JP2007151256A

JP2007151256A - バッテリの管理装置

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Publication number: JP2007151256A
Application number: JP2005340052A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishikawa; 聡石川; Hajime Okamoto; 肇岡本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-25
Also published as: JP4370297B2; US7443138B2; US20070120529A1

Abstract

【課題】低圧バッテリＢ_Lのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができるバッテリの管理装置を提供する。
【解決手段】充放電電流検出回路１１が、低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作すると共に高圧バッテリＢ_Hに流れる充放電電流を検出する。温度検出回路１２が、低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作すると共に高圧バッテリＢ_Hのバッテリ温度を検出する。低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を受けて動作する低圧系ＣＰＵ３０が、イグニッションオフ後に充放電電流検出回路１１及び温度検出回路１２に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を遮断した後、均等化装置２０の制御が開始される。均等化装置２０が、均等化命令に応じて高圧バッテリＢ_Hを構成する各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧の均等化を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリの管理装置に係り、特に、車載高圧バッテリを構成する互いに直列接続された複数の単位セルの両端電圧の均等化を行う均等化手段と、車載高圧バッテリよりも供給電圧が低い車載低圧バッテリからの電源供給を受けて動作すると共に均等化手段に対して均等化命令を出力する低圧系制御手段とを備えたバッテリの管理装置に関するものである。

近年、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車が普及してきている。このハイブリッド自動車は、上記エンジン始動用の１２Ｖ程度の車載低圧バッテリ（以下低圧バッテリ）と、上記電動モータ駆動用の車載高圧バッテリ（以下高圧バッテリ）との２種類のバッテリを備えている。上述した高圧バッテリは、ニッケル−水素電池やリチウム電池といった二次電池を単位セルとして、この単位セルを複数直列接続して高電圧を得ている。

上述した高圧バッテリは充放電を繰り返すうちに各単位セルの両端電圧、即ち充電状態（ＳＯＣ）にばらつきが生じる。バッテリの充放電にあたっては、各単位セルの耐久性や安全確保の観点より、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も高い単位セルが設定上限ＳＯＣ（又は上限両端電圧値）に到達した時点で充電を禁止し、ＳＯＣ（又は両端電圧）の最も低い単位セルが設定下限ＳＯＣ（又は下限両端電圧値）に到達した時点で放電を禁止する必要がある。従って、各単位セルにＳＯＣのバラツキが生じると、実質上、バッテリの使用可能容量が減少することになる。このため、ＨＥＶにおいては、登坂時にガソリンに対してバッテリエネルギーを補充したり、降坂時にバッテリにエネルギーを回生したりする、いわゆるアシスト・回生が不十分となり、実車動力性能や燃費を低下させることになる。

そこで、複数の単位セルのうち両端電圧が最小となる最小単位セルを抽出し、最小単位セルを除いた単位セルを放電抵抗に接続して、接続した単位セルの両端電圧が最小単位セルの両端電圧となるまでその蓄積電荷を放電させることで、各単位セルの両端電圧のばらつきを解消する放電式の均等化装置が提案されている（例えば特許文献１）。

この他に、キャパシタを介して両端電圧の高い単位セルから両端電圧の低い単位セルに電荷を移動させて、各単位セルの両端電圧のばらつきを解消するチャージポンプ式の均等化装置も提案されている（特許文献２、３）。

また、上述した均等化装置は、イグニッションスイッチがオフの間、即ちエンジンがオフしているときに低圧バッテリからの電源供給を受けて均等化動作を行う。エンジンがオフしている間、低圧バッテリは充電されることがない。また、エンジンがオフの間、低圧バッテリは上記均等化装置以外の他の回路（例えばバッテリの充放電電流を検出する回路やバッテリの温度を検出する回路）にも電源供給を行っている。このため、イグニッションオフ中に低圧バッテリが放電しすぎてしまいバッテリ上がりが生じてしまう。これにより、エンジンが始動できないという問題が発生していた。

そこで、低圧バッテリの電池電圧が低下したとき、均等化動作をストップさせる均等化装置が提案されている（特許文献４）。しかしながら、この場合本来、イグニッションオフの間に行われるべき均等化が行われず、各単位セルの両端電圧のバラツキが解消されないという問題があった。
特開２００２−１９９５１０号公報特開平１０−２２５００５号公報特開２００４−１２０８７１号公報特開２００３−１８９４９０号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、スタータの動作電源となる車載低圧バッテリのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができるバッテリの管理装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、互いに直列接続された複数の単位セルから構成される車載高圧バッテリよりも供給電圧が低い車載低圧バッテリから電源供給を受けて動作し、前記車載高圧バッテリを監視するために前記車載高圧バッテリの状態を検出する状態検出手段と、前記車載高圧バッテリを構成する各単位セルの両端電圧の均等化を行う均等化手段と、前記車載低圧バッテリからの電源供給を受けて動作し、イグニッションスイッチのオフに応じて前記均等化手段の制御を開始する制御手段とを備えたバッテリの管理装置において、前記制御手段は、前記イグニッションオフ後で、かつ前記均等化手段の制御を開始する前に前記状態検出手段に対する前記車載低圧バッテリからの電源供給を遮断することを特徴とするバッテリの管理装置に存する。

請求項１記載の発明によれば、状態検出手段が、車載低圧バッテリから電源供給を受けて動作し、車載高圧バッテリを監視するために車載高圧バッテリの状態を検出する。車載低圧バッテリからの電源供給を受けて動作する制御手段が、イグニッションオフ後に状態検出手段に対する車載低圧バッテリからの電源供給を遮断した後、均等化手段の制御を開始する。均等化手段が、制御手段からの制御を受けて車載高圧バッテリを構成する両端電圧の均等化を行う。

従って、イグニッションオフの間は車載高圧バッテリから電動モータに対する電源供給が行われない。イグニッションオフ後、かつ制御手段が均等化手段の制御を開始する前に状態検出手段に対する車載低圧バッテリからの電源供給を遮断する。これにより、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化手段の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができる。

請求項２記載の発明は、前記均等化手段が、前記車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作することを特徴とする請求項１記載のバッテリの管理装置に存する。

請求項３記載の発明は、車載高圧バッテリを構成する互いに直列接続された複数の単位セルの両端電圧の均等化を行う均等化手段と、前記車載高圧バッテリよりも供給電圧が低い車載低圧バッテリからの電源供給を受けて動作し、イグニッションオフに応じて前記均等化手段の制御を開始する制御手段とを備えたバッテリの管理装置において、前記均等化手段が、前記車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作することを特徴とするバッテリの管理装置に存する。

請求項２及び３記載の発明によれば、均等化手段が車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作する。従って、車載低圧バッテリからの電源供給により均等化手段を動作させる必要がなく、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化手段の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができる。

請求項４記載の発明は、前記均等化手段が、前記単位セルを充電又は放電させる均等化素子と、該均等化素子と前記単位セルを接続させるスイッチ手段と、前記車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作し、前記制御手段からの前記スイッチ手段のオン命令に応じて前記スイッチ手段に対してオン信号を出力するスイッチ制御手段とを有することを特徴とする請求項２又は３記載のバッテリの管理装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、均等化手段において車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作するスイッチ制御手段が、制御手段からのオン命令に応じてスイッチ手段に対してオン信号を出力する。スイッチ手段のオンに応じて単位セルが均等化素子と接続されると、単位セルが放電又は充電されて両端電圧の均等化が実行される。従って、スイッチ手段に対してオン信号を出力するスイッチ制御手段を車載低圧バッテリからの電源供給により動作させる必要がなく、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化手段の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができる。

請求項５記載の発明は、スイッチ制御手段は、前記制御手段からのオン命令に応じて前記スイッチ手段に対してオン信号を出力する高圧系中央演算装置と、前記高圧系中央演算装置及び前記各スイッチ手段間に設けられ、前記高圧系中央演算装置からのオン信号を保持するラッチ回路とを有し、前記高圧系中央演算装置は、前記ラッチ回路に一定時間オン信号を出力した後、スリープモードに移行することを特徴とする請求項４記載のバッテリの管理装置に存する。

請求項５記載の発明によれば、高圧系中央演算装置が、車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作するラッチ回路に一定時間、オン信号を出力した後、スリープモードに移行する。ラッチ回路は高圧系中央演算装置のオン信号の出力停止後もオン信号を保持してスイッチ手段に出力する。スイッチ手段はラッチ回路からのオン信号の出力に応じてオンする。従って、ラッチ回路を設けることにより単位セルと均等化素子とが接続している間、高圧系中央演算装置をスリープモードに移行できる。これにより、高圧系中央演算装置の消費電力、即ち車載高圧バッテリの消費電流を抑えることができる。

請求項６記載の発明は、前記制御手段と前記スイッチ制御手段との間を絶縁した状態で接続する絶縁インタフェースを備え、前記制御手段は、前記絶縁インタフェースを介して前記スイッチ制御手段に対してオン命令を出力してから前記スイッチ手段のオフ命令を出力するまでの間、前記絶縁インタフェースに対する前記車載低圧バッテリからの電源供給を遮断することを特徴とする請求項４又は５記載のバッテリの管理装置に存する。

請求項６記載の発明によれば、絶縁インタフェースが制御手段とスイッチ制御手段との間を絶縁した状態で接続する。制御手段が、絶縁インタフェースを介してスイッチ制御手段に対してオン命令を出力してからスイッチ手段のオフ命令を出力するまでの間、絶縁インタフェースに対する車載低圧バッテリからの電源供給を遮断する。従って、オン命令を出力してからオフ命令を出力するまでの間、制御手段−スイッチ制御手段間での情報の送受信がないことに着目して、絶縁インタフェースに対する車載低圧バッテリからの電源供給を遮断することにより、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができる。

請求項７記載の発明は、前記制御手段によりセットされた時間をカウントするタイマーをさらに備え、前制御手段は、低圧系中央演算装置から構成され、前記均等化手段に対するオン命令の出力と同期して前記単位セルと前記均等化素子との接続時間を前記タイマーにセットしてから前記タイマーによる接続時間のカウントが終了するまでの間、スリープモードに移行することを特徴とする請求項４〜６何れか１項記載のバッテリの管理装置に存する。

請求項７記載の発明によれば、制御手段である低圧系中央演算装置が、均等化手段に対するオン命令の出力と同期して単位セルと均等化素子との接続時間をタイマーにセットしてからタイマーによる接続時間のカウントが終了するまでの間、スリープモードに移行する。従って、単位セルと均等化素子とを接続している間、制御手段をスリープモードに移行させ、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができる。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、イグニッションオフの間は車載高圧バッテリから電動モータに対する電源供給が行われない。イグニッションオフ後、かつ制御手段が均等化手段の制御を開始する前に状態検出手段に対する車載低圧バッテリからの電源供給を遮断する。これにより、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化手段の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができるので、スタータの動作電源となる車載低圧バッテリのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

請求項２及び３記載の発明によれば、車載低圧バッテリからの電源供給により均等化手段を動作させる必要がなく、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化手段の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができるので、スタータの動作電源となる車載低圧バッテリのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、スイッチ手段に対してオン信号を出力するスイッチ制御手段を車載低圧バッテリからの電源供給により動作させる必要がなく、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化手段の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができるので、スタータの動作電源となる車載低圧バッテリのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、ラッチ回路を設けることにより単位セルと均等化素子とが接続している間、高圧系中央演算装置をスリープモードに移行できる。これにより、高圧系中央演算装置の消費電力、即ち車載高圧バッテリの消費電流を抑えることができるので、車載高圧バッテリのバッテリ上がりを防止することができる。

請求項６記載の発明によれば、オン命令を出力してからオフ命令を出力するまでの間、制御手段−スイッチ制御手段間での情報の送受信がないことに着目して、絶縁インタフェースに対する車載低圧バッテリからの電源供給を遮断することにより、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができるので、スタータの動作電源となる車載低圧バッテリのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

請求項７記載の発明によれば、単位セルと均等化素子とを接続している間、制御手段をスリープモードに移行させ、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に車載低圧バッテリの消費電流を抑えることができるので、スタータの動作電源となる車載低圧バッテリのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のバッテリの管理装置の一実施形態を示す回路図である。図中引用符号Ｂ_Lは低圧バッテリである。低圧バッテリＢ_L（車載低圧バッテリ）は、図１に示すように、例えば一つの二次電池から構成されている。低圧バッテリＢ_Lは、エンジンを始動するスタータＳｔの動作電源として用いられ、その両端にはオルタネータ等が必要に応じて充電器として接続される。

また、図中引用符号Ｂ_Hは高圧バッテリ（車載高圧バッテリ）である。高圧バッテリＢ_Hは、図１に示すように、互いに直列接続された例えば１６個の単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆から構成されている。高圧バッテリＢ_Hの供給電圧は低圧バッテリＢ_Lの供給電圧よりも高い。なお、本発明において高圧バッテリＢ_Hを構成する単位セルの数は、実施形態の１６個に限定されるものではなく、２以上の複数であればよい。

上記高圧バッテリＢ_Hは、エンジンと電動モータ（何れも図示せず）を走行駆動源として併用するハイブリッド自動車において前記電動モータの電源として用いられ、その両端には、上記電動モータが必要に応じて負荷として接続されると共に、オルタネータ等（図示せず）が必要に応じて充電器として接続される。

上述したバッテリ管理装置は、図１に示すように、状態検出装置１０と均等化装置２０と制御手段としての低圧系中央演算装置３０（以下低圧系ＣＰＵ３０と略記）と電圧検出装置４０とから構成されている。状態検出装置１０は、低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作し、高圧バッテリＢ_Hの状態を検出し、検出結果を低圧系ＣＰＵ３０に出力する装置である。

低圧系ＣＰＵ３０は、状態検出装置１０からの検出結果に基づいて高圧バッテリＢ_Hを監視する。均等化装置２０は、高圧バッテリＢ_Hを構成する各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧を均等化する装置である。低圧系ＣＰＵ３０は、低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を受けて動作すると共に均等化装置２０の制御を行う。低圧系ＣＰＵ３０は、イグニッションスイッチＳＷ_IGのオフに応じて均等化装置２０の制御を開始する。

上述した状態検出装置１０は、充放電電流検出回路１１と、温度検出回路１２とから構成されている。充放電電流検出回路１１は、高圧バッテリＢ_Hに流れる充放電電流に応じた電流信号を低圧系ＣＰＵ３０に対して出力する。充放電電流検出回路１１は、例えば、高圧バッテリＢ_Hの充放電電流が流れる電線から発生する充放電電流に応じた磁界を電気信号に変換するホール素子から成る構成が考えられる。また、温度検出回路１２は、高圧バッテリＢ_Hのバッテリ温度に応じた温度信号を低圧系ＣＰＵ３０に対して出力する。温度検出回路１２は、高圧バッテリＢ_H付近に配置された温度センサから成る構成が考えられる。

上述した充放電電流検出回路１１及び温度検出回路１２は、低圧バッテリＢ_Lから定電圧を得る低圧側電源回路５０から電源供給を受けて動作する。即ち、充放電電流検出回路１１及び温度検出回路１２は、低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を受けて動作し、高圧バッテリＢ_Hからは絶縁されている。また、上述した充放電電流検出回路１１及び温度検出回路１２と低圧側電源回路５０との間には、遮断スイッチＳｃ₁が設けられている。この遮断スイッチＳｃ₁は低圧系ＣＰＵ３０によってオンオフが制御される。遮断スイッチＳｃ₁をオフにすると、充放電電流検出回路１１及び温度検出回路１２に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給が遮断される。

また、上述した均等化装置２０は、上記単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆と放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆とを接続して単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の蓄積電荷を放電させ、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧を均等化する。なお、本実施形態において各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆は各々互いに直列接続された例えば２つの二次電池から構成されている。また放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆の抵抗値は全て等しく設けられている。

上述した均等化装置２０は、均等化素子としての放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆（均等化素子）と、スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆と、スイッチ制御手段としてのスイッチ制御回路２１とを備えている。放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆は、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆と各々並列に接続され、単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆が接続されると単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆を放電させる。スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆は、該放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆と直列に接続され、この放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆と単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆とを接続させる。以上の構成によれば、任意のスイッチＳｄ_nをオンすると、単位セルＢ_nの両端が放電抵抗Ｒｄ_nに接続され、単位セルＢ_nの蓄積電荷が放電される。上述したスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆は常閉のスイッチであり、ラッチ回路２１ｂからＨレベルのオン信号が出力されるとオンする。

また、スイッチ制御回路２１は、低圧系ＣＰＵ３０の制御に応じて各スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対してオン信号を出力する中央演算装置としての高圧系ＣＰＵ２１ａと、高圧系ＣＰＵ２１ａ及び各スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆間に設けられ、高圧系ＣＰＵ２１ａからのオン信号を保持するラッチ回路２１ｂとを備えている。ラッチ回路２１ｂは、上述した各スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対応して各々設けられている。即ち、ラッチ回路２１ｂは、上述した各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆に対応して各々設けられている。

ラッチ回路２１ｂは、図示しないリセット端子に高圧系ＣＰＵ２１ａからリセット信号が供給されると、上記オン信号の出力を停止する。即ち、ラッチ回路２１ｂは、高圧系ＣＰＵ２１ａからオン信号が出力されてからリセット信号が出力されるまでの間、スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対するオン信号の出力を保持する。

上述したラッチ回路２１ｂ及び高圧系ＣＰＵ２１ａは、高圧バッテリＢ_Hから定電圧を得る高圧側電源回路６０から電源供給を受けて動作し、低圧バッテリＢ_Lからは絶縁されている。また、上述したラッチ回路２１ｂと高圧側電源回路６０との間には、遮断スイッチＳｃ₂が設けられている。この遮断スイッチＳｃ₂は高圧系ＣＰＵ２１ａによってオンオフが制御される。遮断スイッチＳｃ₂をオフにすると、ラッチ回路２１ｂに対する高圧バッテリＢ_Hからの電源供給が遮断される。

また、引用符号７０は、タイマーである。タイマー７０は、低圧系ＣＰＵ３０によってセットされた後述する放電時間（＝接続時間）をカウントする。タイマー７０は、低圧側電源回路５０からの電源供給を受けて動作する。上述したタイマー７０と低圧側電源回路５０との間には、遮断スイッチＳｃ₃が設けられている。この遮断スイッチＳｃ₃は低圧系ＣＰＵ３０によってオンオフが制御される。

また、バッテリの管理装置は、絶縁インタフェース８０を備えている。絶縁インタフェース８０は、低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受ける低圧系ＣＰＵ３０と、高圧バッテリＢ_Hから電源供給を受ける高圧系ＣＰＵ２１ａとを電気的に絶縁した状態で結合するものである。即ち、低圧系ＣＰＵ３０及び高圧系ＣＰＵ２１ａは、絶縁インタフェース８０によって互いに絶縁した状態で情報の送受信を行うことができる。絶縁インタフェース８０としては、例えば発光素子及び受光素子から成るフォトカプラといった光を媒体にしたものや、磁気カプラといった磁気を媒体にしたものが公知である。

絶縁インタフェース８０は、低圧側電源回路５０からの電源供給を受けて動作する図示しない低圧部と、高圧側電源回路６０からの電源供給を受けて動作する図示しない高圧部とを有している。当然低圧部と高圧部とは絶縁されている。また、低圧側電源回路５０と図示しない低圧部との間には遮断スイッチＳｃ₄が設けられている。この遮断スイッチＳｃ₄は低圧系ＣＰＵ３０によってオンオフが制御される。遮断スイッチＳｃ₄がオフすると、絶縁インタフェース８０の低圧部に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給が遮断される。上述した低圧系ＣＰＵ３０はバッテリ管理装置全体を制御する。即ち、高圧系ＣＰＵ２１ａは、低圧系ＣＰＵ３０からの命令を受けて均等化装置２０を制御する。

また、電圧検出装置４０は、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧を検出する装置である。電圧検出装置４０は、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆と並列接続され、それぞれの両端電圧に応じた電圧検出信号を高圧系ＣＰＵ２１ａに対して出力する電圧センサＶ₁〜Ｖ₁₆を備えている。電圧センサＶ₁〜Ｖ₁₆は例えば差動増幅器などから構成されている。電圧センサＶ₁〜Ｖ₁₆は、高圧側電源回路６０からの電源供給を受けて動作して電圧検出信号を出力する。

また、高圧側電源回路６０と電圧センサＶ₁〜Ｖ₁₆との間には遮断スイッチＳｃ₅が設けられている。この遮断スイッチＳｃ₅は高圧系ＣＰＵ２１ａによってオンオフが制御される。遮断スイッチＳｃ₅がオフすると、電圧センサＶ₁〜Ｖ₁₆に対する高圧バッテリＢ_Hからの電源供給が遮断される。

上述した構成のバッテリ管理装置の動作を図２に示す低圧系ＣＰＵ３０の均等化処理手順を示すフローチャートを参照して以下説明する。まず、低圧系ＣＰＵ３０は、イグニッションスイッチＳＷ_IGのオフに応じて均等化処理を開始する。

まず、低圧系ＣＰＵ３０は、遮断スイッチＳｃ₁をオフして、低圧バッテリＢ_Lからの充放電電流検出回路１１、温度検出回路１２に対する電源供給を遮断する（ステップＳ１）。これにより、イグニッションスイッチＳＷ_IGオフ後、かつ均等化装置２０のスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆にオフ命令を送信する前に、即ち均等化装置２０の制御を介しする前に充放電電流検出回路１１、温度検出回路１２に対する電源供給を遮断することができる。即ち、充電を受けることがないイグニッションスイッチＳＷ_IGオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に低圧バッテリＢ_Lの消費電流を抑えることができ、スタータＳｔの動作電源となる低圧バッテリＢ_Lのバッテリ上がりを防止することができる。次に、低圧系ＣＰＵ３０は、イグニッションスイッチＳＷ_IGオフ後、高圧バッテリＢ_Hの電圧が安定するまでの一定時間経過するまで待つ（ステップＳ２）。

低圧系ＣＰＵ３０は、イグニッションスイッチＳＷ_IGオフ後、一定時間経過すると（ステップＳ２でＹ）、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧を検出する電圧検出処理を行う（ステップＳ３）。上記電圧検出処理において低圧系ＣＰＵ３０はまず、単位セルＢ₁の両端電圧を検出する。具体的には低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対し各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧の検出命令を出力する。高圧系ＣＰＵ２１ａは、検出命令に応じて電圧センサＶ₁〜Ｖ₁₆からの電圧検出信号を取り込む。その後、高圧系ＣＰＵ２１ａは、絶縁インタフェース８０を介して低圧系ＣＰＵ３０に対して取り込んだ電圧検出信号を出力する。低圧系ＣＰＵ３０は、高圧系ＣＰＵ２１ａから送られてきた電圧検出信号を各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧として図示しない記憶手段内に記憶する。

次に、低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対して遮断スイッチＳｃ₅のオフ命令を出力する（ステップＳ４）。これに応じて高圧系ＣＰＵ２１ａは、遮断スイッチＳｃ₅をオフして電圧検出装置４０に対する高圧バッテリＢ_Hからの電源供給を遮断する。従って、イグニッションオフの間の高圧バッテリＢ_Hの消費電流も極力抑えられる。

次に、低圧系ＣＰＵ３０は、上記電圧検出処理にて検出した各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧に基づいて各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧にバラツキが生じているか否かを判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５において低圧系ＣＰＵ３０は、例えば、単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆のうち両端電圧が最小となる最小単位セルＢ_minと最大となる最大単位セルＢ_maxとを抽出し、最大単位セルＢ_maxと最小単位セルＢ_minとの両端電圧の差が閾値以上であればバラツキが生じていると判断し、閾値よりも小さければバラツキが生じていないと判断する。低圧系ＣＰＵ３０は、バラツキが生じていると判断したとき（ステップＳ５でＹ）、ステップＳ６の放電時間演算処理に進む。

放電時間演算処理において低圧系ＣＰＵ３０は、まず最小単位セルＢ_minの両端電圧との差が閾値以上の単位セルを抽出する。低圧系ＣＰＵ３０は、抽出単位セルのうち両端電圧が最小の単位セルが最小単位セルＢ_minの両端電圧と等しくなるまでの放電時間を演算する。

上述した放電時間の演算方法について説明する。まず、抽出単位セルのうち両端電圧が最小の単位セルの両端電圧からその単位セルの平衡状態開回路電圧を求め現ＯＣＶとする。次に、最小単位セルＢ_minの両端電圧から最小単位セルＢ_minの平衡状態開回路電圧を求め目標ＯＣＶとする。具体的には、高圧バッテリＢ_Hの状態が平衡状態であれば抽出単位セルのうち両端電圧が最小の単位セルの両端電圧、最小単位セルＢ_minの両端電圧を各々そのまま現ＯＣＶ、目標ＯＣＶとする。平衡状態でなければ抽出単位セルのうち両端電圧が最小の単位セルの両端電圧の時間経過に応じた変化、最小単位セルＢ_minの両端電圧の時間経過に応じた変化から現ＯＣＶ、目標ＯＣＶを推測するか、平衡状態になるまで待つ。

上記求めた現ＯＣＶ及び目標ＯＣＶを下記の式（１）に代入して放電時間（ｈ）を求める。
放電時間（ｈ）＝｛（現ＯＣＶ−目標ＯＣＶ）・満充電容量（Ａｈ）／（満充電電圧−放電終止電圧）｝／放電電流 …（１）
なお、放電電流は現ＯＣＶ／放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆の抵抗値から求める。

例えば、満充電電圧＝４．５Ｖ、放電終止電圧＝３Ｖ、満充電容量＝１Ａｈ、現ＯＣＶ＝３．８Ｖ、目標ＯＣＶ＝３．７Ｖ、放電電流＝０．０５Ａとすると放電時間は式（２）に示すようになる。
放電電流（ｈ）＝｛（３．８Ｖ−３．７Ｖ）・１Ａｈ／（４．５Ｖ−３Ｖ）｝／０．０５Ａ
＝１．３３ｈ …（２）

次に、低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対して、上記放電時間演算処理で抽出した抽出単位セルに対するオン命令を一定時間、出力する（ステップＳ７）。

上述したオン命令を受けて高圧系ＣＰＵ２１ａが、抽出単位セルに対応するラッチ回路２１ｂに対して一定時間、オン信号を出力する。上述した一定時間は上記放電演算処理で演算される放電時間よりも確実に短い時間に予め定められている。

オン信号が出力されたラッチ回路２１ｂは、対応するスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対してオン信号を出力する。ラッチ回路２１ｂは、高圧系ＣＰＵ２１ａからのオン信号が停止しても、スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対するオン信号の出力を保持する。これにより、ラッチ回路２１ｂからオン信号が出力されたスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆がオンする。即ち、上記放電演算処理で抽出された抽出単位セルが対応する放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆と接続され放電を開始する。

一方、低圧系ＣＰＵ３０は、オン命令を出力した後（ステップＳ７）、上記放電時間演算処理にて演算した放電時間をタイマー７０にセットする（ステップＳ８）。これに応じてタイマー７０が放電時間のカウントを開始する。次に、低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対してスリープ命令を出力する（ステップＳ９）。高圧系ＣＰＵ２１ａはスリープ命令を受け取ると通常モードからスリープモードに移行する。ここでスリープモードとは、低圧系ＣＰＵ３０、高圧系ＣＰＵ２１ａの動作クロックを通常モード時の高周波クロックから低周波クロックに切り替えることを言う。

次に、低圧系ＣＰＵ３０は、遮断スイッチＳｃ₄をオフ制御して、絶縁インタフェース８０の低圧部に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を遮断した後（ステップＳ１０）、スリープモードに移行する（ステップＳ１１）。この時点では、充放電電流検出回路１１、温度検出回路１２及び絶縁インタフェース８０の低圧部に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給が遮断される。さらに、低圧系ＣＰＵ３０及び高圧系ＣＰＵ２１ａはスリープモードとなっている。これにより低圧バッテリＢ_L及び高圧バッテリＢ_Hの消費電流を極力抑えることができる。

タイマー７０は、低圧系ＣＰＵ３０にセットされた放電時間のカウントが終了すると低圧系ＣＰＵ３０に対してウエイクアップ信号を出力する。このウエイクアップ信号の出力に応じて（ステップＳ１２でＹ）、低圧系ＣＰＵ３０はスリープモードから通常モードに移行する（ステップＳ１３）。即ち、低圧系ＣＰＵ３０は、動作クロックを低周波クロックから高周波クロックに切り替える。その後、低圧系ＣＰＵ３０は、遮断スイッチＳｃ₄をオン制御して（ステップＳ１４）、絶縁インタフェース８０の低圧部に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を再開させる。

さらに、低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対してウエイクアップ信号を出力する（ステップＳ１５）。このウエイクアップ信号の出力に応じて、高圧系ＣＰＵ２１ａはスリープモードから通常モードに移行する。その後、低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対してオフ命令を出力する（ステップＳ１６）。このオフ命令に応じて高圧系ＣＰＵ２１ａは、ラッチ回路２１ｂのリセット端子に対してリセット信号を出力する。このリセット信号の出力に応じて、ラッチ回路２１ｂはオン命令の出力を停止して、スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆がオフされ、抽出単位セルの放電が停止される。

その後、低圧系ＣＰＵ３０は、高圧系ＣＰＵ２１ａに対して遮断スイッチＳｃ₅のオン命令を出力する（ステップＳ１７）。これにより、高圧系ＣＰＵ２１ａが遮断スイッチＳｃ₅をオン制御して電圧検出装置４０に対して高圧バッテリＢ_Hから電源供給が再開される。低圧系ＣＰＵ３０は、再びステップＳ３に戻り、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧を検出する。低圧系ＣＰＵ３０は、検出した結果、各単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧にバラツキがなければ（ステップＳ５でＮ）、ステップＳ１８に進む。

次に、低圧系ＣＰＵ３０は、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対して、遮断スイッチＳｃ₂のオフ命令を出力し（ステップＳ１８）、遮断スイッチＳｃ₃をオフ制御した後（ステップＳ１９）、高圧系ＣＰＵ２１ａのスリープ命令を出力する（ステップＳ２０）。このオフ命令に応じて高圧系ＣＰＵ２１ａは、遮断スイッチＳｃ₂をオフ制御して、ラッチ回路２１ｂに対する高圧バッテリＢ_Hからの電源供給をオフする。遮断スイッチＳｃ３のオフに応じてタイマー７０に対する低圧系バッテリＢＬからの電源供給が遮断される。また、スリープ命令に応じて高圧系ＣＰＵ２１ａは、スリープモードに移行する。

次に、低圧系ＣＰＵ３０は、遮断スイッチＳｃ₄をオフ制御して、絶縁インタフェース８０の低圧部及びタイマー７０に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を遮断する（ステップＳ２１）。その後、低圧系ＣＰＵ３０は、スリープモードに移行して（ステップＳ２２）、均等化処理を終了する。即ち、均等化が終了した後、タイマー７０、絶縁インタフェース８０の低圧部、ラッチ回路２１ｂに対する電源供給を遮断している。また、低圧系ＣＰＵ３０及び高圧系ＣＰＵ２１ａをスリープモードに移行させている。これにより、均等化終了後、低圧バッテリＢ_L及び高圧バッテリＢ_Hの消費電流を極力小さくすることができる。なお、この状態はイグニッションがオンされるまで継続される。

上述した実施形態によれば、均等化装置２０が、高圧バッテリＢ_Hからの電源供給を受けて動作する。従って、低圧バッテリＢ_Lからの電源供給により均等化装置２０を動作させる必要がない。即ち、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に低圧バッテリＢ_Lの消費電流を抑えることができ、スタータＳｔの動作電源となる低圧バッテリＢ_Lのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

上述した実施形態によれば、低圧系ＣＰＵ３０が均等化装置２０に対して抽出単位セルに対するオン命令を出力する。均等化装置２０において高圧系ＣＰＵ２１ａが、上記オン命令を入力すると抽出単位セルに対応するスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆にオン信号を出力する。スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆のオンに応じて抽出単位セルが放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆と接続されると、抽出単位セルが放電されて両端電圧の均等化が行われる。

従って、高圧系ＣＰＵ２１ａがオン命令に応じてスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対してオン信号を出力するため、低圧系ＣＰＵ３０はオン命令を出力するだけで低圧系ＣＰＵ３０がスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に対して直接オン信号を出力する必要がない。即ち、低圧系ＣＰＵ３０がスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆をオンさせる必要がある間中ずっとオン信号を出力し続ける必要がない。このため、オルタネータ等の充電器から充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に低圧バッテリＢ_Lの消費電流を抑え、スタータＳｔの動作電源となる低圧バッテリＢ_Lのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

また、上述した実施形態によれば、高圧系ＣＰＵ２１ａが、高圧バッテリＢ_Hからの電源供給を受けて動作するラッチ回路２１ｂに一定時間、オン信号を出力した後、スリープモードに移行する。ラッチ回路２１ｂは高圧系ＣＰＵ２１ａのオン信号の出力停止後もオン信号を保持してスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆に出力する。スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆はラッチ回路２１ｂからのオン信号の出力に応じてオンする。従って、ラッチ回路２１ｂを設けることにより抽出単位セルと放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆とが接続している間、高圧系ＣＰＵ２１ａをスリープモードに移行できる。これにより、高圧系ＣＰＵ２１ａの消費電力、即ち高圧バッテリＢ_Hの消費電流を抑えることができるので、高圧バッテリＢ_Hのバッテリ上がりを防止することができる。

また上述した実施形態によれば、絶縁インタフェース８０が低圧系ＣＰＵ３０と高圧系ＣＰＵ２１ａとの間を絶縁した状態で接続する。低圧系ＣＰＵ３０が、絶縁インタフェース８０を介して高圧系ＣＰＵ２１ａに対してオン命令を出力してからオフ命令を出力するまでの間、絶縁インタフェース８０に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を遮断する。従って、絶縁インタフェース８０に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を遮断することにより、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の均等化中に低圧バッテリＢ_Lの消費電流を抑えることができ、より一層低圧バッテリＢ_Lのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

また、上述した実施形態によれば、低圧系ＣＰＵ３０が、単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の放電時間を演算し、均等化命令の出力と同期してタイマー７０に演算した放電時間をセットする。さらに、低圧系ＣＰＵ３０が、放電時間をタイマー７０にセットした後、タイマー７０による放電時間が終了するまでの間、スリープモードに移行する。従って、低圧系ＣＰＵ３０を放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆による放電中、スリープモードに移行させ、充電を受けることがないイグニッションオフ時で、かつ均等化装置２０の動作中に低圧バッテリＢ_Lの消費電流を抑えることができ、より一層低圧バッテリＢ_Lのバッテリ上がりを防止しつつ確実に均等化を行うことができる。

なお、上述した実施形態では、状態検出手段として、放電電流検出回路１１や、温度検出回路１２を例に説明していたが、本発明はこれに限ったものではない。即ち、状態検出手段としては、低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作すると共に高圧バッテリＢ_Hの状態を検出するものであればよい。また、状態検出手段の少なくとも一部が低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作していればよく、状態検出手段全体が低圧バッテリＢ_Lから電源供給を受けて動作していなくてもよい。一部が低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を受けて動作する状態検出手段の場合、その一部に対する低圧バッテリＢ_Lからの電源供給を遮断すればよい。

また、上述した実施形態では、イグニッションスイッチＳＷ_IGがオフして均等化処理が開始されると直ぐに状態検出装置１０に対する電源供給を遮断していたが、本発明はこれに限ったものではない。即ち、状態検出装置１０に対する電源供給を遮断するタイミングはイグニッションスイッチＳＷ_IGがオフしてから均等化装置２０の制御が開始される前、即ちスイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆のオン命令が送信される前であればいつでも良い。図２に示すフローチャートの例では、均等化処理開始後、ステップＳ７で低圧系ＣＰＵ３０が高圧系ＣＰＵ２１ａに対してオン命令を出力するまでの間であればどのタイミングで遮断してもよい。

また、上述した実施形態では、均等化装置２０は、高圧バッテリＢ_Hからの電源供給を受けて動作するスイッチ制御回路２１を備えていたが、本発明はこれに限ったものではない。即ち、スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆をフォトＭＯＳなどの絶縁スイッチで構成し、低圧系ＣＰＵ３０が直接スイッチＳｄ₁〜Ｓｄ₁₆にオン信号を供給するような構成としてもよい。

また、上述した実施形態では、均等化手段として、放電抵抗Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆を有する放電式の均等化装置２０を用いていたが、本発明はこれに限ったものでない。即ち、均等化手段としては、単位セルＢ₁〜Ｂ₁₆の両端電圧の均等化を実施できるものであればよく、例えば、従来で説明したように均等化素子としてコンデンサＣを有するチャージポンプ式の均等化装置２０でもよい。

また、上述した実施形態では、スイッチ制御手段として、高圧系ＣＰＵ２１ａとラッチ回路２１ｂとから構成されるスイッチ制御回路２１を用いたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、スイッチ制御手段をラッチ回路２１ｂのみから構成してもよい。この場合、低圧系ＣＰＵ３０とラッチ回路２１ｂの各々とを絶縁インタフェース８０を介して接続し、低圧系ＣＰＵ３０が直接、ラッチ回路２１ｂを制御できるようにすればよい。

バッテリの管理装置の一実施形態を示す回路図である。図１に示す低圧系ＣＰＵの均等化処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｂ₁〜Ｂ₁₆ 単位セル
Ｂ_H 高圧バッテリ（車載高圧バッテリ）
Ｂ_L 低圧バッテリ（車載低圧バッテリ）
１１充放電電流検出回路（状態検出手段）
１２温度検出回路（状態検出手段）
２１スイッチ制御回路（スイッチ制御手段）
２１ａ高圧系ＣＰＵ（高圧系中央演算装置）
２１ｂラッチ回路
３０低圧系ＣＰＵ（制御手段、低圧系中央演算装置）
７０タイマー
８０絶縁インタフェース
Ｒｄ₁〜Ｒｄ₁₆ 放電抵抗（均等化素子）
Ｓｄ₁〜Ｓｄ₁₆ スイッチ（スイッチ手段）

Claims

互いに直列接続された複数の単位セルから構成される車載高圧バッテリよりも供給電圧が低い車載低圧バッテリから電源供給を受けて動作し、前記車載高圧バッテリを監視するために前記車載高圧バッテリの状態を検出する状態検出手段と、前記車載高圧バッテリを構成する各単位セルの両端電圧の均等化を行う均等化手段と、前記車載低圧バッテリからの電源供給を受けて動作し、イグニッションスイッチのオフに応じて前記均等化手段の制御を開始する制御手段とを備えたバッテリの管理装置において、
前記制御手段は、前記イグニッションオフ後で、かつ前記均等化手段の制御を開始する前に前記状態検出手段に対する前記車載低圧バッテリからの電源供給を遮断することを特徴とするバッテリの管理装置。
前記均等化手段が、前記車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作することを特徴とする請求項１記載のバッテリの管理装置。
車載高圧バッテリを構成する互いに直列接続された複数の単位セルの両端電圧の均等化を行う均等化手段と、前記車載高圧バッテリよりも供給電圧が低い車載低圧バッテリからの電源供給を受けて動作し、イグニッションオフに応じて前記均等化手段の制御を開始する制御手段とを備えたバッテリの管理装置において、
前記均等化手段が、前記車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作することを特徴とするバッテリの管理装置。
前記均等化手段が、前記単位セルを充電又は放電させる均等化素子と、該均等化素子と前記単位セルを接続させるスイッチ手段と、前記車載高圧バッテリからの電源供給を受けて動作し、前記制御手段からの前記スイッチ手段のオン命令に応じて前記スイッチ手段に対してオン信号を出力するスイッチ制御手段とを有することを特徴とする請求項２又は３記載のバッテリの管理装置。
スイッチ制御手段は、前記制御手段からのオン命令に応じて前記スイッチ手段に対してオン信号を出力する高圧系中央演算装置と、前記高圧系中央演算装置及び前記各スイッチ手段間に設けられ、前記高圧系中央演算装置からのオン信号を保持するラッチ回路とを有し、
前記高圧系中央演算装置は、前記ラッチ回路に一定時間オン信号を出力した後、スリープモードに移行することを特徴とする請求項４記載のバッテリの管理装置。
前記制御手段と前記スイッチ制御手段との間を絶縁した状態で接続する絶縁インタフェースを備え、
前記制御手段は、前記絶縁インタフェースを介して前記スイッチ制御手段に対してオン命令を出力してから前記スイッチ手段のオフ命令を出力するまでの間、前記絶縁インタフェースに対する前記車載低圧バッテリからの電源供給を遮断することを特徴とする請求項４又は５記載のバッテリの管理装置。
前記制御手段によりセットされた時間をカウントするタイマーをさらに備え、
前制御手段は、低圧系中央演算装置から構成され、前記均等化手段に対するオン命令の出力と同期して前記単位セルと前記均等化素子との接続時間を前記タイマーにセットしてから前記タイマーによる接続時間のカウントが終了するまでの間、スリープモードに移行することを特徴とする請求項４〜６何れか１項記載のバッテリの管理装置。