JP6129346B2

JP6129346B2 - 電池システム監視装置

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Publication number: JP6129346B2
Application number: JP2015553305A
Authority: JP
Inventors: 彰彦工藤; 金井　友範; 友範金井; 寛岩澤; 睦菊地
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JPWO2015092921A1; WO2015092921A1

Description

本発明は、電池システムを監視する装置に関する。

ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池セルを多数直列接続して構成される組電池（電池システム）が用いられている。従来、このような組電池には、所定数の単電池セルごとに、各単電池セルの容量計算や保護管理を行い、各単電池セルの充放電状態を監視および制御するための監視ＩＣが接続されている。たとえば特許文献１には、メインコントローラと各監視ＩＣとをデイジーチェーン接続し、この接続を用いて信号通信を行う電池制御システムが開示されている。

ところで、上記のような電池制御システムにおいて用いられる各監視ＩＣ間には、対応する単電池セルの組電池内での配置位置に応じた電位差が存在する。そのため、各監視ＩＣ間では、この電位差を解消して通信を行う必要がある。たとえば特許文献２には、コンデンサを介して各監視ＩＣ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で、各監視ＩＣ間の電位差を解消したものが開示されている。

特開２００５−３１８７５０号公報特許第４５８４７５８号

特許文献２のような通信方法では、通信信号において特定の状態、たとえば０または１の符号を示す状態が連続して信号レベルの変動が少なくなると、直流成分が増加するため、各監視ＩＣ間での伝送が不安定になりやすい。こうした不都合を解消するための方法としては、マイクロコンピュータを用いたメインコントローラと監視ＩＣとの間に、ＩＣ等を用いた通信変換回路を設けることが考えられる。このようにすると、メインコントローラからの通信信号が通信変換回路によって直流成分の少ない通信信号に変換された後、この変換後の通信信号が各監視ＩＣ間で伝送されるため、各監視ＩＣ間での伝送を安定化することができる。

上記のような通信変換回路を用いる場合、この通信変換回路が故障して正しい通信信号の変換動作が実行されなくなると、メインコントローラと監視ＩＣとの間で正常な通信ができなくなり、電池制御システムの誤動作等につながる。そのため、通信変換回路の故障を確実に検出することが重要である。

本発明による電池システム監視装置は、複数の単電池セルを直列接続したセルグループを複数個備えた電池システムを監視するものであって、前記セルグループごとに設けられ、対応するセルグループの各単電池セルを監視および制御する電池監視・制御用集積回路と、前記電池監視・制御用集積回路との間で通信信号を入出力する制御回路と、前記制御回路と前記電池監視・制御用集積回路との間で入出力される前記通信信号の変換をそれぞれ行う第１の通信変換回路および第２の通信変換回路と、を備える。この電池システム監視装置において、前記電池監視・制御用集積回路は、所定の通信順序に応じて互いに接続されており、前記制御回路は、第１の符号化方式に従った通信信号を前記第１の通信変換回路に出力し、前記第１の通信変換回路は、前記制御回路から第１の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式とは異なる第２の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路および前記第２の通信変換回路へ出力し、前記電池監視・制御用集積回路の各々は、前記第２の符号化方式に従った通信信号を、前記通信順序に応じて伝送し、前記第２の通信変換回路は、前記第１の通信変換回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記制御回路へ出力し、前記制御回路は、前記第１の通信変換回路に出力した通信信号が表す送信データと、前記第２の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の通信変換回路の故障を検出する。

本発明によれば、通信変換回路の故障を確実に検出することができる。

本発明の第１の実施形態による電池システム監視装置の構成を示す図である。通信変換回路の故障検出を行う際に制御回路により実行される処理のフローチャートである。送信変換判定処理の手順を示すフローチャートである。受信変換判定処理の手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態による電池システム監視装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による電池システム監視装置について説明する。以下の各実施形態では、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などに用いられる電池システムを監視する電池システム監視装置において本発明を適用した場合の例を説明する。なお、本発明はＨＥＶに用いられる電池システムに限らず、他の車両、たとえばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、鉄道車両などに用いられる電池システムや、車両の電池システム以外の用途で用いられる各種の蓄電装置に対しても、幅広く適用可能である。

以下の各実施形態では、電池システムにおいて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）程度の範囲に動作電圧を持つリチウムイオン電池を想定して説明している。しかし、電気を蓄えて放電可能なデバイスであれば、リチウムイオン電池以外のものを用いて電池システムを構成してもよい。本発明による電池システム監視装置を用いてその状態を監視および制御可能であり、ＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）が高すぎる場合（過充電）や低すぎる場合（過放電）にその使用を制限することができるものであれば、何でもよい。以下の説明では、それらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。

また、以下に説明する各実施形態では、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または直並列に接続したものを電池システムと呼称する。セルグループおよび電池システムを総称して組電池と呼んでいる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による電池システム監視装置の構成を示す図である。この電池システム監視装置は、単電池セルであるリチウムイオン電池１が複数個直列接続されて構成された電池システム１０と接続されており、この電池システム１０を監視するものである。図１に示す電池システム監視装置は、監視ＩＣ２１および２２と、絶縁素子３１および３２と、コンデンサ４と、通信変換回路５１および５２と、制御回路６と、送信切替スイッチ７１と、受信切替スイッチ７２とを備える。

監視ＩＣ２１および２２は、電池システム１０においてリチウムイオン電池１が複数個直列接続されて構成されたセルグループごとにそれぞれ設けられており、対応するセルグループの各リチウムイオン電池１を監視および制御する。たとえば、各リチウムイオン電池１の電圧や温度を測定し、その測定結果を制御回路６へ送信する。また、制御回路６からの指令に応じて、各リチウムイオン電池１の間でＳＯＣを均一化するためのバランシングを行う。これ以外にも、必要に応じて様々な動作を監視ＩＣ２１および２２において行うことができる。

監視ＩＣ２１と監視ＩＣ２２は、受信端子Ｒｘと送信端子Ｔｘをそれぞれ有している。監視ＩＣ２１の送信端子Ｔｘと監視ＩＣ２２の受信端子Ｒｘは、コンデンサ４を介して互いに接続されている。監視ＩＣ２１の送信端子Ｔｘから通信信号が出力されると、この通信信号は、監視ＩＣ２２において受信端子Ｒｘに入力される。すなわち、監視ＩＣ２１と監視ＩＣ２２は、監視ＩＣ２１を上位、監視ＩＣ２２を下位として、所定の通信順序に応じて互いに接続されている。

通信変換回路５１および５２は、監視ＩＣ２１および２２と制御回路６との間で入出力される通信信号の変換を行うものであり、送信端子Ｔｘ、受信端子Ｒｘ、選択信号入力端子ＣＳ、クロック端子ＣＬＫ、データ入力端子ＤＩＮおよびデータ出力端子ＤＯＵＴをそれぞれ有する。通信変換回路５１の送信端子Ｔｘは、送信切替スイッチ７１に設けられている２つの入力端子のうち一方の入力端子７１１に接続されており、通信変換回路５２の送信端子Ｔｘは、送信切替スイッチ７１に設けられているもう一方の入力端子７１２に接続されている。通信変換回路５１の受信端子Ｒｘは、絶縁素子３２を介して監視ＩＣ２２の送信端子Ｔｘに接続されており、通信変換回路５２の受信端子Ｒｘは、受信切替スイッチ７２に接続されている。

制御回路６は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されており、監視ＩＣ２１および２２との間で入出力される通信信号を基に、電池システム１０を監視および制御するための所定の処理、たとえば各リチウムイオン電池１のＳＯＣ推定処理等を行う。この制御回路６は、選択信号出力端子ＳＳ１およびＳＳ２、クロック端子ＣＬＫ、データ入力端子ＤＩＮ、およびデータ出力端子ＤＯＵＴを有する。

送信切替スイッチ７１は、制御回路６から監視ＩＣ２１に出力される通信信号の変換を行う回路を通信変換回路５１または通信変換回路５２のいずれかに切り替えるための切替動作を行うスイッチである。通信信号の変換を行う回路として通信変換回路５１を選択する場合、制御回路６は、送信切替スイッチ７１を制御して、絶縁素子３１を介した監視ＩＣ２１の受信端子Ｒｘの接続先を、通信変換回路５１の送信端子Ｔｘに接続された絶縁素子入力端子７１１側へと切り替える。一方、通信信号の変換を行う回路として通信変換回路５２を選択する場合、制御回路６は、送信切替スイッチ７１を制御して、絶縁素子３１を介した監視ＩＣ２１の受信端子Ｒｘの接続先を、通信変換回路５２の送信端子Ｔｘに接続された絶縁素子入力端子７１２側へと切り替える。

受信切替スイッチ７２は、通信変換回路５２に入力される通信信号を、通信変換回路５１から出力される通信信号または監視ＩＣ２２から出力される通信信号のいずれかに切り替えるための切替動作を行うスイッチである。通信変換回路５２への入力信号として通信変換回路５１から出力される通信信号を選択する場合、制御回路６は、受信切替スイッチ７２を制御して、通信変換回路５２の受信端子Ｒｘの接続先を、送信切替スイッチ７１を介して通信変換回路５１の送信端子Ｔｘに接続された入力端子７２１側へと切り替える。一方、通信変換回路５２への入力信号として監視ＩＣ２２から出力される通信信号を選択する場合、制御回路６は、受信切替スイッチ７２を制御して、通信変換回路５２の受信端子Ｒｘの接続先を、絶縁素子３２を介して監視ＩＣ２２の送信端子Ｔｘに接続された入力端子７２２側へと切り替える。

制御回路６と監視ＩＣ２１、２２との間で通信を行う場合、制御回路６は、通信変換回路５１がそれまでに故障していなければ、前述のような送信切替スイッチ７１の制御により、通信信号の変換を行う回路として通信変換回路５１を選択する。このとき制御回路６は、選択信号出力端子ＳＳ１から通信変換回路５１の選択信号入力端子ＣＳへ所定の選択信号を出力した状態で、クロック端子ＣＬＫからクロック信号を出力すると共に、データ出力端子ＤＯＵＴから通信信号（データ信号）を出力する。この通信信号では、所定の符号化方式、たとえばＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）符号化方式に従って、監視ＩＣ２１、２２への指令内容等を表すデータが符号化されている。なお、ここで用いられる符号化方式は、同期通信に適したものであることが好ましい。以下の説明では、この符号化方式を「第１符号化方式」と称する。

制御回路６から出力された上記のクロック信号と通信信号は、通信変換回路５１において、クロック端子ＣＬＫとデータ入力端子ＤＩＮへそれぞれ入力される。すると通信変換回路５１は、入力された通信信号を別の符号化方式に従った通信信号へと変換する。なお、ここで用いられる符号化方式は、非同期通信に適しており、かつ同じ符号（０または１）が連続した場合にも、通信信号の直流成分が増加するのを抑えられる方式であることが好ましい。このような符号化方式には、たとえばマンチェスター符号化方式などがある。以下の説明では、この符号化方式を「第２符号化方式」と称する。

通信変換回路５１は、上記のようにして通信信号の変換を行ったら、変換後の通信信号を送信端子Ｔｘから出力する。この通信信号は、送信切替スイッチ７１および絶縁素子３１を介して監視ＩＣ２１の受信端子Ｒｘに入力されると共に、受信切替スイッチ７２の入力端子７２１にも入力される。

監視ＩＣ２１は、通信変換回路５１からの通信信号を受けると、その通信信号の内容を解読し、各リチウムイオン電池１の電圧や温度の測定、バランシングなど、制御回路６からの指令に応じた処理を必要に応じて実行する。そして、得られた測定結果等と共に、通信信号を送信端子Ｔｘから監視ＩＣ２２の受信端子Ｒｘへ出力する。これにより、監視ＩＣ２１から監視ＩＣ２２へ、通信順序に応じて通信信号が伝送される。

監視ＩＣ２２は、監視ＩＣ２１からの通信信号を受けると、監視ＩＣ２１と同様に、その通信信号の内容を解読し、各リチウムイオン電池１の電圧や温度の測定、バランシングなど、制御回路６からの指令に応じた処理を必要に応じて実行する。そして、得られた測定結果等と共に、通信信号を送信端子Ｔｘから出力する。この通信信号は、絶縁素子３２を介して通信変換回路５１の受信端子Ｒｘに入力されると共に、受信切替スイッチ７２の入力端子７２２にも入力される。

通信変換回路５１は、監視ＩＣ２２からの通信信号を受けると、その通信信号を元の符号化方式、すなわち第１符号化方式に従って変換する。そして、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

以上説明したようにして、制御回路６と監視ＩＣ２１および２２との間で通信信号が入出力されることにより、電池システム１０の監視が行われる。このとき制御回路６は、さらに通信変換回路５１の故障検出を次のようにして行う。

制御回路６は、前述のような受信切替スイッチ７２の制御により、通信変換回路５２に入力される通信信号として通信変換回路５１から出力される通信信号を選択する。これにより、通信変換回路５１から監視ＩＣ２１に出力されるとの同じ通信信号が、受信切替スイッチ７２を介して通信変換回路５２にも入力されるようにする。

通信変換回路５２は、通信変換回路５１から第２符号化方式に従って出力された通信信号が入力されると、その通信信号を第１符号化方式に従った通信信号へと変換する。そして、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

制御回路６は、通信変換回路５２からの通信信号が入力されると、その通信信号が表す受信データと、前述のように通信変換回路５１に対して出力した通信信号が表す送信データとを比較する。これにより、制御回路６から送信された通信信号の変換が通信変換回路５１において正しく行われているか否かを判断し、通信変換回路５１の故障検出を行う。

続いて制御回路６は、前述のような受信切替スイッチ７２の制御により、通信変換回路５２に入力される通信信号として監視ＩＣ２２から出力される通信信号を選択する。これにより、監視ＩＣ２１から通信変換回路５１に出力されるとの同じ通信信号が、受信切替スイッチ７２を介して通信変換回路５２にも入力されるようにする。

通信変換回路５２は、監視ＩＣ２２から第２符号化方式に従って出力された通信信号が入力されると、その通信信号を第１符号化方式に従った通信信号へと変換する。そして、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

制御回路６は、通信変換回路５２からの通信信号が入力されると、その通信信号が表す受信データと、通信変換回路５１からの通信信号が表す受信データとを比較する。これにより、制御回路６で受信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正しく行われているか否かを判断し、通信変換回路５１の故障検出を行う。

図２は、本実施形態において通信変換回路５１の故障検出を行う際に制御回路６により実行される処理のフローチャートである。この処理は、制御回路６において、たとえば一定の周期ごとに定期的に実行される。

ステップＳ１００において、制御回路６は、制御回路６から送信された通信信号の変換が通信変換回路５１において正しく行われているか否かを判定するための送信変換判定処理を実行する。送信変換判定処理の具体的な手順は、後で図３を用いて説明する。

ステップＳ２００において、制御回路６は、制御回路６で受信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正しく行われているか否かを判定するための受信変換判定処理を実行する。受信変換判定処理の具体的な手順は、後で図４を用いて説明する。

ステップＳ２００を実行したら、図２に示すフローチャートを終了する。

図３は、図２のステップＳ１００で実行される送信変換判定処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、制御回路６は、受信切替スイッチ７２を入力端子７２１側へと切り替えることで、通信変換回路５２への入力信号を送信信号側に切り替える。これにより、通信変換回路５２に入力される通信信号として、通信変換回路５１から出力される通信信号が選択されるようにする。

ステップＳ１２０において、制御回路６は、通信変換回路５１へ送信データを出力する。このとき制御回路６は、前述のように、データ出力端子ＤＯＵＴから通信変換回路５１のデータ入力端子ＤＩＮへ、第１符号化方式に従って符号化された送信データを通信信号として出力する。この送信データは、故障検出用に予め設定されたものとしてもよい。さらにこのとき、選択信号出力端子ＳＳ１から選択信号を出力すると共に、クロック端子ＣＬＫからクロック信号を出力する。

ステップＳ１３０において、制御回路６は、通信変換回路５２から出力される受信データを取得する。このとき制御回路６は、通信変換回路５２に対して、選択信号出力端子ＳＳ２から選択信号を出力することにより、通信変換回路５２から受信データが出力されるようにする。この選択信号を受けた通信変換回路５２は、前述のように、通信変換回路５１から出力された通信信号を元の第１符号化方式に従って変換し、この変換後の通信信号を、データ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ受信データとして出力する。このようにして、通信変換回路５２から出力される受信データを取得する。なお、このときに通信変換回路５１から出力される受信データを合わせて取得してもよい。

ステップＳ１４０において、制御回路６は、ステップＳ１２０で出力した送信データと、ステップＳ１３０で取得した受信データとを比較する。すなわち、制御回路６から通信変換回路５１に出力した通信信号が表す変換前の送信データと、その通信信号を通信変換回路５１で変換したものを通信変換回路５２で再変換することで通信変換回路５２から制御回路６に入力された通信信号が表す再変換後の受信データとを比較する。そして、これらの内容が同一であるか否かを判断する。

ステップＳ１５０において、制御回路６は、ステップＳ１４０の比較結果を基に、通信変換回路５１への送信データと、通信変換回路５２からの受信データとが一致したか否かを判断する。これらのデータが一致していた場合はステップＳ１６０へ進み、一致しなかった場合はステップＳ１７０へ進む。

ステップＳ１６０において、制御回路６は、通信変換回路５１の送信変換部、すなわち送信変換機能を受け持つ部分が正常であり、故障していないと判定する。このとき、制御回路６から送信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正常に行われていると判断できる。ステップＳ１６０を実行したら、図３に示す送信変換判定処理を終了する。

ステップＳ１７０において、制御回路６は、通信変換回路５１の送信変換部が故障していると判定する。このとき、制御回路６から送信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正常に行われておらず、異常な通信信号が通信変換回路５１から出力されていると判断できる。さらにこの場合、たとえば警告ランプの点灯や警告音の出力などを行うことで、ユーザに故障を報知することが好ましい。ステップＳ１７０を実行したら、図３に示す送信変換判定処理を終了する。

図４は、図２のステップＳ２００で実行される受信変換判定処理の手順を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０において、制御回路６は、受信切替スイッチ７２を入力端子７２２側へと切り替えることで、通信変換回路５２への入力信号を受信信号側に切り替える。これにより、通信変換回路５２に入力される通信信号として、監視ＩＣ２２から出力される通信信号が選択されるようにする。

ステップＳ２２０において、制御回路６は、図３のステップＳ１２０と同様に、通信変換回路５１へ送信データを出力する。

ステップＳ２３０において、制御回路６は、通信変換回路５１および５２からそれぞれ出力される受信データを取得する。このとき制御回路６は、最初に通信変換回路５１に対して、選択信号出力端子ＳＳ１から選択信号を出力することにより、通信変換回路５１から受信データが出力されるようにする。この選択信号を受けた通信変換回路５１は、前述のように、監視ＩＣ２２から出力された通信信号を元の第１符号化方式に従って変換し、この変換後の通信信号を、データ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ受信データとして出力する。その後、通信変換回路５２に対して、選択信号出力端子ＳＳ２から選択信号を出力する。この選択信号を受けた通信変換回路５２は、通信変換回路５１と同様に、監視ＩＣ２２から出力された通信信号を元の第１符号化方式に従って変換し、この変換後の通信信号を、データ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ受信データとして出力する。このようにして、通信変換回路５１から出力される受信データと、通信変換回路５２から出力される受信データとを取得する。なお、これらの受信データは、ステップＳ２１０で制御回路６から出力された送信データを含んでいてよい。さらに、監視ＩＣ２１および２２に関する所定の情報、たとえば電圧や温度の測定結果を示す情報などが付加されていてもよい。また、選択信号を出力する順序を上記とは反対にしてもよい。

ステップＳ２４０において、制御回路６は、ステップＳ２３０で取得した受信データ同士を比較する。すなわち、通信変換回路５１から制御回路６に入力された通信信号が表す変換後の受信データと、通信変換回路５２から制御回路６に入力された通信信号が表す変換後の受信データとを比較する。そして、これらの内容が同一であるか否かを判断する。

ステップＳ２５０において、制御回路６は、ステップＳ２４０の比較結果を基に、通信変換回路５１からの受信データと、通信変換回路５２からの受信データとが一致したか否かを判断する。これらのデータが一致していた場合はステップＳ２６０へ進み、一致しなかった場合はステップＳ２７０へ進む。

ステップＳ２６０において、制御回路６は、通信変換回路５１の受信変換部、すなわち受信変換機能を受け持つ部分が正常であり、故障していないと判定する。このとき、制御回路６で受信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正常に行われていると判断できる。ステップＳ２６０を実行したら、図４に示す受信変換判定処理を終了する。

ステップＳ２７０において、制御回路６は、通信変換回路５１の受信変換部が故障していると判定する。このとき、制御回路６で受信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正常に行われておらず、異常な通信信号が通信変換回路５１から出力されていると判断できる。さらにこの場合、図３のステップＳ１７０と同様に、たとえば警告ランプの点灯や警告音の出力などを行うことで、ユーザに故障を報知することが好ましい。ステップＳ２７０を実行したら、図４に示す受信変換判定処理を終了する。

以上説明したような処理を実行することで、通信変換回路５１の故障検出を行うことができる。

なお、通信変換回路５２の受信変換部が故障しており、通信変換回路５２に入力された通信信号が正常に変換されないような場合、通信変換回路５１や監視ＩＣ２２から出力された通信信号が正しくても、通信変換回路５２から制御回路６には異常なデータの通信信号が出力される。したがってこの場合、通信変換回路５１が故障していないにも関わらず、図３のステップＳ１７０では通信変換回路５１の送信変換部が故障していると判定されると共に、図４のステップＳ２７０では通信変換回路５１の受信変換部が故障していると判定されてしまう。そこで、このような判定結果が得られた場合、たとえば次のようにして、通信変換回路５２が故障しているか否かを判断することが好ましい。

制御回路６は、送信切替スイッチ７１を入力端子７１２側へと切り替えると共に、受信切替スイッチ７２を入力端子７２１側へと切り替えることで、通信信号の変換を行う回路として通信変換回路５２を選択する。この状態で、第１符号化方式に従って符号化された既知の通信信号を制御回路６から通信変換回路５２に出力する。

通信変換回路５２は、制御回路６から通信信号が入力されると、その通信信号を第２符号化方式に従った通信信号へと変換し、送信端子Ｔｘから出力する。こうして通信変換回路５２から出力された通信信号は、送信切替スイッチ７１および受信切替スイッチ７２を介して、通信変換回路５２の受信端子Ｒｘに入力される。すると通信変換回路５２は、入力された通信信号を第１符号化方式に従った通信信号へと変換し、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

制御回路６は、通信変換回路５２からの通信信号が入力されると、その通信信号が表す受信データと、通信変換回路５２に対して出力した通信信号が表す送信データとを比較する。その結果、送信データと受信データが一致していれば、通信変換回路５２は正常であると判断する。反対に、送信データと受信データが一致していなければ、制御回路６から送信された通信信号の変換が通信変換回路５２において正しく行われておらず、通信変換回路５２が故障していると判断する。このようにして、通信変換回路５２が故障しているか否かを判断することができる。なお、通信変換回路５１についても同様の方法で故障か否かを判断できるようにしてもよい。このようにすれば、より一層確実な故障検出が可能となる。

また、通信変換回路５１の故障が検出された場合、制御回路６は、送信切替スイッチ７１を入力端子７１２側へと切り替えると共に、受信切替スイッチ７２を入力端子７２２側へと切り替えることで、通信信号の変換を行う回路を通信変換回路５１から通信変換回路５２へと切り替えることが好ましい。このとき制御回路６は、選択信号出力端子ＳＳ２から通信変換回路５２の選択信号入力端子ＣＳへ選択信号を出力すると共に、クロック端子ＣＬＫからクロック信号を、データ出力端子ＤＯＵＴから第１符号化方式に従って符号化された通信信号をそれぞれ出力する。これらの信号を受けた通信変換回路５２は、通信変換回路５１と同様に、入力された通信信号を第２符号化形式に従って変換し、その変換後の通信信号を送信端子Ｔｘから出力する。また、監視ＩＣ２２からの通信信号を受けると、その通信信号を元の第１符号化方式に従って再変換し、制御回路６の選択信号出力端子ＳＳ２から出力される選択信号に応じて、データ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）電池システム監視装置は、電池システム１０のセルグループごとに設けられ、対応するセルグループの各単電池セルを監視および制御する監視ＩＣ２１、２２と、監視ＩＣ２１、２２との間で通信信号を入出力する制御回路６と、制御回路６と監視ＩＣ２１、２２との間で入出力される通信信号の変換をそれぞれ行う通信変換回路５１、５２とを備える。監視ＩＣ２１、２２は、所定の通信順序に応じて互いに接続されている。制御回路６は、第１符号化方式に従った通信信号を通信変換回路５１に出力する。通信変換回路５１は、制御回路６から第１符号化方式に従って出力された通信信号を、第１符号化方式とは異なる第２符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を通信順序で最上位の監視ＩＣ２１および通信変換回路５２へ出力する。監視ＩＣ２１、２２は、この第２符号化方式に従った通信信号を通信順序に応じて伝送する。通信変換回路５２は、通信変換回路５１から第２符号化方式に従って出力された通信信号を、第１符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を制御回路６へ出力する。制御回路６は、通信変換回路５１に出力した通信信号が表す送信データと、通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較し（ステップＳ１４０）、その比較結果に基づいて通信変換回路５１の故障を検出する（ステップＳ１７０）。このようにしたので、通信変換回路５１の故障を確実に検出することができる。すなわち、通信変換回路５１の送信変換部が故障しており受信変換部が正常である場合にも、確実に故障として検出することができる。

（２）電池システム監視装置は、通信変換回路５２に入力される通信信号を、通信変換回路５１から出力される通信信号または通信順序で最下位の監視ＩＣ２２から出力される通信信号のいずれかに切り替えるための切替動作を行う受信切替スイッチ７２をさらに備える。通信変換回路５１は、監視ＩＣ２２から第２符号化方式に従って出力された通信信号を、第１符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を制御回路６へ出力する。通信変換回路５２は、受信切替スイッチ７２の切替動作に応じて、通信変換回路５１から第２符号化方式に従って出力された通信信号、または監視ＩＣ２２から第２符号化方式に従って出力された通信信号を、第１符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を制御回路６へ出力する。このようにしたので、通信変換回路５１の故障を検出するために必要な通信信号を、通信変換回路５２から制御回路６へと確実に出力することができる。

（３）制御回路６は、通信変換回路５１から出力される通信信号が通信変換回路５２に入力されるように受信切替スイッチ７２の切替動作が行われた場合、第１の故障検出としてステップＳ１００の送信変換判定処理を実行する。具体的には、通信変換回路５１に出力した通信信号が表す送信データと、通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較し（ステップＳ１４０）、その比較結果に基づいて通信変換回路５１の故障を検出する（ステップＳ１７０）。また、制御回路６は、監視ＩＣ２２から出力される通信信号が通信変換回路５２に入力されるように受信切替スイッチ７２の切替動作が行われた場合、第２の故障検出としてステップＳ２００の受信変換判定処理を実行する。具体的には、通信変換回路５１から入力された通信信号が表す受信データと、通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較し（ステップＳ２４０）、その比較結果に基づいて通信変換回路５１の故障を検出する（ステップＳ２７０）。このようにしたので、制御回路６から送信される通信信号の変換と、制御回路６で受信される通信信号の変換とが、通信変換回路５１においてそれぞれ正常に行われているか否かを確実に判断することができる。

（４）制御回路６は、図２〜４のフローチャートに示す処理を定期的に実行する。これにより、受信切替スイッチ７２は、通信変換回路５２に入力される通信信号の切り替えを定期的に行い（ステップＳ１１０、Ｓ２１０）、制御回路６は、この受信切替スイッチ７２の切替動作に応じて、通信変換回路５１の送信変換部と受信変換部の故障検出をそれぞれ定期的に実行する（ステップＳ１７０、Ｓ２７０）。このようにしたので、通信変換回路５１が故障した場合、その故障を遅滞なく検出することができる。

（５）制御回路６は、通信変換回路５１が故障していると判断した場合、第１符号化方式に従った通信信号を通信変換回路５２に出力してもよい。このとき通信変換回路５２は、制御回路６から出力された通信信号を第２符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を監視ＩＣ２１へ出力する。このようにすれば、通信変換回路５１が故障した場合にも、通信変換回路５２を用いて電池システム１０の監視を継続することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態による電池システム監視装置の構成を示す図である。この電池システム監視装置は、図１に示した第１の実施形態による電池システム監視装置と比較して、送信切替スイッチ７１および受信切替スイッチ７２が設けられていない点と、通信変換回路５１、５２と監視ＩＣ２１が双方向絶縁素子３３を介して接続されている点とが異なっている。また、通信変換回路５１、５２は、通信信号の送信と受信に共通に用いられる送受信端子Ｔｘ／Ｒｘをそれぞれ有しており、同様に監視ＩＣ２１、２２は、送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１、Ｔｘ／Ｒｘ２をそれぞれ有している点も異なっている。

本実施形態において、制御回路６は、通信変換回路５１または５２のいずれか一方を通信信号の出力先として選択する。このとき、選択する通信変換回路を定期的に入れ替えてもよい。通信変換回路５１を選択した場合、制御回路６は、選択信号出力端子ＳＳ１から通信変換回路５１の選択信号入力端子ＣＳへ選択信号を出力すると共に、クロック端子ＣＬＫからクロック信号を、データ出力端子ＤＯＵＴから通信信号をそれぞれ出力する。この通信信号は、第１の実施形態で説明したように、監視ＩＣ２１、２２への指令内容等を表すデータが第１符号化方式に従って符号化されている。

通信変換回路５１は、制御回路６から出力された上記の各信号を受けると、第１の実施形態５と同様に、入力された通信信号を第２符号化形式に従って変換する。そして、変換後の通信信号を送受信端子Ｔｘ／Ｒｘから出力する。この通信信号は、双方向絶縁素子３３を介して監視ＩＣ２１の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１に入力されると共に、通信変換回路５２の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘに入力される。

監視ＩＣ２１は、通信変換回路５１からの通信信号が送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１に入力されると、第１の実施形態と同様の測定動作を行う。そして、得られた各リチウムイオン電池１の測定結果と共に、通信信号をもう１つの送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ２から監視ＩＣ２２の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１へ出力する。

監視ＩＣ２２は、監視ＩＣ２１からの通信信号が送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１に入力されると、第１の実施形態と同様の測定動作を行う。そして、得られた各リチウムイオン電池１の測定結果と共に、通信信号を送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１から監視ＩＣ２１の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ２へと出力することで、通信順序とは反対に折り返し出力する。この通信信号は、監視ＩＣ２１により中継され、監視ＩＣ２１の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１から双方向絶縁素子３３を介して、通信変換回路５１、５２の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘにそれぞれ入力される。

通信変換回路５１は、監視ＩＣ２１からの通信信号を受けると、その通信信号を元の符号化方式、すなわち第１符号化方式に従って変換する。そして、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

一方、通信変換回路５２は、通信変換回路５１や監視ＩＣ２１からの通信信号が入力されると、第１の実施形態と同様に、これらの通信信号を第１符号化方式に従った通信信号へとそれぞれ変換する。そして、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。

制御回路６は、通信変換回路５１から入力された通信信号と、通信変換回路５２から入力された通信信号とを用いて、第１の実施形態で説明したのと同様の方法により、通信変換回路５１の故障検出を定期的に行う。すなわち、図３に示した送信変換判定処理では、通信変換回路５１に対して出力した通信信号が表す送信データと、通信変換回路５１からの通信信号を通信変換回路５２で変換することで通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較する。これにより、制御回路６から送信された通信信号の変換が通信変換回路５１において正しく行われているか否かを判断し、通信変換回路５１の送信変換部に対する故障検出を行う。なお、このときステップＳ１１０の処理は不要である。また、図４に示した受信変換判定処理では、通信変換回路５１からの通信信号が表す受信データと、監視ＩＣ２１からの通信信号を通信変換回路５２で変換することで通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較する。これにより、制御回路６で受信される通信信号の変換が通信変換回路５１において正しく行われているか否かを判断し、通信変換回路５１の受信変換部に対する故障検出を行う。なお、このときステップＳ２１０の処理は不要である。

一方、通信変換回路５２を選択した場合は、通信変換回路５１と通信変換回路５２の動作が互いに入れ替えられて、通信変換回路５２の故障検出が行われる。すなわち、制御回路６は、選択信号出力端子ＳＳ２から通信変換回路５２の選択信号入力端子ＣＳへ選択信号を出力すると共に、クロック端子ＣＬＫからクロック信号を、データ出力端子ＤＯＵＴから通信信号をそれぞれ出力する。これに応じて通信変換回路５２は、上記のような通信変換回路５１と同様の動作を行い、変換後の通信信号を送受信端子Ｔｘ／Ｒｘから出力する。この通信信号は、双方向絶縁素子３３を介して監視ＩＣ２１の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘ１に入力されると共に、通信変換回路５１の送受信端子Ｔｘ／Ｒｘに入力される。一方、通信変換回路５１は、通信変換回路５２や監視ＩＣ２１からの通信信号が入力されると、これらの通信信号を第１符号化方式に従った通信信号へとそれぞれ変換する。そして、制御回路６からの指令により、変換後の通信信号をデータ出力端子ＤＯＵＴから制御回路６のデータ入力端子ＤＩＮへ出力する。制御回路６は、通信変換回路５１から入力された通信信号と、通信変換回路５２から入力された通信信号とを用いて、前述のような方法で通信変換回路５２の故障検出を行う。

本実施形態では、以上説明したようにして、通信変換回路５１、５２の故障検出を行うことができる。なお、通信変換回路５１または５２の故障が検出された場合、制御回路６は、故障と判定した通信変換回路５１または５２を以降の選択対象から除外して、今後の電池システム１０の監視動作ではこれを用いないようにすることが好ましい。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）に加えて、さらに次の作用効果を奏する。

（６）監視ＩＣ２１、２２は、第２符号化方式に従った通信信号を通信順序に応じて伝送した後、通信順序とは反対に折り返し伝送する。通信変換回路５１は、通信順序で最上位の監視ＩＣ２１から第２符号化方式に従って出力された通信信号を、第１符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を制御回路６へ出力する。通信変換回路５２は、通信変換回路５１から第２符号化方式に従って出力された通信信号と、監視ＩＣ２１から第２符号化方式に従って出力された通信信号とを、第１符号化方式に従った通信信号へとそれぞれ変換して、変換後の通信信号を制御回路６へ出力する。このようにしたので、通信変換回路５１の故障を検出するために必要な通信信号を、通信変換回路５２から制御回路６へと確実に出力することができる。

（７）制御回路６は、第１の故障検出として、通信変換回路５１に出力した通信信号が表す送信データと、通信変換回路５１から出力された通信信号が通信変換回路５２により変換されることで通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて通信変換回路５１の故障を検出する。また、制御回路６は、第２の故障検出として、通信変換回路５１から入力された通信信号が表す受信データと、監視ＩＣ２１から出力された通信信号が通信変換回路５２により変換されることで通信変換回路５２から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて通信変換回路５１の故障を検出する。このようにしたので、制御回路６から送信される通信信号の変換と、制御回路６で受信される通信信号の変換とが、通信変換回路５１においてそれぞれ正常に行われているか否かを確実に判断することができる。

（８）制御回路６は、第１の実施形態と同様に、上記のような第１の故障検出および第２の故障検出をそれぞれ定期的に実行する。これにより、通信変換回路５１が故障した場合、その故障を遅滞なく検出することができる。

（９）制御回路６は、第１の実施形態と同様に、通信変換回路５１が故障していると判断した場合、第１符号化方式に従った通信信号を通信変換回路５２に出力してもよい。このとき通信変換回路５２は、制御回路６から出力された通信信号を第２符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を監視ＩＣ２１へ出力する。このようにすれば、通信変換回路５１が故障した場合にも、通信変換回路５２を用いて電池システム１０の監視を継続することができる。

なお、以上説明した各実施形態において、図２〜４で説明した故障検出処理は、制御回路６において必ずしも常時実行する必要はなく、たとえばシステム起動時や停止時、予め設定された実行条件を満たしたときなど、所定のタイミングで定期的に実行するようにしてよい。このようにすれば、制御回路６の処理負荷が過大になるのを防ぐことができる。

また、以上説明した各実施形態において、通信変換回路５２は、受信変換機能のみを有しており、送信変換機能を有していなくてもよい。この場合、通信変換回路５１の故障が検出されると、通信信号の変換を行う回路を通信変換回路５１から通信変換回路５２へと切り替えることができない。そのため、電池システム監視装置の動作を停止させることが好ましい。

また、以上説明した各実施形態では、電池システム１０に対して２つの監視ＩＣ２１、２２が接続されており、これらの監視ＩＣ２１、２２の間で通信信号を伝送する例を説明したが、監視ＩＣの個数はこれに限定されない。電池システム１０におけるセルグループ数に応じて、任意の個数の監視ＩＣを用いることができる。

以上説明した各実施形態は、本発明の一例であり、本発明はこれらの実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の特徴を損なわずに様々な変形実施が可能である。たとえば、通信変換回路５１および５２を介して、制御回路６と監視ＩＣ２１、２２との間で入出力される通信信号を、ノイズに強くするために差動型としても良い。

１リチウムイオン電池
１０電池システム
２１、２２監視ＩＣ
３１、３２絶縁素子
３３双方向絶縁素子
４コンデンサ
５１、５２通信変換回路
６制御回路
７１送信切替スイッチ
７２受信切替スイッチ

Claims

複数の単電池セルを直列接続したセルグループを複数個備えた電池システムを監視する電池システム監視装置であって、
前記セルグループごとに設けられ、対応するセルグループの各単電池セルを監視および制御する電池監視・制御用集積回路と、
前記電池監視・制御用集積回路との間で通信信号を入出力する制御回路と、
前記制御回路と前記電池監視・制御用集積回路との間で入出力される前記通信信号の変換をそれぞれ行う第１の通信変換回路および第２の通信変換回路と、を備え、
前記電池監視・制御用集積回路は、所定の通信順序に応じて互いに接続されており、
前記制御回路は、第１の符号化方式に従った通信信号を前記第１の通信変換回路に出力し、
前記第１の通信変換回路は、前記制御回路から第１の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式とは異なる第２の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路および前記第２の通信変換回路へ出力し、
前記電池監視・制御用集積回路の各々は、前記第２の符号化方式に従った通信信号を、前記通信順序に応じて伝送し、
前記第２の通信変換回路は、前記第１の通信変換回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記制御回路へ出力し、
前記制御回路は、前記第１の通信変換回路に出力した通信信号が表す送信データと、前記第２の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の通信変換回路の故障を検出する電池システム監視装置。
請求項１に記載の電池システム監視装置において、
前記第２の通信変換回路に入力される通信信号を、前記第１の通信変換回路から出力される通信信号または前記通信順序で最下位の電池監視・制御用集積回路から出力される通信信号のいずれかに切り替えるための切替動作を行う切替回路をさらに備え、
前記第１の通信変換回路は、前記通信順序で最下位の電池監視・制御用集積回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記制御回路へ出力し、
前記第２の通信変換回路は、前記切替回路の切替動作に応じて、前記第１の通信変換回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号、または前記通信順序で最下位の電池監視・制御用集積回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記制御回路へ出力する電池システム監視装置。
請求項２に記載の電池システム監視装置において、
前記制御回路は、前記第１の通信変換回路から出力される通信信号が前記第２の通信変換回路に入力されるように前記切替回路の切替動作が行われた場合、前記第１の通信変換回路に出力した通信信号が表す送信データと、前記第２の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の通信変換回路の故障を検出する第１の故障検出を実行し、
前記制御回路は、前記通信順序で最下位の電池監視・制御用集積回路から出力される通信信号が前記第２の通信変換回路に入力されるように前記切替回路の切替動作が行われた場合、前記第１の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データと、前記第２の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の通信変換回路の故障を検出する第２の故障検出を実行する電池システム監視装置。
請求項３に記載の電池システム監視装置において、
前記切替回路は、前記第２の通信変換回路に入力される通信信号の切り替えを定期的に行い、
前記制御回路は、前記切替回路の切替動作に応じて、前記第１の故障検出および前記第２の故障検出をそれぞれ定期的に実行する電池システム監視装置。
請求項４に記載の電池システム監視装置において、
前記制御回路は、前記第１の通信変換回路が故障していると判断した場合、前記第１の符号化方式に従った通信信号を前記第２の通信変換回路に出力し、
前記第２の通信変換回路は、前記制御回路から出力された通信信号を前記第２の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路へ出力する電池システム監視装置。
請求項１に記載の電池システム監視装置において、
前記電池監視・制御用集積回路の各々は、前記第２の符号化方式に従った通信信号を、前記通信順序に応じて伝送した後、前記通信順序とは反対に折り返し伝送し、
前記第１の通信変換回路は、前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号を、前記第１の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記制御回路へ出力し、
前記第２の通信変換回路は、前記第１の通信変換回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号と、前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路から前記第２の符号化方式に従って出力された通信信号とを、前記第１の符号化方式に従った通信信号へとそれぞれ変換して、変換後の通信信号を前記制御回路へ出力する電池システム監視装置。
請求項６に記載の電池システム監視装置において、
前記制御回路は、前記第１の通信変換回路に出力した通信信号が表す送信データと、前記第１の通信変換回路から出力された通信信号が前記第２の通信変換回路により変換されることで前記第２の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて前記通信変換回路の故障を検出する第１の故障検出を実行し、
前記制御回路は、前記第１の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データと、前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路から出力された通信信号が前記第２の通信変換回路により変換されることで前記第２の通信変換回路から入力された通信信号が表す受信データとを比較し、その比較結果に基づいて前記第１の通信変換回路の故障を検出する第２の故障検出を実行する電池システム監視装置。
請求項７に記載の電池システム監視装置において、
前記制御回路は、前記第１の故障検出および前記第２の故障検出をそれぞれ定期的に実行する電池システム監視装置。
請求項８に記載の電池システム監視装置において、
前記制御回路は、前記第１の通信変換回路が故障していると判断した場合、前記第１の符号化方式に従った通信信号を前記第２の通信変換回路に出力し、
前記第２の通信変換回路は、前記制御回路から出力された通信信号を前記第２の符号化方式に従った通信信号へと変換して、変換後の通信信号を前記通信順序で最上位の電池監視・制御用集積回路へ出力する電池システム監視装置。