JP2015197359A

JP2015197359A - 電池監視装置

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Publication number: JP2015197359A
Application number: JP2014075069A
Authority: JP
Inventors: 隆介長谷; Ryusuke Hase; 隆広都竹; Takahiro Tsutake; 博之野村; Hiroyuki Nomura
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-11-09

Abstract

【課題】各電池モジュールと制御部との通信に支障や障害を与えることなく、電池パック内の各電池モジュールに対して、共通の閾値を用いて各電池の異常判定を行わせる。【解決手段】複数の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃを備えた電池パック１００における電池監視装置であって、複数の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ備えられ、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの電池１１の状態を監視する各監視部１２と、電池パック１００に備えられ、各監視部１２と通信線３１で接続された一つの制御部２０とを有する。制御部２０は、電池１１の異常判定のための電池パック１００毎の閾値を、各監視部１２に一様に送信する。各監視部１２は、制御部２０から送信される閾値を自身の閾値設定部１２３に設定し、自身の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃ内の電池１１の観測値と、閾値設定部１２３に設定した閾値とを比較し、電池１１の異常を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池モジュールを備えた電池パックにおける電池監視装置に関する。

近年では、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッドカー、又は電気自動車等、電動モータを利用する車両へ搭載される電池として、大きな電力を安定的に供給するために、複数の電池を組み合わせた電池モジュールを並列に接続して電力を供給する電池パックが使用される。

図３に従来の監視装置を備えた電池パックの要部の構成例を示す。電池パック１００には、複数の電池モジュール１０（１０Ａ〜１０Ｃ）が備えられ、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃには、電池１１、該電池１１を監視する監視部（監視ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１２、該電池１１を電力線３２から遮断するモジュールスイッチ１３が備えられる。

さらに、電池パック１００には、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２の通信部１２１と通信線３１を介して接続され、該複数の監視部１２と通信を行う一つの制御部（制御ＥＣＵ）２０が備えられる。

各監視部１２には、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃ内の各電池１１の物理的状態を監視する監視回路１２２が備えられる。監視回路１２２は、各電池１１の電圧、電流、温度等を観測し、それらの観測値を異常判定部１２４に通知する。

異常判定部１２４は、監視回路１２２から通知される各電池１１の観測値を、閾値設定部１２３に設定された閾値と比較し、電池１１が異常か否かを判定する。各電池１１が異常か否かの判定は、例えば、各電池１１が過充電、過放電、過電流、過電圧、過高温、過低温等の状態になっているか否かを、各電池１１の観測値又は該観測値を基に算定した値と閾値と比較して判定する。

監視部１２の異常判定部１２４は、電池１１が異常であると判定した場合、異常処置部１２５にその旨を通知する。異常処置部１２５は、電池１１に異常が発生したことを、制御部２０に通信部１２１及び通信線３１を介して通知する。

制御部２０は、通信部２１と異常処置部２２とを備え、通信部２１は、監視部１２の通信部１２１から電池異常が通知されると、異常処置部２２により、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各モジュールスイッチ１３Ａ〜１３Ｃ、又は電力線３２に介挿されたメインスイッチ３３をオフにさせる制御などにより、電池異常に対する処置（フェールセーフ処置）を実施する。

本発明に関連する技術文献として、電池１１の残量を所定の閾値と比較し、電池１１の残量が該閾値を下回ったことを検出すると、充電装置を管理する管理装置にその旨の通知信号を送信するシステムが下記の特許文献１等に記載されている。

特開２００３−３４８７５７号公報

従来の電池監視装置では、電池異常の判定のための閾値は、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃ内の監視部１２の閾値設定部１２３に個々に設定されていた。そのため、電池パック１００内の一部の電池モジュール（例えば１０Ａ）が交換されたりすると、該一部の電池モジュール１０Ａの閾値設定部１２３に設定された閾値が、他の電池モジュール１０Ｂ又は１０Ｃの閾値設定部１２３に設定された閾値と異なるものとなり、電池パック１００全体として、共通の閾値で電池異常を判定することができなくなってしまうという問題があった。

これに対処するために、図４に示すように、制御部２０に閾値設定部２３及び異常判定部２４を備え、閾値設定部２３に設定した閾値を用いて、異常判定部２４により各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各電池１１の異常判定を行う構成とすることができる。

しかし、図４に示す構成では、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視回路１２２で観測した各電池１１の全ての観測値を、通信線３１を介して、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの通信部１２１から、制御部２０の通信部２１へ送信する必要があり、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃと制御部２０との通信量が膨大な量となり、他の通信に支障や障害を与える可能性を生じる。

上記課題に鑑み、本発明は、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃと制御部２０との通信に支障や障害を与えることなく、電池パック１００内の各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃに対して、共通の閾値を用いて各電池１１の異常判定を行うことを可能にする電池監視装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの形態に係る電池監視装置は、複数の電池モジュールを備えた電池パックにおける電池監視装置であって、前記複数の電池モジュールにそれぞれ備えられ、各電池モジュールの電池の状態を監視する各監視部と、前記電池パックに備えられ、前記各監視部と通信線で接続された一つの制御部と、を有し、前記制御部は、前記電池の異常判定のための前記電池パック毎の閾値を、前記各監視部に一様に送信し、前記各監視部は、前記制御部から送信される前記閾値を自身の閾値設定部に設定し、自身の前記電池モジュール内の前記電池の観測値と、前記閾値設定部に設定した閾値とを比較し、前記電池の異常を判定することを特徴とする。

本発明によれば、各監視部で各電池の異常を判定するための閾値を、制御部が各監視部に送信して設定させ、各監視部で各電池の異常判定を行うようにすることにより、各電池モジュールと制御部との通信に支障や障害を与えることなく、電池パック内の各電池モジュールに対して、共通の閾値を用いて各電池の異常判定を行うことが可能となる。

本実施形態の電池監視装置を含む電池パックの主要部の構成例を示す図である。本実施形態の電池監視方法の動作例のフローチャートである。従来の電池監視装置を含む電池パックの主要部の構成例を示す図である。従来の電池監視装置を含む電池パックの主要部の他の構成例を示す図である。

図１は、本実施形態の電池監視装置を含む電池パックの主要部の構成例を示す。図１に示すように、電池パック１００は、複数の電池モジュール１０（１０Ａ〜１０Ｃ）を備え、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃは、電池１１、該電池１１を監視する監視部（監視ＥＣＵ）１２及び該電池１１を遮断するモジュールスイッチ１３を備える。

電池１１は、図１に示すように直列に接続した複数の電池であっても、単独の電池であってもよい。また、電池モジュール１０は、図１に示すように３個に限られるものではなく、要求される電力量に応じた任意の個数のものでよい。

各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２は、通信部１２１、閾値取得部１２６、監視回路１２２、閾値設定部１２３、異常判定部１２４、異常処置部１２５を備える。電池１１の異常判定のための閾値は、制御部２０の閾値設定部２３で設定され、通信部２１から通信線３１を介して各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２の通信部１２１に送信され、通信部１２１から閾値取得部１２６により取得される。

該閾値は、電池１１が過充電、過放電、過電流、過電圧、過高温、過低温等の状態か否かを判定するための閾値であり、電池１１の異常の程度を段階的に判定するための閾値として、多段階の閾値としてもよい。

該閾値は、制御部２０の通信部２１から、監視動作の開始時に送信する、或いは各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２へ定期的に送信するメッセージに含ませて送信する。こうすることにより、監視部１２の動作中は、必ず共通の閾値が制御部２０から通知されることとなる。また、この送信による通信量は僅かであり、送信の頻度も少なくてよいので、他の通信に支障又は障害を与えることはない。

監視部１２は、閾値取得部１２６で取得した閾値を、閾値設定部１２３に設定する。監視部１２の監視回路１２２は、各電池１１の電圧、電流、温度等の物理的状態を観測し、それらの観測値を異常判定部１２４に通知する。

異常判定部１２４は、監視回路１２２から通知される各電池１１の観測値又は該観測値を基に算定した値を、閾値設定部１２３に設定された閾値と比較し、電池１１が異常か否かを判定する。

異常判定部１２４は、電池１１が異常であると判定した場合、異常処置部１２５にその旨を通知する。異常処置部１２５は、電池１１に異常が発生した旨を、通信部１２１及び通信線３１を介して制御部２０に通知する。異常が発生したことの通知は、異常通知フラグを送信することにより通知する。

制御部２０は、通信線３１を介して通信部２１で電池異常の通知を受信すると、異常処置部２２により、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各モジュールスイッチ１３をオフにさせる、或いはメインスイッチ３３をオフにさせる制御等を、図示省略のスイッチ制御部等に実施させ、電池異常に対する処置（フェールセーフ処置）を実施する。

なお、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各監視部１２は、自身の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの電池１１の異常を検出した場合、自身の異常処置部１２５により、自身の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃのモジュールスイッチ１３を遮断するよう制御するなどの異常処置を実施する構成としてもよい。このような構成とした場合、制御部２０の異常処置より迅速に異常処置を実施することが可能となる。

また、制御部２０の閾値設定部２３は、電池パック１００の電池１１の劣化の程度や使用環境、例えば温度、使用履歴、使用頻度、使用年数等に応じて、異常判定のための閾値を動的に変化させて設定するようにしてもよい。

電池１１の劣化は、監視回路１２２で観測された各電池１１の電流及び電圧を基に各電池１１の内部抵抗を算定し、該内部抵抗の値を基に劣化の程度を認識し、該劣化の程度に応じて閾値を動的に変化させるようにすることができる。

監視部１２の通信部１２１は、電池１１の劣化やそのほかの素因に応じて動的に変化させて設定された閾値を、制御部２０の閾値設定部２３から、通信部２１及び通信線３１を介して受信すると、該閾値を閾値取得部１２６に送出する。閾値取得部１２６は、該閾値を通信部１２１から取得する都度、該閾値を閾値設定部１２３に通知し、閾値設定部１２３は、該動的に変化する閾値を設定して閾値を更新する。

異常判定部１２４は、監視回路１２２から通知される各電池１１の観測値を、閾値設定部１２３に設定された最新の閾値と比較し、電池１１が異常か否かを判定し、異常と判定した場合、異常処置部１２５にその旨を通知する。その後の処置は、前述した異常処置の動作と同様である。

本実施形態において、監視部１２における監視回路１２２以外の各機能及び制御部２０における各機能は、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）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））等のプロセッサ又はマイクロコンピュータが、予め記憶されたプログラムを実行することにより実現されるよう構成することができる。監視回路１２２は、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）等により構成することができる。

図２に本実施形態の電池監視方法の一動作例のフローチャートを示す。制御部２０は、動作を開始すると、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各監視部１２に、電池１１の異常判定のための閾値を送信する（ステップＳ２１）。この閾値の送信は、監視動作の開始時に、或いは各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２へ定期的に送信するメッセージに含ませて送信するようにしてもよい。

各監視部１２は、制御部２０から閾値を受信すると、該閾値を自身の閾値設定部１２３に設定する（ステップＳ２２）。なお、各監視部１２では、制御部２０から閾値を受信するたびに、該閾値を自身の閾値設定部１２３に設定する。そして、各監視部１２は、自身の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの電池１１の観測値と、自身の閾値設定部１２３に設定した閾値とを比較して、電池１１の異常を判定する（Ｓ２３）。

各監視部１２は、電池１１の判定結果を制御部２０に送信する（Ｓ２４）。判定結果が「異常有り」の場合（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、制御部２０又は各監視部１２は、モジュールスイッチ１３を遮断するなどの異常処置を実施する（Ｓ２６）。

異常処置の実施後、ステップＳ２３に戻って、電池１１の異常判定の動作を継続する。また、ステップＳ２５で判定結果が「異常有り」でない場合（Ｓ２５：Ｎｏ）、異常処置を実施することなく、ステップＳ２３に戻って、電池１１の異常判定の動作を継続する。

電池パック１００に要求される品質や特性は、該電池パック１００の用途やユーザによって異なる。そこで、電池パック１００の電池の異常判定のための閾値を、電池パック１００毎に決定し、電池パック１００に一つ備えられる制御部２０の閾値設定部２３に該閾値を設定し、該閾値を複数の電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２に送信するように、制御部２０に管理させる。

こうすることにより、電池パック１００毎に決定した適正な閾値を、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２に一様に設定することができ、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの監視部１２では、共通の閾値を用いて統一化された異常判定が行われることとなる。

そのため、一部の電池モジュール１０Ａを交換しても、制御部２０から送信される共通の閾値が、交換後の電池モジュール１０Ａの閾値設定部１２３に設定され、他の電池モジュール１０Ｂ，１０Ｃの閾値設定部１２３に設定された閾値と同一の閾値を基に、電池の異常判定が行われる。

また、本実施形態では、各電池１１の異常判定は、各電池モジュール１０Ａ〜１０Ｃの異常判定部１２４で行われ、その判定結果のみが制御部２０に通知されるので、制御部２０では各電池１１の異常判定を行わない。そのため、監視回路１２２の観測値を、通信線３１を介して制御部２０に送信する必要が無いので、膨大な通信量による通信の支障や障害を招くことがない。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は実施形態を採ることができる。

１００電池パック
１０（１０Ａ〜１０Ｃ）電池モジュール
１１電池
１２監視部
１２１通信部
１２２監視回路
１２３閾値設定部
１２４異常判定部
１２５異常処置部
１３モジュールスイッチ
２０制御部
２１通信部
２２異常処置部
２３閾値設定部
３１通信線
３２電力線
３３メインスイッチ

Claims

複数の電池モジュールを備えた電池パックにおける電池監視装置であって、
前記複数の電池モジュールにそれぞれ備えられ、各電池モジュールの電池の状態を監視する各監視部と、
前記電池パックに備えられ、前記各監視部と通信線で接続された一つの制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電池の異常判定のための前記電池パック毎の閾値を、前記各監視部に一様に送信し、
前記各監視部は、前記制御部から送信される前記閾値を自身の閾値設定部に設定し、自身の前記電池モジュール内の前記電池の観測値と、前記閾値設定部に設定した閾値とを比較し、前記電池の異常を判定する
ことを特徴とする電池監視装置。
前記制御部は、前記監視部による監視動作の開始前に、又は前記各監視部へ定期的に送信するメッセージに含ませて、前記閾値を前記各監視部へ送信する
ことを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
前記各監視部は、前記電池の異常の判定結果を前記制御部に送信し、
前記制御部は、前記各監視部からの前記電池の異常の判定結果を基に、異常処置を実施する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池監視装置。
前記各監視部は、前記電池の異常の判定結果を基に、自身の前記電池モジュールにおける異常処置を実施する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池監視装置。
前記制御部は、前記閾値を動的に変化させて送信する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の電池監視装置。
前記制御部は、前記閾値を、前記電池の劣化に応じて変化させて送信する
ことを特徴とする請求項５に記載の電池監視装置。
複数の電池モジュールを備えた電池パックにおける電池監視方法であって、
前記複数の電池モジュールにそれぞれ備えられ、各電池モジュールの電池の状態を監視する各監視部と通信線で接続され、前記電池パックに備えられた一つの制御部から、前記電池の異常判定のための前記電池パック毎の閾値を、前記各監視部に一様に送信するステップと、
前記各監視部が、前記制御部から送信される前記閾値を自身の閾値設定部に設定し、自身の前記電池モジュール内の前記電池の観測値と、前記閾値設定部に設定した閾値とを比較し、前記電池の異常を判定するステップと
を含むことを特徴とする電池監視方法。