JP2002325370A - Method and device for charged state control - Google Patents
Method and device for charged state controlInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、組電池を構成する
ため複数個直列に接続された単位セルの充電状態を制御
する充電状態制御方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for controlling the state of charge of a plurality of unit cells connected in series to form a battery pack.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、地球環境保護の目的から、排
気ガスを排出しない電気自動車(EV)や排気ガスの排
出を大幅に低減可能なハイブリッド電気自動車(HE
V)の研究,開発が行われており、このうちHEVは既
に実用化の段階にある。2. Description of the Related Art Conventionally, for the purpose of protecting the global environment, an electric vehicle (EV) that does not emit exhaust gas or a hybrid electric vehicle (HE) that can significantly reduce the emission of exhaust gas have been developed.
V) is being researched and developed, of which HEV is already in the stage of commercialization.
【0003】これらHEVやEVの動力源に使用される
2次電池(バッテリー)として、鉛電池,ニッカド電
池,ニッケル水素電池等が知られている他、近年では、
高い重量エネルギ密度(同容量の鉛電池の約4倍,ニッ
ケル水素電池の約2倍)を有し小型軽量化を期待できる
リチウム電池が注目されている。As secondary batteries (batteries) used as power sources for these HEVs and EVs, lead batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries and the like are known.
Lithium batteries that have a high weight energy density (about four times that of lead batteries of the same capacity and about twice that of nickel-metal hydride batteries) and that can be expected to be smaller and lighter have attracted attention.
【0004】また、HEVやEVにおいて、モータを駆
動して自動車を走行させるには約300Vの電圧が必要
であるため、上述の電池は、その単体(単位セル)を多
数直列接続してなる組電池として使用される。例えば、
鉛電池(約2V/セル)では150、ニッケル水素電池
(約1.2V/セル)では250、リチウム二次電池
(約3.6V/セル)では80もの単位セルを直列接続
する必要がある。[0004] Further, since a voltage of about 300 V is required for driving a motor in an HEV or an EV to drive an automobile, the above-mentioned battery is formed by connecting a large number of unit cells (unit cells) in series. Used as a battery. For example,
It is necessary to connect 150 unit cells in a lead battery (about 2 V / cell), 250 unit cells in a nickel hydride battery (about 1.2 V / cell), and 80 unit cells in a lithium secondary battery (about 3.6 V / cell).
【0005】なお、これらの単位セルは、過充電や過放
電に弱く、定められた使用範囲内の電圧で使用しなけれ
ば、材料の分解による著しい容量の低下や異常発熱を引
き起こして使用不能となるおそれがある。そして、組電
池を構成する各単位セルでは、性能の個体差や周囲温度
および漏れ電流の違い等によって充電可能容量がばらつ
き、組電池の充放電時に各単位セルを流れる電流がどの
単位セルも等しいにも関わらず、各単位セルの残存容量
(SOC)、ひいては各単位セルの両端電圧がばらつい
てしまうことが知られている。[0005] These unit cells are vulnerable to overcharge and overdischarge, and unless used at a voltage within a specified range of use, the decomposition of the material causes a significant decrease in capacity and abnormal heat generation, making it unusable. Could be. In each of the unit cells constituting the assembled battery, the chargeable capacity varies due to individual differences in performance, differences in ambient temperature, leakage current, and the like, and the current flowing through each unit cell during charging and discharging of the assembled battery is the same for all unit cells. Nevertheless, it is known that the remaining capacity (SOC) of each unit cell, and thus the voltage across each unit cell, varies.
【0006】つまり、組電池として使用する場合には、
組電池を構成する各単位セルが過充電や過放電となるこ
とのないように、各単位セル間の残存容量のばらつきに
起因するセル電圧のばらつきを十分に抑えなければなら
ない。従来の鉛電池,ニッカド電池,ニッケル水素電池
等を単位セルとする組電池では、組電池の両端電圧を監
視して、この両端電圧(ひいては組電池を構成する各単
位セルの平均セル電圧)が所定の電圧範囲に収まるよう
に充放電制御することで単位セルの過放電や過充電を防
止できたが、リチウム電池を単位セルとする組電池で
は、そのような制御では、単位セルの過充電や過放電が
進行してしまい、使用不可能な状態に到るほどの性能劣
化を引き起こしてしまうという問題があった。That is, when used as a battery pack,
Cell voltage variations due to variations in the remaining capacity among the unit cells must be sufficiently suppressed so that each unit cell constituting the assembled battery is not overcharged or overdischarged. In a conventional battery pack using a lead battery, a NiCd battery, a nickel-metal hydride battery, or the like as a unit cell, the voltage across the battery pack is monitored, and the voltage across the battery (and thus the average cell voltage of each unit cell constituting the battery pack) is calculated. The overdischarge and overcharge of the unit cell could be prevented by controlling the charge and discharge to be within the predetermined voltage range. Or overdischarge progresses, causing a problem that performance is deteriorated to such an extent that the battery cannot be used.
【0007】即ち、水溶性の電解液を用いて構成された
鉛電池,ニッカド電池,ニッケル水素電池二次電池等で
は、過充電時に生じる水の電気分解と置換反応(密閉化
反応)によって、単位セル間のばらつきがある程度解消
(均等充電)されるため、組電池の両端電圧(組電池を
構成する各単位セルの平均セル電圧)を制御すること
で、過放電や過充電を防止できたのであるが、有機系の
電解液を用いて構成されたリチウム電池では、密閉化反
応が起こらないため上述の均等充電がされず、組電池の
両端電圧(平均セル電圧)を制御する方法では、ばらつ
きは拡大する一方であり、過充電や過放電が進行してし
まうのである。[0007] That is, in a lead battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery secondary battery or the like constituted by using a water-soluble electrolytic solution, the unit is formed by electrolysis of water and substitution reaction (sealing reaction) generated at the time of overcharge. Since the variation between cells is eliminated to some extent (equal charging), overdischarge and overcharge can be prevented by controlling the voltage across the assembled battery (average cell voltage of each unit cell constituting the assembled battery). However, in a lithium battery configured using an organic electrolytic solution, the above-mentioned uniform charging is not performed because a sealing reaction does not occur, and the method of controlling the both-end voltage (average cell voltage) of the assembled battery causes variation. Is increasing, and overcharging and overdischarging progress.
【0008】これに対して、組電池を構成する単位セル
間のセル電圧のばらつきを、密閉化反応によらずに解消
する方法として、例えば、外部からの指令に従って作動
するバイパス回路(放電回路)を各単位セルと並列に接
続し、セル電圧にばらつきが生じると、セル電圧の高い
単位セルに接続されたバイパス回路を作動させて、単位
セルの放電を行わせたり(特開平6−253463号公
報)、単位セルが充電されないよう充電電流の分流(バ
イパス)行わせる(特開平8−19188号公報)こと
により、単位セル間の電圧のばらつきが小さくなるよう
に調整するもの等が提案されている。On the other hand, as a method of eliminating variations in cell voltage between unit cells constituting a battery pack without depending on a sealing reaction, for example, a bypass circuit (discharge circuit) which operates according to an external command is used. Is connected in parallel with each unit cell, and when the cell voltage fluctuates, a bypass circuit connected to the unit cell having a higher cell voltage is operated to discharge the unit cell (Japanese Patent Laid-Open No. 6-253463). Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-19188 discloses an apparatus that adjusts the voltage so as to reduce the variation in voltage between the unit cells by diversion (bypass) of a charging current so that the unit cells are not charged. I have.
【0009】しかし、これらを実施しようとすると、図
7の参考図に示すように、各単位セルC11〜Cmn毎にセ
ル電圧検出回路(VSC)や抵抗,スイッチからなるバ
イパス回路BPを設ける必要があると共に、CPUを中
心に構成され、各VSCにて検出されたセル電圧に基づ
いて、単位セル間のばらつき状態を判定したり、その判
定結果に従ってバイパス回路を制御する等の処理を実行
する制御装置を設ける必要がある。However, in order to implement these, it is necessary to provide a cell voltage detection circuit (VSC) and a bypass circuit BP comprising a resistor and a switch for each of the unit cells C11 to Cmn as shown in the reference diagram of FIG. In addition, a control that is configured around the CPU and executes processing such as determining a variation state between unit cells based on a cell voltage detected in each VSC and controlling a bypass circuit according to the determination result. Equipment must be provided.
【0010】そして、耐電圧や絶縁性,制御性の問題か
ら、一つのCPUで受け持つことのできるセル数は、1
0〜20セル程度が限度である。このため、HEVやE
Vに動力源として使用する組電池等、数十から数百もの
単位セルを直列接続する組電池に適用するには、組電池
全体をn個(例えばn=10)の単位セルからなる複数
セルグループCG1〜CGmに分割して、各セルグルー
プCG1〜CGm毎に電圧検出とばらつき調整とを分担
させた下位制御装置BCU_L1〜BCU_Lmを設け
ると共に、これら下位制御装置BCU_L1〜BCU_
Lmを統括する上位制御装置BCU_Hを設けて、組電
池全体を調整するという構成にしなければならない。[0010] Due to the problems of withstand voltage, insulation and controllability, the number of cells that can be handled by one CPU is one.
The limit is about 0 to 20 cells. For this reason, HEV and E
In order to apply to a battery pack in which several tens to several hundreds of unit cells are connected in series, such as a battery pack used as a power source for V, the whole battery pack is made up of a plurality of cells consisting of n (eg, n = 10) unit cells Each of the cell groups CG1 to CGm is divided into groups CG1 to CGm, and the lower control apparatuses BCU_L1 to BCU_Lm which share voltage detection and variation adjustment are provided for each of the cell groups CG1 to CGm.
It is necessary to provide a higher-level control device BCU_H that controls Lm and adjust the entire assembled battery.
【0011】例えば、比較的セル数を少なくできるリチ
ウム電池でも、4〜8個ものセルグループ、即ち制御装
置を設ける必要があり、これら制御装置を構成するCP
UやCPU間の通信を行う通信I/F等の高価な電子部
品が多数必要となるため、装置が複雑で高価なものとな
り、また大型化してしまうという問題があった。For example, even a lithium battery having a relatively small number of cells needs to provide 4 to 8 cell groups, that is, control devices.
Since many expensive electronic components such as a communication I / F for performing communication between the U and the CPU are required, there is a problem that the device becomes complicated and expensive, and the device becomes large.
【0012】これに対して、CPUのような高価な電子
部品を使用せず、自律的にセル電圧間のばらつきを検出
して単位セルの放電を行い、組電池を構成する各単位セ
ル間の電圧ばらつきを解消する簡易均等化回路も提案さ
れている。この種の簡易均等化回路として、例えば、単
位セルと同数の抵抗からなる分圧回路により組電池の両
端電圧を均等に分圧し、オペアンプを利用したフィード
バック回路により、単位セルの連結点の電位と、これに
対応する分圧抵抗の連結点の電位とが一致するように各
単位セルの放電を行うもの(特開平11−262188
号公報)や、単位セルや分圧回路の各連結点の電位の大
小関係をオペアンプを用いて判定し、その判定結果から
平均電圧より高い単位セルを論理演算を用いて特定し、
この特定された単位セルの放電を、単位セル毎に設けら
れた放電回路を用いて行うもの(特開2000−833
27号公報)等が知られている。On the other hand, without using expensive electronic components such as a CPU, a unit cell is discharged by detecting a variation between cell voltages autonomously, and the unit cells constituting the assembled battery are discharged. A simple equalizing circuit for eliminating voltage variations has also been proposed. As a simple equalizing circuit of this type, for example, a voltage dividing circuit composed of the same number of resistors as the unit cell equally divides the voltage between both ends of the assembled battery, and a feedback circuit using an operational amplifier provides a potential difference between the connection points of the unit cells. And discharging each unit cell so that the potential at the connection point of the corresponding voltage-dividing resistor coincides with the voltage (see JP-A-11-262188).
Publication), and the magnitude relationship between the potentials of the connection points of the unit cell and the voltage dividing circuit is determined using an operational amplifier, and from the result of the determination, a unit cell higher than the average voltage is specified using a logical operation.
The discharge of the specified unit cell is performed using a discharge circuit provided for each unit cell (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-833).
No. 27 gazette) and the like.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら簡易均
等化回路は、常時動作しているため、単位セルの両端電
圧(セル電圧)が充電状態を正しく反映していない時に
は、却って電圧ばらつきを広げてしまうことになり、各
単位セルの充電状態を効率良く均等化することができな
い場合があるという問題があった。However, since these simple equalizing circuits always operate, when the voltage across the unit cell (cell voltage) does not correctly reflect the state of charge, the voltage variation is rather widened. As a result, there is a problem that the state of charge of each unit cell cannot be efficiently equalized.
【0014】即ち、単位セルは、内部インピーダンスを
有しているため、そのセル電圧は、組電池を貫流する主
電流の大きさによって変化する。しかも、内部インピー
ダンスは単位セル毎にばらつきがあるため、主電流の大
きさによっては、セル電圧の大小関係が入れ替わってし
まい、セル電圧がセルの充電状態(残存容量)を正しく
反映しなくなってしまうのである。That is, since the unit cell has an internal impedance, its cell voltage changes depending on the magnitude of the main current flowing through the battery pack. Moreover, since the internal impedance varies from unit cell to unit cell, the magnitude relationship of the cell voltage is switched depending on the magnitude of the main current, and the cell voltage does not correctly reflect the state of charge (remaining capacity) of the cell. It is.
【0015】特に、組電池がHEVの動力源として使用
されている場合には、加減速時に大きな主電流が流れ、
しかも加減速の状態に応じて主電流が大きく変動するた
め、このような問題が顕著なものとなる。なお、電圧調
整時に流れる放電電流を小さく設定し、主電流の変動に
よる影響を小さくすることが考えられるが、例えばタク
シー等のように、1日あたりの車両の走行時間が長く、
主電流が流れない停止時間が短い車両の場合は、電圧調
整が正しく行われる時間を充分に確保できず、各単位セ
ルの充電状態を充分に均等化することができないおそれ
があった。In particular, when the battery pack is used as a power source for an HEV, a large main current flows during acceleration / deceleration,
In addition, since the main current greatly fluctuates according to the state of acceleration / deceleration, such a problem becomes significant. In addition, it is conceivable to set the discharge current flowing at the time of voltage adjustment small so as to reduce the influence of the fluctuation of the main current.
In the case of a vehicle in which the stop time during which the main current does not flow is short, there is a possibility that the time for correctly adjusting the voltage cannot be sufficiently secured, and the charging states of the unit cells may not be sufficiently equalized.
【0016】本発明は、上記問題点を解決するために、
組電池を構成する各単位セルの充電状態の均等化を簡易
な構成で効率良く行うことができる充電状態制御方法及
び装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems.
An object of the present invention is to provide a charge state control method and apparatus capable of efficiently equalizing the charge state of each unit cell constituting a battery pack with a simple configuration.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項1記載の充電状態制御方法では、組
電池の状態が、単位セルの両端電圧であるセル電圧に単
位セルの充電状態が正しく反映されている調整可能状態
にあるか否かを判断し、調整可能状態にある場合にの
み、セルグループ毎に、該セルグループを構成する各単
位セル間のセル電圧のばらつきが解消されるように該単
位セルの充電状態を個別に調整する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a state of charge of a battery pack, the method comprising the steps of: charging a unit cell to a cell voltage which is a voltage across the unit cell; It is determined whether or not the state is correctly adjusted, and the state is correctly reflected. Only when the state is the adjustable state, the variation of the cell voltage between the unit cells constituting the cell group is eliminated for each cell group. The state of charge of the unit cells is individually adjusted so as to be adjusted.
【0018】従って、本発明によれば、単位セルの充電
状態を正しく反映していないセル電圧に基づいて、誤っ
た電圧調整が行われてしまうことがなく、単位セルの充
電状態を効率良く均等化することができる。なお、組電
池が一つのセルグループからなる場合、セルグループと
は組電池そのもののことを指す。Therefore, according to the present invention, erroneous voltage adjustment is not performed based on a cell voltage that does not correctly reflect the state of charge of a unit cell, and the state of charge of a unit cell is efficiently and uniformly. Can be When the battery pack is composed of one cell group, the cell group indicates the battery pack itself.
【0019】また、請求項2記載の充電状態制御装置で
は、組電池の状態が調整可能状態にある場合にのみ、調
整動作制御手段が、セルグループ毎に設けられたセル電
圧調整手段を動作させ、そのセル電圧調整手段は、調整
対象となるセルグループを構成する各単位セル間で、単
位セルの両端電圧であるセル電圧のばらつきが解消され
るように該単位セルの充電状態を個別に調整する。In the charging state control device according to the second aspect, the adjusting operation control means operates the cell voltage adjusting means provided for each cell group only when the state of the battery pack is in the adjustable state. The cell voltage adjusting means individually adjusts the state of charge of the unit cells so as to eliminate the variation of the cell voltage, which is the voltage across the unit cells, between the unit cells constituting the cell group to be adjusted. I do.
【0020】即ち、本発明の充電状態制御装置は、請求
項1記載の方法を実現するものであり、従って、請求項
1記載の方法を実施した場合と同様の効果を得ることが
できる。なお、セル電圧調整手段は、例えば、セルグル
ープを構成する単位セルの中から、セル電圧が最低であ
るものを抽出し、その抽出された単位セルのセル電圧
に、他の単位セルのセル電圧が一致するまで放電するよ
うに構成してもよいし、請求項3記載のように、セルグ
ループを構成する単位セルの平均電圧より高いセル電圧
を有する単位セルを、平均電圧に等しくなるまで放電す
るように構成してもよい。That is, the state-of-charge control device of the present invention realizes the method described in claim 1, and therefore can provide the same effects as when the method described in claim 1 is implemented. The cell voltage adjusting means extracts, for example, a unit cell having the lowest cell voltage from the unit cells constituting the cell group, and replaces the cell voltage of the extracted unit cell with the cell voltage of another unit cell. Or a unit cell having a cell voltage higher than the average voltage of the unit cells constituting the cell group may be discharged until it becomes equal to the average voltage. May be configured.
【0021】いずれにしても、装置構成を簡易なものと
するために、セル電圧調整手段は、請求項4記載のよう
に、該セル電圧調整手段の調整対象となるセルグループ
からの電源供給により動作するように構成することが望
ましい。ところで、セル電圧に単位セルの充電状態が正
しく反映されている調整可能状態とは、より具体的に
は、組電池を貫流する主電流が流れていないか、或い
は、内部インピーダンスによるセル電圧の変動を無視で
きる程度に主電流が小さい場合のことである。In any case, in order to simplify the device configuration, the cell voltage adjusting means is provided by supplying power from a cell group to be adjusted by the cell voltage adjusting means. It is desirable to be configured to operate. By the way, the adjustable state in which the state of charge of the unit cell is correctly reflected in the cell voltage is, more specifically, a state in which the main current flowing through the assembled battery is not flowing or a change in the cell voltage due to the internal impedance. Is when the main current is so small that it can be ignored.
【0022】そして、例えば、組電池を充放電する接続
機器が停止していれば、主電流は流れないため、請求項
5記載のように、この接続機器の作動状態を検出する機
器作動状態検出手段を設け、機器作動状態検出手段にて
検出される作動状態が前記接続機器の停止を表している
場合に、調整動作制御手段は、組電池が調整可能状態に
あるものとして制御を行うようにしてもよい。For example, if the connected device for charging / discharging the battery pack is stopped, the main current does not flow, so that the operating state of the connected device is detected. Means is provided, and when the operation state detected by the device operation state detection means indicates the stop of the connected device, the adjustment operation control means performs control assuming that the battery pack is in an adjustable state. You may.
【0023】また、請求項6記載のように、組電池を貫
流する主電流の大きさを検出する電流検出手段を設け、
調整動作制御手段は、この電流検出手段にて検出される
主電流が予め設定された上限値以下である場合に、組電
池が調整可能状態にあるものとして制御を行うようにし
てもよい。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided current detecting means for detecting the magnitude of the main current flowing through the battery pack.
When the main current detected by the current detecting means is equal to or less than a preset upper limit value, the adjusting operation control means may perform control assuming that the assembled battery is in an adjustable state.
【0024】更に、請求項7記載のように、組電池を構
成する各セルグループの両端電圧であるグループ電圧を
検出するグループ電圧検出手段を設け、グループ電圧検
出手段にて検出されるグループ電圧の時間変化率が予め
設定された上限値以下である場合に、調整動作制御手段
は、組電池が調整可能状態にあるものとして制御を行う
ようにしてもよい。即ち、主電流の大きさに応じて、グ
ループ電圧の時間変化率も変動するため、このグループ
電圧の時間変化率が小さければ、主電流も小さいものと
推定できるのである。Further, as set forth in claim 7, a group voltage detecting means for detecting a group voltage which is a voltage between both ends of each cell group constituting the assembled battery is provided, and the group voltage detected by the group voltage detecting means is detected. When the time rate of change is equal to or less than a preset upper limit, the adjustment operation control means may perform control assuming that the battery pack is in an adjustable state. That is, since the time rate of change of the group voltage also changes according to the magnitude of the main current, if the time rate of change of the group voltage is small, it can be estimated that the main current is small.
【0025】ここで、組電池が複数のセルグループから
なる場合、セルグループ毎に設けられた各電圧調整手段
は、その調整対象となるセルグループ内の各単位セルに
ついては、充電状態を均等化できるが、異なるセルグル
ープ間では充電状態が異なったものとなってしまう可能
性がある。Here, when the assembled battery is composed of a plurality of cell groups, each voltage adjusting means provided for each cell group equalizes the state of charge of each unit cell in the cell group to be adjusted. However, there is a possibility that the state of charge will be different between different cell groups.
【0026】そこで、組電池が複数のセルグループから
なる場合には、請求項8記載のように、組電池を構成す
る各セルグループの両端電圧であるグループ電圧のばら
つきが解消されるように該セルグループの充電状態を個
別に調整するグループ電圧調整手段を備えることが望ま
しい。Therefore, when the assembled battery is composed of a plurality of cell groups, the variation of the group voltage, which is the voltage between both ends of each of the cell groups constituting the assembled battery, is eliminated. It is desirable to have a group voltage adjusting means for individually adjusting the state of charge of the cell group.
【0027】次に、請求項9の充電状態制御装置では、
セルグループ毎に設けられたセル電圧監視手段により、
監視対象となるセルグループを構成する各単位セルのセ
ル電圧が、予め設定された電圧範囲内にあるか否かを監
視し、このセル電圧監視手段での監視結果に従い、信号
生成手段が、セルグループを構成する単位セルのうち、
全てのセル電圧が前記電圧範囲内であれば通常状態を表
す第1の信号レベル、いずれか一つでもセル電圧が前記
電圧範囲を上回れば過充電状態を表す第2の信号レベ
ル、いずれか一つでもセル電圧が前記電圧範囲を下回れ
ば過放電状態を表す第3の信号レベルとなるセル状態信
号を生成する。Next, in the charging state control device according to the ninth aspect,
By cell voltage monitoring means provided for each cell group,
It monitors whether the cell voltage of each unit cell constituting the cell group to be monitored is within a preset voltage range, and according to the monitoring result by the cell voltage monitoring means, the signal generation means Of the unit cells that make up the group,
A first signal level indicating a normal state if all cell voltages are within the voltage range; a second signal level indicating an overcharged state if any one of the cell voltages exceeds the voltage range; If at least the cell voltage falls below the voltage range, a cell state signal having a third signal level indicating an overdischarge state is generated.
【0028】このように構成された本発明の充電状態制
御装置では、単位セルの充電状態を自動的に均等化する
だけでなく、セルグループを構成する単位セルの状態
を、セル状態信号によって外部装置に通知することがで
き、外部装置は、このセル状態信号を監視することによ
り、セル電圧調整手段による調整動作では回復させるこ
とのできない異常事態の発生等を検出することが可能と
なる。In the charge state control device of the present invention thus configured, not only the state of charge of the unit cells is automatically equalized, but also the state of the unit cells forming the cell group is externally controlled by the cell state signal. The device can be notified, and the external device can monitor the cell state signal to detect the occurrence of an abnormal situation that cannot be recovered by the adjusting operation by the cell voltage adjusting means.
【0029】なお、装置構成を簡易なものとするため、
セル電圧監視手段及び信号生成手段は、請求項10記載
のように、セル電圧監視手段の監視対象となるセルグル
ープからの電源供給により動作するように構成すること
が望ましい。そして、信号生成手段は、例えば請求項1
1記載のように、常時導通して一定電流を流す第1の電
流経路と、過充電状態の時に導通して一定電流を流す第
2の電流経路と、過放電状態以外の時に導通して一定電
流を流す第3の電流経路とを用いて、各電流経路を流れ
る電流を合成した電流信号を、セル状態信号として生成
するように構成することができる。In order to simplify the device configuration,
It is desirable that the cell voltage monitoring means and the signal generation means be configured to operate by power supply from a cell group to be monitored by the cell voltage monitoring means. Then, the signal generating means is, for example,
As described in 1, a first current path that is always conductive and flows a constant current, a second current path that is conductive and flows a constant current in an overcharged state, and is conductive and constant in a state other than the overdischarge state Using the third current path through which the current flows, a current signal obtained by combining the currents flowing through the respective current paths can be generated as a cell state signal.
【0030】この場合、過放電状態の時には、通常状態
の時より信号レベルが低く、即ち、セル状態信号の生成
のために使用される消費電流が小さくなり、一方、過充
電の時には、通常状態の時より信号レベルが高く、即
ち、セル状態信号の生成のために使用される消費電流が
大きくなる。In this case, in the overdischarge state, the signal level is lower than in the normal state, that is, the current consumption used for generating the cell state signal is small. , The signal level is higher, that is, the current consumption used for generating the cell state signal is larger.
【0031】従って、本発明によれば、過放電状態の時
には、監視対象セルグループから信号生成手段への電源
供給が減少するため、監視対象セルグループにおける過
放電状態の進行を抑制することができ、また、過充電状
態の時には、監視対象セルグループから信号生成手段へ
の電源供給が増加するため、監視対象セルグループにお
ける過充電状態の解消を促進することができる。Therefore, according to the present invention, in the overdischarge state, the power supply from the monitored cell group to the signal generation means is reduced, so that the progress of the overdischarge state in the monitored cell group can be suppressed. Further, in the overcharged state, the power supply from the monitored cell group to the signal generating means increases, so that the overcharged state in the monitored cell group can be eliminated.
【0032】また、本発明では、多値レベルのセル状態
信号を使用しているため、セル状態信号を一方の伝送線
で伝送することができ、セル状態信号を利用する装置と
の間の接続を簡単に行うことができる。次に、請求項1
2記載の充電状態制御装置では、セル状態信号を伝送す
るセル状態信号伝送線に、このセル状態信号伝送線を断
続するスイッチを備えており、信号生成手段は、スイッ
チがオンの時に、セル電圧調整手段の動作を禁止するた
めの禁止信号を生成し、この信号生成手段からの禁止信
号によって、セル電圧調整手段は動作を停止する。Further, in the present invention, since a multi-level cell state signal is used, the cell state signal can be transmitted on one of the transmission lines, and the connection between the apparatus and the apparatus utilizing the cell state signal can be established. Can be done easily. Next, claim 1
2. The charge state control device according to item 2, wherein the cell state signal transmission line for transmitting the cell state signal is provided with a switch for interrupting the cell state signal transmission line. A prohibition signal for prohibiting the operation of the adjustment means is generated, and the prohibition signal from the signal generation means stops the operation of the cell voltage adjustment means.
【0033】つまり、本発明によれば、セル状態信号伝
送線を用いて、セル状態信号の出力だけでなく、セル電
圧調整手段の起動停止も行うことができ、セル状態信号
の監視やセル電圧調整手段の制御を行う制御装置との間
の配線を簡素化することができる。That is, according to the present invention, not only the output of the cell status signal but also the activation and deactivation of the cell voltage adjusting means can be performed by using the cell status signal transmission line. Wiring between the control device and the control device for controlling the adjusting means can be simplified.
【0034】そして、特に、組電池が車両に搭載される
ものである場合、請求項13記載のように、車両のイグ
ニションスイッチがオフの時に、セル状態信号伝送線上
のスイッチがオンするように構成してもよい。即ち、イ
グニションスイッチがオフの時には、組電池を充放電す
る接続機器も停止しており、主電流が流れることがなく
組電池は調整可能状態にあるため、これと連動して、自
動的にセル電圧調整手段が動作可能となるようにするこ
とができるのである。In particular, when the battery pack is mounted on a vehicle, the switch on the cell status signal transmission line is turned on when the ignition switch of the vehicle is turned off. May be. That is, when the ignition switch is off, the connected devices for charging and discharging the battery pack are also stopped, and the battery pack is in an adjustable state without main current flowing. The voltage adjusting means can be made operable.
【0035】ところで、組電池を構成する単位セルとし
ては、鉛電池,ニッケル系電池等様々なものを用いるこ
とができるが、請求項14記載のように、リチウムイオ
ンを吸蔵放出することが可能な物質からなる電極を用い
て構成されたリチウム系二次電池を用いることが望まし
い。By the way, as the unit cell constituting the assembled battery, various kinds of cells such as a lead battery and a nickel-based battery can be used, but it is possible to occlude and release lithium ions. It is desirable to use a lithium-based secondary battery configured using electrodes made of a substance.
【0036】即ち、リチウム系二次電池は、エネルギー
密度が高く、しかも出力電圧が高いため、同じ高電圧を
得るにしても、少ないセル数で、容量の大きな組電池を
構成することができ、組電池自体や当該充電状態制御装
置を小型軽量化することができる。That is, since the lithium secondary battery has a high energy density and a high output voltage, even if the same high voltage is obtained, a battery pack having a small capacity and a large capacity can be constructed. The assembled battery itself and the charge state control device can be reduced in size and weight.
【0037】また、当該充電状態制御装置は、いかなる
用途に使用される組電池に適用してもよいが、例えば請
求項15記載のように、電気自動車(EV)或いはハイ
ブリッド電気自動車(HEV)の動力源として実装され
る車載用のものに適用すれば、EVやHEVの信頼性、
耐久性を向上させることができる。The charge state control device may be applied to an assembled battery used for any purpose. For example, as described in claim 15, an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) If it is applied to a vehicle mounted as a power source, the reliability of EV and HEV,
Durability can be improved.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。 [第1実施形態]図1は、第1実施形態の組電池システ
ムの全体構成を表すブロック図であり、ここでは、ハイ
ブリッド自動車(HEV)の駆動系に組み込んだ状態を
表している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing the entire configuration of a battery pack system according to a first embodiment, and here shows a state in which the battery pack is incorporated in a drive system of a hybrid vehicle (HEV).
【0039】図1に示すように、本実施形態の組電池シ
ステム2は、主電源ラインL,インバータ(INV)6
を介してモータ及び発電機を兼ねる電動機(MG)8に
接続されており、更に車両の走行状態や当該組電池シス
テム2の状態等に応じて、電動機8の始動,停止や、イ
ンバータ6の動作方向等を制御するHEVコントローラ
(VCU)4を備えている。As shown in FIG. 1, the assembled battery system 2 of this embodiment includes a main power line L, an inverter (INV) 6
The motor 8 is connected to a motor (MG) 8 which also functions as a motor and a generator via a power supply, and further starts and stops the motor 8 and operates the inverter 6 according to the running state of the vehicle and the state of the battery pack system 2. An HEV controller (VCU) 4 for controlling the direction and the like is provided.
【0040】そして、VCU4は、エンジンの運転効率
のよい定速走行時等には、エンジンの駆動力を用いて走
行する設定とし、この時、組電池システム2の充電量が
不十分であれば、エンジンからの駆動力が電動機8に伝
達され、且つ電動機8が発電機として動作し、電動機8
にて発電された電力がインバータ6を介して組電池シス
テム2に供給されるように設定して、組電池システム2
に充電を行わせる。The VCU 4 is set to run using the driving force of the engine when the engine is running at a constant speed with good operating efficiency. At this time, if the charge amount of the battery pack system 2 is insufficient, The driving force from the engine is transmitted to the electric motor 8, and the electric motor 8 operates as a generator.
Is set to be supplied to the battery pack system 2 via the inverter 6, and
To charge.
【0041】一方、エンジンの運転効率の悪い始動時や
フル加速時等には、組電池システム2からの電力がイン
バータ6を介して電動機8に供給され、電動機8がこの
組電池システム2からの供給電力によりモータとして動
作するように設定し、電動機8からの駆動力を利用して
走行するようにされている。On the other hand, at the time of starting or at the time of full acceleration when the operation efficiency of the engine is low, electric power from the battery pack system 2 is supplied to the electric motor 8 via the inverter 6, and the motor 8 is supplied from the battery pack system 2. It is set so as to operate as a motor by the supplied electric power, and travels using the driving force from the electric motor 8.
【0042】本実施例の組電池システム2は、充放電自
在な二次電池であるリチウム電池を単位セルとして、こ
の単位セルを多数直列接続してなる組電池10を備えて
いる。組電池10は、それぞれが4個の単位セルCi1〜
Ci4からなる複数のセルグループCG1〜CGmに分割
されており、このセルグループCGi(i=1〜m)毎
に、セルグループCGiを構成する各単位セルCi1〜C
i4間のセル電圧のばらつきを解消するセル電圧調整手段
としてのセルばらつき調整装置CEUiが設けられてい
る。The assembled battery system 2 of this embodiment includes an assembled battery 10 in which a plurality of unit cells are connected in series using a lithium battery, which is a rechargeable secondary battery, as a unit cell. The assembled battery 10 includes four unit cells Ci1 to Ci.
Each of the cell groups CGi (i = 1 to m) is divided into a plurality of cell groups CG1 to CGm composed of Ci4.
A cell variation adjusting device CEUi is provided as cell voltage adjusting means for eliminating the variation in cell voltage between i4.
【0043】また、組電池システム2は、組電池10の
充放電時に主電源ラインLを流れる主電流を検出する電
流センサ(CS)14と、電流センサ14からの電流検
出信号IB、イグニションスイッチ(図示せず)の操作
状態を表すイグニション信号IG、組電池10の両端及
びセルグループCGiの境界にて主電源ラインLから分
岐させたセルグループ電圧検出線LS1〜LSm+1 を介
して得られる電圧信号VS1〜VSm+1 等に基づき、端
子CCP,CCN間に直列接続されるフォトカプラPC
(後述する)に電源供給を行うことにより各セルばらつ
き調整装置CEUiを一括して起動,停止させたり、V
CU4に各種指令CMDを出力する等の処理を実行する
組電池コントローラ(BCU)12を備えている。The battery pack system 2 includes a current sensor (CS) 14 for detecting a main current flowing through the main power supply line L during charging and discharging of the battery pack 10, a current detection signal IB from the current sensor 14, and an ignition switch ( (Not shown), an ignition signal IG representing an operation state, and voltages obtained via cell group voltage detection lines LS1 to LSm + 1 branched from the main power supply line L at both ends of the battery pack 10 and at the boundary of the cell group CGi. Photocoupler PC connected in series between terminals CCP and CCN based on signals VS1-VSm + 1, etc.
(To be described later), the cell variation adjusting units CEUi are collectively started and stopped,
A battery pack controller (BCU) 12 is provided for executing processing such as outputting various commands CMD to the CU 4.
【0044】セルばらつき調整装置CEUiは、図2に
示すように、抵抗及びスイッチを直列接続してなり、セ
ルグループCGiを構成する各単位セルCi1〜Ci4のそ
れぞれに対して個別に並列接続された放電回路P1〜P
4と、セルグループCGi内の単位セル数と同数の抵抗
R1〜R4を直列接続してなり、セルグループCGiに
対して並列接続された分圧回路20とを備えている。As shown in FIG. 2, the cell variation adjusting device CEUi includes resistors and switches connected in series, and is individually connected in parallel to each of the unit cells Ci1 to Ci4 constituting the cell group CGi. Discharge circuits P1 to P
4 and a voltage dividing circuit 20 in which the same number of resistors R1 to R4 as the number of unit cells in the cell group CGi are connected in series and connected in parallel to the cell group CGi.
【0045】以下では、セルグループCGiの正極側端
の電位をセル側電位Ec0,負極側端をセル側電位Ec4と
し、その間にある単位セルCijとCij+1 (j=1〜
3)との連結点の電位をセル側電位Ecjとする。また、
分圧回路20の正極側端の電位を抵抗側電位Er0(=E
c0),負極側端の電位を抵抗側電位Er4(=Ec4)と
し、その間にある抵抗RijとRij+1との連結点の電位を
抵抗側電位Erjとする。In the following, the potential of the positive terminal of the cell group CGi is referred to as a cell potential Ec0, and the potential of the negative terminal is referred to as a cell potential Ec4. The unit cells Cij and Cij + 1 (j = 1 to
The potential at the connection point with 3) is defined as a cell side potential Ecj. Also,
The potential on the positive side end of the voltage dividing circuit 20 is changed to the resistance side potential Er0 (= E
c0), the potential at the negative end is defined as the resistance potential Er4 (= Ec4), and the potential at the connection point between the resistors Rij and Rij + 1 therebetween is defined as the resistance potential Erj.
【0046】そして、セルばらつき調整装置CEUi
は、セル側電位Ec1と抵抗側電位Er1とに基づいて、判
定信号S1L,S1Hを生成する比較回路21と、セル側電
位Ec2と抵抗側電位Er2とに基づいて、判定信号S2L,
S2Hを生成する比較回路22と、同様に、セル側電位E
c3と抵抗側電位Er3とに基づいて、判定信号S3L,S3H
を生成する比較回路23と、比較回路21からの判定信
号S1L,S1H及び比較回路22からの判定信号S2L,S
2Hに基づいて、放電回路P2のスイッチを操作する操作
信号SD2を生成する論理回路24と、比較回路22か
らの判定信号S2L,S2H及び比較回路23からの判定信
号S3L,S3Hに基づいて、放電回路P3のスイッチを操
作する操作信号SD3を生成する論理回路25と、操作
信号SD1,SD4として使用される判定信号S1L,S
3H、及び操作信号SD2,SD3を強制的にロウレベル
にして、放電回路P1〜P4が作動しないように設定す
る放電禁止回路26とを備えている。The cell variation adjusting device CEUi
Is a comparison circuit 21 that generates determination signals S1L and S1H based on the cell-side potential Ec1 and the resistance-side potential Er1, and a determination signal S2L, S2L, based on the cell-side potential Ec2 and the resistance-side potential Er2.
Similarly to the comparison circuit 22 that generates S2H, the cell-side potential E
Based on c3 and the resistance-side potential Er3, the determination signals S3L, S3H
, And judgment signals S1L and S1H from the comparison circuit 21 and judgment signals S2L and S2 from the comparison circuit 22.
Based on 2H, the logic circuit 24 generates an operation signal SD2 for operating the switch of the discharge circuit P2, and discharge is performed based on the determination signals S2L and S2H from the comparison circuit 22 and the determination signals S3L and S3H from the comparison circuit 23. A logic circuit 25 for generating an operation signal SD3 for operating a switch of the circuit P3, and judgment signals S1L and S1 used as operation signals SD1 and SD4.
3H and a discharge prohibition circuit 26 for setting the operation signals SD2 and SD3 to a low level and setting the discharge circuits P1 to P4 so as not to operate.
【0047】このうち、放電禁止回路26は、操作信号
SD1〜SD4を伝送する各信号線毎に、ダイオード及
び抵抗を直列接続してなる接地回路が設けられ、各接地
回路はいずれも、BCU12による端子CCP,CCN
間への電源供給によって導通する共通のフォトカプラP
Cを介してセルグループCGiの負極側端に接続されて
いる。The discharge prohibition circuit 26 is provided with a grounding circuit in which a diode and a resistor are connected in series for each signal line transmitting the operation signals SD1 to SD4. Terminal CCP, CCN
Common photocoupler P that becomes conductive by power supply between
It is connected to the negative electrode side end of the cell group CGi via C.
【0048】つまり、フォトカプラPCがオンの時に
は、操作信号SD1〜SD4が強制的にロウレベルとな
り、放電回路P1〜P4を構成する各スイッチはオフ状
態に保持されるため、放電回路P1〜P4による放電が
禁止され、一方、フォトカプラPCがオフの時には、放
電回路P1〜P4による放電、即ち、セルばらつき調整
装置CEUiによるセル電圧のばらつき調整が可能とな
る。また、各セルばらつき調整装置CEU1〜CEUm
のフォトカプラPCの入力側は、端子CCP,CCN間
に直列接続されており、BCU12からの操作により、
一括してオン,オフするようにされている。That is, when the photocoupler PC is on, the operation signals SD1 to SD4 are forced to the low level, and the switches constituting the discharge circuits P1 to P4 are kept in the off state. Discharge is prohibited, and when the photocoupler PC is off, discharge by the discharge circuits P1 to P4, that is, cell voltage variation adjustment by the cell variation adjustment device CEUi becomes possible. In addition, each cell variation adjusting device CEU1 to CEUm
The input side of the photocoupler PC is connected in series between the terminals CCP and CCN.
They are turned on and off all at once.
【0049】次に、比較回路21〜23は、いずれも同
様の構成を有しており、図3(a)に示すように、非反
転入力に抵抗側電位Erj、反転入力にセル側電位Ecjが
印加されたオペアンプからなる周知の差動増幅回路AM
Pと、セル側電位Ecjより規定値VFだけ大きい第1し
きい値TH1(=Ecj+VF)及びセル側電位Ecjより
規定値VFだけ小さい第2しきい値TH2(=Ecj−V
F)を発生させる基準電圧源DENと、非反転入力に差
動増幅回路AMPの出力、反転入力に第1しきい値TH
1が印加されたオペアンプからなるコンパレータCP1
と、反転入力に差動増幅回路AMPの出力、非反転入力
に第2しきい値TH2が印加されたオペアンプからなる
コンパレータCP2とにより構成され、コンパレータC
P1の出力が判定信号SjL、コンパレータCP2の出力
が判定信号SjHとなるようにされている。なお、規定値
VFは、例えば、ダイオードの順方向電圧、ツェナーダ
イオードの降伏電圧などを利用して生成することができ
る。Next, each of the comparators 21 to 23 has the same configuration. As shown in FIG. 3A, the non-inverting input has a resistance side potential Erj, and the inverting input has a cell side potential Ecj. Well-known differential amplifier circuit AM comprising an operational amplifier to which
P and a first threshold value TH1 (= Ecj + VF) larger than the cell side potential Ecj by a specified value VF and a second threshold value TH2 (= Ecj−V) smaller than the cell side potential Ecj by a specified value VF.
F), a reference voltage source DEN, an output of the differential amplifier circuit AMP at a non-inverting input, and a first threshold TH at an inverting input.
Comparator CP1 composed of an operational amplifier to which 1 is applied
And a comparator CP2 comprising an operational amplifier having an output of the differential amplifier circuit AMP at the inverting input and a second threshold TH2 applied to the non-inverting input.
The output of P1 is a determination signal SjL, and the output of the comparator CP2 is a determination signal SjH. The specified value VF can be generated using, for example, a forward voltage of a diode, a breakdown voltage of a Zener diode, and the like.
【0050】つまり、各比較回路21〜23にて生成さ
れる判定信号SjLは、図3(b)に示すように、抵抗側
電位Erjの電位を中心とした±VFの範囲を電圧許容範
囲Wjとし、セル側電位Ecjが電圧許容範囲Wjの下限
(Erj−VF)より小さい場合にハイレベルとなり、ま
た、判定信号SjHは、セル側電位Ecjが電圧許容範囲W
jの上限(Erj−VF)より大きい場合にハイレベルと
なる。That is, as shown in FIG. 3B, the determination signal SjL generated by each of the comparison circuits 21 to 23 has a range of ± VF centered on the potential of the resistance side potential Erj as the voltage allowable range Wj. When the cell-side potential Ecj is smaller than the lower limit (Erj−VF) of the voltage allowable range Wj, the cell-side potential Ecj becomes a high level.
It becomes a high level when it is larger than the upper limit of j (Erj-VF).
【0051】また、論理回路24,25は、図3(c)
に示すように、判定信号SjLを反転させる反転回路NO
T1と、判定信号Sj+1Hを反転させる反転回路NOT2
と、反転回路NOT1の出力及び判定信号Sj+1Lがいず
れもハイレベルの時に出力がハイレベルとなる論理積回
路AND1と、判定信号SjH及び反転回路NOT2の出
力がいずれもハイレベルの時に出力がハイレベルとなる
論理積回路AND2と、論理積回路AND1,AND2
の少なくとも一方がハイレベルの時に出力がハイレベル
となる論理和回路ORとにより構成され、論理和回路O
Rの出力が操作信号SDj+1 となるようにされている。The logic circuits 24 and 25 correspond to those shown in FIG.
As shown in the figure, an inverting circuit NO for inverting the determination signal SjL
T1 and an inverting circuit NOT2 for inverting the determination signal Sj + 1H
AND circuit AND1 whose output becomes high when both the output of the inverting circuit NOT1 and the judgment signal Sj + 1L are at high level, and the output when both the judgment signal SjH and the output of the inverting circuit NOT2 are at high level. AND circuit AND2, which is at a high level, and AND circuits AND1, AND2
And an OR circuit OR whose output becomes a high level when at least one of them is at a high level.
The output of R becomes the operation signal SDj + 1.
【0052】つまり、論理回路24,25にて生成され
る操作信号SDj+1 は、セル側電位Ecjの電位が電圧許
容範囲Wjの下限(Erj−VF)以上であり、且つセル
側電位Ecj+1が電圧許容範囲Wj+1 下限(Erj+1−V
F)より小さい場合、或いは、セル側電位Ecjが電圧許
容範囲Wjの上限(Erj+VF)より大きく、且つセル
側電位Ecj+1が電圧許容範囲Wj+1 上限(Erj+1+V
F)以下である場合にハイレベルとなる。That is, in the operation signal SDj + 1 generated by the logic circuits 24 and 25, the cell-side potential Ecj is equal to or higher than the lower limit (Erj-VF) of the voltage allowable range Wj and the cell-side potential Ecj + 1 is the lower limit of the voltage allowable range Wj + 1 (Erj + 1−V
F), or the cell side potential Ecj is larger than the upper limit (Erj + VF) of the voltage allowable range Wj, and the cell side potential Ecj + 1 is higher than the upper limit of the voltage allowable range Wj + 1 (Erj + 1 + V).
F) It becomes high level when it is less than or equal to.
【0053】このように構成されたセルばらつき調整装
置CEUiでは、単位セルCijのセル電圧が、分圧回路
20により得られるセルグループCGiの平均セル電圧
より大きい場合に操作信号SDjがハイレベルとなる。
この操作信号SD1〜4に従って放電回路P1〜P4が
動作し、セル側電位Ec1〜Ec3の各電位がいずれも電圧
許容範囲W1〜W3内の大きさとなるまで、セルグルー
プCGiの平均セル電圧より大きいセル電圧を有する単
位セルが放電される。その結果、各単位セルCi1〜Ci4
のセル電圧は、いずれもセルグループCGiの平均セル
電圧にほぼ等しい大きさとなる。In the cell variation adjusting device CEUi configured as described above, when the cell voltage of the unit cell Cij is higher than the average cell voltage of the cell group CGi obtained by the voltage dividing circuit 20, the operation signal SDj goes high. .
The discharge circuits P1 to P4 operate in accordance with the operation signals SD1 to SD4, and are higher than the average cell voltage of the cell group CGi until each of the cell-side potentials Ec1 to Ec3 is within the voltage allowable range W1 to W3. The unit cell having the cell voltage is discharged. As a result, each unit cell Ci1 to Ci4
Are substantially equal to the average cell voltage of the cell group CGi.
【0054】また、BCU12が、端子CCP,CCN
間に電源供給を行うことにより、フォトカプラPCがオ
ンすると、放電禁止回路26によって、放電回路P1〜
P4による放電が強制的に禁止されることになる。な
お、比較回路21〜23及び論理回路24,25の動作
は、特開2000−83327号公報に詳述されてい
る。The BCU 12 is connected to the terminals CCP, CCN
When the photocoupler PC is turned on by supplying power during this time, the discharge prohibition circuit 26 causes the discharge circuits P1 to P1 to turn on.
The discharge by P4 is forcibly prohibited. The operations of the comparison circuits 21 to 23 and the logic circuits 24 and 25 are described in detail in JP-A-2000-83327.
【0055】次に、BCU12は、図2に示すように、
セルグループ電圧検出線LSi,LSi+1 間の電圧、即
ちセルグループCGiのグループ電圧VGi(=VSi
−VSi+1 )を検出するグループ電圧検出回路VSCi
と、抵抗Rgp、トランジスタTgpからなり、セルグルー
プ電圧検出線LSi,LSi+1 間を導通させるグループ
バイパス回路GBiとを、各セルグループCG1〜CG
m毎に有している。Next, the BCU 12, as shown in FIG.
The voltage between the cell group voltage detection lines LSi and LSi + 1, that is, the group voltage VGi of the cell group CGi (= VSi
−VSi + 1) for detecting the group voltage VSCi.
And a group bypass circuit GBi that includes a resistor Rgp and a transistor Tgp and conducts between the cell group voltage detection lines LSi and LSi + 1.
m.
【0056】また、BCU12は、各セルグループCG
1〜CGm毎に設けられたグループ電圧検出回路VSC
1〜VSCmのいずれか一つを選択して、選択されたグ
ループ電圧検出回路VSCiにて検出されたグループ電
圧VGiを取り込むためのマルチプレクサ(MPX)3
0と、各セルグループCG1〜CGmのいずれかを選択
して、選択されたセルグループCGiに対応するグルー
プバイパス回路GBiのトランジスタTgpをオン,オフ
するための制御信号を出力するデコーダ(DEC)32
と、端子CCP,CCN間に直列接続された各セルばら
つき調整装置CEU1〜CEUmのフォトカプラPCへ
の電源供給ラインを導通,遮断するトランジスタTd
と、マルチプレクサ30を介して得られるグループ電圧
VG1〜VGmや、イグニションスイッチの操作状態を
表す信号IG、電流センサ14からの検出信号IBに基
づいて、セルばらつき調整装置CEUiの動作を禁止す
る禁止信号や、VCU4への各種指令CMDを生成する
等の処理を実行する演算処理装置(CPU)38と、そ
の処理に必要なデータ等を記憶するメモリ40とを備え
ている。なお、デコーダ32からの制御信号は、フォト
カプラ36を介してトランジスタTgpに供給されるよう
に構成されている。Further, the BCU 12 stores each cell group CG
Group voltage detection circuit VSC provided for each of 1 to CGm
A multiplexer (MPX) 3 for selecting any one of 1 to VSCm and taking in the group voltage VGi detected by the selected group voltage detection circuit VSCi.
0, and a decoder (DEC) 32 that selects one of the cell groups CG1 to CGm and outputs a control signal for turning on / off the transistor Tgp of the group bypass circuit GBi corresponding to the selected cell group CGi.
And a transistor Td that turns on and off a power supply line to the photocoupler PC of each of the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm connected in series between the terminals CCP and CCN.
A prohibition signal for prohibiting the operation of the cell variation adjusting device CEUi based on the group voltages VG1 to VGm obtained through the multiplexer 30, the signal IG indicating the operation state of the ignition switch, and the detection signal IB from the current sensor 14. And an arithmetic processing unit (CPU) 38 for executing processing such as generation of various commands CMD to the VCU 4, and a memory 40 for storing data and the like necessary for the processing. The control signal from the decoder 32 is configured to be supplied to the transistor Tgp via the photocoupler 36.
【0057】そして、CPU38は、イグニション信号
IGにより、イグニションスイッチがオンされたことを
検出するとトランジスタTdをオンして、セルばらつき
調整装置CEU1〜CEUmによるばらつき調整動作を
禁止し、一方、イグニションスイッチがオフされたこと
を検出するとトランジスタTdをオフして、セルばらつ
き調整装置CEU1〜CEUmによるばらつき調整動作
を可能とする制御を実行する。なお、この制御が、本発
明における機器作動状態検出手段、及び調整動作制御手
段に相当する。When the CPU 38 detects that the ignition switch has been turned on by the ignition signal IG, the CPU 38 turns on the transistor Td to inhibit the variation adjustment operation by the cell variation adjusters CEU1 to CEUm. When it is detected that the transistor Td is turned off, the transistor Td is turned off, and control is performed to enable a variation adjustment operation by the cell variation adjusters CEU1 to CEUm. This control corresponds to the device operating state detecting means and the adjusting operation control means in the present invention.
【0058】また、CPU38は、イグニションスイッ
チがオンされている間、グループ電圧VG1〜VGmを
監視し、予め設定された上限値を越えるグループ電圧V
Giを有したセルグループCGiが検出されると、その
セルグループCGiに対応するグループバイパス回路G
Biを導通させることにより、そのセルグループCGi
への充電を制限する等の制御を行う。この制御、及びグ
ループバイパス回路GBiが本発明におけるグループ電
圧調整手段に相当する。The CPU 38 monitors the group voltages VG1 to VGm while the ignition switch is turned on, and determines whether the group voltage Vg exceeds a preset upper limit value.
When a cell group CGi having Gi is detected, the group bypass circuit G corresponding to the cell group CGi is detected.
By conducting Bi, the cell group CGi
Control such as limiting charging of the battery. This control and the group bypass circuit GBi correspond to a group voltage adjusting unit in the present invention.
【0059】このように構成された組電池システム2で
は、イグニションスイッチがオンになると、VCU4が
車両の走行状態に応じて電動機8の使用状態(モータ或
いは発電機)を適宜切り替えることにより、組電池10
が充放電される。また、イグニションスイッチがオフに
なると、セルばらつき調整装置CEU1〜CEUmが動
作して、セルグループCGi毎に単位セルCi1〜Ci4の
セル電圧を均一化することにより、組電池10の充放電
を繰り返すことで生じた単位セルCij間のセル電圧のば
らつきを解消する。In the battery pack system 2 configured as described above, when the ignition switch is turned on, the VCU 4 appropriately switches the use state (motor or generator) of the electric motor 8 in accordance with the running state of the vehicle. 10
Are charged and discharged. When the ignition switch is turned off, the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm operate to equalize the cell voltages of the unit cells Ci1 to Ci4 for each cell group CGi, thereby repeatedly charging and discharging the battery pack 10. The variation of the cell voltage between the unit cells Cij caused by the above is eliminated.
【0060】以上説明したように、本実施形態の組電池
システム2においては、セルグループCGiを構成する
単位セルCi1〜Ci4のセル電圧を自動的に均一化するセ
ルばらつき調整装置CEUiがセルグループCGi毎に
設けられており、これらセルばらつき調整装置CEU1
〜CEUmは、組電池10を貫流する主電流が流れない
イグニションスイッチがオフの時にのみ動作させるよう
に構成されている。As described above, in the battery pack system 2 of the present embodiment, the cell variation adjusting device CEUi for automatically equalizing the cell voltages of the unit cells Ci1 to Ci4 constituting the cell group CGi is provided by the cell group CGi. The cell variation adjusting device CEU1
To CEUm are configured to operate only when the ignition switch through which the main current flowing through the battery pack 10 does not flow is off.
【0061】従って、本実施形態の組電池システム2に
よれば、セルばらつき調整装置CEU1〜CEUmは、
単位セルCijのセル電圧が単位セルCijの持つ内部イン
ピーダンスの影響を受けることなく、単位セルCijのセ
ル電圧に単位セルの充電状態(残存容量)が正しく反映
された状態(これを調整可能状態という)にある時にの
み動作するため、セル電圧を揃えることで、単位セルC
ijの充電状態を正しく均等化することができる。Therefore, according to the battery pack system 2 of the present embodiment, the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm are:
A state in which the charge state (remaining capacity) of the unit cell is correctly reflected in the cell voltage of the unit cell Cij without being affected by the internal impedance of the unit cell Cij (this state is referred to as an adjustable state). ), The unit cell C can be adjusted by adjusting the cell voltage.
The state of charge of ij can be correctly equalized.
【0062】また、本実施形態の組電池システム2によ
れば、主電流が流れるイグニションスイッチがオンの時
には、セルばらつき調整装置CEU1〜CEUmの動作
が禁止されていることにより、充電状態を正しく反映し
ていないセル電圧に基づく誤ったばらつき調整の実行が
確実に防止されるため、ばらつき調整を効率よく行うこ
とができるだけでなく、当該組電池システム2を搭載し
た車両の稼動状態(調整可能状態となる期間の長短)に
応じて、放電回路P1〜P4に流す電流の大きさを任意
に設定することができる。Further, according to the battery pack system 2 of the present embodiment, when the ignition switch through which the main current flows is turned on, the operation of the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm is prohibited, so that the state of charge is correctly reflected. Since the execution of the erroneous variation adjustment based on the cell voltage that is not performed is reliably prevented, the variation adjustment can be performed efficiently, and the operating state (the adjustable state and the adjustable state) of the vehicle equipped with the battery pack system 2 is not limited. The length of the current flowing in the discharge circuits P1 to P4 can be set arbitrarily according to the length of the period.
【0063】なお、本実施形態では、イグニションスイ
ッチがオフされている時にのみ、セルばらつき調整装置
CEU1〜CEUmを動作させるように構成されている
が、イグニションスイッチがオンされている時でも、主
電流が充分に小さければ、セル電圧は充電状態を正しく
反映しているものとみなすことができるため、例えば、
電流センサ14(電流検出手段に相当)にて検出される
主電流の大きさが予め設定された規定値以下である場
合、或いは各グループ電圧検出回路VSC1〜VSCm
(グループ電圧検出手段に相当)にて検出されるグルー
プ電圧VG1〜VGmの時間変化率がいずれも予め設定
された規定値以下である場合にも、セルばらつき調整装
置CEU1〜CEUmを動作させるように構成してもよ
い。これらを実現するためにCPU38が実行する制御
が調整動作制御手段に相当する。 [第2実施形態]次に、第2実施形態について説明す
る。In this embodiment, the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm are operated only when the ignition switch is turned off. However, even when the ignition switch is turned on, the main current is not changed. If is small enough, the cell voltage can be considered to accurately reflect the state of charge, for example,
When the magnitude of the main current detected by the current sensor 14 (corresponding to current detection means) is equal to or smaller than a predetermined value, or when each of the group voltage detection circuits VSC1 to VSCm
The cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm are operated even when the time change rates of the group voltages VG1 to VGm detected by (corresponding to the group voltage detecting means) are all equal to or less than a predetermined value. You may comprise. The control executed by the CPU 38 to realize these functions corresponds to an adjustment operation control unit. [Second Embodiment] Next, a second embodiment will be described.
【0064】図4は、第2実施形態の組電池システムの
全体構成を表すブロック図であり、第1実施形態と同様
に、HEVの駆動系に組み込んだ状態を表している。な
お、本実施形態の組電池システムは、第1実施形態のも
のとは、構成の一部が異なっているだけであるため、同
一構成については同一符号を付して説明を省略し、構成
の異なる部分を中心に説明する。FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the battery pack system according to the second embodiment, and shows a state in which the battery pack is incorporated in an HEV drive system, as in the first embodiment. The assembled battery system of the present embodiment is different from that of the first embodiment only in a part of the configuration. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The different parts will be mainly described.
【0065】図4に示すように、本実施形態の組電池シ
ステム2aでは、第1実施形態の組電池システム2にお
けるセルばらつき調整装置CEU1〜CEUmが、セル
監視調整装置CMU1〜CMUmに置き換えられ、BC
U12aは、端子CCP,CCNの代わりに、各セル監
視調整装置CMU1〜CMUmとBCU12aとの間に
は、セル状態信号伝送線LC1〜LCmが配線されてい
る。As shown in FIG. 4, in the assembled battery system 2a of this embodiment, the cell variation adjusting devices CEU1 to CEUm in the assembled battery system 2 of the first embodiment are replaced by cell monitoring and adjusting devices CMU1 to CMUm. BC
In U12a, instead of terminals CCP and CCN, cell state signal transmission lines LC1 to LCm are wired between each cell monitoring and adjusting device CMU1 to CMUm and BCU12a.
【0066】そして、BCU12aは、図5に示すよう
に、トランジスタTdが省略され、代わりに、セル状態
信号伝送線LCiを介して伝送されるセル状態信号の信
号レベルを識別する信号レベル識別回路VSLiと、イ
グニションスイッチの操作状態と連動し、イグニション
スイッチがオンの時にセル状態信号伝送線LCiを導通
させるスイッチSWとがセルグループCG1〜CGm毎
に設けられ、更に、信号レベル識別回路VSL1〜VS
Lmのいずれか一つを選択して、選択された信号レベル
識別回路から信号レベルの識別結果を取り込むためのマ
ルチプレクサ34とを備えている。In the BCU 12a, as shown in FIG. 5, the transistor Td is omitted, and instead, the signal level identification circuit VSLi for identifying the signal level of the cell status signal transmitted via the cell status signal transmission line LCi is used. A switch SW is provided for each of the cell groups CG1 to CGm, and a switch SW for making the cell state signal transmission line LCi conductive when the ignition switch is on is provided in conjunction with the operation state of the ignition switch.
A multiplexer 34 for selecting any one of Lm and taking in the signal level identification result from the selected signal level identification circuit.
【0067】また、セル監視調整装置CMUiは、セル
グループCGiを構成する単位セルCi1〜Ci4の充電状
態を監視してセル状態信号を生成するセル監視制御部C
MCと、セルグループCGiを構成する単位セルCi1〜
Ci4のセル電圧を均一化するセルばらつき調整部CEC
とからなる。Further, the cell monitoring and adjusting device CMUi monitors the state of charge of the unit cells Ci1 to Ci4 constituting the cell group CGi and generates a cell state signal.
MC, and unit cells Ci1 to Ci1 of a cell group CGi.
Cell variation adjustment unit CEC that equalizes the cell voltage of Ci4
Consists of
【0068】このうち、セルばらつき調整部CECは、
放電禁止回路26を構成するスイッチ回路が、フォトカ
プラPCの代わりに、トランジスタTpを用いて構成さ
れている以外は、第1実施形態におけるセルばらつき調
整装置CEUiと全く同様に構成されている。具体的に
は、トランジスタTpのコレクタ,エミッタは、フォト
カプラPCの出力側と同様に接続され、トランジスタT
pのベースは、セル監視制御部CMCからの放電禁止信
号(後述する)が印加され、この放電禁止信号が入力さ
れると、放電回路P1〜P4による放電、即ちセルばら
つき調整部CECによるばらつき調整動作が禁止される
ように構成されている。Of these, the cell variation adjusting unit CEC
The configuration is exactly the same as the cell variation adjusting device CEUi in the first embodiment, except that the switch circuit forming the discharge prohibition circuit 26 is configured using a transistor Tp instead of the photocoupler PC. Specifically, the collector and the emitter of the transistor Tp are connected in the same manner as the output side of the photocoupler PC, and the transistor Tp
The base of p is applied with a discharge prohibition signal (described later) from the cell monitoring control unit CMC, and when this discharge prohibition signal is input, the discharge by the discharge circuits P1 to P4, that is, the variation adjustment by the cell variation adjustment unit CEC. The operation is prohibited.
【0069】一方、セル監視制御部CMCは、セルグル
ープCGiを構成する単位セルCi1〜Ci4毎に、個々の
単位セルCi1〜Ci4の充電状態を判定する充電状態判定
回路41〜44を備えている。なお、充電状態判定回路
41〜44は、いずれも同様の構成を有しており、図6
に示すように、非反転入力に、抵抗からなる分圧回路を
介して単位セルCijの両端電圧(Ecj−Ecj+1)に応じ
た電圧が印加され、反転入力に、抵抗及び電圧発生源か
らなる定電圧回路を介して単位セルCijの上限電圧に対
応した上限基準電圧が印加されたオペアンプからなるコ
ンパレータCPHと、非反転入力に、抵抗からなる分圧
回路を介して単位セルCijの両端電圧に応じた電圧が印
加され、反転入力に、抵抗及び電圧発生源からなる定電
圧回路を介して単位セルCijの下限電圧に対応した下限
基準電圧が印加されたオペアンプからなるコンパレータ
CPLとにより構成されている。なお、上限基準電圧や
下限基準電圧は、例えば、ダイオードの順方向電圧、ツ
ェナーダイオードの降伏電圧などを利用して生成するこ
とができる。On the other hand, the cell monitoring control section CMC includes charge state determination circuits 41 to 44 for determining the charge state of each of the unit cells Ci1 to Ci4 for each of the unit cells Ci1 to Ci4 constituting the cell group CGi. . Each of the charge state determination circuits 41 to 44 has a similar configuration.
As shown in (2), a voltage corresponding to the voltage across the unit cell Cij (Ecj−Ecj + 1) is applied to the non-inverting input via a voltage dividing circuit composed of a resistor. A comparator CPH comprising an operational amplifier to which an upper limit reference voltage corresponding to the upper limit voltage of the unit cell Cij is applied via a constant voltage circuit, and a voltage across the unit cell Cij via a non-inverting input to a voltage dividing circuit comprising a resistor. And a comparator CPL composed of an operational amplifier to which a lower reference voltage corresponding to the lower limit voltage of the unit cell Cij is applied to an inverting input via a constant voltage circuit including a resistor and a voltage generating source. ing. The upper reference voltage and the lower reference voltage can be generated using, for example, a forward voltage of a diode, a breakdown voltage of a Zener diode, and the like.
【0070】つまり、コンパレータCPHの出力である
過充電判定信号JjHは、単位セルCijのセル電圧が上限
電圧を越えた場合にのみハイレベルとなり、コンパレー
タCPLの出力である過放電判定信号JjLは、単位セル
Cijのセル電圧が下限電圧を下回った場合にのみロウレ
ベルとなるようにされている。That is, the overcharge determination signal JjH, which is the output of the comparator CPH, goes high only when the cell voltage of the unit cell Cij exceeds the upper limit voltage, and the overdischarge determination signal JjL, which is the output of the comparator CPL, It is set to low level only when the cell voltage of the unit cell Cij falls below the lower limit voltage.
【0071】また、セル監視制御部CMCは、セルグル
ープCGiの正極側端とセル状態信号伝送線LCiとの
間に、並列接続された3本の電流経路D1〜D3を備え
ている。このうち、第1電流経路D1は、直列接続され
た一対の抵抗を備えており、セル状態信号伝送線LCi
上のスイッチSWiが閉成の時に、セル状態信号伝送線
LCiに一定電流I1を供給すると共に、セルばらつき
調整部CECへの放電禁止信号を伝送する伝送線D4を
断続するトランジスタのバイアス回路としても動作す
る。即ち、スイッチSWiが閉じている時に、伝送線D
4上のトランジスタがオンして、セルばらつき調整部C
ECに放電禁止信号を供給するように構成されている。The cell monitoring control unit CMC has three current paths D1 to D3 connected in parallel between the positive terminal of the cell group CGi and the cell state signal transmission line LCi. Among these, the first current path D1 includes a pair of resistors connected in series, and is connected to the cell state signal transmission line LCi.
When the upper switch SWi is closed, a constant current I1 is supplied to the cell state signal transmission line LCi, and a transistor bias circuit for connecting and disconnecting the transmission line D4 for transmitting a discharge prohibition signal to the cell variation adjusting unit CEC may be used. Operate. That is, when the switch SWi is closed, the transmission line D
4 is turned on, and the cell variation adjusting section C
It is configured to supply a discharge prohibition signal to the EC.
【0072】次に、第2電流経路D2は、トランジスタ
と抵抗とを備えており、セル状態信号伝送線LCi上の
スイッチSWiが閉成、且つ当該第2電流経路D2上の
トランジスタがオンの時に、セル状態信号伝送線LCi
に一定電流I2を供給する。但し、第2電流経路D2上
のトランジスタを駆動するバイアス回路は、充電状態判
定回路41〜44からの過充電判定信号J1H〜J4Hのう
ち、いずれか一つでもハイレベルのものがある時に、バ
イアス電流を流すように構成されている。Next, the second current path D2 includes a transistor and a resistor. When the switch SWi on the cell state signal transmission line LCi is closed and the transistor on the second current path D2 is on, , Cell state signal transmission line LCi
Is supplied with a constant current I2. However, the bias circuit that drives the transistor on the second current path D2 is biased when any one of the overcharge determination signals J1H to J4H from the charge state determination circuits 41 to 44 has a high level. It is configured to pass a current.
【0073】つまり、第2電流経路D2は、単位セルC
i1〜Ci4がいずれも過充電状態ではない時には遮断状態
となり、単位セルCi1〜Ci4のうちいずれか一つでも過
充電状態になると、導通状態となってセル状態信号伝送
線LCiに一定電流I2を供給するようにされている。That is, the second current path D2 is connected to the unit cell C
When any one of i1 to Ci4 is not in the overcharged state, it becomes a cutoff state, and when any one of the unit cells Ci1 to Ci4 becomes an overcharged state, it becomes conductive and applies a constant current I2 to the cell state signal transmission line LCi. Is to be supplied.
【0074】また、第3電流経路D3は、第2電流経路
D2と同様に、トランジスタと抵抗とを備えており、セ
ル状態信号伝送線LCi上のスイッチSWiが閉成、且
つ当該第3電流経路D3上のトランジスタがオンの時
に、セル状態信号伝送線LCiに一定電流I3を供給す
る。但し、第3電流経路D3上のトランジスタを駆動す
るバイアス回路は、充電状態判定回路41〜44からの
過放電判定信号J1L〜J4Lのうち、いずれか一つでもロ
ウレベルのものがある時に、バイアス電流を遮断するよ
うに構成されている。Similarly to the second current path D2, the third current path D3 includes a transistor and a resistor, the switch SWi on the cell state signal transmission line LCi is closed, and the third current path D3 is closed. When the transistor on D3 is turned on, a constant current I3 is supplied to the cell state signal transmission line LCi. However, the bias circuit that drives the transistor on the third current path D3 is provided with a bias current when any one of the overdischarge determination signals J1L to J4L from the charge state determination circuits 41 to 44 has a low level. It is configured to shut off.
【0075】つまり、第3電流経路D3は、単位セルC
i1〜Ci4がいずれも過放電状態ではない時には、導通状
態となってセル状態信号伝送線LCiに一定電流I3を
供給し、単位セルCi1〜Ci4のうちいずれか一つでも過
放電状態のものがあると、遮断状態となってセル状態信
号伝送線LCiへの一定電流I3の供給を停止するよう
にされている。That is, the third current path D3 is connected to the unit cell C
When any of i1 to Ci4 is not in the overdischarge state, it becomes conductive and supplies a constant current I3 to the cell state signal transmission line LCi, and any one of the unit cells Ci1 to Ci4 is in the overdischarge state. If there is, the state is cut off, and the supply of the constant current I3 to the cell state signal transmission line LCi is stopped.
【0076】従って、これら第1〜第3電流経路D1〜
D3からの供給電流を合成してなるセル状態信号OCD
iの信号レベル(電流の大きさ)は、セルグループCG
iを構成する単位セルCi1〜Ci4の中に、過充電状態或
いは過放電状態のものが一つもない時には、第1及び第
3電流経路D1,D3からの供給電流に基づく大きさI
1+I3(第1の信号レベル)となり、過充電状態のも
のが一つでも存在する時には、全電流経路D1〜D3か
らの供給電流に基づく大きさI1+I2+I3(第2の
信号レベル)となり、過放電状態のものが一つでも存在
する時には、第1電流経路D1からの供給電流に基づく
大きさI1(第3の信号レベル)となる。Therefore, the first to third current paths D1 to D1
A cell state signal OCD obtained by combining supply currents from D3
The signal level of i (the magnitude of the current) depends on the cell group CG
When there is no overcharge state or overdischarge state among the unit cells Ci1 to Ci4 constituting i, the magnitude I based on the supply current from the first and third current paths D1 and D3 is used.
1 + I3 (first signal level), and when there is at least one overcharged state, the magnitude becomes I1 + I2 + I3 (second signal level) based on the supply current from all the current paths D1 to D3, and the overdischarge state When there is even one, the magnitude becomes I1 (third signal level) based on the supply current from the first current path D1.
【0077】このため、信号レベル識別回路VSLiで
は、これら第1〜第3の信号レベルに、スイッチSWi
が開放されている時の第4の信号レベル(電流0)を加
えた、4段階の信号レベルを識別するようにされてい
る。なお、セル監視制御部において、充電状態判定回路
41〜44がセル電圧監視手段に相当し、それ以外の部
分が信号生成手段に相当する。Therefore, in the signal level discrimination circuit VSLi, the switches SWi are set to these first to third signal levels.
Are added to the fourth signal level (current 0) when the signal is open, and four signal levels are identified. In the cell monitoring controller, the charge state determination circuits 41 to 44 correspond to cell voltage monitoring means, and the other parts correspond to signal generation means.
【0078】このように構成された本実施形態の組電池
システム2aにおいては、イグニションスイッチがオン
することによりセル状態信号伝送線LCi上のスイッチ
SWiが閉成されると、単位セルCi1〜Ci4の充電状態
を表すセル状態信号OCDiがセル状態信号伝送線LC
iを介してBCU12aに供給されると共に、セルばら
つき調整部CECによるばらつき調整動作が禁止され
る。In the battery pack system 2a of this embodiment thus configured, when the switch SWi on the cell state signal transmission line LCi is closed by turning on the ignition switch, the unit cells Ci1 to Ci4 The cell state signal OCDi representing the state of charge is transmitted to the cell state signal transmission line LC.
i, and is supplied to the BCU 12a, and the variation adjustment operation by the cell variation adjustment unit CEC is prohibited.
【0079】一方、イグニションスイッチがオフするこ
とによりスイッチSWiが開放されると、信号レベル識
別回路VSLiにて識別されるセル状態信号OCDiの
信号レベルは第4の信号レベルになると共に、セルばら
つき調整部CECによるばらつき調整動作が可能とな
る。On the other hand, when the switch SWi is opened by turning off the ignition switch, the signal level of the cell state signal OCDi identified by the signal level identification circuit VSLi becomes the fourth signal level, and the cell variation adjustment is performed. The variation adjustment operation by the unit CEC becomes possible.
【0080】以上説明したように、本実施形態の組電池
システム2aによれば、イグニションスイッチがオフさ
れている時にのみ、セルばらつき調整装置CEUと同等
の機能を有するセルばらつき調整部CECを動作させる
ようにされているので、第1実施形態の組電池システム
2と同様の効果を得ることができる。As described above, according to the battery pack system 2a of this embodiment, the cell variation adjusting unit CEC having the same function as the cell variation adjusting unit CEU is operated only when the ignition switch is turned off. As a result, the same effects as those of the battery pack system 2 of the first embodiment can be obtained.
【0081】また、本実施形態の組電池システム2aで
は、セル監視制御部CMCが、セルグループCG1〜C
Gm毎に、そのセルグループCGiを構成する単位セル
Ci1〜Ci4の中に過充電状態のもの或いは過放電状態の
ものがあるか否かを判定した結果をセル状態信号OCD
iとして出力するようにされている。つまり、このセル
状態信号OCDiに基づいて、セルばらつき調整部CE
Cの動作では解消できない単位セルCijの異常を検出す
ることが可能なため、装置の信頼性を向上させることが
できる。In the battery pack system 2a according to the present embodiment, the cell monitoring control unit CMC includes the cell groups CG1 to CG.
For each Gm, the result of determining whether or not any of the unit cells Ci1 to Ci4 constituting the cell group CGi has an overcharged state or an overdischarged state is determined by a cell state signal OCD.
Output as i. That is, based on the cell state signal OCDi, the cell variation adjusting section CE
Since the abnormality of the unit cell Cij that cannot be eliminated by the operation of C can be detected, the reliability of the device can be improved.
【0082】しかも、スイッチSWiがセル状態信号伝
送線LCiを導通,遮断することにより生じるセル監視
制御部CMC内の変化を利用して、セルばらつき調整部
CECの起動,停止を制御するようにされているので、
セルばらつき調整部CECの制御用に、別途、専用の制
御線を設ける必要がなく、セル監視調整装置CMU1〜
CMUmとBCU12aとの間の配線を簡素化すること
ができる。In addition, the start and stop of the cell variation adjustment unit CEC are controlled by utilizing the change in the cell monitoring and control unit CMC caused by the switch SWi turning on and off the cell state signal transmission line LCi. So
There is no need to separately provide a dedicated control line for controlling the cell variation adjusting unit CEC, and the cell monitoring and adjusting units CMU1 to CMU1
The wiring between the CMUm and the BCU 12a can be simplified.
【0083】また、本実施形態の組電池システム2aで
は、セル状態信号OCDiは、スイッチSWiが開放さ
れた時には、電流0に対応する第4の信号レベルが検出
されるようにされているので、スイッチSWiが閉成さ
れている時に、第4の信号レベルが検出された場合に
は、セル状態信号伝送線LCiの断線、又はセル監視調
整装置CMUiの故障と判断することができる。更に、
スイッチSWiがオフの時には、セルグループCGiか
らBCU12aに向けて電流が流れないため、イグニシ
ョンスイッチがオフにされたいわゆる車両の非稼動状態
でのリーク電流(暗電流)を小さくすることができる。In the battery pack system 2a of the present embodiment, the fourth signal level corresponding to the current 0 is detected from the cell state signal OCDi when the switch SWi is opened. If the fourth signal level is detected while the switch SWi is closed, it can be determined that the cell state signal transmission line LCi has been disconnected or the cell monitoring and adjusting device CMUi has failed. Furthermore,
When the switch SWi is off, no current flows from the cell group CGi to the BCU 12a, so that a leak current (dark current) in a non-operating state of the vehicle in which the ignition switch is turned off can be reduced.
【0084】なお、本実施形態では、スイッチSWiを
イグニションスイッチに連動させて開閉するようにされ
ているが、組電池10を貫流する主電流の大きさや、当
該装置が実装された車両の状態等に基づいて、CPU3
8がスイッチSWiの開閉を制御するように構成しても
よい。In the present embodiment, the switch SWi is opened and closed in conjunction with the ignition switch. However, the magnitude of the main current flowing through the battery pack 10, the state of the vehicle on which the device is mounted, and the like. CPU3 based on
8 may control the opening and closing of the switch SWi.
【0085】以上本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、
様々な態様にて実施することが可能である。例えば、上
記実施形態では、セルグループCGiを4個の単位セル
Ci1〜Ci4にて構成しているが、これに限らず3個以下
でも5個以上でもよい。なお、セルグループCGiを構
成する単位セルの個数を増加させるほど、セルグループ
CGiの数が減少するため、BCU12aの構成を簡略
化することができるが、セルばらつき調整装置CEUi
やセル監視調整装置CMUiは、使用する素子の耐電圧
等の問題から装置構成が複雑になる。従って、平均セル
電圧が3.6Vのリチウム電池の場合は、4〜6個の単
位セルにてセルグループを構成することが望ましく、特
に、これらの装置CEUi,CMUiをIC化する場合
には、耐電圧の関係から6個以内とすることが望まし
い。Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.
It can be implemented in various aspects. For example, in the above embodiment, the cell group CGi is composed of four unit cells Ci1 to Ci4, but is not limited to this, and may be three or less or five or more. Note that, as the number of unit cells constituting the cell group CGi increases, the number of the cell groups CGi decreases, so that the configuration of the BCU 12a can be simplified.
In addition, the cell configuration of the cell monitoring and adjusting device CMUi is complicated due to problems such as withstand voltage of the elements used. Therefore, in the case of a lithium battery having an average cell voltage of 3.6 V, it is desirable to form a cell group with 4 to 6 unit cells. In particular, when these devices CEUi and CMUi are integrated into an IC, It is desirable that the number be within 6 due to the withstand voltage.
【0086】また、上記実施形態では、単位セルCi1〜
Ci4間の電圧ばらつきを解消するために、放電回路P1
〜P4を用いているが、二次電池やコンデンサ等からな
る蓄電手段を設け、この蓄電手段を介して残存容量の多
いセルから少ないセルにエネルギーを移動させるように
構成してもよい。In the above embodiment, the unit cells Ci1 to Ci1 to
In order to eliminate the voltage variation between Ci4, discharge circuit P1
Although P4 to P4 are used, it is also possible to provide a power storage means including a secondary battery, a capacitor, or the like, and to transfer energy from a cell having a large remaining capacity to a cell having a small remaining capacity via the power storage means.
【0087】上記実施形態では、単位セルとしてリチウ
ム電池を用いたが、例えば鉛電池やニッケル系電池等で
もよく、任意の二次電池を単位セルとして使用すること
ができる。なお、密閉化反応による均等充電が行われる
二次電池では、必ずしも過充放電検出を行う必要はない
が、このような二次電池からなる組電池システムに対し
て本発明を適用した場合には、組電池の性能を最大限に
引き出すことができると共に、単位セルの劣化を抑制す
ることができる。In the above embodiment, a lithium battery is used as a unit cell. However, for example, a lead battery or a nickel-based battery may be used, and any secondary battery can be used as a unit cell. In addition, in a secondary battery in which uniform charging is performed by a sealing reaction, it is not always necessary to perform overcharge / discharge detection, but when the present invention is applied to an assembled battery system including such a secondary battery, In addition, the performance of the assembled battery can be maximized, and the deterioration of the unit cell can be suppressed.
【0088】また、上記実施形態では、単位セルを単純
に直列接続したセルグループCGiからなる組電池10
に対して本発明を適用した場合を説明したが、これに限
らず、単位セルを複数個直並列に接続した任意のセルグ
ループに対して適用可能である。In the above embodiment, the battery pack 10 composed of the cell group CGi in which the unit cells are simply connected in series is provided.
However, the present invention is not limited to this, but is applicable to any cell group in which a plurality of unit cells are connected in series and parallel.
【0089】更に、上記実施形態において、セルばらつ
き調整装置CEUi,セルばらつき調整部CECは、セ
ルグループCGi内の平均セル電圧より高いセル電圧を
有する単位セルを放電するように構成されているが、例
えば、セルグループCGi内の最低セル電圧を検出し、
セルグループCGiを構成するすべての単位セルのセル
電圧が最低セル電圧に等しくなるまで、各単位セルを放
電するように構成してもよい。Further, in the above embodiment, the cell variation adjusting device CEUi and the cell variation adjusting unit CEC are configured to discharge a unit cell having a cell voltage higher than the average cell voltage in the cell group CGi. For example, detecting the lowest cell voltage in the cell group CGi,
Each unit cell may be configured to be discharged until the cell voltages of all the unit cells constituting the cell group CGi become equal to the minimum cell voltage.
【0090】また、比較回路21〜23や充電状態判定
回路41〜44における各判定信号の論理は、上記実施
形態に示したものに必ずしも従う必要はない。但し、過
放電を検出した時の信号レベルは、できるだけセルグル
ープCGiからの電力持ち出しが少なくなるように設定
することが望ましい。The logic of each determination signal in the comparison circuits 21 to 23 and the charge state determination circuits 41 to 44 does not necessarily have to follow the one described in the above embodiment. However, it is desirable that the signal level at the time of detecting the overdischarge is set so as to minimize power takeout from the cell group CGi.
【図1】 第1実施形態の組電池システムの全体構成を
表すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a battery pack system according to a first embodiment.
【図2】 セルばらつき調整装置、及びBCUの詳細な
構成を表すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a cell variation adjusting device and a BCU.
【図3】 (a)は比較回路の構成を表す回路図、
(b)は比較回路の動作を表す説明図、(c)は論理回
路の構成を表す回路図である。FIG. 3A is a circuit diagram illustrating a configuration of a comparison circuit;
FIG. 3B is an explanatory diagram illustrating an operation of the comparison circuit, and FIG. 3C is a circuit diagram illustrating a configuration of a logic circuit.
【図4】 第2実施形態の組電池システムの全体構成を
表すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating an overall configuration of a battery pack system according to a second embodiment.
【図5】 セル監視調整装置、及びBCUの詳細な構成
を表すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a cell monitoring and adjusting device and a BCU.
【図6】 充電状態判定回路の構成を表す回路図であ
る。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration of a charge state determination circuit.
【図7】 従来装置の構成を表す参考図である。FIG. 7 is a reference diagram illustrating a configuration of a conventional device.
2,2a…組電池システム、4…HEVコントローラ
(VCU)、6…インバータ、8…電動機、10…組電
池、12,12a…組電池コントローラ(BCU)、1
4…電流センサ、20…分圧回路、21〜23…比較回
路、24,25…論理回路、26…放電禁止回路、3
0,34…マルチプレクサ、40…メモリ、41〜44
…充電状態判定回路、Cij…単位セル、CGi…セルグ
ループ、CEUi…セルばらつき調整装置、CMUi…
セル監視調整装置、CEC…セルばらつき調整部、CM
C…セル監視制御部、AMP…差動増幅回路、CP1,
CP2,CPH,CPL…コンパレータ、DEN…基準
電圧源、D1〜D3…第1〜第3電流経路、D4…伝送
線、GBi…グループバイパス回路、L…主電源ライ
ン、LSi…セルグループ電圧検出線、LCi…セル状
態信号伝送線、P1〜P4…放電回路、PC…フォトカ
プラ、SWi…スイッチ、VSCi…グループ電圧検出
回路、VSLi…信号レベル識別回路2, 2a: assembled battery system, 4: HEV controller (VCU), 6: inverter, 8: electric motor, 10: assembled battery, 12, 12a: assembled battery controller (BCU), 1
4 current sensor, 20 voltage divider circuit, 21 to 23 comparison circuit, 24, 25 logic circuit, 26 discharge inhibition circuit, 3
0, 34: multiplexer, 40: memory, 41-44
... Charge state determination circuit, Cij ... unit cell, CGi ... cell group, CEUi ... cell variation adjusting device, CMUi ...
Cell monitoring and adjusting device, CEC: Cell variation adjusting unit, CM
C: cell monitoring control unit, AMP: differential amplifier circuit, CP1,
CP2, CPH, CPL Comparator, DEN Reference voltage source, D1 to D3 First to third current paths, D4 Transmission line, GBi Group bypass circuit, L Main power supply line, LSi Cell group voltage detection line , LCi: cell state signal transmission line, P1 to P4: discharge circuit, PC: photocoupler, SWi: switch, VSCi: group voltage detection circuit, VSLi: signal level identification circuit
Claims (15)
位セルを複数個直列に接続したものをセルグループと
し、1個或いは直列接続された複数個のセルグループか
らなる組電池の充電状態を制御する充電状態制御方法で
あって、 前記組電池の状態が、前記単位セルの両端電圧であるセ
ル電圧に単位セルの充電状態が正しく反映されている調
整可能状態にあるか否かを判断し、前記調整可能状態に
ある場合にのみ、前記セルグループ毎に、該セルグルー
プを構成する各単位セル間のセル電圧のばらつきが解消
されるように該単位セルの充電状態を個別に調整するこ
とを特徴とする充電状態制御方法。1. A rechargeable battery that can be charged and discharged is a unit cell, a plurality of unit cells connected in series is referred to as a cell group, and a battery pack composed of one or a plurality of cell groups connected in series is charged. A charge state control method for controlling a state, wherein the state of the battery pack is in an adjustable state in which the state of charge of the unit cell is correctly reflected in a cell voltage that is a voltage across the unit cell. Judge and individually adjust the state of charge of the unit cells for each of the cell groups so that the variation in cell voltage between the unit cells constituting the cell group is eliminated only when the cell group is in the adjustable state. A charge state control method.
位セルを複数個直列に接続したものをセルグループと
し、1個或いは直列接続された複数個のセルグループか
らなる組電池の充電状態を制御する充電状態制御装置で
あって、 前記セルグループ毎に設けられ、該セルグループを構成
する各単位セル間で、単位セルの両端電圧であるセル電
圧のばらつきが解消されるように該単位セルの充電状態
を個別に調整するセル電圧調整手段と、 前記組電池の状態が、前記セル電圧に単位セルの充電状
態が正しく反映されている調整可能状態にある場合にの
み前記セル電圧調整手段を動作させる調整動作制御手段
と、 を備えることを特徴とする充電状態制御装置。2. A rechargeable battery that can be charged and discharged is a unit cell, and a plurality of unit cells connected in series is referred to as a cell group, and a battery pack composed of one or a plurality of cell groups connected in series is charged. A charge state control device for controlling a state, wherein the charge state control device is provided for each of the cell groups, and between the unit cells forming the cell group, a variation in a cell voltage that is a voltage across the unit cell is eliminated. A cell voltage adjusting means for individually adjusting the state of charge of the unit cell; and the cell voltage adjustment only when the state of the battery pack is in an adjustable state in which the state of charge of the unit cell is correctly reflected in the cell voltage. And a regulating operation control means for operating the means.
ープを構成する各単位セルの平均電圧より高いセル電圧
を有する単位セルを、前記平均電圧に等しくなるまで放
電することを特徴とする請求項2記載の充電状態制御装
置。3. The cell voltage adjusting unit discharges a unit cell having a cell voltage higher than an average voltage of each unit cell constituting the cell group until the unit cell becomes equal to the average voltage. 3. The charging state control device according to 2.
整手段の調整対象となるセルグループからの電源供給に
より動作することを特徴とする請求項2又は請求項3記
載の充電状態制御装置。4. The charging state control device according to claim 2, wherein the cell voltage adjusting means operates by supplying power from a cell group to be adjusted by the cell voltage adjusting means.
状態を検出する機器作動状態検出手段を備え、 前記調整動作制御手段は、該機器作動状態検出手段にて
検出される作動状態が前記接続機器の停止を表している
場合に、前記組電池が調整可能状態にあるものとするこ
とを特徴とする請求項2ないし請求項4いずれか記載の
充電状態制御装置。5. An apparatus according to claim 1, further comprising a device operating state detecting unit configured to detect an operating state of the connected device that charges and discharges the battery pack, wherein the adjusting operation control unit detects the operating state detected by the device operating state detecting unit. The charging state control device according to any one of claims 2 to 4, wherein when the connected device is stopped, the assembled battery is in an adjustable state.
検出する電流検出手段を備え、 前記調整動作制御手段は、該電流検出手段にて検出され
る主電流が予め設定された上限値以下である場合に、前
記組電池が調整可能状態にあるものとすることを特徴と
する請求項2ないし請求項4いずれか記載の充電状態制
御装置。6. A current detecting means for detecting a magnitude of a main current flowing through the battery pack, wherein the adjusting operation control means controls a main current detected by the current detecting means to a predetermined upper limit value. The charging state control device according to any one of claims 2 to 4, wherein the battery pack is in an adjustable state in the following cases.
両端電圧であるグループ電圧を検出するグループ電圧検
出手段を備え、 前記調整動作制御手段は、該グループ電圧検出手段にて
検出されるグループ電圧の時間変化率が予め設定された
上限値以下である場合に、前記組電池が調整可能状態に
あるものとすることを特徴とする請求項2ないし請求項
4いずれか記載の充電状態制御装置。7. A group voltage detecting means for detecting a group voltage which is a voltage between both ends of each cell group constituting the battery pack, wherein the adjusting operation control means includes a group voltage detected by the group voltage detecting means. 5. The charge state control device according to claim 2, wherein the battery pack is in an adjustable state when the time rate of change is equal to or less than a preset upper limit value. 6.
両端電圧であるグループ電圧のばらつきが解消されるよ
うに該セルグループの充電状態を個別に調整するグルー
プ電圧調整手段を備えることを特徴とする請求項2ない
し請求項7いずれか記載の充電状態制御装置。8. A system according to claim 1, further comprising a group voltage adjusting means for individually adjusting a state of charge of each of the cell groups so as to eliminate a variation in a group voltage that is a voltage between both ends of each of the cell groups constituting the assembled battery. The charging state control device according to claim 2, wherein
グループを構成する各単位セルのセル電圧が、予め設定
された電圧範囲内にあるか否かを監視するセル電圧監視
手段と、 該セル電圧監視手段での監視結果に従い、前記セルグル
ープを構成する単位セルのうち、全てのセル電圧が前記
電圧範囲内であれば通常状態を表す第1の信号レベル、
いずれか一つでもセル電圧が前記電圧範囲を上回れば過
充電状態を表す第2の信号レベル、いずれか一つでもセ
ル電圧が前記電圧範囲を下回れば過放電状態を表す第3
の信号レベルとなるセル状態信号を生成する信号生成手
段と、 を備えることを特徴とする請求項2ないし請求項8いず
れか記載の充電状態制御装置。9. A cell voltage monitoring means provided for each cell group, for monitoring whether a cell voltage of each unit cell constituting the cell group is within a predetermined voltage range, A first signal level representing a normal state if all cell voltages of the unit cells constituting the cell group are within the voltage range, according to a monitoring result by the voltage monitoring means;
If any one of the cell voltages exceeds the voltage range, the second signal level indicates an overcharged state, and if any one of the cell voltages is below the voltage range, the second signal level indicates an overdischarged state.
9. The charge state control device according to claim 2, further comprising: a signal generation unit configured to generate a cell state signal having a signal level of the following.
成手段は、該セル電圧監視手段の監視対象となるセルグ
ループからの電源供給により動作することを特徴とする
請求項9記載の充電状態制御装置。10. The charging state control device according to claim 9, wherein said cell voltage monitoring means and said signal generation means are operated by power supply from a cell group to be monitored by said cell voltage monitoring means. .
流経路と、 前記過放電状態以外の時に導通して一定電流を流す第3
の電流経路と、 を備え、前記各電流経路を流れる電流を合成した電流信
号を、前記セル状態信号として生成することを特徴とす
る請求項9又は請求項10記載の充電状態制御装置。11. A first current path which is always conductive and flows a constant current, a second current path which is conductive and flows a constant current during the overcharge state, and wherein the overdischarge state is Conduction at a time other than 3
11. The charging state control device according to claim 9, further comprising: generating a current signal obtained by combining currents flowing through the respective current paths as the cell state signal. 12.
信号伝送線に、該セル状態信号伝送線を断続するスイッ
チを設け、 前記信号生成手段は、前記スイッチがオンの時に、前記
セル電圧調整手段の動作を禁止するための禁止信号を生
成し、 前記セル電圧調整手段は、前記信号生成手段からの禁止
信号によって動作を停止することを特徴とする請求項9
ないし請求項11いずれか記載の充電状態制御装置。12. A cell state signal transmission line for transmitting the cell state signal, wherein a switch for intermittently connecting the cell state signal transmission line is provided, wherein the signal generation unit is configured to control the cell voltage adjustment unit when the switch is turned on. 10. A prohibition signal for prohibiting the above operation is generated, and the cell voltage adjusting means stops the operation in response to the prohibition signal from the signal generation means.
A charge state control device according to claim 11.
のイグニションスイッチがオフの時に、前記スイッチが
オンすることを特徴とする請求項12記載の充電状態制
御装置。13. The charging state control device according to claim 12, wherein the battery pack is mounted on a vehicle, and the switch is turned on when an ignition switch of the vehicle is turned off.
蔵放出することが可能な物質からなる電極を用いて構成
されたリチウム系二次電池であることを特徴とする請求
項2ないし請求項13いずれか記載の充電状態制御装
置。14. The lithium secondary battery according to claim 2, wherein the unit cell is a lithium secondary battery including electrodes made of a substance capable of inserting and extracting lithium ions. Or the state-of-charge control device according to the above.
ブリッド電気自動車の動力源として実装されることを特
徴とする請求項2ないし請求項14いずれか記載の充電
状態制御装置。15. The charging state control device according to claim 2, wherein the battery pack is mounted as a power source of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
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