JP2012115101A - Cell balance controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池セルのセル電圧を均等化するセルバランス制御装置に関する。 The present invention relates to a cell balance control device that equalizes cell voltages of battery cells.
周知のように、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、動力源となるモータと、該モータに電力を供給する高電圧・大容量のバッテリが搭載されている。このバッテリは、リチウムイオン電池或いは水素ニッケル電池等からなる電池セルを直列に複数接続して構成されるものである。従来では、バッテリの性能を維持するために、各電池セルのセル電圧を監視して各セル電圧を均一化するセルバランス制御を行っている。 As is well known, vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with a motor as a power source and a high-voltage, large-capacity battery for supplying electric power to the motor. This battery is constituted by connecting a plurality of battery cells made of lithium ion batteries or hydrogen nickel batteries in series. Conventionally, in order to maintain the performance of the battery, cell balance control for monitoring the cell voltage of each battery cell and equalizing each cell voltage is performed.
下記特許文献1には、抵抗とスイッチング素子との直列回路をバイパス回路として各セルに並列接続しておき、最も低いセル電圧と他のセル電圧とを比較し、その電圧差が第1の所定値を越えたセルについてはスイッチング素子をオンにしてバイパス回路を導通させ(セルを放電させ)、上記の電圧差が第1の所定値より低い第2の所定値以下になった場合にスイッチング素子をオフにしてバイパス回路を遮断させることにより、各セル電圧の均一化を図る技術が開示されている。
In
下記特許文献2には、特許文献1と同じく各セルにバイパス回路を並列接続しておき、バッテリの状態(例えばセル電圧分布状況、バッテリの使用時間割合及び容量劣化係数)に応じて設定した容量調整能力向上要求度に基づいて所定容量調整電流値を変更し、その所定容量調整電流値に相当する放電電流がバイパス回路に流れるように、上記スイッチング素子のデューティ制御を行うことで、各セル電圧の均一化を図る技術が開示されている。
In
上記のように、従来では、セル電圧の電圧差、或いはセル電圧分布状況、バッテリの使用時間割合及び容量劣化係数などに基づいてセルバランス制御を行っていた。一方で、セルバランス制御を行うと、バイパス回路に放電電流が流れてバイパス抵抗が発熱するが、一般的に抵抗素子の規格保証電流値は温度上昇に伴って急激に低下するという特性を有しているため、あまりに温度が高くなり過ぎると、放電電流がバイパス抵抗の規格保証電流値を越えてしまい、バイパス抵抗の破壊を招く虞がある。 As described above, conventionally, the cell balance control is performed based on the voltage difference of the cell voltages or the cell voltage distribution state, the battery usage time ratio, the capacity deterioration coefficient, and the like. On the other hand, when cell balance control is performed, a discharge current flows through the bypass circuit and the bypass resistor generates heat. Generally, the standard guaranteed current value of the resistance element rapidly decreases as the temperature rises. Therefore, if the temperature becomes too high, the discharge current may exceed the standard guaranteed current value of the bypass resistor, which may cause destruction of the bypass resistor.
上記従来技術では、そのような温度上昇に伴うバイパス抵抗の規格保証電流値の低下を考慮してセルバランス制御を行っておらず、最悪の場合、バイパス抵抗の破壊を招き、適切なセルバランス制御を行うことができなくなる虞がある。 In the above prior art, cell balance control is not performed in consideration of a decrease in the standard guaranteed current value of the bypass resistor due to such a temperature rise. In the worst case, the bypass resistor is destroyed and appropriate cell balance control is performed. May not be able to be performed.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、温度上昇に起因するバイパス抵抗の破壊を防ぎ、以って適切なセルバランス制御を維持することが可能なセルバランス制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a cell balance control device capable of preventing destruction of a bypass resistor due to a temperature rise and thereby maintaining appropriate cell balance control. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明では、セルバランス制御装置に係る第1の解決手段として、バイパス抵抗とスイッチング素子との直列回路からなり、バッテリを構成する複数のセルの各々に並列接続されたバイパス回路と、前記複数のセルの各々のセル電圧を検出するセル電圧検出部と、前記バイパス回路が実装された基板の温度を検出する温度検出部と、を備えたセルバランス制御装置において、前記温度検出部から検出される値に基づいて、前記バイパス抵抗の許容電流値を決定する許容電流値決定部と、前記セル電圧検出部から得られる要放電セルの各セル電圧値に基づいて、各要放電セルの前記バイパス抵抗に流れる電流値を算出する各セル放電電流値算出部と、前記各要放電セルについて、前記各セル放電電流値と前記許容電流値とを比較し、前記各セル放電電流値が前記許容電流値を越える場合に、前記許容電流値以下となるよう前記要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solution means for a cell balance control device, a series circuit of a bypass resistor and a switching element is connected in parallel to each of a plurality of cells constituting a battery. A cell balance control device comprising: a bypass circuit; a cell voltage detector that detects a cell voltage of each of the plurality of cells; and a temperature detector that detects a temperature of a substrate on which the bypass circuit is mounted. Based on a value detected from the temperature detection unit, an allowable current value determination unit that determines an allowable current value of the bypass resistor, and based on each cell voltage value of the discharge required cells obtained from the cell voltage detection unit, Each cell discharge current value calculation unit for calculating a current value flowing in the bypass resistor of each discharge cell, and each cell discharge current value and the allowable power for each discharge cell. A control unit that performs duty control on a switching element of a bypass circuit connected to the discharge-required cell so as to be equal to or less than the allowable current value when each cell discharge current value exceeds the allowable current value. It is characterized by providing.
また、本発明では、セルバランス制御装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記許容電流値決定部は、予め設定された、前記基板温度と前記バイパス抵抗の許容電流値との対応関係を示すテーブルデータを用いて、現在の基板温度に対応する前記許容電流値を決定することを特徴とする。 According to the present invention, as the second solving means relating to the cell balance control device, in the first solving means, the allowable current value determining unit is configured to set the allowable current of the substrate temperature and the bypass resistance that are set in advance. The allowable current value corresponding to the current substrate temperature is determined using table data indicating a correspondence relationship with the value.
また、本発明では、セルバランス制御装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記各セル放電電流値算出部は、前記要放電セルのセル電圧値から前記バイパス抵抗の抵抗値を除算することで前記各セル放電電流値を算出することを特徴とする。 Further, in the present invention, as a third solving means relating to the cell balance control device, in each of the first and second solving means, each cell discharge current value calculating unit calculates the cell voltage value of the discharge required cell from the cell voltage value. The cell discharge current value is calculated by dividing the resistance value of the bypass resistor.
また、本発明では、セルバランス制御装置に係る第4の解決手段として、上記第2または第3の解決手段において、前記制御部は、前記各要放電セルについて前記各セル放電電流値と前記許容電流値とを比較して前記各セル放電電流値が前記許容電流値を越える場合、前記許容電流値を前記各セル放電電流値で除算することでデューティ比を算出し、該算出したデューティ比で前記要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御するデューティ制御部を備えることを特徴とする。 Further, in the present invention, as a fourth solving means related to the cell balance control device, in the second or third solving means, the control unit is configured to set the cell discharge current value and the permissible value for each discharge required cell. When each cell discharge current value exceeds the allowable current value by comparing with a current value, a duty ratio is calculated by dividing the allowable current value by each cell discharge current value, and the calculated duty ratio is A duty control unit that controls the duty of the switching element of the bypass circuit connected to the discharge required cell is provided.
また、本発明では、セルバランス制御装置に係る第5の解決手段として、上記第2〜第4のいずれか1つの解決手段において、前記制御部は、前記温度検出部から検出される値に基づいて、前記基板温度を最大許容温度まで上昇させるのに必要な放電所定電力値を算出する放電所定電力値算出部と、前記要放電セルのセル電圧値に基づいて、前記要放電セルに接続されたバイパス回路で消費される要放電セル放電電力値を算出する要放電セル放電電力値算出部と、をさらに備え、前記デューティ制御部は、前記要放電セルについて前記各セル放電電流値と前記許容電流値とを比較して前記各セル放電電流値が前記許容電流値以下の場合、前記放電所定電力値を前記要放電セル放電電力値で除算して得られるデューティ比で前記要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御することを特徴とする。 In the present invention, as a fifth solving means according to the cell balance control device, in any one of the second to fourth solving means, the control unit is based on a value detected from the temperature detecting unit. And a predetermined discharge power value calculation unit for calculating a predetermined discharge power value required to raise the substrate temperature to a maximum allowable temperature, and connected to the discharge required cell based on a cell voltage value of the discharge required cell. A required discharge cell discharge power value calculating unit for calculating a required discharge cell discharge power value consumed in the bypass circuit, and the duty control unit includes the cell discharge current value and the tolerance for the required discharge cell. When each cell discharge current value is equal to or less than the allowable current value by comparing with the current value, the discharge cell is contacted at a duty ratio obtained by dividing the discharge predetermined power value by the discharge cell discharge power value. The switching element of the bypass circuit that is characterized by duty control.
また、本発明では、セルバランス制御装置に係る第6の解決手段として、上記第1〜第5のいずれか1つの解決手段において、前記制御部は、前記セル電圧検出部から得られる前記複数のセルの各々のセル電圧値を上位制御装置へ送信し、前記上位制御装置から前記要放電セルの特定結果を受信することを特徴とする。 Further, in the present invention, as a sixth solving means related to the cell balance control device, in any one of the first to fifth solving means, the control unit includes the plurality of the plurality of the voltage obtained from the cell voltage detection unit. The cell voltage value of each cell is transmitted to a host control device, and the identification result of the discharge required cell is received from the host control device.
本発明によれば、セルバランス制御をしながら、要放電セルに接続されたバイパス回路に流れる放電電流を常にバイパス抵抗の規格保証電流値より低く抑えることができるため、温度上昇に起因するバイパス抵抗の破壊を防ぎ、以って適切なセルバランス制御を維持することが可能となる。 According to the present invention, since the discharge current flowing in the bypass circuit connected to the cells requiring discharge can always be kept lower than the standard guaranteed current value of the bypass resistance while performing the cell balance control, the bypass resistance caused by the temperature rise Therefore, it is possible to maintain proper cell balance control.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態におけるセルバランス制御装置1の構成概略図である。この図1に示すように、セルバランス制御装置1は、バッテリを構成する12個のセルC1〜C12のセル電圧を均一化するセルバランス制御を行うものであり、12個のバイパス回路B1〜B12と、12個のセル電圧検出回路D1〜D12(セル電圧検出部)と、温度センサTS(温度検出部)と、マイコンM(制御部)と、絶縁素子IRとを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cell
バイパス回路B1〜B12は、それぞれバイパス抵抗とトランジスタ等のスイッチング素子との直列回路からなり、セルC1〜C12のそれぞれに並列接続されている。なお、図1では、バイパス回路B1〜B12のそれぞれに内蔵されているバイパス抵抗の符号をR1〜R12とし、スイッチング素子の符号をT1〜T12としている。 The bypass circuits B1 to B12 are each composed of a series circuit of a bypass resistor and a switching element such as a transistor, and are connected in parallel to the cells C1 to C12. In FIG. 1, the signs of the bypass resistors built in the bypass circuits B1 to B12 are R1 to R12, and the signs of the switching elements are T1 to T12.
セル電圧検出回路D1〜D12は、セルC1〜C12のそれぞれに並列接続されており、それぞれ自身に接続されたセルの端子間電圧(セル電圧値)を検出し、その検出したセル電圧値をマイコンMに出力する。なお、これらセル電圧検出回路D1〜D12は、セルC1〜C12のそれぞれに並列接続されたコンデンサを内蔵している。つまり、各コンデンサの端子間電圧が、各セルC1〜C12のセル電圧値としてマイコンMに出力される。 The cell voltage detection circuits D1 to D12 are connected in parallel to each of the cells C1 to C12, detect the voltage (cell voltage value) between the terminals of the cells connected to the cells C1, and detect the detected cell voltage value by the microcomputer. Output to M. Note that these cell voltage detection circuits D1 to D12 contain capacitors connected in parallel to the cells C1 to C12. That is, the voltage between terminals of each capacitor is output to the microcomputer M as the cell voltage value of each of the cells C1 to C12.
温度センサTSは、バイパス回路B1〜B12、セル電圧検出回路D1〜D12、絶縁素子IR及びマイコンMと共に回路基板(図示省略)に実装されたサーミスタであり、当該回路基板の温度を検出し、その検出した値を示す信号をマイコンMに出力する。なお、この温度センサTSの回路基板上の実装位置に関して特に限定はないが、基板温度の上昇によって破壊が懸念されるバイパス抵抗の近傍に実装することが望ましい。 The temperature sensor TS is a thermistor mounted on a circuit board (not shown) together with the bypass circuits B1 to B12, the cell voltage detection circuits D1 to D12, the insulating element IR, and the microcomputer M, and detects the temperature of the circuit board. A signal indicating the detected value is output to the microcomputer M. The mounting position of the temperature sensor TS on the circuit board is not particularly limited, but it is desirable that the temperature sensor TS be mounted in the vicinity of a bypass resistor that is likely to be broken due to an increase in the substrate temperature.
マイコンMは、絶縁素子IRを介して上位制御装置であるバッテリECU(Electronic Control Unit)2と通信可能に接続されており、セル電圧検出回路D1〜D12から得られる各セルC1〜C12のセル電圧値をバッテリECU2へ送信する。バッテリECU2は、マイコンMから受信した各セルC1〜C12のセル電圧値に基づいて、各セルC1〜C12のセル電圧値の変化を監視しており、他のセルと比較してセル電圧値の高いセルを発見すると、そのセルを放電が必要なセル(要放電セル)として特定し、その特定結果をマイコンMに送信する。
The microcomputer M is communicably connected to a battery ECU (Electronic Control Unit) 2 that is a host controller via an insulating element IR, and the cell voltages of the cells C1 to C12 obtained from the cell voltage detection circuits D1 to D12. The value is transmitted to the
マイコンMは、バッテリECU2から要放電セルの特定結果を受信すると、温度センサTSから検出される値(基板温度)及びセル電圧検出回路D1〜D12から得られる要放電セルのセル電圧値に基づいて、要放電セルの放電時に、要放電セルに接続されたバイパス回路に流れる放電電流Icが現在の基板温度Taに対応するバイパス抵抗の規格保証電流値Imaxを下回るよう、要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する。具体的には、このマイコンMは、上記のデューティ制御を実現するための機能部として、許容電流値決定部Maと、各セル放電電流値算出部Mbと、デューティ制御部Mcとを備えている。
When the microcomputer M receives the specified result of the discharge required cell from the
許容電流値決定部Maは、温度センサTSによって検出された基板温度に基づいて、上記バイパス抵抗の許容電流値Ithを決定する。各セル放電電流値算出部Mbは、要放電セルの各セル電圧値に基づいて、各要放電セルのバイパス抵抗に流れる電流値Ifi(iは要放電セルの識別番号)を算出する。デューティ制御部Mcは、各要放電セルについて各セル放電電流値Ifiと許容電流値Ithとを比較し、各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ithを越える場合に、許容電流値Ith以下となるよう要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する。具体的には、デューティ制御部Mcは、各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ithを越える場合、許容電流値Ithを各セル放電電流値Ifiで除算することでデューティ比を算出し、該算出したデューティ比で要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する。 The allowable current value determination unit Ma determines the allowable current value Ith of the bypass resistor based on the substrate temperature detected by the temperature sensor TS. Each cell discharge current value calculation unit Mb calculates a current value Ifi (i is an identification number of the discharge cell required) flowing in the bypass resistance of each discharge cell based on each cell voltage value of the discharge required cell. The duty control unit Mc compares each cell discharge current value Ifi and the allowable current value Ith for each discharge required cell, and when each cell discharge current value Ifi exceeds the allowable current value Ith, the duty control unit Mc becomes equal to or less than the allowable current value Ith. Duty control is performed on the switching elements of the bypass circuit connected to the discharge cells. Specifically, when each cell discharge current value Ifi exceeds the allowable current value Ith, the duty control unit Mc calculates the duty ratio by dividing the allowable current value Ith by each cell discharge current value Ifi. The switching element of the bypass circuit connected to the discharge required cell is duty-controlled with the duty ratio.
さらに、このマイコンMは、放電所定電力値算出部Md及び要放電セル放電電力値算出部Meを備えている。放電所定電力値算出部Mdは、温度センサTSによって検出された基板温度Taに基づいて、基板温度Taを最大許容温度Tmaxまで上昇させるのに必要な放電所定電力値W1を算出する。要放電セル放電電力値算出部Meは、要放電セルのセル電圧値に基づいて、要放電セルに接続されたバイパス回路で消費される要放電セル放電電力値W2を算出する。 The microcomputer M further includes a predetermined discharge power value calculation unit Md and a discharge cell discharge power value calculation unit Me. Based on the substrate temperature Ta detected by the temperature sensor TS, the predetermined discharge power value calculation unit Md calculates a predetermined discharge power value W1 necessary for increasing the substrate temperature Ta to the maximum allowable temperature Tmax. The required discharge cell discharge power value calculation unit Me calculates the required discharge cell discharge power value W2 consumed by the bypass circuit connected to the required discharge cell based on the cell voltage value of the required discharge cell.
上記のデューティ制御部Mcは、要放電セルについて各セル放電電流値Ifiと許容電流値Ithとを比較して各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ith以下の場合、放電所定電力値W1を要放電セル放電電力値W2で除算して得られるデューティ比で要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する機能も有している。 The duty control unit Mc compares the cell discharge current value Ifi and the allowable current value Ith with respect to the discharge required cell, and if the cell discharge current value Ifi is less than or equal to the allowable current value Ith, the predetermined discharge power value W1 is required. It also has a function of duty-controlling the switching elements of the bypass circuit connected to the discharge cells with a duty ratio obtained by dividing by the discharge cell discharge power value W2.
次に、上記のように構成されたセルバランス制御装置1の動作について説明する。
図2は、マイコンMが実施するセルバランス制御の処理手順を表すフローチャートである。なお、マイコンMは、一定周期でセル電圧検出回路D1〜D12から得られる各セルC1〜C12のセル電圧値をバッテリECU2へ送信しており、バッテリECU2から要放電セルの特定結果を受信したタイミングで図2に示す処理を開始する。
Next, the operation of the cell
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of cell balance control performed by the microcomputer M. Note that the microcomputer M transmits the cell voltage values of the cells C1 to C12 obtained from the cell voltage detection circuits D1 to D12 to the
この図2に示すように、マイコンMは、バッテリECU2から要放電セルの特定結果を受信すると、温度センサTSから基板温度Taを取得する(ステップS1)。そして、マイコンMの放電所定電力値算出部Mdは、基板温度Ta(°C)、回路基板の最大許容温度Tmax(°C)及び回路基板の熱抵抗Rth(°C/W)からなる下記(1)式に基づいて放電所定電力値W1を算出する(ステップS2)。なお、下記(1)式において、最大許容温度Tmax及び熱抵抗Rthは、予めマイコンMに設定された固定値である。
W1=(Tmax−Ta)/Rth ・・・(1)
As shown in FIG. 2, when the microcomputer M receives the specified result of the discharge cells from the
W1 = (Tmax−Ta) / Rth (1)
続いて、マイコンMの要放電セル放電電力値算出部Meは、各セルC1〜C12のセル電圧値の内、バッテリECU2によって特定された要放電セルのセル電圧値を取得し(ステップS3)、各バイパス回路B1〜B12に設けられたバイパス抵抗R1〜R12の抵抗値r及び要放電セルのセル電圧値Vi(iは要放電セルの識別番号)からなる下記(2)式に基づいて要放電セル放電電力値W2を算出する(ステップS4)。
W2=Σ(Vi2/r) ・・・(2)
Subsequently, the required discharge cell discharge power value calculation unit Me of the microcomputer M acquires the cell voltage value of the required discharge cell specified by the
W2 = Σ (Vi 2 / r) (2)
例えば、上記ステップS4において、セルC1、C5、C10が要放電セルとして特定されていた場合、マイコンMの要放電セル放電電力値算出部Meは、要放電セルC1、C5、C10のセル電圧値V1、V5、V10を上記(2)式に代入し、(V12/r)+(V52/r)+(V102/r)を計算することで要放電セル放電電力値W2を算出する。 For example, when the cells C1, C5, and C10 are specified as the discharge cells in step S4, the discharge cell discharge power value calculation unit Me of the microcomputer M determines the cell voltage values of the discharge cells C1, C5, and C10. Substituting V1, V5, and V10 into the above equation (2), and calculating (V1 2 / r) + (V5 2 / r) + (V10 2 / r), the required discharge cell discharge power value W2 is calculated. .
上記ステップS2で得られた放電所定電力値W1は、基板温度Taを最大許容温度Tmaxまで上昇させるのに必要な電力値であり、また、上記ステップS4で得られた要放電セル放電電力値W2は、要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子を100%のデューティ比でデューティ制御した時(full-on時)にバイパス回路で消費される放電電力値の総計である。ここで、要放電セル放電電力値W2が放電所定電力値W1以下であれば、要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子を100%のデューティ比でデューティ制御しても、基板温度Taが最大許容温度Tmaxを越えることはない。 The predetermined discharge power value W1 obtained in step S2 is a power value necessary for raising the substrate temperature Ta to the maximum allowable temperature Tmax, and the discharge cell required discharge power value W2 obtained in step S4. These are the total discharge power values consumed in the bypass circuit when the switching elements of the bypass circuit connected to the cells requiring discharge are duty controlled with a duty ratio of 100% (full-on). Here, if the required discharge cell discharge power value W2 is equal to or less than the predetermined discharge power value W1, the substrate temperature Ta remains even if the switching element of the bypass circuit connected to the required discharge cell is duty controlled with a duty ratio of 100%. The maximum allowable temperature Tmax is not exceeded.
一方、要放電セル放電電力値W2が放電所定電力値W1を越えた場合、要放電セル放電電力値W2を放電所定電力値W1まで低下させれば、基板温度Taが最大許容温度Tmaxを越えることはない。言い換えれば、要放電セル放電電力値W2が放電所定電力値W1を越えた割合だけ、デューティ比を100%より低く設定して要放電セルの放電電流Icを下げれば、基板温度Taが最大許容温度Tmaxを越えることはなくなる。従って、基板温度Taが最大許容温度Tmaxを越えないようにセルバランス制御を行うために必要なデューティ比は、放電所定電力値W1と要放電セル放電電力値W2の比率(W1/W2)で表される。 On the other hand, if the required discharge cell discharge power value W2 exceeds the predetermined discharge power value W1, the substrate temperature Ta exceeds the maximum allowable temperature Tmax if the required discharge cell discharge power value W2 is reduced to the predetermined discharge power value W1. There is no. In other words, if the duty ratio is set lower than 100% and the discharge current Ic of the discharge cells is reduced by the rate at which the discharge cell discharge power value W2 exceeds the predetermined discharge power value W1, the substrate temperature Ta is set to the maximum allowable temperature. Tmax will not be exceeded. Therefore, the duty ratio necessary for performing the cell balance control so that the substrate temperature Ta does not exceed the maximum allowable temperature Tmax is expressed as a ratio (W1 / W2) between the predetermined discharge power value W1 and the required discharge cell discharge power value W2. Is done.
つまり、マイコンMのデューティ制御部Mcは、放電所定電力値W1及び要放電セル放電電力値W2からなる下記(3)式に基づいてデューティ比Dyを算出する(ステップS5)。なお、下記(3)式からわかるように、要放電セル放電電力値W2が放電所定電力値W1より小さい場合、デューティ比Dyは100%を越えるが、このような場合は常にデューティ比Dyを100%に設定すれば良い。
Dy=(W1/W2)×100 ・・・(3)
That is, the duty control unit Mc of the microcomputer M calculates the duty ratio Dy based on the following equation (3) composed of the predetermined discharge power value W1 and the required discharge cell discharge power value W2 (step S5). As can be seen from the following equation (3), when the required discharge cell discharge power value W2 is smaller than the predetermined discharge power value W1, the duty ratio Dy exceeds 100%. In such a case, the duty ratio Dy is always set to 100. % Can be set.
Dy = (W1 / W2) × 100 (3)
続いて、マイコンMの許容電流値決定部Maは、予め設定された、基板温度Taとバイパス抵抗の許容電流値Ithとの対応関係を示すテーブルデータを用いて、現在の基板温度Taに対応する許容電流値Ithを決定する(ステップS6)。図3に、予め設定されている基板温度Taとバイパス抵抗の許容電流値Ithとの対応関係を示す。 Subsequently, the allowable current value determination unit Ma of the microcomputer M corresponds to the current substrate temperature Ta by using table data indicating a correspondence relationship between the substrate temperature Ta and the allowable current value Ith of the bypass resistor, which is set in advance. An allowable current value Ith is determined (step S6). FIG. 3 shows a correspondence relationship between the preset substrate temperature Ta and the allowable current value Ith of the bypass resistor.
図3は、横軸を基板温度Ta、縦軸を放電電流IcとするTa−Ic特性図である。この図3において、符号L1は基板温度Taとバイパス抵抗の規格保証電流値Imaxとの対応関係を示す特性線である。符号L2は基板温度Taとバイパス抵抗の許容電流値Ithとの対応関係を示す特性線である。このように、一般的に抵抗素子の規格保証電流値Imaxは温度上昇に伴って急激に低下するという特性を有しており、許容電流値Ithは基板温度Taの全範囲において規格保証電流値Imaxを下回るように設定される。 FIG. 3 is a Ta-Ic characteristic diagram in which the horizontal axis represents the substrate temperature Ta and the vertical axis represents the discharge current Ic. In FIG. 3, symbol L1 is a characteristic line showing the correspondence between the substrate temperature Ta and the standard guaranteed current value Imax of the bypass resistor. Reference numeral L2 is a characteristic line showing a correspondence relationship between the substrate temperature Ta and the allowable current value Ith of the bypass resistor. As described above, the standard guaranteed current value Imax of the resistance element generally has a characteristic of rapidly decreasing as the temperature rises, and the allowable current value Ith is within the entire range of the substrate temperature Ta. Is set to be less than
続いて、マイコンMの各セル放電電流値算出部Mbは、各要放電セルのセル電圧値からバイパス抵抗の抵抗値rを除算することで各セル放電電流値Ifiを算出する(ステップS7)。例えば、セルC1、C5が要放電セルとして特定されていた場合、各セル放電電流値算出部Mbは、セルC1のセル電圧値V1からバイパス抵抗の抵抗値rを除算することで、セルC1に接続されたバイパス回路B1に流れる各セル放電電流値If1を算出すると共に、セルC5のセル電圧値V5からバイパス抵抗の抵抗値rを除算することで、セルC5に接続されたバイパス回路B5に流れる各セル放電電流値If5を算出する。 Subsequently, each cell discharge current value calculation unit Mb of the microcomputer M calculates each cell discharge current value Ifi by dividing the resistance value r of the bypass resistor from the cell voltage value of each discharge required cell (step S7). For example, when the cells C1 and C5 are identified as the cells requiring discharge, each cell discharge current value calculation unit Mb divides the resistance value r of the bypass resistor from the cell voltage value V1 of the cell C1 to the cell C1. Each cell discharge current value If1 flowing through the connected bypass circuit B1 is calculated, and the resistance value r of the bypass resistor is divided from the cell voltage value V5 of the cell C5, thereby flowing into the bypass circuit B5 connected to the cell C5. Each cell discharge current value If5 is calculated.
続いて、マイコンMのデューティ制御部Mcは、ステップS6で決定した現在の基板温度Taに対応する許容電流値Ithと、ステップS7で算出した各セル放電電流値Ifiとを比較し、各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ithを越えるか否かを判定する(ステップS8)。例えば、セルC1、C5が要放電セルとして特定されていた場合、デューティ制御部Mcは、セルC1に接続されたバイパス回路B1に流れる各セル放電電流値If1と許容電流値Ithを比較すると共に、セルC5に接続されたバイパス回路B5に流れる各セル放電電流値If5と許容電流値Ithを比較する。 Subsequently, the duty control unit Mc of the microcomputer M compares the allowable current value Ith corresponding to the current substrate temperature Ta determined in step S6 with each cell discharge current value Ifi calculated in step S7, and each cell discharge. It is determined whether or not the current value Ifi exceeds the allowable current value Ith (step S8). For example, when the cells C1 and C5 are specified as discharge required cells, the duty control unit Mc compares each cell discharge current value If1 flowing through the bypass circuit B1 connected to the cell C1 with the allowable current value Ith, Each cell discharge current value If5 flowing through the bypass circuit B5 connected to the cell C5 is compared with the allowable current value Ith.
そして、マイコンMのデューティ制御部Mcは、上記ステップS8において「Yes」の場合、つまり各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ithを越える場合、下記(4)式に表すように、許容電流値Ithを各セル放電電流値Ifiで除算することでデューティ比Dy’を算出し、該算出したデューティ比Dy’で要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する(ステップS9)。
Dy’=(Ith/Ifi)×100 ・・・(4)
Then, if “Yes” in step S8, that is, if each cell discharge current value Ifi exceeds the allowable current value Ith, the duty control unit Mc of the microcomputer M, as shown in the following equation (4), A duty ratio Dy ′ is calculated by dividing Ith by each cell discharge current value Ifi, and duty control is performed on the switching elements of the bypass circuit connected to the discharge cells with the calculated duty ratio Dy ′ (step S9).
Dy ′ = (Ith / Ifi) × 100 (4)
例えば、セルC1、C5が要放電セルとして特定されており、両方とも各セル放電電流値Ifi(If1、If5)が許容電流値Ithを越えると判定された場合、デューティ制御部Mcは、許容電流値Ithを各セル放電電流値If1で除算して得られるデューティ比Dy’で、セルC1に接続されたバイパス回路B1のスイッチング素子T1をデューティ制御すると共に、許容電流値Ithを各セル放電電流値If5で除算して得られるデューティ比Dy’で、セルC5に接続されたバイパス回路B5のスイッチング素子T5をデューティ制御する。 For example, if the cells C1 and C5 are identified as cells requiring discharge and both are determined that the respective cell discharge current values Ifi (If1 and If5) exceed the allowable current value Ith, the duty controller Mc The switching element T1 of the bypass circuit B1 connected to the cell C1 is duty-controlled by the duty ratio Dy ′ obtained by dividing the value Ith by each cell discharge current value If1, and the allowable current value Ith is set to each cell discharge current value. The duty of the switching element T5 of the bypass circuit B5 connected to the cell C5 is controlled by the duty ratio Dy ′ obtained by dividing by If5.
すなわち、各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ithを越えると判定された場合、つまり要放電セルに接続されたバイパス回路にバイパス抵抗の規格保証電流値Imaxに達する放電電流Icが流れる可能性がある場合(バイパス抵抗が破壊される可能性がある場合)には、上記ステップS9のデューティ制御によって、それら要放電セルに接続されたバイパス回路に、バイパス抵抗の規格保証電流値Imaxを常に下回る放電電流Ic(許容電流値Ithに相当する放電電流Ic)が流れることになる。 That is, when it is determined that each cell discharge current value Ifi exceeds the allowable current value Ith, that is, there is a possibility that the discharge current Ic reaching the standard guaranteed current value Imax of the bypass resistor flows in the bypass circuit connected to the discharge required cell. In some cases (when there is a possibility that the bypass resistor may be destroyed), the bypass circuit connected to these discharge cells is always discharged below the standard guaranteed current value Imax of the bypass resistor by the duty control in step S9. The current Ic (discharge current Ic corresponding to the allowable current value Ith) flows.
一方、マイコンMのデューティ制御部Mcは、上記ステップS8において「No」の場合、つまり各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ith以下の場合、上記ステップS5で算出したデューティ比Dyで全ての要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する(ステップS10)。 On the other hand, if “No” in step S8, that is, if each cell discharge current value Ifi is less than or equal to the allowable current value Ith, the duty control unit Mc of the microcomputer M performs all necessary operations with the duty ratio Dy calculated in step S5. The duty of the switching element of the bypass circuit connected to the discharge cell is controlled (step S10).
すなわち、各セル放電電流値Ifiが許容電流値Ithを越えないと判定された場合、つまり要放電セルに接続されたバイパス回路にバイパス抵抗の規格保証電流値Imaxに達する放電電流Icが流れる可能性がない場合(バイパス抵抗が破壊される可能性がない場合)には、上記ステップS10のデューティ制御によって、要放電セルに接続されたバイパス回路で消費される放電電力値の総計(要放電セル放電電力値W2)が常に放電所定電力値W1以下となる放電電流Icが各要放電セルのバイパス回路に流れることになる。この場合、基板温度Taが回路基板の最大許容温度Tmaxを越えることはない。 In other words, when it is determined that each cell discharge current value Ifi does not exceed the allowable current value Ith, that is, there is a possibility that the discharge current Ic reaching the standard guaranteed current value Imax of the bypass resistor flows in the bypass circuit connected to the discharge required cell. If there is no possibility (when there is no possibility that the bypass resistor is destroyed), the total discharge power value (discharge cell discharge required) consumed by the bypass circuit connected to the discharge required cell is controlled by the duty control in step S10. A discharge current Ic whose power value W2) is always equal to or lower than the predetermined discharge power value W1 flows to the bypass circuit of each discharge cell. In this case, the substrate temperature Ta does not exceed the maximum allowable temperature Tmax of the circuit board.
図3において、符号L3は要放電セル数6個、セル電圧値5Vの場合のTa−Ic特性線、符号L4は要放電セル数6個、セル電圧値3Vの場合のTa−Ic特性線、符号L5は要放電セル数6個、セル電圧値1.5Vの場合のTa−Ic特性線、符号L6は要放電セル数1個、セル電圧値5Vの場合のTa−Ic特性線、符号L7は要放電セル数1個、セル電圧値3Vの場合のTa−Ic特性線、また、符号L8は要放電セル数1個、セル電圧値1.5Vの場合のTa−Ic特性線である。この図3に示すように、要放電セル数及びセル電圧値の少なくとも1つのパラメータが大きい程、バイパス回路に流れる放電電流Icが大きくなるが、全温度範囲においてその放電電流Icが許容電流値Ithを越えることはなく、バイパス抵抗の破壊を招くことはない。 In FIG. 3, symbol L3 is a Ta-Ic characteristic line when the number of required discharge cells is 6 and the cell voltage value is 5V, and symbol L4 is a Ta-Ic characteristic line when the number of required discharge cells is 6 and the cell voltage value is 3V. Reference numeral L5 indicates a Ta-Ic characteristic line when the number of required discharge cells is six and the cell voltage value is 1.5V, and reference numeral L6 indicates a Ta-Ic characteristic line when the number of required discharge cells is one and the cell voltage value is 5V. Reference numeral L7 Is a Ta-Ic characteristic line when the number of required discharge cells is 1 and the cell voltage value is 3V, and symbol L8 is a Ta-Ic characteristic line when the number of required discharge cells is 1 and the cell voltage value is 1.5V. As shown in FIG. 3, the larger the at least one parameter of the number of discharge cells required and the cell voltage value, the larger the discharge current Ic flowing in the bypass circuit. The bypass resistance is not destroyed.
上記のようなマイコンMによるセルバランス制御によって、要放電セルが放電して各セルC1〜C12のセルバランス(セル電圧の均一性)が保持されると共に、要放電セルに接続されたバイパス回路に流れる放電電流Icは常にバイパス抵抗の規格保証電流値Imaxより低く抑えられ、さらに基板温度Taも常に回路基板の最大許容温度Tmax以下に抑制されることになる。なお、マイコンMは、上述したセルバランス制御中においても、一定周期でセル電圧検出回路D1〜D12から得られる各セルC1〜C12のセル電圧値をバッテリECU2へ送信しており、バッテリECU2から放電終了指令を受信したタイミング(セルバランスが整ったタイミング)でスイッチング素子のデューティ制御を終了する。
By the cell balance control by the microcomputer M as described above, the discharge required cells are discharged and the cell balance (cell voltage uniformity) of each of the cells C1 to C12 is maintained, and a bypass circuit connected to the discharge required cells is provided. The flowing discharge current Ic is always kept lower than the standard guaranteed current value Imax of the bypass resistor, and the substrate temperature Ta is always kept below the maximum allowable temperature Tmax of the circuit board. Even during the above-described cell balance control, the microcomputer M transmits the cell voltage values of the cells C1 to C12 obtained from the cell voltage detection circuits D1 to D12 to the
以上説明したように、本実施形態におけるセルバランス制御装置1によれば、セルバランス制御をしながら、要放電セルに接続されたバイパス回路に流れる放電電流Icを常にバイパス抵抗の規格保証電流値Imaxより低く抑えることができるため、温度上昇に起因するバイパス抵抗の破壊を防ぎ、以って適切なセルバランス制御を維持することが可能となる。また、本実施形態におけるセルバランス制御装置1によれば、基板温度Taを最大許容温度Tmax以下に抑制することができるため、基板温度Taの上昇に起因する回路素子の破壊や誤動作を防ぐこともできる。
As described above, according to the cell
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
(1)上記実施形態では、12個のセルC1〜C12についてセルバランス制御を行うセルバランス制御装置1を例示したが、制御対象のセル数は12個に限定されない。また、例えばバッテリが45個のセルの直列接続によって構成されている場合には、セルバランス制御装置1を4台使用することで、バッテリを構成する全てのセルについてセルバランス制御を行うことができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The following modifications are mentioned.
(1) In the said embodiment, although the cell
(2)上記実施形態では、温度センサTSによって検出された基板温度Taをそのまま許容電流値Ithの決定及び放電所定電力値W1の算出に使用したが、温度補正が必要な場合には補正後の基板温度Ta’を用いて許容電流値Ithの決定及び放電所定電力値W1を算出しても良い。また、上記実施形態では、上記(3)式によって得られたデューティ比Dyをそのまま使用して、スイッチング素子のデューティ制御を行ったが、放電所定電力値W1と要放電セル放電電力値W2との非線形性を補正するための補正係数をデューティ比Dyに乗算することが望ましい。 (2) In the above embodiment, the substrate temperature Ta detected by the temperature sensor TS is used as it is for the determination of the allowable current value Ith and the calculation of the discharge predetermined power value W1, but when temperature correction is necessary, The determination of the allowable current value Ith and the discharge predetermined power value W1 may be calculated using the substrate temperature Ta ′. In the above embodiment, the duty ratio Dy obtained by the above equation (3) is used as it is, and the duty control of the switching element is performed. However, the predetermined discharge power value W1 and the required discharge cell discharge power value W2 are It is desirable to multiply the duty ratio Dy by a correction coefficient for correcting non-linearity.
(3)上記実施形態では、セルバランス制御装置1がバッテリECU2から要放電セルの特定結果を得る場合を例示したが、セル電圧検出回路D1〜D12から得られる各セルC1〜C12のセル電圧値に基づいて要放電セルを特定する機能をマイコンMに設けても良い。
(3) In the above embodiment, the case where the cell
(4)上記実施形態では、上記(2)式を用いて、要放電セルに接続されたバイパス回路で消費される要放電セル放電電力値W2を算出する場合を例示したが、必ずしも100%のデューティ比を想定して要放電セル放電電力値W2を算出する必要はなく、90%或いは80%等のデューティ比でデューティ制御する時にバイパス回路で消費される放電電力値の総計を要放電セル放電電力値W2として求めても良い。 (4) In the above embodiment, the case where the required discharge cell discharge power value W2 consumed in the bypass circuit connected to the discharge cell is calculated using the above formula (2), but it is not necessarily 100%. It is not necessary to calculate the required discharge cell discharge power value W2 assuming a duty ratio, and the total discharge power value consumed by the bypass circuit when duty control is performed at a duty ratio of 90% or 80% is required. You may obtain | require as electric power value W2.
(5)上記実施形態では、各要放電セルのセル電圧値からバイパス抵抗の抵抗値rを除算することで各セル放電電流値Ifiを算出する、つまり100%のデューティ比でスイッチング素子をデューティ制御する時にバイパス抵抗に流れる各セル放電電流値Ifiを算出する場合を例示したが、必ずしも100%のデューティ比を想定して各セル放電電流値Ifiを算出する必要はなく、90%或いは80%等のデューティ比でデューティ制御する時にバイパス抵抗に流れる電流値を各セル放電電流値Ifiとして求めても良い。 (5) In the above embodiment, each cell discharge current value Ifi is calculated by dividing the resistance value r of the bypass resistor from the cell voltage value of each discharge cell, that is, the switching element is duty controlled with a duty ratio of 100%. However, it is not always necessary to calculate each cell discharge current value Ifi assuming a duty ratio of 100%, such as 90% or 80%. The current value flowing in the bypass resistor when the duty control is performed with the duty ratio of may be obtained as each cell discharge current value Ifi.
1…セルバランス制御装置、C1〜C12…セル、B1〜B12…バイパス回路、D1〜D12…セル電圧検出回路(セル電圧検出部)、TS…温度センサ(温度検出部)、M…マイコン(制御部)、Ma…許容電流値算出部、Mb…各セル放電電流値算出部、Mc…デューティ制御部、Md…放電所定電力値算出部、Me…要放電セル放電電力値算出部、IR…絶縁素子、2…バッテリECU(上位制御装置)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記温度検出部から検出される値に基づいて、前記バイパス抵抗の許容電流値を決定する許容電流値決定部と、
前記セル電圧検出部から得られる要放電セルの各セル電圧値に基づいて、各要放電セルの前記バイパス抵抗に流れる電流値を算出する各セル放電電流値算出部と、
前記各要放電セルについて、前記各セル放電電流値と前記許容電流値とを比較し、前記各セル放電電流値が前記許容電流値を越える場合に、前記許容電流値以下となるよう前記要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御する制御部と、
を備えることを特徴とするセルバランス制御装置。 A bypass circuit comprising a series circuit of a bypass resistor and a switching element, connected in parallel to each of a plurality of cells constituting the battery, a cell voltage detection unit for detecting a cell voltage of each of the plurality of cells, and the bypass In a cell balance control device comprising a temperature detection unit that detects the temperature of a substrate on which a circuit is mounted,
Based on a value detected from the temperature detection unit, an allowable current value determination unit that determines an allowable current value of the bypass resistor;
Each cell discharge current value calculation unit for calculating a current value flowing through the bypass resistor of each discharge cell based on each cell voltage value of the discharge cell obtained from the cell voltage detection unit;
For each of the required discharge cells, the cell discharge current value is compared with the allowable current value, and when the cell discharge current value exceeds the allowable current value, the required discharge current value is less than the allowable current value. A control unit for duty-controlling the switching element of the bypass circuit connected to the cell;
A cell balance control device comprising:
前記温度検出部から検出される値に基づいて、前記基板温度を最大許容温度まで上昇させるのに必要な放電所定電力値を算出する放電所定電力値算出部と、
前記要放電セルのセル電圧値に基づいて、前記要放電セルに接続されたバイパス回路で消費される要放電セル放電電力値を算出する要放電セル放電電力値算出部と、
をさらに備え、
前記デューティ制御部は、前記要放電セルについて前記各セル放電電流値と前記許容電流値とを比較して前記各セル放電電流値が前記許容電流値以下の場合、前記放電所定電力値を前記要放電セル放電電力値で除算して得られるデューティ比で前記要放電セルに接続されたバイパス回路のスイッチング素子をデューティ制御することを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のセルバランス制御装置。 The controller is
Based on a value detected from the temperature detection unit, a discharge predetermined power value calculation unit that calculates a discharge predetermined power value required to raise the substrate temperature to a maximum allowable temperature;
Based on the cell voltage value of the required discharge cell, a required discharge cell discharge power value calculation unit for calculating a required discharge cell discharge power value consumed by a bypass circuit connected to the required discharge cell;
Further comprising
The duty control unit compares the cell discharge current value with the allowable current value for the discharge required cell, and if the cell discharge current value is equal to or less than the allowable current value, the duty control unit calculates the predetermined discharge power value. 5. The cell according to claim 2, wherein duty control is performed on a switching element of a bypass circuit connected to the discharge required cell with a duty ratio obtained by dividing by a discharge cell discharge power value. 6. Balance control device.
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