JP5527191B2 - Equalization circuit - Google Patents
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Description
本発明は、組電池の均等化回路に関する。 The present invention relates to a battery pack equalization circuit.
従来より、充電可能な電池セルが複数直列に接続されて構成された組電池の充電状態調整装置が、例えば特許文献1で提案されている。この特許文献1では、抵抗とスイッチとの直列接続で構成される放電回路が各電池セルに対して並列にそれぞれ接続された構成が示されている。そして、電池セルの残存容量(SOC;State Of Charge)のばらつきが電池セル毎に算出され、この残存容量のばらつきが許容範囲を超える場合、その電池セルに対応する放電回路のスイッチがオンされる。これにより、各電池セルの残存容量がそれぞれ調整されるようになっている。
Conventionally, for example,
上記従来の技術で示された充電状態調整装置は、一般的にICとして構成される。したがって、放電回路もIC内に設けられる。しかしながら、各電池セル間に放電回路の抵抗が設けられているものの、ICの入力線には抵抗が設けられていないため、ノイズに弱いという問題がある。 The state-of-charge adjusting device shown in the above prior art is generally configured as an IC. Therefore, a discharge circuit is also provided in the IC. However, although the resistance of the discharge circuit is provided between the battery cells, there is a problem that the resistance is not provided on the input line of the IC, so that it is vulnerable to noise.
そこで、ICの入力にノイズ低減用抵抗を設けることが考えられる。図7(a)は複数の電池セル30(V1〜Vn)に対して放電回路31をそれぞれ設けた上記従来の技術の回路図であり、図7(b)は図7(a)の放電回路31に対してノイズ低減用抵抗32(図7(b)のR)を追加した回路図である。放電回路31は上述のようにスイッチ31aと抵抗31bとが直列に接続されたものである。なお、図7では放電回路31およびノイズ低減用抵抗32以外のICの構成を省略している。
Therefore, it is conceivable to provide a noise reduction resistor at the input of the IC. FIG. 7A is a circuit diagram of the above-described conventional technique in which a
図7(b)に示されるように、放電回路31の抵抗31bと電池セル30の正極側との間にノイズ低減用抵抗32が接続されている。また、放電回路31のスイッチ31aと電池セル30の負極側との間にもノイズ低減用抵抗32が接続されている。これにより、ICはノイズに対して強くなる。
As illustrated in FIG. 7B, a
しかし、図7(b)に示されるように電池セル30と放電回路31との間にノイズ低減用抵抗32を設けると、複数の電池セル30の各放電回路31が動作したときの均等化電流すなわち消費電流が増加するため、発熱の懸念や均等化時間が不足する懸念がある。
However, if a
例えば、1つの電池セル30に対応した放電回路31のスイッチ31aがオンしたとする。この場合、電池セル30のセル電圧をVとし、ノイズ低減用抵抗32および放電用の抵抗31bの抵抗値をそれぞれRとすると、当該電池セル30と放電回路31とで形成されるループ回路に流れる電流はV/3Rとなる。しかし、隣り合う2つの電池セル30の放電回路31がそれぞれ動作すると、2つの電池セル30に対して2つのノイズ低減用抵抗32および2つの抵抗31bが直列接続されたループ回路が形成されるため、このループ回路には2V/4Rの電流が流れる。このように、複数の電池セル30の放電回路31が動作すると、各電池セル30のセル電圧を均等化するための消費電流が増加してしまう。
For example, it is assumed that the
それを解決するため、図8に示されるように、複数の電池セル30を跨ぐように放電回路31を設けることが考えられる。しかし、1個の電池セル30に対して複数の放電回路31が接続されることになるため、最も低電圧側の電池セル30(V1)に接続される放電回路31の数はn個となり、最も低電圧側の電池セル30から1つ高電圧側の電池セル30(V2)に接続される放電回路31の数はn−1個となる。したがって、電池セル30がn個の直列数ならばn!(nの階乗)という膨大な数の放電回路31すなわちスイッチ31aが必要となる。例えば、電池セル30の直列接続数が10個(n=10)の場合、スイッチ31aの数は362万8800個にもなってしまう。
In order to solve this, it is conceivable to provide a
本発明は上記点に鑑み、電池セルからのノイズの低減、放電に伴う消費電流の抑制、およびスイッチの数の増加を抑制することができる均等化回路を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide an equalization circuit capable of reducing noise from a battery cell, suppressing current consumption accompanying discharge, and suppressing an increase in the number of switches.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続された組電池の各々の電池セルの正極側および負極側にそれぞれ接続された複数の抵抗を有し、さらに複数の抵抗のうちの2つの抵抗の間に均等化放電用抵抗(RLi、RHi)とスイッチ(SLi、SHi)との直列接続部を備えて構成されている。
In order to achieve the above object, the invention according to
すなわち、直列接続部として、各電池セルを一方から順番に1、2、・・・、n番目の電池セルとしたとき、1番目の電池セル、1番目から2番目の電池セル、1番目から3番目の電池セル、・・・、1番目からn−1番目の電池セルを、それぞれ跨ぐものである、第1均等化放電用抵抗(RLi)と第1スイッチ(SLi)との第1直列接続部(i=1〜n−1)と、2番目からn番目の電池セル、3番目からn番目の電池セル、・・・、n−1番目からn番目の電池セル、n番目の電池セルを、それぞれ跨ぐものである、第2均等化放電用抵抗(RHi)と第2スイッチ(SHi)との第2直列接続部(i=2〜n)と、が設けられている。 That is, when each battery cell is set as the first, second,..., Nth battery cell in order from one side as the series connection portion , the first battery cell, the first to second battery cells, and the first A first series of a first equalizing discharge resistor (RLi) and a first switch (SLi) that straddles the third battery cell,..., The first to n−1th battery cells, respectively. Connection part (i = 1 to n−1), 2nd to nth battery cells, 3rd to nth battery cells,..., N−1th to nth battery cells, nth battery A second series connection portion (i = 2 to n) of a second equalizing discharge resistor (RHi) and a second switch (SHi) is provided to straddle the cells.
また、1番目からi番目までの電池セルを跨ぐように設けられた第1均等化放電用抵抗(RLi)の各抵抗値は、1番目からi番目までの電池セルを跨ぐ数が多い第1均等化放電用抵抗(RLi)の抵抗値が大きくなるようにそれぞれ設定されている。 In addition, each resistance value of the first equalizing discharge resistor (RLi) provided so as to straddle the first to i-th battery cells has a large number across the first to i-th battery cells. The resistance value of the equalizing discharge resistance (RLi) is set so as to increase.
さらに、i番目からn番目までの電池セルを跨ぐように設けられた第2均等化放電用抵抗(RHi)の各抵抗値は、i番目からn番目までの電池セルを跨ぐ数が多い第2均等化放電用抵抗(RHi)の抵抗値が大きくなるようにそれぞれ設定されていることを特徴とする。 Further, each of the resistance values of the second equalizing discharge resistance (RHi) provided so as to straddle the i th to n th battery cells has a large number across the i th to n th battery cells. The equalizing discharge resistance (RHi) is set to have a large resistance value.
これによると、電池セルの両極に対してフィルタ用抵抗が接続されているので、電池セルからの均等化回路に対するノイズの影響を低減することができる。また、どの第1、第2スイッチ(SLi、SHi)がオンしても消費電流が同じになるようにすることができるので、消費電流の増加を抑制することができる(図6参照)。 According to this, since the filter resistor is connected to both electrodes of the battery cell, the influence of noise from the battery cell to the equalization circuit can be reduced. Further, since the current consumption can be made the same regardless of which of the first and second switches (SLi, SHi) is turned on, an increase in the current consumption can be suppressed (see FIG. 6).
さらに、1番目の電池セルを基準とした第1均等化放電用抵抗(RLi)と第1スイッチ(SLi)との第1直列接続部がn−1個設けられ、n番目の電池セルを基準とした第2均等化放電用抵抗(RHi)と第2スイッチ(SHi)との第2直列接続部がn−1個設けられるので、電池セルの直列数が増えても、第1、第2スイッチ(SLi、SHi)の数は最大で2(n−1)個で済む。このため、電池セルの増加に伴う第1、第2スイッチ(SLi、SHi)の数の増加を抑制でき、回路構成を簡素化することができる(図5参照)。 Further, n-1 first series connection portions of the first equalizing discharge resistance (RLi) and the first switch (SLi) with respect to the first battery cell are provided, and the nth battery cell is used as a reference. Since n−1 second series connection portions of the second equalizing discharge resistance (RHi) and the second switch (SHi) are provided, even if the number of battery cells increases, the first and second The maximum number of switches (SLi, SHi) is 2 (n-1). For this reason, the increase in the number of the 1st, 2nd switch (SLi, SHi) accompanying the increase in a battery cell can be suppressed, and a circuit structure can be simplified (refer FIG. 5).
そして、請求項2に記載の発明のように、抵抗の抵抗値をRとすると、1番目の電池セル、1番目から2番目の電池セル、1番目から3番目の電池セル、・・・、1番目からn−1番目の電池セルを、それぞれ跨ぐ第1均等化放電用抵抗(RLi)の抵抗値をそれぞれ(3i−2)Rとし(i=1〜n−1)、2番目からn番目の電池セル、3番目からn番目の電池セル、・・・、n−1番目からn番目の電池セル、n番目の電池セルを、それぞれ跨ぐ第2均等化放電用抵抗(RHi)の抵抗値を(3(n+1−i)−2)Rとする(i=2〜n)ことができる。
Then, as in the invention of
これにより、スイッチがオンしたときに形成されるループ回路に流れる電流を、各ループ回路で同じ値にすることができる。 As a result, the current flowing in the loop circuit formed when the switch is turned on can be set to the same value in each loop circuit.
請求項3に記載の発明では、j番目からk番目までの各電池セルを放電する場合、j番目からn番目までの電池セルを跨ぐ第2スイッチ(SHj)と、1番目からk番目までの電池セルを跨ぐ第1スイッチ(SLk)と、がオンされるようになっている。また、j番目からk番目までの各電池セルを放電する場合に第1スイッチ(SLk)および第2スイッチ(SHj)のうち該当するスイッチ(SHj、SLk)が存在しない場合は存在するスイッチ(SHj、SLk)のみがオンされることを特徴とする。このように、隣同士の電池セルを放電させる際のスイッチングパターンを一般化させることができる。
In the invention according to
請求項4に記載の発明では、1番目からn番目までの全ての電池セルを跨ぐように第3均等化放電用抵抗と第3スイッチとの第3直列接続部が設けられていることを特徴とする。これによると、均等化回路を複数直列接続した場合、第3均等化放電用抵抗を介することにより均等化回路間での均等化放電を行うことができる。
The invention according to
請求項5に記載の発明では、請求項4に記載の発明において、抵抗の抵抗値をRとすると、第3均等化放電用抵抗の抵抗値を(3n−2)Rに設定することができる。
In the invention described in
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。図1は、均等化回路に組電池が接続された回路図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram in which an assembled battery is connected to an equalization circuit.
組電池10は、最小単位である電池セル11が直列に複数接続されて構成された電池群である。本実施形態では、n個の電池セル11(V1〜Vn)が直列に接続されている。電池セル11として充電可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。このような組電池10は、例えばハイブリッド車等の電気自動車に搭載され、インバータやモータ等の負荷を駆動するための電源や電子機器の電源等に用いられる。
The assembled
各電池セル11はそれぞれ直列接続されているので、各電池セル11のうち最も高電圧側の電池セル11の正極側と最も低電圧側の電池セル11の負極側とにそれぞれ接続された配線以外の配線については、一方の電池セル11の負極側に接続される配線と他方の電池セル11の正極側に接続される配線とが共通化されて1本の配線とされている。
Since each
均等化回路20は、各電池セル11のセル電圧の均等化を行うための回路である。このような均等化回路20は、各電池セル11のセル電圧の検出、組電池10に流れる電流の検出、各電池セル11のセル電圧の均等化等を行う監視ICに設けられている。図1では、監視ICのうちの均等化回路20のみが示されている。そして、監視ICは図示しないマイコンの指令に従って均等化回路20を動作させる。
The
また、均等化回路20は、電池セル11から均等化回路20内へのノイズ入力を低減するための複数のフィルタ用抵抗21を有している。本実施形態では、均等化回路20は監視IC内に設けられているので、フィルタ用抵抗21は監視IC内へのノイズ入力を低減するフィルタ回路の一部として機能する。
The
そして、各フィルタ用抵抗21は、各々の電池セル11の正極側および負極側にそれぞれ接続されている。上述のように、電池セル11の両極には共通化された配線が設けられているので、各フィルタ用抵抗21は各配線に接続されている。
Each
さらに、均等化回路20は、電池セル11を放電させるための複数の第1、第2均等化放電用抵抗22a、23a(図1のRLi、RHi)と複数の第1、第2スイッチ22b、23b(図1のSLi、SHi)とを備えている。これら複数の均等化放電用抵抗22a、23aおよび複数のスイッチ22b、23bは、複数のフィルタ用抵抗21のうちの2つのフィルタ用抵抗21の間に直列接続部を形成している。
Further, the equalizing
具体的には、直列接続部として、一方向から1、2、・・・、n番目の各電池セル11に対し、1番目の電池セル11からi番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐように第1均等化放電用抵抗22a(RLi)と第1スイッチ22b(SLi)との第1直列接続部が複数設けられている(i=1〜n−1)。
Specifically, the
ここで、「一方向」とは、複数の電池セル11のうち最も高電圧側の電池セル11または最も低電圧側の電池セル11を1番目の電池セル11として電池セル11を数えることをいう。本実施形態では、最も低電圧側の電池セル11から最も高電圧側の電池セル11まで電池セル11を順番に数える方向を「一方向」としている。したがって、最も高電圧側の電池セル11から最も低電圧側の電池セル11まで電池セル11を順番に数える方向が「他方向」となる。
Here, “one direction” means that the
そして、第1均等化放電用抵抗22aと第1スイッチ22bとの第1直列接続部は、最も低電圧側の電池セル11である1番目の電池セル11(V1)を基準として、n−1番目の電池セル11(Vn−1)まで各電池セル11を跨ぐようにそれぞれ設けられている。したがって、1番目からn−1番目までの電池セル11を跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a(RLi)と第1スイッチ22b(SLi)との第1直列接続部はn−1個設けられている(i=1〜n−1)。
And the 1st series connection part of the resistance 22a for 1st equalization discharge and the
また、1番目の電池セル11からi番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐように設けられた第1均等化放電用抵抗22a1〜22a5(RLi)の各抵抗値はそれぞれ異なる。具体的には、フィルタ用抵抗21の抵抗値をRとすると、1番目の電池セル11からi番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a1〜22a5(RLi)の抵抗値はそれぞれ(3i−2)Rである(i=1〜n−1)。
The resistance values of the first equalizing discharge resistors 22a 1 to 22a 5 (RLi) provided so as to straddle the
例えば、i=2とすると、1番目から2番目までの電池セル11を跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a2(RL2)と第1スイッチ22b2(SL2)との直列接続における第1均等化放電用抵抗22a2(RL2)の抵抗値は4Rである。同様に、i=3とすると1番目から3番目までの電池セル11を跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a3(RL3)の抵抗値は7Rであり、i=4とすると1番目から4番目までの電池セル11を跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a4(RL4)の抵抗値は10Rである。
For example, if i = 2, the first equalization in the series connection of the first equalizing discharge resistor 22a 2 (RL2) and the
これによると、電池セル11を2個跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a2(RL2)の抵抗値である4Rは、電池セル11を3個跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a3(RL3)の抵抗値である7Rよりも小さい。また、電池セル11を3個跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a3(RL3)の抵抗値である7Rは、電池セル11を4個跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a4(RL4)の抵抗値である10Rよりも小さい。もちろん、電池セル11を2個跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a2(RL2)の抵抗値(4R)は、電池セル11を4個跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a4(RL4)の抵抗値(10R)よりも小さい。このように、1番目の電池セル11からi番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐ数が多い第1均等化放電用抵抗22a(RLi)の抵抗値が大きくなるように、第1均等化放電用抵抗22a(RLi)の抵抗値がそれぞれ設定されている。
According to this, 4R which is the resistance value of the first equalizing discharge resistor 22a 2 (RL2) straddling two
一方、直列接続部として、一方向から1、2、・・・、n番目の各電池セル11に対し、i番目の電池セル11からn番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐように第2均等化放電用抵抗23a(RHi)と第2スイッチ23b(SHi)との第2直列接続部が複数設けられている(i=2〜n)。なお、i=nの場合は、文理上、「n番目の電池セル11からn番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐように」となるが、これは「n番目の電池セル11を跨ぐように」と同義である。
On the other hand, as the series connection portion, the
そして、第2均等化放電用抵抗23aと第2スイッチ23bとの第2直列接続部は、最も高電圧側の電池セル11であるn番目の電池セル11(Vn)を基準として、2番目の電池セル11(V2)まで各電池セル11を跨ぐようにそれぞれ設けられている。したがって、2番目からn番目までの電池セル11を跨ぐ第2均等化放電用抵抗23a(RHi)と第2スイッチ23b(SHi)との第2直列接続部はn−1個設けられている(i=2〜n)。
And the 2nd series connection part of the
さらに、i番目の電池セル11からn番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐように設けられた第2均等化放電用抵抗23a1〜23a4(RHi)の各抵抗値についてもそれぞれ異なる。具体的には、i番目の電池セル11からn番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐ第2均等化放電用抵抗23a1〜23a4(RHi)の抵抗値はそれぞれ(3(n+1−i)−2)Rである(i=2〜n)。
Further, the resistance values of the second
例えば、i=2とすると、2番目からn番目までの電池セル11を跨ぐ第2均等化放電用抵抗23a1(RH2)と第2スイッチ23b1(SH2)との第2直列接続部における第2均等化放電用抵抗23a1(RH2)の抵抗値は(3n−5)Rである。同様に、i=3とすると3番目からn番目までの電池セル11を跨ぐ第2均等化放電用抵抗23a2(RH3)の抵抗値は(3n−8)Rであり、i=4とすると4番目からn番目までの電池セル11を跨ぐ第2均等化放電用抵抗23a3(RH4)の抵抗値は(3n−11)Rである。すなわち、i番目の電池セル11からn番目の電池セル11までの電池セル11を跨ぐ数が多い第2均等化放電用抵抗23a(RHi)の抵抗値が大きくなるように、第2均等化放電用抵抗23a(RHi)の抵抗値がそれぞれ設定されている。このような抵抗値の関係は、1番目の電池セル11(V1)を基準とした場合と同様である。
For example, if i = 2, the second
上記の第1、第2スイッチ22b、23b(SLi、SHi)は、上述のようにマイコンの指令に従ってオン/オフされる。また、1番目の電池セル11(V1)を基準とした第1均等化放電用抵抗22a(RLi)と第1スイッチ22b(SLi)との第1直列接続部はn−1個設けられ(i=1〜n−1)、n番目の電池セル11(Vn)を基準とした第2均等化放電用抵抗23aと第2スイッチ23bとの第2直列接続部もn−1個設けられ(i=2〜n)ている。したがって、均等化回路20に設けられる第1、第2スイッチ22b、23b(SLi、SHi)の数は2(n−1)個である。
The first and
そして、1つの電池セル11のセル電圧をVとし、第1、第2スイッチ22b、23b(SLi、SHi)のうちのいずれか1つがオンされると、これにより形成されるループ回路すなわち放電回路に流れる電流はV/3Rとなる。
When the cell voltage of one
例えば、1番目から2番目までの2個の電池セル11と、これら2個の電池セル11を跨ぐ第1均等化放電用抵抗22a2(RL2)および第1スイッチ22b2(SL2)の第1直列接続部と、により形成されるループ回路では、第1スイッチ22b2(SL2)がオンされると、このループ回路のセル電圧は2Vとなり、抵抗は6Rとなる。したがって、このループ回路に流れる電流はV/3Rとなる。一方、2番目からn番目までのn−1個の電池セル11と、これらn−1個の電池セル11を跨ぐ第2均等化放電用抵抗23a1(RH2)および第2スイッチ23b1(SH2)の第2直列接続部と、により形成されるループ回路では、第2スイッチ23b1(SH2)がオンされると、このループ回路のセル電圧は(n−1)Vとなり、抵抗は(3n−5)R+2Rとなる。したがって、このループ回路に流れる電流もV/3Rとなる。このように、どのループ回路にもV/3Rの電流が流れる。
For example, the first to
上記構成の均等化回路20には、1番目の電池セル11からn番目の電池セル11までの全ての電池セル11を跨ぐように第3均等化放電用抵抗24a(RA)と第3スイッチ24b(SA)との第3直列接続部が設けられている。この第3均等化放電用抵抗24aは、複数の均等化回路20の間で放電を行うための抵抗である。例えば、図1に示される組電池10が複数直列に接続されると、各組電池10に対応した監視ICが複数直列接続される。このような場合に、各監視IC間の均等化の際に第3均等化放電用抵抗24aが用いられる。第3スイッチ24b(SA)は、マイコンの指令に従ってオン/オフされる。
The
そして、上述のようにフィルタ用抵抗21の抵抗値をRとすると、第3均等化放電用抵抗24a(RA)の抵抗値は(3n−2)Rである。また、n個の電池セル11と、第3均等化放電用抵抗24a(RA)および第3スイッチ24b(SA)の第3直列接続部と、により形成されるループ回路では、第3スイッチ24b(SA)がオンされると、このループ回路のセル電圧はnVとなり、抵抗は(3n−2)R+2Rとなる。したがって、このループ回路に流れる電流は上記と同様にV/3Rとなる。
As described above, when the resistance value of the
均等化回路20に第3均等化放電用抵抗24aおよび第3スイッチ24b(SA)の第3直列接続部を含めると、均等化回路20に備えられるスイッチの数は2n−1個となる。以上が、本実施形態に係る均等化回路20の全体構成である。
When the equalizing
次に、上記の均等化回路20の作動について説明する。図1ではn個の電池セル11で構成された組電池10に対する均等化回路20の構成を示したが、以下では電池セル11の数を具体的に4個(つまり、n=4)とする。その場合の均等化回路20および組電池10の回路図を図2に示す。
Next, the operation of the
図2に示されるように、最も低電圧側の電池セル11である1番目の電池セル11(V1)を基準としたときの第1均等化放電用抵抗22a1、22a2、22a3(R、4R、7R)および第1スイッチ22b1、22b2、22b3(SL1、SL2、SL3)の各第1直列接続部は、
(1)1番目の電池セル11の両極に接続されたフィルタ用抵抗21の間、
(2)1番目の電池セル11の負極側に接続されたフィルタ用抵抗21と2番目の電池セル11の正極側に接続されたフィルタ用抵抗21との間、
(3)1番目の電池セル11の負極側に接続されたフィルタ用抵抗21と3番目の電池セル11の正極側に接続されたフィルタ用抵抗21との間、にそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 2, the first equalizing discharge resistors 22a 1 , 22a 2 , 22a 3 (R) when the first battery cell 11 (V1) which is the
(1) Between the
(2) Between the
(3) It is provided between the
また、最も高電圧側の電池セル11である4番目の電池セル11(V4)を基準としたときの第2均等化放電用抵抗23a1、23a2、23a3(7R、4R、R)および第2スイッチ23b1、23b2、23b3(SH2、SH3、SH4)の各第2直列接続部は、
(1)2番目の電池セル11の負極側に接続されたフィルタ用抵抗21と4番目の電池セル11の正極側に接続されたフィルタ用抵抗21との間、
(2)3番目の電池セル11の負極側に接続されたフィルタ用抵抗21と4番目の電池セル11の正極側に接続されたフィルタ用抵抗21との間、
(3)4番目の電池セル11の両極に接続されたフィルタ用抵抗21の間、にそれぞれ設けられている。
The second
(1) Between the
(2) Between the
(3) Provided between the
一方、第3均等化放電用抵抗24a(RA)および第3スイッチ24b(SA)の第3直列接続部は、1番目の電池セル11の負極側に接続されたフィルタ用抵抗21と4番目の電池セル11の正極側に接続されたフィルタ用抵抗21との間に設けられている。
On the other hand, the third series connection portion of the third
上述のように、各スイッチ(SL1〜SL3、SH2〜SH4、SA)のうちのいずれか1つがオンすると、そのスイッチに係るループ回路にはV/3Rの電流が流れる。以下では、ループ回路に流れる電流IdをId=V/3Rとする。 As described above, when any one of the switches (SL1 to SL3, SH2 to SH4, SA) is turned on, a current of V / 3R flows through the loop circuit related to the switch. In the following, it is assumed that the current Id flowing through the loop circuit is Id = V / 3R.
図3は、電池セル11と各スイッチ(SL1〜SL3、SH2〜SH4、SA)との関係を示した図であり、どのスイッチがオンされると、どの電池セル11に電流Idが流れるのかを示した表である。例えば、スイッチSL2がオンすると、V1とV2の電池セル11にそれぞれ電流Idが流れる。また、例えば、スイッチSH3がオンすると、V3とV4の電池セル11にそれぞれ電流Idが流れる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the
図4は、各スイッチ(SL1〜SL3、SH2〜SH4、SA)における複数のスイッチングパターンを示した図である。なお、図4に示されるスイッチングパターンはマイコンによって実行される。もちろん、マイコンはどの電池セル11をどのくらい放電させるべきかを演算し、その演算結果に基づいて各スイッチ(SL1〜SL3、SH2〜SH4、SA)のオン/オフを制御している。
FIG. 4 is a diagram showing a plurality of switching patterns in each switch (SL1 to SL3, SH2 to SH4, SA). The switching pattern shown in FIG. 4 is executed by a microcomputer. Of course, the microcomputer calculates how
例えば、図4の(a)、(b)、(c)、(g)、(i)、(j)は、各スイッチ(SL1〜SL3、SH2〜SH4、SA)のいずれかがオンされ、V1〜V4のいずれかの電池セル11に電流Idがそれぞれ流れるスイッチングパターンである。また、図4(d)は、スイッチSAがオンされ、隣の組電池10に電流Idを流すスイッチングパターンである。
For example, in (a), (b), (c), (g), (i), and (j) of FIG. 4, any one of the switches (SL1 to SL3, SH2 to SH4, SA) is turned on, This is a switching pattern in which a current Id flows through any one of the
図4の(e)、(f)、(h)は、1番目の電池セル11(V1)を介するループ回路と4番目の電池セル(V4)を介するループ回路とのそれぞれに電流Idを流すスイッチングパターンである。 (E), (f), and (h) of FIG. 4 flow the current Id through the loop circuit through the first battery cell 11 (V1) and the loop circuit through the fourth battery cell (V4), respectively. It is a switching pattern.
具体的には、図4(e)に示されるように、第1スイッチ22b2(SL2)と第2スイッチ23b1(SH2)とがオンされると、第1スイッチ22b2(SL2)のオンによってV1とV2の電池セル11に電流Idがそれぞれ流れ、第2スイッチ23b1(SH2)のオンによってV2〜V4の電池セル11に電流Idがそれぞれ流れる。このため、V2の電池セル11には電流Idの2倍の電流が流れる。
Specifically, as shown in FIG. 4E, when the
同様に、図4(f)では、第1スイッチ22b3(SL3)のオンによってV1〜V3の電池セル11に電流Idがそれぞれ流れ、第2スイッチ23b1(SH2)のオンによってV2〜V4の電池セル11に電流Idがそれぞれ流れる。このため、V2とV3の各電池セル11には電流Idの2倍の電流がそれぞれ流れる。
Similarly, in FIG. 4F, when the
また、図4(h)では、第1スイッチ22b3(SL3)のオンによってV1〜V3の電池セル11に電流Idがそれぞれ流れ、第2スイッチ23b2(SH3)のオンによってV3とV4の電池セル11に電流Idがそれぞれ流れる。このため、V3の電池セル11には電流Idの2倍の電流がそれぞれ流れる。
In FIG. 4 (h), when the
このように、放電量を多くしたい電池セル11に対しては、マイコンが図4の(e)、(f)、(h)のスイッチングパターンを実行することにより、電流Idの2倍の電流量を流すことができる。また、全ての連続した電池セル11の組み合わせで同じ電流差(Id)となる均等化放電が可能である。
As described above, for the
特に、隣同士の電池セル11の放電については、以下のようにスイッチがオンされる。すなわち、j番目の電池セル11からk番目の電池セル11までの各電池セル11を放電する場合、j番目の電池セル11からn番目の電池セル11までを跨ぐスイッチSHjと、1番目の電池セル11からk番目の電池セル11までを跨ぐスイッチSLkと、がオンされる。具体的には、j番目の電池セル11をV2とし、k番目の電池セル11をV3とすると、第2スイッチ23b1(SH2)がオンされ、第1スイッチ22b3(SL3)がオンされる。これにより、V2とV3の電池セル11に電流Idの2倍の電流が流れる。これは、例えば、図4(f)のスイッチングパターンに該当する。
In particular, for the discharge of the
一方、j番目の電池セル11からk番目の電池セル11までの各電池セル11を放電する場合に該当するスイッチSHj、SLkが存在しない場合もある。例えば、j番目の電池セル11をV1とし、k番目の電池セル11をV2とすると、スイッチSH1は存在しないが、スイッチSL2(第1スイッチ22b2)は存在する。この場合は、存在しないスイッチを無視し、存在するスイッチSL2のみがオンされる。これは、例えば、図4(b)のスイッチングパターンに該当する。
On the other hand, there are cases where the switches SHj and SLk corresponding to the case where the
このように、隣同士の電池セル11の放電についてのスイッチングパターンを一般化することができる。なお、j番目およびk番目は、1番目からn番目までの電池セル11のいずれの組み合わせでも良い。
Thus, the switching pattern about discharge of the
以上説明したように、本実施形態では、各電池セル11の両極に接続されるフィルタ用抵抗21を備えていることが特徴となっている。これにより、電池セル11からの均等化回路20に入力されるノイズの影響を低減することができる。
As described above, the present embodiment is characterized by including the
また、均等化回路20に設けられる第1、第2スイッチ22b、23b(SLi、SHi)の数は2(n−1)個である。均等化回路20間での放電で必要となる第3スイッチ24b(SA)を加えても、スイッチの数は全体で2n−1個となる。従来の均等化回路に用いられているスイッチの数との比較を、図5を参照して説明する。
The number of first and
図5は、上段は電池セル11の個数とスイッチの個数との関係を表で示した図であり、下段は上段の表をグラフ化した図である。図5において、「従来1」は図7(b)に示された均等化回路を指し、「従来2」は図8に示された均等化回路を指している。また、「セル数」とは電池セル11の数を示し、「本発明」は図1に示された均等化回路20を指している。
FIG. 5 is a table showing the relationship between the number of
図5の下段に示されるように、従来2の均等化回路では、セル数の増加に伴ってスイッチ個数が急増する。また、本発明の均等化回路20では、従来1の均等化回路と同様にスイッチ個数の増加は充分に低減されている。スイッチ個数の増加を抑制できるので、回路構成を簡素化することができる。
As shown in the lower part of FIG. 5, in the
さらに、放電の際に各電池セル11に流れる消費電流は、どのスイッチ22b、23b(SLi、SHi)がオンされたとしても一定(Id=V/3R)である。すなわち、この一定の消費電流について、従来の均等化回路との比較を、図6を参照して説明する。
Furthermore, the current consumed by each
図6は、上段は電池セル11の個数と消費電流との関係を表で示した図であり、下段は上段の表をグラフ化した図である。図6における「セル数」、「従来1」、「従来2」、および「本発明」の意味するところは図5と同じである。また、図6では、従来2の均等化回路における1セル放電の消費電流(V/3R)との比率を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of
図6に示されるように、従来1の均等化回路では、直列のセル数が大きくなるほど消費電流が増加してしまう。直列接続される抵抗数も増加するためである。一方、本発明の均等化回路20では、ループ回路に流れる電流Idは最大でも電流Idの2倍である。また、セル数が増加したとしても、一定値を維持することができる。したがって、本発明の均等化回路20における消費電流の増加を抑制することができる。
As shown in FIG. 6, in the
上記のように、図5および図6を見てみると、従来1はスイッチの個数の増加を抑制できるが、消費電流が増加してしまう。また、従来2は消費電流の増加を抑制できるが、スイッチの個数が増加してしまう。これに対し、本発明の均等化回路20では、スイッチの個数の増加を抑制しつつ、消費電流の増加も抑制することができる。セル数の増加に伴って消費電流は増加せずに一定であるので、電池セル11の発熱の心配もない。
As described above, when looking at FIG. 5 and FIG. 6, the conventional 1 can suppress the increase in the number of switches, but the current consumption increases. Moreover, although the conventional 2 can suppress the increase in current consumption, the number of switches increases. In contrast, the
以上により、電池セル11から均等化回路20に入力されるノイズの低減、放電に伴う消費電流の抑制、および各スイッチ22b、23b、24b(SLi、SHi、SA)の数の増加を抑制、の全てを満たすことができる。
As described above, the noise input from the
そして、本実施形態では、複数の組電池10の間で放電を行うための第3均等化放電用抵抗24a(RA)および第3スイッチ24b(SA)を設けているので、複数の監視IC間での均等化放電を行うことができる。
In the present embodiment, since the third
(他の実施形態)
上記各実施形態で示された均等化回路20の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明の特徴を含んだ他の構成とすることもできる。例えば、均等化回路20は、監視ICに設けられていなくても良い。組電池10が複数接続されずに1つの組電池10に均等化回路20を適用した場合、第3均等化放電用抵抗24a(RA)および第3スイッチ24b(SA)は不要である。フィルタ用抵抗21の抵抗値と第1、第2均等化放電用抵抗22a、23aの抵抗値とは同じでなくても良い。
(Other embodiments)
The configuration of the
また、複数の電池セル11のうち最も低電圧側の電池セル11を1番目の電池セル11としていたが、複数の電池セル11のうち最も高電圧側の電池セル11を1番目の電池セル11とし、電池セル11の接続順に最も高電圧側から1、2、・・・、n番目としても良い。
Moreover, although the
さらに、各スイッチ22b、23b、24b(SLi、SHi、SA)はマイコンによって制御されていたが、これは制御の一例であり、監視ICが制御しても良い。
Furthermore, although each
そして、上記の実施形態では、組電池10がハイブリッド車等の電気自動車に搭載されることに伴って、均等化回路20も車両に搭載される例について説明したが、これは均等化回路20の適用の一例であり、車両に限らず組電池10を利用して装置を作動させる場合に適用することができる。
In the above embodiment, an example in which the
10 組電池
11 電池セル
20 均等化回路
21 フィルタ用抵抗
22a 第1均等化放電用抵抗
22b 第1スイッチ
23a 第2均等化放電用抵抗
23b 第2スイッチ
24a 第3均等化放電用抵抗
24b 第3スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記直列接続部として、
各電池セルを一方から順番に1、2、・・・、n番目の電池セルとしたとき、1番目の電池セル、1番目から2番目の電池セル、1番目から3番目の電池セル、・・・、1番目からn−1番目の電池セルを、それぞれ跨ぐものである、第1均等化放電用抵抗(RLi)と第1スイッチ(SLi)との第1直列接続部(i=1〜n−1)と、
2番目からn番目の電池セル、3番目からn番目の電池セル、・・・、n−1番目からn番目の電池セル、n番目の電池セルを、それぞれ跨ぐものである、第2均等化放電用抵抗(RHi)と第2スイッチ(SHi)との第2直列接続部(i=2〜n)と、が設けられており、
前記1番目からi番目までの電池セルを跨ぐように設けられた第1均等化放電用抵抗(RLi)の各抵抗値は、前記1番目からi番目までの電池セルを跨ぐ数が多い第1均等化放電用抵抗(RLi)の抵抗値が大きくなるようにそれぞれ設定されており、
前記i番目からn番目までの電池セルを跨ぐように設けられた第2均等化放電用抵抗(RHi)の各抵抗値は、前記i番目からn番目までの電池セルを跨ぐ数が多い第2均等化放電用抵抗(RHi)の抵抗値が大きくなるようにそれぞれ設定されていることを特徴とする均等化回路。 A plurality of battery cells comprises a plurality of resistors connected respectively to the positive electrode side and negative electrode side of each battery cell of the assembled battery that are connected in series, more evenly between the two resistors of the plurality of resistors Comprising a series connection part of a resistance for electro-discharge (RLi, RHi) and a switch (SLi, SHi),
As the series connection part,
When each battery cell is designated as the first, second,..., Nth battery cell from the first, the first battery cell, the first to second battery cell, the first to third battery cell,. .. The first series connection part (i = 1 to 1) of the first equalizing discharge resistance (RLi) and the first switch (SLi) , which straddles the first to (n-1) th battery cells . n-1),
2nd to nth battery cells, 3rd to nth battery cells,..., N−1th to nth battery cells, and nth battery cell, respectively . A second series connection portion (i = 2 to n) of a discharge resistor (RHi) and a second switch (SHi) is provided,
Each resistance value of the first equalizing discharge resistor (RLi) provided so as to straddle the first to i-th battery cells has a large number across the first to i-th battery cells. The resistance value of the equalizing discharge resistance (RLi) is set so as to increase,
Each of the resistance values of the second equalizing discharge resistor (RHi) provided so as to straddle the i-th to n-th battery cells has a large number across the i-th to n-th battery cells. An equalization circuit, wherein the resistance value of the equalization discharge resistance (RHi) is set so as to increase.
1番目の電池セル、1番目から2番目の電池セル、1番目から3番目の電池セル、・・・、1番目からn−1番目の電池セルを、それぞれ跨ぐ第1均等化放電用抵抗(RLi)の抵抗値はそれぞれ(3i−2)Rであり(i=1〜n−1)、
2番目からn番目の電池セル、3番目からn番目の電池セル、・・・、n−1番目からn番目の電池セル、n番目の電池セルを、それぞれ跨ぐ第2均等化放電用抵抗(RHi)の抵抗値はそれぞれ(3(n+1−i)−2)Rである(i=2〜n)ことを特徴とする請求項1に記載の均等化回路。 When the resistance value of the resistor is R,
1st battery cell, 1st to 2nd battery cell, 1st to 3rd battery cell,..., 1st to n−1th battery cell RLi) has a resistance value of (3i-2) R (i = 1 to n-1),
2nd to nth battery cells, 3rd to nth battery cells,..., N−1th to nth battery cells, and a second equalizing discharge resistor across the nth battery cell ( 2. The equalization circuit according to claim 1, wherein the resistance value of RHi) is (3 (n + 1−i) −2) R (i = 2 to n).
前記j番目からk番目までの各電池セルを放電する場合に前記第1スイッチ(SLk)および前記第2スイッチ(SHj)のうち該当するスイッチ(SHj、SLk)が存在しない場合は存在するスイッチ(SHj、SLk)のみがオンされることを特徴とする請求項1または2に記載の均等化回路。 When discharging each of the jth to kth battery cells, the second switch (SHj) straddling the jth to nth battery cells and the first switch straddling the first to kth battery cells (SLk) is turned on,
When discharging the battery cells from the j-th to the k-th, when there is no corresponding switch (SHj, SLk) among the first switch (SLk) and the second switch (SHj) ( 3. The equalization circuit according to claim 1, wherein only SHj and SLk) are turned on.
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