電池監視装置
【課題】組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持可能な電池監視装置を提供する。
【解決手段】組電池１における複数の単位電池（Ｂ１〜Ｂｎ）のうち少なくとも一部の単位電池が物理的に切断され得る接続部であるサービスプラグＳ／Ｐが切断された際に、サービスプラグＳ／Ｐを介して接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間を遮断すると共に、サービスプラグＳ／Ｐを介して接続されていた単位電池に対応する監視ユニットにおける信号の伝達経路を、隣接する監視ユニットからマイコン２０へ切り替える伝達経路切替部２２を設ける。
【解決手段】組電池１における複数の単位電池（Ｂ１〜Ｂｎ）のうち少なくとも一部の単位電池が物理的に切断され得る接続部であるサービスプラグＳ／Ｐが切断された際に、サービスプラグＳ／Ｐを介して接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間を遮断すると共に、サービスプラグＳ／Ｐを介して接続されていた単位電池に対応する監視ユニットにおける信号の伝達経路を、隣接する監視ユニットからマイコン２０へ切り替える伝達経路切替部２２を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池を監視する電池監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、組電池では、メンテナンス時等における安全性を確保する観点から、所定数の電池セルを単位電池としてグループ化し、隣接する単位電池を接続する接続部の一部に、当該接続部を物理的に切断するためのサービスプラグやヒューズ等を設ける構成とされている。なお、サービスプラグは、取り付けることで隣接する単位電池間を導通状態とし、取り外すことで隣接する単位電池間を遮断状態とするプラグである。
【０００３】
このように構成される組電池を監視する電池監視装置としては、組電池における各単位電池に対応して設けられた複数の監視ユニット、各監視ユニットに対して監視を指示する指示信号を出力するマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンという。）からなる制御部等で構成されている。
【０００４】
ここで、高電圧で駆動する監視ユニットに対して制御部は低電圧で駆動することから、全ての監視ユニットを個別に制御部に接続しようとすると、各監視ユニットと制御部との間の全てに絶縁性を確保することが必要となってしまう。このため、全ての監視ユニットを制御部に接続するのではなく、一部の監視ユニットと制御部とを接続し、制御部に接続された監視ユニットと隣接する監視ユニットとの間の通信線で接続することで、制御部からの指示信号等を監視ユニット間で伝達する構成（デイジーチェーン接続）が好ましい。
【０００５】
しかし、この場合、例えば、組電池における単位電池の間に設けたサービスプラグを取り外し、単位電池間を遮断状態にしたとしても、サービスプラグを介して接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間の通信線が電流の迂回経路となることがあり、安全性に問題がある。
【０００６】
これに対して、例えば、特許文献１の電池監視装置では、サービスプラグを介して接続された単位電池に対応する監視ユニット間の通信線にダイオードやスイッチを設け、サービスプラグを取り外した際に、監視ユニット間の通信線に不必要に電流が流れてしまうことを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電池監視装置の如く、サービスプラグ等を介して接続された単位電池に対応する監視ユニット間の通信線にダイオード等を設ける構成とする場合、サービスプラグ等を取り外した際に、サービスプラグ等と単位電池との接続部の電位が不安定となり、監視ユニットにおける通信が途絶する可能性がある。このように、監視ユニットにおける通信が途絶すると、制御部にて監視ユニットを適切に制御できず、電池監視装置の信頼性が低下してしまうといった問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、安全性を確保しつつ、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に監視ユニットにおける通信を維持可能な電池監視装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する単位電池を監視する複数の監視ユニット、および監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する監視制御手段を備え、複数の監視ユニットのうち監視制御手段からの指示信号を取得した監視ユニットが、隣接する監視ユニットへ信号伝達手段を介して指示信号を含む信号を伝達するように構成された電池監視装置であって、組電池における複数の単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する単位電池に直列に接続されており、組電池は、接続部の切断に連動して組電池から電力が供給される電気負荷との接続が遮断されるように構成されており、信号伝達手段は、接続部が切断された際に、接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間を遮断すると共に、接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニットにおける指示信号を含む信号の伝達経路を、隣接する監視ユニットから監視制御手段へ切り替える伝達経路切替手段を有して構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に、切断された接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間が遮断されるので、監視ユニット間に信号伝達手段を介して不必要に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
【００１２】
加えて、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に、切断された接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニットにおける指示信号を含む信号の伝達経路を、隣接する監視ユニットから監視制御手段へ切り替えるので、監視ユニットにおける通信を維持することができる。
【００１３】
従って、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持することができる。
【００１４】
具体的には、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電池監視装置において、伝達経路切替手段の作動を制御する切替制御手段を備え、伝達経路切替手段は、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間で指示信号を含む信号を伝達する信号伝達部、および接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニット間を導通および遮断する第１接続開閉部を有し、切替制御手段は、接続部が切断された際に、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニット間を遮断することを特徴とする。
【００１５】
これによれば、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持可能な電池監視装置を具体的に実現することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の電池監視装置において、信号伝達部を、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間に流れる電流を所定の電流値以下に抑えるための抵抗、および接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間を導通および遮断する第２接続開閉部を有する構成とし、接続部が切断された際に、切替制御手段によって、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間を導通する構成とすることが好ましい。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の電池監視装置において、第１接続開閉部および第２接続開閉部は、フォトリレーで構成されていることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、隣接する監視ユニット間および監視ユニットと監視制御手段の間の絶縁性を確保した状態で導通および遮断することができるので、安全性を充分に確保することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する単位電池を監視する複数の監視ユニットを備え、複数の監視ユニットのうち隣接する監視ユニットが、隣接する監視ユニット間で所定の信号を伝達するための信号伝達手段を介して接続される電池監視装置であって、組電池における複数の単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する単位電池に直列に接続されており、信号伝達手段は、複数の監視ユニットのうち、接続部により接続された単位電池に対応する監視ユニット間を接続する絶縁素子を有して構成されていることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、隣接する監視ユニット間の絶縁性を確保した状態で、隣接する監視ユニット間で通信することができるので、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持することができる。
【００２１】
具体的には、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の電池監視装置において、絶縁素子として、フォトカプラを採用することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置において、物理的に切断され得る接続部を、隣接する単位電池間を遮断可能なサービスプラグとすることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置において、物理的に切断され得る接続部を、隣接する単位電池間を遮断可能なヒューズとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成図である。
【図２】第２実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成図である。
【図３】第３実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成を示している。
【００２７】
本実施形態では、車載高圧バッテリである組電池１の制御システムに本発明の電池監視装置２を適用している。図１に示すように、本実施形態の組電池制御システムは、主たる構成として組電池１および電池監視装置２を備える。
【００２８】
本実施形態の組電池１は、車両走行用の電動機等の各種電気機器（図示略）に電力を供給するものである。組電池１の正極端および負極端は、システムメインリレーＳＭＲを介して各種電気負荷に接続されている。システムメインリレーＳＭＲは、外部からの制御信号に応じて高電圧電池である組電池１と高電圧使用機器である各種電気機器との間を導通および遮断するものであり、例えば、後述するサービスプラグＳ／Ｐの取り外しに連動して、システムメインリレーＳＭＲがオフされて、組電池１と各種電気機器との間が遮断される。
【００２９】
組電池１は、リチウムイオン電池等からなる電池セル１ａを直列接続したもので、互いに隣接する所定数の電池セル毎にグループ化した複数の単位電池Ｂ１〜Ｂｎの直列接続体として構成されている。なお、説明の便宜のため、本実施形態では、図１に示すように、組電池１を４つの単位電池Ｂ１〜Ｂ４の直列接続体で構成している例について説明する。
【００３０】
組電池１における複数の単位電池Ｂ１〜Ｂｎのうち、少なくとも一部の単位電池は、サービスプラグＳ／Ｐを介して隣接する単位電池に接続されている。本実施形態では、単位電池Ｂ２における最も高電圧となる電池セル１ａの正極端子と、単位電池Ｂ２に隣接する単位電池Ｂ３における最も低電圧となる電池セル１ａの負極端子との間に、単位電池Ｂ２および単位電池Ｂ３を接続するサービスプラグＳ／Ｐが設けられている。
【００３１】
このサービスプラグＳ／Ｐは、メンテナンス時等において、単位電池Ｂ２と単位電池Ｂ３との接続を物理的に切断し得る接続部に相当しており、サービスプラグＳ／Ｐを取り外すことで、隣接する単位電池間の接続を遮断可能に構成されている。これにより、電池交換等のメンテナンス時等における安全性の向上を図っている。
【００３２】
このように構成される組電池１には、検出ラインを介して各単位電池Ｂ１〜Ｂ４の状態（過放電状態および過充電状態）を監視する電池監視装置２が接続されている。
【００３３】
電池監視装置２は、単位電池Ｂ１〜Ｂｎの各電池セル１ａの状態を監視する過充放電検出機能を有する装置である。なお、過放電状態は、各電池セル１ａの両端の電圧が信頼性の低下を招く過度な低電圧となる異常状態を意味し、過充電状態は、各電池セル１ａの両端の電圧が信頼性の低下を招く過度な高電圧となる異常状態を意味する。
【００３４】
具体的には、電池監視装置２は、各単位電池Ｂ１〜Ｂｎに対応して設けられた監視ユニットＵ１〜Ｕｎ、および監視ユニットＵ１〜Ｕｎを含む各種制御機器の作動を制御するマイコン２０を備えて構成されている。なお、説明の便宜のため、本実施形態では、図１に示すように、単位電池Ｂ１〜Ｂ４に合わせて４つの監視ユニットＵ１〜Ｕｎで構成する例について説明する。
【００３５】
本実施形態の監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、対応する単位電池Ｂ１〜Ｂ４の各電池セル１ａの両極端子に検出ラインを介して接続され、単位電池Ｂ１〜Ｂ４の監視を指示する指示信号（例えば、クロック信号ＣＬＫ）に応じて単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態を監視し、監視結果を出力信号として後述するマイコン２０へ出力するように構成されている。
【００３６】
具体的には、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、過放電状態であるか否かを監視する際に、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が予め過放電状態時の電圧に設定された過放電閾値電圧よりも低いか否かを判定する。そして、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が当該閾値電圧よりも低い場合には監視結果を過放電状態とし、閾値電圧以上の場合には監視結果を正常状態とする。
【００３７】
また、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、過充電状態であるか否かを監視する際に、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が予め過充電状態時の電圧に設定された過充電閾値電圧よりも高いか否かを判定する。そして、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が当該閾値電圧よりも高い場合には監視結果を過充電状態とし、閾値電圧以下の場合には監視結果を正常状態とする。
【００３８】
なお、監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、対応する単位電池Ｂ１〜Ｂ４の監視を指示する指示信号（監視指示信号）を取り込むと共に隣接する監視ユニットＵ１〜Ｕ４の出力信号を取り込むための入力部（図示略）、隣接する監視ユニットＵ１〜Ｕ４に監視指示信号および出力信号を出力する出力部（図示略）等を有する。
【００３９】
マイコン２０は、図示しないＭＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部等からなるマイクロコンピュータであって、ＲＯＭ等に記憶手段に記憶されたプログラムに従って各種処理等を実行するものである。なお、マイコン２０の入出力部には、制御機器である監視ユニットＵ４、後述する伝達経路切替部２２等が接続されている。
【００４０】
本実施形態のマイコン２０は、監視ユニットＵ４へ各電池セル１ａの監視を指示する監視指示信号を出力すると共に、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４から出力される出力信号を取得し、取得した出力信号に応じて各種制御機器を制御するように構成されている。
【００４１】
具体的には、本実施形態のマイコン２０は、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４のうち、最も高電圧となる単位電池Ｂ４に対応する監視ユニットＵ４に絶縁素子（例えば、フォトカプラ）２１を介して接続されている。本実施形態のマイコン２０と監視ユニットＵ４とは、双方向で通信可能に接続されており、マイコン２０から監視ユニットＵ４へ監視指示信号が出力されると共に、監視ユニットＵ４からマイコン２０へ各監視ユニットＵ１〜Ｕ４の監視結果を含む出力信号が出力される。
【００４２】
また、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、デイジーチェーン接続方式により、隣接する監視ユニット間で通信可能に通信線にて順次接続されている。より詳しくは、マイコン２０に接続された監視ユニットＵ４が隣接する監視ユニットＵ３に接続されると共に、監視ユニットＵ３が隣接する監視ユニットＵ２に接続され、さらに、監視ユニットＵ２が隣接する監視ユニットＵ１に接続されている。
【００４３】
このように隣接する監視ユニットＵ１〜Ｕ４同士を通信線を介して接続する構成とすることで、監視ユニットＵ４がマイコン２０から取得した監視指示信号を、監視ユニットＵ３→監視ユニットＵ２→監視ユニットＵ１へと順次伝達すると共に、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４の出力信号を、監視ユニットＵ４を介してマイコン２０へと出力することが可能となっている。
【００４４】
ここで、各単位電池Ｂ１〜Ｂ４のうち、サービスプラグＳ／Ｐ（物理的に切断され得る接続部）を介して接続された単位電池Ｂ２、Ｂ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３の間には、監視指示信号を含む信号の伝達経路を切り替える伝達経路切替部２２が設けられている。「単位電池に対応する監視ユニット」とは、単位電池を構成する各電池セル１ａのうち、少なくとも最も高圧となる電池セル１ａの正極端子、および最も低圧となる電池セル１ａの負極端子とが電気的に接続され、少なくとも単位電池全体における電池状態を監視する監視ユニットである。なお、本実施形態では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４間を接続する通信線、および伝達経路切替部２２が信号伝達手段を構成している。
【００４５】
この伝達経路切替部２２は、マイコン２０に接続されており、マイコン２０からの信号に応じて制御される伝達経路切替手段を構成している。本実施形態の伝達経路切替部２２は、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間で監視指示信号を含む信号を伝達する信号伝達部２２１、および監視ユニットＵ２、Ｕ３間を導通および遮断する第１接続開閉部２２２を有して構成されている。
【００４６】
信号伝達部２２１は、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流を所定の電流値に抑えるための抵抗２２１ａ、および監視ユニットＵ２とマイコン２０との間を導通および遮断する第２接続開閉部２２１ｂを有して構成されている。
【００４７】
本実施形態では、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂを絶縁性に優れるフォトリレーで構成している。本実施形態の第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂは、マイコン２０からの信号に応じて制御される。
【００４８】
また、信号伝達部２２１の抵抗２２１ａは、第２接続開閉部２２１ｂにより監視ユニットＵ２とマイコン２０との間を導通した際に、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流を所定の電流値以下に抑えるために設けられている。この抵抗２２１ａの抵抗値は、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流の電流値が通電した際に人間が痛いと感じる電流知覚閾値（例えば、３．５ｍＡ）以下となるように設定されている。抵抗２２１ａは、安全性を考慮すると、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流が電流知覚閾値以下の３．５ｍＡ程度となるように設定することが望ましい。なお、例えば、単位電池Ｂ１、Ｂ２の両端電圧が４００Ｖである場合、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流が３．５ｍＡ以下となるように抵抗２２１ａの抵抗値が１１５ｋΩ以上に設定される。
【００４９】
本実施形態のマイコン２０は、監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する制御手段、各種制御機器を制御する制御手段が一体に構成されているが、本実施形態では、マイコン２０における監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が監視制御手段２０ａを構成し、マイコン２０における伝達経路切替部２２を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が切替制御手段２０ｂを構成している。
【００５０】
以上が、本実施形態に係る電池監視装置２の全体構成であり、以下、本実施形態に係る電池監視装置２の作動の概略について説明する。
【００５１】
まず、本実施形態に係る電池監視装置２による各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態の監視処理について説明する。
【００５２】
マイコン２０は、フォトカプラ２１を介して、各電池セル１ａの過放電状態または過充電状態の監視を指示する監視指示信号を、監視ユニットＵ４に出力する。監視ユニットＵ４に監視指示信号が取り込まれると、監視ユニットＵ４では、監視対象である単位電池Ｂ４を監視指示信号に応じて監視し、その出力信号（監視指示信号および監視結果を示す信号）を監視ユニットＵ３に出力する。
【００５３】
そして、監視ユニットＵ４から出力される出力信号が入力された監視ユニットＵ３では、監視指示信号に応じて、監視対象の単位電池Ｂ３を監視し、その監視結果と監視ユニットＵ４の監視結果とを含む出力信号を監視ユニットＵ２へ出力する。
【００５４】
監視ユニットＵ２では、監視ユニットＵ３の出力信号に含まれる監視指示信号に応じて、監視対象の単位電池Ｂ２を監視し、その監視結果と監視ユニットＵ３、Ｕ４の監視結果とを含む出力信号を監視ユニットＵ１へ出力する。また、監視ユニットＵ１では、監視ユニットＵ２の出力信号に含まれる監視指示信号に応じて、監視対象の単位電池Ｂ１を監視し、その監視結果と監視ユニットＵ２〜Ｕ４の監視結果とを含む出力信号を、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４の通信線およびフォトカプラ２１を介してマイコン２０に出力する。
【００５５】
マイコン２０では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４からの出力信号に基づいて、各電池セル１ａが過放電状態または過充電状態となっているか否かを判定する。そして、当該判定の結果、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４からの出力信号に過放電状態や過充電状態を示す監視結果等が含まれないと判定された場合、監視した単位電池Ｂ１〜Ｂ４は正常と判定して監視処理を終了する。一方、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４からの出力信号に過放電状態や過充電状態を示す監視結果等が含まれると判定された場合、監視した単位電池Ｂ１〜Ｂ４に異常有りと判定する。
【００５６】
次に、本実施形態に係る電池監視装置２の特徴的な作動である伝達経路切替部２２による監視指示信号を含む信号の伝達経路の切替について説明する。
【００５７】
まず、サービスプラグＳ／Ｐが取り付けられた状態、すなわち、単位電池Ｂ２、Ｂ３が導通している場合には、マイコン２０により監視ユニットＵ２、Ｕ３間が導通するように第１接続開閉部２２２がオンされると共に、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間を遮断するように第２接続開閉部２２１ｂがオフされる。これにより、監視ユニットＵ２における監視指示信号を含む信号の伝達経路が監視ユニットＵ３となる。
【００５８】
一方、サービスプラグＳ／Ｐが取り外された状態、すなわち、単位電池Ｂ２、Ｂ３が遮断されている場合には、システムメインリレーＳＭＲがオフされて、組電池１と各種電気機器との間が遮断される。そして、マイコン２０により監視ユニットＵ２とマイコン２０との間が導通するように第２接続開閉部２２１ｂがオンされると共に、監視ユニットＵ２、Ｕ３間を遮断するように第１接続開閉部２２２がオフされる。
【００５９】
これにより、監視ユニットＵ２における監視指示信号を含む信号の伝達経路が監視ユニットＵ３からマイコン２０に切り替えられることとなる。この場合、マイコン２０には、監視ユニットＵ２、Ｕ４が接続され、監視ユニットＵ２、Ｕ４に対してマイコン２０から監視指示信号が出力されると共に、監視ユニットＵ１〜Ｕ４の監視結果を含む信号がマイコン２０へ出力される。なお、監視ユニットＵ３は、監視ユニットＵ４を介してマイコン２０と通信することができ、監視ユニットＵ１は、監視ユニットＵ２を介してマイコン２０と通信することができる。
【００６０】
以上、説明した本実施形態の電池監視装置によれば、組電池１における単位電池Ｂ２、Ｂ３間に設けられたサービスプラグＳ／Ｐが取り外された際に、サービスプラグＳ／Ｐを介して接続されていた単位電池Ｂ２、Ｂ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間が第１接続開閉部２２２により遮断されるので、監視ユニットＵ２、Ｕ３間の通信線を介して不必要に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
【００６１】
これに加えて、組電池１における単位電池Ｂ２、Ｂ３間に設けられたサービスプラグＳ／Ｐが取り外された際に、単位電池Ｂ２に対応する監視ユニットＵ２における指示信号を含む信号の伝達経路を、監視ユニットＵ３からマイコン２０へ切り替えるので、監視ユニットＵ２における通信を維持することができる。
【００６２】
従って、組電池１における隣接する単位電池Ｂ２、Ｂ３の間のサービスプラグＳ／Ｐが取り外されたとしても、安全性を確保しつつ、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４における通信を維持することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂをフォトリレーで構成している。これにより、監視ユニットＵ２、Ｕ３間および監視ユニットＵ２とマイコン２０の間の絶縁性を確保した状態で導通および遮断することができるので、安全性を充分に確保することができる。
【００６４】
なお、監視ユニットＵ２とマイコン２０とが導通する際には、システムメインリレーがオフされるので、監視ユニットＵ２およびマイコン２０間の信号へ高圧ノイズが生ずることを抑制される。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成を示している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００６６】
本実施形態では、図２に示すように、サービスプラグＳ／Ｐにより接続された監視ユニットＵ２、Ｕ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間を、絶縁素子２３を介して接続している。本実施形態では、絶縁素子として２つのフォトカプラ２３ａ、２３ｂを用いて、監視ユニットＵ２、Ｕ３間で双方向に通信可能としている。なお、本実施形態では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４を接続する通信線、および絶縁素子２３が信号伝達手段を構成している。
【００６７】
本実施形態の如く、監視ユニットＵ２、Ｕ３間を絶縁素子２３で接続する場合、監視ユニットＵ２、Ｕ３間の絶縁性を確保した状態で、監視ユニットＵ２、Ｕ３間で通信することができるので、サービスプラグＳ／Ｐが取り外されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットＵ１〜Ｕ４における通信を維持することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成を示している。なお、本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００６９】
本実施形態では、図３に示すように、本実施形態のマイコン２０は、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４のうち、最も高電圧となる単位電池Ｂ４に対応する監視ユニットＵ４および最も低電圧となる単位電池Ｂ１に絶縁素子（例えば、フォトカプラ）２１を介して接続されている。
【００７０】
具体的には、本実施形態のマイコン２０と監視ユニットＵ４とは、マイコン２０から監視ユニットＵ４へと向かう単方向へ通信可能に接続されると共に、マイコン２０と監視ユニットＵ１とは、監視ユニットＵ１からマイコン２０へと向かう単方向へ通信可能に接続されている。そして、マイコン２０から監視ユニットＵ４へ出力された監視指示信号を含む信号は、監視ユニットＵ３→監視ユニットＵ２→監視ユニットＵ１→マイコン２０へ出力される。
【００７１】
また、本実施形態では、サービスプラグＳ／Ｐにより接続された監視ユニットＵ２、Ｕ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間を接続する絶縁素子２３として１つのフォトカプラ２３ａを用いて、監視ユニットＵ３から監視ユニットＵ２への単方向に通信可能としている。なお、本実施形態では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４を接続する通信線、および絶縁素子２３が信号伝達手段を構成している。
【００７２】
本実施形態の如く、監視ユニットＵ４間を単方向に通信可能に接続する構成によっても、第２実施形態と同様に、サービスプラグＳ／Ｐが取り外されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットＵ１〜Ｕ４における通信を維持することができる。
【００７３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【００７４】
（１）上述の第１実施形態では、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂをフォトリレーで構成する例について説明したが、これに限定されず、例えば、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂをメカニカルリレーやＭＯＳスイッチで構成することができる。
【００７５】
（２）上述の各実施形態では、信号伝達部２２１を抵抗２２１ａおよび第２接続開閉部２２１ｂで構成する例について説明したがこれに限定されない。例えば、抵抗２２１ａを数ＭΩ以上の高い抵抗値とする場合には、第２接続開閉部２２１ｂを廃し、抵抗２２１ａだけで信号伝達部２２１を構成してもよい。
【００７６】
（３）上述の第２、第３実施形態では、監視ユニットＵ２、Ｕ３間に設けられた絶縁素子をフォトカプラで構成する例について説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁素子をカップリングコンデンサやカップリングトランスで構成することができる。
【００７７】
（４）上述の各実施形態では、サービスプラグＳ／Ｐにて接続された単位電池Ｂ２、Ｂ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間にだけ伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける例について説明したが、これに限定されない。
【００７８】
例えば、サービスプラグＳ／Ｐ以外に、物理的に切断され得る接続部であるヒューズ、バスバー、配線の何れかにより接続された単位電池に対応する監視ユニット間に伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける構成としてもよい。
【００７９】
また、サービスプラグＳ／Ｐにて接続された単位電池に対応する監視ユニット間、最も高電圧側の単位電池とマイコン２０との間、および最も低電圧側の単位電池とマイコン２０との間ではなく、それら以外の監視ユニット間に伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける構成としてもよい。この場合、部品点数の増加等を考慮して、各監視ユニット間の全てに伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設けるのではなく、監視ユニット間の少なくとも一部に伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける形態が好ましい。
【００８０】
（５）また、上述の各実施形態では、電池監視装置２の監視ユニットＵ１〜Ｕ４にて各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態の双方を監視する例について説明したが、これに限定されない。例えば、監視ユニットＵ１〜Ｕ４にて各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態のいずれか一方だけを監視するようにしてもよい。
【００８１】
（６）また、上述の各実施形態では、電池監視装置２を車載高圧バッテリに適用する例を説明したが、車載高圧バッテリに限らず、他のバッテリに用いてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１ 組電池
１ａ 電池セル
２ マイコン（制御手段）
２０ａ 監視制御手段
２０ｂ 切替制御手段
２２ 伝達経路切替部（伝達経路切替手段）
２２１ 信号伝達部
２２１ａ 抵抗
２２１ｂ 第２接続開閉部
２２２ 第１接続開閉部
２３ 絶縁素子
２３ａ フォトカプラ
２３ｂ フォトカプラ
Ｂ１〜Ｂｎ 単位電池
Ｕ１〜Ｕｎ 監視ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルが直列接続されて構成される組電池を監視する電池監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、組電池では、メンテナンス時等における安全性を確保する観点から、所定数の電池セルを単位電池としてグループ化し、隣接する単位電池を接続する接続部の一部に、当該接続部を物理的に切断するためのサービスプラグやヒューズ等を設ける構成とされている。なお、サービスプラグは、取り付けることで隣接する単位電池間を導通状態とし、取り外すことで隣接する単位電池間を遮断状態とするプラグである。
【０００３】
このように構成される組電池を監視する電池監視装置としては、組電池における各単位電池に対応して設けられた複数の監視ユニット、各監視ユニットに対して監視を指示する指示信号を出力するマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンという。）からなる制御部等で構成されている。
【０００４】
ここで、高電圧で駆動する監視ユニットに対して制御部は低電圧で駆動することから、全ての監視ユニットを個別に制御部に接続しようとすると、各監視ユニットと制御部との間の全てに絶縁性を確保することが必要となってしまう。このため、全ての監視ユニットを制御部に接続するのではなく、一部の監視ユニットと制御部とを接続し、制御部に接続された監視ユニットと隣接する監視ユニットとの間の通信線で接続することで、制御部からの指示信号等を監視ユニット間で伝達する構成（デイジーチェーン接続）が好ましい。
【０００５】
しかし、この場合、例えば、組電池における単位電池の間に設けたサービスプラグを取り外し、単位電池間を遮断状態にしたとしても、サービスプラグを介して接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間の通信線が電流の迂回経路となることがあり、安全性に問題がある。
【０００６】
これに対して、例えば、特許文献１の電池監視装置では、サービスプラグを介して接続された単位電池に対応する監視ユニット間の通信線にダイオードやスイッチを設け、サービスプラグを取り外した際に、監視ユニット間の通信線に不必要に電流が流れてしまうことを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の電池監視装置の如く、サービスプラグ等を介して接続された単位電池に対応する監視ユニット間の通信線にダイオード等を設ける構成とする場合、サービスプラグ等を取り外した際に、サービスプラグ等と単位電池との接続部の電位が不安定となり、監視ユニットにおける通信が途絶する可能性がある。このように、監視ユニットにおける通信が途絶すると、制御部にて監視ユニットを適切に制御できず、電池監視装置の信頼性が低下してしまうといった問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、安全性を確保しつつ、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に監視ユニットにおける通信を維持可能な電池監視装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する単位電池を監視する複数の監視ユニット、および監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する監視制御手段を備え、複数の監視ユニットのうち監視制御手段からの指示信号を取得した監視ユニットが、隣接する監視ユニットへ信号伝達手段を介して指示信号を含む信号を伝達するように構成された電池監視装置であって、組電池における複数の単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する単位電池に直列に接続されており、組電池は、接続部の切断に連動して組電池から電力が供給される電気負荷との接続が遮断されるように構成されており、信号伝達手段は、接続部が切断された際に、接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間を遮断すると共に、接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニットにおける指示信号を含む信号の伝達経路を、隣接する監視ユニットから監視制御手段へ切り替える伝達経路切替手段を有して構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これによれば、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に、切断された接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニット間が遮断されるので、監視ユニット間に信号伝達手段を介して不必要に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
【００１２】
加えて、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断された際に、切断された接続部にて接続されていた単位電池に対応する監視ユニットにおける指示信号を含む信号の伝達経路を、隣接する監視ユニットから監視制御手段へ切り替えるので、監視ユニットにおける通信を維持することができる。
【００１３】
従って、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持することができる。
【００１４】
具体的には、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電池監視装置において、伝達経路切替手段の作動を制御する切替制御手段を備え、伝達経路切替手段は、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間で指示信号を含む信号を伝達する信号伝達部、および接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニット間を導通および遮断する第１接続開閉部を有し、切替制御手段は、接続部が切断された際に、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニット間を遮断することを特徴とする。
【００１５】
これによれば、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持可能な電池監視装置を具体的に実現することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の電池監視装置において、信号伝達部を、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間に流れる電流を所定の電流値以下に抑えるための抵抗、および接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間を導通および遮断する第２接続開閉部を有する構成とし、接続部が切断された際に、切替制御手段によって、接続部により接続される単位電池に対応する監視ユニットと監視制御手段との間を導通する構成とすることが好ましい。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の電池監視装置において、第１接続開閉部および第２接続開閉部は、フォトリレーで構成されていることを特徴とする。
【００１８】
これによれば、隣接する監視ユニット間および監視ユニットと監視制御手段の間の絶縁性を確保した状態で導通および遮断することができるので、安全性を充分に確保することができる。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明では、複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する単位電池を監視する複数の監視ユニットを備え、複数の監視ユニットのうち隣接する監視ユニットが、隣接する監視ユニット間で所定の信号を伝達するための信号伝達手段を介して接続される電池監視装置であって、組電池における複数の単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する単位電池に直列に接続されており、信号伝達手段は、複数の監視ユニットのうち、接続部により接続された単位電池に対応する監視ユニット間を接続する絶縁素子を有して構成されていることを特徴とする。
【００２０】
これによれば、隣接する監視ユニット間の絶縁性を確保した状態で、隣接する監視ユニット間で通信することができるので、組電池における隣接する単位電池の接続部が切断されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットにおける通信を維持することができる。
【００２１】
具体的には、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の電池監視装置において、絶縁素子として、フォトカプラを採用することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置において、物理的に切断され得る接続部を、隣接する単位電池間を遮断可能なサービスプラグとすることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置において、物理的に切断され得る接続部を、隣接する単位電池間を遮断可能なヒューズとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成図である。
【図２】第２実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成図である。
【図３】第３実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成を示している。
【００２７】
本実施形態では、車載高圧バッテリである組電池１の制御システムに本発明の電池監視装置２を適用している。図１に示すように、本実施形態の組電池制御システムは、主たる構成として組電池１および電池監視装置２を備える。
【００２８】
本実施形態の組電池１は、車両走行用の電動機等の各種電気機器（図示略）に電力を供給するものである。組電池１の正極端および負極端は、システムメインリレーＳＭＲを介して各種電気負荷に接続されている。システムメインリレーＳＭＲは、外部からの制御信号に応じて高電圧電池である組電池１と高電圧使用機器である各種電気機器との間を導通および遮断するものであり、例えば、後述するサービスプラグＳ／Ｐの取り外しに連動して、システムメインリレーＳＭＲがオフされて、組電池１と各種電気機器との間が遮断される。
【００２９】
組電池１は、リチウムイオン電池等からなる電池セル１ａを直列接続したもので、互いに隣接する所定数の電池セル毎にグループ化した複数の単位電池Ｂ１〜Ｂｎの直列接続体として構成されている。なお、説明の便宜のため、本実施形態では、図１に示すように、組電池１を４つの単位電池Ｂ１〜Ｂ４の直列接続体で構成している例について説明する。
【００３０】
組電池１における複数の単位電池Ｂ１〜Ｂｎのうち、少なくとも一部の単位電池は、サービスプラグＳ／Ｐを介して隣接する単位電池に接続されている。本実施形態では、単位電池Ｂ２における最も高電圧となる電池セル１ａの正極端子と、単位電池Ｂ２に隣接する単位電池Ｂ３における最も低電圧となる電池セル１ａの負極端子との間に、単位電池Ｂ２および単位電池Ｂ３を接続するサービスプラグＳ／Ｐが設けられている。
【００３１】
このサービスプラグＳ／Ｐは、メンテナンス時等において、単位電池Ｂ２と単位電池Ｂ３との接続を物理的に切断し得る接続部に相当しており、サービスプラグＳ／Ｐを取り外すことで、隣接する単位電池間の接続を遮断可能に構成されている。これにより、電池交換等のメンテナンス時等における安全性の向上を図っている。
【００３２】
このように構成される組電池１には、検出ラインを介して各単位電池Ｂ１〜Ｂ４の状態（過放電状態および過充電状態）を監視する電池監視装置２が接続されている。
【００３３】
電池監視装置２は、単位電池Ｂ１〜Ｂｎの各電池セル１ａの状態を監視する過充放電検出機能を有する装置である。なお、過放電状態は、各電池セル１ａの両端の電圧が信頼性の低下を招く過度な低電圧となる異常状態を意味し、過充電状態は、各電池セル１ａの両端の電圧が信頼性の低下を招く過度な高電圧となる異常状態を意味する。
【００３４】
具体的には、電池監視装置２は、各単位電池Ｂ１〜Ｂｎに対応して設けられた監視ユニットＵ１〜Ｕｎ、および監視ユニットＵ１〜Ｕｎを含む各種制御機器の作動を制御するマイコン２０を備えて構成されている。なお、説明の便宜のため、本実施形態では、図１に示すように、単位電池Ｂ１〜Ｂ４に合わせて４つの監視ユニットＵ１〜Ｕｎで構成する例について説明する。
【００３５】
本実施形態の監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、対応する単位電池Ｂ１〜Ｂ４の各電池セル１ａの両極端子に検出ラインを介して接続され、単位電池Ｂ１〜Ｂ４の監視を指示する指示信号（例えば、クロック信号ＣＬＫ）に応じて単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態を監視し、監視結果を出力信号として後述するマイコン２０へ出力するように構成されている。
【００３６】
具体的には、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、過放電状態であるか否かを監視する際に、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が予め過放電状態時の電圧に設定された過放電閾値電圧よりも低いか否かを判定する。そして、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が当該閾値電圧よりも低い場合には監視結果を過放電状態とし、閾値電圧以上の場合には監視結果を正常状態とする。
【００３７】
また、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、過充電状態であるか否かを監視する際に、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が予め過充電状態時の電圧に設定された過充電閾値電圧よりも高いか否かを判定する。そして、単位電池Ｂ１〜Ｂ４における各電池セル１ａの両電極間の電圧が当該閾値電圧よりも高い場合には監視結果を過充電状態とし、閾値電圧以下の場合には監視結果を正常状態とする。
【００３８】
なお、監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、対応する単位電池Ｂ１〜Ｂ４の監視を指示する指示信号（監視指示信号）を取り込むと共に隣接する監視ユニットＵ１〜Ｕ４の出力信号を取り込むための入力部（図示略）、隣接する監視ユニットＵ１〜Ｕ４に監視指示信号および出力信号を出力する出力部（図示略）等を有する。
【００３９】
マイコン２０は、図示しないＭＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力部等からなるマイクロコンピュータであって、ＲＯＭ等に記憶手段に記憶されたプログラムに従って各種処理等を実行するものである。なお、マイコン２０の入出力部には、制御機器である監視ユニットＵ４、後述する伝達経路切替部２２等が接続されている。
【００４０】
本実施形態のマイコン２０は、監視ユニットＵ４へ各電池セル１ａの監視を指示する監視指示信号を出力すると共に、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４から出力される出力信号を取得し、取得した出力信号に応じて各種制御機器を制御するように構成されている。
【００４１】
具体的には、本実施形態のマイコン２０は、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４のうち、最も高電圧となる単位電池Ｂ４に対応する監視ユニットＵ４に絶縁素子（例えば、フォトカプラ）２１を介して接続されている。本実施形態のマイコン２０と監視ユニットＵ４とは、双方向で通信可能に接続されており、マイコン２０から監視ユニットＵ４へ監視指示信号が出力されると共に、監視ユニットＵ４からマイコン２０へ各監視ユニットＵ１〜Ｕ４の監視結果を含む出力信号が出力される。
【００４２】
また、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４は、デイジーチェーン接続方式により、隣接する監視ユニット間で通信可能に通信線にて順次接続されている。より詳しくは、マイコン２０に接続された監視ユニットＵ４が隣接する監視ユニットＵ３に接続されると共に、監視ユニットＵ３が隣接する監視ユニットＵ２に接続され、さらに、監視ユニットＵ２が隣接する監視ユニットＵ１に接続されている。
【００４３】
このように隣接する監視ユニットＵ１〜Ｕ４同士を通信線を介して接続する構成とすることで、監視ユニットＵ４がマイコン２０から取得した監視指示信号を、監視ユニットＵ３→監視ユニットＵ２→監視ユニットＵ１へと順次伝達すると共に、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４の出力信号を、監視ユニットＵ４を介してマイコン２０へと出力することが可能となっている。
【００４４】
ここで、各単位電池Ｂ１〜Ｂ４のうち、サービスプラグＳ／Ｐ（物理的に切断され得る接続部）を介して接続された単位電池Ｂ２、Ｂ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３の間には、監視指示信号を含む信号の伝達経路を切り替える伝達経路切替部２２が設けられている。「単位電池に対応する監視ユニット」とは、単位電池を構成する各電池セル１ａのうち、少なくとも最も高圧となる電池セル１ａの正極端子、および最も低圧となる電池セル１ａの負極端子とが電気的に接続され、少なくとも単位電池全体における電池状態を監視する監視ユニットである。なお、本実施形態では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４間を接続する通信線、および伝達経路切替部２２が信号伝達手段を構成している。
【００４５】
この伝達経路切替部２２は、マイコン２０に接続されており、マイコン２０からの信号に応じて制御される伝達経路切替手段を構成している。本実施形態の伝達経路切替部２２は、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間で監視指示信号を含む信号を伝達する信号伝達部２２１、および監視ユニットＵ２、Ｕ３間を導通および遮断する第１接続開閉部２２２を有して構成されている。
【００４６】
信号伝達部２２１は、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流を所定の電流値に抑えるための抵抗２２１ａ、および監視ユニットＵ２とマイコン２０との間を導通および遮断する第２接続開閉部２２１ｂを有して構成されている。
【００４７】
本実施形態では、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂを絶縁性に優れるフォトリレーで構成している。本実施形態の第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂは、マイコン２０からの信号に応じて制御される。
【００４８】
また、信号伝達部２２１の抵抗２２１ａは、第２接続開閉部２２１ｂにより監視ユニットＵ２とマイコン２０との間を導通した際に、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流を所定の電流値以下に抑えるために設けられている。この抵抗２２１ａの抵抗値は、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流の電流値が通電した際に人間が痛いと感じる電流知覚閾値（例えば、３．５ｍＡ）以下となるように設定されている。抵抗２２１ａは、安全性を考慮すると、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流が電流知覚閾値以下の３．５ｍＡ程度となるように設定することが望ましい。なお、例えば、単位電池Ｂ１、Ｂ２の両端電圧が４００Ｖである場合、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間に流れる電流が３．５ｍＡ以下となるように抵抗２２１ａの抵抗値が１１５ｋΩ以上に設定される。
【００４９】
本実施形態のマイコン２０は、監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する制御手段、各種制御機器を制御する制御手段が一体に構成されているが、本実施形態では、マイコン２０における監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が監視制御手段２０ａを構成し、マイコン２０における伝達経路切替部２２を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が切替制御手段２０ｂを構成している。
【００５０】
以上が、本実施形態に係る電池監視装置２の全体構成であり、以下、本実施形態に係る電池監視装置２の作動の概略について説明する。
【００５１】
まず、本実施形態に係る電池監視装置２による各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態の監視処理について説明する。
【００５２】
マイコン２０は、フォトカプラ２１を介して、各電池セル１ａの過放電状態または過充電状態の監視を指示する監視指示信号を、監視ユニットＵ４に出力する。監視ユニットＵ４に監視指示信号が取り込まれると、監視ユニットＵ４では、監視対象である単位電池Ｂ４を監視指示信号に応じて監視し、その出力信号（監視指示信号および監視結果を示す信号）を監視ユニットＵ３に出力する。
【００５３】
そして、監視ユニットＵ４から出力される出力信号が入力された監視ユニットＵ３では、監視指示信号に応じて、監視対象の単位電池Ｂ３を監視し、その監視結果と監視ユニットＵ４の監視結果とを含む出力信号を監視ユニットＵ２へ出力する。
【００５４】
監視ユニットＵ２では、監視ユニットＵ３の出力信号に含まれる監視指示信号に応じて、監視対象の単位電池Ｂ２を監視し、その監視結果と監視ユニットＵ３、Ｕ４の監視結果とを含む出力信号を監視ユニットＵ１へ出力する。また、監視ユニットＵ１では、監視ユニットＵ２の出力信号に含まれる監視指示信号に応じて、監視対象の単位電池Ｂ１を監視し、その監視結果と監視ユニットＵ２〜Ｕ４の監視結果とを含む出力信号を、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４の通信線およびフォトカプラ２１を介してマイコン２０に出力する。
【００５５】
マイコン２０では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４からの出力信号に基づいて、各電池セル１ａが過放電状態または過充電状態となっているか否かを判定する。そして、当該判定の結果、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４からの出力信号に過放電状態や過充電状態を示す監視結果等が含まれないと判定された場合、監視した単位電池Ｂ１〜Ｂ４は正常と判定して監視処理を終了する。一方、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４からの出力信号に過放電状態や過充電状態を示す監視結果等が含まれると判定された場合、監視した単位電池Ｂ１〜Ｂ４に異常有りと判定する。
【００５６】
次に、本実施形態に係る電池監視装置２の特徴的な作動である伝達経路切替部２２による監視指示信号を含む信号の伝達経路の切替について説明する。
【００５７】
まず、サービスプラグＳ／Ｐが取り付けられた状態、すなわち、単位電池Ｂ２、Ｂ３が導通している場合には、マイコン２０により監視ユニットＵ２、Ｕ３間が導通するように第１接続開閉部２２２がオンされると共に、監視ユニットＵ２とマイコン２０との間を遮断するように第２接続開閉部２２１ｂがオフされる。これにより、監視ユニットＵ２における監視指示信号を含む信号の伝達経路が監視ユニットＵ３となる。
【００５８】
一方、サービスプラグＳ／Ｐが取り外された状態、すなわち、単位電池Ｂ２、Ｂ３が遮断されている場合には、システムメインリレーＳＭＲがオフされて、組電池１と各種電気機器との間が遮断される。そして、マイコン２０により監視ユニットＵ２とマイコン２０との間が導通するように第２接続開閉部２２１ｂがオンされると共に、監視ユニットＵ２、Ｕ３間を遮断するように第１接続開閉部２２２がオフされる。
【００５９】
これにより、監視ユニットＵ２における監視指示信号を含む信号の伝達経路が監視ユニットＵ３からマイコン２０に切り替えられることとなる。この場合、マイコン２０には、監視ユニットＵ２、Ｕ４が接続され、監視ユニットＵ２、Ｕ４に対してマイコン２０から監視指示信号が出力されると共に、監視ユニットＵ１〜Ｕ４の監視結果を含む信号がマイコン２０へ出力される。なお、監視ユニットＵ３は、監視ユニットＵ４を介してマイコン２０と通信することができ、監視ユニットＵ１は、監視ユニットＵ２を介してマイコン２０と通信することができる。
【００６０】
以上、説明した本実施形態の電池監視装置によれば、組電池１における単位電池Ｂ２、Ｂ３間に設けられたサービスプラグＳ／Ｐが取り外された際に、サービスプラグＳ／Ｐを介して接続されていた単位電池Ｂ２、Ｂ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間が第１接続開閉部２２２により遮断されるので、監視ユニットＵ２、Ｕ３間の通信線を介して不必要に電流が流れてしまうことを抑制することができる。
【００６１】
これに加えて、組電池１における単位電池Ｂ２、Ｂ３間に設けられたサービスプラグＳ／Ｐが取り外された際に、単位電池Ｂ２に対応する監視ユニットＵ２における指示信号を含む信号の伝達経路を、監視ユニットＵ３からマイコン２０へ切り替えるので、監視ユニットＵ２における通信を維持することができる。
【００６２】
従って、組電池１における隣接する単位電池Ｂ２、Ｂ３の間のサービスプラグＳ／Ｐが取り外されたとしても、安全性を確保しつつ、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４における通信を維持することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂをフォトリレーで構成している。これにより、監視ユニットＵ２、Ｕ３間および監視ユニットＵ２とマイコン２０の間の絶縁性を確保した状態で導通および遮断することができるので、安全性を充分に確保することができる。
【００６４】
なお、監視ユニットＵ２とマイコン２０とが導通する際には、システムメインリレーがオフされるので、監視ユニットＵ２およびマイコン２０間の信号へ高圧ノイズが生ずることを抑制される。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成を示している。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００６６】
本実施形態では、図２に示すように、サービスプラグＳ／Ｐにより接続された監視ユニットＵ２、Ｕ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間を、絶縁素子２３を介して接続している。本実施形態では、絶縁素子として２つのフォトカプラ２３ａ、２３ｂを用いて、監視ユニットＵ２、Ｕ３間で双方向に通信可能としている。なお、本実施形態では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４を接続する通信線、および絶縁素子２３が信号伝達手段を構成している。
【００６７】
本実施形態の如く、監視ユニットＵ２、Ｕ３間を絶縁素子２３で接続する場合、監視ユニットＵ２、Ｕ３間の絶縁性を確保した状態で、監視ユニットＵ２、Ｕ３間で通信することができるので、サービスプラグＳ／Ｐが取り外されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットＵ１〜Ｕ４における通信を維持することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る電池監視装置を含む組電池制御システムの全体構成を示している。なお、本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。
【００６９】
本実施形態では、図３に示すように、本実施形態のマイコン２０は、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４のうち、最も高電圧となる単位電池Ｂ４に対応する監視ユニットＵ４および最も低電圧となる単位電池Ｂ１に絶縁素子（例えば、フォトカプラ）２１を介して接続されている。
【００７０】
具体的には、本実施形態のマイコン２０と監視ユニットＵ４とは、マイコン２０から監視ユニットＵ４へと向かう単方向へ通信可能に接続されると共に、マイコン２０と監視ユニットＵ１とは、監視ユニットＵ１からマイコン２０へと向かう単方向へ通信可能に接続されている。そして、マイコン２０から監視ユニットＵ４へ出力された監視指示信号を含む信号は、監視ユニットＵ３→監視ユニットＵ２→監視ユニットＵ１→マイコン２０へ出力される。
【００７１】
また、本実施形態では、サービスプラグＳ／Ｐにより接続された監視ユニットＵ２、Ｕ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間を接続する絶縁素子２３として１つのフォトカプラ２３ａを用いて、監視ユニットＵ３から監視ユニットＵ２への単方向に通信可能としている。なお、本実施形態では、各監視ユニットＵ１〜Ｕ４を接続する通信線、および絶縁素子２３が信号伝達手段を構成している。
【００７２】
本実施形態の如く、監視ユニットＵ４間を単方向に通信可能に接続する構成によっても、第２実施形態と同様に、サービスプラグＳ／Ｐが取り外されたとしても、安全性を確保しつつ、監視ユニットＵ１〜Ｕ４における通信を維持することができる。
【００７３】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。
【００７４】
（１）上述の第１実施形態では、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂをフォトリレーで構成する例について説明したが、これに限定されず、例えば、第１接続開閉部２２２および第２接続開閉部２２１ｂをメカニカルリレーやＭＯＳスイッチで構成することができる。
【００７５】
（２）上述の各実施形態では、信号伝達部２２１を抵抗２２１ａおよび第２接続開閉部２２１ｂで構成する例について説明したがこれに限定されない。例えば、抵抗２２１ａを数ＭΩ以上の高い抵抗値とする場合には、第２接続開閉部２２１ｂを廃し、抵抗２２１ａだけで信号伝達部２２１を構成してもよい。
【００７６】
（３）上述の第２、第３実施形態では、監視ユニットＵ２、Ｕ３間に設けられた絶縁素子をフォトカプラで構成する例について説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁素子をカップリングコンデンサやカップリングトランスで構成することができる。
【００７７】
（４）上述の各実施形態では、サービスプラグＳ／Ｐにて接続された単位電池Ｂ２、Ｂ３に対応する監視ユニットＵ２、Ｕ３間にだけ伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける例について説明したが、これに限定されない。
【００７８】
例えば、サービスプラグＳ／Ｐ以外に、物理的に切断され得る接続部であるヒューズ、バスバー、配線の何れかにより接続された単位電池に対応する監視ユニット間に伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける構成としてもよい。
【００７９】
また、サービスプラグＳ／Ｐにて接続された単位電池に対応する監視ユニット間、最も高電圧側の単位電池とマイコン２０との間、および最も低電圧側の単位電池とマイコン２０との間ではなく、それら以外の監視ユニット間に伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける構成としてもよい。この場合、部品点数の増加等を考慮して、各監視ユニット間の全てに伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設けるのではなく、監視ユニット間の少なくとも一部に伝達経路切替部２２や絶縁素子２３を設ける形態が好ましい。
【００８０】
（５）また、上述の各実施形態では、電池監視装置２の監視ユニットＵ１〜Ｕ４にて各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態の双方を監視する例について説明したが、これに限定されない。例えば、監視ユニットＵ１〜Ｕ４にて各電池セル１ａの過放電状態および過充電状態のいずれか一方だけを監視するようにしてもよい。
【００８１】
（６）また、上述の各実施形態では、電池監視装置２を車載高圧バッテリに適用する例を説明したが、車載高圧バッテリに限らず、他のバッテリに用いてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１ 組電池
１ａ 電池セル
２ マイコン（制御手段）
２０ａ 監視制御手段
２０ｂ 切替制御手段
２２ 伝達経路切替部（伝達経路切替手段）
２２１ 信号伝達部
２２１ａ 抵抗
２２１ｂ 第２接続開閉部
２２２ 第１接続開閉部
２３ 絶縁素子
２３ａ フォトカプラ
２３ｂ フォトカプラ
Ｂ１〜Ｂｎ 単位電池
Ｕ１〜Ｕｎ 監視ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する前記単位電池を監視する複数の監視ユニット、および前記監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する監視制御手段を備え、前記複数の監視ユニットのうち前記監視制御手段からの前記指示信号を取得した監視ユニットが、隣接する前記監視ユニットへ信号伝達手段を介して前記指示信号を含む信号を伝達するように構成された電池監視装置であって、
前記組電池における複数の前記単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する前記単位電池に直列に接続されており、
前記組電池は、前記接続部の切断に連動して前記組電池から電力が供給される電気負荷との接続が遮断されるように構成されており、
前記信号伝達手段は、前記接続部が切断された際に、前記接続部にて接続されていた前記単位電池に対応する前記監視ユニット間を遮断すると共に、前記接続部にて接続されていた前記単位電池に対応する前記監視ユニットにおける前記指示信号を含む信号の伝達経路を、前記隣接する監視ユニットから前記監視制御手段へ切り替える伝達経路切替手段を有して構成されていることを特徴とする電池監視装置。
【請求項２】
前記伝達経路切替手段の作動を制御する切替制御手段を備え、
前記伝達経路切替手段は、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する前記監視ユニットと前記監視制御手段との間で前記指示信号を含む信号を伝達する信号伝達部、および前記接続部により接続される前記単位電池に対応する監視ユニット間を導通および遮断する第１接続開閉部を有し、
前記切替制御手段は、前記接続部が切断された際に、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する前記監視ユニット間を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項３】
前記信号伝達部は、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する監視ユニットと前記監視制御手段との間に流れる電流を所定の電流値以下に抑えるための抵抗、および前記接続部により接続される前記単位電池に対応する監視ユニットと前記監視制御手段との間を導通および遮断する第２接続開閉部を有し、
前記切替制御手段は、前記接続部が切断された際に、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する前記監視ユニットと前記監視制御手段との間を導通することを特徴とする請求項２に記載の電池監視装置。
【請求項４】
前記第１接続開閉部および前記第２接続開閉部は、フォトリレーで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電池監視装置。
【請求項５】
複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する前記単位電池を監視する複数の監視ユニットを備え、前記複数の監視ユニットのうち隣接する監視ユニットが、前記隣接する監視ユニット間で所定の信号を伝達するための信号伝達手段を介して接続される電池監視装置であって、
前記組電池における複数の前記単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する前記単位電池に直列に接続されており、
前記信号伝達手段は、前記複数の監視ユニットのうち、前記接続部により接続された前記単位電池に対応する前記監視ユニット間を接続する絶縁素子を有して構成されていることを特徴とする電池監視装置。
【請求項６】
前記絶縁素子は、フォトカプラで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電池監視装置。
【請求項７】
前記接続部は、前記隣接する単位電池間を遮断可能なサービスプラグであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【請求項８】
前記接続部は、前記隣接する単位電池間を遮断可能なヒューズであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【請求項１】
複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する前記単位電池を監視する複数の監視ユニット、および前記監視ユニットへ監視を指示する指示信号を出力する監視制御手段を備え、前記複数の監視ユニットのうち前記監視制御手段からの前記指示信号を取得した監視ユニットが、隣接する前記監視ユニットへ信号伝達手段を介して前記指示信号を含む信号を伝達するように構成された電池監視装置であって、
前記組電池における複数の前記単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する前記単位電池に直列に接続されており、
前記組電池は、前記接続部の切断に連動して前記組電池から電力が供給される電気負荷との接続が遮断されるように構成されており、
前記信号伝達手段は、前記接続部が切断された際に、前記接続部にて接続されていた前記単位電池に対応する前記監視ユニット間を遮断すると共に、前記接続部にて接続されていた前記単位電池に対応する前記監視ユニットにおける前記指示信号を含む信号の伝達経路を、前記隣接する監視ユニットから前記監視制御手段へ切り替える伝達経路切替手段を有して構成されていることを特徴とする電池監視装置。
【請求項２】
前記伝達経路切替手段の作動を制御する切替制御手段を備え、
前記伝達経路切替手段は、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する前記監視ユニットと前記監視制御手段との間で前記指示信号を含む信号を伝達する信号伝達部、および前記接続部により接続される前記単位電池に対応する監視ユニット間を導通および遮断する第１接続開閉部を有し、
前記切替制御手段は、前記接続部が切断された際に、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する前記監視ユニット間を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電池監視装置。
【請求項３】
前記信号伝達部は、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する監視ユニットと前記監視制御手段との間に流れる電流を所定の電流値以下に抑えるための抵抗、および前記接続部により接続される前記単位電池に対応する監視ユニットと前記監視制御手段との間を導通および遮断する第２接続開閉部を有し、
前記切替制御手段は、前記接続部が切断された際に、前記接続部により接続される前記単位電池に対応する前記監視ユニットと前記監視制御手段との間を導通することを特徴とする請求項２に記載の電池監視装置。
【請求項４】
前記第１接続開閉部および前記第２接続開閉部は、フォトリレーで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電池監視装置。
【請求項５】
複数の電池セルが直列に接続されて構成される組電池を所定数の電池セル毎にグループ化した単位電池それぞれに対応して設けられ、対応する前記単位電池を監視する複数の監視ユニットを備え、前記複数の監視ユニットのうち隣接する監視ユニットが、前記隣接する監視ユニット間で所定の信号を伝達するための信号伝達手段を介して接続される電池監視装置であって、
前記組電池における複数の前記単位電池のうち少なくとも一部の単位電池は、物理的に切断され得る接続部によって隣接する前記単位電池に直列に接続されており、
前記信号伝達手段は、前記複数の監視ユニットのうち、前記接続部により接続された前記単位電池に対応する前記監視ユニット間を接続する絶縁素子を有して構成されていることを特徴とする電池監視装置。
【請求項６】
前記絶縁素子は、フォトカプラで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電池監視装置。
【請求項７】
前記接続部は、前記隣接する単位電池間を遮断可能なサービスプラグであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【請求項８】
前記接続部は、前記隣接する単位電池間を遮断可能なヒューズであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電池監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２５１９７９（Ｐ２０１２−２５１９７９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７２１９（Ｐ２０１１−１２７２１９）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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