JP2014121231A - 電池管理システム、統合電池管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池管理システムの占有スペースを小さくする。
【解決手段】電池管理システム１００は、電池セルＣが直列に接続されて成る電池モジュールＭ１〜Ｍｎに対応させて設けられたセル監視装置２１’、２２〜２ｎ（電池セル管理装置）と、電池モジュールＭ１〜Ｍｎが直列に接続されて成る組電池Ｋに対応させて設けられたバッテリ管理装置１（組電池管理装置）を備える。セル監視装置２１’、２２〜２ｎは、各電池セルＣの電圧を検出し、該電圧データをバッテリ管理装置１に送信する。バッテリ管理装置１は、組電池Ｋの電圧を検出し、該電圧とセル監視装置２１’、２２〜２ｎから受信した各電池セルＣの電圧データとに基づいて、異常の有無を判断する。セル監視装置２１’とバッテリ管理装置１を同一基板３上に実装して、統合ＥＣＵ５（統合電池管理装置）を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを直列に接続して成る組電池を管理するシステムに関する。

図５および図６は、従来の電池管理システム２００、２００’を示す図である。電池管理システム２００、２００’は、電気自動車や電気自動二輪車などの電動車両に搭載されている。モータ６０は、電動車両の駆動源である。組電池Ｋは、モータ６０の電源である。複数の電池セルＣが直列に接続されることで、電池モジュールＭ１〜Ｍｎが構成されている。そして、複数の電池モジュールＭ１〜Ｍｎが直列に接続されることで、組電池Ｋが構成されている。

セル監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）２１〜２ｎは、電池モジュールＭ１〜Ｍｎに１対１で対応させて設けられている。各セル監視装置２１〜２ｎは、別々のケース４１〜４ｎに収められている。各セル監視装置２１〜２ｎの基板３１〜３ｎ上には、セル電圧監視部２ｂ、コネクタ２ｄ、２ｉ、２ｊ、２ｏ、および内部配線（パターン）Ｌｂ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａ、Ｆ１ｉ〜Ｆｎｉ、Ｆ１ｏ〜Ｆｎｏが実装されている。

各電池モジュールＭ１〜Ｍｎの各電池セルＣの両電極（正極と負極）には、外部配線（電線やハーネス）Ｌａの一端が接続されている。各外部配線Ｌａの他端は、コネクタ２ｄを介して、対応するセル監視装置２１〜２ｎの基板３１〜３ｎ上の各内部配線Ｌｂの一端と接続されている。各内部配線Ｌｂの他端は、セル電圧監視部２ｂに接続されている。

セル電圧監視部２ｂは、内部配線Ｌｂ、コネクタ２ｄ、および外部配線Ｌａを介して、対応する各電池セルＣの電圧を検出する。配線Ｌａ、Ｌｂは、各電池セルＣの電圧を検出するための検出線である。

バッテリ管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１１、１１’は、組電池Ｋに１対１で対応させて設けられている。バッテリ管理装置１１、１１’は、セル監視装置２１〜２ｎとは別の、ケース４０、４０’に収められている。バッテリ管理装置１１、１１’の基板３０、３０’上には、制御部１ａ、組電池電圧監視部１ｂ、通信部１ｄ、コネクタ１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｏおよび内部配線Ｌｄ、Ｌｆ、Ｐａ、Ｐｂ、Ｆｏ、Ｆｉ、Ｔａが実装されている。

組電池Ｋの最高電位側の電池セルＣｎの正極には、外部配線Ｌｃの一端が接続されている。外部配線Ｌｃの他端は、コネクタ１ｇを介してバッテリ管理装置１１、１１’の基板３０、３０’上の内部配線Ｌｄの一端と接続されている。内部配線Ｌｄの他端は、組電池電圧監視部１ｂに接続されている。

組電池Ｋの最低電位側の電池セルＣ１の負極には、外部配線Ｌｅの一端が接続されている。外部配線Ｌｅの他端は、コネクタ１ｈを介してバッテリ管理装置１１、１１’の基板３０、３０’上の内部配線Ｌｆの一端と接続されている。内部配線Ｌｆの他端は、組電池電圧監視部１ｂに接続されている。

組電池電圧監視部１ｂは、内部配線Ｌｄ、Ｌｆ、コネクタ１ｇ、１ｈ、および外部配線Ｌｃ、Ｌｅを介して、組電池Ｋの電圧を検出する。配線Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅ、Ｌｆは、組電池Ｋの電圧を検出するための検出線である。

通信部１ｄと各セル監視装置２１〜２ｎのセル電圧監視部２ｂとは、外部配線Ｆ、Ｆ１〜Ｆｎ、内部配線Ｆｏ、Ｆｉ、Ｆ１ｏ〜Ｆｎｏ、Ｆ１ｉ〜Ｆｎｉ、およびコネクタ１ｏ、１ｉ、２ｉ、２ｏにより直列に接続されている。配線Ｆ、Ｆ１〜Ｆｎ、Ｆｏ、Ｆｉ、Ｆ１ｏ〜Ｆｎｏ、Ｆ１ｉ〜Ｆｎｉは、バッテリ管理装置１１、１１’からセル監視装置２１〜２ｎに識別番号を付与するための付番線である。

図５では、バッテリ管理装置１１の通信部１ｄは、付番線Ｆ１、Ｆ、Ｆｏ、Ｆｉ、Ｆ１ｉ、Ｆｎｏとコネクタ１ｏ、１ｉ、２ｉ、２ｏにより、組電池Ｋの最低電位側のセル監視装置２１のセル電圧監視部２ｂと、最高電位側のセル監視装置２ｎのセル電圧監視部２ｂの間に、各セル電圧監視部２ｂと直列に接続されている。

図６では、バッテリ管理装置１１’の通信部１ｄは、付番線Ｆｎ、Ｆ、Ｆｏ、Ｆｉ、Ｆｎｉ、Ｆ１ｏとコネクタ１ｏ、１ｉ、２ｉ、２ｏにより、組電池Ｋの最高電位側のセル監視装置２ｎのセル電圧監視部２ｂと、最低電位側のセル監視装置２１のセル電圧監視部２ｂの間に、各セル電圧監視部２ｂと直列に接続されている。

また、通信部１ｄと各セル監視装置２１〜２ｎのセル電圧監視部２ｂとは、外部配線Ｔ、Ｔ１〜Ｔｎ、内部配線Ｔａ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａ、およびコネクタ１ｊ、２ｊにより並列に接続されている。配線Ｔ、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔａ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａは、バッテリ管理装置１１、１１’とセル監視装置２１〜２ｎの間でＣＡＮ（Controller Area Network）通信を行うための通信線である。

バッテリ管理装置１１、１１’の制御部１ａは、内部配線Ｐａにより組電池電圧監視部１ｂと接続され、内部配線Ｐｂにより通信部１ｄと接続されている。制御部１ａは、通信部１ｄ、付番線Ｆ、Ｆ１〜Ｆｎ、Ｆｏ、Ｆｉ、Ｆ１ｏ〜Ｆｎｏ、Ｆ１ｉ〜Ｆｎｉ、および通信線Ｔ、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔａ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａなどを介して、各セル監視装置２１〜２ｎに識別番号を付与する。各セル監視装置２１〜２ｎのセル電圧監視部２ｂは、バッテリ管理装置１１、１１’から付与された識別番号を内部メモリに記憶させる。

また、各セル監視装置２１〜２ｎのセル電圧監視部２ｂは、検出した各電池セルＣの電圧を示すデータを通信線Ｔ、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔａ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａなどを介して、バッテリ管理装置１１、１１’に送信する。バッテリ管理装置１１、１１’の制御部１ａは、通信部１ｄと通信線Ｔ、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔａ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａなどを介して、各セル監視装置２１〜２ｎから各電池セルＣの電圧のデータを受信する。そして、それらのデータと、組電池電圧監視部１ｂにより検出した組電池Ｋの電圧とに基づいて、異常の有無を判断する。

上記の電池管理システム２００、２００’の構成は、特許文献１〜６に開示されている。また、特許文献１には、電池セルや組電池の電圧に基づいて異常の有無を判断する技術が開示されている。また、特許文献２には、セル監視装置の付番方法が開示されている。また、特許文献３には、制御部と通信部の間に電圧整合部を設けて、通信線を共通化する技術が開示されている。

また、特許文献４〜６には、電池モジュールが増加した場合の対策が開示されている。特許文献４では、各電池セルの電圧のうち、代表値を電池モジュール監視回路から制御部に送信して、データ転送時間を短縮している。特許文献５では、電池セルに対応した監視回路と制御部を配線で並列に接続し、デジタル信号を出力する監視回路以外の監視回路の出力をハイインピーダンスにしている。特許文献６では、２つのコントローラと組電池の間にスイッチアレーを設け、一方のコントローラでスイッチアレーの導電状態を制御し、他方のコントローラで各電池モジュールの電圧を検出している。

特開平１１−２５２８０９号公報 特開２００９−８９５２１号公報 特開２０１０−２７９１２０号公報 特開２０１１−７２１６１号公報 特開２０１１−１０７００９号公報 特開２０１２−１０５５３３号公報

上述したように、セル監視装置は組電池の電池モジュールに対応させて設けられているため、電池モジュールの数が増加するに連れて、セル監視装置の数も増加し、セル監視装置同士やセル監視装置とバッテリ管理装置を接続する外部配線の数も増加する。そして、セル監視装置の数や外部配線の数が増加すると、電動車両における電池管理システムの占有スペースが大きくなる。たとえば電気自動二輪車のような、車体の小さな電動車両では、電池管理システムの占有スペースが大きいと、搭載するのが困難であり、やむなく電池モジュールとセル監視装置の数を削減しなければならない場合もある。

本発明の課題は、電池管理システムの占有スペースを小さくすることである。

本発明による電池管理システムは、電池セルが直列に接続されて成る電池モジュールに対応させて設けられた電池セル管理装置と、電池モジュールが直列に接続されて成る組電池に対応させて設けられた組電池管理装置とを備える。電池セル管理装置は、各電池セルの両電極にそれぞれ接続された第１検出線を介して各電池セルの電圧を検出し、該電圧を示すデータを通信線を介して組電池管理装置に送信する。組電池管理装置は、組電池の最高電位側と最低電位側の両電極にそれぞれ接続された第２検出線を介して組電池の電圧を検出し、該電圧と、各電池セル管理装置から通信線を介して受信した各電池セルの電圧のデータとに基づいて、異常の有無を判断する。電池セル管理装置のうち少なくとも１つと組電池管理装置を同一基板上に実装して、統合電池管理装置を構成する。

上記によると、電池セル管理装置と組電池管理装置を同一基板上に実装して、統合電池管理装置を構成しているので、統合電池管理装置を１つのケースに収めて、従来よりも装置数を削減することができる。また、従来、電池セル管理装置と組電池管理装置を接続するために用いていた外部配線に代えて、電池セル管理装置と組電池管理装置を接続するように同一基板上に内部配線を設けることで、外部配線の数を削減することができる。よって、従来の電池セル管理装置と組電池管理装置を別々の基板に実装した場合よりも、本発明では、電池管理システムの占有スペースを小さくすることが可能となる。

また、本発明では、統合電池管理装置を構成する電池セル管理装置と組電池管理装置を接続する通信線を、同一基板上に内部配線として設けてもよい。

また、本発明では、組電池の最低電位側にある電池モジュールに対応した最低電位側の電池セル管理装置と、組電池管理装置とを同一基板上に実装して、統合電池管理装置を構成し、組電池管理装置が組電池の電圧を検出するための最低電位側の第２検出線を、組電池の最低電位側の電池セルの電圧を検出するための第１検出線と接続するように、同一基板上に内部配線として設けてもよい。この場合、同一基板上に実装されていない他の電池セル管理装置と組電池管理装置を、外部配線を含んだ通信線により接続する。

また、本発明では、組電池の最高電位側にある電池モジュールに対応した最高電位側の電池セル管理装置と、組電池管理装置とを同一基板上に実装して、統合電池管理装置を構成し、組電池管理装置が組電池の電圧を検出するための最高電位側の第２検出線を、組電池の最高電位側の電池セルの電圧を検出するための第１検出線と接続するように、同一基板上に内部配線として設けてもよい。この場合、同一基板上に実装されていない他の電池セル管理装置と組電池管理装置を、外部配線を含んだ通信線により接続する。

さらに、本発明では、組電池管理装置は、組電池の電圧値と各電池セルの電圧の合計値とを比較した結果に基づいて、異常の有無を判断してもよい。

本発明によれば、電池管理システムの占有スペースを小さくすることができる。

本発明の第１実施形態による電池管理システムを示した図である。 本発明の第２実施形態による電池管理システムを示した図である。 図１と図２のセル監視装置の動作を示したフローチャートである。 図１と図２のバッテリ管理装置の動作を示したフローチャートである。 従来の電池管理システムを示した図である。 従来の電池管理システムを示した図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、第１実施形態による電池管理システム１００の構成を、図１を参照しながら説明する。

電池管理システム１００は、電気自動車や電気二輪車などの電動車両に搭載されている。モータ６０は、電動車両の駆動源である。組電池Ｋは、モータ６０の電源である。複数の電池セルＣが直列に接続されることで、電池モジュールＭ１〜Ｍｎが構成されている。そして、複数の電池モジュールＭ１〜Ｍｎが直列に接続されることで、組電池Ｋが構成されている。

セル監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）２１’、２２〜２ｎは、電池モジュールＭ１〜Ｍｎに１対１で対応させて設けられている。セル監視装置２１’、２２〜２ｎは、本発明の「電池セル管理装置」の一例である。

各セル監視装置のうち、セル監視装置２２〜２ｎは、別々のケース４２〜４ｎに収められている。セル監視装置２２〜２ｎの基板３２〜３ｎ上には、セル電圧監視部２ｂ、コネクタ２ｄ、２ｉ、２ｊ、２ｏ、および内部配線（パターン）Ｌｂ、Ｔ２ａ〜Ｔｎａ、Ｆ２ｉ〜Ｆｎｉ、Ｆ２ｏ〜Ｆｎｏが実装されている。

組電池Ｋの最低電位側にある電池モジュールＭ１に対応したセル監視装置２１’と、バッテリ管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１を、同一基板３上に実装することで、統合ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５が構成されている。バッテリ管理装置１は、組電池Ｋに１対１で対応させて設けられている。統合ＥＣＵ５は、セル監視装置２２〜２ｎとは別のケース４に収められている。バッテリ管理装置１は、本発明の「組電池管理装置」の一例である。統合ＥＣＵ５は、本発明の「統合電池管理装置」の一例である。

基板３上のセル監視装置２１’を構成する部分には、セル電圧監視部２ｂ、コネクタ２ｄ、２ｏ’、内部配線Ｌｂ、Ｆ１ｏ’、および内部配線Ｔ１ａ’、Ｆ１ｉ’、Ｌｅ１の一部が実装されている。

基板３上のバッテリ管理装置１を構成する部分には、制御部１ａ、組電池電圧監視部１ｂ、通信部１ｄ、コネクタ１ｇ、１ｉ、１ｊ、内部配線Ｌｄ、Ｐａ、Ｐｂ、Ｆｉ、Ｔａ、および内部配線Ｔ１ａ’、Ｆ１ｉ’、Ｌｅ１の一部が実装されている。

各電池モジュールＭ１〜Ｍｎの各電池セルＣの両電極（正極と負極）には、外部配線（電線やハーネス）Ｌａの一端が接続されている。各外部配線Ｌａの他端は、コネクタ２ｄを介して、対応するセル監視装置２１’、２２〜２ｎの基板３、３２〜３ｎ上の各内部配線Ｌｂの一端と接続されている。各内部配線Ｌｂの他端は、セル電圧監視部２ｂに接続されている。

セル電圧監視部２ｂは、内部配線Ｌｂ、コネクタ２ｄ、および外部配線Ｌａを介して、対応する各電池セルＣの電圧を検出する。配線Ｌａ、Ｌｂは、本発明の「第１検出線」の一例である。

組電池Ｋの最高電位側の電池セルＣｎの正極には、外部配線Ｌｃの一端が接続されている。外部配線Ｌｃの他端は、コネクタ１ｇを介して基板３上の内部配線Ｌｄの一端と接続されている。内部配線Ｌｄの他端は、組電池電圧監視部１ｂに接続されている。

また、組電池電圧監視部１ｂには、基板３上に設けられた内部配線Ｌｅ１の一端が接続されている。内部配線Ｌｅ１の他端は、内部配線Ｌｂのうち最低電位側にある配線Ｌｂ１と、コネクタ２ｄを介して、組電池Ｋの最低電位側の電池セルＣ１の電圧を検出するための負極側の外部配線Ｌａ１と接続されている。

組電池電圧監視部１ｂは、内部配線Ｌｄ、Ｌｅ１、Ｌｂ１、コネクタ１ｇ、２ｄ、および外部配線Ｌｃ、Ｌａ１を介して、組電池Ｋの電圧を検出する。配線Ｌｄ、Ｌｃ、Ｌｅ１、Ｌｂ１、Ｌａ１は、本発明の「第２検出線」の一例である。このうち、配線Ｌｅ１は、本発明の「最低電位側の第２検出線」の一例である。

バッテリ管理装置１の通信部１ｄと、各セル監視装置２１’、２２〜２ｎのセル電圧監視部２ｂとは、内部配線Ｆ１ｉ’、Ｆ１ｏ’、Ｆ２ｏ〜Ｆｎｏ、Ｆｉ、Ｆ２ｉ〜Ｆｎｉ、外部配線Ｆ、Ｆ２〜Ｆｎ、およびコネクタ２ｏ’、１ｉ、２ｉ、２ｏにより直列に接続されている。

詳しくは、通信部１ｄとセル監視装置２１’のセル電圧監視部２ｂとが、基板３上の内部配線Ｆ１ｉ’により接続されている。また、セル監視装置２１’、２２の各セル電圧監視部２ｂ同士が、基板３上の内部配線Ｆ１ｏ’、コネクタ２ｏ’、外部配線Ｆ２、基板３２上のコネクタ２ｉ、および内部配線Ｆ２ｉにより接続されている。また、隣接するセル監視装置２２〜２ｎのセル電圧監視部２ｂ同士が、基板３２〜３ｎ上の内部配線Ｆ２ｏ〜Ｆｎ−１ｏ、Ｆ３ｉ〜Ｆｎｉ、コネクタ２ｉ、２ｏ、および外部配線Ｆ３〜Ｆｎにより接続されている（配線Ｆ２ｏ、Ｆｎｉ、Ｆ３、Ｆｎ以外は図示省略）。

さらに、セル監視装置２ｎのセル電圧監視部２ｂとバッテリ管理装置１の通信部１ｄが、基板３ｎ上の内部配線Ｆｎｏ、コネクタ２ｏ、外部配線Ｆ、基板３上のコネクタ１ｉ、および内部配線Ｆｉにより接続されている。配線Ｆ１ｉ’、Ｆ１ｏ’、Ｆ２ｏ〜Ｆｎｏ、Ｆｉ、Ｆ２ｉ〜Ｆｎｉ、Ｆ、Ｆ２〜Ｆｎは、バッテリ管理装置１からセル監視装置２１’、２２〜２ｎに識別番号を付与するための付番線である。

また、通信部１ｄと各セル監視装置２１’、２２〜２ｎのセル電圧監視部２ｂとは、外部配線Ｔ、Ｔ２〜Ｔｎ、内部配線Ｔａ、Ｔ１ａ’、Ｔ２ａ〜Ｔｎａ、およびコネクタ１ｊ、２ｊにより並列に接続されている。配線Ｔ、Ｔ２〜Ｔｎ、Ｔａ、Ｔ１ａ’、Ｔ２ａ〜Ｔｎａは、バッテリ管理装置１と各セル監視装置２１’、２２〜２ｎとの間でＣＡＮ（Controller Area Network）通信を行うためのものであり、本発明の「通信線」の一例である。

バッテリ管理装置１の制御部１ａは、内部配線Ｐａにより組電池電圧監視部１ｂと接続され、内部配線Ｐｂにより通信部１ｄと接続されている。制御部１ａは、通信部１ｄ、付番線Ｆ１ｉ’、Ｆ１ｏ’、Ｆ２ｏ〜Ｆｎｏ、Ｆｉ、Ｆ２ｉ〜Ｆｎｉ、Ｆ、Ｆ２〜Ｆｎ、および通信線Ｔ、Ｔ２〜Ｔｎ、Ｔ１ａ’、Ｔ２ａ〜Ｔｎａ、Ｔａを介して、各セル監視装置２１’、２２〜２ｎに識別番号を付与する。各セル監視装置２１’、２２〜２ｎのセル電圧監視部２ｂは、バッテリ管理装置１から付与された識別番号を内部メモリに記憶させる。

また、各セル監視装置２１’、２２〜２ｎのセル電圧監視部２ｂは、検出した各電池セルＣの電圧を示す電圧データを通信線Ｔ、Ｔ２〜Ｔｎ、Ｔ１ａ’、Ｔ２ａ〜Ｔｎａ、Ｔａを介して、バッテリ管理装置１に送信する。バッテリ管理装置１の制御部１ａは、通信部１ｄと通信線Ｔ、Ｔ２〜Ｔｎ、Ｔ１ａ’、Ｔ２ａ〜Ｔｎａ、Ｔａを介して、各セル監視装置２１’、２２〜２ｎから各電池セルＣの電圧データを受信する。そして、それらの電圧データと、組電池電圧監視部１ｂにより検出した組電池Ｋの電圧とに基づいて、異常の有無を判断する（詳細は後述）。

次に、第２実施形態による電池管理システム１００’の構成を、図２を参照しながら説明する。なお、図１の電池管理システム１００と同一部分については、説明を省略する。

電池管理システム１００’は、電動車両に搭載されている。セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’は、電池モジュールＭ１〜Ｍｎに１対１で対応させて設けられている。セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’は、本発明の「電池セル管理装置」の一例である。

各セル監視装置のうち、セル監視装置２１〜２ｎ−１は、別々のケース４１〜４ｎ−１に収められている。セル監視装置２１〜２ｎ−１の基板３１〜３ｎ−１上には、セル電圧監視部２ｂ、コネクタ２ｄ、２ｉ、２ｊ、２ｏ、および内部配線Ｌｂ、Ｔ１ａ〜Ｔｎ−１ａ、Ｆ１ｉ〜Ｆｎ−１ｉ、Ｆ１ｏ〜Ｆｎ−１ｏなどが実装されている。

組電池Ｋの最高電位側にある電池モジュールＭｎに対応したセル監視装置２ｎ’と、バッテリ管理装置１’を、同一基板３’上に実装することで、統合ＥＣＵ５’が構成されている。バッテリ管理装置１’は、組電池Ｋに１対１で対応させて設けられている。統合ＥＣＵ５’は、セル監視装置２１〜２ｎ−１とは別のケース４’に収められている。バッテリ管理装置１’は、本発明の「組電池管理装置」の一例である。統合ＥＣＵ５’は、本発明の「統合電池管理装置」の一例である。

基板３’上のセル監視装置２ｎ’を構成する部分には、セル電圧監視部２ｂ、コネクタ２ｄ、２ｏ’、内部配線Ｌｂ、Ｆｎｏ’、および内部配線Ｔｎａ’、Ｆｎｉ’、Ｌｃｎの一部が実装されている。

基板３’上のバッテリ管理装置１’を構成する部分には、制御部１ａ、組電池電圧監視部１ｂ、通信部１ｄ、コネクタ１ｈ、１ｉ、１ｊ、内部配線Ｌｆ、Ｐａ、Ｐｂ、Ｆｉ、Ｔａ、および内部配線Ｔｎａ’、Ｆｎｉ’、Ｌｃｎの一部が実装されている。

各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂは、配線Ｌｂ、Ｌａとコネクタ２ｄを介して、対応する電池モジュールＭ１〜Ｍｎの各電池セルＣの電圧を検出する。配線Ｌａ、Ｌｂは、本発明の「第１検出線」の一例である。

組電池Ｋの最低電位側の電池セルＣ１の負極には、外部配線Ｌｅの一端が接続されている。外部配線Ｌｅの他端は、コネクタ１ｈを介してバッテリ管理装置１の基板３上の内部配線Ｌｆの一端と接続されている。内部配線Ｌｆの他端は、組電池電圧監視部１ｂに接続されている。

また、組電池電圧監視部１ｂには、基板３’上に設けられた内部配線Ｌｃｎの一端が接続されている。内部配線Ｌｃｎの他端は、内部配線Ｌｂのうち最高電位側にある配線Ｌｂｎと、コネクタ２ｄを介して、組電池Ｋの最高電位側の電池セルＣｎの電圧を検出するための正極側の外部配線Ｌａｎと接続されている。

組電池電圧監視部１ｂは、内部配線Ｌｆ、Ｌｃｎ、Ｌｂｎ、コネクタ１ｈ、２ｄ、および外部配線Ｌｅ、Ｌａｎを介して、組電池Ｋの電圧を検出する。配線Ｌｆ、Ｌｃｎ、Ｌｂｎ、Ｌｅ、Ｌａｎは、本発明の「第２検出線」の一例である。このうち、配線Ｌｃｎは、本発明の「最高電位側の第２検出線」の一例である。

バッテリ管理装置１’の通信部１ｄと、各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂとは、内部配線Ｆｎｉ’、Ｆｎｏ’、Ｆｎ−１ｏ〜Ｆ１ｏ、Ｆｉ、Ｆｎ−１ｉ〜Ｆ１ｉ、外部配線Ｆ、Ｆｎ−１〜Ｆ１、およびコネクタ２ｏ’、１ｉ、２ｏ、２ｉにより直列に接続されている。

詳しくは、通信部１ｄとセル監視装置２ｎ’のセル電圧監視部２ｂとが、基板３’上の内部配線Ｆｎｉ’により接続されている。また、セル監視装置２ｎ’、２ｎ−１の各セル電圧監視部２ｂ同士が、基板３’
上の内部配線Ｆｎｏ’、コネクタ２ｏ’、外部配線Ｆｎ−１、基板３ｎ−１上のコネクタ２ｉ、および内部配線Ｆｎ−１ｉにより接続されている。また、隣接するセル監視装置２ｎ−１〜２１のセル電圧監視部２ｂ同士が、基板３ｎ−１〜３１上の内部配線Ｆｎ−１ｏ〜Ｆ２ｏ、Ｆｎ−２ｉ〜Ｆ１ｉ、コネクタ２ｉ、２ｏ、および外部配線Ｆｎ−２〜Ｆ１により接続されている（配線Ｆｎ−１ｏ、Ｆ１ｉ、Ｆｎ−２、Ｆ１以外は図示省略）。

さらに、セル監視装置２１のセル電圧監視部２ｂとバッテリ管理装置１’の通信部１ｄが、基板３１上の内部配線Ｆ１ｏ、コネクタ２ｏ、外部配線Ｆ、基板３’
上のコネクタ１ｉ、および内部配線Ｆｉにより接続されている。配線Ｆｎｉ’、Ｆｎｏ’、Ｆｎ−１ｏ〜Ｆ１ｏ、Ｆｉ、Ｆｎ−１ｉ〜Ｆ１ｉ、Ｆ、Ｆｎ−１〜Ｆ１は、バッテリ管理装置１’からセル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’に識別番号を付与するための付番線である。

また、通信部１ｄと各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂとは、外部配線Ｔ、Ｔｎ−１〜Ｔ１、内部配線Ｔａ、Ｔｎａ’、Ｔｎ−１ａ〜Ｔ１ａ、およびコネクタ１ｊ、２ｊにより並列に接続されている。配線Ｔ、Ｔｎ−１〜Ｔ１、Ｔａ、Ｔｎａ’、Ｔｎ−１ａ〜Ｔ１ａは、バッテリ管理装置１’と各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’との間でＣＡＮ通信を行うためのものであり、本発明の「通信線」の一例である。

バッテリ管理装置１’の制御部１ａは、内部配線Ｐａにより組電池電圧監視部１ｂと接続され、内部配線Ｐｂにより通信部１ｄと接続されている。制御部１ａは、通信部１ｄ、付番線Ｆｎｉ’、Ｆｎｏ’、Ｆｎ−１ｏ〜Ｆ１ｏ、Ｆｉ、Ｆｎ−１ｉ〜Ｆ１ｉ、Ｆ、Ｆｎ−１〜Ｆ１、および通信線Ｔ、Ｔｎ−１〜Ｔ１、Ｔａ、Ｔｎａ’、Ｔｎ−１ａ〜Ｔ１ａを介して、各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’に識別番号を付与する。各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂは、バッテリ管理装置１’から付与された識別番号を内部メモリに記憶させる。

また、各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂは、検出した各電池セルＣの電圧を示す電圧データを通信線Ｔ、Ｔｎ−１〜Ｔ１、Ｔａ、Ｔｎａ’、Ｔｎ−１ａ〜Ｔ１ａを介して、バッテリ管理装置１’に送信する。バッテリ管理装置１’の制御部１ａは、通信部１ｄと通信線Ｔ、Ｔｎ−１〜Ｔ１、Ｔａ、Ｔｎａ’、Ｔｎ−１ａ〜Ｔ１ａを介して、各セル監視装置２１〜２ｎ−１、２ｎ’から各電池セルＣの電圧データを受信する。そして、それらの電圧データと、組電池電圧監視部１ｂにより検出した組電池Ｋの電圧とに基づいて、異常の有無を判断する（詳細は後述）。

次に、図１および図２のセル監視装置２１’、２２〜２ｎ、２１〜２ｎ−１、２ｎ’とバッテリ管理装置１、１’の動作を、図３および図４を参照しながら説明する。図３の各処理は、セル監視装置２１’、２２〜２ｎ、２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂが実行する。図４の各処理は、バッテリ管理装置１、１’の制御部１ａが実行する。

各セル監視装置２１’、２２〜２ｎ、２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂは、所定の周期で検出線Ｌｂ、Ｌａを介して、対応する電池モジュールＭ１〜Ｍｎの各電池セルＣの電圧を検出する（図３のステップＳ１）。そして、通信線（符号省略）を介して、各電池セルＣの電圧値を示す電圧データをバッテリ管理装置１、１’に送信する（ステップＳ２）。

バッテリ管理装置１、１’の制御部１ａは、所定の周期で通信部１ｄと通信線（符号省略）を介して、各セル監視装置２１’、２２〜２ｎ、２１〜２ｎ−１、２ｎ’のセル電圧監視部２ｂから各電池セルＣの電圧データを受信する（図４のステップＳ１１）。また、組電池電圧監視部１ｂにより所定の周期で検出線（符号省略）を介して、組電池Ｋの電圧値Ｖｋを検出する（ステップＳ１２）。

次に、制御部１ａは、各電池セルＣの電圧データに基づいて、各電池セルＣの電圧の合計値Ｖｓを算出し（ステップＳ１３）、該合計値Ｖｓと組電池Ｋの電圧値Ｖｋを比較する（ステップＳ１４）。そして、各電池セルＣの電圧の合計値Ｖｓと組電池Ｋの電圧値Ｖｋとが一致しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。

ここで、各電池セルＣの電圧の合計値Ｖｓと組電池Ｋの電圧値Ｖｋとが一致していれば（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、制御部１ａは、異常無しと判断して（ステップＳ１６）、ステップＳ１１以降の処理を繰り返し実行する。

一方、各電池セルＣの電圧の合計値Ｖｓと組電池Ｋの電圧値Ｖｋとが一致していなければ（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御部１ａは、異常有りと判断して（ステップＳ１７）、異常対応処理を実行する（ステップＳ１８）。この場合の異常として、たとえば、電池セルの劣化、電池セル管理装置の故障、または検出線や通信線の断線などがある。このため、ステップＳ１８の異常対応処理として、たとえば、電動車両の停止後に組電池Ｋからモータ６０への給電を停止するなどの制御を行う。

上記実施形態によると、セル監視装置２１’、２２〜２ｎ、２１〜２ｎ−１、２ｎ’とバッテリ管理装置１、１’を同一基板３、３’上に実装して、統合ＥＣＵ５、５’を構成している。このため、統合ＥＣＵ５、５’を１つのケース４、４’に収めて、図５および図６の従来例より装置数を削減することができる。

また、図５および図６の従来例では、セル監視装置２１、２ｎとバッテリ管理装置１１、１１’を接続するために、外部配線Ｆ１、Ｔ１、Ｆｎ、Ｔｎを設けていた。これに代えて、上記実施形態では、統合ＥＣＵ５、５’を構成するセル監視装置２１’、２ｎ’とバッテリ管理装置１、１’を接続するように、同一基板３、３’上に内部配線Ｆ１ｉ’、Ｔ１ａ’、Ｆｎｉ’、Ｔｎａ’を設けている。すなわち、セル監視装置２１’、２ｎ’とバッテリ管理装置１、１’の間の付番線Ｆ１ｉ’、Ｆｎｉ’と通信線Ｔ１ａ’
Ｔｎａ’を、同一基板３、３’上の内部配線としている。このため、付番線用と通信線用の外部配線の数を削減することができる。また、図５および図６のバッテリ管理装置１１、１１’のコネクタ１ｏとセル監視装置２１、２ｎのコネクタ２ｉ、２ｊを省略して、コネクタの数も削減することができる。

また、図５および図６の従来例では、バッテリ管理装置１１、１１’の組電池電圧監視部１ｂで組電池Ｋの電圧を検出するために、電池セルＣ用の検出線Ｌａとは別に、外部配線Ｌｃ、Ｌｅを設けていた。これに代えて、図１の第１実施形態では、組電池Ｋの最低電位側のセル監視装置２１’とバッテリ管理装置１を同一基板３上に実装して、統合ＥＣＵ５を構成している。そして、バッテリ管理装置１の組電池電圧監視部１ｂで組電池Ｋの電圧を検出するための最低電位側の検出線Ｌｅ１を、最低電位側の電池セルＣ１の電圧を検出するための検出線Ｌａ１と接続するように、同一基板３上に内部配線として設けている。

また、図２の第２実施形態では、組電池Ｋの最高電位側のセル監視装置２ｎ’とバッテリ管理装置１’を同一基板３’上に実装して、統合ＥＣＵ５’を構成している。そして、バッテリ管理装置１’の組電池電圧監視部１ｂで組電池Ｋの電圧を検出するための最高電位側の検出線Ｌｃｎを、最高電位側の電池セルＣｎの電圧を検出するための検出線Ｌａｎと接続するように、同一基板３’上に内部配線として設けている。このため、検出線用の外部配線の数を削減することができる。また、図５および図６のバッテリ管理装置１１、１１’のコネクタ１ｈ、１ｇを省略して、コネクタの数も削減することができる。

よって、従来のセル監視装置とバッテリ管理装置を別々の基板に実装した場合よりも、上記各実施形態では、電動車両における電池管理システム１００、１００’の占有スペースを小さくすることが可能となる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、上記実施形態では、組電池Ｋの最高電位側または最低電位側の電池モジュールＭ１、Ｍｎに対応したセル監視装置２１’、２ｎ’とバッテリ管理装置１、１’を統合した例を示したが、本発明はこれに限るものではない。これ以外に、組電池Ｋの最高電位側や最低電位側にない電池モジュールＭ２〜Ｍｎ−１に対応したセル監視装置２２〜２ｎ−１のいずれかとバッテリ管理装置１、１’を同一基板に実装することで統合してもよい。また、セル監視装置２１’、２２〜２ｎ、２１〜２ｎ−１、２ｎ’のうち、いずれか２つ以上をバッテリ管理装置１、１’と同一基板に実装することで統合してもよい。

また、上記実施形態では、各電池セルＣの電圧の合計値Ｖｓと組電池Ｋの電圧値Ｖｋとに基づいて、異常の有無を判断した例を示したが、本発明はこれに限るものではない。これ以外に、たとえば各電池セルＣの電圧値、各電池セルＣの電圧の演算値、組電池Ｋの電圧値、および組電池Ｋの電圧の演算値のうち、少なくとも１つを用いて異常を判断してもよい。

さらに、上記実施形態では、電気自動車や電気自動二輪車などの電動車両に搭載される、電池管理システム１００、１００’と統合ＥＣＵ５、５’に本発明を適用した例を挙げたが、これ以外の、たとえば電気と他の燃料により駆動するハイブリッド車両に搭載される電池管理システムや統合電池管理装置に対しても、本発明を適用することは可能である。

１、１’ バッテリ管理装置（組電池管理装置）
２１〜２ｎ−１、２２〜２ｎ セル監視装置（電池セル管理装置）
２１’ 最低電位側のセル監視装置
２ｎ’ 最高電位側のセル監視装置
３、３’ 基板
５、５’ 統合ＥＣＵ（統合電池管理装置）
１００、１００’ 電池管理システム
Ｃ 電池セル
Ｃ１ 最低電位側の電池セル
Ｃｎ 最高電位側の電池セル
Ｋ 組電池
Ｌａ、Ｌａ１、Ｌａｎ 各電池セルの両電極に接続された外部配線（第１検出線）
Ｌｂ、Ｌｂ１、Ｌｂｎ 各電池セルの両電極に接続された内部配線（第１検出線）
Ｌｃ 最高電位側の電極に接続された外部配線（第２検出線）
Ｌｃｎ 同一基板上の内部配線（第２検出線）
Ｌｅ 最低電位側の電極に接続された外部配線（第２検出線）
Ｌｅ１ 同一基板上の内部配線（第２検出線）
Ｍ１ 最低電位側の電池モジュール
Ｍ２〜Ｍｎ−１ 電池モジュール
Ｍｎ 最高電位側の電池モジュール
Ｔ、Ｔ１〜Ｔｎ、Ｔ１ａ〜Ｔｎａ 通信線
Ｔ１ａ’、Ｔａ、Ｔｎａ’ 同一基板上の通信線
Ｖｋ 組電池の電圧値
Ｖｓ 各電池セルの電圧の合計値

Claims (10)

1. 電池セルが直列に接続されて成る電池モジュールに対応させて設けられた電池セル管理装置と、
   前記電池モジュールが直列に接続されて成る組電池に対応させて設けられた組電池管理装置と、を備え、
   前記電池セル管理装置は、前記各電池セルの両電極にそれぞれ接続された第１検出線を介して前記各電池セルの電圧を検出し、該電圧を示すデータを通信線を介して前記組電池管理装置に送信し、
   前記組電池管理装置は、前記組電池の最高電位側と最低電位側の両電極にそれぞれ接続された第２検出線を介して前記組電池の電圧を検出し、該電圧と、前記各電池セル管理装置から通信線を介して受信した前記各電池セルの電圧のデータとに基づいて、異常の有無を判断する、電池管理システムにおいて、
   前記電池セル管理装置のうち少なくとも１つと前記組電池管理装置を同一基板上に実装して、統合電池管理装置を構成した、ことを特徴とする電池管理システム。
2. 請求項１に記載の電池管理システムにおいて、
   前記統合電池管理装置を構成する前記電池セル管理装置と前記組電池管理装置を接続する前記通信線を、前記同一基板上に内部配線として設けた、ことを特徴とする電池管理システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の電池管理システムにおいて、
   前記組電池の最低電位側にある前記電池モジュールに対応した最低電位側の前記電池セル管理装置と、前記組電池管理装置とを前記同一基板上に実装して、前記統合電池管理装置を構成し、
   前記組電池管理装置が前記組電池の電圧を検出するための最低電位側の前記第２検出線を、前記組電池の最低電位側の前記電池セルの電圧を検出するための前記第１検出線と接続するように、前記同一基板上に内部配線として設けた、ことを特徴とする電池管理システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の電池管理システムにおいて、
   前記組電池の最高電位側にある前記電池モジュールに対応した最高電位側の前記電池セル管理装置と、前記組電池管理装置とを前記同一基板上に実装して、前記統合電池管理装置を構成し、
   前記組電池管理装置が前記組電池の電圧を検出するための最高電位側の前記第２検出線を、前記組電池の最高電位側の前記電池セルの電圧を検出するための前記第１検出線と接続するように、前記同一基板上に内部配線として設けた、ことを特徴とする電池管理システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電池管理システムにおいて、
   前記組電池管理装置は、前記組電池の電圧値と前記各電池セルの電圧の合計値とを比較した結果に基づいて、異常の有無を判断する、ことを特徴とする電池管理システム。
6. 電池セルが直列に接続されて成る電池モジュールに対応させて設けられた電池セル管理装置と、
   前記電池モジュールが直列に接続されて成る組電池に対応させて設けられた組電池管理装置と、から構成され、
   前記電池セル管理装置は、前記各電池セルの両電極にそれぞれ接続された第１検出線を介して前記各電池セルの電圧を検出し、該電圧を示すデータを通信線を介して前記組電池管理装置に送信し、
   前記組電池管理装置は、前記組電池の最高電位側と最低電位側の両電極にそれぞれ接続された第２検出線を介して前記組電池の電圧を検出し、該電圧と、前記各電池セル管理装置から通信線を介して受信した前記各電池セルの電圧のデータとに基づいて、異常の有無を判断し、
   前記電池セル管理装置と前記組電池管理装置を同一基板上に実装した、ことを特徴とする統合電池管理装置。
7. 請求項６に記載の統合電池管理装置において、
   前記電池セル管理装置と前記組電池管理装置を接続する前記通信線を、前記同一基板上に内部配線として設けた、ことを特徴とする統合電池管理装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の統合電池管理装置において、
   当該統合電池管理装置は、前記組電池の最低電位側にある前記電池モジュールに対応した最低電位側の前記電池セル管理装置と、前記組電池管理装置とを前記同一基板上に実装することにより構成され、
   前記組電池管理装置は、前記同一基板上に実装されていない他の前記電池セル管理装置と、外部配線を含んだ前記通信線により接続され、
   前記組電池管理装置が前記組電池の電圧を検出するための最低電位側の前記第２検出線を、前記組電池の最低電位側の前記電池セルの電圧を検出するための前記第１検出線と接続するように、前記同一基板上に内部配線として設けた、ことを特徴とする統合電池管理装置。
9. 請求項６または請求項７に記載の統合電池管理装置において、
   当該統合電池管理装置は、前記組電池の最高電位側にある前記電池モジュールに対応した最高電位側の前記電池セル管理装置と、前記組電池管理装置とを前記同一基板上に実装することにより構成され、
   前記組電池管理装置は、前記同一基板上に実装されていない他の前記電池セル管理装置と、外部配線を含んだ前記通信線により接続され、
   前記組電池管理装置が前記組電池の電圧を検出するための最高電位側の前記第２検出線を、前記組電池の最高電位側の前記電池セルの電圧を検出するための前記第１検出線と接続するように、前記同一基板上に内部配線として設けた、ことを特徴とする統合電池管理装置。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれかに記載の統合電池管理装置において、
    前記組電池管理装置は、前記組電池の電圧値と前記各電池セルの電圧の合計値とを比較した結果に基づいて、異常の有無を判断する、ことを特徴とする統合電池管理装置。

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