JP7306203B2 - battery device - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリ装置に関する。 The present invention relates to battery devices.
複数のセルを直列に接続してなる複数の電池モジュールを備え、各電池モジュールを直列または並列に接続して所望の電力を供給する電池装置が知られている(特許文献1参照)。このような電池装置では、使用に伴って、各電池モジュールの電位にばらつきが発生する。電池モジュールの電位にばらつきがある状態で充放電が行われると、電位が低い電池モジュールが過放電状態になったり、電位が高い電池モジュールが過充電状態になったりして、電池モジュールを劣化させる可能性がある。 A battery device is known that includes a plurality of battery modules each having a plurality of cells connected in series, and supplies desired power by connecting the battery modules in series or in parallel (see Patent Document 1). In such a battery device, variations occur in the potential of each battery module as it is used. If charging/discharging is performed while the potentials of the battery modules vary, the battery modules with low potential will be over-discharged, and the battery modules with high potential will be overcharged, degrading the battery modules. there is a possibility.
したがって、上記のような電池装置は、各電池モジュールの電位を均等化する均等化処理(モジュールバランシング)を所定のタイミングで行うようにしている。また、電位のばらつきは電池モジュール内のセル間においても発生するため、上記のような電池装置では、モジュールバランシングを行う際に、電池モジュール内の各セルの電位を均等化する均等化処理(セルバランシング)も行うようにしている。 Therefore, the battery device as described above performs an equalization process (module balancing) for equalizing the potentials of the battery modules at a predetermined timing. In addition, since potential variations also occur between cells within a battery module, in the above-described battery device, when module balancing is performed, an equalization process (cell balancing).
上記のような電池装置は、通常、装置を停止させる際に均等化処理を実行し、均等化処理終了後に装置の電源をオフする。したがって、上記のような電池装置では、均等化処理が終了するまで装置の電源をオフすることができず、迅速に装置を停止させることができなかった。このような問題に対して、装置の電源をオフした後に鉛蓄電池等の外部電源を用いて均等化処理を実行する方法も考えられる。しかし、外部電源と各電池モジュールとの接続の方法によっては必要となる電源電圧の外部電源を複数個用意しなければならず、コストを増大させる可能性があった。 A battery device such as the one described above normally performs an equalization process when the device is stopped, and the device is powered off after the equalization process is completed. Therefore, in the battery device as described above, the power of the device cannot be turned off until the equalization process is completed, and the device cannot be quickly stopped. In order to solve such a problem, a method of executing equalization processing using an external power source such as a lead-acid battery after turning off the power of the device is also conceivable. However, depending on the method of connection between the external power supply and each battery module, a plurality of external power supplies with the required power supply voltage must be prepared, which may increase the cost.
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、装置を停止させる際に均等化処理を行った場合でも装置の電源を迅速にオフさせることができ、且つ、該均等化処理を簡易な構成で実行することができるバッテリ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, for example, and an object of the present invention is to quickly turn off the power of the apparatus even when equalization processing is performed when the apparatus is stopped, and To provide a battery device capable of executing the equalization process with a simple configuration.
上記課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は、複数のバッテリセルをそれぞれが有する、複数のバッテリモジュールを備えるバッテリ装置であって、前記複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシングと、前記複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部を備え、前記均等化部は、前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が可能な出力可能状態にし、前記出力可能状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続して前記モジュールバランシングを実行し、前記モジュールバランシングが終了した後、前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が不可である出力不可状態にし、前記出力不可状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続し、前記外部蓄電池から供給される電力により前記複数のバッテリモジュールそれぞれが有するセルバランシング回路を作動させて、該セルバランシング回路に前記セルバランシングを実行させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the battery device of the present invention includes a plurality of battery modules each having a plurality of battery cells, and module balancing for equalizing potentials of the plurality of battery modules. and cell balancing for equalizing the potentials of the plurality of battery cells, the equalization unit placing the plurality of battery modules in an output enabled state capable of outputting electric power, and The plurality of battery modules in the enabled state are connected in parallel to perform the module balancing, and after the module balancing is completed, the plurality of battery modules are placed in an output disabled state in which power output is disabled, and the output disabled state. The plurality of battery modules in the state of being connected in parallel are connected to an external storage battery, and the electric power supplied from the external storage battery operates the cell balancing circuit of each of the plurality of battery modules. The cell balancing is executed.
本発明によれば、装置を停止させる際に均等化処理を行った場合でも装置の電源を迅速にオフさせることができ、且つ、該均等化処理を簡易な構成で実行することができる。 According to the present invention, even if equalization processing is performed when the device is stopped, power to the device can be quickly turned off, and the equalization processing can be executed with a simple configuration.
本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置は、内蔵する複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシングと、各バッテリモジュールが内蔵する複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部を備える。均等化部は、複数のバッテリモジュールを並列に接続してモジュールバランシングを実行する。また、均等化部は、モジュールバランシングを行った後、複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続する。そして、均等化部は、外部蓄電池から供給される電力により複数のバッテリモジュールそれぞれが有するセルバランシング回路を作動させて、該セルバランシング回路にセルバランシングを実行させる。 A battery device according to an embodiment of the present invention performs module balancing for equalizing potentials of a plurality of built-in battery modules and cell balancing for equalizing potentials of a plurality of battery cells built into each battery module. and an equalizer for performing The equalization unit connects a plurality of battery modules in parallel and performs module balancing. After performing module balancing, the equalization unit connects the plurality of battery modules in parallel to the external storage battery. Then, the equalization unit operates a cell balancing circuit included in each of the plurality of battery modules with power supplied from the external storage battery, and causes the cell balancing circuit to perform cell balancing.
これにより、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置は、モジュールバランシングが終了していれば、セルバランシングの終了を待たずに電源をオフすることができる。よって、バッテリ装置を迅速に停止させることができる。また、セルバランシングよりも処理時間が短いモジュールバランシングを先に実行するようにしているので、バッテリ装置をさらに迅速に停止させることができる。よって、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置によれば、装置を停止させる際に各バッテリモジュールに対する均等化処理を実行した場合でも、装置を迅速に停止させることができる。 As a result, the battery device according to the embodiment of the present invention can be powered off without waiting for the completion of cell balancing if module balancing is completed. Therefore, the battery device can be quickly stopped. In addition, since module balancing, which requires a shorter processing time than cell balancing, is performed first, the battery device can be stopped more quickly. Therefore, according to the battery device according to the embodiment of the present invention, the device can be quickly stopped even when the equalization process is executed for each battery module when the device is stopped.
さらに、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置は、セルバランシングを実行する際に複数のバッテリモジュールを並列に接続するようにしているので、1つの外部蓄電池で各バッテリモジュールのセルバランシング回路を作動させることができる。よって、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置によれば、セルバランシング回路に電力を供給する各バッテリモジュールが必要とする電圧の外部蓄電池をそれぞれ用意する必要がなく、簡易な構成で、装置を迅速に停止させることができる。 Furthermore, in the battery device according to the embodiment of the present invention, a plurality of battery modules are connected in parallel when performing cell balancing. can be activated. Therefore, according to the battery device according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to prepare an external storage battery with a voltage required by each battery module that supplies power to the cell balancing circuit, and the device can be configured with a simple configuration. can be stopped quickly.
以下、本実施例について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施例のバッテリ装置1の回路構成を示す図である。図2は、本実施例のバッテリ装置1が備えるバッテリモジュールの構成の一例を示す図である。図3は、本実施例のバッテリ装置1が車両2に搭載されている様子を示す図である。
Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the circuit configuration of a
バッテリ装置1は、図1に示すように、制御部10と、バッテリモジュール(以下、単にモジュールと記す。)11a,11bと、を備える。制御部10とモジュール11a,11bとは通信線を介して接続されていて、CAN(Controller Area Network)等の通信プロトコルに従ってデータを送受信する。本実施例では、制御部10とモジュール11a,11bとはCANにより通信を行うものとする。なお、本実施例では、モジュール11a,11bは、放電容量が3Ahであり、定格電圧が12[V]であるリチウムイオンバッテリモジュールであるものとする。また、図1にはモジュールが2つ例示されているが、バッテリ装置1は、モジュールを直列にいくつ備えていてもよい。また、バッテリ装置1を複数並列に接続し拡張することも可能である。
As shown in FIG. 1, the
制御部10は、例えばマイクロコンピュータ(マイコン)であり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等を有している。制御部10は例えばROMに記憶されたコンピュータプログラムを読み取って実行することにより、リレーRc1,Rc2,R0,R1,R2,Rp1,Rp2,Rvと、モジュール11a,11bと、を制御して、バッテリ装置1の各種動作を実現する。それにより、制御部10は、後述する電力出力部61、モジュール均等化部62、及びセル均等化部63として機能する。
The
モジュール11aは、図2に示すように、マイコン111と、半導体リレー112と、均等化回路(以下、セルバランシング回路と呼ぶ。)113と、直列に接続されたバッテリセル114~118とを有する。なお、図2にはバッテリセルが5つ例示されているが、モジュール11aには、バッテリセルがいくつ含まれていてもよい。モジュール11bの構成については、モジュール11aと同様であるため説明を省略する。
As shown in FIG. 2, the
マイコン111は、制御部10から送信される通信コマンドに従って、半導体リレー112の開閉を制御する。なお、半導体リレー112が閉状態(ON状態)になると、モジュール11aは、バッテリセル114~118の電力を外部に出力することができる状態(以下、出力可能状態と呼ぶ。)となる。一方、半導体リレー112が開状態(OFF状態)になると、モジュール11aは、バッテリセル114~118の電力をモジュール11aの外部に出力することができない状態(以下、出力不可状態と呼ぶ。)となる。このように、マイコン111と半導体リレー112は、モジュール11aの出力可能状態と出力不可状態とを切り替える出力制御部として機能する。
The
また、マイコン111は、セルバランシング回路113を制御する。セルバランシング回路113は、マイコン111の制御の下、バッテリセル114~118の電位を均等化するセルバランシングを実行する。
Also, the
本実施例では、バッテリ装置1は図3に示すように、車両2に搭載され、車両2の車両制御システム3に接続されている。車両2は、電動車両である。車両制御システム3は、バッテリ装置1を電源として利用し、車両2の種々の制御を行う。なお、本実施例では、バッテリ装置1が電動車両に搭載される場合を例にするが、バッテリ装置1は、電動車両以外の車両に搭載されてもよい。また、バッテリ装置1は、車両に限らず、無停電電源装置(UPS)など、バッテリ装置が使用され得る種々のシステムや装置、回路に接続されてもよい。
In this embodiment, the
バッテリ装置1はさらに、充放電端子T1と蓄電池接続端子T2とを備える。充放電端子T1には車両制御システム3のVCC端子が接続されている。また、バッテリ装置1のグランド(GND)に車両制御システム3のGND端子が接続されている。そして、モジュール11a,11bから充放電端子T1を介して車両制御システム3に電力が供給される。モジュール11a,11bを充電する際には、充放電端子T1及びグランド端子GNDが不図示の充電ステーションに接続される。充電ステーションは不図示の商用電源に接続されており、充電ステーションを介して商用電源からモジュール11a,11bに対して電力が供給される。蓄電池接続端子T2には、外部蓄電池4の正極側端子が接続されている。また、バッテリ装置1のグランド(GND)に外部蓄電池4の負極側端子が接続されている。本実施例では、外部蓄電池4として12[V]の鉛蓄電池が接続されているものとする。また、本実施例では、制御部10は、図示しない電力ラインを介して外部蓄電池4と接続されていて、外部蓄電池4から供給される電力により動作するものとする。
The
バッテリ装置1はさらに、複数のバッテリモジュールを直列又は並列に切り替え可能に接続するリレーRc1,Rc2,R0,R1,R2,Rp1,Rp2,Rvと、フューズFS1~FS4と、を備える。リレーR2,Rp1,Rp2は、モジュール11a,11bを直列又は並列に切り替え可能に接続する接続回路である。なお、バッテリ装置1がn個のモジュールを備える場合には、モジュールの台数に応じてリレーRc1,Rc2,Rp1,Rp2,R2等を追加すればよい。
The
リレーRc1,Rc2は、制御部10とモジュール11a,11bとの間に配置され、制御部10とモジュール11a,11bとの間の通信線を接続又は切断する。制御部10は、モジュール11a,11bと通信する際には、リレーRc1,Rc2の開閉を制御していずれかのモジュールと接続し1対1で通信を行う。なお、本実施例では、制御部10とモジュール11a,11bとは、図1に示すハイレベルの信号Hとローレベルの信号Lとを組み合わせてCANプロトコルに従った通信を行うものとする。
The relays Rc1 and Rc2 are arranged between the
リレーR2は、モジュール11aとモジュール11bとの間に配置されている。リレーR0,R1は、充放電端子T1とモジュール11aとの間に配置されている。なお、リレーR0は、大きな突入電流の発生などによりメインリレーR1が溶けて固着することを防止するためのプリチャージ用リレーである。制御部10は、リレーR0,R1,R2の開閉を制御して、直列に接続したモジュール11a,11bを充放電端子T1に接続して、充放電端子T1から高電圧の電力を出力させる。図1に示す例では、充放電端子T1から高電圧の電力として24[V]の電力が出力される。また、制御部10は、モジュール11a,11bを並列接続するときには、リレーR2をOFF状態にしてモジュール11a,11bの直列接続を解除する。以下、リレーR2を直列接続用リレーと称する。
Relay R2 is arranged between
リレーRvは、モジュール11a,11bと蓄電池接続端子T2との間に配置されている。制御部10は、リレーRvの開閉を制御して、外部蓄電池4からモジュール11a,11bへの電力供給を開始したり停止したりする。
The relay Rv is arranged between the
リレーRp1,Rp2は、モジュール11a,11bとリレーRvとの間に配置されていて、制御部10は、リレーRp1とリレーRvとをON状態にすることで、外部蓄電池4からモジュール11aに電力を供給する。また、制御部10は、リレーRp2とリレーRvとをON状態にすることで、外部蓄電池4からモジュール11bに電力を供給する。また、制御部10は、リレーRp1,Rp2をON状態にして、モジュール11a,11bを並列接続させる。さらに、制御部10は、モジュール11a,11bを直列接続するときには、リレーRp1,Rp2をOFF状態にしてモジュール11a,11bの並列接続を解除する。以下、リレーRp1,Rp2をまとめて並列接続用リレーと称する。
The relays Rp1 and Rp2 are arranged between the
本実施例の制御部10は、上記の各リレーを制御して、バッテリ装置1を以下に示す動作モード#1~#4で動作させることが可能である。また、制御部10は、後述するように、各動作モードを組み合わせてバッテリ装置1の各種機能を実現する。なお、動作モード#1は、モジュール11a,11bを直列に接続してバッテリ装置1を動作させる動作モードである。動作モード#2は、モジュール11a,11bを並列に接続してバッテリ装置1を動作させる動作モードである。動作モード#3は、モジュール11a,11bを出力可能状態にしてバッテリ装置1を動作させる動作モードである。動作モード#4は、モジュール11a,11bを出力不可状態にしてバッテリ装置1を動作させる動作モードである。
The
ここで、図4及び図5を参照して、各動作モードについて説明する。バッテリ装置1を動作モード#1で動作させる場合には、図4(A)に示すように、制御部10は、リレーRvをOFF状態にする(ステップS401)。そして、制御部10は、リレーRp1,Rp2をOFF状態にし(ステップS402)、リレーR2をON状態にする(ステップS403)。そして、制御部10は、プリチャージ用リレーR0をON状態にし、メインリレーR1をON状態にする(ステップS404)。これにより、バッテリ装置1が動作モード#1で動作開始される。最後に、制御部10は、プリチャージ用リレーR0をOFF状態にする(ステップS405)。なお、動作モード#1で動作させる前提として、後述する動作モード#3を実施し、モジュール11a,11b内の半導体リレー112をON状態にする必要がある。
Here, each operation mode will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. When operating the
バッテリ装置1を動作モード#2で動作させる場合には、図4(B)に示すように、制御部10は、リレーR0,R1,R2をOFF状態にする(ステップS411)。そして、制御部10は、リレーRp1,Rp2をON状態にし(ステップS412)、リレーRvをON状態にする(ステップS413)。これにより、バッテリ装置1が動作モード#2で動作開始される。
When operating the
バッテリ装置1を動作モード#3で動作させる場合には、図5(A)に示すように、制御部10は、リレーR0,R1,R2をOFF状態にする(ステップS501)。これにより、バッテリ装置1が車両制御システム3から切り離される。また、モジュール11a,11bの直列接続が解除される。次いで、制御部10は、リレーRvをON状態にして外部蓄電池4からの電力供給を開始させる(ステップS502)。次いで、制御部10は、CAN通信によりモジュール11a,11b内の半導体リレー112をON状態にして、モジュール11a,11bを出力可能状態にする(ステップS503~S505,S506~S508)。その際、以下のように、制御部10は、モジュール11a,11bとの通信が1対1で行われるように各リレーを制御する。なお、バッテリ装置1がn個のモジュールを備える場合には、S503~S505(又はS506~S508)に相当する処理がn回繰り返し行われることになる。
When operating the
具体的には、制御部10は、リレーRp1をON状態にして外部蓄電池4とモジュール11aとを接続し、外部蓄電池4からの電力をモジュール11aに供給する。また、制御部10は、リレーRc1をON状態にしてモジュール11aと接続して、モジュール11aとCAN通信可能な状態にする(ステップS503)。そして、制御部10は、モジュール11a内の半導体リレー112をON状態にするための通信コマンドをモジュール11aに送信する(ステップS504)。モジュール11aは、制御部10から受信した通信コマンドに従って、半導体リレー112をON状態にする。これにより、モジュール11aは出力可能状態となる。その後、制御部10は、リレーRp1をOFF状態にして外部蓄電池4とモジュール11aとを切り離し、リレーRc1をOFF状態にしてモジュール11aとのCAN通信を遮断する(ステップS505)。さらに、制御部10は、リレーRp2をON状態にして外部蓄電池4とモジュール11bとを接続し、外部蓄電池4からの電力をモジュール11bに供給する。また、制御部10は、リレーRc2をON状態にしてモジュール11bと接続して、モジュール11bとCAN通信可能な状態にする(ステップS506)。そして、制御部10は、モジュール11b内の半導体リレー112をON状態にするための通信コマンドをモジュール11bに送信する(ステップS507)。モジュール11bは、制御部10から受信した通信コマンドに従って、半導体リレー112をON状態にする。これにより、モジュール11bは出力可能状態となる。その後、制御部10は、リレーRp2をOFF状態にして外部蓄電池4とモジュール11bとを切り離し、リレーRc2をOFF状態にしてモジュール11bとのCAN通信を遮断する(ステップS508)。ステップS508の後、制御部10は、リレーRvをOFF状態にして外部蓄電池からの電力供給を停止させる(ステップS509)。
Specifically, the
バッテリ装置1を動作モード#4で動作させる場合の処理は、バッテリ装置1を動作モード#3で動作させる場合の処理と同様である。ただし、図5(B)に示すように、ステップS514において、制御部10は、モジュール11a内の半導体リレー112をOFF状態にするための通信コマンドをモジュール11aに送信して、モジュール11aを出力不可状態にする。また、ステップS517において、制御部10は、モジュール11b内の半導体リレー112をOFF状態にするための通信コマンドをモジュール11bに送信して、モジュール11bを出力不可状態にする。
The processing for operating the
上述したように、本実施例に係る制御部10は、上記の動作モード#1~#4を組み合わせて、バッテリ装置1の各機能を実現する。ここで、図6を参照して、バッテリ装置1の各機能について説明する。図6は、本実施例の制御部10の機能ブロックの一例を示す図である。図6に示すように、制御部10は、電力出力部61と、モジュール均等化部62と、セル均等化部63とを有する。
As described above, the
制御部10の電力出力部61は、動作モード#3と動作モード#1とを組み合わせて、高電圧の電力を出力する電力出力機能を実現する。具体的には、まず、電力出力部61は、動作モード#3を実行し、モジュール11a,11bを出力可能状態にする。次いで、電力出力部61は、動作モード#1を実行し、直列接続したモジュール11a,11bを充放電端子T1に接続する。これにより、直列接続されたモジュール11a,11bから、高電圧の電力が充放電端子T1を介して車両制御システム3のVCC端子に出力される。図1に示す例では、モジュール11a,11bから、高電圧の電力として12[V]+12[V]=24[V]の電力が出力される。なお、バッテリ装置1がn個のモジュールを備える場合には、12×n[V]の電力が充放電端子T1から出力される。このときのバッテリ装置1の状態を、図7(A)に示す。なお、図7(A)~(C)において、斜線で塗りつぶされたリレーは、OFF状態になっているリレーである。また、塗りつぶしがされていないリレーは、ON状態になっているリレーである。
The
制御部10のモジュール均等化部62は、動作モード#3と動作モード#2と動作モード#4とを組み合わせて、モジュールバランシングを実行するモジュールバランシング機能を実現する。具体的には、モジュール均等化部62は、動作モード#3を実行し、モジュール11a,11bを出力可能状態にする。次いで、モジュール均等化部62は、動作モード#2を実行し、モジュール11a,11bを並列に接続する。このときのバッテリ装置1の状態を、図7(B)に示す。なお、各モジュールの電圧調整が必要な場合は、リレーRvを適宜ON状態またはOFF状態することにより、調整する。
The
モジュール均等化部62は、図7(B)に示す状態を一定時間保持して、モジュール11a,11bの電位を均等化させる。このようにして、モジュール均等化部62は、モジュールバランシングを実行する。モジュールバランシングを終えると、モジュール均等化部62は、動作モード#4を実行し、モジュール11a,11bを出力不可状態にする。なお、モジュールバランシングの実行時間は、図1に示す抵抗OM1,OM2の抵抗値により調整可能である。例えば、抵抗OM1,OM2の抵抗値を下げることでモジュールバランシングの実行時間を短くすることができる。
The
制御部10のセル均等化部63は、動作モード#4と動作モード#2とを組み合わせて、セルバランシングを実行するセルバランシング機能を実現する。具体的には、セル均等化部63は、動作モード#4を実行し、モジュール11a,11bをOFF状態にして、モジュール11a,11bを出力不可状態にする。次いで、セル均等化部63は、動作モード#2を実行し、モジュール11a,11bを並列に接続した状態で、外部蓄電池4からの電力供給を開始させる。すると、モジュール11a,11b内のセルバランシング回路113が作動する。これにより、モジュール11a,11bのそれぞれにおいて、セルバランシング回路113により、各セルの電位を均等化するセルバランシングが実行される。このときのバッテリ装置1の状態を、図7(C)に示す。なお、モジュール11a,11bは、外部蓄電池4が接続されている状態で半導体リレー112がOFF状態にされると、マイコン111がセルバランシング回路113を作動させるように予め設計されているものとする。
The
なお、図4(A)(B)及び図5(A)(B)の各ステップにおいて、制御部10は、リレーを操作した後、モジュール11a,11bの正極側の絶対電位V1H,V2H及び負極側の絶対電位V1L,V2Lを測定してもよい。そして、測定の結果、リレーが正常に動作していないと判断した場合には、制御部10は、以降の処理を実行しないようにしてもよい。つまり、測定の結果、リレーが正常に動作したと判断した場合に、制御部10は、次のステップに移行するようにしてもよい。このようにリレーが正常に動作していることを逐次確認して次のステップに処理を進めるようにすることで、以下のように短絡などの回路の異常動作を防止することが可能となる。
4A, 4B, 5A, and 5B, after operating the relay, the
例えば、モジュール均等化部62及びセル均等化部63は、ステップS411の後、モジュール11aの負極側の絶対電位V1Lとモジュール11bの正極側の絶対電位V1Hとを測定する。そして、測定の結果、リレーR2がOFF状態になっていない、つまり、リレーR2が正常に動作していないと判断した場合には、電力出力部61は、以降の処理を実行しないようにする。仮に正常にリレーR2がOFF状態になっていない状態で、ステップS412でリレーRp1,Rp2がON状態にされたときに、リレーR2とリレーRp1,Rp2とが同時にON状態となり短絡が発生する可能性がある。しかし、上記のようにリレーR2の開閉状態を確認するようにすることで短絡の発生を防止することができる。
For example, after step S411, the
また例えば、電力出力部61は、ステップS403の後、モジュール11aの負極側の絶対電位V1Lとモジュール11bの正極側の絶対電位V1Hとを測定する。そして、測定した絶対電位が互いに異なっている場合には、電力出力部61は、リレーR2がON状態になっていない、つまり、リレーR2が正常に動作していないと判断し、以降の処理を実行しないようにする。このように、電力出力部61は、リレーが正常に動作していない場合には、モジュール11a,11bの電力を充放電端子T1から出力しないようにする。仮にリレーR2がON状態になっていない状態で電力の出力を行った場合、想定していない電圧値の電力が車両制御システム3に出力される可能性がある。しかし、上記のような処理により、想定していない電圧値の電力が出力されてしまうことを防止することができる。
Further, for example, after step S403, the
また例えば、モジュール均等化部62及びセル均等化部63は、ステップS504,S
507の後、モジュール11a,11bの正極側及び負極側の絶対電位を測定する。そして、測定の結果、モジュール11a,11bから電力が出力されていない、つまり、半導体リレー112が正常に動作していないと判断した場合には、モジュール均等化部62及びセル均等化部63は、以降の処理を実行しないようにする。これにより、半導体リレー112が正常に動作していない状態で、モジュールバランシングが実行されてしまうことを防止することができる。
Further, for example, the
After 507, the absolute potentials of the positive and negative sides of the
また例えば、モジュール均等化部62及びセル均等化部63は、ステップS514,S
517の後、モジュール11a,11bの正極側及び負極側の絶対電位を測定する。そして、測定の結果、モジュール11a,11bから電力が出力されている、つまり、半導体リレー112が正常に動作していないと判断した場合には、以降の処理を実行しないようにする。これにより、半導体リレー112が正常に動作していない状態で、セルバランシング用の電力供給が行われてしまうことを防止することができる。
Further, for example, the
After 517, the absolute potentials of the positive and negative sides of the
また、各リレーや各半導体リレーが正常に動作していないと判断して以降の処理を実行しない場合に、制御部10は、車両制御システム3にエラー通知を行うようにしてもよい。これにより、リレー回路の異常、及び、リレー回路の異常により高電圧出力やモジュールバランシング、セルバランシングが実行できないことを、車両制御システム3側に認識させることが可能となる。
Further, the
さらに、図8に示すように、制御部10とリレーRp1,Rp2との間に遅延回路80を配置するようにしてもよい。遅延回路80は、リレーRp1,Rp2を開閉するための制御信号を制御部10から入力すると、該制御信号を所定時間遅らせて出力する。それにより、例えば、ステップS411でリレーR2をOFF状態にしてからステップS412でリレーRp1,Rp2をON状態にするまでの間に十分な時間を確保することが可能となる。よって、リレーR2とリレーRp1,Rp2とが同時にON状態になることを防止することができ、バッテリ装置1の安全性をさらに高めることができる。なお、リレーR2とリレーRp1,Rp2のON状態とOFF状態の論理はリバースである。
Furthermore, as shown in FIG. 8, a
図9は、本実施例のバッテリ装置1が実行する均等化処理の流れを示すフローチャートである。本実施例に係るバッテリ装置1は、車両制御システム3の停止を検知すると図9に示すフローを開始する。なお、本実施例では、制御部10は、車両2に対する電源オフ操作がユーザにより行われた時に車両制御システム3の不図示のマイコンから出力される電源オフを示す信号を検出すると、車両制御システム3の停止を検知するものとする。なお、制御部10は、その他の方法により、車両制御システム3の停止を検知するようにしてもよい。
FIG. 9 is a flow chart showing the flow of the equalization process executed by the
図9に示すように、まず、制御部10のモジュール均等化部62は、モジュール11a,11b間の電位を均等化するために、動作モード#3と動作モード#2と動作モード#4とを組み合わせてモジュールバランシングを実行する(ステップS901)。次いで、制御部10のセル均等化部63は、モジュール11a,11bのそれぞれに対して、バッテリセル間の電位を均等化するためにセルバランシングを実行する(ステップS902)。
As shown in FIG. 9, first, the
なお、上述したように、本実施例の制御部10は、外部蓄電池4を使用してセルバランシング回路113を作動させ、セルバランシング回路113にセルバランシングを実行させる。したがって、制御部10は、ステップS902においてセルバランシング回路113を作動させた後、セルバランシングの完了を待たずに処理を終了することができる。よって、バッテリ装置1の電源を迅速にオフすることが可能となる。また、バッテリ装置1が電源オフされた後は、外部蓄電池4から制御部10へ電力を供給する必要がなくなるので、制御部10の消費電力量を低減することができる。
As described above, the
また、モジュールバランシングとセルバランシングとを組み合わせて行っているので、モジュールバランシングにおいてモジュール間での電力授受が行われるようになり、セルバランシングだけを実行する場合と比較してエネルギー損失を低減することができる。さらに、セルバランシングよりも処理時間が短いモジュールバランシングを先に行うようにしているので、バッテリ装置1をより迅速に停止させることが可能となる。また、セルバランシングを後に行うことで、モジュール11a,11bの半導体リレー112をOFFにした状態で均等化処理を終了させることができる。よって、均等化処理終了後のバッテリ装置1を安全な状態に保つことができる。
In addition, since module balancing and cell balancing are performed in combination, power is exchanged between modules during module balancing, and energy loss can be reduced compared to when only cell balancing is performed. can. Furthermore, since module balancing, which requires a shorter processing time than cell balancing, is performed first, it is possible to stop the
以上、本実施例のバッテリ装置1は、バッテリセル114~118をそれぞれが有する、モジュール11a,11bを備える。そして、バッテリ装置1は、モジュール11a,11bの電位を均等化するモジュールバランシングと、バッテリセル114~118の電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部62,63を有する。均等化部(モジュール均等化部)62は、モジュール11a,11bを電力の出力が可能な出力可能状態にし、出力可能状態のモジュール11a,11bを並列に接続してモジュールバランシングを実行する。均等化部(セル均等化部)63は、モジュールバランシングが終了した後、モジュール11a,11bを電力の出力が不可である出力不可状態にし、出力不可状態のモジュール11a,11bを並列に接続した状態で外部蓄電池4に接続する。そして、均等化部63は、外部蓄電池4から供給される電力によりモジュール11a,11bそれぞれが有するセルバランシング回路113を作動させて、セルバランシング回路113にセルバランシングを実行させる。
As described above, the
これにより、バッテリ装置1が停止している状態、つまり電源オフの状態でも、セルバランシング回路113を作動させておくことが可能となる。よってバッテリ装置1は、モジュールバランシングが終了していれば、セルバランシングの終了を待たずに電源をオフすることができる。よって、バッテリ装置1を停止させるときにセルバランシングを行った場合でも、セルバランシングの実行を待たずにバッテリ装置1の電源をオフさせることができ、バッテリ装置1を迅速に停止させることが可能となる。また、セルバランシングよりも処理時間が短いモジュールバランシングを先に実行するようにしているので、バッテリ装置1をさらに迅速に停止させることができる。よって、本実施例によれば、バッテリ装置1を停止させる際にモジュール11a,11bに対する均等化処理を実行した場合でも、バッテリ装置1を迅速に停止させることができる。
This allows the cell balancing circuit 113 to operate even when the
また、モジュール11a,11bを並列に接続した状態でセルバランシングを行っているので、1つの外部畜電池で各モジュールのセルバランシング回路113を作動させることができ、回路構成を簡略化でき且つコストを削減することができる。一方、各モジュールを直列に接続した状態でセルバランシングを行う場合には、各モジュールが必要とする電圧の外部蓄電池をそれぞれ用意する必要がありコストを増大させる可能性がある。例えば、モジュール11a,11bを直列に接続した状態で各モジュールのセルバランシング回路113を作動させるには、モジュール11aに24[V]=12[V]+12[V]、モジュール11bに12[V]の電力をそれぞれ供給しなければならない。
In addition, since cell balancing is performed while the
また、セルバランシングと組み合わせてモジュールバランシングを実行しているので、モジュールバランシングにおいてモジュール間での電力授受が行われるようになり、セルバランシングだけを実行する場合と比較してエネルギー損失を低減することができる。 In addition, since module balancing is performed in combination with cell balancing, power is exchanged between modules during module balancing, and energy loss can be reduced compared to when only cell balancing is performed. can.
また、電力が供給されている状態でモジュール内部の半導体リレーがOFF状態にされるとセルバランシング回路が作動するように予め設計されているバッテリモジュールであれば、本実施例を適用することができる。したがって、例えば、量産車に搭載されているリチウムイオンバッテリモジュールが上記のように設計されている場合には、それらのリチウムイオンバッテリモジュールを改造等せずにそのままリユースすることが可能となる。よって、バッテリモジュールの廃棄費用や、バッテリモジュールをリユースするための改造費用を抑えることができる。 Further, this embodiment can be applied to any battery module that is designed in advance such that the cell balancing circuit is activated when the semiconductor relay inside the module is turned off while power is being supplied. . Therefore, for example, when lithium-ion battery modules mounted on mass-produced vehicles are designed as described above, it is possible to reuse the lithium-ion battery modules as they are without modifying them. Therefore, the disposal cost of the battery module and the remodeling cost for reusing the battery module can be suppressed.
また、本実施例のバッテリ装置1において、均等化部62,63は、モジュール11a,11bの出力可能状態と出力不可状態とを通信コマンドにより制御する。そして、モジュール11a,11bは、均等化部62,63から送信される通信コマンドに従って、出力可能状態と出力不可状態とを切り替える出力制御部(マイコン111及び半導体リレー112)を有する。このように、通信によりモジュール11a,11bの出力制御部を制御することにより、通信仕様を知られない限り、モジュール11a,11bの半導体リレー112が第三者によってON状態にされることがない。よって、バッテリ装置1の安全性を高めることができる。
In addition, in the
また、本実施例のバッテリ装置1において、上記通信コマンドが、CANの通信プロトコルに従った通信コマンドである。このように、通信仕様が公開されていない通信プロトコルを採用することで、半導体リレー112が第三者によってON状態にされることをより確実に防止することができ、バッテリ装置1の安全性をさらに高めることができる。
Further, in the
また、本実施例のバッテリ装置1において、均等化部62,63は、モジュール11a,11bのそれぞれに対して順次上記通信コマンドを送信する際、一のバッテリモジュールに対して上記通信コマンドを送信した後、一のバッテリモジュールとの接続を遮断する。このように、制御部10とモジュール11a,11bとを1対1で通信させることで、制御部10とモジュール11a,11bとの間の通信線に、昇圧回路等の電気回路を設置する必要がない。したがって、回路構成を簡略化でき且つコストを削減することができる。例えば、モジュール11a,11bを直列に接続した状態で、モジュール11a,11bと通信する場合を考える。その場合には、制御部10とモジュール11aとの間の通信線に、信号レベルを直列接続時のモジュール11aの電圧レベルである24[V]に昇圧するための昇圧回路を設置する必要が生じる。
Further, in the
また、本実施例のバッテリ装置1は、モジュール11a,11bを直列又は並列に切り替え可能に接続する接続回路(リレーR2,Rp1,Rp2)をさらに備える。そして、本実施例のバッテリ装置1において、均等化部62,63は、接続回路を制御してモジュール11a,11bを並列に接続した場合に、モジュール11a,11bそれぞれの正極側及び負極側の絶対電位を測定する。そして、均等化部62,63は、測定の結果から接続回路が正常に動作していないと判断したときには、以降の処理を実行しない。これにより、モジュール11a,11bの接続を並列に切り替えるときに、リレーR2とリレーRp1,Rp2とが同時にON状態になるような短絡の発生を防止することができる。また、リレーR2,Rp1,Rp2が正常に動作していない状態で、モジュールバランシング及びセルバランシングを実行されてしまうことを防止することができる。
Moreover, the
また、本実施例のバッテリ装置1は、モジュール11a,11bを出力可能状態にし、出力可能状態のモジュール11a,11bを直列に接続して、モジュール11a,11bの電力を前記バッテリ装置の外部に出力する電力出力部61をさらに備える。そして、本実施例のバッテリ装置1において、電力出力部61は、上記接続回路を制御してモジュール11a,11bを直列に接続した場合に、モジュール11a,11bのそれぞれの正極側及び負極側の絶対電位を測定する。そして、電力出力部61は、測定の結果から上記接続回路が正常に動作していないと判断したときには、以降の処理を実行しない。これにより、モジュール11a,11bの接続を直列に切り替えるときに、リレーR2とリレーRp1,Rp2とが同時にON状態になるような短絡の発生を防止することができる。また、想定していない電圧値の電力が充放電端子T1から出力されてしまうことを防止することができる。
In the
また、本実施例のバッテリ装置1は、さらにフューズFS1~FS4を備える。そして、本実施例のバッテリ装置1において、上記接続回路には、モジュール11a,11bを直列に接続する直列接続用リレーR2とモジュール11a,11bを並列に接続する並列接続用リレーRp1,Rp2とが含まれる。そして、フューズFS1~FS4は、直列接続用リレーR2と並列接続用リレーRp1,Rp2とが同時に閉状態になった場合に、モジュール11a,11bから並列接続用リレーRp1,Rp2を切り離す。これにより、仮にリレーR2とリレーRp1,Rp2とが同時にON状態になるような短絡が発生した場合でも、モジュール11a,11bなどが燃焼してしまうことを防止することができる。
Further, the
また、本実施例のバッテリ装置1は、上記接続回路に含まれる、直列接続用リレーと並列接続用リレーとが同時に閉状態にならないようにする遅延回路80をさらに備える。これにより、リレーR2とリレーRp1,Rp2とが同時にON状態になることを防止することができ、バッテリ装置1の安全性をさらに高めることができる。
The
なお、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うバッテリ装置もまた本発明の技術思想に含まれる。 It should be noted that the present invention can be modified as appropriate within the scope and spirit of the invention that can be read from the scope of claims and the entire specification, and a battery device that accompanies such modifications is also within the scope of the technical spirit of the present invention. included.
1 バッテリ装置
2 車両
3 車両制御システム
4 外部蓄電池
10 制御部
11a,11b バッテリモジュール
61 電力出力部
62 モジュール均等化部
63 セル均等化部
80 遅延回路
111 マイクロコンピュータ
112 半導体リレー
113 均等化回路(セルバランシング回路)
114~118 バッテリセル
Rc1,Rc2,R0,R1,R2,Rp1,Rp2,Rv リレー
FS1,FS2,FS3,FS4 フューズ
OM1,OM2 抵抗
T1 充放電端子
T2 蓄電池接続端子
1
114 to 118 Battery cells Rc1, Rc2, R0, R1, R2, Rp1, Rp2, Rv Relays FS1, FS2, FS3, FS4 Fuses OM1, OM2 Resistors T1 Charge/discharge terminals T2 Storage battery connection terminals
Claims (4)
前記複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシングと、前記複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部を備え、
前記均等化部は、
前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が可能な出力可能状態にし、前記出力可能状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続して前記モジュールバランシングを実行し、
前記モジュールバランシングが終了した後、前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が不可である出力不可状態にし、前記出力不可状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続し、前記外部蓄電池から供給される電力により前記複数のバッテリモジュールそれぞれが有するセルバランシング回路を作動させて、該セルバランシング回路に前記セルバランシングを実行させることを特徴とするバッテリ装置。 A battery device comprising a plurality of battery modules each having a plurality of battery cells,
an equalization unit that performs module balancing for equalizing the potentials of the plurality of battery modules and cell balancing for equalizing the potentials of the plurality of battery cells;
The equalization unit
placing the plurality of battery modules in an output enabled state capable of outputting electric power, connecting the plurality of battery modules in the output enabled state in parallel to perform the module balancing;
After the module balancing is completed, the plurality of battery modules are placed in an output disabled state in which power output is disabled, the plurality of battery modules in the output disabled state are connected in parallel to an external storage battery, and A battery device comprising: a cell balancing circuit included in each of the plurality of battery modules; and causing the cell balancing circuit to perform the cell balancing using electric power supplied from an external storage battery.
前記複数のバッテリモジュールは、前記均等化部から送信される前記通信コマンドに従って、前記出力可能状態と前記出力不可状態とを切り替える出力制御部をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のバッテリ装置。 The equalization unit controls the output enabled state and the output disabled state of the plurality of battery modules by a communication command,
2. The battery according to claim 1, wherein said plurality of battery modules further comprise an output control section for switching between said output enabled state and said output disabled state according to said communication command transmitted from said equalization section. Device.
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