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７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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