JP2013027274A - Power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device.
電気自動車およびハイブリッド型自動車においては、リチウムイオン電池等の二次電池セル（単電池セルまたは蓄電セルとも称する）を直列または直並列に複数個接続した組電池を、更に複数個直列または直並列に接続した電池モジュールを使用している。またこの電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものが、これらの電池モジュールを制御する電池制御回路とともに蓄電装置として使用されている。 In electric vehicles and hybrid vehicles, a plurality of assembled batteries in which a plurality of secondary battery cells (also referred to as single cells or storage cells) such as lithium ion batteries are connected in series or in series and parallel are further connected in series or in series and parallel. You are using a connected battery module. A plurality of battery modules connected in series or in series and parallel are used as a power storage device together with a battery control circuit for controlling these battery modules.
このような組電池においては、各単電池セルの容量計算や保護管理のため、単電池セルの状態をセルグループ毎に監視し、各単電池セルの充放電状態を管理する制御装置であるセルコントローラＩＣや、複数のセルコントローラＩＣを制御するバッテリーコントローラを備えた電池制御装置が用いられている。特に、リチウムイオン電池を用いたシステムでは、リチウムイオン電池の過充電状態や過放電状態は、電池の損傷や劣化の原因となる。このため各単電池セルの電圧を測定して過充電状態や過放電状態とならないように、組電池の充放電制御を行っている。 In such an assembled battery, for the capacity calculation and protection management of each unit cell, the cell is a control device that monitors the state of each unit cell for each cell group and manages the charge / discharge state of each unit cell A battery control device including a controller IC and a battery controller that controls a plurality of cell controller ICs is used. In particular, in a system using a lithium ion battery, an overcharged state or an overdischarged state of the lithium ion battery causes damage or deterioration of the battery. For this reason, charging / discharging control of the assembled battery is performed so that the voltage of each single battery cell is measured and it does not become an overcharge state or an overdischarge state.
各単電池セルの電圧を測定する方法には、各単電池セルの正極および負極の両端子の電位差を差動検出回路で検出する方式（例えば特許文献１参照）や、各単電池セルの正極電位を分圧抵抗で分圧した電圧をシャント抵抗電圧計測回路で測定する方式（特許文献２参照）がある。
これらの従来の方式ではいずれの場合も、セルコントローラＩＣには、特定の単電池セルの電圧あるいは電位を選択し、この選択された電圧あるいは電位を電圧測定回路に供給するためのマルチプレクサが設けられている。
Methods for measuring the voltage of each single battery cell include a method of detecting a potential difference between both positive and negative terminals of each single battery cell with a differential detection circuit (see, for example, Patent Document 1), and a positive electrode of each single battery cell. There is a method in which a voltage obtained by dividing a potential with a voltage dividing resistor is measured by a shunt resistance voltage measuring circuit (see Patent Document 2).
In any of these conventional methods, the cell controller IC is provided with a multiplexer for selecting the voltage or potential of a specific single cell and supplying the selected voltage or potential to the voltage measuring circuit. ing.
電気自動車やハイブリッド型自動車を含め、車載用の制御回路やＩＣは、これらを搭載するために、できるかぎり小型かつ低消費電流とする必要がある。また、制御回路の規模は年々増大する傾向にあり、このため車載用の制御回路やＩＣはできるかぎり小型かつ安価であることが要求されている。 In-vehicle control circuits and ICs including electric vehicles and hybrid vehicles need to be as small as possible and have low current consumption in order to mount these. In addition, the scale of the control circuit tends to increase year by year, and therefore, an in-vehicle control circuit and IC are required to be as small and inexpensive as possible.
従来のリチウムイオン電池等の二次電池セル（蓄電セル）の充放電および状態を管理する制御装置であるセルコントローラＩＣにおいては、各単電池セルの端子間電圧を測定するため、この端子間電圧を選択するための専用のマルチプレクサが設けられていた。このマルチプレクサの動作を他の回路で兼用できるようにできれば、セルコントローラＩＣの小型化およびコストダウンを実現することができる。 In a cell controller IC which is a control device for managing charge / discharge and state of a secondary battery cell (storage cell) such as a conventional lithium ion battery, this inter-terminal voltage is measured to measure the inter-terminal voltage of each single battery cell. There was a dedicated multiplexer for selecting the. If the operation of the multiplexer can be shared by other circuits, the cell controller IC can be reduced in size and cost.
（１）請求項１に記載の発明は、複数の蓄電セルを直列接続したセルグループと、セルグループの蓄電セルの充放電状態を管理する制御装置と、蓄電セルの端子間電圧を測定するための、蓄電セルの正極および負極のそれぞれと制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、この制御装置は、電圧検出線を選択するスイッチ部と電圧検出部とスイッチ制御部とを備え、スイッチ部は、一端が電圧入力端子を介して一の電圧検出線に接続され、他端が電圧検出部に接続された選択スイッチを各々の電圧検出線毎に備え、電圧検出線には、電圧入力端子側に抵抗が直列に接続されていることを特徴とする蓄電装置である。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄電装置において、請求項１に記載の蓄電装置において、制御装置は、更に制御部とスイッチ駆動部と通信部とを備え、制御部は、データ保持部とスイッチ制御部と電圧判定部とを備え、スイッチ制御部は、データ保持部に格納された制御データを読み出してスイッチ駆動部に入力し、スイッチ駆動部はスイッチ部の各々の選択スイッチを制御す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に記載の蓄電装置において、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、セルグループの最高電位に接続された電圧検出線に接続される選択スイッチは１個のＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチから構成され、セルグループの最低電位に接続された電圧検出線に接続される選択スイッチは１個のＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチから構成され、セルグループの最高電位および最低電位以外に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチは、それぞれ２個の逆向きのＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチで構成され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に記載の蓄電装置において、スイッチ駆動部は、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、２つの選択スイッチのみオンとし、電圧検出部は、蓄電セルの数と同じ複数回の電圧検出を行い、複数回の電圧検出の各々の電圧検出においては、スイッチ駆動部は、それぞれ異なる組み合わせの２つの選択スイッチをオンとし、電圧検出部は、全ての蓄電セルが複数回の電圧検出のいずれかの電圧検出の際に構成される閉回路に直列に接続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に記載の蓄電装置において、スイッチ駆動部は、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、２つの選択スイッチのみオンとし、電圧検出部は、蓄電セルの数と同じ複数回の電圧検出を行い、複数の電圧検出の各々の電圧検出においては、スイッチ駆動部は、それぞれ異なる組み合わせの２つの選択スイッチをオンとし、電圧検出部は、全ての蓄電セルが複数回の電圧検出のいずれかの電圧検出の際に構成される閉回路に直列に接続され、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチをオンにする場合は、スイッチ駆動部は、当該ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートにセルグループの最低電位を入力し、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチをオンにする場合は、スイッチ駆動部は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートにセルグループの最高電位を入力することを特徴とする。
（６）請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の蓄電装置において、電圧判定部は、複数回の電圧検出の結果から各蓄電セルの電圧を算出し、この算出された各蓄電セルの電圧をデータ保持部に格納す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に記載の蓄電装置において、データ保持部は、複数回の電圧検出の結果から各蓄電セルの電圧を算出する際に必要な係数を格納す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３のいずれか１項に記載の蓄電装置において、スイッチ駆動部は、複数の蓄電セルの内、一の蓄電セルの放電を行う場合は、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、放電対象の蓄電セルの正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、放電対象の蓄電セルの負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、他の選択スイッチをオフとすることを特徴とする。
（９）請求項９に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電装置において、スイッチ駆動部は、複数の蓄電セルの内、連続して接続された２つ以上の蓄電セルの放電を行う場合は、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、連続して接続された２つ以上の蓄電セルの最上位側の正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、連続して接続された２つ以上の蓄電セルの最下位側の負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、他の選択スイッチをオフとすることを特徴とする。
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電装置において、複数の蓄電セルの内、一の蓄電セルまたは連続して接続された２つ以上の蓄電セルからなる第１の蓄電セル群、および第１の蓄電セル群とは別の、一の蓄電セルまたは連続して接続された２つ以上の蓄電セルからなる第２の蓄電セル群の放電を行う場合は、スイッチ駆動部は、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、第１の蓄電セル群の蓄電セルの最上位電位側の正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、第１の蓄電セル群の最下位電位側の負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、第２の蓄電セル群の蓄電セルの最上位電位側の正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、第２の蓄電セル群の最下位電位側の負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、他の選択スイッチをオフとすることを特徴とする。
（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電装置において、制御装置は、断線判定部を更に備え、この断線判定部は、スイッチ部の複数の選択スイッチの内、２つの隣り合う電圧検出線のそれぞれに接続された選択スイッチを同時にオンとした時に検出される電圧が、所定の電圧より異なることを検出した場合に、２つの隣り合う電圧検出線のいずれが断線しているかを、２つの隣り合う電圧検出線のそれぞれに接続された選択スイッチを同時にオンとした時に検出される電圧と所定の電圧との差から判定することを特徴とする。
（１２）請求項１２に記載の発明は、複数の蓄電セルを直列接続して構成されるセルグループの充放電状態を管理する制御装置と、蓄電セルの端子間電圧を測定するための、蓄電セルの正極および負極のそれぞれと制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、制御装置は、電圧検出線を選択するスイッチ部と電圧検出部とスイッチ制御部とを備え、スイッチ部は、一端が電圧入力端子を介して一の電圧検出線に接続され、他端が電圧検出部に接続された選択スイッチを各々の電圧検出線毎に備え、電圧検出線には、電圧入力端子側に抵抗が直列に接続されていることを特徴とする電池監視装置である。
(1) The invention described in
(2) The invention according to
(3) The invention according to
(4) The invention according to
(5) The invention according to
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the power storage device according to the fourth or fifth aspect, the voltage determination unit calculates the voltage of each power storage cell from the result of the voltage detection a plurality of times. The voltage of each power storage cell is stored in a data holding unit.
(7) The invention according to
(8) The invention according to
(9) The invention according to
(10) The invention according to
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the power storage device according to any one of the first to third aspects, the control device further includes a disconnection determination unit, and the disconnection determination unit includes a plurality of switch units. When it is detected that the voltage detected when the selection switches connected to each of the two adjacent voltage detection lines are simultaneously turned on, the two adjacent voltages are detected. It is characterized by determining which one of the detection lines is disconnected from a difference between a voltage detected when a selection switch connected to each of two adjacent voltage detection lines is simultaneously turned on and a predetermined voltage. To do.
(12) The invention according to
本発明による蓄電装置においては、セルグループの充放電状態を管理する制御装置が蓄電セルの端子間電圧を測定するための専用マルチプレクサを設ける必要がなく、この制御装置を安価に製造できる。 In the power storage device according to the present invention, it is not necessary for the control device that manages the charge / discharge state of the cell group to provide a dedicated multiplexer for measuring the voltage between the terminals of the power storage cell, and this control device can be manufactured at low cost.
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。
図１は、本発明による、第１の実施形態の電池制御装置を備えた蓄電装置１を車両用の電動駆動装置に用いた場合の概略ブロック図である。図１において、蓄電装置１は、リレー２ａおよびリレー２ｂを介してインバータ装置３に接続される。回転電機４はインバータ装置３により回転駆動される。回転電機４は、車両のエンジン起動用のスタータモータやモータ・ジェネレータとして用いられる。従って、回転電機４およびこれを回転制御するインバータ装置は、車両に複数組備えられているが、ここでは簡単のため１組の回転電機とインバータ装置のみ示してある。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram when the
蓄電装置１は、蓄電モジュール８と、蓄電モジュール制御装置１０から構成されている。
蓄電モジュール制御装置１０は電池監視装置とも呼ばれ、蓄電モジュール８を構成する複数の蓄電セルの各電圧を検出し、放電を制御するセルコントローラ１１と、セルコントローラ１１を制御するバッテリーコントローラ１３とを備えている。バッテリーコントローラ１３は、セルコントローラ１１の電圧検出動作の制御、および上位の車両コントローラ５やインバータ装置に蓄電モジュール７の状態データを、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）経由で送信する。なお、インバータ装置には不図示のモーターコントローラが組み込まれている。このモーターコントローラは、車両コントローラ５からの命令とバッテリーコントローラ１３からの蓄電モジュール８の電池状態データに基づき、回転電機４を回転駆動する。あるいは回転電機４がモータ・ジェネレータの場合は、回生動作の制御も行う。
The
The power storage
バッテリーコントローラ１３は絶縁素子１２を介して、セルコントローラ１１に起動信号を送信してセルコントローラ１１を起動し、また制御指令や制御データを送信してセルコントローラ１１の動作を制御する。更に、セルコントローラ１１からは、バッテリーコントローラ１３からの指令に基づいて測定された各蓄電セルＳＣの電圧や、セルグループの診断結果などのデータが、バッテリーコントローラ１３に送信される。
The
蓄電モジュール８は複数の蓄電セルＳＣから構成されるセルグループ６を複数個直列または直並列に接続したものである。各蓄電セルＳＣはセルグループ単位で、このセルグループ６に複数の電圧検出線ＳＬを介して接続されたセルコントローラ１１によって、電圧検出および放電制御が行われる。
The
セルグループ６とセルコントローラ１１は、図１に例示するように、１対１で設けられてもよく、また１つのセルコントローラＩＣが複数のセルグループ６を制御する形態、あるいはこの逆の形態も可能である。従って、セルコントローラ１１は蓄電モジュールを構成する蓄電セルの個数に対応して、複数個備えられている。なお、図１（および図２）に示す例では、１つのセルグループ６は、４個の蓄電セルＳＣから構成されているが、セルグループ６を構成する蓄電セルＳＣの個数は４個に限定されない。４個より少ない構成としてよく、また多い構成としてもよいが、近年は高出力化と制御回路の小型化のため、セルグループ当たりの蓄電セル数は増加する傾向にあり、１０個以上の蓄電セルから構成されるセルグループの場合もある。
以下の図２以降では簡単のため、４個の蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４を備えたセルグループ６を１つのセルコントローラ１１が制御する構成を例にして説明する。すなわち、図１の１つのセルグループ６とこれを制御するセルコントローラ１１について説明する。
As illustrated in FIG. 1, the
In the following FIG. 2 and subsequent figures, for the sake of simplicity, a configuration in which one
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明による、第１の実施形態の電池制御装置を備えるセルコントローラ１１を説明するための簡単なブロック構成図である。
セルコントローラ１１は、セルグループ６の蓄電セルＳＣ１からＳＣ４の正極または負極に接続された電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ５によって、セルグループ６と接続されている。なお、ここでは、電圧検出線とは各蓄電セルの正極または負極からセルコントローラ１１の電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ５までを指すものとする。なお、電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ５の、各蓄電セルの正極または負極から、蓄電モジュールのコネクタＣＳＬまでの間はケーブルとなっており、これらのケーブルは、束ねられてハーネスと呼ばれている。
<First Embodiment>
FIG. 2 is a simple block diagram for explaining the
The
抵抗分圧回路１４は、分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５から構成され、それぞれの分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５は、コネクタＣＳＬと電圧入力端子ＣＶ１〜ＣＶ５の間のそれぞれの電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ５に直列に接続されている。なお、後述するように、これらの分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５は、各蓄電セルのバランシング放電を行う際のバランシング抵抗としても機能する。
The resistance
セルコントローラ１１は、電圧検出部１５、制御部１６、スイッチ駆動部１７、通信部１８、およびＶＤＤ電源部１９を備える。他に起動回路や、セルグループ６およびセルコントローラ１１の各種の診断を行うための各種の回路が備えられているが、ここでは省略されている。ＶＤＤ電源部１９は、ＶＤＤ電源で動作する、電圧検出部１５、制御部１６、スイッチ駆動部１７、通信部１８の回路にＶＤＤ電源を供給する。
The
電圧検出部１５は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５から構成されるスイッチ部１５１と、電圧検出器１５２とを備える。スイッチ部１５１内の各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、後述する制御部１６内のスイッチ制御部１６２の制御信号によりオンオフ制御される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ５はＭＯＳＦＥＴスイッチで構成されているが、詳細は後述する。
The
電圧検出器１５２が蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の負極側の各端子電位（Ｅ１〜Ｅ４）を検出する際は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のいずれかひとつのスイッチと、スイッチＳＷ５の合計二つのスイッチが同時にオン制御される。例えば、スイッチＳＷ３およびＳＷ５が同時にオン制御されると（図５（ｂ）参照）、蓄電モジュール５の最上位電位を基準電位Ｅｃとし、蓄電セルＳＣ３および蓄電セルＳＣ４の２セル分の電圧に対応した電位を分圧抵抗Ｒ５とＲ３で分割した電位、すなわち、基準電位Ｅｃと電位Ｅ３の電位差を分圧抵抗Ｒ５およびＲ３によって分圧した電圧分だけ基準電位Ｅｃより低い電位が入力され、電圧検出器１５２に入力される。
When the
電圧検出器１５２は、差動増幅器１５３やＡ／Ｄコンバータ１５４などから構成される（図２参照）。差動増幅器１５３には基準電位Ｅｃと、上記の蓄電セルＳＣ３および蓄電セルＳＣ４の２セル分の電位を分圧した電圧分だけ基準電位Ｅｃより低い電位とが入力され、これらの電位差がＡ／Ｄコンバータ１５４に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１５４は入力された電位差をディジタル信号として制御部１６へと出力する。
差動増幅器１５３には最大でＧＮＤ電位に近い電位と基準電位Ｅｃとが入力される。Ａ／Ｄコンバータ１５４や制御部１６はＶＤＤ電源のみで動作するので、差動増幅器１５３のゲインは１以下であって、この差動増幅器１５３の最大出力電圧がＡ／Ｄコンバータの最大入力電圧以下となるように設定される。
また、Ａ／Ｄコンバータには、たとえばノイズ耐性の良好な二重積分型を採用している。
The
The
For example, a double integral type having good noise resistance is adopted as the A / D converter.
制御部１６は、データ保持部１６１、スイッチ制御部１６２、電圧判定部１６３を備える。
データ保持部１６１には、上位コントローラから送信された、電圧測定などの制御指令や制御データを保持する。スイッチ制御部１６２は、例えば電圧測定の制御指令に基づき、スイッチ部１５１のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオンオフを制御する信号をスイッチ駆動部１７に出力する。
The
The data holding unit 161 holds control commands and control data such as voltage measurement transmitted from the host controller. The
スイッチ制御部１６２は、内部にスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオンオフを制御する信号を格納するレジスタＲＧ１〜ＲＧ５を備えている（図３参照）。例えば、上記のように、スイッチＳＷ３およびＳＷ５を同時にオンする場合、スイッチ制御部１６２は、データ保持部１６１から、このスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の状態に対応した制御情報をレジスタＲＧ１〜ＲＧ５に読み出す。この際読み出したデータは、例えば各スイッチのオン状態は“１”であり、オフ状態は“０”である。
スイッチ制御部１６２は、これらの各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオン・オフ制御データに対応して、“１”の場合はＨレベルの電圧をスイッチ駆動部１７に出力し、“０”の場合はＬレベルの電圧を出力する。
The
Corresponding to the on / off control data of each of the switches SW1 to SW5, the
スイッチ駆動部１７は、スイッチ部１５１のＭＯＳＦＥＴスイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンオフするために、これらのスイッチのゲート電圧を発生するゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ５を各スイッチ毎に設けている。
ゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ４は、スイッチ制御部１６２からＨレベルの電圧が入力された場合は最上位電圧ＥｃをスイッチＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ出力して、これらのスイッチをオンとする。また、Ｌレベルの電圧が入力された場合はＧＮＤ電位を、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４にそれぞれ出力して、これらのスイッチをオフとする。
In order to turn on and off the MOSFET switches SW1 to SW5 of the
When the H level voltage is input from the
後述するようにスイッチＳＷ５の構成はスイッチＳＷ１〜ＳＷ４と異なり、これに対応してゲート駆動回路ＧＤ５の動作もＧＤ１〜ＧＤ４とは異なる。
ゲート駆動回路ＧＤ５は、スイッチ制御部１６２からＨレベルの電圧が入力された場合はＧＮＤ電位ＧＮＤをスイッチＳＷ５に出力して、ＳＷ５をオンとする。また、Ｌレベルの電圧が入力された場合は最上位電圧Ｅｃを、スイッチＳＷ５に出力して、スイッチＳＷ５をオフとする。すなわち、ゲート駆動回路ＧＤ５は反転出力をスイッチＳＷ５に出力する。
As will be described later, the configuration of the switch SW5 is different from the switches SW1 to SW4, and the operation of the gate drive circuit GD5 is also different from that of the switches GD1 to GD4.
When the H level voltage is input from the
電圧判定部１６３は、電圧検出器１５２より出力された、各蓄電セルの電圧情報を含むディジタル化された電圧値から、各蓄電セルの電圧を算出し、またこの算出された電圧が異常かどうか（過充電あるいは過放電）の判定を行う。算出された各蓄電セルの電圧と異常判定結果は、データ保持部１６１に格納される。
The
後述するように、各蓄電セルの電圧を測定するための方法には複数の方法があり、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５を制御する順番および各蓄電セルの電圧を算出するための算出式が異なっている。この異なる電圧測定方法での各々のスイッチ制御データと電圧算出のための係数は、最初からデータ保持部に格納されていてもよいし、上位コントローラから送信されてデータ保持部に格納されてもよい。これらのスイッチ制御データと電圧算出のための係数を最初からデータ保持部に格納する場合は、データ保持部１６１はＥＥＰＲＯＭなどの不揮発メモリも含むように構成される。 As will be described later, there are a plurality of methods for measuring the voltage of each storage cell, and the order of controlling the switches SW1 to SW5 and the calculation formula for calculating the voltage of each storage cell are different. Each switch control data and coefficient for voltage calculation in this different voltage measurement method may be stored in the data holding unit from the beginning, or may be transmitted from the host controller and stored in the data holding unit. . When these switch control data and the coefficient for voltage calculation are stored in the data holding unit from the beginning, the data holding unit 161 is configured to include a nonvolatile memory such as an EEPROM.
通信部１８は、電圧判定部１６３の判定に基づいて上位の車両コントローラ（図示せず）へ蓄電モジュール８の電圧状態を出力する。通信部１８の上位への通信機能としては、ＣＡＮ（Controller Area Network）、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）、ＳＰＩ（System Packet Interface）など、必要な機能を満たすものであればどのようなものでも構わない。
（スイッチＳＷ１〜ＳＷ５の構成）
図２に示す通り、スイッチ部１５１の各スイッチＳＷ１〜ＳＷ５には、半導体スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴを使用している。そして、ＳＷ１〜ＳＷ４にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、ＳＷ５にはＰチャネルＭＯＳＦＥＴを使用している。
通常、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを使用する場合、このゲートを駆動するために昇圧型ゲートドライバが別途必要となる。しかし、本実施形態に示す構成例では、上述した通り、スイッチ駆動部１７の基準電位を基準電位Ｅｃとしているため、昇圧型ゲートドライバ等が無くともＮチャネルＭＯＳＦＥＴをオン制御可能である。
(Configuration of switches SW1 to SW5)
As shown in FIG. 2, MOSFETs that are semiconductor switching elements are used for the switches SW <b> 1 to SW <b> 5 of the
Normally, when an N-channel MOSFET is used, a step-up gate driver is separately required to drive this gate. However, in the configuration example shown in this embodiment, as described above, the reference potential of the
電位的に蓄電装置１の最上位に位置するスイッチＳＷ５は、ゲート駆動のための電圧基準が基準電位Ｅｃと等しいため、別途昇圧型ゲートドライバ等がなければＮチャネルＭＯＳＦＥＴは使用できない。本実施例では、スイッチＳＷ５にＰチャネルＭＯＳＦＥＴを使用することで、別途昇圧型ゲートドライバを追加しなくても全スイッチが駆動できるような構成としている。なお、スイッチＳＷ５は、このゲート電圧をセルグループ６のグランドレベルに落とすことでオン制御できる。
Since the voltage reference for driving the gate is equal to the reference potential Ec, the switch SW5 positioned at the top of the
スイッチＳＷ１〜ＳＷ５に用いている各ＭＯＳＦＥＴにはボディダイオードが内蔵される。したがって、ＭＯＳＦＥＴが一つだけの構成では、オンオフ制御に関わらず特定の方向には電流が流れることとなる。スイッチＳＷ５およびＳＷ１は、それぞれに流れる電流の向きは一方向だけであるため、それぞれがオフするときに遮断すべき電流の向きは一定である。したがって、図２に示すように、スイッチＳＷ１のＮチャネルＭＯＳＦＥＴは、内蔵するボディダイオードのアノードが抵抗分圧回路１４側となる方向に一つだけ設け、スイッチＳＷ５のＰチャネルＭＯＳＦＥＴは、内蔵するボディダイオードのアノードが電圧検出器１５２側となる方向に一つだけ設けている。
Each MOSFET used for the switches SW1 to SW5 includes a body diode. Therefore, in the configuration with only one MOSFET, a current flows in a specific direction regardless of the on / off control. Since the switches SW5 and SW1 have only one direction of current flowing through them, the direction of current to be cut off when they are turned off is constant. Therefore, as shown in FIG. 2, only one N-channel MOSFET of the switch SW1 is provided in the direction in which the anode of the built-in body diode is on the resistance
一方、スイッチＳＷ２〜ＳＷ４は、それぞれのスイッチ両端の電圧の大小関係が状況により変化するため、オフ制御時に両方向の電流導通を遮断するために、二つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴを内蔵するボディダイオードのアノード同士が向かい合うように直列接続した構成をとっている。このように、二つのＭＯＳＦＥＴを逆向きに直列接続することで、二つのＭＯＳＦＥＴ両方をオフ状態とすると、双方向の電流に対して遮断状態となる。また、二つのＭＯＳＦＥＴ両方をオン状態とすると、双方向の電流に対して非遮断状態となる。 On the other hand, in the switches SW2 to SW4, since the magnitude relationship between the voltages at both ends of each switch varies depending on the situation, the anodes of the body diodes incorporating the two N-channel MOSFETs are cut off in order to cut off current conduction in both directions during the off control. Are connected in series so as to face each other. In this way, by connecting two MOSFETs in series in opposite directions, when both of the two MOSFETs are turned off, a bidirectional current is cut off. Further, when both of the two MOSFETs are turned on, the bidirectional current is not cut off.
一般的に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴの方がＰチャネルＭＯＳＦＥＴよりも部品コストが低く、製品の種類も豊富であるため、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いて回路を構成させた方が部品コストの低減につながる。本実施例に示す構成では、部品コスト低減の観点から、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを使用できる構成を採用しているが、各ＭＯＳＦＥＴの全てもしくはいずれか複数にＰチャネルＭＯＳＦＥＴを使用しても構わないし、その他同様のスイッチング機能を実現できるものであれば同様に適用可能である。 In general, an N-channel MOSFET has a lower component cost and a wider variety of products than a P-channel MOSFET. Therefore, configuring a circuit using an N-channel MOSFET leads to a reduction in component cost. In the configuration shown in this embodiment, a configuration in which an N-channel MOSFET can be used is adopted from the viewpoint of reducing the component cost. However, a P-channel MOSFET may be used for all or any of the MOSFETs. The present invention can be similarly applied as long as a similar switching function can be realized.
次に、本実施形態における電圧検出器１５２および制御部１６の動作を説明する。図４は、制御部１６が行う制御手順を示すフローチャートであり、セルグループ６の各蓄電セルの電圧を計測する一連の動作を表している。制御部１６は一定時間ごとにセルグループ６の各蓄電セルの電圧状態を把握するために図４に示す電圧測定動作のプログラムを実行する。
Next, operations of the
＜電圧計測動作＞
まず、最初に実行されるステップＳ１００の電圧計測の動作を、図５を参照して説明する。図５で示すスイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、図２のＭＯＳＦＥＴスイッチＳＷ１〜ＳＷ５を簡略化したスイッチ記号で示している。
図５（ａ）は蓄電セルＳＣ４の端子間電圧（セル電圧）の情報を含む電圧測定を行う場合を示している。ここで蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の端子間電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ４とする。これらの電圧と上述の電位Ｅ１〜Ｅ５との関係は以下のようになる。
Ｖ１＝Ｅ２−Ｅ１、Ｖ２＝Ｅ３−Ｅ２、Ｖ３＝Ｅ４−Ｅ３、Ｖ４＝Ｅｃ−Ｅ４
なお、図５（ａ）は、図６（ａ）の＜１＞の部分に対応している。なお、Ｅ１はセルコントローラ１１のＧＮＤ電位となるので、電圧検出器１５２のＧＮＤ電位となる。従ってＥ１＝０、Ｅｃ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４としてよい。
<Voltage measurement operation>
First, the voltage measurement operation of step S100 executed first will be described with reference to FIG. The switches SW1 to SW5 shown in FIG. 5 are shown by simplified switch symbols of the MOSFET switches SW1 to SW5 of FIG.
FIG. 5A shows a case where voltage measurement including information on the voltage between the terminals (cell voltage) of the storage cell SC4 is performed. Here, the inter-terminal voltages of the storage cells SC1 to SC4 are V1 to V4, respectively. The relationship between these voltages and the above-described potentials E1 to E5 is as follows.
V1 = E2-E1, V2 = E3-E2, V3 = E4-E3, V4 = Ec-E4
FIG. 5A corresponds to the portion <1> in FIG. Since E1 becomes the GND potential of the
図５（ａ）の状態では、電圧検出器１５２に入力される電位はＥｃとＥｃ−Ｖ４＊Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）となる。Ｖ４＊Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）は蓄電セルＳＣ４の電圧Ｖ４が分圧抵抗Ｒ４とＲ５で分圧されたものである。
電圧検出器１５２では、内部に設けられた差動増幅器１５３によって、これら２つの入力電位の差、すなわちＶ４＊Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）が検出される（＝ＶＭ４とする）。更にこの検出電圧値ＶＭ４は、ＡＤコンバータ１５４でディジタル値に変換されて制御部１６の電圧判定部１６３に測定電圧データとして送信される。
In the state of FIG. 5A, the potential input to the
In the
分圧抵抗Ｒ４とＲ５の値は設計時に決められているので、この分圧抵抗値Ｒ４とＲ５を用いて、蓄電セルＳＣ４の端子間電圧Ｖ４は、以下の式（１）のようになる。
Ｖ４＝ＶＭ４＊（Ｒ４＋Ｒ５）／Ｒ５ ．．．（１）
なお、図５（ａ）の点線の経路で示すように、この測定中は、分圧抵抗Ｒ４とＲ５を介して蓄電セルＳＣ４の放電電流が流れる。このような放電電流により蓄電セルＳＣ４のバランシング放電を行うが、これについては後述する。
Since the values of the voltage dividing resistors R4 and R5 are determined at the time of design, the voltage V4 between the terminals of the storage cell SC4 is expressed by the following formula (1) using the voltage dividing resistance values R4 and R5.
V4 = VM4 * (R4 + R5) / R5. . . (1)
As indicated by the dotted path in FIG. 5A, during this measurement, the discharge current of the storage cell SC4 flows through the voltage dividing resistors R4 and R5. Balancing discharge of power storage cell SC4 is performed by such a discharge current, which will be described later.
図５（ｂ）は、蓄電セルＳＣ３の電圧情報を含む電圧の測定を行う場合を示している。
この場合、電圧検出器１５２に入力される電位はＥｃとＥｃ−（Ｒ５／（Ｒ３＋Ｒ５））＊（Ｖ３＋Ｖ４）となる。従って電圧検出器１５２で検出され、制御部１６に送られる検出電圧ＶＭ３は、ＶＭ３＝（Ｒ５／（Ｒ３＋Ｒ５））＊（Ｖ３＋Ｖ４）となる。これから、蓄電セルＳＣ３の端子間電圧Ｖ３は、以下の式（２）で求められる。
Ｖ３＝ＶＭ３＊（Ｒ３＋Ｒ５）／Ｒ５−Ｖ４ ．．．（２）
蓄電セルＳＣ４の端子間電圧Ｖ４は、上記式（１）のように既に求められているので、式（２）を用いて蓄電セルＳＣ３の端子間電圧Ｖ３が求められる。
なお、蓄電セルＳＣ４での端子間電圧の測定の場合と同様に、この蓄電セルＳＣ３の端子間電圧の測定においても、分圧抵抗Ｒ３とＲ５を介して、蓄電セルＳＣ３とＳＣ４の放電が行われる。
FIG. 5B shows a case where voltage including voltage information of the storage cell SC3 is measured.
In this case, the potentials input to the
V3 = VM3 * (R3 + R5) / R5-V4. . . (2)
Since the inter-terminal voltage V4 of the storage cell SC4 has already been obtained as in the above formula (1), the inter-terminal voltage V3 of the storage cell SC3 is obtained using the formula (2).
Note that, similarly to the measurement of the inter-terminal voltage in the storage cell SC4, in the measurement of the inter-terminal voltage of the storage cell SC3, the storage cells SC3 and SC4 are discharged via the voltage dividing resistors R3 and R5. Is called.
上記と同様にして、蓄電セルＳＣ２の端子間電圧Ｖ２の情報を含む電圧ＶＭ２＝（Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ５））＊（Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）が検出され、端子間電圧Ｖ２は、以下の式（３）で求められる。
Ｖ２＝ＶＭ２＊（Ｒ２＋Ｒ５）／Ｒ５−Ｖ３−Ｖ４ ．．．（３）
なお、この測定の場合は、分圧抵抗Ｒ２とＲ５を介して、蓄電セルＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４の放電が行われる。
Similarly to the above, the voltage VM2 = (R5 / (R2 + R5)) * (V2 + V3 + V4) including information on the inter-terminal voltage V2 of the storage cell SC2 is detected, and the inter-terminal voltage V2 is obtained by the following equation (3). It is done.
V2 = VM2 * (R2 + R5) / R5-V3-V4. . . (3)
In the case of this measurement, the storage cells SC2, SC3, and SC4 are discharged via the voltage dividing resistors R2 and R5.
更に同様にして、蓄電セルＳＣ１の端子間電圧Ｖ１は、電圧検出器１５２の検出電圧ＶＭ１から以下のようにして求められる。
Ｖ１＝ＶＭ１＊（Ｒ１＋Ｒ５）／Ｒ５−Ｖ２−Ｖ３−Ｖ４ ．．．（４）
この測定の場合は、分圧抵抗Ｒ１とＲ５を介して、蓄電セルＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４全部の放電が行われる。なお、図５（ｂ）は、図６（ａ）の＜２＞の部分に対応している。
Similarly, the inter-terminal voltage V1 of the storage cell SC1 is obtained from the detection voltage VM1 of the
V1 = VM1 * (R1 + R5) / R5-V2-V3-V4. . . (4)
In the case of this measurement, all the storage cells SC1, SC2, SC3, and SC4 are discharged via the voltage dividing resistors R1 and R5. FIG. 5B corresponds to a portion <2> in FIG.
図６（ａ）は、上記で説明したステップＳ１００の電圧計測時のスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオンオフ動作および、スイッチ動作に伴って抵抗分圧回路１４の各分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５によって放電される蓄電セルの組合せをまとめた、測定のタイミングチャートである。ステップＳ１００の電圧計測動作時、スイッチＳＷ５は常にオン状態に制御され、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は一つずつ順々にオンされていく。図６（ａ）に示す例では、スイッチＳＷ４、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ１の順に時間的にタイミングをずらしながらオン制御するスイッチを切り換えていく。
FIG. 6A shows the on / off operation of the switches SW1 to SW5 at the time of voltage measurement in step S100 described above, and the storage discharged by the voltage dividing resistors R1 to R5 of the resistance
スイッチＳＷ４がオン制御されているとき、図２に示した電圧検出器１５２は、電位ＥｃとＥ４の差（電圧）を分圧抵抗Ｒ５および分圧抵抗Ｒ４によって分圧した電圧ＶＭ４を読み取ることとなる。次いで、スイッチＳＷ３がオン制御されると、電圧検出器１５２は、電位ＥｃとＥ３の差（電圧）を分圧抵抗Ｒ５およびＲ３によって分圧した電圧ＶＭ３を読み取ることとなる。以下、スイッチを順次切り換えていくことで、電圧検出器１５２は電位ＥｃとＥ１〜Ｅ４のそれぞれの差が分圧抵抗Ｒ５とＲ１〜Ｒ４とによって分圧された電圧として読み取ることができる。
When the switch SW4 is on-controlled, the
電圧判定部１６３は、連続的に読み取られた電圧ＶＭ４〜ＶＭ１から、蓄電セルＳＣ４〜ＳＣ１の各蓄電セルの端子間電圧を上記のように算出する。図６（ａ）のタイミングチャートでは、スイッチＳＷ４、ＳＷ３、ＳＷ２、ＳＷ１の順にオン制御しているが、この順番は、例えば逆であっても構わないし、順不同でも構わない。いずれの順で測定した場合でも、上記の式（１）〜（４）を用いて、蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の端子間電圧を算出することができる。
＜バランシング放電動作＞
上記で説明したような各蓄電セルの電圧測定を行うと、各蓄電セルはこの電圧測定によって僅かではあるが放電される。例えば、上記で説明したように、蓄電セルＳＣ４〜ＳＣ１の電圧測定を順に行うと、図６（ａ）のタイミングチャートに示した通り、蓄電セルＳＣ４での電圧測定では蓄電セルＳＣ４のみが放電されるが、蓄電セルＳＣ１での電圧測定では蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４が全て放電される。
上記で説明したような、電圧測定はせいぜいミリ秒単位で終了するので、電圧測定に伴う各蓄電セルの放電によって電圧測定に影響が出るほどの電圧降下は発生しない。しかしながら、電圧測定を多数回行った場合や、各蓄電セルの電圧測定結果に基づいて積極的に各蓄電セルのバランシング放電を行う必要のある場合も発生する。
たとえば、上記で説明したような方法で多数回電圧測定を行った後に、各蓄電セルの残存容量（ＳＯＣ）にばらつきが生じた場合のバランシング放電の方法について以下に説明する。
<Balancing discharge operation>
When the voltage measurement of each storage cell as described above is performed, each storage cell is slightly discharged by this voltage measurement. For example, as described above, when the voltage measurement of the storage cells SC4 to SC1 is performed in order, as shown in the timing chart of FIG. 6A, only the storage cell SC4 is discharged in the voltage measurement of the storage cell SC4. However, in the voltage measurement in power storage cell SC1, power storage cells SC1 to SC4 are all discharged.
Since the voltage measurement as described above is completed at the unit of millisecond at most, a voltage drop that affects the voltage measurement due to the discharge of each storage cell accompanying the voltage measurement does not occur. However, there are cases where the voltage measurement is performed many times or when it is necessary to positively perform balancing discharge of each storage cell based on the voltage measurement result of each storage cell.
For example, a method of balancing discharge in the case where variation occurs in the remaining capacity (SOC) of each power storage cell after performing voltage measurement many times by the method described above will be described below.
上記のように、各蓄電セルの電圧測定動作におけるスイッチ動作を行うと、オンするスイッチによっては複数の蓄電セルが放電される。したがって、蓄電セルの電圧測定のために一連のスイッチ駆動動作を行うと、セルによって放電回数或いは放電量に差が生じる。具体的には、電位的に低い段にあるセルの放電量が少なく、電位的に高い位置にあるセルの放電量が多くなる。 As described above, when the switch operation in the voltage measurement operation of each power storage cell is performed, a plurality of power storage cells are discharged depending on the switch to be turned on. Therefore, when a series of switch driving operations are performed to measure the voltage of the storage cell, the number of discharges or the amount of discharge varies depending on the cell. Specifically, the discharge amount of the cell at the lower potential stage is small, and the discharge amount of the cell at the higher potential position is increased.
図７は、本発明の実施形態で例示した蓄電装置１の構成にて、各蓄電セルの電圧測定動作を繰り返し行った場合に想定されるセル電圧の大小関係の典型例である。本実施形態における構成では、各セルの電圧測定動作に伴い、蓄電セルＳＣ４が最も放電量が多くなり、蓄電セルＳＣ１が最も放電量が少なくなる。したがって、充電状態を揃えた状態で蓄電装置を組み立てたとしても、電圧計測動作を繰り返すうちに、図７に示すように、蓄電セルＳＣ１に対して蓄電セルＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４の順に電圧が徐々に低下し、セルグループ６を構成する蓄電セル間で充電状態アンバランスが生じることとなる。
FIG. 7 is a typical example of the magnitude relationship of the cell voltage assumed when the voltage measurement operation of each power storage cell is repeatedly performed in the configuration of the
本実施形態に示す蓄電装置の例では、上記の充電状態アンバランスを解消するために、図４に示すように、電圧計測動作の後に、ステップＳ１１０以降の動作を行う。まず、ステップＳ１１０において、蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の電圧値の差ΔＶを判定する。
例えば、上記の電圧測定実施前はこれらの蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の充電状態が揃っていて、各々の電圧もほぼ等しい状態であったとする。このΔＶは、図７に一例を示したように、最も放電量が少ないためにセル電圧が最も高い状態となるセルＳＣ１の電圧値と、最も放電量が多いためにセル電圧が最も低い状態となるセルＳＣ４の電圧値との差となる。このΔＶが所定の値（閾値Ａ）よりも小さいと判定された場合には、各蓄電セルのバランシング放電動作は行われず、一連の電圧計測動作は終了する。
このΔＶが所定の値（閾値Ａ）よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１２０へ進む。
In the example of the power storage device shown in the present embodiment, the operation after step S110 is performed after the voltage measurement operation as shown in FIG. First, in step S110, a voltage value difference ΔV between power storage cells SC1 to SC4 is determined.
For example, it is assumed that the state of charge of these power storage cells SC1 to SC4 is aligned and the respective voltages are substantially equal before the voltage measurement is performed. As shown in an example in FIG. 7, ΔV includes a voltage value of the cell SC1 in which the cell voltage is the highest because the discharge amount is the smallest, and a state in which the cell voltage is the lowest because the discharge amount is the largest. This is a difference from the voltage value of the cell SC4. When it is determined that this ΔV is smaller than a predetermined value (threshold A), the balancing discharge operation of each power storage cell is not performed, and a series of voltage measurement operations are ended.
If it is determined that this ΔV is larger than a predetermined value (threshold A), the process proceeds to step S120.
ステップＳ１２０に進むと、セル電圧の差ΔＶの値が閾値Ｂを越えているか判定される。この閾値Ｂは、蓄電セルの故障を判断するための閾値である。セル電圧の差ΔＶがこの閾値Ｂをも越えている場合、いずれかのセルが極端に劣化したか、短絡故障等を起こしたと判断され、ステップＳ１５０へ進む。そして、電圧判定部１６３は通信部１８を経由して上位システムに異常信号を出力する。
セル電圧の差ΔＶが閾値Ｂ以下の場合は、ステップＳ２００に進んで各蓄電セルのバランシング放電が行われる。
In step S120, it is determined whether the value of the cell voltage difference ΔV exceeds the threshold value B. This threshold value B is a threshold value for determining a failure of the storage cell. If the cell voltage difference ΔV exceeds this threshold value B, it is determined that one of the cells has extremely deteriorated or a short circuit failure has occurred, and the process proceeds to step S150. Then, the
When the cell voltage difference ΔV is equal to or less than the threshold value B, the process proceeds to step S200, and balancing discharge of each power storage cell is performed.
ステップＳ２００のバランシング放電の動作の一例を図６（ｂ）に示す。スイッチＳＷ５は常時オフ制御、スイッチＳＷ１はオン制御される。この状態にて、オンするスイッチをスイッチＳＷ４、ＳＷ３、ＳＷ２の順に順次オンしていく。
図８に、ステップＳ２００でのバランシング放電動作の例を示す。図８（ａ）は、スイッチＳＷ１とＳＷ４がオンとなったときに流れる電流を示す。この状態は、図６（ｂ）の＜５＞の状態に対応している。また、図８（ｂ）は、スイッチＳＷ１とＳＷ２がオンとなったときに流れる電流を示し、この状態は、図６（ｂ）の＜７＞の状態に対応している。なお、図８では、図５と同様にスイッチのオンオフ動作が直感的に理解できるよう、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５を単純な回路記号に置き換えて表わしている。
An example of the operation of balancing discharge in step S200 is shown in FIG. The switch SW5 is always turned off and the switch SW1 is turned on. In this state, the switches to be turned on are sequentially turned on in the order of the switches SW4, SW3, and SW2.
FIG. 8 shows an example of balancing discharge operation in step S200. FIG. 8A shows a current that flows when the switches SW1 and SW4 are turned on. This state corresponds to the state <5> in FIG. FIG. 8B shows the current that flows when the switches SW1 and SW2 are turned on, and this state corresponds to the state <7> in FIG. 6B. In FIG. 8, the switches SW <b> 1 to SW <b> 5 are replaced with simple circuit symbols so that the on / off operation of the switches can be intuitively understood as in FIG. 5.
図８（ａ）に示したように、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ４をオンすると、図中の破線のように電流が流れる。このとき、蓄電セルＳＣ１、ＳＣ２およびＳＣ３が分圧抵抗Ｒ１および分圧抵抗Ｒ４によって放電され、蓄電セルＳＣ４は放電されない。
また図８（ｂ）では、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２をオンとして、分圧抵抗Ｒ１および分圧抵抗Ｒ２を介して、蓄電セルＳＣ１のみが放電される。
なお、図６（ｂ）のタイミングチャートでは、スイッチＳＷ４、ＳＷ３、ＳＷ２の順にオン制御しているが、この順番は、例えば逆であっても構わないし、順不同でも構わない。
As shown in FIG. 8A, when the switch SW1 and the switch SW4 are turned on, a current flows as indicated by a broken line in the figure. At this time, power storage cells SC1, SC2, and SC3 are discharged by voltage dividing resistor R1 and voltage dividing resistor R4, and power storage cell SC4 is not discharged.
In FIG. 8B, the switch SW1 and the switch SW2 are turned on, and only the power storage cell SC1 is discharged via the voltage dividing resistor R1 and the voltage dividing resistor R2.
In the timing chart of FIG. 6B, the switches SW4, SW3, and SW2 are turned on in this order, but this order may be reversed or may be in any order.
図６（ｂ）に示したように、バランシング放電動作を行うことで、電圧計測動作において放電回数或いは放電量が最も少なかったセルＳＣ１が最も多く放電されることとなり、電圧計測動作とバランシング放電の動作を行うことで、セルの充電量が全セルで均一となるように調整することができる。なお、放電量調整のスイッチ動作の時間間隔は、セル電圧の差ΔＶに応じて適宜調整する。 As shown in FIG. 6B, by performing the balancing discharge operation, the cell SC1 having the smallest number of discharges or discharge amount in the voltage measurement operation is discharged most, and the voltage measurement operation and the balancing discharge are performed. By performing the operation, the charge amount of the cells can be adjusted to be uniform in all the cells. In addition, the time interval of the switch operation for adjusting the discharge amount is appropriately adjusted according to the cell voltage difference ΔV.
図４のフローチャートに示した制御動作の例では、各蓄電セルの測定電圧の差と閾値Ａに基づいてバランシング放電を実施するか、しないかを判断するが、電圧計測動作の度に、特に条件を設けずに放電量調整の動作を実施しても構わない。
以上で説明したように、本発明による蓄電装置を用いて、電圧計測動作にバランシング放電動作を組み合わせることにより、充電状態アンバランスを防ぐことが可能となる。
In the example of the control operation shown in the flowchart of FIG. 4, it is determined whether or not balancing discharge is performed based on the difference between the measured voltages of the respective storage cells and the threshold value A. The operation of adjusting the discharge amount may be performed without providing the above.
As described above, by using the power storage device according to the present invention, it is possible to prevent the state of charge imbalance by combining the voltage measurement operation with the balancing discharge operation.
＜第２の実施形態＞
図９は、本発明による、第２の実施形態の電池制御装置を備えた蓄電装置で、各蓄電セルの電圧測定を行う回路を備え、更にバランシング放電のみを行う回路を備えた蓄電装置の一部を示す図である。
この第２の実施形態では、図３、５、８に示す第１の実施形態での電圧測定並びにバランシング放電を行う回路と比較して、蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４のバランシング放電のみを行うバランシングスイッチＢＳＷ１〜ＢＳＷ４とバランシング抵抗ＢＲ１〜ＢＲ４が追加されている。
<Second Embodiment>
FIG. 9 is a power storage device including the battery control device of the second embodiment according to the present invention, including a circuit for measuring the voltage of each power storage cell, and further including a circuit for performing only balancing discharge. FIG.
In the second embodiment, compared to the circuit for performing voltage measurement and balancing discharge in the first embodiment shown in FIGS. 3, 5, and 8, the balancing switch BSW <b> 1 that performs only balancing discharge of the storage cells SC <b> 1 to SC <b> 4. To BSW4 and balancing resistors BR1 to BR4 are added.
図９に示すように、バランシングスイッチとバランシング抵抗は各蓄電セル毎に設けられているので、各蓄電セルを個別にバランシング放電することができる。これらのバランシングスイッチも制御部１６から制御される。
なお、図９のような構成にする場合は、抵抗Ｒ１〜Ｒ５はバランシング電流を流す必要がないので、高抵抗のものを用いてよい。
As shown in FIG. 9, since the balancing switch and the balancing resistor are provided for each power storage cell, each power storage cell can be individually subjected to balancing discharge. These balancing switches are also controlled by the
In the case of the configuration as shown in FIG. 9, since the resistors R1 to R5 do not need to flow a balancing current, a resistor having a high resistance may be used.
バランシングスイッチＢＳＷ１〜ＢＳＷ４をオン・オフしながら、第１の実施形態で説明したように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオン・オフして電圧測定を行うことも可能である。 While the balancing switches BSW1 to BSW4 are turned on and off, as described in the first embodiment, the switches SW1 to SW5 can be turned on and off to perform voltage measurement.
＜変形例１；電圧計測方法＞
上記で説明した、本発明による電池制御装置を用いた各蓄電セルの電圧計測方法では、スイッチＳＷ５を常時オンとし、スイッチＳＷ４〜ＳＷ１をそれぞれ順にオンとして各蓄電セルの電圧測定を行っている（図５および図６（ａ）参照）。
この電圧計測方法の変形例として、図１０および図１１に示すように、各蓄電セル毎にバランシング放電回路を形成して、電圧測定を行うことも可能である。なお、図１０では蓄電セルＳＣ４の電圧測定の場合（図１０（ａ））と蓄電セルＳＣ３の電圧測定の場合（図１０（ｂ））のみ示してあるが、蓄電セルＳＣ２およびＳＣ１の場合も同様に、それぞれのセルのバランシング放電回路を形成するように各々のセルの上下のスイッチをオンとして電圧測定を行う（図１１参照）。
この電圧測定方法による、各蓄電セルの算出方法を以下に示す。ここでも、蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ４とし、電圧検出器１５２に検出される各蓄電セル毎の電圧をＶＭ１〜ＶＭ４とする。また蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４のそれぞれの負極側電位をＥ１〜Ｅ４とする。なお、この変形例１でのＶＭ２〜ＶＭ４の値は、図５および図６で説明した場合のＶＭ２〜ＶＭ４の値とは異なるものである。
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In the voltage measuring method of each storage cell using the battery control device according to the present invention described above, the voltage of each storage cell is measured with the switch SW5 always on and the switches SW4 to SW1 sequentially turned on ( FIG. 5 and FIG. 6 (a)).
As a modification of this voltage measurement method, as shown in FIGS. 10 and 11, it is possible to form a balancing discharge circuit for each storage cell and perform voltage measurement. In FIG. 10, only the case of measuring the voltage of the storage cell SC4 (FIG. 10A) and the case of measuring the voltage of the storage cell SC3 (FIG. 10B) are shown, but the case of the storage cells SC2 and SC1 is also shown. Similarly, voltage measurement is performed by turning on the upper and lower switches of each cell so as to form a balancing discharge circuit for each cell (see FIG. 11).
The calculation method of each storage cell by this voltage measurement method is shown below. Here, the voltages of the storage cells SC1 to SC4 are V1 to V4, respectively, and the voltages of the storage cells detected by the
蓄電セルＳＣ４の電圧測定（図１０（ａ））は、図５（ａ）で説明した場合と同じであり、図１０（ａ）と図５（ａ）のスイッチ状態は同じである。従って、図１０（ａ）あるいはこれに対応する図１１の＜８＞の状態で、電圧検出器１５２で検出される電圧を、前述と同様にＶＭ４とすると、蓄電セルの電圧Ｖ４は、以下の式で求められる。
Ｖ４＝ＶＭ４＊（Ｒ４＋Ｒ５）／Ｒ５ ．．．（５）
なお、当然ながら式（５）は前述の式（１）と同じものである。
The voltage measurement of the storage cell SC4 (FIG. 10 (a)) is the same as that described with reference to FIG. 5 (a), and the switch states in FIG. 10 (a) and FIG. 5 (a) are the same. Therefore, if the voltage detected by the
V4 = VM4 * (R4 + R5) / R5. . . (5)
Of course, equation (5) is the same as equation (1) described above.
蓄電セルＳＣ３での電圧測定（図１０（ｂ）および図１１の＜９＞参照）では、電圧検出器１５２に２つの電位Ｅｃと蓄電セルＳＣ３の中間電位Ｅ４−Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）が入力される。
従って、電圧検出器１５２で検出される電圧ＶＭ３は、
ＶＭ３＝Ｅｃ−（Ｅ４−Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４））
＝Ｅｃ−Ｅ４＋Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）
となるが、Ｅｃ−Ｅ４＝Ｖ４であるので、
ＶＭ３＝Ｖ４＋Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）
となり、これより、
Ｖ３＝（ＶＭ３−Ｖ４）＊（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４ ．．．（６）
となる。Ｖ４は上記の測定で式（５）から求められているので、検出電圧値ＶＭ３から式（６）でＶ３が算出される。
In the voltage measurement in the storage cell SC3 (see <9> in FIG. 10B and FIG. 11), the
Therefore, the voltage VM3 detected by the
VM3 = Ec- (E4-V3 * R4 / (R3 + R4))
= Ec-E4 + V3 * R4 / (R3 + R4)
However, since Ec−E4 = V4,
VM3 = V4 + V3 * R4 / (R3 + R4)
And from this,
V3 = (VM3-V4) * (R3 + R4) / R4. . . (6)
It becomes. Since V4 is obtained from equation (5) in the above measurement, V3 is calculated from equation (6) from detection voltage value VM3.
同様に蓄電セルＳＣ２での電圧測定（図１１の＜１０＞参照）では、電圧検出器１５２に２つの電位Ｅｃと蓄電セルＳＣ２の中間電位Ｅ３−Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）が入力される。
従って、電圧検出器６２で検出される電圧ＶＭ３は、
ＶＭ２＝Ｅｃ−（Ｅ３−Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））
＝Ｅｃ−Ｅ３＋Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）
となるが、Ｅｃ−Ｅ３＝Ｖ３＋Ｖ４であるので、
ＶＭ２＝Ｖ３＋Ｖ４＋Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）
となり、これより、
Ｖ２＝（ＶＭ２−Ｖ３−Ｖ４）＊（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ３ ．．．（７）
となる。Ｖ３、Ｖ４はそれぞれ上記の式（６）、（５）から求められているので、検出電圧値ＶＭ２から式（７）でＶ２が算出される。
Similarly, in voltage measurement in the storage cell SC2 (see <10> in FIG. 11), two potentials Ec and an intermediate potential E3-V2 * R3 / (R2 + R3) of the storage cell SC2 are input to the
Therefore, the voltage VM3 detected by the voltage detector 62 is
VM2 = Ec- (E3-V2 * R3 / (R2 + R3))
= Ec-E3 + V2 * R3 / (R2 + R3)
However, since Ec−E3 = V3 + V4,
VM2 = V3 + V4 + V2 * R3 / (R2 + R3)
And from this,
V2 = (VM2-V3-V4) * (R2 + R3) / R3. . . (7)
It becomes. Since V3 and V4 are respectively obtained from the above equations (6) and (5), V2 is calculated from the detected voltage value VM2 by equation (7).
同様に蓄電セルＳＣ１での電圧測定（図１１の＜１１＞参照）で、電圧検出器１５２で検出される電圧値ＶＭ１から、下記の式（８）で蓄電セルＳＣ１の電圧Ｖ１が算出される。
Ｖ１＝（ＶＭ１−Ｖ２−Ｖ３−Ｖ４）＊（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ ．．．（８）
Similarly, in voltage measurement in the storage cell SC1 (see <11> in FIG. 11), the voltage V1 of the storage cell SC1 is calculated from the voltage value VM1 detected by the
V1 = (VM1-V2-V3-V4) * (R1 + R2) / R2. . . (8)
なお、上記の電圧測定は、どのような順番でおこなってもよい。式（５）〜（８）の順で計算することで容易にＶ１〜Ｖ４が算出されるが、式（５）〜（８）を連立方程式として解を求めてもよい。
また、この変形例１では、前述の図５〜図８で説明した場合と異なり、各蓄電セルの放電時間は同じなので、電圧測定を多数回行っても、電圧測定による各蓄電セルの充電状態のばらつきは殆ど生じない。従って、電圧測定による充電状態のばらつきを補正する目的の、前述のような方法（図６（ｂ）参照）でのバランシング放電は不要である。従って、図４で示したフローに従い、必要があれば蓄電セル毎に個別にバランシング放電を行う。
The voltage measurement may be performed in any order. V1 to V4 are easily calculated by calculating in the order of equations (5) to (8), but a solution may be obtained using equations (5) to (8) as simultaneous equations.
Moreover, in this
＜変形例２；バランシング放電方法＞
蓄電セルの個別バランシング放電を行う方法の例を図１２に示す。
上述の電圧測定およびバランシング放電の方法から明らかなように、各蓄電セルの放電を行うには、図１０に示すように、蓄電セルの上下のスイッチをオンとしてバランシング放電回路を構成すればよい。なお、この個別バランシング放電では、どのような順番で各蓄電セルの放電を行ってもよい。図１２では蓄電セルＳＣ１から順に放電を行っている状態を示しているが、この順番に限定するものではない。また、放電する時間も各蓄電セルの充電状態に対応して適宜調整する。すなわち、ＳＣ１〜ＳＣ４の放電時間を示す、斜線で示す方形ピークの幅は適宜調整する。
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An example of a method for performing individual balancing discharge of the storage cell is shown in FIG.
As is apparent from the voltage measurement and balancing discharge methods described above, in order to discharge each storage cell, as shown in FIG. 10, a balancing discharge circuit may be configured by turning on the upper and lower switches of the storage cell. In this individual balancing discharge, each power storage cell may be discharged in any order. Although FIG. 12 shows a state in which discharging is performed in order from the storage cell SC1, it is not limited to this order. Further, the discharging time is also adjusted as appropriate according to the state of charge of each storage cell. That is, the width of the square peak indicated by the oblique lines indicating the discharge times of SC1 to SC4 is adjusted as appropriate.
＜変形例３；電圧計測方法＞
前述の第１の実施形態で説明した、図６で示すような各蓄電セルの電圧測定の順序および設定と全く対称的な順序および設定で電圧測定を行うことも可能である。
図１３と図１４はこの変形例の電圧測定方法を説明する図である。上記の説明と同様に、各蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の端子間電圧をそれぞれＶ１〜Ｖ４とし、各蓄電セルの負極側の電位をそれぞれＥ１からＥ４とする。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５をオンオフして、各蓄電セルを選択した際に電圧検出器１５２で検出される電圧をそれぞれＶＭ１〜ＶＭ４とする。なお、この変形例３でのＶＭ１〜ＶＭ４の値は、上述の実施形態や変形例で説明した際のＶＭ１〜ＶＭ４の値とは異なるものである。
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It is also possible to perform voltage measurement in an order and setting that are completely symmetrical to the order and setting of voltage measurement of each storage cell as shown in FIG. 6 described in the first embodiment.
FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams for explaining the voltage measurement method of this modification. Similarly to the above description, the inter-terminal voltages of the storage cells SC1 to SC4 are V1 to V4, respectively, and the potentials on the negative side of the storage cells are E1 to E4, respectively. In addition, the voltages detected by the
この電圧測定方法では、蓄電セルＳＣ１を必ず含むように電圧測定を行う蓄電セルを選択し、この蓄電セルＳＣ１の電圧情報を有する電位を電圧検出器１５２に入力する。具体的には図１３（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１とＳＷ５をオンとし、他のスイッチＳＷ２〜ＳＷ４はオフとする。
電圧検出器に入力される電位はＥｃとＥｃ−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）＊Ｒ５／（Ｒ１＋Ｒ５）となる。Ｅｃ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４であるので、ＥｃとＥｃ−Ｅｃ＊Ｒ５／（Ｒ１＋Ｒ５）が入力されることになる。従って、電圧検出器１５２で検出される電圧ＶＭ４は、式（９）のようになる。
ＶＭ４＝Ｅｃ−（Ｅｃ−Ｅｃ＊Ｒ５／（Ｒ１＋Ｒ５））
＝Ｅｃ＊Ｒ５／（Ｒ１＋Ｒ５） ．．．（９）
In this voltage measurement method, a storage cell that performs voltage measurement is selected so as to necessarily include the storage cell SC1, and a potential having voltage information of the storage cell SC1 is input to the
The potential input to the voltage detector is Ec and Ec− (V1 + V2 + V3 + V4) * R5 / (R1 + R5). Since Ec = V1 + V2 + V3 + V4, Ec and Ec−Ec * R5 / (R1 + R5) are input. Therefore, the voltage VM4 detected by the
VM4 = Ec- (Ec-Ec * R5 / (R1 + R5))
= Ec * R5 / (R1 + R5). . . (9)
次に、図１３（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１とＳＷ４をオンとし、他のスイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５はオフとすると、電圧検出器１５２に入力される電位はＥｃとＥ４−（Ｅ４−Ｅ１）＊Ｒ４／（Ｒ１＋Ｒ４）となる。従って、電圧検出器１５２で検出される電圧ＶＭ３は、式（１０）のようになる。
ＶＭ３＝Ｅｃ−（Ｅ４−（Ｅ４−Ｅ１）＊Ｒ４／（Ｒ１＋Ｒ４）） ．．．（１０）
Next, as shown in FIG. 13B, when the switches SW1 and SW4 are turned on and the other switches SW2, SW3, and SW5 are turned off, the potentials input to the
VM3 = Ec- (E4- (E4-E1) * R4 / (R1 + R4)). . . (10)
同様に、スイッチＳＷ１とＳＷ３をオンとし（図示省略）、他のスイッチＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５はオフとする。電圧検出器１５２に入力される電位はＥｃとＥ３−（Ｅ３−Ｅ１）＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）となる。従って、電圧検出器１５２で検出される電圧ＶＭ２は、式（１１）のようになる。
ＶＭ２＝Ｅｃ−（Ｅ３−（Ｅ３−Ｅ１）＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）） ．．．（１１）
Similarly, the switches SW1 and SW3 are turned on (not shown), and the other switches SW2, SW4, and SW5 are turned off. The potential input to the
VM2 = Ec- (E3- (E3-E1) * R3 / (R1 + R3)). . . (11)
更に、同様に、スイッチＳＷ１とＳＷ５をオンとし（図示省略）、他のスイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４はオフとすると、電圧検出器１５２に入力される電位は、ＥｃとＥ２−Ｖ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。この変形例３における各蓄電セルの電圧の算出においては、前述の関係Ｖ１＝Ｅ２−Ｅ１、Ｖ２＝Ｅ３−Ｅ２、Ｖ３＝Ｅ４−Ｅ３、Ｖ４＝Ｅｃ−Ｅ４を用いて、Ｅ１〜Ｅ４およびＥｃで表現すると分かり易い。従って、電圧検出器１５２で検出される電圧ＶＭ１は、式（１２）のようになる。
ＶＭ１＝Ｅｃ−（Ｅ２−（Ｅ２−Ｅ１）＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）） ．．．（１２）
Similarly, when the switches SW1 and SW5 are turned on (not shown) and the other switches SW2, SW3, and SW4 are turned off, the potential input to the
VM1 = Ec- (E2- (E2-E1) * R2 / (R1 + R2)). . . (12)
以上の式（９）〜式（１２）を用い、Ｖ１〜Ｖ４の連立方程式としてＶ１〜Ｖ４を求めることができる。簡単にＶ１〜Ｖ４を求めるには、まず式（９）からＥｃを求める。次に、Ｅ１＝０であるから、式（１０）、（１１）、（１２）から、それぞれＥ４、Ｅ３、Ｅ２が求まる。これらからＶ１〜Ｖ４が求められる。 Using the above equations (9) to (12), V1 to V4 can be obtained as simultaneous equations of V1 to V4. To find V1 to V4 simply, first obtain Ec from equation (9). Next, since E1 = 0, E4, E3, and E2 are obtained from the equations (10), (11), and (12), respectively. From these, V1 to V4 are obtained.
図１４は、上記の変形例３でのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のオンオフ動作と、このオンオフ動作による各蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ４の放電を示したものである。図６（ａ）と比較して、＜１＞〜＜４＞の状態の放電が、図１４では丁度逆の順番で＜１６＞〜＜１９＞として実行される。 FIG. 14 shows the on / off operation of the switches SW1 to SW5 in the third modification and the discharge of the storage cells SC1 to SC4 due to the on / off operation. Compared with FIG. 6A, the discharges in the states <1> to <4> are executed as <16> to <19> in the reverse order in FIG.
前述の第１の実施形態の電圧測定と、この第３の変形例の電圧測定を続けて行うと、電圧測定に伴う各蓄電セルの放電量を同等にすることができる。また、第１の実施形態の電圧測定方法で、極めて僅かではあるが、各蓄電セルの放電量の違いによる電圧測定への影響も、これらの２つの電圧測定での測定結果を平均することで更に小さくすることができる。これは第１の実施形態での電圧測定と第３の変形例の電圧測定が全く逆の順序で行われることによる。 If the voltage measurement of the first embodiment described above and the voltage measurement of the third modification are performed continuously, the discharge amount of each storage cell accompanying the voltage measurement can be made equal. In addition, in the voltage measurement method of the first embodiment, the influence on the voltage measurement due to the difference in the discharge amount of each power storage cell can be obtained by averaging the measurement results of these two voltage measurements. It can be further reduced. This is because the voltage measurement in the first embodiment and the voltage measurement in the third modified example are performed in exactly the reverse order.
なお、以上では、検出された電圧から、各蓄電セルのセル電圧を算出する複数の方法について説明した（第１の実施形態、第１及び第３の変形例）。これらの方法においては、各蓄電セルのセル電圧を算出する場合の式が異なるので、検出電圧値から各蓄電セルのセル電圧を求める際の係数が、それぞれの方法で異なる。これらの係数は各蓄電セルの電圧計測および電圧算出方法毎に、分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５によって決まっているので、たとえばデータ保持部に前もって格納しておいてもよいし、あるいはバッテリーコントローラ１３等の上位制御装置から、電圧計測方法の指令とともに、この電圧計測方法および電圧算出方法で使用する係数を通信を介して制御部１６に送信するようにしてもよい。
In the above, a plurality of methods for calculating the cell voltage of each power storage cell from the detected voltage has been described (first embodiment, first and third modifications). In these methods, since the equations for calculating the cell voltage of each power storage cell are different, the coefficients for obtaining the cell voltage of each power storage cell from the detected voltage value are different for each method. Since these coefficients are determined by the voltage dividing resistors R1 to R5 for each voltage measurement and voltage calculation method of each storage cell, for example, they may be stored in advance in the data holding unit, or the
また、これらの蓄電セルの電圧検出およびセル電圧算出の方法（第１の実施形態、第１及び第３の変形例）では、セルグループを構成する蓄電セルの個数と同じ回数だけ電圧計測を行えばよい。これらの電圧計測においては、それぞれの電圧計測で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５の内２つのスイッチをオンとして構成される閉回路に含まれる蓄電セル（の組み合わせ）が異なっていればよい。このようにして蓄電セルの電圧計測を行うことによって、全ての蓄電セルのセル電圧情報が入った電圧検出が行われ、各蓄電セルのセル電圧を算出することができる。 Further, in these voltage detection and cell voltage calculation methods (first embodiment, first and third modifications), voltage measurement is performed as many times as the number of power storage cells constituting the cell group. Just do it. In these voltage measurements, the storage cells (combinations thereof) included in the closed circuit configured by turning on two of the switches SW1 to SW5 may be different in each voltage measurement. By measuring the voltage of the storage cell in this way, voltage detection including the cell voltage information of all the storage cells is performed, and the cell voltage of each storage cell can be calculated.
＜変形例４；バランシング放電方法＞
上記で説明したように、電圧測定に伴う各蓄電セルの放電量をほぼ同等にしながらの電圧測定も可能である。従って、各蓄電セルのセル電圧も図７に示す場合と異なり、たとえば図１５（ａ）に示すような状態であったとする。このような状態の場合は、図４を参照して説明したステップＳ２００でのバランシング放電を以下のようにして行う（下記ステップＳ２０１〜Ｓ２０３、および図１５（ｂ）参照）。
（ステップＳ２０１） 蓄電セルＳＣ１の放電を、セル電圧がＶＤからＶＡまで低下するまで行う。スイッチＳＷ１とＳＷ２をオンとし、他のスイッチはオフにする。放電時間、すなわちスイッチＳＷ１とＳＷ２をオンとする時間は、蓄電セルＳＣ１のセル電圧ＶＤに相当するＳＯＣ（State Of Charge;残存容量）からセル電圧ＶＣに相当するＳＯＣに低下するまでに必要な放電電流の積算値で設定される。スイッチＳＷ１とＳＷ２をオンとした場合の放電電流は、蓄電セルのセル電圧と分圧抵抗Ｒ１とＲ２で決定される。なお、蓄電セルのＳＯＣは、セル電圧とＳＯＣの関係が特性データとして事前に測定されているので、この特性データを基に算出されている。
（ステップＳ２０２） 蓄電セルＳＣ３の放電を、セル電圧がＶＣからＶＢまで低下するまで行う。この際、スイッチＳＷ３とＳＷ４をオンとする。放電電流は蓄電セルＳＣ３のセル電圧と、分圧抵抗Ｒ３およびＲ４とで決定され、放電時間はステップＳ２０１と同様に設定される。なお、蓄電セルＳＣ３の放電は、上記の蓄電セルＳＣ１の放電と並行して行うこともできる。これは蓄電セルＳＣ１の放電と蓄電セルＳＣ３の放電でのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の設定状態が互いに影響しないためである。
（ステップＳ２０３） 蓄電セルＳＣ３とＳＣ４の放電を、セル電圧がＶＢからＶＡまで低下するまで行う。この際スイッチＳＷ３とＳＷ５をオンとし、スイッチＳＷ４はオフである。放電電流は蓄電セルＳＣ３とＳＣ４との合計電圧と、分圧抵抗Ｒ３およびＲ５で決定される。放電時間はステップＳ２０１と同様に設定される。なお、ステップＳ２０２で説明したように、蓄電セルＳＣ３とＳＣ４の放電は、蓄電セルＳＣ１の放電と並行して行うこともできる。
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As described above, it is possible to perform voltage measurement while substantially equalizing the discharge amount of each storage cell associated with voltage measurement. Therefore, it is assumed that the cell voltage of each power storage cell is different from that shown in FIG. 7, for example, as shown in FIG. In such a state, the balancing discharge in step S200 described with reference to FIG. 4 is performed as follows (see steps S201 to S203 below and FIG. 15B).
(Step S201) The storage cell SC1 is discharged until the cell voltage decreases from V D to V A. The switches SW1 and SW2 are turned on, and the other switches are turned off. Discharge time, i.e. the time to turn on the switch SW1 and SW2, SOC corresponding to the cell voltage V D of the storage cell SC1; required from (State Of Charge remaining capacity) to decrease the SOC corresponding to the cell voltage V C Is set by the integrated value of the correct discharge current. The discharge current when the switches SW1 and SW2 are turned on is determined by the cell voltage of the storage cell and the voltage dividing resistors R1 and R2. The SOC of the storage cell is calculated based on the characteristic data because the relationship between the cell voltage and the SOC is measured in advance as characteristic data.
(Step S202) The storage cell SC3 is discharged until the cell voltage decreases from V C to V B. At this time, the switches SW3 and SW4 are turned on. The discharge current is determined by the cell voltage of power storage cell SC3 and voltage dividing resistors R3 and R4, and the discharge time is set similarly to step S201. Note that the discharge of the storage cell SC3 can be performed in parallel with the discharge of the storage cell SC1. This is because the setting states of the switches SW1 to SW5 in the discharge of the storage cell SC1 and the discharge of the storage cell SC3 do not affect each other.
(Step S203) The storage cells SC3 and SC4 are discharged until the cell voltage decreases from V B to V A. At this time, the switches SW3 and SW5 are turned on, and the switch SW4 is turned off. The discharge current is determined by the total voltage of power storage cells SC3 and SC4 and voltage dividing resistors R3 and R5. The discharge time is set similarly to step S201. Note that, as described in step S202, the storage cells SC3 and SC4 can be discharged in parallel with the discharge of the storage cell SC1.
なお、上記のステップＳ２０１〜Ｓ２０３は順序を入れ替えて実施しても構わないが、最も短時間で全てのバランシング放電が行えるように、各蓄電セルの放電動作をスケジュールすることが好ましい。蓄電セルＳＣ１〜ＳＣ５のセル電圧が、図１５に示すような場合、変形例１で説明したように（図１０、図１１参照）、各蓄電セルを個別に放電することも可能であるが、蓄電セル１個ずつ行うため時間がかかる。上記の変形例４で説明したような方法で、効率よく短時間でバランシング放電を行うことができる。
このような放電動作のスケジューリングは、図１５に示すような各蓄電セルのセル電圧の状態に基づいて自動的に設定するようにプログラムを作成して行うことが可能であるが、詳細は省略する。
In addition, although said step S201-S203 may be implemented by changing order, it is preferable to schedule the discharge operation of each electrical storage cell so that all balancing discharges can be performed in the shortest time. When the cell voltages of the storage cells SC1 to SC5 are as shown in FIG. 15, as described in the first modification (see FIGS. 10 and 11), it is possible to discharge each storage cell individually. It takes time to perform one storage cell at a time. Balancing discharge can be performed efficiently and in a short time by the method described in
Scheduling of such discharge operations can be performed by creating a program so as to be automatically set based on the state of the cell voltage of each storage cell as shown in FIG. .
上記で説明したバランシング放電方法（変形例２および３）から明らかなように、本発明による蓄電装置を用いることにより、セルグループの複数の蓄電セルの内、連続して接続されていない複数の蓄電セルは、並行して放電することが可能である。
例えば、１つ以上の蓄電セルからなり、２つ以上の蓄電セルの場合はこれらが連続して直列に接続されている第１の蓄電セル群と、この第１の蓄電セル群とは連続して接続されていない、別の１つ以上の蓄電セルからなり、２つ以上の蓄電セルの場合はこれらが連続して直列に接続されている蓄電セルからなる第２の蓄電セル群の放電は、互いに並行にあるいは同時に放電を行うことができる。
As apparent from the balancing discharge method described above (
For example, the first power storage cell group that is composed of one or more power storage cells, and in the case of two or more power storage cells, these are continuously connected in series, and the first power storage cell group is continuous. In the case of two or more power storage cells, the discharge of the second power storage cell group consisting of power storage cells connected in series is The discharges can be performed in parallel or simultaneously.
この第１の蓄電セル群の蓄電セルの最上位電位側の正極に接続された電圧検出線ＳＬ５に接続されたスイッチと、最下位電位側の負極に接続された電圧検出線ＳＬ１に接続されたスイッチとをオンにし、第２の蓄電セル群の蓄電セルの最上位電位側の正極に接続された電圧検出線ＳＬ５に接続されたスイッチと、第２の蓄電セル群の最下位電位側の負極に接続された電圧検出線１に接続されたスイッチとをオンにすることによって、両方の蓄電セル群を放電することができる。
The switch connected to the voltage detection line SL5 connected to the positive electrode on the highest potential side of the storage cells of the first storage cell group and the voltage detection line SL1 connected to the negative electrode on the lowest potential side A switch connected to the voltage detection line SL5 connected to the positive electrode on the highest potential side of the storage cells of the second storage cell group, and the negative electrode on the lowest potential side of the second storage cell group Both storage cell groups can be discharged by turning on the switch connected to the
またこの際、上記のスイッチ以外はオフとする。２つ以上の蓄電セルが連続して直列に接続された蓄電セル群では、この蓄電セル群の最上位電位側の電圧検出線ＳＬ５と最下位電位側の電圧検出線ＳＬ１の間にも、他の電圧検出線ＳＬ２〜ＳＬ４があり、また上記の説明によればオフとされているスイッチがある（例えば図５（ｂ）、図８（ａ）、図１３を参照）。これらのオフとなっているスイッチをオンにしてもよいが、各蓄電セルの電圧はそれほど大きく異ならないので、放電の効果は殆ど無い。逆に、各蓄電セルの電圧ばらつきが非常に大きい場合には、すべてのスイッチをオンにすると放電効果が少々改善される場合もあるが（詳細な説明省略）、このような制御は放電時間の算出を複雑にするのでメリットは無い。 At this time, the switches other than the above are turned off. In a storage cell group in which two or more storage cells are continuously connected in series, the voltage detection line SL5 on the highest potential side and the voltage detection line SL1 on the lowest potential side of the storage cell group are also connected to each other. Voltage detection lines SL2 to SL4, and according to the above description, there are switches that are turned off (see, for example, FIGS. 5B, 8A, and 13). Although these off switches may be turned on, the voltage of each storage cell does not differ so much, so there is almost no discharge effect. On the other hand, when the voltage variation of each storage cell is very large, turning on all the switches may slightly improve the discharge effect (detailed explanation is omitted). There is no merit because the calculation is complicated.
なお、第２の実施形態で説明したような、図９に示すようなバランシング放電回路を用いても上記の変形例４のようなバランシング放電を、同様に行うことができる。図９のバランシング放電回路では、２つの隣り合うバランシングスイッチをオンとして、隣り合う２つの蓄電セルの放電を行う場合でも、バランシング抵抗ＢＲ１〜ＢＲ４の抵抗値が同じであれば、蓄電セル１個だけ放電する場合と同程度の放電電流となる。これにより、バランシング放電時間、すなわちバランシングスイッチをオンとする時間の算出が単純になるというメリットがある。
It should be noted that the balancing discharge as in the above-described
＜第３の実施形態＞
図１６に、本発明による蓄電装置の第３の実施形態について、図２に示す第１の実施形態の蓄電装置の構成概略に対して、異なる部分が分かり易いように一部分のみ示す。
上述の本発明による蓄電装置の実施形態およびその変形例では、電圧検出器１５２の差動増幅器１５３（図２参照）には、基準電位としてＥｃが入力されるものとして説明した。
しかしながら、図１６に示すように、基準電位としてセルグループの６の最下位電位Ｅ１（すなわちセルグループ６およびセルコントローラ１１のＧＮＤ電位）を入力する構成も可能である。基準電位が異なるので、上述のような各蓄電セルの電圧の算出式も異なる。これらの各蓄電セルの電圧の算出式は上述の説明から、図１６のような構成の場合に対しても容易に導けるので、詳細な説明は省略する。なお、上述のような各蓄電セルのセル電圧の算出方法から明らかなように、原理的には、この基準電位はＥｃあるいはＧＮＤ電位に限定されない。各蓄電セルのセル電圧を算出するための電圧検出が終了するまで、一定の電圧が供給されていればよい。
<Third Embodiment>
FIG. 16 shows only a part of the third embodiment of the power storage device according to the present invention so that different parts can be easily understood from the schematic configuration of the power storage device of the first embodiment shown in FIG.
In the above-described embodiment of the power storage device according to the present invention and the modifications thereof, it has been described that Ec is input as the reference potential to the differential amplifier 153 (see FIG. 2) of the
However, as shown in FIG. 16, it is also possible to input the lowest potential E1 of the cell group 6 (that is, the GND potential of the
上述した本発明による蓄電装置では、セルコントローラ１１はディスクリートの素子で構成することも可能であり、あるいはセルコントローラ１１全体を１つの専用のＩＣとすることも可能である。
また、特にＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチとで構成されるスイッチ部１５１とスイッチ駆動部１７をディスクリート構成とすることも可能である。スイッチ部１５１とスイッチ駆動部１７はＥｃ電源で駆動される部分を含むので、他の回路と離して構成してもよい。
In the power storage device according to the present invention described above, the
In particular, the
＜変形例５；電圧検出線の断線検出方法＞
上記で説明した、本発明による蓄電装置を用いて電圧検出線の断線を検出することができる。
以下では、２つの隣り合う電圧検出線のスイッチを共にオンとした時の電位を、電圧検出器１５２に入力して検出して断線判定する方法について説明する。１つの電圧検出線のみの電位を電圧検出器１５２に入力しても、正常な電圧以外の電圧が検出されたことで、電圧検出線の断線はほぼ判定できるが、判定できない場合も生じる可能性があるので、これも合わせて説明する。図１７〜図２０は、この断線検出方法を説明する図である。なお、ここでは電圧検出線ＳＬ１〜ＳＬ５を均等に取り扱えるように、最上位電位Ｅｃの接続点を変更してある。以下で説明するように、この変更は断線判定方法に実際には影響を与えない。
<Modification 5: Method for detecting disconnection of voltage detection line>
The disconnection of the voltage detection line can be detected using the power storage device according to the present invention described above.
Hereinafter, a method for determining disconnection by inputting the potential when the switches of two adjacent voltage detection lines are both turned on to the
図１７は、最上位の電圧検出線ＳＬ５が断線している場合の例である。
スイッチＳＷ５のみオンとし、ＳＷ１〜ＳＷ４をオフとすると（図１７（ａ））、電圧検出線ＳＬ５が断線しているので、電圧検出器１５２に入力される電位はフローティングとなり、電圧検出器１５２の検出電圧は確定しない。
しかしながら、２つのスイッチＳＷ４とＳＷ５を共にオンとすると（図１７（ｂ））、電圧検出器には電位Ｅ４が入力され、電圧検出器の出力はＥｃとＥ４の差、すなわち蓄電セルＳＣ４のセル電圧Ｖ４となる。電圧検出線ＳＬ５に断線がなければ、実施形態１で説明したように、電圧検出器の出力はＶ４＊Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）となり大きく異なる電圧が検出される。これから電圧検出線ＳＬ５が断線していると判断される。
FIG. 17 is an example when the highest voltage detection line SL5 is disconnected.
When only the switch SW5 is turned on and SW1 to SW4 are turned off (FIG. 17A), the voltage detection line SL5 is disconnected, so that the potential input to the
However, when both the switches SW4 and SW5 are turned on (FIG. 17B), the potential E4 is input to the voltage detector, and the output of the voltage detector is the difference between Ec and E4, that is, the cell of the storage cell SC4. The voltage is V4. If the voltage detection line SL5 is not broken, as described in the first embodiment, the output of the voltage detector is V4 * R5 / (R4 + R5), and a greatly different voltage is detected. From this, it is determined that the voltage detection line SL5 is disconnected.
なお、スイッチＳＷ５のみオンとした場合、電圧検出器１５２の検出電圧は確定しないので、偶然断線していない場合と同等な電圧が検出される、すなわち、電位Ｅｃが電圧検出器１５２に入力され、０Ｖが出力される可能性がある。
When only the switch SW5 is turned on, the detection voltage of the
図１８は、電圧検出線ＳＬ４が断線している場合の例である。
スイッチＳＷ４のみオンとし、ＳＷ１〜ＳＷ３とＳＷ５をオフとすると（図１８（ａ））、電圧検出線ＳＬ４が断線しているので、電圧検出器１５２に入力される電位はフローティングとなり、電圧検出器１５２の検出電圧は確定しない。
しかしながら、２つのスイッチＳＷ４とＳＷ５を共にオンとすると（図１８（ｂ））、電圧検出器には電位Ｅｃが入力され、電圧検出器の出力は０となる。電圧検出線ＳＬ４に断線がなければ、上記のように、電圧検出器の出力はＶ４＊Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）となる。これから電圧検出線ＳＬ４が断線していると判断される。
FIG. 18 is an example when the voltage detection line SL4 is disconnected.
When only the switch SW4 is turned on and SW1 to SW3 and SW5 are turned off (FIG. 18 (a)), since the voltage detection line SL4 is disconnected, the potential input to the
However, when both the switches SW4 and SW5 are turned on (FIG. 18B), the potential Ec is input to the voltage detector, and the output of the voltage detector becomes zero. If the voltage detection line SL4 is not disconnected, the output of the voltage detector is V4 * R5 / (R4 + R5) as described above. From this, it is determined that the voltage detection line SL4 is disconnected.
あるいは、図１８（ｃ）に示すように、２つのスイッチＳＷ３とＳＷ４を共にオンとすると、電圧検出器には電位Ｅ３が入力され、電圧検出器の出力はＥｃとＥ３の差、すなわち蓄電セルＳＣ３のセル電圧Ｖ３と蓄電セルＳＣ４のセル電圧Ｖ４の和Ｖ３＋Ｖ４となる。電圧検出線ＳＬ４に断線がなければ、電圧検出器１５２には、Ｅ４−Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）が入力され、電圧検出器の出力はＥｃ−（Ｅ４−Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４））＝Ｖ４＋Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）となる。これから電圧検出線ＳＬ４が断線していると判断される。
Alternatively, as shown in FIG. 18C, when the two switches SW3 and SW4 are both turned on, the potential E3 is input to the voltage detector, and the output of the voltage detector is the difference between Ec and E3, that is, the storage cell. The sum V3 + V4 of the cell voltage V3 of SC3 and the cell voltage V4 of the storage cell SC4 is obtained. If the voltage detection line SL4 is not disconnected, E4-V3 * R4 / (R3 + R4) is input to the
図１９は、電圧検出線ＳＬ３が断線している場合の例である。
スイッチＳＷ３のみオンとし、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオフとすると（図１９（ａ））、電圧検出線ＳＬ３が断線しているので、電圧検出器１５２に入力される電位はフローティングとなり、電圧検出器１５２の検出電圧は確定しない。
しかしながら、２つのスイッチＳＷ３とＳＷ４を共にオンとすると（図１９（ｂ））、電圧検出器には電位Ｅ４が入力され、電圧検出器の出力Ｅｃ−Ｅ４すなわち蓄電セルＳＣ４のセル電圧Ｖ４となる。電圧検出線ＳＬ３に断線がなければ、上記のように、電圧検出器の出力はＶ４＋Ｖ３＊Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）となり、これから電圧検出線ＳＬ３が断線していると判断される。
FIG. 19 is an example when the voltage detection line SL3 is disconnected.
When only the switch SW3 is turned on and SW1, SW2, SW4, and SW5 are turned off (FIG. 19A), the voltage detection line SL3 is disconnected, so that the potential input to the
However, when both the switches SW3 and SW4 are turned on (FIG. 19B), the potential E4 is input to the voltage detector, and the voltage detector output Ec-E4, that is, the cell voltage V4 of the storage cell SC4 is obtained. . If the voltage detection line SL3 is not disconnected, as described above, the output of the voltage detector is V4 + V3 * R4 / (R3 + R4), and from this it is determined that the voltage detection line SL3 is disconnected.
あるいは、図１９（ｃ）に示すように、２つのスイッチＳＷ２とＳＷ３を共にオンとすると、電圧検出器には電位Ｅ２が入力され、電圧検出器の出力はＥｃとＥ２の差、すなわち蓄電セルＳＣ２〜ＳＣ４のセル電圧セル電圧の和Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４となる。電圧検出線ＳＬ３に断線がなければ、電圧検出器１５２には、Ｅ３−Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）が入力され、電圧検出器の出力はＥｃ−（Ｅ３−Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）＝Ｖ４＋Ｖ３＋Ｖ２＊Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）となる。これから電圧検出線ＳＬ３が断線していると判断される。
Alternatively, as shown in FIG. 19C, when the two switches SW2 and SW3 are both turned on, the potential E2 is input to the voltage detector, and the output of the voltage detector is the difference between Ec and E2, that is, the storage cell. SC2 to SC4 cell voltage Sum of cell voltages V2 + V3 + V4. If the voltage detection line SL3 is not disconnected, E3-V2 * R3 / (R2 + R3) is input to the
図２０は、最下位の電圧検出線ＳＬ１が断線している場合の例である。電圧検出線ＳＬ２の断線の場合は、電圧検出線ＳＬ３またはＳＬ４の断線の場合と同様であるので省略する。
スイッチＳＷ１のみオンとし、ＳＷ２〜ＳＷ５をオフとすると（図２０（ａ））、電圧検出線ＳＬ１が断線しているので、電圧検出器１５２に入力される電位はフローティングとなり、電圧検出器１５２の検出電圧は確定しない。
しかしながら、２つのスイッチＳＷ１とＳＷ２を共にオンとすると（図２０（ｂ））、電圧検出器には電位Ｅ２が入力され、電圧検出器の出力はＥｃとＥ２の差、すなわち蓄電セルＳＣ２〜ＳＣ４のセル電圧の和Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４となる。電圧検出線ＳＬ１に断線がなければ、電圧検出器１５２には、Ｅ２−Ｖ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）が入力され、電圧検出器の出力はＥｃ−（Ｅ２−Ｖ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｖ４＋Ｖ３＋Ｖ２＋Ｖ１＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。これから電圧検出線ＳＬ１が断線していると判断される。
FIG. 20 is an example when the lowest voltage detection line SL1 is disconnected. Since the disconnection of the voltage detection line SL2 is the same as the disconnection of the voltage detection line SL3 or SL4, the description thereof is omitted.
When only the switch SW1 is turned on and SW2 to SW5 are turned off (FIG. 20A), the voltage detection line SL1 is disconnected, so that the potential input to the
However, when both the switches SW1 and SW2 are turned on (FIG. 20 (b)), the potential E2 is input to the voltage detector, and the output of the voltage detector is the difference between Ec and E2, that is, the storage cells SC2 to SC4. The sum of the cell voltages is V2 + V3 + V4. If the voltage detection line SL1 is not disconnected, E2-V1 * R2 / (R1 + R2) is input to the
上記の断線検出の方法をまとめると以下のようになる。
２つの隣り合う電圧検出線を同時にオンして、電圧検出を行うことにより、この際の検出電圧と予想された検出電圧の差により、どちらの電圧検出線が断線しているか判断することができる。断線している場合に検出される電圧と、断線していない場合に予想される電圧とは、上記で説明したように、蓄電セル１個分の電圧の約半分（分圧抵抗Ｒ１〜Ｒ５が同じとした場合）となり、この電圧差は蓄電セルの通常の使用による電圧ばらつきの範囲を大きく超えており、容易に断線が判定できる。
以上の説明のように、本発明による蓄電装置を用いて電圧検出線の断線を検出する場合は、制御部１６の電圧判定部１６３が、断線判定部として機能する。
The above disconnection detection method is summarized as follows.
By performing voltage detection by simultaneously turning on two adjacent voltage detection lines, it is possible to determine which voltage detection line is disconnected based on the difference between the detection voltage at this time and the expected detection voltage. . As described above, the voltage detected when the wire is disconnected and the voltage expected when the wire is not disconnected are approximately half of the voltage of one storage cell (the voltage dividing resistors R1 to R5 are This voltage difference greatly exceeds the range of voltage variation due to normal use of the storage cell, and disconnection can be easily determined.
As described above, when the disconnection of the voltage detection line is detected using the power storage device according to the present invention, the
また、断線している場合に、検出される電圧値から２つの隣り合う電圧検出線のいずれが断線しているかを判定することができる。
例えば、図１８（ｃ）と図１９（ｂ）とを比較すると、オンされているスイッチは共にＳＷ３とＳＷ４であるが、断線している電圧検出線はそれぞれＳＬ４、ＳＬ３と異なる。
図１８（ｃ）のように、ＳＬ４が断線している場合に検出される電圧は、上記で説明したように、Ｖ４＋Ｖ３である。一方、図１９（ｂ）のように、ＳＬ３が断線している場合に検出される電圧は、Ｖ４となり、ＳＬ４が断線している場合に検出される電圧とは大きく異なる。このため、２つの隣り合う電圧検出線のうち、どちらの電圧検出線が断線しているか容易に判定できる。
Moreover, when it is disconnected, it can be determined which of the two adjacent voltage detection lines is disconnected from the detected voltage value.
For example, comparing FIG. 18C and FIG. 19B, the switches that are turned on are both SW3 and SW4, but the disconnected voltage detection lines are different from SL4 and SL3, respectively.
As illustrated in FIG. 18C, the voltage detected when the SL4 is disconnected is V4 + V3 as described above. On the other hand, as shown in FIG. 19B, the voltage detected when SL3 is disconnected is V4, which is significantly different from the voltage detected when SL4 is disconnected. For this reason, it can be easily determined which of the two adjacent voltage detection lines is broken.
なお、図１７〜図２０では、断線検出の方法の説明を簡単にするために、Ｅｃの接続点を、第１乃至第３の実施形態の場合から変更しているが、この接続点を元のままとしても、２つの隣り合う電圧検出線に接続しているスイッチを同時にオンすることによって、断線判定を行う方法に変更はない。
影響が生じるのは、最上位電位の電圧検出線ＳＬ５のスイッチＳＷ５のみオンとした場合である。この場合は、必ず電位Ｅｃが入力されるので、電圧検出線ＳＬ５が断線していても、スイッチＳＷ５のみをオンとした場合は正常な電圧（０Ｖ）が検出されることである。
In FIGS. 17 to 20, the connection point of Ec is changed from the case of the first to third embodiments in order to simplify the description of the disconnection detection method. Even if it is left as it is, there is no change in the method for performing the disconnection determination by simultaneously turning on the switches connected to two adjacent voltage detection lines.
The influence occurs when only the switch SW5 of the voltage detection line SL5 having the highest potential is turned on. In this case, since the potential Ec is always input, even if the voltage detection line SL5 is disconnected, a normal voltage (0 V) is detected when only the switch SW5 is turned on.
上記で説明した、断線検出方法で、電圧検出器の基準電位がＥｃでなくセルグループの最低電位（ＧＮＤ）である場合でも、同様に上記の断線検出方法が適用できることは明白であろう。
また、この断線検出方法で検出された電圧検出線の断線については、例えば断線フラグ等データとしてデータ保持部１６１に検出結果を格納し、このデータは通信を介してバッテリーコントローラ１３などの上位制御装置に適宜送信される。
It will be apparent that the above-described disconnection detection method can be similarly applied even when the reference potential of the voltage detector is not Ec but the lowest potential (GND) of the cell group in the disconnection detection method described above.
For the disconnection of the voltage detection line detected by this disconnection detection method, for example, the detection result is stored in the data holding unit 161 as data such as a disconnection flag, and this data is transmitted to the host controller such as the
以上の説明は本発明の実施形態の例であり、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。 The above description is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments and examples. Those skilled in the art can implement various modifications without impairing the features of the present invention.
１ 蓄電装置
２ａ、２ｂ リレー
３ インバータ装置
４ 回転電機
５ 車両コントローラ
６ セルグループ
７ 蓄電モジュールブロック
８ 蓄電モジュール
９ サービスディスコネクトスイッチ（ＳＤ−ＳＷ）
１０ 蓄電モジュール制御装置
１１ セルコントローラ
１２ 絶縁素子
１３ バッテリーコントローラ
１４ 抵抗分圧回路
１５ 電圧検出部
１６ 制御部
１７ スイッチ駆動部
１８ 通信部
１９ ＶＤＤ電源部
１５１ スイッチ部
１５２ 電圧検出器
１５３ 差動増幅器
１５４ ＡＤコンバータ
１６１ データ保持部
１６２ スイッチ制御部
１６３ 電圧判定部
ＳＣ１〜ＳＣ４ 蓄電セル
Ｅ１〜Ｅ４ 各蓄電セルの負極側電位
Ｅｃ 蓄電モジュール５の基準電位（＝蓄電セルＳＣ４の正極側電位）
ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ
Ｒ１〜Ｒ５ 分圧抵抗
ＢＳＷ１〜ＢＳＷ４ バランシングスイッチ
ＢＲ１〜ＢＲ４ バランシング抵抗
ＳＬ１〜ＳＬ５ 電圧検出線
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
SW1 to SW5 Switch R1 to R5 Voltage dividing resistor BSW1 to BSW4 Balancing switch BR1 to BR4 Balancing resistor SL1 to SL5 Voltage detection line
Claims (12)
前記蓄電セルの端子間電圧を測定するための、前記蓄電セルの正極および負極のそれぞれと前記制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、
前記制御装置は、電圧検出線を選択するスイッチ部と電圧検出部とスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ部は、一端が電圧入力端子を介して一の前記電圧検出線に接続され、他端が前記電圧検出部に接続された選択スイッチを各々の電圧検出線毎に備え、
前記電圧検出線には、前記電圧入力端子側に抵抗が直列に接続されていることを特徴とする蓄電装置。 A cell group in which a plurality of power storage cells are connected in series; a control device that manages a charge / discharge state of the power storage cells of the cell group;
A plurality of voltage detection lines for connecting the control device and each of the positive electrode and the negative electrode of the power storage cell for measuring the voltage between the terminals of the power storage cell;
The control device includes a switch unit for selecting a voltage detection line, a voltage detection unit, and a switch control unit,
The switch unit includes a selection switch having one end connected to one voltage detection line through a voltage input terminal and the other end connected to the voltage detection unit for each voltage detection line,
A power storage device, wherein a resistor is connected in series to the voltage input terminal side of the voltage detection line.
前記制御装置は、更に制御部とスイッチ駆動部と通信部とを備え、
前記制御部は、データ保持部とスイッチ制御部と電圧判定部とを備え、
前記スイッチ制御部は、前記データ保持部に格納された制御データを読み出して前記スイッチ駆動部に入力し、前記スイッチ駆動部は前記スイッチ部の各々の選択スイッチを制御することを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 1,
The control device further includes a control unit, a switch driving unit, and a communication unit,
The control unit includes a data holding unit, a switch control unit, and a voltage determination unit,
The switch control unit reads out control data stored in the data holding unit and inputs the control data to the switch driving unit, and the switch driving unit controls each selection switch of the switch unit. .
前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、前記セルグループの最高電位に接続された電圧検出線に接続される選択スイッチは１個のＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチから構成され、前記セルグループの最低電位に接続された電圧検出線に接続される選択スイッチは１個のＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチから構成され、前記セルグループの最高電位および最低電位以外に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチは、それぞれ２個の逆向きのＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチで構成されることを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 1 or 2,
Of the plurality of selection switches of the switch unit, the selection switch connected to the voltage detection line connected to the highest potential of the cell group is composed of one P-channel MOSFET switch and is connected to the lowest potential of the cell group. The selection switch connected to the voltage detection line is composed of one N-channel MOSFET switch, and the selection switch connected to the voltage detection line connected to other than the highest potential and the lowest potential of the cell group is 2 respectively. A power storage device comprising a plurality of N-channel MOSFET switches in opposite directions.
前記スイッチ駆動部は、前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、２つの選択スイッチのみオンとし、前記電圧検出部は、前記蓄電セルの数と同じ複数回の電圧検出を行い、
前記複数回の電圧検出の各々の電圧検出においては、前記スイッチ駆動部は、それぞれ異なる組み合わせの２つの選択スイッチをオンとし、前記電圧検出部は、全ての蓄電セルが前記複数回の電圧検出のいずれかの電圧検出の際に構成される閉回路に直列に接続されることを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 1 or 2,
The switch drive unit turns on only two selection switches among the plurality of selection switches of the switch unit, and the voltage detection unit performs voltage detection the same number of times as the number of the storage cells,
In each voltage detection of the plurality of voltage detections, the switch driving unit turns on two selection switches of different combinations, and the voltage detection unit detects that all the storage cells perform the voltage detection of the plurality of times. A power storage device, wherein the power storage device is connected in series to a closed circuit configured for any voltage detection.
前記スイッチ駆動部は、前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、２つの選択スイッチのみオンとし、前記電圧検出部は、前記蓄電セルの数と同じ複数回の電圧検出を行い、
前記複数の電圧検出の各々の電圧検出においては、前記スイッチ駆動部は、それぞれ異なる組み合わせの２つの選択スイッチをオンとし、前記電圧検出部は、全ての蓄電セルが前記複数回の電圧検出のいずれかの電圧検出の際に構成される閉回路に直列に接続され、
前記ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチをオンにする場合は、前記スイッチ駆動部は、当該ＰチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートに前記セルグループの最低電位を入力し、
前記ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチをオンにする場合は、前記スイッチ駆動部は、当該ＮチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートにセルグループの最高電位を入力することを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 3,
The switch drive unit turns on only two selection switches among the plurality of selection switches of the switch unit, and the voltage detection unit performs voltage detection the same number of times as the number of the storage cells,
In the voltage detection of each of the plurality of voltage detections, the switch driving unit turns on two selection switches in different combinations, and the voltage detection unit detects any one of the plurality of voltage detections for all the storage cells. Is connected in series to the closed circuit configured when detecting the voltage of
When turning on the P-channel MOSFET switch, the switch driver inputs the lowest potential of the cell group to the gate of the P-channel MOSFET switch,
When turning on the N-channel MOSFET switch, the switch drive unit inputs the highest potential of the cell group to the gate of the N-channel MOSFET switch.
前記電圧判定部は、前記複数回の電圧検出の結果から各蓄電セルの電圧を算出し、この算出された各蓄電セルの電圧を前記データ保持部に格納することを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 4 or 5,
The voltage determination unit calculates a voltage of each storage cell from a result of the plurality of voltage detections, and stores the calculated voltage of each storage cell in the data holding unit.
前記データ保持部は、前記複数回の電圧検出の結果から各蓄電セルの電圧を算出する際に必要な係数を格納することを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to claim 6,
The power storage device, wherein the data holding unit stores a coefficient necessary for calculating a voltage of each power storage cell from a result of the plurality of voltage detections.
前記スイッチ駆動部は、複数の蓄電セルの内、一の蓄電セルの放電を行う場合は、前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、放電対象の蓄電セルの正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、前記放電対象の蓄電セルの負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、他の選択スイッチをオフとすることを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3,
When the switch drive unit discharges one of the plurality of storage cells, the switch drive unit applies a voltage detection line connected to the positive electrode of the storage cell to be discharged among the plurality of selection switches of the switch unit. A power storage device, wherein a connected selection switch and a selection switch connected to a voltage detection line connected to a negative electrode of the storage cell to be discharged are turned on, and the other selection switches are turned off.
前記スイッチ駆動部は、複数の蓄電セルの内、連続して接続された２つ以上の蓄電セルの放電を行う場合は、前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、当該連続して接続された２つ以上の蓄電セルの最上位側の正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、当該連続して接続された２つ以上の蓄電セルの最下位側の負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、他の選択スイッチをオフとすることを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3,
When the switch driving unit discharges two or more storage cells connected in series among the plurality of storage cells, the switch driving unit is connected continuously among the plurality of selection switches in the switch unit. The selection switch connected to the voltage detection line connected to the positive electrode on the uppermost side of two or more energy storage cells and the negative electrode on the lowest side of the two or more energy storage cells connected in series A power storage device, wherein a selection switch connected to a voltage detection line is turned on, and other selection switches are turned off.
複数の蓄電セルの内、一の蓄電セルまたは連続して接続された２つ以上の蓄電セルからなる第１の蓄電セル群、および前記第１の蓄電セル群とは別の、一の蓄電セルまたは連続して接続された２つ以上の蓄電セルからなる第２の蓄電セル群の放電を行う場合は、
前記スイッチ駆動部は、前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、前記第１の蓄電セル群の蓄電セルの最上位電位側の正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、前記第１の蓄電セル群の最下位電位側の負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、前記第２の蓄電セル群の蓄電セルの最上位電位側の正極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチと、前記第２の蓄電セル群の最下位電位側の負極に接続された電圧検出線に接続された選択スイッチとをオンにし、他の選択スイッチをオフとすることを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3,
Among the plurality of power storage cells, one power storage cell or a first power storage cell group composed of two or more power storage cells connected in series, and one power storage cell different from the first power storage cell group Or, when discharging the second storage cell group composed of two or more storage cells connected in series,
The switch driving unit includes: a selection switch connected to a voltage detection line connected to a positive electrode on the highest potential side of the storage cells of the first storage cell group among the plurality of selection switches of the switch unit; The selection switch connected to the voltage detection line connected to the negative electrode on the lowest potential side of the first storage cell group is turned on and connected to the positive electrode on the highest potential side of the storage cells of the second storage cell group A selection switch connected to the selected voltage detection line and a selection switch connected to the voltage detection line connected to the negative electrode on the lowest potential side of the second storage cell group, and turn on another selection switch. A power storage device which is turned off.
前記制御装置は、断線判定部を更に備え、
この断線判定部は、前記スイッチ部の複数の選択スイッチの内、２つの隣り合う電圧検出線のそれぞれに接続された選択スイッチを同時にオンとした時に検出される電圧が、所定の電圧より異なることを検出した場合に、前記２つの隣り合う電圧検出線のいずれが断線しているかを、前記２つの隣り合う電圧検出線のそれぞれに接続された選択スイッチを同時にオンとした時に検出される電圧と前記所定の電圧との差から判定することを特徴とする蓄電装置。 The power storage device according to any one of claims 1 to 3,
The control device further includes a disconnection determination unit,
In this disconnection determination unit, a voltage detected when a selection switch connected to each of two adjacent voltage detection lines among the plurality of selection switches of the switch unit is simultaneously turned on is different from a predetermined voltage. Is detected when the selection switch connected to each of the two adjacent voltage detection lines is simultaneously turned on, which of the two adjacent voltage detection lines is disconnected. A power storage device that is determined from a difference from the predetermined voltage.
前記蓄電セルの端子間電圧を測定するための、前記蓄電セルの正極および負極のそれぞれと前記制御装置とを接続する複数の電圧検出線とを備え、
前記制御装置は、電圧検出線を選択するスイッチ部と電圧検出部とスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ部は、一端が電圧入力端子を介して一の前記電圧検出線に接続され、他端が前記電圧検出部に接続された選択スイッチを各々の電圧検出線毎に備え、
前記電圧検出線には、前記電圧入力端子側に抵抗が直列に接続されていることを特徴とする電池監視装置。
A control device for managing a charge / discharge state of a cell group configured by connecting a plurality of power storage cells in series;
A plurality of voltage detection lines for connecting the control device and each of the positive electrode and the negative electrode of the power storage cell for measuring the voltage between the terminals of the power storage cell;
The control device includes a switch unit for selecting a voltage detection line, a voltage detection unit, and a switch control unit,
The switch unit includes a selection switch having one end connected to one voltage detection line through a voltage input terminal and the other end connected to the voltage detection unit for each voltage detection line,
A battery monitoring device, wherein a resistor is connected in series to the voltage input terminal side of the voltage detection line.
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