JP5468846B2

JP5468846B2 - 複数組電池の状態監視ユニット

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Publication number: JP5468846B2
Application number: JP2009194264A
Authority: JP
Inventors: 将士関▲崎▼; 聡石川; 公洋松浦
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: US8446123B2; US20110050237A1; JP2011047683A

Description

本発明は、複数の単位セルを直列接続して所望の電圧を出力する複数組電池の状態を監視するユニットに関するものである。

例えば、ハイブリッド車両では、モータの駆動電源として、複数組電池を備えている。複数組電池は、例えば、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの二次電池（蓄電式電池）の単位セルを複数個直列接続して高電圧を得ている。

このような複数組電池においては、各単位セルが過放電状態や過充電状態とならないように、各単位セルの充電状態を監視する必要がある。単位セルの充電状態を監視するには、各単位セルの電圧と複数組電池の充放電電流とを測定する必要がある。これらを測定することで、複数組電池が充電と放電のどちらの状態にあるかを認識した上で各単位セルの充電状態を把握することができ、また、各単位セルの抵抗値を算出して各単位セルの劣化状態を判別することができる。

ところで、複数組電池の制御装置は、複数組電池の充放電回路と接続される高圧側と、この高圧系から絶縁された低圧側との２系統設けられる。高圧側の制御装置は各単位セルに対応して複数設けられ、各高圧側の制御装置では各単位セルの電圧測定が行われる。測定した各単位セルの電圧は、フォトカプラ等の非接触コネクタを介して低圧側の制御装置に出力される。低圧側の制御装置では、非接触型の電流センサを用いて複数組電池の充放電電流の測定が行われる。測定された複数組電池の充放電電流は、各高圧側の制御装置から入力された各単位セルの電圧と共に、そのまま又は加工されて、車両の上位コンピュータに出力される。

このように、単位セルの電圧を高圧側の制御装置で測定し、複数組電池の充放電電流を低圧側の制御装置で測定する場合は、両者の測定タイミングを同期させる必要がある。その理由の一つとして、ハイブリッド車両では車両の加速と減速とが頻繁に行われることが挙げられる。

車両の加速と減速とが入れ替わると、モータジェネレータの力行状態と回生状態とが入れ替わって、複数組電池の充放電状態も入れ替わる。したがって、単位セルの電圧測定のタイミングと複数組電池の充放電電流の測定タイミングとが同期していないと、実際には複数組電池の放電中に測定した単位セルの電圧を、複数組電池の充放電電流の測定結果から充電中の電圧と取り違えて、バッテリの充電状態を誤認識してしまう可能性がある。また、上述した同期が取れていないと、単位セルの電圧と複数組電池の充放電電流とから単位セルの抵抗を正確に判定できなくなる可能性がある。

そこで、各高圧側の制御装置から低圧側の制御装置に各単位セルの測定電圧が個別に入力される場合には、単位セルの測定電圧の入力タイミングと同期して低圧側の制御装置が複数組電池の充放電電流を測定することで、上述した同期を取ることができる（例えば、特許文献１）。

特開２００９−５００８５号公報

上述した従来技術における同期の取り方は、低圧側の制御装置がどの高圧側の制御装置から単位セルの測定電圧が入力されるかを判別できることを前提としている。そのためには、低圧側の制御装置が各高圧側の制御装置に電圧測定コマンドを個別に出力して、この電圧測定コマンドに呼応した単位セルの測定電圧の入力がどの高圧側の制御装置からのものであるかを、低圧側の制御装置が判別できるようにする必要がある。

したがって、低圧側の制御装置が全ての高圧側の制御装置に共通の電圧測定コマンドを出力し、これに呼応して各高圧側の制御装置が対応する単位セルの測定電圧を低圧側の制御装置に出力する場合には、各単位セルの電圧測定のタイミングと複数組電池の充放電電流の測定タイミングとを同期させることが困難になる。それは、各高圧側の制御装置に対する電圧測定コマンドが共通であることから、低圧側の制御装置に単位セルの測定電圧が入力された際に、どの高圧側の制御装置からのものであるかを低圧側の制御装置が判別できないからである。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、直列に接続された複数の単位セルにそれぞれ対応する全ての高圧側の制御装置が、低圧側の制御装置からの共通の電圧測定コマンドに呼応して、対応する単位セルの測定電圧を低圧側の制御装置に出力する場合にも、各単位セルの電圧測定タイミングと複数組電池の充放電電流の測定タイミングとの同期を図ることができる、複数組電池の状態監視ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットは、複数組電池の直列に接続された複数の単位セルにそれぞれ対応する複数の電圧監視装置が設けられる高圧側と、該高圧側とは電気的に絶縁されて前記各電圧監視装置を制御する主制御装置が設けられる低圧側とを有し、前記単位セルの電圧測定を指示する共通の電圧測定コマンドが、デイジーチェーン方式の通信回線を介して前記主制御装置から前記各電圧監視装置にそれぞれ送信される複数組電池の状態監視ユニットにおいて、前記主制御装置は、前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信時点から、該電圧測定コマンドを受信した前記電圧監視装置による前記単位セルの電圧測定までの、前記各電圧監視装置毎の所要時間に基づいて決定された待機時間を記憶する記憶手段を有しており、前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信後、前記待機時間が経過する毎に、前記複数組電池の充放電電流を測定するものであり、前記各電圧監視装置は、対応する前記各単位セルの電圧測定時に出力が変化する測定タイミング検出回路を内蔵しており、前記所要時間は、前記主制御装置による前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信から前記各電圧監視装置の前記測定タイミング検出回路の出力変化までの時間であり、かつ、前記各電圧監視装置毎の前記所要時間の最大時間差は、前記単位セルの電圧測定タイミングと前記複数組電池の充放電電流測定タイミングとの間に許容された最大時間差以内に収まっており、前記待機時間は、前記各電圧監視装置毎の前記所要時間の平均値又は該平均値に最も近い中間値に決定されていることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットによれば、主制御装置は、各電圧監視装置にデイジーチェーン方式で電圧測定コマンドを送信した後、待機時間が経過すると、複数組電池の充放電電流を測定する。この待機時間は、電圧測定コマンドの送信から各電圧監視装置において単位セルの電圧測定がそれぞれ行われるまでの所要時間に基づいて決定される。

したがって、主制御装置が複数組電池の充放電電流を測定するタイミングは、各電圧監視装置が単位セルの電圧を測定するタイミングと関連性を持つタイミングとなる。このため、共通の電圧測定コマンドにより各電圧監視装置にそれぞれ単位セルの電圧を測定させる場合であっても、各単位セルの電圧測定タイミングと複数組電池の充放電電流の測定タイミングとの同期を図ることができる。

また、請求項２に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットは、請求項１に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットにおいて、前記各電圧監視装置が、対応する前記各単位セルの電圧測定時に出力が変化する測定タイミング検出回路を内蔵しており、前記所要時間が、前記主制御装置による前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信から前記各電圧監視装置の前記測定タイミング検出回路の出力変化までの時間であることを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の本発明の複数組電池の状態監視ユニットによれば、請求項１に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットにおいて、各電圧監視装置が対応する単位セルの電圧を測定するタイミングを、各電圧監視装置が内蔵する測定タイミング検出回路の出力変化によって認識できるようになる。したがって、主制御装置が電圧測定コマンドを出力してから電圧監視装置が単位セルの電圧を測定するまでの所要時間を確実に把握できるようにし、主制御装置の記憶手段に記憶させる待機時間を適切な時間に決定することができる。

さらに、請求項３に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットは、請求項１又は２に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットにおいて、前記各電圧監視装置毎の前記所要時間の最大時間差が、前記単位セルの電圧測定タイミングと前記複数組電池の充放電電流測定タイミングとの間に許容された最大時間差以内に収まっており、前記待機時間が、前記各電圧監視装置毎の前記所要時間の平均値又は該平均値に最も近い中間値に決定されていることを特徴とする。

請求項３に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットによれば、請求項１又２に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットにおいて、電圧測定コマンドの送信から待機時間が経過して複数組電池の充放電電流が測定されるタイミングに対する、各電圧監視装置が対応する単位セルの電圧をそれぞれ測定するタイミングの時間差は、最大でも、両者の間に許容された最大時間差以内に収まることになる。したがって、各単位セルの電圧測定タイミングと複数組電池の充放電電流の測定タイミングとの間に、必要なレベルでの同期を取ることができる。

また、請求項４に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットは、請求項１又は２に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットにおいて、前記記憶手段に、前記待機時間として前記各電圧監視装置の前記所要時間がそれぞれ記憶されており、前記主制御装置が、前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信から前記待機時間としての前記各電圧監視装置の前記所要時間がそれぞれ経過した時点で、前記複数組電池の充放電電流をそれぞれ測定することを特徴とする。

請求項４に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットによれば、請求項１又２に記載した本発明の複数組電池の状態監視ユニットにおいて、各電圧監視装置が対応する単位セルの電圧をそれぞれ測定するタイミングが到来する毎に、電圧測定コマンドの送信から待機時間が経過した時点が到来して、複数組電池の充放電電流がその都度測定されることになる。したがって、各単位セルの電圧測定タイミングにそれぞれ複数組電池の充放電電流の測定タイミングを同期させることができる。

本発明の複数組電池の状態監視ユニットによれば、共通の電圧測定コマンドにより各電圧監視装置にそれぞれ単位セルの電圧を測定させる場合であっても、各単位セルの電圧測定タイミングと複数組電池の充放電電流の測定タイミングとの同期を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る複数組電池の状態監視ユニットの電気的な概略構成を示すブロック図である。図１の電圧監視装置の詳細な構成を示すブロック図である。図２の各電圧監視装置のコントロール部が行う処理を示すフローチャートである。図１の主制御装置が行う処理を示すフローチャートである。図１の主制御装置が行う処理を示すフローチャートである。図１の主制御装置が行う処理を示すフローチャートである。本発明の他の実施家板に係る複数組電池の状態監視ユニットの主制御装置が行う処理を示すフローチャートである。本発明の他の実施家板に係る複数組電池の状態監視ユニットの主制御装置が行う処理を示すフローチャートである。

以下、本発明による複数組電池の状態監視ユニットの実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る複数組電池の状態監視ユニットの電気的な概略構成を示すブロック図である。図１中引用符号１０で示す複数組電池の状態監視ユニット（以下、「状態監視ユニット」と略記する。）は、リチウム電池等の単位セルを複数直列接続した二次電池１３（請求項中の複数組電池に相当）の電圧を管理するものである。この二次電池１３は、車両（図示せず）の推進用モータＭの電源として使用される。本実施形態では、５５個の単位セルＢＴ−１〜ＢＴ−５５を直列接続することで二次電池１３を構成している。この二次電池１３は、例えば、ハイブリッド車両や電気自動車に用いられるモータを駆動するための高電圧バッテリとして用いられる。

図１に示すように、本実施形態に係る状態監視ユニット１０は、絶縁インターフェース３２を介して、高電圧側装置１１（請求項中の高圧側に相当）と低電圧側装置１２（請求項中の低圧側に相当）に分離されている。

高電圧側装置１１は、５個の電圧監視用ＩＣ、即ち、第１電圧監視用ＩＣ２１−１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−５（請求項中の電圧監視装置に相当）を備えている。そして、第１電圧監視用ＩＣ２１−１は、第１ブロック６１−１として区切られた１１個の単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を測定する。また、第２電圧監視用ＩＣ２１−２は、第２ブロック６１−２として区切られた１１個の単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２の出力電圧を測定し、同様に、第３電圧監視用ＩＣ２１−３は、第３ブロック６１−３として区切られた１１個の単位セルＢＴ２３〜ＢＴ３３の出力電圧を測定し、第４電圧監視用ＩＣ２１−４は、第４ブロック６１−４として区切られた１１個の単位セルＢＴ３４〜ＢＴ４４の出力電圧を測定し、第５電圧監視用ＩＣ２１−５は、第５ブロック６１−５として区切られた１１個の単位セルＢＴ４５〜ＢＴ５５の出力電圧を測定する。

また、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器２６（図２参照）を備えており、Ａ／Ｄ変換用の基準電源７１−１〜７１−５より出力される基準電圧を用いて、各ブロック（第１ブロック〜第５ブロック）に設けられる各単位セル毎に測定された電圧信号をディジタルの電圧信号に変換する。

さらに、第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５は、通信線３１（請求項中の通信回線に相当）を介して、第１電圧監視用ＩＣ２１−１に接続され、該電圧監視用ＩＣ２１−１は、絶縁インターフェース３２を介して、低電圧側装置１２側に設けられているメインマイコン３３（請求項中の主制御装置に相当）に接続されている。即ち、メインマイコン３３と、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５は、絶縁インターフェース３２を介して、通信線３１によりデイジーチェーン通信で接続されている。なお、通信線３１の終端に位置する第５電圧監視用ＩＣ２１−５（の後述する通信Ｉ／Ｆ３５ａ）には、ターミネータ（終端抵抗、図示せず）が接続される。

図２は、第１電圧監視用ＩＣ２１−１の内部構成を示すブロック図であり、以下、図２を参照して第１電圧監視用ＩＣ２１−１の詳細な構成について説明する。なお、第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５は、第１電圧監視用ＩＣ２１−１と同一構成であるので、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、第１電圧監視用ＩＣ２１−１は、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１より出力される電力を入力して、所定の電圧を生成する電源回路２３と、ブロック６１−１に設けられる各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１と接続され、これらの出力電圧を検出するセル電圧入力部２２と、セル電圧入力部２２より出力される各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の電圧信号を、１系統の時系列的な信号に変換するマルチプレクサ２５と、マルチプレクサ２５より出力される各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２６と、を備えている。Ａ／Ｄ変換器２６は、基準電源７１−１より出力される基準電圧を用いて、アナログ信号をディジタル信号に変換する。

さらに、第１電圧監視用ＩＣ２１−１は、コントロール部２７と、２つの通信Ｉ／Ｆ３５ａ，３５ｂを備えている。

コントロール部２７は、データ記憶用のメモリ２８及びレジスタ２９を備えたワンチップマイコンによって構成することができ、第１電圧監視用ＩＣ２１−１を総括的に制御する。また、コントロール部２７は、Ａ／Ｄ変換器２６より、各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧が入力された場合には、入力された単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の電圧をメモリ２８に記憶すると共に、この記憶した各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の出力電圧を通信Ｉ／Ｆ３５ａ，３５ｂを介して、図１に示すメインマイコン３３に送信する処理を行う。

さらに、第１電圧監視用ＩＣ２１−１は、ＡＤＣタイミングチェック回路３６（請求項中の測定タイミング検出回路に相当）を備えている。ＡＤＣタイミングチェック回路３６は、Ａ／Ｄ変換器２６によるＡ／Ｄ変換のタイミングを監視する監視モードのオンオフを設定することができる。この設定は、外部からの設定信号によって行うこともでき、あるいは、内蔵する不図示のディップスイッチの操作によって行うこともできる。

ＡＤＣタイミングチェック回路３６は、監視モードがオンに設定されているときに、Ａ／Ｄ変換器２６がＡ／Ｄ変換を行う度に出力信号のハイローのレベルが反転するチェック信号の出力ポートを有している。この出力ポートから出力されるチェック信号（チェック出力）は、ＡＤＣタイミングチェック回路３６に接続した外部端末（図示せず）に取り込んで利用することもでき、通信Ｉ／Ｆ３５ｂ及び通信線３１を介して図１に示すメインマイコン３３に送信するために、コントロール部２７に取り込ませることもできる。本実施形態では、ＡＤＣタイミングチェック回路３６のチェック出力をコントロール部２７に取り込ませるものとする。

なお、第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５は、基本的には、第１電圧監視用ＩＣ２１−１と同一構成である。但し、セル電圧入力部２２や電源回路２３にそれぞれ接続される単位セルは、各第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５にそれぞれ対応する各単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５となっている。

以上のような構成による第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のコントロール部２７は、自身を宛先とするコマンドが通信Ｉ／Ｆ３５ｂから入力されると、そのコマンドにおいて指令された動作のための制御を行う。また、自身以外を宛先とするコマンドが通信Ｉ／Ｆ３５ｂから入力されると、そのコマンドを通信Ｉ／Ｆ３５ａから出力する。さらに、コントロール部２７は、通信Ｉ／Ｆ３５ａから入力されたデータ等を通信Ｉ／Ｆ３５ｂから出力する。

上述した制御を含む、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のコントロール部２７が行う主な処理は、図３のフローチャートに示すとおりである。この図３に示す処理を、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のコントロール部２７はそれぞれ繰り返して行う。

即ち、図３に示すように、コントロール部２７は、まず、後述するメインマイコン３３から電圧検出起動指令（請求項中の電圧測定コマンドに相当）が、通信Ｉ／Ｆ３５ｂから入力されたか否かを確認する（ステップＳ１１）。この電圧検出起動指令は、本実施形態では、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５の全てを宛先に含んでいるものとする。入力されていない場合は（ステップＳ１１でＮＯ）、後述するステップＳ１７に進む。

一方、メインマイコン３３からの電圧検出起動指令が入力された場合は（ステップＳ１１でＹＥＳ）、コントロール部２７は、入力された電圧検出起動指令に呼応して、接続先の各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の出力電圧をセル電圧入力部２２により検出させる（ステップＳ１２）。そして、これをマルチプレクサ２５により１系統の時系列的な各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧信号に変換させ、さらに、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル信号に変換させた後、メモリ２８に一時格納する（ステップＳ１３）。

次に、コントロール部２７は、自電圧監視用ＩＣ（第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５）が通信線３１上の終端機器（第５電圧監視用ＩＣ２１−５）であるか否かを確認する（ステップＳ１４）。終端機器である（第５電圧監視用ＩＣ２１−５である）場合は（ステップＳ１４でＹＥＳ）、メモリ２８に一時格納した各単位セルＢＴ４５〜ＢＴ５５のディジタルの電圧信号を、通信線３１上の始端側の隣り合う電圧監視用ＩＣ（第４電圧監視用ＩＣ２１−４である）に向けて、通信Ｉ／Ｆ３５ｂから通信線３１に出力する（ステップＳ１５）。その後、処理を終了する。終端機器でない（第１〜第４電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−４である）場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、入力された電圧検出起動指令を、通信線３１上の終端側の隣り合う電圧監視用ＩＣ（第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５）に向けて通信Ｉ／Ｆ３５ａから通信線３１に出力する（ステップＳ１６）。その後、処理を終了する。

ステップＳ１７では、コントロール部２７は、通信線３１上の終端側の隣り合う第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５からの、各単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５のディジタルの電圧信号が、通信Ｉ／Ｆ３５ｂから入力されたか否かを確認する。入力されていない場合は（ステップＳ１７でＮＯ）、後述するステップＳ１９に進む。

一方、各単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５のディジタルの電圧信号が通信Ｉ／Ｆ３５ｂから入力された場合は（ステップＳ１７でＹＥＳ）、入力されたディジタルの電圧信号に、メモリ２８に一時格納したディジタルの各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４の電圧信号を加えて、通信Ｉ／Ｆ３５ｂから通信線３１に出力する（ステップＳ１８）。その後、処理を終了する。

ステップＳ１９では、コントロール部２７は、ＡＤＣタイミングチェック回路３６からのチェック出力が入力されたか否かを確認する。入力されていない場合は（ステップＳ１９でＮＯ）、ステップＳ１１にリターンする。入力された場合は（ステップＳ１９でＹＥＳ）、ＡＤＣタイミング信号を生成して、通信Ｉ／Ｆ３５ｂから通信線３１に出力する（ステップＳ２０）。その後、処理を終了する。

なお、ステップＳ２０で生成するＡＤＣタイミング信号は、ＡＤＣタイミングチェック回路３６からのチェック出力が入力された時点、つまり、Ａ／Ｄ変換器２６がＡ／Ｄ変換を行ったタイミングを特定できるデータと、自電圧監視用ＩＣ（第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５）を特定できるデータとを含んでいるものとする。Ａ／Ｄ変換器２６のＡ／Ｄ変換タイミングを特定できるデータは、例えば、コントロール部２７が管理している時計手段によってチェック出力の入力時に計時された時刻のタイムスタンプデータであってもよい。

図１に示すように、メインマイコン３３は、ワークエリア等が設けられるＲＡＭ３３ａと、制御プログラム等が格納されたＲＯＭ３３ｂとを内蔵している。ＲＡＭ３３ａのワークエリアには、待機時間データの格納領域が確保されている。この待機時間データ格納領域には、メインマイコン３３に接続された電流センサ３７によって二次電池１３の充放電電流を非接触で測定するタイミングを示す待機時間のデータが格納されている。なお、メインマイコン３３は、動作モードを試験モードと通常モードとに切り替えることができる。動作モードの切り替えは、外部からの設定信号によって行うこともでき、あるいは、内蔵する不図示のディップスイッチの操作によって行うこともできる。

メインマイコン３３がＲＯＭ３３ｂに格納された制御プログラムを実行することで行う、二次電池１３の状態監視に関する主な処理は、図４のフローチャートに示すとおりである。この図４に示す処理をメインマイコン３３は繰り返して行う。

即ち、図４に示すように、メインマイコン３３は、動作モードが試験モードであるか否かを確認する（ステップＳ３１）。試験モードである場合は（ステップＳ３１でＹＥＳ）、試験モード処理を実行して（ステップＳ３２）、処理を終了する。試験モードでない場合は（ステップＳ３１でＮＯ）、通常モード処理を実行して（ステップＳ３３）、処理を終了する。

ステップＳ３２の試験モード処理では、図５のフローチャートに示すように、メインマイコン３３は、試験用の電圧検出起動指令の出力要求が発生したか否かを確認する（ステップＳ３２１）。試験用の電圧検出起動指令の出力要求は、外部からの設定信号によって発生させることもでき、あるいは、上述した不図示の内蔵ディップスイッチによる試験モードへの切替操作によって自動的に発生させることもできる。

試験用の電圧検出起動指令の出力要求が発生していない場合は（ステップＳ３２１でＮＯ）、メインマイコン３３は、動作モードが試験モードから通常モードに切り替わったか否かを確認する（ステップＳ３２２）。通常モードに切り替わっていない場合は（ステップＳ３２２でＮＯ）、ステップＳ３２１をリターンする。通常モードに切り替わった場合は（ステップＳ３２２でＹＥＳ）、試験モード処理を終了する。

試験用の電圧検出起動指令の出力要求が発生した場合は（ステップＳ３２１でＹＥＳ）、通信線３１に試験用の電圧検出起動指令を出力する（ステップＳ３２３）。そして、通信線３１からのＡＤＣタイミング信号が入力されたか否かを確認する（ステップＳ３２４）。

入力されていない場合は（ステップＳ３２４でＮＯ）、ステップＳ３２４をリピートする。入力された場合は（ステップＳ３２４でＹＥＳ）、メインマイコン３３は、入力されたＡＤＣタイミング信号のデータに基づいて、ステップＳ３２３における試験用の電圧検出起動指令の通信線３１への出力からＡ／Ｄ変換器２６によるＡ／Ｄ変換タイミングまでの所要時間を算出する（ステップＳ３２５）。そして、算出した所要時間を、ステップＳ３２４で入力されたＡＤＣタイミング信号のデータから特定される、出力元の電圧監視用ＩＣ（第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５）に関連付けて、ＲＡＭ３３ａの待機時間データ格納領域に待機時間のデータとして格納する（ステップＳ３２６）。

次に、メインマイコン３３は、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５をそれぞれ出力元とするＡＤＣタイミング信号の全てが、通信線３１から入力されたか否かを確認する（ステップＳ３２７）。一部の第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５からのＡＤＣタイミング信号が入力されていない場合は（ステップＳ３２７でＮＯ）、ステップＳ３２４にリターンする。入力された場合は（ステップＳ３２７でＹＥＳ）、動作モードが試験モードから通常モードに切り替わったか否かを確認する（ステップＳ３２８）。通常モードに切り替わっていない場合は（ステップＳ３２７でＮＯ）、ステップＳ３２７をリピートする。通常モードに切り替わった場合は（ステップＳ３２７でＹＥＳ）、試験モード処理を終了する。

また、ステップＳ３３の通常モード処理では、図６のフローチャートに示すように、メインマイコン３３は、電圧検出起動指令の出力タイミングが到来したか否かを確認する（ステップＳ３３１）。通常モードにおける電圧検出起動指令の出力タイミングは、一定の時間が経過する毎に到来するものとすることもでき、メインマイコン３３の上位に位置する不図示のＥＣＵユニット側からの指令によって到来するものとすることもできる。

電圧検出起動指令の出力タイミングが到来していない場合は（ステップＳ３３１でＮＯ）、後述するステップＳ３３９に進む。電圧検出起動指令の出力タイミングが到来した場合は（ステップＳ３３１でＹＥＳ）、メインマイコン３３は、通信線３１に電圧検出起動指令を出力する（ステップＳ３３２）。そして、ＲＡＭ３３ａの待機時間データ格納領域に格納されたデータによる待機時間のいずれかが到来したか否かを確認する（ステップＳ３３３）。

待機時間が到来していない場合は（ステップＳ３３３でＮＯ）、ステップＳ３３３をリピートする。待機時間が到来した場合は（ステップＳ３３３でＹＥＳ）、メインマイコン３３は、電流センサ３７により二次電池１３の充放電電流を測定し（ステップＳ３３４）、充放電電流の測定値を、ステップＳ３３１で到来した待機時間に関連付けられた電圧監視用ＩＣ（第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５）に関連付けて、ＲＡＭ３３ａに一時格納する（ステップＳ３３５）。

次に、ステップＳ３３６では、メインマイコン３３は、ＲＡＭ３３ａの待機時間データ格納領域にデータが格納された全ての待機時間で二次電池１３の充放電電流を測定し終えたか否かを確認する。一部の待機時間でも二次電池１３の充放電電流を測定し終えていない場合は（ステップＳ３３６でＮＯ）、ステップＳ３３３にリターンする。全ての待機時間で二次電池１３の充放電電流を測定し終えた場合は（ステップＳ３３６でＹＥＳ）、通信線３１上の最もメインマイコン３３寄りに位置する第１電圧監視用ＩＣ２１−１からの、各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５のディジタルの電圧信号が、入力されたか否かを確認する（ステップＳ３３７）。

入力されていない場合は（ステップＳ３３７でＮＯ）、ステップＳ３３７をリピートする。入力された場合は（ステップＳ３３７でＹＥＳ）、メインマイコン３３は、入力されたディジタルの電圧信号によって示される各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の測定電圧を、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５に関連付けたＲＡＭ３３ａの充放電電流と関連付けて、ＲＡＭ３３ａに記憶させる（ステップＳ３３８）。そして、ステップＳ３３９に進む。

即ち、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１の測定電圧は、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１に対応する第１電圧監視用ＩＣ２１−１（待機時間）に関連付けられた充放電電流と関連付けて、ＲＡＭ３３ａに記憶させる。以下、同様に、単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の測定電圧は、対応する第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５（各待機時間）に関連付けられた充放電電流と関連付けて、ＲＡＭ３３ａに記憶させる。

なお、ＲＡＭ３３ａに記憶させた、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の測定電圧と、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５（各待機時間）に関連付けたＲＡＭ３３ａの充放電電流との組は、メインマイコン３３の上位に位置する不図示のＥＣＵユニット側にそのまま出力することもできる。あるいは、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の抵抗値を算出してそれを不図示のＥＣＵユニット側に出力することもできる。

ステップＳ３３９では、動作モードが通常モードから試験モードに切り替わったか否かを確認する。試験モードに切り替わっていない場合は（ステップＳ３３９でＮＯ）、ステップＳ３３１にリターンする。試験モードに切り替わった場合は（ステップＳ３３９でＹＥＳ）、通常モード処理を終了する。

以上のように構成された本実施形態の状態監視ユニット１０では、メインマイコン３３が出力する電圧検出起動指令は、通信線３１の一番始端に位置する第１電圧監視用ＩＣ２１−１が最初に受信し、以後、第２、第３、第４の各電圧監視用ＩＣ２１−２，２１−３，２１−４が順に受信して、通信線３１の一番終端の第５電圧監視用ＩＣ２１−５が一番最後に受信する。

したがって、電圧検出起動指令の受信に呼応して、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５が対応する単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧を測定するタイミングは、電圧検出起動指令の受信タイミングと同じ時間差を生じる。

そこで、本実施形態の状態監視ユニット１０では、メインマイコン３３が電圧検出起動指令を出力した時点から、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５が対応する単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧をそれぞれ測定する時点までの所要時間を、予めメインマイコン３３のＲＡＭ３３ａに待機時間として格納しておく。この待機時間（所要時間）は、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のＡＤＣタイミングチェック回路３６を監視モードオンに設定し、メインマイコン３３を試験モードで動作させることで、取得することができる。

つまり、試験モードのメインマイコン３３が出力する試験用の電圧検出起動指令に呼応して、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のセル電圧入力部２２が、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧を検出する。そして、その検出電圧をＡ／Ｄ変換器２６がＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換器２６が検出電圧をＡ／Ｄ変換すると、そのタイミングで、ＡＤＣタイミングチェック回路３６のチェック出力の信号レベルが反転する。そこで、メインマイコン３３が、ＡＤＣタイミングチェック回路３６のチェック出力の反転タイミングと、メインマイコン３３による試験用の電圧検出起動指令の出力タイミングとの時間差を算出することで、ＲＡＭ３３ａに格納する待機時間（所要時間）を取得することができる。

メインマイコン３３のＲＡＭ３３ａに待機時間を格納した後は、通常モードのメインマイコン３３が必要に応じて電圧検出起動指令を通信線３１に出力する。この電圧検出起動指令を受信した各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５は、単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧を測定する。メインマイコン３３は、この測定電圧をＡ／Ｄ変換器２６がＡ／Ｄ変換するタイミングを、ＲＡＭ３３ａに待機時間（所要時間）として持っている。

そこで、メインマイコン３３では、電圧検出起動指令を通信線３１に出力した後、ＲＡＭ３３ａに格納した待機時間が到来する度に、二次電池１３の充放電電流を電流センサ３７を用いて測定する。したがって、電圧検出起動指令を受信した各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５が単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧をそれぞれ測定するタイミングに合わせて、二次電池１３の充放電電流を測定することができる。

同じタイミングで測定された、各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧と二次電池１３の充放電電流は、関連付けられてメインマイコン３３のＲＡＭ３３ａに記憶される。したがって、同期したタイミングで測定された各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧と二次電池１３の充放電電流によって、あるいは、それらから求めた各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の抵抗値によって、例えばメインマイコン３３の上位に位置する不図示のＥＣＵユニットにおいて、二次電池１３の状態を正確に判定させることができる。

なお、メインマイコン３３のＲＡＭ３３ａに待機時間として格納しておく所要時間は、上述した実施形態のように、メインマイコン３３が電圧検出起動指令を出力した時点から、各電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５が対応する単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧をそれぞれ測定する時点までの各所要時間でなくてもよい。

例えば、メインマイコン３３の上位に位置する不図示のＥＣＵユニットにおいて二次電池１３の状態を正確に判定できるようにする上で許される、電圧測定のタイミングと充放電電流の測定タイミングとの最大時間差が、±Ａμｓｅｃである場合、上述した各所要時間の最も短いものと最も長いものとの最大時間差が２Ａμｓｅｃ以内に収まる場合、メインマイコン３３のＲＡＭ３３ａに待機時間として格納しておく所要時間は、各所要時間のうち平均値又はその平均値に最も近い中間値とすることができる。このとき、中間値又は平均値と所要時間の最短及び最長値との時間差がＡμｓｅｃであれば、より好ましい。

待機時間を各所要時間の中間値とする場合、メインマイコン３３が行う試験モード処理及び通常モード処理は、図５や図６のフローチャートに示す内容からそれぞれ若干変わる。

まず、試験モード処理については、図７のフローチャートに示すように、図５のステップＳ３２６に代えて、ステップＳ３２６Ａにおいて、ステップＳ３２５で算出した所要時間をＲＡＭ３３ａに一時的に格納する。そして、図５のステップＳ３２７において、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５をそれぞれ出力元とするＡＤＣタイミング信号の全てが、通信線３１から入力された場合（ＹＥＳ）に、図７に示すように、ステップＳ３２７Ａにおいて、ＲＡＭ３３ａに一時的に格納した各所要時間の中間値を、待機時間のデータとしてＲＡＭ３３ａの待機時間データ格納領域に格納する。そして、ステップＳ３２８に進む。その他の内容は、図５に示す内容と同じである。

また、通常モード処理については、図８のフローチャートに示すように、図６のステップＳ３３５に代えて、ステップＳ３３５Ａにおいて、充放電電流の測定値をＲＡＭ３３ａに一時格納する。その後、図６のステップＳ３３６を省略して、図８に示すように、ステップＳ３３７に進む。そして、ステップＳ３３７において、通信線３１上の最もメインマイコン３３寄りに位置する第１電圧監視用ＩＣ２１−１からの、各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５のディジタルの電圧信号が、入力された場合（ＹＥＳ）に、図８に示すように、図６のステップＳ３３８に代わるステップＳ３３８Ａにおいて、入力されたディジタルの電圧信号によって示される各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の測定電圧を、ＲＡＭ３３ａの充放電電流と関連付けてＲＡＭ３３ａに記憶させる。そして、ステップＳ３３９に進む。その他の内容は、図６に示す内容と同じである。

このように構成した場合であっても、各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧と二次電池１３の充放電電流によって、あるいは、それらから求めた各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の抵抗値によって、例えばメインマイコン３３の上位に位置する不図示のＥＣＵユニットにおいて、二次電池１３の状態を正確に判定させることができる。

また、上述した実施形態では、第１〜第４電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のコントロール部２７が、通信線３１上の終端側の隣り合う第２〜第５電圧監視用ＩＣ２１−２〜２１−５から、各単位セルＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５のディジタルの電圧信号が入力されると、それに、自身で測定したディジタルの各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４の電圧信号を加えて、通信線３１上の始端側の隣り合う第１〜第４電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５に出力する構成とした。

しかし、第１〜第５電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−５のそれぞれが、電圧検出起動指令の入力に呼応して各単位セルＢＴ１〜ＢＴ１１，ＢＴ１２〜ＢＴ２２，ＢＴ２３〜ＢＴ３３，ＢＴ３４〜ＢＴ４４，ＢＴ４５〜ＢＴ５５の電圧を測定したときに、測定した電圧を示すディジタルの電圧信号を、通信線３１上の始端側に存在する他の第１〜第４電圧監視用ＩＣ２１−１〜２１−４を介して、メインマイコン３３に個別に出力する構成としてもよい。

本発明は、高電圧バッテリを構成する複数組電池のセル電圧と充放電電流を、高圧側と低圧側とで別々に測定する場合に、極めて有用である。

１０状態監視ユニット
１１高電圧側装置（高圧側）
１２低電圧側装置（低圧側）
１３二次電池（複数組電池）
２１−１第１電圧監視用ＩＣ（電圧監視装置）
２１−２第２電圧監視用ＩＣ（電圧監視装置）
２１−３第３電圧監視用ＩＣ（電圧監視装置）
２１−４第４電圧監視用ＩＣ（電圧監視装置）
２１−５第５電圧監視用ＩＣ（電圧監視装置）
２２セル電圧入力部
２３電源回路
２５マルチプレクサ
２６Ａ／Ｄ変換器
２７コントロール部
２８メモリ
２９レジスタ
３１通信線（通信回線）
３２絶縁インターフェース
３３メインマイコン（主制御装置）
３３ａＲＡＭ
３３ｂＲＯＭ
３５ａ通信Ｉ／Ｆ
３５ｂ通信Ｉ／Ｆ
３６ＡＤＣタイミングチェック回路（測定タイミング検出回路）
３７電流センサ
６１−１第１ブロック
６１−２第２ブロック
６１−３第３ブロック
６１−４第４ブロック
６１−５第５ブロック
７１−１〜７１−５基準電源
ＢＴ−１〜ＢＴ−５５単位セル
Ｍ推進用モータ

Claims

複数組電池の直列に接続された複数の単位セルにそれぞれ対応する複数の電圧監視装置が設けられる高圧側と、該高圧側とは電気的に絶縁されて前記各電圧監視装置を制御する主制御装置が設けられる低圧側とを有し、前記単位セルの電圧測定を指示する共通の電圧測定コマンドが、デイジーチェーン方式の通信回線を介して前記主制御装置から前記各電圧監視装置にそれぞれ送信される複数組電池の状態監視ユニットにおいて、
前記主制御装置は、前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信時点から、該電圧測定コマンドを受信した前記電圧監視装置による前記単位セルの電圧測定までの、前記各電圧監視装置毎の所要時間に基づいて決定された待機時間を記憶する記憶手段を有しており、前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信後、前記待機時間が経過する毎に、前記複数組電池の充放電電流を測定するものであり、
前記各電圧監視装置は、対応する前記各単位セルの電圧測定時に出力が変化する測定タイミング検出回路を内蔵しており、前記所要時間は、前記主制御装置による前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信から前記各電圧監視装置の前記測定タイミング検出回路の出力変化までの時間であり、かつ、
前記各電圧監視装置毎の前記所要時間の最大時間差は、前記単位セルの電圧測定タイミングと前記複数組電池の充放電電流測定タイミングとの間に許容された最大時間差以内に収まっており、前記待機時間は、前記各電圧監視装置毎の前記所要時間の平均値又は該平均値に最も近い中間値に決定されていることを特徴とする複数組電池の状態監視ユニット。
前記記憶手段には、前記待機時間として前記各電圧監視装置の前記所要時間がそれぞれ記憶されており、前記主制御装置は、前記電圧測定コマンドの前記通信回線への送信から前記待機時間としての前記各電圧監視装置の前記所要時間がそれぞれ経過した時点で、前記複数組電池の充放電電流をそれぞれ測定することを特徴とする請求項１記載の複数組電池の状態監視ユニット。