JP6675339B2 - Battery control device - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電池制御装置に関する。   The present invention relates to a storage battery control device.

電気自動車およびハイブリッド型自動車においては、リチウム単電池等の二次電池セル
（単電池）を直列または直並列に複数個接続した組電池を、更に複数個直列または直並列
に接続した電池モジュールを使用している。またこの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が、これらの電池モジュールを制御する電池制御装置とともに蓄電
装置として使用されている。 In electric vehicles and hybrid vehicles, a battery module is used in which a plurality of rechargeable battery cells (unit cells) such as lithium cells are connected in series or in series / parallel, and a plurality of batteries are connected in series or in series / parallel. doing. A plurality of battery modules connected in series or in series / parallel are used as a power storage device together with a battery control device that controls these battery modules.

直列に多数接続された二次電池セルとこれらの電池の電圧を検出するための制御装置とを接続（活線接続）する場合に、内蔵された集積回路に大電流が流れないような工夫が必要である。   When connecting a large number of secondary battery cells connected in series to a control device for detecting the voltage of these batteries (hot-line connection), a device is designed to prevent a large current from flowing through the built-in integrated circuit. is necessary.

例えば特許文献１では、複数の二次電池を直並列に接続した電池パック（組電池）を制御装置に接続する際、コネクタを渡って電流が流れないように同一電位となるピンをコネクタ間で分けている。   For example, in Patent Document 1, when a battery pack (assembled battery) in which a plurality of secondary batteries are connected in series / parallel is connected to a control device, pins having the same potential are connected between the connectors so that no current flows across the connectors. Divided.

特許文献２には、組電池とセルコントローラＩＣ（集積回路）を接続する活線接続の際
に、セルコントローラＩＣの電源に並列に挿入されているコンデンサを通して流れる電流を制限するため、セルコントローラＩＣの電源ピンに並列に挿入されるバイパスコンデンサに電流制限素子を挿入し、活線接続終了後に電流制限素子に並列に設けられたスイッチを閉成し、電流制限素子を短絡する回路が設けられている。 Patent Document 2 discloses a cell controller IC for limiting a current flowing through a capacitor inserted in parallel with a power supply of a cell controller IC when a live battery is connected to a cell controller IC (integrated circuit). A current limiting element is inserted into a bypass capacitor inserted in parallel with a power supply pin, a switch provided in parallel with the current limiting element is closed after the hot-line connection is completed, and a circuit for short-circuiting the current limiting element is provided. I have.

特開２０１１−２５３７７７JP 2011-253777 A 国際特許公報ＷＯ２０１３／１４０６０５International Patent Publication WO2013 / 140605

特許文献１に記載されている方法は、一本の電圧検出線にピン２本を割り当てることになり、コネクタのピン数が増加となり、コストアップとなるという課題があった。   The method described in Patent Literature 1 has a problem in that two pins are assigned to one voltage detection line, the number of pins of the connector increases, and the cost increases.

特許文献２に記載されている方法は、バイパスコンデンサにスイッチを挿入することになり、外来ノイズの吸収能力が低下し、外来ノイズに弱くなるという課題があった。   The method described in Patent Literature 2 involves inserting a switch in a bypass capacitor, and has a problem that the ability to absorb external noise is reduced and the external noise is weakened.

本発明は上記課題を解決するため、活線接続時の突入電流を制限する素子と活線接続終了後はその電流制限素子を短絡するスイッチを、セルコントローラＩＣのバイパスコンデンサではなく、セルコントローラＩＣの入力信号ラインに設け、セルコントローラＩＣを保護するものである。   In order to solve the above problem, the present invention provides a cell controller IC, not a bypass capacitor of a cell controller IC, and a switch for short-circuiting an inrush current limiting element at the time of hot line connection and a current limiting element after the hot line connection is completed. To protect the cell controller IC.

本発明によれば、蓄電池制御装置への活線接続時のセルコントローラＩＣの保護を行いながら、セルコントローラＩＣの外来ノイズへの耐性を保持し、且つコネクタのピン数も増加させることなく出来る効果がある。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while protecting the cell controller IC at the time of the hot-line connection to a storage battery control apparatus, the effect which can hold | maintain the resistance to the external noise of a cell controller IC, and does not increase the pin number of a connector can be achieved. There is.

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。1 is a block diagram illustrating an outline of a configuration example in a case where the present invention is applied to a drive device of a rotating electric machine for a hybrid vehicle. 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。It is a figure showing the example of composition of the battery control device which is a 1st embodiment by the present invention. 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。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a cell controller included in the battery control device of FIG. 2. 組電池とセルコントローラＩＣの活線接続時の突入電流を説明するための図である。It is a figure for explaining the inrush current at the time of the live connection of an assembled battery and a cell controller IC. 先行技術文献の組電池とセルコントローラＩＣ活線接続時の突入電流制限回路を説明するための図である。It is a figure for explaining the inrush current limiting circuit at the time of connection of a battery pack and a cell controller IC live line of a prior art document. 本発明の蓄電池制御装置の第１の実施形態を示す図である。It is a figure showing a 1st embodiment of a storage battery control device of the present invention.

以下、実施例を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

＜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。一方、強電ラインＨＶ−には、リレーＲｒが接続され、電池ディスコネクトスイッチＳＤが配置される。この電池ディスコネクトスイッチＳＤと電池ディスコネクトユニットＢＵＤとで電池モジュール２０をインバータ装置２２０側と完全に切り離せるようになっている。 <Overall configuration of motor drive device including battery control device>
First, an overall configuration of a drive system including a battery control device according to the present invention and applicable to a rotating electric machine (motor generator) used in an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle will be described with reference to FIG. .
FIG. 1 is a block diagram showing a drive system for a rotating electric machine for a vehicle. 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 are provided. Motor generator 230 is driven by three-phase AC power from 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 higher-level controller for the battery control device 1. Further, inverter device 220 operates based on command information from 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 (unit 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. When 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 between the battery module block 20 and the vehicle at some point, no current flows. With such a configuration, high security can be maintained. Further, even if the operator touches between HV + and HV- during inspection, high voltage is not applied to the human body, so that it is safe.
The power module 226 of the inverter device 220 performs conduction and cutoff operations at high speed and performs power conversion between DC power and AC power. At this time, since a large current is cut off at 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 μF to about 2000 μF is provided between the high-voltage lines HV + and HV− connected to the power module 226. As a result, voltage noise applied to the integrated circuit provided in the battery control device 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. On the other hand, a relay Rr is connected to the high voltage line HV-, and a battery disconnect switch SD is arranged. The battery module 20 can be completely disconnected from the inverter device 220 by the battery disconnect switch SD and the battery disconnect unit BUD.

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、リレーＲｒと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。 When the operation of the inverter device 220 is started, 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. And there is a possibility that the relay RL is fused and damaged due to the large current. In order to solve this problem, the motor control microcomputer (MCU) 222 further changes the relay Rr and 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. After the smoothing capacitor is charged, the relay RL is changed from the open state to the closed state, and the supply of power from the battery module 20 to the inverter device 220 is started. When charging the smoothing capacitor, charging is performed while limiting the maximum current through the resistor Rp. By performing such an operation, the relay circuit can be protected, 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.
Inverter device 220 controls the phase of AC power generated by power module 226 for the rotor of motor generator 230, and causes motor generator 230 to operate as a generator during vehicle braking. That is, regenerative braking control is performed, and the power generated by the generator operation is regenerated to the battery module 20 to charge the battery module 20. When the state of charge of battery module 20 is lower than the reference state, inverter device 220 operates using 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.
On the other hand, when the motor generator 230 is driven by power using the motor as the motor, the MCU 222 controls the driver circuit 224 so as to generate a rotating magnetic field in a 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. 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 direction delayed with respect to the rotation of the rotor of the motor generator 230, and the power module 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 cell constituting the cell group 2. For this purpose, a plurality of battery control ICs (integrated circuits) are provided as the cell controller 11 as described above.
In addition, the case where 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 the above-described cell groups in series or series-parallel in order to obtain a voltage and a current required for an electric vehicle or a hybrid vehicle. Further, a plurality of such battery modules may be connected in series or in series / parallel. The cell controller 11 is provided corresponding to each of these cell groups.

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、４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、図示しない電流センサから入力される組電池から入出力される電流値および、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（ＭＰＵ）１０、セルコントローラＩＣ１１、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、絶縁パルストランス１３、電源回路１６、通信回路１７から構成される。ＭＰＵ１０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、ＭＰＵ１０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へ絶縁パルストランス１３経由で送信する。 FIG. 2 is a diagram illustrating 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. In the first embodiment, four cell groups 2 in which twelve lithium-ion batteries are connected in series are connected in series. DC power of the battery module 20 is supplied to the inverter device 220 (see FIG. 1) from the positive bus bar terminal 7 connected to the positive electrode of the battery module 20 and the negative bus bar terminal 8 connected to the negative electrode.
The battery control device 1 of the assembled battery includes a total voltage of the cell group 2, a cell voltage of the single battery cell included in the cell group 2, a current value input / output from the assembled battery input from a current sensor (not shown), and The temperature of the cell group 2 input from the temperature sensor is detected and transmitted via the communication line 61 to the vehicle controller 6 which is a higher-level controller.
Further, when the voltages of the cells constituting the cell group 2 vary from a predetermined value, the battery control device 1 performs a capacity adjustment process for reducing the variation.
The battery control device 1 of the cell group 2 includes a battery control microcomputer (MPU) 10, a cell controller IC 11, a total voltage measurement circuit 14, a temperature sensor input circuit 15, a current sensor input circuit 16, a start-up circuit section 52, an insulation pulse transformer 13, It comprises a power supply circuit 16 and a communication circuit 17. The MPU 10 collects battery information measured by the measurement circuit in the battery control device 1 and transmits the battery information from the communication circuit 17 to the vehicle controller 6 via the communication line 61. Further, the MPU 10 transmits a capacity adjustment instruction for adjusting the capacity of each of the plurality of unit cells constituting the cell group from the vehicle controller 6 to the cell controller 11 via the insulating pulse transformer 13.

それぞれのセルコントローラＩＣ１１間は差動信号の通信ライン６０２でディジーチェイン接続されており、電池制御マイコン（ＭＰＵ）１０から、通信インターフェイスＩＣ５１へ絶縁パルストランス１３を通して信号が入力される。
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ＭＰＵ１０，通信回路１７にこれらの動作電源となる定電圧を供給する。 The respective cell controller ICs 11 are daisy-chain connected by a communication line 602 for differential signals, and a signal is input from the battery control microcomputer (MPU) 10 to the communication interface IC 51 through the insulating pulse transformer 13.
The power supply circuit 16 starts operating in response to a start signal 62 from the vehicle controller 6, inputs the battery voltage supplied from the battery 5, and supplies the MPU 10 and the communication circuit 17 in the battery control device 1 with these operation power supplies as constant power. Supply voltage.

セルコントローラＩＣ１１は、セルグループ２から電源を供給され、絶縁パルストランス１３を通して入力される起動信号により動作を開始する。また、セルコントローラＩＣ１１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。   The cell controller IC 11 is supplied with power from the cell group 2 and starts operating in response to a start signal input through the insulating pulse transformer 13. The cell controller IC 11 uses the negative electrode potential line 29 of the cell group 2 as a GND reference, and is electrically insulated from the chassis 30 of the vehicle.

次に、図３により、セルコントローラＩＣ１１の内部構成を説明する。
セルコントローラＩＣ１１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、起動回路２７を備えている。
起動回路２７から内部電源回路２６へ起動信号が入力されると、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ＩＣ１１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、差動信号Ｔｘ−ＨとＴｘ−Ｌにより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ＲＢとバランシングスイッチＱＢで構成される。バランシングスイッチＱＢ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ＱＢをＯＮすることにより、単電池セルとバランシング抵抗ＲＢとバランシングスイッチＱＢ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。 Next, the internal configuration of the cell controller IC 11 will be described with reference to FIG.
The cell controller IC 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 start-up circuit 27.
When an activation signal is input from the activation circuit 27 to the internal power supply circuit 26, the internal power supply circuit unit 26 sends the signal 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. These operating power supplies VDD are supplied.
The cell controller IC 11 is connected to a plurality of single cells constituting the cell group 2 by voltage detection lines 213 provided corresponding to the single cells, and the cell voltage of each single cell is input to the multiplexer 22. Is done. According to the control signal from the control block 24, the voltage of the single battery cell selected by the multiplexer is input to the AD converter 23, 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. Then, the communication circuit 25 transmits, to the outside of the IC, battery information of a plurality of unit cells constituting the cell group 2 collected by the differential signals Tx-H and Tx-L.
The discharge circuit unit 21 includes a balancing resistor RB and a balancing switch QB provided corresponding to each of the plurality of single cells constituting the cell group 2. The balancing switch QB is connected between a voltage detection line connected to the positive electrode and a 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. Is turned on, the single battery cell, the balancing resistor RB, and the balancing switch QB constitute a discharge circuit for each single battery cell. The discharging circuit for each single battery cell discharges the single battery cell which needs capacity adjustment, and performs a balancing discharge for equalizing the capacity of the single battery cell in the entire cell group.

＜従来の組電池と蓄電池制御装置の接続構造＞
次に図４を参照して、組電池（セルグループ）と蓄電池制御装置の活線接続における問
題について説明する。 <Connection structure between conventional battery pack and storage battery control device>
Next, with reference to FIG. 4, a description will be given of a problem in live connection between the battery pack (cell group) and the storage battery control device.

図４では、電池モジュールブロック２Ａ、２Ｂと２Ｃが示されている。電池モジュールブロック２Ａにおいて、ＢＣ４８〜ＢＣ３６はリチウム単電池等の単セル電池（電池セル）ＶＳ４８〜ＶＳ３６は各電池の端子電圧を検出する電圧検出線、ＣＮ１は電圧検出線を蓄電池制御装置１に接続するためのコネクタである。コネクタＣＮ１は、電池モジュールブロック２Ａ、２Ｂおよび２Ｃと、これらのセルグループをそれぞれ制御するセルコントローラＩＣ１、ＩＣ２およびＩＣ３に接続するコネクタである。   FIG. 4 shows the battery module blocks 2A, 2B and 2C. In the battery module block 2A, BC48 to BC36 are single cell batteries (battery cells) such as lithium cells, VS48 to VS36 are voltage detection lines for detecting the terminal voltage of each battery, and CN1 is a voltage detection line connected to the storage battery control device 1. Connector for The connector CN1 is a connector that connects to the battery module blocks 2A, 2B, and 2C and the cell controllers IC1, IC2, and IC3 that control these cell groups, respectively.

各々のセルコントローラＩＣの電源入力ＤＣＩＮは、それぞれのセルコントローラＩＣと接続されたセルモジュールの最高電位の電圧検出線と接続されており、セルコントローラＩＣのＧＮＤ側配線はセルグループの最低電位の電圧検出線と接続されている。たとえば、セルコントローラＩＣ１のＤＣＩＮ配線は電圧検出線ＶＳ４８と接続されており、ＧＮＤ側配線は電圧検出線ＶＳ３６と接続されている。     The power input DCIN of each cell controller IC is connected to the highest potential voltage detection line of the cell module connected to each cell controller IC, and the GND side wiring of the cell controller IC is connected to the lowest potential voltage of the cell group. Connected to the detection line. For example, the DCIN wiring of the cell controller IC1 is connected to the voltage detection line VS48, and the GND side wiring is connected to the voltage detection line VS36.

これらのセルコントローラＩＣは各々、ＤＣＩＮ、ＧＮＤＬで示されている電源端子やＧＮＤ端子およびチャージポンプでＤＣＩＮから発生されるセルコントローラＩＣ内高電圧ＨＶ端子間と、放電回路出力端子ＳＷ０〜ＳＷ１２間にＥＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）保護用ダイオードなどを内蔵している。   Each of these cell controller ICs is connected between a power supply terminal or GND terminal indicated by DCIN and GNDL and a high voltage HV terminal in the cell controller IC generated from DCIN by a charge pump, and between discharge circuit output terminals SW0 to SW12. It has a built-in diode for ESD (electrostatic discharge) protection.

Ｃ１Ａ、Ｃ１Ｂ〜Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂは、各セルコントーラＩＣの電圧安定化のためのバイパスコンデンサである。   C1A and C1B to C3A and C3B are bypass capacitors for stabilizing the voltage of each cell controller IC.

組電池と蓄電池制御装置を接続する図４に示した接続構造では、次のような問題がある。
例えば、充電された電池と蓄電池制御装置１を活線接続する場合、一般的なコネクタでは端子の接続する順番を制御できないため、電圧検出線の接続する順番によっては蓄電池制御装置１００内のセルコントローラＩＣ１１内のＥＳＤ保護ダイオードにダイオードの耐量を越えた電流が流れＥＳＤ保護ダイオードを破壊するおそれがある。 The connection structure shown in FIG. 4 for connecting the assembled battery and the storage battery control device has the following problems.
For example, when the charged battery and the storage battery control device 1 are hot-plugged, the order in which the terminals are connected cannot be controlled with a general connector, and therefore, the cell controller in the storage battery control device 100 depends on the connection order of the voltage detection lines. A current exceeding the withstand voltage of the diode may flow through the ESD protection diode in the IC 11 and destroy the ESD protection diode.

セルコントローラＩＣ１１内のＥＳＤ保護ダイオードに過電流が流れるメカニズムについて説明する。   The mechanism by which an overcurrent flows through the ESD protection diode in the cell controller IC 11 will be described.

一例として電圧検出線ＶＳ４７とＶＳ１２が最初に接続され、それ以外の電圧検出線は未接続の場合を仮定する。この場合、図４中の太い破線の矢印で示したように、活線接続時の突入電流は、電圧検出線ＶＳ４７からセルコントローラＩＣ１内のＥＳＤダイオードＤ１、パイパスコンデンサＣ１Ｂを介して電圧検出線ＶＳ３６へ流れる。そこから電流経路は２本に分かれ、一経路は放電抵抗Ｒ２Ｂを通して、ＩＣ２内部のＥＳＤ保護ダイオードＤ２を通してＣ２Ｂから電圧検出線ＶＳ２４へ流れ、もう一経路は電源シリーズ抵抗Ｒ２Ａを通して、逆接保護ダイオードＤ２Ａから、バイパスコンデンサＣ２Ａを通して、電圧検出線ＶＳ２４へ流れ、そこでひとつに合流し、そこからまた二経路に分かれ、一経路は放電抵抗Ｒ４Ｂを通して、ＩＣ３内部のＥＳＤ保護ダイオードＤ３を通してバイパスコンデンサＣ４Ｂを通して電圧検出線ＶＳ１２へ、もう一経路は電源シリーズ抵抗Ｒ３Ａを通して、逆接保護ダイオードＤ３ＡからバイパスコンデンサＣ３Ａを通して電圧検出線ＶＳ１２へ流れる。   As an example, it is assumed that the voltage detection lines VS47 and VS12 are connected first, and the other voltage detection lines are not connected. In this case, as indicated by the thick broken line arrow in FIG. 4, the rush current at the time of live connection is changed from the voltage detection line VS47 to the voltage detection line VS36 via the ESD diode D1 in the cell controller IC1 and the bypass capacitor C1B. Flows to From there, the current path is divided into two, one path flows from the C2B through the ESD protection diode D2 inside the IC2 to the voltage detection line VS24 through the discharge resistor R2B, and the other path from the reverse connection protection diode D2A through the power supply series resistor R2A. , Through the bypass capacitor C2A, to the voltage detection line VS24, where it merges into one, and then into two paths, one path through the discharge resistor R4B, through the ESD protection diode D3 inside the IC3, and through the bypass capacitor C4B. Another path flows to the voltage detection line VS12 through the power supply series resistor R3A, and from the reverse connection protection diode D3A to the voltage detection line VS12 through the bypass capacitor C3A.

突入電流は、バイパスコンデンサＣ１Ａ，Ｃ１Ｂ〜Ｃ３Ａ，Ｃ３Ｂが充電されるにつれ指数関数的に減少していく。
また、突入電流は、放電抵抗，電源シリーズ抵抗の抵抗値、バイパスコンデンサの静電容量および、接続される電池の電圧によりその電流値が変化するが、放電抵抗値はセルの容量調整の要求により最大抵抗値が決まっており、また、電源シリーズ抵抗の抵抗値はセルコントローラＩＣの電源電流値により最大抵抗値が決まっており、突入電流低減のため抵抗値を大きくすることが出来ない。
また、パイパスコンデンサの静電容量もセルコントローラＩＣの電源電圧安定のため最低容量が決まっており、突入電流低減のため、容量を小さくすることが出来ない。 The inrush current decreases exponentially as the bypass capacitors C1A, C1B to C3A, C3B are charged.
The inrush current varies depending on the discharge resistance, the resistance value of the power supply series resistor, the capacitance of the bypass capacitor, and the voltage of the connected battery. Since the maximum resistance value is determined, and the resistance value of the power supply series resistor is determined by the power supply current value of the cell controller IC, the resistance value cannot be increased to reduce the inrush current.
Also, the minimum capacitance of the bypass capacitor is determined for stabilizing the power supply voltage of the cell controller IC, and the capacitance cannot be reduced to reduce the inrush current.

以上より、セルコントローラＩＣ１〜ＩＣ４を搭載した蓄電池制御装置１００を電池モ
ジュール２０、すなわちセルグループ２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ｂ１、２０Ｂ２へ活線接
続する場合、突入電流に対するセルコントローラＩＣの保護がＩＣ外部で必要になる。 As described above, when the storage battery control device 100 equipped with the cell controllers IC1 to IC4 is hot-wired to the battery module 20, that is, the cell groups 20A1, 20A2, 20B1, and 20B2, protection of the cell controller IC against inrush current is required outside the IC. become.

＜先行技術文献２の組電池と蓄電池制御装置の接続構造＞
先行技術文献２では上記の問題を解決するために、活線接続時にセルコントローラＩＣ１１内のＥＳＤダイオードに流れる電流を制限するため、電流が流れるバイパスコンデンサに電流を制限する電流制限素子を挿入すると共に、活線接続終了後は、電流制限素子を短絡する回路を付加し、活線接続時の部品保護と起動後の正常動作を行っている。 <Connection structure of battery pack and storage battery control device of Prior Art Document 2>
In the prior art document 2, in order to solve the above-described problem, in order to limit the current flowing through the ESD diode in the cell controller IC 11 at the time of hot-line connection, a current limiting element for limiting the current is inserted into a bypass capacitor through which the current flows. After the hot-line connection is completed, a circuit for short-circuiting the current limiting element is added to perform component protection at the time of hot-line connection and normal operation after startup.

先行技術文献２に記載の方法では、ノイズ吸収を目的とするバイパスコンデンサに直列にスイッチ機能を持つ素子を挿入することになり、ノイズ吸収能力が低下することになる可能性がある。   In the method described in Prior Art Document 2, an element having a switch function is inserted in series with a bypass capacitor for noise absorption, and the noise absorption capability may be reduced.

バイパスコンデンサのノイズ吸収能力を損なうことなく、活線接続時のセルコントローラＩＣ保護を行う方法を、以下第１の実施形態により説明する。   A method for protecting the cell controller IC at the time of hot-line connection without deteriorating the noise absorbing ability of the bypass capacitor will be described below with reference to the first embodiment.

＜第１の実施形態＞
図６は、本発明の第１の実施形態を示す例である。以下、図４、図５と同一部品には同一番号を付し説明を省略する。 <First embodiment>
FIG. 6 is an example showing the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

本実施形態では、図４に示す比較例と比較して、上記で説明したセルコントローラＩＣ
内のＥＳＤダイオードに過電流が流れる可能性のある電流経路、すなわちセルコントロ
ーラＩＣ１の最上位の放電回路に電流制限素子Ｒ２Ｆおよびこの制限素子を短絡するスイッチＳＷ１が接続されている。 In the present embodiment, the cell controller IC described above is compared with the comparative example shown in FIG.
The current limiting element R2F and the switch SW1 for short-circuiting the limiting element are connected to a current path in which an overcurrent may flow through the ESD diode inside, that is, the uppermost discharge circuit of the cell controller IC1.

このスイッチＳＷ１はセルコントローラＩＣ１がオン状態でない、すなわち起動されて
いない場合にはオフ、すなわち開いており、活線接続時の突入電流は電流制限素子Ｒ２Ｆを流れることになる。この構成により、図４で説明したＥＳＤ保護ダイオードＤ１に活線接続時に流れる電流は制限され、ダイオードが破壊することを防ぐことが出来る。 This switch SW1 is off, that is, open when the cell controller IC1 is not in the on state, that is, not activated, and the rush current at the time of hot line connection flows through the current limiting element R2F. With this configuration, the current flowing when the live line is connected to the ESD protection diode D1 described with reference to FIG. 4 is limited, and the diode can be prevented from being destroyed.

スイッチＳＷ１は、活線接続終了後、セルコントローラＩＣ１１が外部からの起動信号により起動後、セルコントローラＩＣの内部電源から出力される電圧ＶＡＡによりＯＮとなり、電流制限素子Ｒ２Ｆを短絡することになる。スイッチＳＷ１が短絡後は、放電回路に流れる電流は通常通りとなり、放電動作に影響を与えることは無くなることになる。   The switch SW1 is turned on by the voltage VAA output from the internal power supply of the cell controller IC after the cell controller IC11 is activated by an external activation signal after the completion of the live connection, and short-circuits the current limiting element R2F. After the switch SW1 is short-circuited, the current flowing through the discharge circuit becomes normal, and the discharge operation is not affected.

また、以下、本発明の特徴について簡単にまとめる。本発明に記載の蓄電池制御装置では、複数の二次電池セルを接続した組電池を制御し、コネクタを介して前記組電池と電気的に着脱可能に接続され、組電池の電圧を用いて内部電源を供給する電源を有し、組電池の各々の二次電池セルの充放電を監視および制御する少なくとも一つの集積回路と、集積回路の入力信号端子に直列に接続され、組電池と集積回路との電気的な接続時に前記経路に流れる電流を制限する少なくとも一つの電流制限素子と、電流制限素子と並列に設けられ、前記集積回路の内部電源の供給によりオンして前記第１の電流制限素子を短絡する少なくとも一つのスイッチを備え、組電池と前記集積回路とが電気的に接続されるときに、集積回路が起動されておらずに電源から前記内部電源が供給されていない場合は、スイッチがオフすることで充電電流が第１の電流制限素子に流れるようにし、組電池と集積回路とが電気的に接続されて前記集積回路が起動した後に、電源から内部電源が供給されると、スイッチがオンすることで電流制限素子を短絡する。このような構成にすることによって、スイッチＳＷ１が短絡後は、放電回路に流れる電流は通常通りとなり、放電動作に影響を与えることは無くなることになる。   Hereinafter, the features of the present invention will be briefly summarized. In the storage battery control device according to the present invention, the battery pack connected to the plurality of secondary battery cells is controlled, is electrically detachably connected to the battery pack through a connector, and is internally connected using the voltage of the battery pack. At least one integrated circuit having a power supply for supplying power, monitoring and controlling charging and discharging of each secondary battery cell of the assembled battery, and an assembled battery and an integrated circuit connected in series to an input signal terminal of the integrated circuit; At least one current limiting element for limiting a current flowing through the path at the time of electrical connection with the first circuit; When at least one switch for short-circuiting an element is provided, and when the battery pack and the integrated circuit are electrically connected, the integrated circuit is not activated and the internal power is not supplied from the power supply. S When the switch is turned off, the charging current flows to the first current limiting element, and after the battery pack and the integrated circuit are electrically connected and the integrated circuit is started, the internal power is supplied from the power supply. When the switch is turned on, the current limiting element is short-circuited. With this configuration, after the switch SW1 is short-circuited, the current flowing in the discharge circuit becomes normal, and the discharge operation is not affected.

また、本発明に記載の蓄電池制御装置では、電流制限素子が集積回路が接続する組電池のうち最上位のセルに放接続される放電回路に挿入される。   Further, in the storage battery control device according to the present invention, the current limiting element is inserted into the discharge circuit that is connected and disconnected to the highest cell of the assembled battery connected to the integrated circuit.

また、本発明の蓄電池制御装置は、電流制限素子が挿入される放電回路に設定される放電電流設定の抵抗値は、スイッチ回路のインピーダンス分を差し引いた値に設定されることを特徴とする。このような構造にすることによって、より正確な回路構成になり、ダイオードが破壊される事を防ぐことができる。   Further, the storage battery control device of the present invention is characterized in that the resistance value of the discharge current setting set in the discharge circuit in which the current limiting element is inserted is set to a value obtained by subtracting the impedance of the switch circuit. With such a structure, a more accurate circuit configuration can be obtained, and the diode can be prevented from being destroyed.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various designs may be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. Changes can be made. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Further, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.

Claims (2)

複数の二次電池セルを接続した組電池を制御する蓄電池制御装置であって、
コネクタを介して前記組電池と電気的に着脱可能に接続され、前記組電池の電圧を用いて内部電源を供給する電源と、前記組電池の各々の二次電池セルを放電させる放電回路とを有し、前記組電池の各々の二次電池セルの充放電を監視および制御する少なくとも一つの集積回路と、
前記集積回路の入力信号端子に直列に接続され、前記組電池と前記集積回路との電気的な接続時に前記放電回路に流れる電流を制限する少なくとも一つの電流制限素子と、
前記電流制限素子と並列に設けられ、前記集積回路の前記内部電源の供給によりオンして前記電流制限素子を短絡する少なくとも一つのスイッチとを備え、
前記電流制限素子は、前記集積回路が接続する前記組電池のうち最上位のセルに接続される放電回路に挿入され、
前記組電池と前記集積回路とが電気的に接続されるときに、前記集積回路が起動されておらずに前記電源から前記内部電源が供給されていない場合は、前記スイッチがオフすることで前記放電回路に流れる電流が前記電流制限素子に流れるようにし、
前記組電池と前記集積回路とが電気的に接続されて前記集積回路が起動した後に、前記電源から前記内部電源が供給されると、前記スイッチがオンすることで前記電流制限素子を短絡する蓄電池制御装置。 A storage battery control device that controls a battery pack that connects a plurality of secondary battery cells,
A power supply that is electrically detachably connected to the battery pack through a connector, supplies internal power using the voltage of the battery pack, and a discharge circuit that discharges each secondary battery cell of the battery pack. Having, at least one integrated circuit for monitoring and controlling the charging and discharging of each secondary battery cell of the battery pack,
At least one current limiting element that is connected in series to an input signal terminal of the integrated circuit and limits a current flowing through the discharge circuit when the battery pack and the integrated circuit are electrically connected;
Provided in parallel with the front SL current limiting element, and at least one switch to short-circuit the previous SL current limit element is turned on by the supply of the internal power supply of the integrated circuit,
The current limiting element is inserted into a discharge circuit connected to an uppermost cell of the battery pack connected to the integrated circuit,
When the battery pack and the integrated circuit are electrically connected, if the integrated circuit is not activated and the internal power supply is not supplied from the power supply, the switch is turned off so that the switch is turned off. current flowing through the discharge circuit to flow before Symbol current limiting element,
After the integrated circuit and the battery pack and the integrated circuit is electrically connected is activated, the the internal power supply is supplied from the power source, before kissing switch is turned on before SL current limit element by Battery control device to short-circuit. 請求項１に記載の蓄電池制御装置において、前記電流制限素子が挿入される前記放電回路に設定される放電電流設定の抵抗値は、前記スイッチを含むスイッチ回路のインピーダンス分を差し引いた値に設定されることを特徴とする蓄電池制御装置。
In the storage battery control device according to claim 1, the resistance value of the discharge current setting to the current limiting element is set to the discharge circuit to be inserted is set to a value obtained by subtracting the impedance component of the switching circuit including the switch Storage battery control device characterized by the above-mentioned.
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