JP5895029B2 - 蓄電装置および車両 - Google Patents
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Description
まず、図1を用いて、ハイブリッド自動車用駆動システムについて説明する。図1に示すハイブリッド自動車1の駆動システムは、駆動輪2に機械的に接続された車軸3がデファレンシャルギア4と接続され、デファレンシャルギア4の入力軸が変速機5と接続されている。そして、駆動源として、内燃機関であるエンジン6と電動発電機7の駆動力を切替える駆動力切替装置8を介して変速機5の入力となっている。
次に図2を参照して、本発明による電池制御装置を含む蓄電装置11を備えた、電気自動車およびハイブリッド型自動車に適用可能な、モータの駆動装置について説明する。
図2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2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100、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、車両駆動用の電動発電機7を備えている。電動発電機7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100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100に対して上位コントローラとして機能する。また、インバータ装置220は、さらに制御装置10(図1参照)からの指令情報に基づいて動作する。
簡単のため、以下の説明では各セルグループは4個の電池セルで構成されているとする。また各電池モジュールブロック20A、20B、は各々2つのセルグループ(20A1、20A2と20B1、20B2)で構成されるとする。しかしながら、各セルグループに含まれる電池セルは4個に限定するものでなく、5個あるいはこれ以上であってよく、また例えば4個のセルグループと6個のセルグループが組み合わされていてもよい。各セルグループに対応して設けられるセルコントローラICは、これらのセルグループに含まれる電池セルの数が4個であっても、また5個以上であっても使用できるように設計したものを使用することができる。
また電気自動車やハイブリッド自動車で必要とされる電圧および電流を得るために、上記のように各電池モジュールブロックはセルグループを複数個直列または直並列に接続してもよく、更に複数の電池モジュールブロックを直列または直並列に接続してよい。
次に図3および図2を参照して、本発明による電池制御装置と蓄電装置に用いられるセルコントローラICの回路の概略について説明する。
次に図4を参照して、組電池(セルグループ)と電池制御装置の接続構造における問題について説明する。この図では図2の電池モジュール20とセルコントローラIC1〜IC4の部分のみを示している。なお、ESD保護に関して、従来の接続構造の問題および本発明の接続構造を説明するために、セルコントローラICの回路はこの説明に関係する部分のみ示してある。なお、これ以降の説明で、電池モジュールと電池制御装置とを接続するコネクタは電池モジュール側コネクタと、これに嵌合する電池制御装置側コネクタから構成されている。
なお、先に説明した図3ではこのバイパスコンデンサC1は省略している。
図4では、電圧検出線SL5、SL6とSL15、SL16をそれぞれ電池制御装置100へ接続している構成としているが、電圧検出線SL5とSL6は電池制御装置100内で接続されているためどちらか一方を未接続とする場合がある。同様に、電圧検出線SL15又はSL16の一方を未接続とする場合がある。
本発明では上記の問題を解決するために、制御装置内の第1のセルコントローラIC1のGND端子に接続された配線GNDLと、第2のセルコントローラIC2のVCC端子に接続された配線VCCLとを、電池制御装置の外側に設けた電気的接続手段で接続するようにした。これは図4で示した比較例の接続構造で、第1のセルコントローラIC1と第2のセルコントローラIC2間で共通の配線となっていたものを、2つの配線GNDLとVCCLに分離したものである。
また本発明では特殊なコネクタを使用せず、一般的なコネクタを用いて実現することができる。以下に、実施形態の詳細について説明する。
図5は、本発明の第1の実施形態を示す例である。以下、図4と同一部品には同一番号を付し説明を省略する。
本実施形態では、図4に示す比較例と比較して、セルコントローラIC1のGND端子側の配線GNDLおよびセルコントローラIC2のVCC端子側の配線VCCLがそれぞれ別々にコネクタCN1を介して電池モジュール20Aと接続されている。すなわち、セルコントローラIC1のGND端子側配線GNDLに対応する、コネクタCN1のセルコントローラIC側コネクタのピンと、セルコントローラIC2のVCC端子側の配線VCCLに対応する、コネクタCN1のセルコントローラIC側コネクタのピンが、コネクタCN1のセルグループ側コネクタで接続されている。
なおコネクタCN1、CN2の電池制御側コネクタは、例えば電池制御装置側の基板に設けられた複数のピンであってもよい。
例えば、電圧検出線SL2とSL5のセルコントローラIC1側のGND端子とセルコントローラIC2側のVCC端子の3箇所が同時に接続された場合でも、コンデンサC1の充電電流はSL2とSL5の電位間で充電されるため、それ以上の電圧で充電されることを考慮する必要は無い。
図5では、電圧検出線SL5、SL6とSL15、SL16をそれぞれ電池制御装置100へ接続している構成としているが、電圧検出線SL5とSL6は電池制御装置100内で接続されているためSL6を未接続とする場合がある。同様に、電圧検出線SL16を未接続とする場合がある。
例えば、本発明のように、通信線上の過電流に対して通信線上に設けた電子部品EP1〜EP3で電流制限するような対策をあらかじめ実施しておく必要がある。
(1)図5の接続構成では、1つのセルコントローラIC(例えばIC1)が電池セル4個の電圧検出を受け持っている例を示したが、1つのセルコントローラICが電池セル6個や12個を受け持つ例などの場合にも、本発明を適用することが出来る。
(2)電池セルの直列数によっては、1つめのセルコントローラICが電池セル5個、2つめのセルコントローラICが電池セル6個などと各々のセルコントローラICの受け持つ電池セル数が異なる場合があるが、このような構成でも本発明を適用することができる。
(3)セルコントローラIC内のESDダイオードD1等については、一例を示したものであり、セルコントローラICの構成によってはESDダイオードの構成は異なってくる。ここでの重要なポイントは、活線接続時にセルコントローラIC内の素子を経由して流れる過渡電流を、本発明により小さく抑えることが出来ることである。
(1)電池セルの電圧検出線と電池セルの電圧検出機能を備えた電池制御装置の活線接続において、接続の順番を一切考慮することがないため、組電池の組み立てを容易にする効果がある。
(2)顧客先での電池制御装置のみの交換においても、電池モジュールと電池制御装置の接続手順を一切考慮することなく簡単に電池制御装置の交換ができる効果がある。
(3)活線接続フリーの電池制御装置内の領域RC−Net部ほかの回路部品を小さい容量値や小電力対応の抵抗などで構成でき、RC−Net部を低コストに実現することができるとともに電池制御装置を低コスト化できる効果がある。
このような構成を採用することにより、電池モジュールと電池制御装置とを接続する際に、これら2つのセルコントローラIC間で、高電圧の電流が流れることを防ぐことができる。
図6に示す変形例では、図5に示す4個のセルコントローラIC1〜IC4の内、上半分のセルコントローラIC1とIC2おいて、セルコントローラIC1とセルグループとを接続する第1のコネクタCN1と、セルコントローラIC2とセルグループを接続する第2のコネクタCN2に加えて、第1のセルコントローラICのGND端子側配線GNDLと第2のセルコントローラICのVCC端子側配線VCCLを接続する第3のコネクタCNAを設けている。図示しないが、他のセルコントローラIC3、IC4も同様の構成になっている。
このような構成とすることで、図5に示す第1の実施形態と同様の効果が得られる。
図6では、電圧検出線SL5、SL6をそれぞれ電池制御装置100へ接続している構成としているが、電圧検出線SL5とSL6はコネクタCNAを介して接続されているためSL6を未接続とする場合がある。
なお図示しないが、本実施形態の第1のコネクタCN1と第2のコネクタCN2をまとめて、図5に示すような2つのセルコントローラICと2つのセルグループを接続する単一のコネクタとすることも可能である。
図7は、図5に示す第1の実施形態の第2の変形例2を示す。
図7に示した変形例2の構成では、電圧検出線SL1〜SL20までが1つのコネクタCN1を介して電池制御装置に接続される。第2の変形例の特徴は2個のセルコントローラIC毎に、にこれらのセルコントローラICのGND−VCC間接続をこれらのセルコントローラICの外部、すなわち電池制御装置の外部で接続するように構成した点である。すなわち、セルコントローラIC1とセルコントローラIC2のGND−VCC間の接続、およびセルコントローラIC3とセルコントローラIC4のGND−VCC間の接続は、比較例と同様に電池制御装置100内で実施し、セルコントローラIC2とIC3のGND−VCC間の接続を電池制御装置100の外部で実施するようにした点である。この場合、セルコントローラIC1とIC2が受け持つ電圧検出線SL1〜SL10が、どのような接続順番になってもセルコントローラIC1、IC2が破損しないように予め回路を設計しておく必要があるが、全体としてコネクタピン数の増加を抑えることが出来る。
なお、図7では、電池の高電圧側から16セル分についての回路を記載しており、以降の構成については省略している。
また、電圧検出線SL5、SL6とSL10、SL11およびSL15、SL16をそれぞれ電池制御装置100へ接続している構成としているが、電圧検出線SL5とSL6は電池制御装置100内で接続されているためSL6を未接続とする場合がある。同様に、電圧検出線SL16を未接続とする場合がある。電圧検出線SL11についても、コネクタCN1接続後はSL10と同電位となるため未接続とする場合がある。
このように、上記のGND−VCC間接続は、2個、3個あるいはこれ以上の複数のセルコントローラIC毎に行うことが可能である。さらに2個毎のGND−VCC間接続と3個毎のGND−VCC間接続を組み合わせること、また更に他の複数のセルコントローラIC毎のGND−VCC間接続と組み合わせることも可能である。
このような場合は、事前にセルコントローラICが2個分、あるいは3個分などで電圧検出線の活線接続の耐性を確保した回路構成としておけばよく、本発明により電池制御装置100のコネクタピンの増加分を少なく出来る効果がある。
図8は、第1の実施形態の変形例1の更なる変形例3である。図8に示した構成は、2つの連続したセルコントローラICの内、第1のセルコントローラICのGND端子側配線GNDLと第2のセルコントローラICのVCC端子側配線VCCLとを別のコネクタCNAを経由してまとめて電池制御装置100の外に引き出し、電池制御装置100の外部で電気的接続を行うようにした点である。このような構成とすることで、上記変形例1で2つの連続したセルコントローラIC毎に設けられるコネクタCNAの数を削減することができる。
ここでは、電圧検出線SL5、SL6とSL10、SL11およびSL15、SL16をそれぞれ電池制御装置100へ接続している構成としているが、電圧検出線SL5とSL6はコネクタCN1接続後に同電位となるため未接続とする場合がある。同様に、電圧検出線SL11、SL16をそれぞれ未接続とする場合がある。
図9は、第1の実施形態の変形例1の更なる変形例4である。図9に示した構成は、図5に示した構成に加え、セルコントローラIC1のVCC端子側配線とセルグループ20A1の電圧検出線SL1との接続、およびセルコントローラIC4のGND端子側配線とセルグループ20B2の電圧検出線SL20との接続を、コネクタCNAで行うようにしたものである。すなわち、各セルコントローラICのVCC端子側配線VCCLとGND端子側配線GNDLとをコネクタCNAを経由して個別に電池制御装置100の外に引き出し、電池制御装置100の外部で電気的接続を行うようにした点である。
ここでは、電圧検出線SL5、SL6とSL10、SL11およびSL15、SL16をそれぞれコネクタCNAへ接続している構成としているが、電圧検出線SL5またはSL6の片方のみを二股にしてコネクタCNAへ接続する構成とする場合がある。同様に、電圧検出線SL10とSL11の片方のみ、SL15とSL16の片方のみをそれぞれ二股にしてコネクタCNAへ接続する構成とする場合がある。
そのため、その後のコネクタCN1の電圧検出線を接続した時点において、セルコントローラIC内のESDダイオードにコンデンサC1、C2への充電電流が流れることはない。したがって、この場合は領域RC−Netの回路も、活線接続時の過渡電流が小さいために小容量のコンデンサや小電力対応の抵抗で構成できる効果がある。更に、各セルコントローラIC間のGND端子−VCC間接続もコネクタCNAを接続後に成立するため、コネクタCNA内の端子接続の順番によらず、バイパスコンデンサC1、C2の充電電流を小さく抑えることができるとともに、耐電圧の小さいもので対応できる効果がある。
図10は、本発明の第2の実施形態の例である。図10に示した構成は、セルコントローラIC1のGND端子側配線GNDLとセルコントローラIC2のVCC端子側配線VCCLの間に抵抗やコンデンサなどで構成された電子素子EP10を備えたことが特徴である。例えば電圧検出線SL2とSL10が最初に接続された場合、バイパスコンデンサC1、C2を経由する充電電流は、電子素子EP10で電流制限されて徐々に充電されるため、大きな充電電流が流れることは無い。コネクタCN1接続後は、セルコントローラIC1のGNDLとセルコントローラIC2のVCCLとは電池制御装置100の外側で短絡されるため、回路動作上はセルコントローラIC1のGND端子とセルコントローラIC2のVCC端子は同電位となり回路動作上問題となることは無い。
ここで、電圧検出線SL5、SL6は、それぞれコネクタCN1へ接続する構成としているが、電圧検出線SL5とSL6はコネクタCN1接続後に同電位となるため、SL5,SL6の一方を未接続とする場合がある。
図11は、上記で説明した、セルコントローラICにおけるESD対策用のダイオードの構成の変形例を示す。
この変形例では、図4〜図10での、セルコントローラIC内でVCC端子と同電位となる電圧検出線SL1に接続されるESD対策用ダイオードを双方向ダイオードで構成している。この回路の特徴は、ダイオードが双方向であるため、VCC端子に印加されたESDノイズ電流は電圧検出線SL1側へ流れ、領域RC−Netの回路で吸収することができる。
同様に、このような双方向ダイオードをGND端子と同電位となる電圧検出線SL5に接続することも可能である。GND端子側に印加されたESDノイズ電流は電圧検出線SL5側へ流れ、領域RC−Net内の回路で吸収することができる。
1:ハイブリッド自動車、2:駆動輪、3:車軸、4:デファレンシャルギア、5:変速機、6:エンジン、7:電動発電機、8:駆動力切替装置、9:電力変換装置、10:制御装置、11:蓄電装置、HV+およびHV−:強電ライン、RL:リレー,RP:抵抗、RLP:プリチャージリレー、BDU:電池ディスコネクトユニット、
<図2>
20:電池モジュール、20A、20B:電池モジュールブロック、30:マイコン、100:電池制御装置、220:インバータ装置、602,604:通信系、IC1〜IC4:セルコントローラIC、SD−SW:サービスディスコネクト(スイッチ)、RC−net:保護回路および放電回路を含む配線回路部
<図3>
120:マルチプレクサ、122A:アナログデジタル変換器、123:IC制御回路、130:診断回路、138および142:伝送入力回路、140および143:伝送出力回路、147:起動回路、150:タイマ回路、160:制御信号検出回路、262差動増幅器、288:OR回路、BC1〜BC4:電池セル、123:IC制御回路、125:データ保持回路、IC1:セルコントロールIC、126:タイミング制御回路、130:診断回路、128:診断フラグ保持回路、BR1〜BR4:バランシング用端子、CV1〜CV4:電圧入力端子、GND:GND端子、SL1〜SL5:電圧検出線、VCCおよびVDD:電源電圧、CvおよびCin:コンデンサ、RCVおよびRB:抵抗、PH:フォトカプラ、LIN1:通信系602の入力端子、LIN2:通信系602の入力端子、FFI:通信系604の入力端子、FFO:通信系604の出力端子、D1およびD2:ESD対策用ダイオード
<図4〜図8>
IC1〜IC4:セルコントローラIC、SD−SW:スイッチ(サービスディスコネクト)、20A1および20A2:セルグループ、20B1および20B2:セルグループ、BC1〜16:電池セル、SL1〜SL16:電圧検出線、CN1およびCN2:コネクタ、C1〜C4:バイパスコンデンサ、EP1〜EP3およびEP10:電流制限用電子部品、RC−net:保護回路および放電回路を含む配線回路部、I1:充電電流、GNDL:GND端子側配線、VCCL:VCC端子側配線
Claims (3)
- m個の電池セルを備えた電池モジュールと電池制御装置を有する蓄電装置であって、
前記m個の電池セルを、n<mであるn個の電池セルの電気的な直列接続を有し、かつ電気的に直列又は直並列に接続された複数のセルグループとして区分したとき、前記複数のセルグループのそれぞれに対応して設けられた複数の集積回路と、
前記m個の電池セルと前記複数の集積回路との間の電気的な接続に用いられる1つ以上のコネクタと、を有し、
前記複数の集積回路は、それぞれ、対応するセルグループの最高電位の電池セルの正極側に電気的に接続されるVCC端子と、対応するセルグループの最低電位の電池セルの負極側に電気的に接続されるGND端子と、を有しており、
前記複数の集積回路のそれぞれにおいて、対応するVCC端子と対応するGND端子との間は、コンデンサを有する第1経路によって電気的に接続されており、
電気的に直列に接続されたセルグループに対応する集積回路の間では、電位的に上位側のセルグループに対応する集積回路のGND端子と、電位的に下位側のセルグループの最高電位の電池セルの正極とそのセルグループに対応する集積回路とを接続する第2経路とが、第3経路によって電気的に接続されており、
前記第3経路は、前記コネクタを介して形成され、前記コネクタによって前記複数の集積回路と前記m個の電池セルとが電気的に接続されたときに、前記電池制御装置の外部を経由して電気的に導通するように構成されている、ことを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置において、
電位的に上位側のセルグループに対応する集積回路のGND端子と下位側のセルグループに対応する集積回路のVCC端子との間には、電流制限用電子部品が電気的に接続されている、ことを特徴とする蓄電装置。 - 請求項1または2に記載の蓄電装置と、
前記蓄電装置の電力で駆動される走行用電動機と、を有することを特徴とする電動走行可能な車両。
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