JP2015136289A - Integrated circuit for battery monitoring and control and battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池監視・制御用集積回路と、この電池監視・制御用集積回路を備えた電池システムとに関する。 The present invention relates to an integrated circuit for battery monitoring / control and a battery system provided with the integrated circuit for battery monitoring / control.
ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを多数直列接続して構成される組電池(電池システム)が用いられている。このような組電池においては、単電池セルの状態監視や充放電状態の制御を行う制御ICと、この制御ICを制御するバッテリコントローラとを用いて、各単電池セルの管理を行っている(特許文献1参照)。 In a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), and the like, an assembled battery (battery system) configured by connecting a large number of single battery cells of a secondary battery in series is used to secure a desired high voltage. . In such a battery pack, each unit cell is managed using a control IC that monitors the state of the unit cell and controls the charge / discharge state, and a battery controller that controls the control IC ( Patent Document 1).
上記特許文献1の電池システムでは、4個の単電池セルを一つの電池セルグループとして、各電池セルグループごとに制御ICが接続されている。最も高電位側の電池セルグループに接続されている最上位の制御ICは、バッテリコントローラからの起動信号に応じて起動し、一つ下位の制御ICに対して、対応する電池セルグループの電位に応じた電圧の起動信号を出力する。こうした動作を上位の制御ICから下位の制御ICへと順に行うことにより、全ての制御ICが起動する。
In the battery system disclosed in
上記の電池システムにおける起動時の動作では、最上位のものを除く各制御ICに対して、その制御IC自身の動作電源よりも高電圧の起動信号が上位の制御ICから入力されることとなる。したがって、こうした起動信号が入力されても正常に動作できるようにするため、各制御ICには、たとえば専用のインターフェイス回路や保護回路など、起動信号を入出力するための特別な回路を設ける必要があった。 In the start-up operation in the battery system, a start-up signal having a higher voltage than the control power supply of the control IC itself is input to the control ICs other than the highest one from the upper control IC. . Therefore, in order to enable normal operation even when such a start signal is input, it is necessary to provide each control IC with a special circuit for inputting and outputting the start signal, such as a dedicated interface circuit and a protection circuit. there were.
本発明による電池監視・制御用集積回路は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループと接続されて各単電池セルを監視および制御するものであって、外部から入力される交流起動信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と接続するための第1の起動入力端子と、直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、該電池監視・制御用集積回路の起動後に、交流起動信号を外部へ出力する起動出力部と、を備える。
本発明による電池システムは、複数の単電池セルを直列接続した複数のセルグループと、複数のセルグループの各々とそれぞれ接続されて該セルグループの各単電池セルを監視および制御する複数の電池監視・制御用集積回路と、複数の電池監視・制御用集積回路を制御するバッテリコントローラと、を備え、複数の電池監視・制御用集積回路は、所定の通信順序に応じてコンデンサを介して互いに接続されており、複数の電池監視・制御用集積回路の各々は、バッテリコントローラまたは上位の通信順序の電池監視・制御用集積回路から入力される交流起動信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と接続するための第1の起動入力端子と、直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、該電池監視・制御用集積回路の起動後に、交流起動信号を下位の通信順序の電池監視・制御用集積回路またはバッテリコントローラへ出力する起動出力部とを備える。
The battery monitoring / controlling integrated circuit according to the present invention is connected to a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series to monitor and control each unit cell, and receives an AC activation signal input from the outside. A first activation input terminal for connection to a DC signal generation circuit that generates a DC signal based on the first activation input terminal, a activation detection unit that activates the battery monitoring / control integrated circuit by detecting a DC signal, A startup output unit that outputs an AC startup signal to the outside after startup of the control integrated circuit.
A battery system according to the present invention includes a plurality of cell groups in which a plurality of single battery cells are connected in series, and a plurality of battery monitors that are connected to each of the plurality of cell groups and monitor and control each single battery cell of the cell group. A control integrated circuit and a battery controller that controls the plurality of battery monitoring / control integrated circuits are provided, and the plurality of battery monitoring / control integrated circuits are connected to each other via a capacitor according to a predetermined communication order. Each of the plurality of battery monitoring / control integrated circuits generates a DC signal based on an AC activation signal input from the battery controller or the battery monitoring / control integrated circuit in the upper communication order. A first activation input terminal for connection to the circuit, a activation detection unit that activates the battery monitoring / control integrated circuit by detecting a DC signal, and the battery monitoring - after activation of the control integrated circuit, and an activation output unit for outputting the alternating current startup signal to a lower communication order of the battery monitoring and control integrated circuit or the battery controller.
本発明によれば、電池を監視および制御する電池監視・制御用集積回路において、起動信号を入出力するための特別な回路を不要とすることができる。 According to the present invention, a special circuit for inputting / outputting a start signal can be dispensed with in the battery monitoring / controlling integrated circuit for monitoring and controlling the battery.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明をハイブリッド自動車(HEV)などに用いられる電池システムに対して適用した場合の例である。なお、本発明はHEVに限らず、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)、鉄道車両などに搭載される各種電池システムに対して幅広く適用可能である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Embodiment described below is an example at the time of applying this invention with respect to the battery system used for a hybrid vehicle (HEV). The present invention is not limited to HEV, but can be widely applied to various battery systems mounted on plug-in hybrid vehicles (PHEV), electric vehicles (EV), railway vehicles, and the like.
以下の実施例では、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして3.0〜4.2V(平均出力電圧:3.6V)の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定しているが、それ以外でもSOC(State of Charge)が高すぎる場合(過充電)や低すぎる場合(過放電)に使用を制限するような、電気を蓄え放電可能なデバイスであれば何でもよく、ここでは、それらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。 In the following examples, a lithium-ion battery having a voltage in the range of 3.0 to 4.2 V (average output voltage: 3.6 V) is assumed as a power storage / discharge device serving as a minimum control unit. Any device that can store and discharge electricity that restricts its use when the SOC (State of Charge) is too high (overcharge) or too low (overdischarge) can be used. Collectively, it is called a single battery or single battery cell.
以下に説明する実施形態では、単電池セルを複数個(概ね数個から十数個)直列に接続したものをセルグループと呼び、このセルグループを複数個直列に接続したものを電池モジュールと呼ぶ。更にこのセルグループあるいは電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものを組電池と呼称する。各単電池セルのセル電圧を検出し、バランシング動作等を行いながら電池状態を監視および制御する集積回路は、セルグループ毎に設けられる。 In the embodiments described below, a plurality of (approximately several to a dozen) single battery cells connected in series are called cell groups, and a plurality of cell groups connected in series are called battery modules. . Further, a plurality of cell groups or battery modules connected in series or in series and parallel are called assembled batteries. An integrated circuit that detects the cell voltage of each single battery cell and monitors and controls the battery state while performing a balancing operation or the like is provided for each cell group.
まず、図1を用いて、本発明による電池システムをハイブリッド自動車用駆動システムに適用した例について説明する。図1は、本発明による電池システムを備えたハイブリッド自動車の構成例を示す図である。 First, an example in which the battery system according to the present invention is applied to a drive system for a hybrid vehicle will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a hybrid vehicle including a battery system according to the present invention.
電池システム100は、リレー600、610を介してインバータ700に接続されている。インバータ700はモータ800に接続されている。車両の発進・加速時には電池システム100から放電電力がインバータ700を通じてモータ800に供給されて図示されないエンジンをアシストする。車両停止・減速時には、モータ800からの回生電力がインバータ700を通じて電池システム100に充電される。なお、ここではインバータ700は複数の半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、半導体スイッチング素子のゲート駆動回路と、ゲート駆動回路をPWM制御するパルス信号を発生するモータコントローラとを備えているが、図1では省略されている。 Battery system 100 is connected to inverter 700 via relays 600 and 610. Inverter 700 is connected to motor 800. When the vehicle starts and accelerates, discharge power is supplied from the battery system 100 to the motor 800 through the inverter 700 to assist an engine (not shown). When the vehicle is stopped or decelerated, the regenerative power from the motor 800 is charged to the battery system 100 through the inverter 700. Here, the inverter 700 includes an inverter circuit including a plurality of semiconductor switching elements, a gate driving circuit for the semiconductor switching elements, and a motor controller that generates a pulse signal for PWM control of the gate driving circuit. 1 is omitted.
電池システム100は、主に、リチウムイオン電池である複数の単電池セル101から構成される組電池102と、各単電池セル101の電圧をセルグループごとに検出してバランシング放電動作等を行う電池監視・制御用の集積回路300を複数備えたセルコントローラ200と、セルコントローラ200の動作を制御し、各単電池セル101の状態判定を行うバッテリコントローラ500とで構成される。本実施形態に示す電池システム100の例では、定格容量5.5Ahのリチウムイオン電池を単電池セル101として、これを96個直列に接続したものを使用している。バッテリコントローラ500は、絶縁素子群400を介して複数の集積回路300と通信を行い、これらを制御する。集積回路300は、前述のように、セルグループ毎に設けられている。なお、組電池102とセルコントローラ200の間の電圧検出線は、不図示のコネクタでセルコントローラ200に接続されている。
The battery system 100 mainly includes an assembled battery 102 composed of a plurality of single battery cells 101 that are lithium ion batteries, and a battery that performs a balancing discharge operation by detecting the voltage of each single battery cell 101 for each cell group. The cell controller 200 includes a plurality of integrated
バッテリコントローラ500は、組電池102の総電圧を測定する総電圧検出回路501と、電流センサ503に接続されており組電池102に流れる充放電電流を検出する充放電電流検出回路502と、セルコントローラ200とインバータ700及び図示されない上位の車両コントローラとの間で通信を行い、バッテリコントローラ500の全体を制御するマイクロコンピュータ504とを備えている。なお、組電池102の総電圧を測定できれば、総電圧検出回路501は、図1のようにバッテリコントローラ500の内部に設けられていなくともよい。
The battery controller 500 includes a total
インバータ700の内部にも、組電池102の総電圧を検出する総電圧検出回路701が設けられている。また、図1には示されていないが、バッテリコントローラ500は、集積回路300に接続された温度検出回路によって測定された単電池セル101の温度に基づいて、電池状態のパラメータの温度補正を行っている。
A total
なお、図1では省略されているが、セルコントローラ200とバッテリコントローラ500は、一つの基板の上に設けられており、これらは金属製のケースに収納されている。また、組電池102も金属製のケースに収納されている。セルコントローラ200と組電池102とは、複数の電圧検出線や単電池セル101の温度センサ(不図示)の接続線等が束ねられたハーネスで接続されている。 Although omitted in FIG. 1, the cell controller 200 and the battery controller 500 are provided on one substrate, and these are housed in a metal case. The assembled battery 102 is also housed in a metal case. The cell controller 200 and the assembled battery 102 are connected by a harness in which a plurality of voltage detection lines, connection lines for temperature sensors (not shown) of the single battery cells 101, and the like are bundled.
この電池システム100の起動後に以下の動作が行われる。バッテリコントローラ500は、セルコントローラ200に対して、各単電池セル101のOCV(開路電圧)測定を行う指令を絶縁素子群400を介して送信する。この指令に応じて測定された各単電池セル101のOCVのデータは、セルコントローラ200からセルグループ単位で絶縁素子群400を介して、バッテリコントローラ500に送信される。
The following operation is performed after the battery system 100 is activated. The battery controller 500 transmits a command for performing OCV (open circuit voltage) measurement of each single battery cell 101 to the cell controller 200 via the
バッテリコントローラ500は、受信した各単電池セル101のOCVをSOCに変換し、各単電池セル101のSOCの偏差を算出する。このSOCの偏差が所定の値よりも大きい単電池セル101がバランシング放電を行う対象となる。バランシング放電の対象となった単電池セル101のSOCの偏差が0となるまでの時間が計算され、この時間だけ集積回路300内のバランシングスイッチをオンとする制御動作を行う指令が、バッテリコントローラ500からセルコントローラ200に送られる。この指令に応じて、セルコントローラ200によりバランシング対象の単電池セル101のバランシング放電が行われる。
The battery controller 500 converts the received OCV of each single battery cell 101 into SOC, and calculates the deviation of the SOC of each single battery cell 101. The single battery cell 101 in which the SOC deviation is larger than a predetermined value is a target for balancing discharge. The time until the SOC deviation of the single battery cell 101 subject to balancing discharge becomes zero is calculated, and a command for performing a control operation to turn on the balancing switch in the
上記で測定された各単電池セル101のOCVから、組電池102のSOCが算出された後、インバータ700あるいは上位コントローラである車両コントローラ(不図示)がリレー600とリレー610とをオンとして、電池システム100がインバータ700とモータ800に接続される。そして、車両コントローラからの充放電指令をインバータ700が受けると、インバータ700が動作してモータ800を駆動するとともに、電池システム100の充放電動作が行われる。 After the SOC of the battery pack 102 is calculated from the OCV of each single battery cell 101 measured as described above, the inverter 700 or a vehicle controller (not shown) which is a host controller turns on the relay 600 and the relay 610 to turn on the battery. System 100 is connected to inverter 700 and motor 800. When the inverter 700 receives a charge / discharge command from the vehicle controller, the inverter 700 operates to drive the motor 800 and the battery system 100 is charged / discharged.
リレー600及びリレー610をオンとして電池システム100が充放電を開始する時から、バッテリコントローラ500は、総電圧検出回路501および充放電電流検出回路502を用いて、一定時間毎に総電圧と充放電電流を測定する。得られた総電圧と充放電電流の値から、バッテリコントローラ500は組電池102の充電状態(SOC)と内部抵抗(DCR)をリアルタイムに算出する。さらに、これらの値から、組電池102が充放電可能な電流あるいは電力をリアルタイムに算出して、インバータ700に送信する。インバータ700は、その電流あるいは電力の範囲内で充放電電流あるいは電力を制御する。
Since the battery system 100 starts charging / discharging when the relay 600 and the relay 610 are turned on, the battery controller 500 uses the total
図2は、本発明によるセルコントローラ200内の集積回路300a〜300dとバッテリコントローラ500内のマイクロコンピュータ504の間の通信接続例を示す図である。なお、図2の集積回路300a〜300dは、図1の集積回路300に対応するものである。
FIG. 2 is a diagram showing a communication connection example between the integrated circuits 300a to 300d in the cell controller 200 and the microcomputer 504 in the battery controller 500 according to the present invention. Note that the integrated circuits 300a to 300d in FIG. 2 correspond to the
マイクロコンピュータ504は、セルコントローラ200内の集積回路300a〜300dを起動させるための起動信号を出力するための起動信号出力ポートと、コマンド及びデータを送信するためのデータ送信ポートTXDと、過充電状態を検出するためのデータパケット(FF信号)を出力するためのFF信号出力ポートとを有している。 The microcomputer 504 includes an activation signal output port for outputting an activation signal for activating the integrated circuits 300a to 300d in the cell controller 200, a data transmission port TXD for transmitting commands and data, and an overcharge state. And an FF signal output port for outputting a data packet (FF signal) for detecting.
図2の例では、複数の単電池セル101を直列接続したセルグループを2個直列接続した電池モジュールを、サービスディスコネクトスイッチ(SD−SW)103の上下に一つずつ配した構成となっている。この電池モジュールを構成するセルグループの数は2個に限定されず、3個以上であってもよい。各セルグループに対応して、それぞれ集積回路300a〜300dが設けられている。なお、以下において単に集積回路300と呼ぶ場合は、集積回路300a〜300dを特に限定しない場合とする。
In the example of FIG. 2, a battery module in which two cell groups in which a plurality of single battery cells 101 are connected in series is connected in series is arranged above and below a service disconnect switch (SD-SW) 103 one by one. Yes. The number of cell groups constituting this battery module is not limited to two, and may be three or more. Corresponding to each cell group, integrated circuits 300a to 300d are provided. Note that in the following, when the
SD−SW103は、高電圧の組電池などでよく用いられるスイッチである。保守点検時にこのSD−SW103を開放することによって、組電池102の電流経路を遮断し、作業者の感電を防止することを目的としている。このSD−SW103を開放しておけば、電池モジュール間の直列接続が絶たれるため、組電池102の最上位端子と最下位端子を人間が触っても高電圧が人体に印加されることはないので、感電が防止できる。 The SD-SW 103 is a switch often used in a high voltage assembled battery or the like. The purpose of this is to open the SD-SW 103 during maintenance and check, thereby cutting off the current path of the assembled battery 102 and preventing the operator from receiving an electric shock. If the SD-SW 103 is opened, the series connection between the battery modules is disconnected. Therefore, even if a person touches the uppermost terminal and the lowermost terminal of the assembled battery 102, a high voltage is not applied to the human body. Therefore, electric shock can be prevented.
コマンドおよびデータ信号の通信ラインでは、コマンドおよびデータ信号が、マイクロコンピュータ504のデータ送信ポートTXDから高速絶縁素子401を通じて、組電池102において最下位電位側のセルグループに対応する集積回路300aの通信受信端子RXDに送信される。一方、起動信号の通信ラインでは、起動信号がマイクロコンピュータ504の起動信号出力ポートから、低速絶縁素子402を通じて集積回路300aの直流起動信号入力端子WU_Rxに送信される。また、FF信号の通信ラインでは、FF信号がマイクロコンピュータ504のFF信号出力ポートから、低速絶縁素子402を通じて集積回路300aのFF入力端子FFINに送信される。
In the command and data signal communication line, the command and data signal are received by the integrated circuit 300a corresponding to the cell group on the lowest potential side in the assembled battery 102 from the data transmission port TXD of the microcomputer 504 through the high-
最下位電位側のセルグループに対応する集積回路300aは、その通信出力端子TXDが、電位順序で一つ上位のセルグループに対応する集積回路300bの通信受信端子RXDにコンデンサ403を介して接続されている。また、集積回路300aのFF出力端子FFOUTと、起動出力端子WU_Txとは、集積回路300bのFF入力端子FFINと、交流起動信号入力端子WU_RxACとに、それぞれコンデンサ403を介して接続されている。
The integrated circuit 300a corresponding to the cell group on the lowest potential side has its communication output terminal TXD connected via a
同様に、集積回路300bの通信出力端子TXD、FF出力端子FFOUTおよび起動出力端子WU_Txは、電位順序で一つ上位のセルグループに対応する集積回路300cの通信受信端子RXD、FF入力端子FFINおよび交流起動信号入力端子WU_RxACに、それぞれコンデンサ403を介して接続されている。また、集積回路300cの通信出力端子TXD、FF出力端子FFOUTおよび起動出力端子WU_Txは、電位順序で一つ上位のセルグループ、すなわち最上位電位側のセルグループに対応する集積回路300dの通信受信端子RXD、FF入力端子FFINおよび交流起動信号入力端子WU_RxACに、それぞれコンデンサ403を介して接続されている。
Similarly, the communication output terminal TXD, the FF output terminal FFOUT, and the activation output terminal WU_Tx of the integrated circuit 300b are connected to the communication reception terminal RXD, the FF input terminal FFIN, and the alternating current of the integrated circuit 300c corresponding to the cell group that is one higher in potential order. The start signal input terminal WU_RxAC is connected to each via a
なお、SD−SW103の下側のセルグループに接続されている集積回路300bと、上側のセルグループに接続されている集積回路300cとの間の通信は、絶縁して行う必要がある。その理由は、もしもこれらの通信ラインを直結すると、その接続を通じて、SD−SW103の上下に配置されている電池モジュール同士が直列接続されることになるためである。この場合、SD−SW103の切り離しを行っても電池モジュール同士の直列接続が維持されるため、組電池102の通電を遮断できなくなる。したがって、各セルグループにそれぞれ含まれる単電池セル101の数が多く、各セルグループの端子間電圧が高いと、作業者が感電する可能性を生じることになる。このため、図2の例では、集積回路300bと集積回路300cの間にコンデンサ403を挿入している。
Note that communication between the integrated circuit 300b connected to the lower cell group of the SD-SW 103 and the integrated circuit 300c connected to the upper cell group needs to be insulated. The reason is that if these communication lines are directly connected, the battery modules arranged above and below the SD-SW 103 are connected in series through the connection. In this case, even if the SD-SW 103 is disconnected, the series connection between the battery modules is maintained, so that the energization of the assembled battery 102 cannot be interrupted. Therefore, if the number of single battery cells 101 included in each cell group is large and the voltage between terminals of each cell group is high, there is a possibility that an operator may receive an electric shock. Therefore, in the example of FIG. 2, a
最上位電位側のセルグループに対応する集積回路300dは、その通信出力端子TXDが、マイクロコンピュータ504のデータ受信ポートRXDに高速絶縁素子401を介して接続されている。同様に、集積回路300dのFF出力端子FFOUTと、起動出力端子WU_Txとは、マイクロコンピュータ504のFF信号入力ポートと、起動信号入力ポートとに、それぞれ低速の絶縁素子402を介して接続されている。
In the integrated circuit 300d corresponding to the cell group on the highest potential side, the communication output terminal TXD is connected to the data reception port RXD of the microcomputer 504 via the high-speed
なお、マイクロコンピュータ504と集積回路300aおよび300dの間の各通信経路で用いられている高速絶縁素子401と低速絶縁素子402を、図1ではまとめて絶縁素子群400として示している。
Note that the high-speed
低速絶縁素子402には、直流信号を伝送できるフォトカプラのような絶縁素子が用いられる。マイクロコンピュータ504は、この低速絶縁素子402を介して、起動信号出力ポートから集積回路300aの直流起動信号入力端子WU_Rxへ、直流信号の起動信号を出力する。この起動信号を直流信号とするのは、電池システム100の起動時はノイズや電圧変動が発生し易いので、その影響を除去するためである。
As the low-speed
マイクロコンピュータ504からの起動信号が直流起動信号入力端子WU_Rxへ入力されると、これに応じて集積回路300aが起動し、次の集積回路300bを起動するための起動信号を出力する。このとき集積回路300aは、コンデンサ403を介して、起動出力端子WU_Txから集積回路300bの交流起動信号入力端子WU_RxACへ、交流の起動信号を出力する。たとえば、矩形波信号を起動信号として出力する。
When the activation signal from the microcomputer 504 is input to the DC activation signal input terminal WU_Rx, the integrated circuit 300a is activated in response to this and outputs an activation signal for activating the next integrated circuit 300b. At this time, the integrated circuit 300a outputs an AC activation signal from the activation output terminal WU_Tx via the
集積回路300aからの起動信号が交流起動信号入力端子WU_RxACへ入力されると、これに応じて集積回路300bが起動し、次の集積回路300cを起動するための起動信号を集積回路300aと同様に出力する。すなわち、集積回路300bは、コンデンサ403を介して、起動出力端子WU_Txから集積回路300cの交流起動信号入力端子WU_RxACへ、交流信号の起動信号を出力する。その後、集積回路300cでも同様の動作が行われる。
When the activation signal from the integrated circuit 300a is input to the AC activation signal input terminal WU_RxAC, the integrated circuit 300b is activated accordingly, and the activation signal for activating the next integrated circuit 300c is the same as the integrated circuit 300a. Output. That is, the integrated circuit 300b outputs an AC signal start signal from the start output terminal WU_Tx to the AC start signal input terminal WU_RxAC of the integrated circuit 300c via the
集積回路300cからの起動信号が交流起動信号入力端子WU_RxACへ入力され、集積回路300dが起動すると、集積回路300dの起動出力端子WU_Txからマイクロコンピュータ504の起動信号入力ポートへ起動信号が出力される。これを受けることで、マイクロコンピュータ504は、集積回路300a〜300dの起動を確認し、セルコントローラ200が起動されたことを認識することができる。 When the activation signal from the integrated circuit 300c is input to the AC activation signal input terminal WU_RxAC and the integrated circuit 300d is activated, the activation signal is output from the activation output terminal WU_Tx of the integrated circuit 300d to the activation signal input port of the microcomputer 504. By receiving this, the microcomputer 504 can confirm the activation of the integrated circuits 300a to 300d and can recognize that the cell controller 200 has been activated.
セルコントローラ200の起動後は、マイクロコンピュータ504は高速絶縁素子401を通じて集積回路300aの受信端子RXDにコマンド信号及びデータ(データパケット)を送信する。集積回路300aはコマンド信号とデータパケットを受信し、さらにこれらを出力端子TXDから次の集積回路300bに送信する。このようにして全部の集積回路300a〜300dはコマンド信号とデータを受信し、このコマンド信号とデータに従って動作を行う。集積回路300a〜300dがそれぞれ制御するセルグループの各単電池セル101の端子間電圧(セル電圧と呼ぶ)等のデータを得る場合には、それぞれの集積回路300a〜300dがデータパケットにデータを付加して、送信端子TXDから次の集積回路のRXD端子に送信し、最終的にマイクロコンピュータ504のデータ受信ポートRXDで受信される。マイクロコンピュータ504は、自分が送信したコマンド信号を含めたデータパケットを受信することで、正常にコマンド信号転送が行われたことを確認し、かつ集積回路300a〜300dが付加したデータがある場合にはそのデータを受信する。
After the activation of the cell controller 200, the microcomputer 504 transmits a command signal and data (data packet) to the reception terminal RXD of the integrated circuit 300a through the high-speed
なお、集積回路300a〜300dの各FF入力端子FFINおよびFF出力端子FFOUTを経由するFF信号のループは、単電池セル101の過充電あるいは過放電の状態を検出するための通信路である。これは、リチウムイオン電池を用いた単電池セル101の安全性確保に重要な過充電の検出の信頼性を向上するため、TXD端子とRXD端子を経由する通信ラインとは別の系統で過充電を検出するためのものである。FF信号は一定周期の矩形波信号を想定しており、例えば、正常状態は1kHzの矩形波で、過充電状態は2KHzの矩形波とする。 The loop of the FF signal that passes through each FF input terminal FFIN and FF output terminal FFOUT of the integrated circuits 300a to 300d is a communication path for detecting the overcharge or overdischarge state of the unit cell 101. In order to improve the reliability of overcharge detection, which is important for ensuring the safety of the single battery cell 101 using a lithium ion battery, the overcharge is performed by a system different from the communication line via the TXD terminal and the RXD terminal. It is for detecting. The FF signal is assumed to be a rectangular wave signal with a constant period. For example, the normal state is a rectangular wave of 1 kHz, and the overcharged state is a rectangular wave of 2 KHz.
集積回路300は、FF入力端子FFIN入力に1KHzの矩形波が入力された場合、上位の通信順序の各集積回路300は正常な状態である(過充電でない)と認識し、FF出力端子FFOUT出力に1kHzの矩形波を出力する。一方、当該集積回路300のセル電圧検出値が過充電電圧を検出した場合には、FF入力端子FFINの入力信号の周波数が1kHzまたは2kHzのどちらの場合でも、FF出力端子FFOUT出力に2kHzの矩形波を出力し、過充電状態を次の集積回路300に出力する。また、FFIN端子の入力信号の周波数が1kHzあるいは2kHz以外の信号の場合は、FF出力端子FFOUTに矩形波を出力しないものとする。
When a 1 KHz rectangular wave is input to the FF input terminal FFIN input, the
ある集積回路300がその制御するセルグループの単電池セル101の過充電電圧を検出していなくても、FF入力端子FFINに他の集積回路300から2kHzの矩形波が入力されると、当該集積回路300はFF出力端子FFOUTに2kHzの矩形波を出力する。このようにして、FF信号ループはいずれかの集積回路300が過充電を検出したことを出力する。これにより、マイクロコンピュータ504は高速の通信信号ループとは別の経路で過充電を検出できる。
Even if a certain
なお、マイクロコンピュータ504は、通常、最下位電位側の集積回路300aを最上位の通信順序として、これに1kHzの正常状態を示す矩形波をFF信号として出力するものとする。一方、FFループの動作確認時には、過充電を示す2kHzの矩形波を出力すればよい。すなわち、全部の集積回路300a〜300dが過充電電圧を検出していなくても、戻ってきたFF信号の矩形波が2kHzであれば、マイクロコンピュータ504はFFループが正常に動作していることを確認することができる。また、FFループに障害が発生した場合、例えば断線した場合は、矩形波が伝送されないのでその状態を識別できる。 Note that the microcomputer 504 normally outputs the rectangular wave indicating the normal state of 1 kHz as the FF signal with the integrated circuit 300a on the lowest potential side as the highest communication order. On the other hand, when the operation of the FF loop is confirmed, a 2 kHz rectangular wave indicating overcharge may be output. That is, even if all the integrated circuits 300a to 300d do not detect the overcharge voltage, if the square wave of the returned FF signal is 2 kHz, the microcomputer 504 confirms that the FF loop is operating normally. Can be confirmed. Further, when a failure occurs in the FF loop, for example, when the wire breaks, the state can be identified because the rectangular wave is not transmitted.
上記実施形態で説明した本発明による電池システムは、セルコントローラ200内の集積回路300a〜300dにおける起動信号の通信ラインに特徴を有する。図3は、この本発明による電池システムの特徴を説明するための比較例として、従来例によるセルコントローラ200内の集積回路300a〜300dとバッテリコントローラ500内のマイクロコンピュータ504の間の通信接続例を示す図である。 The battery system according to the present invention described in the above embodiment is characterized by the communication line of the activation signal in the integrated circuits 300a to 300d in the cell controller 200. FIG. 3 shows an example of communication connection between the integrated circuits 300a to 300d in the cell controller 200 and the microcomputer 504 in the battery controller 500 as a comparative example for explaining the characteristics of the battery system according to the present invention. FIG.
図2と図3を比較すると、図2では集積回路300a〜300d間の起動信号の通信ラインがコンデンサ403を介してそれぞれ接続されているのに対して、図3では低速絶縁素子402を介して、または直結で接続されている点が異なる。すなわち、図3に示すような従来例では、集積回路300a〜300d間において直流信号の起動信号を入出力するために、このような接続形態とする必要があった。
Comparing FIG. 2 and FIG. 3, in FIG. 2, the communication lines for the activation signals between the integrated circuits 300a to 300d are connected via the
次に集積回路300の内部構成について説明する。図4は、本発明による集積回路300の内部構成例を示す図である。なお図4では、12個の単電池セル101(セル1〜12とする)から一つのセルグループが構成されているものとした。
Next, the internal configuration of the
セルグループとこれを制御する集積回路300とは、セル1〜12の電圧検出を行うための電圧検出線L1P〜L12PおよびL13Nを介して、電圧検出用のCV端子(端子CV01〜CV12およびCV12N)と、バランシング動作を行うためのBS端子(端子BS01H〜BS12Hおよび端子BS01L〜BS12L)とに接続されている。セル1〜12の各両端、すなわち正極端子と負極端子は、セル入力抵抗Rcvを経由して各CV端子にそれぞれ接続されている。各CV端子とGND端子の間には、セル入力コンデンサCinが接続されている。
The cell group and the
また、セル1〜12の各両端は、バランシング抵抗Rbを通じて各BS端子にそれぞれ接続されている。集積回路300内において、端子BS01H〜BS12Hと端子BS01L〜BS12Lとの間には、バランシング電流を通電するためのバランシングスイッチBSWがそれぞれ接続されている。いずれかのセルに対応するバランシングスイッチBSWをオンとすると、バランシング抵抗Rbを通じて当該セルのバランシング電流が流れる。各BS端子間にはバランシング端子コンデンサCbが接続されている。
Further, both ends of the
各CV端子は、集積回路300の内部でマルチプレクサ210に接続されている。マルチプレクサ210は、任意のセルを選択してその正極電位と負極電位を出力するものであり、ロジック部213からの出力に応じて制御される。マルチプレクサ210の出力は、差動増幅器211によりセル1〜12の端子間電圧にそれぞれ変換された後、ADコンバータ212によりデジタル値に変換される。なお、ADコンバータ212の動作はロジック部213により制御され、ADコンバータ212の出力はロジック部213で処理される。すなわち、差動増幅器211とADコンバータ212とで電圧測定を行っている。
Each CV terminal is connected to the
マルチプレクサ210に接続される各電圧入力ラインのうち、互いに隣り合う2つの電圧入力ライン、すなわち各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の間には、マルチプレクサ入力短絡スイッチMSWが設けられている。
Of each voltage input line connected to the
集積回路300には、補助入力端子AUXINおよびAGNDが設けられている。これらの補助入力端子AUXINおよびAGNDには、サーミスタ207、サーミスタ分割抵抗Rthp、サーミスタ入力抵抗Rthおよびサーミスタ入力コンデンサCthが接続されている。
The
サーミスタ207は、設置された場所の温度によりその抵抗値が大きく変化する。このサーミスタ207と直列に接続されたサーミスタ分割抵抗RthpとでVDD電圧が分圧される。サーミスタ207の端子間電圧は、補助入力端子AUXINおよびAGNDから集積回路300に入力される。サーミスタ入力抵抗Rthとサーミスタ入力コンデンサCthは、この入力信号のノイズを除去するRCフィルターとして作用する。すなわち、サーミスタ207が温度の変化に対応して発生する電圧は、このRCフィルターでノイズ除去されて集積回路300に入力される。
The resistance value of the
集積回路300に入力されたサーミスタ207の端子間電圧がマルチプレクサ210により選択されると、その電圧値が差動増幅器211およびADコンバータ212を介してデジタル化される。こうしてデジタル化されたサーミスタ207の端子間電圧値がロジック部213に入力される。
When the voltage between the terminals of the
ロジック部213は、通信出力部220を介して、デジタル化されたサーミスタ207の端子間電圧をデータ信号として通信出力端子TXDから送信する。このデータ信号が前述の通信ラインを経由してバッテリコントローラ500へ送信されることにより、デジタル化されたサーミスタ207の端子間電圧が送信される。バッテリコントローラ500は、このサーミスタ207の端子間電圧に基づいて、サーミスタ207が設置されている場所の温度を算出する。この温度の算出は、サーミスタ207の抵抗温度特性に基づいて予め設定されたサーミスタ207の端子間電圧と温度との関係式、もしくはサーミスタ207の端子間電圧と温度との関係をテーブル化したデータを用いて行うことができる。
The
バランシングスイッチ状態検出回路223は、バランシング電流の有無を検出したり、バランシングスイッチBSWの診断を行う。これらの結果はロジック部213に出力され、ロジック部213内のレジスタに格納される。
The balancing switch
ロジック部213は、集積回路300に設けられた各種のスイッチを制御するためのデータが格納されるレジスタを備えている。たとえば、マルチプレクサ210の入力を選択するためのデータ、マルチプレクサ入力短絡スイッチMSWを制御するためのデータ、バランシングスイッチBSWを制御するためのデータ、バランシングスイッチ状態検出回路223のスイッチ回路を制御するためのデータなどが、このレジスタに格納されている。ロジック部213には発振回路214からのクロック信号が入力される。このクロック信号を用いてロジック部213が動作する。
The
集積回路300の動作電源Vccは、電圧検出線L1Pと接続されているVcc端子から供給される。Vcc端子には、ノイズを抑えるためのコンデンサCvccが接続されている。電圧検出線L1Pは、セル1の正極側に接続されている。このセル1の正極側電圧が動作電源Vccとして集積回路300に供給される。
The operating power supply Vcc of the
Vcc端子は更に、集積回路300内で電源部226に接続されている。電源部226はレギュレータ227を有している。レギュレータ227は、Vcc端子から供給される動作電源Vccを用いて3.3Vの動作電源VDDを生成し、ロジック部213などに供給する。この動作電源VDDは、集積回路300のVDD端子を介して、集積回路300の外部にある回路へも供給される。VDD端子には動作安定用のコンデンサCvddが接続されている。
The Vcc terminal is further connected to the
電源部226はまた、起動検出部215からの起動検出信号に応じて動作する起動回路228を有している。起動検出部215は、下位の通信順序にある集積回路300からの交流起動信号が交流起動信号入力端子WU_RxACへ入力されるか、またはマイクロコンピュータ504からの直流起動信号が直流起動信号入力端子WU_Rxへ入力されると、これを検出して電源部226へ起動検出信号を出力する。起動回路228は、この起動検出信号が起動検出部215から入力されると、レギュレータ227へ動作電源Vccを出力すると共に、集積回路300を起動してPOR(パワーオンリセット)動作を行う。なお、交流起動信号入力端子WU_RxACには、交流起動信号を倍電圧整流して起動検出部215へ起動検出信号を出力するための整流素子であるダイオード216が集積回路300内に接続されている。
The
集積回路300が起動すると、ロジック部213からの出力で起動出力部219が動作する。起動出力部219は、上位の通信順序にある集積回路300またはマイクロコンピュータ504へ、起動出力端子WU_Txから交流(矩形波)の起動信号を出力する。
When the
なお、起動検出部215はVcc端子と接続されている。これにより、集積回路300の全体の動作が停止している状態でも、起動検出部215には動作電源Vccが供給されている。起動検出部215は、その消費電流をできるだけ少なくするような回路構成となっている。
The
通信出力部220は、ロジック部213からの出力データに基づいて、上位の通信順序にある集積回路300またはマイクロコンピュータ504へ、通信出力端子TXDからコマンド信号およびデータを出力する。通信受信部217は、下位の通信順序にある集積回路300またはマイクロコンピュータ504から受信端子RXDにコマンド信号およびデータが入力されると、これを受信してロジック部213へ出力する。
Based on the output data from the
FF出力部221は、ロジック部213からの出力データに基づいて、上位の通信順序にある集積回路300またはマイクロコンピュータ504へ、FF出力端子FFOUTから前述のようなFF信号を出力する。FF入力部218は、下位の通信順序にある集積回路300またはマイクロコンピュータ504からFF入力端子FFINにFF信号が入力されると、これを受信して正常状態と過充電状態のいずれであるかを判断し、その判断結果をロジック部213へ出力する。
Based on the output data from the
ここで、比較例として、従来例による集積回路300の内部構成について説明する。図5は、図3に示したような接続例において直流信号の起動信号を入出力するために用いられる従来の集積回路300の内部構成例を示す図である。
Here, as a comparative example, an internal configuration of an
図4と図5を比較すると、図5の集積回路300には、チャージポンプ部238およびチャージポンプコンデンサCcpと接続されている端子CP+およびCP−が設けられている。集積回路300内のチャージポンプ部238は、集積回路300外に接続されたチャージポンプコンデンサCcpと協働して、動作電源Vccを用いてチャージポンプ電圧を生成し、起動出力部219へ供給する。従来例では、出力先の集積回路300に対応するセルグループの電位に応じて動作電源Vccよりも高電圧の起動信号を出力するために、このような回路が必要であった。
4 and 5 are compared, the
また、図5の集積回路300には、交流起動信号を受信するための図4の直流起動信号入力端子WU_Rxおよびダイオード216が存在しない。
Further, the
なお、図5では、図3に示したような接続例の場合、すなわち最下位電位側から順に、組電池102の電位順序とは逆の通信順序で直流起動信号を入出力する場合の集積回路300の内部構成例を示している。しかし、これとは反対に、最上位電位側から順に、組電池102の電位順序と同じ通信順序で直流起動信号を入出力する場合もある。この場合、起動検出部215には、その起動信号を出力した集積回路300に対応するセルグループの電位に応じて、動作電源Vccよりも高電圧の起動信号が入力されることとなる。そのため、チャージポンプ部238やチャージポンプコンデンサCcpは不要となるが、その代わり、高電圧の起動信号が入力されても起動検出部215が正常に動作できるようにするためのインターフェイス回路や保護回路などを設ける必要があった。
In FIG. 5, in the case of the connection example as shown in FIG. 3, that is, the integrated circuit in the case where the DC activation signal is input / output in the communication order opposite to the potential order of the assembled battery 102 in order from the lowest potential side. 300 shows an internal configuration example. However, on the contrary, the DC activation signal may be input / output in the same communication order as that of the assembled battery 102 in order from the highest potential side. In this case, an activation signal having a voltage higher than that of the operating power supply Vcc is input to the
次に図2の集積回路300a〜300dおよびマイクロコンピュータ504について、これらの間における起動信号の入出力を詳細に説明する。図6は、図3において最下位電位側の集積回路300aと、電位順序でその一つ上位の集積回路300bと、マイクロコンピュータ504とについて、これらの間の通信接続例の詳細を示す図である。また図7は、図3において最上位電位側の集積回路300dと、電位順序でその一つ下位の集積回路300cと、マイクロコンピュータ504とについて、これらの間の通信接続例の詳細を示す図である。 Next, the input / output of the activation signal between the integrated circuits 300a to 300d and the microcomputer 504 in FIG. 2 will be described in detail. FIG. 6 is a diagram showing details of a communication connection example between the integrated circuit 300a on the lowest potential side in FIG. 3, the integrated circuit 300b one higher in the potential order, and the microcomputer 504. . FIG. 7 is a diagram showing details of a communication connection example between the integrated circuit 300d on the highest potential side in FIG. 3, the integrated circuit 300c one level lower in the potential order, and the microcomputer 504. is there.
図6において、最下位電位側の集積回路300aは、通信順序では最上位にある。この集積回路300aでは、マイクロコンピュータ504から出力される直流起動信号を入力するために、直流起動信号入力端子WU_Rxが使用される。この端子には、低速絶縁素子402としてフォトカプラが接続されている。マイクロコンピュータ504がこのフォトカプラのダイオードに駆動用トランジスタ404を通じて電流を流すことで、フォトカプラ内でダイオードと絶縁されたトランジスタ側がオンとなる。トランジスタは、コレクタ側が集積回路300aのVccに抵抗を介して接続されており、エミッタ側が抵抗を介してグランドに接続されている。フォトカプラのトランジスタ側がオンとなると、集積回路300aの直流起動信号入力端子WU_Rxに対して、Vccを抵抗で分圧した電圧が印加される。起動検出部215は、予め設定された閾値を有するコンパレータであり、この閾値以上の電圧を検出すると電源部226(図4参照)へ起動検出信号を出力する。これにより、集積回路300aが起動する。
In FIG. 6, the integrated circuit 300a on the lowest potential side is in the highest order in the communication order. In the integrated circuit 300a, a DC activation signal input terminal WU_Rx is used to input a DC activation signal output from the microcomputer 504. A photocoupler is connected to this terminal as the low-speed
上記のようにして集積回路300aが起動すると、集積回路300aの起動出力部219は、ロジック部213からの指令により、交流起動信号を起動出力端子WU_Txから出力する。ここでは交流起動信号として矩形波信号を出力するものとする。この信号は、コンデンサ403を通じて、電位順序では一つ上位にあり、通信順序では一つ下位にある集積回路300bの交流起動信号入力端子WU_RxACに印加される。
When the integrated circuit 300a is activated as described above, the
集積回路300bにおいて、交流起動信号入力端子WU_RxACは、グランドと直流起動信号入力端子WU_Rxの間に接続されているダイオード216と接続されている。このダイオード216と、直流起動信号入力端子WU_Rxとグランドの間に接続されているコンデンサ406とは、倍電圧整流回路の構成要素の一部である。集積回路300aから出力された交流起動信号としての矩形波信号は、集積回路300bにおいて交流起動信号入力端子WU_RxACに入力されると、この倍電圧整流回路により整流されて直流電圧に変換される。この直流電圧が起動検出部215に入力されることにより、起動検出部215から起動検出信号が出力され、集積回路300bが起動する。
In the integrated circuit 300b, the AC activation signal input terminal WU_RxAC is connected to a
なお、集積回路300aにおいても、グランドと直流起動信号入力端子WU_Rxの間にダイオード216が接続されており、これが交流起動信号入力端子WU_RxACに接続されている。しかし、集積回路300aの直流起動信号入力端子WU_Rxに対して入力されたマイクロコンピュータ504からの直流起動信号は、ダイオード216を介さずに起動検出部215に入力される。そのため、起動検出部215により直流起動信号を検出することができる。
In the integrated circuit 300a as well, a
図8は、集積回路300a、300b間の交流起動信号の通信経路に関する部分を分かりやすく示したものである。図9は、この部分のうち、ダイオード216、集積回路300aの起動出力端子WU_Txと集積回路300bの交流起動信号入力端子WU_RxACの間に接続されているコンデンサ403、コンデンサ406および集積回路300aと接続されているセルグループに対応する等価回路図である。図9に示される回路は、一般的な倍電圧整流回路となっている。集積回路300aの起動出力端子WU_Txから振幅VDDの矩形波信号が出力されると、この倍電圧整流回路により、集積回路300bの起動検出部215に一定の直流電圧Vwが印加される。
FIG. 8 shows a portion relating to the communication path of the AC activation signal between the integrated circuits 300a and 300b in an easy-to-understand manner. 9 is connected to the
図10は、集積回路300aの起動出力端子WU_Txから出力される振幅VDDの矩形波信号と、集積回路300bの起動検出部215に印加される直流電圧Vwとの電圧波形例を示したものである。図10において、左側の縦軸は矩形波信号の電圧値を表し、右側の縦軸は直流電圧の電圧値を表している。この例に示すように、交流起動信号として周波数32kHz、振幅3.3Vp−pの矩形波信号が集積回路300aから出力されると、約2.5Vの直流電圧が集積回路300bの起動検出部215に印加される。この直流電圧は、矩形波の出力を開始してから0.1ms程度の時間でほぼ90%以上の電圧まで立ち上がっている。これにより、集積回路300aによる交流起動信号の出力から集積回路300bが起動するまでの起動時間は、十分に短いことが分かる。なお、ここではコンデンサ406の容量を0.01μFとした。
FIG. 10 shows a voltage waveform example of a rectangular wave signal having an amplitude VDD output from the activation output terminal WU_Tx of the integrated circuit 300a and the DC voltage Vw applied to the
ここで図6の説明に戻る。図6の集積回路300aにおいて、通信受信部217と接続されている通信受信端子RXDには、高速絶縁素子401として小型の通信用トランスなどを用いたデジタルアイソレータが接続されている。マイクロコンピュータ504から送信されるコマンドや通信データは、このデジタルアイソレータを通じて集積回路300aの通信受信端子RXDから通信受信部217に入力される。なお、デジタルアイソレータには、集積回路300aのVDD端子から動作電源VDDが供給される。動作電源VDDは集積回路300aの動作停止中には出力されないため、このときにデジタルアイソレータに暗電流が流れることはない。
Returning to the description of FIG. In the integrated circuit 300 a of FIG. 6, a digital isolator using a small communication transformer or the like as the high-speed
また、集積回路300aのFF入力部218と接続されているFF入力端子FFINには、直流起動信号入力端子WU_Rxと同様に、低速絶縁素子402としてフォトカプラが接続されている。マイクロコンピュータ504がこのフォトカプラのダイオードに駆動用トランジスタ405を通じて電流を流すことで、フォトカプラ内でダイオードと絶縁されたトランジスタ側がオンとなり、FF信号が伝達される。
In addition, a photocoupler is connected to the FF input terminal FFIN connected to the
図7において、最上位電位側の集積回路300dは、通信順序では最下位にある。この集積回路300dの起動出力部219により起動出力端子WU_Txから出力された矩形波の交流起動信号は、駆動用トランジスタ409および低速絶縁素子402であるフォトカプラを介して、マイクロコンピュータ504の起動信号入力ポートに入力される。この集積回路300dから出力された交流起動信号を受信することにより、マイクロコンピュータ504は集積回路300a〜300dが全て起動したことを確認できる。
In FIG. 7, the integrated circuit 300d on the highest potential side is at the lowest position in the communication order. The rectangular wave AC activation signal output from the activation output terminal WU_Tx by the
また、集積回路300dの通信出力部220により通信出力端子TXDから出力されたコマンドや通信データは、高速絶縁素子401であるデジタルアイソレータを介して、マイクロコンピュータ504のデータ受信ポートRXDに入力される。このデジタルアイソレータには、集積回路300dのVDD端子から動作電源VDDが供給される。さらに、集積回路300dのFF出力部221によりFF出力端子FFOUTから出力されたFF信号は、駆動用トランジスタ410および低速絶縁素子402であるフォトカプラを介して、マイクロコンピュータ504のFF信号入力ポートに入力される。マイクロコンピュータ504は、これらを集積回路300dから受信することで、集積回路300a〜300dが全て起動したことを確認してもよい。
Further, the command and communication data output from the communication output terminal TXD by the
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。 According to the embodiment described above, the following operational effects are obtained.
(1)電池監視・制御用の集積回路300は、ダイオード216、コンデンサ403およびコンデンサ406によって構成され、コンデンサ403を介して接続された上位の通信順序の集積回路300から入力される交流起動信号に基づいて直流信号を生成する倍電圧整流回路と接続するための交流起動信号入力端子WU_RxACと、この直流信号を検出して当該集積回路300を起動させる起動検出部215と、当該集積回路300の起動後に交流起動信号を下位の通信順序の集積回路300またはバッテリコントローラ500のマイクロコンピュータ504へ出力する起動出力部219とを備える。このようにしたので、直流起動信号を用いた従来の場合と比べて、動作電源Vccよりも高電圧の起動信号を出力するためのチャージポンプ回路や、高電圧の起動信号が入力されても起動検出部215が正常に動作できるようにするためのインターフェイス回路や保護回路などを集積回路300に設ける必要がない。したがって、起動信号を入出力するための特別な回路を不要とすることができる。
(1) The battery monitoring / control integrated
(2)上記の倍電圧整流回路は、集積回路300に内蔵されたダイオード216を有している。そのため、集積回路300の外に適切な容量のコンデンサをコンデンサ403およびコンデンサ406として接続することにより、倍電圧整流回路を容易に構成することができる。
(2) The voltage doubler rectifier circuit includes the
(3)集積回路300は、マイクロコンピュータ504から入力される直流起動信号を入力するための直流起動信号入力端子WU_Rxをさらに備える。この直流起動信号入力端子WU_Rxに入力されたる直流起動信号は、上記の倍電圧整流回路を介さずに起動検出部215に入力される。そのため、倍電圧整流回路を介して入力される交流起動信号と同様の検出方法により、起動検出部215において直流起動信号を検出することができる。
(3) The integrated
なお、以上では本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。 In addition, although an example of embodiment of this invention was demonstrated above, this invention is not limited to this. Those skilled in the art can implement various modifications without impairing the features of the present invention.
たとえば、上記実施形態では、組電池102の電位順序とは逆の通信順序に従って、各集積回路300の間で起動信号、コマンドおよび通信データ、FF信号を伝送することとしたが、この通信順序を反対にしてもよい。すなわち、組電池102の電位順序と同じ通信順序により、各集積回路300の間で起動信号、コマンドおよび通信データ、FF信号を伝送することもできる。本発明では、各集積回路300の間においてこれらの信号は全てコンデンサ403を介して伝送されるため、電位順序と通信順序の関係は特に限定されない。
For example, in the above embodiment, the activation signal, the command and communication data, and the FF signal are transmitted between the
また、上記実施形態で説明した通信信号やFF信号を、ノイズに強くするために差動型の信号としても良い。さらに、バッテリコントローラ500から矩形波などの交流の起動信号を出力し、これを最上位の通信順序にある集積回路300の交流起動信号入力端子WU_RxACへ入力してもよい。あるいは、バッテリコントローラ500からの起動信号と通信信号あるいはFF信号とを共用してもよい。バッテリコントローラ500の動作中は、バッテリコントローラ500から通信信号やFF信号が常時送信される。そのため、これらの信号から直流信号を生成して、集積回路300内で起動信号として利用することが可能である。
In addition, the communication signal and the FF signal described in the above embodiment may be a differential signal in order to be strong against noise. Furthermore, an AC activation signal such as a rectangular wave may be output from the battery controller 500 and input to the AC activation signal input terminal WU_RxAC of the
なお、以上説明したような各種の変形例は、それぞれ単独で適用しても、任意に組み合わせて適用してもよい。 The various modifications described above may be applied alone or in any combination.
本発明の適用範囲は、上記実施形態で説明したような構成の電池システムに限定されるものではない。様々な構成の電池システムに対して、また様々な仕様の電動車両に対して本発明の適用が可能である。 The application range of the present invention is not limited to the battery system configured as described in the above embodiment. The present invention can be applied to battery systems having various configurations and to electric vehicles having various specifications.
100 電池システム
101 単電池セル
102 組電池
200 セルコントローラ
207 サーミスタ
210 マルチプレクサ
211 差動増幅器
212 ADコンバータ
213 ロジック部
214 発振回路
215 起動検出部
216 ダイオード
217 通信受信部
218 FF入力部
219 起動出力部
220 通信出力部
221 FF出力部
223 バランシングスイッチ状態検出回路
226 電源部
227 レギュレータ
228 起動回路
238 チャージポンプ部
300 集積回路
400 絶縁素子群
401 高速絶縁素子
402 低速絶縁素子
403、406 コンデンサ
500 バッテリコントローラ
501 総電圧検出回路
502 充放電電流検出回路
503 電流センサ
504 イクロコンピュータ
600、610 リレー
700 インバータ
701 総電圧検出回路
800 モータ
100 battery system 101 single cell 102 assembled battery 200
本発明による電池監視・制御用集積回路は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループと接続されて各単電池セルを監視および制御するものであって、外部から交流信号を入力する信号入力端子と、信号入力端子から入力された交流信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と、直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、を備える。
本発明による電池システムは、複数の単電池セルを直列接続した複数のセルグループと、複数のセルグループの各々とそれぞれ接続されて該セルグループの各単電池セルを監視および制御する複数の電池監視・制御用集積回路と、複数の電池監視・制御用集積回路を制御するバッテリコントローラと、を備え、複数の電池監視・制御用集積回路は、所定の通信順序に応じてコンデンサを介して互いに接続されており、複数の電池監視・制御用集積回路の各々は、バッテリコントローラまたは上位の通信順序の電池監視・制御用集積回路から入力される交流信号を入力する信号入力端子と、信号入力端子から入力された交流信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と、直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、を備える。
A battery monitoring / controlling integrated circuit according to the present invention is connected to a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series to monitor and control each unit cell, and is a signal input for inputting an AC signal from the outside. comprising terminal and a DC signal generating circuit for generating a DC signal based on the AC signal input from the signal input terminal, an activation detector for starting the the battery monitoring and control integrated circuit detects the DC signal, the .
A battery system according to the present invention includes a plurality of cell groups in which a plurality of single battery cells are connected in series, and a plurality of battery monitors that are connected to each of the plurality of cell groups and monitor and control each single battery cell of the cell group. A control integrated circuit and a battery controller that controls the plurality of battery monitoring / control integrated circuits are provided, and the plurality of battery monitoring / control integrated circuits are connected to each other via a capacitor according to a predetermined communication order. Each of the plurality of integrated circuits for battery monitoring / control includes a signal input terminal for inputting an AC signal input from the battery controller or the integrated circuit for battery monitoring / control in the upper communication order, and a signal input terminal. a DC signal generating circuit for generating a DC signal based on the input AC signal, activates the the battery monitoring and control integrated circuit by detecting a DC signal It includes a motion detecting unit.
Claims (8)
外部から入力される交流起動信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と接続するための第1の起動入力端子と、
前記直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、
該電池監視・制御用集積回路の起動後に、前記交流起動信号を外部へ出力する起動出力部と、を備える電池監視・制御用集積回路。 A battery monitoring / controlling integrated circuit connected to a cell group in which a plurality of unit cells are connected in series to monitor and control each unit cell,
A first activation input terminal for connecting to a DC signal generation circuit that generates a DC signal based on an AC activation signal input from the outside;
An activation detector for detecting the DC signal and activating the battery monitoring / control integrated circuit;
A battery monitoring / controlling integrated circuit comprising: an activation output unit that outputs the AC activation signal to the outside after activation of the battery monitoring / controlling integrated circuit.
前記直流信号生成回路は、倍電圧整流回路である電池監視・制御用集積回路。 The battery monitoring / control integrated circuit according to claim 1,
The DC signal generation circuit is a battery monitoring / controlling integrated circuit which is a voltage doubler rectifier circuit.
前記倍電圧整流回路は、該電池監視・制御用集積回路に内蔵された整流素子を有する電池監視・制御用集積回路。 The integrated circuit for battery monitoring and control according to claim 2,
The voltage doubler rectifier circuit is a battery monitoring / controlling integrated circuit having a rectifying element built in the battery monitoring / controlling integrated circuit.
外部から入力される直流起動信号を入力するための第2の起動入力端子をさらに備え、
前記第2の起動入力端子に入力された前記直流起動信号は、前記直流信号生成回路を介さずに前記起動検出部に入力される電池監視・制御用集積回路。 The battery monitoring / control integrated circuit according to any one of claims 1 to 3,
A second activation input terminal for inputting a DC activation signal input from the outside;
The battery monitoring / control integrated circuit in which the DC activation signal input to the second activation input terminal is input to the activation detection unit without passing through the DC signal generation circuit.
前記複数のセルグループの各々とそれぞれ接続されて該セルグループの各単電池セルを監視および制御する複数の電池監視・制御用集積回路と、
前記複数の電池監視・制御用集積回路を制御するバッテリコントローラと、を備え、
前記複数の電池監視・制御用集積回路は、所定の通信順序に応じてコンデンサを介して互いに接続されており、
前記複数の電池監視・制御用集積回路の各々は、
前記バッテリコントローラまたは上位の通信順序の電池監視・制御用集積回路から入力される交流起動信号に基づいて直流信号を生成する直流信号生成回路と接続するための第1の起動入力端子と、
前記直流信号を検出して該電池監視・制御用集積回路を起動させる起動検出部と、
該電池監視・制御用集積回路の起動後に、前記交流起動信号を下位の通信順序の電池監視・制御用集積回路または前記バッテリコントローラへ出力する起動出力部と、を備える電池システム。 A plurality of cell groups in which a plurality of unit cells are connected in series;
A plurality of battery monitoring / controlling integrated circuits connected to each of the plurality of cell groups to monitor and control each unit cell of the cell group;
A battery controller for controlling the plurality of battery monitoring / control integrated circuits, and
The plurality of battery monitoring / controlling integrated circuits are connected to each other via a capacitor according to a predetermined communication order,
Each of the plurality of battery monitoring / controlling integrated circuits includes:
A first activation input terminal for connection with a DC signal generation circuit that generates a DC signal based on an AC activation signal input from the battery controller or an integrated circuit for battery monitoring and control in a higher order communication sequence;
An activation detector for detecting the DC signal and activating the battery monitoring / control integrated circuit;
A battery system comprising: an activation output unit that outputs the AC activation signal to the battery monitoring / controlling integrated circuit in the lower communication order or the battery controller after activation of the battery monitoring / controlling integrated circuit.
前記直流信号生成回路は、倍電圧整流回路である電池システム。 The battery system according to claim 5, wherein
The DC signal generation circuit is a battery system which is a voltage doubler rectifier circuit.
前記倍電圧整流回路は、該電池監視・制御用集積回路に内蔵された整流素子を有する電池システム。 The battery system according to claim 6,
The voltage doubler rectifier circuit is a battery system having a rectifier element built in the battery monitoring / controlling integrated circuit.
前記複数の電池監視・制御用集積回路の各々は、前記バッテリコントローラから入力される直流起動信号を入力するための第2の起動入力端子をさらに備え、
前記第2の起動入力端子に入力された前記直流起動信号は、前記直流信号生成回路を介さずに前記起動検出部に入力される電池システム。 The battery system according to any one of claims 5 to 7,
Each of the plurality of battery monitoring / controlling integrated circuits further includes a second activation input terminal for inputting a DC activation signal input from the battery controller,
The battery system in which the DC activation signal input to the second activation input terminal is input to the activation detection unit without passing through the DC signal generation circuit.
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