JP6174146B2 - 電池システム監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は電池システム監視装置に関する。
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複数個直列接続したセルグループを複数個直列あるいは直並列に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。このような組電池(電池システム)について、各単電池セルの残存容量計算や保護管理のために、セル電圧(単電池セルの端子間電圧)の計測と、充電状態(SOC、State of Charge)すなわち残存容量の均等化(バランシング)のためのバランシング放電とを行うセルコントローラを組電池の監視装置内に設けて、組電池の管理を行うものが知られている(特許文献1参照)。
日本国特開2009−89484号公報
上記のようなセルコントローラでは、セル電圧の計測が正しく行われているか否かを判定するために、セル電圧の計測に関わる様々な部位の診断を行う必要がある。しかしながら、これらの診断において必要な診断時間や組電池の動作条件は、診断内容によって異なっており同一ではない。そのため、セル電圧の計測に必要な複数種類の診断を、それぞれに最適なタイミングで実施する必要がある。
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に接続した1または2以上のセルグループを備えた電池システムと接続され、電池システムの各単電池セルの状態を監視するものであって、セルグループごとに設けられ、セルグループの各単電池セルのセル電圧を計測するセルコントローラと、セルコントローラに接続されたバッテリコントローラと、を備える。セルコントローラは、セル電圧の計測に関する第1の診断と、第1の診断とは異なるセル電圧の計測に関する第2の診断とを実行可能である。電池システムの充放電が停止状態のときには、セルコントローラが定期的に起動して第1の診断を実行した後に停止し、電池システムの充放電中には、セルコントローラが第2の診断を実行する。
本発明によれば、セル電圧の計測に必要な複数種類の診断を、それぞれに最適なタイミングで実施することができる。
本発明の一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。 電池システムの充放電が停止状態のときにセルコントローラを起動させる構成の説明図である。 セル電圧の計測に関するセルコントローラの構成を示すブロック図である。 セルコントローラおける診断動作のタイミングの一例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。以下の実施形態では、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対して、本発明を適用した場合の例を説明する。なお、本発明による電池システム監視装置の適用範囲は、HEVに搭載される電池システムを監視するものに限らない。たとえば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)や電気自動車(EV)、鉄道車両などに搭載される電池システムを監視する装置に対しても、幅広く適用可能である。
以下の実施形態では、本発明に係る電池システム監視装置が制御および監視の対象とする電池システムの最小単位として、所定の出力電圧範囲、たとえば3.0〜4.2V(平均出力電圧:3.6V)の出力電圧範囲を有するリチウムイオン電池を想定している。しかし、本発明に係る電池システム監視装置は、リチウムイオン電池以外の蓄電・放電デバイスを用いて構成された電池システムを制御および監視の対象としてもよい。すなわち、SOC(State Of Charge)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必要があれば、どのような蓄電・放電デバイスを用いて電池システムを構成してもよい。以下の説明では、こうした電池システムの構成要素としての蓄電・放電デバイスを、単電池セルと総称する。
以下に説明する実施形態では、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に接続したものを電池システムと呼んでいる。また、これらを合わせて組電池と呼ぶこともある。
図1は、本発明の一実施形態による電池システム監視装置10の構成を示す図である。電池システム監視装置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。電池システム監視装置10は、車両コントローラ400、モータコントローラ300、電池システム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。
電池システム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。
電池システム監視装置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21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22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および温度センサ230によりそれぞれ検出された電池システム130の電圧、電流、温度に基づいて、電池システム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、電池システム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のSOCが不均一とならないように、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、電池システム監視装置10は電池システム130を監視および制御する。
上記のようにして各セルコントローラ100との間で通信信号の授受を行う場合、バッテリコントローラ200は、その前に各セルコントローラ100に対して不図示の起動信号を出力することで、各セルコントローラ100を起動させる。この起動信号の出力は、通信信号とは異なる信号経路を介して行われる。そして、各セルコントローラ100が起動したことを確認したら、通信信号の送信を開始する。
なお、図1では、電池システム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。また、1つのセルグループ120で電池システム130を構成してもよい。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、電池システム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、電池システム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、電池システム130内に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が電池システム監視装置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、各セルコントローラ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と対応するセルグループ120の間には、バランシング電流を決定するためのバランシング抵抗23がセル110ごとに設けられている。
車両の駆動時には、電池システム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、電池システム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を介して電池システム130に印加され、電池システム130の充電が行われる。このようにして、電池システム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システム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、電池システム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、後で説明する図3のセル電圧入力回路部40(図1には不図示)を用いて、セルコントローラ100への入力が抑制される。
以上説明した構成の電池システム監視装置10は、電動車両のキースイッチがオフであり、電池システム130の充放電が停止状態のときに、セルコントローラ100によるセル電圧の計測に関する診断を定期的に実行する。この点についての詳しい説明を以下において行う。
図2は、セル電圧の計測に関する診断を行うために、電池システム130の充放電が停止状態のときにセルコントローラ100を起動させる構成の説明図である。なお、図2では説明を簡略化するため、電池システム130が2つのセルグループ120a、120bで構成されており、それぞれにセルコントローラ100a、100bが接続されている例を示している。しかし、電池システム130を構成するセルグループの数や、それに対応して設けられるセルコントローラの数は、この限りではない。
図2において、バッテリコントローラ200は、主制御回路201、リアルタイムクロック202、内部スイッチ203およびダイオード204を有している。主制御回路201は、バッテリコントローラ200の外部に設けられているメインスイッチ31または内部スイッチ203がオンされることにより、鉛蓄電池32から電源が供給されると、起動されて動作を開始する。メインスイッチ31は、電動車両のキースイッチと連動してオンまたはオフされるものであり、電動車両内の他の機器、たとえば図1のモータコントローラ300や車両コントローラ400とも接続されている。
リアルタイムクロック202は、メインスイッチ31の状態に関わらず、鉛蓄電池32から電源が常時供給されている。メインスイッチ31がオフされて主制御回路201が非動作状態になると、リアルタイムクロック202は、所定の設定時間ごとに定期的に内部スイッチ203をオンして主制御回路201を起動させる。ダイオード204は、内部スイッチ203がオンされたときに、メインスイッチ31に接続されている他の機器に鉛蓄電池32から電源が供給されるのを防止するためのものである。
最初に、電池システム130の充放電中における図2の各構成の動作を説明する。電動車両のキースイッチに応じてメインスイッチ31がオンされることにより、鉛蓄電池32から電源が供給されると、主制御回路201は、所定の起動処理を実行した後に、セルコントローラ100a、100bに対して起動信号を送信する。主制御回路201からの起動信号を受信すると、セルコントローラ100a、100bは起動して動作状態となる。
セルコントローラ100a、100bが起動されたことを確認したら、主制御回路201は、セルコントローラ100a、100bに対する動作指令を行うための信号を送信する。この信号は、主制御回路201からセルコントローラ100aに送信され、セルコントローラ100aからセルコントローラ100bに送信される。
セルコントローラ100a、100bは、主制御回路201からの動作指令に応じて、セルグループ120a、120bの各セル110のセル電圧をそれぞれ測定し、その測定結果を送信する。この信号は、セルコントローラ100aからセルコントローラ100bに送信され、セルコントローラ100bから主制御回路201に送信される。
次に、電池システム130の充放電が停止状態であるときの図2の各構成の動作を説明する。電動車両のキースイッチに応じてメインスイッチ31がオフされ、鉛蓄電池32からの電源供給が遮断されると、主制御回路201は、リアルタイムクロック202に停止信号を出力した後、動作を停止する。主制御回路201からの停止信号を受信すると、リアルタイムクロック202は、その停止信号を受けてからの時間を計測する。
停止信号を受けてからの計測時間が所定の設定時間に達すると、リアルタイムクロック202は、内部スイッチ203をオンし、鉛蓄電池32からの電源が主制御回路201に供給されるようにする。鉛蓄電池32からの電源供給を受けると、主制御回路201は起動して動作状態となり、電池システム130の充放電中と同様に、セルコントローラ100a、100bに対して起動信号を送信する。主制御回路201からの起動信号を受信すると、セルコントローラ100a、100bは起動して動作状態となる。
セルコントローラ100a、100bが起動されたことを確認したら、主制御回路201は、セルコントローラ100a、100bに対して、セル電圧の計測に関する診断の実行を指令するための信号を送信する。この信号を受けると、セルコントローラ100a、100bは、セル電圧の計測に関する所定の診断を実行する。
セルコントローラ100a、100bが起動されて診断が開始されたことを確認したら、主制御回路201は、メインスイッチ31がオフされたときと同様に、リアルタイムクロック202に停止信号を出力した後、動作を停止する。主制御回路201からの停止信号を受信すると、リアルタイムクロック202は、停止信号を受けてからの時間の計測を再び開始して、次に計測時間が設定時間に達するまでの間待機する。
一方、セルコントローラ100a、100bは、セル電圧の計測に関する診断を終了したら、その診断結果を記憶し、動作を停止する。この診断結果は、次にメインスイッチ31がオンされて電池システム130の充放電が開始されたときに、セルコントローラ100a、100bから主制御回路201に送信される。
セルコントローラ100a、100bから受信した診断結果が異常発生を示すものであった場合、主制御回路201は、セル電圧の計測に対する異常発生の通知を行う。この異常発生の通知は、たとえば、バッテリコントローラ200から車両コントローラ400に異常発生を示す情報を送信することで行うことができる。このような情報をバッテリコントローラ200から受信すると、車両コントローラ400は、たとえば車両内に設けられた不図示の警告ランプ等を点灯させることにより、電動車両の運転者に対して異常発生を報知する。なお、バッテリコントローラ200から車両コントローラ400への情報の送信は、たとえば無線LAN等の無線通信を介して行ってもよいし、あるいは車両内に配置されたCAN(Controller Area Network)等の有線通信を介して行ってもよい。
図3は、セル電圧の計測に関するセルコントローラ100の構成を示すブロック図である。図3に示すセルコントローラ100は、セルグループ120の各セル110に接続されている電圧検出線SL1〜SL5と接続されている。電圧検出線SL1〜SL5には、前述のバランシング放電時にバランシング電流を流すためのバランシング線BL1〜BL5が接続されている。
電圧検出線SL1〜SL5において、セルコントローラ100とセルグループ120の間には、セル電圧入力回路部40が設けられている。セル電圧入力回路部40は、電圧検出線SL1〜SL5におけるノイズを除去するためのものであり、抵抗とコンデンサを用いたRCフィルタにより構成されている。なお、バランシング線BL1〜BL5に設けられている図1のバランシング抵抗23をセル電圧入力回路部40に含めてもよい。
図3において、セルコントローラ100は、セル電圧選択部101、セル電圧検出部102、制御回路部103、記憶部104、通信制御部105およびバランシングスイッチ106を有している。
セル電圧選択部101は、セルグループ120の各セル110の中から、セル電圧の測定対象とするセル110を選択するためのものであり、たとえばマルチプレクサ等を用いて構成されている。セル電圧選択部101によるセル110の選択動作は、制御回路部103により制御される。
セル電圧検出部102は、セル電圧選択部101によりセル電圧の測定対象として選択されたセル110のセル電圧を検出するためのものであり、たとえばAD変換回路や増幅回路等を用いて構成されている。セル電圧検出部102によるセル電圧の検出結果は、制御回路部103に出力される。
制御回路部103は、セル電圧選択部101の選択動作を制御し、セルグループ120の各セル110を順次選択することで、各セル110に対するセル電圧の検出結果をセル電圧検出部102から取得する。このセル電圧の検出結果は、制御回路部103から通信制御部105へ出力される。さらに、取得したセル電圧の検出結果に基づいて、セル電圧の計測に関する診断を行い、その診断結果を示す情報を記憶部104に出力する。なお、この診断内容の詳細については、後で説明する。
記憶部104は、制御回路部103から出力された診断結果の情報を記憶するための不揮発性の記憶素子であり、たとえばフラッシュメモリ等を用いて構成されている。記憶部104に記憶された診断結果の情報は、電池システム130の充放電が開始されたときに制御回路部103により読み出され、通信制御部105に出力される。通信制御部105は、この情報をバッテリコントローラ200に送信する。これにより、記憶部104に記憶されている情報に基づいて、セルコントローラ100による診断結果がセルコントローラ100からバッテリコントローラ200に送信される。
通信制御部105は、制御回路部103から出力された各種情報をバッテリコントローラ200へ送信したり、バッテリコントローラ200から送信された情報を受信したりするための通信制御を行う部分である。バッテリコントローラ200からの受信情報は、通信制御部105から制御回路部103に出力され、制御回路部103が行う制御において利用される。この通信制御部105が行う通信制御により、セル電圧の検出結果や、セル電圧の計測に関する診断結果がセルコントローラ100からバッテリコントローラ200に送信される。また、バッテリコントローラ200からの様々な指令がセルコントローラ100において受信される。
バランシングスイッチ106は、セルグループ120の各セル110に対するバランシング電流の通電制御を行うためのものであり、バランシング線BL1〜BL5に接続されている。このバランシングスイッチ106は、バランシング線BL1〜BL5において互いに隣接する各バランシング線同士の間に設けられたスイッチにより構成されている。バランシングスイッチ106の各スイッチの動作は、バッテリコントローラ200からのバランシング指令に応じて、制御回路部103により制御される。
次に、セルコントローラ100が行うセル電圧の計測に関する診断について説明する。セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する診断として、以下の(a)〜(e)の診断を実行する。
(a)電圧検出線の診断
セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する診断の1つとして、電圧検出線SL1〜SL5が正常に接続されているか否かを診断する。具体的には、電圧検出線SL1〜SL5の抵抗値をそれぞれ測定し、その測定結果に基づいて、電圧検出線SL1〜SL5の接続状態が正常であるか否かを診断する。電圧検出線SL1〜SL5の抵抗値は、たとえば、バランシング放電中の各セル110のセル電圧の測定値と、バランシング放電を停止したときの各セル110のセル電圧の測定値とに基づいて、制御回路部103により算出することができる。このようにして算出された電圧検出線SL1〜SL5の抵抗値のうち、いずれかの抵抗値が規定値よりも大きければ、当該電圧検出線の接続状態が異常であると診断することができる。
(b)セル電圧入力回路部の診断
セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する診断の1つとして、セル電圧入力回路部40が正常であるか否かを診断する。具体的には、電圧検出線SL1〜SL5について、セル電圧入力回路部40における電圧降下をそれぞれ測定し、その測定結果に基づいて、セル電圧入力回路部40におけるリーク発生の有無を診断する。電圧検出線SL1〜SL5のセル電圧入力回路部40における電圧降下は、たとえば、各電圧検出線SL1〜SL5と各バランシング線BL1〜BL5の間にスイッチをそれぞれ設け、この各スイッチをオンおよびオフしたときの各セル110のセル電圧の測定値をそれぞれ比較することで求めることができる。このようにして求められた電圧検出線SL1〜SL5の電圧降下のうち、いずれかの電圧降下が規定値よりも大きければ、当該電圧検出線について、リークによる異常な電圧降下がセル電圧入力回路部40において生じていると診断することができる。
(c)セル電圧選択部の診断
セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する診断の1つとして、セル電圧選択部101が正常であるか否かを診断する。具体的には、セル電圧選択部101に対する入力電圧を変化させたときのセルグループ120の各セル110のセル電圧を測定し、その測定結果に基づいて、セル電圧選択部101の選択動作が正常であるか否かを診断する。セル電圧選択部101に対する入力電圧の変化は、たとえば、電圧検出線SL1〜SL5がセル電圧選択部101に入力される部分において、電圧検出線SL1〜SL5のうち隣接するもの同士の間にスイッチをそれぞれ設け、この各スイッチをオンおよびオフすることにより行うことができる。このようにしてセル電圧選択部101に対する入力電圧を1つずつ変化させたときにそれぞれ測定されたセルグループ120の各セル110のセル電圧のうち、いずれかのセル電圧が入力電圧の変化に合わせて変化していなければ、セル電圧選択部101の選択動作に異常が生じていると診断することができる。
(d)セル電圧検出部における検出特性の診断
セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する診断の1つとして、セル電圧検出部102における検出特性が正常であるか否かを診断する。具体的には、所定の範囲で連続的に変化する電圧を発生する電圧源をセルコントローラ100内に設け、この電圧源からの電圧をセル電圧検出部102により検出して、その検出結果に基づいて、セル電圧検出部102の検出特性が正常であるか否かを診断する。セル電圧検出部102による電圧源からの電圧の検出結果において、いずれかの部分に不連続があれば、セル電圧検出部102の構成要素の1つ、たとえばAD変換回路が正常に動作しておらず、そのためセル電圧検出部102の検出特性に異常が生じていると診断することができる。
(e)セル電圧検出部における検出誤差の診断
セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する診断の1つとして、セル電圧検出部102における検出誤差が正常であるか否かを診断する。具体的には、既知である所定の基準電圧を発生する電圧源をセルコントローラ100内に設け、この電圧源からの基準電圧をセル電圧検出部102により検出して、その検出結果に基づいて、セル電圧検出部102の検出誤差が正常であるか否かを診断する。セル電圧検出部102による基準電圧の検出結果において、その誤差が規定値よりも大きければ、セル電圧検出部102の構成要素の1つ、たとえば増幅回路が正常に動作しておらず、そのためセル電圧検出部102の検出誤差に異常が生じていると診断することができる。
以上説明した(a)〜(e)の診断のうち、(a)〜(c)の各診断は、診断中にセル電圧の変動が安定状態であることを要する診断である。電池システム130の充放電中には、その充放電状態の変化に応じてセル電圧が変動するため、これらの診断を実行することは難しい。したがって、これらの診断については、電池システム130の充放電が停止状態のときにセルコントローラ100において実行されることが好ましい。
また、以上説明した(a)〜(e)の診断のうち、(a)〜(d)の各診断は、比較的長時間の診断時間、たとえば数十秒以上の診断時間を要する診断である。電池システム130の充放電中や、車両のキースイッチがオンされて電池システム130の充放電が開始されたときには、これらの診断を実行することは難しい。したがって、これらの診断についても、電池システム130の充放電が停止状態のときにセルコントローラ100において実行されることが好ましい。
一方、(e)の診断の実行には、上記のような制約がない。したがって、(e)の診断については、電池システム130の充放電中にセルコントローラ100において実行されることが好ましい。
したがって、セルコントローラ100は、電池システム130の充放電が停止状態のときには、前述のような手順により定期的に起動して、(a)〜(d)の各診断を実行し、その後に停止する。以下の説明では、これらの診断を第1の診断と称する。
またセルコントローラ100は、電池システム130の充放電中には、(e)の診断を所定のタイミングごとに実行する。以下の説明では、この診断を第2の診断と称する。
図4は、セルコントローラ100における診断動作のタイミングの一例を示す図である。図4において、上段の線図は電池システム130の充放電のタイミングを示し、中段の線図はセルコントローラ100における診断動作のタイミングを示し、下段の線図は鉛蓄電池32がバッテリコントローラ200に接続されたタイミングを示している。
時刻t1において鉛蓄電池32がバッテリコントローラ200に接続されると、バッテリコントローラ200からセルコントローラ100に起動信号が送信され、セルコントローラ100が起動する。このときセルコントローラ100は、第1の診断を実行する。時刻t2において第1の診断が終了したら、セルコントローラ100は、その診断結果を記憶部104に記憶した後、動作を停止する。
その後、バッテリコントローラ200が停止してからの計測時間が所定の設定時間に達すると、リアルタイムクロック202は、時刻t3において、内部スイッチ203をオンしてバッテリコントローラ200を起動させる。これにより、バッテリコントローラ200からセルコントローラ100に起動信号が送信され、セルコントローラ100が起動する。このときにもセルコントローラ100は、第1の診断を実行する。時刻t4において第1の診断が終了したら、セルコントローラ100は、その診断結果を記憶部104に記憶した後、動作を停止する。
時刻t5において車両のキースイッチがオンされて電池システム130の充放電が開始されると、これに応じてメインスイッチ31がオンされることにより、バッテリコントローラ200が起動する。これにより、バッテリコントローラ200からセルコントローラ100に起動信号が送信され、セルコントローラ100が起動する。このときセルコントローラ100は、第2の診断を実行する。
時刻t6において車両のキースイッチがオンされて電池システム130の充放電が停止されると、バッテリコントローラ200は動作を停止する。このときセルコントローラ100は、第1の診断を実行する。時刻t7において第1の診断が終了したら、セルコントローラ100は、その診断結果を記憶部104に記憶した後、動作を停止する。
その後、バッテリコントローラ200が停止してからの計測時間が所定の設定時間に達すると、リアルタイムクロック202は、時刻t8において、内部スイッチ203をオンしてバッテリコントローラ200を起動させる。これにより、バッテリコントローラ200からセルコントローラ100に起動信号が送信され、セルコントローラ100が起動する。このときにもセルコントローラ100は、第1の診断を実行する。時刻t9において第1の診断が終了したら、セルコントローラ100は、その診断結果を記憶部104に記憶した後、動作を停止する。
その後セルコントローラ100は、電池システム130の充放電状態に応じて、以上説明したような診断を繰り返し実行する。すなわち、電池システム130の充放電が停止されているときには、定期的に起動して第1の診断を実行した後に停止し、電池システム130が充放電中のときには、第2の診断を実行する。また、電池システム130の充放電が停止されると、第1の診断を実行した後に停止する。
以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)電池システム監視装置10は、複数の単電池セル110を直列に接続した1または2以上のセルグループ120を備えた電池システム130と接続され、電池システム130の各単電池セル110の状態を監視する。この電池システム監視装置10は、セルグループ120ごとに設けられ、セルグループ120の各単電池セル110のセル電圧を計測するセルコントローラ100と、セルコントローラ100に接続されたバッテリコントローラ200とを備える。セルコントローラ100は、セル電圧の計測に関する第1の診断と、第1の診断とは異なるセル電圧の計測に関する第2の診断とを実行可能であり、電池システム130の充放電が停止状態のときには、セルコントローラ100が定期的に起動して第1の診断を実行した後に停止し、電池システム130の充放電中には、セルコントローラ100が第2の診断を実行する。このようにしたので、セル電圧の計測に必要な複数種類の診断を、それぞれに最適なタイミングで実施することができる。
(2)セルコントローラ100は、セル電圧が安定状態であることを要する診断や、所定時間以上の診断時間を要する診断を、第1の診断として実行する。このようにしたので、電池システム130の充放電中に実行するのが困難な診断を、電池システム130の充放電が停止状態のときに実行することができる。
(3)セルコントローラ100は、セルグループ120の各単電池セル110に接続されている電圧検出線SL1〜SL5と接続されており、電圧検出線SL1〜SL5においてセルコントローラ100とセルグループ120の間には、抵抗とコンデンサを有するセル電圧入力回路部40が設けられている。またセルコントローラ100は、セルグループ120の単電池セル110の中からセル電圧の測定対象とする単電池セル110を選択するセル電圧選択部101と、セル電圧選択部101により選択された単電池セル110のセル電圧を検出するセル電圧検出部102とを有する。セルコントローラ100は、電圧検出線SL1〜SL5の診断、セル電圧入力回路部40の診断、セル電圧選択部101の診断およびセル電圧検出部102における検出特性の診断を第1の診断として実行し、セル電圧検出部102における検出誤差の診断を第2の診断として実行する。このようにしたので、セル電圧の計測に関わる様々な部位の診断を、それぞれに最適なタイミングで実行することができる。
(4)セルコントローラ100は、電圧検出線SL1〜SL5の抵抗値を測定し、その測定結果に基づいて、電圧検出線SL1〜SL5の診断を行う。また、セル電圧入力回路部40における電圧降下を測定し、その測定結果に基づいて、セル電圧入力回路部40の診断を行う。さらに、セル電圧選択部101に対する入力電圧を変化させたときの各単電池セル110のセル電圧を測定し、その測定結果に基づいて、セル電圧選択部101の診断を行う。加えて、所定の範囲で連続的に変化する電圧をセル電圧検出部102により検出し、その検出結果に基づいて、セル電圧検出部102における検出特性の診断を行う。また、所定の基準電圧をセル電圧検出部102により検出し、その検出結果に基づいて、セル電圧検出部102における検出誤差の診断を行う。このようにしたので、それぞれの診断を確実に行うことができる。
(5)セルコントローラ100は、不揮発性の記憶部104をさらに有する。セルコントローラ100は、第1の診断の結果を示す情報を記憶部104に記憶させた後に停止し、電池システム130の充放電が開始されたときに、記憶部104に記憶されている情報に基づいて、第1の診断の結果をバッテリコントローラ200に送信する。バッテリコントローラ200は、セルコントローラ100から送信された第1の診断の結果に基づいて、セル電圧の計測に対する異常発生の通知を行う。このようにしたので、電池システム130の充放電停止中にセル電圧の計測に対する異常が発生した場合は、車両のキースイッチがオンされて電池システム130の充放電が開始されたときに、その異常発生を車両の運転者に確実に報知することができる。
(6)バッテリコントローラ200は、無線通信または有線通信を介した情報送信により、異常発生の通知を行う。このようにしたので、異常発生の通知を詳細に、かつ容易に行うことができる。
(7)セルコントローラ100は、電池システム130の充放電が停止されると、第1の診断を実行した後に停止する。このようにしたので、車両のキースイッチがオンされてから走行可能となるまでの時間に影響を及ぼすことなく、第1の診断をさらに実行することができる。
なお、以上説明した実施形態では、セルコントローラ100により、第1の診断として(a)〜(d)の診断を実行し、第2の診断として(e)の診断を実行する例を説明したが、第1の診断として(a)〜(d)の診断の全てを実行する必要はなく、いずれか少なくとも1つを実行すればよい。また、第1の診断および第2の診断として実行する診断内容はこれに限定されず、他の診断を実行してもよい。
また、(a)、(b)の各診断については、これらの診断で測定した電圧検出線SL1〜SL5の抵抗値や、セル電圧入力回路部40における電圧降下の測定結果の履歴を記憶部104に記憶しておき、この履歴に基づいて、電圧検出線SL1〜SL5やセル電圧入力回路部40の異常進行度をセルコントローラ100においてさらに判定してもよい。たとえば、所定の期間内における電圧検出線SL1〜SL5の抵抗値の上昇率が規定値以上である場合や、セル電圧入力回路部40における電圧降下率が規定値以上である場合に、セルコントローラ100は、電圧検出線SL1〜SL5やセル電圧入力回路部40において異常が進行しているものと判断し、その判断結果を示す情報をバッテリコントローラ200に送信する。この情報をセルコントローラ100から受信すると、バッテリコントローラ200は、セル電圧の計測に対する異常進行の通知を行い、車両の運転者に対して報知されるようにする。このようにすれば、電圧検出線SL1〜SL5やセル電圧入力回路部40において異常が徐々に進行しているような場合、これらが完全に異常となる前に車両の運転者に知らせることができる。
以上説明した実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
10 電池システム監視装置
21、22 絶縁素子
23 バランシング抵抗
31 メインスイッチ
32 鉛蓄電池
40 セル電圧入力回路部
100 セルコントローラ
101 セル電圧選択部
102 セル電圧検出部
103 制御回路部
104 記憶部
105 通信制御部
106 バランシングスイッチ
110 単電池セル
120 セルグループ
130 電池システム
200 バッテリコントローラ
201 主制御回路
202 リアルタイムクロック
203 内部スイッチ
204 ダイオード
210 電圧センサ
220 電流センサ
230 温度センサ
300 モータコントローラ
310 正極側コンタクタ
320 負極側コンタクタ
330 平滑コンデンサ
340 インバータ
350 モータ
400 車両コントローラ

Claims (9)

  1. 複数の単電池セルを直列に接続した1または2以上のセルグループを備えた電池システムと接続され、前記電池システムの各単電池セルの状態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、前記セルグループの各単電池セルのセル電圧を計測するセルコントローラと、前記セルコントローラに接続されたバッテリコントローラと、を備え、
    前記セルコントローラは、前記セル電圧の計測に関する第1の診断と、前記第1の診断とは異なる前記セル電圧の計測に関する第2の診断とを実行可能であり、
    前記電池システムの充放電が停止状態のときには、前記セルコントローラが定期的に起動して前記第1の診断を実行した後に停止し、
    前記電池システムの充放電中には、前記セルコントローラが前記第2の診断を実行し、
    前記セルコントローラは、前記セルグループの各単電池セルに接続されている電圧検出線と接続されており、
    前記電圧検出線において前記セルコントローラと前記セルグループの間には、抵抗とコンデンサを有するセル電圧入力回路部が設けられており、
    前記セルコントローラは、前記セルグループの単電池セルの中からセル電圧の測定対象とする単電池セルを選択するセル電圧選択部と、
    前記セル電圧選択部により選択された単電池セルのセル電圧を検出するセル電圧検出部と、を有し、
    前記セルコントローラは、前記電圧検出線の診断、前記セル電圧入力回路部の診断、前記セル電圧選択部の診断および前記セル電圧検出部における検出特性の診断のいずれか少なくとも1つを前記第1の診断として実行し、前記セル電圧検出部における検出誤差の診断を前記第2の診断として実行し、
    前記セルコントローラは、
    前記電圧検出線の抵抗値を測定し、その測定結果に基づいて、前記電圧検出線の診断を行い、
    前記セル電圧入力回路部における電圧降下を測定し、その測定結果に基づいて、前記セル電圧入力回路部の診断を行い、
    前記セル電圧選択部に対する入力電圧を変化させたときの各単電池セルのセル電圧を測定し、その測定結果に基づいて、前記セル電圧選択部の診断を行い、
    所定の範囲で連続的に変化する電圧を前記セル電圧検出部により検出し、その検出結果に基づいて、前記セル電圧検出部における検出特性の診断を行い、
    所定の基準電圧を前記セル電圧検出部により検出し、その検出結果に基づいて、前記セル電圧検出部における検出誤差の診断を行う電池システム監視装置。
  2. 請求項1に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、前記セル電圧が安定状態であることを要する診断を前記第1の診断として実行する電池システム監視装置。
  3. 請求項1または2に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、所定時間以上の診断時間を要する診断を前記第1の診断として実行する電池システム監視装置。
  4. 請求項1または2に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、前記セル電圧が安定状態であり、かつ所定時間以上の診断時間を要する診断を前記第1の診断として実行する電池システム監視装置。
  5. 請求項1に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、前記電圧検出線の抵抗値の測定結果の履歴に基づいて、前記電圧検出線の異常進行度をさらに判定する電池システム監視装置。
  6. 請求項1に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、前記電圧降下の測定結果の履歴に基づいて、前記電圧入力回路部の異常進行度をさらに判定する電池システム監視装置。
  7. 請求項1または2に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、不揮発性の記憶部をさらに有し、
    前記セルコントローラは、前記第1の診断の結果を示す情報を前記記憶部に記憶させた後に停止し、前記電池システムの充放電が開始されたときに、前記記憶部に記憶されている情報に基づいて、前記第1の診断の結果を前記バッテリコントローラに送信し、
    前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラから送信された前記第1の診断の結果に基づいて、前記セル電圧の計測に対する異常発生の通知を行う電池システム監視装置。
  8. 請求項に記載の電池システム監視装置において、
    前記バッテリコントローラは、無線通信または有線通信を介した情報送信により、前記異常発生の通知を行う電池システム監視装置。
  9. 請求項1または2に記載の電池システム監視装置において、
    前記セルコントローラは、前記電池システムの充放電が停止されると、前記第1の診断を実行した後に停止する電池システム監視装置。
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