JP5853099B2

JP5853099B2 - 電池制御装置

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Publication number: JP5853099B2
Application number: JP2014516583A
Authority: JP
Inventors: 伸哉加藤; 明広町田; 山内　辰美; 辰美山内
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: US9590432B2; US20150171642A1; WO2013175605A1; CN104395770B; JPWO2013175605A1; CN104395770A

Description

本発明は、電池制御装置に関する。

従来、組バッテリを構成する個別バッテリ毎に配置されたバッテリ状態検出ユニットにより、各個別バッテリのバッテリ状態を検出し、検出したバッテリ状態をバッテリ状態検出ユニットから管理用ＥＣＵへ送信するバッテリ状態検出装置が知られている（特許文献１参照）。このバッテリ状態検出装置において、バッテリ状態検出ユニットは、管理用ＥＣＵのバッテリ状態検出要求に応じて起動され、対応する個別バッテリのバッテリ状態を検出する。そして、検出したバッテリ状態を管理用ＥＣＵに送信した後、起動待ち状態（スリープ状態）とされる。

日本国特開平１１−３５５９０４号公報

一般に、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両では、駆動用モータへの電力供給源として、複数の電池セルを直列接続したセルグループが複数直列に接続された電池モジュールが用いられている。この電池モジュールには、電池制御装置が接続されている。電池制御装置では、電池モジュールのセルグループの各々に対応してセルコントローラが設けられており、このセルコントローラを用いて各電池セルの状態を検出している。各セルコントローラは必要に応じて起動され、不要なときには動作が停止されて電池の電力消費を抑えるようにしている。

上記のような電池制御装置では、いずれかのセルコントローラにおいて動作停止が適切に行われず、異常に動作が継続されてしまう場合がある。こうした異常動作は電池の消耗を早め、さらには電池の故障につながる過放電状態を引き起こすこともあるため、確実に診断する必要がある。しかし、特許文献１に開示されたバッテリ状態検出装置では、これを診断することができない。

本発明による電池制御装置は、複数の単電池セルを接続したセルグループが複数接続された電池モジュールを制御するものであり、セルグループの各々に対応して設けられ、所定の通信順位に従って相互に接続されており、対応するセルグループの各単電池セルの状態を検出する複数のセルコントローラと、複数のセルコントローラを起動または停止させると共に、複数のセルコントローラのうち通信順位で最上位のセルコントローラに対して通信信号を送信し、複数のセルコントローラのうち通信順位で最下位のセルコントローラから通信信号を受信する制御回路と、制御回路と最上位のセルコントローラとの間に設けられた第１絶縁素子と、を備える。制御回路は、複数のセルコントローラを停止させた後、第１絶縁素子に通信信号を出力する。第１絶縁素子は、複数のセルコントローラのいずれか少なくとも１つが動作している場合は、通信信号を通過させて最上位のセルコントローラへ出力する一方で、複数のセルコントローラが全て停止している場合は、通信信号を遮断する。複数のセルコントローラの各々は、制御回路または通信順位で１つ上位のセルコントローラから通信信号が送信されると、停止中であれば起動し、動作中であれば動作状態を維持して、通信信号を通信順位で１つ下位のセルコントローラまたは制御回路へ転送する。制御回路は、最下位のセルコントローラから通信信号を受信したか否かにより、複数のセルコントローラの異常動作を診断する。

本発明によれば、セルコントローラの異常動作を確実に診断することができる。

本発明の一実施形態による電池制御装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態における電池制御装置の通信系統の説明図である。本発明によるセルコントローラの内部構成例を示す図である。全てのセルコントローラが正常に動作を停止した場合のタイムチャートの一例を示す図である。セルコントローラが異常に動作を継続した場合のタイムチャートの一例を示す図である。診断処理をバッテリコントローラにおいて実行する際のフローチャートである。本発明の第２の実施形態における電池制御装置の通信系統の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態による電池制御装置１０の構成を示す図である。電池制御装置１０は、バッテリコントローラ２００と、所定の通信順位に従って相互に接続された複数のセルコントローラ１００とを有している。電池制御装置１０は、車両コントローラ４００、モータコントローラ３００、電池モジュール１３０、インバータ３４０、モータ３５０などと共に、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載される。

電池モジュール１３０は、複数のセルグループ１２０を直列に接続したものである。各セルグループ１２０は、単電池セル１１０（以下、単にセルともいう）が複数個直列に接続されて構成されている。各セル１１０には、たとえばリチウムイオン電池等の二次電池が用いられる。

電池制御装置１０において、バッテリコントローラ２００と各セルコントローラ１００との間には、ループ状の通信回路が設けられている。バッテリコントローラ２００は、通信順位で最上位のセルコントローラ１００に対して、絶縁素子２０１を介して通信信号を送信する。この通信信号を受けた最上位のセルコントローラ１００は、通信順位で１つ下位のセルコントローラ１００へ通信信号を転送する。こうした動作が各セルコントローラ１００において順次行われることで、最上位のセルコントローラ１００から最下位のセルコントローラ１００まで順に、直列に通信信号が伝送される。通信順位で最下位のセルコントローラ１００は、バッテリコントローラ２００へ絶縁素子２０２を介して通信信号を送信する。このようにして、バッテリコントローラ２００と各セルコントローラ１００との間で、ループ状の通信回路を介した通信信号の授受が行われる。

車両コントローラ４００は、電動車両の運転者が操作するアクセルペダルやブレーキペダル、あるいは変速レバーなどの車両運転操作装置（不図示）からの操作信号に基づいて、車両の走行速度や制駆動力などを制御する。モータコントローラ３００は、車両コントローラ４００からの速度指令や制駆動力指令に基づいてバッテリコントローラ２００およびインバータ３４０を制御し、モータ３５０の回転速度およびトルクを制御する。

バッテリコントローラ２００は、電圧センサ２１０、電流センサ２２０、温度センサ２３０によりそれぞれ検出された電池モジュール１３０の電圧、電流、温度に基づいて、電池モジュール１３０の充放電およびＳＯＣ（State Of Charge）を制御する。バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００との間で前述のようにして通信信号の授受を行うことにより、各セルコントローラ１００の動作を制御して、電池モジュール１３０において各セルグループ１２０を構成する複数のセル１１０のＳＯＣを推定する。この推定結果に基づいて、各セル１１０が過充電状態とならないように、各セル１１０間のＳＯＣのばらつきを補正するための放電（以下、バランシング放電という）を行う。このようにして、電池制御装置１０は電池モジュール１３０を制御する。

なお、図１では、電池モジュール１３０として、４個のセル１１０が直列に接続されているセルグループ１２０を複数個直列接続した組電池を例示している。しかし、セルグループ１２０を構成するセル１１０の数はこれに限らず、４個未満や４個以上であってもよい。電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両には、多くのセルあるいはセルグループが直並列に接続され、その両端電圧が数１００Ｖ程度の高圧、高容量の電池モジュールが一般に用いられる。このような高圧、高容量の電池モジュールに対しても、本発明を適用することができる。

セルコントローラ１００は、電池モジュール１３０を構成する複数のセル１１０を所定個数（図１では４個）ごとにグループ分けした各セルグループ１２０ごとに設けられる。たとえば、電池モジュール１３０において１００個のセル１１０が直列に接続されており、これを４個ずつグループ分けした場合、２５組のセルグループ１２０が設けられ、それに応じて２５個のセルコントローラ１００が電池制御装置１０内に配置される。

各セルコントローラ１００は、対応するセルグループ１２０を構成するセル１１０ごとに、正極と負極の各端子間電圧を検出することでセル電圧を測定し、バッテリコントローラ２００へ送信する。バッテリコントローラ２００は、セルコントローラ１００から送信された各セル１１０のセル電圧の測定結果に基づいて、各セル１１０のＳＯＣを推定し、各セルコントローラ１００へバランシング指令を出力する。各セルコントローラ１００は、バッテリコントローラ２００からのバランシング指令にしたがって、セル１１０ごとにバランシング電流の通電制御を行う。各セルコントローラ１００とセルグループ１２０の間には、バランシング電流を制限するためのバランシング抵抗１０２がセル１１０ごとに設けられている。

車両の駆動時には、電池モジュール１３０に充電された直流電力が、正極側コンタクタ３１０および負極側コンタクタ３２０を介して、平滑コンデンサ３３０およびインバータ３４０へ供給される。インバータ３４０は、電池モジュール１３０から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ３５０に印加する。この交流電力を用いて、モータ３５０の駆動が行われる。インバータ３４０には、不図示のスイッチング素子が設けられており、これをスイッチングさせることで直流電力から交流電力への変換が行われる。一方、車両の制動時には、モータ３５０により発電された交流電力が、インバータ３４０に備えられたダイオード素子（不図示）と平滑コンデンサ３３０により直流電力に変換される。この直流電力は、正極側コンタクタ３１０および負極側コンタクタ３２０を介して電池モジュール１３０に印加され、電池モジュール１３０の充電が行われる。このようにして、電池モジュール１３０とインバータ３４０との間で直流電力の授受が行われる。

なお、インバータ３４０の動作に伴ってリプルノイズ及びスイッチングノイズが発生する。これらのノイズは、平滑コンデンサ３３０によってある程度低減されるが、完全には除去しきれず電池モジュール１３０に流れ込み、ノイズ電流を発生する。このノイズ電流に比例して、電池モジュール１３０において各セル１１０の端子間電圧にノイズ電圧が重畳する。このノイズはセル電圧の検出誤差となるため、セル電圧の測定時にはＲＣフィルタ等を用いて抑制される。

次に、電池制御装置１０におけるバッテリコントローラ２００と各セルコントローラ１００間の通信について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態における電池制御装置１０の通信系統の説明図である。なお、図２では、３つのセルコントローラ１００（セルコントローラ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）を用いた場合の例を示しているが、３個以外の数のセルコントローラ１００を用いた場合も同様である。

図２に示すように、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃは、いわゆるディジーチェーン接続で互いに接続されており、バッテリコントローラ２００からの指示に応じて、対応するセルグループ１２０の各セル状態をそれぞれ検出する。セルコントローラ１００ａは通信順位で最上位に位置しており、セルコントローラ１００ｃは通信順位で最下位に位置している。なお、図２ではセルコントローラ１００ａ〜１００ｃの通信順位と、それぞれが対応するセルグループの電池モジュール１３０内での電位とが一致しているが、これらは一致しなくてもよい。

バッテリコントローラ２００は、通信信号出力端子Ｔｘから最上位のセルコントローラ１００ａに対して通信信号を送信する。この通信信号は、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００ａとの間に設けられた絶縁素子２０１の通信信号入力端子Ｒｘに入力される。

絶縁素子２０１は、電源電圧Ｖｃｃが入力されている端子Ｖａａ１と、セルコントローラ１００ａからの絶縁素子動作信号が入力される端子Ｖａａ２とを有している。セルコントローラ１００ａが動作中であれば、セルコントローラ１００ａの絶縁素子動作信号出力端子Ｖａａから絶縁素子２０１へ絶縁素子動作信号が出力される。この絶縁素子動作信号が端子Ｖａａ２に入力されているときに絶縁素子２０１は動作し、通信信号入力端子Ｒｘに入力されたバッテリコントローラ２００からの通信信号を通過させて、通信信号出力端子Ｔｘからセルコントローラ１００ａへ出力する。一方、セルコントローラ１００ａの動作が停止しており、セルコントローラ１００ａから絶縁素子２０１へ絶縁素子動作信号が出力されていない場合、絶縁素子２０１は動作しない。このときにバッテリコントローラ２００から送信された通信信号が通信信号入力端子Ｒｘに入力されると、絶縁素子２０１はその通信信号を遮断し、セルコントローラ１００ａへは出力しない。

バッテリコントローラ２００から絶縁素子２０１を介して送信された通信信号は、セルコントローラ１００ａの通信信号入力端子Ｒｘに入力される。この通信信号を受けると、セルコントローラ１００ａは通信信号の内容を解読し、セルコントローラ１００ａに対するコマンドが含まれる場合はそのコマンドに応じた処理を実行する。そして、処理を実行したか否かに関わらず、通信信号出力端子Ｔｘから次のセルコントローラ１００ｂへ通信信号を出力する。このとき、実行済みの処理結果を通信信号に含めてもよい。

セルコントローラ１００ａから送信された通信信号は、セルコントローラ１００ｂの通信信号入力端子Ｒｘに入力される。この通信信号を受けると、セルコントローラ１００ｂはセルコントローラ１００ａと同様に、通信信号の内容を解読し、セルコントローラ１００ｂに対するコマンドが含まれる場合はそのコマンドに応じた処理を実行する。そして、処理を実行したか否かに関わらず、通信信号出力端子Ｔｘから次のセルコントローラ１００ｃへ通信信号を出力する。

セルコントローラ１００ｂから送信された通信信号は、最下位のセルコントローラ１００ｃの通信信号入力端子Ｒｘに入力される。この通信信号を受けると、セルコントローラ１００ｃはセルコントローラ１００ａ、１００ｂと同様に、通信信号の内容を解読し、セルコントローラ１００ｃに対するコマンドが含まれる場合はそのコマンドに応じた処理を実行する。そして、処理を実行したか否かに関わらず、通信信号出力端子Ｔｘから通信信号を出力する。この通信信号は、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００ｃとの間に設けられた絶縁素子２０２の通信信号入力端子Ｒｘに入力される。

絶縁素子２０２は、絶縁素子２０１と同様に、電源電圧Ｖｃｃが入力されている端子Ｖａａ１と、セルコントローラ１００ｃからの絶縁素子動作信号が入力される端子Ｖａａ２とを有している。セルコントローラ１００ｃが動作中であれば、セルコントローラ１００ｃの絶縁素子動作信号出力端子Ｖａａから絶縁素子２０２へ絶縁素子動作信号が出力される。この絶縁素子動作信号が端子Ｖａａ２に入力されているときに絶縁素子２０２は動作し、通信信号入力端子Ｒｘに入力されたセルコントローラ１００ｃからの通信信号を通過させて、通信信号出力端子Ｔｘからバッテリコントローラ２００へ出力する。

セルコントローラ１００ｃから絶縁素子２０２を介して送信された通信信号は、バッテリコントローラ２００の通信信号入力端子Ｒｘに入力される。この通信信号を受けることで、バッテリコントローラ２００は全てのセルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃ間で通信が正常に行われたことを確認することができる。

なお、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃは、停止中にバッテリコントローラ２００または１つ上位のセルコントローラから通信信号を受けると、これを検知して起動し、動作を開始する。そして、１つ下位のセルコントローラまたはバッテリコントローラ２００へ通信信号を送信する。

バッテリコントローラ２００と最下位のセルコントローラ１００ｃとの間には、絶縁素子２０２に加えて、さらに低速絶縁素子２０３が設けられている。低速絶縁素子２０３は、絶縁素子２０１および２０２とは異なり、その動作に電源電圧Ｖｃｃや絶縁素子動作信号が不要なものである。

バッテリコントローラ２００は、起動信号出力端子ＷＵｏｕｔから最下位のセルコントローラ１００ｃに対して、低速絶縁素子２０３を介して起動信号を出力する。この起動信号は、セルコントローラ１００ｃの起動信号入力端子ＷＵｉｎに入力される。

セルコントローラ１００ｃは、起動信号入力端子ＷＵｉｎに起動信号が入力されているときに動作し、起動信号出力端子ＷＵｏｕｔから１つ上位のセルコントローラ１００ｂへ起動信号を出力する。この起動信号は、セルコントローラ１００ｂにおいて起動信号入力端子ＷＵｉｎに入力される。セルコントローラ１００ｂは、セルコントローラ１００ｃと同様に、起動信号入力端子ＷＵｉｎに起動信号が入力されているときに動作し、起動信号出力端子ＷＵｏｕｔから１つ上位、すなわち最上位のセルコントローラ１００ａへ起動信号を出力する。この起動信号がセルコントローラ１００ａの起動信号入力端子ＷＵｉｎに入力されることで、セルコントローラ１００ａが動作する。

以上説明したように、バッテリコントローラ２００から出力された起動信号に応じて、最下位のセルコントローラ１００ｃから最上位のセルコントローラ１００ａに起動信号が順に出力され、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃが動作する。一方、バッテリコントローラ２００からセルコントローラ１００ｃへの起動信号を停止すると、最下位のセルコントローラ１００ｃから最上位のセルコントローラ１００ａの順に、その動作が停止されて起動信号の出力が停止される。その後、バッテリコントローラ２００からセルコントローラ１００ｃへの起動信号の出力を再開すると、最下位のセルコントローラ１００ｃから最上位のセルコントローラ１００ａの順に起動され、その動作が再開される。このようにして、バッテリコントローラ２００は、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃを起動または停止させることができる。

次に、セルコントローラ１００の内部構成について説明する。図３は、本発明によるセルコントローラ１００の内部構成例を示す図である。なお図３では、１２個の単電池セル１１０（セル１〜１２とする）から１つのセルグループ１２０が構成されているものとした。

セルグループ１２０とこれを制御するセルコントローラ１００とは、セル１〜１２の電圧検出を行うための電圧検出線Ｌ１Ｐ〜Ｌ１２ＰおよびＬ１２Ｎを介して、電圧検出用のＣＶ端子（端子ＣＶ０１〜ＣＶ１２およびＣＶ１２Ｎ）と、バランシング動作を行うためのＢＳ端子（端子ＢＳ０１Ｈ〜ＢＳ１２Ｈおよび端子ＢＳ０１Ｌ〜ＢＳ１２Ｌ）とに接続されている。セル１〜１２の各両端、すなわち正極端子と負極端子は、セル入力抵抗Ｒｃｖを経由して各ＣＶ端子にそれぞれ接続されている。各ＣＶ端子とＧＮＤ端子の間には、セル入力コンデンサＣｉｎが接続されている。

また、セル１〜１２の各両端は、バランシング抵抗Ｒｂを通じて各ＢＳ端子にそれぞれ接続されている。セルコントローラ１００内において、端子ＢＳ０１Ｈ〜ＢＳ１２Ｈと端子ＢＳ０１Ｌ〜ＢＳ１２Ｌとの間には、バランシング電流を通電するためのバランシングスイッチＢＳＷがそれぞれ接続されている。いずれかのセルに対応するバランシングスイッチＢＳＷをオンとすると、バランシング抵抗Ｒｂを通じて当該セルのバランシング電流が流れる。各ＢＳ端子間にはバランシング端子コンデンサＣｂが接続されている。

各ＣＶ端子は、セルコントローラ１００の内部でマルチプレクサ１５１に接続されている。マルチプレクサ１５１は、任意のセルを選択してその正極電位と負極電位を出力するものであり、ロジック部１５２からの出力に応じて制御される。マルチプレクサ１５１の出力は、差動増幅器１５３によりセル１〜１２の端子間電圧にそれぞれ変換された後、ＡＤコンバータ１５４によりデジタル値に変換される。なお、ＡＤコンバータ１５４の動作はロジック部１５２により制御され、ＡＤコンバータ１５４の出力はロジック部１５２で処理される。すなわち、差動増幅器１５３とＡＤコンバータ１５４とで電圧測定を行っている。

マルチプレクサ１５１に接続される各電圧入力ラインのうち、互いに隣り合う２つの電圧入力ライン、すなわち各セルの正極に接続された電圧検出線と負極に接続された電圧検出線の間には、マルチプレクサ入力短絡スイッチＭＳＷが設けられている。

セルコントローラ１００には、補助入力端子ＡＵＸＩＮおよびＡＧＮＤが設けられている。これらの補助入力端子ＡＵＸＩＮおよびＡＧＮＤには、サーミスタ１５０、サーミスタ分割抵抗Ｒｔｈｐ、サーミスタ入力抵抗Ｒｔｈおよびサーミスタ入力コンデンサＣｔｈが接続されている。

サーミスタ１５０は、設置された場所の温度によりその抵抗値が大きく変化する。このサーミスタ１５０と直列に接続されたサーミスタ分割抵抗ＲｔｈｐとでＶＤＤ電圧が分圧される。サーミスタ１５０の端子間電圧は、補助入力端子ＡＵＸＩＮおよびＡＧＮＤからセルコントローラ１００に入力される。サーミスタ入力抵抗Ｒｔｈとサーミスタ入力コンデンサＣｔｈは、この入力信号のノイズを除去するＲＣフィルタとして作用する。すなわち、サーミスタ１５０が温度の変化に対応して発生する電圧は、このＲＣフィルタでノイズ除去されてセルコントローラ１００に入力される。

セルコントローラ１００に入力されたサーミスタ１５０の端子間電圧がマルチプレクサ１５１により選択されると、その電圧値が差動増幅器１５３およびＡＤコンバータ１５４を介してデジタル化される。こうしてデジタル化されたサーミスタ１５０の端子間電圧値がロジック部１５２に入力される。

ロジック部１５２は、通信信号出力部１６０を介して、デジタル化されたサーミスタ１５０の端子間電圧を通信信号として通信信号出力端子Ｔｘから送信する。この通信信号が図２で説明したような通信系統を経由してバッテリコントローラ２００へ送信されることにより、デジタル化されたサーミスタ１５０の端子間電圧が送信される。バッテリコントローラ２００は、このサーミスタ１５０の端子間電圧に基づいて、サーミスタ１５０が設置されている場所の温度を算出する。この温度の算出は、サーミスタ１５０の抵抗温度特性に基づいて予め設定されたサーミスタ１５０の端子間電圧と温度との関係式、もしくはサーミスタ１５０の端子間電圧と温度との関係をテーブル化したデータを用いて行うことができる。

バランシングスイッチ状態検出回路１４５は、バランシング電流の有無を検出したり、バランシングスイッチＢＳＷの診断を行う。これらの結果はロジック部１５２に出力され、ロジック部１５２内のレジスタに格納される。

ロジック部１５２は、セルコントローラ１００に設けられた各種のスイッチを制御するためのデータが格納されるレジスタを備えている。たとえば、マルチプレクサ１５１の入力を選択するためのデータ、マルチプレクサ入力短絡スイッチＭＳＷを制御するためのデータ、バランシングスイッチＢＳＷを制御するためのデータ、バランシングスイッチ状態検出回路１４５のスイッチ回路を制御するためのデータなどが、このレジスタに格納されている。ロジック部１５２には発振回路１５５からのクロック信号が入力される。このクロック信号を用いてロジック部１５２が動作する。

セルコントローラ１００の動作電源Ｖｃｃは、電圧検出線Ｌ１Ｐと接続されているＶｃｃ端子から供給される。Ｖｃｃ端子には、ノイズを抑えるためのコンデンサＣｖｃｃが接続されている。電圧検出線Ｌ１Ｐは、セル１の正極側に接続されている。このセル１の正極側電圧が動作電源Ｖｃｃとしてセルコントローラ１００に供給される。

Ｖｃｃ端子は更に、セルコントローラ１００内で電源部１６２に接続されている。電源部１６２はレギュレータ１６４を有している。レギュレータ１６４は、Ｖｃｃ端子から供給される動作電源Ｖｃｃを用いて３．３Ｖの動作電源ＶＤＤを生成し、ロジック部１５２などに供給する。この動作電源ＶＤＤは、セルコントローラ１００のＶＤＤ端子を介して、セルコントローラ１００の外部にある回路へも供給される。ＶＤＤ端子には動作安定用のコンデンサＣｖｄｄが接続されている。

電源部１６２はまた、起動検出部１５８からの起動検出信号に応じて動作する起動回路１６３を有している。起動検出部１５８は、バッテリコントローラ２００または図２で説明した通信順位で１つ上位のセルコントローラ１００から送信された通信信号が通信信号入力端子Ｒｘへ入力されるか、あるいは通信順位で１つ下位のセルコントローラ１００またはバッテリコントローラ２００からの起動信号が起動信号入力端子ＷＵｉｎへ入力されると、これを検出して電源部１６２へ起動検出信号を出力する。起動回路１６３は、この起動検出信号が起動検出部１５８から入力されると、レギュレータ１６４へ動作電源Ｖｃｃを出力すると共に、セルコントローラ１００を起動してＰＯＲ（パワーオンリセット）動作を行う。

セルコントローラ１００が起動すると、ロジック部１５２からの出力で起動信号出力部１５７および絶縁素子動作信号出力部１６１が動作する。起動信号出力部１５７は、通信順位で１つ上位のセルコントローラ１００へ起動信号出力端子ＷＵｏｕｔから起動信号を出力する。絶縁素子動作信号出力部１６１は、図２の絶縁素子２０１または２０２が接続されている場合、その絶縁素子に対して絶縁素子動作信号出力端子Ｖａａから絶縁素子動作信号を出力する。

なお、起動検出部１５８はＶｃｃ端子と接続されている。これにより、セルコントローラ１００の全体の動作が停止している状態でも、起動検出部１５８には動作電源Ｖｃｃが供給されている。起動検出部１５８は、その消費電流をできるだけ少なくするような回路構成となっている。

通信信号出力部１６０は、ロジック部１５２からの出力データに基づいて、通信順位で１つ下位のセルコントローラ１００またはバッテリコントローラ２００へ、通信信号出力端子Ｔｘから通信信号としてのコマンド信号およびデータを出力する。通信信号受信部１５９は、バッテリコントローラ２００または通信順位で１つ上位のセルコントローラ１００から通信信号入力端子Ｒｘに通信信号としてのコマンド信号およびデータが入力されると、これを受信してロジック部１５２へ出力する。

チャージポンプ部１５６は、セルコントローラ１００外に接続されたチャージポンプコンデンサＣｃｐと協働して、動作電源Ｖｃｃを用いてチャージポンプ電圧を生成し、起動信号出力部１５７へ供給する。このチャージポンプ電圧を用いて、起動信号出力部１５７は、出力先のセルコントローラ１００に対応するセルグループの電位に応じて、動作電源Ｖｃｃよりも高電圧の起動信号を出力する。

続いて、電池制御装置１０において実行される診断処理について説明する。電池制御装置１０は、バッテリコントローラ２００から全てのセルコントローラ１００を停止させ、セルコンローラ１００が正常に動作を停止しているか否かを診断するための診断処理を実行する。以下では、図２に例示した通信系統に従って、この診断処理の内容を説明する。

診断処理を実行する際、最初にバッテリコントローラ２００は、最下位のセルコントローラ１００ｃに対する起動信号の出力を停止する。これに応じてセルコントローラ１００ｃの動作が停止され、セルコントローラ１００ｃからセルコントローラ１００ｂへの起動信号の出力が停止される。これにより、セルコントローラ１００ｂの動作が停止され、セルコントローラ１００ｂからセルコントローラ１００ａへの起動信号の出力が停止される。その結果、セルコントローラ１００ａの動作も停止され、全てのセルコントローラの動作が停止される。

上記のようにして全てのセルコントローラの動作を停止させた後、バッテリコントローラ２００は、絶縁素子２０１に通信信号を出力する。このとき、全てのセルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃが正常に動作を停止していれば、セルコントローラ１００ａから絶縁素子２０１に絶縁素子動作信号が出力されず、絶縁素子２０１は動作しない。したがって、絶縁素子２０１において通信信号が遮断され、セルコントローラ１００ｃからバッテリコントローラ２００へ通信信号が返信されることはない。

図４は、全てのセルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃが正常に動作を停止した場合のタイムチャートの一例を示す図である。図４において、バッテリコントローラ２００からの起動信号がオフになると、それに応じてセルコントローラ１００ｃは動作を停止し、セルコントローラ１００ｂへの起動信号をオフにすると共に、絶縁素子２０２への絶縁素子動作信号の出力を停止する。セルコントローラ１００ｂは、セルコントローラ１００ｃからの起動信号がオフされることで動作を停止し、セルコントローラ１００ａへの起動信号をオフにする。セルコントローラ１００ａは、セルコントローラ１００ｂからの起動信号がオフされることで動作を停止し、絶縁素子２０１への絶縁素子動作信号の出力を停止する。

バッテリコントローラ２００は、セルコントローラ１００ｃへの起動信号をオフしてから所定時間を経過した後に、絶縁素子２０１へ通信信号を出力する。この起動信号をオフしてから通信信号を出力するまでの時間には、最下位のセルコントローラ１００ｃから最上位のセルコントローラ１００ａまで起動信号のオフが伝達され、セルコントローラ１００ａが動作を停止して絶縁素子２０１への絶縁素子動作信号の出力を停止するまでに十分な時間が設定される。この場合、絶縁素子２０１において通信信号が遮断されることで通信不可となり、セルコントローラ１００ｃからバッテリコントローラ２００への応答はされない。これをバッテリコントローラ２００において確認することで、全てのセルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃが正常に動作を停止していると判断することができる。

一方、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃのうちいずれか少なくとも１つが停止しておらず、何らかの原因により異常に動作を継続していた場合、当該セルコントローラから上位側にある各セルコントローラに対して起動信号が順次出力される。そのため、セルコントローラ１００ａは動作状態にあり、セルコントローラ１００ａから絶縁素子２０１に絶縁素子動作信号が出力される。このとき絶縁素子２０１は、バッテリコントローラ２００からの通信信号を通過させてセルコントローラ１００ａへ出力する。この通信信号は、セルコントローラ１００ａからセルコントローラ１００ｂ、１００ｃの順に転送され、最終的にバッテリコントローラ２００へ返信される。

図５は、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃのうち、セルコントローラ１００ｂが異常に動作を継続した場合のタイムチャートの一例を示す図である。図５において、バッテリコントローラ２００からの起動信号がオフになると、セルコントローラ１００ｃは図４の場合と同様に動作を停止し、セルコントローラ１００ｂへの起動信号をオフにすると共に、絶縁素子２０２への絶縁素子動作信号の出力を停止する。しかし、セルコントローラ１００ｂは、セルコントローラ１００ｃからの起動信号がオフにされても動作を継続し、セルコントローラ１００ａへの起動信号をオンのまま維持する。そのため、セルコントローラ１００ａも動作を継続し、絶縁素子２０１に対して絶縁素子動作信号を出力し続ける。

バッテリコントローラ２００は、セルコントローラ１００ｃへの起動信号をオフした後に、図４の場合と同様に絶縁素子２０１へ通信信号を出力する。この通信信号は、セルコントローラ１００ａから絶縁素子動作信号が出力されることで動作状態にある絶縁素子２０１を介して、セルコントローラ１００ａに出力される。これを受けたセルコントローラ１００ａは、通信信号を１つ下位のセルコントローラ１００ｂに転送する。セルコントローラ１００ｂも同様に、通信信号を１つ下位のセルコントローラ１００ｃに転送する。この通信信号を受けると、停止状態にあったセルコントローラ１００ｃが起動される。セルコントローラ１００ｃは、絶縁素子２０２に対する絶縁素子動作信号の出力を再開し、絶縁素子２０２を介して通信信号をバッテリコントローラ２００へ送信する。この通信信号をバッテリコントローラ２００において検知することで、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃのうちいずれか少なくとも１つ（この場合はセルコントローラ１００ｂ）が異常に動作を継続していると判断することができる。

なお、上記ではセルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃのうちセルコントローラ１００ｂが異常に動作を継続した場合の例を説明したが、他のセルコントローラが異常に動作を継続した場合も同様である。また、図２に例示した通信系統以外の場合、たとえば４個以上のセルコントローラ１００を用いた場合も同様である。すなわち、複数のセルコントローラ１００のうちいずれか少なくとも１つが異常に動作を継続していれば、通信順位で最上位のセルコントローラ１００が動作状態にあるため、絶縁素子２０１に対して絶縁素子動作信号が出力される。この状態でバッテリコントローラ２００から絶縁素子２０１へ通信信号を出力すると、最上位のセルコントローラ１００から最下位のセルコントローラ１００まで通信信号が転送される。このとき、停止状態にあるセルコントローラ１００は、通信信号を受信することで起動される。そして、最下位のセルコントローラ１００からバッテリコントローラ２００へ通信信号が返信され、バッテリコントローラ２００において異常と判断される。

図６は、以上説明した診断処理をバッテリコントローラ２００において実行する際のフローチャートである。ステップＳ１０において、バッテリコントローラ２００は、最下位のセルコントローラ１００ｃに対する起動信号の出力を停止する。

ステップＳ２０において、バッテリコントローラ２００は、ステップＳ１０で起動信号を停止してから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間を経過したら、ステップＳ３０において、絶縁素子２０１へ通信信号を出力する。

ステップＳ４０において、バッテリコントローラ２００は、ステップＳ３０で出力した通信信号に応じて、セルコントローラ１００ｃから通信信号の返信があったか否かを判定する。通信信号が返信された場合はステップＳ５０へ進み、返信がなかった場合はステップＳ７０へ進む。

ステップＳ５０において、バッテリコントローラ２００は、セルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃのうちいずれかのセルコントローラが異常に動作中であると判断する。その後、ステップＳ６０において、図１の車両コントローラ４００へ所定の警告信号を出力する。この警告信号を受けると、車両コントローラ４００は所定の処理を実行する。たとえば、車両の運転者に対して異常が発生したことを報知する。ステップＳ６０を実行したら、バッテリコントローラ２００は診断処理を終了する。

一方、ステップＳ７０において、バッテリコントローラ２００は、全てのセルコントローラ１００ａ、１００ｂおよび１００ｃが正常に停止していると判断する。ステップＳ７０を実行したら、バッテリコントローラ２００は診断処理を終了する。

以上説明した実施形態によれば、次のような作用効果を奏する。

（１）電池制御装置１０は、複数の単電池セル１１０を直列接続したセルグループ１２０が複数直列に接続された電池モジュール１３０を制御するものであり、複数のセルコントローラ１００と、バッテリコントローラ２００と、絶縁素子２０１とを備える。セルコントローラ１００は、セルグループ１２０の各々に対応して設けられ、所定の通信順位に従って相互に接続されており、対応するセルグループ１２０の各単電池セル１１０の状態を検出する。バッテリコントローラ２００は、複数のセルコントローラ１００を起動または停止させると共に、複数のセルコントローラ１００のうち通信順位で最上位のセルコントローラ１００ａに対して通信信号を送信し、複数のセルコントローラ１００のうち通信順位で最下位のセルコントローラ１００ｃから通信信号を受信する。絶縁素子２０１は、バッテリコントローラ２００と最上位のセルコントローラ１００ａとの間に設けられている。診断処理において、バッテリコントローラ２００は、複数のセルコントローラ１００を停止させ（図６ステップＳ１０）、その後、絶縁素子２０１に通信信号を出力する（ステップＳ３０）。絶縁素子２０１は、複数のセルコントローラ１００のいずれか少なくとも１つが動作している場合は、通信信号を通過させて最上位のセルコントローラ１００ａへ出力する一方で、複数のセルコントローラ１００が全て停止している場合は、通信信号を遮断する。複数のセルコントローラ１００の各々は、バッテリコントローラ２００または通信順位で１つ上位のセルコントローラ１００から通信信号が送信されると、停止中であれば起動し、動作中であれば動作状態を維持して、その通信信号を通信順位で１つ下位のセルコントローラ１００またはバッテリコントローラ２００へ転送する。バッテリコントローラ２００は、最下位のセルコントローラ１００ｃから通信信号を受信したか否かにより（ステップＳ４０）、複数のセルコントローラ１００の異常動作を診断する（ステップＳ５０、Ｓ７０）。このようにしたので、セルコントローラ１００の異常動作を確実に診断することができる。

（２）複数のセルコントローラ１００のいずれか少なくとも１つが動作している場合、最上位のセルコントローラ１００ａは、絶縁素子２０１を動作させるための絶縁素子動作信号を出力する。絶縁素子２０１は、最上位のセルコントローラ１００ａから絶縁素子動作信号を受けて動作することにより、バッテリコントローラ２００からの通信信号を通過させて最上位のセルコントローラ１００ａへ出力する。このようにしたので、複数のセルコントローラ１００のいずれか少なくとも１つが動作しているか否かにより、絶縁素子２０１において通信信号を確実に通過または遮断することができる。

（３）最上位のセルコントローラ１００ａを除いた複数のセルコントローラ１００の各々は、動作中に、通信順位で１つ上位のセルコントローラ１００を動作させるための起動信号を出力する。最上位のセルコントローラ１００ａは、通信順位で１つ下位のセルコントローラ１００ｂから起動信号を受けて動作し、絶縁素子動作信号を出力する。このようにしたので、複数のセルコントローラ１００のいずれか少なくとも１つが動作している場合に、最上位のセルコントローラ１００ａから絶縁素子２０１への絶縁素子動作信号の出力を実現することができる。

（４）バッテリコントローラ２００は、最下位のセルコントローラ１００ｃに対して起動信号の出力を停止することにより、複数のセルコントローラ１００を停止させる。このようにしたので、バッテリコントローラ２００から複数のセルコントローラ１００を容易かつ確実に停止させることができる。

（５）電池制御装置１０は、バッテリコントローラ２００と最下位のセルコントローラ１００ｃとの間に設けられた絶縁素子２０２をさらに備える。最下位のセルコントローラ１００ｃは、動作中に、絶縁素子２０２を動作させるための絶縁素子動作信号を出力する。絶縁素子２０２は、最下位のセルコントローラ１００ｃから絶縁素子動作信号を受けて動作することにより、最下位のセルコントローラ１００ｃからの通信信号を通過させてバッテリコントローラ２００へ出力する。このようにしたので、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００ｃとの間を絶縁した状態で、セルコントローラ１００ｃからバッテリコントローラ２００へ通信信号を送信することができる。さらに、セルコントローラ１００ｃの動作停止中には絶縁素子２０２を停止して、不要な電力消費を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態における電池制御装置１０の通信系統の説明図である。この図７に示す通信系統は、図２に示した第１の実施形態による通信系統と比べて、２つのブロック１３１および１３２に分割されており、ブロック１３１とブロック１３２に共通の絶縁素子２０４を設置した点が異なっている。なお、図７では、ブロック１３１、１３２がそれぞれｎ個のセルコントローラ１００（セルコントローラ１００ａ〜１００ｎ）を有している場合の例を示している。このうち通信順位で最上位のセルコントローラ１００ａと最下位のセルコントローラ１００ｎ以外については、図示を省略している。

図７において、絶縁素子２０４は、絶縁素子２０１および２０２と同様の構造を有している。絶縁素子２０４の端子Ｖａａ１と端子Ｖａａ２には、ブロック１３１のセルコントローラ１００ｎとブロック１３２のセルコントローラ１００ａから絶縁素子動作信号がそれぞれ入力される。これらの絶縁素子動作信号が両方とも入力されているときに絶縁素子２０４は動作し、通信信号入力端子Ｒｘに入力されたブロック１３１のセルコントローラ１００ｎからの通信信号を通過させて、通信信号出力端子Ｔｘからブロック１３２のセルコントローラ１００ａへ出力する。

図７に示した通信系統では、バッテリコントローラ２００は、ブロック１３１のセルコントローラ１００ｎに対しては、起動信号出力端子ＷＵｏｕｔ１からブロック１３１内の低速絶縁素子２０３を介して起動信号を出力する。また、ブロック１３２のセルコントローラ１００ｎに対しては、起動信号出力端子ＷＵｏｕｔ２からブロック１３２内の低速絶縁素子２０３を介して起動信号を出力する。これにより、ブロック１３１のセルコントローラ１００ａ〜１００ｎと、ブロック１３２のセルコントローラ１００ａ〜１００ｎとを、個別に起動または停止させることができる。

本実施形態の電池制御装置１０において診断処理を実行する場合、ブロック１３１のセルコントローラ１００ａ〜１００ｎまたはブロック１３２のセルコントローラ１００ａ〜１００ｎの一方を動作状態とし、他方を停止させた状態で、バッテリコントローラ２００から絶縁素子２０１へ通信信号を出力する。このとき、停止させたブロック中で全てのセルコントローラ１００ａ〜１００ｎが正常に動作を停止していれば、絶縁素子２０１または絶縁素子２０４が動作していないために通信信号が遮断される。その結果、第１の実施形態と同様に、ブロック１３２のセルコントローラ１００ｎからバッテリコントローラ２００へ通信信号が返信されることはない。

一方、停止させたブロック中でセルコントローラ１００ａ〜１００ｎのうちいずれか少なくとも１つが停止しておらず、何らかの原因により異常に動作を継続していたとする。この場合、第１の実施形態と同様に、当該セルコントローラから上位側にある各セルコントローラに対して起動信号が順次出力されるため、当該ブロック内でセルコントローラ１００ａは動作状態にあり、そこから絶縁素子２０１（ブロック１３１を停止させた場合）または絶縁素子２０４（ブロック１３２を停止させた場合）へ絶縁素子動作信号が出力される。また、ブロック１３１を停止させた場合は、動作中のブロック１３２のセルコントローラ１００ａ、１００ｎから絶縁素子２０４、２０２へ絶縁素子動作信号がそれぞれ出力され、ブロック１３２を停止させた場合は、動作中のブロック１３１のセルコントローラ１００ａ、１００ｎから絶縁素子２０１、２０４へ絶縁素子動作信号がそれぞれ出力される。これにより、バッテリコントローラ２００から出力された通信信号は、絶縁素子２０１および絶縁素子２０４をそれぞれ通過した後に、ブロック１３２のセルコントローラ１００ｎから絶縁素子２０４を通過してバッテリコントローラ２００へ返信される。

以上説明したように、停止させたブロック中で全てのセルコントローラ１００ａ〜１００ｎが正常に動作を停止していれば、ブロック１３２のセルコントローラ１００ｎからバッテリコントローラ２００への通信信号の返信は行われない。しかし、停止させたブロック中でセルコントローラ１００ａ〜１００ｎのうちいずれか少なくとも１つが異常に動作を継続していると、ブロック１３２のセルコントローラ１００ｎからバッテリコントローラ２００へ通信信号が返信される。したがって、第１の実施形態と同様にして異常を検知することができる。なお、上記の例では分割するブロック数が２つの場合を説明したが、より多数のブロックに分割した場合も同様である。

以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏することができる。加えて、電池制御装置１０は、通信順位で互いに隣接する２つのブロック１３１、１３２の間に設けられた共通の絶縁素子２０４をさらに備える。そして、通信順位で上位側のブロック１３１内で最下位のセルコントローラ１００ｎと、通信順位で下位側のブロック１３２内で最上位のセルコントローラ１００ａとは、動作中に、絶縁素子２０４を動作させるための絶縁素子動作信号をそれぞれ出力する。絶縁素子２０４は、上位側のブロック１３１内で最下位のセルコントローラ１００ｎおよび下位側のブロック１３２内で最上位のセルコントローラ１００ａから絶縁素子動作信号をそれぞれ受けて動作することにより、上位側のブロック１３１内で最下位のセルコントローラ１００ｎからの通信信号を通過させて下位側のブロック１３２内で最上位のセルコントローラ１００ａへ出力する。このようにしたので、互いに隣接するブロック１３１、１３２の間を絶縁した状態で、上位側のブロック１３１から下位側のブロック１３２へ通信信号を送信することができる。これにより、複数のセルコントローラ１００の異常動作をブロック単位で診断することができる。

なお、上記の各実施形態では、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載される電池制御装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されず、様々な機器や装置に搭載される電池制御装置において適用可能である。

本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨に逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。

Claims

複数の単電池セルを接続したセルグループが複数接続された電池モジュールを制御する電池制御装置であって、
前記セルグループの各々に対応して設けられ、所定の通信順位に従って相互に接続されており、対応するセルグループの各単電池セルの状態を検出する複数のセルコントローラと、
前記複数のセルコントローラを起動または停止させると共に、前記複数のセルコントローラのうち前記通信順位で最上位のセルコントローラに対して通信信号を送信し、前記複数のセルコントローラのうち前記通信順位で最下位のセルコントローラから前記通信信号を受信する制御回路と、
前記制御回路と前記最上位のセルコントローラとの間に設けられた第１絶縁素子と、を備え、
前記制御回路は、前記複数のセルコントローラを停止させた後、前記第１絶縁素子に前記通信信号を出力し、
前記第１絶縁素子は、前記複数のセルコントローラのいずれか少なくとも１つが動作している場合は、前記通信信号を通過させて前記最上位のセルコントローラへ出力する一方で、前記複数のセルコントローラが全て停止している場合は、前記通信信号を遮断し、
前記複数のセルコントローラの各々は、前記制御回路または前記通信順位で１つ上位のセルコントローラから前記通信信号が送信されると、停止中であれば起動し、動作中であれば動作状態を維持して、前記通信信号を前記通信順位で１つ下位のセルコントローラまたは前記制御回路へ転送し、
前記制御回路は、前記最下位のセルコントローラから前記通信信号を受信したか否かにより、前記複数のセルコントローラの異常動作を診断する電池制御装置。
請求項１に記載の電池制御装置において、
前記複数のセルコントローラのいずれか少なくとも１つが動作している場合、前記最上位のセルコントローラは、前記第１絶縁素子を動作させるための絶縁素子動作信号を出力し、
前記第１絶縁素子は、前記最上位のセルコントローラから前記絶縁素子動作信号を受けて動作することにより、前記制御回路からの通信信号を通過させて前記最上位のセルコントローラへ出力する電池制御装置。
請求項２に記載の電池制御装置において、
前記最上位のセルコントローラを除いた前記複数のセルコントローラの各々は、動作中に、前記通信順位で１つ上位のセルコントローラを動作させるための起動信号を出力し、
前記最上位のセルコントローラは、前記通信順位で１つ下位のセルコントローラから前記起動信号を受けて動作し、前記絶縁素子動作信号を出力する電池制御装置。
請求項３に記載の電池制御装置において、
前記制御回路は、前記最下位のセルコントローラに対して前記起動信号の出力を停止することにより、前記複数のセルコントローラを停止させる電池制御装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池制御装置において、
前記制御回路と前記最下位のセルコントローラとの間に設けられた第２絶縁素子をさらに備え、
前記最下位のセルコントローラは、動作中に、前記第２絶縁素子を動作させるための絶縁素子動作信号を出力し、
前記第２絶縁素子は、前記最下位のセルコントローラから前記絶縁素子動作信号を受けて動作することにより、前記最下位のセルコントローラからの通信信号を通過させて前記制御回路へ出力する電池制御装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池制御装置において、
前記複数のセルコントローラは、複数のブロックに分割されており、
前記電池制御装置は、前記通信順位で互いに隣接する２つのブロックの間に設けられた共通絶縁素子をさらに備え、
前記隣接する２つのブロックのうち前記通信順位で上位側のブロック内で最下位のセルコントローラと、前記隣接する２つのブロックのうち前記通信順位で下位側のブロック内で最上位のセルコントローラとは、動作中に、前記共通絶縁素子を動作させるための絶縁素子動作信号をそれぞれ出力し、
前記共通絶縁素子は、前記上位側のブロック内で最下位のセルコントローラおよび前記下位側のブロック内で最上位のセルコントローラから前記絶縁素子動作信号をそれぞれ受けて動作することにより、前記上位側のブロック内で最下位のセルコントローラからの通信信号を通過させて前記下位側のブロック内で最上位のセルコントローラへ出力する電池制御装置。