JP5032169B2 - 組電池の通信制御システム、その電池パック、及びその通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車等の組電池の通信制御システムに関する。

一般に、電気自動車の駆動用電池には、複数の単位電池（以下ではセルと呼ぶ）から成る組電池が用いられる。組電池の各セルはモジュールと呼ばれる所定数のセル毎に区分（ひとまとめをモジュール電池と呼ぶ）され、モジュール電池毎に設けられたセルコントローラによってモジュール電池を構成するセルが管理される。

各セルコントローラは、それが管理するモジュール電池から電力が供給される。一方、車両側には各セルコントローラを制御して組電池を管理するバッテリーコントローラが設けられており、セルコントローラおよびバッテリーコントローラ間はシリアル通信により相互にデータが送受信される。

これらの構成には、セルコントローラとモジュール電池とを一体化した電池パックと呼ばれるモジュールを複数組み合わせて組電池とするものもある。

充放電の際、バッテリーコントローラはセルコントローラからのセル電圧データに基づいて充放電制御を行う。また、セルコントローラは検出したセルの電圧や温度等からモジュール電池の電池状態を自己診断し、その結果をセルコントローラのメモリに記憶する。

ところで、電気自動車の状態を診断装置で調べる際には、バッテリーコントローラから診断装置へデータを取り込み、そのデータに基づいて組電池の状態も含めた車両の状態が診断される。このとき、セルコントローラのメモリに記憶された自己診断結果は、バッテリーコントローラを介して診断装置へ送られる。

しかしながら、上述したようにセルコントローラはモジュール電池を電源としているため、モジュール電池が異常状態となった場合には、正常にデータを保持できないおそれがある。また、データ保持のための電流は車両停止時に暗電流として作用するので、セル容量のばらつきの原因になる。

そのため、自己診断結果等のデータ保持の安全性やセル容量ばらつき低減を図ることができる電気車用組電池制御装置を提供することにある。

通信所要時間の比較的長い診断結果をバッテリーコントローラの電源をオフする直前にその記憶部に記憶させるようにしたので、単位電池の容量ばらつきの原因となる暗電流を防止し、単位電池の故障などによる診断結果データの消失を防止することができる。

さらに、充放電制御時には検出結果および異常検出情報を電池情報収集部から制御部へ送信し、通信に要する時間の長い診断結果を送信しないようにしたので、充放電制御に影響を与えないようにした技術が開示されている。（例えば、特許文献１参照。)。
特許第３６７４３２８号公報（図１、第１頁）

しかしながら、特許第３６７４３２８号公報に開示された技術は、組電池が使用されない時の各セルの暗電流を抑制するものではあるが、組電池の充放電制御時のセルコントローラからバッテリーコントローラへ送信する電池状態の情報の通信時にセルコントローラ自身で消費される消費電流の相違によるセル容量のバラツキを押えることを示唆する技術は開示されていない。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、組電池の充放電制御時のセルコントローラの通信回路の消費電流を均一にする組電池の通信制御システム、その電池パック、及びその通信制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項１に係る電池パックは、複数のセル(単位電池)から成るモジュール電池と、当該モジュール電池のセル電圧を検知し、複数の前記モジュール電池からなる組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラに通知し、当該バッテリーコントローラからの指令で前記モジュールの夫々のセル間の残存容量のバラツキを小さくするように充放電を制御する前記セルコントローラとを備える電池パックであって、夫々の前記セルコントローラは、前記電池パックが管理する夫々の前記セルの電池状態を管理する電池状態検出・調整回路と、前記電池状態検出・調整回路の出力を受信して、前記バッテリーコントローラに前記セルの電池状態を送信する電池データに加工し、前記バッテリーコントローラからの指令で前記セルの残存容量を調整するＭＰＵと、前記バッテリーコントローラと前記電池データをシリアルで、且つ、絶縁して通信する通信回路とを備え、前記ＭＰＵは、前記データのデータ長を等しくするとともに、当該シリアルデータのオンとオフの時間を等しくなる前記電池データとして前記通信回路を介して送信することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項３に係る組電池の通信制御システムは、複数の電池パックを直列に接続して組電池を形成し、当該電池パックと前記組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラとでネットワークを形成して成る組電池の通信制御システムであって、前記電池パックは、複数のセル(単位電池)から成るモジュール電池と、当該モジュール電池の各セル電圧を検知して、前記バッテリーコントローラに通知し、当該バッテリーコントローラからの指令で前記モジュール電池の夫々のセル間の残存容量のバラツキを小さくするように充放電を制御する前記セルコントローラとを備え、夫々の前記セルコントローラは、当該セルを管理する電池データをシリアルで、且つ、絶縁して通信する通信回路を備え、前記セルコントローラは、前記ネットワークを介して通信する前記電池データのデータ長を等しくするとともに、当該電池データのオンとオフの時間を等しくして前記通信回路を介して送信することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項４に係る組電池の通信制御方法は、複数の電池パックを直列に接続して組電池を形成し、当該電池パックと前記組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラとでネットワークを形成して成る組電池の通信制御方法であって、前記電池パックは、複数のセル(単位電池)から成るモジュール電池と、当該モジュール電池の各セル電圧を検知して、前記バッテリーコントローラに通知し、当該バッテリーコントローラからの指令で前記モジュール電池の夫々のセル間の残存容量のバラツキを小さくするように充放電を制御する前記セルコントローラとを備え、夫々の前記セルコントローラは、夫々の前記セルの電池の状態を電池データとしてシリアルで、且つ、絶縁して通信する通信回路を有し、前記ネットワークを介して通信する前記電池データのデータ長を等しくするとともに、当該電池データのオンとオフの時間を等しくして送信するようにしたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、組電池の充放電制御時のセルコントローラの通信回路の消費電流を均一にする組電池の通信制御システム、その電池パック、及びその通信制御方法を提供することができる。

以下、図１及び図２を参照して説明する。図１は、ハイブリッド自動車の組電池の通信制御システムであって、例えば、複数の電池パック１と、電池パック１に備えるモジュール電池１２を直列に接続して成る組電池で駆動される電池負荷３と、組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラ２２と、電池から供給される電力の出入りで電池負荷３の駆動力を制御する負荷駆動動力制御装置４と、複数の電池パック１とバッテリーコントローラ２とを直列に接続してネットワークを形成する通信ケーブル５とから構成される。

電池パック１は、予め定められた複数のセル（単位電池）を直列に接続して成るモジュール電池１２とこのモジュール電池１２の各セルの電圧や温度等情報から電池状態を監視し、各セル間の残存容量のバラツキを小さくなるように制御するセルコントローラ１１とから成る。

そして、セルコントローラ１１は、モジュール電池の各セルの電圧及び温度を監視し、各セル間の残存容量のバラツキを小さくなるように、各セルと並列に接続されたバイパス抵抗に流れる電流をオンオフ制御して、各セルの充電レベルトを調整する電池状態検出・調整回路１１ａと、バッテリーコントローラ２からの容量調整の指令を受信して、電池状態検出・調整回路１１ａを制御するＭＰＵ１１ｂと、ＭＰＵ１１ｂとバッテリーコントローラ２との間の通信を制御する通信回路１１ｃとから成る。

さらに詳細には、通信回路１１ｃは、ＭＰＵ１１ｂで処理された電池状態の情報をコード化して送信する通信インタフェース１１ｃ２とネットワークと絶縁するための通信絶縁回路１１ｃ１とを備える。

通信絶縁回路１１ｃ１は、例えば、Ｍａｘｉｍ社製ＲＳ−４８５データ通信インタフェース、ＭＡＸ１４８０Ａ／Ｂ／ＣやＭＡＸ１４９０Ａ／Ｂの示されるような、絶縁機能を備えたものでネットワークが構成可能である。

このＭＡＸ１４８０Ａ／Ｂ／ＣやＭＡＸ１４９０Ａ／Ｂ回路は、ツイストペアー線を用いた並行伝送路を形成するもので、２線式、半二重のマルチポイント接続が可能なハイブリッドＩＣである。

そして、１次側の単一電源で１次側、２次側が駆動可能に構成され、消費電流は５０ｍＡ程度であるので通信回路１１ｃ全体では１００ｍＡ相当になる。したがって、電池パックの容量が５Ａｈであれば、この通信回路１１ｃで消費される電流の割合は、定格電流の２％程度に相当する。

組電池を構成する各電池パック１から送信する電池状態の情報は、個々の電池パック１でデータ量が異なることから、通信回路１１ｃで消費する電力は個々の電池パック１で変わってくる。

したがって、各セルの残存容量を１％のレベルで調整する場合には、各電池パック１の通信回路１１ｃの消費電流を一様にして、セルの残容量のバラツキを小さくするようにしておくことが重要になる。

また、通信絶縁回路１１ｃは、図３に示すような送受信部にホトカプラーＰｈを使用して絶縁する絶縁回路で構成することも可能である。

そこで、この通信回路１１ｃの消費電流を一様にする通信方法について、図２を参照して説明する。

図２（ａ）は、例えば、調歩同期式の伝送信号で“Ａ”（＝４１Ｈ）を伝送した場合の波形である。この通信信号は調歩同期式の波形の“０”と“１”のビットの比は、３：８であり、送信回路１１ｃのオンとオフのドライブ期間が異なっている。

したがって、この状態では、信号がオフ状態ではどちらの電池パックもほとんど電池を消費しないが、通信するデータに相違があると消費する電流に差が発生し、電池パック１間で電池容量に差が発生することとになる。

そのため、電池パック１では、例えば図２（ｂ）に示すように通信データを送信する際にスタートビットとストップエレメントの極性を逆にした上でビット長を等しくする。

さらに、データ内容を電池パック１の電池状態の情報を示す電池データとその反転データ“ＢＥＨ”の組合せとし、各電池パック１が送信する電池データの全体長も等しくする。

受信側のバッテリーコントローラ２では、送信された電池データの反転データを含めて１組のデータとして処理する。

このよう処理された電池データを送信することで、常に伝送路上での信号のオン期間とオフ期間を等しくして、各電池パック１間の消費電流に差が生じないようにして、電池パック１の残存容量が等しく保たれるようにする。

尚、図１には、セルコントローラ１１とバッテリーコントローラ２とはデイジーチェーン式の接続を示しているが、バス接続の場合でも上述したような通信信号を生成することによって、通信回路１１ｃでの消費電流を等しくすることが可能である。

また、電池データとして使用するデータコードは、“１”と“０”のビット数が等しいコードだけを使用するようにしても良い。例えば、８ビットのバイナリコードには、“１”のビットの数と“０”のビットの数が等しいコードが７０個あるので、それらのコードだけを使用して伝送するようにしても同じ効果を得ることが可能である。

尚、本発明は上述したような各実施例に何ら限定されるものでなく、通信インタフェースは、電池パック１側とバッテリーコントローラ側を完全絶縁し、送信する電池パック側の電力を一様に制御するものであれば良く、本主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。

本発明の電池パックの構成図。 本発明のセルコントローラの通信コードの説明図。 ホトカプラーを使用した通信絶縁回路の絶縁回路例。

符号の説明

１ 電池パック
２ セルコントローラ
３ 電池負荷
４ 負荷駆動動力制御装置
５ 通信ケーブル
１１ セルコントローラ
１１ａ 電池状態検出・調整回路
１１ｂ ＭＰＵ
１１ｃ 通信回路
１１ｃ１ 通信絶縁回路
１１ｃ２ 通信インタフェース
１２ モジュール電池
２１ ＭＰＵ
２２ 通信回路

Claims (4)

1. 複数のセル(単位電池)から成るモジュール電池と、当該モジュール電池のセル電圧を検知し、複数の前記モジュール電池からなる組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラに通知し、当該バッテリーコントローラからの指令で前記モジュールの夫々のセル間の残存容量のバラツキを小さくするように充放電を制御する前記セルコントローラとを備える電池パックであって、
   夫々の前記セルコントローラは、前記電池パックが管理する夫々の前記セルの電池状態を管理する電池状態検出・調整回路と、
   前記電池状態検出・調整回路の出力を受信して、前記バッテリーコントローラに前記セルの電池状態を送信する電池データに加工し、前記バッテリーコントローラからの指令で前記セルの残存容量を調整するＭＰＵと、
   前記バッテリーコントローラと前記電池データをシリアルで、且つ、絶縁して通信する通信回路と
   を備え、
   前記ＭＰＵは、前記データのデータ長を等しくするとともに、当該シリアルデータのオンとオフの時間を等しくなる前記電池データとして前記通信回路を介して送信することを特徴とする電池パック。
2. 前記電池データは、使用するデータとして“１”と“０”とが等しいバイナリコードのみで構成することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
3. 複数の電池パックを直列に接続して組電池を形成し、当該電池パックと前記組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラとでネットワークを形成して成る組電池の通信制御システムであって、
   前記電池パックは、複数のセル(単位電池)から成るモジュール電池と、当該モジュール電池の各セル電圧を検知して、前記バッテリーコントローラに通知し、当該バッテリーコントローラからの指令で前記モジュール電池の夫々のセル間の残存容量のバラツキを小さくするように充放電を制御する前記セルコントローラとを備え、
   夫々の前記セルコントローラは、当該セルを管理する電池データをシリアルで、且つ、絶縁して通信する通信回路を備え、
   前記セルコントローラは、前記ネットワークを介して通信する前記電池データのデータ長を等しくするとともに、当該電池データのオンとオフの時間を等しくして前記通信回路を介して送信することを特徴とする組電池の通信制御システム。
4. 複数の電池パックを直列に接続して組電池を形成し、当該電池パックと前記組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラとでネットワークを形成して成る組電池の通信制御方法であって、
   前記電池パックは、複数のセル(単位電池)から成るモジュール電池と、当該モジュール電池の各セル電圧を検知して、前記バッテリーコントローラに通知し、当該バッテリーコントローラからの指令で前記モジュール電池の夫々のセル間の残存容量のバラツキを小さくするように充放電を制御する前記セルコントローラとを備え、
   夫々の前記セルコントローラは、夫々の前記セルの電池の状態を電池データとしてシリアルで、且つ、絶縁して通信する通信回路を有し、
   前記ネットワークを介して通信する前記電池データのデータ長を等しくするとともに、当該電池データのオンとオフの時間を等しくして送信するようにしたことを特徴とする組電池の通信制御方法。

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