JP7412055B2 - 充電制御回路 - Google Patents

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Description

本発明は、充電制御回路に関する。
近年、地球環境への配慮から、内燃機関すなわちエンジンで駆動するエンジン駆動式自動車がモータで駆動する電気自動車に置き換わりつつある。特に、モータを駆動するための電池電源にエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が多く使用されている。
特開2017-225241号公報
多数のリチウムイオン二次電池セルを収容する複数個の電池モジュールを搭載する気自動車の充電制御回路において、過充電防止の対策を施すことが重要な課題である。
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、安全に充電することができる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、充電制御回路であって、充電回路と、前記充電回路に接続される複数の電池モジュールと、を備え、前記電池モジュールは、電池セルと、前記電池セルへの充電電流を可逆的に通電または遮断する第１通電遮断素子と、前記電池セルへの前記充電電流を不可逆的に通電または遮断する第２通電遮断素子と、を備え、前記電池モジュールのうちの少なくとも１つが過充電になった場合に、過充電となった前記電池モジュールの前記第１通電遮断素子を用いて前記充電電流を遮断し、前記第１通電遮断素子による遮断に失敗した場合、全ての前記電池モジュールの前記第２通電遮断素子を用いて充電電流を遮断する。
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
本発明によれば、安全に充電することができる。
本実施形態に係る電池モジュール２の構成の概略を示す回路ブロック図である。 本実施形態に係る充電放電制御回路１００の構成の概略を示す回路ブロック図である。 本実施形態に係る電池モジュール３の構成の概略を示す回路ブロック図である。 本実施形態に係る放電制御回路１０３の構成の概略を示す回路ブロック図である。 本実施形態に係る放電制御回路１０３のメインコントローラ９の制御の概略を示すフローチャート図である。
図１に示すように、電池モジュール２は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直列接続された高電圧定格の電池セル群１Ｈを、その電池セル群１Ｈへの充電電流入力を可逆的に入力または停止する通電遮断素子としての半導体通電遮断素子ＦＥＴ４を介して端子５に接続する。モジュールコントローラすなわち一次保護ＩＣ４は、前記電池セル群１Ｈの電圧、または、前記電池セル群１Ｈの電流、すなわち、シャント抵抗６の両端に現れる電圧を検知して、その検知結果に応じてＦＥＴ４をオンまたはオフに操作し端子５からの充電電流入力の入力または停止を制御する。
図２に示すように、充電制御回路１００は、複数の電池モジュール２を直列接続して電池モジュール２群を構成し、前記電池モジュール２群を充電回路１１へ接続する。充電回路１１は電源入力ケーブル１０を商用電源に接続して交流電圧を入力し所望の直流電圧へ変換し電池モジュール２群へ前記直流電圧を印加しその電池モジュール２群へ充電電流を入力して前記電池モジュール２内の電池セル群１Ｈを充電する。
図３に示すように、電池モジュール３は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直列接続された高電圧定格の電池セル群１Ｈを、その電池セル群１Ｈへの充電電流入力を可逆的に入力または停止する第１通電遮断素子としての半導体通電遮断素子ＦＥＴ６、および、不可逆的に入力または遮断する第２通電遮断素子としての自己溶断型ヒューズＳＣＰ７を直列に介して端子８に接続する。モジュールコントローラすなわち一次保護ＩＣ４は、前記電池セル群１Ｈの電圧、または、前記電池セル群１Ｈの電流、すなわち、シャント抵抗６の両端に現れる電圧を検知して、その検知結果に応じてＦＥＴ６をオンまたはオフに操作し端子８からの充電電流入力の入力または停止を制御する。また、二次保護ＩＣ５は前記一次保護ＩＣ４と独立に駆動し、前記電池セル群１Ｈの電圧を検知して、その検知結果、または、一次保護ＩＣ４からの指示信号９に応じてＦＥＴ１０をオンに操作してＳＣＰ７内のヒータを通電加熱して前記ＳＣＰ７内のヒューズエレメントを自己溶断し不可逆的に充電電流を遮断する。前記二次保護ＩＣ５におけるＳＣＰ７による充電電流遮断のトリガとなる電圧閾値は一次保護ＩＣ４によるＦＥＴ６による充電電流遮断のトリガとなる電圧閾値より高い値に設定し、過充電を二重に保護する仕組みが成立する。特に、不可逆的に通電を遮断するＳＣＰ７を有する電池モジュール３を複数個直列接続するため、前記一次保護としての過充電遮断の失敗に伴うＦＥＴ６の再通電により充電が再開されてさらに過充電されることがなく高い信頼性を確保できる。なお、前記電圧検出対象は、電池セル群１Ｈ、または、前記電池セル群１Ｈの内の少なくとも１個の電池セルのいずれでも良い。
図４に示すように、充電放電制御回路１０３は、複数の電池モジュール３を直列接続して電池モジュール３群を構成し、前記電池モジュール３群を充電回路１１へ接続する。充電回路１１は商電源入力ケーブル１０を商用電源に接続して前記商用電源の交流電圧を入力し所望の直流電圧へ変換し電池モジュール２群へ前記直流電圧を印加し前記電池モジュール３群へ充電電流を入力して電池モジュール３内の電池セル群１Ｈを充電する。メインコントローラ９は後述のフローチャート図に従って制御を行い過充電に対する二重保護を実現する。
前記充電回路１０３のメインコントローラ９の制御について、次に、図５のフローチャート図を用いて説明する。
充電制御回路１０３のメインコントローラ１２は、Ｓｔｅｐ１にて、通信信号４を用いて電池モジュール３群と通信を行い前記電池モジュール３群の内、少なくとも１個の電池モジュール３内の電池セル群１Ｈの電圧が所定電圧１を超えたか否かを検知する。電池セル群１Ｈの電圧が所定電圧１を超えたと判定すると、Ｓｔｅｐ２へ移行し、全ての前記電池モジュール３へＦＥＴ６をオフに操作するように指示し全ての電池モジュール群の充電電流の通電を停止する。メインコントローラ９は、Ｓｔｅｐ３にて、通信信号４を用いて電池モジュール３群と通信を行い前記電池モジュール３群の内、少なくとも１個の電池モジュール３内の電池セル群１Ｈの電圧が所定電圧１よりも高い所定電圧２を超えたか否かを検知する。前記電池セル群１Ｈの電圧が所定電圧２を超えたと判定すると、Ｓｔｅｐ４へ移行し、全ての前記電池モジュール３へＦＥＴ１０をオンに操作してＳＣＰ７を不可逆に遮断するように通信信号４を用いて指示し全ての前記電池モジュール３の充電電流の通電を遮断する。前述のＳｔｅｐ４に至る状態とは、電池モジュール３群の内の少なくとも１個の電池モジュール３の一次保護ＩＣ４がＳｔｅｐ１にて電池セル群１Ｈの過電圧の検知に失敗した状態、または、Ｓｔｅｐ２にて電池モジュール３群の内の全ての電池モジュール３のＦＥＴ６をオフに操作しても前記ＦＥＴ６のショート故障等により充電電流の遮断に失敗し充電が継続した状態のいずれかであり、前記Ｓｔｅｐ３ないしＳｔｅｐ４の制御は、前記Ｓｔｅｐ１ないしＳｔｅｐ２の過充電に対する一次保護の失敗を補う二重保護の役割を果たし、一般に、前記一次保護の失敗の発生確率が低いとは言え、万一発火した場合の被害は甚大であり、リスクアセスメント観点で有効な安全性を実現できる。特に、前記Ｓｔｅｐ３ないしＳｔｅｐ４におけるＳＣＰ７を不可逆的に遮断するための制御を、二次保護ＩＣ５がメインコントローラ９からの通信信号４による指示を前記電池モジュール３内で一次保護ＩＣ４および通信信号９を介して実行する制御、および、二次保護ＩＣ５自身の制御が独立して実行する制御を並列して実行すると一層高い信頼性を確保する目的で好適である。
これらによって、多数のリチウムイオン二次電池セルを搭載する気自動車の充電において、一部の回路故障も想定した過充電に対する二重保護を実現し安全性を向上できる。
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
２ 電池モジュール
３ 電池モジュール
９ メインコントローラ
１１ 充電回路
１００ 充電制御回路
１０３ 充電放電制御回路

Claims (3)

  1. 充電回路と、
    前記充電回路に接続される複数の電池モジュールと、を備え、
    前記電池モジュールは、
    電池セルと、
    前記電池セルへの充電電流を可逆的に通電または遮断する第１通電遮断素子と、
    前記電池セルへの前記充電電流を不可逆的に通電または遮断する第２通電遮断素子と、
    を備え、
    前記電池モジュールのうちの少なくとも１つが過充電になった場合に、過充電となった前記電池モジュールの前記第１通電遮断素子を用いて前記充電電流を遮断し、前記第１通電遮断素子による遮断に失敗した場合、全ての前記電池モジュールの前記第２通電遮断素子を用いて充電電流を遮断する充電制御回路。
  2. 前記第２通電遮断素子による過充電遮断の電圧閾値は、前記第１通電遮断素子による過充電遮断の電圧閾値よりも高い請求項１に記載の充電制御回路。
  3. 前記電池モジュールは、
    前記第１通電遮断素子を制御する第１制御部と、
    前記第２通電遮断素子を制御する第２制御部と、
    を備え、
    前記第２通電遮断素子の制御は、前記第２制御部および前記第１制御部により並列に実行する請求項１または２に記載の充電制御回路。
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