JP6272401B2 - トラクション電池の互いに電気的に接続される複数の電池モジュールの中から１つの電池モジュールを位置特定するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラクション電池の互いに電気的に接続される複数の電池モジュールの中から１つの電池モジュールを位置特定するための方法に関する。さらに本発明は、対応する装置、対応するコンピュータプログラム、さらに対応する記憶媒体に関する。

電動車両内のトラクション電池のモジュール用制御システムが知られている。この場合、各モジュールは、個々のセルの温度および電圧などのデータを監視し、これらの値をバスシステムを介して中央電池制御装置に送信するモジュール制御装置を有し得る。

モジュール制御装置は、電池制御装置と通信する際、一意のアドレス、識別表示（ＩＤ）またはコードを使用することができる。このアドレス、ＩＤまたはコードは、１つのモジュール場所にしっかりと一意に関連付けられてもよく、同じアドレス、ＩＤまたはコードを有する２つのモジュール制御装置が車両内の電池制御装置のバスにおいて生じ得ない一意の設計であってもよい。例として、既知の解決策では、このアドレス、ＩＤまたはコードを、既存のモジュールまたは製造されるモジュールすべての中において一意であるアドレスで達成している。有効な例は、コンピュータネットワークのＭＡＣアドレスであり得る。

（特許文献１）は、各電池モジュールが、電圧および温度などのセルデータを確認し、かつ前記セルデータをバスシステムを介して中央電池制御装置に送信するモジュール制御装置を有する電池制御システムを記載している。ＩＤ情報を電池制御装置に送信するために、個々の制御装置によって第２のバスシステムが使用される。データとＩＤ情報との組合せが、モジュールの設置場所を確認するために使用される。

（特許文献２）は、電池モジュールの欠陥場所を電池モジュールの電磁作用によって確認する可能性を記載している。この場合、目的は、モジュールにある制御装置が、電磁作用を確認し、かつバスシステムを使用して、前記電磁作用を中央電池制御装置に転送することである。

（特許文献３）は充電式電池システムを記載している。特に、（特許文献３）は、温度および電圧などの個々のセルデータの測定について述べている。

（特許文献４）は、個々のモジュール制御装置がバスシステムを介して接続され、互いにデータを交換することができる電池システムを記載している。

（特許文献５）は、各モジュールがその上に、モジュールの電圧を測定し、前記電圧をバスシステムを介して中央電池制御装置に送信する制御装置を有する電池制御システムを開示している。

（特許文献６）は、不正アクセスを電池モジュールに報告するように意図される電池セキュリティシステムを記載している。この目的のために、各電池モジュールには、情報をバスシステムを介して中央制御装置に送信する監視ユニットが取り付けられる。

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本発明は、電池制御装置の個々のセルモジュールを問題なく交換するには、車両の任意の他の中央制御装置または車載診断プログラム（ＯＢＤＣまたはＯＢＤ）がモジュールを特定する必要があるという洞察に基づく。特に電池制御装置がセルモジュール内に問題、不良または任意の他の事象を検出した場合、このセルモジュールを特定し、取り替える必要がある。従来の電池制御装置は、問題をセルモジュールのアドレス、識別表示またはコードに関連付けることはできるが、設置場所には関連付けることができない。

したがって本発明は、独立クレームによる、トラクション電池の互いに電気的に接続される複数の電池モジュールの中から１つの電池モジュールを位置特定するための方法、対応する装置、対応するコンピュータプログラム、さらに対応する記憶媒体を提供する。

したがって本発明によれば、セルモジュールのアドレス、ＩＤまたはコードによって設置場所が特定される。本発明により、モジュールが、例えば電池内に誤って設置されないように、少量多種の構成要素をもたらすであろう電池内の各設置場所に対して電子的もしくは機械的に個々になる必要はなく、または、組立てに続いて複雑な方法で個々にプログラムする必要がなく、その結果、それぞれのモジュールの設置場所を、対応する関連付けられたアドレス、ＩＤもしくはコードで照合することができる。

この目的のために、各セルモジュール（すなわち、その電子機器）が、すべてのセルモジュールの複合体内におけるそれ自体の電気的位置を各アドレス、ＩＤもしくはコードに割り当て、または中央制御装置が、関連付けられたセルモジュールの電気的位置を各アドレス、ＩＤもしくはコードに割り当てる。したがって、セルモジュールアドレス、ＩＤまたはコードと電池内の関連した物理的位置との間で行われる精密な照合（例えばテーブルとして）を必要とせず、電池ボックス内の物理的位置も分かる。しかしながら、次いで、それぞれのセルモジュールの電位を測定するために、不良を起こしやすい高電圧ケーブルを電池に通して各セルモジュールまで横方向に配線する必要があるであろう。前記セルモジュールが、例えば電池内の通信バスの導体、また任意の電池接続と比較して高い電圧を取ると、設置不良および短絡が生じ得る。

本発明によれば、電気的位置は、例えば電池の陰極の電位を測定することによって確立することができる。より一般的には、各セルモジュールは、他のセルモジュールの固定電位範囲に通常重ならない固定電位範囲に及ぶため、回路内の任意の点における電位は、前記点がセルモジュールの電圧より高い電圧を発生させる計器用変圧器を使用して生成されないならば、測定することもできる。

しかしながらこの場合、一般に、高電圧システム、ひいては電池モジュールもまた、電池の残りの部分からＤＣ分離されることを留意すべきである。したがって、各モジュールの電位を測定するための共通の基準点は極めて重要である。

当業者は、各セルモジュールに、例えば、電池全体の陰極に接続される線を介して電位基準点を設けたくなる場合がある。これにより、電池自体から基準が生成され、低電圧システムからのＤＣ分離の問題が回避されうる。しかしながら、その場合、それぞれのセルモジュールの電位を測定するために、障害となりやすい高電圧ケーブルを、電池の端から端まで各セルモジュールに引き回してゆく必要があるであろう。最上部の電池の場合には、電圧は８００Ｖにも達することがある。

このような手法の危険は、本発明によって有利に回避される。特に、本発明では、別途の高電圧線が不要になり。これにより、高電圧線において発生しうる、絶縁損傷に起因する重大事故や、それに伴うアークの開始というような問題を回避できる。

本発明のさらに有利な改良は、従属特許クレームにおいて特定する。

本発明の例示的実施形態を図面に示し、以下により詳細に説明する。

第１の実施形態の簡略化した回路図を示す。 本発明の第２の実施形態の回路図を示す。

各セルモジュールの電位の、解決が困難な測定を、本発明によって複数の方法で達成することができる。ここで、これら方法のうちの第１の方法について、図１を参照して検討する。しかしながら、例として、前記図は、高電圧線を介して前のモジュール３０および次のモジュール３２に接続される単なる単一の電池モジュール１２を示す。

本構成では、本発明は、典型的なトラクション電池１０内のＤＣ分離にかかわらず、例として低電圧車載電力供給システムが操作される低電圧側への、特にまた、適切なバストランシーバ３４を備えた各電池モジュール１２から電池制御装置および／または他のモジュール３６への通信を提供するバスシステム２０への容量結合が少なくとも存在する環境を利用する。

本発明によれば、すべての電位測定は本質的に同時に実行されるため、この場合、低電圧側の広範囲の点は十分な電位基準１４を提供する。

電池モジュール１２間の電圧は、次のステップにおいて、すべての電池モジュール１２の電位を一対ごとに減算することによって確認することができる。その電圧値が最も小さい差を形成する電池モジュール１２同士は、第１の近似において、電気的に直接隣接しているとも見なすことができる。

さらに、モジュール制御装置１６または電池制御装置は通常、適切な測定線２２および温度センサ２４を使用して、すべての個々のセル１８の温度および電圧を測定もし、電位情報と共に、電池モジュール１２の電気的相互接続を正確に確認することができる。

この電位測定は、各電池モジュール１２自体がそれ自体の電位に対して行うことができる。前記電池モジュールは、値を他の電池モジュール１２と電子的に交換し、かつ／またはその値を電池制御装置に送信することができる。

特に車両工学で生じ得る条件下で正確に同時に測定することが必ずしも望ましいとは限らず、または必ずしも忠実に守ることはできないため、電池モジュールの電位と、時定数が遅い低電圧側の基準電位１４との電圧差をならし、その結果、前述の同時性条件が緩和され、または完全に無関係になるローパスフィルタ２８を使用することが好ましい。

実施態様においては、基準電位の選択は重要である。典型的なトラクション電池１０は、利用可能な低電圧ネットワークの電気部品を意図的にほとんど有しておらず、車体構造さえ意図的に遮蔽され、基準電位の別個の電線が問題であるため、基準電位の選択は、本発明にとって不可欠であることが分かる。

市販の電池モジュール１２は通常、ＤＣ電位分離部３８を有する。まれに、ＤＣ電位分離部３８は電池制御装置に接近して位置する。他の電池モジュール１２および／または電池制御装置との通信のための電子バスシステム２０が、この電位分離部３８において、それぞれの電池モジュール１２に対面するようにする。この場所では、バスシステム２０の電位に対する電池モジュール１２の電位の測定を実行することが有利に可能である。

図２は、多数の電気自動車内で、漏電モニタ４０が、１つまたは複数の高電圧システムと、低電圧側（例えば車体構造で示す）との間に導電接続が存在するかどうか、ひいては電位分離部３８が損傷していないかどうかを連続的に監視する環境を利用する本発明の特に有利な実施形態を示す。しかしながら明らかな誤った考えに反して、市販の漏電モニタ４０は、本発明の目的のための測定が可能になる程度まで、想定されるＤＣ分離を除去することがある。

多くの漏電モニタ４０は、下記の２つの原理のうちの１つを使用するが、それらいずれによっても、本発明による電位の測定が可能になる。

一選択肢として、漏電モニタ４０は、一定であるがインピーダンスが極めて高く、ひいては通常検知されない、高電圧部分と低電圧部分との間の電位リンクを設定し、この電位リンクを維持するために漏電モニタ４０が電流を供給しなければならないであろう環境によって電位分離部３８の破損箇所を特定する。この電位リンクはまた経時で変化し得、例えば正弦曲線形状をたどる。対照的に、低電圧部分は、経時で安定性の大きい高電圧側の電位の中間に近接した状態で保持されることがより多い。

代替方法として、漏電モニタ４０は、通常経時変化する方法で、微小電流を低電圧側から高電圧側および／または後部に流すことができ、低電圧側と高電圧側との間に導電接続が存在するかどうかを確認するために電位リンクを測定することができる。

どちらの場合も、漏電モニタ４０によって、本発明による測定のための安定した電位基準１４が生じる。したがって、特に、バスシステム２０の電位も定義され、この電位が測定のための好ましい電位基準１４である。

電位基準１４の選択にかかわらず、提案する測定に以下の考慮事項が適用される。

この目的に使用され得る、モジュール制御装置１６のＡ／Ｄ入力は、高電圧を可能とせず、低電圧部分からの電池モジュール１２の電位分離部３８を迂回することもできないため、電池モジュール１２の電位は複数の方法で測定することができる。

例として、電位と電位基準１４との間の差電圧を低い電圧値まで低下させるために、抵抗分割回路が使用される。抵抗分割回路は、漏電モニタ４０を起動しないように、電池モジュール１２の個々のセル１８に関するすべての電位測定からの並列経路電流がすべて、漏電モニタ４０のトリガ電流閾値よりはるかに小さい高インピーダンス設計であるべきである。

有利には、アイソレーションアンプまたはアナログ信号スプリッタが測定に使用される。これにより、ＤＣ分離を維持することができる。

さらに、トラクション電池１０内の大電流は、電磁干渉が非常に高くなり得ることを意味するため、ローパスフィルタ２８が望ましい。

さらに、他の電池モジュール１２および／また電池制御装置との通信に実際に使用される電気バスシステム２０が電位基準１４として使用される場合には、以下の態様を留意すべきである。

通常、前記バスシステムは、干渉を低減するために、少なくとも２つの線を有する差動バスシステム２０である。

バスシステム２０の１つの線だけが使用されるべきではなく、むしろすべての線の平均値を生成し、電位基準１４として使用すべきことが好ましい。

各電池モジュール１２のそれぞれの電位に関する情報が、電池モジュール１２自体のアドレス、ＩＤ、コードなど、および通常個々のセル１８の電圧などと共に、電池モジュール１２から電池制御装置および／または、例えばＯＢＤユニットなどの他の制御装置に送信されるため、このユニットもまた、それぞれの電位、およびアドレス、ＩＤまたはコードとの関連が分かる。電位に関する情報は、動力部の完全な電気配線を確認するために使用することができる。

トラクション電池１０内の動力部の電気配線は、トラクション電池１０の設計によって規定されるため、決定されたアドレス、ＩＤまたはコードを備えた電池モジュール１２の物理的位置は、これまで行われてきた電池モジュール１２の物理的位置を備えたアドレス、ＩＤまたはコードのテーブルの複雑なマニュアル照合なしで分かる。

個々のセル１８の電圧に関する情報および電位に関する情報を組み合わせることができるため、不一致を確認することがさらに可能である。例として、１つの電池モジュール１２の電位が、著しい差異を示す場合がある。しかしながら、残りの電池モジュール１２の電位は、トラクション電池１０全体の電圧にわたってほぼ均一に等距離で分配されるはずであるため、個々のセル１８の電圧を大きく上回る差異を特定することができる。

さらに、時間に関する情報を記録することができる。まずスイッチを入れ、位置検出を行うと、位置が分かり、車両を開けなくても、別の位置があると仮定する必要はないため、複数の電圧センサが故障した場合、電池モジュール１２の個々のセル１８におけるエラーを検出することさえさらに可能である。

これは、電池モジュール１２内の相互接続された個々のセル１８内の電気的に最も陰性の点の電位を確認することを含むことが好ましい。前記最も陰性の点は、それぞれの電池モジュール１２の陰極と通常同様に、典型的なトラクション電池１０内の電池モジュール１２内で一体化された各モジュール制御装置１６のグラウンド電位としても使用される。

代替方法として、各電池モジュール１２は、隣接する電池モジュール１２の特定の電位範囲と通常一致しない専用の特定の電位範囲を備えるため、任意の他の点、例えば個々のセル１８のうちの１つの上のタップを使用することも可能であろう。

１０ トラクション電池
１２ 電池モジュール
１４ 電位基準
１６ モジュール制御装置
１８ 個々の電気セル
２０ バスシステム
２６ 電圧計
２８ ローパスフィルタ
３８ ＤＣ電位分離部
４０ 漏電モニタ

Claims (10)

1. トラクション電池（１０）の互いに電気的に接続される複数の電池モジュール（１２）の中から１つの電池モジュール（１２）を位置特定するための方法であって、
   前記複数の電池モジュール（１２）に共通であり、前記複数の電池モジュール（１２）の各々は直列に接続され、前記複数の電池モジュール（１２）のそれぞれからＤＣ分離された電位基準（１４）に対して、リアルタイムで前記複数の電池モジュール（１２）のそれぞれにおいて、電圧計（２６）を介して電位が測定され、
   前記電位のそれぞれが、前記電池モジュール（１２）間の電圧を減算で計算するために使用され、
   前記電池モジュール（１２）の位置関係が前記電位のそれぞれから導出され、
   前記トラクション電池（１０）内に一意に示されるモジュール制御装置（１６）が、位置特定すべき前記電池モジュール（１２）の両端で低下した電圧を検索するために使用され、
   前記検索された電圧および前記計算された電圧が、前記トラクション電池（１０）内の前記位置関係に基づいて前記電池モジュール（１２）を位置特定するために使用されることを特徴とする方法。
2. 前記電池モジュール（１２）がそれぞれ、複数の個々の電気セル（１８）を備え、
   前記電池モジュール（１２）の両端で低下した前記電圧が、前記モジュール制御装置（１６）により前記電池モジュール（１２）の各個々のセル（１８）から測定された電圧を検索することによって検索されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記モジュール制御装置（１６）が、前記トラクション電池（１０）のバスシステム（２０）を介して信号伝達目的で接続される複数のモジュール制御装置（１６）のうちの１つであり、各前記モジュール制御装置（１６）が、電池モジュール（１２）に関連付けられており、
   前記バスシステム（２０）が、前記電位基準（１４）を定義することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記バスシステム（２０）が、前記電池モジュール（１２）を前記トラクション電池（１０）の電池制御装置にさらに接続し、
   前記電圧の前記計算、前記位置関係の前記導出、前記電圧の前記検索または前記電池モジュール（１２）の前記位置特定が、前記電池制御装置によって達成されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記電位が、それぞれの前記電池モジュール（１２）に関連付けられた電圧計（２６）によって測定され、
   前記電圧計（２６）が、ローパスフィルタ（２８）を介してそれぞれの前記モジュール制御装置（１６）に前記電位を報告する ことを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 漏電モニタ（４０）が、前記電池モジュール（１２）と前記バスシステム（２０）との間のＤＣ電位分離部（３８）を監視し、
   前記漏電モニタ（４０）が、前記バスシステム（２０）の前記電位基準（１４）を生成することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記電池モジュール（１２）の中からさらなる電池モジュール（１２）を位置特定するために、必要に応じて前記電池モジュール（１２）の前記位置関係が記憶され、検索されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 特に請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を行うための装置（１０）であって、
   トラクション電池（１０）の互いに電気的に接続される複数の電池モジュール（１２）に共通の電位基準（１４）に対して、前記電池モジュール（１２）のそれぞれにおいて電位を測定するための手段と、
   前記電位から、前記電池モジュール（１２）間の電圧を減算で計算するための手段と、
   前記電圧から、前記電池モジュール（１２）の位置関係を導出するための手段と、
   前記トラクション電池（１０）内に一意に示されるモジュール制御装置（１６）によって、前記電池モジュール（１２）の中から位置特定すべき電池モジュール（１２）の両端で低下した電圧を検索するための手段と、
   検索された前記電圧および計算された前記電圧を使用して、前記トラクション電池（１０）内の前記位置関係に基づいて前記電池モジュール（１２）を位置特定するための手段と
   を特徴とする装置（１０）。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法すべてを行うために設定されるコンピュータプログラム。
10. 請求項９に記載のコンピュータプログラムが記憶された機械可読記憶媒体。

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