JP2012085491A - 電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池システムは、複数の電池セルに対応して設けられ電池セルと電気的に接続されて電池側情報信号を生成する電池側制御部と、複数の電池セルを収納し、少なくとも電池側制御部を収納する電池収容ケースと、電池側制御部に対応して設けられ、電池側情報信号を送信する電池側通信部と、電池側通信部と対応して電池収容ケースに設けられ電池側通信部から受信した電池側情報信号に対してアドレス情報を付加して合成電池側情報信号を生成する管理側通信部と、管理側通信部と電気的に接続される、管理側通信部から受信した合成電池側情報信号に含まれる電池情報およびアドレス情報に基づいて電池収容ケースの内部における各電池セルに対応する管理情報を生成する管理側制御部を有する。
【選択図】図1
Description
仮に結線作業を効率化できたとしても、結線時に誤った配線が作業者によって為されてしまう可能性は否定できない。このような誤配線は電池システムにとって致命的であり、これにより電池システムが所望の動作を行うことができなくなってしまう。
本発明の電池システムは、複数の電池セルと、前記複数の電池セルに対応して設けられ、前記電池セルと電気的に接続されて前記電池セルの電池情報を含む電池側情報信号を生成する電池側制御部と、複数の前記電池セルを収納するとともに、少なくとも前記電池側制御部を収納する電池収容ケースと、前記電池側制御部に対応して設けられるとともに、前記電池側情報信号を送信する電池側通信部と、前記電池側通信部と対応して前記電池収容ケースに設けられ、前記電池側通信部から受信した前記電池側情報信号に対してアドレス情報を付加して合成電池側情報信号を生成する管理側通信部と、前記管理側通信部と電気的に接続されるとともに、前記管理側通信部から受信した前記合成電池側情報信号に含まれる前記電池情報および前記アドレス情報に基づいて、前記電池収容ケースの内部における各前記電池セルに対応する管理情報を生成する管理側制御部と、を有することを特徴としている。
このため、複数の電池セルを所定配列で電池収容ケースに収納して、管理側制御部、電池側制御部、管理側通信部、及び電池側通信部を起動させるだけで、作業者の手を煩わせることなく、管理側制御部において、上記アドレス情報に対応させて各電池セルに対応する管理情報を生成することができる。
本発明の第1の実施形態を図1から図12に基づいて説明する。以下では、図1に基づいて電池システム1の全体構成を示し、図2〜5に基づいて電池システム1に含まれる電池パックの構造的な特徴を説明し、図6〜12に基づいて電池システム1の電気的な構成およびその処理フローを説明する。
図1に示すように、第1の実施形態の電池システム1は、複数の電池セル2から構成された組電池20と、組電池20を監視、制御する制御部であるBMS(Battery Management System)30と、電力負荷101と、制御装置102と、表示部103とを有する。このうち組電池20とBMS30は、後述する電池収容ケース3に収容されて電池パック100となる。
電池セル2は、例えば積層型リチウムイオン二次電池であり、図示しない正極板および負極板がセパレータを介して電池容器(例えば金属製の電池缶であり、以下「電池缶」として説明する)内に収納されている。また、各電池セル2には、電池セル2の缶電位や缶温度等の検出値を検出するため計測機器が設けられている(詳細は図6を用いて後述する)。なお、本実施形態の電池セル2は積層型に限られず、捲回型リチウムイオン二次電池であってもよく、さらには鉛蓄電池等の他の二次電池を採用してもよい。
BMU50は、データを送受信するバスを介して、本電池システム1における制御装置102と接続されている。BMU50は、各電池セル2に関する関連情報(後述する電池セル2のパラメータ値に関連した情報であり、各電池セル2の上記SOCや劣化度SOH(State of Health)を含む)の演算を行う。なお、関連情報の演算は、BMU50で行う例に限られず、後述する制御装置102で行ってもよい。
図1に示すように、CMU40は、電池セル2毎に設けられている。以下においては、個別のCMU40について説明する場合には、電池セル2−1、2−2、2−3、2−4と対応させて、符号末尾に1〜4の枝番を付して、CMU40−1、40−2、40−3、40−4として説明し、他の構成についても各電池セル2と対応する場合には同様に符号に枝番を付して説明を行う。
各CMU40は、上記計測機器から入力される検出値を、後述するADC(Analog Digital Converter)31によってデジタル信号としてのパラメータ値に変換する。このうち組電池20を流れる電流値は、電流計21によって検出された後にCMU40−4に内蔵されたADCに入力されるが、この態様に限定されずに他のCMU40(CMU40−1〜40−3)のいずれかに入力させる構成としてもよい。
本実施形態の電池システム1では、それぞれのCMU40と1対1に対応して電池側無線装置34が設けられている。電池側無線装置34は、図示略の制御部、無線送信部、および無線受信部から構成されており、公知の無線装置が適用可能である。それぞれの電池側無線装置34は、対応するCMU40と電気的に接続されている。
信号処理部32は、管理側無線装置33と一対一で対応して設けられ、それぞれ図示略のメモリ(例えば書き換え可能な領域を含む不揮発性メモリや揮発性メモリ)を備えてなる。
制御装置102は、例えば電気自動車に搭載されるECU(Electronic Control Unit)であり、電池システム1に組み込まれてBMS30を介して組電池20の放電を制御することにより電力負荷101を駆動させる。制御装置102は、電力負荷101の駆動制御の他に、例えば電気自動車に搭載されるワイパーやナビゲーション等の車載機器など電気自動車全体の制御を行ってもよい。
表示部103は、各電池セル2または組電池20全体の上記関連情報や後述する電池情報などを視覚的に出力する装置であり、電気自動車に設けられた計器パネルやカーナビゲーション用のモニタ等が挙げられる。この表示部103は、データを受信するためのバスを介して制御装置102と接続されている。そして、表示部103は、図示しない入力装置から電気自動車の運転者などによって入力された入力信号を制御装置102が受けた後、この制御装置102の制御の下で上記関連情報等の表示を行う。なお、関連情報等の出力はこの態様に限られず、例えば電気自動車に設けられたスピーカを介して音声によって上記関連情報等の出力を行ってもよい。
図2、3に示すように、電池パック100は、複数の電池セル2を収容する電池収容ケース3を備えている。電池収容ケース3は、一面が開口した略方形状のケース本体4と、ケース本体4の開口を閉塞する蓋部5とを有する。ケース本体4の開口縁部の四隅にはそれぞれボルト孔4aが形成されている。一方、蓋部5には、ケース本体4のボルト孔4aに対応する位置にボルト挿通孔5aが形成されていて、固定用ボルト5bがボルト挿通孔5aを通してボルト穴4aに螺合(ネジにより締め合わせていること)されていることで、蓋部5とケース本体4とは一体となる。なお、本実施形態では、電池収容ケース3の四隅のうちの1つに形成されるボルト孔4aおよびボルト挿通孔5aは、他の隅に比して孔の数が異なっている。これにより、蓋部5を常に一定の向きにてケース本体4と組み合わせることができ、蓋部5とケース本体4との組み立てを誤りなく行えることができる。
電池収納部4bに収容される各電池セル2は、本実施形態では略直方形状となるよう構成され、上面2aおよび側面2hを有してなる。このうち、電池セル2の上面2aには正極端子2b及び負極端子2cが突出しており、上述した正極板及び負極板からなる積層体と電気的に接続されている。配列する四つの電池セル2は、隣り合う電池セル同士で正極端子2bと負極端子2cとがバスバー7によって接続されるようにして、直列接続されている。そして、直列接続の一端側の電池セル2の正極端子2bと、他端側の電池セル2の負極端子2cとにそれぞれ連結されたバスバー7は、電池収容ケース3から突出し、外部接続することが可能となっている。
各電池セル2の上面2aには、それぞれ電池側制御基板2dが安全弁(図示略)と重ならない領域において接着固定されている。
電池側制御基板2dには、上述のCMU40および電池側無線装置34が搭載されており、これらCMU40と電池側無線装置34は図示略の配線を介して電気的に接続されている。また、電池側制御基板2dは、対応する電池セル2と電気的に接続されており、CMU40および電池側無線装置34は、この電池セル2から駆動に必要な電力を得ている。
以下においては、四つの配列する電池セル2の電池収納部4b内における電池位置(収納位置)を特定するために、図3における上側を1行、下側を2行とし、また、左側をA列、右側をB列とする。これにより、各電池セル2の位置について、電池セル2−1の位置を電池位置1−A、電池セル2−2の位置を電池位置1−B、電池セル2−3の位置を電池位置2−A、電池セル2−4の位置を電池位置2−Bと称するものとする。
制御基板収納部4cに収納される管理側制御基板6は、給電線Hを介して上述したバスバー7と接続されており、駆動に必要な電力を電池セル2から受けている。具体的には、図4に示すとおり、ケース本体4のうちバスバー7が外部に向けて突出する突出口に接触端子Gを形成しておき、バスバー7が電極端子2b、2cに固定された際に、給電線Hを介してBMU50に必要な電力が電池セル2から供給されるようにする。
管理側制御基板6には、上述のBMU50が搭載され、BMU50と管理側無線装置33とは第二の接続端子6b(後述)を介して電気的に接続されている。管理側無線装置33と電池側無線装置34は、蓋部5をケース本体4に取り付けた状態でZ方向から平面視した場合に、互いに重なるように対向して配置されている。この電池側無線装置34と管理側無線装置33との通信は、指向性を有する電磁波(例えばレーザーダイオードにより発振される光が望ましく、以下の説明においては電磁波の一種として光を例にする)を用いて行うことが望ましい。このため、対応する電池側無線装置34によって電池側無線信号Sscが送信された場合に、当該電池側無線信号Sscとしての光を管理側無線装置33で受信することが可能となっている。なお、他の無線装置との信号干渉を避けるように電波遮蔽部材を電池収容ケース3に設けることにより、指向性を有さない電波を用いて上記した通信を行ってもよい。また、電池側無線装置34との通信が可能な限り、管理側無線装置33は蓋部5の内面5cに管理側無線装置33と対面して設置される例に限られない。すなわち、本実施形態で示す「対向」とは、「対面」を含んでおり、さらには、管理側無線装置33が電池位置と対応して、電池側無線装置34と管理側無線装置33とが通信可能にそれぞれ配置される形態をいう。
第一のコネクタ3aは、電池収容ケース3の壁体を貫通して外部へ引き延ばされた接続ケーブル3dに接続されていて、これにより電池システム1の制御装置102とBMU50とを第一の接続端子6a、第一のコネクタ3a及び接続ケーブル3dを介して通信可能としている。第二のコネクタ3bと第三のコネクタ3cとは電気的に接続されており、これにより第三のコネクタ3cに接続される蓋側接続端子5dとBMU50とを、第三のコネクタ3c、第二のコネクタ3b及び第二の接続端子6bを介して通信可能としている。
また、図4に示すとおり、ケース本体4のうち蓋部5と対向する面には、圧力センサ(静電容量型圧力センサ等)が設けられている。この圧力センサは蓋部5の開閉に伴って「0」又は「1」で示される1ビットの検出信号Scを出力する機能を備えている(詳細は図10を用いて後述する)。この接続センサ3eは、BMU50と電気的に接続されており、このBMU50を介して電池セル2から駆動に必要な電力を得ている。
なお、本実施形態では上述した圧力センサにより蓋部5の開閉を検出したが、これに換えて第三のコネクタ3c近傍に接続センサを設け、蓋側接続端子5dと第三のコネクタ3cとが接続・解除された場合に上記検出信号Scを出力する態様としてもよい。
蓋側接続端子5dは、上記した第三のコネクタ3cと対応する位置に設けられており、ケース本体4に対して蓋部5を閉塞させるのに伴って第三のコネクタ3cに蓋側接続端子5dが嵌合し、互いに電気的に接続可能となっている。
より具体的に本実施形態では、蓋側接続端子5d、電池セル2−2(電池位置1−B)と対応する信号処理部32−4、電池セル2−4(電池位置2−B)と対応する信号処理部32−3、電池セル2−3(電池位置2−A)と対応する信号処理部32−2、電池セル2−1(電池位置1−A)と対応する信号処理部32−1の順で直列接続されている。
各信号処理部32は、図示略の制御部およびメモリを備えている。このメモリは、例えば書換可能な領域と書換不可能な領域とを備えており、このうち書換不可能な領域には固有のアドレス情報が記録されている。各信号処理部32は蓋部5の内面5cに固定され、さらには蓋部5は常に一定の向きでケース本体4と接続されるため、各信号処理部32の設置位置は常に特定の電池位置と対応することになる。
そして、信号処理部32の上記制御部は、電池側無線装置34から逐次送信されてくる電池側無線信号Sscに対して上記アドレス情報を付加して合成電池側無線信号Ssdを生成する。また、各信号処理部32は、電池側無線信号Sscを受領したことを示す受領信号AbおよびAcを生成し、受領信号Abについては管理側無線信号受付部52へ、受領信号Acについては管理側無線装置33を介して電池側無線装置34へそれぞれ送信する(それぞれ図7、10を用いて後述する)。なお、本実施形態では1つのバスを介して各信号処理部32が直列に接続されているため、BMU50は、当該アドレス情報Daに基づいて各信号処理部33bとの通信を行う。
アドレス情報Daは例えば2ビットのデジタル情報であり、それぞれのアドレス情報Daは電池位置と予め対応付けられている(図11の管理情報テーブルT1を適宜参照されたい)。例えば図5に示す例では、管理側無線装置33−4のアドレス情報Daは電池位置「1−B」に対応させて「01」が、管理側無線装置33−3のアドレス情報Daは電池位置「2−B」に対応させて「11」が設定されている。
本実施形態では電池収容ケース3に収容される電池セル2の数は4つであるため、アドレス情報を2ビットのデジタル情報としたが、収容される電池セル2の数に応じて2ビット以外のデジタル情報としてもよい。
図6は、BMS30を構成するCMU40の詳細を示す図である。CMU40は、ADC31と、接続情報受付部41と、電池側記憶部42と、電池状態情報生成部43と、電池側無線信号生成部44とを含んで構成されている。
接続情報受付部41は、電池側無線信号生成部44と内部バスを介して電気的に接続されている。この接続情報受付部41は、図7に示すとおり、蓋部5がケース本体4に組み込まれた際にBMU50にて生成される接続情報Dc(後述する)を受け付けている(ステップSB1)。そして、接続情報Dcが接続情報受付部41に受け付けられた際、接続情報受付部41は、接続情報Dcを受け付けた旨を示す信号を電池側無線信号生成部44へ送信する。
電池側無線信号生成部44は、電池側記憶部42および電池状態情報生成部43とも内部バスを介して電気的に接続されている。この電池側無線信号生成部44は、接続情報受付部41からの上記信号を受けた後に、CMU40に備えられた図示略のカウンタNの値をゼロ(「0」)に設定する(ステップSB2)。
続いて電池側無線信号生成部44は、電池側記憶部42に記憶された電池固有情報DpとCMU識別情報Ciを抽出する(ステップSB3)とともに、電池状態情報生成部43から電池状態情報Dsを受信する(ステップSB4)。
そして、電池側無線信号生成部44は、電池固有情報Dp、CMU識別情報Ciおよび電池状態情報Dsに基づいて、電池側無線信号Sscを生成するとともに、電池側無線装置34に当該電池側無線信号Sscを送信する(ステップSB5)。電池側無線装置34では、受信した電池側無線信号Sscを管理側無線装置33に向けて送信する。
電池側無線信号Sscは、同期信号、上記したCMU識別情報Ciおよび電池情報からなる単位信号が繰り返されたデジタル信号であり、例えば単位信号として16ビットのビット長を有する。このうち、同期信号は、例えば3ビットの固有値を有して構成されている。
CMU識別情報Ciは、電池セル2と対応付けられたCMU40を特定するための識別情報(例えばCMU40の製造番号に対応)であり、例えば図8(a)に示すとおり3ビットのビット長を有してCMU40毎に異なった固有の信号パターンにて構成されている。このCMU識別情報Ciは、例えばCMU40が製造された際に電池側記憶部42に記録される。
一方、電池情報は、電池固有情報Dpと電池状態情報Dsとを含むデジタルデータであり、例えば10ビットのビット長を有してなる。このうち電池固有情報Dpは、CMU40が取り付けられた電池セル2の製造番号に基づくデジタルデータ(例えば5ビットのビット長を有する)であり、各電池セル2に固有の値となっている。この電池固有情報Dpは、例えばCMU40を含む電池側制御基板2dが電池セル2に取り付けられる際に、作業者により電池側記憶部42に記録されることが望ましい。
また、電池状態情報Dsは、電池セル2から適宜抽出される検出値に基づくデジタルデータであり、例えば5ビットのビット長を有している。具体的な電池状態情報Dsの生成過程は次のとおりである。
温度計2e、第一の電圧計2f及び第二の電圧計2gからの検出値は、CMU40のADC31にそれぞれ入力されることでアナログ信号(検出値)からデジタル信号(パラメータ値)に変換された後に、電池状態情報生成部43に入力される。
電池状態情報生成部43では、パラメータ値である温度計2eにおける温度データ、第一の電圧計2fにおける端子間電圧データと、第二の電圧計2gにおける缶電位データとを合成して電池状態情報Dsを生成し、この電池状態情報Dsを電池側無線信号生成部44に出力する。
そして、ステップSB9にてカウンタの値が「3」でない場合(すなわち、「1」あるいは「2」のとき)には、ステップSB3に戻って電池側無線信号生成部44により再度電池側無線信号Sscが生成・出力される。
一方、ステップSB9でカウンタの値が「3」の場合には、電池側無線信号生成部44は電池側無線信号Sscの生成・出力を中止する。この場合は、信号処理部32から上記受領信号Acが受信できておらず、信号処理部32や管理側無線装置33を含むBMU50側の構成部材のいずれかに不具合が生じている可能性が高いからである。
なお、本実施形態では、電池側無線信号生成部44は電池側無線信号Sscを最大で3回生成して出力するが、その回数はとくに3回に限定されず、例えばステップSB9での判断を「3」以外の数値としてもよい。
電池側無線信号生成部44が電池側無線信号Sscを生成・出力する過程で受領信号Acを受信した場合(ステップSB6で「Yes」)には、所定時間が経過したことをトリガーとして再びステップSB2以降の処理を行う(ステップSB7)。「所定時間」としては例えば1時間などが例示され、この所定時間の経過を待って電池側無線信号生成部44が電池側無線信号Sscを生成・出力することにより、蓋部5がケース本体4に組み合わされた後に電池側無線信号SscがBMU50へ定期的に送信される。
図9に示すように、BMU50は、接続情報生成部51、管理側無線信号受付部52、真偽判定部53、管理側記憶部54、および電池状態監視部55を含んで構成されている。
接続情報生成部51は、接続センサ3eおよび各信号処理部32と電気的に接続されている。この接続情報生成部51は、図10に示すとおり、接続センサ3eから出力される検出信号Scを受信すると、受信した検出信号Scが「0」であるかを判定する(ステップSC1)。上記したとおり、この検出信号Scは、蓋部5の開閉に伴って接続センサ3eから出力されるデジタル信号であり、例えば1ビットのビット長を有している。本実施形態の接続センサ3eは静電容量型圧力センサであり、例えば蓋部5がケース本体4から外れた際(すなわち蓋部5が開けられた場合)には、「1」の値を有する検出信号Scが出力される。一方、蓋部5がケース本体4に組み込まれた際(すなわち蓋部5が閉められた場合)には、「0」の値を有する検出信号Scが出力される。
そして、BMU50は、内蔵する図示略のカウンタMの値を「0」に設定し(ステップSC3)、続けて受領信号Abを信号処理部32から受信したか判定する(ステップSC4)。ここで、受領信号Abは、信号処理部32が電池側無線信号Sscを受信したことを示す信号であり、各信号処理部32によって生成されて管理側無線信号受付部52に送信される。具体的には、電池側無線信号Sscが信号処理部32によって受信された際に、信号処理部32は、受信した電池側無線信号Sscにアドレス情報Daを付加して内蔵したメモリに保持するとともに、受領信号Abに自己のアドレス情報Daを付加して管理側無線信号受付部52に送信する。
管理側無線信号受付部52は、受領信号Abの受信を所定時間だけ受け付け(ステップSC5)、所定時間が経過した場合には管理情報生成部56を経由して制御装置102へ所定時間が経過したことを示す通知を行う(ステップSC16)。受領信号Abが所定時間内に受け付けられない場合、信号処理部32や管理側無線装置33、あるいはCMU40側のいずれかの構成部材に不具合が生じている可能性が高く、制御装置102により使用者等へ警告を行う必要があるからである。
受領信号Abを受信した管理側無線信号受付部52は、受領信号Abを送信した信号処理部32に対し、(1)上述した受領信号Acを生成して対応する電池側無線装置34へ送信する制御信号と、(2)信号処理部32で生成・保持された合成電池側無線信号Ssdを管理側無線信号受付部52へ送信する制御信号、を送信する(ステップSC6)。
その後、管理側無線信号受付部52は、合成電池側無線信号Ssdを信号処理部32から受信するまで待機し(ステップSC7)、合成電池側無線信号Ssdを受信した場合には対象となる電池セル2およびCMU40の真偽判定を行う(ステップSC8)。
具体的な電池セル2およびCMU40の真偽判定は、例えば次のとおり行われる。
BMU50の真偽判定部53は、管理側無線信号受付部52および管理側記憶部54と内部バスを介して電気的に接続されており、管理側無線信号受付部52から合成電池側無線信号Ssdに含まれる電池固有情報DpとCMU識別情報Ciを受信するとともに、管理側記憶部54に記憶された照会データを抽出する。そして、真偽判定部53は、この照会データと、電池固有情報DpおよびCMU識別情報Ciと、を対比することにより対象となる電池セル2およびCMU40が真正(正規)であるか否かを判定する。
そこで、本実施形態では、例えば電池セル2やCMU40に用いられる製造番号の先頭または末尾を、真正品であることを示す共通の記号、番号又はこれらの暗号(これを「真正品データ」と称する)とし、この真正品データに基づいて照会データを形成することとした。このようにすれば、真正品として新たに製造される電池セル2やCMU40は共通の真正品データを有することとなり、管理側記憶部54に記憶する照会データを逐一更新する手間を省くことができる。
なお、本実施形態でいう「真正品」とは、いわゆる偽造品でない電池セルやCMUであることの他、他の電池セルやCMUの種類・仕様と同様であるため性能低下をきたす恐れがない電池セルやCMUを含んでもよい。
管理情報テーブルT1は、図11に示すとおり、電池位置欄、電池セル2の真偽判定結果を示す電池セル判定結果欄、CMU40の真偽判定結果を示すCMU判定結果欄、電池セル2の状態判定の結果を示す状態判定結果欄、および電池状態情報Dsが入力される電池状態情報欄を含んで構成されている。このうち、判定結果欄には、判定結果に基づいて真正・正常ならば「1」が、真正でない・異常ならば「0」が入力される。また、電池状態情報欄には電池状態情報Dsに含まれる各パラメータ値(缶温度、端子間電圧および缶電位等)が入力される。本実施形態では、電池側無線信号Sscは所定期間毎に生成されるため、検出時期毎(例えば図示略の計時カウンタの値に基づく)に電池状態情報欄が設けられている。なお、管理情報テーブルT1は、電池固有情報Dpが入力される電池固有情報欄をさらに含んでいてもよい。この場合、電池固有情報欄には、例えば電池固有情報Dpに含まれる製造番号が入力される。
当該報知信号を受信した電池システム1の制御装置102では、電力負荷101の稼動を行わず、表示部103に電池セル2あるいはCMU40として真正品でないものが装着されている旨の表示を行い、使用者にその電池セル2あるいはCMU40を交換する必要性を報知する。なお、真正品でないものが装着された場合に、必ずしも電力負荷101を稼動させないものとしなくても良く、例えば安全を確保する上で必要最小限の機能を稼動させるだけの出力(定格の50%等)で稼動させることや、一定期間が経過した後に電力負荷101の稼動を停止するようにしても良い。また、電池セル2やCMU40として真正品でないものが装着されている旨の出力は、表示部103による表示の他、これに代えて又は加えて音声による報知にて行ってもよい。
本実施形態の電池システム1における電池状態の監視は次のとおり行われる。すなわち、電池状態監視部55は、管理側無線信号受付部52、管理側記憶部54および管理情報生成部56と内部バスを介して電気的に接続されており、管理側無線信号受付部52からアドレス情報Daと電池状態情報Dsを、管理側記憶部54から許容パラメータ値情報テーブルT2をそれぞれ取得する。
許容パラメータ値情報テーブルT2は、図12に示すとおり、各パラメータ値の種類を示すパラメータ値欄と、各パラメータ値と対応して、当該パラメータ値として、電池セル2として正常と判断される範囲と異常と判断される範囲の閾値となる許容パラメータ値が表示される許容パラメータ値欄とを有する。図12においては、説明の簡略化のため、許容パラメータ値としてそれぞれ1つの閾値(Tbc、VtcおよびVbc)が例示されているが、必ずしも1つの閾値とせずにそれぞれ上限と下限を有する所定の範囲としてもよい。
電池状態監視部55は、上記判定の結果、対応する電池セル2が異常と判定された場合には、異常判定を示す情報と、異常判定された電池セル2に対応するアドレス情報Daおよび電池状態情報Dsとを対応づけて、これらの情報を管理情報生成部56へ送信する。
異常判定を示す情報と異常判定された電池セル2に対応するアドレス情報Daおよび電池状態情報Dsとを受信した管理情報生成部56は、上記した管理情報テーブルT1を管理側記憶部54から読み出して当該管理情報テーブルT1を更新する(ステップSC15)とともに、異常判定となった判定結果およびその電池セル2の位置や電池状態等を制御装置102へ通知する(ステップSC16)。
一方、ステップSC11で電池状態監視部55によって電池セル2のパラメータ値が正常であると判定された場合、正常判定を示す情報と、正常判定された電池セル2に対応するアドレス情報Daおよび電池状態情報Dsとを対応づけて、これらの情報を管理情報生成部56へ送信する。
ステップSC9およびステップSC11にて判定された正常判定を示す情報、正常判定された電池セル2に対応するアドレス情報Da、および電池状態情報Dsを受信した管理情報生成部56は、上記した管理情報テーブルT1を管理側記憶部54から読み出して当該管理情報テーブルT1を更新する(ステップSC12)。具体的には、図11に示すとおり、管理情報生成部56は、対応する電池位置(アドレス情報Da)の電池セル判定結果欄、CMU判定結果欄および状態判定結果欄につき、真正あるいは正常であることを示す値として「1」を入力する。また、管理情報生成部56は、対応する電池位置(アドレス情報Da)の電池状態情報欄につき、電池状態情報Dsに基づいて各パラメータ値(缶温度、端子缶電圧、缶電位)を入力する。
そして、管理情報生成部56は、管理情報テーブルT1を更新した後、上記したカウンタMの値に「1」を加算する(ステップSC13)。
ステップSC14でカウンタMの値が「4」である場合、すなわち電池収容ケース3内に収容された全ての電池セル2について管理情報テーブルT1の各値が更新された場合には、ステップSC3に戻ってカウンタMの値をゼロ(「0」)に設定してステップSC4以降の処理を繰り返す。
このため、単に電池セル2を所定配列で電池収容ケース3に収納して、BMU50、CMU40、電池側無線装置34及び管理側無線装置33を起動させるだけで、作業者の手を煩わせることなく、電池セル2およびCMU40の位置と、これら電池セル2およびCMU40の情報とを対応付けることができる。よって、作業者の負担を最小限にして、電池収容ケース3内における電池セル2およびCMU40の位置を特定しつつ、これらの管理を適切に行うことができる。
また、本実施形態の電池システム1では、電池セル2の電池情報について、CMU40側とBMU50側との通信が電磁波を利用した無線方式としている。このため、電池収容ケース3内に電池セル2を設置する際に、CMU40とBMU50との間に通信用の配線を接続する手間を省くことができる。
(第2の実施形態)
上記第1の実施形態では、CMU40および電池側無線装置34が電池セル2の上面2aに設けられた電池側制御基板2d上に搭載されるものとしたが、これに限るものではない。図13、14は、本実施形態の第2の実施形態の電池システムにおける電池セル70を示している。
本第2の実施形態が上記第1の実施形態と相違する点は、それぞれの電池セル70にはキャップ72が備えられている点、電池セル70の上面71dに形成される電池側制御基板2dにキャップ72と接続されるコネクタ73が設けられる点、コネクタ73と接続されるコネクタ74と、電池側無線装置34とがキャップ72に設けられている点であり、その余の構成は第1の実施形態と同様である。
上記第1の実施形態では、信号処理部32および管理側無線装置33は、電池収容ケース3において、蓋部5に設けられるのとしたが、これに限られるものではなく、ケース本体4に設けられるものとしても良い。以下に、本発明の第3の実施形態について説明する。図15は、第3の実施形態の電池システム1に含まれる電池パック80を示している。
本第3の実施形態が上記第1の実施形態と相違する点は、電池セル2に設置される電池側制御基板2dが、電池セル2の側面2hに設けられる点と、この電池側制御基板2dと対応する信号処理部32および管理側無線装置33がケース本体4側の電池セル2の側面2hと対向する位置に設けられる点であり、その余の構成は第1の実施形態と同様である。
図15に示すように、この実施形態の電池パック80では、管理側無線装置33が電池収容ケース3においてケース本体4の内側面(電池セル2と対向する面)に、電池セル2の配列と対応させて設けられている。また、電池セル2側に設けられている電池側制御基板2d(電池側無線装置34を含む)は、上記管理側無線装置33に対応させて、電池セル2の側面2hに接着剤等の公知の固定手段によって固定されている。
第3の実施形態によれば、上記第1の実施形態の効果に加え、BMU50を搭載した管理側制御基板6が収容されるケース本体4側に信号処理部32および管理側無線装置33を設けることで、管理側無線装置33とBMU50側とを通信可能にするための接続構造を簡略化することができる。具体的には、上記第1の実施形態における第三のコネクタ3cと蓋側接続端子5dとの接続構造を省略することができる。また、後述するとおり、接続センサ3eの構成を省略して制御装置102により電池側無線信号Sscの生成を制御すれば、蓋部5を省略して電池パック80を構成することができ、電池収容ケース3の上面が開口したままでメンテナンス性に優れた電池システム1を実現できる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図16は、本発明の第4の実施形態を示したものである。
本実施形態と第1の実施形態とが相違する点は、電池システム1が、電池側無線装置34、信号処理部32及び管理側無線装置33を備えておらず、CMU95とBMU96とがコネクタによる通信を行っている点であり、その余の構成は第1の実施形態と同様である。
具体的には、図16に示すように、電池パック90は、各電池セル2の電池側制御基板2dに設けられた電池側通信部としての電池側コネクタ91と、電池収容ケース3の蓋部5の内面5cに各電池側コネクタ91と対応して設けられた管理側通信部としてのケース側コネクタ92とを備える。各電池側コネクタ91は、それぞれ対応するCMU95と電池側制御基板2d上で電気的に接続されている。また、各ケース側コネクタ92(92−1、92−2、92−3、92−4)は、プリント配線5eにより順に直列接続されており、それぞれのケース側コネクタ92は上述したアドレス情報Daを保持・付加が可能なメモリ機能付き制御コネクタとなっている。
例えば、制御基板収納部4cを電池収容ケース3に設ける必要は必ずしもなく、給電線Hが冗長とならない限りにおいて電池収容ケース3とは別体で管理側制御基板6を収納する制御基板収納部を電池システム1内に設けてもよい。これによれば、例えば管理側制御基板6と制御装置102との電気的接続を維持したまま電池収容ケース3を電池システム1から取り外すことが可能となり、組立作業を効率化することが可能となる。
また、上述した実施形態では、接続センサ3eによって蓋部5がケース本体4に対して着脱されたことを検出したことをトリガーとして電池側無線信号Sscを生成したが、これに換えて制御部102の制御によって所定のタイミングで電池側無線信号Sscの生成を開始してもよい。
また、上述した実施形態では、電池側無線信号SscはCMU識別情報と電池情報とを含む構成としたが、電池側無線信号Sscは少なくとも電池状態情報Dsを含んでいればよい。あるいは、電池側情報信号Sscが、電池状態情報Dsと、CMU識別情報Ciおよび電池固有情報Dpの少なくとも一方と、から構成されていてもよい。かかる場合には、管理情報テーブルT1は、電池側情報信号Sscに含まれる情報に基づいて生成されることとなる。
2 二次電池(電池セル)
3 電池収容ケース
32 信号処理部
33 管理側無線装置
34 電池側無線装置
40、95 CMU(電池側制御部)
41 接続情報受付部
42 電池側記憶部
43 電池状態情報生成部
44 電池側無線信号生成部
50、96 BMU(管理側制御部)
51 接続情報生成部
52 管理側無線信号受付部
53 真偽判定部
54 管理側記憶部
55 電池状態監視部
56 管理情報生成部
71 電池本体
72 キャップ
87 モジュール
91 電池側コネクタ(電池情報送信部)
92 ケース側コネクタ(電池情報受信部)
80、90、100 電池パック
102 制御装置
103 表示部
Claims (5)
- 複数の電池セルと、
前記複数の電池セルに対応して設けられ、前記電池セルと電気的に接続されて前記電池セルの電池情報を含む電池側情報信号を生成する電池側制御部と、
複数の前記電池セルを収納するとともに、少なくとも前記電池側制御部を収納する電池収容ケースと、
前記電池側制御部に対応して設けられるとともに、前記電池側情報信号を送信する電池側通信部と、
前記電池側通信部と対応して前記電池収容ケースに設けられ、前記電池側通信部から受信した前記電池側情報信号に対してアドレス情報を付加して合成電池側情報信号を生成する管理側通信部と、
前記管理側通信部と電気的に接続されるとともに、前記管理側通信部から受信した前記合成電池側情報信号に含まれる前記電池情報および前記アドレス情報に基づいて、前記電池収容ケースの内部における各前記電池セルに対応する管理情報を生成する管理側制御部と、
を有することを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムにおいて、
前記電池側通信部と前記管理側通信部とは、無線による通信を行うことを特徴とする電池システム。 - 請求項2に記載の電池システムにおいて、
前記電池側情報信号は、前記電池セルを識別するための電池固有情報、および前記電池側制御部を識別するための電池側制御部識別情報の少なくとも一方を含み、
前記管理側制御部は、前記電池固有情報が前記電池側情報信号に含まれる場合には当該電池固有情報に基づいて前記電池セルが真正であるかを判定し、前記電池側制御部識別情報が前記電池側情報信号に含まれる場合には当該電池側制御部識別情報に基づいて前記電池側制御部が真正であるかを判定することを特徴とする電池システム。 - 請求項3に記載の電池システムにおいて、
前記電池セルは、電池本体と、該電池本体に着脱可能なキャップとを有し、
少なくとも前記電池側信号送信部が前記キャップに設けられていることを特徴とする電池システム。 - 前記管理側通信部は、前記電池収容ケース内にそれぞれ収容される前記複数の電池セルに対応して前記電池収容ケースにそれぞれ設けられ、
それぞれの前記管理側通信部が付加する前記アドレス情報は、前記電池収容ケース内における前記電池セルの収容位置に対応していることを特徴とする請求項2に記載の電池システム。
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