JP2020188528A

JP2020188528A - バッテリ監視装置及び電動車両の制御装置

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Publication number: JP2020188528A
Application number: JP2019089515A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　豊; Yutaka Sato; 豊佐藤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2039-05-10
Also published as: US11220185B2; JP7227844B2; US20200353821A1

Abstract

【課題】バッテリの状態を高い信頼性を持って監視することができ、かつ、バッテリの状態信号の増加を抑制できるバッテリ監視装置を提供する。【解決手段】バッテリ監視装置は、バッテリを構成する複数の電池要素の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出部（２３１）を備える。温度検出部（２３１）は、第１レンジの温度を検出する第１検出回路（５１）と、第２レンジの温度を検出する第２検出回路（５２）と、温度の検出信号（Ｖｏｕｔ）と異常を示す閾値とを比較する比較回路（５３）と、温度の検出信号が出力される第１出力端子（ｔ１）と、比較回路から異常の有無を示す信号が出力される第２出力端子（ｔ２）とを含む。そして、第１出力端子（ｔ１）の検出信号が、第２出力端子（ｔ２）の信号に連動して、第１検出回路の検出信号から第２検出回路の検出信号へ切り替わるように構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両のバッテリの状態を監視するバッテリ監視装置及び電動車両の制御装置に関する。

従来の電動車両においては、走行用の電力を蓄積するバッテリの状態の監視が行われている。特許文献１には、バッテリに含まれる異なる電池スタックの温度をそれぞれ検出する複数の温度センサを備えた車両システムが開示されている。

特開２０１８−２７７１３号公報

走行用の電力を蓄積するバッテリは、多数の電池セルが直列接続されて構成される。このようなバッテリの状態を高い信頼性を持って監視するには、個々の電池セルごとに温度センサを設け、電池セルごとに状態の検出を行う必要がある。

一方、１つの温度センサで低温から異常発熱までの広い範囲をカバーすることは困難である。このため、例えば１つの温度センサを用いて、常用の温度範囲に検出レンジを合わせた場合、温度センサから異常な出力があったときに、電池セルが異常発熱しているのか、温度センサの異常なのか判別が困難になるという課題がある。

そこで、１つの電池セルに、検出レンジの異なる複数の温度センサを適用することを検討できる。しかし、バッテリは多数の電池セルを含むため、１つの電池セルに複数の温度センサを設けると、電池セルの数に温度センサの増加分が乗算されて、バッテリ監視装置が扱うバッテリの状態信号の数が非常に多くなるという課題がある。

本発明は、バッテリの状態を高い信頼性を持って監視することができ、かつ、バッテリの状態信号の増加を抑制できるバッテリ監視装置、並びに、このようなバッテリ監視装置の監視に基づき適切に電動車両の制御を行える電動車両の制御部を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
電動車両のバッテリの状態を監視するバッテリ監視装置であって、
前記バッテリを構成する複数の電池要素の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出部を備え、
前記複数の温度検出部の各々は、
第１レンジの温度を検出する第１検出回路と、
前記第１レンジとは異なる第２レンジの温度を検出する第２検出回路と、
温度の検出信号と異常を示す閾値とを比較する比較回路と、
温度の検出信号が出力される第１出力端子と、
前記比較回路から異常の有無を示す信号が出力される第２出力端子と、
を含み、
前記第１出力端子の検出信号が、前記第２出力端子の信号に連動して、前記第１検出回路の検出信号から前記第２検出回路の検出信号へ切り替わるように構成されていることを特徴とするバッテリ監視装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバッテリ監視装置において、
前記第１検出回路は、第１サーミスタ及び抵抗が直列接続された分圧回路であり、第１電源電圧を受けて動作するように構成され、
前記第２検出回路は、第２サーミスタ及び抵抗が直列接続された分圧回路であり、前記第１電源電圧よりも大きな第２電源電圧を受けて動作するように構成され、
前記複数の温度検出部の各々は、
前記比較回路から出力された異常を示す信号に基づいて、前記第２検出回路へ前記第２電源電圧を供給する電源スイッチを、更に含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のバッテリ監視装置において、
前記第１検出回路の出力点と前記第２検出回路の出力点とが第１ダイオードを介して接続され、
前記第２検出回路と前記電源スイッチとが第２ダイオードを介して接続されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリ監視装置において、
前記バッテリの管理を行うバッテリ管理部を、更に備え、
前記バッテリ管理部は、前記第２出力端子から異常を示す信号が出力された場合に、前記第１出力端子の検出信号に基づいて、前記バッテリの異常発熱か前記温度検出部の異常かを判定することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の電動車両の制御装置において、
前記バッテリ管理部は、前記第２出力端子から異常を示す信号が出力された場合に、前記第１出力端子の検出信号の時間変化率に基づいて、前記バッテリの使用可否を判定することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、
請求項４から請求項５のいずれか一項に記載のバッテリ監視装置と、
前記バッテリ監視装置の出力を受けて電動車両の制御を行う車両制御部と、
を備え、
前記車両制御部は、前記バッテリ管理部が前記温度検出部の異常と判定した場合に搭乗者に故障の警告を行い、前記バッテリ管理部が前記バッテリの異常発熱と判定した場合に搭乗者に異常発熱に関する警告を行うことを特徴とする電動車両の制御装置である。

本発明に係るバッテリ監視装置によれば、複数の電池要素に対応した複数の温度検出部を備え、かつ、各温度検出部に温度の検出レンジが異なる第１検出回路と第２検出回路とが含まれる。これらの構成により、個々の電池要素ごとに、その温度、異常発熱、並びに、検出回路の異常等の検出が可能となり、高い信頼性を持ってバッテリの監視を行うことができる。さらに、本発明に係るバッテリ監視装置によれば、比較回路により第２出力端子から異常を示す信号を出力することができ、加えて、第２出力端子の信号に連動して、第２出力端子から出力される検出信号が、第１検出回路の検出信号から第２検出回路の検出信号へと切り替えられる。したがって、各温度検出部から出力される温度の検出信号を、第１出力端子の１つの検出信号に集約することができ、バッテリの状態信号の増加を抑制できる。

本発明の実施形態に係る電動車両を示すブロック図である。温度検出部を示す回路図である。第１検出回路の検出信号Ｖｏｕｔ１と第２検出回路の検出信号Ｖｏｕｔ２と温度の関係を示すグラフである。ＢＣＵと車両制御部とにより実行される異常検出時処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動車両を示すブロック図である。

本実施形態の電動車両１は、ＥＶ（Electric Vehicle）又はＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）などであり、駆動輪２と、駆動輪２の動力を発生する走行モータ３と、走行モータ３を駆動する電力を蓄積するバッテリ４と、バッテリ４の電力を変換して走行モータ３を駆動するインバータ５とを備える。さらに、電動車両１は、搭乗者から操作指令が入力される操作部１１と、搭乗者に情報を出力可能な表示パネル１２と、電動車両１を制御する制御装置２０とを備える。操作部１１は、ハンドル、ペダル及びシフトレバーなどの運転操作部が含まれていてもよい。

制御装置２０は、電動車両１の制御を行う車両制御部２１と、バッテリ４の状態を監視するバッテリ監視装置２２とを含む。バッテリ監視装置２２は、バッテリ４の状態を検出する監視回路２３と、監視回路２３の検出結果に基づいてバッテリ４の管理を行うバッテリ管理部としてのＢＣＵ（Battery Control Unit）２４とを含む。車両制御部２１とＢＣＵ２４の各々は、１つのＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成されるが、これらは互いに連携して動作する複数のＥＣＵから構成されてもよい。車両制御部２１とＢＣＵ２４とが１つのＥＣＵから構成されてもよい。

バッテリ４は、例えばリチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池などであり、複数の電池セルＣＥが直列に接続されて構成される。なお、複数の電池セルＣＥは直列に接続されてバッテリユニットを構成し、バッテリ４は、複数のバッテリユニットが直列及び並列に接続された構成であってもよい。

監視回路２３は、バッテリ４を構成する個々の電池セルＣＥの温度及び電圧を検出する複数の温度検出部２３１及び複数の電圧検出部（図示略）を有する。監視回路２３には、バッテリ４の全体の電圧、放電電流及び充電電流を検出する電圧センサ及び電流センサが含まれていてもよい。監視回路２３の検出結果である状態信号には、複数の電池セルＣＥの各々の温度の検出信号、各々の電圧の検出信号、各々の異常又は正常の状態を示すエラー信号が含まれ、これらがＢＣＵ２４へ伝送される。

図２は、温度検出部を示す回路図である。図３は、第１検出回路の検出信号Ｖｏｕｔ１と第２検出回路の検出信号Ｖｏｕｔ２と温度の関係を示すグラフである。

温度検出部２３１は、第１レンジの温度を検出する第１検出回路５１と、第１レンジとは異なる第２レンジの温度を検出する第２検出回路５２と、検出された温度の異常を判別する比較回路５３と、第２検出回路５２への第２電源電圧Ｖ２（例えば１２Ｖ）の供給と非供給とを切り替える電源スイッチ５４と、第１検出回路５１と第２検出回路５２との干渉を抑制する第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２とを備える。さらに、温度検出部２３１は、温度を示す検出信号Ｖｏｕｔが出力される第１出力端子ｔ１と、温度の検出結果が正常か異常かを示すエラー信号Ｓｅが出力される第２出力端子ｔ２と、接地電位と接続される接地端子ＧＮＤとを備える。エラー信号Ｓｅは、例えば二値信号であり、ハイレベルである場合に異常を示し、ローレベルである場合に正常を示す。

第１検出回路５１は、第１サーミスタＴＨ１と分圧抵抗Ｒ１とが直列に接続された分圧回路である。第１検出回路５１は、分圧回路の両端間に低い第１電源電圧Ｖ１（例えば５Ｖ）が加えられて動作し、温度の検出信号Ｖｏｕｔ１として、出力点Ｎ１から第１電源電圧Ｖ１を分圧した電圧を出力する。第１サーミスタＴＨ１は、常用の温度範囲（例えば−２０℃〜８０℃）に適合された特性、すなわち、その温度範囲でその他の温度範囲よりも抵抗を大きく変化させる特性を有する。第１サーミスタＴＨ１は、対応する電池セルＣＥの熱が伝導される箇所に配置されている。検出信号Ｖｏｕｔ１は、図３に示すように、常用の温度範囲の温度に応じて第１電源電圧Ｖ１の範囲内で変化する電圧信号である。

第２検出回路５２は、第２サーミスタＴＨ２と分圧抵抗Ｒ２とが直列に接続された分圧回路である。第２検出回路５２は、分圧回路の両端間に高い第２電源電圧Ｖ２（例えば１２Ｖ）が加えられて動作し、温度の検出信号Ｖｏｕｔ２として、出力点Ｎ１から第２電源電圧Ｖ２を分圧した電圧を出力する。第２サーミスタＴＨ２は、常用の温度範囲を一部含む異常発熱の温度範囲に適合された特性、すなわち、この温度範囲でその他の温度範囲よりも抵抗を大きく変化させる特性を有する。第２サーミスタＴＨ２は、対応する電池セルＣＥの熱が伝導される箇所に配置されている。検出信号Ｖｏｕｔ２は、図３に示すように、常用の温度範囲を一部含む異常発熱の温度範囲の温度に応じて第２電源電圧Ｖ２の範囲内で変化する電圧信号である。

第１検出回路５１の出力点Ｎ１と、第２検出回路５２の出力点Ｎ２とは、第１ダイオードＤ１を介して接続され、第２検出回路５２の出力点Ｎ２は、第１出力端子ｔ１に直結されている。第１ダイオードＤ１は、出力点Ｎ１から出力点Ｎ２へ電流を流す向きに接続されている。第１ダイオードＤ１は、異常発熱の温度範囲で第２検出回路５２が動作しているときに、第１検出回路５１と第１出力端子ｔ１とを遮る機能を果たす。

第２検出回路５２と電源スイッチ５４とは第２ダイオードＤ２を介して接続されている。第２ダイオードＤ２は、電源スイッチ５４から第２検出回路５２へ電流を流す向きに接続されている。第２ダイオードＤ２は、第２検出回路５２が動作していないときに、第１検出回路５１の電流が第２検出回路５２の第２サーミスタＴＨ２に流れないように機能する。

なお、簡略化のため、本実施形態では、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２の電圧降下の作用を省略して説明する。電圧降下の作用を省略した場合と、省略しない場合とでは、比較回路５３の閾値電圧、第１サーミスタＴＨ１、第２サーミスタＴＨ２の特性値を適宜ずらすことで、温度検出部２３１は同様に動作する。

比較回路５３は、第１出力端子ｔ１に出力される検出信号Ｖｏｕｔ（第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１又は第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２）と、異常を示す閾値電圧Ｖｔｈ（例えば４．７Ｖ）とを比較するコンパレータである。比較回路５３は、比較結果の信号をエラー信号Ｓｅとして第２出力端子ｔ２に出力する。エラー信号Ｓｅは、前述のように、例えば、ハイレベルであれば異常を示し、ローレベルであれば正常を示す二値信号である。

電源スイッチ５４は、第２出力端子ｔ２のエラー信号Ｓｅが制御端子に入力され、エラー信号Ｓｅが異常を示す値である場合に、第２電源電圧Ｖ２を第２検出回路５２へ供給し、エラー信号Ｓｅが正常を示す値である場合に、第２電源電圧Ｖ２の供給を停止する。

＜温度検出部の動作＞
温度検出部２３１は、第１出力端子ｔ１から電池セルＣＥの温度を示す検出信号Ｖｏｕｔを出力し、第２出力端子ｔ２から異常の有無を示すエラー信号Ｓｅを出力する。

電池セルＣＥが常用の温度範囲（例えば−３０℃〜８０℃）にある場合、第１検出回路５１の動作により、第１検出回路５１の出力点Ｎ１から第１出力端子ｔ１へ電池セルＣＥの温度に応じた検出信号Ｖｏｕｔ１が出力される。このとき、比較回路５３からのエラー信号Ｓｅは正常の値を示し、電源スイッチ５４はオフされ、第２検出回路５２は動作しない。このとき、第２ダイオードＤ２があることで、第１検出回路５１に流れる電流の一部が、第２サーミスタＴＨ２に流れることが回避され、第２検出回路５２の干渉なく、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１が第１出力端子ｔ１から出力される。

電池セルＣＥが異常発熱の温度範囲（例えば１００℃〜２５０℃）になると、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１が高くなり、比較回路５３から異常を示すエラー信号Ｓｅが出力される。さらに、エラー信号Ｓｅにより、電源スイッチ５４がオンされて第２検出回路５２が動作し、第２検出回路５２から電池セルＣＥの温度に応じた検出信号Ｖｏｕｔ２が出力される。異常発熱の温度範囲では、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１は飽和し、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２の方が大きくなる。これにより、第１検出回路５１の出力点Ｎ１は第１ダイオードＤ１により第１出力端子ｔ１から遮断される。そして、第１検出回路５１の干渉なく、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２が第１出力端子ｔ１から出力される。ＢＣＵ２４は、第２出力端子ｔ２のエラー信号Ｓｅに基づき、第２出力端子ｔ２の検出信号Ｖｏｕｔが第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２に切り替えられたことを認識できる。

電池セルＣＥが常用の温度範囲にある一方、第１検出回路５１に異常が生じた場合、例えば第１サーミスタＴＨ１が短絡故障した場合、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１は高くなり、比較回路５３から異常を示すエラー信号Ｓｅが出力される。異常を示すエラー信号Ｓｅが出力されると、電源スイッチ５４がオンされて第２検出回路５２が動作し、第２検出回路５２から電池セルＣＥの温度に応じた検出信号Ｖｏｕｔ２が出力される。常用の温度範囲では、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２は、異常を来した第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１と同等かそれよりも低くなる。このため、第１出力端子ｔ１からは、短絡故障した第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１が継続的に出力される。ＢＣＵ２４は、第２出力端子ｔ２のエラー信号Ｓｅに基づき、異常の発生を検出でき、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔが常用の温度範囲内の高い温度を示す値で変化しないことに基づき、温度検出部２３１の異常であることを判定できる。

＜制御処理＞
図４は、ＢＣＵと車両制御部とにより実行される異常検出時処理の一例を示すフローチャートである。続いて、ＢＣＵ２４及び車両制御部２１によって実行される、バッテリ４の異常検出時処理について説明する。以下では、ＢＣＵ２４と車両制御部２１とがデータ通信を介して連携して異常検出時処理を行う例を説明するが、ＢＣＵ２４又は車両制御部２１が単体で異常検出時処理を行ってもよい。

異常検出時処理は、電動車両１の起動時に開始される。異常検出時処理が開始されると、先ず、ＢＣＵ２４は、監視回路２３から状態信号をサンプリングし、必要なデータを計算する（ステップＳ１）。入力される状態信号には、複数の温度検出部２３１の各出力信号（検出信号Ｖｏｕｔ、エラー信号Ｓｅ）が含まれる。また、入力される状態信号には、バッテリ４が密封されたパッケージの内部圧力Ｐ１と大気圧（パッケージ外の圧力）Ｐ２のデータとが含まれてもよい。計算されるデータには、検出信号Ｖｏｕｔの時間変化率δＶｏｕｔが含まれる。時間変化率δＶｏｕｔは、前回と今回の検出信号Ｖｏｕｔとサンプリング間隔とから計算できる。

次に、ＢＣＵ２４は、複数の温度検出部２３１から取り込んだ複数のエラー信号Ｓｅの中に異常を示すハイレベルの信号が含まれているか判別する（ステップＳ２）。そして、含まれていなければ、ＢＣＵ２４は、バッテリ４の温度が正常であると判断し、ステップＳ１へ戻り、ステップＳ１、Ｓ２のループ処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２で含まれていると判別されたら、ＢＣＵ２４は、異常が示された温度検出部２３１の信号を対象とし、検出信号Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈに誤差分αを加えた電圧（Ｖｔｈ＋α）よりも大きいか判別する（ステップＳ３）。判別の結果がＮＯであれば、ＢＣＵ２４は、温度検出部２３１の異常（具体的には、第１検出回路５１の第１サーミスタＴＨ１の短絡故障）と判定し、制御用の変数“TH1_short_err”に判定値“１”を代入する（ステップＳ４）。そして、この変数“TH1_short_err”の値が車両制御部２１に伝送されることで、車両制御部２１は、走行の継続を許可しつつ、表示パネル１２の故障灯を点灯させる制御を行う（ステップＳ５）。そして、異常検出時処理が終了される。この変数“TH1_short_err”の値は、電動車両１のシステムが一旦終了し、再度起動した場合にも残される。

一方、ステップＳ３の判別結果がＹＥＳであれば、ＢＣＵ２４は、検出信号Ｖｏｕｔの時間変化率δＶｏｕｔ［Ｖ／秒］が、緊急高熱異常の可能性を示す閾値β［Ｖ／秒］以上であるか判別する（ステップＳ６）。さらに、ここで、ＢＣＵ２４は、併せて、バッテリ４のパッケージの内部圧力Ｐ１と大気圧Ｐ２との差（Ｐ１−Ｐ２）が、緊急高熱異常の可能性を示す閾値γ以上であるか判別する（ステップＳ６）。緊急高熱異常とは、バッテリ４の使用禁止を要する異常発熱を意味する。緊急高熱異常に至らない単なる異常発熱は、バッテリ４の放電電流の制限を要するが、バッテリ４の使用の継続が可能な異常発熱を意味する。

なお、時間変化率δＶｏｕｔの非線形特性により、時間変化率δＶｏｕｔ×検出信号Ｖｏｕｔの値に応じた係数が、温度の時間変化率に相当する場合等には、ステップＳ６の判別処理において、時間変化率δＶｏｕｔに係数を乗じて閾値βと比較してもよい。また、温度の高さに応じて閾値βが変動する場合には、ステップＳ６の判別処理において、この変動を考慮した比較を行ってもよい。

そして、ステップＳ６の両比較結果がＮＯであれば、ＢＣＵ２４は、バッテリ４の一時的な異常発熱と判断し、バッテリ４の管理データである放電可能電力の値を低下させ、一時的な異常発熱の情報を車両制御部２１へ通知する（ステップＳ７）。この通知により、車両制御部２１は、表示パネル１２のバッテリ高温異常警告灯を点灯させる。さらに、車両制御部２１は、搭乗者の運転操作に応じてインバータ５を駆動してバッテリ４の電力を走行モータ３へ出力する際、ＢＣＵ２４から放電可能電力の制限された値を受け取ることで、この放電可能電力を超えないようにインバータ５を駆動し、これにより、電動車両１の走行パワーが制限される。ステップＳ７の後、ＢＣＵ２４は、処理をステップＳ３に戻す。

一方、ステップＳ６の比較の結果、いずれかの比較結果がＹＥＳであれば、ＢＣＵ２４は、バッテリ４の緊急高熱異常と判定し、制御用の変数“Batt_em_overheat”に判定値“１”を代入する（ステップＳ８）。そして、この変数“Batt_em_overheat”の値が車両制御部２１に伝送されることで、車両制御部２１は、例えば、電動車両１の緊急停止とバッテリ４をシステムから強制遮断する処理を行うなど、電動車両１の走行を禁止する制御を行う（ステップＳ９）。加えて、車両制御部２１は、表示パネル１２の乗員車外退避要求灯を点灯させる制御を行う（ステップＳ９）。そして、異常検出時処理が終了される。この変数“Batt_em_overheat”の値は、電動車両１のシステムが一旦終了し、再度起動した場合にも残される。

なお、ステップＳ６の判別処理では、ＢＣＵ２４は、上述の２つの比較のいずれか一方のみ行うようにしてもよい。さらに、上記のステップＳ６の判別処理では、ＢＣＵ２４は、２つの比較結果の両方がＹＥＳの場合に、バッテリ緊急高熱異常と判別し、いずれかの比較結果がＮＯの場合に、一時的な高温異常と判別するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、温度検出部２３１が、第１レンジの温度を検出する第１検出回路５１と、第１レンジとは異なる第２レンジの温度を検出する第２検出回路と、異常の信号を出力する比較回路５３とを備える。そして、これらが出力する信号により、対応する電池セルＣＥの常用の温度範囲の温度、異常発熱時の温度、温度検出部２３１の異常の発生等を識別することができる。さらに、各温度検出部２３１は、温度の検出信号Ｖｏｕｔが出力される第１出力端子ｔ１と、異常又は正常を示すエラー信号Ｓｅが出力される第２出力端子ｔ２とを有する。さらに、第２出力端子ｔ２のエラー信号Ｓｅが異常を示す信号に切り替わることに連動して、第１出力端子ｔ１から出力される検出信号Ｖｏｕｔが、第１検出回路５１から出力される検出信号Ｖｏｕｔ１から、第２検出回路５２から出力される検出信号Ｖｏｕｔ２に切り替わる。したがって、多数の電池セルＣＥに対応して多数の温度検出部２３１が含まれる場合でも、１つの温度検出部２３１から出力される信号数が抑制されるので、バッテリ４の状態信号の総数が非常に多くなってしまうことを回避できる。

さらに、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、第１検出回路５１と第２検出回路５２とが、電圧値の異なる第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２とで動作する分圧回路により構成されている。このような構成によれば、常用の温度範囲では、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１と、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２との差異を比較的に小さくし、異常発熱の温度範囲では、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２を第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１よりも大きい電圧にできる。そして、このような設定によれば、電池セルＣＥが異常発熱の温度まで上昇して、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔが第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１から第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２へ切り替わる場合に、その切り替わりの前後で、検出信号Ｖｏｕｔの変化幅を小さくすることができ、温度に応じてほぼ連続して変化するという検出信号Ｖｏｕｔの性質を担保できる。これにより、ＢＣＵ２４での検出信号Ｖｏｕｔの取り扱いが容易になる。

さらに、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、異常を示すエラー信号Ｓｅにより、第２検出回路５２に第２電源電圧Ｖ２が供給されることで、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔの切り替えが行われるように構成されている。したがって、常用の温度範囲で、温度検出部２３１に異常が生じていない場合には、第２検出回路５２を非動作状態とすることができ、消費電力を低減できる。さらに、本実施形態では、異常発熱の温度範囲においては、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２が、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１よりも大きな電圧になる。したがって、第２検出回路５２が動作することで、受動的な信号の切替え手段（例えば第１ダイオードＤ１）を用いて、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔを、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２に切り替えることができる。これにより、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔの切替制御が容易になる。

さらに、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、第１検出回路５１の出力点Ｎ１と、第２検出回路５２の出力点Ｎ２との間に、第１ダイオードＤ１を有する。したがって、第２検出回路５２に第２電源電圧Ｖ２が供給され、その検出信号Ｖｏｕｔ２が第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ１よりも大きくなった場合に、第１ダイオードＤ１によって、第１検出回路５１と第２検出回路５２との干渉を回避して、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２を第１出力端子ｔ１へ導くことができる。

さらに、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、第２検出回路５２と電源スイッチ５４との間に第２ダイオードＤ２を有する。これにより、第２電源電圧Ｖ２が供給されずに、第２検出回路５２が動作していない状態で、第１検出回路５１と第２検出回路５２との干渉を抑制して、第１検出回路５１の検出信号Ｖｏｕｔ２を第１出力端子ｔ１へ導くことができる。具体的には、第２ダイオードＤ２により、第１検出回路５１から第２検出回路５２の第２サーミスタＴＨ２に電流が流れてしまうことを回避することができ、第２検出回路５２と第１検出回路５１との干渉を抑制できる。

さらに、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、ＢＣＵ２４は、第２出力端子ｔ２から異常を示すエラー信号Ｓｅが出力された場合に、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔに基づいて、バッテリ４の異常発熱であるか、温度検出部２３１の異常であるかを判別する（図４のステップＳ３）。異常のエラー信号Ｓｅが出力されているとき、温度検出部２３１が正常であれば、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔは、第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２に切り替わって、温度に応じて変化する信号となる。一方、温度検出部２３１の異常でエラー信号Ｓｅが出力されていれば、第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔは、第１電源電圧Ｖ１（例えば５Ｖ）より少し小さい電圧で維持される。したがって、このような検出信号Ｖｏｕｔを用いることで、ＢＣＵ２４は、上記の判定を高い信頼性を持って行うことができる。

さらに、本実施形態のバッテリ監視装置２２によれば、ＢＣＵ２４は、第２出力端子ｔ２から異常を示すエラー信号Ｓｅが出力された場合に、第１出力端子ｔ１の検出信号の時間変化率δＶｏｕｔに基づいて、バッテリ４の使用可否を判定する（図４のステップＳ６）。すなわち、ＢＵＣ２４は、時間変化率δＶｏｕｔに基づいて、電池セルＣＥが単なる異常発熱で出力制限に留めて継続使用可能とするのか、緊急高熱異常で使用禁止とするのか判定する。異常を示すエラー信号Ｓｅの出力時には、温度検出部２３１からは第２検出回路５２の検出信号Ｖｏｕｔ２（＝Ｖｏｕｔ）が出力されており、ＢＣＵ２４は、異常発熱の温度範囲でも高い分解能で電池セルＣＥの温度を認識できる。したがって、このような検出信号Ｖｏｕｔの時間変化率δＶｏｕｔを用いることで、ＢＣＵ２４は、上記の判定を高い信頼性を持って行うことができる。

さらに、本実施形態の電動車両１の制御装置２０によれば、車両制御部２１は、ＢＣＵ２４がバッテリ４の異常発熱を判定したときには、搭乗者に異常発熱に関する警告（バッテリ高温異常警告灯の点灯又は乗員車外退避要求灯の点灯）を行う。さらに、車両制御部２１は、ＢＣＵ２４が温度検出部２３１の異常の判定したときには、搭乗者に温度検出部２３１の故障の警告（故障灯の点灯）を行う。このような、信頼性の高い判定に基づく警告により、搭乗者は異常の種別に応じた適切な対処を採ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、エラー信号Ｓｅに連動して第１出力端子ｔ１の検出信号Ｖｏｕｔが切り替わる構成の一例が図２に示されたが、例えば第１検出回路と第２検出回路とを選択可能に第１出力端子ｔ１へ接続する半導体スイッチを備え、エラー信号Ｓｅに基づいて半導体スイッチを切り替える構成が採用されてもよい。また、上記実施形態では、第１検出回路５１の第１電源電圧Ｖ１と第２検出回路５２の第２電源電圧Ｖ２とを異ならせた例を示したが、両方の電源電圧を同一とした構成が採用されてもよい。また、上記実施形態では、個々の電池セルを温度検出部が設けられる電池要素とした例を示したが、例えばｎ個の電池セルを一組にしたものを１つの電池要素として、複数の電池要素と複数の温度検出部とが対応づけられる構成としてもよい。また、上記実施形態では、比較回路として、第１検出回路５１の検出信号及び第２検出回路５２の検出信号のうち第１出力端子ｔ１に出力された方の検出信号と閾値電圧Ｖｔｈとを比較する構成を示した。しかし、比較回路は、第１検出回路の検出信号のみと所定の閾値とを比較してもよいし、第２検出回路の検出信号のみと所定の閾値とを比較してもよいし、第１検出回路又は第２検出回路とは別の手段により検出された温度の検出信号と所定の閾値とを比較してもよい。その他、第１検出回路及び第２検出回路の具体的な回路構成、温度検出部２３１の信号を用いた電動車両１の制御手順など、実施形態に示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１電動車両
２駆動輪
３走行モータ
４バッテリ
ＣＥ電池セル（電池要素）
５インバータ
２０制御装置
２２バッテリ監視装置
２３監視回路
２４ＢＣＵ（バッテリ管理部）
５１第１検出回路
５２第２検出回路
５３比較回路
５４電源スイッチ
ＴＨ１第１サーミスタ
ＴＨ２第２サーミスタ
ｔ１第１出力端子
ｔ２第２出力端子
２３１温度検出部

Claims

電動車両のバッテリの状態を監視するバッテリ監視装置であって、
前記バッテリを構成する複数の電池要素の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出部を備え、
前記複数の温度検出部の各々は、
第１レンジの温度を検出する第１検出回路と、
前記第１レンジとは異なる第２レンジの温度を検出する第２検出回路と、
温度の検出信号と異常を示す閾値とを比較する比較回路と、
温度の検出信号が出力される第１出力端子と、
前記比較回路から異常の有無を示す信号が出力される第２出力端子と、
を含み、
前記第１出力端子の検出信号が、前記第２出力端子の信号に連動して、前記第１検出回路の検出信号から前記第２検出回路の検出信号へ切り替わるように構成されていることを特徴とするバッテリ監視装置。
前記第１検出回路は、第１サーミスタ及び抵抗が直列接続された分圧回路であり、第１電源電圧を受けて動作するように構成され、
前記第２検出回路は、第２サーミスタ及び抵抗が直列接続された分圧回路であり、前記第１電源電圧よりも大きな第２電源電圧を受けて動作するように構成され、
前記複数の温度検出部の各々は、
前記比較回路から出力された異常を示す信号に基づいて、前記第２検出回路へ前記第２電源電圧を供給する電源スイッチを、更に含むことを特徴とする請求項１記載のバッテリ監視装置。
前記第１検出回路の出力点と前記第２検出回路の出力点とが第１ダイオードを介して接続され、
前記第２検出回路と前記電源スイッチとが第２ダイオードを介して接続されていることを特徴とする請求項２記載のバッテリ監視装置。
前記バッテリの管理を行うバッテリ管理部を、更に備え、
前記バッテリ管理部は、前記第２出力端子から異常を示す信号が出力された場合に、前記第１出力端子の検出信号に基づいて、前記バッテリの異常発熱か前記温度検出部の異常かを判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリ監視装置。
前記バッテリ管理部は、前記第２出力端子から異常を示す信号が出力された場合に、前記第１出力端子の検出信号の時間変化率に基づいて、前記バッテリの使用可否を判定することを特徴とする請求項４記載のバッテリ監視装置。
請求項４から請求項５のいずれか一項に記載のバッテリ監視装置と、
前記バッテリ監視装置の出力を受けて電動車両の制御を行う車両制御部と、
を備え、
前記車両制御部は、前記バッテリ管理部が前記温度検出部の異常と判定した場合に搭乗者に故障の警告を行い、前記バッテリ管理部が前記バッテリの異常発熱と判定した場合に搭乗者に異常発熱に関する警告を行うことを特徴とする電動車両の制御装置。