JP6096225B2

JP6096225B2 - 電池監視装置

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Publication number: JP6096225B2
Application number: JP2014558391A
Authority: JP
Inventors: 金井　友範; 友範金井; 彰彦工藤; 光三浦; 光夫野田; 睦菊地
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2017-03-15
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Also published as: EP2950420B1; EP2950420A1; US20150340883A1; JPWO2014115310A1; CN105027383A; CN105027383B; EP2950420A4; WO2014115310A1; US9755453B2

Description

本発明は、電池監視装置に関する。

組電池を構成する複数の電池セルの残充電容量のばらつきを低減するために容量調節（セルバランシング）を行う装置において、組電池が未使用な状態で一定期間経過したときに、容量調節を行うものが知られている（特許文献１）。

特許文献１に開示された電池制御システムは、組電池と接続されておりＣＭＯＳタイマＩＣを有する電池制御部と、組電池とは異なる電池から電力供給されるマイクロコンピュータを有するシステム制御部とを備えている。そして、容量調節を行う時間がマイクロコンピュータにて算出され、その時間がＣＭＯＳタイマＩＣに転送されて、容量調節動作が開始される。電池制御部は、組電池を構成する電池セルから電力供給されると共に容量調節動作開始前に容量調節を行う時間が転送されているため、マイクロコンピュータ側への電力供給が停止しても容量調節動作を継続することができる。

日本国特開２００３−２８２１５９号公報

組電池を構成する電池セルの容量調節動作では、適切なタイミングでその容量調節動作を停止させないと、組電池が過放電となる虞がある。ＣＭＯＳタイマＩＣのように電源供給を受けて動作するデジタルタイマを用いる場合、入出力信号に関わらず出力値が常に一定となるスタック故障が発生したときなどに適切なタイミングで容量調節動作を停止させることができない虞がある。

本発明の電池監視装置は、複数の電池セルを直列に接続したセルグループを単数または複数有する組電池を監視する電池監視装置であって、起動電圧の印加を受けて起動すると共に、前記起動電圧が所定電圧以上である期間に前記複数の電池セルの容量を調整するためのセルバランシングを実行するセルバランシング部を有するセルコントローラと、前記セルコントローラに前記起動電圧を印加すると共に、前記セルコントローラを制御する制御部と、電気エネルギの蓄積及び放電が可能な受動素子を有すると共に、前記起動電圧を前記セルコントローラに所定時間印加する第１タイマ部と、を備え、前記制御部は、消費電力を抑制する低消費電力モードで動作可能であって、前記低消費電力モードで動作するとき前記所定電圧以上の前記起動電圧を前記セルコントローラに印加せず、前記第１タイマ部は、前記制御部が前記低消費電力モードに移行した後から、前記所定電圧以上の前記起動電圧を前記セルコントローラに前記所定時間印加する。

第１タイマ部が故障した場合であっても確実に容量調節動作を停止させることができる。

本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の構成を示す図である。制御部の機能ブロック図である。本発明の第１の実施の形態の別の一態様であるセルコントローラの機能ブロック図である。アナログタイマ１０の回路構成例を示す図である。本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の動作の説明に用いるシーケンス図である。本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の動作の説明に用いるシーケンス図である。本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の動作の説明に用いるシーケンス図である。本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の動作の説明に用いるシーケンス図である。本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の動作の説明に用いるシーケンス図である。本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の動作の説明に用いるシーケンス図である。本発明の第２の実施の形態による電池監視装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態によるセルコントローラの回路構成例を示す図である。

―第１の実施の形態―
図１は、本発明の第１の実施の形態による電池監視装置の構成を示す図である。図１に例示される電池監視装置１は、複数の電池セル７が直列に接続したセルグループによって構成される組電池６を監視するものであって、メインスイッチ２と、鉛蓄電池３と、組電池６と、上位システム１１とに接続されている。電池監視装置１は、制御部４と、セルコントローラ５と、スイッチ８と、デジタルタイマ９と、アナログタイマ１０とを備える。なお、電池監視装置１は、組電池６の電力を用いてモータ駆動を行うシステム、たとえば電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両システムに搭載される。

制御部４は、所定の制御処理や演算処理を実行するための部分であり、たとえばマイクロコンピュータ等を用いて実現される。制御部４は、鉛蓄電池３から供給された電力で起動された起動モードと、起動モードよりも消費電力を抑制した低消費電力モードという動作モードを有する。

セルコントローラ５は、組電池６に含まれる各セルグループにそれぞれ対応するように設けられる集積回路である。図１の例では、セルグループが一つであるため、一つのセルグループに対応するセルコントローラ５が一つ図示されている。セルコントローラ５は、それに対応するセルグループの各電池セル７に接続され、電池セル７から電力は供給される。

制御部４は、セルコントローラ５との間で通信信号の入出力を行う。制御部４から出力される通信信号には、セルコントローラ５に対する指令情報を含めることができる。セルコントローラ５は、その指令情報の内容に応じた動作を実行する。指令情報には、たとえば、電圧測定指令、セルバランシング開始指令、セルバランシング停止指令、停止指令などが含まれる。

セルコントローラ５は、制御部４またはアナログタイマ１０から電圧信号が入力される起動端子と、その起動端子に対応するＧＮＤ端子（不図示）とを有する。セルコントローラ５は、起動端子とＧＮＤ端子との間の端子間電圧Ｖａに基づいて、動作モードが切り替わる。セルコントローラ５の動作モードには、起動モードと、低消費電力モードとを有する。

端子間電圧Ｖａが所定の閾値Ｖｔｈ以上のとき、セルコントローラ５が起動モードに設定される。起動モードのセルコントローラ５は、制御部４から出力された通信信号に含まれる指令情報に応じた動作、たとえば電池セル７の電圧測定やセルバランシングを実行することができる。一方、端子間電圧Ｖａが閾値Ｖｔｈ未満のとき、セルコントローラ５が低消費電力モードに設定される。低消費電力モードでは、制御部４から出力された通信信号に含まれる指令情報に応じた動作を実行しない。

メインスイッチ２は、制御部４への電力供給を制御するためのスイッチであって、上位システム１１から入力される信号に基づいて開閉する。メインスイッチ２が閉じているとき、鉛蓄電池３から制御部４へ電力が供給される。

スイッチ８は、制御部４への電力供給を制御するためのスイッチであって、制御部４から起動維持信号が出力されたとき、またはデジタルタイマ９から起動開始信号が出力されたときに閉じる。スイッチ８が閉じているとき、鉛蓄電池３から制御部４へ電力が供給される。起動維持信号は、制御部４が起動モードにある間出力される。

デジタルタイマ９は、鉛蓄電池３から供給される電力を用いて動作するタイマ回路である。デジタルタイマ９は、時間経過と共にカウント値ｄを増加させる。カウント値ｄは、制御部４の制御によりリセットされる。また、デジタルタイマ９は、制御部４により設定値Ｄｔｈを設定される。デジタルタイマ９は、カウント値ｄが設定値Ｄｔｈに到達すると、起動開始信号をスイッチ８へ出力する。

アナログタイマ１０は、受動素子を用いて構成される。アナログタイマ１０は、セルコントローラ５の起動端子に閾値Ｖｔｈ以上の電圧を、所定期間Ｔ１の間、印加することができる。アナログタイマ１０の回路構成については、その詳細を後述する。

上位システム１１は、必要に応じて、メインスイッチ２を開閉制御すると共に、制御部４との間で各種情報を送受信する。たとえば、制御部４から組電池６の状態に関する情報が上位システム１１に出力される。

図２は、制御部４の機能ブロック図である。図２に図示される制御部４は、電圧設定部４１と時間設定部４２とセルバランシング判定部４３とを備える。電圧設定部４１は、制御部４が起動モードのときに、起動端子に印加する電圧値を設定する。

時間設定部４２は、デジタルタイマ９に対して、設定値Ｄｔｈを設定する。セルバランシング判定部４３は、セルコントローラ５が測定した複数の電池セル７の各電圧値に基づいて、複数の電池セル７の各残充電容量を算出して、その算出結果に基づいてセルバランシングの実行が必要か否かを判定する。

図３は、セルコントローラ５の機能ブロック図である。図３に図示されるセルコントローラ５は、電圧測定部５１と、セルバランシング部５２と、停止信号出力部５３とを備える。電圧測定部５１は、セルグループに含まれる複数の電池セル７の各々の電圧を測定して、その測定結果を通信信号として制御部４へ出力する。電圧測定部５１は、制御部４が電圧測定指令を含めた通信信号をセルコントローラ５に出力したときに動作する。

セルバランシング部５２は、セルグループを構成する各電池セル７の残充電容量を調整する、すなわちセルバランシングを行う。セルバランシング部５２によるセルバランシングは、制御部４からセルバランシング開始指令を含めた通信信号がセルコントローラ５に入力されると開始して、制御部４からセルバランシング停止指令を含めた通信信号がセルコントローラ５に入力されると終了する。

停止信号出力部５３は、制御部４から停止指令を含めた通信信号がセルコントローラ５に入力されたときに、アナログタイマ１０を制御する回路に停止信号を出力する。

図４は、アナログタイマ１０の回路構成例を示す図である。図４には、アナログタイマ１０を構成する回路と、制御部４と、セルコントローラ５と、起動信号を安定化させるためのコンデンサＣ１と、放電抵抗器Ｒ２と、トランジスタＴｒ１とが図示されている。

図４では、セルコントローラ５の端子として、起動端子と、ＧＮＤ端子と、停止信号出力端子とを備える。起動端子とＧＮＤ端子との間には、端子間電圧Ｖａが入力される。セルコントローラ５は、起動端子とＧＮＤ端子との間に、放電抵抗器Ｒ３を有する伝送路Ｐ１が設けられており、端子間電圧Ｖａに基づいて起動信号が伝送される。停止信号出力端子は、図３の停止信号出力部５３が停止信号を出力するための端子である。

アナログタイマ１０は、コンデンサＣ２を少なくとも備える。図４では、アナログタイマ１０は、抵抗器Ｒ１と、コンデンサＣ２との直列回路として示されている。アナログタイマ１０は、起動端子とＧＮＤ端子との端子間を接続するように、セルコントローラ５の外部に設けられている。抵抗器Ｒ１の一方の電極は起動端子に電気的に接続され、他方の電極は放電抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２とに接続される。コンデンサＣ２の抵抗器Ｒ１に接続されていない電極は、ＧＮＤ端子に電気的に接続されている。

コンデンサＣ２は、端子間電圧Ｖａに基づいて電気エネルギが蓄積される。制御部４が低消費電力モードに移行すると、コンデンサＣ２は、抵抗器Ｒ１と伝送路Ｐ１とを介して、蓄積していた電気エネルギを、起動端子に向けて時定数ｃ２×（ｒ１＋ｒ３）で放電する。ここで、ｃ２はコンデンサＣ２の静電容量、ｒ１は抵抗器Ｒ１の抵抗値、ｒ３は放電抵抗器Ｒ３の抵抗値である。この放電により、時間Ｔ１の間、端子間電圧Ｖａが閾値Ｖｔｈ以上となる。この時間Ｔ１は、コンデンサＣ２に蓄積された電気エネルギの量に基づく。コンデンサＣ２に蓄積された電気エネルギは、起動モードの制御部４から印加された電圧、すなわち電圧設定部４１が設定した電圧値に基づく。

放電抵抗器Ｒ２の一方の電極は、抵抗器Ｒ１およびコンデンサＣ２とに接続している。放電抵抗器Ｒ２の他方の電極は、トランジスタＴｒ１のコレクタに接続されている。トランジスタＴｒ１のベースは、セルコントローラ５の停止信号出力端子に接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタは、セルコントローラ５のＧＮＤ端子に電気的に接続されている。

トランジスタＴｒ１は、セルコントローラ５の停止信号出力端子から停止信号が出力されると、オン状態となる。トランジスタＴｒ１がオン状態となると、放電抵抗器Ｒ２とトランジスタＴｒ１のコレクタ―エミッタ間とを通る伝送路Ｐ２が構成されて、コンデンサＣ２に蓄積された電気エネルギが伝送路Ｐ２を介して放電される。

なお、各抵抗器の抵抗値は、放電抵抗器Ｒ３が最も大きく、放電抵抗器Ｒ２よりも抵抗器Ｒ１の方が大きいことが望ましい。また、コンデンサＣ２の静電容量は、コンデンサＣ１よりも大きいことが望ましい。

図５に示すシーケンス図を用いて、電池監視装置１が動作を開始するときの各部の動作について説明する。図５に示す動作は、制御部４およびセルコントローラ５が共に低消費電力モードにあって、メインスイッチ２およびスイッチ８が共に開いた状態から開始する。

ステップＳ２００では、上位システム１１から入力された信号によりメインスイッチ２が閉じる。これにより、鉛蓄電池３から制御部４に電力が供給される。鉛蓄電池３から電力を供給された制御部４は、ステップＳ２０１において起動モードに移行する。

ステップＳ２０２では、制御部４は、閾値Ｖｔｈ以上の電圧をセルコントローラ５の起動端子に印加する。これにより、ステップＳ２０３において、セルコントローラ５が起動モードに移行する。ステップＳ２０４では、制御部４は、スイッチ８への起動維持信号の出力を開始する。起動維持信号が入力されたスイッチ８は、ステップＳ２０５において閉じる。

ステップＳ２０６では、制御部４は、セルコントローラ５に電圧測定指令を含む通信信号を出力する。ステップＳ２０７では、セルコントローラ５は、電圧測定部５１の動作を行い、セルコントローラ５に対応するセルグループに含まれる複数の電池セル７の電圧を測定する。ステップＳ２０８では、セルコントローラ５は、その電圧測定結果を含む通信信号を制御部４へ出力する。ステップＳ２０９では、制御部４は、その電圧測定結果に基づいて、複数の電池セル７の各々の残充電容量を算出し、セルバランシング判定部４３の処理によりセルバランシングが必要か否かを判定する。

ステップＳ２０９において、セルバランシングが必要と判定された場合における電池監視装置１の動作について、図６を用いて説明する。図６に示す動作は、制御部４およびセルコントローラ５が起動モードにあって、メインスイッチ２およびスイッチ８が共に閉じた状態から開始する。

ステップＳ３００では、制御部４は、セルコントローラ５に対して、セルバランシング開始指令を含む通信信号を出力する。ステップＳ３０１では、セルコントローラ５は、セルバランシング部５２によるセルバランシングを開始する。

制御部４は、セルバランシングを要するセルグループに含まれる複数の電池セル７の各々の残充電容量に基づいて、セルバランシングに要する所要時間を算出する。制御部４は、その所要時間が経過したステップＳ３０２において、セルバランシング停止指令を出力する。ステップＳ３０３では、セルコントローラ５は、セルバランシング停止指令に基づいて、セルバランシングを終了する。ステップＳ３０４では、制御部４は、組電池６の状態などの各種情報を、上位システム１１へ出力する。

図７を用いて、電池監視装置１が動作を終了するときの各部の動作について説明する。図７に示す動作は、制御部４およびセルコントローラ５が共に起動モードにあって、メインスイッチ２およびスイッチ８が共に閉じた状態から開始する。

ステップＳ４００では、上位システム１１から入力された信号によりメインスイッチ２が開く。メインスイッチ２が開いたことを受けて、制御部４は、起動モードから低消費電力モードに移行するための制御を開始する。ステップＳ４０１では、制御部４は、起動端子への電圧の印加を停止する。このとき、制御部４の起動端子はハイインピーダンスとなる。アナログタイマ１０のコンデンサＣ２に蓄積された電気エネルギが抵抗器Ｒ１および放電抵抗器Ｒ３を介して放電すると、ステップＳ４０２において、セルコントローラ５は、低消費電力モードに移行する。

ステップＳ４０３では、制御部４は、デジタルタイマ９に対して、カウント値ｄのリセットを指令すると共に、時間設定部４２により設定値Ｄｔｈを設定する。ステップＳ４０４では、デジタルタイマ９は、カウント値ｄをリセットして、カウントを開始する。

ステップＳ４０５では、制御部４は、起動維持信号の出力を停止する。これにより、ステップＳ４０６では、スイッチ８が開き、鉛蓄電池３から制御部４への電力供給が停止する。これにより、制御部４は、ステップＳ４０７において、起動モードから低消費電力モードに移行する。なお、このときデジタルタイマ９には、鉛蓄電池３から電力が供給されており、カウントを続ける。

図７の動作が完了すると、制御部４およびセルコントローラ５が低消費電力モードとなる。すなわち、組電池６が使用されていない状態となる。組電池６を構成する電池セル７の残充電容量は、電池セル７が使用されていない状態であっても、自己放電により減少する。このとき、電池セル７ごとの自己放電率の違いにより残充電容量にばらつきが発生するおそれがある。電池監視装置１は、デジタルタイマ９のカウント値ｄが設定値Ｄｔｈに到達したとき、セルコントローラ５を起動モードに移行させて、セルバランシング判定部４３によりセルバランシングが必要か否かを判定して、ばらつきが発生している場合はセルバランシングを行う。

図８は、デジタルタイマ９のカウント値ｄが設定値Ｄｔｈに到達したときに開始する、電池監視装置１の動作を示す。図８の動作開始時、制御部４が低消費電力モードであり、セルコントローラ５が低消費電力モードであって、メインスイッチ２およびスイッチ８が共に開いている。

ステップＳ５００では、デジタルタイマ９は、起動開始信号をスイッチ８へ出力する。ステップＳ５０１では、その起動開始信号に基づいてスイッチ８が閉じて、鉛蓄電池３から制御部４へ電力が供給される。これにより、ステップＳ５０２において、制御部４が起動モードに移行する。ステップＳ５０３では、制御部４は、閾値Ｖｔｈ以上の電圧をセルコントローラ５の起動端子に印加する。これにより、ステップＳ５０４において、セルコントローラ５が起動モードに移行する。ステップＳ５０５では、制御部４は、スイッチ８への起動維持信号の出力を開始する。

ステップＳ５０６では、制御部４は、セルコントローラ５に電圧測定指令を含む通信信号を出力する。ステップＳ５０７では、セルコントローラ５は、電圧測定部５１の動作を行い、セルコントローラ５に対応するセルグループに含まれる複数の電池セル７の電圧を測定する。ステップＳ５０８では、セルコントローラ５は、その電圧測定結果を含む通信信号を制御部４へ出力する。ステップＳ５０９では、制御部４は、その電圧測定結果に基づいて、複数の電池セル７の各々の残充電容量を算出し、セルバランシング判定部４３の処理によりセルバランシングが必要か否かを判定する。

ステップＳ５０９において、セルバランシングが必要と判定された場合における電池監視装置１の動作について、図９を用いて説明する。図９に示す動作は、制御部４およびセルコントローラ５が起動モードにあって、メインスイッチ２が開き、スイッチ８が閉じた状態から開始する。

ステップＳ６００では、制御部４は、セルコントローラ５に対して、セルバランシング開始指令を含む通信信号を出力する。ステップＳ６０１では、セルコントローラ５は、セルバランシング部５２によるセルバランシングを開始する。他方で、制御部４は、ステップＳ６０２において、電圧設定部４１により起動端子に印加する電圧を設定することにより、コンデンサＣ２に蓄積させる電気エネルギの大きさを設定する。

ステップＳ６０３では、制御部４は、起動維持信号の出力を停止する。これにより、ステップＳ６０４では、スイッチ８が開き、鉛蓄電池３から制御部４への電力供給が停止する。これにより、制御部４は、ステップＳ６０５において、起動モードから低消費電力モードに移行する。これにより、制御部４の起動端子への電圧の印加が停止すると共に、制御部４の起動端子はハイインピーダンスとなる。

このとき、ステップＳ６０６において、アナログタイマ１０のコンデンサＣ２が伝送路Ｐ１を介した放電を開始する。端子間電圧Ｖａは、コンデンサＣ２に蓄えられた電気エネルギの量と時定数ｃ２×（ｒ１＋ｒ３）とに基づく時間Ｔ１の間、コンデンサＣ２の放電により閾値Ｖｔｈ以上のまま維持される。セルコントローラ５は、コンデンサＣ２の放電により閾値Ｖｔｈ以上に維持されている間にセルバランシングを完了させる。端子間電圧Ｖａが閾値Ｖｔｈ未満となると、セルコントローラ５は、低消費電力モードに移行する（ステップＳ６０７）。

アナログタイマ１０の故障モードとしては、コンデンサＣ２や抵抗器Ｒ１の短絡または開放が考えられる。コンデンサＣ２や抵抗器Ｒ１に開放または短絡が発生した場合であっても、制御部４からセルコントローラ５への起動電圧が停止されると、アナログタイマ１０から出力される電圧は閾値未満に低下する。すなわち、制御部４からセルコントローラ５の起動端子への電圧の印加が停止したとき、セルコントローラ５が低消費電力モードに移行して、セルバランシング部５２によるセルバランシングが終了する。すなわち、アナログタイマ１０が故障した場合であっても、低消費電力モードへの移行させる事ができる。また、セルコントローラ５は低消費電力モードへ移行するとセルバランシングを終了させる機能を持っているため、セルバランシングを終了させることができる。

図８のステップＳ５０９において、セルバランシングが不要と判定された場合における電池監視装置１の動作について、図１０を用いて説明する。図１０に示す動作は、制御部４およびセルコントローラ５が起動モードにあって、メインスイッチ２が開き、スイッチ８が閉じた状態から開始する。

図１０のステップＳ７００では、制御部４がセルコントローラ５に停止指令を含む通信信号を送信する。ステップＳ７０１では、セルコントローラ５は、停止信号を出力する。この停止信号がトランジスタＴｒ１のベースに入力すると、トランジスタＴｒ１がオン状態となる。

ステップＳ７０２では、制御部４は、制御部４から起動端子への電圧の印加を停止し、制御部４の起動端子はハイインピーダンスとなる。ステップＳ７０３においてアナログタイマ１０のコンデンサＣ２は、蓄積されていた電気エネルギを、伝送路Ｐ２を介して放電する。ステップＳ７０４では、セルコントローラ５は、低消費電力モードに移行する。ステップＳ７０５では、制御部４は、デジタルタイマ９に対して、カウント値ｄのリセットを指令すると共に、時間設定部４２により設定値Ｄｔｈを設定する。ステップＳ７０６では、デジタルタイマ９は、カウント値ｄをリセットして、カウントを開始する。ステップＳ７０７では、制御部４は、起動維持信号の出力を停止する。これにより、ステップＳ７０８では、スイッチ８が開き、鉛蓄電池３から制御部４への電力供給が停止する。これにより、制御部４は、ステップＳ７０９において、起動モードから低消費電力モードに移行する。

以上説明した本発明の第１の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
セルコントローラ５は、複数の電池セル７を直列に接続したセルグループを有する組電池を監視する電池監視装置１に用いられるセルコントローラであって、放電抵抗器Ｒ３が接続される起動端子と、端子間電圧Ｖａが閾値Ｖｔｈ以上である期間に複数の電池セル７の容量を調整するセルバランシングを実行するセルバランシング部５２と、を備える。電気エネルギを蓄積可能であるとともに起動端子に電気エネルギを放電可能なコンデンサＣ２を有するアナログタイマ１０からの放電により、端子間電圧Ｖａは、時間Ｔ１だけ閾値Ｖｔｈ以上となる。制御部４からセルコントローラ５への起動電圧が停止されると、アナログタイマ１０が短絡または開放した場合であっても、アナログタイマ１０から出力される電圧は閾値Ｖｔｈ未満に低下するため、セルコントローラ５のセルバランシング動作を停止させることができる。

制御部４は、電圧設定部４１により起動モード時に起動端子に印加する電圧を設定する。コンデンサＣ２の放電により端子間電圧Ｖａが閾値Ｖｔｈ以上となる時間Ｔ１は、この電圧設定部４１が設定した電圧に応じて変化する。電圧設定部４１のような設定手段を有することにより、抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ１という受動素子のみを用いて時間Ｔ１を設定することが可能となる。

―第２の実施の形態―
本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、アナログタイマ１０がセルコントローラ５の外部に設けられている電池監視装置１について説明した。図１１は、第２の実施の形態による電池監視装置２１の構成を示す図である。電池監視装置２１は、セルコントローラにアナログタイマ１０が内蔵される点が第１の実施の形態と異なる。なお、第２の実施の形態による電池監視装置２１の動作は、第１の実施の形態の電池監視装置１と同様であるため、その説明を省略する。

図１２には、セルコントローラ２５の回路構成のうち、アナログタイマ１０に関わる回路が図示されている。図１２に図示されるように、セルコントローラ２５は、セルコントローラ５に含まれていた放電抵抗器Ｒ３に加えて、アナログタイマ１０と、コンデンサＣ１と、放電抵抗器Ｒ２と、トランジスタＴｒ１とをさらに備える。

以上説明した本発明の第２の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
セルコントローラ２５は、複数の電池セル７を直列に接続したセルグループを有する組電池を監視する電池監視装置１に用いられるセルコントローラであって、放電抵抗器Ｒ３が接続される起動端子と、端子間電圧Ｖａが閾値Ｖｔｈ以上である期間に複数の電池セル７の容量を調整するセルバランシングを実行するセルバランシング部５２と、を備える。電気エネルギを蓄積可能であるとともに起動端子に電気エネルギを放電可能なコンデンサＣ２を有するアナログタイマ１０からの放電により、端子間電圧Ｖａは、時間Ｔ１だけ閾値Ｖｔｈ以上となる。コンデンサＣ２が故障してアナログタイマ１０が短絡または開放した場合であっても、アナログタイマ１０は閾値Ｖｔｈ以上の電圧を出力しないため、セルバランシング動作を停止させることができる。

以上で説明した実施形態は、以下のように変形して実施できる。
第１および第２の実施の形態では、アナログタイマ１０は、抵抗器Ｒ１とコンデンサＣ２の直列回路としたが、コンデンサＣ２のみからなる回路としてもよい。換言すると、アナログタイマ１０の抵抗器Ｒ１を短絡回路に変更してもよい。抵抗器Ｒ１を含まないアナログタイマを用いた場合、図５のステップＳ２０３においてセルコントローラ５が起動モードになるまでの時間が長くなる代わりに、アナログタイマ１０の部品点数の減少により電池監視装置の製造コストを低減することができる。なお、抵抗器Ｒ１を備えない場合、コンデンサＣ２から放電抵抗器Ｒ３を介して放電する際の時定数がｃ２×ｒ３となる。

電気エネルギを蓄積および放電することができるようなコンデンサＣ２以外の受動素子を用いて、アナログタイマ１０を構成することにしてもよい。例えば、コンデンサＣ２の代わりに可変コンデンサを用いることにしてもよい。この場合、時間設定部４２は、時間Ｔ１を設定するために、可変コンデンサの静電容量を設定することにしてもよい。第２の実施の形態のように、アナログタイマ１０がセルコントローラ２５に含まれる場合は、制御部４の時間設定部４２が静電容量の設定値と変更指令とを含む通信信号をセルコントローラ２５に出力して、セルコントローラ２５に変更させることにしてもよい。

制御部４は、セルバランシング判定部４３の機能を備えなくてもよい。例えば、制御部４がセルバランシング判定部４３を備える代わりに上位システム１１がセルバランシング判定部４３を備えることにしてもよい。この場合、制御部４は、セルコントローラ５または２５から出力された電圧測定結果を含む通信信号またはその電圧測定結果を含む情報を上位システム１１に転送することが望ましい。

第１および第２の実施の形態では、電池監視装置１または２１が複数の電池セル７が直列接続された一つのセルグループにより構成される組電池６を監視する例について説明した。しかし、本発明の電池監視装置が監視対象とする組電池の構成は、これに限定されない。複数の電池セルが直列接続された複数のセルグループにより構成される組電池についても、本発明の電池監視装置の監視対象とすることができる。なお、複数のセルグループにより組電池を構成する場合は、セルグループの数と同数のセルコントローラを電池監視装置に含めて、各セルグループに一つのセルコントローラが対応するようにすることが望ましい。また、複数のセルコントローラは、デイジーチェーン接続することにしてもよい。なお、セルコントローラの起動端子およびアナログタイマ１０への電圧印加は、他のセルコントローラから与えられる構成としてもよい。また、放電抵抗器Ｒ３はセルコントローラ５内に意図して形成された抵抗ではなく、リーク抵抗であってもよい。また、放電抵抗器Ｒ３はセルコントローラ５の外部に配置されてもよい。

アナログタイマ１０の他にデジタルタイマをさらに用いて、制御部４が低消費電力モードに移行してからセルコントローラ５または２５を低消費電力モードに移行させるまでの時間Ｔ１を制御することにしてもよい。また、デジタルタイマは、複数備えることにしてもよい。デジタルタイマを、アナログタイマ１０と併用することにより、時間Ｔ１を長く設定することが容易となる。

以上で説明した各実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。

Claims

複数の電池セルを直列に接続したセルグループを単数または複数有する組電池を監視する電池監視装置であって、
起動電圧の印加を受けて起動すると共に、前記起動電圧が所定電圧以上である期間に前記複数の電池セルの容量を調整するためのセルバランシングを実行するセルバランシング部を有するセルコントローラと、
前記セルコントローラに前記起動電圧を印加すると共に、前記セルコントローラを制御する制御部と、
電気エネルギの蓄積及び放電が可能な受動素子を有すると共に、前記起動電圧を前記セルコントローラに所定時間印加する第１タイマ部と、
を備え、
前記制御部は、消費電力を抑制する低消費電力モードで動作可能であって、前記低消費電力モードで動作するとき前記所定電圧以上の前記起動電圧を前記セルコントローラに印加せず、
前記第１タイマ部は、前記制御部が前記低消費電力モードに移行した後から、前記所定電圧以上の前記起動電圧を前記セルコントローラに前記所定時間印加する電池監視装置。
請求項１に記載の電池監視装置において、
前記第１タイマ部は、前記受動素子としてコンデンサを含み、
前記コンデンサに蓄積された電気エネルギは、前記コンデンサの容量に基づく時定数で、前記セルコントローラに放電される電池監視装置。
請求項１に記載の電池監視装置において、
前記第１タイマ部が前記セルコントローラに内蔵される電池監視装置。
請求項１に記載の電池監視装置において、
前記所定時間は、前記制御部が前記セルコントローラに印加する前記起動電圧の電圧値に応じて変化する電池監視装置。
請求項４に記載の電池監視装置において、
前記制御部は、
前記セルコントローラに印加する前記起動電圧の電圧値を設定する電圧設定部をさらに備える電池監視装置。
請求項２に記載の電池監視装置において、
前記制御部が前記低消費電力モードに移行してからの経過時間を計時し、前記経過時間が所定の設定時間に到達したとき、前記制御部を前記低消費電力モードから起動させる第２タイマ部をさらに備え、
前記制御部は、前記設定時間を設定する時間設定部をさらに備える電池監視装置。
請求項６に記載の電池監視装置において、
前記セルコントローラは、
前記起動電圧が前記所定電圧以上である期間に、前記複数の電池セルの電圧を測定する電圧測定部をさらに備え、
前記制御部は、
前記電圧測定部による電圧測定結果に基づいて、前記セルバランシング部による前記セルバランシングが必要か否かを判定する判定部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２タイマ部により前記低消費電力モードから起動した後、前記判定部による判定を行う電池監視装置。
請求項７に記載の電池監視装置において、
前記セルコントローラは、前記コンデンサに蓄積された電気エネルギの放電に用いられる伝送路を開閉する開閉制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記セルバランシングが不要であると前記判定部が判定したとき、前記セルコントローラに対して前記開閉制御部を用いて前記伝送路を閉じさせる電池監視装置。