(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続した複数の二次電池と、前記二次電池を一つ以上の所定単位でその電池電圧を監視する複数の電池監視装置と、蓄電装置を制御する制御装置と、前記制御装置と前記各電池監視装置間を接続するバス信号配線とを備え、前記制御装置はマスター側制御手段を有し、前記電池監視装置は、接続ポート及び絶縁回路を有する通信インターフェース回路と、記憶部を有するスレーブ側制御手段と、前記二次電池の電池電圧を検出して前記スレーブ側制御手段に出力する電圧検出回路とを有し、前記絶縁回路は前記接続ポートと前記スレーブ側制御手段との間に設け、前記各スレーブ側制御手段は、前記マスター側制御手段との処理動作により設定したそれぞれの自己アドレスを前記記憶部に記憶すると共に、前記電圧検出回路で検出した電池電圧に基づいて出力する制御信号に前記記憶部に記憶された自己アドレスを付加して前記マスター側制御手段に送信することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
直列接続した複数の二次電池と、前記二次電池を一つ以上の所定単位でその電池電圧を監視する複数の電池監視装置と、蓄電装置を制御する制御装置と、前記制御装置と前記電池監視装置間及び前記各電池監視装置間を接続する信号配線とを備え、前記制御装置は、接続ポート、絶縁回路、絶縁回路電源及びマスター側制御手段を有し、前記制御装置の絶縁回路はその接続ポートとそのマスター側制御手段との間に設け、前記電池監視装置は、接続ポート及び絶縁回路を有する通信インターフェース回路と、記憶部を有するスレーブ側制御手段と、前記二次電池の電池電圧を検出して前記スレーブ側制御手段に出力する電圧検出回路とを有し、前記電池監視装置の絶縁回路はその接続ポートとそのスレーブ側制御手段との間に設け、前記絶縁回路電源は、前記制御装置の絶縁回路と前記各電池監視装置の絶縁回路とに電源供給し、前記各スレーブ側制御手段は、前記マスター側制御手段との処理動作により設定したそれぞれの自己アドレスを前記記憶部に記憶すると共に、前記電圧検出回路で検出した電池電圧に基づいて出力する制御信号に前記記憶部に記憶された自己アドレスを付加して前記マスター側制御手段に送信することを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電装置に係わり、特に、電気自動車、電動カート等の移動体機器や、ビデオカメラ、パソコン等の携帯機器や、停電時の電源バックアップ機器や、セキュリティ機器等の製品の直流電源として使われる蓄電装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のニッケル水素電池、リチウム電池等の二次電池は、エネルギー密度、寿命等に優れ、家庭用蓄電装置やその他の蓄電媒体の一つとしての実用化が進められている。これらの二次電池では、例えば、移動体機器や家庭用機器の電源として使用される場合に、必要な出力を効率よく所定時間持続するには、１０〜３０Ａｈの電池容量と１００〜３５０Ｖ程度の電池電圧が必要である。そこで、公称電圧１．２Ｖのニッケル水素電池や公称電圧３．６Ｖのリチウム電池を複数直列に接続して組電池とし、これを用いて機器に必要な電源電圧を得るようにしている。
【０００３】
二次電池は、放電した電池を充電することにより繰り返し使用できる電池であるが、二次電池そのものの組成により充電時及び放電時にそれぞれ制限電圧値を有しており、これを超えた充電または放電を行うと、二次電池の性能劣化の原因となる。このため、二次電池の充放電を行う場合には、その電池電圧を監視しながら充放電を行う方法が採用されている。
【０００４】
このような組電池の監視装置としては、例えば、特開平９−１３９２３７号公報に示されているように、組電池の中の不具合な蓄電池を具体的に特定できるようにするために、モジュール電池単位に電池電圧を測定する電圧監視ユニットを設け、この各電圧監視ユニットで検出した電池電圧データを制御装置に伝送することが行なわれる。そして、複数の電圧監視ユニットとそれらの情報を必要とする制御装置との間の信号配線、及び電圧監視ユニット同士の信号配線数を削減するために、電圧監視ユニットと制御装置間及び各電圧監視ユニット間の信号配線をシリアル信号配線とし、各電圧監視ユニット内にディップスイッチを備え、このディプスイッチによりそれぞれのアドレスを予め設定し、制御装置に伝送する電圧データに各電圧監視ユニットのアドレスを付加して制御装置における識別を可能にしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来の組電池の監視装置では、各電圧監視ユニット内にアドレスを設定するための設定スイッチを必要としているために、各電圧監視ユニット内の配線数とスペースがその分増加し、アドレス誤設定が発生するおそれがあり、組立て工数及び検査工数の増加とコスト高を招くものであった。
【０００６】
本発明の目的は、確実な電池監視制御を行なう為に用意する各電池監視装置のアドレス識別用回路部品を不要とし、電池監視装置の配線スペース、組立て工数及び検査工数を削減できる蓄電装置を得ることにある。
【０００９】
本発明の第１の特徴は、直列接続した複数の二次電池と、前記二次電池を一つ以上の所定単位でその電池電圧を監視する複数の電池監視装置と、蓄電装置を制御する制御装置と、前記制御装置と前記各電池監視装置間を接続するバス信号配線とを備え、前記制御装置はマスター側制御手段を有し、前記電池監視装置は、接続ポート及び絶縁回路を有する通信インターフェース回路と、記憶部を有するスレーブ側制御手段と、前記二次電池の電池電圧を検出して前記スレーブ側制御手段に出力する電圧検出回路とを有し、前記絶縁回路は前記接続ポートと前記スレーブ側制御手段との間に設け、前記各スレーブ側制御手段は、前記マスター側制御手段との処理動作により設定したそれぞれの自己アドレスを前記記憶部に記憶すると共に、前記電圧検出回路で検出した電池電圧に基づいて出力する制御信号に前記記憶部に記憶された自己アドレスを付加して前記マスター側制御手段に送信する構成にしたことにある。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、直列接続した複数の二次電池と、前記二次電池を一つ以上の所定単位でその電池電圧を監視する複数の電池監視装置と、蓄電装置を制御する制御装置と、前記制御装置と前記電池監視装置間及び前記各電池監視装置間を接続する信号配線とを備え、前記制御装置は、接続ポート、絶縁回路、絶縁回路電源及びマスター側制御手段を有し、前記制御装置の絶縁回路はその接続ポートとそのマスター側制御手段との間に設け、前記電池監視装置は、接続ポート及び絶縁回路を有する通信インターフェース回路と、記憶部を有するスレーブ側制御手段と、前記二次電池の電池電圧を検出して前記スレーブ側制御手段に出力する電圧検出回路とを有し、前記電池監視装置の絶縁回路はその接続ポートとそのスレーブ側制御手段との間に設け、前記絶縁回路電源は、前記制御装置の絶縁回路と前記各電池監視装置の絶縁回路とに電源供給し、前記各スレーブ側制御手段は、前記マスター側制御手段との処理動作により設定したそれぞれの自己アドレスを前記記憶部に記憶すると共に、前記電圧検出回路で検出した電池電圧に基づいて出力する制御信号に前記記憶部に記憶された自己アドレスを付加して前記マスター側制御手段に送信する構成にしたことにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例を図を用いて説明する。
【００１３】
まず、本発明の第１実施例を図１から図３を用いて説明する。
【００１４】
最初に、本発明の第１実施例の蓄電装置の構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の蓄電装置の構成図、図２は図１の蓄電装置における組電池の構成図である。
【００１５】
図１において、蓄電装置は、制御装置１、複数の組電池５及びこれらを接続する信号配線６、７を備えている。制御装置１は、組電池５をスレーブとするマスターを構成するものであり、接続ポート２１、絶縁回路２２、マスター側制御手段２３及び絶縁回路電源２４を有している。接続ポート２１は、制御装置１が外部と送受信するためのポートであり、信号配線６を介して組電池５の第１接続ポート９に接続されている。絶縁回路２２は、電位レベルの異なる信号と制御装置１の内部回路（具体的にはマスター側制御手段２３）とを絶縁するものであり、組電池５の外部に対して電気的独立を保つものである。
【００１６】
マスター側制御手段２３は、例えばマイコンで構成されて蓄電装置全体を制御する機能と組電池５を制御する機能とを有するものであり、絶縁回路２２及び接続ポート２１を介して外部と信号を送受信すると共に、絶縁回路電源２４にオンオフ信号を出力する。絶縁回路電源２４は、制御装置１にのみ搭載され、マスター側制御手段２３からのオンオフ信号に基づいて動作し、絶縁回路２２及び各組電池５の絶縁回路１１に電源を供給する。このように、絶縁回路電源２４は、制御装置１にのみ搭載し、消費電力削減に関わる電源遮断動作を制御装置１に委ねることにより、装置全体の構成の簡略化を図っている。
【００１７】
組電池５は、モジュール電池４及び電池監視装置２を備えており、制御装置１をマスターとするスレーブを構成するものであり、複数設けられている。
【００１８】
モジュール電池４は、ニッケル水素電池やリチウム電池等よりなる二次電池３を複数直列に接続して構成され、必要な電圧を発生するように設けられている。
【００１９】
電池監視装置２は、通信インターフェース回路１２、スレーブ側制御手段１４、電圧検出回路１３及び信号有無検出回路１７を有している。通信インターフェース回路１２は、接続ポート１９及び絶縁回路１１を有している。そして、接続ポート１９は、図２に示すように、第１接続ポート９及び第２接続ポート１０を有しており、第１接続ポート９と第２接続ポート１０とは直接接続されている。制御装置１に対して第１番目に接続される電池監視装置２における第１接続ポート９は、信号配線６を介して制御装置１の接続ポート２１に接続されている。第２接続ポート１０は次の電池監視装置２の第１接続ポート９に信号配線７を介して接続されている。２番目以降の電池監視装置２における第１接続ポート９は、その前の電池監視装置２の第２接続ポート１０に信号配線７を介して接続されている。最後の電池監視装置２は、第１接続ポート９により前の電池監視装置２と送受信するのみであり、第２接続ポート１０を次の電池監視装置２に接続する必要はない。絶縁回路１１は、電位レベルの異なる信号と電池監視装置２の内部回路（具体的にはスレーブ側制御手段１４、信号有無検出回路１７及び電圧検出回路１３）とを絶縁するものであり、制御装置１及び他の電池監視装置２に対して電気的独立を保つものである。これにより、制御装置１と電池監視装置２とを結ぶ信号配線６、電池監視装置２間を結ぶ信号配線７及び各接続ポート９、１０は、制御装置１及び電池監視装置２の内部回路とは独立して接続された状態となり、これらの内部回路の電気的な影響を受けることなく、通信機能を保持することができる。
【００２０】
電圧検出回路１３は、各二次電池３の電池状態を検出するものであり、具体的には各二次電池３の両端の電池電圧を検出し、検出した電池電圧をスレーブ側制御手段１４に出力するように接続されている。
【００２１】
スレーブ側制御手段１４は、例えばマイコンで構成されており、通信インターフェース回路１２を介して制御装置１及び他の組電池５と送受信されると共に、電圧検出回路１３で検出した電池電圧の信号が入力される。この電圧検出回路１３で検出した電池電圧が二次電池３の制限電圧値を超えている場合には、スレーブ側制御手段１４でそれを認識して後述するように設定されるアドレスと共に不具合情報である制御信号を通信インターフェース回路１２を通して制御装置１に送信する。これにより、制御装置１は不具合な組電池を特定して認識することができる。また、このスレーブ側制御手段１４は、仮アドレス生成のための乱数発生部１５及び設定されたアドレスを記憶するための記憶部１６を有している。
【００２２】
信号有無検出回路１７は、回線上の信号の有無を検出し、スレーブ側制御手段１４に出力し、スレーブ側制御手段１４からの制御信号出力を回線上の信号がない場合に行なうように制御するものである。これにより、バス通信信号配線６、７の回線上への出力を短い待ち時間で行なうことができる。
【００２３】
信号配線６は蓄電装置全体をコントロールする制御装置１と電池監視装置２を接続して情報の送受信を行なうものであり、信号配線７は各電池監視装置２を接続して情報の送受信を行なうものである。制御装置１と組電池５との間及び各組電池５の間で受け渡す情報は、この信号配線６、７によるバス接続を用いて送受信される。従って、本実施例においては、一つの発信源の情報は他の受信先に同時に伝わることとしている。これにより、不具合な二次電池の検出に基づく制御を迅速に行なうことができ、信頼性の高いものとすることができる。
【００２４】
また、信号配線６、７は、バス通信信号線とともに、電源供給線として別途配線を抱き込ませて、複数の電池監視装置２に対して絶縁回路の電源を供給するようにしている。なお、バス通信信号線と絶縁回路電源２４の電源供給線と兼ねる方法として、電源供給線に信号を重畳し、周波数帯域の違いで信号だけを分離するようにすることが考えられ、このようにすることによりケーブル本数の削減を図ることが可能である。
【００２５】
次に、かかる蓄電装置のスレーブアドレス設定方法の一例を図３を用いて説明する。図３は図１の蓄電装置のスレーブアドレス設定方法を示すフロチャート図である。図３（Ａ）はマスター側となる制御装置１の処理動作フローチャート、図３（Ｂ）はスレーブ側となる組電池５の処理動作フローチャートを示す。
【００２６】
マスター側制御手段２３は、スレーブアドレスの設定または再設定が必要と判断した場合に、バス接続された信号配線６、７で接続されている全てのスレーブ側制御手段１４に対してアドレス設定のコマンドを発行またはアドレス再設定のコマンドを発行して送信する（ステップ４０）。なお、ここでは、アドレス再設定の場合について説明するが、アドレス設定が必要な場合もこれと同様に行なうものである。
【００２７】
スレーブ側制御手段１４は、このコマンドを受信すると、コマンドの受信処理を行ない（ステップ５０）、そのコマンドの種類の判定を行なう（ステップ５１）。この判定で、アドレス再設定コマンドと判定した場合には、スレーブ側制御手段１４が持つ乱数発生部１５（ここでは電池電圧検出データをシードとする乱数発生プログラム）を用いて１〜Ｎ以下（Ｎは予め定めた上限値でここでは２５５とする）の乱数を発生させ、その乱数を仮の自己アドレスとする（ステップ５２）。
【００２８】
次いで、返信データの準備を行ない（ステップ５３）、その仮アドレスを待ち時間としてカウントし、採用した乱数による返信待ち時間の調整処理を行ない（ステップ５４）、その仮アドレスを返信処理し、マスター側制御手段２３に送信する（ステップ５５）。この待ち時間に関しては、信号有無検出回路１７と併用することにより、必要最低限の待ち時間に設定することができる。
【００２９】
このスレーブ側制御手段１４から仮アドレスの送信を受けたマスター側制御手段２３は、仮アドレスの受信処理を行ない（ステップ４１）、有効受信データ件数が仮アドレスの種類数と同じか否かを判定する（ステップ４２）。マスター側制御手段２３側では、全てのスレーブ側制御手段１４が異なる仮アドレスであるとすれば、有効受信データ件数と仮アドレスの種類数が最終的に同じになるはずであるから、このステップ４２の判定で、有効受信データ件数と仮アドレスの種類数が同じでない場合にはステップ４０に戻ってアドレス再設定コマンドの発行を行ない、有効受信データ件数と仮アドレスの種類数が同じになるまで繰り返す。
【００３０】
ステップ４２において、有効受信データ件数と仮アドレスの種類数が同じになった場合には、マスター側制御手段２３は仮アドレスに重複があるか判定する（ステップ４３）。この判定で、仮アドレスに重複がある場合には、ステップ４０に戻ってアドレス再設定コマンドの発行を行ない、仮アドレスの重複がなくなるまで繰り返す。
【００３１】
そして、仮アドレスの重複がなくなった場合には、スレーブ側制御手段１４の全てに異なるアドレスデータが配分されるものとして、マスター側制御手段２３はアドレス確定コマンドの発行を行ない、全てのスレーブ側制御手段１４に送信する。スレーブ側制御手段１４では、このアドレス確定コマンドの送信を受けて、コマンド受信処理をし（ステップ５０）、そのコマンドの種類の判定を行なう（ステップ５１）。この判定で、コマンドがアドレス確定コマンドであると判定した場合には、その仮アドレスをマスター側制御手段２３の本当の自己アドレスとして記憶部１６に記憶し（ステップ５６）、ステップ５３からステップ５５の処理を行なう。このようにして自動的に複数の電池監視装置２のアドレスを確定させることができる。
【００３２】
このように、乱数発生部１５により仮アドレスを発生してこれを自己アドレスに確定するように処理動作させたので、簡単に各電池監視装置２に自己アドレスを設定することができる。
【００３３】
なお、ステップ５１において、コマンドの種類がアドレス設定コマンド及びアドレス確定コマンドでない場合には、ステップ５０に戻る。
【００３４】
本実施例によれば、制御手段の処理動作により自動的に設定するアドレスを用いて電池監視装置２を特定することができるので、電圧検出回路１３で検出した電池電圧が二次電池３の制限電圧値を超えている場合には、スレーブ側制御手段１４でそれを認識してこのアドレスと共に不具合情報を通信インターフェース回路１２を通して制御装置１に送信することにより、制御装置１のマスター側制御手段２３で不具合な組電池５を特定することができる。従って、制御装置１では不具合な組電池５を特定して必要な制御、例えばその組電池５の存在を外部に警報する等を確実に行なうことができる。
【００３５】
また、各電圧監視装置５内にアドレスを設定するためのディップスイッチ等の回路部品を必要としないために、各電圧監視装置５内の配線数が削減でき、回路部品に基づく誤配線及びアドレス誤設定の発生を防ぐことができ、組立て工数及び検査工数を削減できると共に、各電圧監視装置５内の回路部品及び配線スペースを少なくできてコスト低減を図ることができる。
【００３６】
さらには、制御装置１の制御手段をマスター側制御手段とし、各電池監視装置２の制御手段をスレーブ側制御手段としたので、複数の各電池監視装置２を実質的に同一のものとすることができ、安価なものとすることができる。
【００３７】
次に、本発明の第２実施例を図４及び図５を用いて説明する。
【００３８】
まず、本発明の第２実施例の蓄電装置における組電池の構成を図４を用いて説明する。図４は本発明の第２実施例の蓄電装置における電池監視装置の構成図である。なお、本実施例においては、制御装置及び他の電池監視装置との接続構成は第１実施例と共通するので、図示及び重複する説明を省略する。
【００３９】
図４の電池監視装置２は、マスターである制御装置１とスレーブである電池監視装置２を接続したときに、上流のマスターからの情報を接続ポート９で受け取り、必要であれば情報を付加した上で、接続ポート１０から下流のスレーブへ情報を中継し、下流のスレーブも同様の手段で中継し、全スレーブへマスターからの情報を伝達していく場合に必要となる構成例であり、シリアル通信信号配線６、７としたものである。
【００４０】
具体的には、絶縁回路として第１絶縁回路１１ａと第２絶縁回路１１ｂとを設け、第１接続ポート９と第１絶縁回路１１ａとを受信用差動増幅器１８ａ及び送信用差動増幅器１８ｂを介して接続すると共に、第２接続ポート１０と第２絶縁回路１１ｂとを受信用差動増幅器１８ｃ及び送信用差動増幅器１８ｄを介して接続している。そして、第１絶縁回路１１ａはスレーブ側制御手段１４の入力ポートＳｉ１及び出力ポートＳｏ２に接続され、第２絶縁回路１１ｂはスレーブ側制御手段１４の入力ポートＳｉ２及び出力ポートＳｏ２に接続されている。
【００４１】
スレーブ側制御手段１４は、アドレスを記録する記憶部１６を有しているが、第１実施例に示す乱数発生部を有していないものである。
【００４２】
次いで、かかる蓄電装置のスレーブアドレス設定方法の一例を図５を用いて説明する。図５は本発明の第２実施例の蓄電装置のスレーブアドレス設定方法を示す電文フォーマットである。本実施例ではスレーブアドレスを設定するのに電文（コマンドデータ文）を用いたことを特徴とするものである。
【００４３】
マスター側制御手段２３は、スレーブアドレスの設定または再設定が必要と判断した場合に、信号配線６で接続されている１番目のスレーブ側制御手段１４に対してアドレス設定の電文またはアドレス再設定の電文Ａを発行して送信する。この電文例は、スレーブ最大接続数を１６個とし、現実に構成するスレーブ数を８個とした場合の電文例であり、電文種別、コマンド種別、付属データ等を有する。電文種別は、マスター側からスレーブ側への送信かまたはスレーブ側からマスター側への送信かを区別するための情報であり、前者のときにＨ’００となり、後者のときにＨ’０１となる。コマンド種別は、アドレス設定かまたはアドレス再設定かを区別するための情報である。付属データは、スレーブアドレスを特定して識別するための情報であり、実スレーブに対して最初のビットからその実スレーブ数だけ割当てられ、その後のビットには１を設定してある。なお、ここでは、アドレス再設定の場合について説明するが、アドレス設定の場合もこれと同様に行なうものである。
【００４４】
マスター側制御手段２３に最初に接続されている１番目のスレーブ側制御手段１４は、マスター側制御手段２３から第１接続ポート９を通して前述の電文Ａを受信した場合に、この電文Ａを判断して自分がマスター側制御手段２３から１番目のスレーブ側制御手段１４であることを認識し、電文Ｂの如く自らが存在することを示すデータビットを付属データの８ビット目に加工し、自己アドレスとして記憶部１６に記憶した後、第２接続ポート１０から下流のスレーブ側制御手段１４へ電文Ｂを中継する。
【００４５】
次の下流のスレーブ側制御手段１４は、この電文Ａを受信した場合に、この電文Ｂを判断して自分がマスター側制御手段２３から２番目のスレーブ側制御手段１４であることを認識し、自らが存在することを示すデータビットを電文の付属データの７ビット目に加工し、自己アドレスとして記憶部１６に記憶した後、第２接続ポート１０から下流のスレーブ側制御手段１４へその電文を中継する。このようにして、各スレーブ側制御手段１４の自己アドレスを自動的に設定して記憶部１６に記憶し、下流側のスレーブ側制御手段１４へその電文を順次加工しながら中継する。
【００４６】
そして、末端の（この実施例では８番目の）スレーブ側制御手段１４は、マスター側制御手段２３が予め全スレーブ数を設定することができるので、末端のスレーブ側制御手段１４が電文を加工したときに、末端のスレーブ側制御手段１４自身が自らが末端であることを認識することができる。これにより、末端となるスレーブ側制御手段１４は、電文種別をＨ’０１に変更して、下流のスレーブ側制御手段１４ではなく、今度は上流のスレーブ側制御手段１４に対して電文Ｃを返信する。
【００４７】
次の上流のスレーブ側制御手段１４は、電文種別をＨ’０１に変更して、それをさらに上流に中継し、最終的に電文Ｃがマスター側制御手段２３に伝達される。これにより、マスター側制御手段２３は、全てのスレーブ側制御手段１４のアドレス設定が完了したかを確認することができる。
【００４８】
このようにして、本実施例においては、自動的にかつ接続順に複数の電池監視装置２の通信アドレスを確定させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、確実な電池監視制御を行なうことができると共に、各電池監視装置のアドレス識別用の回路部品を必要とせずに安価で電池監視装置の配線スペース、組立て工数及び検査工数を削減できる蓄電装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の蓄電装置の構成図である。
【図２】図１の蓄電装置における組電池の構成図である。
【図３】図１の蓄電装置のスレーブアドレス設定方法を示すフロチャート図である。
【図４】本発明の第２実施例の蓄電装置における組電池の構成図である。
【図５】本発明の第２実施例のスレーブアドレス設定方法を示す電文フォーマットである。
【符号の説明】
１…制御装置、２…電池監視装置、３…二次電池、４…モジュール電池、５…組電池、６…信号配線、７…信号配線、９…第１接続ポート、１０…第２接続ポート、１１…絶縁回路、１２…通信インターフェース回路、１３…電圧検出回路、１４…スレーブ側制御手段、１５…乱数発生部、１６…記憶部、１７…信号有無検出回路、１９…接続ポート、２１…接続ポート、２２…絶縁回路、２３…マスター側制御手段、２４…絶縁回路電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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