JP6135823B2 - 電池監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電池の状態を監視する電池監視装置に関する。
電池監視装置として、例えば、特許文献１に開示されるように、車両で使用される電池の状態（過充電や過放電など）を監視するものがある。
また、電池監視装置として、例えば、監視部から送信される電池の状態を示す状態情報により電池に異常が発生したと制御部が判断すると、制御部から監視部へ電力遮断要求が送信され電池から負荷への電力供給が遮断されるものがある。
特開２０１３−１０２６５７号公報
しかしながら、上述の電池監視装置において、監視部と制御部との間で通信異常が発生して状態情報や電力遮断要求を送受信することができなくなると、又は、監視部で異常が発生すると、電池から負荷への電力供給を遮断させることができないという問題がある。
そこで、本発明は、電池監視装置において、監視部への電力供給を遮断することで、監視部と制御部との間で通信異常が発生したり、監視部で異常が発生しても、電池から負荷への電力供給を遮断させることを目的とする。
実施形態の電池監視装置は、第１及び第２の遮断部と、監視部と、制御部とを備える。
監視部は、電池の状態を示す状態情報を送信する。また、監視部は、電力遮断要求を受信すると又は自身への電力供給が遮断されると、第１の遮断部により電池から負荷への電力供給を遮断させる。
制御部は、監視部から送信される状態情報により電池に異常が発生したと判断すると、電力遮断要求を監視部へ送信する。また、制御部は、監視部と制御部との間で通信異常が発生した、又は、前記監視部で異常が発生したと判断すると、第２の遮断部により監視部への電力供給を遮断させる。
これにより、監視部と制御部との間で通信異常が発生したり、監視部で異常が発生しても、電池から負荷への電力供給を遮断させることができる。
本発明によれば、監視部から送信される状態情報により電池に異常が発生したと制御部が判断すると、制御部から監視部へ電力遮断要求が送信され電池から負荷への電力供給が遮断される電池監視装置において、監視部と制御部との間で通信異常が発生したり、監視部で異常が発生しても、電池から負荷への電力供給を遮断させることができる。
電池パックの一例を示す図である。 監視部の動作の一例を示すフローチャートである。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。 電池パックの他の例を示す図である。
図１は、電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、例えば、車両（例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車など）に搭載されるものであって、電池モジュール２と、制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを備える。
電池モジュール２は、電池２１と、遮断部２２（第１の遮断部）と、監視ＥＣＵ２３と、電圧検出部２４と、電流検出部２５と、温度検出部２６とを備える。
電池２１は、直列接続される７つの電池（例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池など）を備えて構成されている。なお、電池２１を構成する電池の数は、７つに限定されない。
遮断部２２は、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）２２１、２２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２の動作を制御する駆動回路２２３とを備える。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ２２１のドレイン端子が電池２１の負極端子に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２２１のソース端子がＭＯＳＦＥＴ２２２のソース端子に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２２２のドレイン端子が負荷４（例えば、車両駆動用モータなど）に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオンすると、電池２１から負荷４へ電力が供給され、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフすると、電池２１から負荷４への電力供給が遮断される。なお、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２は、バイポーラトランジスタなどのその他のトランジスタや機械式リレーに替えてもよい。また、遮断部２２は、電池２１の正極端子と負荷４との間に設けられてもよい。また、駆動回路２２３への電力供給が遮断されると、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２のゲート端子にローレベルの信号が入力され、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフし、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるものとする。すなわち、遮断部２２は、自身への電力供給が遮断されると、電池２１から負荷４への電力供給を遮断する。
電圧検出部２４は、例えば、電圧計などにより構成され、電池２１の電圧を検出し、その検出した電圧を後述する監視部２３３へ送る。
電流検出部２５は、例えば、電流計などにより構成され、電池２１に流れる電流を検出し、その検出した電流を監視部２３３へ送る。
温度検出部２６は、例えば、サーミスタなどにより構成され、電池２１の温度を検出し、その検出した温度を監視部２３３へ送る。
監視ＥＣＵ２３は、電源部２３１と、遮断部２３２（第３の遮断部）と、監視部２３３とを備える。
電源部２３１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータなどにより構成され、電池２１から供給される電力を用いて、遮断部２２の駆動回路２２３へ電力を供給する。
遮断部２３２は、例えば、トランジスタ又は機械式リレーなどにより構成され、電池２１と電源部２３１との間に設けられている。また、遮断部２３２は、電池２１と電源部２３１とを電気的に接続又は切断する。遮断部２３２により電池２１と電源部２３１とが電気的に接続されると、駆動回路２２３へ電力が供給され、遮断部２３２により電池２１と電源部２３１とが電気的に切断されると、駆動回路２２３への電力供給が遮断される。なお、遮断部２３２は、電源部２３１と駆動回路２２３との間に設けられてもよい。
監視部２３３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などにより構成される。また、監視部２３３は、例えば、制御ＥＣＵ３から送信される状態情報送信要求を受信すると、電圧検出部２４から送られてくる電圧、電流検出部２５から送られてくる電流、及び温度検出部２６から送られてくる温度を電池２１の状態を示す状態情報として制御ＥＣＵ３へ送信する。また、監視部２３３は、例えば、制御ＥＣＵ３から送信される電力遮断指示を受信すると、遮断部２２や遮断部２３２により電池２１から負荷４への電力供給を遮断させる。また、図１に示す監視部２３３は、電池２１から制御ＥＣＵ３を介して供給される電力により駆動する構成であるが、電池２１以外の他の電池又は電源から供給される電力により駆動するように構成してもよい。
制御ＥＣＵ３は、電源部３１と、遮断部３２（第２の遮断部）と、制御部３３とを備える。
電源部３１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータなどにより構成され、電池２１から供給される電力を用いて、制御部３３へ電力を供給したり、遮断部３２を介して監視部２３３へ電力を供給する。
遮断部３２は、例えば、トランジスタ又は機械式リレーなどにより構成され、電源部３１と監視部２３３との間に設けられている。また、遮断部３２は、電源部３１と監視部２３３とを電気的に接続又は切断する。遮断部３２により電源部３１と監視部２３３とが電気的に接続されると、監視部２３３へ電力が供給され、遮断部３２により電源部３１と監視部２３３とが電気的に切断されると、監視部２３３への電力供給が遮断される。
制御部３３は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイスなどにより構成される。また、制御部３３は、例えば、状態情報送信要求を一定時間経過毎に監視部２３３へ送信する。また、制御部３３は、例えば、電池２１に異常が発生したと判断すると、電力遮断指示を監視部２３３へ送信する。また、制御部３３は、例えば、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると、又は、監視部２３３に異常が発生したと判断すると、遮断部３２により監視部２３３への電力供給を遮断させる。また、制御部３３は、例えば、ユーザなどからの指示によって自身が起動すると、監視部２３３を起動させる。
実施形態の電池監視装置は、例えば、遮断部２２、遮断部３２、監視部２３３、及び制御部３３を備えて構成される。
図２は、実施形態の電池監視装置における監視部２３３の動作の一例を示すフローチャートである。
監視部２３３は、自身が起動してから、又は、前回の状態情報送信要求を受信してから、一定時間Ｔ１が経過するまでの間において、制御部３３から送信される状態情報送信要求を受信すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、状態情報を制御部３３へ送信する（Ｓ２２）。
また、監視部２３３は、自身が起動してから、又は、前回の状態情報送信要求を受信してから、一定時間Ｔ１が経過するまでの間において、制御部３３から送信される電力遮断指示を受信すると（Ｓ２１：Ｎｏ、Ｓ２３：Ｙｅｓ）、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるように遮断部２２や遮断部２３２の動作を制御する（Ｓ２４）。
また、監視部２３３は、自身が起動してから、又は、前回の状態情報送信要求を受信してから、一定時間Ｔ１が経過するまでの間において、自身への電力供給が遮断されると（Ｓ２１：Ｎｏ、Ｓ２３：Ｎｏ、Ｓ２５：Ｙｅｓ）、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるように遮断部２２や遮断部２３２の動作を制御する（Ｓ２４）。
例えば、監視部２３３は、電力遮断指示を受信すると又は自身への電力供給が遮断されると、駆動回路２２３を介してＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２のゲート端子にローレベルの信号を出力する。また、例えば、監視部２３３は、電力遮断指示を受信すると又は自身への電力供給が遮断されると、電池２１と電源部２３１とが電気的に切断されるように遮断部２３２の動作を制御することにより、電源部２３１から駆動回路２２３への電力供給を遮断させ、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２のゲート端子にローレベルの信号を出力させる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフし、電池２１から負荷４への電力供給が遮断される。
また、監視部２３３は、状態情報送信要求や電力遮断指示を受信することなく、自身への電力供給も遮断されずに、自身が起動してから、又は、前回の状態情報送信要求を受信してから、一定時間Ｔ１が経過したと判断すると、すなわち、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると（Ｓ２１：Ｎｏ、Ｓ２３：Ｎｏ、Ｓ２５：Ｎｏ、Ｓ２６：Ｙｅｓ）、スリープモードに移行する（Ｓ２７）。例えば、監視部２３３は、スリープモードに移行すると、自身に備えられる全ての機能のうちの一部の機能（例えば、通信機能以外の機能）を停止する。これにより、電池２１の消費電力を低減することができる。なお、監視部２３３は、フラッシュメモリなどの記憶部にデータを書き込んでいるときにスリープモードに移行する場合、データの書き込み処理が途中で終了してデータを破損させないようにデータの書き込み処理を完了させてからスリープモードに移行する。また、監視部２３３は、電池２１に異常が発生しておらず、かつ、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生していない場合、状態情報送信要求の受信と状態情報の送信を繰り返し行う（Ｓ２１〜Ｓ２２）。
図３は、実施形態の電池監視装置における制御部３３の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部３３は、自身が起動すると、状態情報送信要求を一定時間Ｔ２経過毎に送信する定期通信処理を開始する（Ｓ３１）。
次に、制御部３３は、状態情報送信要求を送信してから一定時間Ｔ３（≦一定時間Ｔ２）が経過するまでの間に状態情報を受信すると（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、その状態情報により電池２１に異常が発生したか否かを判断する（Ｓ３３）。
制御部３３は、電池２１に異常が発生したと判断すると（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、電力遮断指示を監視部２３３へ送信し（Ｓ３４）、電池２１に異常が発生していないと判断すると（Ｓ３３：Ｎｏ）、再度、状態情報送信要求を送信してから一定時間Ｔ３が経過するまでの間に状態情報を受信したか否かを判断する（Ｓ３２）。例えば、制御部３３は、状態情報に示される電圧、電流、温度のうちの少なくとも１つが閾値以上であると、電池２１に異常が発生したと判断し、状態情報に示される電圧、電流、温度が全て閾値よりも小さいと、電池２１に異常が発生していないと判断する。
また、制御部３３は、状態情報送信要求を送信してから一定時間Ｔ３が経過するまでの間に状態情報を受信していないと判断すると、すなわち、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると（Ｓ３２：Ｎｏ）、上記定期通信処理を終了してから（Ｓ３５）一定時間Ｔ４経過後に（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御する（Ｓ３７）。なお、監視部２３３と制御部３３との間で発生する通信異常の原因としては、例えば、監視部２３３と制御部３３との間で通信線が断線又は短絡することや監視部２３３の通信機能が故障することが考えられる。
すなわち、監視部２３３は、制御部３３から定期的に送信される状態情報送信要求を受信すると、状態情報を制御部３３へ送信し、制御部３３から定期的に送信される状態情報送信要求を受信できないと、スリープモードに移行する。
また、監視部２３３は、電力遮断指示を受信すると又は自身への電力供給が遮断されると、遮断部２２や遮断部２３２により電池２１から負荷４への電力供給を遮断させる。
また、制御部３３は、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると、状態情報送信要求を定期的に送信する処理を終了してから一定時間Ｔ４経過後に、遮断部３２により監視部２３３への電力供給を遮断させる。
なお、一定時間Ｔ４は、制御部３３において状態情報送信要求を定期的に送信する処理が終了してから監視部２３３においてスリープモードへの移行が完了するまでにかかる時間以上に設定されている。これにより、一定時間Ｔ４経過後に監視部２３３への電力供給が遮断されると、スリープモードへの移行が完了したときに監視部２３３への電力供給が遮断される。そのため、監視部２３３において記憶部にデータを書き込んでいるときに、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生しても、データの書き込み処理を途中で終了させないようにすることができるため、データが破損することを防止することができる。
また、図３に示すフローチャートにおいて、Ｓ３５の処理を省略してもよい。すなわち、制御部３３は、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると（Ｓ３２：Ｎｏ）、状態情報送信要求を定期的に送信する処理を終了させずに、一定時間Ｔ４経過後に（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御する（Ｓ３７）。
また、図３に示すフローチャートにおいて、Ｓ３５及びＳ３６の処理を省略してもよい。すなわち、制御部３３は、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると（Ｓ３２：Ｎｏ）、状態情報送信要求を定期的に送信する処理を終了させずに、かつ、一定時間Ｔ４待たずに、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御する（Ｓ３７）。
また、制御部３３は、図４に示すフローチャートのように、電池２１に異常が発生したと判断し（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、電力遮断指示を監視部２３３へ送信した後（Ｓ３４）、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されていないと判断することで、監視部２３３に異常が発生していると判断すると（Ｓ３８：Ｙｅｓ）、Ｓ３７の処理に移行して、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御してもよい。例えば、制御部３３は、電力遮断指示を監視部２３３へ送信した後、監視部２３３から送信される状態情報に示される電流（電池２１に流れる電流）が閾値以上であると、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されていないと判断する。なお、監視部２３３に発生する異常の原因としては、例えば、監視部２３３と遮断部２２との間の信号線や監視部２３３と遮断部２３２との間の信号線が断線又は短絡することや監視部２３３において遮断部２２や遮断部２３２の動作を制御するための機能が故障することが考えられる。また、図４に示すフローチャートのＳ３１〜Ｓ３７は、図３に示すフローチャートのＳ３１〜Ｓ３７と同様である。
本実施形態で発生する異常としては、監視部２３３と制御部３３との間で発生する通信異常（すなわち、制御部３３から監視部２３３へ状態情報送信要求や電力遮断指示が届かないという異常、又は、状態情報送信要求や電力遮断指示に対応する処理を監視部２３３が実行したか否かを制御部３３が確認することができないという異常）や監視部２３３に発生する異常（すなわち、制御部３３から監視部２３３へ状態情報送信要求や電力遮断指示が届いても、その要求や指示に対応する処理を監視部２３３が実行できないという異常）が考えられる。
このように、実施形態の電池監視装置において、制御部３３は、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生した、又は、監視部２３３で異常が発生したと判断すると、遮断部３２により監視部２３３への電力供給を遮断させている。また、監視部２３３への電力供給が遮断されると、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフする。これにより、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したり、監視部２３３で異常が発生しても、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させることができる。
また、実施形態の電池監視装置において、制御部３３は、監視部２３３と制御部３３との間で通信異常が発生したと判断すると、状態情報送信要求を定期的に送信する処理を終了してから一定時間Ｔ４経過後に、遮断部３２により監視部２３３への電力供給を遮断させている。これにより、制御部３３から監視部２３３へ状態情報送信要求を送信することができるが、監視部２３３から制御部３３へ状態情報を送信することができないという状態の通信異常が発生しても、監視部２３３においてスリープモードへの移行が完了するまで監視部２３３への電力供給を遮断させないようにすることができるため、データの書き込み中に監視部２３３への電力供給が遮断することがなくデータが破損することを防止することができる。
また、実施形態の電池監視装置において、監視部２３３は、自身への電力供給が遮断されると、遮断部２３２により遮断部２２への電力供給を遮断させている。また、遮断部２２は、自身への電力供給が遮断されると、電池２１から負荷４への電力供給を遮断する。これにより、遮断部２２の駆動回路２２３が故障していたり、監視部２３３と遮断部２２との間の信号線が断線又は短絡していても、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させることができる。
また、上記実施形態の電池監視装置において、電池パック１は、電池モジュール２を１つ備える構成であるが、例えば、図５に示すように、複数の電池モジュール２（２−１、２−２、・・・）を備える構成でもよい。このように構成する場合、各電池２１は互いに並列接続されているものとする。また、各電池モジュール２の監視部２３３の電源端子は互いに接続され、その接続点と電源部３１との間に遮断部３２が設けられているものとする。また、制御部３３は、各電池モジュール２の監視部２３３からそれぞれ送信される状態情報に基づいて、各電池モジュール２の電池２１のうちの少なくとも１つの電池２１が異常であると判断した場合、各電池モジュール２の監視部２３３へ電力遮断信号を送信するものとする。
１ 電池パック
２ 電池モジュール
３ 制御ＥＣＵ
４ 負荷
２１ 電池
２２、２３２、３２ 遮断部
２３ 監視ＥＣＵ
２４ 電圧検出部
２５ 電流検出部
２６ 温度検出部
２２１、２２２ ＭＯＳＦＥＴ
２２３ 駆動回路
２３１ 電源部
２３３ 監視部
３１ 電源部
３３ 制御部

Claims (4)

  1. 第１及び第２の遮断部と、
    電池の状態を示す状態情報を送信するとともに、電力遮断要求を受信すると又は自身への電力供給が遮断されると、前記第１の遮断部により前記電池から負荷への電力供給を遮断させる監視部と、
    前記監視部から送信される前記状態情報により前記電池に異常が発生したと判断すると、前記電力遮断要求を前記監視部へ送信する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記監視部と前記制御部との間で通信異常が発生した、又は、前記監視部で異常が発生したと判断すると、前記第２の遮断部により前記監視部への電力供給を遮断させる
    ことを特徴とする電池監視装置。
  2. 請求項１に記載の電池監視装置であって、
    前記制御部は、前記監視部と前記制御部との間で通信異常が発生したと判断すると、一定時間経過後に、前記第２の遮断部により前記監視部への電力供給を遮断させる
    ことを特徴とする電池監視装置。
  3. 請求項２に記載の電池監視装置であって、
    前記監視部は、前記制御部から定期的に送信される状態情報送信要求を受信すると、前記状態情報を前記制御部へ送信し、前記制御部から定期的に送信される状態情報送信要求を受信できないと、スリープモードに移行し、
    前記制御部は、前記監視部と前記制御部との間で通信異常が発生したと判断すると、前記状態情報送信要求を定期的に送信する処理を終了してから前記一定時間経過後に、前記第２の遮断部により前記監視部への電力供給を遮断させる
    ことを特徴とする電池監視装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の電池監視装置であって、
    第３の遮断部を備え、
    前記監視部は、自身への電力供給が遮断されると、前記第３の遮断部により前記第１の遮断部への電力供給を遮断させ、
    前記第１の遮断部は、自身への電力供給が遮断されると、前記電池から前記負荷への電力供給を遮断する
    ことを特徴とする電池監視装置。
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