JP2020021637A - 電池システム監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セル監視ＩＣを直列接続した構成において、途中のセル監視ＩＣが故障した場合であっても電池システムを停止する必要がない電池システム監視装置を提供する。【解決手段】本発明に係る電池システム監視装置においては、監視結果を出力する通信経路を介して監視回路間が直列接続されるとともに、監視結果を出力せずに監視回路間を直列接続するバイパス経路を備え、監視回路が異常であるときはバイパス経路によってその監視回路を迂回する。【選択図】図３

Description

本発明は、電池の状態を監視する電池システム監視装置に関する。

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などにおいては、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを複数個直列または直並列接続することにより構成される組電池（電池システム）が用いられている。組電池システムにおいては、セル監視ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が単電池セルの状態を監視し、充放電状態を制御することにより、各単電池セルを管理する。

特許文献１の電池システムにおいては、複数個の単電池セルを一つの電池セルグループとして、電池セルグループごとに集積回路（セル監視ＩＣ）が接続されている。マイクロコンピュータからの起動信号に応じて下位のセル監視ＩＣから上位のセル監視ＩＣへと順に起動する。セル監視ＩＣは、マイクロコンピュータが送信するコマンド信号とデータパケットにしたがって動作する。セル監視ＩＣがそれぞれ制御するセルグループのデータを得る場合には、それぞれのセル監視ＩＣがデータパケットに監視データを付加して、次のセル監視ＩＣに送信し、最終的にマイクロコンピュータが全ての監視結果を受信する。マイクロコンピュータは、自分が送信したコマンド信号を含めたデータパケットを受信することにより、正常にコマンド信号が転送されたことを確認し、かつセル監視ＩＣが付加した監視データがある場合にはその監視データを受信する。

ＷＯ２０１７／０４３２３７

上記特許文献１に記載された組電池システムにおいて、集積回路（セル監視ＩＣ）はデイジーチェーン接続されている。各セル監視ＩＣは、通信送信ラインＴＸＤと通信受信ラインＲＸＤを介して、上位側から下位側にそれぞれ接続されている。この電池システム監視装置においては、例えば途中のセル監視ＩＣが故障した場合、通信信号を次段セル監視ＩＣに伝達できない。したがってマイクロコンピュータは通信異常と判断し、上位車両コントローラに対して電池システム監視装置が異常である旨を報告する。上位車両コントローラは、電池システム監視装置からセルの発煙発火が懸念されるようなセルの過電圧や過放電などが報告された場合、安全性が確保することができないので、リレーを開放して電池システムを停止し、異常警告灯を点灯し、モータ走行を停止させるなどの安全処理を実施する。

上記特許文献１においては、経路途中のセル監視ＩＣが故障した場合は通信異常と判断されるが、この場合であっても電池セルの状態が安全であるか否かが不明となるので、上位車両コントローラは同様に安全処理を実施する。そうすると、仮に電池セルの状態が安全であってセル監視ＩＣのみが異常であったとしても、上位車両コントローラは電池システムを停止することになるので、車両はモータ走行ができなくなる。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、セル監視ＩＣを直列接続した構成において、途中のセル監視ＩＣが故障した場合であっても電池システムの動作を継続することのできる電池システム監視装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電池システム監視装置においては、監視結果を出力する通信経路を介して監視回路間が直列接続されるとともに、監視結果を出力せずに監視回路間を直列接続するバイパス経路を備え、監視回路が異常であるときはバイパス経路によってその監視回路を迂回する。

本発明に係る電池システム監視装置によれば、いずれかの監視回路が異常となった場合であっても、バイパス経路によってその監視回路を迂回することにより、監視回路間の接続を確保することができるため、電池システムの動作を継続することができる。

電池システム監視装置１００を有する電池システムを備えたハイブリッド自動車の回路構成例を示す図である。 従来技術における、セルコントローラ２００内のセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄとバッテリコントローラ５００内のマイクロコンピュータ５０４との間の通信接続を示す図である。 実施形態１に係る電池システム監視装置１００の回路構成図である。 論理回路７０に対する入力によってスイッチ５０とスイッチ６０がどのように切り替わるかを示す表である。 実施形態２に係る電池システム監視装置１００の回路構成図である。 実施形態３に係る電池システム監視装置１００の回路構成図である。

＜電池システム監視装置の基本構成＞
以下の実施形態においては、制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして３．０〜４．２Ｖ（平均出力電圧：３．６Ｖ）の範囲に電圧を持つリチウムイオン電池を想定しているが、それ以外でもＳＯＣ（充電状態）が高すぎる場合（過充電）や低すぎる場合（過放電）に使用を制限するような蓄電デバイスであれば、本発明を適用することができる。以下ではそれらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。
以下に説明する実施形態においては、単電池セルを複数個（概ね数個から十数個）直列に接続したものをセルグループと呼び、このセルグループを複数個直列に接続したものを電池モジュールと呼ぶ。さらにセルグループあるいは電池モジュールを複数個直列または直並列に接続したものを組電池と呼称する。セル監視ＩＣは、各単電池セルのセル電圧を検出し、バランシング動作などを実施しながら電池状態を監視制御する。セル監視ＩＣは例えばセルグループ毎に設けることができる。

図１は、電池システム監視装置１００を有する電池システムを備えたハイブリッド自動車の回路構成例を示す図である。電池システム監視装置１００は、リレー６００と６１０を介してインバータ７００に接続されている。インバータ７００はモータ８００に接続されている。車両の発進・加速時には電池システム監視装置１００から放電電力がインバータ７００を通じてモータ８００に供給され、これにより図示されないエンジンをアシストする。車両停止・減速時には、モータ８００からの回生電力がインバータ７００を通じて電池システム監視装置１００に充電される。インバータ７００は、複数の半導体スイッチング素子を備えたインバータ回路と、半導体スイッチング素子のゲート駆動回路と、ゲート駆動回路をＰＷＭ制御するパルス信号を発生するモータコントローラとを備えている（図示は省略）。

電池システム監視装置１００は主に、組電池１０２、セルコントローラ２００、バッテリコントローラ５００を備える。組電池１０２は、リチウムイオン電池である複数の単電池セル１０１から構成されている。本実施形態１においては、定格容量５．５Ａｈのリチウムイオン電池を単電池セル１０１として、これを９６個直列に接続したものを使用している。セルコントローラ２００は、セル監視ＩＣ３００を複数備える。セル監視ＩＣ３００は、各単電池セル１０１の電圧をセルグループごとに検出してバランシング放電動作などを実施する。バッテリコントローラ５００は、セルコントローラ２００の動作を制御し、各単電池セル１０１の状態を判定する。バッテリコントローラ５００は、絶縁素子４００を介して各セル監視ＩＣ３００と通信する。

セル監視ＩＣ３００は、セルグループ毎に設けられている。セルコントローラ２００は、セル監視ＩＣ３００を用いて、組電池１０２の状態を管理する。組電池１０２とセルコントローラ２００との間の電圧検出線は、不図示のコネクタによりセルコントローラ２００に接続されている。

バッテリコントローラ５００は、総電圧検出回路５０１、充放電電流検出回路５０２、マイクロコンピュータ５０４を備える。総電圧検出回路５０１は、組電池１０２の総電圧を測定する。充放電電流検出回路５０２は、電流センサ５０３に接続されており、組電池１０２に流れる充放電電流を検出する。マイクロコンピュータ５０４は、セルコントローラ２００、インバータ７００、上位車両コントローラ（不図示）との間で通信し、バッテリコントローラ５００の全体を制御する。総電圧検出回路５０１は、組電池１０２の総電圧を測定できるのであれば、必ずしも図１のようにバッテリコントローラ５００の内部に設けられていなくともよい。インバータ７００も、組電池１０２の総電圧を検出する総電圧検出回路７０１を備えている。

図１には示されていないが、バッテリコントローラ５００は、セル監視ＩＣ３００に接続された温度検出回路によって測定された単電池セル１０１の温度に基づいて、電池状態のパラメータの温度補正を実施してもよい。図１では省略されているが、セルコントローラ２００とバッテリコントローラ５００は、一つの基板の上に設けられており、これらは金属製のケースに収納されている。組電池１０２も金属製のケースに収納されている。セルコントローラ２００と組電池１０２とは、複数の電圧検出線や単電池セル１０１の温度センサ（不図示）の接続線などが束ねられたハーネスによって接続されている。

バッテリコントローラ５００は、セルコントローラ２００に対して、各単電池セル１０１のＯＣＶ（開路電圧）を測定するよう指示する指令を、絶縁素子４００を介して送信する。セルコントローラ２００は、この指令に応じて各単電池セル１０１のＯＣＶを測定する。セルコントローラ２００は、その計測結果を記述したデータを、例えばセルグループ単位で絶縁素子４００を介してバッテリコントローラ５００に対して送信する。

バッテリコントローラ５００は、受信した各単電池セル１０１のＯＣＶをＳＯＣに変換し、各単電池セル１０１のＳＯＣの偏差を算出する。このＳＯＣの偏差が所定の値よりも大きい単電池セル１０１が、バランシング放電を実施する対象となる。バッテリコントローラ５００は、バランシング放電の対象となった単電池セル１０１のＳＯＣの偏差が０となるまでの時間を計算する。バッテリコントローラ５００は、その時間だけセル監視ＩＣ３００内のバランシングスイッチ回路をオンとするよう指示する指令を、セルコントローラ２００に対して送信する。セルコントローラ２００はこの指令に応じて、バランシング対象の単電池セル１０１をバランシング放電させる。

バッテリコントローラ５００が組電池１０２のＳＯＣを算出した後、インバータ７００あるいは上位車両コントローラがリレー６００とリレー６１０とをオンし、これにより電池システム監視装置１００がインバータ７００とモータ８００に接続される。上位車両コントローラからの充放電指令をインバータ７００が受けると、インバータ７００が動作してモータ８００を駆動するとともに、電池システム監視装置１００の充放電動作が実施される。

リレー６００とリレー６１０をオンとして電池システム監視装置１００が充放電を開始した以降、バッテリコントローラ５００は、総電圧検出回路５０１および充放電電流検出回路５０２を用いて、一定時間毎に組電池１０２の総電圧と充放電電流を測定する。得られた総電圧と充放電電流の値から、バッテリコントローラ５００は組電池１０２のＳＯＣとＤＣＲ（内部抵抗）をリアルタイムに算出する。さらに、これらの値から、組電池１０２が充放電可能な電流あるいは電力をリアルタイムに算出して、インバータ７００に送信する。インバータ７００は、その電流あるいは電力の範囲内で充放電電流あるいは電力を制御する。

図２は、従来技術における、セルコントローラ２００内のセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄとバッテリコントローラ５００内のマイクロコンピュータ５０４との間の通信接続を示す図である。セル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄは、図１のセル監視ＩＣ３００に対応するものであり、いずれも同じ構成を備えるが、各ＩＣを区別するためアルファベットの添え字を付した。その他の回路部品についても同様に、同じ構成を備える場合は添え字によって区別する。

マイクロコンピュータ５０４は、セルコントローラ２００内のセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄに対してコマンドとデータを送信するためのデータ送信ポートＴＸＤ、受信するためのデータ受信ポートＲＸＤを有している。

図２の例において、組電池１０２は、複数の単電池セル１０１をそれぞれ直列接続した４個のセルグループ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄを有している。セルグループ１０４ａと１０４ｂを直列接続した電池モジュールを、サービスディスコネクトスイッチ回路（ＳＤ−ＳＷ）１０３の下側に配置し、セルグループ１０４ｃと１０４ｄを直列接続した電池モジュールを、ＳＤ−ＳＷ１０３の上側に配置している。セルグループ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄにそれぞれ対応して、セル監視ＩＣ３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄが設けられている。以下単にセル監視ＩＣ３００と呼ぶ場合は、セル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄを総称することとする。

セル監視ＩＣ３００は、電源端子ＶＣＣとグランド端子ＧＮＤをそれぞれ有している。電源端子ＶＣＣは、セル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄがそれぞれ対応するセルグループ１０４ａ〜１０４ｄの最高電位端子、すなわち当該セルグループ内で最高電位の単電池セル１０１の正極側に接続されている。グランド端子ＧＮＤは、セル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄがそれぞれ対応するセルグループ１０４ａ〜１０４ｄの最低電位端子、すなわち当該セルグループ内で最低電位の単電池セル１０１の負極側に接続されている。セル監視ＩＣ３００と単電池セル１０１との間には、フィルタ回路１、放電抵抗２、過電流保護回路３などを配置してもよい。

ＳＤ−ＳＷ１０３は、高電圧の組電池などにおいてよく用いられるスイッチである。保守点検時にこのＳＤ−ＳＷ１０３を開放することによって、組電池１０２の電流経路を遮断し、作業者の感電を防止することを目的としている。このＳＤ−ＳＷ１０３を開放しておけば、電池モジュール間の直列接続が絶たれるので、組電池１０２の最上位端子と最下位端子を人間が触っても高電圧が人体に印加されることはないので、感電が防止できる。

マイクロコンピュータ５０４とセル監視ＩＣ３００ａおよび３００ｄの間の各通信経路で用いられている絶縁素子４００は、例えばフォトカプラ、アイソレータ、パルストランスなどによって構成することができる。

セル監視制御部４は、各単電池セル１０１の状態を計測する。通信制御部５は、データ送信ポートＴＸＤとデータ受信ポートＲＸＤを介して、セル監視ＩＣ３００間を接続する。内部電源出力回路６、アラーム出力回路７、汎用ポート入出力回路８については後述の実施形態１において説明する。

マイクロコンピュータ５０４のデータ送信ポートＴＸＤから起動信号がセル監視ＩＣ３００ａのデータ受信ポートＲＸＤに入力されると、これに応じてセル監視ＩＣ３００ａが起動し、次のセル監視ＩＣ３００ｂを起動するための通信信号を出力する。このときセル監視ＩＣ３００ａはデータ送信ポートＴＸＤからセル監視ＩＣ３００ｂのデータ受信ポートＲＸＤへ通信信号を出力する。

セル監視ＩＣ３００ａからの通信信号がデータ受信ポートＲＸＤへ入力されると、これに応じてセル監視ＩＣ３００ｂが起動し、次のセル監視ＩＣ３００ｃを起動するための通信信号をセル監視ＩＣ３００ａと同様に出力する。すなわち、セル監視ＩＣ３００ｂは、コンデンサを介して、データ送信ポートＴＸＤからセル監視ＩＣ３００ｃのデータ受信ポートＲＸＤへ通信信号を出力する。その後、セル監視ＩＣ３００ｃも同様に動作する。

セル監視ＩＣ３００ｃからの通信信号がデータ受信ポートＲＸＤへ入力され、セル監視ＩＣ３００ｄが起動すると、セル監視ＩＣ３００ｄのデータ送信ポートＴＸＤからマイクロコンピュータ５０４のデータ受信ポートＲＸＤへ通信信号が出力される。マイクロコンピュータ５０４は、この通信信号を受け取ることにより、セル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄの起動を確認し、セルコントローラ２００が起動されたことを認識することができる。

セルコントローラ２００が起動すると、マイクロコンピュータ５０４は絶縁素子４０１を通じてセル監視ＩＣ３００ａのデータ受信ポートＲＸＤにコマンド信号とデータパケットを送信する。セル監視ＩＣ３００ａはコマンド信号とデータパケットを受信し、さらにこれらをデータ送信ポートＴＸＤから次のセル監視ＩＣ３００ｂに送信する。このようにして全部のセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄはコマンド信号とデータを受信し、このコマンド信号とデータにしたがって動作する。

セル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄが、それぞれ制御するセルグループ１０４ａ〜１０４ｄの各単電池セル１０１の端子間電圧（セル電圧と呼ぶ）などを得ると、それぞれのセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄはデータパケットに計測結果を付加して、データ送信ポートＴＸＤから次のセル監視ＩＣのＲＸＤ端子に送信する。最終的にマイクロコンピュータ５０４のデータ受信ポートＲＸＤは、全てのセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄによる計測結果を受信する。マイクロコンピュータ５０４は、自分が送信したコマンド信号を含めたデータパケットを受信することにより、正常にコマンド信号が転送されたことを確認し、かつセル監視ＩＣ３００ａ〜３００ｄが付加した計測結果データがある場合にはそのデータを受信する。

図２で説明した従来の接続方法による電池システム監視装置においては、例えば途中のセル監視ＩＣ３００が通信信号を次段のセル監視ＩＣ３００に伝達できない故障に至った場合、マイクロコンピュータ５０４は通信異常を検知する。この場合、電池システム監視装置が異常と判定されることになるので、マイクロコンピュータ５０４または上位装置は電池システムを停止する。すなわち、組電池１０２自体が正常であったとしても、セル監視ＩＣ３００の通信異常によって車両が停止することになる。

＜実施の形態１＞
図３は、本発明の実施形態１に係る電池システム監視装置１００の回路構成図である。本実施形態１における電池システム監視装置１００は、図２に示した従来の回路構成に加えて、通信経路制御回路１０をセル監視ＩＣ３００ごとに備える。通信経路制御回路１０は、スイッチ５０、スイッチ６０、バイパス経路４０、論理回路７０を備える。スイッチ５０は、データ送信ポートＴＸＤからセル監視ＩＣ３００による通信信号を受け取るか、通信信号を受け取らずにバイパス経路４０と接続するかを切り替える。スイッチ６０は、前段に配置されている回路からの通信信号をデータ受信ポートＲＸＤへ入力するか、データ受信ポートＲＸＤへ入力せずバイパス経路４０に接続するかを切り替える。論理回路７０については以降で説明する。

論理回路７０は、セル監視ＩＣ３００が正常であるか否かを判定する役割を有する。したがって例えばＡＮＤ回路によって論理回路７０を構成し、論理回路７０に対する入力のうちいずれかがセル監視ＩＣ３００の異常を示している場合は、セル監視ＩＣ３００が異常である旨を表す信号（例えばＬｏレベル信号）を論理回路７０が出力する。論理回路７０に対する入力としては、以下のようなものを用いることができる。

論理回路７０は、セル監視ＩＣ３００が動作するために用いる電源電圧ＶＣＣを入力として受け取ることができる。セル監視ＩＣ３００のＶＣＣラインには前段に過電流保護素子が設けられる。セル監視ＩＣ３００の電源ＶＣＣとＧＮＤが短絡するような故障が生じると、ＶＣＣラインに短絡電流が流れて過電流保護素子は開放状態となり、セル監視ＩＣ３００には電源電圧が印可されない。したがってこのときセル監視ＩＣ３００は通信不能となる。論理回路７０に対する入力はＬｏレベルとなるので、論理回路７０の出力もＬｏレベルとなる。

論理回路７０は、セル監視ＩＣ３００の内部電源出力回路６の出力電圧を入力として受け取ることができる。セル監視ＩＣ３００は、例えば電源電圧ＶＣＣを降圧することにより、セル監視ＩＣ３００内のマルチプレクサ（不図示）、アンプ（不図示）、ＡＤコンバータ（不図示）などの回路が動作するために用いる内部電圧を生成する。この内部電圧が動作電圧未満まで低下すると、セル監視ＩＣ３００内の各回路は動作できないので通信不能となる。内部電源出力回路６は、内部電圧が正常時はＨｉレベルを出力し、動作電圧未満まで低下するとＬｏレベルを出力する。内部電源出力回路６の出力がＬｏレベルになると論理回路７０の出力もＬｏレベルとなる。

論理回路７０は、セル監視ＩＣ３００のアラーム出力回路７の出力を入力として受け取ることができる。アラーム出力回路７は、セル監視ＩＣ３００による自己診断の結果を出力する。アラーム出力回路７は、自己診断結果が正常であればＨｉレベルを出力し、異常であればＬｏレベルを出力する。アラーム出力回路７の出力がＬｏレベルになると論理回路７０の出力もＬｏレベルとなる。

論理回路７０は、セル監視ＩＣ３００の汎用ポート入出力回路８の出力を入力として受け取ることができる。汎用ポートは、設計者が任意の目的で用いることができる通信ポートである。例えばセル監視ＩＣ３００の自己診断結果以外の診断結果などを、汎用ポートから出力することができる。汎用ポート入出力回路８は、診断結果が正常であればＨｉレベルを出力し、異常であればＬｏレベルを出力する。汎用ポート入出力回路８の出力がＬｏレベルになると論理回路７０の出力もＬｏレベルとなる。

図４は、論理回路７０に対する入力によってスイッチ５０とスイッチ６０がどのように切り替わるかを示す表である。スイッチ５０は、論理回路７０に対する入力が全てＨｉレベルであるときのみデータ送信ポートＴＸＤと接続し、それ以外であればバイパス経路４０と接続する。スイッチ６０は、論理回路７０に対する入力が全てＨｉレベルであるときのみデータ受信ポートＲＸＤと接続し、それ以外であればバイパス経路４０と接続する。これにより、故障したセル監視ＩＣ３００はバイパス経路４０によってスキップされることになる。

セル監視ＩＣ３００ｃにおいて内部電源出力が低下する故障が生じたと仮定する。セル監視ＩＣ３００ｃは次段のセル監視ＩＣ３００ｄに対してコマンドとデータを送信できないので、従来の回路構成であればセル監視ＩＣ３００ｃにおいて通信経路が途絶してしまう。これに対して本実施形態１においては、スイッチ回路５０ｃとスイッチ回路６０ｃがバイパス経路４０ｃと接続し、これによりセル監視ＩＣ３００ｃを迂回する通信経路が形成される。したがって、セル監視ＩＣ３００ａから３００ｄに至る通信経路が途絶することはない。例えば再度マイクロコンピュータ５０４よりコマンドとデータを送信することにより、通信を復帰させることができる。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る電池システム監視装置１００は、セル監視ＩＣ３００が故障した場合、バイパス経路４０を介してその前後のセル監視ＩＣ３００を接続することにより、故障したセル監視ＩＣ３００を迂回する。これにより、セル監視ＩＣ３００の通信異常が発生した場合であっても、故障していないセル監視ＩＣ３００による監視を継続するとともに、電池システムの動作を継続することができる。

一部のセル監視ＩＣ３００が故障した場合であっても、その他のセル監視ＩＣ３００が正常であれば、車両の動作を継続することができる。例えば総電圧検出回路５０１または７０１が組電池１０２の総電圧を計測することにより、組電池１０２全体としての安全性を判断し、その結果に応じて車両の動作を継続することができる。

本実施形態１に係る電池システム監視装置１００においては、セル監視ＩＣ３００と通信経路制御回路１０が互いに別の回路として構成され、両回路間は通信ポートによって接続されている。例えば通信経路制御回路１０は、セル監視ＩＣ３００のデータ受信ポートＲＸＤに前段からの通信信号を送信するポート、セル監視ＩＣ３００のデータ送信ポートＴＸＤから通信信号を受け取るポート、論理回路７０に対する各入力を受け取るポート、を備える。両回路を別の回路として構成することにより、論理回路７０に対する入力を、任意に入れ替えることができる。例えば通信経路制御回路１０は変更することなく、汎用ポートからの出力を他の診断結果に置き換えることができる。これにより、通信経路制御回路１０を設計・実装しなおすことなく、電池システム監視装置１００の機能構成を柔軟に変更することができる。

＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施形態２に係る電池システム監視装置１００の回路構成図である。本実施形態２においては、実施形態１とは異なり、通信経路制御回路１０はセル監視ＩＣ３００の一部として統合されている。これにより、回路の実装面積を抑制することができるメリットがある。例えば、通信経路制御回路１０の電源ＶＤＤとＧＮＤは、セル監視ＩＣ３００のＶＣＣとＧＮＤを流用することができる。

＜実施の形態３＞
図６は、本発明の実施形態３に係る電池システム監視装置１００の回路構成図である。本実施形態３において、マイクロコンピュータ５０４はセル監視ＩＣ３００ａに対して計測命令を送信し、セル監視ＩＣ３００ａから計測結果を受け取る。したがって通信経路制御回路１０は、セル監視ＩＣ３００ａから３００ｄに至る通信経路と、セル監視ＩＣ３００ｄから３００ａまで戻ってくる通信経路とを有している。すなわち、セル監視ＩＣ３００間を接続する通信経路が２重になっている。

具体的には、通信経路制御回路１０は、スイッチ５０に代えてスイッチ５１と５２を備え、スイッチ６０に代えてスイッチ６１と６２を備える。スイッチ５２は、セル監視ＩＣ３００ａから３００ｄに至る通信経路において、データ送信ポートＴＸＤ２とバイパス経路４２との間で通信経路を切り替える。スイッチ５１は、セル監視ＩＣ３００ｄから３００ａに戻ってくる通信経路において、データ受信ポートＲＸＤ２とバイパス経路４１との間で通信経路を切り替える。スイッチ６２は、セル監視ＩＣ３００ａから３００ｄに至る通信経路において、データ受信ポートＲＸＤ１とバイパス経路４２との間で通信経路を切り替える。スイッチ６１は、セル監視ＩＣ３００ｄから３００ａに戻ってくる通信経路において、データ送信ポートＴＸＤ１とバイパス経路４２との間で通信経路を切り替える。

セル監視ＩＣ３００ｃにおいて内部電源出力が低下する故障が生じたと仮定する。スイッチ６２ｃとスイッチ５２ｃはバイパス経路４２ｃを選択するので、往路においてセル監視ＩＣ３００ｃがスキップされる。スイッチ５１ｃと６１ｃはバイパス経路４１ｃを選択するので、復路においてもセル監視ＩＣ３００ｃがスキップされる。

本実施形態３に係る電池システム監視装置１００によれば、マイクロコンピュータ５０４との間で通信するセル監視ＩＣ３００がいずれか１つに統一されている図６のような往復通信経路を採用した場合であっても、実施形態１〜２と同様に、故障したセル監視ＩＣ３００をスキップすることができる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

以上の実施形態において、本発明をハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などに用いられる電池システムに対して適用した例を説明したが、本発明はＨＥＶに限らず、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、鉄道車両などに搭載される各種電池システムに対して幅広く適用可能である。

以上の実施形態においては、セルグループ１０４ごとにセル監視ＩＣ３００を配置しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば単電池セルごとにセル監視ＩＣを設けてもよいし、複数のセルグループ１０４を１つのセル監視ＩＣが監視してもよい。また組電池１０２は複数のセルグループ１０４を直列接続することによって構成することとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば複数の単電池セル１０１を直列接続することによって組電池１０２とみなしてもよい。

以上の実施形態において、ＳＤ−ＳＷ１０３の前後にそれぞれ２つのセルグループを配置しているが、このセルグループの数は２個に限定されるものではなく、例えば３個以上であってもよい。

以上の実施形態において、論理回路７０に対してＶＣＣを直接入力しているが、ＶＣＣは高電圧であるので、例えばＶＣＣを分圧または降圧することにより、論理回路７０に対する入力として適した電圧レベルに変換した上で、論理回路７０に対して入力するようにしてもよい。

以上の実施形態において、組電池１０２の電位順序とは逆の通信順序にしたがって、セル監視ＩＣ３００間でコマンドおよび通信データを伝送することとしたが、この通信順序を反対にしてもよい。すなわち、組電池１０２の電位順序と同じ通信順序により、セル監視ＩＣ３００間でコマンドおよび通信データを伝送することもできる。

以上の実施形態において、セル監視ＩＣ３００間には、対応するセルグループ１０４に応じた電位差が存在する。セル監視ＩＣ３００は、この電位差を解消して通信する必要がある。そこでコンデンサを介してセル監視ＩＣ３００間を接続し、このコンデンサにより通信信号の直流成分を遮断することにより、セル監視ＩＣ３００間の電位差を解消してもよい。

以上の実施形態において、たとえばマイクロコンピュータ５０４とセル監視ＩＣ３００との間の通信信号や、セル監視ＩＣ３００間の通信信号を、ノイズに強くするために差動型としてもよい。

１：フィルタ回路
２：放電抵抗
３：過電流保護回路
４：セル監視制御部
５：通信制御部
６：内部電源出力回路
７：アラーム出力回路
８：汎用ポート入出力回路
１０：通信経路制御回路
５０, ５１, ５２：スイッチ
６０, ６１, ６２：スイッチ
７０：論理回路
１００：電池システム監視装置
１０１：単電池セル
１０２：組電池
１０３：サービスディスコネクトスイッチ回路（ＳＤ−ＳＷ）
１０４ａ〜１０４ｄ：セルグループ
２００：セルコントローラ
３００，３００ａ〜３００ｄ：セル監視ＩＣ
４００：絶縁素子
５００：バッテリコントローラ
５０１：総電圧検出回路
５０２：充放電電流検出回路
５０３：電流センサ
５０４：マイクロコンピュータ
６００：リレー
６１０：リレー
７００：インバータ
７０１：総電圧検出回路

Claims (10)

1. 複数の単電池を直列接続することにより構成されている組電池の状態を監視する電池システム監視装置であって、
   前記電池システム監視装置は、前記単電池の状態を計測する１以上の監視回路を、前記単電池ごとまたは２以上の前記単電池を直列接続した単電池グループごとに備えており、
   前記電池システム監視装置はさらに、前記監視回路間の通信経路を制御する通信経路制御回路を備え、
   各前記監視回路は、前記通信経路制御回路を介して直列接続されており、
   前記通信経路制御回路は、前記監視回路による通信信号を他の前記監視回路に対して出力する通信経路と、前記監視回路による通信信号を他の前記監視回路に対して出力せずに前記監視回路間を接続するバイパス経路とを備え、
   前記通信経路制御回路は、正常動作している前記監視回路については前記通信経路を介して他の前記監視回路と接続し、正常動作していない前記監視回路については前記バイパス経路を介して他の前記監視回路と接続する
   ことを特徴とする電池システム監視装置。
2. 前記１以上の監視回路は、
   前記組電池の状態を計測するよう指示する計測指令を上位装置から受け取る第１監視回路、
   前記組電池の状態を計測した結果を前記上位装置に対して送信する第２監視回路、
   を含んでおり、
   前記第１監視回路と前記第２監視回路を除く各前記監視回路は、前記第１監視回路と前記第２監視回路との間に直列接続されており、
   各前記監視回路は、前記第１監視回路を経由して前記計測指令を受け取ると、前記計測指令にしたがって前記単電池の状態を計測し、前記直列接続の前段に配置された前記監視回路による計測結果を統合した上で、前記通信経路を介して前記単電池の計測結果を出力し、
   前記第２監視回路は、各前記監視回路による計測結果を統合することにより前記組電池の状態を表す統合計測結果を生成して前記上位装置に対して送信する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
3. 前記通信経路制御回路は、前記監視回路が前記通信経路と前記バイパス経路のいずれを用いて他の前記監視回路と通信するかを切り替えるスイッチを備え、
   前記監視回路は、前記監視回路が動作するために用いる電源電圧を受け取り、
   前記通信経路制御回路は、前記電源電圧が異常であるときは前記バイパス経路を用いるように前記スイッチを切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
4. 前記監視回路は、前記電源電圧を用いて、前記監視回路の内部において用いる内部電圧を生成し、
   前記通信経路制御回路は、前記内部電圧が異常であるときは前記バイパス経路を用いるように前記スイッチを切り替える
   ことを特徴とする請求項３記載の電池システム監視装置。
5. 前記通信経路制御回路は、前記監視回路が前記通信経路と前記バイパス経路のいずれを用いて他の前記監視回路と通信するかを切り替えるスイッチを備え、
   前記監視回路は、前記監視回路に対して自己診断を実施し、
   前記通信経路制御回路は、前記自己診断の結果が異常であるときは前記バイパス経路を用いるように前記スイッチを切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
6. 前記通信経路制御回路は、前記監視回路が前記通信経路と前記バイパス経路のいずれかを用いて他の前記監視回路と通信するかを切り替えるスイッチを備え、
   前記監視回路と前記通信経路制御回路との間は、配線と端子を介して接続されており、
   前記監視回路は、前記監視回路が正常動作しているか否かを表す自己診断信号を、前記配線と前記端子を介して出力し、
   前記通信経路制御回路は、前記監視回路が異常である旨を前記自己診断信号が表しているときは前記バイパス経路を用いるように前記スイッチを切り替える
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
7. 前記監視回路は、前記直列接続の前段に配置された前記監視回路による通信信号を入力する第１ポートと、前記通信信号を出力する第２ポートと、前記監視回路が正常動作しているか否かを表す通信信号を出力する第３ポートとを備え、
   前記通信経路制御回路は、前記第１ポートに前記通信信号を送信する第４ポートと、前記第２ポートから前記通信信号を受け取る第５ポートと、前記第３ポートから前記通信信号を受け取る第６ポートとを備え、
   前記第１ポートと前記第４ポートとの間、前記第２ポートと前記第５ポートとの間、および前記第３ポートと前記第６ポートとの間は、それぞれ配線によって接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
8. 前記通信経路制御回路は、前記監視回路の一部として構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
9. 前記１以上の監視回路は、前記組電池の状態を計測するよう指示する計測指令を上位装置から受け取る第１監視回路を有しており、
   前記通信経路制御回路はさらに、前記監視回路間を接続する第２通信経路を備え、
   各前記監視回路は、前記第１監視回路に続いて直列接続されており、
   各前記監視回路は、前記第１監視回路を経由して前記計測指令を受け取ると、前記計測指令にしたがって前記単電池の状態を計測し、前記直列接続の前段に配置された前記監視回路による計測結果を統合した上で、前記通信経路を介して前記単電池の計測結果を出力し、
   前記第１監視回路は、前記第２通信経路を介して各前記監視回路による計測結果を受け取って統合することにより、前記組電池の状態を表す統合計測結果を生成して前記上位装置に対して送信する
   ことを特徴とする請求項１記載の電池システム監視装置。
10. 前記通信経路制御回路はさらに、前記監視回路による計測結果を他の前記監視回路に対して出力せずに前記監視回路間を接続する第２バイパス経路を備え、
    前記通信経路制御回路は、正常動作している前記監視回路については前記通信経路と前記第２通信経路を介して他の前記監視回路と接続し、正常動作していない前記監視回路については前記バイパス経路と前記第２バイパス経路を介して他の前記監視回路と接続する
    ことを特徴とする請求項９記載の電池システム監視装置。

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