JP6984548B2

JP6984548B2 - 組電池監視装置

Info

Publication number: JP6984548B2
Application number: JP2018111891A
Authority: JP
Inventors: 貴仁早川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: WO2019239676A1; US11876192B2; US20210098835A1; JP2019216525A

Description

本発明は、複数の電池セルを多段直列接続して構成される組電池を監視対象とする装置に関する。

組電池を監視対象とする装置については、例えば特許文献１に開示されているように、組電池に接続されて電圧を検出する複数のＩＣと、これらのＩＣに指令を送信するＥＣＵとをデイジーチェーン方式で接続して通信を行うものがある。特許文献１では、通信に往路と復路とがあるデイジーチェーン接続において、断線が往路，復路の何れで発生したかを検出している。

特許第５９００４３１号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、断線が往路，復路における何れのＩＣ間で発生したのかは特定できない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信の途絶が発生した箇所を特定できる組電池監視装置を提供することにある。

請求項１記載の組電池監視装置によれば、組電池の状態を監視する複数の監視回路と、これらの監視回路にチェックコードが含まれているコマンドを周期的に送信して指示を行う制御回路とは、デイジーチェーン方式で接続されて通信を行う。監視回路は、コマンドの受信を開始すると、チェックコードに基づく判定を行う前に当該コマンドを下流側に送信し、制御回路が送信したコマンドが設定されている周期を超えて受信されていないと判断すると、自身の下流側に初期値データを含む通信途絶コマンドを送信する。通信途絶コマンドを受信した監視回路は、当該コマンドをバッファに保持し、次の周期に通信途絶コマンドを受信すると、バッファに保持したコマンドに含まれているデータに演算処理を行う。制御回路は通信途絶コマンドを受信すると、当該コマンドに含まれているデータの値に基づいて通信の途絶が発生した位置を特定する。

すなわち、通信途絶コマンドを受信した監視回路が、そのコマンドに含まれているデータにそれぞれ一定の演算を行うことで、制御回路は、受信した通信途絶コマンドに含まれている演算結果データから、何れの位置にある監視回路において通信の途絶が発生したのかを特定できる。

また、このように構成すれば、通信が正常に行われている状態では、チェックコードに基づく判定を行う前にコマンドを下流側に送信することで、通信を迅速に行うことができる。

第１実施形態であり、通信途絶が発生した場合に、制御ＩＣと監視ＩＣとの間において通信途絶コマンドが転送される状態を示すタイミングチャート通信途絶の発生個所を示す図通信途絶が発生した場合に、制御ＩＣが誤判定するケースを想定したタイミングチャート制御ＩＣの受信処理を示すフローチャート監視ＩＣが備える通信回路の構成を示す機能ブロック図組電池監視装置の構成を示す図第２実施形態であり、通信途絶が発生した場合に、制御ＩＣと監視ＩＣとの間において通信途絶コマンドが転送される状態を示すタイミングチャート第３実施形態であり、通信途絶が発生した場合に、制御ＩＣと監視ＩＣとの間において通信途絶コマンドが転送される状態を示すタイミングチャート監視ＩＣが行う処理の詳細を示すタイミングチャート通信途絶コマンドの通信フレームを示す図第４実施形態であり、デイジーチェーン接続形態の変形例を示す図

（第１実施形態）
図６に示すように、本実施形態の組電池監視装置は、制御ＩＣ１と、例えばＭ個の監視ＩＣ２（１）〜２（Ｍ）とを備えている。組電池３は、複数の電池セル４を直列に接続して構成され、各監視２（１）〜２（Ｍ）は、それぞれ所定数の電池セル４の状態，例えば電圧，電流温度等を測定して監視する。制御ＩＣ１は、マイクロコンピュータ等で構成されており、制御ＩＣ１と監視ＩＣ２（１）〜２（Ｍ）とはデイジーチェーン方式で接続されている。制御ＩＣ１は制御回路に相当し、監視ＩＣ２は監視回路に相当する。

尚、以下では、コマンドが転送される方向の説明において、制御ＩＣ１側を「上流側」と称し、監視ＩＣ２側を「下流側」と称すことがある。制御ＩＣ１が監視ＩＣ２（１）にコマンドを送信すると、そのコマンドは、監視ＩＣ２（１）→監視ＩＣ２（２）→…監視ＩＣ２（Ｍ）→制御ＩＣ１という流れで順次転送される。監視ＩＣ２は、受信したコマンドに応じて、それぞれが測定対象とする電池セル４の状態を示すデータ等をコマンドに付して、自身の下流側に転送することで制御ＩＣ１に送信する。

本実施形態では、図１に示すように、制御ＩＣ１が監視ＩＣ２に対して、一定周期でコマンドを送信する。監視ＩＣ２は、コマンドを受信する間隔時間を計測しており、その間隔時間が途絶判定時間を超えると、通信途絶コマンドを自身の下流側に転送する。

監視ＩＣ２は、通信回路５を備えている。図５に示すように、通信回路５は、通信制御回路６を備えている。通信制御回路６は、上流側より送信されたコマンドが入力されると、そのコマンドに電池セル４の状態データ等を書込んで下流側に出力する。その出力は、２つのセレクタ７及び８を介して行われる。途絶時間カウンタ９は、コマンドの受信間隔を計測するカウンタであり、通信制御回路６は、コマンドを受信する毎に途絶時間カウンタ９に対してリセット信号を出力する。

途絶判定時間設定レジスタ１０には、通信の途絶発生を判定するための時間データが設定されており、比較器１１は、前記レジスタ１０の設定値と途絶時間カウンタ９のカウント値を比較する。そして、カウント値がレジスタ１０の設定値を超えると、途絶判定信号をアクティブレベル，例えばハイにする。

途絶判定信号は、途絶コマンド生成部１２及びセレクタ８に入力されている。途絶コマンド生成部１２は、途絶判定信号がアクティブになると通信途絶コマンドを出力する。通信途絶コマンドには、各監視ＩＣ２が演算を行う対象のカウント値が書き込まれるが、途絶コマンド生成部１２は、そのカウント値を初期値，例えば「１」に設定する。セレクタ８は、途絶判定信号がインアクティブであればセレクタ７側を選択し、同信号がアクティブであれば途絶コマンド生成部１２側を選択する。

通信制御回路６は、制御ＩＣ１が送信したコマンドが入力されると、そのコマンドに対する応答をセレクタ７及び８を介して下流側に送信する。一方、通信制御回路６は、通信途絶コマンドが入力されると、当該コマンドを途絶コマンド処理部１３に転送すると共に、セレクタ７を途絶コマンド処理部１３側に切替える。途絶コマンド処理部１３は、転送されたコマンドに書き込まれているカウント値に所定の演算として、例えばＮ＝１を加算する処理を行う。そして、更新したカウント値を書込んだ通信途絶コマンドをセレクタ７に出力する。

次に、本実施形態の作用について説明する。図１に示すように、制御ＩＣ１は、監視ＩＣ２に対して一定周期，例えば数１０μｓ〜数ｍｓ程度の周期でコマンドを送信している。また、制御ＩＣ１は、図４に示すように、受信側の処理として監視ＩＣ２からコマンドを受信すると（Ｓ２→Ｓ３）、それが通信途絶コマンド以外の有効なコマンドであれば（ＹＥＳ）、そのコマンドの内容を実行して（Ｓ１１）通常の受信状態に移行する（Ｓ１）。

一方、監視ＩＣ２から通信途絶コマンドを受信すると（Ｓ３；ＮＯ→Ｓ４；ＹＥＳ）、制御ＩＣ１は通信途絶受信状態に移行して、判定待ち時間カウンタをクリアする（Ｓ５）。それから、次のコマンドの受信待ちをして判定待ち時間カウンタをカウントアップする（Ｓ６）。次に、ステップＳ３，Ｓ４と同様の判断を行い（Ｓ７，Ｓ８）、通信途絶コマンド以外の有効なコマンドであれば（Ｓ７；ＹＥＳ）ステップＳ１１に移行する。

ここで、制御ＩＣ１が通信途絶コマンドを受信すると（Ｓ８；ＹＥＳ）、判定待ち時間カウンタの値が設定値を超えたか否かを判断する（Ｓ９）。設定値を超えていなければ（ＮＯ）ステップＳ６に戻り、設定値を超えていれば（ＹＥＳ）その時点で受信している通信コマンドのカウント値より、通信途絶が発生した箇所を推定する（Ｓ１０）。

図１に示すように、制御ＩＣ１及び各監視ＩＣ２の間を接続している通信線が健全であれば、制御ＩＣ１が送信したコマンドは、各監視ＩＣ２を経由した後に制御ＩＣ１によって受信される。ここで、図２に示すように、監視ＩＣ２（１）と監視ＩＣ２（２）との間で通信途絶が発生したとする。なお、図２はＭ＝４のケースを示している。この時、監視ＩＣ２（１）が送信したコマンドは、監視ＩＣ２（２）には受信されなくなる。

すると、監視ＩＣ２（２）の通信回路５では、途絶時間カウンタ９がリセットされずカウント値が上昇し続ける。そして、カウント値がレジスタ１０の設定値，例えば１０ｍｓ相当の途絶判定値を超えると、通信回路５は通信途絶コマンドを送信する。当該コマンドに含まれているカウント値は「１」である。そのコマンドを受信した監視ＩＣ２（３）の通信回路５は、カウント値をインクリメントして「２」とすると、下流側の監視ＩＣ２（４）に送信する。監視ＩＣ２（４）の通信回路５は、カウント値をインクリメントして「３」とすると、通信途絶コマンドを制御ＩＣ１に送信する。

制御ＩＣ１は、通信途絶コマンドを最初に受信すると（Ｓ４；ＹＥＳ）、判定待ち時間カウンタをクリアして（Ｓ５）カウントアップを開始する（Ｓ６）。監視ＩＣ２（２）は、通信途絶状態が継続しているので、カウント値が「１」の通信途絶コマンドを繰り返し送信する。これにより、制御ＩＣ１も、カウント値が「３」の通信途絶コマンドを繰り返し受信することになる。したがって、制御ＩＣ１は、最初の受信から判定待ち時間カウンタの値が設定値を超えた時点で、受信している通信途絶コマンドのカウント値「３」を確認することで、通信途絶が監視ＩＣ２（１）と監視ＩＣ２（２）との間で発生したことを推定する。

ここで、例えば図３に示すように、監視ＩＣ２間の誤差により、監視ＩＣ２（２）よりも先に監視ＩＣ２（３）が通信途絶を判定すると、制御ＩＣ１は最初にカウント値「２」の通信途絶コマンドを受信することになる。制御ＩＣ１が、この受信のタイミングで通信途絶の発生個所を特定すると、誤判定となってしまう。これに対して、最初の通信途絶コマンドを受信した時点から、十分な判定待ち時間が経過した時点で発生個所を特定することで誤判定を防止する。

以上のように本実施形態によれば、組電池３の状態を監視する複数の監視ＩＣ２と、これらの監視ＩＣ２にコマンドを周期的に送信して指示を行う制御ＩＣ１とがデイジーチェーン方式で接続されて通信を行う。監視ＩＣ２は、制御ＩＣ１が送信したコマンドが設定されている周期を超えて受信されていないと判断すると、自身の下流側に初期値データを含む通信途絶コマンドを送信する。

通信途絶コマンドを受信した監視ＩＣ２は、そのコマンドに含まれているカウント値に演算処理を行い、その演算結果のカウント値で更新した通信途絶コマンドを下流側に送信する。制御ＩＣ１は通信途絶コマンドを受信すると、当該コマンドに含まれているデータの値に基づいて通信の途絶が発生した位置を特定する。これにより、制御ＩＣ１は、受信した通信途絶コマンドから、何れの位置にある監視ＩＣ２で通信の途絶が発生したのかを特定できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を設定して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図７に示すように、第２実施形態では、監視ＩＣ２の通信回路５において、途絶コマンド処理部１３が通信途絶コマンドのカウント値に対して行う演算が異なっている。第２実施形態ではカウント値に「Ｎ＝２」を乗じる演算を行う。これより、第１実施形態と同様に通信途絶が発生した場合、制御ＩＣ１が受信する通信途絶コマンドに含まれているカウント値は「４」となる。以上のような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、図１０に示すように、通信に使用されるコマンドには、チェックコードである例えばＣＲＣ（Cyclic Redundancy Cord）が含まれている。図１０では、通信に使用するコマンドやカウント値，及びそれらのＣＲＣをそれぞれ１６ビットで構成し、全体で６４ビットの通信フレームを構成している。なお、カウント値については、監視ＩＣ２の数を最大で「１６」までを想定していることから、実質的に４ビットのみ使用する。

一般に、通信にＣＲＣ等を使用する際には、ＣＲＣに基づく演算を行い誤りの有無を判定してから次の通信処理を開始する。これに対して、第３実施形態では、図８に示すように、監視ＩＣ２は、コマンドを受信するとＣＲＣをチェックすることなく下流側にコマンドを送信する。

また、図９に示すように、第１実施形態と同様に通信途絶が発生すると、監視ＩＣ２（２）は、初期値「１」の通信途絶コマンドを送信する。監視ＩＣ２（３）及び監視ＩＣ２（４）も、通信途絶コマンドに対応して保持しているカウント値は何れも初期値「１」である。通信途絶コマンドを受信した監視ＩＣ２（３）は、その時点で保持しているカウント値「１」の通信途絶コマンドを下流側に送信するが、カウント値をインクリメントしてその値を内部のバッファに保持する。監視ＩＣ２（４）も同様の処理を行う。監視ＩＣ２（３）及び監視ＩＣ２（４）が保持するカウント値は何れも「２」となり、制御ＩＣ１はカウント値「１」の通信途絶コマンドを受信する。

監視ＩＣ２（２）は、再度途絶判定時間が経過すると、またカウント値「１」の通信途絶コマンドを送信する。そのコマンドを受信した監視ＩＣ２（３）は、その時点で保持しているカウント値「２」の通信途絶コマンドを下流側に送信するが、前回と同様に受信したコマンドのカウント値「１」をインクリメントした値「２」を内部のバッファに保持する。監視ＩＣ２（４）も同様の処理を行う。監視ＩＣ２（４）が保持するカウント値は「３」となり、制御ＩＣ１はカウント値「２」の通信途絶コマンドを受信する。

監視ＩＣ２（２）は、次に途絶判定時間が経過すると、またカウント値「１」の通信途絶コマンドを送信するので、監視ＩＣ２（３）が行う処理は前回と同様になる。監視ＩＣ２（４）は、カウント値「２」の通信途絶コマンドを受信すると、その時点で保持しているカウント値「３」の通信途絶コマンドを制御ＩＣ１に送信し、制御ＩＣ１が受信する。次回以降に監視ＩＣ２（４）が行う処理は前回と同様になるので、制御ＩＣ１が受信する通信途絶コマンドのカウント値は「３」のままになる。

したがって、制御ＩＣ１が最初に通信途絶コマンドを受信した時点から十分な判定待ち時間が経過した時点で、受信している通信途絶コマンドのカウント値「３」を確認すれば、通信途絶が監視ＩＣ２（１）と監視ＩＣ２（２）との間で発生したことを特定できる。

以上のように第３実施形態によれば、制御ＩＣ１が送信するコマンドにはＣＲＣが含まれており、監視ＩＣ２はコマンドの受信を開始すると、ＣＲＣに基づく判定を行う前に当該コマンドを下流側に送信する。監視ＩＣ２は、第１実施形態と同様の判断により、自身の下流側に初期値データを含む通信途絶コマンドを送信する。

通信途絶コマンドを最初に受信した監視ＩＣ２は、自身の下流側に初期値データを含む通信途絶コマンドを送信すると共に、当該コマンドに含まれているデータをバッファに保持し、次の周期に前記通信途絶コマンドを受信すると前記バッファに保持したコマンドに含まれているデータに演算処理を行い、その演算結果のデータで更新した通信途絶コマンドを下流側に送信する。制御ＩＣ１は通信途絶コマンドを受信すると、第１実施形態と同様に通信の途絶が発生した位置を特定する。したがって、通信が正常に行われている状態では、ＣＲＣに基づく判定を行う前にコマンドを下流側に送信することで、通信を迅速に行うことができる。

（第４実施形態）
図１１に示すように、第４実施形態は、特許文献１のように往路と復路とが独立しているデイジーチェイン接続に適用した場合を示す。この構成に対して例えば第１実施形態を適用すると、制御ＩＣ１が受信する通信途絶コマンドのカウント値は「６」になるが、第２実施形態と同様に通信途絶が監視ＩＣ２（１）と監視ＩＣ２（２）との間で発生したことを特定できる。

（その他の実施形態）
各実施形態を適宜組み合わせて実施しても良い。
監視ＩＣ２が行う演算処理は、「１」加算や「２」を乗じるものに限らない。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は制御ＩＣ、２は監視ＩＣ、３は組電池、４は電池セルを示す。

Claims

複数の電池セル（４）を多段直列接続して構成される組電池（３）を監視対象とするもので、
前記組電池に接続され、当該組電池の状態を監視する複数の監視回路（２）と、
これら複数の監視回路にチェックコードが含まれているコマンドを周期的に送信して指示を行う制御回路（１）とを備え、
前記制御回路と前記複数の監視回路とは、デイジーチェーン方式で接続されて通信を行い、
前記監視回路は、前記コマンドの受信を開始すると、前記チェックコードに基づく判定を行う前に当該コマンドを下流側に送信し、
前記コマンドが設定されている周期を超えて受信されていないと判断すると、自身の下流側に初期値データを含む通信途絶コマンドを送信し、
前記通信途絶コマンドを最初に受信した監視回路は、自身の下流側に初期値データを含む通信途絶コマンドを送信すると共に、当該コマンドに含まれているデータをバッファに保持し、次の周期に前記通信途絶コマンドを受信すると前記バッファに保持したコマンドに含まれているデータに演算処理を行い、その演算結果のデータで更新した通信途絶コマンドを下流側に送信し、
前記制御回路は、前記通信途絶コマンドを受信すると、当該コマンドに含まれているデータの値に基づいて通信の途絶が発生した位置を特定する組電池監視装置。