JP5730401B2 - バッテリシステム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1によるバッテリシステムにおける構成の一例を示す説明図、図2は、図1のバッテリシステムに設けられた電池監視AFEにおける構成の一例を示す説明図、図3は、充電時におけるバッテリセルの電力減少するメカニズムの説明図、図4は、放電(使用)時におけるバッテリセルの電力減少するメカニズムの説明図、図5は、図1のバッテリシステムに設けられたバランス回路における原理を示す説明図、図6は、図5に示したバランス回路における変形例を示した説明図、図7は、図6に示したバランス回路における他の変形例を示した説明図、図8は、図6のバランス回路の他の変形例を示した説明図、図9は、図1のバッテリシステムに設けられたバランス回路の具体的な回路構成の一例を示す説明図、図10は、図9のバランス回路に設けられたDCコンバータにおける一例を示す説明図、図11は、図9のバランス回路に設けられたパルス電圧発生回路における一例を示す説明図、図12は、図9バランス回路に設けられたDC降圧コンバータにおける構成の一例を示す説明図、図13は、図9のDCコンバータと図11のパルス電圧発生回路の一部とを示した概略図、図14は、図13における各部信号のタイミングチャートである。
本実施の形態の概要は、複数の二次電池セル(バッテリセル2a)を直列に接続して構成されたバッテリ(バッテリ2)と、該バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部(バランス回路4、MCU5、電池監視AFE6)とを有したバッテリシステム(バッテリシステム1)に適用される。
本実施の形態1において、バッテリシステム1は、例えば、EVやHEVなどの自動車に搭載される電源システムである。バッテリシステム1は、図1に示すように、バッテリ2、電池制御部3、およびバランス回路4から構成されている。
図2は、電池監視AFE6における構成の一例を示す説明図である。
バッテリシステム1における動作例について説明する。
バッテリセルのセル電圧を揃える(セルバランス)理由について説明する。
図5は、バッテリシステム1に設けられたバランス回路4における原理を示す説明図である。
図9は、バランス回路4の具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
DC降圧コンバータ32は、図12に示したように、フォーワードコンバータからなる。制御端子REMOTEを介してMCU5からの制御信号が入力されると、PWM制御部34が動作を行い、PWM信号が出力される。PWM信号に基づいて、トランジスタT6がオン(導通)すると、ダイオードD8に順方向バイアスがかかり、電流がインダクタL3に向かって流れ、該インダクタL3、C2に電気エネルギが蓄積されると同時にVCCに負荷電流を供給する。
以下、DCコンバータ30の動作について、図13の説明図、および図14のタイミングチャートを用いて説明する。
図15は、本発明の実施の形態2によるバランス回路に設けられたDCコンバータの一例を示す説明図である。
図16は、本発明の実施の形態3によるバランス回路に設けられたDCコンバータの構成の一例を示す説明図である。
図17は、本発明の実施の形態4によるバッテリシステムの具体的な回路構成の一例を示す説明図、図18は、図17の変形例を示す説明図である。
本実施の形態4では、バッテリシステム1の具体的な回路構成の一例を図17に示す。基本的な構成は、前記実施の形態1の図1と同様であるので、図17に示すバッテリシステム1の特徴的な点のみを以下に挙げる。
図18は、本発明の実施の形態5によるバッテリシステムの具体的な回路構成の一例を示す説明図である。
本実施の形態の概要は、複数の二次電池セル(バッテリセル2a)を直列に接続して構成されたバッテリ(バッテリ2)と、該バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部(バランス回路4、MCU5、電池監視AFE6)とを有するバッテリシステム(バッテリシステム1)に適用される。
2 バッテリ
2a バッテリセル
2b バッテリセル組
3 電池制御部
4 バランス回路
5 MCU
6 電池監視AFE
7 モータ制御部
8 DC電源
9 ECU
10 CANトランシーバ/レシーバ
11 CANトランシーバ/レシーバ
12 SPI
13 CPU
14 CANインタフェース
15 メモリ
16 アナログマルチプレクサ
17 A/D変換器
18 SPI
19 SPI
20 レジスタ群
21 レベルシフタ
22 レベルシフタ
23 放電制御部
23a 充電制御信号出力部
24 レギュレータ
25 DCコンバータ
26 スイッチング素子
27 トランス
27a トランス
28 DC/ACコンバータ
29 DC/DCコンバータ
30 DCコンバータ
31 パルス電圧発生部
31a パルス電圧発生回路
31b パルス信号発生回路
32 DC降圧コンバータ
33 トランス
34 PWM制御部
35 トランス
M モータ
Bc CANバス
OP1 オペアンプ
C1 コンデンサC2
D1 ダイオード D2D3D6D8D10
L1 インダクタ
L2 可飽和インダクタ
L3 インダクタ
REG レジスタ
R1〜R6 抵抗
R20 抵抗
Rr 抵抗
T1〜T3 トランジスタ
T6〜T10 トランジスタ
T20〜T23 トランジスタ
CE1〜CE4 バッテリセル
B1 バッファ
PC1 フォトカプラ
PC2 フォトカプラ
INV1 インバータ
ZD1 ツェナーダイオード
DI デジタルアソレータ
Claims (14)
- 複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有するバッテリシステムであって、
前記バッテリ制御部は、
前記二次電池セルを監視する電池監視部と、
前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、
前記セルバランス回路は、
前記バッテリから供給される第1の電源電圧を降圧した第2の電源電圧が供給され、前記第2の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、
前記二次電池セルにそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、前記二次電池セルに充電する充電電圧を生成する第1のDCコンバータとを有し、
前記電池監視部は、
充電を行う二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、前記二次電池セルが接続されている第1のDCコンバータに対して動作制御信号を出力し、
前記第1のDCコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフォーワードコンバータからなり、前記動作制御信号に基づいて動作し、前記二次電池セルに充電することを特徴とするバッテリシステム。 - 複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有するバッテリシステムであって、
前記バッテリ制御部は、
前記二次電池セルを監視する電池監視部と、
前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、
前記セルバランス回路は、
前記バッテリから供給される第1の電源電圧を降圧した第2の電源電圧が供給され、前記第2の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、
前記二次電池セルにそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、前記二次電池セルに充電する充電電圧を生成する第1のDCコンバータとを有し、
前記電池監視部は、
充電を行う二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、前記二次電池セルが接続されている第1のDCコンバータに対して動作制御信号を出力し、
前記第1のDCコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフライバックコンバータからなり、前記動作制御信号に基づいて動作し、前記二次電池セルに充電することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項1記載のバッテリシステムにおいて、
前記パルス発生回路は、
スイッチング信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチング素子と、
一次巻き線側に接続された前記スイッチング素子のオン/オフ動作に伴い、二次巻き線側にエネルギを伝達し、前記パルス信号を発生させるトランスとを有し、
前記トランスは、
前記第1のDCコンバータと同じ数の二次巻き線を有することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項1記載のバッテリシステムにおいて、
さらに、前記バッテリから供給される第1の電源電圧を降圧し、前記パルス発生回路に供給する第2の電源電圧を生成する第2のDCコンバータを有することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項1記載のバッテリシステムにおいて、
前記電池監視部は、
充電を行う前記二次電池セルを特定する充電セル特定情報を格納する特定情報格納部を有し、
前記電池監視部は、
前記充電制御信号に基づいて、前記特定情報格納部に格納された充電セル特定情報を検索し、充電を行う前記二次電池セルを特定して前記動作制御信号を出力することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項5記載のバッテリシステムにおいて、
前記バッテリシステムは、
通信バスを介して前記バッテリ制御部と接続され、
前記電池監視部に入力される前記充電制御信号は、
前記通信バスを介して前記バッテリ制御部から出力される信号であることを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項6記載のバッテリシステムにおいて、
前記通信バスの通信プロトコルインタフェースは、
CANであることを特徴とするバッテリシステム。 - 複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有するバッテリシステムであって、
前記バッテリ制御部は、
前記二次電池セルを監視する電池監視部と、
前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、
前記セルバランス回路は、
前記バッテリから供給される第1の電源電圧を降圧した第2の電源電圧が供給され、前記第2の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、
直列接続された任意の数の前記二次電池セルにおける最高電位の電極と最低電位の電極との間にそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、任意の数の前記二次電池セルを纏めて充電する充電電圧を生成する第1のDCコンバータとを有し、
前記電池監視部は、
充電を行う任意の数の前記二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、任意の数の前記二次電池セルが接続されている第1のDCコンバータに対して動作制御信号を出力し、
前記第1のDCコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフォーワードコンバータからなり、前記動作制御信号に基づいて動作し、任意の数の前記二次電池セルに充電することを特徴とするバッテリシステム。 - 複数の二次電池セルを直列に接続して構成されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御部とを有するバッテリシステムであって、
前記バッテリ制御部は、
前記二次電池セルを監視する電池監視部と、
前記バッテリのセルバランス制御を行うセルバランス回路とを有し、
前記セルバランス回路は、
前記バッテリから供給される第1の電源電圧を降圧した第2の電源電圧が供給され、前記第2の電源電圧から任意の周期のパルス信号を生成するパルス発生回路と、
直列接続された任意の数の前記二次電池セルにおける最高電位の電極と最低電位の電極との間にそれぞれ接続され、前記パルス発生回路が生成したパルス信号に基づいて、任意の数の前記二次電池セルを纏めて充電する充電電圧を生成する第1のDCコンバータとを有し、
前記電池監視部は、
充電を行う任意の数の前記二次電池セルを選択する充電制御信号に基づいて、充電を行う前記二次電池セルを特定し、任意の数の前記二次電池セルが接続されている第1のDCコンバータに対して動作制御信号を出力し、
前記第1のDCコンバータは、
可飽和インダクタを有し、前記可飽和インダクタによってスイッチング用のトランジスタの動作制御を行うことにより、前記二次電池セルを充電する電圧を生成するマグアンプ式のフライバックコンバータからなり、前記動作制御信号に基づいて動作し、任意の数の前記二次電池セルに充電することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項8記載のバッテリシステムにおいて、
前記パルス発生回路は、
スイッチング信号に基づいて、スイッチングを行うスイッチング素子と、
一次巻き線側に接続された前記スイッチング素子のオン/オフ動作に伴い、二次巻き線側にエネルギを伝達し、前記パルス信号を発生させるトランスとを有し、
前記トランスは、
前記第1のDCコンバータと同じ数の二次巻き線を有することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項8記載のバッテリシステムにおいて、
さらに、前記バッテリから供給される第1の電源電圧を降圧し、前記パルス発生回路に供給する第2の電源電圧を生成する第2のDCコンバータを有することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項8記載のバッテリシステムにおいて、
前記電池監視部は、
充電を行う前記二次電池セルを特定する充電セル特定情報を格納する特定情報格納部を有し、
前記電池監視部は、
前記充電制御信号に基づいて、前記特定情報格納部に格納された充電セル特定情報を検索し、充電を行う前記二次電池セルを特定して前記動作制御信号を出力することを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項12記載のバッテリシステムにおいて、
前記バッテリシステムは、
通信バスを介して前記バッテリ制御部と接続され、
前記電池監視部に入力される前記充電制御信号は、
前記通信バスを介して前記バッテリ制御部から出力される信号であることを特徴とするバッテリシステム。 - 請求項13記載のバッテリシステムにおいて、
前記通信バスの通信プロトコルインタフェースは、
CANであることを特徴とするバッテリシステム。
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