JP2016025794A - Battery system monitoring device, and power storage device comprising the same - Google Patents

Battery system monitoring device, and power storage device comprising the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery system monitoring device capable of detecting current leakage on the voltage input side.SOLUTION: A battery system monitoring device comprises: a cell controller IC 100 for controlling a cell group 120 composed of a plurality of battery cells 110 connected in series; and a plurality of voltage detection lines SL1 to SL5, each of which is for measuring voltage between terminals of a battery cell 110 and connects each of positive and negative electrodes of the battery cell 110 with the cell controller IC 100. The cell controller IC 100 can measure voltage between terminals of each of the plurality of battery cells 110 through each of a plurality of voltage measurement paths having different impedance. The battery system monitoring device detects leakage of a battery system on the basis of voltage between terminals of the battery cell 110 measured through each of the plurality of voltage measurement paths.SELECTED DRAWING: Figure 20

Description

本発明は電池システム監視装置およびこれを備えた蓄電装置に関する。   The present invention relates to a battery system monitoring device and a power storage device including the same.

ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを複数個直列接続したセルグループを複数個直列あるいは直並列に接続して構成される組電池(電池システム)が用いられている。このような組電池においては、各単電池セルの残存容量計算や保護管理のため、セル電圧(単電池セルの端子間電圧)の計測と、充電状態(SOC、State of Charge)すなわち残存容量の均等化(バランシング)のためのバランシング放電を行うセルコントローラを組電池の監視装置内に設けて組電池の管理を行っている。(例えば特許文献1参照)。また、このセルコントローラは複数の集積回路(セルコントローラIC)を備え、上記の複数個のセルグループの管理を行っている。   In a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), etc., in order to secure a desired high voltage, a plurality of cell groups in which a plurality of secondary battery unit cells are connected in series are connected in series or in series and parallel. An assembled battery (battery system) is used. In such an assembled battery, for the calculation of the remaining capacity of each unit cell and protection management, measurement of the cell voltage (voltage between terminals of the unit cell) and the state of charge (SOC), that is, the remaining capacity A cell controller for performing balancing discharge for equalization (balancing) is provided in the assembled battery monitoring device to manage the assembled battery. (For example, refer to Patent Document 1). The cell controller includes a plurality of integrated circuits (cell controller ICs) and manages the plurality of cell groups.

各単電池セルのSOCは、各単電池セルの開路電圧(OCV)から算出される。すなわち、電池システムが無負荷の状態(電池システムからのDC電力から三相AC電力を生成してHEVやEVの駆動用モータに供給するインバータ等が接続されていない状態)で測定された各単電池セルの端子間電圧から各単電池セルのSOCが算出される。各単電池セルの端子間電圧は、上記のセルコントローラICの電圧入力端子に各単電池セルの端子間電圧が入力されて測定される。このセルコントローラICの電圧入力端子には、電池システムの充放電に伴うノイズを除去するためにRCフィルタが設けられている。   The SOC of each single battery cell is calculated from the open circuit voltage (OCV) of each single battery cell. That is, each unit measured in a state in which the battery system is unloaded (a state in which an inverter or the like that generates three-phase AC power from DC power from the battery system and supplies it to an HEV or EV drive motor is not connected). The SOC of each single battery cell is calculated from the voltage between the terminals of the battery cell. The voltage between terminals of each single battery cell is measured by inputting the voltage between terminals of each single battery cell to the voltage input terminal of the cell controller IC. An RC filter is provided at a voltage input terminal of the cell controller IC in order to remove noise associated with charging / discharging of the battery system.

特開2009−89484号公報JP 2009-89484 A

セルコントローラICの入力端子に設けられたRCフィルタのコンデンサ劣化、セルコントローラIC内に設けられたESD対策用のダイオード劣化、あるいはセルコントローラICの電圧検出端子付近の絶縁不良等の種々の原因で、電圧入力端子側で電流リークが発生する可能性がある。この電流リークが発生すると、セルコントローラICの各単電池セルの端子間電圧が正確に測定されず、各単電池セルのSOCも正しい値が得られない。このような正しくないSOCに基づいて各単電池セルのバランシング放電を行うと、過充電や過放電となる可能性がある。
しかしながら、従来のセルコントローラICを備えた電池システム監視装置では、電流リークが発生したことを検出できなかった。
Due to various causes such as capacitor deterioration of the RC filter provided in the input terminal of the cell controller IC, diode deterioration for ESD countermeasures provided in the cell controller IC, or insulation failure near the voltage detection terminal of the cell controller IC, Current leakage may occur on the voltage input terminal side. When this current leak occurs, the voltage between the terminals of each single battery cell of the cell controller IC is not accurately measured, and the SOC of each single battery cell cannot be obtained correctly. If balancing discharge of each single battery cell is performed based on such an incorrect SOC, there is a possibility of overcharge or overdischarge.
However, the battery system monitoring apparatus provided with the conventional cell controller IC cannot detect that a current leak has occurred.

本発明による電池システム監視装置は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視するものであって、前記セルグループを制御するセルコントローラICと、前記単電池セルの端子間電圧を測定するための、前記単電池セルの正極および負極のそれぞれと前記セルコントローラICとを接続する複数の電圧検出線とを備える。前記セルコントローラICは、前記複数の単電池セルのそれぞれについて、互いにインビーダンスが異なる複数の電圧測定経路のそれぞれを介して前記端子間電圧を測定可能であり、前記電池システム監視装置は、前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧に基づいて、前記電池システムのリークを検出する。
本発明による蓄電装置は、上記の電池システム監視装置と、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備え、前記電池システム監視装置により監視される電池システムとを備える。
A battery system monitoring apparatus according to the present invention monitors a battery system including a cell group in which a plurality of single battery cells are connected in series, and includes a cell controller IC that controls the cell group, and a terminal of the single battery cell. A plurality of voltage detection lines for connecting the cell controller IC and each of a positive electrode and a negative electrode of the single battery cell for measuring an inter-voltage. The cell controller IC is capable of measuring the inter-terminal voltage for each of the plurality of single battery cells via each of a plurality of voltage measurement paths having different impedances. A leak of the battery system is detected based on the voltage between the terminals measured through each of the plurality of voltage measurement paths.
A power storage device according to the present invention includes the battery system monitoring device described above and a battery system that includes a cell group in which a plurality of single battery cells are connected in series and is monitored by the battery system monitoring device.

本発明による電池システム監視装置を用いることにより、この電池システム監視装置を備えた蓄電装置では、セルコントローラICのセル電圧入力端子に設けられたRCフィルタのコンデンサ劣化、セルコントローラIC内に設けられたESD対策用のダイオード劣化、あるいはセルコントローラICの電圧検出端子付近の絶縁不良等の種々の原因によるリークを検出することができる。   By using the battery system monitoring device according to the present invention, in the power storage device provided with the battery system monitoring device, the capacitor deterioration of the RC filter provided at the cell voltage input terminal of the cell controller IC is provided in the cell controller IC. It is possible to detect leakage due to various causes such as diode deterioration for ESD countermeasures or insulation failure near the voltage detection terminal of the cell controller IC.

一実施の形態の組電池の電池監視装置を含むハイブリッド自動車の電動駆動装置全体の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an entire electric drive device of a hybrid vehicle including a battery monitoring device for an assembled battery according to an embodiment. セル電圧検出のためのRCフィルタ回路と、バランシング回路の1つの例であり、2つの隣り合う電圧検出線の間にRCフィルタのコンデンサ103が接続されている構成の回路を示す図である。It is an example of an RC filter circuit for cell voltage detection and a balancing circuit, and shows a circuit having a configuration in which a capacitor 103 of an RC filter is connected between two adjacent voltage detection lines. セル電圧検出のためのRCフィルタ回路と、バランシング回路の他の1つの例であり、RCフィルタのコンデンサ103が電圧検出線とグランド線の間に接続されている構成の回路を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of an RC filter circuit for cell voltage detection and a balancing circuit, and a circuit having a configuration in which a capacitor 103 of the RC filter is connected between a voltage detection line and a ground line. セル電圧検出のためのRCフィルタ回路と、バランシング回路のさらに他の1つの例であり、RCフィルタのコンデンサ103の一端が電池システムの中間電位の電圧検出線に接続されている構成の回路を示す図である。FIG. 5 shows still another example of an RC filter circuit for cell voltage detection and a balancing circuit, and shows a circuit having a configuration in which one end of a capacitor 103 of the RC filter is connected to a voltage detection line at an intermediate potential of the battery system. FIG. 定電流でリチウムイオン電池を充電し、意図的に過充電状態とした場合の、SOCに対するセル電圧の変化とガス排出弁の動作を示す図である。It is a figure which shows the change of the cell voltage with respect to SOC, and the operation | movement of a gas exhaust valve at the time of charging a lithium ion battery with a constant current and making it the overcharge state intentionally. 図3に示すRCフィルタ回路で、電圧検出線SL2に接続されたコンデンサ103でリークが発生した場合のリーク電流を分かり易く示して、この場合のバランシング動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the balancing operation in this case, showing the leakage current when leakage occurs in the capacitor 103 connected to the voltage detection line SL2 in the RC filter circuit shown in FIG. 3 in an easy-to-understand manner. 12個の単電池セルを直列接続したセルグループで、図3に示す用に接続されたRCフィルタのコンデンサ103の内最上位のセル(セル1)のコンデンサにリークが発生した場合のリーク電流を示す図である。In a cell group in which twelve unit cells are connected in series, the leakage current when leakage occurs in the capacitor of the uppermost cell (cell 1) among the capacitors 103 of the RC filter connected as shown in FIG. FIG. 図7に示すRCフィルタの構成で、最下位のセル(セル12)、最下位のセルから6番目のセル(セル7)、最上位のセル(セル1)でそれぞれリークが発生した場合に検出されるセル電圧とリーク抵抗の関係を示す図である。Detected when leak occurs in the lowest cell (cell 12), the sixth cell from the lowest cell (cell 7), and the highest cell (cell 1) with the RC filter configuration shown in FIG. It is a figure which shows the relationship between the cell voltage and leakage resistance to be performed. 本発明による電池システム監視装置における、リーク検出を行うための回路構成を示す図であり、図3に示す回路で、セルコントローラIC内にリーク検出スイッチが設けられている。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration for performing leak detection in the battery system monitoring apparatus according to the present invention, and in the circuit shown in FIG. 3, a leak detection switch is provided in the cell controller IC. 図8で示す3つの曲線(セル12、セル7、セル1)で、リークによる電圧降下分をリーク抵抗RLに対してプロットした図である。FIG. 9 is a diagram in which a voltage drop due to leakage is plotted against leakage resistance RL in the three curves (cell 12, cell 7, and cell 1) shown in FIG. 本発明による電池システム監視装置における、リーク検出を行うための回路構成を説明する図であり、図2に示す回路で、セルコントローラIC内にリーク検出スイッチが設けられている。FIG. 3 is a diagram for explaining a circuit configuration for performing leak detection in the battery system monitoring apparatus according to the present invention, and in the circuit shown in FIG. 2, a leak detection switch is provided in the cell controller IC. 2つの電圧検出線間に接続されたコンデンサでリークが発生した場合のリーク電流を分かり易く示して、この場合のバランシング動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating clearly the leak current when a leak generate | occur | produces with the capacitor | condenser connected between two voltage detection lines, and explaining the balancing operation | movement in this case. 図3に示す回路で、バランシング抵抗がバランシングスイッチの正電位側に配置される構成の回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit having a configuration in which the balancing resistor is arranged on the positive potential side of the balancing switch in the circuit illustrated in FIG. 3. 図3に示す回路で、バランシング抵抗がバランシングスイッチの正電位側と負電位側の両側に分割して配置される構成の回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit having a configuration in which the balancing resistor is divided and arranged on both the positive potential side and the negative potential side of the balancing switch in the circuit illustrated in FIG. 3. セルグループの単電池セルの実電圧が揃った状態で、電圧測定のための電圧入力抵抗がある1つの値のときの、リーク抵抗(RL)の抵抗値と検出されるセル電圧の関係を示す図である。The relationship between the resistance value of the leakage resistance (RL) and the detected cell voltage when the voltage input resistance for voltage measurement is one value in a state where the actual voltages of the single cells of the cell group are aligned. FIG. セルグループの単電池セルの検出電圧が揃った状態で、電圧測定のための電圧入力抵抗がある1つの値のときの、リーク抵抗(RL)の抵抗値と単電池セルの実電圧の関係を示す図である。The relationship between the resistance value of the leakage resistance (RL) and the actual voltage of the single battery cell when the voltage input resistance for voltage measurement is one value with the detection voltages of the single battery cells of the cell group aligned. FIG. リークが発生した場合に、高い電圧が検出されたセルのバランシング放電の様子を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the mode of the balancing discharge of the cell from which the high voltage was detected when leak generate | occur | produced. リーク電流とバランシング電流の関係により、リークを発生しているセルの端子間電圧の実電圧がどの程度まで上昇する可能性があるかを示素図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing how much the actual voltage of the voltage between terminals of a cell that is leaking may increase due to the relationship between the leakage current and the balancing current. リーク発生しているセルの実電圧を、過充電保護電圧程度の電圧以下にするための制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control for making the actual voltage of the cell which has leaked into the voltage below an overcharge protection voltage. 本発明による電池システム監視装置でリーク検出スイッチを用いずにリーク検出を行うための回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure for performing leak detection without using a leak detection switch with the battery system monitoring apparatus by this invention.

以下、図1〜図19を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明による電池システム監視装置を備えた蓄電装置を、ハイブリッド自動車(HEV)などに用いられる電池システムを備えた蓄電装置に対して適用した場合の例である。なお、本発明はHEVに限らず、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)、鉄道車両などに搭載される各種蓄電装置に対して幅広く適用可能である。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. Embodiment described below is an example at the time of applying the electrical storage apparatus provided with the battery system monitoring apparatus by this invention with respect to the electrical storage apparatus provided with the battery system used for a hybrid vehicle (HEV) etc. Note that the present invention is not limited to HEVs and can be widely applied to various power storage devices mounted on plug-in hybrid vehicles (PHEV), electric vehicles (EV), railway vehicles, and the like.

以下の実施形態では、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして3.0〜4.2V(平均出力電圧:3.6V)の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定しているが、それ以外でもSOC(State of Charge)の高すぎる場合(過充電)や低すぎる場合(過放電)に使用を制限するような、電気を蓄え放電可能なデバイスであれば何でもよく、ここでは、それらを総称して単電池あるいは単電池セルあるいは単にセルと呼ぶ。   In the following embodiments, a lithium-ion battery having a voltage in the range of 3.0 to 4.2 V (average output voltage: 3.6 V) is assumed as a power storage / discharge device that is a minimum unit of control. Any device that can store and discharge electricity that restricts its use when the SOC (State of Charge) is too high (overcharge) or too low (overdischarge) can be used. Collectively, they are called single cells, single battery cells, or simply cells.

また、以下に説明する実施形態では、単電池セルを複数個(概ね数個から十数個)直列に接続したものをセルグループと呼び、このセルグループを複数個直列に接続したものを電池モジュールと呼んでいる。更にこのセルグループあるいは電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものを電池システムと呼称する。セルグループ、電池モジュールおよび電池システムを総称して組電池と呼んでいる。各単電池セルのセル電圧を検出し、バランシング動作等を行いながら電池状態を監視するセルコントローラICはセルグループ毎に設けられる。   In the embodiments described below, a plurality of single battery cells (generally several to a dozen or more) connected in series are called cell groups, and a plurality of cell groups connected in series are battery modules. I call it. Further, a plurality of cell groups or battery modules connected in series or in series and parallel are referred to as a battery system. A cell group, a battery module, and a battery system are collectively referred to as an assembled battery. A cell controller IC that detects the cell voltage of each single battery cell and monitors the battery state while performing a balancing operation or the like is provided for each cell group.

図1は、本発明による電池システム監視装置を備えた蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車用電動駆動装置の構成例を示す。ハイブリッド自動車の電動駆動装置は、車両コントローラ400、モータコントローラ300、バッテリコントローラ200、複数のセルコントローラIC100、電池システム130、インバータ340、モーター350などを備えている。これらの内、車両コントローラ400、モータコントローラ300、バッテリーコントローラ200、セルコントローラIC100およびインバータ340は、車両内に設置される通信回路を介して互いに情報の授受を行う。なお、電池システム130は、複数のセルグループ120を直列に接続したものであり、各セルグループ120はさらに、リチウムイオン電池等の二次電池の単電池セル110が複数個直列に接続されて構成されている。また、電池システム監視装置10は、バッテリコントローラ200、セルコントローラIC100、セルコントローラIC100とセルグループ120の間に設けられた抵抗やコンデンサ等を含む接続回路を備えて構成されている。蓄電装置は、この電池システム監視装置10と電池システム130から構成される。   FIG. 1 shows a configuration example of an electric drive device for a hybrid vehicle equipped with a power storage device including a battery system monitoring device according to the present invention. The electric drive apparatus of the hybrid vehicle includes a vehicle controller 400, a motor controller 300, a battery controller 200, a plurality of cell controller ICs 100, a battery system 130, an inverter 340, a motor 350, and the like. Among these, the vehicle controller 400, the motor controller 300, the battery controller 200, the cell controller IC 100, and the inverter 340 exchange information with each other via a communication circuit installed in the vehicle. The battery system 130 includes a plurality of cell groups 120 connected in series, and each cell group 120 includes a plurality of secondary battery cells 110 such as lithium-ion batteries connected in series. Has been. The battery system monitoring apparatus 10 includes a connection circuit including a battery controller 200, a cell controller IC 100, a resistor, a capacitor, and the like provided between the cell controller IC 100 and the cell group 120. The power storage device includes the battery system monitoring device 10 and the battery system 130.

バッテリコントローラ200と複数のセルコントローラIC100との間の通信回路はループ状に接続されており、バッテリコントローラ200から最上位のセルコントローラIC100へシグナルアイソレータ201を介して信号が伝送され、さらに最上位のセルコントローラIC100から最下位のセルコントローラIC100まで順に直列に信号が伝送され、最後に最下位のセルコントローラIC100からバッテリコントローラ200へシグナルアイソレータ202を介して信号が伝送される。バッテリコントローラ200は、ループ状の通信回路を介してすべてのセルコントローラIC100との間で情報の授受を行うことができる。
なお、ここではループ状の通信回路を介して信号伝送を行う例を示しているが、双方向通信回路を用いて構成することも可能であり、この場合はシグナルアイソレータ202は不要となる。さらに、図示はしないが、バッテリコントローラ200からすべてのセルコントローラIC100へ並列に通信回路を接続し、パラレルに信号伝送を行うことも可能である。
A communication circuit between the battery controller 200 and the plurality of cell controller ICs 100 is connected in a loop, and a signal is transmitted from the battery controller 200 to the highest cell controller IC 100 via the signal isolator 201. Signals are sequentially transmitted in series from the cell controller IC 100 to the lowest cell controller IC 100, and finally, signals are transmitted from the lowest cell controller IC 100 to the battery controller 200 via the signal isolator 202. The battery controller 200 can exchange information with all the cell controller ICs 100 via a loop communication circuit.
Although an example in which signal transmission is performed via a loop communication circuit is shown here, a configuration using a bidirectional communication circuit is also possible, and in this case, the signal isolator 202 is unnecessary. Further, although not shown, a communication circuit can be connected in parallel from the battery controller 200 to all the cell controller ICs 100 to perform signal transmission in parallel.

車両コントローラ400は、ハイブリッド自動車の運転者が操作するアクセルペダルやブレーキペダル、あるいは変速レバーなどの車両運転操作装置からの操作信号に基づいて車両の走行速度や制駆動力などを制御する。モータコントローラ300は、車両コントローラ400からの速度指令や制駆動力指令に基づいてバッテリコントローラ200およびインバータ340を制御し、車両走行駆動用モータ350の回転速度およびトルクを制御する。   The vehicle controller 400 controls the traveling speed, braking / driving force, and the like of the vehicle based on an operation signal from a vehicle driving operation device such as an accelerator pedal, a brake pedal, or a shift lever operated by a driver of the hybrid vehicle. The motor controller 300 controls the battery controller 200 and the inverter 340 based on the speed command and braking / driving force command from the vehicle controller 400, and controls the rotational speed and torque of the vehicle travel drive motor 350.

バッテリーコントローラ200は、電圧センサ210、電流センサ220、温度センサ230により検出された電池システム130の電圧、電流、温度に基づいて電池システム130の充放電とSOC(State Of Charge)を制御するとともに、セルコントローラIC100を制御して電池システム130を構成する複数の単電池セル(以下、単にセルという)110のSOCを管理し、過充電状態とならないようにSOCのばらつきを補正するための放電(以下、バランシング放電という)を行う。   The battery controller 200 controls charging / discharging and SOC (State Of Charge) of the battery system 130 based on the voltage, current, and temperature of the battery system 130 detected by the voltage sensor 210, the current sensor 220, and the temperature sensor 230. Discharge (hereinafter referred to as “SOC”) for controlling the SOC of a plurality of single battery cells (hereinafter simply referred to as “cells”) 110 constituting the battery system 130 by controlling the cell controller IC 100 and correcting variations in SOC so as not to be overcharged. , Called balancing discharge).

なお、図1に示す一実施の形態の組電池の制御装置では、例えば4個のセル110が直列に接続されたセルグループ120が複数個直列に接続された電池システムを例示する。なお、セルグループ120を構成する単電池セル110の数は4個以上であってもよい。セルコントローラIC100はセルグループ120の仕様に合わせたものを使用する。
ハイブリッド自動車に搭載される電池システム130は多くのセルあるいはセルグループが直並列に接続され、両端電圧が数100Vの高圧、高容量とした電池システムが一般的である。もちろんこのような高圧、高容量の電池システムに対しても本発明を適用することができる。
1 exemplifies a battery system in which a plurality of cell groups 120 in which, for example, four cells 110 are connected in series are connected in series. In addition, the number of the single cell 110 which comprises the cell group 120 may be four or more. As the cell controller IC 100, a cell controller IC 100 adapted to the specifications of the cell group 120 is used.
A battery system 130 mounted on a hybrid vehicle is generally a battery system in which many cells or cell groups are connected in series and parallel, and the voltage at both ends is a high voltage and high capacity of several hundred volts. Of course, the present invention can be applied to such a high-voltage, high-capacity battery system.

セルコントローラIC100は、電池システムを構成する複数のセル110を所定個数ごとにグループに分け、各セルグループ120ごとに設けられる。例えば、100個のセル110が直列に接続された電池システム130を、セル4個ごとにグループ分けする場合には、25組のセルコントローラIC100が用いられる。各セルコントローラIC100は、各セルグループ120を構成するセルそれぞれの端子間電圧を検出してバッテリコントローラ200へ送信し、バッテリコントローラ200からの指令にしたがってセル110ごとにバランシング電流の通電制御を行う。バランシング抵抗102(図1参照)は、各セルのSOCのばらつきを補正するための各セルの放電(バランシング放電)の電流を制限するための抵抗であり、セル110ごとに設けられる。   The cell controller IC 100 is provided for each cell group 120 by dividing a plurality of cells 110 constituting the battery system into groups every predetermined number. For example, when battery systems 130 in which 100 cells 110 are connected in series are grouped into four cells, 25 sets of cell controller ICs 100 are used. Each cell controller IC 100 detects a voltage between terminals of each cell constituting each cell group 120 and transmits the detected voltage to the battery controller 200, and performs energization control of the balancing current for each cell 110 in accordance with a command from the battery controller 200. The balancing resistor 102 (see FIG. 1) is a resistor for limiting the discharge (balancing discharge) current of each cell for correcting the variation in the SOC of each cell, and is provided for each cell 110.

電池システム130に充電された直流電力は正極側コンタクタ310、負極側コンタクタ320を介して平滑コンデンサ330およびインバータ340へ供給され、インバータ340により交流電力に変換されて交流モーター350に印加され、交流モーター350の駆動が行われる。この直流電力から交流電力への変換はインバータ340に備えられたスイッチング素子(不図示)のスイッチングによって行われる。一方、車両の制動時には、交流モータ350により発電された交流電力がインバータ340に備えられたダイオード素子(不図示)と平滑用コンデンサ330により直流電力に変換されて正極側コンタクタ310、負極側コンタクタ320を介して電池システム130に印加され、電池システム130の充電が行われる。すなわち、電池システム130とインバータ340との間で直流電力の授受が行われる。   The DC power charged in the battery system 130 is supplied to the smoothing capacitor 330 and the inverter 340 through the positive electrode side contactor 310 and the negative electrode side contactor 320, converted into AC power by the inverter 340, and applied to the AC motor 350. 350 is driven. This conversion from DC power to AC power is performed by switching of a switching element (not shown) provided in the inverter 340. On the other hand, during braking of the vehicle, AC power generated by AC motor 350 is converted to DC power by a diode element (not shown) provided in inverter 340 and smoothing capacitor 330 to be positive-side contactor 310 and negative-side contactor 320. Is applied to the battery system 130 through the charging, and the battery system 130 is charged. That is, DC power is exchanged between the battery system 130 and the inverter 340.

インバータ340の動作に伴ってリプルノイズ及びスイッチングノイズが発生する。これらのノイズは、平滑用コンデンサ330によって、ある程度低減されるが、完全には除去しきれず電池システム130に流れこみ、各セルの端子間電圧にはノイズ電流に比例したノイズ電圧が重畳する。このノイズはセル電圧の検出誤差となるため、電圧を測定する電圧測定回路(不図示)に入力される電圧信号はRCフィルタ等を用いて、ノイズを抑制しなければならない。なお、電圧測定回路(不図示)は、セルコントローラIC100内に設けられており詳細は省略する。   Ripple noise and switching noise are generated with the operation of the inverter 340. These noises are reduced to some extent by the smoothing capacitor 330, but cannot be completely removed and flow into the battery system 130, and a noise voltage proportional to the noise current is superimposed on the voltage between terminals of each cell. Since this noise becomes a cell voltage detection error, a voltage signal input to a voltage measurement circuit (not shown) for measuring the voltage must be suppressed by using an RC filter or the like. Note that a voltage measurement circuit (not shown) is provided in the cell controller IC 100 and will not be described in detail.

(RCフィルタ回路及びバランシング回路の例)
図2にセルコントローラIC100を用いたセル電圧検出のためのRCフィルタ回路と、バランシング回路の例を示す。ここでは、図1に示す1つのセルグループ120で、4個の直列接続された単電池セル110の正負極端子が電圧検出線SL1〜5を介してセルコントローラIC100のセル電圧入力端子(CV端子)105に接続されている。各々の電圧検出線SL1〜5には、RCフィルタを形成するセル電圧入力抵抗(Rcv)101が設けられている。また、各々のセルの正負極端子に接続された電圧検出線、すなわち2つの隣り合う電圧検出線の間にはコンデンサ103が接続され、RCフィルタを形成している。
(Example of RC filter circuit and balancing circuit)
FIG. 2 shows an example of an RC filter circuit for cell voltage detection using the cell controller IC 100 and a balancing circuit. Here, in one cell group 120 shown in FIG. 1, the positive and negative terminals of the four unit cells 110 connected in series are connected to the cell voltage input terminals (CV terminals) of the cell controller IC 100 via the voltage detection lines SL1 to SL5. ) 105. Each of the voltage detection lines SL1 to SL5 is provided with a cell voltage input resistor (Rcv) 101 that forms an RC filter. Further, a capacitor 103 is connected between voltage detection lines connected to the positive and negative terminals of each cell, that is, between two adjacent voltage detection lines, thereby forming an RC filter.

セルコントローラIC100はGND端子(GND)107とVcc端子(VCC)104を有している。GND端子は、直列接続された4個の単電池セルの内最低電位の単電池セルの負極とグラウンド線(GL)で接続されている。またVcc端子は、直列接続された4個の単電池セルの内最高電位の単電池セルの正極と電源線(VL)で接続されている。この電源線を介して供給されるセルグループの最高電位がセルコントローラIC100の動作電源Vccとして使用される。
なお、セル電圧入力抵抗(Rcv)101の抵抗値とバランシング抵抗(BS抵抗、Rb)の抵抗値もそれぞれRcv、Rbと表わす。
この明細書では、電圧検出線は、各単電池セルの正負極から、セルコントローラIC100内に設けられた、各単電池セルの端子間電圧を電圧測定回路(不図示)で測定するために電圧検出線を選択するマルチプレクサ(不図示)の入力までの配線を指す。
The cell controller IC 100 has a GND terminal (GND) 107 and a Vcc terminal (VCC) 104. The GND terminal is connected to the negative electrode of the battery cell having the lowest potential among the four battery cells connected in series with the ground line (GL). Further, the Vcc terminal is connected to the positive electrode of the unit cell having the highest potential among the four unit cells connected in series by a power line (VL). The highest potential of the cell group supplied through this power supply line is used as the operating power supply Vcc of the cell controller IC100.
Note that the resistance value of the cell voltage input resistance (Rcv) 101 and the resistance value of the balancing resistance (BS resistance, Rb) are also expressed as Rcv and Rb, respectively.
In this specification, the voltage detection line is a voltage for measuring the voltage between terminals of each single battery cell provided in the cell controller IC 100 from the positive and negative electrodes of each single battery cell with a voltage measurement circuit (not shown). This refers to wiring up to the input of a multiplexer (not shown) that selects a detection line.

各セルには、バランシングスイッチ(BSW)108とバランシング抵抗(BS抵抗、Rb)102の直列回路が各セルと並列に接続され、バランシングスイッチ108の制御でバランシング放電が行われる。バランシングスイッチ108は、セルコントローラIC100内部に設けられており、たとえばMOSFETスイッチ等で構成されている。このバランシングスイッチ108は、バランシング端子(BS端子)106を介して、2本の配線(バランシング線BLと呼ぶ)により、このバランシングスイッチに対応したセルの正負極端子に接続された2つの電圧検出線にそれぞれ接続されている。   In each cell, a series circuit of a balancing switch (BSW) 108 and a balancing resistor (BS resistor, Rb) 102 is connected in parallel with each cell, and balancing discharge is performed under the control of the balancing switch 108. The balancing switch 108 is provided in the cell controller IC 100, and is configured by, for example, a MOSFET switch. The balancing switch 108 has two voltage detection lines connected to positive and negative terminals of a cell corresponding to the balancing switch by two wires (referred to as balancing lines BL) via a balancing terminal (BS terminal) 106. Are connected to each.

<RCフィルタ回路の変形例1>
図3はRCフィルタ回路の他の例であり、RCフィルタのコンデンサ103がセルコントローラIC100のGND端子107に接続されるものである。図2のRCフィルタの方式では、4個のコンデンサに同じ容量のものを用いた場合、接続されるセルに対応したRCフィルタの実効コンデンサ容量が変わるので、単電池セル毎にRCフィルタおよびカットオフ周波数特性が異なる。周波数特性を同一にするにはRCの定数を各セル毎に変更する必要があった。図3の方式では、RCの定数は同一で良いが、コンデンサ103の耐圧は単電池セル4個分の電圧に耐えるように高くする必要がある。
<Modification 1 of RC filter circuit>
FIG. 3 shows another example of the RC filter circuit, in which the capacitor 103 of the RC filter is connected to the GND terminal 107 of the cell controller IC 100. In the RC filter system of FIG. 2, when four capacitors having the same capacity are used, the effective capacitor capacity of the RC filter corresponding to the connected cell changes. The frequency characteristics are different. In order to make the frequency characteristics the same, it was necessary to change the RC constant for each cell. In the method shown in FIG. 3, the RC constant may be the same, but the withstand voltage of the capacitor 103 needs to be increased to withstand the voltage of four unit cells.

<RCフィルタ回路の変形例2>
図4はRCフィルタ回路のさらに他の例であり、コンデンサ103の接続点を直列電池の中点電位の電圧検出線(図4ではSL3)に接続するものである。この方式でも、各セルに接続されたRCフィルタの定数は同一となる。また、コンデンサ504の耐圧が図3のRCフィルタ回路の半分で済む利点がある。
<Modification 2 of RC filter circuit>
FIG. 4 shows still another example of the RC filter circuit, in which the connection point of the capacitor 103 is connected to the voltage detection line (SL3 in FIG. 4) at the midpoint potential of the series battery. Even in this method, the constants of the RC filters connected to each cell are the same. Further, there is an advantage that the withstand voltage of the capacitor 504 can be half that of the RC filter circuit of FIG.

なお、図2の電圧検出線SL5とグラウンド線(GL)の間にコンデンサ103が接続されており、図3では電圧検出線SL1〜5の各々と、グラウンド線(GL)の間にコンデンサ103が接続されており、図4では電圧検出線SL3とグラウンド線(GL)の間にコンデンサ103が接続されている。これらの電圧検出線とグラウンド線との間にコンデンサ103を接続する代わりに、これらの電圧検出線と電源線(VL)との間にコンデンサ103を接続する回路構成も可能である。
このような回路構成の動作も図2〜4に示す回路構成と同様であり、以下の図2〜4を参照した説明から容易に分かるので、電圧検出線と電源線(VL)との間にコンデンサ103を接続する回路構成の図は省略する。
2 is connected between the voltage detection line SL5 and the ground line (GL). In FIG. 3, the capacitor 103 is connected between each of the voltage detection lines SL1 to SL5 and the ground line (GL). In FIG. 4, a capacitor 103 is connected between the voltage detection line SL3 and the ground line (GL). Instead of connecting the capacitor 103 between these voltage detection lines and the ground line, a circuit configuration in which the capacitor 103 is connected between these voltage detection lines and the power supply line (VL) is also possible.
The operation of such a circuit configuration is the same as the circuit configuration shown in FIGS. 2 to 4 and can be easily understood from the description with reference to FIGS. 2 to 4 below. A diagram of a circuit configuration for connecting the capacitor 103 is omitted.

<リチウムイオン電池の特性とバランシング放電の必要性>
ここで、本発明による電池システム監視装置を備えた蓄電装置で用いる単電池セルの例としてリチウムイオン電池の特性について説明する。電池システム130を構成する複数の単電池セルのSOCがばらつく原因としては、各セルの自己放電速度のばらつき、充放電効率のばらつき、制御回路の動作時消費電流および停止時暗電流のばらつきなどのいろいろな要素があるが、乗用車に搭載される電池は比較的、放置期間が長いため、自己放電(自然放電)のばらつきが主となる。リチウムイオン電池の場合は、システム起動時に各単電池セルのOCV(開路電圧)を測定して、これから各単電池セルのSOCを算出する。OCVが高いとSOCも高いので、このOCVが高いセルのバランシング放電を行ってSOCを低減し、電池システム130を構成する複数のセルのSOCを揃えるようにする。
<Characteristics of lithium ion battery and necessity of balancing discharge>
Here, the characteristic of a lithium ion battery is demonstrated as an example of the single cell used with the electrical storage apparatus provided with the battery system monitoring apparatus by this invention. The causes of variations in the SOC of a plurality of unit cells constituting the battery system 130 include variations in self-discharge speed of each cell, variations in charge / discharge efficiency, variations in current consumption during operation and dark current during stoppage, etc. Although there are various factors, a battery mounted on a passenger car has a relatively long leaving period, and therefore, self-discharge (spontaneous discharge) varies mainly. In the case of a lithium ion battery, the OCV (open circuit voltage) of each single battery cell is measured at the time of system startup, and the SOC of each single battery cell is calculated therefrom. If the OCV is high, the SOC is also high. Therefore, balancing discharge is performed on a cell having a high OCV to reduce the SOC, so that the SOCs of a plurality of cells constituting the battery system 130 are aligned.

リチウムイオン電池は、ニッケル−水素やニッケル−カドミウム電池のように過充電状態において負極に発生した酸素を吸収する反応がないため、過充電でSOCのばらつきを低減することはできない。したがって、リチウムイオン電池にとってバランシング放電機能は重要な機能であり、バランシング放電機能がないとSOCのばらつきが発生するため、バッテリすなわち電池システム(組電池)として用いるとSOCが高いセルとSOCが低いセルとが発生してしまう。電池システムでは総電圧つまり平均のSOCにより充放電を制御するため、充放電時にSOCが低いセルは過放電状態になり、SOCが高いセルは過充電状態になる可能性がある。   Lithium ion batteries do not react to absorb oxygen generated in the negative electrode in an overcharged state, unlike nickel-hydrogen and nickel-cadmium batteries, and therefore, variations in SOC cannot be reduced by overcharging. Therefore, the balancing discharge function is an important function for a lithium ion battery, and if the balancing discharge function is not provided, SOC variation occurs. Therefore, a cell having a high SOC and a cell having a low SOC when used as a battery, that is, a battery system (assembled battery). Will occur. In the battery system, since charging / discharging is controlled by the total voltage, that is, the average SOC, cells having a low SOC during charging / discharging may be overdischarged, and cells having a high SOC may be overcharged.

リチウムイオン電池では、SOCが低いと負極の集電体である銅が溶出し、デンドライトとして析出して正極と負極との間の短絡を引き起こす可能性がある。このため、各セルが過放電の状態とならないように適宜充電が行われる。また、リチウムイオン電池では、過充電状態となると電解液の分解、正極および負極活物質の分解などの反応が起こり、その反応は不可逆反応であるばかりでなく、電池内の温度と内圧が上昇する。このような過充電状態を避けるために、リチウムイオン電池では、セルにガス排出弁を設けて安全に内圧を逃がす構造を取り入れている。   In a lithium ion battery, when the SOC is low, copper that is a current collector of the negative electrode is eluted and may be deposited as dendrites to cause a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. For this reason, charging is appropriately performed so that each cell does not enter an overdischarged state. In addition, in a lithium ion battery, when it is overcharged, reactions such as decomposition of the electrolytic solution, decomposition of the positive electrode and negative electrode active material occur, and this reaction is not only irreversible, but also increases the temperature and internal pressure in the battery. . In order to avoid such an overcharged state, the lithium ion battery employs a structure in which a gas discharge valve is provided in the cell to safely release the internal pressure.

多くのセルを直並列に接続したバッテリーでは、バッテリーの総電圧を総電圧検出回路で検出するとともに、すべてのセルの電圧をセルコントローラIC100内の電圧検出回路で検出し、それらの検出値によりバッテリーの充放電制御を行っているので、バッテリー全体が過充電または過放電になる可能性は低い。しかし、セルコントローラIC100の電圧入力端子への電圧入力側での不具合(RCフィルタのコンデンサ劣化、セルコントローラ内に設けられたESD対策用のダイオード(例えば特開2010−193589号公報の図5参照)の劣化、あるいはセルコントローラの電圧検出端子付近の絶縁不良等で、あるセルの電圧測定が正常に行われない場合には、正常なバランシング放電が行われず、このセルが過充電となる可能性がある。   In a battery in which many cells are connected in series and parallel, the total voltage of the battery is detected by the total voltage detection circuit, and the voltage of all the cells is detected by the voltage detection circuit in the cell controller IC 100. Therefore, it is unlikely that the whole battery will be overcharged or overdischarged. However, defects on the voltage input side to the voltage input terminal of the cell controller IC 100 (degradation of the capacitor of the RC filter, ESD countermeasure diode provided in the cell controller (see, for example, FIG. 5 of JP 2010-193589 A)) If the voltage measurement of a certain cell is not performed normally due to degradation of the cell or insulation failure near the voltage detection terminal of the cell controller, normal balancing discharge is not performed and this cell may be overcharged. is there.

後述するように、例えば、セルコントローラの電圧検出回路の入力側で、あるセルの電圧を低く検出するような故障が発生したとすると、当該セルの実際のOCVが低くない場合であっても低い電圧が検出されるので、当該セルがバランシング放電の対象外になり、他のセルがバランシング放電の対象となる。そのため、バランシング放電終了後は、バランシング放電を行った分だけ他のセルのSOCが低くなり、逆に当該セルのSOCがその分だけ相対的に高くなる。見掛け上OCVの高いセルのバランシング放電を行って、OCVのばらつきを低減した状態で全セル(電池システム)の充電が行われるので、このような動作が繰り返されると、電池システムの総電圧は見かけ上、正常なままで、当該セルのみ過充電状態になる。   As will be described later, for example, if a failure occurs such that a voltage of a certain cell is detected low on the input side of the voltage detection circuit of the cell controller, the actual OCV of the cell is low even if it is not low. Since the voltage is detected, the cell is excluded from balancing discharge, and the other cells are subjected to balancing discharge. Therefore, after the end of the balancing discharge, the SOC of the other cell is lowered by the amount of the balancing discharge, and conversely, the SOC of the cell becomes relatively higher by that amount. Since all cells (battery system) are charged with balancing discharge of cells with apparently high OCV, and the variation in OCV is reduced, the total voltage of the battery system is apparent when such operations are repeated. In addition, only the relevant cell is overcharged while remaining normal.

このようなセル電圧測定回路の入力側の不具合にともなう過充電状態を防止するため、および電圧測定回路自体の故障によるセル電圧の誤測定を避けるため、従来の組電池の制御装置では、すべてのセルの電圧測定回路を二重系とするように、電圧測定回路を備えたセルコントローラIC100を2系統設け、一方のセルコントローラIC100の電圧測定機能で不具合が生じても他方のセルコントローラIC100での電圧測定機能でセル電圧を確実に検出できるようにすることが行われてきた。   In order to prevent such an overcharged state due to a malfunction on the input side of the cell voltage measurement circuit and to avoid erroneous measurement of the cell voltage due to a failure of the voltage measurement circuit itself, in the conventional assembled battery control device, Two cell controller ICs 100 equipped with a voltage measurement circuit are provided so that the voltage measurement circuit of the cell is a dual system. Even if a problem occurs in the voltage measurement function of one cell controller IC 100, the other cell controller IC 100 It has been carried out to ensure that the cell voltage can be detected with the voltage measurement function.

<リチウムイオン電池の過充電時の挙動>
次に、リチウムイオン電池の過充電状態における挙動例を説明する。図5は、定電流でリチウムイオン電池を充電し、意図的に過充電状態とした場合の、SOCに対するセル電圧の変化とガス排出弁の動作を示す図である。図から明らかなように、SOCの上昇にともなってセル電圧が上昇し、SOCが280%程度で内圧が上昇してガス排出弁が動作している。このリチウムイオン電池では、SOCが230%以上でガス排出弁が動作する可能性があるため、SOC230%以上をガス排出弁作動領域とする。ガス排出弁作動領域の下限のSOCは、リチウムイオン電池の特性に大きく依存し、正極活物質、負極活物質、電解液組成などのいろいろな条件により異なる。図5に示すガス排出弁作動領域は一例を示したものである。
<Behavior of lithium-ion battery overcharge>
Next, an example of the behavior of the lithium ion battery in an overcharged state will be described. FIG. 5 is a diagram showing a change in the cell voltage with respect to the SOC and the operation of the gas discharge valve when the lithium ion battery is charged with a constant current and is intentionally overcharged. As is apparent from the figure, the cell voltage increases as the SOC increases, and the internal pressure increases and the gas discharge valve operates when the SOC is about 280%. In this lithium ion battery, there is a possibility that the gas discharge valve operates when the SOC is 230% or more. Therefore, the SOC 230% or more is set as the gas discharge valve operation region. The lower limit SOC of the gas discharge valve operating region largely depends on the characteristics of the lithium ion battery, and varies depending on various conditions such as the positive electrode active material, the negative electrode active material, and the electrolyte composition. The gas discharge valve operation region shown in FIG. 5 shows an example.

しかし、SOCが大きくなるとセル電圧が上昇してガス排出弁作動領域に近づくという特性は、すべてのリチウムイオン電池に共通の特性である。そのため、従来の電池システムの制御装置では、過充電と判断するセル電圧を、SOC100%におけるセル電圧から、ガス排出弁作動領域の下限SOCにおけるセル電圧までの間のセル電圧に設定し、冗長系の過充電検出回路の検出電圧も上記SOC範囲内のセル電圧の値に設定して、この過充電となる電圧以上に充電されないように充放電制御を行っている。   However, the characteristic that as the SOC increases, the cell voltage increases and approaches the gas discharge valve operating region is a characteristic common to all lithium ion batteries. Therefore, in the control device of the conventional battery system, the cell voltage determined to be overcharged is set to a cell voltage between the cell voltage at 100% SOC and the cell voltage at the lower limit SOC of the gas discharge valve operating region, and the redundant system The detection voltage of the overcharge detection circuit is set to a value of the cell voltage within the SOC range, and charge / discharge control is performed so that the overcharge voltage is not charged.

<リークの発生>
前述のように、リークはRCフィルタのコンデンサ劣化、セルコントローラIC100内に設けられたESD対策用のダイオード劣化、あるいはセルコントローラIC100の電圧検出端子付近の絶縁不良等で発生する可能性がある。以下ではこれらの中でRCフィルタのコンデンサでリークが発生したとして説明する。他の原因でリークが発生した場合も全く同様に理解することができ、以下で説明する本発明による電池システムの動作を適用することができる。
また、以下の説明では、図3に示すように、各電圧検出線SL1〜5とグラウンド線(GL)の間にRCフィルタのコンデンサ103がセルと並列に接続されている場合について説明する。なお、コンデンサ103にリークが発生したことにより検出電圧が低下したセルをリーク発生セルと呼ぶ。ただし、これはあくまで呼称であって、実際にこのセルがリークしていることを意味するものではない。
<Occurrence of leak>
As described above, the leakage may occur due to deterioration of the capacitor of the RC filter, deterioration of the diode for ESD countermeasure provided in the cell controller IC 100, insulation failure near the voltage detection terminal of the cell controller IC 100, or the like. In the following description, it is assumed that a leak has occurred in the RC filter capacitor. The same can be understood when a leak occurs due to another cause, and the operation of the battery system according to the present invention described below can be applied.
In the following description, as shown in FIG. 3, a case will be described in which a capacitor 103 of an RC filter is connected in parallel with the cell between each of the voltage detection lines SL1 to SL5 and the ground line (GL). A cell in which the detection voltage is lowered due to leakage in the capacitor 103 is referred to as a leak generation cell. However, this is just a name and does not mean that this cell is actually leaking.

<RCフィルタのコンデンサでリークが発生した場合のセル電圧測定値>
図6では説明を簡単にするため、直列に接続された4つの単電池セル(セル1〜セル4)でセル2正極に接続された電圧検出線(図6の例ではSL2)とグラウンド配線GLとの間に接続されたコンデンサ103にリークが発生したとする。これをコンデンサ103に並列に接続されたリーク抵抗(RL)131で表わす。なお、図6は、見易いように、図3のセルコントローラIC100内に設けられたバランシングスイッチ108を外に抜き出して示し、セルコントローラの記載を省略したものでる。
<Measured cell voltage when leakage occurs in the RC filter capacitor>
In FIG. 6, for simplicity of explanation, a voltage detection line (SL2 in the example of FIG. 6) connected to the positive electrode of cell 2 and ground wiring GL among four unit cells (cell 1 to cell 4) connected in series. Suppose that a leak occurs in the capacitor 103 connected between the two. This is represented by a leak resistance (RL) 131 connected in parallel to the capacitor 103. For the sake of easy understanding, FIG. 6 shows the balancing switch 108 provided in the cell controller IC 100 of FIG. 3 extracted outside, and omits the description of the cell controller.

セル2の実電圧をVc2とすると、セルコントローラIC100のセル2の検出電圧である、電圧検出線SL2とSL3が接続された電圧入力端子(CV端子)間の電圧V2は以下の式(1)で示される。
V2=Vc2−(Vc2+Vc3+Vc4)×Rcv/(Rcv+RL)
...(1)
リーク抵抗(RL)131に流れるリーク電流ILは、電圧検出線SL2の電圧入力抵抗Rcvにも流れ、この電圧入力抵抗Rcvによる電圧降下のため、電圧検出線SL2が接続されたCV端子の電位が低下し、電圧検出線SL2が接続されたCV端子間の電圧はセル2の実電圧より低く測定される。このため、セル2が接続された2つのCV端子間の検出電圧V2は低下する。
Assuming that the actual voltage of the cell 2 is Vc2, the voltage V2 between the voltage input terminals (CV terminals) connected to the voltage detection lines SL2 and SL3, which is the detection voltage of the cell 2 of the cell controller IC100, is expressed by the following equation (1). Indicated by
V2 = Vc2− (Vc2 + Vc3 + Vc4) × Rcv / (Rcv + RL)
. . . (1)
The leakage current IL flowing through the leakage resistance (RL) 131 also flows through the voltage input resistance Rcv of the voltage detection line SL2, and due to the voltage drop due to the voltage input resistance Rcv, the potential of the CV terminal to which the voltage detection line SL2 is connected is The voltage across the CV terminals to which the voltage detection line SL2 is connected is measured to be lower than the actual voltage of the cell 2. For this reason, the detection voltage V2 between the two CV terminals to which the cell 2 is connected decreases.

また、セル1の実電圧をVc1とすると、セル1の検出電圧である電圧検出線SL1とSL2が接続されたCV端子間の電圧をV1とするとV1は以下の式(2)で表わされる。
V1=Vc1+(Vc2+Vc3+Vc4)×Rcv/(Rcv+RL)
...(2)
式(2)に示されるように、セル2の正極に接続された電圧検出線SL2とグラウンド線GLとの間のリーク抵抗(RL)131で流れるリーク電流により、セル1のCV端子間電圧V1は逆に上昇し、実電圧Vc1より高い電圧値が測定される。
If the actual voltage of the cell 1 is Vc1, and the voltage between the CV terminals to which the voltage detection lines SL1 and SL2 connected to the cell 1 are connected is V1, V1 is expressed by the following equation (2).
V1 = Vc1 + (Vc2 + Vc3 + Vc4) × Rcv / (Rcv + RL)
. . . (2)
As shown in the equation (2), the voltage V1 between the CV terminals of the cell 1 due to the leakage current flowing in the leakage resistance (RL) 131 between the voltage detection line SL2 connected to the positive electrode of the cell 2 and the ground line GL. Conversely, the voltage rises and a voltage value higher than the actual voltage Vc1 is measured.

これは、電圧検出線SL2が接続されたCV端子での電位が、電圧検出線SL2に設けられたセル電圧入力抵抗Rcvにより低下するためである。
言い換えれば、リーク電流によりCV端子での電圧降下を生じるセル電圧入力抵抗Rcvが設けられた電圧検出線の上側のセルの検出電圧は上昇し、また、この電圧検出線の下側のセルの検出電圧が上昇することになる。
This is because the potential at the CV terminal to which the voltage detection line SL2 is connected is lowered by the cell voltage input resistance Rcv provided in the voltage detection line SL2.
In other words, the detection voltage of the cell on the upper side of the voltage detection line provided with the cell voltage input resistance Rcv that causes a voltage drop at the CV terminal due to the leak current rises, and the detection of the cell on the lower side of this voltage detection line The voltage will rise.

高い電圧が検出された単電池セルはこの電圧に対応して残存容量(SOC)が高くなっているので、通常、バランシングスイッチ108を閉じてバランシング放電が行われ、全てのセルのセル電圧を揃えるバランシング放電が行われる。したがって、セル1の検出電圧V1が上記のように上昇すると、セル1に対してバランシング放電が行われる。これが、図6中にバランシング放電電流(IB)133として示されている。ただし、この詳細な説明は後述するバランシング放電制御で行う。   Since the battery cell in which the high voltage is detected has a high remaining capacity (SOC) corresponding to this voltage, normally, the balancing switch 108 is closed and balancing discharge is performed, and the cell voltages of all the cells are made uniform. Balancing discharge is performed. Therefore, when the detection voltage V1 of the cell 1 increases as described above, balancing discharge is performed on the cell 1. This is shown as balancing discharge current (IB) 133 in FIG. However, this detailed description will be made by balancing discharge control described later.

図8は、図7に示すような12個の単電池セル(セル1〜12とする)を直列接続したセルグループで、図3あるいは図6のように、各セルの正極に接続された電圧検出線とグラウンド線との間にRCフィルタのコンデンサ103が接続された場合で、これらのセルの実電圧が全て3.6Vの時に、コンデンサ103でリーク電流が流れたと仮定した場合の、このコンデンサ103のリーク抵抗と検出されるセル電圧の関係を示す図である。
ここでは説明を簡単にするため、例として、最低電位のセル(セル12)、またはこの最低電位のセルから6番目のセル(セル7)、または最高電位のセル(セル1)のいずれかがリークを発生しているとしている。すなわち、最低電位のセル(セル12)と、この最低電位のセルから6番目のセル(セル7)と、最高電位すなわち最低電位のセル12番目のセル(セル1)の、いずれかの正極に接続された電圧検出線とグラウンド線との間に接続されたコンデンサ103でリークが発生した場合の、それぞれのセルの検出電圧をコンデンサ103のリーク抵抗(RL)131に対して示している。なお、図8ではRcv=33kΩとして計算している。
FIG. 8 is a cell group in which twelve single battery cells (cells 1 to 12) are connected in series as shown in FIG. 7, and the voltage connected to the positive electrode of each cell as shown in FIG. 3 or FIG. When the capacitor 103 of the RC filter is connected between the detection line and the ground line, and when it is assumed that a leak current flows in the capacitor 103 when the actual voltages of these cells are all 3.6 V, this capacitor It is a figure which shows the relationship between the leak resistance of 103, and the detected cell voltage.
Here, for simplicity of explanation, as an example, either the cell having the lowest potential (cell 12), the sixth cell (cell 7) from this lowest potential cell, or the cell having the highest potential (cell 1) is selected. It is said that a leak has occurred. That is, the positive electrode of the lowest potential cell (cell 12), the sixth cell (cell 7) from the lowest potential cell, and the highest potential, that is, the lowest potential cell 12th cell (cell 1). When a leak occurs in the capacitor 103 connected between the connected voltage detection line and the ground line, the detection voltage of each cell is shown with respect to the leakage resistance (RL) 131 of the capacitor 103. In FIG. 8, the calculation is performed with Rcv = 33 kΩ.

それぞれのセルの正極に接続された電圧検出線とグラウンド線との間の単電池セルの個数が増えるほど、上記の式(1)、(2)で説明したように、それぞれの電圧検出線に接続されたコンデンサへの印加電圧が増加し、リーク電流が増加する。この単電池セルの個数に比例したリーク電流の増加に伴い、図8に示されるように、高電位のセルに接続された電圧検出線に接続されたコンデンサでのリーク電流は大きくなる。したがって、高電位側のセルほど、リークを発生した場合の電圧降下が大きくなり、検出電圧が低下する。
図8のセル12の曲線は単電池セル1個分(3.6V)の電圧に対して、検出されるセル電圧がリーク抵抗RLに対してどのように変化するか示している。すなわち、この場合は式(1)で、V3=V4=0とした場合の、V2を示している。
また、セル7(不図示)の曲線は単電池セル6個分の電圧(3.6×6=21.6V)に対するリーク電流による電圧降下の様子を示している。さらに、セル1の曲線は、セル1の正極に接続された電圧検出線(SL1)とグラウンド線(GL)との間の12個分の前記セルコントローラICは、前記バッテリコントローラの指令により、前記複数の電圧測定経路の選択および前記端子間電圧の測定を行って、前記複数の電圧測定経路を介した前記端子間電圧の測定結果を前記バッテリコントローラに送信し、前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラICから送信された前記端子間電圧の測定結果に基づいて、前記電池システムのリークを検出するセルの電圧(3.6×12=43.2V)に対するリーク電流による電圧降下の様子を示している。
As the number of single battery cells between the voltage detection line connected to the positive electrode of each cell and the ground line increases, as described in the above formulas (1) and (2), each voltage detection line The voltage applied to the connected capacitor increases and the leakage current increases. As the leakage current increases in proportion to the number of unit cells, the leakage current in the capacitor connected to the voltage detection line connected to the high potential cell increases as shown in FIG. Accordingly, the higher the cell on the higher potential side, the larger the voltage drop when a leak occurs, and the detected voltage decreases.
The curve of the cell 12 in FIG. 8 shows how the detected cell voltage changes with respect to the leak resistance RL with respect to the voltage of one unit cell (3.6 V). That is, in this case, V2 is shown in the equation (1) when V3 = V4 = 0.
In addition, the curve of the cell 7 (not shown) shows a state of voltage drop due to leakage current with respect to the voltage (3.6 × 6 = 21.6 V) of six single battery cells. Furthermore, the curve of the cell 1 indicates that the 12 cell controller ICs between the voltage detection line (SL1) connected to the positive electrode of the cell 1 and the ground line (GL) Selection of a plurality of voltage measurement paths and measurement of the voltage between the terminals are performed, and the measurement result of the voltage between the terminals via the plurality of voltage measurement paths is transmitted to the battery controller. Based on the measurement result of the inter-terminal voltage transmitted from the IC, the state of the voltage drop due to the leak current with respect to the cell voltage (3.6 × 12 = 43.2 V) for detecting the leak of the battery system is shown. .

中間の6番目のセル(セル7、不図示)の例では、リーク抵抗が約300kΩを下回るような値まで下がると、3.6Vの実電圧は2V以下の電圧として検出される。
もしもこのリークが、ある時点で突然発生した場合、セル電圧の検出値は2V以下となって2Vの過放電検出電圧を下回り、過放電として異常を検出される可能性がある。リークが発生して電圧が低く検出されたセルの一つ上位のセルは、逆に電圧が高く検出されるので、ある時点で突然リーク発生した場合、過充電としても異常が検出される可能性がある。
In the example of the sixth cell in the middle (cell 7, not shown), the actual voltage of 3.6V is detected as a voltage of 2V or less when the leak resistance is lowered to a value below about 300 kΩ.
If this leak suddenly occurs at a certain point in time, the detection value of the cell voltage becomes 2V or less, which is lower than the overdischarge detection voltage of 2V, and an abnormality may be detected as overdischarge. The cell that is one level above the cell that has been detected as having a low voltage due to a leak is detected to have a high voltage, so if a sudden leak occurs at a certain point in time, an abnormality may be detected even as an overcharge. There is.

<リーク検出用回路とリーク検出動作>
図9は、本発明による電池システム監視装置でリーク検出を行うための回路構成を示す図である。ここでも簡単のため、4個の単電池セルからなるセルグループの場合を例として示す。図3の回路との違いは、セルコントローラIC100内に、セル電圧入力用RCフィルタの抵抗であるセル電圧入力抵抗(Rcv)101をバイパスするリーク検出スイッチ109が内蔵されている点である。このリーク検出スイッチ109はセルコントローラIC100内で、バランシング電流を通電制御するバランシングスイッチ108に接続されている2つのバランシング線(BL)の内、このバランシングスイッチ108に対応したセルの正極側に接続されたバランシング線に接続されている。
<Leak detection circuit and leak detection operation>
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration for performing leak detection in the battery system monitoring apparatus according to the present invention. Here, for the sake of simplicity, the case of a cell group composed of four single battery cells is shown as an example. A difference from the circuit of FIG. 3 is that a leak detection switch 109 that bypasses a cell voltage input resistance (Rcv) 101 that is a resistance of an RC filter for cell voltage input is built in the cell controller IC 100. The leak detection switch 109 is connected to the positive side of the cell corresponding to the balancing switch 108 out of the two balancing lines (BL) connected to the balancing switch 108 that controls energization of the balancing current in the cell controller IC 100. Connected to the balancing line.

このリーク検出スイッチ109をオンとしてセル電圧を測定するとRCフィルタの抵抗Rcvが短絡された状態でセル電圧が測定され、リーク検出スイッチ109をオフとしてセル電圧を測定すると、RCフィルタがセルの正極とセル電圧入力端子との間の電圧検出線に挿入された状態でセル電圧が測定される。したがって、このRCフィルタのコンデンサ103にリークが発生していてリーク電流が流れていれば、図8で説明したように、リーク検出スイッチ109をオフとして測定したセル電圧は、リーク電流がセル電圧入力抵抗(Rcv)101に流れて発生する電圧降下分小さくなる。   When the cell voltage is measured with the leak detection switch 109 turned on, the cell voltage is measured with the RC filter resistor Rcv short-circuited. When the cell voltage is measured with the leak detection switch 109 turned off, the RC filter is connected to the positive electrode of the cell. The cell voltage is measured while being inserted into a voltage detection line between the cell voltage input terminals. Therefore, if a leak occurs in the capacitor 103 of this RC filter and a leak current flows, the cell voltage measured with the leak detection switch 109 turned off as shown in FIG. The voltage drop generated by flowing through the resistor (Rcv) 101 is reduced.

これに対し、リーク検出スイッチ109をオンとしてセル電圧を測定すると、リーク電流による電圧降下はほぼ全てリーク抵抗131(RL)で発生するので、リークが無い状態での正常なセル電圧(実電圧)にほぼ等しい電圧が検出される。これは、リークは少しずつ進行するが、そのリーク抵抗が全く0になることはないからである。もしリーク抵抗がほぼ0になったとしても、検出されるセル電圧はほぼ0Vとなるので、このような状態になる前にすでに2V以下のセル電圧が検出され、過放電状態として検出される。これは前述の式(1)、(2)でRcv=0とすると、V2=Vc2、V1=Vc1となることから分かる。
また、コンデンサ103に全くリークがない状態、すなわちコンデンサの絶縁抵抗がほぼ無限大の場合には、リーク検出スイッチ109がオン・オフの場合のどちらでもリークが無い状態での正常なセル電圧(=実電圧)が検出される。これは前述の式(1)、(2)で、RL≫Rcvとすれば、それぞれV2=Vc2、V1=Vc1となることから明らかである。
したがって、リーク検出スイッチ109のオンの時のセル電圧とオフの時のセル電圧の差(=検出電圧差)を検出することにより、リークが発生しているかどうかを判定することができる。
On the other hand, when the cell voltage is measured with the leak detection switch 109 turned on, almost all voltage drops due to the leak current occur in the leak resistor 131 (RL), so that the normal cell voltage (actual voltage) in the absence of leak is present. A voltage approximately equal to is detected. This is because the leak proceeds little by little, but its leak resistance never becomes zero. Even if the leak resistance becomes approximately 0, the detected cell voltage is approximately 0V. Therefore, before such a state is reached, a cell voltage of 2V or less is already detected and detected as an overdischarged state. This can be seen from the above formulas (1) and (2), assuming that Rcv = 0, V2 = Vc2 and V1 = Vc1.
When the capacitor 103 has no leakage, that is, when the insulation resistance of the capacitor is almost infinite, the normal cell voltage (= Actual voltage) is detected. This is apparent from the above formulas (1) and (2), where RL >> Rcv, V2 = Vc2 and V1 = Vc1, respectively.
Therefore, by detecting the difference between the cell voltage when the leak detection switch 109 is on and the cell voltage when the leak detection switch 109 is off (= detection voltage difference), it is possible to determine whether or not a leak has occurred.

図10は、この検出電圧差が、リーク抵抗RLに依存してどのように変化するか示したものである。この図は、図8で示す3つの曲線(セル12、セル7、セル1)で、それぞれ、リーク電流による実電圧3.6Vからの電圧降下分をリーク抵抗RLに対してプロットしたものである。すなわち、図10に示す各セルの検出電圧差は、リーク検出スイッチ109がオンの場合の検出電圧とオフの場合の検出電圧の差を示している。   FIG. 10 shows how this detected voltage difference changes depending on the leak resistance RL. In this figure, the three curves shown in FIG. 8 (cell 12, cell 7, cell 1) are plotted with respect to the leakage resistance RL, the voltage drop from the actual voltage 3.6V due to the leakage current. . That is, the detection voltage difference of each cell shown in FIG. 10 indicates the difference between the detection voltage when the leak detection switch 109 is on and the detection voltage when it is off.

図10に示す検出電圧差は、リーク抵抗RLの抵抗値が、セル電圧入力抵抗Rcvに比べて充分大きい時には、すなわちRL≫Rcvの時には、リーク抵抗RLの抵抗値に反比例する。リーク抵抗RLが0に近づくと、検出電圧も0に近づくので、検出電圧差は単電池セルの実電圧3.6Vに近づくことになるが、これがセル12の曲線の左側に直線からの曲がりとして顕著に示されている。   The detection voltage difference shown in FIG. 10 is inversely proportional to the resistance value of the leak resistance RL when the resistance value of the leak resistance RL is sufficiently larger than the cell voltage input resistance Rcv, that is, when RL >> Rcv. When the leak resistance RL approaches 0, the detection voltage also approaches 0, so the detection voltage difference approaches the actual voltage of the single battery cell 3.6 V, but this is a curve from the straight line on the left side of the curve of the cell 12. Prominently shown.

以上の説明で明らかなように、この検出電圧差はリーク抵抗RLの抵抗値に依存するので、この検出電圧差から、式(1)を利用して、逆にリーク抵抗RLを求めることができる。さらに、この検出電圧差は、セル電圧入力抵抗Rcvに流れるリーク電流ILにより生じているので、このリーク電流を算出することも可能である。   As apparent from the above description, this detection voltage difference depends on the resistance value of the leakage resistance RL. Therefore, from this detection voltage difference, the leakage resistance RL can be obtained on the contrary using the equation (1). . Further, since this detection voltage difference is caused by the leakage current IL flowing through the cell voltage input resistance Rcv, it is also possible to calculate this leakage current.

尚、以上で説明した本発明による電池システム監視装置においては、リーク検出スイッチ109をオンとオフでセル電圧を測定するが、このセルの実電圧はこのセル電圧の測定の間、リーク検出スイッチ109がオンとオフとで同一でなければならない。つまり、電池システム130にインバータ340などの負荷が接続されて、電池システムの充放電電流が流れ、電池システムならびに各単電池セルの電圧が変動している間は、リーク検出スイッチ109をオンとオフの状態で測定したセル電圧検出値は共に変動しているので、電池システム130の充放電電流が流れていない、電圧が安定した状態で測定する必要がある。したがって通常、本発明による電池システム監視装置を搭載した車両の起動時、あるいは車両の停止時で、電池システム130にインバータ340等の負荷が接続されていない状態で行なわれることになる。
なお、セル電圧の測定はセルコントローラIC100で行われるが、このセル電圧の測定結果は上位のコントローラであるバッテリコントローラ200に送信され、検出電圧差の算出や、この検出電圧差に基づくリーク有無の判定、さらにはリーク抵抗やリーク電流の算出等はこのバッテリコントローラで行われる。
In the battery system monitoring apparatus according to the present invention described above, the cell voltage is measured by turning on and off the leak detection switch 109. The actual voltage of the cell is measured during the measurement of the cell voltage. Must be the same on and off. That is, while the load such as the inverter 340 is connected to the battery system 130, the charge / discharge current of the battery system flows, and the voltage of the battery system and each single battery cell fluctuates, the leak detection switch 109 is turned on and off. Since the cell voltage detection values measured in the above state both fluctuate, it is necessary to measure in a state where the charging / discharging current of the battery system 130 is not flowing and the voltage is stable. Therefore, the operation is normally performed when a vehicle equipped with the battery system monitoring device according to the present invention is started or when the vehicle is stopped and a load such as the inverter 340 is not connected to the battery system 130.
The cell voltage is measured by the cell controller IC 100. The measurement result of the cell voltage is transmitted to the battery controller 200, which is a host controller, and the detection voltage difference is calculated and whether there is a leak based on the detection voltage difference. The battery controller performs determination, and further calculation of leakage resistance and leakage current.

<リーク検出箇所の特定>
以上で本発明による電池システム監視装置を用いたリーク検出の方法について説明した。このリーク検出の方法を用いてリークが発生したコンデンサ103を特定することができる。あるいは、既に説明したように、リーク発生はコンデンサ103に限らず、セルコントローラIC100内に設けられた、各単電池セルの端子間電圧を測定するために電圧検出線を選択するマルチプレクサ(不図示)の入力端子まで配線やESD対策用ダイオード等でリークが発生した場合にも同様に検出することができる。
以下では例として、図9に示すように、RCフィルタのコンデンサ103が電圧検出線(SL1〜SL5)とグラウンド線(GL)との間に接続されている場合と、図11に示すように、単電池セルの正負極にそれぞれ接続された2つの隣り合う電圧検出線の間に、RCフィルタのコンデンサ103が接続されている場合について説明する。なお、図9に示す回路は、図3に示す回路にリーク検出スイッチ109を追加した構成であり、図11に示す回路は、図2に示す回路にリーク検出スイッチ109を追加した構成となっている。また、以下の説明では簡単のため、図9および図11に示すように、4個の単電池セルが直列に接続されたセルグループの構成の例で説明する。5個以上の単電池セルで構成されたセルグループ、たとえば図8で説明したような12個の単電池セルのセルグループであっても以下で説明するリーク検出方法は同様に適用できる。
<Identification of leak detection points>
The leak detection method using the battery system monitoring apparatus according to the present invention has been described above. Using this leak detection method, the capacitor 103 in which a leak has occurred can be identified. Alternatively, as already described, the occurrence of leakage is not limited to the capacitor 103, but a multiplexer (not shown) for selecting a voltage detection line provided in the cell controller IC 100 for measuring the voltage between terminals of each unit cell. Similarly, when a leak occurs in the wiring, ESD countermeasure diode, or the like up to the input terminal, it can be similarly detected.
In the following, as an example, as shown in FIG. 9, when the capacitor 103 of the RC filter is connected between the voltage detection lines (SL1 to SL5) and the ground line (GL), as shown in FIG. The case where the capacitor | condenser 103 of RC filter is connected between the two adjacent voltage detection lines respectively connected to the positive / negative electrode of a single battery cell is demonstrated. Note that the circuit shown in FIG. 9 has a configuration in which a leak detection switch 109 is added to the circuit shown in FIG. 3, and the circuit shown in FIG. 11 has a configuration in which a leak detection switch 109 is added to the circuit shown in FIG. Yes. Further, for the sake of simplicity in the following description, an example of a configuration of a cell group in which four unit cells are connected in series will be described as shown in FIGS. 9 and 11. The leak detection method described below can be similarly applied even to a cell group constituted by five or more single battery cells, for example, a cell group of 12 single battery cells as described in FIG.

<電圧検出線とグラウンド線との間にコンデンサが接続されている図9の場合のリーク検出>
図6で説明したように、リーク電流により電圧降下を生じるセル電圧入力抵抗Rcvが設けられた電圧検出線の上側のセルの検出電圧は上昇し、また、この電圧検出線の下側のセルの検出電圧が上昇する。
セル電圧の検出では、マルチプレクサ(不図示)を駆動して電圧を検出するセルの正負極に接続された2つの電圧検出線を選択し、この2つの電圧検出線の電位がマルチプレクサから電圧測定回路(不図示)に送られて電圧が測定される。このセル電圧の測定の際、リーク検出スイッチ109をオフにした電圧測定とオンにした電圧測定の両方を行う。この電圧測定動作をセル1〜セル4に対して行う。
<Leak detection in the case of FIG. 9 in which a capacitor is connected between the voltage detection line and the ground line>
As described in FIG. 6, the detection voltage of the cell on the upper side of the voltage detection line provided with the cell voltage input resistor Rcv that causes a voltage drop due to the leak current rises, and the cell on the lower side of this voltage detection line The detection voltage rises.
In the detection of the cell voltage, two voltage detection lines connected to the positive and negative electrodes of the cell for detecting the voltage by driving a multiplexer (not shown) are selected, and the potential of the two voltage detection lines is changed from the multiplexer to the voltage measurement circuit. The voltage is sent to (not shown). When measuring the cell voltage, both voltage measurement with the leak detection switch 109 turned off and voltage measurement with the leak detection switch 109 turned on are performed. This voltage measurement operation is performed on the cells 1 to 4.

たとえば、図6のように、セル2の正極に接続された電圧検出線とグラウンド線との間に接続されたコンデンサ103にリークが発生したとする。このリーク発生はリーク抵抗RLとして図示されている。なお、各セルのセル電圧V1〜V4の測定において、それぞれリーク検出スイッチ109をオフまたはオンとしたセル電圧が測定されるが、リーク検出スイッチ109がオフの場合のセル電圧をV1off〜V4offとし、リーク検出スイッチ109がオンの場合のセル電圧をV1on〜V4onとする。また、セル1〜4の実電圧をVc1〜4とする。
なお、コンデンサ103にリークがない場合、すなわち電池システムが正常な場合は、V1off〜V4offはそれぞれV1on〜V4onと等しく、それぞれセルの実電圧Vc1〜4が検出される。
実電圧は、電池システムあるいは単電池セルが通常の状態では、たとえば3.0〜4.2V(平均出力電圧:3.6V)の範囲となるように、各単電池セルは充放電されて、これらの残存容量(SOC)が管理される。したがって、検出電圧が、たとえば3.0〜4.2Vの範囲に入っていれば、正常であると判断される。
なお、リーク検出スイッチは通常の電池システムの動作状態ではオフとされている。
For example, as shown in FIG. 6, it is assumed that a leak has occurred in the capacitor 103 connected between the voltage detection line connected to the positive electrode of the cell 2 and the ground line. This leak occurrence is illustrated as a leak resistance RL. In the measurement of the cell voltages V1 to V4 of each cell, the cell voltage when the leak detection switch 109 is turned off or on is measured. The cell voltage when the leak detection switch 109 is off is V1 off to V4 off. The cell voltage when the leak detection switch 109 is on is set to V1 on to V4 on . The actual voltages of the cells 1 to 4 are Vc1 to Vc4.
When there is no leak in the capacitor 103, that is, when the battery system is normal, V1 off to V4 off are equal to V1 on to V4 on , respectively, and the actual voltages Vc1 to Vc4 of the cells are detected, respectively.
Each battery cell is charged / discharged so that the actual voltage is in the range of, for example, 3.0 to 4.2 V (average output voltage: 3.6 V) when the battery system or the battery cell is in a normal state. These remaining capacities (SOC) are managed. Therefore, if the detected voltage is within a range of 3.0 to 4.2 V, for example, it is determined to be normal.
Note that the leak detection switch is turned off in the normal operating state of the battery system.

1)セル1のセル電圧を測定した場合:
V1off=Vc1+(Vc2+Vc3+Vc4)×Rcv/(Rcv+RL)
...(3)
V1on=Vc1 ...(4)
となる。
セル2のコンデンサ103すなわち電圧検出線SL2とグラウンド線GLとの間に接続されたコンデンサ103のリークによって、電圧検出線SL2に設けられたセル電圧入力抵抗(Rcv)101に流れるリーク電流により、電圧検出線SL2に接続された電圧入力端子(CV端子)の電位が降下している。したがって、V1offはセル1の実電圧Vc1より高い電圧が検出されることになる。
リークによる電圧降下がそれほど大きくなく、V1offが正常電圧範囲にある場合は、V1offだけでは、この検出電圧が正常かどうかの判断はできないが、V1on=Vc1となり、V1offがV1onより大きい電圧となることから、セル2のコンデンサ103でリークが発生していると判断できる。
1) When the cell voltage of cell 1 is measured:
V1 off = Vc1 + (Vc2 + Vc3 + Vc4) × Rcv / (Rcv + RL)
. . . (3)
V1 on = Vc1. . . (4)
It becomes.
The leakage current flowing in the cell voltage input resistor (Rcv) 101 provided in the voltage detection line SL2 due to the leakage of the capacitor 103 of the cell 2, that is, the capacitor 103 connected between the voltage detection line SL2 and the ground line GL The potential of the voltage input terminal (CV terminal) connected to the detection line SL2 has dropped. Therefore, a voltage higher than the actual voltage Vc1 of the cell 1 is detected as V1 off .
When the voltage drop due to leakage is not so large and V1 off is in the normal voltage range, it is not possible to determine whether or not this detected voltage is normal only by V1 off, but V1 on = Vc1 and V1 off is higher than V1 on . Since the voltage is high, it can be determined that a leak has occurred in the capacitor 103 of the cell 2.

2)セル2のセル電圧を測定した場合:
V2off=Vc2−(Vc2+Vc3+Vc4)×Rcv/(Rcv+RL)
...(5)
V2on=Vc2 ...(6)
となる。
セル2のコンデンサ103のリークにより、電圧検出線SL2のセル電圧入力抵抗(Rcv)101で電圧降下が発生し、セル2の検出電圧は実電圧Vc2より低くなる。
リークによる電圧降下がそれほど大きくなく、V2offが正常電圧範囲にある場合は、V2offだけでは、セル1の場合(上記1))と同様に、この検出電圧が正常化どうかの判断はできないが、V2on=Vc2となり、V2offがV2onより小さい電圧となることから、セル2のコンデンサ103でリークが発生していると判断できる。
2) When the cell voltage of cell 2 is measured:
V2 off = Vc2- (Vc2 + Vc3 + Vc4) × Rcv / (Rcv + RL)
. . . (5)
V2 on = Vc2. . . (6)
It becomes.
Due to the leakage of the capacitor 103 of the cell 2, a voltage drop occurs in the cell voltage input resistance (Rcv) 101 of the voltage detection line SL2, and the detection voltage of the cell 2 becomes lower than the actual voltage Vc2.
When the voltage drop due to leakage is not so large and V2 off is in the normal voltage range, it is not possible to determine whether or not the detected voltage is normalized by V2 off alone, as in the case of cell 1 (above 1)). V2 on = Vc2 and V2 off is smaller than V2 on , so that it can be determined that the capacitor 103 of the cell 2 is leaking.

3)セル3、セル4のセル電圧を測定した場合:
V3off=V3on=Vc3 ...(7)
V4off=V4on=Vc4 ...(8)
となる。
これらのセル3、セル4のセル電圧の検出には、セル2のコンデンサ103のリークは影響しない。すなわち、コンデンサ103にリークが無い場合は、これらのセルの実電圧が、リーク検出スイッチオフまたはオンで検出される。
3) When cell voltages of cell 3 and cell 4 are measured:
V3 off = V3 on = Vc3. . . (7)
V4 off = V4 on = Vc4. . . (8)
It becomes.
The leak of the capacitor 103 of the cell 2 does not affect the detection of the cell voltages of the cells 3 and 4. That is, when there is no leak in the capacitor 103, the actual voltages of these cells are detected by turning off or on the leak detection switch.

以上の説明で分かるように、図9に示す構成のリーク検出スイッチを設けた回路を用いてセル電圧を測定することによって、リークが発生したコンデンサ103を、以下のような方法で判別することができる。
a)すなわち、あるセルでリーク検出スイッチをオフにした時の検出電圧Voffあるいはリーク検出スイッチをオンとしたときのセルの検出電圧Vonが正常電圧であっても、Voff>Vonである場合は、このセルの下位のセルの電圧検出用RCフィルタのコンデンサにリークが発生していると判断される。
b)あるいは、VoffあるいはVonが正常電圧であっても、Voff<Vonである場合は、このセルの電圧検出用RCフィルタのコンデンサにリークが発生していると判断される。
c)言い換えれば、セル1〜4のセル電圧を上記のように連続して検出すると、あるセルでVoff<Vonとなり、このセルの次のセルでVoff>Vonとなる場合は、この2つの連続したセルの間の電圧検出線に接続されたコンデンサにリークが発生していると判断される。
As can be seen from the above description, by measuring the cell voltage using a circuit provided with the leak detection switch having the configuration shown in FIG. 9, the capacitor 103 in which the leak has occurred can be determined by the following method. it can.
a) That is, even if the detection voltage V off when the leak detection switch is turned off in a certain cell or the detection voltage V on of the cell when the leak detection switch is turned on is a normal voltage, V off > V on In some cases, it is determined that a leak has occurred in the capacitor of the RC filter for voltage detection in a cell below this cell.
b) Or, even if V off or V on is a normal voltage, if V off <V on , it is determined that a leak has occurred in the capacitor of the RC filter for voltage detection of this cell.
c) In other words, if the cell voltages of the cells 1 to 4 are continuously detected as described above, V off <V on in a certain cell and V off > V on in the next cell of this cell, It is determined that a leak has occurred in the capacitor connected to the voltage detection line between the two consecutive cells.

また、VoffとVonが共に正常電圧であり、かつ等しい電圧が検出された場合、このセルの電圧検出用RCフィルタのコンデンサは正常であり、リークは発生していないと判断できる。 If both V off and V on are normal voltages and equal voltages are detected, it can be determined that the capacitor of the voltage detection RC filter of this cell is normal and no leakage has occurred.

なお、上記で既に説明したように、リークの発生はRCフィルタのコンデンサだけでなく、電圧検出線などの配線の絶縁不良や、セルコントローラIC100内のESD対策用のダイオードの劣化などによっても発生する。これらの場合も上記と同様に検出できるが、ここでは説明のため、コンデンサのリークをこれらのリーク発生の原因として代表させている。   As already described above, leakage occurs not only due to the capacitor of the RC filter but also due to poor insulation of wiring such as the voltage detection line, deterioration of the ESD countermeasure diode in the cell controller IC 100, or the like. . Although these cases can be detected in the same manner as described above, here, for the purpose of explanation, the leak of the capacitor is represented as a cause of the occurrence of these leaks.

<2つの隣り合う電圧検出線の間にコンデンサが接続されている図11の場合のリーク検出>
たとえば、図11のように、セル2の正負極それぞれに接続された2つの隣り合う電圧検出線の間に接続されたコンデンサ103にリークが発生したとする。図9の場合と同様に、このリーク発生はリーク抵抗RLとして図示されている。また、図9の場合と同様に、各セルのセル電圧V1〜V4の測定において、それぞれリーク検出スイッチ109をオフまたはオンとしたセル電圧が測定されるが、リーク検出スイッチ109がオフの場合のセル電圧をV1off〜V4offとし、リーク検出スイッチ109がオンの場合のセル電圧をV1on〜V4onとする。また、セル1〜4の実電圧をVc1〜4とする。
なお、セル2のコンデンサ103にリークがない場合、すなわち電池システムが正常な場合は、上記で説明した図9の場合と同様に、V1off〜V4offはそれぞれV1on〜V4onと等しく、それぞれセルの実電圧Vc1〜4が検出される。
<Leak detection in the case of FIG. 11 in which a capacitor is connected between two adjacent voltage detection lines>
For example, as shown in FIG. 11, it is assumed that a leak occurs in the capacitor 103 connected between two adjacent voltage detection lines connected to the positive and negative electrodes of the cell 2. As in the case of FIG. 9, this leak occurrence is shown as a leak resistance RL. Similarly to the case of FIG. 9, in the measurement of the cell voltages V1 to V4 of each cell, the cell voltage with the leak detection switch 109 turned off or on is measured, but the case where the leak detection switch 109 is off is measured. The cell voltage is set to V1 off to V4 off, and the cell voltage when the leak detection switch 109 is on is set to V1 on to V4 on . The actual voltages of the cells 1 to 4 are Vc1 to Vc4.
When there is no leak in the capacitor 103 of the cell 2, that is, when the battery system is normal, V1 off to V4 off are equal to V1 on to V4 on , respectively, as in the case of FIG. 9 described above. The actual voltages Vc1 to Vc4 of the cell are detected.

図11に示すような構成の回路で、電圧検出線SL2とSL3の間に接続されたコンデンサ103にリークが発生した場合、リーク検出スイッチ109がオフの時のセル2の検出電圧Voffは低下し、セル2の上下のセル(セル1、セル3)ではVoffが上昇する。 When a leak occurs in the capacitor 103 connected between the voltage detection lines SL2 and SL3 in the circuit configured as shown in FIG. 11, the detection voltage Voff of the cell 2 when the leak detection switch 109 is off decreases. In the cells above and below cell 2 (cell 1 and cell 3), V off increases.

この理由を図12を参照して説明する。
図12は、図11のセル1〜3の部分のみを抜き出して簡略化して示したものである。また、リーク検出スイッチは省略されており(すなわちV1off〜V3offのみ測定する構成となっている)、また、見易いように、図6、図8と同様に、バランシングスイッチ(BSW)108は、セルコントローラIC100から外部に引き出した状態で示してある。
The reason for this will be described with reference to FIG.
FIG. 12 shows only the cells 1 to 3 in FIG. 11 extracted and simplified. Further, the leak detection switch is omitted (that is, only V1 off to V3 off are measured), and for ease of viewing, the balancing switch (BSW) 108 is similar to FIGS. 6 and 8. It is shown in a state pulled out from the cell controller IC 100.

電圧検出線SL2が接続されたCV端子での電位が、電圧検出線SL2に設けられたセル電圧入力抵抗Rcvにより低下し、また電圧電出線SL3が接続されたCV端子での電位が、電圧検出線SL3に設けられたセル電圧入力抵抗Rcvにより上昇する。
言い換えれば、リーク電流によりCV端子での電圧降下を生じるセル電圧入力抵抗Rcvが設けられた電圧検出線の上側のセルの検出電圧は上昇し、リーク電流でCV端子での電圧上昇を生じるセル電圧入力抵抗Rcvが設けられた電圧検出線の下側のセルの検出電圧とは共に上昇することになる。
The potential at the CV terminal to which the voltage detection line SL2 is connected is lowered by the cell voltage input resistance Rcv provided on the voltage detection line SL2, and the potential at the CV terminal to which the voltage output line SL3 is connected is The cell voltage input resistance Rcv provided on the detection line SL3 increases.
In other words, the detection voltage of the cell on the upper side of the voltage detection line provided with the cell voltage input resistor Rcv that causes a voltage drop at the CV terminal due to the leak current rises, and the cell voltage that causes the voltage rise at the CV terminal due to the leak current Both the detection voltage of the cells on the lower side of the voltage detection line provided with the input resistance Rcv rise.

この結果、図11に示す構成の回路でのセル電圧の検出結果は以下のようになる。
1)セル1のセル電圧を測定した場合:
V1off=Vc1+Vc2×Rcv/(2×Rcv+RL) ...(9)
V1on=Vc1 ...(10)
すなわち、V1off>V1onとなる。
2)セル2のセル電圧を測定した場合:
V2off=Vc2×RL/(2×Rcv+RL) ...(11)
V2on=Vc2 ...(12)
すなわち、V2off<V2onとなる。
3)セル3のセル電圧を測定した場合:
V3off=Vc3+Vc2×Rcv/(2×Rcv+RL) ...(13)
V3on=Vc3 ...(14)
すなわち、V3off>V3onとなる。
4)セル4のセル電圧を測定した場合:
V4off=V4on=Vc4 ...(15)
となる。
As a result, the detection result of the cell voltage in the circuit having the configuration shown in FIG. 11 is as follows.
1) When the cell voltage of cell 1 is measured:
V1 off = Vc1 + Vc2 × Rcv / (2 × Rcv + RL). . . (9)
V1 on = Vc1. . . (10)
That is, V1 off > V1 on .
2) When the cell voltage of cell 2 is measured:
V2 off = Vc2 × RL / (2 × Rcv + RL). . . (11)
V2 on = Vc2. . . (12)
That is, V2 off <V2 on .
3) When the cell voltage of cell 3 is measured:
V3 off = Vc3 + Vc2 × Rcv / (2 × Rcv + RL). . . (13)
V3 on = Vc3. . . (14)
That is, V3 off > V3 on .
4) When the cell voltage of cell 4 is measured:
V4 off = V4 on = Vc4. . . (15)
It becomes.

リークによる電圧降下や電圧上昇がそれほど大きくなく、V1off、V2off、V3offがそれぞれ正常電圧範囲にある場合は、これらだけでは、検出電圧が正常化どうかの判断はできない。しかし、V1on、V2on、V3onと比較して、上記のような電圧差が検出された場合は、セル2のコンデンサ103でリークが発生していると判断できる。この判断は以下のいずれか方法で行うことができる。
a)ある2つの連続して接続されたセルの内の上位のセルで、リーク検出スイッチをオフにした時の検出電圧Voffあるいはリーク検出スイッチをオンとしたときのセルの検出電圧Vonが正常電圧であっても、Von>Voffであり、このセルの下位のセルでVon<Voffである場合は、下位のセルの電圧検出用RCフィルタのコンデンサにリークが発生していると判断される。
b)ある2つの連続して接続されたセルの内の上位のセルで、リーク検出スイッチをオフにした時の検出電圧Voffあるいはリーク検出スイッチをオンとしたときのセルの検出電圧Vonが正常電圧であっても、Von<Voffであり、このセルの下位のセルでVon>Voffである場合は、上位のセルの電圧検出用RCフィルタのコンデンサにリークが発生していると判断される。
c)ある3つの連続して接続されたセルの内の最上位および最下位のセルで、リーク検出スイッチをオフにした時の検出電圧Voffあるいはリーク検出スイッチをオンとしたときのセルの検出電圧Vonが正常電圧であっても、それぞれVon>Voffであり、また、中央のセルでVon<Voffである場合は、中央のセルの電圧検出用RCフィルタのコンデンサにリークが発生していると判断される。
If the voltage drop or voltage rise due to leakage is not so large and V1 off , V2 off , and V3 off are in the normal voltage range, it is not possible to determine whether the detected voltage is normalized only by these. However, when the voltage difference as described above is detected as compared with V1 on , V2 on , and V3 on , it can be determined that the capacitor 103 of the cell 2 has a leak. This determination can be made by any of the following methods.
a) The detection voltage V off when the leak detection switch is turned off or the detection voltage V on of the cell when the leak detection switch is turned on in an upper cell of two consecutively connected cells Even if it is a normal voltage, if V on > V off and V on <V off in a cell below this cell, there is a leak in the capacitor of the RC filter for voltage detection in the cell below. It is judged.
b) The detection voltage V off when the leak detection switch is turned off or the detection voltage V on of the cell when the leak detection switch is turned on in an upper cell of two consecutively connected cells Even if it is a normal voltage, if V on <V off and V on > V off in a lower cell of this cell, a leak occurs in the capacitor of the RC filter for voltage detection of the upper cell. It is judged.
c) Detection voltage V off when the leak detection switch is turned off or detection of the cell when the leak detection switch is turned on in the highest and lowest cells of three consecutively connected cells Even if the voltage V on is a normal voltage, V on > V off , and if V on <V off in the center cell, the capacitor of the RC filter for voltage detection in the center cell leaks. It is determined that it has occurred.

なお、VoffとVonの差の検出は、これらの電圧差が所定の大きさ以上であった場合に検出電圧差があると判断される。
この所定の大きさは、電圧測定回路の測定分解能、測定電圧に重畳しているノイズの大きさ、および、このノイズを除去するRCフィルタのフィルタ定数、さらには電圧測定回路でもノイズ除去を行う場合はこのフィルタ定数等によって決定されるが、詳細は省略する。
Note that the difference between V off and V on is detected when there is a detected voltage difference when these voltage differences are greater than or equal to a predetermined magnitude.
This predetermined size is the measurement resolution of the voltage measurement circuit, the magnitude of the noise superimposed on the measurement voltage, the filter constant of the RC filter that removes this noise, and the case where the voltage measurement circuit also performs noise removal. Is determined by this filter constant, etc., but details are omitted.

以上説明したように、本発明による電池システム監視装置を用いて、リーク検出スイッチ109をオフまたはオンにした時のセル電圧を、2つあるいは3つ連続したセルで測定して比較することにより、コンデンサ103のリークを検出することができるだけでなく、どのコンデンサ103でリークが発生しているか判定することができる。   As described above, by using the battery system monitoring device according to the present invention, by measuring and comparing the cell voltage when the leak detection switch 109 is turned off or on in two or three consecutive cells, Not only can the leakage of the capacitor 103 be detected, but also which capacitor 103 is leaking can be determined.

なお、RCフィルタのコンデンサ103が、図4に示すように接続されている場合も、上記と同様にリーク検出およびリーク箇所の特定を行うことができるが、説明は省略する。さらに、図3、図4でコンデンサ103の一方の接続先がグラウンド線(GL)となっているものを電源線(VL)に接続した回路の場合であっても、上記と同様にリーク検出およびリーク箇所の特定を行うことができるが、説明は省略する。
なお、上記で説明したリーク検出およびリーク箇所の特定は、セルコントローラIC100で測定された、リーク検出スイッチのオフ/オンでのセル電圧の測定結果に基づき、バッテリコントローラで行われる。
Even when the capacitor 103 of the RC filter is connected as shown in FIG. 4, leak detection and leak location can be performed in the same manner as described above, but description thereof is omitted. Further, even in the case of a circuit in which one of the connection destinations of the capacitor 103 in FIG. 3 and FIG. 4 is a ground line (GL) and connected to a power supply line (VL), leak detection and Although the leak location can be specified, the description is omitted.
The leak detection and the leak location described above are performed by the battery controller based on the measurement result of the cell voltage when the leak detection switch is turned on / off, which is measured by the cell controller IC100.

さらに、以上で説明したリーク検出スイッチ109のオフ/オンでの検出電圧差を用いて、車両が稼働中においても検出電圧を補正して実電圧を算出することができる。
後述するが、単電池セル110の端子間電圧が正確に測定されないと、電池システムの充放電や各単電池セルのバランシング放電が正常に行われず、電池システムの複数の単電池セルの残存容量(SOC)のばらつきが解消されないだけでなく、単電池セルの過充電や過放電が発生する可能性がある。したがって、前述のように、電池システムを効率良く充放電することができないだけでなく、過充電の場合には単電池セルの発熱等を発生する可能性がある。
Further, the actual voltage can be calculated by correcting the detected voltage even when the vehicle is in operation, using the detected voltage difference when the leak detection switch 109 is turned on / off as described above.
As will be described later, if the voltage between the terminals of the single battery cell 110 is not accurately measured, charging / discharging of the battery system and balancing discharge of each single battery cell are not performed normally, and the remaining capacity of a plurality of single battery cells ( In addition to not eliminating the variation in the SOC), there is a possibility that overcharge or overdischarge of the single battery cell may occur. Therefore, as described above, not only the battery system cannot be charged and discharged efficiently, but in the case of overcharging, there is a possibility of generating heat of the single battery cell.

以下では特に過充電を避ける方法について説明するが、まずその1つとして、上記で説明したリーク検出スイッチを利用した、車両の稼働中における単電池セルの端子間電圧(セル電圧)を補正する方法を説明する。セル電圧は、車両の稼働中でも適宜測定され、バランシング電流の算出およびこのバランシング電流の積算によるSOCの算出に用いられるだけなく、電池システムおよび電池監視装置を含む蓄電装置が正常に動作しているかどうかの各種診断で用いられるので、できるかぎり正確な電圧であることが必要である。   In the following, a method for avoiding overcharging will be described in particular. As one of the methods, first, a method for correcting the voltage (cell voltage) between terminals of a single battery cell during operation of the vehicle using the leak detection switch described above. Will be explained. The cell voltage is appropriately measured even during operation of the vehicle, and is used not only for calculating the balancing current and calculating the SOC by integrating the balancing current, but also whether the power storage device including the battery system and the battery monitoring device is operating normally. The voltage must be as accurate as possible.

このリーク検出スイッチ109のオフ/オンでの検出電圧差を用いた実電圧の算出は、リークが徐々に進行するということを利用している。本発明による電池システム監視装置を搭載した車両の起動時に、電池システム130にインバータ340等の負荷が接続されていない状態で測定された上記の検出電圧差を利用して、その後の車両の稼働中に測定された単電池セルの端子間電圧(セル電圧)を補正して、実際のセル電圧(実電圧)とするものである。車両の稼働中では、リーク検出スイッチはオフとされるため、このような補正によりセルの実電圧を算出することは有用である。
ここでも、電圧検出線とグラウンド線との間にコンデンサが接続されている場合と、2つの隣り合う電圧検出線の間にコンデンサが接続されている場合のちらでも実電圧の算出が可能である。
なお、このようなセル電圧の補正は、あくまでもリークが徐々に進行する場合であるので、上記のリーク検出によって、リークが発生していると判断される場合は、アラーム等を発生して車両の運転者に通知することや、後述するリークによる過充電対策など、あるいはリークが大きい場合は、正極側コンタクタ310および負極側コンタクタ320(図1参照)をオフとして、電池システムとインバータとの接続を遮断する等の保護動作を行う。ただし、これらの説明はここでは省略する。
The calculation of the actual voltage using the detection voltage difference when the leak detection switch 109 is turned on / off utilizes the fact that the leak gradually proceeds. When the vehicle equipped with the battery system monitoring apparatus according to the present invention is started, the vehicle is in operation thereafter using the detected voltage difference measured in a state where a load such as the inverter 340 is not connected to the battery system 130. The voltage between the terminals of the single battery cell (cell voltage) measured in (1) is corrected to obtain the actual cell voltage (actual voltage). Since the leak detection switch is turned off during operation of the vehicle, it is useful to calculate the actual voltage of the cell by such correction.
Again, the actual voltage can be calculated when a capacitor is connected between the voltage detection line and the ground line and when a capacitor is connected between two adjacent voltage detection lines. .
Since the correction of the cell voltage is only when the leak gradually progresses, if it is determined that the leak has occurred by the leak detection, an alarm or the like is generated to When notifying the driver, overcharge countermeasures due to leakage described later, or when the leakage is large, the positive contactor 310 and the negative contactor 320 (see FIG. 1) are turned off and the battery system and the inverter are connected. Perform protective actions such as blocking. However, these descriptions are omitted here.

<電圧検出線とグラウンド線との間にコンデンサが接続されている図9の場合の検出電圧差を用いた実電圧の算出方法>
この方法は、上記の式(3)〜(8)を用いて、車両の稼働中での、たとえばリークが発生したコンデンサ103のリーク電流によってセルの検出電圧と実電圧に差が生じるセルでの実電圧の算出を行うものである。ここでも図6、図9で説明したように、電圧検出線SL2とグラウンド線(GL)の間に接続されたコンデンサ103にリークが発生しているとして説明する。この場合、このコンデンサ103のリークによって検出電圧と実電圧とで差が生じるセルはセル1とセル2である。これ以外のセルは、リーク検出スイッチのオフ/オンに拘わらず、検出電圧と実電圧は等しくなる。
したがって、以下ではセル1およびセル2の実電圧を算出する方法を説明する。まず、リークが発生しているコンデンサ103に対応したセル2(リーク発生セル)の実電圧を算出し、この結果を用いてセル1の実電圧を算出する。
<Calculation method of actual voltage using detected voltage difference in the case of FIG. 9 in which a capacitor is connected between the voltage detection line and the ground line>
This method is based on the above equations (3) to (8). For example, in a cell in which the difference between the detected voltage of the cell and the actual voltage is caused by the leakage current of the capacitor 103 in which the leakage occurs while the vehicle is operating. The actual voltage is calculated. Here, as described with reference to FIGS. 6 and 9, the description will be made assuming that a leak occurs in the capacitor 103 connected between the voltage detection line SL <b> 2 and the ground line (GL). In this case, the cells in which the difference between the detection voltage and the actual voltage is caused by the leakage of the capacitor 103 are the cell 1 and the cell 2. In other cells, the detection voltage and the actual voltage are equal regardless of whether the leak detection switch is off or on.
Accordingly, a method for calculating the actual voltages of the cell 1 and the cell 2 will be described below. First, the actual voltage of the cell 2 (leak generating cell) corresponding to the capacitor 103 in which leakage occurs is calculated, and the actual voltage of the cell 1 is calculated using this result.

式(5)、(6)で車両の始動時に、電池システムとインバータが接続されていない状態で測定されたセル電圧V2off、V2on、Vc2、Vc3、Vc4の右肩に(0)を付けて表わす。
V2off (0)=Vc2(0)
(Vc2(0)+Vc3(0)+Vc4(0))×Rcv/(Rcv+RL) ...(16)
V2on (0)=Vc2(0) ...(17)
V3off (0)=V3on (0)=Vc3(0) ...(18)
V4off (0)=V4on (0)=Vc4(0) ...(19)
なお、上記で説明したように、リークは急激に進行しないので、リーク抵抗RLはここで一定としている。
(0) is added to the right shoulder of the cell voltages V2 off , V2 on , Vc2, Vc3, and Vc4 measured when the battery system and the inverter are not connected at the start of the vehicle in the equations (5) and (6). It expresses.
V2 off (0) = Vc2 (0)
(Vc2 (0) + Vc3 (0) + Vc4 (0) ) × Rcv / (Rcv + RL). . . (16)
V2 on (0) = Vc2 (0) . . . (17)
V3 off (0) = V3 on (0) = Vc3 (0) . . . (18)
V4 off (0) = V4 on (0) = Vc4 (0) . . . (19)
As described above, since the leak does not proceed abruptly, the leak resistance RL is constant here.

式(16)〜(19)の各セル電圧は、それぞれ測定された値であるので、上記式(16)、(17)からRcv/(Rcv+RL)を算出することができる。なお、簡単のため、R=Rcv/(Rcv+RL)として表わす。
=(V2on (0)−V2off (0)
/(V2on (0)+V3on (0)+V4on (0)) ...(20)
=Rcv/(Rcv+RL) ...(21)
Since each cell voltage in the equations (16) to (19) is a measured value, Rcv / (Rcv + RL) can be calculated from the equations (16) and (17). For simplicity, it is expressed as R F = Rcv / (Rcv + RL).
R F = (V2 on (0) −V2 off (0) )
/ (V2 on (0) + V3 on (0) + V4 on (0) ). . . (20)
R F = Rcv / (Rcv + RL). . . (21)

なお、式(20)、(21)を用いてリーク抵抗RLを算出することができる。またリーク電流ILは、式(16)から以下のように求めることができる。
IL=(Vc2(0)+Vc3(0)+Vc4(0))/(Rcv+RL)
=(V2on (0)−V2off (0))/Rcv ...(22)
Note that the leak resistance RL can be calculated using the equations (20) and (21). Further, the leakage current IL can be obtained from the equation (16) as follows.
IL = (Vc2 (0) + Vc3 (0) + Vc4 (0) ) / (Rcv + RL)
= (V2 on (0) -V2 off (0) ) / Rcv. . . (22)

(車両稼働中のセル2の実電圧の算出)
電池システムにインバータ等の負荷が接続された、車両の稼働状態では、リーク検出スイッチ109はオフとされるので、式(5)に対応する電圧測定のみ行われる。この車両が稼働状態で算出されるセル電圧V2off、Vc2、Vc3、Vc4の右肩に(t)を付けて表わす。
V2off (t)=Vc2(t)
(Vc2(t)+Vc3(t)+Vc4(t))×R ...(23)
(Calculation of actual voltage of cell 2 while the vehicle is operating)
In a vehicle operating state in which a load such as an inverter is connected to the battery system, the leak detection switch 109 is turned off, so that only the voltage measurement corresponding to Equation (5) is performed. The cell voltages V2 off , Vc2, Vc3, and Vc4 calculated when the vehicle is in operation are represented by adding (t) to the right shoulder.
V2 off (t) = Vc2 (t)
(Vc2 (t) + Vc3 (t) + Vc4 (t) ) × R F. . . (23)

上記の説明で分かるように、コンデンサ103にリークが発生していない場合は、リーク検出スイッチ109がオフまたはオンのどちらでも、セルの実電圧と検出電圧は等しくなるので、Vc3(t)、Vc4(t)はそれぞれV3(t)、V4(t)と記し、さらに、電圧検出が全てリーク検出スイッチオフで行われるので、添字offを省略する。
V2(t)=Vc2(t)
(Vc2(t)+V3(t)+V4(t))×R ...(24)
すなわち、式(24)でV2(t)、V3(t)、V4(t)は、リーク検出スイッチ109がオフの状態で測定される実測値であり、Vc2(t)はV2(t)に対応するセル2の実電圧である。この式(24)から、セル2の実電圧Vc2(t)は以下の式(25)で求められる。
Vc2(t)=(V2(t)+(V3(t)+V4(t))×R)/(1−R
...(25)
As can be seen from the above description, when no leak occurs in the capacitor 103, the actual voltage of the cell is equal to the detected voltage regardless of whether the leak detection switch 109 is off or on, so that Vc3 (t) , Vc4 (t), respectively V3 (t), denoted as V4 (t), furthermore, since the voltage detection is performed at all leak detection switch off and will not index off.
V2 (t) = Vc2 (t)
(Vc2 (t) + V3 (t) + V4 (t) ) × R F. . . (24)
In other words, V2 (t) , V3 (t) , and V4 (t) in Equation (24) are actually measured values measured when the leak detection switch 109 is off, and Vc2 (t) is V2 (t) . This is the actual voltage of the corresponding cell 2. From this equation (24), the actual voltage Vc2 (t) of the cell 2 is obtained by the following equation (25).
Vc2 (t) = (V2 (t) + (V3 (t) + V4 (t) ) × R F ) / (1-R F )
. . . (25)

(車両稼働中のセル1の実電圧の算出)
セル1の検出電圧V1(t)と実電圧Vc1(t)の関係は、式(3)、(4)から上記と同様に、式(26)で表わされる。
V1(t)=Vc1(t)+(Vc2(t)+V3(t)+V4(t))×R
...(26)
これを変形した式(27)で、実電圧Vc1(t)を算出することができる。
Vc1(t)=V1(t)−(Vc2(t)+V3(t)+V4(t))×R
...(27)
式(27)ではV1(t)、V3(t)、V4(t)が測定値(セル電圧の検出値)であり、Vc2(t)は上記の式(25)で求められる値であるので、これらによりセル1の実電圧Vc1(t)が求められる。
(Calculation of actual voltage of cell 1 while the vehicle is operating)
The relationship between the detection voltage V1 (t) of the cell 1 and the actual voltage Vc1 (t) is expressed by the equation (26) in the same manner as described above from the equations (3) and (4).
V1 (t) = Vc1 (t) + (Vc2 (t) + V3 (t) + V4 (t) ) × R F
. . . (26)
The actual voltage Vc1 (t) can be calculated by Expression (27) obtained by modifying this.
Vc1 (t) = V1 (t) − (Vc2 (t) + V3 (t) + V4 (t) ) × R F
. . . (27)
In Expression (27), V1 (t) , V3 (t) , and V4 (t) are measured values (cell voltage detection values), and Vc2 (t) is a value obtained from Expression (25) above. Thus, the actual voltage Vc1 (t) of the cell 1 is obtained.

<2つの隣り合う電圧検出線の間にコンデンサが接続されている場合の検出電圧差を用いた実電圧の算出方法>
この方法も、上記の電圧検出線とグラウンド線との間にコンデンサが接続されている図11の場合と同様に、車両の稼働中でのセル1〜3の実電圧を算出するものである。ここでも、図11、図12で説明したように、電圧検出線SL2とSL3の間に接続されたコンデンサ103にリークが発生しているとして説明する。この場合に検出電圧が実電圧と異なるのは、この2つの電圧検出線SL2とSL3を電圧検出線として用いているセル1〜セル3であり、これ以外のセルの検出電圧は、リーク検出スイッチのオフ/オンに関係無く実電圧と等しくなる。
まず、リークが発生しているコンデンサ103に対応したセル2(リーク発生セル)の実電圧を算出し、この結果を用いてセル1の実電圧を算出する。
<Calculation method of actual voltage using detection voltage difference when capacitor is connected between two adjacent voltage detection lines>
This method also calculates the actual voltages of the cells 1 to 3 during operation of the vehicle, as in the case of FIG. 11 in which a capacitor is connected between the voltage detection line and the ground line. Here, as described with reference to FIGS. 11 and 12, the description will be made assuming that a leak occurs in the capacitor 103 connected between the voltage detection lines SL2 and SL3. In this case, the detection voltage is different from the actual voltage in the cells 1 to 3 using the two voltage detection lines SL2 and SL3 as voltage detection lines, and the detection voltages of the other cells are leak detection switches. It becomes equal to the actual voltage regardless of whether it is off or on.
First, the actual voltage of the cell 2 (leak generating cell) corresponding to the capacitor 103 in which leakage occurs is calculated, and the actual voltage of the cell 1 is calculated using this result.

式(11)、(12)で、車両の始動時に、電池システムとインバータが接続されていない状態で測定されたセル電圧V2off、V2on、Vc2の右肩に(0)を付けて表わす。
V2off (0)=Vc2(0)×RL/(2×Rcv+RL) ...(28)
V2on (0)=Vc2(0) ...(29)
ここでR=Rcv/RL(上記の式(21)とは異なる)とすると、式(28)は、
V2off (0)=V2on (0)/(2×R+1) ...(30)
=Rcv/RL ...(31)
となり、式(30)から、
=(V2on (0)−V2off (0))/V2off (0) ...(32)
としてRが求められる。
In the expressions (11) and (12), (0) is added to the right shoulder of the cell voltages V2 off , V2 on and Vc2 measured when the battery system and the inverter are not connected when the vehicle is started.
V2 off (0) = Vc2 (0) × RL / (2 × Rcv + RL). . . (28)
V2 on (0) = Vc2 (0) . . . (29)
Here, if R F = Rcv / RL (different from the above equation (21)), the equation (28) is
V2 off (0) = V2 on (0) / (2 × R F +1). . . (30)
R F = Rcv / RL. . . (31)
From equation (30),
R F = (V2 on (0) −V2 off (0) ) / V2 off (0) . . . (32)
R F is obtained as follows.

なお、式(30)、(31)を用いてリーク抵抗RLを算出することができる。またリーク電流ILは、式(28)から以下のように求めることができる。
IL=Vc2(0)/(2×Rcv+RL)
=V2off/RL ...(33)
Note that the leakage resistance RL can be calculated using the equations (30) and (31). Further, the leakage current IL can be obtained from the equation (28) as follows.
IL = Vc2 (0) / (2 × Rcv + RL)
= V2 off / RL. . . (33)

(車両稼働中のセル2の実電圧の算出)
電池システムにインバータ等の負荷が接続された、車両の稼働状態では、リーク検出スイッチ109はオフとされるので、式(11)に対応する電圧測定のみ行われる。この車両が稼働状態でのセル電圧V2off、Vc2を右肩に(t)を付けて表わし、式(31)のRを代入すると、
V2off (t)=Vc2(t)/(2×R+1) ...(34)したがって、
さらに、電圧検出が全てリーク検出スイッチオフで行われるので、添字offを省略して、
V2(t)=Vc2(t)/(2×R+1) ...(35)
となるので、セル2の実電圧Vc2(t)は Vc2(t)=V2(t)×(2×R+1) ...(36)
として求められる。
(Calculation of actual voltage of cell 2 while the vehicle is operating)
In a vehicle operating state in which a load such as an inverter is connected to the battery system, the leak detection switch 109 is turned off, so that only voltage measurement corresponding to the equation (11) is performed. When cell voltages V2 off and Vc2 when the vehicle is in operation are represented by adding (t) to the right shoulder and substituting R F in equation (31),
V2 off (t) = Vc2 (t) / (2 × R F +1). . . (34) Therefore,
Further, since all voltage detection is performed with the leak detection switch off, the suffix off is omitted,
V2 (t) = Vc2 (t) / (2 × R F +1). . . (35)
Therefore, the actual voltage Vc2 (t) of the cell 2 is Vc2 (t) = V2 (t) × (2 × R F +1). . . (36)
As required.

(車両稼働中のセル1の実電圧の算出)
セル1の検出電圧V1(t)と実電圧Vc1(t)の関係は、式(9)、(10)から上記と同様に、式(31)のRを用いて、以下の式(37)で表わされる。
V1(t)=Vc1(t)+Vc2(t)×R/(2×R+1) ...(37)
これを変形した式(38)により、セル1の実電圧Vc1(t)を算出することができる。
Vc1(t)=V1(t)−Vc2(t)×R/(2×R+1) ...(38)
なお、Vc2(t)は式(36)で算出されている。
(Calculation of actual voltage of cell 1 while the vehicle is operating)
Relation of the detection voltage of the cell 1 V1 (t) and the actual voltage Vc1 (t) of the formula (9), similarly to the above (10), with R F of formula (31), the following equation (37 ).
V1 (t) = Vc1 (t) + Vc2 (t) × R F / (2 × R F +1). . . (37)
The actual voltage Vc1 (t) of the cell 1 can be calculated by Equation (38) obtained by modifying this.
Vc1 (t) = V1 (t) −Vc2 (t) × R F / (2 × R F +1). . . (38)
Note that Vc2 (t) is calculated by the equation (36).

(車両稼働中のセル3の実電圧の算出)
式(9)、(10)と式(13)、(14)は実質的に同等であるので、セル3の実電圧Vc1(t)も、式(38)と同等の式(39)で算出できる。
Vc3(t)=V3(t)−Vc2(t)×R/(2×R+1) ...(39)
なお、セル1の場合と同様に、Vc2(t)は式(36)で算出されている。
(Calculation of actual voltage of cell 3 while the vehicle is operating)
Since the equations (9) and (10) and the equations (13) and (14) are substantially equivalent, the actual voltage Vc1 (t) of the cell 3 is also calculated by the equation (39) equivalent to the equation (38). it can.
Vc3 (t) = V3 (t) −Vc2 (t) × R F / (2 × R F +1). . . (39)
As in the case of cell 1, Vc2 (t) is calculated by equation (36).

なお、RCフィルタのコンデンサ103が、図4に示すように接続されている場合も、上記と同様にリークによる実電圧からの検出電圧のずれを補正することができるが、説明は省略する。さらに、図3、図4でコンデンサ103の一方の接続先がグラウンド線(GL)となっているものを電源線(VL)に接続した回路の場合であっても、上記と同様にリークによる実電圧からの検出電圧のずれを補正することができるが、説明は省略する。
また、以上で説明したリーク検出スイッチ109のオフ/オンでの検出電圧差を用いて、車両が稼働中における検出電圧を補正して実電圧を算出する動作は、バッテリコントローラ200で行われる。
Note that even when the capacitor 103 of the RC filter is connected as shown in FIG. 4, the deviation of the detected voltage from the actual voltage due to leakage can be corrected in the same manner as described above, but the description thereof is omitted. Further, even in the case of a circuit in which one of the connection destinations of the capacitor 103 in FIG. 3 and FIG. The deviation of the detected voltage from the voltage can be corrected, but the description is omitted.
Further, the battery controller 200 performs an operation of calculating the actual voltage by correcting the detected voltage during operation of the vehicle by using the detection voltage difference between when the leak detection switch 109 is turned on and off as described above.

<その他のバランシング抵抗の設置例>
また、実際の回路では、図13に示されるような、バランシング抵抗102がバランシングスイッチ108の正電位側に配置される場合、あるいは、図14に示されるような、バランシング抵抗102がバランシングスイッチ108の正電位側と負電位側の両側に分割して配置される場合も考えられる。
通常、バランシング抵抗102は最大で数〜数十mAオーダーの電流を流すために、数十Ωオーダーの抵抗値が用いられる。また、10kHzオーダーのインバーターノイズを充分に減衰させるため、セル電圧入力用のRCフィルタのカットオフ周波数は100Hz以下に設定される。RCフィルタのコンデンサの容量を大きくすると、コストが高くなり面積も増えるので、RCフィルタの抵抗値は一般的にkΩオーダーの値が設定される。従って、バランシング抵抗102はRCフィルタの抵抗(Rcv)101に比べて十分小さい。よって、リーク検出スイッチ109をオフとして測定したセル電圧測定値と、リーク検出スイッチ109をオンとして測定したセル電圧測定値の差が、リーク電流により発生する電圧検出誤差と見てもかまわない。
したがって、図13あるいは図14のような回路の場合でも、電圧検出誤差を発生させるレベルのリーク電流が流れているかどうか、リーク検出スイッチ109をオンとオフの状態で測定したセル電圧値から判断する事ができる。
<Other examples of balancing resistors>
In an actual circuit, when the balancing resistor 102 is arranged on the positive potential side of the balancing switch 108 as shown in FIG. 13, or when the balancing resistor 102 of the balancing switch 108 is shown as shown in FIG. There may be a case where the positive potential side and the negative potential side are divided and arranged.
Normally, the balancing resistor 102 has a resistance value of the order of several tens of ohms in order to pass a current of the order of several to several tens of mA at the maximum. Further, in order to sufficiently attenuate the inverter noise on the order of 10 kHz, the cut-off frequency of the RC filter for cell voltage input is set to 100 Hz or less. When the capacitance of the RC filter capacitor is increased, the cost increases and the area also increases. Therefore, the resistance value of the RC filter is generally set to a value on the order of kΩ. Therefore, the balancing resistance 102 is sufficiently smaller than the resistance (Rcv) 101 of the RC filter. Therefore, the difference between the measured cell voltage value measured with the leak detection switch 109 turned off and the measured cell voltage value measured with the leak detection switch 109 turned on may be regarded as a voltage detection error caused by the leakage current.
Therefore, even in the case of the circuit as shown in FIG. 13 or FIG. 14, it is determined from the cell voltage value measured with the leak detection switch 109 on and off whether or not a leak current at a level causing a voltage detection error flows. I can do things.

<リーク発生によるセルの過充電とこの過充電を避けるためのバランシング放電制御>
上記で説明したように、セルコントローラIC100のセル電圧入力端子に設けられたRCフィルタのコンデンサ劣化、セルコントローラIC100内に設けられたESD対策用のダイオード劣化、あるいはセルコントローラIC100の電圧検出端子付近の絶縁不良等の種々の原因によるリークが発生すると、セル電圧は実電圧からずれた電圧値がセル電圧としてセルコントローラIC100の電圧測定回路(不図示)で検出される。すなわちセル電圧の誤検出が発生する。
上記では、図3あるいは図2に示すRCフィルタ回路を備えた構成の電池システム監視装置に対し、図9および図11に示す構成を備えた本発明による電池システム監視装置のように、さらにリーク検出スイッチ109をセルコントローラIC100内に設けることにより、このセル電圧が誤検出されていること、すなわちリークが発生していることを検出することが可能な電池システム監視装置について説明した。また、このリーク検出が可能な本発明による電池システム監視装置を用いて、車両稼働中の誤検出されたセル電圧の補正方法について説明した。
<Cell overcharge due to leakage and balancing discharge control to avoid this overcharge>
As described above, the capacitor deterioration of the RC filter provided at the cell voltage input terminal of the cell controller IC 100, the diode deterioration provided in the cell controller IC 100 for ESD countermeasures, or the vicinity of the voltage detection terminal of the cell controller IC 100 When leakage due to various causes such as insulation failure occurs, a voltage value deviating from the actual voltage is detected as a cell voltage by a voltage measurement circuit (not shown) of the cell controller IC 100. That is, erroneous detection of the cell voltage occurs.
In the above, the battery system monitoring apparatus having the RC filter circuit shown in FIG. 3 or 2 is further detected as in the battery system monitoring apparatus according to the present invention having the structure shown in FIGS. A battery system monitoring apparatus has been described in which the switch 109 is provided in the cell controller IC 100 to detect that this cell voltage is erroneously detected, that is, that a leak has occurred. In addition, the correction method of the erroneously detected cell voltage during operation of the vehicle has been described using the battery system monitoring apparatus according to the present invention capable of detecting this leak.

−他の実施形態−
リークが発生すると、セル電圧の誤検出だけでなく、この誤検出されたセル電圧を上記で説明したように補正を行わないと、単電池セルが過充電となる可能性がある。特に、たとえば、リークは進行してくると、そのリーク抵抗の低下速度は大きくなることがあり、また環境温度によっても低下することがある。このような場合、車両の始動時でのリーク抵抗から車両の稼働中のリーク抵抗が低下する可能性がある。
この場合は、車両の始動時でのリーク検出スイッチ109のオフ/オンでの検出電圧差を用いたセル電圧の補正量が不足する可能性がある。セル電圧の補正量が不足すると、検出されるセル電圧は実電圧より高くなるので、この検出されたセル電圧に基づくバランシング放電量が不足する。このバランシング放電電流の不足分は検出されないので、電池システムの充放電動作が行われると過充電となる可能性がある。
-Other embodiments-
When the leak occurs, not only the erroneous detection of the cell voltage but also the single battery cell may be overcharged unless the erroneously detected cell voltage is corrected as described above. In particular, for example, as the leak progresses, the rate of decrease in the leak resistance may increase and may also decrease depending on the environmental temperature. In such a case, there is a possibility that the leakage resistance during operation of the vehicle is reduced due to the leakage resistance at the start of the vehicle.
In this case, there is a possibility that the correction amount of the cell voltage using the detection voltage difference when the leak detection switch 109 is turned off / on at the start of the vehicle is insufficient. If the correction amount of the cell voltage is insufficient, the detected cell voltage becomes higher than the actual voltage, so that the balancing discharge amount based on the detected cell voltage is insufficient. Since the shortage of the balancing discharge current is not detected, there is a possibility of overcharging if the battery system is charged and discharged.

この過充電を避けるために、単電池セルのバランシング放電でのバランシング抵抗の実効抵抗値を制御する方法がある。本発明による電池監視装置のリーク検出機能を利用して、このバランシング抵抗の実効抵抗値の制御を切り替えることにより、効率よく単電池セルの過充電を避ける電池監視装置とすることができる。
以下では、図2に示す回路構成を備えた電池監視装置に、さらにリーク検出スイッチを設けた構成(図11)を備えた本発明による電池監視装置を例にして、本発明による電池監視装置を用いたバランシング放電制御について説明する。
なお、上記の説明で分かるように、この方法は、前述のセル電圧の補正を行わない場合や、セル電圧の補正が不足すると思われる場合に適用すると、過充電を避ける有効な方法となる。以下では、前述のセル電圧の補正を行わないことを前提に説明する。
In order to avoid this overcharge, there is a method of controlling the effective resistance value of the balancing resistor in the balancing discharge of the single battery cell. By switching the control of the effective resistance value of the balancing resistor using the leak detection function of the battery monitoring device according to the present invention, a battery monitoring device that efficiently avoids overcharging of the single battery cell can be obtained.
In the following, the battery monitoring apparatus according to the present invention will be described by taking the battery monitoring apparatus according to the present invention provided with a configuration (FIG. 11) provided with a leak detection switch in addition to the battery monitoring apparatus having the circuit configuration shown in FIG. The balancing discharge control used will be described.
As can be seen from the above description, this method is an effective method for avoiding overcharge when it is applied when the above-described cell voltage correction is not performed or when the cell voltage correction is considered to be insufficient. The following description is based on the assumption that the above-described cell voltage correction is not performed.

(リーク発生によるセル電圧の誤検出)
図12は、図2に示す回路構成の一部を分かり易く示したものである。バランシングスイッチ(BSW)は、見易いようにセルコントローラIC100から引き出されて示してある。
図15は、簡単のため、たとえば、Vc1=Vc2=Vc3=3.6V、Rcv=30kΩとした場合に、リーク抵抗(RL)の抵抗値と検出されるセル電圧の関係を示す。図15に示すように、リーク抵抗が小さくなるほど、リークが発生したセル(セル2)の検出電圧が低くなる。逆に、リークが発生したセルの上下のセル(セル1、セル3)では、セルの検出電圧は高くなる。この例では、リーク抵抗(RL)131の抵抗値が100kΩまで低下した場合、3.6Vの実電圧はリークを発生したセルの端子間電圧の検出値は2.25Vとなり、リークを発生したセル(セル2)の上下のセル(セル2、3)での端子間電圧の検出値は4.2Vを超える電圧として検出される。
(Incorrect detection of cell voltage due to leakage)
FIG. 12 shows a part of the circuit configuration shown in FIG. 2 in an easy-to-understand manner. The balancing switch (BSW) is drawn from the cell controller IC 100 for easy viewing.
FIG. 15 shows the relationship between the resistance value of the leak resistance (RL) and the detected cell voltage when, for example, Vc1 = Vc2 = Vc3 = 3.6 V and Rcv = 30 kΩ for simplicity. As shown in FIG. 15, the smaller the leak resistance, the lower the detection voltage of the cell (cell 2) where the leak occurred. Conversely, in the cells above and below the leaked cell (cell 1, cell 3), the cell detection voltage is high. In this example, when the resistance value of the leak resistance (RL) 131 is reduced to 100 kΩ, the actual voltage of 3.6 V is 2.25 V, and the detected value of the voltage between the terminals of the leaked cell is 2.25 V. The detected value of the inter-terminal voltage in the upper and lower cells (cells 2 and 3) of (cell 2) is detected as a voltage exceeding 4.2V.

後述の説明から分かるように、RCフィルタのコンデンサやセルコントローラIC100内のESD対策ダイオード等、またセルコントーラIC100のCV端子付近の配線パターン等の絶縁不良は、通常徐々に進行する。何らかのノイズ等の影響で、もしもこのリークが、ある時点で突然増大した場合、セル電圧の検出値は4.2Vを超えて4.35Vの過充電保護電圧を上回り、過充電として異常を検出される可能性がある。   As can be seen from the following description, insulation defects such as a capacitor of the RC filter, an ESD countermeasure diode in the cell controller IC 100, and a wiring pattern near the CV terminal of the cell controller IC 100 usually progress gradually. If this leak suddenly increases at some point due to some noise, the detected value of the cell voltage exceeds 4.2V and exceeds the overcharge protection voltage of 4.35V, and an abnormality is detected as overcharge. There is a possibility.

なお、過充電保護電圧は、これ以上充電させない電圧である。また、図5で説明したように、リチウムイオン電池はある電圧以上では発熱が増加し、さらに電圧が上昇すると電極や電解液の劣化(化学変化)が起こり、不可逆的に電池が劣化し、一旦電圧は低下する。その後、さらに充電を続けると、図5で説明したように、電解液が分解してガスが発生し、ガス排出弁が作動する。
したがって、この過充電保護電圧は、発熱の問題が起きないような余裕をもった電圧に設定する。この電圧はリチウム電池の組成や構造によって異なるので、上記の4.35Vはあくまであるリチウムイオン電池での例である。また同様に過放電保護電圧もあるが、ここでは説明は省略する。
Note that the overcharge protection voltage is a voltage that prevents further charging. In addition, as described with reference to FIG. 5, the lithium ion battery generates heat at a certain voltage or higher, and when the voltage further rises, the electrode and electrolyte deteriorate (chemical change), and the battery deteriorates irreversibly. The voltage drops. Thereafter, when the charging is further continued, as described in FIG. 5, the electrolytic solution is decomposed to generate gas, and the gas discharge valve is activated.
Therefore, this overcharge protection voltage is set to a voltage with a margin so that the problem of heat generation does not occur. Since this voltage varies depending on the composition and structure of the lithium battery, the above 4.35 V is merely an example of a certain lithium ion battery. Similarly, there is an overdischarge protection voltage, but the description is omitted here.

図16は、図15とは逆に、各単電池セルで検出された端子間電圧が、V1=V2=V3=3.6Vの場合に、各々のセルの実電圧とリーク抵抗(RL)131の抵抗値の関係を示したものである。ここでもRcv=30kΩとしている。
リーク抵抗(RL)131の抵抗値が300kΩの場合、端子間電圧の測定で3.6Vが検出されていても、リークの発生しているセルの実電圧は4.35Vとなっている。さらにリーク抵抗RLが100kΩまで低下した場合には、リーク発生セルの実電圧は約5.8Vに達する可能性がある。
しかしながら、バランシング抵抗102とセル電圧入力抵抗101が適切な値に設定された、本発明による組電池の監視装置を用いることにより、セルの実電圧が過充電保護電圧以上とならないようにすることができる。以下、このバランシング抵抗102とセル電圧入力抵抗101の抵抗値の設定について説明する。
16, contrary to FIG. 15, when the voltage between the terminals detected in each single battery cell is V1 = V2 = V3 = 3.6 V, the actual voltage of each cell and the leakage resistance (RL) 131 This shows the relationship between the resistance values. Again, Rcv = 30 kΩ.
When the resistance value of the leak resistance (RL) 131 is 300 kΩ, the actual voltage of the leaking cell is 4.35 V even if 3.6 V is detected by measuring the voltage between the terminals. Further, when the leak resistance RL is lowered to 100 kΩ, the actual voltage of the leak generating cell may reach about 5.8V.
However, by using the assembled battery monitoring device according to the present invention in which the balancing resistor 102 and the cell voltage input resistor 101 are set to appropriate values, it is possible to prevent the actual voltage of the cell from exceeding the overcharge protection voltage. it can. Hereinafter, setting of the resistance values of the balancing resistor 102 and the cell voltage input resistor 101 will be described.

(リーク発生時のバランシング電流の計算値と実際の電流値)
図12、図15、図17を参照してリーク発生時のバランシング放電について説明する。
図15は、たとえば、図12のセル2の電圧検出線SL2、SL3が接続された、2つのセル電圧入力端子105の間でリークが発生し、その上下のセル1、セル3で高い電圧が検出された場合を示している。ただし、ここではセル1〜3は、全て同程度の実電圧(=3.6V)になっているとする。またRcv=30kΩとして計算してある。
式(2)、(3)で説明したように、セル1、セル3では実電圧が3.6Vであるが、リーク抵抗(RL)131の抵抗値が小さくなると、検出される電圧は高くなる。またセル2の検出電圧は逆に低くなるが、セル2での検出電圧の低下の大きさはセル1、セル3での検出電圧の増加の大きさより大きい。検出電圧があまりに低い場合には、過放電状態であるとして判断されて警告が発せられ、電池システムの使用停止等の対応が行われる。しかし、過放電の場合は過充電の場合のような発熱やセル内部の圧力増大等の問題は発生しない。ここでは過充電となるような動作とこれを防ぐための本発明による電池システム監視装置の動作について説明する。
(Calculated value of balancing current and actual current value when leak occurs)
The balancing discharge when a leak occurs will be described with reference to FIGS.
In FIG. 15, for example, a leak occurs between two cell voltage input terminals 105 to which the voltage detection lines SL2 and SL3 of the cell 2 in FIG. The case where it is detected is shown. However, here, the cells 1 to 3 are all assumed to have the same actual voltage (= 3.6 V). In addition, the calculation is performed with Rcv = 30 kΩ.
As described in Expressions (2) and (3), the actual voltage is 3.6 V in cell 1 and cell 3, but the detected voltage increases as the resistance value of leak resistance (RL) 131 decreases. . On the contrary, the detection voltage of the cell 2 becomes low, but the magnitude of the decrease in the detection voltage in the cell 2 is larger than the magnitude of the increase in the detection voltage in the cells 1 and 3. If the detected voltage is too low, it is determined that the battery is in an overdischarged state, a warning is issued, and countermeasures such as stopping the use of the battery system are taken. However, in the case of overdischarge, problems such as heat generation and an increase in pressure inside the cell do not occur as in the case of overcharge. Here, the operation of overcharging and the operation of the battery system monitoring apparatus according to the present invention for preventing this will be described.

図15で、リーク抵抗RLが300kΩの場合を考える。リークが発生したセル2の上下のセル1、3では実電圧3.6Vより高い3.9Vがセルの端子間電圧(セル電圧)として検出される。電池システムの複数の単電池セルでこのようにセル電圧にばらつきが発生すると、高いセル電圧の単電池セルで、検出された電圧を下げる動作すなわちバランシング放電が行われる。このバランシング放電は、図12に示すように、バランシングスイッチ(BSW)108をオンとして行う。これによりバランシング放電電流(IB)133が流れる。
バランシング放電時間は、検出されたセル電圧とバランシング抵抗で算出されるバランシング電流とこのセルのSOCに基づいて算出される。なお、算出方法については種々の方法があるが、ここでは説明は省略する。ただし、上記で簡単に説明したバランシング電流を積算するような方法のように、端子間電圧は正確に求める必要がある。
バランシング放電がセルの実電圧でなく、検出された電圧に基づいて行われるので、算出されたバランシング電流は、実電圧に基づくものに比べ、約8.3%(3.9V/3.6V=1.083)大きくなる。この状態で放電を行うと、予定した電流量が放電されないので、放電終了後のこのセルの電圧は当初予定した電圧まで低下せず、放電終了後に検出される電圧は、バランシング未達の状態であるやや高めの電圧となる。この高めの電圧が検出されると、再度バランシング放電が行われ、結局検出された電圧ばらつきを解消するようなバランシング放電が行われる。
Consider the case where the leak resistance RL is 300 kΩ in FIG. In the cells 1 and 3 above and below the leaked cell 2, 3.9 V, which is higher than the actual voltage 3.6 V, is detected as the cell terminal voltage (cell voltage). When the cell voltage varies in this way in a plurality of unit cells of the battery system, an operation for lowering the detected voltage, that is, balancing discharge is performed in the unit cell having a high cell voltage. This balancing discharge is performed with the balancing switch (BSW) 108 turned on as shown in FIG. As a result, a balancing discharge current (IB) 133 flows.
The balancing discharge time is calculated based on the detected cell voltage, the balancing current calculated by the balancing resistance, and the SOC of this cell. There are various calculation methods, but the description is omitted here. However, it is necessary to accurately obtain the voltage between the terminals as in the method of integrating the balancing currents described briefly above.
Since the balancing discharge is performed based on the detected voltage, not the actual voltage of the cell, the calculated balancing current is about 8.3% (3.9V / 3.6V = 1.083) Increased. When discharging in this state, the planned amount of current is not discharged, so the voltage of this cell after the end of discharge does not drop to the originally planned voltage, and the voltage detected after the end of discharge is in a state where balancing has not been achieved. Somewhat higher voltage. When this higher voltage is detected, balancing discharge is performed again, and balancing discharge is finally performed to eliminate the detected voltage variation.

図17は、このバランシング放電の様子を概略的に示したものである。直線Aはセルの端子間電圧のばらつきで放電対象となるものの大きさΔVが実電圧と検出電圧とで一致することを示し、直線Bは、上記の理由によってこのΔVが解消されず実電圧が予定していた電圧まで低下しないことを示している。
当初検出されたセル電圧で1回目のバランシング放電を行っても、実電圧のΔVは直線A(ΔV1)から直線B(ΔV2)までしか低下しない。バランシング放電未達となった電圧(ΔV2)分は、次回のセルの端子間電圧測定時に検出され、さらにバランシング放電される(2回目のバランシング放電)。このようにして、検出電圧に基づくバランシング放電が行われ、結局検出電圧に基づくセル電圧のばらつきΔVだけ実電圧も低下することになる。
FIG. 17 schematically shows the state of this balancing discharge. The straight line A shows that the magnitude ΔV of the discharge target due to the variation in the voltage between the terminals of the cells is the same between the actual voltage and the detected voltage, and the straight line B is that the actual voltage is This indicates that the voltage does not drop to the planned voltage.
Even if the first balancing discharge is performed with the initially detected cell voltage, the actual voltage ΔV decreases only from the straight line A (ΔV1) to the straight line B (ΔV2). The voltage (ΔV2) that has not reached the balancing discharge is detected at the next cell terminal voltage measurement, and further balanced discharge (second balancing discharge) is performed. In this way, balancing discharge based on the detected voltage is performed, and eventually the actual voltage is lowered by the cell voltage variation ΔV based on the detected voltage.

このように、バランシング放電によって、複数のセルの端子間電圧のばらつきが解消されるが、この端子間電圧は実電圧にもとづくものではなく、検出電圧に基づくものである。バランシング放電によって、全てのセルの電圧は一旦低い電圧に揃えられ、さらに充電されるか、あるいは、バランシング放電と充電を交互に行ってもよい。充電後に全てのセルの検出電圧が3.6Vに揃えられたとすると、セルの実電圧は図16に示すグラフに基づきリーク抵抗に応じた値となる。たとえば、リーク抵抗300kΩで、セル1、3は3.25V、セル2は4.35Vとなる。   Thus, the balancing discharge eliminates the variation in the voltage between the terminals of the plurality of cells, but the voltage between the terminals is not based on the actual voltage but based on the detected voltage. The voltage of all the cells is once adjusted to a low voltage by the balancing discharge and further charged, or the balancing discharge and the charging may be alternately performed. Assuming that the detection voltages of all the cells are set to 3.6 V after charging, the actual voltage of the cells becomes a value corresponding to the leakage resistance based on the graph shown in FIG. For example, with a leak resistance of 300 kΩ, cells 1 and 3 have a voltage of 3.25 V and cell 2 has a voltage of 4.35 V.

なお、前述のように、バランシング抵抗(Rb)102は、数十Ω〜数百Ωであるが、バランシングスイッチ(BSW)108のオン/オフの切り替え制御(デューティ制御)により、平均電流を適宜低減できる。すなわち、BSW108のデューティ制御によって、抵抗値が実効的に可変なバランシング抵抗Rbefとすることができる。以下の説明でも、バランシング抵抗はデューティ制御を含む実効的なバランシング抵抗Rbefとする。 As described above, the balancing resistor (Rb) 102 is several tens of Ω to several hundreds Ω, but the average current is appropriately reduced by ON / OFF switching control (duty control) of the balancing switch (BSW) 108. it can. That is, by the duty control of the BSW 108, the balancing resistance Rb ef whose resistance value is effectively variable can be obtained. Also in the following description, the balancing resistor is assumed to be an effective balancing resistor Rb ef including duty control.

(バランシング放電によるリーク発生セルの過充電)
図18は、リーク電流とバランシング電流の関係により、リークが発生しているセルの端子間電圧の実電圧がどの程度まで上昇する可能性があるかを示している。ただし、ここでは最初全てのセルの端子間電圧が実電圧で4.1V、すなわち通常100%のSOCに対応する電圧になっているとしている。また、セル電圧入力抵抗(Rcv)101は、100kΩとしている。
図12での記載に合わせて、リーク電流(IL)132は、以下の式(40)で算出される。
IL=Vc2/(2×Rcv+RL) ...(40)
なお、これは、上記の式(33)と等価であり、式(33)の添え字(0)とoffを省略したものである。
ただし、リーク電流を算出するために、図18の横軸は純粋なリーク抵抗RLでなく、リーク放電抵抗2×Rcv+RLとしているので、横軸が200kΩの所で、RL=0Ωとなり、これが最大のリーク電流となる。
(Overcharge of leaking cells due to balancing discharge)
FIG. 18 shows how much the actual voltage of the inter-terminal voltage of the cell in which the leak occurs may increase due to the relationship between the leak current and the balancing current. However, here, the inter-terminal voltage of all cells is assumed to be an actual voltage of 4.1 V, that is, a voltage corresponding to a normal SOC of 100%. The cell voltage input resistance (Rcv) 101 is 100 kΩ.
In accordance with the description in FIG. 12, the leakage current (IL) 132 is calculated by the following equation (40).
IL = Vc2 / (2 × Rcv + RL). . . (40)
This is equivalent to the above equation (33), and the subscripts (0) and off of the equation (33) are omitted.
However, in order to calculate the leak current, the horizontal axis in FIG. 18 is not a pure leak resistance RL, but a leak discharge resistance 2 × Rcv + RL. Therefore, when the horizontal axis is 200 kΩ, RL = 0Ω, which is the maximum. Leakage current.

実効バランシング抵抗Rbefが約512kΩであるとすると、上記で説明したように、バランシング電流IBは実電圧で考えてよいので、IB=4.1V/512kΩ=0.008mAとなる。
リーク電流ILは、リーク抵抗RLが小さいほど増加し、リーク放電抵抗2×Rcv+RLが512kΩの所でバランシング電流と交差する。リーク抵抗(RL)131は、この交差点で約312kΩとなる。
Assuming that the effective balancing resistance Rb ef is about 512 kΩ, as described above, the balancing current IB may be considered as an actual voltage, so that IB = 4.1 V / 512 kΩ = 0.008 mA.
The leak current IL increases as the leak resistance RL decreases, and crosses the balancing current when the leak discharge resistance 2 × Rcv + RL is 512 kΩ. The leak resistance (RL) 131 is about 312 kΩ at this intersection.

図18で、リーク放電抵抗が512kΩより大きい所ではバランシング電流の方がリーク電流より大きい。電池システムでは、バランシング放電だけでなく、全セルの充電も適宜行われる。このような状態では、リークが発生している単電池セルではバランシング放電が行われないので、このバランシング放電の分だけ充電され、その実セル電圧は増加する。このリークを起こしているセルの実電圧が図18の「実セル電圧」の曲線として示されている。   In FIG. 18, the balancing current is larger than the leakage current where the leakage discharge resistance is larger than 512 kΩ. In the battery system, not only balancing discharge but also charging of all cells is performed as appropriate. In such a state, balancing discharge is not performed in a single battery cell in which leakage occurs, so that the battery is charged by the amount of this balancing discharge, and the actual cell voltage increases. The actual voltage of the leaking cell is shown as the “actual cell voltage” curve in FIG.

上記の説明を言い換えると、実効バランシング抵抗Rbefとリーク放電抵抗が一致すればバランシング電流とリーク電流が一致するので、リーク発生後のバランシング放電と充電により、全セル電圧の検出電圧がSOC=100%の電圧に対応する電圧V(F、D)(Fはフル充電、Dは検出電圧を意味する)に揃えられた場合、リークが発生しているセルの実電圧V(F、R)(Fはフル充電、Rは実電圧を意味する)は、以下の式(41)で表わされる電圧まで上昇する可能性がある。
V(F、R)=V(F、D)×(Rbef+Rcv)/Rbef ...(41)
ここでRbef=2×Rcv+RLとなっている。
図18および図19に示されている、リーク発生セルの実電圧はこの式(39)で表わされるものである。
In other words, if the effective balancing resistance Rb ef and the leak discharge resistance coincide with each other, the balancing current and the leak current coincide with each other. Therefore, the detection voltage of the entire cell voltage is set to SOC = 100 by the balancing discharge and charging after the occurrence of the leak. %, The voltage V (F, D) (F is full charge and D is the detection voltage) corresponding to the voltage of the voltage of the actual voltage V (F, R) ( (F means full charge and R means actual voltage) may rise to a voltage represented by the following equation (41).
V (F, R) = V (F, D) × (Rb ef + Rcv) / Rb ef . . . (41)
Here, Rb ef = 2 × Rcv + RL.
The actual voltage of the leak generating cell shown in FIGS. 18 and 19 is expressed by this equation (39).

リークは、通常、最初わずかなリークから始まり、次第にリーク電流が増加する。すなわち、リーク発生当初はリーク抵抗は大きいが、次第にリーク抵抗が小さくなり、リーク電流が増加する。
図18では、リーク抵抗は図右側の大きな値から始まり、左側に進んでゆくが、リーク放電抵抗が512kΩまでは、リークが発生しているセルの実電圧が増加する。512kΩ以下になるとリーク電流の方が、バランシング電流より大きいので、リーク発生しているセルの実電圧は逆に低下する。
したがって最も高い実電圧が発生する可能性のある場合は、リーク抵抗が312kΩ(リーク放電抵抗が512kΩ)となる場合で、この場合は図18の上側に示す電圧到達可能限界まで電圧が上昇する可能性がある。
Leakage usually starts with a slight leak and gradually increases. That is, although the leak resistance is large at the beginning of the leak, the leak resistance gradually decreases and the leak current increases.
In FIG. 18, the leakage resistance starts from a large value on the right side of the figure and proceeds to the left side, but the actual voltage of the leaking cell increases until the leakage discharge resistance reaches 512 kΩ. When the current is 512 kΩ or less, the leakage current is larger than the balancing current, so the actual voltage of the cell in which the leakage occurs decreases.
Therefore, when the highest actual voltage is likely to occur, the leakage resistance is 312 kΩ (leakage discharge resistance is 512 kΩ). In this case, the voltage can rise to the voltage reachable limit shown on the upper side of FIG. There is sex.

図19は、リーク発生しているセルの実電圧を、上記の過充電保護電圧程度の電圧である4.30V以下にするための制御を説明するための図である。図11でも図18の場合と同様に、最初全てのセルの実電圧が4.1Vであったとする。
上記の説明で分かるように、リークが発生したセルの実電圧の最大到達電圧を4.30Vとするには、最大到達電圧が4.30Vとなるリーク放電抵抗4000kΩでリーク電流ILの直線とバランシング電流の直線が交差するようにすればよい。
バランシングスイッチ108に実効抵抗値Refが、このリーク放電抵抗4000kΩとなるように、バランシングスイッチのデューティを制御すればよいことになる。
FIG. 19 is a diagram for explaining the control for reducing the actual voltage of the leaking cell to 4.30 V or less, which is approximately the above-described overcharge protection voltage. In FIG. 11, as in the case of FIG. 18, it is assumed that the actual voltages of all the cells are initially 4.1V.
As can be seen from the above description, in order to set the maximum voltage of the actual voltage of the cell in which leakage has occurred to 4.30 V, the leakage discharge resistance is 4000 kΩ with which the maximum voltage is 4.30 V and balancing with the straight line of the leakage current IL. What is necessary is just to make the straight line of an electric current cross.
It is only necessary to control the duty of the balancing switch so that the effective resistance value R ef of the balancing switch 108 becomes the leakage discharge resistance 4000 kΩ.

以上で説明したリーク発生時のバランシング放電において、さらに分かり易くまとめ直すと以下のようになる。
式(41)のV(F、D)は、単電池セルがSOC=100%の時の電圧になるので、これをさらにVとする。またV(F、R)は、それ以上の電圧とならないようにするための、図18、19に示す到達最大電圧であり、これをVmaxとする。すなわち式(41)をこれ等価な式(42)で表わす。
max=V×(Rbef+Rcv)/Rbef ...(42)
ただし、ここでVmax=V(F、R)、V=V(F、D)、Rbef=実効バランシング抵抗である。
The balancing discharge at the time of occurrence of the leak described above is summarized as follows in order to make it easier to understand.
V (F, D) of the formula (41), since the single-battery cells is the voltage when the SOC = 100%, further and V F of this. Further, V (F, R) is the maximum voltage shown in FIGS. 18 and 19 for preventing the voltage from becoming higher than this, and this is V max . That is, the expression (41) is expressed by the equivalent expression (42).
V max = V F × (Rb ef + Rcv) / Rb ef . . . (42)
However, here, V max = V (F, R), V F = V (F, D), and Rb ef = effective balancing resistance.

式(42)を変形すると、RbefとRcvの関係が明瞭になる。
Rbef=Rcv×V/(Vmax−V) ...(43)
maxは前述の過充電保護電圧、VはSOC100%のセル電圧、Rbefは実効バランシング電圧すなわちRbef=Rb×デューティ比である。
When Expression (42) is transformed, the relationship between Rb ef and Rcv becomes clear.
Rb ef = Rcv × V F / (V max -V F). . . (43)
V max the above overcharge protection voltage, V F is SOC 100% of the cell voltage, Rb ef is the effective balancing voltage or Rb ef = Rb × duty ratio.

通常、セル電圧入力端子(CV端子)105に入力される各単電池セルの端子電圧に重畳するノイズを除去するために、セル電圧入力抵抗(Rcv)101とコンデンサ103とで構成されるRCフィルタの定数がまず設定される。
このRcvの抵抗値に対応する実効バランシング抵抗をRbef式(43)から求められる値以上とすれば、リーク発生したセルにおける実電圧を過充電保護電圧Vmax以下とすることができる。
In general, an RC filter composed of a cell voltage input resistor (Rcv) 101 and a capacitor 103 in order to remove noise superimposed on the terminal voltage of each unit cell input to the cell voltage input terminal (CV terminal) 105. The constants are set first.
If the effective balancing resistance corresponding to the resistance value of Rcv is set to be equal to or greater than the value obtained from the Rb ef equation (43), the actual voltage in the leaked cell can be set to the overcharge protection voltage V max or less.

(リーク発生時の実効バランシング抵抗の切り替え)
また、通常、バランシング抵抗は、電池システムを構成する複数の単電池セルの端子間電圧のばらつきを速やかに揃えられるようにできる限り大きなバランシング電流となるように設定される。また、同時にこのバランシング電流によるバランシング抵抗やバランシングスイッチでの発熱によるセルコントローラC100の温度上昇が所定の温度以下となるように設定される。さらに、環境温度も考慮して、バランシングスイッチのオン/オフのデューティ比を変更し実効バランシング抵抗Rbefを可変とすることも可能である。
ここで、上記で説明したように、セルコントローラIC100の電圧測定回路の入力側のどこかでリークが発生した場合、高い端子間電圧が検出されたセルのデューティ比を上記で説明したように変更して、上記の式(43)で設定される実効バランシング抵抗の値に設定することにより、リーク発生時の過充電を避けることができる。
すなわち、リーク発生がない場合のバランシングスイッチのデューティ制御と、リーク発生した場合のバランシングスイッチのデューティ制御を切り替えることで、単電池セルの過充電を避け、電池システムの安全かつ安定した稼働を実現することができる。
(Switching the effective balancing resistance when a leak occurs)
In general, the balancing resistor is set to have as large a balancing current as possible so that variations in voltage between terminals of a plurality of single cells constituting the battery system can be quickly aligned. At the same time, the temperature rise of the cell controller C100 due to the balancing resistance due to the balancing current and the heat generated by the balancing switch is set to be equal to or lower than a predetermined temperature. Furthermore, it is also possible to change the effective balancing resistance Rb ef by changing the ON / OFF duty ratio of the balancing switch in consideration of the environmental temperature.
Here, as described above, when a leak occurs somewhere on the input side of the voltage measurement circuit of the cell controller IC 100, the duty ratio of the cell in which a high inter-terminal voltage is detected is changed as described above. Thus, by setting the value of the effective balancing resistance set by the above equation (43), it is possible to avoid overcharging when a leak occurs.
In other words, by switching between the duty control of the balancing switch when there is no leak and the duty control of the balancing switch when there is a leak, it avoids overcharging of the unit cells and realizes safe and stable operation of the battery system. be able to.

上記の説明では、1つのセルグループ120とこのセルグループ120を監視するセルコントローラIC100の例について本発明による組電池の監視装置の動作について説明した。また、この組電池の監視装置でのバランシング放電動作について、3つの単電池セルの中央のセルでリークが発生したとして説明した。
セルグループ120の複数の単電池セル110の最上位(高電位側)あるいは最下位(低電位側)でリークが発生した場合には、最上位のセルの隣の下位のセル、あるいは最下位のセルの隣の上位のセルに対して、上記の説明と同様な方法が適用できることは、式(2)あるいは(3)の説明で明らかである。
In the above description, the operation of the battery pack monitoring apparatus according to the present invention has been described with respect to an example of one cell group 120 and the cell controller IC 100 that monitors the cell group 120. Further, the balancing discharge operation in the assembled battery monitoring device has been described on the assumption that a leak has occurred in the center cell of the three unit cells.
When a leak occurs at the highest level (high potential side) or the lowest level (low potential side) of the plurality of unit cells 110 in the cell group 120, the lower cell next to the highest level cell or the lowest level cell It is clear from the description of Expression (2) or (3) that the same method as described above can be applied to the upper cell adjacent to the cell.

(RCフィルタ回路の変形例1、2でのバランシング放電)
尚、上記のバランシング放電の説明では、RCフィルタのコンデンサは図2に示すようにセルコントローラIC100の電圧検出端子(CV端子)間に接続されると想定されているが、RCフィルタのコンデンサがセルコントローラIC100のグラウンド(GND)に接続される場合(RCフィルタ回路の変形例1、図3)、あるいはセルグループの中間電位の電圧検出線に接続される場合(RCフィルタ回路の変形例2、図4)あるいは別の個所に接続される場合がある。その場合でも、コンデンサにリーク電流が流れることにより、RCフィルタのR(Rcv)で電圧降下が発生し、セル電圧検出値の低下は発生するので、同様に考えることができる。
(Balanced discharge in the modified examples 1 and 2 of the RC filter circuit)
In the above description of the balancing discharge, it is assumed that the capacitor of the RC filter is connected between the voltage detection terminals (CV terminals) of the cell controller IC 100 as shown in FIG. When connected to the ground (GND) of the controller IC 100 (RC filter circuit modification 1, FIG. 3), or when connected to the voltage detection line of the intermediate potential of the cell group (RC filter circuit modification 2, FIG. 4) Or it may be connected to another location. Even in such a case, a leak current flows through the capacitor, so that a voltage drop occurs in R (Rcv) of the RC filter, and a drop in the cell voltage detection value occurs.

すなわち、リーク放電電流が流れる電圧検出線をセル電圧の電圧検出線として用いているセルの検出電圧がリークによって影響を受け、上昇する。検出電圧の低下したセルがバランシング電流分過充電されるので、その過充電の到達電圧は、バランシング電流値と同一のリーク電流が流れた場合に発生する誤差と、電池の使用上限電圧の和となる。   That is, the detection voltage of the cell using the voltage detection line through which the leak discharge current flows as the voltage detection line of the cell voltage is affected by the leak and rises. Since the cell with the lowered detection voltage is overcharged by the balancing current, the overcharge voltage reaches the sum of the error that occurs when the same leakage current as the balancing current value flows and the upper limit voltage of the battery. Become.

これらのRCフィルタ回路の変形例においても、上記で説明したような、リーク放電電流とバランシング放電電流が同じ大きさとなる条件の、セル電圧入力抵抗Rcvと実効バランシング電流Rbefの関係を同様に求めることができる。
説明を簡単にするため、リーク発生が検出されたときの全単電池セルの実電圧は同じとなっており、充放電後の全単電池セルの検出電圧が同じになるとする。これは上記の図2のRCフィルタ回路での説明と同等の条件である。
図2ではRCフィルタ回路のコンデンサの印加電圧が、単電池セル1個分となっているが、図3、図4の場合は、図2の場合と比較して、コンデンサが接続される2つの電圧検出線の間の電池の個数分だけ印加電圧が増えることになる。
したがって、リーク放電電流も電池の個数分だけ増加する。これと同じバランシング放電電流を流すには、上記の図2のRCフィルタ回路での説明の場合と比較して、実効バランシング抵抗を電池の個数分だけ小さい値とすればよい。
Also in these modified examples of the RC filter circuit, the relationship between the cell voltage input resistance Rcv and the effective balancing current Rb ef under the condition that the leakage discharge current and the balancing discharge current are the same as described above is similarly obtained. be able to.
In order to simplify the explanation, it is assumed that the actual voltages of all the unit cells when the occurrence of leakage is detected are the same, and the detected voltages of all the unit cells after charging and discharging are the same. This is a condition equivalent to that described in the RC filter circuit of FIG.
In FIG. 2, the applied voltage of the capacitor of the RC filter circuit is equivalent to one unit cell, but in the case of FIGS. 3 and 4, two capacitors to which the capacitor is connected are compared to the case of FIG. The applied voltage increases by the number of batteries between the voltage detection lines.
Accordingly, the leakage discharge current also increases by the number of batteries. In order to allow the same balancing discharge current to flow, the effective balancing resistance may be set to a value that is smaller by the number of batteries as compared with the case of the description of the RC filter circuit of FIG.

たとえば、図3のRCフィルタ回路で、電圧検出線SL2とグラウンド線(GL)との間に接続されたコンデンサ103にリークが発生した場合(図9参照)、リーク放電電流によって、電圧検出線SL2が接続されたCV端子の電位が低下し、電圧検出線SL2の上側のセル(セル1)の検出電圧が上昇する。
この検出電圧の上昇の大きさは、電圧検出線SL2とSL5の間に3個の単電池セルがあるので、図2の場合に比べ3倍となる。これに対応してリーク放電電流は3倍となり、またこれにバランスするための実効バランシング抵抗は1/3になる。
For example, in the RC filter circuit of FIG. 3, when a leak occurs in the capacitor 103 connected between the voltage detection line SL2 and the ground line (GL) (see FIG. 9), the voltage detection line SL2 is caused by the leakage discharge current. The potential of the CV terminal to which is connected decreases, and the detection voltage of the cell (cell 1) on the upper side of the voltage detection line SL2 increases.
The magnitude of the increase in the detection voltage is three times that in the case of FIG. 2 because there are three unit cells between the voltage detection lines SL2 and SL5. Correspondingly, the leakage discharge current is tripled, and the effective balancing resistance for balancing with this is 1 /.

また、前述のように、リーク検出スイッチのオフ/オンでのセル電圧の検出電圧差から、リーク抵抗を算出できるので、これを考慮して式(41)から、Rbefを可変に調整することも可能である。
通常リークの進行は遅いので、このようにRbefを可変に調整してバランシング放電を行うことで効率よく安全に充放電制御を行うことができる。
なお、以上で説明したバランシング放電でのバランシングスイッチのデューティ制御では、実効バランシング抵抗はバッテリコントローラ200で算出され、この実効バランシング抵抗となるようなバランシングスイッチ制御指令がバッテリコントローラ200からセルコントローラIC100に送信され、セルコントローラIC100でバランシングスイッチのオンオフのデューティ制御が行われる。
Further, as described above, since the leak resistance can be calculated from the difference between the detection voltages of the cell voltages when the leak detection switch is turned on / off, Rb ef is variably adjusted from Equation (41) in consideration of this. Is also possible.
Since the progress of leakage is usually slow, charge / discharge control can be performed efficiently and safely by adjusting Rb ef variably and performing balancing discharge.
Note that, in the duty control of the balancing switch in the balancing discharge described above, the effective balancing resistance is calculated by the battery controller 200, and a balancing switch control command that becomes this effective balancing resistance is transmitted from the battery controller 200 to the cell controller IC 100. Then, the cell controller IC 100 performs on / off duty control of the balancing switch.

しかしながら、リークの進行が早い場合は、電池システムの使用停止や、メンテナンスを早急に行う必要がある。したがって、リークが発生した時には、アラームを発生して速やかに運転者に通報することが必要である。さらに、リーク抵抗の抵抗値を適宜モニターし、たとえばそのリーク電流の増大が顕著になった場合はこれを運転者に通報することも可能である。
また、1つのコンデンサ103でリーク発生が検出された時には、他のコンデンサにおいても、劣化が始まっている可能性がある。あるいは、コンデンサ以外の部分、たとえばセルコントローラIC100のセル電圧入力端子(CV端子)105付近の配線パターンでも絶縁の劣化が始まっている可能性がある。安全性の観点からは、たとえば上記のように電圧検出線SL2とグラウンド線(GL)の間でのリークの場合であっても(図6参照)、セル1のバランシングスイッチのデューティ比を1/3にせず、たとえば式(43)で算出される、セル電圧1個分の場合の実効バランシング抵抗として車両の稼働を継続するが、早急にメンテナンス等の対策を行うことが望ましい。
However, if the leak progresses quickly, it is necessary to stop using the battery system and perform maintenance immediately. Therefore, when a leak occurs, it is necessary to generate an alarm and promptly notify the driver. Further, the resistance value of the leakage resistance is monitored as appropriate, and for example, when the increase in the leakage current becomes significant, this can be reported to the driver.
Further, when the occurrence of leak is detected in one capacitor 103, there is a possibility that other capacitors have started to deteriorate. Alternatively, there is a possibility that the deterioration of the insulation has begun in a portion other than the capacitor, for example, a wiring pattern near the cell voltage input terminal (CV terminal) 105 of the cell controller IC 100. From the viewpoint of safety, for example, even when there is a leak between the voltage detection line SL2 and the ground line (GL) as described above (see FIG. 6), the duty ratio of the balancing switch of the cell 1 is set to 1 / For example, the operation of the vehicle is continued as an effective balancing resistance in the case of one cell voltage calculated by the equation (43), but it is desirable to take measures such as maintenance as soon as possible.

なお、上記で説明した他の実施形態(リーク発生時のバランシング放電でのデューティ比制御)は、セル電圧入力抵抗Rcvを低めの値、たとえば300Ω程度とする構成の電池システム監視装置で特に有効な過充電回避の方法となる。セル電圧入力抵抗Rcvを小さめにするとRCフィルタとしてのカットオフ周波数が高くなるので、このような構成ではセルコントローラIC100の電圧測定回路(不図示)に二重積分型のノイズに強いAD変換回路が用いられる。
セル電圧入力抵抗が小さいと、リーク検出スイッチのオフ/オンでリークが検出された時のリーク抵抗も上記の値より小さくなる。これは、リーク検出スイッチのオフ/オンでのセル電圧の検出値VoffとVonの差が検出できる所定の大きさ以上となるリーク抵抗も小さくなるためである。詳細な説明は省略するが、リーク抵抗はある程度小さくなると進行が早くなるので、測定されたセル電圧の補正を行うより、このようなバランシング放電でのデューティ比制御を行った方が有効な場合がある。
Note that the other embodiment described above (duty ratio control in balancing discharge when a leak occurs) is particularly effective in a battery system monitoring apparatus having a configuration in which the cell voltage input resistance Rcv is set to a low value, for example, about 300Ω. This is a method of avoiding overcharge. If the cell voltage input resistance Rcv is made smaller, the cut-off frequency as the RC filter becomes higher. In such a configuration, a voltage measuring circuit (not shown) of the cell controller IC 100 has an AD converter circuit that is resistant to double integration noise. Used.
When the cell voltage input resistance is small, the leak resistance when the leak is detected by turning on / off the leak detection switch is also smaller than the above value. This is because the leak resistance that is greater than or equal to a predetermined magnitude at which the difference between the cell voltage detection values V off and V on when the leak detection switch is turned on / off can be detected. Although detailed explanation is omitted, since the progress becomes faster when the leak resistance becomes small to some extent, it may be more effective to perform duty ratio control with such balancing discharge than to correct the measured cell voltage. is there.

さらに、リークが発生した場合は、電池システムを用いないで車両を稼働することも考えられる。このような場合は、リークが検出された時に、バッテリコントローラ200が正極側コンタクタ310および負極側コンタクタ320をオフとして、インバータ340と電池システム130の接続を切り離すことが可能である。あるいは、リークの発生を運転者に通知して、運転者の指示によりインバータ340と電池システム130の接続を切り離すことも可能である。   Furthermore, when a leak occurs, it is conceivable to operate the vehicle without using the battery system. In such a case, when a leak is detected, the battery controller 200 can turn off the positive electrode side contactor 310 and the negative electrode side contactor 320 and disconnect the connection between the inverter 340 and the battery system 130. Alternatively, it is possible to notify the driver of the occurrence of leakage and disconnect the connection between the inverter 340 and the battery system 130 according to the driver's instruction.

以上の説明は、RCフィルタ回路のコンデンサ103が図2〜4に示すように接続されている場合について説明した。前述のように、グラウンド線(GL)にコンデンサ103の一端を接続する回路構成の代わりに、電源線(VL)にコンデンサ103の一端を接続する回路構成であっても上記と同様なバランシング動作が可能であることは明白であり、この詳細な説明は省略する。ただし、この場合でも、上記の説明と同様に、リーク電流によりCV端子での電圧上昇を生じるRcvが設けられた電圧検出線の上側のセルの検出電圧は低下し、また、リーク電流によりCV端子での電圧降下を生じるRcvが設けられた電圧検出線の上側のセルの検出電圧が上昇することになる。   In the above description, the case where the capacitor 103 of the RC filter circuit is connected as shown in FIGS. As described above, a balancing operation similar to the above is achieved even in a circuit configuration in which one end of the capacitor 103 is connected to the power supply line (VL) instead of the circuit configuration in which one end of the capacitor 103 is connected to the ground line (GL). It is obvious that this is possible, and this detailed description is omitted. However, even in this case, similarly to the above description, the detection voltage of the cell on the upper side of the voltage detection line provided with Rcv that causes a voltage increase at the CV terminal due to the leakage current decreases, and the leakage current causes the CV terminal to Thus, the detection voltage of the cell on the upper side of the voltage detection line provided with Rcv that causes a voltage drop at the point of time rises.

なお、図3あるいは図7に示すように、コンデンサ103の一端がグラウンド線(GL)に接続されている場合で、最上位電位のセルであるセル1のRCフィルタのコンデンサ103にリークが発生した場合は、電圧降下はセル1の端子間電圧でのみ発生し、他のセルでは発生しない。
このような場合は、セル1以外のセルでリーク検出スイッチがオフとオンでの検出電圧差がないことを確認して、電圧検出線SL1に接続されたコンデンサ103にリークが発生していると判断する。
なお、この際の検出電圧補正の方法は、上記の式(20)、(21)で説明した補正方法で同様に補正できる。
ただし、図3の場合は以下の式(44)、図7の場合は以下の式(45)となる。
Vc1(t)=(V1(t)+(V1(t)+・・・+V4(t))×R
/(1−R) ...(44)
Vc1(t)=(V1(t)+(V1(t)+・・・+V12(t))×R
/(1−R) ...(45)
ただしRは、式(21)で示すものである。
As shown in FIG. 3 or FIG. 7, when one end of the capacitor 103 is connected to the ground line (GL), a leak occurred in the capacitor 103 of the RC filter of the cell 1 that is the highest potential cell. In this case, the voltage drop occurs only at the voltage between the terminals of the cell 1 and does not occur in other cells.
In such a case, it is confirmed that there is no difference in the detection voltage between the cells other than the cell 1 and that the leakage detection switch is off and on, and there is a leak in the capacitor 103 connected to the voltage detection line SL1. to decide.
The detection voltage correction method at this time can be similarly corrected by the correction method described in the above equations (20) and (21).
However, in the case of FIG. 3, the following equation (44) is obtained, and in the case of FIG. 7, the following equation (45) is obtained.
Vc1 (t) = (V1 (t) + (V1 (t) +... + V4 (t) ) × R F )
/ (1-R F ). . . (44)
Vc1 (t) = (V1 (t) + (V1 (t) +... + V12 (t) ) × R F )
/ (1-R F ). . . (45)
However, RF is shown by Formula (21).

また、図3あるいは図7に示す回路とは逆に、コンデンサ103の一端が電源線(VL)に接続されている場合(不図示)で、最下位電位のセル(図3のセル4または図7のセル12)のRCフィルタのコンデンサ103にリークが発生した場合は、電圧降下はこの最下位電位のセルの端子間電圧でのみ発生し、他のセルでは発生しない。
このような場合は、この最下位電位のセル以外のセルでリーク検出スイッチがオフとオンでの検出電圧差がないことを確認して、この最下位電位のセルの負極側に接続された電圧検出線(図3のSL5または図7のSL13)に接続されたコンデンサ103にリークが発生していると判断する。
なお、この際の検出電圧補正の方法は、上記の式(25)で説明した補正方法で同様に補正でき、その補正式は上記の式(44)あるいは(45)と同じである。
In contrast to the circuit shown in FIG. 3 or FIG. 7, when one end of the capacitor 103 is connected to the power supply line (VL) (not shown), the cell having the lowest potential (cell 4 in FIG. 3 or FIG. When a leak occurs in the capacitor 103 of the RC filter of the cell 12) of No. 7, the voltage drop occurs only at the voltage between the terminals of the cell at the lowest potential, and does not occur in other cells.
In such a case, confirm that there is no difference between the detection voltage of the leak detection switch off and on in cells other than this lowest potential cell, and the voltage connected to the negative electrode side of this lowest potential cell. It is determined that a leak has occurred in the capacitor 103 connected to the detection line (SL5 in FIG. 3 or SL13 in FIG. 7).
The detection voltage correction method at this time can be similarly corrected by the correction method described in the above equation (25), and the correction equation is the same as the above equation (44) or (45).

以上の説明では、リークがRCフィルタのコンデンサ103で発生するとして説明したが、これ以外の原因、たとえば電圧入力端子(CV端子間)での配線基板の絶縁不良や、セルコントローラIC100内のESD対策用ダイオードの絶縁不良等でもリークが発生する可能性がある。しかし、これらの場合も上記のコンデンサでのリークの場合と全く同様に理解することができるので、これらの説明も省略する。   In the above description, it has been described that the leak occurs in the capacitor 103 of the RC filter. However, other causes, for example, insulation failure of the wiring board at the voltage input terminal (between the CV terminals), and ESD countermeasures in the cell controller IC 100 Leakage may occur due to poor insulation of the diode. However, since these cases can be understood in exactly the same way as the case of the leak in the above capacitor, their explanation is also omitted.

<リーク検出スイッチを用いないリーク検出の例>
図20は、本発明による電池システム監視装置でリーク検出スイッチを用いずにリーク検出を行うための回路構成を示す図である。以下では、図20の回路構成を参照して、図9等に示したリーク検出スイッチ109を用いずにリーク検出を行う方法を説明する。なお、図20においても、図9等と同様に、4個の単電池セルからなるセルグループの場合を例として示している。
<Example of leak detection without using the leak detection switch>
FIG. 20 is a diagram showing a circuit configuration for performing leak detection without using a leak detection switch in the battery system monitoring apparatus according to the present invention. Hereinafter, a method of performing leak detection without using the leak detection switch 109 shown in FIG. 9 and the like will be described with reference to the circuit configuration of FIG. In addition, also in FIG. 20, the case of the cell group which consists of four single battery cells is shown as an example similarly to FIG. 9 etc.

図20の回路構成では、前述の実施形態における図9に示した回路構成と比較して、セル電圧入力端子(CV端子)105とバランシング端子(BS端子)の間にリーク検出スイッチ109が設けられていない点と、セルコントローラIC100内に、マルチプレクサ1201および1202、選択スイッチ1203、コンパレータ1204およびAD変換器1205が設けられている点とが異なっている。なお、図9等では図示を省略しているが、マルチプレクサ1201、コンパレータ1204、AD変換器1205等は、図9の回路構成においても、各単電池セル110のセル電圧(端子間電圧)を測定するためにセルコントローラIC100内に設けられていても構わない。   In the circuit configuration of FIG. 20, a leak detection switch 109 is provided between the cell voltage input terminal (CV terminal) 105 and the balancing terminal (BS terminal) as compared with the circuit configuration shown in FIG. The difference is that multiplexers 1201 and 1202, a selection switch 1203, a comparator 1204 and an AD converter 1205 are provided in the cell controller IC 100. Although not shown in FIG. 9 and the like, the multiplexer 1201, the comparator 1204, the AD converter 1205, and the like measure the cell voltage (inter-terminal voltage) of each unit cell 110 even in the circuit configuration of FIG. Therefore, it may be provided in the cell controller IC 100.

セルコントローラIC100において、各セル電圧入力端子(CV端子)105は、マルチプレクサ1201に接続されている。マルチプレクサ1201は、セルグループ120を構成する4つの単電池セル110(セル1〜セル4)について、各単電池セルの正極と負極にそれぞれ接続されている電圧検出線と接続された2つのCV端子105を順次選択し、当該CV端子105の電圧を、選択スイッチ1203に設けられた4つの入力端子のうち2つ(第1入力端子)にそれぞれ出力する。   In the cell controller IC 100, each cell voltage input terminal (CV terminal) 105 is connected to the multiplexer 1201. The multiplexer 1201 has two CV terminals connected to the voltage detection lines connected to the positive electrode and the negative electrode of each single battery cell for the four single battery cells 110 (cell 1 to cell 4) constituting the cell group 120. 105 are sequentially selected, and the voltage of the CV terminal 105 is output to two (first input terminals) of the four input terminals provided in the selection switch 1203.

セルコントローラIC100において、各バランシング端子(BS端子)106は、マルチプレクサ1202に接続されている。マルチプレクサ1202は、セルグループ120を構成する4つの単電池セル110(セル1〜セル4)について、各単電池セルの正極と負極にそれぞれ接続されている電圧検出線の間に設けられたバランシング線BLと接続された2つのBS端子106を順次選択し、当該BS端子106の電圧を、選択スイッチ1203に設けられた4つの入力端子のうち上記とは別の2つ(第2入力端子)にそれぞれ出力する。   In the cell controller IC 100, each balancing terminal (BS terminal) 106 is connected to the multiplexer 1202. The multiplexer 1202 is a balancing line provided between the voltage detection lines connected to the positive electrode and the negative electrode of each single battery cell for the four single battery cells 110 (cell 1 to cell 4) constituting the cell group 120. Two BS terminals 106 connected to BL are sequentially selected, and the voltage of the BS terminal 106 is set to two (second input terminals) different from the above among the four input terminals provided in the selection switch 1203. Output each.

選択スイッチ1203は、マルチプレクサ1201につながる2つの入力端子(第1入力端子)と、マルチプレクサ1202につながる2つの入力端子(第2入力端子)とを有している。選択スイッチ1203は、これらの入力端子の組み合わせを順次選択し、選択した2つの入力端子の電圧をコンパレータ1204に出力する。   The selection switch 1203 has two input terminals (first input terminals) connected to the multiplexer 1201 and two input terminals (second input terminals) connected to the multiplexer 1202. The selection switch 1203 sequentially selects a combination of these input terminals and outputs the voltages of the two selected input terminals to the comparator 1204.

コンパレータ1204は、選択スイッチ1203により選択された2つの入力端子間の電圧を測定し、その測定結果に応じた電圧をAD変換器1205に出力する。   The comparator 1204 measures the voltage between the two input terminals selected by the selection switch 1203 and outputs a voltage corresponding to the measurement result to the AD converter 1205.

AD変換器1205は、コンパレータ1204からの出力電圧をデジタル値に変換することで、セル電圧(端子間電圧)の測定結果をデジタル値に変換する。AD変換器1205によりデジタル値に変換されたセル電圧(端子間電圧)の測定結果は、セルコントローラIC100において一時的に記憶され、リーク検出などに利用される。   The AD converter 1205 converts the measurement result of the cell voltage (terminal voltage) into a digital value by converting the output voltage from the comparator 1204 into a digital value. The measurement result of the cell voltage (voltage between terminals) converted into a digital value by the AD converter 1205 is temporarily stored in the cell controller IC 100 and used for leak detection and the like.

セルコントローラIC100は、以上説明したような回路動作により、4つの単電池セル110(セル1〜セル4)のそれぞれについて、互いにインピーダンスが異なる2つの電圧測定経路のそれぞれを介してセル電圧(端子間電圧)を測定することができる。具体的には、セルコントローラIC100は、マルチプレクサ1201と接続されている第1入力端子を選択スイッチ1203において選択することで、各単電池セルの正極側の電圧検出線と負極側の電圧検出線にそれぞれ設けられているセル電圧入力抵抗101を経由して2つのCV端子105につながる電圧測定経路(第1の電圧測定経路)を介して、各単電池セルのセル電圧(端子間電圧)を測定する。また、マルチプレクサ1202と接続されている第2入力端子を選択スイッチ1203において選択することで、各単電池セルの正極側の電圧検出線と負極側の電圧検出線の間に設けられているバランシング抵抗102を経由して2つのBS端子106につながる電圧測定経路(第2の電圧測定経路)を介して、各単電池セルのセル電圧(端子間電圧)を測定する。これによりセルコントローラIC100は、リークが発生した場合に、そのリークによる電圧降下の影響を変化させて、各単電池セルのセル電圧(端子間電圧)を2回ずつ測定することができる。   The cell controller IC 100 performs the cell voltage (between terminals) for each of the four single battery cells 110 (cell 1 to cell 4) through two voltage measurement paths having different impedances. Voltage) can be measured. Specifically, the cell controller IC 100 selects the first input terminal connected to the multiplexer 1201 with the selection switch 1203, so that the voltage detection line on the positive side and the voltage detection line on the negative side of each unit cell are changed. Measure the cell voltage (inter-terminal voltage) of each unit cell via the voltage measurement path (first voltage measurement path) connected to the two CV terminals 105 via the cell voltage input resistors 101 provided respectively. To do. Further, by selecting the second input terminal connected to the multiplexer 1202 with the selection switch 1203, a balancing resistor provided between the positive voltage detection line and the negative voltage detection line of each unit cell. A cell voltage (inter-terminal voltage) of each unit cell is measured via a voltage measurement path (second voltage measurement path) connected to the two BS terminals 106 via 102. Thereby, when a leak occurs, the cell controller IC 100 can measure the cell voltage (inter-terminal voltage) of each unit cell twice by changing the influence of the voltage drop due to the leak.

たとえば、上位から2番目に接続された単電池セル110(セル2)の正極と負極の間に接続されたコンデンサ103にリークが発生した場合を考える。この場合、図20に示すように、コンデンサ103に並列にリーク抵抗131が存在することになり、このリーク抵抗131をリーク電流が流れることで電圧降下が生じる。上記の第1の電圧測定経路にはリーク抵抗131が含まれており、リーク抵抗131での電圧降下(リーク抵抗131の両端電圧)が第1の電圧測定経路を介したセル2の端子間電圧として測定される。ここで、上記のリーク電流は、セル2の正極と負極にそれぞれ接続されているセル電圧入力抵抗101を経由してリーク抵抗131に流れる。そのため、リーク抵抗131の両端電圧は、実際のセル2の端子間電圧よりも低くなる。したがって、第1の電圧測定経路を介した測定では、実際のセル2の端子間電圧よりも低い値が測定される。   For example, consider a case where a leak occurs in the capacitor 103 connected between the positive electrode and the negative electrode of the single battery cell 110 (cell 2) connected second from the top. In this case, as shown in FIG. 20, a leak resistor 131 exists in parallel with the capacitor 103, and a voltage drop occurs due to a leak current flowing through the leak resistor 131. The first voltage measurement path includes the leak resistance 131, and the voltage drop in the leak resistance 131 (the voltage across the leak resistance 131) is the voltage across the terminals of the cell 2 via the first voltage measurement path. As measured. Here, the leak current flows through the leak resistor 131 via the cell voltage input resistor 101 connected to the positive electrode and the negative electrode of the cell 2. Therefore, the voltage across the leak resistor 131 is lower than the actual voltage across the cell 2. Therefore, in the measurement through the first voltage measurement path, a value lower than the actual voltage between the terminals of the cell 2 is measured.

一方、第2の電圧測定経路にはリーク抵抗131が含まれていないため、第2の電圧測定経路を介して測定されるセル2の端子間電圧は、リークが発生していないときと同じであり変化しない。したがって、第2の電圧測定経路を介した測定では、実際のセル2の端子間電圧が測定される。   On the other hand, since the leak resistance 131 is not included in the second voltage measurement path, the voltage between the terminals of the cell 2 measured through the second voltage measurement path is the same as when no leak has occurred. There is no change. Therefore, in the measurement through the second voltage measurement path, the actual voltage between the terminals of the cell 2 is measured.

以上説明したように、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間には、リーク電流に応じた差異が生じる。この差異を観測することで、リークを検出することができる。   As described above, there is a difference between the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path according to the leakage current. Occurs. By observing this difference, a leak can be detected.

また、セル2の正極に接続された電圧検出線SL2において、たとえば電圧入力端子(CV端子)での配線基板の絶縁不良や、セルコントローラIC100内のESD対策用ダイオードの絶縁不良等の原因により、リークが発生した場合を考える。この場合、電圧検出線SL2上にリーク抵抗が存在することになり、このリーク抵抗やセル電圧入力抵抗101をリーク電流が流れることで、電圧検出線SL2と接続された電圧入力端子(CV端子)の電位が低下する。そのため、第1の電圧測定経路を介して測定されるセル2の端子間電圧は、コンデンサ103にリークが発生した場合と同様に、実際のセル2の端子間電圧よりも低くなる。一方、第2の電圧測定経路にはリーク抵抗が含まれないため、第2の電圧測定経路を介して測定されるセル2の端子間電圧は、リークが発生していないときと同じであり変化しない。したがって、コンデンサ103にリークが発生した場合と同様に、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間には、リーク電流に応じた差異が生じる。この差異を観測することで、リークを検出することができる。   Further, in the voltage detection line SL2 connected to the positive electrode of the cell 2, for example, due to insulation failure of the wiring board at the voltage input terminal (CV terminal), insulation failure of the ESD countermeasure diode in the cell controller IC 100, etc. Consider a case where a leak occurs. In this case, there is a leak resistance on the voltage detection line SL2, and a leak current flows through the leak resistance and the cell voltage input resistance 101, so that a voltage input terminal (CV terminal) connected to the voltage detection line SL2 The potential decreases. Therefore, the inter-terminal voltage of the cell 2 measured through the first voltage measurement path is lower than the actual inter-terminal voltage of the cell 2 in the same manner as when the capacitor 103 leaks. On the other hand, since the leak resistance is not included in the second voltage measurement path, the voltage between the terminals of the cell 2 measured through the second voltage measurement path is the same as when no leak occurs and changes. do not do. Therefore, similarly to the case where a leak occurs in the capacitor 103, between the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path. Is different depending on the leakage current. By observing this difference, a leak can be detected.

さらに、セル2の負極に接続された電圧検出線SL3においてリークが発生した場合を考える。この場合、電圧検出線SL3上にリーク抵抗が存在することになり、このリーク抵抗やセル電圧入力抵抗101をリーク電流が流れることで、電圧検出線SL3と接続された電圧入力端子(CV端子)の電位が低下する。そのため、第1の電圧測定経路を介して測定されるセル2の端子間電圧は、コンデンサ103にリークが発生した場合とは反対に、実際のセル2の端子間電圧よりも高くなる。一方、第2の電圧測定経路にはリーク抵抗が含まれないため、第2の電圧測定経路を介して測定されるセル2の端子間電圧は、リークが発生していないときと同じであり変化しない。したがってこの場合にも、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間には、リーク電流に応じた差異が生じる。この差異を観測することで、リークを検出することができる。   Further, consider a case where a leak occurs in the voltage detection line SL3 connected to the negative electrode of the cell 2. In this case, a leak resistance exists on the voltage detection line SL3, and a leak current flows through the leak resistance and the cell voltage input resistance 101, whereby a voltage input terminal (CV terminal) connected to the voltage detection line SL3. The potential decreases. Therefore, the inter-terminal voltage of the cell 2 measured through the first voltage measurement path is higher than the actual inter-terminal voltage of the cell 2, contrary to the case where the capacitor 103 leaks. On the other hand, since the leak resistance is not included in the second voltage measurement path, the voltage between the terminals of the cell 2 measured through the second voltage measurement path is the same as when no leak occurs and changes. do not do. Therefore, also in this case, there is a difference according to the leakage current between the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path. Occurs. By observing this difference, a leak can be detected.

さらに、セル2の正極と負極の間に設けられたバランシングスイッチ108にリークが発生した場合を考える。この場合、バランシングスイッチ108に並列にリーク抵抗が存在することになり、このリーク抵抗をリーク電流が流れることで電圧降下が生じる。第2の電圧測定経路にはこのリーク抵抗が含まれており、リーク抵抗での電圧降下(リーク抵抗の両端電圧)が第2の電圧測定経路を介したセル2の端子間電圧として測定される。ここで、上記のリーク電流は、バランシング抵抗102を経由してリーク抵抗に流れる。そのため、リーク抵抗の両端電圧は、実際のセル2の端子間電圧よりも低くなる。したがって、第2の電圧測定経路を介した測定では、実際のセル2の端子間電圧よりも低い値が測定される。一方、第1の電圧測定経路にはリーク抵抗が含まれないため、第1の電圧測定経路を介して測定されるセル2の端子間電圧は、リークが発生していないときと同じであり変化しない。したがってこの場合にも、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間には、リーク電流に応じた差異が生じる。この差異を観測することで、リークを検出することができる。   Further, consider a case where a leak occurs in the balancing switch 108 provided between the positive electrode and the negative electrode of the cell 2. In this case, a leak resistance exists in parallel with the balancing switch 108, and a voltage drop occurs due to a leak current flowing through the leak resistance. The leak resistance is included in the second voltage measurement path, and a voltage drop at the leak resistance (a voltage across the leak resistance) is measured as a voltage across the terminals of the cell 2 via the second voltage measurement path. . Here, the leak current flows through the balancing resistor 102 to the leak resistor. Therefore, the voltage between both ends of the leak resistance is lower than the actual voltage between the terminals of the cell 2. Therefore, in the measurement through the second voltage measurement path, a value lower than the actual voltage between the terminals of the cell 2 is measured. On the other hand, since the leak resistance is not included in the first voltage measurement path, the voltage between the terminals of the cell 2 measured through the first voltage measurement path is the same as when no leak occurs and changes. do not do. Therefore, also in this case, there is a difference according to the leakage current between the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path. Occurs. By observing this difference, a leak can be detected.

なお、以上説明したような異なる電圧測定経路を介したセル電圧の測定結果に基づくリーク検出は、セルコントローラIC100において行うことができる。あるいは、図1に示したバッテリコントローラ200において行ってもよい。すなわち、セルコントローラIC100は、バッテリコントローラ200の指令により、前述のような動作を各回路において行うことで電圧測定経路を選択し、第1の電圧測定経路を介した各単電池セル110の端子間電圧の測定と、第2の電圧測定経路を介した各単電池セル110の端子間電圧の測定とを行う。そして、これらの端子間電圧の測定結果を上位のコントローラであるバッテリコントローラ200に送信する。バッテリコントローラ200は、セルコントローラIC100から送信された各単電池セル110の端子間電圧の測定結果をそれぞれ比較することで、セルコントローラIC100と接続された電池システムに生じたリークを検出することができる。   In addition, the leak detection based on the measurement result of the cell voltage through the different voltage measurement paths as described above can be performed in the cell controller IC100. Or you may perform in the battery controller 200 shown in FIG. That is, the cell controller IC 100 selects the voltage measurement path by performing the above-described operation in each circuit according to the command of the battery controller 200, and between the terminals of each unit cell 110 via the first voltage measurement path. The voltage is measured and the voltage between the terminals of each unit cell 110 is measured via the second voltage measurement path. And the measurement result of these voltage between terminals is transmitted to the battery controller 200 which is a high-order controller. The battery controller 200 can detect a leak that has occurred in the battery system connected to the cell controller IC 100 by comparing the measurement results of the inter-terminal voltage of each single battery cell 110 transmitted from the cell controller IC 100. .

さらに図20の回路構成では、互いに隣接し合う2つの単電池セル110に対する端子間電圧の測定結果に基づいて、以下で説明するような方法により、リークの発生箇所を判断することができる。   Further, in the circuit configuration of FIG. 20, the location of the leak can be determined by the method described below based on the measurement result of the voltage between the terminals for the two unit cells 110 adjacent to each other.

たとえば前述のように、コンデンサ103にリークが発生することで、上位から2番目に接続された単電池セル110(セル2)の正極に接続された電圧検出線SL2と負極に接続された電圧検出線SL3の間にリーク抵抗131が生じた場合を考える。この場合、セル2については、リーク抵抗131での電圧降下により、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間には、前述のような差異が生じる。一方、セル2に隣接するセル1およびセル3については、第1の電圧測定経路内にリーク抵抗131が存在しないため、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間には差異が生じない。   For example, as described above, when leakage occurs in the capacitor 103, the voltage detection line SL2 connected to the positive electrode of the unit cell 110 (cell 2) connected second from the top and the voltage detection connected to the negative electrode Consider a case where a leak resistance 131 occurs between the line SL3. In this case, with respect to the cell 2, due to the voltage drop at the leakage resistor 131, the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path The above-mentioned difference occurs between the two. On the other hand, for the cells 1 and 3 adjacent to the cell 2, the leakage resistance 131 does not exist in the first voltage measurement path, so that the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the second There is no difference between the measurement results of the inter-terminal voltage via the voltage measurement path.

次に、セルコントローラIC100内での前述のような原因により、セル2の正極およびセル1の負極に接続された電圧検出線SL2や、セル2の負極およびセル3の正極に接続された電圧検出線SL3に対してリークが発生した場合を考える。この場合、電圧検出線SL2にリークが発生したのであれば、前述のように電圧検出線SL2上に存在するリーク抵抗での電圧降下により、セル2については、第1の電圧測定経路を介して測定される端子間電圧が実際のセル2の端子間電圧よりも低くなることで、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間に差異が生じる。またセル1については、第1の電圧測定経路を介して測定される端子間電圧が実際のセル1の端子間電圧よりも高くなることで、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間に差異が生じる。   Next, the voltage detection line SL2 connected to the positive electrode of the cell 2 and the negative electrode of the cell 1 or the voltage detection connected to the negative electrode of the cell 2 and the positive electrode of the cell 3 due to the above-described causes in the cell controller IC 100. Consider a case where a leak occurs with respect to the line SL3. In this case, if a leak occurs in the voltage detection line SL2, the cell 2 is connected via the first voltage measurement path due to a voltage drop at the leakage resistance existing on the voltage detection line SL2 as described above. Since the measured inter-terminal voltage is lower than the actual inter-terminal voltage of the cell 2, the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path There is a difference between the voltage measurement results. In addition, for the cell 1, the voltage between the terminals measured via the first voltage measurement path is higher than the actual voltage between the terminals of the cell 1, so that the voltage between the terminals via the first voltage measurement path is reduced. There is a difference between the measurement result and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path.

一方、電圧検出線SL3にリークが発生したのであれば、電圧検出線SL3上に存在するリーク抵抗での電圧降下により、セル2については、第1の電圧測定経路を介して測定される端子間電圧が実際のセル2の端子間電圧よりも高くなることで、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間に差異が生じる。またセル3については、第1の電圧測定経路を介して測定される端子間電圧が実際のセル3の端子間電圧よりも低くなることで、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間に差異が生じる。   On the other hand, if a leak has occurred in the voltage detection line SL3, the cell 2 is measured between the terminals measured via the first voltage measurement path due to a voltage drop at the leak resistance existing on the voltage detection line SL3. Since the voltage is higher than the actual voltage between the terminals of the cell 2, the measurement result of the voltage between the terminals via the first voltage measurement path and the measurement result of the voltage between the terminals via the second voltage measurement path There is a difference between In addition, for the cell 3, the voltage between the terminals measured via the first voltage measurement path is lower than the actual voltage between the terminals of the cell 3, so that the voltage between the terminals via the first voltage measurement path is reduced. There is a difference between the measurement result and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path.

以上説明したように、セル2のみについて、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間に差異があり、セル2に隣接するセル1やセル3では差異がない場合は、セル2の正極と負極にそれぞれ接続された2つの電圧検出線SL2、SL3の間でリークが発生したと判断することができる。一方、互いに隣接し合うセル1とセル2、またはセル2とセル3の両方について、第1の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果と、第2の電圧測定経路を介した端子間電圧の測定結果との間に差異がある場合は、セルコントローラIC100内でリークが発生したと判断することができる。このようにして、リークの発生箇所を判断することができる。   As described above, only the cell 2 has a difference between the measurement result of the inter-terminal voltage via the first voltage measurement path and the measurement result of the inter-terminal voltage via the second voltage measurement path. If there is no difference between the cell 1 and the cell 3 adjacent to the cell 2, it can be determined that a leak has occurred between the two voltage detection lines SL2 and SL3 connected to the positive electrode and the negative electrode of the cell 2, respectively. . On the other hand, for both the cells 1 and 2 or the cells 2 and 3 that are adjacent to each other, the measurement result of the voltage across the terminals via the first voltage measurement path and the distance between the terminals via the second voltage measurement path If there is a difference between the voltage measurement results, it can be determined that a leak has occurred in the cell controller IC 100. In this way, it is possible to determine where the leak occurs.

なお、上記の例では、セルコントローラIC100において、マルチプレクサ1201、1202および選択スイッチ1203を用いて、互いにインビーダンスが異なる第1の電圧測定経路または第2の電圧測定経路を選択することを説明したが、本発明はこれに限定されず、様々な方法で電圧測定経路を選択することができる。また、セル電圧入力抵抗101を経由する電圧測定経路を第1の電圧測定経路とし、バランシング抵抗102を経由する電圧測定経路を第2の電圧測定経路として、これらの電圧測定経路を介してそれぞれ測定された各単電池セル110のセル電圧(端子間電圧)を比較することでリークを検出することを説明したが、本発明はこれに限定されない。互いにインピーダンスが異なる複数の電圧測定経路を有しており、その複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された各単電池セル110のセル電圧(端子間電圧)に基づいて電池システムのリークを検出できるものであれば、本発明を適用可能である。   In the above example, the cell controller IC 100 uses the multiplexers 1201 and 1202 and the selection switch 1203 to select the first voltage measurement path or the second voltage measurement path having different impedances. However, the present invention is not limited to this, and the voltage measurement path can be selected by various methods. Further, the voltage measurement path passing through the cell voltage input resistor 101 is set as a first voltage measurement path, and the voltage measurement path passing through the balancing resistor 102 is set as a second voltage measurement path. Although it has been described that leakage is detected by comparing the cell voltages (inter-terminal voltages) of each single battery cell 110, the present invention is not limited to this. The battery system has a plurality of voltage measurement paths having different impedances, and the leakage of the battery system is detected based on the cell voltage (voltage between terminals) of each single battery cell 110 measured through each of the plurality of voltage measurement paths. The present invention is applicable as long as it can be detected.

以上での説明を簡単にまとめると、本発明による電池システム監視装置は、以下のような特徴を有する。
(1)本発明による電池システム監視装置は、複数の単電池セルを有する電池システムを監視し、単電池セルの端子間電圧であるセル電圧を測定するための電圧測定部と、この電圧測定部にセル電圧を入力するための電圧入力抵抗と、当該電圧入力抵抗と共にRCフィルタを構成するコンデンサと、当該電圧入力抵抗をバイパスするリーク検出スイッチとを各単電池毎に備え、リーク検出スイッチをオフとした時のセル電圧である第1のセル電圧とオフとした時のセル電圧である第2のセル電圧とを測定し、第1のセル電圧と第2のセル電圧の差を検出して、コンデンサのリークの有無を判定することが可能である。
(2)また本発明による電池システム監視装置は、コンデンサにリークがあると判定された場合に、この電池システム監視装置を備えた車両の始動時に測定した上記の第1のセル電圧および第2のセル電圧を用いて、電池システム監視装置を備えた車両の稼働時に当該コンデンサに対応する単電池セルの第1のセル電圧を補正することが可能である。この第1のセル電圧を補正することにより、単電池セルの過充電を回避することができるとともに、第1のセル電圧を用いた、電池システムおよび電池監視装置を含む蓄電装置の種々の診断を正確に行うことができる。
(3)また本発明による電池システム監視装置は、バランシング放電抵抗と、バランシング放電電流のオンオフを制御するスイッチング素子とを備えた、複数の単電池セルの充電状態を揃えるためのバランシング放電を行うバランシング放電回路を更に備え、コンデンサにリークがあると判定された場合に、この電池システム監視装置を備えた車両の始動時に測定した第1のセル電圧および第2のセル電圧に基づいて、バランシング放電回路の実効抵抗値を制御するように当該スイッチング素子を制御することが可能である。これにより単電池セルの過充電を回避することができる。
(4)さらに本発明による電池システム監視装置を用いて、コンデンサにリークがあると判定された場合に、電池システムと直流電力の授受を行うインバータとの接続を遮断することが可能である。
To summarize the above description, the battery system monitoring apparatus according to the present invention has the following characteristics.
(1) A battery system monitoring apparatus according to the present invention monitors a battery system having a plurality of single battery cells and measures a cell voltage, which is a voltage between terminals of the single battery cell, and the voltage measurement section. Each cell has a voltage input resistor for inputting a cell voltage, a capacitor that forms an RC filter together with the voltage input resistor, and a leak detection switch that bypasses the voltage input resistor, and the leak detection switch is turned off. Measure the first cell voltage, which is the cell voltage when turned off, and the second cell voltage, which is the cell voltage when turned off, and detect the difference between the first cell voltage and the second cell voltage. It is possible to determine the presence or absence of capacitor leakage.
(2) Further, the battery system monitoring device according to the present invention, when it is determined that there is a leak in the capacitor, the first cell voltage and the second cell voltage measured when the vehicle equipped with the battery system monitoring device is started. Using the cell voltage, it is possible to correct the first cell voltage of the single battery cell corresponding to the capacitor during operation of the vehicle equipped with the battery system monitoring device. By correcting the first cell voltage, it is possible to avoid overcharging of the single battery cell, and to perform various diagnoses of the power storage device including the battery system and the battery monitoring device using the first cell voltage. Can be done accurately.
(3) Moreover, the battery system monitoring apparatus according to the present invention includes balancing discharge resistors and a switching element that controls on / off of the balance discharge current, and performs balancing discharge for balancing the charge states of a plurality of unit cells. A balancing discharge circuit further comprising a discharge circuit and based on the first cell voltage and the second cell voltage measured when starting the vehicle having the battery system monitoring device when it is determined that there is a leak in the capacitor The switching element can be controlled so as to control the effective resistance value. Thereby, the overcharge of a single battery cell can be avoided.
(4) Furthermore, using the battery system monitoring apparatus according to the present invention, when it is determined that there is a leak in the capacitor, it is possible to cut off the connection between the battery system and the inverter that transmits and receives DC power.

(5)本発明による電池システム監視装置は、複数の単電池セル110を直列接続したセルグループ120を制御するセルコントローラIC100と、単電池セル110の端子間電圧を測定するための、単電池セル110の正極および負極のそれぞれとセルコントローラIC100とを接続する複数の電圧検出線SL1〜SL5とを備える。セルコントローラIC100は、複数の単電池セル110のそれぞれについて、互いにインビーダンスが異なる複数の電圧測定経路のそれぞれを介して端子間電圧を測定可能である。電池システム監視装置は、複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された単電池セル110の端子間電圧に基づいて、電池システムのリークを検出する。このようにしたので、種々の原因によるリークを検出することができる。
(6)セルコントローラIC100は、複数の電圧測定経路のそれぞれを介して単電池セル110の端子間電圧を測定することにより、リークによる電圧降下の影響を変化させて単電池セル110の端子間電圧を複数回測定する。このようにしたので、リークを確実に検出することができる。
(7)セルコントローラIC100は、複数の単電池セル110のそれぞれについて、セル電圧入力抵抗101を経由する第1の電圧測定経路およびバランシング抵抗102を経由する第2の電圧測定経路を介して端子間電圧をそれぞれ測定可能である。電池システム監視装置は、第1の電圧測定経路を介して測定された単電池セル110の端子間電圧と、第2の電圧測定経路を介して測定された単電池セル110の端子間電圧とに基づいて、電池システムのリークを検出する。このようにしたので、各単電池セル110についてリークを容易かつ確実に検出することができる。
(8)電池システム監視装置は、互いに隣接し合う2つの単電池セル110のうち上位の単電池セルについて複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された端子間電圧と、2つの単電池セル110のうち下位の単電池セルについて複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された端子間電圧とに基づいて、リークの発生箇所を判断することができる。具体的には、セル1とセル2の組み合わせ、またはセル2とセル3の組み合わせについて、上位のセル1またはセル2について複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された端子間電圧の間に差異があり、かつ下位のセル2またはセル3について複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された端子間電圧の間に差異がある場合は、セルコントローラIC100内でリークが発生したと判断する。一方、セル3に対して上位のセル2、またはセル1に対して下位のセル2のみについて、複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された端子間電圧の間に差異があり、セル3またはセル1については差異がない場合は、セル2の正極と負極にそれぞれ接続された2つの電圧検出線SL2、SL3の間でリークが発生したと判断する。このようにしたので、リークの発生箇所を確実に判断することができる。その結果、リークの発生箇所に応じた適切な処置をとることができる。
(9)セルコントローラIC100は、複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された各単電池セル110の端子間電圧に基づいて、電池システムのリークを検出する。または、セルコントローラIC100は、バッテリコントローラ200の指令により、複数の電圧測定経路の選択および各単電池セル110の端子間電圧の測定を行って、複数の電圧測定経路を介した各単電池セル110の端子間電圧の測定結果をバッテリコントローラ200に送信する。バッテリコントローラ200は、セルコントローラIC100から送信された各単電池セル110の端子間電圧の測定結果に基づいて、電池システムのリークを検出する。このようにしたので、電池システム監視装置においてリーク検出を実現することができる。
(5) A battery system monitoring apparatus according to the present invention includes a cell controller IC 100 that controls a cell group 120 in which a plurality of unit cells 110 are connected in series, and a unit cell for measuring a voltage between terminals of the unit cells 110. 110 includes a plurality of voltage detection lines SL1 to SL5 that connect each of the positive and negative electrodes 110 and the cell controller IC100. The cell controller IC 100 can measure the inter-terminal voltage for each of the plurality of unit cells 110 via each of a plurality of voltage measurement paths having different impedances. The battery system monitoring device detects a leak in the battery system based on the inter-terminal voltage of the single battery cell 110 measured through each of the plurality of voltage measurement paths. Since it did in this way, the leak by various causes is detectable.
(6) The cell controller IC 100 measures the voltage between the terminals of the single battery cell 110 through each of the plurality of voltage measurement paths, thereby changing the influence of the voltage drop due to leakage to change the voltage between the terminals of the single battery cell 110. Measure multiple times. Since it did in this way, a leak can be detected reliably.
(7) The cell controller IC 100 connects the terminals of each of the plurality of single battery cells 110 via the first voltage measurement path via the cell voltage input resistor 101 and the second voltage measurement path via the balancing resistor 102. Each voltage can be measured. The battery system monitoring device converts the inter-terminal voltage of the single battery cell 110 measured through the first voltage measurement path and the inter-terminal voltage of the single battery cell 110 measured through the second voltage measurement path. Based on this, a leak of the battery system is detected. Since it did in this way, a leak can be detected easily and reliably about each single battery cell 110. FIG.
(8) The battery system monitoring device is configured such that the inter-terminal voltage measured through each of the plurality of voltage measurement paths for the upper unit cell among the two unit cells 110 adjacent to each other, and the two unit cells Based on the inter-terminal voltage measured through each of the plurality of voltage measurement paths for the lower unit battery cell of 110, it is possible to determine the occurrence location of the leak. Specifically, for the combination of cell 1 and cell 2 or the combination of cell 2 and cell 3, the voltage between terminals measured for each of the upper cell 1 or cell 2 through each of a plurality of voltage measurement paths If there is a difference and there is a difference between the voltages between terminals measured through each of the plurality of voltage measurement paths for the lower cell 2 or cell 3, it is determined that a leak has occurred in the cell controller IC 100. . On the other hand, there is a difference between the terminal voltages measured through each of the plurality of voltage measurement paths for only the upper cell 2 with respect to the cell 3 or the lower cell 2 with respect to the cell 1. Alternatively, when there is no difference with respect to the cell 1, it is determined that a leak has occurred between the two voltage detection lines SL2 and SL3 connected to the positive electrode and the negative electrode of the cell 2, respectively. Since it did in this way, the occurrence location of a leak can be judged reliably. As a result, it is possible to take appropriate measures according to the location where the leak occurs.
(9) The cell controller IC 100 detects a leak of the battery system based on the voltage between the terminals of each single battery cell 110 measured through each of the plurality of voltage measurement paths. Alternatively, the cell controller IC 100 selects a plurality of voltage measurement paths and measures the voltage between the terminals of each single battery cell 110 in accordance with a command from the battery controller 200, and each single battery cell 110 via the plurality of voltage measurement paths. The measurement result of the inter-terminal voltage is transmitted to the battery controller 200. The battery controller 200 detects a leak of the battery system based on the measurement result of the voltage between the terminals of each single battery cell 110 transmitted from the cell controller IC 100. Since it did in this way, leak detection is realizable in a battery system monitoring apparatus.

以上の説明は本発明の実施形態の例であり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。したがって、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。   The above description is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments. Those skilled in the art can implement various modifications without impairing the features of the present invention. Therefore, other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

10:電池システム監視装置
100:セルコントローラIC
101:セル電圧入力抵抗(Rcv)
102:バランシング抵抗(Rb)
103:コンデンサ
104:Vcc端子(VCC)
105:電圧入力端子(CV)
106: バランシング端子(BS端子)
107:グラウンド端子(GND端子)
108:バランシングスイッチ(BSW)
109:リーク検出スイッチ
110:単電池セル
120:セルグループ
130:電池システム
131:リーク抵抗(RL)
132:リーク放電電流(IL)
200:バッテリコントローラ
201、202:シグナルアイソレータ
210:電圧センサ
220:電流センサ
300:モータコントローラ
310:正極側コンタクタ
320:負極側コンタクタ
330:平滑コンデンサ
340:インバータ
350:モータ
400:車両コントローラ
1201、1202:マルチプレクサ
1203:選択スイッチ
1204:コンパレータ
1205:AD変換器
SL1〜5:電圧検出線
BL:バランシング線
GL:グラウンド線
VL:電源線
10: Battery system monitoring device 100: Cell controller IC
101: Cell voltage input resistance (Rcv)
102: Balancing resistance (Rb)
103: Capacitor 104: Vcc terminal (VCC)
105: Voltage input terminal (CV)
106: Balancing terminal (BS terminal)
107: Ground terminal (GND terminal)
108: Balancing switch (BSW)
109: Leak detection switch 110: Single battery cell 120: Cell group 130: Battery system 131: Leak resistance (RL)
132: Leakage discharge current (IL)
200: Battery controller 201, 202: Signal isolator 210: Voltage sensor 220: Current sensor 300: Motor controller 310: Positive side contactor 320: Negative side contactor 330: Smoothing capacitor 340: Inverter 350: Motor 400: Vehicle controller 1201, 1202: Multiplexer 1203: Selection switch 1204: Comparator 1205: AD converter SL1-5: Voltage detection line BL: Balancing line GL: Ground line VL: Power supply line

Claims (8)

複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、
前記セルグループを制御するセルコントローラICと、
前記単電池セルの端子間電圧を測定するための、前記単電池セルの正極および負極のそれぞれと前記セルコントローラICとを接続する複数の電圧検出線とを備え、
前記セルコントローラICは、前記複数の単電池セルのそれぞれについて、互いにインビーダンスが異なる複数の電圧測定経路のそれぞれを介して前記端子間電圧を測定可能であり、
前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧に基づいて、前記電池システムのリークを検出する電池システム監視装置。
A battery system monitoring device for monitoring a battery system including a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series,
A cell controller IC for controlling the cell group;
A plurality of voltage detection lines for connecting the cell controller IC and each of the positive electrode and the negative electrode of the single battery cell for measuring the voltage between the terminals of the single battery cell;
The cell controller IC is capable of measuring the inter-terminal voltage via each of a plurality of voltage measurement paths having different impedances from each other for each of the plurality of unit cells.
The battery system monitoring apparatus which detects the leak of the said battery system based on the said voltage between terminals measured through each of these voltage measurement path | routes.
請求項1に記載の電池システム監視装置において、
前記セルコントローラICは、前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して前記端子間電圧を測定することにより、前記リークによる電圧降下の影響を変化させて前記端子間電圧を複数回測定する電池システム監視装置。
The battery system monitoring device according to claim 1,
The cell controller IC measures the voltage between the terminals through each of the plurality of voltage measurement paths, thereby changing the influence of the voltage drop due to the leak and measuring the voltage between the terminals a plurality of times. apparatus.
請求項1または2に記載の電池システム監視装置において、
前記セルコントローラICは、前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線との間に接続された、当該単電池セルのバランシング放電を行うバランシングスイッチを前記単電池セル毎に備え、
前記電圧検出線には、電圧入力抵抗が直列に設けられ、
前記バランシングスイッチと当該バランシングスイッチに直列に接続されたバランシング抵抗とで構成されるバランシング放電回路が前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間に接続され、
前記バランシング放電回路と前記単電池セルの正極に接続された電圧検出線との接続点および、前記バランシング放電回路と前記単電池セルの負極に接続された電圧検出線との接続点は、それぞれ前記電圧入力抵抗より前記セルグループ側に設けられ、
前記セルコントローラICは、前記複数の単電池セルのそれぞれについて、前記電圧入力抵抗を経由する第1の電圧測定経路および前記バランシング抵抗を経由する第2の電圧測定経路を介して前記端子間電圧をそれぞれ測定可能であり、
前記第1の電圧測定経路を介して測定された前記端子間電圧と、前記第2の電圧測定経路を介して測定された前記端子間電圧とに基づいて、前記電池システムのリークを検出する電池システム監視装置。
The battery system monitoring device according to claim 1 or 2,
The cell controller IC includes a balancing switch connected between a voltage detection line connected to a positive electrode of the single battery cell and a voltage detection line connected to a negative electrode for performing balancing discharge of the single battery cell. Prepare for each battery cell,
The voltage detection line is provided with a voltage input resistor in series,
A balancing discharge circuit composed of the balancing switch and a balancing resistor connected in series to the balancing switch is connected between a voltage detection line connected to the positive electrode of the unit cell and a voltage detection line connected to the negative electrode. And
The connection point between the balancing discharge circuit and the voltage detection line connected to the positive electrode of the single battery cell, and the connection point between the balancing discharge circuit and the voltage detection line connected to the negative electrode of the single battery cell, respectively, Provided on the cell group side from the voltage input resistance,
The cell controller IC determines the inter-terminal voltage for each of the plurality of unit cells via a first voltage measurement path via the voltage input resistance and a second voltage measurement path via the balancing resistance. Each can be measured,
A battery for detecting leakage of the battery system based on the inter-terminal voltage measured via the first voltage measurement path and the inter-terminal voltage measured via the second voltage measurement path System monitoring device.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電池システム監視装置において、
互いに隣接し合う2つの単電池セルのうち上位の単電池セルについて前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧と、前記2つの単電池セルのうち下位の単電池セルについて前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧とに基づいて、前記リークの発生箇所を判断する電池システム監視装置。
In the battery system monitoring device according to any one of claims 1 to 3,
The inter-terminal voltage measured through each of the plurality of voltage measurement paths for the upper unit cell of two adjacent unit cells, and the lower unit cell of the two unit cells A battery system monitoring device that determines the occurrence of the leak based on the inter-terminal voltage measured through each of the plurality of voltage measurement paths.
請求項4に記載の電池システム監視装置において、
前記上位の単電池セルについて前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧の間に差異があり、かつ前記下位の単電池セルについて前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧の間に差異がある場合は、前記セルコントローラIC内で前記リークが発生したと判断し、
前記上位の単電池セルまたは前記下位の単電池セルのいずれか一方のみについて、前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧の間に差異がある場合は、当該単電池セルの正極と負極にそれぞれ接続された2つの前記電圧検出線の間で前記リークが発生したと判断する電池システム監視装置。
The battery system monitoring device according to claim 4,
There is a difference between the voltages measured through each of the plurality of voltage measurement paths for the upper unit cell, and each of the plurality of voltage measurement paths for the lower unit cell. If there is a difference between the measured inter-terminal voltages, it is determined that the leak has occurred in the cell controller IC,
When there is a difference between the terminal voltages measured through each of the plurality of voltage measurement paths for only one of the upper unit cell or the lower unit cell, the unit cell The battery system monitoring apparatus which judges that the said leak generate | occur | produced between the two said voltage detection lines each connected to the positive electrode and negative electrode of a cell.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電池システム監視装置において、
前記セルコントローラICは、前記複数の電圧測定経路のそれぞれを介して測定された前記端子間電圧に基づいて、前記電池システムのリークを検出する電池システム監視装置。
In the battery system monitoring device according to any one of claims 1 to 5,
The cell controller IC detects a leak of the battery system based on the inter-terminal voltage measured through each of the plurality of voltage measurement paths.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電池システム監視装置において、
前記セルコントローラICを制御するバッテリコントローラをさらに備え、
前記セルコントローラICは、前記バッテリコントローラの指令により、前記複数の電圧測定経路の選択および前記端子間電圧の測定を行って、前記複数の電圧測定経路を介した前記端子間電圧の測定結果を前記バッテリコントローラに送信し、
前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラICから送信された前記端子間電圧の測定結果に基づいて、前記電池システムのリークを検出する電池システム監視装置。
In the battery system monitoring device according to any one of claims 1 to 5,
A battery controller for controlling the cell controller IC;
The cell controller IC performs the selection of the plurality of voltage measurement paths and the measurement of the voltage between the terminals according to a command of the battery controller, and the measurement result of the voltage between the terminals via the plurality of voltage measurement paths To the battery controller,
The battery controller is a battery system monitoring device that detects leakage of the battery system based on the measurement result of the voltage between the terminals transmitted from the cell controller IC.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電池システム監視装置と、
複数の単電池セルを直列接続したセルグループを備え、前記電池システム監視装置により監視される電池システムとを備える蓄電装置。
The battery system monitoring device according to any one of claims 1 to 7,
A power storage device including a cell group in which a plurality of single battery cells are connected in series, and a battery system monitored by the battery system monitoring device.
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