JP5978755B2

JP5978755B2 - 電源管理装置

Info

Publication number: JP5978755B2
Application number: JP2012113022A
Authority: JP
Inventors: 省二成田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: JP2013239394A

Description

本発明は、複数のモジュールを有する電源部を簡単な構成で管理できるようにした電源管理装置に関する。

近年、ＣＯ_２削減などの目的で化石燃料に代えてバッテリに充電した電気エネルギーを利用して走行する電気自動車が普及しつつある。この電気自動車では、充電可能なバッテリを複数、搭載している。このような電気自動車の搭載しているバッテリは、充電と放電とを繰り返すことから、充電と放電の繰り返しがバッテリの寿命に影響を及ぼすことになる。また、各バッテリの特性上の僅かな違いも充電と放電が繰り返される過程でバッテリの寿命に影響を及ぼすことになる。このため、電気自動車においては製造過程あるいは出荷時において、搭載している電源部の複数のバッテリの状態を検査し管理するようにしている。
このような電気自動車が搭載している複数のバッテリからなるモジュールの管理を行う電源管理装置として、複数のモジュールを有する電気自動車の電源部の管理を正確かつ簡易に行うようにした電気自動車の電源管理装置がある。
この電気自動車の電源管理装置は、モータの電源部を構成する複数の電池セルをまとめて構成したモジュールにモジュール状態検出手段をそれぞれ搭載し、各モジュール状態検出手段により検出された情報をもとに各モジュールの状態を制御手段で判定する。前記各モジュール状態検出手段は、付番通信線を介して直列に接続され、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報をもとにして自身に識別番号を付与し、その識別番号を含むＩＤ情報を接続下流のモジュール状態検出手段へ送信する。そして、前記制御手段は、前記各モジュール状態検出手段と付番通信線および通信線で接続され、付番通信線および通信線を介して送信された検出情報をもとに各モジュールの異常をモジュールごとに特定する（特許文献１参照）。

特開２００９−８９５２１号公報

したがって、従来の電源管理装置では、ＵＡＲＴ通信を用いて、各モジュールに搭載されたモジュール状態検出手段が、接続上流のモジュール状態検出手段から送信されたＩＤ情報をもとに自身に識別番号を付与し、制御手段が、付番通信線と通信線を介して送信される検出情報にもとづき各モジュールの異常をモジュールごとに特定することで電源部を管理していた。さらに各モジュールに搭載されたモジュール状態検出手段と、モジュールの異常をモジュールごとに特定する制御手段の電源電圧が相異する場合など、異なる電源電圧を持つ装置間をＵＡＲＴ通信で接続する場合にはレベル変換回路を挿入する必要があるなど回路構成が複雑化する課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で各モジュールの異常をモジュールごとに特定できる電源管理装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の電池セルから構成されたモジュールが複数接続されて構成された電源部の電源管理装置であって、複数の前記モジュールの各々の状態を検出する複数のモジュール状態検出手段と、複数の前記モジュール状態検出手段の各々に入力される電圧に基づいて複数の前記モジュール状態検出手段の各々に識別番号の付与を行う識別番号付与手段と、を備え、複数の前記モジュール状態検出手段は接続線を介して直列に接続して構成され、それぞれの前記モジュール状態検出手段は、基準電圧あるいは接続上流側のモジュール状態検出手段の出力電圧が前記接続線を介して供給される付番電圧入力端子と、前記付番電圧入力端子の電圧を分圧する分圧回路と、前記分圧回路により生成された電圧を接続下流側のモジュール状態検出手段へ出力する付番電圧出力端子と、を有し、前記識別番号付与手段は、前記分圧回路により分圧された電圧に基づいて前記識別番号を付与する、ことを特徴とする。

本発明によれば、複数のモジュールの各々の状態を検出する複数のモジュール状態検出手段と、複数の前記モジュール状態検出手段の各々に入力される電圧に基づいて複数の前記モジュール状態検出手段の各々に識別番号の付与を行う識別番号付与手段とを備えるように構成したので、前記モジュール状態検出手段が検出した各モジュールの異常を簡単な構成でモジュールごとに特定できる電源管理装置を提供できる効果がある。

本発明によれば、複数のモジュール状態検出手段は接続線を介して直列に接続され、前記モジュール状態検出手段は、基準電圧あるいは接続上流側のモジュール状態検出手段の出力電圧が前記接続線を介して供給される付番電圧入力端子と、前記付番電圧入力端子の電圧を分圧する分圧回路と、前記分圧回路により生成された電圧を接続下流側のモジュール状態検出手段へ出力する付番電圧出力端子とを有し、前記分圧回路により分圧された電圧に基づいて識別番号付与手段が複数の前記モジュール状態検出手段の各々に識別番号を付与するように構成したので、前記モジュール状態検出手段が検出した各モジュールの異常を簡単な構成でモジュールごとに特定できる電源管理装置を提供できる効果がある。

本発明によれば、車両に搭載されている低電圧バッテリを用いることにより別途、他のバッテリを設ける必要がないという電源管理装置を提供できる効果がある。

本発明の実施の形態である電源管理装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態である電源管理装置における付番回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態である電源管理装置における付番テーブルの構成を示す説明図である。本発明の実施の形態である電源管理装置におけるＣＭＵ自身の識別番号の付与動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態である電源管理装置の構成を示すブロック図である。この電源管理装置は、電気自動車のモータ電源部を構成する複数の電池セルから構成された複数のモジュール１，２，３の状態を各モジュールに搭載されたセルモニタユニット（以下、ＣＭＵ，モジュール状態検出手段という）で検出する。すなわちモジュール１の状態はＣＭＵ（モジュール状態検出手段）３０１で検出し、モジュール２の状態はＣＭＵ（モジュール状態検出手段）３０２で検出し、モジュール３の状態はＣＭＵ（モジュール状態検出手段）３０３で検出する。モジュール１のＣＭＵ３０１、モジュール２のＣＭＵ３０２およびモジュール３のＣＭＵ３０３はバスラインＢＬでバッテリマネジメントユニット（以下、ＢＭＵという）４００と接続されている。ＢＭＵ４００は、各ＣＭＵで検出されたモジュールの状態をもとに前記モータ電源部を管理する。
各モジュール１，２，３は、直列接続された複数のリチウムイオン二次電池の電池セル１０１，１０２，１０３，１０４を備えている。電池セル１０１，１０２，１０３，１０４は、さらにモジュール間で直列接続され、電気自動車のモータ電源部を構成している。また、電気自動車のモータ電源部から負荷に対し入出力される電流を検出する電流センサ２００が設けられている。
電流センサ２００により検出された前記モータ電源部から負荷に対し入出力される電流と、前記各ＣＭＵで検出された各モジュール１，２，３の状態を示す情報をもとに各モジュール１，２，３の状態をＢＭＵ４００で判定する。
ＣＭＵ３０１，３０２，３０３とＢＭＵ４００はマイクロコンピュータにより構成されている。

図２は、この実施の形態の電源管理装置における付番回路の構成を示すブロック図である。この付番回路は、各モジュールに搭載されたＣＭＵに対し識別番号を付与するものであり、電源管理装置は、各モジュールに搭載されたＣＭＵに対し前記付番回路により識別番号を付与する。そして、電気自動車のモータ電源部を構成する複数の電池セル１０１，１０２，１０３，１０４から構成されたモジュール１，２，３の状態を各モジュールに搭載されたＣＭＵで検出し、前記識別番号により識別されるＣＭＵにより検出した各モジュール１，２，３の状態を示す情報をもとに、各モジュールの状態をＢＭＵ４００で判定する。
この電源管理装置における付番回路は、図２に示すように、電気自動車の例えばアクセサリ電源用（電装系）のバッテリ１２ボルト電源（低電圧バッテリ）２１からイグニッションスイッチ２２を介して取り出される直流１２ボルトの電圧を付番電源（基準電圧）として利用する。この直流１２ボルトの電圧は、例えば出荷時におけるアクセサリ電源用のバッテリの端子電圧であり、出荷時であることから直流１２ボルトの電圧値についてはバラツキが小さいかあるいは安定化されている。この車両に搭載されている低電圧バッテリを用いた場合には、別途、他のバッテリを設ける必要がない。
なお、バッテリ１２ボルト電源２１は、製造工程中の検査装置から供給される直流１２ボルトの電圧を利用することも可能である。
モジュール１に搭載されているＣＭＵ３０１は、付番電圧入力端子５０１と付番電圧出力端子５０２を備えている。付番電圧入力端子５０１は、バッテリ１２ボルト電源２１から供給されイグニッションスイッチ２２を介して取り出される直流１２ボルトの電圧、あるいは接続上流側のＣＭＵの付番電圧出力端子５０２から出力される付番電圧が入力される。

符号５１１、符号５１２は抵抗素子であり直列接続されており、付番電圧入力端子５０１とグランドとの間に接続されている。抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐは付番電圧出力端子５０２へ接続されている。
付番電圧出力端子５０２は、接続下流側の次のＣＭＵ３０２の付番電圧入力端子５０１と接続されている。
ＣＭＵ３０１の直列接続された抵抗素子５１１と抵抗素子５１２は、付番電圧入力端子５０１へバッテリ１２ボルト電源２１から供給される直流１２ボルトの電圧を、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにおいて抵抗素子５１１と抵抗素子５１２の各抵抗値の比に応じて分圧する分圧回路を構成している。抵抗素子５１１の抵抗値がＲ１、抵抗素子５１２の抵抗値がＲ２、付番電圧入力端子５０１へ供給される付番電源電圧がＶ１とすると、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにおける付番電圧出力端子５０２へ出力される付番電圧はＶ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。すなわち付番電圧入力端子５０１から前記分圧回路へバッテリ１２ボルト電源２１から直流１２ボルトの電圧が供給され、あるいは接続上流側のＣＭＵの付番電圧出力端子５０２から出力される付番電圧が供給されると、前記分圧回路の抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐから、抵抗素子５１１の抵抗値と抵抗素子５１２の抵抗値との比に応じたＣＭＵ３０１固有の付番電圧が生成される。
本実施の形態において、各ＣＭＵに設けられた付番電圧入力端子５０１、付番電圧出力端子５０２、抵抗素子５１１、５１２が、特許請求の範囲の付番電圧設定部に相当している。

符号５２１はキャパシタであり、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐとグランドとの間に接続されている。このキャパシタ５２１は、高い周波数領域のノイズ成分をグランドへバイパスさせる一方、直流を含む信号成分を通過させる低域通過フィルタの一部を構成している。
符号５３１と符号５３２はＶｃｃ側あるいはグランド側へサージ的に発生するノイズをＶｃｃあるいはグランドへバイパスさせるノイズ抑制回路である。ノイズ抑制回路５３１は、例えばＶｃｃ側にカソード端子が接続され、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにアノード端子が接続されたダイオード（定電圧ダイオード）を備えている。また、ノイズ抑制回路５３２は、例えば抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにカソード端子が接続され、グランド側にアノード端子が接続されたダイオード（定電圧ダイオード）を備えている。
符号５４０はＣＭＵ３０１に搭載されているマイクロコンピュータであり、ＡＤコンバータ５５１と付番テーブル５５２を備えている。ＡＤコンバータ５５１は、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐから生成される付番電圧をＡ／Ｄ変換し、ディジタルデータとして出力する。付番テーブル５５２には、前記付番電圧の電圧レベルごとに付番されるべき識別番号が規定されている。

図３は付番テーブル５５２の構成を示す説明図である。この付番テーブル５５２によれば、前記付番電圧の電圧レベルがＶ１〜Ｖ２の範囲内にあるときには自動付番１が識別番号として付番されるように設定されている。また、前記付番電圧の電圧レベルがＶ３〜Ｖ４の範囲内にあるときには自動付番２が識別番号として付番されるように設定されている。また前記付番電圧の電圧レベルがＶ５〜Ｖ６の範囲内にあるときには自動付番３が識別番号として付番されるように設定されている。また、前記付番電圧の電圧レベルがＶ７〜Ｖ８の範囲内にあるときには自動付番４が識別番号として付番されるように設定されている。
付番テーブル５５２に設定される前記付番電圧の電圧レベルの範囲を規定する電圧値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４……は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４……の関係になっている。
マイクロコンピュータ５４０のＣＰＵは、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにおける付番電圧出力端子５０２へ出力される付番電圧をＡＤコンバータ５５１によりＡ／Ｄ変換し、ディジタルデータに変換された前記付番電圧をもとに付番テーブル５５２を参照する。そして、前記付番電圧に対応して付番されるべき識別番号を付番テーブル５５２から読み出し、読み出した識別番号をＣＭＵ３０１自身の識別ＩＤとしてＥＥＰＲＯＭ５６１へ格納する。

図４は、ＣＭＵに搭載されているマイクロコンピュータのＣＰＵによるＣＭＵ自身の識別番号の付与動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートに示す識別番号の付与動作は、製造過程あるいは出荷時に行われることになる。
識別番号の付与動作への移行は、例えばＣＭＵの識別ＩＤの付番処理へ移行するためのスイッチを設け、ＣＭＵの付番処理を行う場合にこのスイッチの状態を切り替えることで各ＣＭＵにおいて識別番号の付与動作へ移行する。
図２に示す例では、ＣＭＵ３０１自身の識別番号の付与が行われる製造過程あるいは出荷時、イグニッションスイッチ２２がオン操作されて導通状態となり、ＣＭＵ３０１の付番電圧入力端子５０１へアクセサリ電源用のバッテリ１２ボルト電源２１から直流１２ボルトの電圧が供給される。
図４のフローチャートに従ってＣＭＵ３０１自身の識別番号の付与について説明すると、先ず、ＣＭＵ３０１に搭載されているマイクロコンピュータのＣＰＵは、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにおける付番電圧をＡＤコンバータ５５１によりディジタルデータに変換する（ステップＳ１）。続いて、前記ディジタルデータに変換した付番電圧に応じた識別番号を付番テーブル５５２から読み出す（ステップＳ２）。そして、前記付番テーブル５５２から読み出した識別番号をＣＭＵ３０１自身の識別ＩＤとしてＥＥＰＲＯＭ５６１へ記憶する（ステップＳ３）。

ＣＭＵ３０１以外のＣＭＵ３０２，３０３の構成も、ＣＭＵ３０１の構成と同一である。ただし付番電圧入力端子５０１にバッテリ１２ボルト電源２１が接続されるか、あるいは接続上流側のＣＭＵの付番電圧出力端子５０２が接続されるかのみが異なる。

図２に示す例では、同一構成のＣＭＵ３０１、ＣＭＵ３０２……ＣＭＵ３０３が、付番電圧入力端子５０１と付番電圧出力端子５０２とにより接続されている。すなわち接続最上流側のＣＭＵ３０１は付番電圧入力端子５０１がイグニッションスイッチ２２を介してバッテリ１２ボルト電源２１に接続され、付番電圧出力端子５０２は接続下流側の次のＣＭＵ３０２の付番電圧入力端子５０１へ接続されている。
また、ＣＭＵ３０２の付番電圧出力端子５０２については、接続下流側の次のＣＭＵ３０３の付番電圧入力端子５０１へ接続されている。

従って、イグニッションスイッチ２２がオン操作されて導通状態となり、ＣＭＵ３０１の付番電圧入力端子５０１へアクセサリ電源用のバッテリ１２ボルト電源２１から直流１２ボルトの電圧が供給され、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２の抵抗値が例えば同一抵抗値に設定されていると、抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにおける付番電圧出力端子５０２へ出力される付番電圧は６ボルトとなる。また、ＣＭＵ３０２の付番電圧入力端子５０１へはＣＭＵ３０１の付番電圧出力端子５０２から６ボルトが供給される結果、ＣＭＵ３０２の抵抗素子５１１と抵抗素子５１２との接続点Ｐにおける付番電圧は３ボルトとなる。このようにして順次段階的に接続下流側のＣＭＵの付番電圧は６ボルト→３ボルト→１．５ボルト→０．７ボルト→０．３５ボルト……となる。このため、付番テーブル５５２により付番電圧の電圧レベルの範囲をＶ１＞６ボルト＞Ｖ２、Ｖ３＞３ボルト＞Ｖ４、Ｖ５＞１．５ボルト＞Ｖ６、Ｖ７＞０．７５ボルト＞Ｖ８……に規定しておき、ＣＭＵの付番電圧の電圧レベルがＶ１＞６ボルト＞Ｖ２の範囲内にあるときにはそのＣＭＵに自動付番１が識別番号として付番されるように設定し、また、前記付番電圧の電圧レベルがＶ３＞３ボルト＞Ｖ４の範囲内にあるときには自動付番２が識別番号として付番されるように設定する。また前記付番電圧の電圧レベルがＶ５＞１．５ボルト＞Ｖ６の範囲内にあるときには自動付番３が識別番号として付番されるように設定し、また、前記付番電圧の電圧レベルがＶ７＞０．７５ボルト＞Ｖ８の範囲内にあるときには自動付番４が識別番号として付番されるように設定する。
このように構成することで、ＣＭＵ３０１の付番電圧入力端子５０１へアクセサリ電源用のバッテリ１２ボルト電源２１から直流１２ボルトの電圧を供給すると、接続最上流側のＣＭＵから接続下流側のＣＭＵへ順次、付番が自動的に行われ、各ＣＭＵのＥＥＰＲＯＭに自身の識別ＩＤが記憶され格納される。

以上、説明したようにこの実施の形態によれば、簡単な構成で接続最上流側のＣＭＵから接続下流側のＣＭＵへ順次、識別番号を自動的に付番し、電気自動車のモータ電源部（駆動用バッテリ）を前記識別番号により管理し各モジュールの異常をモジュールごとに特定できる電源管理装置を提供できる効果がある。

１，２，３……モジュール、２１……バッテリ１２ボルト電源（低電圧バッテリ）、５０１……付番電圧入力端子（付番電圧設定手段）、５０２……付番電圧出力端子（付番電圧設定手段）、５１１，５１２……抵抗素子（付番電圧設定手段）、５４０……マイクロコンピュータ（識別番号付与手段）、５５１……ＡＤコンバータ（識別番号付与手段）、５５２……付番テーブル（識別番号付与手段）、５６１……ＥＥＰＲＯＭ（識別番号付与手段）、１０１，１０２，１０３……電池セル、３０１，３０２，３０３……ＣＭＵ（モジュール状態検出手段）、４００……ＢＭＵ。

Claims

複数の電池セルから構成されたモジュールが複数接続されて構成された電源部の電源管理装置であって、
複数の前記モジュールの各々の状態を検出する複数のモジュール状態検出手段と、
複数の前記モジュール状態検出手段の各々に入力される電圧に基づいて複数の前記モジュール状態検出手段の各々に識別番号の付与を行う識別番号付与手段と、を備え、
複数の前記モジュール状態検出手段は接続線を介して直列に接続して構成され、
それぞれの前記モジュール状態検出手段は、
基準電圧あるいは接続上流側のモジュール状態検出手段の出力電圧が前記接続線を介して供給される付番電圧入力端子と、
前記付番電圧入力端子の電圧を分圧する分圧回路と、
前記分圧回路により生成された電圧を接続下流側のモジュール状態検出手段へ出力する付番電圧出力端子と、を有し、
前記識別番号付与手段は、前記分圧回路により分圧された電圧に基づいて前記識別番号を付与する、
ことを特徴とする電源管理装置。
前記電源部は、車両を駆動する電動機に電力を供給する駆動バッテリであり、
前記基準電圧は、前記車両の電装系に電力を供給する前記駆動バッテリより電圧の低い低電圧バッテリの電圧であることを特徴とする請求項１記載の電源管理装置。