JP2014202581A - 電池監視システム及び識別情報設定方法 - Google Patents

電池監視システム及び識別情報設定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】並列接続される電池にそれぞれ対応する各監視部が互いに直列に接続されている場合において、監視部の識別情報の再設定を簡易に行うことが可能な電池監視システム及び識別情報設定方法を提供することを目的とする。【解決手段】電池の状態を監視する複数の監視部１０が、それぞれ、前段の制御部３又は監視部１０から入力される入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として割り当てるとともに、その割り当てた自身の識別情報に対応した入力信号と異なる信号を後段の監視部１０へ出力し、入力信号に対応した識別情報が割り当てた自身の識別情報と異なる場合、入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として再度割り当てる。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池のそれぞれの状態を監視する技術に関する。
近年では、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両へ実装されるバッテリとして、負荷へ大きな電力を安定して供給するために、複数の電池が並列接続されるものがある。
また、それら各電池のそれぞれの状態を監視する電池監視システムとして、各電池のそれぞれの監視結果により、各電池の充放電を許可する制御部を備えるものがある。このような電池監視システムにおいて、制御部は、各電池のそれぞれの状態を監視する複数の監視部からそれぞれ監視結果を取得するために、各監視部に個別に割り当てられる識別情報が必要になる。
また、それら各電池のうちのある２つの電池の配置を互いに入れ替えたり、それら各電池のうちの少なくとも１つの電池を新しい電池に交換したりする場合において、入れ替え後や交換後の電池に対応する監視部の識別情報が変わると、入れ替え後や交換後の電池に対応する監視部と制御部とが正常に通信することができなくなってしまう。
そこで、入れ替え後や交換後の電池に対応する監視部の識別情報を再度設定し直す必要がある（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００６−２６８２５４号公報 特開２０１１−１８１３９２号公報
しかしながら、すべての監視部が直列に接続されている場合、いわゆる、デイジーチェーン接続されている場合では、途中の監視部が入れ替わったり、交換されたりしても、すべての監視部の識別情報を再設定する必要があり、識別情報の再設定に手間や時間がかかるという懸念がある。
そこで、本発明では、並列接続される電池のそれぞれの状態を監視する各監視部が直列に接続されている場合において、監視部の識別情報の再設定を簡易に行うことが可能な電池監視システム及び識別情報設定方法を提供することを目的とする。
本発明の電池監視システムは、電池の状態を監視する複数の監視部と、直列接続される前記複数の監視部にそれぞれ割り当てられる識別情報を用いて前記複数の監視部と通信を行う制御部とを備える。
前記複数の監視部は、それぞれ、前段の制御部又は監視部から出力される第１の信号に対応した識別情報を自身の識別情報として割り当てるとともに、その割り当てた自身の識別情報に対応した前記第１の信号と異なる第２の信号を後段の監視部へ出力し、前記第１の信号に対応した識別情報が前記割り当てた自身の識別情報と異なる場合、前記第１の信号に対応した識別情報を自身の識別情報として再度割り当てる。
これにより、直列接続される複数の監視部のうちの途中の監視部を新しい監視部に交換した場合、その新しい監視部を含む後段の監視部の各識別情報を再設定すればよいため、監視部の交換後にすべての監視部の識別情報を再設定する場合に比べて、監視部の識別情報の再設定を簡易に行うことができる。
本発明によれば、並列接続される電池のそれぞれの状態を監視する各監視部が直列に接続されている場合において、監視部の識別情報の再設定を簡易に行うことができる。
実施形態の電池監視システムを示す図である。 監視部の動作を示すフローチャートである。 記憶部に記憶される情報の一例を示す図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。
図１は、実施形態の電池監視システムを示す図である。
図１に示す電池監視システム１は、複数の電池モジュール２（２−１〜２−５）と、制御部（電池ＥＣＵ）３と、メインリレー４とを備える。なお、電池監視システム１は、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両に搭載される。また、電池モジュール２の数は５つに限定されない。
各電池モジュール２−１〜２−５は、それぞれ、電池５と、リレー６と、電圧検出部７と、電流検出部８と、温度検出部９と、監視部（監視ＥＣＵ）１０と備える。
電池５は、充電可能な電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などとする。電池５は、直列接続された複数の電池により構成されてもよい。各電池５は、互いに並列接続され、負荷１１に電力を供給する。
リレー６は、メインリレー４と電池５との間に設けられ、リレー６がオンしているとき、メインリレー４がオンすると、電池５から負荷１１へ電力が供給可能となる。
電圧検出部７は、電池５の電圧を検出するものであり、例えば、電圧計とする。
電流検出部８は、充電時の電池５へ流れる電流や放電時の電池５から流れる電流を検出するものであり、例えば、電流計とする。
温度検出部９は、電池５の周辺温度を検出するものであり、例えば、サーミスタとする。
監視部１０は、リレー制御部１２と、記憶部１３と、識別情報設定部１４と、通信部１５とを備える。なお、リレー制御部１２、識別情報設定部１４、及び通信部１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などに構成され、記憶部１３に記憶されているプログラムをＣＰＵ、プログラマブルなデバイス、又はＰＬＤなどが読み出して実行することによって実現される。
リレー制御部１２は、リレー６のオン、オフを制御する。
記憶部１３は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などであり、各種情報や各種プログラムを記憶する。
識別情報設定部１４は、自身の識別情報を設定し、その識別情報を記憶部１３に記憶させる。例えば、電池モジュール２−１〜２−５に対して、「１０１」、「１０２」、「１０３」、「１０４」、及び「１０５」の５つの識別情報を割り当てる場合、先頭の電池モジュール２−１の識別情報設定部１４は「１０１」を自身の識別情報として割り当て記憶部１３に記憶させる。また、電池モジュール２−１の後段に配置される電池モジュール２−２の識別情報設定部１４は「１０２」を自身の識別情報として割り当て記憶部１３に記憶させる。また、電池モジュール２−２の後段に配置される電池モジュール２−３の識別情報設定部１４は「１０３」を自身の識別情報として割り当て記憶部１３に記憶させる。また、電池モジュール２−３の後段に配置される電池モジュール２−４の識別情報設定部１４は「１０４」を自身の識別情報として割り当て記憶部１３に記憶させる。また、電池モジュール２−４の後段に配置される電池モジュール２−５の識別情報設定部１４は「１０５」を自身の識別情報として割り当て記憶部１３に記憶させる。
通信部１５は、前段の制御部３又は前段の監視部１０から出力（送信）される信号を入力（受信）したり、後段の監視部１０へ信号を出力（送信）したりする。
制御部３は、メインリレー４のオン、オフを制御するリレー制御部１６と、記憶部１７と、異常判定部１８と、電池モジュール２−１〜２−５の各監視部１０と通信を行う通信部１９とを備える。なお、記憶部１７は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭなどであり、各種情報や各種プログラムを記憶する。また、リレー制御部１６、異常判定部１８、及び通信部１９は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ、ＰＬＤなど）などに構成され、記憶部１７に記憶されているプログラムをＣＰＵ、プログラマブルなデバイス、又はＰＬＤなどが読み出して実行することによって実現される。また、制御部３は、電池モジュール２−１〜２−５からそれぞれ送信される識別情報を通信部１９により受信すると、電池モジュール２−１〜２−５の順番に対応付けて識別情報を記憶部１７に記憶させる。また、制御部３は、記憶部１７に記憶させた識別情報を用いて、電池モジュール２−１〜２−５からそれぞれ送信される電池５の状態（例えば、電池５の電圧、電流、及び温度など）を示す情報を通信部１９により受信する。また、制御部３は、受信した情報に示される電池５の状態が予め決められた条件のとき（例えば、電池５の電圧、電流、及び温度の少なくとも１つが閾値よりも大きいとき）、電池モジュール２−１〜２−５の各電池５のうちの少なくとも１つの電池５の状態が異常であると判断し、待避走行モード（例えば、一定時間経過後までに車両を徐々に減速させてから停止させる指示を、車両の走行を制御する上位制御部に送るとともに、一定時間経過後にリレー制御部１６によりメインリレー４をオフさせる処理）に移行する。また、制御部３は、電池モジュール２−１〜２−５からそれぞれ送信される識別情報のうちの少なくとも１つの識別情報が、すでに記憶部１７に記憶されている場合で、かつ、メインリレー４がオンしている場合、電池５から負荷１１へ電力が供給されているときに電池モジュール２−１〜２−５の入れ替え又は交換が行われたと判断し、待避走行モードに移行する。また、制御部３は、電池モジュール２−１〜２−５の少なくとも１つの電池モジュール２から通信異常が発生した旨が送信される場合、待避走行モードに移行する。
また、制御部３と電池モジュール２−１〜２−５の監視部１０は、通信部１５、１９を介して直列に接続されている。これをデイジーチェーン接続という。
なお、識別情報を設定する際に使用される信号はＤｕｔｙ比（デューティ比）を変化させた矩形波に限定されないが、このように矩形波のＤｕｔｙ比に応じて識別情報を設定する場合は、変調処理や符号化処理などの複雑な処理が必要な信号を用いて識別情報を設定する場合に比べて、通信部１５を簡易な構成にすることができる。
また、電池モジュール２−１〜２−５の各識別情報設定部１４は、入力される信号の周波数や単位時間あたりに入力される信号のパルス数を用いて、識別情報を設定してもよい。また、矩形波に限らず、数値や文字情報を識別情報を設定する際に使用される信号としてもよい。
また、制御部３及び電池モジュール２−１〜２−５の各監視部１０を互いにつなぐ通信線は、識別情報の設定処理で使用していないとき、通信異常が発生した旨を制御部３に伝えるために使用してもよい。
図２は、監視部１０の動作を示すフローチャートである。
まず、監視部１０の識別情報設定部１４は、識別情報の設定タイミングになると、記憶部１３に記憶されている、入力信号と、識別情報と、出力信号とが互いに対応付けられた情報（以下、識別情報設定情報という）を参照して、記憶部１３に記憶されている自身の識別情報に対応する入力信号を取得し、その取得した入力信号と、自身の通信部１５に入力されている信号とが互いに整合しているか否かを判断する（Ｓ２１）。なお、識別情報の設定タイミングは、例えば、初期設定後の一定時間経過毎、又は、電池モジュール２の入れ替えや交換によって自身の通信部１５の通信コネクタに通信線が接続されたときなどとする。識別情報の初期設定時の動作は後述する。なお、整合性を判断する場合、入力信号を比較して判断することに限定されず、記憶部１３に記憶されている自身の識別情報と、自身の通信部１５に入力されている信号に対応する識別情報を識別情報設定情報を参照して取得し、それらの識別情報を比較して整合しているか否かを判断してもよい。
次に、識別情報設定部１４は、自身の識別情報に対応する入力信号と、通信部１５に入力されている信号とが互いに整合していると判断した場合（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、リレー６がオンしていなければ（Ｓ２２：Ｎｏ）、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる（Ｓ２３）。
次に、識別情報設定部１４は、リレー６がオン状態のとき（Ｓ２２：Ｙｅｓ、又は、Ｓ２３）、識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報に対応する出力信号を取得し、その取得した出力信号を後段の監視部１０へ出力した後（Ｓ２４）、自身の識別情報を制御部３へ送信し（Ｓ２５）、識別情報の設定処理を終了する。
また、識別情報設定部１４は、自身の識別情報に対応する入力信号と、通信部１５に入力されている信号とが互いに整合していないと判断した場合（Ｓ２１：Ｎｏ）、リレー６がオンしていれば（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、リレー制御部１２によりリレー６をオフさせる。
次に、識別情報設定部１４は、リレー６がオフ状態のときで（Ｓ２６：Ｎｏ、又は、Ｓ２７）、かつ、自身の通信部１５に入力されている信号が、識別情報設定情報に存在するとき（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、その信号に対応する識別情報を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後（Ｓ２９）、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる（Ｓ２３）。以降の動作は、上述したように、識別情報設定部１４が、識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報に対応する出力信号を取得し、その取得した出力信号を後段の監視部１０へ出力した後（Ｓ２４）、自身の識別情報を制御部３に送信し（Ｓ２５）、識別情報の設定処理を終了する。
また、識別情報設定部１４は、通信部１５に入力されている信号が、識別情報設定情報に存在しないとき（Ｓ２８：Ｎｏ）、通信異常が発生した旨を制御部３に送信する。
例えば、識別情報の初期設定時、電池モジュール２−１は、制御部３から出力され自身の通信部１５に入力される信号としての矩形波のＤｕｔｙ比が「１０％」のとき、図３に示す識別情報設定情報を参照して、その「１０％」に対応する識別情報（「１０１」）を取得し、その識別情報（「１０１」）を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる。そして、電池モジュール２−１は、図３に示す識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報（「１０１」）に対応する出力信号としての矩形波のＤｕｔｙ比「２０％」を取得し、その取得したＤｕｔｙ比「２０％」の矩形波を後段の電池モジュール２−２の監視部１０へ出力した後、自身の識別情報（「１０１」）を制御部３に送信する。また、識別情報の初期設定時、電池モジュール２−２は、電池モジュール２−１から出力され自身の通信部１５に入力される信号としての矩形波のＤｕｔｙ比が「２０％」のとき、図３に示す識別情報設定情報を参照して、そのＤｕｔｙ比「２０％」に対応する識別情報（「１０２」）を取得し、その識別情報（「１０２」）を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる。そして、電池モジュール２−２は、図３に示す識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報（「１０２」）に対応する出力信号としての矩形波のＤｕｔｙ比「３０％」を取得し、その取得したＤｕｔｙ比「３０％」の矩形波を後段の電池モジュール２−３の監視部１０へ出力した後、自身の識別情報（「１０２」）を制御部３に送信する。また、識別情報の初期設定時、電池モジュール２−３は、電池モジュール２−２から出力され自身の通信部１５に入力される信号としての矩形波のＤｕｔｙ比が「３０％」のとき、図３に示す識別情報設定情報を参照して、そのＤｕｔｙ比「３０％」に対応する識別情報（「１０３」）を取得し、その識別情報（「１０３」）を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる。そして、電池モジュール２−３は、図３に示す識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報（「１０３」）に対応する出力信号としての矩形波のＤｕｔｙ比「４０％」を取得し、その取得したＤｕｔｙ比「４０％」の信号を後段の電池モジュール２−４の監視部１０へ出力した後、自身の識別情報（「１０３」）を制御部３に送信する。また、識別情報の初期設定時、電池モジュール２−４は、電池モジュール２−３から出力され自身の通信部１５に入力される信号としての矩形波のＤｕｔｙ比が「４０％」のとき、図３に示す識別情報設定情報を参照して、そのＤｕｔｙ比「４０％」に対応する識別情報（「１０４」）を取得し、その識別情報（「１０４」）を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる。そして、電池モジュール２−４は、図３に示す識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報（「１０４」）に対応する出力信号としての矩形波のＤｕｔｙ比「５０％」を取得し、その取得したＤｕｔｙ比「５０％」の信号を後段の電池モジュール２−５の監視部１０へ出力した後、自身の識別情報（「１０４」）を制御部３に送信する。また、識別情報の初期設定時、電池モジュール２−５は、電池モジュール２−４から出力され自身の通信部１５に入力される信号としての矩形波のＤｕｔｙ比が「５０％」のとき、図３に示す識別情報設定情報を参照して、そのＤｕｔｙ比「５０％」に対応する識別情報（「１０５」）を取得し、その識別情報（「１０５」）を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせ、自身の識別情報（「１０５」）を制御部３に送信する。
これにより、数字情報を送受信して識別情報を設定する場合に比べ、Ｄｕｔｙ比を変えた信号を送受信するだけで識別情報を設定できるので、監視部１０の構成を簡単にできる。また、制御部３は、各監視部１０から識別番号を受信することで、監視部１０の接続数を認識できる。
また、例えば、自身の識別情報が「１０４」である電池モジュール２−４が、自身の識別情報が「１０２」である新しい電池モジュール２と交換された場合、その交換後の電池モジュール２の識別情報設定部１４は、識別情報の設定タイミングになると、図３に示す識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報である「１０２」に対応する入力信号としての矩形波のＤｕｔｙ比として「２０％」を取得する。次に、識別情報設定部１４は、その取得したＤｕｔｙ比「２０％」と、自身の通信部１５に入力されている信号のＤｕｔｙ比「４０％」とが互いに一致していないと判断すると、リレー６がオフしていなければ、リレー制御部１２によりリレー６をオフさせる。次に、識別情報設定部１４は、図３に示す識別情報設定情報を参照して、通信部１５で入力されている信号のＤｕｔｙ比「４０％」に対応した識別情報として「１０４」を取得し、その取得した識別情報（「１０４」）を自身の識別情報として記憶部１３に記憶させた後、リレー制御部１２によりリレー６をオンさせる。そして、識別情報設定部１４は、図３に示す識別情報設定情報を参照して、自身の識別情報である「１０４」に対応する出力信号としての矩形波のＤｕｔｙ比として「５０％」を取得し、その取得したＤｕｔｙ比「５０％」の矩形波を後段の電池モジュール２−５の監視部１０へ出力した後、自身の識別情報として「１０４」を制御部３に送信し、識別情報の再設定処理を終了する。なお、電池モジュール２−４と新しい電池モジュール２との交換時、後段の電池モジュール２−５の識別情報設定部１４が、新しい電池モジュール２から送信される再設定前の信号によって誤った識別情報を設定してしまう場合が考えられるが、このような場合では、新しい電池モジュール２の識別情報の再設定が終わった後、再度、後段の電池モジュール２−５の識別情報の設定が行われる。
また、例えば、電池モジュール２−３の通信部１５が異常状態になったり、電池モジュール２−３の通信部１５の通信コネクタから通信線が外れたりすることで、電池モジュール２−３の通信部１５から電池モジュール２−４の通信部１５へＤｕｔｙ比「１００％」又はＤｕｔｙ比「０％」の信号が入力される場合、電池モジュール２−４の識別情報設定部１４は、Ｄｕｔｙ比「１００％」又はＤｕｔｙ比「０％」の入力信号が図３に示す識別情報設定情報に存在しないと判断して、通信異常が発生した旨を制御部３に送信する。
図４は、制御部３の動作を示すフローチャートである。
まず、制御部３の異常判定部１８は、電池モジュール２−１〜２−５のうちの少なくとも１つの電池モジュール２から通信異常が発生した旨を受信すると（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、待避走行モードに移行する（Ｓ４２）。また、異常判定部１８は、電池モジュール２−１〜２−５から識別情報を受信し（Ｓ４１：Ｎｏ、Ｓ４３：Ｙｅｓ）、その受信した各識別情報の少なくとも１つがすでに記憶部１７に記憶され（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、かつ、メインリレー４がオンしていると（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、待避走行モードに移行する（Ｓ４２）。これにより、通信異常があった場合や電池５の使用中に電池モジュール２の交換があった場合、待避走行モードに移行させることができ車両の安全性を高めることができる。
このように、実施形態の電池監視システム１によれば、電池モジュール２−１〜２−５のそれぞれの監視部１０が、前段の制御部３又は監視部１０から入力される入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として割り当てるとともに、その割り当てた自身の識別情報に対応した入力信号と異なる出力信号を後段の監視部１０へ出力し、入力信号に対応した識別情報が割り当てた自身の識別情報と異なる場合、入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として再度割り当てている。これにより、電池モジュール２−１〜２−５のうちの電池モジュール２−４を新しい電池モジュール２に交換した場合、その新しい電池モジュール２の識別情報、又は、その新しい電池モジュール２を含む後段の電池モジュール２−５の各識別情報を再設定すればよいため、電池モジュール２−４の交換後にすべての電池モジュール２−１〜２−５の各識別情報を再設定する場合に比べて、識別情報の再設定を簡易に行うことができる。
１ 電池監視システム
２−１〜２−５ 電池モジュール
３ 制御部
４ メインリレー
５ 電池
６ リレー
７ 電圧検出部
８ 電流検出部
９ 温度検出部
１０ 監視部
１１ 負荷
１２ リレー制御部
１３ 記憶部
１４ 識別情報設定部
１５ 通信部
１６ リレー制御部
１７ 記憶部
１８ 異常判定部
１９ 通信部

Claims (4)

  1. 電池の状態を監視する複数の監視部と、
    直列接続される前記複数の監視部にそれぞれ割り当てられる識別情報を用いて前記複数の監視部と通信を行う制御部と、
    を備え、
    前記複数の監視部は、それぞれ、前段の制御部又は監視部から入力される入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として割り当てるとともに、その割り当てた自身の識別情報に対応した前記入力信号と異なる信号を後段の監視部へ出力し、前記入力信号に対応した識別情報が前記割り当てた自身の識別情報と異なる場合、前記入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として再度割り当てる
    ことを特徴とする電池監視装置。
  2. 請求項１に記載の電池監視装置であって、
    前記制御部は、前記複数の監視部から送信される識別情報が、すでに記憶部に記憶されている場合、前記監視部の入れ替え又は交換が行われたと判断する
    ことを特徴とする電池監視装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の電池監視装置であって、
    前記複数の監視部は、それぞれ、前段の制御部又は監視部から入力される矩形波のＤｕｔｙ比に対応した識別情報を自身の識別情報として割り当てるとともに、その割り当てた自身の識別情報に対応した前記矩形波のＤｕｔｙ比と異なるＤｕｔｙ比の矩形波を後段の監視部へ出力し、前記入力される矩形波のＤｕｔｙ比に対応した識別情報が前記割り当てた自身の識別情報と異なる場合、前記入力される矩形波のＤｕｔｙ比に対応した識別情報を自身の識別情報として再度割り当てる
    ことを特徴とする電池監視装置。
  4. 電池の状態を監視する複数の監視部が、それぞれ、
    直列接続される前記複数の監視部と通信を行う制御部又は前段の監視部から入力される入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として割り当て、
    その割り当てた自身の識別情報に対応した前記入力信号と異なる信号を後段の監視部へ出力し、
    前記入力信号に対応した識別情報が前記割り当てた自身の識別情報と異なる場合、前記入力信号に対応した識別情報を自身の識別情報として再度割り当てる
    ことを特徴とする識別情報設定方法。
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