and balancing discharge of the unit cells. A second unit to perform, and a plurality of voltage detection lines for connecting the first unit and each of the positive electrode and the negative electrode of the unit cell for measuring the voltage between the terminals of the unit cell, Each voltage detection line is provided with a first resistor, and a balancing line branched from each voltage detection line is connected to the second unit on the unit cell side of the first resistor. The balancing line is provided with a second resistor, and the second unit is connected between the balancing line connected to the positive electrode of the unit cell and the balancing line connected to the negative electrode, Comprising a balancing switch for balancing discharge of the battery cells for each of the single-battery cells.
Description
本発明は電池監視装置およびこれを備えた電池制御装置に関する。 The present invention relates to a battery monitoring device and a battery control device including the same.
ハイブリッド自動車(HEV)などでは、所望の高電圧を確保するため、リチウムイオン電池等の二次電池の単電池セルを多数直列接続して構成される組電池が用いられている。このような組電池においては、各単電池セルの充放電状態を管理・制御する制御IC(セルコントローラIC)を用いて単電池セルの管理を行っている(例えば特許文献1参照)。 In a hybrid vehicle (HEV) or the like, an assembled battery configured by connecting a large number of single battery cells of a secondary battery such as a lithium ion battery in series is used in order to ensure a desired high voltage. In such a battery pack, single battery cells are managed using a control IC (cell controller IC) that manages and controls the charge / discharge state of each single battery cell (see, for example, Patent Document 1).
また、リチウムイオン電池等の2次電池は適切なSOCの範囲で充放電を行わないと発熱が増大するなどの不具合を生じる可能性がある。このため、リチウムイオン電池を用いた蓄電装置では、組電池を構成する各単電池(リチウムイオン電池セル等)の電圧を測定し、各単電池の充電状態(SOC)を平準化するために各単電池の蓄積電荷を放電して、各単電池のSOCを均等化するセルバランシングを行うセルコントローラICが用いられている。 In addition, secondary batteries such as lithium ion batteries may cause problems such as increased heat generation unless they are charged and discharged within an appropriate SOC range. For this reason, in a power storage device using a lithium ion battery, the voltage of each unit cell (lithium ion battery cell or the like) constituting the assembled battery is measured, and the level of charge (SOC) of each unit cell is equalized. A cell controller IC is used that performs cell balancing by discharging the stored charge of a single cell to equalize the SOC of each single cell.
また、各単電池のSOCにバラツキがあると、充電動作時間容量はSOCの高い単電池で決定され、放電動作時間容量はSOCの低い単電池で決定されるため、電池群としての充放電可能な容量が少なくなる。さらに、劣化して容量の減少した単電池は充電により他の単電池より早くSOCが上昇するが、SOCが高い状態で充電を行うと更に劣化が加速される。電池群の寿命は劣化した単電池で決定されるため、各単電池間のSOCのバラツキは、電池群としての寿命も短くすることになる。 Also, if there is variation in the SOC of each unit cell, the charging operation time capacity is determined by the unit cell having a high SOC, and the discharge operation time capacity is determined by a unit cell having a low SOC. Capacity is reduced. In addition, the unit cell that has deteriorated and has a reduced capacity has its SOC rising faster than other unit cells due to charging. However, when charging is performed in a state where the SOC is high, the deterioration is further accelerated. Since the life of the battery group is determined by the deteriorated single battery, the variation in SOC between the single batteries also shortens the life of the battery group.
このようなセルバランシングでは、組電池の中の最もSOCの低い単電池セルに合わせるように、他の単電池セルのバランシング放電を行っている。従来その放電時間は全単電池セルの平均SOCで制御されており、またこのSOCは各単電池で測定された端子間電圧から求められている。この端子間電圧は、バランシング放電中は正確に求めることができない。したがって、全単電池セルの充電状態を揃えるためには、例えば特許文献2に記載されているように、所定時間毎に全単電池セルの端子間電圧から平均SOCを算出し、これに基づいた放電を複数回繰り返して、全単電池セルのSOCが収束するような動作が実行されている。
In such cell balancing, balancing discharge of other single battery cells is performed so as to match the single battery cell having the lowest SOC in the assembled battery. Conventionally, the discharge time is controlled by the average SOC of all the unit cells, and this SOC is obtained from the voltage between terminals measured for each unit cell. This inter-terminal voltage cannot be obtained accurately during balancing discharge. Therefore, in order to make the state of charge of all single battery cells uniform, for example, as described in
近年、2次電池の容量は増大しており、例えばプラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)などでは、従来の数倍以上の容量の単電池セルが使用されている。このような大容量の2次電池のSOCを揃える際の放電する電流も大きいため、高速にSOCを揃える方法が必要となっている。 In recent years, the capacity of secondary batteries has increased. For example, in plug-in hybrid vehicles (PHEV), electric vehicles (EV), etc., single battery cells having a capacity several times that of conventional batteries are used. Since a large amount of current is discharged when aligning the SOC of such a large capacity secondary battery, a method for aligning the SOC at high speed is required.
従来のリチウム電池等の単電池セルの充放電状態を管理・制御する電池制御装置では、組電池の全単電池セルの充電状態(SOC)を揃えるまでに時間がかかっていた。 In a conventional battery control device that manages and controls the charge / discharge state of a single battery cell such as a lithium battery, it takes time to align the charge state (SOC) of all the single battery cells of the assembled battery.
(1)本発明の第1の態様によると、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを制御する電池監視装置であって、単電池セルの端子間電圧を測定する第1の制御ユニットと、単電池セルのバランシング放電を行う第2の制御ユニットと、単電池セルの端子間電圧を測定するための、単電池セルの正極および負極のそれぞれと第1の制御ユニットとを接続する複数の電圧検出線とを備え、各々の電圧検出線には第1の抵抗が設けられ、第2の制御ユニットには、第1の抵抗より単電池セル側で、各々の電圧検出線から分岐したバランシング線が接続され、バランシング線には第2の抵抗が設けられ、第2の制御ユニットは単電池セルの正極に接続されたバランシング線と負極に接続されたバランシング線の間に接続された、単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを単電池セル毎に備える。
(2)本発明の第2の態様によると、第1の態様の電池監視装置において、セルグループは複数個設けられ、第1の制御ユニットと第2の制御ユニットは複数のセルグループの各々に対応して設けられ、電池監視装置は、複数の第1の制御ユニットを起動する起動信号を上位制御装置から送信するための第1の通信経路と、複数の第2の制御ユニットを起動する起動信号を上位制御装置から送信するための第2の通信経路と、複数の第1の制御ユニットと上位制御装置との間でデータを送受信するための第3の通信経路と、同期信号を送受信するための第4の通信経路と、複数の第2の制御ユニットと上位制御装置との間でデータを送受信するための第5の通信経路と、同期信号を送受信するための第6の通信経路とを備えることが好ましい。
(3)本発明の第3の態様によると、第2の態様の電池監視装置と、第2の態様の第1乃至第6の通信経路と絶縁素子を介して接続された上位制御装置とを備える電池制御装置である。
(4)本発明の第4の態様によると、第3の態様の電池制御装置において、電池制御装置は、第1の制御ユニットを制御して、一の単電池セルの端子間電圧の測定を行い、第2の制御ユニットを制御して、この単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチの端子間電圧の測定を、この単電池セルのバランシング放電中に同期して行ない、この単電池セルの端子間電圧の測定結果と第2の制御ユニットによるバランシングスイッチの端子間電圧の測定結果と、第2の抵抗の抵抗値とから、上位制御装置はこの単電池セルのバランシング電流を算出することが好ましい。
(5)本発明の第5の態様によると、第4の態様の電池制御装置において、電池制御装置はバランシング電流を算出するバランシング電流算出部と、バランシング電流演算部で演算されたバランシング電流に基づいてこの単電池セルの充電状態(SOC)を算出するSOC演算部とを有することが好ましい。
(6)本発明の第6の態様によると、第5の態様の電池制御装置において、電池制御装置は、バランシング電流演算部による演算とSOC演算部による演算とをリアルタイムで実行することが好ましい。
(7)本発明の第7の態様によると、第4乃至第6の態様のいずれか1つの態様の電池制御装置において、電池制御装置は、2つの隣り合うバランシングスイッチが同時にオンとならないように、複数の単電池セルのバランシング放電を行うことが好ましい。
(8)本発明の第8の態様によると、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを制御する電池監視装置であって、複数の単電池セルのそれぞれの端子間電圧を測定する第1の制御ユニットと、複数の単電池セルのそれぞれの正負極端子をそれぞれ短絡するバランシングスイッチを有し、バランシングスイッチを閉成して複数の単電池セルに対してバランシング放電をそれぞれ行う第2の制御ユニットと、複数の単電池セルのそれぞれの端子間電圧を第1の制御ユニットで測定するための複数の電圧検出線および複数のセル電圧入力抵抗と、複数の単電池セルのそれぞれに対するバランシング放電を第2の制御ユニットで行うための複数のバランシング線および複数のバランシング抵抗とを備える。
(9)本発明の第9の態様によると、第8の態様の電池監視装置において、第2の制御ユニットでバランシング放電を行うときのバランシング放電電流がセル電圧入力抵抗を通過しないように、バランシング線、バランシング抵抗、電圧検出線、セル電圧入力抵抗がそれぞれ配置されていることが好ましい。
(10)本発明の第10の態様によると、第8または第9の態様の電池監視装置において、第1の制御ユニットと第2の制御ユニットでそれぞれ行われる端子間電圧測定とバランシング放電制御は、対象となる単電池セルに対して同期して行うことが好ましい。
(11)本発明の第11の態様によると、第10の態様の電池監視装置において、同期をとる第3の制御ユニットをさらに有することが好ましい。(1) According to the first aspect of the present invention, there is provided a battery monitoring device for controlling a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series, the first control unit for measuring a voltage between terminals of the unit cells. A plurality of second control units that perform balancing discharge of the unit cells, and a plurality of units that connect each of the positive and negative electrodes of the unit cells and the first control unit for measuring the voltage between the terminals of the unit cells. Voltage detection lines, each voltage detection line is provided with a first resistor, and the second control unit has a balancing branched from each voltage detection line on the unit cell side of the first resistance. The balancing line is provided with a second resistor, and the second control unit is a single unit connected between the balancing line connected to the positive electrode of the battery cell and the balancing line connected to the negative electrode. Battery cell Comprising a balancing switch for lancing discharge every single cell.
(2) According to the second aspect of the present invention, in the battery monitoring device of the first aspect, a plurality of cell groups are provided, and the first control unit and the second control unit are provided in each of the plurality of cell groups. Correspondingly provided, the battery monitoring device has a first communication path for transmitting a start signal for starting a plurality of first control units from the host control device, and a start for starting a plurality of second control units. A second communication path for transmitting a signal from the host controller, a third communication path for transmitting and receiving data between the plurality of first control units and the host controller, and a synchronization signal A fourth communication path for transmitting / receiving data between the plurality of second control units and the host control apparatus, and a sixth communication path for transmitting / receiving a synchronization signal It is preferable to provide
(3) According to the third aspect of the present invention, the battery monitoring device of the second aspect, and the host control device connected to the first to sixth communication paths of the second aspect via an insulating element. It is a battery control apparatus provided.
(4) According to the fourth aspect of the present invention, in the battery control device of the third aspect, the battery control device controls the first control unit to measure the voltage across the terminals of one unit cell. And controlling the second control unit to measure the voltage across the terminals of the balancing switch that performs the balancing discharge of the single battery cell in synchronization with the balancing discharge of the single battery cell. From the measurement result of the voltage between the terminals, the measurement result of the voltage between the terminals of the balancing switch by the second control unit, and the resistance value of the second resistor, the host control device can calculate the balancing current of the unit cell. preferable.
(5) According to the fifth aspect of the present invention, in the battery control device of the fourth aspect, the battery control device is based on a balancing current calculation unit that calculates a balancing current and a balancing current calculated by the balancing current calculation unit. It is preferable to have an SOC calculation unit that calculates the state of charge (SOC) of the single battery cell.
(6) According to the sixth aspect of the present invention, in the battery control device according to the fifth aspect, the battery control device preferably executes the calculation by the balancing current calculation unit and the calculation by the SOC calculation unit in real time.
(7) According to the seventh aspect of the present invention, in the battery control device according to any one of the fourth to sixth aspects, the battery control device prevents the two adjacent balancing switches from being simultaneously turned on. It is preferable to perform balancing discharge of a plurality of single battery cells.
(8) According to the eighth aspect of the present invention, there is provided a battery monitoring apparatus for controlling a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series, wherein the first inter-terminal voltage of the plurality of unit cells is measured. And a balancing switch that short-circuits the positive and negative terminals of each of the plurality of unit cells, and the balancing switch is closed to perform a balancing discharge on each of the plurality of unit cells. A unit, a plurality of voltage detection lines and a plurality of cell voltage input resistors for measuring a voltage between terminals of each of the plurality of unit cells by the first control unit, and balancing discharge for each of the plurality of unit cells A plurality of balancing lines and a plurality of balancing resistors for performing in the second control unit are provided.
(9) According to the ninth aspect of the present invention, in the battery monitoring device of the eighth aspect, balancing is performed so that the balancing discharge current when performing the balancing discharge in the second control unit does not pass through the cell voltage input resistance. It is preferable that a line, a balancing resistor, a voltage detection line, and a cell voltage input resistor are respectively disposed.
(10) According to the tenth aspect of the present invention, in the battery monitoring apparatus according to the eighth or ninth aspect, the inter-terminal voltage measurement and balancing discharge control respectively performed in the first control unit and the second control unit are It is preferable to perform it synchronously with respect to the target single battery cell.
(11) According to the eleventh aspect of the present invention, the battery monitoring device according to the tenth aspect preferably further includes a third control unit for synchronizing.
本発明によれば、バランシング電流が正確に常時検出できる。したがって全単電池セルのSOCを揃えるために各単電池セルの端子間電圧の測定と放電動作とを交互に反復して行う必要がなくなり、短時間でSOCを揃えることが可能となる。 According to the present invention, the balancing current can be always accurately detected. Therefore, it is not necessary to alternately repeat the measurement of the voltage between the terminals of each single battery cell and the discharge operation in order to make the SOC of all the single battery cells uniform, and the SOC can be made in a short time.
以下、図1〜図4を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明による電池監視装置(セルコントローラ)を含む電池制御装置を搭載した蓄電装置を、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、電気自動車(EV)などの車両に用いられる電池システムを備えた蓄電装置に対して適用した場合の例である。
なお、本発明はHEV、PHEV、EVに限らず、たとえば鉄道車両など、電動駆動装置を備えた車両に搭載される各種蓄電装置などに対しても幅広く適用可能である。
HEVは純粋な電動車両ではないが、本発明はこれを含めた電動車両に幅広く適用可能であるので、以下の説明での電動車両にはハイブリッド自動車も含める。Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. In the embodiments described below, a power storage device equipped with a battery control device including a battery monitoring device (cell controller) according to the present invention is used as a hybrid vehicle (HEV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV), an electric vehicle (EV), or the like. It is an example at the time of applying with respect to the electrical storage apparatus provided with the battery system used for this vehicle.
Note that the present invention is not limited to HEV, PHEV, and EV, and can be widely applied to various power storage devices mounted on a vehicle including an electric drive device such as a railway vehicle.
Although the HEV is not a pure electric vehicle, the present invention can be widely applied to electric vehicles including the HEV. Therefore, the electric vehicle in the following description includes a hybrid vehicle.
以下に説明する本発明の実施形態例では、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして3.0〜4.2V(平均出力電圧:3.6V)の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定しているが、それ以外でもSOC(State of Charge)の高すぎる場合(過充電)や低すぎる場合(過放電)に使用を制限するような、電気を蓄え放電可能なデバイスであれば何でもよく、ここでは、それらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。
また、以下に説明する実施形態では、単電池セルを複数個(概ね数個から十数個)直列に接続したものをセルグループと呼び、このセルグループを複数個直列に接続したものを電池モジュールと呼ぶ。更にこのセルグループあるいは電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものを電池システムと呼称する。セルグループ、電池モジュールおよび電池システムを総称して組電池と呼んでいる。各単電池セルのセル電圧を検出し、バランシング動作等を行いながら電池状態を監視するセルコントローラICはセルグループ毎に設けられる。In the embodiment of the present invention described below, a lithium ion battery having a voltage in the range of 3.0 to 4.2 V (average output voltage: 3.6 V) is assumed as a power storage / discharge device serving as a minimum unit of control. However, any other device that can store and discharge electricity that restricts use when the SOC (State of Charge) is too high (overcharge) or too low (overdischarge) can be used. Here, they are collectively referred to as a single battery or a single battery cell.
In the embodiments described below, a plurality of single battery cells (generally several to a dozen or more) connected in series are called cell groups, and a plurality of cell groups connected in series are battery modules. Call it. Further, a plurality of cell groups or battery modules connected in series or in series and parallel are referred to as a battery system. A cell group, a battery module, and a battery system are collectively referred to as an assembled battery. A cell controller IC that detects the cell voltage of each single battery cell and monitors the battery state while performing a balancing operation or the like is provided for each cell group.
<第1の実施形態>
まず、図1、2を用いて、本発明による電池監視装置を含む電池制御装置を搭載した蓄電装置をHEV、PHEV、EVなどの電動車両用の電動駆動システムに適用した例について説明する。<First Embodiment>
First, an example in which a power storage device equipped with a battery control device including a battery monitoring device according to the present invention is applied to an electric drive system for an electric vehicle such as HEV, PHEV, and EV will be described with reference to FIGS.
蓄電装置100は、リレー700、710を介してインバータ800に接続され、インバータ800はモータ900に接続されている。車両の発進・加速時には蓄電装置100から放電電力がインバータ800を通じてモータ900に供給される。車両停止・減速時には、モータ900からの回生電力がインバータ800を通じて蓄電装置100に充電される。なお、ここではインバータ800は複数の半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、半導体スイッチング素子のゲート駆動回路と、ゲート駆動回路をPWM制御するパルス信号を発生するモーターコントローラとを備えているが、図1、2では省略されている。
蓄電装置100は、主に、複数のリチウムイオン単電池セル101から構成されるセルグループ102と、複数のセルグループ102が直列接続された電池システム104と、主として各単電池セル101の端子間電圧を検出するメインセルコントローラIC301と、主として各単電池セル101のバランシング放電動作を行うサブセルコントローラIC302からなるセルコントローラICペア300を複数備えたセルコントローラ(電池監視装置)200および、セルコントローラ200の動作を制御し、各単電池セルの状態判定を行うバッテリーコントローラ500とで構成される。
The
バッテリーコントローラ500は絶縁素子群400(詳細は後述)を介して複数のメインセルコントローラIC301およびサブセルコントローラIC302と通信を行って、これらのメイン/サブセルコンローラIC301、302の制御を行う。セルコントローラICペア300は、前述のように、セルグループ102毎に設けられている。なお、電池システム104とセルコントローラ200の間の電圧検出線は、不図示のコネクタでセルコントローラ200に接続されている。
The battery controller 500 communicates with a plurality of main
バッテリーコントローラ500は、電池システム104に流れる充放電電流を検出する電流センサ503に接続される電流検出回路502と、セルコントローラ200とインバータ800及び図示されない上位の車両コントローラとの通信を含む、バッテリーコントローラ500の全体の制御を行うマイクロコンピュータ504とを備えている。また、インバータ800の内部には電池システム104の総電圧を測定する総電圧測定回路801が設けられている。
すなわち、セルコントローラ200は、各単電池セルの端子間電圧等を検出して各単電池セルの状態を監視する電池監視装置として機能し、このセルコントローラ200と通信経路で接続された上位制御装置であるバッテリコントローラ500を含む電池制御装置600が電池システムの状態を管理し、各単電池セルの充電状態を制御している。The battery controller 500 includes a current detection circuit 502 connected to a current sensor 503 that detects a charge / discharge current flowing in the battery system 104, communication between the
That is, the
図2は総電圧検出回路501がバッテリーコントローラ500にも設置された例である。後述するように、電池システム104の総電圧を測定できれば、総電圧検出回路501は、図1のようにバッテリーコントローラ500の内部に設けられていなくともよい。
FIG. 2 shows an example in which the total
この蓄電装置100の起動後に以下の動作(概略のみ説明)が行われる。
バッテリーコントローラ500は、セルコントローラ200のメインセルコントローラ301が監視する全単電池セルのOCV(開路電圧)測定を行う指令を絶縁素子群400を介して送信する。測定された各単電池セルのOCVのデータは、セルコントローラ200からセルグループ単位で絶縁素子群400を介して、バッテリコントローラ500に送信される。バッテリーコントローラ500は、既に測定されデータ化されたOCVとSOCの関係(例えば図4のOCV−SOC曲線)を用いて、受信した各単電池セルのOCVをSOCに変換し、全単電池セルのSOCの偏差を算出する。SOCの偏差が所定の値よりも大きい単電池セルがバランシング放電を行う対象となる。なお、このOCVの測定は、バランシングスイッチ222(図4参照)を全てオフにして行われ、通常メインセルコントローラ301で行われるが、サブセルコントローラ302で行うことも可能である。After the
The battery controller 500 transmits a command to perform OCV (open circuit voltage) measurement of all single battery cells monitored by the
次に、バッテリーコントローラ500は、このバランシング放電の対象となった単電池セルのバランシング放電を所定の短時間行う指令と、これと同時にバランシング放電を行うバランシングスイッチの端子間電圧VBS(バランシングスイッチBS1の端子間電圧はVBS1と記す)の測定を行う指令をサブセルコントローラIC302に送信する。更に、サブセルコントローラIC302へのこれらの指令の送信とほぼ同時に、メインセルコントローラ301へバランシング放電を行う単電池セルの端子間電圧VCBS(セル1の端子間電圧はVC1BSと記す)の測定の指令が送信される。バランシング放電を所定の短時間行った時の単電池セルの端子間電圧の測定値VCBS(メインセルコントローラIC301が測定)と、この単電池セルの放電を行ったバランシングスイッチの端子間電圧測定値VBS(サブセルコントローラIC302が測定)は、上記のOCVの測定の場合と同様に、バッテリーコントローラ500に送信される。なお、VCBSおよびVBSの測定の詳細については後述する。Next, the battery controller 500 issues a command for performing a balancing discharge of the unit cell subject to the balancing discharge for a predetermined short time, and a voltage VBS between terminals of the balancing switch that performs the balancing discharge at the same time (of the balancing switch BS1). A command for measuring the inter-terminal voltage is denoted as VBS1) is transmitted to the subcell controller IC302. Further, almost simultaneously with the transmission of these commands to the sub
上記のOCVと、VCBSおよびVBSとに基づいて、バランシング放電の対象となった単電池セルのSOCの偏差が0となるまでの時間が計算され、この時間だけサブセルコントローラIC302内のバランシングスイッチをオンとする制御動作を行う指令が、バッテリーコントローラ500からセルコントローラ200に送られ、バランシング対象の単電池セルのバランシング放電が行われる。Based on the OCV and the VC BS and VBS, the time until the SOC deviation of the unit cell subject to balancing discharge becomes zero is calculated, and the balancing switch in the
なお、バランシング放電中の単電池セルの端子間電圧(VCBS)およびバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)に基づいて、この単電池セルのバランシング電流の算出方法(後述)で示されるように、VCBSおよびVBSは、蓄電装置100にインバータ800が負荷として接続されている状態でも測定が可能である。またこの時のVCBSおよびVBSの測定値に基づいて、各単電池セルが過放電状態とならないように、バランシング放電をきめ細かく制御することが可能となる。Based on the voltage between terminals of the single battery cell during balancing discharge (VC BS ) and the voltage between terminals of the balancing switch (VBS), as shown in the calculation method of balancing current of the single battery cell (described later), VC BS and VBS can be measured even when inverter 800 is connected to
上記で測定された各単電池セルのOCVから、電池システム104の最大放電可能電流および最大充電可能電流が算出(算出方法は省略)された後、インバータ800あるいは上位コントローラである車両コントローラ(不図示)がリレー700とリレー710とをオンとして、蓄電装置100がインバータ800とモータ900に接続され、車両コントローラからの充放電指令をインバータ800が受けて、インバータ800が動作してモータ900を駆動するとともに、蓄電装置100の充放電動作が行われる。
After the maximum dischargeable current and the maximum chargeable current of the battery system 104 are calculated (the calculation method is omitted) from the OCV of each single battery cell measured as described above, the vehicle controller (not shown) or the host controller (not shown) ) Turns on
リレー700及びリレー710をオンとして蓄電装置100が充放電を開始する時から、バッテリーコントローラ500は、一定時間毎に充放電電流と総電圧を測定する。得られた総電圧と充放電電流の値から、バッテリーコントローラ500は組電池の充電状態(SOC)と電池の内部抵抗(DCR)をリアルタイムに算出(算出方法は省略)する。さらに、これらの値から電池システム104が充放電可能な電流あるいは電力をリアルタイムに算出して、インバータ800に送信し、インバータ800はその範囲内で充放電電流あるいは電力を制御する。尚、詳細な説明は省略するが、総電圧はバッテリーコントローラ500が直接測定せず、セルコントローラ200での各単電池セルの測定電圧から総電圧値を得ている。
The battery controller 500 measures the charge / discharge current and the total voltage at regular intervals from when the
図3は、セルコントローラ(電池監視装置)200内のメインセルコントローラIC301a〜301dおよびサブセルコントローラIC302a〜302dとバッテリーコントローラ500内のマイクロコンピュータ504の間の通信接続例を示す。マイクロコンピュータ504は、セルコントローラ200内のメインセルコントローラIC301a〜301dあるいはサブセルコントローラIC302a〜302dを起動させるための起動信号を出力する起動信号出力ポートと、コマンド及びデータを送受信するための入出力ポートSDATと、コマンド及びデータの送受信並びにメインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302での動作の同期制御のためのクロック信号出力ポートSCLKとを有している。図3に示すように、SDAT出力ポート、SCLK出力ポート、起動信号出力ポートは、メインセルコントローラ用とサブセルコントローラ用にそれぞれ別々に設けられている。これらの出力ポートは、メインセルコントローラ用とサブセルコントローラ用で全く同様に構成されている。
なお、ここでは同期クロックとコマンド及びデータのそれぞれの送受信経路ではシリアル通信を用いることを想定している。FIG. 3 shows a communication connection example between the main cell controller ICs 301 a to 301 d and sub cell controller ICs 302 a to 302 d in the cell controller (battery monitoring device) 200 and the
Here, it is assumed that serial communication is used for the transmission / reception paths of the synchronous clock, command, and data.
図3の例では、複数の単電池セルを直列接続したセルグループ102を2個直列接続した電池モジュール103を、サービスディスコネクトスイッチ(以下SD−SWと呼ぶ)105の上下に配した構成となっている。なお、電池モジュール103を構成するセルグループの数は2個に限定されず、3個以上であってもよい。図1、2の例では、電池システム104は例えば96個の単電池セルから構成される。図4に例示するように各セルグループが12個の単電池セルから構成される場合は、SD−SW105の上下にそれぞれ4個づつセルグループが直列接続された構成となる。
In the example of FIG. 3, a battery module 103 in which two
図3に示すセルグループ102a〜102dに対応して、それぞれセルコントローラICペア300a〜300dが設けられている。なお、ここでは図3で一番下のセルコントローラICペア300aを、マイクロコンピュータ504からの信号を最初に受信する最上位セルコントローラICペアとしている。図3の一番上側のセルコントローラIC300dを最上位セルコントローラICペアとする構成でもよい。
Corresponding to the
以下単にセルコントローラICペアあるいはセルコントローラICペア300と呼ぶ場合は、セルコントローラICペア300a〜300dを特に限定しない場合とする。同様に単にメインセルコントローラICあるいはサブセルコントローラICと呼ぶ場合は、それぞれメインセルコントローラIC301a〜301dおよびサブセルコントローラIC302a〜302dを特に限定しない場合とする。また、同様にセルグループ102a〜102dに対しても、これらを特に限定しない場合は、セルグループあるいはセルグループ102と呼ぶ。更に単にセルコントローラICと呼ぶ場合は、メインセルコントローラICとサブセルコントローラICを総称するものとする。
Hereinafter, when simply referred to as the cell controller IC pair or the cell controller IC pair 300, the cell controller IC pairs 300a to 300d are not particularly limited. Similarly, when the main cell controller IC or the sub cell controller IC is simply referred to, the main cell controller ICs 301a to 301d and the sub cell controller ICs 302a to 302d are not particularly limited, respectively. Similarly, the
サービスディスコネクトスイッチ(SD−SW)105は、高電圧の組電池でよく用いられるスイッチであり、保守点検時にこのSD−SW105を開放することによって、組電池の電流経路を遮断し、作業者の感電を防止することを目的としている。このSD−SW105を開放しておけば、電池の直列接続が絶たれるため、組電池の最上位端子と最下位端子を人間が触っても高電圧が人体に印加されることはないので、感電が防止できる。
The service disconnect switch (SD-SW) 105 is a switch often used in a high-voltage assembled battery. By opening this SD-
メインセルコントローラIC301の通信経路とサブセルコントローラIC302の通信経路は別々に構成されているが、それぞれ全く同様の構成となっている。以下の通信経路の説明では、メインセルコントローラIC301の通信経路について説明するが、サブセルコントローラIC302の通信経路の構成も同様である。なお、図示の都合上、図3では、メインセルコントローラIC301およびその通信経路をサブセルコントローラIC302より大きく示してある。
The communication path of the main
コマンドおよびデータ信号の通信ラインでは、コマンドおよびデータ信号がマイクロコンピュータ504の送受信ポートSDATから高速絶縁素子401とコンデンサ403を通じて最上位のメインセルコントローラIC301aの通信端子SDAT1に送信される。起動信号出力ポートは低速絶縁素子402を通じてセルコントローラIC301aの起動信号入力端子WU_Rxに接続される。また、同期用のクロック信号の通信ラインでは、クロック信号がSCLK出力ポートから高速絶縁素子402とコンデンサ403を通じてメインセルコントローラIC301aの通信端子SCLK1に送信される。最上位のメインセルコントローラIC301aは、その通信端子SDAT2が一つ下位のメインセルコントローラIC301bの通信端子SDAT1にコンデンサ結合で接続され、また通信端子SCLK2がメインセルコントローラIC301bの通信端子SCLK1にコンデンサ結合で接続される。また、メインセルコントローラIC301aの起動出力端子WU_Txは、この一つ下位のメインセルコントローラIC301bの起動信号入力端子WU_Rxに接続される。
これらの高速絶縁素子401、低速絶縁素子402、および、コンデンサ403で、マイクロコンピュータ504と最上位のメインセルコントローラIC301aとの間、および最上位のサブセルコントローラIC302aとの間の通信経路で用いられている絶縁素子をまとめて絶縁素子群400(図1、2)としている。In the command and data signal communication line, the command and data signal are transmitted from the transmission / reception port SDAT of the
These high-speed insulating element 401, low-speed insulating element 402, and
なお、コマンドおよびデータ信号の通信ラインとクロックの通信ラインには共通の高速絶縁素子401が用いられているが、これは高速絶縁素子に2チャンネルのものを使用していることを想定しているためである。従って、コマンドおよびデータ信号の通信ラインとクロックの通信ラインに別々の高速絶縁素子を設けてもよい。また、2つのメインセルコントローラ301あるいは2つのサブセルコントローラIC302の間のコマンドおよびデータ信号の通信経路とクロック信号の通信経路の絶縁にコンデンサが用いられているが、コンデンサの代わりに高速絶縁素子401を用いてもよい。
Note that a common high-speed isolation element 401 is used for the command and data signal communication line and the clock communication line. This assumes that a high-speed isolation element having two channels is used. Because. Therefore, separate high-speed isolation elements may be provided for the command and data signal communication lines and the clock communication line. A capacitor is used to insulate a communication path for command and data signals and a communication path for clock signals between the two
サービスディスコネクトスイッチ(SD−SW)105の上側の電池モジュール103に接続されているメインセルコントローラICの最上位メインセルコントローラIC301cと、下側の電池モジュール103に接続されているメインセルコントローラICの最下位メインセルコントローラIC301bとの間の通信は、絶縁して行う必要がある。これは、上側および下側の電池モジュール103それぞれに直列接続されている単電池セルの数が多いために、電池モジュール103の端子間電圧が高くなるためである。このため、コマンドおよびデータ信号の通信ラインおよびクロック信号の通信ラインに高速の絶縁素子401が挿入される。もしもこれらの通信ラインを直結するとその接続を通じて組電池が直列接続されることになり、SD−SW105の切り離しを行っても組電池の直列接続が維持されるため、組電池の通電を遮断できなくなり、作業者が感電する可能性を生じることになる。なお、図3のSD−SW105の上側(下位側)のメインセルコントローラIC301cにも、マイクロコンピュータ504の起動信号出力ポートから、低速絶縁素子402を通じて、起動信号が出力される。
The uppermost main cell controller IC 301 c of the main cell controller IC connected to the upper battery module 103 of the service disconnect switch (SD-SW) 105 and the main cell controller IC connected to the lower battery module 103. Communication with the lowest main
(セルコントローラの起動)
セルコントローラ200を起動する場合は、マイクロコンピュータ504は起動信号を出力し、メインセルコントローラIC301a、サブセルコントローラIC302a、メインセルコントローラIC301cとサブセルコントローラIC302cはそれぞれ低速絶縁素子402を通じて起動信号を受信して起動される。起動されたメインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICは、それぞれ次段のメインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICに起動信号を出力する。このようにして全部のセルコントローラICペア300は順番に起動される。(Starting the cell controller)
When starting the
メインセルコントローラICの起動コマンド(起動信号)とサブセルコントローラICの起動コマンドはバッテリーコントローラ500から最上位のメインセルコントローラIC301aと301cおよび最上位のサブセルコントローラIC302aと302cにほぼ同時に送信される。すなわちメインセルコントローラICとサブセルコントローラICは、ほぼ同時に起動される。
The activation command (activation signal) for the main cell controller IC and the activation command for the sub cell controller IC are transmitted almost simultaneously from the battery controller 500 to the uppermost main cell controller ICs 301a and 301c and the uppermost sub
低速絶縁素子402には直流信号も伝送できるフォトカプラのような絶縁素子を用いている。マイクロコンピュータ504からのメインセルコントローラIC301a、サブセルコントローラIC302a、メインセルコントローラIC301c、とサブセルコントローラIC302cへの起動信号は直流信号または比較的時間幅の広いパルス信号で行われる。これは、蓄電装置100の起動時はノイズや電圧変動が発生し易いので、この影響を除去するためである。最初に起動されたメインセルコントローラIC301aとサブセルコントローラIC302a、または301cと302cからそれぞれ次のメインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302を起動するための信号は短パルスあるいは交流パルス信号により行われる。
As the low-speed insulating element 402, an insulating element such as a photocoupler that can also transmit a DC signal is used. The activation signal from the
セルコントローラ200の起動後は、マイクロコンピュータ504は高速絶縁素子401を通じてメインセルコントローラIC301aおよびサブセルコントローラIC302aのそれぞれの通信端子SDAT1にコマンド信号及びデータ(データパケット)を送信する。メインセルコントローラIC301aあるいはサブセルコントローラIC302aは、それぞれコマンド信号とデータパケットを受信し、さらにこれらを通信端子SDAT2から次のメインセルコントローラIC301bあるいはサブセルコントローラIC302bに送信する。このようにして全部のメインセルコントローラIC301a〜301dはコマンド信号とデータを受信し、このコマンド信号とデータに従って動作を行う。
After the activation of the
以上で説明したように、マイクロコンピュータ504と複数のメインセルコントローラIC301、およびマイクロコンピュータ504と複数のサブセルコントローラIC302はそれぞれ双方向通信経路により、いわゆるデイジーチェーン形式で接続されている。
マイクロコンピュータ504からメインセルコントローラIC301aあるいはサブセルコントローラIC302に送信されたデータパケットは、双方向通信経路によってマイクロコンピュータ504に戻って読み込まれ、このデータパケットが対象となるメインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302によって読み込まれたかどうかが確認される。
また、マイクロコンピュータ504からの起動信号で全てのメインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302が起動されたかどうかは、それぞれのメインセルコントローラIC301およびサブセルコントローラIC302の状態を上記の双方向通信経路からデータパケットとしてマイクロコンピュータ504に送信されてこれらが正常に起動したかどうかが確認される。As described above, the
A data packet transmitted from the
Whether all the main
なお、本発明による電池監視装置(セルコントローラ)200で、図3に示すように、メインセルコントローラIC301間の通信経路と、サブセルコントローラIC間の通信経路を別経路としたのは、バッテリーコントローラ500からのメインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICへの通信を高速に行うためである。
全てのメインセルコントローラIC301と全てのサブセルコントローラIC302を同じ通信経路で接続することも可能であるが、その分通信経路が長くなるので、最後のメインセルコントローラIC301あるいは最後のサブセルコントローラIC302までバッテリーコントローラ500からの指令やデータが届くまでに時間がかかることになる。
また、以下で説明する、メインセルコントローラICとサブセルコントローラICを同期して動作させる場合も、メインセルコントローラIC301間の通信経路と、サブセルコントローラIC間の通信経路を別経路とする方が同期をとりやすいからである。In the battery monitoring apparatus (cell controller) 200 according to the present invention, as shown in FIG. 3, the communication path between the main
It is possible to connect all the main
In addition, when the main cell controller IC and the sub cell controller IC described below are operated in synchronization, the communication path between the main
(単電池セルの状態データの取得)
マイクロコンピュータ504は次のようにしてセルグループ102a〜102dの単電池セルの端子間電圧(セル電圧と呼ぶ)および過放電あるいは過充電状態等の状態データを得る。ぞれぞれのメインセルコントローラIC301a〜301dは、データパケットにデータを付加し、通信端子SDAT2から次のメインセルコントローラICのSDAT1に送信する。メインセルコントローラIC301の管理する全ての単電池セルの状態データが付加されたデータパケットは、マイクロコンピュータ504が送信したコマンド信号を含めたデータパケットとして、上記双方向通信経路を介してマイクロコンピュータ504が受信する。(Acquisition of battery cell status data)
The
図4、5は、セルコントローラICの内部構成概略を示す説明図である。図4にはセルコントローラICペア300の概略を示し、図5にはメインセルコントローラIC301の内部構成をやや詳しく示してある。サブセルコントローラIC302の内部構成はメインセルコントローラICと全く同様である。
また、メインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICに設けられたロジック部213の構成概略を図6に示す。4 and 5 are explanatory diagrams showing an outline of the internal configuration of the cell controller IC. FIG. 4 shows an outline of the cell controller IC pair 300, and FIG. 5 shows the internal configuration of the main
FIG. 6 shows a schematic configuration of the
ここでは、セルグループ102は12個の単電池セル101(セル1〜12とする)から構成されている。セルグループ102とこれを制御するメインセルコントローラIC301とは、各々の単電池セルの電圧検出を行う電圧検出線SL1〜SL13を介して、それぞれの電圧検出用のCV端子(CV1〜13端子)に接続されている。セルコントローラ200側の電圧検出線SL1〜SL13でセルグループ102に近い部分に、隣り合う2つの電圧検出線の間に保護用のコンデンサCtermが設けられている。これはセルグループ側、あるいは電池システム104に接続されたインバータ800側からセルコントローラ200に侵入するノイズをスルーさせるためであり、いわゆるESD対策用のコンデンサである。
Here, the
各単電池セルの両端すなわち正極端子と負極端子はそれぞれ、セル電圧入力抵抗Rcv202を経由してCV端子に接続され、それぞれのCV端子には隣り合うCV端子との間にセル電圧入力コンデンサCin203が接続されている。このセル電圧入力抵抗Rcv202とセル電圧入力コンデンサCin203でRCフィルタを構成し、インバータ800の動作に起因してセル電圧に重畳するリップル電圧を主とするノイズを抑制する。
Both ends of each unit cell, that is, the positive terminal and the negative terminal are connected to the CV terminal via the cell voltage
また、サブセルコントローラIC302には、セルコントローラ200内で電圧検出線SL1〜13から分岐したバランシング接続線BL1〜13が接続されている。これらのバランシング接続線BL1〜13にはバランシング放電用のバランシング抵抗(Rb)201が設けられており、各単電池セルの両端の電圧端子はバランシング抵抗(Rb)201を通じてバランシング端子(BS端子)CBS1〜13に接続される。それぞれのBS端子には、隣り合うBS端子との間にバランシング端子コンデンサCb204が接続されている。上記のメインセルコントローラIC301の場合と同様に、このバランシング抵抗201とバランシング端子コンデンサ204でRCフィルタを構成し、インバータ800の動作に起因してセル電圧に重畳するリップル電圧を主とするノイズを抑制している。
なお、サブセルコントローラIC302のBS端子(CBS1〜13)は、メインセルコントローラIC301の電圧検出用のCV端子(CV1〜13)と同等であるが、前述のようにサブセルコントローラの主たる機能は、セルグループ102の各単電池セルのバランシング放電を行うことであるので、ここでは別の名称としている。
なお、上記ではセル電圧入力抵抗202の名称をRcvとし、バランシング抵抗201の名称をRbとしているが、以下の説明では、それぞれの抵抗値もRcvおよびRbであるとして説明する。Further, the balancing connection lines BL1 to 13 branched from the voltage detection lines SL1 to SL13 in the
The BS terminals (CBS1 to 13) of the
In the above description, the cell
サブセルコントローラIC302の内部にはバランシング電流を通電するバランシングスイッチ(BS)222が接続されている。バランシングスイッチBS222をオンとするとバランシング抵抗201を通じて当該セルのバランシング電流が流れる。
なお、メインセルコントローラIC301の内部にも同様にバランシングスイッチ(BS)222が設けられている。このメインセルコントローラIC301のバランシングスイッチは、主に電圧検出線の断線検出のために用いられるが、ここでは詳述しない。A balancing switch (BS) 222 that supplies a balancing current is connected inside the
A balancing switch (BS) 222 is similarly provided inside the main
以上のように、本実施形態による電池監視装置においては、各単電池セルのバランシング放電用のBS端子と、端子間電圧測定用のCV端子とはそれぞれ専用の端子として別々のセルコントローラICに設けられている。また、バランシング抵抗Rb201と、サブセルコントローラIC302のバランシングスイッチBS222とで構成されるバランシング放電回路は、セル電圧入力抵抗Rcv202より単電池セル側でバランシング接続線BL1〜13を介して電圧検出線SL1〜13に接続されている。これによって、バランシング電流がセル電圧入力抵抗Rcv202を流れないため、メインセルコントローラIC301での正確な端子間電圧測定が可能となっている。電圧検出線に断線の無い正常な状態では、バランシング放電回路のバランシング抵抗Rb201とバランシング端子コンデンサCb204、およびサブセルコントローラIC302のバランシングスイッチ222のオン・オフは、メインセルコントローラIC301での、各単電池セルの端子間電圧測定に影響を与えない。従来は、たとえば特開2010−228523号公報に記載されているように、各単電池セルの端子間電圧測定とバランシング放電を1つのセルコントローラICで行っており、またバランシング放電用の回路の一部が端子間電圧測定用の回路(電圧検出線とセル電圧入力抵抗)と共通となっていたので、バランシング放電を行うと端子間電圧が低下するようになっていた。従って、正確な端子間電圧測定は、バランシング放電を停止して実施していた。
As described above, in the battery monitoring apparatus according to the present embodiment, the BS terminal for balancing discharge and the CV terminal for measuring the voltage between terminals are provided in separate cell controller ICs as dedicated terminals, respectively. It has been. The balancing discharge circuit composed of the balancing resistor Rb201 and the balancing switch BS222 of the sub cell controller IC302 is connected to the voltage detection lines SL1 to SL13 via the balancing connection lines BL1 to 13 on the unit cell side of the cell voltage input resistor Rcv202. It is connected to the. Thereby, since the balancing current does not flow through the cell voltage
CV端子あるいはBS端子はセルコントローラICの内部でマルチプレクサ210の入力端子(Min端子、Min1〜Min13)に接続されている。マルチプレクサ210は各々のセルを選択して、その正極電位と負極電位を出力するもので、ロジック部213のマルチプレクサ入力選択レジスタ245からの出力で制御される。マルチプレクサ210の出力は差動増幅器211を通じて各単電池セルの端子間電圧に変換され、その電圧はADコンバータ212でデジタル値に変換される。ADコンバータ212の動作はロジック部213で制御され、ADコンバータ212の出力はロジック部213で処理される。すなわち、差動増幅器211とADコンバータ212とで電圧測定を行っている。
The CV terminal or BS terminal is connected to the input terminal (Min terminal, Min1 to Min13) of the
このADコンバータ212には例えば逐次比較型等の高速なADコンバータを採用している。このような高速なADコンバータを用いることで、後述のマルチプレクサの診断などを高速に行うことができるようになっている。
高速なADコンバータは信号にノイズ成分があると、これをそのまま検出してAD変換してしまう。このため、単電池セルの端子間電圧測定用のメインセルコントローラIC301のCV端子に接続されている電圧検出線の各々にセル電圧入力抵抗Rcv202とセル電圧入力コンデンサCin203を設けてRCフィルタを構成し、ノイズを除去してからマルチプレクサ210、差動増幅器211を経由してADコンバータ212に入力されるようになっている。The
If a high-speed AD converter has a noise component in the signal, it will be detected and AD converted. Therefore, an RC filter is configured by providing a cell voltage input resistor Rcv202 and a cell voltage input capacitor Cin203 on each of the voltage detection lines connected to the CV terminal of the main cell controller IC301 for measuring the voltage between the terminals of the unit cell. After the noise is removed, the signal is input to the
図6はロジック部213の構成の概略を示したものである。ここでは構成について簡単に説明する。メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302とで、ロジック部213は全く同様の構成と機能を有する。以下ではメインセルコントローラIC301を例に説明する。
ロジック部213にはADコンバータ212からの検出電圧信号が入力される。ADコンバータ212の出力は、上述のように、マルチプレクサ210で選択された単電池セルの端子間電圧、あるいは入力端子Min1〜Min13に接続された2つの電圧検出線の間の電圧であり、電圧検出結果レジスタ244に格納される。FIG. 6 shows an outline of the configuration of the
A detection voltage signal from the
電圧測定結果レジスタ244に格納された各単電池セルの端子間電圧と、診断結果レジスタ243に格納された断線検出結果または診断結果は、上述のように、メインセルコントローラIC301から通信ラインを介して上位コントローラ(バッテリコントローラ500)に送信される。
The voltage between terminals of each single battery cell stored in the voltage
ロジック部213は、メインセルコントローラIC301に設けられた各種のスイッチを制御するレジスタを備えている。
マルチプレクサ入力選択レジスタ245には、マルチプレクサ245を切り替えて入力を選択するためのデータが格納されている。バランシングスイッチ制御レジスタ247には、各セル毎に設けられたバランシングスイッチ222のオン・オフを制御するためのデータが格納されている。なお、上述のように、各単電池セルのバランシング放電を行う場合は、サブセルコントローラIC302のバランシングスイッチを用いる。メインセルコントローラIC301のバランシングスイッチは電圧検出線SL1〜13の断線診断等を行う場合に用いられるが、単電池セルの端子間電圧測定等のメインセルコントローラIC301の通常の動作以外ではオフ状態となっている。The
The multiplexer input selection register 245 stores data for switching the
メインセルコントローラIC301およびサブセルコントローラIC302の動作電源は、それぞれのVcc端子から供給される(図5参照)。なお、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302の構成は全く同様であるので、図5では代表してメインセルコントローラIC301のみを示してある。Vcc端子はメインセルコントローラIC301内で電源部226に接続され、その内部のレギュレータ(不図示)はロジック部を含む電源VDDを供給する。電源VDDはまた、メインセルコントローラIC301の外部のVddで動作する回路へも電源供給を行うが、これは省略されている。電源部226は、起動信号検出部216の出力で起動する起動信号検出回路(不図示)を有しており、上位メインセルコントローラIC301あるいはマイクロコンピュータ504から絶縁素子402を介して起動信号を受信すると、レギュレータへの電源供給を行うと共に、起動とPOR(パワーオンリセット)動作を行う。メインセルコントローラIC301が起動すると、ロジック部213からの出力で起動信号出力部217が動作し、下位のメインセルコントローラIC301に起動信号が出力される。
The operation power for the main
起動信号出力部217には、セルコントローラIC301の外側にコンデンサが接続されるようになっている。このコンデンサはチャージポンプ動作をおこなうもので、メインセルコントローラIC301の電源Vccよりも設定電圧だけ高い電圧を発生させるためのものである。起動信号出力部217のチャージポンプ動作によって、メインセルコントローラICのVccだけ高い電位を基準とした起動信号(DC電圧)を、次の(下位の)メインセルコントローラIC301に伝送することができる。
なお、このチャージポンプ動作を行う回路は、後述する第2データ入出力部221、第2クロック入出力部221にも共通に用いられており、これらの入出力の電位基準は下位のメインセルコントローラICの電位基準と同程度となるようになっている。A capacitor is connected to the activation signal output unit 217 outside the
The circuit for performing the charge pump operation is also used in common for a second data input / output unit 221 and a second clock input / output unit 221 to be described later. It is about the same as the potential reference of the IC.
Vcc端子は起動信号検出部216へ常時接続され、メインセルコントローラIC301の全体の動作が停止している状態でも、起動信号検出部216にのみ電源が供給されている。ただし、セルコントローラICが動作停止状態では電源は電池(セルグループ102)から供給されるため、起動信号検出部216は、その消費電流をできるだけ少なくする回路構成となっている(詳細は省略)。
The Vcc terminal is always connected to the activation signal detection unit 216, and power is supplied only to the activation signal detection unit 216 even when the entire operation of the main
マイクロコンピュータ504とメインセルコントローラIC301との通信、およびマイクロコンピュータ504とサブセルコントローラIC302との通信は双方向通信で行われる。この双方向通信は例えばI2Cバスの仕様に準拠して行われる。
同期用のクロック信号は、マイクロコンピュータ504のクロック信号出力ポートSCLKから、最上位のメインセルコントローラIC301aおよび最上位のサブセルコントローラIC302aに送信され、さらに上述したようにデイジーチェーン形式の信号経路で下位のメインセルコントローラIC301aおよびサブセルコントローラIC302aに伝送される。
各メインセルコントローラIC301あるいは各サブセルコントローラIC302では、このクロック信号をSCLK1端子から第1クロック入出力部219が受信し、ロジック部213に送る。ロジック部213は、さらにこのクロック信号を第2クロック入出力部221からSCLK2端子を介して下位のメインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302に送信する。
このクロック信号の伝送は双方向通信であるので、メインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302から、マイクロコンピュータ504にクロックを送信する時はこの逆の経路でクロック伝送が行われる。Communication between the
The clock signal for synchronization is transmitted from the clock signal output port SCLK of the
In each main
Since the transmission of the clock signal is bidirectional communication, when transmitting a clock from the main
コマンドおよびデータ信号(データパケット)の送信も双方向通信で行われる。マイクロコンピュータ504から送信されたコマンドおよびデータ信号(データパケット)は、上記のクロック信号の伝送と同様に行われる。第1データ入出力部218はSDAT1端子を介してデータパケットを受信し、ロジック部213に送り、さらにこのデータパケットは、第2データ入出力部からSDAT2端子を介して下位のメインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302に送信される。
クロックの伝送と同様に、メインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302から、マイクロコンピュータ504にデータを送信する時はこの逆の経路でデータ伝送が行われる。Transmission of commands and data signals (data packets) is also performed by bidirectional communication. The command and data signal (data packet) transmitted from the
Similarly to the clock transmission, when data is transmitted from the main
メインセルコントローラIC301では、マイクロコンピュータ504から送信されたコマンドおよびデータ信号に基づいて、各単電池セルの端子間電圧の測定や、各種診断(過充電、過放電、電圧検出線の断線診断等)が実行される。これらの各単電池セルの状態データは、各メインセルコントローラIC301から、第1データ入出力部218およびSDAT1端子を介して上位のメインセルコントローラIC301に送信され、上位のメインセルコントローラIC301では、SDAT2端子を介して第2データ入出力部220がこのデータを受信する。このようにして、各単電池セルの状態データは、最終的に最上位のメインセルコントローラIC301からマイクロコンピュータ504に送信される。
In the main
なお、第2クロック入出力部および第2データ入出力部には、起動信号出力部216と同様にチャージポンプ回路(不図示)が組み込まれており、メインセルコントローラIC301とこの下位のメインセルコントローラICの電位、あるいはサブセルコントローラIC302とこの下位のサブセルコントローラIC302の電位を合わせており、さらに2つのセルコントローラIC301間および2つのサブセルコントローラIC302間に絶縁を兼ねた低周波ノイズ対策用のコンデンサを挿入して、品質の良い信号伝送を可能としている。
The second clock input / output unit and the second data input / output unit incorporate a charge pump circuit (not shown) as in the case of the activation signal output unit 216, and the main
サブセルコントローラIC302では、マイクロコンピュータ504から送信されたコマンドおよびデータ信号に基づいて、各単電池セルのバランシング放電を行うと共に、このバランシング放電中の、すなわち各バランシングスイッチ222がオンとなっている状態での、各バランシングスイッチの端子間電圧の測定を行う。このバランシングスイッチの端子間電圧の測定データは、各サブセルコントローラIC302から、第1データ入出力部218およびSDAT1端子を介して上位のサブセルコントローラIC302に送信され、上位のサブセルコントローラIC302では、SDAT2端子を介して第2データ入出力部220がこのデータを受信する。このようにして、各バランシングスイッチの端子間電圧の測定データは、最終的に最上位のサブセルコントローラIC301からマイクロコンピュータ504に送信される。
The
詳細は省略するが、第1クロック入出力部219、第2クロック入出力部221にはそれぞれに不図示のクロック受信回路とクロック送信回路が設けられており、同期用クロックの送信と受信を、1本のデータ通信線でシリアル通信により行っている。また、第1データ入出力部218、第2データ入出力部には、それぞれに不図示のデータ受信回路とデータ送信回路が設けられており、データの送信と受信を1本のデータ通信線でシリアル通信により行っている。このシリアル通信におけるデータ形式は、たとえば上述のようにI2C通信の仕様に準拠してもよく、またこれ以外のシリアル通信の仕様に準拠してもよい。 Although not described in detail, each of the first clock input / output unit 219 and the second clock input / output unit 221 includes a clock reception circuit and a clock transmission circuit (not shown), and transmission and reception of a synchronization clock are performed. It is performed by serial communication with one data communication line. Each of the first data input / output unit 218 and the second data input / output unit is provided with a data reception circuit and a data transmission circuit (not shown), and data transmission and reception are performed by one data communication line. It is done by serial communication. The data format in this serial communication may conform to the specification of I2C communication as described above, for example, or may conform to the specification of other serial communication.
図1〜4では、図で上側に示すメインセルコントローラIC301を下位メインセルコントローラIC301とし、下側に示すメインセルコントローラIC301を上位メインセルコントローラIC301としている。また同様に、図で上側に示すサブセルコントローラIC302を下位サブセルコントローラIC302とし、下側に示すサブセルコントローラIC302を上位サブセルコントローラIC301としている。これは、図3に示すように、本発明による電池制御装置の例では、マイクロコンピュータ504からのコマンドおよびデータは、図で下側に示すメインセルコントローラIC301あるいはサブセルコントローラIC302に最初に送信されており、通信経路での順番に基づいてそれぞれメインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICの上位・下位としているためである。マイクロコンピュータ504からの指令を図で上側に示すメインセルセルコントローラICあるいはサブセルコントローラICが最初に受信するような回路構成でもよいので、メインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICの上位・下位については図示されている状態に限定されるものではない。
また図3の各セルグループの参照番号102a〜102dも、ここで示すメインセルコントローラICおよびサブセルコントローラICの上位・下位の関係に合わせて設定しており、図で一番下側のセルグループが102aとなっている。
ただし、各セルグループの中での単電池セルに関しては、図の上側の単電池セルの電位が高いので、図で上側に示す単電池セルを上位の単電池セルとしている。1 to 4, the main
Also,
However, regarding the single battery cells in each cell group, the upper single battery cell in the figure is the upper single battery cell because the upper single battery cell in the figure has a high potential.
(バランシング放電電流およびバランシング放電時間の算出方法)
既に説明したように、本発明による電池制御装置では、1つのセルグループに対し同様の構成の2つのセルコントローラIC、すなわちメインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC301が用いられている(図4参照)。以下に本発明による電池制御装置におけるバランシング放電電流およびバランシング放電電流の算出方法について説明する。以下では電動車両を単に車両と呼称している。(Calculation method of balancing discharge current and balancing discharge time)
As already described, in the battery control device according to the present invention, two cell controller ICs having the same configuration, that is, the main
(メインセルコントローラIC301での単電池セルの端子間開路電圧(OCV)測定)
まず、メインセルコントローラIC301は、例えばHEV、PHEV、EVなどの電動車両の起動時(キーオン時)に、バッテリコントローラからの単電池セルの端子間電圧(OCV)測定のコマンドを上記の通信経路を介して受信して、以下のように蓄電装置100に負荷(インバータ800)が接続されていない状態の各単電池セルの端子間電圧、すなわち各単電池セルの端子間開路電圧VCOCV(セル1の端子間開路電圧はVC1OCVと記す)の測定を行う。(Measurement of open-circuit voltage (OCV) between terminals of a single battery cell in the main cell controller IC301)
First, the main
セルグループ102の各単電池セルの正負極端子電位は、電圧検出線SL1〜13および電圧検出用のCV端子(CV1〜13端子)を介してメインセルコントローラIC301に入力されている。マルチプレクサ210は、2つの隣り合う電圧検出線の電位、すなわち1つの単電池セルの正負極端子の電位をセル1〜12を順次選択し、差動増幅器211に入力する。差動増幅器211はこの単電池セルの正負極端子電位の差をこの単電池セルの端子間電圧としてADコンバータ212に入力する。ADコンバータ212は入力されたこの単電池セルの端子間電圧をデジタル値に変換し、ロジック部213に入力し、ロジック部213は測定されたセル1〜12の端子間電圧(OCV)をデジタル値で電圧測定結果レジスタ244に格納する。この電圧測定結果レジスタ244に格納されたセル1〜12の単電池セルの端子間電圧(OCV)VC1OCV〜VC12OCVは、上記の通信経路を介してバッテリコントローラ500に送信される。The positive and negative terminal potentials of the individual battery cells of the
バッテリコントローラ500のマイクロコンピュータ504は、上記のセルグループ102のセル1〜12の端子間開路電圧VC1OCV〜VC12OCVのデータを受信し、既に測定されデータ化されたOCVとSOCの関係(例えば図7のOCV−SOC換算曲線)を用いて、受信した各単電池セルのOCVをSOCに変換する。The
更に、セル1〜12のSOCの大きさの順位付けを行い、最小のSOCの単電池セル以外の単電池セルのバランシング放電を行う指令、およびこのバランシング放電を行っているバランシングスイッチの端子間電圧VBSの測定を行う指令をサブセルコントローラIC302に送信する。
また、これと同時に、最小のSOCの単電池セル以外の単電池セルがバランシング放電を行っている時の、これらの単電池セルの端子間電圧VCBSの測定を行う指令をメインセルコントローラIC301に送信する。Further, the order of the SOCs of the
At the same time, when the smallest single-battery cells other than the single-battery cells of the SOC is performing balancing discharge, a command for measuring the terminal voltage VC BS of these single-battery cells in the main cell controller IC301 Send.
サブセルコントローラIC302での短時間バランシング放電およびVBSの測定と、メインセルコントローラIC301でのVCBSの測定は1つの単電池セルでほぼ同時に行われる。すなわち、各単電池セルに対するこれらの動作は、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302の間でほぼ同期して実行される。
このサブセルコントローラIC302での動作とメインセルコントローラIC301での動作の同期は、マイクロコンピュータ504からそれぞれに送信される、同期クロックとデータパケットで管理されて行われる。The short-time balancing discharge and VBS measurement by the sub
The operation of the sub
なお、最小のSOCの単電池セルのSOCが充分大きく、短時間のバランシング放電を行っても過放電となる可能性が無ければ、全ての単電池セルのバランシング放電を同時に行い、またこの際の各単電池セルの端子間電圧(VCBS)と各バランシングスイッチの端子間電圧(VBS)の測定を行う指令をメインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302に送信してもよい。単電池セルの放電が進んだ状態でなければ、短時間バランシング放電を行っても過放電の状態になることは無い。電動車両の起動時(キーオン時)は、ほぼこのような状態となっているので、キーオン時は全ての単電池セルの短時間バランシング放電を行ってもよい。If the SOC of the single battery cell with the smallest SOC is sufficiently large and there is no possibility of overdischarge even if short-time balancing discharge is performed, balancing discharge of all the single battery cells is performed at the same time. A command for measuring the voltage between terminals (VC BS ) of each unit cell and the voltage between terminals (VBS) of each balancing switch may be transmitted to the main
以下で説明するサブセルコントローラIC302でのバランシングスイッチの端子間電圧測定とメインセルコントローラでの単電池セルの端子間測定は、上記の単電池セルのOCV測定に続いて行うが、蓄電装置100にインバータ800が負荷として接続されている状態、すなわち車両の起動時以外の通常動作時でも測定が可能である。
The voltage measurement between the terminals of the balancing switch in the
(サブセルコントローラIC302でのバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)測定)
サブセルコントローラIC302は、電圧検出線SL1〜13、バランシング接続線BL1〜13およびバランシング端子(BS端子)CBS1〜13を介して、セル1〜12の単電池セルと接続されている。サブセルコントローラIC302は、バッテリコントローラ500からのバランシング放電のコマンドを上記の通信経路を介して受信すると、このバランシング放電のコマンドで指定されたバランシングスイッチ(222)BS1〜12をオンとして、このバランシングスイッチに対応する単電池セルのバランシング放電を行う。またこれと同時に、オンとなっているバランシングスイッチの正負端子の電位をマルチプレクサ210で選択して差動増幅器211に入力する。差動増幅器211はこのバランシングスイッチの正負端子電位の差をこのバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)としてADコンバータ212に入力する。ADコンバータ212は入力されたこのバランシングスイッチの端子間電圧をデジタル値に変換し、ロジック部213に入力し、ロジック部213は測定されたバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)をデジタル値で電圧測定結果レジスタ244に格納する。
この電圧測定結果レジスタ244に格納されたバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)は、上記の通信経路を介してバッテリコントローラ500に送信される。(Measurement of voltage (VBS) between terminals of balancing switch in subcell controller IC302)
The
The voltage (VBS) between terminals of the balancing switch stored in the voltage
(メインセルコントローラIC301での単電池セルの端子間電圧(VC)測定)
メインセルコントローラIC301は、バッテリコントローラ500からのサブセルコントローラIC302へのバランシング放電の指令とほぼ同時に、バッテリコントローラ500から単電池セルのバランシング放電中の端子間電圧(VCBS)の測定を行う指令を受信する。従ってこの指令のデータには、サブセルコントローラIC302によるバランシング放電と、メインセルコントローラIC301とが同期するような指令データ(例えば同期するかしないかを示すビットデータ)が含まれている。(Measurement of voltage (VC) between terminals of a single cell in the main cell controller IC301)
The main
サブセルコントローラIC302での単電池セルのバランシング放電に同期して、該当する単電池セルの正負端子の電位をメインセルコントローラIC301のマルチプレクサ210で選択して差動増幅器211に入力する。差動増幅器211はこの単電池セルの正負端子電位の差をこの単電池セルの端子間電圧(VCBS)としてADコンバータ212に入力する。ADコンバータ212は入力されたこのバランシングスイッチの端子間電圧をデジタル値に変換し、ロジック部213に入力し、ロジック部213は測定された単電池セルの端子間電圧(VCBS)をデジタル値で電圧測定結果レジスタ244に格納する。なお、単電池セルの端子間電圧の測定は、メインセルコントローラIC301のバランシングスイッチ222はオフの状態で行われる。
この電圧測定結果レジスタ244に格納されたバランシングスイッチの端子間電圧VCBSは、上記の通信経路を介してバッテリコントローラ500に送信される。In synchronization with the balancing discharge of the unit cell in the sub
Terminal voltage VC BS balancing switches the voltage measuring results stored in the
本発明の実施形態による蓄電装置では、単電池セルの端子間電圧を測定する電圧検出用のCV端子(CV1〜13)は、メインセルコントローラIC301に設けられ、バランシング放電を行うBS端子(CBS1〜13)はサブセルコントローラIC302に設けられている。このように、CV端子とBS端子が独立して設けられ、バランシング放電電流はバランシング抵抗Rb201とバランシングスイッチ222を流れ、セル電圧入力抵抗Rcv202を流れないので、バランシング放電はCV端子を介してメインセルコントローラIC301に入力される単電池セルの端子間電圧の測定に影響を与えない。以下の説明ではVCBSは単にVCと記載する。In the power storage device according to the embodiment of the present invention, the voltage detection CV terminals (CV1 to 13) for measuring the voltage between the terminals of the single battery cells are provided in the main cell controller IC301, and BS terminals (CBS1 to CBS1) that perform balancing discharge are provided. 13) is provided in the subcell controller IC302. As described above, the CV terminal and the BS terminal are provided independently, and the balancing discharge current flows through the balancing resistor Rb201 and the balancing switch 222, and does not flow through the cell voltage input resistor Rcv202. Therefore, the balancing discharge is connected to the main cell via the CV terminal. The measurement of the voltage between the terminals of the single battery cell input to the
なお、上記のサブセルコントローラIC302でのバランシング放電およびバランシングスイッチの端子間電圧の測定と、メインセルコントローラIC301での単電池セルの端子間電圧の測定は、単電池セル1個毎に同期して行われ、その際、他の単電池セルの放電や端子間電圧の測定ならびに他のバランシングスイッチの端子間電圧の測定は行われない。ただし、上記のバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)と単電池セルの端子間電圧VCを用いて、バッテリコントローラ500で各単電池セルのバランシング放電電流が算出された後は、HEV、PHEV、EVなどの電動車両の通常動作中、すなわち蓄電装置100とインバータ800が接続されている場合であっても、複数のバランシングスイッチがオンとなって複数の単電池セルのバランシング放電が行われている状態で、各単電池セルの端子間電圧あるいは各バランシングスイッチの端子間電圧を測定して、その都度各単電池セルのバランシング放電電流Ibを求めることができる。
Note that the measurement of the balancing discharge and the voltage between terminals of the balancing switch in the sub
(各単電池セルのバランシング放電電流算出)
上記のように、各単電池セル101がバランシング放電を行っている時に、サブセルコントローラ302で測定されたバランシングスイッチ222の端子間電圧とメインセルコントローラIC301で測定された単電池セルの端子間電圧は、上記の通信経路を介してバッテリーコントローラ500に送信され、マイクロコンピュータ504で各単電池セルのバランシング放電電流が算出される。(Calculation of balancing discharge current of each battery cell)
As described above, the voltage between the terminals of the balancing switch 222 measured by the
セルグループ102の1つの単電池セル101がバランシング放電している時のこの単電池セルのの端子間電圧(VC)と、サブセルコントローラIC302のバランシングスイッチ222の端子間電圧VBSの間には以下の式(1)のような関係がある。
VBS=VC*RBS/(2*Rb+RBS) ...(1)
ここでRbは既知のバランシング抵抗201(図3参照)であり、その抵抗値もRbで示すものとする。また、RBSはバランシングスイッチ222のオン抵抗値である。Between the voltage (VC) between terminals of this single battery cell when one single battery cell 101 of the
VBS = VC * R BS / (2 * Rb + R BS ). . . (1)
Here, Rb is a known balancing resistor 201 (see FIG. 3), and the resistance value is also indicated by Rb. R BS is the on-resistance value of the balancing switch 222.
バランシング抵抗201(Rb)は、サブセルコントローラICの外付けの抵抗であるので、精度が良くバラツキの少ない抵抗を用いることができる。しかし、バランシングスイッチ222のオン抵抗RBSは、セルコントローラIC内のスイッチであるため、半導体の製造プロセスによって、ある程度のばらつきが生じる。この抵抗値RBSは上記の式(1)を変形した、以下の式(2)で求められる。
RBS=2*Rb*VBS/(VC−VBS) ...(2)Since the balancing resistor 201 (Rb) is an external resistor of the subcell controller IC, a resistor with high accuracy and little variation can be used. However, since the on-resistance R BS of the balancing switch 222 is a switch in the cell controller IC, some variation occurs depending on the semiconductor manufacturing process. This resistance value R BS is obtained by the following equation (2) obtained by modifying the above equation (1).
R BS = 2 * Rb * VBS / (VC−VBS). . . (2)
この単電池セルのバランシング放電電流IbはIb=VBS/RBSであるから、
Ib=(VC−VBS)/(2*Rb) ...(3)
または、
Ib=VC*(1−RBS/(2*Rb+RBS))/(2*Rb)
=VC/(2*Rb+RBS) ...(4)
と表わされる。Since balancing discharge current Ib of the single cells is Ib = VBS / R BS,
Ib = (VC−VBS) / (2 * Rb). . . (3)
Or
Ib = VC * (1-R BS / (2 * Rb + R BS )) / (2 * Rb)
= VC / (2 * Rb + R BS ). . . (4)
It is expressed as
バランシング抵抗201の抵抗値Rbは、厳密には、実際に測定した抵抗値を用いてもよい。また、バランシング抵抗201の抵抗値Rbの温度変化を補正して、更に正確なバランシング放電電流を求めることができる。この場合はバランシング抵抗の近辺に温度センサ(不図示)を設け、このセンサからの出力をたとえばサブセルコントローラIC302の温度検出回路(不図示)からバッテリコントローラ500に送信するようにする。
Strictly speaking, an actually measured resistance value may be used as the resistance value Rb of the balancing resistor 201. In addition, a more accurate balancing discharge current can be obtained by correcting the temperature change of the resistance value Rb of the balancing resistor 201. In this case, a temperature sensor (not shown) is provided in the vicinity of the balancing resistor, and an output from this sensor is transmitted from the temperature detection circuit (not shown) of the
従って、式(3)で明らかなように、電動車両起動時に、短時間バランシング放電を行った時の単電池セルの端子間電圧VC、バランシングスイッチの端子間電圧(VBS)およびバランシング抵抗201の抵抗値Rbに基づいて、車両起動時にバランシング放電を行う場合のバランシング電流が算出できる。 Therefore, as is apparent from the equation (3), when the electric vehicle is activated, the voltage VC between the terminals of the single battery cell, the voltage between the terminals (VBS) of the balancing switch, and the resistance of the balancing resistor 201 when performing the short-time balancing discharge are obtained. Based on the value Rb, it is possible to calculate a balancing current when balancing discharge is performed when the vehicle is started.
(バランシング電流算出における温度の影響)
ただし、たとえば上記の車両の起動時で、インバータ800などの負荷が蓄電装置100に接続されていない状態で、バランシング放電を行った場合の各単電池セルの端子間電圧は、上述の各単電池セルのOCVから各単電池セルの内部抵抗による電圧降下を差し引いたものとなる。また、インバータ800などの負荷が接続された状態では、負荷の変動に対応して各単電池セルの端子間電圧(VC)も変動する。またこのときの端子間電圧(VC)にはノイズも混入する。また、車両の起動時と通常の動作時とでは蓄電装置の温度も異なってくる。
ここでは以下の説明を容易にするために、車両の起動時などの各単電池セルおよび電池監視装置などの回路が一定の温度の状態でのバランシング放電電流Ib、単電池セルの端子間電圧VC、バランシングスイッチの端子間電圧VBS、バランシング抵抗Rb、バランシングスイッチのオン抵抗RBSにそれぞれ(R)を付けて以下のように表わす。
Ib(R)=(VC(R)−VBS(R))/(2*Rb(R)) ...(5)
または、
Ib(R)=VC(R)/(2*Rb(R)+RBS(R)) ...(6)(Effect of temperature on balancing current calculation)
However, for example, when the vehicle is started and the load such as the inverter 800 is not connected to the
Here, in order to facilitate the following description, the balancing discharge current Ib and the voltage VC between the terminals of the single battery cell when the circuit of each single battery cell and the battery monitoring device at the time of starting the vehicle is at a constant temperature. (R) is added to the balancing switch terminal voltage VBS, the balancing resistor Rb, and the balancing switch on-resistance RBS , respectively, and is expressed as follows.
Ib (R) = (VC (R) −VBS (R)) / (2 * Rb (R)). . . (5)
Or
Ib (R) = VC (R) / (2 * Rb (R) + R BS (R)). . . (6)
この後、インバータ800が蓄電装置100に接続され、車両が通常動作を行っている状態でのバランシング電流Ib、単電池セルの端子間電圧VC、バランシングスイッチの端子間電圧VBS、バランシング抵抗Rb、バランシングスイッチのオン抵抗RBSにそれぞれ(N)を付けて以下のように表わす。
Ib(N)=(VC(N)−VBS(N))/(2*Rb(N)) ...(7)
または、
Ib(N)=VC(N)/(2*Rb(N)+RBS(N)) ...(8)
バランシング抵抗Rb、バランシングスイッチのオン抵抗RBSにそれぞれ(N)を付けて区別しているのは、車両の状態によりこれらの抵抗周辺の温度も変化するためである。これらの抵抗も含めた蓄電装置の温度変化が無視できる場合は、上記の式(5)と(7)、(6)と(8)はそれぞれ全く同等なものとなる。Thereafter, the inverter 800 is connected to the
Ib (N) = (VC (N) −VBS (N)) / (2 * Rb (N)). . . (7)
Or
Ib (N) = VC (N) / (2 * Rb (N) + R BS (N)). . . (8)
The reason why the balancing resistance Rb and the on-resistance R BS of the balancing switch are distinguished from each other by adding (N) is that the temperature around these resistances varies depending on the state of the vehicle. When the temperature change of the power storage device including these resistors can be ignored, the above equations (5) and (7), (6) and (8) are completely equivalent.
上記の式(6)および(8)から明らかなように、各単電池セルのバランシング電流は単純に各端子間電圧に比例することが分かる。すなわち、各抵抗の温度変化を考慮した係数F1、F2を用いると、
Ib(N)=Ib(R)*(VC(N)−VBS(N))
/(VC(R)−VBS(R))*F1 ...(9)
F1=Rb(N)/Rb(R) ...(10)
または、
Ib(N)=Ib(R)*(VC(N)/VC(R))*F2 ...(11)
F2=(2*Rb(R)+RBS(R))/(2*Rb(N)+RBS(N))...(12)
と表わされる。係数F1、F2は、バランシング抵抗201やバランシングスイッチ222の温度特性に基づいて事前にテーブル化したものを用いて算出することは可能であるが、セルコントローラIC内部の温度を正確に測定することが必要であり、また温度補正のためのデータや計算が必要となる。As apparent from the above equations (6) and (8), it can be seen that the balancing current of each single battery cell is simply proportional to the voltage between the terminals. That is, when coefficients F1 and F2 that take into account the temperature change of each resistor are used,
Ib (N) = Ib (R) * (VC (N) −VBS (N))
/ (VC (R) -VBS (R)) * F1. . . (9)
F1 = Rb (N) / Rb (R). . . (10)
Or
Ib (N) = Ib (R) * (VC (N) / VC (R)) * F2. . . (11)
F2 = (2 * Rb (R) + R BS (R)) / (2 * Rb (N) + R BS (N)). . . (12)
It is expressed as The coefficients F1 and F2 can be calculated using a table in advance based on the temperature characteristics of the balancing resistor 201 and the balancing switch 222, but the temperature inside the cell controller IC can be accurately measured. Necessary and temperature correction data and calculations are required.
ここで、バランシング抵抗Rb201は、精度が良くまた温度係数も非常に小さいものを使用することができるので、F1≒1として、
Ib(N)=Ib(R)*(VC(N)−VBS(N))/(VC(R)−VBS(R)) ...(13)
と表わすことができる。
あるいは、Rb(R)=Rb(N)=Rbとして、式(5)、(7)は等価になるので、(R)と(N)の区別を省略し、
Ib=(VC−VBS)/(2*Rb) ...(14)
とできる。
式(14)は、単電池セルの端子間電圧(VC)とバランシングスイッチの端子間電圧(VBS)を測定すれば、既知のバランシング抵抗値を用いてバランシング電流が算出できることを示している。また、MOSFETなどから構成されるバランシングスイッチのオン抵抗が含まれていないので、バランシングスイッチのオン抵抗のばらつきや温度変化を直接補正する必要がなく、バランシング電流を正確に算出することができる。Here, as the balancing resistor Rb201, one having high accuracy and a very small temperature coefficient can be used.
Ib (N) = Ib (R) * (VC (N) −VBS (N)) / (VC (R) −VBS (R)). . . (13)
Can be expressed as
Or, since Rb (R) = Rb (N) = Rb, the expressions (5) and (7) are equivalent, so the distinction between (R) and (N) is omitted,
Ib = (VC−VBS) / (2 * Rb). . . (14)
And can.
Equation (14) indicates that the balancing current can be calculated using a known balancing resistance value by measuring the voltage (VC) between the terminals of the single battery cell and the voltage (VBS) between the terminals of the balancing switch. In addition, since the ON resistance of the balancing switch composed of a MOSFET or the like is not included, it is not necessary to directly correct the ON resistance variation or temperature change of the balancing switch, and the balancing current can be accurately calculated.
これに対し、式(11)およびF2(式(12))を用いた場合、バランシングスイッチ222のオン抵抗の温度変化を必ず考慮する必要がある。バランシングスイッチ222には、例えばMOSFETが使用されており、通常正の温度特性を持っている。また、1つのセルコントローラICに組み込まれているバランシングスイッチ間でも抵抗値のばらつきがある。したがって、式(11)および式(12)を用いてバランシング電流を精度良く算出することは難しい。 On the other hand, when Equations (11) and F2 (Equation (12)) are used, it is necessary to consider the temperature change of the on-resistance of the balancing switch 222. For example, a MOSFET is used for the balancing switch 222 and usually has a positive temperature characteristic. There is also a variation in resistance value between balancing switches incorporated in one cell controller IC. Therefore, it is difficult to accurately calculate the balancing current using the equations (11) and (12).
以上の説明から明らかなように、バランシングスイッチ222がオンの時の、単電池セルの端子間電圧と、この単電池セルに対応したバランシングスイッチ222の端子間電圧を測定することによって、バランシングスイッチのオン抵抗の温度変化補正が不要な、バランシング電流の算出が可能となる。したがって、単電池セルの端子間電圧VCならびにバランシングスイッチ222の端子間電圧VBSをリアルタイムに測定することにより、このバランシング電流の算出もリアルタイムに行うことができる。 As is clear from the above description, by measuring the voltage between the terminals of the single battery cell when the balancing switch 222 is on and the voltage between the terminals of the balancing switch 222 corresponding to this single battery cell, It is possible to calculate a balancing current that does not require temperature change correction of on-resistance. Therefore, the balancing current can be calculated in real time by measuring the inter-terminal voltage VC of the unit cell and the inter-terminal voltage VBS of the balancing switch 222 in real time.
単電池セルの端子間電圧(VC)とこれに対応したバランシングスイッチ222の端子間電圧(VBS)の測定は同時に行う必要がある。これは、単電池セルの端子間電圧(VC)は、インバータなどの負荷の変動に従い電池システムの充放電電流が変動するためである。
式(1)で明らかなように、単電池セルの端子間電圧が変動すると、これに比例してバランシングスイッチ222の端子間電圧VBSも変動する。これにより、式(5)、(7)あるいは式(14)で、単電池セルの端子間電圧VCとバランシングスイッチ222の端子間電圧(VBS)が、それぞれ別のタイミングで測定された場合、バランシング電流IBSが正しく算出されない。
誤差のあるバランシング電流を用いると、単電池セルのSOCは正しく算出されない(下記説明参照)。このようなSOCの算出誤差は積算されてゆくので、場合によっては過放電等の原因となる。It is necessary to simultaneously measure the inter-terminal voltage (VC) of the single battery cell and the inter-terminal voltage (VBS) of the balancing switch 222 corresponding thereto. This is because the inter-terminal voltage (VC) of the single battery cell changes the charge / discharge current of the battery system in accordance with the change of the load such as the inverter.
As apparent from the equation (1), when the voltage between the terminals of the single battery cell varies, the voltage VBS between the terminals of the balancing switch 222 also varies in proportion to this. Accordingly, when the inter-terminal voltage VC of the single battery cell and the inter-terminal voltage (VBS) of the balancing switch 222 are measured at different timings in the formula (5), (7), or (14), balancing is performed. The current IBS is not calculated correctly.
If the balancing current having an error is used, the SOC of the single battery cell is not correctly calculated (see the following description). Such SOC calculation errors are integrated, which may cause overdischarge in some cases.
(各単電池セルのバランシング放電時間とバランシング放電制御)
HEV、PHEV、EVなどの電動車両の起動時に測定されたOCVを用いて、図7のOCV−SOC換算曲線に基づいて、まず初期SOCを求める。例として1個の単電池セルの場合を説明する。
単電池セルのSOCの初期値をSOC0とする。蓄電装置100とインバータ800が接続されたときの電池システム104とインバータ800間の充放電電流をI、またバランシング放電電流をIbとすると、この単電池セルのSOCは、以下のように表わされる。
SOC=SOC0 − ∫I(t)dt − ∫Ib(t)dt ...(15)
なお、∫Iは充放電電流I(t)の積算値を示し、∫Ibはバランシング放電電流Ib(t)の積算値を示す。(t)は時間により変動していることを示している。I(t)は充放電電流であるので、電池システムが充電されている場合は、I(t)は負の値であり、SOCは増加する。バランシング放電電流は、上記で説明したように、各単電池セルの端子間電圧の変化に対応して多少変動する。なお、バランシング放電は、全単電池セルのSOCを求め、SOCのばらつきΔSOC(>0)が所定の閾値ΔSOCth(>0)より大きい単電池セルに対して行われる。各単電池セルのSOCは、バッテリーコントローラ500とセルコントローラ200によって管理される。(Balancing discharge time and balancing discharge control of each battery cell)
First, the initial SOC is obtained based on the OCV-SOC conversion curve of FIG. 7 using the OCV measured when the electric vehicle such as HEV, PHEV, EV is started. As an example, the case of a single battery cell will be described.
The initial value of the SOC of the single battery cell is assumed to be SOC0. When the charge / discharge current between battery system 104 and inverter 800 when
SOC = SOC0−∫I (t) dt−∫Ib (t) dt. . . (15)
Note that ∫I indicates an integrated value of the charging / discharging current I (t), and ∫Ib indicates an integrated value of the balancing discharge current Ib (t). (T) shows that it fluctuates with time. Since I (t) is a charge / discharge current, when the battery system is charged, I (t) is a negative value and the SOC increases. As described above, the balancing discharge current slightly varies in accordance with the change in the voltage between the terminals of each unit cell. The balancing discharge is performed on the single battery cells in which the SOCs of all the single battery cells are obtained and the SOC variation ΔSOC (> 0) is larger than the predetermined threshold value ΔSOCth (> 0). The SOC of each single battery cell is managed by the battery controller 500 and the
本発明による電池監視装置を含む電池制御装置を搭載した蓄電装置の一実施の形態によれば、各単電池セルのSOCのばらつきを補正するバランシング放電電流Ibを上述のように正確に求めて、短時間でばらつきを解消することができる。すなわち、バランシング放電とは、
ΔSOC − ∫Ib(t)dt =0 ...(16)
となるまでバランシングスイッチ222をオンとして放電を行うことである。
実際は、
ΔSOC − ∫Ib(t)dt ≦0 ...(17)
となった時点で速やかにバランシング放電を停止する。
本発明による電池監視装置を用いた蓄電装置の一実施の形態では、ほぼこのようなバランシング放電を行うことが可能であるが、従来のバランシング放電では、正確なバランシング電流を求めることができなかったためこのような制御は行われていなかった。According to one embodiment of the power storage device equipped with the battery control device including the battery monitoring device according to the present invention, the balancing discharge current Ib for correcting the variation in the SOC of each single battery cell is accurately obtained as described above, Variations can be eliminated in a short time. That is, balancing discharge is
ΔSOC−∫Ib (t) dt = 0. . . (16)
Until the balance switch 222 is turned on.
In fact,
ΔSOC−∫Ib (t) dt ≦ 0. . . (17)
At that point, the balancing discharge is stopped immediately.
In one embodiment of the power storage device using the battery monitoring device according to the present invention, it is possible to perform almost such balancing discharge. However, the conventional balancing discharge cannot obtain an accurate balancing current. Such control was not performed.
(従来の各単電池セルのバランシング放電時間とバランシング放電制御)
理解を容易にするため、バランシング電流をある一定の電流値Ibであるとすると、バランシング放電時間tは、
ΔSOC − Ib・t =0 ...(18)
により求めることができる。
しかしながら、実際のバランシング電流Ib(t)は、単電池セルの端子間電圧の変動により変化する。また従来は、バランシング電流の算出を端子間電圧とバランシング抵抗でのみ行っており、バランシングスイッチのオン抵抗が考慮されていなかった。最初に述べたように、最近の二次電池セルは容量が増大しており、これに対応してバランシング放電電流を大きくすることが要求されている。このため、バランシング抵抗は小さい値のものが使用される傾向にある。バランシングスイッチのオン抵抗も考慮してバランシング電流を算出しないと、場合によっては過大なバランシング電流が流れて過放電状態となる可能性もある。(Balanced discharge time and balancing discharge control of each conventional battery cell)
For ease of understanding, assuming that the balancing current is a certain current value Ib, the balancing discharge time t is
ΔSOC−Ib · t = 0. . . (18)
It can ask for.
However, the actual balancing current Ib (t) changes due to fluctuations in the voltage between the terminals of the single battery cell. Conventionally, the balancing current is calculated only by the voltage between the terminals and the balancing resistance, and the on-resistance of the balancing switch is not taken into consideration. As described above, the capacity of recent secondary battery cells is increasing, and it is required to increase the balancing discharge current accordingly. For this reason, the balancing resistance tends to be used with a small value. If the balancing current is not calculated in consideration of the on-resistance of the balancing switch, an excessive balancing current may flow in some cases, resulting in an overdischarge state.
また、負荷接続時の端子間閉路電圧(CCV)の平均値は、SOCに対応して、図7のOCV−SOC曲線と同様に変化する。
単電池セルの正確なSOCは、例えば図7のOCV−SOC換算曲線の傾斜の急な部分(図中A)で求められる。しかし、この曲線の傾斜が緩やかな部分(図中B)では、OCVから正確なSOCを求めることはできない。図7の下に示す2つの曲線C、Dはそれぞれ、OCVの測定誤差が15mVと10mVの場合のSOCの換算誤差を示す。
すなわち、OCV−SOC換算曲線のBの部分では正確なSOCが算出できない。従来は、Aの部分で算出したSOCのばらつきΔSOCを用いて、式(18)のΔSOC−Ib・tを計算していたが、Ibが正確に求まっていなかったため過放電となる可能性があった。Further, the average value of the inter-terminal closed circuit voltage (CCV) at the time of load connection changes in the same manner as the OCV-SOC curve of FIG. 7 corresponding to the SOC.
The exact SOC of the single battery cell is obtained, for example, at a steep portion (A in the figure) of the OCV-SOC conversion curve of FIG. However, in the part where the slope of this curve is gentle (B in the figure), an accurate SOC cannot be obtained from the OCV. The two curves C and D shown at the bottom of FIG. 7 show the SOC conversion error when the OCV measurement error is 15 mV and 10 mV, respectively.
That is, an accurate SOC cannot be calculated in the portion B of the OCV-SOC conversion curve. Conventionally, ΔSOC−Ib · t of the equation (18) was calculated using the SOC variation ΔSOC calculated in the portion A. However, since Ib was not accurately obtained, there was a possibility of overdischarge. It was.
このようなバランシング放電による過放電を防ぎつつ、バランシング放電を効率よく行う方法として、特開2001−309750号公報に記載されているような、一定時間毎に少しづつバランシング放電を行って、全単電池セルのばらつきを収束させる方法が行われていた。 As a method for efficiently performing balancing discharge while preventing such overdischarge due to balancing discharge, balancing discharge is performed little by little at regular intervals as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-309750. A method for converging the variation of battery cells has been performed.
バランシングスイッチ222をオンとした場合に、バランシング放電開路に流れる電流は、従来の電池監視装置のバランシング放電回路(例えば特開2010−228523号公報の図18、図19参照)を用いて、バランシングスイッチがオフの時の単電池セルの端子間電圧と、バランシングスイッチがオンの時の端子間電圧(この場合はバランシング抵抗とバランシングスイッチのオン抵抗の和に対応した、単電池セルの端子間電圧の分圧された電圧)とから、上記で説明したと同様にバランシング電流を算出することができる。この場合は算出式は上記の式(1)〜(14)とやや異なるが、説明は省略する。
しかしながら、従来の電池監視装置の構成では、単電池セルの端子間電圧と、この単電池セルに対応したバランシングスイッチ222がオンの時の端子間電圧はどちらかを別々に測定することになり、これらを同時に測定することはできない。したがって、バランシング電流は正しく算出されず、SOCが正しく算出されない。さらに従来は、単電池セルの容量が小さかったので、バランシング放電電流は大きくなく、セル電圧入力抵抗およびバランシング抵抗に比べて小さい抵抗値であるバランシングスイッチのオン抵抗は考慮されていなかった。When the balancing switch 222 is turned on, the current flowing in the balancing discharge open circuit is obtained by using a balancing discharge circuit of a conventional battery monitoring device (see, for example, FIGS. 18 and 19 of JP 2010-228523 A). The voltage between the terminals of the unit cell when the is off and the voltage between the terminals when the balancing switch is on (in this case, the voltage between the terminals of the unit cell corresponding to the sum of the balancing resistance and the on-resistance of the balancing switch) The balancing current can be calculated from the divided voltage) in the same manner as described above. In this case, the calculation formula is slightly different from the above formulas (1) to (14), but the description is omitted.
However, in the configuration of the conventional battery monitoring device, either the voltage between the terminals of the single battery cell and the voltage between the terminals when the balancing switch 222 corresponding to this single battery cell is on will be measured separately, These cannot be measured simultaneously. Therefore, the balancing current is not calculated correctly, and the SOC is not calculated correctly. Furthermore, conventionally, since the capacity of the single battery cell was small, the balancing discharge current was not large, and the on-resistance of the balancing switch having a resistance value smaller than the cell voltage input resistance and the balancing resistance was not considered.
(バランシング放電電流算出およびバランシング放電制御フロー)
図8は、上記で説明した本発明による電池監視装置を含む電池制御装置を搭載した蓄電装置の一実施の形態での各単電池セルのバランシング放電電流の算出とバランシング放電の制御のフローの概略を示したものである。なお、図8の中央部分はマイクロコンピュータ504での処理を記載している。バッテリーコントローラ500にはマイクロコンピュータ以外の回路(不図示)も含まれており、また電池制御装置600にはバッテリーコントローラ500やセルコントローラ200以外の回路(不図示)も含まれている。したがって、電池制御装置は、実際はこのフローに含まれる以外の別の動作を多く行っている。図8に示すフローは、本発明に関する部分のみ抜き出して、まとめて示したものである。たとえば、各単電池セルおよびセルコントローラIC自身の内部回路動作の診断、あるいは電圧検出線の断線診断などはこのフローには含まれていない。また、このフローの中に含まれている各単電池セルのOCV測定やCCV測定は、上記で説明したバランシング放電電流算出以外にも用いているが、ここでは説明を省略する。(Balanced discharge current calculation and balancing discharge control flow)
FIG. 8 shows an outline of a flow of calculation of balancing discharge current and control of balancing discharge in each battery cell in an embodiment of a power storage device equipped with the battery control device including the battery monitoring device according to the present invention described above. Is shown. Note that the central portion of FIG. 8 describes the processing in the
ハイブリッド自動車などの車両を始動した時には、複数のメインセルコントローラIC301およびサブセルコントローラIC302を含むセルコントローラ200の起動が行われる。この起動は上記で説明した起動信号によって行われるが、以下の説明ではこれを省略し、セルコントローラが起動された状態でのバランシング電流算出ならびにバランシング放電の制御についてのみ説明する。なお、リレー700とリレー710は、ハイブリッド自動車などの車両の始動時はオフになっており、セルコントローラの起動や、OCV測定を含む各種の測定ならびに診断動作は、リレー700とリレー710がオフの状態で行われる。図8の示すフローの途中で、リレー700とリレー710はオンとされ、蓄電装置100とインバータ800が接続されて、電池システム100のDC電力がインバータ800によって3相交流電力に変換されてモータ900に供給され、車両が駆動される。
When a vehicle such as a hybrid vehicle is started, the
本発明による電池制御装置を搭載した蓄電装置の一実施の形態を用いたハイブリッド自動車用駆動システムを始動(キーオン)すると、ステップS1で本発明による電池制御装置によるバランシング放電電流算出およびバランシング放電制御の動作が開始される。 When a hybrid vehicle drive system using an embodiment of a power storage device equipped with a battery control device according to the present invention is started (key-on), balancing discharge current calculation and balancing discharge control by the battery control device according to the present invention is performed in step S1. Operation starts.
ステップS2で、マイクロコンピュータ504は電池システム104の全単電池セルのOCV(開路電圧)を測定する指令を発生する。各単電池セルの開路状態の端子間電圧(OCV)の測定は、電池システム104が負荷であるインバータ800と接続されていない状態、すなわちリレー700とリレー710(図1、2参照)がオフ(リレー開状態)で行われると共に、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302のバランシングスイッチ222が全てオフの状態で行われる。
各バランシングスイッチをオフにする指令は、各単電池セルの端子間電圧を測定する指令とは別の指令であるが、OCVの測定においてはバランシングスイッチは必ずオフの状態で行われる。すなわち、OCVの測定指令とバランシングスイッチオフの指令は必ず一緒に発生されるので、図8ではこれを簡略化して示してある。In step S <b> 2, the
The command for turning off each balancing switch is a command different from the command for measuring the voltage between terminals of each unit cell, but the balancing switch is always turned off in the measurement of OCV. That is, since the OCV measurement command and the balancing switch-off command are always generated together, this is simplified in FIG.
マイクロコンピュータからのOCV測定指令は、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302に上記の通信経路を介して伝達され、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302では以下の処理が同期して行われる。
(メインセルコントローラIC301)
・全バランシングスイッチオフ(ステップS2M1)
・各単電池セル端子間電圧測定(ステップS2M2)
(サブセルコントローラIC302)
・全バランシングスイッチオフ(ステップS2S)
なお、車両の始動時は、通常全バランシングスイッチ222はオフ状態で開始されるので、ステップS2M1とステップS2Sの動作は省略可能である。An OCV measurement command from the microcomputer is transmitted to the main
(Main cell controller IC301)
・ All balancing switches off (step S2M1)
-Voltage measurement between each battery cell terminal (step S2M2)
(Subcell controller IC 302)
・ All balancing switches off (step S2S)
When the vehicle is started, all the balancing switches 222 are normally started in an off state, so that the operations in steps S2M1 and S2S can be omitted.
メインセルコントローラIC301のバランシングスイッチ222は、ここで説明する電池制御装置の動作においては、常にオフの状態である。ステップS2M1ではこれらのバランシングスイッチをオフとして1回のみ示す。実際の電池制御装置の動作では、図8に示す以外の動作が多く実行されており、たとえば電圧検出線の断線診断ではメインセルコントローラの複数のバランシングスイッチ222のオン・オフを組み合わせて行うが、この説明は省略する。
ステップS2M2において、メインセルコントローラIC301で測定された各単電池セルの端子間電圧(この場合はOCV)の測定データは、上記のように通信経路を介してマイクロコンピュータ504に送信され、ステップS3で各単電池セルのSOCが算出される。このSOCの算出は、図7で示すようなOCV−SOCの関係を用いて求めるが、上述のようにOCV−SOC換算曲線の部分Aを用いることが望ましい。The balancing switch 222 of the main
In step S2M2, the measurement data of the inter-terminal voltage (in this case, OCV) of each unit cell measured by the main
ステップS4では、ステップS3で算出された各単電池セルのSOCから、SOCの偏差ΔSOCがそれぞれの単電池セルに対して計算される。また、このときSOCの大きさの順も算出される。バランシング放電は、通常SOCの大きいものから行われるがこの説明は以下では省略する。 In step S4, the SOC deviation ΔSOC is calculated for each single battery cell from the SOC of each single battery cell calculated in step S3. At this time, the order of the SOC size is also calculated. The balancing discharge is usually performed from the one having a large SOC, but this description is omitted below.
ステップS5ではバランシング放電対象となる単電池セルがあるかどうかが判断される。バランシング放電は、SOCの偏差ΔSOCが所定の閾値ΔSOCthより大きいものに対して行われる。ΔSOCthより大きい偏差のSOCを持つ単電池セルがない場合は、ステップS18で終了となる。 In step S5, it is determined whether or not there is a single battery cell to be balanced discharge. The balancing discharge is performed on the SOC having a deviation ΔSOC larger than a predetermined threshold value ΔSOCth. If there is no single battery cell having an SOC with a deviation larger than ΔSOCth, the process ends in step S18.
バランシング放電対象となる単電池セルがある場合は、ステップS6でバランシング対象となる単電池セルのリストが作成される。さらにステップS7では、このバランシング放電対象の単電池セルで各々の目標総バランシング放電電流量(式(14)〜(16)の∫Ib(t)dt、あるいは式(17)のIb・t)が算出される。例えば、式(15)を用いて目標総バランシング放電電流量とする場合は、SOCの偏差ΔSOCが目標総バランシング放電電流量となる。または、たとえば、ΔSOC−ΔSOCthを目標総バランシング放電電流量としてもよい。ΔSOCthならびに目標総バランシング放電電流量の設定は様々に行うことができ、この説明はここでは省略する。 If there is a single battery cell to be balanced discharge target, a list of single battery cells to be balanced is created in step S6. Further, in step S7, each target total balancing discharge current amount (∫Ib (t) dt in the formulas (14) to (16) or Ib · t in the formula (17)) is obtained in the unit cell to be balanced discharge. Calculated. For example, when the target total balancing discharge current amount is set using Equation (15), the SOC deviation ΔSOC becomes the target total balancing discharge current amount. Alternatively, for example, ΔSOC−ΔSOCth may be set as the target total balancing discharge current amount. The ΔSOCth and the target total balancing discharge current amount can be set in various ways, and this description is omitted here.
ステップS8のバランシング放電対象単電池セルのバランシング放電指令と、ステップS9のバランシング放電対象単電池セルのCCV測定指令は、ほぼ同時に発生される。これらの指令で実行される最初のバランシング放電は、各単電池セルの端子間電圧あるいはバランシングスイッチ222の端子間電圧を測定するためであるので、これらに必要な時間のみ、すなわち短時間のバランシング放電が行われる。 The balancing discharge command for the balancing discharge target unit cell in step S8 and the CCV measurement command for the balancing discharge target unit cell in step S9 are generated almost simultaneously. The first balancing discharge executed by these commands is to measure the voltage between the terminals of each unit cell or the voltage between the terminals of the balancing switch 222. Therefore, only the time required for these, that is, the short-time balancing discharge. Is done.
ステップS8のバランシング放電指令に基づいて、サブセルコントローラIC302でバランシングスイッチが所定の短時間オンとされバランシング放電が行われる(ステップS8S)。
Based on the balancing discharge command in step S8, the balancing switch is turned on for a predetermined short time in the
また、このバランシング放電を行っている状態で、オン状態のバランシングスイッチ222の端子間電圧が測定される(ステップS9S)。したがって、バランシングスイッチ222の端子間電圧測定と、バランシングスイッチ222をオンとする動作は同期して行われる。サブセルコントローラIC302へのバランシング放電(ステップS8S)とバランシングスイッチ222の端子間電圧の測定(ステップS9S)の動作の指令は、1つのデータパケットで送信してよい。
Further, the voltage between the terminals of the on-state balancing switch 222 is measured in the state where the balancing discharge is being performed (step S9S). Therefore, the voltage measurement between the terminals of the balancing switch 222 and the operation of turning on the balancing switch 222 are performed in synchronization. The commands for the balancing discharge (step S8S) to the
サブセルコントローラIC302でのステップS8SとS9Sの動作に同期して、メインセルコントローラIC301では、ステップS9Mで、単電池セルの端子間電圧測定が行われる。なお、ステップS8S、S9S、S9Mの動作は、バランシング放電対象の単電池セル1個ずつに対し同期して行われる。 In synchronization with the operations of steps S8S and S9S in the subcell controller IC302, the main cell controller IC301 measures the voltage across the terminals of the single battery cell in step S9M. In addition, operation | movement of step S8S, S9S, and S9M is performed in synchronization with respect to each single battery cell of balancing discharge object.
メインセルコントローラIC301でのバランシング放電対象単電池セルの端子間電圧測定(ステップS9M)の測定データと、サブセルコントローラIC302でのバランシングスイッチ端子間電圧測定(ステップS9S)の測定データは上述の通信経路を介してマイクロコンピュータ504に送信される。ステップS10で、上記で説明したように、バランシング放電電流Ibが式(3)により各バランシング放電対象単電池セルに対して算出される。
The measurement data of the voltage measurement between the terminals of the balancing discharge target unit cell in the main cell controller IC301 (step S9M) and the measurement data of the voltage measurement between the balancing switch terminals in the subcell controller IC302 (step S9S) follow the communication path described above. Via the
ステップS11では、バランシング放電対象単電池セルのバランシング放電スケジュールが設定される。ステップS10で算出されたバランシング放電電流Ibの初期値Ib0が算出される。この初期値Ib0が一定に維持されるとして、式(18)を用いて概略のバランシング放電時間t0を算出することができる。すなわち、
t0=ΔSOC/Ib0 ...(19)
となる。
単電池セルの端子間電圧は、インバータ800の負荷の変動と共に変動する。また電池システムの充放電にともない、平均的な端子間電圧も時間と共に変動する。したがって、式(19)で算出される放電時間はあくまで目安として使用し、実際のバランシング放電はもっと細かな時間ステップで制御される。In step S11, the balancing discharge schedule of the balancing discharge target single battery cell is set. An initial value Ib0 of the balancing discharge current Ib calculated in step S10 is calculated. Assuming that the initial value Ib0 is kept constant, an approximate balancing discharge time t0 can be calculated using Equation (18). That is,
t0 = ΔSOC / Ib0. . . (19)
It becomes.
The voltage between the terminals of the unit cell varies with the load of the inverter 800. As the battery system is charged / discharged, the average terminal voltage also varies with time. Therefore, the discharge time calculated by the equation (19) is used as a guide only, and the actual balancing discharge is controlled in finer time steps.
通常、バランシング抵抗201の抵抗値Rbは、バランシング放電を数時間以上連続で行うと、SOCのばらつきが解消される程度の値に、ΔSOCthとバランシングスイッチのオン抵抗およびそのばらつきを考慮して設定される。また、複数の単電池セルからなる電池システムにおいて、インバータ負荷による出力電圧の短時間変化はp−pで20%程度であり、このp−pの振幅の電圧変化は特に速い場合でも数十ミリ秒以上である。またインバータ負荷などでの連続放電を行っても各単電池セルおよび電池システム全体のSOCの許容最大値から、許容最小値まで減少するまでに数十分以上はかかるように設計されている。このような電池システムを用いてSOCが例えば50%以上となるように充放電制御が通常行われている。したがって、バランシング放電時間の制御は長時間に渡ってバランシングスイッチをオンにして行われる。またこの制御のための単電池セルの端子間電圧やバランシングスイッチの端子間電圧の測定をミリ秒程度でリアルタイムに繰り返し行うことにより、正確なバランシング電流の算出とこれを用いた正確なSOC算出が可能となる。バランシングスイッチのオン時間の具体的な制御や、単電池セルの端子間電圧やバランシングスイッチの端子間電圧の測定間隔は、単電池セルの仕様および電池システム、さらには負荷の仕様によって異なるので、詳細な説明は省略する。 Normally, the resistance value Rb of the balancing resistor 201 is set to a value that eliminates the variation in SOC when balancing discharge is continuously performed for several hours or more, taking into account ΔSOCth, the ON resistance of the balancing switch, and the variation thereof. The Further, in a battery system composed of a plurality of single battery cells, the short-term change in output voltage due to the inverter load is about 20% in pp, and the voltage change in the amplitude of pp is several tens of millimeters even when it is particularly fast. More than a second. Further, even if continuous discharge is performed with an inverter load or the like, it is designed so that it takes several tens of minutes to decrease from the allowable maximum SOC value of each single battery cell and the entire battery system to the allowable minimum value. Charge / discharge control is normally performed using such a battery system so that the SOC becomes 50% or more, for example. Therefore, the balancing discharge time is controlled by turning on the balancing switch for a long time. In addition, the measurement of the voltage between the terminals of the single battery cell and the voltage between the terminals of the balancing switch for this control is repeatedly performed in real time in about milliseconds, so that accurate balancing current calculation and accurate SOC calculation using this can be performed. It becomes possible. The specific control of the balancing switch on-time and the measurement interval of the voltage between the terminals of the single cell and the voltage between the terminals of the balancing switch differ depending on the specifications of the single battery cell, the battery system, and the load specifications. The detailed explanation is omitted.
極く簡単なバランシング放電スケジュールの例では、たとえば、バランシングスイッチが通算してオンとなった時間が、バランシング電流の初期値Ib0から求めたバランシング放電時間t0の半分程度に達したら、細かな時間間隔でオン・オフ制御を行うようにすればよい。各単電池セルの端子間電圧およびバランシングスイッチの端子間電圧の測定は、マイクロコンピュータの制御サイクル程度でリアルタイムで細かく行うことができ、各単電池セルのSOCもリアルタイムで正確に算出されるので、このSOCの算出結果をリアルタイムに参照しながら、バランシングスイッチのオン・オフを制御することでもよい。 In an example of a very simple balancing discharge schedule, for example, when the time when the balancing switches are turned on reaches about half of the balancing discharge time t0 obtained from the initial value Ib0 of the balancing current, a fine time interval is set. The on / off control may be performed with the. The measurement of the voltage between the terminals of each single battery cell and the voltage between the terminals of the balancing switch can be performed in real time in about the control cycle of the microcomputer, and the SOC of each single battery cell is also accurately calculated in real time. The balancing switch may be turned on / off while referring to the SOC calculation result in real time.
ただし、バランシング放電スケジュールを設定する場合、2つの隣り合う単電池セルのバランシング放電、すなわち2つの隣り合うバランシングスイッチは同時にオンされないようにスケジュールを設定する。これは、図4あるいは図5から分かるように、2つの隣り合うバランシングスイッチを同時にオンとすると、単電池セル2個分の電圧でバランシング放電が行われるため、バランシングスイッチでの発熱量が増大するからである。したがって、2つの隣り合うバランシングスイッチがオンとならなければ、複数のバランシングスイッチを同時にオン状態としてバランシング放電を行ってもよい。なお、複数のセルグループが直列接続されている場合は、異なるセルグループに属する2つの単電池セルであっても、回路的に隣り合って接続されている場合、すなわち1つのセルグループの最上位単電池セルと、このセルグループの隣の下位セルグループの最下位単電池セルが回路的に隣り合っている場合は、これら2つの単電池セルに対応するバランシングスイッチが同時にオンとならないようにスケジュールする必要がある。
発熱の問題が無ければ、2つの隣り合うバランシングスイッチをオンにしてバランシング放電を行ってもよいが、バランシング電流が2個の単電池セルに対応した値となるとなることを考慮してバランシング放電を行うことが可能である。However, when setting the balancing discharge schedule, the scheduling is set so that the balancing discharge of two adjacent unit cells, that is, the two adjacent balancing switches are not simultaneously turned on. As can be seen from FIG. 4 or FIG. 5, when two adjacent balancing switches are simultaneously turned on, balancing discharge is performed at a voltage equivalent to two unit cells, so the amount of heat generated by the balancing switch increases. Because. Therefore, if two adjacent balancing switches are not turned on, balancing discharge may be performed by simultaneously turning on a plurality of balancing switches. When a plurality of cell groups are connected in series, even when two unit cells belonging to different cell groups are connected adjacent to each other in terms of circuit, that is, the highest level of one cell group When a single battery cell and the lowest single battery cell of the lower cell group adjacent to this cell group are adjacent to each other in terms of circuit, the balancing switch corresponding to these two single battery cells is scheduled not to be turned on simultaneously. There is a need to.
If there is no problem of heat generation, the balancing discharge may be performed by turning on two adjacent balancing switches. However, the balancing discharge is performed considering that the balancing current is a value corresponding to two unit cells. Is possible.
ステップS12で、バランシング放電対象単電池セルのバランシング放電指令が発生される。この指令に基づいて、サブセルコントローラ302はバランシング放電対象の単電池セルのバランシング放電を開始する(ステップS12S)。
In step S12, a balancing discharge command for the unit cell for balancing discharge is generated. Based on this command, the
また、このバランシング放電を行っている状態で、ステップS13でこのバランシング放電を行っている単電池セルのCCV測定を行う指令がマイクロコンピュータ504で発生される。
このCCV測定指令に基づいて、バランシング放電を行っている単電池セルの端子間電圧の測定(ステップS13M)がメインセルコントローラIC301で行われる。またこれと同期して、サブセルコントローラIC302で、オン状態のバランシングスイッチ222の端子間電圧が測定される(ステップS13S)。Further, in the state where the balancing discharge is being performed, a command for performing CCV measurement of the single battery cell which is performing the balancing discharge is generated in the
Based on this CCV measurement command, the main
上記で説明したように、単電池セルのSOCを正確に算出するには、できるかぎり細かなステップで、単電池セルの端子間電圧の測定とバランシングスイッチ222の端子間電圧の測定を行うことが望ましい。たとえば、マイクロコンピュータ504の制御サイクル毎にリアルタイムで行うことが望ましい。ただし、車両の運転状態に応じて、単電池セルの端子間電圧の変動が緩やかな場合は、長い時間間隔で行ってもよい。
なお、各単電池セルのSOCの算出では、式(15)で示すように、電池システムの充放電電流も積算されている。この電池システムの充放電電流は、図1、2に示す電流センサ503、充放電電流検出回路によって検出されている。この充放電電流は、マイクロコンピュータ504の制御サイクル毎にリアルタイムで検出されている。この電池システムの充放電電流の検出ならびに、この充放電電流を積算したSOC値の算出、さらにはこのSOC値に基づく電池制御(電池システムの接続/切り離し、停止等)については、図示ならびに説明を省略する。As described above, in order to accurately calculate the SOC of the single battery cell, the voltage between the terminals of the single battery cell and the voltage between the terminals of the balancing switch 222 are measured in the smallest possible steps. desirable. For example, it is desirable to perform in real time for each control cycle of the
In addition, in calculation of SOC of each single battery cell, as shown by Formula (15), the charging / discharging current of the battery system is also integrated. The charge / discharge current of this battery system is detected by the current sensor 503 and the charge / discharge current detection circuit shown in FIGS. This charge / discharge current is detected in real time for each control cycle of the
図8のステップS12SとS13Sの右側で(同期処理)としてあるのは、バランシング放電は、バランシングスイッチを連続してオン状態にしていてもよく、このオン状態で、ステップS13で単電池セルのCCV測定指令が発生された場合にのみ、ステップS13MとステップS13Sの動作を同期して行うからである。 In the right side of steps S12S and S13S in FIG. 8 (synchronization processing), the balancing discharge may be performed by continuously turning on the balancing switch, and in this on state, the CCV of the single cell in step S13. This is because the operations of step S13M and step S13S are performed in synchronization only when a measurement command is generated.
メインセルコントローラIC301でのバランシング放電対象単電池セルの端子間電圧測定(ステップS13M)の測定データと、サブセルコントローラIC302でのバランシングスイッチ端子間電圧測定(ステップS13S)の測定データは上述の通信経路を介してマイクロコンピュータ504に送信される。ステップS14では、上記でステップS10で説明したように、バランシング放電電流Ibが式(3)により各バランシング放電対象単電池セルに対して算出され、さらにこのバランシング放電電流を積算して総バランシング放電電流を算出する。
The measurement data of the terminal cell voltage measurement (step S13M) of the balancing discharge target unit cell in the main cell controller IC301 and the measurement data of the balancing switch terminal voltage measurement (step S13S) in the subcell controller IC302 are transmitted through the communication path described above. Via the
ステップS15では、算出された総バランシング放電電流とΔSOCとの差、およびバランシング放電電流Ibに基づいて、バランシング放電時間を計算し、バランシングスイッチをオンとする時間の再計算を行い、バランシング放電対象の単電池セルのバランシング放電スケジュールの再設定を行う。
また、総バランシング放電電流がΔSOC以上となった単電池セルに対しては、バランシング放電を終了するので、サブセルコントローラIC302に対し、この単電池セルのバランシングスイッチ222をオフにする指令を送信する。この指令に基づいて、ステップS15Sで、サブセルコントローラIC302はバランシングスイッチ222をオフとしてバランシング放電を停止する。In step S15, the balancing discharge time is calculated based on the difference between the calculated total balancing discharge current and ΔSOC, and the balancing discharge current Ib, the time for turning on the balancing switch is recalculated, and the balancing discharge target Reset the balancing discharge schedule of single cells.
Further, since the balancing discharge is completed for the single battery cell whose total balancing discharge current is equal to or greater than ΔSOC, a command to turn off the balancing switch 222 of the single battery cell is transmitted to the subcell controller IC302. Based on this command, in step S15S, the
ステップS16では、バランシング放電対象の単電池セルがまだ残っているかどうかを、ステップS15でバランシング放電対象となっている単電池セルを確認する。バランシング放電対象の単電池セルが無ければステップS18に進み、バランシング放電は完了となる。また、バランシング放電対象の単電池セルが残っていれば、バランシング放電対象の単電池セルのバランシング放電を継続する。 In step S16, it is confirmed whether or not the single battery cell targeted for balancing discharge still remains in step S15. If there is no unit cell for balancing discharge, the process proceeds to step S18, and balancing discharge is completed. Moreover, if the single battery cell of balancing discharge remains, the balancing discharge of the single battery cell of balancing discharge is continued.
ステップS17では、バランシング対象となる単電池セルに変更(減少)があれば、これを考慮してバランシング放電対象の単電池セルのリストを変更し、このリストに基づいて、ステップS13以下の動作を繰り返す。 In step S17, if there is a change (decrease) in the unit cells to be balanced, the list of unit cells to be balanced discharge is changed in consideration of this, and the operations in step S13 and subsequent steps are performed based on this list. repeat.
なお、図8の動作フローで、各単電池セルのOCV測定(ステップS2、S2S、S2M1、S2M2)は、電池システム104にインバータ等の負荷が接続されていない状態で行われる。すなわち、たとえば電動車両の起動時等に行うことが望ましい。
ステップS3以降は、電池システム104にインバータ等の負荷が接続された状態で行うことが可能である。ただし、バランシング放電中での最初のCCV測定(S8、S9、S8S、S9S、S9M)での測定結果に基づいて、概略のバランシング放電時間を算出(ステップS11)するので、この最初のCCV測定は、たとえば電動車両の起動時等で、車両がある程度安定した状態で行われることが望ましい。In the operation flow of FIG. 8, the OCV measurement (steps S <b> 2, S <b> 2 </ b> S, S <b> 2 </ b> M <b> 1, S <b> 2 </ b> M <b> 2) of each single battery cell is performed in a state where a load such as an inverter is not connected to the battery system 104. That is, for example, it is desirable to carry out at the time of starting the electric vehicle.
Step S3 and subsequent steps can be performed in a state where a load such as an inverter is connected to the battery system 104. However, since the approximate balancing discharge time is calculated (step S11) based on the measurement result in the first CCV measurement (S8, S9, S8S, S9S, S9M) during the balancing discharge, the first CCV measurement is For example, it is desirable that the operation be performed in a state where the vehicle is stabilized to some extent, for example, when the electric vehicle is started.
上記の実施形態の説明で示した例では、電池システム104はセルグループ102を直列接続して構成したものとして説明した。電池システム104は複数のセルグループを直並列または並列に接続して構成したものであってよい。
In the example shown in the description of the above embodiment, the battery system 104 has been described as being configured by connecting the
また、上記では、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302は、それぞれセルグループ102と1対1で設けるように説明したが、1つのセルコントローラICペア300で複数のセルグループを制御することも可能であり、また1つのセルグループを複数のセルコントローラICペア300で制御することも可能である。
In the above description, the main
セルグループを構成する単電池セルの数は、セルグループを複数含む電池モジュール、あるいは電池システムの仕様により様々に変形実施が可能である。またこのような様々の電池システムの仕様は、この電池システムを搭載するHEVやPHEV、EVなどの電動車両に必要な電力仕様に合わせて設定される。 The number of single battery cells constituting the cell group can be variously modified depending on the specifications of the battery module or battery system including a plurality of cell groups. Moreover, the specifications of such various battery systems are set in accordance with the power specifications required for electric vehicles such as HEVs, PHEVs, and EVs on which the battery systems are mounted.
本発明による電池制御装置は、例えば上記で説明したセルコントローラ200の構成および機能は、このような様々の構成の電池システムにおいても適用可能である。このように、本発明による電池制御装置は様々な構成の電池システムに対して、また様々な仕様の電動車両に対して適用が可能である。
In the battery control device according to the present invention, for example, the configuration and function of the
また、上記では、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302は同一仕様のセルコントローラであるとして説明したが、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302は、それぞれ上記で説明した動作を実行できるものであればよく、同一の仕様でなくともよい。
特に、上記で説明した本発明による電池制御装置の一実施の形態ではメインセルコントローラIC301のバランシングスイッチは、診断動作に用いる以外はオフ状態で使用している。また、この診断動作もサブセルコントローラIC302のバランシングスイッチで実施可能である。したがって、上記で説明した電池制御装置の動作を行うことにおいては、メインセルコントローラIC301のバランシングスイッチはなくともよい。
ただし、診断動作等を確実に行うことは車両の安全確認で重要な意義を持つので、メインセルコントローラIC301とサブセルコントローラIC302の双方で同様の機能を維持することで車両の安全性を向上するができる。In the above description, the main
In particular, in the embodiment of the battery control device according to the present invention described above, the balancing switch of the main
However, since it is important to confirm the safety of the vehicle for surely performing the diagnostic operation or the like, it is possible to improve the safety of the vehicle by maintaining the same function in both the main cell controller IC301 and the subcell controller IC302. it can.
なお、上記では、コマンドおよびデータ信号とクロック信号は、メインセルコントローラIC301の間およびサブセルコントローラIC302の間、さらには、バッテリーコントローラ500と最上位メインセルコントローラICおよび最上位サブセルコントローラとの間で双方向通信で行われると説明したが、特開2010−228523号公報で開示されているような一方向通信で行うことも可能なことは明らかである。
In the above description, the command, data signal, and clock signal are transmitted between the main
以上の説明は本発明の実施形態の例であり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。したがって、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 The above description is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments. Those skilled in the art can implement various modifications without impairing the features of the present invention. Therefore, other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
Claims (11)
前記単電池セルの端子間電圧を測定する第1の制御ユニットと、
前記単電池セルのバランシング放電を行う第2の制御ユニットと、
前記単電池セルの端子間電圧を測定するための、前記単電池セルの正極および負極のそれぞれと前記第1の制御ユニットとを接続する複数の電圧検出線とを備え、
各々の前記電圧検出線には第1の抵抗が設けられ、
前記第2の制御ユニットには、前記第1の抵抗より前記単電池セル側で、各々の前記電圧検出線から分岐したバランシング線が接続され、
前記バランシング線には第2の抵抗が設けられ、
前記第2の制御ユニットは前記単電池セルの正極に接続されたバランシング線と負極に接続されたバランシング線の間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを前記単電池セル毎に備える電池監視装置。A battery monitoring device for controlling a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series,
A first control unit for measuring a voltage between terminals of the unit cell;
A second control unit that performs balancing discharge of the unit cells;
A plurality of voltage detection lines for connecting the first control unit and each of the positive electrode and the negative electrode of the single battery cell for measuring the voltage between the terminals of the single battery cell;
Each voltage detection line is provided with a first resistor,
A balancing line branched from each of the voltage detection lines is connected to the second control unit on the unit cell side from the first resistance,
The balancing line is provided with a second resistor,
The second control unit includes a balancing switch connected between a balancing line connected to the positive electrode of the single battery cell and a balancing line connected to the negative electrode for performing balancing discharge of the single battery cell. Battery monitoring device provided for each.
前記セルグループは複数個設けられ、
前記第1の制御ユニットと前記第2の制御ユニットは複数の前記セルグループの各々に対応して設けられ、
前記電池監視装置は、
複数の前記第1の制御ユニットを起動する起動信号を上位制御装置から送信するための第1の通信経路と、複数の前記第2の制御ユニットを起動する起動信号を前記上位制御装置から送信するための第2の通信経路と、
複数の前記第1の制御ユニットと前記上位制御装置との間でデータを送受信するための第3の通信経路と、同期信号を送受信するための第4の通信経路と、
複数の前記第2の制御ユニットと前記上位制御装置との間でデータを送受信するための第5の通信経路と、同期信号を送受信するための第6の通信経路とを備える電池監視装置。The battery monitoring device according to claim 1,
A plurality of the cell groups are provided,
The first control unit and the second control unit are provided corresponding to each of the plurality of cell groups,
The battery monitoring device includes:
A first communication path for transmitting a start signal for starting a plurality of the first control units from the host controller and a start signal for starting a plurality of the second control units are transmitted from the host controller. A second communication path for
A third communication path for transmitting and receiving data between a plurality of the first control units and the host control apparatus; a fourth communication path for transmitting and receiving a synchronization signal;
A battery monitoring apparatus comprising: a fifth communication path for transmitting / receiving data between a plurality of the second control units and the host control apparatus; and a sixth communication path for transmitting / receiving a synchronization signal.
前記第1乃至第6の通信経路と絶縁素子を介して接続された前記上位制御装置とを備える電池制御装置。The battery monitoring device according to claim 2;
A battery control device comprising the first to sixth communication paths and the host control device connected via an insulating element.
前記制御装置は、
前記第1の制御ユニットを制御して、一の単電池セルの端子間電圧の測定を行い、
前記第2の制御ユニットを制御して、前記一の単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチの端子間電圧の測定を、前記一の単電池セルのバランシング放電中に同期して行ない、
前記一の単電池セルの端子間電圧の測定結果と前記第2の制御ユニットによる前記バランシングスイッチの端子間電圧の測定結果と、前記第2の抵抗の抵抗値とから、前記上位制御装置は前記一の単電池セルのバランシング電流を算出する電池制御装置。The battery control device according to claim 3, wherein
The controller is
Controlling the first control unit to measure the voltage across the terminals of one unit cell,
The second control unit is controlled to measure the voltage across the terminals of the balancing switch that performs balancing discharge of the one single battery cell in synchronization with the balancing discharge of the one single battery cell,
From the measurement result of the inter-terminal voltage of the one unit cell, the measurement result of the inter-terminal voltage of the balancing switch by the second control unit, and the resistance value of the second resistor, the host control device A battery control device for calculating a balancing current of one single battery cell.
前記電池制御装置は
前記バランシング電流を算出するバランシング電流算出部と、
前記バランシング電流演算部で演算されたバランシング電流に基づいて前記一の単電池セルの充電状態(SOC)を算出するSOC演算部とを有する電池制御装置。The battery control device according to claim 4, wherein
The battery control device includes a balancing current calculation unit that calculates the balancing current;
A battery control apparatus comprising: an SOC calculation unit that calculates a state of charge (SOC) of the one single battery cell based on the balancing current calculated by the balancing current calculation unit.
前記電池制御装置は、前記バランシング電流演算部による演算と前記SOC演算部による演算とをリアルタイムで実行する電池制御装置。The battery control device according to claim 5,
The battery control device is a battery control device that executes a calculation by the balancing current calculation unit and a calculation by the SOC calculation unit in real time.
前記電池制御装置は、
2つの隣り合うバランシングスイッチが同時にオンとならないように、前記複数の単電池セルのバランシング放電を行う電池制御装置。The battery control device according to any one of claims 4 to 6,
The battery control device includes:
A battery control device that performs balancing discharge of the plurality of unit cells so that two adjacent balancing switches are not turned on simultaneously.
前記複数の単電池セルのそれぞれの端子間電圧を測定する第1の制御ユニットと、
前記複数の単電池セルのそれぞれの正負極端子をそれぞれ短絡するバランシングスイッチを有し、前記バランシングスイッチを閉成して前記複数の単電池セルに対してバランシング放電をそれぞれ行う第2の制御ユニットと、
前記複数の単電池セルのそれぞれの端子間電圧を前記第1の制御ユニットで測定するための複数の電圧検出線および複数のセル電圧入力抵抗と、
前記複数の単電池セルのそれぞれに対するバランシング放電を前記第2の制御ユニットで行うための複数のバランシング線および複数のバランシング抵抗とを備えた電池監視装置。A battery monitoring device for controlling a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series,
A first control unit for measuring a voltage between terminals of each of the plurality of unit cells;
A second control unit having a balancing switch for short-circuiting positive and negative terminals of each of the plurality of unit cells, and closing the balancing switch to perform balancing discharge for each of the plurality of unit cells; ,
A plurality of voltage detection lines and a plurality of cell voltage input resistors for measuring the voltage between the terminals of the plurality of unit cells by the first control unit;
A battery monitoring apparatus comprising a plurality of balancing lines and a plurality of balancing resistors for performing balancing discharge for each of the plurality of single battery cells by the second control unit.
前記第2の制御ユニットでバランシング放電を行うときのバランシング放電電流が前記セル電圧入力抵抗を通過しないように、前記バランシング線、前記バランシング抵抗、前記電圧検出線、前記セル電圧入力抵抗がそれぞれ配置されている電池監視装置。The battery monitoring device of claim 8,
The balancing line, the balancing resistor, the voltage detection line, and the cell voltage input resistor are respectively arranged so that a balancing discharge current when performing the balancing discharge in the second control unit does not pass through the cell voltage input resistor. Battery monitoring device.
前記第1の制御ユニットと前記第2の制御ユニットでそれぞれ行われる端子間電圧測定とバランシング放電制御は、対象となる単電池セルに対して同期して行う電池監視装置。The battery monitoring device according to claim 8 or 9,
The battery monitoring device that performs inter-terminal voltage measurement and balancing discharge control respectively performed by the first control unit and the second control unit in synchronization with a target single battery cell.
前記同期をとる第3の制御ユニットをさらに有する電池監視装置。
The battery monitoring device of claim 10,
The battery monitoring apparatus which further has the 3rd control unit which takes the said synchronization.
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