WO2020003806A1

WO2020003806A1 - 電池管理装置、集積回路

Info

Publication number: WO2020003806A1
Application number: PCT/JP2019/019850
Authority: WO
Inventors: 金井　友範; 光三浦; 智行有馬
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-01-02
Also published as: US11862998B2; CN112272910A; JP7117378B2; US20210265845A1; JPWO2020003806A1

Abstract

バランシング中の電力消費を抑制しつつ、バランシングにおける信頼性の向上を図る。電池管理装置１は、二次電池である複数の電池セル２の電圧を調整するためのバランシングを実施するセルコン４１，４２と、セルコン４１，４２を制御する制御部３とを備える。セルコン４１は、セルコン４１を停止させるための経過時間を計測するメインタイマ４１２と、メインタイマ４１２の異常時にセルコン４１を停止させる停止管理部４１３とを有する。電池管理装置１において、メインタイマ４１２および停止管理部４１３への電源供給を行う電池セル２と、制御部３への電源供給を行う鉛蓄電池７とは、互いに異なる電源である。

Description

電池管理装置、集積回路

　本発明は、電池管理装置および集積回路に関する。

　ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の電池セルを多数直列接続して構成される組電池（電池システム）が一般的に用いられている。従来、このような組電池には、各電池セルの容量計算や保護管理のため、電池管理装置がワイヤーハーネスを介して接続されている。この電池管理装置により、各電池セルの充放電状態を制御することで、各電池セルの管理が行われている。

　上記の電池管理装置では、各電池セルの電圧バラツキを低減するため、電池セル毎に個別に放電を行って各電池セルの電圧を均等化するバランシングを実施するものが知られている。バランシングにおける信頼性の向上に関して、下記特許文献１の技術が提案されている。特許文献１には、電池セルを複数直列接続して構成された組電池の各電池セルの電圧を均等化する電圧均等化回路と、前記電圧均等化回路に対して前記各電池セルの均等化動作の開始を指示する指示信号を出力する制御手段と、を備え、前記電圧均等化回路および前記制御手段それぞれには、前記各電池セルの均等化動作を開始してからの経過時間が所定の設定時間に達した際に前記均等化動作を停止させるタイマ部が設けられていることを特徴とする電池監視装置が開示されている。

特開２０１１－１６６９７９号公報

　特許文献１に記載の技術では、電圧均等化回路と制御手段にそれぞれに、バランシングを開始してからの経過時間を監視するタイマが設けられている。これら２つのタイマは、バランシング中に別々の電源から供給される電力をそれぞれ消費して動作する。そのため、バランシング中の装置全体での電力消費が大きいという課題があった。

　本発明による電池管理装置は、複数の二次電池の電圧を調整するためのバランシングを実施するセルコントローラと、前記セルコントローラを制御する制御部と、を備え、前記セルコントローラは、前記セルコントローラを停止させるための経過時間を計測するメインタイマと、前記メインタイマの異常時に前記セルコントローラを停止させる停止管理部と、を有し、前記メインタイマおよび前記停止管理部への電源供給を行う第１電源と、前記制御部への電源供給を行う第２電源とは、互いに異なる電源である。
　本発明による集積回路は、複数の二次電池と接続されて前記複数の二次電池の電圧を調整するためのバランシングを実施するセルコントローラに搭載されるものであって、前記セルコントローラを停止させるための経過時間を計測するメインタイマと、前記メインタイマの異常時に前記セルコントローラを停止させる停止管理部と、を備え、前記メインタイマおよび前記停止管理部は、前記セルコントローラを制御する制御部とは異なる電源からの電源供給を受けて動作する。

　本発明によれば、バランシング中の電力消費を抑制しつつ、バランシングにおける信頼性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る電池管理装置の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るセルコントローラの構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係るセルコントローラの構成を示す図である。本発明の第３の実施形態に係るセルコントローラの構成を示す図である。本発明の第４の実施形態に係るセルコントローラの構成を示す図である。本発明の第５の実施形態に係る電池管理装置の構成を示す図である。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る電池管理装置の構成を示す図である。図１に示す電池管理装置１は、直列接続されたｍ個の電池セル２の管理を行うものであり、電池セル２および鉛蓄電池７と接続されている。各電池セル２は充放電可能な二次電池、たとえばリチウムイオン電池を用いて構成されている。なお図１では、ｍ個の電池セル２をＢＣ１～ＢＣｍでそれぞれ表すとともに、電池管理装置１と各電池セル２の正負極間を接続する線をＬ０～Ｌｍで表している。

　電池管理装置１は、制御部３、セルコントローラ（以下「セルコン」と省略する）４１，４２、および絶縁手段５を備える。セルコン４１，４２は、複数の電池セル２とそれぞれ接続されており、各電池セル２の電圧を測定する機能と、各電池セル２の放電を制御して各電池セル２の電圧を調整するためのバランシングを実施する機能とを有する。なお図１では、セルコン４２がＢＣ１、ＢＣ２の電池セル２と接続され、セルコン４１がＢＣｍ－１、ＢＣｍの電池セル２と接続されており、他の電池セル２に接続されているセルコンの図示を省略している。ただし実際には、電池管理装置１が備えるセルコンの個数や、各セルコンに接続される電池セル２の個数は図１の例に限らず、任意に設定可能である。

　制御部３は、セルコン４１，４２がそれぞれ測定した各電池セル２の電圧に関するセル電圧情報をセルコン４１，４２から取得し、取得したセル電圧情報に基づきセルコン４１，４２を制御する機能を有している。具体的には、たとえば制御部３は、セル電圧情報に基づいて各電池セル２の電圧バラツキが所定値以上であるか否かを判断する。その結果、電圧バラツキが所定値以上と判断した場合には、相対的に電圧が高い電池セル２に対して他の電池セル２との電圧差に応じた放電時間を設定し、その放電時間だけ当該電池セル２を放電させるように、セルコン４１，４２に対して放電指示を行う。セルコン４１，４２は、この制御部３からの放電指示に応じて、指定された電池セル２をそれぞれ指定された放電時間だけ放電させるように各電池セル２の放電制御を行うことで、バランシングを実施して各電池セル２の電圧バラツキを低減する。

　さらに制御部３は、セルコン４１，４２におけるバランシングの実行時間を指示するバランシング時間を設定し、設定したバランシング時間の情報を放電指示とともにセルコン４１，４２へ送信する。セルコン４１，４２は、制御部３から指示されたバランシング時間を経過すると、バランシングを終了して自動的に停止する。

　制御部３は鉛蓄電池７と接続されており、鉛蓄電池７から電源供給を受けて動作する。一方、セルコン４１，４２は、鉛蓄電池７とは接続されておらず、電池セル２から電源供給を受けて動作する。

　絶縁手段５は、制御部３とセルコン４１，４２の間の通信信号を絶縁する手段である。絶縁手段５には、たとえばフォトカプラ、フォトＭＯＳリレー、パルストランス、デジタルアイソレータ、コンデンサ、無線通信など、周知の絶縁手法を適用することができる。電池管理装置１は、制御部３とセルコン４１，４２の間に絶縁手段５を有することにより、制御部３の電源である鉛蓄電池７と、セルコン４１，４２の電源である電池セル２とを分離する事が出来る。

　セルコン４１，４２は、起動・停止回路４１１、メインタイマ４１２、および停止管理部４１３をそれぞれ有する。これらを動作するための電源は、セルコン４１，４２への電源供給を行う電池セル２から供給されており、制御部３への電源供給を行う鉛蓄電池７とは異なる電源である。なお、セルコン４１，４２は同様の機能および構成を有するため、以下ではセルコン４１の機能および構成について説明し、セルコン４２におけるこれらの説明については省略する。

　起動・停止回路４１１は、セルコン４１の起動と停止をコントロールする回路である。メインタイマ４１２は、セルコン４１がバランシングを開始してからの経過時間を計測し、経過時間の計測結果が制御部３から指示されたバランシング時間に達すると、起動・停止回路４１１にセルコン４１の停止を指示する。すなわち、メインタイマ４１２は、セルコン４１においてバランシングが開始されると、それに応じてセルコン４１を停止させるための経過時間を計測する。停止管理部４１３は、メインタイマ４１２の異常時に起動・停止回路４１１にセルコン４１の停止を指示することで、メインタイマ４１２が正常に動作できない場合であっても、セルコン４１を停止してバランシングを終了させるようにする。なお、停止管理部４１３の詳細については後述する。

　以下では、電池管理装置１および電池セル２がハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載されており、この車両が停止しているときにバランシングを実施する場合の制御部３およびセルコン４１の動作について説明する。なお、セルコン４２の動作についてはセルコン４１と同様であるため、説明を省略する。

　バランシングを実施する際、制御部３は、車両停止中（キーオフ中）に、バランシング指示とともにメインタイマ４１２に対してバランシング時間を設定するための情報をセルコン４１へ送信し、その後に停止する。こうしてバランシング時間の設定後に制御部３が停止することで、バランシング中の鉛蓄電池７の電力消費が抑制される。ただし、このとき制御部３は完全には停止せず、セルコン４１，４２や不図示の上位コントローラから信号を受信すると直ちに起動できるように、待機状態で動作を続けてもよい。すなわち制御部３は、鉛蓄電池７から電源供給を受けてバランシング時間の設定等の動作を行う通常動作モードと、通常動作モードよりも消費電力が低い低消費電力モードとを有しており、これら２つのモードを状況に応じて使い分けることができる。

　制御部３によりバランシング指示とともにバランシング時間が設定されると、セルコン４１は、設定されたバランシング時間の間にバランシング等の動作を実行し、その後に停止する。このとき起動・停止回路４１１は、メインタイマ４１２からの指示により、または、メインタイマ４１２の異常時には停止管理部４１３からの指示により、セルコン４１を停止させる。こうしてバランシング実施後にセルコン４１が停止することで、バランシング後の電池セル２の電力消費が抑制される。ただし、このときセルコン４１は制御部３と同様に、完全には停止せず、制御部３から信号を受信すると直ちに起動できるように、待機状態で動作を続けてもよい。

　電池管理装置１では、制御部３とセルコン４１，４２が以上説明したような動作をそれぞれ実行することとしたので、車両停止中にバランシングを実施することが可能である。ここで、車両走行中にのみバランシングを実施しようとすると、車両走行中の限られた時間内では各電池セル２のバラツキを均等化するための放電時間を十分に確保できないため、大電流によるバランシングが必要となる。しかし近年では、車両走行距離の増大に向けて電池セル２の高容量化が進んでおり、それに伴ってバランシング電流をますます大きくする必要が生じている。バランシング電流が増大すると電池管理装置１の発熱が大きくなるため、適切な放熱構造や冷却構造が必要となる。その結果、車両の大型化による利便性の低下や、車両重量の増大による電費低下の恐れがある。一方、本実施形態の電池管理装置１によれば、車両停止中にもバランシングが可能であるため、バランシング電流を小さくすることが可能となる。したがって、車両走行中のバランシングで生じる上記のような問題を解決することができる。なお、本実施形態では車両走行中、車両停止中のどちらでもセルコン４１，４２がバランシングを実施できるように、図１に示した形態で制御部３とセルコン４１，４２を構成している。なお、車両走行中（キーオン中）は、制御部３が、バランシングONの命令と、バランシングOFFの命令とを、セルコン４１、４２に送付することにより、バランシングの実行時間を管理しても良い。

　また、起動・停止回路４１１は、メインタイマ４１２が異常であった場合には、停止管理部４１３からの指示に応じてセルコン４１の動作を停止することが可能である。このようにしたので、メインタイマ４１２が故障等によって正常に動作できない場合であっても、バランシング実施後にセルコン４１を停止することができる。ここで、セルコン４１が停止管理部４１３を有していないとすると、メインタイマ４１２が故障したときにはセルコン４１を停止できないため、バランシング実施後にも電池セル２の電力消費が継続されることとなる。本実施形態の電池管理装置１では、セルコン４１に停止管理部４１３を配置したことにより、このような問題を解決することが可能となる。

　次に図２を用いて、停止管理部４１３を含むセルコン４１の詳細について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るセルコン４１の構成を示す図である。なお、図２ではセルコン４１の構成を図示しているが、セルコン４２も同様の構成を有しているのは前述のとおりである。

　図２に示すように、本実施形態のセルコン４１は、セルコンＩＣ４１０と、セルインターフェース回路４１７とを有する。半導体集積回路であるセルコンＩＣ４１０は、前述の起動・停止回路４１１、メインタイマ４１２および停止管理部４１３に加えて、バランシングタイマ４１４、電源回路４１５、通信回路４１６、バランシングスイッチ４１８およびスイッチ制御回路４１９をさらに備える。なお、図２ではこれらの構成要素をセルコンＩＣ４１０内の回路としてそれぞれ実現したが、セルコンＩＣ４１０とは別の回路として実現してもよい。あるいは、複数の半導体集積回路を用いてセルコンＩＣ４１０を構成し、任意の配分でこれらの構成要素をセルコンＩＣ４１０の各半導体集積回路内に配置してもよい。

　通信回路４１６は、通信端子Ｔｃｏｍを介して図１の制御部３と接続されており、制御部３から送信される通信信号を受信して、起動・停止回路４１１やスイッチ制御回路４１９へ出力する。この通信信号には、バランシング実施時に制御部３から送信される前述のバランシング指示やバランシング時間の情報などが含まれる。また通信回路４１６は、不図示の電圧測定回路により測定された各電池セル２の電圧測定結果を取得し、制御部３へ送信する。

　電源回路４１５は、電源端子Ｔｖｃｃを介して電池セル２から入力された電圧を用いてセルコンＩＣ４１０の動作電源を生成する。起動・停止回路４１１は、バランシング実施後には電源回路４１５の動作を停止させることで、セルコン４１全体を停止させることができる。

　セルインターフェース回路４１７は、セルコン４１に対応するｎ個の電池セル２とセルコンＩＣ４１０の間をそれぞれ接続する回路であり、各電池セル２の正極と負極にそれぞれ接続されているｎ＋１組のバランシング経路および電圧測定経路を有する。すなわち、セルインターフェース回路４１７は、各電池セル２のバランシングを行うための経路であるｎ＋１個のバランシング経路ＳＷ０～ＳＷｎと、各電池セル２の電圧測定を行うための経路であるｎ＋１個の電圧測定経路ＳＬ０～ＳＬｎとを有する。なお、ｎ個の電池セル２のうちで最も低電位側の電池セル２の負極に接続されているバランシング経路ＳＷ０および電圧測定経路ＳＬ０には、セルコン４１における基準電位を示すグランド線ＧＮＤが並列に接続されている。グランド線ＧＮＤは、セルコンＩＣ４１０のグランド端子Ｔｇに接続されている。

　電圧測定経路ＳＬ０～ＳＬｎには、ノイズの除去を行うためのＲＣフィルターを構成する抵抗ＲＣおよびコンデンサＣＣがそれぞれ配置されている。各電池セル２の正極および負極は、電圧測定経路ＳＬ０～ＳＬｎおよびセルコンＩＣ４１０の電圧測定端子Ｔａを介して、セルコンＩＣ４１０が有する不図示の電圧測定回路に接続されている。この電圧測定回路は、たとえばＡＤコンバーターを用いて構成されており、各電池セル２の正負極間の電圧測定結果をデジタル値として取得することができる。電圧測定回路が取得した電圧測定結果は、前述のように通信回路４１６を介して制御部３へ報告される。制御部３は、この電圧測定結果が表す各電池セル２の電圧値を用いて、各電池セル２の状態を管理することができる。

　バランシング経路ＳＷ０～ＳＷｎには、バランシング電流を調整するための抵抗ＲＢおよびコンデンサＣＢがそれぞれ配置されている。各電池セル２の正極および負極は、バランシング経路ＳＷ０～ＳＷｎと、セルコンＩＣ４１０のバランシング端子Ｔｂおよびバランシングスイッチ４１８とを介して、互いに接続可能となっている。バランシング実施時には、このバランシング経路ＳＷ０～ＳＷｎを介して各電池セル２の正極から負極へとバランシング電流が流れることにより、各電池セル２が放電される。

　バランシングスイッチ４１８は、各電池セル２に対応するｎ個のスイッチＢＳＷ１～ＢＳＷｎにより構成される。スイッチＢＳＷ１～ＢＳＷｎは、バランシング端子Ｔｂを介してセルインターフェース回路４１７のバランシング経路ＳＷ０～ＳＷｎとそれぞれ接続されている。

　スイッチ制御回路４１９は、制御部３からのバランシング指示に応じてバランシングスイッチ４１８を制御し、バランシング指示において放電対象に指定された電池セル２を放電させる。具体的には、スイッチ制御回路４１９は、バランシングスイッチ４１８におけるスイッチＢＳＷ１～ＢＳＷｎのうち、制御部３から放電対象に指定された電池セル２に対応するスイッチをオンさせるように制御する。これにより、抵抗ＲＢを介してバランシング電流が流れて当該電池セル２が放電され、バランシングが行われる。なお、このとき複数の電池セル２を放電対象としてもよい。また、スイッチ制御回路４１９は、車両走行中の制御部３からのバランシングOFFの命令に応じて、バランシングスイッチ４１８を全てオフさせる機能を有してもよい。

　バランシングタイマ４１４は、バランシングを開始してからの経過時間を計測し、この経過時間が制御部３からの放電指示に含まれる放電時間に達すると、バランシングスイッチ４１８を制御してバランシングを終了する。具体的には、経過時間が設定された放電時間に達すると、バランシングスイッチ４１８におけるスイッチＢＳＷ１～ＢＳＷｎのうち、スイッチ制御回路４１９がオンしたスイッチをオフさせるように制御する。これにより、放電中であった電池セル２の放電が停止され、バランシングが終了する。なお、バランシングタイマ４１４において、制御部３からの放電指示に応じて放電時間を設定する代わりに、放電時間を予め設定された所定値としてもよい。また、複数の電池セル２が放電中であった場合には、放電中の全ての電池セル２に対して同じ放電時間を設定してもよい。
あるいは、電池セル２の個数と同じｎ個分のタイマをバランシングタイマ４１４が所持するようにしておくことで、各電池セル２に対して個別に放電時間を設定することもできる。このようにすれば、制御部３が停止している間であっても、各電池セル２に対して個別の放電時間を設定できるため、より精密なバランシングを行う事が可能となる。

　ここで、バランシング時に流れるバランシング電流は、一般的にセルコンＩＣ４１０の消費電流よりも大きい。そのため、セルコン４１が故障した場合に停止すべき電流の優先順位は、セルコンＩＣ４１０の消費電流よりもバランシング電流の方が高い。本実施形態の電池管理装置１では、セルコン４１内にバランシングタイマ４１４を配置したので、万が一にメインタイマ４１２と停止管理部４１３が同時に故障した場合であっても、バランシングタイマ４１４によってバランシング電流を停止し、電池セル２の電力消費を低減する事が出来る。ただしこの場合には、セルコンＩＣ４１０の動作が継続しているため、バランシング電流よりは小さいものの、セルコンＩＣ４１０の消費電流によって電池セル２の電力が消費される。

　本実施形態において、停止管理部４１３はサブタイマ４１３０を有する。サブタイマ４１３０は、メインタイマ４１２とは別に設けられたタイマであり、メインタイマ４１２と同様に、セルコン４１がバランシングを開始してからの経過時間を計測する。そして、計測した経過時間が所定の停止時間に達すると、起動・停止回路４１１にセルコン４１の停止を指示する。なお、サブタイマ４１３０における停止時間は、バランシング時間よりも長いことが好ましく、予め設定された固定値であってもよいし、バランシング時間に応じて動的に設定される値であってもよい。これにより、メインタイマ４１２が故障等によって正常に動作できない場合であっても、停止管理部４１３によりセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

　以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池管理装置１は、二次電池である複数の電池セル２の電圧を調整するためのバランシングを実施するセルコン４１，４２と、セルコン４１，４２を制御する制御部３とを備える。セルコン４１は、セルコン４１を停止させるための経過時間を計測するメインタイマ４１２と、メインタイマ４１２の異常時にセルコン４１を停止させる停止管理部４１３とを有する。電池管理装置１において、メインタイマ４１２および停止管理部４１３への電源供給を行う第１電源、すなわち電池セル２と、制御部３への電源供給を行う第２電源、すなわち鉛蓄電池７とは、互いに異なる電源である。このようにしたので、バランシング中の電力消費を抑制しつつ、バランシングにおける信頼性の向上を図ることができる。

（２）制御部３は、鉛蓄電池７から電源供給を受けて動作する通常動作モードと、通常動作モードよりも消費電力が低い低消費電力モードとを有する。制御部３は、通常動作モードでの動作中にセルコン４１，４２に対してバランシングの指示を行ってから、低消費電力モードに移行する。セルコン４１，４２は、制御部３が低消費電力モードで動作しているときにバランシングを実施する。このようにしたので、バランシング中の鉛蓄電池７の電力消費を抑制することができる。

（３）セルコン４１は、バランシングを開始してからの経過時間が所定の放電時間に達するとバランシングを終了するバランシングタイマ４１４を有する。このようにしたので、メインタイマ４１２と停止管理部４１３が同時に故障した場合であっても、電池セル２の電力消費を低減する事ができる。

（４）停止管理部４１３は、メインタイマ４１２とは別に設けられて経過時間を計測するサブタイマ４１３０を有する。メインタイマ４１２が計測した経過時間が制御部３により設定されるバランシング時間に達した場合、または、サブタイマ４１３０が計測した経過時間がバランシング時間よりも長い所定の停止時間に達した場合に、セルコン４１が停止する。このようにしたので、メインタイマ４１２が異常な場合であってもセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、セルコン４１，４２において停止管理部４１３を第１の実施形態で説明したのとは異なる手段で実現する例を説明する。なお、本実施形態に係る電池管理装置の構成は、第１の実施形態で説明した図１の電池管理装置１と同じであるため、説明を省略する。また、第１の実施形態と同様に、セルコン４１，４２は同じ構成を有しているため、以下ではセルコン４１についてのみ説明し、セルコン４２の説明は省略する。

　図３は、本発明の第２の実施形態に係るセルコン４１の構成を示す図である。図３に示すように、本実施形態におけるセルコン４１では、停止管理部４１３がサブタイマ４１３０および比較部４１３１を有する。なお、これ以外の点では、セルコン４１は図２に示した第１の実施形態と同様の構成を有している。

　サブタイマ４１３０は、第１の実施形態で説明したものと同様に、メインタイマ４１２とは別に設けられたタイマであり、セルコン４１がバランシングを開始してからの経過時間、すなわちセルコン４１を停止させるための経過時間を計測する。比較部４１３１は、メインタイマ４１２が計測した経過時間と、サブタイマ４１３０が計測した経過時間とを比較する。その結果、これらの比較時間同士の差が所定値以上となった場合は、メインタイマ４１２とサブタイマ４１３０の間に時間のずれが生じたと判断し、起動・停止回路４１１にセルコン４１の停止を指示する。これにより、第１の実施形態と同様に、メインタイマ４１２が故障等によって正常に動作できない場合であっても、停止管理部４１３によりセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。さらにこの場合に、メインタイマ４１２の故障をセルコン４１から制御部３に通知してよい。このようにすれば、制御部３において故障箇所の把握が可能となる。

　以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）～（３）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（５）停止管理部４１３は、メインタイマ４１２とは別に設けられて経過時間を計測するサブタイマ４１３０と、メインタイマ４１２が計測した経過時間とサブタイマ４１３０が計測した経過時間とを比較する比較部４１３１とを有する。メインタイマ４１２が計測した経過時間が制御部３により設定されるバランシング時間に達した場合、または、比較部４１３１により比較された経過時間同士の差が所定値以上の場合に、セルコン４１が停止する。このようにしたので、メインタイマ４１２が異常な場合であってもセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、セルコン４１，４２において停止管理部４１３をアナログ回路で実現する例を説明する。なお、本実施形態に係る電池管理装置の構成は、第１の実施形態で説明した図１の電池管理装置１と同じであるため、説明を省略する。また、第１の実施形態と同様に、セルコン４１，４２は同じ構成を有しているため、以下ではセルコン４１についてのみ説明し、セルコン４２の説明は省略する。

　図４は、本発明の第３の実施形態に係るセルコン４１の構成を示す図である。図４に示すように、本実施形態におけるセルコン４１では、停止管理部４１３が抵抗ＲＳおよびコンデンサＣｓによって構成されたＲＣフィルターを有する。なお、これ以外の点では、セルコン４１は図２、図３にそれぞれ示した第１、第２の実施形態と同様の構成を有している。

　図４に示したセルコン４１において、ＲＣフィルターにより構成される停止管理部４１３は、セルコンＩＣ４１０の外部に設けられており、信号入力端子Ｔｗｓを介してセルコンＩＣ４１０内の起動・停止回路４１１と接続されている。なお、停止管理部４１３をセルコンＩＣ４１０の内部に配置してもよい。停止管理部４１３では、制御部３からの通信信号が通信端子Ｔｃｏｍを介してセルコンＩＣ４１０に入力される度に、ＲＣフィルター内のコンデンサＣｓが充電される。バランシング指示後に制御部３が停止して通信信号が入力されなくなると、コンデンサＣｓに充電された電荷を用いて、ＲＣフィルターの時定数に応じた割合で電圧が単調減少する電圧信号がＲＣフィルターから信号入力端子Ｔｗｓに印加される。すなわち、停止管理部４１３においてＲＣフィルターは、セルコン４１がバランシングを開始してからの経過時間に応じて電圧が単調に変化する電圧信号を出力する電圧信号出力回路として機能する。なお、停止管理部４１３から出力される電圧信号は、バランシング開始時点からの経過時間に応じて電圧が単調に変化するものであればよい。たとえば、経過時間に応じて単調増加する電圧信号を停止管理部４１３から出力するようにしてもよい。

　起動・停止回路４１１は、停止管理部４１３から信号入力端子Ｔｗｓを介して入力される電圧信号を監視し、電圧信号が所定の動作電圧Ｖ以上であればセルコンＩＣ４１０の動作を維持する一方で、動作電圧Ｖ未満になったらセルコンＩＣ４１０を停止させる。この動作電圧Ｖは、停止管理部４１３が有するＲＣフィルターの時定数と、メインタイマ４１２に対して設定されるバランシング時間とに応じて定められる。具体的には、バランシング開始後に停止管理部４１３の電圧信号が動作電圧Ｖ以上に保持される時間を電圧保持時間とすると、この電圧保持時間が少なくともバランシング時間よりも長くなるように、動作電圧Ｖが定められる。すなわち、停止管理部４１３のＲＣフィルターは、制御部３により設定されるバランシング時間よりも長い電圧保持時間の間、起動・停止回路４１１へ出力する電圧信号の電圧を動作電圧Ｖ以上の範囲内に保持する。これにより、第１、第２の実施形態と同様に、メインタイマ４１２が故障等によって正常に動作できない場合であっても、停止管理部４１３によりセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

　以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）～（３）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（６）停止管理部４１３は、経過時間に応じて電圧が単調に変化する電圧信号を出力する電圧信号出力回路として機能するＲＣフィルターを有する。ＲＣフィルターは、制御部３により設定されるバランシング時間よりも長い所定の電圧保持時間の間、電圧信号の電圧を所定の動作電圧範囲内に保持する。メインタイマ４１２が計測した経過時間がバランシング時間に達した場合、または、ＲＣフィルターから出力される電圧信号の電圧が動作電圧範囲外になった場合に、セルコン４１が停止する。このようにしたので、メインタイマ４１２が異常な場合であってもセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、セルコン４１，４２において停止管理部４１３をメインタイマ４１２の特定の故障モードに対応させて実現する例を説明する。なお、本実施形態に係る電池管理装置の構成は、第１の実施形態で説明した図１の電池管理装置１と同じであるため、説明を省略する。また、第１の実施形態と同様に、セルコン４１，４２は同じ構成を有しているため、以下ではセルコン４１についてのみ説明し、セルコン４２の説明は省略する。

　電池管理装置１においてセルコン４１に停止管理部４１３を配置している目的は、メインタイマ４１２が故障した場合であっても、バランシング実施後にはセルコン４１を停止して電池セル２の電力消費を抑制することである。そのため、メインタイマ４１２において想定される故障モードの全てに対応できるようにする必要はなく、セルコン４１を停止できない故障モードにのみ対応した停止管理部４１３としてもよい。すなわち、停止管理部４１３は必ずしもメインタイマ４１２の全ての故障を検知しなくてもよい。本実施形態では、こうした停止管理部４１３の例を説明する。

　図５は、本発明の第４の実施形態に係るセルコン４１の構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態におけるセルコン４１では、メインタイマ４１２は、タイマＩＣ４１２０と、セルコンＩＣ４１０の信号出力端子Ｓｅｔに接続されて抵抗ＲＰ，ＲＭにより構成される分圧回路とを有する。また、停止管理部４１３は、抵抗ＲＰと抵抗ＲＭの間に接続された抵抗ＲＳを有する。なお、これ以外の点では、セルコン４１は図２～図４にそれぞれ示した第１～第３の実施形態と同様の構成を有している。

　図５に示したセルコン４１において、メインタイマ４１２はセルコンＩＣ４１０の外部に設けられている。なお、メインタイマ４１２をセルコンＩＣ４１０の内部に配置してもよい。メインタイマ４１２のタイマＩＣ４１２０は、信号入力端子Ｔｗｓを介してセルコンＩＣ４１０内の起動・停止回路４１１と接続されている。信号入力端子ＴｗｓとタイマＩＣ４１２０の間にはコンデンサＣｓが接続されており、制御部３からの通信信号が通信端子Ｔｃｏｍを介してセルコンＩＣ４１０に入力される度に、このコンデンサＣｓが充電される。

　タイマＩＣ４１２０は、起動信号出力端子ＷＡＫＥおよび設定信号入力端子Ｔｓｅｔを有する。起動信号出力端子ＷＡＫＥは、セルコンＩＣ４１０の信号入力端子Ｔｗｓと接続されており、設定信号入力端子ＴＳｅｔは、分圧回路の抵抗ＲＰと抵抗ＲＭの間に接続されている。

　制御部３によりバランシング時間が設定されると、セルコンＩＣ４１０は信号出力端子Ｓｅｔからメインタイマ４１２の分圧回路に対して、設定されたバランシング時間に応じた電圧を出力する。タイマＩＣ４１２０は、信号出力端子Ｓｅｔの電圧に応じて分圧回路から所定の分圧比で設定信号入力端子Ｔｓｅｔに印加される電圧を読み取り、その電圧に基づいてセルコンＩＣ４１０の起動時間を設定する。このとき、たとえば設定信号入力端子Ｔｓｅｔの電圧が高いほど、起動時間を長く設定する。そして、設定した起動時間の間、起動信号出力端子ＷＡＫＥからセルコンＩＣ４１０の信号入力端子Ｔｗｓに対して、所定の電圧以上の起動信号を出力する。なお、タイマＩＣ４１２０が出力する起動信号の電圧としては、第３の実施形態で説明した動作電圧Ｖ以上の電圧が設定される。設定した起動時間が経過すると、タイマＩＣ４１２０は起動信号の出力を停止し、信号入力端子Ｔｗｓに印加される電圧を動作電圧Ｖ未満とする。

　起動・停止回路４１１は、タイマＩＣ４１２０から信号入力端子Ｔｗｓを介して入力される起動信号を監視し、起動信号が所定の動作電圧Ｖ以上であればセルコンＩＣ４１０の動作を維持する一方で、動作電圧Ｖ未満になったらセルコンＩＣ４１０を停止させる。このような起動・停止回路４１１の動作により、メインタイマ４１２は、バランシング時間に応じた起動時間が経過したときにセルコン４１を停止させることができる。

　ここで、メインタイマ４１２において発生する可能性が高い故障モードとして、分圧回路の抵抗ＲＰまたは抵抗ＲＭがオープン状態となる故障が考えられる。抵抗ＲＰがオープン状態となった場合には、信号出力端子Ｓｅｔの電圧に関わらず、タイマＩＣ４１２０において設定信号入力端子Ｔｓｅｔに印加される電圧が０Ｖとなる。したがって、この場合にはタイマＩＣ４１２０において設定される起動時間が通常よりも短くなるため、バランシング終了後にセルコン４１が停止せずに電池セル２の電力消費が継続されることは生じない。しかしその一方で、抵抗ＲＭがオープン状態となった場合には、設定信号入力端子Ｔｓｅｔに印加される電圧が通常よりも高くなる。したがって、この場合にはタイマＩＣ４１２０において設定される起動時間が通常よりも長くなるため、バランシング終了後にセルコン４１が停止せずに電池セル２の電力消費が継続されてしまう。

　以上説明したように、本実施形態のようなメインタイマ４１２の構成では、特に何も対策を講じないとすると、メインタイマ４１２の故障モードによっては電池セル２の電力消費を抑制できない事態が生じる。しかし本実施形態では、抵抗ＲＰと抵抗ＲＭの間に接続された抵抗ＲＳを用いて停止管理部４１３を構成しているため、上記のような事態が生じるのを防止できる。具体的には、抵抗ＲＭがオープン状態になった場合であっても、タイマＩＣ４１２０の設定信号入力端子Ｔｓｅｔは、停止管理部４１３の抵抗ＲＳを介して接地されている。そのため、設定信号入力端子Ｔｓｅｔに印加される電圧が通常時と比べてそれほど大きくはならずに、システム上許容できる起動時間を設定してセルコン４１を停止させることができる。すなわち、停止管理部４１３は、メインタイマ４１２において起動時間が異常な長さとなった場合に、起動時間を短縮することが可能である。これにより、第１～第３の実施形態と同様に、メインタイマ４１２が故障等によって正常に動作できない場合であっても、停止管理部４１３によりセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

　以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）～（３）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（７）メインタイマ４１２は、制御部３により設定されるバランシング時間に応じた起動時間をセルコン４１に対して設定する。セルコン４１は、バランシングを開始してからの経過時間が起動時間に達すると停止する。停止管理部４１３は、メインタイマ４１２において起動時間が異常な長さとなった場合に、起動時間を短縮する。このようにしたので、メインタイマ４１２が異常な場合であってもセルコン４１を停止してバランシングを終了させ、電池セル２の電力消費を抑制することができる。

（第５の実施形態）
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、制御部３の動作モードを切り替えるためのタイマをさらに備える例を説明する。

　図６は、本発明の第５の実施形態に係る電池管理装置の構成を示す図である。図６に示す電池管理装置１は、図１で説明した第１の実施形態の各構成要素に加えて、さらに制御側タイマ８を有している。制御側タイマ８は、バランシング実施時に制御部３が動作を停止してからの時間を計測し、その計測時間がバランシング時間に達すると、制御部３を起動させてその動作を再開させるようにする。なお、制御側タイマ８以外の構成については、図１と同様であるため説明を省略する。また、セルコン４１，４２は、第１～第４の各実施形態でそれぞれ説明した図２～図５のいずれかの構成とすることができる。

　本実施形態において、制御部３は、バランシングを実施するときにはメインタイマ４１２に対してバランシング時間を設定するとともに、制御側タイマ８に対してもバランシング時間を設定した後、停止または待機状態となって低消費電力モードに移行する。なお、このときさらに制御部３は、バランシングタイマ４１４や停止管理部４１３内のサブタイマ４１３０に対して、放電時間や停止時間を設定してもよい。制御側タイマ８は、制御部３が低消費電力モードに移行以降してからの時間を計測し、その時間が設定されたバランシング時間に達すると、制御部３を再起動して通常モードに移行させる。すると制御部３は、メインタイマ４１２と制御側タイマ８に対してバランシング時間を設定した後、再び停止または待機状態となる。この場合にも、バランシングタイマ４１４や停止管理部４１３内のサブタイマ４１３０に対して、放電時間や停止時間を設定してもよい。本実施形態の電池管理装置１では、車両停止中にこうした動作が繰り返される。なお、バランシング時間よりも長い時間であれば、バランシング時間と異なる時間を制御側タイマ８に対して設定してもよい。

　本実施形態の電池管理装置１によれば、制御側タイマ８を用いて上記の動作を行うことにより、車両停止中に何度かに分けてバランシングを行うことができる。一般的に、車両停止直後の電池セル２の電圧は不安定であるため、車両停止の直前または直後の電圧を用いてバランシング制御を行うと、誤差が大きくなるという問題がある。しかし、本実施形態の電池管理装置１では、車両停止後にある程度の時間が経過したときの安定した電池セル２の電圧を用いてバランシング制御を行うことができる。そのため、精密なバランシングを行う事が可能である。

　また、各電池セル２に対して個別にバランシング時間を設定してバランシングを行う場合、一般的には前述のように、バランシングタイマ４１４が電池セル２の個数と同じだけのタイマを所持する必要がある。しかし、本実施形態の電池管理装置１では、上記のように分割してバランシングを行うことにより、バランシングタイマ４１４に複数のタイマを持たせる必要がなくなる。すなわち、１回のバランシング時間中に１つの電池セル２に対してバランシング時間を設定し、これを電池セル２の個数分だけ繰り返すことにより、全ての電池セル２を個別のバランシング時間で放電させることが可能となる。その結果、バランシングタイマ４１４を１つのタイマのみで実現可能となり、セルコン４１の回路の簡略化が可能となる。特に、多数の電池セル２を電池管理装置１で監視する場合には、この回路の簡略化による小型化および低コスト化の効果が大きくなる。

　なお、制御側タイマ８を用いてメインタイマ４１２の監視をさらに行ってもよい。この場合、メインタイマ４１２に設定したバランシング時間よりも長い時間を制御側タイマ８に対して設定し、制御部３が再起動したときにメインタイマ４１２が止まっているか否かを確認することにより、メインタイマ４１２を診断することが可能となる。ただし、車両を輸送する場合は鉛蓄電池７からの電源供給が遮断されるため、制御側タイマ８を用いてメインタイマ４１２の診断を行うことができない。したがってこの場合には、メインタイマ４１２が故障してもセルコン４１を停止して電池セル２の電力消費を抑制できるように、停止管理部４１３によるセルコン４１の停止機能が必要となる。

　以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、第１～第４の各実施形態で説明した（１）～（７）に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。

（８）電池管理装置１は、制御部３が低消費電力モードに移行してからの時間を計測する制御側タイマ８を備える。制御部３は、制御側タイマ８が計測する時間に基づいて、低消費電力モードから通常動作モードに移行する。このようにしたので、回路規模を縮小しつつ精密なバランシングの実施が可能である。

　なお、以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

　１：電池管理装置
　２：電池セル
　３：制御部
　５：絶縁手段
　７：鉛蓄電池
　８：制御側タイマ
　４１：セルコントローラ（セルコン）
　４２：セルコントローラ（セルコン）
　４１０：セルコンＩＣ
　４１１：起動・停止回路
　４１２：メインタイマ
　４１３：停止管理部
　４１４：バランシングタイマ
　４１５：電源回路
　４１６：通信回路
　４１７：セルインターフェース回路
　４１８：バランシングスイッチ
　４１９：スイッチ制御回路

Claims

　複数の二次電池の電圧を調整するためのバランシングを実施するセルコントローラと、
　前記セルコントローラを制御する制御部と、を備え、
　前記セルコントローラは、前記セルコントローラを停止させるための経過時間を計測するメインタイマと、前記メインタイマの異常時に前記セルコントローラを停止させる停止管理部と、を有し、
　前記メインタイマおよび前記停止管理部への電源供給を行う第１電源と、前記制御部への電源供給を行う第２電源とは、互いに異なる電源である電池管理装置。
　請求項１に記載の電池管理装置において、
　前記制御部は、前記第２電源から電源供給を受けて動作する通常動作モードと、前記通常動作モードよりも消費電力が低い低消費電力モードと、を有し、
　前記制御部は、前記通常動作モードでの動作中に前記セルコントローラに対して前記バランシングの指示を行ってから、前記低消費電力モードに移行し、
　前記セルコントローラは、前記制御部が前記低消費電力モードで動作しているときに前記バランシングを実施する電池管理装置。
　請求項２に記載の電池管理装置において、
　前記制御部が前記低消費電力モードに移行してからの時間を計測する制御側タイマを備え、
　前記制御部は、前記制御側タイマが計測する時間に基づいて、前記低消費電力モードから前記通常動作モードに移行する電池管理装置。
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
　前記停止管理部は、前記メインタイマとは別に設けられて前記経過時間を計測するサブタイマを有し、
　前記メインタイマが計測した前記経過時間が前記制御部により設定されるバランシング時間に達した場合、または、前記サブタイマが計測した前記経過時間が前記バランシング時間よりも長い所定の停止時間に達した場合に、前記セルコントローラが停止する電池管理装置。
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
　前記停止管理部は、前記メインタイマとは別に設けられて前記経過時間を計測するサブタイマと、前記メインタイマが計測した前記経過時間と前記サブタイマが計測した前記経過時間とを比較する比較部と、を有し、
　前記メインタイマが計測した前記経過時間が前記制御部により設定されるバランシング時間に達した場合、または、前記比較部により比較された前記経過時間同士の差が所定値以上の場合に、前記セルコントローラが停止する電池管理装置。
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
　前記停止管理部は、前記経過時間に応じて電圧が単調に変化する電圧信号を出力する電圧信号出力回路を有し、
　前記電圧信号出力回路は、前記制御部により設定されるバランシング時間よりも長い所定の電圧保持時間の間、前記電圧信号の電圧を所定の動作電圧範囲内に保持し、
　前記メインタイマが計測した前記経過時間が前記バランシング時間に達した場合、または、前記電圧信号の電圧が前記動作電圧範囲外になった場合に、前記セルコントローラが停止する電池管理装置。
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
　前記メインタイマは、前記制御部により設定されるバランシング時間に応じた起動時間を前記セルコントローラに対して設定し、
　前記セルコントローラは、前記経過時間が前記起動時間に達すると停止し、
　前記停止管理部は、前記メインタイマにおいて前記起動時間が異常な長さとなった場合に、前記起動時間を短縮する電池管理装置。
　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電池管理装置において、
　前記セルコントローラは、前記経過時間が所定の放電時間に達すると前記バランシングを終了するバランシングタイマを有する電池管理装置。
　複数の二次電池と接続されて前記複数の二次電池の電圧を調整するためのバランシングを実施するセルコントローラに搭載される集積回路であって、
　前記セルコントローラを停止させるための経過時間を計測するメインタイマと、
　前記メインタイマの異常時に前記セルコントローラを停止させる停止管理部と、を備え、
　前記メインタイマおよび前記停止管理部は、前記セルコントローラを制御する制御部とは異なる電源からの電源供給を受けて動作する集積回路。