JP5529877B2 - 電池システム - Google Patents
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Description
本発明の目的は、電池システムの信頼性をより向上させることである。
(2)本発明の第2の態様によると、第1の態様の電池システムにおいて、履歴データとして、電池モジュールの使用経過を表す累積値が所定条件を満たす状態での電池セルの状態を表すデータを、消去しない保存データとし、不揮発性メモリに保持する際に消去しない保存データとして、前記不揮発性メモリに設定されている記憶ブロックに保存することが好ましい。
(3)本発明の第3の態様によると、第1の態様の電池システムにおいて、履歴データとして、電池モジュールの電流の積算値が所定の値に達する毎に電池セルの状態を表すデータを、消去しないデータとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して不揮発性メモリに保持することが好ましい。
(4)本発明の第4の態様によると、第1の態様の電池システムにおいて、履歴データとして、電池モジュールの運転時間に関する積算値が所定の値に達する毎に電池セルの状態を表すデータを、消去しない保存データとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して不揮発性メモリに保持することが好ましい。
(5)本発明の第5の態様によると、第1の態様の電池システムにおいて、履歴データとして、電池モジュールの運転回数に関する積算値が所定の値に達する毎に電池セルの状態を表すデータを、消去しないデータとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して不揮発性メモリに保持することが好ましい。
(6)本発明の第6の態様によると、第1の態様の電池システムにおいて、電池システムは各電池セルの充電状態(SOC)の均一化を図るための回路を備えており、履歴データとして、電池セルの充電状態(SOC)の均一化を計るための動作時間を表すデータを、消去しない保存データとし、既に記憶されている消去しない保存データに不揮発性メモリに保持することが好ましい。
(7)本発明の第7の態様によると、第1の態様乃至第6の態様のいずれか一つの電池システムにおいて、電池システムは揮発性メモリを有しており、動作開始時に不揮発性メモリに保持されていた使用環境を表すデータおよび履歴データを不揮発性メモリから読み出して揮発性メモリに書込み、動作中に揮発性メモリに書込まれたデータを更新し、動作終了時に揮発性メモリに保持されている更新されたデータを再び不揮発性メモリに書込み、保持することが好ましい。
(8)本発明の第8の態様によると、第1の態様乃至第6の態様のいずれか一つの電池システムにおいて、不揮発性メモリの記憶領域に、上記使用環境を表すデータおよび履歴データを記憶するための少なくとも第1記憶ブロックと第2記憶ブロックが設定されており、 不揮発性メモリの第1あるいは第2記憶ブロックの内、後に書き込まれた記憶ブロックが第2記憶ブロックである場合に、不揮発性メモリからのデータの読み出しに際し、第2ブロックに保持されたデータを読み出し、読み出されたデータが正常かどうかを判断し、読み出されたデータが正常と判断された場合には、データの次の書き込みは、第1あるいは第2記憶ブロックの内、データを読み出した記憶ブロックとは異なる第1記憶ブロックに対して行われることが好ましい。
(9)本発明の第9の態様によると、第8の態様の電池システムにおいて、不揮発性メモリの第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、不揮発性メモリへの次のデータの書き込みが、異常と判断されたデータを読み出したブロックと同じ第2記憶ブロックに対して行われることが好ましい。
(10)本発明の第10の態様によると、第8の態様の電池システムにおいて、不揮発性メモリの第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、不揮発性メモリへの新たなデータの書き込みが、第1記憶ブロックと第2記憶ブロックの両方に対して行われることが好ましい。
(11)本発明の第11の態様によると、第8の態様の電池システムにおいて、不揮発性メモリに更に第3記憶ブロックが設定されており、不揮発性メモリの第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、不揮発性メモリへの次のデータの書き込みに際し、第3記憶ブロックに、次のデータを書き込み、不揮発性メモリからの次のデータの読み出しに際し、不揮発性メモリの第3記憶ブロックから記憶されているデータを読み出すことが好ましい。
(12)本発明の第12の態様によると、第8の態様の電池システムにおいて、不揮発性メモリに更に第3記憶ブロックが設定されており、不揮発性メモリの第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、不揮発性メモリへの次のデータの書き込みに際し、第2記憶ブロックと第3記憶ブロックの両方に、次のデータを書き込むことが好ましい。
(13)
本発明の第13の態様によると、第7の態様の電池システムにおいて、電池セルの端子電圧を運転開示時に検知し、検知された運転開示時の端子電圧からSOCのバラツキあるいは偏差を求め、求められたSOCのバラツキあるいは偏差と不揮発性メモリに保持されていたSOCのバラツキあるいは偏差とを比較し、SOCのバラツキあるいは偏差が増大している場合に、異常と判断することが好ましい。
(14)
本発明の第14の態様によると、第7の態様の電池システムにおいて、電池セルの端子電圧を運転開示時に検知し、検知された運転開示時の端子電圧からSOC均一化のための放電時間を求め、求められた放電時間と不揮発性メモリに保持されていた放電時間とを比較し、放電時間が増大している場合に、異常と判断することが好ましい。
(15)
本発明の第15の態様によると、第7の態様の電池システムにおいて、電池セルの端子電圧を運転開示時に検知し、検知された電池セルの端子電圧と不揮発性メモリに保持されていた電池セルの端子電圧とを比較し、端子電圧が増大している場合に、異常と判断することが好ましい。
なお、以下の実施の形態は、車両に搭載されるリチウム電池システムを代表例として説明しているが、車両に搭載されるリチウム電池システムに限られるものではない。上述の発明および以下に述べる効果を奏する発明は、車両以外の分野、例えば産業の分野や家庭の分野など、広い分野で実施可能である。
以下の実施の形態ではリチウム電池システムの電流値の積算値、すなわち出力した電流の積算値、あるいは充電電流の積算値、あるいは出力電流と充電電流の両方の積算値を、使用経過を表すパラメータとして使用し、上記パラメータに基づく各リチウム電池セルの状態の変化を検出し、この状態の変化からリチウム電池セルの異常の検知あるいは異常につながる現象を求める。電流の積算値をパラメータとしているので、リチウム電池セルの異常あるいは劣化の検出精度を向上することができる。
他の課題として、多くの電池セルの中から異常状態のリチウム電池セルを異常状態の早期の段階で検地することが電池システムの信頼性向上の観点で重要である。以下の実施の形態で説明するように、電池システムの運転終了時の各リチウム電池セルの端子電圧を検出して各リチウム電池セルの充電状態(SOC)を求め、前記各リチウム電池セルの充電状態(SOC)を書き換え可能な不揮発性メモリに保持する。次に上記電池システムが運転を開始した状態で、各リチウム電池セルの端子電圧を検出して各リチウム電池セルの充電状態(SOC)を求める。運転開始時の各リチウム電池セルの充電状態(SOC)と以前に記憶しておいた各リチウム電池セルの充電状態(SOC)とを比較することで、各リチウム電池セルについて運転終了時と運転開始時の充電状態(SOC)の差を比較する。上記充電状態(SOC)の差が大きい場合は、其のリチウム電池セルは、微少短絡などの異常が生じていると判断することができる。
以下に説明の実施の形態では、リチウム電池全体の充電状態(SOC)に対する各リチウム電池の偏差を保存し、上記各リチウム電池の偏差が変化したかどうかを検知し、この偏差が変化に基づいて偏差の変化が特異なリチウム電池セルを検知する。この方法により、異常状態のリチウム電池セルをさらに高精度に検知することができる。高精度にリチウム電池セルの異常状態を検知する具体的な方法としては、リチウム電池セルの端子電圧を検出して各リチウム電池セルの充電状態(SOC)を求め、さらに各リチウム電池セルの充電状態(SOC)の偏差を求める。偏差としては例えばリチウム電池システムの平均充電状態(SOC)からの各リチウム電池セルの充電状態(SOC)のずれを使用する。
解決しようとする他の課題として、履歴データあるいはリチウム電池モジュールの使用環境をあらわすデータ保存動作の信頼性の向上があり、以下の実施の形態では、データの保存に関する信頼性の向上が図られている。書込み可能な不揮発性メモリに保存されている履歴データあるいは使用環境をあらわすデータ(以下不揮発性メモリに保存されているデータを総称して保存データと記す)を読み出し、これら保存データを更新し、更新された保存データを再び書き込む動作(以下更新保存動作と記す)が繰り返し行われる。この更新保存動作において書き込み動作の不具合などで保存データが失われると電池システムの信頼性確保が困難となる。以下の実施の形態では次に説明の方法により、限られた記憶容量を有効に利用して更新保存動作の信頼性を向上している。書き換え可能な不揮発性メモリに少なくとも2つの記憶領域である第1と第2の記憶領域(以下記憶ブロックと記す)を設定し、前記第1あるいは第2記憶ブロックの内後に書き込まれた記憶ブロックが第2記憶ブロックである場合に、第2記憶ブロックの保存データを読み出し、前記読み出された保存データが正常かどうかを判断し、前記保存データが正常と判断された場合には、更新された保存データの次の書き込みは、前記第1あるいは第2記憶ブロックの内、データを読み出した記憶ブロックとは異なる第1記憶ブロックに対して行われるようにしている。上記読み出された保存データが正常かどうかの判断は例えばパリティチェックなどの手法で行われる。
以下に記載の実施の形態では、不揮発性メモリにリチウム電池システム、特にリチウム電池セルの使用状態を示す使用環境データや、使用経過に沿ったリチウム電池セルの状態変化や特性の変化、などの履歴を表す履歴データが保存されている。これらの保存データは外部に取り出すことができる、また表示装置に表示させることができる。仮に異常が発生した場合に、この機能により、異常原因の解析が可能となり、更に信頼性を向上させるためのシステムの改善にこれらのデータを利用することができる。また故障の原因を正確に、迅速に究明でき、修理が容易となり、信頼性が向上する効果がある。またこれらの記憶されているデータをシステムの診断に利用することで、精度の高い診断が可能となる。記憶データを一般の人が自由に読み出すことは必ずしも適切でない場合があり、以下の実施の形態で説明のように、保存データを記憶しているシステムはセキュリティの機能を有している。
なお、上述したいろいろな方法において、保持されていた保存データの不揮発性メモリからの読み出しおよび次の更新されたデータの書き込みタイミングは、電池システムの運転開始時および運転終了時が望ましいことは、先に述べた通りである。また上述の方法および以下の実施の形態で説明する方法は、リチウム電池以外の電池を使用した電池システムにも使用できるが、高い信頼性が望まれているリチウム電池を使用したシステムに使用するとより大きな効果が得られる。
以下の実施の形態では、更に他の課題を解決する実施例や、更新保存動作の信頼性を改善する実施例を説明する。また、以下の実施の形態には、電池システムに保持されている保存データを含む保持データを電池システムから外に取り出す構成および動作を記載している。これにより電池システムの点検や修理のため、あるいは異常に関する発生原因の究明や劣化原因の究明、電池モジュールの再利用のために電池システムに保持されているデータを使用することができる。以下の実施の形態では、データの信頼性を高めるため、第三者がこれら保存データに対して操作することを困難とする機能を備えており、これらについては以下の実施の形態の中で説明する。
本実施の形態に記載の電池システムは、車両に搭載する電源システムとして使用するのに最適であるが、電車あるいは産業機械用の電源システムにも利用できる。これらの電源システムの内、最適である車両用電源システムに使用される電池システムを代表例として説明する。なお、上記説明あるいは以下に記載の説明で、用語「演算」は、計算する動作だけでなく、予め計算した内容をメモリに保持し、メモリに保持されたデータを読み出す動作や、実験により適した値を求めてメモリに保持し、実験により求めた値をメモリから読み出す動作も含める意味として使用する。
図1は本発明による電池システムの構成の一例をブロック図で示す。この電池システムは、複数のリチウム電池セル(本実施例では4個)を直列接続した電池セルグループを複数個直列接続した電池モジュール10と、セルコントローラ(以下、C/Cと略称する場合がある)80、バッテリコントローラ20、電流計SA、電圧計SVを有している。実際の電池システムでは、このような電池モジュールが複数個直並列に接続されて構成されている。また、電池モジュール10およびセルコントローラ80の詳細については後述する。
半導体で作られている集積回路3A〜3Nとバッテリコントローラ20との接続および動作の関係は、図7に示すように、バッテリコントローラ20に対して2組の電池モジュール10と2組のセルコントローラ80が設けられており、図1にその内の一方を記載する。集積回路3A〜3Nとバッテリコントローラ20との間の信号伝送は、通信ハーネス50と入力側インタフェースINT(E)および出口側インタフェースINT(O)を備えるインタフェースを介して行われる。
前記バッテリコントローラ20は車両の車体を基準電位とする低電圧直流電源14からの電力によって動作するので、車両の車体の電位を基準電位とする12V以下の低電圧、例えば5ボルトで動作する(図1参照)。一方各集積回路3A〜3Nは、上述の車体の電位とは異なる電源系である、リチウム電池セルの対応するグループからの電力で動作し、各グループの電位が異なるためそれぞれ基準電位(グランド電位)が異なっている。さらに各リチウム電池セルの端子電圧は充電状態SOCに基づき変化するので、電池モジュール10の各グループの電位は充電状態SOCに基づいて変化し、その結果各集積回路3A〜3Nの電位の関係は常に変化する。各集積回路3A〜3Nは電池モジュール10の中の対応するグループを構成しているリチウム電池セルの端子電圧を検出し、あるいは対応するグループの電池セルの充電状態SOCの調整のための放電制御などを行う。これらの動作を行う電力は対応するグループを構成するリチウム電池セルから供給される。本実施例では関係するグループの電位に基づいて集積回路の基準電位が定まる。各集積回路の基準電位となるGND端子は対応する各グループの最低位電位となるリチウム電池セルの負極端子に接続されており、各集積回路は対応するセルグループの最低位電位となるリチウム電池セルの負極端子の電位を基準電位(グランド電位)として動作する。
各集積回路3A〜3Nは対応するグループを構成するリチウム電池セルBC1〜BC4の診断および自分自身の内部動作の診断を所定周期で繰り返し行い、その診断結果を、上記の伝送路とは別の、バッテリコントローラ20からの指令を受けなくても自動的に異常情報を高速に報告するための伝送路を備えており、この伝送路を介して異常の有無を表す1ビット情報がバッテリコントローラ20に伝送される。この伝送路では、各集積回路3A〜3Nが対応するグループのリチウム電池セルBC1〜BC4の異常を検知した場合、および自分自身の回路の異常を検知した場合、さらに伝送路の前に位置する集積回路から異常を表す信号送られてきて受信端子FFIで異常信号を受信した場合に、送信端子FFOから異常信号を次の集積回路に送信する。一方既に受信端子FFIで受信していた異常を表す信号が消え場合、あるいは自分自身の異常判断の内容が変わり、異常状態ではなくなった場合に、送信端子FFOから伝送する信号は異常信号から正常信号に切り替わる。この異常信号は1ビット信号であるが、ビット数を増やしても良い。原則的にはバッテリコントローラ20から各集積回路3A〜3Nに異常信号を送信しないが、異常信号の伝送路が正しく動作していることを確認することが重要であり、伝送路の診断のために擬似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から送信し、バッテリコントローラ20の端子FF擬似異常信号を受信できるかを確認することで、上記異常信号の伝送路が正常かどうかを診断することができる。
図2は集積回路3Aの一実施例を示す電子回路のブロック図である。各集積回路3A〜3Nはそれぞれ同一の回路構成であり、代表例として集積回路3Aについて説明する。集積回路3Aの入力側端子V1〜V4は、対応するグループGB1を構成する各リチウム電池セルBC1〜BC4の正極端子にそれぞれ接続されており、GND端子は最下位のリチウム電池BC4の負極側に接続されている。各リチウム電池セルBC1〜BC4の端子電圧は、各入力端子V1〜V4とGNDを介して選択回路120にそれぞれ入力される。選択回路120はマルチプレクサによって構成され、スイッチ120A〜120Eを有している。このスイッチ120A〜120Eの接続を所定の順番で切り換えることにより、各リチウム電池セルBC1〜BC4の端子電圧が電圧検出回路122に入力され、電圧検出回路122によってデジタル値に変換される。
前記リチウム電池セルBC1の正極端子は、抵抗R1を介して入力端子B1に接続され、この入力端子B1はバランシングスイッチ129Aの動作状態検出回路128Aの一方の端子に接続され、またこのスイッチ129Aの動作状態検出回路128Aの他方の入力端子は端子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、抵抗R1とバランシングスイッチ129Aとの直列回路がリチウム電池セル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、リチウム電池セルBC2の正極端子は、抵抗R2を介して入力端子B2に接続され、この入力端子B2はバランシングスイッチ129Bの動作状態検出回路128Bの一方の端子に接続されており、このスイッチの動作状態検出回路128Bの他方の端子は端子V3を介してリチウム電池セルBC2の負極端子に接続されている。さらに、抵抗R2とバランシングスイッチ129Bとの直列回路がリチウム電池セル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は放電制御回路132によって開閉が制御される。同様にリチウム電池セルBC3の正極端子は、抵抗R3を介して入力端子B3に接続され、この端子B3はバランシングスイッチ129Cの動作状態検出回路128Cの一方の端子に接続されており、このスイッチ129Cの動作状態検出回路128Cの他方の端子は端子V4を介してリチウム電池セルBC3の負極端子に接続されている。抵抗R3とバランシングスイッチ129Cとの直列回路がリチウム電池セルBC3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は放電制御回路132によって開閉制御される。リチウム電池セルBC4の正極端子は、抵抗R4を介して入力端子B4に接続され、この入力端子B4はバランシングスイッチ129D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を介してリチウム電池セル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129Dは前記放電制御回路132によって開閉が制御される。
図3は、前記各集積回路3A〜3N間の信号の送受信方法を示した説明図である。図3(a)は、集積回路3Aの端子RXが受信する信号3A−RXおよび集積回路3Aの端子TXから送信される信号3A−TX、さらに次の集積回路3Bの端子RXが受信する信号3B−RXおよび次の集積回路3Bの端子TXから送信される信号3B−TX、さらにまた次の集積回路3Cの端子RXが受信する信号3C−RXおよびその集積回路3Cの端子TXから送信される信号3C−TXを示している。信号3A−TXは集積回路3A内の抵抗RAと集積回路3B内の抵抗RBとで分圧されて信号3B−RXが形成され、信号3B−TXは集積回路3B内の抵抗RB′と集積回路3C内の抵抗RCで分圧されて信号3C−RXが形成される。以下直列接続された通信路において集積回路の内部の各抵抗により分圧されて受信信号の電位が定まる。
図1に示す各集積回路3A〜3Nによるリチウム電池セル電圧の計測回路および動作について図4乃至図6を用いて説明する。図4は計測動作のタイミングを説明する図である。各集積回路3A〜3Nは計測動作と共に診断動作を行う機能を有しており、図4に記載の動作タイミングで繰り返し計測を行い、この計測に同期して診断が実行される。図6は、図2に示す、各集積回路3A〜3Nの選択回路120や電圧検出回路122および検出された電圧を保持する記憶回路125の詳細回路、さらに診断を行う詳細回路、さらに本発明による、重要な診断結果や計測結果を一次保管する揮発性メモリRAM1107や書き換え可能な不揮発性メモリ(EEPROM)1106を示す。
上述のとおり、集積回路が対応する各グループを構成するリチウム電池セル数が4個であるか6個であるかに応じ、診断動作および計測動作の実行内容が選択される。具体的な回路を図5に示す。起動回路254からのクロック信号に基づき第1ステージカウンタ256は計数動作を繰り返し、第1ステージカウンタ256が規定の計数値に達すると第2ステージカウンタ258の計数値が1つ進む。
図4で動作表260の行260Y1に記載の各ステージでの計測および診断の内容を次に説明する。計測および診断は大きく2種類に分けられ、その内の一つはセンサとしての計測と計測対象が異常状態になっていないかどうかの診断であり、行260Y2にその計測スケジュールを記載する。前記2種類の内の他の一つは集積回路を含む制御装置、すなわち図2に記載の計測系あるいはこの計測系に伴い診断回路自身の診断であり、電池セルの放電制御系の自己診断も含まれる。
図6は各集積回路3A〜3Nの内部の計測回路および診断回路、記憶回路を示す。集積回路3Aによる電池モジュール10のグループGB1の各電池セルの端子電圧の計測動作を説明する。図4に記載のステージ信号STGCV1で選択回路120は端子V1と端子V2を選択し、この選択により図1と図2に記載の電池セルBC1の端子電圧が選択回路120から電圧検出回路122に出力される。電圧検出回路122は差動増幅器262とアナログデジタル変換器122Aとを有している。差動増幅器262は演算増幅器122OPと抵抗122R1〜抵抗122R4で構成されている。差動増幅器262はそれぞれ異なる電位を調整する機能、すなわちレベルシフトの機能を有し、各入力端子のベース電位関わりなく、選択された2つの入力端子間の電圧差に基づくアナログ出力を発生する。その結果、直列接続されたリチウム電池セル間の基準電位の違いに対する電位差の影響が取り除かれ、リチウム電池セルBC1の端子電圧に基づくアナログ出力が得られる。
図1に示す電池システムでは、車両が運転停止しており、運転者が運転を開始する前は、電池モジュール10からインバータ装置への電流供給が行われていない。各リチウム電池セルの充放電電流が流れていない状態で計測された各電池セルの端子電圧を使用すると、各電池セルの充電状態(SOC)が正確に求められるので、前記実施例では、車両のキースイッチの操作やバッテリコントローラ20からのWake Upなどの通信コマンド292に基づき、集積回路は自動的に計測動作を開始する。
図7は、図1に記載の電池システムをハイブリッド自動車や電気自動車などの走行用回転電気の直流電源として使用した、車両用回転電機の電源システム1の回路図であり、モータ230は車両の走行に使用する回転電機である。図1で説明した電池モジュール10を、図7に示す電源システム1では、高電位側電池モジュール10Aと低電位側電池モジュール10Bの2組使用しており、それぞれ直列接続されたリチウム電池セルで構成されている。高電位側電池モジュール10Aと低電位側電池モジュール10Bとは遮断スイッチ6を介して直列接続されている。遮断スイッチ6は保守や点検時に安全のために設けられたサービスディスコネクトスイッチ(以下SDスイッチと記す)で、電源システム1の外側を覆う金属ケースを開く前にSDスイッチ6が開放され、SDスイッチ6が開放されることでこの金属ケースを開くことができる構造となっている。
図9は、リチウム電池システムの動作フローを示す図である。以下、手順に従って説明する。なお、図の左から右に時間の経過を示している。また図9の上側がバッテリコントローラ20の動作,下側が集積回路3A〜3Nの動作を示す。
電流計SA1およびSA2や電圧計VDの出力は、温度に依存する僅かな非線形を持つ。さらに回路特性のばらつきなどによりオフセット特性が異なる。このように電圧計または電流計に使用するセンサ特有の特性に基づく補正データを、バッテリコントローラ20の書き換え可能な不揮発性メモリ1116に記憶しており、このデータが揮発性メモリ1117に移され、計測の精度を向上するための補正に使用される。
〔不揮発性メモリへのデータ書き込みおよびデータ読み出しの実施例1〕
図13は図9の一部を更に詳細に示したものである。図13の上側のSTARTからENDは図9の始動制御でのステップ810またはステップ884における、不揮発性メモリの読み書き動作の確認および読み書き動作に不具合が見つかった場合の対応動作のフローである。下側のSTARTからENDは、図9の終了制御時のステップ860またはステップ886に対応している。これら2つのSTARTからENDのフローに挟まれたステップは図9の通常制御時のステップ832または836に対応している。これら以外のステップについては図9と同様であるので省略している。
なおここでは、図21は図13に対応している。すなわち図9の始動制御の最後のステップ884が図21(a)に対応している。また説明を簡単にするため、図21では、図9の始動制御で最初にデータを読み出す不揮発性メモリ(ステップ810)は図21の第1記憶ブロック1118であるとしている。
以下の説明で参照している図21から図27はすべて図9の始動制御のステップ810または884における不揮発性メモリの読み書き動作の確認および読み書き動作に不具合が見つかった場合の対応動作のフローであり、これ以外の動作については省略してある。また後述するように、始動制御で最初にデータを読み出す不揮発性メモリのブロックは、電池システムの終了状態により1118でなく1120あるいは他のブロックでもよい。
もう1つの、不揮発性メモリへのデータ書込方法およびデータ更新の実施例について図14と図23を参照して説明する。なお、図13と同じ符号は同じ構成および機能または、同じ動作を行うことを示す。
なお、書き換え可能な不揮発性メモリ1116の保存データを読み出し、読み出されたデータに異常が見られない場合は、図13のフローおよび図21と同様に、ステップ1207によって更新されたデータが再び保存データとして、書き換え可能な不揮発性メモリ1116に書き込まれる。
図14に記載の方法と基本的には同じであるが、より効果的な不揮発性メモリへのデータ書き込み方法を図15と図23(d)を用いて説明する。
図16の構成はバッテリコントローラ20の不揮発性メモリの構成のもう1つの実施例であり、図12に示す不揮発性メモリの構成の変形例である。図12と同じ符号は同じ構成で同じ動作を為す。図12と比較し、図16では書き換え可能な不揮発性メモリ1116が、第1記憶ブロック1118と第2記憶ブロック1120に加え、予備記憶ブロック1522を有することである。図16に示す構成の不揮発性メモリを用いたデータの読み出し/書き込み動作を図17、図24、図25を参照して説明する。
図17はデータの読み出し/書き込み動作のフロー図で、図13〜図15に対して同じ符号は、図17においても同じ動作を示す。特に図17のフロー図の全体の構成および動作は、先に説明した図13のフロー図と基本的な部分はほぼ同じである。従って、図13のフロー図との異なる点のみを説明する。また図17のフローに対応したメモリブロックへの書き込みおよびメモリブロックからの読み出しの動作を図24(読み出したデータが正常な場合)と図25(読み出したデータが異常な場合)に示す。
図18の動作フローは、図17の動作フローの変形例であり、図17と同じ符号は同じ機能を示す。また図18のフローに対応したメモリブロックへの書き込みおよびメモリブロックからの読み出しの動作を図24(読み出したデータが正常な場合)と図26(読み出したデータが異常な場合)に示す。
図19に示す動作フローは、図17や図18示す動作フローの更に他の変形例である。図19に示すステップ1202および1203、1204、1205、1206、1212は既に説明の同一符号のステップと動作や機能が同じである。またステップ832、8861207、1712も既に説明の同一符号のステップと動作や機能が同一である。また図19のフローに対応したメモリブロックへの書き込みおよびメモリブロックからの読み出しの動作を図24(読み出したデータが正常な場合)と図27(読み出したデータが異常な場合)に示す。
このような動作フローにより、単にノイズによる誤りかそれとも前記ブロックの回路に関係する修復不可能な原因に基づく誤動作かを確認できる。誤り回数が規定値を超えた場合に修復不可能な原因に基づく誤動作と判断し、そのブックを使用対象から外すことが可能となる。
図20は変形例の一つを示すフロー図で、データ保存に使用する記憶ブロックが2以上ある場合に適用できる。図17〜図19と同じステップ番号は同じ機能および同じ動作を示す。ステップ1202で書き換え可能な不揮発性メモリ1116の所定のブロックから保存データを読出し、揮発性メモリ1118に書き込む。ステップ1204で、上記読み出したデータが正常かどうかを診断する。データが正常と判断された場合には、上述のとおり、更新されたデータを次に書き込む場合には、ステップ1207で、既に説明したとおり、ステップ1202で読み出した記憶ブロックと異なる記憶ブロックに書き込む。ステップ1202、1203、832、886、1207は上述の説明と同じである。
〔第1の特徴を有する電子制御装置〕:
書き換え可能な不揮発性メモリと、該不揮発性メモリ内にデータを記録する複数の記憶ブロックを有し、前記記憶ブロックから読み出した前回の保存データの正常あるいは異常状態の診断を行う診断手段と、該診断手段で正常と判定された場合は、今回のデータの書き込みを前回書き込んだ記憶ブロックと異なる記憶ブロックに対して行う正常時の書き込みモードと、該診断手段で異常と診断された場合は、今回のデータ書き込みを前回書き込んだ記憶ブロックと同一の記憶ブロックに対して行う異常時の書き込みモードと、を有することを特徴とする電子制御装置。
書き換え可能な不揮発性メモリと、該不揮発性メモリ内にデータを記録する複数の記憶ブロックを有し、前記記憶ブロックから読み出した前回のデータの正常あるいは異常状態の診断を行う診断手段と、該診断手段で正常と判定された場合は、今回のデータ書き込みを前回書き込んだ記憶ブロックと異なる記憶ブロックに対して行う正常時の書き込みモードと、該診断手段で異常と診断された場合は、今回のデータ書き込みを少なくとも2つ以上の記憶ブロックに対して行う重複書き込みモードと、を有することを特徴とする電子制御装置。
前記第1あるいは第2の特徴を有する電子制御装置において、前回のデータ書き込みが前記重複書き込みモードだった場合は、次の書き込み時の正常時の書き込みモードは、データを書き込みを所定の一つの記憶ブロックに対して行うことを特徴とする電子制御装置。
前記第1乃至第3の特徴を有する電子制御装置において、前記重複書き込みモードは、前記異常と判定されたデータが存在する記憶ブロックに先に更新されたデータの書き込みを行うことを特徴とする電子制御装置。
書き換え可能な不揮発性メモリと、該不揮発性メモリ内にデータを記録する複数の記憶ブロックと、通常時はデータの記録を行わない予備記憶ブロックを有し、前記記憶ブロックから読み出した前回のデータの正常あるいは異常状態の診断を行う診断手段と、該診断手段で正常と判定された場合は、今回のデータ書き込みを前回書き込んだ記憶ブロックと異なる記憶ブロックに対して行う正常時の書き込みモードと、該診断手段で異常と判定された場合は、今回のデータの書き込みを前記予備記憶ブロックに対して行うバックアップ書き込みモードと、を有することを特徴とする電子制御装置。
前記第5の特徴を有する電子制御装置において、前記バックアップ書き込みモードは、前記異常と診断されたデータが存在する記憶ブロックを予備記憶ブロックとし、前記予備記憶ブロックを記憶ブロックとして以後扱う、記憶ブロック変更手段を有することを特徴とする電子制御装置。
前記第6の特徴を有する電子制御装置において、前記記憶ブロック変更手段が所定回数以上記憶ブロックの変更を実施された場合、以降の書き込み対象の記憶ブロックから前記変更対象となった記憶ブロックを外し、前記対象とならなかった記憶ブロックを書き込み対象の記憶ブロックとする故障記憶ブロックを排斥する手段を有することを特徴とする電子制御装置。
前記第1乃至第7に記載の特徴を有する電子制御装置において、前記診断手段で異常と判定された場合は、該読み出したデータに替えて他方の前記記憶ブロックから読み出したデータを使用することを特徴とする電子制御装置。
前記第1乃至第7に記載の特徴を有する電子制御装置において、前記複数の記憶ブロックから読み出したデータがいずれも前記診断手段で異常と診断された場合は、初期値データを使用することを特徴とする電子制御装置。
前記第1乃至第9に記載の特徴を有する電子制御装置において、前記データ読み出しは前記電子制御装置の起動処理の中で行うことを特徴とする電子制御装置。
前記第1乃至第11に記載の特徴を有する電子制御装置において、前記データ書き込みは前記電子制御装置の終了処理の中で行うことを特徴とする電子制御装置。
上記図1から図20に記載の実施の形態は、一般制御装置に適用した場合に有効であるが、さらに電池システムに適用すると大変効果的であり、特に使用環境が信頼性に大きく影響するリチウム電池システムに使用すると大きな効果が得られる。
次に図6に示す書き換え可能な不揮発性メモリ1106あるいは図7に示す書き換え可能な不揮発性メモリ1116に記憶されて保存される保存データの内の履歴データについて説明する。
単に電池モジュール11や12を構成するリチウム電池セルBC1〜BC4の端子電圧の変化状態を診断するだけでは、リーク電流が大きいなど異常状態が進行し、不具合が大きくなってからでないと、異常なリチウム電池セルの存在を見つけることができない。しかし図29に記載のように、正常なリチウム電池セルのバランシングスイッチ129の動作時間の変化率、あるいは変化幅の変化率を調べることで、微少なリーク電流が生じた段階の早期の異常状態のリチウム電池セルの存在を検知できる。図29の方法は、異常なリチウム電池セルそのものを特定できないが、異常状態のリチウム電池セルの存在を検知できることで、種々の対応策が可能となり、安全性、信頼性を向上できる。
例えば車が駐車状態で数日間放置された場合に、微少なリークが生じている異常な電池セルの端子電圧は、他の正常なリチウム電池セルに比べて電圧の低下が大きくなる。前回の運転終了時に記憶した各リチウム電池セルの端子電圧に対して、その変化をそれぞれステップ1354で演算し、先ず端子電圧の低下の大きい電池セルを検査する。もし端子電圧の低下の大きい電池セルがあれば(ステップ1356)異常と判断する。
上記ばらつきの代わりに偏差の拡大を検査しても良い。ここで偏差とは平均値に対する各電池セルの測定値の差である。各電池セルは、駐車中は、同じ時間、比較的同じ条件で放置されるので、正常な電池セルは同じように変化するはずである。偏差が拡大する電池セルは異常と判断することができる。
図1の電池モジュール10を診断する集積回路3A〜3N、あるいは図28の電池モジュール11を診断する集積回路31A〜31N、あるいは電池モジュール12を診断する集積回路32A〜32Nの診断動作により発せされる警報回数を、使用経過を表すパラメータに沿って示している。図29や図30と同様、横軸は使用経過であり、縦軸は上述の警報発生回数であり、図33中に記載の丸印や三角印は図29や図30と同様の意味である。
日本国特許出願2009年第221825号(2009年9月28日出願)。
Claims (14)
- 直列に接続された複数の電池セルを有する電池セルグループを、さらに複数個直列に接続して構成した電池モジュールと、
前記電池モジュールの各電池セルグループに対応して設けられ、対応する電池セルグループが有する各電池セルの端子電圧の検出および診断を行う複数の集積回路と、
前記複数の集積回路に指令を出すとともに、前記複数の集積回路の検出結果および診断結果を受信するバッテリコントローラと、を有する電池システムにおいて、
前記電池システムは、書き込み可能な不揮発性メモリを有し、
前記不揮発性メモリには、前記電池モジュールの最大電圧または最大電流を含む電池モジュールの使用環境を表すデータと、前記電池モジュールの使用経過に基づいた履歴データとを保持し、且つ、前記不揮発性メモリの記憶領域には、前記使用環境を表すデータおよび前記履歴データを記憶するための第1記憶ブロックおよび第2記憶ブロックが設定されており、
前記第1記憶ブロックおよび前記第2記憶ブロックの内、後に書き込まれた記憶ブロックが前記第2記憶ブロックである場合は、前記不揮発性メモリからのデータの読み出しに際し、前記第2記憶ブロックに保持されたデータを読み出し、
前記読み出されたデータが正常か否かを判断し、前記読み出されたデータが正常と判断された場合には、データの次の書き込みは、前記第1記憶ブロックおよび前記第2記憶ブロックの内、データを読み出した記憶ブロックとは異なる前記第1記憶ブロックに対して行われることを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムにおいて、
前記不揮発性メモリの前記第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、前記不揮発性メモリへの次のデータの書き込みが、前記異常と判断されたデータを読み出したブロックと同じ前記第2記憶ブロックに対して行われることを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムにおいて、
前記不揮発性メモリの前記第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、前記不揮発性メモリへの新たなデータの書き込みが、前記第1記憶ブロックと前記第2記憶ブロックの両方に対して行われることを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムにおいて、
前記不揮発性メモリには更に第3記憶ブロックが設定されており、
前記不揮発性メモリの前記第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、前記不揮発性メモリへの次のデータの書き込みに際し、前記第3記憶ブロックに、前記次のデータを書き込み、前記不揮発性メモリからの次のデータの読み出しに際し、前記不揮発性メモリの前記第3記憶ブロックから記憶されているデータを読み出すことを特徴とする電池システム。 - 請求項1に記載の電池システムにおいて、
前記不揮発性メモリには更に第3記憶ブロックが設定されており、
前記不揮発性メモリの前記第2記憶ブロックから読み出されたデータが異常と判断された場合には、前記不揮発性メモリへの次のデータの書き込みに際し、前記第2記憶ブロックと前記第3記憶ブロックの両方に、前記次のデータを書き込むことを特徴とする電池システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記履歴データとして、前記電池モジュールの使用経過を表す累積値が所定条件を満たす状態での前記電池セルの状態を表すデータを、消去しない保存データとし、前記不揮発性メモリに保持する際に、前記消去しない保存データとして、前記不揮発性メモリに設定されている記憶ブロックに保存することを特徴とする電池システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記履歴データとして、前記電池モジュールの電流の積算値が所定の値に達する毎に前記電池セルの状態を表すデータを、消去しない保存データとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して、前記不揮発性メモリに保持することを特徴とする電池システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記履歴データとして、前記電池モジュールの運転時間に関する積算値が所定の値に達する毎に前記電池セルの状態を表すデータを、消去しない保存データとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して、前記不揮発性メモリに保持することを特徴とする電池システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記履歴データとして、前記電池モジュールの運転回数に関する積算値が所定の値に達する毎に前記電池セルの状態を表すデータを、消去しない保存データとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して、前記不揮発性メモリに保持することを特徴とする電池システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
前記各電池セルの充電状態の均一化を図るための回路を備えており、
前記履歴データとして、前記各電池セルの充電状態の均一化を計るための動作時間を表すデータを、消去しない保存データとし、既に記憶されている消去しない保存データに追加して、前記不揮発性メモリに保持することを特徴とする電池システム。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
さらに加えて揮発性メモリを有しており、
動作開始時に前記不揮発性メモリに保持されていた前記使用環境を表すデータおよび前記履歴データを前記不揮発性メモリから読み出して前記揮発性メモリに書込み、動作中に前記揮発性メモリに書込まれたデータを更新し、動作終了時に前記揮発性メモリに保持されている更新されたデータを再び前記不揮発性メモリに書込み、保持することを特徴とする電池システム。 - 請求項11に記載の電池システムにおいて、
前記各電池セルの端子電圧を運転開示時に検知し、検知された運転開示時の端子電圧から充電状態のバラツキまたは偏差を求め、求められた前記バラツキまたは前記偏差と前記不揮発性メモリに保持されていた充電状態のバラツキまたは偏差とを比較し、充電状態のバラツキまたは偏差が増大している場合に、異常と判断することを特徴とする電池システム。 - 請求項11に記載の電池システムにおいて、
前記各電池セルの端子電圧を運転開示時に検知し、検知された運転開示時の端子電圧から充電状態均一化のための放電時間を求め、求められた放電時間と前記不揮発性メモリに保持されていた放電時間とを比較し、放電時間が増大している場合に、異常と判断することを特徴とする電池システム。 - 請求項11に記載の電池システムにおいて、
前記各電池セルの端子電圧を運転開示時に検知し、検知された電池セルの端子電圧と前記不揮発性メモリに保持されていた前記各電池セルの端子電圧とを比較し、端子電圧が増大している場合に、異常と判断することを特徴とする電池システム。
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