JP5508180B2 - Power storage device, power storage device charge / discharge method, power storage device driving method, and vehicle - Google Patents

Power storage device, power storage device charge / discharge method, power storage device driving method, and vehicle Download PDF

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Description

本発明は、蓄電装置、蓄電装置の充放電方法、蓄電装置の運転方法および蓄電装置を備える車両に関する。 The present invention relates to a power storage device, a charge / discharge method for the power storage device, a method for operating the power storage device, and a vehicle including the power storage device .

電気自動車用などの大きな容量を必要とする蓄電装置においては、二次電池セル(単電池)を多数個、直並列に接続して大容量とした組電池が用いられている。このような大容量の組電池においては、その高いエネルギー密度や充放電効率などからリチウムイオン電池が好適であり、近年その性能の発達に伴い広く用いられるようになった。   In a power storage device that requires a large capacity, such as for an electric vehicle, an assembled battery having a large capacity by connecting a large number of secondary battery cells (unit cells) in series and parallel is used. In such a large-capacity assembled battery, a lithium ion battery is suitable because of its high energy density and charge / discharge efficiency, and it has come to be widely used in recent years with the development of its performance.

リチウムイオン電池はその高いエネルギー密度や低い内部抵抗ゆえに、異常が発生した際にそれを放置して充放電を継続すると異常発熱等を起こす恐れがある。このため、異常を確実に検出し、安全な充放電制御を行う必要がある。   Due to its high energy density and low internal resistance, a lithium ion battery may cause abnormal heat generation and the like if it is left unattended and charging / discharging is continued. For this reason, it is necessary to detect abnormalities reliably and perform safe charge / discharge control.

特許文献1には、二次電池セルを複数個並列に接続した並列セルブロックを複数個直列に接続した組電池において、組電池の異常を検出するための異常検出装置が開示されている。この異常検出装置では、各々の並列セルブロックの電圧の変動を、各並列セルブロックの二次電池セルを接続する並列接続体での電圧を検出することによって検出し、これから各並列セルブロックの異常を検出している。   Patent Document 1 discloses an abnormality detection device for detecting an abnormality of an assembled battery in an assembled battery in which a plurality of parallel cell blocks in which a plurality of secondary battery cells are connected in parallel are connected in series. In this abnormality detection device, fluctuations in the voltage of each parallel cell block are detected by detecting the voltage at the parallel connection body that connects the secondary battery cells of each parallel cell block, and then the abnormality of each parallel cell block is detected. Is detected.

特開2009−216448JP2009-216448

しかしながら、特許文献1に記載するような異常検出装置の構成では、並列接続する二次電池セルの種類や性能によって、個々の二次電池セルや並列接続体に異常が生じても他の健全な二次電池セルの特性に埋もれ、異常を検知できない可能性がある。   However, in the configuration of the abnormality detection apparatus as described in Patent Document 1, depending on the type and performance of the secondary battery cells connected in parallel, even if an abnormality occurs in each secondary battery cell or parallel connection body, other healthy There is a possibility that abnormalities cannot be detected due to the characteristics of the secondary battery cells.

(1)請求項1に記載の発明は、第1のスイッチと1個以上の単電池とが直列に接続されたセルグループを、複数個並列または直並列に接続した電池モジュールと、第1のスイッチを切り替えてセルグループを選択するスイッチ制御部、およびスイッチ制御部により選択されたセルグループの電圧を検出する第1の電圧検出部を有する電池制御装置と、第1の電圧検出部で検出された電圧に基づいて、電池モジュールの異常および電池モジュールの接続異常を診断する診断手段とを備え、第1の電圧検出部は第1の電圧検出器と、第1の抵抗と、第2のスイッチとを有し、直列に接続された第1の抵抗と第2のスイッチが第1の電圧検出器に並列に接続されていることを特徴とする蓄電装置である。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の蓄電装置において、電池制御装置は、スイッチ制御部により選択されたセルグループの第1のスイッチに印加されている電圧を検出する第2の電圧検出部をさらに備え、この第2の電圧検出部が検出した電圧によって、セルグループの第1のスイッチの異常を診断することを特徴とする蓄電装置ある。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項に記載の蓄電装置において、第2の電圧検出部は、第2の電圧検出器を備え、直列に接続された第2の抵抗と第3のスイッチが、この第2の電圧検出器に並列に接続されていることを特徴とする蓄電装置である。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄電装置において、電池制御装置は更に、複数のセルコントローラを備え、各々のセルコントローラはそれぞれの対応するセルグループに含まれる各単電池の充電状態を検出して、各単電池の放電を行うことによって、各単電池の充電状態を均等化することを特徴とする蓄電装置である。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄電装置において、電池制御装置は、スイッチ制御部によって第1のスイッチを制御してセルグループを選択し、セルグループの充電状態を検出し、必要に応じてセルグループの充電を行うことによって、セルグループの充電状態を均等化することを特徴とする蓄電装置である。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項4または5のいずれか1項に記載の蓄電装置において、各単電池の充電状態および電池モジュールの接続異常を検出し、異常なセルグループが検出された場合は、この異常なセルグループの第1のスイッチを制御してこのセルグループを電池モジュールから切り離すことを特徴とする蓄電装置である。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄電装置を用いて、第1のスイッチを制御してセルグループを選択し、この選択されたセルグループの充電または放電を行い、このセルグループの充電状態の均等化を行うことを特徴とする蓄電装置の充放電方法である。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項4または5のいずれか1項に記載の蓄電装置を用いて、各単電池の充電状態および電池モジュールの接続異常を検出し、異常なセルグループが検出された場合は、この異常なセルグループの第1のスイッチを制御してこのセルグループを電池モジュールから切り離し、残りの単電池によって電池機能の提供を継続することを特徴とする蓄電装置の運転方法である。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の蓄電装置と、この蓄電装置で制御される電力で駆動される走行用電動機とを備えたことを特徴とする電動走行可能な車両である。
(1) an invention according to claim 1, the first switch and one or more unit cells of cell groups connected in series, the battery modules connected in parallel a plurality or series-parallel, first switch controller for selecting the cell group by switching the switch, and a battery controller having a first voltage detector for detecting a voltage of the selected cell group by the switch control unit, is detected by the first voltage detecting unit was based on the voltage, comprising: a diagnostic means for diagnosing abnormal connection anomaly and the battery modules of the battery module, a first voltage detecting unit includes a first voltage detector, a first resistor, the second and a switch, a power storage device according to claim Rukoto have first resistor and a second switch connected in series are connected in parallel with the first voltage detector.
(2) The invention described in claim 2 is the power storage device according to claim 1, wherein the battery control device detects a voltage applied to the first switch of the cell group selected by the switch control unit. The power storage device further includes a second voltage detection unit, and diagnoses an abnormality of the first switch of the cell group based on the voltage detected by the second voltage detection unit.
(3) The invention according to claim 3, in the power storage device according to claim 2, the second voltage detecting unit includes a second voltage detector, and a second resistor connected in series the 3 is a power storage device characterized in that three switches are connected in parallel to the second voltage detector.
(4) The invention according to claim 4 is the power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the battery control device further includes a plurality of cell controllers, and each cell controller corresponds to a corresponding one. The power storage device is characterized in that the state of charge of each unit cell is equalized by detecting the state of charge of each unit cell included in the cell group to be discharged and discharging the unit cell.
(5) The invention according to claim 5 is the power storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the battery control device selects the cell group by controlling the first switch by the switch control unit. In this power storage device, the state of charge of the cell group is equalized by detecting the state of charge of the cell group and charging the cell group as necessary.
(6) In the power storage device according to any one of claims 4 and 5, the invention described in claim 6 detects a charging state of each unit cell and a battery module connection abnormality, and an abnormal cell group is detected. If detected, the power storage device is characterized in that the first switch of the abnormal cell group is controlled to disconnect the cell group from the battery module.
(7) The invention according to claim 7 uses the power storage device according to any one of claims 1 to 4 to control the first switch to select a cell group, and to select the selected cell A charging / discharging method for a power storage device, characterized in that charging or discharging of a group is performed and the state of charge of the cell group is equalized.
(8) The invention described in claim 8 uses the power storage device according to any one of claims 4 and 5 to detect a charging state of each unit cell and connection abnormality of the battery module, and to detect an abnormal cell. When a group is detected, the first switch of the abnormal cell group is controlled to disconnect the cell group from the battery module, and the battery function is continuously provided by the remaining single battery. This is the driving method.
(9) The invention according to claim 9 includes the power storage device according to any one of claims 1 to 6 and a traveling motor driven by electric power controlled by the power storage device. This is a vehicle that can be electrically driven.

本発明による電池制御装置によって、直並列接続された二次電池セルまたは組電池の異常を確実に検出することが可能となり、複数の組電池を含む蓄電装置の安全性や信頼性を確保することができる。
また、各二次電池セルまたは各組電池の充電状態の均等化を効率的に行うことが可能となる。
さらに異常な二次電池セルまたは、複数の二次電池セルが直列に接続されたセルグループを蓄電装置から確実に切り離し、残りの健全な二次電池セルまたは組電池による縮退運転が可能となる。
With the battery control device according to the present invention, it is possible to reliably detect abnormality of secondary battery cells or assembled batteries connected in series and parallel, and to ensure the safety and reliability of a power storage device including a plurality of assembled batteries. Can do.
In addition, it is possible to efficiently equalize the state of charge of each secondary battery cell or each assembled battery.
Furthermore, an abnormal secondary battery cell or a cell group in which a plurality of secondary battery cells are connected in series is reliably disconnected from the power storage device, and a degenerate operation with the remaining healthy secondary battery cells or assembled batteries becomes possible.

従来の組電池の接続異常を検出する回路全体の概略図である。It is the schematic of the whole circuit which detects the connection abnormality of the conventional assembled battery. 従来の組電池の接続異常を検出するための電圧検出回路の概略図である。It is the schematic of the voltage detection circuit for detecting the connection abnormality of the conventional assembled battery. 本発明の第1の実施形態による、組電池の接続異常を検出するセルモニターの回路全体の概略図である。It is the schematic of the whole circuit of the cell monitor which detects the connection abnormality of an assembled battery by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による、組電池の接続異常を検出するための電圧検出部の回路の概略図である。It is the schematic of the circuit of the voltage detection part for detecting the connection abnormality of an assembled battery by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による、組電池の接続異常を検出する方法のフローを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the method of detecting the connection abnormality of an assembled battery by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による、組電池の接続異常を検出するセルモニターの回路全体の概略図である。(a)組電池のスイッチでの電圧のみを検出する場合であり、(b)はスイッチの接続経路である、バスバーと電圧検出線も含む部分での電圧を検出する場合である。It is the schematic of the whole circuit of the cell monitor which detects the connection abnormality of an assembled battery by the 2nd Embodiment of this invention. (A) The case where only the voltage at the switch of the assembled battery is detected, and (b) the case where the voltage at the part including the bus bar and the voltage detection line, which is the connection path of the switch, is detected. 本発明の第3の実施形態による、組電池の接続異常を検出するセルモニターを組み込んだ電池制御装置の概略図である。It is the schematic of the battery control apparatus incorporating the cell monitor which detects the connection abnormality of an assembled battery by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明第3の実施形態で用いている、複数の単電池を含むセルグループを制御するセルコントローラの概略図である。It is the schematic of the cell controller which controls the cell group used in the 3rd Embodiment of this invention containing a several cell. 本発明の第4の実施形態である、本発明の第3の実施形態による電池制御装置を組み込んだ蓄電装置を含む、電気自動車およびハイブリッド自動車に適用可能なモータの駆動装置全体の概略図である。It is the schematic of the whole motor drive device applicable to an electric vehicle and a hybrid vehicle including the electrical storage apparatus incorporating the battery control apparatus by the 3rd Embodiment of this invention which is the 4th Embodiment of this invention. . 本発明の第5の実施形態である、本発明の第4の実施形態による蓄電装置を備えた、ハイブリッド自動車の構成全体の概略図である。It is the schematic of the whole structure of a hybrid vehicle provided with the electrical storage apparatus by the 4th Embodiment of this invention which is the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態によるセルモニターの変形実施例であり、セルグループに含まれる各単電池の充電状態の均等化を行う方法のフローの概略図である。It is the modification of the cell monitor by the 1st Embodiment of this invention, and is the schematic of the flow of the method of equalizing the charge condition of each single battery contained in a cell group. 本発明の第2の実施形態の変形実施例であり、リチウム電池以外の2次電池に適用するセルモニターの実施例である。It is a modification of the 2nd Embodiment of this invention, and is an Example of the cell monitor applied to secondary batteries other than a lithium battery. 本発明の第1および第2の実施形態による電圧検出部の変形実施例である。It is a modification example of the voltage detection part by the 1st and 2nd embodiment of this invention.

以下、図1〜13を参照して本発明の実施の形態を説明する。
なお、ここでは二次電池セル(単電池)を複数個並列に接続したものを並列セルグループ、二次電池セルを複数個直列に接続したものを直列セルグループと呼称する。一般的にセルグループを複数個直並列に接続したものを電池モジュールと呼び、蓄電装置はこの電池モジュールを複数個備えることで大容量化を図っている。なお、単電池が複数個接続されている、セルグループ、電池モジュール等を総称して組電池と呼んでいる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
Here, a plurality of secondary battery cells (single cells) connected in parallel are referred to as a parallel cell group, and a plurality of secondary battery cells connected in series are referred to as a series cell group. In general, a plurality of cell groups connected in series and parallel are referred to as a battery module, and the power storage device has a plurality of battery modules to increase the capacity. In addition, a cell group, a battery module, etc. to which a plurality of single cells are connected are collectively called an assembled battery.

<比較技術の説明>
まず、図1を参照して比較技術について説明する。
図1は、簡単な例として3つの単電池BC1〜BC3を並列に接続した並列セルグループで、これらの電池の接続異常を検出するセルモニター50の概略図である。単電池BC1〜BC3は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ウルトラキャパシタなどの蓄電素子からなる。3つの電池BC1〜のBC3の正極側はバスバー21、31で接続され、更にバスバー31は正極側の電圧検出線SLPでセルモニター50の電圧検出部51に接続されている。また、3つの電池BC1〜のBC3の負極側はバスバー22、32で接続され、更にバスバー32は負極側の電圧検出線SLNでセルモニター50の電圧検出部51に接続されている。
<Description of comparative technology>
First, the comparison technique will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of a cell monitor 50 that detects a connection abnormality of these batteries in a parallel cell group in which three unit cells BC1 to BC3 are connected in parallel as a simple example. The unit cells BC1 to BC3 are made of power storage elements such as lithium ion batteries, nickel metal hydride batteries, lead batteries, nickel cadmium batteries, and ultracapacitors. The positive electrodes of BC3 of the three batteries BC1 to BC3 are connected by bus bars 21 and 31, and the bus bar 31 is connected to the voltage detector 51 of the cell monitor 50 by a positive voltage detection line SLP. Further, the negative electrodes of BC3 of the three batteries BC1 to BC3 are connected by bus bars 22 and 32, and the bus bar 32 is connected to the voltage detector 51 of the cell monitor 50 by a negative voltage detection line SLN.

電圧検出部51は、例えば図2に示すように、抵抗62とスイッチ63と電圧検出器64とで構成されている。スイッチ63は、例えばMOSFETやバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチ素子またはメカニカルリレーなどのメカニカルスイッチ素子を用いて構成される。スイッチ63は不図示の外部のコントローラからON/OFF制御され、OFFの場合に並列セルグループの電圧が検出される。   For example, as shown in FIG. 2, the voltage detector 51 includes a resistor 62, a switch 63, and a voltage detector 64. The switch 63 is configured using a semiconductor switch element such as a MOSFET or a bipolar transistor or a mechanical switch element such as a mechanical relay. The switch 63 is ON / OFF controlled from an external controller (not shown), and when it is OFF, the voltage of the parallel cell group is detected.

今、バスバー21、31、22、32のいずれかの接続が外れる異常が生じたケースを想定する。この場合、少なくとも電圧検出部51には電池BC3が接続され、常に正常な電圧が印加されているため、スイッチ63をON、OFFしても電圧検出器64には正常時と同様な電圧挙動が観測され、バスバー21、31、22、32のいずれかの接続異常を検出することができない。また、単電池BC1やBC2の異常を検出することは当然ながら不可能である。   Now, assume a case where an abnormality occurs in which any of the bus bars 21, 31, 22, and 32 is disconnected. In this case, since the battery BC3 is connected to at least the voltage detection unit 51 and a normal voltage is always applied, the voltage detector 64 has the same voltage behavior as normal even when the switch 63 is turned ON / OFF. Observed, the connection abnormality of any of the bus bars 21, 31, 22, 32 cannot be detected. Further, it is naturally impossible to detect an abnormality in the single cells BC1 and BC2.

<第1の実施形態>
図3は本発明の第1の実施の形態を説明する概略図である。3つの単電池BC1、BC2、BC3にはそれぞれスイッチSW1、SW2、SW3が直列に接続されている。各々の単電池とスイッチは更に、バスバー21、31、22、32によって並列に接続されている。
<First Embodiment>
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the first embodiment of the present invention. Switches SW1, SW2, and SW3 are connected in series to the three single cells BC1, BC2, and BC3, respectively. Each unit cell and the switch are further connected in parallel by bus bars 21, 31, 22 and 32.

セルモニター50は、これら並列に接続された単電池BC1〜BC3の接続が異常かどうかを監視する電池監視装置であり、電圧検出部51と、スイッチSW1〜3を制御するスイッチ制御部52とを備える。バスバー31は正極側電圧検出線SLPを介して電圧検出部51に接続され、バスバー32は負極側電圧検出線SLNを介して電圧検出部51に接続されている。   The cell monitor 50 is a battery monitoring device that monitors whether or not the connections of the single cells BC1 to BC3 connected in parallel are abnormal, and includes a voltage detection unit 51 and a switch control unit 52 that controls the switches SW1 to SW3. Prepare. The bus bar 31 is connected to the voltage detection unit 51 via the positive voltage detection line SLP, and the bus bar 32 is connected to the voltage detection unit 51 via the negative voltage detection line SLN.

スイッチSW1、SW2、SW3には、MOSFETやバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチ素子またはメカニカルリレーなどのメカニカルスイッチ素子が用いられる。単電池BC1、BC2、BC3として充放電可能な二次電池セルを用いる場合は、充放電によりスイッチSW1、SW2、SW3には双方向の電流が流れるため、これらのスイッチには上記のスイッチ素子を用いて、双方向電流に対応可能に構成されている。なお、Cvはノイズ対策用のコンデンサである。   As the switches SW1, SW2, and SW3, semiconductor switch elements such as MOSFETs and bipolar transistors or mechanical switch elements such as mechanical relays are used. When secondary battery cells that can be charged and discharged are used as the single cells BC1, BC2, and BC3, bidirectional current flows through the switches SW1, SW2, and SW3 due to charging and discharging. And configured to be compatible with bidirectional current. Cv is a noise countermeasure capacitor.

セルモニター50はスイッチ制御部52と電圧検出部51とを有する。また、図3には示していないが、セルモニター50は上位の制御装置から指示を受け、スイッチ制御部52および電圧検出部51を制御している。   The cell monitor 50 includes a switch control unit 52 and a voltage detection unit 51. Although not shown in FIG. 3, the cell monitor 50 receives an instruction from a host control device and controls the switch controller 52 and the voltage detector 51.

図4に本発明による電圧検出部51の回路の概略を示す。本発明による電圧検出部は図2に示す比較例の電圧検出部と比べ、2つの抵抗61A、61Bが追加され、更に電圧検出器64が、抵抗62とスイッチ63が直列に接続された回路に並列に接続されている。なお、図4は、図3で示すように、スイッチSW3をONし、スイッチSW1、SW2をOFFした場合に相当しており、これらのスイッチを省略したものである。
スイッチ63はMOSFETやバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチ素子やメカニカルリレーなどのメカニカルスイッチ素子からなる。
FIG. 4 shows an outline of a circuit of the voltage detector 51 according to the present invention. Compared with the voltage detection unit of the comparative example shown in FIG. 2, the voltage detection unit according to the present invention has two resistors 61 </ b> A and 61 </ b> B added, and the voltage detector 64 is a circuit in which the resistor 62 and the switch 63 are connected in series. Connected in parallel. FIG. 4 corresponds to the case where the switch SW3 is turned on and the switches SW1 and SW2 are turned off as shown in FIG. 3, and these switches are omitted.
The switch 63 includes a semiconductor switch element such as a MOSFET or a bipolar transistor, or a mechanical switch element such as a mechanical relay.

<経路異常検出の原理>
ここで図4に示す本発明の電圧検出部51を用いて、二次電池セルの配線経路の異常を検出する原理を説明する。
<Principle of path abnormality detection>
Here, the principle of detecting an abnormality in the wiring path of the secondary battery cell using the voltage detection unit 51 of the present invention shown in FIG. 4 will be described.

図4においてスイッチ63をOFFにすると、電圧検出器64によって測定される電圧Vは単電池BC3の端子電圧VBC3そのものとなる。
スイッチ63をONにすると、電圧検出線SLP、抵抗61A、62、スイッチ63および抵抗61B、電圧検出線SLNを介して単電池BC3とで閉ループを形成する。このとき、電圧検出部51では、電圧検出線SLP、抵抗61Aおよび抵抗61B、電圧検出線SLNでの電圧ドロップを電池BC3の電圧から引いた電圧が検出される。
すなわち、単電池BC3の内部抵抗値をrBC3とし、接続点CBPでの接続抵抗と接続点CMPでの接続抵抗とを含む電圧検出線SLPの抵抗をrSLP、接続点CBNでの接続抵抗と接続点CMNでの接続抵抗とを含む電圧検出線SLNの抵抗値をrSLNとし、抵抗61A、61B、62の抵抗値をそれぞれ、これらの接続点までの配線抵抗を含めてr61A、r61B、r62とし、スイッチ63の抵抗値をこの接続点までの配線抵抗を含めてr63とすると、上記の閉ループを構成する素子がしっかり接続されていれば、電圧検出器64では以下の式(1)で示される電圧Vが検出される。
V=VBC3×(r62+r63)/(rBC3+rSLP+rSLN+r61A+r61B+r62+r63
... (1)
なお、抵抗61A、61B、62、とスイッチ63の経路状の接続点CVP、CSR、CVNでの接続抵抗は電圧検出器51内部の配線での抵抗であり、それぞれ抵抗値r61A、r61B、r62およびr63に適宜繰り込んでおくことでよく、これらの抵抗値はここでの説明に本質的な影響を与えない。
In FIG. 4, when the switch 63 is turned OFF, the voltage V measured by the voltage detector 64 becomes the terminal voltage VBC3 itself of the unit cell BC3.
When the switch 63 is turned ON, a closed loop is formed with the cell BC3 via the voltage detection line SLP, the resistors 61A and 62, the switch 63 and the resistor 61B, and the voltage detection line SLN. At this time, the voltage detection unit 51 detects a voltage obtained by subtracting a voltage drop in the voltage detection line SLP, the resistors 61A and 61B, and the voltage detection line SLN from the voltage of the battery BC3.
That is, the internal resistance value of the unit cell BC3 is r BC3 , the resistance of the voltage detection line SLP including the connection resistance at the connection point CBP and the connection resistance at the connection point CMP is r SLP , and the connection resistance at the connection point CBN The resistance value of the voltage detection line SLN including the connection resistance at the connection point CMN is defined as r SLN, and the resistance values of the resistors 61A, 61B, and 62 are respectively included in the resistances r 61A and r 61B including the wiring resistances up to these connection points. , R 62, and the resistance value of the switch 63 including the wiring resistance up to this connection point is r 63 , if the elements constituting the above closed loop are firmly connected, the voltage detector 64 uses the following formula ( The voltage V shown in 1) is detected.
V = V BC3 × (r 62 + r 63) / (r BC3 + r SLP + r SLN + r 61A + r 61B + r 62 + r 63)
. . . (1)
The connection resistances at the path-like connection points CVP, CSR, CVN of the resistors 61A, 61B, 62 and the switch 63 are the resistances in the wiring inside the voltage detector 51, and the resistance values r 61A , r 61B , It is sufficient to transfer the values to r 62 and r 63 as appropriate, and these resistance values do not substantially affect the description here.

ここで、バスバー31、32、電圧検出線SLP、抵抗61Aおよび抵抗61B、電圧検出線SLNのどれかで接続が不十分である場合は、そこでの抵抗(または接触抵抗)が大きくなるために、スイッチ63をONにすると、上記の式(1)の右側の割り算分母が大きくなるため、電圧検出器64では上記の電圧Vよりも小さい値が検出される。更に上記の閉ループのどこかで、接続が外れている場合、もしくは断線が起こっている場合は単電池BC3の端子電圧VBC3が印加されないため、電圧検出器64で検出される電圧は0Vとなる。このように、スイッチ63をON、OFFしたときの電圧検出器64による電圧検出値により、上記の閉ループ回路の接続異常を診断することができる。 Here, if any of the bus bars 31 and 32, the voltage detection line SLP, the resistor 61A and the resistor 61B, and the voltage detection line SLN is insufficiently connected, the resistance (or contact resistance) there increases. When the switch 63 is turned on, the division denominator on the right side of the above equation (1) becomes large, so that the voltage detector 64 detects a value smaller than the voltage V. Further somewhere above the closed loop, since if the connection is disconnected, or if the disconnection is taking place the terminal voltage V BC3 of BC3 unit cells is not applied, the voltage detected by the voltage detector 64 becomes 0V . As described above, the connection abnormality of the closed loop circuit can be diagnosed based on the voltage detection value by the voltage detector 64 when the switch 63 is turned ON / OFF.

<並列セルグループの経路異常の検出>
ここで上記で説明した、配線経路の異常を検出する原理を用いて、並列セルグループの経路異常の診断方法について説明する。
<Detection of path abnormality in parallel cell group>
Here, a method for diagnosing a path abnormality in a parallel cell group will be described using the principle described above for detecting a wiring path abnormality.

図3ではスイッチSW3がON、それ以外はOFFとなっている。このため、バスバー21、31、22、32および電圧検出線SLP、SLNのいずれかが外れると、単電池BC1からの電圧印加が途絶えるため、電圧検出部51ではその異常を正しく検出することが可能となる。   In FIG. 3, the switch SW3 is ON, and the others are OFF. For this reason, when any of the bus bars 21, 31, 22, 32 and the voltage detection lines SLP, SLN is disconnected, the voltage application from the unit cell BC1 is interrupted, so that the voltage detection unit 51 can correctly detect the abnormality. It becomes.

図5は診断フローの例を示す図である。この診断フローはセルモニター50の図示しない上位CPUに実装したプログラムに従って実行される。先ず、ステップS001にてスイッチSW3をON、SW1、SW2をOFFし、単電池BC3、電圧検出線SLP、SLN、電圧検出部51の経路を構成する。次に、ステップS002で電圧検出部51にて単電池BC3の電圧VBC3のみが印加された時の電圧Vを測定する。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a diagnosis flow. This diagnosis flow is executed according to a program installed in a host CPU (not shown) of the cell monitor 50. First, in step S001, the switch SW3 is turned on, SW1 and SW2 are turned off, and the path of the unit cell BC3, the voltage detection lines SLP and SLN, and the voltage detection unit 51 is configured. Next, to measure the voltage V 3 when only BC3 voltage V of BC3 unit cell by the voltage detector 51 is applied in step S002.

ステップS003ではVの値が単電池BC3の正常電圧範囲かを判定する。Vが正常範囲ではない場合は、ステップS013に移行し、そこで電圧検出線114Aまたは114Bの接続異常と判定し、フローを終了する。Vが正常範囲内の場合はステップS004へ移行し、電圧検出線SLPまたはSLNは正常と判断する。 The value of the step S003 V 3 determines whether the normal voltage range of BC3 unit cells. If V 3 is not a normal range, the process proceeds to step S013, where the connection abnormality determination of the voltage detection line 114A or 114B, the flow ends. If V 3 is within the normal range, the process proceeds to step S004, the voltage detecting lines SLP or SLN is judged to be normal.

ステップS005ではスイッチSW2をON、SW3、SW1をOFFし、単電池BC2、バスバー31、32、電圧検出線SLP、SLN、電圧検出部51の経路を構成する。そして、ステップS006で電圧検出部にて単電池BC2の電圧VBC2のみが印加されたときの電圧Vを測定する。 In step S005, the switch SW2 is turned on, SW3, SW1 are turned off, and the path of the unit cell BC2, the bus bars 31, 32, the voltage detection lines SLP, SLN, and the voltage detection unit 51 is configured. Then, to measure the voltage V 2 when only the voltage V BC2 of the cell BC2 by the voltage detecting unit is applied in step S006.

ステップS007ではVの値が電池111Bの正常電圧範囲かを判定する。Vが正常範囲ではない場合は、ステップS014に移行し、そこでバスバー31または32の接続異常と判定し、フローを終了する。Vが正常範囲内の場合はステップS008にてバスバー31または32は正常と判断する。 Value of the step S007 in V 2 determines whether the normal voltage range of the battery 111B. If V 2 is not a normal range, the process proceeds to step S014, where it determines that the abnormal connection bus bar 31 or 32, the flow is terminated. If V 2 is within the normal range to determine the bus bar 31 or 32 from the normal at step S008.

ステップS009ではスイッチSW1をON、SW2、SW3をOFFし、単電池BC1、バスバー21、22、31、32、電圧検出線SLP、SLN、電圧検出部51経路を構成する。そして、ステップS010で電圧検出部51にて単電池BC1電圧VBC1のみを印加した時の電圧Vを測定する。 In step S009, the switch SW1 is turned ON, SW2 and SW3 are turned OFF, and the unit cell BC1, bus bars 21, 22, 31, 32, voltage detection lines SLP, SLN, and the voltage detection unit 51 path are configured. Then, to measure the voltages V 1 when applying only a single cell BC1 voltage V BC1 by the voltage detecting unit 51 in step S010.

ステップS011ではVの値が単電池BC1の正常電圧範囲かを判定する。Vが正常範囲ではない場合は、ステップS015に移行し、そこでバスバー21または22の接続異常と判定し、フローを終了する。Vが正常範囲内の場合はステップS012にてバスバー21または22は正常と判断されフローを終了する。 Step value of V 1 at S011 it is determined whether the normal voltage range of the cell BC1. If V 1 is not the normal range, the process proceeds to step S015, where it determines that the abnormal connection busbar 21 or 22, the flow is terminated. If V 1 is within the normal range busbars 21 or 22 at step S012 to end the flow is judged to be normal.

このようにして、本発明の実施形態によれば、スイッチSW1、SW2、SW3を用いて、診断対象としている単電池、バスバー及び電圧検出線のどこで異常が起こっているかが特定され、これらの異常を確実に検出することが可能となる。   In this way, according to the embodiment of the present invention, the switches SW1, SW2, and SW3 are used to identify where abnormality is occurring in the unit cell, bus bar, and voltage detection line that are to be diagnosed. Can be reliably detected.

検出された異常は上位の制御装置に信号伝達され、適切な安全対策が行われるとともに、上記のようなセルグループを搭載した電気自動車等の運転者に対しても適宜必要な情報を提示することで、この電気自動車の安全と信頼性を確保することが可能となる。   Detected abnormalities are signaled to a host control device, appropriate safety measures are taken, and necessary information is also presented to the driver of an electric vehicle or the like equipped with a cell group as described above. Therefore, it becomes possible to ensure the safety and reliability of the electric vehicle.

電気自動車等で用いられる蓄電装置では、図3のような並列セルグループや、あるいは後述のように直列セルグループが複数個直並列に接続されている。これらの二次電池セル(単電池)またはセルグループの異常を検出した場合、セルモニター50は異常な単電池に接続されたスイッチを制御して、縮退運転を行うことが可能となる。異常な単電池または、この異常な単電池を含む並列セルグループあるいは直列セルグループを切り離し、残りの健全な単電池または、並列セルグループあるいは直列セルグループにより電池機能の提供を継続する。これにより、電池システムの機能を停止することなく、縮退しながらも電気自動車の動作を続けることが可能となる。   In a power storage device used in an electric vehicle or the like, a plurality of parallel cell groups as shown in FIG. 3 or a plurality of series cell groups are connected in series and parallel as described later. When an abnormality is detected in these secondary battery cells (single cells) or cell group, the cell monitor 50 can perform a degenerate operation by controlling a switch connected to the abnormal single cell. The abnormal single cell or the parallel cell group or series cell group including the abnormal single cell is disconnected, and the battery function is continued to be provided by the remaining healthy single cells, parallel cell group or series cell group. Thereby, it becomes possible to continue the operation of the electric vehicle while degenerating without stopping the function of the battery system.

なお、上記の本発明による診断は蓄電システムの始動(車両のキーオン)時、または終了(車両のキーオフ)後に行うと良い。また、スイッチSW1、SW2、SW3をOFFすることは当該単電池の電力の授受を遮断することになるが、電気自動車で必要とする電力が満足できる範囲であれば稼動時も診断を行うことが出来る。   The diagnosis according to the present invention is preferably performed at the time of starting the power storage system (vehicle key-on) or after finishing (vehicle key-off). Turning off the switches SW1, SW2, and SW3 interrupts the transfer of electric power of the unit cell, but diagnosis can be performed during operation as long as the electric power required by the electric vehicle can be satisfied. I can do it.

<第2の実施形態>
図6(a)は、本発明の第2の実施の形態を説明する図である。図3に比べ、単電池BC1〜3がそれぞれ、スイッチSW1〜3と直列に接続され、更に直列に接続された単電池とスイッチの各々の組が並列に、スイッチ診断部65にスイッチ選択部60を介して接続されている。
<Second Embodiment>
FIG. 6A is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. Compared to FIG. 3, the single cells BC1 to BC3 are connected in series with the switches SW1 to SW3, respectively, and each set of single cells and switches connected in series is connected in parallel to the switch diagnosis unit 65 and the switch selection unit 60. Connected through.

スイッチ選択部60は、マルチプレクサなどからなり、単電池BC1、BC2、BC3と、スイッチSW1、SW2、SW3とのそれぞれの接続点を一つ選択し、スイッチ診断部65とを接続する。
なお、図6(a)では、スイッチ選択部60から各単電池のスイッチの下側(単電池側)に接続されており、これらのスイッチの上側(バスバー側)に共通の接続線がスイッチ診断部65から接続されているが、これらのスイッチの上下の接続線を入れ替えてもよい。
The switch selection unit 60 includes a multiplexer or the like, and selects one connection point between each of the single cells BC1, BC2, and BC3 and the switches SW1, SW2, and SW3, and connects the switch diagnosis unit 65.
In FIG. 6A, the switch selection unit 60 is connected to the lower side (unit cell side) of the switch of each unit cell, and a common connection line is connected to the upper side (bus bar side) of these switches. Although connected from the unit 65, the upper and lower connection lines of these switches may be interchanged.

スイッチ診断部65は、前述の電圧検出部51と同様の回路を有し、スイッチSW1、SW2、SW3からスイッチ選択部60で選択されたスイッチの端子間電圧を測定し、それらの導通状態を診断する。
スイッチSW1、SW2、SW3の導通状態を診断することにより、スイッチSW1、SW2、SW3により、診断対象の単電池、バスバー及び電圧検出線が確実に選択されていることが確認される。このため、これらの異常を確実に検出することが可能で安全性や信頼性を確保することが可能となる。
The switch diagnosis unit 65 has the same circuit as the voltage detection unit 51 described above, measures the voltage between the terminals of the switch selected by the switch selection unit 60 from the switches SW1, SW2, and SW3, and diagnoses the conduction state thereof. To do.
By diagnosing the conduction state of the switches SW1, SW2, and SW3, it is confirmed that the cell, bus bar, and voltage detection line to be diagnosed are reliably selected by the switches SW1, SW2, and SW3. Therefore, it is possible to reliably detect these abnormalities and to ensure safety and reliability.

すなわち、上記のように、選択された単電池の接続経路全体の異常を検出する電圧検出部51と、これに加えて、選択された単電池のスイッチの導通状態を検出する、電圧検出部51と同等の機能を持つスイッチ診断部65を備えることによって、診断対象の単電池が確実に選択されていることを確認することができ、この単電池の接続経路の異常を確実に検出することができる。   That is, as described above, the voltage detection unit 51 that detects an abnormality in the entire connection path of the selected unit cell, and in addition, the voltage detection unit 51 that detects the conduction state of the switch of the selected unit cell. By providing the switch diagnosis unit 65 having the same function as the above, it is possible to confirm that the cell to be diagnosed is reliably selected, and to reliably detect an abnormality in the connection path of this cell. it can.

なお、本発明の第1の実施形態で説明したように、スイッチ以外のバスバーや電圧検出線SLPの接続も同時に確認する場合は、図6(b)のように接続しても良い。   Note that, as described in the first embodiment of the present invention, when the connection of the bus bars other than the switch and the voltage detection line SLP is also confirmed at the same time, they may be connected as shown in FIG.

<第3の実施形態>
図7は、本発明の第3の実施の形態を説明する図である。図6に比べ、4個の単電池BC11〜14とスイッチSW1が直列に接続され、4個の単電池BC21〜24とスイッチSW2が直列に接続され、4個の単電池BC31〜34とスイッチSW3が直列に接続され、それぞれ直列セルグループ20A1、20A2、20A3を構成している。これら3つの直列セルグループは並列に接続され、電池モジュールブロック20Aを構成している。3つの直列セルグループ20A1、20A2、20A3は、それぞれ、これらのセルグループに含まれる単電池の状態を監視し、必要に応じて充放電等を行う、セルコントローラIC1、IC2、IC3によって制御されている。この構成は、各電池の状態を個別に監視する必要のある、リチウムイオン電池など有機溶媒系電解液を有した二次電池に好適である。
なお、図7では図4、図6に記載したノイズ対策用のコンデンサは省略してある。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention. Compared to FIG. 6, four unit cells BC11-14 and switch SW1 are connected in series, four unit cells BC21-24 and switch SW2 are connected in series, four unit cells BC31-34 and switch SW3. Are connected in series to form series cell groups 20A1, 20A2, and 20A3, respectively. These three series cell groups are connected in parallel to form a battery module block 20A. Each of the three series cell groups 20A1, 20A2, and 20A3 is controlled by cell controllers IC1, IC2, and IC3, which monitor the states of the single cells included in these cell groups and perform charge / discharge, etc., as necessary. Yes. This configuration is suitable for a secondary battery having an organic solvent electrolyte such as a lithium ion battery that needs to monitor the state of each battery individually.
In FIG. 7, the noise countermeasure capacitors described in FIGS. 4 and 6 are omitted.

実際の電気自動車用蓄電装置では、このような直並列に接続された複数の単電池からなる電池モジュールブロックを、更に複数直並列に接続して使用している。図7に示すセルモニター50Aは、上記の本発明の第1の実施形態で説明した、セルモニター50と同様の構成と機能を持ち、図7に示す第3の実施形態では電池モジュールブロック20Aの接続異常の検出を行う。
なお、これ以降、特に誤解のない限り、直列セルグループにスイッチを直列接続したものも、直列セルグループと呼ぶ。
In an actual electric vehicle power storage device, a plurality of such battery module blocks made up of series cells connected in series and parallel are connected in series and parallel. The cell monitor 50A shown in FIG. 7 has the same configuration and function as the cell monitor 50 described in the first embodiment of the present invention, and in the third embodiment shown in FIG. Detect connection errors.
In addition, hereinafter, a switch in which a switch is connected in series to a series cell group is also referred to as a series cell group unless otherwise misunderstood.

各セルグループを制御するセルコントローラIC1〜3は、各々通信系602と1ビット通信系604とを備えている。後述するようにこれら通信系を介して、セルコントローラIC1〜3は上位制御装置(マイコン30と呼ぶ)と通信を行い、電池モジュールブロックの各二次電池セルの充電状態の制御と診断を行う。1ビット通信系604は、図7に示さないが、電池モジュールブロック20Aに直列接続された、もう1つの電池モジュールブロックに更に接続されている。   Cell controller ICs 1 to 3 that control each cell group include a communication system 602 and a 1-bit communication system 604, respectively. As will be described later, the cell controllers IC1 to IC3 communicate with a host controller (referred to as the microcomputer 30) through these communication systems to control and diagnose the charge state of each secondary battery cell of the battery module block. Although not shown in FIG. 7, the 1-bit communication system 604 is further connected to another battery module block connected in series to the battery module block 20A.

ここで図8を参照して、セルコントローラICの構成ならびに、各単電池の充電状態の制御の方法について説明する。   Here, with reference to FIG. 8, the configuration of the cell controller IC and the method of controlling the state of charge of each unit cell will be described.

<セルコントローラICの構成>
図8は電池制御用ICである、セルコントローラICの内部ブロックの概略を示す図であり、セルグループ20A1の4つの電池セルBC11〜BC14が接続されるセルコントローラIC1を例に示した。なお、説明は省略するが、他のICに関しても同様の構成となっている。また上述したように、各セルグループに含まれる電池セルは4個に限定されず、6個あるいはこれ以上であってもよい。セルコントローラICはセルグループに含まれる電池セルの個数に対応できるように設計されている。例えば、セルコントローラICでは6個の電池セルに対応できるように既に6個のバランシングスイッチを備えているが、セルグループに含まれる電池セルの個数が4個の場合は、6個のバランシングスイッチの内4個のみ使用する。
<Configuration of cell controller IC>
FIG. 8 is a diagram showing an outline of an internal block of the cell controller IC, which is a battery control IC, and shows an example of the cell controller IC1 to which the four battery cells BC11 to BC14 of the cell group 20A1 are connected. Although explanation is omitted, other ICs have the same configuration. As described above, the number of battery cells included in each cell group is not limited to four, and may be six or more. The cell controller IC is designed to accommodate the number of battery cells included in the cell group. For example, the cell controller IC already has six balancing switches so that it can handle six battery cells, but if the number of battery cells included in the cell group is four, the six balancing switches Only 4 of them are used.

セルコントローラIC1には、電池状態検出回路としてのマルチプレクサ120やアナログデジタル変換器122A、IC制御回路123、診断回路130、伝送入力回路138、142、伝送出力回路140、143、起動回路254、タイマ回路150、制御信号検出回路160、差動増幅器262およびOR回路288が設けられている。   The cell controller IC1 includes a multiplexer 120 as a battery state detection circuit, an analog-digital converter 122A, an IC control circuit 123, a diagnostic circuit 130, transmission input circuits 138 and 142, transmission output circuits 140 and 143, a start circuit 254, a timer circuit. 150, a control signal detection circuit 160, a differential amplifier 262, and an OR circuit 288 are provided.

電池セルBC11〜BC14の端子電圧は、電圧検出線SL1〜SL5、電圧入力端子CV1〜CV4およびGND端子を介してマルチプレクサ120に入力される。マルチプレクサ120は電圧入力端子CV1〜CV4およびGND端子のいずれかを選択して、端子間電圧を差動増幅器262に入力する。差動増幅器262の出力は、アナログデジタル変換器122Aによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はIC制御回路123に送られ、内部のデータ保持回路125に保持される。電圧入力端子CV1〜CV4,GND端子に入力される各電池セルBC1〜BC4の端子電圧は、セルコントローラIC1のGND電位に対して、直列接続された電池セルの端子電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器262により上記バイアス電位の影響が除去され、各電池セルBC1〜BC4の端子電圧に基づくアナログ値がアナログデジタル変換器122Aに入力される。   The terminal voltages of the battery cells BC11 to BC14 are input to the multiplexer 120 via the voltage detection lines SL1 to SL5, the voltage input terminals CV1 to CV4, and the GND terminal. The multiplexer 120 selects any one of the voltage input terminals CV 1 to CV 4 and the GND terminal, and inputs the inter-terminal voltage to the differential amplifier 262. The output of the differential amplifier 262 is converted into a digital value by the analog-digital converter 122A. The inter-terminal voltage converted into a digital value is sent to the IC control circuit 123 and held in the internal data holding circuit 125. The terminal voltages of the battery cells BC1 to BC4 inputted to the voltage input terminals CV1 to CV4 and the GND terminal are biased with a potential based on the terminal voltage of the battery cells connected in series with respect to the GND potential of the cell controller IC1. Yes. The influence of the bias potential is removed by the differential amplifier 262, and an analog value based on the terminal voltages of the battery cells BC1 to BC4 is input to the analog-digital converter 122A.

IC制御回路123は、演算機能を有すると共に、データ保持回路125と、電圧測定や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路126と、診断回路130からの診断フラグがセットされる診断フラグ保持回路128とを有している。IC制御回路123は、伝送入力回路138から入力された通信コマンドの内容を解読し、その内容に応じた処理を行う。コマンドとしては、例えば、各電池セルの端子間電圧の計測値を要求するコマンド、各電池セルの充電状態を調整するための放電動作を要求するコマンド、当該セルコンロトーラICの動作を開始するコマンド(Wake UP)、動作を停止するコマンド(スリープ)、アドレス設定を要求するコマンド、等を含んでいる。   The IC control circuit 123 has an arithmetic function, a data holding circuit 125, a timing control circuit 126 that periodically performs voltage measurement and state diagnosis, and a diagnosis flag holding circuit 128 in which a diagnosis flag from the diagnosis circuit 130 is set. And have. The IC control circuit 123 decodes the content of the communication command input from the transmission input circuit 138 and performs processing according to the content. Examples of commands include a command for requesting a measured value of the voltage between terminals of each battery cell, a command for requesting a discharge operation for adjusting the charge state of each battery cell, and a command for starting the operation of the cell controller IC. (Wake UP), a command to stop the operation (sleep), a command to request address setting, and the like.

診断回路130は、IC制御回路123からの計測値に基づいて、各種診断、例えば過充電診断や過放電診断を行う。データ保持回路125は、例えばレジスタ回路で構成されており、検出した各電池セルBC11〜BC14の各端子間電圧を各電池セルBC11〜BC14に対応づけて記憶し、また、その他の検出値を、予め定められたアドレスに読出し可能に保持する。   The diagnosis circuit 130 performs various diagnoses, for example, overcharge diagnosis and overdischarge diagnosis, based on the measurement value from the IC control circuit 123. The data holding circuit 125 is configured by, for example, a register circuit, stores the detected voltage between the terminals of the battery cells BC11 to BC14 in association with the battery cells BC11 to BC14, and stores other detection values. It is held so that it can be read out at a predetermined address.

セルコントローラIC1の内部回路には、少なくとも2種類の電源電圧VCC,VDDが使用される。図8に示す例では、電圧VCCは並列接続された電池セルグループ20A1、20A2、20A3で構成される電池モジュールブロックの電圧であり、電圧VDDは定電圧電源134によって生成される。マルチプレクサ120および信号伝送のための伝送入力回路138,142は高電圧VCCで動作する。また、アナログデジタル変換器122A、IC制御回路123、診断回路130、信号伝送のための伝送出力回路140,143は低電圧VDDで動作する。   At least two types of power supply voltages VCC and VDD are used in the internal circuit of the cell controller IC1. In the example illustrated in FIG. 8, the voltage VCC is a voltage of a battery module block including battery cell groups 20A1, 20A2, and 20A3 connected in parallel, and the voltage VDD is generated by the constant voltage power supply 134. The multiplexer 120 and the transmission input circuits 138 and 142 for signal transmission operate at a high voltage VCC. The analog-digital converter 122A, the IC control circuit 123, the diagnostic circuit 130, and the transmission output circuits 140 and 143 for signal transmission operate at a low voltage VDD.

セルコントローラIC1の受信端子LIN1で受信した信号は伝送入力回路138に入力され、受信端子FFIで受信した信号は伝送入力回路142に入力される。伝送入力回路142は、伝送入力回路138と同様の回路構成となっている。伝送入力回路138は、隣接する他のセルコントローラICからの信号を受信する回路231とフォトカプラPHからの信号を受信する回路234とを備えている。   The signal received at the reception terminal LIN1 of the cell controller IC1 is input to the transmission input circuit 138, and the signal received at the reception terminal FFI is input to the transmission input circuit 142. The transmission input circuit 142 has a circuit configuration similar to that of the transmission input circuit 138. The transmission input circuit 138 includes a circuit 231 that receives a signal from another adjacent cell controller IC and a circuit 234 that receives a signal from the photocoupler PH.

図8に示すように、最上位のセルコントローラIC1の場合には、フォトカプラPHからの信号が受信端子LIN1に入力され、セルコントローラIC2の場合には、隣接するIC1からの信号が受信端子LIN1に入力される。そのため、回路231および234のどちらを使用するかは、図8の制御端子CTに印加される制御信号に基づき、切換器233により選択される。制御端子CTに印加された制御信号は、制御信号検出回路160に入力され、切換器233は制御信号検出回路160からの指令により切り替え動作を行う。   As shown in FIG. 8, in the case of the highest cell controller IC1, a signal from the photocoupler PH is inputted to the reception terminal LIN1, and in the case of the cell controller IC2, a signal from the adjacent IC1 is inputted to the reception terminal LIN1. Is input. Therefore, which of the circuits 231 and 234 is used is selected by the switch 233 based on the control signal applied to the control terminal CT in FIG. The control signal applied to the control terminal CT is input to the control signal detection circuit 160, and the switch 233 performs a switching operation according to a command from the control signal detection circuit 160.

すなわち、セルコントローラICの中の伝送方向最上位のセルコントローラIC、すなわち、セルコントローラIC1の受信端子LIN1に上位コントローラ(マイコン30)からの信号が入力される場合には、切換器233は下側接点が閉じ、回路234の出力信号が伝送入力回路138から出力される。一方、伝送方向最上位ではない、下位のセルコントローラICの受信端子LIN1に隣接セルコントローラICからの信号が入力される場合には、切換器233は上側接点が閉じ、回路232の出力信号が伝送入力回路138から出力される。セルコントローラIC2の場合、伝送入力回路138には隣接IC1からの信号が入力されるので、切換器233は上側接点が閉じる。上位コントローラ(マイコン30)からの出力と隣接セルコントローラICの送信端子LIN2からの出力とでは出力波形の波高値が異なるため、判定する閾値が異なる。そのため、制御端子TCの制御信号に基づいて、回路138の切換器233を切り換えるようにしている。なお、通信系604についても同様の構成となっている。   That is, when a signal from the host controller (microcomputer 30) is input to the cell controller IC at the highest transmission direction in the cell controller IC, that is, the reception terminal LIN1 of the cell controller IC1, the switch 233 is on the lower side. The contact is closed, and the output signal of the circuit 234 is output from the transmission input circuit 138. On the other hand, when the signal from the adjacent cell controller IC is input to the receiving terminal LIN1 of the lower cell controller IC which is not the highest in the transmission direction, the upper contact of the switch 233 is closed and the output signal of the circuit 232 is transmitted. Output from the input circuit 138. In the case of the cell controller IC2, since the signal from the adjacent IC1 is input to the transmission input circuit 138, the upper contact of the switch 233 is closed. Since the peak value of the output waveform is different between the output from the host controller (microcomputer 30) and the output from the transmission terminal LIN2 of the adjacent cell controller IC, the determination threshold value is different. For this reason, the switch 233 of the circuit 138 is switched based on the control signal of the control terminal TC. The communication system 604 has the same configuration.

受信端子LIN1で受信された通信コマンドは、伝送入力回路138を通ってIC制御回路123に入力される。IC制御回路123は、受信した通信コマンドに応じたデータやコマンドを伝送出力回路140へ出力する。それらのデータやコマンドは、伝送出力回路140を介して送信端子LIN2から送信される。なお、伝送出力回路143も、伝送出力回路140と同様の構成である。   The communication command received at the reception terminal LIN1 is input to the IC control circuit 123 through the transmission input circuit 138. The IC control circuit 123 outputs data and commands corresponding to the received communication command to the transmission output circuit 140. Those data and commands are transmitted from the transmission terminal LIN2 via the transmission output circuit 140. The transmission output circuit 143 has the same configuration as the transmission output circuit 140.

端子FFIから受信した信号は、異常状態(過充電信号)を伝送するために使用される。端子FFIから異常を表す信号を受信すると、その信号は伝送入力回路142およびOR回路288を介して伝送出力回路143に入力され、伝送出力回路143から端子FFOを介して出力される。また診断回路130で異常を検知すると、端子FFIの受信内容に関係なく、診断フラグ保持回路128からOR回路288を介して伝送出力回路143に異常を表す信号が入力され、伝送出力回路143から端子FFOを介して出力される。   The signal received from the terminal FFI is used to transmit an abnormal state (overcharge signal). When a signal indicating abnormality is received from the terminal FFI, the signal is input to the transmission output circuit 143 via the transmission input circuit 142 and the OR circuit 288, and is output from the transmission output circuit 143 via the terminal FFO. When an abnormality is detected by the diagnostic circuit 130, a signal indicating the abnormality is input from the diagnostic flag holding circuit 128 to the transmission output circuit 143 via the OR circuit 288 regardless of the content received at the terminal FFI, and the terminal is transmitted from the transmission output circuit 143 to the terminal. Output via FFO.

隣接セルコントローラICまたはフォトカプラPHから伝送されてきた信号を起動回路147により受信すると、タイマ回路150が動作し、定電圧電源134に電圧VCCを供給する。この動作により定電圧電源134は動作状態となり、定電圧VDDを出力する。定電圧電源134から定電圧VDDが出力されるとセルコントローラIC2はスリープ状態から立ち上がり動作状態となる。   When the activation circuit 147 receives the signal transmitted from the adjacent cell controller IC or the photocoupler PH, the timer circuit 150 operates and supplies the voltage VCC to the constant voltage power supply 134. By this operation, the constant voltage power supply 134 is in an operating state and outputs a constant voltage VDD. When the constant voltage VDD is output from the constant voltage power supply 134, the cell controller IC2 rises from the sleep state and enters an operation state.

セルコントローラIC1の電圧入力端子CV1〜CV4は電池セルのセル電圧を計測するための端子である。電圧入力端子CV1〜CV4には、それぞれ電圧検出線SL1〜SL4が接続されており、各々の電圧検出線には端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗RCVがそれぞれ設けられている。各電圧検出線SL1〜SL4は電圧入力端子CV1〜CV4と各電池セルBCの正極または負極を接続している。なお、電圧検出線SL5は電池セルBC4の負極からGND端子に接続されている。例えば、電池セルBC11のセル電圧を計測する場合には、電圧入力端子CV1−CV2間の電圧を計測する。また、電池セルBC14のセル電圧を計測する場合には、電圧入力端子CV4−GND端子間の電圧を計測する。電圧検出線間には、コンデンサCv、Cinが、ノイズ対策として設けられている。また後述するように、これらの電圧検出線の電池セル側の部分とセルコントローラIC側の部分は、電池モジュールと電池制御装置を接続するコネクタで接続されている。   The voltage input terminals CV1 to CV4 of the cell controller IC1 are terminals for measuring the cell voltage of the battery cell. Voltage detection lines SL1 to SL4 are connected to the voltage input terminals CV1 to CV4, respectively, and resistances RCV for terminal protection and discharge current limitation for capacity adjustment are provided on the respective voltage detection lines. The voltage detection lines SL1 to SL4 connect the voltage input terminals CV1 to CV4 and the positive electrode or the negative electrode of each battery cell BC. The voltage detection line SL5 is connected from the negative electrode of the battery cell BC4 to the GND terminal. For example, when measuring the cell voltage of the battery cell BC11, the voltage between the voltage input terminals CV1 and CV2 is measured. Moreover, when measuring the cell voltage of battery cell BC14, the voltage between voltage input terminal CV4-GND terminal is measured. Capacitors Cv and Cin are provided between the voltage detection lines as noise countermeasures. As will be described later, the battery cell side portion and the cell controller IC side portion of these voltage detection lines are connected by a connector that connects the battery module and the battery control device.

図7の電池モジュール20Aの性能を最大限に活用するためには、全部で12個の電池セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高い電池セルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他の電池セルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各セルコントローラICは、マイコン30からのコマンドで電池セルの容量調整のための放電を行う。   In order to make the best use of the performance of the battery module 20A of FIG. 7, it is necessary to equalize the cell voltages of a total of 12 battery cells. For example, when there is a large variation in cell voltage, it is necessary to stop the regenerative operation when the highest battery cell reaches the upper limit voltage during regenerative charging. In this case, although the cell voltage of the other battery cells has not reached the upper limit, the regenerative operation is stopped and energy is consumed as a brake. In order to prevent this, each cell controller IC performs discharge for adjusting the capacity of the battery cell in response to a command from the microcomputer 30.

図8に示すように、各セルコントローラICは、CV1−BR1、BR2−CV3、CV3−BR3およびBR4−GNDの各端子間にセル容量調整用のバランシングスイッチBS1〜BS4を備えている。例えば、電池セルBC1の放電を行う場合には、バランシングスイッチBS1をオンする。そうすると、電池セルCV1の正極→抵抗RCV→CV1端子→バランシングスイッチBS1→BR1端子→抵抗RB→電池セルCV1の負極の経路でバランシング電流が流れる。なお、RBまたはRBBはこのバランシング用の抵抗であり、BR1〜BR4はこのバランシングを行うための端子である。   As shown in FIG. 8, each cell controller IC includes balancing switches BS1 to BS4 for adjusting cell capacity between the terminals of CV1-BR1, BR2-CV3, CV3-BR3, and BR4-GND. For example, when discharging the battery cell BC1, the balancing switch BS1 is turned on. Then, a balancing current flows through the path of the positive electrode of the battery cell CV1, the resistor RCV, the CV1 terminal, the balancing switch BS1, the BR1 terminal, the resistor RB, and the negative electrode of the battery cell CV1. Note that RB or RBB is a resistor for balancing, and BR1 to BR4 are terminals for performing this balancing.

このように、セルコントローラIC内には、電池セルBC11〜BC14の充電量を調整するためのバランシングスイッチBS1〜BS4が設けられている。実際のセルコントローラICでは、バランシングスイッチBS1,BS3にはPMOSスイッチが用いられ、バランシングスイッチBS2,BS4にはNMOSスイッチが用いられている。   Thus, balancing switches BS1 to BS4 for adjusting the charge amounts of the battery cells BC11 to BC14 are provided in the cell controller IC. In an actual cell controller IC, PMOS switches are used for the balancing switches BS1 and BS3, and NMOS switches are used for the balancing switches BS2 and BS4.

これらのバランシングスイッチBS1〜BS4の開閉は、放電制御回路132によって制御される。マイコン30からの指令に基づいて、放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチを導通させるための指令信号が、IC制御回路123から放電制御回路132に送られる。IC制御回路123は、マイコン30から各電池セルBC1〜BC4に対応した放電時間の指令を通信により受け、上記放電の動作を実行する。   Opening and closing of these balancing switches BS1 to BS4 is controlled by a discharge control circuit 132. Based on a command from the microcomputer 30, a command signal for turning on the balancing switch corresponding to the battery cell to be discharged is sent from the IC control circuit 123 to the discharge control circuit 132. The IC control circuit 123 receives a discharge time command corresponding to each of the battery cells BC1 to BC4 from the microcomputer 30 through communication, and executes the discharge operation.

セルコントローラIC1とセルコントローラIC2の間には、上述したように通信系602,604が設けられている。マイコン30からの通信コマンドは、フォトカプラPHを介して通信系602に入力され、通信系602を介してセルコントローラIC1の受信端子LIN1で受信される。セルコントローラIC1の送信端子LIN2からは、通信コマンドに応じたデータやコマンドが送信される。このようにセルコントローラIC間で順に受信および送信を行い、伝送信号は、セルコントローラIC2の送信端子LIN2から送信され、フォトカプラPHを介してマイコン30の受信端子で受信される。セルコントローラIC1とIC2は、受信した通信コマンドに応じて、セル電圧等の測定データのマイコン30への送信や、バランシング動作を行う。さらに、各セルコントローラIC1とIC2は、測定したセル電圧に基づいてセル過充電を検知する。その検知結果(異常信号)は、信号系604を介してマイコン30へ送信される。   As described above, the communication systems 602 and 604 are provided between the cell controller IC1 and the cell controller IC2. A communication command from the microcomputer 30 is input to the communication system 602 through the photocoupler PH, and is received by the reception terminal LIN1 of the cell controller IC1 through the communication system 602. Data and commands corresponding to the communication commands are transmitted from the transmission terminal LIN2 of the cell controller IC1. Thus, reception and transmission are performed in sequence between the cell controller ICs, and the transmission signal is transmitted from the transmission terminal LIN2 of the cell controller IC2 and received at the reception terminal of the microcomputer 30 via the photocoupler PH. The cell controllers IC1 and IC2 perform measurement data such as cell voltage to the microcomputer 30 and a balancing operation according to the received communication command. Furthermore, each cell controller IC1 and IC2 detects cell overcharge based on the measured cell voltage. The detection result (abnormal signal) is transmitted to the microcomputer 30 via the signal system 604.

この第3の実施形態では、上記のように各単電池はそれぞれ対応するセルコントローラIC1、IC2、IC3によって常に監視されており、各単電池の充電状態が均等化されている。また各単電池の充電状態の情報をセルコントローラが上位制御装置(マイコン30)に送信することにより、必要に応じて、第1の実施形態および第2の実施形態で説明した接続経路の診断が行われる。直列セルグループ、バスバー及び電圧検出線が確実に選択されていることが確認され、またこれらの診断を確実に行うことができるため、蓄電装置の安全性や信頼性を確保することが可能となる。   In the third embodiment, as described above, each unit cell is constantly monitored by the corresponding cell controller IC1, IC2, IC3, and the state of charge of each unit cell is equalized. In addition, the cell controller transmits information on the state of charge of each unit cell to the host control device (microcomputer 30), so that the connection path diagnosis described in the first embodiment and the second embodiment can be performed as necessary. Done. Since it is confirmed that the serial cell group, the bus bar, and the voltage detection line are surely selected, and these diagnoses can be reliably performed, it is possible to ensure the safety and reliability of the power storage device. .

<第4の実施形態>
図9は、本発明の電池制御装置および蓄電装置の第4の実施の形態を説明するとともに、この第4の実施形態を用いた電気自動車およびハイブリッド自動車に適用可能なモータの駆動装置全体の概略図である。図7に示した電池モジュールブロックが2つ(20Aおよび20B)直列に接続されている。
<Fourth Embodiment>
FIG. 9 explains the fourth embodiment of the battery control device and the power storage device of the present invention, and outlines the entire motor drive device applicable to an electric vehicle and a hybrid vehicle using the fourth embodiment. FIG. Two battery module blocks (20A and 20B) shown in FIG. 7 are connected in series.

図9に示す駆動装置は、電池モジュール20、電池モジュール20を監視する電池制御装置100、この電池制御装置100と電池モジュール20を含む蓄電装置11、電池モジュール20からの直流電力を3相交流電力に変換するインバータ装置9、車両駆動用の電動発電機7を備えている。モータ230は、インバータ装置9からの3相交流電力により駆動される。インバータ装置9と電池制御装置100とはCAN通信で結ばれており、インバータ装置9は電池制御装置100に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置9は、さらに上位の制御装置10(後述)からの指令情報に基づいて動作する。   The drive device shown in FIG. 9 includes a battery module 20, a battery control device 100 that monitors the battery module 20, a power storage device 11 that includes the battery control device 100 and the battery module 20, and three-phase AC power from the DC power from the battery module 20. Inverter device 9 for converting into a motor and motor generator 7 for driving the vehicle. The motor 230 is driven by the three-phase AC power from the inverter device 9. The inverter device 9 and the battery control device 100 are connected by CAN communication, and the inverter device 9 functions as a host controller for the battery control device 100. The inverter device 9 operates based on command information from a higher-level control device 10 (described later).

インバータ装置9は、パワーモジュール226と、インバータ装置を制御するMCU222と、パワーモジュール226を駆動するためのドライバ回路224とを有している。パワーモジュール226は、電池モジュール20から供給される直流電力を、電動発電機7をモータとして駆動するための3相交流電力に変換する。なお、図示していないが、パワーモジュール226に接続される強電ラインHV+,HV−間には、約700μF〜約2000μF程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。この平滑キャパシタは、電池制御装置100に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズを低減する働きをする。   The inverter device 9 includes a power module 226, an MCU 222 that controls the inverter device, and a driver circuit 224 for driving the power module 226. The power module 226 converts the DC power supplied from the battery module 20 into three-phase AC power for driving the motor generator 7 as a motor. Although not shown, a large-capacity smoothing capacitor of about 700 μF to about 2000 μF is provided between the high voltage lines HV + and HV− connected to the power module 226. The smoothing capacitor serves to reduce voltage noise applied to the integrated circuit provided in the battery control device 100.

インバータ装置9の動作開始状態では平滑キャパシタの電荷は略ゼロであり、リレーRLを閉じると大きな初期電流が平滑キャパシタへ流れ込む。そして、この大電流のためにリレーRLが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するために、MCU222は、さらに上位の制御装置10からの命令に従い、電動発電機7の駆動開始時に、プリチャージリレーRLPを開状態から閉状態にして平滑キャパシタを充電し、その後にリレーRLを開状態から閉状態として、電池モジュール20からインバータ装置9への電力の供給を開始する。平滑キャパシタを充電する際には、抵抗RPを介して最大電流を制限しながら充電を行う。このような動作を行うことで、リレー回路を保護すると共に、電池セルやインバータ装置9を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。   When the inverter device 9 starts operating, the charge of the smoothing capacitor is substantially zero, and when the relay RL is closed, a large initial current flows into the smoothing capacitor. The relay RL may be fused and damaged due to the large current. In order to solve this problem, the MCU 222 charges the smoothing capacitor by changing the precharge relay RLP from the open state to the closed state at the start of driving of the motor generator 7 according to a command from the higher-level control device 10, and then Then, the relay RL is changed from the open state to the closed state, and the supply of power from the battery module 20 to the inverter device 9 is started. When charging the smoothing capacitor, charging is performed while limiting the maximum current via the resistor RP. By performing such an operation, it is possible to protect the relay circuit, reduce the maximum current flowing through the battery cell and the inverter device 9 to a predetermined value or less, and maintain high safety.

なお、インバータ装置9は、電動発電機7の回転子に対するパワーモジュール226により発生する交流電力の位相を制御して、車両制動時には電動発電機7を発電機として動作させる。すなわち回生制動制御を行い、発電機運転により発電された電力を電池モジュール20に回生して電池モジュール20を充電する。電池モジュール20の充電状態が基準状態より低下した場合には、インバータ装置9は電動発電機7を発電機として運転する。電動発電機7で発電された3相交流電力は、パワーモジュール226により直流電力に変換されて電池モジュール20に供給される。その結果、電池モジュール部20は充電される。   The inverter device 9 controls the phase of the AC power generated by the power module 226 with respect to the rotor of the motor generator 7, and operates the motor generator 7 as a generator during vehicle braking. That is, regenerative braking control is performed, and the battery module 20 is charged by regenerating the power generated by the generator operation to the battery module 20. When the state of charge of the battery module 20 is lower than the reference state, the inverter device 9 operates using the motor generator 7 as a generator. The three-phase AC power generated by the motor generator 7 is converted into DC power by the power module 226 and supplied to the battery module 20. As a result, the battery module unit 20 is charged.

一方、電動発電機7をモータとして力行運転する場合、MCU222は制御装置10の命令に従い、電動発電機7の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路224を制御し、パワーモジュール226のスイッチング動作を制御する。この場合は、電池モジュール20から直流電力がパワーモジュール226に供給される。また、回生制動制御により電池モジュール20を充電する場合には、MCU222は、電動発電機7の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路224を制御し、パワーモジュール226のスイッチング動作を制御する。この場合は電動発電機7から電力がパワーモジュール226に供給され、パワーモジュール226の直流電力が電池モジュール20へ供給される。結果的に電動発電機7は発電機として作用することとなる。   On the other hand, when the motor generator 7 is operated as a motor, the MCU 222 controls the driver circuit 224 so as to generate a rotating magnetic field in the forward direction with respect to the rotation of the rotor of the motor generator 7 in accordance with a command from the control device 10. Then, the switching operation of the power module 226 is controlled. In this case, DC power is supplied from the battery module 20 to the power module 226. When the battery module 20 is charged by regenerative braking control, the MCU 222 controls the driver circuit 224 so as to generate a rotating magnetic field in a delay direction with respect to the rotation of the rotor of the motor generator 7, and the power module The switching operation of H.226 is controlled. In this case, electric power is supplied from the motor generator 7 to the power module 226, and DC power of the power module 226 is supplied to the battery module 20. As a result, the motor generator 7 acts as a generator.

インバータ装置9のパワーモジュール226は、導通および遮断動作を高速で行い直流電力と交流電力間の電力変換を行う。このとき、大電流を高速で遮断するので、直流回路の有するインダクタンスにより大きな電圧変動が発生する。この電圧変動を抑制するため、上述した大容量の平滑キャパシタが設けられている。   The power module 226 of the inverter device 9 conducts conduction and interruption at high speed and performs power conversion between DC power and AC power. At this time, since a large current is interrupted at a high speed, a large voltage fluctuation occurs due to the inductance of the DC circuit. In order to suppress this voltage fluctuation, the above-described large-capacity smoothing capacitor is provided.

電池モジュール20は、例えばここでは直列接続された2つの電池モジュールブロック20A、20Bで構成されている。各電池モジュールブロック20A、20Bは、各々複数の電池セルを直列接続したセルグループを複数直列に接続されたものを備えている。電池モジュールブロック20Aと電池モジュールブロック20Bとは、スイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のサービスディスコネクトSD−SWを介して直列接続される。このサービスディスコネクトSD−SWが開くことで電気回路の直接回路が遮断され、仮に電池モジュールブロック20A、20Bのどこかで車両との間に1箇所接続回路ができたとしても電流が流れることはない。このような構成により高い安全性を維持できる。又、点検時に作業者がHV+とHV−の間を触っても、高電圧は人体に印加されないので安全である。   The battery module 20 is composed of, for example, two battery module blocks 20A and 20B connected in series here. Each of the battery module blocks 20A and 20B includes a plurality of cell groups in which a plurality of battery cells are connected in series. The battery module block 20A and the battery module block 20B are connected in series via a service disconnect SD-SW for maintenance / inspection in which a switch and a fuse are connected in series. When the service disconnect SD-SW is opened, the direct circuit of the electric circuit is cut off, and even if a connection circuit is made at one place between the battery module blocks 20A and 20B and the vehicle, current will not flow. Absent. With such a configuration, high safety can be maintained. Even if an operator touches between HV + and HV− during inspection, it is safe because a high voltage is not applied to the human body.

電池モジュール20とインバータ装置9との間の強電ラインHV+には、リレーRL,抵抗RPおよびプリチャージリレーRLPを備えた電池ディスコネクトユニットBDUが設けられている。抵抗RPとプリチャージリレーRLPとの直列回路は、リレーRLと並列に接続されている。   A high voltage line HV + between the battery module 20 and the inverter device 9 is provided with a battery disconnect unit BDU including a relay RL, a resistor RP, and a precharge relay RLP. A series circuit of the resistor RP and the precharge relay RLP is connected in parallel with the relay RL.

電池制御装置100は、主に各セル電圧の測定、総電圧の測定、電流の測定、セル温度およびセルの容量調整等を行う。そのために、セルコントローラとして、複数の電池制御用IC(集積回路)が設けられている。各電池モジュールブロック20A、20B内に設けられた複数の電池セルは、複数のセルグループ(組電池)に分けられ、各セルグループ毎に、各セルグループに含まれる電池セルを制御するセルコントローラが1つずつ設けられている。
簡単のため、以下の説明では各セルグループは4個の電池セルで構成されているとする。また各電池モジュールブロック20A、20B、は各々2つのセルグループ(20A1、20A2、20A3と20B1、20B2、20B3)で構成されるとする。
The battery control device 100 mainly performs measurement of each cell voltage, measurement of total voltage, measurement of current, cell temperature and cell capacity adjustment, and the like. Therefore, a plurality of battery control ICs (integrated circuits) are provided as cell controllers. A plurality of battery cells provided in each battery module block 20A, 20B are divided into a plurality of cell groups (assembled batteries), and a cell controller that controls the battery cells included in each cell group is provided for each cell group. One by one.
For simplicity, it is assumed in the following description that each cell group is composed of four battery cells. Each battery module block 20A, 20B is assumed to be composed of two cell groups (20A1, 20A2, 20A3 and 20B1, 20B2, 20B3).

図8も参照して説明すると、各セルグループを制御するセルコントローラIC1〜IC6は、各々通信系602と1ビット通信系604とを備えている。セル電圧値読み取りや各種コマンド送信のための通信系602においては、絶縁素子(例えば、フォトカプラ)PHを介してデイジーチェーン方式で電池モジュール20を制御するマイコン30とシリアル通信を行う。1ビット通信系604は、セル過充電が検知されたときの異常信号を送信する。図9に示す例では、通信系602は、電池モジュールブロック20AのセルコントローラIC1、IC2、IC3に対する上位の通信経路と、電池モジュールブロック20BのセルコントローラIC4、IC5、IC6に対する下位の通信経路とに分けられている。   Referring also to FIG. 8, the cell controllers IC1 to IC6 that control each cell group include a communication system 602 and a 1-bit communication system 604, respectively. In the communication system 602 for reading cell voltage values and transmitting various commands, serial communication is performed with the microcomputer 30 that controls the battery module 20 in a daisy chain manner via an insulating element (for example, photocoupler) PH. The 1-bit communication system 604 transmits an abnormal signal when cell overcharge is detected. In the example shown in FIG. 9, the communication system 602 includes an upper communication path for the cell controllers IC1, IC2, and IC3 of the battery module block 20A and a lower communication path for the cell controllers IC4, IC5, and IC6 of the battery module block 20B. It is divided.

各セルコントローラICは異常診断を行い、自分自身が異常と判断した場合、あるいは上位のセルコントローラICから異常信号を受信端子FFIで受信した場合に、送信端子FFOから異常信号を送信する。一方、既に受信端子FFIで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が正常判断となったりした場合には、送信端子FFOから伝送される異常信号は消える。この異常信号は本実施形態では1ビット信号である。   Each cell controller IC performs an abnormality diagnosis and transmits an abnormality signal from the transmission terminal FFO when it determines that it is abnormal or when it receives an abnormality signal from the host cell controller IC at the reception terminal FFI. On the other hand, when the abnormal signal already received at the receiving terminal FFI disappears or when the abnormality judgment of itself becomes normal judgment, the abnormal signal transmitted from the transmission terminal FFO disappears. This abnormal signal is a 1-bit signal in this embodiment.

マイコン30は異常信号をセルコントローラICに送信しないが、異常信号の伝送路である1ビット通信系604が正しく動作することを診断するために、擬似異常信号であるテスト信号を1ビット通信系604に送出する。このテスト信号を受信したセルコントローラIC1は異常信号を通信系604へ送出し、その異常信号がセルコントローラIC2によって受信される。異常信号はセルコントローラIC2からセルコントローラIC3、IC4、IC5、IC6の順に送信され、最終的にはセルコントローラIC6からマイコン30へと返信される。通信系604が正常に動作していれば、マイコン30から送信された擬似異常信号は通信系604を介してマイコン30に戻ってくる。このように擬似異常信号をマイコン30が送受することで通信系604の診断ができ、システムの信頼性が向上する。   The microcomputer 30 does not transmit an abnormal signal to the cell controller IC, but in order to diagnose that the 1-bit communication system 604 that is the transmission path of the abnormal signal operates correctly, a test signal that is a pseudo abnormal signal is transmitted to the 1-bit communication system 604. To send. Receiving this test signal, the cell controller IC1 sends an abnormal signal to the communication system 604, and the abnormal signal is received by the cell controller IC2. The abnormal signal is transmitted from the cell controller IC2 to the cell controllers IC3, IC4, IC5, and IC6 in this order, and finally returned from the cell controller IC6 to the microcomputer 30. If the communication system 604 is operating normally, the pseudo abnormal signal transmitted from the microcomputer 30 returns to the microcomputer 30 via the communication system 604. Thus, the microcomputer 30 can send and receive the pseudo-abnormal signal to diagnose the communication system 604, and the reliability of the system is improved.

電池ディスコネクトユニットBDU内にはホール素子等の電流センサSiが設置されており、電流センサSiの出力はマイコン30に入力される。電池モジュール20の総電圧および温度に関する信号もマイコン30に入力され、それぞれマイコン30のAD変換器(ADC)によって測定される。温度センサは電池モジュールブロック20A、20B内の複数箇所に設けられている。   A current sensor Si such as a Hall element is installed in the battery disconnect unit BDU, and the output of the current sensor Si is input to the microcomputer 30. Signals related to the total voltage and temperature of the battery module 20 are also input to the microcomputer 30 and are measured by an AD converter (ADC) of the microcomputer 30. The temperature sensors are provided at a plurality of locations in the battery module blocks 20A and 20B.

この様に、本発明によれば、複数のセルコントローラICを直列または並列または直並列に接続し、これらの複数のセルコントローラICと上位制御装置とを通信で接続することが可能である。これにより、さらに大規模で高い安全性を有し、かつ高信頼性を有する蓄電装置を容易に構築することが可能となる。また、電池または電池の直列セルグループの異常を検出した場合、セルモニター50は異常電池または異常な直列セルグループと接続されたスイッチを制御し、異常電池または異常な直列セルグループを切り離し、残りの健全な各電池または各直列セルグループ電池機能を提供することが可能である。これにより、充放電といった電池システムの機能を停止することなく縮退しながらもその機能を提供し続けることが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to connect a plurality of cell controller ICs in series, in parallel, or in series and parallel, and to connect the plurality of cell controller ICs and the host control device by communication. Thereby, it is possible to easily construct a power storage device having a larger scale, higher safety, and higher reliability. Further, when an abnormality is detected in the battery or the series cell group of the battery, the cell monitor 50 controls the switch connected to the abnormal battery or the abnormal series cell group, disconnects the abnormal battery or the abnormal series cell group, and the remaining It is possible to provide a healthy each battery or each series cell group battery function. Thereby, it becomes possible to continue to provide the function while degenerating without stopping the function of the battery system such as charging and discharging.

<第5の実施形態>
図10は、本発明の第5の実施の形態を説明する図である。本発明の蓄電装置をハイブリッド自動車に適用した例である。なお、この第5の実施形態を含め、本発明の実施形態の構成は、ハイブリッド電車などの鉄道車両などにも適用できる。また本発明による電池制御装置および蓄電装置は電気自動車にも適用可能である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 10 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention. This is an example in which the power storage device of the present invention is applied to a hybrid vehicle. In addition, the configuration of the embodiment of the present invention including the fifth embodiment can be applied to a railway vehicle such as a hybrid train. The battery control device and the power storage device according to the present invention can also be applied to an electric vehicle.

<ハイブリッド自動車用駆動システムの概略構成>
図10に示すハイブリッド自動車1の駆動システムは、駆動輪2に機械的に接続された車軸3がデファレンシャルギア4と接続され、デファレンシャルギア4の入力軸が変速機5と接続されている。そして、駆動源として、内燃機関であるエンジン6と電動発電機7の駆動力を切替える駆動力切替装置8を介して変速機5の入力となっている。
<Schematic configuration of hybrid vehicle drive system>
In the drive system of the hybrid vehicle 1 shown in FIG. 10, the axle 3 mechanically connected to the drive wheel 2 is connected to the differential gear 4, and the input shaft of the differential gear 4 is connected to the transmission 5. And it is an input of the transmission 5 through the driving force switching device 8 which switches the driving force of the engine 6 which is an internal combustion engine, and the motor generator 7 as a drive source.

図10では駆動輪2の駆動源として、エンジン6と電動発電機7とが並列に配置された、いわゆるパラレルハイブリッド方式である。また、ハイブリッド自動車用駆動システムには、駆動輪2の駆動源として電動発電機7のエネルギーを用い、エンジン6のエネルギーは電動発電機7の駆動源、すなわち蓄電器を充電するようにした、いわゆるシリアルハイブリッド方式があり、本発明はこれらの方式、又は組合せた方式共に採用することができる。   In FIG. 10, a so-called parallel hybrid system in which an engine 6 and a motor generator 7 are arranged in parallel as a drive source of the drive wheels 2. In the hybrid vehicle drive system, the energy of the motor generator 7 is used as the drive source of the drive wheels 2, and the energy of the engine 6 charges the drive source of the motor generator 7, that is, the capacitor. There is a hybrid system, and the present invention can employ both of these systems or a combined system.

電動発電機7にはインバータ装置9を介して、電源装置である蓄電装置11が電気的に接続されている。インバータ装置9は制御装置10によって制御される。   A power storage device 11 as a power supply device is electrically connected to the motor generator 7 via an inverter device 9. The inverter device 9 is controlled by the control device 10.

電動発電機7を電動機として作動させる時には、インバータ装置9は、蓄電装置11から出力された直流電力を三相交流電力に変換する直流−交流変換回路として機能する。また、回生制動の際に電動発電機7を発電機として作動させる時には、インバータ装置9は、電動発電機7から出力された三相交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換回路として機能する。インバータ装置9の直流側には、蓄電装置11の電池モジュールの正負極端子が電気的に接続される。インバータ装置9の交流側には2つのスイッチング半導体素子による3直列回路があり、直列回路の2つのスイッチング半導体素子の中間には、電動発電機4の電機子巻線の3つの相の巻線が電気的に接続されるようになっている。   When the motor generator 7 is operated as a motor, the inverter device 9 functions as a DC-AC conversion circuit that converts DC power output from the power storage device 11 into three-phase AC power. When the motor generator 7 is operated as a generator during regenerative braking, the inverter device 9 functions as an AC-DC conversion circuit that converts the three-phase AC power output from the motor generator 7 into DC power. . The positive and negative terminals of the battery module of the power storage device 11 are electrically connected to the DC side of the inverter device 9. On the AC side of the inverter device 9, there are three series circuits composed of two switching semiconductor elements, and three phase windings of the armature winding of the motor generator 4 are in the middle of the two switching semiconductor elements of the series circuit. It is designed to be electrically connected.

電動発電機7は、駆動輪5を駆動するための原動機として機能し、電機子(固定子)と、電機子に対向配置され、回転可能に保持された界磁(回転子)とを備え、永久磁石の磁束を界磁に用いた永久磁石界磁式三相交流同期回転電機である。電動発電機7は、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、永久磁石の磁束との磁気的な作用に基づいて、駆動輪5の駆動に必要な回転動力を発生する   The motor generator 7 functions as a prime mover for driving the drive wheels 5, and includes an armature (stator) and a field (rotor) disposed opposite to the armature and rotatably held. This is a permanent magnet field type three-phase AC synchronous rotating electric machine using the magnetic flux of the permanent magnet as a field. The motor generator 7 drives the drive wheels 5 based on the magnetic action of a rotating magnetic field formed by three-phase AC power supplied to the armature winding and rotating at a synchronous speed, and the magnetic flux of the permanent magnet. Generate the rotational power necessary for

電動発電機7を電動機として駆動する時には、電機子は、インバータ装置9によって制御された三相交流電力の供給を受けて回転磁界を発生させる。一方、電動発電機9を発電機として駆動する時には、電機子は、磁束の鎖交により三相交流電力を発生させる部位となり、磁性体である電機子鉄心(固定子鉄心)と、電機子鉄心に装着された三相の電機子巻線(固定子巻線)とを備えている。界磁は、電動発電機7を電動機或いは発電機として駆動する時、界磁磁束を発生させる部位であり、磁性体である界磁鉄心(回転子鉄心)と、界磁鉄心に装着された永久磁石とを備えている。   When the motor generator 7 is driven as a motor, the armature receives a supply of three-phase AC power controlled by the inverter device 9 and generates a rotating magnetic field. On the other hand, when the motor generator 9 is driven as a generator, the armature becomes a part that generates three-phase AC power by interlinking of magnetic flux, and an armature core (stator core) that is a magnetic body and an armature core. And a three-phase armature winding (stator winding). The field is a part that generates a field magnetic flux when the motor generator 7 is driven as an electric motor or a generator. A field core (rotor core) that is a magnetic body and a permanent that is attached to the field core. And a magnet.

電動発電機7としては、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、巻線の励磁による磁束との磁気的な作用に基づいて、回転動力を発生する巻線界磁式三相交流同期回転電機、或いは三相交流誘導回転電機などを採用してもよい。巻線界磁式三相交流同期回転電機の場合、電機子の構成は永久磁石界磁式三相交流同期回転電機と基本的に同じである。一方、界磁の構成は異なっており、磁性体である界磁鉄心に界磁巻線(回転子巻線)を巻く構成になっている。尚、巻線界磁式三相交流同期回転電機では、界磁巻線が巻かれた界磁鉄心に永久磁石を装着し、巻線による磁束の漏れを抑える場合もある。界磁巻線は外部電源から界磁電流の供給を受けて励磁されることにより磁束を発生する。   As the motor generator 7, based on the magnetic action of the rotating magnetic field that is formed by the three-phase AC power supplied to the armature winding and rotates at the synchronous speed, and the magnetic flux generated by the excitation of the winding, the rotating power A winding field type three-phase AC synchronous rotating electric machine or a three-phase AC induction rotating electric machine that generates In the case of a wound field type three-phase AC synchronous rotating electric machine, the configuration of the armature is basically the same as that of a permanent magnet field type three-phase AC synchronous rotating electric machine. On the other hand, the configuration of the field is different, and a field winding (rotor winding) is wound around a field iron core that is a magnetic material. In a wound field type three-phase AC synchronous rotating electric machine, a permanent magnet may be attached to a field core around which a field winding is wound to suppress leakage of magnetic flux due to the winding. The field winding generates a magnetic flux when excited by receiving a field current from an external power source.

電動発電機7には駆動力切替装置8、変速機5、デファレンシャルギア4を介して駆動輪2の車軸3が機械的に接続されている。変速機5は、電動発電機7から出力された回転動力を変速してデファレンシャルギア4に伝達する。デファレンシャルギア4は、変速機5から出力された回転動力を左右の車軸3に伝達する。駆動力切替装置8は、エンジン制御や走行制御などの上位制御装置(不図示)によって切替えられ、エンジン制御での加速走行、アイドルストップからの電動発電機7によるエンジン始動、ブレーキ制御における回生ブレーキ協調などで切替えて電動機又は発電機として動作させる。   The motor generator 7 is mechanically connected to the axle 3 of the drive wheel 2 via a driving force switching device 8, a transmission 5, and a differential gear 4. The transmission 5 changes the rotational power output from the motor generator 7 and transmits it to the differential gear 4. The differential gear 4 transmits the rotational power output from the transmission 5 to the left and right axles 3. The driving force switching device 8 is switched by a host control device (not shown) such as engine control or traveling control, and is accelerated by engine control, engine starting by the motor generator 7 from idle stop, and regenerative brake coordination in brake control. It is made to operate as an electric motor or a generator by switching.

蓄電装置11は、電動発電機7が回生時に発生した電力を自身の駆動用電力として充電し、電動発電機7を発電機として駆動する際に、この駆動に必要な電力を放電する駆動用車載電源である。例えば、100V以上の定格電圧を有するように、数十本のリチウムイオン電池により構成されたバッテリシステムである。尚、蓄電装置11の詳細な構成については後述する。   The power storage device 11 charges the electric power generated when the motor generator 7 is regenerated as its own driving power, and when the motor generator 7 is driven as a generator, the driving on-vehicle device that discharges the electric power necessary for this driving. It is a power supply. For example, it is a battery system composed of several tens of lithium ion batteries so as to have a rated voltage of 100 V or more. The detailed configuration of the power storage device 11 will be described later.

蓄電装置11には、電動発電機7の他に、車載補機(たとえばパワーステアリング装置,エアーブレーキ)に動力を供給する電動アクチュエータ、蓄電装置11よりも定格電圧が低く、車内電装品(たとえばライト,オーディオ、車載電子制御装置)に駆動電力を供給する電装用電源である低圧バッテリなどがDC/DCコンバータを介して電気的に接続されている。DC/DCコンバータは、蓄電装置11の出力電圧を降圧して電動アクチュエータや低圧バッテリなどに供給したり、低圧バッテリの出力電圧を昇圧して蓄電装置11などに供給したりする昇降圧装置である。低圧バッテリには定格電圧12Vの鉛バッテリを用いている。低圧バッテリとしては、同じ定格電圧を有するリチウムイオンバッテリ或いはニッケル水素バッテリを用いてもよい。   The power storage device 11 includes, in addition to the motor generator 7, an electric actuator that supplies power to a vehicle-mounted auxiliary device (for example, a power steering device, an air brake), a rated voltage lower than that of the power storage device 11, and an in-vehicle electrical component (for example, a light , Audio, on-vehicle electronic control device) is electrically connected via a DC / DC converter. The DC / DC converter is a step-up / step-down device that steps down the output voltage of the power storage device 11 and supplies it to an electric actuator or a low-voltage battery, or boosts the output voltage of the low-voltage battery and supplies it to the power storage device 11 or the like. . A lead battery with a rated voltage of 12V is used as the low voltage battery. As the low voltage battery, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery having the same rated voltage may be used.

ハイブリッド自動車1の力行時(発進、加速、通常走行など)、制御装置10に正のトルク指令が与えられてインバータ装置9の作動が制御されると、蓄電装置11に蓄電された直流電力はインバータ装置9により三相交流電力に変換されて電動発電機7に供給される。これにより、電動発電機7が駆動されて回転動力が発生する。発生した回転動力は、駆動力切替装置8、変速機5及びデファレンシャルギア4を介して車軸3に伝達され、駆動輪2を駆動する。   When the hybrid vehicle 1 is powered (starting, acceleration, normal traveling, etc.), when a positive torque command is given to the control device 10 and the operation of the inverter device 9 is controlled, the DC power stored in the power storage device 11 is converted into an inverter. It is converted into three-phase AC power by the device 9 and supplied to the motor generator 7. As a result, the motor generator 7 is driven to generate rotational power. The generated rotational power is transmitted to the axle 3 via the driving force switching device 8, the transmission 5, and the differential gear 4 to drive the driving wheels 2.

ハイブリッド自動車1の回生時(減速、制動など)、制御装置10に負のトルク指令が与えられてインバータ装置9の作動が制御されると、駆動輪2の回転動力により駆動される電動発電機7から発生した三相交流電力は直流電力に変換されて蓄電装置11に供給される。これにより、変換された直流電力は蓄電装置11に充電される。   During regeneration (deceleration, braking, etc.) of the hybrid vehicle 1, when a negative torque command is given to the control device 10 and the operation of the inverter device 9 is controlled, the motor generator 7 driven by the rotational power of the drive wheels 2. The three-phase AC power generated from is converted to DC power and supplied to the power storage device 11. Thereby, the converted DC power is charged in the power storage device 11.

制御装置10は、上位制御装置(不図示)から出力されたトルク指令値から電流指令値を演算すると共に、電流指令値と、インバータ装置9の間を流れる実電流との差分に基づいて電圧指令値を演算し、この演算された電圧指令値に基づいてPWM(パルス幅変調)信号を発生させ、そのPWM信号をインバータ装置9に出力する。   The control device 10 calculates a current command value from the torque command value output from the host control device (not shown), and based on the difference between the current command value and the actual current flowing between the inverter devices 9, the voltage command A value is calculated, a PWM (pulse width modulation) signal is generated based on the calculated voltage command value, and the PWM signal is output to the inverter device 9.

<第1の実施形態の変形実施例>
図3を用いて説明した、本発明によるセルモニター50では、上記の診断以外にもスイッチSW1、SW2、SW3をON、OFF制御して並列接続された単電池BC1、BC2、BC3の充放電制御を個別に行い、充電状態や劣化状態などの電池状態の均等化や、逆に電池状態の不均衡化を行うことが可能である。
<Modified Example of First Embodiment>
In the cell monitor 50 according to the present invention described with reference to FIG. 3, charge / discharge control of the single cells BC 1, BC 2, BC 3 connected in parallel by ON / OFF control of the switches SW 1, SW 2, SW 3 in addition to the above diagnosis. Can be performed individually to equalize the battery state such as the charged state and the deteriorated state, and conversely to unbalance the battery state.

ここで図11を参照してスイッチ素子の制御によって充電状態を均等化する方法を説明する。ここでは、前提条件として図3の単電池BC3の電圧VBC3が、単電池BC1、BC2の電圧VBC1、VBC2に比べ低下しているとする。また第1の実施形態で説明したように、セルモニターで測定している単電池の電圧は単電池の端子電圧ではないが、配線経路に異常がなければ、単電池の端子電圧に簡単に換算できるので、以下の説明ではセルモニターで単電池の端子電圧を測定しているとして説明する。 Here, a method of equalizing the state of charge by controlling the switch element will be described with reference to FIG. Here, as a precondition, it is assumed that the voltage V BC3 of the unit cell BC3 in FIG. 3 is lower than the voltages V BC1 and V BC2 of the unit cells BC1 and BC2. Moreover, as explained in the first embodiment, the voltage of the unit cell measured by the cell monitor is not the terminal voltage of the unit cell, but if there is no abnormality in the wiring path, it is easily converted into the terminal voltage of the unit cell. Therefore, in the following description, it is assumed that the terminal voltage of the unit cell is measured by the cell monitor.

まず、ステップS101にて動作モードを検出し、ステップS102にて充電中か判定する。充電中の場合は、ステップS103にて、図3のようにスイッチSW3をON、SW1、SW2をOFFし、単電池BC3を選択する。これにより、単電池BC3のみが充電され、単電池BC3 の電圧VBC3は上昇する。このVBC3はステップS104でモニタされる。 First, an operation mode is detected in step S101, and it is determined in step S102 whether charging is in progress. If the battery is being charged, in step S103, the switch SW3 is turned on, SW1 and SW2 are turned off as shown in FIG. 3, and the unit cell BC3 is selected. Thus, only BC3 unit cell is charged, the voltage V BC3 of BC3 unit cell increases. This V BC3 is monitored in step S104.

一方、ステップS102が充電中ではない場合、ステップS106にて放電中か判定される。放電中の場合は、ステップS107にてスイッチSW3をOFF、SW1、SW2をONし、単電池BC1、BC2を選択する。これにより、単電池BC1、BC2のみが放電され、単電池BC1、BC2の電圧VBC1、VBC2は減少する。このVBC1(=VBC2)はステップS108でモニタされる。なお、ステップS106で放電中ではない場合は、休止中であり、ステップS101に戻る。 On the other hand, if step S102 is not charging, it is determined in step S106 whether discharging is in progress. If the battery is being discharged, the switch SW3 is turned off, the switches SW1 and SW2 are turned on in step S107, and the single cells BC1 and BC2 are selected. As a result, only the single cells BC1 and BC2 are discharged, and the voltages V BC1 and V BC2 of the single cells BC1 and BC2 decrease. This V BC1 (= V BC2 ) is monitored in step S108. If it is determined in step S106 that the battery is not being discharged, it is resting and the process returns to step S101.

そして、ステップS105でVBC3=VBC1=VBC2が成立すればフローを終了する。また、成立しない場合はステップS101に戻り、上述のステップが繰り返される。 Then, if V BC3 = V BC1 = V BC2 is established in step S105, the flow is ended. If not established, the process returns to step S101, and the above steps are repeated.

ここでは、前提条件として単電池BC3の電圧VBC3が、単電池BC1、BC2の電圧VBC1、VBC2に比べ低下しているケースで説明したが、単電池BC1やBC2の電圧が他に比べ低い場合でも同様にスイッチSW1、SW2、SW3をON、OFF制御して単電池BC1、BC2、BC3の電圧を均等化することが可能である。 Here, as a precondition, the voltage V BC3 of the unit cell BC3 has been described as being lower than the voltages V BC1 and V BC2 of the unit cells BC1 and BC2, but the voltages of the unit cells BC1 and BC2 are different from those of the other units. Even when the voltage is low, the switches SW1, SW2, and SW3 can be similarly turned on and off to equalize the voltages of the single cells BC1, BC2, and BC3.

このように本発明によれば、診断以外にもスイッチSW1、SW2、SW3をON、OFF制御して単電池BC1、BC2、BC3の充放電制御を個別に行い、各電池の充電状態を均等化することが可能である。   As described above, according to the present invention, the switches SW1, SW2, and SW3 are controlled to be turned on and off in addition to the diagnosis, and the charge / discharge control of the single cells BC1, BC2, and BC3 is performed individually to equalize the charge state of each battery. Is possible.

また、これとは逆に、スイッチSW1、SW2、SW3をON、OFF制御して単電池BC1、BC2、BC3の充放電制御を個別に行い、各電池の充電状態の不均衡化をすることも可能である。各電池の充電状態を不均衡化することにより各電池に印加される充放電ストレスにも不均衡を生じさせ、劣化状態を制御することも可能である。
例えば、劣化の程度の小さい電池電圧を高めに制御し、優先して充放電することにより劣化が加速され、結果として劣化状態を均等化することも可能である。
On the contrary, the switches SW1, SW2, and SW3 are controlled to be turned on and off to individually control the charge and discharge of the single cells BC1, BC2, and BC3, thereby making the charge state of each battery unbalanced. Is possible. It is also possible to control the deterioration state by imbalance the charge / discharge stress applied to each battery by making the charge state of each battery unbalanced.
For example, it is possible to accelerate the deterioration by controlling the battery voltage with a small degree of deterioration higher and charge / discharge with priority, and as a result, the deterioration state can be equalized.

なお、上記のようにセルグループを選択して充電する方法は、本発明の第3の実施形態(図7)で説明したような、複数の単電池を直列に接続したセルグループが複数並列に接続されている場合においても、上記のスイッチを制御して、セルグループを選択し、このセルグループの充電状態を検出し、必要に応じてこのセルグループの充電を行うことにより、セルグループの充電状態を均等化することができる。
またこの直列セルグループに含まれる、各単電池の充電状態は本発明の第3の実施形態で図8を用いて説明したように、各単電池毎に必要に応じて放電を行うことによって、各単電池の充電状態を均等化することができる。
このようにセルグループを選択して、各セルグループ毎に充放電を行うことにより各セルグループおよびこれに含まれる各単電池の充電状態を均等化することができる。
Note that the method of selecting and charging the cell group as described above is such that a plurality of cell groups in which a plurality of single cells are connected in series as described in the third embodiment (FIG. 7) of the present invention are arranged in parallel. Even when connected, charge the cell group by controlling the switch, selecting a cell group, detecting the charge state of this cell group, and charging this cell group as necessary. The state can be equalized.
In addition, as described with reference to FIG. 8 in the third embodiment of the present invention, the state of charge of each single cell included in this series cell group is discharged as needed for each single cell, The state of charge of each unit cell can be equalized.
Thus, by selecting a cell group and performing charging / discharging for each cell group, the charge state of each cell group and each single battery included therein can be equalized.

<本発明の第2の実施形態の変形実施例>
本発明はリチウム電池以外の二次電池にも適用できる。
図12では図6に比べ、単電池が3個直列接続された直列セルグループに更にスイッチが直列に接続されている。または図8と比較し、3つの直列セルグループ20A1、20A2、20A3の各々を制御するセルコントローラが削除されている。本構成は、各単電池の状態を個別に監視する必要のない鉛電池やニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など水系電解液を有した二次電池に好適である。この変形実施例は、更に直列セルグループを2つ以上直列接続した電池モジュールブロックにスイッチを直列接続したものを並列接続したものにも適用可能であり、更に多くの並列接続数とすることも可能である。
<Modified example of the second embodiment of the present invention>
The present invention can also be applied to secondary batteries other than lithium batteries.
In FIG. 12, as compared with FIG. 6, a switch is further connected in series to a series cell group in which three cells are connected in series. Or compared with FIG. 8, the cell controller which controls each of three series cell groups 20A1, 20A2, and 20A3 is deleted. This configuration is suitable for a secondary battery having an aqueous electrolyte such as a lead battery, a nickel hydride battery, or a nickel cadmium battery that does not need to monitor the state of each unit cell individually. This modified embodiment can also be applied to a battery module block in which two or more series cell groups are connected in series, in which switches are connected in series and connected in parallel, and the number of parallel connections can be increased. It is.

<電圧検出部の変形実施例>
図13は、本発明による第1および第2の実施形態で用いられた電圧検出部51の変形実施例を示す。ここでは、図4に示した電圧検出部51の回路と比べ、スイッチ63を用いる代わりに、電圧検出部51の正極側と負極側の両端を微小電流でプルアップまたはプルダウンすることにより、同様な機能を達成することが可能である。すなわち、電圧検出線SLP、抵抗61A及び抵抗61B、電圧検出線SLNが正しく接続されていない場合は、電圧検出器64でプルアップ電圧またはプルダウン電圧が検出され、電圧検出経路の異常を診断することができる。
<Modified Example of Voltage Detection Unit>
FIG. 13 shows a modified example of the voltage detector 51 used in the first and second embodiments according to the present invention. Here, as compared with the circuit of the voltage detection unit 51 shown in FIG. 4, instead of using the switch 63, the both ends on the positive electrode side and the negative electrode side of the voltage detection unit 51 are pulled up or pulled down with a minute current. It is possible to achieve the function. That is, when the voltage detection line SLP, the resistor 61A and the resistor 61B, and the voltage detection line SLN are not correctly connected, the voltage detector 64 detects the pull-up voltage or the pull-down voltage, and diagnoses an abnormality in the voltage detection path. Can do.

図12ではスイッチ63と定電流源66が直列に接続され、スイッチ67と定電流源68が直列に接続されている。スイッチ63とスイッチ67は電圧検出器64の両端に接続されている。また、定電流源802と定電流源804の他端はグランドに接続される。この定電流源802、804の電流値は電池電圧が低下しないレベルの微小電流値に設定されている。   In FIG. 12, a switch 63 and a constant current source 66 are connected in series, and a switch 67 and a constant current source 68 are connected in series. The switch 63 and the switch 67 are connected to both ends of the voltage detector 64. The other ends of the constant current source 802 and the constant current source 804 are connected to the ground. The current values of the constant current sources 802 and 804 are set to a minute current value at a level at which the battery voltage does not decrease.

診断時はスイッチ801とスイッチ803をONする。これにより、電圧検出器64の両端は定電流源66、68によりプルダウンされるが、その電流値は電池電圧が低下しないレベルの微小電流値に設定されているため、電圧検出器64では正常時は電池電圧とほぼ等しい電圧が検出される。一方、例えば、電圧検出線SLPまたはSLNが正しく接続されていない場合は、電池電圧が印加されないため、ゼロに近い電圧が検出される。   At the time of diagnosis, the switches 801 and 803 are turned on. As a result, both ends of the voltage detector 64 are pulled down by the constant current sources 66 and 68, but the current value is set to a minute current value at which the battery voltage does not decrease. A voltage approximately equal to the battery voltage is detected. On the other hand, for example, when the voltage detection line SLP or SLN is not correctly connected, the battery voltage is not applied, and thus a voltage close to zero is detected.

ここでは、定電流源66と68をスイッチ63と67をそれぞれ介して電圧検出器64の両端に接続した。これは診断時のみにスイッチ63と67をONすることにより消費電流を削減し、また、電圧検出精度の低下を防止するためである。従って、消費電流や電圧検出精度の仕様によってはスイッチ63、67を削除することが可能である。また、ここでは微小電流によるプルダウンのケースを示したが、同様に微小電流により電圧検出器64の両端を電源電圧にプルアップする方法でも同様な機能を果たすことが出来る。このように、電圧検出器64の両端を微小電流でプルアップまたはプルダウンすることにより、電圧検出経路の異常を診断することができる。   Here, constant current sources 66 and 68 are connected to both ends of the voltage detector 64 through switches 63 and 67, respectively. This is because the current consumption is reduced by turning on the switches 63 and 67 only at the time of diagnosis, and the voltage detection accuracy is prevented from being lowered. Accordingly, the switches 63 and 67 can be deleted depending on the specifications of current consumption and voltage detection accuracy. Although the case of pulling down by a minute current is shown here, the same function can be achieved by a method of pulling up both ends of the voltage detector 64 to the power supply voltage by the minute current. Thus, by pulling up or pulling down both ends of the voltage detector 64 with a minute current, an abnormality in the voltage detection path can be diagnosed.

<その他の変形実施例>
上記の本発明の実施形態の説明では、単電池はリチウムイオン電池やニッケル水素電池、鉛電池、ニッケルカドミウム電池などの二次電池、およびウルトラキャパシタなどの蓄電素子であるとして説明したが、本発明の経路異常検出方法は、二次電池でない一般的な電池、例えば二酸化マンガン電池等の単電池に対しても、同様に適用することができる。
<Other modified embodiments>
In the above description of the embodiment of the present invention, the single battery has been described as being a secondary battery such as a lithium ion battery, a nickel hydride battery, a lead battery, and a nickel cadmium battery, and a power storage element such as an ultracapacitor. This path abnormality detection method can be similarly applied to a general battery that is not a secondary battery, for example, a single battery such as a manganese dioxide battery.

なお、本発明の第1の実施形態では説明を簡単にするため、1個の単電池とスイッチが直列接続された構成としたが、複数の単電池とスイッチを直列に接続されたものが並列に接続されている場合にも、本発明は適用可能である。   In the first embodiment of the present invention, a single cell and a switch are connected in series to simplify the description, but a plurality of cells and a switch connected in series are parallel. The present invention can also be applied to the case of being connected to.

また、本発明の第1の実施形態では、図3において、単電池BC1〜3のそれぞれにスイッチSW1〜3が直列に接続されたものが並列接続された構成となっているとした。すなわち単電池が3個並列に接続された並列セルグループを構成しているが、本発明はこの並列セルグループを2つ以上、直列または並列または直並列に接続した電池モジュールブロック、およびこの電池モジュールブロックを並列または直列または直並列に接続した電池モジュールにおいても適用可能である。   Moreover, in 1st Embodiment of this invention, it was set as the structure by which what connected switch SW1-3 in series with each of unit cell BC1-3 in FIG. 3 was connected in parallel. That is, although a parallel cell group in which three cells are connected in parallel is configured, the present invention provides a battery module block in which two or more parallel cell groups are connected in series, parallel, or series-parallel, and the battery module. The present invention is also applicable to battery modules in which blocks are connected in parallel, series, or series-parallel.

また、本発明の第1の実施形態では、図4において、2個の抵抗61A、62、61Bを設けたが、電圧検出線SLP、SLNの抵抗値の大きさによってこれらを削除することも、更に多数の抵抗を設けることも可能である。   In the first embodiment of the present invention, the two resistors 61A, 62, and 61B are provided in FIG. 4, but these may be deleted depending on the resistance values of the voltage detection lines SLP and SLN. It is also possible to provide a number of resistors.

本発明の第4の実施形態では、各セルグループは4個の電池セルで構成され、各電池モジュールブロック20A、20B、は各々2つのセルグループ(20A1、20A2、20A3と20B1、20B2、20B3)で構成されるとした。
しかしながら、各セルグループに含まれる電池セルは4個に限定するものでなく、5個あるいはこれ以上であってよく、また例えば4個のセルグループと6個のセルグループが組み合わされていてもよい。各セルグループに対応して設けられるセルコントローラICは、これらのセルグループに含まれる電池セルの数が4個であっても、また5個以上であっても使用できるように設計したものを使用することができる。
また電気自動車やハイブリッド自動車で必要とされる電圧および電流を得るために、上記のように各電池モジュールブロックはセルグループを複数個直列または直並列に接続してもよく、更に複数の電池モジュールブロックを直列または直並列に接続してよい。
In the fourth embodiment of the present invention, each cell group is composed of four battery cells, and each battery module block 20A, 20B has two cell groups (20A1, 20A2, 20A3 and 20B1, 20B2, 20B3). It is supposed to be composed of
However, the number of battery cells included in each cell group is not limited to four, and may be five or more. For example, four cell groups and six cell groups may be combined. . The cell controller IC provided for each cell group is designed so that it can be used regardless of whether the number of battery cells included in these cell groups is four or more. can do.
In order to obtain the voltage and current required for electric vehicles and hybrid vehicles, each battery module block may have a plurality of cell groups connected in series or series-parallel as described above, and a plurality of battery module blocks. May be connected in series or series-parallel.

上記で、本発明の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。   Although the embodiment and the modification of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

<図1〜4、6〜7、11、12>
BC1〜BC3、BC11〜BC14、BC21〜BC24、BC31〜BC34:二次電池セル
BC1、VBC2、VBC3:二次電池セルBC1〜BC3の端子電圧
BC3:二次電池セルBC3の内部抵抗値
21、22、31、32:バスバー
SLP、SLN、SL1〜SL5:電圧検出線
SL11〜15、SL21〜25、SL31〜35:電圧検出線
SLP、rSLN:SLP、SLNの抵抗値
CBP、CBN、CNP、CMN、CVP、CVN:接続点
Cv:コンデンサ
SW1〜3:スイッチ
IC1〜3:セルコントローラ
50:セルモニター
51:電圧検出部
52:スイッチ制御部
61A、61B、62:抵抗
61A、r61B、r62:抵抗61A、61B、62の抵抗値
63:スイッチ
63:スイッチ63の抵抗値
64:電圧検出器
65:スイッチ診断部
66:定電流源
67:スイッチ
68:定電流源
801、803:スイッチ
<図8>
120:マルチプレクサ
122A:アナログデジタル変換器
123:IC制御回路
130:診断回路
138および142:伝送入力回路
140および143:伝送出力回路
147:起動回路
150:タイマ回路
160:制御信号検出回路
262差動増幅器
288:OR回路
BC1〜BC4:電池セル
123:IC制御回路
125:データ保持回路
IC1:セルコントロールIC
126:タイミング制御回路
130:診断回路
128:診断フラグ保持回路
BR1〜BR4:バランシング用端子
CV1〜CV4:電圧入力端子
GND:GND端子
SL1〜SL5:電圧検出線
VCCおよびVDD:電源電圧
CvおよびCin:コンデンサ
RCVおよびRB:抵抗
PH:フォトカプラ
LIN1:通信系602の入力端子
LIN2:通信系602の入力端子
FFI:通信系604の入力端子
FFO:通信系604の出力端子
D1およびD2:ESD対策用ダイオード
<図9>
20:電池モジュール
20A、20B:電池モジュールブロック
30:マイコン
100:電池制御装置
9:インバータ装置
602,604:通信系
IC1〜IC4:セルコントローラIC
SD−SW:サービスディスコネクト(スイッチ)
RC−net:保護回路および放電回路を含む配線回路部
<図13>
1:ハイブリッド自動車
2:駆動輪
3:車軸
4:デファレンシャルギア
5:変速機
6:エンジン
7:電動発電機
8:駆動力切替装置
9:インバータ装置
10:制御装置
11:蓄電装置
HV+およびHV−:強電ライン
RL:リレー
RP:抵抗
RLP:プリチャージリレー
BDU:電池ディスコネクトユニット
<FIGS. 1-4, 6-7, 11, 12>
BC1~BC3, BC11~BC14, BC21~BC24, BC31~BC34: rechargeable battery cell V BC1, V BC2, V BC3 : rechargeable battery cell BC1~BC3 the terminal voltage r BC3: internal resistance of BC3 secondary battery cells Values 21, 22, 31, 32: Bus bars SLP, SLN, SL1-SL5: Voltage detection lines SL11-15, SL21-25, SL31-35: Voltage detection lines r SLP , r SLN : Resistance values CBP of SLP, SLN, CBN, CNP, CMN, CVP, CVN: Connection point Cv: Capacitor SW1-3: Switch IC1-3: Cell controller 50: Cell monitor 51: Voltage detector 52: Switch controller 61A, 61B, 62: Resistor r 61A r 61B, r 62: the resistance 61A, 61B, 62 of the resistance 63: switch r 63: Sui Resistance 64 Ji 63: voltage detector 65: switching diagnosis section 66: constant-current source 67: Switch 68: a constant current source 801, 803: switch <8>
120: multiplexer 122A: analog-digital converter 123: IC control circuit 130: diagnostic circuits 138 and 142: transmission input circuits 140 and 143: transmission output circuit 147: start-up circuit 150: timer circuit 160: control signal detection circuit 262 differential amplifier 288: OR circuits BC1 to BC4: Battery cell 123: IC control circuit 125: Data holding circuit IC1: Cell control IC
126: Timing control circuit 130: Diagnostic circuit 128: Diagnostic flag holding circuits BR1 to BR4: Balancing terminals CV1 to CV4: Voltage input terminals GND: GND terminals SL1 to SL5: Voltage detection lines VCC and VDD: Power supply voltages Cv and Cin: Capacitors RCV and RB: Resistor PH: Photocoupler LIN1: Input terminal LIN2 of communication system 602: Input terminal of communication system 602 FFI: Input terminal of communication system 604 FFO: Output terminals D1 and D2 of communication system 604: ESD countermeasure diode <Fig. 9>
20: Battery module 20A, 20B: Battery module block 30: Microcomputer 100: Battery control device 9: Inverter devices 602, 604: Communication system IC1 to IC4: Cell controller IC
SD-SW: Service disconnect (switch)
RC-net: wiring circuit portion including protection circuit and discharge circuit <FIG. 13>
1: Hybrid vehicle 2: Drive wheel 3: Axle 4: Differential gear 5: Transmission 6: Engine 7: Motor generator 8: Driving force switching device 9: Inverter device 10: Control device 11: Power storage devices HV + and HV-: High-voltage line RL: Relay RP: Resistor RLP: Precharge relay BDU: Battery disconnect unit

Claims (9)

第1のスイッチと1個以上の単電池とが直列に接続されたセルグループを、複数個並列または直並列に接続した電池モジュールと、
前記第1のスイッチを切り替えてセルグループを選択するスイッチ制御部、および前記スイッチ制御部により選択されたセルグループの電圧を検出する第1の電圧検出部を有する電池制御装置と
前記第1の電圧検出部で検出された電圧に基づいて、前記電池モジュールの異常および前記電池モジュールの接続異常を診断する診断手段とを備え
前記第1の電圧検出部は第1の電圧検出器と、第1の抵抗と、第2のスイッチとを有し、直列に接続された前記第1の抵抗と前記第2のスイッチが前記第1の電圧検出器に並列に接続されていることを特徴とする蓄電装置。
And the battery module first switch and is and one or more unit cells and cell groups connected in series, connected in parallel a plurality or series-parallel,
A battery control device comprising: a switch control unit that switches the first switch to select a cell group; and a first voltage detection unit that detects a voltage of the cell group selected by the switch control unit ;
Based on the voltage detected by the first voltage detecting unit, and a diagnostic means for diagnosing abnormal connection anomaly and the battery modules of the battery module,
The first voltage detector includes a first voltage detector, a first resistor, and a second switch, and the first resistor and the second switch connected in series are the first voltage detector. power storage device which is characterized that it is connected in parallel to the first voltage detector.
請求項1に記載の蓄電装置において、
前記電池制御装置は、前記スイッチ制御部により選択されたセルグループの第1のスイッチに印加されている電圧を検出する第2の電圧検出部をさらに備え、
前記第2の電圧検出部が検出した電圧によって、前記セルグループの第1のスイッチの異常を診断することを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to claim 1,
The battery control device further includes a second voltage detection unit that detects a voltage applied to the first switch of the cell group selected by the switch control unit,
An abnormality of the first switch of the cell group is diagnosed based on the voltage detected by the second voltage detector.
請求項に記載の蓄電装置において、
前記第2の電圧検出部は、第2の電圧検出器を備え、直列に接続された第2の抵抗と第3のスイッチが、前記第2の電圧検出器に並列に接続されていることを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to claim 2 ,
The second voltage detector includes a second voltage detector, and a second resistor and a third switch connected in series are connected in parallel to the second voltage detector. A power storage device.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄電装置において、
前記電池制御装置は更に、複数のセルコントローラを備え、各々のセルコントローラはそれぞれの対応するセルグループに含まれる各単電池の充電状態を検出して、前記各単電池の放電を行うことによって、前記各単電池の充電状態を均等化することを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to any one of claims 1 to 3,
The battery control device further includes a plurality of cell controllers, and each cell controller detects a charging state of each unit cell included in each corresponding cell group, and discharges each unit cell, A power storage device that equalizes the state of charge of each unit cell.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄電装置において、
前記電池制御装置は、前記スイッチ制御部によって前記第1のスイッチを制御してセルグループを選択し、前記セルグループの充電状態を検出し、必要に応じて前記セルグループの充電を行うことによって、前記セルグループの充電状態を均等化することを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to any one of claims 1 to 4,
The battery control device controls the first switch by the switch control unit to select a cell group, detect a charge state of the cell group, and charge the cell group as necessary. A power storage device that equalizes the state of charge of the cell group.
請求項4または5のいずれか1項に記載の蓄電装置において、
前記各単電池の充電状態および前記電池モジュールの接続異常を検出し、異常なセルグループが検出された場合は、この異常なセルグループの第1のスイッチを制御してこのセルグループを電池モジュールから切り離すことを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to any one of claims 4 and 5,
When the abnormal state of the cell group is detected by detecting the state of charge of each unit cell and the connection of the battery module, the first switch of the abnormal cell group is controlled to remove the cell group from the battery module. A power storage device characterized by being separated.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄電装置を用いて、
前記第1のスイッチを制御してセルグループを選択し、この選択されたセルグループの充電または放電を行い、このセルグループの充電状態の均等化を行うことを特徴とする蓄電装置の充放電方法。
Using the power storage device according to any one of claims 1 to 4,
A method for charging / discharging a power storage device comprising: controlling a first switch to select a cell group; charging or discharging the selected cell group; and equalizing a charge state of the cell group. .
請求項4または5のいずれか1項に記載の蓄電装置を用いて、
前記各単電池の充電状態および前記電池モジュールの接続異常を検出し、異常なセルグループが検出された場合は、この異常なセルグループの第1のスイッチを制御してこのセルグループを電池モジュールから切り離し、残りの単電池によって電池機能の提供を継続することを特徴とする蓄電装置の運転方法。
Using the power storage device according to any one of claims 4 and 5,
When the abnormal state of the cell group is detected by detecting the state of charge of each unit cell and the connection of the battery module, the first switch of the abnormal cell group is controlled to remove the cell group from the battery module. A method for operating a power storage device, characterized in that the battery function is continuously provided by disconnecting and remaining cells.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の蓄電装置と、
前記蓄電装置で制御される電力で駆動される走行用電動機とを備えたことを特徴とする電動走行可能な車両。
The power storage device according to any one of claims 1 to 6,
A vehicle capable of electric traveling, comprising: a traveling motor driven by electric power controlled by the power storage device.
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