JP2010063334A - 組電池の充電状態制御装置 - Google Patents

組電池の充電状態制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2010063334A
JP2010063334A JP2008229381A JP2008229381A JP2010063334A JP 2010063334 A JP2010063334 A JP 2010063334A JP 2008229381 A JP2008229381 A JP 2008229381A JP 2008229381 A JP2008229381 A JP 2008229381A JP 2010063334 A JP2010063334 A JP 2010063334A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell voltage
cell
voltage
circuit
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008229381A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5024242B2 (ja
Inventor
Yoshiyuki Kawai
佳之 河合
Keisuke Tanigawa
圭介 谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2008229381A priority Critical patent/JP5024242B2/ja
Publication of JP2010063334A publication Critical patent/JP2010063334A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5024242B2 publication Critical patent/JP5024242B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

【課題】複数のブロック電池におけるセル電圧のバラツキを簡単且つ安価な構成で解消することができる組電池の充電状態制御装置を提供する。
【解決手段】隣接する監視IC41等同士は、信号線49を介して互いに接続され、各監視IC41等は、単位セルC21等毎に設けられたセル電圧検出回路Aと、当該ブロック電池における最低セル電圧を検出する最低セル電圧検出回路Dと、単位セルC21等毎に設けられ且つ当該単位セルC21等のセル電圧が最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧よりも高い場合に当該単位セルC21等を放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルC21等を放電させないとの判定結果を出力する判定回路Bと、単位セルC21等毎に設けられ且つ判定回路Bによる判定結果に基づいて当該単位セルC21等を放電させる放電回路Cとを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、組電池の充電状態制御装置に関し、より詳細には、充放電可能な複数の単位セルからなるブロック電池を複数個直列に接続してなる組電池において各セル電圧を均等化する制御を行う充電状態制御装置に関する。
近年、電気自動車または電気自動車とガソリンエンジンとを組み合わせたハイブリッド電気自動車のモータを駆動するためのバッテリとして、二次電池の単位セルを複数個直列に接続した組電池を用いるものが知られている。このような組電池では、各単位セル間において容量、内部抵抗、自己放電特性などにばらつきを生じることがあり、各単位セル間の端子電圧もばらつくことになる。そして、各単位セルの端子電圧にばらつきがあると、組電池全体としての使用電圧範囲が狭められてしまい、電池本来の性能を十分に発揮することができなくなるという問題が生じる。
従って、組電池を使用する場合には、過充電状態や過放電状態になることを防止するため、各単位セルの端子電圧を一定の使用範囲内に維持するように制御することが必要であり、従来、組電池の充電状態制御装置に関して種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、マイクロコンピュータを用いてセルを放電することで、複数のセルからなるセルグループ(ブロック電池)の放電時におけるセルの不必要な放電を抑えるようにした技術が提案されている。また、特許文献2には、クロック信号をブロック電池毎に設置された監視ユニットに出力し、マイクロコンピュータによって、過充電状態及び過放電状態を監視する技術が提案されている。また、特許文献3、4には、単位セルを監視する集積回路によって、単位セルの電圧のバラツキを調整する技術が提案されている。
特開2006−50716号公報 特開2007−278913号公報 特開2001−95169号公報 特開2006−29895号公報
しかし、上述した各特許文献に記載された技術では、マイクロコンピュータ等の電子部品を多数使用することでコストが増え、さらに消費電力が増大するという問題や、また組電池の中で最も低い電圧のブロック電池に対して必要以上に放電させてしまう、という問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数のブロック電池におけるセル電圧のバラツキを簡単且つ安価な構成で解消することができる組電池の充電状態制御装置を提供することを目的とする。
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
1.二次電池からなる単位セルを直列に複数個接続してなるブロック電池を直列に複数個接続して構成される組電池の充電状態を制御する装置であって、前記各ブロック電池の充電状態を監視するために前記ブロック電池毎に監視回路が設けられた組電池の充電状態制御装置において、
隣接する前記監視回路同士は、信号線を介して互いに接続され、
前記各監視回路は、
前記単位セル毎に設けられ且つ当該単位セルのセル電圧を検出するセル電圧検出回路と、
前記各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧及び隣接する他の前記監視回路から前記信号線を介して入力される他のブロック電池の最低セル電圧を示す最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池における最低セル電圧を検出すると共に、隣接する他の前記監視回路へ前記信号線を介して当該ブロック電池における前記最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する最低セル電圧検出回路と、
前記単位セル毎に設けられ且つ前記セル電圧検出回路により検出された当該単位セルのセル電圧が前記最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧よりも高い場合に当該単位セルを放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルを放電させないとの判定結果を出力する判定回路と、
前記単位セル毎に設けられ且つ前記判定回路による判定結果に基づいて当該単位セルを放電させる放電回路と
を備えたことを特徴とする組電池の充電状態制御装置。
手段1によれば、二次電池からなる単位セルを直列に複数個接続してなるブロック電池の充電状態を監視するためにブロック電池毎に監視回路が設けられると共に、隣接する監視回路同士が信号線を介して互いに接続されている。各監視回路において、単位セル毎に設けられたセル電圧検出回路は、当該単位セルのセル電圧を検出する。また、最低セル電圧検出回路は、各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧及び隣接する他の前記監視回路から信号線を介して入力される他のブロック電池の最低セル電圧を示す最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池における最低セル電圧を検出すると共に、隣接する他の監視回路へ信号線を介して当該ブロック電池における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する。また、単位セル毎に設けられた判定回路は、セル電圧検出回路により検出された当該単位セルのセル電圧が最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧よりも高い場合に当該単位セルを放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルを放電させないとの判定結果を出力する。そして、単位セル毎に設けられた放電回路は、判定回路による判定結果に基づいて当該単位セルを放電させる。
従って、ブロック電池を構成する各単位セルは、当該ブロック電池内の他の単位セルのセル電圧又は信号線を介して入力された最低セル電圧信号によって示される他のブロック電池の最低セル電圧よりも高い場合に放電が行われるので、当該ブロック電池を構成する複数の単位セル間及び組電池を構成する複数のブロック電池間においてセル電圧の均等化を図ることにより充電状態のバラツキを確実に低減することができる。
また、マイクロコンピュータを用いることなく、ハードウェア(監視回路)のみによって複数のブロック電池間で均等化を実現することができる。よって、イグニッションキーがオフの時にも監視回路が常時動作して均等化が実行されるので、マイクロコンピュータの起動が不要であり、マイクロコンピュータ起動用のタイマ回路を設ける必要がなく、コスト低減を図ることができる。
2.隣接する前記監視回路同士は、複数の信号線を介して互いに接続され、
前記セル電圧検出回路は、当該単位セルのセル電圧を複数の電圧レベルで検出可能に構成され、
前記最低セル電圧検出回路は、前記各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧及び隣接する他の前記監視回路から前記複数の信号線を介して入力される前記最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池における最低セル電圧を前記複数の電圧レベルで検出すると共に、隣接する他の前記監視回路へ前記複数の信号線を介して当該ブロック電池における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力するように構成されたことを特徴とする手段1に記載の組電池の充電状態制御装置。
手段2によれば、隣接する監視回路同士が複数の信号線を介して互いに接続されている。各監視回路において、単位セル毎に設けられたセル電圧検出回路は、当該単位セルのセル電圧を複数の電圧レベルで検出する。また、最低セル電圧検出回路は、各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧及び隣接する他の前記監視回路から信号線を介して入力される最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池における最低セル電圧を複数の電圧レベルで検出すると共に、隣接する他の監視回路へ複数の信号線を介して当該ブロック電池における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する。
従って、ブロック電池を構成する各単位セルは、当該ブロック電池内の他の単位セルのセル電圧の電圧レベル又は信号線を介して入力された最低セル電圧信号によって示される他のブロック電池の最低セル電圧の電圧レベルよりも高い場合に放電が行われるので、当該ブロック電池を構成する複数の単位セル間及び組電池を構成する複数のブロック電池間において複数の電圧レベルでセル電圧の均等化を図ることにより充電状態のバラツキを確実に低減することができる。
3.前記セル電圧検出回路は、
当該単位セルのセル電圧を分圧する互いに分圧比の異なる複数の分圧回路を並列接続して構成される分圧回路部と、
前記分圧回路部の前記各分圧回路から出力される各分圧を基準電圧とそれぞれ比較して比較結果を出力する複数の比較器からなる比較回路部と
を備えたことを特徴とする請求項2に記載の組電池の充電状態制御装置。
手段3によれば、セル電圧検出回路において、複数の分圧回路を並列接続して構成される分圧回路部は、当該単位セルのセル電圧をそれぞれ異なる分圧比で分圧して出力し、複数の比較器からなる比較回路部は、分圧回路部の各分圧回路から出力される各分圧を基準電圧とそれぞれ比較して比較結果を出力するので、簡単な構成で当該単位セルのセル電圧を複数の電圧レベルで確実に検出することができる。
4.前記複数の電圧レベルは、前記単位セルの起電圧と電池残存容量との関係に基づいて設定されたことを特徴とする手段2又は3に記載の組電池の充電状態制御装置。
手段4によれば、複数の電圧レベルは、単位セルの起電圧と電池残存容量との関係に基づいて設定されているので、当該ブロック電池を構成する複数の単位セル間及び組電池を構成する複数のブロック電池間において電池残存容量に対応した複数の電圧レベルでセル電圧の均等化を図ることができる。
5.前記各監視回路の前記最低セル電圧検出回路により検出された前記最低セル電圧に基づいて当該ブロック電池の電池残存容量を算出する残存容量算出手段
をさらに備えたことを特徴とする手段4に記載の組電池の充電状態制御装置。
手段5によれば、複数の電圧レベルが単位セルの起電圧と電池残存容量との関係に基づいて設定されているので、残存容量算出手段は、各監視回路の最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧に基づいて当該ブロック電池の電池残存容量を確実に算出することができる。
6.前記各監視回路は、前記各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧に基づいて当該ブロック電池における最高セル電圧を検出する最高セル電圧検出回路と、
前記各監視回路の前記最低セル電圧検出回路により検出された前記最低セル電圧及び前記最高セル電圧検出回路により検出された最高セル電圧に基づいて当該ブロック電池の電池残存容量の範囲を算出する残存容量算出手段と
をさらに備えたことを特徴とする手段1乃至4のいずれか1つに記載の組電池の充電状態制御装置。
手段6によれば、各監視回路において最高セル電圧検出回路は、各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧に基づいて当該ブロック電池における最高セル電圧を検出し、残存容量算出手段は、各監視回路の最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧及び最高セル電圧検出回路により検出された最高セル電圧に基づいて当該ブロック電池の電池残存容量の範囲(最小値と最大値)を確実に算出することができる。
7.前記各監視回路は、当該ブロック電池におけるセル電圧が所定以下の場合は前記放電回路による当該単位セルの放電を禁止する放電禁止回路
をさらに備えたことを特徴とする手段1乃至6のいずれか1つに記載の組電池の充電状態制御装置。
手段7によれば、各監視回路において、放電禁止回路が当該ブロック電池におけるセル電圧が所定以下の場合は放電回路による当該単位セルの放電を禁止するので、セル電圧の均等化に伴って当該ブロック電池の端子電圧が過度に低下することを防止することができる。
8.前記各監視回路から前記最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧を組電池制御用マイクロコンピュータ又は他の電子制御装置へ出力するように構成されたことを特徴とする手段1乃至7のいずれか1つに記載の組電池の充電状態制御装置。
手段8によれば、各監視回路から最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧を組電池制御用マイクロコンピュータ又は他の電子制御装置へ出力するので、組電池制御用マイクロコンピュータ又は他の電子制御装置において複数のブロック電池における過放電や過充電の発生を確実に認識することができる。
以下、本発明の組電池の充電状態制御装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施形態である組電池の充電状態制御装置1を示す全体構成図である。
組電池の充電状態制御装置1は、図1に示すように、複数のブロック電池CG1〜CG8を直列に接続してなる組電池3と、監視IC41〜48と、サービスプラグ5と、ブロック電圧・漏電検出部6と、電池ECUマイコン7とから構成されている。また、電池ECUマイコン7には、上位ECU8が接続されると共に、組電池3に流れる電流を検出するための電流センサ11が接続されている。尚、監視IC41〜48が、本発明の監視回路を、電池ECUマイコン7が、マイクロコンピュータをそれぞれ構成するものである。
ブロック電池CG1〜CG8は、リチウム二次電池等の充放電可能な単位セルを複数個直列に接続することによって構成される。
監視IC41〜48は、ブロック電池CG1〜CG8毎に設けられ、各ブロック電池CG1等を構成する複数の単位セルの端子電圧を均等化するための集積回路である。監視IC41〜48間には、隣接する他の監視ICとの間で最低電圧レベルを表す信号をやり取りするために、複数の信号線がそれぞれ設けられている。
サービスプラグ5は、点検、修理の時に、高電圧の二次電池と他の回路とを遮断するために設けられる。ブロック電圧検出漏電検出部6は、ブロック電圧を検出すると共に、漏電を検出するための回路である。
電池ECUマイコン7は、CPU(中央演算処理装置)やROM及びRAMを備え(図示せず)、ブロック電池CG1の電圧状態を把握し、データの記憶処理などを行う。
上位ECU8は、電池ECUマイコン7から入力されるシリアル信号に基づいて、組電池3の充電状況を認識し、データの記憶処理などを行う。
補機バッテリ9は、車両の点灯装置や車内の電気機器、電子機器、電池ECUマイコン7などへ電力を供給する。サーミスタ10は、ブロック電池CG1〜CG8の温度を検出するセンサであり、電池ECUマイコン7へ温度検出信号を出力する。電流センサ11は、組電池3に流れる電流を検出するセンサであり、組電池3の正極端子側とSMR―B12a(システムメインリレー)との間に設けられ、電池ECUマイコン7に電流検出信号を出力する。SMR―B12a(システムメインリレー正極側)、SMR―P12b(プリシステムメインリレー)、SMR―G12c(システムメインリレー負極側)は、充放電制御用リレーである。PCU(パワーコントロールユニット)13は、電圧を昇圧する昇圧コンバータやインバータなどから構成され、必要な電力を制御する。
次に、ブロック電池CG1〜CG8を構成する単位セルC21〜C28と監視IC41〜48との接続、監視IC41〜48間、及び監視IC41等とマイコン7との接続について、図2乃至図4を参照しつつ説明する。図2、図3は、各単位セルC21等と監視IC41等、及び監視IC41〜48間の接続状態を示すブロック図である。図4は、監視IC48とマイコン7との接続状態を示すブロック図である。
単位セルC21〜C28は、図2に示すように、直列に接続されており単位セルC28の負極側は、GNDに接続されている。直列に接続された単位セルC21〜C28は、監視IC41と接続されている。監視IC41〜48間は、隣接する他の監視ICと信号線49によって互いに接続されている。信号線49は、各監視IC41等に対応するブロック電池CG1等における最低セル電圧を示す最低セル電圧信号を、隣接する監視IC間で相互に伝達するため信号伝送路である。具体的には、監視IC41−監視IC42間、監視IC42−監視IC43間、監視IC43−監視IC44間、監視IC44−監視IC45間、監視IC45−監視IC46間、監視IC46−監視IC47間、監視IC47−監視IC48間が、それぞれ信号線49を介して接続されている。
信号線49は、図3に示すように、5組の信号線49a〜49eによって構成され、各組の信号線49a等は、それぞれ入力用及び出力用の2本の信号線から構成される。そして、監視IC41に接続されるブロック電池CG1を構成する複数の単位セルC21〜C2nのセル電圧の最低値(最低セル電圧)の電圧レベルが3.2V未満の場合、信号線49a〜49eにおける監視IC41から監視IC42への出力線がすべてオフ(ローレベル)となる。最低セル電圧の電圧レベルが3.2V以上3.4V未満の場合、最も左側の信号線49eのみがオン(ハイレベル)、他の信号線49a〜49dがオフとなる。最低セル電圧の電圧レベルが3.4V以上3.6V未満の場合、信号線49d、49eがオン、信号線49a〜49cがオフとなる。最低セル電圧の電圧レベルが3.6V以上3.8V未満の場合、信号線49c〜49eがオン、信号線49a、49bがオフとなる。最低セル電圧の電圧レベルが3.8V以上4.0V未満の場合、信号線49b〜49eがオン、信号線49aのみがオフとなる。また、最低セル電圧の電圧レベルが4.0V以上の場合、信号線49a〜49eがすべてオンとなる。
一方、信号線49a〜49eにおける監視IC42から監視IC41への入力線についても、監視IC42に接続されるブロック電池CG2を構成する複数の単位セルC21〜C2nの最低セル電圧に応じて、上述した出力線と同様の信号状態となる。
このように、隣接する監視IC間に接続された5組の信号線49a〜49eからなる信号線49を介して、監視IC41〜48間で相互に各ブロック電池CG1等における単位セルC21等の最低セル電圧の電圧レベルを情報伝達することが可能となっている。
また、図4に示すように、ブロック電池CG8に設けられた監視IC48と電池ECUマイコン7との間にも、隣接する監視IC間と同様に、信号線50が設けられ、監視IC48から電池ECUマイコン7へ最低セル電圧の電圧レベル情報が出力される。電池ECUマイコン7に接続されている監視IC48の左端の信号線50eがオフとなる場合は、ブロック電池CG8は過放電状態であり、右端の信号線50aがオンとなる場合は、ブロック電池CG8は、過充電状態である。このように監視IC48から電池ECUマイコン7へ最低セル電圧レベル情報が出力されるため、ブロック電池CG1〜CG8におけるセル電圧の状態を電池ECUマイコン7が認識することができる。
次に、監視IC41〜48の回路構成について図5を参照しつつ説明する。図5は、監視IC41等を示す回路図である。なお、監視IC42〜48も同一構成であるので説明を省略する。監視IC41〜48は、イグニッションキーがオフの時でも、常時通電されてブロック電池CG1〜CG8の監視を行う。
監視IC41は、ブロック電池CG1を構成する単位セルC21〜C2n毎に設けられた複数(n個)の均等化回路Kと、ブロック電池CG1における単位セルC21〜C2nの最低セル電圧の電圧レベルを検出する最低セル電圧検出回路Dとから構成される。
均等化回路Kは、単位セルC21の端子電圧(以下、セル電圧と称する)に応じて放電制御を行うための回路であり、セル電圧検出回路Aと、判定回路Bと、放電回路Cとから構成される。
セル電圧検出回路Aは、単位セルC21等のセル電圧を検出するための回路であり、セル電圧が複数の電圧レベル(3.2V、3.4V、3.6V、3.8V、4.0V)を超えているか否かをそれぞれ検出できるように構成されている。
セル電圧検出回路Aは、単位セルC21等の両端に並列接続された分圧比の異なる複数の分圧回路からなる分圧回路部A1と、定電流回路I1及び基準電圧源を含み基準電圧Vrefを供給する基準電圧供給部A2と、分圧回路部A1における各分圧回路の接続点a〜eにおける分圧Va〜Veと基準電圧Vrefとをそれぞれ比較する複数のコンパレータ(比較器)CP1a〜CP1eとから構成される。尚、基準電圧Vrefは、例えば、1.2V程度に設定されている。
分圧回路部A1は、具体的には、抵抗R1と抵抗R6とが接続点aを介して直列接続された第1分圧回路、抵抗R2と抵抗R7とが接続点bを介して直列接続された第2分圧回路、抵抗R3と抵抗R8とが接続点cを介して直列接続された第3分圧回路、抵抗R4と抵抗R9とが接続点dを介して直列接続された第4分圧回路、及び抵抗R5と抵抗R10とが接続点eを介して直列接続された第5分圧回路を、単位セルC21に対して並列接続することにより構成される。
分圧回路部A1を構成する各分圧回路は、互いに異なる分圧比に設定されている。例えば、抵抗R1〜R5を同一の抵抗値とした場合、抵抗R6〜R10の抵抗値の大小関係は、R6<R7<R8<R9<R10に設定される。そして、単位セルC21のセル電圧が4.0Vの時に接続点aの電位Vaが基準電圧Vref以上となり、セル電圧3.8Vの時に接続点bの電位Vbが基準電圧Vref以上となり、セル電圧3.6Vの時に接続点cの電位Vcが基準電圧Vref以上となり、セル電圧3.4Vの時に接続点dの電位Vdが基準電圧Vref以上となり、セル電圧3.2Vの時に接続点eの電位Veが基準電圧Vref以上となるように、抵抗R1とR6、R2とR7、R3とR8、R4とR9、R5とR10との抵抗比(換言すれば、各分圧回路の分圧比)が設定される。
各コンパレータCP1a〜CP1eの反転入力端子には、定電流回路I1と基準電圧源との接続点IV1より基準電圧Vrefが印加される。
コンパレータCP1aの非反転入力端子には、接続点aから単位セルC21のセル電圧の抵抗R1、R6による分圧Vaが印加される。例えば、接続点aの電位Vaは、単位セルC21の電圧をVとすると、Va=V×R6/(R1+R6)である。コンパレータCP1bの非反転入力端子には、接続点bからセル電圧の抵抗R2、R7による分圧Vbが印加される。コンパレータCP1cの非反転入力端子には、接続点cからセル電圧の抵抗R3、R8による分圧Vcが印加される。コンパレータCP1dの非反転入力端子には、接続点dからセル電圧の抵抗R4、R9による分圧Vdが印加される。コンパレータCP1eの非反転入力端子には、接続点eからセル電圧の抵抗R5、R10による分圧Veが印加される。
そして、上記構成を有するセル電圧検出回路Aによれば、セル電圧が4.0V以上のとき、すべてのコンパレータCP1a〜CP1eからハイレベル信号が出力される。セル電圧が3.8V以上4.0V未満であるとき、コンパレータCP1aからローレベル信号が出力され、コンパレータCP1b〜CP1eからハイレベル信号が出力される。セル電圧が3.6V以上3.8V未満であるとき、コンパレータCP1a、CP1bからローレベル信号が出力され、コンパレータCP1c〜CP1eからハイレベル信号が出力される。セル電圧が3.4V以上3.6V未満であるとき、コンパレータCP1a〜CP1cからローレベル信号が出力され、コンパレータCP1d、CP1eからハイレベル信号が出力される。セル電圧が3.2V以上3.4V未満であるとき、コンパレータCP1a〜CP1dからローレベル信号が出力され、コンパレータCP1eからハイレベル信号が出力される。セル電圧が3.2V未満であるとき、すべてのコンパレータCP1a〜CP1eからローレベル信号が出力される。
判定回路Bは、セル電圧検出回路Aによるセル電圧の検出結果と出力線Oa〜Oeの信号とに基づいて、単位セルC21の放電を行うか否かを判定するための回路であって、複数のANDゲート31a〜31eと、1つのORゲート31fとから構成される。
ANDゲート31aは、入力側にはコンパレータCP1aの出力端子が接続されると共に、出力線OaがNOTゲートを介して接続され(入力側の小さなマル(○)は、NOTゲートの省略記号。以下同様。)、出力側にはORゲート31fが接続される。そして、コンパレータCP1aの出力がハイレベル(単位セルC21のセル電圧が4.0V以上)であり且つ出力線Oaがローレベル(最低セル電圧が4.0V未満)であるとき、ANDゲート31aから放電実行を示すハイレベル信号が出力され、それ以外では放電停止を示すローレベル信号が出力される。
ANDゲート31bは、入力側にはコンパレータCP1bの出力端子が接続されると共に、出力線ObがNOTゲートを介して接続され、出力側にはORゲート31fが接続される。そして、コンパレータCP1bの出力がハイレベル(単位セルC21のセル電圧が3.8V以上)であり且つ出力線Obがローレベル(最低セル電圧が3.8V未満)であるとき、ANDゲート31bから放電実行を示すハイレベル信号が出力され、それ以外では放電停止を示すローレベル信号が出力される。
ANDゲート31cは、入力側にはコンパレータCP1cの出力端子が接続されると共に、出力線OcがNOTゲートを介して接続され、出力側にはORゲート31fが接続される。従って、コンパレータCP1cの出力がハイレベル(単位セルC21のセル電圧が3.6V以上)であり且つ出力線Ocがローレベル(最低セル電圧が3.6V未満)であるとき、ANDゲート31cから放電実行を示すハイレベル信号が出力され、それ以外では放電停止を示すローレベル信号が出力される。
ANDゲート31dは、入力側にはコンパレータCP1dの出力端子が接続されると共に、出力線OdがNOTゲートを介して接続され、出力側にはORゲート31fが接続される。従って、コンパレータCP1dの出力がハイレベル(単位セルC21のセル電圧が3.4V以上)であり且つ出力線Odがローレベル(最低セル電圧が3.4V未満)であるとき、ANDゲート31dから放電実行を示すハイレベル信号が出力され、それ以外では放電停止を示すローレベル信号が出力される。
ANDゲート31eは、入力側にはコンパレータCP1eの出力端子が接続されると共に、出力線OeがNOTゲートを介して接続され、出力側にはORゲート31fが接続される。従って、コンパレータCP1eの出力がハイレベル(単位セルC21のセル電圧が3.2V以上)であり且つ出力線Oeがローレベル(最低セル電圧が3.2V未満)であるとき、ANDゲート31eから放電実行を示すハイレベル信号が出力され、それ以外では放電停止を示すローレベル信号が出力される。
ORゲート31fは、入力側にANDゲート31a〜31eの出力が接続され、これらの論理和を出力する。また、ORゲート31fの出力側には、放電回路Cが接続されている。従って、ORゲート31fは、ANDゲート31a〜31eの出力のいずれかがハイレベルであるとき、放電実行を示すハイレベル信号を出力し、ANDゲート31a〜31eの出力のすべてがローレベルであるとき、放電停止を示すローレベル信号を出力する。
放電回路Cは、判定回路Bによる判定結果である出力信号に基づいて単位セルC21等を個別に放電実行又は放電停止するための回路であって、トランジスタTR1と、放電抵抗Rとから構成される。トランジスタTR1は、ベースにORゲート31fの出力側が、コレクタに単位セルC21の正極側が、エミッタに放電抵抗Rの一端がそれぞれ接続され、放電抵抗Rの他端は単位セルC21の負極側に接続されている。ORゲート31fからハイレベル信号が出力されてトランジスタTR1がオンされ、コレクタ−エミッタ間が導通状態となって放電抵抗Rに電流が流れることにより、単位セルC21の放電が行われる(放電実行)。一方、ORゲート31fからローレベル信号が出力されるとき、トランジスタTR1はオフとなるので、コレクタ−エミッタ間が遮断状態となって放電抵抗Rに電流が流れず、単位セルC21の放電は行われない(放電停止)。
最低セル電圧検出回路Dは、複数のANDゲート35a〜35eによって構成される。ANDゲート35aの入力側には、コンパレータCP1a〜CPnaの出力と、隣接する上位の監視ICとのインタフェースIF1aの入力側と、隣接する下位の監視ICとのインタフェースIF2aの入力側とが入力される。従って、ANDゲート35aへの入力のうち、1つでもローレベルがある場合、換言すれば、単位セルC21〜C2nのいずれかのセル電圧検出結果が4.0V未満、又は隣接する上位の監視ICから信号線49aを介して入力される最低セル電圧レベルが4.0V未満、又は隣接する下位の監視ICから信号線49aを介して入力される最低セル電圧が4.0V未満である場合、ANDゲート35aから出力線Oaへローレベル信号が出力され、それ以外ではハイレベル信号が出力される。
ANDゲート35bの入力側には、コンパレータCP1b〜CPnbの出力と、隣接する上位の監視ICとのインタフェースIF1bの入力側と、隣接する下位の監視ICとのインタフェースIF2bの入力側とが入力される。従って、ANDゲート35bへの入力のうち、1つでもローレベルがある場合、換言すれば、単位セルC21〜C2nのいずれかのセル電圧検出結果が3.8V未満、又は隣接する上位の監視ICから信号線49bを介して入力される最低セル電圧が3.8V未満、又は隣接する下位の監視ICから信号線49bを介して入力される最低電圧レベルが3.8V未満である場合、ANDゲート35bから出力線Obへローレベル信号が出力され、それ以外ではハイレベル信号が出力される。
ANDゲート35cの入力側には、コンパレータCP1c〜CPncの出力と、隣接する上位の監視ICとのインタフェースIF1cの入力側と、隣接する下位の監視ICとのインタフェースIF2cの入力側とが入力される。従って、ANDゲート35cへの入力のうち、1つでもローレベルがある場合、換言すれば、単位セルC21〜C2nのいずれかのセル電圧検出結果が3.6V未満、又は隣接する上位の監視ICから信号線49cを介して入力される最低セル電圧が3.6V未満、又は隣接する下位の監視ICから信号線49cを介して入力される最低電圧レベルが3.6V未満である場合、ANDゲート35cから出力線Ocへローレベル信号が出力され、それ以外ではハイレベル信号が出力される。
ANDゲート35dの入力側には、コンパレータCP1d〜CPndの出力と、隣接する上位の監視ICとのインタフェースIF1dの入力側と、隣接する下位の監視ICとのインタフェースIF2dの入力側とが入力される。従って、ANDゲート35dへの入力のうち、1つでもローレベルがある場合、換言すれば、単位セルC21〜C2nのいずれかのセル電圧検出結果が3.4V未満、又は隣接する上位の監視ICから信号線49を介して入力される最低セル電圧が3.4V未満、又は隣接する下位の監視ICから信号線49を介して入力される最低電圧レベルが3.4V未満である場合、ANDゲート35dから出力線Odへローレベル信号が出力され、それ以外ではハイレベル信号が出力される。
ANDゲート35eの入力側には、コンパレータCP1e〜CPneの出力と、隣接する上位の監視ICとのインタフェースIF1eの入力側と、隣接する下位の監視ICとのインタフェースIF2eの入力側とが入力される。従って、ANDゲート35eへの入力のうち、1つでもローレベルがある場合、換言すれば、単位セルC21〜C2nのいずれかのセル電圧検出結果が3.2V未満、又は隣接する上位の監視ICから信号線49を介して入力される最低セル電圧が3.2V未満、又は隣接する下位の監視ICから信号線49を介して入力される最低電圧レベルが3.2V未満である場合、ANDゲート35eから出力線Oeへローレベル信号が出力され、それ以外ではハイレベル信号が出力される。
次に、組電池の充電状態制御装置1においてセル電圧の均等化を実施する際の各部の作用について説明する。尚、以下の説明では、監視IC41等の初期状態が、上位の監視ICから信号線49を介して入力される最低電圧信号が3.6V以上3.8V未満、下位の監視ICから信号線49を介して入力される最低低電圧信号が3.2V以上3.4V未満、単位セルC21の端子電圧は3.5V、単位セルC22〜C2nの端子電圧はすべて3.9Vであると仮定する。
上記条件より、上位の監視ICから信号線49を介して入力される最低セル電圧を表す信号は、3.6V以上3.8V未満を示している。つまり、上位とのインタフェースIF1a〜IF1eからの入力信号は、順に、L,L,H,H,Hとなっている(「L」はローレベルを、「H」はハイレベルをそれぞれ表す。以下同様。)。また、下位の監視ICから信号線49を介して入力される最低セル電圧を表す信号は、3.2V以上3.4V未満を示している。つまり、下位とのインタフェースIF2a〜IF2eからの入力信号は、順に、L,L,L,L,Hとなる。
セル電圧検出回路Aにおいて、分圧回路部A1の接続点a〜eから分圧Va〜VeがコンパレータCP1a〜CP1eの非反転入力端子にそれぞれ入力され、基準電圧VrefがコンパレータCP1a〜CP1eの反転入力端子にそれぞれ入力される。単位セルC21の端子電圧は3.5Vであるので、コンパレータCP1a〜CP1eからの出力は、順に、L,L,L,H,Hとなる。
一方、最低セル電圧検出回路Dにおいて、ANDゲート35aは、上位とのインタフェースIF1a、単位セルC21、単位セルC22〜C2n、及び下位とのインタフェースIF2aからそれぞれローレベルが入力されるため、これらの論理積であるローレベル信号が出力線Oaへ出力される。ANDゲート35bは、単位セルC22〜C2nからハイレベル信号が入力されるが(端子電圧≧3.8V)、上位とのインタフェースIF1b、単位セルC21、及び下位とのインタフェースIF2bからそれぞれローレベル信号が入力されるため、これらの論理積であるローレベル信号が出力線Obへ出力される。ANDゲート35cは、上位とのインタフェースIF1c及び単位セルC22〜C2nからハイレベル信号が入力されるが、単位セルC21及び下位とのインタフェースIF2cからローレベル信号が入力されるため、これらの論理積であるローレベル信号が出力線Ocへ出力される。ANDゲート35dは、上位とのインタフェースIF1d、単位セルC21、C22〜C2nからハイレベル信号が入力されるが、下位とのインタフェースIF2dからローレベル信号が入力されるため、これらの論理積であるローレベル信号が出力線Odへ出力される。ANDゲート35eは、上位とのインタフェースIF1e、単位セルC21、C22〜C2n、下位とのインタフェースIF2eからすべてハイレベル信号が入力されるため、これらの論理積であるハイレベル信号が出力線Oeへ出力される。つまり、最低セル電圧検出回路Dから出力線Oa〜Oeへ、順に、L,L,L,L,Hの各信号が出力される。尚、出力線Oeのみがハイレベルであることは、最低セル電圧の電圧レベルが3.2V以上3.4V未満であると検出されたことを示している。
次に、判定回路Bにおいて、ANDゲート31aは、非反転入力端子にコンパレータCP1aの出力であるローレベルが入力され、反転入力端子に出力線Oaの出力であるローレベルがNOTゲートにより反転された結果であるハイレベルが入力され、これらの論理積であるローレベルを出力する。ANDゲート31bは、非反転入力端子にコンパレータCP1bの出力であるローレベルが入力され、反転入力端子に出力線Obの出力であるローレベルがNOTゲートにより反転された結果であるハイレベルが入力され、これらの論理積であるローレベルを出力する。ANDゲート31cは、非反転入力端子にコンパレータCP1cの出力であるローレベルが入力され、反転入力端子に出力線Ocの出力であるローレベルがNOTゲートにより反転された結果であるハイレベルが入力され、これらの論理積であるローレベルを出力する。ANDゲート31dは、非反転入力端子にコンパレータCP1dの出力であるハイレベルが入力され、反転入力端子に出力線Odの出力であるローレベルがNOTゲートにより反転された結果であるハイレベルが入力され、これらの論理積であるハイレベルを出力する。ANDゲート31eは、非反転入力端子にコンパレータCP1eの出力であるハイレベルが入力され、反転入力端子に出力線Oeの出力であるハイレベルがNOTゲートにより反転された結果であるローレベルが入力され、これらの論理積であるローレベルを出力する。そして、ORゲート31fは、ANDゲート31a〜31eの出力であるL,L,L,H,Lが入力されることにより、これらの論理和としてハイレベル信号を出力する。
放電回路Cでは、ORゲート31fからのハイレベル信号の入力によってトランジスタTR1がオンし、コレクタ−エミッタ間が導通状態となって放電抵抗Rに電流が流れることによって単位セルC21の放電が行われる。
このようにして単位セルC21の放電が継続すると、セル電圧が3.5Vから徐々に低下していき、やがて3.4Vを下回る。すると、セル電圧検出回路AにおけるコンパレータCp1dからの出力は、ハイレベルからローレベルへ変化する。従って、判定回路BにおけるANDゲート31dは、非反転入力端子にローレベルが入力され、反転入力端子に出力線Odの出力であるローレベルがNOTゲートにより反転された結果であるハイレベルが入力され、これらの論理積であるローレベルを出力する。ORゲート31fは、ANDゲート31a〜31eの出力であるL,L,L,L,Lが入力されることにより、これらの論理和としてローレベルを出力する。
放電回路Cでは、ORゲート31fからのローレベル信号の入力によってトランジスタTR1がオフし、コレクタ−エミッタ間が遮断状態となって放電抵抗Rに電流が流れなくなり、単位セルC21の放電は停止される。
そして、ブロック電池CG1を構成する単位セルC21〜C2nについて、監視IC41等が上述した動作をすることによって各単位セルC21等の電圧レベルが最低セル電圧の電圧レベルに一致するように放電が行われ、これによってセル電圧の均等化が図られる。さらに、信号線49を介して互いに接続された他の監視IC42等も同様に動作することによって、組電池3を構成する複数のブロック電池CG1〜CG8全体においてセル電圧が均等化されることになる。
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態の組電池の充電状態制御装置1は、二次電池からなる単位セルC21等を直列に複数個接続してなるブロック電池CG1等を直列に複数個接続して構成される組電池3の充電状態を制御する装置であって、各ブロック電池CG1等の充電状態を監視するためにブロック電池毎に監視IC41等が設けられ、
隣接する監視IC41等同士は、信号線49を介して互いに接続され、各監視IC41等は、単位セルC21等毎に設けられ且つ当該単位セルC21等のセル電圧を検出するセル電圧検出回路Aと、各セル電圧検出回路Aにより検出された当該ブロック電池CG1等における各単位セルC21等の各セル電圧及び隣接する他の監視ICから信号線49を介して入力される他のブロック電池CG2等の最低セル電圧を示す最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池CG1等における最低セル電圧を検出すると共に、隣接する他の監視IC42等へ信号線49を介して当該ブロック電池CG1等における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する最低セル電圧検出回路Dと、単位セルC21等毎に設けられ且つセル電圧検出回路Aにより検出された当該単位セルC21等のセル電圧が最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧よりも高い場合に当該単位セルC21等を放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルC21等を放電させないとの判定結果を出力する判定回路Bと、単位セルC21等毎に設けられ且つ判定回路Bによる判定結果に基づいて当該単位セルC21等を放電させる放電回路Cとを備えている。
そして、組電池の充電状態制御装置1によれば、各監視IC41等において、単位セルC21等毎に設けられたセル電圧検出回路Aは、当該単位セルC21等のセル電圧を検出する。また、最低セル電圧検出回路Dは、各セル電圧検出回路A等により検出された当該ブロック電池CG1における各単位セルC21等の各セル電圧及び隣接する他の監視IC42等から信号線49を介して入力される他のブロック電池CG2等の最低セル電圧を示す最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池CG1等における最低セル電圧を検出すると共に、隣接する他の監視IC42等へ信号線49を介して当該ブロック電池CG1における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する。また、単位セルC21等毎に設けられた判定回路Bは、セル電圧検出回路Aにより検出された当該単位セルC21等のセル電圧が最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧よりも高い場合に当該単位セルを放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルC21等を放電させないとの判定結果を出力する。そして、単位セルC21等毎に設けられた放電回路Cは、判定回路Bによる判定結果に基づいて当該単位セルC21等を放電させる。
従って、ブロック電池CG1等を構成する各単位セルC21等は、当該ブロック電池CG1等内の他の単位セルC22等のセル電圧又は信号線49を介して入力された最低セル電圧信号によって示される他のブロック電池CG2等の最低セル電圧よりも高い場合に放電が行われるので、当該ブロック電池CG1等を構成する複数の単位セルC21〜C2n間及び組電池3を構成する複数のブロック電池CG1〜CG8間においてセル電圧の均等化を図ることにより充電状態のバラツキを確実に低減することができる。
また、マイクロコンピュータを用いることなく、ハードウェア(複数の監視IC41等)のみによって複数のブロック電池CG1〜CG8間で均等化を実現することができる。よって、イグニッションキーがオフの時にも監視IC41等が常時動作して均等化が実行されるので、マイコン7の起動が不要であり、マイコン起動用のタイマ回路を設ける必要がなく、コスト低減を図ることができる。
特に、隣接する監視IC41等同士が複数の信号線49a〜49eを介して互いに接続されている。各監視IC41等において、セル電圧検出回路Aは、当該単位セルC21等のセル電圧を複数の電圧レベル(4.0V、3.8V、3.6V、3.4V、3.2V)で検出する。また、最低セル電圧検出回路Dは、各セル電圧検出回路Aにより検出された当該ブロック電池CG1等における各単位セルC21等の各セル電圧及び隣接する他の監視IC42等から複数の信号線49a〜49eを介して入力される最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池CG1における最低セル電圧を複数の電圧レベルで検出すると共に、隣接する他の監視IC42等へ複数の信号線49a〜49eを介して当該ブロック電池CG1等における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する。また、判定回路Bは、セル電圧検出回路Aにより検出された当該単位セルC21等のセル電圧の電圧レベルが最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧の電圧レベルよりも高い場合に当該単位セルC21を放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルを放電させないとの判定結果を出力し、放電回路Cが判定回路Bによる判定結果に基づいて当該単位セルC21等を放電させる。
従って、ブロック電池CG1等を構成する各単位セルC21等は、当該ブロック電池CG1等内の他の単位セルC21等のセル電圧の電圧レベル又は信号線49a〜49eを介して入力された最低セル電圧信号によって示される他のブロック電池CG2等の最低セル電圧の電圧レベルよりも高い場合に放電が行われるので、当該ブロック電池CG1等を構成する複数の単位セルC21〜C2n間及び組電池3を構成する複数のブロック電池CG1〜CG8間において複数の電圧レベルでセル電圧の均等化を図ることにより充電状態のバラツキを確実に低減することができる。
また、セル電圧検出回路Aは、当該単位セルC21等のセル電圧を分圧する互いに分圧比の異なる複数の分圧回路を並列接続して構成される分圧回路部A1と、分圧回路部A1の各分圧回路から出力される各分圧を基準電圧Vrefとそれぞれ比較して比較結果を出力する複数の比較器としてのコンパレータCP1a〜CP1eからなる比較回路部A2とを備えている。よって、簡単な構成で当該単位セルC21等のセル電圧を複数の電圧レベルで確実に検出することができる。
また、各監視IC41等から最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧を、複数の信号線50a〜50eを介してマイコン7や上位ECU8へ出力するように構成されているので、マイコン7又は上位ECU8において複数のブロック電池CG1〜CG8における過放電や過充電の発生を確実に認識することができる。尚、信号線50aがオン(Hレベル)の場合、マイコン7等はブロック電池CG1等が過充電であると認識し、信号線50eがオフ(ローレベル)の場合、ブロック電池CG1等が過放電であると認識することができる。
さらに、マイコン7は、各監視IC41等の最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧に基づいて当該ブロック電池CG1等のSOC(State of Charge,電池残存容量)を算出する。具体的には、マイコン7において、CPUがROMからSOC算出プログラムを読み出し、複数の信号線50a〜50eを介して取得した最低セル電圧に単位セル数を乗じてブロック電池CG1の起電圧(下限値)を算出するステップと、実験等によって予め求められている起電圧とSOCとの関係(起電圧が何ボルトの時にSOCが何%になるかの関係)を表すテーブルや関数に基づいて起電圧に対応するSOCを算出するステップとを実行する。尚、マイコン7が、本発明の残存容量算出手段を構成するものである。
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。
例えば、上記実施形態では、セル電圧検出回路A、最低セル電圧検出回路D、信号線49における複数の電圧レベルを等間隔(0.2V間隔で5段階)に設定した例を示したが、複数の電圧レベルを、単位セルC21等の起電圧とSOCとの関係に基づいて設定してもよい。ここで、図6は、第1変形例を説明するための説明図であり、単位セルの起電圧とSOCとの関係を示すグラフである。すなわち、本変形例では、電圧レベルを、SOC100%に対応するV100、SOC80%に対応するV80、SOC60%に対応するV60、SOC40%に対応するV40、SOC20%に対応するV20の5段階に設定している。本変形例によれば、当該ブロック電池CG1を構成する複数の単位セルC21〜C2n間及び組電池3を構成する複数のブロック電池CG1〜CG8間において、SOC100%、80%、60%、40%にそれぞれ対応した複数の電圧レベルでセル電圧の均等化を図ることができる。また、本変形例において、マイコン7は、各監視IC41等の最低セル電圧検出回路Aにより検出された最低セル電圧に基づいて当該ブロック電池CG1等のSOCをより簡単に算出することができる。すなわち、電圧レベルが単位セルC21等の起電圧とSOCとの関係に基づいて設定されているので、最低セル電圧に単位セル数を乗じてブロック電池CG1の起電圧を算出し、実験等によって予め求められている起電圧とSOCとの関係を表す関数、テーブル等に基づいて簡単にSOCを算出することができる。
また、上記実施形態において、各監視IC41等において当該ブロック電池CG1等における最低セル電圧検出回路Dに加えて、最高セル電圧を検出するための最高セル電圧検出回路Eを設ける構成としてもよい。ここで、図7は、第2変形例における最高セル電圧検出回路Eの回路構成を示す回路図である。すなわち、本変形例では、各監視IC41等は、各セル電圧検出回路Aにより検出された当該ブロック電池CG1における各単位セルC21等の各セル電圧に基づいて当該ブロック電池CG1等における最高セル電圧を検出する最高セル電圧検出回路Eを備えている。
最高セル電圧検出回路Eは、複数のORゲート36a〜36eによって構成され、ORゲート36aの入力には、コンパレータCP1a〜CPnaの出力と上位とのインタフェースIF1aの入力側と下位とのインタフェースIF2aの入力側から入力される。ORゲート36a〜36eは、入力のうちの1つでもハイレベルがある場合は、ハイレベル信号を出力する。従って、例えば、ブロック電池CG1における最高セル電圧が3.9Vである場合、ORゲート36aの出力のみがローレベルとなり、ORゲート36b〜36eの出力がハイレベルとなる。
そして、マイコン7は、各監視IC7の最低セル電圧検出回路Dにより検出された最低セル電圧及び最高セル電圧検出回路Eにより検出された最高セル電圧に基づいて当該ブロック電池CG1のSOCの範囲(最小値と最大値)を確実に算出することができる。
また、上記実施形態では、各単位セルC21等のセル電圧の電圧レベルが最低セル電圧の電圧レベルよりも高い場合は常に単位セルC21の放電が許可される構成であったが、セル電圧が所定の電圧レベル以下の場合は、最低セル電圧よりも高い場合であっても、放電回路Cによる当該単位セルC21等の放電を禁止するように構成してもよい。すなわち、組電池3を構成する二次電池の種類や特性、用途によっては、セル電圧が所定以下になったとき、セル電圧の均等化よりも組電池3全体で必要な電圧を維持することを優先すべきで、例えば、ハイブリッド自動車のエンジン始動最低容量を残すような場合があるからである。
ここで、図8は、放電禁止回路Fを設けた第3変形例の監視IC41の回路構成を示す回路図である。図8に示すように、本変形例では、図5に示す上記実施形態の監視IC41の回路構成に対して放電禁止回路Fが追加されている。放電禁止回路Fは、当該ブロック電池CG1等におけるセル電圧が、予めスイッチによって設定された所定の電圧レベル以下の場合は放電回路Cによる当該単位セルC21等の放電を禁止する回路である。
以下、放電禁止回路Fの回路構成について説明する。放電禁止回路Fは、定電流回路I2に複数の分圧回路を並列接続してなり、各分圧回路の接地側にスイッチが設けられている。より具体的には、抵抗RS1とRS10とを直列接続した分圧回路は、抵抗RS1の一端が定電流回路I2に、抵抗RS1とRS10との接続点がANDゲート31e〜3neの入力側に、抵抗RS10の他端がスイッチSW1に、スイッチSW1の他端がGND(グランド)にそれぞれ接続されている。抵抗RS2とRS9とを直列接続した分圧回路は、抵抗RS2の一端が定電流回路I2に、抵抗RS2とRS9との接続点がANDゲート31d〜3ndの入力側に、抵抗RS9の他端がスイッチSW2に、スイッチSW2の他端がGNDにそれぞれ接続されている。抵抗RS3とRS8とを直列接続した分圧回路は、抵抗RS3の一端が定電流回路I2に、抵抗RS3とRS8との接続点がANDゲート31c〜3ncの入力側に、抵抗RS8の他端がスイッチSW3に、スイッチSW3の他端がGNDにそれぞれ接続されている。抵抗RS4とRS7とを直列接続した分圧回路は、抵抗RS4の一端が定電流回路I2に、抵抗RS4とRS7との接続点がANDゲート31b〜3nbの入力側に、抵抗RS7の他端がスイッチSW4に、スイッチSW4の他端がGNDにそれぞれ接続されている。抵抗RS5とRS6とを直列接続した分圧回路は、抵抗RS5の一端が定電流回路I2に、抵抗RS5とRS6との接続点がANDゲート31a〜3naの入力側に、抵抗RS6の他端がスイッチSW5に、スイッチSW5の他端がGNDにそれぞれ接続されている。
次に、放電禁止回路Fの作用について説明する。ここで、スイッチSW1〜SW3はオンに設定され、スイッチSW4、SW5はオフに設定されているものとする。このため、抵抗RS1、RS10の接続点からANDゲート31eへ、抵抗RS2、RS9の接続点からANDゲート31dへ、抵抗RS3、RS8の接続点からANDゲート31cへそれぞれLレベルの電位が入力され、抵抗RS4、RS7の接続点からANDゲート31bへ、抵抗RS5、RS6の接続点からANDゲート31aへそれぞれHレベルの電位が入力される。
従って、ANDゲート31aの出力は、上記実施形態と同様に、コンパレータCP1a及び出力線Oaからの入力によって決定され、ANDゲート31bの出力は、コンパレータCP1b及び出力線Obからの入力によって決定される。換言すれば、単位セルC21等のセル電圧が3.8V以上においては、セル電圧が最低セル電圧よりも高い場合、放電回路Cによる放電が許可される。一方、ローレベルの電位が入力されるANDゲート31c、31d、31eでは、出力が常にローレベルとなる。換言すれば、単位セルC21等のセル電圧が3.8V未満においては、セル電圧が最低セル電圧よりも高い場合であっても、放電回路Cによる放電が禁止される。これにより、スイッチによって予め設定された所定電圧以下ではセル電圧の均等化が行われないことになるが、組電池3全体として必要とされる電圧を維持することが可能となる。
次に、マイコン7においてブロック電池CG1等におけるセル電圧を検出するための具体的構成例である第4変形例について、図9を参照しつつ説明する。図9は、第4変形例を示す回路図であって、上位の監視ICとのインタフェースIF1aと、下位の監視ICとのインタフェースIF2aと、電池ECUマイコン7と、マイコン7と監視IC間インタフェースIF1aとのインタフェースM1とを示す回路図である。
上位の監視ICとのインタフェースIF1aと下位の監視ICとのインタフェースIF2aとは、監視IC41等の上位側と下位側とにそれぞれ設置されて二つ1組で機能するものである。すなわち、上位側監視ICの出力線Oa等における最低セル電圧信号が、下位とのインタフェースIF2aから信号線49を介して下位側監視ICの上位とのインタフェースIF1aへ伝達され、下位側監視ICの入力線Ia等へ伝達される。一方、下位側監視ICの出力線Oa等における最低セル電圧信号が、上位とのインタフェースIF1aから信号線49を介して上位側監視ICの下位とのインタフェースIF2aへ伝達され、上位側監視ICの入力線Ia等へ伝達される。以下、これらの回路構成について、図9を参照しつつ説明する。
下位とのインタフェースIF2aは、抵抗R20がPNP形トランジスタTR21のベースと抵抗R21とに接続されている。PNP形トランジスタTR21のコレクタは、抵抗R22と接続され、抵抗R22はNPN形トランジスタTR22のベースと抵抗R23とに接続され、抵抗R23は、接続点eに接続されている。NPN形トランジスタTR22のエミッタは、抵抗R23と抵抗R25とに接続され、NPN形トランジスタTR22のコレクタは、抵抗R24の一端とNOTゲート(NOT1)とに接続されている。抵抗R24の他端は、NPN形トランジスタTR23のコレクタに接続されており、NPN形トランジスタTR23のベースには、抵抗R25と抵抗R26とが接続されている。抵抗R26は、バッファゲートB1の出力端子に接続されている。NPN形トランジスタTR23のエミッタは、抵抗R27が接続され、上位とのインタフェースIF1aの抵抗R31に接続されている。なお、下位とのインタフェースIF2aと下位とのインタフェースIF3aとは、同一構成である。
上位とのインタフェースIF1aは、下位とのインタフェースIF2aの抵抗R21に接続されている抵抗R28が、NPN形トランジスタTR24のコレクタに接続され、NPN形トランジスタTR24のエミッタは、抵抗R29の一端に接続され、抵抗R29の他端はNPN形トランジスタTR24のベースと抵抗R30が接続されている。抵抗R30は、バッファゲートB2の出力端子に接続され、バッファゲートB2の入力端子は、下位とのインタフェースIF3aのNOTゲート(NOT3)の出力端子に接続されている。なお下位とのインタフェースIF2aと下位とのインタフェースIF3aとは、同一構成である。抵抗R29は、抵抗R32とNPN形トランジスタTR25のエミッタとに接続されている。抵抗R32は、NPN形トランジスタTR25のベースと抵抗R31とに接続されている。また、抵抗R31は、下位とのインタフェースIF2aの抵抗R27に接続されている。NPN形トランジスタTR25のコレクタはNOTゲート(NOT2)の入力端子と抵抗R33に接続され、NOTゲート(NOT2)の出力端子は、下位とのインタフェースIF3aのバッファゲートB3の入力端子に接続されている。抵抗R33は、接続点fに接続されている。
電池ECUマイコン7とのインタフェースM1には、下位とのインタフェースIF3aの出力側から抵抗R42とNPN形トランジスタTR29のベースに接続されている。NPN形トランジスタTR29のコレクタには、フォトカプラ100のダイオードの出力端子に接続され、フォトカプラ100のダイオードの入力端子には抵抗R43が接続され、抵抗R43は、組電池3のプラス端子へ接続されている。フォトカプラ100のトランジスタ側のエミッタには、抵抗R44とマイコンと接続され、抵抗R44は、GNDに接続されている。
上位とのインタフェースIF1aと下位とのインタフェースIF3aの動作を説明する。上位とのインタフェースIF1aの入力側の抵抗R31を経てNPN形トランジスタTR25のベースに電流が流れるとNOTゲート(NOT2)から監視IC内を経て下位とのインタフェースIF3aのバッファゲートB3、そしてNPN形トランジスタTR28から出力側の抵抗R41を経てマイコン7とのインタフェースM1へ出力される。下位とのインタフェースIF3aからの出力により、電池ECUマイコン7とのインタフェースM1のトランジスタTR29に電流が流れるとフォトカプラ100のダイオードに電流が流れる。するとフォトカプラ100の受光素子から電池ECUマイコン7へ出力される。電池ECUマイコン7は、どのラインがオンしているかに基づいて当該ブロック電池CG1等の最低セル電圧を認識することができ、これにより、組電池3の充電状態を認識することができる。
また、上記実施形態では、監視IC41、42・・・48間を接続する信号線49を5組の信号線49a〜49eによって構成したが、信号線49の数を増やしてもよい。信号線49の数を増加させることで、より細かく電圧レベルを伝達可能となり、各ブロック電池CG1等の充電状態をより高精度に監視することが可能となる。
本発明の実施形態における組電池の充電状態制御装置を示す全体構成図である。 各単位セルと監視IC、及び監視IC間の接続状態を示すブロック図である。 監視IC間の接続状態を示すブロック図である。 監視ICとマイコンとの接続状態を示すブロック図である。 監視ICを示す回路図である。 第1変形例における起電圧とSOCとの関係を示す図である。 第2変形例における最高セル電圧検出回路を示す回路図である。 放電禁止回路を備えた第3変形例の監視ICを示す回路図である。 第4変形例における監視ICの各インタフェースを示す図である。
符号の説明
1:組電池の充電状態制御装置
3:組電池
4、41〜48:監視IC
7:電池ECUマイコン
8:上位ECU
10:サーミスタ
49、49a〜49e:信号線
K:均等化回路
A:セル電圧検出回路
B:判定回路
C:放電回路
D:最低セル電圧検出回路
E:最高セル電圧検出回路
F:放電禁止回路
CG1〜CG8:ブロック電池
C21〜C2n:単位セル
CP1a〜CP1e、CP2a〜CP2e、CPna〜CPne:コンパレータ
IF1a〜IF1e:上位とのインタフェース
IF2a〜IF2e、IF3a〜IF3e:下位とのインタフェース
31a〜31e、32a〜32e、35a〜35e、371a〜371e、372a〜372e、37na〜37ne、3na〜3ne:ANDゲート
31f、32f、3nf、36a〜36e、371f、372f、37nf:ORゲート
R:放電抵抗
RS1〜RS10、R20〜R44:抵抗
TR1〜TR2、TRn、TR21〜TR29:トランジスタ
M1:マイコンとのI/F
NOT1〜NOT3:NOTゲート
B1、B2:バッファゲート
SW1〜SW5:放電用スイッチ

Claims (8)

  1. 二次電池からなる単位セルを直列に複数個接続してなるブロック電池を直列に複数個接続して構成される組電池の充電状態を制御する装置であって、前記各ブロック電池の充電状態を監視するために前記ブロック電池毎に監視回路が設けられた組電池の充電状態制御装置において、
    隣接する前記監視回路同士は、信号線を介して互いに接続され、
    前記各監視回路は、
    前記単位セル毎に設けられ且つ当該単位セルのセル電圧を検出するセル電圧検出回路と、
    前記各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧及び隣接する他の前記監視回路から前記信号線を介して入力される他のブロック電池の最低セル電圧を示す最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池における最低セル電圧を検出すると共に、隣接する他の前記監視回路へ前記信号線を介して当該ブロック電池における前記最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力する最低セル電圧検出回路と、
    前記単位セル毎に設けられ且つ前記セル電圧検出回路により検出された当該単位セルのセル電圧が前記最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧よりも高い場合に当該単位セルを放電させるとの判定結果を出力し、それ以外の場合に当該単位セルを放電させないとの判定結果を出力する判定回路と、
    前記単位セル毎に設けられ且つ前記判定回路による判定結果に基づいて当該単位セルを放電させる放電回路と
    を備えたことを特徴とする組電池の充電状態制御装置。
  2. 隣接する前記監視回路同士は、複数の信号線を介して互いに接続され、
    前記セル電圧検出回路は、当該単位セルのセル電圧を複数の電圧レベルで検出可能に構成され、
    前記最低セル電圧検出回路は、前記各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧及び隣接する他の前記監視回路から前記複数の信号線を介して入力される前記最低セル電圧信号に基づいて当該ブロック電池における最低セル電圧を前記複数の電圧レベルで検出すると共に、隣接する他の前記監視回路へ前記複数の信号線を介して当該ブロック電池における最低セル電圧を最低セル電圧信号として出力するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の組電池の充電状態制御装置。
  3. 前記セル電圧検出回路は、
    当該単位セルのセル電圧を分圧する互いに分圧比の異なる複数の分圧回路を並列接続して構成される分圧回路部と、
    前記分圧回路部の前記各分圧回路から出力される各分圧を基準電圧とそれぞれ比較して比較結果を出力する複数の比較器からなる比較回路部と
    を備えたことを特徴とする請求項2に記載の組電池の充電状態制御装置。
  4. 前記複数の電圧レベルは、前記単位セルの起電圧と電池残存容量との関係に基づいて設定されたことを特徴とする請求項2又は3に記載の組電池の充電状態制御装置。
  5. 前記各監視回路の前記最低セル電圧検出回路により検出された前記最低セル電圧に基づいて当該ブロック電池の電池残存容量を算出する残存容量算出手段
    をさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の組電池の充電状態制御装置。
  6. 前記各監視回路は、前記各セル電圧検出回路により検出された当該ブロック電池における各単位セルの各セル電圧に基づいて当該ブロック電池における最高セル電圧を検出する最高セル電圧検出回路と、
    前記各監視回路の前記最低セル電圧検出回路により検出された前記最低セル電圧及び前記最高セル電圧検出回路により検出された最高セル電圧に基づいて当該ブロック電池の電池残存容量の範囲を算出する残存容量算出手段
    をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の組電池の充電状態制御装置。
  7. 前記各監視回路は、当該ブロック電池におけるセル電圧が所定以下の場合は前記放電回路による当該単位セルの放電を禁止する放電禁止回路
    をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の組電池の充電状態制御装置。
  8. 前記各監視回路から前記最低セル電圧検出回路により検出された最低セル電圧を組電池制御用マイクロコンピュータ又は他の電子制御装置へ出力するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1つに記載の組電池の充電状態制御装置。
JP2008229381A 2008-09-08 2008-09-08 組電池の充電状態制御装置 Expired - Fee Related JP5024242B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008229381A JP5024242B2 (ja) 2008-09-08 2008-09-08 組電池の充電状態制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008229381A JP5024242B2 (ja) 2008-09-08 2008-09-08 組電池の充電状態制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010063334A true JP2010063334A (ja) 2010-03-18
JP5024242B2 JP5024242B2 (ja) 2012-09-12

Family

ID=42189516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008229381A Expired - Fee Related JP5024242B2 (ja) 2008-09-08 2008-09-08 組電池の充電状態制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5024242B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011205803A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Ihi Corp バッテリモジュール、及び、該バッテリモジュールを用いたモジュール電圧バランス方法
JP2013005480A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Denso Corp 組電池電圧制御システム
WO2013027311A1 (ja) * 2011-08-24 2013-02-28 パナソニック株式会社 電池ブロック、及び電源システム
CN103223873A (zh) * 2012-01-25 2013-07-31 株式会社日立超Lsi系统 充放电监视装置和电池组

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002325370A (ja) * 2001-04-25 2002-11-08 Denso Corp 充電状態制御方法及び装置
JP2003070179A (ja) * 2001-08-29 2003-03-07 Hitachi Ltd 蓄電装置及びその制御方法
JP2006121776A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Denso Corp 組電池のセル電圧均等化装置
JP2007166847A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Nissan Motor Co Ltd 組電池の容量調整装置
JP2009017657A (ja) * 2007-07-03 2009-01-22 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002325370A (ja) * 2001-04-25 2002-11-08 Denso Corp 充電状態制御方法及び装置
JP2003070179A (ja) * 2001-08-29 2003-03-07 Hitachi Ltd 蓄電装置及びその制御方法
JP2006121776A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Denso Corp 組電池のセル電圧均等化装置
JP2007166847A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Nissan Motor Co Ltd 組電池の容量調整装置
JP2009017657A (ja) * 2007-07-03 2009-01-22 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011205803A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Ihi Corp バッテリモジュール、及び、該バッテリモジュールを用いたモジュール電圧バランス方法
JP2013005480A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Denso Corp 組電池電圧制御システム
WO2013027311A1 (ja) * 2011-08-24 2013-02-28 パナソニック株式会社 電池ブロック、及び電源システム
CN103223873A (zh) * 2012-01-25 2013-07-31 株式会社日立超Lsi系统 充放电监视装置和电池组
DE102013001299A1 (de) 2012-01-25 2013-08-14 Hitachi Ulsi Systems Co., Ltd. Lade/Entlade-Überwachungsvorrichtung und Batteriepack

Also Published As

Publication number Publication date
JP5024242B2 (ja) 2012-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2848955B1 (en) Apparatus and method for diagnosing abnormality in a cell balancing circuit
JP4186916B2 (ja) 組電池管理装置
JP5389387B2 (ja) バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置
KR100908716B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법
JP4171742B2 (ja) バッテリパックの保護回路
JP4572850B2 (ja) 電源制御装置
US6624614B2 (en) Charge and discharge controller
TWI336549B (en) Battery monitoring circuit, gas gauge circuitry and battery cell voltage monitoring method
JP4447526B2 (ja) 組電池のための異常電圧検出装置
CN102472802A (zh) 充电状态检测电路、电池电源装置以及电池信息监视装置
WO2011074390A1 (ja) 電池モジュール制御システム及び電池モジュール制御方法
JP7371203B2 (ja) 充電可能電池異常検出装置および充電可能電池異常検出方法
JP2012016174A (ja) 車両用の電源装置
WO2008065910A1 (en) Accumulator failure detecting device, accumulator failure detecting method, accumulator failure detecting program, and computer-readable recording medium containing the accumulator failure detecting program
KR20080103397A (ko) 배터리 팩 및 배터리 보호 방법
JP5297729B2 (ja) 電圧検出装置
JP2008312391A (ja) 電池制御装置
JP5024242B2 (ja) 組電池の充電状態制御装置
CN102064570A (zh) 组电池和充电系统
KR20200044574A (ko) 배터리 관리 장치
JP4515339B2 (ja) 組電池のための異常電圧検出装置
US20110117396A1 (en) Battery Pack and Method of Preventing Cap Disassembly or Cell Replacement in the Battery Pack
CN103633682B (zh) 电池组及其控制方法
JP4196250B2 (ja) 組電池制御装置
JP2002084669A (ja) 組電池の状態監視装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101027

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120514

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120522

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120604

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5024242

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees