JP4006877B2 - Battery pack voltage adjustment device and battery pack voltage adjustment method - Google Patents

Battery pack voltage adjustment device and battery pack voltage adjustment method Download PDF

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    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の単位セルを直列に接続してなる組電池について、各単位セル間の端子電圧のばらつきを調整する組電池の電圧調整装置及び組電池の電圧調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、低公害性と高い走行性能との両立を目的として、電気自動車とガソリンエンジンとのメカニズムを組み合わせたハイブリッド電気自動車(以下、HEVと称す)が開発されている。HEVは、ガソリンエンジンを搭載しているため、電気自動車ほど大容量のバッテリを使用せずともガソリン車並みの走行性能が確保できる一方、エンジンの効率が低く二酸化炭素や窒素酸化物などの排出量が増加する低回転時にはバッテリによりモータを駆動して走行するため、低公害性をも達成し得るようになっている。
【0003】
斯様なHEVにおいても、発進時やフル加速時にはバッテリから供給される電力を使用するため、バッテリには高い出力が要求される。また、HEVは、エンジンやモータ/ジェネレータ,バッテリなど多くの構成部品を搭載しなければならず、自動車全体の重量が増加することから、バッテリに対しては、電気自動車と同様に高性能且つ軽量であることが要求されている。
【0004】
斯様な状況下で、鉛,ニッカドやニッケル水素電池などに代わるものとして、リチウム電池が注目されている。リチウム電池は、同容量の鉛やニッカド電池に比して約3〜4倍もの高い重量エネルギ密度を有しており、小形軽量化が要求されるHEVには好適であるとして応用が期待されている。
【0005】
ところが、リチウム電池は、過充電や過放電に弱く、定められた電圧範囲内で使用しないと材料が分解して著しく容量が減少したり、異常に発熱するなどして使用できなくなるおそれがある。そのため、リチウム電池を使用する場合は、上限電圧及び下限電圧を明確に規定して、端子電圧がその範囲内となるように充放電制御したり、或いは、電圧範囲を制限する保護回路とセットで使用するのが一般的である。
【0006】
ところで、電気自動車やHEVに使用されるバッテリは、モータを駆動するために高い電圧が要求されるので、通常、複数個の単位セルを直列に接続して構成されている。例えば、300Vのバッテリ電圧を得るには、単位セル当たり2Vの鉛電池では150個程度のセルを直列接続し、単位セル当たり3.6Vのリチウム電池では80個程度のセルを直列接続することになる。
【0007】
このように多数の単位セルを直列接続してなる組電池を充電する場合、従来は、組電池の正,負極の端子間電圧を監視することにより充電を制御していた。例えば、単位セル当たりの電圧範囲が1.8〜2.4Vで150個直列の鉛電池の場合は、組電池の電圧範囲が270〜360Vの範囲となるように充放電制御していた。
【0008】
この場合に問題となるのが、各単位セルの残存容量(State Of Charge,以下、SOCと称す)に基づく各単位セル間の端子電圧のばらつきである。直列接続された状態では各単位セルを流れる電流値は等しいが、各単位セル毎の残存容量には必ずばらつきがあるため、これに起因して各単位セルの端子電圧も異なったものとなる。この残存容量のばらつきは、主としてセルごとの自己放電や充放電効率の違いによって生じるもので、時間と共に蓄積され拡大していくものである。
【0009】
即ち、これらの総計たる組電池の端子間電圧を監視して充電制御しても、その構成要素たる各単位セルとしては、端子電圧が(組電池の端子間電圧)/(単位セル個数)で得られる平均電圧よりも高く、或いは低くなっているものが存在する。このため、上限電圧まで充電すれば過充電となり、下限電圧まで放電すれば過放電となる単位セルが存在することになる。
【0010】
しかし、ニッカド或いはニッケル水素電池は、過放電や過充電となっても性能の劣化が少なく、また、鉛電池は、性能が劣化しても特に安全性に問題は無く、何れも使用不能の状態にはならないことから、組電池の両端電圧のみを参照して制御すれば十分だが、リチウム電池を多直列組電池として使用する場合は、各単位セル夫々が過充電または過放電状態とならないように対策することは必須である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
このような対策を考慮したものとして、例えば、実開平2−136445号公報においては、充電時には、各単位セルの端子電圧の内最高値を検出してその最高電圧に基づいて制御を行い、放電時には、同最低値を検出してその最低電圧に基づいて制御を行う技術が開示されている。この従来技術では、全ての単位セルを所定電圧範囲内で充放電制御することは可能だが、各単位セル毎のSOCがずれてしまった場合は、SOCが最高,最低である単位セルで充電,放電が制限され、SOCがずれた分だけ容量が少なくなるという問題がある。
【0012】
このような問題を解決するものとして、例えば、特開平6−253463号公報には、各単位セルに抵抗及びスイッチからなる放電回路(バイパス回路)を並列に接続し、単位セルの電圧にばらつきが生じると、電圧が高くなっている単位セルに対応する放電回路のスイッチを閉じて放電させたり、或いは、充電時における充電電流を分流させる所謂バランス充放電によって単位セル間の電圧差を縮小するという技術が開示されている。
【0013】
また、特開平8−213055号公報には、各単位セルの充電状態を監視することで、満充電状態に達した単位セルについてはバイパス回路に充電電流を分流することによって全ての単位セルを満充電状態に揃え、ばらつきを解消する技術が開示されている。
【0014】
これらの従来技術の具体構成例を図16に示す。組電池1は、複数(n)個の単位セル2(1),2(2),…,2(n)を直列接続して構成されており、それらの各単位セル2の両端には、放電用の抵抗3a及びトランジスタやFETなどからなるスイッチ3bを直列に接続して構成された放電回路3並びに電圧検出器4が夫々接続されている。電圧検出器4の出力信号は、マルチプレクサ5及びA/Dコンバータ6を介してMPU7に与えられる。
【0015】
MPU7は、一定時間毎に各単位セル2の端子電圧を参照してメモリ8に記憶させると共に、各単位セル2の内で端子電圧が高くなったものを放電させるため、或いは、充電電流をバイパスさせるために制御信号をデコーダ9に出力する。当該制御信号は、デコーダ9によりデコードされると、対応する単位セル2の放電回路3のスイッチ3bにフォトカプラ(またはアイソレーションアンプ)10を介して出力される。すると、その放電回路3のスイッチ3bは閉じられて、抵抗3aを介して単位セル2の放電或いは充電電流のバイパスが行われるようになっている。
【0016】
このような構成では、放電回路3,電圧検出器4やフォトカプラ10などが単位セル2の個数分必要となり、全体の部品数が多くなってしまうという問題がある。加えて、実際に、1つのMPU7によって制御することが可能な単位セル2の数は、絶縁(耐圧)性や制御性などの制限によって10〜20個程度が限度である。
【0017】
従って、HEVや電気自動車に適用するためには、図17に示すように、組電池1全体を10〜20個程度の単位セル2のグループに分けて、各グループの制御を図16の構成で夫々対応するMPU7に分担させるモジュール11を構成すると共に、更にそれらモジュール11の各MPU7を統括制御する上位MPU7Hを配置する、という構成にする必要がある。例えば、単位セル2に80個のリチウム電池を用いた場合には、10個×8グループ,または20個×4グループの構成となる。その結果、高価な部品であるMPUが5個または9個必要となり、コストアップすることが避けられない。
【0018】
そこで、特開平8−55643号公報には、MPUを用いることなく、充電制御することを可能とした技術が開示されている。これは、図18に示すように、直列接続された2つの単位セル12からなる組電池13に対して、抵抗値が等しい2つの抵抗14a及び14bの直列回路を並列に接続し、コンパレータ15により2つの単位セル12の共通接続点VCMと2つの抵抗14a及び14bの共通接続点VRMとの電位を比較する。
【0019】
コンパレータ15の出力端子には、ベース抵抗16aを介してnpn型のトランジスタ17aのベースが接続されていると共に、ベース抵抗16bを介してpnp型のトランジスタ17bのベースが接続されている。トランジスタ17a,17bのコレクタは、放電用の抵抗18a,18bを介して組電池13の正極,負極に夫々接続されており、両者のエミッタは、共通接続点VCMに共通に接続されている。以上が調整モジュール19を構成している。
【0020】
そして、単位セル12(1),12(2)の端子電圧を夫々VC1,VC2とすると、VC1>VC2であり電位VCM<電位VRMとなると、コンパレータ15の出力端子がハイレベルとなりトランジスタ17aがオンするので、単位セル12(1)は抵抗18aを介して放電される。また、VC1<VC2であり電位VCM>V電位RMとなると、コンパレータ15の出力端子がロウレベルとなりトランジスタ17bがオンするので、単位セル12(2)は抵抗18bを介して放電されるようになっている。
【0021】
しかしながら、これらの各調整モジュール19は、夫々に接続された2個の単位セルについて端子電圧のばらつきを調整する構成である。従って、この調整モジュール19を、数10個以上、例えばN(Nは自然数)直列組電池に適用した場合を想定すると、それに対応して調整モジュール19は(N−1)個用いなければならない。すると、各調整モジュール19間の調整誤差が累積されてしまうおそれがあり、全体として高精度の制御を達成することができるという保障はない。
【0022】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各単位セルの過放電,過充電を防止すると共に、それらの各単位セルが直列に接続されて構成される組電池の充電容量が、各単位セル毎の容量のばらつきによる制限を極力受けないようにすることができる組電池の電圧調整装置を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の組電池の電圧調整装置または請求項5記載の組電池の電圧調整方法によれば、分圧手段は、組電池の端子電圧を単位セルの個数に応じて分圧し、電位比較手段は、単位セル間における複数の連結点の内、特定の連結点の電位と当該連結点に対応する分圧点の電位とを比較する。そして、放電制御手段は、単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると、当該単位セルを放電させるように制御する。
【0024】
従って、特定の連結点に対応する単位セルの端子電圧が平均電圧に等しくなるように調整して端子電圧のばらつき、即ち、残存容量のばらつきを調整することができ、過放電や過充電を防ぎながら組電池の使用効率を向上させることができる。
【0025】
また、放電制御手段は、周囲温度が予め設定された基準温度以下になったと判断すると単位セルの放電を禁止する。即ち、低温環境下においては、単位セルの内部抵抗が極めて大きくなる場合があり、放電することで生じた電圧降下によってある単位セルの電圧がその時点での最低電圧を下回ると、本来調整する必要がない単位セルの電圧を調整するおそれがある。従って、周囲温度が基準温度以下になった場合には放電を禁止することで、そのような事態に陥ることを回避できる。
【0026】
請求項2記載の組電池の電圧調整装置または請求項6記載の組電池の電圧調整方法によれば、請求項1または5と同様に、放電制御手段は、単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させるように制御するので、残存容量のばらつきを調整することができ、過放電や過充電を防ぎながら組電池の使用効率を向上させることができる。
【0027】
また、放電制御手段は、複数の単位セルの内、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧が予め設定された基準電圧以下になったと判断すると単位セルの放電を禁止する。即ち、複数の単位セルの内の何れか1つに短絡などが生じてセルの電圧が低下すると、それに応じてその他の単位セルの電圧も低下させるように調整が行われる可能性がある。従って、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧が基準電圧以下になった場合には放電を禁止することで、他の単位セルの電圧を不用意に低下させることを防止できる。
【0028】
請求項3記載の組電池の電圧調整装置,請求項7記載の組電池の電圧調整方法によれば、請求項1,2または5,6と同様に、放電制御手段は、単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させるように制御するので、残存容量のばらつきを調整することができ、過放電や過充電を防ぎながら組電池の使用効率を向上させることができる。
【0029】
また、放電制御手段は、複数の単位セルの内、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧が予め設定された基準電圧以上になったと判断すると単位セルの放電を禁止する。即ち、電圧調整動作の上限を定めることにより、調整動作を行う電圧または残存容量の範囲を限定することが可能となる。従って、残存容量のばらつきとは異なる各単位セル間の満充電容量のばらつきが原因となり、特に残存容量が多い(満充電に近い)範囲において、残存容量が等しいにもかかわらず単位セルの端子間電圧がばらついていることで不必要な電圧調整動作が行われ、無駄な放電が行われるのを抑制することができる。
【0030】
請求項4記載の組電池の電圧調整装置,請求項8記載の組電池の電圧調整方法によれば、請求項1,2,3または5,6,7と同様に、放電制御手段は、単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させるように制御するので、残存容量のばらつきを調整することができ、過放電や過充電を防ぎながら組電池の使用効率を向上させることができる。
【0031】
また、各単位セルの放電経路中で且つ夫々の単位セルの近傍側に配置される経路遮断手段は、放電経路に過電流が流れた場合は当該経路を遮断する。即ち、例えば、組電池に対して充電または放電動作が行われている途中で、複数の単位セルの内の何れか1つに何らかの理由により断線が生じると、その断線箇所の両端には、組電池に接続されている回路のインダクタンスなどによって高電圧が発生するおそれがある。そして、そのような場合には、断線箇所の両端に接続されている放電経路に過電流が流れるので、経路遮断手段によって当該放電経路を遮断することで、当該電圧調整装置を破壊から保護することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)
以下、本発明を、3個の単位セルを直列接続してなる組電池に適用した場合の第1実施例について図1乃至図4を参照して説明する。電気的構成を示す図1において、リチウム二次電池で構成される3個の単位セル21(1),21(2),21(3)は、直列に接続されて組電池22を構成している。この組電池22には、抵抗23,24,25を直列に接続してなる分圧回路(分圧手段)26が並列に接続されている。
【0033】
この内、抵抗23,24については、夫々抵抗23a及び23b,24a及び24bの直列回路で構成されており、その抵抗比は、例えば4000:1程度に設定されている。そして、抵抗23a,24a及び25の抵抗値は、互いに等しくなるように設定されており、抵抗23b,24bの抵抗値は、これらの抵抗値に比較して無視できる程小さい。従って、実質的には、組電池22の端子電圧を、3つの抵抗23a,24a及び25により三等分に分圧していることになる。
【0034】
ここで、組電池22の負側端子をJc0,正側端子をJc3として、その間にある単位セル21(1)及び21(2)の連結点をJc1,単位セル21(2)及び21(3)の連結点をJc2とする。また、分圧回路26の負側端子をJr0,正側端子をJr3として、その間にある抵抗23a及び23b,24a及び24bの共通接続点を、夫々Jr1,Jr2とする。また、抵抗23b及び24aの共通接続点をJr1′,抵抗24b及び25の共通接続点をJr2′とする。以下で、上記各接続点は、端子と称する。
【0035】
コンパレータ27Hの反転入力端子及びコンパレータ27Lの非反転入力端子は、端子Jc1に共通に接続されている。また、コンパレータ27Hの非反転入力端子は、端子Jr1に接続され、コンパレータ27Lの反転入力端子は、端子Jr1′に接続されている。また、単位セル21(2)及び抵抗24に対して、2つのコンパレータ28H及び28Lが同様の接続を成している。尚、4つのコンパレータ27H,27L,28H及び28Lは、電位比較手段を構成している。
【0036】
そして、コンパレータ27Lの出力端子は、INV(インバータ)ゲート29を介してANDゲート30の一方の入力端子に接続されており、コンパレータ27Hの出力端子は、ANDゲート31の一方の入力端子に接続されている。また、コンパレータ28Lの出力端子は、ANDゲート30の他方の入力端子に接続されており、コンパレータ28Hの出力端子は、INVゲート32を介してANDゲート31の他方の入力端子に接続されている。
【0037】
放電回路33は、放電用の抵抗34及び常開型のスイッチ35を直列接続してなるものである。そして、3つの放電回路33(1)〜33(3)は、各単位セル21(1)〜21(3)に対応するように直列接続されて、組電池22の両端に並列に接続されている。また、放電回路33(1)及び33(2)の共通接続点は、端子Jc1に接続されており、放電回路33(2)及び33(3)の共通接続点は、端子Jc2に接続されている。
【0038】
スイッチ35(1)〜35(3)は、例えばトランジスタやFETなどで構成されており、制御信号端子にハイレベルの制御信号が与えられると接点を閉じる(導通する)ようになっている。そして、スイッチ35(1)及び35(3)の制御信号端子は、コンパレータ27L及び28Hの出力端子に夫々接続されている。また、スイッチ35(2)の制御信号端子は、ORゲート36の出力端子に接続されており、そのORゲート36の2つの入力端子は、ANDゲート30及び31の出力端子に夫々接続されている。
【0039】
尚、NOTゲート29及び32,ANDゲート30及び31並びにORゲート36は、論理回路部37を構成している。また、放電回路33及び論理回路部37は、放電制御手段を構成している。ところで、具体的には図示しないが、コンパレータ27H,27L,28H及び28L並びに論理回路部37の動作用電源は、組電池22から作成されて供給されるようになっている。
【0040】
次に、本発明の作用について図2乃至図4をも参照して説明する。ここで、単位セル21(1),21(2),21(3)の端子電圧を夫々V1,V2,V3とする。また、端子Jc0を基準とした各端子Jc1,Jc2,Jc3の電位を夫々Ec1,Ec2,Ec3とし、端子Jr0を基準とした各端子Jr1,Jr2,Jr3の電位を夫々Er1,Er2,Er3とする。すると、電位Ec1,Ec2,Ec3は、夫々(1)式のように表される。
Ec1=V1
Ec2=V1+V2 …(1)
Ec3=V1+V2+V3=Er3
【0041】
また、抵抗23a,24a,25の抵抗値は等しく、抵抗23b及び24bを無視すると、各抵抗23a,24a,25の両端には、単位セル21(1),21(2),21(3)の端子電圧の平均値が夫々印加される。従って、電位Er1,Er2,Er3は、夫々(2)式のように表される。
Er1= Ec3/3= (V1+V2+V3)/3
Er2=2・Ec3/3=2(V1+V2+V3)/3 …(2)
Er3=3・Ec3/3= V1+V2+V3
【0042】
ここで、4つのコンパレータ27H,27L,28H,28Lの出力レベルが、夫々どの様な入力条件でハイ“H”になるかを検討すると、以下のようになる。尚、抵抗23b及び24bの端子電圧をVαとする。

Figure 0004006877
【0043】
即ち、コンパレータ27Hは、分圧電位Er1が、端子Jc1の電位Ec1よりも高い場合にハイレベルとなり、コンパレータ27Lは、分圧電位Er1が、電位Ec1から微小電圧Vαを減じたものよりも低くなった場合にハイレベルとなる。従って、分圧電位Er1が、Ec1−Vα≦Er1≦Ec1,の範囲にあり電位Ec1にほぼ等しいとみなされる場合には、コンパレータ27H,27Lは何れもロウレベルとなる。また、コンパレータ28H,28Lについても、分圧電位Er2,端子Jc2の電位Ec2に関して同様である。
【0044】
そして、これら4つのコンパレータ27H,27L,28H,28Lの出力レベルを論理合成することにより、3つのスイッチ35(1)乃至35(3)を夫々オン状態“1”とする条件は、図2に示す真理値表のようになる。但し、“×”は任意のレベルを示す。
【0045】
▲1▼V3>V2>V1
ここで、単位セル21(1)〜21(3)の各端子電圧が、V3>V2>V1となっている初期状態からの作用について図3も参照して説明する。
【0046】
[期間A]
この場合、
Figure 0004006877
となることから、コンパレータ27H,28Hの出力信号は何れもハイレベル“H”となる。従って、図2に示す真理値表では、スイッチ35(3)がオン状態“1”となる条件が成立するので、放電回路33(3)により単位セル21(3)が放電される。
【0047】
単位セル21(3)が放電されることにより端子電圧V3が低下すると、組電池22の端子電圧Ec3(=Er3)が低下し、それに応じて分圧電位Er2も低下する。そして、V3<V2となり、Er2=Ec2となると、コンパレータ28Hの出力信号はロウレベル“L”となる。
【0048】
このとき、図3の時点Pに示すように、端子電圧V3は、組電池22の平均セル電圧となっているが、単位セル21(2)は放電されていないのでV2>V1の関係は維持されており、(4)式におけるEr1>Ec1、は変わらない。従って、コンパレータ27Hの出力信号は“H”のままである。すると、図2に示す真理値表では、スイッチ35(2)がオン状態“1”となる条件が成立するので、放電回路33(2)により単位セル21(2)が放電されると同時に、放電回路33(3)による単位セル21(3)の放電は停止する。
【0049】
ここで、コンパレータ27H,27Lについて、コンパレータ27Hの出力信号が“L”であり、コンパレータ27Lの出力信号レベルは問わないという条件は、少なくともEr2がEc2よりも高くないという条件であり、即ち、Er2がEc2にほぼ等しいかまたはEr2がEc2よりも低い、Er2≦Ec2という条件を意味している。
【0050】
[期間B]
単位セル21(2)が放電されることにより端子電圧V2が低下すると、電圧Ec2及びEr3が低下するので、それに伴って分圧電位Er2も低下する。ここで、Er2とEc2とを比較すると、(1)式及び(2)式から、
Ec2= V1+V2
Er2=2(V1+V2+V3)/3
であり、端子電圧V2の低下の影響はEc2の方が明らかに大きい。従って、両者の大小関係は、Er2=Ec2から再びEr2>Ec2となり、コンパレータ28Hの出力信号は再び“H”となる。すると、スイッチ35(3)がオン状態“1”となる条件が成立して、放電回路33(2)による放電は停止し、放電回路33(3)により単位セル21(3)が放電される。
【0051】
即ち、この場合、単位セル21(2)が放電されて端子電圧V2が低下することで、単位セル21の平均電圧も低下することになる。すると、端子電圧V3もまた、その電位が時点Pから維持されたままでは平均電圧とのずれが生じることになるので、単位セル21(3)が再び放電されて、端子電圧V3が平均電圧に略一致するように作用する。
【0052】
単位セル21(3)が放電されることにより端子電圧V3が低下して、再び平均電圧に略一致すると、前述のように分圧電位Er3,Er2が低下し、Er2=Ec2となってコンパレータ28Hの出力信号は“L”となる。また、単位セル21(2)は放電されないのでV2>V1であり、Er1>Ec1であるから、コンパレータ27Hの出力信号は“H”のままである。すると、スイッチ35(2)がオン状態“1”となる条件が成立するので、単位セル21(2)が放電されると同時に、単位セル21(3)の放電は停止する。
【0053】
即ち、期間Bにおいては、スイッチ35(2),35(3)が交互にオン状態となり、単位セル21(2),21(3)が交互に放電される。また、図3においては、端子電圧V2,V3は直線状に低下するように図示されているが、実際には、一方の電位が低下している場合に他方の電位は変化しないようになっており、その状態が短期間で交互に繰り返されるようになっている。
【0054】
そして、最終的に、Er1=Ec1,Er2=Ec2,即ち、V1=V2=V3になると、コンパレータ27H,27L,28H,28Lの出力レベルは何れも“L”となり、単位セル21(1)〜21(3)の放電は停止する。以上で端子電圧V1,V2,V3のばらつき調整作用は終了する。
【0055】
▲2▼V1>V2>V3
次に、初期状態としてV1>V2>V3である場合の作用について説明する。この場合、
Figure 0004006877
となることから、コンパレータ27L,28Lの出力信号は何れも“H”となる。従って、図2に示す真理値表では、スイッチ35(1)がオン状態“1”となる条件が成立するので、放電回路33(1)により単位セル21(1)が放電される。
【0056】
単位セル21(1)が放電されることにより端子電圧V1が低下すると、端子電圧Ec1が低下し、それに応じて電圧Er3,Er1も低下する。ここで、Er1とEc1とを比較すると、(1)式及び(2)式から、
Ec1= V1
Er1=(V1+V2+V3)/3
であり、端子電圧V1の低下の影響はEc1の方が明らかに大きい。従って、Ec1はEr1に近付いてやがてEr1=Ec1となり、コンパレータ27Lの出力信号は“L”となる。すると、スイッチ35(2)がオン状態“1”となる条件が成立して、放電回路33(1)による放電は停止し、放電回路33(2)により単位セル21(2)が放電される。
【0057】
単位セル21(2)が放電されることにより端子電圧V2が低下すると、電圧Er3,Er1が低下する。また、単位セル21(1)は放電されないので、V1=Ec1は低下しない。その結果、再びEr1<Ec1となり、コンパレータ27Lの出力信号は再び“H”となる。すると、放電回路33(2)による放電は停止し、放電回路33(1)により単位セル21(1)が放電される。
【0058】
単位セル21(1)が放電されることにより端子電圧V1が低下すると、端子電圧Ec1が低下し、再びEr1=Ec1となり、放電回路33(1)による放電は停止し、放電回路33(2)により単位セル21(2)が放電される。以降、スイッチ35(1),35(2)が交互にオン状態となり、単位セル21(1),21(2)が交互に放電される。そして、最終的にEr1=Ec1,Er2=Ec2,即ち、V1=V2=V3になると、単位セル21(1)〜21(3)の放電は停止して、端子電圧V1,V2,V3のばらつき調整作用は終了する。この電圧変化は、図3におけるV1とV3とを入れ替えたものとなる。
【0059】
▲3▼V2>V3=V1
次に、初期状態がV2>V3=V1である場合の作用について図4をも参照して説明する。この場合、
Figure 0004006877
となることから、コンパレータ27H,28Lの出力信号は何れも“H”となる。この時、コンパレータ27L,28Hの出力信号は何れも“L”であり、図2に示す真理値表では、スイッチ35(2)がオン状態“1”となる条件が成立するので、放電回路33(2)により単位セル21(2)が放電される。
【0060】
単位セル21(2)が放電されることにより端子電圧V2が低下すると、電圧Ec2及びEr3が低下するので、それに伴って分圧電位Er2,Er1も低下し、Er1はEc1に近付いて行く。また、前述のように、Er2,Ec2間では、端子電圧V2の低下の影響はEc2の方が明らかに大きいので、Ec2はEr2に近付いて行く。そして、最終的に、Er1=Ec1,Er2=Ec2,V1=V2=V3になると、端子電圧V1,V2,V3のばらつき調整動作は終了する。
【0061】
即ち、この場合過渡状態においては、単位セル21の平均電圧に対して端子電圧V2のみが常に高く、端子電圧V1及びV3は常に低いことから、単位セル21(2)のみが終始放電されることになる。
【0062】
以上のように本実施例によれば、3個の単位セル21(1)〜21(3)を直列接続してなる組電池22の端子電圧を、抵抗23,24,25を直列に接続してなる分圧回路26により分圧して、論理回路部37は、コンパレータ27H乃至28Lの出力信号に基づいて、単位セル21(1)〜21(3)の内端子電圧が平均電圧よりも高いものを自動的に放電させて、最終的に全ての単位セル21(1)〜21(3)の端子電圧を略等しくしてばらつきを解消するようにした。
【0063】
そして、例えば、単位セル21(2)については、論理回路部37は、正極側の連結点Jc2の電位Ec2が対応する分圧点Jr2の電位Er2よりも高いか又は略等しく(Ec2≧Er2)且つ負極側の連結点Jc1の電位Ec1よりも対応する分圧点Jr1の電位Er1が高い場合(Ec1<Er1)、または、電位Ec2が電位Er2よりも高く(Ec2>Er2)且つ電位Ec1よりも電位Er1が高いか又は両者が略等しい場合(Ec1≦Er1)に、端子電圧V2が平均電圧よりも高いと判断するようにした。
【0064】
従って、単位セル21の端子電圧と分圧回路26より得られる平均電圧との高低を確実に判断して、各単位セル間の端子電圧、即ち、残存容量のばらつきを解消することができるので、過充電や過放電を防止すると共に組電池22の使用効率を向上させることができる。
【0065】
また、本実施例によれば、高いエネルギ密度を有するが、より厳密な過充電,過放電対策が必要とされるリチウム電池を単位セル21とする組電池22に適用することによって、充放電を安全に制御した上でリチウム電池の性能を十分に引出して活用することができる。
【0066】
ところで、従来の電圧調整装置はMPUを使用する構成であり、そのMPUに対して安定したレベルの動作用電源を供給する必要があった。そのため、従来は、その動作用電源を駆動用電源のバッテリとは別個に設けられている制御用電源(12Vバッテリ,所謂ガソリン自動車のバッテリに相当する)から供給するようにしていた。
【0067】
これに対して、本実施例によれば、コンパレータ27H〜41L及び論理回路部37の動作用電源を駆動用電源たる組電池22から得るようにした。即ち、論理回路部37は、従来とは異なり、MPUなどを用いることなしに論理ゲートの組合わせで構成することができるので、その消費電力は、従来に比して極めて僅かとなっている。そして、組電池22は3直列構成であるから、その端子電圧は3.6×3=10.8(V)程度であり、3.3〜5V程度の動作用電源の作成にも適している。加えて、これらの回路はMPUとは異なり、電源電圧が多少低下しても動作が可能であることから、これらの動作用電源を組電池22から得ることができるようになっている。従って、前記動作用電源に対しては相対的に容量が小さい制御用電源の電力消費を抑制することができる。
【0068】
(第2実施例)
図5及び図6は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例では、組電池22に単位セル21(4)を加えて、直列接続数を4とした組電池38に適用した構成である。
【0069】
また、分圧回路26の抵抗25は、抵抗23及び24と同様に、抵抗比4000:1の抵抗25a及び25bで構成され、更に、単位セル21(4)に対応する抵抗39を直列に加えたものが分圧回路40を構成している。そして、単位セル21(3)及び21(4)の連結点Jc3と抵抗25bの両端とには、コンパレータ41H及び41L(電位比較手段)が、コンパレータ28H及び28Lなどと同様に接続されている。
【0070】
一方、コンパレータ28Lの出力端子は、NOTゲート42を介してANDゲート43の一方の入力端子に接続されており、そのANDゲート43の他方の入力端子は、コンパレータ41Lの出力端子に接続されている。また、コンパレータ28Hの出力端子は、スイッチ35(3)の制御端子に代えて、ANDゲート44の一方の入力端子に接続されており、そのANDゲート44の他方の入力端子は、NOTゲート45を介してコンパレータ41Hの出力端子に接続されている。
【0071】
そして、ANDゲート43及び44の出力端子は、ORゲート46の入力端子に夫々接続されており、そのORゲート46の出力端子は、スイッチ35(3)の制御端子に接続されている。また、単位セル21(4)に対応して設けられた放電回路33(4)を構成するスイッチ35(4)の制御端子は、コンパレータ41Hの出力端子に接続されている。
【0072】
尚、論理回路部37の構成要素に、NOTゲート42及び45,ANDゲート43及び44並びにORゲート46を加えたものが、論理回路部47を構成している。また、放電回路33に論理回路部47を加えたものが、放電制御手段を構成している。加えて、第1実施例と同様に、コンパレータ27H〜41L並びに論理回路部47の動作用電源は、組電池38から作成されて供給されるようになっている。
【0073】
次に、第2実施例の作用について図6をも参照して説明する。図6に示す論理回路部47の真理値表は、下から2〜4段目は、第1実施例の図2と同様にコンパレータ27H乃至28Lの論理で決定される。また、何れのスイッチ35もオフ状態となる最下段についても、コンパレータ41H,41Lが共にロウレベルである条件が加わっただけである。
【0074】
そして、下から5,6段目のスイッチ35(3)がオン状態“1”となる条件は、スイッチ35(2)がオン状態となるコンパレータ27H乃至28Lの論理を、コンパレータ28H乃至41Lに対して同様に適用したものとなっている。また、最上段のスイッチ35(4)がオン状態となる条件は、コンパレータ41Hがハイレベルである条件となる。
【0075】
即ち、組電池38の内、最も負側となる単位セル21(1)に対応するスイッチ35(1)のオン条件は、正側の連結点Jc1の電位が分圧点Jr1(Jr1′)の電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータ27Lの出力論理のみで決定され、最も正側となる単位セル21(4)に対応するスイッチ35(4)のオン条件は、分圧点Jr3の電位が、負側の連結点Jc3の電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータ41Hの出力論理のみで決定される。
【0076】
また、それらの中間に配置される例えば単位セル21(2)に対応するスイッチ35(2)のオン条件は、単位セル21(2)の正側に配置されたコンパレータ28H,28Lと、負側に配置されたコンパレータ27H,27Lとの出力論理で決定される。
【0077】
以上のように構成された第2実施例によれば、4直列構成の組電池38に適用した場合でも、第1実施例と同様の効果を得ることができる。また、従来とは異なり、多直列の組電池38に適用した場合でも、誤差が累積されることがなく、精密な電圧調整を行うことができる。
【0078】
ここで、第1及び第2実施例を普遍化して、n(nは自然数)直列構成の組電池に適用した場合を図7及び図8に示す。即ち、第i番目(1<i<n)の単位セルCi の正側,負側の連結点をJci,Jci-1,対応する分圧抵抗Ri ,Ri-1 の連結点をJri,Jri-1として、図示しない端子Jc0を基準とする連結点Jci,Jci-1の電位をEci,Eci-1,連結点Jri,Jri-1の電位をEri,Eri-1とする。
【0079】
そして、単位セルCi について、分圧点Jriの電位が連結点Jciの電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータをCPi H,逆に、連結点Jciの電位が分圧点Jriの電位よりも高い時にハイレベルの信号を出力するコンパレータをCPi Lとする。また、分圧抵抗Rによって得られる単位セルCの平均電圧をVM ,単位セルCi の端子電圧をVi とすると、各値には(7)式の関係がある。
Vi =Eci−Eci-1
VM =Eri−Eri-1 …(7)
【0080】
従って、Vi >VM と判定するための条件、即ち、単位セルCi に対応する放電回路のスイッチSWi をオン状態にする条件は、
(Eci≧Eri)・(Eci-1<Eri-1)
+(Eci>Eri)・(Eci-1≦Eri-1) …(8)
であり、上記(8)の条件を満たすコンパレータCPの出力条件は、図8に示すように、
Figure 0004006877
となる。尚、(8)式において、シンボル“・”は論理ANDを、シンボル“+”は論理ORを示している。
【0081】
例えば、(8),(9)の第1式の対応を見ると、少なくともコンパレータCPi-1 Hが“H”である、ということは、条件(Eci-1<Eri-1)そのものであり、少なくともコンパレータCPi Hが“L”である、ということは、条件(Eci<Eri)の否定であるから、条件(Eci≧Eri)を意味している。尚、コンパレータCPi H及びCPi Lが共に“L”である、ということは、条件(Eci=Eri)を意味する。
【0082】
以上のように、nが例えば数10個であるような多直列構成の組電池であっても、第1番目,第n番目の単位セルC1 ,Cn については、コンパレータCP1 L,CPn Hの出力レベルが夫々“H”の時に対応する放電回路のスイッチSW1 ,SWn をオン状態にするように、また、それらの中間にある負側から第i番目の単位セルCi については、コンパレータCPの出力条件が(8)式のように成立した時に、対応する放電回路のスイッチSWi をオン状態にするように論理回路部を構成すれば良い。
【0083】
(第3実施例)
図9は本発明の第3実施例を示すものである。上述したように、本発明は、理論的には組電池の直列数が幾つのものであっても適用することが可能である。しかしながら、実際には、使用する素子の耐圧などの問題があるため、単位セルがセル電圧約3.6Vのリチウム電池の場合には、4〜5直列程度の組電池を1単位として構成するのが好ましいと考えられる。
【0084】
そこで、第3実施例は、第2実施例のように4直列構成の組電池38に、放電回路33,分圧回路40及び論理回路部47からなる電圧調整機構を加えたものを1つの電池モジュール48としている。そして、その電池モジュール48を20個直列に接続することにより、リチウム電池の単位セル21のセル電圧3.6V×80個で電圧約300VとなるHEVの駆動用バッテリ49を構成した。
【0085】
そして、その駆動用バッテリ49に対して、図12に示す従来構成の電圧調整装置を適用したものであり、図12における単位セル2が、電池モジュール48に置き換わっている。即ち、各電池モジュール48においては、内蔵された論理回路部47の作用により、4つの単位セル21間における端子電圧のばらつきは自動的に補正される。従って、MPU7は、電池モジュール48を1個のセルのように扱うことが可能である。
【0086】
以上のように構成された第3実施例によれば、MPU7が20個の電池モジュール48の端子電圧を夫々電圧検出器4で周期的に測定し、マルチプレクサ5及びA/Dコンバータ6を介して読み込むことにより、1個のMPU7により実質80個の単位セル21を直列接続してなる駆動用バッテリ49の電圧調整を行うことができる。従って、従来とは異なり、複数のMPUを使用する必要がないので、装置のコストを大幅に削減することができる。
【0087】
(第4実施例)
図10は本発明の第4実施例を示すものであり、第2実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第4実施例の分圧回路(分圧手段)40′は、第2実施例の分圧回路40から小分圧抵抗23b,24b及び25bを削除した構成となっている。
【0088】
そして、差動増幅器(電位差増幅手段,電位比較手段)50(1)の反転及び非反転入力端子は、端子Jc1及びJr1に夫々接続されており、出力端子は、(第2実施例の端子Jc1に代わって)コンパレータ27H及び27Lの非反転及び反転入力端子に接続されている。また、差動増幅器50(1)の反転入力端子に挿入されている抵抗57(1)と、当該反転入力端子と出力端子との間に接続されている抵抗58(1)とは、差動増幅器50(1)の増幅率を決定するために設けられている。
【0089】
また、端子Jc2,Jc0間には、抵抗51H,ダイオード52H及び52L,抵抗51Lの直列回路が接続されており、ダイオード52Hのカソード及び52Lのアノード(共通接続点)は、端子Jc1に接続されている。そして、コンパレータ27Hの反転入力端子はダイオード52Hのアノードに接続され、コンパレータ27Lの非反転入力端子はダイオード52Hのカソードに接続されている。
【0090】
同様にして、差動増幅器(電位差増幅手段,電位比較手段)50(2)が、端子Jc2及びJr2とコンパレータ28H及び28Lとの間に配置され、差動増幅器(電位差増幅手段,電位比較手段)50(3)が、端子Jc3及びJr3とコンパレータ41H及び41Lとの間に配置されている。そして、端子Jc3,Jc1間には、抵抗53H,ダイオード54H及び54L,抵抗53Lの直列回路が接続され、端子Jc4,Jc2間には、抵抗55H,ダイオード56H及び56L,抵抗55Lの直列回路が接続されている。その他の構成は第2実施例と同様である。
【0091】
次に、第4実施例の作用について説明する。例えば、差動増幅器50(1)は、端子Jr1における電位Er1と端子Jc1における電位Ec1との電位差Vd1(=Eri−Eci)を増幅して増幅信号α・Vd1をコンパレータ27H及び27Lに出力する。コンパレータ27Hは、増幅信号α・Vd1のレベルが、ダイオード52Hの順方向電圧VF よりも高い場合、即ち、
α・Vd1>VF
の時に“H”を出力する。
【0092】
また、コンパレータ27Lは、増幅信号α・Vd1のレベルが負(即ち、Eri<Eci)の場合において、その絶対値がダイオード52Lの順方向電圧VF よりも高い場合、即ち、
|α・Vd1|>VF (Vd1<0)
の時に“H”を出力する。また、差動増幅器50(2)、50(3)も夫々対応する電位について同様に動作して、論理回路部47(図10では図示せず)は、コンパレータ27H〜41Lの出力信号を第2実施例と同様に論理合成する。
【0093】
即ち、第2実施例のように小分圧抵抗23b,24b及び25bを用いてコンパレータ28H〜41Lが電位比較を行うと、実際には、動作環境の温度変化などによって抵抗値が変化することなどから、比較動作が安定し難いという問題がある。
【0094】
これに対して、第4実施例によれば、組電池38側の電位と分圧回路40′側の電位との差Vd を差動増幅器50により増幅してコンパレータ28H〜41Lに与え、コンパレータ28H〜41Lは、増幅信号α・Vd のレベルを、安定性の良いダイオード52,54,56の順方向電圧VF を利用して作成された基準電圧と比較するので、単位セル21の端子電圧Ec と平均電圧VM との高低をより確実に判定することができ、動作の安定性を向上させることができる。
【0095】
(第5実施例)
図11乃至図13は本発明の第5実施例を示すものであり、第4実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第5実施例では、端子Jc1と抵抗57(1)との間,端子Jc2と抵抗57(2)との間,端子Jc3と抵抗57(3)との間,端子Jc4と端子Jr4との間に、夫々ヒューズ(経路遮断手段)59(1),59(2),59(3),59(4)が挿入されている。
【0096】
また、端子Jr4とヒューズ59(3)及び抵抗57(3)の共通接続点との間には、抵抗60及びサーミスタ(温度検出手段)61の直列回路並びに抵抗63及び64の直列回路が接続されている。そして、抵抗60及びサーミスタ61の共通接続点はコンパレータ(温度比較手段)62の反転入力端子に接続されており、抵抗63及び64の共通接続点は、抵抗65を介してコンパレータ62の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ62の出力端子は、抵抗66を介して自身の非反転入力端子に接続されていると共に、論理回路部47に代わる論理回路部(放電制御手段)67のIHBT端子に接続されている。
【0097】
サーミスタ61は、温度が低下すると抵抗値が増大するネガティブサーミスタであり、コンパレータ62の反転入力端子に印加される電圧は、単位セル21(4)の端子間電圧が一定であれば、抵抗60及びサーミスタ61の抵抗値の比で決定される。一例として、単位セル21(4)の端子間電圧が4.0V,抵抗60,63及び64の抵抗値が150kΩであれば、コンパレータ62の非反転入力端子に印加される基準電圧は、2.0Vとなる。そして、サーミスタ61は、温度が−30℃(基準温度)以下になると抵抗値が150kΩ以上となる特性のものを選択する。尚、抵抗51H,51L,53H,53L,55H,55Lは図示を省略している。
【0098】
ここで、図12は、論理回路部67の一構成例を示すものである。即ち、論理回路部67は、論理回路部47にANDゲート68(1),68(2),68(3),68(4)を加えた構成である。これらのANDゲート68の一方の入力端子はIHBT端子に接続されており、ANDゲート68(1),68(2),68(3),68(4)の他方の端子は、コンパレータ27Lの出力端子,ORゲート36の出力端子,ORゲート46の出力端子,コンパレータ41Hの出力端子に夫々接続されている。そして、ANDゲート68(1)〜68(4)の出力端子は、スイッチ35(1)〜35(4)のオンオフ制御端子に夫々接続されている。
【0099】
次に、第5実施例の作用について図13をも参照して説明する。図13は、論理回路部67の真理値を示すものである。コンパレータ62は、サーミスタ61両端の電圧が、非反転入力端子に印加される基準電圧よりも低い場合には出力端子がハイレベル“H”となり、サーミスタ61両端の電圧が、基準電圧よりも高い場合には出力端子がロウレベル“L”となる。
【0100】
従って、サーミスタ61によって検出される周囲温度が−30℃を超えている場合には、論理回路部67のIHBT端子は“H”となり、前記周囲温度が−30℃以下である場合には、IHBT端子は“L”となる。即ち、図13に示すように、周囲温度が−30℃を超えておりIHBT端子が“H”であれば、スイッチ35(1)〜35(4)のオンオフ制御は、図6に示す第2実施例の場合と全く同様に行われる。そして、周囲温度が−30℃以下でありIHBT端子が“L”の場合は、コンパレータ27,28,41の出力状態の如何にかかわらず、スイッチ35(1)〜35(4)は全てオフされて、各単位セル21(1)〜21(4)の放電は禁止される。
【0101】
このように制御するのは、以下の理由による。即ち、HEV等は、様々な環境下において走行することが想定されるが、寒冷地などの周囲温度が−30℃以下となるような低温環境下においては、単位セル21の内部抵抗が極めて大きくなる場合がある。このような状態で単位セル21の放電を行うと、その放電により大きな電圧降下が生じるため、ある単位セル21の電圧がその時点での最低電圧を下回ると、本来電圧調整しなくても良い単位セル21の電圧を調整する場合がある。
【0102】
つまり、放電により電圧降下が生じると単位セル21の端子間電圧は低下するが、電圧降下が大き過ぎると、本来最低電圧を示している単位セル21の電圧をも下回ってしまい、放電中の単位セル21が見かけ上の最低電圧セルとなってしまう。すると、他の単位セル21は、その放電中の単位セル21を目標に電圧調整が行われ放電されることになり、放電すべきでない本来の最低電圧セルまで放電されてしまう。その結果、最低電圧が更に下がり、他の単位セル21がそれを目標に電圧調整されて放電され、調整動作が継続されて組電池38全体の電圧を低下させることになる。従って、周囲温度が−30℃以下になった場合には、単位セル21の放電を禁止するようにしている。
【0103】
また、例えば、HEVが走行中であり、組電池38に対して充電または放電動作が行われている途中で単位セル21(3)の付近で何らかの理由により断線が生じた場合を想定する。すると、組電池38に接続されている例えばインバータ回路等が有するインダクタンス成分などにより、断線箇所Jc2−Jc3間には、組電池38の総電圧(各単位セル21の電圧の総和)相当の起電力が発生する。
【0104】
そして、端子Jc2−Jc3間に起電力が発生したことにより、ヒューズ59(2),59(3)及び各放電経路を介して電圧調整装置に大電流が流れ込もうとするが、ヒューズ59(2),59(3)が溶断することによって当該経路は遮断される。
【0105】
以上のように第5実施例によれば、サーミスタ61によって周囲温度を検出し、周囲温度が−30℃以下になると、論理回路部67は、コンパレータ62の出力信号を受けて、単位セル21(1)〜21(4)の放電を禁止するので、低温環境下において単位セル21の内部抵抗が極めて大きくなった場合には放電を抑制することで、本来電圧調整しなくても良い単位セル21の電圧を調整する事態に陥ることを回避できる。
【0106】
また、第5実施例によれば、端子Jc1〜Jc4と、抵抗57(1)〜57(3)及び端子Jr4との間に、夫々ヒューズ59(1)〜59(4)を挿入したので、単位セル21の内の何れか1つに断線が生じて、その断線箇所の両端に高電圧が発生した場合でも、ヒューズ59が溶断して放電経路を遮断するので組電池38に接続されている電圧調整装置を高電圧,大電流による破壊や焼損から保護することができる。また、例えば、異物の侵入や絶縁の低下などにより、逆に、電圧調整装置側において回路の短絡が発生した場合には、ヒューズ59(1)〜59(4)によって組電池38側を保護することができる。
【0107】
(第6実施例)
図14は本発明の第6実施例を示すものであり、第5実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第6実施例では、コンパレータ62に代わるコンパレータ(電圧比較手段)62aの反転入力端子には、第5実施例における抵抗60及びサーミスタ61の共通接続点に代わって、1.5Vの基準電圧Vref を与える定電圧源69の正側端子が接続されており、その定電圧源69の負側端子は、ヒューズ59(3)と抵抗57(3)との共通接続点に接続されている。
【0108】
この場合、抵抗63及び64は、単位セル21(4)の端子間電圧を等分圧しているので、コンパレータ62aは、非反転入力端子に与えられる単位セル21(4)の端子間電圧の1/2の電圧Vc と、反転入力端子に与えられる基準電圧Vref とを比較するようになっている。ここで、1.5Vの基準電圧Vref は、単位セル21の使用可能な下限電圧を3.0Vに設定した場合に、その下限電圧に抵抗63及び64の分圧比1/2を乗じたものとして設定されている。
【0109】
そして、コンパレータ62aの出力端子は、電圧Vc が基準電圧Vref よりも高い場合はハイレベル“H”となり、電圧Vc が基準電圧Vref よりも低い場合はロウレベル“L”となる。その他の構成は第5実施例と同様である。
【0110】
次に、第6実施例の作用について説明する。本発明の電圧調整装置は、以上述べてきたように、各単位セル21の端子間電圧の内で最低レベルのものに、その他の単位セル21の端子電圧を合わせるように調整を行うものである。故に、組電池38の中の何れかの単位セル21が何らかの原因によって短絡し、その端子電圧が使用可能な下限電圧を大きく下回った場合を想定すると、その電圧に合わせてその他の健全な単位セル21の端子電圧までもが、使用可能な下限電圧を下回るように調整されてしまうおそれがある。
【0111】
そこで、第6実施例では、そのような事態の発生を防止するため、コンパレータ62aは、非反転入力端子に与えられる単位セル21(4)の端子間電圧Vc が使用可能な下限電圧3.0Vを下回ると、ロウレベルの信号を論理回路部67のIHBT端子に与えることで、単位セル21の放電を禁止するようにしている。
【0112】
以上のように第6実施例によれば、抵抗63及び64によって単位セル21(4)の端子間電圧Vc を検出し、端子間電圧Vc が使用可能な下限電圧を下回ると、コンパレータ62a及び論理回路部67によって単位セル21の放電を禁止するので、何れかの単位セル21に短絡が発生した場合でも、他の単位セル21の電圧を著しく低下させることを防止できる。
【0113】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
第2実施例において、2個のNOTゲート32及び42を使用する代わりに、図15に示すように、負論理入力のANDゲート70を用いて、そのANDゲート70の出力端子をANDゲート31及び43の入力端子に共通に接続しても良い。斯様に構成した場合、当該変形部分にかかる単位セル21(2)の論理条件は、正極側の端子電圧Ec2が分圧電位Er2にほぼ等しい(Ec2=Er2)という条件が成立し、且つ、負極側の端子電圧Ec1よりも分圧電位Er1が高い場合(Ec1<Er1)に、端子電圧V2が平均電圧よりも高いと判断することになる。
また、単位セル21(3)については、負極側の端子電圧Ec2が分圧電位Er2にほぼ等しい(Ec2=Er2)という条件が成立し、且つ、正極側の端子電圧Ec3が分圧電位Er3よりも高い場合(Ec3>Er3)に、端子電圧V3が平均電圧よりも高いと判断することになる。更に、図7に示すn直列構成の場合のコンパレータCPi ,CPi-1 ,CPi+1 などの出力信号の論理合成についても同様である。斯様に構成すれば、特に多直列構成で論理回路部にディスクリートの素子を使用する場合などには、共通化によってゲート数を削減することができる。
【0114】
単位セルは、リチウム電池に限らず、鉛電池やニッケル系電池であっても同様に適用が可能である。
必ずしも組電池を構成する全ての単位セルについて電圧調整を行う必要はなく、その内の特定の1個のみについて、或いは特定の複数個について電圧調整を行っても良い。
電気自動車やHEVに限ることなく、複数の単位セルを直列に接続して構成されるバッテリを使用するものであれば適用が可能である。
第6実施例において、基準電圧Vref を調整動作の上限電圧(例えば、4.0V)に設定し、コンパレータ62aの反転入力端子と非反転入力端子とを入替えたり、或いは、コンパレータ62aの出力信号をNOTゲートにより反転させても良い。斯様に構成した場合は、以下のような作用効果が得られる。
即ち、各単位セル21の電圧がばらつく要因としては、上述した残存容量のばらつきの他に、満充電容量のばらつきがある。そして、リチウム電池の場合、電池の電圧は充電状態、即ち残存容量と満充電容量の比に対して一意の相関があるので、仮に残存容量が等しくても満充電容量が異なれば電圧はばらつき、そのばらつきの大きさは、残存容量が多いほど大きくなる。そのような場合、単位セル21の電圧をそろえる必要がないにもかかわらず電圧調整動作が行われて放電した分はエネルギの無駄となってしまう。
そこで、電圧調整動作の上限を基準電圧Vref により定めることにより、満充電容量のばらつきに起因する不必要な電圧調整動作を抑制し、無駄なエネルギの消耗を抑制することができる。
【0115】
更に、2つの電圧コンパレータを用意して、その一方を上限電圧用,他方を下限電圧用とする。そして、それらの出力信号をAND(負論理入出力のOR)ゲートを介して論理回路部67のIHBT端子に与えるようにすることで、電圧調整動作の上限,下限を定め、限られた電圧(残存容量)範囲においてのみ電圧調整動作を可能とすることもできる。これは、HEVの駆動用バッテリのように、中間的な残存容量を中心として充放電が行われるものにおいて、常に中心付近の残存容量で電圧をそろえることが可能となり、出力(放電)と回生(充電)とのバランスが取れた状態で単位セル21を使用することができる。
第5実施例におけるコンパレータ62を中心とする温度検出手段及び温度比較手段と、第6実施例におけるコンパレータ62aを中心とする電圧検出手段及び電圧比較手段とを、両方同時に配置しても良い。その場合、コンパレータ62及び62aの各出力信号は、ANDゲートを介して論理回路部67のIHBT端子に与えるようにすれば良い。
経路遮断手段は、ヒューズ59に限ることなく、例えば、放電経路となる基板上の配線パターンの一部について幅寸法を狭くした箇所を設けて、過電流が流れた場合に当該箇所が焼き切れるようにしたものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を3直列構成の組電池に適用した場合の第1実施例を示す電気的構成図
【図2】論理回路部の真理値を示す図
【図3】単位セルの端子電圧のばらつき調整を行う場合の、各端子電圧の変化の一例を示す図(その1)
【図4】図3相当図(その2)
【図5】本発明を4直列構成の組電池に適用した場合の第2実施例を示す図1相当図
【図6】図2相当図
【図7】本発明をn直列構成の組電池に適用した場合の図1相当図
【図8】図2相当図
【図9】本発明をハイブリッド電気自動車の駆動用バッテリに適用した場合の第3実施例を示す図
【図10】本発明の第4実施例を示す図5相当図
【図11】本発明の第5実施例を示す図5相当図
【図12】論理回路部の詳細な構成の一例を示す図
【図13】図2相当図
【図14】本発明の第6実施例を示す図5相当図
【図15】変形例を示す図5相当図
【図16】従来技術を示す図9相当図
【図17】複数個の単位セルをモジュール化した場合の図16相当図
【図18】他の従来技術を示す図1相当図
【符号の説明】
21は単位セル(リチウム電池)、22は組電池、23,24,25は抵抗、26は分圧回路(分圧手段)、27H,27L,28H及び28Lはコンパレータ(電位比較手段)、33は放電回路(放電制御手段)、37は論理回路部(放電制御手段)、38は組電池、39は抵抗、40及び40′は分圧回路(分圧手段)、41H及び41Lはコンパレータ(電位比較手段)、47は論理回路部(放電制御手段)、49は駆動用バッテリ、50は差動増幅器(電位差増幅手段,電位比較手段)、59はヒューズ(経路遮断手段)、61はサーミスタ(温度検出手段)、62はコンパレータ(温度比較手段)、62aはコンパレータ(電圧比較手段)、63及び64は抵抗(電圧検出手段)、67は論理回路部(放電制御手段)、Jc1,Jc2,Jc3,Jci-1,Jciは連結点、Jr1,Jr2,Jr3,Jri-1,Jriは分圧点を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery voltage adjusting device and an assembled battery voltage adjusting method for adjusting variations in terminal voltage between unit cells for an assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells in series.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hybrid electric vehicles (hereinafter referred to as HEVs) that combine a mechanism of an electric vehicle and a gasoline engine have been developed for the purpose of achieving both low pollution and high driving performance. HEV is equipped with a gasoline engine, so it is possible to secure the same driving performance as a gasoline car without using a battery with a capacity as high as that of an electric vehicle, but the engine efficiency is low and emissions of carbon dioxide and nitrogen oxides are low. Since the motor is driven by a battery during low rotation when the speed increases, low pollution can be achieved.
[0003]
Even in such HEVs, high power is required for the battery because electric power supplied from the battery is used at the time of starting or full acceleration. In addition, HEVs must be equipped with many components such as engines, motors / generators, and batteries, and the weight of the entire vehicle increases. It is required to be.
[0004]
Under such circumstances, lithium batteries have attracted attention as an alternative to lead, nickel cadmium, nickel metal hydride batteries, and the like. Lithium batteries have a weight energy density that is about 3 to 4 times higher than lead and nickel cadmium batteries of the same capacity, and are expected to be suitable for HEVs that require small and light weight. Yes.
[0005]
However, lithium batteries are vulnerable to overcharge and overdischarge, and if they are not used within a predetermined voltage range, the material may decompose and the capacity may be significantly reduced, or the battery may be abnormally heated and become unusable. Therefore, when using a lithium battery, the upper limit voltage and the lower limit voltage are clearly specified, and charge / discharge control is performed so that the terminal voltage is within the range, or a set with a protection circuit that limits the voltage range. It is common to use.
[0006]
By the way, since the battery used for an electric vehicle or HEV requires a high voltage in order to drive a motor, it is normally configured by connecting a plurality of unit cells in series. For example, in order to obtain a battery voltage of 300V, about 150 cells are connected in series for a lead battery of 2V per unit cell, and about 80 cells are connected in series for a lithium battery of 3.6V per unit cell. Become.
[0007]
When charging an assembled battery formed by connecting a large number of unit cells in this way, conventionally, charging is controlled by monitoring the voltage between the positive and negative terminals of the assembled battery. For example, in the case of 150 lead batteries having a voltage range of 1.8 to 2.4 V per unit cell and being in series, charge / discharge control is performed so that the voltage range of the assembled battery is in the range of 270 to 360 V.
[0008]
A problem in this case is the variation in terminal voltage between the unit cells based on the remaining capacity (state of charge, hereinafter referred to as SOC) of each unit cell. In the state of being connected in series, the value of current flowing through each unit cell is the same, but the remaining capacity of each unit cell always varies, and as a result, the terminal voltage of each unit cell also differs. This variation in remaining capacity is mainly caused by differences in self-discharge and charge / discharge efficiency for each cell, and accumulates and expands with time.
[0009]
In other words, even if charging control is performed by monitoring the inter-terminal voltage of the assembled battery, which is the total of these, each unit cell as the constituent element has the terminal voltage of (the inter-terminal voltage of the assembled battery) / (number of unit cells). Some are higher or lower than the average voltage obtained. For this reason, there are unit cells that are overcharged when charged to the upper limit voltage and overdischarged when discharged to the lower limit voltage.
[0010]
However, the NiCad or NiMH battery has little performance degradation even if it is overdischarged or overcharged, and the lead battery has no particular safety problem even if the performance deteriorates. Therefore, it is sufficient to control the battery by referring only to the voltage across the assembled battery. However, when using a lithium battery as a multi-series assembled battery, each unit cell should not be overcharged or overdischarged. It is essential to take measures.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In consideration of such countermeasures, for example, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-136445, during charging, the maximum value of the terminal voltages of each unit cell is detected, and control is performed based on the maximum voltage. In some cases, a technique is disclosed in which the lowest value is detected and control is performed based on the lowest voltage. In this prior art, it is possible to control charging / discharging of all unit cells within a predetermined voltage range, but when the SOC of each unit cell is shifted, charging is performed with the unit cell having the highest and lowest SOC. Discharge is limited, and there is a problem that the capacity is reduced by the amount of SOC shift.
[0012]
As a solution to such a problem, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-253463, a discharge circuit (bypass circuit) composed of a resistor and a switch is connected in parallel to each unit cell, and the voltage of the unit cell varies. When this occurs, the discharge circuit switch corresponding to the unit cell whose voltage is high is closed and discharged, or the voltage difference between the unit cells is reduced by so-called balanced charge / discharge that shunts the charging current during charging. Technology is disclosed.
[0013]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-213055 discloses that all unit cells are fully charged by monitoring the charge state of each unit cell, and by dividing the charge current to the bypass circuit for the unit cell that has reached the full charge state. A technology for aligning the state of charge and eliminating variations is disclosed.
[0014]
A specific configuration example of these prior arts is shown in FIG. The assembled battery 1 is configured by connecting a plurality (n) of unit cells 2 (1), 2 (2),..., 2 (n) in series. A discharge circuit 3 and a voltage detector 4 configured by connecting a discharge resistor 3a and a switch 3b made of a transistor, FET, or the like in series are connected to each other. The output signal of the voltage detector 4 is given to the MPU 7 via the multiplexer 5 and the A / D converter 6.
[0015]
The MPU 7 refers to the terminal voltage of each unit cell 2 and stores it in the memory 8 at regular intervals, and discharges the unit cell 2 having a higher terminal voltage, or bypasses the charging current. For this purpose, a control signal is output to the decoder 9. When the control signal is decoded by the decoder 9, the control signal is output to the switch 3 b of the discharge circuit 3 of the corresponding unit cell 2 via the photocoupler (or isolation amplifier) 10. Then, the switch 3b of the discharge circuit 3 is closed, and the unit cell 2 is discharged or the charge current is bypassed via the resistor 3a.
[0016]
In such a configuration, the discharge circuit 3, the voltage detector 4, the photocoupler 10 and the like are required for the number of unit cells 2, and there is a problem that the total number of parts increases. In addition, the number of unit cells 2 that can actually be controlled by one MPU 7 is limited to about 10 to 20 due to limitations on insulation (voltage resistance) and controllability.
[0017]
Therefore, in order to apply to HEVs and electric vehicles, as shown in FIG. 17, the entire assembled battery 1 is divided into groups of about 10 to 20 unit cells 2, and the control of each group is performed with the configuration of FIG. It is necessary to configure the modules 11 to be assigned to the corresponding MPUs 7 and to arrange the upper MPUs 7H that control the MPUs 7 of the modules 11 in an integrated manner. For example, when 80 lithium batteries are used for the unit cell 2, the configuration is 10 × 8 groups or 20 × 4 groups. As a result, 5 or 9 MPUs, which are expensive parts, are required, and an increase in cost is inevitable.
[0018]
In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-55643 discloses a technique that enables charging control without using an MPU. As shown in FIG. 18, a series circuit of two resistors 14 a and 14 b having the same resistance value is connected in parallel to the assembled battery 13 composed of two unit cells 12 connected in series. The potentials of the common connection point VCM of the two unit cells 12 and the common connection point VRM of the two resistors 14a and 14b are compared.
[0019]
The output terminal of the comparator 15 is connected to the base of an npn transistor 17a via a base resistor 16a and to the base of a pnp transistor 17b via a base resistor 16b. The collectors of the transistors 17a and 17b are respectively connected to the positive electrode and the negative electrode of the assembled battery 13 via discharging resistors 18a and 18b, and the emitters of both are commonly connected to a common connection point VCM. The above constitutes the adjustment module 19.
[0020]
When the terminal voltages of the unit cells 12 (1) and 12 (2) are VC1 and VC2, respectively, when VC1> VC2 and potential VCM <potential VRM, the output terminal of the comparator 15 becomes high level and the transistor 17a is turned on. Therefore, the unit cell 12 (1) is discharged through the resistor 18a. When VC1 <VC2 and potential VCM> V potential RM, the output terminal of the comparator 15 goes low and the transistor 17b is turned on, so that the unit cell 12 (2) is discharged through the resistor 18b. Yes.
[0021]
However, each of these adjustment modules 19 is configured to adjust terminal voltage variation for two unit cells connected to each other. Therefore, assuming that this adjustment module 19 is applied to several tens or more, for example, N (N is a natural number) series assembled battery, (N-1) adjustment modules 19 must be used correspondingly. Then, adjustment errors between the adjustment modules 19 may be accumulated, and there is no guarantee that high-precision control can be achieved as a whole.
[0022]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent overdischarge and overcharge of each unit cell and to charge an assembled battery configured by connecting these unit cells in series. An object of the present invention is to provide an assembled battery voltage regulator capable of preventing the capacity from being limited as much as possible by the variation in capacity of each unit cell.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
According to the voltage adjustment device for the assembled battery according to claim 1 or the voltage adjustment method for the assembled battery according to claim 5, the voltage dividing means divides the terminal voltage of the assembled battery according to the number of unit cells, and compares the potential. The means compares a potential at a specific connection point among a plurality of connection points between the unit cells with a potential at a voltage dividing point corresponding to the connection point. The discharge control means determines that the potential of the positive electrode side connection point is higher than or equal to the potential of the voltage dividing point based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive electrode side and negative electrode side connection points of the unit cell. When the potential is equal and the potential at the corresponding voltage dividing point is higher than the potential at the negative electrode side connecting point, or the potential at the positive electrode side connecting point is higher than the potential at the corresponding voltage dividing point and the negative electrode side connecting point when dividing point potential is higher or both potentials corresponding than the potential equal to, when the terminal voltage before Kitan position cell is determined to be higher than the average voltage is controlled so as to discharge the unit cell .
[0024]
Accordingly, the terminal voltage of the unit cell corresponding to a specific connection point can be adjusted to be equal to the average voltage to adjust the terminal voltage variation, that is, the remaining capacity variation, thereby preventing overdischarge and overcharge. However, the use efficiency of the assembled battery can be improved.
[0025]
Further, the discharge control means prohibits the discharge of the unit cell when it is determined that the ambient temperature is equal to or lower than a preset reference temperature. That is, in a low temperature environment, the internal resistance of the unit cell may become extremely large. If the voltage of a unit cell falls below the minimum voltage at that time due to the voltage drop caused by discharging, it is necessary to adjust it originally. There is a risk of adjusting the voltage of the unit cell without any. Therefore, when the ambient temperature becomes lower than the reference temperature, it is possible to avoid such a situation by prohibiting the discharge.
[0026]
According to the voltage adjustment device for the assembled battery according to claim 2 or the voltage adjustment method for the assembled battery according to claim 6, the discharge control means is provided on the positive electrode side and the negative electrode side of the unit cell as in the case of claim 1 or 5 . Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the connection point, the potential at the positive side connection point is higher than the potential at the corresponding voltage dividing point, or both potentials are equal and correspond to the potential at the negative side connection point. When the potential at the pressure point is high, or the potential at the positive connection point is higher than the corresponding potential at the partial pressure point and the potential at the partial pressure point is higher than the potential at the negative connection point. when the potential is equal, since the terminal voltage before Kitan position cell is controlled so as to discharge the unit cell when it is determined to be higher than the average voltage, it is possible to adjust the variation of the residual capacity, over-discharge or over- Use battery packs efficiently while preventing charging It is possible to above.
[0027]
Further, when the discharge control means determines that the terminal voltage of at least one unit cell of the plurality of unit cells is equal to or lower than a preset reference voltage, the discharge control unit prohibits discharge of the unit cell. That is, when a short circuit or the like occurs in any one of the plurality of unit cells and the cell voltage decreases, there is a possibility that adjustment is performed so as to decrease the voltages of other unit cells accordingly. Therefore, when the inter-terminal voltage of at least one unit cell becomes equal to or lower than the reference voltage, it is possible to prevent the voltage of other unit cells from being inadvertently lowered by prohibiting discharge.
[0028]
According to the assembled battery voltage adjusting device according to claim 3 and the assembled battery voltage adjusting method according to claim 7, as in the case of claim 1, 2, 5, 6, the discharge control means is provided on the positive side of the unit cell. From the comparison result of the potential comparison means corresponding to the connection point on the negative electrode side, the potential at the connection point on the positive electrode side is higher than the potential at the corresponding voltage dividing point or equal to the potential at the partial pressure point and more than the potential at the connection point on the negative electrode side. If the potential at the corresponding voltage dividing point is high, or the potential at the voltage dividing point is higher than the potential at the corresponding voltage dividing point and the potential at the voltage dividing point is higher than the potential at the voltage connecting point on the negative electrode side. If equal high or both potentials, since the terminal voltage before Kitan position cell is controlled so as to discharge the unit cell when it is determined to be higher than the average voltage, it is possible to adjust the variation of the remaining capacity, Use of assembled batteries while preventing overdischarge and overcharge It is possible to improve the.
[0029]
In addition, when the discharge control means determines that the voltage between the terminals of at least one unit cell among the plurality of unit cells is equal to or higher than a preset reference voltage, the discharge control unit prohibits discharge of the unit cell. That is, by setting the upper limit of the voltage adjustment operation, it is possible to limit the voltage or remaining capacity range for performing the adjustment operation. Therefore, due to the variation in the full charge capacity between the unit cells, which is different from the variation in the remaining capacity, especially in the range where the remaining capacity is large (close to full charge), the unit cells have different terminal capacities even though the remaining capacity is equal. Since the voltage varies, an unnecessary voltage adjustment operation is performed, and unnecessary discharge can be suppressed.
[0030]
Voltage regulator for a battery pack according to claim 4, wherein, according to the voltage adjusting method for a battery pack according to claim 8, similarly to claims 1 to 5, 6, 7, the discharge control means, the unit Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the cell, the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative connection When the potential at the corresponding voltage dividing point is higher than the potential at the point, or when the potential at the positive-side connection point is higher than the potential at the corresponding voltage-dividing point and corresponding to the potential at the negative-side connection point. when the potential of the point are equal high or both potentials, since the terminal voltage before Kitan position cell is controlled so as to discharge the unit cell when it is determined to be higher than the average voltage, to adjust the variation in the remaining capacity Can be assembled battery while preventing overdischarge and overcharge Thereby improving the use efficiency.
[0031]
Moreover, the path | route interruption | blocking means arrange | positioned in the discharge path | route of each unit cell and the vicinity side of each unit cell interrupts | blocks the said path | route, when an overcurrent flows into the discharge path | route. That is, for example, if a disconnection occurs for any reason in any one of the plurality of unit cells while the assembled battery is being charged or discharged, the assembled battery is connected to both ends of the disconnection point. There is a possibility that high voltage may be generated due to inductance of a circuit connected to the battery. In such a case, an overcurrent flows through the discharge path connected to both ends of the disconnection point, and thus the voltage regulator is protected from destruction by blocking the discharge path by the path blocking means. Can do.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment when the present invention is applied to an assembled battery formed by connecting three unit cells in series will be described with reference to FIGS. In FIG. 1 showing the electrical configuration, three unit cells 21 (1), 21 (2), and 21 (3) composed of lithium secondary batteries are connected in series to form an assembled battery 22. Yes. A voltage dividing circuit (voltage dividing means) 26 formed by connecting resistors 23, 24, and 25 in series is connected to the assembled battery 22 in parallel.
[0033]
Among these, the resistors 23 and 24 are each constituted by a series circuit of resistors 23a and 23b, 24a and 24b, and the resistance ratio is set to about 4000: 1, for example. The resistance values of the resistors 23a, 24a and 25 are set to be equal to each other, and the resistance values of the resistors 23b and 24b are negligibly small compared to these resistance values. Therefore, the terminal voltage of the assembled battery 22 is substantially divided into three equal parts by the three resistors 23a, 24a and 25.
[0034]
Here, the negative terminal of the battery pack 22 is Jc0, the positive terminal is Jc3, the connecting point of the unit cells 21 (1) and 21 (2) between them is Jc1, and the unit cells 21 (2) and 21 (3 ) Is Jc2. Also, the negative side terminal of the voltage dividing circuit 26 is Jr0, the positive side terminal is Jr3, and the common connection points of the resistors 23a and 23b, 24a and 24b between them are Jr1 and Jr2, respectively. The common connection point of the resistors 23b and 24a is Jr1 ', and the common connection point of the resistors 24b and 25 is Jr2'. Below, each said connection point is called a terminal.
[0035]
The inverting input terminal of the comparator 27H and the non-inverting input terminal of the comparator 27L are commonly connected to the terminal Jc1. The non-inverting input terminal of the comparator 27H is connected to the terminal Jr1, and the inverting input terminal of the comparator 27L is connected to the terminal Jr1 ′. Further, the two comparators 28H and 28L are similarly connected to the unit cell 21 (2) and the resistor 24. The four comparators 27H, 27L, 28H, and 28L constitute a potential comparison unit.
[0036]
The output terminal of the comparator 27L is connected to one input terminal of the AND gate 30 via the INV (inverter) gate 29, and the output terminal of the comparator 27H is connected to one input terminal of the AND gate 31. ing. The output terminal of the comparator 28L is connected to the other input terminal of the AND gate 30, and the output terminal of the comparator 28H is connected to the other input terminal of the AND gate 31 via the INV gate 32.
[0037]
The discharge circuit 33 is formed by connecting a discharge resistor 34 and a normally open switch 35 in series. The three discharge circuits 33 (1) to 33 (3) are connected in series so as to correspond to the unit cells 21 (1) to 21 (3), and are connected in parallel to both ends of the assembled battery 22. Yes. The common connection point of the discharge circuits 33 (1) and 33 (2) is connected to the terminal Jc1, and the common connection point of the discharge circuits 33 (2) and 33 (3) is connected to the terminal Jc2. Yes.
[0038]
The switches 35 (1) to 35 (3) are composed of, for example, transistors or FETs, and close the contacts (conduct) when a high-level control signal is given to the control signal terminal. The control signal terminals of the switches 35 (1) and 35 (3) are connected to the output terminals of the comparators 27L and 28H, respectively. The control signal terminal of the switch 35 (2) is connected to the output terminal of the OR gate 36, and the two input terminals of the OR gate 36 are connected to the output terminals of the AND gates 30 and 31, respectively. .
[0039]
The NOT gates 29 and 32, the AND gates 30 and 31, and the OR gate 36 constitute a logic circuit unit 37. The discharge circuit 33 and the logic circuit unit 37 constitute a discharge control means. By the way, although not specifically shown, the operation power supplies of the comparators 27H, 27L, 28H and 28L and the logic circuit unit 37 are generated from the assembled battery 22 and supplied.
[0040]
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the terminal voltages of the unit cells 21 (1), 21 (2), and 21 (3) are V1, V2, and V3, respectively. The potentials of the terminals Jc1, Jc2, and Jc3 with respect to the terminal Jc0 are set as Ec1, Ec2, and Ec3, respectively, and the potentials of the terminals Jr1, Jr2, and Jr3 with respect to the terminal Jr0 are set as Er1, Er2, and Er3, respectively. . Then, the potentials Ec1, Ec2, and Ec3 are expressed as shown in Equation (1), respectively.
Ec1 = V1
Ec2 = V1 + V2 (1)
Ec3 = V1 + V2 + V3 = Er3
[0041]
Further, the resistance values of the resistors 23a, 24a, and 25 are equal, and when the resistors 23b and 24b are ignored, there are unit cells 21 (1), 21 (2), and 21 (3) at both ends of the resistors 23a, 24a, and 25, respectively. The average values of the terminal voltages are respectively applied. Therefore, the potentials Er1, Er2, and Er3 are expressed as shown in Equation (2), respectively.
Er1 = Ec3 / 3 = (V1 + V2 + V3) / 3
Er2 = 2 · Ec3 / 3 = 2 (V1 + V2 + V3) / 3 (2)
Er3 = 3 ・ Ec3 / 3 = V1 + V2 + V3
[0042]
Here, when the output levels of the four comparators 27H, 27L, 28H, and 28L are considered to be high “H” under each input condition, it is as follows. The terminal voltage of the resistors 23b and 24b is Vα.
Figure 0004006877
[0043]
That is, the comparator 27H is at a high level when the divided potential Er1 is higher than the potential Ec1 of the terminal Jc1, and the comparator 27L is lower than the divided potential Er1 that is obtained by subtracting the minute voltage Vα from the potential Ec1. High level when Accordingly, when the divided potential Er1 is in the range of Ec1−Vα ≦ Er1 ≦ Ec1 and is considered to be substantially equal to the potential Ec1, both the comparators 27H and 27L are at the low level. The same applies to the comparators 28H and 28L with respect to the divided potential Er2 and the potential Ec2 of the terminal Jc2.
[0044]
The conditions for turning on the three switches 35 (1) to 35 (3) by logically synthesizing the output levels of these four comparators 27H, 27L, 28H, and 28L are shown in FIG. It becomes like the truth table shown. However, “x” indicates an arbitrary level.
[0045]
(1) V3>V2> V1
Here, the operation from the initial state where the terminal voltages of the unit cells 21 (1) to 21 (3) satisfy V3>V2> V1 will be described with reference to FIG.
[0046]
[Period A]
in this case,
Figure 0004006877
Therefore, the output signals of the comparators 27H and 28H are both at the high level “H”. Accordingly, in the truth table shown in FIG. 2, since the condition that the switch 35 (3) is in the ON state “1” is satisfied, the unit cell 21 (3) is discharged by the discharge circuit 33 (3).
[0047]
When the terminal voltage V3 decreases due to the discharge of the unit cell 21 (3), the terminal voltage Ec3 (= Er3) of the assembled battery 22 decreases, and the divided potential Er2 also decreases accordingly. When V3 <V2 and Er2 = Ec2, the output signal of the comparator 28H becomes low level “L”.
[0048]
At this time, as shown at time P in FIG. 3, the terminal voltage V3 is the average cell voltage of the assembled battery 22, but the unit cell 21 (2) is not discharged, so the relationship of V2> V1 is maintained. Therefore, Er1> Ec1 in the equation (4) does not change. Therefore, the output signal of the comparator 27H remains “H”. Then, in the truth table shown in FIG. 2, since the condition that the switch 35 (2) is turned on is “1”, the unit cell 21 (2) is discharged by the discharge circuit 33 (2). The discharge of the unit cell 21 (3) by the discharge circuit 33 (3) is stopped.
[0049]
Here, for the comparators 27H and 27L, the condition that the output signal of the comparator 27H is “L” and the output signal level of the comparator 27L is not limited is that at least Er2 is not higher than Ec2. Is substantially equal to Ec2 or Er2 is lower than Ec2, meaning Er2 ≦ Ec2.
[0050]
[Period B]
When the terminal voltage V2 is decreased by discharging the unit cell 21 (2), the voltages Ec2 and Er3 are decreased, and accordingly, the divided potential Er2 is also decreased. Here, when Er2 and Ec2 are compared, from the equations (1) and (2),
Ec2 = V1 + V2
Er2 = 2 (V1 + V2 + V3) / 3
Therefore, Ec2 is clearly more affected by the decrease in terminal voltage V2. Therefore, the magnitude relationship between the two becomes Er2> Ec2 again from Er2 = Ec2, and the output signal of the comparator 28H becomes “H” again. Then, the condition that the switch 35 (3) is in the ON state “1” is satisfied, the discharge by the discharge circuit 33 (2) is stopped, and the unit cell 21 (3) is discharged by the discharge circuit 33 (3). .
[0051]
That is, in this case, the unit cell 21 (2) is discharged and the terminal voltage V2 is lowered, so that the average voltage of the unit cell 21 is also lowered. Then, since the terminal voltage V3 also deviates from the average voltage if the potential is maintained from the time point P, the unit cell 21 (3) is discharged again, and the terminal voltage V3 becomes the average voltage. It acts to be approximately the same.
[0052]
When the unit cell 21 (3) is discharged and the terminal voltage V3 decreases and substantially coincides with the average voltage again, the divided potentials Er3 and Er2 decrease as described above, and Er2 = Ec2 and the comparator 28H The output signal becomes “L”. Further, since the unit cell 21 (2) is not discharged, V2> V1 and Er1> Ec1, so that the output signal of the comparator 27H remains “H”. Then, since the condition that the switch 35 (2) is in the ON state “1” is satisfied, the discharge of the unit cell 21 (3) is stopped simultaneously with the discharge of the unit cell 21 (2).
[0053]
That is, in the period B, the switches 35 (2) and 35 (3) are alternately turned on, and the unit cells 21 (2) and 21 (3) are alternately discharged. Further, in FIG. 3, the terminal voltages V2 and V3 are illustrated so as to decrease linearly, but actually, when one potential is decreased, the other potential is not changed. The state is repeated alternately in a short period.
[0054]
Finally, when Er1 = Ec1, Er2 = Ec2, that is, V1 = V2 = V3, the output levels of the comparators 27H, 27L, 28H, 28L are all “L”, and the unit cells 21 (1) ˜21 The discharge of 21 (3) stops. This completes the function of adjusting the variations in the terminal voltages V1, V2, and V3.
[0055]
(2) V1>V2> V3
Next, the operation when V1>V2> V3 as an initial state will be described. in this case,
Figure 0004006877
Therefore, the output signals of the comparators 27L and 28L are both “H”. Accordingly, in the truth table shown in FIG. 2, since the condition that the switch 35 (1) is in the ON state “1” is satisfied, the unit cell 21 (1) is discharged by the discharge circuit 33 (1).
[0056]
When the terminal voltage V1 decreases due to the discharge of the unit cell 21 (1), the terminal voltage Ec1 decreases, and the voltages Er3 and Er1 also decrease accordingly. Here, when Er1 and Ec1 are compared, from the equations (1) and (2),
Ec1 = V1
Er1 = (V1 + V2 + V3) / 3
Thus, the effect of the decrease in the terminal voltage V1 is clearly larger in Ec1. Therefore, Ec1 approaches Er1 and eventually becomes Er1 = Ec1, and the output signal of the comparator 27L becomes “L”. Then, the condition that the switch 35 (2) is in the ON state “1” is satisfied, the discharge by the discharge circuit 33 (1) is stopped, and the unit cell 21 (2) is discharged by the discharge circuit 33 (2). .
[0057]
When the terminal voltage V2 is decreased by discharging the unit cell 21 (2), the voltages Er3 and Er1 are decreased. Further, since the unit cell 21 (1) is not discharged, V1 = Ec1 does not decrease. As a result, Er1 <Ec1 again, and the output signal of the comparator 27L becomes “H” again. Then, the discharge by the discharge circuit 33 (2) is stopped, and the unit cell 21 (1) is discharged by the discharge circuit 33 (1).
[0058]
When the terminal voltage V1 decreases due to the discharge of the unit cell 21 (1), the terminal voltage Ec1 decreases, Er1 = Ec1 again, the discharge by the discharge circuit 33 (1) stops, and the discharge circuit 33 (2) As a result, the unit cell 21 (2) is discharged. Thereafter, the switches 35 (1) and 35 (2) are alternately turned on, and the unit cells 21 (1) and 21 (2) are alternately discharged. Finally, when Er1 = Ec1, Er2 = Ec2, that is, V1 = V2 = V3, the discharge of the unit cells 21 (1) to 21 (3) is stopped, and the terminal voltages V1, V2, and V3 vary. The adjusting action ends. This voltage change is obtained by switching V1 and V3 in FIG.
[0059]
(3) V2> V3 = V1
Next, the operation when the initial state is V2> V3 = V1 will be described with reference to FIG. in this case,
Figure 0004006877
Therefore, the output signals of the comparators 27H and 28L are both “H”. At this time, the output signals of the comparators 27L and 28H are both “L”, and in the truth table shown in FIG. 2, the condition that the switch 35 (2) is in the ON state “1” is satisfied. The unit cell 21 (2) is discharged by (2).
[0060]
When the terminal voltage V2 is decreased by discharging the unit cell 21 (2), the voltages Ec2 and Er3 are decreased. Accordingly, the divided potentials Er2 and Er1 are also decreased, and Er1 approaches Ec1. As described above, between Er2 and Ec2, the effect of the decrease in the terminal voltage V2 is clearly larger in Ec2, so that Ec2 approaches Er2. Finally, when Er1 = Ec1, Er2 = Ec2, and V1 = V2 = V3, the variation adjustment operation of the terminal voltages V1, V2, and V3 ends.
[0061]
That is, in this case, since only the terminal voltage V2 is always high and the terminal voltages V1 and V3 are always low with respect to the average voltage of the unit cell 21 in the transient state, only the unit cell 21 (2) is discharged all the time. become.
[0062]
As described above, according to this embodiment, the terminal voltage of the assembled battery 22 formed by connecting the three unit cells 21 (1) to 21 (3) in series is connected to the resistors 23, 24, and 25 in series. The voltage dividing circuit 26 divides the voltage, and the logic circuit unit 37 has the internal terminal voltages of the unit cells 21 (1) to 21 (3) higher than the average voltage based on the output signals of the comparators 27H to 28L. Was discharged automatically, and finally the terminal voltages of all the unit cells 21 (1) to 21 (3) were made substantially equal to eliminate the variation.
[0063]
For example, for the unit cell 21 (2), the logic circuit unit 37 determines that the potential Ec2 of the positive connection point Jc2 is higher than or substantially equal to the potential Er2 of the corresponding voltage dividing point Jr2. (Ec2 ≧ Er2) In addition, when the potential Er1 at the corresponding voltage dividing point Jr1 is higher than the potential Ec1 at the connecting point Jc1 on the negative electrode side (Ec1 <Er1), or the potential Ec2 is higher than the potential Er2 (Ec2> Er2) and higher than the potential Ec1. When the potential Er1 is high or both are substantially equal (Ec1 ≦ Er1), it is determined that the terminal voltage V2 is higher than the average voltage.
[0064]
Therefore, it is possible to reliably determine the level of the terminal voltage of the unit cell 21 and the average voltage obtained from the voltage dividing circuit 26, and to eliminate the terminal voltage between the unit cells, that is, the variation in the remaining capacity. It is possible to prevent overcharge and overdischarge and improve the use efficiency of the assembled battery 22.
[0065]
Further, according to the present embodiment, charging / discharging is performed by applying the lithium battery, which has a high energy density but requires more strict measures against overcharge and overdischarge, to the assembled battery 22 having the unit cell 21. It is possible to draw out and utilize the performance of the lithium battery sufficiently while being controlled safely.
[0066]
By the way, the conventional voltage regulator is configured to use an MPU, and it is necessary to supply a stable level of operation power to the MPU. For this reason, conventionally, the operation power supply is supplied from a control power supply (12V battery, which corresponds to a so-called gasoline vehicle battery) provided separately from the drive power supply battery.
[0067]
On the other hand, according to the present embodiment, the operation power supply for the comparators 27H to 41L and the logic circuit unit 37 is obtained from the assembled battery 22 as the drive power supply. That is, unlike the conventional circuit, the logic circuit unit 37 can be configured with a combination of logic gates without using an MPU or the like, so that its power consumption is extremely small compared to the conventional circuit. Since the assembled battery 22 has a three-series configuration, the terminal voltage is about 3.6 × 3 = 10.8 (V), which is suitable for the production of an operating power supply of about 3.3 to 5 V. . In addition, unlike the MPU, these circuits can operate even when the power supply voltage is somewhat reduced, so that these operating power supplies can be obtained from the assembled battery 22. Therefore, it is possible to suppress the power consumption of the control power supply having a relatively small capacity with respect to the operation power supply.
[0068]
(Second embodiment)
5 and 6 show a second embodiment of the present invention. The same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only different parts will be described below. In the second embodiment, the unit cell 21 (4) is added to the assembled battery 22 to apply to the assembled battery 38 in which the number of series connections is four.
[0069]
Similarly to the resistors 23 and 24, the resistor 25 of the voltage dividing circuit 26 is composed of resistors 25a and 25b having a resistance ratio of 4000: 1, and a resistor 39 corresponding to the unit cell 21 (4) is added in series. Constitutes the voltage dividing circuit 40. The comparators 41H and 41L (potential comparison means) are connected to the connection point Jc3 of the unit cells 21 (3) and 21 (4) and both ends of the resistor 25b in the same manner as the comparators 28H and 28L.
[0070]
On the other hand, the output terminal of the comparator 28L is connected to one input terminal of the AND gate 43 via the NOT gate 42, and the other input terminal of the AND gate 43 is connected to the output terminal of the comparator 41L. . The output terminal of the comparator 28H is connected to one input terminal of the AND gate 44 instead of the control terminal of the switch 35 (3), and the other input terminal of the AND gate 44 is connected to the NOT gate 45. To the output terminal of the comparator 41H.
[0071]
The output terminals of the AND gates 43 and 44 are connected to the input terminal of the OR gate 46, respectively, and the output terminal of the OR gate 46 is connected to the control terminal of the switch 35 (3). The control terminal of the switch 35 (4) constituting the discharge circuit 33 (4) provided corresponding to the unit cell 21 (4) is connected to the output terminal of the comparator 41H.
[0072]
Note that a logic circuit unit 47 is configured by adding NOT gates 42 and 45, AND gates 43 and 44, and an OR gate 46 to the components of the logic circuit unit 37. The discharge circuit 33 plus the logic circuit unit 47 constitutes a discharge control means. In addition, as in the first embodiment, the operation power supplies of the comparators 27H to 41L and the logic circuit unit 47 are generated from the assembled battery 38 and supplied.
[0073]
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the truth table of the logic circuit unit 47 shown in FIG. 6, the second to fourth stages from the bottom are determined by the logic of the comparators 27H to 28L, as in FIG. 2 of the first embodiment. In addition, only the condition that both the comparators 41H and 41L are at the low level is added to the lowest stage in which any of the switches 35 is turned off.
[0074]
Then, the condition that the switch 35 (3) in the fifth and sixth stages from the bottom is in the on state “1” is that the logic of the comparators 27H to 28L in which the switch 35 (2) is in the on state is set to the comparators 28H to 41L. The same applies. The condition that the uppermost switch 35 (4) is turned on is a condition that the comparator 41H is at a high level.
[0075]
That is, the switch 35 (1) corresponding to the unit cell 21 (1) on the most negative side of the assembled battery 38 is turned on under the condition that the potential at the positive connection point Jc1 is the voltage dividing point Jr1 (Jr1 ′). The ON condition of the switch 35 (4) corresponding to the unit cell 21 (4) that is the most positive side is determined only by the output logic of the comparator 27L that outputs a high level signal when the potential is higher than the potential. Is determined only by the output logic of the comparator 41H that outputs a high level signal when the potential is higher than the potential at the negative connection point Jc3.
[0076]
Further, for example, the ON condition of the switch 35 (2) corresponding to the unit cell 21 (2) arranged in the middle of them is the comparators 28H and 28L arranged on the positive side of the unit cell 21 (2) and the negative side. It is determined by the output logic with the comparators 27H and 27L arranged at.
[0077]
According to the second embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained even when applied to the assembled battery 38 having a four-series configuration. Further, unlike the conventional case, even when applied to a multi-series assembled battery 38, errors are not accumulated and precise voltage adjustment can be performed.
[0078]
Here, the case where the first and second embodiments are generalized and applied to an assembled battery having an n (n is a natural number) series configuration is shown in FIGS. That is, the positive and negative connection points of the i-th (1 <i <n) unit cell Ci are Jci and Jci-1, and the corresponding connection points of the voltage dividing resistors Ri and Ri-1 are Jri and Jri-. 1, the potentials of the connection points Jci and Jci-1 with reference to the terminal Jc0 (not shown) are Eci and Eci-1, and the potentials of the connection points Jri and Jri-1 are Eri and Eri-1.
[0079]
For the unit cell Ci, when the potential at the voltage dividing point Jri is higher than the potential at the connection point Jci, the comparator that outputs a high level signal is CPi H, and conversely, the potential at the connection point Jci is the potential at the voltage dividing point Jri. A comparator that outputs a high-level signal when the voltage is higher than that is CPiL. Further, when the average voltage of the unit cell C obtained by the voltage dividing resistor R is VM and the terminal voltage of the unit cell Ci is Vi, each value has the relationship of the equation (7).
Vi = Eci-Eci-1
VM = Eri-Eri-1 (7)
[0080]
Therefore, the condition for determining that Vi> VM, that is, the condition for turning on the switch SWi of the discharge circuit corresponding to the unit cell Ci is as follows:
(Eci ≧ Eri) ・ (Eci-1 <Eri-1)
+ (Eci> Eri) (Eci-1 ≦ Eri-1) (8)
The output condition of the comparator CP that satisfies the condition (8) is as shown in FIG.
Figure 0004006877
It becomes. In the equation (8), the symbol “·” indicates a logical AND, and the symbol “+” indicates a logical OR.
[0081]
For example, looking at the correspondence of the first expression of (8) and (9), that at least the comparator CPi-1 H is “H” is the condition (Eci-1 <Eri-1) itself, The fact that at least the comparator CPi H is “L” means the condition (Eci ≧ Eri) because it is a negative of the condition (Eci <Eri). The fact that the comparators CPi H and CPi L are both “L” means a condition (Eci = Eri).
[0082]
As described above, even if the assembled battery has a multi-series configuration in which n is, for example, several tens, the outputs of the comparators CP1 L and CPn H are used for the first and nth unit cells C1 and Cn. The output condition of the comparator CP is set so that the switches SW1 and SWn of the corresponding discharge circuit are turned on when the level is "H", and the i-th unit cell Ci from the negative side in the middle thereof. When the above is established as shown in the equation (8), the logic circuit unit may be configured to turn on the switch SWi of the corresponding discharge circuit.
[0083]
(Third embodiment)
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. As described above, the present invention is theoretically applicable to any number of battery packs in series. However, in reality, there is a problem such as the withstand voltage of the element to be used. Therefore, when the unit cell is a lithium battery having a cell voltage of about 3.6 V, an assembled battery of about 4 to 5 series is configured as one unit. Is considered preferable.
[0084]
Therefore, in the third embodiment, one battery is obtained by adding a voltage adjusting mechanism including the discharge circuit 33, the voltage dividing circuit 40, and the logic circuit section 47 to the assembled battery 38 having a 4-series configuration as in the second embodiment. The module 48 is used. Then, by connecting 20 battery modules 48 in series, an HEV driving battery 49 having a voltage of about 300 V with a cell voltage of 3.6 V × 80 unit cells 21 of the lithium battery was configured.
[0085]
Then, the voltage regulator of the conventional configuration shown in FIG. 12 is applied to the driving battery 49, and the unit cell 2 in FIG. 12 is replaced with a battery module 48. That is, in each battery module 48, the terminal voltage variation among the four unit cells 21 is automatically corrected by the action of the built-in logic circuit unit 47. Therefore, the MPU 7 can handle the battery module 48 like one cell.
[0086]
According to the third embodiment configured as described above, the MPU 7 periodically measures the terminal voltages of the 20 battery modules 48 by the voltage detector 4 and passes through the multiplexer 5 and the A / D converter 6. By reading, it is possible to adjust the voltage of the driving battery 49 formed by connecting substantially 80 unit cells 21 in series by one MPU 7. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to use a plurality of MPUs, and the cost of the apparatus can be greatly reduced.
[0087]
(Fourth embodiment)
FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only different parts will be described below. The voltage dividing circuit (voltage dividing means) 40 'of the fourth embodiment has a configuration in which the small voltage dividing resistors 23b, 24b and 25b are deleted from the voltage dividing circuit 40 of the second embodiment.
[0088]
The inverting and non-inverting input terminals of the differential amplifier (potential difference amplifying means, potential comparing means) 50 (1) are connected to terminals Jc1 and Jr1, respectively, and the output terminals are (terminal Jc1 of the second embodiment). (Instead of) are connected to the non-inverting and inverting input terminals of the comparators 27H and 27L. In addition, the resistor 57 (1) inserted in the inverting input terminal of the differential amplifier 50 (1) and the resistor 58 (1) connected between the inverting input terminal and the output terminal are differential. It is provided to determine the amplification factor of the amplifier 50 (1).
[0089]
A series circuit of a resistor 51H, diodes 52H and 52L, and a resistor 51L is connected between the terminals Jc2 and Jc0, and a cathode of the diode 52H and an anode (common connection point) of the 52L are connected to the terminal Jc1. Yes. The inverting input terminal of the comparator 27H is connected to the anode of the diode 52H, and the non-inverting input terminal of the comparator 27L is connected to the cathode of the diode 52H.
[0090]
Similarly, a differential amplifier (potential difference amplifying means, potential comparing means) 50 (2) is disposed between the terminals Jc2 and Jr2 and the comparators 28H and 28L, and the differential amplifier (potential difference amplifying means, potential comparing means). 50 (3) is disposed between the terminals Jc3 and Jr3 and the comparators 41H and 41L. A series circuit of a resistor 53H, diodes 54H and 54L, and a resistor 53L is connected between the terminals Jc3 and Jc1, and a series circuit of a resistor 55H, diodes 56H and 56L, and a resistor 55L is connected between the terminals Jc4 and Jc2. Has been. Other configurations are the same as those of the second embodiment.
[0091]
Next, the operation of the fourth embodiment will be described. For example, the differential amplifier 50 (1) amplifies the potential difference Vd1 (= Eri−Eci) between the potential Er1 at the terminal Jr1 and the potential Ec1 at the terminal Jc1, and outputs the amplified signal α · Vd1 to the comparators 27H and 27L. When the level of the amplified signal α · Vd1 is higher than the forward voltage VF of the diode 52H,
α ・ Vd1 > VF
"H" is output at the time.
[0092]
Further, the comparator 27L, when the level of the amplified signal α · Vd1 is negative (that is, Eri <Eci), the absolute value thereof is higher than the forward voltage VF of the diode 52L, that is,
| Α ・ Vd1 | > VF (Vd1 <0)
"H" is output at the time. Further, the differential amplifiers 50 (2) and 50 (3) operate in the same manner for the corresponding potentials, and the logic circuit unit 47 (not shown in FIG. 10) outputs the output signals of the comparators 27H to 41L to the second. Logic synthesis is performed in the same manner as in the embodiment.
[0093]
That is, when the comparators 28H to 41L perform potential comparison using the small voltage dividing resistors 23b, 24b, and 25b as in the second embodiment, the resistance value actually changes due to the temperature change of the operating environment. Therefore, there is a problem that the comparison operation is difficult to stabilize.
[0094]
On the other hand, according to the fourth embodiment, the difference Vd between the potential on the assembled battery 38 side and the potential on the voltage dividing circuit 40 'side is amplified by the differential amplifier 50 and applied to the comparators 28H to 41L. ˜41L compares the level of the amplified signal α · Vd with the reference voltage created by using the forward voltage VF of the diodes 52, 54 and 56 having good stability, so that the terminal voltage Ec of the unit cell 21 and The level of the average voltage VM can be determined more reliably, and the operation stability can be improved.
[0095]
(5th Example)
11 to 13 show a fifth embodiment of the present invention. The same parts as those of the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described below. In the fifth embodiment, between the terminal Jc1 and the resistor 57 (1), between the terminal Jc2 and the resistor 57 (2), between the terminal Jc3 and the resistor 57 (3), and between the terminal Jc4 and the terminal Jr4. In addition, fuses (path blocking means) 59 (1), 59 (2), 59 (3), 59 (4) are inserted, respectively.
[0096]
A series circuit of the resistor 60 and the thermistor (temperature detecting means) 61 and a series circuit of the resistors 63 and 64 are connected between the terminal Jr4 and the common connection point of the fuse 59 (3) and the resistor 57 (3). ing. The common connection point of the resistor 60 and the thermistor 61 is connected to the inverting input terminal of the comparator (temperature comparison means) 62, and the common connection point of the resistors 63 and 64 is connected to the non-inverting input of the comparator 62 via the resistor 65. Connected to the terminal. The output terminal of the comparator 62 is connected to its own non-inverting input terminal via a resistor 66, and is connected to the IHBT terminal of a logic circuit unit (discharge control means) 67 instead of the logic circuit unit 47.
[0097]
The thermistor 61 is a negative thermistor whose resistance value increases as the temperature decreases. The voltage applied to the inverting input terminal of the comparator 62 is the resistance 60 and the voltage of the unit cell 21 (4) if the voltage across the terminals is constant. It is determined by the ratio of resistance values of the thermistor 61. As an example, if the inter-terminal voltage of the unit cell 21 (4) is 4.0V and the resistance values of the resistors 60, 63, and 64 are 150 kΩ, the reference voltage applied to the non-inverting input terminal of the comparator 62 is 2. 0V. The thermistor 61 is selected so as to have a resistance value of 150 kΩ or higher when the temperature is −30 ° C. (reference temperature) or lower. The resistors 51H, 51L, 53H, 53L, 55H, and 55L are not shown.
[0098]
Here, FIG. 12 shows an example of the configuration of the logic circuit section 67. That is, the logic circuit unit 67 is configured by adding AND gates 68 (1), 68 (2), 68 (3), and 68 (4) to the logic circuit unit 47. One input terminal of these AND gates 68 is connected to the IHBT terminal, and the other terminals of the AND gates 68 (1), 68 (2), 68 (3), 68 (4) are output from the comparator 27L. The output terminal of the OR gate 36, the output terminal of the OR gate 46, and the output terminal of the comparator 41H. The output terminals of the AND gates 68 (1) to 68 (4) are connected to the on / off control terminals of the switches 35 (1) to 35 (4), respectively.
[0099]
Next, the operation of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows the truth value of the logic circuit unit 67. When the voltage across the thermistor 61 is lower than the reference voltage applied to the non-inverting input terminal, the comparator 62 outputs a high level “H”, and the voltage across the thermistor 61 is higher than the reference voltage. The output terminal is at the low level “L”.
[0100]
Accordingly, when the ambient temperature detected by the thermistor 61 exceeds −30 ° C., the IHBT terminal of the logic circuit section 67 becomes “H”, and when the ambient temperature is −30 ° C. or less, IHBT The terminal becomes “L”. That is, as shown in FIG. 13, when the ambient temperature exceeds −30 ° C. and the IHBT terminal is “H”, the on / off control of the switches 35 (1) to 35 (4) is performed as shown in FIG. This is done in exactly the same way as in the embodiment. When the ambient temperature is −30 ° C. or lower and the IHBT terminal is “L”, the switches 35 (1) to 35 (4) are all turned off regardless of the output states of the comparators 27, 28, and 41. Thus, the discharge of the unit cells 21 (1) to 21 (4) is prohibited.
[0101]
The reason for this control is as follows. That is, the HEV or the like is assumed to travel under various environments, but the internal resistance of the unit cell 21 is extremely large in a low temperature environment where the ambient temperature is -30 ° C. or lower such as in a cold district. There is a case. When the unit cell 21 is discharged in such a state, a large voltage drop occurs due to the discharge. Therefore, if the voltage of a certain unit cell 21 is lower than the lowest voltage at that time, the unit that does not need to be adjusted in voltage is originally necessary. The voltage of the cell 21 may be adjusted.
[0102]
That is, when a voltage drop occurs due to the discharge, the voltage between the terminals of the unit cell 21 decreases. However, if the voltage drop is too large, the voltage of the unit cell 21 that originally shows the lowest voltage also falls below the unit being discharged. The cell 21 becomes the apparent minimum voltage cell. Then, the other unit cells 21 are discharged by adjusting the voltage with the target unit cell 21 being discharged as a target, and are discharged to the original lowest voltage cell that should not be discharged. As a result, the minimum voltage is further lowered, the voltage of the other unit cells 21 is adjusted and discharged for that purpose, and the adjustment operation is continued to reduce the voltage of the assembled battery 38 as a whole. Therefore, the discharge of the unit cell 21 is prohibited when the ambient temperature becomes −30 ° C. or lower.
[0103]
Further, for example, a case is assumed in which the HEV is running and a disconnection occurs for some reason in the vicinity of the unit cell 21 (3) while the assembled battery 38 is being charged or discharged. Then, an electromotive force corresponding to the total voltage of the assembled battery 38 (the sum of the voltages of the unit cells 21) is present between the disconnection points Jc2 and Jc3 due to, for example, an inductance component of the inverter circuit or the like connected to the assembled battery 38. Will occur.
[0104]
When an electromotive force is generated between the terminals Jc2 and Jc3, a large current tends to flow into the voltage regulator via the fuses 59 (2) and 59 (3) and the respective discharge paths. 2), 59 (3) is blown, and the path is blocked.
[0105]
As described above, according to the fifth embodiment, when the ambient temperature is detected by the thermistor 61 and the ambient temperature falls below −30 ° C., the logic circuit unit 67 receives the output signal from the comparator 62 and receives the unit cell 21 ( Since the discharges 1) to 21 (4) are prohibited, when the internal resistance of the unit cell 21 becomes extremely large under a low temperature environment, the unit cell 21 that does not need to be originally adjusted in voltage is suppressed by suppressing the discharge. It is possible to avoid falling into the situation of adjusting the voltage of.
[0106]
According to the fifth embodiment, since the fuses 59 (1) to 59 (4) are inserted between the terminals Jc1 to Jc4 and the resistors 57 (1) to 57 (3) and the terminal Jr4, respectively. Even when one of the unit cells 21 is disconnected and a high voltage is generated at both ends of the disconnected portion, the fuse 59 is melted and the discharge path is cut off, so that it is connected to the assembled battery 38. The voltage regulator can be protected from destruction and burning due to high voltage and large current. On the other hand, for example, when a short circuit occurs on the voltage regulator side due to the entry of foreign matter or a decrease in insulation, the assembled battery 38 side is protected by the fuses 59 (1) to 59 (4). be able to.
[0107]
(Sixth embodiment)
FIG. 14 shows a sixth embodiment of the present invention. The same parts as those of the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described below. In the sixth embodiment, a reference voltage Vref of 1.5 V is applied to the inverting input terminal of a comparator (voltage comparison means) 62a instead of the comparator 62, instead of the common connection point of the resistor 60 and the thermistor 61 in the fifth embodiment. The positive side terminal of the constant voltage source 69 to be applied is connected, and the negative side terminal of the constant voltage source 69 is connected to a common connection point between the fuse 59 (3) and the resistor 57 (3).
[0108]
In this case, since the resistors 63 and 64 equally divide the voltage between the terminals of the unit cell 21 (4), the comparator 62a has 1 of the voltage between the terminals of the unit cell 21 (4) given to the non-inverting input terminal. The voltage Vc of / 2 is compared with the reference voltage Vref applied to the inverting input terminal. Here, the reference voltage Vref of 1.5V is obtained by multiplying the lower limit voltage by the voltage dividing ratio 1/2 of the resistors 63 and 64 when the usable lower limit voltage of the unit cell 21 is set to 3.0V. Is set.
[0109]
The output terminal of the comparator 62a is at the high level “H” when the voltage Vc is higher than the reference voltage Vref, and is at the low level “L” when the voltage Vc is lower than the reference voltage Vref. Other configurations are the same as those of the fifth embodiment.
[0110]
Next, the operation of the sixth embodiment will be described. As described above, the voltage regulator of the present invention performs adjustment so that the terminal voltage of the other unit cell 21 is matched with the lowest voltage among the terminal voltages of each unit cell 21. . Therefore, assuming that any unit cell 21 in the assembled battery 38 is short-circuited for some reason and its terminal voltage is significantly below the lower limit voltage that can be used, other healthy unit cells according to the voltage Even the terminal voltage of 21 may be adjusted to be lower than the usable lower limit voltage.
[0111]
Therefore, in the sixth embodiment, in order to prevent the occurrence of such a situation, the comparator 62a has a lower limit voltage 3.0V at which the inter-terminal voltage Vc of the unit cell 21 (4) given to the non-inverting input terminal can be used. If the value is lower than, discharge of the unit cell 21 is prohibited by supplying a low level signal to the IHBT terminal of the logic circuit section 67.
[0112]
As described above, according to the sixth embodiment, when the inter-terminal voltage Vc of the unit cell 21 (4) is detected by the resistors 63 and 64 and the inter-terminal voltage Vc falls below the usable lower limit voltage, the comparator 62a and the logic Since the discharge of the unit cell 21 is prohibited by the circuit unit 67, it is possible to prevent the voltage of the other unit cell 21 from being significantly reduced even when a short circuit occurs in any of the unit cells 21.
[0113]
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
In the second embodiment, instead of using two NOT gates 32 and 42, an AND gate 70 having a negative logic input is used as shown in FIG. You may connect in common to 43 input terminals. When configured in this manner, the logical condition of the unit cell 21 (2) relating to the modified portion satisfies the condition that the positive terminal voltage Ec2 is substantially equal to the divided potential Er2 (Ec2 = Er2), and When the divided potential Er1 is higher than the negative terminal voltage Ec1 (Ec1 <Er1), it is determined that the terminal voltage V2 is higher than the average voltage.
For the unit cell 21 (3), the condition that the negative terminal voltage Ec2 is substantially equal to the divided potential Er2 (Ec2 = Er2) is satisfied, and the positive terminal voltage Ec3 is greater than the divided potential Er3. Is higher (Ec3> Er3), it is determined that the terminal voltage V3 is higher than the average voltage. Further, the same applies to the logical synthesis of output signals from the comparators CPi, CPi-1, CPi + 1, etc. in the case of the n-series configuration shown in FIG. If configured in this way, the number of gates can be reduced by sharing, especially when discrete elements are used in the logic circuit section in a multi-series configuration.
[0114]
The unit cell is not limited to a lithium battery, but can be similarly applied to a lead battery or a nickel battery.
It is not always necessary to perform voltage adjustment for all unit cells constituting the assembled battery, and voltage adjustment may be performed for only a specific one or a specific plurality of unit cells.
The present invention is not limited to an electric vehicle or HEV, and can be applied to any battery that uses a battery configured by connecting a plurality of unit cells in series.
In the sixth embodiment, the reference voltage Vref is set to the upper limit voltage (for example, 4.0 V) of the adjustment operation, the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the comparator 62a are switched, or the output signal of the comparator 62a is changed. It may be inverted by a NOT gate. In such a configuration, the following operational effects can be obtained.
That is, as a factor that the voltage of each unit cell 21 varies, there is a variation in the full charge capacity in addition to the variation in the remaining capacity described above. And in the case of a lithium battery, the voltage of the battery has a unique correlation with the state of charge, i.e., the ratio between the remaining capacity and the full charge capacity, so even if the remaining capacity is equal, the voltage varies if the full charge capacity is different, The magnitude of the variation increases as the remaining capacity increases. In such a case, although the voltage of the unit cell 21 does not need to be equalized, the amount of discharge caused by the voltage adjustment operation is wasted.
Therefore, by setting the upper limit of the voltage adjustment operation with the reference voltage Vref, unnecessary voltage adjustment operation due to the variation in the full charge capacity can be suppressed, and wasteful energy consumption can be suppressed.
[0115]
Further, two voltage comparators are prepared, one of which is for the upper limit voltage and the other is for the lower limit voltage. Then, by providing these output signals to the IHBT terminal of the logic circuit section 67 via an AND (negative logic input / output OR) gate, an upper limit and a lower limit of the voltage adjustment operation are determined, and a limited voltage ( It is also possible to make the voltage adjustment operation only in the (remaining capacity) range. This is because charging and discharging are performed with an intermediate remaining capacity as the center, such as a HEV drive battery, and it is possible to always equalize the voltage with the remaining capacity near the center, and output (discharge) and regenerative ( The unit cell 21 can be used in a state of being balanced with (charging).
Both the temperature detection means and the temperature comparison means centered on the comparator 62 in the fifth embodiment and the voltage detection means and the voltage comparison means centered on the comparator 62a in the sixth embodiment may be arranged simultaneously. In that case, the output signals of the comparators 62 and 62a may be supplied to the IHBT terminal of the logic circuit section 67 via an AND gate.
The path cut-off means is not limited to the fuse 59, and for example, a part having a narrow width dimension is provided for a part of the wiring pattern on the substrate serving as a discharge path, and the part is burned out when an overcurrent flows. It may be the one made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical configuration diagram showing a first embodiment when the present invention is applied to an assembled battery having a three-series configuration. FIG. 2 is a diagram showing a truth value of a logic circuit portion. (1) which shows an example of the change of each terminal voltage when performing the dispersion | variation adjustment of 1
4 is a view corresponding to FIG. 3 (part 2).
FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment when the present invention is applied to a 4-series assembled battery. FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 2. FIG. 7 is an n-series assembled battery. FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 1 when applied. FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment when the present invention is applied to a drive battery for a hybrid electric vehicle. FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 5 illustrating the fourth embodiment. FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 5 illustrating the fifth embodiment of the present invention. 14 is a diagram corresponding to FIG. 5 showing a sixth embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram corresponding to FIG. 5 showing a modified example. FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. Fig. 16 equivalent diagram when modularized as a module [Fig. 18] Fig. 1 equivalent diagram showing another prior art [Explanation of symbols]
21 is a unit cell (lithium battery), 22 is an assembled battery, 23, 24 and 25 are resistors, 26 is a voltage dividing circuit (voltage dividing means), 27H, 27L, 28H and 28L are comparators (potential comparison means), and 33 is Discharge circuit (discharge control means), 37 is a logic circuit section (discharge control means), 38 is an assembled battery, 39 is a resistor, 40 and 40 'are voltage dividing circuits (voltage dividing means), 41H and 41L are comparators (potential comparison) Means), 47 is a logic circuit section (discharge control means), 49 is a drive battery, 50 is a differential amplifier (potential difference amplifying means, potential comparison means), 59 is a fuse (path cut-off means), and 61 is a thermistor (temperature detection). Means), 62 is a comparator (temperature comparison means), 62a is a comparator (voltage comparison means), 63 and 64 are resistors (voltage detection means), 67 is a logic circuit section (discharge control means), Jc1, Jc2, Jc3, Jci-1, and Jci represent connection points, and Jr1, Jr2, Jr3, Jri-1, and Jri represent partial pressure points.

Claims (8)

二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池と、
この組電池の端子電圧を、前記単位セルの個数に応じて分圧する分圧手段と、
前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを比較する電位比較手段と、
周囲温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段によって検出された周囲温度と予め設定された基準温度とを比較する温度比較手段と、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると、当該単位セルを放電させるように制御すると共に、前記温度比較手段による比較結果に基づいて、前記周囲温度が前記基準温度以下になったと判断すると単位セルの放電を禁止する放電制御手段とを備えたことを特徴とする組電池の電圧調整装置。
An assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series;
Voltage dividing means for dividing the terminal voltage of the assembled battery in accordance with the number of the unit cells;
A potential comparison means for comparing a potential at a specific connection point among the connection points between the plurality of unit cells and a potential at a voltage dividing point divided by the voltage dividing means corresponding to the connection point;
Temperature detecting means for detecting the ambient temperature;
A temperature comparison means for comparing the ambient temperature detected by the temperature detection means with a preset reference temperature;
Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potentials equal, with the terminal voltage before Kitan position cell determines that higher than the average voltage is controlled so as to discharge the unit cell, the temperature comparing means And a discharge control means for prohibiting discharge of the unit cell when it is determined that the ambient temperature is equal to or lower than the reference temperature based on the comparison result of the battery pack.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池と、
この組電池の端子電圧を、前記単位セルの個数に応じて分圧する分圧手段と、
前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを比較する電位比較手段と、
前記複数の単位セルの内、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、
この端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧と予め設定された基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると、当該単位セルを放電させるように制御すると共に、前記電圧比較手段による比較結果に基づいて、前記端子間電圧が前記基準電圧以下になったと判断すると単位セルの放電を禁止することを特徴とする組電池の電圧調整装置。
An assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series;
Voltage dividing means for dividing the terminal voltage of the assembled battery in accordance with the number of the unit cells;
A potential comparison means for comparing a potential at a specific connection point among the connection points between the plurality of unit cells and a potential at a voltage dividing point divided by the voltage dividing means corresponding to the connection point;
An inter-terminal voltage detection means for detecting an inter-terminal voltage of at least one unit cell among the plurality of unit cells;
Voltage comparison means for comparing the voltage between the terminals detected by the voltage detection means between the terminal and a preset reference voltage;
According to the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potentials equal, the terminal voltage before Kitan position cell is determined to be higher than the average voltage, controls so as to discharge the unit cell, the voltage comparing means Based on the result of the comparison, when it is determined that the voltage between the terminals is equal to or lower than the reference voltage, discharging of the unit cell is prohibited.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池と、
この組電池の端子電圧を、前記単位セルの個数に応じて分圧する分圧手段と、 前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを比較する電位比較手段と、
前記複数の単位セルの内、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧を検出する端子間電圧検出手段と、
この端子間電圧検出手段によって検出された端子間電圧と予め設定された基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると、当該単位セルを放電させるように制御すると共に、前記電圧比較手段による比較結果に基づいて、前記端子間電圧が前記基準電圧以上になったと判断すると単位セルの放電を禁止することを特徴とする組電池の電圧調整装置。
An assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series;
A voltage dividing means for dividing the terminal voltage of the assembled battery according to the number of the unit cells, a potential of a specific connection point among the connection points between the plurality of unit cells, and the corresponding to the connection point A potential comparison means for comparing the potential at the voltage dividing point divided by the voltage dividing means;
An inter-terminal voltage detection means for detecting an inter-terminal voltage of at least one unit cell among the plurality of unit cells;
Voltage comparison means for comparing the voltage between the terminals detected by the voltage detection means between the terminal and a preset reference voltage;
According to the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potentials equal, the terminal voltage before Kitan position cell is determined to be higher than the average voltage, controls so as to discharge the unit cell, the voltage comparing means Based on the result of the comparison, when it is determined that the inter-terminal voltage is equal to or higher than the reference voltage, discharging of the unit cell is prohibited.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池と、
この組電池の端子電圧を、前記単位セルの個数に応じて分圧する分圧手段と、 前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを比較する電位比較手段と、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると、当該単位セルを放電させるように制御する放電制御手段とを備えると共に、
前記単位セルの放電経路に過電流が流れた場合に前記放電経路を遮断する経路遮断手段を、当該放電経路の単位セル近傍側に夫々配置したことを特徴とする組電池の電圧調整装置。
An assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series;
A voltage dividing means for dividing the terminal voltage of the assembled battery according to the number of the unit cells, a potential of a specific connection point among the connection points between the plurality of unit cells, and the corresponding to the connection point A potential comparison means for comparing the potential at the voltage dividing point divided by the voltage dividing means;
Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potentials equal, provided the terminal voltage before Kitan position cell is determined to be higher than the average voltage, and a discharge control means for controlling so as to discharge the unit cell With
A voltage adjustment device for a battery pack, characterized in that path blocking means for blocking the discharge path when an overcurrent flows in the discharge path of the unit cell is disposed on each side of the discharge path near the unit cell.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池の端子電圧を、分圧手段により前記単位セルの個数に応じて分圧し、
前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを電位比較手段によって比較し、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させ、
温度検出手段によって検出された周囲温度と予め設定された基準温度とを温度比較手段によって比較し、
前記温度比較手段による比較結果に基づいて、前記周囲温度が前記基準温度以下になったと判断すると単位セルの放電を禁止することを特徴とする組電池の電圧調整方法。
The terminal voltage of the assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series is divided according to the number of the unit cells by the voltage dividing means,
Of the connection points between the plurality of unit cells, the potential of a specific connection point and the potential of the voltage dividing point divided by the voltage dividing unit corresponding to the connection point are compared by the potential comparison unit,
Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potential equal to the terminal voltage of the pre Kitan position cell to discharge the corresponding unit cell when determined to be higher than the average voltage,
The ambient temperature detected by the temperature detecting means is compared with a preset reference temperature by the temperature comparing means,
A voltage adjustment method for a battery pack, wherein discharge of a unit cell is prohibited when it is determined that the ambient temperature is equal to or lower than the reference temperature based on a comparison result by the temperature comparison means.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池の端子電圧を、分圧手段により前記単位セルの個数に応じて分圧し、
前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを電位比較手段によって比較し、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させ、
前記複数の単位セルの内、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧と予め設定された基準電圧とを電圧比較手段によって比較し、
前記電圧比較手段による比較結果に基づいて、前記端子間電圧が前記基準電圧以下になったと判断すると単位セルの放電を禁止することを特徴とする組電池の電圧調整方法。
The terminal voltage of the assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series is divided according to the number of the unit cells by the voltage dividing means,
Of the connection points between the plurality of unit cells, the potential of a specific connection point and the potential of the voltage dividing point divided by the voltage dividing unit corresponding to the connection point are compared by the potential comparison unit,
Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potential equal to the terminal voltage of the pre Kitan position cell to discharge the corresponding unit cell when determined to be higher than the average voltage,
The voltage between the terminals of at least one unit cell of the plurality of unit cells and a preset reference voltage are compared by a voltage comparison unit,
A voltage adjustment method for a battery pack, wherein discharge of a unit cell is prohibited when it is determined that the inter-terminal voltage is equal to or lower than the reference voltage based on a comparison result by the voltage comparison means.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池の端子電圧を、分圧手段により前記単位セルの個数に応じて分圧し、
前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを電位比較手段によって比較し、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前 記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させ、
前記複数の単位セルの内、少なくとも1つの単位セルの端子間電圧と予め設定された基準電圧とを電圧比較手段によって比較し、
前記電圧比較手段による比較結果に基づいて、前記端子間電圧が前記基準電圧以上になったと判断すると単位セルの放電を禁止することを特徴とする組電池の電圧調整方法。
The terminal voltage of the assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series is divided according to the number of the unit cells by the voltage dividing means,
Of the connection points between the plurality of unit cells, the potential of a specific connection point and the potential of the voltage dividing point divided by the voltage dividing unit corresponding to the connection point are compared by the potential comparison unit,
Comparison result from the previous SL higher or both potentials are equal and the than the potential of the voltage dividing point of the potential of the positive electrode side connection point corresponds to a potential comparison unit corresponding to the connection point of the positive electrode side and negative electrode side of the unit cell When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the negative electrode side connection point, or the electric potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point when the potential dividing point equals higher or both potential causes the terminal voltage before Kitan position cell discharges the unit cell when it is determined to be higher than the average voltage,
The voltage between the terminals of at least one unit cell of the plurality of unit cells and a preset reference voltage are compared by a voltage comparison unit,
A voltage adjustment method for a battery pack, wherein discharge of a unit cell is prohibited when it is determined that the inter-terminal voltage is equal to or higher than the reference voltage based on a comparison result by the voltage comparison means.
二次電池からなる単位セルを複数個直列に接続して構成される組電池の端子電圧を、分圧手段により前記単位セルの個数に応じて分圧し、
前記複数の単位セル間における連結点の内、特定の連結点の電位と、当該連結点に対応する前記分圧手段により分圧された分圧点の電位とを電位比較手段によって比較し、
前記単位セルの正極側及び負極側の連結点に対応する電位比較手段の比較結果より、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高いか又は両電位が等しく且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高い場合、または、前記正極側連結点の電位が対応する分圧点の電位よりも高く且つ前記負極側連結点の電位よりも対応する分圧点の電位が高いか又は両電位が等しい場合に、記単位セルの端子電圧が平均電圧よりも高いと判断すると当該単位セルを放電させ、
単位セルの放電経路に過電流が流れると、各単位セルの近傍側に配置した経路遮断手段によって当該放電経路を遮断することを特徴とする組電池の電圧調整方法。
The terminal voltage of the assembled battery configured by connecting a plurality of unit cells made of secondary batteries in series is divided according to the number of the unit cells by the voltage dividing means,
Of the connection points between the plurality of unit cells, the potential of a specific connection point and the potential of the voltage dividing point divided by the voltage dividing unit corresponding to the connection point are compared by the potential comparison unit,
Based on the comparison result of the potential comparison means corresponding to the positive and negative connection points of the unit cell, the potential of the positive connection point is higher than the corresponding voltage dividing point or both potentials are equal and the negative electrode When the potential of the corresponding voltage dividing point is higher than the potential of the side connection point, or the potential of the positive electrode side connection point is higher than the potential of the corresponding voltage dividing point and corresponds to the potential of the negative electrode side connection point. when the potential dividing point is higher or both potential equal to the terminal voltage of the pre Kitan position cell to discharge the corresponding unit cell when determined to be higher than the average voltage,
When an overcurrent flows through a discharge path of a unit cell, the discharge path is cut off by a path cut-off means arranged in the vicinity of each unit cell.
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