JP6323162B2

JP6323162B2 - 電池監視装置

Info

Publication number: JP6323162B2
Application number: JP2014101860A
Authority: JP
Inventors: 悟士山本; 洋明加藤; 公大佐藤; 卓矢山本
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: JP2015220828A

Description

本発明は、電池の状態を監視する電池監視装置に関する。

電池監視装置として、例えば、特許文献１に開示されるように、車両で使用される電池の状態（過充電や過放電など）を監視するものがある。
また、電池監視装置として、例えば、電池の状態を監視する監視部と、電池から負荷への電力供給を遮断する遮断部とを備え、電池に異常が発生した場合、電池から負荷への電力供給が遮断されるように、監視部により遮断部の動作が制御されるものがある。

特開２０１３−１０２６５７号公報

しかしながら、上述のように、監視部や遮断部を備える電池監視装置において、遮断部が故障していたり、監視部と遮断部との間の信号線が断線又は短絡していたりすると、遮断部の動作を制御することができず電池から負荷への電力供給を遮断させることができなくなるという問題がある。

そこで、本発明は、監視部や遮断部を備える電池監視装置において、遮断部への電力供給を遮断することで、遮断部が故障していたり、監視部と遮断部との間の信号線が断線又は短絡していても、電池から負荷への電力供給を遮断させることを目的とする。

本実施形態の電池監視装置は、電池の状態を監視する監視部と、第１の遮断部と、第２の遮断部とを備える。
第１の遮断部は、自身への電力供給が遮断されると、電池から負荷への電力供給を遮断する。

第２の遮断部は、第１の遮断部への電力供給を遮断する。
また、監視部は、第１の遮断部への電力供給が遮断されるように第２の遮断部の動作を制御する。

このように、第２の遮断部により第１の遮断部への電力供給を遮断することで、第１の遮断部が故障していたり、監視部と第１の遮断部との間の信号線が断線又は短絡していても、電池から負荷への電力供給を遮断させることができる。

本発明によれば、監視部や遮断部を備える電池監視装置において、遮断部が故障していたり、監視部と遮断部との間の信号線が断線又は短絡していても、電池から負荷への電力供給を遮断させることができる。

電池パックの一例を示す図である。制御部の動作の一例を示すフローチャートである。第１実施形態の電池監視装置における監視部の動作を示すフローチャートである。第２実施形態の電池監視装置における制御部の動作を示すフローチャートである。電池パックの他の例を示す図である。

図１は、電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、例えば、車両（例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車など）に搭載されるものであって、電池モジュール２と、制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを備える。

電池モジュール２は、電池２１と、遮断部２２（第１の遮断部）と、監視ＥＣＵ２３と、電圧検出部２４と、電流検出部２５と、温度検出部２６とを備える。
電池２１は、直列接続される７つの電池（例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池など）を備えて構成されている。なお、電池２１を構成する電池の数は、７つに限定されない。

遮断部２２は、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）２２１、２２２と、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２の動作を制御する駆動回路２２３とを備える。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ２２１のドレイン端子が電池２１のマイナス端子に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２２１のソース端子がＭＯＳＦＥＴ２２２のソース端子に接続され、ＭＯＳＦＥＴ２２２のドレイン端子がグランドに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオンすると、電池２１から負荷４（例えば、車両駆動用モータなど）へ電力が供給され、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフすると、電池２１から負荷４への電力供給が遮断される。なお、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２は、バイポーラトランジスタなどのその他のトランジスタや機械式リレーに替えてもよい。また、遮断部２２は、電池２１のプラス端子と負荷４との間に設けられてもよい。また、駆動回路２２３への電力供給が遮断されると、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２のゲート端子にローレベルの信号が入力され、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフし、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるものとする。すなわち、遮断部２２は、自身への電力供給が遮断されると、電池２１から負荷４への電力供給を遮断する。

電圧検出部２４は、例えば、電圧計などにより構成され、電池２１の電圧を検出し、その検出した電圧を監視部２３３へ送る。
電流検出部２５は、例えば、電流計などにより構成され、電池２１に流れる電流を検出し、その検出した電流を監視部２３３へ送る。

温度検出部２６は、例えば、サーミスタなどにより構成され、電池２１の温度を検出し、その検出した温度を監視部２３３へ送る。
監視ＥＣＵ２３は、電源部２３１と、遮断部２３２（第２の遮断部）と、監視部２３３とを備える。

電源部２３１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータなどにより構成され、電池２１から供給される電力を用いて、遮断部２２の駆動回路２２３へ電力を供給する。
遮断部２３２は、例えば、トランジスタ又は機械式リレーなどにより構成され、電池２１と電源部２３１との間に設けられている。また、遮断部２３２は、電池２１と電源部２３１とを電気的に接続したり切断したりする。遮断部２３２により電池２１と電源部２３１とが電気的に接続されると、駆動回路２２３へ電力が供給され、遮断部２３２により電池２１と電源部２３１とが電気的に切断されると、駆動回路２２３への電力供給が遮断される。なお、遮断部２３２は、電源部２３１と遮断部２２との間に設けられてもよい。

監視部２３３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）などにより構成される。また、監視部２３３は、例えば、制御ＥＣＵ３から送信される状態情報送信要求を受信すると、電圧検出部２４から送られてくる電圧、電流検出部２５から送られてくる電流、及び温度検出部２６から送られてくる温度を電池２１の状態を示す状態情報として制御ＥＣＵ３へ送信する。

制御ＥＣＵ３は、電源部３１と、遮断部３２（第３の遮断部）と、制御部３３とを備える。
電源部３１は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータなどにより構成され、電池２１から供給される電力を用いて、制御部３３へ電力を供給したり、遮断部３２を介して監視部２３３へ電力を供給する。

遮断部３２は、例えば、トランジスタ又は機械式リレーなどにより構成され、電源部３１と監視部２３３との間に設けられている。また、遮断部３２は、電源部３１と監視部２３３とを電気的に接続したり切断したりする。遮断部３２により電源部３１と監視部２３３とが電気的に接続されると、監視部２３３へ電力が供給され、遮断部３２により電源部３１と監視部２３３とが電気的に切断されると、監視部２３３への電力供給が遮断される。

制御部３３は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイスなどにより構成される。また、制御部３３は、例えば、所定時間経過毎に、状態情報送信要求を監視部２３３へ送信する。また、制御部３３は、例えば、図２に示すように、監視部２３３から送信される状態情報により、電池２１が異常（例えば、状態情報に示される電圧、電流、温度のうちの少なくとも１つが閾値以上）であると判断すると（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、監視部２３３へ電池２１から負荷４への電力供給を遮断させる旨を示す電力遮断指示を送信する（Ｓ１２）。
＜第１実施形態＞
第１実施形態の電池監視装置は、例えば、監視部２３３、遮断部２２、及び遮断部２３２を備えて構成される。

図３は、第１実施形態の電池監視装置における監視部２３３の動作を示すフローチャートである。
監視部２３３は、制御部３３から送信される電力遮断指示を受信すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、駆動回路２２３を介してＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２をオフさせるとともに、駆動回路２２３への電力供給が遮断されるように遮断部２３２の動作を制御する（Ｓ２２）。

すなわち、監視部２３３は、電力遮断指示を受信すると、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるように監視部２３３と遮断部２２との間の信号線を介して遮断部２２の動作を制御するとともに、遮断部２２への電力供給が遮断されるように遮断部２３２の動作を制御する。

なお、電池２１が異常であるか否かの判断処理を、制御部３３ではなく監視部２３３において行ってもよい。このように構成する場合、監視部２３３は、電池２１が異常であると判断すると、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるように遮断部２２の動作を制御するとともに、遮断部２２への電力供給が遮断されるように遮断部２３２の動作を制御する。

また、監視部２３３は、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させる際、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるように遮断部２２の動作を制御すると同時に、遮断部２２への電力供給が遮断されるように遮断部２３２の動作を制御してもよい。

また、監視部２３３は、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させる際、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されるように遮断部２２の動作を制御してから所定時間経過後に、遮断部２２への電力供給が遮断されるように遮断部２３２の動作を制御してもよい。

このように、第１実施形態の電池監視装置において、監視部２３３は、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させる際、遮断部２２への電力供給が遮断されるように遮断部２３２の動作を制御している。また、遮断部２２は、自身への電力供給が遮断されると、電池２１から負荷４への電力供給を遮断する。これにより、遮断部２２の駆動回路２２３が故障していたり、監視部２３３と遮断部２２との間の信号線が断線又は短絡していても、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させることができる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態の電池監視装置は、例えば、監視部２３３、遮断部２２、遮断部２３２、遮断部３２、及び制御部３３を備えて構成される。

図４は、第２実施形態の電池監視装置における制御部３３の動作を示すフローチャートである。
まず、制御部３３は、監視部２３３へ状態情報送信要求を送信してから所定時間経過するまでに（Ｓ３１〜Ｓ３３）、監視部２３３から状態情報を受信すると（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、電池２１が異常であるか否かを判断する（Ｓ３４）。

次に、制御部３３は、電池２１が異常でないと判断すると（Ｓ３４：Ｎｏ）、Ｓ３１に戻り監視部２３３へ状態情報送信要求を送信する（Ｓ３１）。
また、制御部３３は、電池２１が異常であると判断すると（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、監視部２３３へ電力遮断指示を送信した後（Ｓ３５）、状態情報送信要求を送信して（Ｓ３６）、監視部２３３から送信される状態情報により、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されていないか否かを判断する（Ｓ３７）。

次に、制御部３３は、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されたと判断すると（Ｓ３７：Ｎｏ）、遮断部２３２の動作を制御せずに終了する。例えば、制御部３３は、監視部２３３から送信される状態情報に示される電流が閾値以下であるとき、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されたと判断する。

また、制御部３３は、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されていないと判断すると（Ｓ３７：Ｙｅｓ）、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御する（Ｓ３８）。例えば、制御部３３は、監視部２３３から送信される状態情報に示される電流が閾値よりも大きいとき、電池２１から負荷４への電力供給が遮断されていないと判断する。

また、制御部３３は、監視部２３３へ状態情報送信要求を送信してから所定時間経過しても、状態情報を受信しない場合（Ｓ３２：Ｎｏ、Ｓ３３：Ｙｅｓ）、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御する（Ｓ３８）。

なお、監視部２３３への電力供給が遮断され監視部２３３が停止すると、監視部２３３から駆動回路２２３を介してＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２のゲート端子へ出力される信号がローレベルになり、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフするものとする。また、監視部２３３が停止すると、遮断部２３２により駆動回路２２３への電力供給が遮断され、駆動回路２２３からＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２のゲート端子へ出力される信号がローレベルになり、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフするものとする。

このように、第２実施形態の電池監視装置において、制御部３３は、電力遮断指示を監視部２３３へ送信しても電池２１から負荷４への電力供給が遮断されないとき、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御している。また、監視部２３３への電力供給が遮断され監視部２３３が停止すると、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフする。これにより、監視部２３３と制御部３３との間で通信途絶が発生していないが、監視部２３３が故障して駆動回路２２３や遮断部２３２の動作制御ができない場合でも、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させることができる。

また、第２実施形態の電池監視装置において、制御部３３は、状態情報を受信できないとき、監視部２３３への電力供給が遮断されるように遮断部３２の動作を制御している。また、監視部２３３への電力供給が遮断され監視部２３３が停止すると、ＭＯＳＦＥＴ２２１、２２２がオフする。これにより、監視部２３３と制御部３３との間で通信途絶が発生している場合でも、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させることができる。

また、上記第１及び第２実施形態の電池監視装置において、電池パック１は、電池モジュール２を１つ備える構成であるが、例えば、図５に示すように、複数の電池モジュール２（２−１、２−２、・・・）を備える構成でもよい。このように構成する場合、各電池２１は互いに並列接続されているものとする。また、各電池モジュール２の監視部２３３の電源端子は互いに接続され、その接続点と電源部３１との間に遮断部３２が設けられているものとする。また、制御部３３は、各電池モジュール２の監視部２３３からそれぞれ送信される状態情報に基づいて、各電池モジュール２の電池２１のうちの少なくとも１つの電池２１が異常であると判断した場合、各電池モジュール２の監視部２３３へ電力遮断信号を送信するものとする。

また、上記第１及び第２実施形態の電池監視装置において、遮断部３２は、電池２１から負荷４への電力供給を遮断させるために使用するとき以外に、省電力モードに移行したときに、監視部２３３への電力供給を遮断させて、電池２１の消費電力を低減するために使用されてもよい。

１電池パック
２電池モジュール
３制御ＥＣＵ
４負荷
２１電池
２２、２３２、３２遮断部
２３監視ＥＣＵ
２４電圧検出部
２５電流検出部
２６温度検出部
２２１、２２２ＭＯＳＦＥＴ
２２３駆動回路
２３１電源部
２３３監視部
３１電源部
３３制御部

Claims

電池の状態を監視する監視部と、
自身への電力供給が遮断されると、前記電池から負荷への電力供給を遮断する第１の遮断部と、
前記第１の遮断部へ電力を供給する電源部から前記第１の遮断部への電力供給を遮断する第２の遮断部と、
を備え、
前記監視部は、前記電池から前記負荷への電力供給が遮断されるように前記監視部と前記第１の遮断部との間の通信線を介して前記第１の遮断部の動作を制御するとともに、前記第１の遮断部への電力供給が遮断されるように前記第２の遮断部の動作を制御する
ことを特徴とする電池監視装置。
請求項１に記載の電池監視装置であって、
前記監視部への電力供給を遮断する第３の遮断部と、
前記第３の遮断部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電池から前記負荷への電力供給を遮断させる旨を示す電力遮断指示を前記監視部へ送信しても前記負荷への電力供給が遮断されないとき、前記監視部への電力供給が遮断されるように前記第３の遮断部の動作を制御する
ことを特徴とする電池監視装置。
請求項１に記載の電池監視装置であって、
前記監視部への電力供給を遮断する第３の遮断部と、
前記第３の遮断部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記監視部は、前記電池の状態を示す状態情報を前記制御部へ送信し、
前記制御部は、前記状態情報を受信できないとき、前記監視部への電力供給が遮断されるように前記第３の遮断部の動作を制御する
ことを特徴とする電池監視装置。