JP2012050240A - 組電池モジュール、車両、および、プロセッサ - Google Patents

Abstract

【課題】 二次電池セルの危険な状態を回避し、信頼性の高い組電池モジュール、車両、および、プロセッサを提供する。
【解決手段】 複数の二次電池セルを含む組電池１４と、複数の二次電池セル１４−１〜１４−５の電圧および温度を検出する組電池監視回路２１と、組電池監視回路２１を制御する制御回路３１と、前記制御回路へ信号を入力する通信信号入力線１１１ａと、制御回路３１から信号を出力する通信信号出力線１１１ｂと、を含む通信信号線１１１と、制御回路３１が接続された通信バス１１０と、を備え、制御回路３１は、通信バス１１０へ組電池監視回路２１での検出データを出力するとともに、通信信号入力線１１１ａから健全性を示す信号を受信し、通信信号受信線１１１ｂへ健全性を示す信号を出力するように構成されたことを特徴とする組電池モジュール。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、組電池モジュール、車両、および、プロセッサに関する。

相互接続された複数の装置間のデータ転送にＣＡＮ規格による通信バスが用いられている。ＣＡＮ規格は耐ノイズ特性を意図して設計され、例えば車両において車速、エンジンの回転数、ブレーキの状態、故障診断の情報などの転送や、機器の制御情報の転送用として使用されている。

車両等に搭載される二次電池装置は、複数の二次電池モジュールを備えている。各二次電池モジュールは複数の二次電池セルを含む組電池を備えている。二次電池セルは、過充電や高温状態が継続すると、発火発煙等の事態を引き起こす場合がある。そのため、二次電池セルの端子間電圧や温度等を監視して保護するために、二次電池モジュールと電池管理装置との間でデータ転送を行なっている。

特開２００９−８９４８７号公報

二次電池モジュールと電池管理装置との間の通信手段が単一であると、通信手段が故障した場合に、二次電池セルの監視および保護を行うことができなくなり、二次電池装置の信頼性が低下し、危険な状態に至る場合がある。そのため、二次電池モジュールと電池管理装置と間での監視および保護系統を多重化し、少なくとも単一の通信手段の故障により危険な状態に至ることのない仕組みを検討する必要があった。

一方、それだけでは直ちに危険な状態であるとはいえない軽度な故障であれば、使用者へ警告を発したり一部機能を制限した状態で動作を継続できるようにしたいという要求もあった。

本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、二次電池セルの危険な状態を回避し、信頼性の高い組電池モジュール、車両、および、プロセッサを提供することを目的とする。

実施形態による組電池モジュールは、複数の二次電池セルを含む組電池と、前記複数の二次電池セルの電圧および温度を検出する組電池監視回路と、前記組電池監視回路を制御する制御回路と、前記制御回路へ信号を入力する通信信号入力線と、前記制御回路から信号を出力する通信信号出力線と、前記制御回路が接続された通信バスと、を備え、前記制御回路は、前記通信バスへ前記組電池監視回路での検出データを出力するとともに、前記通信信号入力線から健全性を示す信号を受信し、前記通信信号出力線へ前記健全性を示す信号を出力するように構成されている。

実施形態に係る車両の一構成例を説明するための図である。 第１実施形態に係る二次電池装置の一構成例を説明するための図である。 図２に示す組電池監視装置の一構成例を説明するための図である。 図２に示す組電池監視装置のＭＰＵの動作の一例を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態に係る二次電池装置の組電池監視装置のＭＰＵの動作の一例を説明するためのフローチャートである。 組電池監視装置のＭＰＵから出力される監視用信号の波形の一例を示す図である。 第３実施形態に係る二次電池装置の組電池監視装置のＭＰＵの動作の一例を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態に係る二次電池装置の組電池監視装置の一構成例を説明するための図である。 第４実施形態に係る二次電池装置の組電池監視装置のＭＰＵの動作の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、実施形態に係る組電池モジュールを搭載した二次電池装置、車両、および、プロセッサについて、図面を参照して説明する。

図１に、第１実施形態に係る車両の一構成例を概略的に示す。図１は車両１００、車両１００への二次電池装置の搭載個所、及び車両１００の駆動モータ４５などは概略的に示している。

車両１００は、二次電池装置１と、二次電池装置１の上位制御手段である電気制御装置（ＥＣＵ：Electric Control Unit）８０と、外部電源７０と、インバータ４０と、駆動モータ４５とを備えている。

二次電池装置１は、互いに直列に接続された複数の二次電池モジュール（組電池モジュール）１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１１と、二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃと電池管理装置１１とを接続する通信バス１１０および補助通信信号線１１１と、スイッチ装置ＳＷと、を備えている。

二次電池モジュール１２ａは、組電池１４ａと組電池監視装置（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）１３ａと、を備えている。二次電池モジュール１２ｂは、組電池１４ｂと組電池監視装置１３ｂと、を備えている。二次電池モジュール１２ｃは、組電池１４ｃと組電池監視装置１３ｃと、を備えている。二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の二次電池モジュールと交換することができる。

二次電池装置１の負極端子１７には、接続ラインＬ１の一方の端子が接続されている。この接続ラインＬ１は、電池管理装置１１内の電流検出部（図示せず）を介してインバータ４０の負極入力端子に接続されている。

また二次電池装置１の正極端子１６には、接続ラインＬ２の一方の端子が、スイッチ装置ＳＷを介して接続されている。接続ラインＬ２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。

スイッチ装置ＳＷは、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ（図示せず）、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ（図示せず）を含む。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオンおよびオフされるリレー回路（図示せず）を備える。

インバータ４０は、入力した直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。このインバータ４０は、後述する電池管理装置１１あるいは車両全体動作を制御するための電気制御装置８０からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、駆動モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。駆動モータ４５の回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪Ｗに伝達される。

電池管理装置１１には、独立した外部電源７０が接続されている。外部電源７０は定格１２Ｖの鉛蓄電池である。また、電池管理装置１１は、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行なう電気制御装置８０と接続されている。

図２に本実施形態に係る二次電池装置１の一構成例を示す。二次電池装置１は、複数個の二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、電池管理装置１１から構成されている。二次電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、図２では例として３個であるが、単一であってもよい。

二次電池モジュール１２ａは、複数の二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５からなる組電池１４ａおよび組電池監視装置１３ａを含む。二次電池モジュール１２ｂは、複数の電池セル１４ｂ−１〜１４ｂ−５からなる組電池１４ｂおよび組電池監視装置１３ｂを含む。二次電池モジュール１２ｃは、複数の二次電池セル１４ｃ−１〜１４ｃ−５からなる組電池１４ｃおよび組電池監視装置１３ｃを含む。

二次電池装置１は、例えば電気自動車や電力蓄積システムに接続され、正極端子１６および負極端子１７を通じて組電池１４ａ、１４ｂ、１４ｃへの充放電が行われる。また、電池管理装置１１と二次電池装置１が組み込まれた装置（電気自動車など）との間で、通信線１５により、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の残容量等の二次電池装置１の保全に関するデータ転送が行われる。電池管理装置１１には、電源供給配線１８により二次電池装置１が組み込まれた装置から動作電源が供給される。

図２に図示はしていないが、二次電池装置１は正極端子１６と負極端子１７との接続を入り切りするための電磁接触器（例えば図１に示すスイッチ装置ＳＷ）を有している場合もある。

電池管理装置１１は、二次電池装置１の保全に関する情報を集めるために、二次電池装置１を構成する組電池１４ａ、１４ｂ、１４ｃの二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧、温度などの情報を組電池監視装置１３との間で通信を行い収集する。

電池管理装置１１と組電池監視装置１３との間には、通信バス１１０、補助通信信号線１１１、および、電源供給線１９が接続されている。

補助通信信号線１１１は、電池管理装置１１から二次電池モジュール１２へ信号を送信する配線１１１ａと、二次電池モジュール１２間で信号を順次送信する配線１１１ｂ、１１１ｃと、二次電池モジュール１２から電池管理装置１１へ信号を送信する配線１１１ｄと、を備え、電池管理装置１１が、補助通信信号線１１１へ健全性を表す信号（状態通知信号）等の所定の信号を出力し、複数の二次電池モジュール１２を順次経由した信号を補助通信信号線１１１より受信可能としている。

補助通信信号線１１１は、電池管理装置１１と組電池監視装置１３ｃの補助通信信号入力（通信信号入力線）３４との間に接続された配線１１１ａと、組電池監視装置１３ｃの補助通信信号出力３５と組電池監視装置１３ｂの補助通信信号入力３４との間に接続された配線１１１ｂと、組電池監視装置１３ｂの補助通信信号出力（通信信号出力線）３５と組電池監視装置１３ａの補助通信信号入力３４との間に接続された配線１１１ｃと、組電池監視装置１３ａの補助通信信号出力３５と電池管理装置１１との間に接続された配線１１１ｄと、を備えている。

通信バス１１０は、１組の通信線を複数のノード（電池管理装置１１と１つ以上の組電池監視装置１３と）で共有するように構成されている。通信バス１１０は、例えばＣＡＮ（Control Area Network）規格に基づいて構成された通信バスである。

電源供給線１９は、組電池監視装置１３の動作電源を送信する配線である。図２では、動作電源は電池管理装置１１を経由して組電池監視装置１３へ供給されるように構成されているが、二次電池装置１が搭載された電気自動車や電力蓄積システム等から組電池監視装置１３へ直接供給されてもよい。また、二次電池装置１の接続先である電気自動車や電力蓄積システム等から電源供給線１９へ常時電源が供給されることも好適である。

組電池監視装置１３ａ〜１３ｃは、電池管理装置１１からの通信による指令に基づいて、組電池を構成する個々の電池の電圧、温度を計測する。さらに、セルバランシングと呼ばれる各々の二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５に並列に接続された抵抗器（図示せず）へのスイッチ（図示せず）を電池管理装置１１からの通信による指令に基づいて制御し、充電量が過多となった二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５を放電させるように構成されている。ただし、温度は１つの組電池１４ａ〜１４ｃにつき数箇所だけで測定し、全ての二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の温度は測定しなくてもよい。

なお、上記の組電池監視装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃと電池管理装置１１とを備える二次電池装置１の要素の全部または一部は、半導体集積回路により構成されることが多い。

図３に、組電池監視装置１３の一構成例を概略的に示す。なお、図２には、組電池監視装置１３ｃの構成例を示しているが、組電池監視装置１３ｂ、１３ｃも同様の構成である。

組電池監視装置１３ｃは、補助通信信号入力３４と、補助通信信号出力３５と、電源回路３３と、組電池監視回路２１と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）３１と、電気的に消去および書き込み可能な読み出し専用記憶装置（Ｅ^２ＰＲＯＭ）３６と、を備える。

組電池監視回路２１は、二次電池セル１４ｃ−１〜１４ｃ−５の電圧や温度を検出するとともに、セルバランシングを行うように構成されている。

ＭＰＵ３１は、組電池監視回路２１での電圧や温度の検出のタイミングとセルバランスとの制御、通信バス１１０を介した通信、補助通信信号線１１１を介した通信、電源回路３３の制御、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６への書き込みおよび読み出し、および、後述する識別符号の取得等を行うように構成されている。

ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４の波形が所定の波形か否かを判断する手段と、組電池監視回路２１の動作が正常か否か判断する手段と、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度が正常の範囲であるか否か判断する手段と、を備えている。

図４に、ＭＰＵ３１の動作の一例を説明するためのフローチャートを示す。組電池監視装置１３の補助通信信号入力３４に補助通信信号線１１１を介して接続されている電池管理装置１１また組電池監視装置１３は、正常に動作しているときは補助通信信号線１１１に対して所定の波形を出力する。組電池監視装置１３の補助通信信号入力３４に補助通信信号線１１１を介して接続されている電池管理装置１１また組電池監視装置１３に異常があった場合、信号が途絶したり異常な波形が補助通信信号入力３４に入力される。

ＭＰＵ３１は、電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の波形か否か判断して（ステップＳＴＡ１）、補助通信信号入力３４が所定の波形である場合には、組電池監視回路２１の動作状態を通信線２２により取得して組電池監視回路２１が正常に動作しているか否か判断する（ステップＳＴＡ２）。

さらに、組電池監視回路２１が正常に動作している場合には、組電池監視回路２１から二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度を取得して、電圧および温度が正常の範囲か否か判断して（ステップＳＴＡ３）、電圧および温度が正常の範囲である場合には、補助通信信号出力３５へ所定の波形を出力する（ステップＳＴＡ４）。

電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の波形ではなかった場合、組電池監視回路２１の動作が正常ではなかった場合、あるいは、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度が正常の範囲で無かった場合には、ＭＰＵ３１は補助通信信号出力３５への所定の波形出力を止め（ステップＳＴＡ５）、故障解析のためにそのような事態があったことの記録をＥ^２ＰＲＯＭ３６へ記録し（ステップＳＴＡ６）、セルバランスのための放電を停止する（ステップＳＴＡ７）。

このように、ＭＰＵ３１は、補助通信信号出力３５への所定の波形出力を停止することにより、補助通信信号線１１１を介して接続されている下位側の組電池監視装置１３の補助通信信号出力３５または電池管理装置１１に、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過充電や高温、組電池監視回路２１の異常等の異常状態を通知する。

電池管理装置１１は、組電池監視装置１３ａの補助通信信号出力３５と接続された補助通信信号線１１１ｄの波形が所定波形であるかどうかを判断し、波形が異常の場合は通信線１５を介して二次電池装置使用装置へ通知したり、安全のために必要な処置を行う。

このように、電池管理装置１１と組電池監視装置１３との間で、通信バス１１０だけでなく補助通信信号線１１１により二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過充電や高温、組電池監視回路２１の異常等の異常状態を通知することによって、通信バス１１０による通信系統が故障した場合であっても二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の危険な状態を回避することができ、信頼性の高い組電池モジュール、車両、および、プロセッサを提供することができる。

次に、第２実施形態に係る組電池モジュールを搭載した二次電池装置、車両、および、プロセッサについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

上述の第１実施形態では、補助通信信号線１１１に所定の波形の信号が供給されるが否かにより異常状態の有無を判断していたが、本実施形態ではより連続的な変化の監視用信号を補助通信信号線１１１で通信するように構成されている。

ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４の監視用信号波形を復調する手段と、復調して得られた二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度の最高値と、組電池監視回路２１から取得した電圧および温度の最高値とを比較して、高いほうを選択する手段と、補助通信信号出力３５へ選択された電圧および温度の値に対応する信号（監視用信号）を出力する手段と、をさらに備えている。

補助通信信号入力３４の監視用信号を復調する手段は、補助通信信号入力３４の監視用信号の周波数およびｄｕｔｙ比から、電圧および温度の値を復調するように構成されている。

図６に、補助通信信号入力３４の監視用信号波形の例を示す。例えば、補助通信信号線１１１へ送信される監視用信号は方形波であって、周波数は二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧に比例した周波数であり、パルスｄｕｔｙ比は組電池１４の温度に比例している。図６に示す場合では、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧が３．３Ｖであるときの監視用信号の周波数は３３Ｈｚ、電圧が２．５Ｖであるときの監視用信号の周波数は２５Ｈｚ、電圧が１Ｖであるときの監視用信号の周波数は１０Ｈｚである。組電池１４の温度が６５℃であるときの監視用信号のｄｕｔｙ比は９０％、組電池１４の温度が２５℃であるときの監視用信号のｄｕｔｙ比は５０％、組電池１４の温度が−２５℃であるときの監視用信号のｄｕｔｙ比は１０％である。

なお、図６の温度とｄｕｔｙ比との関係、および、電圧と周波数との関係は一例であり、周波数やｄｕｔｙ比以外にも監視用信号の位相や電圧振幅などを変化させて、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５や組電池１４に関する同様の情報を送信することができる。

図５に、ＭＰＵ３１の動作の一例を説明するフローチャートを示す。

まず、ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４の監視用信号波形の周波数およびｄｕｔｙ比から、電圧および温度の値を復調する（ステップＳＴＢ１）。なお、電池管理装置１１からは、電池管理装置１１が正常な時は組電池監視装置１３が正常であると識別できる波形が補助通信信号線１１１ａへ送信される。したがって組電池監視装置１３ｃのＭＰＵ３１は電圧および温度を復調することなく次のステップＳＴＢ２を実行する。

続いて、ＭＰＵ３１は、電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の監視用信号波形の範囲か否か判断して（ステップＳＴＢ２）、補助通信信号入力３４が所定の監視用信号波形である場合には、組電池監視回路２１の動作状態を通信線２２により取得して組電池監視回路２１が正常に動作しているか否か判断する（ステップＳＴＢ３）。

さらに、組電池監視回路２１が正常に動作している場合には、組電池監視回路２１から二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度を取得して、電圧および温度が正常の範囲か否か判断して（ステップＳＴＢ４）、電圧および温度が正常の範囲である場合には、ステップＳＴＢ１で復調した電圧（周波数）および温度（ｄｕｔｙ比）と、自ら監視する二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および組電池１４の温度とを比較し、高い方の電圧と温度とを選択し（ステップＳＴＢ５）、選択した電圧および温度に比例した周波数とｄｕｔｙ比を持った方形波を補助通信信号出力３５へ出力する（ステップＳＴＢ６）。

電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の監視用信号波形の範囲ではなかった場合、組電池監視回路２１の動作が正常ではなかった場合、あるいは、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度が正常の範囲で無かった場合には、ＭＰＵ３１は共に二次電池装置１を構成する電池管理装置１１または組電池監視装置１３に異常があったと判断して、補助通信信号出力３５への所定の波形出力を止め（ステップＳＴＢ７）、故障解析のためにそのような事態があったことの記録をＥ^２ＰＲＯＭ３６へ記録し（ステップＳＴＢ８）、セルバランスのための放電を停止する（ステップＳＴＢ９）。

上記のように、補助通信信号出力３５への所定の波形出力を停止することにより、ＭＰＵ３１は、組電池監視装置１３の補助通信信号出力３５に補助通信信号線１１１を介して接続されている電池管理装置１１また下位の組電池監視装置１３へ異常状態を通知する。

このように補助通信信号線１１１により監視用信号の送受信を行なうことにより、電池管理装置１１は、最も高い温度と最も高い電圧の二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の情報を補助通信信号線１１１を通して得ることができる。一般に二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５は高温時および高電圧時に危険な状態であると考えられるため、より信頼性を向上させることができる。

また、電池管理装置１１は通信バス１１０から取得した情報と補助通信信号線１１１から得られる情報を比較して、データの整合性を確認して、異常の場合は通信線１５を介して二次電池装置使用装置へ通知したり、安全のために必要な処置を行うことができる。

さらに、通信バス１１０途絶などの故障発生時にも、最も危険な二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５に関する情報は得られるので、充電はできなくとも放電は可能などの機能を限定した運用を安全に行うことが可能となる。

すなわち、本実施形態によれば、二次電池セルの危険な状態を回避し、信頼性の高い組電池モジュール、車両、および、プロセッサを提供することができる。

次に、第３実施形態に係る組電池モジュールを搭載した二次電池装置、車両、および、プロセッサについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

電池管理装置１１による二次電池セル電圧の取得は複数の組電池監視装置１３間で同時に行われることが望ましい。特に、組電池１４の充放電電流が変動しているときは、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の持つインピーダンスにより二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の端子電圧は電流の大きさや向きによって変動するので、電圧取得タイミングを揃えないと電池管理装置１１の演算処理において無視できない電圧の誤差が生じるときがあった。

ところが、通信バス１１０のプロトコルによっては、エラー再送の仕組みによる影響などにより、電池管理装置１１から各組電池監視装置１３へ一斉に電池電圧の取得を監視する命令を送っても、組電池監視装置１３間で無視できない電圧の取得タイミングのズレが生じる場合があった。本実施形態は、このような場合を考慮したものである。

電池管理装置１１から組電池監視装置１３へ補助通信信号線１１１を介して、状態通知信号と弁別可能な変調方法による所定の信号を送り、それが組電池監視装置１３間で転送される仕組みとし、組電池監視装置１３は所定の信号を通知されるとそれを電池電圧の取得開始タイミングとすれば、組電池監視装置１３間で電池電圧の取得タイミングをそろえることができる。

タイミングを表す所定の信号の通知方法としては、図６の例のように状態通知信号は１０〜３３Ｈｚまでしか変化しない場合、電池管理装置１１は、タイミングを表す所定の信号として例えば状態通知信号とは大幅に異なる周波数である１００Ｈｚのパルスを送る。

ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４が状態通知とは異なる所定のタイミング信号か否かを判断する手段と、補助通信信号出力３５へタイミングを表す所定の波形を出力する手段と、をさらに備える。本実施形態の二次電池装置では、状態通知とは異なる所定のタイミング信号が組電池監視装置１３間で順次転送される。

ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４として１００Ｈｚのパルスを受信することにより、二次電池セル電圧の取得を開始すると共に、遅滞なく補助通信信号出力３５へ１００Ｈｚのパルスと転送し、組電池監視装置１３間で二次電池セル電圧の取得タイミングがそろうようにする。なお、ＭＰＵ３１は所定の信号が異常な信号ではないと判断できるように構成される。

また、図８に本実施形態に係る二次電池装置の組電池監視装置の他の構成例を概略的に示す。図８に示す場合、組電池監視装置１３はＭＰＵ３１の前段に配置された低域通過フィルタ７１と低域除去フィルタ７２と、を備えている。

状態通知信号とタイミング信号とは大幅に異なる周波数の組み合わせで状態を通知する信号とタイミング信号を送る場合は、組電池監視装置１３は、図８に示すようにＭＰＵ３１の手前に低域通過フィルタ７１と低域除去フィルタ７２とを設け、片方のフィルタ（第フィルタ）には状態通知信号のみを通過させて、もう一方のフィルタ（第２フィルタ）ではタイミング信号のみを通過させるように構成してもよい。

状態通知信号の周波数がタイミング信号の周波数よりも大幅に大きい周波数である場合、状態通知信号の周波数帯域を通過させるとともにタイミング信号の周波数帯域を除去する低域除去フィルタ７２と、タイミング信号の周波数帯域を通過させるとともに状態通知信号の周波数帯域を除去する低域通過フィルタ７１とを設ける。

タイミング信号の周波数が状態通知信号の周波数よりも大幅に大きい周波数である場合、タイミング信号の周波数帯域を通過させるとともに状態通知信号の周波数帯域を除去する低域除去フィルタ７２と、状態通知信号の周波数帯域を通過させるとともにタイミング信号の周波数帯域を除去する低域通過フィルタ７１とを設ける。

図７に、ＭＰＵ３１の動作の一例を説明するためのフローチャートを示す。

まず、ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４がタイミング信号か否か判断する（ステップＳＴＣ１）。ＭＰＵ３１は、補助通信信号入力３４の周波数等が、タイミング信号の周波数等と一致するか否か判断する。補助通信信号入力３４がタイミング信号である場合、ＭＰＵ３１は、タイミングを表す所定の波形を補助通信信号出力３５へ出力し（ステップＳＴＣ６）、組電池監視回路２１へ二次電池セルの電圧および温度取得の開始を指令する（ステップＳＴＣ７）。

補助通信信号入力３４がタイミング信号でない場合、あるいは、電圧および温度取得の開始を指令した後、ＭＰＵ３１は、電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の波形か否か判断して（ステップＳＴＣ２）、補助通信信号入力３４が所定の波形である場合には、組電池監視回路２１の動作状態を通信線２２により取得して組電池監視回路２１が正常に動作しているか否か判断する（ステップＳＴＣ３）。

さらに、組電池監視回路２１が正常に動作している場合には、組電池監視回路２１から二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度を取得して、電圧および温度が正常の範囲か否か判断して（ステップＳＴＣ４）、電圧および温度が正常の範囲である場合には、補助通信信号出力３５へ正常状態を通知する所定の波形を出力する（ステップＳＴＣ５）。

電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の波形ではなかった場合、組電池監視回路２１の動作が正常ではなかった場合、あるいは、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度が正常の範囲で無かった場合には、ＭＰＵ３１は補助通信信号出力３５への所定の波形出力を止め（ステップＳＴＣ８）、故障解析のためにそのような事態があったことの記録をＥ^２ＰＲＯＭ３６へ記録し（ステップＳＴＣ９）、セルバランスのための放電を停止する（ステップＳＴＣ１０）。

このように、補助通信信号出力３５への波形出力を停止することにより、ＭＰＵ３１は、補助通信信号線１１１を介して接続されている下位側の組電池監視装置１３の補助通信信号出力３５または電池管理装置１１に、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過充電や高温、組電池監視回路２１の異常等の異常状態を通知する。

電池管理装置１１は、組電池監視装置１３ａの補助通信信号出力３５と接続された補助通信信号線１１１ｄの波形が所定波形であるかどうかを判断し、波形が異常の場合は通信線１５を介して二次電池装置使用装置へ通知したり、安全のために必要な処置を行う。

上記のように、電池管理装置１１が組電池監視装置１３へタイミング信号を出力し、組電池監視装置１３はタイミングを表す所定信号が通知されるとそれを電池電圧の取得開始タイミングとすることで、組電池監視装置１３間で二次電池セル電圧の取得タイミングをそろえることができる。

すなわち、本実施形態によれば、二次電池セルの危険な状態を回避し、信頼性の高い組電池モジュール、車両、および、プロセッサを提供することができる。

次に、第４実施形態に係る組電池モジュールを搭載した二次電池装置、車両、および、プロセッサについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図２のように構成された二次電池装置１を考えたとき、１つの通信バス１１０に組電池監視装置１３が複数接続されるため、電池管理装置１１は各々の組電池監視装置１３を識別して情報を扱う必要がある。

一方で、電気自動車等の車両用途の二次電池装置１になると、数十個の二次電池モジュール１２が搭載される場合があり、二次電池装置１の組み立て前に予め各々の組電池監視装置１３の識別符号を決めておいて、識別符号と実際の配置とが一致するように二次電池装置１の組み立てをミスなく行うためには大変な手間がかかる上、二次電池装置１の機種によって二次電池モジュール１２の構成が異なるので、二次電池装置１の機種ごとの対応が必要になり生産準備にかかるコストが上昇することがある。

そこで、本実施形態では、ＭＰＵ３１は、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧や温度が正常であると判断したときは補助通信信号線１１１からの入力を例えば１／２分周して補助通信信号出力３５へ出力するように構成されている。

電池管理装置１１は、自身が正常に動作しているときは組電池監視装置１３へ補助通信信号線１１１を通じて所定の周波数の方形波を出力する。最後尾の組電池監視装置１３ａの補助通信信号線１１１ｄの出力は、電池管理装置１１の入力へ接続される。

電池管理装置１１から出力される補助通信信号線１１１の方形波の周波数は予め決まっており（例えば３２．７６８ｋＨｚ）、全ての組電池監視装置１３が正常であった場合、電池管理装置１１には２の組電池監視装置１３の数乗で分周された周波数の方形波が戻ってくる。例えば、４つの組電池監視装置が接続されていた場合、電池管理装置１１へ戻る方形波の周波数は３２．７６８ｋＨｚ×（１／２）^４＝２．０４８ｋＨｚになる。

図９に、ＭＰＵ３１の動作の一例を説明するためのフローチャートを示す。

ＭＰＵ３１は、電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の波形か否か判断して（ステップＳＴＤ１）、補助通信信号入力３４が所定の波形である場合には、組電池監視回路２１の動作状態を通信線２２により取得して組電池監視回路２１が正常に動作しているか否か判断する（ステップＳＴＤ２）。

さらに、組電池監視回路２１が正常に動作している場合には、組電池監視回路２１から二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度を取得して、電圧および温度が正常の範囲か否か判断して（ステップＳＴＤ３）、電圧および温度が正常の範囲である場合には、補助通信信号出力３５へ所定の波形を１／２分周して出力する（ステップＳＴＤ４）。

電池管理装置１１または高電位側の組電池監視装置１３から受信した補助通信信号入力３４が所定の波形ではなかった場合、組電池監視回路２１の動作が正常ではなかった場合、あるいは、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧および温度が正常の範囲で無かった場合には、ＭＰＵ３１は補助通信信号出力３５への所定の波形出力を止め（ステップＳＴＤ５）、故障解析のためにそのような事態があったことの記録をＥ^２ＰＲＯＭ３６へ記録し（ステップＳＴＤ６）、セルバランスのための放電を停止する（ステップＳＴＤ７）。

このように、ＭＰＵ３１は、補助通信信号出力３５への所定の波形出力を停止することにより、補助通信信号線１１１を介して接続されている下位側の組電池監視装置１３の補助通信信号出力３５または電池管理装置１１に、二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過充電や高温、組電池監視回路２１の異常等の異常状態を通知する。

電池管理装置１１は、組電池監視装置１３ａの補助通信信号出力３５と接続された補助通信信号線１１１ｄの波形が所定波形であるかどうかを判断し、波形が異常の場合は通信線１５を介して二次電池装置使用装置へ通知したり、安全のために必要な処置を行う。

さらに、電池管理装置１１は、接続される組電池監視装置１３の数が予めわかっている場合、２の組電池監視装置１３の数乗で分周された周波数が補助通信信号線１１１の入力へ入力されているかどうかを判断することにより、全ての組電池監視装置１３が正常動作しているかどうか判断できる。

また、組み立て直後の初期設定時には、電池管理装置１１は補助通信信号線１１１の入力へ入力されている周波数を測定することにより、接続される組電池監視装置１３の数を自動で識別することが可能である。

また、組電池監視装置１３は電池管理装置１１から出力される補助通信信号線１１１の方形波の周波数を予め記憶しておき、補助通信信号線１１１から入力される方形波の周波数を測定することにより、電池管理装置１１から何番目に接続されているかを識別することができる。たとえば、電池管理装置１１から出力される方形波の周波数が３２．７６８ｋＨｚであるとき、組電池監視装置１３が周波数３２．７６８ｋＨｚの方形波を受信したときは１番目、周波数１６．３８４ｋＨｚの方形波を受信したときは２番目である。

組み立て直後の初期設定時には、ＭＰＵ３１は、上記方法により何番目に接続された組電池監視装置１３であるかをＥ^２ＰＲＯＭ３６に記憶して、通信バス１１０の識別符号を認識すると共に、それを記憶して、通常使用時は接続順番から期待される周波数から受信した周波数がずれていないことを識別することにより、自らよりも上位にいる組電池監視装置１３が正常に動作しているかを識別できる。

また、分周により方形波の周波数を変更した場合にはＤｕｔｙ比が５０％となるため、ＭＰＵ３１が方形波の周波数のほかにＤｕｔｙ比を観測するように構成されている場合には、より確実に異常を検出できる。

なお、上記の実施形態では、単純に分周したが、ＭＰＵ３１により分周以外の方法により周波数を変えていくことも可能である。例えば、電池管理装置１１から出力された補助通信信号線１１１の方形波の周波数は１０ＭＨｚ、それに接続される組電池監視装置１３が正常なときに出力される補助通信信号線１１１の方形波の周波数は９ＭＨｚ、…と以降、組電池監視回路の毎に１ＭＨｚずつ小さくしていく例も考えられる。

このような場合、前記と同様に方形波の周波数を監視することにより、電池管理装置１１は組電池監視装置１３の数や正常か異常かを判別できる。さらに、ＭＰＵ３１により補助通信信号線１１１の方形波のＤｕｔｙ比へセル最高温度やセル最高電圧の情報を対応させることにより、正常か異常かの２値ではなく、通信バス１１０から取得される電圧や温度の情報のうち、最も安全性を確保する上で重要な情報であるセル最高温度やセル最高電圧が正しく取得できているか電池管理装置１１が確認することができ、より安全性が高まる。

また、通信バス１１０が何らかの理由により途絶した場合でも、安全性に関わる情報は取得可能なので充電禁止など機能を限定した上で電池として機能し続けることも可能である。

すなわち、本実施形態によれば、二次電池セルの危険な状態を回避し、信頼性の高い組電池モジュール、車両、および、プロセッサを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…二次電池装置、１１…電池管理装置、１２ａ〜１２ｃ…二次電池モジュール（組電池モジュール）、１３ａ〜１３ｃ…組電池監視装置、１４ａ〜１４ｃ…組電池、１４ａ−１〜１４ｃ−５…二次電池セル、１５…通信線、１６…正極端子、１７…負極端子、１８…電源供給配線、１９…電源供給線、２１…組電池監視回路、２２…通信線、３１…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、３１…ＭＰＵ、３３…電源回路、３４…補助通信信号入力、３５…補助通信信号出力、３６…専用記憶装置（Ｅ^２ＰＲＯＭ）、７１…低域通過フィルタ、７２…低域除去フィルタ、１００…車両、１１０…通信バス、１１１（１１１ａ〜１１１ｄ）…補助通信信号線。

Claims (9)

1. 複数の二次電池セルを含む組電池と、
   前記複数の二次電池セルの電圧および温度を検出する組電池監視回路と、
   前記組電池監視回路を制御する制御回路と、
   前記制御回路へ信号を入力する通信信号入力線と、
   前記制御回路から信号を出力する通信信号出力線と、
   前記制御回路が接続された通信バスと、を備え、
   前記制御回路は、前記通信バスへ前記組電池監視回路での検出データを出力するとともに、前記通信信号入力線から健全性を示す信号を受信し、前記通信信号出力線へ前記健全性を示す信号を出力するように構成されたことを特徴とする組電池モジュール。
2. 前記制御回路は、受信した前記健全性を示す信号が所定の波形か否かを判断し、受信した信号が所定の波形であるときに前記組電池監視回路の動作が正常か否かを判断し、前記組電池監視回路の動作が正常であるときに前記組電池監視回路で検出された前記複数の二次電池セルの電圧および温度が正常範囲か否かを判断し、前記二次電池セルの電圧および温度が正常範囲であるときに健全性を示す信号を前記通信信号出力線へ送信するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール。
3. 前記制御回路は、受信した前記健全性を示す信号から二次電池セルの電圧および温度の最高値を復調し、復調して得られた二次電池セルの電圧および温度の最高値と、前記組電池監視回路から取得した電圧および温度の最高値とを比較して、高いほうを選択し、選択された電圧および温度の値に対応する信号を前記通信信号出力線へ送信するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール。
4. 前記組電池監視回路は、複数の二次電池セルを個々に放電するように構成され、
   前記制御回路は、受信した前記健全性を示す信号が所定の波形ではない場合、前記組電池監視回路の動作が正常でない場合、および、前記組電池監視回路で検出された前記複数の二次電池セルの電圧および温度が正常範囲でない場合に、前記複数の二次電池セルを個々に放電させる動作を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項記載の組電池モジュール。
5. 前記制御回路は、前記通信信号入力線から前記健全性を表す信号とは弁別可能な変調方法によるタイミング信号を受信した場合、前記組電池監視回路により複数の二次電池セルの電圧および温度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の組電池モジュール。
6. 前記二次電池モジュールは、前記制御回路の前段に配置され前記健全性を表す信号の周波数帯域を通過させるとともに前記タイミング信号の周波数帯域を除去するように構成された第１フィルタと、前記制御回路の前段に配置され前記タイミング信号の周波数帯域を通過させるとともに前記健全性を表す信号の周波数帯域を除去する第２フィルタと、をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の組電池モジュール。
7. 前記制御回路は、前記通信信号出力線へ、受信した信号の周波数を分周した信号を出力するように構成されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の組電池モジュール。
8. 電池管理装置と、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載された組電池モジュールが複数結線されて、前記電池管理装置に情報を流している通信系と、
   前記組電池モジュールからの電力により駆動される車軸と、を具備することを特徴とする車両。
9. 複数の二次電池セルの電圧および温度を検出する組電池監視回路と、を制御するプロセッサであって、
   受信した信号が所定の波形か否かを判断し、受信した信号が所定の波形であるときに前記組電池監視回路の動作が正常か否かを判断し、前記組電池監視回路の動作が正常であるときに前記組電池監視回路で検出された前記複数の二次電池セルの電圧および温度が正常範囲か否かを判断し、前記二次電池セルの電圧および温度が正常範囲であるときに健全性を示す信号を送信するように構成されていることを特徴とするプロセッサ。

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