JP2019169445A

JP2019169445A - 電源装置

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Publication number: JP2019169445A
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Inventors: 一臣林; Kazuomi Hayashi
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Abstract

【課題】起動時間を短くし得る電源装置を提供する。【解決手段】この電源装置１は、複数の電池パック５と、複数の電池パック５それぞれに一対一で対応したマスター・スレーブ構成を有する複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、を備える。複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、マスター・スレーブ間において、電源装置１が起動される際に行われる自己診断時には第一通信方式を用いて通信し、機械的動作診断時には第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信方式を用いて通信する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池パックと、各電池パックに応じた複数の電池制御部と、を有する電源装置に関する。

この種の電源装置は、電池制御を開始する前に、各電池パックに設けられて電池パックからの出力を制御するリレー等の機械部品の機械的動作診断（例えばリレー融着・溶断診断）と、を行うように構成される。
ここで、この種の電源装置として、複数の電池制御部がマスター・スレーブ構成を有し、電池制御を開始する前に、マスター制御部の制御下で、電池パックの故障（例えばリレーの固着など）を各スレーブ制御部にて検出するとともに、その故障診断結果をマスター・スレーブ間で通信するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２０９９０７号公報

しかし、マスター・スレーブ間で通信する複数の電池制御部が、電池制御部自身および機械部品の診断の両方を行う場合、通信方式の設定によっては、電池制御を開始するまでの準備時間が長くなるという問題がある。
このような問題点に対し、特許文献１記載の技術では、制御部の自己診断および機械部品の機械的動作診断を行う際に、マスター・スレーブ間での通信方式について、電池制御をより迅速に開始する上での技術が開示されていない。
そのため、同文献記載の技術では、システム起動時に、制御部自身の自己診断および機械部品の機械的動作診断を行うと、電源装置を早期に起動できないおそれがある。したがって、同文献記載の技術は、例えば、この種の電源装置を電気自動車の走行用電源に使用する場合、起動時間を短くして迅速に走行を開始する上で改善の余地がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、この種の電源装置において、電池制御部自身の自己診断および機械部品の機械的動作診断に要する時間の短縮化を図り、もって迅速に電力を供給し得る電源装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電源装置は、負荷に対して並列接続される複数の電池パックと、前記複数の電池パックそれぞれに一対一で対応する複数の電池制御部と、前記電池パックからの出力を制御するリレーとを備え、前記複数の電池制御部は、マスター・スレーブ構成を有するとともに、電池制御を開始する前に、それぞれの前記電池制御部は、自身の自己診断と、前記リレーを含む機械部品の機械的動作診断と、を実行する電源装置であって、前記複数の電池制御部は、第一通信方式と、該第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信方式と、を用いて通信する通信部をそれぞれ備え、前記自己診断時には、マスター制御部とスレーブ制御部との間での通信は前記第一通信方式によって通信し、前記機械的動作診断時には、マスター制御部とスレーブ制御部との間での通信は前記第二通信方式によって通信することを特徴とする。

本発明の一態様に係る電源装置によれば、複数の電池制御部は、複数の電池パックそれぞれに一対一で対応するマスター・スレーブ構成を有し、マスター・スレーブ間での通信に際し、電池制御部の自己診断と、機械的動作診断とで異なる通信方式を用い、電源制御部の自己診断は複数の診断チェックを行うことが多く処理負荷が大きいため第一通信方式にて通信し、逐次処理となるため処理負荷が小さな機械的動作診断時には、第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信方式にて通信する。よって、本発明によれば、システム起動時の故障診断に要する時間の短縮化を図り、もって迅速に電力を供給できる。

本発明の一態様に係る電源装置の一実施形態を説明する概略構成図である。電池制御部の概略構成図である。マスター制御部が実行する故障診断処理のフローチャートである。スレーブ制御部が実行する故障診断処理のフローチャートである。比較例における通信状態を説明するタイムチャートであり、同図は、自己診断時および機械部品の機械的動作診断時に、第一通信方式のみで通信する通信状態を説明する図である。本実施形態における通信状態を説明するタイムチャートであり、同図は、自己診断時には第一通信方式で通信し、機械部品の機械的動作診断時には第二通信方式で通信する通信状態を説明する図である。本実施形態における通信状態の変形例を説明するタイムチャートであり、同図は、機械部品の機械的動作診断時に、第二通信方式での通信と、第一通信周期での通信とを併せて用いる通信例を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態では、電気自動車の車載用の電源装置を構成する例を説明する。但し、電気自動車は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源するハイブリッド電気自動車、および、電動機を車両の唯一の駆動源とする純正電気自動車を含む。なお、本発明は、電気自動車の車載用の電源装置に限定されず、例えば家庭用の電源装置に用いてもよい。

なお、各図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

図１に示すように、本実施形態に係る電源装置１は、組電池２と、電池監視システム３（電池制御部）と、を備える。組電池２は、複数の電池パック５が外部負荷に対して並列に接続される。
本実施形態の電源装置１は、車両のシステム側の要求に応じ、モータジェネレータ８に対しインバータ７を介して三相交流電力に変換される直流電力を供給する。また、この電源装置１は、車両のシステム側に装備された車両制御装置１０の判断に応じて充電が必要な時などに、モータジェネレータ８が発生させた三相交流電力がインバータ７を介して変換された直流電力を蓄電する。ここで、「車両のシステム側」には、車両制御装置10の他、車両制御装置10に接続され後述する車両制御装置１０と接続された通信バス、この通信バスにそれぞれが接続されたエアコン制御部やライト制御装置等が含まれる。

各電池パック５は、直列に接続された複数の電池セル６と、電池パック５からの出力を制御する機械部品であるリレー７Ａ、７Ｂと、をそれぞれ備える。電池セル６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などで構成される。
リレー４Ａ，４Ｂが共にＯＮの状態で、各電池パック５は、電池パック５からの出力を制御するリレー７Ａ、７ＢがＯＮにされることで上記モータジェネレータ８等の外部負荷に接続され、ＯＦＦにされることで外部負荷とは遮断される。なお、同図の例では、複数の電池パックを有する例として、３つの電池パック５がそれぞれ３つの電池セル６を有する例を示すが、本発明の構成はこれに限定されない。

電池監視システム３は、システム起動時の故障診断に係る処理を実行する他、組電池２の状態の管理及び充放電制御に係る処理を実行する。電池監視システム３が実行する処理としては、組電池２の電圧及び電流の計測、組電池２の蓄電状態（ＳＯＣ： State Of Charge）及び劣化状態（ＳＯＨ： State Of Health）などの演算、並びに、各電池パック５の温度の計測、電圧の計測および蓄電量の調整処理などが実行される。

電池監視システム３は、電池パック５毎に設けられる複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃを備える。本実施形態では、電池パック５の数に応じて３つの電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃが設けられる。ここで、本実施形態に係る複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、マスター・スレーブ構成を有する。電池制御部３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、電池制御部３Ａと車両制御装置１０との間を接続する通信パスとは異なる通信バスで接続されている。
つまり、同図に示すように、複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、１つの電池制御部３Ａが「マスター制御部」であり、他の電池制御部３Ｂ、３Ｃが「スレーブ制御部」である。以下、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃを、マスター制御部３Ａ、およびスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃとも呼称する。

ここで、電池監視システム３は、マスター制御部３Ａのみが車両制御装置１０とシステム側で設定されている第一通信方式で通信する。マスター制御部３Ａには、車両制御装置１０によりスタートスイッチ１１のＯＮおよびＯＦＦに関する信号が入力される。また、マスター制御部３Ａは、各電池パック５の状態や、各電池パック５の電圧、各電池パック５の故障の状態などに関する信号を車両制御装置１０に出力する。
また、複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、マスター・スレーブ間で第一通信方式を含む所定の通信方式に基づく通信を行う。マスター・スレーブ間での通信は、マスター制御部３Ａと、スレーブ制御部３Ｂまたはスレーブ制御部３Ｃとの間でのみ通信が行われ、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃ間では通信が行われない。

次に、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの機能的構成について図２を参照しつつ説明する。なお、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの基本的構成は、マスター・スレーブ構成を担務するソフトウェアを除き同じなので、ここではマスター制御部３Ａについて詳細を説明し、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃの機能的構成図およびその説明は省略する。
マスター制御部３Ａは、図２に示すように、機能的構成部として、入力部２０と、出力部２１と、監視部２２と、通信部２３Ａと、を備える。
入力部２０には、電池パック５や電池セル６の電圧などに関する信号が入力される。出力部２１は、リレー７Ａ、７ＢのＯＮおよびＯＦＦを切り替える信号を出力する。監視部２２は、電圧検出部２２Ａと、異常検出部２２Ｂと、モード設定部２２Ｃと、通信方式の設定部３０Ａと、を備える。

監視部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、内部クロック回路などを有する。ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを読み出し実行することで、監視部２２の機能的構成部の各機能が発揮される。後述する通信方式で用いられる通信周期は、監視部２２の内部クロック回路を用いて決定される。
電圧検出部２２Ａは、入力部２０に入力された信号に基づいて各電圧を検出する。異常検出部２２Ｂは、検出された電圧と予め設定された電圧とを比較して、各電圧が正常であるか異常であるか判定し、電圧異常を検出する。異常検出部２２Ｂは、電池パック５および電池セル６の電圧異常を検出する他、システム起動時の故障診断を行う。

モード設定部２２Ｃは、電圧検出モードを「故障診断モード」および「通常モード」のいずれか一方に設定する。スタートスイッチ１１がＯＮにされると、電池パック５による充放電が開始される前に故障診断モードが起動する。
故障診断モードは、マスター制御部３Ａ自身の故障診断、並びに、リレー７Ａ、７Ｂの機械的動作診断を含む電池パック５の故障診断を行うモードである。通常モードは、メインリレー４Ａ、４ＢをＯＮにして通常の電池制御に移行して、電池パック５（組電池２）による充放電制御を開始するモードである。モード設定部２２Ｃは、スタートスイッチ１１がＯＦＦからＯＮに切り替えられたときに、電圧検出モードを故障診断モードに設定する。

異常検出部２２Ｂは、マスター制御部３Ａの起動時に故障診断モードに設定されたときに、マスター制御部３Ａ自身の故障診断、並びに、電池パック５の故障診断およびリレー７Ａ、７Ｂの機械的動作診断（リレー７Ａ、７Ｂの融着・溶断の有無の診断）を行う。
異常検出部２２Ｂは、機械的動作診断として、例えばリレー７ＢがＯＮのときリレー７ＡをＯＦＦにする指令を出力し、正常時ではゼロとなるべき電圧がゼロよりも大きい場合に、リレー７ＡがＯＮ固着していると判定し、リレー７ＡのＯＮ固着を検出する。モード設定部２２Ｃは、故障診断モードを実行した結果、マスター制御部３Ａ自身の故障が検出されず、さらに、電池パック５の故障およびリレー７Ａ、７Ｂの融着・溶断が検出されずに故障診断が完了したときに、電圧検出モードを通常モードに設定する。

通信方式の設定部３０Ａは、電圧検出モードに応じて、通信方式を第一通信方式および第二通信方式の少なくとも一方に設定する。本実施形態では、通信方式の設定部３０Ａは、電圧検出モードが通常モードに設定されている場合には、第一通信方式に限って通信方式を設定する。
第一通信方式は、車両システム全体において予めシステム側で設定されている通信方式であって、通信部２３Ａによる通信を第一通信周期Ｔ１で行うものである。第一通信方式では、第一通信周期Ｔ１によってマスター制御部３Ａと、車両制御装置１０、スレーブ制御部３Ｂおよびスレーブ制御部３Ｃとの間で通信が行われる。

なお、上述したように、スレーブ制御部３Ｂおよびスレーブ制御部３Ｃの基本的な構成は、上述したマスター制御部３Ａが、マスター・スレーブ構成に係るマスター側のプログラムを読み出してこれを実行する点以外は、マスター制御部３Ａと同じである。
つまり、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃは、マスター・スレーブ構成に係るスレーブ側のプログラムを読み出してこれを実行し、マスター制御部３Ａの制御下にて必要な制御を行う。また、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃの通信部２３Ｂ、２３Ｃは、マスター・スレーブ構成下において、マスター制御部３Ａの通信部２３Ａのみと通信する。

ここで、電源装置１は、通信方式が第一通信方式に設定されている場合、指示信号や、電池セル６の電圧検出などのイベントの結果を予め設定された所定の第一通信周期Ｔ１のエッジのタイミングでまとめて通信する。
これに対し、第二通信方式は、リレー等の機械部品の機械的動作診断時に限り、電池監視システム３のマスター・スレーブ構成下において、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂとの間、および、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｃとの間でのみ行う通信方式であり、通信部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃによる通信を、第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信周期Ｔ２で行う。第二通信周期Ｔ２は、リレー７Ａ、７Ｂの固着判定などの機械的動作診断に係るイベントの結果を、予め設定された所定の第二通信周期Ｔ２のエッジのタイミングでまとめて通信する。

次に、上記故障診断モードに設定されたときに、本実施形態に係る各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃで実行される故障診断処理について図３および図４を参照しつつ説明する。各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃで故障診断処理が実行されると、マスター制御部３Ａでは、図３に示すように、ステップＳ１１に移行して通信方式を第一通信方式に設定し、続くステップＳ１２に移行して自己診断を開始する。
同様に、故障診断処理が実行されると、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃでは、マスター制御部３Ａの制御下にて、図４に示すように、ステップＳ２１に移行して通信方式を第一通信方式に設定し、続くステップＳ２２に移行して自己診断を開始する。自己診断時には、各イベントに係る通信が、一定の第一通信周期Ｔ１のエッジのタイミングで行われる。

マスター制御部３Ａでは、図３に示すように、続くステップＳ１３に移行し、自己診断の結果、マスター制御部３Ａ自身および他の電池制御部で故障が検出されたか否かを判定し、マスター制御部３Ａ自身および他の電池制御部で故障が検出されなければ（Ｎｏ）ステップＳ１４に移行し、マスター制御部３Ａ自身または他の電池制御部で故障が検出されたら（Ｙｅｓ）ステップＳ１５に移行し、故障情報を第一通信方式にて車両制御装置１０に出力してからステップＳ１４に移行する。
ステップＳ１４では、通信方式を上記第二通信方式に設定し、続くステップＳ１６では機械的故障検出処理を実行する。機械的故障検出処理では、電池パック５の故障検出および機械部品の機械的動作診断（リレー７Ａ、７Ｂの固着検出など）がマスター制御部３Ａ自身および他の電池制御部で順次に行われる。

同様に、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃでは、図４に示すように、ステップＳ２３に移行し、自己診断の結果、自身の故障が検出されたか否かを判定し、故障が検出されなければ（Ｎｏ）ステップＳ２４に移行し、自身の電池制御部で故障が検出されたら（Ｙｅｓ）ステップＳ２５に移行してその故障情報を第一通信方式にてマスター制御部３Ａに出力してからステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４では、通信方式を上記第二通信方式に設定して待機し、マスター制御部３Ａからの指示を受けたらステップＳ２６に移行して機械的故障検出処理をマスター制御部３Ａの制御下にて実行する。

次いで、マスター制御部３Ａでは、図３に示すように、続くステップＳ１７に移行し、機械的動作診断の結果、機械的故障が検出されたか否かを判定し、自身および他の電池制御部で故障が検出されなければ（Ｎｏ）ステップＳ１９に移行し、自身および他の電池制御部で故障が検出されたら（Ｙｅｓ）ステップＳ１８に移行する。ステップＳ１８では、電池パック５の機械的故障内容に関する故障通知情報を、マスター制御部３Ａの通信部２３Ａから車両制御装置１０に第一通信方式にて出力してステップＳ１９に移行する。

マスター制御部３Ａは、ステップＳ１９では、機械的動作が未診断のスレーブ制御部があるか否かを判定し、未診断のスレーブ制御部があればステップＳ１６に処理を戻し、次に対応するスレーブ制御部の機械的動作診断を実行する。このとき、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂ、および、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｃとの間では、第二通信周期Ｔ２を用いた第二通信方式によって通信が行われる。
マスター制御部３Ａは、ステップＳ１９にて、次に対応するスレーブ制御部が無くなれば（Ｎｏ）、機械的動作診断を終了してステップＳ２０に移行し、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、第二通信方式を終了して通信方式を第一通信方式のみに設定するとともに、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃはリレー７Ａ、７Ｂを接続し、処理を戻して通常モードに移行する。

また、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃでは、マスター制御部３Ａから第二通信周期Ｔ２を用いた第二通信方式によって機械的動作診断の実行指示を受けると、図４に示すように、ステップＳ２６に移行して機械的故障検出処理を実行する。スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃは、機械的動作診断の結果、自身の機械的故障が検出されたか否かを判定し、機械的故障が検出されなければ（Ｎｏ）ステップＳ２９に移行し、自身の機械的故障が検出されたら（Ｙｅｓ）ステップＳ２８に移行する。

スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃは、図４に示すように、ステップＳ２８では、電池パック５の機械的故障内容に関する故障通知情報が、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃの通信部２３Ｂ、２３Ｃからマスター制御部３Ａの通信部２３Ａに、第二通信方式で出力してステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９に移行すると、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃは、第二通信方式を終了して通信方式を第一通信方式のみに設定し、マスター制御部３Ａから実行指示を受けると、各電池制御部３Ｂ、３Ｃはリレー７Ａ、７Ｂを接続して処理を戻して通常モードに移行する。

次に、電池制御を開始する前に実行される、故障診断時の動作および作用効果について説明する。
本実施形態に係る電源装置１は、スタートスイッチ１１がＯＮにされると車両制御装置１０を介して、電源装置１の電池監視システム３が起動されて故障診断が開始される。各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、システムの起動に際し、電池制御部自身の自己診断および各電池パック５の機械的故障診断を行う。なお、スタートスイッチ１１がＯＮにされ、各電池パック５の充電が開始される場合も同様に、電源装置１のマスター制御部３Ａは、電池パック５の故障診断を実行する。なお、以下の動作説明では、マスター制御部３Ａを主体として流れを説明する。

故障診断が開始されると、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、通信方式を第一通信方式に設定し（ステップＳ１１、Ｓ２１）、マスター制御部３Ａの制御下において、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃにおいて一連の自己診断処理が同時並行的に実行される（ステップＳ１２、Ｓ２２）。
スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃの自己診断の結果は、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂとの間（ステップＳ２５）、および、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｃとの間（ステップＳ２５）で第一通信周期Ｔ１によってそれぞれ通信が行われて自己診断を完了する。

マスター制御部３Ａは、自己診断での故障検出処理によって、自身または他の電池制御部で制御回路の故障が検出された場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、その故障内容に関する故障通知情報を通信部２３Ａから車両制御装置１０に第一通信方式にて出力する（ステップＳ１５）。このように、自己診断時には、各イベントに係る通信が、システム側で設定されている一定の第一通信周期Ｔ１で行われる。なお、ここでは、自己診断時に故障が検出されないものとする。

次いで、マスター制御部３Ａは、リレー７Ａ、７Ｂ等の機械部品の機械的動作診断を行う。機械部品の動作診断としては、例えば、リレー７Ａ、７Ｂの固着（ＯＮ固着およびＯＦＦ固着）などを診断する（ステップＳ１６）。マスター制御部３Ａは、マスター制御部３Ａまたはスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃにて機械的故障が検出された場合には（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、その故障内容に関する故障通知情報を第一通信方式にて車両制御装置１０に出力する（ステップＳ１８）。そして、マスター制御部３Ａは、マスター制御部３Ａおよびスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃにて機械的故障が検出されなかった場合には、リレー７Ａ、７ＢをＯＮにして故障診断を完了し、通常の電池制御に移行する（ステップＳ２０）。これにより、電池パック５（組電池２）からモータジェネレータ８などの外部負荷への電力供給が開始される。

本実施形態に係る電源装置１は、上述したように、一のマスター制御部３Ａをマスターとし、他の電池制御部３Ｂ、３Ｃをスレーブとする同期式マスター・スレーブ構成を有し、複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃが協調動作する際に、各通信部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、共通の通信周期にて同期を取り、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃとの間で指示信号や故障診断結果などの必要な情報の通信を行う。

ここで、この故障診断時の通信を行うに際し、従来は、図５に比較例を示すように、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび車両制御装置１０の間での通信方式が、システム側で設定されている第一通信方式のみによって行われている。
第一通信方式のみによる通信であると、同図に示すように、第一通信周期Ｔ１が比較的に長いため、故障診断が完了してその診断情報を通信しようとしても、第一通信周期Ｔ１のクロック信号により同期をとるエッジを待つために比較的に長い待ち時間が生じる。そのため、比較的に長い待ち時間が多数重なれば、故障診断に要する時間が長くなることになる。同図に示す例では、車両制御装置１０のクロック信号のエッジを基準にして見ると、クロック信号のエッジｅ１７の時点で診断処理が完了してシステム側に処理結果が戻されている。

これに対し、本実施形態に係る電源装置１では、通信方式の設定部３０は、自己診断時には、システム側で設定されている第一通信周期Ｔ１による第一通信方式に通信方式を設定する一方、機械的動作診断時には、第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信周期Ｔ２による第二通信方式に通信方式を設定する。
これにより、図６に本実施形態での実施例を示すように、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃとは、各電池制御部の自己診断時には、システム側で設定されている第一の通信周期Ｔ１を用いて通信し、機械部品の機械的動作診断時には、第一の通信周期Ｔ１よりも通信周期が短い第二の通信周期Ｔ２を用いて通信する。

つまり、本実施形態では、自己診断時と機械的動作診断時とで、設定部３０によって通信方式を変更して通信する。同図に示す例では、車両制御装置１０のクロック信号のエッジを基準にして見ると、クロック信号のエッジｅ１４の時点で診断処理が完了してシステム側に処理結果が戻されている。よって、図５に示した比較例でのエッジｅ１７に比べて３周期分の処理時間が短縮されるという優れた効果を奏する。

詳しくは、同図において、機械的動作診断時には、まず、マスター制御部３Ａにおいて、イベントとしてリレー７Ａ、リレー７ＢのＯＮ固着判定が行われる。なお、リレーの固着判定には、ＯＮ固着の判定とＯＦＦ固着の判定があり、両方の判定が行われる。ここではＯＮ固着判定についてのみ記載する。マスター制御部３Ａにおいてリレー７ＡのＯＮ固着が検出されない場合には、イベント終了時に応答する第二通信周期Ｔ２のエッジにより同期をとり、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂとの間で第二通信方式にて通信が行われる。

これにより、スレーブ制御部３Ｂにおいて、イベントとしてリレー７Ａ、リレー７ＢのＯＮ固着判定が行われる。スレーブ制御部３Ｂは、リレーのＯＮ固着を検出しない場合には、第二通信周期Ｔ２のエッジにより同期をとり、スレーブ制御部３Ｂとマスター制御部３Ａとの間で通信が行われる。次いで同様に、第二通信周期Ｔ２のエッジにより同期をとり、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｃとの間で第二通信方式にて通信が行われる。

次いで、同様に、スレーブ制御部３Ｃにおいて、イベントとしてリレー７Ａ、リレー７ＢのＯＮ固着判定が行われる。スレーブ制御部３Ｃは、リレーのＯＮ固着を検出しない場合には、第二通信周期Ｔ２のエッジにより同期をとり、スレーブ制御部３Ｃとマスター制御部３Ａとの間で第二通信方式にて通信が行われる。
本実施形態の電源装置１では、このようにして各制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃでのリレー７Ａ、７Ｂの固着判定が完了すると、マスター制御部３Ａにおいて各制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃのリレー７Ａ、７ＢをＯＮにする指令が出力され、その後、スレーブ制御部３Ｂおよびスレーブ制御部３Ｃが、リレー７Ａ、７ＢをＯＮに設定して故障診断を完了し、通常の電池制御に迅速に移行することができる。

このように、本実施形態の電源装置１は、マスター・スレーブ構成を有する複数の電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃを備え、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃが起動される前に、先に行う自己診断時には、通信方式をシステム側で設定されている第一通信方式にて通信し、機械的動作診断時には、通信方式を第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信方式にて通信するので、故障診断を短時間で完了させることができる。そのため、電源装置１の起動時間を短縮し、もって車両の起動時間を短縮できる。

ここで、車両制御装置１０には、電池監視システム３以外にも複数のユニットが接続されている。そのため、車両制御装置１０は通信／処理の負荷が高いため、比較的に通信周期の長い第一通信周期Ｔ１による第一通信方式のみを用いる。比較的に通信周期の短い第二通信周期Ｔ２による第二通信方式を用いると、通信周期が短いことから通信／処理の負荷が上がるためである。また、電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの制御回路の自己診断についても種々の診断があるので、電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃでの自己診断時の処理負荷が高いため、自己診断時のマスター・スレーブ間での通信周期が速すぎると電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの処理負荷が更に高くなるという理由もある。ここで種々の診断とは、メモリチェック、ＡＤ変換機機能チェック、相電圧回路チェック、ＣＰＵ機能チェック等、制御部の一般的な自己診断があげられる。

これに対し、電池パック５からの出力を制御するリレー７Ａ、７Ｂの機械的動作診断は、本実施形態の電源装置１が、外部負荷に対して並列接続された複数の電池パック５を有する構成なので、電池パック５が並列接続されている場合、各電池パック５に搭載されたリレー７Ａ、７Ｂを任意に動作させると、正確な機械的動作診断を実施できない可能性がある。
そのため、本実施形態の電源装置１では、各電池パック５の出力を制御するリレー７Ａ、７Ｂを順番に診断する必要がある。換言すれば、リレー７Ａ、７Ｂの機械的動作診断が同時に行われることはないため、電池監視システム３の各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの処理負荷が比較的に低いといえる。

したがって、リレー７Ａ、７Ｂ、７Ｃの機械的動作診断時には、通信可能な範囲でマスター・スレーブ間での通信周期を可及的に速く設定しても通信／処理の負荷が大幅に増大することがない。なお、逐次的にデータを送るシリアル通信は一対一対応の通信なので、通信負荷が低いため、通信周期を可及的に速く設定した第二通信周期Ｔ２であっても通信／処理の負荷が過大にならない。
そこで、本発明では、上述した知見に基づき、先に行う自己診断時には、第一通信周期Ｔ１による第一通信方式での通信を採用し、自己診断後に実行されるリレー７Ａ、７Ｂ等の機械的動作診断時には、第一通信周期Ｔ１よりも通信周期の短い第二通信周期Ｔ２による第二通信方式での通信を採用し、診断時の通信／処理の負荷に応じて、第一通信方式と第二通信方式とを適切に組み合わせることで、電池制御を開始するまでの時間を全体的に短縮したのである。

これに対し、図５に示した比較例では、例えばマスター制御部３Ａにおいて、イベントとしてリレー７ＡのＯＮ固着判定が終了した場合にあっても、第一通信周期Ｔ１のクロック信号によって同期をとるエッジに至るまでは通信ができず、図６に破線で示す処理のように多くの待ち時間が生じるため、故障診断を完了するまでの時間、すなわち電源装置１の起動時間が長くなるのである。つまり、負荷が高い期間である「自己診断」では長い周期を、負荷が低い期間である「リレーの診断」では短い周期を採用することで、電池の充放電制御を開始するまでの時間を短縮している。

ここで、本明細書において「通信周期」とは、各電池制御部が通信バスにアクセスする周期である。通信周期のタイミングで、たとえば、電池制御部は、通信バス上のデータを読み込む処理を行う。その後、電池制御部は、読み込んだデータをメモリに格納する処理、演算処理、演算結果をメモリに書き込む処理、送信バッファに取り込む処理を行い、次の通信周期のタイミングで送信バッファの情報を通信バス上に送信する処理行う。

＜本発明に係る他の構成例＞
上記実施形態では、図６に示したように、電源装置１は、機械的動作診断時には、通信方式を第二通信方式にして通信する例を示したが、機械的動作診断時に、第二通信方式に加えて第一通信方式で通信してもよい。図７は、機械的動作診断時に、第二通信方式による通信が失敗した場合でも迅速に通信が実行される通信例を説明する図である。
この例では、電池監視システム３の各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの設定部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、機械的動作診断時には、第二通信方式に加えて、第一通信方式を通信方式として設定し、各電池制御部３Ａ、３Ｂ、３Ｃの通信部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、機械的動作診断時に、第一通信方式および第二通信方式による通信のうちいずれか先に通信周期が到達した通信方式によってマスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃとの間で通信する構成としている。

このような構成であれば、図７に示すように、例えば、スレーブ制御部３Ｃにおいて、マスター制御部３Ａとの第二通信方式での通信に失敗した場合（同図に示す×印）であっても、第二通信周期Ｔ２のクロック信号によって同期をとる次のエッジを待つことなく、第一通信方式による、第一通信周期Ｔ１のクロック信号により同期をとるエッジを送信タイミングとして迅速に通信できる。そのため、続くスレーブ制御部３Ｃによるリレー７Ａの固着判定処理を一層早く実行できる。

このように、電源装置１は、機械的動作診断時には、第二通信方式に加えて、第一通信方式によっても通信を行うことで、故障診断に係る通信をより迅速に行うことができる。同図に示す例では、車両制御装置１０のクロック信号のエッジを基準にして見ると、クロック信号のエッジｅ１５の時点で診断処理が完了してシステム側に処理結果が戻されている。よって、図５に示す比較例でのエッジｅ１７に比べて２周期分の処理時間が短縮されている。

なお、本発明に係る電源装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、第一通信周期Ｔ１のクロック信号により同期をとる第一通信方式が、システム側で設定されている例で説明したが、本発明における第一通信方式は、これに限定されず、第一通信方式は、第二通信方式よりも通信周期が長い周期のクロック信号により同期をとる態様に対して採用できる。
また、例えば上記実施形態では、スタートスイッチ１１の信号が車両制御装置１０からマスター制御部３Ａに入力され、マスター制御部３Ａからスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃへと入力される例を説明したが、これも一実施例であり、車両制御装置１０からマスター制御部３Ａおよびスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃへと直接スタートスイッチ１１の信号を送る構成としてもよい。

その際、マスター制御部３Ａおよびスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃのそれぞれにて設定される第一通信周期Ｔ１および第二通信周期Ｔ２は、以下のように切り替わるように構成することができる。
例えば、マスター制御部３Ａでは、スタートスイッチ１１がＯＮにされると第一通信周期Ｔ１にて同期をとる第一通信方式で通信を行い、車両制御装置１０からの機械的動作診断の開始信号によって第一通信方式から第二通信周期Ｔ２にて同期をとる第二通信方式に切り替え、機械的動作診断の結果がスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃから集まり、その情報を車両制御装置１０に送信したら第一通信周期Ｔ１による第一通信方式に戻るように構成することができる。
そして、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃでは、スタートスイッチ１１がＯＮにされると第一通信方式で通信を行い、自己診断が終了したら第一通信方式から第二通信方式に切り替え、機械的動作診断が終了したら第一通信周期Ｔ１による第一通信方式に戻る（つまり、マスター制御部３Ａの制御下にはない）構成とすることができる。

また、例えば、マスター制御部３Ａが制御する電池パック５のリレー７Ａ、７Ｂのみを故障診断を完了した後に、マスター制御部３Ａとスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃ間での通信を待たずに、直ちにマスター制御部３Ａのリレー７Ａ、７ＢをＯＮにして外部負荷に電力を供給する構成としてもよい。このような構成であれば、仮にスレーブ制御部３Ｂ，３Ｃのリレーの診断結果が異常であり電池パック５Ｂ，５Ｃの電力を使用できなくても、電池パック５Ａの電力を最低限供給することができる。
なお、マスター制御部３Ａが、自己診断結果をスレーブ制御部３Ｂ、３Ｃの自己診断結果を待たずに車両制御装置１０に送信する構成としてもよいのは、車両制御装置１０がリレー制御を実行するシステム構成が前提となる。そのため、上記実施形態の例では、車両制御装置１０が機械的動作診断を指示しても、マスター制御部３Ａは、スレーブ制御部３Ｂ、３Ｃからの自己診断か結果を取得するまで待機する構成例を示している。

また、上述した実施形態による電源装置１を、他の電動車両、例えばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などの車両用電源装置に利用することもできる。また、上述した実施形態による電源装置１を、コンピュータシステムやサーバシステムなどに用いられる無停電電源装置、自家用発電設備に用いられる電源装置など、電動車両以外の電源装置を構成する電源に適用してもよい。
また、例えば上記実施形態では、リチウムイオン二次電池から構成される電池セル６を例示したが、本発明はこれに限定されない。リチウムイオン二次電池以外に、例えばニッケル水素電池などの他の二次電池から構成される電池セル６に関しても本発明を適用できる。

１電源装置
２組電池
３電池監視システム
５電池パック
６電池セル
３Ａマスター制御部（電池制御部）
３Ｂスレーブ制御部（電池制御部）
３Ｃスレーブ制御部（電池制御部）
２２監視部
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ（通信方式の）設定部
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ通信部

Claims

負荷に対して並列接続される複数の電池パックと、前記複数の電池パックそれぞれに一対一で対応する複数の電池制御部と、前記電池パックからの出力を制御するリレーとを備え、前記複数の電池制御部は、マスター・スレーブ構成を有するとともに、電池制御を開始する前に、それぞれの前記電池制御部は、自身の自己診断と、前記リレーを含む機械部品の機械的動作診断と、を実行する電源装置であって、
前記複数の電池制御部は、
第一通信方式と、該第一通信方式よりも通信周期が短い第二通信方式と、を用いて通信する通信部をそれぞれ備え、
前記自己診断時には、マスター制御部とスレーブ制御部との間での通信は前記第一通信方式によって通信し、
前記機械的動作診断時には、マスター制御部とスレーブ制御部との間での通信は前記第二通信方式によって通信することを特徴とする電源装置。
前記通信部は、前記機械的動作診断時に、前記第一通信方式および前記第二通信方式による通信のうちいずれか先に通信周期が到達した通信方式によってマスター制御部とスレーブ制御部との間で通信する請求項１に記載の電源装置。
前記マスター制御部は、前記自己診断および機械的動作診断により少なくとも自身に異常を有しないと判断したときは、スレーブ制御部の診断結果を待たずに、通常の電池制御に移行する請求項１または２に記載の電源装置。