JP2008118855A - 多直列電池制御システム - Google Patents
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Abstract
省エネ,省電力を図ることのできる多直列電池制御システムを提供すること。
【解決手段】
直列に接続される複数個の電池セル2を1単位とする単位電池セル2A,2B,2C,2Dと、単位電池セル2A,2B,2C,2Dを制御する制御回路23が搭載された制御ICチップ3Aと単位電池セル2A,2B,2C,2Dの電圧を監視するセル監視ICチップ3Bによって構成される制御ICと、制御ICと絶縁4,6,7を介して信号の授受を行うメインコントローラ5とを備え、セル監視ICチップ3Bと制御ICチップ3Aとを対として1つの単位電池セル2A,2B,2C,2Dを制御するようにする。
【選択図】図1
Description
の外乱による影響を低減して信頼性の向上,電圧検出の高精度化を図ろうとするものである。
、上位制御装置を接続する絶縁手段若しくは電位変換手段と、下位制御装置の出力端子と低電位側の蓄電モジュール内の蓄電池との間に設けられ、蓄電モジュール内の蓄電池の放電電流を阻止する遮断素子とを備え、複数の下位制御装置間において、信号の入出力に係わる端子が電気的に非絶縁状態で接続して構成したものである。
、省エネ,省電力を図ることができないものとなっている。
、最上位のセル監視ICチップの立ち上げによって該最上位のセル監視ICチップに接続される単位電池セルから供給される電力を高速絶縁手段に供給し、該高速絶縁手段を導通可能にし、メインコントローラから出力する第2の信号によって最上位の制御ICチップを立ち上げ、該最上位の制御ICチップを立ち上げ後、下位の制御ICチップを当該制御ICチップの上位の制御ICチップから送信される第2の信号によって順次立ち上げ、最下位の制御ICチップを立ち上げるようにしたものである。
、該全てのセル監視ICチップ及び該全ての制御ICチップに接続される単位電池セルから供給される電源を外部に供給できる端子を設けて構成したものである。
、単位電池セル2の電池セル2A,2B,2C,2Dの各端子が接続されている。
、V3入力端子を介して選択手段20のスイッチ20Cの一方の端子が接続され、スイッチ20Cの他方の端子は、電圧検出手段22に接続されている。さらに、単位電池セル2の電池セル2Cの(−)端子で、電池セル2Dの(+)端子には、V4入力端子を介して選択手段20のスイッチ20Dの一方の端子が接続され、スイッチ20Dの他方の端子は
、電圧検出手段22に接続されている。
、演算手段23に出力される。この演算手段23には、電源管理手段24と、記憶手段25と、補正手段26とが設けられている。電源管理手段24は、電源21のON/OFF制御をする。
、補正手段26は、電圧検出手段22において検出した単位電池セル2の電池セル2A,2B,2C,2Dの各端子間電圧を補正するためのものである。
。この高速絶縁手段4では、メインコントローラ5から入力した通信コマンドを直接送信せず、絶縁を介して通信手段27に送信する。
図10を用いて説明する。
チップ5Aで通信信号の判断は、制御ICチップ3Aと制御ICチップ4A,制御ICチップ4Aと制御ICチップ5Aとによって行われる。この図10の制御ICチップ3Aには、単位電池セル2の電池セル2A,2B,2C,2Dの各電圧を加算した総電圧値をHiとし、GND(グランド)レベルをLowとする信号であるVCC3の電圧レベルの信号(VCC3の電圧レベルでHi/Lowとなる信号)が、制御ICチップ3AのRX端子に入力される。この制御ICチップ3AのRX端子から入力されるVCC3の電圧レベルの信号は、制御ICチップ3AのTX端子から出力されるが、この電圧は、抵抗によって分圧され、このVCC3の分圧された電圧レベルの信号(VCC3を例えば1/2に分圧下の電圧レベルでHi/Lowとなる信号)が、制御ICチップ4AのRX端子に入力される。すなわち、通信信号は、VCC3を例えば1/2に分圧下の電圧レベルでHi/Lowを繰り返す信号となって、制御ICチップ4AのRX端子に入力される。そこで制御ICチップ4Aが管理する単位電池セル2の各電圧を基準に制御ICチップ3Aと同様な閾値で制御ICチップ3AのTX端子から出力されてくる信号を判定しようとすると、制御ICチップ3AのTX端子から出力されてくる信号のLowレベルが制御ICチップ4Aに掛かる総電圧の1/2となっているため、判定できない。
移する。このため、制御ICチップ4A,・・・・5Aの入力(RX)のHi/Lowを
判定する閾値は、3/4VCCでなければうまく作動しない。
、抵抗R1,抵抗R2,抵抗R3,抵抗R4をそれぞれ介して電池セル間を短絡するスイッチである。具体的には、MOS形FETで構成されている。また、SW状態検出手段28Aは、バランシングスイッチ29Aが正常に作動しているか否かを検出するもので、SW状態検出手段28Bは、バランシングスイッチ29Bが正常に作動しているか否かを検出するもので、SW状態検出手段28Cは、バランシングスイッチ29Cが正常に作動しているか否かを検出するもので、SW状態検出手段28Dは、バランシングスイッチ29Dが正常に作動しているか否かを検出するものである。すなわち、SW状態検出手段28A〜28Dは、それぞれバランシングスイッチ29A〜29Dの電圧を常時検出しており
、バランシングスイッチ29A,29B,29C,29DがONすると、SW状態検出手段28A,28B,28C,28Dは、0(零)に近い電圧を検出することになる。
)に変換して比較手段31に出力するものである。すなわち、電位変換手段30は、各電池セル2A,2B,2C,2D間の電位のレベルが異なっているので、それを合わせて比較できる電位レベルに変換するものである。
、セル監視ICチップ3Bは立ち上がる(Wake−Upする)。このセル監視ICチッ
プ3Bが立ち上がると、電池セル2A,2B,2C,2Dから供給される図6(B)に示す如き電力VCCがセル監視ICチップ3BのVDD端子を介して出力される。
のセル監視ICチップ3BのVDD端子から図6(B)に示す如き電力VCCが高速絶縁手段40に供給されると、高速絶縁手段4が立ち上がる。この高速絶縁手段4が立ち上がると、メインコントローラ5のTX端子から出力される図6(D)に示す如きWake−Up信号を制御ICチップ3AのRX端子に出力することが可能となる。
、ステップ130において、制御ICチップ3Aを立ち上げるための図6(D)に示す如きWake−Up信号が高速絶縁手段40を介して制御ICチップ3AのRX端子に出力される。このステップ130においてメインコントローラ5のTX端子から高速絶縁手段4を介して制御ICチップ3AのRX端子に制御ICチップ3A立上げ用の図6(D)に示す如きWake−Up信号が出力され、制御ICチップ3AのRX端子で受信すると、ステップ150において、制御ICチップ3Aが立ち上がる(Wake−Upする)。
、セル監視ICチップ3Bが立ち上がると、セル監視ICチップ3Bでは、図6(A)に示す如きWake−Up信号をコピーして、図6(C)に示す如きWake−Up信号としてセル監視ICチップ3BのTX端子から、次段のセル監視ICチップ4BのRX端子に出力する。このセル監視ICチップ4Bは、セル監視ICチップ3BのTX端子から出力されてくる図6(C)に示す如きWake−Up信号によって立ち上がり、セル監視ICチップ4Bでは、セル監視ICチップ3BのTX端子から出力されてきた図6(C)に示す如きWake−Up信号をコピーして、セル監視ICチップ4BのTX端子から、最終段のセル監視ICチップ5BのRX端子に図6(E)に示す如きWake−Up信号として出力する。なお、セル監視ICチップ4Bから最終段のセル監視ICチップ5Bの間には、複数のセル監視ICチップが設けられているが、図1では、省略してある。
監視ICチップ3B,セル監視ICチップ4B,・・・・セル監視ICチップ5Bが立ち
上がり、電池セル2A〜2Nを管理する電池管理ICが正常に立ち上がったことを確認する。セル監視ICチップ3B、セル監視ICチップ4B,・・・・セル監視ICチップ5
Bが立ち上がっているか否かは、セル監視ICチップ5Bが立ち上がることにより、高速絶縁手段8がONし、制御ICチップ5AのTX端子からは、図6(J)に示す如きWake−Up信号がメインコントローラ5のRX端子に送信されてくることによって確認している。
)の確認を行い、この通信手段27のTX端子から送信されてきた状態(異常)データが異常有りの信号か否かを判定する。このステップ280において通信手段27のTX端子から送信されてきた状態(異常)データが異常なしの信号であると判定すると、ステップ290において、正常処理を行い、このフローを終了する。また、ステップ280において通信手段27のTX端子から送信されてきた状態(異常)データが異常有りの信号であると判定すると、ステップ300において、電池異常処理を行い、このフローを終了する
。
。このいずれかの選択されたバランシングスイッチ29A,29B,29C,29DがONされると、電池セル2A,2B,2C,2Dのいずれかの電池セルが放電される。
,29Dのいずれかのスイッチが投入(ON)されると、メインコントローラ5では、ステップ460において、各バイパスSW(バランシングスイッチ)29A,29B,29C,29DのON経過時間をカウントする。このステップ460において各バイパスSWのON経過時間のカウントを行うと、ステップ470において、各バイパスSW(バランシングスイッチ)29A,29B,29C,29DのON時経過間が、ON時間より大きくなったか否かを判定する。すなわち、ステップ470においては、各バイパスSW(バランシングスイッチ)29A,29B,29C,29DのON時経過間が、ON時間より大きくなるのを待つ。
,29C,29DのON時経過間が、ON時間より大きくなったと判定すると、ステップ480において、メインコントローラ5から図2に図示の通信手段27のRX端子に、各バランシングスイッチ29A,29B,29C,29DをOFF制御するバイパスSW制御(OFF)コマンドを送信する。このステップ480においてバイパスSW制御(OFF)コマンドを送信すると、このバイパスSW制御(OFF)コマンドは、制御ICチップ3Aの演算手段23において、制御内容が判断され、ステップ490において、SW駆動手段33を制御してSW駆動手段33からスイッチ駆動信号(どのスイッチを駆動するものであるかを特定する信号)を電位変換手段32に出力し、選択されたバランシングスイッチ29A,29B,29C,29Dのいずれかのスイッチを切断(OFF)する。このいずれかの選択されたバランシングスイッチ29A,29B,29C,29DがOFFされると、電池セル2A,2B,2C,2Dのいずれかの電池セルの放電が停止する。制御ICチップ4A,制御ICチップ5Aについても同様である。
Bから、メインコントローラ5に送信する。
ICチップ5Aで順次受信していき、最終段の制御ICチップ5Aから、メインコントローラ5に送信すると、520において、制御ICチップ5Aから状態(異常)検出コマンドを受信したメインコントローラ5では、状態(異常)確認を行う。このメインコントローラ5に戻ってきた状態(異常)検出コマンドによってどの制御ICチップ3A,制御ICチップ4A,・・・・制御ICチップ5A又は対応する電池セルに異常があるかが分か
る。
プ5Aの状態(異常)確認を行うと、530において、どの制御ICチップ又は対応する電池セルに異常が有ったか否かを判定する。この530において全ての制御ICチップ又は対応する電池セルに異常が無かったと判定すると、このフローを終了する。また、この530において制御ICチップ4A,・・・・制御ICチップ5Aのいずれかの制御IC
チップに異常が有ったと判定すると、540において、メインコントローラ5のTX端子から異常の有った制御ICチップのアドレスを指定して異常内容を特定するための状態(異常内容)検出コマンドを絶縁手段7を介して制御ICチップ3AのRX端子に送信する。
ICチップ5Aで順次受信していき、最終段の制御ICチップ5Aから、メインコントローラ5に送信すると、560において、制御ICチップ5Aから状態(異常内容)検出コマンドを受信したメインコントローラ5では、制御ICチップ3A,制御ICチップ4A,・・・・制御ICチップ5Aの内の異常箇所の確認と、異常内容の確認を行い、このフローを終了する。
れかに異常があるという異常有り信号が、異常のあった制御ICチップのアドレスを特定して送信されてくる。この異常有り信号を受信すると、メインコントローラ5においては
、異常信号に基づいて、異常の内容を特定するための信号を送信する。この異常の内容を特定するための信号は、何番目の制御ICチップにどのような情報を送信しろといったもので、異常の内容には、アドレス,データの種類(過充電,電池セル電圧等)が特定されている。このように、メインコントローラ5においては、スタートアップの時にセル電圧とセルバランシングを行う。すなわち、メインコントローラ5においては、スタートアップの時に電池セルの個々の電圧を取り込んでセルバランス制御を行い、その後、各制御ICチップの異常の有無を検出する信号を送信し、異常を検出すると、異常の内容を特定するための信号を送信する。
。
2………………………………単位電池セル
2A〜2D……………………電池セル
3………………………………制御IC
3A〜5A……………………制御ICチップ
3B〜5B……………………セル監視ICチップ
4,8…………………………高速絶縁手段
5………………………………メインコントローラ
6,7,9,10……………絶縁手段
20……………………………選択手段
22……………………………電圧検出手段
23……………………………演算手段
28A〜28D………………SW状態検出手段
29A〜29D………………バランシングスイッチ
30……………………………電位変換手段
31……………………………比較手段
33……………………………SW駆動手段
Claims (8)
- 直列に接続される複数個の電池セルを1単位とする単位電池セルと、前記単位電池セルを制御する制御回路が搭載された制御ICチップと前記単位電池セルの電圧を監視するセル監視ICチップによって構成される制御ICと、前記制御ICと絶縁を介して信号の授受を行うメインコントローラとを備え、
前記セル監視ICチップと前記制御ICチップとを対として前記1つの単位電池セルを制御するようにしたことを特徴とする多直列電池制御システム。 - 前記制御ICチップは、前記1つの単位電池セルを構成する各電池セルの電圧を検出し
、
前記セル監視ICチップは、前記1つの単位電池セルを構成する各電池セルの電圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の多直列電池制御システム。 - 前記メインコントローラから第1の絶縁を介して出力される第1の信号によって最上位のセル監視ICチップを立ち上げ、下位のセル監視ICチップを当該セル監視ICチップの上位のセル監視ICチップから送信される第1の信号によって順次立ち上げると共に、
前記メインコントローラから第2の絶縁を介して出力される第2の信号によって最上位の制御ICチップセルを立ち上げ、下位の制御ICチップを当該制御ICチップの上位の制御ICチップから送信される第2の信号によって順次立ち上げるようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の多直列電池制御システム。 - 前記メインコントローラと最上位の制御ICチップとの絶縁及び前記メインコントローラと最下位制御ICチップとの絶縁は、電源の供給を受けて駆動する高速絶縁手段である請求項1,2又は3のいずれかに記載の多直列電池制御システム。
- 前記メインコントローラから出力される第1の信号によって最上位のセル監視ICチップを立ち上げ、該最上位のセル監視ICチップを立ち上げ後、下位のセル監視ICチップを当該制御ICチップの上位のセル監視ICチップから送信される第1の信号によって順次立ち上げ、最下位のセル監視ICチップを立ち上げると共に、
前記最上位のセル監視ICチップの立ち上げによって該最上位のセル監視ICチップに接続される単位電池セルから供給される電力を前記高速絶縁手段に供給し、該高速絶縁手段を導通可能にし、前記メインコントローラから出力する第2の信号によって前記最上位の制御ICチップを立ち上げ、該最上位の制御ICチップを立ち上げ後、下位の制御ICチップを当該制御ICチップの上位の制御ICチップから送信される第2の信号によって順次立ち上げ、最下位の制御ICチップを立ち上げることを特徴とする請求項4に記載の多直列電池制御システム。 - 前記最下位のセル監視ICチップは、当該セル監視ICチップの上位のセル監視ICチップから送信される第1の信号と同一の信号を前記絶縁を介して前記メインコントローラに返信することを特徴とする請求項3,4又は5のいずれかに記載の多直列電池制御システム。
- 前記最下位の制御ICチップは、当該制御ICチップの上位の制御ICチップから送信される第2の信号と同一の信号を前記絶縁を介して前記メインコントローラに返信することを特徴とする請求項3,4,5又は6のいずれかに記載の多直列電池制御システム。
- 前記全てのセル監視ICチップ及び前記全ての制御ICチップは、該全てのセル監視ICチップ及び該全ての制御ICチップに接続される単位電池セルから供給される電源を外部に供給できる端子を設けたものである請求項1,2,3,4,5,6又は7のいずれかに記載の多直列電池制御システム。
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