JP2011067047A - 電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】組電池を構成する複数の電池セルを管理すること。
【解決手段】複数の電池セル管理ユニットを有し、電池セル管理ユニットは互いに接続されており、各々の電池セル管理ユニットは、動作モード切替部と、パラメータ関連データ生成部と、パラメータデータ送信部と、パラメータデータ受信部と、最小値特定部と、切替命令データ送信部と、切替命令データ受信部とを備え、マスターモードによって動作している場合に、切替命令データ送信部が他の電池セル管理ユニットに対し切替命令を送信したとき、動作モード切替部は、自ユニットの動作モードをマスターモードからスレーブモードへ切り替え、スレーブモードによって動作している場合に、切替命令データ受信部が他の電池セル管理ユニットから切替命令を受信したとき、動作モード切替部は、自ユニットの動作モードをスレーブモードからマスターモードへ切り替えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池を構成する複数の電池セルを管理する電池システムに関する。
従来、組電池を構成する複数の電池セルの充放電を監視制御する場合、電池セル毎に１つずつ、あるいは、いくつかの電池セル毎に１つずつ、電池セルを監視するＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を設け、各ＣＭＵの電池セルに対する制御動作をＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）で管理する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２６５７３３号公報
特許文献１のような技術では、ＢＭＵを設置するためのスペースを確保しなければならないという問題や、多数のＣＭＵを用いる場合、ＢＭＵと各ＣＭＵとを接続する配線が煩雑になってしまうという問題がある。
上記課題を解決するために、本発明の電池システムにおいては、組電池を構成する複数の電池セルを管理する電池システムであって、前記電池セルに接続され、当該接続された電池セルを管理する複数の電池セル管理ユニットを有し、前記電池セル管理ユニットは互いに接続されており、前記各々の電池セル管理ユニットは、自ユニットの動作モードを、自己に接続された前記電池セルの管理を行うスレーブモード又は自己に接続された前記電池セルの管理を行うとともに他の電池セル管理ユニットの制御を行うマスターモードのいずれかに択一的に切り替える動作モード切替部と、前記接続された電池セルのパラメータを取得してパラメータ関連データを生成するパラメータ関連データ生成部と、前記スレーブモードによって動作している場合に、前記パラメータ関連データを、前記マスターモードによって動作している他の電池セル管理ユニットに送信するパラメータデータ送信部と、前記マスターモードによって動作している場合に、前記スレーブモードによって動作している他の電池セル管理ユニットから、当該他の電池セルユニットにおいて取得されたパラメータ関連データを受信するパラメータデータ受信部と、前記マスターモードによって動作している場合に、自己の前記パラメータ関連データ生成部が生成したパラメータ関連データと、前記パラメータデータ受信部が受信したパラメータ関連データとを比較して、最小のパラメータ関連データを特定する最小値特定部と、前記マスターモードによって動作している場合に、前記最小値特定部が特定したパラメータ関連データが他の電池セル管理ユニットから受信したものであるとき、当該他の電池セル管理ユニットに対し切替命令を送信する切替命令データ送信部と、前記スレーブモードによって動作している場合に、前記マスターモードによって動作している他の電池セル管理ユニットから前記切替命令を受信する切替命令データ受信部とを備え、前記マスターモードによって動作している場合に、前記切替命令データ送信部が他の電池セル管理ユニットに対し前記切替命令を送信したとき、前記動作モード切替部は、自ユニットの動作モードをマスターモードからスレーブモードへ切り替え、前記スレーブモードによって動作している場合に、前記切替命令データ受信部が他の電池セル管理ユニットから前記切替命令を受信したとき、前記動作モード切替部は、自ユニットの動作モードをスレーブモードからマスターモードへ切り替えることを特徴とする電池システムを提供する。
かかる電池システムとしては、フォークリフトなどの産業車両、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などの移動体、または家屋の電力供給システムなどがありうる。
本発明によれば、最も状態が安定している電池セル、すなわち劣化状態が最も小さい電池セルを監視する電池セル管理ユニットが、他の電池セル管理ユニットによる電池セルの制御動作を管理する。また他の電池セル管理ユニットによる電池セルの制御動作を管理している電池セル管理ユニットが監視する電池セルよりも、安定している電池セルがあれば、その最も安定している電池セルを監視している電池セル管理ユニットに、他の全体の電池セル管理ユニットによる電池セルの制御動作を管理させる。
したがって、複数の電池セルに直接的に接続される複数の各電池セル管理ユニット、例えば複数のＣＭＵだけで、処理効率を落とすことなく、全体として安定した電池セルの管理をすることができる。
本発明の実施形態に係る電池セル管理システム１００を含む電池システムの構成の一例を示す。 電池セル２１０とＣＭＵ１１０とを接続する構成の一例を示す図である。 電池セル２１０にＣＭＵ１１０を取り付けるためのカバーユニット９００を組み合わせた電池セルユニット９９０を示す斜視図である。 図３に示す電池セルユニット９９０のカバーユニット９００を上下に分解した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るＣＭＵ１１０の構成の一例を示すブロック図である。 マスターモードのＣＭＵ１１０における処理の一例を示す流れ図である。 スレーブモードのＣＭＵ１１０における処理の一例を示す流れ図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る電池システムの構成の一例を示す。
電池セル管理システム１００は、複数のＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が並列に接続された構成を備えており、ここではＣＭＵ１１０ａ〜ｚ（以下、ＣＭＵ１１０と総称する）を備えた例を示す。各ＣＭＵ１１０ａ〜ｚは、組電池２００内のそれぞれ１対１に対応する電池セル２１０ａ〜ｚ（以下、電池セル２１０と総称する）に接続され、これら電池セルの充放電をそれぞれ個別に監視制御する。各ＣＭＵ１１０ａ〜ｚのうち、後述するとおり、最も劣化が少ない電池セル２１０に接続されたＣＭＵが他のＣＭＵ１１０による電池セル２１０の制御動作を担当するので、システム全体の処理効率を落とすことなく、安定した一定のパフォーマンスが維持される。なおＣＭＵと電池は必ずしも1対1対応でなくても良く、またＣＭＵは直列接続でも良い。
ＣＭＵ１１０は、各々の電池セル２１０に掛かる負荷の増減に応じて、値が増減するパラメータ（例えば、端子電圧、缶温度など）をそれぞれ取得することができる。当該パラメータは電池セル２１０の劣化の度合いを測る指標となるものであり、各々の電池セル２１０から取得したパラメータを比較すれば、どの電池セル２１０が最も安定しているのかを判定することができる。
組電池２００は電力駆動する電力負荷（例えば、インバータ、電気モータ）に接続されてこれに電力を供給する。通信ケーブル（バス）１２０の他端は接続ポートに接続する。またその接続ポートから負荷制御装置などに接続し、負荷制御装置から表示装置へと接続する。例えば、あるパラメータが異常値を示した場合などに、電気自動車の運転席のメーターパネルに表示させ、人に対して不具合の発生した可能性のある電池の存在を注意喚起してもよい。
かように電池セル管理システム１００と組電池２００は、上記負荷制御装置と上記負荷と接続されて１つの電池システムを構成、例えば、フォークリフトなどの産業車両、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などの移動体、または家屋の電力供給システムなどを構成することになる。
本実施形態に係るＣＭＵ１１０には、例えば自己のＣＭＵ１１０に接続された電池セル２１０の充放電を監視制御すると共に他のＣＭＵ１１０の動作を制御するマスターモードと、他のＣＭＵ１１０から制御されて自己のＣＭＵ１１０に接続された電池セル２１０の充放電を監視制御するスレーブモードの２通りの動作モードがある。
本実施形態に係るＣＭＵ１１０は、常に何れか一方の形態でのみ動作するのではなく、後述のとおり、その時々の状況に応じて動作モードが切り替えられ、最も劣化状態の低い電池セルに接続されたＣＭＵ１１０がマスターモードで動作する。従って、電池セル管理システム１００内の複数のＣＭＵ１１０の１つはマスターモードであって、他のＣＭＵ１１０はスレーブモードとなる。
マスターモードのＣＭＵ１１０は他のＣＭＵ１１０を管理するので、一般的にＣＭＵ１１０の管理のために別途設置されるＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）が不要となる。
図２は、電池セル２１０とＣＭＵ１１０とを接続する構成の一例を示す図である。
電池セル２１０の容器本体２１４には、温度計測回路２１３が設けられる。温度計測回路２１３は、電池セル２１０の温度を計測するセンサを含む。ＣＭＵ１１０は、温度計測回路２１３によって計測された電池セル２１０の温度の値を示すデータを取得する。また、ＣＭＵ１１０は、基準電位に対する正極端子２１１の電位の値を検出する。また、ＣＭＵ１１０は、正極端子２１１と負極端子２１２との間の端子間電圧を検出する。電池セル２１０においては、容器本体２１４に有意な電位を得るために、容器本体２１４と正極端子２１１とを抵抗器２３０を介して接続することがある。ＣＭＵ１１０は、このような容器本体２１４に生じる電位の値を検出するようにしてもよい。
電池セル２１０においては、他の電池セル２１０との間に電圧のバラつきが生じてしまった場合に、電圧を均衡化させるためのバランス回路が設けられる。バランス回路は、作動することによって電池セル２１０の電圧を降下させるための回路である。バランス回路は、例えば、正極端子２１１と負極端子２１２とを抵抗器２４０を介して接続し、この接続のオン／オフを切り替えるためのスイッチ２５０を備えて成る。バランス回路は、ＣＭＵ１１０からの制御命令によってスイッチ２５０のオン／オフを切り替える。
バランス回路を作動させるまでの処理の流れを簡単に説明すると、スレーブモードの各ＣＭＵ１１０は、管理対象の電池セル２１０の電圧をそれぞれ監視し、その値を示すデータ及び当該CMU１１０のアドレス情報を、マスターモードのＣＭＵ１１０に通信ケーブル１２０を介して一定時間ごともしくはマスターモードのＣＭＵ１１０の要求に応じて送信する。
マスターモードのＣＭＵ１１０は、各ＣＭＵ１１０から受信したデータによって示される各電池セル２１０の電圧値を比較する。比較の結果、電池セル２１０同士の電圧の値にバラつきが生じた場合、電圧の高い電池セル２１０を管理しているＣＭＵ１１０に対し、バランス回路を作動させる命令を当該ＣＭＵ１１０のアドレス情報とともに通信ケーブル１２０を介して送信する。通信ケーブル１２０は各ＣＭＵ１１０に直列または並列に接続されているので、この命令は全てのスレーブモードのＣＭＵ１１０により受信されるが、当該アドレス情報に対応するＣＭＵ１１０のみ、スイッチ２５０をオンに切り替えるようバランス回路に制御命令を送る。そして、バランス回路は、この命令を受けてスイッチ２５０をオンにすることによって作動することとなる。
図３は、電池セル２１０にＣＭＵ１１０を取り付けるためのカバーユニット９００を組み合わせた電池セルユニット９９０を示す斜視図である。また、図４は、図３に示す電池セルユニット９９０のカバーユニット９００を上下に分解した状態を示す斜視図である。
カバーユニット９００は絶縁体、例えばプラスチックで形成される。プラスチックであると型で形成が容易であるので、以下の構造を製造容易である。
ここでは、１つの電池セルと１つのＣＭＵが１対１に対応づけて接続され、かつ、複数のＣＭＵ同士は並列接続される場合に適用される電池セルユニット９９０の構成を示す。
電池セルユニット９９０は、カバーユニット９００の内側に電池セル２１０及びＣＭＵ１１０を収納した構造を有する。カバーユニット９００は、上部カバー９１０と下部カバー９２０とに分離可能とされて、その内側に電池セル２１０を収納することが可能となっている。この構成は、電池セルとＣＭＵが１対１に対応づけて接続される場合、すなわち１つの電池セルと１つのＣＭＵが１組として用いられる場合に、電池セルとＣＭＵが１体的に構成できるので、取り扱いが容易になるという利点がある。
このうち上部カバー９１０には、電池セル２１０の上部側が嵌め込まれる凹部９１８が形成されている。そして、この上部カバー９１０の四隅の角部には、下方に延びる支柱９１９ａ〜ｄ（以下、支柱９１９と総称する）がそれぞれ形成されている。また、上部カバー９１０の上部には、電池セル２１０を嵌め込んだときに、電池セル２１０の正極端子２１１及び負極端子２１２を挿通させるための孔部９１１、９１２がそれぞれ形成されている。これにより上部カバー９１０の凹部９１８に電池セル２１０を嵌め込んだとき、電池セル２１０の正極端子２１１及び負極端子２１２の先端の一部は、上部カバー９１０の本体の外側に露出することになる。
また、上部カバー９１０の凹部９１８に電池セル２１０を嵌め込んで、正極端子２１１及び負極端子２１２を孔部９１１及び９１２にそれぞれ挿通させたときに、電池セル２１０の安全弁２１５が臨む位置には、安全弁２１５が解放されたときに噴出するガスを外部へ逃がすための孔部９１５が形成されている。
また、上部カバー９１０の側面には、電池セル２１０を嵌め込んだときに、電池セル２１０の温度計測回路２１３と電気的に接続するための金属端子９１３が設けられている。また、上部カバー９１０の孔部９１１及び９１２の周囲には、電池セル２１０の正極端子２１１及び負極端子２１２と電気的に接続するための金属接点９１６ａ、９１６ｂ（以下、金属接点９１６と総称する）がそれぞれ設けられている。
また、上部カバー９１０の上面には、入出力コネクタ９１７ａ、９１７ｂ（以下、入出力コネクタ９１７と総称する）が形成される。入出力コネクタ９１７ａ、９１７ｂには、データを送受信するための通信ケーブル１２０のコネクタが接続される。そして、その通信ケーブル１２０の他方端のコネクタは、別のカバーユニット９００の入出力コネクタ９１７と接続される。
上部カバー９１０の入出力コネクタ９１７a、９１７ｂ間には、上部カバーの内部でこれらコネクタの両方になんら装置を介することなく直結された内部バスが配置される。よって、カバーユニット９００同士が通信ケーブル１２０によって接続されることによって、各ＣＭＵを互いに並列に接続する通信ケーブル１２０が形成される。上部カバー９１０内に通信ケーブル１２０の一部が構成されるので通信ケーブル１２０の形成の融通がきき、電池セル管理システム１００および組電池２００が極力狭い範囲に設置されることが要求される電気自動車等のシステムにおけるコンパクト化の要請に資する。
上部カバー９１０の各支柱９１９ａ〜ｄの先端面には、金属端子９１４ａ〜ｄ（以下、金属端子９１４と総称する）がそれぞれ設けられている。これらの金属端子９１４ａ〜ｄは、金属端子９１３、金属接点９１６ａ、９１６ｂ、または図示しないバランス回路と電気的に接続されている。さらに、金属端子９１４ａ〜ｄは、入出力コネクタ９１７ａ、９１７ｂの一方または上記内部バスと電気的に接続されている。入出力コネクタ９１７は通信ケーブル１２０に接続されることから多ピンのコネクタとなっており、また、金属端子９１４、上記２つの金属接点、バランス回路の制御等のための電気接続もあることから、少なくとも４本より多い電気経路が４つの各支柱９１９ａ〜ｄを介して後述する下部カバー９２０のＣＭＵ１１０との間に形成されることになる。従って、金属端子９１４の一部または全部は、複数の電気信号を伝達できるよう多ピンの端子（または多ピンのコネクタ）となっている。
一方、下部カバー９２０には、電池セル２１０の下部側が嵌め込まれる凹部９２８が形成されている。そして、この下部カバー９２０の四隅の角部には、上方に延びる支柱９２９ａ〜ｄ（以下、支柱９２９と総称する）がそれぞれ形成されている。また、下部カバー９２０の底面９２１には、ＣＭＵ１１０が埋め込まれている。電池セル２１０は上部の方が高温となるため、高温に比較的弱いＣＭＵのような集積回路は上部カバー９１０よりも下部カバー９２０に設置するのが望ましいからである。
下部カバーの各支柱９２９ａ〜ｄの先端面には、金属端子９２４ａ〜ｄ（以下、金属端子９２４と総称する）がそれぞれ設けられている。各金属端子９２４ａ〜ｄの形状は、それぞれ対応して電気的に接続される各金属端子９１４ａ〜ｄと一対一に嵌合する形状となっている。そして、これらの金属端子ａ〜ｄは、下部カバー９２０の内部にてＣＭＵ１１０と電気的に接続される。
電池セルユニット９９０は、このような上部カバー９１０と下部カバー９２０との間に電池セル２１０を嵌め込んで組み合わせることによって、上部カバー９１０及び下部カバー９２０に設けられた各金属端子を介して、ＣＭＵ１１０が電池セル２１０の温度や端子間電圧、基準電位に対する正極端子２１１の電位値等を取得することができるようになっている。
以上、角型のカバーユニット９００を採用する構成について説明したが、カバーユニット９００の形状は、角型に限られない。カバーユニット９００の形状は、電池セル２１０の形状に合わせて様々な形状とすることができる。例えば、電池セル２１０が略円柱形状の場合、カバーユニット９００の形状は、略円柱形状の電池セル２１０を収納し得る形状であればよい。即ち、カバーユニット９００は、上部カバー９１０と下部カバー９２０とを組み合わせたときの形状が略円柱形状となるようにしてもよいし、上部カバー９１０と下部カバー９２０とを組み合わせたときの形状を角型とし、上部カバー９１０の凹部９１８、及び下部カバー９２０の凹部９２８の形状を、それぞれ電池セル２１０の形状に合わせて略円柱形状としてもよい。
また、本実施形態においては、上部カバー９１０の支柱９１９、及び下部カバー９２０の支柱が四隅の角部に形成されているが、これらの支柱９１９、９２９が形成される位置は、これに限られない。即ち、支柱９１９、９２９が形成される位置は、上部カバー９１０及び下部カバー９２０を組み合わせたときに、支柱９１９の先端と支柱９２９の先端とが接するような形状であればよく、電池セル２１０の側面と接する位置に形成されていてもよい。また、支柱９１９と支柱９２９は、必ずしも４つずつ形成される必要はなく、同じ数ずつ形成されていればよい。上部カバー９１０と下部カバー９２０のそれぞれの支柱９１９、９２９を嵌合させて電池セル２１０をこれらカバーで挟みこむことで、電池セル２１０においてこれらカバーで被覆されない部分ができ、この部分から効率的に放熱することができる。
図３、図４では、電池セルユニット９９０として１つの電池セルと１つのＣＭＵが一体的に形成される構成を示したが、１つのＣＭＵが複数の電池セル（例えば４つの電池セル）を監視する場合には、４つ分の上部カバー９１０を予め一体形成し、４つ分の下部カバー９２０を予め一体形成するなど、適宜、設計変更することができる。
図５は、本発明の実施形態に係るＣＭＵ１１０の構成の一例を示すブロック図である。
ＣＭＵ１１０は、パラメータ取得部１１１、劣化状態値算出部１１２、パラメータデータ送信部１１３、パラメータデータ受信部１１４、最小値特定部１１５、切替命令データ送信部１１６、切替命令データ受信部１１７、及び動作モード切替部１１８を有する。
図５の動作を、図６、図７のフローチャートを用いて説明する。図６はマスターモード、図７はスレーブモードのＣＭＵ１１０における処理を示す。
まず、マスターモードのＣＭＵ１１０の動作を説明する。マスターモードのＣＭＵ１１０のパラメータ取得部１１１が、自己に接続された管理対象の電池セル２１０のパラメータをパラメータ取得部１１１にて取得する（Ｓ１０１）。パラメータ取得部１１１は、管理対象の電池セル２１０の劣化状態の指標となり得るパラメータを取得する処理部である。当該パラメータには、例えば、電池セル２１０が起動している間に達した電池セル２１０の最高温度、電池セル２１０に設けられたバランス回路が起動された回数、電池セル２１０の端子間電圧、電池セル２１０の周囲の環境温度、及び電池セル２１０の周囲の環境湿度等がある。パラメータ取得部１１１は、温度、電圧についてはアナログデータとして取得し、これをデジタルデータに変換する。バランス回路が起動された回数については、ＣＭＵ１１０が上記バランス回路に制御命令を発した回数をＣＭＵ１１０内のカウンタ（図示しない）に格納しておき、一定時間ごとにパラメータ取得部１１１にて他のパラメータのアナログデータが取得されてデジタルデータへ変換される際に、同期してパラメータ取得部に取得されうる。
後述の劣化状態算出部１１２では、これらの中の１種類のみを用いて劣化状態を算出してもよいし、複数用いて劣化状態を算出してもよい。電池は複雑な化学反応を起こすため、より正確に劣化状態を算出するためには１つのパラメータのみを用いるよりも複数のパラメータを用いる方が望ましい。よって、以下では複数のパラメータが劣化状態値算出に使用されるとして説明する。
次に、パラメータ取得部１１１は上記デジタル信号を劣化状態算出部１１２に出力する。劣化状態算出部１１２では、取得された各パラメータに対応するデジタルデータを変数として、管理対象の電池セル２１０の劣化状態を示す劣化状態値を算出する（Ｓ１０２）。例えば、複数種類の各パラメータに対して、重み付けのための係数を積算し、これらの係数が積算されたパラメータを加算して劣化状態値とする。なお、重み付けのための係数は、パラメータの種類毎に予め設定されており、電池セル２１０に掛かる負荷によって増減しやすいパラメータほど大きい係数が設定される。
例えば、パラメータ取得部１１１によって、電池セル２１０の起動中の最高温度（Ｔ）と、バランス回路を起動した回数（ＮＢ）が取得されたとすると、劣化状態値算出部１１２によって算出される劣化状態値（Ｙ）は、
Ｙ＝ａ・Ｔ＋ｂ・ＮＢ
と表せる。上記式におけるａ及びｂは、それぞれ重み付けのための係数である。
その後、算出された劣化状態値が後述の最小値特定部１１５に出力される。
そして、パラメータデータ受信部１１４は、スレーブモードの各ＣＭＵ１１０からそれぞれ通信ケーブル１２０を介して送信される劣化状態値および当該ＣＭＵ１１０のアドレスを示すデジタルデータを受信する（Ｓ１０３）。そして、かかるデジタルデータを最小値特定部１１５へ出力する。
そして、最小値特定部１１５は、マスターモードおよびスレーブモードの各ＣＭＵ１１０から受信した劣化状態値を比較して、最小の劣化状態値を出力したＣＭＵ１１０を特定する（Ｓ１０４）。これは、スレーブモードの各ＣＭＵ１１０の劣化状態値のみならずアドレスも最小値特定部１１５が受信しているため、容易に特定可能となる。
なお、マスターモードのＣＭＵ１１０のアドレスについては、劣化状態値算出部１１２が算出した劣化状態値とともに出力してもよいし、最小値特定部が自らのＣＭＵ１１０のアドレスを予め格納し、自己の劣化状態値をスレーブモードのＣＭＵ１１０から受信される他のデータと識別可能としておいてもよい。
最小値特定部１１５は、最小の劣化状態値を出力したＣＭＵ１１０のアドレスを動作モード切替部１１８へ出力する。
そして、動作モード切替部１１８は自己のＣＭＵ１１０のアドレス情報と最小値特定部１１５から入力されたアドレス情報とを比較し、これらアドレス情報が異なる場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、最小値のパラメータを取得したスレーブモードのＣＭＵ１１０の動作モードをスレーブモードからマスターモードに切り替えるべく、当該ＣＭＵ１１０のアドレスとともに切替命令を切替命令データ送信部１１６から通信ケーブル１２０に出力する（Ｓ１０６）。そして、かかる切替命令とアドレスを出力後、動作モード切替部１１８は自己のＣＭＵの動作モードをマスターモードからスレーブモードに切り替える（Ｓ１０７）。
一方、自己のＣＭＵ１１０のアドレス情報と最小値特定部１１５から入力されたアドレス情報とが同一の場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、動作モード切替部１１８は何ら切替処理を行わない。
次に、スレーブモードのＣＭＵ１１０の動作を説明する。
マスターモードのＣＭＵ１１０と同様に、パラメータ取得部１１１が、管理対象の電池セル２１０の劣化の指標となるパラメータを取得する（Ｓ２０１）。そして、パラメータ取得部１１１が出力したデジタルデータは劣化状態値算出部１１２に入力され、劣化状態値が算出される（Ｓ２０２）。
そして、劣化状態値算出部１１２は、算出した劣化状態値をパラメータデータ送信部１１３に出力する。パラメータデータ送信部１１３は、入力された劣化状態値とともに自己のＣＭＵのアドレス情報を通信ケーブル１２０に出力する（Ｓ２０３）。これらデジタルデータは、マスターモードのＣＭＵ１１０のパラメータデータ受信部１１４に受信される。
そして、スレーブモードのＣＭＵ１１０の切替命令データ受信部１１７が、マスターモードのＣＭＵ１１０が通信ケーブル１２０に出力した当該スレーブモードのＣＭＵ１１０のアドレス情報と切替命令を受信すると（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、切替命令データ受信部１１７は動作モード切替部１１８へ制御信号を出力する。この制御信号が入力された動作モード切替部１１８は、自己のＣＭＵ１１０（自ユニット）の動作を、スレーブモードからマスターモードに切り替える（Ｓ２０５）。
一方、スレーブモードのＣＭＵ１１０の切替命令データ受信部１１７が、自己のアドレス情報および切替命令を受信しないうちは（Ｓ２０４：Ｎｏ）、スレーブモードのＣＭＵ１１０は、Ｓ２０１〜Ｓ２０４の処理を繰り返す。
なお、上述の説明では複数のパラメータにて劣化状態値を算出したが、たった１つのパラメータのみで各電池セルの劣化状態を比較する場合もありうる。この場合には、上述のような劣化状態値を算出する必要もなく、各ＣＭＵ１１０のパラメータ取得部１１１から出力されるデジタルデータを比較してもよい。
従って、この場合には、マスターモードのＣＭＵ１１０はパラメータ取得部１１１の出力を劣化状態値算出部１１２を介すことなく直接的に最小値特定部１１５に入力させてもよい。また、この場合、スレーブモードのＣＭＵ１１０はパラメータ取得部１１１の出力を劣化状態値算出部１１２を介すことなく直接的にパラメータデータ送信部１１３に入力させてもよい。
予めパラメータを１つで使用することが判明している場合には、劣化状態値算出部１１２をＣＭＵ１１０に設ける必要がないのでコスト削減、小型化が可能となる。もちろん、汎用性を持たせるために劣化状態値算出部１１２をＣＭＵ１１０に設けておき、パラメータが１つのみであるか複数であるかで、劣化状態値算出部１１２を使用する経路か省略する経路かのいずれかに切り替える構成としてもよい。
また、上述の説明は、１つのＣＭＵの管理対象の電池セルが１つの場合であるが、１つのＣＭＵの管理対象の電池セルが複数、例えば４つ存在する場合には、パラメータ取得部１１１は４つの電池セルのパラメータをそれぞれ取得する。そして、パラメータ取得部１１１がこの４つの電池セルのパラメータの同一種類のパラメータの平均値を計算して、その値を上述のように最小値特定部１１５または劣化状態値算出部１１２に送信する。このようにすれば、上述の１つの電池セルからパラメータを取得する場合と同様の動作が可能となる。
このように、パラメータ取得部１１１にパラメータとして入力されるアナログデータは、１種類のパラメータである場合には、デジタルデータに変換された後にパラメータ送信部１１３および最小値特定部１１５へ送信される。また、電池セルの起動中の最高温度、バランス回路を起動した回数、端子間電圧、環境温度、環境湿度など複数種類のパラメータである場合には、それぞれがデジタルデータに変換された後、劣化状態値算出部で計算要素として用いられることでデジタルデータである劣化状態値が算出され、これが最小値特定部１１５またはパラメータデータ送信部へ出力される。さらに、パラメータ取得部１１１が複数電池セルのパラメータを取得する場合には、パラメータ取得部１１１が同一種類のパラメータの平均値をアナログデータとして出力するので、１つの電池セルのみのパラメータのみが入力される場合と同様の処理が劣化状態値算出部１１２や最小値特定部１１５で行われる。
パラメータ取得部１１１と劣化状態値算出部１１２とでパラメータ関連データ生成部を構成し、パラメータ取得部１１１からの出力されるデジタルデータ、劣化状態値算出部１１２から出力される劣化状態値は、いずれもパラメータに関連するデジタルデータであるので、パラメータ関連データ生成部の出力であるパラメータ関連データとして扱う。
このように本実施形態に係る電池セル管理システム１００によれば、マスターモードのＣＭＵ１１０は、自ユニットが監視している電池セル２１０よりも劣化の小さい電池セル２１０を監視しているＣＭＵ１１０があれば、そのＣＭＵ１１０を新たにマスターモードのＣＭＵ１１０として動作するように監視制御モードを制御する。従って、一般に設置されるＢＭＵが不要となる。
また、劣化状態が大きい電池セルを監視しているＣＭＵ１１０は、例えば電池温度が過大な場合など、負荷制御装置へエラー信号を送信して上述のようにユーザーに注意喚起を行うなど、劣化状態が小さい電池セルを監視しているＣＭＵ１１０に比べ、ＣＭＵ内部のプロセッサ等処理装置の処理負担が大きくなる。処理負担が大きい場合には処理エラー、処理速度低下など問題が発生しうるが、本実施形態に係る電池セル管理システム１００では、マスターモードのＣＭＵは複数のＣＭＵ中の最も処理負担が小さいものに適時切り替わるので、上記処理速度低下などの問題も生じにくい。
すなわち、本実施形態に係る電池セル管理システム１００は、ＢＭＵを用いないシステムでありながら、いずれのＣＭＵ１１０にも無理な処理負担をかけることのないマスタースレーブシステムを構築することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１００ 電池セル管理システム
１１０ ＣＭＵ
１２０ 通信ケーブル
１１１ パラメータ取得部
１１２ 劣化状態値算出部
１１３ パラメータデータ送信部
１１４ パラメータデータ受信部
１１５ 最小値特定部
１１６ 切替命令データ送信部
１１７ 切替命令データ受信部
１１８ 動作モード切替部
２００ 組電池
２１０ 電池セル
９００ カバーユニット
９１０ 上部カバー
９１１ 孔部
９１２ 孔部
９１３ 金属端子
９１４ 金属端子
９１５ 孔部
９１６ 金属端子
９１７ 入出力コネクタ
９１８ 凹部
９１９ 支柱
９２０ 下部カバー
９２１ 底面
９２４ 金属端子
９２８ 凹部
９２９ 支柱
９９０ 電池セルユニット

Claims (6)

  1. 組電池を構成する複数の電池セルを管理する電池システムであって、
    前記電池セルに接続され、当該接続された電池セルを管理する複数の電池セル管理ユニットを有し、
    前記電池セル管理ユニットは互いに接続されており、
    前記各々の電池セル管理ユニットは、
    自ユニットの動作モードを、自己に接続された前記電池セルの管理を行うスレーブモード又は自己に接続された前記電池セルの管理を行うとともに他の電池セル管理ユニットの制御を行うマスターモードのいずれかに択一的に切り替える動作モード切替部と、
    前記接続された電池セルのパラメータを取得してパラメータ関連データを生成するパラメータ関連データ生成部と、
    前記スレーブモードによって動作している場合に、前記パラメータ関連データを、前記マスターモードによって動作している他の電池セル管理ユニットに送信するパラメータデータ送信部と、
    前記マスターモードによって動作している場合に、前記スレーブモードによって動作している他の電池セル管理ユニットから、当該他の電池セルユニットにおいて取得されたパラメータ関連データを受信するパラメータデータ受信部と、
    前記マスターモードによって動作している場合に、自己の前記パラメータ関連データ生成部が生成したパラメータ関連データと、前記パラメータデータ受信部が受信したパラメータ関連データとを比較して、最小のパラメータ関連データを特定する最小値特定部と、
    前記マスターモードによって動作している場合に、前記最小値特定部が特定したパラメータ関連データが他の電池セル管理ユニットから受信したものであるとき、当該他の電池セル管理ユニットに対し切替命令を送信する切替命令データ送信部と、
    前記スレーブモードによって動作している場合に、前記マスターモードによって動作している他の電池セル管理ユニットから前記切替命令を受信する切替命令データ受信部と
    を備え、
    前記マスターモードによって動作している場合に、前記切替命令データ送信部が他の電池セル管理ユニットに対し前記切替命令を送信したとき、前記動作モード切替部は、自ユニットの動作モードをマスターモードからスレーブモードへ切り替え、
    前記スレーブモードによって動作している場合に、前記切替命令データ受信部が他の電池セル管理ユニットから前記切替命令を受信したとき、前記動作モード切替部は、自ユニットの動作モードをスレーブモードからマスターモードへ切り替えることを特徴とする電池システム。
  2. 前記パラメータ関連データ生成部は、前記パラメータとして、前記接続された電池セルの起動中の最高温度、バランス回路を起動した回数、端子間電圧、環境温度、環境湿度のうち少なくとも何れか１つのパラメータを取得することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
  3. 前記パラメータ関連データ生成部は複数種類の前記パラメータを取得し、
    前記複数種類のパラメータを用いて前記接続された電池セルの劣化状態値を算出し、前記劣化状態値を前記パラメータ関連データとして出力する劣化状態値算出部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電池システム。
  4. 前記組電池から供給される電力で動作する電力負荷と、
    接続ポートと、
    前記接続ポートを介して前記電池セル管理ユニットに接続され、前記パラメータに応じて前記電力負荷を制御する負荷制御装置と
    負荷制御装置から出力される電池情報を表示する表示装置とをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
  5. 前記電力負荷は電気モータであり、前記電池システムは前記電気モータにより移動可能となる産業車両、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車のいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載の電池システム。
  6. 絶縁物で形成されて対をなす上部カバーと下部カバーとを複数対さらに有し、
    前記上部カバーは、入出力コネクタを備え、
    前記下部カバーには前記電池セル管理ユニットが配置され、
    正負極の端子が形成される前記電池セルの上部に前記上部カバーが設置され、前記下部カバーは前記電池セルを挟みこんで前記上部カバーと嵌合されることで、前記電池セルと前記上部カバーおよび前記下部カバーとが一体的に形成され、かつ、前記入出力コネクタと前記電池セル管理ユニットとが電気的に接続され、
    前記入出力コネクタを介して前記複数の電池セル管理ユニットが互いに接続されることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
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