JP6191699B2

JP6191699B2 - 電池パックおよび電池パックの制御方法

Info

Publication number: JP6191699B2
Application number: JP2015543773A
Authority: JP
Inventors: 隆介長谷; 隆広都竹
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-10-02
Also published as: JPWO2015060087A1; WO2015060087A1

Description

本発明は、電池パックを制御する技術に関する。

長期間電池パックを放置した場合に、自己放電により電池制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が動作できない状態まで電池パックの電力が低下してしまうことがある。

対策として充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）低下時は、自己放電を減らすために電池制御ＥＣＵを低消費電力モード（スリープモードもしくは電源遮断）にする方法が知られている。

しかしながら、電池制御ＥＣＵが低消費電力モードになると充電器または外部装置との通信ができなくなり、電池パックの状態（例えば、充電率あるいは電圧、過充電、過放電および温度などの情報）を充電器または外部装置が検出することができなくなるため、充電器または外部装置は安全に充電できる状態か否かが判定できない。そうすると、充電を開始するためには、充電器または外部装置と通信可能な状態まで復帰し、電池パックの状態を充電器または外部装置が検出できるようにする必要がある。

特開２０１２−０１０５６２号公報

本発明は、低消費電力状態に移行した場合でも電池パックが充電できる状態であることを充電器または外部装置に知らせることで、安全に充電器から電池パックに充電をすることができる電池パックおよび電池パックの制御方法を提供することを目的とする。

本実施の態様のひとつである電池パックは、電池モジュールを監視する一つ以上の監視部と、監視部および充電器と通信をして電池モジュールを制御する電池制御部と、を備える。

電池制御部は、充電率あるいは電圧が決められた閾値以下、または、前記電池パックを搭載した車両が停止状態になると、通信を停止する低消費電力状態に移行し、充電器または外部装置と通信可能な状態になると、電池パックの状態を示す状態情報を、充電器または外部装置に送信する。

本実施の態様によれば、低消費電力状態に移行した場合でも電池パックが充電できる状態であることを充電器または外部装置に知らせることで、安全に充電器から電池パックに充電をすることができるという効果を奏する。

図１は、電池パックの一実施例を示す図である。図２は、電池制御部の動作の一実施例を示す図である。

以下図面に基づいて、実施形態について詳細を説明する。

図１は、電池パックの一実施例を示す図である。図１に示す電池パック１は、電池制御部２、電池モジュール３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ（以降、電池モジュール３と呼ぶこともある）、充電用コネクタ６、外部装置用コネクタ７、スイッチ８を有している。電池モジュール３それぞれには、組電池４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ（以降、組電池４と呼ぶこともある）と組電池４それぞれの状態を監視する監視部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ（以降、監視部５と呼ぶこともある）とを有している。なお、図１には電力配線については示されていない。

なお、電池パック１は車両などに設けることが考えられる。ここで、車両は、例えば、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、リフト、電動リーチリフトなどである。

電池制御部２は、制御部、記憶部および周辺回路を有し、監視部５、充電用コネクタ６に接続される充電器および外部装置用コネクタ７に接続される外部装置と通信をし、電池モジュール３の充放電の監視と制御をする。電池制御部２は、例えば、電池制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などが考えられる。電池制御部２の制御部は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）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いることが考えられる。記憶部は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリなどが考えられる。なお、記憶部にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。また、制御部がメモリを有している場合には上記記憶部を用いなくてもよい。

電池制御部２は、監視部５それぞれから送信される組電池や組電池が有する電池各々の状態を示す監視情報を、信号線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを介して受信する。監視情報は、例えば、組電池４の電圧、組電池４の電池それぞれの電圧、組電池４に流れる電流、組電池４の温度などを計測する計測器を用いて計測した値を有する情報である。

また、電池制御部２は電池モジュール３の充電率あるいは電圧が決められた閾値以下になったことを検出すると、通信を停止して低消費電力状態に移行する。

低消費電力状態は、例えば、（１）電池制御部２の制御部の通信に関わる機能や周辺回路の通信に関わる回路を停止状態にさせることが考えられる。または、（２）周辺回路を低消費電力状態にさせることが考えられる。

なお、充電率は、例えば、監視情報の電圧、電流などを用いて求める。

続いて、電池制御部２が低消費電力状態である場合に、充電器または外部装置との通信を可能な状態にする指示を検出すると、低消費電力状態から電池制御部２は復帰する。

例えば、上記（１）に示した低消費電力状態である場合には、通信に関わる機能や周辺回路の通信に関わる回路を停止状態から復帰させることが考えられる。また、上記（２）に示した低消費電力状態である場合には、通信に関わる機能と周辺回路を低消費電力状態から復帰させることが考えられる。

ここで、外部装置はリフトの機台、サービスツールやコンピュータ（例えば、パーソナルコンピュータ）などである。

充電器または外部装置との通信を可能な状態にする指示とは、例えば、充電用コネクタ６に充電器が接続された場合または外部装置用コネクタ７に外部装置が接続された場合に、電池制御部２に入力される指示信号が考えられる。入力される指示信号は二値信号などが考えられる。

また、充電器が充電用コネクタ６に接続されている場合に、電池パック１に設けられている電力供給と停止を切り替えるスイッチ８が操作されることにより、電池制御部２と充電器とを通信を可能な状態にしてもよい。

また、充電器が充電用コネクタ６に接続されている場合に、外部装置用コネクタ７に外部装置が接続されたことを電池制御部２が検出すると、電池制御部２と充電器とを通信可能な状態にしてもよい。

また、外部装置用コネクタ７に外部装置が接続されたことを電池制御部２が検出すると、電池制御部２と外部装置とを通信可能な状態にしてもよい。

さらに、充電器または外部装置が充電用コネクタ６または外部装置用コネクタ７に接続された後に、充電器または外部装置の状態が変化したことを検出して、充電器または外部装置との通信を可能な状態にする指示をしてもよい。

また、充電器が充電用コネクタ６に接続されている場合に、充電用コネクタ６に接続されたケーブルを介して充電器から送信される通信信号を電池制御部２が検出すると、電池制御部２は低消費電力状態から復帰してもよい。

続いて、電池制御部２が通信可能な状態に復帰した後、充電器または外部装置と通信ができることが検出できれば、電池制御部２は電池パック１の状態を示す状態情報を、信号線１１または１２を介して充電器または外部装置に送信する。状態情報は、例えば、電池モジュール３の充電率あるいは電圧、過充電、過放電および温度などの情報を有する。

なお、通信可能な状態になって（通信に関わる機能を起動して）から決められた時間内に充電器または外部装置と通信が確立できない場合には、電池制御部２は低消費電力状態に移行する。または、充電器または外部装置からの指示により電池制御部２は低消費電力状態に移行してもよい。

続いて、電池制御部２が状態情報を用いて電池パック１が充電可能な状態であるか否かを判定し、充電が可能である場合には、充電器と電池パック１の間で充電を開始させる。

また、電池パック１の状態を示す状態情報を受信した充電器または外部装置のいずれかが、状態情報を参照して充電が可能であるか否かを判定し、充電が可能である場合には、充電器と電池パック１の間で充電が開始される。

また、判定方法は上記に限定されるものではなく、電池制御部２と充電器または外部装置により判定を行い、電池制御部２と充電器または外部装置が充電可能な状態であると判定された場合に、充電器と電池パック１の間で充電を開始してもよい。

なお充電中は、電池制御部２は低消費電力状態に移行しない。

充電完了後は、充電率あるいは電圧が閾値より高いと電池制御部２は低消費電力状態には移行しないで、電池モジュール３からの電力供給と通信を可能にする。また、充電完了後、充電率あるいは電圧が閾値以下になると、電池制御部２は低消費電力状態に移行する。

本実施形態によれば、充電率あるいは電圧が低下して、低消費電力状態に移行した場合でも、電池パックが充電できる状態であることを充電器または外部装置に知らせることで、安全に充電器から電池パックに充電をすることができるという効果を奏する。

また、電池制御部２は、充電率あるいは電圧が閾値以下になった場合に、低消費電力状態に移行させることで、電池パック１の消費電力を低減することができる。

ここで、監視部５は、制御部、記憶部および周辺回路を有し、電池制御部２と通信をし、電池モジュール３の充放電の監視をする。監視部５は、例えば、電池監視ＥＣＵなどが考えられる。監視部５の制御部はＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ、ＰＬＤなど）を用いることが考えられる。監視部５の記憶部は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリなどが考えられる。なお、記憶部にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。また、制御部がメモリを有している場合には上記記憶部を用いなくてもよい。

電池制御部２が低消費電力状態に移行するときに、監視部５の制御部、記憶部および周辺回路の通信に関する機能および回路を低消費電力状態にすることにより、電池パック１の消費電力をさらに低減することができる。

電池パックの動作について説明をする。

図２は、電池制御部２の動作の一実施例を示す図である。

ステップＳ１では、電池制御部２が充電率あるいは電圧が決められた閾値以下であるか否かを判定し、閾値以下である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ２に移行し、閾値より高い場合（Ｎｏ）にはステップＳ１に移行する。

ステップＳ２では電池制御部２と監視部５が低消費電力状態に移行する。なお、電池制御部２が低消費電力状態に移行する前に、状態情報を電池制御部２の記憶部に記憶することで、後述するステップＳ４において電池制御部２を復帰するだけで、状態情報を取得することができる。

ステップＳ３では、電池制御部２が充電用コネクタ６に充電器または外部装置用コネクタ７に外部装置が接続されたことを検出するとステップＳ４に移行する。

または、充電器が充電用コネクタ６に接続されている場合に、電池パック１に設けられている電力供給と停止を切り替えるスイッチ８が操作されたことを検出するとステップＳ４に移行してもよい。

または、充電器が充電用コネクタ６に接続された後または外部装置が外部装置用コネクタ７に接続された後に、充電器または外部装置の状態が変化したことを検出してからステップＳ４に移行してもよい。

ステップＳ４では、電池制御部２と監視部５が通信に関する機能を復帰する（低消費電力状態から復帰する）。なお、電池制御部２が充電率あるいは電圧が閾値以下になった場合、低消費電力状態に移行する前に、記憶部に状態情報を記憶した場合には、監視部５を起動させなくても既に状態情報を取得しているため、監視部５を復帰させなくてもよいので、消費電力を削減することができる。また、充電器または外部装置と通信可能な状態になると、電池制御部２は、記憶部に記憶された状態情報を充電器または外部装置に送信させる。

ステップＳ５では、電池制御部２と充電器または外部装置との通信が確立したか否かを判定し、通信が確立できた場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ６に移行し、通信が確立できない場合（Ｎｏ）にはステップＳ９に移行する。

ステップＳ６では、電池制御部２が決められた時間内に充電器または外部装置と通信が確立できた場合は電池パック１の状態情報を充電器または外部装置に送信する。

ステップＳ７では、電池制御部２が状態情報を用いて電池パック１が充電可能な状態であるかを判定し、充電が可能である場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ８に移行し、充電が可能でない場合（Ｎｏ）にはステップＳ９に移行する。

また、電池制御部２から取得した状態情報を用いて、電池パック１が充電可能な状態であるかを充電器が判定してもよい。充電可能な状態であれば充電を開始する。また、充電できない状態であれば充電を開始しないで、低消費電力状態に移行させる指示を電池制御部２へ送信する。

また、電池制御部２から取得した状態情報を用いて、電池パック１が充電可能な状態であるかを外部装置が判定してもよい。充電可能な状態であれば、充電可能であることを利用者に提示する。充電できない状態の場合には、低消費電力状態に移行させる指示を電池制御部２へ送信する。

ステップＳ８では、電池パック１と充電器が充電可能になると、充電器が充電を開始する。このとき、電池制御部２と監視部５は充電可能な状態に復帰する。

外部装置と接続されているが充電器が接続されていない場合、充電器が接続されて電池パック１に充電が可能になると、充電が開始される。また、既に充電器に接続されている場合には、充電器が充電可能と判定したのち、電池パック１と充電器が充電を開始する。

充電完了後、充電率あるいは電圧が閾値より高いと、低消費電力状態に移行せず、電力供給と通信を可能にする。充電終了後、閾値以下になると、再び低消費電力状態になる。

ステップＳ９では、決められた時間内に充電器または外部装置と通信が確立できない場合は、決められた時間経過後に電池制御部２が低消費電力状態に移行する。

本実施の態様によれば、充電率あるいは電圧が低下して、通信を停止する低消費電力状態に移行した場合でも、電池パックが充電できる状態であることを充電器または外部装置に知らせることで、安全に充電器から電池パックに充電をすることができるという効果を奏する。

また、安全に充電器から電池パックに充電をするためには、電池パック１の状態を電池制御部２と充電器は知らなくてはならない。しかしながら、充電状態を知るためには電池制御部２と監視部５を起動しなくてはならないため、電池制御部２と監視部５により電力を消費してしまう。特に充電率あるいは電圧が低下した場合にはこの電力消費が問題になる。

また、低消費電力状態に移行するのは、充電率あるいは電圧が低下したときに限らず、電池パックを搭載した車両が停止状態になったときでもよい。ここで、停止状態とは、車両が走行も充電もしていない状態で、例えば、イグニションスイッチがオフにされて電流がほとんど流れない状態や、充電完了後の状態である。

さらに、低消費電力状態に移行するのは、電池に重大な異常が発生したときでもよい。ここで、重大な異常とは、電池が過充電状態、過放電状態なることおよび電池に過電流が流れている状態になることなどによりで発生する異常である。

しかし、本実施形態によれば、電池の充電率あるいは電圧が低下した場合でも、電力消費を抑えて電池パックが充電できる状態であることを充電器または外部装置に知らせることもできる。

また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１電池パック、
２電池制御部、
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ電池モジュール、
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ組電池、
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ監視部、
６充電用コネクタ、
７外部装置用コネクタ、
８スイッチ、
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１、１２信号線、

Claims

電池モジュールを監視する１つ以上の監視部と、前記監視部および充電器または外部装置と通信をして前記電池モジュールを制御する電池制御部と、を備える電池パックであって、
前記電池制御部は、
充電率または電圧が決められた閾値以下になると、前記電池パックの状態を示す状態情報を前記電池制御部の記憶部に記憶し、通信を停止する低消費電力状態に移行し、
前記充電器または前記外部装置と通信可能な状態になると、前記記憶部に記憶した前記状態情報を、前記充電器または前記外部装置に送信する、
ことを特徴とする電池パック。
前記電池制御部は、充電用コネクタに前記充電器が接続され、または、外部装置用コネクタに前記外部装置が接続されると、低消費電力状態から復帰し、前記充電器または前記外部装置と通信可能な状態にすることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記電池制御部は、通信可能な状態になった後、決められた時間内に前記充電器または前記外部装置と通信が確立できない場合に、低消費電力状態に移行することを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
前記電池制御部は、充電が可能である場合に、前記充電器との間で充電を開始することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池パック。
電池モジュールを監視する１つ以上の監視部と、前記監視部および充電器または外部装置と通信をして前記電池モジュールを制御する電池制御部と、を備える電池パックの制御方法であって、
前記電池制御部は、
充電率または電圧が決められた閾値以下になると、前記電池パックの状態を示す状態情報を前記電池制御部の記憶部に記憶し、通信を停止する低消費電力状態に移行し、
前記充電器または前記外部装置と通信可能な状態になると、前記記憶部に記憶した前記状態情報を、前記充電器または前記外部装置に送信する、
ことを特徴とする電池パックの制御方法。