JP2015162941A - Power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置および負荷の接続を遮断する技術に関する。 The present invention relates to a technology for cutting off a connection between a power storage device and a load.
特許文献1では、組電池を構成する各セルが過充電状態であることを判断する保護ICを設け、保護ICの出力信号をマイコンに入力している。保護ICは、各セルの電圧値を監視し、この電圧値が所定電圧値を超えたときに過充電であると判断する。このとき、保護ICからは過電圧を示す信号(ハイ信号)が出力される。
In
組電池の充放電を制御するときには、各セルの電圧値を検出する必要がある。このため、特許文献1では、上述した保護ICに加えて、各セルの電圧値を検出するための電圧検出回路を設ける必要がある。この場合には、保護ICおよび電圧検出回路のそれぞれを各セルに接続しなければならず、配線の数が増えてしまう。
When controlling charging / discharging of an assembled battery, it is necessary to detect the voltage value of each cell. For this reason, in
本発明の蓄電システムは、蓄電装置と、リレーと、コントローラと、電圧検出回路と、電流遮断回路とを有する。蓄電装置は、電気的に直列に接続された複数の蓄電素子を有する。リレーは、励磁コイルの通電時に蓄電装置を負荷と接続し、励磁コイルの非通電時に蓄電装置および負荷の接続を遮断する。コントローラは、励磁コイルの通電を許容するオンと、励磁コイルの通電を遮断するオフとの間で切り替わる第1スイッチ素子を制御する。 The power storage system of the present invention includes a power storage device, a relay, a controller, a voltage detection circuit, and a current interruption circuit. The power storage device includes a plurality of power storage elements that are electrically connected in series. The relay connects the power storage device to the load when the excitation coil is energized, and disconnects the connection between the power storage device and the load when the excitation coil is not energized. The controller controls the first switch element that switches between ON that allows energization of the exciting coil and OFF that interrupts energization of the exciting coil.
電圧検出回路は、第1電圧検出ラインを用いて、蓄電装置の充放電を制御するために用いられる各蓄電素子の電圧値を検出する。電流遮断回路は、第2電圧検出ラインを用いて検出した蓄電素子の電圧値が閾値よりも高いとき、励磁コイルの通電を遮断する第2スイッチ素子を有する。電圧検出回路および電流遮断回路は同一の基板に実装されており、第1電圧検出ラインおよび第2電圧検出ラインが基板上で分岐している。 A voltage detection circuit detects the voltage value of each electrical storage element used in order to control charging / discharging of an electrical storage apparatus using a 1st voltage detection line. The current interrupt circuit includes a second switch element that interrupts energization of the exciting coil when the voltage value of the power storage element detected using the second voltage detection line is higher than a threshold value. The voltage detection circuit and the current interruption circuit are mounted on the same substrate, and the first voltage detection line and the second voltage detection line are branched on the substrate.
本発明によれば、電圧検出回路および電流遮断回路を同一の基板に実装することにより、第1電圧検出ラインおよび第2電圧検出ラインを基板上で分岐させることができる。これにより、電圧検出回路および電流遮断回路を含む基板は、第1電圧検出ラインおよび第2電圧検出ラインが共通化された電圧検出ラインを用いて、蓄電装置(各蓄電素子)と接続することができる。 According to the present invention, the first voltage detection line and the second voltage detection line can be branched on the substrate by mounting the voltage detection circuit and the current cutoff circuit on the same substrate. Thus, the substrate including the voltage detection circuit and the current cutoff circuit can be connected to the power storage device (each storage element) using the voltage detection line in which the first voltage detection line and the second voltage detection line are shared. it can.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1は、本実施例の電池システム(本発明の蓄電システムに相当する)の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a battery system of the present embodiment (corresponding to the power storage system of the present invention).
組電池(本発明の蓄電装置に相当する)10は、電気的に直列に接続された複数の単電池(本発明の蓄電素子に相当する)11を有する。単電池11としては、二次電池や電気二重層キャパシタを用いることができる。組電池10は、正極ラインPLおよび負極ラインNLを介して、負荷20と接続されている。負荷20は、組電池10の放電電力を受けて動作したり、組電池10を充電するための電力を生成したりする。本実施例の電池システムを車両に搭載したとき、負荷20としては、モータ・ジェネレータを用いることができる。
The assembled battery (corresponding to the power storage device of the present invention) 10 has a plurality of unit cells (corresponding to the power storage element of the present invention) 11 electrically connected in series. As the
正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられ、負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gは、ECU(Electric Control Unit)70からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。具体的には、ECU70は、第1スイッチ素子(トランジスタ)80をオンおよびオフの間で切り替えることにより、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンおよびオフの間で切り替えることができる。 A system main relay SMR-B is provided in the positive electrode line PL, and a system main relay SMR-G is provided in the negative electrode line NL. System main relays SMR-B and SMR-G are switched between ON and OFF by receiving a control signal from ECU (Electric Control Unit) 70. Specifically, the ECU 70 can switch the system main relays SMR-B and SMR-G between on and off by switching the first switch element (transistor) 80 between on and off.
基板30には、監視IC(Integrated Circuit)40、フォトカプラ50および電流遮断回路60が実装されている。監視IC(本発明の電圧検出回路に相当する)40は、第1電圧検出ラインL1を介して、組電池10の各単電池11に接続されており、各単電池11の電圧値を検出する。監視IC40は、公知のように、コンパレータなどを用いて構成することができる。コンパレータを用いることにより、単電池11における正極端子および負極端子の間の電位差、言い換えれば、単電池11の電圧値を検出できる。第1電圧検出ラインL1の一部は、基板30に実装されている。
A monitoring IC (Integrated Circuit) 40, a
本実施例では、監視IC40が単電池11の電圧値を検出しているが、これに限るものではない。例えば、監視IC40は、複数の単電池11を含む電池ブロック(本発明の蓄電素子に相当する)の電圧値を検出することができる。電池ブロックは、電気的に直列に接続された複数の単電池11によって構成することができる。複数の電池ブロックを電気的に直列に接続することにより、組電池10を構成することができる。
In the present embodiment, the
監視IC40の出力信号(各単電池11の電圧値を示す信号)は、フォトカプラ50を介してECU70に入力される。フォトカプラ50を用いることにより、フォトカプラ50の入力側に位置する回路と、フォトカプラ50の出力側に位置する回路とを絶縁状態にすることができる。ECU70は、監視IC40の出力信号に基づいて、各単電池11の電圧値を取得することができる。そして、ECU70内のマイコン71は、各単電池11の電圧値に基づいて、組電池10の充放電を制御することができる。
An output signal of the monitoring IC 40 (a signal indicating the voltage value of each unit cell 11) is input to the
電流遮断回路60は、電圧検出ラインL2を介して各単電池11に接続されており、各単電池11の電圧値を検出することができる。なお、上述したように、監視IC40が各電池ブロックの電圧値を検出するとき、電流遮断回路60は各電池ブロックの電圧値を検出する。ここで、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2は、一部において共通化している。基板30上において、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2が分岐しており、基板30の外部では、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2を共通化した電圧検出ラインが配置されている。
The
電流遮断回路60は、単電池11が過充電状態であるときに、組電池10および負荷20の接続を遮断する。具体的には、単電池11が過充電状態であるとき、電流遮断回路60は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。ここで、組電池10および負荷20の接続を遮断することができればよいため、電流遮断回路60は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gの少なくとも一方をオンからオフに切り替えればよい。
The current cut-off
次に、電流遮断回路60の構成について、図2を用いて説明する。
Next, the configuration of the
電流遮断回路60は、抵抗R2を有しており、抵抗R2は、各電圧検出ラインL2に設けられている。抵抗R2は、組電池10(単電池11)からの過電圧が電流遮断回路60に印加することを防止するために用いられる。すなわち、電流遮断回路60に過電圧が印加しようとするときには、抵抗R2が溶断することにより、電流遮断回路60に対する過電圧の印加を防止している。
The
電流遮断回路60は、複数のツェナーダイオードDを有する。各ツェナーダイオードDは、電圧検出ラインL2を介して、各単電池11と電気的に並列に接続されている。ここで、ツェナーダイオードDのカソードは、単電池11の正極端子と接続されており、ツェナーダイオードDのアノードは、単電池11の負極端子と接続されている。複数のツェナーダイオードDは、電気的に直列に接続されている。
The
ツェナーダイオードDは、組電池10(単電池11)からの過電圧が電流遮断回路60に印加することを抑制するために用いられる。すなわち、電流遮断回路60に過電圧が印加しようとするときには、ツェナーダイオードDが導通状態となることにより、カソードからアノードの側に電流を流すことができる。これにより、後述するIC(Integrated Circuit)61の側に過電圧が印加されることを抑制できる。
The Zener diode D is used for suppressing application of an overvoltage from the assembled battery 10 (unit cell 11) to the
ツェナーダイオードDが導通状態となったとき、抵抗R2に電流を流すことにより、抵抗R2を溶断させることができる。すなわち、組電池10からIC61に過電圧が印加しようとしたときには、抵抗R2が溶断することにより、組電池10およびIC61の接続を遮断することができる。これにより、IC61を保護することができる。なお、電流遮断回路60への過電圧の印加を除外できれば、ツェナーダイオードDを省略することができる。
When the Zener diode D becomes conductive, the resistor R2 can be blown by passing a current through the resistor R2. That is, when an overvoltage is to be applied from the assembled
電流遮断回路60は、コンデンサCを有する。コンデンサCの一端は、電圧検出ラインL2に接続されており、コンデンサCの他端は、接地されている。コンデンサCは、各電圧検出ラインL2に対して設けられており、電圧検出ラインL2におけるノイズを低減するために用いられる。電圧検出ラインL2に対するコンデンサCの接続点は、後述するIC61と、電圧検出ラインL2に対するツェナーダイオードDの接続点との間に位置している。なお、ノイズの影響を無視できれば、コンデンサCを省略することもできる。
The current interrupt
電流遮断回路60は、IC61を有する。IC61は、ECU70から起動信号を受けたり、停止信号を受けたりする。起動信号とは、電源からの電力をIC61に供給することを許容する信号であり、起動信号によって、IC61を動作させることができる。停止信号とは、電源からIC61への電力供給を停止させる信号であり、停止信号によって、IC61の動作を停止させることができる。
The
IC61は、コンパレータCMPを有する。各単電池11の正極端子と接続された電圧検出ラインL2は、コンパレータCMPの負側入力端子と接続されている。また、各単電池11の負極端子と接続された電圧検出ラインL2は、コンパレータCMPの正側入力端子と接続されている。
The
ここで、図2に示すように、一方の単電池11の正極端子と、他方の単電池11の負極端子とに接続された電圧検出ラインL2は、分岐している。分岐された電圧検出ラインL2は、一方のコンパレータCMPにおける正側入力端子と、他方のコンパレータCMPにおける負側入力端子とにそれぞれ接続されている。
Here, as shown in FIG. 2, the voltage detection line L <b> 2 connected to the positive terminal of one
コンパレータCMPは、単電池11における正極端子および負極端子の間の電位差、言い換えれば、単電池11の電圧値を出力する。IC61は、コンパレータCMPと接続されたOR回路62を有しており、コンパレータCMPの出力信号は、OR回路62に入力される。OR回路62は、複数のコンパレータCMPと接続されており、いずれかのコンパレータCMPの出力信号がOR回路62に入力されると、OR回路62は出力信号を生成する。
The comparator CMP outputs the potential difference between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal in the
本実施例において、複数のコンパレータCMPは、互いに異なるタイミングで動作する。すなわち、複数のコンパレータCMPにおける出力信号は、互いに異なるタイミングにおいて、OR回路62に入力される。このため、各単電池11の電圧値が検出されるたびに、この電圧値に相当する信号をOR回路62が出力する。
In the present embodiment, the plurality of comparators CMP operate at different timings. That is, output signals from the plurality of comparators CMP are input to the
IC61は、OR回路62と接続されたアラーム確定回路63を有しており、OR回路62の出力信号は、アラーム確定回路63に入力される。アラーム確定回路63は、単電池11の過充電状態を判別し、単電池11が過充電状態であるときには、アラーム信号を出力する。アラーム信号とは、単電池11が過充電状態であることを示す信号である。
The
アラーム確定回路63は、コンパレータによって構成することができる。OR回路62の出力信号(単電池11の電圧値Vb)は、アラーム確定回路(コンパレータ)63における負側入力端子に入力される。また、閾値(電圧値)V_thは、アラーム確定回路(コンパレータ)63における正側入力端子に入力される。
The
閾値(電圧値)V_thは、単電池11の過充電状態を判別するための電圧値であり、単電池11の充放電特性などを考慮して適宜設定することができる。例えば、閾値(電圧値)V_thとしては、単電池11が実際に過充電状態となるときの電圧値に設定したり、単電池11が実際に過充電状態となるときの電圧値よりも低い値に設定したりすることができる。
The threshold value (voltage value) V_th is a voltage value for determining the overcharge state of the
OR回路62の出力信号(単電池11の電圧値Vb)が閾値(電圧値)V_thよりも高いときには、アラーム確定回路(コンパレータ)63の出力信号(アラーム信号)が生成される。一方、OR回路62の出力信号(単電池11の電圧値Vb)が閾値(電圧値)V_thよりも低いときには、アラーム確定回路(コンパレータ)63の出力信号(アラーム信号)が生成されない。 When the output signal of the OR circuit 62 (the voltage value Vb of the single battery 11) is higher than the threshold value (voltage value) V_th, the output signal (alarm signal) of the alarm determination circuit (comparator) 63 is generated. On the other hand, when the output signal of the OR circuit 62 (the voltage value Vb of the single cell 11) is lower than the threshold value (voltage value) V_th, the output signal (alarm signal) of the alarm determination circuit (comparator) 63 is not generated.
IC61は、アラーム確定回路63と接続されたアラームラッチ回路64を有しており、アラーム確定回路63の出力信号(アラーム信号)が、アラームラッチ回路64に入力される。アラームラッチ回路64は、アラーム確定回路63からの入力信号を保持して、ラッチ信号(アラーム信号に相当する)を出力する。
The
IC61(アラームラッチ回路64)は、フォトカプラ65と接続されている。フォトカプラ65は、スイッチ素子として用いられ、アラームラッチ回路64からのラッチ信号を受けることにより、オフからオンに切り替わる。フォトカプラ65は、絶縁素子であるため、フォトカプラ65の入力側に位置する回路(高電圧回路)と、フォトカプラ65の出力側に位置する回路(低電圧回路)とを絶縁状態とすることができる。言い換えれば、フォトカプラ65は、入力信号としての高電圧信号を、出力信号としての低電圧信号に変換することができる。
The IC 61 (alarm latch circuit 64) is connected to the
フォトカプラ65は、第2スイッチ素子(トランジスタ)66と接続されている。フォトカプラ65がオフからオンに切り替わったとき、フォトカプラ65の出力信号が、第2スイッチ素子66に入力される。第2スイッチ素子66は、フォトカプラ65の出力信号を受けて、オンからオフに切り替わる。ここで、フォトカプラ65の出力信号が第2スイッチ素子66に入力されていないとき、第2スイッチ素子66はオンになる。
The
第2スイッチ素子66の一端は、電源100と接続されており、第2スイッチ素子66の他端は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gの励磁コイル91と接続されている。第2スイッチ素子66がオンであるとき、電源100から励磁コイル91に電流を流すことができる。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gは、可動接点92および固定接点93を有しており、励磁コイル91が通電状態であるとき、可動接点92が固定接点93に接触する。これにより、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオンになる。
One end of the
ここで、励磁コイル91には第1スイッチ素子80も接続されている。このため、第1スイッチ素子80および第2スイッチ素子66がオンであるとき、電源100から励磁コイル91に電流を流すことができる。第1スイッチ素子80および第2スイッチ素子66の少なくとも一方がオフであるとき、電源100から励磁コイル91には電流が流れない。このため、ECU70が第1スイッチ素子80をオンにするための制御信号を出力して、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンにしていても、第2スイッチ素子66がオンからオフに切り替われば、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gはオフになる。
Here, the
本実施例によれば、IC61が単電池11の過充電状態を検出すると、IC61の出力信号(アラーム信号)が第2スイッチ素子66に入力されることにより、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替えることができる。これにより、過充電状態の単電池11を含む組電池10に対して、充放電が行われることを防止できる。
According to the present embodiment, when the
本実施例では、アラーム確定回路63からアラーム信号が出力されたときには、アラームラッチ回路64において、アラーム信号が保持される。すなわち、アラーム確定回路63からアラーム信号が出力された後では、アラームラッチ回路64から信号が出力され続け、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオフのままとなる。
In this embodiment, when an alarm signal is output from the
本実施例では、高電圧の組電池10と接続される部品(監視IC40や電流遮断回路60)を1つの基板30にまとめて実装している。これに伴い、1つの基板30に対して、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2をまとめて形成できる。そして、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2が共通化された電圧検出ラインを用いて、基板30および組電池10を接続できる。これにより、監視IC40および電流遮断回路60を別々の基板30に実装する場合に比べて、基板30の外部に配置される電圧検出ラインの数を減らすことができる。
In this embodiment, components (the
次に、本発明の実施例2である電池システムについて説明する。本実施例において、実施例1で説明した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。 Next, a battery system that is Embodiment 2 of the present invention will be described. In the present embodiment, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
実施例1では、組電池10に対して、1つの監視IC40および1つの電流遮断回路60を設けている。本実施例では、組電池10に対して、複数の監視IC40および複数の電流遮断回路60を設けている。図3は、本実施例の電池システムにおける一部の構成を示す。図3では、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2の一部を省略している。
In the first embodiment, one assembled
各基板30は、第1電圧検出ラインL1および第2電圧検出ラインL2が共通化した電圧検出ラインを介して、組電池10に含まれる一部の単電池11と接続されている。ここで、各基板30と接続される単電池11の数は、適宜設定することができる。複数の基板30にそれぞれ含まれるフォトカプラ50は、ECU70に接続されており、各フォトカプラ50の出力信号がECU70に入力される。これにより、ECU70は、各単電池11の電圧値を把握でき、組電池10の充放電を制御することができる。
Each
複数の基板30にそれぞれ含まれる電流遮断回路60の第2スイッチ素子66は、電源100に対して直列に接続されている。このため、いずれかの電流遮断回路60の第2スイッチ素子66がオフになると、電源100から励磁コイル91への通電が遮断される。
The
本実施例によれば、複数の基板30を用いることにより、いずれか1つの基板30に故障が発生したとき、この基板30だけを交換すればよい。また、複数の基板30に関して、各基板30の構成は同じであるため、同一の構成の基板30だけを製造するだけでよい。
According to this embodiment, when a failure occurs in any one of the
10:組電池。11:単電池、20:負荷、30:基板、40:監視IC、
50:フォトカプラ、60:電流遮断回路、61:IC、62:OR回路、
63:アラーム確定回路、64:アラームラッチ回路、65:フォトカプラ、
66:第2スイッチ素子、70:ECU、71:マイコン、80:第1スイッチ素子、
100:電源、91:励磁コイル、92:可動接点、93:固定接点
10: assembled battery. 11: single cell, 20: load, 30: substrate, 40: monitoring IC,
50: Photocoupler, 60: Current interruption circuit, 61: IC, 62: OR circuit,
63: Alarm confirmation circuit, 64: Alarm latch circuit, 65: Photocoupler,
66: second switch element, 70: ECU, 71: microcomputer, 80: first switch element,
100: power supply, 91: exciting coil, 92: movable contact, 93: fixed contact
Claims (1)
励磁コイルの通電時に前記蓄電装置を負荷と接続し、前記励磁コイルの非通電時に前記蓄電装置および前記負荷の接続を遮断するリレーと、
前記励磁コイルの通電を許容するオンと、前記励磁コイルの通電を遮断するオフとの間で切り替わる第1スイッチ素子を制御するコントローラと、
第1電圧検出ラインを用いて、前記蓄電装置の充放電を制御するために用いられる前記各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出回路と、
第2電圧検出ラインを用いて検出した前記蓄電素子の電圧値が閾値よりも高いとき、前記励磁コイルの通電を遮断する第2スイッチ素子を含む電流遮断回路と、を有し、
前記電圧検出回路および前記電流遮断回路が同一の基板に実装されているとともに、前記第1電圧検出ラインおよび前記第2電圧検出ラインが前記基板上で分岐していることを特徴とする蓄電システム。 A power storage device including a plurality of power storage elements electrically connected in series;
A relay that connects the power storage device to a load when the excitation coil is energized, and that disconnects the connection between the power storage device and the load when the excitation coil is not energized;
A controller that controls a first switch element that switches between ON to allow energization of the excitation coil and OFF to block energization of the excitation coil;
A voltage detection circuit that detects a voltage value of each power storage element used to control charging and discharging of the power storage device using a first voltage detection line;
A current cutoff circuit including a second switch element that cuts off the energization of the exciting coil when the voltage value of the power storage element detected using the second voltage detection line is higher than a threshold value;
The power storage system, wherein the voltage detection circuit and the current cut-off circuit are mounted on the same substrate, and the first voltage detection line and the second voltage detection line are branched on the substrate.
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