(57)【要約】 【課題】  二次電池パックの保護回路においてメインシステムとサブシステムの間の通信時間を従来に比べて大幅に短縮することが可能な二次電池パックの通信制御方式を提供すること。【解決手段】  メインシステムと複数のサブシステムからなる保護回路を有し、サブシステムは電池情報を検出してメインシステムに伝達する機能を有し、メインシステムはその電池情報に基づいて少なくとも充電または放電を制御する機能を有し、メインシステムよりサブシステムに対して伝達すべき電池情報を指定する通信コマンドを同時に発信し、その後、メインシステムよりサブシステムの一つを選択するためのセレクト信号を発信し、選択されたサブシステムのみが電池情報をメインシステムに伝達し、このような通信をサブシステムに対して順次繰り返す事により、全ての必要な情報を入手する。【選択図】  図１
2009231061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインシステムと複数のサブシステムからなる保護回路を有し、前記サブシステムは電池情報を検出して該電池情報をメインシステムに伝達する機能を有し、前記メインシステムは前記電池情報に基づいて少なくとも充電または放電を制御する機能を有し、前記メインシステムと前記サブシステムの間の通信はメインシステムより発信される通信コマンドに基づいて行われる二次電池パックの通信制御方式において、
前記メインシステムより前記の複数のサブシステムに対して該サブシステムが前記メインシステムに伝達すべき電池情報を指定する通信コマンドを同時に発信し、前記メインシステムより前記サブシステムの一つを選択するための選択信号を発信し、該選択されたサブシステムのみが前記指定された電池情報を前記メインシステムに伝達することを特徴とする二次電池パックの通信制御方式。
【請求項２】
前記メインシステムはメインＣＰＵを有し、前記サブシステムはサブＣＰＵを有し、前記メインシステムと前記サブシステム間の通信はそれぞれのＣＰＵ間で行われることを特徴とする請求項１に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項３】
前記メインシステムより発信される前記サブシステムの一つを選択するための選択信号は、前記複数のサブシステムに対して順次発信され、選択する前記サブシステムを逐次切り替えていくことで前記メインシステムが必要な電池情報を入手することを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項４】
前記メインシステムに対して前記複数のサブシステムは並列に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項５】
前記メインシステムと前記サブシステムとが分離して設置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項６】
前記メインシステムと前記サブシステムの間の前記通信コマンドと前記電池情報の送受の通信はそれぞれ一本の通信線により行われ、前記通信コマンドと前記電池情報とを識別できるようにすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項７】
前記通信コマンドと前記電池情報とを識別できるようにする方法として、前記通信コマンドの前に一定の符号コードを付加することを特徴とする請求項６に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項８】
前記通信コマンドと前記電池情報とを識別できるようにする方法として、前記通信コマンド送信時に前記選択信号を同時に送信することを特徴とする請求項６または７に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【請求項９】
前記電池情報には、電池の電圧、温度、電流、容量、使用履歴、認識ＩＤに関する情報のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の二次電池パックの通信制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メインシステムと複数のサブシステムからなる保護回路を有し、メインシステムがサブシステムからの電池情報に基づいて充放電を制御する機能を有する二次電池パックの通信制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の二次電池では、近年、電動機器や蓄電等の分野に用途が拡大してきており、高電圧対応のための多直化の要求や高容量化への要求が増えている。また、同時に信頼性や安全性の確保への高い要求がある。通常、使用している二次電池の状態を検知して充放電などを制御する保護回路が二次電池と一体化されて二次電池パックが構成されており、上記のような要求に対しては保護回路において二次電池の状態をできるだけ早く把握して制御などを行う必要がある。
【０００３】
従来、保護回路は二次電池パックの充放電を制御する充放電スイッチなどの制御素子と、各二次電池の電圧や電流、温度などの電池情報を検知し監視などを行う監視回路と、それらの電池情報に基づいて上記の制御素子を制御し、二次電池パック全体の制御を行なう制御回路などから構成される。上記電池情報を保護回路に内蔵したＣＰＵにより処理して制御を行なう二次電池パックの一例が特許文献１に示されている。
【０００４】
直列または並列に接続された多数の二次電池から構成される二次電池パックにおいては、二次電池および保護回路は複数のブロックに分割され、各ブロック毎に二次電池の電池情報を検知し監視などを行うサブシステムが設置され、それらの電池情報をサブシステムから収集して二次電池パックの全体的な制御を行なうメインシステムがサブシステムの上の階層に設置されて保護回路が構成される場合が多い。
【０００５】
このようなｍ個のサブシステムとその上のメインシステムとからなる保護回路を有する従来の二次電池パックの保護回路構成の一例を図３のブロック図に示す。図３においては、メインシステムはメインＣＰＵ１を有し、第１，第２、第ｍブロックのそれぞれのサブシステム１００、２００、３００はそれぞれサブＣＰＵ１０１、サブＣＰＵ２０１、サブＣＰＵ３０１を有している。各サブシステムはそれぞれ複数個の二次電池を有し、それらの電池の電圧、温度などのｎ個の電池情報を検出し、それらの電池情報１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４はそれぞれサブＣＰＵ１０１、２０１、３０１により処理され、メインＣＰＵ１からの通信コマンドに基づいてメインＣＰＵ１に伝達される。
【０００６】
図３において、従来の通信制御方式では、先ずメインシステムのメインＣＰＵ１より１つのサブシステムを選択し、その後、選択されたサブシステムがメインＣＰＵ１とサブＣＰＵ間の通信を行うことによって二次電池セル個々の電圧やブロック毎のセルの温度等の必要とする電池情報の指示を受けてそれらを検出し、その情報をメインシステムに伝達している。通常、メインＣＰＵ１において、サブシステムの選択信号としてはチップセレクト（ＣＳ）信号を使用し、１つのサブシステムのみをＨｉもしくはＬｏｗのレベルにすることにより行われる。
【０００７】
すなわち、メインＣＰＵとサブＣＰＵの通信は、メインＣＰＵ１が１つのサブシステムを選択し、選択されたサブシステムのサブＣＰＵは、メインＣＰＵ１からの通信コマンドの信号を受信すると、それに対する電池情報をメインＣＰＵ１に返信する。メインＣＰＵ１は選択しているサブシステム内のセル個数分の電圧やブロックの温度等の必要な電池情報を入手するまでサブＣＰＵとの間で送受の通信を行う。選択しているサブシステム内の全ての必要な電池情報を取得した後、メインＣＰＵ１は次のサブシステムを選択し上記と同様の通信方法で、全ての必要な情報を取得する。この作業を順次全サブシステムに対して行う。この従来の通信制御方式によるメインシステムとサブシステム間の通信フロー図を図４に示す。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１００４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
二次電池パックを構成する二次電池セルの個数が多くなり保護回路のシステムが大きくなると、サブシステムの数が増え、セルの電圧、ブロック温度等の電池情報などの情報量が増加することによりメインシステムとサブシステムとの間の通信回数も増加する。この通信回数の増加によりメインシステムとサブシステム間の通信時間が増加することになる。
【００１０】
今後も電池の大容量化や高電圧化が進む状況にあって、保護回路において通信時間の増加により電池状態の把握に時間がかかることは、そのときの電池の状態を把握して的確な保護動作を行なう保護回路の機能を低下させる可能性があり、無視が出来ない問題である。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、二次電池パックの保護回路においてメインシステムとサブシステムの間の通信時間を従来に比べて大幅に短縮することが可能な二次電池パックの通信制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明による二次電池パックの通信制御方式は、メインシステムと複数のサブシステムからなる保護回路を有し、前記サブシステムは電池情報を検出して該電池情報をメインシステムに伝達する機能を有し、前記メインシステムは前記電池情報に基づいて少なくとも充電または放電を制御する機能を有し、前記メインシステムと前記サブシステムの間の通信はメインシステムより発信される通信コマンドに基づいて行われる二次電池パックの通信制御方式において、前記メインシステムより前記の複数のサブシステムに対して該サブシステムが前記メインシステムに伝達すべき電池情報を指定する通信コマンドを同時に発信し、前記メインシステムより前記サブシステムの一つを選択するための選択信号を発信し、該選択されたサブシステムのみが前記指定された電池情報を前記メインシステムに伝達することを特徴とする。
【００１３】
また、前記メインシステムはメインＣＰＵを有し、前記サブシステムはサブＣＰＵを有し、前記メインシステムと前記サブシステム間の通信はそれぞれのＣＰＵ間で行われてもよい。
【００１４】
また、前記メインシステムより発信される前記サブシステムの一つを選択するための選択信号は、前記複数のサブシステムに対して順次発信され、選択される前記サブシステムを逐次切り替えていくことで前記メインシステムが必要な電池情報を入手してもよい。
【００１５】
また、前記メインシステムに対して前記複数のサブシステムは並列に接続されていてもよく、前記メインシステムと前記サブシステムとが分離して設置されていてもよい。
【００１６】
また、前記メインシステムと前記サブシステムの間の前記通信コマンドと前記電池情報の送受の通信はそれぞれ一本の通信線により行われ、前記通信コマンドと前記電池情報とを識別できるようにしてもよい。このとき、前記通信コマンドと前記電池情報とを識別できるようにする方法として、前記通信コマンドの前に一定の符号コードを付加してもよく、また、前記通信コマンド送信時に前記選択信号を同時に送信してもよい。
【００１７】
また、前記電池情報には、電池の電圧、温度、電流、容量、使用履歴、認識IDに関する情報のうち少なくとも１つを含んでいることが望ましい。
【００１８】
本発明の通信制御方式において、例えば、サブシステムの一番目のセル電圧をメインシステムが入手する場合、メインシステムは最初に１つのサブシステムを選択するのではなく、全サブシステムに対して一番目のセルの電圧情報を返信しろという通信コマンドを送信する。そのコマンド信号を全サブシステムのサブＣＰＵは同時に受信する。その後、メインシステムは一番目のサブシステムを選択し、選択されているサブシステムのサブＣＰＵは一番目のセルの電圧情報をメインＣＰＵに送信する。次にメインＣＰＵは二番目のサブシステムを選択し、選択されているサブシステムのサブＣＰＵは一番目のセル電圧情報をメインＣＰＵに送信する。このような通信を繰り返す事により、全ての必要な情報を入手する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においてメインシステムがサブシステムに送信する通信コマンドの数は、サブシステムの数に関係なく、サブシステム内のセルの個数やブロック温度等の必要な情報の数だけとなり、従来の通信制御方式ではサブシステム数と必要な情報を掛け合わせた回数分の通信コマンドを発信していたことに比べて通信回数が削減される。これによりメインＣＰＵとサブＣＰＵ間の通信時間を減少させることができ、電池の状態をいち早く把握することが可能となり、電池のより的確な保護を図ることができる。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、二次電池パックの保護回路においてメインシステムとサブシステムの間の通信時間を従来に比べて大幅に短縮することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、従来の保護回路の回路構成をそのまま使用できるので、ハードウェアーの変更をすることなくＣＰＵのソフトウェアーの変更のみで実現することができ、コスト負荷が少ないという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は、本発明による二次電池パックの通信制御方式の一実施の形態の通信フロー図を示す。本実施の形態においては、二次電池パックの保護回路構成は図３のブロック図に示した従来の保護回路構成と同じである。すなわち、メインシステムとサブシステムからなり、メインシステムはメインＣＰＵ１を有し、第１，第２、第ｍブロックのそれぞれのサブシステム１００、２００、３００はそれぞれサブＣＰＵ１０１、サブＣＰＵ２０１、サブＣＰＵ３０１を有している。各サブシステムはそれぞれ電池の電圧、温度などのｎ個の電池情報を検出し、それらの電池情報１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４はそれぞれサブＣＰＵ１０１、２０１、３０１により処理され、メインＣＰＵ１からの通信コマンドに基づいてメインＣＰＵ１に伝達される。
【００２４】
また、本実施の形態においては、図３のように、メインシステムに対して複数のサブシステムは並列に接続され、メインシステムとサブシステムとが分離して設置され、また、メインシステムとサブシステムの間の通信コマンドの送信と電池情報の伝達の通信はそれぞれ別々の通信線により行われている。
【００２５】
以下、図１及び図３に基づいて、本実施の形態の通信制御方式の動作説明を行う。先ず、メインＣＰＵ１より通信コマンドをｍ個の全てのサブシステムに対して送信する。１つめのサブシステム１００のサブＣＰＵ１０１、２つめのサブシステム２００のサブＣＰＵ２０１などの接続されている全てのサブシステムのサブＣＰＵは通信コマンドを受け取る。
【００２６】
次に、メインＣＰＵ１はセレクト信号線１１０のレベルをＨｉもしくはＬｏｗとするセレクト信号１によりサブシステム１００を選択する。サブシステム１００のサブＣＰＵ１０１がセレクト信号１により選択されると、サブシステム１００のＣＰＵ１０１は、通信コマンドにより受け付けている信号に対応したサブシステム１００の電池情報をサブＣＰＵ１０１からデータ信号にてメインＣＰＵ１に送信する。ここでは最初の通信コマンドにより指定されサブＣＰＵ１０１から送信される電池情報を電池情報（１）（電池情報１０２）とする。
【００２７】
メインＣＰＵ１はサブＣＰＵ１０１からのデータ信号を受信すると、次にセレクト信号線２１０のセレクト信号２によりサブシステム２００を選択する。サブシステム２００のサブＣＰＵ２０１はセレクト信号２により選択されると、通信コマンドにより受け付けている信号に対応したサブシステム２００の電池情報（１）（電池情報２０２）をサブＣＰＵ２０１からデータ信号にてメインＣＰＵ１に送信する。
【００２８】
メインＣＰＵ１はｍ個の全てのサブシステムに対して順次上記の動作を行い、各サブシステムもセレクト信号を受け取ることによって上記と同様な動作を行なう。全てのサブシステムの電池情報（１）をメインＣＰＵ１が受け取ると、メインＣＰＵ１は次に電池情報（２）を受け取るための通信コマンドを全てのサブシステムに対して送信し、各サブシステムは上記と同様にセレクト信号によって電池情報（２）をデータ送信する。メインＣＰＵ１は各サブシステムの必要な電池情報（１）〜電池情報（ｎ）を全て取得するまで上記の動作を繰り返す。
【００２９】
図２は、本実施の形態の通信制御方式のタイミングチャートを従来の通信制御方式のタイミングチャートと比較して示す図である。ここでは通信コマンドは１バイトの信号で、データは２バイトの信号としている。図２からわかるように、従来の方式ではデータを受け取る前に必ず各サブシステムに対して通信コマンドの送信を行なっていたのに対して、本実施の形態では全サブシステムに対して同時に通信コマンドを発信してセレクト信号により順次データを受信するので通信時間が短縮されるのがわかる。図２は２つのサブシステムに対して１つの電池情報を受け取るまでの通信時間を比較して示しているが、サブシステムの数をｍ、電池情報の数をｎとしたときに従来通信方式ではｍ×ｎ回のメインＣＰＵ１からの通信コマンドの送信を行う必要があるのに対し、本実施の形態の方式ではｎ回に短縮されるので通信時間は大幅に短縮される。
【００３０】
例えば、通信方法をＵＡＲＴとし通信速度９６００ｂｐｓで、１バイトのフォーマットを、スタートビット(１ビット)、データビット(８ビット)、パリティビット(１ビット)、ストップビット(１ビット)とし、１つの通信コマンドが１バイトで構成されている場合、1通信コマンドを送信するのに必要な時間は約１．１５ｍｓである。ここで、サブシステム数ｍ＝１０、電池情報数ｎ＝８として計算すると、従来の方式では通信コマンドのトータルの送信時間は９２．００ｍｓ必要となるが、本実施の形態の通信制御方式では９．２０ｍｓとなり８２．８０ｍｓの短縮が可能となる。
【００３１】
以上のように、本発明によりメインシステムとサブシステムの間の通信時間を従来に比べて大幅に短縮することが可能となり、電池の状態をいち早く認識することが可能となる。
【００３２】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではないことは言うまでもない。例えば、メインＣＰＵ、サブＣＰＵは上述の通信制御機能を有する機能回路であればＣＰＵで無くても本発明の効果が得られ、また、メインシステムではすべてのサブシステムの電池情報を常に取得するのではなく、二次電池パックの必要機能に応じて必要とされる電池情報を選択して取得しても良い。また、サブシステムはすべてメインシステムに並列に接続されている必要は無く、直列にサブＣＰＵ間を接続して通信を行なうことも可能である。また、メインシステムとサブシステムは物理的に分離されて設置されている必要は無く、両者が一体として回路基板上に設置され、または１つの制御回路ＩＣなどにより構成されても良い。また、通信コマンドを送る通信線と電池情報を受信する通信線を共通の１本の通信線とすることも可能であり、この場合、通信コマンドの先頭に識別符号コードを付加することにより各サブシステムにおいて他のサブシステムから送信されるデータと区別することも可能である。また、通信コマンドの送信と同時に一時的な選択信号を各サブシステムに同時に送信して各サブシステムに通信コマンドであることを認識させることも可能である。また、メインシステムに伝達する電池情報としては電池の電圧、温度、電流、容量、使用履歴、認識ＩＤに関する情報など二次電池パックとして必要な様々な情報を含めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による二次電池パックの通信制御方式の一実施の形態の通信フロー図。
【図２】本実施の形態の通信制御方式のタイミングチャートを従来の通信制御方式のタイミングチャートと比較して示す図。
【図３】サブシステムとメインシステムとからなる保護回路を有する従来の二次電池パックの保護回路構成の一例を示すブロック図。
【図４】従来の通信制御方式によるメインシステムとサブシステム間の通信フロー図。
【符号の説明】
【００３４】
１    メインＣＰＵ
１００、２００、３００    サブシステム
１０１、２０１、３０１    サブＣＰＵ
１０２〜１０４、２０２〜２０４、３０２〜３０４    電池情報
１１０、２１０、３１０    セレクト信号線
【図１】
2009231061.tif 000003
【図２】
2009231061.tif 000004
【図３】
2009231061.tif 000005
【図４】
2009231061.tif 000006