JP2017158296A - Battery system controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリシステム制御装置に関するものである。 The present invention relates to a battery system control device.
鉛蓄電池などの安価なメインバッテリと、頻繁な充放電に対する耐久性の高いニッケル蓄電池、リチウム蓄電池などの高性能なサブバッテリと、の一対のバッテリを車両に搭載することが提案されている。これにより、アイドルストップ中における電気負荷への電力供給や回生充電はサブバッテリが優先的に実施することにより鉛蓄電池の劣化軽減を図る。一方、車両を駐車する場合など、長期にわたって要求される電力供給(暗電流)に対しては、安価な鉛蓄電池が実施することで、高性能バッテリを小容量化してコストアップ抑制を図っている。 It has been proposed to mount a pair of batteries, such as an inexpensive main battery such as a lead storage battery, and a high-performance sub-battery such as a nickel storage battery and a lithium storage battery that have high durability against frequent charging and discharging, on the vehicle. Thereby, the power supply to the electric load and the regenerative charging during the idle stop are preferentially performed by the sub-battery, thereby reducing the deterioration of the lead storage battery. On the other hand, for the power supply (dark current) required over a long period of time, such as when a vehicle is parked, an inexpensive lead-acid battery is used to reduce the capacity of the high-performance battery and suppress cost increase. .
また、発電機及びメインバッテリと、サブバッテリと、の間にFET(半導体スイッチ)を設け、回生せずに内燃機関を運転させている通常運転時にはFETをオフして、サブバッテリを充電せずに空き容量を大きくし、回生運転時にはFETをオンして、サブバッテリを回生充電させることにより、回生充電量の増大を図ることが提案されている。 Also, an FET (semiconductor switch) is provided between the generator and the main battery and the sub-battery, and the FET is turned off during normal operation when the internal combustion engine is operated without regenerating, so that the sub-battery is not charged. It has been proposed to increase the regenerative charge amount by increasing the free capacity and turning on the FET during regenerative operation to recharge the sub-battery.
FETは、オフ時の寄生ダイオードを通じた通電を防止するため、寄生ダイオードの順方向が互いに逆向きになるように直列接続された一対が設けられている。 The FET is provided with a pair connected in series so that the forward directions of the parasitic diodes are opposite to each other in order to prevent energization through the parasitic diode when the FET is off.
また、上述したバッテリシステム制御装置は、一対のFETのオン時に発電機からサブバッテリに大きな充電電流が流れるため、発電機の発電量が急激に増大する。このため、発電時の駆動源となっているエンジンのトルク変動が大きくなり、走行性能が悪くなる、という問題がある。 In the battery system control device described above, since a large charging current flows from the generator to the sub-battery when the pair of FETs is turned on, the amount of power generated by the generator increases rapidly. For this reason, there is a problem that the torque fluctuation of the engine that is a driving source at the time of power generation becomes large and the running performance is deteriorated.
そこで、一対のFETのオン時に一対のFETに0から徐々に増加するゲート電圧を供給して充電電流を抑え、走行性能の悪化を防ぐことが提案されている(特許文献1)。しかしながら、一対のFETに同じゲート電圧を与えると、バッテリ電圧の低いサブバッテリ側に設けられたFET(以下サブFET)よりもバッテリ電圧の高いメインバッテリ側に設けられたFET(以下、メインFET)の方に発熱が集中する、という問題があった。 Thus, it has been proposed to supply a gate voltage that gradually increases from 0 to the pair of FETs when the pair of FETs is turned on to suppress the charging current and prevent deterioration in running performance (Patent Document 1). However, when the same gate voltage is applied to a pair of FETs, an FET provided on the main battery side having a higher battery voltage (hereinafter referred to as a main FET) than an FET provided on the sub battery side having a low battery voltage (hereinafter referred to as a sub FET). There was a problem that fever concentrated on the side.
この理由を図5及び図6を用いて説明する。ゲート電圧Vgsがしきい値電圧以上になると、図5(B)に示すように、一対のFETが導通して、ゲート電圧Vgsの増加に応じて、メインバッテリからサブバッテリに流れる電流Idが徐々に増加する。また、図5(A)に示すように、ゲート電圧Vgsの増加に応じて、メインバッテリの電圧Vmainは徐々に減少すると共に、サブバッテリの電圧Vsubは徐々に増加し、その後、ゲート電圧Vgsが十分に大きくなると、メインバッテリ、サブバッテリの電圧Vmain、Vsubは等しくなる。 The reason for this will be described with reference to FIGS. When the gate voltage Vgs is equal to or higher than the threshold voltage, as shown in FIG. 5B, the pair of FETs are turned on, and the current Id flowing from the main battery to the sub-battery gradually increases as the gate voltage Vgs increases. To increase. As shown in FIG. 5A, as the gate voltage Vgs increases, the main battery voltage Vmain gradually decreases and the sub-battery voltage Vsub gradually increases. Thereafter, the gate voltage Vgs When sufficiently large, the voltages Vmain and Vsub of the main battery and the sub battery become equal.
このとき、共通接続された一対のFETのソース電圧Vsは、サブバッテリ側に張り付きサブバッテリの電圧とほぼ同じとなる。このため、ゲート電圧Vgsが十分に大きくなるまでの期間Tにおいては、メインFETのドレイン-ソース電圧(以下Vds)>サブFETのVdsとなり、発熱がメインFETに偏る。 At this time, the source voltage Vs of the pair of commonly connected FETs is substantially the same as the voltage of the sub-battery attached to the sub-battery side. Therefore, in the period T until the gate voltage Vgs becomes sufficiently large, the drain-source voltage of the main FET (hereinafter referred to as Vds)> Vds of the sub FET, and the heat generation is biased to the main FET.
しかも、図6に示すように、サブFETは常時、飽和領域で動作するが、メインFETのVdsは大きいため、メインFETは通電し始めは能動領域で動作し、その後、ゲート電圧Vgsが十分大きくなると飽和領域で動作する。このため、メインFETの方が、サブFETよりも抵抗が大きくなり、発熱がメインFETに偏る。 Moreover, as shown in FIG. 6, the sub-FET always operates in the saturation region, but the Vds of the main FET is large, so that the main FET starts operating in the active region and then the gate voltage Vgs is sufficiently large. It will operate in the saturation region. For this reason, the resistance of the main FET is larger than that of the sub FET, and heat generation is biased to the main FET.
また、0から徐々に増加するゲート電圧を供給すると、ゲート電圧が半導体スイッチのしきい値電圧以上まで上昇しないと半導体スイッチがオンしないため、オンするまでの時間が長くなる、という問題があった。 Further, when a gate voltage that gradually increases from 0 is supplied, the semiconductor switch is not turned on unless the gate voltage rises above the threshold voltage of the semiconductor switch. .
そこで、本発明は、一対の半導体スイッチの発熱をほぼ同じにして、発熱を分散できるバッテリシステム制御装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a battery system control device that can distribute heat generation by making heat generation of a pair of semiconductor switches substantially the same.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、一対のバッテリの間に、寄生ダイオードの順方向が互いに逆向きになるように直列接続された一対の半導体スイッチと、前記一対の半導体スイッチの各々にゲート電圧を供給して、前記一対の半導体スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段と、を備えたバッテリシステム制御装置において、前記スイッチ制御手段は、前記一対の半導体スイッチをオフからオンに制御するとき、前記一対のバッテリのうち電圧の高い側に接続された前記半導体スイッチのゲートに、徐々に増加する除変電圧をゲート電圧として供給した後、一定電圧をゲート電圧として供給すると共に、前記除変電圧をゲート電圧として供給している間、電圧の低い側に接続された前記半導体スイッチのゲートにパルス状のゲート電圧を供給した後、一定電圧をゲート電圧として供給することを特徴とするバッテリシステム制御装置である。
The invention according to
請求項2記載の発明は、前記スイッチ制御手段は、前記一対の半導体スイッチをオンからオフに制御するとき、前記一対のバッテリのうち電圧の高い側に接続された前記半導体スイッチのゲートに、徐々に減少する除変電圧をゲート電圧として供給すると共に、前記除変電圧をゲート電圧として供給している間、電圧の低い側に接続された前記半導体スイッチのゲートにパルス状のゲート電圧を供給することを特徴とする請求項1に記載のバッテリシステム制御装置である。
According to a second aspect of the present invention, when the switch control means controls the pair of semiconductor switches from on to off, the switch control means gradually applies to the gate of the semiconductor switch connected to the higher voltage side of the pair of batteries. The gate voltage is supplied to the gate of the semiconductor switch connected to the low voltage side while the gate voltage is supplied as the gate voltage. The battery system control device according to
請求項3記載の発明は、前記スイッチ制御手段は、0よりも大きい所定電圧から徐々に増加する前記除変電圧をゲート電圧として供給することを特徴とする請求項1又は2に記載のバッテリシステム制御装置である。
The invention according to
請求項4記載の発明は、前記スイッチ制御手段は、コンデンサを充電又は放電することにより除変電圧を生成する除変電圧生成手段と、前記一定電圧を生成する一定電圧生成手段と、を有することを特徴とする請求項1〜3何れか1項に記載のバッテリシステム制御装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, the switch control unit includes a variable voltage generation unit that generates a variable voltage by charging or discharging a capacitor, and a constant voltage generation unit that generates the constant voltage. It is a battery system control apparatus of any one of Claims 1-3 characterized by these.
以上説明したように請求項1、2記載の発明によれば、一対のバッテリのうち電圧の高い側に接続された半導体スイッチには除変電圧をゲート電圧として供給し、電圧の低い側に接続された半導体スイッチにはパルス状のゲート電圧を供給する。これにより、パルスがオンのときは除変電圧が供給される半導体スイッチの方が発熱し、パルスがオフのときはパルス状のゲート電圧が供給される半導体スイッチの方が発熱する。即ち、一対の半導体スイッチの発熱が交互に大きくなるので、一対の半導体スイッチの発熱をほぼ同じにして、発熱を分散できる。 As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the semiconductor switch connected to the high voltage side of the pair of batteries is supplied with the variable voltage as the gate voltage and connected to the low voltage side. A pulsed gate voltage is supplied to the semiconductor switch. Thereby, when the pulse is on, the semiconductor switch to which the variable voltage is supplied generates heat, and when the pulse is off, the semiconductor switch to which the pulsed gate voltage is supplied generates heat. That is, since the heat generation of the pair of semiconductor switches is alternately increased, the heat generation of the pair of semiconductor switches can be made substantially the same to disperse the heat generation.
請求項3記載の発明によれば、除変電圧は0よりも大きい所定電圧から徐々に増加する。これにより、除変電圧が0から所定電圧に上昇するまでの時間を待つ必要なくなり、除変電圧を迅速にしきい値電圧以上にして、半導体スイッチを非通電状態から通電状態に切り替えることができる。
According to the invention described in
請求項5記載の発明によれば、半導体スイッチのゲートへの除変電圧と一定電圧との切り替えを簡単に行うことができ、除変電圧が一定電圧まで上昇するのを待つ必要がなくなり、迅速に半導体スイッチのゲートに一定電圧を供給することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to easily switch between the variable voltage to the gate of the semiconductor switch and the constant voltage, and it is not necessary to wait for the variable voltage to rise to the constant voltage. A constant voltage can be supplied to the gate of the semiconductor switch.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態におけるバッテリシステム制御装置について図1を参照して説明する。図1に示すバッテリシステム制御装置1は、メインバッテリと、サブバッテリと、の一対のバッテリが搭載された車両に設けられている。メインバッテリは、例えば、鉛バッテリなどの安価なバッテリから構成され、図示しない発電機に接続されている。サブバッテリは、例えば、リチウムイオン、ニッケル水素バッテリなどの高性能バッテリから構成される。メインバッテリはサブバッテリよりも電圧が高い場合が多い。
(First embodiment)
Hereinafter, the battery system control device in the first embodiment will be described with reference to FIG. A battery
バッテリシステム制御装置1は、一対の半導体スイッチとしてのメインFET2及びサブFET3と、スイッチ制御手段としてのスイッチ制御回路4と、を備えている。メインFET2及びサブFET3は、メインバッテリ及びサブバッテリの間に寄生ダイオードの順方向が互いに逆向きになるように直列接続されている。
The battery
メインFET2及びサブFET3は、Nチャンネル型である。メインFET2は、ドレインがメインバッテリ側、ソースがサブバッテリ側に接続され、その寄生ダイオードの順方向がサブバッテリからメインバッテリに向かう方向となっている。サブFET3は、ドレインがサブバッテリ側、ソースがメインバッテリ側に接続され、その寄生ダイオードの順方向がメインバッテリからサブバッテリに向かう方向となっている。
The
即ち、メインFET2が、一対のバッテリのうち電圧の高い側(メインバッテリ側)に接続され、サブバッテリ3が、一対のバッテリのうち電圧の低い側(サブバッテリ側)に接続されている。
That is, the
スイッチ制御回路4は、メインFET2及びサブFET3の各々にゲート電圧を供給して、メインFET2及びサブFET3のオンオフを制御する回路である。具体的には、スイッチ制御回路4は、例えば、通常はメインFET2及びサブFET3をオフにして、回生運転時にメインFET2及びサブFET3をオンにして発電機からサブバッテリに充電できるようにする。
The
そして、スイッチ制御回路4は、メインFET2及びサブFET3をオフからオンに制御するとき、図2(e)に示すように、メインFET2に対して、除変下限電圧Vmin(=所定電圧)から徐々に増加する除変電圧をゲート電圧として供給した後、一定電圧Vpをゲート電圧として供給する。また、スイッチ制御回路4は、図2(f)に示すように、メインFET2に除変電圧を供給している間に、サブFET3にパルス状のゲート電圧を供給し、メインFET2に一定電圧Vpを供給している間、サブFET3にも一定電圧Vpを供給する。
Then, when the
また、スイッチ制御回路4は、メインFET2及びサブFET3をオンからオフに制御するとき、図2(e)に示すように、メインFET2に対して、除変上限電圧Vmaxから除変下限電圧Vminまで徐々に減少する除変電圧をゲート電圧として供給する。スイッチ制御回路4は、図2(f)に示すように、メインFET2に除変電圧を供給している間に、サブFET3にパルス状のゲート電圧を供給する。
When the
スイッチ制御回路4は、図1に示すように、一定電圧生成手段としての昇圧回路5と、除変電圧生成手段としての除変電圧生成回路6と、バッファ回路7と、スイッチ回路8と、レベルシフト回路9と、FETドライバ10と、フルon回路11と、フルoff回路12と、マイコン13と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
昇圧回路5は、メインバッテリの電圧を昇圧して一定電圧Vpを生成する回路であり、周知の昇圧型DC/DCコンバータから構成される。昇圧回路5は、例えばメインバッテリの電圧+10V程度の電圧を一定電圧Vpとして生成する。本実施形態では、昇圧回路5はメインバッテリの電圧を昇圧しているが、サブバッテリの電圧を昇圧するようにしてもよい。 The booster circuit 5 is a circuit that boosts the voltage of the main battery to generate a constant voltage Vp, and includes a well-known boosting DC / DC converter. The booster circuit 5 generates, for example, a voltage of about +10 V of the main battery voltage as the constant voltage Vp. In the present embodiment, the booster circuit 5 boosts the voltage of the main battery, but it may boost the voltage of the sub-battery.
除変電圧生成回路6は、コンデンサCを充電又は放電することにより除変電圧を生成する回路である。除変電圧生成回路6は、除変下限電圧設定回路61と、コンデンサCと、充放電回路62と、除変上限電圧設定回路63と、を有している。
The variable
除変下限電圧設定回路61は、除変下限電圧Vminを生成する。除変下限電圧Vminは、メインバッテリの電圧にしきい値電圧を加算した値に設定されている。除変下限電圧設定回路61は、例えば一定電圧Vpからしきい値電圧を生成する周知の定電圧回路と、メインバッテリの電圧としきい値電圧を加算する周知の加算回路と、から構成されている。
The change lower limit
コンデンサCは、一端が除変下限電圧設定回路61に接続され、除変下限電圧設定回路61に直列接続されている。これにより、コンデンサCの他端側の電圧は、除変下限電圧Vmin+コンデンサCの両端電圧となり、コンデンサCの充電時は除変下限電圧Vminから徐々に連続的に増加し、コンデンサCの放電時は除変下限電圧Vminまで徐々に連続的に減少する。即ち、コンデンサCの他端側電圧が除変電圧となる。
One end of the capacitor C is connected to the change / change lower limit
充放電回路62は、コンデンサCに後述する除変上限電圧Vmaxを供給して充電したり、コンデンサCに図示しない放電抵抗を接続して放電する回路である。充放電回路62は、後述するマイコン13により制御され、マイコン13からの除変入力がHiのときはコンデンサCを充電し、LoのときはコンデンサCを放電する。充放電回路62は、定電流や抵抗により制限された電流でコンデンサCの充電、放電を行う。
The charge /
除変上限電圧設定回路63は、例えば周知の定電圧回路から構成され、一定電圧Vpから除変上限電圧Vmaxを生成して、コンデンサCに供給する。除変上限電圧Vmaxは、一定電圧Vpよりも低い値に設定されている。コンデンサCに除変上限電圧Vmaxを供給することにより、コンデンサCの他端側の電圧、即ち除変電圧が除変上限電圧Vmaxを超えることがない。
The variable upper limit
バッファ回路7は、コンデンサCの他端側の電圧である除変電圧をバッファリングして、メインFET2のゲートに供給する。
The buffer circuit 7 buffers the variable voltage that is the voltage on the other end side of the capacitor C and supplies it to the gate of the
スイッチ回路8は、除変電圧生成回路6の出力とバッファ回路7の入力との間に設けられ、除変電圧生成回路6から出力される除変電圧のメインFET2のゲートへの供給、遮断を切り替える。スイッチ回路8は、後述するマイコン13により制御され、マイコン13からのフルon入力がLoのときには除変電圧をメインFET2のゲートに供給し、フルon入力がHiのときには除変電圧のメインFET2のゲートへの供給を遮断する。
The
レベルシフト回路9は、マイコン13から出力されるパルス状のPWM信号をシフトアップして後述するFETドライバ10に出力する。マイコン13から出力されるPWM信号はLoで0V、Hiで5Vである。レベルシフト回路9は、マイコン13から出力されるPWM信号をLoで(一定電圧Vp)/2、Hiで一定電圧VpのPWM信号にシフトアップする。(一定電圧Vp)/2は、サブFET3のソース−ゲート間がしきい値電圧より小さくなり、サブFET3が非通電状態となるような電圧である。
The
FETドライバ10は、レベルシフトしたPWM信号でサブFET3のゲートを駆動できるようにドライバする回路である。 The FET driver 10 is a circuit that drives the gate of the sub-FET 3 with a level-shifted PWM signal.
フルon回路11は、バッファ回路7及びFETドライバ10の入力と、昇圧回路5との間にそれぞれ設けられたスイッチから構成され、昇圧回路5から出力される一定電圧VpのメインFET2及びサブFET3のゲートへの供給、遮断を切り替える。フルon回路11は、後述するマイコン13により制御され、マイコン13からのフルon入力がLoのときには一定電圧VpのメインFET2及びサブFET3のゲートへの供給を遮断し、フルon入力がHiのときには一定電圧VpをメインFET2及びサブFET3のゲートに供給する。
The full on
フルoff回路12は、メインFET2及びサブFET3のゲートと、グランドとの間にそれぞれ設けられたスイッチから構成される。フルoff回路12は、後述するマイコン13により制御され、マイコン13からのフルoff入力がHiのときにはメインFET2及びサブFET3のゲートにグランド電位を供給して、メインFET2及びサブFET3の通電を完全に遮断し、フルoff入力がLoのときにはメインFET2及びサブFET3のゲートとグランドとを開放して、ゲートに除変電圧、PWM信号や一定電圧Vpが供給できるようにする。
The full-
マイコン13は、バッテリシステム制御装置1全体の制御を司り、CPU、ROM、RAMなどから構成される周知のマイクロコンピュータである。
The microcomputer 13 is a well-known microcomputer that controls the entire battery
次に、上述した構成のバッテリシステム制御装置1の動作について図2のタイムチャートを参照して以下説明する。まず、マイコン13は、除変入力、フルon入力をLo、フルoff入力をHiにしている。これにより、メインFET2及びサブFET3のゲートにグランド電位が供給され、図2(h)に示すように、メインFET2及びサブFET3の通電が完全に遮断されている(フルoff期間)。
Next, the operation of the battery
メインFET2及びサブFET3がオフのときは、図2(f)に示すようにメインバッテリの電圧の方がサブバッテリの電圧よりも高い。
When the
次に、マイコン13は、メインFET2及びサブFET3をオフからオンに制御する。このとき、マイコン13は、まず、図2(a)、(c)、(d)に示すように、フルoff入力をHiからLiに、除変入力をLoからHiに切り替えると共にPWM信号を出力する。これにより、メインFET2のゲートには、除変電圧生成回路6により生成された除変電圧が供給される。
Next, the microcomputer 13 controls the
このとき、コンデンサCはまったく充電されていなので、メインFET2のゲートには、図2(e)に示すように、除変下限電圧設定回路61が生成した除変下限電圧Vminが供給される。除変下限電圧Vminは、メインバッテリの電圧(=メインFET2のソース電圧)にしきい値電圧を加算した値に設定されている。このため、メインFET2のソース−ゲート間にしきい値電圧が印加され、メインFET2は通電する。
At this time, since the capacitor C is not charged at all, the change lower limit voltage Vmin generated by the change lower limit
また、除変入力がHiであるため、コンデンサCが充電され、メインFET2のゲートに供給される除変電圧が除変下限電圧Vminから徐々に増加する。
Since the change input is Hi, the capacitor C is charged, and the change voltage supplied to the gate of the
一方、サブFET3のゲートには、図2(f)に示すように、レベルシフトされたPWM信号が供給される。サブFET3は、PWM信号がLoのとき非通電状態となり、PWM信号がHiのとき飽和領域での通電状態となる。なお、サブFET3が非通電状態のときは、サブFET3の寄生ダイオードを通じてメインバッテリからサブバッテリに電流が流れる。
On the other hand, the level-shifted PWM signal is supplied to the gate of the sub-FET 3 as shown in FIG. The
除変電圧が供給されているとき、メインFET2は通電状態となる。一方、サブFET3は、通電状態と非通電状態とが交互に繰り返される。このため、メインFET2及びサブFET3の通電電流は、図2(h)に示すように、除変電圧の増加に従って、PWM信号のHi、Loに応じて増減しながら徐々に増加するため急増を抑えることができる(除変on期間)。
When the variable voltage is supplied, the
また、図2(g)に示すように、メインバッテリの電圧は徐々に減少し、サブバッテリの電圧は徐々に増加して、互いに近づく。このようにメインFET2及びサブFET3を飽和領域で徐々に通電電流が大きくなるように制御することにより、メインバッテリ及びサブバッテリ間の電圧が急変することを防止する。
Further, as shown in FIG. 2 (g), the voltage of the main battery gradually decreases and the voltage of the sub battery gradually increases and approaches each other. Thus, by controlling the
PWM信号がHiのとき、メインFET2及びサブFET3の双方が通電状態となり、背景技術で説明したように、メインFET2の方がサブFET3よりも発熱する。一方、PWM信号がLoのときはサブFET3が非通電状態となる。このとき、サブFET3が抵抗の役割となるため、サブFET3の方がメインFET2よりも発熱する。つまり、メインFET2及びサブFET3の発熱が交互に大きくなるので、メインFET2及びサブFET3の発熱をほぼ同じにすることができる。
When the PWM signal is Hi, both the
除変入力をHiにしてからメインバッテリ及びサブバッテリの電圧がほぼ同じとなる所定時間経過した後、マイコン13は、フルon入力をLoからHiに切り替えると共にPWM信号の出力を停止する。このとき、除変電圧は、除変上限電圧Vmaxよりも少し低い電圧であってもよい。これにより、メインFET2及びサブFET3のゲートには、除変電圧、PWM信号の供給が遮断され、一定電圧Vpが供給される。そして、メインFET2及びサブFET3の双方は、飽和領域で通電する(フルon期間)。
After a lapse of a predetermined time when the main battery voltage and the sub battery voltage become substantially the same after the change input is set to Hi, the microcomputer 13 switches the full on input from Lo to Hi and stops outputting the PWM signal. At this time, the removal voltage may be a voltage slightly lower than the removal upper limit voltage Vmax. As a result, the supply of the variable voltage and the PWM signal is cut off and the constant voltage Vp is supplied to the gates of the
次に、マイコン13は、メインFET2及びサブFET3をオンからオフに制御する。このとき、マイコン13は、まず、図2(a)、(b)、(d)に示すように、フルon入力をHiからLoに、除変入力をHiからLoに切り替えると共に、PWM信号を出力する。フルon入力のHiからLoの切り替えにより、メインFET2及びサブFET3のゲートには、一定電圧Vpの供給が遮断され、除変電圧生成回路6により生成された除変電圧、レベルシフトされたPWM信号が供給される。
Next, the microcomputer 13 controls the
フルon入力がHiとなりメインFET2のゲートへの除変電圧の供給が遮断されている間、除変入力はHiである。このため、コンデンサCの充電が継続され、除変電圧は除変上限電圧Vmaxとなる。よって、このとき、メインFET2のゲートには、除変上限電圧Vmaxが供給される。
While the full on input becomes Hi and the supply of the variable voltage to the gate of the
また、除変入力のHiからLoの切り替えにより、コンデンサCが放電され、メインFET2及びサブFET3のゲートに供給される除変電圧が除変上限電圧maxから徐々に減少する。一方、サブFET3には、レベルシフトされたPWM信号が供給される。サブFET3は、PWM信号がLoのとき非通電状態となり、PWM信号がHiのとき飽和領域での通電状態となる。
Further, the changeover input Hi to Lo is switched to discharge the capacitor C, and the changeover voltage supplied to the gates of the
除変電圧が供給されているとき、メインFET2は通電状態となる。一方、サブFET3は、通電状態と非通電状態とが交互に繰り返される。よって、メインFET2及びサブFET3の通電電流は、図2(h)に示すように、除変電圧の減少に従って、PWM信号のHi、Loに応じて増減しながら徐々に増加する(除変off期間)。また、図2(g)に示すように、メインバッテリの電圧は徐々に増加し、サブバッテリの電圧は徐々に減少する。このようにFET2及び3を飽和領域で徐々に通電電流が小さくなるように制御することにより、メインバッテリ及びサブバッテリ間の電圧が急変することを防止する。
When the variable voltage is supplied, the
オフ時もオン時と同様に、メインFET2及びサブFET3の発熱が交互に大きくなるので、メインFET2及びサブFET3の発熱をほぼ同じにすることができる。
Since the heat generation of the
除変入力をLoしてからメインバッテリ及びサブバッテリの電圧がほぼ一定となる所定時間経過した後、マイコン13は、フルoff入力をLoからHiに切り替える。これにより、メインFET2及びサブFET3のゲートにグランド電位が供給され、図2(f)に示すように、メインFET2及びサブFET3の通電が完全に遮断される(フルoff期間)。
The microcomputer 13 switches the full-off input from Lo to Hi after a predetermined time has elapsed since the main battery and sub-battery voltages are substantially constant after the change input is Lo. As a result, the ground potential is supplied to the gates of the
上述した実施形態によれば、一対のバッテリのうち電圧の高い側に接続されたメインFET2には除変電圧をゲート電圧として供給し、電圧の低い側に接続されたサブFET3にはパルス状のPWM信号をゲート電圧として供給する。これによりPWM信号がHi(オン)のときはメインFET2の方が発熱し、PWM信号がLo(オフ)のときはサブFET3の方が発熱する。即ち、メインFET2及びサブFET3の発熱が交互に大きくなるので、メインFET2及びサブFET3の発熱をほぼ同じにして、発熱を分散できる。
According to the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態によれば、除変下限電圧Vmin(=所定電圧)は、0よりも大きい値、好適には、メインFET2のゲート−ソース電圧がしきい値電圧以上となるように設定されている。これにより、除変電圧が0から除変下限電圧Vminに上昇するまでの時間を待つ必要がなくなり、除変電圧を迅速にしきい値電圧以上にして、メインFET2を非通電状態から通電状態に切り替えることができる。
Further, according to the above-described embodiment, the lower limit voltage Vmin (= predetermined voltage) is set to a value larger than 0, preferably such that the gate-source voltage of the
また、上述した実施形態によれば、スイッチ制御回路4は、コンデンサCを充電又は放電することにより除変電圧を生成する除変電圧生成回路6と、一定電圧Vpを生成する昇圧回路5と、を有する。これにより、メインFET2のゲートへの除変電圧と一定電圧Vpとの切り替えを簡単に行うことができる。詳しく説明すると、除変電圧を一定電圧Vpまで増加させてもよいが、そうすると一定電圧Vpを供給するまでの時間がかかる。図2(h)に示すように、メインFET2及びサブFET3の通電により電流が急増するのは最初のうちだけである。このため、迅速にメインFET2及びサブFET3双方の通電を飽和領域に切り替えることができる。
Further, according to the above-described embodiment, the
なお、上述した実施形態によれば、図3(a)に示すように、PWM信号はデューティ及びレベルが固定であったがこれに限ったものではない。図3(b)に示すように、PWM信号のレベルを固定して、デューティを徐々に増加又は減少するようにしてもよい。また、図3(c)に示すように、PWM信号のデューティを固定して、レベルを徐々に増加又は減少するようにしてもよい。図3(b)及び(c)に示すようなPWM信号をサブFET3のゲートに供給することにより、更に効率良くメインFET2及びサブFET3の発熱を分散させることができる。
According to the above-described embodiment, as shown in FIG. 3A, the PWM signal has a fixed duty and level, but is not limited thereto. As shown in FIG. 3 (b), the level of the PWM signal may be fixed and the duty may be gradually increased or decreased. Further, as shown in FIG. 3C, the duty of the PWM signal may be fixed and the level may be gradually increased or decreased. By supplying a PWM signal as shown in FIGS. 3B and 3C to the gate of the sub-FET 3, the heat generation of the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態におけるバッテリシステム制御装置1について図4を参照して説明する。同図において、上述した第1実施形態で説明した図1に示すバッテリシステム制御装置1と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the battery
第1実施形態と第2実施形態とで大きく異なる点は、バッテリシステム制御装置1が、メインバッテリ及びサブバッテリ間に流れる電流を検出する電流検出回路14を備えた点である。この電流検出回路14は、検出結果をマイコン13に対して供給する。マイコン13は、メインFET2に徐々に増加する除変電圧を、サブFET3にレベルシフトされたPWM信号を供給しているときに、電流検出回路14により安全動作領域を上回る電流が検出されると、フルon入力をLoからHiに切り替える。これにより、メインFET2及びサブFET3のゲートには、一定電圧Vpが供給され、飽和領域で通電する。飽和領域でのメインFET2及びサブFET3のオン抵抗は小さいため、発熱を抑えることができる。
A significant difference between the first embodiment and the second embodiment is that the battery
また、マイコン13は、メインFET2に徐々に減少する除変電圧を、サブFET3にレベルシフトされたPWM信号を供給しているときに、電流検出回路14により安全動作領域を上回る電流が検出されるとオフoff入力をLoからHiに切り替える。これにより、メインFET2及びサブFET3の通電は完全に遮断され、発熱を抑えることができる。
The microcomputer 13 detects a current exceeding the safe operation area by the current detection circuit 14 when supplying the PWM signal whose level is shifted to the
なお、上述した実施形態によれば、メインFET2及びサブFET3のゲートに除変下限電圧Vminから徐々に増加する除変電圧を供給していたが、これに限ったものではない。メインFET2及びサブFET3のゲートに0から徐々に増加する除変電圧を供給してもよい。
According to the above-described embodiment, the removal voltage that gradually increases from the removal lower limit voltage Vmin is supplied to the gates of the
また、上述した実施形態によれば、メインFET2及びサブFET3をオンからオフに制御するときも徐々に減少する除変電圧を供給していたが、これに限ったものではない。オンからオフに制御するときは、除変電圧を供給せずにすぐにフルoff回路12によりメインFET2及びサブFET3の通電を完全に遮断してもよい。
Further, according to the above-described embodiment, the variable voltage that gradually decreases is supplied even when the
また、上述した実施形態によれば、サブFET3は、PWM信号がHiのとき飽和領域で、Loのとき非飽和領域で通電していたが、これに限ったものではない。PWM信号としては、除変電圧を供給している間、メインFET2及びサブFET3のゲート−ソース間電圧が交互に大きくなるようなPWM信号を供給するようにすればよい。よって、サブFET3が、PWM信号がHiのときもLoのときも非飽和領域で通電してもよい。
Further, according to the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、メインFET2及びサブFET3をオフからオンに切り替える直前は、メインバッテリの電圧の方がサブバッテリの電圧よりも高いものとしていた。しかしながら、まれにサブバッテリの方がメインバッテリの電圧よりも高いときがある。そこで、メインバッテリ及びサブバッテリの電圧を各々検出する電圧検出回路を備え、除変電圧、PWM信号の供給をメインFET2及びサブFET3間で切り替えられるように設ける。そして、メインFET2及びサブFET3のうち電圧が高い側に接続されている方に、除変電圧を供給し、電圧が低い側に接続されている方に、PWM信号を供給するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the voltage of the main battery is higher than the voltage of the sub battery immediately before switching the
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Further, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 バッテリシステム制御装置
2 メインFET(半導体スイッチ)
3 サブFET(半導体スイッチ)
4 スイッチ制御回路(スイッチ制御手段)
5 昇圧回路(一定電圧生成手段)
6 除変電圧生成回路(除変電圧生成手段)
C コンデンサ
Vp 一定電圧
Vmin 除変下限電圧(所定電圧)
1
3 Sub-FET (semiconductor switch)
4 Switch control circuit (switch control means)
5 Booster circuit (constant voltage generator)
6. Removal voltage generation circuit (removal voltage generation means)
C Capacitor Vp Constant voltage Vmin Variable lower limit voltage (predetermined voltage)
Claims (4)
前記一対の半導体スイッチの各々にゲート電圧を供給して、前記一対の半導体スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御手段と、
を備えたバッテリシステム制御装置において、
前記スイッチ制御手段は、前記一対の半導体スイッチをオフからオンに制御するとき、前記一対のバッテリのうち電圧の高い側に接続された前記半導体スイッチのゲートに、徐々に増加する除変電圧をゲート電圧として供給した後、一定電圧をゲート電圧として供給すると共に、前記除変電圧をゲート電圧として供給している間、電圧の低い側に接続された前記半導体スイッチのゲートにパルス状のゲート電圧を供給した後、一定電圧をゲート電圧として供給する
ことを特徴とするバッテリシステム制御装置。 A pair of semiconductor switches connected in series between the pair of batteries so that the forward directions of the parasitic diodes are opposite to each other;
Switch control means for supplying a gate voltage to each of the pair of semiconductor switches to control on / off of the pair of semiconductor switches;
In a battery system control device comprising:
When the switch control unit controls the pair of semiconductor switches from off to on, a gate of a gradually increasing voltage change voltage is applied to a gate of the semiconductor switch connected to a higher voltage side of the pair of batteries. After supplying as a voltage, a constant voltage is supplied as a gate voltage, and a pulse-like gate voltage is applied to the gate of the semiconductor switch connected to the low voltage side while supplying the variable voltage as the gate voltage. A battery system control device that supplies a constant voltage as a gate voltage after the supply.
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリシステム制御装置。 When the switch control means controls the pair of semiconductor switches from on to off, the switch control means gates a gradually decreasing voltage to the gate of the semiconductor switch connected to the higher voltage side of the pair of batteries. The pulsed gate voltage is supplied to the gate of the semiconductor switch connected to the low voltage side while supplying the voltage as a gate voltage while supplying the voltage as a gate voltage. The battery system control device described in 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のバッテリシステム制御装置。 3. The battery system control device according to claim 1, wherein the switch control unit supplies, as a gate voltage, the variable voltage that gradually increases from a predetermined voltage greater than 0. 4.
コンデンサを充電又は放電することにより除変電圧を生成する除変電圧生成手段と、
前記一定電圧を生成する一定電圧生成手段と、を有する
ことを特徴とする請求項1〜3何れか1項に記載のバッテリシステム制御装置。 The switch control means includes
A variable voltage generation means for generating a variable voltage by charging or discharging a capacitor;
The battery system control device according to claim 1, further comprising: a constant voltage generation unit configured to generate the constant voltage.
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