JP2009089521A - 電気自動車の電源管理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のモジュールを有する電気自動車の電源部の管理を正確かつ、簡易に行なえる電源管理装置を提供する。
【解決手段】この電気自動車の電源管理装置３０は、モータ２の電源部５を構成する複数の電池セルをまとめて構成されたモジュール５Ａ〜５Ｌに、各モジュールの電圧と温度を検知するモジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌをそれぞれ搭載し、各モジュール状態検出手段によって検出された情報を基に各モジュールの状態を制御手段１０で判定する。各モジュール状態検出手段は付番通信線２１を介して直列に接続され、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報を基にして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段に送信する。制御手段は各モジュール状態検出手段と付番通信線及び通信線２２で接続され、付番通信線及び通信線を介して送信された検出情報に基づき各モジュールの異常をモジュール毎に特定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のモジュールが配置された電源部を備えた電気自動車の電源管理装置に関し、する。
電気自動車は駆動源となるモータと、その電源部としてバッテリーを車体に搭載している。電気自動車においてはバッテリーの性能や容量が走行距離に影響を与えることになるので、通常、充電可能なバッテリーを複数して搭載している。しかし、電気自動車用のバッテリーは、充電と放電を繰り返すことにより寿命性能の劣化が早まるとともに、温度環境も劣化の要因となるが、複数のバッテリーを備えている場合には、各バッテリーの搭載位置等により劣化の進み具合が異なるため、どのバッテリーがどの程度劣化しているのかを判断するのが難しい。そこで、特許文献１では、整備時などに各バッテリーの端子に測定線を接続し、その接続線によって得られる電圧の変化から劣化したバッテリーを特定している。
特開平７−３１１２４８号
特許文献１においては、作業時に作業者によってバッテリーの端子に電圧検出用の測定線をクリップなどで装着して検出回路と接続し、検出された電圧から劣化したバッテリーを特定しているが、作業者によっていちいち検出動作をしなければならず煩雑であった。
本発明は、複数のモジュールを有する電気自動車の電源部の管理を正確かつ、簡易に行なえる電源管理装置を提供することを、その目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１にかかる、複数の電池セルをまとめたモジュールが複数個配置される電源部を備えた電気自動車の電源管理装置は、各モジュールに搭載され、各モジュールの電圧と温度を検知するモジュール状態検出手段と、各モジュール状態検出手段によって検出された情報を基に各モジュールの状態を判定する制御手段とを備え、各モジュール状態検出手段は、付番通信線を介して直列に接続され、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報を基にして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段に送信する機能を有し、制御手段は、各モジュール状態検出手段と付番通信線及び通信線で接続され、付番通信線及び通信線を介して送信された検出情報に基づき、各モジュールの異常をモジュール毎に特定することを特徴としている。
さらに、請求項１に記載の電気自動車の電源管理装置は、各モジュール状態検出手段と制御手段とが、付番通信線を介してリング状に接続されることを特徴としている。
本発明によれば、各モジュールに搭載されたモジュール状態検出手段によって検出された情報を基に各モジュールの状態を判定するにあたり、モジュール状態検出手段は、付番通信線を介して直列に接続され、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報を基にして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段に送信するように機能するので、モジュールの配置を気にしなくてもよく、モジュールの識別を正確に行なえる。また、モジュール状態検出手段は、各モジュールに配置された後に識別番号を付与されるため、各モジュール状態検出手段の配置時点では同一のものでよいため、部品の種類の削減が可能であり管理費を低減することが出来るとともに、組付け間違いが起こりえない。さらに、制御手段は、各モジュール状態検出手段と付番通信線及び通信線で接続され、付番通信線及び通信線を介して送信された検出情報に基づき、各モジュールの異常をモジュール毎に特定することで、異常なモジュールを電気的に特定できて煩雑な作業がなくなり、電源部の管理を容易に行なえる。
また、リング状に接続した場合は、ＩＤ情報を送信する機能、各モジュールの異常を検出する機能を制御手段に集約することができ、各モジュール状態検出手段の機能を簡素化することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１において、符号１で示す電気自動車は、モータ２の駆動で車輪３を回転させて走行するものである。電気自動車１の車室内２０に設けられた座席４の下部には、モータ２の電源部となるバッテリーユニット５が配設されている。バッテリーユニット５は、複数のセルを１つのモジュールとし、これらモジュールを複数備えた電池パックとして構成されている。バッテリーユニット５は、車体を構成するフロアパネル６とフロアパネル６の下方に設けられた遮蔽板７とで構成されたユニット収納部８内に収納されている。本形態において、バッテリーユニット５は、図２に示すように、モジュール５Ａ〜モジュール５Ｌまでの１２個のモジュールが直列に連結されている。
電気自動車１は、モータ２とバッテリーユニット５に接続されたインバータ９と、バッテリーユニット５を冷却する冷却手段１５とを備えている。冷却手段１５は、ユニット収納部８に設けられた排出ファン１１と、外気導入路１３に配置された送風ファン１４とコンプレッサ１８を備え、符号Ｓで示す冷却気流となる送風気流とコンプレッサ１８の駆動により外気導入路１３に配置された熱交換器１７との間で冷媒を冷凍サイクル循環させることで外気を冷却し冷却風を発生させ、ダクト１６を介してユニット収納部８内に供給し、排出ファン１１で車外に排出するように構成されている。
電気自動車は、図２に示すように電源管理装置３０を備えている。電源管理装置３０は、各モジュールに搭載され、各モジュールの電圧と温度を検知するモジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌと、各モジュール状態検出手段によって検出された情報を基に、各モジュールの状態を判定する制御手段１０とを備えている。
モジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌは、周知のコンピュータで構成されていて、同一構成のものが各モジュール状態検出手段に搭載されている。各モジュール状態検出手段は、制御手段１０を最初にして単方向通信で直列に付番通信線２１で接続されている。本形態において、付番通信線２１の基端と終端は制御手段１０に接続されている。モジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌは制御手段１０に対して通信線２２を介して接続されていて、この通信線２２を介して温度や電圧などの情報を通信可能とされている。
各モジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌは、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報を基にして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段に送信する機能を有している。
制御手段１０は、周知のコンピュータで構成されていて、通信線２２を介して各ジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌから送信される温度及び電圧情報を受信して記憶するともに、付番通信線２１を介して下流のジュール状態検出手段１２Ａに対してＩＤ情報を送信する機能を備えている。また、制御手段１０は、各ジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌから送信された温度及び電圧情報を、付番通信線２１で送信されてくる識別番号と関連付けて記憶するように構成されている。制御手段１０には、基準電圧や基準温度などの判定値が予め設定されている。
１つのモジュール状態検出手段から送信されるデータは、図３に示す通信プロトコルに従って通信されるとともに、図４（ａ）に示す付番データフレームのフォーマットとされている。通信プロトコルは、通信方式が単方向 調歩同期（ＵＡＲＴ準拠）で、スタートビット(ＳＴ)が１ｂｉｔ、データビットが８ｂｉｔ、パリティビット（ＰＴ)が１ｂｉｔ偶数パリティ、ストップビット(ＳＰ)が１ｂｉｔであり、通信速度として例えば１９．２ｋｂｐｓ±１％で、インターフェース（Ｉ/Ｆ）をＩＳＯ９１４１相当としている。
付番データフレームは、制御手段１０がモジュール状態検出手段からの送信データであるかを示すヘッダと付番データとチェックサムからなる１連のデータとして送信される。付番データフレームのデータは図４（ｂ）に示すようにＩＤ情報＃１からをＩＤ情報＃４を含んでいる。各ＩＤ情報には、図５に示すようにデェフォルト、付番完了、ＩＤ変更、付番エラーの情報が含まれている。
本形態において、付番順番と割当てる自動付番は異なる設定されていて、この設定は図６に示すＩＤ情報テーブルによって定められている。ＩＤ情報テーブルは、各モジュール状態検出手段に記憶されていて、各モジュール状態検出手段はこのテーブルを基に自身に自動付番を付与して記憶するように構成されている。
次に、各モジュール状態検出手段で行なわれる自動付番制御について、図７に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本形態において、この制御は車両のイグニッションスイッチ操作等で制御手段１０の電源がオンになり制御手段１０が起動したときに開始されるものとして説明する。
図７のステップＡ１では、イグニッションスイッチがオン状態となると、付番データフレームを１つのモジュール状態検出手段が受信する。受信すると、ステップＡ２において通信エラー又はデータフレーム異常の検出が判定される。ここで、通信エラーもデータフレームの異常がなければステップＡ３に進む。ステップＡ３では、付番データフレームから今回の付番ＩＤを図６のデータテーブルを基に算出してステップＡ４に進む。
ステップＡ４では、前回の付番ＩＤとステップＡ３で算出した今回の付番ＩＤと比較し、付番ＩＤの内容を判定する。ここで、前回と今回の付番ＩＤが変更なく同一の場合には、ステップＡ５に進み、自身のＩＤ情報に付番ＩＤが正常に付与されたことを示す情報を含めて送信し、ステップＡ６において制御手段１０と信号線１４を介して通信を開始してこの制御を終える。
ステップＡ４において、前回の付番ＩＤがなく、今回がそのモジュールにとって始めての付番の場合にはステップＡ７に進む。ステップＡ７では、ステップＡ３で算出された今回の付番ＩＤを自身の付番ＩＤと決定し、その付番ＩＤの情報をステップＡ８において自身のＲＯＭに書込みステップＡ９に進む。ステップＡ９では、書込みが正常に終了したか否かが判定され、正常の場合にはステップＡ５に進み、自身のＩＤ情報に付番ＩＤが正常に付与されたことを示す情報を含めて送信する。書込みが正常でない場合にはステップＡ１０に進んで、自身のＩＤ情報に付番ＩＤが正常に付与されなかったことを示す情報を含めて送信し、この制御を終える。
ステップＡ４において、前回の付番ＩＤと今回の付番ＩＤとが異なる場合にはステップＡ１１に進む。ステップＡ１１では、ステップＡ３で算出された今回の付番ＩＤを自身の付番ＩＤと決定し、その付番ＩＤの情報をステップＡ１２において自身のＲＯＭに書込みステップＡ１３に進む。ステップＡ１３では、書込みが正常に終了したか否かが判定され、正常の場合にはステップＡ１４に進み、自身のＩＤ情報に付番ＩＤが正常に変更されたされたことを示す情報を含めて送信し、ステップＡ６において制御手段１０と信号線１４を介して通信を開始してこの制御を終える。書込みが正常でない場合にはステップＡ１０に進んで、自身のＩＤ情報に付番ＩＤが正常に付与されなかったことを示す情報を含めて送信し、この制御を終える。
例えば最初の付番データフレームが制御手段１０から送信されると、その情報は下流に接続されているモジュール状態検出手段１２Ａが受信し、上記の内容の制御をモジュール状態検出手段１２Ａ自身が行なって、自身のＩＤ情報をモジュール状態検出手段１２Ｂへ送信する。このようなデータの流れと制御が各モジュール状態検出手段で実行され最終的には制御手段１０に戻される。
制御手段１０では、モジュール状態検出手段から送信された付番データフレームに含まれている付与ＩＤに応じて各モジュールに対応するデータテーブルを作成し、ステップＡ６において通信が開始されることで送信されてくる温度や電圧の情報を付与ＩＤに応じて各モジュールに関連つけてデータテーブルに書き込んで記憶する。
そして、データテーブルに書き込んだ各モジュールの電圧や温度を基準電圧や基準温度と比較してその状況を判定する。そして、例えば検出電圧が所定電圧よりも低い場合、あるいは、検出温度が基準温度よりも高い場合には、当該モジュールに異常があるものと特定し、その内容をドライバーに告知する。告知手段としては、運転席などにアラームや警告ランプを設置し、これらアラームや警告ランプを作動すればよい。
このような構成の電源管理装置３０においては、バッテリーユニット５を構成する各モジュール５Ａ〜５Ｌに搭載されたモジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌによって検出された情報を基に各モジュールの状態を判定するにあたり、モジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌを付番通信線２１で直列に接続し、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報を基にして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段に送信するように構成したので、各モジュールの配置を気にしなくてモジュール自身が自身を識別するためのＩＤを自身に付与するので、モジュールの識別を正確に行なえる。また、制御手段１０は、各モジュール状態検出手段と付番通信線２１及び通信線２２で接続され、通信線２２を介して送信された検出情報に基づき、各モジュールの異常をモジュール毎に特定するので、異常なモジュールを電気的に特定できて煩雑な作業がなくなり、バッテリーユニット５の管理を容易に行なえる。
モジュール状態検出手段自身が自身を識別するためのＩＤを付与しなくても、予めＩＤを付与したモジュール状態検出手段を各モジュールに搭載するものも想定できるが、この場合にはモジュールとモジュール状態検出手段とが１対１の関係になるので、誤組みの問題が残ってしまう。しかし、本発明のような構成とすることで、このような誤組みの問題も解消し、作業性が良くなる。さらに、本発明のように各モジュール状態検出手段１２Ａ〜１２Ｌが自身を識別するためのＩＤを付与するようにすることで、同一構成のモジュール状態検出手段をモジュール５Ａ〜５Ｌそれぞれに搭載することができ、部品の共有化を図れ、コスト低減を図ることもできる。
本形態では、図２に示すようにモジュール５Ａ〜５Ｌに対して識別情報として付番ＩＤ１から付番ＩＤ１２までをモジュール５Ａ〜モジュール５Ｌの配列順に付与する形態として説明したが、モジュール５Ａ〜モジュール５Ｌまでが必ずしもこの順番に配列されるものではなく、例えば図８に示すように、モジュール５Ｇから開始されることもある。
本形態では、電気自動車としてモータ２を単体で搭載している車両を例に説明したが、電気自動車の形態としてはこのような形態に限定されるものではなく、内燃機関とモータ２を搭載した所謂ハイブリッド方式の電気自動車においても、また、モジュールの個数が異なる場合であっても、複数のセルを接続して構成された電源部を備えている場合にも、本発明の内容を適用することで、本願と同様の効果を得ることができる。
本発明の一実施形態である電気自動車の概略構成図である。 本発明に係る電源部の構成と制御系の構成を示すブロック図である。 各モジュール状態検出手段が送信するデータの通信プロトコルを示す図である。 各モジュール状態検出手段が送信するデータの構成を示す図である。 送信データに含まれるＩＤ情報の内容を示す図である。 各モジュール状態検出手段が備えるＩＤ情報を自動で付与するためのテーブルを示す図である。 各モジュール状態検出手段で実行される自動付番制御の内容を示すフローチャートである。 モジュールに対する自動付与の別な形態を示すブロック図である。
符号の説明
１ 電気自動車
２ モータ
３ 車輪
５ 電源部
５Ａ〜５Ｌ 複数のモジュール
１０ 制御手段
１２Ａ〜１２Ｌ モジュール状態検出手段
２１ 付番通信線
２２ 通信線
３０ 電源管理装置

Claims (2)

  1. 複数の電池セルをまとめたモジュールが複数個配置された電源部を備える電気自動車の電源管理装置であって、
    各モジュールに搭載され、各モジュールの電圧と温度を検知するモジュール状態検出手段と、
    各モジュール状態検出手段によって検出された情報を基に、各モジュールの状態を判定する制御手段とを備え、
    各モジュール状態検出手段は、付番通信線を介して直列に接続され、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報を基にして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段に送信する機能を有し、
    前記制御手段は、前記各モジュール状態検出手段と前記付番通信線及び通信線で接続され、前記付番通信線及び通信線を介して送信された検出情報に基づき、前記各モジュールの異常をモジュール毎に特定することを特徴とする電気自動車の電源管理装置。
  2. 前記各モジュール状態検出手段と前記制御手段とは、付番通信線を介してリング状に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電源管理装置。
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