JP2013104842A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の監視手段における監視結果を制御手段側へ伝達する信号線が断線したとしても、制御手段にて各監視手段の監視結果を取得可能な電池監視装置を提供する。
【解決手段】各監視回路２１を、互いに制御信号および出力信号の伝達可能とするための第１信号線２１４を介して数珠繋ぎに接続し、各監視回路２１のうち、複数の電池モジュールＭ１〜Ｍ３における最も高電圧側の電池モジュールＭ３に対応する高電圧監視回路、および最も低電圧側の電池モジュールＭ１に対応する低電圧監視回路を、第２信号線２１５を介して接続する。そして、第１信号線２１４が断線し、マイコン２２にて各監視回路２１の監視結果を取得できない場合には、マイコン２２は、第２信号線２１５を介して各監視回路２１の出力信号を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続されて組電池を構成する電池モジュールの状態を監視する電池監視装置に関する。

従来、組電池を構成する各電池モジュールの過充電や過放電等の状態を監視する複数の監視手段（監視回路）、各監視手段に監視を指示する指示信号を出力すると共に各監視手段から監視結果を取得する制御手段（マイクロコンピュータ）等を備える電池監視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、信号線を介して各監視手段を数珠繋ぎに接続するデイジーチェーン方式を採用すると共に、各監視手段のうち一部の監視手段に対して、絶縁素子を介して制御手段を接続する構成としている。

特開２０１１−１３４５７７号公報

ところで、従来の技術のように、信号線を介して各監視手段を数珠繋ぎに接続すると共に、一部の監視手段に制御手段を接続する構成とする場合、各監視手段間を繋ぐ信号線のうち、監視結果を制御手段側へ伝達する信号線が断線すると、制御手段を構成するマイコンにて各監視手段の監視結果を取得することができなくなってしまうといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、各監視手段における監視結果を制御手段側へ伝達する信号線が断線したとしても、制御手段にて各監視手段の監視結果を取得可能な電池監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、直列に接続されて組電池（１）を構成する複数の電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）それぞれに対応して設けられ、対応する電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）を監視して、監視結果を出力信号として出力する複数の監視手段（２１）と、複数の監視手段（２１）に対して、対応する電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）の監視を指示する制御信号を出力すると共に、複数の監視手段（２１）から出力信号を取得する制御手段（２２）と、を備える電池監視装置を対象としている。そして、複数の監視手段（２１）は、互いに制御信号および出力信号を伝達可能とするための第１信号線（２１４）を介して数珠繋ぎに接続されており、複数の監視手段（２１）のうち、複数の電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）における最も高電圧側の電池モジュール（Ｍ３）に対応する高電圧監視手段、および最も低電圧側の電池モジュール（Ｍ１）に対応する低電圧監視手段は、第２信号線（２１５）を介して接続されており、制御手段（２２）は、高電圧監視手段、および低電圧監視手段のいずれか一方に絶縁信号伝達手段（２３）を介して接続され、第１信号線（２１４）が断線している際には、第２信号線（２１５）を介して出力信号を取得するように構成されていることを特徴とする。

これによれば、各監視手段（２１）を数珠繋ぎに接続する第１信号線（２１４）が断線した際には、制御手段（２２）が、監視手段（２１）における高電圧監視手段と低電圧監視手段とを接続する第２信号線（２１５）を介して各監視手段（２１）の出力信号を取得する構成としているので、第１信号線（２１４）のうち、各監視手段（２１）側から制御手段（２２）側へ出力信号を伝達する信号線（２１４ｂ）が断線したとしても、制御手段（２２）にて各監視手段（２１）の出力信号（監視結果）を取得することが可能となる。

具体的には、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の電池監視装置において、第２信号線（２１５）に、高電圧監視手段と低電圧監視手段との間を接続状態および遮断状態に切り替える切替部（２１６）を設け、第１信号線（２１４）が断線している際には、制御手段（２２）にて、高電圧監視手段と低電圧監視手段との間が接続状態となるように切替部（２１６）を制御することで、第２信号線（２１５）を介して監視結果を取得する構成を具体的かつ容易に実現することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の電池監視装置において、制御手段（２２）にて、絶縁信号伝達手段（２３）を介して接続された監視手段（２１）からの出力信号に基づいて、第１信号線（２１４）が断線しているか否かを判定する構成としてもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

実施形態に係る電池監視装置を含む電池制御システムの概略構成図である。 実施形態に係るマイコンが実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。 第１信号線が断線していない場合における制御信号および出力信号の流れを説明するための説明図である。 第１信号線が断線している場合における制御信号および出力信号の流れを説明するための説明図である。

本発明の一実施形態について図１〜図４を用いて説明する。本実施形態では、車載高圧バッテリである組電池１の電池制御システムに本発明の電池監視装置２を適用している。図１に示すように、本実施形態の電池制御システムは、主たる構成要素として組電池１および電池監視装置２を備える。

本実施形態の組電池１は、車両走行用の電動機等の各種電気機器（図示略）に電力を供給するものである。本実施形態の組電池１は、リチウムイオン電池からなる複数の電池セル１０（例えば、１００セル）を直列に接続したもので、互いに隣接する所定数の電池セル１０毎にグループ化した複数の電池モジュールＭ１〜Ｍｎの直列接続体として構成されている。なお、本実施形態では、説明の便宜のため、図１に示すように、組電池１を３つの電池モジュールＭ１〜Ｍ３で構成すると共に、各電池モジュールＭ１〜Ｍ３を互いに隣接する３つの電池セル１０をグループ化した直列接続体で構成する例について説明する。

このように構成される組電池１には、検出ラインを介して電池監視装置２が接続されている。電池監視装置２は、電池モジュールＭ１〜Ｍ３における各電池セル１０の過放電状態や過充電状態といった電池状態を監視する機能、および後述する各監視回路２１同士を接続する第１信号線２１４の断線を検出する機能を有する装置である。

電池監視装置２は、各電池モジュールＭ１〜Ｍ３に対応して設けられ、対応する各電池モジュールＭ１〜Ｍ３の各電池セル１０を監視する複数の監視回路（監視手段）２１、各監視回路２１から監視結果として出力信号を取得する制御手段としてのマイクロコンピュータ（以下、マイコン２２と略称する。）２２を備えている。なお、各監視回路２１は、高電圧の組電池１を電源とし、マイコン２２は、図示しない低電圧の補助バッテリを電源としている。

監視回路２１は、対応する電池モジュールＭ１〜Ｍ３の各電池セル１０の両極端子に検出ラインを介して接続され、対応する電池モジュールＭ１〜Ｍ３を監視して、監視結果を出力信号としてマイコン２２へ出力するように構成されている。なお、監視結果には、電池モジュールＭ１〜Ｍ３を構成する各電池セル１０の電圧データ、電流データ、過充電状態や過放電状態を示す状態データが含まれる。

各監視回路２１それぞれは、双方向に信号伝達が可能なように、入力側信号線２１４ａおよび出力側信号線２１４ｂからなる第１信号線２１４を介して数珠繋ぎ（デイジーチェーン式）に接続されている。

第１信号線２１４の入力側信号線２１４ａは、低電圧側の電池モジュールに対応する監視回路２１から高電圧側の電池モジュールに対応する監視回路２１への信号の伝達経路を構成する。

また、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂは、高電圧側の電池モジュールに対応する監視回路２１から低電圧側の電池モジュールに対応する監視回路２１への信号の伝達経路を構成する。

このように各監視回路２１同士を第１信号線２１４を介して接続する構成とすることで、各監視回路２１にてマイコン２２側からの制御信号を共有すると共に、第１信号線２１４を介して、各監視回路２１の監視結果をマイコン２２側へ出力可能となっている。

また、各監視回路２１のうち、最も低電圧側の電池モジュールＭ１に対応する監視回路２１である低電圧監視回路（低電圧監視手段）は、後述する絶縁信号伝達部２３を介して、マイコン２２に接続されている。なお、絶縁信号伝達部２３を介してマイコン２２と接続する監視回路２１は、低電圧監視回路に限らず、各監視回路２１のうち、最も高電圧側の電池モジュールＭ１に対応する監視回路２１である高電圧監視回路（高電圧監視手段）としてもよい。

さらに、各監視回路２１のうち、低電圧監視回路および高電圧監視回路は、高電圧監視回路から低電圧監視回路へ信号を伝達可能なように第２信号線２１５を介して接続されている。この第２信号線２１５には、高電圧監視回路と低電圧監視回路とを接続状態および遮断状態のいずれかに切り替える切替部２１６が設けられている。切替部２１６は、マイコン２２側からの切替信号に応じて制御される。本実施形態の切替部２１６は、切替信号が入力された際に、高電圧監視回路と低電圧監視回路との間を遮断状態から接続状態に切り替える半導体スイッチで構成されている。なお、切替部２１６は、半導体スイッチに限らず、例えば、機械式のリレーで構成してもよい。

本実施形態の監視回路２１それぞれは、主たる構成要素として電圧データ等を検出する検出部２１１、第１信号線２１４を介して接続された監視回路２１へ各種信号を伝達する信号伝達部２１２を備えている。

検出部２１１は、マイコン２２からの監視を指示する制御信号に応じて、対応する電池モジュールＭ１〜Ｍ３の各電池セル１０における電圧、電流等を検出する電圧検出手段を構成する。

信号伝達部２１２は、第１信号線２１４を介してマイコン２２からの制御信号等を他の監視回路２１へ伝達すると共に、検出部２１１における監視結果を出力信号として出力する信号伝達手段を構成する。

ここで、低電圧監視回路の信号伝達部２１２は、絶縁信号伝達部２３を介して、マイコン２２側から各種制御信号を取得すると共に、各監視回路２１の監視結果としての出力信号をマイコン２２側へ出力するように構成されている。さらに、低電圧監視回路の信号伝達部２１２は、マイコン２２側からの切替信号を切替部２１６に出力するように構成されている。

マイコン２２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って、各種制御処理や演算処理を行う制御手段である。例えば、マイコン２２は、各監視回路２１への制御信号や切替部２１６への切替信号の出力処理、および各監視回路２１側からの監視結果に基づいて各電池モジュールＭ１〜Ｍ３の充放電状態の診断や第１信号線２１４の断線検出等の処理を行う。

絶縁信号伝達部２３は、各監視回路２１側とマイコン２２側とを絶縁した状態で、各監視回路２１とマイコン２２との間で双方向に信号伝達を可能とする絶縁信号伝達手段を構成している。本実施形態の絶縁信号伝達部２３は、マイコン２２側から低電圧監視回路側へ信号を伝達する第１絶縁素子２３１、および低電圧監視回路側からマイコン２２側へ信号を伝達する第２絶縁素子２３２を有して構成されている。なお、各絶縁素子２３１、２３２としては、例えば、光結合式アイソレータ、容量結合式アイソレータ、磁気結合式アイソレータで構成することができる。

次に、本実施形態の電池監視装置２の作動を図２に示すフローチャート、図３および図４に示す制御信号、出力信号の流れに基づいて説明する。図２は、マイコン２２が実行する制御ルーチンであり、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図２に示すように、まず、ステップＳ１０にて、絶縁信号伝達部２３の第１絶縁素子２３１を介して、低電圧監視回路へ監視を指示する制御信号を伝達する。

これにより、マイコン２２からの制御信号は、図３の黒矢印で示すように、第１信号線２１４の入力側信号線２１４ａを介して低電圧監視回路から高電圧側の監視回路２１へと順次伝達される。

この際、各監視回路２１では、マイコン２２からの制御信号に応じて、対応する電池モジュールＭ１〜Ｍ３の各電池セル１０における電圧、電流等を検出する。各監視回路２１の監視結果を含む出力信号は、図３の白抜矢印で示すように、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂを介して、低電圧監視回路へ伝達される。

続いて、ステップＳ２０にて、絶縁信号伝達部２３の第２絶縁素子２３２を介して、低電圧監視回路から各監視回路２１から伝達された出力信号を取得する。これにより、マイコン２２では、各監視回路２１から伝達された出力信号に基づいて、各電池モジュールＭ１〜Ｍ３の充放電状態を診断する。

ここで、第１信号線２１４が断線していない場合には、マイコン２２が各監視回路２１の出力信号の全てを取得することができる。また、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線している場合、マイコン２２では、各監視回路２１のうち、少なくとも一部の出力信号が取得できなくなる。

そこで、本実施形態では、ステップＳ３０にて、各監視回路２１から伝達された出力信号に基づいて、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂの断線判定を行う。このステップＳ３０の判定処理では、各監視回路２１からの出力信号を全て取得できた場合に、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線していないと判定する。また、各監視回路２１からの出力信号の少なくとも一部を取得できなかった場合には、ステップＳ３０の判定処理にて第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線していると判定する。

ステップＳ３０の判定処理の結果、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線していないと判定された場合、すなわち、マイコン２２が各監視回路２１の出力信号の全てを取得できた場合（Ｓ３０：ＮＯ）には、そのまま制御処理を終了する。

一方、ステップＳ３０の判定処理の結果、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線していると判定された場合、すなわち、マイコン２２が各監視回路２１の出力信号の少なくとも一部を取得できなかった場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）には、ステップＳ４０に移行する。

ステップＳ４０では、絶縁信号伝達部２３の第１絶縁素子２３１を介して、低電圧監視回路へ出力信号の伝達経路の変更を指示する制御信号、および切替信号を伝達する。ステップＳ４０にて、マイコン２２が出力する制御信号は、各監視回路２１の出力信号の伝達経路を、出力側信号線２１４ｂを介して低電圧監視回路へ伝達する伝達経路から入力側信号線２１４ａを介して高電圧監視回路へ伝達する伝達経路に変更する指令が含まれている。

ステップＳ４０にてマイコン２２から伝達された制御信号は、図４の黒矢印で示すように、第１信号線２１４の入力側信号線２１４ａを介して低電圧側の監視回路２１から高電圧側の監視回路２１へと順次伝達される。

また、ステップＳ４０にてマイコン２２から伝達される制御信号によって、各監視回路２１の出力信号の伝達経路が、出力側信号線２１４ｂから入力側信号線２１４ａに切り替えられる。さらに、マイコン２２から伝達される切替信号によって、第２信号線２１５に配置された切替部２１６が高電圧監視回路と低電圧監視回路との間を遮断状態から接続状態に切り替える。

これにより、各監視回路２１の出力信号は、図４の白抜矢印で示すように、第１信号線２１４の入力側信号線２１４ａを介して低電圧側の監視回路２１から高電圧側の監視回路２１へと順次伝達される。そして、高電圧監視回路に伝達された各監視回路２１の出力信号は、第２信号線２１５を介して低電圧監視回路に伝達される。

続くステップＳ５０にて、絶縁信号伝達部２３の第２絶縁素子２３２を介して、低電圧監視回路から各監視回路２１から伝達された出力信号を取得する。これにより、マイコン２２は、各監視回路２１から伝達された出力信号に基づいて、各電池モジュールＭ１〜Ｍ３の充放電状態を診断する。

以上、説明した本実施形態の電池監視装置２では、各監視回路２１を数珠繋ぎに接続する第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線している際には、マイコン２２が、第２信号線２１５を介して各監視回路２１の監視結果を含む出力信号を取得する構成としている。このため、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線していたとしても、マイコン２２にて各監視回路２１の監視結果を取得することが可能となる。

また、本実施形態では、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線している際には、第２信号線２１５に設けた切替部２１６にて、高電圧監視回路と低電圧監視回路との間を遮断状態から接続状態に切り替える構成としている。これによれば、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線している際に、マイコン２２にて各監視回路２１の監視結果を取得する可能な構成を具体的かつ容易に実現することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、第２信号線２１５に切替部２１６を設ける例を説明したが、これに限定されない。例えば、高電圧監視回路に、出力信号の出力先を第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂと第２信号線２１５とで切り替える機能を付加し、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線している際に、出力信号の出力先を第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂから第２信号線２１５に切り替えるようにしてもよい。

（２）上述の実施形態では、第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線している際に、マイコン２２から伝達される制御信号によって、各監視回路２１の出力信号の伝達経路を出力側信号線２１４ｂから入力側信号線２１４ａに変更する例を説明したが、これに限定されない。マイコン２２では、出力信号を取得できた監視回路２１まで第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂが断線していないことを検出可能である。このため、例えば、マイコン２２から伝達される制御信号によって、各監視回路２１のうち、出力信号を取得できない監視回路２１の伝達経路だけを出力側信号線２１４ｂから入力側信号線２１４ａに変更するようにしてもよい。

（３）上述の実施形態では、マイコン２２にて取得する各監視回路２１における監視結果である出力信号に基づいて断線判定を行う例を説明したが、これに限定されない。例えば、各監視回路２１が、マイコン２２側から所定の入力信号が伝達された際にマイコン２２側へ応答信号を返すように構成されている場合、マイコン２２にて取得する各監視回路２１からの応答信号の有無に基づいて断線判定を行うようにしてもよい。

（４）上述の実施形態のように、第２信号線２１５の一端側を高電圧監視回路に接続すると共に第２信号線２１５の他端側を低電圧監視回路に接続する構成が望ましいが、これに限定されない。例えば、第２信号線２１５の一端側を高電圧監視回路に接続し、第２信号線２１５の他端側を低電圧監視回路と他の監視回路とを接続する第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂに接続するようにしてもよい。そして、第２信号線２１５と第１信号線２１４の出力側信号線２１４ｂとの接続点に切替部２１６を設けるようにしてもよい。

（５）上述の実施形態では、車載高圧バッテリである組電池１の電池制御システムに電池監視装置２を適用した例を説明したが、これに限定されない。例えば、家庭用、工業用の蓄電池である組電池１の電池制御システムに電池監視装置２を適用してもよい。また、組電池１を構成する電池セル１０としては、リチウムイオン電池に限らず、例えば、鉛蓄電池やニッケル水素電池を採用してもよい。

１ 組電池
２１ 監視回路（監視手段）
２１４ 第１信号線
２１５ 第２信号線
２１６ 切替部
２２ マイコン（制御手段）
２３ 絶縁信号伝達部（絶縁信号伝達手段）
Ｍ１〜Ｍ３ 電池モジュール

Claims (3)

1. 直列に接続されて組電池（１）を構成する複数の電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）それぞれに対応して設けられ、対応する前記電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）を監視して、監視結果を出力信号として出力する複数の監視手段（２１）と、
   前記複数の監視手段（２１）に対して、対応する前記電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）の監視を指示する制御信号を出力すると共に、前記複数の監視手段（２１）から前記出力信号を取得する制御手段（２２）と、を備え、
   前記複数の監視手段（２１）は、互いに前記制御信号および前記出力信号を伝達可能とするための第１信号線（２１４）を介して数珠繋ぎに接続されており、
   前記複数の監視手段（２１）のうち、前記複数の電池モジュール（Ｍ１〜Ｍ３）における最も高電圧側の電池モジュール（Ｍ３）に対応する高電圧監視手段、および最も低電圧側の電池モジュール（Ｍ１）に対応する低電圧監視手段は、第２信号線（２１５）を介して接続されており、
   前記制御手段（２２）は、
   前記高電圧監視手段、および前記低電圧監視手段のいずれか一方に絶縁信号伝達手段（２３）を介して接続され、
   前記第１信号線（２１４）が断線している際には、前記第２信号線（２１５）を介して前記出力信号を取得するように構成されていることを特徴とする電池監視装置。
2. 前記第２信号線（２１５）には、前記高電圧監視手段と前記低電圧監視手段との間を接続状態および遮断状態のいずれかに切り替える切替部（２１６）が設けられており、
   前記制御手段（２２）は、前記第１信号線（２１４）が断線している際には、前記切替部（２１６）にて前記高電圧監視手段と前記低電圧監視手段との間を接続状態とすることで、前記第２信号線（２１５）を介して前記出力信号を取得することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
3. 前記制御手段（２２）は、前記絶縁信号伝達手段（２３）を介して接続された前記監視手段（２１）からの前記出力信号に基づいて、前記第１信号線（２１４）が断線しているか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電池監視装置。

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