二次電池装置及び車両
【課題】電圧・温度監視装置から電池管理装置へ送信された測定データの正確性を判断できるようにする。
【解決手段】この発明は組電池モジュールには、複数のセルの各セル電圧データを得る電圧検出部と、前記各セル電圧データを合計した発信側総和データを得る加算部と、前記各セル電圧データ及び前記発信側総和データを出力する通信部が設けられ、電池管理装置には、前記通信部からの前記各セル電圧データを合計し受信側総和データを得る総和データ計算部と、前記通信部からの前記発信側総和データと前記受信側総和データとを比較し、一致するか否かを判定し、一致判定を得たとき、正常報告信号を出力する報告部と、不一致判定を得たとき、前記電圧検出部の各セル電圧データと前記加算部の前記発信側総和データを再読み取り指示する再読み取り指令部を具備したことを特徴とする。
【解決手段】この発明は組電池モジュールには、複数のセルの各セル電圧データを得る電圧検出部と、前記各セル電圧データを合計した発信側総和データを得る加算部と、前記各セル電圧データ及び前記発信側総和データを出力する通信部が設けられ、電池管理装置には、前記通信部からの前記各セル電圧データを合計し受信側総和データを得る総和データ計算部と、前記通信部からの前記発信側総和データと前記受信側総和データとを比較し、一致するか否かを判定し、一致判定を得たとき、正常報告信号を出力する報告部と、不一致判定を得たとき、前記電圧検出部の各セル電圧データと前記加算部の前記発信側総和データを再読み取り指示する再読み取り指令部を具備したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は二次電池装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、電池装置を搭載した有人車両、また無人車両が使用されるようになってきている。使用されている電池装置には、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池（ＬｉＢ）が採用されている。二次電池装置を搭載した車両は、排気ガスが無く、環境保全に有効であるからである。
【０００３】
二次電池装置は、複数の電池（セル）を直列接続した組電池と各電池の状態を監視する監視装置を一体化した、組電池モジュールを有する。二次電池装置として車両に搭載されるときは、さらに複数の組電池モジュールが直列接続された状態で搭載され、要求される電圧を得られるようになっている。複数の組電池モジュールを組み合わせて使用するようにしたのは、電池交換、搬送作業などのとき、小さいモジュール単位として取り扱いを容易にしたためである。
【０００４】
車両の電源装置として、特許文献１がある。この文献には、電池装置の全体ブロックが開示され、電源ラインが遮断したときなどの故障対策が工夫されている。
【０００５】
不均等となったエネルギーを均等化する方法として、抵抗放電方法（特許文献２）が知られている。また、どの二次電池を放電するかを決める方法として、電池間の電圧差を検出し、この電圧差に基づいて放電すべき二次電池を決める方法（特許文献３）、また電池間のSOC（State Of Charge）差を検出し、このSOC差に基づいて放電すべき二次電池を決める方法（特許文献４）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９３７５７号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０８７７号公報
【特許文献３】特開２００１−２１８３７６号公報
【特許文献４】特開２００３−２１９５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の電池装置には電池管理系統が設けられている。電池管理系統は、電池交換を行うために電池の劣化状態を適切に把握し、また、充電を行うために電池の残容量などを適切に把握する必要がある。
【０００８】
そのために電池装置を構成する複数の組電池モジュール内の電圧・温度監視装置からセル電圧データなどの情報がマイクロプロセッサに送信されてくる。マイクロプロセッサは、各電圧・温度監視装置からのセル電圧データをデータ処理し、電池の残容量を把握することができる。
【０００９】
しかし、故障や外来ノイズの影響を考慮すれば複数の電圧・温度監視装置から送信されてくるセル電圧データが常に正しいものではない。
【００１０】
また従来の装置においては、ノイズ対策、あるいは故障対策の面でさらに不十分な点があり、測定データの正確性の向上が要望されている。
【００１１】
車両に搭載された電池装置では、その測定した電圧データが昇電圧を得るインバータなどから放出されるノイズの影響を受けることがある。電圧データがノイズにより改変され高い残量を示すと充電が十分に行われないことになる。逆に電圧データがノイズにより改変され低い残量を示すと過充電状態になる。
【００１２】
そこでこの発明は、電圧・温度監視装置から電池管理装置へ送信された測定データの正確性を判断できる機能を設け、安全な電池管理を行えるようにした電池装置及び車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、直列接続された複数のセルと、前記複数のセルの各セル電圧データを得る電圧検出部と、前記各セル電圧データを合計した発信側総和データを得る加算部及び前記各セル電圧データ及び前記発信側総和データを出力する通信部を有した組電池モジュールと、前記通信部からの前記各セル電圧データを合計し受信側総和データを得る総和データ計算部と、前記通信部からの前記発信側総和データを取得する総和データ取得部と、取得した前記発信側総和データと前記受信側総和データとを比較し、一致するか否かを判定する一致判定部と、前記一致判定部が一致判定を得たとき、正常報告信号を出力する報告部及び前記一致判定部が不一致判定を得たとき、前記電圧検出部の各セル電圧データと前記加算部の前記発信側総和データの再読み取りを指示する再読み取り指令部を有する電池管理装置を具備した二次電池装置を提供する。
【００１４】
また本発明はこの二次電池装置が駆動系を動作させるエネルギーの貯留部として搭載された車両を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
上記の手段により、信頼性が高く安定した動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施例による電池装置の車両搭載例を示す図である。
【図２】図１の組電池モジュールの内部構成例を示す図である。
【図３】組電池モジュール内の温度検出装置の基本的な構成例を示す図である。
【図４】組電池モジュール内の電池電圧検出部及び均等化処理部の基本的な構成例を示す図である。
【図５】図１の電池管理装置（ＢＭＵ）の構成例を示す図である。
【図６】図５の電池管理装置（ＢＭＵ）内の電力供給管理装置の構成例を示す図である。
【図７】この発明に係る二次電池装置におけるノイズ対策機能の構成例を示す図である。
【図８】この発明に係る二次電池装置における動作チェック用信号（アラート信号）の処理系統例を示す図である。
【図９】この発明に係る二次電池装置におけるシャットダウン信号経路の例を示す図である。
【図１０】図８のアラート信号の処理系統のアラート信号検出部の構成例を示す図である。
【図１１】図１０のアラート信号検出部の各部信号波形例を示す図である。
【図１２】図１０のアラート信号検出部の論理回路の内部の構成例を示す図である。
【図１３】図１２のアラート信号検出部の各部信号波形例を示す図である。
【図１４】上記したノイズ対策機能とアラート信号の処理系統の動作タイミングを説明するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例による電池装置が車両１００に搭載された例を説明する。但し、図１は車両１００、車両１００への電池装置の搭載個所、及び車両１００の駆動モータなどは概略的に示している。
【００１８】
電池装置は、複数の組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）・・・・１０１（４）が直列接続されている。組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）・・・・１０１（４）は、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の組電池モジュールと交換することができる。
【００１９】
電池装置の下位側（電圧が低い方を下位と称する）の組電池モジュール１０１（１）の負極端子には、接続ライン３１の一方の端子が接続されている。この接続ライン３１は、後述する電池管理装置６０内の電流検出部を介してインバータ４０の負極入力端子に接続されている。また電池装置の上位側（電圧が高い方を上位と称する）の組電池モジュール１０１（４）の正極端子には、接続ライン３２の一方の端子が、スイッチ装置３３を介して接続されている。接続ライン３２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。スイッチ装置３３は、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチを含む。
【００２０】
インバータ４０は、入力した直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。このインバータ４０は、また後述する電池管理装置６０あるは車両全体動作を制御するための電気制御装置７１からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。
【００２１】
組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）・・・・１０１（４）は、それぞれ、組電池１１，１２、１３、１４と電圧・温度監視装置２１、２２、２３、１４を有する。
【００２２】
電圧・温度監視装置２１、２２は互いの通信部を介して接続され双方向通信が可能であり、また電圧・温度監視装置２３、２４も互いの通信部を介して接続され双方向通信が可能である。電圧・温度監視装置２１の下位側の情報入力出力端子は、コネクタ５１を介して電圧管理装置６０に接続されている。電圧・温度監視装置２１の上位側の情報入力出力端子は、電圧・温度監視装置２２の下位側の情報入力出力端子に接続されている。また電圧・温度監視装置２３の下位側の情報入力出力端子は、コネクタ５２を介して電圧管理装置６０に接続されている。電圧・温度監視装置２３の上位側の情報入力出力端子は、電圧・温度監視装置２４の下位側の情報入力出力端子に接続されている。
【００２３】
上記の例は、電圧・温度監視装置２１、２２の通信部が直列接続され、また電圧・温度監視装置２３、２４の通信経路が直列接続されたが、それぞれの電圧・温度監視装置２１−２４の通信部が独立して電圧管理装置６０に接続されてもよい。
【００２４】
電圧管理装置６０には、独立した電圧管理装置用電源７０が接続されている。また運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う上位制御装置７１も接続されている。
【００２５】
図２は電圧・温度監視装置２１−２４の機能ブロックを詳しく示している。電圧・温度監視装置２１−２４の機能ブロックは、同じであるために、電圧・温度監視装置２１を代表してその機能ブロックを説明する。電圧・温度監視装置２１は、先のコネクタ５１に接続される下位側の通信部２１１と、電圧・温度監視装置２２に接続される上位側の通信部２１２を含む。また電圧・温度監視装置２１は、電圧検出部２１４、温度検出部２１４を含む。また電圧・温度監視装置２１は、各セルの電圧を均等化するための均等化処理部２１５を含む。また電圧・温度監視装置２１は、電圧・温度監視装置２１の動作状態を出力する診断用信号回路２１６を含む。
【００２６】
電圧検出部２１４は、組電池の各セルの端子間の電圧を検出する。検出されたセル電圧は、通信部を介して電圧管理部６０に転送される。温度検出部２１４は、各セルまたは複数セルの近辺の温度を検出する。検出された温度データは、通信部を介して電圧管理部６０に転送される。
【００２７】
均等化処理部２１５は、次のような理由で設けられている。組電池装置では、二次電池の充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされたセル間のエネルギーが不均等となってくることが知られている。セル間のエネルギーが不均等となることにより、電池装置として機能を最大に発揮できるような効率のよい充放電を行うことができなくなってくる。均等化処理せずに残容量の高いセルが存在する状態で充電を行うと、残容量の低いセルが満充電状態にならないまま残容量の高いセルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、均等化処理部２１５により、セル間のエネルギーを均等化処理する必要がある。
【００２８】
診断用信号回路２１６は、電圧・温度監視装置２１が正常に動作していることを示す動作チェック用信号（ここでは例えばアラート信号を利用している）を出力している。
【００２９】
このアラート信号は、例えば１６ＫＨｚの信号として、通信部の伝送経路とは独立したラインで独自に電池管理装置６０へ送信される。アラート信号はこの発明では動作チェック用信号として利用される。
【００３０】
アラート信号は、電圧・温度監視装置２１がセル電圧を正常に測定しているかどうかを監視している。電圧・温度監視装置２１は、クロックに基づいて、一定の周期でセル電圧を測定する。そして測定値を一定の周期のパルスで通信部へ転送している。このとき測定値を取得できたときを「１」取得できないときを「０」として前記一定の周期のパルス（２値化信号と称してもよい）が診断用回路にて生成され、これをアラート信号として利用する。このアラート信号が欠如したり停止した場合は、電圧・温度監視装置２１がセル電圧を正常に測定していないことの判断材料とするとすることができる。
【００３１】
また、電圧・温度監視装置２１−２４内にはそれぞれシーケンサを含む制御部が設けられており、データの送受信及びスイッチなどの動作タイミングが統括されている。また制御部は、電圧検出部２１３が測定した各セルの電圧の総和を求め通信部を介して電池管理部６０へ転送する。なお前記アラート信号は、別の目的でも利用可能であり、例えば１つのセル電圧が３Ｖより小さいとは正常に出力されるが３Ｖ以上になると過充電防止を示すアラート信号として例えば制御部により停止される。
【００３２】
図３は、温度検出装置の基本的な構成例を示す。直列に接続された複数のセル１１（１）〜１１（ｘ）は、組電池１１を構成している。各セル１１（１）〜１１（ｘ）の正極端子と負極端子は、電圧検出部２１３に接続されている。電圧検出部１３は、各セルの正極端子と負極端子間の端子間電圧を個別に測定する。また各セル１１（１）〜１１（ｘ）の近傍に、温度センサT(a)〜T(x)が配置されている。各温度センサT(a)〜T(x)の出力端子は、温度検出部２１４に接続されている。温度検出部２１４は、各温度センサT(a)〜T(x)の出力をデータ化し、通信部に出力する。
【００３３】
図４は、均等化処理部２１５を示している。複数のセル１１（１）〜１１（ｘ）の負極端子と正極端子は、それぞれ、放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）を介して電圧検出部２１３に接続されている。
【００３４】
放電抵抗２１ｒ（１）と２１ｒ（２）の一方の端子はセル１１（１）の負極端子と正極端子に接続され、他方の端子は放電スイッチSW(1)の一方と他方の端子に接続されている。放電抵抗２１ｒ（２）と２１ｒ（３）の一方の端子はセル１１（２）の負極端子と正極子に接続され、他方の端子は放電スイッチSW(2)の一方と他方の端子に接続されている。同様に２つの組の放電抵抗は、対応するセルの負極端子と正極端子に接続され、他方の端子は対応する放電スイッチの一方と他方の端子に接続されている。
【００３５】
放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）と放電スイッチSW(1)〜SW(x+1)は、均等化回路２１Ａに含まれる。放電スイッチSW(1)〜SW(x+1)は、スイッチ制御回路２１Ｂによりオンオフ制御される。
【００３６】
電圧検出回路２１３は、各セル１１（１）〜１１（ｘ）の端子間の電圧を検出する。検出された各セル電圧は、通信部を介して電池管理部６０のエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。また組電池１１に流れている電流Ｉも電流検出回路６０２で検出されてエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。
【００３７】
エネルギー偏差算出部６０１は、個々のセルの充電量が求められたら、エネルギー偏差部６０１は、最も小さい充電量のセルと他の各セル間の充電量の差を求める。この差を用いて、放電時間換算部６０３は、最も小さい充電量と各セルの充電量とを同じにするために、各セルの放電時間を求める。この放電時間のデータは、スイッチ制御部２１Ｂに設定される。
【００３８】
スイッチ制御部２１Ｂは、各セルに対応する放電スイッチSW(1)〜SW(x+1）を放電時間データに従ってオンオフ制御する。例えばセル１１（１）が放電対象であるとすると、スイッチＳＷ（１）がオンされる。これによりセル１１（１）からの電流が抵抗２１ｒ（２）−２１ｒ（１）を介して流れ放電される。また例えばセル１１（ｘ＋１）が放電対象であるとすると、スイッチＳＷ（ｘ−１）、ＳＷ（ｘ−２）、ＳＷ（ｘ−３）、・・・ＳＷ（１）がオンされる。これによりセル１１（ｘ＋１）からの電流が抵抗２１ｒ（ｘ＋１）−２１ｒ（１）を介して流れ放電される。
【００３９】
エネルギー均等化に必要な放電時間長は、放電抵抗の抵抗値を小さくして電流量を大きくすれば短縮できる。しかし電流量が大きいと、発熱量が大きくなるので、装置としては好ましくない。そこで放電抵抗の抵抗値は比較的大きな値が選択され、要求される均等化処理時間（１時間乃至数時間）とのトレードオフにより決められる。
【００４０】
なお充電量ではなく、電池容量に対する充電量の割合、即ちＳＯＣを用いて放電時間を求める場合もある。
【００４１】
図５に電池管理装置６０の全体ブロックを示して説明する。電池管理装置６０と、組電池モジュール１０１（１）、１０１（３）は、コネクタ５１、５２を介して電気的に接続されている。両者の接続ラインとしては、双方向データライン、クロックライン、アラート信号ライン（本装置では動作チェック用信号ラインとしても機能する）、電源ライン、アースラインなどがある。
【００４２】
電池管理装置６０は、コネクタ５１、５２に接続されるインターフェース６１１、６１２を有する。電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４からは、それぞれ動作中を示す警戒（アラート）信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２、ＡＬＴ３、ＡＬＴ４が出力されており、それぞれのアラート信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２、ＡＬＴ３、ＡＬＴ４は、コネクタ５１、５２、インターフェース６１１、６１２を介して、アラート信号プロセッサ（ＡＳＰ）６１４に入力される。アラート信号プロセッサ（ＡＳＰ）６１４は、アラート信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２、ＡＬＴ３、ＡＬＴ３を監視することにより、各電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４が正常に動作しているかどうかを判定することができる。アラート信号プロセッサ６１４は、後述する動作チェック用信号を処理する動作チェック用信号判定装置と考えてよい。
【００４３】
また電池管理装置６０と組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）、１０１（３）、１０１（４）の双方向通信のために、インターフェース６１１、６１２とマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６１４の間は、ライン６２１、６２２で接続されている。このライン６２１、６２２を通じて行う通信規格としては、例えば双方向シリアル通信規格が採用されている。
【００４４】
またマイクロプロセッサ６１５とインターフェース６１１、６１２間に接続されたライン６２３は、シャットダウン信号SHDNを各組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）、１０１（３）、１０１（４）に与えるラインである。シャットダウン信号は、例えばマイクロプロセッサ６１５の論理的な動作により、電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４をシャットダウンするとき、また、マイクロプロセッサ６２１の電源電圧が所定値より低下したときなどに出力される。このシャットダウン信号SHDNは、通信部を含む通信経路を介して送信される。
【００４５】
マイクロプロセッサ６１５には、先に説明した電流検出回路６０２も接続されている。またマイクロプロセッサ６１５には、電池装置の負極端子６１Ｔの電圧情報が端子６１ＩＮを介して入力され、電池装置の正極端子６２Ｔの電圧情報が端子６２ＩＮを介して入力されている。
【００４６】
さらにまた、マイクロプロセッサ６１５とアラート信号プロセッサ６１４間には、ライン６２４、６２５が接続されている。これにより、マイクロプロセッサ６１５のアラート信号は、ライン６２４を介してアラート信号プロセッサ６１４に入力されて監視され、逆にアラート信号プロセッサ６１４のアラート信号は、ライン６２５を介してマイクロプロセッサ６１５に入力されて監視される。したがって、マイクロプロセッサ６１５とアラート信号プロセッサ６１４はお互いが正常動作しているかどうかを監視することができる。
【００４７】
電力供給管理装置６１６は、電源ライン６２６を介して、インターフェース６１１、６１２及び電流検出回路６０２に電源電圧を供給している。また電力供給管理装置６１６は、電源ライン６２７を介して、マイクロプロセッサ６１５とアラート信号プロセッサ６１４に電源電圧（例えば５Ｖ）を供給している。
【００４８】
電力供給管理装置６１６には、先のＢＭＳ用電源７０から１２ボルトの直流電源電圧がコネクタ８０を介して供給されている。電力供給管理装置６１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータを有し、１２ボルトの電源電圧を、アラート信号プロセッサ６１４及びマイクロプロセッサ６１５で使用する５ボルトの電源電圧に変換している。
【００４９】
電力供給管理装置６１６は、上記動作状態を維持する機能と、定期的にタイマー６１７に設定された時間に応じて非動作状態と動作状態を繰り返す機能とがある。通常の車両運転状態においては、マイクロプロセッサ６１５からのオン制御信号がライン６２８を介して電力供給管理装置６１６に与えられる。しかし、例えば、車両が運転停止中には、電池管理装置６０における消費電力を削減するために電源供給を止めることが好ましい。しかしながら、一方では、セルバランス、所謂均等化処理を実行するためには、電池管理装置６０が動作状態に無ければならない。そこで定期的にタイマー６１７に設定された時間に応じて非動作状態と動作状態を繰り返すように構成されている。タイマー６１７は、マイクロプロセッサ６１５からライン６３１を通じてスタート信号を受け取り、一定時間のパルス計測を行い、計測終了信号を出力する。次に再度一定時間のパルス計測状態に移行し、この動作を繰り返す。マイクロプロセッサ６１５は、タイマー６１７の動作状態を監視し、電源供給状態を認識することができる。
【００５０】
タイマー６１７は常時動作するように、電源７０からの電力が供給されている。タイマー６１７の内部ラインを介してメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）６１８にも電源が供給されている。このメモリ（Ｅ２ＰＲＯＭ）６１８には、マイクロプロセッサ６１５で使用するソフトウエアプログラム、パラメータのためのデータなどが格納されている。したがって、メモリ（Ｅ２ＰＲＯＭ）６１８とマイクロプロセッサ６１５とは、ライン６３２を介して接続されている。
【００５１】
マイクロプロセッサ６１５は、車両及び装置の起動を行うためのイグニッションキーが装着或いは離脱されたことを検出したとき、イグニッションメインスイッチをオン又はオフするためのイグニッションイグ制御信号をライン６３３を介してドライバ６１９に供給する。またマイクロプロセッサ６１５は、外部充電器が接続或いは離脱されたことを検出したとき、充電スイッチをオンまたはオフするための充電スイッチ制御信号をライン６３４を介してドライバ６１９に供給する。
【００５２】
ドライバ６１９は、イグニッションイグ制御信号、充電スイッチ制御信号に応答して、電圧電流変換を行い、イグニッションメインスイッチＳＷ１及び充電スイッチＳＷ２の駆動コイル７４、７５に供給する。
【００５３】
また、ドライバ６１９には、アラート信号プロセッサ６１４からのアラート信号も供給されている。アラート信号がシステム異常を示す場合、ドライバ６１９は、回路動作の暴走やセルへの過充電・過放電を防止するためにイグニッションメインスイッチＳＷ１及び充電スイッチＳＷ２をオフ状態に制御する。
【００５４】
アラート信号は、異常時にはライン６４０、コネクタ８１を車両の上位制御部（ＥＣＵ）７１にも伝送される。またマイクロプロセッサ６１５の正極性データ、負極性データは、ライン６４１、６４２、コネクタ８１を介して上位制御部（ＥＣＵ）７１に送信される。データ内容としては、例えば、電池残量、電池寿命を知らせるデータ、電池管理状態（均等化処理中、スリープ中）を知らせるデータなどがある。またデバッグのためにデータもライン６４３を介してマイクロプロセッサ６１５から上位制御部（ＥＣＵ）７１に送信することができる。さらにまたライン６４４は、上位制御部（ＥＣＵ）７１からマイクロプロセッサ６１５に対してデータ要求などのコマンドを与えるラインである。ライン６４５は、アースラインである。
【００５５】
図６に電力供給管理装置６１６の内部を示す。電力管理装置６１６のスイッチ６１００には、電源７０からの電力が供給される。このスイッチ６１００は、オア回路６１０１の出力により、オンオフ制御される。スイッチ６１００の出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６１１１に入力し電圧変換される。変換された電圧は、先に説明したインターフェース６１１、６１２、アラート信号プロセッサ６１４及びマイクロプロセッサ６１５などに供給される。
【００５６】
オア回路６１０１には、ライン６１０２を介してマイクロプロセッサ６１５からのスイッチオンオフ制御信号が入力される。またオア回路６１０１には、ライン６１０３を介してイグニッションキーが装着或いは離脱されたことを示すイグニッションキー検出信号が入力される。またライン６１０４を介して、外部充電器が接続或いは離脱されたことを示す外部充電器検出信号が入力される。さらにまたタイマー６１７の例えばカウント終了パルスがライン６１０５を介して入力されている。
【００５７】
上記の構成によりスイッチ６１００は、マイクロプロセッサ６１５からのオンオフ制御信号が常時ハイレベルであれば、オン状態を持続する。またイグニッションスイッチ検出信号が、常時ハイレベルであってもオン状態を持続する。外部充電器検出信号が、常時ハイレベルであってもオン状態を持続する。
【００５８】
いまライン６１０２、６１０３、６１０４がローレベルであるとする。そしてタイマー６１７が起動されたとする。すると、一定時間のサイクルで、タイマー出力がハイレベルとなる。このために、スイッチ６１００は一定時間のサイクルでオンすることができる。電力を削減しつつ、一方では、均等化処理を実行するために定期的に電池管理装置６０の動作状態を得ることができる。
【００５９】
図７は、この発明に係る二次電池装置の特徴部を取り出して示している。電圧・温度監視装置２１、２２内の各電圧検出部２１３で測定されたた各セル電圧データと、各加算部２１３ａで得られた各セル電圧データの総和データは、通信部２１１、コネクタ５１を介して、インターフェース６１１に入力する。また電圧・温度監視装置２３、２４内の各電圧検出部２１３で測定されたた各セル電圧データと、各加算部２１３ａで得られた各セル電圧データの総和データは、通信部２１１、コネクタ５２を介して、インターフェース６１２に入力する。通信部２１１には、安全を考慮して，電圧・温度監視装置間 (組電池モジュール間) および 電圧・温度監視装置と電池管理装置の間の接地レベルを分離するために直流遮断部が含まれる。直流遮断部は例えば１次側のコイルと２次側のコイルで構成されるコイル結合回路、あるいは発光素子と受光素子を用いたフォト結合回路が採用されている。
【００６０】
コネクタ５１を介して、インターフェース６１１に入力された各セル電圧データＶ（１），Ｖ（２）・・・・Ｖ（ｘ）と、各セル電圧データの総和データＭＶALL（発信側総和データと称する）は、インターフェース６１１に設けられている通信部６２１２を介して、マクロプロセッサ６１５のバッファ６３１１に一旦入力する。ここで各セル電圧データの総和データＭＶALLは、組電池を構成する各セルの電圧データを合計して求めたデータである。
【００６１】
またコネクタ５２を介して、インターフェース６１２に入力された各セル電圧データと、各セル電圧データの総和データは、インターフェース６１２に設けられている通信部６２１４を介して、マクロプロセッサ６１５のバッファ６３１１に一旦入力する。
【００６２】
次に、それぞれの電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４で得られた各セル電圧データと総和データとは、それぞれセル電圧データ取得部６３１２と総和データ取得部６３１３に入力される。
【００６３】
次に、総和データ計算部６３１４は、セル電圧データ取得部６３１２に入力された電圧・温度監視装置２１からのセル電圧データＶ（１），Ｖ（２）・・・・Ｖ（ｘ）の総和データＳＶALL（受信側総和データと称する）を得る。この受信側総和データＳＶALLと発信側総和データMＶALLとは、一致判定部６３１５に入力され、一致するか否か判定される。両者が一致した場合は、データ伝送が正常に行われたことであり、一致判定信号が正常報告部６３１６に送られる。これにより、各セル電圧データは各種の計算や判定用（例えば先に説明したエネルギー偏差計算用）に使用される。
【００６４】
受信側総和データと発信側総和データとが、一致しなかった場合は、一致判定部６３１５から再読み取り指令部６３１７に判定信号が与えられる。すると、再読み取り指令部６３１７は、前記電圧・温度監視装置２１の各セル電圧データとその総和データとの読み取りコマンドを出力する。読み取りコマンドは、通信部を介して電圧・温度監視装置２１に送られる。電圧・温度監視装置２１は、読み取りコマンドに応答して、各セル電圧データとその総和データを再度出力する。
【００６５】
電圧検出部２１３と加算部２１３ａには、バッファがあり、次の測定が行われるまでは前回の各セル電圧データと、各セル電圧データの総和データを維持している。したがって、再読み取り指令部６３１７からの読み取りコマンドに応答して、再度各セル電圧データと、各セル電圧データの総和データを送信することができる。再送信された各セル電圧データと、総和データがマクロプロセッサ６１５に送られてくると、マイクロプロセッサ６１５では、受信側総和データと発信側総和データの比較が再度行われる。このとき両者が一致した場合は、データ伝送が正常に行われたことであり、一致判定信号が正常報告部６３１６に送られる。しかし、両者が一致しなかった場合は、再読み取り指令部６３１７は、前記電圧・温度監視装置２１の各セル電圧データとその総和データとの読み取りコマンドを再度出力する。
【００６６】
ここで、再読み取り回数のデータが、中止指令部６３１８において監視されている。中止指令部６３１８は、連続して再読み取り回数が所定回数（例えば５回）に到達すると、伝送系或いは測定系に問題があるものと判定し、再読み取りを中止するための再読み取り中止コマンドを出力する。またこの中止コマンドに応答して、マイクロプロセッサ６１５は警告信号を上位制御部７１に出力するとともに、通信部を介してシャットダウン信号を電圧・温度監視装置２１−２４に与える。
【００６７】
上記の説明は、電圧・温度監視装置２１の各セル電圧データとその総和データとが正しくマイクロプロセッサ６１５へ伝送されているか否かを判断する例を説明した。これと同様に、他の電圧・温度監視装置２２、２３、及び２４の各セル電圧データとその総和データに関しても、正しくマイクロプロセッサ６１５へ伝送されているか否かが判断される。このため、電圧・温度監視装置２１、２２、２３及び２４に関して受信側総和データＳＶALLと発信側総和データMＶALLの一致不一致判定出力を、別々に得ることができる。よって、不一致出力が得られたときは、どの電圧・温度監視装置について、不一致出力が得られたのかを判断できる。この判断結果は、ヒストリー情報としてマイクロプロセッサ６１５で管理され、要求に応じて上位制御部７１に転送される。
【００６８】
これにより、マイクロプロセッサ６１５では、データ取得が正しく行われ、装置の動作信頼性を得ることができる。またデータ取得がノイズの影響を受け難くなり、データ取得の正確性を向上できる。
【００６９】
なお電圧検出部２１３の内部に加算部２１３ａが含まれるように記載しているが、両者は独立して設けられても良い。また電圧・温度監視装置２２内の制御部が加算部を兼用していてもよい。
【００７０】
図８には、アラート信号の処理系等を取り出して示している。電圧・温度監視装置２１、２２、２３及び２４では、それぞれアラート信号を生成している。このアラート信号は、たとえば発振器から出力されている動作クロックが診断用信号回路２１６により分岐されて１６Ｈｚのパルス信号として生成されている。電圧・温度監視装置２１、２２、２３及び２４内の例えば電圧検出部２１３、或いは均等化処理部２１５内には、制御部が設けられ、制御部は前記動作クロックを発生している。
【００７１】
電圧・温度監視装置２１、２２からのアラート信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２は、コネクタ５１、インターフェース６１１を介してアラート信号プロセッサ６１４に入力される。また電圧・温度監視装置２３、２４からのアラート信号ＡＬＴ３、ＡＬＴ４は、コネクタ５２１、インターフェース６１２を介してアラート信号プロセッサ６１４に入力される。アラート信号ＡＬＴ１−ＡＬＴ４は、先の通信経路とは独立した経路でアラート信号プロセッサ６１４に入力される。
【００７２】
アラート信号プロセッサ６１４には、各アラート信号ＡＬＴ１−ＡＬＴ４に対応して、アラート信号検出部６４１１，６４１２，６４１３，６４１４が設けられている。またアラート信号検出部６４２０は、マルチプロセッサ６１５からのアラート信号ＡＬＴ５を検出している。本発明ではアラート信号検出部と題しているが、動作チェック用信号検出部と称してもよい。
【００７３】
アラート信号検出部６４１１，６４１２，６４１３，６４１４、６４２０はそれぞれ、１６Ｈｚのアラート信号が正常に入力されているときは、ハイレベル出力を得ることができ、各ハイレベル出力は、アンド回路６４１５に入力される。アンド回路６４１５は、全入力がハイレベルのときハイレベル出力を得て、タイマー６４１６に供給する。タイマー６４１６は、アンド回路６４１５の出力がハイレベルであるかぎり、ハイレベル出力を出力し、１０Ｈｚ発振器６４１７の発振を持続させる。しかし、タイマー６４１６は、アンド回路６４１５の出力がローレベルとなり、例えば０．５秒以上継続した場合には、１０Ｈｚ発振器６４１７の発振を停止させるローレベルを出力得る。
【００７４】
これにより、アラート信号が異常となったときは、１０Ｈｚ発振器６４１７の発振が停止し、この情報が異常発生情報としてマイクロプロセッサ６１５に伝達される。マイクロプロセッサ６１５は、異常発生情報を認識すると、システムのシャットダウン信号を出力する。シャットダウン信号は、図５に示したライン６２３を介してインターフェース６１１、６１２に入力される。インターフェース６１１、６１２内には、フリップフロップ回路が設けられており、シャットダウン信号により出力が反転し、組電池モジュールをオフするための出力を得る。また図５で示したように上位制御部７１にも異常発生情報としてアラート信号が伝達される。
【００７５】
図９に、インターフェース６１１内のシャットダウン信号の経路を取り出して示して説明する。インターフェース６１１内には、シャットダウン信号を転送するフリップフロップ回路６１１１が設けられている。フリップフロップ回路６１１１のＱ出力端子は、コネクタ５１を介して電圧・温度監視装置２１のシャットダウン制御端子に接続される。フリップフロップ回路６１１１のセット入力端子Ｓには、信号Ｉ/Ｆ回路６１１６を介してシャットダウン解除信号が入力される。信号Ｉ/Ｆ回路６１１６は、絶縁回路であり、例えば一時側コイルと２次側コイルが電磁結合して信号を伝送する。このシャットダウン解除信号は、マイクロプロセッサ６１５から出力されている。信号Ｉ/Ｆ回路６１１６は、シャットダウン解除信号が入力すると、パルスを出力し、フリップフロップ回路６１１１をセットする。
【００７６】
フリップフロップ回路６１１１のリセット入力端子Ｒには、フォトカプラ６１１７を介して、シャットダウン信号が入力される。
【００７７】
フォトカプラ６１１７の入力端子には、モノマルチ回路６１１５の出力が接続されている。モノマルチ回路６１１５の一方の入力端子には、電源電圧低下検出回路６１１６の出力が供給されている。電源電圧低下検出回路６１１６は、電力供給管理装置６１６からの電源の１２Ｖの電圧が低下したかどうかを検出する。電源電圧が予め設定しているレベル以下になると、その出力がローベルに変化し、モノマルチ回路６１１５はそのセット端子の立下りエッジに応答し、パルスを出力する。これにより、フォトカプラ６１１７から、フリップフロップ回路６１１１に対してリセットパルスが供給され、このフリップフロップ回路６１１１のＱ出力がローレベルとなり、電圧・温度監視装置２１のシャットダウンが得られる。またモノマルチ回路６１１５からパルスを得ようとする場合、そのリセット端子に対してマイクロプロセッサ６１５からシャットダウン信号を与えることもできる。
【００７８】
なおモノマルチ回路６１１５には、端子６１１８、ダイオード６１１９、抵抗６１１２、を介して常時電源電圧が供給されている。抵抗６１１２、コンデンサ６１１３は平滑フィルタを形成している。
【００７９】
またマイクロプロセッサ６１５は、異常発生情報を例えばデータライン６４３を介して上位制御部７１に送信する。
【００８０】
シャットダウン信号出力部６６３０は、マイクロプロセッサ６１５内あるいはこのアラート信号プロセッサ６１４に設けられていてもよい。
【００８１】
上記のフリップフロップ回路６１１１の電源端子には、電圧・温度監視装置２１からの電源がコネクタ５１、ダイオード６１１２を介して供給され、また電力供給管理装置６１６からの電源も電源Ｉ/Ｆ回路６１１４、ダイオード６１１３を介して供給される。したがって、フリップフロップ回路６１１１は、２つの電源供給路を持ち、いずれか一方の電源がオフされても動作することができる。電源Ｉ/Ｆ回路６１１４も一次側コイルと二次側コイルを有するトランス回路である。
【００８２】
図１０にアラート信号検出部６４１１，６４１２，６４１３，６４１４、６４２０、アンド回路６４１５、タイマー６４１６、１０Ｈｚ発振器６４１７を示し、特にアラート信号検出部６４１１の内部を代表して詳しく示して説明する。また図１１には、各部の信号波形を示す。
【００８３】
１６Ｈｚのパルスであるアラート信号ＡＬＴ１は、信号Ａ１１（図１１にも示す）としては、エッジ検出部６５１４に入力されるとともに、インバータ６５０１を介して反転アラート信号Ａ１２（図１１にも示す）としてサンプル回路６５１１に入力される。またアラート信号Ａ１１は、サンプル回路６５１２に入力される。サンプル回路６５１１、６５１２は、４００ＨｚのクロックＡ１３（図１１にも示す）により、入力したアラート信号Ａ１１，Ａ１２をサンプルする。アラート信号Ａ１１，Ａ１２が正常であれば、いずれか一方のサンプル回路６５１１、６５１２の出力を合わせると、常に正のサンプル信号を得ることができる。アラート信号Ａ１１が正の期間は、サンプル回路６５１２から正のサンプル信号が出力され、アラート信号Ａ１１が負の期間は、サンプル回路６５１１から正のサンプル信号が出力されるからである。
【００８４】
サンプル回路６５１１、６５１２の出力は、論理回路６５１３に入力され、サンプル信号の状態が監視され、アラート信号Ａ１１が正常であるか異常であるかの判定出力を得る。
【００８５】
図１２に上記の論理回路６５１３の構成例を示す。図１３に各部の信号波形を示す。サンプル回路６５１１の出力とサンプル回路６５１２の出力は、同じ構成の回路で処理されるので、サンプル回路６５１１の出力の処理回路を詳細に示し、サンプル回路６５１２の出力の処理回路は、ブロック６６２０として示す。
【００８６】
サンプル回路６５１１の出力は、カウンタ６６１１に入力されるとともに、インバータ６６１３を介してカウンタ６６１２に入力される。カウンタ６６１１と６６１２は、エッジ検出部６５１４からのエッジ検出パルスＡ１４でリセットされる。エッジ検出パルスは、例えば、１６Ｈｚのアラート信号の立下りエッジを検出してパルスを出力している。
【００８７】
カウンタ６６１１と６６１２のカウント出力は、比較器６６１４と比較器６６１４に入力される。比較器６６１４は、カウンタ６６１１のカウント出力が２０以上を示すときハイレベル“Ｈ”を出力し、２０に満たないときはローレベル“Ｌ”を出力する。比較器６６１４は、カウンタ６６１２のカウント出力が５以下を示すときハイレベル“Ｈ”を出力し、５を超えるときはローレベル“Ｌ”を出力する。
【００８８】
カウンタ６６１１のカウント出力が２０以上で、カウンタ６６１２のカウント出力が５以下のときは、信号Ａ１１が１６Ｈｚのパルスにほぼ近いことである。しかし、カウント出力が２０に満たない、カウンタ６６１２のカウント出力が５以上となったときは、信号Ａ１１が無い、あるいは波形が乱れていることである。このときは、アンド回路６６１６からローレベルが出力される。
【００８９】
上記と同様な動作がブロック６６２０内でも行われる。したがって、アンド回路６１６の出力と、ブロック６６２０内の同様なアンド回路の出力をアンド回路６６１７に入力し、このアンド回路６６１７の出力をアラート信号検出部６４１１の出力として用いる。
【００９０】
ここで比較器６６１４と比較器６６１４に設定する比較値２０と値５を変えれば、判定を厳しくすることもできるし、緩和することもできる。例えば比較値１８と値７のように変えると、アラート信号にノイズが混入して波形がある程度乱れても正常検出を得ることが可能である。
【００９１】
上記したセル電圧データの取得が正しく行われているかどうか、また、各電圧・温度監視装置２１−２４からそれぞれ正常なアラート信号が得られているかどうかのチェック処理は、例えばイグニッションスイッチ検出信号Ｂ１１が得られたときに、マイクロプロセッサ６１５が起動する。図１４にイグニッションスイッチ検出信号Ｂ１１が得られた後の処理の例を示している。これは、車両が運転される前に各種信号状態をチェックし、事故に発展するのを未然に防ぐためである。イグニッションスイッチ検出信号Ｂ１１が得られると、続く期間Ｔ１では図１０で説明したセル電圧データのチェックが行われる。また同時に図１１−図１３で説明したアラート信号ＡＬＴ１−ＡＬＴ５が正しく得られているかどうかのチェックが行われる。次の期間Ｔ２では、チェック結果が出力される。装置が正常に動作している場合は、全体動作を許可する許可信号Ｂ１２が得られ、異常の場合は、シャットダウン信号が得られる。許可信号Ｂ１２は、上位制御装置７１に送信される。上位制御装置７１は許可信号Ｂ１２を受け取ると、車両運転のための操作信号を受け付けるようになる。
【００９２】
上記したように本発明によると、電圧・温度などを測定する監視装置から電池管理装置へ送信された測定データの正確性を判断できる機能を設け、安全な電池管理を行える。また簡単な構成で、複数の電圧・温度監視装置から送信されてくるセル電圧データが正しいものであるかどうかをチェックできる。このため誤って不正確なデータを読み取るような事態が防止される。
【００９３】
なおこの発明は、上記した実施例は一例であり、この構成に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００・・・車両、１０１（１）−１０１（４）・・・組電池モジュール、１１−１４・・・組電池、２１−２４・・・電圧・温度監視装置、４０・・・・インバータ、４５・・・モータ、５１、５２、８０，８１・・・コネクタ、６０・・・電圧管理装置、７０・・・電圧管理装置用電源、７１・・・上位制御装置、２１１、６２１２・・・通信部、２１３・・・電圧検出部、２１３ａ・・・加算部、２１６・・・診断回路、６０２・・・電流検出回路、６１１、６１２・・・インターフェース、６１４・・・アラート信号プロセッサ、６１５・・・マイクロプロセッサ、６１６・・・電力供給管理装置、６１７・・・タイマー、６１８・・・メモリ、６１９・・・ドライバ、６３１２・・・セル電圧データ取得部、６３１３・・・総和データ取得部、６３１４・・・総和データ計算部、６３１５・・・一致判定部、６３１４・・・正常報告部、６３１７・・・再読み取り指令部、６３１８・・・中止指令部、６４１１−６４１４、６４２０・・・アラート信号検出部、６４１５・・・アンド回路、６４１６・・・タイマー、６４１７・・・１０Ｈｚ発振部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は二次電池装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、電池装置を搭載した有人車両、また無人車両が使用されるようになってきている。使用されている電池装置には、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池（ＬｉＢ）が採用されている。二次電池装置を搭載した車両は、排気ガスが無く、環境保全に有効であるからである。
【０００３】
二次電池装置は、複数の電池（セル）を直列接続した組電池と各電池の状態を監視する監視装置を一体化した、組電池モジュールを有する。二次電池装置として車両に搭載されるときは、さらに複数の組電池モジュールが直列接続された状態で搭載され、要求される電圧を得られるようになっている。複数の組電池モジュールを組み合わせて使用するようにしたのは、電池交換、搬送作業などのとき、小さいモジュール単位として取り扱いを容易にしたためである。
【０００４】
車両の電源装置として、特許文献１がある。この文献には、電池装置の全体ブロックが開示され、電源ラインが遮断したときなどの故障対策が工夫されている。
【０００５】
不均等となったエネルギーを均等化する方法として、抵抗放電方法（特許文献２）が知られている。また、どの二次電池を放電するかを決める方法として、電池間の電圧差を検出し、この電圧差に基づいて放電すべき二次電池を決める方法（特許文献３）、また電池間のSOC（State Of Charge）差を検出し、このSOC差に基づいて放電すべき二次電池を決める方法（特許文献４）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９３７５７号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０８７７号公報
【特許文献３】特開２００１−２１８３７６号公報
【特許文献４】特開２００３−２１９５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の電池装置には電池管理系統が設けられている。電池管理系統は、電池交換を行うために電池の劣化状態を適切に把握し、また、充電を行うために電池の残容量などを適切に把握する必要がある。
【０００８】
そのために電池装置を構成する複数の組電池モジュール内の電圧・温度監視装置からセル電圧データなどの情報がマイクロプロセッサに送信されてくる。マイクロプロセッサは、各電圧・温度監視装置からのセル電圧データをデータ処理し、電池の残容量を把握することができる。
【０００９】
しかし、故障や外来ノイズの影響を考慮すれば複数の電圧・温度監視装置から送信されてくるセル電圧データが常に正しいものではない。
【００１０】
また従来の装置においては、ノイズ対策、あるいは故障対策の面でさらに不十分な点があり、測定データの正確性の向上が要望されている。
【００１１】
車両に搭載された電池装置では、その測定した電圧データが昇電圧を得るインバータなどから放出されるノイズの影響を受けることがある。電圧データがノイズにより改変され高い残量を示すと充電が十分に行われないことになる。逆に電圧データがノイズにより改変され低い残量を示すと過充電状態になる。
【００１２】
そこでこの発明は、電圧・温度監視装置から電池管理装置へ送信された測定データの正確性を判断できる機能を設け、安全な電池管理を行えるようにした電池装置及び車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、直列接続された複数のセルと、前記複数のセルの各セル電圧データを得る電圧検出部と、前記各セル電圧データを合計した発信側総和データを得る加算部及び前記各セル電圧データ及び前記発信側総和データを出力する通信部を有した組電池モジュールと、前記通信部からの前記各セル電圧データを合計し受信側総和データを得る総和データ計算部と、前記通信部からの前記発信側総和データを取得する総和データ取得部と、取得した前記発信側総和データと前記受信側総和データとを比較し、一致するか否かを判定する一致判定部と、前記一致判定部が一致判定を得たとき、正常報告信号を出力する報告部及び前記一致判定部が不一致判定を得たとき、前記電圧検出部の各セル電圧データと前記加算部の前記発信側総和データの再読み取りを指示する再読み取り指令部を有する電池管理装置を具備した二次電池装置を提供する。
【００１４】
また本発明はこの二次電池装置が駆動系を動作させるエネルギーの貯留部として搭載された車両を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
上記の手段により、信頼性が高く安定した動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施例による電池装置の車両搭載例を示す図である。
【図２】図１の組電池モジュールの内部構成例を示す図である。
【図３】組電池モジュール内の温度検出装置の基本的な構成例を示す図である。
【図４】組電池モジュール内の電池電圧検出部及び均等化処理部の基本的な構成例を示す図である。
【図５】図１の電池管理装置（ＢＭＵ）の構成例を示す図である。
【図６】図５の電池管理装置（ＢＭＵ）内の電力供給管理装置の構成例を示す図である。
【図７】この発明に係る二次電池装置におけるノイズ対策機能の構成例を示す図である。
【図８】この発明に係る二次電池装置における動作チェック用信号（アラート信号）の処理系統例を示す図である。
【図９】この発明に係る二次電池装置におけるシャットダウン信号経路の例を示す図である。
【図１０】図８のアラート信号の処理系統のアラート信号検出部の構成例を示す図である。
【図１１】図１０のアラート信号検出部の各部信号波形例を示す図である。
【図１２】図１０のアラート信号検出部の論理回路の内部の構成例を示す図である。
【図１３】図１２のアラート信号検出部の各部信号波形例を示す図である。
【図１４】上記したノイズ対策機能とアラート信号の処理系統の動作タイミングを説明するタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１はこの発明の一実施例による電池装置が車両１００に搭載された例を説明する。但し、図１は車両１００、車両１００への電池装置の搭載個所、及び車両１００の駆動モータなどは概略的に示している。
【００１８】
電池装置は、複数の組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）・・・・１０１（４）が直列接続されている。組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）・・・・１０１（４）は、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の組電池モジュールと交換することができる。
【００１９】
電池装置の下位側（電圧が低い方を下位と称する）の組電池モジュール１０１（１）の負極端子には、接続ライン３１の一方の端子が接続されている。この接続ライン３１は、後述する電池管理装置６０内の電流検出部を介してインバータ４０の負極入力端子に接続されている。また電池装置の上位側（電圧が高い方を上位と称する）の組電池モジュール１０１（４）の正極端子には、接続ライン３２の一方の端子が、スイッチ装置３３を介して接続されている。接続ライン３２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。スイッチ装置３３は、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチを含む。
【００２０】
インバータ４０は、入力した直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。このインバータ４０は、また後述する電池管理装置６０あるは車両全体動作を制御するための電気制御装置７１からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。
【００２１】
組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）・・・・１０１（４）は、それぞれ、組電池１１，１２、１３、１４と電圧・温度監視装置２１、２２、２３、１４を有する。
【００２２】
電圧・温度監視装置２１、２２は互いの通信部を介して接続され双方向通信が可能であり、また電圧・温度監視装置２３、２４も互いの通信部を介して接続され双方向通信が可能である。電圧・温度監視装置２１の下位側の情報入力出力端子は、コネクタ５１を介して電圧管理装置６０に接続されている。電圧・温度監視装置２１の上位側の情報入力出力端子は、電圧・温度監視装置２２の下位側の情報入力出力端子に接続されている。また電圧・温度監視装置２３の下位側の情報入力出力端子は、コネクタ５２を介して電圧管理装置６０に接続されている。電圧・温度監視装置２３の上位側の情報入力出力端子は、電圧・温度監視装置２４の下位側の情報入力出力端子に接続されている。
【００２３】
上記の例は、電圧・温度監視装置２１、２２の通信部が直列接続され、また電圧・温度監視装置２３、２４の通信経路が直列接続されたが、それぞれの電圧・温度監視装置２１−２４の通信部が独立して電圧管理装置６０に接続されてもよい。
【００２４】
電圧管理装置６０には、独立した電圧管理装置用電源７０が接続されている。また運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う上位制御装置７１も接続されている。
【００２５】
図２は電圧・温度監視装置２１−２４の機能ブロックを詳しく示している。電圧・温度監視装置２１−２４の機能ブロックは、同じであるために、電圧・温度監視装置２１を代表してその機能ブロックを説明する。電圧・温度監視装置２１は、先のコネクタ５１に接続される下位側の通信部２１１と、電圧・温度監視装置２２に接続される上位側の通信部２１２を含む。また電圧・温度監視装置２１は、電圧検出部２１４、温度検出部２１４を含む。また電圧・温度監視装置２１は、各セルの電圧を均等化するための均等化処理部２１５を含む。また電圧・温度監視装置２１は、電圧・温度監視装置２１の動作状態を出力する診断用信号回路２１６を含む。
【００２６】
電圧検出部２１４は、組電池の各セルの端子間の電圧を検出する。検出されたセル電圧は、通信部を介して電圧管理部６０に転送される。温度検出部２１４は、各セルまたは複数セルの近辺の温度を検出する。検出された温度データは、通信部を介して電圧管理部６０に転送される。
【００２７】
均等化処理部２１５は、次のような理由で設けられている。組電池装置では、二次電池の充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされたセル間のエネルギーが不均等となってくることが知られている。セル間のエネルギーが不均等となることにより、電池装置として機能を最大に発揮できるような効率のよい充放電を行うことができなくなってくる。均等化処理せずに残容量の高いセルが存在する状態で充電を行うと、残容量の低いセルが満充電状態にならないまま残容量の高いセルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、均等化処理部２１５により、セル間のエネルギーを均等化処理する必要がある。
【００２８】
診断用信号回路２１６は、電圧・温度監視装置２１が正常に動作していることを示す動作チェック用信号（ここでは例えばアラート信号を利用している）を出力している。
【００２９】
このアラート信号は、例えば１６ＫＨｚの信号として、通信部の伝送経路とは独立したラインで独自に電池管理装置６０へ送信される。アラート信号はこの発明では動作チェック用信号として利用される。
【００３０】
アラート信号は、電圧・温度監視装置２１がセル電圧を正常に測定しているかどうかを監視している。電圧・温度監視装置２１は、クロックに基づいて、一定の周期でセル電圧を測定する。そして測定値を一定の周期のパルスで通信部へ転送している。このとき測定値を取得できたときを「１」取得できないときを「０」として前記一定の周期のパルス（２値化信号と称してもよい）が診断用回路にて生成され、これをアラート信号として利用する。このアラート信号が欠如したり停止した場合は、電圧・温度監視装置２１がセル電圧を正常に測定していないことの判断材料とするとすることができる。
【００３１】
また、電圧・温度監視装置２１−２４内にはそれぞれシーケンサを含む制御部が設けられており、データの送受信及びスイッチなどの動作タイミングが統括されている。また制御部は、電圧検出部２１３が測定した各セルの電圧の総和を求め通信部を介して電池管理部６０へ転送する。なお前記アラート信号は、別の目的でも利用可能であり、例えば１つのセル電圧が３Ｖより小さいとは正常に出力されるが３Ｖ以上になると過充電防止を示すアラート信号として例えば制御部により停止される。
【００３２】
図３は、温度検出装置の基本的な構成例を示す。直列に接続された複数のセル１１（１）〜１１（ｘ）は、組電池１１を構成している。各セル１１（１）〜１１（ｘ）の正極端子と負極端子は、電圧検出部２１３に接続されている。電圧検出部１３は、各セルの正極端子と負極端子間の端子間電圧を個別に測定する。また各セル１１（１）〜１１（ｘ）の近傍に、温度センサT(a)〜T(x)が配置されている。各温度センサT(a)〜T(x)の出力端子は、温度検出部２１４に接続されている。温度検出部２１４は、各温度センサT(a)〜T(x)の出力をデータ化し、通信部に出力する。
【００３３】
図４は、均等化処理部２１５を示している。複数のセル１１（１）〜１１（ｘ）の負極端子と正極端子は、それぞれ、放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）を介して電圧検出部２１３に接続されている。
【００３４】
放電抵抗２１ｒ（１）と２１ｒ（２）の一方の端子はセル１１（１）の負極端子と正極端子に接続され、他方の端子は放電スイッチSW(1)の一方と他方の端子に接続されている。放電抵抗２１ｒ（２）と２１ｒ（３）の一方の端子はセル１１（２）の負極端子と正極子に接続され、他方の端子は放電スイッチSW(2)の一方と他方の端子に接続されている。同様に２つの組の放電抵抗は、対応するセルの負極端子と正極端子に接続され、他方の端子は対応する放電スイッチの一方と他方の端子に接続されている。
【００３５】
放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）と放電スイッチSW(1)〜SW(x+1)は、均等化回路２１Ａに含まれる。放電スイッチSW(1)〜SW(x+1)は、スイッチ制御回路２１Ｂによりオンオフ制御される。
【００３６】
電圧検出回路２１３は、各セル１１（１）〜１１（ｘ）の端子間の電圧を検出する。検出された各セル電圧は、通信部を介して電池管理部６０のエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。また組電池１１に流れている電流Ｉも電流検出回路６０２で検出されてエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。
【００３７】
エネルギー偏差算出部６０１は、個々のセルの充電量が求められたら、エネルギー偏差部６０１は、最も小さい充電量のセルと他の各セル間の充電量の差を求める。この差を用いて、放電時間換算部６０３は、最も小さい充電量と各セルの充電量とを同じにするために、各セルの放電時間を求める。この放電時間のデータは、スイッチ制御部２１Ｂに設定される。
【００３８】
スイッチ制御部２１Ｂは、各セルに対応する放電スイッチSW(1)〜SW(x+1）を放電時間データに従ってオンオフ制御する。例えばセル１１（１）が放電対象であるとすると、スイッチＳＷ（１）がオンされる。これによりセル１１（１）からの電流が抵抗２１ｒ（２）−２１ｒ（１）を介して流れ放電される。また例えばセル１１（ｘ＋１）が放電対象であるとすると、スイッチＳＷ（ｘ−１）、ＳＷ（ｘ−２）、ＳＷ（ｘ−３）、・・・ＳＷ（１）がオンされる。これによりセル１１（ｘ＋１）からの電流が抵抗２１ｒ（ｘ＋１）−２１ｒ（１）を介して流れ放電される。
【００３９】
エネルギー均等化に必要な放電時間長は、放電抵抗の抵抗値を小さくして電流量を大きくすれば短縮できる。しかし電流量が大きいと、発熱量が大きくなるので、装置としては好ましくない。そこで放電抵抗の抵抗値は比較的大きな値が選択され、要求される均等化処理時間（１時間乃至数時間）とのトレードオフにより決められる。
【００４０】
なお充電量ではなく、電池容量に対する充電量の割合、即ちＳＯＣを用いて放電時間を求める場合もある。
【００４１】
図５に電池管理装置６０の全体ブロックを示して説明する。電池管理装置６０と、組電池モジュール１０１（１）、１０１（３）は、コネクタ５１、５２を介して電気的に接続されている。両者の接続ラインとしては、双方向データライン、クロックライン、アラート信号ライン（本装置では動作チェック用信号ラインとしても機能する）、電源ライン、アースラインなどがある。
【００４２】
電池管理装置６０は、コネクタ５１、５２に接続されるインターフェース６１１、６１２を有する。電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４からは、それぞれ動作中を示す警戒（アラート）信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２、ＡＬＴ３、ＡＬＴ４が出力されており、それぞれのアラート信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２、ＡＬＴ３、ＡＬＴ４は、コネクタ５１、５２、インターフェース６１１、６１２を介して、アラート信号プロセッサ（ＡＳＰ）６１４に入力される。アラート信号プロセッサ（ＡＳＰ）６１４は、アラート信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２、ＡＬＴ３、ＡＬＴ３を監視することにより、各電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４が正常に動作しているかどうかを判定することができる。アラート信号プロセッサ６１４は、後述する動作チェック用信号を処理する動作チェック用信号判定装置と考えてよい。
【００４３】
また電池管理装置６０と組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）、１０１（３）、１０１（４）の双方向通信のために、インターフェース６１１、６１２とマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６１４の間は、ライン６２１、６２２で接続されている。このライン６２１、６２２を通じて行う通信規格としては、例えば双方向シリアル通信規格が採用されている。
【００４４】
またマイクロプロセッサ６１５とインターフェース６１１、６１２間に接続されたライン６２３は、シャットダウン信号SHDNを各組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）、１０１（３）、１０１（４）に与えるラインである。シャットダウン信号は、例えばマイクロプロセッサ６１５の論理的な動作により、電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４をシャットダウンするとき、また、マイクロプロセッサ６２１の電源電圧が所定値より低下したときなどに出力される。このシャットダウン信号SHDNは、通信部を含む通信経路を介して送信される。
【００４５】
マイクロプロセッサ６１５には、先に説明した電流検出回路６０２も接続されている。またマイクロプロセッサ６１５には、電池装置の負極端子６１Ｔの電圧情報が端子６１ＩＮを介して入力され、電池装置の正極端子６２Ｔの電圧情報が端子６２ＩＮを介して入力されている。
【００４６】
さらにまた、マイクロプロセッサ６１５とアラート信号プロセッサ６１４間には、ライン６２４、６２５が接続されている。これにより、マイクロプロセッサ６１５のアラート信号は、ライン６２４を介してアラート信号プロセッサ６１４に入力されて監視され、逆にアラート信号プロセッサ６１４のアラート信号は、ライン６２５を介してマイクロプロセッサ６１５に入力されて監視される。したがって、マイクロプロセッサ６１５とアラート信号プロセッサ６１４はお互いが正常動作しているかどうかを監視することができる。
【００４７】
電力供給管理装置６１６は、電源ライン６２６を介して、インターフェース６１１、６１２及び電流検出回路６０２に電源電圧を供給している。また電力供給管理装置６１６は、電源ライン６２７を介して、マイクロプロセッサ６１５とアラート信号プロセッサ６１４に電源電圧（例えば５Ｖ）を供給している。
【００４８】
電力供給管理装置６１６には、先のＢＭＳ用電源７０から１２ボルトの直流電源電圧がコネクタ８０を介して供給されている。電力供給管理装置６１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータを有し、１２ボルトの電源電圧を、アラート信号プロセッサ６１４及びマイクロプロセッサ６１５で使用する５ボルトの電源電圧に変換している。
【００４９】
電力供給管理装置６１６は、上記動作状態を維持する機能と、定期的にタイマー６１７に設定された時間に応じて非動作状態と動作状態を繰り返す機能とがある。通常の車両運転状態においては、マイクロプロセッサ６１５からのオン制御信号がライン６２８を介して電力供給管理装置６１６に与えられる。しかし、例えば、車両が運転停止中には、電池管理装置６０における消費電力を削減するために電源供給を止めることが好ましい。しかしながら、一方では、セルバランス、所謂均等化処理を実行するためには、電池管理装置６０が動作状態に無ければならない。そこで定期的にタイマー６１７に設定された時間に応じて非動作状態と動作状態を繰り返すように構成されている。タイマー６１７は、マイクロプロセッサ６１５からライン６３１を通じてスタート信号を受け取り、一定時間のパルス計測を行い、計測終了信号を出力する。次に再度一定時間のパルス計測状態に移行し、この動作を繰り返す。マイクロプロセッサ６１５は、タイマー６１７の動作状態を監視し、電源供給状態を認識することができる。
【００５０】
タイマー６１７は常時動作するように、電源７０からの電力が供給されている。タイマー６１７の内部ラインを介してメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）６１８にも電源が供給されている。このメモリ（Ｅ２ＰＲＯＭ）６１８には、マイクロプロセッサ６１５で使用するソフトウエアプログラム、パラメータのためのデータなどが格納されている。したがって、メモリ（Ｅ２ＰＲＯＭ）６１８とマイクロプロセッサ６１５とは、ライン６３２を介して接続されている。
【００５１】
マイクロプロセッサ６１５は、車両及び装置の起動を行うためのイグニッションキーが装着或いは離脱されたことを検出したとき、イグニッションメインスイッチをオン又はオフするためのイグニッションイグ制御信号をライン６３３を介してドライバ６１９に供給する。またマイクロプロセッサ６１５は、外部充電器が接続或いは離脱されたことを検出したとき、充電スイッチをオンまたはオフするための充電スイッチ制御信号をライン６３４を介してドライバ６１９に供給する。
【００５２】
ドライバ６１９は、イグニッションイグ制御信号、充電スイッチ制御信号に応答して、電圧電流変換を行い、イグニッションメインスイッチＳＷ１及び充電スイッチＳＷ２の駆動コイル７４、７５に供給する。
【００５３】
また、ドライバ６１９には、アラート信号プロセッサ６１４からのアラート信号も供給されている。アラート信号がシステム異常を示す場合、ドライバ６１９は、回路動作の暴走やセルへの過充電・過放電を防止するためにイグニッションメインスイッチＳＷ１及び充電スイッチＳＷ２をオフ状態に制御する。
【００５４】
アラート信号は、異常時にはライン６４０、コネクタ８１を車両の上位制御部（ＥＣＵ）７１にも伝送される。またマイクロプロセッサ６１５の正極性データ、負極性データは、ライン６４１、６４２、コネクタ８１を介して上位制御部（ＥＣＵ）７１に送信される。データ内容としては、例えば、電池残量、電池寿命を知らせるデータ、電池管理状態（均等化処理中、スリープ中）を知らせるデータなどがある。またデバッグのためにデータもライン６４３を介してマイクロプロセッサ６１５から上位制御部（ＥＣＵ）７１に送信することができる。さらにまたライン６４４は、上位制御部（ＥＣＵ）７１からマイクロプロセッサ６１５に対してデータ要求などのコマンドを与えるラインである。ライン６４５は、アースラインである。
【００５５】
図６に電力供給管理装置６１６の内部を示す。電力管理装置６１６のスイッチ６１００には、電源７０からの電力が供給される。このスイッチ６１００は、オア回路６１０１の出力により、オンオフ制御される。スイッチ６１００の出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６１１１に入力し電圧変換される。変換された電圧は、先に説明したインターフェース６１１、６１２、アラート信号プロセッサ６１４及びマイクロプロセッサ６１５などに供給される。
【００５６】
オア回路６１０１には、ライン６１０２を介してマイクロプロセッサ６１５からのスイッチオンオフ制御信号が入力される。またオア回路６１０１には、ライン６１０３を介してイグニッションキーが装着或いは離脱されたことを示すイグニッションキー検出信号が入力される。またライン６１０４を介して、外部充電器が接続或いは離脱されたことを示す外部充電器検出信号が入力される。さらにまたタイマー６１７の例えばカウント終了パルスがライン６１０５を介して入力されている。
【００５７】
上記の構成によりスイッチ６１００は、マイクロプロセッサ６１５からのオンオフ制御信号が常時ハイレベルであれば、オン状態を持続する。またイグニッションスイッチ検出信号が、常時ハイレベルであってもオン状態を持続する。外部充電器検出信号が、常時ハイレベルであってもオン状態を持続する。
【００５８】
いまライン６１０２、６１０３、６１０４がローレベルであるとする。そしてタイマー６１７が起動されたとする。すると、一定時間のサイクルで、タイマー出力がハイレベルとなる。このために、スイッチ６１００は一定時間のサイクルでオンすることができる。電力を削減しつつ、一方では、均等化処理を実行するために定期的に電池管理装置６０の動作状態を得ることができる。
【００５９】
図７は、この発明に係る二次電池装置の特徴部を取り出して示している。電圧・温度監視装置２１、２２内の各電圧検出部２１３で測定されたた各セル電圧データと、各加算部２１３ａで得られた各セル電圧データの総和データは、通信部２１１、コネクタ５１を介して、インターフェース６１１に入力する。また電圧・温度監視装置２３、２４内の各電圧検出部２１３で測定されたた各セル電圧データと、各加算部２１３ａで得られた各セル電圧データの総和データは、通信部２１１、コネクタ５２を介して、インターフェース６１２に入力する。通信部２１１には、安全を考慮して，電圧・温度監視装置間 (組電池モジュール間) および 電圧・温度監視装置と電池管理装置の間の接地レベルを分離するために直流遮断部が含まれる。直流遮断部は例えば１次側のコイルと２次側のコイルで構成されるコイル結合回路、あるいは発光素子と受光素子を用いたフォト結合回路が採用されている。
【００６０】
コネクタ５１を介して、インターフェース６１１に入力された各セル電圧データＶ（１），Ｖ（２）・・・・Ｖ（ｘ）と、各セル電圧データの総和データＭＶALL（発信側総和データと称する）は、インターフェース６１１に設けられている通信部６２１２を介して、マクロプロセッサ６１５のバッファ６３１１に一旦入力する。ここで各セル電圧データの総和データＭＶALLは、組電池を構成する各セルの電圧データを合計して求めたデータである。
【００６１】
またコネクタ５２を介して、インターフェース６１２に入力された各セル電圧データと、各セル電圧データの総和データは、インターフェース６１２に設けられている通信部６２１４を介して、マクロプロセッサ６１５のバッファ６３１１に一旦入力する。
【００６２】
次に、それぞれの電圧・温度監視装置２１、２２、２３、２４で得られた各セル電圧データと総和データとは、それぞれセル電圧データ取得部６３１２と総和データ取得部６３１３に入力される。
【００６３】
次に、総和データ計算部６３１４は、セル電圧データ取得部６３１２に入力された電圧・温度監視装置２１からのセル電圧データＶ（１），Ｖ（２）・・・・Ｖ（ｘ）の総和データＳＶALL（受信側総和データと称する）を得る。この受信側総和データＳＶALLと発信側総和データMＶALLとは、一致判定部６３１５に入力され、一致するか否か判定される。両者が一致した場合は、データ伝送が正常に行われたことであり、一致判定信号が正常報告部６３１６に送られる。これにより、各セル電圧データは各種の計算や判定用（例えば先に説明したエネルギー偏差計算用）に使用される。
【００６４】
受信側総和データと発信側総和データとが、一致しなかった場合は、一致判定部６３１５から再読み取り指令部６３１７に判定信号が与えられる。すると、再読み取り指令部６３１７は、前記電圧・温度監視装置２１の各セル電圧データとその総和データとの読み取りコマンドを出力する。読み取りコマンドは、通信部を介して電圧・温度監視装置２１に送られる。電圧・温度監視装置２１は、読み取りコマンドに応答して、各セル電圧データとその総和データを再度出力する。
【００６５】
電圧検出部２１３と加算部２１３ａには、バッファがあり、次の測定が行われるまでは前回の各セル電圧データと、各セル電圧データの総和データを維持している。したがって、再読み取り指令部６３１７からの読み取りコマンドに応答して、再度各セル電圧データと、各セル電圧データの総和データを送信することができる。再送信された各セル電圧データと、総和データがマクロプロセッサ６１５に送られてくると、マイクロプロセッサ６１５では、受信側総和データと発信側総和データの比較が再度行われる。このとき両者が一致した場合は、データ伝送が正常に行われたことであり、一致判定信号が正常報告部６３１６に送られる。しかし、両者が一致しなかった場合は、再読み取り指令部６３１７は、前記電圧・温度監視装置２１の各セル電圧データとその総和データとの読み取りコマンドを再度出力する。
【００６６】
ここで、再読み取り回数のデータが、中止指令部６３１８において監視されている。中止指令部６３１８は、連続して再読み取り回数が所定回数（例えば５回）に到達すると、伝送系或いは測定系に問題があるものと判定し、再読み取りを中止するための再読み取り中止コマンドを出力する。またこの中止コマンドに応答して、マイクロプロセッサ６１５は警告信号を上位制御部７１に出力するとともに、通信部を介してシャットダウン信号を電圧・温度監視装置２１−２４に与える。
【００６７】
上記の説明は、電圧・温度監視装置２１の各セル電圧データとその総和データとが正しくマイクロプロセッサ６１５へ伝送されているか否かを判断する例を説明した。これと同様に、他の電圧・温度監視装置２２、２３、及び２４の各セル電圧データとその総和データに関しても、正しくマイクロプロセッサ６１５へ伝送されているか否かが判断される。このため、電圧・温度監視装置２１、２２、２３及び２４に関して受信側総和データＳＶALLと発信側総和データMＶALLの一致不一致判定出力を、別々に得ることができる。よって、不一致出力が得られたときは、どの電圧・温度監視装置について、不一致出力が得られたのかを判断できる。この判断結果は、ヒストリー情報としてマイクロプロセッサ６１５で管理され、要求に応じて上位制御部７１に転送される。
【００６８】
これにより、マイクロプロセッサ６１５では、データ取得が正しく行われ、装置の動作信頼性を得ることができる。またデータ取得がノイズの影響を受け難くなり、データ取得の正確性を向上できる。
【００６９】
なお電圧検出部２１３の内部に加算部２１３ａが含まれるように記載しているが、両者は独立して設けられても良い。また電圧・温度監視装置２２内の制御部が加算部を兼用していてもよい。
【００７０】
図８には、アラート信号の処理系等を取り出して示している。電圧・温度監視装置２１、２２、２３及び２４では、それぞれアラート信号を生成している。このアラート信号は、たとえば発振器から出力されている動作クロックが診断用信号回路２１６により分岐されて１６Ｈｚのパルス信号として生成されている。電圧・温度監視装置２１、２２、２３及び２４内の例えば電圧検出部２１３、或いは均等化処理部２１５内には、制御部が設けられ、制御部は前記動作クロックを発生している。
【００７１】
電圧・温度監視装置２１、２２からのアラート信号ＡＬＴ１、ＡＬＴ２は、コネクタ５１、インターフェース６１１を介してアラート信号プロセッサ６１４に入力される。また電圧・温度監視装置２３、２４からのアラート信号ＡＬＴ３、ＡＬＴ４は、コネクタ５２１、インターフェース６１２を介してアラート信号プロセッサ６１４に入力される。アラート信号ＡＬＴ１−ＡＬＴ４は、先の通信経路とは独立した経路でアラート信号プロセッサ６１４に入力される。
【００７２】
アラート信号プロセッサ６１４には、各アラート信号ＡＬＴ１−ＡＬＴ４に対応して、アラート信号検出部６４１１，６４１２，６４１３，６４１４が設けられている。またアラート信号検出部６４２０は、マルチプロセッサ６１５からのアラート信号ＡＬＴ５を検出している。本発明ではアラート信号検出部と題しているが、動作チェック用信号検出部と称してもよい。
【００７３】
アラート信号検出部６４１１，６４１２，６４１３，６４１４、６４２０はそれぞれ、１６Ｈｚのアラート信号が正常に入力されているときは、ハイレベル出力を得ることができ、各ハイレベル出力は、アンド回路６４１５に入力される。アンド回路６４１５は、全入力がハイレベルのときハイレベル出力を得て、タイマー６４１６に供給する。タイマー６４１６は、アンド回路６４１５の出力がハイレベルであるかぎり、ハイレベル出力を出力し、１０Ｈｚ発振器６４１７の発振を持続させる。しかし、タイマー６４１６は、アンド回路６４１５の出力がローレベルとなり、例えば０．５秒以上継続した場合には、１０Ｈｚ発振器６４１７の発振を停止させるローレベルを出力得る。
【００７４】
これにより、アラート信号が異常となったときは、１０Ｈｚ発振器６４１７の発振が停止し、この情報が異常発生情報としてマイクロプロセッサ６１５に伝達される。マイクロプロセッサ６１５は、異常発生情報を認識すると、システムのシャットダウン信号を出力する。シャットダウン信号は、図５に示したライン６２３を介してインターフェース６１１、６１２に入力される。インターフェース６１１、６１２内には、フリップフロップ回路が設けられており、シャットダウン信号により出力が反転し、組電池モジュールをオフするための出力を得る。また図５で示したように上位制御部７１にも異常発生情報としてアラート信号が伝達される。
【００７５】
図９に、インターフェース６１１内のシャットダウン信号の経路を取り出して示して説明する。インターフェース６１１内には、シャットダウン信号を転送するフリップフロップ回路６１１１が設けられている。フリップフロップ回路６１１１のＱ出力端子は、コネクタ５１を介して電圧・温度監視装置２１のシャットダウン制御端子に接続される。フリップフロップ回路６１１１のセット入力端子Ｓには、信号Ｉ/Ｆ回路６１１６を介してシャットダウン解除信号が入力される。信号Ｉ/Ｆ回路６１１６は、絶縁回路であり、例えば一時側コイルと２次側コイルが電磁結合して信号を伝送する。このシャットダウン解除信号は、マイクロプロセッサ６１５から出力されている。信号Ｉ/Ｆ回路６１１６は、シャットダウン解除信号が入力すると、パルスを出力し、フリップフロップ回路６１１１をセットする。
【００７６】
フリップフロップ回路６１１１のリセット入力端子Ｒには、フォトカプラ６１１７を介して、シャットダウン信号が入力される。
【００７７】
フォトカプラ６１１７の入力端子には、モノマルチ回路６１１５の出力が接続されている。モノマルチ回路６１１５の一方の入力端子には、電源電圧低下検出回路６１１６の出力が供給されている。電源電圧低下検出回路６１１６は、電力供給管理装置６１６からの電源の１２Ｖの電圧が低下したかどうかを検出する。電源電圧が予め設定しているレベル以下になると、その出力がローベルに変化し、モノマルチ回路６１１５はそのセット端子の立下りエッジに応答し、パルスを出力する。これにより、フォトカプラ６１１７から、フリップフロップ回路６１１１に対してリセットパルスが供給され、このフリップフロップ回路６１１１のＱ出力がローレベルとなり、電圧・温度監視装置２１のシャットダウンが得られる。またモノマルチ回路６１１５からパルスを得ようとする場合、そのリセット端子に対してマイクロプロセッサ６１５からシャットダウン信号を与えることもできる。
【００７８】
なおモノマルチ回路６１１５には、端子６１１８、ダイオード６１１９、抵抗６１１２、を介して常時電源電圧が供給されている。抵抗６１１２、コンデンサ６１１３は平滑フィルタを形成している。
【００７９】
またマイクロプロセッサ６１５は、異常発生情報を例えばデータライン６４３を介して上位制御部７１に送信する。
【００８０】
シャットダウン信号出力部６６３０は、マイクロプロセッサ６１５内あるいはこのアラート信号プロセッサ６１４に設けられていてもよい。
【００８１】
上記のフリップフロップ回路６１１１の電源端子には、電圧・温度監視装置２１からの電源がコネクタ５１、ダイオード６１１２を介して供給され、また電力供給管理装置６１６からの電源も電源Ｉ/Ｆ回路６１１４、ダイオード６１１３を介して供給される。したがって、フリップフロップ回路６１１１は、２つの電源供給路を持ち、いずれか一方の電源がオフされても動作することができる。電源Ｉ/Ｆ回路６１１４も一次側コイルと二次側コイルを有するトランス回路である。
【００８２】
図１０にアラート信号検出部６４１１，６４１２，６４１３，６４１４、６４２０、アンド回路６４１５、タイマー６４１６、１０Ｈｚ発振器６４１７を示し、特にアラート信号検出部６４１１の内部を代表して詳しく示して説明する。また図１１には、各部の信号波形を示す。
【００８３】
１６Ｈｚのパルスであるアラート信号ＡＬＴ１は、信号Ａ１１（図１１にも示す）としては、エッジ検出部６５１４に入力されるとともに、インバータ６５０１を介して反転アラート信号Ａ１２（図１１にも示す）としてサンプル回路６５１１に入力される。またアラート信号Ａ１１は、サンプル回路６５１２に入力される。サンプル回路６５１１、６５１２は、４００ＨｚのクロックＡ１３（図１１にも示す）により、入力したアラート信号Ａ１１，Ａ１２をサンプルする。アラート信号Ａ１１，Ａ１２が正常であれば、いずれか一方のサンプル回路６５１１、６５１２の出力を合わせると、常に正のサンプル信号を得ることができる。アラート信号Ａ１１が正の期間は、サンプル回路６５１２から正のサンプル信号が出力され、アラート信号Ａ１１が負の期間は、サンプル回路６５１１から正のサンプル信号が出力されるからである。
【００８４】
サンプル回路６５１１、６５１２の出力は、論理回路６５１３に入力され、サンプル信号の状態が監視され、アラート信号Ａ１１が正常であるか異常であるかの判定出力を得る。
【００８５】
図１２に上記の論理回路６５１３の構成例を示す。図１３に各部の信号波形を示す。サンプル回路６５１１の出力とサンプル回路６５１２の出力は、同じ構成の回路で処理されるので、サンプル回路６５１１の出力の処理回路を詳細に示し、サンプル回路６５１２の出力の処理回路は、ブロック６６２０として示す。
【００８６】
サンプル回路６５１１の出力は、カウンタ６６１１に入力されるとともに、インバータ６６１３を介してカウンタ６６１２に入力される。カウンタ６６１１と６６１２は、エッジ検出部６５１４からのエッジ検出パルスＡ１４でリセットされる。エッジ検出パルスは、例えば、１６Ｈｚのアラート信号の立下りエッジを検出してパルスを出力している。
【００８７】
カウンタ６６１１と６６１２のカウント出力は、比較器６６１４と比較器６６１４に入力される。比較器６６１４は、カウンタ６６１１のカウント出力が２０以上を示すときハイレベル“Ｈ”を出力し、２０に満たないときはローレベル“Ｌ”を出力する。比較器６６１４は、カウンタ６６１２のカウント出力が５以下を示すときハイレベル“Ｈ”を出力し、５を超えるときはローレベル“Ｌ”を出力する。
【００８８】
カウンタ６６１１のカウント出力が２０以上で、カウンタ６６１２のカウント出力が５以下のときは、信号Ａ１１が１６Ｈｚのパルスにほぼ近いことである。しかし、カウント出力が２０に満たない、カウンタ６６１２のカウント出力が５以上となったときは、信号Ａ１１が無い、あるいは波形が乱れていることである。このときは、アンド回路６６１６からローレベルが出力される。
【００８９】
上記と同様な動作がブロック６６２０内でも行われる。したがって、アンド回路６１６の出力と、ブロック６６２０内の同様なアンド回路の出力をアンド回路６６１７に入力し、このアンド回路６６１７の出力をアラート信号検出部６４１１の出力として用いる。
【００９０】
ここで比較器６６１４と比較器６６１４に設定する比較値２０と値５を変えれば、判定を厳しくすることもできるし、緩和することもできる。例えば比較値１８と値７のように変えると、アラート信号にノイズが混入して波形がある程度乱れても正常検出を得ることが可能である。
【００９１】
上記したセル電圧データの取得が正しく行われているかどうか、また、各電圧・温度監視装置２１−２４からそれぞれ正常なアラート信号が得られているかどうかのチェック処理は、例えばイグニッションスイッチ検出信号Ｂ１１が得られたときに、マイクロプロセッサ６１５が起動する。図１４にイグニッションスイッチ検出信号Ｂ１１が得られた後の処理の例を示している。これは、車両が運転される前に各種信号状態をチェックし、事故に発展するのを未然に防ぐためである。イグニッションスイッチ検出信号Ｂ１１が得られると、続く期間Ｔ１では図１０で説明したセル電圧データのチェックが行われる。また同時に図１１−図１３で説明したアラート信号ＡＬＴ１−ＡＬＴ５が正しく得られているかどうかのチェックが行われる。次の期間Ｔ２では、チェック結果が出力される。装置が正常に動作している場合は、全体動作を許可する許可信号Ｂ１２が得られ、異常の場合は、シャットダウン信号が得られる。許可信号Ｂ１２は、上位制御装置７１に送信される。上位制御装置７１は許可信号Ｂ１２を受け取ると、車両運転のための操作信号を受け付けるようになる。
【００９２】
上記したように本発明によると、電圧・温度などを測定する監視装置から電池管理装置へ送信された測定データの正確性を判断できる機能を設け、安全な電池管理を行える。また簡単な構成で、複数の電圧・温度監視装置から送信されてくるセル電圧データが正しいものであるかどうかをチェックできる。このため誤って不正確なデータを読み取るような事態が防止される。
【００９３】
なおこの発明は、上記した実施例は一例であり、この構成に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００・・・車両、１０１（１）−１０１（４）・・・組電池モジュール、１１−１４・・・組電池、２１−２４・・・電圧・温度監視装置、４０・・・・インバータ、４５・・・モータ、５１、５２、８０，８１・・・コネクタ、６０・・・電圧管理装置、７０・・・電圧管理装置用電源、７１・・・上位制御装置、２１１、６２１２・・・通信部、２１３・・・電圧検出部、２１３ａ・・・加算部、２１６・・・診断回路、６０２・・・電流検出回路、６１１、６１２・・・インターフェース、６１４・・・アラート信号プロセッサ、６１５・・・マイクロプロセッサ、６１６・・・電力供給管理装置、６１７・・・タイマー、６１８・・・メモリ、６１９・・・ドライバ、６３１２・・・セル電圧データ取得部、６３１３・・・総和データ取得部、６３１４・・・総和データ計算部、６３１５・・・一致判定部、６３１４・・・正常報告部、６３１７・・・再読み取り指令部、６３１８・・・中止指令部、６４１１−６４１４、６４２０・・・アラート信号検出部、６４１５・・・アンド回路、６４１６・・・タイマー、６４１７・・・１０Ｈｚ発振部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のセルと、前記複数のセルの各セル電圧データを得る電圧検出部と、前記各セル電圧データを合計した発信側総和データを得る加算部及び前記各セル電圧データ及び前記発信側総和データを出力する通信部を有した組電池モジュールと、
前記通信部からの前記各セル電圧データを合計し受信側総和データを得る総和データ計算部と、前記通信部からの前記発信側総和データを取得する総和データ取得部と、取得した前記発信側総和データと前記受信側総和データとを比較し、一致するか否かを判定する一致判定部と、前記一致判定部が一致判定を得たとき、正常報告信号を出力する報告部及び前記一致判定部が不一致判定を得たとき、前記電圧検出部の各セル電圧データと前記加算部の前記発信側総和データの再読み取りを指示する再読み取り指令部を有する電池管理装置を具備したことを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
前記再読み取り指令部が行う再読み取り指示回数をカウントし、
前記カウント値が所定回数より少ないときは前記再読み取り指示を実行せしめ、前記カウント値が前記所定回数以上になると再読み取りの中止指令を出力する中止指令部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項３】
前記電池管理装置には、前記報告部からの前記正常報告信号に応答して、前記各セル電圧データを用いて各セル間のエネルギー差を計算するエネルギー偏差算出部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項４】
前記各セル電圧データの取得、前記発信側総和データの取得、前記発信側総和データと前記受信側総和データとの比較は、前記組電池モジュールを搭載した装置を起動するためのイグニッションスイッチ検出信号が得られた直後に開始されることを特徴とする特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項５】
請求項１乃至５記載のいずれかの二次電池を搭載したことを特徴とする車両。
【請求項１】
直列接続された複数のセルと、前記複数のセルの各セル電圧データを得る電圧検出部と、前記各セル電圧データを合計した発信側総和データを得る加算部及び前記各セル電圧データ及び前記発信側総和データを出力する通信部を有した組電池モジュールと、
前記通信部からの前記各セル電圧データを合計し受信側総和データを得る総和データ計算部と、前記通信部からの前記発信側総和データを取得する総和データ取得部と、取得した前記発信側総和データと前記受信側総和データとを比較し、一致するか否かを判定する一致判定部と、前記一致判定部が一致判定を得たとき、正常報告信号を出力する報告部及び前記一致判定部が不一致判定を得たとき、前記電圧検出部の各セル電圧データと前記加算部の前記発信側総和データの再読み取りを指示する再読み取り指令部を有する電池管理装置を具備したことを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
前記再読み取り指令部が行う再読み取り指示回数をカウントし、
前記カウント値が所定回数より少ないときは前記再読み取り指示を実行せしめ、前記カウント値が前記所定回数以上になると再読み取りの中止指令を出力する中止指令部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項３】
前記電池管理装置には、前記報告部からの前記正常報告信号に応答して、前記各セル電圧データを用いて各セル間のエネルギー差を計算するエネルギー偏差算出部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項４】
前記各セル電圧データの取得、前記発信側総和データの取得、前記発信側総和データと前記受信側総和データとの比較は、前記組電池モジュールを搭載した装置を起動するためのイグニッションスイッチ検出信号が得られた直後に開始されることを特徴とする特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項５】
請求項１乃至５記載のいずれかの二次電池を搭載したことを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−７５４５７（Ｐ２０１１−７５４５７Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２８８８２（Ｐ２００９−２２８８８２）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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