JP2012186873A - 電池制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】種々の異なる仕様の組電池に対応した充放電制御や充放電制御プログラムの選択を自動的にかつ安全・安価に行う電池制御装置を提供する。
【解決手段】電池制御装置は、異なる仕様の電池モジュールの各々に1対1対応した複数のコネクタソケットと、電池モジュールを制御する制御部とを備え、この制御部は、コネクタプラグとコネクタソケットとの接続によって所定の電圧が入力される電圧入力部と、異なる仕様の電池モジュールを制御するための制御データを記憶したメモリ部とを備えている。電池制御装置は、電圧入力部で検出された所定の電圧に基づいて、電池モジュールの仕様を検出し、検出された電池モジュールの仕様に対応した制御データをメモリ部から読み出す。
【選択図】図5
【解決手段】電池制御装置は、異なる仕様の電池モジュールの各々に1対1対応した複数のコネクタソケットと、電池モジュールを制御する制御部とを備え、この制御部は、コネクタプラグとコネクタソケットとの接続によって所定の電圧が入力される電圧入力部と、異なる仕様の電池モジュールを制御するための制御データを記憶したメモリ部とを備えている。電池制御装置は、電圧入力部で検出された所定の電圧に基づいて、電池モジュールの仕様を検出し、検出された電池モジュールの仕様に対応した制御データをメモリ部から読み出す。
【選択図】図5
Description
本発明は、電池制御装置に関する。
種々のシステムや装置にROMを組み込み、このROMを交換することでこれらのシステムや装置に異なる動作を行わせることは一般的に行われている。
また、ROMに複数のプログラムを搭載しておき、このROMをCPUを備えた装置に組み込み、CPUによりROMのプログラムを切り替える(例えば特許文献1)ことや、ROMが搭載された回路に設けられたスイッチを切り替える(例えば特許文献2)ことによりROMのプログラムを切り替えることも行われている。
しかし、これらの従来のROMの切り替え方式を、例えばこのROMが搭載された装置に別の装置を接続した場合に、この別の装置に対応するようにROMまたはROMのプログラムを切り替えようとすると、ROMが搭載された装置側でのスイッチの切り替えを別の装置に合わせてユーザーが行うか、またはROMを搭載した装置とこれに接続する別の装置とが通信等を行って確認し、CPUがROMを切り替える必要がある。
スイッチをユーザーが切り替える場合は、誤設定の可能性があり、またROMを搭載した装置のCPUが別の装置と通信等を行って切り替える場合には、この別の装置と通信するための回路が必要となる。
スイッチをユーザーが切り替える場合は、誤設定の可能性があり、またROMを搭載した装置のCPUが別の装置と通信等を行って切り替える場合には、この別の装置と通信するための回路が必要となる。
ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)に用いられる、リチウム電池等の二次電池の単電池セルを複数接続した組電池を備えた蓄電装置においては、組電池の仕様が変更される場合や、異なる仕様の組電池に交換することがしばしば行われる。このような組電池の仕様変更や交換において、例えば出力電圧仕様の異なる二次電池の単電池セルからなる組電池と交換した場合、あるいは、単電池セルの出力仕様は同じでも組電池の出力仕様が異なる場合には、組電池の充放電制御をこれらの組電池の異なる仕様に合わせて変更する必要がある。特にリチウム電池等を用いた、HEVやEV用の組電池は出力電圧が大きいため、組電池の交換は安全に行われる必要があると同時に、この組電池の充放電制御の変更も、安全な方法で行われることが必要であり、またこれが安価に行われることが望ましい。
HEVやEVで用いられる組電池の仕様が変更される場合、または仕様の異なる組電池に交換する場合、従来方法では、充放電制御プログラムの変更を安全かつ容易に行うことができなかった。
(1)請求項1に記載の発明は、複数の電池セルを直列接続した複数個のセルグループを直列または直並列に接続した電池モジュールを制御する電池制御装置であって、この電池モジュールは、コネクタプラグを備え、電池制御装置は、異なる仕様の電池モジュールの各々に1対1対応した複数のコネクタソケットと、電池モジュールを制御する制御部とを備え、この制御部は、前記コネクタプラグとコネクタソケットとの接続によって所定の電圧が入力される電圧入力部と、異なる仕様の電池モジュールを制御するための制御データを記憶したメモリ部とを備え、電池制御装置は、電圧入力部で検出された所定の電圧に基づいて、電池モジュールの仕様を検出し、検出された前記電池モジュールの仕様に対応した制御データを前記メモリ部から読み出すことを特徴とする。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電池制御装置において、複数のコネクタソケットは、それぞれ異なる仕様の電池モジュールに1対1対応して異なる形状のコネクタソケットとなっており、コネクタプラグは、複数のコネクタソケットのいずれか1つのコネクタソケットにのみ接続される形状となっていることを特徴とする。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の電池制御装置において、この電池制御装置の電源電圧を分圧して、コネクタソケットの各々に異なる電圧を供給する分圧回路を更に備え、所定の電圧は、コネクタソケットに前記コネクタプラグが接続された時に前記電圧入力部に入力される、分圧回路から前記コネクタソケットに供給されている電圧であることを特徴とする。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の電池制御装置において、制御部は、電圧入力部を、複数の異なる形状のコネクタソケットに1対1対応して複数備え、コネクタプラグとコネクタソケットとの接続によって、接続されたコネクタソケットに対応した電圧入力部に所定の入力電圧が入力されることを特徴とする。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の電池制御装置において、制御部は、電圧入力部を複数備え、コネクタソケットにコネクタプラグが接続された時に、コネクタソケットに供給されている電圧が、複数の電圧入力部のいずれか1つに入力されることを特徴とする。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の電池制御装置において、複数の電池モジュールを備え、制御部は、複数の電圧入力部を備え、この複数の電圧入力部の各々に、複数の電池モジュールの各々のコネクタプラグが接続された時に、各々のコネクタプラグが接続されたコネクタソケットに供給されている電圧が、複数の電圧入力部のいずれか1つに入力されることを特徴とする。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の電池制御装置において、複数の電圧入力部の各々に接続される複数のコネクタソケットは、これらが接続された電圧入力部毎に、電池制御装置の離れた位置に設けられており、複数の電池モジュールの各々のコネクタプラグは、1つの電圧入力部に接続されている複数のコネクタソケットのいずれかにのみ接続可能なように設定された長さのワイヤによって、各々の電池モジュールに接続されていることを特徴とする。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電池制御装置と、この電池制御装置により制御される複数の電池モジュールから構成される組電池とを備える蓄電装置である。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の蓄電装置から供給されるDC電力を用いて電動車両を駆動する駆動部を制御し、またこの駆動部からのAC出力をDC電力に変換する駆動制御部を備えた電動車両である。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電池制御装置において、複数のコネクタソケットは、それぞれ異なる仕様の電池モジュールに1対1対応して異なる形状のコネクタソケットとなっており、コネクタプラグは、複数のコネクタソケットのいずれか1つのコネクタソケットにのみ接続される形状となっていることを特徴とする。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の電池制御装置において、この電池制御装置の電源電圧を分圧して、コネクタソケットの各々に異なる電圧を供給する分圧回路を更に備え、所定の電圧は、コネクタソケットに前記コネクタプラグが接続された時に前記電圧入力部に入力される、分圧回路から前記コネクタソケットに供給されている電圧であることを特徴とする。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の電池制御装置において、制御部は、電圧入力部を、複数の異なる形状のコネクタソケットに1対1対応して複数備え、コネクタプラグとコネクタソケットとの接続によって、接続されたコネクタソケットに対応した電圧入力部に所定の入力電圧が入力されることを特徴とする。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の電池制御装置において、制御部は、電圧入力部を複数備え、コネクタソケットにコネクタプラグが接続された時に、コネクタソケットに供給されている電圧が、複数の電圧入力部のいずれか1つに入力されることを特徴とする。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の電池制御装置において、複数の電池モジュールを備え、制御部は、複数の電圧入力部を備え、この複数の電圧入力部の各々に、複数の電池モジュールの各々のコネクタプラグが接続された時に、各々のコネクタプラグが接続されたコネクタソケットに供給されている電圧が、複数の電圧入力部のいずれか1つに入力されることを特徴とする。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の電池制御装置において、複数の電圧入力部の各々に接続される複数のコネクタソケットは、これらが接続された電圧入力部毎に、電池制御装置の離れた位置に設けられており、複数の電池モジュールの各々のコネクタプラグは、1つの電圧入力部に接続されている複数のコネクタソケットのいずれかにのみ接続可能なように設定された長さのワイヤによって、各々の電池モジュールに接続されていることを特徴とする。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電池制御装置と、この電池制御装置により制御される複数の電池モジュールから構成される組電池とを備える蓄電装置である。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の蓄電装置から供給されるDC電力を用いて電動車両を駆動する駆動部を制御し、またこの駆動部からのAC出力をDC電力に変換する駆動制御部を備えた電動車両である。
本発明による組電池と電池制御装置との接続方法により、異なる仕様の組電池に交換した場合に、組電池の仕様に合わせた充放電制御プログラムへの切り替えを安全かつ安価に行うことができる。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態では、本発明による電池制御装置および蓄電装置をハイブリッド自動車用駆動システムに適用した場合について説明する。なお、以下に説明する実施形態の構成は、ハイブリッド電車などの鉄道車両などにも適用できる。また本発明による電池制御装置および蓄電装置は電気自動車にも適用可能である。
<ハイブリッド自動車用駆動システムの概略構成>
まず、図1を用いて、ハイブリッド自動車用駆動システムについて説明する。図1に示すハイブリッド自動車1の駆動システムは、駆動輪2に機械的に接続された車軸3がデファレンシャルギア4と接続され、デファレンシャルギア4の入力軸が変速機5と接続されている。そして、駆動源として、内燃機関であるエンジン6と電動発電機7の駆動力を切替える駆動力切替装置8を介して変速機5の入力となっている。
まず、図1を用いて、ハイブリッド自動車用駆動システムについて説明する。図1に示すハイブリッド自動車1の駆動システムは、駆動輪2に機械的に接続された車軸3がデファレンシャルギア4と接続され、デファレンシャルギア4の入力軸が変速機5と接続されている。そして、駆動源として、内燃機関であるエンジン6と電動発電機7の駆動力を切替える駆動力切替装置8を介して変速機5の入力となっている。
図1では駆動輪2の駆動源として、エンジン6と電動発電機7とが並列に配置された、いわゆるパラレルハイブリッド方式である。また、ハイブリッド自動車用駆動システムには、駆動輪2の駆動源として電動発電機7のエネルギーを用い、エンジン6のエネルギーは電動発電機7の駆動源、すなわち蓄電器を充電するようにした、いわゆるシリアルハイブリッド方式があり、本発明はこれらの方式、又は組合せた方式共に採用することができる。
電動発電機7には電力変換装置9を介して、電源装置である蓄電装置11が電気的に接続されている。電力変換装置9は制御装置10によって制御される。
電動発電機7を電動機として作動させる時には、電力変換装置9は、蓄電装置11から出力された直流電力を三相交流電力に変換する直流−交流変換回路として機能する。また、回生制動の際に電動発電機7を発電機として作動させる時には、電力変換装置9は、電動発電機7から出力された三相交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換回路として機能する。電力変換装置9の直流側には、蓄電装置11のモジュール電池の正負極端子が電気的に接続される。電力変換装置9の交流側には2つのスイッチング半導体素子による3直列回路があり、直列回路の2つのスイッチング半導体素子の中間には、電動発電機4の電機子巻線の3つの相の巻線が電気的に接続されるようになっている。
電動発電機7は、駆動輪5を駆動するための原動機として機能し、電機子(固定子)と、電機子に対向配置され、回転可能に保持された界磁(回転子)とを備え、永久磁石の磁束を界磁に用いた永久磁石界磁式三相交流同期回転電機である。電動発電機7は、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、永久磁石の磁束との磁気的な作用に基づいて、駆動輪5の駆動に必要な回転動力を発生する
電動発電機7を電動機として駆動する時には、電機子は、電力変換装置9によって制御された三相交流電力の供給を受けて回転磁界を発生させる。一方、電動発電機9を発電機として駆動する時には、電機子は、磁束の鎖交により三相交流電力を発生させる部位となり、磁性体である電機子鉄心(固定子鉄心)と、電機子鉄心に装着された三相の電機子巻線(固定子巻線)とを備えている。界磁は、電動発電機7を電動機或いは発電機として駆動する時、界磁磁束を発生させる部位であり、磁性体である界磁鉄心(回転子鉄心)と、界磁鉄心に装着された永久磁石とを備えている。
電動発電機7としては、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、巻線の励磁による磁束との磁気的な作用に基づいて、回転動力を発生する巻線界磁式三相交流同期回転電機、或いは三相交流誘導回転電機などを採用してもよい。巻線界磁式三相交流同期回転電機の場合、電機子の構成は永久磁石界磁式三相交流同期回転電機と基本的に同じである。一方、界磁の構成は異なっており、磁性体である界磁鉄心に界磁巻線(回転子巻線)を巻く構成になっている。尚、巻線界磁式三相交流同期回転電機では、界磁巻線が巻かれた界磁鉄心に永久磁石を装着し、巻線による磁束の漏れを抑える場合もある。界磁巻線は外部電源から界磁電流の供給を受けて励磁されることにより磁束を発生する。
電動発電機7には駆動力切替装置8、変速機5、デファレンシャルギア4を介して駆動輪2の車軸3が機械的に接続されている。変速機5は、電動発電機7から出力された回転動力を変速してデファレンシャルギア4に伝達する。デファレンシャルギア4は、変速機5から出力された回転動力を左右の車軸3に伝達する。駆動力切替装置8は、エンジン制御や走行制御などの上位制御装置(不図示)によって切替えられ、エンジン制御での加速走行、アイドルストップからの電動発電機7によるエンジン始動、ブレーキ制御における回生ブレーキ協調などで切替えて電動機又は発電機として動作させる。
蓄電装置11は、電動発電機7が回生時に発生した電力を自身の駆動用電力として充電し、電動発電機7を発電機として駆動する際に、この駆動に必要な電力を放電する駆動用車載電源である。例えば、100V以上の定格電圧を有するように、数十本のリチウムイオン電池により構成されたバッテリシステムである。尚、蓄電装置11の詳細な構成については後述する。
蓄電装置11には、電動発電機7の他に、車載補機(たとえばパワーステアリング装置,エアーブレーキ)に動力を供給する電動アクチュエータ、蓄電装置11よりも定格電圧が低く、車内電装品(たとえばライト,オーディオ、車載電子制御装置)に駆動電力を供給する電装用電源である低圧バッテリなどがDC/DCコンバータを介して電気的に接続されている。DC/DCコンバータは、蓄電装置11の出力電圧を降圧して電動アクチュエータや低圧バッテリなどに供給したり、低圧バッテリの出力電圧を昇圧して蓄電装置11などに供給したりする昇降圧装置である。低圧バッテリには定格電圧12Vの鉛バッテリを用いている。低圧バッテリとしては、同じ定格電圧を有するリチウムイオンバッテリ或いはニッケル水素バッテリを用いてもよい。
ハイブリッド自動車1の力行時(発進、加速、通常走行など)、制御装置10に正のトルク指令が与えられて電力変換装置9の作動が制御されると、蓄電装置11に蓄電された直流電力は電力変換装置9により三相交流電力に変換されて電動発電機7に供給される。これにより、電動発電機7が駆動されて回転動力が発生する。発生した回転動力は、駆動力切替装置8、変速機5及びデファレンシャルギア4を介して車軸3に伝達され、駆動輪2を駆動する。
ハイブリッド自動車1の回生時(減速、制動など)、制御装置10に負のトルク指令が与えられて電力変換装置9の作動が制御されると、駆動輪2の回転動力により駆動される電動発電機7から発生した三相交流電力は直流電力に変換されて蓄電装置11に供給される。これにより、変換された直流電力は蓄電装置11に充電される。
制御装置10は、上位制御装置(不図示)から出力されたトルク指令値から電流指令値を演算すると共に、電流指令値と、電力変換装置9の間を流れる実電流との差分に基づいて電圧指令値を演算し、この演算された電圧指令値に基づいてPWM(パルス幅変調)信号を発生させ、そのPWM信号を電力変換装置9に出力する。
<蓄電装置11の全体構成>
次に図2を参照して、本発明による電池制御装置を含む蓄電装置11を備えた、電気自動車およびハイブリッド型自動車に適用可能な、モータの駆動装置について説明する。
図2は車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。図2に示す駆動システムは、電池モジュール20、電池モジュール20を監視する電池制御装置100、電池モジュール20からの直流電力を3相交流電力に変換するインバータ装置220、車両駆動用の電動発電機7を備えている。モータ230は、インバータ装置220からの3相交流電力により駆動される。インバータ装置220と電池制御装置100とはCAN通信で結ばれており、インバータ装置220は電池制御装置100に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置220は、さらに制御装置10(図1参照)からの指令情報に基づいて動作する。
次に図2を参照して、本発明による電池制御装置を含む蓄電装置11を備えた、電気自動車およびハイブリッド型自動車に適用可能な、モータの駆動装置について説明する。
図2は車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。図2に示す駆動システムは、電池モジュール20、電池モジュール20を監視する電池制御装置100、電池モジュール20からの直流電力を3相交流電力に変換するインバータ装置220、車両駆動用の電動発電機7を備えている。モータ230は、インバータ装置220からの3相交流電力により駆動される。インバータ装置220と電池制御装置100とはCAN通信で結ばれており、インバータ装置220は電池制御装置100に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置220は、さらに制御装置10(図1参照)からの指令情報に基づいて動作する。
インバータ装置220は、パワーモジュール226と、インバータ装置を制御するMCU222と、パワーモジュール226を駆動するためのドライバ回路224とを有している。パワーモジュール226は、電池モジュール20から供給される直流電力を、電動発電機7をモータとして駆動するための3相交流電力に変換する。なお、図示していないが、パワーモジュール226に接続される強電ラインHV+、HV−間には、約700μF〜約2000μF程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。この平滑キャパシタは、電池制御装置100に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズを低減する働きをする。
インバータ装置220の動作開始状態では平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーRLを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタへ流れ込む。そして、この大電流のためにリレーRLが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するために、MCU222は、さらに制御装置10からの命令に従い、電動発電機7の駆動開始時に、プリチャージリレーRLPを開状態から閉状態にして平滑キャパシタを充電し、その後にリレーRLを開状態から閉状態として、電池モジュール20からインバータ装置220への電力の供給を開始する。平滑キャパシタを充電する際には、抵抗RPを介して最大電流を制限しながら充電を行う。このような動作を行うことで、リレー回路を保護すると共に、電池セルやインバータ装置220を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。
なお、インバータ装置220は、電動発電機7の回転子に対するパワーモジュール226により発生する交流電力の位相を制御して、車両制動時には電動発電機7を発電機として動作させる。すなわち回生制動制御を行い、発電機運転により発電された電力を電池モジュール20に回生して電池モジュール20を充電する。電池モジュール20の充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置220は電動発電機7を発電機として運転する。電動発電機7で発電された3相交流電力は、パワーモジュール226により直流電力に変換されて電池モジュール20に供給される。その結果、電池モジュール部20は充電される。
一方、電動発電機7をモータとして力行運転する場合、MCU222は制御装置10の命令に従い、電動発電機7の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路224を制御し、パワーモジュール226のスイッチング動作を制御する。この場合は、電池モジュール20から直流電力がパワーモジュール226に供給される。また、回生制動制御により電池モジュール20を充電する場合には、MCU222は、電動発電機7の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路224を制御し、パワーモジュール226のスイッチング動作を制御する。この場合は電動発電機7から電力がパワーモジュール226に供給され、パワーモジュール226の直流電力が電池モジュール20へ供給される。結果的に電動発電機7は発電機として作用することとなる。
インバータ装置220のパワーモジュール226は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、上述した大容量の平滑キャパシタが設けられている。
電池モジュール20は、例えばここでは直列接続された2つの電池モジュールブロック20A、20Bで構成されている。各電池モジュールブロック20A、20Bは、各々複数の電池セルを直列接続したセルグループを複数直列に接続されたものを備えている。電池モジュールブロック20Aと電池モジュールブロック20Bとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトSD−SWを介して直列接続される。このサービスディスコネクトSD−SWが開くことで電気回路の直接回路が遮断され、仮に電池モジュールブロック20A、20Bのどこかで車両との間に1箇所接続回路ができたとしても電流が流れることはない。このような構成により高い安全性を維持できる。又、点検時に作業者がHV+とHV−の間を触っても、高電圧は人体に印加されないので安全である。
電池モジュール20とインバータ装置220との間の強電ラインHV+には、リレーRL,抵抗RPおよびプリチャージリレーRLPを備えた電池ディスコネクトユニットBDUが設けられている。抵抗RPとプリチャージリレーRLPとの直列回路は、リレーRLと並列に接続されている。
電池制御装置100は、主に各セル電圧の測定、総電圧の測定、電流の測定、セル温度およびセルの容量調整等を行う。そのために、セルコントローラとして、複数の電池制御用IC(集積回路)が設けられている。各電池モジュールブロック20A、20B内に設けられた複数の電池セルは、複数のセルグループ(組電池)に分けられ、各セルグループ毎に、各セルグループに含まれる電池セルを制御するセルコントローラが1つずつ設けられている。
簡単のため、以下の説明では各セルグループは4個の電池セルで構成されているとする。また各電池モジュールブロック20A、20B、は各々2つのセルグループ(20A1、20A2と20B1、20B2)で構成されるとする。しかしながら、各セルグループに含まれる電池セルは4個に限定するものでなく、5個あるいはこれ以上であってよく、また例えば4個のセルグループと6個のセルグループが組み合わされていてもよい。各セルグループに対応して設けられるセルコントローラICは、これらのセルグループに含まれる電池セルの数が4個であっても、また5個以上であっても使用できるように設計したものを使用することができる。
また電気自動車やハイブリッド自動車で必要とされる電圧および電流を得るために、上記のように各電池モジュールブロックはセルグループを複数個直列または直並列に接続してもよく、更に複数の電池モジュールブロックを直列または直並列に接続してよい。
簡単のため、以下の説明では各セルグループは4個の電池セルで構成されているとする。また各電池モジュールブロック20A、20B、は各々2つのセルグループ(20A1、20A2と20B1、20B2)で構成されるとする。しかしながら、各セルグループに含まれる電池セルは4個に限定するものでなく、5個あるいはこれ以上であってよく、また例えば4個のセルグループと6個のセルグループが組み合わされていてもよい。各セルグループに対応して設けられるセルコントローラICは、これらのセルグループに含まれる電池セルの数が4個であっても、また5個以上であっても使用できるように設計したものを使用することができる。
また電気自動車やハイブリッド自動車で必要とされる電圧および電流を得るために、上記のように各電池モジュールブロックはセルグループを複数個直列または直並列に接続してもよく、更に複数の電池モジュールブロックを直列または直並列に接続してよい。
各セルグループを制御するセルコントローラIC1〜IC4は、各々通信系602と1ビット通信系604とを備えている。セル電圧値読み取りや各種コマンド送信のための通信系602においては、絶縁素子(例えば、フォトカプラ)PHを介してデイジーチェーン方式で電池モジュール20を制御するマイコン30とシリアル通信を行う。1ビット通信系604は、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する。図1に示す例では、通信系602は、電池モジュールブロック20AのセルコントローラIC1、IC2に対する上位の通信経路と、電池モジュールブロック20BのセルコントローラIC3、IC4に対する下位の通信経路とに分けられている。
各セルコントローラICは異常診断を行い、自分自身が異常と判断した場合、あるいは上位のセルコントローラICから異常信号を受信端子FFIで受信した場合に、送信端子FFOから異常信号を送信する。一方、既に受信端子FFIで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断となったりした場合には、送信端子FFOから伝送される異常信号は消える。この異常信号は本実施形態では1ビット信号である。
マイコン30は異常信号をセルコントローラICに送信しないが、異常信号の伝送路である1ビット通信系604が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号を1ビット通信系604に送出する。このテスト信号を受信したセルコントローラIC1は異常信号を通信系604へ送出し、その異常信号がセルコントローラIC2によって受信される。異常信号はセルコントローラIC2からセルコントローラIC3、IC4の順に送信され、最終的にはセルコントローラIC4からマイコン30へと返信される。通信系604が正常に動作していれば、マイコン30から送信された擬似異常信号は通信系604を介してマイコン30に戻ってくる。このように擬似異常信号をマイコン30が送受することで通信系604の診断ができ、システムの信頼性が向上する。
電池ディスコネクトユニットBDU内にはホール素子等の電流センサSiが設置されており、電流センサSiの出力はマイコン30に入力される。電池モジュール20の総電圧および温度に関する信号もマイコン30に入力され、それぞれマイコン30のAD変換器(ADC)によって測定される。温度センサは電池モジュールブロック20A、20B内の複数箇所に設けられている。
<セルコントローラICの構成>
次に図3および図2を参照して、本発明による電池制御装置と蓄電装置に用いられるセルコントローラICの回路の概略について説明する。
次に図3および図2を参照して、本発明による電池制御装置と蓄電装置に用いられるセルコントローラICの回路の概略について説明する。
図3は電池制御用ICである、セルコントローラICの内部ブロックの概略を示す図であり、セルグループ20A1の4つの電池セルBC1〜BC4が接続されるセルコントローラIC1を例に示した。なお、説明は省略するが、他のICに関しても同様の構成となっている。また上述したように、各セルグループに含まれる電池セルは4個に限定されず、6個あるいはこれ以上であってもよい。セルコントローラICはセルグループに含まれる電池セルの個数に対応できるように設計されている。例えばバランシング用スイッチは6個の電池セルに対応できるように既に6個のバランシングスイッチを備えているが、セルグループに含まれる電池セルの個数が4個の場合は、6個のバランシングスイッチの内4個のみ使用する。
セルコントローラIC1には、電池状態検出回路としてのマルチプレクサ120やアナログデジタル変換器122A、IC制御回路123、診断回路130、伝送入力回路138、142、伝送出力回路140、143、起動回路254、タイマ回路150、制御信号検出回路160、差動増幅器262およびOR回路288が設けられている。
電池セルBC1〜BC4の端子電圧は、電圧検出線SL1〜SL5、電圧入力端子CV1〜CV4およびGND端子を介してマルチプレクサ120に入力される。マルチプレクサ120は電圧入力端子CV1〜CV4およびGND端子のいずれかを選択して、端子間電圧を差動増幅器262に入力する。差動増幅器262の出力は、アナログデジタル変換器122Aによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はIC制御回路123に送られ、内部のデータ保持回路125に保持される。電圧入力端子CV1〜CV4、GND端子に入力される各電池セルBC1〜BC4の端子電圧は、セルコントローラIC1のGND電位に対して直列接続された電池セルの端子電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器262により上記バイアス電位の影響が除去され、各電池セルBC1〜BC4の端子電圧に基づくアナログ値がアナログデジタル変換器122Aに入力される。
IC制御回路123は、演算機能を有すると共に、データ保持回路125と、電圧測定や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路126と、診断回路130からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路128とを有している。IC制御回路123は、伝送入力回路138から入力された通信コマンドの内容を解読し、その内容に応じた処理を行う。コマンドとしては、例えば、各電池セルの端子間電圧の計測値を要求するコマンド、各電池セルの充電状態を調整するための放電動作を要求するコマンド、当該セルコンロトーラICの動作を開始するコマンド(Wake UP)、動作を停止するコマンド(スリープ)、アドレス設定を要求するコマンド、等を含んでいる。
診断回路130は、IC制御回路123からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路125は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルBC1〜BC4の各端子間電圧を各電池セルBC1〜BC4に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。
IC1の内部回路には、少なくとも2種類の電源電圧VCC,VDDが使用される。図3に示す例では、電圧VCCは直列接続された電池セルBC1〜BC4で構成される電池セルグループの総電圧であり、電圧VDDは定電圧電源134によって生成される。マルチプレクサ120および信号伝送のための伝送入力回路138、142は高電圧VCCで動作する。また、アナログデジタル変換器122A、IC制御回路123、診断回路130、信号伝送のための伝送出力回路140、143は低電圧VDDで動作する。
セルコントローラIC1の受信端子LIN1で受信した信号は伝送入力回路138に入力され、受信端子FFIで受信した信号は伝送入力回路142に入力される。伝送入力回路142は、伝送入力回路138と同様の回路構成となっている。伝送入力回路138は、隣接する他のセルコントローラICからの信号を受信する回路231とフォトカプラPHからの信号を受信する回路234とを備えている。
図3に示すように、セルコントローラIC1の場合には、フォトカプラPHからの信号が受信端子LIN1に入力され、セルコントローラIC2の場合には、隣接するIC1からの信号が受信端子LIN1に入力される。そのため、回路231および234のどちらを使用するかは、図3の制御端子CTに印加される制御信号に基づき、切換器233により選択される。制御端子CTに印加された制御信号は、制御信号検出回路160に入力され、切換器233は制御信号検出回路160からの指令により切り替え動作を行う。
すなわち、セルコントローラICの中の伝送方向最上位のセルコントローラIC、すなわち、セルコントローラIC1の受信端子LIN1に上位コントローラ(マイコン30)からの信号が入力される場合には、切換器233は下側接点が閉じ、回路234の出力信号が伝送入力回路138から出力される。一方、伝送方向最上位ではない、下位のセルコントローラICの受信端子LIN1に隣接セルコントローラICからの信号が入力される場合には、切換器233は上側接点が閉じ、回路232の出力信号が伝送入力回路138から出力される。図3に示すIC2の場合、伝送入力回路138には隣接IC1からの信号が入力されるので、切換器233は上側接点が閉じる。上位コントローラ(マイコン30)からの出力と隣接セルコントローラICの送信端子LIN2からの出力とでは出力波形の波高値が異なるため、判定する閾値が異なる。そのため、制御端子TCの制御信号に基づいて、回路138の切換器233を切り換えるようにしている。なお、通信系604についても同様の構成となっている。
受信端子LIN1で受信された通信コマンドは、伝送入力回路138を通ってIC制御回路123に入力される。IC制御回路123は、受信した通信コマンドに応じたデータやコマンドを伝送出力回路140へ出力する。それらのデータやコマンドは、伝送出力回路140を介して送信端子LIN2から送信される。なお、伝送出力回路143も、伝送出力回路140と同様の構成である。
端子FFIから受信した信号は、異常状態(過充電信号)を伝送するために使用される。端子FFIから異常を表す信号を受信すると、その信号は伝送入力回路142およびOR回路288を介して伝送出力回路143に入力され、伝送出力回路143から端子FFOを介して出力される。また診断回路130で異常を検知すると、端子FFIの受信内容に関係なく、診断フラグ保持回路128からOR回路288を介して伝送出力回路143に異常を表す信号が入力され、伝送出力回路143から端子FFOを介して出力される。
隣接セルコントローラICまたはフォトカプラPHから伝送されてきた信号を起動回路147により受信すると、タイマ回路150が動作し、定電圧電源134に電圧VCCを供給する。この動作により定電圧電源134は動作状態となり、定電圧VDDを出力する。定電圧電源134から定電圧VDDが出力されるとセルコントローラIC2はスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。
セルコントローラIC1の電圧入力端子CV1〜CV4は電池セルのセル電圧を計測するための端子である。電圧入力端子CV1〜CV4には、それぞれ電圧検出線SL1〜SL4が接続されており、各々の電圧検出線には端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗RCVがそれぞれ設けられている。各電圧検出線SL1〜SL4は電圧入力端子CV1〜CV4と各電池セルBCの正極または負極を接続している。なお、電圧検出線SL5は電池セルBC4の負極からGND端子に接続されている。例えば、電池セルBC1のセル電圧を計測する場合には、電圧入力端子CV1−CV2間の電圧を計測する。また、電池セルBC4のセル電圧を計測する場合には、電圧入力端子CV4−GND端子間の電圧を計測する。電圧検出線間には、コンデンサCv、Cinが、ノイズ対策として設けられている。また後述するように、これらの電圧検出線の電池セル側の部分とセルコントローラIC側の部分は、電池モジュールと電池制御装置を接続するコネクタで接続されている。
図2の電池モジュール20の性能を最大限に活用するためには、全部で16個の電池セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高い電池セルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他の電池セルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各セルコントローラICは、マイコン30からのコマンドで電池セルの容量調整のための放電を行う。
図3に示すように、各セルコントローラICは、CV1−BR1、BR2−CV3、CV3−BR3およびBR4−GNDの各端子間にセル容量調整用のバランシングスイッチBS1〜BS4を備えている。例えば、電池セルBC1の放電を行う場合には、バランシングスイッチBS1をオンする。そうすると、電池セルCV1の正極→抵抗RCV→CV1端子→バランシングスイッチBS1→BR1端子→抵抗RB→電池セルCV1の負極の経路でバランシング電流が流れる。なお、RBまたはRBBはこのバランシング用の抵抗であり、BR1〜BR4はこのバランシングを行うための端子である。
このように、セルコントローラIC内には、電池セルBC1〜BC4の充電量を調整するためのバランシングスイッチBS1〜BS4が設けられている。実際のセルコントローラICでは、バランシングスイッチBS1,BS3にはPMOSスイッチが用いられ、バランシングスイッチBS2,BS4にはNMOSスイッチが用いられている。
これらのバランシングスイッチBS1〜BS4の開閉は、放電制御回路132によって制御される。マイコン30からの指令に基づいて、放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチを導通させるための指令信号が、IC制御回路123から放電制御回路132に送られる。IC制御回路123は、マイコン30から各電池セルBC1〜BC4に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。
セルコントローラIC1とセルコントローラIC2の間には、上述したように通信系602,604が設けられている。マイコン30からの通信コマンドは、フォトカプラPHを介して通信系602に入力され、通信系602を介してセルコントローラIC1の受信端子LIN1で受信される。セルコントローラIC1の送信端子LIN2からは、通信コマンドに応じたデータやコマンドが送信される。このようにセルコントローラIC間で順に受信および送信を行い、伝送信号は、セルコントローラIC2の送信端子LIN2から送信され、フォトカプラPHを介してマイコン30の受信端子で受信される。セルコントローラIC1とIC2は、受信した通信コマンドに応じて、セル電圧等の測定データのマイコン30への送信や、バランシング動作を行う。さらに、各セルコントローラIC1とIC2は、測定したセル電圧に基づいてセル過充電を検知する。その検知結果(異常信号)は、信号系604を介してマイコン30へ送信される。
<第1の実施形態>
次に図4、図5を参照して、本発明による電池制御装置の構成と動作について説明する。
次に図4、図5を参照して、本発明による電池制御装置の構成と動作について説明する。
図4は、本発明による電池制御装置の第1の実施形態を示す概略図である。図2で説明したように、電池制御には他に種々の回路が組み込まれているが、図4には以下の説明で不要な部分は省いてある。
電池モジュールブロック20Aは複数のセルグループから構成される。図4の例では、4個の単電池セルからなるセルグループを3つ(20A1〜A3)備えた電池モジュールブロックの例を示す。
電池モジュールブロック20Aは複数のセルグループから構成される。図4の例では、4個の単電池セルからなるセルグループを3つ(20A1〜A3)備えた電池モジュールブロックの例を示す。
HEVやEVで用いられる組電池を電池制御装置に接続する場合には、図4に示すように、電池モジュールブロック単位で行われる。図4では電池モジュールブロック20Aが、接続コネクタCNAを介して電池制御装置100に接続されている。
この電池モジュールブロックの入出力電圧(充放電電圧)および入出力電流(充放電電流)の仕様は、これを構成するリチウム二次電池等の仕様や、セルグループの構成および数によって異なり、更にセルグループの接続構成によって異なっている。電池モジュールブロックでのセルグループの接続形態には、例えば、セルグループを直列に接続したもの、並列に接続したもの、さらに直並列に接続したもの等様々であり、それぞれ入出力電圧や入出力電流の仕様が異なる。
蓄電システム11(図1参照)の製造工程においては、電池制御装置100に接続される電池モジュールブロックの仕様に対応して、この電池モジュールブロックの充放電を制御するための制御データが電池制御装置100にCAN経由でロードされ、EEPROM102に記憶される。HEVやEVの起動の際に、電池モジュールの制御プログラムを含むマイコン動作プログラムとこの制御データがEEPROM102から読み出されてマイコン30にロードされ、図1〜図3を用いて説明したように、電池モジュールブロックあるいは組電池の充放電制御が行われる。
従来は、この電池モジュールの仕様が異なる場合、毎回対応する制御データを電池制御装置にロードする必要があり工数の増加の原因となっていた。また更に、電池モジュールブロックの仕様が多少変更されても、電池モジュールブロックと電池制御装置の接続コネクタは変更されないため、電池モジュールの仕様に合わない制御データが誤ってロードされる可能性があった。
本発明による電池制御装置では、このような誤った制御データのロードも防ぐことができる。また、最初に説明した特許文献1や特許文献2に記載されているような、複数種類のプログラムや制御データを(複数の)ROMに書き込んでおき、これをユーザーあるいは外部からの制御により切り替えることで発生する誤設定も除外することができる。
本発明による電池制御装置では、このような誤った制御データのロードも防ぐことができる。また、最初に説明した特許文献1や特許文献2に記載されているような、複数種類のプログラムや制御データを(複数の)ROMに書き込んでおき、これをユーザーあるいは外部からの制御により切り替えることで発生する誤設定も除外することができる。
図4に示すように、電池モジュール20Aには、この電池モジュール20Aの仕様毎に異なる形状を持つコネクタプラグ105aが、絶縁体のワイヤー106によって電池モジュール20Aの筐体に取り付けられている。例えば、このコネクタプラグ105aは、電池制御装置側に設けられた複数のコネクタソケット104a〜104xの内、このコネクタプラグ形状に合うコネクタソケット104aにのみ接続可能である。このコネクタプラグ105aは、接続された際に、コネクタソケット104a側のピンを短絡できるように、コネクタプラグ側の短絡ピンが組み込まれている、いわゆるショートコネクタである。
なお、電池モジュール20Aの筐体が高電位とならないようにされていれば、ワイヤ106には導電性のワイヤも使用可能であるが、安全性を考慮して絶縁性のワイヤを使用することが望ましい。
なお、電池モジュール20Aの筐体が高電位とならないようにされていれば、ワイヤ106には導電性のワイヤも使用可能であるが、安全性を考慮して絶縁性のワイヤを使用することが望ましい。
コネクタソケット104a〜104xそれぞれの短絡ピン片側には、電源103から供給される電圧を抵抗Ra〜Rxで分割した電圧が印加されており、また短絡ピンのもう一方側はマイコン30に設けられた電圧入力ポート101に接続されている。コネクタソケット104a〜104xのいずれかに、その形状にあったコネクタプラグが接続されると、コネクタソケット毎に異なった電圧が、電圧入力ポート101に入力電圧Vinとして入力される。なお、図4の例で、コネクタソケット104a〜104xのそれぞれの短絡ピンの片側に印加される分割電圧をVa〜Vxとすると、Va〜Vxはそれぞれ互いに異なる電圧値であり、Va>・・・>Vxである。抵抗Rpdは、コネクタプラグが1つも接続されていない状態、すなわち電圧入力Vinが無い場合に、入力電位をGNDとするためのプルダウン抵抗である。
なお、ここでは電池モジュールに異なる仕様a〜xがあり、これに対応して異なる形状のコネクタプラグ105a〜105xおよびコネクタソケット104a〜104xが用いられるとする。更にこれらのコネクタが接続された時に、電圧入力ポート101に入力される電圧をVa〜Vxとしている。図4の例では、電源103の電圧をVとすると、Va=V*(Ra+・・・+Rx)/(Ra+・・・+Rx)=V、Vx=V*Rx/(Ra+・・・+Rx)となる。
なお、上記のような分割抵抗を電源103の内部に備え、電源103から各コネクタプラグが異なる電圧を供給される形態も可能である。
なお、上記のような分割抵抗を電源103の内部に備え、電源103から各コネクタプラグが異なる電圧を供給される形態も可能である。
電圧入力ポート101は、電圧コンパレータ機能を備えており、入力された電圧Vinの値から、どのコネクタが接続されたかを判定する。すなわち、どのコネクタソケットにコネクタプラグが接続されたかによって、電池制御装置100に接続された、あるいは接続される電池モジュールの仕様が判定することが可能となる。
なお、2つ以上のコネクタプラグが接続されないように、1つのコネクタプラグが接続されると、他のコネクタソケットにはコネクタプラグが接続されないような機械的な構造を設けることが可能であるが、説明は省略する。またコネクタプラグが1つ接続されると、2つめ以降のコネクタプラグが接続されても、最初に接続されたコネクタプラグによる接続のみ有効とするような回路を設けることも可能であるが、説明は省略する。ただし、安全性の面からの、このような2つ以上のコネクタプラグの接続の禁止は、接続されていないコネクタソケットに例えば粘着テープ等で蓋をすることによって容易かつ安価に行うことができる。
なお、2つ以上のコネクタプラグが接続されないように、1つのコネクタプラグが接続されると、他のコネクタソケットにはコネクタプラグが接続されないような機械的な構造を設けることが可能であるが、説明は省略する。またコネクタプラグが1つ接続されると、2つめ以降のコネクタプラグが接続されても、最初に接続されたコネクタプラグによる接続のみ有効とするような回路を設けることも可能であるが、説明は省略する。ただし、安全性の面からの、このような2つ以上のコネクタプラグの接続の禁止は、接続されていないコネクタソケットに例えば粘着テープ等で蓋をすることによって容易かつ安価に行うことができる。
図5には、マイコン30に設けられたEEPROM102に記憶されたデータの例を示す。
このEEPROM102には、電池モジュールの制御プログラムを含むマイコンの動作プログラムと、電池モジュール毎に異なる制御パラメータであるデータa〜xが記憶されている。電池モジュール制御プログラムは電池モジュールに共通な制御プログラムである。データa〜xには電池モジュールの異なる仕様に対応した制御パラメータ(例えば最大充電電圧、最少放電電圧、満充電容量等)が記憶されている。
このEEPROM102には、電池モジュールの制御プログラムを含むマイコンの動作プログラムと、電池モジュール毎に異なる制御パラメータであるデータa〜xが記憶されている。電池モジュール制御プログラムは電池モジュールに共通な制御プログラムである。データa〜xには電池モジュールの異なる仕様に対応した制御パラメータ(例えば最大充電電圧、最少放電電圧、満充電容量等)が記憶されている。
電池制御装置100を搭載したHEVやEVが起動されると、マイコン30はマイコン動作プログラムをEEPROMから読出し、動作状態となる。図4で説明したように、電圧入力ポート101に接続されているコネクタが認識され、このコネクタに対応する電池モジュールの制御データがEEPROM102から読み出される。
図4の例では電池モジュール20Aは、仕様aであり、これに対応したコネクタプラグ105aがコネクタソケット104aに接続され、電圧入力ポートに電圧VaがVinとして入力される。電圧入力ポートはコンパレータ機能を備えているので、電圧Vinとして入力された電圧Vaを検出して、仕様aの電池モジュール20Aが接続されていることを検出する。マイコン30は、仕様aに対応した制御データaをEEPROMから読出して、電池モジュール20Aの制御を行う。
図4の例では電池モジュール20Aは、仕様aであり、これに対応したコネクタプラグ105aがコネクタソケット104aに接続され、電圧入力ポートに電圧VaがVinとして入力される。電圧入力ポートはコンパレータ機能を備えているので、電圧Vinとして入力された電圧Vaを検出して、仕様aの電池モジュール20Aが接続されていることを検出する。マイコン30は、仕様aに対応した制御データaをEEPROMから読出して、電池モジュール20Aの制御を行う。
なお、上記の実施形態では、電池モジュールに、この電池モジュールの仕様毎に異なる形状のコネクタプラグを備え、電池制御装置側に複数の異なる形状のコネクタソケットを備えて、このコネクタソケットの内1つが、電池モジュールのコネクタプラグと接続可能となるようにするとしたが、全て同じ形状のコネクタプラグとコネクタソケットを用いることも可能である。この場合、上記で説明したようにコネクタプラグのコネクタソケットへの誤挿入を避けるために、例えばコネクタプラグあるいはコネクタが電池モジュールに接続されているワイヤに電池モジュールの仕様に対応した認識用のマーキングやタグを付け、電池制御装置側にも電池モジュールの仕様に対応したマーキングをコネクタソケットの周囲に施すことで、コネクタプラグの誤挿入を避けることができる。
また、上記の実施形態では、コネクタプラグ側に短絡ピンが組み込まれ、このコネクタプラグが電池制御装置側のコネクタソケットに接続されたときに、コネクタプラグ側の短絡ピンがコネクタソケット側の短絡ピンを短絡すると説明した。しかしながら、コネクタプラグ側に短絡ピンが組み込まれていない構成も可能であり、この場合はコネクタソケット側に、例えば押圧によりオンとなるスイッチを設け、コネクタプラグがコネクタソケットに挿入された嵌合された時にコネクタソケット側のスイッチがオンとなるような構成にすればよい。
<第2の実施形態>
図6は、図4に比べ、電圧入力ポートを電池モジュールの仕様の種類a〜xに対応する数だけ設けたものである。
第1の実施形態と同様に、電池モジュールの仕様毎に異なるコネクタプラグとコネクタソケットが準備されており、例えば図6に示すように、仕様aの電池モジュール20Aにはコネクタプラグ105aが設けられており、このコネクタプラグはコネクタソケット104aとのみ接続されるような形状となっている。
図6は、図4に比べ、電圧入力ポートを電池モジュールの仕様の種類a〜xに対応する数だけ設けたものである。
第1の実施形態と同様に、電池モジュールの仕様毎に異なるコネクタプラグとコネクタソケットが準備されており、例えば図6に示すように、仕様aの電池モジュール20Aにはコネクタプラグ105aが設けられており、このコネクタプラグはコネクタソケット104aとのみ接続されるような形状となっている。
コネクタプラグ105aがコネクタソケット104aにセット接続されると、電圧入力ポート101aに電源103からの電圧が電圧入力ポートに入力され、仕様aの電池モジュール20Aが接続されていることが認識される。この後、上記の実施形態と同様に、電池モジュールの仕様に対応したデータaがEEPROM102から読み出され、電池モジュール20Aの制御が行われる。
なお、図6の例では、電圧入力ポートに入力される電圧は1種類のみであるので、電圧コンパレータ機能は必要でない。またこの電圧は電源103の電圧そのままでも、この電圧を分割抵抗等によって分圧したものでもよい。
更に、電源とプルダウン抵抗Rpdは通常マイコン内部に設けられるので、図6の各コネクタソケットからこれに接続される電圧入力ポートへの配線を単に2本の接続線とする形態も図6の構成と等価である。
なお、図6の例では、電圧入力ポートに入力される電圧は1種類のみであるので、電圧コンパレータ機能は必要でない。またこの電圧は電源103の電圧そのままでも、この電圧を分割抵抗等によって分圧したものでもよい。
更に、電源とプルダウン抵抗Rpdは通常マイコン内部に設けられるので、図6の各コネクタソケットからこれに接続される電圧入力ポートへの配線を単に2本の接続線とする形態も図6の構成と等価である。
<第3の実施形態>
第1の実施形態の特徴と第2の実施形態の特徴を併せ持つ第3の実施形態も可能である。すなわち、マイコン30は、図6に示すように電圧入力ポートを複数備え、各々の電圧入力ポートには図5に示すようにそれぞれ複数のコネクタソケットのいずれかにコネクタプラグを接続した場合の電圧が入力される。
このような構成により、電圧入力ポートの数をN、コネクタソケットの数をMとすると、N×M種類の異なる仕様の電池モジュールブロックを判別することが可能となる。コネクタの価格は高価なことが多く、またコネクタが多くなるとスペースの問題も発生するので、この第3の実施形態によりコネクタの数を減らすことで、本発明による電池制御装置を安価かつ小型とすることができる。
第1の実施形態の特徴と第2の実施形態の特徴を併せ持つ第3の実施形態も可能である。すなわち、マイコン30は、図6に示すように電圧入力ポートを複数備え、各々の電圧入力ポートには図5に示すようにそれぞれ複数のコネクタソケットのいずれかにコネクタプラグを接続した場合の電圧が入力される。
このような構成により、電圧入力ポートの数をN、コネクタソケットの数をMとすると、N×M種類の異なる仕様の電池モジュールブロックを判別することが可能となる。コネクタの価格は高価なことが多く、またコネクタが多くなるとスペースの問題も発生するので、この第3の実施形態によりコネクタの数を減らすことで、本発明による電池制御装置を安価かつ小型とすることができる。
この際、各コネクタソケットに供給される電圧は、図4に示すような、1つの直列に接続された複数の抵抗によって分割された電圧であってよく、またこの様な直列の分割抵抗を2つ以上設けてもよい。この場合必要なことは、1つの電圧入力ポートに接続されているコネクタソケットには、全て異なる電圧が供給されていることである。接続される電圧入力ポートが異なっていれば、異なるコネクタソケットに同じ電圧が供給されていても、コネクタプラグが接続された時にどのコネクタソケットが接続されたか判別できるので問題は生じない。
<第3の実施形態の変形実施例>
この第3の実施形態を利用して、図2に示す2つの電池モジュールブロック20Aと20Bの仕様がそれぞれ異なる組電池20を制御可能な電池制御装置とすることができる。
例えば、マイコン30に2つの電圧入力ポートを設けて、それぞれに電池モジュール20Aと20Bに割り当て、それぞれの電圧入力ポートには図6のように、2つのグループのコネクタソケットからの電圧が入力される。異なる仕様の電池モジュールブロック20Aと20Bに対応した、データセットがそれぞれEEPROM102から読み出されて、電池モジュール毎に異なる制御を行うことが可能となる。
この第3の実施形態を利用して、図2に示す2つの電池モジュールブロック20Aと20Bの仕様がそれぞれ異なる組電池20を制御可能な電池制御装置とすることができる。
例えば、マイコン30に2つの電圧入力ポートを設けて、それぞれに電池モジュール20Aと20Bに割り当て、それぞれの電圧入力ポートには図6のように、2つのグループのコネクタソケットからの電圧が入力される。異なる仕様の電池モジュールブロック20Aと20Bに対応した、データセットがそれぞれEEPROM102から読み出されて、電池モジュール毎に異なる制御を行うことが可能となる。
上記で説明したような、電池モジュール毎に異なる制御データを用いて電池モジュールを制御する場合は、各々の電池モジュールブロックに接続されている短絡用コネクタプラグ105aが、もう1つの電池モジュール用のコネクタソケットに誤挿入されないようにすることが望ましい。このためには、全てのコネクタプラグおよびこれに嵌合するコネクタソケットの形状を異なるものとすることによって可能となる。
あるいは、異なる形状のコネクタプラグおよびこれに嵌合するコネクタソケットをセットとして、同じセットを異なる電池モジュールに対して用いるが、コネクタプラグのワイヤの長さと、電池制御装置でのコネクタソケットの位置を調整して、別の電池モジュール用のコネクタプラグとコネクタソケットが接続されないようにすることも可能である。後者の方式では、コネクタの種類を減らすことが可能となる。
あるいは、異なる形状のコネクタプラグおよびこれに嵌合するコネクタソケットをセットとして、同じセットを異なる電池モジュールに対して用いるが、コネクタプラグのワイヤの長さと、電池制御装置でのコネクタソケットの位置を調整して、別の電池モジュール用のコネクタプラグとコネクタソケットが接続されないようにすることも可能である。後者の方式では、コネクタの種類を減らすことが可能となる。
なお、このような複数の電池モジュールを備えた蓄電システムの制御は、上記のようにマイコン30を1個使用して実施することが可能であり、またマイコン30を2個設けて、それぞれが電池モジュール20Aと20Bの制御を行うようにすることも可能である。また同様に、1個のマイコン30で3個以上の電池モジュールを制御する構成も可能である。
また、上記の説明では、マイコン動作プログラムは、仕様の異なる電池モジュールで共通であると説明した。しかし、このマイコン動作プログラムの一部が、仕様の異なる電池モジュール毎に僅かに異なる場合も考えられる。このような場合は、異なる部分のプログラムも、検出された電池モジュールの仕様に対応して、EEPROMから読み出すようにすることで、電池モジュールの仕様に対応した、きめ細かい制御が可能となる。
また、上記の説明では、マイコンの動作プログラムはEEPROM102から読み込まれるとしたが、このプログラムは例えばFPGAとして提供することも可能である。共通部分のプログラムをFPGAで供給し、電池モジュールの仕様が異なる毎に変更される部分のプログラムをEEPROMから読み出すようにしてもよい。FPGAとしてプログラムを供給することで、立ち上がり動作時間を短縮することができる。
なお、上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて使用しても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
<図1>
1:ハイブリッド自動車、2:駆動輪、3:車軸、4:デファレンシャルギア、5:変速機、6:エンジン、7:電動発電機、8:駆動力切替装置、9:電力変換装置、10:制御装置、11:蓄電装置、HV+およびHV−:強電ライン、RL:リレー,RP:抵抗、RLP:プリチャージリレー、BDU:電池ディスコネクトユニット、
<図2>
20:電池モジュール、20A、20B:電池モジュールブロック、30:マイコン、100:電池制御装置、220:インバータ装置、602,604:通信系、IC1〜IC4:セルコントローラIC、SD−SW:サービスディスコネクト(スイッチ)、
<図3>
120:マルチプレクサ、122A:アナログデジタル変換器、123:IC制御回路、130:診断回路、138および142:伝送入力回路、140および143:伝送出力回路、254:起動回路、150:タイマ回路、160:制御信号検出回路、262差動増幅器、288:OR回路、
BC1〜BC4:電池セル、123:IC制御回路、125:データ保持回路、IC1:セルコントロールIC、126:タイミング制御回路、130:診断回路、128:診断フラグ保持回路、BR1〜BR4:バランシング用端子、CV1〜CV4:電圧入力端子、GND:GND端子、SL1〜SL5:電圧検出線、VCCおよびVDD:電源電圧、
CvおよびCin:コンデンサ、RCVおよびRB:抵抗、PH:フォトカプラ、LIN1:通信系602の入力端子、LIN2:通信系602の入力端子、FFI:通信系604の入力端子、FFO:通信系604の出力端子、
<図4〜図6>
30:マイコン、100:電池制御装置、101:電圧入力ポート、101a〜101x:電圧入力ポート、102:EEPROM、103:電源、104a〜104x:コネクタソケット、105a〜105x:コネクタプラグ、106:ワイヤ、IC1〜IC3:セルコントローラIC、20A1〜20A3:セルグループ、CNA:コネクタ、PH:フォトカプラ、Rpd:プルダウン抵抗、Ra〜Rx:分割抵抗
1:ハイブリッド自動車、2:駆動輪、3:車軸、4:デファレンシャルギア、5:変速機、6:エンジン、7:電動発電機、8:駆動力切替装置、9:電力変換装置、10:制御装置、11:蓄電装置、HV+およびHV−:強電ライン、RL:リレー,RP:抵抗、RLP:プリチャージリレー、BDU:電池ディスコネクトユニット、
<図2>
20:電池モジュール、20A、20B:電池モジュールブロック、30:マイコン、100:電池制御装置、220:インバータ装置、602,604:通信系、IC1〜IC4:セルコントローラIC、SD−SW:サービスディスコネクト(スイッチ)、
<図3>
120:マルチプレクサ、122A:アナログデジタル変換器、123:IC制御回路、130:診断回路、138および142:伝送入力回路、140および143:伝送出力回路、254:起動回路、150:タイマ回路、160:制御信号検出回路、262差動増幅器、288:OR回路、
BC1〜BC4:電池セル、123:IC制御回路、125:データ保持回路、IC1:セルコントロールIC、126:タイミング制御回路、130:診断回路、128:診断フラグ保持回路、BR1〜BR4:バランシング用端子、CV1〜CV4:電圧入力端子、GND:GND端子、SL1〜SL5:電圧検出線、VCCおよびVDD:電源電圧、
CvおよびCin:コンデンサ、RCVおよびRB:抵抗、PH:フォトカプラ、LIN1:通信系602の入力端子、LIN2:通信系602の入力端子、FFI:通信系604の入力端子、FFO:通信系604の出力端子、
<図4〜図6>
30:マイコン、100:電池制御装置、101:電圧入力ポート、101a〜101x:電圧入力ポート、102:EEPROM、103:電源、104a〜104x:コネクタソケット、105a〜105x:コネクタプラグ、106:ワイヤ、IC1〜IC3:セルコントローラIC、20A1〜20A3:セルグループ、CNA:コネクタ、PH:フォトカプラ、Rpd:プルダウン抵抗、Ra〜Rx:分割抵抗
Claims (9)
- 複数の電池セルを直列接続した複数個のセルグループを直列または直並列に接続した電池モジュールを制御する電池制御装置において、
前記電池モジュールは、コネクタプラグを備え、
前記電池制御装置は、異なる仕様の電池モジュールの各々に1対1対応した複数のコネクタソケットと、前記電池モジュールを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記コネクタプラグと前記コネクタソケットとの接続によって所定の電圧が入力される電圧入力部と、前記異なる仕様の電池モジュールを制御するための制御データを記憶したメモリ部とを備え、
前記電池制御装置は、前記電圧入力部で検出された前記所定の電圧に基づいて、電池モジュールの仕様を検出し、検出された前記電池モジュールの仕様に対応した制御データを前記メモリ部から読み出すことを特徴とする電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記複数のコネクタソケットは、それぞれ異なる仕様の電池モジュールに1対1対応して異なる形状のコネクタソケットとなっており、
前記コネクタプラグは、前記複数のコネクタソケットのいずれか1つのコネクタソケットにのみ接続される形状となっていることを特徴とする電池制御装置。 - 請求項1または2に記載の電池制御装置において、
前記電池制御装置の電源電圧を分圧して、前記コネクタソケットの各々に異なる電圧を供給する分圧回路を更に備え、
前記所定の電圧は、前記コネクタソケットに前記コネクタプラグが接続された時に前記電圧入力部に入力される、前記分圧回路から前記コネクタソケットに供給されている電圧であることを特徴とする電池制御装置。 - 請求項1または2に記載の電池制御装置において、
前記制御部は、前記電圧入力部を、複数の異なる形状のコネクタソケットに1対1対応して複数備え、
前記コネクタプラグと前記コネクタソケットとの接続によって、接続された前記コネクタソケットに対応した前記電圧入力部に所定の入力電圧が入力されることを特徴とする電池制御装置。 - 請求項3に記載の電池制御装置において、
前記制御部は、前記電圧入力部を複数備え、前記コネクタソケットに前記コネクタプラグが接続された時に、前記コネクタソケットに供給されている電圧が、前記複数の電圧入力部のいずれか1つに入力されることを特徴とする電池制御装置。 - 請求項5に記載の電池制御装置において、
複数の前記電池モジュールを備え、
前記制御部は、複数の電圧入力部を備え、前記複数の電圧入力部の各々に、前記複数の電池モジュールの各々のコネクタプラグが接続された時に、前記各々のコネクタプラグが接続されたコネクタソケットに供給されている電圧が、前記複数の電圧入力部のいずれか1つに入力されることを特徴とする電池制御装置。 - 請求項6に記載の電池制御装置において、
前記複数の電圧入力部の各々に接続される複数のコネクタソケットは、これらが接続された電圧入力部毎に、電池制御装置の離れた位置に設けられており、
前記複数の電池モジュールの各々のコネクタプラグは、1つの電圧入力部に接続されている複数のコネクタソケットのいずれかにのみ接続可能なように設定された長さのワイヤによって、各々の電池モジュールに接続されていることを特徴とする電池制御装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電池制御装置と、この電池制御装置により制御される複数の電池モジュールから構成される組電池とを備える蓄電装置。
- 請求項8に記載の蓄電装置から供給されるDC電力を用いて電動車両を駆動する駆動部を制御し、またこの駆動部からのAC出力をDC電力に変換する駆動制御部を備えた電動車両。
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JP2011046171A JP2012186873A (ja) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | 電池制御装置 |
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JP2011046171A JP2012186873A (ja) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | 電池制御装置 |
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-
2011
- 2011-03-03 JP JP2011046171A patent/JP2012186873A/ja not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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