WO2017138125A1 - 電池モジュール及び蓄電池システム - Google Patents

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WO2017138125A1
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signal
circuit
overtemperature
battery
detection
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PCT/JP2016/054029
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黒田 和人
小杉 伸一郎
関野 正宏
典広 金子
岡部 令
菊地 祐介
洋介 佐伯
野口 誠
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株式会社東芝
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a battery module and a storage battery system.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a battery module and a storage battery system that can ensure safety more reliably even when a large storage battery system is constructed. Yes.
  • the cell monitoring unit monitors the temperature and voltage of the battery cells of the battery cell unit.
  • the n-system (n: integer greater than or equal to 2) overtemperature / overvoltage detection unit detects the overtemperature or overvoltage of the battery cell as an abnormal state independently for each system, and the detection result When notifying each other and the detection of the abnormal state is notified from the over-temperature / over-voltage detection unit of another system constituting the battery module, it operates as if it detected the abnormal state.
  • FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a storage battery system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration block diagram of the battery module.
  • FIG. 3 is a schematic configuration block diagram of the first overtemperature / overvoltage detection circuit.
  • FIG. 4 is a schematic configuration block diagram of the safety monitoring circuit of the first embodiment.
  • FIG. 5 is an operation timing chart of the safety monitoring unit.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram of the BMU.
  • FIG. 7 is a schematic configuration block diagram of the safety monitoring unit of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a partial operation explanatory diagram of the first self-diagnosis unit and the second self-diagnosis unit.
  • FIG. 9 is a schematic configuration block diagram of a safety monitoring unit according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is an operation timing chart of the safety monitoring unit according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of a storage battery system according to an embodiment.
  • the storage battery system 10 is roughly divided into N battery modules 11-1 to 11-N (N: an integer of 2 or more), and a BMU (Battery Management Unit) that manages each of the battery modules 11-1 to 11-N. ) 12 and a safety supervisory unit (SSU) 13 that shuts off the storage battery system 10 based on communication results between the battery modules 11-1 to 11-N, and a high potential side current line LP.
  • N Battery Management Unit
  • SSU safety supervisory unit
  • a first contactor (contactor) 16 having a contact (Normally Open) and a second contactor (contactor) 17 provided on the low potential side current line LN and having a normally open contact are provided.
  • the first contactor 16 is connected to the high potential side power output terminal TP
  • the second contactor 17 is connected to the low potential side power output terminal TN.
  • the configuration of the battery modules 11-1 to 11-N will be described. Since the battery modules 11-1 to 11-N have the same configuration, the battery module 11-1 will be described as an example.
  • FIG. 2 is a schematic configuration block diagram of the battery module.
  • the battery module 11-1 is roughly divided into m (m is an integer of 2 or more) battery cells 21-1 to 21-m connected in series between the high potential side terminal TP1 and the low potential side terminal TN1.
  • the battery cell unit 22 and the CMU 23 that monitors the battery cell unit 22 under the control of the BMU 12 and notifies the BMU 12 of the monitoring result.
  • the CMU 23 is roughly divided into a CMU main body 25 and a first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 that detects an overtemperature state or an overvoltage state for each of the battery cells 21-1 to 21-m constituting the battery cell unit 22.
  • the battery cells 21-1 to 21-m constituting the battery cell unit 22 are configured in the same manner as the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and independently of the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26.
  • a second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 for detecting an overtemperature state or an overvoltage state every time.
  • the CMU 23 includes a first operation state signal input terminal LSi1, a first operation state signal output terminal LSo1, a second operation state signal input terminal LSi2, a second operation state signal output terminal LSo2, a CAN communication terminal CAN, and a power supply terminal CMUpower. I have.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 are not overtemperature / overvoltage output when neither an overtemperature state nor an overvoltage state is detected.
  • the detection signals SN are exchanged with each other via a dedicated communication line.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27, and the safety monitoring unit 13 of all the battery cell units 22 are supplied with the first operation state signal input terminal LSi1 and the first operation state signal output.
  • the first operation state signal input terminal LSi1 and the first operation state signal output terminal LSo1 constitute a daisy chain connection of the first system
  • the second operation state signal input terminal LSi2 and the second operation state signal output terminal LSo2 Constitutes a daisy chain connection of the second system.
  • the CMU body 25 includes an analog front end (AFE) 31 that measures the voltage and temperature of each battery cell 21 under software control, an MPU 33 that performs insulation communication via the analog front end 31 and the photocoupler unit 32, and an MPU 33
  • a CAN driver 34 for performing communication in accordance with a CAN (Controller Area Network) communication standard via a CAN communication terminal CAN under control, and a multiplexer (switch) 35 for switching and connecting a temperature sensor to be monitored.
  • AFE analog front end
  • MPU 33 that performs insulation communication via the analog front end 31 and the photocoupler unit 32
  • a CAN driver 34 for performing communication in accordance with a CAN (Controller Area Network) communication standard via a CAN communication terminal CAN under control
  • a multiplexer (switch) 35 for switching and connecting a temperature sensor to be monitored. I have.
  • FIG. 3 is a schematic configuration block diagram of the first overtemperature / overvoltage detection circuit.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is connected to the positive terminal of each of the battery cells 21-1 to 21-m and the negative terminal corresponding to the positive terminal, and the voltage of each of the battery cells 21-1 to 21-m.
  • a cell overvoltage that outputs an overvoltage non-detection signal that becomes “H” level when no overvoltage is detected in any of the battery cells 21-1 to 21-m.
  • the detection circuit 41 and the battery cell unit 22 include an over-temperature detection circuit 42 that outputs an over-temperature non-detection signal that becomes “H” level when no over-temperature is detected and no over-temperature is detected.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 receives an overvoltage non-detection signal and an overtemperature non-detection signal, and the logical product of both signals is used to normalize the voltages of the battery cells 21-1 to 21-m.
  • a first AND circuit 43 that outputs an “H” level overtemperature / overvoltage non-detection signal to each part including the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27, and a first AND A first EX-NOR circuit (Exclusive-nor circuit) 44 that outputs the negative OR of the output of the circuit 43 and the over-temperature / over-voltage non-detection signal output from the second over-temperature / over-voltage detection circuit 27; I have.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 receives the first operation state signal input terminal LSi1 from the first operation state signal input terminal LSi1 when it is determined that the operation state is normal in the upstream device (other battery module or monitoring device).
  • a photocoupler having a light emitting diode 45 that receives a square wave having a frequency of 1 (10 kHz in this embodiment) and emits light according to the frequency of the square wave, and a phototransistor 46 that is activated by light emission of the light emitting diode 45. 47 and the second frequency (in this embodiment) from the second operating state signal input terminal LSi2 when it is determined that the operating state is normal in the first detection circuit 48 that performs detection and the upstream device.
  • Phototransistor 52 serving as the operation state, the second detector circuit 54 for detecting through a photo-coupler 53 having, a.
  • the first frequency and the second frequency are 10 times or more of a general AC power frequency (for example, 50 Hz) and are not designed for high-speed communication in order to prevent malfunction due to inductive failure.
  • a general AC power frequency for example, 50 Hz
  • the frequency be 100 kHz or less.
  • the first frequency that is the frequency of the first operation signal and the second frequency that is the frequency of the second operation signal are separated by 10 times or more. Is preferred.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 includes a second EX-NOR circuit 55 that outputs an exclusive OR of the output of the first detection circuit 48 and the output of the second detection circuit 54, and the first EX.
  • a second AND circuit 56 that outputs the logical product of the output of the NOR circuit 44 and the output of the second EX-NOR circuit 55, and the logical product of the output of the second detection circuit 54 and the output of the second AND circuit 56;
  • a fourth AND circuit 58 that outputs a logical product of the output of the third AND circuit 57 and the output of the first AND circuit 43.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 outputs a predetermined frequency (the first frequency or the second frequency described above) output from the fourth AND circuit 58 and the oscillator 59A that outputs the first frequency oscillation signal.
  • a fifth AND circuit 60 that outputs an operation state signal (first operation state signal ST1 or second operation state signal ST2) that is a square wave of a predetermined frequency, and emits light according to the operation state signal.
  • a photocoupler 63 having a phototransistor 62 that is activated by light emission of the light emitting diode 61.
  • the collector terminal of the phototransistor 62 is connected to the first operation state signal output terminal LSo1.
  • the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 includes an oscillator 59B that outputs an oscillation signal of the second frequency ( ⁇ first frequency) instead of the oscillator 59A.
  • the collector terminal of the phototransistor 62 is The second operating state signal output terminal LSo2 is connected.
  • FIG. 4 is a schematic configuration block diagram of a safety monitoring unit according to the first embodiment.
  • the safety monitoring unit 13 is connected to the first signal input terminal LSi11 to which the first operation state signal ST1 having the first frequency (5 kHz in the first embodiment) is input, and detects the first operation state.
  • the first detection circuit 71 When the signal ST1 is input, the first detection circuit 71 that outputs the first detection signal of “H” level, and the second operating state signal having the second frequency (500 Hz in the first embodiment)
  • a second detection circuit 72 which is connected to the second signal input terminal LSi12 to which ST2 is input, performs detection, and outputs a second detection signal of “H” level when the second operation state signal ST2 is input;
  • the power monitoring circuit 73 that outputs an “H” level power normal signal when power is supplied, the first detection signal is input to one input terminal, and the power normal signal is input to the other input terminal.
  • the 1AND circuit 74 for outputting a first detection normal signal taking the logical product, and a.
  • the safety monitoring unit 13 receives the first detection signal at one input terminal, the second detection signal at the other input terminal, and negates the exclusive logical sum of both signals to obtain both input signals.
  • a first EX-NOR circuit 75 that outputs a first coincidence signal of “H” level when coincident, a first normal signal is inputted to one terminal, a first coincidence signal is inputted to the other, and the logic of both signals.
  • the output of the second AND circuit 76 is obtained by taking the product, the output signal of the second AND circuit 76 is input to one terminal, and the output signal of the second EX-NOR circuit 80 described later is input to the other input terminal.
  • a third AND circuit 77 that takes a logical product and outputs it as a drive signal.
  • the safety monitoring unit 13 includes an NPN transistor T1 to which a drive signal is input to the base terminal, and a PNP transistor T2 in which the collector terminal of the NPN transistor T1 is connected to the base terminal, and the first contactor 16 and the second contactor in the event of an abnormality.
  • the drive coils for the first contactor 16 and the second contactor 17 are A first output state detection circuit 79 that detects a flowing current by a voltage across the first voltage detection resistor R1 and outputs a first output state detection signal of “H” level; and a drive signal is input to one terminal; “H” when the first output state detection signal is input to the other terminal and the levels of both signals match.
  • a first 2EX-NOR circuit 80 for outputting a first state detection result signal of the bell, a.
  • the safety monitoring unit 13 receives the second detection signal at one input terminal, the power normal signal at the other input terminal, and outputs the second detection normal signal by taking the logical product of both signals.
  • the first detection signal is input to the 4AND circuit 81 and one input terminal
  • the second detection signal is input to the other input terminal, and both input signals coincide with each other by negating the exclusive OR of both signals
  • a third EX-NOR circuit 82 that outputs a third coincidence signal at “H” level, a second detection normal signal is inputted to one terminal, a third coincidence signal is inputted to the other, and the logical product of both signals is calculated.
  • the output signal of the fifth AND circuit 83 is input to one terminal, the output signal of the fifth AND circuit 83 is input to the other terminal, and the output signal of a fourth EX-NOR circuit 87 described later is input to the other input terminal.
  • Take the second drive signal It includes a first 6AND circuit 84 which outputs, as a.
  • the safety monitoring unit 13 includes an NPN transistor T3 to which the second drive signal is input to the base terminal.
  • the safety monitoring unit 13 includes a second drive circuit 85 that shuts off the first contactor 16 and the second contactor 17 in an abnormal state, and a BMU 12
  • the first contactor 16 and the second contactor 17 are in the closed state (ON state)
  • the current flowing through the driving coil of the first contactor 16 and the second contactor 17 is determined by the voltage across the second voltage detection resistor R2.
  • a second output state detection circuit 86 that detects and outputs a second output state detection signal at an “H” level; a second drive signal is input to one terminal; and a second output state detection signal is input to the other terminal.
  • a fourth EX-NOR circuit 87 that outputs a second state detection result signal of “H” level when the levels of both signals coincide with each other. That.
  • the safety monitoring unit 13 includes a first oscillator 88 that outputs a first oscillation signal having a first frequency (5 kHz in the present embodiment), a first oscillation signal input to one input terminal, and the other input.
  • a seventh AND circuit 89 that receives a power supply normal signal at the terminal, generates a first operation state signal ST1 by taking the logical product of both signals, and outputs the first operation state signal ST1 through the first operation state signal output terminal LSo11, and a second frequency (In the first embodiment, the second oscillator 90 that outputs the second oscillation signal of 500 Hz), the second oscillation signal is input to one input terminal, the power supply normal signal is input to the other input terminal,
  • An eighth AND circuit 91 that takes a logical product of the signals and generates a second operation state signal ST2 and outputs the second operation state signal ST2 via the second operation state signal output terminal LSo12.
  • FIG. 5 is an operation timing chart of the safety monitoring unit.
  • the driving power supply SSUpower
  • the high potential side relay 132 and the low potential relay 132 which will be described later, are detected until the supply of the power supply IGCT to the battery modules 11-1 to 11-N is detected.
  • Fault diagnosis welding detection
  • the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 supplied to the first battery module 11-1 are connected to the battery module 11-2 ⁇ battery module 11-3 ⁇ ... ⁇ battery via the daisy chain. It is transmitted to the module 11-N, and again transmitted to the safety monitoring unit 13 at time t2.
  • the safety monitoring unit 13 to which the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 have been transmitted drives the high potential side relay 132 and the low potential side relay 134 at time t3, and the first contactor 16 and The 2nd contactor 17 is made into a closed state (close), and it transfers to an electric power supply state.
  • the first contactor 16 and the second contactor 17 are shifted to the open state (open) and shifted to the power non-supply state.
  • the safety monitoring unit 13 is reset when the supply of the driving power supply (SSUPer) is stopped, and again at time t7, the first operation state signal ST1 and the second operation are performed.
  • the supply of the state signal ST2 to the first battery module 11-1 is started and the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 are transmitted again to the safety monitoring unit 13 at time t8, The same process is repeated.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram of the BMU.
  • the BMU 12 is connected to the first signal input terminal LSi21 to which the first operation state signal ST1 is input and the second signal input terminal LSi22 to which the second operation state signal ST2 is input, and the MPU 101 that controls the entire BMU 12 and the storage battery
  • a first CAN driver 102 that performs communication in accordance with the CAN standard with a locomotive control device for a train on which the system 10 is mounted, operates under the control of the MPU 101, and the first contactor 16 is in a closed state (on state).
  • a first high-side switch 103 that supplies a power source for performing the operation via the high-potential side drive terminal DRSP.
  • the BMU 12 operates under the control of the MPU 101, and supplies a power for turning the second contactor 17 to a closed state (on state) via the low potential side drive terminal DRSN,
  • the second CAN driver 105 that performs communication in accordance with the CAN standard with the CMU constituting the battery modules 11-1 to 11-N via the CAN external communication terminal CANEX, and operates under the control of the MPU 101.
  • a third high-side switch 106 for supplying operation power to the CMU 23 constituting the battery modules 11-1 to 11-N via the CMU power supply terminal CMUPower1.
  • the CMU body 25, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting each of the battery modules 11-1 to 11-N are in an operating state.
  • the cell overvoltage detection circuit 41 of the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is connected to each of the positive electrode terminals of the battery cells 21-1 to 21-m and the negative electrode terminal corresponding to the positive electrode terminal. Since voltages 21-1 to 21 -m are detected and no overvoltage is detected, an overvoltage non-detection signal that is at “H” level is output to the first AND circuit 43.
  • the over-temperature detection circuit 42 outputs an over-temperature non-detection signal that is at the “H” level to the first AND circuit 43 because the over-temperature detection circuit 42 does not detect over-temperature in the battery cell unit 22.
  • the first AND circuit 43 takes the logical product of the overvoltage non-detection signal and the overtemperature non-detection signal and outputs the “H” level overtemperature / overvoltage non-detection signal to the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 and the first overvoltage detection circuit 27. Output to each part including one terminal of 4AND circuit 58.
  • the first EX-NOR circuit 44 negates the exclusive OR of the output of the first AND circuit 43 and the overtemperature / overvoltage non-detection signal output from the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27. At this time, since the inputs are all at the “H” level, the output is at the “H” level and is input to one input terminal of the second AND circuit.
  • the first oscillator 88 of the safety monitoring unit 13 outputs a first oscillation signal having a first frequency (5 kHz in the present embodiment) to one input terminal of the seventh AND circuit 89.
  • the seventh AND circuit 89 receives the “H” level power supply normal signal at the other input terminal and takes the logical product of both signals to obtain the first operation state signal ST1 having the first frequency (in the present embodiment).
  • a square wave of 5 kHz is generated and output to the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting each battery module via the first operation state signal output terminal LSo11. .
  • the second oscillator 90 of the safety monitoring unit 13 outputs a second oscillation signal having a second frequency (500 Hz in the present embodiment) to one input terminal of the eighth AND circuit 91.
  • the eighth AND circuit 91 receives the “H” -level power supply normal signal at the other input terminal and takes the logical product of both signals to obtain the second operation state signal ST2 (in this embodiment, a square wave of 500 Hz). ) And output to the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting each of the battery modules 11-1 to 11-N via the second operation state signal output terminal LSo12. To do.
  • the first operating state signal ST1 (5 kHz square wave in the present embodiment) is input to the light emitting diode 45 of the first overtemperature / overvoltage detecting circuit 26, and the frequency of the first operating state signal ST1. To emit light. As a result, a current corresponding to the waveform of the first operating state signal ST1 flows through the phototransistor 46. Then, the first detection circuit 48 performs detection to extract the first operating state signal ST1, and when the first operating state signal ST1 is extracted, its output is set to the “H” level and the second EX-NOR circuit It outputs to one input terminal of 55.
  • the second operating state signal ST2 (500 Hz square wave in this embodiment) is input to the light emitting diode 51 of the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, and the second operating state signal ST2 is used in accordance with the frequency of the second operating state signal ST2. Emits light. As a result, a current corresponding to the waveform of the second operating state signal ST2 flows through the phototransistor 52.
  • the second detection circuit 54 performs detection to extract the second operation state signal ST2, and when the second operation state signal ST2 is extracted, its output is set to the “H” level and the second EX-NOR circuit It outputs to the other input terminal of 55.
  • the second EX-NOR circuit 55 since the two inputs of the second EX-NOR circuit 55 coincide with the “H” level, the second EX-NOR circuit 55 sends the “H” level signal to the other of the second AND circuit 56. Input to the input terminal.
  • the output of the second AND circuit 56 becomes “H” level and is input to one input terminal of the third AND circuit 57.
  • the third AND circuit 57 calculates the logical product of the output of the second detection circuit 54 and the output of the second AND circuit 56 and outputs an “H” level signal to one terminal of the fourth AND circuit 58.
  • the oscillator 64 ⁇ / b> A outputs an oscillation signal having the first frequency (5 kHz in the present embodiment) to the other input terminal of the fifth AND circuit 60.
  • the fifth AND circuit 60 outputs a square wave having the first frequency, that is, the first operation state signal ST1 to the light emitting diode 61 of the photocoupler 63.
  • a battery module in which a first operating state signal ST1 having the first frequency is connected to the downstream side of the daisy chain according to a square wave having the first frequency of the phototransistor ( In this case, the data is output to the terminal of the battery module 11-2) and transmitted.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 of the battery module 11-1 outputs the first operation state signal ST1 having the first frequency to the battery module 11-2.
  • the overvoltage detection circuit 26 is connected to the upstream side of the daisy chain indicating that the overtemperature / overvoltage non-detection state is present, the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 to be paired is also the overtemperature / overvoltage non-detection state
  • the device in this case, the safety monitoring unit 13
  • the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 of the battery module 11-1 also outputs the second operation state signal ST2 having the second frequency (500 Hz in the present embodiment), thereby the battery module 11-1. 11-2, the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 is in the overtemperature / overvoltage non-detection state, and the paired first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is also in the overtemperature / overvoltage non-detection state.
  • a device connected to the downstream side of the daisy chain in this case, the safety monitoring unit 13 in this case
  • the battery module 11-2) can be notified.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 of the battery modules 11-2 to 11-N perform the same operation, whereby the first overtemperature / overvoltage detection circuit 27 of the battery module 11-N is operated.
  • the overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 are connected to the upstream side of the daisy chain that the self and the paired overtemperature / overvoltage detection circuits are in the overtemperature / overvoltage non-detection state.
  • the first detection circuit 71 of the safety monitoring unit 13 performs detection by being connected to the first signal input terminal to which the first operation state signal ST1 having the first frequency (5 kHz in the present embodiment) is input. Since the first operation state signal ST1 is input, the “H” level first detection signal is output to one input terminal of each of the first AND circuit 74, the first EX-NOR circuit 75, and the third EX-NOR circuit 82. To do.
  • the second detection circuit 72 is connected to the second signal input terminal to which the second operation state signal ST2 having the second frequency (500 Hz in the present embodiment) is input, performs detection, and performs the second operation state. Since the signal ST2 is input, the second detection signal of “H” level is output to the first EX-NOR circuit 75, the fourth AND circuit 81, and the third EX-NOR circuit 82, respectively.
  • the first AND circuit 74 calculates the logical product of both the input signals (each “H” level) and outputs the first detection normal signal of “H” level to one input terminal of the second AND circuit 76. To do. Further, the first EX-NOR circuit 75 negates the exclusive OR of both input signals (each at “H” level), that is, since both input signals coincide with each other, The coincidence signal is output to the other input terminal of the second AND circuit 76.
  • the second AND circuit 76 calculates the logical product of both input signals (each at the “H” level) and outputs an “H” level output signal to one input terminal of the third AND circuit 77.
  • the output signal of the third AND circuit 77 is at the “L” level, and the PNP transistor T2 is effectively in the OFF state, so that the first output state detection signal of the first output state detection circuit 79 is Therefore, the second EX-NOR circuit 80 outputs the first state detection result signal of the “H” level to the other terminal of the third AND circuit 77 because the levels of both signals coincide with each other. To do.
  • both input signals of the third AND circuit 77 become “H” level, and the third AND circuit 77 uses the “H” level output signal as a drive signal as a drive signal and the base terminal of the NPN transistor T1 constituting the drive circuit 78. Output to.
  • the NPN transistor T1 constituting the drive circuit 78 is turned on, and accordingly, the PNP transistor T2 is also turned on.
  • the fourth AND circuit 81 calculates the logical product of both input signals (each at “H” level) and outputs the second detection normal signal at “H” level to one input terminal of the fifth AND circuit 83.
  • the third EX-NOR circuit 82 negates the exclusive OR of both input signals (each at “H” level), that is, since both input signals match, the second EX at the “H” level.
  • the coincidence signal is output to the other input terminal of the fifth AND circuit 83.
  • the fifth AND circuit 83 calculates the logical product of both the input signals (each at the “H” level) and outputs an “H” level output signal to one input terminal of the sixth AND circuit 84.
  • the output signal of the sixth AND circuit 84 is at the “L” level, and the NPN transistor T3 is effectively in the off state, so that the second output state detection signal of the second output state detection circuit 86 is Therefore, the fourth EX-NOR circuit 87 outputs the second state detection result signal of “H” level to the other terminal of the sixth AND circuit 84 because the levels of both signals coincide with each other. To do.
  • both input signals of the sixth AND circuit 84 become “H” level, and the sixth AND circuit 84 uses the “H” level output signal as a drive signal as a drive signal, and the base terminal of the NPN transistor T3 constituting the drive circuit 85.
  • the NPN transistor T3 is turned on.
  • the NPN transistor T1 As a result, all of the NPN transistor T1, the PNP transistor T2 constituting the drive circuit 78 and the NPN transistor T3 constituting the drive circuit 85 are turned on, so that the emitter terminal and collector terminal of the PNP transistor T2 are turned on.
  • the current flows into the ground G through the first voltage detection resistor R1, the collector terminal and emitter terminal of the NPN transistor T3, and the second voltage detection resistor R2, and the first contactor 16 provided in the high potential side current line LP and the low Provided in the potential side current line LN, the second contactor 17 is in a closed state (on state), and a state in which power can be supplied to the load from the battery cell units constituting the battery modules 11-1 to 11-N. Is done.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27, and the CMU main body constituting each of the battery modules 11-1 to 11-N are all normal.
  • the determination is made, it can be seen that power can be supplied from the battery cell units constituting the battery modules 11-1 to 11-N to the load.
  • the MPU 101 of the BMU 12 controls the third high-side switch 106 to operate the CMU 23 configuring each of the battery modules 11-1 to 11-N. Supply power.
  • the CMU body 25, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting each of the battery modules 11-1 to 11-N are in an operating state.
  • the cell overvoltage detection circuit 41 of the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is connected to each of the positive electrode terminals of the battery cells 21-1 to 21-m and the negative electrode terminal corresponding to the positive electrode terminal.
  • an overvoltage non-detection signal that becomes “L” level is sent to the first AND circuit 43. Output.
  • the over-temperature detection circuit 42 outputs an over-temperature non-detection signal that is at the “H” level to the first AND circuit 43 because the over-temperature detection circuit 42 does not detect over-temperature in the battery cell unit 22.
  • the first AND circuit 43 takes the logical product of the overvoltage non-detection signal and the overtemperature non-detection signal and outputs the “L” level overtemperature / overvoltage non-detection signal to the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 and the first overvoltage detection circuit 27. Output to each part including one terminal of 4AND circuit 58.
  • the first EX-NOR circuit 44 negates the exclusive OR of the output of the first AND circuit 43 and the overtemperature / overvoltage non-detection signal output from the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27. At this time, since one of the inputs is at the “L” level and the other is at the “H” level, the output is at the “L” level and is input to one input terminal of the second AND circuit 56.
  • the first oscillator 88 of the safety monitoring unit 13 outputs a first oscillation signal having a first frequency (5 kHz in the present embodiment) to one input terminal of the seventh AND circuit 89.
  • the seventh AND circuit 89 receives the “H” level power supply normal signal at the other input terminal and takes the logical product of both signals to obtain the first operation state signal ST1 having the first frequency (in the present embodiment).
  • the first over-temperature / over-voltage detection circuit 26 and the second over-temperature detection circuit 26 constituting the battery modules 11-1 to 11-N via the first operation state signal output terminal LSo11. This is output to the overvoltage detection circuit 27.
  • the second oscillator 90 of the safety monitoring unit 13 outputs a second oscillation signal having a second frequency (500 Hz in the present embodiment) to one input terminal of the eighth AND circuit 91.
  • the eighth AND circuit 91 receives the “H” level power supply normal signal at the other input terminal and takes the logical product of both signals to obtain the second operation state signal ST2 (in the case of the first embodiment, 500 Hz).
  • a first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and a second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting each of the battery modules 11-1 to 11-N via the second operation state signal output terminal LSo12. Output to.
  • the first detection circuit 48 performs detection to extract the first operating state signal ST1, and when the first operating state signal ST1 is extracted, its output is set to the “H” level and the second EX-NOR circuit It outputs to one input terminal of 55.
  • the second operating state signal ST2 (500 Hz square wave in this embodiment) is input to the light emitting diode 51 of the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, and the second operating state signal ST2 is used in accordance with the frequency of the second operating state signal ST2. Emits light. As a result, a current corresponding to the waveform of the second operating state signal ST2 flows through the phototransistor 52. Then, the second detection circuit 54 performs detection to extract the second operation state signal ST2, and when the second operation state signal ST2 is extracted, its output is set to the “H” level and the second EX-NOR circuit It outputs to the other input terminal of 55. In this case, since the two inputs of the second EX-NOR circuit 55 coincide with the “H” level, the second EX-NOR circuit 55 sends the “H” level signal to the other of the second AND circuit 56. Input to the input terminal.
  • the output of the first EX-NOR circuit 44 is “L” level and the output of the second EX-NOR circuit 55 is “H” level
  • the output of the second AND circuit 56 is “L” level.
  • the signal is input to one input terminal of the 3AND circuit 57.
  • the output of the fourth AND circuit 58 is also “L” level.
  • the signal is input to one input terminal of the fifth AND circuit 60.
  • the oscillator 64 ⁇ / b> A outputs an oscillation signal having the first frequency (5 kHz in the present embodiment) to the other input terminal of the fifth AND circuit 60.
  • the fifth AND circuit 60 outputs the “L” level first operation state signal ST 1 to the light emitting diode 61 of the photocoupler 63. Therefore, the light emitting diode 61 does not emit light, and the output of the phototransistor 62 also remains at the “L” level, and the first operating state signal ST1 at the “L” level is connected to the downstream side of the daisy chain. (In this case, output to the terminal of the battery module 11-2) and transmit.
  • a device in this case, battery module 11-2 connected to the downstream side of the daisy chain that the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is in an overtemperature / overvoltage detection state (more precisely, an overtemperature detection state). ) Can be notified.
  • a device in this case, the battery module 11 connected to the downstream side of the daisy chain that the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is in the overtemperature / overvoltage detection state (more precisely, the overtemperature detection state). -2) can be notified.
  • the first EX-NOR circuit 44 is connected upstream of one input terminal. Since the “L” level output signal is input from the battery module on the side, both the cell overvoltage detection circuit 41 and the overtemperature detection circuit 42 output the “H” level signal and it is assumed that there is no abnormality. Even if it is, the first EX-NOR circuit 44 outputs an “L” level output signal.
  • the devices connected to the downstream side of the daisy chain in this case, the battery modules 11-3 to 11-N and the safety monitoring unit 13
  • the BMU 12 that is monitoring from the monitoring communication path branched from the daisy chain that is, is not effectively involved in communication via the daisy chain
  • both the first detection circuit 71 and the second detection circuit 72 of the safety monitoring unit 13 output an “L” level detection signal, so that the first AND circuit 74, the second AND circuit 76, The outputs of the 3AND circuit 77, the fourth AND circuit 81, the fifth AND circuit 83, and the sixth AND circuit 84 are all at the “L” level.
  • the NPN transistor T1 As a result, all of the NPN transistor T1, the PNP transistor T2 constituting the drive circuit 78 and the NPN transistor T3 constituting the drive circuit 85 are turned off, so that the drive circuit 78 is provided in the high potential side current line LP.
  • the first contactor 16 and the second contactor 17 provided in the low potential side current line LN are in an open state (off state), and the battery cell unit 22 constituting the battery modules 11-1 to 11-N receives a load. Power supply is cut off.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting the battery module 11-1 the first overtemperature / overvoltage will be described. A case where the detection circuit 26 cannot operate normally will be described.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is always in an overtemperature / overvoltage non-detection state.
  • the MPU 101 of the BMU 12 is instructed to supply power via the first CAN driver 102
  • the MPU 101 controls the third high-side switch 106 to operate the CMU 23 configuring each of the battery modules 11-1 to 11-N. Supply power.
  • the CMU body 25, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, and the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 constituting each of the battery modules 11-1 to 11-N are in an operating state.
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26, which is unable to operate normally in the battery module 11-1 has a first operation state signal having the first frequency regardless of whether the battery cell unit is normal or abnormal. ST1 is always output.
  • the second overtemperature / overvoltage detection circuit 27 of the battery module 11-1 detects an abnormality
  • the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 is in an overtemperature / overvoltage detection state (more precisely, an overtemperature detection state). Is notified to the device (in this case, the battery module 11-2) connected to the downstream side of the daisy chain.
  • Second Embodiment is different from the first embodiment in that the safety monitoring unit has a self-diagnosis function.
  • FIG. 7 is a schematic configuration block diagram of the safety monitoring unit of the second embodiment.
  • the safety monitoring unit 100 includes a light emitting diode 101 having an anode connected to the first high potential side signal input terminal TP1, a first photocoupler 103 including a phototransistor 102 that receives light emitted from the light emitting diode 101, and a second photocoupler 103.
  • a light-emitting diode 104 having an anode connected to the high-potential-side signal input terminal TP2, and a second photocoupler 106 including a phototransistor 105 that receives light emitted from the light-emitting diode 104.
  • the safety monitoring unit 100 includes a light emitting diode 107 having a cathode connected to the second low potential side signal input terminal TN2 and an anode connected to the cathode of the light emitting diode 104, and a phototransistor that receives light emitted from the light emitting diode 107.
  • a light emitting diode 110 having a cathode connected to a third photocoupler 109 including a first low potential side signal input terminal TN1 and an anode connected to a cathode of the light emitting diode 101;
  • a fourth photocoupler 112 including a phototransistor 111.
  • the safety monitoring unit 100 includes a band pass filter (BPF) having a pass band in a first frequency (5 kHz in the second embodiment) connected to the collector terminal of the phototransistor 102 of the first photocoupler 103. 115, a detection circuit 116 that detects the output signal of the band pass filter 115 and outputs a detection signal A, and a second frequency (this second embodiment) connected to the collector terminal of the phototransistor 105 of the second photocoupler 106.
  • the embodiment also includes a band pass filter (BPF) 117 having a pass band of 500 Hz) and a detection circuit 118 that detects the output signal of the band pass filter 117 and outputs the detection signal B.
  • the safety monitoring unit 100 also includes a bandpass filter (BPF) 119 having a second frequency band connected to the collector terminal of the phototransistor 108 of the third photocoupler 109 as a passband, and an output signal of the bandpass filter 119.
  • a detection circuit 120 that detects the above and outputs a detection signal C
  • a bandpass filter (BPF) 121 having a first frequency band connected to the collector terminal of the phototransistor 111 of the fourth photocoupler 112 as a passband
  • a detection circuit 122 that detects the output signal of the band-pass filter 121 and outputs a detection signal D.
  • the safety monitoring unit 100 takes a logical product of the detection signal A and the detection signal B and outputs a logical product signal ⁇ , and a logical product of the detection signal C and the detection signal D.
  • a wired AND circuit 126 that outputs ⁇ a wired NAND circuit 127 that outputs a logical product negation signal by negating the logical product of the logical product signal ⁇ and the logical product signal ⁇ , and an oscillator 128 that outputs an oscillation signal of a predetermined frequency.
  • a logical AND signal 129 is input to one input terminal, an oscillation signal is input to the other input terminal, and a logical product of both signals and a logical product signal Q are output, and a wired AND circuit And a buffer 130 for temporarily storing the logical product signal Q output by the terminal 129.
  • the safety monitoring unit 100 includes an NPN transistor 131 that is driven by an AND signal ⁇ input to a base terminal, a high-potential-side relay 132 that is driven by the NPN transistor 131 and has a normally open contact, and an AND signal ⁇ . Is connected in series with the high potential side relay 132 and driven by the NPN transistor 133, and is connected to the low potential side relay 134 having a normally open contact, and for current limiting. Resistor 135, a TVS (Transient Voltage Suppressor) diode 136 connected in parallel to the high potential side relay 132 to suppress transient voltage, and a TVS connected in parallel to the low potential side relay 134 to suppress transient voltage. And a diode 137.
  • the voltage at the connection point between the high potential side relay 132 and the low potential side relay 134 is detected as the voltage signal P.
  • the safety monitoring unit 100 includes a phototransistor 141 and a light emitting diode 142 each having a collector terminal connected to the first low potential side output terminal, and the first operation state signal ST1 is transmitted via the first operation state signal output terminal LSo11.
  • a first output photocoupler 143 that outputs a first self-diagnosis unit 145 that outputs a first self-diagnosis signal, a first oscillator 144 that outputs an oscillation signal having a first frequency (5 kHz in the present embodiment), and
  • the wired AND circuit 146 that takes the logical product of the oscillation signal and the first self-diagnosis signal and outputs the first operation state original signal, and the first operation state signal ST1 are input, and the first frequency band is set as the pass band.
  • a band-pass filter (BPF) 147 and a detection circuit 148 that detects the output signal of the band-pass filter 147 and outputs a detection signal a.
  • the safety monitoring unit 100 includes a phototransistor 151 and a light emitting diode 152 each having a collector terminal connected to the second low potential side output terminal, and the second operation state signal ST2 is transmitted via the second operation state signal output terminal LSo12.
  • the configuration of the first self-diagnosis unit 145 and the second self-diagnosis unit 155 will be described. Since the first self-diagnosis unit 145 and the second self-diagnosis unit 155 have the same configuration, the first self-diagnosis unit 145 will be described as an example.
  • the first self-diagnosis unit 145 receives the detection signal A, the detection signal B, the detection signal C, and the detection signal D, and outputs a NAND circuit 160 that obtains the logical product of the four detection signals and outputs the result of negation.
  • An AND circuit 161 that outputs the logical product of the output signal, the detection signal a, and the detection signal b, a NOT circuit 162 that outputs the negative of the output of the power supply detection circuit 170 described later, and the output of the AND circuit 161 and NOT And an OR circuit 163 that calculates the logical sum of the outputs of the circuit 162 and outputs a reset signal.
  • the OR circuit 163 has not detected (input) all or part of the detection signal A, the detection signal B, the detection signal C, and the detection signal D from the upstream side connected in a daisy chain, and A state in which the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 are output from the safety monitoring unit 100 (a state in which the detection signal a and the detection signal b are input), or the power supply detection circuit 170 is not powered.
  • a normal state for example, a power supply voltage drop
  • a reset signal is output.
  • the first self-diagnosis unit 145 compares the voltage signal P with a predetermined voltage, outputs an exclusive OR of the comparator 164 that outputs the comparison result signal, the logical product signal Q, and the comparison result signal.
  • a detection circuit A, a detection signal B, a detection signal C, a detection signal D, a logical product signal ⁇ , a logical product signal ⁇ , a detection signal a, and a detection signal b are input, and a NOR circuit 168 that outputs a negative logical sum and outputs the result. It is equipped with.
  • the first self-diagnosis unit 145 performs AND operation of the comparison result signal output from the comparator 167 and the output signal of the NOR circuit 168, and the power supply detection that outputs the power supply detection signal by detecting the power supply.
  • the output signal of the circuit 170 and the AND circuit 169 is input to the data terminal D
  • the output signal of the power supply detection circuit 170 is input to the clock terminal CLK
  • the reset signal output from the OR circuit 163 is input to the reset terminal RESET
  • a D flip-flop circuit 171 that outputs a diagnosis result signal RS (RS1) of “H” level to the wired AND circuit 146 when it is determined that the safety monitoring unit 100 is operating normally.
  • the first photocoupler 103 of the safety monitoring unit 100 receives the first operation state signal ST1 having the first frequency from the upstream device connected to the anode of the light emitting diode 101 in the daisy chain state.
  • the signal ST1 is output to the band pass filter 115 in an insulated state.
  • the band-pass filter 115 passes the first operation state signal ST1 and outputs it to the detection circuit 116.
  • the detection circuit 116 detects the output signal of the bandpass filter 115, determines whether or not a predetermined threshold value is exceeded, and converts the binarized detection signal A into the wired AND circuit 125 and the first self-diagnosis unit 145. To the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168.
  • the second photocoupler 106 receives the second operation state signal ST2. Is output to the band-pass filter 117 in an insulated state.
  • the band-pass filter 117 passes the second operation state signal ST2 and outputs it to the detection circuit 118.
  • the detection circuit 118 detects the output signal of the band-pass filter 117 and outputs the detection signal B to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the wired AND circuit 125 takes the logical product of the detection signal A and the detection signal B and outputs the logical product to one input terminal of the wired NAND circuit 127 as the logical product signal ⁇ .
  • the third photocoupler 109 receives the second operation state signal ST2 when the second operation state signal ST2 having the second frequency is input from an upstream device daisy chained to the anode of the light emitting diode 107.
  • the signal is output to the band pass filter 119 in an insulated state.
  • the band pass filter 119 passes the second operation state signal ST2 and outputs it to the detection circuit 120.
  • the detection circuit 120 detects the output signal of the bandpass filter 119 and outputs the detection signal C to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the fourth photocoupler 112 receives the first operation state signal ST1 when the first operation state signal ST1 having the first frequency is input from an upstream device connected to the anode of the light emitting diode 110 in a daisy chain.
  • the signal is output to the band pass filter 121 in an insulated state.
  • the band-pass filter 121 passes the first operation state signal ST1 and outputs it to the detection circuit 122.
  • the detection circuit 122 detects the output signal of the bandpass filter 121 and outputs the detection signal D to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the wired AND circuit 126 takes the logical product of the detection signal C and the detection signal D and outputs the logical product to the other input terminal of the wired NAND circuit 127 as the logical product signal ⁇ .
  • the wired NAND circuit 127 receives either one of the “H” level logical product signal ⁇ and the “H” level logical product signal ⁇ , or none of them is input.
  • An “H” level logical product negation signal is output to one input terminal of the wired AND circuit 129. That is, when both the “H” level logical product signal ⁇ and the “H” level logical product signal ⁇ are input (during normal operation), the “L” level logical product negative signal is sent to the wired AND circuit. It will output to one input terminal of 129.
  • the oscillator 128 outputs an oscillation signal having a predetermined frequency to the other input terminal of the wired AND circuit 129. Accordingly, the wired AND circuit 129 receives either one of the “H” level logical product signal ⁇ and the “H” level logical product signal ⁇ , or if none is input, that is, During an abnormal operation, the logical product signal Q that transitions between the “H” level and the “L” level is output in the cycle of the output signal of the oscillator 128.
  • the buffer 130 when the buffer 130 operates abnormally, it outputs a signal equal to the logical product signal Q that transitions between the “H” level and the “L” level in a cycle of the output signal of the oscillator 128 with a predetermined delay time.
  • the high potential side relay 132 is closed (ON state) when the logical product signal ⁇ is “H” level
  • the low potential side relay 134 is closed (ON state) when the logical product signal ⁇ is “H” level. . Therefore, when the logical product signal ⁇ and the logical product signal ⁇ are at the “L” level, the high potential side relay 132 and the low potential side relay 134 should be in the open state (off state).
  • the logical product signal Q transitions between the “H” level and the “L” level in the oscillation period of the oscillator 128, and the voltage signal P is similarly “H” in the oscillation period of the oscillator 128 with a predetermined delay time with respect to the logical product signal Q. A transition is made between the level and the “L” level.
  • FIG. 8 is a partial operation explanatory diagram of the first self-diagnosis unit and the second self-diagnosis unit.
  • the waveform diagram is obtained when the upper stage is normal and the lower stage is when the high potential side relay 132 is in a welded state.
  • the signal ain input to the buffer 130 becomes a pulse signal that transitions between the “H” level and the “L” level in the oscillation period of the oscillator 128 as shown in the upper part of FIG.
  • the comparator 164 of the first self-diagnostic unit 145 or the second self-diagnostic unit 155 compares the AC-coupled voltage signal P with a predetermined voltage and outputs a comparison result signal to the EX-NOR circuit 165.
  • the output signal bout of the comparator 164 output to the EX-NOR circuit 165 transitions between “H” level and “L” level in the oscillation period of the oscillator 128 as shown in the upper part of FIG. It becomes a pulse signal.
  • the signal cout output from the EX-NOR circuit 165 is a pulse signal corresponding to the oscillation period of the oscillator 128 as shown in the upper part of FIG.
  • the output signal dout of the LPF 166 that has removed the high frequency component of the X-NOR circuit 165 and output the DC component is a signal that is substantially fixed at the “H” level, so the output signal eout of the comparator 167 is also at the “H” level.
  • the state is fixed and a normal state can be detected.
  • the high potential side relay 132 if the high potential side relay 132 is in a welded state, current flows into the high potential side power source at the timing when the logical product signal ⁇ and the logical product signal ⁇ are at the “L” level, and is input to the buffer 130.
  • the signal ain has a pulse amplitude that gradually decreases and its potential level approaches the high potential side power supply voltage.
  • the output signal bout of the comparator 164 output to the EX-NOR circuit 165 is fixed to the “H” level when the high potential side relay 132 is welded as shown in the lower part of FIG. .
  • the EX-NOR circuit 165 takes the exclusive OR of the logical product signal Q and the comparison result signal output from the comparator 164 and outputs the result to the LPF 166 as the signal Cout. That is, the EX-NOR circuit 165 outputs an “H” level output signal Cout to the LPF 166 when the logical product signal Q and the comparison result signal of the comparator 164 have the same value.
  • the output signal cout of the EX-NOR circuit 165 has a predetermined pulse width as shown in the lower part of FIG. Since the output signal dout of the LPF 166 becomes a signal fixed at the intermediate potential, the output signal eout of the comparator 167 is fixed at the “L” level, and an abnormal state can be detected. .
  • the low potential side relay 134 If the low potential side relay 134 is welded, current flows into the low potential side power source at the timing when the logical product signal ⁇ and the logical product signal ⁇ are at “L” level, and the voltage signal P Although the amplitude is reduced and the potential level is closer to the low-potential-side power supply voltage, the operation is the same as when the high-potential-side relay 132 is in the welded state.
  • the NOR circuit 168 outputs an “H” level signal to the AND circuit 169 when none of the detection signals A to D, the logical product signals ⁇ and ⁇ , and the detection signals a and b are detected.
  • the AND circuit 169 detects that either the high potential side relay 132 or the low potential side relay 134 is in a non-welded state and the detection signals A to D, the logical product signals ⁇ and ⁇ , and the detection signals a and b are detected. In this case, an “H” level signal is output to the data terminal D of the D flip-flop circuit 171.
  • the D flip-flop circuit 171 detects both the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 at the time of start-up (when power is turned on: when the output of the power supply detection circuit 170 is at the “H” level transition). If both the high-potential side relay 132 and the low-potential side relay 134 are not welded, an “H” level signal is output to the wired AND circuit 146.
  • the device on the downstream side of the daisy chain connection (in the present embodiment, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection of the battery module 11-1) via the first output terminal at the time of startup.
  • a first operating state signal ST1 having a first frequency (5 kHz in the second embodiment) is output to the circuit 27).
  • a device on the downstream side of the daisy chain connection (in the present embodiment, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection of the battery module 11-1 is connected via the second output terminal during startup.
  • a second operating state signal ST2 having a second frequency (500 Hz in the second embodiment) is output to the circuit 27).
  • the first operation state signal ST1 and the second operation state signal indicating that the upstream device connected in the daisy chain is operating normally.
  • the safety monitoring unit is operating normally, and
  • the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 are output to the downstream device of the daisy chain connection. If it is determined that obtaining, can shift the battery system 10 to the operating state.
  • FIG. 9 is a schematic configuration block diagram of a safety monitoring unit according to the third embodiment.
  • parts that are the same as in the second embodiment of FIG. 9 are the same as in the second embodiment of FIG.
  • the third embodiment is different from the second embodiment in that an FET 132A is used instead of the NPN transistor 131 and the high potential side relay 132, and an FET 134A is used instead of the NPN transistor 133 and the low potential side relay 134.
  • Points a point using the first self-diagnosis unit 201 and the second self-diagnosis unit 202 instead of the first self-diagnosis unit 145 and the second self-diagnosis unit 155, a point where transient voltage suppression is performed, and the BMU 12
  • the power (CMU power) supplied to the battery module 11 is input to the safety monitoring unit 13 so that the voltage state of the power (CMU power) can be monitored.
  • the first frequency is 16 kHz
  • the second frequency is 1 kHz.
  • the configuration of the first self-diagnosis unit 201 and the second self-diagnosis unit 202 will be described. Since the first self-diagnosis unit 201 and the second self-diagnosis unit 202 have the same configuration, the first self-diagnosis unit 201 will be described as an example.
  • the first self-diagnosis unit 201 receives the detection signal A, the detection signal B, the detection signal C, and the detection signal D, and outputs a NAND circuit 160 that obtains the logical product of the four detection signals and outputs the result.
  • the delay circuit 210 that transmits the transition of the power supply IGCT of 1 to 11-N with a predetermined delay time (for example, 3 sec) is transmitted, and the power supply IGCT is supplied by comparing the voltage of the power supply IGCT with a predetermined reference voltage.
  • the logical product of the output signal of the NAND circuit 160, the detection signal a, the detection signal b, and the output signal of the NOT circuit 212 is obtained.
  • An AND circuit 161 that outputs power, a power supply drop detection circuit 213 that detects a power supply drop, and a transition of the power supply IGCT through a predetermined delay time (for example, 3 sec) a delay circuit 214 that transmits the signal with a delay, a comparator 215 that compares the voltage of the power supply IGCT with a predetermined reference voltage to detect that the power supply IGCT is supplied, and negates the output of the comparator 215 and outputs the result.
  • a NOT circuit 162 and an OR circuit 163 that outputs a reset signal by taking the logical sum of the output signal of the AND circuit 161, the output signal of the NOT circuit 162, and the power supply lowering detection circuit 213 are provided.
  • the OR circuit 163 has not detected (input) all or part of the detection signal A, the detection signal B, the detection signal C, and the detection signal D from the upstream side connected in a daisy chain, and A state in which the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 are output from the safety monitoring unit 100 (a state in which the detection signal a and the detection signal b are input), and the power supply IGCT is not output.
  • One of three conditions a state (first condition), a state in which the power supply IGCT is not output (second condition), and a state in which the power supply drop detection circuit 213 detects a power supply voltage drop (third condition)
  • a reset signal is output when is established.
  • the first self-diagnosis unit 201 compares the voltage signal P with a predetermined voltage, and outputs an exclusive OR of the comparator 164 that outputs the comparison result signal, the logical product signal Q, and the comparison result signal.
  • a detection circuit A, a detection signal B, a detection signal C, a detection signal D, a logical product signal ⁇ , a logical product signal ⁇ , a detection signal a, and a detection signal b are input, and a NOR circuit 168 that outputs a negative logical sum and outputs the result. It is equipped with.
  • the first self-diagnosis unit 201 has an AND circuit 169 that outputs a logical product of the comparison result signal output from the comparator 167 and the output signal of the NOR circuit 168, and a power supply detection that performs power supply detection and outputs a power supply detection signal.
  • the output signal of the circuit 170 and the AND circuit 169 is input to the data terminal D
  • the output signal of the power supply detection circuit 170 is input to the clock terminal CLK
  • the reset signal output from the OR circuit 163 is input to the reset terminal RESET
  • a D flip-flop circuit 171 that outputs a diagnosis result signal RS (RS11) of “H” level to the wired AND circuit 146 when it is determined that the safety monitoring unit 100 is operating normally.
  • FIG. 10 is an operation timing chart of the safety monitoring unit according to the third embodiment.
  • the driving power supply SSUPer
  • the high potential side relay 132 and the low potential relay 132 which will be described later, are detected until the supply of the power supply IGCT to the battery modules 11-1 to 11-N is detected.
  • Fault diagnosis welding detection
  • the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 supplied to the first battery module 11-1 are connected to the battery module 11-2 ⁇ battery module 11-3 ⁇ ... ⁇ battery via the daisy chain. It is transmitted to the module 11-N, and again transmitted to the safety monitoring unit 13 at time t2.
  • the safety monitoring unit 13 to which the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 have been transmitted drives the high potential side relay 132 and the low potential side relay 134 at time t3, and the first contactor 16 and The 2nd contactor 17 is made into a closed state (close), and it transfers to a power supply state.
  • the power supply IGCT may be restarted by the BMU 12, but if this restart is completed in, for example, less than 1 second, the safety monitoring unit 13 will perform time t4 to time t5 (less than 1 second). Even if the power supply IGCT is in a non-power supply state as shown in the period, the operation is continued, and the first contactor 16 and the second contactor 17 are kept closed and the power supply state is continued. .
  • the first contactor 16 and the second contactor 17 are shifted to the open state (open) and shifted to the power non-supply state.
  • the safety monitoring unit 13 cannot detect the power supply IGCT for a predetermined time (for example, 3 seconds) or when the power supply for driving (SSUpower) is stopped. If it has been reset, it is reset and the supply of the first operating state signal ST1 and the second operating state signal ST2 to the first battery module 11-1 is started again. At time t10, the safety monitoring unit 13 is again started. When the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 are transmitted, the same processing is repeated thereafter.
  • a predetermined time for example, 3 seconds
  • SSUpower power supply for driving
  • the first photocoupler 103 of the safety monitoring unit 100 receives the first operation state signal ST1 having the first frequency from the upstream device connected to the anode of the light emitting diode 101 in the daisy chain state.
  • the signal ST1 is output to the band pass filter 115 in an insulated state.
  • the band-pass filter 115 passes the first operation state signal ST1 and outputs it to the detection circuit 116.
  • the detection circuit 116 detects the output signal of the band pass filter 115 and outputs the detection signal A to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the second photocoupler 106 receives the second operation state signal ST2. Is output to the band-pass filter 117 in an insulated state.
  • the band-pass filter 117 passes the second operation state signal ST2 and outputs it to the detection circuit 118.
  • the detection circuit 118 detects the output signal of the band-pass filter 117 and outputs the detection signal B to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the wired AND circuit 125 takes the logical product of the detection signal A and the detection signal B and outputs the logical product to one input terminal of the wired NAND circuit 127 as the logical product signal ⁇ .
  • the third photocoupler 109 receives the second operation state signal ST2 when the second operation state signal ST2 having the second frequency is input from an upstream device daisy chained to the anode of the light emitting diode 107.
  • the signal is output to the band pass filter 119 in an insulated state.
  • the band pass filter 119 passes the second operation state signal ST2 and outputs it to the detection circuit 120.
  • the detection circuit 120 detects the output signal of the bandpass filter 119 and outputs the detection signal C to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the fourth photocoupler 112 receives the first operation state signal ST1 when the first operation state signal ST1 having the first frequency is input from an upstream device connected to the anode of the light emitting diode 110 in a daisy chain.
  • the signal is output to the band pass filter 121 in an insulated state.
  • the band-pass filter 121 passes the first operation state signal ST1 and outputs it to the detection circuit 122.
  • the detection circuit 122 detects the output signal of the bandpass filter 121 and outputs the detection signal D to the wired AND circuit 125 and the NAND circuit 160 and the NOR circuit 168 of the first self-diagnosis unit 145.
  • the wired AND circuit 126 takes the logical product of the detection signal C and the detection signal D and outputs the logical product to the other input terminal of the wired NAND circuit 127 as the logical product signal ⁇ .
  • the wired NAND circuit 127 receives either one of the “H” level logical product signal ⁇ and the “H” level logical product signal ⁇ , or none of them is input.
  • An “H” level logical product negation signal is output to one input terminal of the wired AND circuit 129. That is, when both the “H” level logical product signal ⁇ and the “H” level logical product signal ⁇ are input (during normal operation), the “L” level logical product negative signal is sent to the wired AND circuit. It will output to one input terminal of 129.
  • the oscillator 128 outputs an oscillation signal having a predetermined frequency to the other input terminal of the wired AND circuit 129. Accordingly, the wired AND circuit 129 receives either one of the “H” level logical product signal ⁇ and the “H” level logical product signal ⁇ , or if none is input, that is, During an abnormal operation, the logical product signal Q that transitions between the “H” level and the “L” level is output in the cycle of the output signal of the oscillator 128.
  • the buffer 130 when the buffer 130 operates abnormally, it outputs a signal equal to the logical product signal Q that transitions between the “H” level and the “L” level in a cycle of the output signal of the oscillator 128 with a predetermined delay time.
  • the high potential side relay 132 is closed (ON state) when the logical product signal ⁇ is “H” level
  • the low potential side relay 134 is closed (ON state) when the logical product signal ⁇ is “H” level. . Therefore, when the logical product signal ⁇ and the logical product signal ⁇ are at the “L” level, the high potential side relay 132 and the low potential side relay 134 should be in the open state (off state).
  • the logical product signal Q transitions between the “H” level and the “L” level in the oscillation period of the oscillator 128, and the voltage signal P is similarly “H” in the oscillation period of the oscillator 128 with a predetermined delay time with respect to the logical product signal Q. A transition is made between the level and the “L” level.
  • the voltage signal P is a pulse signal that transitions between the “H” level and the “L” level in the oscillation period of the vibrator 128.
  • the device on the downstream side of the daisy chain connection (in the present embodiment, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection of the battery module 11-1) via the first output terminal at the time of startup.
  • the first operation state signal ST1 having the first frequency (16 kHz in the third embodiment) is output to the circuit 27).
  • a device on the downstream side of the daisy chain connection (in the present embodiment, the first overtemperature / overvoltage detection circuit 26 and the second overtemperature / overvoltage detection of the battery module 11-1 is connected via the second output terminal during startup.
  • the second operating state signal ST2 having the second frequency (1 kHz in the third embodiment) is output to the circuit 27).
  • the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 indicating that the upstream device connected in the daisy chain is operating normally.
  • the first operation state signal ST1 and the second operation state signal ST2 are output to the downstream device of the daisy chain connection at the time of turning on). If it is determined that performed, it is possible to shift the battery system 10 to the operating state.
  • the case where the safety monitoring unit 13 is provided that shuts off the contactor when it is notified via the daisy chain connection of any system has been described.
  • n daisy chain connections are made together with N battery modules 11-1 to 11-N, and the battery module is in an abnormal state is notified through daisy chain connection of either system It is also possible to provide a safety monitoring unit 13 that shuts off the contactor.

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Abstract

実施形態の電池モジュールの電池セルユニットは、複数の電池セルが直列接続あるいは直並列接続されており、セル監視ユニットは、電池セルユニットの電池セルの温度及び電圧の監視を行う。このセル監視ユニットによる監視と並行して、n系統(n:2以上の整数)の過温度・過電圧検出部は、電池セルの過温度あるいは過電圧をそれぞれ系統毎に独立して異常状態として検出するとともに、検出結果を互いに通知し、当該電池モジュールを構成している他の系統の過温度・過電圧検出部から異常状態の検出が通知された場合に、自己が異常状態を検出したものとして動作するので、大型蓄電池システムを構築した場合であっても、より確実に安全を確保することができる。

Description

電池モジュール及び蓄電池システム
 本発明の実施形態は、電池モジュール及び蓄電池システムに関する。
 近年、省エネルギーを図るため、電力を蓄えて利用することにより、利用効率を向上させるべく、様々な分野において、大型蓄電池システムが適用されてきている。
 特に、鉄道等の大量輸送分野においては、省エネルギーの効果も大きいため、より一層、高電圧、高電力容量の大型蓄電池システムの適用が望まれている。
特開2013-187159号公報
 その一方で、高電圧、高電力容量の大型蓄電池システムにおいては、安全性の観点からより一層のフェイルセーフ機構を装備した信頼性の高いシステム構築が望まれる。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型蓄電池システムを構築した場合であっても、より確実に安全を確保することが可能な電池モジュール及び蓄電池システムを提供することを目的としている。
 実施形態の電池モジュールの電池セルユニットは、複数の電池セルが直列接続あるいは直並列接続されており、セル監視ユニットは、電池セルユニットの電池セルの温度及び電圧の監視を行う。
 これと並行して、n系統(n:2以上の整数)の過温度・過電圧検出部は、電池セルの過温度あるいは過電圧をそれぞれ系統毎に独立して異常状態として検出するとともに、検出結果を互いに通知し、当該電池モジュールを構成している他の系統の過温度・過電圧検出部から異常状態の検出が通知された場合に、自己が異常状態を検出したものとして動作する。
図1は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。 図2は、電池モジュールの概要構成ブロック図である。 図3は、第1過温度・過電圧検出回路の概要構成ブロック図である。 図4は、第1実施形態の安全監視回路の概要構成ブロック図である。 図5は、安全監視ユニットの動作タイミングチャートである。 図6は、BMUの概要構成ブロック図である。 図7は、第2実施形態の安全監視ユニットの概要構成ブロック図である。 図8は、第1自己診断ユニット及び第2自己診断ユニットの部分動作説明図である。 図9は、第3実施形態の安全監視ユニットの概要構成ブロック図である。 図10は、第3実施形態の安全監視ユニットの動作タイミングチャートである。
 次に図面を参照して好適な実施形態について詳細に説明する。
 図1は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
 蓄電池システム10は、大別すると、N個(N:2以上の整数)の電池モジュール11-1~11-Nと、各電池モジュール11-1~11-Nの管理を行うBMU(Battery Management Unit)12と、電池モジュール11-1~11-Nとの通信結果に基づいて蓄電池システム10の遮断処理を行う安全監視ユニット(SSU:Safety Supervisor Unit)13と、高電位側電流ラインLPに設けられ、過電流が流れた場合に電流流路を遮断するヒューズ14と、低電位側電流ラインLNに設けられ、出力電流を検出する電流センサ15と、高電位側電流ラインLPに設けられ、常開接点(Normally open)を有する第1コンタクタ(接触器)16と、低電位側電流ラインLNに設けられ、常開接点を有する第2コンタクタ(接触器)17と、を備えている。
 上記構成において、第1コンタクタ16は、高電位側電源出力端子TPに接続され、第2コンタクタ17は、低電位側電源出力端子TNに接続されている。
 次に電池モジュール11-1~11-Nの構成について説明する。
 電池モジュール11-1~11-Nは、同一構成であるので、電池モジュール11-1を例として説明する。
 図2は、電池モジュールの概要構成ブロック図である。
 電池モジュール11-1は、大別すると、高電位側端子TP1と低電位側端子TN1との間にm個(m:2以上の整数)の電池セル21-1~21-mが直列接続された電池セルユニット22と、BMU12の制御下で電池セルユニット22の監視を行い、監視結果をBMU12に通知するCMU23と、を備えている。
 CMU23は、大別すると、CMU本体25と、電池セルユニット22を構成している電池セル21-1~21-m毎に過温度状態あるいは過電圧状態を検出する第1過温度・過電圧検出回路26と、第1過温度・過電圧検出回路26と同様の構成で、第1過温度・過電圧検出回路26とは独立して、電池セルユニット22を構成している電池セル21-1~21-m毎に過温度状態あるいは過電圧状態を検出する第2過温度・過電圧検出回路27と、を備えている。
 また、CMU23は、第1動作状態信号入力端子LSi1、第1動作状態信号出力端子LSo1、第2動作状態信号入力端子LSi2、第2動作状態信号出力端子LSo2、CAN通信端子CAN及び電源端子CMUpowerを備えている。
 上記構成において、第1過温度・過電圧検出回路26と、第2過温度・過電圧検出回路27とは、過温度状態及び過電圧状態のいずれも検出されていない場合に出力される過温度・過電圧非検出信号SNを専用通信線を介して相互にやり取りしている。
 また、全ての電池セルユニット22の第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27並びに安全監視ユニット13は、第1動作状態信号入力端子LSi1及び第1動作状態信号出力端子LSo1を介したデイジーチェーン接続と、第2動作状態信号入力端子LSi2及び第2動作状態信号出力端子LSo2を介したデイジーチェーン接続との2系統のデイジーチェーン接続がなされている。すなわち、第1動作状態信号入力端子LSi1及び第1動作状態信号出力端子LSo1は、第1の系統のデイジーチェーン接続を構成し、第2動作状態信号入力端子LSi2及び第2動作状態信号出力端子LSo2は、第2の系統のデイジーチェーン接続を構成している。
 CMU本体25は、ソフトウェア制御により電池セル21毎の電圧、温度の計測を行うアナログフロントエンド(AFE)31と、アナログフロントエンド31とフォトカプラユニット32を介して絶縁通信を行うMPU33と、MPU33の制御下でCAN(Controller Area Network)通信規格に則った通信をCAN通信端子CANを介して行うためのCANドライバ34と、監視対象の温度センサを切り替えて接続するマルチプレクサ(切替器)35と、を備えている。
 上述したように、第1過温度・過電圧検出回路26と、第2過温度・過電圧検出回路27とは、同様の構成であるので、第1過温度・過電圧検出回路26を例として説明する。
 図3は、第1過温度・過電圧検出回路の概要構成ブロック図である。
 第1過温度・過電圧検出回路26は、電池セル21-1~21-mの正極端子及び当該正極端子に対応する負極端子のそれぞれに接続され、各電池セル21-1~21-mの電圧を検出し、正論理の場合(以下、同様)、いずれの電池セル21-1~21-mにおいても過電圧が検出されない過電圧非検出時に“H”レベルとなる過電圧非検出信号を出力するセル過電圧検出回路41と、電池セルユニット22において、過温度が検出されない過温度非検出時に“H”レベルとなる過温度非検出信号を出力する過温度検出回路42と、を備えている。
 また、第1過温度・過電圧検出回路26は、過電圧非検出信号及び過温度非検出信号が入力され、両信号の論理積をとって各電池セル21-1~21-mの電圧が正常、かつ、電池セルユニット22の温度が正常である場合に“H”レベルの過温度・過電圧非検出信号を第2過温度・過電圧検出回路27を含む各部へ出力する第1AND回路43と、第1AND回路43の出力及び第2過温度・過電圧検出回路27が出力した過温度・過電圧非検出信号の排他的論理和の否定をとって出力する第1EX-NOR回路(Exclusive nor回路)44と、を備えている。
 また、第1過温度・過電圧検出回路26は、上流側の装置(他の電池モジュールあるいは監視装置)において動作状態が正常であると判定された場合に、第1動作状態信号入力端子LSi1から第1の周波数(本実施形態では、10kHz)の方形波が入力され、当該方形波の周波数に従って発光する発光ダイオード45と、発光ダイオード45の発光により動作状態となるフォトトランジスタ46と、を有するフォトカプラ47を介して検波を行う第1検波回路48と、上流側の装置において動作状態が正常であると判定された場合に、第2動作状態信号入力端子LSi2から第2の周波数(本実施形態では、1kHz)の方形波が入力され、当該方形波の周波数に従って発光する発光ダイオード51と、発光ダイオード51の発光により動作状態となるフォトトランジスタ52と、を有するフォトカプラ53を介して検波を行う第2検波回路54と、を備えている。
 上記構成において、第1の周波数及び第2の周波数は、誘導障害により誤動作を防ぐため、一般的な交流電力周波数(例えば、50Hz)の10倍以上、かつ、高速通信用に設計されていない汎用のフォトカプラを使用することができ伝送に伴うノイズの放射を抑制するために100kHz以下とするのが望ましい。またバンドパスフィルタ及び検波回路の設計を容易にする観点からは、第1動作信号の周波数である第1の周波数と、第2動作信号の周波数である第2の周波数とは、10倍以上離すのが好ましい。
 また、第1過温度・過電圧検出回路26は、第1検波回路48の出力及び第2検波回路54の出力の排他的論理和の否定をとって出力する第2EX-NOR回路55と、第1EX-NOR回路44の出力及び第2EX-NOR回路55の出力の論理積をとって出力する第2AND回路56と、第2検波回路54の出力及び第2AND回路56の出力の論理積をとって出力する第3AND回路57と、第3AND回路57の出力及び第1AND回路43の出力の論理積をとって出力する第4AND回路58と、を備えている。
 また、第1過温度・過電圧検出回路26は、第4AND回路58の出力及び第1の周波数の発振信号を出力する発振器59Aの出力した所定の周波数(上述した第1の周波数又は第2の周波数)の出力の論理積をとって、所定の周波数の方形波である動作状態信号(第1動作状態信号ST1又は第2動作状態信号ST2)を出力する第5AND回路60と、動作状態信号に従って発光する発光ダイオード61と、発光ダイオード61の発光により動作状態となるフォトトランジスタ62と、を有するフォトカプラ63と、を備えている。ここで、フォトトランジスタ62のコレクタ端子は、第1動作状態信号出力端子LSo1に接続されている。
 なお、第2過温度・過電圧検出回路27においては、発振器59Aに代えて、第2の周波数(<第1の周波数)の発振信号を出力する発振器59Bを備え、フォトトランジスタ62のコレクタ端子は、第2動作状態信号出力端子LSo2に接続されている。
[1]第1実施形態
 図4は、第1実施形態の安全監視ユニットの概要構成ブロック図である。
 安全監視ユニット13は、第1の周波数(本第1実施形態では、5kHz)を有する第1動作状態信号ST1が入力される第1信号入力端子LSi11に接続されて検波を行い、第1動作状態信号ST1が入力されている場合に、“H”レベルの第1検波信号を出力する第1検波回路71と、第2の周波数(本第1実施形態では、500Hz)を有する第2動作状態信号ST2が入力される第2信号入力端子LSi12に接続されて検波を行い、第2動作状態信号ST2が入力されている場合に“H”レベルの第2検波信号を出力する第2検波回路72と、電源が供給されている場合に“H”レベルの電源正常信号を出力する電源監視回路73と、一方の入力端子に第1検波信号が入力され、他方の入力端子に電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第1検波正常信号を出力する第1AND回路74と、を備えている。
 また、安全監視ユニット13は、一方の入力端子に第1検波信号が入力され、他方の入力端子に第2検波信号が入力され、両信号の排他的論理和の否定をとって両入力信号が一致した場合に“H”レベルの第1一致信号を出力する第1EX-NOR回路75と、一方の端子に第1正常信号が入力され、他方に第1一致信号が入力され、両信号の論理積をとって、出力する第2AND回路76と、一方の端子に第2AND回路76の出力信号が入力され、他方の入力端子に後述する第2EX-NOR回路80の出力信号が入力され両信号の論理積をとってドライブ信号として出力する第3AND回路77と、を備えている。
 また、安全監視ユニット13は、ドライブ信号がベース端子に入力されるNPNトランジスタT1及びNPNトランジスタT1のコレクタ端子がベース端子に接続されたPNPトランジスタT2を備え、異常時に第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を遮断状態とするドライブ回路78と、BMU12により第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17が閉状態(オン状態)とされている場合に、第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17の駆動用コイルを流れる電流を第1電圧検出抵抗R1の両端電圧により検知して、“H”レベルの第1出力状態検出信号を出力する第1出力状態検出回路79と、一方の端子にドライブ信号が入力され、他方の端子に第1出力状態検出信号が入力され、両信号のレベルが一致した場合に“H”レベルの第1状態検出結果信号を出力する第2EX-NOR回路80と、を備えている。
 また、安全監視ユニット13は、一方の入力端子に第2検波信号が入力され、他方の入力端子に電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第2検波正常信号を出力する第4AND回路81と、一方の入力端子に第1検波信号が入力され、他方の入力端子に第2検波信号が入力され、両信号の排他的論理和の否定をとって両入力信号が一致した場合に“H”レベルの第3一致信号を出力する第3EX-NOR回路82と、一方の端子に第2検波正常信号が入力され、他方に第3一致信号が入力され、両信号の論理積をとって、出力する第5AND回路83と、一方の端子に第5AND回路83の出力信号が入力され、他方の入力端子に後述する第4EX-NOR回路87の出力信号が入力され両信号の論理積をとって第2ドライブ信号として出力する第6AND回路84と、を備えている。
 また、安全監視ユニット13は、第2ドライブ信号がベース端子に入力されるNPNトランジスタT3を備え、異常時に第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を遮断状態とする第2ドライブ回路85と、BMU12により第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17が閉状態(オン状態)とされている場合に、第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17の駆動用コイルを流れる電流を第2電圧検出抵抗R2の両端電圧により検知して、“H”レベルの第2出力状態検出信号を出力する第2出力状態検出回路86と、一方の端子に第2ドライブ信号が入力され、他方の端子に第2出力状態検出信号が入力され、両信号のレベルが一致した場合に“H”レベルの第2状態検出結果信号を出力する第4EX-NOR回路87と、を備えている。
 さらに、安全監視ユニット13は、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)の第1発振信号を出力する第1発振器88と、一方の入力端子に第1発振信号が入力され、他方の入力端子に電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第1動作状態信号ST1を生成して第1動作状態信号出力端子LSo11を介して出力する第7AND回路89と、第2の周波数(本第1実施形態では、500Hz)の第2発振信号を出力する第2発振器90と、一方の入力端子に第2発振信号が入力され、他方の入力端子に電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第2動作状態信号ST2を生成して第2動作状態信号出力端子LSo12を介して出力する第8AND回路91と、を備えている。
 ここで、安全監視ユニット13の概要動作について説明する。
 図5は、安全監視ユニットの動作タイミングチャートである。
 時刻t0において、安全監視ユニット13に駆動用電源(SSUpower)が供給されると、電池モジュール11-1~11-Nへの電源IGCTの供給が検出されるまで後述する高電位側リレー132及び低電位側リレー134の故障診断(溶着検出)がなされる。
 そして時刻t1において、第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2を第1番目の電池モジュール11-1への供給が開始されたものとする。
 この第1番目の電池モジュール11-1へ供給された第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2は、デイジーチェーンを介して、電池モジュール11-2→電池モジュール11-3→…→電池モジュール11-Nへと伝送され、時刻t2において、再び安全監視ユニット13に伝送される。
 これにより、第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が伝送された安全監視ユニット13は、時刻t3において、高電位側リレー132及び低電位側リレー134を駆動して第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を閉状態(close)として電力供給状態に移行する。
 そして、例えば、時刻t4~時刻t5の期間に示すように、第1動作状態信号ST1あるいは第2動作状態信号ST2のいずれか一方が例えば所定時間(例えば、1秒)以上伝送されなかった場合には、安全監視ユニット13は、動作異常状態であるとして、第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を開状態(open)に移行して、電力非供給状態に移行することとなる。
 その後、安全監視ユニット13は、時刻t6に示すように、駆動用電源(SSUpower)の供給が停止された場合には、リセットされ、再び、時刻t7において、第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2を第1番目の電池モジュール11-1への供給を開始し、時刻t8において、再び安全監視ユニット13に第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が伝送されると、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。
 図6は、BMUの概要構成ブロック図である。
 BMU12は、第1動作状態信号ST1が入力される第1信号入力端子LSi21及び第2動作状態信号ST2が入力される第2信号入力端子LSi22に接続され、BMU12全体を制御するMPU101と、当該蓄電池システム10が搭載された列車の機関車制御装置との間でCAN規格に則った通信を行う第1CANドライバ102と、MPU101の制御下で動作し、第1コンタクタ16を閉状態(オン状態)とするための電源を高電位側駆動端子DRSPを介して供給する第1ハイサイドスイッチ103と、を備えている。
 また、BMU12は、MPU101の制御下で動作し、第2コンタクタ17を閉状態(オン状態)とするための電源を低電位側駆動端子DRSNを介して供給する第2ハイサイドスイッチ104と、各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMUとの間でCAN規格に則った通信をCAN外部通信端子CANEXを介して行う第2CANドライバ105と、MPU101の制御下で動作し、各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU23に動作用電源をCMU電源供給端子CMUPower1を介して供給するための第3ハイサイドスイッチ106と、を備えている。
 次に第1実施形態の動作を説明する。
(1)正常時の動作
 まず、最初に蓄電池システム10の各部が全て正常な場合の動作について説明する。
 BMU12のMPU101は、第1CANドライバ102を介して電力供給指示がなされると、第3ハイサイドスイッチ106を制御し、各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU23に動作用電源を供給する。
 これにより各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU本体25、第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27は動作状態となる。
 ここで、第1過温度・過電圧検出回路26のセル過電圧検出回路41は、電池セル21-1~21-mの正極端子及び当該正極端子に対応する負極端子のそれぞれに接続され、各電池セル21-1~21-mの電圧を検出し、過電圧非検出時であるので、“H”レベルとなる過電圧非検出信号を第1AND回路43に出力する。
 一方、過温度検出回路42は、電池セルユニット22において、過温度が検出されない過温度非検出時であるので、“H”レベルとなる過温度非検出信号を第1AND回路43に出力する。
 これらの結果、第1AND回路43は、過電圧非検出信号及び過温度非検出信号の論理積をとって “H”レベルの過温度・過電圧非検出信号を第2過温度・過電圧検出回路27及び第4AND回路58の一方の端子を含む各部へ出力する。
 そして、第1EX-NOR回路44は、第1AND回路43の出力及び第2過温度・過電圧検出回路27が出力した過温度・過電圧非検出信号の排他的論理和の否定をとることとなるが、このとき、入力はいずれも“H”レベルであるので、出力は“H”レベルとなり、第2AND回路の一方の入力端子に入力される。
 これらと並行して、安全監視ユニット13の第1発振器88は、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)の第1発振信号を第7AND回路89の一方の入力端子に出力する。
 そして、第7AND回路89は、他方の入力端子に“H”レベルの電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1(本実施形態の場合、5kHzの方形波)を生成し、第1動作状態信号出力端子LSo11を介して各電池モジュールを構成する第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27に出力する。
 また、安全監視ユニット13の第2発振器90は、第2の周波数(本実施形態では、500Hz)の第2発振信号を第8AND回路91の一方の入力端子に出力する。
 そして、第8AND回路91は、他方の入力端子に“H”レベルの電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第2動作状態信号ST2(本実施形態の場合、500Hzの方形波)を生成し、第2動作状態信号出力端子LSo12を介して各電池モジュール11-1~11-Nを構成する第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27に出力する。
 これにより、第1過温度・過電圧検出回路26の発光ダイオード45には、第1動作状態信号ST1(本実施形態の場合、5kHzの方形波)が入力され、当該第1動作状態信号ST1の周波数に従って発光する。
 これによりフォトトランジスタ46には、第1動作状態信号ST1の波形に対応した電流が流れる。
 そして、第1検波回路48は、検波をおこなって第1動作状態信号ST1の抽出処理を行い、第1動作状態信号ST1が抽出された場合にその出力を“H”レベルとして第2EX-NOR回路55の一方の入力端子に出力する。
 同様に第1過温度・過電圧検出回路26の発光ダイオード51には、第2動作状態信号ST2(本実施形態の場合、500Hzの方形波)が入力され、当該第2動作状態信号ST2の周波数に従って発光する。
 これによりフォトトランジスタ52には、第2動作状態信号ST2の波形に対応した電流が流れる。
 そして、第2検波回路54は、検波をおこなって第2動作状態信号ST2の抽出処理を行い、第2動作状態信号ST2が抽出された場合にその出力を“H”レベルとして第2EX-NOR回路55の他方の入力端子に出力する。
 この場合には、第2EX-NOR回路55の二つの入力は、“H”レベルと一致しているので、第2EX-NOR回路55は、“H”レベルの信号を第2AND回路56の他方の入力端子に入力される。
 これらの結果、第2AND回路56の出力は“H”レベルとなり、第3AND回路57の一方の入力端子に入力される。
 これにより第3AND回路57は、第2検波回路54の出力及び第2AND回路56の出力の論理積をとって“H”レベルの信号を第4AND回路58の一方の端子に出力する。
 第4AND回路58の二つの入力端子には、それぞれ“H”レベルの信号が入力されるため、第4AND回路58の出力も“1”レベルとなり、第5AND回路60の一方の入力端子に入力される。
 これと並行して発振器64Aは、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)の発振信号を第5AND回路60の他方の入力端子に出力する。
 これらの結果、第5AND回路60は、第1の周波数を有する方形波、すなわち、第1動作状態信号ST1をフォトカプラ63の発光ダイオード61に出力する。
 発光ダイオード61が出力した光を受光すると、フォトトランジスタ第1の周波数を有する方形波にしたがって、第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1をデイジーチェーンの下流側に接続されている電池モジュール(この場合には、電池モジュール11-2)の端子に出力し、伝送する。
 すなわち、電池モジュール11-1の第1過温度・過電圧検出回路26は、第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1を出力することによって、電池モジュール11-2に対し、当該第1過温度・過電圧検出回路26は、過温度・過電圧非検出状態である旨、対となる第2過温度・過電圧検出回路27も過温度・過電圧非検出状態である旨及びデイジーチェーンの上流側に接続されている機器(この場合、安全監視ユニット13)も過温度・過電圧非検出状態である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている機器(この場合、電池モジュール11-2)に通知することができる。
 同様にして、電池モジュール11-1の第2過温度・過電圧検出回路27も、第2の周波数(本実施形態においては、500Hz)を有する第2動作状態信号ST2を出力することによって、電池モジュール11-2に対し、当該第2過温度・過電圧検出回路27は、過温度・過電圧非検出状態である旨、対となる第1過温度・過電圧検出回路26も過温度・過電圧非検出状態である旨及びデイジーチェーンの上流側に接続されている機器(この場合、安全監視ユニット13)も過温度・過電圧非検出状態である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている機器(この場合、電池モジュール11-2)に通知することができる。
 そして、電池モジュール11-2~電池モジュール11-Nの第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27が同様の動作を行うことで、電池モジュール11-Nの第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27は、自己及び対となる過温度・過電圧検出回路が過温度・過電圧非検出状態である旨及びデイジーチェーンの上流側に接続されている全ての電池モジュール11-1~11-(N-1)も過温度・過電圧非検出状態である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている安全監視ユニット13およびデイジーチェーンから分岐した監視通信路SPから監視を行っている(すなわち、デイジーチェーンを介した通信には実効的に関与していない)BMU12に通知することができる。
 そして、安全監視ユニット13の第1検波回路71は、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)を有する第1動作状態信号ST1が入力される第1信号入力端子に接続されて検波を行い、第1動作状態信号ST1が入力されているので、“H”レベルの第1検波信号を第1AND回路74、第1EX-NOR回路75及び第3EX-NOR回路82の一方の入力端子にそれぞれ出力する。
 同様に第2検波回路72は、第2の周波数(本実施形態では、500Hz)を有する第2動作状態信号ST2が入力される第2信号入力端子に接続されて検波を行い、第2動作状態信号ST2が入力されているので、“H”レベルの第2検波信号を第1EX-NOR回路75、第4AND回路81及び第3EX-NOR回路82にそれぞれ出力する。
 上記状態において、第1AND回路74は、入力された両信号(それぞれ“H”レベル)の論理積をとって“H”レベルの第1検波正常信号を第2AND回路76の一方の入力端子に出力する。
 また、第1EX-NOR回路75は、入力された両信号(それぞれ“H”レベル)の排他的論理和の否定をとって、すなわち、両入力信号が一致したので、“H”レベルの第1一致信号を第2AND回路76の他方の入力端子に出力する。
 これにより、第2AND回路76は、入力された両信号(それぞれ“H”レベル)の論理積をとって“H”レベルの出力信号を第3AND回路77の一方の入力端子に出力する。
 ところで、初期状態においては、第3AND回路77の出力信号は“L”レベルであり、PNPトランジスタT2は実効的にオフ状態であるので、第1出力状態検出回路79の第1出力状態検出信号は“L”レベルであり、したがって、第2EX-NOR回路80は、両信号のレベルが一致しているので、“H”レベルの第1状態検出結果信号を第3AND回路77の他方の端子に出力する。
 この結果、第3AND回路77の両入力信号は、“H”レベルとなり、第3AND回路77は、“H”レベルの出力信号をドライブ信号としてドライブ回路78を構成しているNPNトランジスタT1のベース端子に出力する。
 この結果、ドライブ回路78を構成しているNPNトランジスタT1はオン状態となり、これに伴ってPNPトランジスタT2もオン状態となる。
 一方、第4AND回路81は、入力された両信号(それぞれ“H”レベル)の論理積をとって“H”レベルの第2検波正常信号を第5AND回路83の一方の入力端子に出力する。
 また、第3EX-NOR回路82は、入力された両信号(それぞれ“H”レベル)の排他的論理和の否定をとって、すなわち、両入力信号が一致したので、“H”レベルの第2一致信号を第5AND回路83の他方の入力端子に出力する。
 これにより、第5AND回路83は、入力された両信号(それぞれ“H”レベル)の論理積をとって“H”レベルの出力信号を第6AND回路84の一方の入力端子に出力する。
 ところで、初期状態においては、第6AND回路84の出力信号は“L”レベルであり、NPNトランジスタT3は実効的にオフ状態であるので、第2出力状態検出回路86の第2出力状態検出信号は“L”レベルであり、したがって、第4EX-NOR回路87は、両信号のレベルが一致しているので、“H”レベルの第2状態検出結果信号を第6AND回路84の他方の端子に出力する。
 この結果、第6AND回路84の両入力信号は、“H”レベルとなり、第6AND回路84は、“H”レベルの出力信号をドライブ信号としてドライブ回路85を構成しているNPNトランジスタT3のベース端子に出力し、NPNトランジスタT3は、オン状態となる。
 これらの結果、ドライブ回路78を構成しているNPNトランジスタT1、PNPトランジスタT2及びドライブ回路85を構成しているNPNトランジスタT3の全てがオン状態となったので、PNPトランジスタT2のエミッタ端子、コレクタ端子、第1電圧検出抵抗R1、NPNトランジスタT3のコレクタ端子、エミッタ端子及び第2電圧検出抵抗R2を介して電流がグランドGに流れ込み、高電位側電流ラインLPに設けられた第1コンタクタ16及び低電位側電流ラインLNに設けられ、第2コンタクタ17は閉状態(オン状態)となり、電池モジュール11-1~11-Nを構成している電池セルユニットから負荷に対して電力供給可能な状態とされる。
 以上の説明のように、各電池モジュール11-1~11-Nを構成している第1過温度・過電圧検出回路26、第2過温度・過電圧検出回路27及びCMU本体が全て正常であると判断している場合には、電池モジュール11-1~11-Nを構成している電池セルユニットから負荷に対して電力供給可能な状態とされることがわかる。
(2)異常時の動作
(2.1)いずれかの電池モジュールで異常が正しく検出された場合
 次に、電池モジュール11-1~11-Nを構成している全ての第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27のうち、いずれか一組の第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27が異常を正しく検出した場合の動作について説明する。
 以下の説明においては、説明の容易のため、電池モジュール11-1を構成している第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27が異常(過電圧)を正しく検出した場合について説明する。
 まず、BMU12のMPU101は、第1CANドライバ102を介して電力供給指示がなされると、第3ハイサイドスイッチ106を制御し、各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU23に動作用電源を供給する。
 これにより各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU本体25、第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27は動作状態となる。
 ここで、第1過温度・過電圧検出回路26のセル過電圧検出回路41は、電池セル21-1~21-mの正極端子及び当該正極端子に対応する負極端子のそれぞれに接続され、各電池セル21-1~21-mの電圧を検出し、いずれかの電池セル21-X(X:1~m)において過電圧を検出すると、“L”レベルとなる過電圧非検出信号を第1AND回路43に出力する。
 一方、過温度検出回路42は、電池セルユニット22において、過温度が検出されない過温度非検出時であるので、“H”レベルとなる過温度非検出信号を第1AND回路43に出力する。
 これらの結果、第1AND回路43は、過電圧非検出信号及び過温度非検出信号の論理積をとって “L”レベルの過温度・過電圧非検出信号を第2過温度・過電圧検出回路27及び第4AND回路58の一方の端子を含む各部へ出力する。
 そして、第1EX-NOR回路44は、第1AND回路43の出力及び第2過温度・過電圧検出回路27が出力した過温度・過電圧非検出信号の排他的論理和の否定をとることとなるが、このとき、入力は一方が“L”レベル、他方が“H”レベルであるので、出力は“L”レベルとなり、第2AND回路56の一方の入力端子に入力される。
 これらと並行して、安全監視ユニット13の第1発振器88は、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)の第1発振信号を第7AND回路89の一方の入力端子に出力する。
 そして、第7AND回路89は、他方の入力端子に“H”レベルの電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1(本実施形態の場合、5kHzの方形波)を生成し、第1動作状態信号出力端子LSo11を介して各電池モジュール11-1~11-Nを構成する第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27に出力する。
 また、安全監視ユニット13の第2発振器90は、第2の周波数(本実施形態では、500Hz)の第2発振信号を第8AND回路91の一方の入力端子に出力する。
 そして、第8AND回路91は、他方の入力端子に“H”レベルの電源正常信号が入力され、両信号の論理積をとって第2動作状態信号ST2(本第1実施形態の場合、500Hzの方形波)を生成し、第2動作状態信号出力端子LSo12を介して各電池モジュール11-1~11-Nを構成する第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27に出力する。
 これにより、第1過温度・過電圧検出回路26の発光ダイオード45には、第1動作状態信号ST1(本第1実施形態の場合、5kHzの方形波)が入力され、当該第1動作状態信号ST1の周波数に従って発光する。
 これによりフォトトランジスタ46には、第1動作状態信号ST1の波形に対応した電流が流れる。
 そして、第1検波回路48は、検波をおこなって第1動作状態信号ST1の抽出処理を行い、第1動作状態信号ST1が抽出された場合にその出力を“H”レベルとして第2EX-NOR回路55の一方の入力端子に出力する。
 同様に第1過温度・過電圧検出回路26の発光ダイオード51には、第2動作状態信号ST2(本実施形態の場合、500Hzの方形波)が入力され、当該第2動作状態信号ST2の周波数に従って発光する。
 これによりフォトトランジスタ52には、第2動作状態信号ST2の波形に対応した電流が流れる。
 そして、第2検波回路54は、検波をおこなって第2動作状態信号ST2の抽出処理を行い、第2動作状態信号ST2が抽出された場合にその出力を“H”レベルとして第2EX-NOR回路55の他方の入力端子に出力する。
 この場合には、第2EX-NOR回路55の二つの入力は、“H”レベルと一致しているので、第2EX-NOR回路55は、“H”レベルの信号を第2AND回路56の他方の入力端子に入力される。
 上述したように第1EX-NOR回路44の出力は“L”レベル、第2EX-NOR回路55の出力は、“H”レベルであるので、第2AND回路56の出力は“L”レベルとなり、第3AND回路57の一方の入力端子に入力される。
 これにより第3AND回路57は、第2検波回路54の出力=“H”レベル及び第2AND回路56の出力=“L”レベルの論理積をとって“L”レベルの信号を第4AND回路58の一方の端子に出力する。
 したがって、第4AND回路58の一方の入力端子には、“L”レベル、他方の入力端子には“H”レベルの信号が入力されるため、第4AND回路58の出力も“L”レベルとなり、第5AND回路60の一方の入力端子に入力される。
 これと並行して発振器64Aは、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)の発振信号を第5AND回路60の他方の入力端子に出力する。
 これらの結果、第5AND回路60は、“L”レベルの第1動作状態信号ST1をフォトカプラ63の発光ダイオード61に出力する。
 したがって、発光ダイオード61が発光することはなく、フォトトランジスタ62の出力も“L”レベルのままとなり、“L”レベルの第1動作状態信号ST1をデイジーチェーンの下流側に接続されている電池モジュール(この場合には、電池モジュール11-2)の端子に出力し、伝送する。
 すなわち、電池モジュール11-1の第1過温度・過電圧検出回路26は、“L”レベル(=周波数無限大)の第1動作状態信号ST1を出力することによって、電池モジュール11-2に対し、当該第1過温度・過電圧検出回路26が過温度・過電圧検出状態(正確には過温度検出状態)である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている機器(この場合、電池モジュール11-2)に通知することができる。
 同様にして、電池モジュール11-1の第2過温度・過電圧検出回路27も、“L”レベル(=周波数無限大)の第1動作状態信号ST1を出力することによって、電池モジュール11-2に対し、当該第1過温度・過電圧検出回路26が過温度・過電圧検出状態(正確には過温度検出状態)である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている機器(この場合、電池モジュール11-2)に通知することができる。
 この結果、電池モジュール11-2~電池モジュール11-Nの第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27においては、第1EX-NOR回路44の一方の入力端子に上流側の電池モジュールから“L”レベルの出力信号が入力されるので、セル過電圧検出回路41及び過温度検出回路42の双方が“H”レベルの信号を出力していて、異常が無いとされている場合であっても、第1EX-NOR回路44は“L”レベルの出力信号を出力することとなる。
 したがって、電池モジュール11-2~電池モジュール11-Nの第1過温度・過電圧検出回路26は、“L”レベル(=周波数無限大)の第1動作状態信号ST1を出力することによって、過温度・過電圧検出状態(正確には過温度検出状態)である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている機器(この場合、電池モジュール11-3~11-N及び安全監視ユニット13)に通知することとなり、デイジーチェーンから分岐した監視通信路から監視を行っている(すなわち、デイジーチェーンを介した通信には実効的に関与していない)BMU12にも通知することとなる。
 これに伴い、安全監視ユニット13の第1検波回路71及び第2検波回路72のいずれも、“L”レベルの検波信号を出力することとなるので、第1AND回路74、第2AND回路76、第3AND回路77、第4AND回路81、第5AND回路83、第6AND回路84の出力は全て“L”レベルとなる。
 これらの結果、ドライブ回路78を構成しているNPNトランジスタT1、PNPトランジスタT2及びドライブ回路85を構成しているNPNトランジスタT3の全てがオフ状態となるので、高電位側電流ラインLPに設けられた第1コンタクタ16及び低電位側電流ラインLNに設けられた第2コンタクタ17は開状態(オフ状態)となり、電池モジュール11-1~11-Nを構成している電池セルユニット22から負荷に対して電力供給が遮断される。
 以上の説明においては、電池モジュール11-1を構成している第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27が異常を検出した場合には、最終的に全ての電池モジュール11-1~11-Nが異常を検出した状態と同様となり、電池モジュール11-1~11-Nを構成している電池セルユニット22から負荷に対して電力供給が全て確実に遮断された状態となり、確実に安全確保が行えることがわかる。
(2.2)いずれかの電池モジュールの一方の過温度・過電圧検出回路が正常動作できなくなった場合
 次に、電池モジュール11-1~11-Nのうちいずれかの電池モジュール11-xにおいて、当該電池モジュール11-xを構成している第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27のうちいずれか一方が正常動作できなくなった場合の動作について説明する。
 以下の説明においては、説明の容易のため、電池モジュール11-1を構成している第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27のうち、第1過温度・過電圧検出回路26が正常動作できなくなった場合について説明する。
 より具体的には、第1過温度・過電圧検出回路26が常に過温度・過電圧非検出状態となったものとする。
 まず、BMU12のMPU101は、第1CANドライバ102を介して電力供給指示がなされると、第3ハイサイドスイッチ106を制御し、各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU23に動作用電源を供給する。
 これにより各電池モジュール11-1~11-Nを構成しているCMU本体25、第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27は動作状態となる。
 これにより、電池モジュール11-1において正常動作できなくなった第1過温度・過電圧検出回路26は、電池セルユニットが正常あるいは異常のいずれであっても、第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1を常時出力することとなっている。
 これに対し、電池モジュール11-1の第2過温度・過電圧検出回路27は、異常を検出すると、第1EX-NOR回路44の出力が不一致となるため、“L”レベル(=周波数無限大)の第1動作状態信号ST1を出力することによって、電池モジュール11-2に対し、当該第1過温度・過電圧検出回路26が過温度・過電圧検出状態(正確には過温度検出状態)である旨をデイジーチェーンの下流側に接続されている機器(この場合、電池モジュール11-2)に通知することとなる。
 したがって、電池モジュール11-1の第2過温度・過電圧検出回路27は、“L”レベル(=周波数無限大)の第2動作状態信号ST2を出力することによって、デイジーチェーンの下流側に接続されている機器、すなわち、他の全ての電池モジュール11-2~11-N及び安全監視ユニットに対し、過温度・過電圧検出状態(正確には過温度検出状態)である旨を通知することができ、最終的に全ての電池モジュール11-1~11-Nが異常を検出した状態と同様となり、電池モジュール11-1~11-Nを構成している電池セルユニット22から負荷に対して電力供給が全て確実に遮断された状態となり、確実に安全確保が行えることがわかる。
[2]第2実施形態
 本第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、安全監視ユニットが自己診断機能を備えた点である。
 図7は、第2実施形態の安全監視ユニットの概要構成ブロック図である。
 安全監視ユニット100は、第1高電位側信号入力端子TP1にアノードが接続された発光ダイオード101及び発光ダイオード101が出射した光を受光するフォトトランジスタ102を備えた第1フォトカプラ103と、第2高電位側信号入力端子TP2にアノードが接続された発光ダイオード104及び発光ダイオード104が出射した光を受光するフォトトランジスタ105を備えた第2フォトカプラ106と、を備えている。
 また、安全監視ユニット100は、第2低電位側信号入力端子TN2にカソードが接続され、発光ダイオード104のカソードにアノードが接続された発光ダイオード107及び発光ダイオード107が出射した光を受光するフォトトランジスタ108を備えた第3フォトカプラ109と、第1低電位側信号入力端子TN1にカソードが接続され、アノードが発光ダイオード101のカソードに接続された発光ダイオード110及び発光ダイオード110が出射した光を受光するフォトトランジスタ111を備えた第4フォトカプラ112と、を備えている。
 また、安全監視ユニット100は、第1フォトカプラ103のフォトトランジスタ102のコレクタ端子に接続された第1の周波数(本第2実施形態でも、5kHz)帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ(BPF)115と、バンドパスフィルタ115の出力信号の検波を行い検波信号Aを出力する検波回路116と、第2フォトカプラ106のフォトトランジスタ105のコレクタ端子に接続された第2の周波数(本第2実施形態でも、500Hz)帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ(BPF)117と、バンドパスフィルタ117の出力信号の検波を行い検波信号Bを出力する検波回路118と、を備えている。
 また、安全監視ユニット100は、第3フォトカプラ109のフォトトランジスタ108のコレクタ端子に接続された第2の周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ(BPF)119と、バンドパスフィルタ119の出力信号の検波を行い検波信号Cを出力する検波回路120と、第4フォトカプラ112のフォトトランジスタ111のコレクタ端子に接続された第1の周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ(BPF)121と、バンドパスフィルタ121の出力信号の検波を行い検波信号Dを出力する検波回路122と、を備えている。
 また、安全監視ユニット100は、検波信号A及び検波信号Bの論理積をとって論理積信号αを出力するワイヤードAND回路125と、検波信号C及び検波信号Dの論理積をとって論理積信号βを出力するワイヤードAND回路126と、論理積信号α及び論理積信号βの論理積の否定をとって論理積否定信号を出力するワイヤードNAND回路127と、所定周波数の発振信号を出力する発振器128と、一方の入力端子に論理積否定信号が入力され、他方の入力端子に発振信号が入力され、両信号の論理積をとって論理積信号Qを出力するワイヤードAND回路129と、ワイヤードAND回路129が出力した論理積信号Qを一時的に蓄えるバッファ130と、を備えている。
 また安全監視ユニット100は、論理積信号αがベース端子に入力されて駆動されるNPNトランジスタ131と、NPNトランジスタ131により駆動され、常開接点を備えた高電位側リレー132と、論理積信号βがベース端子に入力されて駆動されるNPNトランジスタ133と、高電位側リレー132と直列接続されるとともに、NPNトランジスタ133により駆動され、常開接点を備えた低電位側リレー134と、電流制限用の抵抗135と、過渡電圧抑制を行うために高電位側リレー132に並列接続されたTVS(Transient Voltage Suppressor)ダイオード136と、過渡電圧抑制を行うために低電位側リレー134に並列接続されたTVSダイオード137と、を備えている。
 ここで、高電位側リレー132と低電位側リレー134との接続点の電圧が、電圧信号Pとして検出される。
 また、安全監視ユニット100は、第1低電位側出力端子にコレクタ端子が接続されたフォトトランジスタ141及び発光ダイオード142を有し、第1動作状態信号ST1を第1動作状態信号出力端子LSo11を介して出力する第1出力フォトカプラ143と、第1の周波数(本実施形態では、5kHz)の発振信号を出力する第1発振器144と、第1自己診断信号を出力する第1自己診断ユニット145と、発振信号と第1自己診断信号の論理積をとって第1動作状態原信号を出力するワイヤードAND回路146と、第1動作状態信号ST1が入力され、第1の周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ(BPF)147と、バンドパスフィルタ147の出力信号の検波を行い検波信号aを出力する検波回路148と、を備えている。
 また、安全監視ユニット100は、第2低電位側出力端子にコレクタ端子が接続されたフォトトランジスタ151及び発光ダイオード152を有し、第2動作状態信号ST2を第2動作状態信号出力端子LSo12を介して出力する第2出力フォトカプラ153と、第2の周波数(本第2実施形態では、500Hz)の発振信号を出力する第2発振器154と、第2自己診断信号を出力する第2自己診断ユニット155と、発振信号と第2自己診断信号の論理積をとって第2動作状態原信号を出力するワイヤードAND回路156と、第2動作状態信号ST2が入力され、第2の周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタ(BPF)157と、バンドパスフィルタ157の出力信号の検波を行い検波信号bを出力する検波回路158と、を備えている。
 ここで、第1自己診断ユニット145及び第2自己診断ユニット155の構成について説明する。
 第1自己診断ユニット145及び第2自己診断ユニット155は、同様の構成であるので、第1自己診断ユニット145を例として説明する。
 第1自己診断ユニット145は、検波信号A、検波信号B、検波信号C及び検波信号Dが入力され、4つの検波信号の論理積の否定をとって出力するNAND回路160と、NAND回路160の出力信号、検波信号a及び検波信号bの論理積をとって出力するAND回路161と、後述の電源検出回路170の出力の否定をとって出力するNOT回路162と、AND回路161の出力とNOT回路162の出力の論理和をとってリセット信号を出力するOR回路163と、を備えている。
 すなわち、OR回路163は、デイジーチェーン接続された上流側から検波信号A、検波信号B、検波信号C及び検波信号Dのうち、全てあるい一部が検出(入力)されておらず、かつ、当該安全監視ユニット100から第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が出力されている状態(検波信号a及び検波信号bが入力されている状態)、あるいは、電源検出回路170が電源非正常状態(例えば、電源電圧低下)を検出した時にリセット信号を出力することとなる。
 また、第1自己診断ユニット145は、電圧信号Pを所定の電圧と比較し、比較結果信号を出力するコンパレータ164と、論理積信号Qと、比較結果信号との排他的論理和をとって出力するEX-NOR回路165と、EX-NOR回路165の高周波成分を除去し直流成分を出力するLPF166と、LPF166の出力と所定の電圧と、を比較して比較結果信号を出力するコンパレータ167と、検波信号A、検波信号B、検波信号C、検波信号D、論理積信号α、論理積信号β、検波信号a及び検波信号bが入力され、論理和の否定をとって出力するNOR回路168と、を備えている。
 また、第1自己診断ユニット145は、コンパレータ167の出力した比較結果信号及びNOR回路168の出力信号の論理積をとって出力するAND回路169と、電源検出を行い電源検出信号を出力する電源検出回路170と、AND回路169の出力信号がデータ端子Dに入力され、電源検出回路170の出力信号がクロック端子CLKに入力され、OR回路163の出力したリセット信号がリセット端子RESETに入力されて、当該安全監視ユニット100が正常動作していると判別される場合に“H”レベルの診断結果信号RS(RS1)をワイヤードAND回路146に出力するDフリップフロップ回路171と、を備えている。
 次に第2実施形態の動作を説明する。
 安全監視ユニット100の第1フォトカプラ103は、発光ダイオード101のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1が入力されると、第1動作状態信号ST1を絶縁状態でバンドパスフィルタ115に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ115は、第1動作状態信号ST1を通過させ、検波回路116に出力する。そして、検波回路116は、バンドパスフィルタ115の出力信号の検波を行い所定の閾値を超えたか否かを判別して二値化された検波信号AをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 同様に、第2フォトカプラ106は、発光ダイオード104のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第2の周波数を有する第2動作状態信号ST2が入力されると、第2動作状態信号ST2を絶縁状態でバンドパスフィルタ117に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ117は、第2動作状態信号ST2を通過させ、検波回路118に出力する。そして、検波回路118は、バンドパスフィルタ117の出力信号の検波を行い検波信号BをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 これらの結果、ワイヤードAND回路125は、検波信号A及び検波信号Bの論理積をとって論理積信号αとしてワイヤードNAND回路127の一方の入力端子に出力する。
 また、第3フォトカプラ109は、発光ダイオード107のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第2の周波数を有する第2動作状態信号ST2が入力されると、第2動作状態信号ST2を絶縁状態でバンドパスフィルタ119に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ119は、第2動作状態信号ST2を通過させ、検波回路120に出力する。そして、検波回路120は、バンドパスフィルタ119の出力信号の検波を行い検波信号CをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 また、第4フォトカプラ112は、発光ダイオード110のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1が入力されると、第1動作状態信号ST1を絶縁状態でバンドパスフィルタ121に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ121は、第1動作状態信号ST1を通過させ、検波回路122に出力する。そして、検波回路122は、バンドパスフィルタ121の出力信号の検波を行い検波信号DをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する
 これらの結果、ワイヤードAND回路126は、検波信号C及び検波信号Dの論理積をとって論理積信号βとしてワイヤードNAND回路127の他方の入力端子に出力する。
 したがって、ワイヤードNAND回路127は、“H”レベルの論理積信号α及び“H”レベルの論理積信号βのうち、いずれか一方が入力されているか、あるいは、いずれも入力されていない場合に、“H”レベルの論理積否定信号をワイヤードAND回路129の一方の入力端子に出力する。すなわち、“H”レベルの論理積信号α及び“H”レベルの論理積信号βが双方とも入力されている場合(正常動作時)には、“L”レベルの論理積否定信号をワイヤードAND回路129の一方の入力端子に出力することとなる。
 これと並行して発振器128は、所定周波数の発振信号をワイヤードAND回路129の他方の入力端子に出力する。
 従って、ワイヤードAND回路129は、“H”レベルの論理積信号α及び“H”レベルの論理積信号βのうち、いずれか一方が入力されているか、あるいは、いずれも入力されていない場合、すなわち、異常動作時には、発振器128の出力信号の周期で、“H”レベルと“L”レベルの間を遷移する論理積信号Qを出力する。
 したがって、バッファ130も異常動作時には、発振器128の出力信号の周期で、“H”レベルと“L”レベルの間を遷移する論理積信号Qに等しい信号を所定の遅延時間を持って出力する。
 ところで、高電位側リレー132は論理積信号αが“H”レベルで閉状態(オン状態)となり、低電位側リレー134は論理積信号αが“H”レベルで閉状態(オン状態)となる。
 したがって、論理積信号α及び論理積信号βが“L”レベルの場合には、高電位側リレー132及び低電位側リレー134は、開状態(オフ状態)となるはずである。
 このとき、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が正常動作をしていれば、すなわち、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が開状態(オフ状態)であれば、論理積信号Qは、発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移し、論理積信号Qに対し所定の遅延時間をもって同様に電圧信号Pも発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移することとなる。
 図8は、第1自己診断ユニット及び第2自己診断ユニットの部分動作説明図である。
 図8において、波形図は、上段が正常時、下段が高電位側リレー132が溶着状態となっている異常時のものである。
 バッファ130に入力される信号ainは、図8(a)上段に示すように、発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移するパルス信号となる。
 この結果、信号aout(=電圧信号P)も図8(b)上段に示すように、発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移するパルス信号となる。
 第1自己診断ユニット145あるいは第2自己診断ユニット155のコンパレータ164は、交流結合された電圧信号Pを所定の電圧と比較し、比較結果信号をEX-NOR回路165に出力する。
 この結果、EX-NOR回路165に出力されるコンパレータ164の出力信号boutは、図8(c)上段に示すように、発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移するパルス信号となる。
 そして、EX-NOR回路165から出力される信号coutは、図8(d)上段に示すように、発振器128の発振周期に相当するパルス信号となる。
 従ってX-NOR回路165の高周波成分を除去し直流成分を出力したLPF166の出力信号doutは、ほぼ“H”レベルに固定された信号となるので、コンパレータ167の出力信号eoutも“H”レベルに固定されて状態となり、正常状態を検出できることとなる。
 これらに対し、高電位側リレー132が溶着状態となっていれば、論理積信号α及び論理積信号βが“L”レベルであるタイミングで、高電位側電源に電流が流れ込み、バッファ130に入力される信号ainは、図8(b)下段に示すように、パルス振幅が徐々に小さくなり、その電位レベルは高電位側電源電圧寄りとなる。
 この結果、出力信号aout(=電圧信号P)も図8(b)下段に示すように、パルス振幅がコンパレータ164のヒステリシスに相当する閾値ThHと閾値ThLの間を遷移するパルス信号となる。
 第1自己診断ユニット145あるいは第2自己診断ユニット155のコンパレータ164は、出力信号aout(=電圧信号P)を所定の電圧と比較し、比較結果信号をEX-NOR回路165に出力する。
 この結果、EX-NOR回路165に出力されるコンパレータ164の出力信号boutは、図8(c)下段に示すように、高電位側リレー132が溶着状態となると、“H”レベルに固定される。
 これにより、EX-NOR回路165は、論理積信号Qと、コンパレータ164が出力した比較結果信号と、の排他的論理和をとって信号Coutとして、LPF166に出力する。すなわち、EX-NOR回路165は、論理積信号Qとコンパレータ164の比較結果信号とが同値の場合に、“H”レベルの出力信号CoutをLPF166に出力する。
 この場合において、論理積信号α及び論理積信号βが“L”レベルであるタイミングで、EX-NOR回路165の出力信号coutは、図8(d)下段に示すように、所定のパルス幅を有するパルス信号となるので、LPF166の出力信号doutは、中間電位に固定された信号となるので、コンパレータ167の出力信号eoutは“L”レベルに固定された状態となり、異常状態を検出できることとなる。
 また、低電位側リレー134が溶着状態となっていれば、論理積信号α及び論理積信号βが“L”レベルであるタイミングで、低電位側電源に電流が流れ込み、電圧信号Pは、パルス振幅が小さくなり、その電位レベルは低電位側電源電圧寄りとなるが、高電位側リレー132が溶着状態となっている場合と同様の動作となる。
 したがって、この電圧信号Pに基づいて高電位側リレー132及び低電位側リレー134の溶着故障を自己診断ユニットにおいて検出できることとなる。
 一方、NOR回路168は、検波信号A~D、論理積信号α、β、検波信号a、bのいずれも検出していない場合に“H”レベルの信号をAND回路169に出力する。
 したがって、AND回路169は、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が非溶着状態、かつ、検波信号A~D、論理積信号α、β、検波信号a、bのうちいずれかを検出した場合に“H”レベルの信号をDフリップフロップ回路171のデータ端子Dに出力する。
 したがって、Dフリップフロップ回路171は、起動時(電源投入時:電源検出回路170の出力が“H”レベル遷移時)に第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2のいずれも検出しておらず、かつ、高電位側リレー132及び低電位側リレー134のいずれも非溶着状態となっている場合に、“H”レベルの信号をワイヤードAND回路146に出力する。
 この結果、起動時に第1出力端子を介して、デイジーチェーン接続の下流側の装置(本実施形態では、電池モジュール11-1の第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27)に、第1の周波数(本第2実施形態では、5kHz)の第1動作状態信号ST1が出力される。
 同様に、起動時に第2出力端子を介して、デイジーチェーン接続の下流側の装置(本実施形態では、電池モジュール11-1の第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27)に、第2の周波数(本第2実施形態では、500Hz)の第2動作状態信号ST2が出力される。
 以上の説明のように、本第2実施形態の安全監視ユニットによれば、デイジーチェーン接続された上流側の装置が正常動作していることを示す第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が入力されている状態で、自己もデイジーチェーン接続された下流側の装置に対し正常動作をしていることを示す第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2の出力している状態であり、かつ、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が非溶着状態であることが検出された場合には、当該安全監視ユニットは正常動作をしていると判断して、起動時(電源投入時)にデイジーチェーン接続の下流側の装置に第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が出力されることとなるため、確実に安全監視ユニット正常動作が行えると判断された場合に、蓄電池システム10を動作状態に移行させることができる。
[3]第3実施形態
 次に第3実施形態について説明する。
 図9は、第3実施形態の安全監視ユニットの概要構成ブロック図である。
 図9において、図7の第2実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
 本第3実施形態が第2実施形態と異なる点は、NPNトランジスタ131及び高電位側リレー132に代えてFET132Aを用いた点と、NPNトランジスタ133及び低電位側リレー134に代えてFET134Aを用いた点と、第1自己診断ユニット145及び第2自己診断ユニット155に代えて、第1自己診断ユニット201及び第2自己診断ユニット202を用いた点と、過渡電圧抑制を行っている点と、BMU12より電池モジュール11へ供給される電源(CMU power)を安全監視ユニット13に入力し電源(CMU power)の電圧状態を監視できるようにした点である。また、第1の周波数を16kHz、第2の周波数を1kHzとしている。
 ここで、第1自己診断ユニット201及び第2自己診断ユニット202の構成について説明する。
 第1自己診断ユニット201及び第2自己診断ユニット202は、同様の構成であるので、第1自己診断ユニット201を例として説明する。
 第1自己診断ユニット201は、検波信号A、検波信号B、検波信号C及び検波信号Dが入力され、4つの検波信号の論理積の否定をとって出力するNAND回路160と、電池モジュール11-1~11-Nの電源IGCTの遷移を所定の遅延時間(例えば、3sec)遅らせて伝達する遅延回路210と、電源IGCTの電圧を所定の基準電圧と比較して電源IGCTが供給されていることを検出するコンパレータ211と、コンパレータ211の出力の否定をとって出力するNOT回路212と、NAND回路160の出力信号、検波信号a、検波信号b及びNOT回路212の出力信号の論理積をとって出力するAND回路161と、電源低下を検出する電源低下検出回路213と、電源IGCTの遷移を所定の遅延時間(例えば、3sec)遅らせて伝達する遅延回路214と、電源IGCTの電圧を所定の基準電圧と比較して電源IGCTが供給されていることを検出するコンパレータ215と、コンパレータ215の出力の否定をとって出力するNOT回路162と、AND回路161の出力信号、NOT回路162の出力信号及び電源低下検出回路213の論理和をとってリセット信号を出力するOR回路163と、を備えている。
 すなわち、OR回路163は、デイジーチェーン接続された上流側から検波信号A、検波信号B、検波信号C及び検波信号Dのうち、全てあるい一部が検出(入力)されておらず、かつ、当該安全監視ユニット100から第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が出力されている状態(検波信号a及び検波信号bが入力されている状態)、かつ、電源IGCTが出力されていない状態(第1条件)、あるいは、電源IGCTが出力されていない状態(第2条件)、電源低下検出回路213が電源電圧低下を検出した状態(第3条件)の3つの条件のうち、いずれかが成立している時にリセット信号を出力することとなる。
 また、第1自己診断ユニット201は、電圧信号Pを所定の電圧と比較し、比較結果信号を出力するコンパレータ164と、論理積信号Qと、比較結果信号との排他的論理和をとって出力するEX-NOR回路165と、EX-NOR回路165の高周波成分を除去し直流成分を出力するLPF166と、LPF166の出力と所定の電圧と、を比較して比較結果信号を出力するコンパレータ167と、検波信号A、検波信号B、検波信号C、検波信号D、論理積信号α、論理積信号β、検波信号a及び検波信号bが入力され、論理和の否定をとって出力するNOR回路168と、を備えている。
 また、第1自己診断ユニット201は、コンパレータ167の出力した比較結果信号及びNOR回路168の出力信号の論理積をとって出力するAND回路169と、電源検出を行い電源検出信号を出力する電源検出回路170と、AND回路169の出力信号がデータ端子Dに入力され、電源検出回路170の出力信号がクロック端子CLKに入力され、OR回路163の出力したリセット信号がリセット端子RESETに入力されて、当該安全監視ユニット100が正常動作していると判別される場合に“H”レベルの診断結果信号RS(RS11)をワイヤードAND回路146に出力するDフリップフロップ回路171と、を備えている。
 ここで、第3実施形態の安全監視ユニット13の概要動作について説明する。
 図10は、第3実施形態の安全監視ユニットの動作タイミングチャートである。
 時刻t10において、安全監視ユニット13に駆動用電源(SSUpower)が供給されると、電池モジュール11-1~11-Nへの電源IGCTの供給が検出されるまで後述する高電位側リレー132及び低電位側リレー134の故障診断(溶着検出)がなされる。
 そして時刻t11において、電源IGCTの供給がなされると、第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2を第1番目の電池モジュール11-1への供給を開始する。
 この第1番目の電池モジュール11-1へ供給された第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2は、デイジーチェーンを介して、電池モジュール11-2→電池モジュール11-3→…→電池モジュール11-Nへと伝送され、時刻t2において、再び安全監視ユニット13に伝送される。
 これにより、第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が伝送された安全監視ユニット13は、時刻t3において、高電位側リレー132及び低電位側リレー134を駆動して第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を閉状態(close)として電力供給状態に移行する。
 ところで、電源IGCTは、BMU12により再起動される場合があるが、この再起動が、例えば、1秒未満で完了するとした場合、安全監視ユニット13は、時刻t4~時刻t5(1秒未満)の期間に示すように電源IGCTが非電力供給状態となったとしても、動作を継続し、第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を閉状態(close)のままとして電力供給状態を継続することとなる。
 また、例えば、時刻t16~時刻t17の期間に示すように、第1動作状態信号ST1あるいは第2動作状態信号ST2のいずれか一方が例えば所定時間(例えば、1秒)以上伝送されなかった場合には、安全監視ユニット13は、動作異常状態であるとして、第1コンタクタ16及び第2コンタクタ17を開状態(open)に移行して、電力非供給状態に移行することとなる。
 これらに対し、安全監視ユニット13は、時刻t18~時刻t19の期間に示すように所定時間(例えば、3秒)以上、電源IGCTを検出できない場合、あるいは、駆動用電源(SSUpower)の供給が停止された場合には、リセットされ、再び、第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2を第1番目の電池モジュール11-1への供給を開始し、時刻t10において、再び安全監視ユニット13に第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が伝送されると、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。
 次に第3実施形態の動作を説明する。
 安全監視ユニット100の第1フォトカプラ103は、発光ダイオード101のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1が入力されると、第1動作状態信号ST1を絶縁状態でバンドパスフィルタ115に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ115は、第1動作状態信号ST1を通過させ、検波回路116に出力する。そして、検波回路116は、バンドパスフィルタ115の出力信号の検波を行い検波信号AをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 同様に、第2フォトカプラ106は、発光ダイオード104のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第2の周波数を有する第2動作状態信号ST2が入力されると、第2動作状態信号ST2を絶縁状態でバンドパスフィルタ117に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ117は、第2動作状態信号ST2を通過させ、検波回路118に出力する。そして、検波回路118は、バンドパスフィルタ117の出力信号の検波を行い検波信号BをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 これらの結果、ワイヤードAND回路125は、検波信号A及び検波信号Bの論理積をとって論理積信号αとしてワイヤードNAND回路127の一方の入力端子に出力する。
 また、第3フォトカプラ109は、発光ダイオード107のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第2の周波数を有する第2動作状態信号ST2が入力されると、第2動作状態信号ST2を絶縁状態でバンドパスフィルタ119に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ119は、第2動作状態信号ST2を通過させ、検波回路120に出力する。そして、検波回路120は、バンドパスフィルタ119の出力信号の検波を行い検波信号CをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 また、第4フォトカプラ112は、発光ダイオード110のアノードにデイジーチェーン接続された上流側の装置から第1の周波数を有する第1動作状態信号ST1が入力されると、第1動作状態信号ST1を絶縁状態でバンドパスフィルタ121に出力する。
 これにより、バンドパスフィルタ121は、第1動作状態信号ST1を通過させ、検波回路122に出力する。そして、検波回路122は、バンドパスフィルタ121の出力信号の検波を行い検波信号DをワイヤードAND回路125及び第1自己診断ユニット145のNAND回路160及びNOR回路168に出力する。
 これらの結果、ワイヤードAND回路126は、検波信号C及び検波信号Dの論理積をとって論理積信号βとしてワイヤードNAND回路127の他方の入力端子に出力する。
 したがって、ワイヤードNAND回路127は、“H”レベルの論理積信号α及び“H”レベルの論理積信号βのうち、いずれか一方が入力されているか、あるいは、いずれも入力されていない場合に、“H”レベルの論理積否定信号をワイヤードAND回路129の一方の入力端子に出力する。すなわち、“H”レベルの論理積信号α及び“H”レベルの論理積信号βが双方とも入力されている場合(正常動作時)には、“L”レベルの論理積否定信号をワイヤードAND回路129の一方の入力端子に出力することとなる。
 これと並行して発振器128は、所定周波数の発振信号をワイヤードAND回路129の他方の入力端子に出力する。
 従って、ワイヤードAND回路129は、“H”レベルの論理積信号α及び“H”レベルの論理積信号βのうち、いずれか一方が入力されているか、あるいは、いずれも入力されていない場合、すなわち、異常動作時には、発振器128の出力信号の周期で、“H”レベルと“L”レベルの間を遷移する論理積信号Qを出力する。
 したがって、バッファ130も異常動作時には、発振器128の出力信号の周期で、“H”レベルと“L”レベルの間を遷移する論理積信号Qに等しい信号を所定の遅延時間を持って出力する。
 ところで、高電位側リレー132は論理積信号αが“H”レベルで閉状態(オン状態)となり、低電位側リレー134は論理積信号αが“H”レベルで閉状態(オン状態)となる。
 したがって、論理積信号α及び論理積信号βが“L”レベルの場合には、高電位側リレー132及び低電位側リレー134は、開状態(オフ状態)となるはずである。
 このとき、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が正常動作をしていれば、すなわち、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が開状態(オフ状態)であれば、論理積信号Qは、発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移し、論理積信号Qに対し所定の遅延時間をもって同様に電圧信号Pも発振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移することとなる。
 すなわち、電圧信号Pは、振器128の発振周期で“H”レベルと“L”レベルの間を遷移するパルス信号となる。
 以降、第3実施形態の動作は、第2実施形態の動作と同様であるので、その詳細な説明を援用する。
 この結果、起動時に第1出力端子を介して、デイジーチェーン接続の下流側の装置(本実施形態では、電池モジュール11-1の第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27)に、第1の周波数(本第3実施形態では、16kHz)の第1動作状態信号ST1が出力される。
 同様に、起動時に第2出力端子を介して、デイジーチェーン接続の下流側の装置(本実施形態では、電池モジュール11-1の第1過温度・過電圧検出回路26及び第2過温度・過電圧検出回路27)に、第2の周波数(本第3実施形態では、1kHz)の第2動作状態信号ST2が出力される。
 以上の説明のように、本第3実施形態の安全監視ユニットによっても、デイジーチェーン接続された上流側の装置が正常動作していることを示す第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が入力されている状態で、自己もデイジーチェーン接続された下流側の装置に対し正常動作をしていることを示す第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2の出力している状態であり、かつ、高電位側リレー132及び低電位側リレー134が非溶着状態であることが検出された場合には、当該安全監視ユニットは正常動作をしていると判断して、起動時(電源投入時)にデイジーチェーン接続の下流側の装置に第1動作状態信号ST1及び第2動作状態信号ST2が出力されることとなるため、確実に安全監視ユニット正常動作が行えると判断された場合に、蓄電池システム10を動作状態に移行させることができる。
 以上の説明においては、過温度・過電圧検出部を2系統(n=2に相当)設け、N個の電池モジュール11-1~11-Nとともに2系統のデイジーチェーン接続がされ、電池モジュールが異常状態となったことがいずれかの系統のデイジーチェーン接続を介して通知された場合に接触器を遮断状態とする安全監視ユニット13を備える場合について説明したが、過温度・過電圧検出部をn系統設け、N個の電池モジュール11-1~11-Nとともにn系統のデイジーチェーン接続がされ、電池モジュールが異常状態となったことがいずれかの系統のデイジーチェーン接続を介して通知された場合に接触器を遮断状態とする安全監視ユニット13を備える様に構成することも可能である。
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (7)

  1.  複数の電池セルが直列接続あるいは直並列接続された電池セルユニットと、
     前記電池セルの温度及び電圧の監視を行うセル監視ユニットと、
     前記電池セルの過温度あるいは過電圧をそれぞれ系統毎に独立して異常状態として検出するとともに、検出結果を互いに通知可能なn系統(n:2以上の整数)の過温度・過電圧検出部と、を備え、
     前記過温度・過電圧検出部は、当該電池モジュールを構成している他の系統の過温度・過電圧検出部から前記異常状態の検出が通知された場合に、自己が前記異常状態を検出したものとして動作する、
     電池モジュール。
  2.  前記過温度・過電圧検出部は、他の電池モジュールを構成している前記n系統の過温度・過電圧検出部とn系統のデイジーチェーン接続を介して通信可能な通信インタフェース部を備え、
     前記過温度・過電圧検出部は、前記通信インタフェース部を介して、前記デイジーチェーン接続されているいずれかの過温度・過電圧検出部が異常状態を検出したことが通知されると、自己が前記異常状態を検出したものとして動作する、
     請求項1記載の電池モジュール。
  3.  前記過温度・過電圧検出部は、前記異常状態の非検出時に前記系統毎に異なる周波数のパルス信号を出力し、前記異常状態の検出時に前記パルス信号の出力を停止する、
     請求項1または請求項2記載の電池モジュール。
  4.  前記過温度・過電圧検出部は、ワイヤードロジック回路として構成されている、
     請求項1又は請求項2記載の電池モジュール。
  5.  複数の電池セルが直列接続あるいは直並列接続された電池セルユニット及び前記電池セルの温度及び電圧の監視を行うセル監視ユニットを備え、高電位側出力端子と低電位側出力端子との間に接触器を介して前記電池セルユニットが直列接続されるように接続された複数の電池モジュールと、
     前記セル監視ユニットを介して複数の前記電池モジュールの管理を行うバッテリ管理ユニットと、
     前記複数の電池モジュールとともにn系統(n:2以上の整数)のデイジーチェーン接続がされ、前記電池モジュールが異常状態となったことがいずれかの系統の前記デイジーチェーン接続を介して通知された場合に前記接触器を遮断状態とする安全監視ユニットと、を備えた蓄電池システムであって、
     前記電池モジュールは、前記電池セルの過温度あるいは過電圧をそれぞれ系統毎に独立して異常状態として検出するとともに、検出結果を互いに通知可能な前記n系統の過温度・過電圧検出部を有し、前記過温度・過電圧検出部は、当該電池モジュールを構成している他の系統の過温度・過電圧検出部あるいは前記デイジーチェーン接続されているいずれかの過温度・過電圧検出部が異常状態を検出したことが通知された場合に、自己が前記異常状態を検出したものとして動作する、
     蓄電池システム。
  6.  前記過温度・過電圧検出部は、前記異常状態の非検出時に前記系統毎に異なる周波数のパルス信号を出力し、前記異常状態の検出時に前記パルス信号の出力を停止する、
     請求項5記載の蓄電池システム。
  7.  前記過温度・過電圧検出部は、ワイヤードロジック回路として構成されている、
     請求項5又は請求項6記載の蓄電池システム。
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