電池制御装置および電力装置
【課題】異常信号を伝送するための系が故障した場合であっても、上位コントローラから異常が発生していることを検知することが可能な電池制御装置および電力装置を提供する。
【解決手段】電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の診断を行い診断結果を表す１ビットの異常信号を出力するセルコントローラ８０と、異常信号を異常信号の変化の有無に係わらず時間変化する変換後異常信号にエンコードして出力するエンコーダ３０と、異常信号と変換後異常信号とを上位コントローラ１１０へ送信するバッテリコントローラ２０とを備える直流電源システム１。
【解決手段】電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の診断を行い診断結果を表す１ビットの異常信号を出力するセルコントローラ８０と、異常信号を異常信号の変化の有無に係わらず時間変化する変換後異常信号にエンコードして出力するエンコーダ３０と、異常信号と変換後異常信号とを上位コントローラ１１０へ送信するバッテリコントローラ２０とを備える直流電源システム１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池制御装置および電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用回転電機の駆動システムは直流電力を供給するための二次電池と前記二次電池から供給された直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置とを備えており、前記３相交流電力は車両に搭載された回転電機に供給される。前記３相交流の回転電機は一般には電動機の機能と発電機の機能とを備えており、回生制動運転など前記３相交流の回転電機が発電機として運転される場合には、前記回転電機が発電した３相交流電力は前記インバータ装置により直流電力に変換され、該直流電力が前記二次電池に供給され、前記二次電池により前記発電電力が蓄積される。
【０００３】
前記二次電池として小型で大電力が蓄電できる観点からリチウム電池モジュールが適している。リチウム電池モジュールは直列接続された多数のリチウム電池セルを有しており、各リチウム電池セルの充電状態をそれぞれ検出し、過充電状態にならないように管理することが望ましい。なお前記充電状態はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と以下記載する。各リチウム電池セルは、例えば過放電状態にならないように充放電を管理することが望ましく、仮に過放電状態に維持されると最悪の場合、異常な発熱が生じる恐れがある。
【０００４】
各リチウム電池セルの過充電を防止するために、各リチウム電池セルの端子電圧を検出し、各リチウム電池セルが過充電とならないように監視することが行われている。車両用電源は、常に振動が加わる状態で、しかも温度変化の激しい条件で長期間使用される可能性があり、信頼性に対し十分な配慮が望まれる。このような監視を行う直流電源システムが特許文献１に記載されている。この直流電源システムは、電池セルに異常が発生した場合にセルコントローラからバッテリコントローラへ電池セルの異常を表す異常信号を出力する。バッテリコントローラはこの異常信号を、ＣＡＮを通じて上位コントローラへ送信するので、上位コントローラは電池セルに異常が発生したことを検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８９４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている直流電源システムは、セルコントローラやバッテリコントローラ、あるいは異常信号の伝送路など、異常信号を伝送するための系が故障した場合、異常信号を上位コントローラに伝送できないため、上位コントローラから異常が発生していることを正しく検知することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、第１信号を、第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、第１信号と第２信号とを外部装置へ送信する送信手段と、を備えることを特徴とする電池制御装置である。
請求項４に係る発明は、電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、第１信号を第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、第１信号と第２信号とを所定の伝送路へ送信する送信手段と、を有する電池制御装置と、所定の伝送路を通じて送信手段が送信した第１信号および第２信号を受信する受信手段と、受信手段が受信した第２信号に基づいて、受信手段が受信した第１信号の信頼性を判定する判定手段と、を有する信頼性判定装置と、を備えることを特徴とする電力装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異常信号を伝送するための系が故障した場合であっても、異常信号を伝送する手段の異常を検知でき、上位コントローラは異常が発生していることを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両用回転電機の駆動システムに使用される直流電源システムのブロック図である。。
【図２】前記集積回路３Ａの一実施例を示す電子回路のブロック図である。。
【図３】図１に基づき上述した直流電源システムを車両用回転電機の駆動システムに適用した回路図である。
【図４】エンコーダ３０の内部構造を示すブロック図である。
【図５】バッテリコントローラ２０が正常に動作している場合のエンコーダ３０の出力信号を示す図である。
【図６】バッテリコントローラ２０に異常が発生した場合のエンコーダ３０の出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の一実施の形態である、直流電源システムについて説明する。この直流電源システムは、車両用回転電機の駆動システムに使用される。
【００１１】
〈セルコントローラの説明〉
図１は、車両用回転電機の駆動システムに使用される直流電源システムのブロック図である。図１に示した直流電源システムは、リレーＲＬＰ，ＲＬＮに接続された負荷（例えばインバータ装置）へ直流電力を供給する。リレーＲＬＰが供給される直流電力の正極側となり、リレーＲＬＮが負極側となる。
【００１２】
図１に示した直流電源システムは、リレーＲＬＰ，ＲＬＮに加えて、電池モジュール９，セルコントローラ（Ｃ／Ｃ）８０，バッテリコントローラ２０，エンコーダ３０，電流計Ｓｉ，および電圧計Ｖｄを備える。電流計Ｓｉおよび電圧計Ｖｄは、それぞれ電池モジュール９からリレーＲＬＰ，ＲＬＮに接続された負荷に供給される直流電流量および直流電圧量を検知する。検知結果はそれぞれバッテリコントローラの端子ＣＵＲ，ＶＡＬＬへ出力される。
【００１３】
電池モジュール９は複数個の電池セルのグループＧＢ１，…，ＧＢＭ，…，ＧＢＮを有している。前記各グループは複数個の直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ４を有している。すなわち、電池モジュール９は直列に接続された多数の電池セルを有している。本実施形態では、電池セルは例えば数十個〜百数十個存在している。また、本実施形態において各電池セルはリチウムイオン電池である。
【００１４】
各電池セルの端子電圧はその電池セルの充電状態で変化する。例えば、３０％程度の充電状態では、開放端子電圧（ＯＣＶ）は約３.３Ｖ程度となり、７０％程度の充電状態では約３.８Ｖ程度となる。電池セルが過放電状態のとき、放電時のセル端子電圧は例えば２.５Ｖ以下になる場合があり、また過充電状態では充電時のセル端子電圧が４.２Ｖ以上になる場合がある。すなわち、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４はそれぞれ、セル端子電圧を計測することにより、充放電時の充電状態（ＳＯＣ、Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を把握できる。
【００１５】
本実施形態では、端子電圧の計測を行い易くする等の理由により、１グループを４個の電池セルで構成している。すなわち、グループＢＧ１〜ＧＢＮをそれぞれ４個の電池セルＢＣ１〜ＢＣ４で構成している。なお、図１において、グループＢＧ１とグループＧＢＭとの間、およびグループＧＢＭとグループＧＢＮとの間にはさらに複数のグループが存在しているが、これらのグループはグループＢＧ１と同様の構成であるので、説明の煩雑さを避けるために省略する。
【００１６】
セルコントローラ８０は、電池モジュール９を構成する各グループに対応して複数の集積回路（ＩＣ）を有している。図１では、グループＧＢ１，…，ＧＢＭ，…，ＧＢＮに対応する集積回路をそれぞれ３Ａ，…，３Ｍ，…，３Ｎとして記載している。なお、上述した電池セルのグループと同様に、図１において、集積回路３Ａと集積回路３Ｍとの間、および集積回路３Ｍと集積回路３Ｎとの間にはさらに複数の集積回路が存在しているが、これらの集積回路は集積回路３Ａと同様の構成であるので、説明の煩雑さを避けるために省略する。
【００１７】
集積回路３Ａ〜３Ｎは、各電池セルの端子電圧を検出するために電圧検出用の端子Ｖ１〜Ｖ４，Ｂ１〜Ｂ４，およびＧＮＤを備えている。端子Ｖ１〜Ｖ４，Ｂ１〜Ｂ４，およびＧＮＤは、各々の集積回路に対応するグループの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の正極および負極にそれぞれ接続されている。集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ対応するグループＧＢ１〜ＧＢＮの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の電圧を検出するとともに、全グループの全電池セルのＳＯＣを均一化するため、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のＳＯＣを個別に調整するための充電状態調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、スイッチ素子を介して各電池セルと並列に接続される構成となっている。前記スイッチ素子は図２を用いて後述する。
【００１８】
集積回路３Ａ〜３Ｎは信号伝送のための送受信端子ＴＲ，ＴＸ，ＦＦＩ，およびＦＦＯを有している。送信端子ＴＸは、図１において下方向に隣り合う集積回路の受信端子ＴＲと接続されており、集積回路３Ａ〜３Ｎを直列に接続する信号伝送路５２を構成している。送信端子ＦＦＯについても同様に、図１において下方向に隣り合う集積回路の受信端子ＦＦＩと接続されており、集積回路３Ａ〜３Ｎを直接に接続する信号伝送路５４を形成している。図１において最上部に位置している集積回路３Ａの受信端子ＴＲおよびＦＦＩは、それぞれバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸおよびＦＦＴＥＳＴに接続されている。同様に、図１において最下部に位置している集積回路３Ｎの送信端子ＴＸおよびＦＦＯは、それぞれバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸおよびＦＦに接続されている。
【００１９】
集積回路３Ａ〜３Ｎは更に、それぞれ対応するグループＧＢ１〜ＧＢＮの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の異常状態を検出する機能を有している。本実施形態において電池セルの異常状態とは、電池セルの過充電や過放電、および温度の異常上昇などを指す。
【００２０】
集積回路３Ａ〜３Ｎと上位のバッテリコントローラ２０との信号の送受は、通信ハーネス５０を介して行われる。バッテリコントローラ２０は車両のシャーシ電位をグランド（ＧＮＤ）電位とし、１２Ｖ以下の低電圧で動作するようになっている。一方、集積回路３Ａ〜３Ｎは、対応するグループの電池セルの電位がそれぞれ異なる。従って、集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ異なる電位に保持され、異なる電位で動作する。前述の通り、電池セルの端子電圧はＳＯＣにより変化するので、電池モジュール９の最低電位に対する各々のグループの電位は、各々の電池セルのＳＯＣに基づいて変化する。
【００２１】
集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ対応するグループの電池セルの端子電圧の検出、あるいは、対応するグループの電池セルのＳＯＣの調整のための放電制御等を行うので、対応するグループの電位に基づいて集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位を変化させる方が、集積回路３Ａ〜３Ｎに加わる電圧差が小さくなる。集積回路３Ａ〜３Ｎに加わる電圧差が小さい方が、集積回路３Ａ〜３Ｎの耐圧をより小さくできる、あるいは安全性や信頼性が向上するなどの効果があるので、本実施形態では対応するグループの電位に基づいて集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位を変化させるようにしている。具体的には、集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位となるＧＮＤ端子を、対応するグループの電池セルのどこかに接続することにより、集積回路の基準電位を対応するグループの電位に基づいて変化させることが可能となる。本実施形態では、各グループの最低位電位となる電池セルの負極を集積回路のＧＮＤ端子と接続している。
【００２２】
また、集積回路３Ａ〜３Ｎがその内部で集積回路の内部回路を動作させる基準電圧や電源電圧を発生させるために、各集積回路は対応するグループの最高位電位となる電池セルの正極と集積回路のＶｃｃ端子とを接続している。このような構成により、各集積回路は、対応するグループの最高位電位と最低位電位との間の電位差すなわち電圧を受けて動作する。
【００２３】
バッテリコントローラ２０の電源系統とセルコントローラ８０の電源系統とは電位関係が異なっており、また電圧の値も大きく異なるので、バッテリコントローラ２０に接続される通信ハーネス５０は、各集積回路３Ａ〜３Ｎの送受信端子が直列接続されている伝送路５２，５４と電気的に絶縁されていることが必要となる。このため、通信ハーネス５０と伝送路５２，５４とを電気的に絶縁するための絶縁回路が集積回路３Ａ〜３Ｎで構成される伝送路５２，５４の入口側と出口側とにそれぞれ設けられている。図１では、伝送路５２，５４の入口側に設けた絶縁回路を入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）で、出口側に設けた絶縁回路を出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）でそれぞれ示している。
【００２４】
これら各インタフェースＩＮＴ（Ｅ），ＩＮＴ（Ｏ）は、電気信号が一旦光信号に変換され、その後再び電気信号に変換される回路を有する。バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０との間の情報の伝送はこの回路を介して行われるので、バッテリコントローラ２０の電気回路とセルコントローラ８０の電気回路との間の電気的な絶縁が維持される。入口側のインタフェースＩＮＴ（Ｅ）はフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２を有している。フォトカプラＰＨ１はバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸと高電位側の集積回路３Ａの受信端子ＴＲとの間に設けられている。フォトカプラＰＨ２はバッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＴＥＳＴと集積回路３Ａの受信端子ＦＦＩとの間に設けられている。入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２は上述のバッテリコントローラ２０の各送信端子ＴＸ，ＦＦＴＥＳＴと集積回路３Ａの受信端子ＴＲやＦＦＩとの間の電気的な絶縁を維持している。
【００２５】
同様に、バッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ，ＦＦと低電位側の集積回路３Ｎとの間には、出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４がそれぞれ設けられ、バッテリコントローラ２０の受信端子と集積回路３Ｎの各送信端子との間の電気的な絶縁が維持されている。詳述すると、集積回路３Ｎの送信端子ＴＸとバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸとの間にフォトカプラＰＨ３が設けられ、集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯとバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦとの間にフォトカプラＰＨ４が設けられている。
【００２６】
前述の通り、集積回路３Ａ〜３Ｎは送受信端子ＴＸ，ＴＲにより直列接続され、信号伝送路５２を構成している。バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸから送信された信号は、入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ１を介して集積回路３Ａの受信端子ＲＸで受信される。その後、この信号は、各々の集積回路３Ａ〜３Ｎの送信端子ＴＸから順に送信され、隣り合う集積回路の受信端子ＲＸにより順に受信される。この信号は最終的に、集積回路３Ｎの送信端子ＴＸから送信されて出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ３を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸで受信される。バッテリコントローラ２０と集積回路３Ａ〜３Ｎとの間には、以上のようなループ状の通信路が設けられており、このループ状の通信路を介してシリアル通信が行われる。バッテリコントローラ２０はこのシリアル通信により、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の端子電圧や温度などの計測値を受信する。集積回路３Ａ〜３Ｎは更に、この伝送路を介してコマンドを受信すると自動的に動作状態になるように構成されている。従って、バッテリコントローラ２０から通信コマンドが伝送されると、各集積回路３Ａ〜３Ｎはそれぞれスリープ状態から動作状態に状態遷移する。
【００２７】
集積回路３Ａ〜３Ｎはさらに電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の異常診断を行い、電池セルの異常状態を検出した場合に次の伝送路を介して１ビット信号を伝送する。集積回路３Ａ〜３Ｎは、自分自身が異常状態を検出した場合、あるいは他の集積回路から異常状態を表す信号（以下、異常信号と呼ぶ）を受信端子ＦＦＩで受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が変わり異常状態ではなくなったりした場合に、送信端子ＦＦＯから伝送される異常信号は消える。本実施形態では、この異常信号は１ビット信号である。原則的にはバッテリコントローラ２０は異常信号を集積回路３Ａに送信しない。しかしながら、異常信号の伝送路が正しく動作することが重要であるので、バッテリコントローラ２０は伝送路の診断のために擬似的な異常信号であるテスト信号をバッテリコントローラ２０の端子ＦＦＴＥＳＴから送信する。以下、このテスト信号の伝送路について説明する。
【００２８】
前述の通り、集積回路３Ａ〜３Ｎは送受信端子ＦＦＯ，ＦＦＩにより直列接続され、信号伝送路５４を構成している。バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＴＥＳＴから送信された擬似的な異常信号であるテスト信号は、入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ２を介して集積回路３Ａの受信端子ＦＦＩで受信される。その後、この信号は、各々の集積回路３Ａ〜３Ｎの送信端子ＦＦＯから順に送信され、隣り合う集積回路の受信端子ＦＦＩにより順に受信される。この信号は最終的に、集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯから送信されて出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦで受信される。このようにテスト信号をバッテリコントローラ２０が送受することで異常信号のための通信路の診断ができ、システムの信頼性が向上する。また上述のとおり、バッテリコントローラ２０からの送信依頼が無くても、異常状態を検出した集積回路が次の集積回路に異常信号を送ることで、異常状態が速やかにバッテリコントローラ２０に伝達される。これにより、異常状態の発生に対する対応策を速やかに実行することができる。
【００２９】
なお上述の説明では、信号の伝送は、何れも電池モジュール９の電位の高いグループに対応する集積回路３Ａから電位の低いグループに対応する集積回路３Ｎに向けて行われたが、これは一例である。この逆に、例えばバッテリコントローラ２０から電池モジュール９の電位の低いグループに対応する集積回路３Ｎに信号を送信し、受信した信号を順次電位の高いグループに対応した各集積回路（集積回路３Ｍを含む）に送り、最高電位のグループに対応した集積回路３Ａからバッテリコントローラ２０に信号を送るようにしても良い。
【００３０】
図１に示す直流電源システムは正極側のリレーＲＬＰと負極側のリレーＲＬＮを介してインバータ装置などの負荷に直流電力を供給する。これらのリレーＲＬＰ，ＲＬＮはバッテリコントローラ２０およびインバータ装置から開閉を制御できるよう構成されている。従って、集積回路が異常を検知したことに応じて、バッテリコントローラ２０もしくはインバータ装置がリレーＲＬＰ，ＲＬＮの開閉を制御することが可能である。
【００３１】
またバッテリコントローラ２０は電流センサＳｉの出力を受け、電池モジュール９全体からインバータ装置に供給される電流を検知し、また電圧計Ｖｄの出力により、電池モジュール９からインバータ装置に供給される直流電圧を検知する。
【００３２】
バッテリコントローラ２０には、エンコーダ３０が接続されている。エンコーダ３０は２ビット計数回路を備える。この２ビット計数回路は、受信端子ＣＬＫが受信するクロック信号に従いカウントアップを繰り返す。受信端子ＣＬＫは、バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＣＬＫに接続されており、バッテリコントローラ２０はこの端子からクロック信号を出力する。エンコーダ３０は２ビット計数回路の出力を送信端子ＣＯ０，ＣＯ１から出力する。送信端子ＣＯ０，ＣＯ１はそれぞれバッテリコントローラ２０の受信端子ＣＩ０，ＣＩ１に接続されている。
【００３３】
エンコーダ３０は更に、集積回路３Ｎが送信端子ＦＦＯから送信する１ビットの異常信号をエンコードして送信端子ＥＦＦＯから出力する。具体的には、２ビット計数回路の出力の最下位ビットと、集積回路３Ｎが送信端子ＦＦＯから送信する１ビットの異常信号との排他的論理和を演算し、演算結果を送信端子ＥＦＦＯから出力する。送信端子ＥＦＦＯは、バッテリコントローラ２０の受信端子ＥＦＦＩに接続されている。バッテリコントローラ２０は、送信端子ＦＦＣＬＫから送信するクロック信号に同期して周期的に、受信端子ＣＩ０，ＣＩ１，ＥＦＦＩ，ＦＦでそれぞれ受信した４つの信号をサンプリングする。そして、サンプリングしたこれら４つの信号を、何ら手を加えることなく、上位のコントローラへＣＡＮを通じて送信する。
【００３４】
〈集積回路〉
図２は、前記集積回路３Ａの一実施例を示す電子回路のブロック図である。上述したように、前記各集積回路３Ａ、…、３Ｍ、…３Ｎはそれぞれ同一の構造となっている。したがって、集積回路３Ａ以外の他の集積回路においても図２に示す構成と同じである。図２に示す集積回路３Ａは、その集積回路に対応する電池モジュール９のグループＧＢ１に含まれる各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４と接続されている。集積回路３Ａを代表例として説明しているが、集積回路３Ａ以外の集積回路はそれぞれ対応する電池モジュール９のグループと接続され、同様の動作を行う。
【００３５】
集積回路３Ａの入力側端子はグループＧＢ１を構成する電池セルＢＣ１からＢＣ４に接続されており、電池セルＢＣ１の正極端子は、入力端子Ｖ１を介して選択回路１２０に接続されている。この選択回路１２０は、例えばマルチプレクサによって構成され、スイッチ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅを有している。前記入力端子Ｖ１はスイッチ１２０Ａの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ａの他方の端子は電源回路１２１およびアナログデジタル変換器で構成される電圧検出回路１２２に接続されている。電池セルＢＣ１の負極端子であって電池セルＢ２の正極端子は、入力端子Ｖ２を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｂの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ｂの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。電池セルＢ２の負極端子であって電池セルＢ３の正極端子は、入力端子Ｖ３を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｃの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ｃの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。電池セルＢ３の負極端子であって電池セルＢＣ４の正極端子は、入力端子Ｖ４を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｄの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ｄの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。
【００３６】
電池セルＢＣ４の負極端子は集積回路のＧＮＤ端子に接続され、前記ＧＮＤ端子を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｅの一方の端子に電池セルＢＣ４の負極端子が接続され、該スイッチ１２０Ｅの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。
【００３７】
前記電源回路１２１は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成され、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４からの電力を所定の定電圧に変換し、これらの電圧は集積回路３Ａ内の各回路に駆動電源として供給され、あるいは状態を判断するために比較回路に比較基準電圧として供給される。
【００３８】
前記電圧検出回路１２２は、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のそれぞれの端子間電圧をデジタル値に変換する回路を有しており、デジタル値に変換された各端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部の記憶回路１２５に保持される。これらの電圧は診断などに利用されたり、図１に示すバッテリコントローラ２０に通信回路１２７から送信されたりする。
【００３９】
前記ＩＣ制御回路１２３は、演算回路を有し演算機能を有すると共に、記憶回路１２５や電源管理手段１２４、各種電圧の検知や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路２５２を有している。前記記憶回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、前記電圧検出器１２２で検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４に対応づけて記憶する、その他検出値を予め定められたアドレスに読出し可能に保持する作用をする。前記電源管理手段１２４は前記電源回路１２１における状態を管理するように構成されている。
【００４０】
前記ＩＣ制御回路１２３には、通信回路１２７が接続され、この通信回路１２７を介して当該集積回路３Ａの外部から信号を受信できる。例えば前記バッテリコントローラ２０から、前記入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）のフォトカプラＰＨ１を介し、ＲＸ端子で通信コマンドを受信する。前記通信コマンドは通信回路１２７からＩＣ制御回路１２３に送られ、ここで通信コマンドの内容が解読され、通信コマンド内容に応じた処理が行われる。例えば前記通信コマンドは、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の端子間電圧の計測値を要求する通信コマンド、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の充電状態を調整するための放電動作を要求する通信コマンド、当該集積回路３Ａの動作を開始する通信コマンド（Ｗａｋｅ ＵＰ）、動作を停止する通信コマンド（スリープ）、アドレス設定を要求する通信コマンド、等を含んでいる。
【００４１】
図２で、前記電池セルＢＣ１の正極端子は、抵抗Ｒ１を介して端子ＢＣ１に接続され、この端子ＢＣ１はスイッチの動作状態検出回路１２８Ａの一方の端子に接続され、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ａの他方の端子は端子Ｖ２を介して電池セルＢＣ１の負極端子に接続されている。さらに、前記抵抗Ｒ１とバランシングスイッチ１２９Ａとの直列回路が電池セルＢＣ１の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ａは放電制御回路１３２によって開閉が制御される。同様に、前記電池セルＢ２の正極端子は、抵抗Ｒ２を介して端子Ｂ２に接続され、この端子Ｂ２はスイッチの動作状態検出回路１２８Ｂの一方の端子に接続されており、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ｂの他方の端子は端子Ｖ３を介して電池セルＢ２の負極端子に接続されている。さらに、前記抵抗Ｒ２とバランシングスイッチ１２９Ｂとの直列回路が電池セルＢ２の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ｂは前記放電制御回路１３２によって開閉が制御される。
【００４２】
前記電池セルＢ３の正極端子は、抵抗Ｒ３を介して端子Ｂ３に接続され、この端子Ｂ３はスイッチの動作状態検出回路１２８Ｃの一方の端子に接続されており、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ｃの他方の端子は端子Ｖ４を介して電池セルＢ３の負極端子に接続されている。前記抵抗Ｒ３とバランシングスイッチ１２９Ｃとの直列回路が電池セルＢ３の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ｃは前記放電制御回路１３２によって開閉制御される。前記電池セルＢＣ４の正極端子は、抵抗Ｒ４を介して端子ＢＣ４に接続され、この端子ＢＣ４はスイッチの動作状態検出回路１２８Ｄの一方の端子が接続されており、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ｄの他方の端子は端子ＧＮＤを介して電池セルＢＣ４の負極端子に接続されている。前記抵抗Ｒ４とバランシングスイッチ１２９Ｄとの直列回路が電池セルＢＣ４の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ｃは前記放電制御回路１３２によって開閉が制御される。
【００４３】
前記スイッチの動作状態検出回路１２８Ａ〜１２８Ｄは、それぞれ各バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの両端電圧を所定周期で繰り返し検出し、前記各バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄが正常であるかどうかを検出する。前記バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄは電池セルＢＣ１〜電池セルＢＣ４の充電状態を調整するスイッチで、これらスイッチが異常の場合、電池セルの充電状態を制御できなくなり、一部の電池セルが過充電あるいは過放電になる恐れがある。各バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの異常検出は例えば、あるバランシングスイッチが導通している状態にも拘わらず、対応するバランシングスイッチの端子間電圧が電池セルの端子電圧を示す場合である。この場合は、前記バランシングスイッチが制御信号に基づく導通状態になっていないこととなる。一方あるバランシングスイッチが開放状態であるにも拘わらず、対応するバランシングスイッチの端子間電圧が電池セルの端子電圧に比べて低い値である場合、この場合は、前記バランシングスイッチは制御信号に関係なく導通していることとなる。これらスイッチの動作状態検出回路１２８Ａ〜１２８Ｄとしては、差動アンプ等で構成される電圧検出回路が用いられ、後述の異常判断回路１３１で上記判断を行う所定電圧と比較される。
【００４４】
前記バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄは、たとえばＭＯＳ型ＦＥＴで構成され、それぞれ対応する電池セルＢＣ１〜ＢＣ４に蓄積された電力を放電させる作用をする。多数の電池セルが直列接続されている電池モジュール９に対してインバータなどの電気負荷が接続され、前記電気負荷に対する電流の供給は直列接続された多数の電池セルの全体で行われる。また電池モジュール９が充電される状態では、前記電気負荷からの電流の供給は直列接続された多数の電池セルの全体に対して行われる。直列接続された多数の電池セルが異なるＳＯＣにあると、前記電気負荷への電流の供給は多数の電池セルの内の最も放電状態にある電池セルの状態により制限される。一方前記電気負荷から電流が供給される場合、多数の電池セルの内の最も充電されている電池セルによって前記電流の供給が制限される。
【００４５】
このため直列接続された多数の電池セルの内、例えば平均状態を越えた充電状態にある電池セルに対して、前記電池セルに接続されているバランシングスイッチ１２９を導通状態とし、直列接続されている抵抗を介して放電電流を流す。これにより直列接続された電池セルの充電状態が互いに近づく方向に制御されることとなる。また他の方法として、最も放電状態にある電池セルを基準セルとし、前記基準セルとの差に基づき放電時間を決める方法がある。他にもＳＯＣを調整する色々の方法がある。前記充電状態は電池セルの端子電圧を基に演算で求めることができる。電池セルの充電状態とその電池セルの端子電圧は相関関係が有るので、各電池セルの端子電圧を近づけるように前記バランシングスイッチ１２９を制御することで、電池セルの充電状態を近づけることができる。
【００４６】
前記スイッチの動作状態検出回路１２８Ａ〜１２８Ｄによって検出される各ＦＥＴのソースとドレーン間の電圧は、電位変換回路１３０に出力される。各ＦＥＴのソースとドレーン間の電位は集積回路３Ａの基準電位に対してそれぞれ異なっており、このままでは比較判断が難しいので、電位変換回路１３０で電位をそろえ、次に異常判定回路１３１で異常判定する。電位変換回路１３０はまた診断すべきバランシングスイッチ１２９を前記ＩＣ制御回路１２３からの制御信号に基づき選択する機能も有している。選択されたバランシングスイッチ１２９の電圧が異常判定回路１３１に送られ、異常判定回路１３１はＩＣ制御回路１２３から制御信号に基づき、前記電位変換回路１３０からの信号である診断すべきバランシングスイッチ１２９の端子間電圧を判定電圧と比較し、各バランシングスイッチ１２９Ａ１〜１２９Ｄが異常か否かを判定する。
【００４７】
放電制御回路１３２にはＩＣ制御回路１２３から放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチ１２９を導通させるための指令信号が送られ、この指令信号に基づき、前記放電制御回路１３２から、上述したようにＭＯＳ型ＦＥＴから構成されるバランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの導通を行うゲート電圧に相当する信号が出力される。ＩＣ制御回路１２３は、図１のバッテリコントローラ２０から、電池セルに対応した放電時間の指令を通信により受け、前記放電の動作を実行する。
【００４８】
前記異常判定回路１３１において、バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄに異常があると検出した場合、前記スイッチ駆動回路１３３からの信号によって、どのバランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄに異常があるかを特定し、その情報が前記ＩＣ制御回路１２３に出力される。
【００４９】
該ＩＣ制御回路１２３は、バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの異常を通信回路１２７の１ビット送信端子ＦＦＯから出力し、他の集積回路の通信回路１２７を介して前記バッテリコントローラ２０に送信する。また、該ＩＣ制御回路１２３は、バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの異常と、その異常であるバランシングスイッチを特定する情報を、通信回路１２７の送信端子ＴＸを介して前記バッテリコントローラ２０に送信する。
【００５０】
〈車両用電源システム〉
図３は、図１に基づき上述した直流電源システムを車両用回転電機の駆動システムに適用した回路図である。電池モジュール９を構成する電池セルは高電位側ブロック１０と低電位側ブロック１１の２つのブロックに分けられ、分けられた各ブロックのうち一方の高電位側ブロック１０と低電位側ブロック１１はスイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のＳＤ（サービスディスコネクト）スイッチ６を介して直列接続されている。
【００５１】
前記高電位側ブロック１０の正極は正極強電ケーブル８１とリレーＲＬＰを介してインバータ装置２２０の正極に接続されている。また低電位側ブロック１１の負極は負極強電ケーブル８２とリレーＲＬＮを介してインバータ装置２２０の負極に接続されている。前記高電位側ブロック１０と前記低電位側ブロック１１はＳＤスイッチ６を介して直列接続され、例えば公称電圧３４０Ｖ、容量５．５Ａｈの強電バッテリ（２つの電池モジュール９が直列接続された電源システムのバッテリ）を構成している。なお、ＳＤスイッチ６のヒューズには、例えば、定格電流が１２５Ａ程度のものを用いることができる。このような構成により高い安全性を維持できる。
【００５２】
前述のとおり、低電位側ブロック１１の負極とインバータ装置２２０との間にリレーＲＬＮが設けられ、また高電位側ブロック１０の正極とインバータ装置２２０との間にリレーＲＬＰが設けられている。前記リレーＲＬＰと並列に、抵抗ＲＰＲＥとプリチャージリレーＲＬＰＲＥとの並列回路が接続されている。前記正極側メインリレーＲＬＰとインバータ装置２２０との間にはホール素子等の電流センサＳｉが挿入され、前記電流センサＳｉはジャンクションボックス内に内蔵されている。なお、電流センサＳｉの出力線はバッテリコントローラ２０に導かれ、リチウム電池直流電源から供給される電流量をインバータ装置が常時モニタできる構成となっている。
【００５３】
前記リレーＲＬＰやリレーＲＬＮは、例えば、定格電流が８０Ａ程度のものが使用され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥには、例えば、定格電流が１０Ａ程度のものを用いることができる。また、抵抗ＲＰＲＥには、例えば、定格容量が６０Ｗ、抵抗値が５０Ω程度のもの、電流センサＳｉには、例えば、定格電流が±２００Ａ程度のものを用いることができる。
【００５４】
上述した負極強電ケーブル８２および正極強電ケーブル８１は、リレーＲＬＰやリレーＲＬＮおよび出力プラグを介して、ハイブリッド車のモータ２３０を駆動するインバータ装置２２０に接続される。このような構成とすることで高い安全性が維持できる。
【００５５】
インバータ装置２２０は、３４０Ｖの強電バッテリの電源から供給される直流電力を、モータ２３０を駆動するための３相交流電力に変換するインバータを構成しているパワーモジュール２２６と、ＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４と、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタ２２８とを有している。
【００５６】
ＭＣＵ２２２は、上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ２３０の駆動時に、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態とし、平滑キャパシタを充電し、その後に正極側のリレーＲＬＰを開状態から閉状態として電源システム１の強電バッテリからインバータ装置への電力の供給を開始する。なお、インバータ装置２２０は、モータ２３０の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御してハイブリッド車の制動時にはモータ２３０をジェネレータとして動作させすなわち回生制動制御を行い、ジェネレータ運転により発電された電力を強電バッテリに回生し強電バッテリを充電する。また、電池モジュール９の充電状態が基準状態より低下した場合、インバータ装置２２０は上記モータ２３０を発電機として運転し、上記モータ２３０で発電された３相交流はパワーモジュール２２６により直流電力に変換されて強電バッテリである電池モジュール９に供給され、充電される。
【００５７】
上述のとおりインバータ装置２２０はパワーモジュール２２６を有しており、インバータ装置２２０は直流電力と交流電力との間の電力変換を行う。上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ２３０をモータとして運転する場合はモータ２３０の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は電池モジュール９から直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。一方、モータ２３０の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ２３０から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が電池モジュール９へ供給される。結果的にモータ２３０は発電機として作用することとなる。
【００５８】
上記インバータ装置２２０の動作開始状態は平滑キャパシタ２２８の電荷は略ゼロであり、リレーＲＬＰを閉じると大きな初期電流が流れ込む。強電バッテリから平滑キャパシタ２２８への初期流れ込み電流が大きくなるので、負極側メインリレーＲＬＮおよび正極側メインリレーＲＬＰが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するため、ＭＣＵ２２２は、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、正極側のリレーＲＬＰを開状態に維持したまま、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態として抵抗ＲＰＲＥを介して最大電流を制限しながら上述した平滑キャパシタ２２８を充電する。この平滑キャパシタ２２８が所定の電圧まで充電された後は、初期状態は解除され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥおよび抵抗ＲＰＲＥは使用されず、上述したように、負極側のリレーＲＬＮと正極側のリレーＲＬＰを閉状態として電源システム１からパワーモジュール２２６へ直流電力を供給する。このような制御を行うことでリレー回路を保護すると共に、リチウム電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。
【００５９】
電源システム１の強電バッテリの負極と負極側のリレーＲＬＮとの接続線および強電バッテリの正極と正極側のリレーＲＬＰとの接続線には、ケースグランド（車両のシャーシと同電位）との間にそれぞれキャパシタＣＮ、ＣＰが挿入されている。これらのキャパシタＣＮ、ＣＰは、インバータ装置２２０が発生させるノイズを除去して、弱電系回路の誤作動やＣ／Ｃ８０を構成するＩＣのサージ電圧による破壊を防止するものである。インバータ装置２２０はノイズ除去フィルタを有しているが、これらのキャパシタＣＮ、ＣＰは、バッテリコントローラ２０やＣ／Ｃ８０の誤作動を防止する効果をさらに高め、電源システム１の耐ノイズの信頼性をさらに高めるために挿入されている。なお、図３において、電源システム１の強電系回路は太線で示している。これらの線には断面積の大きい平角の銅線が使用される。
【００６０】
なお、図３において、ブロアファン１７は、電池モジュール９を冷却するためのファンで、バッテリコントローラ２０からの指令によってＯＮするリレー１６を介して動作するようになっている。
【００６１】
〈エンコーダの説明〉
図４は、エンコーダ３０の内部構造を示すブロック図である。エンコーダ３０は、２つのＤフリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）３３，３４から成る２ビットのカウンタ回路３１と、１つの排他的論理和（ＸＯＲ）ゲート３２と、を備える。エンコーダ３０はこれらの回路を用いて、セルコントローラ８０が出力する異常信号の変換を行う。
【００６２】
エンコーダ３０は受信端子ＣＬＫ，ＲＳＴ，ＦＦＩと、送信端子ＣＯ０，ＣＯ１，ＥＦＦＯを備える。受信端子ＣＬＫはエンコーダ３０を駆動するクロック信号が入力される端子である。受信端子ＣＬＫは図１に示すようにバッテリコントローラ２０のクロック送信端子ＦＦＣＬＫと接続される。すなわち、エンコーダ３０とバッテリコントローラ２０とは同期して動作する。
【００６３】
受信端子ＲＳＴはエンコーダ３０の初期化を行うための信号が入力される端子であり、バッテリコントローラ２０のリセット出力（不図示）が接続される。受信端子ＦＦＩはセルコントローラ８０からの異常信号を受信する端子である。受信端子ＦＦＩは図１に示すように集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯと接続され、異常信号を受信する。
【００６４】
送信端子ＣＯ０，ＣＯ１は、カウンタ回路３１のカウント結果を送信するための端子である。カウント結果の上位ビットが端子ＣＯ１から、下位ビットが端子Ｃ０から送信される。以下、これら２つの端子から出力される信号を、カウント信号と呼ぶ。送信端子ＥＦＦＯは、カウンタ回路３１のカウント結果の下位ビットと、セルコントローラ８０からの異常信号との排他的論理和を行った結果が送信される端子である。以下、この端子から出力される信号を変換後異常信号と呼ぶ。カウンタ回路３１のカウント結果は時間の経過に伴い変化するので、端子ＥＦＦＯから送信される変換後異常信号は、異常信号の変化の有無によらず刻々と変化する。
【００６５】
送信端子ＣＯ０，ＣＯ１，ＥＦＦＯは全てバッテリコントローラ２０と接続されている。バッテリコントローラ２０はこれら３つの端子から送信される信号と、集積回路３Ｎの端子ＦＦＯから送信される信号と、の計４つの信号を、何ら手を加えずにＣＡＮを通じて上位コントローラ１１０へ送信する。すなわち、バッテリコントローラ２０は、異常信号と、変換後異常信号と、カウント信号と、を上位コントローラ１１０へ送信する。
【００６６】
なお、ＣＡＮを通じて送信されるこれらの信号は、ＣＡＮに接続されている上位コントローラ１１０以外の装置も受信することが可能である。従って、これらの信号を用いて上位コントローラ１１０が行う処理は、例えばインバータ装置２２０など、上位コントローラ１１０以外の装置も実行することができる。説明を簡単にするため、以下では、これらの信号を用いて行われる処理は上位コントローラ１１０のみが実行するものとして説明を行う。
【００６７】
図５は、バッテリコントローラ２０が正常に動作している場合のエンコーダ３０の出力信号を示す図である。図５は横軸が時間の経過を、縦軸が信号の振幅を表している。信号Ｓ１は受信端子ＦＦＣＬＫに入力されるクロック信号を表す。信号Ｓ２はリセット端子ＲＳＴに入力されるリセット信号を表す。信号Ｓ３，Ｓ４はそれぞれ送信端子ＣＯ１，ＣＯ０から出力されるカウント信号を表す。信号Ｓ５は送信端子ＥＦＦ０から出力される変換後異常信号を表す。信号Ｓ６は受信端子ＦＦＩに入力される異常信号を表す。図５中の点Ｐは、バッテリコントローラ２０が受信端子へ入力された信号のサンプリングおよびサンプリングした信号をＣＡＮへ送信するタイミングを示している。
【００６８】
図５では、まず始めに受信端子ＲＳＴの信号レベルをＬにすることでエンコーダ３０の初期化が行われている。その後、前述の通りクロック信号の変化に応じて送信端子ＣＯ０，ＣＯ１から送信されるカウント信号が刻々と変化している。端子ＣＯ０の信号を下位ビット、端子ＣＯ１の信号を上位ビットとする２ビットの数値を考えたとき、この数値はクロック信号の変化に応じて０，１，２，３という順で繰り返し変化する。
【００６９】
受信端子ＦＦＩへの入力は通常はＨとなり、いずれかの電池セルに異常が発生したときＬとなる。図５では、時刻ｔ１，ｔ２において電池セルに異常が発生している。送信端子ＥＦＦＯの信号は、受信端子ＦＦＩへの入力信号と、送信端子ＣＯ０からの出力信号との排他的論理和であるので、カウンタ回路３１の出力と異常信号とに応じて変化している。
【００７０】
上位コントローラ１１０は、ＣＡＮを通じて受信した信号を参照することにより、電池セルに異常が発生したことを検出することが可能である。前提として、上位コントローラ１１０は、電池セルに異常が発生していない場合にどのような信号がＣＡＮを通じて送信されるかを把握しているものとする。以下、電池セルに異常が発生したことを検出する具体的な手順について説明する。
【００７１】
上位コントローラ１１０は、送信端子ＥＦＦＯからの変換後異常信号が送信端子ＣＯ０からのカウント信号と送信端子ＦＦＯからの異常信号との排他的論理和になっていることを確認する。これらの信号がすべて期待通りであれば、各種配線やエンコーダ３０，バッテリコントローラ２０に異常が発生していないと判定する。すなわち、バッテリコントローラ２０が送信した異常信号の信頼性に問題がないと判定する。上位コントローラ１１０はその後、送信端子ＦＦＯからの信号を参照し、この信号がＬになっていれば、電池セルに異常が発生していると判定する。
【００７２】
次に、異常信号を伝送するための周辺回路に異常が生じた場合の動作について説明する。本実施形態では、上位コントローラ１１０は、ＣＡＮを通じて受信した変換後異常信号を参照することにより、例えば異常信号を伝送するための伝送路や、バッテリコントローラ２０の内部に異常が発生したことを検知することが可能である。すなわち、上位コントローラ１１０は、ＣＡＮを通じて受信した異常信号の信頼性を判定することが可能である。
【００７３】
図６は、バッテリコントローラ２０に異常が発生した場合のエンコーダ３０の出力を示す図である。図６では、例えばバッテリコントローラ２０内部のＣＰＵが暴走する等の理由により、バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＣＬＫからクロック信号が出力されなくなった状況を想定している。ただし、受信端子ＣＩ０，ＣＩ１，ＥＦＦＩ，ＦＦＩへの信号のサンプリングならびにＣＡＮを通じた上位コントローラへの送信については問題なく行える状態であるとする。また、受信端子ＲＳＴ，ＦＦＯにはそれぞれ図５に示した信号Ｓ２，Ｓ６と同一の信号が入力されているものとする。
【００７４】
エンコーダ３０の受信端子ＣＬＫへクロック信号が送信されないので、リセット後のカウンタ回路３１の出力は常に０となる。すなわち、送信端子ＣＯ１，ＣＯ０から送信されるカウント信号Ｓ３’，Ｓ４’は常にＬとなる。従って、送信端子ＥＦＦＯから送信される変換後異常信号は、受信端子ＦＦＩで受信した異常信号そのものとなる。
【００７５】
上位コントローラ１１０は、前述の通り、まず送信端子ＥＦＦＯからの変換後異常信号が送信端子ＣＯ０からのカウント信号と送信端子ＦＦＯからの異常信号との排他的論理和になっていることを確認する。図６ではこれらの信号が期待通りの状態になっていないため、上位コントローラ１１０は、異常信号を伝送するための伝送路、エンコーダ３０、バッテリコントローラ２０など、異常信号を伝送するための系に何らかの異常が発生していると判定する。すなわち、バッテリコントローラ２０が送信した異常信号の信頼性に問題があると判定する。
【００７６】
異常信号の信頼性に問題があると判定された場合、上位コントローラ１１０は更に、送信端子ＣＯ０，ＣＯ１からのカウント信号が時系列順に期待通りに変化していることを確認する。この確認結果により、異常信号を伝送するための系のうち異常が発生している箇所を特定することが可能である。具体的には、これらの信号がすべて期待通りであれば、セルコントローラ８０とバッテリコントローラ２０との間の異常信号の伝送路に異常が発生しているということになる。他方、これらの信号が期待通りではなければ、それ以外の箇所に異常が発生しているということになる。
【００７７】
図６では、上位コントローラ１１０は、送信端子ＣＯ１，ＣＯ０からのカウント信号Ｓ３’，Ｓ４’が時間の経過により変化しないことから、エンコーダ３０、バッテリコントローラ２０などに何らかの異常が発生していると判定する。
【００７８】
バッテリコントローラ２０において、内部のＣＰＵが暴走する以外の異常が発生した場合についても、図６と同様に正常時とは異なる信号がＣＡＮを通じて送信されるので、上位コントローラ１１０は異常の発生を知ることができる。このような異常の例としては、バッテリコントローラ２０内部のセルコントローラ８０との入出力回路の故障、ＣＡＮの入出力回路の故障、などが挙げられる。異常信号を伝送するための伝送路が故障した場合についても同様である。
【００７９】
上述した第１の実施の形態による直流電源システムによれば、次の作用効果が得られる。
（１）バッテリコントローラ２０は、エンコーダ３０が送信端子ＥＦＦＯから出力する、異常信号の変化の有無に係わらず時間変化する変換後異常信号を、異常信号と共に上位コントローラ１１０へ送信する。これにより、セルコントローラ８０、バッテリコントローラ２０、エンコーダ３０など、異常信号を伝送するための系が故障した場合であっても、上位コントローラ１１０は異常が発生していることを検知することができる。
【００８０】
（２）上位コントローラ１１０は、異常信号および変換後異常信号と共にカウント信号を受信し、異常信号が信頼できないと判定した場合に、変換後異常信号とカウント信号とに基づき、直流電源システム１における該判定の原因箇所を特定する。これにより、異常の原因を速やかに修正することが可能となる。
【００８１】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
【００８２】
（変形例１）
エンコーダ３０とバッテリコントローラ２０は同期して動作しなくてもよい。この場合、バッテリコントローラ２０がエンコーダ３０からの信号をサンプリングする周期が、少なくとも送信端子ＦＦＣＬＫから出力されるクロック信号の周期以上であれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８３】
（変形例２）
エンコーダ３０は、２ビット計数回路以外の回路により異常信号のエンコードを行ってもよい。また、エンコーダ３０が出力する信号は、時系列的に変化し且つ上位コントローラ１１０にとって既知であれば、第１の実施の形態に示したものとは異なる信号であってもよい。
【００８４】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
ＢＣ１〜ＢＣ４…電池セル、３Ａ〜３Ｎ…集積回路、９…電池モジュール、２０…バッテリコントローラ、３０…エンコーダ、５２…伝送路（シリアル通信）、５４…伝送路（フラグ通信）、８０…セルコントローラ、２２０…インバータ装置、２２２…ＭＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池制御装置および電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用回転電機の駆動システムは直流電力を供給するための二次電池と前記二次電池から供給された直流電力を３相交流電力に変換するインバータ装置とを備えており、前記３相交流電力は車両に搭載された回転電機に供給される。前記３相交流の回転電機は一般には電動機の機能と発電機の機能とを備えており、回生制動運転など前記３相交流の回転電機が発電機として運転される場合には、前記回転電機が発電した３相交流電力は前記インバータ装置により直流電力に変換され、該直流電力が前記二次電池に供給され、前記二次電池により前記発電電力が蓄積される。
【０００３】
前記二次電池として小型で大電力が蓄電できる観点からリチウム電池モジュールが適している。リチウム電池モジュールは直列接続された多数のリチウム電池セルを有しており、各リチウム電池セルの充電状態をそれぞれ検出し、過充電状態にならないように管理することが望ましい。なお前記充電状態はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と以下記載する。各リチウム電池セルは、例えば過放電状態にならないように充放電を管理することが望ましく、仮に過放電状態に維持されると最悪の場合、異常な発熱が生じる恐れがある。
【０００４】
各リチウム電池セルの過充電を防止するために、各リチウム電池セルの端子電圧を検出し、各リチウム電池セルが過充電とならないように監視することが行われている。車両用電源は、常に振動が加わる状態で、しかも温度変化の激しい条件で長期間使用される可能性があり、信頼性に対し十分な配慮が望まれる。このような監視を行う直流電源システムが特許文献１に記載されている。この直流電源システムは、電池セルに異常が発生した場合にセルコントローラからバッテリコントローラへ電池セルの異常を表す異常信号を出力する。バッテリコントローラはこの異常信号を、ＣＡＮを通じて上位コントローラへ送信するので、上位コントローラは電池セルに異常が発生したことを検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８９４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている直流電源システムは、セルコントローラやバッテリコントローラ、あるいは異常信号の伝送路など、異常信号を伝送するための系が故障した場合、異常信号を上位コントローラに伝送できないため、上位コントローラから異常が発生していることを正しく検知することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、第１信号を、第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、第１信号と第２信号とを外部装置へ送信する送信手段と、を備えることを特徴とする電池制御装置である。
請求項４に係る発明は、電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、第１信号を第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、第１信号と第２信号とを所定の伝送路へ送信する送信手段と、を有する電池制御装置と、所定の伝送路を通じて送信手段が送信した第１信号および第２信号を受信する受信手段と、受信手段が受信した第２信号に基づいて、受信手段が受信した第１信号の信頼性を判定する判定手段と、を有する信頼性判定装置と、を備えることを特徴とする電力装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異常信号を伝送するための系が故障した場合であっても、異常信号を伝送する手段の異常を検知でき、上位コントローラは異常が発生していることを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両用回転電機の駆動システムに使用される直流電源システムのブロック図である。。
【図２】前記集積回路３Ａの一実施例を示す電子回路のブロック図である。。
【図３】図１に基づき上述した直流電源システムを車両用回転電機の駆動システムに適用した回路図である。
【図４】エンコーダ３０の内部構造を示すブロック図である。
【図５】バッテリコントローラ２０が正常に動作している場合のエンコーダ３０の出力信号を示す図である。
【図６】バッテリコントローラ２０に異常が発生した場合のエンコーダ３０の出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の一実施の形態である、直流電源システムについて説明する。この直流電源システムは、車両用回転電機の駆動システムに使用される。
【００１１】
〈セルコントローラの説明〉
図１は、車両用回転電機の駆動システムに使用される直流電源システムのブロック図である。図１に示した直流電源システムは、リレーＲＬＰ，ＲＬＮに接続された負荷（例えばインバータ装置）へ直流電力を供給する。リレーＲＬＰが供給される直流電力の正極側となり、リレーＲＬＮが負極側となる。
【００１２】
図１に示した直流電源システムは、リレーＲＬＰ，ＲＬＮに加えて、電池モジュール９，セルコントローラ（Ｃ／Ｃ）８０，バッテリコントローラ２０，エンコーダ３０，電流計Ｓｉ，および電圧計Ｖｄを備える。電流計Ｓｉおよび電圧計Ｖｄは、それぞれ電池モジュール９からリレーＲＬＰ，ＲＬＮに接続された負荷に供給される直流電流量および直流電圧量を検知する。検知結果はそれぞれバッテリコントローラの端子ＣＵＲ，ＶＡＬＬへ出力される。
【００１３】
電池モジュール９は複数個の電池セルのグループＧＢ１，…，ＧＢＭ，…，ＧＢＮを有している。前記各グループは複数個の直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ４を有している。すなわち、電池モジュール９は直列に接続された多数の電池セルを有している。本実施形態では、電池セルは例えば数十個〜百数十個存在している。また、本実施形態において各電池セルはリチウムイオン電池である。
【００１４】
各電池セルの端子電圧はその電池セルの充電状態で変化する。例えば、３０％程度の充電状態では、開放端子電圧（ＯＣＶ）は約３.３Ｖ程度となり、７０％程度の充電状態では約３.８Ｖ程度となる。電池セルが過放電状態のとき、放電時のセル端子電圧は例えば２.５Ｖ以下になる場合があり、また過充電状態では充電時のセル端子電圧が４.２Ｖ以上になる場合がある。すなわち、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４はそれぞれ、セル端子電圧を計測することにより、充放電時の充電状態（ＳＯＣ、Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を把握できる。
【００１５】
本実施形態では、端子電圧の計測を行い易くする等の理由により、１グループを４個の電池セルで構成している。すなわち、グループＢＧ１〜ＧＢＮをそれぞれ４個の電池セルＢＣ１〜ＢＣ４で構成している。なお、図１において、グループＢＧ１とグループＧＢＭとの間、およびグループＧＢＭとグループＧＢＮとの間にはさらに複数のグループが存在しているが、これらのグループはグループＢＧ１と同様の構成であるので、説明の煩雑さを避けるために省略する。
【００１６】
セルコントローラ８０は、電池モジュール９を構成する各グループに対応して複数の集積回路（ＩＣ）を有している。図１では、グループＧＢ１，…，ＧＢＭ，…，ＧＢＮに対応する集積回路をそれぞれ３Ａ，…，３Ｍ，…，３Ｎとして記載している。なお、上述した電池セルのグループと同様に、図１において、集積回路３Ａと集積回路３Ｍとの間、および集積回路３Ｍと集積回路３Ｎとの間にはさらに複数の集積回路が存在しているが、これらの集積回路は集積回路３Ａと同様の構成であるので、説明の煩雑さを避けるために省略する。
【００１７】
集積回路３Ａ〜３Ｎは、各電池セルの端子電圧を検出するために電圧検出用の端子Ｖ１〜Ｖ４，Ｂ１〜Ｂ４，およびＧＮＤを備えている。端子Ｖ１〜Ｖ４，Ｂ１〜Ｂ４，およびＧＮＤは、各々の集積回路に対応するグループの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の正極および負極にそれぞれ接続されている。集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ対応するグループＧＢ１〜ＧＢＮの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の電圧を検出するとともに、全グループの全電池セルのＳＯＣを均一化するため、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のＳＯＣを個別に調整するための充電状態調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、スイッチ素子を介して各電池セルと並列に接続される構成となっている。前記スイッチ素子は図２を用いて後述する。
【００１８】
集積回路３Ａ〜３Ｎは信号伝送のための送受信端子ＴＲ，ＴＸ，ＦＦＩ，およびＦＦＯを有している。送信端子ＴＸは、図１において下方向に隣り合う集積回路の受信端子ＴＲと接続されており、集積回路３Ａ〜３Ｎを直列に接続する信号伝送路５２を構成している。送信端子ＦＦＯについても同様に、図１において下方向に隣り合う集積回路の受信端子ＦＦＩと接続されており、集積回路３Ａ〜３Ｎを直接に接続する信号伝送路５４を形成している。図１において最上部に位置している集積回路３Ａの受信端子ＴＲおよびＦＦＩは、それぞれバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸおよびＦＦＴＥＳＴに接続されている。同様に、図１において最下部に位置している集積回路３Ｎの送信端子ＴＸおよびＦＦＯは、それぞれバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸおよびＦＦに接続されている。
【００１９】
集積回路３Ａ〜３Ｎは更に、それぞれ対応するグループＧＢ１〜ＧＢＮの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の異常状態を検出する機能を有している。本実施形態において電池セルの異常状態とは、電池セルの過充電や過放電、および温度の異常上昇などを指す。
【００２０】
集積回路３Ａ〜３Ｎと上位のバッテリコントローラ２０との信号の送受は、通信ハーネス５０を介して行われる。バッテリコントローラ２０は車両のシャーシ電位をグランド（ＧＮＤ）電位とし、１２Ｖ以下の低電圧で動作するようになっている。一方、集積回路３Ａ〜３Ｎは、対応するグループの電池セルの電位がそれぞれ異なる。従って、集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ異なる電位に保持され、異なる電位で動作する。前述の通り、電池セルの端子電圧はＳＯＣにより変化するので、電池モジュール９の最低電位に対する各々のグループの電位は、各々の電池セルのＳＯＣに基づいて変化する。
【００２１】
集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ対応するグループの電池セルの端子電圧の検出、あるいは、対応するグループの電池セルのＳＯＣの調整のための放電制御等を行うので、対応するグループの電位に基づいて集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位を変化させる方が、集積回路３Ａ〜３Ｎに加わる電圧差が小さくなる。集積回路３Ａ〜３Ｎに加わる電圧差が小さい方が、集積回路３Ａ〜３Ｎの耐圧をより小さくできる、あるいは安全性や信頼性が向上するなどの効果があるので、本実施形態では対応するグループの電位に基づいて集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位を変化させるようにしている。具体的には、集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位となるＧＮＤ端子を、対応するグループの電池セルのどこかに接続することにより、集積回路の基準電位を対応するグループの電位に基づいて変化させることが可能となる。本実施形態では、各グループの最低位電位となる電池セルの負極を集積回路のＧＮＤ端子と接続している。
【００２２】
また、集積回路３Ａ〜３Ｎがその内部で集積回路の内部回路を動作させる基準電圧や電源電圧を発生させるために、各集積回路は対応するグループの最高位電位となる電池セルの正極と集積回路のＶｃｃ端子とを接続している。このような構成により、各集積回路は、対応するグループの最高位電位と最低位電位との間の電位差すなわち電圧を受けて動作する。
【００２３】
バッテリコントローラ２０の電源系統とセルコントローラ８０の電源系統とは電位関係が異なっており、また電圧の値も大きく異なるので、バッテリコントローラ２０に接続される通信ハーネス５０は、各集積回路３Ａ〜３Ｎの送受信端子が直列接続されている伝送路５２，５４と電気的に絶縁されていることが必要となる。このため、通信ハーネス５０と伝送路５２，５４とを電気的に絶縁するための絶縁回路が集積回路３Ａ〜３Ｎで構成される伝送路５２，５４の入口側と出口側とにそれぞれ設けられている。図１では、伝送路５２，５４の入口側に設けた絶縁回路を入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）で、出口側に設けた絶縁回路を出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）でそれぞれ示している。
【００２４】
これら各インタフェースＩＮＴ（Ｅ），ＩＮＴ（Ｏ）は、電気信号が一旦光信号に変換され、その後再び電気信号に変換される回路を有する。バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０との間の情報の伝送はこの回路を介して行われるので、バッテリコントローラ２０の電気回路とセルコントローラ８０の電気回路との間の電気的な絶縁が維持される。入口側のインタフェースＩＮＴ（Ｅ）はフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２を有している。フォトカプラＰＨ１はバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸと高電位側の集積回路３Ａの受信端子ＴＲとの間に設けられている。フォトカプラＰＨ２はバッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＴＥＳＴと集積回路３Ａの受信端子ＦＦＩとの間に設けられている。入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２は上述のバッテリコントローラ２０の各送信端子ＴＸ，ＦＦＴＥＳＴと集積回路３Ａの受信端子ＴＲやＦＦＩとの間の電気的な絶縁を維持している。
【００２５】
同様に、バッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ，ＦＦと低電位側の集積回路３Ｎとの間には、出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４がそれぞれ設けられ、バッテリコントローラ２０の受信端子と集積回路３Ｎの各送信端子との間の電気的な絶縁が維持されている。詳述すると、集積回路３Ｎの送信端子ＴＸとバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸとの間にフォトカプラＰＨ３が設けられ、集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯとバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦとの間にフォトカプラＰＨ４が設けられている。
【００２６】
前述の通り、集積回路３Ａ〜３Ｎは送受信端子ＴＸ，ＴＲにより直列接続され、信号伝送路５２を構成している。バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸから送信された信号は、入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ１を介して集積回路３Ａの受信端子ＲＸで受信される。その後、この信号は、各々の集積回路３Ａ〜３Ｎの送信端子ＴＸから順に送信され、隣り合う集積回路の受信端子ＲＸにより順に受信される。この信号は最終的に、集積回路３Ｎの送信端子ＴＸから送信されて出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ３を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸで受信される。バッテリコントローラ２０と集積回路３Ａ〜３Ｎとの間には、以上のようなループ状の通信路が設けられており、このループ状の通信路を介してシリアル通信が行われる。バッテリコントローラ２０はこのシリアル通信により、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の端子電圧や温度などの計測値を受信する。集積回路３Ａ〜３Ｎは更に、この伝送路を介してコマンドを受信すると自動的に動作状態になるように構成されている。従って、バッテリコントローラ２０から通信コマンドが伝送されると、各集積回路３Ａ〜３Ｎはそれぞれスリープ状態から動作状態に状態遷移する。
【００２７】
集積回路３Ａ〜３Ｎはさらに電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の異常診断を行い、電池セルの異常状態を検出した場合に次の伝送路を介して１ビット信号を伝送する。集積回路３Ａ〜３Ｎは、自分自身が異常状態を検出した場合、あるいは他の集積回路から異常状態を表す信号（以下、異常信号と呼ぶ）を受信端子ＦＦＩで受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が変わり異常状態ではなくなったりした場合に、送信端子ＦＦＯから伝送される異常信号は消える。本実施形態では、この異常信号は１ビット信号である。原則的にはバッテリコントローラ２０は異常信号を集積回路３Ａに送信しない。しかしながら、異常信号の伝送路が正しく動作することが重要であるので、バッテリコントローラ２０は伝送路の診断のために擬似的な異常信号であるテスト信号をバッテリコントローラ２０の端子ＦＦＴＥＳＴから送信する。以下、このテスト信号の伝送路について説明する。
【００２８】
前述の通り、集積回路３Ａ〜３Ｎは送受信端子ＦＦＯ，ＦＦＩにより直列接続され、信号伝送路５４を構成している。バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＴＥＳＴから送信された擬似的な異常信号であるテスト信号は、入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ２を介して集積回路３Ａの受信端子ＦＦＩで受信される。その後、この信号は、各々の集積回路３Ａ〜３Ｎの送信端子ＦＦＯから順に送信され、隣り合う集積回路の受信端子ＦＦＩにより順に受信される。この信号は最終的に、集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯから送信されて出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦで受信される。このようにテスト信号をバッテリコントローラ２０が送受することで異常信号のための通信路の診断ができ、システムの信頼性が向上する。また上述のとおり、バッテリコントローラ２０からの送信依頼が無くても、異常状態を検出した集積回路が次の集積回路に異常信号を送ることで、異常状態が速やかにバッテリコントローラ２０に伝達される。これにより、異常状態の発生に対する対応策を速やかに実行することができる。
【００２９】
なお上述の説明では、信号の伝送は、何れも電池モジュール９の電位の高いグループに対応する集積回路３Ａから電位の低いグループに対応する集積回路３Ｎに向けて行われたが、これは一例である。この逆に、例えばバッテリコントローラ２０から電池モジュール９の電位の低いグループに対応する集積回路３Ｎに信号を送信し、受信した信号を順次電位の高いグループに対応した各集積回路（集積回路３Ｍを含む）に送り、最高電位のグループに対応した集積回路３Ａからバッテリコントローラ２０に信号を送るようにしても良い。
【００３０】
図１に示す直流電源システムは正極側のリレーＲＬＰと負極側のリレーＲＬＮを介してインバータ装置などの負荷に直流電力を供給する。これらのリレーＲＬＰ，ＲＬＮはバッテリコントローラ２０およびインバータ装置から開閉を制御できるよう構成されている。従って、集積回路が異常を検知したことに応じて、バッテリコントローラ２０もしくはインバータ装置がリレーＲＬＰ，ＲＬＮの開閉を制御することが可能である。
【００３１】
またバッテリコントローラ２０は電流センサＳｉの出力を受け、電池モジュール９全体からインバータ装置に供給される電流を検知し、また電圧計Ｖｄの出力により、電池モジュール９からインバータ装置に供給される直流電圧を検知する。
【００３２】
バッテリコントローラ２０には、エンコーダ３０が接続されている。エンコーダ３０は２ビット計数回路を備える。この２ビット計数回路は、受信端子ＣＬＫが受信するクロック信号に従いカウントアップを繰り返す。受信端子ＣＬＫは、バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＣＬＫに接続されており、バッテリコントローラ２０はこの端子からクロック信号を出力する。エンコーダ３０は２ビット計数回路の出力を送信端子ＣＯ０，ＣＯ１から出力する。送信端子ＣＯ０，ＣＯ１はそれぞれバッテリコントローラ２０の受信端子ＣＩ０，ＣＩ１に接続されている。
【００３３】
エンコーダ３０は更に、集積回路３Ｎが送信端子ＦＦＯから送信する１ビットの異常信号をエンコードして送信端子ＥＦＦＯから出力する。具体的には、２ビット計数回路の出力の最下位ビットと、集積回路３Ｎが送信端子ＦＦＯから送信する１ビットの異常信号との排他的論理和を演算し、演算結果を送信端子ＥＦＦＯから出力する。送信端子ＥＦＦＯは、バッテリコントローラ２０の受信端子ＥＦＦＩに接続されている。バッテリコントローラ２０は、送信端子ＦＦＣＬＫから送信するクロック信号に同期して周期的に、受信端子ＣＩ０，ＣＩ１，ＥＦＦＩ，ＦＦでそれぞれ受信した４つの信号をサンプリングする。そして、サンプリングしたこれら４つの信号を、何ら手を加えることなく、上位のコントローラへＣＡＮを通じて送信する。
【００３４】
〈集積回路〉
図２は、前記集積回路３Ａの一実施例を示す電子回路のブロック図である。上述したように、前記各集積回路３Ａ、…、３Ｍ、…３Ｎはそれぞれ同一の構造となっている。したがって、集積回路３Ａ以外の他の集積回路においても図２に示す構成と同じである。図２に示す集積回路３Ａは、その集積回路に対応する電池モジュール９のグループＧＢ１に含まれる各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４と接続されている。集積回路３Ａを代表例として説明しているが、集積回路３Ａ以外の集積回路はそれぞれ対応する電池モジュール９のグループと接続され、同様の動作を行う。
【００３５】
集積回路３Ａの入力側端子はグループＧＢ１を構成する電池セルＢＣ１からＢＣ４に接続されており、電池セルＢＣ１の正極端子は、入力端子Ｖ１を介して選択回路１２０に接続されている。この選択回路１２０は、例えばマルチプレクサによって構成され、スイッチ１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅを有している。前記入力端子Ｖ１はスイッチ１２０Ａの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ａの他方の端子は電源回路１２１およびアナログデジタル変換器で構成される電圧検出回路１２２に接続されている。電池セルＢＣ１の負極端子であって電池セルＢ２の正極端子は、入力端子Ｖ２を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｂの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ｂの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。電池セルＢ２の負極端子であって電池セルＢ３の正極端子は、入力端子Ｖ３を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｃの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ｃの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。電池セルＢ３の負極端子であって電池セルＢＣ４の正極端子は、入力端子Ｖ４を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｄの一方の端子に接続され、該スイッチ１２０Ｄの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。
【００３６】
電池セルＢＣ４の負極端子は集積回路のＧＮＤ端子に接続され、前記ＧＮＤ端子を介して選択回路１２０のスイッチ１２０Ｅの一方の端子に電池セルＢＣ４の負極端子が接続され、該スイッチ１２０Ｅの他方の端子は前記電圧検出回路１２２に接続されている。
【００３７】
前記電源回路１２１は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ等で構成され、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４からの電力を所定の定電圧に変換し、これらの電圧は集積回路３Ａ内の各回路に駆動電源として供給され、あるいは状態を判断するために比較回路に比較基準電圧として供給される。
【００３８】
前記電圧検出回路１２２は、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のそれぞれの端子間電圧をデジタル値に変換する回路を有しており、デジタル値に変換された各端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部の記憶回路１２５に保持される。これらの電圧は診断などに利用されたり、図１に示すバッテリコントローラ２０に通信回路１２７から送信されたりする。
【００３９】
前記ＩＣ制御回路１２３は、演算回路を有し演算機能を有すると共に、記憶回路１２５や電源管理手段１２４、各種電圧の検知や状態診断を周期的に行うタイミング制御回路２５２を有している。前記記憶回路１２５は、例えばレジスタ回路で構成されており、前記電圧検出器１２２で検出した各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の各端子間電圧を各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４に対応づけて記憶する、その他検出値を予め定められたアドレスに読出し可能に保持する作用をする。前記電源管理手段１２４は前記電源回路１２１における状態を管理するように構成されている。
【００４０】
前記ＩＣ制御回路１２３には、通信回路１２７が接続され、この通信回路１２７を介して当該集積回路３Ａの外部から信号を受信できる。例えば前記バッテリコントローラ２０から、前記入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）のフォトカプラＰＨ１を介し、ＲＸ端子で通信コマンドを受信する。前記通信コマンドは通信回路１２７からＩＣ制御回路１２３に送られ、ここで通信コマンドの内容が解読され、通信コマンド内容に応じた処理が行われる。例えば前記通信コマンドは、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の端子間電圧の計測値を要求する通信コマンド、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の充電状態を調整するための放電動作を要求する通信コマンド、当該集積回路３Ａの動作を開始する通信コマンド（Ｗａｋｅ ＵＰ）、動作を停止する通信コマンド（スリープ）、アドレス設定を要求する通信コマンド、等を含んでいる。
【００４１】
図２で、前記電池セルＢＣ１の正極端子は、抵抗Ｒ１を介して端子ＢＣ１に接続され、この端子ＢＣ１はスイッチの動作状態検出回路１２８Ａの一方の端子に接続され、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ａの他方の端子は端子Ｖ２を介して電池セルＢＣ１の負極端子に接続されている。さらに、前記抵抗Ｒ１とバランシングスイッチ１２９Ａとの直列回路が電池セルＢＣ１の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ａは放電制御回路１３２によって開閉が制御される。同様に、前記電池セルＢ２の正極端子は、抵抗Ｒ２を介して端子Ｂ２に接続され、この端子Ｂ２はスイッチの動作状態検出回路１２８Ｂの一方の端子に接続されており、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ｂの他方の端子は端子Ｖ３を介して電池セルＢ２の負極端子に接続されている。さらに、前記抵抗Ｒ２とバランシングスイッチ１２９Ｂとの直列回路が電池セルＢ２の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ｂは前記放電制御回路１３２によって開閉が制御される。
【００４２】
前記電池セルＢ３の正極端子は、抵抗Ｒ３を介して端子Ｂ３に接続され、この端子Ｂ３はスイッチの動作状態検出回路１２８Ｃの一方の端子に接続されており、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ｃの他方の端子は端子Ｖ４を介して電池セルＢ３の負極端子に接続されている。前記抵抗Ｒ３とバランシングスイッチ１２９Ｃとの直列回路が電池セルＢ３の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ｃは前記放電制御回路１３２によって開閉制御される。前記電池セルＢＣ４の正極端子は、抵抗Ｒ４を介して端子ＢＣ４に接続され、この端子ＢＣ４はスイッチの動作状態検出回路１２８Ｄの一方の端子が接続されており、該スイッチの動作状態検出回路１２８Ｄの他方の端子は端子ＧＮＤを介して電池セルＢＣ４の負極端子に接続されている。前記抵抗Ｒ４とバランシングスイッチ１２９Ｄとの直列回路が電池セルＢＣ４の端子間に接続されている。このバランシングスイッチ１２９Ｃは前記放電制御回路１３２によって開閉が制御される。
【００４３】
前記スイッチの動作状態検出回路１２８Ａ〜１２８Ｄは、それぞれ各バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの両端電圧を所定周期で繰り返し検出し、前記各バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄが正常であるかどうかを検出する。前記バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄは電池セルＢＣ１〜電池セルＢＣ４の充電状態を調整するスイッチで、これらスイッチが異常の場合、電池セルの充電状態を制御できなくなり、一部の電池セルが過充電あるいは過放電になる恐れがある。各バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの異常検出は例えば、あるバランシングスイッチが導通している状態にも拘わらず、対応するバランシングスイッチの端子間電圧が電池セルの端子電圧を示す場合である。この場合は、前記バランシングスイッチが制御信号に基づく導通状態になっていないこととなる。一方あるバランシングスイッチが開放状態であるにも拘わらず、対応するバランシングスイッチの端子間電圧が電池セルの端子電圧に比べて低い値である場合、この場合は、前記バランシングスイッチは制御信号に関係なく導通していることとなる。これらスイッチの動作状態検出回路１２８Ａ〜１２８Ｄとしては、差動アンプ等で構成される電圧検出回路が用いられ、後述の異常判断回路１３１で上記判断を行う所定電圧と比較される。
【００４４】
前記バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄは、たとえばＭＯＳ型ＦＥＴで構成され、それぞれ対応する電池セルＢＣ１〜ＢＣ４に蓄積された電力を放電させる作用をする。多数の電池セルが直列接続されている電池モジュール９に対してインバータなどの電気負荷が接続され、前記電気負荷に対する電流の供給は直列接続された多数の電池セルの全体で行われる。また電池モジュール９が充電される状態では、前記電気負荷からの電流の供給は直列接続された多数の電池セルの全体に対して行われる。直列接続された多数の電池セルが異なるＳＯＣにあると、前記電気負荷への電流の供給は多数の電池セルの内の最も放電状態にある電池セルの状態により制限される。一方前記電気負荷から電流が供給される場合、多数の電池セルの内の最も充電されている電池セルによって前記電流の供給が制限される。
【００４５】
このため直列接続された多数の電池セルの内、例えば平均状態を越えた充電状態にある電池セルに対して、前記電池セルに接続されているバランシングスイッチ１２９を導通状態とし、直列接続されている抵抗を介して放電電流を流す。これにより直列接続された電池セルの充電状態が互いに近づく方向に制御されることとなる。また他の方法として、最も放電状態にある電池セルを基準セルとし、前記基準セルとの差に基づき放電時間を決める方法がある。他にもＳＯＣを調整する色々の方法がある。前記充電状態は電池セルの端子電圧を基に演算で求めることができる。電池セルの充電状態とその電池セルの端子電圧は相関関係が有るので、各電池セルの端子電圧を近づけるように前記バランシングスイッチ１２９を制御することで、電池セルの充電状態を近づけることができる。
【００４６】
前記スイッチの動作状態検出回路１２８Ａ〜１２８Ｄによって検出される各ＦＥＴのソースとドレーン間の電圧は、電位変換回路１３０に出力される。各ＦＥＴのソースとドレーン間の電位は集積回路３Ａの基準電位に対してそれぞれ異なっており、このままでは比較判断が難しいので、電位変換回路１３０で電位をそろえ、次に異常判定回路１３１で異常判定する。電位変換回路１３０はまた診断すべきバランシングスイッチ１２９を前記ＩＣ制御回路１２３からの制御信号に基づき選択する機能も有している。選択されたバランシングスイッチ１２９の電圧が異常判定回路１３１に送られ、異常判定回路１３１はＩＣ制御回路１２３から制御信号に基づき、前記電位変換回路１３０からの信号である診断すべきバランシングスイッチ１２９の端子間電圧を判定電圧と比較し、各バランシングスイッチ１２９Ａ１〜１２９Ｄが異常か否かを判定する。
【００４７】
放電制御回路１３２にはＩＣ制御回路１２３から放電させるべき電池セルに対応したバランシングスイッチ１２９を導通させるための指令信号が送られ、この指令信号に基づき、前記放電制御回路１３２から、上述したようにＭＯＳ型ＦＥＴから構成されるバランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの導通を行うゲート電圧に相当する信号が出力される。ＩＣ制御回路１２３は、図１のバッテリコントローラ２０から、電池セルに対応した放電時間の指令を通信により受け、前記放電の動作を実行する。
【００４８】
前記異常判定回路１３１において、バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄに異常があると検出した場合、前記スイッチ駆動回路１３３からの信号によって、どのバランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄに異常があるかを特定し、その情報が前記ＩＣ制御回路１２３に出力される。
【００４９】
該ＩＣ制御回路１２３は、バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの異常を通信回路１２７の１ビット送信端子ＦＦＯから出力し、他の集積回路の通信回路１２７を介して前記バッテリコントローラ２０に送信する。また、該ＩＣ制御回路１２３は、バランシングスイッチ１２９Ａ〜１２９Ｄの異常と、その異常であるバランシングスイッチを特定する情報を、通信回路１２７の送信端子ＴＸを介して前記バッテリコントローラ２０に送信する。
【００５０】
〈車両用電源システム〉
図３は、図１に基づき上述した直流電源システムを車両用回転電機の駆動システムに適用した回路図である。電池モジュール９を構成する電池セルは高電位側ブロック１０と低電位側ブロック１１の２つのブロックに分けられ、分けられた各ブロックのうち一方の高電位側ブロック１０と低電位側ブロック１１はスイッチとヒューズとが直列接続された保守・点検用のＳＤ（サービスディスコネクト）スイッチ６を介して直列接続されている。
【００５１】
前記高電位側ブロック１０の正極は正極強電ケーブル８１とリレーＲＬＰを介してインバータ装置２２０の正極に接続されている。また低電位側ブロック１１の負極は負極強電ケーブル８２とリレーＲＬＮを介してインバータ装置２２０の負極に接続されている。前記高電位側ブロック１０と前記低電位側ブロック１１はＳＤスイッチ６を介して直列接続され、例えば公称電圧３４０Ｖ、容量５．５Ａｈの強電バッテリ（２つの電池モジュール９が直列接続された電源システムのバッテリ）を構成している。なお、ＳＤスイッチ６のヒューズには、例えば、定格電流が１２５Ａ程度のものを用いることができる。このような構成により高い安全性を維持できる。
【００５２】
前述のとおり、低電位側ブロック１１の負極とインバータ装置２２０との間にリレーＲＬＮが設けられ、また高電位側ブロック１０の正極とインバータ装置２２０との間にリレーＲＬＰが設けられている。前記リレーＲＬＰと並列に、抵抗ＲＰＲＥとプリチャージリレーＲＬＰＲＥとの並列回路が接続されている。前記正極側メインリレーＲＬＰとインバータ装置２２０との間にはホール素子等の電流センサＳｉが挿入され、前記電流センサＳｉはジャンクションボックス内に内蔵されている。なお、電流センサＳｉの出力線はバッテリコントローラ２０に導かれ、リチウム電池直流電源から供給される電流量をインバータ装置が常時モニタできる構成となっている。
【００５３】
前記リレーＲＬＰやリレーＲＬＮは、例えば、定格電流が８０Ａ程度のものが使用され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥには、例えば、定格電流が１０Ａ程度のものを用いることができる。また、抵抗ＲＰＲＥには、例えば、定格容量が６０Ｗ、抵抗値が５０Ω程度のもの、電流センサＳｉには、例えば、定格電流が±２００Ａ程度のものを用いることができる。
【００５４】
上述した負極強電ケーブル８２および正極強電ケーブル８１は、リレーＲＬＰやリレーＲＬＮおよび出力プラグを介して、ハイブリッド車のモータ２３０を駆動するインバータ装置２２０に接続される。このような構成とすることで高い安全性が維持できる。
【００５５】
インバータ装置２２０は、３４０Ｖの強電バッテリの電源から供給される直流電力を、モータ２３０を駆動するための３相交流電力に変換するインバータを構成しているパワーモジュール２２６と、ＭＣＵ２２２と、パワーモジュール２２６を駆動するためのドライバ回路２２４と、約７００μＦ〜約２０００μＦ程度の大容量の平滑キャパシタ２２８とを有している。
【００５６】
ＭＣＵ２２２は、上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ２３０の駆動時に、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態とし、平滑キャパシタを充電し、その後に正極側のリレーＲＬＰを開状態から閉状態として電源システム１の強電バッテリからインバータ装置への電力の供給を開始する。なお、インバータ装置２２０は、モータ２３０の回転子に対するパワーモジュール２２６により発生する交流電力の位相を制御してハイブリッド車の制動時にはモータ２３０をジェネレータとして動作させすなわち回生制動制御を行い、ジェネレータ運転により発電された電力を強電バッテリに回生し強電バッテリを充電する。また、電池モジュール９の充電状態が基準状態より低下した場合、インバータ装置２２０は上記モータ２３０を発電機として運転し、上記モータ２３０で発電された３相交流はパワーモジュール２２６により直流電力に変換されて強電バッテリである電池モジュール９に供給され、充電される。
【００５７】
上述のとおりインバータ装置２２０はパワーモジュール２２６を有しており、インバータ装置２２０は直流電力と交流電力との間の電力変換を行う。上位コントローラ１１０の命令に従い、モータ２３０をモータとして運転する場合はモータ２３０の回転子の回転に対して進み方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合は電池モジュール９から直流電力がパワーモジュール２２６に供給される。一方、モータ２３０の回転子の回転に対して遅れ方向の回転磁界を発生するようにドライバ回路２２４を制御し、パワーモジュール２２６のスイッチング動作を制御する。この場合はモータ２３０から電力がパワーモジュール２２６に供給され、パワーモジュール２２６の直流電力が電池モジュール９へ供給される。結果的にモータ２３０は発電機として作用することとなる。
【００５８】
上記インバータ装置２２０の動作開始状態は平滑キャパシタ２２８の電荷は略ゼロであり、リレーＲＬＰを閉じると大きな初期電流が流れ込む。強電バッテリから平滑キャパシタ２２８への初期流れ込み電流が大きくなるので、負極側メインリレーＲＬＮおよび正極側メインリレーＲＬＰが融着して破損するおそれがある。この問題を解決するため、ＭＣＵ２２２は、負極側のリレーＲＬＮを開状態から閉状態とした後に、正極側のリレーＲＬＰを開状態に維持したまま、プリチャージリレーＲＬＰＲＥを開状態から閉状態として抵抗ＲＰＲＥを介して最大電流を制限しながら上述した平滑キャパシタ２２８を充電する。この平滑キャパシタ２２８が所定の電圧まで充電された後は、初期状態は解除され、プリチャージリレーＲＬＰＲＥおよび抵抗ＲＰＲＥは使用されず、上述したように、負極側のリレーＲＬＮと正極側のリレーＲＬＰを閉状態として電源システム１からパワーモジュール２２６へ直流電力を供給する。このような制御を行うことでリレー回路を保護すると共に、リチウム電池セルやインバータ装置２２０を流れる最大電流を所定値以下に低減でき、高い安全性を維持できる。
【００５９】
電源システム１の強電バッテリの負極と負極側のリレーＲＬＮとの接続線および強電バッテリの正極と正極側のリレーＲＬＰとの接続線には、ケースグランド（車両のシャーシと同電位）との間にそれぞれキャパシタＣＮ、ＣＰが挿入されている。これらのキャパシタＣＮ、ＣＰは、インバータ装置２２０が発生させるノイズを除去して、弱電系回路の誤作動やＣ／Ｃ８０を構成するＩＣのサージ電圧による破壊を防止するものである。インバータ装置２２０はノイズ除去フィルタを有しているが、これらのキャパシタＣＮ、ＣＰは、バッテリコントローラ２０やＣ／Ｃ８０の誤作動を防止する効果をさらに高め、電源システム１の耐ノイズの信頼性をさらに高めるために挿入されている。なお、図３において、電源システム１の強電系回路は太線で示している。これらの線には断面積の大きい平角の銅線が使用される。
【００６０】
なお、図３において、ブロアファン１７は、電池モジュール９を冷却するためのファンで、バッテリコントローラ２０からの指令によってＯＮするリレー１６を介して動作するようになっている。
【００６１】
〈エンコーダの説明〉
図４は、エンコーダ３０の内部構造を示すブロック図である。エンコーダ３０は、２つのＤフリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）３３，３４から成る２ビットのカウンタ回路３１と、１つの排他的論理和（ＸＯＲ）ゲート３２と、を備える。エンコーダ３０はこれらの回路を用いて、セルコントローラ８０が出力する異常信号の変換を行う。
【００６２】
エンコーダ３０は受信端子ＣＬＫ，ＲＳＴ，ＦＦＩと、送信端子ＣＯ０，ＣＯ１，ＥＦＦＯを備える。受信端子ＣＬＫはエンコーダ３０を駆動するクロック信号が入力される端子である。受信端子ＣＬＫは図１に示すようにバッテリコントローラ２０のクロック送信端子ＦＦＣＬＫと接続される。すなわち、エンコーダ３０とバッテリコントローラ２０とは同期して動作する。
【００６３】
受信端子ＲＳＴはエンコーダ３０の初期化を行うための信号が入力される端子であり、バッテリコントローラ２０のリセット出力（不図示）が接続される。受信端子ＦＦＩはセルコントローラ８０からの異常信号を受信する端子である。受信端子ＦＦＩは図１に示すように集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯと接続され、異常信号を受信する。
【００６４】
送信端子ＣＯ０，ＣＯ１は、カウンタ回路３１のカウント結果を送信するための端子である。カウント結果の上位ビットが端子ＣＯ１から、下位ビットが端子Ｃ０から送信される。以下、これら２つの端子から出力される信号を、カウント信号と呼ぶ。送信端子ＥＦＦＯは、カウンタ回路３１のカウント結果の下位ビットと、セルコントローラ８０からの異常信号との排他的論理和を行った結果が送信される端子である。以下、この端子から出力される信号を変換後異常信号と呼ぶ。カウンタ回路３１のカウント結果は時間の経過に伴い変化するので、端子ＥＦＦＯから送信される変換後異常信号は、異常信号の変化の有無によらず刻々と変化する。
【００６５】
送信端子ＣＯ０，ＣＯ１，ＥＦＦＯは全てバッテリコントローラ２０と接続されている。バッテリコントローラ２０はこれら３つの端子から送信される信号と、集積回路３Ｎの端子ＦＦＯから送信される信号と、の計４つの信号を、何ら手を加えずにＣＡＮを通じて上位コントローラ１１０へ送信する。すなわち、バッテリコントローラ２０は、異常信号と、変換後異常信号と、カウント信号と、を上位コントローラ１１０へ送信する。
【００６６】
なお、ＣＡＮを通じて送信されるこれらの信号は、ＣＡＮに接続されている上位コントローラ１１０以外の装置も受信することが可能である。従って、これらの信号を用いて上位コントローラ１１０が行う処理は、例えばインバータ装置２２０など、上位コントローラ１１０以外の装置も実行することができる。説明を簡単にするため、以下では、これらの信号を用いて行われる処理は上位コントローラ１１０のみが実行するものとして説明を行う。
【００６７】
図５は、バッテリコントローラ２０が正常に動作している場合のエンコーダ３０の出力信号を示す図である。図５は横軸が時間の経過を、縦軸が信号の振幅を表している。信号Ｓ１は受信端子ＦＦＣＬＫに入力されるクロック信号を表す。信号Ｓ２はリセット端子ＲＳＴに入力されるリセット信号を表す。信号Ｓ３，Ｓ４はそれぞれ送信端子ＣＯ１，ＣＯ０から出力されるカウント信号を表す。信号Ｓ５は送信端子ＥＦＦ０から出力される変換後異常信号を表す。信号Ｓ６は受信端子ＦＦＩに入力される異常信号を表す。図５中の点Ｐは、バッテリコントローラ２０が受信端子へ入力された信号のサンプリングおよびサンプリングした信号をＣＡＮへ送信するタイミングを示している。
【００６８】
図５では、まず始めに受信端子ＲＳＴの信号レベルをＬにすることでエンコーダ３０の初期化が行われている。その後、前述の通りクロック信号の変化に応じて送信端子ＣＯ０，ＣＯ１から送信されるカウント信号が刻々と変化している。端子ＣＯ０の信号を下位ビット、端子ＣＯ１の信号を上位ビットとする２ビットの数値を考えたとき、この数値はクロック信号の変化に応じて０，１，２，３という順で繰り返し変化する。
【００６９】
受信端子ＦＦＩへの入力は通常はＨとなり、いずれかの電池セルに異常が発生したときＬとなる。図５では、時刻ｔ１，ｔ２において電池セルに異常が発生している。送信端子ＥＦＦＯの信号は、受信端子ＦＦＩへの入力信号と、送信端子ＣＯ０からの出力信号との排他的論理和であるので、カウンタ回路３１の出力と異常信号とに応じて変化している。
【００７０】
上位コントローラ１１０は、ＣＡＮを通じて受信した信号を参照することにより、電池セルに異常が発生したことを検出することが可能である。前提として、上位コントローラ１１０は、電池セルに異常が発生していない場合にどのような信号がＣＡＮを通じて送信されるかを把握しているものとする。以下、電池セルに異常が発生したことを検出する具体的な手順について説明する。
【００７１】
上位コントローラ１１０は、送信端子ＥＦＦＯからの変換後異常信号が送信端子ＣＯ０からのカウント信号と送信端子ＦＦＯからの異常信号との排他的論理和になっていることを確認する。これらの信号がすべて期待通りであれば、各種配線やエンコーダ３０，バッテリコントローラ２０に異常が発生していないと判定する。すなわち、バッテリコントローラ２０が送信した異常信号の信頼性に問題がないと判定する。上位コントローラ１１０はその後、送信端子ＦＦＯからの信号を参照し、この信号がＬになっていれば、電池セルに異常が発生していると判定する。
【００７２】
次に、異常信号を伝送するための周辺回路に異常が生じた場合の動作について説明する。本実施形態では、上位コントローラ１１０は、ＣＡＮを通じて受信した変換後異常信号を参照することにより、例えば異常信号を伝送するための伝送路や、バッテリコントローラ２０の内部に異常が発生したことを検知することが可能である。すなわち、上位コントローラ１１０は、ＣＡＮを通じて受信した異常信号の信頼性を判定することが可能である。
【００７３】
図６は、バッテリコントローラ２０に異常が発生した場合のエンコーダ３０の出力を示す図である。図６では、例えばバッテリコントローラ２０内部のＣＰＵが暴走する等の理由により、バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＣＬＫからクロック信号が出力されなくなった状況を想定している。ただし、受信端子ＣＩ０，ＣＩ１，ＥＦＦＩ，ＦＦＩへの信号のサンプリングならびにＣＡＮを通じた上位コントローラへの送信については問題なく行える状態であるとする。また、受信端子ＲＳＴ，ＦＦＯにはそれぞれ図５に示した信号Ｓ２，Ｓ６と同一の信号が入力されているものとする。
【００７４】
エンコーダ３０の受信端子ＣＬＫへクロック信号が送信されないので、リセット後のカウンタ回路３１の出力は常に０となる。すなわち、送信端子ＣＯ１，ＣＯ０から送信されるカウント信号Ｓ３’，Ｓ４’は常にＬとなる。従って、送信端子ＥＦＦＯから送信される変換後異常信号は、受信端子ＦＦＩで受信した異常信号そのものとなる。
【００７５】
上位コントローラ１１０は、前述の通り、まず送信端子ＥＦＦＯからの変換後異常信号が送信端子ＣＯ０からのカウント信号と送信端子ＦＦＯからの異常信号との排他的論理和になっていることを確認する。図６ではこれらの信号が期待通りの状態になっていないため、上位コントローラ１１０は、異常信号を伝送するための伝送路、エンコーダ３０、バッテリコントローラ２０など、異常信号を伝送するための系に何らかの異常が発生していると判定する。すなわち、バッテリコントローラ２０が送信した異常信号の信頼性に問題があると判定する。
【００７６】
異常信号の信頼性に問題があると判定された場合、上位コントローラ１１０は更に、送信端子ＣＯ０，ＣＯ１からのカウント信号が時系列順に期待通りに変化していることを確認する。この確認結果により、異常信号を伝送するための系のうち異常が発生している箇所を特定することが可能である。具体的には、これらの信号がすべて期待通りであれば、セルコントローラ８０とバッテリコントローラ２０との間の異常信号の伝送路に異常が発生しているということになる。他方、これらの信号が期待通りではなければ、それ以外の箇所に異常が発生しているということになる。
【００７７】
図６では、上位コントローラ１１０は、送信端子ＣＯ１，ＣＯ０からのカウント信号Ｓ３’，Ｓ４’が時間の経過により変化しないことから、エンコーダ３０、バッテリコントローラ２０などに何らかの異常が発生していると判定する。
【００７８】
バッテリコントローラ２０において、内部のＣＰＵが暴走する以外の異常が発生した場合についても、図６と同様に正常時とは異なる信号がＣＡＮを通じて送信されるので、上位コントローラ１１０は異常の発生を知ることができる。このような異常の例としては、バッテリコントローラ２０内部のセルコントローラ８０との入出力回路の故障、ＣＡＮの入出力回路の故障、などが挙げられる。異常信号を伝送するための伝送路が故障した場合についても同様である。
【００７９】
上述した第１の実施の形態による直流電源システムによれば、次の作用効果が得られる。
（１）バッテリコントローラ２０は、エンコーダ３０が送信端子ＥＦＦＯから出力する、異常信号の変化の有無に係わらず時間変化する変換後異常信号を、異常信号と共に上位コントローラ１１０へ送信する。これにより、セルコントローラ８０、バッテリコントローラ２０、エンコーダ３０など、異常信号を伝送するための系が故障した場合であっても、上位コントローラ１１０は異常が発生していることを検知することができる。
【００８０】
（２）上位コントローラ１１０は、異常信号および変換後異常信号と共にカウント信号を受信し、異常信号が信頼できないと判定した場合に、変換後異常信号とカウント信号とに基づき、直流電源システム１における該判定の原因箇所を特定する。これにより、異常の原因を速やかに修正することが可能となる。
【００８１】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
【００８２】
（変形例１）
エンコーダ３０とバッテリコントローラ２０は同期して動作しなくてもよい。この場合、バッテリコントローラ２０がエンコーダ３０からの信号をサンプリングする周期が、少なくとも送信端子ＦＦＣＬＫから出力されるクロック信号の周期以上であれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００８３】
（変形例２）
エンコーダ３０は、２ビット計数回路以外の回路により異常信号のエンコードを行ってもよい。また、エンコーダ３０が出力する信号は、時系列的に変化し且つ上位コントローラ１１０にとって既知であれば、第１の実施の形態に示したものとは異なる信号であってもよい。
【００８４】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
ＢＣ１〜ＢＣ４…電池セル、３Ａ〜３Ｎ…集積回路、９…電池モジュール、２０…バッテリコントローラ、３０…エンコーダ、５２…伝送路（シリアル通信）、５４…伝送路（フラグ通信）、８０…セルコントローラ、２２０…インバータ装置、２２２…ＭＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、
前記第１信号を、前記第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、
前記第１信号と前記第２信号とを外部装置へ送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池制御装置において、
時間変化するカウント信号を出力するカウンタを更に備え、
前記エンコード手段は、前記カウント信号を用いて前記第１信号を前記第２信号にエンコードすることを特徴とする電池制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池制御装置において、
前記エンコード手段は、前記カウント信号と前記第１信号との排他的論理和による演算を行うことにより、前記第１信号を前記第２信号にエンコードすることを特徴とする電池制御装置。
【請求項４】
電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、
前記第１信号を前記第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、
前記第１信号と前記第２信号とを所定の伝送路へ送信する送信手段と、
を有する電池制御装置と、
前記所定の伝送路を通じて前記送信手段が送信した前記第１信号および前記第２信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した前記第２信号に基づいて、前記受信手段が受信した前記第１信号の信頼性を判定する判定手段と、
を有する信頼性判定装置と、
を備えることを特徴とする電力装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力装置において、
前記判定手段は、所定の信号パターンと前記第２信号とを比較することにより、前記第１信号の信頼性を判定することを特徴とする電力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力装置において、
時間変化するカウント信号を出力するカウンタを更に備え、
前記エンコード手段は、前記カウント信号と前記第１信号との排他的論理和による演算を行うことにより、前記第１信号を前記第２信号にエンコードすることを特徴とする電力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力装置において、
前記送信手段は、前記第１信号および前記第２信号と共に前記カウント信号を前記所定の伝送路へ送信し、
前記受信手段は、前記第１信号および前記第２信号と共に前記カウント信号を受信し、
前記判定手段は、前記第１信号が信頼できないと判定した場合に、前記第２信号と前記カウント信号とに基づき、前記電池制御装置における前記判定の原因箇所を特定することを特徴とする電力装置。
【請求項１】
電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、
前記第１信号を、前記第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、
前記第１信号と前記第２信号とを外部装置へ送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池制御装置において、
時間変化するカウント信号を出力するカウンタを更に備え、
前記エンコード手段は、前記カウント信号を用いて前記第１信号を前記第２信号にエンコードすることを特徴とする電池制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電池制御装置において、
前記エンコード手段は、前記カウント信号と前記第１信号との排他的論理和による演算を行うことにより、前記第１信号を前記第２信号にエンコードすることを特徴とする電池制御装置。
【請求項４】
電池セルの診断を行い診断結果を表す１ビットの第１信号を出力する診断手段と、
前記第１信号を前記第１信号の変化の有無に係わらず時間変化する第２信号にエンコードして出力するエンコード手段と、
前記第１信号と前記第２信号とを所定の伝送路へ送信する送信手段と、
を有する電池制御装置と、
前記所定の伝送路を通じて前記送信手段が送信した前記第１信号および前記第２信号を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した前記第２信号に基づいて、前記受信手段が受信した前記第１信号の信頼性を判定する判定手段と、
を有する信頼性判定装置と、
を備えることを特徴とする電力装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力装置において、
前記判定手段は、所定の信号パターンと前記第２信号とを比較することにより、前記第１信号の信頼性を判定することを特徴とする電力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力装置において、
時間変化するカウント信号を出力するカウンタを更に備え、
前記エンコード手段は、前記カウント信号と前記第１信号との排他的論理和による演算を行うことにより、前記第１信号を前記第２信号にエンコードすることを特徴とする電力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力装置において、
前記送信手段は、前記第１信号および前記第２信号と共に前記カウント信号を前記所定の伝送路へ送信し、
前記受信手段は、前記第１信号および前記第２信号と共に前記カウント信号を受信し、
前記判定手段は、前記第１信号が信頼できないと判定した場合に、前記第２信号と前記カウント信号とに基づき、前記電池制御装置における前記判定の原因箇所を特定することを特徴とする電力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６１９２７（Ｐ２０１１−６１９２７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７０５０（Ｐ２００９−２０７０５０）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
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