(57)【要約】【課題】絶縁素子の個数を削減して低コスト化を図ることの可能なバッテリ監視装置を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本バッテリ監視装置は、バッテリを複数に分割したブロック毎に設けられ、各ブロックに属する電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路の電源系統より低電圧の電源系統に属し、電圧検出回路による各電池セルの電圧検出データを管理する管理回路と、電圧検出回路と同じ電源系統に属し、電圧検出回路とクロック同期通信方式によって通信するための第１の通信線で接続され、管理回路とクロック非同期通信方式によって通信するための第２の通信線で接続された通信方式変換器と、第２の通信線に介挿された絶縁素子とを備えており、前記通信方式変換器は、第１の通信線を介して電圧検出回路の各々から受信した電圧検出データを、第２の通信線を介して管理回路へ送信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを構成する各電池セルの電圧状態を監視するバッテリ監視装置であって、
前記バッテリを複数に分割したブロック毎に設けられ、各ブロックに属する電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の電源系統より低電圧の電源系統に属し、前記電圧検出回路による各電池セルの電圧検出データを管理する管理回路と、
前記電圧検出回路と同じ電源系統に属し、前記電圧検出回路とクロック同期通信方式によって通信するための第１の通信線で接続され、前記管理回路とクロック非同期通信方式によって通信するための第２の通信線で接続された通信方式変換器と、
前記第２の通信線に介挿された絶縁素子と、を備え、
前記通信方式変換器は、前記第１の通信線を介して前記電圧検出回路の各々から受信した前記電圧検出データを、前記第２の通信線を介して前記管理回路へ送信することを特徴とするバッテリ監視装置。
【請求項２】
前記電圧検出回路はデイジーチェーン接続されており、
前記通信方式変換器は、前記第１の通信線を介して前記電圧検出回路の１つと接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ監視装置。
【請求項３】
前記通信方式変換器は、データ保存用のメモリを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ監視装置。
【請求項４】
前記クロック同期通信方式はＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)であり、前記クロック非同期通信方式はＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリ監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、動力源となるモータと、該モータに電力を供給する高電圧・大容量のバッテリが搭載されている。この高圧バッテリは、リチウムイオン電池或いは水素ニッケル電池等からなる電池セルを直列に複数接続して構成されるものである。
【０００３】
高圧バッテリは複数のブロックに分割されており、各ブロック毎に電池セルの電圧を検出する電圧検出回路（例えば専用のＩＣチップ）が設けられている。各電圧検出回路は、それぞれ絶縁素子を介して、各電池セルの電圧検出データを管理する低圧系マイコンと通信可能に接続されており、各ブロックに属する電池セルの電圧検出データを上記低圧系マイコンに送信する（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来では、電源系統の異なる電圧検出回路（高圧系）と低圧系マイコンとを絶縁素子を介して接続しているため、高速・多数通信線に対応可能な絶縁素子が多数必要となり、部品コストの増加を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、絶縁素子の個数を削減して低コスト化を図ることの可能なバッテリ監視装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、バッテリ監視装置に係る第１の解決手段として、バッテリを構成する各電池セルの電圧状態を監視するバッテリ監視装置であって、前記バッテリを複数に分割したブロック毎に設けられ、各ブロックに属する電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路の電源系統より低電圧の電源系統に属し、前記電圧検出回路による各電池セルの電圧検出データを管理する管理回路と、前記電圧検出回路と同じ電源系統に属し、前記電圧検出回路とクロック同期通信方式によって通信するための第１の通信線で接続され、前記管理回路とクロック非同期通信方式によって通信するための第２の通信線で接続された通信方式変換器と、前記第２の通信線に介挿された絶縁素子と、を備え、前記通信方式変換器は、前記第１の通信線を介して前記電圧検出回路の各々から受信した前記電圧検出データを、前記第２の通信線を介して前記管理回路へ送信することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、バッテリ監視装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記電圧検出回路はデイジーチェーン接続されており、前記通信方式変換器は前記第１の通信線を介して前記電圧検出回路の１つと接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、バッテリ監視装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、通信方式変換器は、データ保存用のメモリを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、バッテリ監視装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記クロック同期通信方式はＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)であり、前記クロック非同期通信方式はＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、バッテリのブロック毎に設けられた各電圧検出回路にて得られた電圧検出データを、通信方式変換器を経由して管理回路に送信する構成を採用しているので、絶縁素子の個数を削減して低コスト化を図ることが可能となる。また、通信方式変換器は、比較的低速なクロック非同期通信方式によって電圧検出データを管理回路に送信するので、低速対応の安価な絶縁素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るバッテリ監視装置Ａの概略構成図である。
【図２】リプログラミング時の動作を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るバッテリ監視装置Ａの概略構成図である。本バッテリ監視装置Ａは、高圧バッテリＢを構成する各電池セルＣの電圧状態を監視するものであり、図１に示すように、４つの電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、高圧側マイコン２、低圧側マイコン３及び２つの絶縁素子４、５を備えている。なお、電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及び高圧側マイコン２は高圧側の電源系統に属する回路であり、低圧側マイコン３は低圧側の電源系統に属する回路である。
【００１４】
高圧バッテリＢは４つのブロックＢ１〜Ｂ４に分割されており、ブロックＢ１に対応して電圧検出回路１Ａが設けられ、ブロックＢ２に対応して電圧検出回路１Ｂが設けられ、ブロックＢ３に対応して電圧検出回路１Ｃが設けられ、ブロックＢ４に対応して電圧検出回路１Ｄが設けられている。
【００１５】
これら電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは、それぞれの各ブロックに属する電池セルＣの電圧を検出し、その検出結果をデジタルデータ（電圧検出データ）に変換するＡ／Ｄ変換機能や高圧側マイコン２との通信機能を有する専用のＩＣチップである。これら電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄはデイジーチェーン接続されており、最前段の電圧検出回路１ＤがＳＰＩ通信線Ｌ１を介して高圧側マイコン２と接続されている。
【００１６】
高圧側マイコン２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やメモリ、入出力インターフェイス等が一体的に組み込まれたＩＣチップであり、電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと同じ高圧側の電源系統に属している。この高圧側マイコン２は、クロック同期通信方式の１つであるＳＰＩ(Serial Peripheral Interface)によって通信するためのＳＰＩ通信線Ｌ１（第１の通信線）を介して電圧検出回路１Ｄと接続されていると共に、クロック非同期通信方式の１つであるＵＡＲＴ(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)によって通信するためのＵＡＲＴ通信線Ｌ２（第２の通信線）を介して低圧側マイコン３と接続されている。
【００１７】
周知のように、ＳＰＩとは、クロックに同期しながらデータを伝送する３線式のシリアル通信方式である。つまり、高圧側マイコン２と電圧検出回路１Ｄとを結ぶＳＰＩ通信線Ｌ１は、クロック線、チップセレクタ線及びデータ線（双方向通信なので２本）の計４本の通信線によって構成されている。従って、デイジーチェーン接続された電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄも、それぞれ４本の通信線によって接続されている。
【００１８】
一方、ＵＡＲＴとは、調歩同期通信によってデータを伝送する非同期シリアル通信方式である。つまり、高圧側マイコン２と低圧側マイコン３とを結ぶＵＡＲＴ通信線Ｌ２は、送信用データ線（ＴＸ）及び受信用データ線（ＲＸ）の計２本の通信線によって構成されている。
【００１９】
このような高圧側マイコン２は、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの各々から受信した電圧検出データを、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３へ送信する一方、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３から受信した制御データ（例えばコマンド等）を、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの各々に送信する通信方式変換器としての機能を有している。
【００２０】
低圧側マイコン３は、ＣＰＵやメモリ、入出力インターフェイス等が一体的に組み込まれたＩＣチップであり、電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及び高圧側マイコン２の電源系統より低電圧の電源系統に属している。この低圧側マイコン３は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して制御データを高圧側マイコン２に送信する一方、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２から受信した電圧検出データを管理する管理回路としての機能を有している。
【００２１】
また、この低圧側マイコン３は、外部に配置された上位制御装置Ｅと通信可能に接続されており、上位制御装置Ｅからの命令に応じて所定の処理を実行したり、高圧側マイコン２を介して各電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄから収集した電圧検出データを上位制御装置Ｅへ送信する機能も有している。
【００２２】
絶縁素子４は、例えばフォトカプラであり、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を構成する２本の通信線の一方に介挿されている。同じく、絶縁素子５は、例えばフォトカプラであり、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を構成する２本の通信線の他方に介挿されている。これら絶縁素子４、５を設けることにより、高圧側の電源系統に属する回路と低圧側の電源系統に属する回路とが電気的に絶縁された状態となる。
【００２３】
次に、上記のように構成された本バッテリ監視装置Ａの動作について説明する。
＜電圧検出時の動作＞
まず、電圧検出時の動作について説明する。低圧側マイコン３は、電圧検出タイミングが到来すると、電圧検出回路１Ａに対して電圧検出を命令するためのコマンドをＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２へ送信する。高圧側マイコン２は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３から受信したコマンドを、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの各々に送信する。
【００２４】
電圧検出回路１Ａは、チップセレクタ信号を基に上記コマンドが自分宛てのコマンドであることを認識すると、上記コマンドを取り込んで低圧側マイコン３の命令を解析し、その命令に応じてブロックＢ１に属する電池セルＣの電圧を検出し、その検出結果を電圧検出データに変換する。そして、電圧検出回路１Ａは、得られた電圧検出データを、電圧検出回路１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及びＳＰＩ通信線Ｌ１を介して高圧側マイコン２に送信する。
【００２５】
高圧側マイコン２は、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａから受信した電圧検出データを、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３へ送信する。低圧側マイコン３は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２から電圧検出データを受信すると、この電圧検出データをブロックＢ１の電池セルＣと対応付けて内部メモリに保存する。
【００２６】
続いて、低圧側マイコン３は、電圧検出回路１Ｂに対して電圧検出を命令するためのコマンドをＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２へ送信する。高圧側マイコン２は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３から受信したコマンドを、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの各々に送信する。
【００２７】
電圧検出回路１Ｂは、チップセレクタ信号を基に上記コマンドが自分宛てのコマンドであることを認識すると、上記コマンドを取り込んで低圧側マイコン３の命令を解析し、その命令に応じてブロックＢ２に属する電池セルＣの電圧を検出し、その検出結果を電圧検出データに変換する。そして、電圧検出回路１Ｂは、得られた電圧検出データを、電圧検出回路１Ｃ、１Ｄ及びＳＰＩ通信線Ｌ１を介して高圧側マイコン２に送信する。
【００２８】
高圧側マイコン２は、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ｂから受信した電圧検出データを、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３へ送信する。低圧側マイコン３は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２から電圧検出データを受信すると、この電圧検出データをブロックＢ２の電池セルＣと対応付けて内部メモリに保存する。
【００２９】
続いて、低圧側マイコン３は、電圧検出回路１Ｃに対して電圧検出を命令するためのコマンドをＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２へ送信する。高圧側マイコン２は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３から受信したコマンドを、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの各々に送信する。
【００３０】
電圧検出回路１Ｃは、チップセレクタ信号を基に上記コマンドが自分宛てのコマンドであることを認識すると、上記コマンドを取り込んで低圧側マイコン３の命令を解析し、その命令に応じてブロックＢ３に属する電池セルＣの電圧を検出し、その検出結果を電圧検出データに変換する。そして、電圧検出回路１Ｃは、得られた電圧検出データを、電圧検出回路１Ｄ及びＳＰＩ通信線Ｌ１を介して高圧側マイコン２に送信する。
【００３１】
高圧側マイコン２は、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ｂから受信した電圧検出データを、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３へ送信する。低圧側マイコン３は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２から電圧検出データを受信すると、この電圧検出データをブロックＢ３の電池セルＣと対応付けて内部メモリに保存する。
【００３２】
続いて、低圧側マイコン３は、電圧検出回路１Ｄに対して電圧検出を命令するためのコマンドをＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２へ送信する。高圧側マイコン２は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３から受信したコマンドを、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの各々に送信する。
【００３３】
電圧検出回路１Ｄは、チップセレクタ信号を基に上記コマンドが自分宛てのコマンドであることを認識すると、上記コマンドを取り込んで低圧側マイコン３の命令を解析し、その命令に応じてブロックＢ４に属する電池セルＣの電圧を検出し、その検出結果を電圧検出データに変換する。そして、電圧検出回路１Ｄは、得られた電圧検出データを、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して高圧側マイコン２に送信する。
【００３４】
高圧側マイコン２は、ＳＰＩ通信線Ｌ１を介して電圧検出回路１Ｂから受信した電圧検出データを、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して低圧側マイコン３へ送信する。低圧側マイコン３は、ＵＡＲＴ通信線Ｌ２を介して高圧側マイコン２から電圧検出データを受信すると、この電圧検出データをブロックＢ４の電池セルＣと対応付けて内部メモリに保存する。
【００３５】
以上のような動作により、電圧検出タイミングが到来する毎に、バッテリＢを構成する各電池セルＣの電圧検出データを収集することができる。なお、低圧側マイコン３は、上位制御装置Ｅからの命令に応じて、内部メモリに保存している電圧検出データを上位制御装置Ｅへ送信する場合もある。
【００３６】
＜リプログラミング時の動作＞
次に、リプログラミング時の動作について説明する。なお、ここでリプログラミング（以下、リプロと略す）とは、上位制御装置Ｅ、またはバッテリ監視装置Ａの高圧側マイコン２或いは低圧側マイコン３に保存されている既存データ（プログラム等）を書き換えることを指す。
【００３７】
図２に示すように、上位制御装置Ｅは、不図示のリプロ用書換装置からリプロ用データを読み込み（ステップＳ１）、このリプロ用データ（書換え用データ）が上位制御装置Ｅのものかバッテリ監視装置Ａのものかを判定する（ステップＳ２）。上位制御装置Ｅは、上記ステップＳ２にてリプロ用データが上位制御装置Ｅのものであると判定した場合、このリプロ用データを用いて書き換え対象データの書き換えを行う（ステップＳ３）。
【００３８】
一方、上位制御装置Ｅは、上記ステップＳ２にてリプロ用データがバッテリ監視装置Ａのものであると判定した場合、このリプロ用データをバッテリ監視装置Ａに送信する（ステップＳ４）。そして、バッテリ監視装置Ａにおいて、低圧側マイコン３或いは高圧側マイコン２が、リプロ用データを内部メモリに一旦保存し（ステップＳ５）、その後、内部メモリに保存したリプロ用データを用いて書き換え対象データの書き換えを行う（ステップＳ６）。
【００３９】
このように、リプログラミング時には、リプロ用書換装置から読み込んだリプロ用データに応じて、上位制御装置Ｅとバッテリ監視装置Ａとの書き換え処理を分岐させ、上位制御装置Ｅとバッテリ監視装置Ａとのリプロ作業を切り離すことにより、リプロ作業時間を短縮することができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、高圧バッテリＢのブロック毎に設けられた各電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにて得られた電圧検出データを、高圧側マイコン２を経由して低圧側マイコン３に送信する構成を採用しているので、絶縁素子４、５の個数を削減して（２個で良い）低コスト化を図ることが可能となる。また、高圧側マイコン２は、比較的低速なクロック非同期通信方式の１つであるＵＡＲＴによって電圧検出データを低圧側マイコン３に送信するので、低速対応の安価な絶縁素子４、５を用いることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
例えば、上記実施形態では、高圧バッテリＢが４つのブロックＢ１〜Ｂ４に分割されている場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、高圧バッテリＢのブロック数に応じて電圧検出回路の数を適宜変更しても良い。
また、上記実施形態では、クロック同期通信方式としてＳＰＩを、クロック非同期通信方式としてＵＡＲＴを用いる場合を例示したが、これ以外の通信方式を採用しても良い。
また、上記実施形態では、電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄをデイジーチェーン接続する場合を例示したが、ＳＰＩ通信線Ｌ１に電圧検出回路１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを並列的に接続する、バス接続タイプの構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ…バッテリ監視装置、Ｂ…高圧バッテリ、Ｃ…電池セル、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…電圧検出回路、２…高圧側マイコン（通信方式変換回路）、３…低圧側マイコン（管理回路）、４、５…絶縁素子、Ｅ…上位制御装置
【図１】
2013083514.tif 000003
【図２】
2013083514.tif 000004