JP2013116007A - Voltage equalization control apparatus and voltage equalization control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a balance time of an active balancing circuit.SOLUTION: A voltage of a battery cell 101 and a voltage of a battery cell 102 are respectively measured by a voltmeter 106 and a voltmeter 107. An ambient temperature of an active balancing circuit is measured by a temperature sensor 108 and a temperature sensor 109. A combined impedance of the active balancing circuit is estimated from the measured voltages and ambient temperatures. A switch 104 and a switch 105 are turned on/off by a pulse signal of a frequency corresponding to the combined impedance.

Description

本発明は、組電池を構成する電池セルの電圧を均等化する電圧均等化制御装置に関し、特には、アクティブ式の電圧均等化制御装置に関する。   The present invention relates to a voltage equalization control device for equalizing the voltages of battery cells constituting an assembled battery, and more particularly to an active voltage equalization control device.

ハイブリット車や電気自動車等に搭載されるリチウムイオン電池等の電池セルは、高電圧を得るために、複数の電池セルを直列に接続した構成（以下、組電池という。）で用いられている。   A battery cell such as a lithium ion battery mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle is used in a configuration in which a plurality of battery cells are connected in series (hereinafter referred to as an assembled battery) in order to obtain a high voltage.

このような組電池を構成する各電池セルの電圧（以下、セル電圧という。）がばらつくと、電池セルの劣化が加速的に進行したり、利用可能なエネルギー量が低下したりする。したがって、各セル電圧は均等であることが望ましい。   When the voltage (hereinafter referred to as cell voltage) of each battery cell constituting such an assembled battery varies, the deterioration of the battery cell progresses at an accelerated rate or the amount of available energy decreases. Therefore, it is desirable that each cell voltage is equal.

しかし、各電池セルの容量、内部抵抗及び自己放電率等が不均一であることに起因して、セル電圧にばらつきが発生することがある。そこで、従来から、各電池セルの電圧を均等化するための電圧均等化回路（以下、バランス回路という。）を用いてセル電圧のばらつきを解消する方法が用いられている。そして、バランス回路の使用により、新たに発生した発熱等の問題点を解消するための技術も考案されている（例えば、下記特許文献１、２）。   However, the cell voltage may vary due to non-uniform capacity, internal resistance, self-discharge rate, and the like of each battery cell. Therefore, conventionally, a method of eliminating cell voltage variation using a voltage equalization circuit (hereinafter referred to as a balance circuit) for equalizing the voltage of each battery cell has been used. And the technique for eliminating problems, such as newly generated heat | fever, by using a balance circuit is also devised (for example, the following patent documents 1 and 2).

特許文献１には、組電池の容量調整時の温度上昇を抑制するために、容量調整が必要なセル数を判断し、容量調整が必要なセル数に応じて、バイパス電流の大きさを変更するバッテリの容量制御方法が記載されている（例えば、下記特許文献１）。   In Patent Document 1, in order to suppress an increase in temperature during capacity adjustment of an assembled battery, the number of cells that require capacity adjustment is determined, and the magnitude of the bypass current is changed according to the number of cells that require capacity adjustment. A battery capacity control method is described (for example, Patent Document 1 below).

特許文献２には、組電池の容量調整時の温度上昇を抑制するために、冷却ファンが作動している時に大きなバイパス電流を流す。そして、冷却ファンが作動していない時には、作動しているときと比較して、小さなバイパス電流を流す容量調整装置が記載されている（例えば、下記特許文献２）。   In Patent Document 2, a large bypass current is allowed to flow when the cooling fan is operating in order to suppress a temperature rise when adjusting the capacity of the assembled battery. And the capacity adjustment apparatus which flows a small bypass current compared with the time of operating when the cooling fan is not operating is described (for example, following patent document 2).

これらの文献では、直列に接続された各電池セルの内、過充電になった電池セルを電池セルと並列に接続した抵抗にバイパスして放電させることで、各電池セルの電圧を均等化するパッシブ方式のバランス回路（以下、パッシブバランス回路という。）を用いている。   In these documents, among the battery cells connected in series, the overcharged battery cell is discharged by bypassing it to a resistor connected in parallel with the battery cell, thereby equalizing the voltage of each battery cell. A passive balance circuit (hereinafter referred to as a passive balance circuit) is used.

また、回路効率を向上させるために、下記に説明するアクティブ式のバランス回路（以下、アクティブバランス回路という。）を用いる方式がある。
図１０は、アクティブバランス回路の構成図である。図１０では例として、電池セル１００１及び電池セル１００２の２つの電池セルに接続された、アクティブバランス回路を示している。 In order to improve circuit efficiency, there is a method using an active balance circuit (hereinafter referred to as an active balance circuit) described below.
FIG. 10 is a configuration diagram of the active balance circuit. FIG. 10 shows an active balance circuit connected to two battery cells, that is, a battery cell 1001 and a battery cell 1002 as an example.

アクティブバランス回路１０００は、コイル１００３、スイッチ１００４及びスイッチ１００５により構成される。例えば、電池セル１００１の電圧が電池セル１００２の電圧よりも高い状態で、両者の電圧を均等化することを例として、アクティブバランス回路の動作を説明する。   The active balance circuit 1000 includes a coil 1003, a switch 1004, and a switch 1005. For example, the operation of the active balance circuit will be described by taking, as an example, equalization of both voltages in a state where the voltage of the battery cell 1001 is higher than the voltage of the battery cell 1002.

まず、アクティブバランス回路は、図示しない制御部から入力される第１のパルス信号に基づいてスイッチ１００４をオンオフさせる。これにより、アクティブバランス回路は、電池セル１００１の電荷を断続的にコイル１００３に蓄電させる。次に、アクティブバランス回路は、第１のパルス信号よりも１パルスの立ち上がり時間（ハイレベルがオンの場合、スイッチ１００４のオン時間）分だけ位相が遅れた第２のパルス信号が制御部から入力されることにより、スイッチ１００５をオンオフさせる。これにより、アクティブバランス回路は、コイル１００３に蓄電された電荷を電池セル１００２に移動させる（以下、バランス動作という。）。制御部により、電池セル１００１及び電池セル１００２それぞれの電圧を測定しながらこのバランス動作を繰り返すことにより、電池セル１００１及び電池セル１００２の電圧を均等化することができる。   First, the active balance circuit turns on and off the switch 1004 based on a first pulse signal input from a control unit (not shown). As a result, the active balance circuit intermittently stores the electric charge of the battery cell 1001 in the coil 1003. Next, the active balance circuit receives a second pulse signal from the control unit that is delayed in phase by the rising time of one pulse (when the high level is on, the on time of the switch 1004) from the first pulse signal. As a result, the switch 1005 is turned on and off. Thereby, the active balance circuit moves the electric charge stored in the coil 1003 to the battery cell 1002 (hereinafter referred to as a balance operation). By repeating this balancing operation while measuring the voltages of the battery cell 1001 and the battery cell 1002 by the control unit, the voltages of the battery cell 1001 and the battery cell 1002 can be equalized.

特開２００９−１７６３０号公報JP 2009-17630 A 特開２００６−１１５６４０号公報JP 2006-115640 A

本発明は、アクティブバランス回路のバランス時間を短くすることを目的とする。   An object of the present invention is to shorten the balance time of an active balance circuit.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、組電池を構成する各電池セルそれぞれに、パルス信号によりオンオフ制御されるスイッチを並列に接続し、さらに、該各電池セルの接続点と各スイッチの接続点との間にコイルを接続して構成されるバランス回路により、隣り合う前記各電池セル相互で電荷を移動させ、前記各電池セルの電圧を均等化する電圧均等化制御装置において、前記各電池セルの開放電圧を測定する電圧測定手段と、前記バランス回路の周辺温度を測定する温度測定手段と、前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルの開放電圧に対応づけて、隣り合う前記各電池セル相互で一回に移動する電荷量が一定となる前記パルス信号の周波数を記憶した記憶手段と、前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルの開放電圧を用いて、対応する前記パルス信号の周波数を前記記憶手段から抽出する周波数抽出手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, each battery cell constituting the assembled battery is connected in parallel to a switch that is controlled to be turned on and off by a pulse signal, and the connection point of each battery cell and each switch In the voltage equalization control device for moving charges between the adjacent battery cells and equalizing the voltage of the battery cells by a balance circuit configured by connecting a coil to the connection point of Voltage measuring means for measuring the open voltage of each battery cell, temperature measuring means for measuring the ambient temperature of the balance circuit, the ambient temperature of the balance circuit and the open voltage of each battery cell in association with each other, Storage means for storing the frequency of the pulse signal that makes constant the amount of charge that moves between each battery cell at a time, the ambient temperature of the balance circuit, and the opening of each battery cell. Using the voltage, and frequency extracting means for extracting a frequency from the memory means of the corresponding pulse signal, characterized in that it comprises for.

本発明によれば、アクティブバランス回路のバランス時間を短くすることができる。   According to the present invention, the balance time of the active balance circuit can be shortened.

実施形態１の電圧均等化制御装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a voltage equalization control apparatus according to a first embodiment. 実施形態１のアクティブバランス回路の等価回路である。3 is an equivalent circuit of the active balance circuit of the first embodiment. 実施形態１の制御部のブロック図である。2 is a block diagram of a control unit according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１のＯＣＶ−ＳＯＣマップである。3 is an OCV-SOC map according to the first embodiment. 実施形態１のＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップである。It is SOC of Embodiment 1, and an ambient temperature-synthetic | combination impedance map. 実施形態１の合成インピーダンス−周波数マップである。2 is a combined impedance-frequency map according to the first embodiment. 実施形態１のバランス動作時のセル電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the cell voltage at the time of the balance operation | movement of Embodiment 1. FIG. 実施形態１のバランス動作のフローチャートである。3 is a flowchart of a balance operation according to the first embodiment. 実施形態２の電圧均等化制御装置の構成図である。It is a block diagram of the voltage equalization control apparatus of Embodiment 2. 従来のアクティブバランス回路の構成図である。It is a block diagram of the conventional active balance circuit.

以下、実施形態の電圧均等化制御装置について説明する。
［実施形態１］
図１は、実施形態１の電圧均等化制御装置の構成図である。また、図１は、組電池が２つの電池セルで構成されている例である。なお、実際の組電池は、図１に示す構成を一つのブロックとして、相互に接続された構成となる。そして、相互に接続された隣り合う電池の間で下記に説明するバランス動作を行なうことにより、組電池全体の各セル電圧を均等化することができる。 Hereinafter, the voltage equalization control device of the embodiment will be described.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram of the voltage equalization control apparatus according to the first embodiment. Moreover, FIG. 1 is an example in which the assembled battery is composed of two battery cells. The actual assembled battery has a configuration in which the configuration shown in FIG. 1 is connected to each other as one block. And the cell voltage of the whole assembled battery can be equalized by performing the balance operation | movement demonstrated below between the adjacent batteries connected mutually.

電圧均等化制御装置１００は、電池セル１０１、電池セル１０２、コイル１０３、スイッチ１０４、スイッチ１０５、電圧計１０６、電圧計１０７、温度センサ１０８、温度センサ１０９及び制御部１１０が設けられている。   The voltage equalization control apparatus 100 includes a battery cell 101, a battery cell 102, a coil 103, a switch 104, a switch 105, a voltmeter 106, a voltmeter 107, a temperature sensor 108, a temperature sensor 109, and a control unit 110.

電池セル１０１及び電池セル１０２は、例えば、リチウムイオン電池等の蓄電池であり、互いに直列に接続されている。
コイル１０３は、電池セル１０１と電池セル１０２との接続点と、スイッチ１０４とスイッチ１０５との接続点との間に接続されている。 The battery cell 101 and the battery cell 102 are storage batteries, such as a lithium ion battery, for example, and are connected in series with each other.
The coil 103 is connected between a connection point between the battery cell 101 and the battery cell 102 and a connection point between the switch 104 and the switch 105.

スイッチ１０４及びスイッチ１０５は、例えば、電界効果トランジスタ等の半導体スイッチまたは電磁リレー等で構成され、それぞれ電池セル１０１及び電池セル１０２と並列に接続されている。また、スイッチ１０４とスイッチ１０５とは、直列に接続されている。そして、制御部１１０から入力されるパルス信号に基づいてスイッチ１０４及びスイッチ１０５をオンオフさせる。なお、以下スイッチ１０４を制御するパルス信号を第１のパルス信号、スイッチ１０５を制御するパルス信号を第２のパルス信号という。   The switch 104 and the switch 105 are configured by, for example, a semiconductor switch such as a field effect transistor or an electromagnetic relay, and are connected in parallel with the battery cell 101 and the battery cell 102, respectively. The switch 104 and the switch 105 are connected in series. Then, the switch 104 and the switch 105 are turned on and off based on the pulse signal input from the control unit 110. Hereinafter, a pulse signal for controlling the switch 104 is referred to as a first pulse signal, and a pulse signal for controlling the switch 105 is referred to as a second pulse signal.

電圧計１０６は、電池セル１０１に並列に接続され、電池セル１０１の電圧を測定する。また、電圧計１０７は、電池セル１０２に並列に接続され、電池セル１０２の電圧を測定する。そして、電圧計１０６及び電圧計１０７は、測定した電圧を制御部１１０に出力する。なお、電圧計１０６及び電圧計１０７は、それぞれ電池セル１０１及び電池セル１０２の電圧を測定できるものであれば、適宜選択した電圧検出装置を用いればよい。   The voltmeter 106 is connected in parallel to the battery cell 101 and measures the voltage of the battery cell 101. The voltmeter 107 is connected in parallel to the battery cell 102 and measures the voltage of the battery cell 102. Then, the voltmeter 106 and the voltmeter 107 output the measured voltage to the control unit 110. Note that the voltmeter 106 and the voltmeter 107 may be appropriately selected as long as they can measure the voltages of the battery cell 101 and the battery cell 102, respectively.

温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、例えば、サーミスタ等を用いた温度センサである。そして、温度センサ１０８は、アクティブバランス回路において、電池セル１０１とスイッチ１０４側（以下、上側回路という。）の周辺温度を測定する。また、温度センサ１０９は、アクティブバランス回路において、電池セル１０２とスイッチ１０５側（以下、下側回路という。）の周辺温度を測定する。さらに、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、測定した温度を制御部１１０へ出力する。なお、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、サーミスタに特に限定されるものではなく、コイル１０３の温度を測定できるものであれば、適宜選択した温度センサを用いればよい。また、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、それぞれ上側回路及び下側回路近傍の周辺温度を測定するものなので、上側回路及び下側回路の周辺温度がほぼ等しい状態であれば、片方を削除することもできる。   The temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 are temperature sensors using, for example, a thermistor. The temperature sensor 108 measures the ambient temperature on the battery cell 101 and switch 104 side (hereinafter referred to as the upper circuit) in the active balance circuit. The temperature sensor 109 measures the ambient temperature of the battery cell 102 and the switch 105 side (hereinafter referred to as a lower circuit) in the active balance circuit. Further, the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 output the measured temperature to the control unit 110. Note that the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 are not particularly limited to thermistors, and any temperature sensor appropriately selected may be used as long as the temperature of the coil 103 can be measured. In addition, since the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 measure the ambient temperature in the vicinity of the upper circuit and the lower circuit, respectively, if the ambient temperature of the upper circuit and the lower circuit is almost equal, one of them is deleted. You can also.

制御部１１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のワークスペースとしてメモリを搭載するコンピュータと、電圧計１０６及び電圧計１０７で測定された電圧を受信する構成とを備えている。そして、受信した電圧計１０６及び電圧計１０７それぞれの電圧及び温度に基づいて、スイッチ１０４及びスイッチ１０５をオンオフさせる第１及び第２のパルス信号の周波数を決定する。また、制御部１１０は、決定した周波数の第１及び第２のパルス信号を生成し、それぞれスイッチ１０４及びスイッチ１０５に出力する。   The control unit 110 includes a computer in which a memory is mounted as a work space such as an ECU (Electronic Control Unit), and a configuration for receiving voltages measured by the voltmeter 106 and the voltmeter 107. Then, based on the received voltages and temperatures of the voltmeter 106 and the voltmeter 107, the frequencies of the first and second pulse signals for turning on and off the switch 104 and the switch 105 are determined. In addition, the control unit 110 generates first and second pulse signals having the determined frequencies and outputs the first and second pulse signals to the switch 104 and the switch 105, respectively.

なお、図１において、アクティブバランス回路とは、コイル１０３、スイッチ１０４及びスイッチ１０５を組み合わせた回路のことである。
次に、図１において、電池セル１０１の電圧が電池セル１０２の電圧よりも高い状態で、両者の電圧を均等化することを例として、電圧均等化制御装置１００の動作を説明する。 In FIG. 1, the active balance circuit is a circuit in which the coil 103, the switch 104, and the switch 105 are combined.
Next, in FIG. 1, the operation of the voltage equalization control apparatus 100 will be described by taking as an example the equalization of both voltages in a state where the voltage of the battery cell 101 is higher than the voltage of the battery cell 102.

まず、電圧計１０６及び電圧計１０７は、それぞれ電池セル１０１及び電池セル１０２の開放電圧を測定する。そして、電圧計１０６及び電圧計１０７は、測定した開放電圧を制御部１１０に出力する。また、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、それぞれ電池セル１０１及び電池セル１０２の温度を測定する。そして、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、測定したそれぞれの周辺温度を制御部１１０に出力する。   First, the voltmeter 106 and the voltmeter 107 measure the open voltage of the battery cell 101 and the battery cell 102, respectively. Then, the voltmeter 106 and the voltmeter 107 output the measured open voltage to the control unit 110. Moreover, the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 measure the temperature of the battery cell 101 and the battery cell 102, respectively. Then, the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 output the measured ambient temperatures to the control unit 110.

また、制御部１１０は、入力された電池セル１０１の開放電圧と上側回路の周辺温度に基づいて、スイッチ１０４をオンオフさせる第１のパルス信号の周波数を決定する。さらに、制御部１１０は、入力された電池セル１０２の開放電圧と下側回路の周辺温度に基づいて、スイッチ１０５をオンオフさせる第２のパルス信号の周波数を決定する。   Further, the control unit 110 determines the frequency of the first pulse signal for turning on and off the switch 104 based on the input open circuit voltage of the battery cell 101 and the ambient temperature of the upper circuit. Further, the control unit 110 determines the frequency of the second pulse signal for turning on and off the switch 105 based on the input open circuit voltage of the battery cell 102 and the ambient temperature of the lower circuit.

次に、アクティブバランス回路は、制御部１１０から入力される第１のパルス信号に基づいてスイッチ１０４をオンオフさせる。これにより、アクティブバランス回路は、電池セル１０１の電荷を断続的にコイル１０３に蓄電させる。さらに、アクティブバランス回路は、第１のスイッチ制御信号よりも１パルスの立ち上がり時間分だけ位相が遅れた第２のパルス信号が制御部１１０から入力されることにより、スイッチ１０５をオンオフさせる。これにより、アクティブバランス回路は、コイル１０３に蓄電された電荷を電池セル１０２に移動させる。このようなバランス動作を繰り返すことにより、電池セル１０１及び電池セル１０２の電圧を均等化することができる。   Next, the active balance circuit turns on and off the switch 104 based on the first pulse signal input from the control unit 110. As a result, the active balance circuit intermittently stores the electric charge of the battery cell 101 in the coil 103. Furthermore, the active balance circuit turns on and off the switch 105 when a second pulse signal whose phase is delayed by the rising time of one pulse from the first switch control signal is input from the control unit 110. As a result, the active balance circuit moves the electric charge stored in the coil 103 to the battery cell 102. By repeating such a balancing operation, the voltages of the battery cell 101 and the battery cell 102 can be equalized.

以上のように、実施形態１の電圧均等化制御装置は、第１のパルス信号及び第２のパルス信号の生成において、各電池セルの開放電圧及び周辺温度に基づいて、第１及び第２のパルス信号の周波数を決定している点で従来技術と異なっている。   As described above, the voltage equalization control apparatus according to the first embodiment generates the first pulse signal and the second pulse signal based on the open voltage and the ambient temperature of each battery cell. This is different from the prior art in that the frequency of the pulse signal is determined.

ここで、実施形態１の制御部１１０の第１及び第２のパルス信号の周波数の決定を、具体的に説明する。
まず、周辺温度の変化により、アクティブバランス回路の合成インピーダンスの値が変わり、コイルへの電荷の蓄積時間が変化することについて説明する。 Here, the determination of the frequency of the first and second pulse signals of the control unit 110 according to the first embodiment will be specifically described.
First, it will be described that the value of the synthetic impedance of the active balance circuit changes due to the change in the ambient temperature, and the charge accumulation time in the coil changes.

図２は、アクティブバランス回路の等価回路を示す図である。
図２（ａ）は、電池セル１０１及び電池セル１０２を組電池として備えるアクティブバランス回路の回路図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のスイッチ１０４がオンであり、かつ、スイッチ１０５がオフであるときのアクティブバランス回路の等価回路を示す図である。以下の説明では、上側回路について説明するが、下側回路についても同様の制御をすることが可能である。 FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the active balance circuit.
FIG. 2A is a circuit diagram of an active balance circuit including the battery cell 101 and the battery cell 102 as an assembled battery. FIG. 2B is a diagram showing an equivalent circuit of the active balance circuit when the switch 104 in FIG. 2A is on and the switch 105 is off. In the following description, the upper circuit will be described, but the same control can be performed for the lower circuit.

図２（ｂ）に示すインピーダンスＺＢは電池セル１０１の内部抵抗２０１であり、インピーダンスＺＴはスイッチ１０４のオン抵抗２０２であり、インピーダンスＺＬはコイル１０３のインダクタンス２０３である。以下の説明では、この内部抵抗２０１、オン抵抗２０２及びインダクタンス２０３のインピーダンスを合成したものを、合成インピーダンスという。以下、スイッチ１０４のスイッチ素子をＭＯＳトランジスタとして説明する。よって、インピーダンスＺＴをオン抵抗であるとしている。 The impedance Z B shown in FIG. 2B is the internal resistance 201 of the battery cell 101, the impedance Z T is the ON resistance 202 of the switch 104, and the impedance Z L is the inductance 203 of the coil 103. In the following description, a combination of the impedances of the internal resistance 201, the on-resistance 202, and the inductance 203 is referred to as a combined impedance. Hereinafter, the switch element of the switch 104 will be described as a MOS transistor. Accordingly, and an impedance Z T to be on-resistance.

ここで、温度センサ１０８で測定される、周辺温度が上昇した場合の、それぞれのインピーダンスの変化について説明する。
周辺温度の上昇に伴い、電池セル１０１の内部抵抗２０１の抵抗値は小さくなる。また、スイッチ１０４のオン抵抗２０２は大きくなる。そして、コイル１０３のインダクタンス２０３の値も大きくなることが知られている。 Here, each impedance change when the ambient temperature rises measured by the temperature sensor 108 will be described.
As the ambient temperature increases, the resistance value of the internal resistance 201 of the battery cell 101 decreases. Further, the on-resistance 202 of the switch 104 is increased. It is known that the value of the inductance 203 of the coil 103 also increases.

したがって、周辺温度の上昇によりインピーダンスＺＢと、インピーダンスＺＴと、インピーダンスＺＬが変化するので、その合成インピーダンスも変化することがわかる。
また、図２（ｂ）に示すようにアクティブバランス回路の合成インピーダンスは、ＲＬ回路で構成されているので、コイル１０３の電荷の蓄電に要する時間は、下記式（１）の時定数に比例する。
時定数＝Ｌ／Ｒ （１）
そして、周辺温度の上昇による影響は、オン抵抗２０２よりも、内部抵抗２０１及びインダクタンス２０３の変化に大きく現れる。したがって、オン抵抗２０２の変化を無視すると、周辺温度の上昇に伴い、内部抵抗２０１が小さくなり、インダクタンス２０３が大きくなるので、式（１）で示される時定数は、周辺温度の上昇に伴い大きくなることがわかる。すなわち、アクティブバランス回路のコイル１０３への電荷の蓄積時間は、周辺温度の上昇に従って長くなる。 Therefore, the impedance Z B by increasing the ambient temperature, and the impedance Z T, the impedance Z L changes, it can be seen that also changes the composite impedance.
Further, as shown in FIG. 2B, the composite impedance of the active balance circuit is configured by an RL circuit, so that the time required to store the electric charge of the coil 103 is proportional to the time constant of the following equation (1). .
Time constant = L / R (1)
The influence of the increase in the ambient temperature appears more greatly in changes in the internal resistance 201 and the inductance 203 than in the on-resistance 202. Therefore, ignoring the change in the on-resistance 202, the internal resistance 201 decreases and the inductance 203 increases as the ambient temperature increases. Therefore, the time constant expressed by Equation (1) increases as the ambient temperature increases. I understand that That is, the charge accumulation time in the coil 103 of the active balance circuit becomes longer as the ambient temperature increases.

また、電池セル１０１に関しては、その電池セル１０１の電池残量によっても内部抵抗２０１が変化するという影響がある。その内部抵抗２０１の値は、電池残量の満充電時に対する割合を示すＳＯＣ（State of Charge）が１００％に近いほど、小さくなることが知られている。したがって、アクティブバランス回路の時定数＝Ｌ／Ｒを鑑みると、電池残量が満充電時に近いほど、電池セル１０１の内部抵抗が小さくなるので、結果的にコイル１０３への電荷の蓄積時間は長くなる。   In addition, the battery cell 101 has an influence that the internal resistance 201 changes depending on the remaining battery level of the battery cell 101. It is known that the value of the internal resistance 201 decreases as the SOC (State of Charge) indicating the ratio of the remaining battery level to the fully charged state is closer to 100%. Therefore, in view of the time constant of the active balance circuit = L / R, the closer the remaining battery level is to the fully charged state, the smaller the internal resistance of the battery cell 101. As a result, the charge accumulation time in the coil 103 is longer. Become.

以上をまとめると、周辺温度が高く、かつ、電池セル１０１の電池残量が満充電に近いほど、コイル１０３への電荷の蓄積時間が長くなることがわかる。したがって、実施形態１の制御部１１０は、周辺温度及び電池残量に比例させて、第１のパルス信号の周波数を低くするように決定する。すなわち、第１のパルス信号の立ち上がり時間を長くする。そして、その周波数の第１のパルス信号をスイッチ１０４に出力する。   In summary, it can be seen that the charge accumulation time in the coil 103 becomes longer as the ambient temperature is higher and the remaining battery level of the battery cell 101 is closer to full charge. Therefore, the control unit 110 according to the first embodiment determines to decrease the frequency of the first pulse signal in proportion to the ambient temperature and the remaining battery level. That is, the rise time of the first pulse signal is lengthened. Then, the first pulse signal having the frequency is output to the switch 104.

ただし、上記の周辺温度及び電池残量に基づく、第１のパルス信号の最適な周波数は、電池セル１０１、コイル１０３及びスイッチ１０４に使用する素子により値が異なる。また、特に、電池セル１０１の特性が単純に周辺温度と比例関係を持つものではなく、ある温度範囲ごとに特性の比例定数が異なる。したがって、最適な第１のパルス信号の周波数は、実験によりアクティブバランス回路ごとの特性を示すマップを作成し、そのマップを用いて周辺温度に対応する最適な周波数を抽出することにより決定する。上記のアクティブバランス回路の特性を示すマップとは、例えば、後述するＯＣＶ−ＳＯＣマップと、ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップと、合成インピーダンス−周波数マップ等がある。   However, the optimum frequency of the first pulse signal based on the ambient temperature and the remaining battery level varies depending on the elements used for the battery cell 101, the coil 103, and the switch 104. In particular, the characteristic of the battery cell 101 does not simply have a proportional relationship with the ambient temperature, and the proportional constant of the characteristic varies depending on a certain temperature range. Therefore, the optimum frequency of the first pulse signal is determined by creating a map showing the characteristics of each active balance circuit by experiment and extracting the optimum frequency corresponding to the ambient temperature using the map. Examples of the map indicating the characteristics of the active balance circuit include an OCV-SOC map, an SOC and ambient temperature-synthetic impedance map, a synthetic impedance-frequency map, and the like, which will be described later.

また、下側回路に入力する第２のパルス信号の周波数についても、同様の制御をすることにより決定することができる。また、さらに組電池に電池セルが複数増設され、スイッチの数が増えた場合にも、それぞれのスイッチのオンオフを同様に制御できる。   Also, the frequency of the second pulse signal input to the lower circuit can be determined by performing the same control. Further, even when a plurality of battery cells are added to the assembled battery and the number of switches is increased, on / off of each switch can be controlled similarly.

また、上記の最適な第１のパルス信号の周波数とは、１回のバランス動作で電池セル１０１から電池セル１０２に移動させる電荷量を周辺温度の変化によらずに均一にする周波数である。また、１回のバランス動作で電池セル１０１から電池セル１０２に移動させる電荷量は、アクティブバランス回路の特性により、損失が最も少なく効率の良い電荷量（以下、最適な電荷量という。）に設定する。この最適な電荷量は、コイル１０３によるところが大きいが、アクティブバランス回路の他の構成の影響も受けることも考えられるので、アクティブバランス回路ごとに実験により求めることが望ましい。また、周波数を変化させることにより、第１及び第２のパルス信号の立ち上がり時間を変更するが、その立ち上がり時間の上限は、第１及び第２のパルス信号の立ち上がり時間を合計（以下、バランス周期という。）して、１回のバランス動作の制御周期以下の時間となるようにすれば良い。例えば、第１のパルスの立ち上がり時間が制御周期の６割の時間を要する場合には、第２のパルスの立ち上がり時間は、制御周期の４割以下の時間にすれば良い。なお、上側回路及び下側回路の周辺温度及び合成インピーダンスが等しい場合には、第１及び第２のパルス信号それぞれの立ち上がり時間を等しくする。したがって、第１及び第２のパルス信号の最大の立ち上がり時間は、それぞれ制御周期の半分の時間である。   The optimum frequency of the first pulse signal is a frequency that makes the amount of charge transferred from the battery cell 101 to the battery cell 102 uniform in one balance operation regardless of changes in the ambient temperature. The amount of charge transferred from the battery cell 101 to the battery cell 102 in one balance operation is set to an efficient charge amount (hereinafter referred to as an optimal charge amount) with the least loss due to the characteristics of the active balance circuit. To do. This optimum amount of electric charge depends largely on the coil 103, but it may be influenced by other configurations of the active balance circuit. Therefore, it is desirable to obtain the optimum charge amount by experiment for each active balance circuit. The rise time of the first and second pulse signals is changed by changing the frequency. The upper limit of the rise time is the sum of the rise times of the first and second pulse signals (hereinafter referred to as the balance period). In other words, the time may be shorter than the control period of one balance operation. For example, when the rise time of the first pulse requires 60% of the control period, the rise time of the second pulse may be set to 40% or less of the control period. When the ambient temperature and the combined impedance of the upper circuit and the lower circuit are equal, the rise times of the first and second pulse signals are made equal. Therefore, the maximum rise times of the first and second pulse signals are each half the control period.

以上の制御により、１回のバランス動作で電池セル１０１から電池セル１０２に移動させる電荷量を周辺温度の変化によらずに均一にすることができるので、バランス動作の回数（以下、バランス回数という。）を周辺温度の変化によらず一定にできる。したがって、下記式（２）で表される、電池セル１０１と電池セル１０２の電圧を均等化する時間（以下、バランス時間という。）を、温度によらず一定にすることができる。
バランス時間＝制御周期×バランス回数 （２）
すなわち、周辺温度によらず同じ周波数でバランス動作させていたときよりも、周辺温度が高温のときのバランス時間を短くすることが可能である。 With the above control, the amount of charge transferred from the battery cell 101 to the battery cell 102 in one balance operation can be made uniform regardless of the change in the ambient temperature. .) Can be made constant regardless of changes in ambient temperature. Therefore, the time (hereinafter referred to as balance time) for equalizing the voltages of the battery cells 101 and 102 expressed by the following formula (2) can be made constant regardless of the temperature.
Balance time = control cycle x number of balances (2)
That is, it is possible to shorten the balance time when the ambient temperature is higher than when the balance operation is performed at the same frequency regardless of the ambient temperature.

さらに、周辺温度によらず常に最適な電荷量を１回のバランス動作で電池セル１０１から電池セル１０２に移動させることができるので、周辺温度によらず同じ周波数のパルス信号でバランス動作させていたときよりも、バランス動作の効率を高くすることができる。   Furthermore, since the optimum charge amount can always be transferred from the battery cell 101 to the battery cell 102 by a single balancing operation regardless of the ambient temperature, the balancing operation was performed with a pulse signal having the same frequency regardless of the ambient temperature. It is possible to increase the efficiency of the balance operation than sometimes.

次に、実施形態１の電圧均等化制御装置の制御部１１０について説明する。
図３は、実施形態１の制御部のブロック図である。
入出力部３０１は、電圧計１０６、電圧計１０７、温度センサ１０８及び温度センサ１０９で測定した値の入力を受け付ける。具体的には、電圧計１０６から電池セル１０１の電圧、電圧計１０７から電池セル１０２の電圧、温度センサ１０８から上側回路の周辺温度及び温度センサ１０９から下側回路の周辺温度が入力される（以下、これらを合わせて測定結果という。）。そして、入力された測定結果を電池制御ＥＣＵ３０３に出力する。また、電池制御ＥＣＵ２０３から第１及び第２のパルス信号の周波数が入力されると、その周波数で第１及び第２のパルス信号を生成し、スイッチ１０４及びスイッチ１０５に出力する。 Next, the control part 110 of the voltage equalization control apparatus of Embodiment 1 is demonstrated.
FIG. 3 is a block diagram of a control unit according to the first embodiment.
The input / output unit 301 receives input of values measured by the voltmeter 106, the voltmeter 107, the temperature sensor 108, and the temperature sensor 109. Specifically, the voltage of the battery cell 101 is input from the voltmeter 106, the voltage of the battery cell 102 is input from the voltmeter 107, the ambient temperature of the upper circuit is input from the temperature sensor 108, and the ambient temperature of the lower circuit is input from the temperature sensor 109 ( Hereinafter, these are collectively referred to as measurement results). Then, the input measurement result is output to the battery control ECU 303. Further, when the frequencies of the first and second pulse signals are input from the battery control ECU 203, the first and second pulse signals are generated at the frequencies and are output to the switch 104 and the switch 105.

記憶部３０２は、少なくとも、規定値と、電池セルの開放電圧であるＯＣＶ（Open circuit voltage）と電池残量の割合を示すＳＯＣ（State of Charge）との相関を表すＯＣＶ−ＳＯＣマップと、ＳＯＣ及び周辺温度と、アクティブバランス回路の合成インピーダンスの関係を表すＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップと、合成インピーダンスと、スイッチをオンオフさせる周波数の関係を示す合成インピーダンス−周波数マップとを記憶している。   The storage unit 302 includes at least an OCV-SOC map representing a correlation between a specified value, an open circuit voltage (OCV) that is an open voltage of the battery cell, and an SOC (State of Charge) that indicates a ratio of the remaining battery level, and an SOC. In addition, an SOC and an ambient temperature-synthetic impedance map representing the relationship between the ambient temperature and the synthesized impedance of the active balance circuit, a synthesized impedance, and a synthesized impedance-frequency map representing the relationship between the frequencies at which the switches are turned on and off are stored.

電池制御ＥＣＵ３０３は、入出力部３０１から入力される測定結果に基づいて、記憶部１０３に記憶されているマップを用いて第１及び第２のパルス信号の周波数を決定する。そして、決定した第１及び第２のパルス信号の周波数を入出力部３０１に出力する。また、電池制御ＥＣＵ３０３は、入出力部３０１から入力される電池セル１０１及び電池セル１０２の開放電圧を算出部２０４に出力する。そして、算出部３０４で算出された、電池セル１０１と電池セル１０２の開放電圧の電位差を受信する。さらに、開放電圧の電圧差をあらかじめ定めた規定値と比較して、アクティブバランス回路のバランス動作を行なうか否かを判断する。その判断結果を入出力部３０１に出力する。なお、規定値とは、実験により定められる、組電池の動作に影響がでない電圧差である。   The battery control ECU 303 determines the frequencies of the first and second pulse signals using the map stored in the storage unit 103 based on the measurement result input from the input / output unit 301. Then, the determined frequencies of the first and second pulse signals are output to the input / output unit 301. In addition, the battery control ECU 303 outputs the open voltage of the battery cell 101 and the battery cell 102 input from the input / output unit 301 to the calculation unit 204. Then, the potential difference between the open voltage of the battery cell 101 and the battery cell 102 calculated by the calculation unit 304 is received. Further, it is determined whether or not the balance operation of the active balance circuit is performed by comparing the voltage difference of the open circuit voltage with a predetermined value. The determination result is output to the input / output unit 301. The specified value is a voltage difference that is determined by experiment and does not affect the operation of the assembled battery.

算出部３０４は、電池制御ＥＣＵ３０３から入力される電池セル１０１及び電池セル１０２の開放電圧を下記式（３）に代入し、その算出結果を電池制御ＥＣＵ３０３に出力する。
電圧差＝上側回路開放電圧−下側回路開放電圧 （３）
ここで、実施形態１では、上側回路開放電圧とは電池セル１０１の開放電圧である。また、下側回路開放電圧とは電池セル１０２の開放電圧である。 The calculation unit 304 substitutes the open voltage of the battery cell 101 and the battery cell 102 input from the battery control ECU 303 into the following formula (3), and outputs the calculation result to the battery control ECU 303.
Voltage difference = Upper circuit open voltage-Lower circuit open voltage (3)
Here, in the first embodiment, the upper circuit open circuit voltage is an open circuit voltage of the battery cell 101. The lower circuit open circuit voltage is the open circuit voltage of the battery cell 102.

そして、算出部３０４は、算出した電圧差を電池制御ＥＣＵ３０３に出力する。
次に、実施形態１の記憶部１０３に記憶されているＯＣＶ−ＳＯＣマップと、ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップと、合成インピーダンス−周波数マップとを説明する。 Then, the calculation unit 304 outputs the calculated voltage difference to the battery control ECU 303.
Next, the OCV-SOC map, the SOC and ambient temperature-synthetic impedance map, and the synthetic impedance-frequency map stored in the storage unit 103 of the first embodiment will be described.

以下の例では、図２の破線部分の上側回路を例として説明するが、下側回路でも、同じマップを使用することができる。ただし、上側回路と下側回路の素子それぞれの製造誤差などにより、違いが無視できない場合には、回路ごとに別々の実験データからマップを作成しても良い。   In the following example, the upper circuit of the broken line portion in FIG. 2 will be described as an example, but the same map can be used for the lower circuit. However, if the difference cannot be ignored due to manufacturing errors of the elements of the upper circuit and the lower circuit, a map may be created from separate experimental data for each circuit.

図４は、実施形態１のＯＣＶ−ＳＯＣマップである。
ＯＣＶ−ＳＯＣマップ４００は、電池セル１０１の開放電圧であるＯＣＶと、ＳＯＣの対応関係を示すマップである。ＯＣＶ−ＳＯＣマップ４００は、実験により使用するアクティブバランス回路ごとに取得されているものである。そして、電圧計１０６で測定した電池セル１０１の開放電圧が電池制御ＥＣＵ３０３に入力されたときに、電池制御ＥＣＵ３０３が電池セル１０１のＳＯＣをその開放電圧に基づいて抽出するために用いられる。 FIG. 4 is an OCV-SOC map according to the first embodiment.
The OCV-SOC map 400 is a map showing the correspondence between the OCV, which is the open circuit voltage of the battery cell 101, and the SOC. The OCV-SOC map 400 is acquired for each active balance circuit used by experiments. When the open voltage of the battery cell 101 measured by the voltmeter 106 is input to the battery control ECU 303, the battery control ECU 303 is used to extract the SOC of the battery cell 101 based on the open voltage.

図５は、実施形態１のＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップである。
ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップ５００は、電池セル１０１のＳＯＣと、上側回路の周辺温度の対応関係を示すマップである。ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップ５００マップは、実験により使用するアクティブバランス回路ごとに取得されているものである。そして、ＯＣＶ−ＳＯＣマップ４００から抽出されたＳＯＣと、温度センサ１０８から入力された周辺温度に基づいて、電池制御ＥＣＵ３０３が上側回路の合成インピーダンスを抽出するために用いられる。 FIG. 5 is an SOC and ambient temperature-synthetic impedance map of the first embodiment.
The SOC and ambient temperature-synthetic impedance map 500 is a map showing a correspondence relationship between the SOC of the battery cell 101 and the ambient temperature of the upper circuit. The SOC and ambient temperature-synthetic impedance map 500 map is acquired for each active balance circuit used by experiment. Then, based on the SOC extracted from the OCV-SOC map 400 and the ambient temperature input from the temperature sensor 108, the battery control ECU 303 is used for extracting the combined impedance of the upper circuit.

図６は、実施形態１の合成インピーダンス−周波数マップである。
合成インピーダンス−周波数マップ６００は、上側回路の合成インピーダンスと、第１のパルス信号の周波数の対応関係を示すマップである。合成インピーダンス−周波数マップ６００は、実験により使用するアクティブバランス回路ごとに取得されているものである。そして、ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップ５００から抽出された上側回路の合成インピーダンスを用いて、電池制御ＥＣＵ３０３が第１のパルス信号の周波数を抽出するために用いられる。 FIG. 6 is a combined impedance-frequency map according to the first embodiment.
The combined impedance-frequency map 600 is a map showing the correspondence between the combined impedance of the upper circuit and the frequency of the first pulse signal. The synthetic impedance-frequency map 600 is acquired for each active balance circuit used by experiments. The battery control ECU 303 uses the combined impedance of the upper circuit extracted from the SOC and the ambient temperature-combined impedance map 500 to extract the frequency of the first pulse signal.

次に、周辺温度の変化に基づいて、第１の周波数及び第２の周波数を変更した場合のバランス動作について説明する。
図７は、実施形態１のバランス動作時のセル電圧の変化を示す図である。なお、以下の説明においては、上側回路と下側回路の特性と周辺温度が同じであり、かつ、バランス動作前の電池セル１０１及び電池セル１０２の電圧は、バランス動作制御波形７０１〜７０３でそれぞれ同じであると仮定して動作説明をする。 Next, the balance operation when the first frequency and the second frequency are changed based on the change in the ambient temperature will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating changes in the cell voltage during the balance operation of the first embodiment. In the following description, the characteristics of the upper circuit and the lower circuit and the ambient temperature are the same, and the voltages of the battery cell 101 and the battery cell 102 before the balance operation are the balance operation control waveforms 701 to 703, respectively. The operation will be described assuming that they are the same.

バランス動作制御波形（低温）７０１は、周辺温度１０℃（以下、低温という。）のときのバランス動作の制御波形を表している。縦軸が電圧であり、横軸がバランス時間である。また、波形は上から順に、電池セル１０１の開放電圧、電池セル１０２の開放電圧、第１のパルス信号及び第２のパルス信号を示している。また、左右矢印の期間で表されるｔ［ｓ］は、バランス周期［ｓ］を示している。さらに、左右矢印の期間で表されるＴ［ｓ］は、制御周期Ｔ［ｓ］を示している。   A balance operation control waveform (low temperature) 701 represents a control waveform of the balance operation when the ambient temperature is 10 ° C. (hereinafter referred to as low temperature). The vertical axis is voltage, and the horizontal axis is balance time. The waveforms indicate the open voltage of the battery cell 101, the open voltage of the battery cell 102, the first pulse signal, and the second pulse signal in order from the top. Moreover, t [s] represented by the period of the left and right arrows indicates the balance cycle [s]. Further, T [s] represented by the period of the left and right arrows indicates the control cycle T [s].

制御周期Ｔ［ｓ］は、バランス動作を１回行なう周期である。また、制御部１１０は、制御周期Ｔ［ｓ］において、スイッチ１０４及びスイッチ１０５をそれぞれ１回ずつオンオフさせる制御をしているので、制御周期Ｔ［ｓ］の間に第１及び第２のパルス信号が１回ずつ立ち上がることになる。   The control cycle T [s] is a cycle in which the balance operation is performed once. In addition, since the control unit 110 performs control to turn on and off the switch 104 and the switch 105 once in the control cycle T [s], the first and second pulses are transmitted during the control cycle T [s]. The signal will rise once.

バランス動作制御波形（低温）７０１を参照すると、上側回路と下側回路の特性が同じなので、電池セル１０１が最適な電荷量をコイル１０３に蓄電する時間と、電池セル１０２がコイル１０３から最適な電荷量を充電する時間が同じになっている。そして、低温なので、制御部１１０は、バランス周期ｔ［ｓ］を制御周期Ｔ［ｓ］に対して余裕がある時間で制御している。このときの、第１及び第２のパルス信号の周波数を第１の周波数という。   Referring to the balance operation control waveform (low temperature) 701, since the characteristics of the upper circuit and the lower circuit are the same, the battery cell 101 stores the optimal amount of charge in the coil 103, and the battery cell 102 optimizes from the coil 103. The time to charge the charge amount is the same. And since it is low temperature, the control part 110 is controlling the balance period t [s] in the time which has a margin with respect to the control period T [s]. The frequencies of the first and second pulse signals at this time are referred to as the first frequency.

バランス動作制御波形（高温）７０２は、周辺温度５０℃のときのバランス動作の制御波形を表している。縦軸が電圧であり、横軸がバランス時間である。また、波形は上から順に、電池セル１０１の開放電圧、電池セル１０２の開放電圧、第１のパルス信号及び第２のパルス信号を示している。また、左右矢印の期間で表されるｔ［ｓ］は、バランス周期［ｓ］を示している。さらに、左右矢印の期間で表されるＴ［ｓ］は、制御周期Ｔ［ｓ］を示している。   A balance operation control waveform (high temperature) 702 represents a balance operation control waveform when the ambient temperature is 50 ° C. The vertical axis is voltage, and the horizontal axis is balance time. The waveforms indicate the open voltage of the battery cell 101, the open voltage of the battery cell 102, the first pulse signal, and the second pulse signal in order from the top. Moreover, t [s] represented by the period of the left and right arrows indicates the balance cycle [s]. Further, T [s] represented by the period of the left and right arrows indicates the control cycle T [s].

バランス動作制御波形（高温）７０２を参照すると、制御部１１０は、低温時と同じバランス周期［ｓ］の第１及び第２のパルス信号を出力している。ただし、周辺温度の上昇に伴い、アクティブバランス回路の上側回路及び下側回路の時定数が大きくなっているため、電池セル１０１が電荷をコイル１０３に蓄電する時間と、電池セル１０２がコイル１０３から電荷を充電する時間が長くなっている。したがって、低温時と同じ第１の周波数の第１及び第２のパルス信号では、一度のバランス動作で電池セル１０１から電池セル１０２へ移動できる電荷量が減少する。よって、制御部１１０は、バランス回数を増やすことで、電池セル１０１及び電池セル１０２の均等化を図っている。   Referring to the balance operation control waveform (high temperature) 702, the control unit 110 outputs the first and second pulse signals having the same balance period [s] as that at the low temperature. However, as the ambient temperature rises, the time constants of the upper circuit and lower circuit of the active balance circuit are increased, so that the time for the battery cell 101 to store the charge in the coil 103 and the battery cell 102 from the coil 103 are increased. The time to charge the charge is getting longer. Therefore, with the first and second pulse signals having the same first frequency as when the temperature is low, the amount of charge that can be transferred from the battery cell 101 to the battery cell 102 by a single balancing operation is reduced. Therefore, the control part 110 is aiming at equalization of the battery cell 101 and the battery cell 102 by increasing the frequency | count of a balance.

この制御では、スイッチ１０４及びスイッチ１０５のオンオフ回数が増え、スイッチング損失が増えることによる効率の低下、コイル１０３の充放電の効率の低下、バランス時間が長くなることによる効率の低下等があり、回路効率が低下する。   In this control, the number of on / off operations of the switch 104 and the switch 105 is increased, the efficiency is decreased due to an increase in switching loss, the efficiency of charging / discharging of the coil 103 is decreased, the efficiency is decreased due to a long balance time, and the like. Efficiency is reduced.

バランス動作制御波形（周波数変更）７０３は、周辺温度５０℃のときに、第１のパルス信号と第２のパルス信号の周波数を変更したときの、バランス動作の制御波形を表している。縦軸が電圧であり、横軸がバランス時間である。また、波形は上から順に、電池セル１０１の開放電圧、電池セル１０２の開放電圧、第１のパルス信号及び第２のパルス信号を示している。また、左右矢印の期間で表されるｔ［ｓ］は、バランス周期［ｓ］を示している。さらに、左右矢印の期間で表されるＴ［ｓ］は、制御周期Ｔ［ｓ］を示している。   A balance operation control waveform (frequency change) 703 represents a control waveform of the balance operation when the frequencies of the first pulse signal and the second pulse signal are changed when the ambient temperature is 50 ° C. The vertical axis is voltage, and the horizontal axis is balance time. The waveforms indicate the open voltage of the battery cell 101, the open voltage of the battery cell 102, the first pulse signal, and the second pulse signal in order from the top. Moreover, t [s] represented by the period of the left and right arrows indicates the balance cycle [s]. Further, T [s] represented by the period of the left and right arrows indicates the control cycle T [s].

バランス動作制御波形（周波数変更）７０３を参照すると、制御部１１０は、周辺温度の上昇により、アクティブバランス回路の時定数が大きくなったことに合わせて、バランス周期ｔ［ｓ］を長くしている。すなわち、第１及び第２のパルス信号の周波数を低くして、第１及び第２のパルス信号の制御周期Ｔ［ｓ］に対するデューティー比を大きくしている。これにより、１回のバランス動作で電池セル１０１から電池セル１０２へ移動する電荷量が、バランス動作制御波形（低温）７０１に示す低温時と同じになっている。したがって、周辺温度が高温になっているにもかかわらず、低温時と同じバランス回数で、電池セル１０１及び電池セル１０２の電圧を均等化している。なお、第１及び第２のパルス信号の周波数とデューティー比の関係は、周波数が高くなるほど、デューティー比が小さくなるようになっている。   Referring to the balance operation control waveform (frequency change) 703, the control unit 110 increases the balance cycle t [s] in accordance with the increase in the time constant of the active balance circuit due to the increase in the ambient temperature. . That is, the frequency of the first and second pulse signals is decreased, and the duty ratio of the first and second pulse signals with respect to the control cycle T [s] is increased. As a result, the amount of charge that moves from the battery cell 101 to the battery cell 102 in one balance operation is the same as that at the low temperature shown in the balance operation control waveform (low temperature) 701. Therefore, the voltages of the battery cell 101 and the battery cell 102 are equalized with the same number of balances as when the ambient temperature is high, even though the ambient temperature is high. The relationship between the frequency of the first and second pulse signals and the duty ratio is such that the higher the frequency, the smaller the duty ratio.

以上のように、制御部１１０は、第１及び第２の周波数を変化させることにより第１及び第２のパルス信号の制御周期Ｔ［ｓ］に対するデューティー比を変化させる。そして、電池セル１０１から電池セル１０２に１回のバランス動作で移動させる電荷量を、周辺温度の変化によらずに一定にする制御している。したがって、周辺温度が低温のときと高温のときでバランス回数が同じになり、高温時のバランス時間を短くすることができる。   As described above, the control unit 110 changes the duty ratio of the first and second pulse signals with respect to the control cycle T [s] by changing the first and second frequencies. Then, the amount of charge to be moved from the battery cell 101 to the battery cell 102 by one balance operation is controlled to be constant regardless of the change in the ambient temperature. Accordingly, the number of balances is the same when the ambient temperature is low and when it is high, and the balance time at high temperatures can be shortened.

次に、実施形態１のバランス動作の制御を説明する。
図８は、実施形態１のバランス動作のフローチャートである。
まず、電池制御ＥＣＵ３０３は、図示しない入力部からのユーザの入力、または、タイマーによる一定時間ごとの入力等、バランス動作開始のトリガ信号が入力されると、電圧計１０６及び電圧計１０７に電圧測定の制御信号を出力する。 Next, the balance operation control according to the first embodiment will be described.
FIG. 8 is a flowchart of the balance operation of the first embodiment.
First, the battery control ECU 303 performs voltage measurement on the voltmeter 106 and the voltmeter 107 when a trigger signal for starting a balance operation, such as a user input from an input unit (not shown) or an input by a timer, is input. The control signal is output.

電圧計１０６及び電圧計１０７は、電池セル１０１及び電池セル１０２の開放電圧を測定し、入出力部３０１を介して電池制御ＥＣＵ３０３に測定した開放電圧の電圧値を出力する（Ｓ８０１）。   The voltmeter 106 and the voltmeter 107 measure the open voltage of the battery cell 101 and the battery cell 102, and output the measured voltage value of the open voltage to the battery control ECU 303 via the input / output unit 301 (S801).

電池制御ＥＣＵ３０３は、電池セル１０１及び電池セル１０２の開放電圧が入力されると、記憶部３０２に記憶されているＯＣＶ−ＳＯＣマップを参照して、入力された開放電圧に対応した電池セル１０１及び電池セル１０２それぞれのＳＯＣを抽出する（Ｓ８０２）。これにより、電池制御ＥＣＵ３０３は、電池セル１０１及び電池セル１０２それぞれのＳＯＣを推定している。   When the open voltage of the battery cell 101 and the battery cell 102 is input, the battery control ECU 303 refers to the OCV-SOC map stored in the storage unit 302 and the battery cell 101 corresponding to the input open voltage and The SOC of each battery cell 102 is extracted (S802). Thereby, battery control ECU303 estimates each SOC of the battery cell 101 and the battery cell 102. FIG.

さらに、電池制御ＥＣＵ３０３は、電池セル１０１及び電池セル１０２それぞれの開放電圧を算出部３０４に出力する。そして、算出部３０４は、それぞれの開放電圧の電圧差を式（１）により算出し、算出した電圧差を電池制御ＥＣＵ３０３に出力する。そして、電池制御ＥＣＵ３０３は、電圧差が入力されると、記憶部３０２から規定値を取得し、入力された電圧差が規定値以上であるか否かを判定する。判定の結果、電圧差が規定値未満の場合には、バランス動作を終了する。   Further, the battery control ECU 303 outputs the open circuit voltages of the battery cell 101 and the battery cell 102 to the calculation unit 304. Then, the calculation unit 304 calculates the voltage difference between the respective open-circuit voltages using the equation (1), and outputs the calculated voltage difference to the battery control ECU 303. Then, when the voltage difference is input, the battery control ECU 303 acquires a specified value from the storage unit 302, and determines whether or not the input voltage difference is greater than or equal to the specified value. If the result of determination is that the voltage difference is less than the specified value, the balancing operation is terminated.

一方、Ｓ８０３において、電圧差が規定値以上であった場合、電池制御ＥＣＵ３０３は、回路の周辺温度を測定するように、温度センサ１０８及び温度センサ１０９に制御信号を出力する。その制御信号が入力されると、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、上側回路及び下側回路それぞれの周辺温度を測定する。そして、温度センサ１０８及び温度センサ１０９は、電池制御ＥＣＵ３０３に測定した周辺温度を出力する（Ｓ８０４）。   On the other hand, if the voltage difference is equal to or greater than the specified value in S803, the battery control ECU 303 outputs a control signal to the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 so as to measure the ambient temperature of the circuit. When the control signal is input, the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 measure the ambient temperature of each of the upper circuit and the lower circuit. Then, the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109 output the measured ambient temperature to the battery control ECU 303 (S804).

次に、電池制御ＥＣＵ３０３は、温度センサ１０８及び温度センサ１０９から周辺温度が入力されると、記憶部３０２に記憶されているＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップを参照する。そして、Ｓ３０２で推定したＳＯＣと、上側回路及び下側回路の周辺温度それぞれに対応する合成インピーダンスを抽出する（Ｓ８０５）。   Next, when the ambient temperature is input from the temperature sensor 108 and the temperature sensor 109, the battery control ECU 303 refers to the SOC and the ambient temperature-synthetic impedance map stored in the storage unit 302. Then, the combined impedance corresponding to the SOC estimated in S302 and the ambient temperatures of the upper circuit and the lower circuit are extracted (S805).

さらに、電池制御ＥＣＵ３０３は、Ｓ８０５で合成インピーダンスを抽出すると、記憶部３０２に記憶されている合成インピーダンス−周波数マップを参照する。そして、抽出した上側回路及び下側回路の合成インピーダンスそれぞれに対応する周波数を抽出する（Ｓ８０６）。そして、電池制御ＥＣＵ３０３は、抽出した周波数を入出力部３０１に出力する。   Further, when the battery control ECU 303 extracts the combined impedance in S805, the battery control ECU 303 refers to the combined impedance-frequency map stored in the storage unit 302. Then, the frequencies corresponding to the extracted combined impedances of the upper circuit and the lower circuit are extracted (S806). Then, the battery control ECU 303 outputs the extracted frequency to the input / output unit 301.

入出力部３０１は、Ｓ８０６で抽出された上側回路及の周波数の第１のパルス信号、及び下側回路の周波数の第２のパルス信号を生成し、スイッチ１０４及びスイッチ１０５に出力する（Ｓ８０７）。   The input / output unit 301 generates the first pulse signal having the frequency of the upper circuit and the second pulse signal having the frequency of the lower circuit extracted in S806, and outputs them to the switch 104 and the switch 105 (S807). .

第１及び第２のパルス信号が入力されるとスイッチ１０４及びスイッチ１０５は、第１及び第２のパルス信号に従ってオンオフする（Ｓ８０８）。そして、Ｓ８０１に戻りバランス動作を繰り返す。   When the first and second pulse signals are input, the switch 104 and the switch 105 are turned on / off according to the first and second pulse signals (S808). Then, returning to S801, the balancing operation is repeated.

上述した実施の形態によれば、各電池セルの開放電圧及び周辺温度に従って、第１及び第２のパルス信号の周波数を変化させる。これにより、周辺温度が変化してもバランス動作ごとに最適な電荷量を電池セル１０１から電池セル１０２へ移動できるようにしている。したがって、周辺温度が高温においても、周辺温度が低温のときのバランス回数と同じ回数で電池セル１０１及び電池セル１０２を均等化できるので、結果的にバランス時間を短くすることができる。また、高温時にバランス回数を増やす制御と比較して、スイッチング損失等の損失を減らすことができるので、回路効率が上がるという効果を得られる。
［実施形態２］
次に、電池セルが複数になった組電池の電圧均等化制御装置について説明する。 According to the embodiment described above, the frequencies of the first and second pulse signals are changed according to the open circuit voltage and the ambient temperature of each battery cell. As a result, even when the ambient temperature changes, an optimal charge amount can be transferred from the battery cell 101 to the battery cell 102 for each balance operation. Therefore, even when the ambient temperature is high, the battery cells 101 and 102 can be equalized the same number of times as the number of balances when the ambient temperature is low. As a result, the balance time can be shortened. Further, since the loss such as the switching loss can be reduced as compared with the control for increasing the number of times of balance at a high temperature, the effect of increasing the circuit efficiency can be obtained.
[Embodiment 2]
Next, a voltage equalization control device for a battery pack including a plurality of battery cells will be described.

図９は、実施形態２の電圧均等化制御装置の構成図である。
図９の例では、実施形態１のアクティブバランス回路を３つ相互に接続することにより、４つの電池セルの電圧の均等化をしている。その他の構成は、実施形態１と同じである。したがって、図示しないが、電圧計と温度センサをそれぞれのアクティブバランス回路に備えている。 FIG. 9 is a configuration diagram of the voltage equalization control apparatus according to the second embodiment.
In the example of FIG. 9, the three active balance circuits of the first embodiment are connected to each other to equalize the voltages of the four battery cells. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, although not shown, each active balance circuit includes a voltmeter and a temperature sensor.

制御部９０１は、実施形態１の制御部１１０と同じ制御を、同時に複数のアクティブバランス回路のスイッチに行なう構成となっている。
アクティブバランス回路９０２及び９０３は、実施形態１のアクティブバランス回路を相互に接続することにより、４つの電池セルの電圧均等化を行なっている。ここのアクティブバランス回路それぞれの動作は、実施形態１と同じである。 The control unit 901 is configured to perform the same control as the control unit 110 of the first embodiment simultaneously on the switches of a plurality of active balance circuits.
The active balance circuits 902 and 903 perform voltage equalization of the four battery cells by mutually connecting the active balance circuits of the first embodiment. The operation of each active balance circuit is the same as that of the first embodiment.

以上の構成により、４つの電池セルで構成される組電池においても、周辺温度の変化によらず、バランス回数を一定にすることができる。
また、アクティブバランス回路の接続数を適宜変更することにより、２つ以上の電池セルで構成される組電池の電圧均等化をすることができる。 With the above configuration, even in an assembled battery including four battery cells, the number of balances can be made constant regardless of changes in ambient temperature.
Further, by appropriately changing the number of connections of the active balance circuit, it is possible to equalize the voltage of the assembled battery composed of two or more battery cells.

１００ 電圧均等化装置
１０１、１０２ 電池セル
１０３ コイル
１０４、１０５ スイッチ
１０６、１０７ 電圧計
１０８、１０９ 温度センサ
２０１ 内部抵抗
２０２ オン抵抗
２０３ インダクタンス
３０１ 入出力部
３０２ 記憶部
３０３ 電池制御ＥＣＵ
３０４ 算出部
４００ ＯＣＶ−ＳＯＣマップ
５００ ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップ
６００ 合成インピーダンス−周波数マップ
９０１ 制御部
９０２、９０３ アクティブバランス回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Voltage equalization apparatus 101, 102 Battery cell 103 Coil 104, 105 Switch 106, 107 Voltmeter 108, 109 Temperature sensor 201 Internal resistance 202 On-resistance 203 Inductance 301 Input / output part 302 Storage part 303 Battery control ECU
304 Calculation unit 400 OCV-SOC map 500 SOC and ambient temperature-synthesis impedance map 600 Synthesis impedance-frequency map 901 Control units 902, 903 Active balance circuit

Claims (3)

組電池を構成する各電池セルそれぞれに、パルス信号によりオンオフ制御されるスイッチを並列に接続し、さらに、該各電池セルの接続点と各スイッチの接続点との間にコイルを接続して構成されるバランス回路により、隣り合う前記各電池セル相互で電荷を移動させ、前記各電池セルの電圧を均等化する電圧均等化制御装置において、
前記各電池セルの開放電圧を測定する電圧測定手段と、
前記バランス回路の周辺温度を測定する温度測定手段と、
前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルの開放電圧に対応づけて、隣り合う前記各電池セル相互で一回に移動する電荷量が一定となる前記パルス信号の周波数を記憶した記憶手段と、
前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルの開放電圧を用いて、対応する前記パルス信号の周波数を前記記憶手段から抽出する周波数抽出手段と、
を備えることを特徴とする電圧均等化制御装置。 Each battery cell constituting the assembled battery is connected in parallel with a switch that is controlled on and off by a pulse signal, and a coil is connected between the connection point of each battery cell and the connection point of each switch. In the voltage equalization control device that moves the electric charge between the adjacent battery cells by the balance circuit, and equalizes the voltage of the battery cells,
Voltage measuring means for measuring an open voltage of each battery cell;
Temperature measuring means for measuring the ambient temperature of the balance circuit;
Storage means for storing the frequency of the pulse signal that makes constant the amount of charge that moves at a time between the adjacent battery cells in association with the ambient temperature of the balance circuit and the open circuit voltage of the battery cells;
Frequency extraction means for extracting the frequency of the corresponding pulse signal from the storage means using the ambient temperature of the balance circuit and the open voltage of each battery cell;
A voltage equalization control apparatus comprising: 前記記憶手段は、前記各電池セルの開放電圧と前記各電池セルの電池残量を対応づけて記憶したＯＣＶ−ＳＯＣマップと、
前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルのＳＯＣと、前記各電池セルと各スイッチとコイルそれぞれ一つずつのインピーダンスを合成した合成インピーダンスと、を対応づけて記憶したＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップと、
前記合成インピーダンスと前記パルス信号の周波数を対応づけて記憶した合成インピーダンス−周波数マップと、を記憶し、
前記周波数抽出手段は、前記電圧測定手段で測定した前記各電池セルの開放電圧と、前記ＯＣＶ−ＳＯＣマップとを用いて、前記各電池セルのＳＯＣを抽出し、
前記各電池セルのＳＯＣと、前記ＳＯＣ及び周辺温度−合成インピーダンスマップとを用いて前記合成インピーダンスを抽出し、
前記各電池セルの前記合成インピーダンスと、前記合成インピーダンス−周波数マップとを用いて前記パルス信号の周波数を抽出することを特徴とする請求項１に記載の電圧均等化制御装置。 The storage means stores an OCV-SOC map in which the open voltage of each battery cell and the remaining battery level of each battery cell are stored in association with each other,
The SOC and ambient temperature-synthetic impedance stored in association with the ambient temperature of the balance circuit and the SOC of each battery cell, and the combined impedance obtained by synthesizing the impedance of each battery cell, switch, and coil. Map and
Storing a synthetic impedance-frequency map in which the synthetic impedance and the frequency of the pulse signal are stored in association with each other;
The frequency extraction means extracts the SOC of each battery cell using the open voltage of each battery cell measured by the voltage measurement means and the OCV-SOC map,
Extracting the combined impedance using the SOC of each battery cell, the SOC and the ambient temperature-synthetic impedance map,
The voltage equalization control apparatus according to claim 1, wherein the frequency of the pulse signal is extracted using the combined impedance of each battery cell and the combined impedance-frequency map. 組電池を構成する各電池セルそれぞれに、パルス信号によりオンオフ制御されるスイッチを並列に接続し、さらに、該各電池セルの接続点と各スイッチの接続点との間にコイルを接続して構成されるバランス回路により、隣り合う前記各電池セル相互で電荷を移動させ、前記各電池セルの電圧を均等化する電圧均等化制御装置の電圧均等化制御方法において、
前記電圧均等化制御装置は、
前記各電池セルの開放電圧を測定し、
前記バランス回路の周辺温度を測定し、
前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルの開放電圧を用いて、
前記バランス回路の周辺温度及び前記各電池セルの開放電圧に対応づけて、隣り合う前記各電池セル相互で一回に移動する電荷量が一定となる前記パルス信号の周波数を記憶した記憶手段から、
対応する周波数を抽出することを特徴とする電圧均等化制御方法。 Each battery cell constituting the assembled battery is connected in parallel with a switch that is controlled on and off by a pulse signal, and a coil is connected between the connection point of each battery cell and the connection point of each switch. In the voltage equalization control method of the voltage equalization control device for moving the electric charge between the adjacent battery cells by the balance circuit, and equalizing the voltage of each battery cell,
The voltage equalization control device includes:
Measure the open voltage of each battery cell,
Measuring the ambient temperature of the balance circuit;
Using the ambient temperature of the balance circuit and the open voltage of each battery cell,
Corresponding to the ambient temperature of the balance circuit and the open-circuit voltage of each battery cell, from the storage means that stores the frequency of the pulse signal that makes the amount of charge moving at a time between the adjacent battery cells constant,
A voltage equalization control method, wherein a corresponding frequency is extracted.
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