WO2015022731A1 - 電池監視装置、電池システムおよび車両制御システム - Google Patents

電池監視装置、電池システムおよび車両制御システム Download PDF

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WO2015022731A1
WO2015022731A1 PCT/JP2013/071879 JP2013071879W WO2015022731A1 WO 2015022731 A1 WO2015022731 A1 WO 2015022731A1 JP 2013071879 W JP2013071879 W JP 2013071879W WO 2015022731 A1 WO2015022731 A1 WO 2015022731A1
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WO
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battery
abnormality
abnormal
unit
monitoring
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PCT/JP2013/071879
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English (en)
French (fr)
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金井　友範
彰彦 工藤
睦 菊地
光 三浦
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health

Definitions

  • the present invention relates to a battery monitoring device that monitors an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series and parallel, a battery system that includes the assembled battery and a battery monitoring device that monitors the assembled battery, and a vehicle control system that includes the battery system.
  • an assembled battery configured by connecting a large number of secondary battery cells in series is used.
  • the battery cell for the capacity calculation and protection management of each battery cell, the battery cell by a battery monitoring device using a monitoring IC for monitoring the state of the battery cell and a control IC for controlling the charge / discharge state of the battery (For example, refer to Patent Document 1).
  • a monitoring IC for monitoring the state of the battery cell
  • a control IC for controlling the charge / discharge state of the battery
  • a communication path for notifying the control IC of cell voltage measurement results and circuit abnormality in the monitoring IC to the control IC, and a 1-bit signal indicating an overvoltage state and circuit abnormality in the monitoring IC is doubled to improve the reliability and safety.
  • the disposal of battery cells has a large impact on the environment, and when the battery monitoring device fails, a technique for replacing only the battery monitoring device is required. If the inspection device inspects whether or not the battery cell is abnormal, it is possible to reuse the battery cell without discarding it when it is normal. However, installing the inspection device at each dealer is inefficient. Is. It may also bring the cell to the test field, but leads to CO 2 increase due to transportation, which is not preferable.
  • a battery monitoring device monitors the state of a plurality of battery cells connected in series or series-parallel and the state of a circuit related to cell voltage value detection, and includes monitoring result information.
  • a monitoring IC having a communication unit that transmits and receives a plurality of communication signals; and a control IC that receives the plurality of communication signals and controls the states of the plurality of battery cells based on the monitoring result information.
  • a battery system includes an assembled battery formed by electrically connecting a plurality of battery groups including a plurality of battery cells connected in series or in series and parallel, and the battery monitoring device of the above aspect. Prepare.
  • a vehicle control system includes an assembled battery formed by electrically connecting a plurality of battery groups including a plurality of battery cells connected in series or in series and parallel, and the battery monitoring device according to the above aspect. And a control unit that drives and controls the rotating electrical machine for vehicle travel using the power of the assembled battery, and a determination result storage unit that stores the determination result of the determination unit.
  • whichever of the plurality of communication signals is used it can be specified which of the battery side and the circuit side is abnormal.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the vehicle control system.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining detection of overcharge abnormality and overdischarge abnormality of the battery cell 300.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the abnormal contents of the cell controller IC 321 and the received and output signals.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the abnormal point determination.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle control system such as a hybrid electric vehicle or an electric vehicle.
  • a vehicle control system such as a hybrid electric vehicle or an electric vehicle.
  • the control system of the traveling rotating electrical machine and the battery system that supplies electric power to the rotating electrical machine are mainly shown.
  • the vehicle control system 1 shown in FIG. 1 includes a vehicle control device 6, a rotating electrical machine 2 used for vehicle travel, a battery system 3, and an inverter device 4.
  • the DC power output from the battery system 3 is converted into three-phase AC power by the inverter device 4 and used for driving the rotating electrical machine 2.
  • the rotating electrical machine 2 functions as a generator, and the three-phase AC power output from the rotating electrical machine 2 is converted into DC power by the inverter device 4 and used to charge the battery module 30 provided in the battery system 3. It is done.
  • the inverter device 4 includes a power module 40 including a switching semiconductor element, a drive circuit 41 that drives the switching semiconductor element of the power module 40, and a motor control device 42 that outputs a switching command to the drive circuit 41.
  • a power module 40 including a switching semiconductor element, a drive circuit 41 that drives the switching semiconductor element of the power module 40, and a motor control device 42 that outputs a switching command to the drive circuit 41.
  • the battery system 3 includes a battery module 30 and a battery monitoring device 31.
  • the battery module 30 includes a plurality of battery cells 300. Generally, a large number of battery cells 300 of the battery module 30 are connected in series and parallel to obtain a desired voltage and power. In the example shown in FIG. 1, a plurality of battery cells 300 are connected in series.
  • a plurality of temperature sensors (circuits) or temperature sensors (not shown) such as thermistors and thermocouples are provided inside the battery module 30.
  • the positive electrode side of the battery module 30 is electrically connected to the DC positive electrode terminal of the power module 40 through the high-voltage positive line HV +.
  • the negative electrode side of the battery module 30 is electrically connected to the direct current negative electrode terminal of the power module 40 via the high voltage negative electrode line HV ⁇ .
  • a large-capacity smoothing capacitor of about 700 ⁇ F to about 2000 ⁇ F is provided between the high-voltage positive line HV + and the high-voltage negative line HV ⁇ connected to the power module 40.
  • a relay mechanism 5 is provided in the middle of the high-voltage positive line HV +.
  • the relay mechanism 5 includes a main contactor 50, a precharge contactor 51, and a precharge resistor 52.
  • the main contactor 50 is provided in the main circuit, and the precharge contactor 51 and the precharge resistor 52 are provided in the precharge circuit.
  • the precharge circuit is connected in parallel to the main circuit.
  • the battery monitoring device 31 is an electronic circuit composed of a plurality of electronic circuit components, and is functionally divided into two layers. Specifically, the battery monitoring device 31 includes a battery control device 310 corresponding to the upper level and a cell control device 320 corresponding to the lower level with respect to the battery control device 310.
  • MC 311 (details will be described later) provided in the battery control device 310 and a cell controller IC 321 (details will be described later) provided in the cell control device 320 are provided with a photocoupler PH which is an electrically insulating component. They are connected by signal transmission paths 341 and 342 of the system, and communication signals (serial signals) are exchanged via the signal transmission paths.
  • the cell control device 320 manages and controls each state of the plurality of battery cells 300. Specifically, the voltage and abnormality (overcharge / discharge) of each of the plurality of battery cells 300 are detected, and the state of charge between the plurality of battery cells 300 is adjusted.
  • the cell control device 320 is configured by mounting a plurality of cell controller ICs 321 and a plurality of peripheral circuits 322 on a circuit board.
  • the plurality of battery cells 300 provided in the battery module 30 are divided into a plurality of battery groups, and a cell controller IC 321 is provided in each battery group.
  • the peripheral circuit 322 is provided with a circuit element that functions as, for example, a noise filter.
  • the cell-con IC 321 that is a monitoring IC is provided corresponding to each of the plurality of battery groups, and detects a terminal voltage between each of the positive and negative electrodes of the plurality of battery cells 300 constituting the corresponding battery group. ing. In addition, the cell controller IC 321 determines whether the target battery is based on a command signal from the battery control device 310 when the plurality of battery cells 300 constituting the corresponding battery group include a battery cell 300 that needs to be charged. The cell 300 is discharged.
  • the battery control device 310 manages the state of the battery module 30, notifies the vehicle control device 6 or the inverter device 4 of the allowable charge / discharge amount (range), and inputs / outputs electric energy to / from the battery module 30 (charge of DC power). This is a device for controlling discharge.
  • the battery control device 310 includes a microcontroller (hereinafter abbreviated as “MC”) 311, a power supply circuit 312, interface circuits 333 and 334, a storage device 335, an amplifier 336, a reference voltage circuit 337, and a CAN port 338.
  • the electronic circuit component is configured by being mounted on a circuit board.
  • the MC 311 which is a control IC is an arithmetic processing device that calculates the state of the battery module 30 and outputs the calculation result to the vehicle control device 6 or the inverter device 4.
  • the MC 311 has a variation in the state of the battery module 30 (SOC, SOH), an allowable charge / discharge power (current) value for controlling the charge / discharge of the battery module 30, a variation in the charge state of the plurality of battery cells 300, and this variation.
  • the command value for the accompanying balancing control is calculated.
  • the MC 311 determines a failure location of the battery control device 310.
  • the failure location information that is the determination result is sent to the vehicle control device 6 via the CAN and stored in the storage device 600 of the vehicle control device 6.
  • the power supply circuit 312 is a regulator circuit that steps down a 12 volt nominal output voltage supplied from a 14 volt low voltage battery device to a voltage of 5 volts, for example, and supplies this to the MC 311 as an operating power supply voltage for the MC 311.
  • the storage device 335 includes a program for the MC 311 to execute arithmetic processing such as a state of charge (SOC) and a deterioration state (SOH: State Of Health), initial characteristics of the battery cell 300, SOC and temperature that have been established in advance through experiments, etc.
  • This is a semiconductor device that stores characteristic data such as a map showing the relationship with the internal resistance.
  • an EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
  • the battery control device 310 includes a storage device.
  • the MC 311 is provided with a RAM (Random Access Memory) that is a readable / writable memory.
  • the reference voltage circuit 337 generates a reference voltage to be compared with an input signal input to the analog / digital converter of the MC 311, and supplies the generated reference voltage to the analog / digital converter of the MC 311. .
  • the amplifier 336 is an electronic circuit component that constitutes a voltage sensor for taking in a terminal voltage (total voltage) between the positive electrode and the negative electrode of the battery module 30.
  • the interface circuits 333 and 334 are signal input / output processing circuits for converting an external analog signal input to the battery control device 310 into an analog signal that can be input to the MC 311 (which can be read by the MC 311).
  • the output (analog signal) of the current sensor Si provided on the high voltage positive line HV + is input to the analog / digital converter of the MC 311 via the interface circuit 333.
  • Outputs (analog signals) of a plurality of temperature sensors provided in the battery module 30 are input to the analog / digital converter of the MC 311 via the interface circuit 334.
  • the CAN port 338 is a CAN interface circuit, and is a signal input / output processing circuit for converting a digital signal input to the battery control device 310 via the CAN into a digital signal that can be input to the MC 311 (readable by the MC 311). is there.
  • MC 311 manages and controls the state of the battery module 30. Specifically, the state of charge (SOC) and deterioration state (SOH) of the battery module 30 are estimated and calculated. In addition, the MC 311 calculates variation in the state of charge among the plurality of battery cells 300 and instructs the cell control device 320 to adjust the state of charge (SOC) between the plurality of battery cells 300. Further, the MC 311 calculates a permissible value of the battery module 30 that can be charged / discharged and provides it to the inverter device 4, so that the battery module 30 is charged / discharged by the inverter device 4 within the permissible range. Controls charging and discharging.
  • SOC state of charge
  • SOH deterioration state
  • each cell controller IC 321 are connected by signal transmission paths 341 and 342 so that communication signals can be exchanged with each other.
  • Each cell controller IC 321 performs serial communication with the MC 311 by a daisy chain method.
  • a signal transmission path 341 indicated by a solid line is a transmission path for transmitting a main signal which is multi-bit communication.
  • a signal transmission path 342 indicated by a broken line is a transmission path for transmitting an alarm signal that is multi-bit communication.
  • the cell controller IC 321 detects the cell voltage value of each battery cell 300 and transmits the cell voltage value information to the MC 311. In addition, the cell controller IC 321 detects an overcharge abnormality or overdischarge abnormality of the battery cell 300 or an abnormality related to the cell controller IC itself, the peripheral circuit, the harness 323, and the like, and transmits the detection result to the MC 311 as abnormality information.
  • overcharge abnormality, overdischarge abnormality, cell controller circuit abnormality, peripheral circuit abnormality, and harness disconnection abnormality are transmitted to MC 311 as abnormality information.
  • the cellcon IC 321 transmits each cell voltage value, cellcon circuit abnormality, peripheral circuit abnormality, and harness disconnection abnormality as information to the MC 311 using the main signal.
  • the cell controller IC 321 transmits any of six types of information indicating an overcharge abnormality, an overdischarge abnormality, a cell controller circuit abnormality, a peripheral circuit abnormality, a harness disconnection abnormality, and a normal state to the MC 311 by an alarm signal. Since the conventional alarm signal is a 1-bit signal, only two types of information, normal and abnormal, can be expressed. However, the alarm signal of the present embodiment is a signal that can have six values and expresses six types of information. can do.
  • the cell voltage value information of each battery cell 300 may be transmitted using an alarm signal, the transmission of the cell voltage value information has a large amount of information, which complicates the circuit. Therefore, in the example illustrated in FIG. 2, the circuit is simplified by using only the overcharge abnormality and the overdischarge abnormality as information indicating the state of the battery cell.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining detection of overcharge abnormality of the battery cell 300 and overdischarge abnormality of the battery cell 300.
  • the battery cell 300 only the battery cell 300 of the battery group monitored by the cell controller ICs 321a and 321b is shown.
  • each battery cell 300 The positive electrode and the negative electrode of each battery cell 300 are connected to each terminal provided on the circuit board of the battery monitoring device 31 by a harness 323. Each terminal is electrically connected to the corresponding cell-con IC 321a, 321b via the peripheral circuits 322a, 322b. In the example shown in FIG. 2, four battery cells 300 are monitored by one cell controller IC 321.
  • Each cell-con IC 321a, 321b includes a first communication unit 401, a second communication unit 402, an abnormal voltage threshold storage unit 403, a voltage detection unit 404, a voltage storage unit 405, and an abnormal voltage determination unit 406.
  • the first communication unit 401 transmits and receives a main signal.
  • the second communication unit 402 transmits and receives an alarm signal.
  • the abnormal voltage threshold storage unit 403 stores an overcharge abnormality threshold of the battery cell 300 and an overdischarge abnormality threshold of the battery cell 300, respectively.
  • the voltage detection unit 404 detects the voltage of the battery cell.
  • the voltage storage unit 405 stores the detected cell voltage as cell voltage value information.
  • the abnormal voltage determination unit 406 compares the abnormal voltage threshold (overcharge abnormal threshold, overdischarge abnormal threshold) with the battery cell voltage.
  • the threshold value stored in the abnormal voltage threshold value storage unit 403 may be set in advance or may be set using a main signal.
  • Each cell controller IC 321a, 321b detects the cell voltage of each battery cell 300 by the voltage detection unit 404, and stores the detected cell voltage in the voltage storage unit 405 as cell voltage value information.
  • the cell voltage value information is sent to the first communication unit 401 and is sent to the MC 311 by the main signal.
  • the MC 311 instructs the cell controller ICs 321a and 321b to issue a battery cell voltage measurement command via the main signal, and acquires the cell voltage value information of the battery cell 300 using the main signal.
  • the abnormal voltage determination unit 406 of each cell controller IC 321a, 321b compares the cell voltage value stored in the voltage storage unit 405 with the threshold values (overcharge abnormality threshold value, overdischarge abnormality threshold value) stored in the abnormal voltage threshold value storage unit 403. Then, it is determined whether the measured cell voltage value is overcharge abnormality or overdischarge abnormality.
  • the determination result that is, information on overcharge abnormality, overdischarge abnormality and normality is sent to the second communication unit 402 and sent to the MC 311 by an alarm signal.
  • the conventional battery monitoring device described in Patent Document 1 is configured to include a multi-bit signal communication path and a 1-bit signal communication path. Only abnormal and normal binary information can be sent. For this reason, when only a 1-bit signal indicates an abnormal signal, there is a problem that a failure location cannot be specified. On the other hand, in this embodiment, not only the main signal but also the alarm signal is multi-bited, so that even if only the alarm signal indicates an abnormality, the failure location can be specified.
  • the MC 311 can specify whether the failure location is on the battery side or on the circuit side.
  • the following three diagnostic methods will be described as examples of the diagnostic method for identifying the fault location.
  • the cell controller circuit abnormality information is included, that is, the alarm signal indicating the cell controller circuit abnormality, the alarm signal indicating the peripheral circuit abnormality, the alarm signal indicating the harness disconnection abnormality, the alarm signal indicating the overcharge abnormality, An alarm signal indicating overdischarge abnormality and an alarm signal indicating normality are transmitted.
  • the respective alarm signals are referred to as a cell controller circuit abnormality signal, a peripheral circuit abnormality signal, a harness disconnection abnormality signal, an overcharge abnormality signal, an overdischarge abnormality signal, and a normal signal.
  • the cell controller circuit abnormality signal is first, the peripheral circuit abnormality signal is second, the harness disconnection abnormality signal is third, the overcharge abnormality signal is fourth, the overdischarge abnormality signal is fifth, and the normal signal is six. It is set to the place.
  • the celcon circuit abnormality, the peripheral circuit abnormality, and the harness disconnection abnormality are circuit-side abnormalities. Hereinafter, these three abnormalities are referred to as circuit abnormalities.
  • an overcharge abnormality and an overdischarge abnormality indicate that the state of the battery cell is abnormal.
  • these abnormalities are referred to as battery abnormalities. If there is an abnormality on the circuit side, the cell voltage value is not reliable, and the information regarding the battery abnormality is not reliable. Therefore, the priority order of circuit abnormality is set higher.
  • the cellcon IC 321 performs diagnosis of cellcon circuit abnormality, peripheral circuit abnormality, harness disconnection abnormality, overcharge abnormality and overdischarge abnormality, and the same priority as the above-mentioned priority is set for these abnormalities.
  • the sixth place is set in a state where there is no abnormality, that is, a normal state.
  • the second communication unit 402 compares the priority order of the received alarm signal with the priority order regarding the diagnosis result of the cell controller IC 321. When the priority of the received signal is equal to or lower than the priority of the diagnosis result, the second communication unit 402 outputs an abnormal signal having the priority of the diagnosis result.
  • FIG. 3 shows the relationship between the abnormal contents of the cell controller IC 321 and the received and output signals.
  • the received signal and output signal are displayed in priority order.
  • the cell control circuit abnormality signal is displayed as 1.
  • FIG. 3A shows a case where the abnormality diagnosis result is a cell controller circuit abnormality.
  • the priority order of the output signals is all 1, and the cell controller circuit abnormality signal of the priority order 1 is the first when any priority signal is received.
  • peripheral circuit abnormality In the case of the peripheral circuit abnormality shown in FIG. 3B, only when the cell controller circuit abnormality signal (priority level 1) and the peripheral circuit abnormality signal (priority level 2) are received, the same signal as the reception signal is transmitted to the second communication. Output from the unit 402. When other signals are received, a peripheral circuit abnormality signal (priority order 2) is output from the second communication unit 402.
  • the same signal as the reception signal is output from the second communication unit 402 when the reception signal is the cell controller circuit abnormality signal, the peripheral circuit abnormality signal, and the harness disconnection abnormality signal.
  • a harness disconnection abnormality signal is output from the second communication unit 402.
  • an overcharge abnormality signal is output from the second communication unit 402.
  • the same signal as the reception signal when the reception signal is a cell controller circuit abnormality signal, a peripheral circuit abnormality signal, a harness disconnection abnormality signal, an overcharge abnormality signal, and an overdischarge abnormality signal.
  • an overdischarge abnormality signal is output from the second communication unit 402.
  • the signal output from the cell controller IC 321 varies depending on the abnormality diagnosis result of the cell controller IC 321. Therefore, the MC 311 can determine the failure location by comparing the signal transmitted by itself and the received signal, and can recognize whether the battery is abnormal or the circuit is abnormal.
  • FIG. 3 shows received signals and output signals for one cell controller IC 321, but the same applies even when a plurality of cell controller ICs 321 are connected in series by a signal transmission line as shown in FIG. it can. That is, if any cell controller IC 321 is abnormal, the six signals received by the MC 311 have any of the patterns shown in FIG. Therefore, the MC 311 cannot specify which cell capacitor IC 321 is abnormal, but can specify whether the battery is abnormal or the circuit is abnormal.
  • the second communication unit 402 when a pattern different from the six types of output patterns shown in FIG. 3 is output from the cell control IC 321, it can be determined that the second communication unit 402 is abnormal. That is, it turns out that it is a circuit abnormality.
  • the MC 311 changes the overcharge threshold value stored in the abnormal voltage threshold value storage unit 403 to a value lower than the cell voltage value acquired by the main signal. Alternatively, the overdischarge threshold value stored in the abnormal voltage threshold storage unit 403 is changed to a value higher than the cell voltage value acquired by the main signal.
  • the alarm signal output from the cell controller IC 321 becomes a signal indicating an overcharge abnormality or an overdischarge abnormality.
  • the MC 311 can determine that the abnormal voltage determination unit 406, the second communication unit 402, and the abnormal voltage threshold storage unit 403 are normal. Conversely, when no overcharge abnormality or overdischarge abnormality is received, it can be determined that one of the abnormal voltage determination unit 406, the second communication unit 402, and the abnormal voltage threshold storage unit 403 is abnormal.
  • the MC 311 has a voltage value higher than the overcharge threshold stored in the abnormal voltage threshold storage unit 403 or a voltage lower than the overdischarge threshold stored in the abnormal voltage threshold storage unit 403.
  • the value is set in the voltage storage unit 405.
  • an alarm signal indicating an overcharge abnormality or an overdischarge abnormality is output from the cell controller IC321.
  • MC311 understands that abnormal voltage judgment part 406, the 2nd communication part 402, and voltage storage part 405 are normal.
  • the MC 311 indicates that one of the abnormal voltage determination unit 406, the second communication unit 402, and the voltage storage unit 405 is abnormal. It can be judged that.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the abnormality location determination.
  • the process shown in FIG. 4 is repeatedly executed at a predetermined cycle.
  • the MC 311 instructs the cell controller IC 321 to execute a battery state diagnosis using a main signal.
  • the cell controller IC 321 detects the cell voltage and diagnoses overcharge abnormality and overdischarge abnormality.
  • step S120 detection of a circuit abnormality by circuit failure diagnosis, that is, detection of a cell controller circuit abnormality, a peripheral circuit abnormality and a harness disconnection abnormality is instructed by a main signal.
  • the cell controller IC 321 performs a circuit abnormality diagnosis.
  • step S130 the MC 311 acquires the battery state diagnosis result and the circuit failure diagnosis result with the main signal.
  • step S140 the MC 311 determines whether there is abnormality information in the acquired diagnostic information, that is, whether the battery side and the circuit side are in a normal state. If it is determined that the state is normal, the process proceeds to step S150, and if there is any abnormality information, the process proceeds to step S180.
  • the MC 311 identifies an abnormal part and determines whether the abnormal part is on the battery side (battery abnormality) or on the circuit side (circuit abnormality). If it is determined in step S180 that the abnormal location is on the battery side, the process proceeds to step S200, and if the fault location is determined to be on the circuit side, the process proceeds to step S210.
  • step S200 a battery abnormality (overcharge abnormality or overdischarge abnormality) is reported to the vehicle control device 6 via the CAN. In that case, charging prohibition may be reported according to the battery abnormal state.
  • step S210 the identified circuit abnormality location is reported to the vehicle control device 6 via the CAN.
  • step S140 determines that the acquisition result by the main signal is normal
  • step S150 acquires the diagnosis result by the alarm signal.
  • step S160 the MC 311 determines whether or not the acquired diagnostic information includes abnormality information, that is, whether or not the battery side and the circuit side are in a normal state. If it determines with it being a normal state, it will progress to step S170 and will report to the vehicle control apparatus 6 via CAN that the battery side and the circuit side are normal. On the other hand, if it is determined in step S160 that it is not normal, the process proceeds to S190.
  • step S190 the MC 311 identifies an abnormal part and determines whether the abnormal part is on the battery side (battery abnormality) or on the circuit side (circuit abnormality). If it is determined in step S190 that the abnormal location is on the battery side, the process proceeds to step S200, and if the fault location is determined to be on the circuit side, the process proceeds to step S210. That is, the same processing as when the main signal is abnormal is performed.
  • the vehicle control device 6 that has received a battery abnormality or circuit abnormality report from the MC 311 stores the transmitted abnormality portion in the storage device 600.
  • the vehicle control device 6 prohibits regeneration processing and charging from outside the vehicle. Further, the vehicle control device 6 notifies the driver that a failure has occurred. For example, the occurrence of a failure is displayed on a display device in the passenger compartment.
  • the maintenance person repairs or replaces the failure location based on the information stored in the failure location storage unit 600.
  • the voltage detection and circuit diagnosis processes are performed according to commands from the MC 311, but these may be executed in a cycle unique to the cell controller IC 321.
  • a plurality of communication signals are transmitted between the cell controller IC 321 and the MC 311, and the main signal and Any of the alarm signals is configured to selectively transmit any one of three or more types of information. That is, the main signal and the alarm signal are communication signals having three or more values.
  • information on the state of the battery cell 300 (cell voltage, overcharge abnormality, overdischarge abnormality) and circuit abnormality information (cell circuit abnormality, peripheral circuit abnormality, harness disconnection) are included in three or more types of information (three values or more). (Abnormal)) is included at least.
  • the MC 311 identifies whether the circuit is abnormal or the battery is abnormal from the information of the alarm signal. be able to. As a result, only the abnormal part needs to be replaced, and unnecessary disposal is not necessary.
  • three circuit abnormalities are defined as a cell circuit abnormality, a peripheral circuit abnormality, and a harness disconnection abnormality.
  • the circuit abnormality is not limited to these.
  • the alarm signal is a 1-bit signal as in the monitoring device described in Patent Document 1, for example, the alarm signal can take only normal and abnormal binary values. Therefore, when the main signal indicates normality and the alarm signal indicates abnormality, the MC 311 knows only that an abnormality has occurred in the battery system 3, and cannot identify whether the abnormality is on the battery side or on the circuit side. Therefore, when the alarm signal indicates an abnormality and the MC 311 determines that the abnormality has occurred, the battery control apparatus 6 reports the abnormality to the battery system.
  • a battery system abnormality is stored in the storage device 600 of the vehicle control device 6.
  • the maintenance person repairs or replaces the battery system 3 based on information (battery system abnormality) stored in the storage device 600 of the vehicle control device 6. Even if the acquisition result by the main signal is normal, if the alarm signal is abnormal, it is necessary to assume a case where the main signal is erroneously determined to be normal. Is done.
  • the failure location can be identified with respect to the abnormality due to the main signal, but regarding the abnormality due to the alarm signal, it is not possible to determine where the battery system 3 is abnormal, so the battery system 3 needs to be replaced. It becomes. Also, if the main signal is normal and the alarm signal is abnormal, it is assumed that there is a high possibility of an abnormality in the alarm signal circuit. Nevertheless, the entire battery system including the battery cell must be replaced, and the battery The cell is wasted.
  • the case where two communication signals (main signal and alarm signal) are transmitted from the cell controller IC 321 has been described, but the same applies to the case where three or more communication signals are transmitted. it can.
  • two alarm signals may be used, and the diagnosis location may be divided into both signals and transmitted.
  • it is divided into large data (main signal), medium data, and small data (alarm signal) according to the amount of information, and the medium data is applied when it is desired to make the period relatively fast even if the measurement accuracy is slightly sacrificed.
  • a plurality of cell controller ICs 321 are connected by the two signal transmission paths 341 and 342, a communication signal is transmitted from the MC 311 to the highest cell controller IC 321, and the highest cell controller IC 321 transmits the lowest cell controller IC 321. Is transmitted to the MC311 from the lowest cell controller IC 321 to a loop signal transmission path, but the signal transmitted to the lower cell controller IC 321 is transmitted again in the reverse direction and returned to the MC 311. It may be a connecting signal transmission path.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed.
  • the abnormality location is determined by the MC 311 of the battery monitoring device 31, but the determination may be performed by a higher system (for example, the vehicle control device 6).
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • 1 vehicle control system
  • 2 rotating electrical machine
  • 3 battery system
  • 4 inverter device
  • 6 vehicle control device
  • 30 battery module
  • 31 battery monitoring device
  • 300 battery cell
  • 310 battery control device
  • 320 Cell control device
  • 321, 321a, 321b cellcon IC
  • 322, 322a, 322b peripheral circuit
  • 323 harness
  • 341, 342 signal transmission path
  • 401 first communication unit
  • 402 second communication unit
  • 403 Abnormal voltage threshold storage unit
  • 404 Voltage detection unit
  • 405 Voltage storage unit
  • 406 Abnormal voltage determination unit
  • 600 Storage device

Abstract

　電池監視装置は、直列接続または直並列接続された複数の電池セルの状態およびセル電圧値検出に関係する回路の状態を監視し、その監視結果情報が含まれる複数の通信信号を送受信する通信部を有する監視ＩＣと、複数の通信信号を受信し、監視結果情報に基づいて複数の電池セルの状態を制御する制御ＩＣと、を備え、複数の通信信号の各々は、３種類以上の情報のいずれか一つを選択的に伝達可能であって、３種類以上の情報には、電池セルの状態に関する情報と回路の異常に関する情報とが少なくとも含まれ、制御ＩＣは、前記複数の通信信号に基づいて、回路が異常であるか電池セルが異常であるかを判定する判定部を備えている。

Description

電池監視装置、電池システムおよび車両制御システム
　複数の電池セルを直並列接続した組電池を監視する電池監視装置、組電池とそれを監視する電池監視装置とを備える電池システム、その電池システムを備える車両制御システムに関する。
　ハイブリッド自動車や電気自動車などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の電池セルを多数直列接続して構成される組電池が用いられている。このような組電池においては、各電池セルの容量計算や保護管理のため、電池セルの状態を監視する監視ＩＣと電池の充放電状態を制御する制御ＩＣとを用いた電池監視装置により電池セルの管理を行っている（例えば、特許文献1参照）。特に、リチウムイオン電池を用いたシステムでは、リチウムイオン電池が高エネルギー密度であるため、過充電状態とならないようにして、信頼性と安全性を高める必要がある。
　特許文献1に記載の電池監視装置においては、監視ＩＣでのセル電圧の測定結果や回路異常をマルチビットで制御ＩＣに通知する通信経路と、監視ＩＣでの過電圧状態や回路異常を１ビット信号で通知する通信経路と、を配置する事により、通信経路を２重化し信頼性と安全性を高めている。
日本国特開２０１０－２４９７９３号公報
しかし、１ビット信号で通知する通信経路では、異常と正常の２値のみの情報しか送信できないので、１ビット信号を用いて異常箇所を特定する事が出来なかった。そのため、１ビット信号で異常信号を検知した場合には、メンテナンス時に電池パック全体での交換が必要であった。即ち、電池監視装置の故障であった場合においても、電池セルを含めた電池パック交換が必要となり、電池セルが無駄に廃棄されてしまうことになる。
　電池セルの廃棄は環境への影響度が大きく、電池監視装置故障時は電池監視装置のみを交換する技術が必要であった。電池セルが異常であるか否かを検査装置で検査すれば、正常の場合に電池セルを廃棄せず再利用することも可能であるが、検査装置を各ディーラーに設置することは、非効率的である。また、電池セルを検査場に持ち込んでも良いが、輸送することによるＣＯ２増大に繋がり、好ましくない。
　本発明の一の態様によると、電池監視装置は、直列接続または直並列接続された複数の電池セルの状態およびセル電圧値検出に関係する回路の状態を監視し、その監視結果情報が含まれる複数の通信信号を送受信する通信部を有する監視ＩＣと、複数の通信信号を受信し、監視結果情報に基づいて複数の電池セルの状態を制御する制御ＩＣと、を備え、複数の通信信号の各々は、３種類以上の情報のいずれか一つを選択的に伝達可能であって、３種類以上の情報には、電池セルの状態に関する情報と回路の異常に関する情報とが少なくとも含まれ、制御ＩＣは、電池セルの状態に関する情報と回路の異常に関する情報とが少なくとも含まれる複数の通信信号に基づいて、回路が異常であるか前記電池セルが異常であるかを判定する判定部を備えている。
　本発明の他の態様によると、電池システムは、直列接続または直並列接続された複数の電池セルから成る電池群を電気的に複数接続して成る組電池と、上記態様の電池監視装置とを備える。
　本発明の他の態様によると、車両制御システムは、直列接続または直並列接続された複数の電池セルから成る電池群を電気的に複数接続して成る組電池と、上記態様の電池監視装置と、車両走行用回転電機を組電池の電力により駆動制御する制御部と、判定部の判定結果を記憶する判定結果記憶部と、を備える。
　本発明によれば、複数の通信信号のいずれを用いた場合でも、電池側および回路側のいずれが異常なのかを特定することができる。
図１は、車両制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、電池セル３００の過充電異常および過放電異常の検出について説明する図である。 図３は、セルコンＩＣ３２１の異常内容と受信信号および出力信号との関係を示す図である。 図４は、異常箇所判定を説明するフローチャートである。
　以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、ハイブリッド電気自動車や電気自動車等の車両制御システムの概略構成を示す図である。図１では、走行用回転電機の制御系および回転電機に電力を供給する電池システムを中心に示した。
　図１に示す車両制御システム１は、車両制御装置６、車両走行に用いられる回転電機２、電池システム３、インバータ装置４を備えている。電池システム３から出力された直流電力は、インバータ装置４によって三相交流電力に変換され回転電機２の駆動に用いられる。車両制動時には、回転電機２は発電機として機能し、回転電機２から出力された三相交流電力はインバータ装置４によって直流電力に変換され、電池システム３に設けられた電池モジュール３０の充電に用いられる。
　インバータ装置４は、スイッチング用半導体素子を備えるパワーモジュール４０、パワーモジュール４０のスイッチング用半導体素子を駆動する駆動回路４１と、駆動回路４１にスイッチング指令を出力するモータ制御装置４２とを備えている。パワーモジュール４０に設けられたスイッチング用半導体素子のスイッチング動作により、力行時には直流電力が交流電力に変換され、回生時には交流電力が直流電力に変換される。
　電池システム３は、電池モジュール３０と電池監視装置３１とを備えている。電池モジュール３０は、複数の電池セル３００を備えている。一般に、電池モジュール３０の電池セル３００は、所望の電圧と電力を得るために多数が直並列接続されている。図１に示す例では、複数の電池セル３００が直列接続されている。電池モジュール３０の内部には、温度計測器（回路）またはサーミスタや熱電対などの温度センサ（図示省略）が、複数設けられている。
　電池モジュール３０の正極側は、強電正極ラインＨＶ＋を介してパワーモジュール４０の直流正極端子に電気的に接続されている。電池モジュール３０の負極側は、強電負極ラインＨＶ－を介してパワーモジュール４０の直流負極端子に電気的に接続されている。なお、図示していないが、パワーモジュール４０に接続される強電正極ラインＨＶ＋と強電負極ラインＨＶ－との間には、約７００μＦ～約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタが設けられている。
　強電正極ラインＨＶ＋の途中にはリレー機構５が設けられている。リレー機構５は、メインコンタクタ５０と、プリチャージコンタクタ５１と、プリチャージ抵抗５２とを備えている。メインコンタクタ５０はメイン回路に設けられ、プリチャージコンタクタ５１とプリチャージ抵抗５２はプリチャージ回路に設けられている。プリチャージ回路は、メイン回路に対して並列接続されている。
　電池監視装置３１は、複数の電子回路部品から構成された電子回路であり、機能上、２つの階層に分かれて構成されている。具体的には、電池監視装置３１内において上位に相当するバッテリ制御装置３１０と、バッテリ制御装置３１０に対して下位に相当するセル制御装置３２０から構成されている。バッテリ制御装置３１０に設けられたＭＣ３１１（詳細は後述する）とセル制御装置３２０に設けられたセルコンＩＣ３２１（詳細は後述する）とは、電気的な絶縁部品であるフォトカプラＰＨが設けられた２系統の信号伝送路３４１，３４２によって接続されており、その信号伝送路を介して通信信号（シリアル信号）の授受が行われる。
　セル制御装置３２０は、複数の電池セル３００のそれぞれの状態を管理及び制御している。具体的には、複数の電池セル３００のそれぞれの電圧および異常（過充放電）を検出すると共に、複数の電池セル３００の間の充電状態を調整している。セル制御装置３２０は、複数のセルコンＩＣ３２１および複数の周辺回路３２２が回路基板に実装されることにより構成されている。電池モジュール３０に設けられた複数の電池セル３００は、複数の電池群に分けられ、それぞれの電池群にセルコンＩＣ３２１が設けられている。周辺回路３２２には、例えばノイズフィルタとして機能する回路素子が設けられている。
　監視ＩＣであるセルコンＩＣ３２１は、複数の電池群のそれぞれに対応して設けられており、対応する電池群を構成する複数の電池セル３００のそれぞれの正極と負極との間の端子電圧を検出している。また、セルコンＩＣ３２１は、対応する電池群を構成する複数の電池セル３００に充電状態の調整が必要な電池セル３００がある場合には、バッテリ制御装置３１０からの指令信号に基づいて、対象の電池セル３００を放電させている。
　バッテリ制御装置３１０は、電池モジュール３０の状態を管理すると共に、車両制御装置６またはインバータ装置４に許容充放電量（範囲）を通知して、電池モジュール３０に対する電気エネルギーの出し入れ（直流電力の充放電）を制御する装置である。バッテリ制御装置３１０は、マイクロコントローラ（以下、「ＭＣ」と略称する。）３１１、電源回路３１２、インターフェース回路３３３，３３４、記憶装置３３５、増幅器３３６、基準電圧回路３３７、ＣＡＮポート３３８を含む複数の電子回路部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
　制御ＩＣであるＭＣ３１１は、電池モジュール３０の状態を演算すると共に、その演算結果を車両制御装置６又はインバータ装置４に出力する演算処理装置である。例えば、ＭＣ３１１は、電池モジュール３０の状態（ＳＯＣ、ＳＯＨ）、電池モジュール３０の充放電を制御するための許容充放電電力（電流）値、複数の電池セル３００の充電状態のばらつき、このばらつきに伴うバランシング制御のための指令値などを演算している。また、後述するように、ＭＣ３１１はバッテリ制御装置３１０の故障箇所判断を行っている。判断結果である故障箇所情報はＣＡＮを介して車両制御装置６に送られ、車両制御装置６の記憶装置６００に格納される。
　電源回路３１２は、１４ボルト系の低圧バッテリ装置から供給された１２ボルトの公称出力電圧を例えば５ボルトの電圧に降圧し、これをＭＣ３１１の動作電源電圧としてＭＣ３１１に供給するレギュレータ回路である。
　記憶装置３３５は、ＭＣ３１１が充電状態（ＳＯＣ）、劣化状態（ＳＯＨ：State Of Health）などの演算処理を実行するためのプログラム、電池セル３００の初期特性、予め実験などにより構築したＳＯＣと温度と内部抵抗との関係を示すマップなどの特性データなどを格納した半導体装置である。本実施形態では、記憶装置３３５として、消去や再書き込みが可能な不揮発性の読み出し専用メモリであるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）を用いている。この他にもバッテリ制御装置３１０は記憶装置を備えている。例えば、ＭＣ３１１には、読み書き可能なメモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）が設けられている。
　基準電圧回路３３７は、ＭＣ３１１のアナログデジタル変換器に入力された入力信号と比較される基準電圧を生成し、この生成した基準電圧をＭＣ３１１のアナログデジタル変換器に供給するための電圧発生回路である。
　増幅器３３６は、電池モジュール３０の正極と負極との間の端子電圧（総電圧）を取り込むための電圧センサを構成する電子回路部品である。
　インターフェース回路３３３，３３４は、バッテリ制御装置３１０に入力された外部からのアナログ信号を、ＭＣ３１１に入力できる（ＭＣ３１１が読み取れる）アナログ信号に変換するための信号入出力処理回路である。強電正極ラインＨＶ＋に設けられている電流センサＳｉの出力（アナログ信号）はインターフェース回路３３３を介してＭＣ３１１のアナログデジタル変換器に入力されている。電池モジュール３０の内部に設けられている複数の温度センサの出力（アナログ信号）は、インターフェース回路３３４を介してＭＣ３１１のアナログデジタル変換器に入力されている。
　ＣＡＮポート３３８は、ＣＡＮのインターフェース回路であり、ＣＡＮを介してバッテリ制御装置３１０に入力されたデジタル信号を、ＭＣ３１１に入力できる（ＭＣ３１１が読み取れる）デジタル信号に変換するための信号入出力処理回路である。
　ＭＣ３１１は、電池モジュール３０の状態を管理及び制御している。具体的には、電池モジュール３０の充電状態（ＳＯＣ）、劣化状態（ＳＯＨ）を推定演算している。また、ＭＣ３１１は、複数の電池セル３００の間の充電状態のばらつきを演算して、複数の電池セル３００の間の充電状態（ＳＯＣ）の調整をセル制御装置３２０に指示している。さらに、ＭＣ３１１は、電池モジュール３０の充放電可能な許容値を演算して、インバータ装置４に提供し、その許容範囲内において電池モジュール３０がインバータ装置４によって充放電されるように、電池モジュール３０の充放電を制御している。
　ＭＣ３１１と各セルコンＩＣ３２１とは、お互いに通信信号の授受ができるように、信号伝送路３４１，３４２によって接続されている。各セルコンＩＣ３２１は、デイジーチェーン方式でＭＣ３１１とシリアル通信を行う。実線で示す信号伝送路３４１は、マルチビット通信であるメイン信号を伝送するための伝送路である。破線で示す信号伝送路３４２は、マルチビット通信であるアラーム信号を伝送するための伝送路である。
　セルコンＩＣ３２１は、各電池セル３００のセル電圧値を検知すると共に、そのセル電圧値情報をＭＣ３１１に送信する。また、セルコンＩＣ３２１は、電池セル３００の過充電異常、過放電異常や、セルコンＩＣ自身、周辺回路およびハーネス３２３等に関する異常を検知しており、その検知結果を異常情報としてＭＣ３１１に送信する。ここでは、異常情報として、過充電異常、過放電異常、セルコン回路異常、周辺回路異常、ハーネス断線異常を、ＭＣ３１１に送信する場合について説明する。
　セルコンＩＣ３２１は、メイン信号にて、各セル電圧値、セルコン回路異常、周辺回路異常、ハーネス断線異常を情報としてＭＣ３１１へ送信する。また、セルコンＩＣ３２１は、アラーム信号にて、過充電異常、過放電異常、セルコン回路異常、周辺回路異常、ハーネス断線異常および正常状態を示す６種類の情報のいずれかをＭＣ３１１へ送信する。従来のアラーム信号は１ビット信号であるため、正常および異常の２つの情報しか表現できなかったが、本実施の形態のアラーム信号は６値が可能な信号であって、６種類の情報を表現することができる。
　なお、アラーム信号を用いて各電池セル３００のセル電圧値情報を送信しても良いが、セル電圧値情報の送信は情報量が多いため回路が複雑化する。そのため、図２に示す例では、電池セルの状態を示す情報としては過充電異常および過放電異常のみとすることにより、回路の簡略化を図っている。
　図２は、電池セル３００の過充電異常および電池セル３００の過放電異常の検出について説明する図である。図２では、図１に示した６つのセルコンＩＣ３２１のうち、最上位のセルコンＩＣ３２１ａおよび最下位のセルコンＩＣ３２１ｂのみを示し、その他のセルコンＩＣ３２１の図示は省略した。また、電池セル３００に関しては、セルコンＩＣ３２１ａ，３２１ｂが監視している電池群の電池セル３００のみを図示した。
　各電池セル３００の正極および負極は、ハーネス３２３によって電池監視装置３１の回路基板に設けられた各端子に接続されている。各端子は、周辺回路３２２ａ，３２２ｂを介して、対応するセルコンＩＣ３２１ａ，３２１ｂに電気的に接続されている。図２に示す例では、１つのセルコンＩＣ３２１で４つの電池セル３００を監視している。
　各セルコンＩＣ３２１ａ，３２１ｂは、第一通信部４０１、第二通信部４０２、異常電圧閾値記憶部４０３、電圧検知部４０４、電圧記憶部４０５、異常電圧判定部４０６を備えている。第一通信部４０１はメイン信号を送受信する。第二通信部４０２はアラーム信号を送受信する。異常電圧閾値記憶部４０３は、電池セル３００の過充電異常の閾値および電池セル３００の過放電異常の閾値をそれぞれ記憶する。電圧検知部４０４は、電池セルの電圧を検知する。電圧記憶部４０５は、検知されたセル電圧をセル電圧値情報として記憶する。異常電圧判定部４０６は、異常電圧閾値（過充電異常閾値、過放電異常閾値）と電池セル電圧を比較する。異常電圧閾値記憶部４０３に記憶される閾値は、予め設定されていても良いし、メイン信号を用いて設定しても良い。
　各セルコンＩＣ３２１ａ，３２１ｂは、電圧検知部４０４で各電池セル３００のセル電圧を検知し、検知されたセル電圧をセル電圧値情報として電圧記憶部４０５に記憶する。セル電圧値情報は第一通信部４０１へ送られ、メイン信号によりＭＣ３１１に送信される。ＭＣ３１１は、メイン信号を介して電池セル電圧測定命令を各セルコンＩＣ３２１ａ，３２１ｂに指示し、メイン信号にて電池セル３００のセル電圧値情報を取得する。
　各セルコンＩＣ３２１ａ，３２１ｂの異常電圧判定部４０６は、電圧記憶部４０５に記憶されたセル電圧値と異常電圧閾値記憶部４０３に記憶された閾値（過充電異常閾値、過放電異常閾値）とを比較し、測定されたセル電圧値が過充電異常であるかまたは過放電異常であるかを判定する。その判定結果は、すなわち過充電異常、過放電異常および正常に関する情報は、第二通信部４０２へ送られ、アラーム信号によりＭＣ３１１に送信される。
　前述したように、特許文献1に記載された従来の電池監視装置では、マルチビット信号の通信経路と１ビット信号の通信経路とを備える構成であるため、１ビット信号で通知する通信経路では、異常と正常の２値のみの情報しか送信できない。そのため、１ビット信号のみが異常信号を示した場合には、故障箇所を特定することができないという課題があった。一方、本実施の形態では、メイン信号だけでなくアラーム信号もマルチビット化しているので、アラーム信号のみが異常を示した場合であっても、故障箇所を特定することができる。
　６種類の情報を表現できる６値のアラーム信号を用いることで、ＭＣ３１１は故障箇所が電池側なのか回路側なのかを特定することができる。ここでは、故障箇所を特定するための診断方法の例として、以下の３つの診断方法について説明する。
（第一の診断方法）
　第一の診断方法では、ＭＣ３１１から、セルコン回路異常情報を含む、すなわちセルコン回路異常を示すアラーム信号、周辺回路異常を示すアラーム信号、ハーネス断線異常を示すアラーム信号、過充電異常を示すアラーム信号、過放電異常を示すアラーム信号および正常を示すアラーム信号をそれぞれ送信する。以下では、それぞれのアラーム信号を、セルコン回路異常信号、周辺回路異常信号、ハーネス断線異常信号、過充電異常信号、過放電異常信号および正常信号と呼ぶ。
　なお、上述した６種類の異常信号には優先順位が設定されている。ここでは、一例として、セルコン回路異常信号を１位、周辺回路異常信号を２位、ハーネス断線異常信号を３位、過充電異常信号を４位、過放電異常信号を５位、正常信号を６位に設定している。セルコン回路異常、周辺回路異常およびハーネス断線異常は回路側の異常であり、以下では、これら３つの異常を回路異常と呼ぶ。また、過充電異常および過放電異常は電池セルの状態が異常であることを示しており、以下では、これらの異常を電池異常と呼ぶ。回路側に異常があった場合、セル電圧値は信頼性がなく電池異常に関する情報も信頼性がない。そのため、回路異常の優先順位を上位に設定している。
　セルコンＩＣ３２１ではセルコン回路異常、周辺回路異常およびハーネス断線異常、過充電異常および過放電異常の診断を行っており、これらの異常には上述した優先順位と同一の優先順位が設定されている。異常がない状態、すなわち正常状態には６位が設定されている。第二通信部４０２は、受信したアラーム信号の優先順位とセルコンＩＣ３２１の診断結果に関する優先順位とを比較する。そして、受信信号の優先順位が診断結果の優先順位以下の場合には、第二通信部４０２は、診断結果の優先順位を有する異常信号を出力する。
　図３は、セルコンＩＣ３２１の異常内容と、受信信号および出力信号との関係を示したものである。受信信号および出力信号に関しては、それぞれ優先順位で表示した。例えば、セルコン回路異常信号は１で表示されている。
　図３（ａ）は異常診断結果がセルコン回路異常の場合であり、出力信号の優先順位は全て１であり、いずれの優先順位の信号を受信した場合でも優先順位１のセルコン回路異常信号が第二通信部４０２から出力される。
　図３（ｂ）に示す周辺回路異常の場合には、セルコン回路異常信号（優先順位１）および周辺回路異常信号（優先順位２）を受信した場合のみ、受信信号と同一の信号が第二通信部４０２から出力される。その他の信号を受信した場合には、周辺回路異常信号（優先順位２）が第二通信部４０２から出力される。
　図３（ｃ）に示すハーネス断線異常の場合、受信信号がセルコン回路異常信号、周辺回路異常信号およびハーネス断線異常信号のときに、受信信号と同一の信号が第二通信部４０２から出力される。その他の信号を受信した場合には、ハーネス断線異常信号が第二通信部４０２から出力される。
　図３（ｄ）に示す過充電異常の場合、受信信号がセルコン回路異常信号、周辺回路異常信号、ハーネス断線異常信号および過充電異常信号のときに、受信信号と同一の信号が第二通信部４０２から出力される。その他の信号を受信した場合には、過充電異常信号が第二通信部４０２から出力される。
　図３（ｅ）に示す過放電異常の場合、受信信号がセルコン回路異常信号、周辺回路異常信号、ハーネス断線異常信号、過充電異常信号および過放電異常信号のときに、受信信号と同一の信号が第二通信部４０２から出力される。正常信号を受信した場合には、過放電異常信号が第二通信部４０２から出力される。
　図３（ｆ）に示す正常状態の場合には、いずれの優先順位の信号を受信した場合でも、受信信号と同一の信号が第二通信部４０２から出力される。
　このように、セルコンＩＣ３２１の異常診断結果に応じて、セルコンＩＣ３２１から出力される信号が異なる。そのため、ＭＣ３１１は、自身が送信した信号と受信信号とを比較することにより故障箇所を判定することができ、電池異常なのか回路異常なのか認識することができる。
　図３は一つのセルコンＩＣ３２１に対する受信信号と出力信号とを示したものであるが、図１のように複数のセルコンＩＣ３２１が信号伝送路によって直列に接続されている場合であっても同様に適用できる。すなわち、いずれかのセルコンＩＣ３２１に異常があれば、ＭＣ３１１が受信する６つの信号は図３に示したいずれかのパターンとなる。そのため、ＭＣ３１１は、どのセルコンＩＣ３２１が異常かは特定できないが、電池異常なのか回路異常なのかについては特定することができる。
　なお、図３に示す６種類の出力パターンと異なるパターンがセルコンＩＣ３２１から出力された場合には、第二通信部４０２の異常と判定することができる。すなわち、回路異常であることが分かる。
　（第二の診断方法）
　第二の診断方法では、ＭＣ３１１は、異常電圧閾値記憶部４０３に記憶されている過充電閾値を、メイン信号で取得されたセル電圧値よりも低い値に設定変更する。または、異常電圧閾値記憶部４０３に記憶されている過放電閾値の値を、メイン信号で取得されたセル電圧値よりも高い値に設定変更する。このような設定変更を行うと、セルコンＩＣ３２１から出力されるアラーム信号は過充電異常または過放電異常を示す信号となる。このような信号を受信した場合には、ＭＣ３１１は、異常電圧判定部４０６、第二通信部４０２および異常電圧閾値記憶部４０３が正常であることが判断できる。逆に、過充電異常、過放電異常が受信されない場合には、異常電圧判定部４０６、第二通信部４０２および異常電圧閾値記憶部４０３のいずれかが異常であると判断できる。
　（第三の診断方法）
　第三の診断方法では、ＭＣ３１１は、異常電圧閾値記憶部４０３に記憶されている過充電閾値よりも高い電圧値を、または異常電圧閾値記憶部４０３に記憶されている過放電閾値よりも低い電圧値を、電圧記憶部４０５に設定する。このような電圧値が電圧記憶部４０５に設定されると、セルコンＩＣ３２１からは、過充電異常または過放電異常を示すアラーム信号が出力される。これにより、ＭＣ３１１は、異常電圧判定部４０６、第二通信部４０２および電圧記憶部４０５が正常であることが分かる。逆に、セルコンＩＣ３２１から過充電異常または過放電異常を示すアラーム信号が出力されなかった場合には、ＭＣ３１１は、異常電圧判定部４０６、第二通信部４０２および電圧記憶部４０５のいずれかが異常であると判断できる。
　図４は、異常箇所判定を説明するフローチャートである。なお、図４に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。ステップＳ１１０では、ＭＣ３１１は、セルコンＩＣ３２１に対し電池状態診断の実行をメイン信号により指示する。この指示により、セルコンＩＣ３２１はセル電圧を検出し、過充電異常および過放電異常の診断を行う。
　ステップＳ１２０では、回路故障診断により回路異常の検知、すなわちセルコン回路異常、周辺回路異常およびハーネス断線異常の検知を、メイン信号により指示する。この指示により、セルコンＩＣ３２１は回路異常の診断を実行する。
　ステップＳ１３０では、ＭＣ３１１は、電池状態診断結果および回路故障診断結果をメイン信号にて取得する。ステップＳ１４０では、ＭＣ３１１は、取得した診断情報に異常情報があるか否か、すなわち電池側および回路側が正常状態であるか否かを判定する。正常状態であると判定するとステップＳ１５０に進み、一つでも異常情報があった場合にはステップＳ１８０へ進む。
　ステップＳ１４０からステップＳ１８０へ進んだ場合、ＭＣ３１１は異常個所を特定し、異常箇所が電池側（電池異常）か回路側（回路異常）かを判定する。ステップＳ１８０において異常箇所が電池側と判定されるとステップＳ２００へ進み、故障箇所が回路側と判定されるとステップＳ２１０へ進む。
　ステップＳ２００では、電池異常（過充電異常や過放電異常）を、ＣＡＮを介して車両制御装置６に報告する。その場合、電池異常状態に応じて充電禁止を報告するようにしても良い。ステップＳ２１０では、特定された回路異常箇所を、ＣＡＮを介して車両制御装置６に報告する。
　一方、ステップＳ１４０からステップＳ１５０へ進んだ場合、すなわちメイン信号による取得結果が正常であるとＭＣ３１１が判定した場合、ＭＣ３１１はアラーム信号による診断結果を取得する。
　次いで、ステップＳ１６０では、ＭＣ３１１は、取得した診断情報に異常情報があるか否か、すなわち電池側および回路側が正常状態であるか否かを判定する。正常状態であると判定するとステップＳ１７０に進み、電池側も回路側も正常であることを、ＣＡＮを介して車両制御装置６に報告する。一方、ステップＳ１６０において正常でないと判定されるとＳ１９０へ進む。
　ステップＳ１９０では、ＭＣ３１１は異常個所を特定し、異常箇所が電池側（電池異常）か回路側（回路異常）かを判定する。ステップＳ１９０において異常箇所が電池側と判定されるとステップＳ２００へ進み、故障箇所が回路側と判定されるとステップＳ２１０へ進む。すなわち、メイン信号が異常の場合と同様の処理が行われる。
　ＭＣ３１１から電池異常または回路異常の報告を受けた車両制御装置６は、送信された異常箇所を記憶装置６００に格納する。車両制御装置６は、電池異常の内容が充電禁止である場合には、回生処理の禁止や、車両外部からの充電を禁止する。また、車両制御装置６は、ドライバへ故障が発生したことを通知する。例えば、車室内の表示装置等に故障発生を表示する。また、メンテナンス者は、故障箇所格納部６００へ格納された情報を元に、故障箇所の修理や交換を行う。
　なお、図４に示した処理では、電圧検出、回路診断の処理をＭＣ３１１からの指令で行うような構成としたが、セルコンＩＣ３２１の独自の周期でこれらを実行するようにしても良い。
　このように、本実施の形態の電池監視装置３１においては、セルコンＩＣ３２１とＭＣ３１１との間で、複数の通信信号（図２に示す例では、メイン信号とアラーム信号）を伝送し、メイン信号およびアラーム信号のいずれも、３種類以上の情報のいずれか一つを選択的に伝達可能に構成されている。すなわち、メイン信号およびアラーム信号は３値以上の通信信号である。そして、３種類以上の情報（３値以上）に、電池セル３００の状態に関する情報（セル電圧や過充電異常、過放電異常）と回路の異常に関する情報（セル回路異常、周辺回路異常、ハーネス断線異常）とが少なくとも含まれるように構成するようにした。そのため、ＭＣ３１１は、一方の通信信号であるアラーム信号が正常を示し、他方の通信信号であるアラーム信号が異常を示す場合であっても、アラーム信号の情報から回路異常か電池異常かを特定することができる。その結果、異常な部分のみを交換すれば良く、無駄な廃棄を実施しなくても良い。なお、上述した実施の形態では、セル回路異常、周辺回路異常、ハーネス断線異常の３つを回路異常をとしたが、回路異常としてはこれらに限るものではない。
　一方、例えば、特許文献１に記載の監視装置のように、アラーム信号が１ビット信号の場合には、アラーム信号は正常および異常の２値しか取り得ない。そのため、メイン信号が正常を示し、アラーム信号が異常を示した場合、ＭＣ３１１は電池システム３に異常が発生したことしか分からず、異常箇所が電池側なのか回路側なのか特定することができない。よって、アラーム信号が異常を示し、ＭＣ３１１が異常と判断した場合には、車両制御装置６に対して電池システム異常として報告することになる。車両制御装置６の記憶装置６００には電池システム異常が格納される。メンテナンス者は、車両制御装置６の記憶装置６００に格納され情報（電池システム異常）に基づいて、電池システム３の修理や交換を行う。なお、メイン信号による取得結果が正常であったとしても、アラーム信号が異常である場合には、誤ってメイン信号を正常と判断した場合を想定する必要があるため、電池システム３の異常として分類される。
　このように、従来の装置では、メイン信号による異常については故障箇所が特定できるが、アラーム信号による異常については、電池システム３の何処が異常であるか判別できないため、電池システム３の交換が必要となる。また、メイン信号が正常でアラーム信号が異常の場合、アラーム信号回路の異常の可能性が高いことが想定されるが、それにもかかわらず、電池セルを含む電池システム全体の交換が必要となり、電池セルが無駄に廃棄されてしまうことになる。
　なお、上述した実施の形態では、セルコンＩＣ３２１から２つの通信信号（メイン信号およびアラーム信号）を送信する場合を示したが、３つ以上の通信信号を送信する場合にも同様に適用することができる。例えば、アラーム信号を２系統とし、診断箇所を両方の信号に分けて送信するようにしても良い。また、情報量に応じて大データ（メイン信号）、中データ、小データ（アラーム信号）と分け、中データに関しては、測定精度を若干犠牲にしても周期を比較的速くしたい場合に適用する。
　上述した実施の形態では、複数のセルコンＩＣ３２１を２系統の信号伝送路３４１，３４２によって接続し、ＭＣ３１１から最上位のセルコンＩＣ３２１に通信信号を送信し、最上位のセルコンＩＣ３２１から最下位のセルコンＩＣ３２１に伝達した後、最下位のセルコンＩＣ３２１からＭＣ３１１に送信する、ループ状の信号伝送路としたが、最下位のセルコンＩＣ３２１に伝達した信号を、再び逆方向に伝送してＭＣ３１１に戻すような数珠つなぎの信号伝送路としても良い。
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述した実施の形態では、電池監視装置３１のＭＣ３１１で異常箇所の判定を行ったが、より上位のシステム（例えば、車両制御装置６）において判定を行っても良い。また、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　１：車両制御システム、２：回転電機、３：電池システム、４：インバータ装置、６：車両制御装置、３０：電池モジュール、３１：電池監視装置、３００：電池セル、３１０：バッテリ制御装置、３２０：セル制御装置、３２１，３２１ａ，３２１ｂ：セルコンＩＣ、３２２，３２２ａ，３２２ｂ：周辺回路、３２３：ハーネス、３４１，３４２：信号伝送路、４０１：第一通信部、４０２：第二通信部、４０３：異常電圧閾値記憶部、４０４：電圧検知部、４０５：電圧記憶部、４０６：異常電圧判定部、６００：記憶装置

Claims (7)

  1. 　直列接続または直並列接続された複数の電池セルの状態およびセル電圧値検出に関係する回路の状態を監視し、その監視結果情報が含まれる複数の通信信号を送受信する通信部を有する監視ＩＣと、
    　前記複数の通信信号を受信し、前記監視結果情報に基づいて前記複数の電池セルの状態を制御する制御ＩＣと、を備え、
    　前記複数の通信信号の各々は、３種類以上の情報のいずれか一つを選択的に伝達可能であって、
    　前記３種類以上の情報には、前記電池セルの状態に関する情報と前記回路の異常に関する情報とが少なくとも含まれ、
    　前記制御ＩＣは、前記電池セルの状態に関する情報と前記回路の異常に関する情報とが少なくとも含まれる前記複数の通信信号に基づいて、前記回路が異常であるか前記電池セルが異常であるかを判定する判定部を備えている、電池監視装置。
  2. 　請求項１に記載の電池監視装置において、
    　直列接続または直並列接続された複数の電池セルから成る複数の電池群に対応するように設けられた複数の前記監視ＩＣを備えると共に、
    　前記複数の監視ＩＣを直列に接続する複数のシリアル通信伝送路を備え、
    　前記複数の監視ＩＣの各々は、前記複数のシリアル通信伝送路を介して前記複数の通信信号を前記制御ＩＣに送信する、電池監視装置。
  3. 　請求項１または２に記載の電池監視装置において、
    　前記電池セルと前記回路とが正常である正常状態、前記電池セルの異常状態および前記回路の異常状態の各状態には、予め優先順位が設定されており、
    　前記監視ＩＣは、前記電池セルおよび前記回路の状態が異常か正常かを検出する検出部を備え、
    　前記制御ＩＣは、前記電池セルが異常であることを示す異常情報と、前記回路が異常であることを示す異常情報と、前記正常状態を示す正常情報とを含む通信信号を前記監視ＩＣに送信し、
    　前記通信部は、
    　前記制御ＩＣから受信した通信信号における情報の優先順位が、前記検出部で検出された状態の優先順位より上位である場合に、該受信された通信信号と同一の通信信号を送信し、
    　前記制御ＩＣから受信した通信信号における情報の優先順位が、前記検出部で検出された状態の優先順位以下である場合に、前記検出部で検出された状態を示す情報を含む通信信号を送信し、
    　前記判定部は、前記通信部から送信された通信信号と、前記制御ＩＣが送信した通信信号とに基づき前記判定を行う、電池監視装置。
  4. 　請求項１または２に記載の電池監視装置において、
    　前記監視ＩＣは、
    　前記電池セルの電圧値を検出する検出部と、
    　前記検出された電圧値が異常値であるか否かを判定するための判定閾値が記憶される閾値記憶部と、
    　前記検出部で検出された電圧値と前記判定閾値とに基づいてセル電圧異常を診断する診断部と、を備えて、前記診断部の診断結果を前記通信部により送信させ、
    　前記制御ＩＣは、前記閾値記憶部に記憶された判定閾値の大きさを変更する通信信号を前記監視ＩＣに送信し、前記通信部から送信される前記診断結果に基づいて前記判定部による判定を行わせる、電池監視装置。
  5. 　請求項１または２に記載の電池監視装置において、
    　前記監視ＩＣは、
    　前記電池セルの電圧値を検出する検出部と、
    　前記検出部で検出された電圧値を記憶する電圧値記憶部と、
    　前記検出された電圧値が異常値であるか否かを判定するための判定閾値が記憶される閾値記憶部と、
    　前記電圧値記憶部の電圧値と前記判定閾値とに基づいてセル電圧異常を診断する診断部と、を備えて、前記診断部の診断結果を前記通信部により送信させ、
    　前記制御ＩＣは、前記電圧値記憶部に記憶された電圧値の大きさを変更する通信信号を前記監視ＩＣに送信し、前記通信部から送信される前記診断結果に基づいて前記判定部による判定を行わせる、電池監視装置。
  6. 　直列接続または直並列接続された複数の電池セルから成る電池群を電気的に複数接続して成る組電池と、
    　請求項２に記載の電池監視装置と、を備える電池システム。
  7. 　直列接続または直並列接続された複数の電池セルから成る電池群を電気的に複数接続して成る組電池と、
    　請求項２に記載の電池監視装置と、
    　車両走行用回転電機を前記組電池の電力により駆動制御する制御部と、
    　前記判定部の判定結果を記憶する判定結果記憶部と、を備える車両制御システム。
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