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WO2012117503A1 - 電池制御装置 - Google Patents

電池制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2012117503A1
WO2012117503A1 PCT/JP2011/054524 JP2011054524W WO2012117503A1 WO 2012117503 A1 WO2012117503 A1 WO 2012117503A1 JP 2011054524 W JP2011054524 W JP 2011054524W WO 2012117503 A1 WO2012117503 A1 WO 2012117503A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
cell
activation
transistor
signal
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/054524
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
潔 弦巻
彰彦 工藤
Original Assignee
日立ビークルエナジー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立ビークルエナジー株式会社 filed Critical 日立ビークルエナジー株式会社
Priority to PCT/JP2011/054524 priority Critical patent/WO2012117503A1/ja
Priority to JP2013502078A priority patent/JP5599123B2/ja
Publication of WO2012117503A1 publication Critical patent/WO2012117503A1/ja

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery control device that controls an assembled battery.
  • an electric vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV)
  • a large capacity is obtained by connecting a large number of cell groups in which a plurality of secondary battery cells (single battery cells) are connected in series in series and parallel.
  • a power storage device including a battery is used.
  • the power storage device is provided with a battery monitoring device (cell controller) for controlling charging / discharging of the assembled battery and a host control device (microcomputer, hereinafter referred to as a microcomputer) for controlling the battery monitoring device.
  • a host control device microcomputer, hereinafter referred to as a microcomputer
  • the cell controller When starting the EV or HEV, the cell controller is started by transmitting a start signal from the microcomputer on the low voltage side of the power storage device to the start circuit of the cell controller.
  • the power storage device has a built-in high-voltage battery, and the cell controller that monitors and controls this battery pack is also in a high potential state.
  • an insulation circuit is provided between the output of the microcomputer on the low voltage side and the input of the start circuit of the high voltage side cell controller. It is necessary to perform signal transmission through this insulating circuit.
  • a photocoupler see, for example, Patent Document 1
  • an insulation transformer see, for example, Patent Document 2
  • the photocoupler has a problem of dark current, and the insulation transformer is expensive. It is.
  • a circuit used for an input part of a start circuit of a cell controller that controls an assembled battery on a high potential side has not been inexpensive and has low power consumption.
  • the battery control device includes a cell controller that controls charging / discharging of a battery pack in which a plurality of unit cells are connected in series, and an activation signal that activates the cell controller.
  • a starting circuit unit that generates and a host controller that inputs a starting trigger signal to the starting circuit unit to generate a starting signal are provided.
  • the starting circuit unit includes an insulating circuit using a capacitor.
  • the activation circuit unit receives the activation trigger via the latch circuit, the latch release circuit, and the insulation circuit, and A start trigger receiving transistor having a transistor On, and this latch circuit keeps the voltage of the start signal in a High state until a stop trigger signal from the host controller is input to the latch release circuit via the isolation circuit. maintain.
  • the activation circuit unit receives the activation trigger signal via the monostable multivibrator circuit and the insulation circuit, and is monostable.
  • the monostable multivibrator circuit includes an activation signal while the activation trigger signal is continuously received within a predetermined time interval by the activation trigger reception transistor. Is maintained in a high state.
  • the activation trigger reception transistor is a silicon transistor.
  • an electricity storage comprising the battery control device according to any one of the first to fourth aspects and a battery pack whose charge / discharge is controlled by the battery control device.
  • Device (6)
  • a drive device for an electric vehicle including the power storage device according to the fifth aspect and a motor generator driven by an inverter circuit using the power storage device as a power source.
  • a silicon transistor having a very small dark current can be used for the input part of the start circuit, and the dark current flowing through the cell group and the cell controller can be greatly reduced.
  • FIG. 6 It is a block diagram which shows the outline
  • FIG. 6 It is a figure which shows one example of the internal structure of the cell controller contained in the battery control apparatus of FIG.
  • FIG. 6 shows the structure of the starting circuit of a cell controller shown in FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the starter circuit of FIG. 4.
  • FIG. 4 shows the structural example of the battery control apparatus which is 2nd Embodiment by this invention.
  • FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of the activation circuit of FIG. 7.
  • FIG. It is a figure which shows the structural example of the battery control apparatus which is 3rd Embodiment by this invention. It is a figure which shows the structural example of the battery control apparatus which is 4th Embodiment by this invention. It is a figure which shows the structural example of the battery control apparatus which is 5th Embodiment by this invention. It is a figure which shows the structural example of the battery control apparatus which is 6th Embodiment by this invention. It is a figure which shows the structural example which added the transmission function of the starting signal between cell controllers to the structural example of the cell controller shown in FIG. It is a figure explaining the outline of the structure which communicates between cell controllers using the cell controller shown in FIG.
  • FIGS. 1 to 8 taking as an example a case where the present invention is applied to a motor drive device for a hybrid vehicle.
  • a plurality of single battery cells such as lithium battery cells connected in series are referred to as a cell group
  • a plurality of cell groups connected in series, parallel, or series-parallel are referred to as battery modules.
  • battery modules a battery in which a plurality of unit cells are connected.
  • the battery group including the cell group and the battery module is called an assembled battery.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a drive system for a vehicular rotating electrical machine.
  • the drive system shown in FIG. 1 includes a battery module 20, a battery control device 1 that monitors the battery module 20, an inverter device 220 that converts DC power from the battery module 20 into three-phase AC power, and a motor generator for driving a vehicle. 230 is provided.
  • the motor generator 230 is driven by the three-phase AC power from the inverter device 220.
  • the inverter device 220 and the battery control device 1 are connected by CAN communication, and the inverter device 220 functions as a host controller for the battery control device 1. Further, the inverter device 220 operates based on command information from the vehicle controller 6 (see FIG. 1), which is a higher-level control device.
  • the battery module 20 shown in FIG. 1 is configured by connecting two cell groups 2 in which a plurality of secondary battery cells (single cells) such as lithium battery cells are connected in series. Each cell group is monitored and controlled by a cell controller 11 provided corresponding to each cell group. These cell controllers 11 are incorporated in the battery control device 1.
  • the two cell groups 2 are connected in series via a maintenance / inspection service disconnect (SD) 3 in which a switch and a fuse are connected in series.
  • SD maintenance / inspection service disconnect
  • the service disconnect SD-SW is opened, the series circuit of the electric circuit is cut off, and even if a connection circuit is formed at one place between the battery module block 20 and the vehicle, no current flows.
  • high safety can be maintained. Even if an operator touches between HV + and HV ⁇ during inspection, it is safe because a high voltage is not applied to the human body.
  • the power module 226 of the inverter device 220 performs conduction and interruption operations at high speed and performs power conversion between DC power and AC power. At this time, since a large current is interrupted at a high speed, a large voltage fluctuation occurs due to the inductance of the DC circuit. In order to suppress this voltage fluctuation, a large-capacity smoothing capacitor (not shown) of about 700 ⁇ F to about 2000 ⁇ F is provided between the high voltage lines HV + and HV ⁇ connected to the power module 226. Thereby, the voltage noise added to the integrated circuit provided in the battery control apparatus 1 is reduced.
  • a high voltage line HV + between the battery module 20 and the inverter device 220 is provided with a battery disconnect unit BDU including a relay RL, a resistor Rp, and a precharge relay RLp.
  • a series circuit of the resistor RP and the precharge relay RLp is connected in parallel with the relay RL.
  • the charge of the smoothing capacitor is substantially zero, and when the relay RL is closed, a large initial current flows into the smoothing capacitor.
  • the relay RL may be fused and damaged due to the large current.
  • the motor control microcomputer (MCU) 222 further sets the smoothing capacitor by changing the precharge relay RLp from the open state to the closed state at the start of driving of the motor generator 230 in accordance with a command from the vehicle controller 6.
  • the relay RL is changed from the open state to the closed state, and supply of power from the battery module 20 to the inverter device 220 is started.
  • charging the smoothing capacitor charging is performed while limiting the maximum current via the resistor Rp. By performing such an operation, the relay circuit can be protected, and the maximum current flowing through the battery cell and the inverter device 220 can be reduced to a predetermined value or less, and high safety can be maintained.
  • the inverter device 220 controls the phase of AC power generated by the power module 226 with respect to the rotor of the motor generator 230, and operates the motor generator 230 as a generator during vehicle braking. That is, regenerative braking control is performed, and the battery module 20 is charged by regenerating the power generated by the generator operation to the battery module 20.
  • the inverter device 220 operates using the motor generator 230 as a generator.
  • the three-phase AC power generated by the motor generator 230 is converted into DC power by the power module 226 and supplied to the battery module 20. As a result, the battery module unit 20 is charged.
  • the MCU 222 controls the driver circuit 224 to generate a rotating magnetic field in the forward direction with respect to the rotation of the rotor of the motor generator 230 in accordance with a command from the vehicle controller 6. Then, the switching operation of the power module 226 is controlled. In this case, DC power is supplied from the battery module 20 to the power module 226. Further, when the battery module 20 is charged by regenerative braking control, the MCU 222 controls the driver circuit 224 so as to generate a rotating magnetic field in a delay direction with respect to the rotation of the rotor of the motor generator 230, and the power module. The switching operation of H.226 is controlled. In this case, electric power is supplied from the motor generator 230 to the power module 226, and DC power of the power module 226 is supplied to the battery module 20. As a result, the motor generator 230 acts as a generator.
  • the battery control device 1 mainly performs cell voltage measurement, total voltage measurement, current measurement, cell temperature, cell capacity adjustment, and the like of each single battery cell constituting the cell group 2.
  • a plurality of battery control ICs integrated circuits are provided as the cell controller 11 as described above.
  • the battery module 20 of FIG. 1 is comprised by two cell groups as an example is shown.
  • the battery module 20 is configured by connecting a plurality of cell groups as described above in series or series-parallel in order to obtain a voltage and current required for an electric vehicle and a hybrid vehicle. Further, a plurality of such battery modules may be connected in series or series-parallel.
  • the cell controller 11 is provided corresponding to each of these cell groups.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the battery control device 1 of the assembled battery (battery module 20) according to the first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment two cell groups 2 in which 12 lithium ion batteries are connected in series are connected in series via a service disconnect 3.
  • the DC power of the battery module 20 is supplied to the inverter device 220 (see FIG. 1) from the positive electrode bus bar terminal 7 connected to the positive electrode of the battery module 20 and the negative electrode bus bar terminal 8 connected to the negative electrode.
  • the battery controller 1 of the assembled battery includes a total voltage of the cell group 2, a cell voltage of the single battery cells constituting the cell group 2, a charge / discharge current of the cell group 2 input from the current sensor 4, and a temperature sensor (not shown)
  • the temperature of the cell group 2 input from is detected and transmitted to the vehicle controller 6 corresponding to the host controller via the communication line 61.
  • the battery control device 1 performs a capacity adjustment process that reduces variation.
  • the battery control device 1 of the cell group 2 includes a battery control microcomputer (BCU) 10, a cell controller 11, a total voltage measurement circuit 14, a temperature sensor input circuit 15, a current sensor input circuit 16, an activation circuit unit 52, a digital isolator 13, a power supply
  • the circuit 16 and the communication circuit 17 are included.
  • the BCU 10 collects battery information measured by the measurement circuit in the battery control device 1 and transmits it to the vehicle controller 6 from the communication circuit 17 via the communication line 61. Further, the BCU 10 transmits a capacity adjustment instruction from the vehicle controller 6 to adjust the capacity of each of the plurality of unit cells constituting the cell group to the cell controller 11 via the digital isolator 13.
  • the cell controller 11 is an integrated circuit having a capacity adjustment function.
  • Digital isolator 13 with various specifications is commercially available, and the example of FIG. 2 assumes a multi-channel type specification capable of bidirectional communication. However, it is also possible to perform two-way communication using a plurality of digital isolators that can communicate in only one direction. In this case, the data transmission in FIG. 2 has a transmission path for signal transmission only in one direction. Use multiple.
  • the power supply circuit 16 starts its operation in response to the start signal 62 from the vehicle controller 6 and inputs the battery voltage supplied from the battery 5, and the BCU side in the battery control device 1, the communication circuit 17, and the BCU side of the digital isolator 13. In addition, a constant voltage of 5 V (VDD) serving as an operation power supply is supplied via a wiring (power supply line) 141.
  • VDD 5 V
  • BCU 10 side of the power supply circuit 16 BCU 10, communication circuit 17, and digital isolator 13 the negative terminal of the battery 5 is grounded, and the chassis potential 50 of the electric vehicle operates with the GND potential.
  • the cell controller 11 is supplied with power from the cell group 2 through a high-voltage power line (VCC) 28 connected to the positive electrode, and starts operating when the voltage of the activation signal 111 from the activation circuit unit 52 becomes High (VCC). When the voltage of the start signal 111 becomes Low (GND), the operation is stopped. While the operation is stopped, the internal circuit of the cell controller 11 is stopped, so that no current consumption occurs.
  • VCC high-voltage power line
  • GND Low
  • the cell controller 11 uses the negative potential line 29 of the cell group 2 as the GND reference, and is electrically insulated from the vehicle chassis 30.
  • the set signal S is input to the activation circuit unit 52 from the BCU 10 as a pulse (5 V).
  • the starting circuit unit 52 includes an insulating circuit therein, and is divided into a low voltage side and a high voltage side through the insulating circuit.
  • a photocoupler or an insulation transformer has been used for this insulation circuit.
  • a photocoupler is often used from the viewpoint of cost.
  • the phototransistor on the light receiving side of the photocoupler is provided on the power storage device side, and thus the power supply voltage on the power storage device side is applied to the phototransistor.
  • the phototransistor on the light receiving side receives this optical signal and current flows. . That is, the phototransistor is turned on.
  • the phototransistor When there is no signal from the host controller, the phototransistor is turned off. However, since the power supply voltage is always applied to the phototransistor, even if the EV or HEV is not in operation, a slight darkness is caused. Current is flowing. Although this dark current is small, the power stored in the secondary battery cell of the power storage device is discharged over a long period of time.
  • a cell controller which is a control device that controls charging / discharging of the cell group of the power storage device, is provided for each cell group.
  • the number of secondary battery cells connected in series in each cell group is increasing in order to increase the capacity of the power storage device and save power in the control circuit.
  • the voltage of the cell group is increased, and the voltage applied to the phototransistor using the cell group as the power supply voltage is also increasing.
  • the dark current also increases. Further, since this dark current further increases in a high temperature state, it is important to reduce this dark current particularly in the summer when the inactive state of EV or HEV is prolonged.
  • the characteristics of the photocoupler including the phototransistor vary to some extent from product to product, a selection process for performing selection is necessary to stably reduce the dark current.
  • capacitor coupling is used in the insulating circuit of the starter circuit unit 52. Furthermore, a silicon transistor with low power consumption is used for the circuit of the input part of the starting circuit unit 52 on the high potential side, which receives the starting signal from the host controller on the low potential side.
  • the starter circuit having such a configuration realizes an inexpensive starter circuit with low power consumption.
  • the activation signal 111 (High, VCC) to the cell controller 11 is held at High (VCC) by the high potential side latch circuit built in the activation circuit unit 52.
  • the reset signal R from the BCU 10 is input to the activation circuit unit 52, the latch circuit that holds the output voltage of the activation signal 111 at High is released, and the potential of the activation signal 111 becomes Low. (GND), and the cell controller 11 stops its operation.
  • the cell controller 11 side of the activation circuit unit 52 is supplied with power from the positive potential line 28 that is a power supply line from the cell group 2, and uses the potential of the negative potential line 29 of the cell group 2 as the GND potential. Output.
  • the startup circuit unit 52 is configured by a silicon transistor having a very small leakage current. When the startup signal 111 is not output, that is, when the voltage of the startup signal 111 is low (GND potential), the startup circuit unit 52 starts from the power line 28. The leakage current flowing into the part 52 can be made very small.
  • the digital isolator 13 is an element that performs communication while insulating the primary side connected to the cell controller 11 and the secondary side connected to the BCU 10. This element performs serial communication between the BCU 10 and the cell controller 11 using two signals, CLOCK and DATA.
  • the digital isolator 13 needs to supply power to each of the primary side and the secondary side, the cell controller 11 side supplies the VDD output voltage output from the cell controller 11 as a power source, and the BCU 10 side receives power from the power circuit 16.
  • a low voltage power supply (5 V) is supplied via the power supply line 141.
  • the VDD output voltage output from the cell controller 11 is not output when the cell controller 11 is in a stopped state, and the power supply current to the digital isolator 13 does not flow, so that the leakage current of the cell group 2 is not affected.
  • the cell controller 11 includes a discharge circuit unit 21, a multiplexer 22, an AD converter 23, a discharge control unit 24, a communication circuit unit 25, an internal power supply circuit unit 26, and a switch 27.
  • the cell controller 11 incorporates a switch 27 for supplying VCC power in the cell controller 11 in order to cut off the current flowing from the cell group 2 to the cell controller 11 when not in operation. It is operated by the activation signal 111.
  • the switch 27 When the switch 27 is turned on, the cell group voltage VCC is supplied to the internal power supply circuit unit 26 from the power supply line 28 connected to the positive electrode of the cell group 2.
  • the internal power supply circuit unit 26 supplies the operation power supply VDD to the discharge circuit unit 21, the multiplexer 22, the AD converter 23, the discharge control unit 24, and the communication circuit unit 25 in the IC.
  • the cell controller 11 is connected to a plurality of unit cells constituting the cell group 2 by voltage detection lines 213 provided corresponding to each unit cell, and the cell voltage of each unit cell is input to the multiplexer 22. Is done.
  • the voltage of the single battery cell selected by the multiplexer is input to the AD converter 23 by the control signal from the control block 24, and AD sampling measurement is performed to measure the cell voltage of the single battery cell.
  • the voltage measurement value sampled and measured by the AD converter 23 is sent to the communication circuit 25 via the control block 24.
  • the communication circuit 25 transmits the battery information of the several single battery cell which comprises the collected cell group 2 to IC exterior with the CLOCK line and the DATA line of two-way communication.
  • the discharge circuit unit 21 includes a balancing resistor 212 and a balancing switch 211 that are provided corresponding to each of the plurality of single cells constituting the cell group 2.
  • the balancing switch 211 is connected between the voltage detection line connected to the positive electrode and the voltage detection line connected to the negative electrode of each unit cell, and is selected by a control signal from the discharge control unit 24.
  • the single battery cell, the balancing resistor 212, and the balancing switch 211 constitute a discharge circuit for each single battery cell. With the discharge circuit for each single battery cell, the single battery cell that needs capacity adjustment is discharged, and balancing discharge is performed to make the capacity of the single battery cells in the entire cell group uniform.
  • the activation circuit unit 52 includes a transistor Q3 that serves as a switch that outputs the voltage (VCC) of the power supply line 28 connected to the positive electrode of the cell group 2 as the voltage of the activation signal 111, a transistor Q2 that drives Q3, and a transistor Q3 that is ON.
  • the latch circuit 31 that holds the state
  • the latch release circuit 32 that releases the latch state
  • the insulation circuit 33 including the coupling capacitors C1 to C4 and the signal from the BCU 10 are output to the insulation circuit 33.
  • Transistors Q1 and Q5 are provided. Since the transistor Q3 uses a silicon transistor in which the leakage current between the emitter and the collector when OFF is smaller than that of the photocoupler transistor, the leakage current from the cell group 2 can be made smaller than that of the photocoupler.
  • the BCU 10 side of the insulating circuit 33 is connected to a circuit that sets the chassis potential 50 to GND, and the cell controller 11 side is connected to a circuit that sets the potential of the negative potential line 29 of the cell group to the GND potential.
  • the capacitors are coupled by coupling capacitors C1 to C4. Therefore, since a high voltage on the cell controller side is applied to the coupling capacitors C1 to C4 of the insulating circuit 33, capacitors having a withstand voltage characteristic higher than the high voltage on the cell controller side are used.
  • the starter circuit unit 52 cannot transmit a DC voltage between the transistors Q1 and Q2 because the coupling between the transistors Q1 and Q2 is a capacitor coupling by the coupling capacitors C1 and C2. Therefore, the transistor Q1 and the transistor Q3 driven by the transistor Q2 cannot be held in the ON state by the output of the transistor Q1. Therefore, when the output of the transistor Q3 is turned on, the transistor Q4 is turned on, and a latch circuit 31 that holds the ON state of the transistor Q3 is provided. When turning off the transistor Q3, the transistor Q6 of the latch release circuit 32 is turned on, the transistor Q4 of the latch circuit 31 is turned off, and the latch state is released.
  • the start circuit unit input S and the start circuit unit input R describe the chassis potential 50 as a GND reference, and the other signals describe the potential of the negative potential line 29 of the cell group 2 as a GND reference. .
  • the transistors Q1 to Q6 of the activation circuit unit 52 are all OFF.
  • the transistor Q1 is turned ON, the charging current flows in capacitor C1, C2.
  • the current instantaneously generates the voltage V S on the cell controller 11 side of the capacitor C1, and the transistor Q2 is instantaneously turned on by the voltage.
  • the transistor Q3 is also turned on, and the collector voltage of the transistor Q3 rises to the positive potential (VCC) of the cell group 2.
  • the activation circuit unit 52 uses the set signal S input from the BCU 10 as the activation trigger signal, the voltage of the activation signal 111 as High, and the reset signal R as the stop trigger signal,
  • the activation signal 111 is input to the cell controller 11 with the voltage set to Low.
  • the switch 27 of the cell controller is turned on, and the power supply voltage (VCC) is supplied to the internal power supply circuit 26 of the cell controller 11.
  • the power supply voltage (VDD) is supplied from the internal power supply circuit 26 to the circuit in the cell controller and to the digital isolator 13 that performs communication between the cell controller 11 and the BCU 10, so that the cell controller 11 operates.
  • the controller 11 is turned on.
  • the battery control device As described above, according to the battery control device according to the first embodiment, power consumption due to dark current in the battery control device when the electric vehicle is stopped can be significantly reduced.
  • the battery control device can significantly reduce the dark current with respect to the entire power storage device including the assembled battery controlled thereby.
  • a drive device for an electric vehicle equipped with this power storage device greatly contributes to reducing power consumption when the electric vehicle is stopped.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the battery control device 1 according to the second embodiment, which is different from the configuration example of the battery control device 1 described in the first embodiment.
  • the difference between the second embodiment and the first embodiment is the configuration of the startup circuit section and the input signal (start trigger signal) to this startup circuit section.
  • the activation circuit unit that outputs the activation signal to the cell controller 11 is indicated by reference numeral 53.
  • the signal input from the BCU 10 to the activation circuit unit 53 two signals of the set signal S and the reset signal R are input as the activation trigger signal and the stop trigger signal in the first embodiment shown in FIG.
  • the activation trigger signal (signal X) is input.
  • start trigger signal X As start trigger signal X to the starting circuit portion 53 from BCU10, pulse (5V ⁇ 0V) P X is output. While this start pulse P X continues to be output to the starting circuit portion 53 below the predetermined time interval, the voltage of the activation signal 111 outputted from the starter circuit 53 to the cell controller 11 becomes High (VCC). When the output of the pulse P X from BCU10 stops, the output of the activation signal 111 to the cell controller 11 of the start circuit 53 becomes Low. With this configuration, the BCU 10 can control the start and stop of the cell controller 11. Note that in FIG. 6, the components denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 2 have the same functions, and the description thereof will be omitted.
  • the activation circuit unit 53 includes a transistor Q13 that outputs the voltage (VCC) of the power supply line (positive potential line) 28 connected to the positive electrode of the cell group 2 as the voltage of the activation signal 111, and a monostable multivibrator that drives the transistor Q13.
  • Circuit 34 transistor Q12 that outputs a trigger signal to the monostable multivibrator circuit 34, an insulation circuit 35 that includes coupling capacitors C11 and C12, and a transistor Q11 that outputs a start trigger signal X from the BCU 10 to the coupling capacitor C11 Consists of Since the transistor Q13 uses a silicon transistor in which the leakage current between the emitter and the collector at OFF is smaller than that of the photocoupler transistor, the leakage current from the cell group 2 can be made smaller than that of the photocoupler.
  • the BCU10 side of the coupling capacitors C11 and C12 is connected to a circuit that sets the chassis potential 50 to the GND potential, and the cell controller 11 side is connected to a circuit that sets the potential of the negative potential line 29 of the cell group to the GND potential.
  • the capacitors are coupled by coupling capacitors C 11 and C 12. Therefore, since a high voltage on the cell controller side is applied to the coupling capacitors C11 and C12, capacitors having a withstand voltage characteristic higher than the high voltage on the cell controller side are used.
  • the monostable multivibrator circuit 34 that drives the transistor Q13 is a retriggerable monostable multivibrator that can be re-triggered, and can hold the transistor Q13 ON while a trigger pulse shorter than the reset period is input. it can.
  • the transistor Q13 is turned off after a time corresponding to the reset period.
  • Drive signal of the transistor Q12 is a starting pulse P X transmitted from BCU10 via a capacitor coupled by a coupling capacitor C11.
  • the operation of the activation circuit unit 53 will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 8, only the activation trigger signal X for activating the activation circuit unit is described with the chassis potential 50 as the GND reference, and the other signals as the potential of the negative potential line 29 of the cell group 2 as the GND reference. 8, the pulse signal P X is a start trigger signal X outputted from BCU10 is, in the previous time from the time t0 which is first input to the starting circuit portion 53, so that all transistors Q11 ⁇ Q15 is OFF Have
  • the potential of the positive potential line 28 of the cell group 2 charges the capacitor C13 through the emitter-base of the transistor Q13 and the resistors R19 and R18, the capacitor C13, the diode D11, and the base-emitter of the transistor Q15. Is the positive potential (VCC) of the cell group 2, and the collector potential of the transistor Q14 is the negative potential (GND) of the cell group 2.
  • the pulse signal P X is a start trigger signal to the starter circuit 53 from BCU10 is output, the transistor Q11 is turned ON, the charging current flows in the capacitor C11, C12.
  • a voltage V X is instantaneously generated on the cell controller 11 side of the capacitor C11, and the transistor Q12 is instantaneously turned on by the voltage V X.
  • a trigger signal is input to the monostable multivibrator circuit 34.
  • the collector connection side of the transistor Q14 of the capacitor C13 charged to near the positive voltage of the cell group 2 is substantially equal to the negative potential of the cell group 2, and the anode side potential of the diode D11 is equal to the charging voltage of the capacitor C13.
  • the potential (GND) of the negative potential line 29 of group 2 decreases to the negative side.
  • the transistor Q14 is turned OFF, and the capacitor C13 is charged again through the path between the emitter and base of the transistor Q13, the resistors R19 and R18, the capacitor C13, the diode D11, and the base and emitter of the transistor Q15. If the trigger signal is input from the transistor Q12 before the capacitor C13 is charged to the point where the transistor Q13 is turned off, the circuit repeats the above operation. During this time, the transistor Q13 maintains the ON state, and the voltage of the activation signal 111 of the cell controller 11 is maintained at VCC.
  • FIG. 2 or FIG. 6 two cell groups 2 in which a plurality of single battery cells are connected in series are provided, and these two cell groups are service disconnects.
  • the example of the structure connected in series via (SD) 3 was demonstrated.
  • FIG. 3 and FIG. 4 the example of the cell group which consists of 12 single battery cells was shown.
  • the number of single battery cells constituting each cell group may vary, and in FIG. 2 or FIG. 6, a battery module having a configuration in which a plurality of cell groups are connected in series on the upper and lower sides of the service disconnect 3 May be used.
  • FIG. 9 to 12 show an example of a configuration in which three cell groups each made up of four single battery cells are connected in series on the upper and lower sides of the service disconnect 3, respectively.
  • Cell groups 2a to 2c are arranged above the service disconnect 3, and cell groups 2d to 2f are arranged below the service disconnect 3.
  • Cell controllers 12a to 12f for controlling these are provided for each cell group.
  • the battery cell voltage measurement value, status flag, and cell controller status data are transferred from the cell controller to the battery.
  • the activation signal 111 and the data / clock received by the host cell controller (12c and 12f in FIG. 9, 12f in FIG.
  • the cell controllers 12a to 12f have the same configuration as the cell controller 11 described with reference to FIGS. 1 to 8. However, in FIG. 9 and subsequent figures, functions for performing loop communication with a plurality of cell controllers are also described. In FIG. 9 and subsequent figures, the reference numbers are changed. Further, the cell controllers 12a to 12f have the same configuration, and if not specifically limited to which cell controller, they are simply referred to as the cell controller 12.
  • FIG. 9 corresponds to FIG. 2 or FIG. 6, and an activation circuit unit 52 or 53 for receiving an activation signal 111 from the battery control microcomputer 10 on the upper and lower sides of the service disconnect 3, respectively, and a cell controller
  • a digital isolator 13 is provided for receiving control data / clock. Further, after the data / clock signal is received by the three cell controllers on the upper side and the lower side, the digital isolator 13 is further provided for transmitting to the battery control microcomputer. That is, the data / clock signal transmission path is a loop type. In such loop-type signal transmission, since the signal is transmitted only in one direction, the digital isolator 13 may be of a specification that can communicate in only one direction. For simplicity, FIGS. 9 to 12 collectively show the clock transmission path and the data transmission path. Since the upper and lower cell controllers of the service disconnect 3 and their signal transmission are the same, only the upper side will be described with reference to FIG.
  • the activation signal 111 received by the activation circuit unit 52/53 is first received by the cell controller 12c, and the cell controller 12c is activated. Then, the cell controller 12c outputs the voltage 42 boosted with respect to the potential of the uppermost cell of the cell group 2c to the activation signal input terminal of the cell controller 12b connected to the upper side, and the cell controller 12b The voltage 42 boosted with respect to the potential of the uppermost cell of the cell group 2b is output to the activation signal input terminal of the cell controller 12a connected to the upper side.
  • the data / clock received via the digital isolator 13 is first received by the communication circuit 25 of the cell controller 12c (see FIG. 13), level-shifted by the level shift circuit 43 inside the IC, and connected to the cell above it. The data is transmitted to the controller 12b via the communication circuit 44. The data / clock signal transmitted to the cell controller 12b is further level-shifted in the cell controller 12b and transmitted to the cell controller 12a connected to the upper side.
  • the charge pump circuit 41 performs a boosting operation on the positive potential line 28 of the cell group 2 and outputs a boosted voltage output VDDU42. Since the charge pump circuit 41 starts operation after the internal power supply circuit 26 is activated, no current consumption flows when the internal power supply circuit is stopped.
  • the communication circuit 44 outputs the signal received by the communication circuit 25 to the upper cell controller via the level shift circuit 43. The voltage output from the charge pump circuit 41 is supplied to the communication circuit 44 with the upper cell controller, and the communication circuit 44 operates based on the potential of the positive potential line 28 and communicates with the upper cell controller.
  • the data transmission path (DATA) connected to the communication circuits 25 and 44 is described as performing bidirectional communication. However, in the loop transmission path illustrated in FIG. It is also possible to use a transmission path that allows only transmission.
  • the cell controllers 12c and 12b add b and c to the reference numbers of the circuits and signals described in FIG. 13, but the reference numbers are the same. If present, the same circuit or signal is shown.
  • the cell groups 2c and 2b are connected in series, and the positive potential line 28c of the cell group 2c and the negative potential line of the cell group 2b are at the same potential. Then, the output VDDU 42c of the charge pump circuit 41c of the cell controller 12c is input as an activation signal of the cell controller 2b.
  • the charge pump circuit 41c performs a boosting operation on the positive potential line 28c of the cell group 2c. Therefore, when the boosted voltage of the charge pump circuit 41c is V1, the VDDU 42c has a potential of V1 with respect to the negative potential line 29b of the cell group 2b having the same potential as the positive potential line 28c of the cell group 2c. Since the boosted voltage V1 of the charge pump circuit 41c is larger than a threshold value at which the switch 27c of the cell controller 12b is turned on, the cell controller 12b is activated when the charge pump circuit 41c is operated. Such an operation is also performed between the cell controllers 12b and 12a, and an activation signal is transmitted between the cell controllers as the boosted voltage output VDDU42.
  • the communication circuit 44c of the cell controller 12c receives power from the charge pump circuit 41c and inputs / outputs a clock / data signal with reference to the positive potential line 28 of the cell group 2c.
  • the communication circuit 25b of the cell controller 12b operates with reference to the negative potential line 29b of the cell group 2b.
  • the positive potential line 28c of the cell group 2c and the negative potential line 29b of the cell group 2b are the same potential, and the communication circuit 44c and the communication circuit 25b operate with the same reference potential, and the communication circuits 44c and 25b It is possible to communicate between each other.
  • Such an operation is also performed between the cell controllers 12b and 12a, and a data / clock signal is transmitted between the cell controllers.
  • the data / clock signal transmission path is a loop type.
  • the digital isolator 13 may be of a specification that can communicate in only one direction.
  • the activation circuit unit 52/53 that receives the activation signal 111 from the battery control microcomputer 10 uses the activation circuit unit according to the present invention, and transmits the data / clock and the battery control microcomputer of the activation signal 111 from the cell controller 11c. All transmissions to 10 are performed via the digital isolator 13. As described above, since the power of the digital isolator 13 is supplied from the activated cell controller, no power is consumed unless the cell controller is activated.
  • the configuration of the battery control device 1 shown in FIG. 11 includes three cell controllers 12a to 12f on the upper side of the service disconnect (SD) 3 and three cell controllers 12d to 12f on the lower side for the data / clock transmission path. Are connected to one return type signal transmission path. Since the upper three cell controllers 12a to 12f and the lower three cell controllers 12d to 12f have the same connection configuration, the upper three cell controllers will be described.
  • SD service disconnect
  • the activation signal 111 from the battery control microcomputer (BCU) 10 is first transmitted to the cell controller 12c via the activation circuit unit 52/53.
  • the cell controller 12f transmits the upper portion of the activation signal as the boosted voltage output VDDU42 to the cell controller 12b.
  • the cell controller 12b transmits the boosted voltage output VDDU42 to the cell controller 12a.
  • the cell controllers 12a to 12c are activated.
  • the cell controllers 12c, 12b, and 12a When the cell controllers 12c, 12b, and 12a are sequentially activated, and the cell controller 12a is activated, a signal indicating completion of activation is transmitted to the BCU 10 via the data transmission path. Since the activation completion signal is transmitted in the reverse direction via the data transmission path, such a signal transmission path is referred to as a return type signal transmission path.
  • the data transmission path (DATA) is assumed to be capable of bidirectional communication as shown in FIG. 13, but bidirectional communication is performed using a plurality of transmission paths capable of communication in only one direction. Also good.
  • the digital isolator 13 may be of a multi-channel type capable of bidirectional communication, or a plurality of types of specifications capable of communicating in one direction may be used.
  • one activation circuit unit 52 or 53 for receiving the activation signal 111 is provided for activation of the upper three cell controllers 12a to 12c and one for activation of the lower three controllers 12d to 12f. This is because the power of the digital isolator 13 is supplied from the activated cell controller.
  • the signal transmission between the cell controllers in the sixth embodiment is the same as that in the above-described embodiment except that the signal transmission between the cell controllers 12c and 12d is performed via a digital isolator, and the description thereof will be omitted.
  • the number of single battery cells constituting each cell group is four.
  • the number of single battery cells constituting each cell group is other than four.
  • conventionally, a configuration of five or six cell groups is mainly used.
  • a cell group composed of 12 single battery cells is also possible, and the cells are designed to correspond to the number of single battery cells and the total voltage of the cell group.
  • a controller is used.
  • a photocoupler can be used instead of the digital isolator 13 described in the above embodiment.
  • photocouplers There are various types of photocouplers, and a multi-channel type capable of bidirectional communication can also be used.
  • the data transmission path can take various forms according to the specification of the data signal to be transmitted and the transmission method (loop type / return type).
  • the digital isolator or photocoupler used to insulate this transmission path is also designed to transmit in only one direction according to the form of this transmission path, multi-channel specifications, or multi-channel specifications capable of bidirectional communication. Are used as appropriate.
  • the battery control device by supplying power to the photocoupler from the cell controller activated by the activation signal, the dark current or power consumption of the photocoupler when the cell controller is stopped is reduced to zero. can do.
  • the characteristics of the photocoupler vary considerably and the power consumption is larger than that of the digital isolator. Therefore, the embodiment described above shows an example in which the digital isolator is employed.

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Abstract

 本発明は組電池を制御する電池制御装置であって、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、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、起動信号を発生させるために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、この起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備え、またこの起動回路部の上位コントローラからの起動トリガ信号を受信するトランジスタにはシリコントランジスタが用いられている。

Description

電池制御装置
 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。
特開2008-281464号公報 特開2010-081756号公報
 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。
(1)本発明の第1の態様によると、電池制御装置であって、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、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、起動信号を発生させるために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、起動回路部はコンデンサを用いた絶縁回路を備える。
(2)本発明の第2の態様によると、第1の態様の電池制御装置において、起動回路部は、ラッチ回路と、ラッチ解除回路と、絶縁回路を介して起動トリガを受信し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、このラッチ回路は、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。
(3)本発明の第3の態様によると、第1の態様の記載の電池制御装置において、起動回路部は、単安定マルチバイブレータ回路と、絶縁回路を介して起動トリガ信号を受信し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、この単安定マルチバイブレータ回路は、起動トリガ受信トランジスタによって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、起動信号の電圧をHigh状態に維持する。
(4)本発明の第4の態様によると、第3の態様または第3の態様の電池制御装置において、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。
(5)本発明の第5の態様によると、第1乃至第4の態様のいずれか1つの態様の電池制御装置と、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蓄電装置である。
(6)本発明の第6の態様によると、第5の態様の記載の蓄電装置と、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る電動車両の駆動装置である。
 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。
ハイブリッド自動車用回転電機の駆動装置に本発明を適用した場合の構成例の概要を示すブロック図である。 本発明による第1の実施形態である電池制御装置の構成例を示す図である。 図2の電池制御装置に含まれるセルコントローラの内部構成の1例を示す図である。 図2に示す、セルコントローラの起動回路の構成を示す図である。 図4の起動回路の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明による第2の実施形態である電池制御装置の構成例を示す図である。 図6に示す電池制御装置における、セルコントローラの起動回路の構成を示す図である。 図7の起動回路の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明による第3の実施形態である電池制御装置の構成例を示す図である。 本発明による第4の実施形態である電池制御装置の構成例を示す図である。 本発明による第5の実施形態である電池制御装置の構成例を示す図である。 本発明による第6の実施形態である電池制御装置の構成例を示す図である。 図3に示すセルコントローラの構成例にさらにセルコントローラ間での起動信号の伝送機能を加えた構成例を示す図である。 図13に示すセルコントローラを用いて、セルコントローラ間の通信を行う構成の概略を説明する図である。
 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>
 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>
 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。
 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。
 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。
 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、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。
 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。
 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。
 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。
 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)P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V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。
 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)P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V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>
 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。
 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)Pが出力される。この起動パルスP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P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
 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。
 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P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P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P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Vが発生し、その電圧V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P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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。 
 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。
 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。
 <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。
 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。
 <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。
 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。
 <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。
 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 (6)

  1.  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。
  2.  請求項1に記載の電池制御装置において、
     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。
  3.  請求項1に記載の電池制御装置において、
     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。
  4.  請求項2または3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。
  5.  請求項1乃至4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蓄電装置。
  6.  請求項5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る電動車両の駆動装置。
     
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