JP6969316B2

JP6969316B2 - バッテリ監視装置および電力状態監視方法

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Publication number: JP6969316B2
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Inventors: 秀哲松任
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Description

本発明は、バッテリ監視装置および電力状態監視方法に関する。

従来、この種のバッテリ監視装置としては、複数の監視モジュール（監視ＩＣ）と、電力供給装置（電源）と、判定モジュール（上位ＥＣＵ）を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。各監視モジュールは、バッテリを構成する複数の電池セル毎に設けられ、複数の動作モードで電池セルの監視を行なっている。電力供給装置は、電源ＩＣからの電力をトランス，整流回路を介して複数の監視モジュールへ供給している。この装置では、監視モジュールの動作モードに応じてバッテリおよび電力供給装置のうち監視モジュールに電力を供給する電源を選択している。

特開２０１５−８０２８９号公報

しかしながら、上述のバッテリ監視装置では、電力供給装置から監視モジュールへの電力供給に異常が生じると、監視モジュールで電池セルを適正に監視することができなくなってしまう。複数の監視モジュールのうちの一部への電力供給に異常が生じている場合には、異常が生じていない監視モジュールからの電池スタックの情報を用いて各種制御が可能となる場合がある。したがって、電力供給装置からの電力の供給状態を個別に判定することが望まれている。

本発明のバッテリ監視装置および電力状態監視方法は、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態を個別に判定することを主目的とする。

本発明のバッテリ監視装置および電力状態監視方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のバッテリ監視装置は、
バッテリを構成する複数の電池スタック毎に設けられ、対応する電池スタックの状態を監視する複数の監視モジュールと、
前記複数の監視モジュール毎に設けられた複数の第１電力ラインを用いて前記複数の監視モジュールへ電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から前記複数の監視モジュールへの電力の供給状態を判定する判定モジュールと、
を備えるバッテリ監視装置であって、
前記電力供給装置は、
第１，第２スイッチを介して所定電圧の電力が入力される第２電力ラインの正極，負極ラインに接続されると共に、前記複数の第１電力ラインの正極，負極ライン毎に設けられた複数の第３，第４スイッチを介して前記複数の第１電力ラインの正極，負極ラインに接続される第１コンデンサと、
前記複数の第１電力ライン毎に設けられ、対応する前記第１電力ラインの正極，負極ラインに接続された複数の第２コンデンサと、
を有する、
ことを要旨とする。

この本発明のバッテリ監視装置では、第１，第２スイッチをオンとすると共に、複数の第３，第４スイッチを全てオフとして、第１コンデンサを充電する。その後、第１，第２スイッチをオフすると共に、電力の供給状態を判定する対象である対象監視モジュールへ電力供給する第１電力ラインの正極，負極ラインに設けられた第３，第４スイッチをオンとして、第１コンデンサと、対象監視モジュールへ電力供給する第１電力ラインの第２コンデンサとを並列接続する。第１コンデンサと第２コンデンサとを並列接続すると、第１コンデンサと第２コンデンサとの間で電荷のやりとりが可能となるから、第１コンデンサの電圧が第２コンデンサの蓄電状態に応じた電圧となる。第２コンデンサの蓄電状態は、対象監視モジュールに対応する第１電力ラインから対象監視モジュールへの電力供給の状態に応じて変化する。したがって、第１コンデンサの電圧の変化量は、第２コンデンサの蓄電状態を反映した電圧となる。そして、第１，第２スイッチをオンとすると共に、オンとした第３，第４スイッチをオフとすると、第１コンデンサが再び充電されて、第１コンデンサの電圧が変化する。このとき、第１コンデンサの電圧の変化量は、第１コンデンサと第２コンデンサとを並列接続したときの第１コンデンサの電圧の変化量に応じて変化する。したがって、第１コンデンサの電圧の変化量を用いて電力供給装置から対象監視モジュールへの電力供給の状態を判定することができる。そして、対象監視モジュールを変更することにより、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態を個別に判定することができる。

こうした本発明のバッテリ監視装置において、前記判定モジュールは、前記第１コンデンサを充電する際の前記第１コンデンサの電圧の上昇量を用いて前記電力の供給の状態を判定してもよい。こうすれば、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態を個別に判定することができる。

第１コンデンサを充電する際の第１コンデンサの電圧の上昇量を用いて電力供給の状態を判定する態様の本発明のバッテリ監視装置において、前記判定モジュールは、前記バッテリ監視装置を起動してから所定時間以内は前記電力の供給状態の判定を行なわないものとしてもよいし、前記判定モジュールは、前記複数の第２コンデンサのうちの少なくとも一つについて充電回数が所定回数未満であるときには、充電回数が前記所定回数未満の前記第２コンデンサが接続された前記第１電力ラインから電力が供給される前記監視モジュールについて前記電力の供給状態の判定を行なわなくともよい。ここで、「所定時間」は、バッテリ監視装置を起動した直後であるか否かを判定するための閾値である。「所定回数」は、バッテリ監視装置を起動した直後で第２コンデンサの電圧が十分に上昇しているか否かを判定するための閾値である。バッテリ監視装置を起動した直後で第２コンデンサの電圧が十分に上昇していないときには、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態に拘わらず第１コンデンサの電圧の上昇量が大きくなる。そのため、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態を正確に判定することができない。本発明では、バッテリ監視装置を起動してから所定時間以内であるときや複数の第２コンデンサのうちの少なくとも一つについて充電回数が所定回数未満であるときには、充電回数が所定回数未満の第２コンデンサが接続された第１電力ラインから電力が供給される監視モジュールについては、電力供給の状態の判定を行なわないことより、より正確に、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態を判定することができる。

本発明の電力状態判定方法は、
バッテリを構成する複数の電池スタック毎に設けられ、対応する電池スタックの状態を監視する複数の監視モジュールと、
前記複数の監視モジュール毎に設けられた複数の第１電力ラインを用いて前記複数の監視モジュールへ電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から前記複数の監視モジュールへの電力の供給状態を判定する判定モジュールと、
を備え、
前記電力供給装置は、
第１，第２スイッチを介して所定電圧の電力が入力される第２電力ラインの正極，負極ラインに接続されると共に、前記複数の第１電力ラインの正極，負極ライン毎に設けられた複数の第３，第４スイッチを介して前記複数の第１電力ラインの正極，負極ラインに接続される第１コンデンサと、
前記複数の第１電力ライン毎に設けられ、対応する前記第１電力ラインの正極，負極ラインに接続された複数の第２コンデンサと、
を有する、
バッテリ監視装置において、前記電力供給装置から前記複数の監視モジュールへの電力の供給状態を判定する電力状態監視方法であって、
前記第１コンデンサを充電する際の前記第１コンデンサの電圧の上昇量を用いて前記電力の供給状態を判定する、
ことを要旨とする。

この本発明の電力状態監視方法では、第１，第２スイッチをオンとすると共に、複数の第３，第４スイッチを全てオフとして、第１コンデンサを充電する。その後、第１，第２スイッチをオフすると共に、電力の供給状態を判定する判定対象である対象監視モジュールへ電力供給する第１電力ラインの正極，負極ラインに設けられた第３，第４スイッチをオンとして、第１コンデンサと、対象監視モジュールへ電力供給する第１電力ラインの第２コンデンサとを並列接続する。第１コンデンサと第２コンデンサとを並列接続すると、第１コンデンサと第２コンデンサとの間で電荷のやりとりが可能となるから、第１コンデンサの電圧が第２コンデンサの蓄電状態に応じた電圧となる。第２コンデンサの蓄電状態は、対象監視モジュールに対応する第１電力ラインから対象監視モジュールへの電力供給の状態に応じて変化する。したがって、第１コンデンサの電圧は、第２コンデンサの蓄電状態を反映した電圧となる。そして、第１，第２スイッチをオンとすると共に、オンとした第３，第４スイッチをオフとすると、第１コンデンサが再び充電されて、第１コンデンサの電圧が上昇する。このとき、第１コンデンサの電圧の上昇量は、第１コンデンサと第２コンデンサとを並列接続したときの第１コンデンサの電圧の変化量に応じて変化する。したがって、第１コンデンサを充電する際の第１コンデンサの電圧の上昇量を用いて電力供給装置から対象監視モジュールへの電力供給の状態を判定することができる。そして、対象監視モジュールを変更することにより、複数の監視モジュールと電力供給装置との間の電力供給の状態を個別に判定することができる。

本発明の一実施例としてのバッテリ監視装置２０の構成の概略を示す構成図である。判定モジュール４０のＣＰＵにより実行される状態判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへの電力供給の状態が正常であるときにおける、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの状態とスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフの状態と第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１との時間変化の一例を示すタイミングチャートである。電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じているときにおける、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの状態とスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフの状態と第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１との時間変化の一例を示すタイミングチャートである。電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に短絡が生じているときにおける、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの状態とスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフの状態と第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１との時間変化の一例を示すタイミングチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのバッテリ監視装置２０の構成の概略を示す構成図である。バッテリ監視装置２０は、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと、電力供給装置２４と、判定モジュール４０と、を備えている。バッテリ監視装置２０は、複数の電池セルからなる電池スタック５０ａ〜５０ｃを備える図示しないバッテリと共に車両に搭載されている。こうしたバッテリ監視装置２０を搭載する車両としては、バッテリからの電力でモータを駆動する電気車両などを挙げることができる。

監視モジュール２２ａ〜２２ｃは、図示するように、電池スタック５０ａ〜５０ｃ毎に設けられている。監視モジュール２２ａは、監視ＩＣ２３ａを内蔵している。監視ＩＣ２３ａには、対応する電池スタック５０ａの各電池セルのセル電圧や電池スタック５０ａの温度などが入力されている。監視ＩＣ２３ａは、入力されたセル電圧や電池スタック５０ａの温度などを監視しており、入力されたセル電圧や電池スタック５０ａの温度などを用いて電池スタック５０ａに異常が生じているか否かを判定している。監視モジュール２２ｂ，２２ｃは、監視モジュール２２ａと同様に、監視ＩＣ２３ｂ，２３ｃを内蔵し、対応する電池スタック５０ｂ，５０ｃの各電池セルのセル電圧や電池スタック５０ｂ，５０ｃの温度などを用いて電池スタック５０ｂ，５０ｃに異常が生じているか否かを判定している。

電力供給装置２４は、監視モジュール２２ａ〜２２ｃ毎に設けられた３つの第１電力ライン２６を用いて監視モジュール２２ａ〜２２ｃへ電力を供給する装置として構成されている。電力供給装置２４は、第１コンデンサ２８と、３つの第２コンデンサ３０と、を備えている。第１コンデンサ２８は、抵抗Ｒ，スイッチＳＷ１を介して電源電圧ＶＤＤ（例えば、５Ｖなど）の電力が入力される第２電力ライン３６の正極ライン３６ａに接続される共に、スイッチＳＷ２を介して接地された第２電力ライン３６の負極ライン３６ｂに接続されている。第１コンデンサ２８は、更に、３つの第１電力ライン２６の正極ライン２６ａ，負極ライン２６ｂ毎に設けられたスイッチＳＷ３，スイッチＳＷ４を介して３つの第１電力ライン２６の正極ライン２６ａ，負極ライン２６ｂにも接続されている。３つの第２コンデンサ３０は、３つの第１電力ライン２６毎に設けられており、対応する第１電力ラインに設けられたスイッチＳＷ３，ＳＷ４より監視モジュール２２ａ〜２２ｃ側で対応する第１電力ライン２６の正極ライン２６ａと負極ライン２６ｂとに接続されている。第１電力ライン２６の負極ライン２６ｂは、スイッチＳＷ２，ＳＷ４がオフであるときには、第２電力ライン３６の負極ライン３６ｂと絶縁された状態で接地されている。なお、第２コンデンサ３０の容量は、監視モジュール２２ａの作動による電力消費に対して第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１が緩やかに低下する容量に調整されている。

判定モジュール４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ４２を備えている。Ａ／Ｄコンバータ４２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して第１コンデンサ２８に接続されており、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとしているときに第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨをアナログ値として入力し、入力した電圧ＶＣＣＨをデジタル値へ変換して、ＣＰＵなどに出力している。判定モジュール４０には、監視モジュール２２ａ〜２２ｃから電池スタック５０ａ〜５０ｃに異常が生じているか否かの異常判定信号が入力されている。判定モジュール４０からは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４へのスイッチング信号が出力されている。

こうして構成された実施例のバッテリ監視装置２０では、判定モジュール４０は、監視モジュール２２ａ〜２２ｃから電池スタック５０ａ〜５０ｃの少なくとも一つの異常が発生したことを示す異常判定信号が入力されたときには、入力された異常判定信号に応じた各種制御を実行する。

次に、こうした実施例のバッテリ監視装置２０の動作、特に、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａ〜２２ｃへの電力供給の状態を判定する際の動作について説明する。図２は、判定モジュール４０のＣＰＵにより実行される状態判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、バッテリ監視装置２０と監視対象の電池スタック５０ａ〜５０ｃを含むシステムが起動されてから所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎など）に実行される。

本ルーチンが実行されると、ＣＰＵは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとして、全てのスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフとする処理を実行する（ステップＳ１００）。この処理により、第１コンデンサ２８を第２電力ライン３６に接続すると共に第１電力ライン２６との接続を解除し、第１コンデンサ２８の充電を開始する。

そして、ＣＰＵは、第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨを入力し（ステップＳ１１０）、第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨが電源電圧ＶＤＤ（または抵抗Ｒでの電圧降下を考慮した所定の電圧Ｖｒｅｆ）であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１１０では、電圧ＶＣＣＨは、Ａ／Ｄコンバータ４２からＣＰＵへ入力されている。第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨが電源電圧ＶＤＤ未満であるときには、電圧ＶＣＣＨが電源電圧ＶＤＤ（または電圧Ｖｒｅｆ）となるまで、ステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返す。

ステップＳ１２０で電圧ＶＣＣＨが電圧ＶＤＤ（または電圧Ｖｒｅｆ）となったときには、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとして、監視モジュール２２ａに電力を供給する第１電力ライン２６に設けられたスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンとして（ステップＳ１３０）、ステップＳ１３０でスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとすると共にスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンとしてからの経過時間ｔｐが時間ｔｃを経過したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。経過時間ｔｐが時間ｔｃを経過していないときには、経過時間ｔｐが時間ｔｃを経過するまで待つ。ステップＳ１３０でスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンとすることにより、第１コンデンサ２８と第２コンデンサ３０とを並列接続する。第１コンデンサ２８と第２コンデンサ３０とを並列接続すると、第１コンデンサと第２コンデンサ３０との間で電荷のやりとりが可能となることから、第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨが第２コンデンサ３０の蓄電状態に応じた電圧となる。ステップＳ１４０において、時間ｔｃは、第１コンデンサ２８と第２コンデンサ３０との間で電荷をやりとりによる第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨおよび第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１の変化が無くなる時間として予め定められた時間（例えば、１μｓｅｃ〜１０μｓｅｃの間）である。

ステップＳ１４０で経過時間ｔｐが時間ｔｃを経過したときには、ＣＰＵは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとすると共に、ステップＳ１３０の処理でオンとしたスイッチＳＷ３，４をオフとして、Ａ／Ｄコンバータ４２から第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨを入力し（ステップＳ１５０）、電源電圧ＶＤＤ（または電圧Ｖｒｅｆ）からステップＳ１５０で入力した電圧ＶＣＣＨを減じた電圧上昇量ΔＶＣＣＨを算出する（ステップＳ１６０）。

続いて、算出した電圧上昇量ΔＶＣＣＨが正常範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。ここで、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへの電力供給の状態が正常であるときにおける電圧上昇量ΔＶＣＣＨと電力供給装置２４から監視モジュール２２ａ〜２２ｃへの電力供給の状態との関係について説明する。

図３は、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへの電力供給の状態が正常であるときにおける、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの状態とスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフの状態と第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１との時間変化の一例を示すタイミングチャートである。監視モジュール２２ａは、監視ＩＣ２３ａの作動に伴って電力を消費する。電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａの電力供給系に断線や短絡などの異常がなく正常である場合、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフとした期間（例えば、期間Ｐ１）は、図示するように、第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨは電源電圧ＶＤＤ（または電圧Ｖｒｅｆ）まで上昇し、監視モジュール２２ａの作動による電力消費により第２コンデンサ３０が放電されて第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１は低下する。第２コンデンサ３０の容量は、監視モジュール２２ａの作動による電力消費に対して電圧ＶＤＨ１が緩やかに低下する容量に調整されているから、電圧ＶＤＨ１の低下量は、さほど大きくならない。その後、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンとすると（例えば、期間Ｐ２）、監視モジュール２２ａの作動による電力消費を賄いながら、第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１が同一となるまで電圧ＶＣＣＨが低下すると共に電圧ＶＤＨ１が上昇する。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフとすると（例えば、期間Ｐ３）、第１コンデンサ２８が充電されて電圧ＶＣＣＨが電源電圧ＶＤＤ（または電圧Ｖｒｅｆ）まで上昇し、監視モジュール２２ａの作動による電力消費により第２コンデンサ３０の電荷が放電されて第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１が低下する。このように、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへの電力の供給が正常である場合には、期間Ｐ３における電圧ＶＣＣＨの電圧上昇量ΔＶＣＣＨは、期間Ｐ１で低下した電圧ＶＤＨ１に応じた量となる。ステップＳ１７０の「正常範囲」とは、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線や短絡などの異常がなく正常である場合の電圧ＶＣＣＨの上昇量の範囲として実験や解析などで予め求めたもの（例えば、０．３Ｖ，０．５Ｖ，０．７Ｖなど）を用いている。

ステップＳ１７０で算出した電圧上昇量ΔＶＣＣＨが正常範囲内であるときには、第１電力ライン２６から監視モジュール２２への電力供給が正常であると判定（電力正常判定）して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１７０で算出した電圧上昇量ΔＶＣＣＨが正常範囲内でないときには、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへ電力を供給する第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線や短絡などの異常が生じている可能性があると判断して、続いて、電圧上昇量ΔＶＣＣＨが値０であるか否か（ステップＳ１９０）と、バッテリ監視装置２０と監視対象の電池スタック５０ａ〜５０ｃを含むシステムを起動してから所定時間以内のシステム起動直後であるか否か（ステップＳ２００）と、を判定する。ここで、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線や短絡などの異常が生じているときにおける電圧上昇量ΔＶＣＣＨと電力供給装置２４から監視モジュール２２ａ〜２２ｃへの電力供給の状態との関係について説明する。

図４は、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じているときにおける、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの状態とスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフの状態と第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１との時間変化の一例を示すタイミングチャートである。電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じると、上述の期間Ｐ１でスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフとしても第２コンデンサ３０が放電せず電圧ＶＤＨ１が維持される。そのため、期間Ｐ２でスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンとして第１コンデンサ２８と第２コンデンサ３０とを並列接続しても、第１コンデンサ２８，第２コンデンサ３０の電圧ＶＣＣＨ，ＶＤＨ１がほとんど変化せず、電圧上昇量ΔＶＣＣＨが値０（または値０付近の値，例えば、０．０５Ｖ，０．１０Ｖ，０．１５Ｖなど）となる。

図５は、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に短絡が生じているときにおける、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの状態とスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフの状態と第１コンデンサ２８の電圧ＶＣＣＨと第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１との時間変化の一例を示すタイミングチャートである。電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に短絡が生じる場合に、上述の期間Ｐ１でスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオフとすると、第２コンデンサ３０が放電して電圧ＶＤＨ１が値０となる。そのため、期間Ｐ２でスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとしてスイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンとすると、期間Ｐ１で充電された第１コンデンサ２８も放電して、第２コンデンサ３０の電圧ＶＣＣＨ，ＶＤＨ１が共に値０となり、電圧上昇量ΔＶＣＣＨが大きな値（電源電圧ＶＤＤまたはその付近の値、例えば、４．４Ｖ，４．６Ｖ，４．８Ｖなど）となる。

図４，図５に示したように、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じると、電圧上昇量ΔＶＣＣＨは値０（またはその付近の値）となり、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に短絡が生じると、電圧上昇量ΔＶＣＣＨは大きな値（電源電圧ＶＤＤまたはその付近の値、例えば、４．４Ｖ，４．６Ｖ，４．８Ｖなど）となる。したがって、ステップＳ１９０は、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへ電力を供給する第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じているか否かを判定する処理となっている。なお、バッテリ監視装置２０と監視対象の電池スタック２２を含むシステムの起動直後は、第２コンデンサ３０が充電されていないので、電力供給装置２４と監視モジュール２２ａとの間の第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じている場合でも、電圧上昇量ΔＶＣＣＨは大きくなることから、断線と短絡とを判別することができない。ステップＳ２００は、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへ電力を供給する第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系の断線と短絡とを判別できるか否かを判定する処理となっている。

上述したことを踏まえて、ステップＳ１９０で電圧上昇量ΔＶＣＣＨが値０であるときには、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへ電力を供給する第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に断線が生じていると判定（断線判定）して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ１９０で電圧上昇量ΔＶＣＣＨが値０でないときであって、ステップＳ２００でバッテリ監視装置２０と監視対象の電池スタック２２とを含むシステムの起動直後でないときは、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへ電力を供給する第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系に短絡が生じていると判定（短絡判定）して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ１９０で電圧上昇量ΔＶＣＣＨが値０でないときであって、ステップＳ２００でバッテリ監視装置２０と監視対象の電池スタック２２とを含むシステムの起動直後であるときには、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへ電力を供給する第１電力ライン２６や監視モジュール２２ａ内の電力供給系の断線と短絡とを判別できないと判断して、本ルーチンを終了する。こうした処理により、電力供給装置２４から監視モジュール２２ａへの電力供給の状態を判定することができる。

続いて、図２に例示した状態判定ルーチンを監視モジュール２２ｂ，２２ｃへ順次適用していく。これにより、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態を個別に判定することができる。

以上説明した実施例のバッテリ監視装置２０によれば、電力供給装置２４は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して電源電圧ＶＤＤの電力が入力される第２電力ライン３６の正極，負極ライン３６ａ，３６ｂに接続されると共に、３つの第１電力ライン２６の正極，負極ライン２６ａ，２６ｂ毎に設けられたスイッチＳＷ３，ＳＷ４を介して３つの第１電力ライン２６の正極，負極ライン２６ａ，２６に接続される第１コンデンサ２８と、３つの第１電力ライン２６毎に設けられ、対応する第１電力ライン２６の正極，負極ライン２６ａ，２６ｂに接続された３つの第２コンデンサ３０と、を有するから、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態を個別に判定することができる。

また、判定モジュール４０は、第１コンデンサ２８を充電する際の第１コンデンサ２８の電圧上昇量ΔＶＣＣＨを用いて電力供給の状態を判定することにより、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態を個別に判定することができる。

更に、バッテリ監視装置２０が起動直後であるときには、電力供給の状態の判定は行なわないことにより、より正確に、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態を判定することができる。

実施例のバッテリ監視装置２０では、ステップＳ１７０の処理で電圧上昇量ΔＶＣＣＨが正常範囲外であるときには、ステップＳ１９０以降の処理を実行しているが、ステップＳ１７０の処理で電圧上昇量ΔＶＣＣＨが正常範囲外であるときには、ステップＳ１９０以降の処理を実行せずに、監視モジュール２２ａと電力供給装置２４との間の電力供給に異常が生じていると判定してもよい。

実施例のバッテリ監視装置２０では、バッテリ監視装置２０が起動直後であるときには、電力供給の状態の判定は行なわないものとしている。しかしながら、３つの第２コンデンサ３０のうちの少なくとも一つについて充電回数が所定回数未満であるときには、充電回数が所定回数未満の第２コンデンサ３０が接続された第１電力ライン２６から電力が供給される監視モジュールについては、電力供給の状態の判定を行なわなくともよい。ここで、「所定回数」とは、バッテリ監視装置２０を起動した直後で第２コンデンサ３０の電圧が十分に上昇しているか否かを判定するための閾値である。第２コンデンサ３０の電圧ＶＤＨ１が十分に上昇していないときには、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態に拘わらず第１コンデンサ２８の電圧上昇量ＶＣＣＨが大きくなることから、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態を正確に判定することができない。したがって、３つの第２コンデンサ３０のうちの少なくとも一つについて充電回数が所定回数未満であるときには、充電回数が所定回数未満の第２コンデンサ３０が接続された第１電力ライン２６から電力が供給される監視モジュールについては、電力供給の状態を判定しないことより、より正確に、監視モジュール２２ａ〜２２ｃと電力供給装置２４との間の電力供給の状態を判定することができる。

実施例では、本発明を、複数の電池セルからなる３つの電池スタック５０ａ〜５０ｃを備えるバッテリに適用する場合について例示しているが、電池スタックの個数は３つの限定しているものではなく、複数の電池スタックを備えるバッテリであれば如何なるものに適用しても構わない。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、監視モジュール２２ａ〜２２ｃが「複数の監視モジュール」に相当し、電力供給装置２４が「電力供給装置」に相当し、判定モジュール４０が「判定モジュール」に相当し、第１コンデンサ２８が「第１コンデンサ」に相当し、第２コンデンサ３０が「第２コンデンサ」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、バッテリ監視装置の製造産業などに利用可能である。

２０バッテリ監視装置２０、２２ａ〜２２ｃ監視モジュール、２３ａ〜２３ｃ監視ＩＣ、２４電力供給装置、２６第１電力ライン、２６ａ，３６ａ正極ライン、２６ｂ，３６ｂ負極ライン、２８第１コンデンサ、３０第２コンデンサ、３６第２電力ライン、４０判定モジュール、４２Ａ／Ｄコンバータ、５０ａ〜５０ｃ電池スタック、Ｒ抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ。

Claims

バッテリを構成する複数の電池スタック毎に設けられ、対応する電池スタックの状態を監視する複数の監視モジュールと、
前記複数の監視モジュール毎に設けられた複数の第１電力ラインを用いて前記複数の監視モジュールへ電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から前記複数の監視モジュールへの電力の供給状態を判定する判定モジュールと、
を備えるバッテリ監視装置であって、
前記電力供給装置は、
第１，第２スイッチを介して所定電圧の電力が入力される第２電力ラインの正極，負極ラインに接続されると共に、前記複数の第１電力ラインの正極，負極ライン毎に設けられた複数の第３，第４スイッチを介して前記複数の第１電力ラインの正極，負極ラインに接続される第１コンデンサと、
前記複数の第１電力ライン毎に設けられ、対応する前記第１電力ラインの正極，負極ラインに接続された複数の第２コンデンサと、
を有し、
前記判定モジュールは、
前記第１，第２スイッチを介して前記第１コンデンサに接続されており、前記第１コンデンサを充電する際の前記第１コンデンサの電圧の上昇量を用いて前記電力の供給状態を判定する、
バッテリ監視装置。
請求項１記載のバッテリ監視装置であって、
前記判定モジュールは、前記バッテリ監視装置を起動してから所定時間以内は前記電力の供給状態の判定を行なわない、
バッテリ監視装置。
請求項１記載のバッテリ監視装置であって、
前記判定モジュールは、前記複数の第２コンデンサのうちの少なくとも一つについて充電回数が所定回数未満であるときには、充電回数が前記所定回数未満の前記第２コンデンサが接続された前記第１電力ラインから電力が供給される前記監視モジュールについて前記電力の供給状態の判定を行なわない、
バッテリ監視装置。
バッテリを構成する複数の電池スタック毎に設けられ、対応する電池スタックの状態を監視する複数の監視モジュールと、
前記複数の監視モジュール毎に設けられた複数の第１電力ラインを用いて前記複数の監視モジュールへ電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から前記複数の監視モジュールへの電力の供給状態を判定する判定モジュールと、
を備え、
前記電力供給装置は、
第１，第２スイッチを介して所定電圧の電力が入力される第２電力ラインの正極，負極ラインに接続されると共に、前記複数の第１電力ラインの正極，負極ライン毎に設けられた複数の第３，第４スイッチを介して前記複数の第１電力ラインの正極，負極ラインに接続される第１コンデンサと、
前記複数の第１電力ライン毎に設けられ、対応する前記第１電力ラインの正極，負極ラインに接続された複数の第２コンデンサと、
を有し、
前記判定モジュールは、
前記第１，第２スイッチを介して前記第１コンデンサに接続されている、
バッテリ監視装置において、前記電力供給装置から前記複数の監視モジュールへの電力の供給状態を判定する電力状態監視方法であって、
前記第１コンデンサを充電する際の前記第１コンデンサの電圧の上昇量を用いて前記電力の供給状態を判定する、
電力状態監視方法。