(57)【要約】【課題】簡易な構成にして、電池監視ユニットと電池制御ユニット間の通信線の基準電位を補機バッテリの基準電位とし、通信線の共通化を図った電気自動車の電池監視装置を提供する。【解決手段】電池監視ユニット(21)のＣＰＵ(23)と通信部(25)の間に電圧整合部(24)を配設してＣＰＵ(23)と通信部(25)の電気的な接続を無くし、該通信部(25)を電池制御ユニット(10)の通信部(11)と同電位である所定の低電圧での作動とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配列された充電のできる複数の電池セルと、各々の前記電池セルの電圧を測定する電圧測定回路と、前記電圧測定回路にて測定された前記電池セルの電圧を監視する電池監視部と、該電池監視部より出力される高電圧の監視信号を低電圧の監視信号に変換し出力する電圧整合部と、該低電圧の監視信号の通信を行う第１の通信部とを備えた電池監視ユニットとからなる電池モジュールを複数有し、該複数の電池モジュールの前記複数の電池セル同士を電力線で内部接続すると共に前記第１の通信部同士を通信線で内部接続した電池パックと、
前記複数の第１の通信部と通信線を介して前記低電圧の監視信号の通信を行う第２の通信部と、前記第２の通信部より入力される前記低電圧の監視信号を基に前記電池パックの前記複数の電池セルの充放電を制御する電池制御部とを有した電池制御ユニットと、
前記複数の電池セルとは別に低電圧の電流を供給する電源供給手段とを備え、
前記電池監視部は、前記電池セルより高電圧の電流を供給されて作動する一方、前記第１の通信部、前記第２の通信部及び前記電池制御部は、前記電源供給手段より前記所定の低電圧の電流を供給されて作動することを特徴とする電気自動車の電池監視装置。
【請求項２】
前記電源供給手段から前記第１の通信部への電力の供給・非供給を切り換える第１の電源切換手段をさらに有し、
該第１の電源切換手段は、前記電池制御ユニットにより切換制御されることを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の電池監視装置。
【請求項３】
前記電池モジュールは、前記電池セルから前記電池監視部への電力の供給・非供給を切り換える第２の電源切換手段をさらに有し、
該第２の電源切換手段は、前記電池制御手段により切換制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気自動車の電池監視装置。
【請求項４】
前記第２の電源切換手段は、前記電池制御ユニットにより前記第１の電源切換手段が切換制御されたことによる前記電源供給手段から前記第１の通信部への電力の供給・非供給に応じて切換制御されることを特徴とする、請求項３に記載の電気自動車の電池監視装置。
【請求項５】
前記通信線は、ＣＡＮに接続されてなることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の電気自動車の電池監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の電池監視装置に関し、詳しくは電池の電圧を監視する電池監視ユニットの回路構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の電源装置は、駆動用モータの動力源として大きな出力を得るために、二次電池（例えば、リチウムイオン電池等）からなる複数の電池セルを直列に接続して高電圧の電流を出力している。複数の電池セルを直列に接続する電源装置は、全ての電池セルを同じ電流で充電し、また放電する。しかしながら、全ての電池セルの電気特性を同一とすることはできず、各々の電池セルは、充放電を繰り返すにしたがい経時劣化を起こすが、この際、電池セル毎に経時劣化の度合いが異なることとなる。また、製造直後においては、同一な電気特性を有していないことから、電圧と容量のアンバランスが大きくなり、特定の電池セルを加速して劣化させる原因となる。
【０００３】
この様なことから、各々の電池セルの電圧等を正確に測定し監視するための電池監視ユニット（セルコントローラ）と、それらの監視結果より電源装置を制御する電池制御ユニット（メインコントローラ）を備えた車両用の電源装置が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、駆動用モータの動力源として大きな出力が必要であることから複数の電池セルを直列で接続し、高電圧の電流を発生させている。これら電池セル全ての電圧を一つの電池監視ユニットで測定するには、耐電圧の高い部品を必要としコストが高くなるため、ここでは複数の電池セルをまとめたモジュール単位で電池監視ユニットを搭載している。
【０００６】
ところで、上記特許文献１によれば、各モジュールに搭載されている電池監視ユニット内の回路は、モジュール内の複数の電池セルより電力を供給され作動し、電池制御ユニットは、補機バッテリより電力を供給され作動している。即ち、それぞれの電池監視ユニットと電池制御ユニットでは、基準電位が異なっている。よって、それぞれの電池監視ユニットと電池制御ユニットとを通信線等で接続する場合には、各通信線間に高い電位差が発生することとなる。
【０００７】
この様に電池監視ユニットと電池制御ユニット間の基準電位が異なると、上記特許文献１に示すように電池監視ユニットと電池制御ユニット間に高い耐電圧を持つ電圧整合回路が必要となる。また、通信線には、高電圧が加わるため特別な絶縁処理を施したハーネスが必要となり、コストが上昇し好ましいことではない。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な構成にして、電池監視ユニットと電池制御ユニット間の通信線の基準電位を補機バッテリの基準電位とし、通信線の共通化を図った電気自動車の電池監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の電気自動車の電池監視装置は、直列に配列された充電のできる複数の電池セルと、各々の前記電池セルの電圧を測定する電圧測定回路と、前記電圧測定回路にて測定された前記電池セルの電圧を監視する電池監視部と、該電池監視部より出力される高電圧の監視信号を低電圧の監視信号に変換し出力する電圧整合部と、該低電圧の監視信号の通信を行う第１の通信部とを備えた電池監視ユニットとからなる電池モジュールを複数有し、該複数の電池モジュールの前記複数の電池セル同士を電力線で内部接続すると共に前記第１の通信部同士を通信線で内部接続した電池パックと、前記複数の第１の通信部と通信線を介して前記低電圧の監視信号の通信を行う第２の通信部と、前記第２の通信部より入力される前記低電圧の監視信号を基に前記電池パックの前記複数の電池セルの充放電を制御する電池制御部とを有した電池制御ユニットと、前記複数の電池セルとは別に低電圧の電流を供給する電源供給手段とを備え、前記電池監視部は、前記電池セルより高電圧の電流を供給されて作動する一方、前記第１の通信部、前記第２の通信部及び前記電池制御部は、前記電源供給手段より前記所定の低電圧の電流を供給されて作動することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の電気自動車の電池監視装置では、請求項１の発明において、前記電源供給手段から前記第１の通信部への電力の供給・非供給を切り換える第１の電源切換手段をさらに有し、該第１の電源切換手段は、前記電池制御ユニットにより切換制御されることを特徴とする。
また、請求項３の電気自動車の電池監視装置では、請求項１または２の発明において、前記電池モジュールは、前記電池セルから前記電池監視部への電力の供給・非供給を切り換える第２の電源切換手段をさらに有し、該第２の電源切換手段は、前記電池制御手段により切換制御されることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の電気自動車の電池監視装置では、請求項３の発明において、前記第２の電源切換手段は、前記電池制御ユニットにより前記第１の電源切換手段が切換制御されたことによる前記電源供給手段から前記第１の通信部への電力の供給・非供給に応じて切換制御されることを特徴とする。
また、請求項５の電気自動車の電池監視装置では、請求項１乃至４のいずれかの発明において、前記通信線は、ＣＡＮに接続されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、電池監視ユニットの電池監視部と第１の通信部との間に電圧整合部が配設されているので、電池監視部については直列に配列された複数の電池セルから高電圧の電流を供給して作動させ、第１の通信部については、別途車両に配設される電源供給手段から低電圧の電流を供給して作動させることができる。
これにより、第１の通信部は、第２の通信部と同電位の低電圧となり、高電圧対応の通信線を不要として通信線の共通化を図ることができる。
【００１２】
また、電池パックと電池制御ユニットとは１本の通信線で接続するため、電池モジュールの数量を変更した場合においても電池制御ユニットの設計変更は不要でありコストを低減することができる。
また、電池モジュール内ひいては電池パック内で高電圧配線が完結するため、作業者の感電等を防止して安全性を向上させることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、電源供給手段から第１の通信部への電力の供給・非供給を切り換える第１の電源切換手段をさらに有し、該第１の電源切換手段は電池制御ユニットにより切換制御されるので、必要に応じて適宜第１の通信部を作動させることができる。
これにより、第１の通信部と第２の通信部が非通信時には、第１通信部での暗電流を防止することが可能となる。よって、暗電流による電力の消費を防止することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、電池モジュールは電池セルから電池監視部への電力の供給・非供給を切り換える第２の電源切換手段をさらに有し、該第２の電源切換手段は電池制御手段により切換制御されるので、必要に応じて適宜電池監視部を作動させることができる。
これにより、電池監視部での暗電流を防止することが可能となる。よって、暗電流による電力の消費を防止することができるので、電気自動車の走行距離を増やすことができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、第２の電源切換手段は電池制御ユニットにより第１の電源切換手段が切換制御されることで切換制御されるので、必要に応じて適宜第１の通信部と電池監視部とを連動させることができる。
請求項５の発明によれば、各々の電池監視ユニットの第１通信部と電池制御ユニットの第２の通信部の通信線をＣＡＮに接続しているので、ＣＡＮ通信を行う既存のシステムを使用することができ、通信の信頼性の向上を図りコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例に係る電気自動車の電池監視装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る電気自動車の電池監視装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
先ず、第１実施例について説明する。なお、図中二点鎖線の右側は低電圧、左側は高電圧の領域を示す。図１は、本発明の第１実施例に係る電気自動車の電池監視装置の概略構成図であり、以下、当該電気自動車の電池監視装置の構成を説明する。
図１に示すように、電気自動車の電池監視装置１は、電池パック２、バッテリ・マネジメント・ユニット（以下、ＢＭＵという）（電池制御ユニット）１０、補機バッテリ（電源供給手段）９０、リレー（第１の電源切換手段）９１及びＣＡＮ（Controller Area Network）に接続されたＣＡＮ通信線９２から構成される。なお、それぞれの構成要素は、電気的に接続される。
【００１８】
ＢＭＵ１０は、通信部（第２の通信部）１１と中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）（電池制御部）１２により構成され、電気的に接続される。また、ＢＭＵ１０は、電池パック２の後述する複数の電池モジュール２０の通信部（第１の通信部）２５と通信部１１により通信し、ＣＰＵ１２にて電池パック２の電圧状態を監視し充放電を制御するものである。
【００１９】
通信部１１とＣＰＵ１２は、電気的に並列に配列され、補機バッテリ９０から所定の低電圧（例えば、１２Ｖ）の電流を供給され作動するものである。
電池パック２は、複数の電池モジュール２０、各々の電池モジュール２０内の通信部２５へ電力を供給する配線及び該通信部２５とＢＭＵ１０の通信部１１の通信を行うＣＡＮ通信線９２から構成される。
【００２０】
電池モジュール２０は、セル・モニタリング・ユニット（以下、ＣＭＵという）（電池監視ユニット）２１及び直列に配列される複数（例えば４個）の電池セル２８により構成される。また、電池セル２８は、複数の電池モジュール２０の電池セル２８と直列に配列される。ここに、電池セル２８は、リチウムイオン電池である。
なお、ここでの低電圧とは補機バッテリ９０の基準電位であり、高電圧とは電池セル２８の基準電位のことである。
【００２１】
ＣＭＵ２１は、電圧測定回路２２、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）（電池監視部）２３、電圧整合部（電圧整合部）２４及び通信部２５により構成される。
電圧測定回路２２は、各々の電池セル２８における電圧を測定するものである。
ＣＰＵ２３は、電圧測定回路２２での各々の電池セル２８の電圧測定値の監視及びその電圧測定値から電池セル２８の異常を検出するものである。また、ＣＰＵ２３は、電池パック２内の直列に配列された複数の電池セル２８と電気的に接続され、所定の高電圧の電流を供給されて作動する。
【００２２】
電圧整合部２４は、例えばフォトカプラからなり、ＣＰＵ２３から入力される所定の高電圧の信号を所定の低電圧の信号へと変換するものである。
具体的には、電圧整合部２４は、高電圧側の入力端子からの高電圧電気信号を光信号に変換し発光部から光信号を発する。次いで、低電圧側の受光部でその光信号を受けて光信号を低電圧電気信号に変換し出力端子から出力することで、信号の変換を行う。従って、光信号で空間を伝播させることとなるので、高電圧側と低電圧側はグランド（基準電位）も含めて電気的に完全に絶縁された構成とすることができる。
【００２３】
通信部２５は、ＢＭＵ１０の通信部１１と他の電池モジュール２０の通信部２５とＣＡＮ通信線９２により接続され、ＣＡＮ通信を行うものである。また、各々の電池モジュール２０の通信部２５は、補機バッテリ９０と電気的に接続され、リレー９１を介して所定の低電圧の電流を供給されて作動する。
リレー９１は、ＢＭＵ１０のＣＰＵ１２により制御され、各々の電池モジュール２０の通信部２５への電力供給のＯＮ・ＯＦＦを切り換えるものである。
【００２４】
以下、このように構成された本発明の第１実施例に係る電気自動車の電池監視装置の作用及び効果について説明する。
上述したように、ＣＰＵ２３と通信部２５の間には、電圧整合部２４が配設されている。
従って、ＣＰＵ２３と通信部２５は電気的な接続が無くなり、ＣＰＵ２３には複数の電池セル２８から所定の高電圧の電流を供給する一方、通信部２５にはＢＭＵ１０によるリレー９１の切換制御により補機バッテリ９０から所定の低電圧の電流を供給することが可能となる。
【００２５】
これにより、ＣＭＵ２１の通信部２５は、ＢＭＵ１０の通信部１１と同電位である所定の低電圧での作動となり、通信部２５と通信部１１間の通信には、既存のＣＡＮ通信を行うことができ、通信の信頼性を上げ、コストを低減することができる。また、ＣＡＮ通信を用いることによりバス接続形態がとれ、新たに電池モジュール２０の追加時には、配線の増加を防止することができる。
【００２６】
なお、通信部２５に所定の低電圧の電流を供給することにより、ＢＭＵ１０と電池パック２間の通信線には、所定の高電圧の電流を流す必要が無く、高電圧回路を電池パック２内に封じ込めることができ、作業者の感電等を防止して安全性を向上させることができる。
また、ＢＭＵ１０によるリレー９１の切換制御を行うことにより、ＣＭＵ２１の通信部２５とＢＭＵ１０の通信部１１が非通信時には、ＣＭＵ２１の通信部２５での暗電流を防止することが可能となる。よって、暗電流による電力の消費を防止することができる。
【００２７】
次に、第２実施例について説明する。
図２は、本発明の第２実施例に係る電気自動車の電池監視装置の概略構成図である。
図２に示すように第２実施例では、上記第１実施例に対して、ＣＭＵ２１内にリレー２６及び電圧整合部２７を追加しており、以下に上記第１実施例と異なる点に付いて説明する。
【００２８】
図２に示すように、ＣＭＵ２１内にリレー２６（第２の電源切換手段）及び電圧整合部２７が配設されている。
リレー２６は、ＣＰＵ２３と電池セル２８間に配設されている。また、リレー２６は、ＢＭＵ１０のＣＰＵ１２により制御され、ＣＰＵ２３への電力供給のＯＮ・ＯＦＦを切り換えるものである。
【００２９】
詳しくは、リレー２６は、通信部２５と同様にリレー９１を介して補機バッテリ９０と電気的に接続されており、ＢＭＵ１０によるリレー９１の切換制御に応じてＣＰＵ２３への電力供給のＯＮ・ＯＦＦを切り換えることが可能である。
電圧整合部２７は、電圧整合部２４と同様に例えばフォトカプラからなり、リレー２６とリレー９１間に配設される。電圧整合部２７は、リレー９１から入力される低電圧の信号を高電圧の信号へと変換するものである。
【００３０】
以下、このように構成された本発明の第２実施例に係る電気自動車の電池監視装置の作用及び効果について説明する。
図２に示すように、リレー２６は、ＣＭＵ２１内のＣＰＵ２３と電池セル２８間に配設されており、電圧整合部２７を介して、リレー９１から出力される信号が入力される。
従って、リレー２６は、ＢＭＵ１０のＣＰＵ１２の指令により、リレー９１がＯＮとなると、電圧整合部２７で所定の低電圧から所定の高電圧の信号に変換され、リレー２６はＯＮとなる。よって、ＣＰＵ２３に所定の高電圧の電流が供給される。
【００３１】
これにより、通信部２５と同様にＣＰＵ１２でＣＰＵ２３の電源を管理することが可能となり、暗電流による電力の消費を防止することができ、電気自動車の走行距離を増やすことができる。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
例えば、電池セル２８は、上記実施例におけるリチウムイオン電池に限定されるものではなく、ニッケル水素電池及びニッケルカドミウム電池等の充電が可能な電池としてもよい。
また、電池モジュール２０内の電池セル２８は、４個に限定されるものではない。
また、電圧整合部２４、２７は、上記実施例におけるフォトカプラに限定されるものではなく、高電圧信号を低電圧信号へ又は低電圧信号を高電圧信号へ変換できるものであればよい。
【００３３】
また、上記第１および第２実施例において、ＣＭＵ１２の通信部２５とＢＭＵ１０の通信部１１の通信はＣＡＮに限定されるものではなく、バス接続形態をとれるものであればよい。
また、上記第２実施例では、電圧整合部２７を配設しているが、リレー２６が所定の低電圧で作動が可能であれば、電圧整合部２７を配設する必要はない。
【符号の説明】
【００３４】
１  電池監視装置
２  電池パック
１０  バッテリ・マネジメント・ユニット（ＢＭＵ）（電池制御ユニット）
１１  通信部（第２の通信部）
１２  中央演算処理装置（ＣＰＵ）（電池制御部）
２０  電池モジュール
２１  セル・モニタリング・ユニット（ＣＭＵ）（電池監視ユニット）
２２  電圧測定回路
２３  中央演算処理装置（ＣＰＵ）（電池監視部）
２４  電圧整合部（電圧整合部）
２５  通信部（第１の通信部）
２６  リレー（第２の電源切換手段）
２７  電圧整合部
２８  電池セル
９０  補機バッテリ（電源供給手段）
９１  リレー（第１の電源切換手段）
９２  ＣＡＮ通信線
【図１】
2010279120.tif 000003
【図２】
2010279120.tif 000004