JP5481146B2 - 電池管理装置、二次電池装置および車両 - Google Patents

Description

本発明は、電池管理装置、二次電池装置および車両に関する。

複数の二次電池セルを含む組電池を備えた二次電池装置では、過充電や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組電池の温度等を常時監視している。

また、一般に、複数の二次電池セルを直列に組み合わせて使用する組電池においては、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等となってくることが知られている。

このように二次電池セルに蓄えられているエネルギーが不均等となると、組電池としての機能を最大に利用できるような効率のよい充放電を行うことができなくなる。従来、このようなエネルギーの均等化を行う回路として抵抗放電方式（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）が提案されている。

特許文献１の二次電池の電圧補正回路では、電池の電圧あるいは容量のばらつきを判定して、高いエネルギーの電池を抵抗に接続して放電させている。特許文献２の組電池の電池電圧補正装置は、充電前のレベル合わせのための放電処理を行なう。特許文献３の電池群制御装置および電池電源システムでは、各単位セル間のエネルギーを無負荷電圧で測定し、各単位セル間の残存容量を算出し、単位セル間の平均残容量に対して設定値以上の偏差のあるセルに対して、充放電電流をバイパスする方法が提案されている。

エネルギーの均等化を行なう二次電池装置は、例えば、複数の二次電池セルを含む組電池および組電池監視回路を供えた組電池モジュールと、組電池監視回路の動作等を制御する制御装置（ＭＰＵ）と、を備えている。組電池監視回路には、電圧監視回路や複数の二次電池セルを放電させる均等化処理部が搭載されている。制御装置は、外部に設けられた外部電源から給電されている。

従来、外部電源である電装用バッテリが故障し、あるいは電装用バッテリの電源ラインが断線する等の故障時に、均等化回路が電池に与える悪影響を防止して電池の劣化を防止するために、均等化回路を停止させる停止回路を備える車両用の電源装置が提案されている（特許文献４参照）。

特開平１１−１５０８７７号公報 特許第３３３１２０１号公報 特開２００７−２４４１４２号公報 特開２００８−１９３７５７号公報

蓄えられているエネルギーの高い二次電池セルを放電させて、組電池を構成する複数の二次電池セルのエネルギーを均等化するには、比較的長い時間が必要である。さらに、特に二次電池セルとしてリチウムイオン電池を採用した場合には、過電圧による発火等を回避するために、二次電池セルの電圧や温度を常時監視することが必要である。

一方で、組電池監視回路を制御する制御装置を常時起動させると、外部電源の消耗を抑制することが困難であった。特に、組電池監視回路と制御装置との間のインタフェース回路において絶縁通信を行なう場合には、絶縁通信回路における電力消費を抑制することが困難であった。そこで、制御装置への給電が停止されている期間であっても、組電池監視回路の電圧検出部や均等化処理部がエネルギーの均等化を行なうことが可能となるように二次電池装置を構成することが検討されている。

しかし、この場合に、例えば交換のために組電池モジュールが制御装置から取り外された場合であっても、組電池監視回路が二次電池セルの電圧監視やエネルギーの均等化を継続すると、組電池に蓄積されたエネルギーを消費してしまうため、低消費電力化を実現することが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであって、低消費電力化を実現する電池管理装置、二次電池装置、および、その二次電池装置を備えた車両を提供することを目的とする。

本発明の第１態様による電池管理装置は、外部電源から電力が供給される電源供給管理部と、前記電源供給管理部から第１電源入力端子を介して電力が供給される電源供給回路と、前記電源供給回路から供給される電力、あるいは、第２電源入力端子を介して供給される電力によって動作するラッチ回路と、前記ラッチ回路から出力されるシャットダウン信号を設定するロジック信号を、ロジック信号入力端子へ出力する制御回路と、前記ロジック信号入力端子を介してロジック信号が供給され、前記ラッチ回路のセット信号入力端子へ前記ロジック信号を供給する論理通信回路と、を備え、前記ラッチ回路から出力される前記シャットダウン信号は、前記ロジック信号が第１レベルから第２レベルとなったときに、組電池の状態を計測する組電池監視回路の動作維持レベルに設定される電池管理装置である。

本発明の第２態様による二次電池装置は、上記第１態様による電池管理装置と、複数の二次電池セルを備えた組電池と、電源回路と、前記電源回路から前記第２電力供給端子へ電源信号を出力する電源出力端子と、前記ラッチ回路から出力されたシャットダウン信号が入力されるシャットダウン入力端子とを含み、前記組電池の状態を計測する組電池監視回路と、を備え、前記制御回路は、前記組電池監視回路の起動時に、前記ロジック信号を前記第１レベルから前記第２レベルとすることにより前記ラッチ回路から出力されるシャットダウン信号を動作維持レベルに設定して、前記組電池監視回路の動作を継続させるように構成され、前記シャットダウン入力端子は、抵抗器を介して接地されている二次電池装置である。

本発明の第３態様による車両は、上記第２態様による二次電池装置を備えた車両である。

本発明によれば、低消費電力化を実現する電池管理装置、二次電池装置、および、その二次電池装置を備えた車両を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池装置、および、その二次電池装置を備えた車両の概略的な一構成例を説明するための図である。 図１に示す二次電池装置の組電池モジュールの一構成例を説明するための図である。 図１に示す二次電池装置の組電池監視回路における、電圧検出部および温度検出部の一構成例を説明するための図である。 図１に示す二次電池装置の組電池監視基板および電池管理装置における、エネルギーの均等化を行なうための構成について説明するための図である。 図１に示す二次電池装置の電池管理装置の一構成例を説明するための図である。 図５に示す組電池監視回路およびインタフェース回路の一構成例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電池管理装置、二次電池装置、および、二次電池装置を備えた車両について図面を参照して説明する。

図１はこの発明の一実施例による電池装置が車両１００に搭載された例を説明する。但し、図１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の駆動モータなどは概略的に示している。

二次電池装置は、複数の組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）…１０１（４）が互いに直列接続されている。組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）…１０１（４）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。

二次電池装置の下位側（電圧が低い方を下位と称する）の組電池モジュール１０１（１）の負極端子には、接続ライン３１の一方の端子が接続されている。この接続ライン３１は、後述する電池管理装置６０内の電流検出部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。

また二次電池装置の上位側（電圧が高い方を上位と称する）の組電池モジュール１０１（４）の正極端子には、接続ライン３２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３２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。

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ＳＷＰ（図５に示す）、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ＳＷＭ（図５に示す）を含む。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、スイッチ素子が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を備える。

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、後述する電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）６０あるいは車両全体動作を制御するための電気制御装置７１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、モータ４５の各３相の入力端子に接続されている。モータの回転は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪ＷＲ、ＷＬに伝達される。

電池管理装置６０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、電池管理装置６０には、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う電気制御装置７１も接続されている。

図２は組電池監視回路（ＶＴＭ：Voltage Temperature Monitoring）２１〜２４の機能ブロックを詳しく示している。図１および図２に示すように、組電池モジュール１０１（１）、１０１（２）…１０１（４）は、それぞれ、組電池１１、１２、１３、１４と組電池監視回路２１、２２、２３、２４を有する。

組電池監視回路２１〜２４の下位側の通信部２１１がコネクタ５１〜５４を介して電池管理装置６０に接続されている。本実施形態では、組電池監視回路２１〜２４が組電池１１〜１４の近傍に配置されることによって、組電池１１〜１４の情報を高精度に電圧を取得し、監視の精度を向上させている。

なお、組電池監視回路２１、２２間の通信部２１１、２１２が直列接続され、また組電池監視回路２３、２４間の通信部２１１、２１２が直列接続されて、組電池監視回路２１、２３の下位側の通信部２１１がコネクタを介して電池管理装置６０に接続されるように構成されてもよい。この場合、組電池監視回路２１、２２は互いの通信部２１１、２１２を介して接続され双方向通信が可能であり、また組電池監視回路２３、２４も互いの通信部２１１、２１２を介して接続され双方向通信が可能である。

組電池監視回路２１、２２を直列接続する場合、組電池監視回路２１の下位側通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタを介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２１の上位側通信部２１２の情報入力出力端子は、組電池監視回路２２の下位側の情報入力出力端子に接続される。

また組電池監視回路２３、２４を直列接続する場合、組電池監視回路２３の下位側通信部２１１の情報入力出力端子は、コネクタを介して電池管理装置６０に接続される。組電池監視回路２３の上位側の情報入力出力端子は、組電池監視回路２４の下位側の情報入力出力端子に接続される。

組電池監視回路２１〜２４の機能ブロックは同じであるため、組電池監視回路２１を代表してその機能ブロックを説明する。組電池監視回路２１は、先のコネクタ５１に接続される下位側の通信部２１１を含む。組電池監視回路２１は、他の組電池監視回路と直列接続を行なう際に使用される上位側の通信部２１２を含む。

また組電池監視回路２１は、電圧検出部２１３、温度検出部２１４、電池セルの電圧を均等化するための均等化処理部２１５、および、シーケンス制御の基本周波数に基づく脈動信号を出力する診断用回路２１６を含む。

電圧検出部２１３は、組電池１１の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の端子間の電圧（以下、二次電池セル電圧という）を検出する。検出された二次電池セル電圧は、通信部２１１を介して電池管理装置６０に転送される。温度検出部２１４は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の夫々、または、複数二次電池セルの近辺の温度を検出する。検出された温度データは、通信部２１１を介して電池管理装置６０に転送される。

また、二次電池装置では、二次電池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間のエネルギーが不均等となってくることが知られている。二次電池セル間のエネルギーが不均等となることにより、二次電池装置として機能を最大に発揮できるような効率のよい充放電を行うことができなくなってくる。

均等化処理せずに残容量の高い二次電池セルが存在する状態で充電を行うと、残容量の低い二次電池セルが満充電状態にならないまま残容量の高い二次電池セルが早く満充電状態となり、全体充電が完了することがある。そこで、充電を行うに際して、均等化処理部２１５により、二次電池セル間のエネルギーを均等化処理する必要がある。

また、組電池監視回路２１〜２４内にはそれぞれシーケンサ或いは制御部が設けられており、データの送受信及びスイッチなどの動作タイミングが統括されている。

図３は、組電池監視回路２１の電圧検出部２１３および温度検出部２１４の概略的な構成例を示す。直列に接続された複数の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）は、組電池１１を構成している。二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の正極端子と負極端子は、電圧検出部２１３に接続されている。

電圧検出部２１３は、各二次電池セルの二次電池セル電圧を個別に測定する。また二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の近傍に、温度センサＴ（ａ）〜Ｔ（ｘ）が配置されている。各温度センサＴ（ａ）〜Ｔ（ｘ）の出力端子は、温度検出部２１４に接続されている。温度検出部２１４は、各温度センサＴ（ａ）〜Ｔ（ｘ）の出力をデータ化し、通信部に出力する。

図４は、均等化処理部２１５を示している。複数の二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）の負極端子と正極端子とは、それぞれ、放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）を介して電圧検出部２１３に接続されている。

放電抵抗２１ｒ（１）と放電抵抗２１ｒ（２）との一方の端子は二次電池セル１１（１）の負極端子と正極端子とに接続され、他方の端子は放電スイッチＳＷ（１）を介して接続されている。

放電抵抗２１ｒ（２）と放電抵抗２１ｒ（３）との一方の端子は二次電池セル１１（２）の負極端子と正極端子とに接続され、他方の端子は放電スイッチＳＷ（２）を介して接続されている。同様に２つの組の放電抵抗は、対応する二次電池セルの負極端子と正極端子とに接続され、他方の端子は対応する放電スイッチを介して接続されている。

放電抵抗２１ｒ（１）〜２１ｒ（ｘ＋１）と放電スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（ｘ＋１）は、均等化回路２１Ａに含まれる。放電スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（ｘ＋１）は、スイッチ制御回路２１Ｂによりオンオフ制御される。

電圧検出部２１３は、二次電池セル１１（１）〜１１（ｘ）夫々の二次電池セル電圧を検出する。検出された各二次電池セル電圧は、通信部２１１を介して電池管理装置６０のエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。また組電池１１に流れている電流も電流検出回路６０２で検出されてエネルギー偏差算出部６０１に取り込まれる。

各二次電池セル間のエネルギー偏差、つまり二次電池セル電圧の不均等を検出するためには、まず、組電池１１の正極と負極との間に電圧が供給される。すると複数の二次電池セル間にエネルギー偏差がある場合、各二次電池セル電圧が予め定めた特定電圧に到達するまでの到達時間に差が生じる。

今、簡単のために直列接続された３つの二次電池セル（図示せず）を想定し、二次電池セルＡＸ、ＢＸ、ＣＸが特定電圧に達成するまでに時間差が生じたとする。そして、二次電池セルＡＸが最も早く特定電圧に到達したとする。このときの到達時間を基準時間ｔ０として０秒とする。

この基準時間ｔ０から二次電池セルＢＸ、ＣＸがそれぞれ特定電圧に到達した到達時間ｔ１、ｔ２とする。この到達時間ｔ１、ｔ２と、組電池１１に流れている電流の値とから二次電池セルＡＸと二次電池セルＡＢ間の容量差（ｍＡｈ）、二次電池セルＡＸと二次電池セルＣＸ間の容量差（ｍＡｈ）とを算出する。

さらに、算出された容量差から、各二次電池セルＢＸ、ＣＸを二次電池セルＡＸと同じ残り容量（SOC: State Of Charge）とするには、各二次電池セルＢＸ、ＣＸをどの程度放電しなければならないかを算出する。この算出は放電時間換算部６０３で行われ、各二次電池セルの放電時間データが得られる。

各二次電池セルの放電時間データは、均等化処理部２１５内のスイッチ制御回路２１Ｂに入力される。スイッチ制御回路２１Ｂは、均等化回路２１Ａ内の放電スイッチＳＷ（１）〜ＳＷ（ｘ＋１）をオンまたはオフ制御する。

ここで、放電対象となる位置の二次電池セルに対応する放電スイッチがオンされ、当該二次電池セルの放電、つまりエネルギー放出が行われる。これにより、エネルギーの高い二次電池セルと低い二次電池セルとの間でエネルギー均等化が行われる。

図５に電池管理装置６０の全体ブロックを示して説明する。図５に示すように、電池管理装置６０は、電流検出回路６０２と、コネクタ５１〜５４を介して組電池監視回路２１〜２４の通信部２１１と接続されたインタフェース回路６０４と、組電池監視回路２１〜２４の診断用回路２１６から出力された脈動信号が供給され、アラート信号を出力するアラートシグナルプロセッサ６０５と、外部電源７０から電源電圧が供給される電源供給管理部６０６と、コンタクタ駆動回路６０８と、メモリ６０７と、二次電池装置の動作を制御する制御回路（ＭＰＵ）ＣＴＲとを備えている。

メモリ６０７は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）である。メモリ６０７には、制御回路ＣＴＲの動作を規定するプログラムが記録されている。図４に示すエネルギー偏差算出部６０１と放電時間換算部６０３とは、制御回路ＣＴＲ内に含まれている。

電池管理装置６０には、コネクタＣＮ１を介して、電源電圧、イグニッション信号ＩＧＮ、および外部充電器信号ＣＨＧが、外部電源７０、イグニッション（図示せず）、および、外部充電器（図示せず）から供給されている。また、電池管理装置６０は、コネクタＣＮ２を介して、電気制御装置７１との間で信号の送信および受信を行っている。

組電池監視回路２１〜２４からインタフェース回路６０４には、二次電池セルの電圧値、組電池の温度値等のデータ、診断用回路２１６から出力された脈動信号、通信用電源電圧信号が、コネクタ５１〜５４を介して供給される。インタフェース回路６０４から組電池監視回路２１〜２４には、クロック信号、データ信号、シャットダウン信号（ＳＨＤＮ）がコネクタ５１〜５４を介して供給される。

インタフェース回路６０４は、二次電池セルの電圧値、組電池の温度値等のデータを双方向シリアル通信により制御回路ＣＴＲに供給し、診断用回路２１６から出力された脈動信号をアラートシグナルプロセッサ６０５に供給する。

アラートシグナルプロセッサ６０５は、インタフェース回路６０４から供給された脈動信号および制御回路ＣＴＲから供給されたアラート信号が正常か異常かを判断する。脈動信号が正常である場合には、アラートシグナルプロセッサ６０５は一定周波数でオンおよびオフするアラート信号を出力する。脈動信号が異常である場合には、アラートシグナルプロセッサ６０５は、一定値のアラート信号を出力する。

アラートシグナルプロセッサ６０５から出力されたアラート信号は、制御回路ＣＴＲ、コンタクタ駆動回路６０８、および、コネクタＣＮ２を介して接続された電気制御装置７１に供給される。

コンタクタ駆動回路６０８は、制御回路ＣＴＲの制御により、スイッチ装置３３のプリチャージスイッチＳＷＰの動作を制御する信号Ｓ１と、メインスイッチＳＷＭの動作を制御する信号Ｓ２とを出力する。

信号Ｓ１、Ｓ２は、コネクタＣＮ１を介してスイッチ装置３３に供給される。プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭは、近傍に配置されたコイルに供給される信号Ｓ１、Ｓ２によって、オンあるいはオフされる。

例えば、脈動信号が異常である場合には、制御回路ＣＴＲは、供給されたアラート信号より対応する組電池監視回路に異常があると判断し、コンタクタ駆動回路６０８を制御して、プリチャージスイッチＳＷＰおよびメインスイッチＳＷＭをオフさせる。

電源供給管理部６０６は、電流検出回路６０２、インタフェース回路６０４、アラートシグナルプロセッサ６０５、メモリ６０７、および、制御回路ＣＴＲに電源電圧を供給する。電源供給管理部６０６は、制御回路ＣＴＲへの電源電圧供給をオンあるいはオフする切替回路６０６Ｓと、タイマＴＭとを備えている。

タイマＴＭには、外部電源７０から出力された１２Ｖの電源電圧がタイマＴＭの前段に配置されたＤＣ/ＤＣ回路ＣＡにより５Ｖの直流電圧に変換されて供給される。切替回路６０６Ｓには、イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および制御信号からの切替制御信号、タイマＴＭからのウェイクアップ信号、および、外部電源７０からの電源電圧が供給されている。

なお、タイマＴＭからのウェイクアップ信号は、設定された時間毎にオン（＝１）となる信号である。ウェイクアップ信号がオンとなるタイミングは制御回路ＣＴＲによって設定される。

イグニッション信号ＩＧＮは、イグニッションにキーが差込まれたらオン（所定電圧以上）となり、キーが取り外されたらオフ（所定電圧未満）となる信号である。外部充電器信号ＣＨＧは、外部充電器が二次電池装置に接続されたらオン（所定電圧以上）となり、接続が解除されたらオフ（所定電圧未満）となる信号である。ウェイクアップ信号、イグニッション信号ＩＧＮ、および、外部充電器信号ＣＨＧは制御回路ＣＴＲにも供給されている。

なお、二次電池装置が車両以外の機器に搭載される場合には、イグニッション信号は、二次電池装置が搭載された機器の電源オン操作が成された場合にオンとなり、電源オフ操作が成された場合にオフとなる信号となる。

イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および、ウェイクアップ信号、の少なくとも１つがオンとなることにより、切替回路６０６Ｓは、外部電源７０から供給された電源電圧を内部のＤＣ/ＤＣ回路によって５Ｖの直流電圧に変換して、アラートシグナルプロセッサ６０５および制御回路ＣＴＲに供給する。

また、イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および、ウェイクアップ信号、の少なくとも１つがオンとなることにより、切替回路６０６Ｓは、外部電源７０から供給された電源電圧を内部のＤＣ/ＤＣ回路によって所定の大きさの直流電圧に変換して、インタフェース回路６０４および電流検出回路６０２に供給する。

ここで、イグニッション信号ＩＧＮ、外部充電器信号ＣＨＧ、および、ウェイクアップ信号のいずれかがオンとなって切替回路６０６Ｓがオンとなり給電が開始された場合、制御回路ＣＴＲはどの信号がオンとなったことにより電源電圧が供給されたのかを確認する。

制御回路ＣＴＲには、タイマＴＭからウェイクアップ信号が供給され、コネクタＣＮ１を介してイグニッション信号ＩＧＮ、および、外部充電器信号ＣＨＧが供給される。従って、制御回路ＣＴＲは、いずれの信号により切替回路６０６Ｓがオンされたかを確認することができる。いずれの信号により電源電圧が供給されたか確認できたら、制御回路ＣＴＲは、切替制御信号をオンとし、電源電圧が供給されている状態を維持させる。

制御回路ＣＴＲは、ウェイクアップ信号、イグニッション信号ＩＧＮ、および、外部充電器信号ＣＨＧを監視し、すべての信号がオフされたら、切替制御信号をオフとし、切替回路６０６Ｓをオフさせる。したがって、制御回路ＣＴＲ、アラートシグナルプロセッサ６０５、インタフェース回路６０４、および、電流検出回路６０２への電源電圧の供給が停止される。

制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４に動作を継続させるためのロジック信号をインタフェース回路６０４のロジック信号入力端子Ｔ３に供給する。後述するように、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４が起動されるときに、ロジック信号を第１レベルから第２レベルとする。

図６に、インタフェース回路６０４の一構成例を示す。なお、図６には、コネクタ５１、５２を介して組電池監視回路２１、２２に接続されたインタフェース回路６０４を示しているが、コネクタ５３、５４を介して組電池監視回路２３、２４に接続されたインタフェース回路６０４も同様の構成である。

図６に示すように、インタフェース回路６０４は、電源供給管理部６０６から第１電源入力端子Ｔ１を介して電源電圧が供給される絶縁電源供給回路ＴＲ１と、制御回路ＣＴＲからロジック信号入力端子Ｔ３を介してロジック信号が供給される絶縁論理通信回路ＴＲ２と、絶縁論理通信回路ＴＲ２を介してセット信号入力端子Ｓへロジック信号が供給されるラッチ回路ＦＦと、を備えている。ラッチ回路ＦＦは、絶縁電源供給回路ＴＲ１から供給される電力、あるいは、第２電源入力端子Ｔ２を介して供給される電力によって動作する。

さらに、インタフェース回路６０４の前段には、外部電源７０からの電源電圧が正の入力端子に供給されるコンパレータ回路Ｃ１と、コンパレータ回路Ｃ１の出力信号が供給されるワンショット回路Ｃ２とが設けられている。インタフェース回路６０４は、ワンショット回路Ｃ２から出力された信号により切り替えられるスイッチ回路（フォトカプラ）ＳＷＡをさらに備えている。コンパレータ回路Ｃ１の負の入力端子にはフォトカプラを介して接地されている。

組電池監視回路２１〜２４と電池管理装置６０とでは、グランド電位が異なるため、インタフェース回路６０４内では、絶縁電源供給回路ＴＲ１、絶縁論理通信回路ＴＲ２、スイッチ回路ＳＷＡにより、組電池監視回路２１〜２４側と電池管理装置６０側との間の絶縁通信が行なわれる。

電源供給管理部６０６から供給された電源電圧は絶縁電源供給回路ＴＲ１に入力される。絶縁電源供給回路ＴＲ１は例えばトランス回路を備えている。電源電圧が印加されると、絶縁電源供給回路ＴＲ１のコイルに電流が流れ、ダイオードＤ１を介してラッチ回路ＦＦに電源電圧が供給される。

組電池監視回路２１〜２４は、電源回路（図示せず）と、電源回路から出力される通信用電源電圧信号ＶＤＤｓが第２電源入力端子Ｔ２へ出力される電源出力端子Ｔ４とを備えている。組電池監視回路２１〜２４から出力された通信用電源電圧信号ＶＤＤｓがインタフェース回路６０４に入力されると、ダイオードＤ２を介してラッチ回路ＦＦに供給される。

したがって、ラッチ回路ＦＦは、電源供給管理部６０６および組電池監視回路２１〜２４の両方から電源電圧（電力）を得ることができる。このことによって、ラッチ回路ＦＦは電源供給管理部６０６の切替回路６０６Ｓによって、電源電圧の供給が停止された場合であっても、組電池監視回路２１〜２４からの通信用電源電圧信号ＶＤＤｓによって動作することができる。

制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４が起動されるときに、ロジック信号を第１レベルから第２レベルとする。絶縁論理通信回路ＴＲ２は例えばトランス回路を備えている。ロジック信号入力端子Ｔ３を介してロジック信号が印加されると、絶縁論理通信回路ＴＲ２のコイルに電流が流れることにより、ラッチ回路ＦＦにロジック信号が供給される。

ラッチ回路ＦＦは、供給されるロジック信号が第１レベルから第２レベルとなったときに出力信号が設定され、動作維持レベルのシャットダウン信号ＳＨＤＮを組電池監視回路２１〜２４のシャットダウン入力端子Ｔ５へ出力する。ラッチ回路ＦＦは、リセット端子Ｒにリセット信号が供給されると、動作停止レベルのシャットダウン信号ＳＨＤＮを出力する。シャットダウン信号ＳＨＤＮは、インタフェース回路６０４の出力端子Ｔ６を介して組電池監視回路２１〜２４へ出力される。

組電池監視回路２１〜２４は、動作維持レベルのシャットダウン信号ＳＨＤＮがシャットダウン入力端子Ｔ５に供給されているときには、動作を継続し、動作停止レベルのシャットダウン信号ＳＨＤＮがシャットダウン入力端子Ｔ５に供給されると、シャットダウン処理を行なう。

本実施形態では、ラッチ回路ＦＦは、ロジック信号がロー（Ｌ）レベルからハイ（Ｈ）レベルとなるときに出力信号が設定される上がりエッジ検出型である。したがって、ロジック信号の第１レベルがローレベルであって、第２レベルがハイレベルである。

また、本実施形態では、組電池監視回路２１〜２４は、シャットダウン信号ＳＨＤＮ信号がハイレベルであるときには動作状態が維持され、シャットダウン信号ＳＨＤＮ信号がローレベルとなったときにシャットダウン処理を行ない、その動作が停止される。したがって、シャットダウン信号ＳＨＤＮの動作維持レベルがハイレベルであって、動作停止レベルがローレベルである。

すなわち、本実施形態では、制御回路ＣＴＲは、組電池監視回路２１〜２４が起動されるときに、ロジック信号をローレベルからハイレベルとする。このことによって、組電池監視回路２１〜２４が起動されるときに、ラッチ回路ＦＦから出力されるシャットダウン信号ＳＨＤＮがハイレベルに設定される。

ラッチ回路ＦＦは、リセット端子Ｒに供給される信号によりシャットダウン信号ＳＨＤＮ信号の設定がリセットされるまで、ハイレベルのシャットダウン信号ＳＨＤＮの出力を維持する。したがって、組電池監視回路２１〜２４の動作が継続させる。シャットダウン信号ＳＨＤＮの設定がリセットされると、シャットダウン信号ＳＨＤＮがローレベルとなり、組電池監視回路２１〜２４はシャットダウン処理を行なう。

上記のように、組電池監視回路２１〜２４は、電源供給管理部６０６が電源電圧の供給を停止している期間であっても、シャットダウン信号ＳＨＤＮの設定がリセットされるまで動作を継続するように構成されている。したがって、組電池監視回路２１〜２４は、電源供給管理部６０６からの電源電圧の供給が停止されている期間であっても、組電池１１〜１４に蓄えられたエネルギーによって、エネルギーの均等化や電圧監視等の動作を継続することができる。

電源供給管理部６０６が電源電圧の供給を停止している期間では、インタフェース回路６０４の絶縁通信に用いられる、絶縁電源供給回路ＴＲ１、絶縁論理通信回路ＴＲ２、および、スイッチ回路ＳＷＡの動作を停止させることができ、これら絶縁通信回路による消費電力を削減し、外部電源７０が消耗されることを改善することができる。

シャットダウン信号ＳＨＤＮ信号が供給される組電池監視回路２１〜２４のシャットダウン入力端子Ｔ５は、抵抗器ＰＤを介して接地されている。ここで、電源供給管理部６０６からの電源電圧の供給が停止し、ラッチ回路ＦＦが組電池監視回路２１〜２４からの通信用電源電圧信号ＶＤＤｓにより起動している際に、例えば組電池モジュール１０１（１）をコネクタ５１から取り外した場合、組電池監視回路２１〜２４のシャットダウン入力端子Ｔ５は、抵抗器ＰＤを介して接地されてその電位がローレベルまで低下する。

したがって、例えば組電池モジュール１０１（１）をコネクタ５１から取り外した場合には、組電池モジュール１０１（１）はシャットダウン処理を行い、組電池監視回路２１の動作が停止される。組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）がコネクタ５２〜５４から取り外された場合も同様に、組電池モジュール１０１（２）〜１０１（４）はシャットダウン処理を行い、組電池監視回路２２〜２４の動作が停止される。

なお、例えば組電池監視回路２１と組電池監視回路２２とが通信部２１１、２１２を介して直列接続されて、組電池監視回路２１の上位側の通信部２１１がコネクタを介してインタフェース回路６０４に接続される場合には、組電池監視回路２１の下位側の通信部２１１から組電池監視回路２２の上位側の通信部２１２にシャットダウン信号ＳＨＤＮが供給される。この場合、シャットダウン信号ＳＨＤＮが供給される、組電池監視回路２２のシャットダウン入力端子が抵抗器を介して接地される。

したがって、組電池モジュール１０１（２）が組電池モジュール１０１（１）から取り外された場合、組電池監視回路２１から組電池監視回路２２へのシャットダウン信号ＳＨＤＮの供給が切断され、シャットダウン信号ＳＨＤＮが供給されるシャットダウン入力端子が抵抗器を介して接地され、シャットダウン入力端子の電位がローレベルまで低下する。このことによって組電池モジュール１０１（２）はシャットダウン処理を開始し、組電池監視回路２２の動作が停止される。

上記のように、電源供給管理部６０６からの給電が停止されても組電池監視回路２１〜２４がエネルギーの均等化および電圧監視動作等の動作状態を継続することができるように構成された場合に、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）が取り外されたとき、組電池監視回路２１〜２４がシャットダウンされてその動作を停止させることができる。

そのため、エネルギーの均等化および電圧監視動作中に外部電源７０の消耗を回避するとともに、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）が取り外された場合でも組電池に蓄積されたエネルギーの消耗を削減することができる。

また、上記のように組電池監視回路２１〜２４からコネクタ５１〜５４を介して供給される通信用電源電圧信号ＶＤＤｓによりラッチ回路ＦＦが動作するように構成することによって、電源供給管理部６０６からの給電が停止しているときに組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）がコネクタから取り外された場合、組電池監視回路２１〜２４からラッチ回路ＦＦへの給電も停止され、ラッチ回路ＦＦの出力も停止される。

したがって、次に組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）を取り付ける際には、ラッチ回路ＦＦの出力も停止した状態となっており、組電池モジュール１０１（１）〜１０１（４）の起動とともにラッチ回路ＦＦを起動させ、正常な起動動作により起動させることができる。

次に、外部電源７０が取り外されたときの動作について以下に説明する。コンパレータ回路Ｃ１は、外部電源７０から供給される電源信号が所定値よりも大きいときにはハイレベルの信号を出力し、外部電源７０から供給される電圧信号が所定値よりも小さくなると、ローレベルの信号を出力する。ワンショット回路Ｃ２は、例えば入力信号がハイレベルからローレベルとなったときに一定期間のパルスを１回出力するモノマルチバイブレータである。したがって、外部電源７０が取り外された場合、ワンショット回路Ｃ２が一定期間のパルス信号を１回出力する。

ワンショット回路Ｃ２から出力されたパルス信号は、インタフェース回路６０４の入力端子Ｔ７を介して、各インタフェース回路６０４のスイッチ回路ＳＷＡの発光素子に供給される。一定期間のパルスによって、一定期間、発光素子が発光することによりスイッチ回路ＳＷＡのフォトトランジスタがオンされる。スイッチ回路ＳＷＡのフォトトランジスタが導通すると、ラッチ回路ＦＦのリセット端子Ｒが接地され、リセット信号が供給される。

ラッチ回路ＦＦにリセット信号が供給されると、ラッチ回路ＦＦの出力がリセットされ、ラッチ回路ＦＦから動作停止レベル（ローレベル）のシャットダウン信号ＳＨＤＮが出力される。

なお、スイッチ回路ＳＷＡは、ワンショット回路Ｃ２から出力された一定期間のパルスによって一定期間のみオンされるため、スイッチ回路ＳＷＡにおける消費電力を低く抑えることができる。

このように、外部電源７０が取り外された場合にも組電池監視回路２１〜２４をシャットダウンさせることによって、電源供給管理部６０６からの給電が停止した場合に、組電池監視回路２１〜２４が動作を継続して、組電池１１〜１４に蓄積されたエネルギーを消耗することを回避することができる。

すなわち、本実施形態に係る電池管理装置、二次電池装置および車両によれば、低消費電力化を実現する電池管理装置、二次電池装置、および、その二次電池装置を備えた車両を提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態に係る二次電池装置および車両では、組電池監視回路２１〜２４がコネクタ５１〜５４から取り外された場合に組電池監視回路２１〜２４のシャットダウン処理が行なわれることを説明したが、コネクタ５１〜５４を介さずに組電池監視回路２１〜２４と各インタフェース回路６０４とが接続されている場合であっても、組電池監視回路２１〜２４と各インタフェース回路６０４との電気的接続が遮断された場合に組電池監視回路２１〜２４のシャットダウン処理を行なうように構成することにより本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、シャットダウン信号ＳＨＤＮの動作維持レベルがハイレベルであって、動作停止レベルがローレベルであったが、動作維持レベルがローレベルであって動作停止レベルがハイレベルとなるように構成されていても良い。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１〜１４…組電池、１０１〜１０４…組電池モジュール、２１〜２４…組電池監視回路（ＶＴＭ）、６０…電池管理装置、７０…外部電源、７１電気制御装置、６０４…インタフェース回路、６０５…アラートシグナルプロセッサ（ＡＳＰ）、６０６…電源供給管理部、６０６Ｓ…切替回路、ＴＭ…タイマ、Ｃ１…コンパレータ回路、Ｃ２…ワンショット回路、ＳＷＡ…スイッチ回路、ＦＦ…ラッチ回路、ＴＲ１…絶縁電源供給回路、ＴＲ２…絶縁論理通信回路、６０７…メモリ、６０８…コンタクタ駆動回路、ＣＴＲ…制御回路（ＭＰＵ）。

Claims (5)

1. 外部電源から電力が供給される電源供給管理部と、
   前記電源供給管理部から第１電源入力端子を介して電力が供給される電源供給回路と、
   前記電源供給回路から供給される電力、あるいは、第２電源入力端子を介して供給される電力によって動作するラッチ回路と、
   前記ラッチ回路から出力されるシャットダウン信号を設定するロジック信号を、ロジック信号入力端子へ出力する制御回路と、
   前記ロジック信号入力端子を介してロジック信号が供給され、前記ラッチ回路のセット信号入力端子へ前記ロジック信号を供給する論理通信回路と、を備え、
   前記ラッチ回路から出力される前記シャットダウン信号は、前記ロジック信号が第１レベルから第２レベルとなったときに、組電池の状態を計測する組電池監視回路の動作維持レベルに設定される電池管理装置。
2. 請求項１記載の電池管理装置と、
   複数の二次電池セルを備えた組電池と、
   電源回路と、前記電源回路から前記第２電源入力端子へ電源信号を出力する電源出力端子と、前記ラッチ回路から出力されたシャットダウン信号が入力されるシャットダウン入力端子とを含み、前記組電池の状態を計測する組電池監視回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記組電池監視回路の起動時に、前記ロジック信号を前記第１レベルから前記第２レベルとすることにより前記ラッチ回路から出力されるシャットダウン信号を動作維持レベルに設定して、前記組電池監視回路の動作を継続させるように構成され、
   前記シャットダウン入力端子は、抵抗器を介して接地されている二次電池装置。
3. 外部電源から電源電圧が供給され、前記電源電圧が所定値よりも小さくなったときにローレベルの信号を出力するコンパレータ回路と、
   前記コンパレータ回路の出力信号がハイレベルからローレベルとなったときに一定期間のパルスを１回出力するワンショット回路と、
   前記ワンショット回路の出力信号が供給されるスイッチ回路と、を備え、
   前記ラッチ回路のリセット端子は、前記ワンショット回路から前記スイッチ回路に前記パルスが出力されたときに、前記スイッチ回路を介して接地され、前記シャットダウン信号が動作停止レベルへリセットされる請求項２記載の二次電池装置。
4. 複数の二次電池セルを備えた第２組電池と、
   前記ラッチ回路から前記組電池監視回路を介してシャットダウン信号が入力される第２シャットダウン入力端子を含み、前記第２組電池の状態を計測する第２組電池監視回路をさらに備え、
   前記第２シャットダウン入力端子は、抵抗器を介して接地されている請求項２記載の二次電池装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載された二次電池装置を搭載した車両。

Images