(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルを含む組電池と、
前記複数の二次電池セルの電圧を検出する監視回路と、
前記監視回路で検出された電圧を上位回路へ出力するとともに、前記上位回路からの信号を受信して前記監視回路へ出力する通信回路と、
前記複数の二次電池セルの電圧のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく又は組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さく、かつ、前記上位回路から通信がない状態が所定時間継続した場合、シャットダウン信号を出力する判定回路と、
前記組電池を電源として、前記監視回路および前記通信回路へ電源電圧を出力するとともに、前記判定回路から前記シャットダウン信号を受信したときにシャットダウン処理を行う電源回路と、を備えたことを特徴とする組電池モジュール。
【請求項２】
前記判定回路は、前記複数の二次電池セルの電圧のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく又は組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さく、かつ、前記上位回路から通信がない状態が所定時間継続した後、前記複数の二次電池セルの電圧の全てが単電池用設定電圧以上又は組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合に、前記電源回路へウェイクアップ信号を出力し、
前記電源回路は、前記判定回路から前記ウェイクアップ信号を受信したときに起動することを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール。
【請求項３】
前記単電池用設定電圧の値は前記二次電池セルが過放電となる電圧よりも大きく、前記組電池用設定電圧の値は前記組電池を構成する前記二次電池セルが過放電となる電圧の和よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の組電池モジュール。
【請求項４】
前記判定回路は、前記上位回路から電源制御信号を受信し、前記電源制御信号が第１レベルであるときに前記電源回路へシャットダウン信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の組電池モジュール。
【請求項５】
前記判定回路は、前記組電池の出力電圧が回路動作電圧よりも小さい場合に、前記電源回路へシャットダウン信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の組電池モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の組電池モジュールと、
前記組電池モジュールへ電源制御信号を送信する組電池管理装置と、
前記組電池モジュールからの電力により駆動される車軸と、を具備することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、組電池モジュール、および、車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の二次電池セルを組み合わせた組電池を備える二次電池装置は、過充電や過放電等の二次電池セルの異常な状態を回避するために、各二次電池セルの電圧や温度を常時監視する監視回路を備えている。
【０００３】
また、一般に、複数の二次電池セルを組み合わせて使用する組電池を備える二次電池装置において、二次電池セルの充放電や温度のばらつきなどにより、組み合わされた二次電池セルに蓄えられたエネルギーが不均一になることが知られている。このため、二次電池装置は、二次電池セルに蓄えられているエネルギーが不均一になると、二次電池セルを抵抗放電することによりエネルギーの均等化を行う均等化回路を備えている。
【０００４】
これらの監視回路や均等化回路等の各々の二次電池セルに直接接続される回路を含む組電池監視回路と、組電池監視回路を制御する組電池管理装置とは接地電位が異なり、互いに絶縁通信回路を介して通信を行なっている。
【０００５】
組電池監視回路の均等化回路は、組電池管理装置等の上位装置が動作していない時に数時間をかけて二次電池セルのエネルギーが均等になるように補正を行う。このために、組電池監視回路は組電池管理装置の電源が切れているときでも、組電池から電源を得て組電池監視回路だけで動作してエネルギーの均等化を行なうように組電池から組電池監視回路への電源供給を維持できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、何らかのトラブルによりエネルギーの均等化終了後も組電池監視回路の電源が入り続けた場合には、組電池管理装置からの通信による指令が無いため通常動作時ほどは組電池監視回路において電力を消費しないものの、組電池監視回路の電源が切れているときに比べれば大きな電力を消費する。
【０００８】
組電池監視回路の電源が入り続けると、組電池監視回路は組電池出力電圧により正常な動作を維持できなくなるまで動作を続ける。組電池監視回路が正常に動作しない電圧まで組電池を放電してしまうと組電池が過放電状態となり、二次電池セルの種類によってはその性能が劣化することもあった。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、組電池が過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止する組電池モジュール、および、車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態による組電池モジュールは、複数の二次電池セルを含む組電池と、前記複数の二次電池セルの電圧を検出する監視回路と、前記監視回路で検出された電圧を上位回路へ出力するとともに、前記上位回路からの信号を受信して前記監視回路へ出力する通信回路と、前記複数の二次電池セルの電圧のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく又は組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さく、かつ、前記上位回路から通信がない状態が所定時間継続した場合、シャットダウン信号を出力する判定回路と、前記組電池を電源として、前記監視回路および前記通信回路へ電源電圧を出力するとともに、前記判定回路から前記シャットダウン信号を受信したときにシャットダウン処理を行う電源回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る組電池モジュールを含む二次電池装置の一構成例を示す図である。
【図２】実施形態に係る組電池モジュールの一構成例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る組電池モジュールのシャットダウン判定回路の動作の一例を説明するための状態遷移図である。
【図４】実施形態に係る車両の一構成例を概略的に示す図である。
【図５】第２実施形態に係る組電池モジュールのシャットダウン判定回路の動作の一例を説明するための状態遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、第１実施形態に係る組電池モジュールおよび車両について、図面を参照して説明する。  
図１に、本実施形態に係る組電池モジュールを含む二次電池装置１の一構成例を示す。二次電池装置１は、複数の組電池モジュール１２ａ〜１２ｃと、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃから受信した組電池１４ａ〜１４ｃに関する情報を利用して組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの電力の入出力を制御する組電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１１とを備えている。組電池モジュール１２ａ〜１２ｃは、複数の二次電池セルを含む組電池１４ａ〜１４ｃと、組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）１３ａ〜１３ｃと、を備えている。
【００１３】
二次電池装置１は、例えば電気自動車や電力蓄積システムなどの二次電池装置使用装置に接続され、正極端子１６および負極端子１７を通じて組電池１４ａ〜１４ｃへの充放電が行われるほか、残容量等の二次電池装置１の保全に関する通信が、通信線１５を介して組電池管理装置１１と二次電池装置１が組み込まれた装置（電気自動車など）との間で行われる。
【００１４】
また、二次電池装置１は正極端子１６および負極端子１７と二次電池装置使用装置との接続を入り切りするための電磁接触器（図示せず）を有してもよい。
【００１５】
組電池管理装置１１は、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃと絶縁通信を行なう通信インタフェースＩＦを備えている。通信インタフェースＩＦは、組電池１４ａ〜１４ｃの電圧、温度等の情報を、通信線１９ａ〜１９ｃを介して組電池監視回路１３ａ〜１３ｃとの間で通信を行い、二次電池装置１の保全に関する情報を収集する。また、組電池管理装置１１は、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの実装時に、通信インタフェースＩＦから電源制御信号線１１１ａ〜１１１ｃへ電源制御信号を送信する。組電池管理装置１１には、二次電池装置使用装置から電源供給線１８を介して電源が供給される。
【００１６】
組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの組電池１４ａ〜１４ｃは直列に接続され、直列に接続された組電池１４ａ〜１４ｃの両端はそれぞれ正極端子１６と負極端子１７とに電気的に接続される。
【００１７】
図１では一つの組電池１４ａには５個の二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５を備えているが、この数に限定されるものではない。また図１では、３個の組電池モジュール１２ａ〜１２ｃを備えているが、この数に限定されるものではなく、任意の複数であってもよく単一の組電池モジュール１２であってもよい。
【００１８】
組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、組電池管理装置１１からの通信による指令に基づいて、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する個々の二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の電圧、温度を計測する。ただし、計測する温度は１つの組電池１４ａ〜１４ｃにつき数箇所であってもよく、全ての二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の温度は検出しなくてもよい。
【００１９】
組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、通信線１９ａ〜１９ｃおよび電源制御信号線１１１ａ〜１１１ｃにより直列接続されている。組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは通信線１９ｂ、１９ｃにより相互にデータを転送するとともに、組電池管理装置１１の通信インタフェースＩＦと末端の組電池監視回路１３ａとの間で通信線１９ａによりデータを転送することにより、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃのデータを組電池管理装置１１へ転送する。なお、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃを構成する要素の全部又は一部は半導体集積回路にて構成しても良い。
【００２０】
ここで、例えば、出力３Ｖの二次電池セル１４−１〜１４−５を１０個直列接続した組電池１４の場合、組電池としての負極と正極との間には３０Ｖの電位差がある。したがって、組電池監視回路１３が組電池モジュール１２の負極の電圧を基準電位とするように構成されていた場合、３０Ｖもの電位差がある正極側に接続されたもう一方の組電池監視回路１３と通信しなければならない。
【００２１】
組電池モジュール１２ａ〜１２ｃは電力用インバータやコンバータに接続されているため、正極端子１６および負極端子１７には広い周波数に渡って雑音電流が流れる。その結果、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃ間の接続配線インピーダンスにより、直列に連結された一方の組電池モジュール１２の正極側と他方の組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの負極側との間に電位差が生じ、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃ間にコモンモード雑音が発生する。また、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃ自身にもインピーダンスがあるため、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃとしての負極と正極との間の電圧は充放電電流に依存して変化する。そこで、本実施形態の組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、基準電位の異なる組電池モジュール１２ａ〜１２ｃ間で通信可能に構成されている。
【００２２】
図２は、本実施形態の組電池監視回路１３ａの一構成例を示す図である。なお、以下の説明において、上位とは正極端子１６に近い側を表し、下位とは負極端子１７に近い側を表す。
【００２３】
組電池監視回路１３ａは、電源回路２１ａ、監視回路２２ａ、直流コンバータ回路２３ａ、レベルシフト回路２４ａ、下位通信回路２５ａ、上位通信回路２６ａ、および、シャットダウン判定回路２７ａを備えている。
【００２４】
電源回路２１ａは、シャットダウン判定回路２７ａからのウェイクアップ信号により起動され、シャットダウン信号によりシャットダウン処理を行う。電源回路２１ａは、組電池１４ａを電源として、組電池モジュール１２ａの負極電位を基準電位とした電圧を出力する。電源回路２１ａの出力電圧は、監視回路２２ａ、直流コンバータ回路２３ａ、レベルシフト回路２４ａ、および、下位通信回路２５ａに供給される。
【００２５】
直流コンバータ回路２３ａは、異なる基準電圧により動作する通信相手との通信に必要な、電位がシフトした電源を生成する。例えば直流コンバータ回路２３ａは下位の組電池監視回路１３ａに設けられているため、上位の組電池モジュール１２ｂの負極電位を基準電位とする電源電圧を生成する。具体的にこの回路を実現する方法としては、チャージポンプ回路が知られている。
【００２６】
監視回路２２ａは、組電池１４ａを構成する二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５の状態（電圧、温度等）を検出すると共に、通信線１９ａを介して下位通信回路２５ａから組電池管理装置１１からの指令を受信し、検出結果を下位通信回路２５ａおよびシャットダウン判定回路２７ａへ送信する。また監視回路２２ａは、下位通信回路２５ａのスイッチ５３ａを制御して、上位通信回路２６ａからの通信と自らの通信との衝突を防止する。
【００２７】
下位通信回路２５ａには、スイッチ５３ａが設けられている。スイッチ５３ａは、監視回路２２ａからの制御信号によって切り替えられる。即ち、監視回路２２ａは、通信経路を切り替えて自ら収集した二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５の電圧、温度などの保全情報を組電池管理装置１１に伝送する。一方、これ以外のタイミングでは、上位の監視回路２２ｂからの保全情報を通信できるように通信経路を元の状態に戻す。
【００２８】
下位通信回路２５ａは、組電池管理装置１１（あるいは不図示の下位の組電池監視回路１３）からの信号を受信して、監視回路２２ａおよびシャットダウン判定回路２７ａへ出力するとともに、レベルシフト回路２４ａを介して上位通信回路２６ａに出力する。また、下位通信回路２５ａは、レベルシフト回路２４ａを介して上位通信回路２６ａからの信号を受信して、組電池管理装置１１（あるいは不図示の下位の組電池監視回路１３）に出力する。
【００２９】
下位通信回路２５ａには電源として、電源回路２１ａの出力電位と、組電池１４ａの負極電位（あるいは下位の組電池モジュール（図示せず）の正極電位）とが基準電圧として入力されている。
【００３０】
レベルシフト回路２４ａは、下位通信回路２５ａと上位通信回路２６ａとの中間に配置されて、異なる基準電位間での通信信号の授受を可能とするインタフェースとして機能する。即ち、レベルシフト回路２４ａは、下位通信回路２５ａが扱う下位の基準電位を「０」レベルとする２値の通信信号と、上位通信回路２６ａが扱う上位の基準電位を「０」レベルとする２値の通信信号とを電位レベルをシフトして相互に変換する。レベルシフト回路２４ａには、下位通信回路２５ａの出力信号が入力される。またレベルシフト回路２４ａには電源制御信号線１１１ａが接続され、電源制御信号線１１１ａを介して組電池管理装置１１（あるいは下位の組電池監視回路１３）から電源制御信号を受信する。
【００３１】
上位通信回路２６ａは、レベルシフト回路２４ａを介して下位通信回路２５ａからの信号および電源制御信号を受け取って上位の組電池監視回路１３ｂに出力すると共に、上位の組電池監視回路１３ｂからの信号を受信して、レベルシフト回路２４ａを介して下位通信回路２５ａに出力する。上位通信回路２６ａには電源として、直流コンバータ回路２３ａの出力電位と、上位の組電池モジュール１２ｂの負極電位（又は組電池１４ａの正極電位）とが入力されている。
【００３２】
上述のように直流コンバータ回路２３ａの出力電位は、上位基準電位に対応した電源電位、即ち電源回路２１ｂの出力電位と（略）同じ電位となっている。従って、上位通信回路２６ａと下位通信回路２５ｂとは、電位差の無い（小さい）電源電位の下で動作する。
【００３３】
上位通信回路２６ａと下位通信回路２５ｂは連結接続されている組電池モジュール１２ａの正極と組電池モジュール１２ｂの負極とを共通の基準電位として通信を行う。このため、上位通信回路２６ａと下位通信回路２５ｂとの間には組電池モジュール１２ａの正極と組電池モジュール１２ｂの負極との配線インピーダンスと電池の充放電電流に起因する電位差のみが生じる。通信線１９ｂにとっては、これは同相電位差となるため、差動通信を行うことにより同相成分を除去して通信を行うことができる。
【００３４】
シャットダウン判定回路２７ａには、電源制御信号線１１１ａからの電源制御信号、通信線１９ａからの組電池管理装置１１（あるいは下位の組電池監視回路１３）との通信信号、監視回路２２ａからの二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５の電圧（単電池出力電圧）、および、組電池１４ａの正極電圧（組電池出力電圧）が入力される。
【００３５】
組電池管理装置１１は、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃを起動する際には電源制御信号をオフレベル（第２レベル）とする。電源制御信号は、組電池モジュール１２ａ、組電池モジュール１２ｂ、組電池モジュール１２ｃの順に、電源制御信号線１１１ａ〜１１１ｃにより送信される。組電池管理装置１１は、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃをシャットダウンする際には電源制御信号をオンレベル（第１レベル）とする。また、電源制御信号は、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃが二次電池装置１から取り外されるとオンレベルとなる。
【００３６】
組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する各二次電池セルの１４ａ−１〜１４ｃ−５に蓄えられたエネルギーの不均一を放電することにより均等化する均等化回路２８ａ〜２８ｃをさらに備えている。
【００３７】
均等化回路２８ａ〜２８ｃは、組電池管理装置１１や二次電池装置１を搭載した装置が動作していない時に数時間かけてゆっくりエネルギーの均等化を行う。このために、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは組電池管理装置１１の電源が切れている時でも、組電池１４ａ〜１４ｃを電源としてエネルギーの均等化を行なうことができるように構成されている。すなわち、電源回路２１ａ〜２１ｃは、組電池管理装置１１が動作していない時にも組電池監視回路１３ａ〜１３ｃへの電源供給を継続できるように構成されている。組電池監視回路１３ａ〜１３ｃが動作する期間では、電源制御信号は組電池管理装置１１の電源が切れているときでもオフレベルが維持される。
【００３８】
例えば、何らかのトラブルによりエネルギーの均等化終了後も組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源が入り続けた場合、組電池管理装置１１からの通信による指令が無いため通常動作時ほどは電力を消費しないものの、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源が切れているときに比べれば大きな電力を消費する。この場合、組電池１４ａ〜１４ｃの出力電圧が組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの正常な動作を維持できなくなるまで、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃは動作を続ける。
【００３９】
組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの正常な動作を維持できなくなる電圧（回路動作電圧）が、組電池１４ａ〜１４ｃの正常な使用範囲の下限電圧よりも低く設計されたときに、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの回路動作電圧まで放電してしまうと組電池１４ａ〜１４ｃは過放電状態となることがある。さらに、組電池１４ａ〜１４ｃの種類によっては過放電状態となることにより組電池１４ａ〜１４ｃの性能が劣化するものもある。
【００４０】
本実施形態では、上記のように組電池監視回路１３ａ〜１３ｃが動作し続けることにより組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態となることを回避するため、組電池１４ａ〜１４ｃの二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の出力電圧又は組電池の出力電圧が、組電池管理装置１１から通信で設定される設定電圧（単電池用設定電圧又は組電池用設定電圧）を下回った状態で、かつ、組電池管理装置１１から通信がない状態が所定時間継続した場合、組電池管理装置１１により組電池監視回路１３ａ〜１３ｃが管理されていないとみなして、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃは組電池監視回路１３ａ〜１３ｃ自身の電源を切る。
【００４１】
図３に、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃの動作の一例を説明するための状態遷移図を示す。シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃは、入力された信号に基づいて、電源回路２１ａ〜２１ｃへウェイクアップ信号あるいはシャットダウン信号を出力する。なお、以下に図３を参照してシャットダウン判定回路２７ａの動作を説明するが、シャットダウン判定回路２７ｂ、２７ｃの動作も同様である。
【００４２】
電源回路２１ａがシャットダウンされている状態（シャットダウン状態Ｓ１）において、電源制御信号がオフレベルとなり、かつ、組電池１４ａの出力電圧が組電池監視回路１３ａの回路動作電圧以上である場合に、シャットダウン判定回路２７ａはウェイクアップ状態Ｗ１となり、電源回路２１ａへウェイクアップ信号を出力する。電源回路２１ａはウェイクアップ信号を受信すると起動する。
【００４３】
ウェイクアップ状態Ｗ１において、電源制御信号がオンレベルとなった場合、あるいは、組電池１４ａの出力電圧が組電池監視回路１３ａの回路動作電圧よりも小さくなった場合に、シャットダウン判定回路２７ａはシャットダウン状態Ｓ１となり、電源回路２１ａへシャットダウン信号を出力する。電源回路２１ａはシャットダウン信号を受信するとシャットダウン処理を行う。
【００４４】
ウェイクアップ状態Ｗ１において、二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５の電圧（単電池出力電圧）のいずれかが単電池用設定電圧よりも小さく、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧よりも小さくなると、シャットダウン判定回路２７ａは過放電警戒状態Ｗ２となる。この状態では組電池１４ａは過放電ではないため、シャットダウン判定回路２７ａは、電源回路２１ａへのウェイクアップ信号の送信を維持する。
【００４５】
過放電警戒状態Ｗ２において、二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５の電圧（単電池出力電圧）の全てが単電池用設定電圧以上、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となると、シャットダウン判定回路２７ａはウェイクアップ状態Ｗ１に戻り、電源回路２１ａへのウェイクアップ信号の送信を維持する。
【００４６】
過放電警戒状態Ｗ２において、電源制御信号がオンレベルとなった場合、あるいは、組電池１４ａの出力電圧が組電池監視回路１３ａの回路動作電圧よりも小さくなった場合に、シャットダウン判定回路２７ａはシャットダウン状態Ｓ１となり、電源回路２１ａへシャットダウン信号を出力する。電源回路２１ａはシャットダウン信号を受信するとシャットダウン処理を行う。
【００４７】
過放電警戒状態Ｗ２において、組電池管理装置１１からの通信信号が所定時間無通信時状態である場合、シャットダウン判定回路２７ａは過放電防止状態Ｓ２となり、電源回路２１ａへシャットダウン信号を送信する。電源回路２１ａはシャットダウン信号を受信するとシャットダウン処理を行う。すなわち、複数の二次電池セル１４ａ−１〜１４ａ−５の出力電圧のいずれかが単電池用設定電圧より小さい場合又は組電池１４ａの出力電圧が組電池用設定電圧より小さい場合であって、かつ、組電池管理装置１１からの通信信号が一定時間受信されなかった場合、シャットダウン判定回路２７ａは過放電防止状態Ｓ２となり、組電池１４ａが過放電でない場合でもシャットダウン信号を出力する。
【００４８】
過放電防止状態Ｓ２において、電源制御信号がオンレベルとなった場合、あるいは、組電池１４ａの出力電圧が組電池監視回路１３ａの回路動作電圧よりも小さくなった場合に、シャットダウン判定回路２７ａはシャットダウン状態Ｓ１となり、電源回路２１ａへのシャットダウン信号の出力を維持する。
【００４９】
すなわち、本実施形態では、シャットダウン判定回路２７ａに２つのシャットダウン状態Ｓ１、Ｓ２を設けることにより、シャットダウン状態Ｓ２において、何らかの理由により二次電池セル又は組電池の出力電圧が高くなった場合に、組電池監視回路１３ａが勝手に起動することを回避している。シャットダウン判定回路２７ａがシャットダウン状態Ｓ２であるときには、組電池管理装置１１が電源制御信号をオンとした後オフしなければ組電池監視回路１３ａを起動することができない。
【００５０】
組電池管理装置１１から通信で設定される上記単電池用設定電圧値は、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５のそれぞれが過放電となる過放電電圧値よりも高い値とすることにより、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源が切れた後は、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する各二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の自己放電電流だけが消費されることになるので、組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態に至るまでの時間を大幅に長くすることができる。
【００５１】
同様に、組電池管理装置１１から通信で設定される上記組電池用設定電圧値は、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５が過放電となる過放電電圧値の和（二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過放電電圧値×二次電池セル数）よりも高い値とすることにより、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源が切れた後は、組電池１４ａ〜１４ｃの自己放電電流だけが消費されることになるので、組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態に至るまでの時間を大幅に長くすることができる。
【００５２】
なお、組電池管理装置１１は、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃの初期化の際に、組電池モジュール１２ａ〜１２ｃへ単電池用設定電圧値および組電池用設定電圧値の少なくとも一方を通信し、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃへ所定の大きさの単電池用設定電圧値および組電池用設定電圧値を設定する。
【００５３】
一方で、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃで組電池管理装置１１からの通信の有無を監視しているため、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過放電電圧値よりも高い値に単電池用設定電圧値を設定し、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の過放電電圧値の和よりも高い値に組電池用設定電圧値を設定しても、組電池管理装置１１が動作している間は二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の出力電圧および組電池の出力電圧が上記電圧設定値より小さくなることのみにより組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源が切れることはない。
【００５４】
上記のように、二次電池装置１では、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する各二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の出力電圧もしくは組電池の出力電圧が過放電状態になる手前の所定電圧（単電池設定電圧又は組電池設定電圧）よりも小さくなったときに、組電池管理装置１１から一定時間通信を受けない（例えば組電池管理装置１１の電源が切れている）場合には、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源を切り、組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態に至るまでの期間を増大させることができる。このことによって、本実施形態に係る組電池モジュールを含む二次電池装置１では、組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止することができる。
【００５５】
図４に、上記二次電池装置１を備える車両の一構成例を概略的に示す。図４は車両１００、車両１００への二次電池装置の搭載個所、及び車両１００の駆動モータ４５などは概略的に示している。
【００５６】
車両１００は、二次電池装置１と、二次電池装置１の上位制御手段である電気制御装置（ＥＣＵ：Electric Control Unit）８０と、外部電源７０と、インバータ４０と、駆動モータ４５とを備えている。
【００５７】
二次電池装置１は、互いに直列に接続された複数の組電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、組電池管理装置１１と、組電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃと組電池管理装置１１とを接続する電源制御信号線１１１ａ〜１１１ｃおよび通信線１９ａ〜１９ｃと、スイッチ装置３３と、を備えている。
【００５８】
組電池モジュール１２ａは、組電池１４ａと組電池監視回路１３ａと、を備えている。組電池モジュール１２ｂは、組電池１４ｂと組電池監視回路１３ｂと、を備えている。組電池モジュール１２ｃは、組電池１４ｃと組電池監視回路１３ｃと、を備えている。組電池モジュール１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それぞれ独立して取り離すことが可能であり、別の組電池モジュールと交換することができる。
【００５９】
二次電池装置１の負極端子１７には、接続ラインＬ１の一方の端子が接続されている。この接続ラインＬ１は、組電池管理装置１１内の電流検出部（図示せず）を介してインバータ４０の負極入力端子に接続されている。
【００６０】
また二次電池装置１の正極端子１６には、接続ラインＬ２の一方の端子が、スイッチ装置３３を介して接続されている。接続ラインＬ２の他方の端子は、インバータ４０の正極入力端子に接続されている。
【００６１】
スイッチ装置３３は、電池への充電が行われるときにオンするプリチャージスイッチ（図示せず）、電池出力が負荷へ供給されるときにオンするメインスイッチ（図示せず）を含む。プリチャージスイッチおよびメインスイッチは、スイッチ素子の近傍に配置されたコイルに供給される信号によりオンおよびオフされるリレー回路（図示せず）を備える。
【００６２】
インバータ４０は、入力した直流電圧をモータ駆動用の３相の交流（ＡＣ）の高電圧に変換する。このインバータ４０は、後述する組電池管理装置１１あるいは車両全体動作を制御するための電気制御装置８０からの制御信号に基づいて、出力電圧が制御される。インバータ４０の３相の出力端子は、駆動モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。駆動モータ４５の回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪Ｗに伝達される。
【００６３】
組電池管理装置１１には、独立した外部電源７０が接続されている。外部電源７０は定格１２Ｖの鉛蓄電池である。また、組電池管理装置１１は、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行なう電気制御装置８０と接続されている。
【００６４】
本実施形態に係る組電池モジュール、および、車両によれば、組電池が過放電状態になる前に、二次電池セルの出力電圧が単電池用設定電圧より小さい場合若しくは組電池の出力電圧が組電池用設定電圧より小さい場合であって、かつ、組電池管理装置から一定時間通信を受けない（例えば組電池管理装置の電源が切れている）場合には、電圧温度監視回路の電源を切り、組電池が過放電状態に至るまでの期間を増大させることができる。
【００６５】
すなわち、本実施形態によれば、組電池が過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止する組電池モジュール、および、車両を提供することができる。
【００６６】
次に、第２実施形態に係る組電池モジュールおよび車両について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る組電池モジュールおよび車両と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、組電池監視回路１３（１３ａ〜１３ｃ）のシャットダウン判定回路２７（２７ａ〜２７ｃ）の動作が上述の第１実施形態と異なっている。
【００６７】
図５に、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃの動作の一例を説明するための状態遷移図を示す。シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃは、入力された信号に基づいて、電源回路２１ａ〜２１ｃへウェイクアップ信号あるいはシャットダウン信号を出力する。
【００６８】
本実施形態では、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃが過放電防止状態Ｓ２であるときに、単電池出力電圧の全てが単電池用設定電圧以上、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃがウェイクアップ状態Ｗ１となり、電源回路２１ａ〜２１ｃへウェイクアップ信号を出力する。電源回路２１ａ〜２１ｃはウェイクアップ信号を受信すると起動する。
【００６９】
本実施形態に係る組電池モジュールおよび車両は、上記のシャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃの動作のみ上述の第１実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態では、第１実施形態と同様にシャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃに２つのシャットダウン状態Ｓ１、Ｓ２を設けることにより、組電池１４ａ〜１４ｃを構成する各二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の出力電圧又は組電池の出力電圧が過放電状態になる手前の所定電圧（単電池設定電圧又は組電池設定電圧）よりも小さくなったときに、組電池管理装置１１から一定時間通信を受けない場合には、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃの電源を切り、組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態に至るまでの期間を増大させることができる。このことによって組電池１４ａ〜１４ｃが過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止することができる。
【００７０】
すなわち、本実施形態によれば、組電池が過放電状態となることを回避し、組電池の性能が劣化することを防止する組電池モジュール、および、車両を提供することができる。
【００７１】
さらに、シャットダウン状態Ｓ２において、単電池出力電圧の全てが単電池用設定電圧以上、又は、組電池の出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合に、シャットダウン判定回路２７ａ〜２７ｃから出力されたウェイクアップ信号により電源回路２１ａ〜２１ｃが起動する。このことにより、シャットダウン状態Ｓ２であっても、何らかの理由により組電池１４ａ〜１４ｃそれぞれを構成する二次電池セル１４ａ−１〜１４ｃ−５の出力電圧の全てが単電池用設定電圧以上となった場合、又は、組電池１４ａ〜１４ｃの出力電圧が組電池用設定電圧以上となった場合に、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃ自身が起動して、組電池管理装置１１との通信を開始する等の対応を取ることが可能となる。
【００７２】
第１実施形態では、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃが組電池管理装置１１により管理されるものであったが、本実施形態では、組電池監視回路１３ａ〜１３ｃが組電池管理装置１１により管理されるだけでなく、自ら組電池１４ａ〜１４ｃを管理することを可能としている。このように、本実施形態では上述の第１実施形態と比べて組電池監視回路１３ａ〜１３ｃでの管理機能を拡大することが可能となる。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
ＩＦ…通信インタフェース、Ｗ１…ウェイクアップ状態、Ｓ１…シャットダウン状態、Ｗ２…過放電警戒状態、Ｓ２…過放電防止状態、Ｗ…駆動輪、１…二次電池装置、１１…組電池管理装置（上位回路）、１２（１２ａ〜１２ｃ）…組電池モジュール、１３（１３ａ〜１３ｃ）…組電池監視回路、１４（１４ａ〜１４ｃ）…組電池、１４ａ−１〜１４ｃ−５…二次電池セル、１６…正極端子、１７…負極端子、１８…電源供給線、１９ａ〜１９ｃ…通信線、２１（２１ａ〜２１ｃ）…電源回路、２２（２２ａ〜２２ｃ）…監視回路、２３（２３ａ〜２３ｃ）…直流コンバータ回路、２４（２４ａ〜２４ｃ）…レベルシフト回路、２５（２５ａ〜２５ｃ）…下位通信回路、２６（２６ａ〜２６ｃ）…上位通信回路、２７（２７ａ〜２７ｃ）…シャットダウン判定回路、４０…インバータ、４５…駆動モータ、５３（５３ａ〜５３ｃ）…スイッチ、７０…外部電源、８０…電気制御装置、１００…車両、１１１ａ〜１１１ｃ…電源制御信号線。
【図１】
0005481367.tif 000002
【図２】
0005481367.tif 000003
【図３】
0005481367.tif 000004
【図４】
0005481367.tif 000005
【図５】
0005481367.tif 000006