JP5647210B2 - 電池セル用集積回路 - Google Patents
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Description
請求項2の発明に係る電池セル用集積回路は、電気的に直列に接続された複数の電池セル群のそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セル群が有する、電気的に直列に接続された複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、信号を直列に伝送するための信号伝送路を形成し、かつ制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれから、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通を制御して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子による複数の電池セルの放電をそれぞれ制御する放電制御部と、計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、信号伝送路を介して伝送される信号を入力するために設けられた信号入力端子と、信号伝送路に信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのうち、奇数番目の電池セルの放電を指令する第1の放電指令信号が制御回路から信号伝送路を介して信号入力端子に入力された場合には、放電制御部によって奇数番目の電池セルの放電を制御するように動作し、第1の放電指令信号による放電実行時に計測される奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第1の送出指令信号が、制御回路から信号伝送路を介して信号入力端子に入力された場合には、第1の放電指令信号による放電実行時に計測回路によって計測され、記憶回路に記憶された奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報を、電池セル、計測線および放電制御部を含む系の異常を診断するためのパラメータとして信号出力端子から信号伝送路に出力するように動作し、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのうち、偶数番目の電池セルの放電を指令する第2の放電指令信号が制御回路から信号伝送路を介して信号入力端子に入力された場合には、放電制御部によって偶数番目の電池セルの放電を制御するように動作し、第2の放電指令信号による放電実行時に計測される偶数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第2の送出指令信号が制御回路から信号伝送路を介して信号入力端子に入力された場合には、第2の放電指令信号による放電実行時に計測回路によって計測され、記憶回路に記憶された偶数番目のみの電池セルの端子電圧を、電池セル、計測線および放電制御部を含む系の異常を診断するためのパラメータとして信号出力端子から信号伝送路に出力するように動作する、ことを特徴とする。
請求項6の発明に係る電池セル用集積回路は、電気的に直列に接続された複数の電池セルを有する電池セル群に対応して設けられ、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、複数の電池セルのそれぞれから複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通を、スイッチングにより制御する半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子のスイッチング状態を検知する検知回路と、計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、信号を入力するために設けられた信号入力端子と、信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、放電素子に至る回路を導通させるための導通指令信号が制御回路から信号入力端子に入力された場合には、半導体スイッチング素子によって放電素子に至る回路を導通させて電池セルを放電させるように動作し、導通指令信号による放電実行時には、電池セルの端子電圧が計測回路によって計測されて該端子電圧の端子電圧情報が記憶回路に記憶されると共に、半導体スイッチング素子のスイッチング状態が検知回路によって検出されるように動作し、端子電圧情報の送出を指令する送出指令信号が制御回路から信号入力端子に入力された場合には、記憶回路に記憶された端子電圧情報及び検知回路によって検知された半導体スイッチング素子のスイッチング状態を、計測線の断線、電池セルの充電状態異常及び半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして信号出力端子から出力するように動作する、ことを特徴とする。
請求項8の発明に係る電池セル用集積回路は、電気的に直列に接続された複数の電池セル群のそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セル群が有する、電気的に直列に接続された複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、信号を直列に伝送するための信号伝送路を形成し、かつ制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれから、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通を、スイッチングにより制御する半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子のスイッチング状態を検知する検知回路と、計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、信号伝送路を介して伝送される信号を入力するために設けられた信号入力端子と、信号伝送路に信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた放電素子に至る回路を導通させるための導通指令信号が、制御回路から信号入力端子に入力された場合には、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた半導体スイッチング素子によって、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた放電素子に至る回路を導通させて、対応する電池セル群が有する電池セルを放電させるように動作し、導通指令信号による放電実行時には、対応する電池セル群が有する電池セルの端子電圧が計測回路によって計測されて該端子電圧の端子電圧情報が記憶回路に記憶されると共に、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた半導体スイッチング素子のスイッチング状態が検知回路によって検出されるように動作し、端子電圧情報の送出を指令する送出指令信号が制御回路から信号入力端子に入力された場合には、対応する電池セル群が有する電池セルの記憶回路に記憶された端子電圧情報、及び対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた半導体スイッチング素子の検知回路によって検知されたスイッチング状態を、計測線の断線、電池セルの充電状態異常及び半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして信号出力端子から出力するように動作する、ことを特徴とする。
〔信頼性の向上〕
図13に用いて後述する車両駆動システムは電池モジュールとインバータ装置と回転電機(以下モータと記す)230とを主要構成とし、上記インバータ装置220と電池モジュール900とが通信回線を介して情報をやり取りできる構造としている。特に電池モジュール900の診断結果がインバータ装置220の制御回路(以下MCUと記す)222に送られ、インバータ装置220と電池モジュール900とで異常状態など重要情報が共有される構造となっている。電池モジュール900はリチウム電池とインバータ装置220との電気回路を接続あるいは遮断するリレーRLPやRLNを有しており、上記リレーRLPやRLNはインバータ装置220のMCU222で制御される。インバータ装置220のMCU222はモータ230やインバータ装置220、モジュール900の状態に基づいて上記リレーRLPやRLNを制御できるので、システム全体の信頼性が向上する。またインバータ装置220のMCU222は上記リレーRLPやRLNの制御に対応してインバータを制御することでモータ230の消費電力や発電電力を制御でき、高い安全性や高い信頼性が得られる。
電池モジュール900は、リチウム電池セルを有するバッテリ部9とセルコントローラ80とバッテリコントローラ20とを主要構成として備え、セルコントローラ80はバッテリ部9が有するリチウム電池セルの端子電圧の計測および診断、充電状態SOCを調整するための放電動作を行い、バッテリコントローラ20はセルコントローラ80の計測結果および診断結果を受けて電池モジュール900の管理を行う。このように機能が分担されていることで電池モジュール900の信頼性や安全性が向上する。
セルコントローラ80はバッテリ部9が有する複数個のリチウム電池セルの各端子電圧を検出する機能を有する複数の集積回路を有している。リチウム電池を使用した電池モジュールは単電池と異なり、リチウム電池セルの端子電圧を高い信頼性を有して計測することが安全性の観点でたいへん重要である。一方車載機器は長期間高温あるいは低温の環境で使用され、一般産業機器の使用環境に比べ、過酷な環境に置かれることを考慮する必要がある。以下に説明する実施の形態では、集積回路はそれぞれリチウム電池セルの端子電圧を正しく計測しているかどうかを診断する診断回路を備えており、集積回路はそれぞれ定まった周期で繰り返し診断を実行している。集積回路あるいは上記集積回路を使用したセルコントローラ80は上述の構造を有しており、上記各集積回路また上記セルコントローラ80は高い信頼性を有している。
上述の如く、リチウム電池セルの劣化やリチウム電池セルの放電回路の診断に関する公知例は見受けられるが、リチウム電池セルの端子電圧の計測動作に関する診断の必要性は考えられていなかった。しかしより信頼性や安全性を向上する上で各集積回路の計測動作の診断が望ましいことが分かった。以下に説明する実施の形態では、各集積回路はそれぞれ端子電圧の計測動作が正しく行われているかどうかを、例えばマルチプレクサによるリチウム電池セルの端子電圧の選択が正常に行われているかどうか、を診断回路により繰り返し診断する構造となっている。従ってきわめて信頼性の高い集積回路を得ることができる。
〔集積回路の簡素化〕
以下に説明する実施の形態では、図4に示す如く、リチウム電池セルの端子電圧の計測と同期した周期で繰り返し診断が実施される構造であり、集積回路は計測の制御と診断の制御を総合的に実施でき、信頼性や安全性の向上に加え、集積回路の回路構成が比較的簡素化できる。
以下に説明する実施の形態では、図4に示す如く、集積回路の複数の診断を計測動作と同期して実施でき、集積回路全体の診断が総合的に実施される構成となっており、集積回路に関し高い信頼性を維持できる。なお、複数の診断とは、集積回路のバランススイッチの診断やアナログデジタル変換器の診断、マルチプレクサの診断、デジタル比較回路の診断などである。すなわち集積回路の本来の機能に加え、診断機能が追加されることとなるが、機能の増加に対し集積回路の動作全体および回路構成全体が統合的に動作する構造となっており、集積回路は比較的簡素化された構造となっている。
〔異常診断時間の短縮〕
リチウム電池を使用する車載用電池モジュールでは短時間に異常を検知し、できるだけ早く異常に対応することが望ましい。しかし一方使用電力が大きくなるにつれて、バッテリ部が有するリチウム電池セルの数が多くなり、使用する集積回路の数が多くなる。リチウム電池セルの異常診断に加え、各集積回路それ自身の診断を行う場合に、多数の診断項目を短時間に完了することが重要な課題となる。
以下に説明する実施の形態では、各集積回路は一旦計測動作や診断動作を開始するとそれぞれ独立して定められた周期で繰り返し、計測動作および診断動作を実施する構成となっている。従ってリチウム電池セルの数や集積回路の数が多いにもかかわらず電池システムや電池モジュールとしての計測動作や診断動作を短い時間で完了できる。例えば車両を短時間に始動し、走行しようとする場合であっても短い時間で上記計測および診断を実施できる。診断結果に基づく走行が可能となり、高い安全性を維持できる。
また集積回路やリチウム電池セルの異常に対し、電池モジュールや電池システムさらには図13に記載の駆動システムは、電池モジュールが授受する電力量の速やかな低減や速やかなリレーの開放などの対応が可能としている。各集積回路は独立して異常診断を行うと共に異常が検知されると異常をあらわする信号を速やかに出力する送受信回路を備えている。この送受信回路はOR回路288で例示する如くOR機能を有している。すなわち異常信号を受信すると自らの集積回路の診断結果に関係なく異常信号を出力する、また異常信号を受信していない場合であっても自らの集積回路で異常を検知すると異常信号を出力する機能を有している。従ってバッテリコントローラ20などの上位の制御回路は、集積回路から送られてきた上記異常信号の結果を調べることで、関係する複数の集積回路全体の異常診断結果を速やかに知ることができる。また特別に異常信号の送信を命令しなくても総合的な診断結果を得ることができるので、上位の制御回路の処理負荷の増大が押さえられる効果がある。
〔生産性の向上〕
以下に説明する実施の形態では、セルコントローラ80の基板上に集積回路を保持し、各リチウム電池セルのSOC調整のための放電状態調整用抵抗R1〜R4および図26や図27に示すノイズ除去用のコンデンサC1〜C6もまたセルコントローラ80の基板上に保持している。集積回路や放電状態調整用抵抗R1〜R4およびコンデンサC1〜C6をまとめてセルコントローラ80の基板上に保持する構造としているので、生産性が向上する。またこれらの回路部品を近接して配置することで、信頼性や安全性も向上する。
〈セルコントローラの説明〉
図1は、車両用回転電機の駆動に使用される車両用電池システムのバッテリ部9およびセルコントローラ(以下、C/Cと略称する場合がある)80を説明する図である。
図2は、集積回路3Aの一例を示す電子回路のブロック図である。上述したように、各集積回路3A、……、3M、……3Nはそれぞれ同一の構造となっている。したがって、集積回路3A以外の他の集積回路の構成は図2に示す構成と同じである。図2に示す集積回路3Aは、その集積回路に対応するバッテリ部9のセルグループGB1に含まれる各電池セルBC1〜BC4と接続されている。集積回路3Aを代表例として説明しているが、集積回路3A以外の集積回路はそれぞれ対応するバッテリ部9のセルグループと接続され、同様の動作を行う。なお、図1に示す如く集積回路3Aおよび抵抗R1〜R4はセルコントローラ80に設けられているが、図2では符号80の記載を省略する。
図3は、各集積回路3A、……、3M、……3Nにおける通信コマンドの送受信方法を示した説明図である。図3(a)は、集積回路3Aの端子RXが受信する信号3A−RXおよび集積回路3Aの端子TXから送信される信号3A−TX、さらに次の集積回路3Bの端子RXが受信する信号3B−RXおよび次の集積回路3Bの端子TXから送信される信号3B−TX、さらにまた次の集積回路3Cの端子RXが受信する信号3C−RXおよびその集積回路3Cの端子TXから送信される信号3C−TXを示している。
図4は計測動作のタイミングを説明する図である。図2に示す集積回路3Aは計測動作と共に診断動作を行う機能を有しており、図4に記載の動作タイミングで繰り返し計測を行い、この計測に同期して診断を実行する。なお、上述した図1および図2はバッテリ部9を構成する各セルグループGB1〜GBNが、4個の電池セルを有している実施形態であるが、集積回路3A〜3Nは6個の電池セルに対応できる回路となっている。従って、各セルグループGB1〜GBNを構成する電池セルの数は、最大6個まで増やすことが可能である。そのため、図4の動作タイミングを示す図においても、電池セルが6個を前提として構成されている。
次に、図4の動作表260の行260Y1に記載の各ステージにおける、計測および診断の内容について説明する。前述したように各ステージはRES期間と計測期間とを有し、RES期間では診断動作が行われ、計測期間では計測動作、診断動作および計測された値に基づく被測定対象の診断が行われる。表260の行260Y3〜行260Y9に示す「丸印」は、それぞれの行に記載した診断項目が「丸印」が施された期間において実行されることを表している。これらの診断項目は、集積回路を含む制御装置、すなわち図2に記載の計測系あるいは電池セルの放電制御系の自己診断である。
図5は計測回路および診断回路を示す図である。入力回路116はマルチプレクサの働きをする回路であり、後述するようにマルチプレクサ118,120を備えている。入力回路116には、図4に示したデコーダ257,259から信号STG1,STG2が入力され、その信号に基づいてマルチプレクサによる選択動作が行われる。マルチプレクサ診断(HVMUX)においては、電圧検出回路122の差動増幅器262の出力信号が診断回路160に取り込まれ、後述するような診断が行われる。また、例えば電池セルBC1の電圧を計測する場合には、端子V1と端子V2とを選択すると電池セルBC1の電圧が入力回路116から電圧検出回路122に出力される。ここでは、電池セルの端子電圧計測について説明する。
以下では、図4に示した各ステージのRES期間に行われる診断項目のうち、行260Y6に示したマルチプレクサ診断について説明する。
図1に示す直流電源システムでは、車両が運転停止しており、運転者が運転を開始する前は、電池モジュール9からインバータ装置への電流供給が行われていない。各電池セルの充放電電流が流れていない状態で計測された各電池セルの端子電圧を使用すると、各電池セルの充電状態(SOC)が正確に求められるので、車両のキースイッチの操作やバッテリコントローラ20からのWake Upなどの通信コマンド292に基づき、各集積回路は独自に計測動作を開始する。図5で説明の計測動作が各集積回路において計測と電池セルの診断動作が開始され、平均化制御回路263に保持された回数の測定が行われると、平均化回路264で測定値の平均化を求める演算が行われる。その演算結果は先ず現在値記憶回路274に保持される。各集積回路はそれぞれ独立してその集積回路が関係しているグループの電池セル全てに対して測定計測および計測結果の平均値の演算を行い、演算結果を、それぞれの集積回路の現在値記憶回路274のレジスタCELL1〜レジスタCELL6に保持する。
図7は、図2に示した集積回路3Aの内部に設けられた通信コマンドの送受信を行う通信回路127の回路およびその動作を説明する回路図であり、各集積回路を代表して集積回路3Aの回路構成でその動作を説明する、上述のとおり他の集積回路も構成や動作が同じである。通信回路127が有する受信端子RXに、前記バッテリコントローラ20から送られてくる通信コマンドは、8bitを1単位として全部で5つの部分を有し、5バイトを1つの基本構成としている。ただし以下に説明のとおり、5バイトより長くなる場合があり、特に5バイトに限定されるものではない。前記通信コマンドは端子RXから受信レジスタ322に入力され、保持される。なお、この受信レジスタ322はシフトレジスタであり、端子RXからシリアルに入力される信号が受信レジスタ322に入力された順にシフトされて通信コマンドの先頭部分がレジスタの先頭部であるブレークフィールド部324に保持され、以下順次保持される。
上述した各集積回路3A、……、3M、……3Nのアドレスレジスタ348は信頼性の高い揮発性メモリで構成しており、揮発性メモリの内容が消えたり、保持内容の信頼性が維持できないと思われる場合に、新たなアドレスの設定を行うことができるように集積回路は構成されている。例えばセルコントローラ80が実行を開始する際に、例えばバッテリコントローラ20から各集積回路のアドレスレジスタ348を初期化するコマンドを送信する。このコマンドで各集積回路のアドレスレジスタ348を初期化、例えばアドレス「ゼロ」とし、その後それぞれの集積回路に新たにアドレスを設定する。各集積回路3A、……、3M、……3Nにおけるアドレスの新たな設定は、バッテリコントローラ20からのアドレス設定コマンドが各集積回路3A、……、3M、……3Nに送信されることによって行われる。
図10を用いて、図9に記載の集積回路IC1、IC2、IC3、IC4、……、ICn−1、ICnに、バッテリコントローラ20から通信コマンド292を送信して、順次アドレスを設定する他の実施の形態を説明する。
図11は、バッテリ部9の電池セルの充電状態SOCを計測し、充電量の多い電池セルを選択し、これらの選択された電池セルについてそれぞれ放電時間を演算し、放電を実行する処理フローを示している。図中、左側は各集積回路の動作を示し、右側はメインコントローラ20側の動作を示す。
図12は、各集積回路3A、…、3M、…、3Nまたは各電池セルが異常となっているか否かをテストするための処理フローを示している。図中、左側は各集積回路3A、…、3M、…、3Nの動作を示し、右側はメインコントローラ20の動作を示している。
図13は、図1に基づき上述した直流電源システムを車両用回転電機の駆動システムに適用した回路図である。電池モジュール900は、バッテリ部9とセルコントローラ80とバッテリコントローラ20を有している。なお、図13では、バッテリ部9を構成する電池セルは、高電位側ブロック10と低電位側ブロック11の2つのブロックに分けられている。高電位側ブロック10と低電位側ブロック11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SD(サービスディスコネクト)スイッチ6を介して直列接続されている。
図14は、図13に示した車両用電源システムにおける動作フローを示した図である。以下、ステップ順に説明する。
図15は、たとえば図1や図13に示した車両用電源システムにおいて、バッテリコントローラ20のセルコントローラ80との通信を終了させるシーケンスを示す説明図である。
上述した実施形態では、各セルグループを構成する電池セルの数が同じであり、各セルグループに対応した集積回路3A、…、3M、…、3Nにおいて、それぞれ4個の電池セルが接続されていた。各集積回路3A、…、3M、…、3Nは、それぞれ4個の各電池セルから電圧等の情報を得、また該電池セルの充放電の制御を行うように構成されていた。また集積回路3A、…、3M、…、3Nのそれぞれが担当する電池セルはそれぞれ等しい数であった。
図1に記載の各集積回路3A・・・集積回路3M・・・集積回路3Nの内部処理動作で行われている各電池セルの計測と過充電や過放電の診断動作を説明する。図4の動作表260の行260Y1に記載のステージSTGCV1〜ステージSTGCV6において各電池セルの端子電圧の取り込みと診断が行われる。ステージSTGCV1の計測の期間で、先の説明のごとく、図5の選択回路120はVCC(V1)とVC2(V2)を選択する。この動作により図2のバッテリセルBC1の端子電圧が選択され、電位シフト機能を有する差動増幅器262を介して電圧検出回路122Aに入力される。電圧検出回路122Aでデジタル値に変換され、平均化回路264で今回の測定を含め最も新しい所定回数の測定値を基に平均値が演算され、現在値記憶回路274のレジスタCELL1に保持される。
ステージSTGCV1の計測における端子電圧の計測に続いて、測定された端子電圧値がデジタル比較回路270により過充電の判断値OCと比較される。すなわち、現在値記憶回路274のレジスタCELL1〜CELL6、レジスタVDDに保持されている複数個の測定値さらにVDD値乃至基準電源(PSBG)の中から、図4の第1ステージカウンタ256や第2ステージカウンタ258の出力に基づきデコーダ257やデコーダ259により作られた選択信号により、レジスタCELL1の測定値が選択されてデジタル比較回路270に入力される。また、同様に上記デコーダ257やデコーダ259により生成された選択信号により、基準値記憶回路278に保持された複数の基準値の中から過充電診断基準値OCが選択され、デジタル比較回路270はレジスタCELL1内の電池セルBC1の測定値と過充電診断基準値OCとを比較する。デジタル比較回路270は、電池セルBC1の測定値が過充電診断基準値OCより大きい時に異常を示す比較結果を出力する。デジタルマルチプレクサ282は、上記デコーダ257やデコーダ259により生成された選択信号によりデジタル比較回路270の出力の記憶先を選択する。電池セルBC1の診断結果がもし異常であれば、フラグ記憶回路284のレジスタMFflagおよびレジスタOCflagにその異常診断結果が保持される。すなわち、MFflagおよびOCflagがセットされた状態となる。上記異常フラグは集積回路の端子FFOから出力され、バッテリコントローラ20に伝えられる。
ステージSTGCV1の計測の期間で、さらに引き続き電池セルBC1の過放電の診断が行われる。現在値記憶回路274のレジスタCELL1に記憶された電池セルBC1の測定値と、基準値記憶回路278の基準値ODとが、デジタル比較回路270で比較される。電池セルBC1の測定値が基準値記憶回路278の基準値ODより小さい場合に、異常と判断して異常信号を出力する。デコーダ257とデコーダ259の出力に基づく選択信号により、デジタルマルチプレクサ282はフラグ記憶回路284のMFflagとODflagを選択し、デジタル比較回路270から出力された異常信号はレジスタMFflagとレジスタODflagにセットされる。
バッテリ部9を構成する各電池セルの充電状態SOCを調整のためにバランシングスイッチ129A〜129Fを制御し、充電量が多い電池セルの電力を放電用の抵抗を介して放電する制御に関しては上述した。バランシングスイッチ129A〜129Fの開閉制御は各電池セルの端子電圧の検出に悪影響を及ぼす可能性がある。すなわち、図2の回路でバランシングスイッチ129が閉じると抵抗R1からR4を介して放電電流が流れ、電池セルBC1〜BC4の端子電圧の計測精度を低下させる。
図4に示す動作表260の行260Y1に記載のステージSTGPSBGで内部基準電圧やアナログおよび電圧検出回路122Aの診断を行う。図5に記載のアナログ回路やデジタル回路を動作させるための電源電圧を集積回路内部の電源回路121(図2)で発生する。電源電圧を絶対的な基準電源に基づいて発生すると高精度の前記電源電圧を比較的容易に得ることができる。しかし一方絶対的な基準電圧が変化すると、電源電圧が変化してしまう心配がある。
図4に記載の動作表260のステージSTGCalでデジタル比較回路の診断が行われる。以下その動作を説明する。デジタルマルチプレクサ272はデコーダ257とデコーダ259の出力に基づき増加演算値280を選択する。この増加演算値280は、基準値記憶回路278に保持されている基準値、例えば基準値OCに所定値を加算して得られた値である。デジタルマルチプレクサ276が基準値記憶回路278に保持されている基準値の一つ、本実施形態では基準値OCを選択し、デジタル比較回路270に比較対象として入力する。さらにまた、選択された基準値OCに所定値、例えば"1"を加算して得られた増加演算値280をデジタルマルチプレクサ272を介してデジタル比較回路270に入力する。デジタル比較回路270が基準値OCより増加演算値280を大きいと判断すれば、デジタル比較回路270は正しく動作していることになる。
上述したような診断を行うことにより、セル電圧を収集する集積回路をも含めて、電池状態がより正確に把握される。バッテリコントローラ20はセルコントローラ80からのセル電圧収集および診断を所定の測定・診断周期(以下では、監視周期と称する)で行っているが、車両走行状態の変化に対して電池側も素早く対応するためには、この監視周期をより短くする必要がある。以下に説明する実施形態では、セル電圧を計測するためのセンシング線(上述したハーネス)の断線診断等を行う際に、バッテリコントローラ20とセルコントローラ80との通信量を削減して、監視周期の短縮を図るようにした。
次に、上述したバランシングスイッチ状態について説明する。図2において説明したように、バランシングスイッチ129A〜129FはMOSFETで構成されており、放電制御回路132によってゲート電圧を制御することにより、バランシングスイッチ129A〜129Fのオンオフを行う。各バランシングスイッチ129A〜129Fのソース−ドレーン間電圧(以下では、ドレーン電圧と称する)Vdsは、動作状態検出回路128A〜128Dによって検出され、電位変換回路130に出力される。
次に、バッテリコントローラ20により実行される診断処理について、図38,39のフローチャートを参照して説明する。なお、図38は、一つの集積回路に関する診断処理のフローを示したものであり、各集積回路毎に図38に示す一連の処理を繰り返し実行することで、全てのセル電圧が正しく読み出された否かの診断ができる。
Claims (11)
- 電気的に直列に接続された複数の電池セルを有する電池セル群に対応して設けられ、前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、前記複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、
前記複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、前記複数の電池セルのそれぞれから、前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通をそれぞれ制御して、前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子による前記複数の電池セルの放電をそれぞれ制御する放電制御部と、
前記計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、
信号を入力するために設けられた信号入力端子と、
信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、
前記複数の電池セルのうち、奇数番目の電池セルの放電を指令する第1の放電指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記放電制御部によって前記奇数番目の電池セルの放電を制御するように動作し、
前記第1の放電指令信号による放電実行時に計測される前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第1の送出指令信号が、前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記第1の放電指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報を、前記電池セル、前記計測線および前記放電制御部を含む系の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作し、
前記複数の電池セルのうち、偶数番目の電池セルの放電を指令する第2の放電指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記放電制御部によって前記偶数番目の電池セルの放電を制御するように動作し、
前記第2の放電指令信号による放電実行時に計測される前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第2の送出指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記第2の放電指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧情報を、前記電池セル、前記計測線および前記放電制御部を含む系の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 電気的に直列に接続された複数の電池セル群のそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セル群が有する、電気的に直列に接続された複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、信号を直列に伝送するための信号伝送路を形成し、かつ制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれから、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通を制御して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子による前記複数の電池セルの放電をそれぞれ制御する放電制御部と、
前記計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、
前記信号伝送路を介して伝送される信号を入力するために設けられた信号入力端子と、
前記信号伝送路に信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのうち、奇数番目の電池セルの放電を指令する第1の放電指令信号が前記制御回路から前記信号伝送路を介して前記信号入力端子に入力された場合には、前記放電制御部によって前記奇数番目の電池セルの放電を制御するように動作し、
前記第1の放電指令信号による放電実行時に計測される前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第1の送出指令信号が、前記制御回路から前記信号伝送路を介して前記信号入力端子に入力された場合には、前記第1の放電指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報を、前記電池セル、前記計測線および前記放電制御部を含む系の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から前記信号伝送路に出力するように動作し、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのうち、偶数番目の電池セルの放電を指令する第2の放電指令信号が前記制御回路から前記信号伝送路を介して前記信号入力端子に入力された場合には、前記放電制御部によって前記偶数番目の電池セルの放電を制御するように動作し、
前記第2の放電指令信号による放電実行時に計測される前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第2の送出指令信号が前記制御回路から前記信号伝送路を介して前記信号入力端子に入力された場合には、前記第2の放電指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧を、前記電池セル、前記計測線および前記放電制御部を含む系の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から前記信号伝送路に出力するように動作する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項1又は2に記載の電池セル用集積回路において、
前記放電制御部は、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、前記放電素子に至る回路の導通をスイッチングにより制御する半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子のスイッチング状態を検知する検知回路と、を有し、
前記奇数番目の電池セルの端子電圧情報を出力するときには、前記奇数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング状態を付加して出力し、
前記偶数番目の電池セルの端子電圧情報を出力するときには、前記偶数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング状態を付加して出力する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項3に記載の電池セル用集積回路において、
前記検知回路によるスイッチング状態の検知は、所定の検知周期の各期間においてそれぞれ行われる、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項4に記載の電池セル用集積回路において、
前記計測回路は前記端子電圧の計測を所定の計測周期で行い、
前記所定の検知周期は前記計測周期と同一に設定される、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 電気的に直列に接続された複数の電池セルを有する電池セル群に対応して設けられ、前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、前記複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、
前記複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、前記複数の電池セルのそれぞれから前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通を、スイッチングにより制御する半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子のスイッチング状態を検知する検知回路と、
前記計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、
信号を入力するために設けられた信号入力端子と、
信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、
前記放電素子に至る回路を導通させるための導通指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記半導体スイッチング素子によって前記放電素子に至る回路を導通させて前記電池セルを放電させるように動作し、
前記導通指令信号による放電実行時には、前記電池セルの端子電圧が前記計測回路によって計測されて該端子電圧の端子電圧情報が前記記憶回路に記憶されると共に、前記半導体スイッチング素子のスイッチング状態が前記検知回路によって検出されるように動作し、
前記端子電圧情報の送出を指令する送出指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記記憶回路に記憶された前記端子電圧情報及び前記検知回路によって検知された前記半導体スイッチング素子のスイッチング状態を、前記計測線の断線、前記電池セルの充電状態異常及び前記半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項6に記載の電池セル用集積回路において、
前記複数の電池セルのうち、奇数番目の電池セルに対応する回路を導通させるための第1の導通指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記奇数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子によって前記奇数番目の電池セルに対応する前記放電素子に至る回路を導通させて、前記奇数番目の電池セルを放電させるように動作し、
前記第1の導通指令信号による放電実行時に計測される前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第1の送出指令信号が、前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記第1の導通指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報及び前記検知回路によって検出された前記奇数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング状態を、前記計測線の断線、前記電池セルの充電状態異常及び前記半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作し、
前記複数の電池セルのうち、偶数番目の電池セルに対応する回路を導通させるための第2の導通指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記偶数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子によって前記偶数番目の電池セルに対応する回路を導通させて、前記偶数番目の電池セルを放電させるように動作し、
前記第2の導通指令信号による放電実行時に計測される前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第2の送出指令信号が、前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記第2の導通指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧及び前記検知回路によって検出された前記偶数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング状態を、前記計測線の断線、前記電池セルの充電状態異常及び前記半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 電気的に直列に接続された複数の電池セル群のそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セル群が有する、電気的に直列に接続された複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに電気的に接続されると共に、信号を直列に伝送するための信号伝送路を形成し、かつ制御回路から指令信号を受けた場合、その指令信号に対応して動作する電池セル用集積回路であって、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれの端子電圧を計測する計測回路と、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる計測線を介して、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれから、対応する電池セル群が有する複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられる放電素子に至る回路の導通を、スイッチングにより制御する半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子のスイッチング状態を検知する検知回路と、
前記計測回路によって計測された端子電圧の端子電圧情報を記憶する記憶回路と、
前記信号伝送路を介して伝送される信号を入力するために設けられた信号入力端子と、
前記信号伝送路に信号を出力するために設けられた信号出力端子と、を有し、
対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた前記放電素子に至る回路を導通させるための導通指令信号が、前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた半導体スイッチング素子によって、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた前記放電素子に至る回路を導通させて、対応する電池セル群が有する電池セルを放電させるように動作し、
前記導通指令信号による放電実行時には、対応する電池セル群が有する電池セルの端子電圧が前記計測回路によって計測されて該端子電圧の端子電圧情報が前記記憶回路に記憶されると共に、対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた半導体スイッチング素子のスイッチング状態が前記検知回路によって検出されるように動作し、
前記端子電圧情報の送出を指令する送出指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、対応する電池セル群が有する電池セルの前記記憶回路に記憶された前記端子電圧情報、及び対応する電池セル群が有する電池セルに対応して設けられた半導体スイッチング素子の前記検知回路によって検知されたスイッチング状態を、前記計測線の断線、前記電池セルの充電状態異常及び前記半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項8に記載の電池セル用集積回路において、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのうち、奇数番目の電池セルに対応する回路を導通させるための第1の導通指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記奇数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子によって前記奇数番目の電池セルに対応する前記放電素子に至る回路を導通させて、前記奇数番目の電池セルを放電させるように動作し、
前記第1の導通指令信号による放電実行時に計測される前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第1の送出指令信号が、前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記第1の導通指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記奇数番目のみの電池セルの端子電圧情報及び前記検知回路によって検出された前記奇数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング状態を、前記計測線の断線、前記電池セルの充電状態異常及び前記半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作し、
対応する電池セル群が有する複数の電池セルのうち、偶数番目の電池セルに対応する回路を導通させるための第2の導通指令信号が前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記偶数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子によって前記偶数番目の電池セルに対応する回路を導通させて、前記偶数番目の電池セルを放電させるように動作し、
前記第2の導通指令信号による放電実行時に計測される前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧情報の送出を指令する第2の送出指令信号が、前記制御回路から前記信号入力端子に入力された場合には、前記第2の導通指令信号による放電実行時に前記計測回路によって計測され、前記記憶回路に記憶された前記偶数番目のみの電池セルの端子電圧及び前記検知回路によって検出された前記偶数番目の電池セルに対応する半導体スイッチング素子のスイッチング状態を、前記計測線の断線、前記電池セルの充電状態異常及び前記半導体スイッチング素子の異常を診断するためのパラメータとして前記信号出力端子から出力するように動作する、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項6乃至9のいずれかに記載の電池セル用集積回路において、
前記検知回路によるスイッチング状態の検知は、所定の検知周期の各期間においてそれぞれ行われる、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。 - 請求項10に記載の電池セル用集積回路において、
前記計測回路は前記端子電圧の計測を所定の計測周期で行い、
前記所定の検知周期は前記計測周期と同一に設定される、
ことを特徴とする電池セル用集積回路。
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