JP2013121241A - Battery equalization device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池セルを接続して構成される組電池の電圧の均等化を制御する電池均等化装置および方法に関する。 The present invention relates to a battery equalization apparatus and method for controlling voltage equalization of an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells.
いわゆるハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、あるいはハイブリッドビークル、ハイブリッドエレクトリックビークルなどと呼ばれる、エンジンに加えてモータ（電動機）を動力源として備えた車両または輸送機械（以下、「車両等」と称する）が実用化されている。さらには、エンジンを備えずモータのみで車両を駆動する電気自動車も実用化されつつある。それらのモータを駆動する電源として、小型、大容量の特徴を有するリチウムイオン電池などが多く使用されるようになってきている。そして、このような用途においては、複数の電池セルが例えば直列に接続されてスタックが構成され、さらにこのスタックを組み合わして接続される組電池として供給される場合がある。電池セルの直列接続により車両のモータを駆動するのに必要な高電圧が得られ、スタックをさらに直列や並列に組み合わして接続することにより必要な電流容量やさらなる高電圧が得られる。 A so-called hybrid car, plug-in hybrid car, hybrid vehicle, hybrid electric vehicle or the like, which is equipped with a motor (electric motor) as a power source in addition to an engine or a transport machine (hereinafter referred to as “vehicle etc.”) is practical It has become. Furthermore, an electric vehicle that does not include an engine and drives the vehicle only by a motor is being put into practical use. As a power source for driving these motors, a lithium ion battery having a small size and a large capacity has been frequently used. In such an application, a plurality of battery cells may be connected in series to form a stack, and may be supplied as an assembled battery connected in combination with the stack. A high voltage necessary for driving the motor of the vehicle is obtained by the series connection of the battery cells, and a necessary current capacity and a further high voltage are obtained by connecting the stacks in combination in series and parallel.
この場合、リチウムイオン電池などは温度による特性の変化が大きく、電池が使用される環境の温度によって電池の残存容量や充電効率も大きく変化する。自動車のような使用環境ではなおさらである。 In this case, the characteristics of the lithium ion battery or the like greatly change depending on the temperature, and the remaining capacity and charging efficiency of the battery greatly change depending on the temperature of the environment in which the battery is used. This is especially true in environments where automobiles are used.
この結果、スタックを構成する電池セル等において、各セル等の残存容量および出力電圧にばらつきが生じる。各セル等が発生する電圧にばらつきが発生すると、１つのセルの電圧が駆動可能な閾値を下回ったような場合に、全体の電源供給を止めたり抑制したりする必要が生じ、電力効率が低下してしまう。このため、各セルの電圧の均等化を行う電池均等化制御が必要となる。さらには、スタック間でも電圧の均等化を行う必要も生じる。 As a result, in the battery cells or the like constituting the stack, variations occur in the remaining capacity and output voltage of each cell. When the voltage generated by each cell varies, it becomes necessary to stop or suppress the entire power supply when the voltage of one cell falls below the driveable threshold, resulting in reduced power efficiency. Resulting in. For this reason, the battery equalization control which equalizes the voltage of each cell is required. Furthermore, it is necessary to equalize the voltage between the stacks.
電池均等化制御の従来技術としては、放電が必要な電池セルからの放電電力を充電が必要な電池セルに充電させる、いわゆるアクティブ方式の電池均等化制御技術が知られている。 As a conventional technique for battery equalization control, a so-called active battery equalization control technique is known in which discharge power from a battery cell that needs to be discharged is charged into a battery cell that needs to be charged.
さらにこのアクティブ方式の第１の従来技術として、インダクタ（コンバータ）結合方式が知られている。この方式では、隣接する第１および第２の電池セルが共通に接続される各第１の接続端子に、インダクタの第１の接続端子が接続される。また、第１のセルの第２の接続端子とインダクタの第２の接続端子間に、第１のスイッチング素子が接続される。さらに、第２のセルの第２の接続端子とインダクタの第２の接続端子間に、第２のスイッチング素子が接続される。そして、第１の電池セルの電圧が第２の電池セルの電圧よりも高ければ、まず第１のスイッチング素子をオンさせて第１の電池セルから電荷を放電させてインダクタに充電し、続いて、第１のスイッチング素子をオフさせるとともに第２のスイッチング素子をオンさせてインダクタの電荷を第２の電池セルに充電する動作を繰り返し実行する。逆に、第２の電池セルの電圧が第１の電池セルの電圧よりも高ければ、まず第２のスイッチング素子をオンさせて第２の電池セルから電荷を放電させてインダクタに充電し、続いて、第２のスイッチング素子をオフさせるとともに第１のスイッチング素子をオンさせてインダクタの電荷を第１の電池セルに充電する動作を繰り返し実行する。そして、第１および第２の電池セルの電圧が同等になった時点で、第１および第２のスイッチング素子をともにオフさせて隣接する第１および第２の電池セルに対する均等化動作を終了する。 Furthermore, an inductor (converter) coupling method is known as the first conventional technique of the active method. In this method, the first connection terminal of the inductor is connected to each first connection terminal to which the adjacent first and second battery cells are connected in common. In addition, the first switching element is connected between the second connection terminal of the first cell and the second connection terminal of the inductor. Further, the second switching element is connected between the second connection terminal of the second cell and the second connection terminal of the inductor. If the voltage of the first battery cell is higher than the voltage of the second battery cell, first, the first switching element is turned on to discharge the charge from the first battery cell and charge the inductor, The operation of repeatedly turning off the first switching element and turning on the second switching element to charge the inductor to the second battery cell is repeatedly performed. Conversely, if the voltage of the second battery cell is higher than the voltage of the first battery cell, first, the second switching element is turned on to discharge the charge from the second battery cell and charge the inductor, Then, the operation of repeatedly turning off the second switching element and turning on the first switching element to charge the inductor battery with the charge of the inductor is repeatedly executed. Then, when the voltages of the first and second battery cells become equal, both the first and second switching elements are turned off, and the equalization operation for the adjacent first and second battery cells is completed. .
しかし、このインダクタ結合方式では、隣接セル同士でエネルギーをやり取りするため、電池セルの直列接続数が多い場合にバランス時間が長くかかってしまうという問題点を有していた。例えば、電池セル１，２，３，４がその順で直列に接続されている場合、例えば、電池セル１の電圧が低いとき、電池セル２の電荷を電池セル１に移し、電池セル２の電圧が低下するため、電池セル３の電荷を電池セル２に移し、というように順番に電荷を移動させるため、時間がかかってしまう。 However, since this inductor coupling method exchanges energy between adjacent cells, there is a problem that it takes a long balance time when the number of battery cells connected in series is large. For example, when the battery cells 1, 2, 3, 4 are connected in series in that order, for example, when the voltage of the battery cell 1 is low, the charge of the battery cell 2 is transferred to the battery cell 1, and the battery cell 2 Since the voltage decreases, it takes time to move the electric charge of the battery cell 3 to the battery cell 2 and to move the electric charge in order.
アクティブ方式の第２の従来技術として、インダクタ＋トランス方式が知られている。この方式は、インダクタ結合方式の回路構成に加えて、直列する電池セル内の連続する数セルずつの電池セルをスタックとしてまとめ、各スタックの両端子にトランスの各巻線を接続した方式である（例えば特許文献１に記載の技術）。この方式では、トランスの各巻線の巻数を同一にすることにより、数セルずつの電池セルからなるスタックを単位として各スタック間の両端電圧が均等化され、各スタック内の電池セル間の電圧はインダクタ結合方式により均等化される。この方式では、インダクタ結合方式よりも均等化時間を短縮することができる。 As an active second conventional technique, an inductor + transformer system is known. In this method, in addition to the circuit configuration of the inductor coupling method, battery cells of several consecutive cells in the series of battery cells are combined as a stack, and each winding of the transformer is connected to both terminals of each stack ( For example, the technique described in Patent Document 1. In this method, by making the number of turns of each winding of the transformer the same, the voltage across each stack is equalized in units of a stack consisting of several battery cells, and the voltage between the battery cells in each stack is It is equalized by the inductor coupling method. In this method, the equalization time can be shortened compared to the inductor coupling method.
しかし、この方式では、
均等化効率＝（インダクタ結合部の効率）×（トランス結合部の効率）
というように、均等化動作時のエネルギー効率が、インダクタ結合方式とトランス結合方式の掛け算となる。この結果、インダクタ結合部とトランス結合部の双方でエネルギー損失が発生し、均等化動作時のエネルギー効率が悪いという問題点を有していた。
However, with this method,
Equalization efficiency = (Inductor coupling part efficiency) x (Transformer coupling part efficiency)
Thus, the energy efficiency during the equalization operation is a product of the inductor coupling method and the transformer coupling method. As a result, energy loss occurs in both the inductor coupling portion and the transformer coupling portion, and there is a problem in that the energy efficiency during the equalization operation is poor.
本発明は、効率のよい均等化動作を実現し、さらに均等化時間を短縮することを目的とする。 An object of the present invention is to realize an efficient equalization operation and further reduce the equalization time.
態様の一例は、複数の電池セルを接続して構成される組電池におけるその複数の電池セルの電圧を均等化させる電池均等化装置として構成され、複数の電池セルを構成し連続的に直列接続された所定数の電池セルからなるスタックの集合におけるその各スタックである第１のスタック内の電池セルごとに設けられる回路であって、その電池セルの両端子に接続されてその電池セルに対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタおよび第１のスイッチング素子を含む第１の回路部分と、一端が第１のスタックに接続する第２のスタックの他端に接続されその第２のスタックに対してインダクタを介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子を含む第２の回路部分とからなる均等化回路と、各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、第１および第２のスイッチング素子を駆動するスイッチ制御部と、電圧監視部が検出した各電池セルの電圧に基づいて、スイッチ制御部を制御して均等化回路のいずれか一つ以上を動作させる均等化制御部とを備える。 An example of an aspect is configured as a battery equalizing device that equalizes voltages of a plurality of battery cells in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells, and configures a plurality of battery cells and continuously connected in series A circuit provided for each battery cell in the first stack which is each of the stacks of a predetermined number of battery cells, and is connected to both terminals of the battery cell and connected to the battery cell. A first circuit portion including an inductor and a first switching element for charging or discharging electric charges, and a second stack having one end connected to the other end of the second stack connected to the first stack And an equalization circuit comprising a second circuit portion including a second switching element for discharging or charging via an inductor, and monitoring and detecting the voltage of each battery cell. One of the equalization circuits by controlling the switch control unit based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit, the switch control unit driving the first and second switching elements, And an equalization control unit that operates one or more.
本発明によれば、スタック内の電池セルとそのスタックに隣接するスタック全体との間でインダクタ結合をすることで、効率のよい均等化動作が可能となり、さらに均等化終了までの時間を短縮することが可能となる。 According to the present invention, by performing inductor coupling between the battery cells in the stack and the whole stack adjacent to the stack, an efficient equalization operation can be performed, and the time until the equalization ends is further reduced. It becomes possible.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の基本構成図である。
複数の電池セル１０２が直列に接続されて組電池１０１が構成される。本実施形態では、組電池１０１は、連続的に直列接続された所定数、例えば４個の電池セル１０２からなるスタック１０３の集合として構成される。図１では、＃ｉ−１、＃ｉ、＃ｉ＋１というサフィックスが付いた３つのスタック１０３が示されている。図１中では省略してあるが、例えば＃ｉのスタック１０３を構成する４個の電池セル１０２に、（＃ｉ、１）（＃ｉ、２）（＃ｉ、３）（＃ｉ、４）というサフィックスを付ける（後述する図２参照）。同様に、＃ｉ−１のスタック１０３を構成する４個の電池セル１０２に、（＃ｉ−１、１）（＃ｉ−１、２）（＃ｉ−１、３）（＃ｉ−１、４）というサフィックスを付ける。さらに同様に、＃ｉ＋１のスタック１０３を構成する４個の電池セル１０２に、（＃ｉ＋１、１）（＃ｉ＋１、２）（＃ｉ＋１、３）（＃ｉ＋１、４）というサフィックスを付ける。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a basic configuration diagram of the present embodiment.
A plurality of battery cells 102 are connected in series to form an assembled battery 101. In the present embodiment, the assembled battery 101 is configured as a set of a stack 103 including a predetermined number, for example, four battery cells 102 connected in series continuously. In FIG. 1, three stacks 103 with suffixes # i-1, #i, and # i + 1 are shown. Although omitted in FIG. 1, for example, (#i, 1) (#i, 2) (#i, 3) (#i, 4) are added to the four battery cells 102 constituting the stack 103 of #i. ) Is added (see FIG. 2 described later). Similarly, (# i-1, 1) (# i-1, 2) (# i-1, 3) (# i-1) are added to the four battery cells 102 constituting the stack 103 of # i-1. 4) Add the suffix. Similarly, the suffixes (# i + 1, 1) (# i + 1, 2) (# i + 1, 3) (# i + 1, 4) are attached to the four battery cells 102 constituting the # i + 1 stack 103.
これらの表記を用いて、本実施形態では、スタック１０３（＃ｉ）（以下これを「第１のスタック１０３（＃ｉ）」と呼ぶ）を構成する各電池セル１０２（＃ｉ、ｊ）（１≦ｊ≦４）ごとに、その電池セル１０２（＃ｉ、ｊ）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ、ｊ）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi,j および第１のスイッチング素子Ｓi,j1を含む第１の回路部分と、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）の他端に接続されその第２のスタック（＃ｉ＋１）に対してインダクタＬi,j を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,j2を含む第２の回路部分とを備える。これらのスイッチング素子は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ制御部１０５からのパルス信号（後述する図３参照）によりスイッチング動作を行う。 By using these notations, in the present embodiment, each battery cell 102 (#i, j) (# 1), which constitutes the stack 103 (#i) (hereinafter referred to as “first stack 103 (#i)”) ( Inductor L that is connected to both terminals of the battery cell 102 (#i, j) and charges or discharges the battery cell 102 (#i, j) every 1 ≦ j ≦ 4) The first circuit portion including i, j and the first switching element S i, j1 and one end connected to the other end of the second stack 103 (# i + 1) connected to the first stack 103 (#i) And a second circuit portion including a second switching element S i, j2 for discharging or charging the second stack (# i + 1) via the inductor L i, j . These switching elements are, for example, FETs (field effect transistors), and perform a switching operation by a pulse signal (see FIG. 3 described later) from the switch control unit 105.
より具体的には、第１のスタック１０３（＃ｉ）内の電池セル１０２（＃ｉ、１）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ、１）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ、１）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi,1 および第１のスイッチング素子Ｓi,11の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）に対してインダクタＬi,1 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,12を含む第２の回路部分を備える。 More specifically, the equalization circuit of the battery cell 102 (#i, 1) in the first stack 103 (#i) is connected to both terminals of the battery cell 102 (#i, 1) A first circuit portion including a series circuit of an inductor L i, 1 and a first switching element S i, 11 for charging or discharging the battery cell 102 (#i, 1) is provided. One end is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 1) connected to the first stack 103 (#i), and the inductor L i, 1 is connected to the second stack 103 (# i + 1). A second circuit portion including a second switching element S i, 12 for discharging or charging via the first switching element.
また、第１のスタック１０３（＃ｉ）内の電池セル１０２（＃ｉ、２）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ、２）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ、２）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi,2 および第１のスイッチング素子Ｓi,21の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）に対してインダクタＬi,2 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,22を含む第２の回路部分を備える。 In addition, the equalization circuit of the battery cell 102 (#i, 2) in the first stack 103 (#i) is connected to both terminals of the battery cell 102 (#i, 2) so that the battery cell 102 ( #I, 2) includes a first circuit portion including a series circuit of an inductor L i, 2 and a first switching element S i, 21 for charging or discharging a charge. One end of the second stack 103 (# i + 1) connected to the first stack 103 (#i) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 1), and the inductor L i, 2 is connected to the second stack 103 (# i + 1). A second circuit portion including a second switching element S i, 22 for discharging or charging through the first switching element.
同様に、第１のスタック１０３（＃ｉ）内の電池セル１０２（＃ｉ、３）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ、３）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ、３）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi,3 および第１のスイッチング素子Ｓi,31の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）に対してインダクタＬi,3 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,32を含む第２の回路部分を備える。 Similarly, the equalization circuit of the battery cell 102 (#i, 3) in the first stack 103 (#i) is connected to both terminals of the battery cell 102 (#i, 3) and connected to the battery cell 102. A first circuit portion including a series circuit of an inductor L i, 3 and a first switching element S i, 31 for charging or discharging a charge with respect to (#i, 3) is provided. One end of the second stack 103 (# i + 1) connected to the first stack 103 (#i) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 1), and the inductor L i, 3 is connected to the second stack 103 (# i + 1). A second circuit portion including a second switching element S i, 32 for discharging or charging via the first switching element.
さらに、第１のスタック１０３（＃ｉ）内の電池セル１０２（＃ｉ、４）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ、４）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ、４）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi,4 および第１のスイッチング素子Ｓi,41の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）に対してインダクタＬi,4 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,42を含む第２の回路部分を備える。 Further, the equalization circuit of the battery cell 102 (#i, 4) in the first stack 103 (#i) is connected to both terminals of the battery cell 102 (#i, 4) and connected to the battery cell 102 ( #I, 4) includes a first circuit portion including a series circuit of an inductor L i, 4 and a first switching element S i, 41 for charging or discharging a charge. Also, one end of the second stack 103 (# i + 1) connected to the first stack 103 (#i) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 1), and the inductor L i, 4 is connected to the second stack 103 (# i + 1). And a second circuit portion including a second switching element S i, 42 for discharging or charging via the first switching element.
スタック１０３（＃ｉ−１）（以下これを「第１のスタック１０３（＃ｉ−１）」と呼ぶ）を構成する各電池セル１０２（＃ｉ−１、ｊ）（１≦ｊ≦４）についても、同様の均等化回路が構成される。すなわち、各電池セル１０２（＃ｉ−１、ｊ）ごとに、その電池セル１０２（＃ｉ−１、ｊ）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ−１、ｊ）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi-1,j および第１のスイッチング素子Ｓi-1,j1を含む第１の回路部分と、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ−１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ）の他端に接続されその第２のスタック（＃ｉ）に対してインダクタＬi-1,j を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi-1,j2を含む第２の回路部分とを備える。 Each battery cell 102 (# i-1, j) (1 ≦ j ≦ 4) constituting the stack 103 (# i-1) (hereinafter referred to as “first stack 103 (# i-1)”) A similar equalization circuit is also configured for. That is, each battery cell 102 (# i-1, j) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i-1, j) and connected to the battery cell 102 (# i-1, j). The first circuit portion including the inductor L i−1, j and the first switching element S i−1, j1 for charging or discharging the charge and one end of the first stack 103 (# i−1 ) Connected to the other end of the second stack 103 (#i) connected to the second stack (#i) for discharging or charging the second stack (#i) via the inductor L i−1, j . And a second circuit portion including the switching elements S i-1, j2 .
具体的には、第１のスタック１０３（＃ｉ−１）内の電池セル１０２（＃ｉ−１、１）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ−１、１）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ−１、１）に対し電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi-1,1 および第１のスイッチング素子Ｓi-1,11の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ−１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ）に対してインダクタＬi-1,1 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi-1,12を含む第２の回路部分を備える。 Specifically, the equalization circuit of the battery cell 102 (# i-1, 1) in the first stack 103 (# i-1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i-1, 1). A series circuit of an inductor L i-1,1 and a first switching element S i-1,11 for charging or discharging the battery cell 102 (# i-1,1) connected to A first circuit portion including the first circuit portion. One end is connected to the other end of the second stack 103 (#i) connected to the first stack 103 (# i-1), and the inductor L i− is connected to the second stack 103 (#i). A second circuit portion including second switching elements S i-1,12 for discharging or charging via 1,1 is provided.
また、第１のスタック１０３（＃ｉ−１）内の電池セル１０２（＃ｉ−１、２）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ−１、２）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ−１、２）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi-1,2 および第１のスイッチング素子Ｓi-1,21の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ−１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ）に対してインダクタＬi-1,2 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi-1,22を含む第２の回路部分を備える。 The equalization circuit of the battery cell 102 (# i-1, 2) in the first stack 103 (# i-1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i-1, 2). A first circuit including an inductor L i-1,2 and a first switching element S i-1,21 for charging or discharging the battery cell 102 (# i-1,2). 1 circuit portion. One end is connected to the other end of the second stack 103 (#i) connected to the first stack 103 (# i-1), and the inductor L i− is connected to the second stack 103 (#i). A second circuit portion including second switching elements S i-1,22 for discharging or charging via 1 , 2 is provided.
同様に、第１のスタック１０３（＃ｉ−１）内の電池セル１０２（＃ｉ−１、３）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ−１、３）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ−１、３）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi-1,3 および第１のスイッチング素子Ｓi-1,31の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ−１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ）に対してインダクタＬi-1,3 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,32を含む第２の回路部分を備える。 Similarly, the equalization circuit of the battery cell 102 (# i-1, 3) in the first stack 103 (# i-1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i-1, 3). And a series circuit of an inductor L i-1,3 and a first switching element S i-1,31 for charging or discharging the battery cell 102 (# i-1,3). A first circuit portion is provided. One end is connected to the other end of the second stack 103 (#i) connected to the first stack 103 (# i-1), and the inductor L i− is connected to the second stack 103 (#i). A second circuit portion including a second switching element S i, 32 for discharging or charging via 1,3 is provided.
さらに、第１のスタック１０３（＃ｉ−１）内の電池セル１０２（＃ｉ−１、４）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ−１、４）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ−１、４）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi-1,4 および第１のスイッチング素子Ｓi-1,41の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ−１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ）に対してインダクタＬi-1,4 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi-1,４2を含む第２の回路部分を備える。 Further, the equalization circuit of the battery cell 102 (# i-1, 4) in the first stack 103 (# i-1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i-1, 4). And a series circuit of inductors L i-1,4 and first switching elements S i-1,41 for charging or discharging the battery cell 102 (# i-1,4). 1 circuit portion. One end is connected to the other end of the second stack 103 (#i) connected to the first stack 103 (# i-1), and the inductor L i− is connected to the second stack 103 (#i). A second circuit portion including second switching elements S i-1,42 for discharging or charging via 1,4 is provided.
さらに、スタック１０３（＃ｉ＋１）（以下これを「第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）」と呼ぶ）を構成する各電池セル１０２（＃ｉ＋１、ｊ）（１≦ｊ≦４）についても、同様の均等化回路が構成される。すなわち、各電池セル１０２（＃ｉ＋１、ｊ）ごとに、その電池セル１０２（＃ｉ＋１、ｊ）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ＋１、ｊ）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi+1,j および第１のスイッチング素子Ｓi+1,j1を含む第１の回路部分と、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）に接続する特には図示しない第２のスタック１０３（＃ｉ+２）の他端に接続されその第２のスタック（＃ｉ＋２）に対してインダクタＬi+1,j を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi+1,j2を含む第２の回路部分とを備える。 Further, the same applies to each battery cell 102 (# i + 1, j) (1 ≦ j ≦ 4) constituting the stack 103 (# i + 1) (hereinafter referred to as “first stack 103 (# i + 1)”). The equalization circuit is configured. That is, each battery cell 102 (# i + 1, j) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i + 1, j) and charged or discharged with respect to the battery cell 102 (# i + 1, j). The first circuit portion including the inductor L i + 1, j and the first switching element S i + 1, j1 and one end connected to the first stack 103 (# i + 1) are not particularly shown. Second switching for discharging or charging the second stack (# i + 2) via the inductor L i + 1, j connected to the other end of the second stack 103 (# i + 2) And a second circuit portion including the element S i + 1, j2 .
具体的には、第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）内の電池セル１０２（＃ｉ＋１、１）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ＋１、１）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ＋１、１）に対し電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi+1,1 および第１のスイッチング素子Ｓi+1,11の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）に対してインダクタＬi+1,1 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi+1,12を含む第２の回路部分を備える。 Specifically, the equalization circuit of the battery cell 102 (# i + 1, 1) in the first stack 103 (# i + 1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i + 1, 1) and the battery A first circuit portion including a series circuit of an inductor L i + 1,1 and a first switching element S i + 1,11 for charging or discharging the cell 102 (# i + 1, 1) is provided. . Further, one end of the second stack 103 (# i + 2) connected to the first stack 103 (# i + 1) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 2), and the inductor L i + 1, 1 includes a second circuit portion including a second switching element S i + 1,12 for discharging or charging via 1 .
また、第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）内の電池セル１０２（＃ｉ＋１、２）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ＋１、２）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ＋１、２）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi+1,2 および第１のスイッチング素子Ｓi+1,21の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）に対してインダクタＬi+1,2 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi+1,22を含む第２の回路部分を備える。 The equalization circuit of the battery cell 102 (# i + 1, 2) in the first stack 103 (# i + 1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i + 1, 2) and connected to the battery cell 102 ( # I + 1, 2) includes a first circuit portion including a series circuit of an inductor L i + 1,2 and a first switching element S i + 1,21 for charging or discharging a charge. Further, one end of the second stack 103 (# i + 2) connected to the first stack 103 (# i + 1) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 2), and the inductor L i + 1, 2 includes a second circuit portion including a second switching element S i + 1,22 for discharging or charging via 2 .
同様に、第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）内の電池セル１０２（＃ｉ＋１、３）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ＋１、３）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ＋１、３）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi+1,3 および第１のスイッチング素子Ｓi+1,31の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）に対してインダクタＬi+1,3 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi,32を含む第２の回路部分を備える。 Similarly, the equalization circuit of the battery cell 102 (# i + 1, 3) in the first stack 103 (# i + 1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i + 1, 3) and connected to the battery cell 102. A first circuit portion including a series circuit of an inductor L i + 1,3 and a first switching element S i + 1,31 for charging or discharging a charge to (# i + 1,3) is provided. Further, one end of the second stack 103 (# i + 2) connected to the first stack 103 (# i + 1) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 2), and the inductor L i + 1, 2 includes a second circuit portion including a second switching element S i, 32 for discharging or charging via 3 .
さらに、第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）内の電池セル１０２（＃ｉ＋１、４）の均等化回路は、その電池セル１０２（＃ｉ＋１、４）の両端子に接続されてその電池セル１０２（＃ｉ＋１、４）に対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタＬi+1,4 および第１のスイッチング素子Ｓi+1,41の直列回路を含む第１の回路部分を備える。また、一端が第１のスタック１０３（＃ｉ＋１）に接続する第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）の他端に接続されその第２のスタック１０３（＃ｉ＋２）に対してインダクタＬi+1,4 を介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子Ｓi+1,４2を含む第２の回路部分を備える。 Further, the equalization circuit of the battery cell 102 (# i + 1, 4) in the first stack 103 (# i + 1) is connected to both terminals of the battery cell 102 (# i + 1, 4), and the battery cell 102 ( # I + 1, 4) includes a first circuit portion including a series circuit of an inductor L i + 1,4 and a first switching element S i + 1,41 for charging or discharging a charge. Further, one end of the second stack 103 (# i + 2) connected to the first stack 103 (# i + 1) is connected to the other end of the second stack 103 (# i + 2), and the inductor L i + 1, 4 includes a second circuit portion including a second switching element S i + 1,42 for discharging or charging via 4 .
次に、図１において、電圧監視部１０４は、制御線群１０７を介して、各電池セル１０２の両端の電圧を監視しデジタル信号値として検出する。
また、スイッチ制御部１０５は、制御線１０８とそこから各スイッチング素子Ｓi-1,j1、Ｓi-1,j2、Ｓi,j1、Ｓi,j2、Ｓi+1,j1、Ｓi+1,j2（１≦ｊ≦４）に伸びる破線で示される制御線群を介して、それらのスイッチング素子を選択的に駆動する。具体的には、スイッチ制御部１０５は、均等化制御部１０６からの指定に基づいて、いずれかの第１および第２のスイッチング素子のペアを選択し、それらに対して、均等化制御部１０６から指定された所定の周波数およびデューティー比を有するパルス信号（後述する図５参照）によって、各スイッチング素子を駆動する。
Next, in FIG. 1, the voltage monitoring unit 104 monitors the voltage at both ends of each battery cell 102 via the control line group 107 and detects it as a digital signal value.
Further, the switch control unit 105 controls the control line 108 and the switching elements S i-1, j1 , S i-1, j2 , S i, j1 , S i, j2 , S i + 1, j1 , S i from there. These switching elements are selectively driven via a control line group indicated by a broken line extending to + 1, j2 (1 ≦ j ≦ 4). Specifically, the switch control unit 105 selects one of the first and second switching element pairs based on the designation from the equalization control unit 106, and the equalization control unit 106 Each switching element is driven by a pulse signal (see FIG. 5 to be described later) having a predetermined frequency and duty ratio designated from the above.
均等化制御部１０６は、電圧監視部１０４が検出した各電池セル１０２の電圧のデジタル値に基づいて、スイッチ制御部１０５を制御して上述した均等化回路のいずれか一つ以上を動作させる。この均等化制御部１０６は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成される。 The equalization control unit 106 controls the switch control unit 105 based on the digital value of the voltage of each battery cell 102 detected by the voltage monitoring unit 104 to operate any one or more of the equalization circuits described above. The equalization control unit 106 is configured by, for example, a digital signal processor (DSP).
上述の構成を有する本実施形態の動作について、図２および図３の動作説明図を用いて説明する。
まず、図１の均等化制御部１０６は、電圧監視部１０４が検出する全ての電池セル１０２の電圧をその全ての電池セルの数で除算することにより平均電圧を算出する。そして、均等化制御部１０６は、各スタック１０３（これを「第１のスタック」と呼ぶ）の電池セル１０２ごとに、以下の制御を行う。
The operation of the present embodiment having the above-described configuration will be described with reference to the operation explanatory diagrams of FIGS.
First, the equalization control unit 106 in FIG. 1 calculates the average voltage by dividing the voltages of all the battery cells 102 detected by the voltage monitoring unit 104 by the number of all the battery cells. Then, the equalization control unit 106 performs the following control for each battery cell 102 of each stack 103 (referred to as “first stack”).
いま例として、均等化制御部１０６が、第１のスタックとしてスタック１０３（＃ｉ）内の１番目の電池セル１０２（＃ｉ、１）の均等化制御を行っているものとし、電池セル１０２（＃ｉ、１）の電圧が平均電圧よりも低いと判定したとする。 As an example, it is assumed that the equalization control unit 106 performs equalization control of the first battery cell 102 (#i, 1) in the stack 103 (#i) as the first stack. Assume that it is determined that the voltage of (#i, 1) is lower than the average voltage.
この場合、図２に示されるように、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して、電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応する第２のスイッチング素子Ｓi,12をオンさせる。この結果、図２の破線矢印２０１として示される流れで、第１のスタック１０３（＃ｉ）の１つ上の隣接する＃ｉ＋１のスタック１０３（これを「第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）」と呼ぶ）から電荷が放電されて、その電荷が電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応するインダクタＬi,1 に充電される。 In this case, as shown in FIG. 2, the equalization control unit 106 causes the switch control unit 105 to turn on the second switching element S i, 12 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1). . As a result, in the flow indicated by the broken line arrow 201 in FIG. 2, the adjacent stack 103 of # i + 1 on the first stack 103 (#i) (this is referred to as “second stack 103 (# i + 1)”). The electric charge is discharged from the battery, and the inductor L i, 1 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1) is charged.
その後、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して第２のスイッチング素子Ｓi,12をオフさせるとともに電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応する第１のスイッチング素子Ｓi,11をオンさせる。この結果、図２の破線矢印２０２として示される流れで、電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応するインダクタＬi,1内の電荷が、電池セル１０２（＃ｉ、１）に充電される。 Thereafter, the equalization control unit 106 turns off the second switching element S i, 12 with respect to the switch control unit 105 and the first switching element S i, 11 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1). Turn on. As a result, the electric charge in the inductor L i, 1 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1) is charged to the battery cell 102 (#i, 1) in the flow indicated by the dashed arrow 202 in FIG. .
均等化制御部１０６は、以上の第２のスイッチング素子Ｓi,12のオン、第２のスイッチング素子Ｓi,12のオフおよび第１のスイッチング素子Ｓi,11のオンの動作を、電池セル１０２（＃ｉ、１）の電圧が平均電圧と同等になるまで、スイッチ制御部１０５に対して繰り返し実行させる。具体的には、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して、所定の周波数ｆ＝１／Ｔとデューティー比Ｄ＝ｔon／Ｔを指定する。この結果、スイッチ制御部１０５が、上記周波数およびデューティー比を有する例えば図３（ａ）および（ｂ）に示されるようなパルス信号を、第２のスイッチング素子Ｓi,12および第１のスイッチング素子Ｓi,11に供給する。各スイッチング素子は、このパルス信号がハイレベル値であるときにオン、ローレベル値であるときにオフとなる。第２のスイッチング素子Ｓi,12に供給される図３（ａ）に示されるパルス信号がハイレベル値となった後、その値がハイレベルからローレベルに立ち下がるときに、第１のスイッチング素子Ｓi,11に供給される図３（ｂ）に示されるパルス信号がローレベル値からハイレベル値に立ち上がる。これにより、図２に示されるスイッチング動作が実現される。 Equalization controller 106, or more second ON of the switching element S i, 12, the operation of the on of the second switching element S i, 12 off and the first switching element S i, 11, battery cells The switch control unit 105 is repeatedly executed until the voltage 102 (#i, 1) becomes equal to the average voltage. Specifically, the equalization control part 106, the switch control unit 105, specifies a predetermined frequency f = 1 / T and the duty ratio D = t on / T. As a result, the switch control unit 105 generates a pulse signal having the above frequency and duty ratio as shown in FIGS. 3A and 3B, for example, as the second switching element S i, 12 and the first switching element. S i, 11 . Each switching element is turned on when the pulse signal has a high level value, and turned off when the pulse signal has a low level value. When the pulse signal shown in FIG. 3A supplied to the second switching element S i, 12 becomes a high level value and the value falls from the high level to the low level, the first switching is performed. The pulse signal shown in FIG. 3B supplied to the element S i, 11 rises from a low level value to a high level value. Thereby, the switching operation shown in FIG. 2 is realized.
一方、均等化制御部１０６が、第１のスタック１０３（＃ｉ）内の１番目の電池セル１０２（＃ｉ、１）の電圧が平均電圧よりも高いと判定したとする。
この場合、図４に示されるように、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して、電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応する第１のスイッチング素子Ｓi,11をオンさせる。この結果、図４の破線矢印４０１として示される流れで、電池セル１０２（＃ｉ、１）から電荷が放電されて、その電荷が電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応するインダクタＬi,1 に充電される。
On the other hand, it is assumed that the equalization control unit 106 determines that the voltage of the first battery cell 102 (#i, 1) in the first stack 103 (#i) is higher than the average voltage.
In this case, as shown in FIG. 4, the equalization control unit 106 causes the switch control unit 105 to turn on the first switching element S i, 11 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1). . As a result, the electric charge is discharged from the battery cell 102 (#i, 1) in the flow indicated by the broken line arrow 401 in FIG. 4, and the electric charge is discharged from the inductor L i, corresponding to the battery cell 102 (#i, 1) . Charged to 1 .
その後、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して第１のスイッチング素子Ｓi,11をオフさせるとともに電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応する第２のスイッチング素子Ｓi,12をオンさせる。この結果、図４の破線矢印４０２として示される流れで、電池セル１０２（＃ｉ、１）に対応するインダクタＬi,1内の電荷が電池セル１０２（＃ｉ、１）が含まれる第１のスタック１０３（＃ｉ）に接続される１つ上の第２のスタック１０３（＃ｉ＋１）内の各電池セル１０２に充電される。 Thereafter, the equalization control unit 106 causes the switch control unit 105 to turn off the first switching element S i, 11 and the second switching element S i, 12 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1). Turn on. As a result, in the flow indicated by the dashed arrow 402 in FIG. 4, the charge in the inductor L i, 1 corresponding to the battery cell 102 (#i, 1) includes the battery cell 102 (#i, 1). Each of the battery cells 102 in the second stack 103 (# i + 1) that is connected to the stack 103 (#i) is charged.
均等化制御部１０６は、以上の第１のスイッチング素子Ｓi,11のオン、第１のスイッチング素子Ｓi,11のオフおよび第２のスイッチング素子Ｓi,12のオンの動作を、電池セル１０２（＃ｉ、１）の電圧が平均電圧と同等になるまで、スイッチ制御部１０５に対して繰り返し実行させる。具体的には、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して、所定の周波数ｆ＝１／Ｔとデューティー比Ｄ＝ｔon／Ｔを指定する。この結果、スイッチ制御部１０５が、上記周波数およびデューティー比を有する例えば図３（ａ）および（ｂ）に示されるようなパルス信号を、図２の場合とは逆に、第１のスイッチング素子Ｓi,11および第２のスイッチング素子Ｓi,12に供給する。各スイッチング素子は、第1のスイッチング素子Ｓi,1１に供給される図３（ａ）に示されるパルス信号がハイレベル値となった後に、その値がハイレベルからローレベルに立ち下がるときに、第２のスイッチング素子Ｓi,12に供給される図３（ｂ）に示されるパルス信号がローレベル値からハイレベル値に立ち上がる。これにより、図４に示されるスイッチング動作が実現される。 Equalization controller 106, or more on the first switching element S i, 11, the operation of the on of the first switching element S i, 11 off and the second switching element S i, 12 of the battery cell The switch control unit 105 is repeatedly executed until the voltage 102 (#i, 1) becomes equal to the average voltage. Specifically, the equalization control part 106, the switch control unit 105, specifies a predetermined frequency f = 1 / T and the duty ratio D = t on / T. As a result, the switch control unit 105 converts the pulse signal having the above frequency and duty ratio, for example, as shown in FIGS. 3A and 3B, to the first switching element S, contrary to the case of FIG. i, 11 and the second switching element S i, 12 are supplied. Each switching element has a high-level value after the pulse signal shown in FIG. 3 (a) supplied to the first switching element S i, 11 falls to a low level from a high level. The pulse signal shown in FIG. 3B supplied to the second switching elements S i, 12 rises from the low level value to the high level value. Thereby, the switching operation shown in FIG. 4 is realized.
以上の本実施形態の動作により、従来のインダクタ結合方式では上下の電池セルだけで電荷の移動をしていたのを、上側のスタックから電荷もってくることによりそのスタック内の電池セルの全てから電荷を供給することが可能となる。この結果、隣接する電池セル間で順繰りに電荷を運ぶよりも、一度に電荷を移動させることが可能となる。各電池セル電圧とスタック電圧を同時に均等化できるため、均等化時間を短縮することが可能となる。また、本実施形態はトランス結合回路を含まなくてもよいため、均等化効率もインダクタ結合回路の効率で決まり、高い均等化効率を維持することが可能となる。 As a result of the above-described operation of the present embodiment, in the conventional inductor coupling method, charges are transferred only by the upper and lower battery cells. By bringing charges from the upper stack, charges are charged from all the battery cells in the stack. Can be supplied. As a result, it is possible to move charges at a time rather than sequentially transferring charges between adjacent battery cells. Since each battery cell voltage and stack voltage can be equalized at the same time, the equalization time can be shortened. Further, since the present embodiment does not need to include a transformer coupling circuit, the equalization efficiency is also determined by the efficiency of the inductor coupling circuit, and high equalization efficiency can be maintained.
図５は、図１の均等化制御部１０６が実行する制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は、均等化制御部１０６内の特には図示しないプロセッサが、特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。この制御プログラムは、例えば本実施形態のシステムを搭載した車両のイグニッションオフ時またはアイドリング開始時に、１回、もしくは所定の時間間隔で繰返し、実行される。 FIG. 5 is a flowchart showing a control operation executed by the equalization control unit 106 of FIG. This control operation is realized as an operation in which a processor (not shown) in the equalization control unit 106 executes a control program stored in a memory (not shown). This control program is executed once or at a predetermined time interval, for example, when the vehicle equipped with the system of the present embodiment is turned off or when idling is started.
まず、図１の均等化制御部１０６は、電圧監視部１０４が検出する全ての電池セル１０２の電圧をその全ての電池セルの数で除算することにより平均電圧を算出する（ステップＳ５０１）。 First, the equalization control unit 106 in FIG. 1 calculates the average voltage by dividing the voltages of all the battery cells 102 detected by the voltage monitoring unit 104 by the number of all the battery cells (step S501).
次に、均等化制御部１０６は、各スタック１０３（現在選択しているスタックを「第１のスタック」と呼ぶ）の電池セル１０２を選択しながら、ステップＳ５０２からＳ５０８の一連の制御動作を繰り返し実行する。 Next, the equalization control unit 106 repeats a series of control operations from step S502 to step S508 while selecting the battery cell 102 of each stack 103 (the currently selected stack is referred to as a “first stack”). Run.
まず、均等化制御部１０６は、第１のスタック１０３内の選択した電池セル１０２（以下これを「対象電池セル１０２」と呼ぶ）の電圧を平均電圧と比較する（ステップＳ５０２）。 First, the equalization control unit 106 compares the voltage of the selected battery cell 102 (hereinafter referred to as “target battery cell 102”) in the first stack 103 with the average voltage (step S502).
均等化制御部１０６は、ステップＳ５０２での比較処理の結果、対象電池セル１０２の電圧が平均電圧よりも低いと判定した場合、スイッチ制御部１０５に対して、電池セル１０２に対応する第２のスイッチング素子をオンさせる（ステップＳ５０３）。この結果、図２の破線矢印２０１として示したように、第１のスタック１０３の１つ上の隣接するスタック１０３（これを「第２のスタック１０３」と呼ぶ）から電荷が放電されて、その電荷が対象電池セル１０２に対応するインダクタに充電される。 If the equalization control unit 106 determines that the voltage of the target battery cell 102 is lower than the average voltage as a result of the comparison process in step S <b> 502, the equalization control unit 106 instructs the switch control unit 105 to select the second corresponding to the battery cell 102. The switching element is turned on (step S503). As a result, as shown by the broken line arrow 201 in FIG. 2, the charge is discharged from the adjacent stack 103 (referred to as “second stack 103”) on one of the first stacks 103, The electric charge is charged in the inductor corresponding to the target battery cell 102.
その後、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して第２のスイッチング素子をオフさせるとともに対象電池セル１０２に対応する第１のスイッチング素子をオンさせる（ステップＳ５０４）。この結果、図２の破線矢印２０２として示したように、対象電池セル１０２に対応するインダクタ内の電荷が、対象電池セル１０２に充電される。 Thereafter, the equalization control unit 106 turns off the second switching element for the switch control unit 105 and turns on the first switching element corresponding to the target battery cell 102 (step S504). As a result, as indicated by a broken line arrow 202 in FIG. 2, the charge in the inductor corresponding to the target battery cell 102 is charged in the target battery cell 102.
均等化制御部１０６は、電圧監視部１０４を介して、対象電池セル１０２の電圧をステップＳ５０１で算出した平均電圧と比較する（ステップＳ５０７）。
均等化制御部１０６は、対象電池セル１０２の電圧が依然として平均電圧よりも低ければ、ステップＳ５０３の処理に戻り、上述した第２のスイッチング素子のオン、第２のスイッチング素子のオフおよび第１のスイッチング素子のオンの動作を、ステップＳ５０７で対象電池セル１０２の電圧が平均電圧と同等になったと判定するまで、スイッチ制御部１０５に対して繰り返し実行させる。第１および第２のスイッチング素子に対するオン、オフの具体的な制御動作は、図３で説明した通りである。
The equalization control unit 106 compares the voltage of the target battery cell 102 with the average voltage calculated in step S501 via the voltage monitoring unit 104 (step S507).
If the voltage of the target battery cell 102 is still lower than the average voltage, the equalization control unit 106 returns to the process of step S503 to turn on the second switching element, turn off the second switching element, and the first The switch control unit 105 is repeatedly executed to turn on the switching element until it is determined in step S507 that the voltage of the target battery cell 102 is equal to the average voltage. The specific on / off control operations for the first and second switching elements are as described in FIG.
均等化制御部１０６は、ステップＳ５０７で対象電池セル１０２の電圧が平均電圧と同等になったと判定すると、その電池セル１０２に対する均等化制御を終了し、ステップＳ５０８で全ての電池セル１０２に対して均等化制御が終了したか否かを判定する。 If the equalization control unit 106 determines that the voltage of the target battery cell 102 is equal to the average voltage in step S507, the equalization control unit 106 ends the equalization control for the battery cell 102, and in step S508, all the battery cells 102 are subjected to equalization control. It is determined whether the equalization control has ended.
一方、 均等化制御部１０６は、ステップＳ５０２での比較処理の結果、対象電池セル１０２の電圧が平均電圧よりも高いと判定した場合、スイッチ制御部１０５に対して、電池セル１０２に対応する第１のスイッチング素子をオンさせる（ステップＳ５０５）。この結果、図４の破線矢印４０１として示したように、対象電池セル１０２から電荷が放電されて、その電荷が対象電池セル１０２に対応するインダクタに充電される。 On the other hand, if the equalization control unit 106 determines that the voltage of the target battery cell 102 is higher than the average voltage as a result of the comparison process in step S502, the equalization control unit 106 determines that the switch control unit 105 corresponds to the battery cell 102. 1 switching element is turned on (step S505). As a result, as indicated by a broken line arrow 401 in FIG. 4, the charge is discharged from the target battery cell 102, and the charge is charged to the inductor corresponding to the target battery cell 102.
その後、均等化制御部１０６は、スイッチ制御部１０５に対して第１のスイッチング素子をオフさせるとともに対象電池セル１０２に対応する第２のスイッチング素子をオンさせる（ステップＳ５０６）。この結果、図４の破線矢印４０２として示したように、対象電池セル１０２に対応するインダクタ内の電荷が対象電池セル１０２が含まれる第１のスタック１０３に接続される１つ上の第２のスタック１０３内の各電池セル１０２に充電される。 Thereafter, the equalization controller 106 causes the switch controller 105 to turn off the first switching element and turn on the second switching element corresponding to the target battery cell 102 (step S506). As a result, as indicated by a broken line arrow 402 in FIG. 4, the charge in the inductor corresponding to the target battery cell 102 is connected to the first stack 103 in which the target battery cell 102 is included. Each battery cell 102 in the stack 103 is charged.
均等化制御部１０６は、電圧監視部１０４を介して、対象電池セル１０２の電圧をステップＳ５０１で算出した平均電圧と比較する（ステップＳ５０７）。
均等化制御部１０６は、対象電池セル１０２の電圧が依然として平均電圧よりも高ければ、ステップＳ５０５の処理に戻り、上述した第１のスイッチング素子のオン、第１のスイッチング素子のオフおよび第２のスイッチング素子のオンの動作を、ステップＳ５０７で対象電池セル１０２の電圧が平均電圧と同等になったと判定するまで、スイッチ制御部１０５に対して繰り返し実行させる。
The equalization control unit 106 compares the voltage of the target battery cell 102 with the average voltage calculated in step S501 via the voltage monitoring unit 104 (step S507).
If the voltage of the target battery cell 102 is still higher than the average voltage, the equalization control unit 106 returns to the process of step S505 to turn on the first switching element, turn off the first switching element, and the second voltage described above. The switch control unit 105 is repeatedly executed to turn on the switching element until it is determined in step S507 that the voltage of the target battery cell 102 is equal to the average voltage.
均等化制御部１０６は、ステップＳ５０７で対象電池セル１０２の電圧が平均電圧と同等になったと判定すると、その電池セル１０２に対する均等化制御を終了し、ステップＳ５０８で全ての電池セル１０２に対して均等化制御が終了したか否かを判定する。 If the equalization control unit 106 determines that the voltage of the target battery cell 102 is equal to the average voltage in step S507, the equalization control unit 106 ends the equalization control for the battery cell 102, and in step S508, all the battery cells 102 are subjected to equalization control. It is determined whether the equalization control has ended.
均等化制御部１０６は、ステップＳ５０８で未だ全ての電池セル１０２に対して均等化制御が終了していないと判定した場合には、ステップＳ５０２に戻り、未処理の電池セル１０２を選択して、ステップＳ５０２からＳ５０７までの均等化制御処理を実行する。 If the equalization control unit 106 determines in step S508 that the equalization control has not yet been completed for all the battery cells 102, the process returns to step S502, selects the unprocessed battery cell 102, The equalization control process from steps S502 to S507 is executed.
均等化制御部１０６は、ステップＳ５０８で全ての電池セル１０２に対して均等化制御が終了したと判定した場合には、今回の均等化制御の処理を終了する。
以上説明した本実施形態の構成および動作により、下記の効果を得ることができる。
If the equalization control unit 106 determines in step S508 that the equalization control has been completed for all the battery cells 102, the equalization control unit 106 ends the current equalization control process.
The following effects can be obtained by the configuration and operation of the present embodiment described above.
本実施形態による電池均等化制御方式は、インダクタ（コンバータ）結合＋トランス結合方式より効率が良い。
本実施形態による電池均等化制御方式は、インダクタ（コンバータ）結合方式より均等化時間を短縮することが可能となる。
The battery equalization control system according to the present embodiment is more efficient than the inductor (converter) coupling + transformer coupling system.
The battery equalization control method according to the present embodiment can shorten the equalization time compared to the inductor (converter) coupling method.
本実施形態による電池均等化制御方式は、トランス結合方式より均等化精度が良い。
本実施形態による電池均等化制御方式は、電池セルとスタック間の電荷移動ができることにより、極端に電圧の高い／低いセルの均等化にも柔軟に対応することが可能となる。
The battery equalization control method according to the present embodiment has better equalization accuracy than the transformer coupling method.
The battery equalization control method according to the present embodiment can flexibly cope with the equalization of extremely high / low voltage cells by allowing charge transfer between the battery cells and the stack.
図１に示される本実施形態では、均等化回路を構成する第１の回路部分はインダクタと第１のスイッチング素子のみで構成され、第２の回路部分は第２のスイッチング素子のみで構成されているが、これらの素子は最低限必要な回路素子であり、必要に応じて他の回路素子が付加されてもよい。 In the present embodiment shown in FIG. 1, the first circuit portion constituting the equalization circuit is composed only of the inductor and the first switching element, and the second circuit portion is composed only of the second switching element. However, these elements are the minimum necessary circuit elements, and other circuit elements may be added as necessary.
１０１ 組電池
１０２ 電池セル
１０３ スタック
１０４ 電圧監視部
１０５ スイッチ制御部
１０６ 均等化制御部
１０７ 制御線群
１０８ 制御線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Assembly battery 102 Battery cell 103 Stack 104 Voltage monitoring part 105 Switch control part 106 Equalization control part 107 Control line group 108 Control line
Claims (4)
前記複数の電池セルを構成し連続的に直列接続された所定数の電池セルからなるスタックの集合における該各スタックである第１のスタック内の電池セルごとに設けられる回路であって、該電池セルの両端子に接続されて該電池セルに対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタおよび第１のスイッチング素子を含む第１の回路部分と、一端が前記第１のスタックに接続する第２のスタックの他端に接続され該第２のスタックに対して前記インダクタを介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子を含む第２の回路部分とを備える均等化回路と、
前記各電池セルの電圧を監視して検出する電圧監視部と、
前記第１および第２のスイッチング素子を駆動するスイッチ制御部と、
前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記スイッチ制御部を制御して前記均等化回路のいずれか一つ以上を動作させる均等化制御部と、
を備えることを特徴とする電池均等化装置。 A battery equalizing device for equalizing voltages of the plurality of battery cells in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells,
A circuit provided for each battery cell in the first stack which is each of the stacks in a set of stacks of a predetermined number of battery cells that are configured in series and connected in series. A first circuit portion including an inductor and a first switching element connected to both terminals of the cell to charge or discharge the battery cell, and one end connected to the first stack; An equalization circuit comprising a second circuit portion connected to the other end of the two stacks and including a second switching element for discharging or charging the second stack via the inductor;
A voltage monitoring unit for monitoring and detecting the voltage of each battery cell;
A switch controller for driving the first and second switching elements;
An equalization control unit that controls the switch control unit to operate any one or more of the equalization circuits based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit;
A battery equalizing apparatus comprising:
前記電圧監視部が検出する全ての前記電池セルの電圧を該全ての電池セルの数で除算することにより平均電圧を算出し、
前記第１のスタック内の電池セルごとに、
前記電圧監視部が検出する該電池セルの電圧が前記平均電圧よりも低い場合に、前記スイッチ制御部に対して該電池セルに対応する前記第２のスイッチング素子をオンさせて該電池セルが含まれる前記第１のスタックに接続される前記第２のスタックから電荷を放電させて該電池セルに対応する前記インダクタに充電し、その後に前記スイッチ制御部に対して該第２のスイッチング素子をオフさせるとともに該電池セルに対応する前記第１のスイッチング素子をオンさせて該電池セルに対応する前記インダクタ内の電荷を該電池セルに充電させる動作を繰り返し実行し、
前記電圧監視部が検出する該電池セルの電圧が前記平均電圧よりも高い場合に、前記スイッチ制御部に対して該電池セルに対応する前記第１のスイッチング素子をオンさせて該電池セルから電荷を放電させて該電池セルに対応する前記インダクタに充電し、その後に前記スイッチ制御部に対して該第１のスイッチング素子をオフさせるとともに該電池セルに対応する前記第２のスイッチング素子をオンさせて該電池セルに対応する前記インダクタ内の電荷を該電池セルが含まれる前記第１のスタックに接続される前記第２のスタック内の各電池セルに充電させる動作を繰り返し実行し、
前記電圧監視部が検出する該電池セルの電圧が前記平均電圧と同等になった場合に、前記スイッチ制御部に対して該電池セルに対応する前記第１および第２のスイッチング素子をともにオフさせて該電池セルに対する均等化動作を終了する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電池均等化装置。 The equalization control unit
An average voltage is calculated by dividing the voltage of all the battery cells detected by the voltage monitoring unit by the number of all the battery cells,
For each battery cell in the first stack,
When the voltage of the battery cell detected by the voltage monitoring unit is lower than the average voltage, the switch control unit turns on the second switching element corresponding to the battery cell to include the battery cell. The second stack connected to the first stack is discharged to charge the inductor corresponding to the battery cell, and then the second switching element is turned off with respect to the switch controller. And repeatedly turning on the first switching element corresponding to the battery cell to charge the battery cell with the electric charge in the inductor corresponding to the battery cell,
When the voltage of the battery cell detected by the voltage monitoring unit is higher than the average voltage, the switch control unit turns on the first switching element corresponding to the battery cell to charge from the battery cell. Is discharged to charge the inductor corresponding to the battery cell, and then the switch controller turns off the first switching element and turns on the second switching element corresponding to the battery cell. Repetitively executing an operation of charging each battery cell in the second stack connected to the first stack including the battery cell with the electric charge in the inductor corresponding to the battery cell,
When the voltage of the battery cell detected by the voltage monitoring unit becomes equal to the average voltage, the switch control unit turns off both the first and second switching elements corresponding to the battery cell. End the equalization operation for the battery cells,
The battery equalizing apparatus according to claim 1.
前記各電池セルの電圧を監視して検出し、
前記電圧監視部が検出した前記各電池セルの電圧に基づいて、前記複数の電池セルを構成し連続的に直列接続された所定数の電池セルからなるスタックの集合における該各スタックである第１のスタック内の電池セルごとに設けられる回路であって、該電池セルの両端子に接続されて該電池セルに対して電荷の充電または放電を行うためのインダクタおよび第１のスイッチング素子を含む第１の回路部分と、一端が前記第１のスタックに接続する第２のスタックの他端に接続され該第２のスタックに対して前記インダクタを介して放電または充電を行うための第２のスイッチング素子を含む第２の回路部分とを備える均等化回路のいずれか一つ以上の前記第１および第２のスイッチング素子を駆動させて、該電池セルに対して均等化動作を実行させる、
ことを特徴とする電池均等化方法。 A battery equalization method for equalizing voltages of a plurality of battery cells in an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells,
Monitoring and detecting the voltage of each battery cell;
Based on the voltage of each battery cell detected by the voltage monitoring unit, each of the stacks in a set of stacks including a predetermined number of battery cells that constitute the plurality of battery cells and are continuously connected in series. A circuit provided for each battery cell in the stack, including an inductor connected to both terminals of the battery cell for charging or discharging the battery cell and a first switching element. And a second switching unit for discharging or charging the second stack via the inductor connected to the other end of the second stack connected to the first stack. One or more of the first and second switching elements of an equalization circuit including a second circuit portion including the elements to drive the battery cells to perform the equalization operation. Make,
The battery equalization method characterized by the above-mentioned.
前記第１のスタック内の電池セルごとに、
前記検出する該電池セルの電圧が前記平均電圧よりも低い場合に、該電池セルに対応する前記第２のスイッチング素子をオンさせて該電池セルが含まれる前記第１のスタックに接続される前記第２のスタックから電荷を放電させて該電池セルに対応する前記インダクタに充電し、その後に該第２のスイッチング素子をオフさせるとともに該電池セルに対応する前記第１のスイッチング素子をオンさせて該電池セルに対応する前記インダクタ内の電荷を該電池セルに充電させる動作を繰り返し実行し、
前記検出する該電池セルの電圧が前記平均電圧よりも高い場合に、該電池セルに対応する前記第１のスイッチング素子をオンさせて該電池セルから電荷を放電させて該電池セルに対応する前記インダクタに充電し、その後に該第１のスイッチング素子をオフさせるとともに該電池セルに対応する前記第２のスイッチング素子をオンさせて該電池セルに対応する前記インダクタ内の電荷を該電池セルが含まれる前記第１のスタックに接続される前記第２のスタック内の各電池セルに充電させる動作を繰り返し実行し、
前記検出する該電池セルの電圧が前記平均電圧と同等になった場合に、該電池セルに対応する前記第１および第２のスイッチング素子をともにオフさせて該電池セルに対する均等化動作を終了する、
ことを特徴とする請求項３に記載の電池均等化方法。 An average voltage is calculated by dividing the voltage of all the battery cells to be detected by the number of all the battery cells,
For each battery cell in the first stack,
When the voltage of the battery cell to be detected is lower than the average voltage, the second switching element corresponding to the battery cell is turned on and connected to the first stack including the battery cell. Discharging the charge from the second stack to charge the inductor corresponding to the battery cell, and then turning off the second switching element and turning on the first switching element corresponding to the battery cell. Repeatedly performing the operation of charging the battery cell with the electric charge in the inductor corresponding to the battery cell;
When the voltage of the battery cell to be detected is higher than the average voltage, the first switching element corresponding to the battery cell is turned on to discharge electric charge from the battery cell, and the battery cell corresponds to the battery cell. The battery cell includes an electric charge in the inductor corresponding to the battery cell by charging the inductor, and then turning off the first switching element and turning on the second switching element corresponding to the battery cell. Repeatedly performing the operation of charging each battery cell in the second stack connected to the first stack,
When the detected voltage of the battery cell becomes equal to the average voltage, both the first and second switching elements corresponding to the battery cell are turned off to complete the equalization operation for the battery cell. ,
The battery equalization method according to claim 3.
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|---|---|---|---|---|
| CN113348583A (en) * | 2019-11-18 | 2021-09-03 | 株式会社Lg新能源 | Cell balancing device, battery device including cell balancing device, and cell balancing method |
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