CN102148395A - 电池控制装置和电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够实现可靠性的提高的电池控制装置和电池系统。电池控制装置包括按多个电池单元组的每一个电池单元组设置的，对电池单元组的各电池单元进行控制处理和监视处理的多个集成电路。集成电路具有：恒压电路，将对应的电池单元组的总电压VCC降压至集成电路内部电压VDD；作为信号生成电路的传送输出电路，基于来自上位控制电路的第一信号，生成峰值与第一信号不同的第二信号并将其输出；启动电路，包括具有与第一信号对应的第一判定用阈值的第一比较器，和具有与第二信号对应的第二判定用阈值的第二比较器，根据第一和第二比较器的至少一者的输出的变化，输出使恒压电路启动的启动信号。

Description

电池控制装置和电池系统

技术领域

本发明涉及对由多个电池单元组成的电池进行控制的电池控制装置，特别涉及适合对搭载于电动汽车、混合动力汽车和电车等具备电动驱动装置的车辆中的电池进行控制的电池控制装置，以及具备该电池控制装置的电池系统。

背景技术

以往，电池模块例如专利文献1中记载的那样，将由多个电池单元串联连接而成的电池组进一步多个连接而构成。在对这样的电池模块进行控制的电池控制装置中，按每个电池组设置用于监视电池单元的状态的下位(下级)控制装置。这些下位控制装置通过信号传送路径从上位控制装置接收指令，在信号传送路径，以不受下位控制装置和上位控制装置之间的电位差影响的方式设置有光电耦合器等绝缘电路。

专利文献1：日本特开2005-318750号公报

发明内容

以汽车和电车等为代表的车辆的车体容易与人体接触。因此，在车辆上搭载电池控制装置的情况下，为了提高安全性，电池控制装置采用与车体电绝缘的结构。这种情况不限于车辆，例如，对于工业机械来说，因为机械本身和外壳同样容易与人体接触，所以电池控制装置的电力系统采用与机械本身和外壳等电绝缘的结构。

另一方面，由于控制电路用的电源等电源电压较低的其他电力系统对人体基本没有不良影响，因此存在将车体和外壳等用作低电力系统的一部分，将它们的电位作为基准电位使用的情况。

特别是在汽车中，低压电源系统将车体用作低电力系统的一部分，因此为了如上所述提高安全性，使电池控制装置和电池模块与其他电源系统绝缘。此外，考虑到电池控制装置的检修、修理和发生交通事故的情况，为了进一步提高安全性，优选电池模块通过可开闭的连接器串联连接。在这样的结构中，能够通过断开连接器来截断来自电池模块的直流供给电流，进一步提高安全性。

如上所述，电池模块具有串联连接的多个电池单元，并将由通过连接器串联连接的电池单元组成的电池模块进一步串联连接。为了进行电池单元的端子电压的计测或诊断或者充电状态的控制等电池单元的处理，电池控制装置具有作为电池单元控制器作用的多个集成电路。多个集成电路分别具有传送电路，各集成电路所具有的传送电路相互串联连接形成一个传送路径。

此外，在电池控制装置，较多情况下连接有与电动机连接的变换器(inverter)等，该变换器在动作开始时、动作中和动作停止时会产生较大的噪声。由于该噪声被施加到电池单元，存在与电池单元连接的集成电路也受到噪声的影响，产生误动作的问题。因此，希望有不会产生因这样的噪声的影响导致的误动作的可靠性较高的控制装置。

发明的第一方面，提供一种将由多个电池单元串联连接而成的电池单元组进一步多个串联连接而构成的电池模块的电池控制装置，其特征在于，包括：多个集成电路，按多个电池单元组的每一个电池单元组设置，对电池单元组的各电池单元进行控制处理和监视处理；第一传送路径，将多个集成电路串联连接，进行集成电路之间的信号传送；第二传送路径，将从控制多个集成电路的上位控制电路输出的包括启动信号或者命令信号的第一信号，通过第一绝缘电路传送到串联连接的多个集成电路的最上位集成电路；和第三传送路径，通过第二绝缘电路，从串联连接的多个集成电路的最下位集成电路，向上位控制电路传送信号，多个集成电路具有：恒压电路，将对应的电池单元组的总电压降压至集成电路内部电压；信号生成电路，基于来自上位控制电路的第一信号，生成峰值与第一信号不同的第二信号并将其输出；和启动电路，包括具有与第一信号对应的第一判定用阈值的第一比较器，和具有与第二信号对应的第二判定用阈值的第二比较器，启动电路，根据第一比较器和第二比较器的至少一者的输出的变化，输出使恒压电路启动的启动信号。

发明的第二方面的特征在于，在第一方面的电池控制装置中，启动电路对恒压电路输出启动信号，并使启动信号作为第一信号从集成电路输出。

发明的第三方面的特征在于，在第一或第二方面的电池控制装置中，信号生成电路通过将集成电路内部电压与设置有该信号生成电路的集成电路的地电位的电位差作为驱动电压使用，生成第二信号。

发明的第四方面的特征在于，在第三方面的电池控制装置中，将第一判定用阈值设定为包含第一比较器的集成电路中的总电压与该集成电路的地电位之间的值，将第二判定用阈值设定为包含第二比较器的集成电路中的总电压与将该总电压加上集成电路内部电压而得的电压之间的值。

发明的第五方面的特征在于，在第一～四中任一方面的电池控制装置中，若启动后第一和第二比较器的输出不发生变化的期间达到规定时间以上，则集成电路停止除了启动电路之外的其它电路的动作。

发明的第六方面提供一种电池系统，其特征在于，包括：将由多个电池单元串联连接而成的电池单元组进一步多个串联连接而构成的电池模块；发明的第一～五中任一方面所述的电池控制装置；和对设置于电池控制装置的多个集成电路进行控制的上位控制电路。

根据本发明，能够实现电池控制装置的可靠性的提高。

附图说明

图1是表示电池控制装置的一个实施方式的图。

图2是表示搭载了图1所示的电池控制装置的车辆用旋转电机的驱动控制装置的图。

图3是说明电池控制器CC3N的内部结构的图。

图4是表示发送侧的电池单元控制器CCM的传送输出电路140和接收侧的电池控制器CCN的传送输入电路138的图。

图5是表示信号波形的图。

图6是表示启动输入电路147、定时电路150、主恒压电源134的图。

图7是表示输入到图6的接收端子RX的信号、微分触发电路253的输出、计数器动作、定时电路150的输出和主恒压电源134的动作状态的图。

附图标记说明

6：开闭器，9A、9B、9C、9D：电池模块，20：电池控制器，60、602、604：传送路径，80：单元控制器(cell controller)，CC3A～CC3N、CC4A～CC4N：电池单元控制器，134：主恒压电源，135：启动输出电路，138、142：传送输入电路，140、143：传送输出电路，147：启动输入电路，220：变换器(inverter)装置，230：电动机，233、241、252：切换器，613：恒流电路，630：绝缘电路，900：电池组件，BC1～BC6：电池单元，CT1～CT3：控制端子，OR01：OR电路，PH1～PH4：光电耦合器，R20、R30、620：电阻，SW01：开关

具体实施方式

以下，参照附图说明实施本发明的最优方式。图1和2是说明本发明的电池控制装置的一个实施方式的图。图1是表示电池控制装置的主要部分的图，图2是表示搭载了电池控制装置的车辆用旋转电机的驱动控制装置的图。首先，说明图2所示的车辆用旋转电机的驱动控制装置。此处作为车辆汽车是最佳的，但应用于电车(日本电车)也能够获得良好效果。虽然还能够应用于工业用机械，不过以下以车辆的应用例作为代表例进行说明。

图2是将一实施方式的电池控制装置应用于车辆用旋转电机的驱动控制装置的情况下的电路图。驱动控制装置包括：含有电池控制装置的电池组件900、将来自电池组件900的直流电变换为三相交流电的变换器装置220、车辆驱动用电动机230以及对电池组件900和变换器装置220进行控制的上位控制器110。电动机230由来自变换器装置220的三相交流电驱动。

电池组件900具有两个电池模块9A、9B，单元控制器80，和电池控制器20。电池模块9A和电池模块9B通过开闭器6串联连接。开闭器6作为由开关和熔断器串联连接的维护、检修用的服务断开(service disconnect)发挥作用，通过打开该开闭器6来截断电路的直接连通，即使在电池模块9A、9B的某处与车辆之间形成一处连接电路，也不会流通电流。通过这样的结构能够维持较高的安全性。

电池模块9A将由多个电池单元串联连接而成的电池单元组多个连接而构成。电池模块9B也同样地构成。电池模块9A的正极通过正极强电电缆81和继电器RLP与变换器装置220的正极连接。电池模块9B的负极通过负极强电电缆82和继电器RLN与变换器装置220的负极连接。此外，电阻RPRE和预充电继电器RLPRE的串联电路，与继电器RLP并联连接。在继电器RLP和变换器装置220之间，插入有霍尔元件等电流传感器Si。电流传感器Si内置在接线箱内，其输出线被导向电池控制器20。

例如，继电器RLP和继电器RLN能够使用额定电流为80A左右的继电器，预充电继电器RLPRE能够使用额定电流为10A左右的预充电继电器。此外，电阻RPRE能够使用例如额定容量为60W、电阻值为50Ω左右的电阻，电流传感器Si能够使用例如额定电流为±200A左右的电流传感器。上述负极强电电缆82和正极强电电缆81通过继电器RLP、继电器RLN和输出端子810、820，与驱动电动机230的变换器装置220连接。通过这样的结构能够维持较高的安全性。

变换器装置220具有功率模块(power module)226、MCU222、用于驱动功率模块226的驱动电路224、约700μF～约2000μF左右的大电量的平滑电容器228。功率模块226将从电池模块9A、9B供给的直流电变换为用于驱动电动机230的三相交流电。

MCU222根据来自上位控制器110的命令，在电动机230驱动开始时，使负极侧的继电器RLN从断开状态成为闭合状态，然后使预充电继电器RLPRE从断开状态成为闭合状态，对平滑电容器228充电，之后使正极侧的继电器RLP从断开状态成为闭合状态，开始从电池组件900的电池模块9A、9B对变换器装置220进行电力供给。

其中，变换器装置220控制对电动机230的转子供给的由功率模块226产生的交流电的相位，在混合动力车制动时使电动机230作为发电机动作，即进行再生制动控制，由发电机运转而产生的电力再生回电池模块9A、9B，对电池模块9A、9B进行充电。根据电池模块9A、9B的充电状态，变换器装置220将电动机230作为发电机运转。电动机230产生的三相交流电通过功率模块226变换为直流电，对电池模块9A、9B供给。其结果，电池模块9A、9B被充电。

在使电动机230动力运转的情况下，MCU222根据上位控制器110的命令控制驱动电路224，控制功率模块226的开关动作。由此，产生相位根据电动机230的转子的旋转进行了控制的旋转磁场，来自电池模块9A、9B的直流电被供给到功率模块226。

在变换器装置220的动作开始状态下平滑电容器228的电荷大致为零，闭合继电器RLP时较大的初始电流流入平滑电容器228。因该较大电流可能使负极侧主继电器RLN和正极侧主继电器RLP熔融破损。为了解决该问题，MCU222在使负极侧的继电器RLN从断开状态成为闭合状态后，使正极侧的继电器RLP维持为断开状态，使预充电继电器RLPRE从断开状态成为闭合状态，在通过电阻RPRE限制最大电流的同时对上述平滑电容器228充电。

当该平滑电容器228充电至规定的电压后，初始状态得到解除。即，结束通过预充电继电器RLPRE和电阻RPRE对平滑电容器228的初始充电，如上所述，使负极侧的继电器RLN和正极侧的继电器RLP为闭合状态，从电源系统1对功率模块226供给直流电。通过进行这样的控制，能够保护继电器电路，并且将流过锂电池单元和变换器装置220的最大电流降低至规定值以下，维持较高的安全性。

在电池组件900的电池模块9B的负极和负极侧的继电器RLN的连接线以及电池模块9A的正极和正极侧的继电器RLP的连接线，在与外壳接地(与车辆的底盘等电位)之间分别插入有电容器CN、CP。上述电容器CN、CP除去变换器装置220产生的噪声，防止弱电类电路的误动作。

另外，在图2中，电池组件900的强电类电路用粗线表示。这些线使用截面积较大的扁铜线。此外，鼓风扇17是用于将电池模块9A、9B冷却的风扇，通过根据来自电池控制器20的指令开启的继电器16动作。

(传送路径的说明)

详细说明图2所示的单元控制器80和作为上位控制电路动作的电池控制器20之间的通信用传送路径。其中，图2所示的单元控制器80由图1所示的多个集成电路CC3A，CC3B……CC3N，CC4A，CC4B……CC4N构成，此处，将集成电路CC3A～CC4N称为电池单元控制器CC3A～CC4N。

图1表示电池模块9A、9B、电池单元控制器CC3A～CC4N、传送路径60和电池控制器20。如上所述，电池模块9A和电池模块9B由开闭器6串联连接。电池模块9A的正极侧与强电电缆81连接，电池模块9B的负极侧与强电电缆82连接。

与上述电池模块9A的各电池单元组对应地设置有电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N，与电池模块9B的各电池单元组对应地设置有电池单元控制器CC4A，CC4B……CC4N。即，在电池模块9A设置有由电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N组成的电池单元控制器组CCG1，在电池模块9B设置有由电池单元控制器CC4A，CC4B……CC4N组成的电池单元控制器组CCG1。

图1中，在电池单元控制器CC3B和电池单元控制器CC3N之间以及电池单元控制器CC4B和电池单元控制器CC4N之间，还存在电池单元控制器，但其为相同的结构，为了避免说明复杂而省略。此外，在图1中，图示上侧所示的电池模块9A、电池单元控制器组CCG1和传送路径60与图示下侧所示的电池模块9B、电池单元控制器组CCG2和传送路径60具有相同结构。以下，参照与电池模块9A相关的图示上侧的结构进行详细说明。

电池控制器20与各电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N之间的信号的发送和接收通过包含信号线束的传送路径60进行。各电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N由传送路径602、604串联连接。从电池控制器20的发送端子TX1发送的命令信号经由环状的通信路径传送至电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N，与上述命令对应的数据经由由上述电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N构成的环状的通信路径，被电池控制器20的接收端子RX1接收。

即，从电池控制器20的发送端子TX1发送的命令信号，通过传送路径60被电池单元控制器CC3A的接收端子RX接收，从电池单元控制器CC3A的发送端子TX发送与命令信号相应的数据、命令。电池单元控制器CC3B的接收端子RX接收到的命令信号，从发送端子TX发送。如上所述，依次进行接收和发送，传送信号从电池单元控制器CC3N的发送端子TX发送，由电池控制器20的接收端子RX1接收。通过这样的环状的通信路径进行串行通信。各电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N，根据接收到的命令信号，开始对构成对应的电池单元组的电池单元BC1～BC6的端子电压进行检测和诊断等，将各电池单元控制器基于命令信号收集到或者检测到的数据，如上所述通过串行通信发送至电池控制器20。

各电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N进一步进行异常诊断，在存在异常的情况下通过传送路径604传送一比特信号。在各电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N判断自身异常的情况下，或者通过接收端子FFI1从前一个电池单元控制器接收到表示异常的信号(异常信号)的情况下，从发送端子FFO发送异常信号。另一方面，在已经向接收端子FFI1发送的异常信号没有到达，或者自身的异常判断变为正常判断的情况下，从发送端子FFO1传送的异常信号变为正常信号。

电池控制器20通常不会向集成电路发送异常信号，但为了判定异常信号的传送路径能够正常动作，从电池控制器20的发送端子FFOUT1发送作为伪异常信号的测试信号。作为伪异常信号的测试信号，从电池控制器20的发送端子FFOUT1通过传送路径604向电池单元控制器CC3A的接收端子FFI发送。接收到该测试信号后，测试信号从电池单元控制器CC3A的发送端子FFO发送到下一个电池单元控制器CC3B的接收端子FFI。该测试信号被依次发送到下一个电池单元控制器，从电池单元控制器CC3N的发送端子FFO通过传送路径604发送到电池控制器20的接收端子FFIN1。

电池控制器20使车的底盘电位接地(GND)，以低压电源产生的5伏的电压动作。另一方面，锂电池单元构成的电源系统为与上述低压电源电绝缘的电源系统，此外，各电池单元控制器CC3A，CC3B……CC3N，在本实施方式中，受到对应的电池单元组的最高电位和最低电位之间的电位差即电压，进行动作。

这样，电池控制器20的电源系统和单元控制器80的电源系统的电位关系不同，并且电压的值也大为不同。因此，通过在连接电池控制器20和单元控制器80的传送路径60设置用于使两个控制器电绝缘的绝缘电路(光电耦合器PH1～PH4)，实现了可靠性的提高。其中，在图1中，光电耦合器PH1和光电耦合器PH2相同，光电耦合器PH3和光电耦合器PH4也是相同的。

从电池单元控制器组CCG1到电池控制器20的发送用的光电耦合器PH3、PH4的电源使用电池模块9A的所有电池单元，对光电耦合器PH3、PH4施加电池模块9A整体的电压VCC。光电耦合器在不流通一定程度的电流时无法进行高速通信。该情况下，以电池模块9A的总电压驱动光电耦合器PH3、PH4，从电池模块9A所有的电池单元对光电耦合器PH3、PH4供给电力，因此能够防止因发送而产生的电力消耗偏向于电池模块9A的一部分电池单元，抑制电池模块9A中各电池单元的充电量产生偏差。

其中，此处将电池模块9A的所有电池单元组总和起来的电压对光电耦合器PH3、PH4施加，但即使不从全部电池单元组而是从多个电池单元组供给电力，也能够抑制该电池单元组的电池单元间的充电量的偏差。例如，也可以对光电耦合器PH3、PH4施加电池单元控制器组CC3N的GND端子与电池单元控制器组CC3B的VCC端子之间的电压。

此外，光电耦合器PH3的驱动通过恒流电路613进行。进行数据传送的光电耦合器PH3如上所述，需要流通一定程度大小的电流，并且为了在这样的条件下保证寿命，需要使电流恒定。电流较小时光电耦合器PH3的LED的发光量减少，输出降低，信号传送的可靠性降低，相反电流过大时，光电耦合器PH3的寿命缩短。另一方面，电池模块9A的电压变化时，流过光电耦合器PH3的电流也发生变化，会产生上述问题。

对此，通过设置恒流电路613，与电压无关地对光电耦合器PH3供给恒定的电流。通过这样设置恒流电路613，防止信号传送的可靠性降低和光电耦合器的寿命降低。另外，因为流过光电耦合器的电流由所连接的电阻决定，在电池模块9A和电池模块9B之间存在电压差的情况下流过的电流不同，电力消耗产生差异。但是，通过设置恒流电路613来使对光电耦合器PH3供给的电流值相同，能够在电池模块9A和电池模块9B之间使与信号传送相关的电力消耗均匀化。

另一方面，用于驱动从电池控制器20接收信号的光电耦合器PH1、PH2的受光元件输出电路的电力，从与电池单元控制器CC3A相关的电池单元组供给。在该数据传送接收用的光电耦合器PH1和电池单元控制器CC3A之间的传送路径设置有开关SW01，光电耦合器PH1的动作电压通过开关SW01供给。在开关SW01的基极一侧设置有OR(逻辑或)电路OR01，开关SW01在信号从电池控制器20的标记发送端子FFOUT1发送的情况下，或者在电池单元控制器CC3A产生内部电压VDD时动作。

数据传送接收用的光电耦合器PH1待机时的暗电流较大，其导致的无意义的电力消耗成为问题。对此，通过上述OR电路OR01，在单元控制器80处于不使用传送路径的休眠状态的情况下，关断开关SW01，停止对光电耦合器PH1的电力供给。结果，防止了无意义的电力消耗。

在开始电池单元控制器组CCG1、CCG2的动作的情况下，从电池控制器20的标记发送端子FFOUT1、FFOUT12输出开始信号。通过开始信号驱动光电耦合器PH2，利用OR电路OR01使开关SW01导通，光电耦合器PH1的受光元件电路成为使能(enable)状态。之后，电池控制器20从发送端子TX1输出包含数据和命令的发送信号。该发送信号通过光电耦合器PH1输入电池单元控制器CC3A的接收端子RX，电池单元控制器CC3A动作。电池单元控制器CC3A开始动作时，从电池单元控制器CC3A的端子VDD输出后述电压VDD，在开关SW01流过基极电流，维持光电耦合器PH1的电源供给。

电池模块9A和电池模块9B如上所述由开闭器6可装卸地连接。上述电池组件900的外壳采用不解除开闭器6的锁定就无法打开的结构。解锁开闭器6时，串联连接的电池模块9A和电池模块9B之间的电开关电路断开，设置于开闭器6的开闭检测用开关断开。

从电池控制器20的端子PORTOUT输出脉冲信号时，如果设置在开闭器6的开闭检测用开关闭合，则脉冲信号从端子PORTIN输入。如果开闭器6断开，开闭检测用开关断开，则脉冲信号的传送被截断。因为连接端子PORTIN和开闭检测用开关的线通过电阻620接地，在脉冲信号的传送被截断的状态下，端子PORTIN的输入电位保持为地电位。

电池控制器20根据端子PORTIN的输入电位检测开闭器6的开闭检测用开关的开闭状态。电池控制器20检测到开闭器6的断开时，对相关的控制装置例如变换器装置220传递开闭器6的断开状态，以维持系统整体安全的方式进行控制。例如，开闭器6断开时，禁止通过变换器装置220对电池模块9A、9B充电。其中，上述说明中，说明了与电池模块9A相关的结构，对于具有相同结构的电池模块9B的传送路径60也是同样的。

(电池单元控制器的说明)

图3是说明作为集成电路的电池单元控制器CC3N的内部结构的图。其他电池单元控制器也是相同的，此处，以电池单元控制器CC3N为代表举例进行说明。锂电池单元BC1～BC6的端子电压通过端子CV1～CV6被输入复用器(multiplexer)120。复用器120选择端子CV1～CV6中的某一个，输入差动放大器262。差动放大器262的输出由模拟数字变换器122A变换为数字值。变换为数字值的端子间电压被发送至IC控制电路123，由内部的数据保存电路125保存。上述电压被用于诊断等，或者被发送至图1所示的电池控制器20。输入到端子CV1～CV6的各锂电池单元的端子电压，对于作为集成电路的电池单元控制器的地电位，偏置基于串联连接的锂电池单元的端子电压的电位。通过上述差动放大器262除去上述偏置电位的影响，将基于各锂电池单元的端子电压的模拟值输入模拟数字变换器122A。

IC控制电路123具有运算功能，并且具有数据保存电路125、周期地进行各种电压的检测和状态诊断的时序控制电路126、被设置有来自诊断电路130的诊断标记的诊断标记保存电路128。诊断电路130基于来自IC控制电路123的计测值，进行各种诊断，例如过充电诊断或过放电诊断。数据保存电路125例如由寄存器电路构成，将检测到的各电池单元BC1～BC6的各端子间电压以与各电池单元BC1～BC6对应的方式存储，此外，将其它检测值以能够从预先确定的地址读出的方式保存。

在以电池单元控制器CC3N为代表例说明的各电池单元控制器中，设置用于对构成对应的锂电池单元组的各锂电池单元BC1～BC6的充电量(也可以称为充电状态)进行调整的平衡用半导体开关(NMOS，PMOS)。例如，通过设置在端子CV1和端子BR1之间的PMOS开关，进行电池单元BC1的充电量调整。同样，在端子BR2和端子CV3之间设置有用于进行电池单元BC2的充电量调整的NMOS开关，在端子CV3和端子BR3之间设置有用于进行电池单元BC3的充电量调整的PMOS开关，在端子BR4和端子CV5之间设置有用于进行电池单元BC4的充电量调整的NMOS开关，在端子CV5和端子BR5之间设置有用于进行电池单元BC5的充电量调整的PMOS开关，在端子BR6和端子GND之间设置有用于进行电池单元BC6的充电量调整的NMOS开关。

上述平衡用半导体开关的开闭由放电控制电路132控制。从IC控制电路123对放电控制电路132发送用于使与要放电的电池单元对应的平衡用半导体开关导通的指令信号。IC控制电路123通过通信从图1的电池控制器20接收与各电池单元BC1～BC6对应的放电的指令，执行上述放电动作。

在对电池模块9A、9B的充电中，来自电负载的电流供给对于所有串联连接的多个电池单元进行。当串联连接的多个电池单元处于不同的充电状态时，对电负载的电流供给由多个电池单元内放电程度最高的电池单元的状态限制。另一方面，在从电负载供给电流的情况下，电流的供给由多个电池单元内充电程度最高的电池单元限制。

因此对于串联连接的多个电池单元内例如充电状态超过平均状态的多个电池单元，使与这些电池单元连接的平衡用半导体开关为导通状态，通过串联连接的电阻R30、R20流通放电电流。由此将串联连接的多个电池单元的充电状态向相互接近的方向控制。此外作为其他方法，具有以放电程度最高的电池单元为基准单元，基于与基准单元的充电状态的差来决定放电时间的方法。此外还存在调整充电状态的各种方法。充电状态能够基于电池单元的端子电压通过运算求取。因为电池单元的充电状态与该电池单元的端子电压具有相关关系，通过以使各电池单元的端子电压接近的方式控制平衡用半导体开关，能够使各电池单元的充电状态接近。

(电源电压VCC和电源电压VDD)

电池单元控制器CC3N的内部电路至少使用两种电源电压VCC、VDD(3V)。在图3所示的示例中，电压VCC为由串联连接的电池单元BC1～BC6构成的电池单元组的总电压，电压VDD由主恒压电源134和启动输出电路135的启动用恒压电源136生成。复用器120和用于进行信号传送的传送输入电路138、142在高电压VCC下动作。此外，模拟数字变换器122A、IC控制电路123、诊断电路130、用于进行信号传送的传送输出电路140、143在低压VDD(3V)下动作。

(信号波形的说明)

图4、5是说明传送输出电路140的驱动电压和信号传送目标的峰值的关系的图。图4表示发送侧的电池单元控制器CCM的传送输出电路140、接收侧的电池单元控制器CCN的传送输入电路138。其中，对于传送输出电路140，省略图3所示的传送输出电路140的一部分加以表示。此外，图5是表示信号波形的图。

如图4所示，传送输出电路140，通过利用控制电路246控制开关244、245的开闭，将图5的图示中左上方表示的波形信号12L从发送端子TX输出。如图1所示，传送方向上位(上游)的电池单元控制器的端子GND(地)与传送方向下位(下游)的电池单元控制器的端子VCC连接。因此，传送输出电路140以电池单元控制器CCM的地——即电池单元控制器CCN的VCC为基准，输出电压VDD的振幅的信号12L。当断开开关245闭合开关244时，输出高电平(电位VCC+VDD)的信号，相反闭合开关245断开开关244时输出低电平(电位VCC)的信号(参照图5左侧12L的波形)。

从电池单元控制器CCM的发送端子TX输出的信号，在被输入到传送方向下位的电池单元控制器CCN的接收端子RX之后，输入到传送输入电路138的差动放大器231。差动放大器231输出与输入的电池单元控制器CCM的信号和电池单元控制器CCN的电压VCC的差相应的信号。图5的中央所示的信号12C表示差动放大器231的输出信号(图4的点P的信号)，信号12C的低电平为电池单元控制器CCN的地电平，信号12C的高电平为地电平+VDD的电位。从差动放大器231输出的信号12C，在比较器232中与阈值VDD/2进行比较，成为“1”、“0”信号。

各电池单元控制器分别具有接收来自邻接的其他电池单元控制器的信号的电路231，和接收来自光电耦合器的信号的电路234，使用上述电路中的哪一条电路，基于对图3中记载的控制端子CT1施加的控制信号由切换器233进行选择。在电池单元控制器CCN为电池单元控制器组CCG1的传送方向最上位的单元控制器的情况下，即，在来自光电耦合器PH1的信号被输入电池单元控制器CCN的接收端子RX的情况下，切换器233闭合下侧触点，比较器234的输出信号从传送输入电路138输出。另一方面，在来自邻接电池单元控制器的信号被输入到电池单元控制器CCN的接收端子RX的情况下，切换器233闭合上侧触点，比较器232的输出信号从传送输入电路138输出。如图4所示的电池单元控制器CCN的情况下，因为来自邻接电池单元控制器CCM的信号被输入到传送输入电路138，切换器233闭合上侧触点。

在电池单元控制器CCN为最上位的电池单元控制器的情况下，如图5右侧12R所示的信号从光电耦合器PH1输入到接收端子RX。该情况下的输入信号的高电平以电池单元控制器的地电平为基准，成为电位VCC。比较器234将输入接收端子RX的来自该光电耦合器PH1的信号与阈值VCC/2进行比较，输出“1”、“0”信号。

其中，图3所示的传送输入电路142和传送输出电路143，采用与上述传送输入电路138和传送输出电路140相同的电路结构，端子FFIN(FFI)和端子FFOUT(FFO)之间的信号传送也与上述情况相同，因此这里省略说明。

(控制端子CT1～CT3)

图3所示的电池单元控制器CC3N除了上述控制端子CT1之外还具备用于进行动作切换的控制端子CT2、CT3。如上所述，控制端子CT1是用于选择从光电耦合器PH1、PH2接收传送信号，还是从邻接的电池单元控制器接收传送信号的端子。由于来自光电耦合器的输出和来自邻接电池单元控制器的端子TX、端子FFO的输出中输出波形的峰值不同，因而判定的阈值不同。因此，基于控制端子CT1的控制信号，切换传送输入电路138的切换器233。切换器233的切换按上述方法进行。另外，该控制端子，为了削减非动作时的消耗电流，在非动作时不检测端子电压。图3中为了简化说明记载为总是进行检测，但实际上只在启动时对端子的状态进行一次检测，然后加以保存，进行动作。

控制端子CT2是用于在从发送端子TX、FFOUT输出信号的情况下，选择是对邻接的电池单元控制器发送信号，还是对光电耦合器发送信号的控制端子。如图1所示，在作为最下位的IC的CC3N、CC4N中，使用来自发送端子TX、FFOUT的输出来控制晶体管，驱动光电耦合器PH3、PH4。其逻辑在光电耦合器开启时为H，与对邻接IC发送时的逻辑不同。控制端子CT2用于切换该逻辑在动作停止时使光电耦合器不动作。

但是，在图1所示的结构中，启动时最上位的集成电路(电池单元控制器CC3A)从控制电路(电池控制器20)通过光电耦合器PH1接收启动信号并启动，对下一个集成电路(电池单元控制器CC3B)不使用光电耦合器地发送启动信号。串联连接的集成电路(电池单元控制器CC3A～CC3N)反复该动作，所以串联连接的所有集成电路能够启动，进行动作。另外，因为串联连接的最后的集成电路(电池单元控制器CC3B)将启动信号通过光电耦合器PH3发送到控制电路(电池控制器20)，所以控制电路(电池控制器20)能够确认所有集成电路(电池单元控制器CC3A～CC3N)已启动，之后，所有集成电路能够通信。

该情况下，因为最上位的电池单元控制器CC3A的启动和接收端子的输入电平必须为电池单元控制器CC3A的电源电压以下，所以其阈值处于和电池单元控制器CC3A连接的电池单元的总电压与GND电压之间(参照图5的信号12R)。此外，发送信号的输出电平具有处于电池单元控制器CC3A的电源电压与GND电压之间的阈值。

如上所述，在不使用绝缘元件地与上一位的电池单元控制器连接的最上位以外的电池单元控制器中，其输入电平为该电池单元控制器的电源电压与上一位的电池单元控制器的发送信号的电平的和的电压范围。从而，因为只有最上位的电池单元控制器的启动和接收信号的电压电平与其它的电池单元控制器不同，所以需要使用具有不同的输入电压电平的电池单元控制器，或使用具有自动识别是否处于最上位的功能的电池单元控制器。在需要多个相同的电池单元控制器的电池控制装置中，优选电池单元控制器是相同的集成电路，并且自动识别处于最上位。

本实施方式中，各电池单元控制器具备上述控制端子CT1，用于选择是从光电耦合器PH1、PH2接收传送信号，还是从邻接的电池单元控制器接收传送信号。传送输入电路138的切换器233基于控制端子CT1的控制信号切换。其中，对于图3的启动输入电路147中启动信号的处理，与控制端子CT1的控制信号无关地按如下方式进行。

在图3中，当从主恒压电源134输出恒压VDD(3V)时，电池单元控制器CC3N从休眠状态成为启动动作状态。图6、7是说明主恒压电源134的动作停止和动作开始的图，图6表示启动输入电路147、定时器电路150、主恒压电源134，图7表示从图6所示的各电路输出的信号。

当启动输入电路147接收到从邻接电池单元控制器或者光电耦合器传送来的信号时，定时器电路150动作，对主恒压电源134供给电压VCC。在该动作的作用下，主恒压电源134成为动作状态，从恒压产生电路153输出恒压VDD。

因为由接收端子RX接收到的信号必然具有高电平和低电平(电位水平)，其变化被例如由电容器等构成的微分触发电路253捕捉，将触发信号发送到定时器电路150。若定时器电路150在规定期间——例如十秒期间——未被输入触发信号，则停止驱动输出，停止主恒压电源134的动作。定时电路150例如由预置型减法计数器152构成，能够由在每次输入了触发信号时对计数值进行设置的电路来实现。如图7所示，当通过减法计数达到规定值(例如零)时，定时器电路150停止信号输出，截断对恒压产生电路153供给的VCC电压。

另一方面，当从图1中作为上位控制装置的电池控制器20的发送端子FFOUT输出启动信号时，开关SW01导通，对传送TX信号的光电耦合器PH1供给电源。其结果，信号被传送至最上位的电池单元控制器CC3A的接收端子RX，从接收端子RX输入启动输入电路147。

在启动输入电路147的输入，连接有具有阈值＝VCC+1.5V的比较器250和具有阈值＝1.5V的比较器251，并且，比较器250与微分触发电路253A连接，比较器251与微分触发电路253B连接。启动输入电路147的输出与OR电路252连接。从而，OR电路252的输出，当输入信号在阈值＝VCC+1.5V和阈值＝1.5V处上下时输出信号。

OR电路252将基于启动输入电路147的输出结果的“0”/“1”信号如图3所示对定时器电路150和启动输出电路135输出。如图3所示，启动输出电路135包括输出电压3V的启动用恒压电源136，与启动用恒压电源136连接的开关254、255，控制开关254、255的开闭的控制电路256。启动输出电路135将来自启动输入电路147的信号变换为振幅3V的信号，将其传送至传送输出电路140的切换器243。切换器243根据是否已经启动来进行切换，在启动前闭合下侧触点。因此，从启动输出电路135传送的信号从发送端子TX发送到下一个电池单元控制器的接收端子RX。

这样，本实施方式中，从接收端子RX接收到启动信号的电池单元控制器，与该电池单元控制器的启动动作独立地，从启动输出电路135对下一个电池单元控制器的接收端子RX发送启动信号。因此，与在电池单元控制器启动后对下一个电池单元控制器发送信号的情况相比，具有系统整体的动作开始较快的优点。

此外，启动输入电路147具备与电池单元控制器配置在最上位的情况对应的阈值和与配置在最上位以外的情况对应的阈值，通过检测出上述阈值中的某一个，能够由微分触发电路253A和253B检测到输入的信号存在变化。

现有的单元控制器使用的电池单元控制器(集成电路)中，对于图5所示的输入信号，存在在启动和接收信号端子具备输入电平判定用比较器和状态保存电路的情况。该情况下，利用输入电平判定用比较器判别是否为连接在最上位的集成电路，将该状态保存在状态保存电路中。

即，具有比电源电压更高阈值的比较器和具有比电源电压更低阈值的比较器，与启动和接收端子连接，当检测到其输入电平比电源电压低时，识别出集成电路为最上位的连接，保存该状态，当检测到其输入电平比电源电压高时，识别出集成电路为最上位以外的连接，保存该状态。具体而言，在集成电路内，具有比电源电压更低阈值的启动检测电路和接收检测电路，与具有比电源电压更高阈值的启动检测电路和接收检测电路并联连接，通过保存的状态选择哪些启动和检测电路有效。

以往，连接在最上位的集成电路的启动端子的启动阈值为比集成电路的电源电压小的值，在动作中，通信信号的电平在电源电压和GND电压之间。因此，上述自动识别用比较器动作，检测出集成电路处于最上位并保存该状态。因为动作停止后仍保存该状态，所以在动作停止后再次启动时启动用比较器仍有效，当输入低于电源电压的启动信号时正常启动。

此外，连接在最上位以外的集成电路的启动端子的启动阈值为比集成电路的电源电压高的值，动作中通信信号的电平位于电源电压至比电源电压高的值之间，因此，自动识别用比较器动作，检测出集成电路处于最上位以外并保存该状态。因为动作停止后仍保存该状态，所以在动作停止后再次启动时启动用比较器仍有效，当输入比自高于电源电压的值至电源电压之间的阈值低的启动信号时正常启动。

但是，由于某种原因，例如动作停止时叠加过大的噪声，对最上位的集成电路的启动端子施加了比电源电压高的电压时，该集成电路的自动识别用比较器动作，会识别为该集成电路不是最上位的连接。该情况下，即使噪声消失，启动端子的电压保持为集成电路的电源电压，但因为识别为最上位以外的设定，所以该集成电路会识别为被连续施加启动信号，持续动作。其结果，对串联连接的集成电路也依次施加启动信号，所有的集成电路均成为启动状态，无法停止动作。在成为这样的状态的情况下，集成电路的消耗电流使电池放电，当该时间较长时电池成为过放电状态，变得无法使用。

对此，启动输入电路147不采用图6所示的结构，而是例如采用与图4所示的传送输入电路138相同的结构，通过基于控制端子CT1的控制信号用某一个阈值进行检测，能够防止使用上述自动识别用比较器的情况下发生无法停止动作的状况。但是，当控制端子CT1在该状态检测时因噪声等影响而错误地识别最上位设定/邻接IC设定时，可能无法启动。

例如，在将最上位连接错误地识别为邻接IC设定的情况下，启动输入电路147的阈值虽然为VCC+1.5V但只输入了0～VCC的信号，变得无法启动。此外，在将邻接IC连接错误地识别为最上位设定的情况下，启动输入电路147的阈值虽然为1.5V但只输入VCC～(VCC+3V)，变得无法启动。

但是，在图6所示的结构中，检测到两个阈值中的某一个时，从OR电路252对定时器电路150输出信号，因此即使在控制端子CT1因噪声等影响而错误地识别最上位设定/邻接IC设定的情况下，也能够可靠启动。

上述各实施方式可以分别单独使用，也可以组合使用。这是因为各实施方式的效果可以单独实现也可以协同实现。此外，只要不损害本发明的特征，本发明不限于上述实施方式。

Claims (6)

1.一种将由多个电池单元串联连接而成的电池单元组进一步多个串联连接而构成的电池模块的电池控制装置，其特征在于，包括：

多个集成电路，按所述多个电池单元组的每一个电池单元组设置，对所述电池单元组的各电池单元进行控制处理和监视处理；

第一传送路径，将所述多个集成电路串联连接，进行集成电路之间的信号传送；

第二传送路径，将从控制所述多个集成电路的上位控制电路输出的包括启动信号或者命令信号的第一信号，通过第一绝缘电路传送到所述串联连接的多个集成电路的最上位集成电路；和

第三传送路径，通过第二绝缘电路，从所述串联连接的多个集成电路的最下位集成电路，向所述上位控制电路传送信号，

所述多个集成电路具有：

恒压电路，将对应的所述电池单元组的总电压降压至集成电路内部电压；

信号生成电路，基于来自所述上位控制电路的第一信号，生成峰值与所述第一信号不同的第二信号并将其输出；和

启动电路，包括具有与所述第一信号对应的第一判定用阈值的第一比较器，和具有与所述第二信号对应的第二判定用阈值的第二比较器，所述启动电路，根据所述第一比较器和第二比较器的至少一者的输出的变化，输出使所述恒压电路启动的启动信号。

2.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于：

所述启动电路，对所述恒压电路输出所述启动信号，并使所述启动信号作为所述第一信号从所述集成电路输出。

3.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于：

所述信号生成电路，通过将所述集成电路内部电压与设置有该信号生成电路的集成电路的地电位的电位差作为驱动电压使用，生成所述第二信号。

4.如权利要求3所述的电池控制装置，其特征在于：

将所述第一判定用阈值设定为，包含所述第一比较器的集成电路中的所述总电压与该集成电路的地电位之间的值，

将所述第二判定用阈值设定为，包含所述第二比较器的集成电路中的所述总电压与将该总电压加上所述集成电路内部电压而得的电压之间的值。

5.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于：

所述集成电路，若启动后所述第一和第二比较器的输出不发生变化的期间达到规定时间以上，则停止除了所述启动电路之外的其它电路的动作。

6.一种电池系统，其特征在于，包括：

将由多个电池单元串联连接而成的电池单元组进一步多个串联连接而构成的电池模块；

权利要求1所述的电池控制装置；和

对设置于所述电池控制装置的多个集成电路进行控制的上位控制电路。

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