JP4193787B2 - Cell voltage equalization device for battery pack - Google Patents
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Description
本発明は、複数の二次電池のセルが直列に接続されて構成される組電池に対し各セルの電圧を均等化する組電池のセル電圧均等化装置に関する。 The present invention relates to an assembled battery cell voltage equalizing apparatus that equalizes the voltage of each cell with respect to an assembled battery configured by connecting cells of a plurality of secondary batteries in series.
電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HV)のバッテリとして用いられる組電池は、100V〜400V程度の高い電圧が必要となるため、多数の二次電池(セル)が直列接続された構成を備えている。例えば300Vの組電池の場合、鉛電池(約2V/セル)では150セル、ニッケル水素電池(1.2V/セル)では250セル、リチウムイオン電池(3.6V/セル)では80セルが直列接続されている。このうちリチウムイオン電池は、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度およびサイクル寿命の点で鉛電池やニッケル水素電池よりも優れた特性を有している。 An assembled battery used as a battery of an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HV) requires a high voltage of about 100V to 400V, and thus has a configuration in which a large number of secondary batteries (cells) are connected in series. ing. For example, in the case of a 300V battery pack, 150 cells are connected in series for a lead battery (about 2V / cell), 250 cells are connected for a nickel metal hydride battery (1.2V / cell), and 80 cells are connected in series for a lithium ion battery (3.6V / cell). Has been. Among these, lithium ion batteries have characteristics superior to lead batteries and nickel metal hydride batteries in terms of volume energy density, weight energy density, and cycle life.
しかし、二次電池特にリチウムイオン電池は過充電や過放電に弱いので、定められた制限電圧範囲内で使用しないと著しく容量が減少したり発熱する虞がある。そのため、組電池を使用する際には、組電池の電圧が所定の上限電圧と下限電圧とで定まる電圧範囲内となるように定電圧充電制御を行うとともに、組電池の電圧が上記制限電圧範囲外とならないように保護回路を用いている。 However, since secondary batteries, particularly lithium ion batteries, are vulnerable to overcharge and overdischarge, there is a risk that the capacity will be remarkably reduced or heat will be generated if they are not used within the specified limit voltage range. Therefore, when using an assembled battery, constant voltage charging control is performed so that the voltage of the assembled battery is within a voltage range determined by a predetermined upper limit voltage and lower limit voltage, and the voltage of the assembled battery is within the above-mentioned limit voltage range. A protection circuit is used so as not to be outside.
さらに、組電池を構成するセル間の充電状態(SOC:State Of Charge)のばらつきに起因するセル電圧のばらつきが問題となる。組電池では、セルごとの容量の個体差や自己放電特性の差等によって各セルのSOCひいては各セル電圧がばらつく。特にリチウムイオン電池の過充電耐性および過放電耐性は他の種類の二次電池に比べて格段に弱いため、各セル間のSOCのばらつきが進行すると逐には全く使用できなくなってしまう。 Furthermore, there is a problem of variations in cell voltage due to variations in state of charge (SOC) between cells constituting the assembled battery. In an assembled battery, the SOC of each cell and thus the cell voltage varies due to individual differences in capacity and self-discharge characteristics of each cell. In particular, since the overcharge resistance and overdischarge resistance of lithium ion batteries are much weaker than other types of secondary batteries, they cannot be used at all as the SOC variation between the cells progresses.
この問題を解決する従来技術として、特許文献1には、車両運転時に所定レベルを超えるばらつきが検出されたときに、セルごとの充放電によって組電池の残容量を車両停止時の目標残容量に調整するとともに、車両停止時に端子間電圧が所定の均等化基準電圧を超えているセルが存在するときに、当該セルを放電させ、各セルの端子間電圧が均等化基準電圧に等しくなるように調整する技術が開示されている。また、特許文献2には、放電対象の二次電池から印加される電圧が異常に低下する場合に放電回路の放電スイッチを強制的にオフして二次電池の過放電を防止する技術が開示されている。その他、特許文献3には、組電池の電圧調整装置及び組電池の電圧調整方法が開示されている。
図3は、組電池のセル電圧均等化装置に用いられているコンパレータの構成を示している。組電池1は、セルBC1、…、BCn-1、BCn、BCn+1、…が直列に接続された構成を備えており、基準電圧生成回路2は、抵抗R1、…、Rn-1、Rn、Rn+1、Rn+2、…が直列に接続された構成を備えている。コンパレータCPnは、セルBCnのマイナス側端子の電圧Vn+1と基準電圧生成回路2の分圧電圧VRn+1とを比較するようになっている。同様に、図示しないコンパレータCPn-1は、セルBCnのプラス側端子の電圧Vnと基準電圧生成回路2の分圧電圧VRnとを比較するようになっている。セルBCnの放電は、これらコンパレータCPnの出力信号とコンパレータCPn-1の出力信号とに基づいて制御される。
FIG. 3 shows a configuration of a comparator used in a cell voltage equalization apparatus for an assembled battery. The assembled
コンパレータCPnは、PNP形の差動増幅トランジスタQ1〜Q4を備えている。トランジスタQ1のベースはセルBCnのマイナス側端子(電圧Vn+1)に接続されており、トランジスタQ2のベースは抵抗RnとRn+1との共通接続点(電圧VRn+1)に接続されている。ここで、電圧Vn+1が電圧VRn+1に対して順方向電圧Vf以上高くなると、トランジスタQ4のコレクタ・ベース間のpn接合が順方向にバイアスされ、トランジスタQ4は増幅動作を停止してしまう。従って、このセル電圧均等化装置では、セル電圧の不均等が大きくなると各コンパレータが正常に動作せず正常な均等化制御を行えない場合が生じる。 The comparator CPn includes PNP-type differential amplifier transistors Q1 to Q4. The base of the transistor Q1 is connected to the negative terminal (voltage Vn + 1) of the cell BCn, and the base of the transistor Q2 is connected to the common connection point (voltage VRn + 1) of the resistors Rn and Rn + 1. . Here, when the voltage Vn + 1 becomes higher than the voltage VRn + 1 by the forward voltage Vf or more, the pn junction between the collector and base of the transistor Q4 is biased in the forward direction, and the transistor Q4 stops the amplification operation. . Therefore, in this cell voltage equalization apparatus, when the cell voltage non-uniformity becomes large, each comparator may not operate normally and normal equalization control may not be performed.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、セル電圧の不均等が大きい場合でも正常に均等化動作を行うことができる組電池のセル電圧均等化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a cell voltage equalization apparatus for a battery pack that can perform normalization operation normally even when the cell voltage unevenness is large. .
請求項1に記載した手段によれば、組電池を構成する各セルの端子間電圧と基準電圧とを直接的に比較するのではなく、セル同士の共通接続点の電圧と対応する基準電圧とを比較し、その比較結果に基づいて各セルの端子間にそれぞれ接続された放電回路の放電動作を制御する。基準電圧は、組電池の両端子間に直列接続された抵抗から構成された基準電圧生成回路により生成される。
According to the means described in
この場合、比較回路は、比較対象であるセル同士の共通接続点に対し高電位側に位置するセルのプラス側端子と低電位側に位置するセルのマイナス側端子とから電源電圧の供給を受けて動作するように構成されている。つまり、比較回路に供給される電源電圧が、比較対象であるセル同士の共通接続点を挟んで直列接続された2つのセルの両端子から供給され、従来構成において供給されていた電源電圧(1セルの端子間電圧)よりも低電位側、高電位側または両電位側に拡張されることになる。 In this case, the comparison circuit receives power supply voltage from the positive side terminal of the cell located on the high potential side and the negative side terminal of the cell located on the low potential side with respect to the common connection point of the cells to be compared. Configured to work. In other words, the power supply voltage supplied to the comparator circuit is supplied from the terminals of the two cells connected in series across a common connection point between cells to be compared, the power supply voltage supplied in the conventional configuration ( The voltage is expanded to the low potential side, the high potential side, or both potential sides than the voltage between terminals of one cell).
従って、組電池の充電状態(SOC)の不均等が大きい状態であって、比較対象である共通接続点の電圧が対応する基準電圧よりも低い場合(差動入力トランジスタがPNP形の場合)または高い場合(差動入力トランジスタがNPN形の場合)であっても、対応する基準電圧がほぼ上記拡張された電源電圧範囲内にある限り、比較回路は正常に比較動作を行い、セル電圧均等化装置は正常に均等化動作を行うことができる。 Accordingly, when the state of charge (SOC) of the assembled battery is large and the voltage at the common connection point to be compared is lower than the corresponding reference voltage (when the differential input transistor is a PNP type) or Even if it is high (when the differential input transistor is an NPN type), as long as the corresponding reference voltage is substantially within the extended power supply voltage range, the comparison circuit performs the comparison operation normally and equalizes the cell voltage. The apparatus can perform the equalization operation normally.
比較回路は、差動入力トランジスタ、当該差動入力トランジスタのコレクタと電源供給線との間に設けられた負荷回路(例えば能動負荷回路)に加え、差動入力トランジスタのコレクタと負荷回路との間に逆流防止用のダイオードを備えている。従って、組電池が著しく不均等な充電状態であって、対応する基準電圧が電源電圧範囲を超えて低下した場合(差動入力トランジスタがPNP形の場合)または上昇した場合(差動入力トランジスタがNPN形の場合)であっても、電源供給線から比較回路を通して基準電圧生成回路への電流の流れ込みがなく、基準電圧生成回路において基準電圧にずれが生じることを防止することができる。 The ratio較回path, the differential input transistors, in addition to the load circuit provided between the collector and the power supply line of the differential input transistors (e.g., active load circuits), the collector and the load circuit of the differential input transistors A diode for preventing backflow is provided between them. Therefore, when the battery pack is in an extremely uneven charge state, and the corresponding reference voltage drops beyond the power supply voltage range (if the differential input transistor is a PNP type) or rises (if the differential input transistor is Even in the case of the NPN type), no current flows from the power supply line to the reference voltage generation circuit through the comparison circuit, and it is possible to prevent the reference voltage from being shifted in the reference voltage generation circuit.
請求項2に記載した手段によれば、比較回路は、差動入力トランジスタに対しベース電流を供給するベース電流補償回路を備えている。これにより、比較回路の入力バイアス電流が低減するので、比較回路から基準電圧生成回路への電流の流れ込みを低減でき、基準電圧生成回路において基準電圧にずれが生じることを防止することができる。 According to a second aspect of the present invention, the comparison circuit includes a base current compensation circuit that supplies a base current to the differential input transistor. Thereby, since the input bias current of the comparison circuit is reduced, it is possible to reduce the flow of current from the comparison circuit to the reference voltage generation circuit, and to prevent the reference voltage from being shifted in the reference voltage generation circuit.
請求項3に記載した手段によれば、第n(n=1、2、…)のセルの端子間に接続された放電回路は、当該第nのセルのプラス側端子の電圧を比較する比較回路の出力信号と、当該第nのセルのマイナス側端子の電圧を比較する比較回路の出力信号とに基づいて放電動作する。放電する条件は、第nのセルの端子間電圧が均等化状態における基準電圧よりも高い場合に限られる。
According to the means described in
これに適合する条件は、第nのセルのプラス側端子の電圧が対応する基準電圧よりも高く且つ第nのセルのマイナス側端子の電圧が対応する基準電圧と等しくまたは低い場合および第nのセルのプラス側端子の電圧が対応する基準電圧と等しく且つ第nのセルのマイナス側端子の電圧が対応する基準電圧よりも低い場合である。このようなロジックに従って各セルの放電制御を行うことにより、各セルについて順次放電が行われ、最終的に全てのセルについて均等化される。 The conditions that meet this are the case where the voltage of the positive terminal of the nth cell is higher than the corresponding reference voltage and the voltage of the negative terminal of the nth cell is equal to or lower than the corresponding reference voltage and the nth cell. This is a case where the voltage at the positive terminal of the cell is equal to the corresponding reference voltage and the voltage at the negative terminal of the nth cell is lower than the corresponding reference voltage. By controlling the discharge of each cell according to such a logic, each cell is sequentially discharged and finally all the cells are equalized.
以下、本発明の一実施形態について図1および図2を参照しながら説明する。なお、図1において、従来技術を示す図3と同一構成部分には同一符号を付して示す。
図1は、組電池を構成する各セルの電圧を均等化する均等化回路の構成図である。組電池1は、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HV)のバッテリとして用いられるもので、例えばリチウムイオン電池から構成されている。この組電池1は、直列接続された複数のセルグループから構成されており、各セルグループは直列接続された8個のセルBC1〜BC8から構成されている。組電池1には、セルBC1のプラス側端子T1、セルBC2のプラス側端子(セルBC1のマイナス側端子)T2、…、セルBC8のプラス側端子(セルBC7のマイナス側端子)T8およびセルBC8のマイナス側端子TGが設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 3 showing the prior art are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is a configuration diagram of an equalization circuit that equalizes the voltages of the cells constituting the assembled battery. The assembled
均等化回路3(組電池のセル電圧均等化装置に相当)は、車両のIGスイッチ(主電源スイッチを含む。以下同様。)がオフされた状態すなわち夜間など車両が使用されていない期間において、上記組電池1を構成するセルBC1〜BC8の各電圧が、これらセルBC1〜BC8のうちの最も低い電圧に揃うように放電制御することにより、セルBC1〜BC8の充電状態(SOC)のばらつきを均等化する回路である。
The equalization circuit 3 (corresponding to the cell voltage equalization device of the assembled battery) is in a state in which the vehicle IG switch (including the main power switch; the same applies hereinafter) is turned off, that is, at night when the vehicle is not used By controlling the discharge so that the voltages of the cells BC1 to BC8 constituting the assembled
この均等化回路3は、基準電圧生成回路2、比較回路部4、放電制御回路部5および放電回路部6から構成されており、車両のIGスイッチがオンされた状態における過充電・過放電検出回路などとともにワンチップにIC化されている。以下、各回路構成を順に説明する。
The
基準電圧生成回路2は、端子T1とTGとの間に直列接続された8個の抵抗R1〜R8から構成されている。抵抗R1とR2との接続ノードN2、抵抗R2とR3との接続ノードN3、…、抵抗R7とR8との接続ノードN8には、全てのセルBC1〜BC8が均等化された状態における基準電圧VR2、VR3、…、VR8が生成されるようになっている。セルBC1〜BC8は全て同じ規格を有しており、抵抗R1〜R8は全て同じ抵抗値に設定されている。
The reference
比較回路部4は、端子T2の電圧V2とノードN2の基準電圧VR2とを比較するコンパレータCP2a、CP2b、端子T3の電圧V3とノードN3の基準電圧VR3とを比較するコンパレータCP3a、CP3b、…、端子T8の電圧V8とノードN8の基準電圧VR8とを比較するコンパレータCP8a、CP8bから構成されている。
The
例えばコンパレータCP2a、CP2bは、端子T2に対し高電位側に位置するセルBC1のプラス側端子T1と低電位側に位置するセルBC2のマイナス側端子T3とから、電源電圧として2セル分の電圧の供給を受けて動作するようになっている。コンパレータCP2aの非反転入力端子、反転入力端子は、それぞれノードN2、端子T2に接続されており、コンパレータCP2bの非反転入力端子、反転入力端子は、それぞれ端子T2、ノードN2に接続されている。コンパレータCP2aとCP2bは、入力オフセット電圧を有しており、後述するようにウィンドコンパレータとして動作するようになっている。この電源電圧供給形態、接続形態および動作形態は、コンパレータCP3a、CP3b、…、CP8a、CP8bについても同様である。 For example, the comparators CP2a and CP2b are supplied with a voltage corresponding to two cells as a power supply voltage from the plus side terminal T1 of the cell BC1 located on the high potential side and the minus side terminal T3 of the cell BC2 located on the low potential side relative to the terminal T2. It is designed to work with the supply. The non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the comparator CP2a are connected to the node N2 and the terminal T2, respectively. The non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the comparator CP2b are connected to the terminal T2 and the node N2, respectively. The comparators CP2a and CP2b have an input offset voltage and operate as a window comparator as will be described later. This power supply voltage supply mode, connection mode, and operation mode are the same for the comparators CP3a, CP3b,..., CP8a, CP8b.
図2は、コンパレータCP2bの回路構成を示している。コンパレータCP2bは、PNP形の差動入力トランジスタQ1〜Q4を有する差動対7と、トランジスタQ1、Q2に対しベース電流を供給するベース電流補償回路8とを備えている。この差動対7において、トランジスタQ3、Q4の各ベースは、それぞれ抵抗R9、R10を介して端子T2、ノードN2に接続されており、トランジスタQ3、Q4の各エミッタは、それぞれトランジスタQ1、Q2のベースに接続されている。トランジスタQ3、Q4の各エミッタと端子T1に繋がる電源線9との間には、定電流回路11、12が接続されており、互いに接続されたトランジスタQ1とQ2のエミッタと電源線9との間には定電流回路13が接続されている。このように、差動入力部トランジスタを2段に構成したのは、入力バイアス電流を低減するためである。
FIG. 2 shows a circuit configuration of the comparator CP2b. The comparator CP2b includes a
端子T3に繋がる電源線10には、トランジスタQ5、Q6からなる能動負荷回路14(負荷回路に相当)が接続されている。差動入力トランジスタQ1、Q2と能動負荷回路14との間には、それぞれ逆流防止用のダイオードD1、D2が接続されており、差動入力トランジスタQ3、Q4と電源線10との間にもそれぞれ逆流防止用のダイオードD3、D4が接続されている。
An active load circuit 14 (corresponding to a load circuit) including transistors Q5 and Q6 is connected to the
ベース電流補償回路8は、入力バイアス電流を一層低減するために設けられている。すなわち、電源線9と10との間には、定電流回路15、トランジスタQ7およびダイオードD5が直列に接続されており、そのトランジスタQ7のベースと電源線10との間にはトランジスタQ8が接続されている。トランジスタQ3、Q4の各ベースと電源線10との間には、それぞれトランジスタQ9、Q10が接続されており、これらトランジスタQ9、Q10とトランジスタQ8とによりカレントミラー回路が構成されている。以上説明した構成は、コンパレータCP2a、CP3a、CP3b、…、CP8a、CP8bについても同様である。
The base
さて、図1において、放電制御回路部5は、比較回路部4の出力信号に基づいて放電回路部6に対し放電制御信号を出力するもので、ロジック回路LG1〜LG8を主体に構成されている。放電回路部6は、セルBC1の両端子間に接続された放電回路DC1、セルBC2の両端子間に接続された放電回路DC2、…、セルBC8の両端子間に接続された放電回路DC8から構成されている。放電回路DC1〜DC8は、例えばトランジスタを放電経路として構成したスイッチ回路であって、放電制御回路部5からの放電制御信号により放電経路をオンオフするようになっている。放電状態においては、例えば定電流、セル電圧に応じて定められた電流またはセル電圧に比例した電流を流すようになっている。
In FIG. 1, the discharge
次に、本実施形態の作用について説明する。
組電池1は、使用状態において充電と放電とが繰り返される。充放電を繰り返すと、セルBC1〜BC8の容量の個体差や自己放電特性の差等によって、セルBC1〜BC8の充電状態(SOC)がばらつき、各セルの電圧に不均等が生じる。均等化回路3は、車両のIGスイッチがオフされた状態において、以下のようにしてセル電圧の均等化を行う。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The assembled
(1)セルBC1の放電回路DC1の制御
コンパレータCP2aは、端子T2の電圧V2がノードN2の基準電圧VR2よりもオフセット電圧Voffset以上低くなると、出力信号をLレベルからHレベルに変化させる。一方、コンパレータCP2bは、端子T2の電圧V2がノードN2の基準電圧VR2よりもオフセット電圧Voffset以上高くなると、出力信号をLレベルからHレベルに変化させる。ここで、コンパレータCP2a、CP2bについてのLレベル、Hレベルとは、それぞれ端子T3の電圧V3、端子T1の電圧V1である。
(1) Control of the discharge circuit DC1 of the cell BC1 The comparator CP2a changes the output signal from the L level to the H level when the voltage V2 at the terminal T2 becomes lower than the reference voltage VR2 at the node N2 by the offset voltage Voffset or more. On the other hand, the comparator CP2b changes the output signal from the L level to the H level when the voltage V2 at the terminal T2 becomes higher than the reference voltage VR2 at the node N2 by the offset voltage Voffset or more. Here, the L level and the H level for the comparators CP2a and CP2b are the voltage V3 at the terminal T3 and the voltage V1 at the terminal T1, respectively.
コンパレータCP2a、CP2bは、上述したように比較対象である端子T2の電圧V2に対しセルBC1の電圧だけ高い電位を持つ端子T1とセルBC2の電圧だけ低い電位を持つ端子T3から電源供給を受ける。このため、基準電圧VR2がV1−2・Vfよりも低く且つV3よりも高い電圧であれば、電圧V2と基準電圧VR2との大小関係にかかわらず正常に比較動作を行うことができる。 As described above, the comparators CP2a and CP2b are supplied with power from the terminal T1 having a potential higher by the voltage of the cell BC1 than the voltage V2 of the terminal T2 to be compared and the terminal T3 having a potential lower by the voltage of the cell BC2. Therefore, if the reference voltage VR2 is lower than V1-2 · Vf and higher than V3, the comparison operation can be normally performed regardless of the magnitude relationship between the voltage V2 and the reference voltage VR2.
その結果、コンパレータCP2aの出力信号がHレベル且つコンパレータCP2bの出力信号がLレベルの場合には、端子T2の電圧V2がノードN2の基準電圧VR2よりもオフセット電圧Voffset以上低く(V2:第1の状態)、逆にコンパレータCP2aの出力信号がLレベル且つコンパレータCP2bの出力信号がHレベルの場合には、端子T2の電圧V2がノードN2の基準電圧VR2よりもオフセット電圧Voffset以上高い(V2:第2の状態)。また、コンパレータCP2a、CP2bの出力信号がともにLレベルの場合には、端子T2の電圧V2とノードN2の基準電圧VR2との差は、オフセット電圧Voffsetよりも小さく、両者はほぼ等しい(V2:第3の状態)。 As a result, when the output signal of the comparator CP2a is at the H level and the output signal of the comparator CP2b is at the L level, the voltage V2 at the terminal T2 is lower than the reference voltage VR2 of the node N2 by the offset voltage Voffset (V2: first On the other hand, when the output signal of the comparator CP2a is L level and the output signal of the comparator CP2b is H level, the voltage V2 of the terminal T2 is higher than the reference voltage VR2 of the node N2 by more than the offset voltage Voffset (V2: first) 2 state). When the output signals of the comparators CP2a and CP2b are both at the L level, the difference between the voltage V2 at the terminal T2 and the reference voltage VR2 at the node N2 is smaller than the offset voltage Voffset, and both are substantially equal (V2: first) 3 state).
上記第1の状態は、セルBC1の電圧が、均等化状態でのセル電圧(以下、均等化セル電圧と称す)よりも高い状態であるため、ロジック回路LG1は、放電回路DC1に対し放電を指示する放電制御信号を出力する。これに対し、上記第2または第3の状態は、セルBC1の電圧が上記均等化セル電圧よりも低いかまたはほぼ等しい状態であるため、ロジック回路LG1は、放電回路DC1に対し放電停止を指示する放電制御信号を出力する。 In the first state, since the voltage of the cell BC1 is higher than the cell voltage in the equalized state (hereinafter referred to as the equalized cell voltage), the logic circuit LG1 discharges the discharge circuit DC1. The discharge control signal to be instructed is output. On the other hand, since the voltage of the cell BC1 is lower or substantially equal to the equalized cell voltage in the second or third state, the logic circuit LG1 instructs the discharge circuit DC1 to stop discharging. A discharge control signal is output.
(2)セルBC2の放電回路DC2の制御
コンパレータCP3a、3bは、コンパレータCP2a、CP2bと同様に、電圧V3と基準電圧VR3との大小関係にかかわらず、電圧V3と基準電圧VR3の比較動作を行うことができる。そして、コンパレータCP3aの出力信号がHレベル且つコンパレータCP3bの出力信号がLレベルの場合には、端子T3の電圧V3がノードN3の基準電圧VR3よりもオフセット電圧Voffset以上低く(V3:第1の状態)、逆にコンパレータCP3aの出力信号がLレベル且つコンパレータCP3bの出力信号がHレベルの場合には、端子T3の電圧V3がノードN3の基準電圧VR2よりもオフセット電圧Voffset以上高い(V3:第2の状態)。また、コンパレータCP3a、CP3bの出力信号がともにLレベルの場合には、端子T3の電圧V3とノードN3の基準電圧VR3との差は、オフセット電圧Voffsetよりも小さく、両者はほぼ等しい(V3:第3の状態)。
(2) Control of the discharge circuit DC2 of the cell BC2 The comparators CP3a and 3b perform the comparison operation of the voltage V3 and the reference voltage VR3 regardless of the magnitude relationship between the voltage V3 and the reference voltage VR3, similarly to the comparators CP2a and CP2b. be able to. When the output signal of the comparator CP3a is H level and the output signal of the comparator CP3b is L level, the voltage V3 of the terminal T3 is lower than the reference voltage VR3 of the node N3 by the offset voltage Voffset (V3: first state) On the contrary, when the output signal of the comparator CP3a is L level and the output signal of the comparator CP3b is H level, the voltage V3 at the terminal T3 is higher than the reference voltage VR2 of the node N3 by the offset voltage Voffset (V3: second) State). When the output signals of the comparators CP3a and CP3b are both at the L level, the difference between the voltage V3 at the terminal T3 and the reference voltage VR3 at the node N3 is smaller than the offset voltage Voffset, and both are substantially equal (V3: first) 3 state).
電圧V2が基準電圧VR2よりもオフセット電圧Voffset以上高く(V2:第2の状態)且つ電圧V3が基準電圧VR3よりもオフセット電圧Voffset以上低くまたは等しい(V3:第1または第3の状態)場合、および電圧V2が基準電圧VR2とほぼ等しく(V2:第3の状態)且つ電圧V3が基準電圧VR3よりもオフセット電圧Voffset以上低い(V3:第1の状態)場合には、セルBC2の電圧が上記均等化セル電圧よりも高い状態であるため、ロジック回路LG2は、放電回路DC2に対し放電を指示する放電制御信号を出力する。これ以外の場合には、セルBC2の電圧が上記均等化セル電圧よりも低いかまたはほぼ等しい状態であるため、ロジック回路LG2は、放電回路DC2に対し放電停止を指示する放電制御信号を出力する。このセルBC2の放電回路DC2の制御は、セルBC3〜BC7の放電回路DC3〜DC7の制御についても同様となる。 When the voltage V2 is higher than the reference voltage VR2 by the offset voltage Voffset (V2: second state) and the voltage V3 is lower than or equal to the reference voltage VR3 by the offset voltage Voffset (V3: first or third state), When the voltage V2 is substantially equal to the reference voltage VR2 (V2: third state) and the voltage V3 is lower than the reference voltage VR3 by the offset voltage Voffset (V3: first state), the voltage of the cell BC2 is Since the voltage is higher than the equalized cell voltage, the logic circuit LG2 outputs a discharge control signal instructing the discharge circuit DC2 to discharge. In other cases, since the voltage of the cell BC2 is lower than or substantially equal to the equalized cell voltage, the logic circuit LG2 outputs a discharge control signal instructing the discharge circuit DC2 to stop discharging. . The control of the discharge circuit DC2 of the cell BC2 is the same as the control of the discharge circuits DC3 to DC7 of the cells BC3 to BC7.
(3)セルBC8の放電回路DC8の制御
電圧V8が基準電圧VR8よりもオフセット電圧Voffset以上高い(V8:第2の状態)場合には、セルBC8の電圧が上記均等化セル電圧よりも高い状態であるため、ロジック回路LG8は、放電回路DC8に対し放電を指示する放電制御信号を出力する。これに対し、電圧V8が基準電圧VR8よりもオフセット電圧Voffset以上低いまたは等しい(V8:第1または第3の状態)場合には、セルBC8の電圧が上記均等化セル電圧よりも低いかまたは等しい状態であるため、ロジック回路LG8は、放電回路DC8に対し放電停止を指示する放電制御信号を出力する。
(3) Control of the discharge circuit DC8 of the cell BC8 When the voltage V8 is higher than the reference voltage VR8 by the offset voltage Voffset (V8: second state), the voltage of the cell BC8 is higher than the equalized cell voltage Therefore, the logic circuit LG8 outputs a discharge control signal instructing the discharge circuit DC8 to discharge. On the other hand, when the voltage V8 is lower than or equal to the offset voltage Voffset or higher than the reference voltage VR8 (V8: first or third state), the voltage of the cell BC8 is lower than or equal to the equalized cell voltage. In this state, the logic circuit LG8 outputs a discharge control signal that instructs the discharge circuit DC8 to stop discharging.
こうした放電制御により、セルBC1〜BC8の各電圧が、セルBC1〜BC8のうちの最も低い電圧に等しくなり、セルBC1〜BC8の充電状態(SOC)のばらつきが均等化される。 By such discharge control, the voltages of the cells BC1 to BC8 become equal to the lowest voltage among the cells BC1 to BC8, and the variation in the state of charge (SOC) of the cells BC1 to BC8 is equalized.
本実施形態によれば、組電池1の共通接続端子Tnの電圧Vnと基準電圧VRnとを比較するコンパレータCPna、CPnb(n=2〜8)は、当該端子Tnに対し高電位側に位置するセルBCn-1のプラス側端子と低電位側に位置するセルBCnのマイナス側端子とから電源の供給を受けて動作するので、セル電圧が不均等な状態であっても、電圧Vnと基準電圧VRnとの大小関係にかかわらず正常に比較動作を行うことができる。
According to the present embodiment, the comparators CPna and CPnb (n = 2 to 8) for comparing the voltage Vn of the common connection terminal Tn of the
各コンパレータCPna、CPnb(n=2〜8)は、2段構成の差動入力トランジスタQ1とQ3、Q2とQ4ならびにベース電流補償回路8を備えているので、入力バイアス電流が小さい。このため、基準電圧生成回路2への電流の流れ込みが少なく、基準電圧VR2〜VR8のずれの発生を防止することができる。
Each of the comparators CPna and CPnb (n = 2 to 8) includes two-stage differential input transistors Q1 and Q3, Q2 and Q4, and the base
また、各コンパレータCPna、CPnb(n=2〜8)は、逆流防止用のダイオードD1〜D5を備えているので、組電池1のセルBC1〜BC8が著しく不均等な充電状態であって、基準電圧VRnが端子Tn+1の電圧Vn+1を超えて低下した場合であっても、コンパレータCPna、CPnbを通して基準電圧生成回路2への電流の流れ込みがなく、基準電圧VR2〜VR8のずれの発生を防止することができる。
Further, each of the comparators CPna and CPnb (n = 2 to 8) includes diodes D1 to D5 for preventing backflow, so that the cells BC1 to BC8 of the assembled
比較回路部4は、2つのコンパレータCPna、CPnb(n=2〜8)からなるウィンドコンパレータを用いているので、電圧Vnと基準電圧VRnとがほぼ等しい状態も含めて大小関係を検出できる。そして、放電制御回路部5は、この比較回路部4の出力信号に基づいて放電制御信号を生成するので、セルBCn(n=1〜8)の電圧が上記均等化セル電圧にほぼ等しい場合における不必要な放電動作を抑止することができる。
Since the
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
コンパレータCPna(n=2〜8)の入力オフセット電圧をゼロとし、コンパレータCPnbを省略してもよい。この場合の放電制御回路部5は、上述した第3の状態がないものとして放電制御を行えばよい。例えば、セルBC2の放電制御では、ロジック回路LG2は、電圧V2が基準電圧VR2よりも高く且つ電圧V3が基準電圧VR3よりも低い場合に、放電回路DC2に対し放電を指示する放電制御信号を出力し、これ以外の場合に、放電回路DC2に対し放電停止を指示する放電制御信号を出力すればよい。
組電池1は、リチウムイオン電池に限らず、鉛電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.
The input offset voltage of the comparator CPna (n = 2 to 8) may be set to zero, and the comparator CPnb may be omitted. The discharge
The assembled
1は組電池、2は基準電圧生成回路、3は均等化回路(組電池のセル電圧均等化装置)、5は放電制御回路部(放電制御回路)、8はベース電流補償回路、14は能動負荷回路(負荷回路)、BC1〜BC8はセル、CP2a、CP2b、…、CP8a、CP8bはコンパレータ(比較回路)、T1〜T8、TGは端子、DC1〜DC8は放電回路、Q1〜Q4は差動入力トランジスタ、D1〜D4は逆流防止用のダイオードである。 1 is an assembled battery, 2 is a reference voltage generation circuit, 3 is an equalization circuit (cell voltage equalization device for the assembled battery), 5 is a discharge control circuit unit (discharge control circuit), 8 is a base current compensation circuit, and 14 is active Load circuits (load circuits), BC1 to BC8 are cells, CP2a, CP2b,..., CP8a and CP8b are comparators (comparison circuits), T1 to T8 and TG are terminals, DC1 to DC8 are discharge circuits, and Q1 to Q4 are differential Input transistors D1 to D4 are backflow prevention diodes.
Claims (3)
各セルの端子間にそれぞれ接続された放電回路と、
全てのセルが均等化された状態におけるセル同士の各共通接続点の電圧に等しい電圧を基準電圧として生成する基準電圧生成回路と、
セル同士の共通接続点の電圧と当該共通接続点に対応する前記基準電圧との比較動作を行うものであって、当該共通接続点に対し高電位側に位置するセルのプラス側端子と低電位側に位置するセルのマイナス側端子とから2セル分の電圧の供給を受けて動作する比較回路と、
この比較回路の出力信号に応じてセルを均等化させるように前記放電回路の放電動作を制御する放電制御回路とを備え、
前記比較回路は、
差動入力トランジスタと、
当該差動入力トランジスタのコレクタと電源供給線との間に設けられた負荷回路と、
前記差動入力トランジスタのコレクタと前記負荷回路との間に接続された逆流防止用のダイオードとを備えて構成されており、
前記基準電圧生成回路は、前記組電池の両端子間に直列に接続された抵抗から構成されていることを特徴とする組電池のセル電圧均等化装置。 In an assembled battery cell voltage equalizing apparatus for equalizing the voltage of each cell with respect to an assembled battery configured by connecting cells of a plurality of secondary batteries in series,
A discharge circuit connected between the terminals of each cell;
A reference voltage generation circuit that generates, as a reference voltage, a voltage equal to the voltage of each common connection point between cells in a state where all the cells are equalized;
Comparing the voltage at the common connection point between the cells and the reference voltage corresponding to the common connection point, the positive terminal of the cell located on the high potential side with respect to the common connection point and the low potential A comparison circuit that operates by receiving supply of voltage for two cells from the negative terminal of the cell located on the side,
A discharge control circuit for controlling the discharge operation of the discharge circuit so as to equalize cells according to the output signal of the comparison circuit ;
The comparison circuit is
A differential input transistor;
A load circuit provided between the collector of the differential input transistor and the power supply line;
A backflow prevention diode connected between the collector of the differential input transistor and the load circuit;
The reference voltage generation circuit is constituted by a resistor connected in series between both terminals of the assembled battery, and the cell voltage equalizing device for the assembled battery.
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