JP2015088868A - 電池監視部制御装置、電池監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】コスト増を抑制して電池を監視する電池監視部制御装置を提供することができる。【解決手段】電池を監視する監視部を制御する電池監視部制御装置１００であって、絶縁されたクロック信号線１７を介して、前記クロック信号を前記監視部に送信するクロック信号送信手段１４と、絶縁された送信線を介して、前記クロック信号と同期して前記監視部を制御するための制御データを監視部に送信する制御データ送信手段１５と、前記制御データ送信手段が前記制御データを送信しない間、前記クロック信号送信手段による前記クロック信号の送信を停止させることで前記監視部を処理が可能な状態よりも消費エネルギーが少ない状態に遷移させるクロック制御手段４１と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電池の監視部を絶縁手段を介して制御する電池監視部制御装置に関する。

バッテリーを搭載した製品ではバッテリーの状態を精度よく検出したいという要望がある。バッテリーの充電状態を検出する方法には、バッテリーの端子電圧を監視する方法や、初期残容量から放電電流の積算値を減算すると共に充電電流の積算値を加算してバッテリーの充電状態を検出する方法などが知られている。

車両に用いられるバッテリーは、ＩＧ−ＯＮ中だけでなくＩＧ−ＯＦＦ中もその充電状態が監視されることが好ましいが、ＩＧ−ＯＦＦ中はバッテリーが充電されない。このため、ＩＧ−ＯＦＦ中におけるバッテリーの監視は低消費電力で行われることが望まれている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、バッテリーに閾値より大きい電流が流れた場合に、バッテリーの状態検出処理を行うバッテリー状態検出装置が開示されている。

特開２００７−７８４４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバッテリー状態検出装置では、バッテリーに電流が流れていない場合にはバッテリーの充電状態を検出できないという問題がある。例えば、車両では車両の停車中の無負荷状態でバッテリー電圧を正確に測定し、電池監視装置が複数ある電池セルの均等化を行うことが一般的である。したがって、バッテリーの状態を精度よく監視して能力を有効に利用するためには、バッテリーに電流が流れていない場合でもバッテリーの充電状態を検出可能であることが好ましい。

ところで、バッテリー電圧が高圧の場合、情報処理手段とバッテリー側を絶縁する必要があることが知られている。

図１０は、従来の電池監視システムの概略構成図の一例である。電池監視装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００はマイコン５０と絶縁用のアイソレータ６０を有している。アイソレータ６０は、電池パック７０とマイコン５０を通信可能に接続するクロック線１７、送信線１８、受信線１９、及び、状態遷移線２０を、それぞれ電池パック７０から絶縁している。クロック線１７にはマイコン５０と電池パック７０が同期するためのクロック信号ＣＬＫが送信され、送信線１８にはコマンドを含む制御データＴｘＤが送信され、受信線１９にはコマンドに対する応答として受信データＲｘＤが送信される。また、状態遷移線２０には監視ＩＣ２１の状態（スリープ、スタンバイを切り替える）を遷移させる信号ＳＴが送信される。

したがって、例えばＩＧ-ＯＦＦ中にマイコン５０は状態遷移線２０で監視ＩＣ２１の状態をスリープに遷移させることができるので、ＩＧ-ＯＦＦ中に監視ＩＣ２１が消費する電力を低減できる。

しかしながら、アイソレータ６０によりマイコン５０と電池パック７０を絶縁して低消費電力に電池パック７０を監視できるが、状態遷移線２０及び４つのチャンネルを有するアイソレータ６０が必要となるため、コスト増となるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、コスト増を抑制して電池を監視する電池監視部制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車載された電池の監視部を制御する電池監視部制御装置であって、絶縁されたクロック信号線を介して、クロック信号を前記監視部に送信するクロック信号送信手段と、絶縁された送信線を介して、前記クロック信号と同期して前記監視部を制御するための制御データを前記監視部に送信する制御データ送信手段と、前記制御データ送信手段が前記制御データを送信しない間、前記クロック信号送信手段による前記クロック信号の送信を停止させることで前記監視部を処理が可能な状態よりも消費エネルギーが少ない状態に遷移させるクロック制御手段と、を有することを特徴とする。

コスト増を抑制して電池を監視する電池監視部制御装置を提供することができる。

本実施形態の電池監視システムの概略を説明する図の一例である。 電池監視システムの概略説明図の一例である。 マイコンの機能ブロック図の一例である。 監視ＩＣの状態遷移図の一例である。 制御データの送信スロット等を説明する図の一例である。 制御データ、受信データのフォーマットの一例を示す図である。 電池監視システムの動作手順を説明するシーケンス図の一例である。 電池監視システムの別の実施形態を説明するための概略説明図の一例である。 電池監視システムの別の実施形態を説明するための概略説明図の一例である。 従来の電池監視システムの概略構成図の一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

〔本実施形態の電池監視装置の概略について〕
まず、図１を用いて、本実施形態の電池監視システム２００の概略について説明する。図１は、電池監視システム２００の概略構成図の一例を示す。
（１）電池パック７０には、電池セルの温度や電圧を監視する監視ＩＣ２１が搭載されている。
（２）マイコン５０と監視ＩＣ２１は、アイソレータ６０を介してクロック線１７、送信線１８、及び、受信線１９で接続されており、マイコン５０と監視ＩＣ２１は通信することができる。
（３）監視ＩＣ２１は電池の電力で動作するが、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間、消費電力を抑制するため、マイコン５０は監視ＩＣ２１をスリープ状態に移行させる。具体的には、監視ＩＣ２１の状態はクロック信号ＣＬＫにより遷移する。
クロック信号ＣＬＫ＝ＯＮ → 監視ＩＣがスタンバイ状態になる
クロック信号ＣＬＫ＝ＯＦＦ → 監視ＩＣがスリープ状態になる
したがって、本実施形態の電池監視システム２００は、状態遷移線を使用せずに監視ＩＣ２１の状態を遷移できるので、状態遷移線を削減できるだけでなく、アイソレータ６０のチャンネル数を削減できコストを低減することができる。

また、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間にマイコン５０が監視ＩＣ２１を制御すれば、電池パック７０に電流が流れていない状態でも、無負荷状態で電圧を正確に測定し、複数ある電池セルの均等化を行うことが可能である。

〔構成例〕
図２は、本実施形態の電池監視システム２００の概略説明図の一例である。なお、図２では電池パック７０の監視のための主要な構成が図示されておりその他の構成は省略されている場合がある。電池監視システム２００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と電池パック７０を有している。ＥＣＵ１００又はマイコン５０は電池パック７０を監視する電池監視装置の一例である。

ＥＣＵ１００は主要な構成としてマイコン５０とアイソレータ６０を有している。アイソレータ６０は、信号絶縁器の一般的な名称であり、入出力の通信線を直流的に絶縁する。アイソレータ６０の信号絶縁方式には、フォトカプラ方式、容量性アイソレータ、トランスを用いたアイソレータ、ＲＦアイソレータ、コイルにパルスを入力して磁気を発生させる磁気結合方式などがあるが、本実施形態では絶縁性能、サイズなどにより選択されるものとし、その方式は問わない。

マイコン５０はＣＰＵ１１により全体が制御され、さらに周辺回路としてＤＭＡＣ１２（以下、ＤＭＡＣ０という）、ＤＭＡＣ１３（以下、ＤＭＡＣ１という）、タイマユニット１４、ＣＳＩ(Clock serial Interface)コントローラ１５、及び、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）コントローラ１６、を有している。プログラムを記憶するＲＯＭ、及び、作業メモリとしてのＲＡＭ等は省略されている。

ＣＰＵ１１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行してマイコン５０の全体を制御する。例えば、ＩＧ−ＯＮ、ＩＧ−ＯＦＦを検出してそれぞれの状況に応じてタイマユニット１４などの周辺回路を制御することで、監視ＩＣ２１ａ〜２１ｃ（以下、特に区別しない場合は監視ＩＣ２１と称する）に制御信号を送信し、電池パック７０を監視する。

タイマユニット１４は、定周期のパルスを出力することでクロック信号ＣＬＫを生成しＣＳＩコントローラ１５に供給すると共に電池パック側に送信する。タイマユニット１４はＩＧ−ＯＮでクロック信号ＣＬＫの送信を開始し、ＩＧ−ＯＦＦで原則的に停止する。また、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間、ＣＰＵ１１が電池パック７０の複数の電池セルの均等化を行うタイミングであることを検出してタイマユニット１４を制御することで、タイマユニット１４がクロック信号ＣＬＫの送信を開始する。

ＤＭＡＣ０は、ＣＰＵ１１に指示された制御データをＣＳＩコントローラ１５にセットする。ＣＳＩコントローラ１５は、送信バッファにセットされた制御データを所定のフォーマットに格納して電池パック側に送信する。なお、ＣＳＩコントローラ１５は３線式シリアル同期通信のコントローラであり、一般的なＣＳＩコントローラ１５はクロック信号線、送信線、受信線で電池パック側と接続されている。しかし、本実施形態では電池パック７０からの受信データをＵＡＲＴコントローラ１６が受信することが特徴の１つとなっている。

また、ＣＳＩコントローラ１５は、マスターモード／スレーブモードという２つの動作モードを有しており、一般にマイコン側のＣＳＩコントローラ１５がマスターモードに設定され、受信側（図では電池パック側）のＣＳＩコントローラ１５がスレーブモードに設定される。本実施形態ではマイコン５０のＣＳＩコントローラ１５がスレーブモードに設定されることが、特徴の１つとなっている。また、マスターモードとして動作するのはクロック信号をＣＳＩコントローラ１５に供給するタイマユニット１４である。スレーブモードのＣＳＩコントローラ１５は、送信バッファ３１に制御データがある場合、自動的に電池パック側に送信する。

ＵＡＲＴコントローラ１６はクロック信号で同期を取らない非同期方式（調歩同期方式）で通信する通信コントローラである。ＵＡＲＴコントローラ１６は一般に少なくとも送信線と受信線で通信相手と接続されているが、本実施形態では制御データをＣＳＩコントローラ１５で送信するため、ＵＡＲＴコントローラ１６には受信線１９のみが接続されている。非同期方式ではクロック信号がマイコン側に入力されないので処理負荷を低減できる。

ＵＡＲＴコントローラ１６は受信バッファ３２を有しており、所定のビット数の受信データを受信する毎にシリアル／パラレル変換を行い受信バッファ３２に記憶する。またＵＡＲＴコントローラ１６は受信バッファ３２の受信データをＤＭＡバッファ３３に蓄積する。本実施形態では、ＤＭＡバッファ３３に、１サイクル分の受信データ（電池パック７０の全ての電池セルの受信データ）を受信するだけの容量が用意されている。これは、後述するように本実施形態では１サイクル分の受信データを受信している間、ＣＰＵ１１への割込みが禁止されるためである。

割込み禁止が解除されると、ＤＭＡＣ１はＣＰＵ１１にＤＭＡ転送の割り込みをする。
ＤＭＡＣ１は、ＣＰＵ１１による指示を受けて、１サイクル分の受信データをＤＭＡ転送でＲＡＭにバッファリングする。ＤＭＡ転送割り込みを、ＵＡＲＴコントローラ１６が１サイクル分の受信データを転送した転送回数後に発生させることで割り込み回数を減らすことができる。これにより、ＣＰＵ１１は受信データを処理することができるようになる。

続いて電池パック７０について説明する。電池パック７０は、主に、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等から構成される単セルが複数個積層された電池スタック８０、及び、電池スタック８０を制御するための各種機器が組み込まれる機器ボックスを有する。機器ボックスには、図示する監視ＩＣ２１の他、不図示のメインリレーやレジスタが収納されている。

大容量の電池を搭載するために電池セルの数が多くなると（数１０以上）、複数の電池セルをグループ化してブロックを作り、各ブロックに対応した監視ＩＣ２１がブロック毎に監視を行う。これにより電池セルの数が増えても監視ＩＣ２１の数の増大を抑制できる。各監視ＩＣ２１ａ〜２１ｃは監視対象のブロックに属する各電池セルの電圧や温度を検出する。

監視ＩＣ２１は、主に各電池セルの電圧測定機能、電池セルの温度測定機能、及び、均等化機能を有している。マイコン５０は、監視ＩＣ２１から電池セルの電圧を取得して、電池セルの電圧に基づき電池の残量を検出し、また、過電圧や低電圧（電池の過充電や過放電など）などの異常状態を検出する。また、マイコン５０は、監視ＩＣ２１から電池セルの温度を取得して、電池セルの異常発熱を検出し、また、温度により電池セルの残量を補正する。また、マイコン５０は電池セルの残量格差を検出すると均等化を行う。均等化とは、複数の電池セルが直列に接続されリーク電流の偏りや監視ＩＣ自体の消費電力の偏りによって生じる各電池セル間の残量のアンバランスを改善することをいう。均等化とは、残量の多い電池セルを放電させることで残量の少ない電池セルに合わせることである。また、残量の多い電池セルから少ない電池セルに電力を移動させてもよい（アクティブセルバランス手法）。

電池セルは直列接続されるため、高電圧側から低電圧側のブロックが存在する。図では最下位の監視ＩＣ２１ａが最も低電圧側の監視ＩＣで、最上位の監視ＩＣ２１ｃが最も高電圧側の監視ＩＣである。

最下位の監視ＩＣ２１ａ、中位の監視ＩＣ２１ｂ、及び、最上位の監視ＩＣ２１ｃは、デイジーチェーン接続されている。また、最下位の監視ＩＣ２１ａはマイコン５０と通信する機能を有しており、クロック線１７、送信線１８、及び、受信線１９、と接続されている。最下位の監視ＩＣはＣＳＩコントローラ１５と同等の機能、及び、ＵＡＲＴコントローラ１６と同等の機能を有している。なお、監視ＩＣ側にマイコンを配置してもよい。この場合、不図示のマイコンは最下位の監視ＩＣよりもＥＣＵ１００側に配置され、ＥＣＵ１００と通信する。

最下位の監視ＩＣ２１ａは、クロック線１７で送信されるクロック信号で同期を取り、マイコン５０から送信線１８で送信された制御データを受信する。制御データには監視ＩＣ２１又はブロックを指定する識別情報（又は電池セルを指定する識別情報でもよい）が含まれている。

最下位の監視ＩＣ２１ａはＣＳＩコントローラ１５の通信プロトコルからデイジーチェーン用のプロトコルに制御データをプロトコル変換して、中位の監視ＩＣ２１ｂに送信する。中位の監視ＩＣ２１ｂは、プロトコル変換された制御データを最上位の監視ＩＣ２１ｃに送信する。どのようなプロトコル変換が行われるかは監視ＩＣ２１の構成によって異なる。

制御データを受信した各監視ＩＣ２１ａ〜２１ｃは最上位の監視ＩＣ２１ｃから順番に応答を送信する。各監視ＩＣ毎に記憶しているＩＣアドレスで最上位と認識した監視ＩＣ２１ｃは、各電池セルの電圧や温度を検出して中位の監視ＩＣ２１ｂを経由して最下位の監視ＩＣ２１ａに送信する。最下位の監視ＩＣ２１ａはデイジーチェーン用の通信プロトコルからＵＡＲＴ用の通信プロトコルに電圧や温度を変換してマイコン５０に送信する。

次に、ＩＣアドレスと通過したデータ数から中位と認識した監視ＩＣ２１ｂは、各電池セルの電圧や温度を検出して最下位の監視ＩＣ２１ａに送信する。最下位の監視ＩＣ２１ａはデイジーチェーン用の通信プロトコルからＵＡＲＴ用の通信プロトコルに電圧や温度を変換してマイコン５０に送信する。

最後に、最下位の監視ＩＣ２１ａは各電池セルの電圧や温度を検出して、デイジーチェーン用の通信プロトコルからＵＡＲＴ用の通信プロトコルに電圧や温度を変換してマイコン５０に送信する。

図３は、マイコン５０の機能ブロック図の一例を示す。制御部４０は、ＣＰＵ１１がＲＯＭに記憶されたプログラムを実行しハードウェアと協働することで実現される機能又は手段である。制御部４０は、状態制御部４１、コマンド送信部４２、割込み禁止部４３、及び、データ処理部４４を有している。

状態制御部４１は、タイマユニット１４のレジスタにクロック信号ＣＬＫの周期に対応した値を設定し、また、所定のフラグをＯＮに設定することで、クロック信号ＣＬＫの送信を開始させる。また、上記フラグをＯＦＦに設定することで、クロック信号ＣＬＫの送信を停止させる。

コマンド送信部４２は、ＣＳＩコントローラ１５の送信バッファ３１に、監視ＩＣ２１に電池セルを監視させるための制御データを送信する。制御データには監視ＩＣ２１が解釈するコマンドと引数（例えば、ブロック、監視ＩＣ、電池セルを指定する情報）が含まれる。例えば以下のようなコマンドがある。
・電池セルの電圧を検出させるコマンド
・電池セルの温度を検出させるコマンド
・均等化を行わせるコマンド
割込み禁止部４３は、ＣＳＩコントローラ１５が制御データの送信を開始してから、ＵＡＲＴコントローラ１６が１サイクル分の受信データを受信するまでの間、ＣＰＵ１１への割込みを禁止する。詳しくは後述する。

なお、割込みを禁止しても、ＤＭＡバッファ３３が一定量になったという割込みは許可して、ＤＭＡＣ１がＤＭＡバッファ３３からＲＡＭに受信データを移動することを可能としてもよい。これにより、ＤＭＡバッファ３３が満杯になった場合に、受信データの受信処理だけは優先的に行うことができる。

データ処理部４４は、ＲＡＭから受信データを読み出して、各電池セルの電圧に過充電や過放電が生じていないか、異常発熱していないか、又は、均等化の必要性があるか、等を判断する。

〔監視ＩＣの状態遷移〕
図４は、監視ＩＣ２１の状態遷移図の一例である。
電源ＯＦＦ：監視ＩＣ２１に電力が供給されていない状態である。電力は消費されない。
電源ＯＮ ：監視ＩＣ２１に電力が供給されている状態である。スリープ状態、スタンバイ状態、及び、アクティブ状態の３つの状態を有し、
「スリープ状態＜スタンバイ状態＜アクティブ状態」
の順に消費電力が大きい。
スリープ状態 ：クロック信号ＣＬＫを検知する機能以外は作動していないため、スタンバイ状態よりも電力を消費しない状態である（スリープ状態は省エネ状態や休止状態と呼ばれる場合がある）。
スタンバイ状態：コマンドを受信すれば処理が可能な起動状態である。
アクティブ状態：コマンドを処理している処理状態である。

それぞれの遷移条件は以下のようになる。
・電源ＯＦＦ→スリープ状態
ＩＧ−ＯＮ
・スリープ状態→スタンバイ状態
クロック信号ＣＬＫ＝ＯＮ
・スタンバイ状態→アクティブ状態
コマンド受信（制御データ受信）
・アクティブ状態→スタンバイ状態
コマンド実行完了（受信データの送信完了）
・スタンバイ状態→スリープ状態
クロック信号ＣＬＫ＝ＯＦＦ
補足すると、監視ＩＣ２１は、ＩＧ−ＯＮの直後はスリープ状態であるが、ＩＧ−ＯＮによりマイコン５０がクロック信号ＣＬＫ＝ＯＮにする。ＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間はスタンバイ状態とアクティブ状態を行き来する。すなわち、少なくともスリープ状態が維持される。また、ＩＧ−ＯＦＦになると、マイコン５０はクロック信号ＣＬＫ＝ＯＦＦにする。したがって、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間は原則的にスリープ状態が維持される。そして、例外的に、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間に予め設定された定期タイミングになったと判定すると、マイコン５０はクロック信号ＣＬＫ＝ＯＮとして監視ＩＣ２１はスタンバイ状態になる。マイコン５０は電池セルの電圧を監視ＩＣ２１に取得させ、バラツキが大きい場合は均等化を行う。均等化動作は、マイコン５０が監視ＩＣ２１に均等化指示後、クロック信号ＣＬＫ＝ＯＦＦで開始され、監視ＩＣ２１内部のタイマーが所定時間を計測するとスリープ状態に遷移する。

このように、ＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間はスタンバイ状態を維持することで、マイコン５０はサイクルを維持して監視ＩＣ２１に電池の監視を要求できる。すなわち、監視ＩＣ２１がスリープ状態からスタンバイ状態に遷移するためには初期化（レジスタの設定、自己診断など）のためＡ秒の時間が必要であるが、１つのサイクルの終了から次のサイクルの開始の時間間隔（Ｂ秒）はＡ秒よりも短い。したがって、ＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間にスリープ状態に遷移すると、監視ＩＣ２１の監視周期が遅れるおそれがある。

本実施形態では、ＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間はクロック信号ＣＬＫ＝ＯＮを継続することで監視ＩＣ２１をスタンバイ状態に維持できる。また、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間はクロック信号ＣＬＫ＝ＯＦＦとすることで、スリープ状態に遷移させ、消費電力を低減できる。

〔制御データ、受信データのフォーマット〕
図５（ａ）はＣＳＩコントローラ１５が送信するスロットの一例を示す図である。スロットとは、ＣＳＩコントローラが送信するデータの送信単位である。ＣＳＩコントローラ１５では１つのスロットの長さが、例えば１〔ミリ秒〕のように定められており、スロットを繰り返し送信する。なお、１〔ミリ秒〕は一例であって、スロット長は制御データの長さに応じて設計される。１つのスロットは、コマンドとコマンドに対応した通信（引数など）を含み、残りは空き（次述するダミーデータ）となっている。

例えば、１つのスロットで１つのブロックの電圧又は温度を要求する制御データを送信する。したがって、ブロックの数だけスロットが送信される。

上記のように、監視ＩＣ２１は、制御データを受信して電圧や温度を検出してマイコン５０に送信する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、制御データ（ブロック１の電圧要求）に対し、ＵＡＲＴコントローラ１６は、一定時間Ｔの後にブロック１に属する電池セル１−１の電圧、電池セル１−２の電圧を次々と受信する。マイコン５０はＵＡＲＴコントローラ１６が継続的に受信データを受信できるように（間が空かないように）、制御データ（ブロック２の電圧要求）を送信する。制御データの送信には間隔がなくてもよい。したがって、ＵＡＲＴコントローラ１６は、ブロック１の電池セルの受信データに連続して、ブロック２に属する電池セル２−１の電圧、電池セル２−２の電圧を次々と受信する。なお、ＣＳＩコントローラ１５はブロック単位でなく電池セル単位で制御データを送信してもよい。

このように、制御データと受信データに同時性が得られ、ブロック１の制御データが送信されてから、最後のブロックの最後の電池セルの受信データが受信されるまでの時間は一定となる。

しかしながら、マイコン５０のＣＰＵ１１に割込みが発生すると、コマンド送信部４２が制御データを設定するタイミングが遅れたり、ＵＡＲＴコントローラ１６が受信するタイミングが遅れるおそれがある。この結果、ブロック１の制御データが送信されてから全ての電池セルの受信データが受信されるまでの時間が増大し、ＵＡＲＴコントローラ１６が一定時間内に全ての電池セルの受信データを受信できないおそれが生じる。

そこで、本実施形態の割込み禁止部４３は、最初のブロックの制御データを送信する直前から、全ての電池セルの受信データの受信が完了するまで、ＣＰＵ１１を割込み禁止に設定することで、上記の不都合を回避する。

図６（ａ）はＣＳＩコントローラ１５が送信する制御データのフォーマットの一例を示す図である。なお、ＣＳＩコントローラ１５はスレーブモードであり、送信速度は３００〔kbps〕、データ格納方式はＭＳＢファースト（最上位bitから格納する方式）であるとする。図では１キャラクタが１０ビットである。なお、フォーマットや送信速度は一例であり、フォーマットや通信速度は適宜設計される。また、データ格納方式はＬＳＢファーストでもよい。

ＣＳＩコントローラ１５は、送信バッファに格納された制御データにスタートビットＳＴＡとストップビットＳＴＰを追加する。なお、パリティビットを追加してもよい。また、１つのサイクル同士の間隔を上記の１ミリ秒に揃えるため、ストップビットＳＴＰの後にダミー情報を付加する。すなわち、１ミリ秒で送信できるデータサイズがＭビットで、制御データのサイズがNビットの場合、「Ｍ−Ｎ−２（スタートビットとストップビット）」ビットのダミー情報を付加する。

図６（ｂ）はＵＡＲＴコントローラ１６が受信する受信データのフォーマットの一例を示す図である。１つのデータが１０ビット、先頭にスタートビットSTA、最後にストップビットSTPが付与されている。なお、パリティを付加してもよい。ＵＡＲＴでは、データの送信がない場合はHighが維持され、データの送信開始がLowレベルのスタートビットSTAで通知される。ストップビットはHighレベルである。なお、フォーマットや送信速度は一例であり、フォーマットや通信速度は適宜設計される。また、データ格納方式はＬＳＢファーストでもよい。

図６（ｃ）は、ＵＡＲＴコントローラ１６がＤＭＡＣ１のＤＭＡバッファ３３に蓄積する受信データを模式的に説明する図の一例である。ＵＡＲＴコントローラ１６は受信データを受信するとＤＭＡＣ１に通知する。ＤＭＡＣ１はＵＡＲＴコントローラ１６の受信データをＤＭＡバッファ３３に記憶する。ＤＭＡＣ１のＤＭＡバッファ３３は、例えば全ての電池セルの受信データを受信可能な容量を備えている。

ＤＭＡＣ１は、不図示のカウンタレジスタでＤＭＡバッファ３３に受信データを格納した回数（又はデータ量でもよい）をカウントしている。ＤＭＡＣ１はカウント値が予め定めた回数（例えば電池セルの個数）となると、ＣＰＵ１１に割込みして受信データの受信を通知する。

このように、ＵＡＲＴコントローラ１６とＤＭＡＣ１を使用して複数の電池セルの受信データを受信することで、ＣＰＵ１１への割込み頻度を抑制できるのでマイコン５０の処理負荷を低減できる。例えば、従来のようにＣＳＩコントローラ１５が受信データを受信した場合、１つの電池セルの受信データ毎に割り込みが発生し、マイコン５０の処理負荷が増大するおそれがある。

なお、割込み禁止部４３がＣＰＵ１１への割り込みを禁止しているが、割込み禁止部４３による割込み禁止が受信割り込み以外の割り込みも含めて禁止するのに対し、ＵＡＲＴコントローラ１６とＤＭＡＣ１は受信割り込みのみを低減する点で異なっている。しかし、マイコン５０が監視ＩＣ２１を制御している間は受信割り込みの頻度が最も大きいので、ＵＡＲＴコントローラ１６とＤＭＡＣ１が受信データを受信することは、割込み禁止部４３と同程度の効果を有している。

〔動作手順〕
図７は、本実施形態の電池監視システム２００の動作手順を説明するシーケンス図の一例である。図７の手順は、運転者が車両に乗車してＩＧ−ＯＮの操作を行うことでスタートする。
S1：制御部４０はＩＧ−ＯＮを検出する。ＩＧ−ＯＮの直後、監視ＩＣ２１はスリープ状態である。
S2：ＩＧ−ＯＮが検出されると状態制御部４１は、タイマユニット１４を制御してクロック信号ＣＬＫの送信を開始する。
S3：タイマユニット１４はクロック信号ＣＬＫを送信する。
S4：クロック信号ＣＬＫの受信により、監視ＩＣ２１はスリープ状態からスタンバイ状態に遷移する。
S5：制御部４０が電池パック７０を監視するタイミングになったことを検出すると、割込み禁止部４３は制御データの送信前にＣＰＵ１１を割込み禁止に設定する。
S6：その後、コマンド送信部４２は、制御データをＣＳＩコントローラ１５の送信バッファに書き込む。
S7：本実施形態のＣＳＩコントローラ１５はスレーブ状態にて動作するので、送信バッファ３１に制御データが書き込まれることで、ＣＳＩコントローラ１５は自動的に制御データの送信を開始する。
S8：制御データの受信により、監視ＩＣ２１はスタンバイ状態からアクティブ状態に遷移する。
S9：アクティブ状態の監視ＩＣ２１は、制御データに含まれるコマンドを解釈して電池セルの電圧又は温度を収集する。
S10：監視ＩＣ２１は、収集した電池セルの電圧又は温度を受信データとして順番にマイコン５０に送信する。
S11：マイコン５０のＵＡＲＴコントローラ１６は受信データを受信する。マイコン５０と監視ＩＣ２１は全ての電池セルの電池情報を受信するまでステップＳ６〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
S12：監視ＩＣ２１は、制御データを受信しなくなるとアクティブ状態からスタンバイ状態に遷移する。
S13：また、コマンド送信部が１サイクル分の制御データを送信すると（全てのブロック又は電池セルから電圧又は温度を受信するための制御データを送信すると）、割込み禁止部４３は割込み禁止を解除する。ＣＰＵ１１がＤＭＡＣ１の割込みを受け付けるので、ＤＭＡＣ１がＤＭＡバッファ３３の受信データをＲＡＭに転送する。これにより、データ処理部４４は、各電池セルの電圧に過充電や過放電が生じていないか、異常発熱していないか等を判断する。

この後、制御部４０が次のサイクルのタイミングになったことを検出すると、マイコン５０と監視ＩＣ２１は、再度、Ｓ５〜Ｓ１３の処理を行う。
S14：運転者がＩＧ−ＯＦＦすると、制御部４０はＩＧ−ＯＦＦを検出する。
S15：状態制御部４１は、タイマユニット１４を制御してクロック信号ＣＬＫの送信を停止させる。
S16：タイマユニット１４はクロック信号ＣＬＫの送信を停止する。
S17：クロック信号ＣＬＫを受信しなくなることにより、監視ＩＣ２１はスタンバイ状態からスリープ状態に遷移する。これにより、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間の監視ＩＣ２１の消費電力を低減できる。

図７は、ＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間の動作手順であるが、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間もほぼ同様に処理される。ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間は無負荷状態なので電池セルの電圧を正確に測定しやすい。このため、マイコン５０はＩＧ−ＯＦＦ後、所定のタイミング（例えば、1時間おきなど）で起動し、制御部４０はＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間に検出した電圧や温度に基づき、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間に各電池セルの均等化を行うことができる。

〔電池監視システムの別の実施形態〕
図８は、電池監視システム２００の別の実施形態を説明するための概略説明図の一例である。図８では、マイコン５０がタイマユニット１４を有していない。このため、マイコン５０がクロック信号ＣＬＫを送信することができなくなるので、ＣＳＩコントローラ１５がタイマユニットを兼ねてクロック信号ＣＬＫを送信する。

従来からＣＳＩコントローラ１５は、出力用の端子、又は、クロック信号を送信する端子を有しているので、これらの端子を利用してクロック信号ＣＬＫを送信すればよい。

監視ＩＣ２１をスタンバイ状態に維持する場合（ＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間で制御データがない場合）、状態制御部４１はタイマユニット１４ではなくＣＳＩコントローラ１５を制御して、クロック信号ＣＬＫを送信するための疑似クロックデータをＣＳＩコントローラ１５の送信バッファ３１に設定する。クロック信号ＣＬＫは、"１"と"０"が交互に表れる信号なので、疑似クロックデータは"１０１０１０１０"を繰り返し送信するデータである。または、状態制御部４１はクロック信号ＣＬＫの周期毎に端子が出力する電圧レベルのＨｉｇｈとＬｏｗを交互に切り替える。

監視ＩＣ２１はクロック信号ＣＬＫを受信している間、スタンバイ状態を維持することができる。また、監視ＩＣ２１はクロック信号ＣＬＫにより同期を取って制御データを受信できる。

図８の実施形態では、タイマユニット１４が不要になるのでコスト低減が可能となるが、制御データを送信する必要がない状態でもＣＰＵ１１が疑似クロックデータを送信バッファ３１に設定する必要があるのでマイコン５０の処理負荷が増大するおそれがある。ただし、ＣＳＩコントローラ１５がクロック信号ＣＬＫを送信する回路を有する場合はマイコン５０の処理負荷の増大を最小限に抑制できる。

図９は、電池監視システム２００の別の実施形態を説明するための概略説明図の一例である。図９では、マイコン５０がタイマユニット１４を有していないが、マイコン５０の外部に外部クロック回路５１が接続されている。外部クロック回路５１はマイコン５０の入出力Ｉ／Ｆを介してマイコン５０と接続されている。

このような構成では、状態制御部４１は外部クロック回路５１を制御してクロック信号ＣＬＫを送信すればよい。したがって、図３の構成と同様にクロック信号ＣＬＫを送信できる。

図９の実施形態ではマイコン５０がタイマユニット１４を有していない場合でも、マイコン５０はクロック信号ＣＬＫを送信して監視ＩＣ２１の状態を制御できる。

以上説明したように、本実施形態の電池監視システム２００は、状態遷移線２０を使用せずに監視ＩＣ２１の状態を遷移できるので、状態遷移線２０を削減できるだけでなく、アイソレータ６０のチャンネル数を削減できコストを低減することができる。クロック信号ＣＬＫにより監視ＩＣ２１の状態を遷移できるので、監視ＩＣ２１の消費電力を停電したり、ＩＧ−ＯＦＦ状態が維持されている間に無負荷状態で電池セルの電圧を正確に測定し、複数ある電池セルの均等化を行うことができる。

また、全ての電池セルの電圧又は温度を受信するまでＣＰＵ１１に対する割込みが禁止されるので、制御データと受信データの同時性を維持し、全ての電池セルの受信データを受信する時間を一定にできる。

また、受信データはＵＡＲＴコントローラが受信しＤＭＡバッファ３３に蓄積しておくので、ＣＰＵに受信割り込みが入りにくくなっており、マイコンの処理負荷を低減できる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、ＣＳＩコントローラはＳＰＩやＩ２Ｃなどの同期通信のコントローラであればよい。また、ＵＡＲＴコントローラは非同期通信の通信コントローラであればよい。

１１ ＣＰＵ
１２ ＤＭＡＣ０
１３ ＤＭＡＣ１
１４ タイマユニット
１５ ＣＳＩコントローラ
１６ ＵＡＲＴコントローラ
２１ 監視ＩＣ
５０ マイコン
６０ アイソレータ
７０ 電池パック

Claims (9)

1. 車載された電池の監視部を制御する電池監視部制御装置であって、
   絶縁されたクロック信号線を介して、クロック信号を前記監視部に送信するクロック信号送信手段と、
   絶縁された送信線を介して、前記クロック信号と同期して前記監視部を制御するための制御データを前記監視部に送信する制御データ送信手段と、
   前記制御データ送信手段が前記制御データを送信しない間、前記クロック信号送信手段による前記クロック信号の送信を停止させることで前記監視部を処理が可能な状態よりも消費エネルギーが少ない状態に遷移させるクロック制御手段と、
   を有することを特徴とする電池監視部制御装置。
2. 前記監視部から送信された監視結果を絶縁された受信線を介して受信するデータ受信手段を有し、
   前記データ受信手段は、非同期通信で監視結果を受信する、
   ことを特徴とする請求項１記載の電池監視部制御装置。
3. 前記データ受信手段は、所定量の監視結果を蓄積した場合に受信割り込みを発生する
   ことを特徴とする請求項２記載の電池監視部制御装置。
4. 前記制御データ送信手段が制御データを送信する前から、前記データ受信手段が、前記電池が有する複数の電池セルの全ての監視結果を受信するまで、当該電池監視部制御装置のＣＰＵへの割り込みを禁止する割り込み禁止手段を有する、
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の電池監視部制御装置。
5. 当該電池監視部制御装置は、
   前記クロック信号線、前記送信線、及び、前記受信線を介してのみ前記監視部と接続されている、
   ことを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の電池監視部制御装置。
6. 前記クロック制御手段は、当該電池監視部制御装置が搭載された車両のＩＧ−ＯＮ状態が維持されている間、
   前記クロック信号送信手段に前記クロック信号の送信を継続させることで、前記監視部を起動状態に維持する、
   ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の電池監視部制御装置。
7. 前記クロック信号送信手段は、設定された値に応じた定周期のパルスを出力するタイマユニットであり、
   前記クロック制御手段は、前記タイマユニットに対しパルス出力の停止を設定することで前記クロック信号の送信を停止させる、
   ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の電池監視部制御装置。
8. 前記制御データ送信手段が前記クロック信号送信手段を兼用し、
   前記制御データ送信手段は、前記制御データとは別に、当該電池監視部制御装置のＣＰＵの制御により定周期のパルスを前記監視部に出力する、
   ことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の電池監視部制御装置。
9. 電池の監視部と、前記監視部を制御する電池監視部制御装置とが通信可能に接続された電池監視システムであって、
   前記電池監視部制御装置は、
   絶縁されたクロック信号線を介して、クロック信号を前記監視部に送信するクロック信号送信手段と、
   絶縁された送信線を介して、前記クロック信号と同期して前記監視部を制御するための制御データを前記監視部に送信する制御データ送信手段と、
   前記制御データ送信手段が前記制御データを送信しない間、前記クロック信号送信手段による前記クロック信号の送信を停止させることで前記監視部を処理が可能な状態よりも消費エネルギーが少ない状態に遷移させるクロック制御手段と、を有し、
   前記監視部は、
   前記制御データに基づき監視した電池の監視結果を前記電池監視部制御装置に送信する、ことを特徴とする電池監視システム。

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