JP5599123B2 - 電池制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、組電池を制御する電池制御装置に関する。
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの電動車両においては、二次電池セル（単電池セル）を複数直列に接続したセルグループを多数個、直並列に接続して大容量とした組電池を含む蓄電装置が用いられている。蓄電装置には、この組電池の充放電を制御するための電池監視装置（セルコントローラ）やこの電池監視装置を制御する上位制御装置（マイクロコンピュータ、以降マイコンと称する）が備えられている。ＥＶやＨＥＶなどの電動車両では、その制御のために、これらセルコントローラやマイコンなど多くの電子回路が用いられており、これらの電子回路の消費電力を低減することが要求されている。
セルコントローラは、ＥＶやＨＥＶを始動する際に、蓄電装置の低電圧側にあるマイコンからの起動信号がセルコントローラの起動回路に送信されて起動される。蓄電装置には高電圧の組電池が内蔵されており、この組電池を監視・制御するセルコントローラも高電位の状態となっているため、前記の低電圧側の上位制御装置であるマイコンからの起動信号を蓄電装置の高電圧側にあるセルコントローラの起動回路に伝送する場合には、低電圧側のマイコンの出力部と高電圧側のセルコントローラの起動回路の入力部との間に絶縁回路を設け、この絶縁回路を介して信号伝送を行う必要がある。この絶縁回路にはフォトカプラ（例えば特許文献１参照）や絶縁トランス（例えば特許文献２参照）が一般的に使用されているが、フォトカプラには暗電流の問題があり、また絶縁トランスは高価である。
従来、電動車両において用いられる蓄電装置において、高電位側にある組電池を制御するセルコントローラの起動回路の入力部に用いられる回路は、安価かつ低消費電力となっていなかった。
本発明に係る電池制御装置は、単電池セルを複数個直列に接続した組電池の充放電を制御するセルコントローラと、当該セルコントローラを起動する起動信号を発生する起動回路部と、前記起動信号を発生させるために前記起動回路部に起動トリガ信号を入力する上位コントローラとを備え、前記起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備える電池制御装置であって、前記起動回路部は、ラッチ回路と、ラッチ解除回路と、前記絶縁回路を介して前記起動トリガ信号を受信し前記ラッチ回路のトランジスタをＯｎとする起動トリガ受信トランジスタとを備え、前記ラッチ回路は、前記上位コントローラからの停止トリガ信号が前記絶縁回路を介して前記ラッチ解除回路に入力されるまで、前記起動信号の電圧をＨｉｇｈ状態に維持する、ことを特徴とする。
本発明に係る他の電池制御装置は、単電池セルを複数個直列に接続した組電池の充放電を制御するセルコントローラと、当該セルコントローラを起動する起動信号を発生する起動回路部と、前記起動信号を発生させるために前記起動回路部に起動トリガ信号を入力する上位コントローラとを備え、前記起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備える電池制御装置であって、前記起動回路部は、単安定マルチバイブレータ回路と、前記絶縁回路を介して前記起動トリガ信号を受信し前記単安定マルチバイブレータ回路をＯｎとする起動トリガ受信トランジスタとを備え、前記単安定マルチバイブレータ回路は、前記起動トリガ受信トランジスタによって前記起動トリガ信号が所定の時間間隔以下で連続して受信されている間は、前記起動信号の電圧をＨｉｇｈ状態に維持する、ことを特徴とする。
本発明に係る蓄電装置は、上記の電池制御装置と、この電池制御装置により充放電が制御される組電池とを備えている。
本発明に係る電動車両の駆動装置は、上記の蓄電装置と、この蓄電装置を電源としてインバータ回路によって駆動される電動発電機とを備えている。
本発明に係る他の電池制御装置は、単電池セルを複数個直列に接続した組電池の充放電を制御するセルコントローラと、当該セルコントローラを起動する起動信号を発生する起動回路部と、前記起動信号を発生させるために前記起動回路部に起動トリガ信号を入力する上位コントローラとを備え、前記起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備える電池制御装置であって、前記起動回路部は、単安定マルチバイブレータ回路と、前記絶縁回路を介して前記起動トリガ信号を受信し前記単安定マルチバイブレータ回路をＯｎとする起動トリガ受信トランジスタとを備え、前記単安定マルチバイブレータ回路は、前記起動トリガ受信トランジスタによって前記起動トリガ信号が所定の時間間隔以下で連続して受信されている間は、前記起動信号の電圧をＨｉｇｈ状態に維持する、ことを特徴とする。
本発明に係る蓄電装置は、上記の電池制御装置と、この電池制御装置により充放電が制御される組電池とを備えている。
本発明に係る電動車両の駆動装置は、上記の蓄電装置と、この蓄電装置を電源としてインバータ回路によって駆動される電動発電機とを備えている。
本発明によるセルコントローラの起動回路では、この起動回路の入力部に暗電流が非常に小さいシリコントランジスタを使用することができ、セルグループとセルコントローラを流れる暗電流を大幅に低減することができる。
以下、本発明の実施形態について、図１〜８を参照して、本発明をハイブリッド自動車用モータ駆動装置に適用した場合を例にして説明する。なお、以下の説明で、リチウム電池セルなどの単電池セルを複数個直列に接続したものをセルグループとし、このセルグループを複数個直列または並列または直並列に接続したものを、電池モジュールとしている。ただし、単電池セルを複数個接続したものを、一般に組電池と呼称している。したがって、セルグループおよび電池モジュールも含めて組電池と呼んでいる。
＜電池制御装置を含むモータ駆動装置の全体構成＞
＜電池制御装置を含むモータ駆動装置の全体構成＞
まず図１を参照して、本発明による電池制御装置を含む、電気自動車およびハイブリッド型自動車などの電動車両に用いられる回転電機（電動発電機）に適用可能な、駆動システムの全体構成について説明する。
図１は車両用回転電機の駆動システムを示すブロック図である。図１に示す駆動システムは、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１、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２２０、および車両駆動用の電動発電機２３０を備えている。電動発電機２３０は、インバータ装置２２０からの３相交流電力により駆動される。インバータ装置２２０と電池制御装置１とはＣＡＮ通信で結ばれており、インバータ装置２２０は電池制御装置１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２２０は、さらに上位の制御装置である車両コントローラ６（図１参照）からの指令情報に基づいて動作する。
図１に示す電池モジュール２０は、リチウム電池セルなどの二次電池セル（単電池）を複数個直列に接続したセルグループ２を２個直列に接続して構成されている。各々のセルグループは、それぞれのセルグループに対応して設けられるセルコントローラ１１によって監視・制御される。これらのセルコントローラ１１は電池制御装置１に組み込まれている。
２つのセルグループ２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）３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列回路が遮断され、仮に電池ジュールブロック２０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。
インバータ装置２２０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、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（不図示）が設けられている。これにより、電池制御装置１に設けられた集積回路に加わる電圧ノイズが低減される。
電池モジュール２０とインバータ装置２２０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。
インバータ装置２２０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、モータ制御マイコン（ＭＣＵ）２２２は、さらに車両コントローラ６からの命令に従い、電動発電機２３０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２２０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２２０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。
なお、インバータ装置２２０は、電動発電機２３０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２３０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２２０は電動発電機２３０を発電機として運転する。電動発電機２３０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。
一方、電動発電機２３０をモータとして力行運転する場合、ＭＣＵ２２２は車両コントローラ６の命令に従い、電動発電機２３０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２３０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２３０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２３０は発電機として作用することとなる。
電池制御装置１は、主にセルグループ２を構成する各単電池セルのセル電圧の測定、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、上記のようにセルコントローラ１１として、複数の電池制御用ＩＣ（集積回路）が設けられている。
なお、図１の電池モジュール２０は１つの例として、２つのセルグループで構成された場合を示してある。電池モジュール２０は、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、上記のようなセルグループを複数個直列または直並列に接続して構成される。また、更に複数のこのような電池モジュールを直列または直並列に接続してもよい。セルコントローラ１１はこれらの各々のセルグループに対応して設けられる。
＜第１の実施形態＞
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明による第１の実施形態である組電池（電池モジュール２０）の電池制御装置１の構成例を示す図である。この第１の実施形態では、リチウムイオン電池を１２個直列に接続したセルグループ２を、サービスディスコネクト３を介して２個直列に接続している。電池モジュール２０の正極に接続される正極側バスバー端子７と負極に接続される負極側バスバー端子８から、インバータ装置２２０（図１参照）へ電池モジュール２０の直流電力を供給する。
組電池の電池制御装置１は、セルグループ２の総電圧、セルグループ２を構成する単電池セルのセル電圧、電流センサ４から入力されるセルグループ２の充放電電流、および、図示しない温度センサから入力されるセルグループ２の温度を検出し、上位のコントローラにあたる車両コントローラ６へ、通信ライン６１経由で送信する。
また、電池制御装置1は、セルグループ２を構成する単電池の電圧が、あらかじめ定められた値よりばらついている場合、ばらつきを減らす容量調整処理を行う。
セルグループ２の電池制御装置１は、電池制御マイコン（ＢＣＵ）１０、セルコントローラ１１、総電圧測定回路１４、温度センサ入力回路１５、電流センサ入力回路１６、起動回路部５２、デジタルアイソレータ１３、電源回路１６、通信回路１７から構成される。ＢＣＵ１０は、電池制御装置１内の測定回路で測定された電池情報を収集し、通信回路１７から通信ライン６１経由で、車両コントローラ６へ送信する。また、ＢＣＵ１０は、車両コントローラ６からの、セルグループを構成する複数の単電池セル各々の容量を調整する容量調整指示を、セルコントローラ１１へデジタルアイソレータ１３経由で送信する。セルコントローラ１１は、容量調整機能を内蔵する集積回路である。
なお、デジタルアイソレータ１３には様々の仕様のものが市販されており、図２の例では双方向通信可能な多チャンネル型の仕様のものを想定している。ただし、一方向にのみ通信可能な仕様のデジタルアイソレータを複数個用いて、双方向通信を行うことも可能であり、この場合は図２のデータ伝送は一方向にのみ信号伝送を行う伝送経路を複数使用する。
なお、デジタルアイソレータ１３には様々の仕様のものが市販されており、図２の例では双方向通信可能な多チャンネル型の仕様のものを想定している。ただし、一方向にのみ通信可能な仕様のデジタルアイソレータを複数個用いて、双方向通信を行うことも可能であり、この場合は図２のデータ伝送は一方向にのみ信号伝送を行う伝送経路を複数使用する。
電源回路１６は、車両コントローラ６からの起動信号６２により動作を開始し、バッテリー５から供給されるバッテリー電圧を入力し、電池制御装置１内のＢＣＵ１０，通信回路１７、およびデジタルアイソレータ１３のＢＣＵ側にこれらの動作電源となる、定電圧５Ｖ（ＶＤＤ）を配線（電源ライン）１４１を介して供給する。電源回路１６、ＢＣＵ１０、通信回路１７、およびデジタルアイソレータ１３のＢＣＵ１０側は、バッテリー５のマイナス端子が接地され、電動車両のシャーシ電位５０をＧＮＤ電位として動作する。
セルコントローラ１１は、セルグループ２から正極につながる高電圧の電源ライン（ＶＣＣ）２８を通して電源を供給され、起動回路部５２からの起動信号１１１の電圧がＨｉｇｈ（ＶＣＣ）になると動作を開始し、起動信号１１１の電圧がＬｏｗ（ＧＮＤ）になると動作を停止する。動作停止中は、セルコントローラ１１の内部回路が停止するため、消費電流は発生しない。また、セルコントローラ１１は、セルグループ２の負極電位ライン２９をＧＮＤ基準としており、車両のシャーシ３０とは、電気的に絶縁されている。
セルコントローラ１１を起動する場合は、起動回路部５２にＢＣＵ１０からセット信号Ｓがパルス（５Ｖ）入力される。後述するように、この起動回路部５２は内部に絶縁回路を備えており、この絶縁回路を介して低電圧側と高電圧側に分かれている。
従来この絶縁回路には、前述のように、フォトカプラあるいは絶縁トランスが用いられたいたが、価格の面からフォトカプラが用いられることが多かった。
フォトカプラを絶縁回路に用いた場合、フォトカプラの受光側であるフォトトランジスタは蓄電装置側に設けられているので、このフォトトランジスタには蓄電装置側の電源電圧が印加されている。蓄電装置の外側にあるフォトカプラの発光側である発光ダイオードから、上位制御装置からの起動信号に対応して光信号が発生すると、受光側のフォトトランジスタはこの光信号を受光して電流が流れる。すなわちフォトトランジスタはＯｎとなる。上位制御装置からの信号が無い場合は、フォトトランジスタはＯｆｆとなっているが、このフォトトランジスタには常に電源電圧が印加されているため、ＥＶやＨＥＶが非作動時であっても僅かな暗電流が流れている。この暗電流は僅かではあるものの、長時間に渡ると、蓄電装置の二次電池セルに蓄電された電力を放電する。
フォトカプラを絶縁回路に用いた場合、フォトカプラの受光側であるフォトトランジスタは蓄電装置側に設けられているので、このフォトトランジスタには蓄電装置側の電源電圧が印加されている。蓄電装置の外側にあるフォトカプラの発光側である発光ダイオードから、上位制御装置からの起動信号に対応して光信号が発生すると、受光側のフォトトランジスタはこの光信号を受光して電流が流れる。すなわちフォトトランジスタはＯｎとなる。上位制御装置からの信号が無い場合は、フォトトランジスタはＯｆｆとなっているが、このフォトトランジスタには常に電源電圧が印加されているため、ＥＶやＨＥＶが非作動時であっても僅かな暗電流が流れている。この暗電流は僅かではあるものの、長時間に渡ると、蓄電装置の二次電池セルに蓄電された電力を放電する。
蓄電装置のセルグループの充放電を制御する制御装置であるセルコントローラは、セルグループ毎に設けられている。近年蓄電装置の大容量化と制御回路の省電力化のために、各セルグループにおける直列に接続される二次電池セルの数が増加している。これにより、セルグループの電圧が高くなり、これを電源電圧に用いている上記のフォトトランジスタに印加される電圧も大きくなってきている。フォトトランジスタの電源電圧が大きくなると、上記の暗電流も大きくなる。また、この暗電流は高温の状態では、さらに増加するので、特に夏期にＥＶやＨＥＶの非作動状態が長期に渡る場合には、この暗電流を減少することが重要となっている。また、フォトトランジスタを含むフォトカプラの特性は、製品毎にある程度バラついているので、暗電流を安定して少なくなるようにするためには、選別をおこなうための選別工程が必要である。
本発明による電池制御装置では、以下に説明するように、起動回路部５２の絶縁回路にコンデンサ結合を用いている。更に低電位側にある上位制御装置からの起動信号を受信する、高電位側にある起動回路部５２の入力部の回路に消費電力の少ないシリコントランジスタを用いている。このような構成の起動回路部により、安価かつ低消費電力の起動回路が実現されている。
セルコントローラ１１への、起動信号１１１（Ｈｉｇｈ、ＶＣＣ）は、起動回路部５２が内蔵する高電位側のラッチ回路により、Ｈｉｇｈ（ＶＣＣ）に保持される。セルコントローラ１１を停止する場合は、ＢＣＵ１０からのリセット信号Ｒが起動回路部５２に入力され、起動信号１１１の出力電圧をＨｉｇｈに保持していたラッチ回路が解除され、起動信号１１１の電位がＬｏｗ（ＧＮＤ）となり、セルコントローラ１１は、動作を停止する。
起動回路部５２のセルコントローラ１１側は、セルグループ２からの電源ラインである正極電位ライン２８から電源供給を受け、セルグループ２の負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ電位として、起動信号１１１の電圧出力を行う。起動回路部５２は、漏れ電流が非常に小さいシリコントランジスタで構成されており、起動信号１１１を出力しない場合、すなわち起動信号１１１の電圧をＬｏｗ（ＧＮＤ電位）の状態では、電源ライン２８から起動回路部５２へ流れ込む漏れ電流を非常に小さく出来る。
デジタルアイソレータ１３は、セルコントローラ１１と接続する一次側と、ＢＣＵ１０と接続する二次側を絶縁しながら通信を行う素子である。この素子は、ＢＣＵ１０とセルコントローラ１１の間で、ＣＬＯＣＫとＤＡＴＡの２本の信号により、シリアル通信を行う。デジタルアイソレータ１３は、一次側と二次側それぞれに電源供給が必要であり、セルコントローラ１１側は、セルコントローラ１１から出力されるＶＤＤ出力電圧を電源として供給し、ＢＣＵ１０側は、電源回路１６から低電圧電源（５Ｖ）を電源ライン１４１を介して供給する。
セルコントローラ１１から出力されるＶＤＤ出力電圧は、セルコントローラ１１が停止状態のときは出力されず、デジタルアイソレータ１３への電源電流も流れないため、セルグループ２の漏れ電流には影響しない。
セルコントローラ１１から出力されるＶＤＤ出力電圧は、セルコントローラ１１が停止状態のときは出力されず、デジタルアイソレータ１３への電源電流も流れないため、セルグループ２の漏れ電流には影響しない。
次に、図３により、セルコントローラ１１の内部構成を説明する。
セルコントローラ１１は、放電回路部２１、マルチプレクサ２２、ＡＤコンバータ２３、放電制御部２４、通信回路部２５、内部電源回路部２６、および、スイッチ２７を備えている。
セルコントローラ１１は、放電回路部２１、マルチプレクサ２２、ＡＤコンバータ２３、放電制御部２４、通信回路部２５、内部電源回路部２６、および、スイッチ２７を備えている。
セルコントローラ１１は、非作動時に、セルグループ２からセルコントローラ１１に流れる電流を遮断するため、セルコントローラ１１内にＶＣＣ電源を供給するスイッチ２７を内蔵しており、このスイッチ２７のＯｎ／Ｏｆｆは起動信号１１１により操作される。
スイッチ２７がＯＮとなると、セルグループ２の正極に接続される電源ライン２８からセルグループ電圧ＶＣＣが内部電源回路部２６に供給される。内部電源回路部２６はＩＣ内の放電回路部２１、マルチプレクサ２２、ＡＤコンバータ２３、放電制御部２４、および通信回路部２５へ、これらの動作電源ＶＤＤを供給する。
スイッチ２７がＯＮとなると、セルグループ２の正極に接続される電源ライン２８からセルグループ電圧ＶＣＣが内部電源回路部２６に供給される。内部電源回路部２６はＩＣ内の放電回路部２１、マルチプレクサ２２、ＡＤコンバータ２３、放電制御部２４、および通信回路部２５へ、これらの動作電源ＶＤＤを供給する。
セルコントローラ１１はセルグループ２を構成する複数の単電池セルと、各々の単電池に対応して設けられている電圧検出線２１３で接続され、各単電池セルのセル電圧は、マルチプレクサ２２へ入力される。コントロールブロック２４からの制御信号により、マルチプレクサで選択された単電池セルの電圧がＡＤコンバータ２３へ入力され、ＡＤサンプリング測定を行い単電池セルのセル電圧を測定する。ＡＤコンバータ２３によりサンプリング測定された電圧測定値は、コントロールブロック２４を介して通信回路２５へ送られる。そして、通信回路２５は、ＣＬＯＣＫラインと、双方向通信のＤＡＴＡラインで、収集したセルグループ２を構成する複数の単電池セルの電池情報をＩＣ外部へ送信する。
放電回路部２１は、セルグループ２を構成する複数の単電池セルの各々に対応して設けられるバランシング抵抗２１２とバランシングスイッチ２１１とで構成される。バランシングスイッチ２１１は、各々の単電池セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線との間に接続され、放電制御部２４からの制御信号により選択されたバランシングスイッチ２１１をＯＮすることにより、単電池セルとバランシング抵抗２１２とバランシングスイッチ２１１とで、この単電池セル毎の放電回路を構成する。この単電池セル毎の放電回路により、容量調整が必要な単電池セルを放電して、セルグループ全体の単電池セルの容量を揃えるバランシング放電を行う。
次に、図４により、起動回路部５２の詳細について説明する。
起動回路部５２は、セルグループ２の正極に接続される電源ライン２８の電圧（ＶＣＣ）を起動信号１１１の電圧として出力するスイッチとなるトランジスタＱ３、そのＱ３をドライブするトランジスタＱ２、トランジスタＱ３がＯＮとなった後、その状態を保持するラッチ回路３１、そのラッチ状態を解除するラッチ解除回路３２、カップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４から構成される絶縁回路３３と、ＢＣＵ１０からの信号を絶縁回路３３へ出力するトランジスタＱ１およびＱ５を備えている。
トランジスタＱ３は、ＯＦＦ時のエミッタ−コレクタ間の漏れ電流が、フォトカプラのトランジスタに比べて小さいシリコントランジスタを使用しているため、セルグループ２からの漏れ電流をフォトカプラに比べ小さくできる。
起動回路部５２は、セルグループ２の正極に接続される電源ライン２８の電圧（ＶＣＣ）を起動信号１１１の電圧として出力するスイッチとなるトランジスタＱ３、そのＱ３をドライブするトランジスタＱ２、トランジスタＱ３がＯＮとなった後、その状態を保持するラッチ回路３１、そのラッチ状態を解除するラッチ解除回路３２、カップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４から構成される絶縁回路３３と、ＢＣＵ１０からの信号を絶縁回路３３へ出力するトランジスタＱ１およびＱ５を備えている。
トランジスタＱ３は、ＯＦＦ時のエミッタ−コレクタ間の漏れ電流が、フォトカプラのトランジスタに比べて小さいシリコントランジスタを使用しているため、セルグループ２からの漏れ電流をフォトカプラに比べ小さくできる。
絶縁回路３３のＢＣＵ１０側はシャーシ電位５０をＧＮＤとする回路に接続されており、セルコントローラ１１側はセルグループの負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ電位とする回路と接続されている。ＢＣＵ１０側（低電圧側）の回路とセルコントローラ１１側（高電圧側）の回路とを直流的に絶縁するため、カップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４によるコンデンサ結合となっている。したがって、絶縁回路３３のカップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４には、セルコントローラ側の高電圧が印加されることになるため、セルコントローラ側の高電圧以上の絶縁耐圧特性を持つコンデンサを使用する。
起動回路部５２は、トランジスタＱ１とＱ２の間が、カップリングコンデンサＣ１、Ｃ２によるコンデンサ結合となっているため、トランジスタＱ１とＱ２の間で直流電圧を伝達出来ない。そのため、トランジスタＱ１の出力で、トランジスタＱ２と、トランジスタＱ２にドライブされるトランジスタＱ３とをＯＮ状態に保持することができない。そこで、トランジスタＱ３の出力がＯＮとなると、トランジスタＱ４がＯＮとなり、トランジスタＱ３のＯＮ状態を保持するラッチ回路３１を設ける。
トランジスタＱ３をＯＦＦする場合は、ラッチ解除回路３２のトランジスタＱ６をＯＮさせ、ラッチ回路３１のトランジスタＱ４をＯＦＦとし、ラッチ状態を解除する。
トランジスタＱ３をＯＦＦする場合は、ラッチ解除回路３２のトランジスタＱ６をＯＮさせ、ラッチ回路３１のトランジスタＱ４をＯＦＦとし、ラッチ状態を解除する。
次に、起動回路部５２の動作について、図５のタイミングチャートを参照して説明する。
尚、図５では、起動回路部入力Ｓと起動回路部入力Ｒは、シャーシ電位５０をＧＮＤ基準、それ以外の信号は、セルグループ２の負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ基準として記載している。
尚、図５では、起動回路部入力Ｓと起動回路部入力Ｒは、シャーシ電位５０をＧＮＤ基準、それ以外の信号は、セルグループ２の負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ基準として記載している。
時刻ｔ１以前は、起動回路部５２のトランジスタＱ１〜Ｑ６は全てＯＦＦとなっている。時刻ｔ１に、ＢＣＵ１０から起動回路部５２にセット信号Ｓとして立下りパルス（５Ｖ→０Ｖ）ＰＳが入力されると、トランジスタＱ１がＯＮし、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電電流が流れる。その電流により、コンデンサＣ１のセルコントローラ１１側に瞬間的に電圧ＶＳが発生し、その電圧により、トランジスタＱ２が瞬間的にＯＮとなる。
トランジスタＱ２がＯＮすることにより、トランジスタＱ３もＯＮとなり、トランジスタＱ３のコレクタ電圧はセルグループ２の正極電位（ＶＣＣ）まで上昇する。
すると、ラッチ回路３１を構成するトランジスタＱ４のベースに電圧が入力され、トランジスタＱ４がＯＮとなり、トランジスタＱ３をＯＮに保持するラッチ状態となる。
図５のｔ２のタイミングで、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電電流が流れなくなり、トランジスタＱ２はＯＦＦとなるが、トランジスタＱ４により、トランジスタＱ３のＯＮ状態は保持される。
トランジスタＱ３がＯＮとなると、コレクタと接続されているセルコントローラ１１の起動信号１１１がＨｉｇｈ（ＶＣＣ）になり、セルコントローラ１１が起動する。
トランジスタＱ２がＯＮすることにより、トランジスタＱ３もＯＮとなり、トランジスタＱ３のコレクタ電圧はセルグループ２の正極電位（ＶＣＣ）まで上昇する。
すると、ラッチ回路３１を構成するトランジスタＱ４のベースに電圧が入力され、トランジスタＱ４がＯＮとなり、トランジスタＱ３をＯＮに保持するラッチ状態となる。
図５のｔ２のタイミングで、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電電流が流れなくなり、トランジスタＱ２はＯＦＦとなるが、トランジスタＱ４により、トランジスタＱ３のＯＮ状態は保持される。
トランジスタＱ３がＯＮとなると、コレクタと接続されているセルコントローラ１１の起動信号１１１がＨｉｇｈ（ＶＣＣ）になり、セルコントローラ１１が起動する。
次に、セルコントローラ１１を停止する動作を説明する。
時刻ｔ３のタイミングで、ＢＣＵ１０から起動回路部５２にリセット信号Ｒとして立ち下がりパルス（５Ｖ→０Ｖ）ＰＲが入力されると、トランジスタＱ５がＯＮとなり、コンデンサＣ３、Ｃ４の充電電流が流れる。その電流により、コンデンサＣ３のセルコントローラ１１側に瞬間的に電圧ＶＲが発生する。その電圧により、トランジスタＱ６がＯＮとなる。すると、トランジスタＱ３をＯＮ状態に保持しているトランジスタＱ４のベース電圧が０Ｖ近くまで下がり、トランジスタＱ３をＯＮ状態に保持しているトランジスタＱ４がＯＦＦとなる。その結果、トランジスタＱ３がＯＦＦとなり、セルコントローラ１１の起動信号１１１がＬｏｗ（ＧＮＤ電位）となり、セルコントローラ１１は動作を停止する。
時刻ｔ３のタイミングで、ＢＣＵ１０から起動回路部５２にリセット信号Ｒとして立ち下がりパルス（５Ｖ→０Ｖ）ＰＲが入力されると、トランジスタＱ５がＯＮとなり、コンデンサＣ３、Ｃ４の充電電流が流れる。その電流により、コンデンサＣ３のセルコントローラ１１側に瞬間的に電圧ＶＲが発生する。その電圧により、トランジスタＱ６がＯＮとなる。すると、トランジスタＱ３をＯＮ状態に保持しているトランジスタＱ４のベース電圧が０Ｖ近くまで下がり、トランジスタＱ３をＯＮ状態に保持しているトランジスタＱ４がＯＦＦとなる。その結果、トランジスタＱ３がＯＦＦとなり、セルコントローラ１１の起動信号１１１がＬｏｗ（ＧＮＤ電位）となり、セルコントローラ１１は動作を停止する。
以上で説明したように、起動回路部５２は、ＢＣＵ１０から入力されるセット信号Ｓを起動トリガ信号として、起動信号１１１の電圧をＨｉｇｈとし、またリセット信号Ｒを停止トリガ信号として、起動信号１１１の電圧をＬｏｗとして、この起動信号１１１をセルコントローラ１１に入力する。この起動信号１１１の電圧がＨｉｇｈの場合はセルコントローラのスイッチ２７がＯｎとなり、セルコントローラ１１の内部電源回路２６に電源電圧（ＶＣＣ）が供給される。さらに、この内部電源回路２６から電源電圧（ＶＤＤ）がセルコントローラ内の回路、およびセルコントローラ１１とＢＣＵ１０との通信を行うデジタルアイソレータ１３に供給されることによって、セルコントローラ１１が動作する、すなわちセルコントローラ１１がＯｎとなる。
以上説明したように、第１の実施形態による電池制御装置によれば、電動車両の停止時における電池制御装置での暗電流による電力消費を大幅に削減することができる。電池制御装置はこれにより制御される組電池を含む蓄電装置全体に対して、この暗電流を大幅に削減することができる。また、同様にこの蓄電装置を備えた電動車両の駆動装置に対しても、電動車両の停車時の消費電力を削減することに大きく寄与する。
＜第２の実施形態＞
＜第２の実施形態＞
図６は、第１の実施形態で説明した電池制御装置１の構成例と異なる、第２の実施形態による電池制御装置１の構成例を示す。
第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、起動回路部の構成とこの起動回路部への入力信号（起動トリガ信号）である。図６ではセルコントローラ１１に起動信号を出力する起動回路部は参照番号５３で示されている。ＢＣＵ１０からの起動回路部５３への信号入力は、図２に示す第１の実施形態では起動トリガ信号および停止トリガ信号として、それぞれセット信号Ｓとリセット信号Ｒの２つの信号が入力されていた。第２の実施形態では、起動トリガ信号（信号Ｘ）のみが入力される構成となる。
第２の実施形態と第１の実施形態との相違点は、起動回路部の構成とこの起動回路部への入力信号（起動トリガ信号）である。図６ではセルコントローラ１１に起動信号を出力する起動回路部は参照番号５３で示されている。ＢＣＵ１０からの起動回路部５３への信号入力は、図２に示す第１の実施形態では起動トリガ信号および停止トリガ信号として、それぞれセット信号Ｓとリセット信号Ｒの２つの信号が入力されていた。第２の実施形態では、起動トリガ信号（信号Ｘ）のみが入力される構成となる。
ＢＣＵ１０から起動回路部５３への起動トリガ信号Ｘとして、パルス（５Ｖ→０Ｖ）ＰＸが出力される。この起動パルスＰＸが所定時間間隔以下で起動回路部５３へ出力され続けている間は、起動回路５３からセルコントローラ１１に出力される起動信号１１１の電圧はＨｉｇｈ（ＶＣＣ）となる。そして、ＢＣＵ１０からのパルスＰＸの出力が停止すると、起動回路部５３からのセルコントローラ１１への起動信号１１１の出力はＬｏｗとなる。この構成により、ＢＣＵ１０により、セルコントローラ１１の起動、停止を制御することができる。
なお、図６において、図２に示されている構成部分と同一の符号を付された構成部分は、同一の機能を有しており、これらについては説明を省略する
なお、図６において、図２に示されている構成部分と同一の符号を付された構成部分は、同一の機能を有しており、これらについては説明を省略する
次に、図７により、起動回路部５３の詳細について説明する。
起動回路部５３は、セルグループ２の正極に接続される電源ライン（正極電位ライン）２８の電圧（ＶＣＣ）を起動信号１１１の電圧として出力するトランジスタＱ１３、そのトランジスタＱ１３をドライブする単安定マルチバイブレータ回路３４、単安定マルチバイブレータ回路３４へトリガ信号を出力するトランジスタＱ１２、カップリングコンデンサＣ１１、Ｃ１２から構成される絶縁回路３５と、ＢＣＵ１０からの起動トリガ信号ＸをカップリングコンデンサＣ１１へ出力するトランジスタＱ１１から構成される。
トランジスタＱ１３は、ＯＦＦ時のエミッタ−コレクタ間の漏れ電流がフォトカプラのトランジスタに比べて小さいシリコントランジスタを使用しているため、セルグループ２からの漏れ電流をフォトカプラに比べ小さくできる。
起動回路部５３は、セルグループ２の正極に接続される電源ライン（正極電位ライン）２８の電圧（ＶＣＣ）を起動信号１１１の電圧として出力するトランジスタＱ１３、そのトランジスタＱ１３をドライブする単安定マルチバイブレータ回路３４、単安定マルチバイブレータ回路３４へトリガ信号を出力するトランジスタＱ１２、カップリングコンデンサＣ１１、Ｃ１２から構成される絶縁回路３５と、ＢＣＵ１０からの起動トリガ信号ＸをカップリングコンデンサＣ１１へ出力するトランジスタＱ１１から構成される。
トランジスタＱ１３は、ＯＦＦ時のエミッタ−コレクタ間の漏れ電流がフォトカプラのトランジスタに比べて小さいシリコントランジスタを使用しているため、セルグループ２からの漏れ電流をフォトカプラに比べ小さくできる。
カップリングコンデンサＣ１１、Ｃ１２のＢＣＵ１０側はシャーシ電位５０をＧＮＤ電位とする回路に接続されており、セルコントローラ１１側はセルグループの負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ電位とする回路と接続されている。ＢＣＵ１０側（低電圧側）の回路とセルコントローラ１１側（高電圧側）の回路とを直流的に絶縁するため、カップリングコンデンサＣ１１、Ｃ１２によるコンデンサ結合となっている。したがって、カップリングコンデンサＣ１１、Ｃ１２には、セルコントローラ側の高電圧が印加されることになるため、セルコントローラ側の高電圧以上の絶縁耐圧特性を持つコンデンサを使用する。
トランジスタＱ１３をドライブする単安定マルチバイブレータ回路３４は、再トリガ可能なリトリガブル単安定マルチバイブレータとなっており、リセット周期より短いトリガパルスが入力されている間は、トランジスタＱ１３をＯＮに保持することができる。トランジスタＱ１２からのトリガパルス入力を停止すると、リセット周期分の時間を経た後、トランジスタＱ１３はＯＦＦとなる。
トランジスタＱ１２の駆動信号は、カップリングコンデンサＣ１１によるコンデンサ結合を介してＢＣＵ１０から送信される起動パルスＰＸである。
トランジスタＱ１２の駆動信号は、カップリングコンデンサＣ１１によるコンデンサ結合を介してＢＣＵ１０から送信される起動パルスＰＸである。
次に、起動回路部５３の動作について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。
尚、図８では、起動回路部を起動する起動トリガ信号Ｘのみ、シャーシ電位５０をＧＮＤ基準、それ以外の信号は、セルグループ２の負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ基準として記載している。
図８において、ＢＣＵ１０から出力される起動トリガ信号Ｘであるパルス信号ＰＸが、起動回路部５３に最初に入力される時刻ｔ０より以前の時刻においては、トランジスタＱ１１〜Ｑ１５は全てＯＦＦとなっている
尚、図８では、起動回路部を起動する起動トリガ信号Ｘのみ、シャーシ電位５０をＧＮＤ基準、それ以外の信号は、セルグループ２の負極電位ライン２９の電位をＧＮＤ基準として記載している。
図８において、ＢＣＵ１０から出力される起動トリガ信号Ｘであるパルス信号ＰＸが、起動回路部５３に最初に入力される時刻ｔ０より以前の時刻においては、トランジスタＱ１１〜Ｑ１５は全てＯＦＦとなっている
セルグループ２の正極電位ライン２８の電位が、トランジスタＱ１３のエミッタ−ベース間および抵抗Ｒ１９とＲ１８、コンデンサＣ１３、ダイオードＤ１１、トランジスタＱ１５のベース−エミッタ間を通して、コンデンサＣ１３を充電しており、トランジスタＱ１４のコレクタ電位は、セルグループ２の正極電位（ＶＣＣ）、トランジスタＱ１４のコレクタ電位は、セルグループ２の負極電位（ＧＮＤ）となっている。
時刻ｔ０において、ＢＣＵ１０から起動回路部５３へ起動トリガ信号であるパルス信号ＰＸが出力されると、トランジスタＱ１１がＯＮし、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の充電電流が流れる。その電流により、コンデンサＣ１１のセルコントローラ１１側に瞬間的に電圧ＶＸが発生し、その電圧ＶＸにより、トランジスタＱ１２が瞬間的にＯＮとなる。
トランジスタＱ１２がＯＮすることにより、単安定マルチバイブレータ回路３４へ、トリガ信号が入力されることとなる。セルグループ２の正極電圧近くまで充電されているコンデンサＣ１３のトランジスタＱ１４のコレクタ接続側が、セルグループ２の負極電位と略等しくなり、ダイオードＤ１１のアノード側電位は、コンデンサＣ１３の充電電圧の分だけセルグループ２の負極電位ライン２９の電位（ＧＮＤ）からマイナス側へ低下する。
すると、トランジスタＱ１５はＯＦＦのままで、抵抗Ｒ１５、Ｒ１７を通して、トランジスタＱ１４ベースへ電圧が印加され、トランジスタＱ１４がＯＮとなる。その結果、トランジスタＱ１３のコレクタ、抵抗Ｒ１６、コンデンサＣ１３、トランジスタＱ１４のコレクタ−エミッタ間を通して、コンデンサＣ１３が放電される。コンデンサＣ１３が放電され、さらに逆方向に充電される。コンデンサＣ１３とダイオードＤ１１の接続点の電圧が、トランジスタＱ１５をＯＮされる電圧まで上昇する時刻ｔ１１において、トランジスタＱ１５がＯＮとなる。すると、トランジスタＱ１４がＯＦＦとなり、コンデンサＣ１３は再びトランジスタＱ１３のエミッタ−ベース間、抵抗Ｒ１９、Ｒ１８、コンデンサＣ１３、ダイオードＤ１１、トランジスタＱ１５ベース−エミッタ間の経路で充電される。
コンデンサＣ１３が、トランジスタＱ１３がＯＦＦとなるところまで充電されるより前に、トランジスタＱ１２からトリガ信号が入力されると、回路は上記の動作を繰り返す。
また、この間、トランジスタＱ１３は、ＯＮ状態を保持しており、セルコントローラ１１の起動信号１１１の電圧はＶＣＣに維持される。
時刻ｔ０において、ＢＣＵ１０から起動回路部５３へ起動トリガ信号であるパルス信号ＰＸが出力されると、トランジスタＱ１１がＯＮし、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の充電電流が流れる。その電流により、コンデンサＣ１１のセルコントローラ１１側に瞬間的に電圧ＶＸが発生し、その電圧ＶＸにより、トランジスタＱ１２が瞬間的にＯＮとなる。
トランジスタＱ１２がＯＮすることにより、単安定マルチバイブレータ回路３４へ、トリガ信号が入力されることとなる。セルグループ２の正極電圧近くまで充電されているコンデンサＣ１３のトランジスタＱ１４のコレクタ接続側が、セルグループ２の負極電位と略等しくなり、ダイオードＤ１１のアノード側電位は、コンデンサＣ１３の充電電圧の分だけセルグループ２の負極電位ライン２９の電位（ＧＮＤ）からマイナス側へ低下する。
すると、トランジスタＱ１５はＯＦＦのままで、抵抗Ｒ１５、Ｒ１７を通して、トランジスタＱ１４ベースへ電圧が印加され、トランジスタＱ１４がＯＮとなる。その結果、トランジスタＱ１３のコレクタ、抵抗Ｒ１６、コンデンサＣ１３、トランジスタＱ１４のコレクタ−エミッタ間を通して、コンデンサＣ１３が放電される。コンデンサＣ１３が放電され、さらに逆方向に充電される。コンデンサＣ１３とダイオードＤ１１の接続点の電圧が、トランジスタＱ１５をＯＮされる電圧まで上昇する時刻ｔ１１において、トランジスタＱ１５がＯＮとなる。すると、トランジスタＱ１４がＯＦＦとなり、コンデンサＣ１３は再びトランジスタＱ１３のエミッタ−ベース間、抵抗Ｒ１９、Ｒ１８、コンデンサＣ１３、ダイオードＤ１１、トランジスタＱ１５ベース−エミッタ間の経路で充電される。
コンデンサＣ１３が、トランジスタＱ１３がＯＦＦとなるところまで充電されるより前に、トランジスタＱ１２からトリガ信号が入力されると、回路は上記の動作を繰り返す。
また、この間、トランジスタＱ１３は、ＯＮ状態を保持しており、セルコントローラ１１の起動信号１１１の電圧はＶＣＣに維持される。
セルコントローラ１１の起動信号１１１の電圧をＬｏｗ（ＧＮＤ）とする場合は、ＢＣＵ１０から起動回路の入力Ｐへの信号を停止する。
図８の時刻ｔ１３を最後に、ＢＣＵ１０からの起動トリガ信号Ｘであるパルス信号ＰＸが停止されると、時刻ｔ１４でトランジスタＱ１４がＯＦＦ、トランジスタＱ１５がＯＮとなり、コンデンサＣ１３は再びトランジスタＱ１３エミッタ−ベース間、抵抗Ｒ１９、Ｒ１８、コンデンサＣ１３、ダイオードＤ１１、トランジスタＱ１５ベース−エミッタ間の経路で充電される。そして、時刻ｔ１５でコンデンサＣ１３が、トランジスタＱ１３がＯＦＦとなるところまで充電されると、トランジスタＱ１３はＯＦＦとなる。
図８の時刻ｔ１３を最後に、ＢＣＵ１０からの起動トリガ信号Ｘであるパルス信号ＰＸが停止されると、時刻ｔ１４でトランジスタＱ１４がＯＦＦ、トランジスタＱ１５がＯＮとなり、コンデンサＣ１３は再びトランジスタＱ１３エミッタ−ベース間、抵抗Ｒ１９、Ｒ１８、コンデンサＣ１３、ダイオードＤ１１、トランジスタＱ１５ベース−エミッタ間の経路で充電される。そして、時刻ｔ１５でコンデンサＣ１３が、トランジスタＱ１３がＯＦＦとなるところまで充電されると、トランジスタＱ１３はＯＦＦとなる。
以上説明したように、第２の実施形態による電池制御装置によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
＜第３の実施形態＞
本発明による電池制御装置１の上記の実施形態では、図２あるいは図６のように複数の単電池セルが直列に接続されたセルグループ２を２つ備え、この２つのセルグループがサービスディスコネクト（ＳＤ）３を介して直列に接続される構成の例を説明した。また図３および図４では１２個の単電池セルからなるセルグループの例を示した。
各セルグループを構成する単電池セルの数は種々の場合があり、また図２あるいは図６で、サービスディスコネクト３の上側および下側に複数のセルグループが直列に接続される構成の電池モジュールが用いられる場合もある。
本発明による電池制御装置１の上記の実施形態では、図２あるいは図６のように複数の単電池セルが直列に接続されたセルグループ２を２つ備え、この２つのセルグループがサービスディスコネクト（ＳＤ）３を介して直列に接続される構成の例を説明した。また図３および図４では１２個の単電池セルからなるセルグループの例を示した。
各セルグループを構成する単電池セルの数は種々の場合があり、また図２あるいは図６で、サービスディスコネクト３の上側および下側に複数のセルグループが直列に接続される構成の電池モジュールが用いられる場合もある。
図９〜図１２は、サービスディスコネクト３の上側および下側にそれぞれ、４個の単電池セルから構成されるセルグループを３つ直列に接続した構成の例を示す。サービスディスコネクト３の上側にはセルグループ２ａ〜２ｃが配置され、サービスディスコネクト３の下側にはセルグループ２ｄ〜２ｆが配置されている。各セルグループ毎に、これらを制御するセルコントローラ１２ａ〜１２ｆが設けられている。
これらの複数のセルコントローラ１２ａ〜１２ｆを起動する場合、およびこれらのセルコントローラに制御信号１１１を送信し、また単電池セルの電圧測定値や状態フラグおよびセルコントローラの状態のデータをセルコントローラから電池制御マイコン（ＢＣＵ）１０に送信する場合は、上位のセルコントローラ（図９では１２ｃと１２ｆ、図１０では１２ｆ）で受信した起動信号１１１やデータ／クロックを他のセルコントローラ１２ａ〜１２ｅに伝送している。
なお、セルコントローラ１２ａ〜１２ｆは、図１から図８で説明したセルコントローラ１１と同じ構成のものであるが、図９以降では複数のセルコントローラでループ通信を行うための機能についても説明するので、図９以降ではあえて参照番号を変更して説明している。またセルコントローラ１２ａ〜１２ｆは同様の構成であり、どのセルコントローラか特に限定しない場合、単にセルコントローラ１２として引用する。
これらの複数のセルコントローラ１２ａ〜１２ｆを起動する場合、およびこれらのセルコントローラに制御信号１１１を送信し、また単電池セルの電圧測定値や状態フラグおよびセルコントローラの状態のデータをセルコントローラから電池制御マイコン（ＢＣＵ）１０に送信する場合は、上位のセルコントローラ（図９では１２ｃと１２ｆ、図１０では１２ｆ）で受信した起動信号１１１やデータ／クロックを他のセルコントローラ１２ａ〜１２ｅに伝送している。
なお、セルコントローラ１２ａ〜１２ｆは、図１から図８で説明したセルコントローラ１１と同じ構成のものであるが、図９以降では複数のセルコントローラでループ通信を行うための機能についても説明するので、図９以降ではあえて参照番号を変更して説明している。またセルコントローラ１２ａ〜１２ｆは同様の構成であり、どのセルコントローラか特に限定しない場合、単にセルコントローラ１２として引用する。
図９に示す例は図２あるいは図６に対応して、サービスディスコネクト３の上側と下側にそれぞれ、電池制御マイコン１０からの起動信号１１１を受信する起動回路部５２または５３と、セルコントローラ制御用のデータ／クロックを受信するデジタルアイソレータ１３を備えている。また、このデータ／クロック信号を上側と下側のそれぞれの３つのセルコントローラが受信したのち、さらに電池制御マイコンに送信するデジタルアイソレータ１３を備えている。すなわち、データ／クロックの信号伝送経路はループ型となっている。このようなループ型の信号伝送では、一方向にのみ信号が伝送されるので、デジタルアイソレータ１３も一方向にのみ通信可能な仕様のものでよい。なお、簡単のため図９〜図１２ではクロック伝送経路とデータ伝送経路をまとめて示してある。
サービスディスコネクト３の上側と下側のセルコントローラおよびこれらの信号伝送は同等であるので、上側のみ図１３も参照して説明する。
サービスディスコネクト３の上側と下側のセルコントローラおよびこれらの信号伝送は同等であるので、上側のみ図１３も参照して説明する。
起動回路部５２／５３で受信された起動信号１１１は、まずセルコントローラ１２ｃが受信し、セルコントローラ１２ｃが起動する。そして、セルコントローラ１２ｃはセルグループ２ｃの最上位セルの電位に対して昇圧された電圧４２を、その上側に接続されたセルコントローラ１２ｂの起動信号入力端子へ出力し、さらに、セルコントローラ１２ｂは、セルグループ２ｂの最上位セルの電位に対して昇圧された電圧４２を、その上側に接続されたセルコントローラ１２aの起動信号入力端子に出力する。
デジタルアイソレータ１３を介して受信されたデータ／クロックは、まずセルコントローラ１２ｃの通信回路２５で受信され（図１３参照）、ＩＣ内部でレベルシフト回路４３によってレベルシフトされ、その上側に接続されたセルコントローラ１２ｂへ通信回路４４を介して送信される。セルコントローラ１２ｂへ送信されたデータ／クロック信号は、さらに、セルコントローラ１２ｂ内部でレベルシフトされ、その上側に接続されたセルコントローラ１２ａに送信される。
デジタルアイソレータ１３を介して受信されたデータ／クロックは、まずセルコントローラ１２ｃの通信回路２５で受信され（図１３参照）、ＩＣ内部でレベルシフト回路４３によってレベルシフトされ、その上側に接続されたセルコントローラ１２ｂへ通信回路４４を介して送信される。セルコントローラ１２ｂへ送信されたデータ／クロック信号は、さらに、セルコントローラ１２ｂ内部でレベルシフトされ、その上側に接続されたセルコントローラ１２ａに送信される。
図１３を参照して、セルコントローラ１２の詳細を説明する。
図３にて説明した、セルコントローラ１１と同一部分は、図３と同一番号で示し、説明を省略する。
図３にて説明した、セルコントローラ１１と同一部分は、図３と同一番号で示し、説明を省略する。
チャージポンプ回路４１は、セルグループ２の正極電位ライン２８に対して昇圧動作を行い、昇圧電圧出力ＶＤＤＵ４２を出力する。チャージポンプ回路４１は、内部電源回路２６起動後に動作を開始するため、内部電源回路停止時は消費電流は流れない。
通信回路４４は、通信回路２５で受信した信号をレベルシフト回路４３を介して、上側のセルコントローラへ出力する。チャージポンプ回路４１から出力された電圧は、上側のセルコントローラとの通信回路４４に供給され、通信回路４４は、正極電位ライン２８の電位を基準として動作し、上側のセルコントローラと通信を行う。
なお、図１３では通信回路２５および４４に接続されているデータ伝送経路（ＤＡＴＡ）が双方向通信を行うように記載されているが、図９に例示するようなループ型伝送経路では一方向にのみ伝送可能な伝送経路をもちいてもよい。
通信回路４４は、通信回路２５で受信した信号をレベルシフト回路４３を介して、上側のセルコントローラへ出力する。チャージポンプ回路４１から出力された電圧は、上側のセルコントローラとの通信回路４４に供給され、通信回路４４は、正極電位ライン２８の電位を基準として動作し、上側のセルコントローラと通信を行う。
なお、図１３では通信回路２５および４４に接続されているデータ伝送経路（ＤＡＴＡ）が双方向通信を行うように記載されているが、図９に例示するようなループ型伝送経路では一方向にのみ伝送可能な伝送経路をもちいてもよい。
セルコントローラ１２ｃと１２ｂ間の接続について、図１４を参照して説明する。
尚、図１４では、図１３に対し、セルコントローラ間の接続の説明に関係しない部分は省略している。また、説明を容易にするために、セルコントローラ１２ｃと１２ｂで、図１３で説明した各回路や信号の参照番号にそれぞれｂとｃを追記して記載しているが参照番号の数字が同じであれば同じ回路または信号を示している。
セルグループ２ｃと２ｂは直列に接続され、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃとセルグループ２ｂの負極電位ラインは同電位となっている。
そして、セルコントローラ２ｂの起動信号としてセルコントローラ１２ｃのチャージポンプ回路４１ｃの出力ＶＤＤＵ４２ｃが入力される。
チャージポンプ回路４１ｃは、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃに対して昇圧動作を行う。したがって、チャージポンプ回路４１ｃの昇圧電圧をＶ１とすると、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃと同電位のセルグループ２ｂの負極電位ライン２９ｂに対してＶＤＤＵ４２ｃは、Ｖ１の電位を持つことになる。 チャージポンプ回路４１ｃの昇圧電圧Ｖ１は、セルコントローラ１２ｂのスイッチ２７ｃがＯＮとなる閾値より大きいため、チャージポンプ回路４１ｃが動作するとセルコントローラ１２ｂが起動することになる。
このような動作をセルコントローラ１２ｂと１２ａの間でも行い、起動信号をセルコントローラ間では昇圧電圧出力ＶＤＤＵ４２として送信する。
尚、図１４では、図１３に対し、セルコントローラ間の接続の説明に関係しない部分は省略している。また、説明を容易にするために、セルコントローラ１２ｃと１２ｂで、図１３で説明した各回路や信号の参照番号にそれぞれｂとｃを追記して記載しているが参照番号の数字が同じであれば同じ回路または信号を示している。
セルグループ２ｃと２ｂは直列に接続され、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃとセルグループ２ｂの負極電位ラインは同電位となっている。
そして、セルコントローラ２ｂの起動信号としてセルコントローラ１２ｃのチャージポンプ回路４１ｃの出力ＶＤＤＵ４２ｃが入力される。
チャージポンプ回路４１ｃは、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃに対して昇圧動作を行う。したがって、チャージポンプ回路４１ｃの昇圧電圧をＶ１とすると、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃと同電位のセルグループ２ｂの負極電位ライン２９ｂに対してＶＤＤＵ４２ｃは、Ｖ１の電位を持つことになる。 チャージポンプ回路４１ｃの昇圧電圧Ｖ１は、セルコントローラ１２ｂのスイッチ２７ｃがＯＮとなる閾値より大きいため、チャージポンプ回路４１ｃが動作するとセルコントローラ１２ｂが起動することになる。
このような動作をセルコントローラ１２ｂと１２ａの間でも行い、起動信号をセルコントローラ間では昇圧電圧出力ＶＤＤＵ４２として送信する。
次に、データ／クロックの通信について説明する。
セルコントローラ１２ｃの通信回路４４ｃは、チャージポンプ回路４１ｃから電源の供給を受け、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８を基準としてクロック／データ信号を入出力する。一方、セルコントローラ１２ｂの通信回路２５ｂは、セルグループ２ｂの負極電位ライン２９ｂを基準として動作する。セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃとセルグループ２ｂの負極電位ライン２９ｂ同電位となっており、通信回路４４ｃと通信回路２５ｂはその基準電位を同じくして動作することになり、通信回路４４ｃと２５ｂ間で通信を行うことが可能となっている。
このような動作をセルコントローラ１２ｂと１２ａの間でも行い、データ／クロック信号をセルコントローラ間で伝達する。図９に示す例と同様に、データ／クロックの信号伝送経路はループ型となっている。なお、このようなループ型の信号伝送では、一方向にのみ信号が伝送されるので、デジタルアイソレータ１３も一方向にのみ通信可能な仕様のものでよい。
セルコントローラ１２ｃの通信回路４４ｃは、チャージポンプ回路４１ｃから電源の供給を受け、セルグループ２ｃの正極電位ライン２８を基準としてクロック／データ信号を入出力する。一方、セルコントローラ１２ｂの通信回路２５ｂは、セルグループ２ｂの負極電位ライン２９ｂを基準として動作する。セルグループ２ｃの正極電位ライン２８ｃとセルグループ２ｂの負極電位ライン２９ｂ同電位となっており、通信回路４４ｃと通信回路２５ｂはその基準電位を同じくして動作することになり、通信回路４４ｃと２５ｂ間で通信を行うことが可能となっている。
このような動作をセルコントローラ１２ｂと１２ａの間でも行い、データ／クロック信号をセルコントローラ間で伝達する。図９に示す例と同様に、データ／クロックの信号伝送経路はループ型となっている。なお、このようなループ型の信号伝送では、一方向にのみ信号が伝送されるので、デジタルアイソレータ１３も一方向にのみ通信可能な仕様のものでよい。
なお、電池制御マイコン１０からの起動信号１１１を受信する起動回路部５２／５３のみ本発明による起動回路部を用いており、データ／クロックの伝送とセルコントローラ１１ｃからの起動信号１１１の電池制御マイコン１０への送信は全てデジタルアイソレータ１３を介して行われる。前述のように、デジタルアイソレータ１３の電源は起動されたセルコントローラから供給されるので、セルコントローラが起動されない限りこれらの消費電力は無い。
＜第４の実施形態＞
図１０に示す電池制御装置１の構成では、データ／クロックの伝送経路に関して、６つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆが全部１つのループ型信号伝送経路に繋がっている。ＳＤの下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆから上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｃへのデータ／クロック転送はデジタルアイソレータ１３を介して行われる。ただし、起動信号１１１を受信する起動回路部５２または５３は上側の３つのセルコントローラの起動用と、下側の３つのコントローラの起動用とに１つづつ設けられる。これはデジタルアイソレータ１３の電源は起動されたセルコントローラから供給されるためである。
図１０に示す電池制御装置１の構成では、データ／クロックの伝送経路に関して、６つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆが全部１つのループ型信号伝送経路に繋がっている。ＳＤの下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆから上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｃへのデータ／クロック転送はデジタルアイソレータ１３を介して行われる。ただし、起動信号１１１を受信する起動回路部５２または５３は上側の３つのセルコントローラの起動用と、下側の３つのコントローラの起動用とに１つづつ設けられる。これはデジタルアイソレータ１３の電源は起動されたセルコントローラから供給されるためである。
＜第５の実施形態＞
図１１に示す電池制御装置１の構成は、データ／クロックの伝送経路に関して、サービスディスコネクト（ＳＤ）３の上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆと、下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆが、それぞれ１つのリターン型信号伝送経路に繋がっている。上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆと下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆとは同様の接続構成となっているので、上側の３つのセルコントローラについて説明する。
図１１に示す電池制御装置１の構成は、データ／クロックの伝送経路に関して、サービスディスコネクト（ＳＤ）３の上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆと、下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆが、それぞれ１つのリターン型信号伝送経路に繋がっている。上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆと下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆとは同様の接続構成となっているので、上側の３つのセルコントローラについて説明する。
電池制御マイコン（ＢＣＵ）１０からの起動信号１１１は、起動回路部５２／５３を介してまずセルコントローラ１２ｃに送信される。セルコントローラ１２ｆは、この起動信号の上方を昇圧電圧出力ＶＤＤＵ４２としてセルコントローラ１２ｂに送信する。セルコントローラ１２ｂは同様にして昇圧電圧出力ＶＤＤＵ４２をセルコントローラ１２ａ送信する。これによってセルコントローラ１２ａ〜１２ｃが起動される。
セルコントローラ１２ｃ、１２ｂ、１２ａが順に起動され、セルコントローラ１２ａが起動されると、起動が完了した信号がデータの伝送経路を経由してＢＣＵ１０に送信される。この起動完了信号の送信は、データの伝送経路を経由して逆方向で送信されるので、このような信号伝送経路をリターン型信号伝送経路と称している。
ここではデータの伝送経路（ＤＡＴＡ）は、図１３に示すように双方向通信が可能であるとしているが、一方向ににのみ通信可能な伝送経路を複数用いて双方向通信を行うようにしてもよい。この場合デジタルアイソレータ１３には、双方向通信可能な多チャンネル型の仕様のものを用いてよく、また一方向に通信可能な仕様のものを複数用いてもよい。
ここではデータの伝送経路（ＤＡＴＡ）は、図１３に示すように双方向通信が可能であるとしているが、一方向ににのみ通信可能な伝送経路を複数用いて双方向通信を行うようにしてもよい。この場合デジタルアイソレータ１３には、双方向通信可能な多チャンネル型の仕様のものを用いてよく、また一方向に通信可能な仕様のものを複数用いてもよい。
＜第６の実施形態＞
図１２に示す電池制御装置１の構成は、データ／クロックの伝送経路に関して、全てのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆが、それぞれ１つのリターン型信号伝送経路に繋がっている。ただし、ＳＤの下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆから上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｃへのデータ／クロック転送はデジタルアイソレータ１３を介して行われる。
第５の実施形態で説明したように、データの伝送は一方向ににのみ通信可能な伝送経路を複数用いて双方向通信を行うようにしてもよい。この場合デジタルアイソレータ１３には、双方向通信可能な多チャンネル型の仕様のものを用いてよく、また一方向に通信可能な仕様のものを複数用いてもよい。
図１２に示す電池制御装置１の構成は、データ／クロックの伝送経路に関して、全てのセルコントローラ１２ａ〜１２ｆが、それぞれ１つのリターン型信号伝送経路に繋がっている。ただし、ＳＤの下側の３つのセルコントローラ１２ｄ〜１２ｆから上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｃへのデータ／クロック転送はデジタルアイソレータ１３を介して行われる。
第５の実施形態で説明したように、データの伝送は一方向ににのみ通信可能な伝送経路を複数用いて双方向通信を行うようにしてもよい。この場合デジタルアイソレータ１３には、双方向通信可能な多チャンネル型の仕様のものを用いてよく、また一方向に通信可能な仕様のものを複数用いてもよい。
ここで起動信号１１１を受信する起動回路部５２または５３は上側の３つのセルコントローラ１２ａ〜１２ｃの起動用と、下側の３つのコントローラ１２ｄ〜１２ｆの起動用とに１つづつ設けられる。これはデジタルアイソレータ１３の電源は起動されたセルコントローラから供給されるためである。
この第６の実施形態での各セルコントローラ間での信号伝送は、セルコントローラ１２ｃと１２ｄの間の信号伝送がデジタルアイソレータを介して行われる以外は上述の実施形態と同様であるので省略する。
この第６の実施形態での各セルコントローラ間での信号伝送は、セルコントローラ１２ｃと１２ｄの間の信号伝送がデジタルアイソレータを介して行われる以外は上述の実施形態と同様であるので省略する。
＜第３乃至第６の実施形態の変形実施例＞
上記の第３乃至第６の実施形態では、各セルグループを構成する単電池セルを４個としたが、前述のように、各セルグループを構成する単電池セルの個数は４個以外であってもよく、従来は５個、６個のセルグループの構成が主に用いられている。第１および第２の実施形態で説明したように、１２個の単電池セルから構成されるセルグループも可能であり、単電池セルの数とセルグループの総電圧に対応して設計されたセルコントローラが用いられる。
上記の第３乃至第６の実施形態では、各セルグループを構成する単電池セルを４個としたが、前述のように、各セルグループを構成する単電池セルの個数は４個以外であってもよく、従来は５個、６個のセルグループの構成が主に用いられている。第１および第２の実施形態で説明したように、１２個の単電池セルから構成されるセルグループも可能であり、単電池セルの数とセルグループの総電圧に対応して設計されたセルコントローラが用いられる。
以上で説明したように、上記の実施形態で説明したデジタルアイソレータ１３の代わりにフォトカプラを用いることも可能である。このフォトカプラにも様々な仕様のものがあり、双方向通信可能な多チャンネル型のものを用いることも可能である。
また、データの伝送経路は、伝送するデータ信号の仕様および伝送方法（ループ型／リターン型）に合わせて、様々な形態が可能である。この伝送経路の絶縁に使用するデジタルアイソレータあるいはフォトカプラも、この伝送経路の形態に合わせて、一方向にのみ送信する仕様のものや、多チャンネル仕様のもの、双方向通信が可能な多チャンネル仕様のものなどを適宜使用する。
上述したように、本発明による電池制御装置では、起動信号によって起動されたセルコントローラからフォトカプラに電源を供給することによって、セルコントローラが停止中でのフォトカプラの暗電流あるいは消費電力をゼロとすることができる。ただし、前述のようにフォトカプラの特性にはかなりバラツキがあること、またデジタルアイソレータよりも消費電力が大きいので、上記で説明した実施形態ではデジタルアイソレータを採用した例を示している。
なお、上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて使用しても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
Claims (5)
- 単電池セルを複数個直列に接続した組電池の充放電を制御するセルコントローラと、
当該セルコントローラを起動する起動信号を発生する起動回路部と、
前記起動信号を発生させるために前記起動回路部に起動トリガ信号を入力する上位コントローラとを備え、
前記起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備える電池制御装置であって、
前記起動回路部は、ラッチ回路と、ラッチ解除回路と、前記絶縁回路を介して前記起動トリガ信号を受信し前記ラッチ回路のトランジスタをＯｎとする起動トリガ受信トランジスタとを備え、
前記ラッチ回路は、前記上位コントローラからの停止トリガ信号が前記絶縁回路を介して前記ラッチ解除回路に入力されるまで、前記起動信号の電圧をＨｉｇｈ状態に維持する、
ことを特徴とする電池制御装置。 - 単電池セルを複数個直列に接続した組電池の充放電を制御するセルコントローラと、
当該セルコントローラを起動する起動信号を発生する起動回路部と、
前記起動信号を発生させるために前記起動回路部に起動トリガ信号を入力する上位コントローラとを備え、
前記起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備える電池制御装置であって、
前記起動回路部は、単安定マルチバイブレータ回路と、前記絶縁回路を介して前記起動トリガ信号を受信し前記単安定マルチバイブレータ回路をＯｎとする起動トリガ受信トランジスタとを備え、
前記単安定マルチバイブレータ回路は、前記起動トリガ受信トランジスタによって前記起動トリガ信号が所定の時間間隔以下で連続して受信されている間は、前記起動信号の電圧をＨｉｇｈ状態に維持する、
ことを特徴とする電池制御装置。 - 請求項１または２に記載の電池制御装置において、
前記起動トリガ受信トランジスタは、シリコントランジスタである、ことを特徴とする電池制御装置。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池制御装置と、この電池制御装置により充放電が制御される組電池とを備えた、ことを特徴とする蓄電装置。
- 請求項４に記載の蓄電装置と、この蓄電装置を電源としてインバータ回路によって駆動される電動発電機とを備えた、ことを特徴とする電動車両の駆動装置。
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