JP2015060746A - 電池監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】異常通知信号ラインを、電池制御ＥＣＵから電池監視ＥＣＵへ起動信号を伝送する信号ラインと兼用させ、コネクタやハーネスピン等を含む部品数を削減し、低コスト化を図ることができる電池監視制御システムを提供する。
【解決手段】電池モジュール１１の異常を監視する少なくとも１つの電池監視ユニット１０と、電池監視ＥＣＵ１０の動作を監視制御する電池制御ＥＣＵ２０と、電池監視ユニット１０から電池制御ＥＣＵ２０への、電池モジュール１１の正常と異常とを示す異常通知信号を、異なる電位のレベル信号に対応させて伝送し、かつ、電池制御ＥＣＵ２０から電池監視ＥＣＵ１０への、電池監視ＥＣＵ１０を休止状態から動作状態へ起動する起動信号を、異なる電位のレベル信号に対応させて伝送する、１本の異常通知・起動信号ラインＬ１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電可能な電池の状態を検知し、検知した情報を基に該電池の状態を判定し、該判定の結果により該電池の状態を適正に保つよう制御する電池監視制御システムに関する。

フォークリフトや電気自動車やハイブリッドカー等に用いられる充電可能な電池には、単電池を直列に接続した電池モジュールが用いられ、更には、複数の電池モジュールを並列に又は直列に接続した組電池が用いられる。

このような電池の電圧、電流、温度等を検知し、検知した情報を基に、該電池の充放電状態や正常／異常状態等を判定し、該判定の結果により、該電池を負荷へ接続し又は負荷から切断し、或いは直列接続された各単電池の電圧を均等化する等、電池の状態を適正に保つよう制御する電池監視制御システムが備えられている。

電池監視制御システムは、電池監視ＥＣＵ（Electronic Control Unit）及び電池制御ＥＣＵを備える。電池監視ＥＣＵは、電池モジュールに備えられ、電池モジュールを構成する各単電池の電圧、電流、温度等を検知し、該検知した情報を基に、該電池モジュールの充電状態や過充電又は過放電等を判定し、電池モジュールの異常を監視する。

電池制御ＥＣＵは、１又は複数の電池監視ＥＣＵに対して１つ備えられ、各電池監視ＥＣＵの動作を監視制御し、各電池監視ＥＣＵからの監視情報に基づいて、各電池モジュールの各単電池の状態を適正に保つよう制御するとともに、車輌等の負荷回路側の状態情報を受信し、また、負荷回路側へ電池の状態情報を送信する機能を有する。

図２は電池監視ＥＣＵから電池制御ＥＣＵへ電池の異常を通知する異常通知ラインの接続構成例を示す。各電池監視ＥＣＵ１０は、電池監視ＩＣ１２、マイクロコントローラ１３及びエミッタ接地のトランジスタ１４を備える。

電池監視ＩＣ１２は、監視対象の電池モジュール１１の各単電池の電圧、電流、温度等を検知し、該検知情報をマイクロコントローラ１３に送信する。マイクロコントローラ１３は、電池監視ＩＣ１２により検知した情報を基に、電池モジュール１１の状態を判定し、電池モジュール１１の異常を検出した場合、電池監視ＩＣ１２に電池の異常を知らせる異常通知信号を送信する。

電池監視ＩＣ１２は、電池モジュール１１が正常のとき、電池監視ＥＣＵ１０内のトランジスタ１４をオフにするようトランジスタ１４のベース電流を制御し、マイクロコントローラ１３から異常通知信号が受信されるなどにより、電池モジュール１１の異常が検出されたとき、トランジスタ１４をオンにするようトランジスタ１４のベース電流を制御する。

各電池監視ＥＣＵ１０のトランジスタ１４のコレクタは、１本の異常通知信号ラインＬに接続される。異常通知信号ラインＬの一端は、電池制御ＥＣＵ２０において、抵抗２１を介して、接地電位と異なる電位の電極２２に接続されると共に、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の入力端子に接続される。

各電池監視ＥＣＵ１０のトランジスタ１４が全てオフの状態の間は、異常通知信号ラインＬの電位は、抵抗２１を介して接続された電極２２の電位となり、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の入力端子に、電極２２の電位のレベル信号が入力される。

一方、電池監視ＥＣＵ１０の何れかで電池モジュール１１の異常が検出され、何れかの電池監視ＥＣＵ１０のトランジスタ１４がオンに制御されると、異常通知信号ラインＬの電位は、接地電位となり、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の入力端子に、接地電位のレベル信号が入力される。

電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の入力端子に、接地電位のレベル信号が入力されると、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３は、電池監視ＥＣＵ１０の何れかで電池モジュール１１の異常が検出されたことを認識する。

各電池監視ＥＣＵ１０のエミッタ接地トランジスタ１４のコレクタを１本の異常通知信号ラインＬに接続した構成は、各エミッタ接地トランジスタ１４のコレクタから出力される接地電位のレベル信号に対して、ワイアードオア回路を構成するため、複数の電池監視ＥＣＵ１０からの異常通知信号を、１本の異常通知信号ラインＬにまとめて、電池制御ＥＣＵ２０に伝送することが可能である。

組電池の異常検出に関する装置として、各電池モジュール対応に異常電圧検出回路を備え、該異常電圧検出回路で異常を検出したとき、１本の異常通知ラインの電位を変化させ、該１本の異常通知ラインの電位変化により、他の回路部へ異常信号を伝送する装置は、下記の特許文献１等に記載されている。

特開２００６−４２５９１号公報

図２に示した電池監視制御システムの構成例において、電池監視ＥＣＵ１０から電池制御ＥＣＵ２０へ電池モジュール１１の異常を通知する異常通知信号ラインＬは、電池監視ＥＣＵ１０から電池制御ＥＣＵ２０へ、異常通知信号を伝送するためにだけ使用される専用ラインである。

一方、電池監視ＥＣＵ１０は、電池モジュール１１が搭載される車輌等が稼動していないときなどには、通常の動作時より長い周期で監視を行い、或いは一部の監視機能のみ働かせて他の監視機能を停止させるなどの休止状態に設定される。休止状態に設定された電池監視ＥＣＵ１０は、車輌等の稼動開始時等に電池制御ＥＣＵ２０により動作状態に起動される。

休止状態の電池監視ＥＣＵ１０を電池制御ＥＣＵ２０から動作状態に起動するために、電池制御ＥＣＵ２０から電池監視ＥＣＵ１０へ起動信号を伝送するための信号ラインを、従来は異常通知信号ラインＬとは別に設けていた。そのため、信号ラインを接続するコネクタやハーネスピン数が増加し、コストの増大を招いていた。

上記課題に鑑み、本発明は、電池制御ＥＣＵ２０から電池監視ＥＣＵ１０へ起動信号を伝送する信号ラインと、異常通知信号ラインＬとを兼用させ、コネクタやハーネスピン等を含む部品数を削減し、低コスト化を図ることができる電池監視制御システムを提供する。

本発明に係る電池監視制御システムは、電池モジュールの異常を監視する少なくとも１つの電池監視ユニットと、前記電池監視ユニットの動作を監視制御する電池制御ユニットと、前記電池監視ユニットから前記電池制御ユニットへの、前記電池モジュールの正常と異常とを示す異常通知信号を、異なる電位のレベル信号に対応させて伝送し、かつ、前記電池制御ユニットから前記電池監視ユニットへの、前記電池監視ユニットを休止状態から動作状態へ起動する起動信号を、前記異なる電位のレベル信号に対応させて伝送する、１本の異常通知・起動信号ラインと、を備えたものである。

本発明によれば、電池監視ユニットと電池制御ユニットとの間で、異なる電位のレベル信号に対応させて送信する異常通知信号及び起動信号を、１本の異常通知・起動信号ラインで伝送することにより、専用の起動信号伝送ラインを設ける必要がなく、コネクタやハーネスピン等を含む部品数を削減し、低コスト化を図ることができる。

電池監視ＥＣＵと電池制御ＥＣＵとの間の異常通知・起動信号ラインの接続構成例を示す図である。 電池監視ＥＣＵと電池制御ＥＣＵとの間の異常通知信号ラインの接続構成例を示す図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、前述の課題を解決するための手段に記載した「電池監視ユニット」及び「電池制御ユニット」は、以下の説明では「電池監視ＥＣＵ」及び「電池制御ＥＣＵ」とも称する。

図１は、電池監視ＥＣＵと電池制御ＥＣＵとの間の異常通知・起動信号ラインの接続構成例を示す。図１の構成例において、各電池監視ＥＣＵ１０の電池監視ＩＣ１２は、監視対象の電池モジュール１１の各単電池の電圧、電流、温度等を検知し、該検知情報をマイクロコントローラ１３に送信する。

各電池監視ＥＣＵ１０のマイクロコントローラ１３は、電池監視ＩＣ１２により検知した情報を基に電池モジュール１１の状態を判定し、電池モジュール１１の異常を検出した場合、電池監視ＩＣ１２に電池の異常を知らせる異常通知信号を送信する。

電池監視ＩＣ１２は、電池モジュール１１が正常のとき、電池監視ＥＣＵ１０内のエミッタ接地のトランジスタ１４をオフにするようベース電流を制御し、マイクロコントローラ１３から異常通知信号が受信されるなどにより、電池モジュール１１の異常が検出されたとき、トランジスタ１４をオンにするようトランジスタ１４のベース電流を制御する。

各電池監視ＥＣＵ１０のトランジスタ１４のコレクタは、１本の異常通知・起動信号ラインＬ１に接続される。異常通知・起動信号ラインＬ１の一端は、電池制御ＥＣＵ２０において、抵抗２１を介して、接地電位と異なる電位の電極２２に接続されると共に、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の異常通知信号受信用の入力端子に接続される。

各電池監視ＥＣＵ１０のトランジスタ１４が全てオフの状態の間は、異常通知・起動信号ラインＬ１の電位は、抵抗２１を介して接続された電極２２の電位となり、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の異常通知信号受信用の入力端子に、電極２２の電位のレベル信号が入力される。

一方、電池監視ＥＣＵ１０の何れかで電池モジュール１１の異常が検出され、何れかの電池監視ＥＣＵ１０のトランジスタ１４がオンに制御されると、異常通知・起動信号ラインＬ１の電位は、接地電位となり、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の入力端子に、接地電位のレベル信号が入力される。

電池制御ＥＣＵ２０は、マイクロコントローラ２３の異常通知信号受信用の入力端子に、電極２２の電位のレベル信号が入力されているときは、各電池監視ＥＣＵ１０で監視される各電池モジュール１１は正常であると認識し、マイクロコントローラ２３の異常通知信号受信用の入力端子に、接地電位のレベル信号が入力されたときは、各電池監視ＥＣＵ１０の何れかで電池モジュール１１の異常が検出されたことを認識する。

このように、複数の電池監視ＥＣＵ１０からの正常と異常とを示す異常通知信号を、異なる電位のレベル信号に対応させて、１本の異常通知・起動信号ラインＬ１によりまとめて、電池制御ＥＣＵ２０に伝送することが可能である。異常通知・起動信号ラインＬ１により、電池監視ＥＣＵ１０から電池制御ＥＣＵ２０への異常通知信号を伝送する動作は、図２で説明した異常通知信号ラインＬによる異常通知信号の伝送動作と同様である。

一方、電池制御ＥＣＵ２０には、異常通知・起動信号ラインＬ１にコレクタが接続され、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３によりオン／オフが制御されるエミッタ接地のトランジスタ２４を設ける。また、異常通知・起動信号ラインＬ１に、各電池監視ＥＣＵ１０のマイクロコントローラ１３の起動信号受信用の入力端子を接続する。

電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３は、電池監視ＥＣＵ１０の休止状態の監視を、動作状態に起動して監視させるとき、トランジスタ２４をオンにするようベース電流を制御する。エミッタ接地トランジスタ２４がオンにされると、異常通知・起動信号ラインＬ１の電位は、接地電位となる。

異常通知・起動信号ラインＬ１の電位が接地電位になると、各電池監視ＥＣＵ１０のマイクロコントローラ１３の起動信号受信用の入力端子に、接地電位のレベル信号が入力される。マイクロコントローラ１３の起動信号受信用の入力端子に、接地電位のレベル信号が起動信号として入力されると、休止状態の監視を行なっていたマイクロコントローラ１３は、動作状態に起動する。

なお、各電池監視ＥＣＵ１０の休止状態にあったマイクロコントローラ１３は、起動信号受信用の入力端子に、接地電位のレベル信号が起動信号として入力されると、動作状態になるよう起動するが、起動信号受信用の入力端子に電極２２の電位のレベル信号が入力されたからといって、電池監視ＥＣＵ１０が休止状態になるのではなく、電池監視ＥＣＵ１０が休止状態の監視を行なうようになるのは、他の信号線による指令等の別途の要因によって設定される。

図１に示した構成例において、異常通知・起動信号ラインＬ１の電位が接地電位となる場合は、次の（１）及び（２）の２つの場合がある。
（１）何れかの電池監視ＥＣＵ１０が異常通知信号を送信した場合
（２）電池制御ＥＣＵ２０が起動信号を送信した場合
そのため、休止状態にある電池監視ＥＣＵ１０のマイクロコントローラ１３は、電池制御ＥＣＵ２０からの起動信号の送信が無くても、他の電池監視ＥＣＵ１０により異常通知信号が伝送されると、該異常通知信号を起動信号と見なして、休止状態から動作状態に起動する。

各電池モジュール１１は、同一の環境下で使用されるため、他の電池監視ＥＣＵ１０で電池モジュール１１の異常が検出された場合、自身の電池監視ＥＣＵ１０でも電池モジュール１１の異常が検出される可能性が高まる。そのため、上記（１）及び（２）の何れの場合でも、休止状態の電池監視ＥＣＵ１０は、動作状態へ起動されることが望ましい。

また、電池制御ＥＣＵ２０のマイクロコントローラ２３の入力端子には、上記（１）及び（２）の何れの場合でも、接地電位のレベル信号が入力されるが、電池制御ＥＣＵ２０では、自身が送信する起動信号の送信タイミングを認識することができるので、起動信号の送信タイミング以外のタイミングで、接地電位のレベル信号が入力されたとき、電池監視ＥＣＵ１０が異常通知信号を伝送したと認識することが可能である。

従って、異常通知・起動信号ラインＬ１を、電池監視ＥＣＵ１０から電池制御ＥＣＵ２０への、正常／異常を異なる電位のレベル信号に対応させた異常通知信号の伝送、及び、電池制御ＥＣＵ２０から電池監視ＥＣＵ１０への、該異なる電位のレベル信号に対応させた起動信号の伝送、に支障なく兼用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。例えば、上述の実施形態では、バイポーラ型のトランジスタ１４，２４を用いた構成例について説明したが、トランジスタ１４，２４には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のユニポーラ型のトランジスタを用いてもよい。

また、マイクロコントローラ１３が、電池監視ＩＣ１２により検知した情報を基に、電池モジュール１１の状態を判定する構成のほかに、電池監視ＩＣ１２自身が電池モジュール１１の状態を判定し、トランジスタ１４をオンにするようトランジスタ１４のベース電流を制御する構成としてもよい。

１０ 電池監視ＥＣＵ
１１ 電池モジュール
１２ 電池監視ＩＣ
１３ マイクロコントローラ
１４ トランジスタ
Ｌ１ 異常通知・起動信号ライン
２０ 電池制御ＥＣＵ
２１ 抵抗
２２ 接地電位と異なる電位の電極
２３ マイクロコントローラ
２４ トランジスタ

Claims (2)

1. 電池モジュールの異常を監視する少なくとも１つの電池監視ユニットと、
   前記電池監視ユニットの動作を監視制御する電池制御ユニットと、
   前記電池監視ユニットから前記電池制御ユニットへの、前記電池モジュールの正常と異常とを示す異常通知信号を、異なる電位のレベル信号に対応させて伝送し、かつ、前記電池制御ユニットから前記電池監視ユニットへの、前記電池監視ユニットを休止状態から動作状態へ起動する起動信号を、前記異なる電位のレベル信号に対応させて伝送する、１本の異常通知・起動信号ラインと、
   を備えた電池監視制御システム。
2. 前記電池監視ユニットを複数備え、前記各電池監視ユニットは、他の電池監視ユニットが前記異常通知・起動信号ラインに伝送した前記異常通知信号により、休止状態から動作状態に起動することを特徴とする請求項１に記載の電池監視制御システム。

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