JP5553061B2 - Cell balance device - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載されるバッテリを構成する１以上の二次電池から成る複数の電池モジュールのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えるためのセルバランス装置に関する。 The present invention relates to a cell balance device for suppressing variations in output voltages of a plurality of battery modules including one or more secondary batteries constituting a battery mounted on a vehicle.
ハイブリッド車や電気自動車などの車両に搭載されるバッテリとして、高い出力電圧を実現するために、複数の二次電池が直列接続されて構成されるものがある（例えば、特許文献１参照）。 As a battery mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, there is a battery configured by connecting a plurality of secondary batteries in series in order to realize a high output voltage (see, for example, Patent Document 1).
このように構成されるバッテリは、充放電が繰り返されることにより生じる各二次電池のそれぞれの出力電圧のばらつきを、できるだけ無くして全体の劣化を抑える必要がある（例えば、特許文献２参照）。 The battery configured in this way needs to suppress variations in the output voltage of each secondary battery caused by repeated charging and discharging as much as possible to suppress the entire deterioration (see, for example, Patent Document 2).
例えば、各二次電池のそれぞれの出力電圧の均等化を行う手法（以下、セルバランスという）として、図５に示すように、バッテリ５０を構成する複数の二次電池５１（５１−１〜５１−ｎ）にそれぞれスイッチ５２及び抵抗５３を接続し、各スイッチ５２を順番にオン、オフさせることにより、各二次電池５１を放電させて、各二次電池５１のそれぞれの出力電圧を、劣化度が最も低く出力電圧が最も低くなる二次電池５１の出力電圧にそろえる、いわゆる、パッシブ方式のセルバランスがある。例えば、二次電池５１−２の劣化度が最も低く、すなわち、二次電池５１−２の内部抵抗が最も小さく、バッテリ５０の使用後又は充電後などにおいて、二次電池５１−２の出力電圧が最も低くなる場合では、二次電池５１−２以外の各二次電池５１にそれぞれ接続されるスイッチ５２を順番にオン、オフさせることにより、二次電池５１−２以外の各二次電池５１をそれぞれ順番に放電させて、図６に示すように、二次電池５１−２以外の各二次電池５１のそれぞれの出力電圧を二次電池５１−２の出力電圧にそろえる。 For example, as a technique for equalizing the output voltages of the respective secondary batteries (hereinafter referred to as cell balance), as shown in FIG. 5, a plurality of secondary batteries 51 (51-1 to 51-51) constituting the battery 50 are used. -N), the switch 52 and the resistor 53 are connected to each other, and each switch 52 is turned on and off in order to discharge each secondary battery 51, thereby degrading the output voltage of each secondary battery 51. There is a so-called passive cell balance that matches the output voltage of the secondary battery 51 with the lowest degree and the lowest output voltage. For example, the degradation degree of the secondary battery 51-2 is the lowest, that is, the internal resistance of the secondary battery 51-2 is the smallest, and the output voltage of the secondary battery 51-2 after use of the battery 50 or after charging, etc. Is the lowest, the switches 52 respectively connected to the secondary batteries 51 other than the secondary battery 51-2 are turned on and off in turn to turn on the secondary batteries 51 other than the secondary battery 51-2. As shown in FIG. 6, the respective output voltages of the secondary batteries 51 other than the secondary battery 51-2 are made equal to the output voltage of the secondary battery 51-2.
このように、パッシブ方式のセルバランスは、各二次電池のそれぞれの出力電圧が最も低い出力電圧にそろうように、出力電圧が最も低くなる二次電池以外の各二次電池をそれぞれ放電する構成であるため、セルバランス後において、バッテリ全体で使用可能なエネルギーが小さくなってしまう。 In this way, the passive cell balance is configured to discharge each secondary battery other than the secondary battery having the lowest output voltage so that the output voltage of each secondary battery is aligned with the lowest output voltage. Therefore, after the cell balance, the energy that can be used in the entire battery is reduced.
本発明は、バッテリを構成する１以上の二次電池から成る複数の電池モジュールのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えつつ、セルバランス後において、バッテリ全体で使用可能なエネルギーの低減を防止することが可能なセルバランス装置を提供することを目的とする。 According to the present invention, it is possible to prevent a reduction in energy usable in the entire battery after cell balancing while suppressing variations in output voltages of a plurality of battery modules including one or more secondary batteries constituting the battery. An object is to provide a possible cell balance device.
本発明のセルバランス装置は、１以上の二次電池から成る電池モジュールを複数備えるバッテリと、前記電池モジュールの出力電圧を監視するバッテリ監視回路と、前記電池モジュールの出力電圧の均等化を行うセルバランス回路と、前記セルバランス回路に電力を供給する外部発電機と、前記バッテリ監視回路で検出される前記電池モジュール間の出力電圧の差が閾値以上のとき、前記セルバランス回路に対しセルバランスの制御を行う制御回路とを備える。 A cell balance device according to the present invention includes a battery including a plurality of battery modules including one or more secondary batteries, a battery monitoring circuit that monitors the output voltage of the battery module, and a cell that equalizes the output voltage of the battery module. When a difference in output voltage between the balance circuit, an external generator that supplies power to the cell balance circuit, and the battery module detected by the battery monitoring circuit is equal to or greater than a threshold value, A control circuit for performing control.
これにより、各電池モジュールの出力電圧が均等化しつつ、それら出力電圧が外部電源から供給される電力により上昇するため、各電池モジュールの出力電圧のばらつきを抑えつつ、セルバランス後において、バッテリ全体で使用可能なエネルギーの低減を防止することができる。 As a result, the output voltage of each battery module is equalized and the output voltage rises due to the power supplied from the external power source. Reduction of usable energy can be prevented.
また、本発明のセルバランス装置は、前記外部電源と接続される第１のコイルと、前記第１のコイルとトランス結合し、前記各電池モジュールそれぞれに並列接続される第２のコイルと、前記外部電源と前記第１のコイルとの間に設けられる第１のスイッチとを備える前記セルバランス回路と、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧の差が閾値以上のとき、前記第１のスイッチをオン、オフさせることにより、前記第１と第２のコイルを互いに電磁結合させる制御回路とを備えるように構成してもよい。 Further, the cell balance device of the present invention includes a first coil connected to the external power source, a second coil coupled to the first coil in a transformer and connected in parallel to each of the battery modules, When the difference between the output voltages of the cell balance circuit and the battery module including an external power source and a first switch provided between the first coil and the battery module is equal to or greater than a threshold value, the first switch is turned on. A control circuit that electromagnetically couples the first and second coils by turning them off may be provided.
また、前記制御回路は、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧の差が閾値以上のとき、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧において低い方の出力電圧が高い方の出力電圧にそろうまで、前記セルバランス回路に対しセルバランスの制御を行うように構成してもよい。 In addition, when the difference between the output voltages of the battery modules is equal to or greater than a threshold value, the control circuit is configured to adjust the cell balance until the lower output voltage of the battery modules is equal to the higher output voltage. You may comprise so that a cell balance may be controlled with respect to a circuit.
これにより、電池モジュールのそれぞれの出力電圧を高い方の出力電圧にそろえて、電池モジュールのそれぞれの出力電圧を均等化することができる。
また、前記セルバランス回路は、複数の第２のスイッチを備え、前記バッテリ監視回路は、電圧検出回路と、前記電圧検出回路により検出される各電圧において電圧差が前記閾値以上のとき、前記第１のスイッチをオン、オフさせるセルバランス実行判断回路とを備え、前記制御回路は、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧の検出時、前記複数の第２のスイッチのそれぞれの駆動を制御することにより、前記電池モジュールを順番に前記電圧検出回路に接続させて前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧を順番に前記電圧検出回路に出力させ、前記電圧検出回路により検出される各電圧のうち最も高い電圧と最も低い電圧との差が前記閾値以上のとき、前記複数の３のスイッチのそれぞれの駆動を制御することにより、前記各電池モジュールと前記第２のコイルとを並列接続させるとともに、前記第１のスイッチをオン、オフさせることにより、前記第１と第２のコイルを互いに電磁結合させるように構成してもよい。
Thereby, each output voltage of a battery module can be equalized with the higher output voltage, and each output voltage of a battery module can be equalized.
The cell balance circuit includes a plurality of second switches, and the battery monitoring circuit includes a voltage detection circuit and a voltage difference between the voltages detected by the voltage detection circuit is greater than or equal to the threshold value. A cell balance execution determination circuit for turning on and off one switch, and the control circuit controls driving of each of the plurality of second switches when detecting each output voltage of the battery module. The battery modules are connected to the voltage detection circuit in order, and the output voltages of the battery modules are output to the voltage detection circuit in order, and the highest voltage among the voltages detected by the voltage detection circuit When the difference from the lowest voltage is equal to or greater than the threshold value, each battery module is controlled by controlling the driving of each of the plurality of three switches. Together is connected in parallel with the second coil and Yuru, on the first switch, by turning off may constitute the first and second coils so as to electromagnetically coupled to each other.
これにより、電圧検出回路を各電池モジュールにそれぞれ備える必要が無いため、回路規模の大型化を抑えることができる。 Thereby, since it is not necessary to provide each battery module with a voltage detection circuit, an increase in circuit scale can be suppressed.
本発明によれば、車両に搭載されるバッテリを構成する各電池モジュールのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えつつ、セルバランス後において、バッテリ全体で使用可能なエネルギーの低減を抑えることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the reduction of the energy which can be used by the whole battery can be suppressed after cell balance, suppressing the dispersion | variation in each output voltage of each battery module which comprises the battery mounted in a vehicle.
図１は、本発明の実施形態のセルバランス装置を示す図である。
図１に示すセルバランス装置１は、１以上の二次電池から成る電池モジュールを複数備えるバッテリ２と、外部発電機３と、各電池モジュールの出力電圧を監視するバッテリ監視回路４と、各電池モジュールの出力電圧の均等化を行うセルバランス回路５と、電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６とを備える。なお、本実施形態のセルバランス装置１は、プラグインハイブリッド車、電気自動車、又はフォークリフトなどの車両に搭載されるものとする。また、バッテリ２は、車両に搭載されるモータ／発電機へ電力を供給したり、そのモータ／発電機からの回生電力を得るものとする。また、外部発電機３は、例えば、太陽光発電機により構成され、セルバランス回路５に電力を供給するものであり、電池モジュールの満充電時の出力電圧とほぼ同じ又は少し高い直流電圧を出力するものとする。また、電池ＥＣＵ６は、バッテリ２とは別の電源、例えば、補機バッテリから電力が供給されているものとする。また、特許請求の範囲に記載される制御回路は、例えば、電池ＥＣＵ６などにより構成されてもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a cell balance device according to an embodiment of the present invention.
A cell balance device 1 shown in FIG. 1 includes a battery 2 including a plurality of battery modules including one or more secondary batteries, an external generator 3, a battery monitoring circuit 4 that monitors the output voltage of each battery module, and each battery. A cell balance circuit 5 for equalizing the output voltage of the module and a battery ECU (Electronic Control Unit) 6 are provided. In addition, the cell balance apparatus 1 of this embodiment shall be mounted in vehicles, such as a plug-in hybrid vehicle, an electric vehicle, or a forklift. In addition, the battery 2 supplies power to a motor / generator mounted on the vehicle or obtains regenerative power from the motor / generator. Further, the external generator 3 is constituted by, for example, a solar power generator and supplies power to the cell balance circuit 5 and outputs a DC voltage that is substantially the same as or slightly higher than the output voltage when the battery module is fully charged. It shall be. The battery ECU 6 is assumed to be supplied with power from a power source different from the battery 2, for example, an auxiliary battery. Further, the control circuit described in the claims may be configured by, for example, the battery ECU 6 or the like.
バッテリ監視回路４は、各電池モジュールのそれぞれの出力電圧において、電圧差が閾値以上になると、セルバランスを実行させる旨のセルバランス実行指示信号Ｓｉを出力する。 The battery monitoring circuit 4 outputs a cell balance execution instruction signal Si for executing cell balance when the voltage difference is equal to or greater than a threshold value in each output voltage of each battery module.
電池ＥＣＵ６は、車両全体の制御を行う上位ＥＣＵから出力されるイグニッション信号ＩＧがローレベルのとき（車両の駐車時などモータ／発電機によりバッテリ２が使用されていないとき）、バッテリ監視回路４からセルバランスを実行させる旨のセルバランス実行指示信号Ｓｉが出力されると、セルバランス回路５の動作を制御して、バッテリ２の各電池モジュールのそれぞれの出力電圧を互いに均等化させるとともに、外部発電機３から供給される電力により各電池モジュールのそれぞれの出力電圧を上昇させる。 When the ignition signal IG output from the host ECU that controls the entire vehicle is at a low level (when the battery 2 is not used by the motor / generator, such as when the vehicle is parked), the battery ECU 6 When the cell balance execution instruction signal Si for executing the cell balance is output, the operation of the cell balance circuit 5 is controlled to equalize the output voltages of the battery modules of the battery 2 and to generate external power. The output voltage of each battery module is increased by the power supplied from the machine 3.
このように、本実施形態のセルバランス装置１は、バッテリ２の各電池モジュールのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えることができバッテリ２の寿命を延ばすことができる。 As described above, the cell balance device 1 of the present embodiment can suppress variations in the output voltages of the battery modules of the battery 2 and extend the life of the battery 2.
また、本実施形態のセルバランス装置１は、外部発電機３から供給される電力により、セルバランス時、バッテリ２の各電池モジュールのそれぞれの出力電圧を上昇させている。 Moreover, the cell balance apparatus 1 of this embodiment raises each output voltage of each battery module of the battery 2 at the time of cell balance by the electric power supplied from the external generator 3.
これにより、バッテリ２の各電池モジュールのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えつつ、セルバランス後において、バッテリ２の使用可能なエネルギーの低減を防止することができる。 Accordingly, it is possible to prevent a reduction in usable energy of the battery 2 after cell balancing while suppressing variations in output voltages of the battery modules of the battery 2.
図２は、バッテリ監視回路４及びセルバランス回路５の一例を示す図である。なお、バッテリ２は、互いに直列接続される３つの電池セル７（例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次充電池などの二次電池）で構成されるｎ個の電池モジュール８（電池モジュール８−１〜電池モジュール８−ｎ）が互いに直列接続されて構成されるものとする。１つの電池モジュール８を構成する電池セル７の個数は３個に限定されない。また、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the battery monitoring circuit 4 and the cell balance circuit 5. The battery 2 includes n battery modules 8 (battery modules) each including three battery cells 7 connected in series (for example, a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a nickel hydride secondary rechargeable battery). 8-1 to battery modules 8-n) are connected to each other in series. The number of battery cells 7 constituting one battery module 8 is not limited to three. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the structure shown in FIG.
図２に示すバッテリ監視回路４は、電圧検出回路９と、Ａ／Ｄコンバータ１０と、セルバランス実行判断回路１１とを備える。
電圧検出回路９は、オペアンプ１２と、抵抗１３〜１５とを備えるフォロア回路であって、オペアンプ１２のプラスの入力端子に抵抗１３を介して入力される電圧と、オペアンプ１２のマイナスの入力端子に抵抗１４を介して入力される電圧との差、すなわち、複数の電池モジュール８のうちの１個の電池モジュール８の出力電圧に相当する電圧を出力する。なお、電圧検出回路９の構成は、図２に示す構成に限定されない。
The battery monitoring circuit 4 illustrated in FIG. 2 includes a voltage detection circuit 9, an A / D converter 10, and a cell balance execution determination circuit 11.
The voltage detection circuit 9 is a follower circuit including an operational amplifier 12 and resistors 13 to 15. The voltage detection circuit 9 includes a voltage input to the positive input terminal of the operational amplifier 12 via the resistor 13 and a negative input terminal of the operational amplifier 12. A voltage corresponding to the difference from the voltage input through the resistor 14, that is, the output voltage of one battery module 8 among the plurality of battery modules 8 is output. The configuration of the voltage detection circuit 9 is not limited to the configuration shown in FIG.
Ａ／Ｄコンバータ１０は、オペアンプ１２から出力される電圧をアナログからデジタルに変換する。
セルバランス実行判断回路１１は、デジタルに変換された電池モジュール８の出力電圧が閾値以上になると、セルバランス実行指示信号Ｓｉをローレベルからハイレベルにする。
The A / D converter 10 converts the voltage output from the operational amplifier 12 from analog to digital.
The cell balance execution determination circuit 11 changes the cell balance execution instruction signal Si from a low level to a high level when the output voltage of the battery module 8 converted to digital becomes equal to or higher than a threshold value.
図２に示すセルバランス回路５は、トランス１６と、スイッチ１７（第１のスイッチ）と、ｎ組のスイッチ１８（スイッチ１８−１〜スイッチ１８−ｎ）（第２のスイッチ）及びスイッチ１９（スイッチ１９−１〜スイッチ１９−ｎ）（第２のスイッチ）とを備える。 The cell balance circuit 5 shown in FIG. 2 includes a transformer 16, a switch 17 (first switch), n sets of switches 18 (switches 18-1 to 18-n) (second switches) and switches 19 ( Switch 19-1 to switch 19-n) (second switch).
トランス１６は、一方端がスイッチ１７を介して外部発電機３に接続され他方端がグランド（例えば、車両のボディなどに接続される仮想的なグランド）に接続される１次コイル２０（第１のコイル）と、その１次コイル２０とトランス結合する複数の２次コイル２１（２次コイル２１−１〜２次コイル２１−ｎ）（第２のコイル）とを備える。なお、例えば、１次コイル２０の巻線数と、各２次コイル２１のそれぞれの巻線数の合計との比を１：１とし、各２次コイル２１のそれぞれの巻線数の比を互いに同じものとする。 The transformer 16 has one end connected to the external generator 3 via the switch 17 and the other end connected to a ground (for example, a virtual ground connected to a vehicle body or the like). And a plurality of secondary coils 21 (secondary coils 21-1 to 21-n) (second coils) that are transformer-coupled to the primary coil 20. For example, the ratio of the number of turns of the primary coil 20 and the total number of turns of each secondary coil 21 is 1: 1, and the ratio of the number of turns of each secondary coil 21 is It shall be the same as each other.
スイッチ１７は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＩＥＬＤ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子により構成され、電池ＥＣＵ６から出力される制御信号Ｓｓｂによりオン、オフする。制御信号Ｓｓｂのデューティは、例えば、５０％とする。また、制御信号Ｓｓｂの周波数は、１次コイル２０及び各２次コイル２１のそれぞれのインダクタンスやセルバランスの実行時間などにより設定されてもよい。 The switch 17 is configured by a switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and is turned on and off by a control signal Ssb output from the battery ECU 6. The duty of the control signal Ssb is 50%, for example. Further, the frequency of the control signal Ssb may be set according to the inductance of each of the primary coil 20 and each secondary coil 21 or the execution time of cell balance.
各スイッチ１８は、それぞれ、例えば、リレーなどにより構成され、各電池モジュール８のプラス端子に接続される端子１８Ｐと、抵抗１３を介してオペアンプ１２のプラス端子に接続される端子１８Ａと、２次コイル２１の一方端に接続される端子１８Ｂと、どこにも接続されていないオープン状態の端子１８Ｃとを備える。電池ＥＣＵ６から出力される制御信号Ｓｐ（Ｓｐ１〜Ｓｐｎ）により各スイッチ１８（スイッチ１８−１〜１８−ｎ）の駆動が制御される。例えば、各スイッチ１８は、制御信号ＳｐがレベルＡのとき、端子１８Ｐと端子１８Ａとが互いに接続されるように駆動し、制御信号ＳｐがレベルＢのとき、端子１８Ｐと端子１８Ｂとが互いに接続されるように駆動し、制御信号ＳｐがレベルＣのとき、端子１８Ｐと端子１８Ｃとが互いに接続されるように駆動する。なお、レベルＡ＞レベルＢ＞レベルＣとする。 Each switch 18 is configured by, for example, a relay, and the like. The terminal 18P connected to the plus terminal of each battery module 8, the terminal 18A connected to the plus terminal of the operational amplifier 12 via the resistor 13, and the secondary A terminal 18B connected to one end of the coil 21 and an open terminal 18C not connected anywhere are provided. Drive of each switch 18 (switches 18-1 to 18-n) is controlled by a control signal Sp (Sp1 to Spn) output from the battery ECU 6. For example, each switch 18 is driven so that the terminal 18P and the terminal 18A are connected to each other when the control signal Sp is level A, and the terminal 18P and the terminal 18B are connected to each other when the control signal Sp is level B. When the control signal Sp is level C, the terminal 18P and the terminal 18C are driven to be connected to each other. Note that level A> level B> level C.
各スイッチ１９は、それぞれ、例えば、リレーなどにより構成され、各電池モジュール８のマイナス端子に接続される端子１９Ｎと、抵抗１４を介してオペアンプ１２のマイナス端子に接続される端子１９Ａと、２次コイル２１の他方端に接続される端子１９Ｂと、どこにも接続されていないオープン状態の端子１９Ｃとを備える。電池ＥＣＵ６から出力される制御信号Ｓｎ（Ｓｎ１〜Ｓｎｎ）により各スイッチ１９（スイッチ１９−１〜１９−ｎ）の駆動が制御される。例えば、各スイッチ１９は、制御信号ＳｎがレベルＡのとき、端子１９Ｐと端子１９Ａとが互いに接続されるように駆動し、制御信号ＳｎがレベルＢのとき、端子１９Ｐと端子１９Ｂとが互いに接続されるように駆動し、制御信号ＳｎがレベルＣのとき、端子１９Ｐと端子１９Ｃとが互いに接続されるように駆動する。なお、レベルＡ＞レベルＢ＞レベルＣとする。 Each switch 19 is configured by a relay, for example, and includes a terminal 19N connected to the negative terminal of each battery module 8, a terminal 19A connected to the negative terminal of the operational amplifier 12 via the resistor 14, and a secondary A terminal 19B connected to the other end of the coil 21 and an open terminal 19C not connected anywhere are provided. Driving of each switch 19 (switches 19-1 to 19-n) is controlled by a control signal Sn (Sn1 to Snn) output from the battery ECU 6. For example, when the control signal Sn is level A, each switch 19 is driven so that the terminal 19P and the terminal 19A are connected to each other, and when the control signal Sn is level B, the terminal 19P and the terminal 19B are connected to each other. When the control signal Sn is level C, the terminal 19P and the terminal 19C are driven to be connected to each other. Note that level A> level B> level C.
例えば、スイッチ１８−１の端子１８Ｐと端子１８Ａとが互いに接続されるとともに、スイッチ１９−１の端子１９Ｎと端子１９Ａとが互いに接続されると、電池モジュール８−１の出力電圧に相当する電圧がオペアンプ１２から出力される。 For example, when the terminal 18P and the terminal 18A of the switch 18-1 are connected to each other, and the terminal 19N and the terminal 19A of the switch 19-1 are connected to each other, a voltage corresponding to the output voltage of the battery module 8-1. Is output from the operational amplifier 12.
また、例えば、スイッチ１８−１の端子１８Ｐと端子１８Ｂとが互いに接続されるとともに、スイッチ１９−１の端子１９Ｎと端子１９Ｂとが互いに接続されると、電池モジュール８−１と２次コイル２１−１とが並列接続される。 For example, when the terminal 18P and the terminal 18B of the switch 18-1 are connected to each other and the terminal 19N and the terminal 19B of the switch 19-1 are connected to each other, the battery module 8-1 and the secondary coil 21 are connected. -1 are connected in parallel.
また、例えば、スイッチ１８−１の端子１８Ｐと端子１８Ｃとが互いに接続されるとともに、スイッチ１９−１の端子１９Ｎと端子１９Ｃとが互いに接続されると、端子１８Ｐ、１９Ｎがそれぞれオープン状態になる。 For example, when the terminal 18P and the terminal 18C of the switch 18-1 are connected to each other, and when the terminal 19N and the terminal 19C of the switch 19-1 are connected to each other, the terminals 18P and 19N are in an open state. .
このように、スイッチ１８、１９を構成しているため、電圧検出回路９やＡ／Ｄコンバータ１０を電池モジュール８−１〜８−ｎに対してそれぞれ設ける必要が無いため、回路規模の大型化を抑えることができる。 Thus, since the switches 18 and 19 are configured, it is not necessary to provide the voltage detection circuit 9 and the A / D converter 10 for each of the battery modules 8-1 to 8-n. Can be suppressed.
電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧の検出時、制御信号Ｓｐ１〜Ｓｐｎ及び制御信号Ｓｎ１〜Ｓｎｎが順番にレベルＡになり、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧が順番に電圧検出回路９からＡ／Ｄコンバータ１０を介してセルバランス実行判断回路１１に出力される。セルバランス実行判断回路１１は、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を内部メモリなどに一旦記憶し、それら記憶した各出力電圧において、最も高い出力電圧と最も低い出力電圧との差が閾値以上であるか否かを判断し、その差が閾値以上であった場合、セルバランス実行指示信号Ｓｉをローレベルからハイレベルにする。電池ＥＣＵ６は、セルバランス実行指示信号Ｓｉがローレベルからハイレベルになると、セルバランス回路５のスイッチ１７〜１９のそれぞれの駆動を制御して、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧の均等化（セルバランス）を開始する。 When the output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n are detected, the control signals Sp1 to Spn and the control signals Sn1 to Snn sequentially become level A, and the respective outputs of the battery modules 8-1 to 8-n. The voltages are sequentially output from the voltage detection circuit 9 to the cell balance execution determination circuit 11 via the A / D converter 10. The cell balance execution determination circuit 11 temporarily stores each output voltage of the battery modules 8-1 to 8-n in an internal memory or the like, and in each of the stored output voltages, the highest output voltage and the lowest output voltage. It is determined whether or not the difference is equal to or greater than a threshold value. If the difference is equal to or greater than the threshold value, the cell balance execution instruction signal Si is changed from low level to high level. When the cell balance execution instruction signal Si changes from the low level to the high level, the battery ECU 6 controls the driving of the switches 17 to 19 of the cell balance circuit 5 and outputs the respective battery modules 8-1 to 8-n. Starts voltage equalization (cell balance).
電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧の均等化時、制御信号Ｓｐ１〜Ｓｐｎ及び制御信号Ｓｎ１〜ＳｎｎがそれぞれレベルＢになり、電池モジュール８−１〜８−ｎと２次コイル２１−１〜２１−ｎとが並列接続される。また、制御信号Ｓｓｂによりスイッチ１７がオン、オフすることにより、外部発電機３から供給される電力によって１次コイル２０に交流電流が流れ、１次コイル２０及び２次コイル２１−１〜２１−ｎが互いに電磁結合する。このとき、例えば、電池モジュール８−１の出力電圧が２次コイル２１−１にかかる電圧よりも高いと、電池モジュール８−１から２次コイル２１−１に電流が流れて、電池モジュール８−１が放電する。また、電池モジュール８−２の出力電圧が２次コイル２１−２にかかる電圧よりも低いと、２次コイル２１−２から電池モジュール８−２に電流が流れて、電池モジュール８−２が充電する。このように、電池モジュール８−１〜８−ｎがそれぞれトランス１６を介して充放電することにより、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧が徐々に電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧の平均値に近づいていく。また、このとき、外部発電機３から供給される電力により、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧の平均値が上昇していく。これにより、セルバランス時、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を均等化させつつ上昇させることができる。すなわち、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧のばらつきを抑えつつ、セルバランス後において、バッテリ２の使用可能なエネルギーの低減を防止することができる。 When the respective output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n are equalized, the control signals Sp1 to Spn and the control signals Sn1 to Snn become level B, and the battery modules 8-1 to 8-n and the secondary coil 21-1 to 21-n are connected in parallel. Further, when the switch 17 is turned on / off by the control signal Ssb, an alternating current flows through the primary coil 20 by the electric power supplied from the external generator 3, and the primary coil 20 and the secondary coils 21-1 to 21-. n are electromagnetically coupled to each other. At this time, for example, if the output voltage of the battery module 8-1 is higher than the voltage applied to the secondary coil 21-1, a current flows from the battery module 8-1 to the secondary coil 21-1, and the battery module 8- 1 is discharged. Further, when the output voltage of the battery module 8-2 is lower than the voltage applied to the secondary coil 21-2, a current flows from the secondary coil 21-2 to the battery module 8-2, and the battery module 8-2 is charged. To do. As described above, when the battery modules 8-1 to 8-n are charged and discharged through the transformer 16, the output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n gradually increase. It approaches the average value of each output voltage of −n. At this time, the average value of the output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n is increased by the power supplied from the external generator 3. Thereby, at the time of cell balance, each output voltage of the battery modules 8-1 to 8-n can be increased while being equalized. That is, it is possible to prevent a reduction in usable energy of the battery 2 after cell balancing while suppressing variations in output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n.
図３は、スイッチ１７、スイッチ１８−１〜１８−ｎ、及びスイッチ１９−１〜１９−ｎのそれぞれのオン、オフのタイミングチャートの一例を模式的に示す図である。なお、車両の走行時などモータ／発電機によりバッテリ２が使用されている状態であって車両全体の制御を行う上位ＥＣＵなどから出力されるイグニッション信号ＩＧがハイレベルのときや他の電池モジュール８の電圧検出時、制御信号Ｓｐ、Ｓｎにより、スイッチ１８−１〜１８−ｎ及びスイッチ１９−１〜１９−ｎのそれぞれの端子１８Ｐ、１９Ｎをオープン状態とする。 FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of an on / off timing chart of each of the switch 17, the switches 18-1 to 18-n, and the switches 19-1 to 19-n. Note that when the battery 2 is being used by the motor / generator when the vehicle is running and the ignition signal IG output from the host ECU or the like that controls the entire vehicle is at a high level, or other battery module 8 When the voltage is detected, the terminals 18P and 19N of the switches 18-1 to 18-n and the switches 19-1 to 19-n are opened by the control signals Sp and Sn.
まず、電池ＥＣＵ６は、イグニッション信号ＩＧがハイレベルからローレベルになると、すなわち、車両の駐車時などバッテリ２が使用されていない状態になると、制御信号Ｓｐ１、Ｓｎ１をそれぞれレベルＡにして、バッテリ監視回路４により電池モジュール８−１の出力電圧を検出させる。以降、制御信号Ｓｐ２〜Ｓｐｎ及び制御信号Ｓｎ２〜Ｓｎｎを順番にレベルＡにすることにより、電池モジュール８−２〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を順番に検出させる。 First, when the ignition signal IG changes from a high level to a low level, that is, when the battery 2 is not in use, such as when the vehicle is parked, the battery ECU 6 sets the control signals Sp1 and Sn1 to level A to monitor the battery. The output voltage of the battery module 8-1 is detected by the circuit 4. Thereafter, the control signals Sp2 to Spn and the control signals Sn2 to Snn are set to level A in order, so that the output voltages of the battery modules 8-2 to 8-n are detected in order.
次に、電池ＥＣＵ６は、セルバランス実行指示信号Ｓｉがローレベルからハイレベルになると、制御信号Ｓｐ１〜Ｓｐｎ及び制御信号Ｓｎ１〜ＳｎｎをそれぞれレベルＢにするとともに、制御信号Ｓｓｂによりスイッチ１７をオン、オフさせる。これにより、電池モジュール８−１〜８−ｎは、それぞれ、トランス１６を介して互いに充放電されつつ、外部発電機３から電力により充電される。また、電池ＥＣＵ６は、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧が最も高い出力電圧にそろうように設定された時間、スイッチ１７をオン、オフさせることにより、図４に示すように、各電池モジュール８のそれぞれの最終的な出力電圧を、劣化度が最も高い、すなわち、内部抵抗値が最も高く出力電圧が最も高くなる電池モジュール８の出力電圧にそろえることができる。 Then, on the battery ECU6, when cell balance execution instruction signal Si from the low level to the high level, the control signal SP1 to Sp n and control signal Sn1~Snn while each level B, and switch 17 by a control signal Ssb Turn off. Thereby, the battery modules 8-1 to 8-n are charged with electric power from the external generator 3 while being charged and discharged with each other via the transformer 16. Further, the battery ECU 6 turns on and off the switch 17 for a time set so that the output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n are aligned with the highest output voltage, as shown in FIG. The final output voltage of each battery module 8 can be aligned with the output voltage of the battery module 8 having the highest degree of deterioration, that is, the highest internal resistance value and the highest output voltage.
次に、電池ＥＣＵ６は、セルバランス実行指示信号Ｓｉがハイレベルからローレベルになると、スイッチ１７をオフするとともに、再び、制御信号Ｓｐ１〜Ｓｐｎ及び制御信号Ｓｎ１〜Ｓｎｎを順番にレベルＡにすることにより、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を順番に検出させる。 Next, when the cell balance execution instruction signal Si changes from the high level to the low level, the battery ECU 6 turns off the switch 17 and again sets the control signals Sp1 to Spn and the control signals Sn1 to Snn to level A in order. Thus, the respective output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n are detected in order.
そして、電池ＥＣＵ６は、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧の検出後、セルバランス実行指示信号Ｓｉがローレベルからハイレベルにならなければ、制御信号Ｓｐ１〜Ｓｐｎ及び制御信号Ｓｎ１〜ＳｎｎをそれぞれレベルＣにして、セルバランスを終了する。 Then, after detecting the output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n, the battery ECU 6 controls the control signals Sp1 to Spn and the control signal Sn1 unless the cell balance execution instruction signal Si changes from the low level to the high level. .About.Snn is set to level C, and the cell balance is terminated.
なお、上記実施形態では、イグニッション信号ＩＧがローレベルになった後、すぐに、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を検出し、セルバランスを行う構成であるが、イグニッション信号ＩＧがローレベルになった後、一定時間経過後に、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を検出し、セルバランスを行うように構成してもよいし、イグニッション信号ＩＧがローレベルになった後、バッテリ２の充電後に、電池モジュール８−１〜８−ｎのそれぞれの出力電圧を検出し、セルバランスを行うように構成してもよい。 In the above embodiment, after the ignition signal IG becomes low level, the respective output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n are detected and the cell balance is performed, but the ignition signal It may be configured to detect each output voltage of the battery modules 8-1 to 8-n and perform cell balancing after a certain period of time has elapsed after IG becomes low level, or the ignition signal IG is low. After reaching the level, after the battery 2 is charged, the respective output voltages of the battery modules 8-1 to 8-n may be detected to perform cell balancing.
また、上記実施形態では、外部発電機３を太陽光発電機とする構成であるが、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換する充電器など外部発電機３は特に限定されない。 Moreover, in the said embodiment, although it is the structure which uses the external generator 3 as a solar power generator, external generators 3, such as a charger which converts the alternating current power supplied from a commercial power source into direct current power, are not specifically limited.
１ セルバランス装置
２ バッテリ
３ 外部発電機
４ バッテリ監視回路
５ セルバランス回路
６ 電池ＥＣＵ
７ 電池セル
８ 電池モジュール
９ 電圧検出回路
１０ Ａ／Ｄコンバータ
１１ セルバランス実行判断回路
１２ オペアンプ
１３〜１５ 抵抗
１６ トランス
１７〜１９ スイッチ
２０ １次コイル
２１ ２次コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell balance apparatus 2 Battery 3 External generator 4 Battery monitoring circuit 5 Cell balance circuit 6 Battery ECU
7 Battery cell 8 Battery module 9 Voltage detection circuit 10 A / D converter 11 Cell balance execution determination circuit 12 Op-amp 13 to 15 Resistance 16 Transformer 17 to 19 Switch 20 Primary coil 21 Secondary coil
Claims (3)
前記電池モジュールの出力電圧を監視するバッテリ監視回路と、
前記電池モジュールの出力電圧の均等化を行うセルバランス回路と、
前記セルバランス回路に電力を供給する外部発電機と、
前記バッテリ監視回路で検出される前記電池モジュール間の出力電圧の差が閾値以上のとき、前記セルバランス回路に対しセルバランスの制御を行う制御回路と、
を備え、
前記セルバランス回路は、
前記外部発電機と接続される第１のコイルと、
前記第１のコイルとトランス結合し、前記各電池モジュールそれぞれに並列接続される第２のコイルと、
前記外部発電機と前記第１のコイルとの間に設けられる第１のスイッチと、
前記各電池モジュールと前記各第２のコイルとのそれぞれの間に設けられる第２のスイッチと、
を備え、
前記制御回路は、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧の差が閾値以上のとき、前記第１のスイッチをオン、オフさせるとともに前記第２のスイッチを常時オンさせることにより、前記第１と第２のコイルを互いに電磁結合させる
ことを特徴とするセルバランス装置。 A battery comprising a plurality of battery modules comprising one or more secondary batteries;
A battery monitoring circuit for monitoring the output voltage of the battery module;
A cell balance circuit for equalizing the output voltage of the battery module;
An external generator for supplying power to the cell balance circuit;
A control circuit that controls cell balance with respect to the cell balance circuit when a difference in output voltage between the battery modules detected by the battery monitoring circuit is equal to or greater than a threshold;
Equipped with a,
The cell balance circuit is:
A first coil connected to the external generator;
A second coil that is transformer-coupled to the first coil and connected in parallel to each of the battery modules;
A first switch provided between the external generator and the first coil;
A second switch provided between each of the battery modules and each of the second coils;
With
The control circuit turns the first switch on and off and always turns on the second switch when the difference between the output voltages of the battery modules is greater than or equal to a threshold value, whereby the first and second switches are turned on. A cell balance device , wherein the coils are electromagnetically coupled to each other .
前記制御回路は、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧の差が閾値以上のとき、前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧において低い方の出力電圧が高い方の出力電圧にそろうまで、前記セルバランス回路に対しセルバランスの制御を行う
ことを特徴とするセルバランス装置。 The cell balance device according to claim 1,
When the difference between the output voltages of the battery modules is equal to or greater than a threshold value, the control circuit is connected to the cell balance circuit until the lower output voltage of the output voltages of the battery modules matches the higher output voltage. A cell balance device characterized by controlling cell balance.
前記バッテリ監視回路は、
電圧検出回路と、
前記電圧検出回路により検出される各電圧において電圧差が前記閾値以上のとき、前記第１のスイッチをオン、オフさせるセルバランス実行判断回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧の検出時、前記複数の第２のスイッチのそれぞれの駆動を制御することにより、前記電池モジュールを順番に前記電圧検出回路に接続させて前記電池モジュールのそれぞれの出力電圧を順番に前記電圧検出回路に出力させ、
前記電圧検出回路により検出される各電圧のうち最も高い電圧と最も低い電圧との差が前記閾値以上のとき、前記複数の第２のスイッチのそれぞれの駆動を制御することにより、前記各電池モジュールと前記第２のコイルとを並列接続させるとともに、前記第１のスイッチをオン、オフさせることにより、前記第１と第２のコイルを互いに電磁結合させる
ことを特徴とするセルバランス装置。 The cell balance device according to claim 1 ,
The battery monitoring circuit includes:
A voltage detection circuit;
A cell balance execution determination circuit for turning on and off the first switch when a voltage difference in each voltage detected by the voltage detection circuit is equal to or greater than the threshold;
With
The control circuit includes:
When detecting the output voltage of each of the battery modules, by controlling the driving of each of the plurality of second switches, the battery modules are sequentially connected to the voltage detection circuit, and the outputs of the battery modules are output. The voltage is output to the voltage detection circuit in order,
Each battery module is controlled by controlling the driving of each of the plurality of second switches when the difference between the highest voltage and the lowest voltage among the voltages detected by the voltage detection circuit is equal to or greater than the threshold. And the second coil are connected in parallel, and the first and second coils are electromagnetically coupled to each other by turning on and off the first switch.
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