JP6361449B2 - 電池監視装置および電池監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池を監視する電池監視装置および電池監視方法に関する。

従来、電池を監視する監視部と、監視部から送信された電池電圧に基づいて電圧異常を確定する制御部と、を有する電池監視装置において、電池が過充電状態であるか過放電状態であるかを判定する場合、監視部あるいは制御部が計測した電池電圧に基づいて、過充電閾値を上回ったか過放電閾値を下回ったかを判定し、電池が過充電状態あるいは過放電状態であるかを判定している。また、電池と監視部とを接続する配線に断線が発生した場合、所定時間における電池電圧の変化に基づいて断線が発生したことを、監視部が判定して、判定した結果を監視部は制御部に送信している。なお、上記のような電池電圧の変化に基づく断線検出は、断線であることを示す電圧閾値と電池電圧とを単に比較する精度の低い断線検出に比べ、処理に時間が掛かる。

また、過充電状態あるいは過放電状態を判定するのに掛かる時間は、上記断線を判定するのに掛かる時間（所定時間を含む時間）より短いため、過充電状態あるいは過放電状態であると判定されると、制御部は、断線を確定するより先に、過充電状態あるいは過放電状態であると確定してしまう。そのため、断線であったとしても、過充電状態あるいは過放電状態に対するフェールセーフ処理を実行させてしまう。ところが、断線は電池に異常が発生していないため、過充電状態あるいは過放電状態の異常に比べて、重大な異常ではないので、断線が発生した場合に、過充電状態あるいは過放電状態に対するフェールセーフ処理より、簡易なフェールセーフ処理にとどめておきたい。

関連する技術として、過充電状態および過放電状態であるかの診断を実行する技術、電池と電池を監視する集積回路を接続する配線（センシング線）の断線を、計測した電池電圧に基づいて判定する技術が知られている。例えば、特許文献１を参照。

また、関連する技術として、過充電状態および過放電状態であるかの診断を実行する技術、電池の電圧を検出するための配線（電圧検出線）の断線を、計測した電池電圧（電池の検出電圧）に基づいて、判定する技術が知られている。例えば、特許文献２を参照。

また、特許文献３には、配線（電圧測定線）に断線が発生した場合に、断線を即座に検知して、フェールセーフ処理をすることが提案されている。

特開２０１３−１５２２３１号公報 再表２０１２−１６４７６１号公報 特開２０１４−０４４０６１号公報

本発明の一側面に係る目的は、電池が電圧異常と判定されても、所定時間は電圧異常と確定せず、所定時間内に電池と監視部を接続する配線に断線があると判定された場合に断線と確定する電池監視装置および電池監視方法を提供することである。

実施の態様のひとつである電池監視装置は、電池を監視するための配線により電池と接続される監視部と、監視部と通信をする制御部と、を備えている。
制御部は、監視部から送信される電池の状態を示す状態情報を用いて、電池が電圧異常であるかを判定し、電圧異常であると判定した後、所定時間は電池が電圧異常であると確定せず、所定時間内に監視部から送信される、配線が断線しているか否かを示す断線判定情報が断線を示している場合、断線であると確定する。

電池が電圧異常と判定されても、所定時間は電圧異常と確定せず、所定時間内に電池と監視部を接続する配線に断線があると判定された場合に断線と確定することができる。

図１は、電池監視装置の一実施例を示す図である。 図２は、監視部および制御部の処理のタイミングの一例を示す図である。 図３は、電池監視装置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に説明する。
図１は、電池監視装置の一実施例を示す図である。電池監視装置は、制御部１、一つ以上の電池モジュール２（図１の例では２ａ、２ｂ）を有する。

制御部１は、監視部３それぞれと通信をするための通信配線により電池モジュール２それぞれに設けられている監視部３（図１の例では３ａ、３ｂ）と接続される。
電池モジュール２は、監視部３、電池４（図１の例では４ａ１から４ａ７、４ｂ１から４ｂ７）、スイッチ５（図１の例では５ａ、５ｂ）などを有する。

監視部３は電池４を監視するための配線により電池４と接続されている。また、監視部３は通信配線を介して制御部１と通信をする。
電池４それぞれは、充電可能な電池であり、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などが考えられる。

スイッチ５は、制御部１がフェールセーフ処理をする際に、電池モジュール２と電力線（太線）とを遮断するために用いるスイッチである。例えば、トランジスタやリレーが考えられる。

監視部について説明する。
監視部３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）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などを用いて構成される。また、監視部３それぞれは、スイッチ５を切り替える（オン／オフ）制御をする。監視部３それぞれは、例えば、監視ＥＣＵ（Electronic Control Unit）を用いてもよい。

また、監視部３それぞれは、記憶部、電池電圧を計測する計測部、制御部１と通信をする通信部などを備える。記憶部はＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などであり、各種情報や各種プログラムを記憶する。また、監視部３それぞれは、電池４の状態を示す状態情報、および、断線判定情報を、制御部１に送信する。

状態情報は、例えば、監視部３が計測した電池４の電圧を示す情報（電池電圧情報）、または、監視部３が判定した電池４が過充電状態あるいは過放電状態にあるか否かを示す情報など（異常判定情報）である。過充電状態あるいは過放電状態にあることを示す情報は、監視部３により生成され、計測した電池電圧が過充電閾値を上回っていれば過充電状態を示す異常判定情報が生成され、過放電閾値を下回っていれば過放電状態を示す異常判定情報が生成される。

なお、監視部３から送信される電池電圧情報に基づいて過充電状態あるいは過放電状態であるかを、制御部１が判定してもよい。
また、電圧異常として、過充電状態および過放電状態を示す電圧異常以外に、ＳＯＣ（State Of Charge）異常、ＳＯＣ偏差異常、電圧偏差異常などでもよい。その場合には、異常判定情報にＳＯＣ異常、ＳＯＣ偏差異常、電圧偏差異常を示す情報を含めて、監視部３から制御部１に送信する。または、監視部３から送信される電池電圧情報に基づいてＳＯＣ異常、ＳＯＣ偏差異常、電圧偏差異常であるかを、制御部１が判定してもよい。

断線判定情報は、電池４と監視部３とを接続する配線に断線が発生しているか否かを示す情報である。監視部３は、断線が発生したか否かを、所定時間における電池電圧の所定の変化に基づいて判定し、判定結果が断線であれば断線を示す断線判定情報を生成し、制御部１に送信する。ここで、所定時間における電池電圧の所定の変化とは、実験やシミュレーションにより求めた、断線が発生してから所定時間内において起こる、電池電圧の特有の変化である。例えば、所定時間における電池電圧の増加の傾きあるいは減少の傾きが、所定のパターンと一致していれば、断線と判断することが考えられる。

なお、監視部３が、過充電状態あるいは過放電状態などの電圧異常を判定して異常判定情報を制御部１へ送信するまでに掛かる時間は、上記断線を判定して断線判定情報を制御部１へ送信するまでに掛かる時間より短い。

制御部について説明する。
制御部１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を用いて構成される。なお、上記では監視部３によりスイッチ５を切り替える制御について説明したが、制御部１がスイッチ５を切り替える制御をしてもよい。制御部１は、例えば、制御ＥＣＵを用いてもよい。

また、制御部１は、記憶部、監視部３それぞれと通信をする通信部などを備える。記憶部はＲＯＭやＲＡＭなどであり、各種情報や各種プログラムを記憶する。
制御部１は、監視部３それぞれから送信される電池４それぞれの状態を示す状態情報を用いて、電池４が過充電状態あるいは過放電状態であるかを判定する。続いて、制御部１は、該判定をした後、所定時間は電池４が過充電状態あるいは過放電状態であると確定せず、所定時間内に監視部３から送信される断線判定情報が断線を示している場合に、断線であると確定する。

また、制御部１は、過充電状態あるいは過放電状態であると判定した後、所定時間内に監視部３から送信される断線判定情報が、断線を示していない場合、電池４が過充電状態あるいは過放電状態であると確定する。なお、過充電状態および過放電状態以外の電圧異常を示すＳＯＣ異常、ＳＯＣ偏差異常、電圧偏差異常などがある場合には、これらについても、電圧異常であると判定した後、断線を示していない場合、電池４が電圧異常であると確定する。

監視部と制御部の動作について説明する。
図２は、監視部および制御部の処理のタイミングの一例を示す図である。図２の縦軸には監視部３の処理（計測と送信）および制御部１の処理（受信）が示され、横軸には時間が示されている。図２の例では、時間ｔ０からｔ３（所定時間Ｔ１）において、監視部３ａが対象とする電池４ａ１から電池４ａ７の電池電圧の計測、電圧異常および断線の判定とを実行して、電池電圧情報、異常判定情報および断線判定情報を監視部３ａが制御部１へ送信する。本例では説明を簡単にするため、電池モジュール２ａの監視部３ａと制御部１とを用いて説明をするが、図１の場合には、複数の電池モジュール２ａ、２ｂ…の監視部３ａ、３ｂ…それぞれが、電池４ａ１から電池４ａ７、電池４ｂ１から電池４ｂ７の電池電圧の計測と、電圧異常および断線の判定をし、監視部３ａ、３ｂ…それぞれが電池電圧情報、異常判定情報および断線判定情報を制御部１へ送信する。

図２の時間ｔ０から期間２０１において、監視部３ａは、電池４ａ１から電池４ａ７の電池電圧情報を生成するために電池電圧を計測する。期間２０１で計測した電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧情報は、所定時間Ｔ１内に期間２０３ｓで、監視部３ａから制御部１に逐次送信される。後述する期間２０２で計測した電池電圧を用いずに、期間２０１で計測した電池電圧を用いて期間２０３ｓで送信する理由は、なるべく近い時間で計測した電池４ａ１から電池４ａ７の電池電圧を利用したいためで、例えば、過充電状態、過放電状態、ＳＯＣ異常、ＳＯＣ偏差異常、電圧偏差異常などの判定精度を向上させるためである。

図２の期間２０３ｓに示されている「４ａ１」から「４ａ７」は、電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧情報が、そのタイミングで送信されていることを示している。なお、図２の例では期間Ｔ２ごとに電池電圧の計測を実行しているが、必ずしも一定期間ごとに実行しなくてもよい。また、電池電圧情報の送信の順番は、電池４ａ１から電池４ａ７の順番に限定されるものではない。

期間２０２で計測した電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧は、過充電状態および過放電状態などの電圧異常を、監視部３ａが判定するために用いる。異常判定情報は、監視部３ａが期間２０４ｓ、２０５ｓで制御部１に送信する。なお、期間２０５ｓは電圧異常が発生したことを示す。図２の期間２０４ｓでは、監視部３ａにより電圧異常がないと判定された電池４ａ１から電池４ａ７に対する異常判定情報を、監視部３ａが制御部１へ送信している。また、図２の期間２０５ｓでは、監視部３ａにより電池４ａ１から電池４ａ７のいずれかに電圧異常があると判定されたことを示す異常判定情報を、監視部３ａが制御部１へ送信している。

期間２０７で計測した電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧は、配線に断線があるか否かを、監視部３ａが判定するために用いる。断線判定情報は、監視部３ａが期間２０６ｓで制御部１へ送信する。図２の例では、二つの期間２０７で計測した電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧を用いて、電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧の変化を求め、求めた電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの変化により断線があるか否かを判定する。ただし、断線があるか否かの判定は、上記のように電池電圧の変化により判定する方法に限定されるものでなく、断線を判定することができる方法であればよい。また、図２の例では断線しているか否かの判定を、期間２０７で計測した電池電圧を用いて実行していたが、図２の期間２０７に限定されるものではなく、所定期間Ｔ１内であればよい。なお、本例においては期間２０７で計測した電池電圧情報は断線判定で用いるため、電池４ａ６、４ａ７の電池電圧情報の後に送信する異常判定情報は、電池４ａ５で送信した異常判定情報と同じものを利用しているが、限定されるものではない。なお、電池４ａ６、４ａ７の電池電圧情報の後には異常判定情報を送信しなくてもよい。

また、図２では異常判定情報を電池電圧情報の直後に連続して送信されているが、必ずしも直後に連続して送信しなくてもよい。なお、異常判定情報および断線判定情報の判定結果はフラグなどを用いることが考えられる。

図２の期間２０３ｒ、２０４ｒ、２０５ｒ、２０６ｒは、監視部３ａが期間２０３ｓ、２０４ｓ、２０５ｓ、２０６ｓで送信した電池電圧情報、異常判定情報、断線判定情報を、制御部１が受信する期間である。また、制御部１は時間ｔ１で電圧異常を判定し、時間ｔ２で断線を確定している。図２の期間２０３ｒに示されている「４ａ１」から「４ａ７」は、電池４ａ１から電池４ａ７それぞれの電池電圧情報が、そのタイミングで受信されていることを示している。

電池監視装置の動作について説明する。
図３は、電池監視装置の動作の一実施例を示す図である。
ステップＳ１では制御部１が状態情報を受信する。図２の例では期間２０３ｒで、監視部３ａから期間２０３ｓにおいて送信された電池電圧情報、あるいは期間２０４ｒ、２０５ｒで、監視部３ａから期間２０４ｓ、２０５ｓにおいて送信された異常判定情報を制御部１が受信する。なお、状態情報は電池電圧情報または異常判定情報のいずれか一つあるいはすべてを含んでもよい。

ステップＳ２では、制御部１が電池電圧情報または異常判定情報のいずれか一つあるいはすべてを用いて電圧異常であるか否かを判定し、電圧異常であると判定した場合（Ｙｅｓ）には、制御部１の処理はステップＳ３に移行し、電圧異常でない場合（Ｎｏ）には、制御部１の処理はステップＳ１に移行する。例えば図２の例では、監視部３が判定により、過充電状態または過放電状態である電池４を検出した場合には、制御部１は最初の期間２０５ｒで監視部３ａから異常電圧があることを示す異常判定情報を受信し、時間ｔ１で電圧異常があると判定している（ステップＳ２：Ｙｅｓ）。

しかし、制御部１は電圧異常があると判定しても所定時間内は電圧異常と確定しない（ステップＳ３）。すなわち、監視部３から断線判定情報が送られてくるまでの時間、例えば、図２における期間Ｔ１の時間、過充電状態または過放電状態などの電圧異常を確定せずに待つ。

ステップＳ４では、制御部１が断線判定情報を受信したか否かを判定し、受信した場合（Ｙｅｓ）には、制御部１の処理はステップＳ５に移行し、受信していない場合（Ｎｏ）には、制御部１の処理はステップＳ１に移行する。図２の例では、監視部３ａから期間２０６ｓで送信された断線判定情報を、制御部１が期間２０６ｒで受信した場合には、制御部１の処理はステップＳ５に移行する。

ステップＳ５で制御部１は断線判定情報が断線を示しているか否かを判定し、断線を示している場合（Ｙｅｓ）には、制御部１の処理はステップＳ６に移行し、ステップＳ６で制御部１は断線と確定する。断線を示していない場合（Ｎｏ）には、制御部１の処理はステップＳ７に移行し、制御部１は過充電または過放電などの電圧異常と確定する。

また、ステップＳ７における過充電または過放電などの電圧異常の確定は、断線がないと確定した後に、監視部３ａから送信される状態情報を用いて行うか、あるいは、断線がないと確定する前に監視部３ａから送信された状態情報を用いて行う。例えば、ステップＳ１で受信した状態情報を用いて行う。

ここで、上記ステップＳ５では断線を示している断線判定情報を一回受信した場合について説明をしたが、断線を示している断線判定情報を所定回数受信した場合に、ステップＳ６の処理に移行して断線と確定してもよい。

なお、断線を示している断線判定情報を所定回数受信してから断線を確定する場合においては、所定回数受信する前に断線を示している断線判定情報を受信できなくなったときは、受信できなくなるまでに受信した状態情報を用いて電圧異常を確定してもよい。

実施形態によれば、電池４が電圧異常であると判定されても、所定時間は電圧異常と確定せず、所定時間内に電池４と監視部３ａを接続する配線に断線があると判定された場合に断線と確定することができる。その結果、過充電状態あるいは過放電状態に対するフェールセーフ処理より、断線に対応する簡易なフェールセーフ処理を実行することができる。

また、断線と判定した後、断線判定情報が断線を示していない場合に、電池が過充電状態あるいは過放電状態などの電圧異常であると確定することにより、確実に過充電状態あるいは過放電状態などに対するフェールセーフ処理を実行することができる。

なお、過充電状態あるいは過放電状態などの電圧異常に対するフェールセーフ処理とは、図１の例では、スイッチ５をすべてオフ（遮断）にする処理が考えられる。断線に対応するフェールセーフ処理は、図１の例では、断線が発生したモジュール２のスイッチ５をオフ（遮断）にするだけの処理が考えられる。

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 制御部、
２、２ａ、２ｂ 電池モジュール、
３、３ａ、３ｂ 監視部、
４、４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４、４ａ５、４ａ６、４ａ７、４ｂ１、４ｂ２、４ｂ３、４ｂ４、４ｂ５、４ｂ６、４ｂ７ 電池、
５、５ａ、５ｂ スイッチ、

Claims (6)

1. 電池を監視するための配線により前記電池と接続される監視部と、
   前記監視部と通信をする制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記監視部から送信される電池の状態を示す状態情報を用いて、前記電池が電圧異常であるかを判定し、
   電圧異常であると判定した後、所定時間は電池が電圧異常であると確定せず、前記所定時間内に前記監視部から送信される、前記配線が断線しているか否かを示す断線判定情報が断線を示している場合、断線であると確定する、
   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、電圧異常であると判定した後、前記断線判定情報が断線を示していない場合、前記電池が電圧異常であると確定する、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、
   前記制御部は、前記電池が電圧異常であるかの確定を、前記断線がないと確定した後に前記監視部から送信される状態情報を用いて行う、ことを特徴とする電池監視装置。
4. 請求項２に記載の電池監視装置であって、
   前記制御部は、前記電池が電圧異常であるかの確定を、前記断線がないと確定する前に前記監視部から送信された前記状態情報を用いて行う、ことを特徴とする電池監視装置。
5. 請求項２に記載の電池監視装置であって、
   前記状態情報は、前記監視部が計測した前記電池の電圧を示す情報、または、前記監視部が判定した前記電池が電圧異常にあることを示す情報、のいずれか一つまたはすべてを有する、ことを特徴とする電池監視装置。
6. 電池を監視するための配線により前記電池と接続される監視部と、前記監視部と通信をする制御部と、を備える、電池監視装置の電池監視方法であって、
   前記制御部は、前記監視部から送信される電池の状態を示す状態情報を用いて、前記電池が電圧異常であるかを判定し、
   前記制御部は、電圧異常であると判定した後、所定時間は電池が電圧異常であると確定せず、前記所定時間内に前記監視部から送信される、前記配線が断線しているか否かを示す断線判定情報が断線を示している場合、断線であると確定する、
   ことを特徴とする電池監視方法。