JP2008220074A - 蓄電装置，蓄電池管理制御装置及びモータ駆動装置 - Google Patents

蓄電装置，蓄電池管理制御装置及びモータ駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数のセルコントローラとバッテリーコントローラとが数珠繋ぎのシリアル通信で接続された構成をとるとき、シリアル通信の信頼性を向上させる。
【解決手段】複数のセルコントローラとバッテリーコントローラ３とが、数珠繋ぎのシリアル通信で接続される。バッテリーコントローラ３若しくはセルコントローラは、他のコントローラから入力するデータの通信速度を検出する通信速度検出手段３６と、通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置から入力するデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段３７を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載又は電源用２次電池（蓄電池：リチウム電池）の状態を管理する蓄電装置，蓄電池管理制御装置，蓄電池モジュール用制御装置及びこの蓄電装置を用いたモータ駆動装置に係り、特に、蓄電池を構成する単位電池を管理する複数のセルコントローラと、蓄電池全体を管理するバッテリーコントローラをディジーチェンで接続したものに用いるに好適な蓄電装置，蓄電池管理制御装置及びモータ駆動装置に関する。
ハイブリッド自動車或いは電気自動車では、複数の単位電池（セル）から成る組電池が蓄電装置に用いられる。組電池の各セルはモジュールと呼ばれる所定数のセル毎に区分される。区分されたひとまとめは、蓄電モジュールと称される。
従来の蓄電装置は、複数のセルを直列に接続した蓄電モジュールをさらに直列接続した複数の蓄電モジュールと、複数の蓄電モジュールのそれぞれに対応して設けられ、蓄電モジュールを構成する複数のセルを制御する複数の下位コントローラ（セルコントローラ）と、複数の下位コントローラ（セルコントローラ）を制御する上位コントローラ（バッテリーコントローラ）から構成される。セルコントローラおよびバッテリーコントローラ間は、シリアル通信により相互にデータが送受信される。
複数のセルコントローラとバッテリーコントローラとが、環状に，すなわち、数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された蓄電装置について種々知られている（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４，特許文献５など）。
特開２０００−７４７８６号公報 特開２０００−２９９９３９号公報 特開２００３−７０１７９号公報 特開２００５−３１８７５０号公報 特開２００５−３１８７５１号公報
複数のセルコントローラとバッテリーコントローラとが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成を取ると、各コントローラ間でシリアル通信を行うことにより、送信側コントローラのクロックと受信側コントローラのクロックとのずれがあるため、通信速度（ボーレート）が変化する。また、シリアル通信の信号波形エッジのなまりや、信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗ閾値の違いなどにより、信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗレベルの期間がずれることによっても通信速度が変化する。
これらのシリアル通信速度のずれは、複数のセルコントローラを数珠繋ぎ（ディジーチェーン）で接続することにより、更に増大する。ずれが増大した状態でシリアル通信信号がバッテリーコントローラに戻ってきた場合、バッテリーコントローラからセルコントローラへの送信時の通信速度と異なるため、ビットの読み間違いや受信エラーの恐れが生じる。
本発明の目的は、複数のセルコントローラとバッテリーコントローラとが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成をとっても、確実なシリアル通信の可能な蓄電装置，蓄電池管理制御装置及びモータ駆動装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュールと、前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた電池セル制御装置と、前記蓄電池モジュールを管理する蓄電池管理制御装置と、を有し、前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続され、前記制御回路或いは前記蓄電池管理制御装置は、他の制御装置或いは他の制御回路から入力するデータの通信速度を検出する通信速度検出手段、及び該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、複数の蓄電池モジュール用制御装置と蓄電池管理制御装置とが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成をとっても、確実なシリアル通信が可能となる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記複数の制御回路は、それぞれ、対応する前記組電池の前記複数のセルの蓄電状態を検出し、この検出された蓄電状態を前記蓄電池管理制御装置にシリアル通信で伝達するようにしたものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記蓄電状態は少なくとも前記電池セルの電圧及び前記電池セルの異常の有無であり、前記蓄電池管理制御装置は、前記各電池セルの電圧に関する情報と全ての前記電池セルの異常の有無の情報とを交互に、前記制御回路からシリアル通信で入手するようにしたものである。
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュール、及び前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた電池セル制御装置を有する蓄電装置に搭載されて、前記蓄電池モジュールを管理する制御装置であって、前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続されていると共に、前記制御回路から入力するデータの通信速度を検出する通信速度検出手段と、該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段と、を有するものである。
かかる構成により、複数の蓄電池モジュール用制御装置と蓄電池管理制御装置とが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成をとっても、確実なシリアル通信が可能となる。
（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュール、及び該蓄電モジュールを管理する蓄電池管理制御装置を有する蓄電装置に搭載され、前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた制御装置であって、前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続され、かつ前記蓄電池管理制御装置或いは他の前記制御回路から入力されるデータの通信速度を検出する通信速度検出手段、該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段を有するものである。
かかる構成により、複数の蓄電池モジュール用制御装置と蓄電池管理制御装置とが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成をとっても、確実なシリアル通信が可能となる。
（６）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュール、前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた電池セル制御装置、及び前記蓄電モジュールを管理する蓄電池管理制御装置を有する蓄電装置と、前記蓄電装置から供給された電力を制御する制御器と、該制御器によって制御された電力を受けて回転動力を発生するモータと、を有し、前記蓄電装置は、前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続されていると共に、前記制御回路或いは前記蓄電池管理制御装置に、他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの通信速度を検出する通信速度検出手段、及び該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、複数の蓄電池モジュール用制御装置と蓄電池管理制御装置とが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成をとっても、確実なシリアル通信が可能となる。
本発明によれば、複数のセルコントローラとバッテリーコントローラとが数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続された構成をとっても、確実なシリアル通信が可能となる。
以下、図１〜図８を用いて、本発明の一実施形態の蓄電装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態の蓄電装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の蓄電装置の全体構成を示すブロック図である。
図１において、４個の電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが直列に接続されて１単位となり、単位電池セル（組電池）１−１を構成する。電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとしては、例えば、リチウム電池が用いられる。その場合、各電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの電圧は、３．６Ｖであり、単位電池セル１−１の電圧は、１４．４Ｖとなる。
図示の例では、３個の単位電池セル１−１，１−２，１−３が直列接続されているが、接続される単位電池セル１の数は、例えば、１２個である。１２個直列接続された単位電池セル１によって、蓄電モジュールが構成される。この場合、蓄電モジュールの電圧は、約１７０Ｖである。例えば３００Ｖ以上の電圧が必要な場合には、２個の蓄電モジュールが直列接続される。
セルコントローラ（ＣＣ）２−１は、単位電池セル１−１に対応して設けられている。セルコントローラ２−１は、単位電池セル１−１を監視する。セルコントローラ２−２，２−３は、単位電池セル１−２，１−３を監視する。セルコントローラ２−１の入力端子Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、それぞれ、単位電池セル１−１の電池セルの１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの正端子に接続されている。セルコントローラ２−１の入力端子ＧＮＤは、電池セルの１Ｄの負端子に接続されている。また、セルコントローラ２−１の入力端子Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、それぞれ、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を介して、単位電池セル１−１の電池セルの１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの正端子に接続されている。セルコントローラ２−１の電源端子ＶＣＣは、電池セル１Ａの正端子に接続されている。
また、セルコントローラ２−１の信号入力端子ＲＸには、フォトカプラのような絶縁手段４Ａ及びシリアル通信ラインＳＬ１，ＳＬ２を介して、バッテリーコントローラ３の信号出力端子ＴＸが接続されている。セルコントローラ２−１の信号出力端子ＴＸには、シリアル通信ラインＳＬ３，ＳＬ４を介して、セルコントローラ２−１の信号入力端子ＲＸが接続されている。さらに、セルコントローラ２−２の信号出力端子ＴＸには、シリアル通信ラインＳＬ５，ＳＬ６を介して、セルコントローラ１−３の信号入力端子ＲＸが接続されている。セルコントローラ２−３の信号出力端子ＴＸには、フォトカプラのような絶縁手段４Ｂ及びシリアル通信ラインＳＬ７，ＳＬ８を介して、を介して、バッテリーコントローラ３の信号入力端子ＲＸが接続されている。
このように、バッテリーコントローラ３と、複数のセルコントローラ２−１，２−２，２−３は、環状に，すなわち、数珠繋ぎ（ディジーチェーン）のシリアル通信で接続されている。
セルコントローラ２は、４個の電池セルで構成される単位電池セル毎に設けられている。図１においては、セルコントローラが３つ示してあるが、各セルコントローラ間に多数のセルコントローラが設けられており、このセルコントローラは、リチウム電池の全電池セルを４個の電池セルを単位とする数だけ設けられている。
なお、図１において、４個の電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが直列に接続されて１単位を構成する単位電池セル１−１にセルコントローラ２−１が対応して設けられているが、４個という数に必ずしも限定されず、例えば６個または８個に対応するセルコントローラも可能である。
電圧検出手段６は、直列接続された単位電池セル１−１，１−２，１−３からなる蓄電モジュールの全体の電圧を検出する。検出された電圧は、フォトカプラのような絶縁手段４Ｃを介して、バッテリーコントローラ３の電圧入力端子ＶＡＬＬに入力する。電流検出手段７は、直列接続された単位電池セル１−１，１−２，１−３からなる蓄電モジュールに流れる電流を検出する。検出された電流は、バッテリーコントローラ３は、電流入力端子ＣＵＲに入力する。
バッテリーコントローラ３は、通信端子ＣＯＭを備える。バッテリーコントローラ３は、通信端子ＣＯＭを介して、上位のコントローラに蓄電モジュールの状態を通報する。
直列接続された単位電池セル１−１，１−２，１−３からなる蓄電モジュールには、負荷Ｌが接続されている。負荷は、例えば、ハイブリッド自動車或いは電気自動車に用いられるモータ・ジェネレータである。モータ・ジェネレータを電動機として用いる場合、電動機は、蓄電モジュールの蓄電圧によって駆動される。また、モータ・ジェネレータを発電機として用いる場合、発電機よって発生した電力は、蓄電モジュールに蓄積される。
セルコントローラ２は、演算手段であるマイクロコンピュータＩＣの他に、電源電圧生成のための電圧レギュレータＩＣ、クロック生成のための水晶またはセラミック振動子部品、電圧検出手段の１つであるＡ／Ｄ（Analog Digital）変換部品と、その基準電圧生成用部品といった複数の部品により構成可能だが、部品点数の削減のため集積化し、１チップまたはＳｉＰ（System in Package）化することでセルコントローラに必要な電圧検出手段，通信手段，演算手段等を１つの半導体装置（ＩＣ）で構成することが可能である。同様にバッテリーコントローラに必要な電圧検出手段，電流検出手段，通信手段，演算手段等を１つの半導体装置（ＩＣ）で構成することが可能である。
次に、図２を用いて、本実施形態の蓄電装置に用いられるセルコントローラ２の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態の蓄電装置に用いられるセルコントローラの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。また、図１に示したセルコントローラ２−１，２−２，２−３は、全て同一の構成であるため、ここでは、セルコントローラ２として図示している。さらに、セルコントローラ２は、１つの半導体装置（セルコントローラＩＣ）で構成している。また、図１に示した単位電池セル１−１，１−２，１−３は、全て同一の構成であるため、ここでは、単位電池セル１として図示している。単位電池セル１は、電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄから構成されている。
図２において、単位電池セル１の電池セル１Ａの正端子は、入力端子Ｖ１を介して選択手段２０に接続されている。選択手段２０は、例えばマルチプレクサで構成されている。選択手段２０には、スイッチ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅが設けられている。そして、入力端子Ｖ１には、スイッチ２０Ａの一方の端子が接続され、スイッチ２０Ａの他方の端子は、電圧検出手段２２に接続されている。また、単位電池セル１の電池セル１Ａの負端子で、電池セル２Ｂの正端子には、入力端子Ｖ２を介して選択手段２０のスイッチ２０Ｂの一方の端子が接続され、スイッチ２０Ｂの他方の端子は、電圧検出手段２２に接続されている。
また、単位電池セル１の電池セル１Ｂの負端子で、電池セル１Ｃの正端子には、入力端子Ｖ３を介して、選択手段２０のスイッチ２０Ｃの一方の端子が接続され、スイッチ２０Ｃの他方の端子は、電圧検出手段２２に接続されている。さらに、単位電池セル１の電池セル２Ｃの負端子で、電池セル２Ｄの正端子には、入力端子Ｖ４を介して、選択手段２０のスイッチ２０Ｄの一方の端子が接続され、スイッチ２０Ｄの他方の端子は、電圧検出手段２２に接続されている。
そして、単位電池セル１の電池セル２Ｄの負端子には、ＧＮＤ（グランド）端子を介して、選択手段２０のスイッチ２０Ｅの一方の端子が接続され、スイッチ２０Ｅの他方の端子は、電圧検出手段２２に接続されている。
電源２１は、入力端子ＶＣＣを入力とするＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成される。電源２１は、単位電池セル１の電力を所定の電圧に変換して、セルコントローラＩＣチップ内の各回路の駆動電源を供給する。
また、電圧検出手段２２は、単位電池セル１の電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各端子間電圧を検出する。検出した電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各端子間電圧は、演算手段２３に出力される。
演算手段２３には、電源管理手段２４と、記憶手段２５と、補正手段２６とが設けられている。電源管理手段２４は、電源２１のＯＮ／ＯＦＦ制御をする。記憶手段２５は、電圧検出手段２２で検出した単位電池セル１の電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各端子間電圧を、各電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ毎に記憶する。補正手段２６は、電圧検出手段２２において検出した単位電池セル１の電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各端子間電圧を補正する。
演算手段２３には、通信手段２７が接続されている。通信手段２７は、バッテリーコントローラ３から送出されてきた通信コマンド（８ｂｉｔ，１０ｂｉｔ，１２ｂｉｔ等のＨｉｇｈ／Ｌｏｗレベル信号）を絶縁手段４Ａを介してＲＸ端子から受信する。すなわち、バッテリーコントローラ３は、各電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ間の電圧を読む通信コマンドであるとか、特定の単位電池セル１に各電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ間の電圧を調整する通信コマンド等、特定のセルコントローラＩＣに動作させる指令を絶縁手段４Ａに送信する。絶縁手段４Ａでは、バッテリーコントローラ３から入力した通信コマンドを直接送信せず、絶縁した上で通信手段２７に送信する。絶縁手段４Ａは、例えばフォトカプラＩＣで構成され、電源を必要とする。
また、単位電池セル１の電池セル１Ａの正端子は、抵抗Ｒ１を介してＢ１端子に接続されている。単位電池セル１の電池セル１Ａの両端子間には、抵抗Ｒ１と直列に接続されたバランシングスイッチ２８Ａが挿入接続されている。
また、単位電池セル１の電池セル１Ｂの正端子は、抵抗Ｒ２を介してＢ２端子に接続されている。単位電池セル１の電池セル１Ｂの両端子間には、抵抗Ｒ２と直列に接続されたバランシングスイッチ２８Ｂが挿入接続されている。
また、単位電池セル１の電池セル２Ｃの正端子は、抵抗Ｒ３を介してＢ３端子に接続されている。単位電池セル１の電池セル１Ｃの両端子間には、抵抗Ｒ３と直列に接続されたバランシングスイッチ２８Ｃが挿入接続されている。
さらに、単位電池セル１の電池セル１Ｄの正端子は、抵抗Ｒ４を介してＢ４端子に接続されている。単位電池セル１の電池セル１Ｄの両端子間には、抵抗Ｒ４と直列に接続されたバランシングスイッチ２８Ｄが挿入接続されている。
バランシングスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄは、単位電池セル１を構成している各直列に接続された電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを放電し、単位電池セルを構成する４個の電池セル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの各電池セル電圧を合わせるため、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４をそれぞれ介して電池セル間を短絡するスイッチである。バランシングスイッチ２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄは、演算手段２３の指令により、スイッチ駆動手段２９によって、オンオフされる。
次に、図３を用いて、本実施形態の蓄電装置に用いられるバッテリーコントローラ３の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態の蓄電装置に用いられるバッテリーコントローラの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。なお、バッテリーコントローラ３は、１つの半導体装置（バッテリーコントローラＩＣ）で構成している。
選択手段３０は、図１の電流検出手段７及び電圧測定手段６によって検出された組み電池の電流と総電圧を選択する。Ａ／Ｄ変換器３２は、選択された組み電池の電流若しくは総電圧をディジタル信号に変換し、演算手段３３に出力する。演算手段３３は、これらの測定データを処理し、通信手段３５を用いて、上位システムに送信する。上位システムは、例えば、ハイブリッド自動車用途においては、ビークルコントローラやモータコントローラ等の蓄電池の状態に基づき蓄電池を使用する上位のコントローラである。
通信速度検出手段３６は、通信手段３４によって受信したシリアル通信のデータを取得して、そのときの通信速度を検出する。演算手段３３は、通信速度検出手段３６によって検出された通信速度に応じて、受信タイミング補正手段３７に出力するクロック信号ＣＬＫの周期を可変する。クロック信号ＣＬＫは、シリアル通信のデータの受信タイミングを規定するものである。受信タイミング補正手段３７は、入力する可変クロックＣＬＫのタイミングで、受信したデータを読み込む。なお、通信速度検出手段３６の詳細については、図６及び図７を用いて説明する。
通信手段３５は、ＣＡＮやＬＩＮ（Local Interconnect Network）やＵＡＲＴやブルートゥース等のシリアル信号を通信する回路、または、フォトカプラやリレーなどのＯＮ−ＯＦＦ信号を通信する回路からなる。
電源３１は、端子ＶＣ１２から入力する電力を用いて、バッテリーコントローラＩＣの内部に給電する。
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラと各セルコントローラの間のシリアル通信の内容について、説明する。
図４は、本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラと各セルコントローラの間のシリアル通信の内容の説明ブロック図である。図５は、本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラと各セルコントローラの間のシリアル通信の際のデータ構成図である。
図４に示すように、最初に、バッテリーコントローラ３は、セルコントローラ１−１に対して、データ取得要求ＣＣ１−Ｄ−Ｒｅｑを送信すると、それに応えて、セルコントローラ１−１は、取得したデータＣＣ１−Ｄを、バッテリーコントローラ３に送信する。データＣＣ１−Ｄとしては、セルコントローラ１−１が管理する各セル電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの電池電圧の他に、温度等の測定データが含まれる。
次に、バッテリーコントローラ３は、全てのセルコントローラ１−１，１−２，１−３に対して、異常フラグ取得要求ＡＬＬ−ＡＦ−Ｒｅｑを送信すると、それに応えて、全てのセルコントローラ１−１，１−２，１−３は、それぞれ、取得した異常フラグＡＦを、バッテリーコントローラ３に送信する。異常フラグは、各セル電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの異常（過充電、過放電）の有無が含まれる。
次に、バッテリーコントローラ３は、セルコントローラ１−２に対して、データ取得要求ＣＣ２−Ｄ−Ｒｅｑを送信すると、それに応えて、セルコントローラ１−２は、取得したデータＣＣ２−Ｄを、バッテリーコントローラ３に送信する。
次に、バッテリーコントローラ３は、全てのセルコントローラ１−１，１−２，１−３に対して、異常フラグ取得要求ＡＬＬ−ＡＦ−Ｒｅｑを送信すると、それに応えて、全てのセルコントローラ１−１，１−２，１−３は、それぞれ、取得した異常フラグＡＦを、バッテリーコントローラ３に送信する。
このように、各セルコントローラに対して順次データ取得要求を送信するとともに、それぞれのデータ取得要求の間に、全てのセルコントローラに対する、異常フラグ取得要求を送信する処理を繰り返す。
このように、各セルコントローラにより取得される各セル電池電圧、温度等の測定データを取得しつつ、その間にセル電池の異常（過充電、過放電）の有無の取得を行うことができる。その結果、バッテリーコントローラは、緊急性が高いセル電池における異常の有無の検知と各セル電池電圧取得による内部抵抗バラツキの影響を加味したバッテリー制御の両方を実現できる。
従来は、複数個のセル電圧の中で１つでもセル電池の過充電、過放電といったある所定値を超えた場合または小さい場合、各セルコントローラは異常フラグをバッテリーコントローラに送信することでセル電池の異常（過充電、過放電）の有無を最低１回のシリアル通信ラインを用いた送受信により知ることができた。しかしながら、異常フラグの取得のみでは、各セル電池電圧の取得ができないため、各セル電池の内部抵抗バラツキの影響を加味したバッテリー制御ができないという問題があった。しかし、このような問題は、上述のように、各セル電池電圧を取得しつつ、その間にセル電池の異常の有無を取得することで解消することができる。
図５（Ａ）は、バッテリーコントローラ３から、各セルコントローラ１−１，１−２，１−３に送信されるシリアル通信のデータ構成を示している。バッテリーコントローラ３から送られるデータは、ブレークフィールドＢｒｋ−Ｆと、シンクロナスフィールドＳｙｎｃ−Ｆと、アイディンティファイアＩｄと、データバイトＤＢ１と、チェックサムＣＳとから構成されている。
ブレークフィールドＢｒｋ−Ｆは、送信されるデータの先頭を表すフィールドであり、所定時間連続するローレベルの信号で構成される。
シンクロナスフィールドＳｙｎｃ−Ｆは、ローレベルと、ハイレベルの信号が交互に繰り返される信号であり、データの同期を取るために用いられる。
アイディンティファイアＩｄは、問い合わせ先のセルコントローラ１−１，１−２，１−３を特定するためのデータである。各セルコントローラ１−１，１−２，１−３には固有のＩＤ番号が割り当てられている。アイディンティファイアＩｄには、そのＩＤ番号が記述される。なお、全てのセルコントローラ１−１，１−２，１−３に同時に問い合わせるためのＩＤ番号も決められている。
データバイトＤＢ１は、問い合わせ内容を示すデータである。例えば、セルコントローラ１−１が管理するセル電池の電圧を要求したり、全てのセルコントローラに対して異常フラグの有無を要求する。
チェックサムＣＳは、送信されるデータのチェックのために用いられるパリティビットのような情報である。
図５（Ｂ）は、各セルコントローラ１−１，１−２，１−３から、バッテリーコントローラ３に送信されるシリアル通信のデータ構成を示している。各セルコントローラ１−１，１−２，１−３から送られるデータは、ブレークフィールドＢｒｋ−Ｆと、シンクロナスフィールドＳｙｎｃ−Ｆと、アイディンティファイアＩｄと、データバイトＤＢ２と、チェックサムＣＳとから構成されている。ブレークフィールドＢｒｋ−Ｆと、シンクロナスフィールドＳｙｎｃ−Ｆと、アイディンティファイアＩｄとは、バッテリーコントローラ３から送られたデータをコピーしたものである。
データバイトＤＢ２は、バッテリーコントローラ３から送られた問い合わせデータに加えて、それに対する回答であるセル電池の電圧や、異常フラグの有無のデータを有している。
チェックサムＣＳは、送信されるデータのチェックのために用いられるパリティビットのような情報である。
次に、図６を用いて、本実施形態の蓄電装置のバッテリーコントローラに用いる通信速度検出手段３６及び受信タイミング補正手段３７の動作について説明する。
図６は、本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラに用いる通信速度検出手段の動作説明図である。図７は、本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラに用いる受信タイミング補正手段の動作説明図である。
通信速度検出手段３６は、入力端子ＲＸから入力したデータの内、シンクロナスフィールドＳｙｎｃ−Ｆに着目して、各ハイレベルとローレベルの時間を計測する。
通信速度検出手段３６は、例えば、図６に示すように、各ハイレベルの時間をｔＨ１，ｔＨ２，ｔＨ３，ｔＨ４として計測し、各ローレベルの時間ｔＬ１，ｔＬ２，ｔＬ３，ｔＬ４として計測する。その上で、各ハイレベルの時間の平均値ｔＨ及び各ローレベルの時間の平均値ｔＬとして算出する。さらに、ハイローの平均値の和から周期ｔ＝ｔＨ＋ｔＬを算出する。周期ｔは、演算手段３３に送られる。
ここで、バッテリーコントローラ３から送られた問い合わせデータの周期を１９．２ｋｂｐｓとすると、データの１周期は、５２μｓとなる。
演算手段３３は、通信速度検出手段３６から得た周期ｔのデータを用いて、受信タイミング補正手段３７に送出するクロック信号ＣＬＫの周期を可変する。
ここで、図７を用いて、受信タイミング補正手段３７の動作について説明する。
図７（Ａ）は、入力端子ＲＸから入力して、通信手段３４から出力し、受信タイミング補正手段３７に入力したデータ信号を示している。図７（Ｂ）は、演算手段３３が出力し、受信タイミング補正手段３７に入力したクロック信号ＣＬＫを示している。
本来のデータの周期が５２μｓであったにも拘わらず、通信速度検出手段３６が検出したデータ周期がｔが５０μｓであったとすると、演算手段３３は、出力するクロック信号ＣＬＫの周期ｔを５０μｓとする。クロック信号ＣＬＫは、図７（Ｂ）に示すように、ハイ・ローの繰り返し信号であり、その周期がｔである。
そして、受信タイミング補正手段３７は、図７（Ａ）に示す入力データ信号を、クロック信号ＣＬＫのハイレベルの立ち上がりタイミングで、取り込む。従って、図７に示す例では、Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｌの信号と読み取ることができる。読み取ったデータ信号は、演算手段３３に入力する。
図１に示したように、複数のセルコントローラ２−１，２−２，２−３と、バッテリーコントローラ３とが、数珠繋ぎ（ディジーチェン）でシリアル通信ＳＬ１〜ＳＬ８で接続された構成をとるとき、シリアル通信ＳＬ１〜ＳＬ８の速度のずれは、セルコントローラ２−１，２−２，２−３を複数直列接続することにより、増大するため、シリアル通信信号がバッテリーコントローラに戻ってきた場合、バッテリーコントローラからセルコントローラへの送信時の通信速度と異なるため、ビットの読み間違いや受信エラーの恐れがある。
しかしながら、本実施形態のように、通信速度検出手段３６と、演算手段３３と、受信タイミング補正手段３７とにより、通信速度補正機能を持つことにより確実なシリアル通信の実現が可能である。
なお、通信速度検出手段３６と、受信タイミング補正手段３７とは、図３に破線で示すように、セルコントローラ２に備えることもできる。
次に、図８を用いて、本実施形態の蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車の構成について説明する。
図８は、本発明の一実施形態の蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車の構成を示すシステムブロック図である。
ハイブリッド自動車は、第１の駆動力源であるエンジンＥＮＧと、第２の駆動力源であるモータ・ジェネレータＭ／Ｇとを備えている。モータ・ジェネレータＭ／Ｇは、駆動力源であるモータとして動作するともに、発電機としても動作する。エンジンＥＮＧ及びモータ・ジェネレータＭ／Ｇから発生した駆動力は、変速機Ｔ／Ｍによって変速され、後輪ＲＲ，ＲＬに伝達され、後輪ＲＲ，ＲＬを駆動する。
エンジンＥＮＧは、エンジン・コントロール・ユニットＥＣＵによって、その発生する駆動力が制御される。エンジン・コントロール・ユニットＥＣＵは、エンジンＥＮＧに吸入される空気量に応じて、燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期等を制御する。
モータ・ジェネレータＭ／Ｇは、例えば、３相同期モータである。モータ・ジェネレータＭ／Ｇをモータとして動作させるとき、バッテリーＢａに蓄積された電力は、インバータＩＮＶにより、直流電力から３相交流電力に変換され、モータ・ジェネレータＭ／Ｇに供給される。モータ・ジェネレータＭ／Ｇを発電機として動作させるとき、モータ・ジェネレータＭ／Ｇの発電電力は、インバータＩＮＶにより、３相交流電力から直流電力に変換され、バッテリーＢａに蓄電される。モータコントローラＭＣは、インバータＩＮＶの動作を制御する。
バッテリーＢａは、図１に示したように、複数の電池セルが直列に接続されている。そして、例えば、４個の電池セルが１単位となり、単位電池セルを構成する。セルコントローラ（ＣＣ）は、単位電池セルに対応して設けられている。セルコントローラは、単位電池セル１−１を監視する。
バッテリコントローラ（ＢＣ）３は、図２に示したように構成され、セルコントローラを介して、バッテリーＢａの状態を監視する。
ビークル・コントロール・ユニットＶＣＵは、エンジン・コントロール・ユニットＥＣＵ，モータコントローラＭＣ，バッテリコントローラ（ＢＣ）３を統合制御する。
以上説明したように、本実施形態によれば、複数のセルコントローラとバッテリーコントローラとが数珠繋ぎのシリアル通信で接続された構成をとるとき、バッテリーコントローラに通信速度補正機能を持つことにより確実なシリアル通信の実現が可能であり、通信の信頼性を向上させることができる。
また、セルコントローラとバッテリーコントローラとが数珠繋ぎのシリアル通信で接続された構成をとるとき、各セルコントローラにより取得される各セル電池電圧、温度等の測定データを取得しつつ、間にセル電池の異常（過充電、過放電）の有無の取得を行うことで、バッテリーコントローラは緊急性が高いセル電池における異常の有無の検知と各セル電池の内部抵抗バラツキの影響を加味したバッテリー制御の両方を実現可能とする。これにより、蓄電池システムの信頼性向上と蓄電池の長寿命化が可能となる。
本発明は、単セルを複数組み合わせた組み電池を備える電源システムへの適用を目的としており、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に限定されることなく幅広く利用可能である。
本発明の一実施形態の蓄電装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置に用いられるセルコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置に用いられるバッテリーコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラと各セルコントローラの間のシリアル通信の内容の説明ブロック図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラと各セルコントローラの間のシリアル通信の際のデータ構成図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラに用いる通信速度検出手段の動作説明図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置におけるバッテリーコントローラに用いる受信タイミング補正手段の動作説明図である。 本発明の一実施形態の蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車の構成を示すシステムブロック図である。
符号の説明
１…単位電池セル
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…電池セル
３…バッテリーコントローラ
２…セルコントローラ
ＳＬ１〜ＳＬ８…シリアル通信ライン
２０…選択手段
２１，３１…電源
２２，３２…電圧検出手段
２３，３３…演算手段
２４…電池管理手段
２５…記憶手段
２６…補正手段、
２７，３４，３５…通信手段
２９…スイッチ駆動手段
３０…選択手段
３６…通信速度検出手段
３７…受信タイミング補正手段

Claims (6)

  1. 複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュールと、
    前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた電池セル制御装置と、
    前記蓄電池モジュールを管理する蓄電池管理制御装置と、を有し、
    前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続され、
    前記制御回路或いは前記蓄電池管理制御装置は、他の制御装置或いは他の制御回路から入力するデータの通信速度を検出する通信速度検出手段、及び
    該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段を備えることを特徴とする蓄電装置。
  2. 請求項１記載の蓄電装置において、
    前記複数の制御回路は、それぞれ、対応する前記組電池の前記複数のセルの蓄電状態を検出し、この検出された蓄電状態を前記蓄電池管理制御装置にシリアル通信で伝達することを特徴とする蓄電装置。
  3. 請求項２記載の蓄電装置において、
    前記蓄電状態は少なくとも前記電池セルの電圧及び前記電池セルの異常の有無であり、
    前記蓄電池管理制御装置は、前記各電池セルの電圧に関する情報と全ての前記電池セルの異常の有無の情報とを交互に、前記制御回路からシリアル通信で入手することを特徴とする蓄電装置。
  4. 複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュール、及び前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた電池セル制御装置を有する蓄電装置に搭載されて、前記蓄電池モジュールを管理する制御装置であって、
    前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続されていると共に、
    前記制御回路から入力するデータの通信速度を検出する通信速度検出手段と、
    該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段と、を有することを特徴とする蓄電池管理制御装置。
  5. 複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュール、及び該蓄電モジュールを管理する蓄電池管理制御装置を有する蓄電装置に搭載され、前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた制御装置であって、
    前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続され、かつ前記蓄電池管理制御装置或いは他の前記制御回路から入力されるデータの通信速度を検出する通信速度検出手段、該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段を有することを特徴とする蓄電池管理制御装置。
  6. 複数の電池セルを直列に接続した組電池が複数個直列に接続された蓄電モジュール、前記複数の組電池のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記組電池の前記複数の電池セルを制御する複数の制御回路を備えた電池セル制御装置、及び前記蓄電モジュールを管理する蓄電池管理制御装置を有する蓄電装置と、
    前記蓄電装置から供給された電力を制御する制御器と、
    該制御器によって制御された電力を受けて回転動力を発生するモータと、を有し、
    前記蓄電装置は、前記複数の制御回路及び前記蓄電池管理制御装置は環状に接続されていると共に、前記制御回路或いは前記蓄電池管理制御装置に、他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの通信速度を検出する通信速度検出手段、及び該通信速度検出手段によって検出された通信速度に基づいて、前記他の制御装置或いは他の制御回路から入力されるデータの受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
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