JP2012050272A

JP2012050272A - 組電池モジュール、二次電池装置、車両、および、プロセッサ

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Publication number: JP2012050272A
Application number: JP2010191367A
Authority: JP
Inventors: Fumiyuki Yamane; 史之山根; Kazuto Kuroda; 和人黒田; Nobuo Shibuya; 信男渋谷; Yasuhiro Miyamoto; 康弘宮本; Yuki Kuwano; 友樹桑野; Shinichiro Kosugi; 伸一郎小杉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】組み立て時のミスを回避するとともにコストを削減した組電池モジュール、二次電池装置、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１４−１〜１４−５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、組電池監視回路２１と制御回路３１とに電源を供給する電源回路３３と、電源回路３３への電源供給を切り替える切替手段３８と、制御回路３１および切替手段３８へ起動信号を入力する通信信号入力線１１１ａと、制御回路３１から起動信号を出力する通信信号出力線１１１ｂと、制御回路３１と通信バス１１０とを接続する通信線と、を備え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、二次電池装置、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規格によるバス配線が用いられている。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。バス配線を用いて複数の装置間でデータ転送を行なう場合には、各装置を識別するための符号を利用して通信を行なう。

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

1つの通信バスにより複数の二次電池モジュールが接続される場合、電池管理装置は各々の電池監視装置を識別して情報を扱う必要がある。

一方で、例えば電気自動車等の車両に搭載される二次電池モジュールになると、二次電池モジュールの数は数十個程度になる場合もある。この場合、二次電池モジュールの組み立て前に予め各々の組電池監視装置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モジュール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、二次電池モジュールの種類によって組電池の構成が異なるので、二次電池モジュール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を上昇させる一因となることがあった。

本発明は、上記事情を鑑みて成されたものであって、組み立て時のミスを回避するとともにコストを削減できる組電池モジュール、二次電池装置、車両、およびプロセッサを提供することを目的とする。

実施形態に係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、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、前記組電池監視回路と前記制御回路とに電源を供給する電源回路と、前記電源回路への電源供給を切り替える切替手段と、前記制御回路および前記切替手段へ起動信号を入力する通信信号入力線と、前記制御回路から前記起動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、を備える。

実施形態に係る車両の一構成例を概略的に示す図である。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。組電池監視回路の起動処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。組電池監視回路の起動処理の一例を説明するためのフローチャートである。実施形態に係る二次電池装置の組電池監視回路の他の構成例を説明するための図である。実施形態に係る二次電池装置の組電池監視回路の他の構成例を説明するための図である。図７に示す組電池監視回路の補助通信信号線に入力される起動指令信号の一例を説明するための図である。図７に示す組電池監視回路の起動処理の一例を説明するためのフローチャートである。図７に示す組電池監視回路の停止処理と識別符号付与処理との一例を説明するためのフローチャートである。図７に示す組電池監視回路の停止処理と識別符号付与処理との一例を説明するためのタイミングチャートである。実施形態に係る二次電池装置の他の構成例を説明するための図である。

以下、実施形態に係る組電池モジュール、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５０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５０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５０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５０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５０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５０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、を備えている。

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、を備えている。

配線１１１ａは組電池監視装置１３ｃの通信信号入力線に接続されている。配線１１１ｂは、組電池監視装置１３ｃの通信信号出力線に接続され、組電池監視装置１３ｂの通信信号入力線に接続されている。配線１１１ｃは、組電池監視装置１３ｂの通信信号出力線に接続され、組電池監視装置１３ａの通信信号入力線に接続されている。

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。

補助通信信号線１１１は、組電池監視装置１３を起動させる信号（起動指令信号）の供給配線として使用できる。起動指令信号は例えば２値の論理信号であって、組電池監視装置１３は、起動指令信号の電圧が所定のしきい値以上（Ｈレベル）であれば電源が入り、所定のしきい値電圧以下（Ｌレベル）であれば電源が切れるように構成される。

なお、起動指令信号がＬレベル以下になった際には即座に組電池監視装置１３の電源を切らずに、起動指令信号がＬレベル以下になったことを検出後、所定の終了準備処理を行ってから組電池監視装置１３の電源を切る構成とすることが望ましい。

図３に、二次電池装置１の組電池監視装置１３ｃの一構成例を示す。なお、図３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１３ａ、１３ｂの構成も同様であるため、以下の説明では組電池監視装置１３ａ〜１３ｃを組電池監視装置１３と記載して共通の構成を説明する。

組電池監視装置１３は、電源回路３３と、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の取得のタイミング制御や通信バス１１０を介した通信、電源の制御、以下に示す識別符号の取得等を行うマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）３１と、電気的に消去書き込み可能な読み出し専用記憶装置（Ｅ^２ＰＲＯＭ）３６と、切替手段３８と、を備える。

切替手段３８は、電源供給線１９から電源回路３３への電源供給を切り替えるスイッチ３２と、論理和回路と、を備えている。切替手段３８は、マイクロプロセッサ３１から出力される電源ＯＮ信号と、補助通信信号入力としての起動指令信号入力３４との論理和をスイッチ３２のゲートに印加して、電源供給線１９から供給される電源の電源回路３３への供給を切り替えるように構成されている。すなわち、電源ＯＮ信号と起動指令信号入力３４とのいずれか一方がＨレベルであるときに、スイッチ３２のソース−ドレインパスが導通し、電源供給線１９から電源回路３３へ電源が供給される。

マイクロプロセッサ３１は、電源ＯＮ信号をＨレベルにすることにより、自己への電源供給を維持させることができる。また、起動指令信号入力３４はマイクロプロセッサ３１にも入力されている。マイクロプロセッサ３１は、起動指令信号入力３４がＬレベルになったことを検出した後、電源ＯＮ信号をＬレベルとしてスイッチ３２のソース−ドレインパスを開いて、電源供給線１９から電源回路３３への電源供給を停止させるように構成されている。

上記のように切替手段３８を構成することにより、起動指令信号入力３４がＬレベルであるときでも、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６への必要なデータの格納など必要な終了処理を行った後に、マイクロプロセッサ３１の制御により電源を切ることができる。

電源回路３３は、電源供給線１９から供給される電力を安定化し、組電池監視回路２１、マイクロプロセッサ３１、および、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６へ動作のための電力を供給する。

補助通信信号入力３４は図１に示すように他の組電池監視装置１３の補助通信信号出力３５または電池管理装置１１の補助通信信号出力に接続されている。

図４に、組電池監視装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃの起動指令信号入力３４および起動指令信号出力３５の波形と、組電池監視装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃの動作の一例とを説明する図を示す。

また、図５に、組電池監視装置１３ａ、１３ｂ、１３ｃのマイクロプロセッサ３１の起動処理の一例を説明するフローチャートを示す。

電池管理装置１１が補助通信信号線１１１ａへＨレベルの起動指令信号を出力すると、組電池監視装置１３ｃの起動指令信号入力３４がＨレベルとなる。起動指令信号入力３４がＨレベルとなると、切替手段３８のスイッチ３２のソース−ドレインパスが導通し、電源供給線１９から電源回路３３へ電源が供給される。電源回路３３は、電源供給線１９から供給される電力を安定化し、組電池監視回路２１、マイクロプロセッサ３１、および、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６へ動作のための電力を供給して組電池監視装置１３ｃを起動する。

マイクロプロセッサ３１が起動されると起動処理を開始する。まず、マイクロプロセッサ３１は必要な後初期化処理を行い（ステップ５−１）、続いて電源ＯＮ信号をＨレベルとする（ステップ５−２）。次に、マイクロプロセッサ３１は、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６の所定のアドレスにアクセスし（ステップ５−３）、有効な識別符号が読み出されたか否か判断する（ステップ５−４）。

有効な識別符号が読み出されなかった場合、マイクロプロセッサ３１は、通信バス１１０により識別符号を電池管理装置１１へ問い合わせて（ステップ５−５）、識別符号を取得して、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６の所定のアドレスへ書き込む（ステップ５−６）。電池管理装置１１は、通信バス１１０により識別符号の要求があった場合は、何番目に起動した組電池監視装置１３であるかを識別して、その結果を元に識別符号を返答する。

ステップ５−４で有効な識別符号が読み出されたと判断した場合、あるいは、ステップ５−６でＥ^２ＰＲＯＭ３６に識別符号を書き込んだ後に、マイクロプロセッサ３１は、通信バス１１０により電池管理装置１１へ正常に起動したことを通知する（ステップ５−７）。続いて、マイクロプロセッサ３１は起動指令信号出力３５をＨレベルとし（ステップ５−８）、起動処理を終了する。

組電池監視装置１３ｃが起動処理を終了すると、下位側の組電池監視装置１３の起動指令信号入力３４が順次Ｈレベルとなり、接続された順に起動しいく。なお、起動処理が終了後は、マイクロプロセッサ３１は、電池管理装置１１に対して組電池１４の状態を報告したり、電池管理装置１１の要求によりセルバランス動作を実行したりする通常処理に移行する。

なお、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６に有効な識別符号が記録されていない場合に用いられる所定の識別符号は、全ての電池管理装置１１で共通（付与する識別符号としては欠番）にしておく。または、必ずしも全ての電池管理装置１１で共通でなくとも良いが有効な識別符号との差異が明らかである識別符号であるとする。

有効な識別符号が記録されていない場合の所定の識別符号は、識別符号が与えられていない起動処理中の組電池監視装置でのみ使用されるため、図２のように組電池監視装置を補助通信信号線１１１により直列に接続することにより、１つの通信バス１１０に接続された複数の組電池監視装置のうちで識別符号が与えられていない起動処理中の組電池監視装置は１台しか存在しない。したがって、有効な識別符号が記録されていない場合の所定の識別符号を全ての電池管理装置１１で共通としても通信の混乱が生じることはない。

このようにすれば、二次電池装置１の組み立て直後は組電池監視装置１３が識別されていない（有効な識別番号が付与されていない）状態であるが、一度起動処理を行えば自動的に接続された順番どおりに識別符号を与えることができる。

さらに、メンテナンスや製造上の都合を考慮すれば、通信バス１１０を介して組電池監視装置１３へ命令して識別符号を初期化し、有効な識別符号が記録されていない状態に戻せるように構成することが好適である。

また、電池管理装置１１は、構成されるべき組電池監視装置１３の数を予め記憶しておき、補助通信信号（起動指令信号）を組電池監視装置１３へ出力してから、所定の間にそれぞれの組電池監視装置１３より正常に起動が完了した通知が通信バス１１０経由で得られない場合、異常と判断し、電池管理装置１１の補助通信信号出力（起動指令信号出力）を一旦Ｌレベルにして組電池監視装置１３の電源を切った後、再度補助通信信号出力（起動指令信号出力）をＨレベルにして組電池監視装置１３の電源を入れ、再起動を図ることが好適である。

さらに、電池管理装置１１は組電池監視装置１３が起動する順番と付与した識別符号の対応関係を記憶しておけば、起動時に対応関係を確認して、接続状態の正誤を判断することが可能となる。

本実施形態によれば、例えば二次電池装置１を構成する二次電池モジュール１２の１セットだけを交換した場合、新たに取り付けられた二次電池モジュール１２に搭載された組電池監視装置１３は有効な識別符号が記録されていないため、交換された１台だけが自動的に電池管理装置１１に対して識別符号を要求することになる。したがって、メンテナンス時は識別符号の存在を意識する異なく二次電池モジュール１２を交換することができる。

上記のように、本実施形態に係る組電池モジュール、二次電池装置、車両、および、プロセッサによれば、通信バスとは別途に設けた補助通信信号を使用してハードウェア上は同一構成の組電池監視装置を二次電池モジュールに組み込んだ後に、組電池監視装置の識別符号を自動的に付与される構成により、組み立て時に個々の組電池監視装置を識別することを不用とすることができる。

すなわち、本実施形態によれば、組み立て時のミスを回避するとともにコストを削減した組電池モジュール、二次電池装置、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、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。本実施形態は組電池監視装置１３の構成が上述の第１実施形態と異なっている。

図６に、本実施形態に係る二次電池装置１の組電池監視装置１３の一構成例を示す。本実施形態に係る二次電池装置１の組電池監視装置１３は、常時通電電源（スイッチ３２に制御されない電源）により識別符号が付与されたという状態を記憶する手段を備えている。

組電池監視装置１３は、常時通電電源により組電池監視装置１３の電源がオフの時でも論理状態を保持することができるＲＳフリップフロップ３７と、ＲＳフリップフロップ３７の出力と起動指令信号入力３４とが入力される論理積回路Ｃ１と、論理積回路Ｃ１の出力とマイクロプロセッサ３１からの制御信号とが入力される論理和回路Ｃ２と、を備えている。論理和回路Ｃ２の出力が補助通信信号線１１１ｂに出力される。マイクロプロセッサ３１から論理和回路Ｃ２に入力される制御信号は、例えばＥ^２ＰＲＯＭ３６に有効な識別符号が記録されている場合にはＨレベルとなり、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６に有効な識別符号が記録されていない場合にはＬレベルとなる。

ＲＳフリップフロップ３７は、ＲＳフリップフロップ３７は、マイクロプロセッサ３１からのＳ入力（ＨレベルになるとＱ出力がＨレベルになる）とＲ入力（ＨレベルになるとＱ出力がＬレベルになる）とにより、論理状態が制御される。

また、ＲＳフリップフロップ３７は、電源供給線１９から電源供給されている。したがって、ＲＳフリップフロップ３７は、組電池監視装置１３の電源がオフおよびオンに関わらず、マイクロプロセッサ３１により設定されたＱ出力を保持することができる。

マイクロプロセッサ３１は、組電池監視装置１３の起動処理において、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６の所定のアドレスへ書き込む（図５のステップ５−６）と同時に、ＲＳフリップフロップ３７のＳ入力をＨレベルとするように構成されている。ＲＳフリップフロップ３７は、Ｓ入力がＨレベルとなると、次にＲ入力がＨレベルとなるまでＨレベルのＱ出力を保持する。

したがって、組電池監視装置１３の起動処理により一度識別符号が付与された後、起動指令信号入力３４がＬレベルとなり組電池監視装置１３の電源がオフされた後、起動指令信号入力３４がＨレベルとなって組電池監視装置１３が再起動された場合、ＲＳフリップフロップ３７のＱ出力と起動指令信号３４とにより、論理積回路Ｃ１の出力がＨレベルとなり、論理和回路Ｃ２の出力がＨレベルとなる。

上述の第１実施形態では、マイクロプロセッサ３１が起動してから識別符号の有効無効を確認する時間を要するため、各組電池監視装置１３についてミリ秒オーダーの起動の遅延が生じることがある。

これに対し、本実施形態では、組電池監視装置１３が識別符号を与えられた後は、常時通電電源（電源供給線１９からの給電）が断たれない限り、即座に次の組電池監視装置１３へ接続された補助通信信号出力３５をＨレベルにすることができるため、多数の組電池監視装置１３から構成される二次電池装置１の場合は、二次電池装置１全体としての起動時間を短縮することができる。

本実施形態は、上記の構成以外は上述の第１実施形態に係る組電池モジュール、二次電池装置、車両、および、プロセッサと同様の構成である。

次に、第３実施形態に係る組電池モジュール、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７に、本実施形態に係る二次電池装置１の組電池監視装置１３の一構成例を示す。組電池監視装置１３は、論理積回路Ｃ３と、論理和回路Ｃ４と、をさらに備えている。

論理積回路Ｃ３には、補助通信信号入力３４と、マイクロプロセッサ３１からの起動指令出力データ４１の反転値とが入力される。

論理和回路Ｃ４には、論理積回路Ｃ３の出力と、マイクロプロセッサ３１からの起動指令出力制御信号４０とが入力される。論理和回路Ｃ４の出力は、補助通信信号出力３５として補助通信信号線１１１ｂへ出力される。

本実施形態では、電池管理装置１１は、補助通信信号線１１１へ、起動指令信号と、停止指令信号と、識別符号付与指令信号と、を出力する。

図８に、起動指令信号と、停止指令信号と、識別符号付与指令信号との一例を示す。図８に示す場合では、起動指令は、補助通信信号がＨレベルになった時とする。停止指令は、補助通信信号のＬレベルが一定期間以上続いた時とする。識別符号付与指令は、補助通信信号のＬレベルが一定期間続き、その後Ｈレベルが一定期間続いた時を識別符号付与の指令とする。識別符号については、識別符号付与指令の後の一定期間内に一定の幅をもったＨレベルパルスの数とする。識別符号付与指令は、組電池監視装置１３に対して識別符号の付与を行う時のみ使用される。

なお、識別符号付与指令は、組電池監視装置１３を製造して最初に起動する時、組電池監視装置１３と電池管理装置１１とを接続して最初に起動する時、および、組電池監視装置１３の識別符号を変えたい時等に発行される。

上記各指示は、まず、電池管理装置１１から、電池管理装置１１と直接接続されている組電池監視装置１３ｃに発行され、続いて、従属接続されている順序で各指示が他の組電池監視装置１３ｂ、１３ａへ転送される。

ここで、起動指令出力制御信号４０が存在するのは、識別符号付与指令については起動指令とは異なり、次の組電池監視装置１３への指令は、マイロプロセッサ１３により生成される。マイクロプロセッサ３１により生成された次の組電池監視装置１３の識別符号付与指令の内容は起動指令出力データ４１として出力される。そのため、起動後に自信が受けとる識別符号付与指令については、次の組電池監視装置１３に伝わらないようにする必要があるためである。

そこで、本実施形態では、起動指令出力制御信号４０により識別符号付与指令を遮断するようにしている。本実施形態では、起動指令出力制御信号４０はＨレベルで遮断（Mask）され、Ｌレベルで通過（Non Mask）となる。

組電池監視装置１３の起動、停止および識別符号付与の動作について説明する。

図９に、組電池監視装置１３の起動処理の一例を説明するフローチャートを示す。補助通信信号線１１１ａからＨレベルの起動指令信号入力３４を受信すると、切替手段３８のスイッチ３２のソース−ドレインパスが導通し、電源供給線１９から電源回路３３へ電源が供給され、電源回路３３は、電源供給線１９から供給される電力を安定化し、組電池監視回路２１、マイクロプロセッサ３１、および、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６へ動作のための電力を供給して組電池監視装置１３を起動する。

マイクロプロセッサ３１は、電源回路３３から電源が供給されることにより起動し、起動処理を開始する。まず、マイクロプロセッサ３１は必要な後初期化処理を行い（ステップ９−１）、続いて電源ＯＮ信号をＨレベルとする（ステップ９−２）。次に、マイクロプロセッサ３１は、起動指令出力制御信号４０をＨレベルとし（ステップ９−３）、起動指令信号出力３５への出力が遮断される。続いて、マイクロプロセッサ３１は、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６の所定のアドレスにアクセスし所定のアドレスを読み出す（ステップ９−４）。マイクロプロセッサ３１は、正常に起動したことを通信バス１１０により電池管理装置１１へ通知し、通常処理を開始する。

起動指令出力信号４０は、最初Ｌレベルに設定されているため、Ｈレベルの起動指令信号入力３４は論理積回路Ｃ３と論理和回路Ｃ４とで構成された組み合わせ回路を通過して起動指令信号出力３５として出力され、略同時に組電池監視装置１３ａ〜１３ｃに入力される。このため、マイクロプロセッサ３１の起動をまたずに、次の組電池監視装置１３に起動指令が伝わり、二次電池装置１の起動時間を短縮することが可能となる。

図１０に、組電池監視装置１３の停止処理および識別符号付与処理の一例を説明するタイミングチャートを示す。マイクロプロセッサ３１は、Ｌレベルの起動指令信号入力３４を検出すると（ステップ１０−１）、一定期間後に起動指令信号入力３４がＨレベルとなるか否か判断する（ステップ１０−２）。

起動指令信号３４がＨレベルにならずに一定期間が経過した場合、マイクロプロセッサ３１は、起動指令出力制御信号をＬレベルとし（ステップ１０−３）、起動指令信号入力３４を起動指令信号出力３５として次の組電池監視装置１３へ出力させる。

続いて、マイクロプロセッサ３１は、ログデータ保存等の必要な処理を行い（ステップ１０−４）、電源ＯＮ信号をＬレベルとして（ステップ１０−５）、切替手段３８のスイッチ３２を開き、電源回路３３からマイクロプロセッサ３１への電源供給を停止させ、停止処理を終了する（ステップ１０−６）。

図１１に、組電池監視装置１３の識別符号付与処理の一例を説明するタイミングチャートを示す。図１０のステップ１０−２において、一定期間後に起動指令信号入力３４がＨレベルとなった場合、続く一定期間のＨレベルを保持したパルスの回数をカウントし、識別符号とする（ステップ１０−８）。

続いて、マイクロプロセッサ３１は、Ｅ^２ＰＲＯＭ３６の所定のアドレスへ識別符号を書き込み（ステップ１０−８）、起動指令出力制御信号４０をＬレベルとし（ステップ１０−９）、起動指令出力データ４１を起動指令信号出力３５として出力可能とする（Ｍａｓｋを解除する）。

続いて、マイクロプロセッサ３１は、受信した識別符号に１を加えた識別符号とする識別符号付与指令を生成して、起動指令出力データ４１へ出力する（ステップ１０−１０）。なお、起動指令出力データ４１は、論理積回路Ｃ３の入力の際に反転されるため、起動指令信号出力３５に対して反転された信号とする。

例えば、図１１では、組電池監視装置１３ｃに入力される起動指令信号入力３４では、識別符号付与指令の判定部分に続く一定期間のＨレベルを保持したパルスが１つであるので、識別符号は“１”となる。組電池監視装置１３ｂに入力される起動指令信号入力３４（組電池監視装置１３ｃの起動指令信号出力３５）では、識別符号付与指令の判定部分に続く一定期間のＨレベルを保持したパルスが２つであるので、識別符号は“２”となる。組電池監視装置１３ａに入力される起動指令信号入力３４（組電池監視装置１３ｂの起動指令信号出力３５）では、識別符号付与指令の判定部分に続く一定期間のＨレベルを保持したパルスが３つであるので、識別符号は“３”となる。

次に、マイクロプロセッサ３１は、起動指令出力制御信号４０をＨレベルとして（ステップ１０−１１）、起動指令出力データ４１および起動指令信号入力３４を遮断し（Ｍａｓｋし）、識別符号付与処理を終了する（ステップ１０−１２）。

なお、電池管理装置１１は、二次電池装置１の健全性を知るための情報のひとつとして、所定の数の組電池監視装置１３が接続されているか知る必要がある。そこで、最後尾の組電池監視装置１３ａの補助通信信号出力３５を電池管理装置１１に送信する補助通信信号線をさらに設けることにより、電池管理装置１１は接続された組電池監視装置１３すべてが起動したことを検出して、健全性を確認することができる。

さらに、電池管理装置１１は、所定の補助通信信号を組電池監視装置１３へ出力してから、所定の間にそれぞれの組電池監視装置１３より正常に起動が完了した通知が通信バス１１０経由で得られない場合、異常と判断し、電池管理装置１１から補助通信信号線１１１ａへの出力を一旦Ｌレベルにして組電池監視装置１３の電源を切り、その後に再度補助通信信号線１１１ａへの出力をＨレベルにして組電池監視装置１３の電源を入れ、再起動を図ることが好適である。

なお、組電池監視装置１３間の補助通信信号線は、電池管理装置１１に近い順に電池電圧の高電位順または低電位順となるように二次電池モジュールが順次並ぶように接続することが望ましい。この場合、組電池監視装置１３の識別符号と物理的な位置との対応がわかりやすくなるため、メンテナンス時のミスの低減に有効である。

また、図１２に複数の二次電池モジュールが並列接続された二次電池装置１の一構成例を示す。図１２に示す場合では、二次電池モジュール１２ａ〜１２ｃが直列に接続され、二次電池モジュール１２ｄ〜１２ｆが直列に接続されている。二次電池モジュール１２ａ〜１２ｃと二次電池モジュール１２ｄ〜１２ｆとは並列に接続されている。

二次電池モジュール１２ａ〜１２ｃは通信バス１１０ａに接続されている。電池管理装置１１と二次電池モジュール１２ｃの組電池監視装置１３ｃとの間には補助通信信号線１１１ａが接続されている。二次電池モジュール１２ｃの組電池監視装置１３ｃと二次電池モジュール１２ｂの組電池監視装置１３ｂとの間には補助通信信号線１１１ｂが接続されている。二次電池モジュール１２ｂの組電池監視装置１３ｂと二次電池モジュール１２ａの組電池監視装置１３ａとの間には補助通信信号線１１１ｃが接続されている。

二次電池モジュール１２ｄ〜１２ｆは通信バス１１０ｂに接続されている。電池管理装置１１と二次電池モジュール１２ｆの組電池監視装置１３ｆとの間には補助通信信号線１１１ａが接続されている。二次電池モジュール１２ｆの組電池監視装置１３ｆと二次電池モジュール１２ｅの組電池監視装置１３ｅとの間には補助通信信号線１１１ｅが接続されている。二次電池モジュール１２ｅの組電池監視装置１３ｅと二次電池モジュール１２ｄの組電池監視装置１３ｄとの間には補助通信信号線１１１ｄが接続されている。

図１２のように組電池監視装置１３を従属接続する補助通信信号線の組を並列接続数だけ用意すると、識別符号と物理的な位置との対応がわかりやすくなる。図１２の場合には、二次電池モジュール１２ａ〜１２ｃが一組の補助通信信号線により従属接続され、二次電池モジュール１２ｄ〜１２ｆが一組の補助通信信号線により従属接続されている。

さらに、一般的に通信バスは１つに接続できるノード数（組電池監視装置数）が、通信量と通信速度との関係や識別符号のとりえる組み合わせ数の制約により制限されるため、図１２のように並列接続数だけ複数の通信バス１１０ａ、１１０ｂを設けると、例えば電気自動車に搭載されるような、多数の二次電池モジュール１２から構成される二次電池装置１にとって、好適な構成である。

通信バスとは別途に設けた補助通信信号を使用してハードウェア上は同一構成の組電池監視装置を二次電池装置に組み込んだ後で、組電池監視装置の識別符号を自動的に付与される構成により、組み立て時に個々の組電池監視装置を識別することを不用とし、組み立て時のミスとコストを本質的に削減することを実現した組電池モジュールを提供できる。

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。

Ｃ１…論理積回路、Ｃ２…論理和回路、Ｃ３…論理積回路、Ｃ４…論理和回路、１…二次電池装置、１１…電池管理装置、１２（１２ａ〜１２ｆ）…二次電池モジュール（組電池モジュール）、１３（１３ａ〜１３ｆ）…組電池監視装置、１４（１４ａ〜１４ｆ）…組電池、１４−１〜１４−５…二次電池セル、２１…組電池監視回路、３１…マイクロプロセッサ（制御回路）、３２…スイッチ、３３…電源回路、３４…補助通信信号入力（起動指令信号入力）、３５…補助通信信号出力（起動指令信号出力）３６…Ｅ^２ＰＲＯＭ（専用記憶装置）、３７…ＲＳフリップフロップ、３８…切替手段、４０…起動指令出力制御信号、４１…起動指令出力データ、１００…車両、１１０、１１０ａ、１１０ｂ…通信バス、１１１（１１１ａ〜１１１ｅ）…補助通信信号線。

Claims

複数の二次電池セルを含む組電池と、
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、
前記組電池監視回路と前記制御回路とに電源を供給する電源回路と、
前記電源回路への電源供給を切り替える切替手段と、
前記制御回路および前記切替手段へ起動信号を入力する通信信号入力線と、
前記制御回路から前記起動信号を出力する通信信号出力線と、
前記制御回路と通信バスとを接続する通信線と、を備えることを特徴とする組電池モジュール。
前記切替手段は、前記電源回路への電源供給を切り替えるスイッチと、前記スイッチをオンおよびオフするように構成された論理和回路と、を備え、
前記制御回路は、前記電源回路から電源が供給されると所定レベルの電源ＯＮ信号を出力するように構成され、
前記論理和回路は、前記起動信号および前記電源ＯＮ信号を受信し、前記起動信号あるいは前記電源ＯＮ信号が前記所定レベルであるときに前記スイッチをオン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。
記録手段をさらに備え、
前記制御回路は、前記電源回路から電源が供給された後に、前記記録手段の所定アドレスを読み出して有効な識別符号が記録されているか否か判断し、前記有効な識別符号が記録されていた場合に正常に起動したことを通知する信号を前記通信バスへ出力するとともに、前記通信信号出力線へ前記所定レベルの起動信号を出力し、前記有効な識別符号が記録されていなかった場合に識別符号を問い合わせる信号を前記通信バスへ出力し、前記通信バスから取得した識別符号を前記記録手段に記録した後、正常に起動したことを通知する信号を前記通信バスへ出力するとともに、前記通信信号出力線へ前記所定レベルの起動信号を出力するように構成されている請求項１記載の組電池モジュール。
外部から電源供給される記憶手段と、前記記憶手段の出力信号と前記起動信号とが入力される論理積回路と、前記論理積回路の出力信号と前記制御回路からの制御信号とが入力される論理和回路と、を備え、
前記制御回路は、識別符号を付与されたときに前記記憶手段の出力信号を所定レベルに設定するように構成されている請求項１記載の組電池モジュール。
前記起動信号と前記制御回路から出力された起動指令出力データの反転値とが入力される論理積回路と、前記論理積回路の出力信号と前記制御回路から出力された起動指令出力制御信号とが入力される論理和回路と、をさらに備え、
前記制御回路は、前記起動信号が前記第１レベルから前記第２レベルとなった後、前記一定期間経過する前に前記第１レベルとなった場合に、前記一定期間経過後に入力される一定幅の第１レベルのパルスの数をカウントし、前記起動指令出力制御信号を第２レベルとし、前記起動指令出力データとして一定幅の第１レベルのパルス数に１を加えた識別符号に対応する起動信号の反転値を出力し、前記起動指令出力制御信号を第１レベルとするように構成されている請求項１記載の組電池モジュール。
前記制御回路は、前記起動信号が第１レベルから第２レベルとなった後、一定期間前記第２レベルが継続した場合に、停止処理を行う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。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載された組電池モジュールと、
前記通信バスに接続されるとともに前記通信信号入力線へ起動信号を出力する電池管理装置と、を備え、
前記電池管理装置は、所定の時間内に全ての組電池監視装置の起動した旨の通知を受信しなかった場合に、組電池監視装置を再起動するように構成されていることを特徴とする二次電池装置。
請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載された組電池モジュールと、
前記通信バスに接続されるとともに前記通信信号入力線へ起動信号を出力する電池管理装置と、を備え、
前記電池管理装置は、所定の時間内に前記二次電池モジュールへの識別符号の付与が完了しなかった場合に、異常と判定して組電池監視装置を再起動するように構成されている二次電池装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載された組電池モジュールと、
前記通信バスに接続されるとともに前記通信信号入力線へ起動信号を出力する電池管理装置と、を備え、
複数の前記組電池モジュールの電圧の高い順、もしくは、低い順に識別符号が付与されるように、前記通信信号入力線と前記通信信号出力線とが接続されていることを特徴とする二次電池装置。
電池管理装置と、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載された複数の組電池モジュールが結線されて、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。
電源が供給された後に、電源供給を維持するための信号を第１レベルとし、記録手段の所定のアドレスを読み出し、有効な識別符号が読み出された否かを判断し、前記有効な識別符号が記録されていた場合に正常に起動したことを通知する信号を通信バスへ出力するとともに、前記所定レベルの起動信号を通信信号出力線へ出力し、前記有効な識別符号が記録されていなかった場合に識別符号を問い合わせる信号を前記通信バスへ出力し、取得した識別符号を前記記録手段に記録した後、正常に起動したことを通知する信号を前記通信バスへ出力するとともに、前記所定レベルの起動信号を前記通信信号出力線へ出力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。
起動信号が前記第１レベルから前記第２レベルとなった後一定期間経過した場合に、前記電源供給を維持するための信号を第２レベルとするように構成されている請求項１１記載のプロセッサ。
起動信号が前記第１レベルから前記第２レベルとなった後、一定期間経過する前に前記第１レベルとなった場合に、前記一定期間経過後に入力される一定幅の第１レベルのパルスの数をカウントし、起動指令出力制御信号を第２レベルとし、一定幅の第１レベルのパルス数に１を加えた識別符号に対応する起動信号の反転値を出力した後、前記起動指令出力制御信号を第１レベルとするように構成されていることを特徴とする請求項１１記載のプロセッサ。