JP5010657B2 - 電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、電池セルの消耗の程度を個別に管理する電池システムに関する。
組電池を制御する制御システムは、通常、電池セルを管理する複数のＣＭＵ（Ｃｅｌｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、これらのＣＭＵの動作を管理するＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）によって構成される。各ＣＭＵは、それぞれ複数の電池セルを管理する。また、各ＣＭＵは、ＢＭＵに対しそれぞれ並列に接続される。近年では、直列接続された複数の電池セルの充電状態を検出するシステムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−０３２９０７号公報
しかしながら、１つのＣＭＵは同時に複数の電池セルを管理できるため、コンパクト化の要請で、通常、管理される電池セル数が例えば５つとあらかじめ設定されている。この場合には、５個、１０個、１５個・・・と、５個単位の電池セルによって組電池を構成する必要がある。従って、１２個の電池セルを利用することが最善の選択であるような電池システムにこれを用いようとすると、電力不足となる１０個の電池セルによって組電池を構成するか、コストパフォーマンスの悪い１５個の電池セルによって組電池を構成しなければならない。もしくは、例えば６個の電池セルを管理するＣＭＵを特注する必要がある。
さらに、これらの電池システムは、各電池セルの充放電を管理することができる。このため、各電池セルがＣＭＵ、ＢＭＵに接続されている状態においては各電池セルの温度、各電池セルの電圧等を監視することもできる。
そして、電池セルは交換が容易だが、交換用に用意される電池セルは必ずしも新品とは限らず、中古の場合もありうる。特に二次電池の電池セルは充放電することで長期間に渡って使用可能であるため再利用され、電池システムの電池セルを取り替える際に、この再利用される電池セルが取り替え用に用意されることが十分にありうる。
この場合には、中古もしくは再利用の電池セルはＣＭＵ、ＢＭＵに接続され、電池システムを形成してはじめてその状態が認識されることとなる。そして、その時点で電池の健康状態、言い換えれば消耗状態が電池システムの使用上思わしいものでない場合には、再度、この電池セルを電池システムから取り外し、別の電池セルに交換することになる。これは電池システムのメンテナンスを煩雑にしてしまう可能性がある。また、住宅の非常電源のような定置用途に比べ、電気自動車や産業車両のような移動体用途においては、より高い電池性能が要求されるため、電池セルの消耗状態を管理することが重要である。
上記課題を解決するために、本発明の電池システムにおいては、第１の電池セルと、前記第１の電池セルと１対１に接続された第１の管理ユニットとを有し、前記第１の管理ユニットは、前記第１の電池セルの消耗要因パラメータを取得する第１のパラメータ取得部と、前記第１のパラメータ取得部が取得した前記消耗要因パラメータを用いて前記第１の電池セルの消耗状態値を算出する第１の算出部と、前記第１の算出部が算出した前記消耗状態値を格納する第１の格納部とを備えていることを特徴とする。
各電池セルに１対１に対応して設けられたＣＭＵ等のそれぞれの管理ユニットが、各々消耗状態値を算出してメモリ等に格納しておくので、いずれの電池セルが再利用に適しているか、再利用されるシステム毎に求められる電池の健康状態を容易に認識できる。
上記格納部は、半永久的に情報を保存できるよう不揮発性メモリであることが望ましい。電池セルの再利用の用途においては、長時間、電池セルおよびＣＭＵ等の管理ユニットが放置され、電力供給がなされない場合がありうるからである。
さらに、本発明の電池システムにおいては、第１の電池セルに直列に接続された第２の電池セルと、第２の電池セルと１対１に接続された第２の管理ユニットとをさらに有し、第１の管理ユニットは、第１の電池セルの正極端子の電位および正負極の端子間電位を検出する第１の電圧検出部と、正極端子の電位と前記端子間電位の除算を行って第１の電池セルの接続順位を算出する第１の接続順位算出部とをさらに備え、第２の管理ユニットは、第２の電池セルの消耗要因パラメータを取得する第２のパラメータ取得部と、第２のパラメータ取得部が取得した消耗要因パラメータを用いて第２の電池セルの消耗状態値を算出する第２の算出部と、第２の算出部が算出した消耗状態値を格納する第２の格納部と、第２の電池セルの正極端子の電位および正負極の端子間電位を検出する第２の電圧検出部と、正極端子の電位と端子間電位の除算を行って第２の電池セルの接続順位を算出する第２の接続順位算出部とを備え、第１の接続順位算出部が算出した接続順位は第１の格納部に格納される第１の電池セルの消耗状態値に対応づけて第１の格納部に格納され、第２の接続順位算出部が算出した接続順位は前記第２の格納部に格納される第２の電池セルの消耗状態値に対応づけて前記第２の格納部に格納されることを特徴とする。
また、第１及び第２の管理ユニットが互いに第１のバスで接続され、第２のバスで第２の管理ユニットに接続された第３の管理ユニットを有し、第２の管理ユニットは、内部バスと、第２のパラメータ取得部、前記第２の算出部、前記第２の格納部、前記第２の電圧検出部及び前記第２の接続順位算出部を第１及び第２のバスに電気的に接続した非バイパス経路と、第２のパラメータ取得部、第２の算出部、第２の格納部、第２の電圧検出部及び第２の接続順位算出部を第１及び第２のバスから電気的に切り離し且つ第１及び第２のバスを内部バスに接続したバイパス経路とを択一的に切り替える切替部とを備え、第１又は第３の管理ユニットは、第２の管理ユニットから第１又は第２のバスに所定の信号が出力されたか否かを判断する切替制御部を備え、切替制御部は、所定の信号が出力されていない場合に、第１又は第２のバスを介して切替部へ切替信号を送信し、切替部は非バイパス経路から前記バイパス経路へ切替を行うことを特徴とする。
各電池セルが直列に接続された組電池として利用されている場合に、上述のように電池セルの健康状態を容易に認識できるのみならず、電気自動車等の電池システムに組み込んで動作中にＣＭＵなどの管理ユニットに故障が発生した場合でも、高速道路などの急停止が危険な場所で即座に動作を停止する必要はなく、安全地帯にまで動作継続することができる。
これは、隣接して接続されたＣＭＵまたはＢＭＵなどの管理ユニットが、その故障した管理ユニットを電気的にバイパスして他の管理ユニット同士を電気的に接続するので、他の管理ユニットが管理する電池セルの情報は依然としてドライバー等が認識できるからである。
上記消耗要因パラメータについては、使用される電池システムの用途（低温環境での使用、高温環境での使用、長時間運転が求められる用途など）に応じて、電圧、電流、缶温度、缶電圧などのパラメータから、影響度合いが大きいと思われるものを複数選んで消耗状態値算出に使用されるよう設定するとよい。
直列接続された管理ユニットは、複数直列接続されたＣＭＵと、その端部に接続されたＢＭＵで構成されてもよい。
本発明によれば、多数の電池セルが直列接続された組電池において、各電池セルから消耗要因となる各パラメータを取得して、この各パラメータの値に基づいて算出した各電池セルの消耗状態を示すデータを管理することができる。これによって、本発明のシステムによれば、組電池を再利用したりメンテナンスを行ったりする場合に、電池セル毎の消耗状態を容易に把握することができ、各電池セルを個別に再利用したり廃棄したりするといった選択を行うことができるようになる。
本発明の実施形態に係る組電池管理システムの構成の一例を示す図である。 ＣＭＵ２００の構成の一例を示す図である。 電池セル４１０とＣＭＵ２００とを接続する構成の一例を示す図である。 電池セル４１０にＣＭＵ２００を取り付けるためのカバーユニット９００を組み合わせた電池セルユニット９９０を示す斜視図である。 図４に示す電池セルユニット９９０のカバーユニット９００を上下に分解した状態を示す斜視図である。 ＣＭＵ２００の機能構成を示すブロック図である。 ＢＭＵ３００の機能構成を示すブロック図である。 組電池４００に流れる電流の値の変化を示す図である。 電池セル４１０の消耗状態を管理する管理フローの一例を示す図である。 電池セル４１０の接続順位を管理する管理フローの一例を示す図である。 電池セル４１０に設けられたバランス回路を起動する処理フローの一例を示す図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る組電池管理システムの構成の一例を示す図である。
組電池管理システムは、例えば、電池式電気自動車等の蓄電池として機能する組電池を管理するシステムである。電池セル管理システムは、電池セル状態管理システム１００、組電池４００、電力負荷５００、電流計６００、入力装置７００、及び出力装置８００を備える。
組電池４００は、電力負荷５００へ電力を供給する電池である。組電池４００は、複数の電池セル、例えば４つの電池セル４１０ａ〜ｄ（以下、電池セル４１０と総称する）によって構成される。電池セル４１０は、直列に接続される。なお、組電池４００は、直列に接続された複数の電池セルからなる構成を１つの電池セル群として複数用意し、これらの電池セル群を並列に接続したものとすることもできる。
電池セル状態管理システム１００は、個々の電池セル４１０がどの程度消耗しているのかを管理するシステムである。電池セル状態管理システム１００は、複数のＣＭＵ２００ａ〜ｄ（以下、ＣＭＵ２００と総称する）、及びＢＭＵ３００を有する。ＣＭＵ２００は、本発明に係る電池セル管理ユニットの一実施形態である。ＢＭＵ３００は、本発明に係る組電池管理ユニットの一実施形態である。
ＣＭＵ２００は、対応する電池セル４１０の消耗の程度を管理する管理ユニットである。ＣＭＵ２００は、１つの電池セル４１０に対して１つずつ、１対１に設けられる。例えば、ＣＭＵ２００ａは、電池セル４１０ａにのみ対応するように設けられる。同様に、ＣＭＵ２００ｂ〜ｄは、電池セル４１０ｂ〜ｄにそれぞれ対応するように設けられる。なお、複数の電池セル群によって組電池４００が構成されている場合にも、ＣＭＵ２００は、各電池セル群を構成する各電池セル４１０に対して１つずつ設けられる。
ＣＭＵ２００同士は、データの送受信を行うためのバスを介して接続される。この場合、ＣＭＵ２００同士は、対応する電池セル４１０同士が接続されている順序と一致するように接続することが好ましい。例えば、各電池セル４１０は、電池セル４１０ａ、電池セル４１０ｂ、電池セル４１０ｃ、電池セル４１０ｄの順に直列に接続されている。したがって、各ＣＭＵ２００は、ＣＭＵ２００ａ、ＣＭＵ２００ｂ、ＣＭＵ２００ｃ、ＣＭＵ２００ｄの順に接続される。そして、ＣＭＵ２００は、接続された他のＣＭＵ２００からデータを受信し、必要な処理を行った後に、他方に接続された他のＣＭＵ２００にデータを送信する。例えば、ＣＭＵ２００ｂは、ＣＭＵ２００ａからデータを受信し、必要な処理を行った後に、ＣＭＵ２００ｃにデータを送信する。また、ＣＭＵ２００ｂは、ＣＭＵ２００ｃからデータを受信し、必要な処理を行った後に、ＣＭＵ２００ａにデータを送信する。但し、末端に接続されたＣＭＵ２００には、他のＣＭＵ２００が１つしか接続されていない。したがって、末端に接続されたＣＭＵ２００は、他のＣＭＵ２００からデータを受信し、必要な処理を行った後に、上記他のＣＭＵ２００にデータを送信する。また、ＢＭＵ３００と接続されているＣＭＵ２００ａは、ＢＭＵ３００からデータを受信し、必要な処理を行った後に、他のＣＭＵ２００ｂにデータを送信する。また、ＣＭＵ２００ａは、他のＣＭＵ２００ｂからデータを受信し、必要な処理を行った後に、ＢＭＵ３００にデータを送信する。なお、ＣＭＵ２００は、管理している電池セル４１０の状態を監視する機能を有している。ＣＭＵ２００は、管理している電池セル４１０の電池温度、端子間電圧、及び容器電圧等の状態を監視し、これらの状態に異常が発生すると、ＢＭＵ３００に通知する機能を有する。更に、ＣＭＵ２００は、ＢＭＵ３００と協働してＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）演算を行う機能や、セルバランス機能等を有する。
ＢＭＵ３００は、組電池４００の消耗の程度を管理する管理ユニットである。ＢＭＵ３００は、いずれか１つのＣＭＵ２００に対し、データを送受信するためのバスを介して接続される。そして、ＢＭＵ３００は、直列に接続された各ＣＭＵ２００との間でデータの送受信を行う。例えば、ＢＭＵ３００からＣＭＵ２００ｄに送信されるデータは、ＣＭＵ２００ａ、ＣＭＵ２００ｂ、次いでＣＭＵ２００ｃを順に経由して伝達される。また、ＣＭＵ２００ｄからＢＭＵ３００に送信されるデータは、ＣＭＵ２００ｃ、ＣＭＵ２００ｂ、次いでＣＭＵ２００ａを順に経由して伝達される。そして、ＢＭＵ３００は、各電池セル４１０の消耗の程度を示すデータ（後述の消耗状態値Ｙを示すデータ）を各ＣＭＵ２００から受信することによって、組電池４００の消耗の程度を管理する。なお、組電池４００が複数の電池セル群の並列接続によって構成されている場合、ＢＭＵ３００は、各電池セル群に対して１つずつ設けられてもよいし、組電池４００に対して１つだけ設けられてもよい。
電力負荷５００は、組電池４００から電力の供給を受けて動作するシステムや装置である。電力負荷５００は例えば車輪に接続された電気モータであり、この場合には、組電池４００、電池セル状態管理システム１００、入力装置７００、出力装置８００でなる電池システムとしてはフォークリフトなどの産業車両、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などが挙げられる。プロペラに電気モータを接続した船、飛行機であってもよい。電気モータは、車輪、プロペラを駆動するものばかりでなく、ワイパーなど周辺機器を駆動するものであってもよい。
電力負荷５００は、ＢＭＵ３００ともデータを送受信するためのバスを介して接続される。そして、電力負荷５００は、組電池４００から電力の供給を受けて動作する装置やシステムの動作のオン／オフを通知する旨のデータをＢＭＵ３００に送信する。
電流計６００は、組電池４００から電力負荷５００へ出力される電流を計測するための電気計器である。また、電流計６００は、電池セル４１０を充電するにあたり、図示しない充電装置や発電装置から電池セル４１０へ入力される電流も計測する。電流計６００は、データを送受信するためのバスを介してＢＭＵ３００と接続される。そして、電流計６００は、計測した電流の値を示すデータをＢＭＵ３００へ送信する。
入力装置７００は、電池セル４１０の消耗の程度を示す情報を出力する旨の命令の入力を利用者から受け付ける装置である。入力装置７００は、電池セル４１０の消耗の程度を確認するためのメンテナンス機器等に設けられたキーボードやタッチパネル、スイッチ等が考えられる。また、例えば、電気自動車等では、計器パネルの周辺に設けられたスイッチ類を入力装置７００として代用することが考えられる。
入力装置７００は、データを送受信するためのバスを介してＣＭＵ２００と接続される。そして、入力装置７００は、利用者から入力された命令を示すデータを、ＣＭＵ２００に送信する。但し、入力装置７００が受け付ける命令は、接続されたＣＭＵ２００が管理している電池セル４１０の消耗の程度を示す情報を出力する旨の命令となる。図１に示す例においては、入力装置７００は、ＣＭＵ２００ａに接続されている。したがって、入力装置７００が受け付ける命令は、ＣＭＵ２００ａが管理している電池セル４１０ａの消耗の程度を示す情報を出力する旨の命令となる。電池セル４１０ｂの消耗の程度を示す情報を出力する旨の命令を行う場合には、入力装置７００をＣＭＵ２００ｂに接続するということは言うまでもない。
なお、入力装置７００は、データを送受信するためのバスを介してＢＭＵ３００と接続することもできる。その場合、入力装置７００が受け付ける命令は、対象の電池セル４１０が指定された上で、その電池セル４１０の消耗の程度を示す情報を出力する旨の命令となる。電池セル４１０の指定は、個別に指定されることとしてもよいし、複数の電池セル４１０がまとめて指定されることとしてもよい。
出力装置８００は、電池セル４１０の消耗の程度を示す情報（後述の消耗状態値Ｙ）および後述の各電池セルの接続順位を出力する装置である。出力装置８００は、電池セル４１０の消耗の程度を確認するためのメンテナンス機器等に設けられたモニタやプリンタ、ＬＥＤ等が考えられる。また、例えば、電気自動車等では、計器パネルや、カーナビゲーション用のモニタ等を出力装置８００として代用することが考えられる。出力装置８００は、データを送受信するためのバスを介してＣＭＵ２００と接続される。そして、出力装置８００は、接続されたＣＭＵ２００の管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を示すデータをＣＭＵ２００から受信して、そのデータによって示される消耗の程度を示す情報を出力する。なお、出力装置８００は、データを送受信するためのバスを介してＢＭＵ３００と接続することもできる。その場合、出力装置８００が受信するデータは、入力装置７００によって指定された電池セル４１０の消耗の程度を示すデータである。
図２は、ＣＭＵ２００の構成の一例を示す図である。
ＣＭＵ２００は、処理制御部２０１、入出力ポート２０２ａ〜ｂ（以下、入出力ポート２０２と総称する）、及び切替部２０３ａ〜ｂ（以下、切替部２０３と総称する）を有する。以下の説明においては、図１に示すように接続された任意のＣＭＵ２００から見た他のＣＭＵ２００について、ＢＭＵ３００側に接続された他のＣＭＵ２００を上流のＣＭＵ２００と呼び、反対側に接続された他のＣＭＵ２００を下流のＣＭＵ２００と呼ぶ。
処理制御部２０１は、管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を管理するために必要な処理を行う処理部である。処理制御部２０１は、上流に接続された他のＣＭＵ２００と入出力ポート２０２ａを介してデータの送受信を行う。なお、入出力ポート２０２ａは、上流の他のＣＭＵ２００に対し、データを送受信するための外部のバスＢ１を介して接続される。また、処理制御部２０１は、下流に接続された他のＣＭＵ２００と入出力ポート２０２ｂを介してデータの送受信を行う。なお、入出力ポート２０２ｂは、下流の他のＣＭＵ２００に対し、データを送受信するための外部のバスＢ６を介して接続される。
処理制御部２０１と入出力ポート２０２ａとの間には、切替部２０３ａが設けられる。切替部２０３ａと処理制御部２０１は、データを送受信するための内部のバスＢ３を介して接続される。また、切替部２０３ａと入出力ポート２０２ａとは、データを送受信するための内部のバスＢ２を介して接続される。同様に、処理制御部２０１と入出力ポート２０２ｂとの間には、切替部２０３ｂが設けられる。切替部２０３ｂと処理制御部２０１は、データを送受信するための内部のバスＢ４を介して接続される。また、切替部２０３ｂと入出力ポート２０２ｂとは、データを送受信するための内部のバスＢ５を介して接続される。切替部２０３ａと切替部２０３ｂとの間は、処理制御部２０１を経由しないバイパスが形成される。バイパスは、データを送受信するための内部のバスＢ７による経路である。
そして、切替部２０３ａ及び切替部２０３ｂは、ＣＭＵ２００の内部におけるデータが流れる経路を、バスＢ３及びバスＢ４を介して処理制御部２０１を経由する経路か、バイパスとしてのバスＢ７を経由する経路かを択一的に切り替えるスイッチとして機能する。切替部２０３ａ、２０３ｂの初期設定としては処理制御部２０１が正常に動作することを想定しているので、バスＢ３及びバスＢ４を介して処理制御部２０１を経由する経路が選択されている。処理制御部２０１が故障した際に、バイパスとしてのバスＢ７を経由する経路が選択されるよう切替部２０３ａ、２０３ｂが制御されることになる。
切替部２０３ａ、２０３ｂを動作させて経路を切り替える制御は、バスＢ１を介して上流に接続された他のＣＭＵ２００（具体的には後述の切替制御部２９０）又はＢＭＵ３００（具体的には後述の切替制御部３４０）によって行われる。例えば、図１に示すＣＭＵ２００ｂの切替部２０３ａは、切替部２０３ｂに接続されてこれら２つの切替部を同時に切り替えるための第１の切替制御部（図示しない）を備えており、上流に接続されたＣＭＵ２００ａの切替制御部２９０（図６の該当記載にて後述）がバスＢ１に送信した切替信号を切替部２０３ａが受信することによって、切替部２０３ａと切替部２０３ｂが同時に切り替わる。すわなち、第１の切替制御部がバイパスとしてのバスＢ７の経路への切り替えを行う。
ＣＭＵ２００及びＢＭＵ３００は、接続された他のＣＭＵ２００にデータを送信するにあたり、自身がデータ送信後に所定時間経過しても他のＣＭＵ２００からデータを受信したことを通知する旨のデータを受信することができない場合もしくは他のＣＭＵ２００から測定データが一定時間以内に送信されない場合、すなわち他のＣＭＵ２００の処理制御部２０１が故障した場合、データ送信先のＣＭＵ２００における切替部２０３を動作させて、経路をバイパスのバスＢ７へ切り替えるように制御する。バイパスのバスＢ７へ経路が切り替えられると、他のＣＭＵ２００から送信されたデータは、故障した処理制御部２０１を通過しないでバイパスのバスＢ７を通過するのみとなる。
ここでは切替部２０３ａと切替部２０３ｂの切替制御を上流に接続されたＣＭＵ２００又はＢＭＵ３００で行ったが、この切替制御は下流に接続されたＣＭＵ２００によって行うこともできる。例えばＣＭＵ２００ｂの処理制御部２０１が故障した場合には、下流のＣＭＵ２００ｃではなんら有効なデータが受信できないことになる。そこでＣＭＵ２００ｃが所定時間経過しても有効なデータを受信できない場合には、ＣＭＵ２００ｃの処理制御部２０１内の切替制御部２９０（図６の該当記載にて後述）は上流側のバスＢ１へ切替信号を発信する。故障した処理制御部２０１を備えたＣＭＵ２００ｂの切替部２０３ｂは、ＣＭＵ２００ｂの切替部２０３ａに接続されてこれら２つの切替部を同時に切り替えるための第２の切替制御部（図示しない）を備えており、ＣＭＵ２００ｃが送信した切替信号を切替部２０３ｂが受信することによって、第２の切替制御部がバイパスとしてのバスＢ７経路への切り替えを行う。これにより、ＢＭＵ３００又はＣＭＵ２００ａが発信したデータをＣＭＵ２００ｃが受信できることとなる。
図３は、電池セル４１０とＣＭＵ２００とを接続する構成の一例を示す図である。
電池セル４１０の容器本体４１４には、温度計測回路４１３が設けられる。温度計測回路４１３は、電池セル４１０の温度を計測するセンサを含む。ＣＭＵ２００の処理制御部２０１は、温度計測回路４１３によって計測された電池セル４１０の温度の値を示すデータを取得する。また、ＣＭＵ２００の処理制御部２０１は、基準電位に対する正極端子４１１の電位の値を検出する。また、ＣＭＵ２００の処理制御部２０１は、正極端子４１１と負極端子４１２との間の端子間電圧を検出する。電池セル４１０においては、容器本体４１４に有意な電位を得るために、容器本体４１４と正極端子４１１とを抵抗器４３０を介して接続することがある。ＣＭＵ２００の処理制御部２０１は、このような容器本体４１４に生じる電位の値を検出するようにしてもよい。
電池セル４１０においては、他の電池セル４１０との間に電圧のバラつきが生じてしまった場合に、電圧を均衡化させるためのバランス回路が設けられる。バランス回路は、作動することによって電池セル４１０の電圧を降下させるための回路である。バランス回路は、例えば、正極端子４１１と負極端子４１２とを抵抗器４４０を介して接続し、この接続のオン／オフを切り替えるためのスイッチ４５０を備えて成る。バランス回路は、ＣＭＵ２００からの制御命令によってスイッチ４５０のオン／オフを切り替える。
バランス回路を作動させるまでの処理の流れを簡単に説明すると、ＣＭＵ２００は、管理対象の電池セル４１０の電圧を監視し、その値を示すデータをＢＭＵ３００に送信する。ＢＭＵ３００は、各ＣＭＵ２００から受信したデータによって示される各電池セル４１０の値を比較し、電池セル４１０同士の電圧の値にバラつきが生じた場合、電圧の高い電池セル４１０を管理しているＣＭＵ２００に対し、バランス回路を作動させるように命令する旨のデータを送信する。このデータを受信したＣＭＵ２００は、スイッチ４５０をオンに切り替えるようバランス回路に制御命令を示すデータを送る。そして、バランス回路は、この命令を受けてスイッチ４５０をオンにすることによって作動することとなる。
図４は、電池セル４１０にＣＭＵ２００を取り付けるためのカバーユニット９００を組み合わせた電池セルユニット９９０を示す斜視図である。また、図５は、図４に示す電池セルユニット９９０のカバーユニット９００を上下に分解した状態を示す斜視図である。
電池セルユニット９９０は、カバーユニット９００の内側に電池セル４１０及びＣＭＵ２００を収納した構造を有する。カバーユニット９００はプラスチック等の絶縁物からなり、上部カバー９１０と下部カバー９２０とに分割可能とされて、その内側に電池セル４１０を収納することが可能となっている。
このうち上部カバー９１０には、電池セル４１０の上部側が嵌め込まれる凹部９１８が形成されている。そして、この上部カバー９１０の四隅の角部には、下方に延びる支柱９１９ａ〜ｄ（以下、支柱９１９と総称する）がそれぞれ形成されている。また、上部カバー９１０の上部には、電池セル４１０を嵌め込んだときに、電池セル４１０の正極端子４１１及び負極端子４１２を挿通させるための孔部９１１、９１２がそれぞれ形成されている。これにより上部カバー９１０の凹部９１８に電池セル４１０を嵌め込んだとき、電池セル４１０の正極端子４１１及び負極端子４１２の先端の一部は、上部カバー９１０の本体の外側に露出することになる。
また、上部カバー９１０の凹部９１８に電池セル４１０を嵌め込んで、正極端子４１１及び負極端子４１２を孔部９１１及び９１２にそれぞれ挿通させたときに、電池セル４１０の安全弁４１５が臨む位置には、安全弁４１５が解放されたときに噴出するガスを外部へ逃がすための孔部９１５が形成されている。
また、上部カバー９１０の側面には、電池セル４１０を嵌め込んだときに、電池セル４１０の温度計測回路４１３と電気的に接続するための金属端子９１３が設けられている。また、上部カバー９１０の孔部９１１及び９１２の周囲には、電池セル４１０の正極端子４１１及び負極端子４１２と電気的に接続するための金属接点９１６ａ、９１６ｂ（以下、金属接点９１６と総称する）がそれぞれ設けられている。
また、上部カバー９１０の上面には、入出力コネクタ９１７ａ、９１７ｂ（以下、入出力コネクタ９１７と総称する）が形成される。入出力コネクタ９１７ａ、９１７ｂには、データを送受信するためのバスケーブル（例えばバスＢ１またはＢ６用のケーブル）のコネクタが接続される。そして、そのケーブルの他方端のコネクタは、別のカバーユニット９００の入出力コネクタ９１７と接続される。このように、カバーユニット９００同士がケーブルによって接続されることによって、カバーユニット９００に収納されているＣＭＵ２００同士のデータを送受信することが可能となる。カバーユニット９００同士をケーブル接続すればよいので、ケーブル接続が容易となる。
また、上部カバー９１０の各支柱９１９ａ〜ｄの先端面には、金属端子９１４ａ〜ｄ（以下、金属端子９１４と総称する）がそれぞれ設けられている。これらの金属端子９１４ａ〜ｄは、金属端子９１３、金属接点９１６ａ、９１６ｂ、入出力コネクタ９１７ａ、９１７ｂ、及び図示しないバランス回路と電気的に接続されている。入出力コネクタ９１７ａ及び９１７ｂはバスケーブルに接続されることから多ピンのコネクタとなっており、また、金属端子９１３、上記２つの金属接点、バランス回路の制御等のための電気接続もあることから、少なくとも４本より多い複数本の電気経路が４つの各支柱９１９ａ〜ｄを介して後述する下部カバー９２０のＣＭＵ２００との間に形成されることになる。従って、金属端子９１４の一部または全部は、複数の電気信号を伝達できるよう多ピンの端子（または多ピンのコネクタ）となっている。
一方、下部カバー９２０には、電池セル４１０の下部側が嵌め込まれる凹部９２８が形成されている。そして、この下部カバー９２０の四隅の角部には、上方に延びる支柱９２９ａ〜ｄ（以下、支柱９２９と総称する）がそれぞれ形成されている。また、下部カバー９２０の底面９２１には、ＣＭＵ２００が埋め込まれている。これは、電池セル４１０の上部の方が高温となるため、高温に比較的弱いＣＭＵのような集積回路は上部カバー９１０よりも下部カバー９２０に設置するのが望ましいからである。また、通常電池セル４１０の上部には安全弁４１５が設けられるため、電池セル４１０の上部にＣＭＵ２００を設置すると安全弁４１５の作動時に回路が故障し、履歴が残らないリスクもあるからである。
下部カバーの各支柱９２９ａ〜ｄの先端面には、金属端子９２４ａ〜ｄ（以下、金属端子９２４と総称する）がそれぞれ設けられている。各金属端子９２４ａ〜ｄの形状は、それぞれ対応して電気的に接続される各金属端子９１４ａ〜ｄと一対一に嵌合する形状となっている。そして、これらの金属端子ａ〜ｄは、下部カバー９２０の内部にてＣＭＵ２００と電気的に接続される。
電池セルユニット９９０は、このような上部カバー９１０と下部カバー９２０との間に電池セル１０を嵌め込んで組み合わせることによって、上部カバー９１０及び下部カバー９２０に設けられた各金属端子を介して、ＣＭＵ２００が電池セル４１０の温度や端子間電圧、基準電位に対する正極端子４１１の電位値等を取得することができるようになっている。
また、入出力コネクタ９１７ａ及び９１７ｂに入力装置７００、出力装置８００を接続することで、電池セルユニット９９０を構成する電池セルの消耗状態値Ｙ（後述）を出力することもできる。入力装置７００と出力装置８００をハンディタイプの検査装置として例えばメンテナンスを行う人間が持ち運んで利用すれば、電池セルユニット９９０として電池セルとそれに１対１に対応するＣＭＵが一体として持ち運びされているのであるから、多数の電池セルからなる組電池が組み込まれた電気自動車などの電池システムにおいて電池セルの交換を行う場合に、組み込む予定の中古電池セルが消耗の少ない良好な状態のものであるかどうかを電池システムに組み込む前に単体で判断できる。すなわち、電池セル交換を効率よく行うことが可能となる。
交換の際にも、電池セルユニット９９０としてすでに１つの電池セルにそれに対応した１つのＣＭＵが一体として配置されていることから、これらが１つの筐体に一体形成されていない場合に比べ、取り扱いが容易となる。
以上、角型のカバーユニット９００を採用する構成について説明したが、カバーユニット９００の形状は、角型に限られない。カバーユニット９００の形状は、電池セル４１０の形状に合わせて様々な形状とすることができる。例えば、電池セル４１０が略円柱形状の場合、カバーユニット９００の形状は、略円柱形状の電池セル４１０を収納し得る形状であればよい。即ち、カバーユニット９００は、上部カバー９１０と下部カバー９２０とを組み合わせたときの形状が略円柱形状となるようにしてもよいし、上部カバー９１０と下部カバー９２０とを組み合わせたときの形状を角型とし、上部カバー９１０の凹部９１８、及び下部カバー９２０の凹部９２８の形状を、それぞれ電池セル４１０の形状に合わせて略円柱形状としてもよい。
また、本実施形態においては、上部カバー９１０の支柱９１９、及び下部カバー９２０の支柱が四隅の角部に形成されているが、これらの支柱９１９、９２９が形成される位置は、これに限られない。即ち、支柱９１９、９２９が形成される位置は、上部カバー９１０及び下部カバー９２０を組み合わせたときに、支柱９１９の先端と支柱９２９の先端とが接するような形状であればよく、電池セル４１０の側面と接する位置に形成されていてもよい。また、支柱９１９と支柱９２９は、必ずしも４つずつ形成される必要はなく、同じ数ずつ形成されていればよい。上部カバー９１０と下部カバー９２０のそれぞれの支柱９１９、９２９を嵌合させて電池セル４１０をこれらカバーで挟みこむことで、電池セル４１０においてこれらカバーで被覆されない部分ができ、この部分から効率的に放熱することができる。
図６は、ＣＭＵ２００の機能構成を示すブロック図である。また、図７は、ＢＭＵ３００の機能構成を示すブロック図である。
以下の説明では、図６に示すＣＭＵ２００の機能構成について、図７に示すＢＭＵ３００の機能構成の一部を参照しつつ説明する。
ＣＭＵ２００は、固有パラメータ取得部２１０、接続順位算出部２２０、消耗状態値算出部２３０、消耗状態値データ格納部２４０、要求受付部２５０、消耗状態値データ抽出部２６０、消耗状態値データ出力部２７０、バランス回路制御部２８０、及び切替制御部２９０を有する。
固有パラメータ取得部２１０は、管理対象の電池セル４１０に関するパラメータを取得する処理部である。固有パラメータ取得部２１０は、電圧検出部２１１、電位値取得部２１２、端子間電圧値取得部２１３、高温暴露時間取得部２１４、低電流モード情報取得部２１５、及び高電流モード情報取得部２１６を有する。
電圧検出部２１１は、管理対象の電池セル４１０の正極端子４１１と負極端子４１２の間の端子間電圧値、及び管理対象の電池セル４１０の正極端子４１１の基準電位に対する電位値を検出する処理部である。電圧検出部２１１は、管理対象の電池セル４１０の正極端子４１１と接続される。また、電圧検出部２１１は、管理対象の電池セル４１０の負極端子４１２と接続される。また、電圧検出部２１１は、例えば、ＣＭＵ２００同士を接続しているバスの信号用グラウンド等の図示しない基準電位と接続される。そして、電圧検出部２１１は、基準電位を基準にした正極端子４１１の電位を検出し、検出した電位の値を示すデータを電位値取得部２１２に送る。また、電圧検出部２１１は、負極端子４１２の電位を基準にした正極端子４１１の電位を検出し、検出した電位の値を示すデータを、端子間電圧値を示すデータとして端子間電圧値取得部２１３に送る。
電位値取得部２１２は、基準電位を基準にした管理対象の電池セル４１０の正極端子４１１の電位を示す値を取得する処理部である。電位値取得部２１２は、電圧検出部２１１から電位の値を示すデータを受け取って、接続順位算出部２２０に送る。
端子間電圧値取得部２１３は、管理対象の電池セル４１０の正極端子４１１と負極端子４１２の間の端子間電圧を示す値を取得する処理部である。端子間電圧値取得部２１３は、電圧検出部２１１から端子間電圧値を示すデータを受け取り、接続順位算出部２２０に送る。また、端子間電圧値取得部２１３は、接続順位算出部２２０から管理対象の電池セル４１０が何番目に接続されているのかを示す順位を示すデータを受け取り、端子間電圧値を示すデータとともにＢＭＵ３００の端子間電圧バランス判定部３２０にバスＬ３を介して送信する。
高温暴露時間取得部２１４は、管理対象の電池セル４１０が所定値以上の温度となった時間を取得する処理部である。高温暴露時間取得部２１４は、管理対象の電池セル４１０に設けられた温度計測回路４１３から電池セル４１０の温度を示す値を受け取って、所定値以上の温度となった時間を計時する。そして、高温暴露時間取得部２１４は、計時した時間を示すデータを消耗状態値算出部２３０に送る。
なお、上記所定値以上の温度となった時間は、後述のとおり、電池セルの消耗状態値Ｙの算出要素となる。また、上記所定値、すなわち温度閾値を一つ以上設け、温度範囲ごとに重み付け係数をそれぞれ設定し、かかる温度範囲に入った各時間に上記それぞれの係数を乗算したものを和算したデータを消耗状態値算出部２３０に送って、これを上記消耗状態値Ｙの算出要素としてもよい。以下、この時間的算出要素を温度劣化状態数ＴＨとする。
低電流モード情報取得部２１５は、管理対象の電池セル４１０に入力された電流、及び管理対象の電池セル４１０から出力された電流が所定の低電流閾値以下の電流であったこと（図８参照。以下、低電流モードと呼ぶ）を示す情報を取得する処理部である。低電流モード情報取得部２１５は、ＢＭＵ３００の共通パラメータ取得部３１０の総入出力電流量取得部３１１から、電流計６００によって計測された電流値を示すデータをバスＬ１を介して受信し、例えば、低電流モードとなった回数をカウントする。
そして、低電流モード情報取得部２１５は、カウントした値を示すデータを消耗状態値算出部２３０に送る。なお、低電流モード情報取得部２１５は、低電流モードとなった回数をカウントするのではなく、例えば、低電流モードとなったときの電流値から閾値を差し引いた値の絶対値を積分した値を算出するようにしてもよい。これは、ある閾値以上になった回数よりも積分値の方が電池へのダメージをより如実に表現することができるためである。その場合、低電流モード情報取得部２１５は、算出した値を示すデータを消耗状態値算出部２３０に送る。
なお、上記低電流モードとなった回数もしくは上記積分値は低電流に関連するものであり、後述の電池セルの消耗状態値Ｙの算出要素となる。以下、この低電流要素を低電流状態数ＮＬとする。
高電流モード情報取得部２１６は、管理対象の電池セル４１０に入力された電流、及び管理対象の電池セル４１０から出力された電流が所定の高電流閾値以上の電流であったこと（図８参照。以下、高電流モードと呼ぶ）を示す情報を取得する処理部である。高電流モード情報取得部２１６は、ＢＭＵ３００の共通パラメータ取得部３１０の総入出力電流量取得部３１１から、電流計６００によって計測された電流値を示すデータをバスＬ２を介して受信して、例えば、高電流モードとなった回数をカウントする。そして、高電流モード情報取得部２１６は、カウントした値を示すデータを消耗状態値算出部２３０に送る。なお、高電流モード情報取得部２１６は、高電流モードとなった回数をカウントするのではなく、例えば、高電流モードとなったときの電流値から閾値を差し引いた値の絶対値を積分した値を算出するようにしてもよい。これも先述と同様、ある閾値以上になった回数よりも積分値の方が電池へのダメージをより如実に表現することができるためである。その場合、高電流モード情報取得部２１６は、算出した値を示すデータを消耗状態値算出部２３０に送る。
なお、上記高電流モードとなった回数もしくは上記積分値は高電流に関するものであり、後述の電池セルの消耗状態値Ｙの算出要素となる。以下、この高電流要素を高電流状態数ＮＨとする。
接続順位算出部２２０は、管理対象の電池セル４１０が何番目に接続されているのかを示す順位を算出する処理部である。接続順位算出部２２０は、電位値取得部２１２から基準電位を基準にした管理対象の電池セル４１０の正極端子４１１の電位の値を示すデータを受け取る。また、接続順位算出部２２０は、端子間電圧値取得部２１３から管理対象の電池セル４１０の端子間電圧を示す値を受け取る。そして、接続順位算出部２２０は、これらのデータによって示される値に基づいて、管理対象の電池セル４１０が何番目に接続されているのかを示す順位を算出し、算出した順位を示すデータを端子間電圧値取得部２１３、及び消耗状態値算出部２３０に送る。順位算出に関しては、後述する。
消耗状態値算出部２３０は、管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を示す値を算出する処理部である。消耗状態値算出部２３０は、高温暴露時間取得部２１４から監視対象の電池セル４１０の温度劣化状態数ＴＨを示すデータを受け取る。また、消耗状態値算出部２３０は、低電流モード情報取得部２１５から、低電流状態数ＮＬを示すデータを受け取る。また、消耗状態値算出部２３０は、高電流モード情報取得部２１６から、高電流状態数ＮＨを示すデータを受け取る。また、消耗状態値算出部２３０は、ＢＭＵ３００の総入出力電流量取得部３１１から、電流計６００によって計測された電流値の絶対値を積分した値、すなわち総入出力電流量Ｑを示すデータをバスＬ４を介して受信する。また、消耗状態値算出部２３０は、ＢＭＵ３００の起動時間取得部３１２から、電力負荷５００が組電池４００から電力の供給を受けて起動している時間を計時した値、すなわち起動時間Ｔを示すデータを受信する。そして、消耗状態値算出部２３０は、これらのデータに基づいて、管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を示す値、すなわち消耗状態値Ｙを算出する。消耗状態値Ｙの算出については後述する。
また、消耗状態値算出部２３０は、接続順位算出部２２０から、管理対象の電池セル４１０が何番目に接続されているのかを示す順位を示すデータを受け取る。そして、消耗状態値算出部２３０は、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータと、管理対象の電池セル４１０が何番目に接続されているのかを示す順位を示すデータとを対応付けて消耗状態値データ格納部２４０に格納する。
消耗状態値データ格納部２４０は、電気供給がない場合にも格納情報を維持する不揮発性メモリが望ましい。
要求受付部２５０は、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを出力する旨の利用者からの要求を受け付ける処理部である。要求受付部２５０は、入力装置７００から、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを出力する旨の利用者からの要求を示すデータを受け取って、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを抽出するよう命令する旨のデータを消耗状態値データ抽出部２６０に送る。
消耗状態値データ抽出部２６０は、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを消耗状態値データ格納部２４０から抽出する処理部である。消耗状態値データ抽出部２６０は、要求受付部２５０から、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを抽出するよう命令する旨のデータを受け取って、消耗状態値データ格納部２４０から管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを抽出し、消耗状態値データ出力部２７０に送る。
消耗状態値データ出力部２７０は、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータを出力する処理部である。消耗状態値データ出力部２７０は、消耗状態値データ抽出部２６０から、管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータ受け取って、出力装置８００に出力する。なお、要求受付部２５０、消耗状態値データ抽出部２６０、消耗状態値データ出力部２７０をＢＭＵにも配置しても良い。
バランス回路制御部２８０は、管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路のスイッチ４５０の動作を制御する処理部である。バランス回路制御部２８０は、ＢＭＵ３００のバランス回路制御命令部３３０から、バランス回路を起動する旨の命令を示すデータをバスＬ５を介して受信して、管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路のスイッチ４５０をオンにしてバランス回路を起動させる。
切替制御部２９０は、自ＣＭＵ２００と接続された他のＣＭＵ２００の切替部２０３の動作を制御する処理部である。ＣＭＵ２００は、接続された他のＣＭＵ２００と直列に接続されているため、ＢＭＵによる命令信号やそれに応じて出力されるＣＭＵの消耗状態値データ格納部２４０などのメモリやパラメータ取得部からのデータを順次送受信している。ＣＭＵやＢＭＵは、データを受信すると受け取った旨のレスポンス信号を送信するが、切替制御部２９０は、自ＣＭＵ２００が他のＣＭＵ２００にデータを送信してから所定時間内にレスポンスがない場合、もしくは送信されるべき測定データなどが一定時間内に送信されない場合、レスポンスまたはデータ送信のない他のＣＭＵ２００の切替部２０３を動作させ、レスポンスのない他のＣＭＵ２００の内部におけるデータが流れる経路を、通常の内部バスの経路からバイパス用の内部バスへ切り替える。
以下の説明では、図７に示すＢＭＵ３００の機能構成について、図６に示すＣＭＵ２００の機能構成の一部を参照しつつ説明する。
ＢＭＵ３００は、共通パラメータ取得部３１０、端子間電圧バランス判定部３２０、バランス回路制御命令部３３０、及び切替制御部３４０を有する。共通パラメータ取得部３１０は、総入出力電流量取得部３１１、及び起動時間取得部３１２を有する。
総入出力電流量取得部３１１は、組電池４００が初めて利用されて以降、組電池４００に入力された電流量、及び組電池４００から出力された電流量を取得する処理部である。総入出力電流量取得部３１１は、電流計６００から計測された電流値を示すデータを受信して、ＣＭＵ２００の低電流モード情報取得部２１５、及びＣＭＵ２００の高電流モード情報取得部２１６にそれぞれバスＬ１，Ｌ２を介して送信する。また、総入出力電流量取得部３１１は、電流計６００から受信したデータによって示される電流値の絶対値を積分し、積分した値を示すデータをＣＭＵ２００の消耗状態値算出部２３０にバスＬ４を介して送信する。
起動時間取得部３１２は、電力負荷５００が組電池４００から電力の供給を受けて起動していた時間を取得する処理部である。起動時間取得部３１２は、電力負荷５００を管理するシステムから、電力負荷５００が起動したことを示すデータ、及び電力負荷５００が停止したことを示すデータを受信する。そして、起動時間取得部３１２は、これらのデータに基づいて、電力負荷５００が組電池４００から電力の供給を受けて起動していた時間を算出し、算出した時間を示すデータをＣＭＵ２００の消耗状態値算出部２３０にバスＬ４を介して送信する。
端子間電圧バランス判定部３２０は、各電池セル４１０の端子間電圧のバランスが保たれているか否かを判定する処理部である。端子間電圧バランス判定部３２０は、各ＣＭＵ２００の端子間電圧値取得部２１３から、管理対象の電池セル４１０の端子間電圧値を示すデータを、その電池セル４１０が接続されている順位を示すデータとともにバスＬ３を介して受信する。そして、端子間電圧バランス判定部３２０は、各ＣＭＵ２００の端子間電圧値取得部２１３から受信したデータによって示される端子間電圧値のバランスが保たれていない場合、端子間電圧値の高い電池セル４１０を特定し、その電池セル４１０が接続されている順位を示すデータを、バランス回路制御命令部３３０に送る。
バランス回路制御命令部３３０は、他よりも端子間電圧値の高い電池セル４１０を管理しているＣＭＵ２００に、管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路を動作させるよう命令する処理部である。バランス回路制御命令部３３０は、端子間電圧バランス判定部３２０から、端子間電圧値の高い電池セル４１０が接続されている順位を示すデータを受け取って、この電池セル４１０を管理しているＣＭＵ２００のバランス回路制御部２８０に、管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路を動作させるよう命令する旨のデータをバスＬ５を介して送信する。
切替制御部３４０は、ＢＭＵ３００と直接的に接続されたＣＭＵ２００の切替部２０３の動作を制御する処理部である。切替制御部３４０は、接続されたＣＭＵ２００にデータが送信されてから所定時間内にレスポンスがない場合、そのＣＭＵ２００の切替部２０３を動作させるための切替信号をバス上に送信し、ＣＭＵ２００の内部におけるデータが流れる経路を、通常の内部バスの経路からバイパス用の内部バスへ切り替える。
図９は、電池セル４１０の消耗状態を管理する管理フローの一例を示す図である。
まずＣＭＵ２００の固有パラメータ取得部２１０、及びＢＭＵ３００の共通パラメータ取得部３１０は、電池セル４１０の消耗要因となるパラメータを取得する（Ｓ１０１）。具体的には、総入出力電流量Ｑ、起動時間Ｔ、低電流状態数ＮＬ、高電流状態数ＮＨ、及び温度劣化状態数ＴＨを示すデータを取得する。
そして、ＣＭＵ２００の消耗状態値算出部２３０は、ＣＭＵ２００の固有パラメータ取得部２１０及びＢＭＵ３００の共通パラメータ取得部３１０によって取得されたパラメータに基づいて、電池セル４１０の消耗の程度を示す値である消耗状態値Ｙを、電池セル４１０毎に個別に算出する（Ｓ１０２）。具体的には、消耗状態値算出部２３０は、予め定められた重み付け係数を、各パラメータに積算して、その値を加算する。なお、本実施の形態では、例えば、取得されたパラメータの値が増加したときに電池セル４１０が消耗する程度が悪化する割合が大きいと考えられるパラメータほど、大きい値の重み付け係数が積算される。重み付け係数は、予め定められた値の定数であって、消耗状態値算出部２３０が記憶しておく。
例えば、総入出力電流量Ｑ、起動時間Ｔ、低電流状態数ＮＬ、高電流状態数ＮＨ、及び温度劣化状態数ＴＨにそれぞれ対応する重み付け係数をａ〜ｅとすると、消耗状態値算出部２３０によって算出される消耗状態値Ｙは、
Ｙ＝ａ・Ｑ、＋ｂ・Ｔ、＋ｃ・ＮＬ、＋ｄ・ＮＨ、＋ｅ・ＴＨ
となる。
この例では、電池セル４１０の消耗状態値Ｙを、上記５つのパラメータに基づいて算出することとしたが、これらの全てのパラメータが必要という訳ではない。例えば、別の実施形態としては、これらのパラメータの内、いくつかのパラメータを採用して電池セル４１０の消耗状態値を算出することとしてもよい。２つ以上の複数のパラメータを使用することで、消耗状態値Ｙを種々の視点を加味して算出することができ、例えば中古の電池セルを再利用する場合などの参考値としてその重要度を増すことができるからである。
これらのパラメータ以外のパラメータ、例えば、電池セル４１０の容器電圧をパラメータの１つとして加えることとしてもよい。電池容器本体４１４が溶けないように正極端子４１１と電池容器本体４１４が抵抗を介して接続されている場合には電池容器本体４１４が正電位にプルアップされていることになるが、電池容器本体４１４に微小な孔が開いて漏液などした場合には容器電圧が変化するため、消耗状態値Ｙの算出要素としても有用であるからである。
消耗状態値算出部２３０が算出した管理対象の電池セル４１０の消耗状態値Ｙを示すデータは、消耗状態値データ格納部２４０に格納される（Ｓ１０３）。
多数の電池セル４１０からなる組電池４００のメンテナンスを行ったり、処分したりする場合には、電池セル４１０毎の消耗状態を確認するために、以下の処理が行われる。
まず、要求受付部２５０は、消耗状態値データ格納部２４０が格納する消耗状態値データを出力する旨の要求をユーザから受け付ける（Ｓ１０４）。具体的には、要求受付部２５０は、ユーザからの要求を、外部の入力装置７００を介して受け付ける。例えば、ユーザ所望の消耗状態値を入力し、この値以上の電池セルの情報を出力させるよう要求することができる。また、後述の接続順位を入力することで、所望の接続順位の電池セルに対応したＣＭＵ内に格納された消耗状態値データを要求することもできる。
そして、ＣＭＵ２００の消耗状態値データ抽出部２６０は、要求受付部２５０が受け付けた要求に基づいて、消耗状態値データ格納部２４０から消耗状態値データを抽出する（Ｓ１０５）。そして、ＣＭＵ２００の消耗状態値データ出力部２７０は、消耗状態値データ抽出部２６０が抽出した消耗状態値データを、外部の出力装置８００に出力する（Ｓ１０６）。出力される消耗状態値Ｙを示すデータは、消耗状態値Ｙそのものであってもよいし、客観的に消耗状態を判断容易とするために未使用の電池セル４１０の消耗状態値に対する現在の電池セル４１０の消耗状態値の割合を、当該電池セル４１０の消耗の度合いとして出力するようにしてもよい。また、複数の電池セル４１０の消耗状態値データを出力する場合には、各電池セル４１０の消耗状態値データを一覧にしたり、グラフにしたりしたものを出力するようにしてもよい。
このように、上記構成によれば、電池セル４１０毎の消耗状態値Ｙを示すデータを、ユーザがいつでも参照することができる。したがって、ユーザが、多数の電池セル４１０からなる組電池４００を搭載した電池システム、例えば電気自動車、電車などをメンテナンスする場合に、電池セル４１０の消耗状態を個別に参照することにより、消耗状態の激しい電池セル４１０だけ交換したり、また、組電池４００を処分する場合にあまり消耗されていない電池セル４１０を再利用したりすることが可能となる。
図１０は、電池セル４１０の接続順位を管理する管理フローの一例を示す図である。
まずＣＭＵ２００の電位値取得部２１２は、組電池４００をシステムに組み込んだ初期の状態、例えばシステムとしての電気自動車等に組み込んで初めて起動される際に、基準電位に対する電池セル４１０の正極端子４１１の電位値を取得する（Ｓ２０１）。具体的には、電位値取得部２１２は、電圧検出部２１１から、監視対象の電池セル４１０の正極端子４１１の基準電位に対する電位値を取得する。
そして、ＣＭＵ２００の端子間電圧値取得部２１３は、電池セル４１０の端子間電圧値を取得する（Ｓ２０２）。具体的には、端子間電圧値取得部２１３は、監視対象の電池セル４１０に設けられた電圧検出回路４２０から、監視対象の電池セル４１０の端子間電圧値を取得する。
そして、ＣＭＵ２００の接続順位算出部２２０は、電位値取得部２１２が取得した電位値と、端子間電圧値取得部２１３が取得した端子間電圧値に基づいて、監視対象の電池セル４１０が何番目に接続されているのかを示すための接続順位値を算出する（Ｓ２０３）。上述したように、組電池４００を構成する電池セル４１０は、直列に接続されている。接続順位算出部２２０が算出する電池セル４１０の接続順位値とは、監視対象の電池セル４１０が、直列に接続された複数の電池セル４１０のうち、基準電位に近い方から何番目に位置する電池セル４１０であるかを示す数値である。
例えば、各電池セル４１０の端子間電圧値をｖとすると、直列に接続された複数の電池セル４１０のうち、基準電位に近い方からｎ番目の電池セル４１０においては、基準電位に対する正極端子４１１の電位値がｎｖとなる筈である。したがって、ｎｖ（電位値）／ｖ（端子間電圧）＝ｎとなり、この電池セル４１０の接続順位は、直列接続された多数の電池セル４１０のうち、基準電位に近いほうからｎ番目であると決定される。
例えば、各電池セル４１０の端子間電圧値が３Ｖであれば、基準電位に一番近い電池セル４１０では、正極端子４１１の基準電位に対する電位値が３Ｖとなる筈である。したがって、この電池セル４１０の接続順位は、３Ｖ（電位値）／３Ｖ（端子間電圧）＝１となり、１番目であると決定される。同様に、正極端子４１１の電位値が６Ｖである場合には、この電池セル４１０の接続順位は、６Ｖ（電位値）／３Ｖ（端子間電圧）＝２となり、２番目であると決定される。
正極端子の電位と正負極の端子間電位の除算結果が整数とならない場合には、例えば小数点以下を四捨五入して順位を決定すればよい。
また、上記除算の分母は各電池セルの端子間電圧としているが、互いに直列に接続されて組電池を構成する各電池セルの端子間電圧の平均値としてもよい。こうすることで、かかる組電池内の各電池セル間の端子間電圧ばらつきを丸め、より正確に順位計算をすることができる。
また、上述したようにデータを送信した他のＣＭＵ２００の処理制御部２０１からレスポンスがない場合、レスポンスのないＣＭＵ２００の処理制御部２０１はバイパスされて結線から外されることになる。この場合はすでに上記初期の状態ではなくシステム起動してしばらく時間的経過がある場合であるが、この場合においても、ユーザーの要求に応じて各ＣＭＵ２００は自装置の接続順位を決定することができる。故障したＣＭＵに対応する電池セルの順位の情報が得られないだけである。
よって、ＣＭＵ２００の処理制御部２０１の故障の有無に関わらず、正常な各ＣＭＵ２００によって算出される接続順位が変わることはない。
このように本実施形態においては、直列接続された多数の各電池セル４１０について、それぞれ基準電位に近い方から何番目に接続された電池セルであるかを自動的に決定することができる。そして、このように決定した接続順位を、各電池セル４１０の消耗状態値データに対応付けて消耗状態値データ格納部に格納しておくことにより、例えば、消耗状態値データの情報だけを見ても、それがどの電池セル４１０のデータであるのかを容易に識別することができるようになる。
なお、例えば組電池４００を電気自動車に組み込んだ当初から組電池４００中の一部の電池セルが電圧異常を起こしていた場合には、上記接続順位の決定にエラーが発生することになる。そこで、組電池４００を組み込んだばかりの初期状態において、後述のバランス回路の起動およびその終了を待ってから、接続順位決定の管理フローをスタートするのが望ましい。
図１１は、電池セル４１０に設けられたバランス回路を起動する処理フローの一例を示す図である。
上述したように、ＣＭＵ２００の端子間電圧値取得部２１３は、管理対象の電池セル４１０の端子間電圧値を取得する（Ｓ３０１）。そして、端子間電圧値取得部２１３は、取得した端子間電圧値を示すデータを、管理対象の電池セル４１０の接続されている順位を示すデータとともに、ＢＭＵ３００の端子間電圧バランス判定部３２０へ定期的に送信する。
そして、ＢＭＵ３００の端子間電圧バランス判定部３２０は、各電池セル４１０の端子間電圧のバランスが保たれているか否かを判定する（Ｓ３０２）。例えば、端子間電圧バランス判定部３２０は、各ＣＭＵ２００の端子間電圧取得部２１３から受信したデータによって示される各電池セル４１０の端子間電圧値を比較する。そして、端子間電圧値にバラつきが生じている場合、端子間電圧バランス判定部３２０は、端子間電圧値が高い電池セル４１０を特定する。その場合、端子間電圧バランス判定部３２０は、所定の許容値以内のバラつきであれば、バランスが保たれていると判定するようにしてもよい。そして、端子間電圧バランス判定部３２０は、その電池セル４１０の接続されている順位を示すデータを、バランス回路制御命令部３３０に送る。
そして、端子間電圧バランス判定部３２０が各電池セル４１０のバランスが保たれていないと判定した場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、ＢＭＵ３００のバランス回路制御命令部３３０は、端子間電圧値の高い電池セル４１０が接続されている順位を示すデータを受け取って、その電池セル４１０を監視しているＣＭＵ２００の切替制御部２９０に対し、バランス回路を起動させるように命令する（Ｓ３０３）。
そして、ＢＭＵ３００のバランス回路制御命令部３３０からバランス回路を起動するよう命令を受けたＣＭＵ２００のバランス回路制御部２８０は、管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路を起動する（Ｓ３０４）。具体的には、管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路のスイッチ４５０をオンにする。このようにして管理対象の電池セル４１０に設けられたバランス回路が起動された後、ＣＭＵ２００の端子間電圧値取得部２１３は、管理対象の電池セル４１０の端子間電圧値の取得を再開する。
次に本実施の形態に係る変形例を説明する。本実施の形態に係る電池セル状態管理システム１００においては、各ＣＭＵ２００の消耗状態値算出部２３０によって管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を示す値を算出しているが、この値をＢＭＵ３００によって算出するようにしてもよい。その場合、各ＣＭＵ２００は、管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を示す値を算出するのに必要なデータをＢＭＵ３００に送信する。そして、各ＣＭＵ２００は、管理対象の電池セル４１０の消耗の程度を示す値のデータをＢＭＵ３００から受信して、消耗状態値データ格納部２４０に格納する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１００ 電池セル状態管理システム
２００ ＣＭＵ
２０１ 処理制御部
２０２ 入出力ポート
２０３ 切替部
２１０ 固有パラメータ取得部
２１１ 電圧検出部
２１２ 電位値取得部
２１３ 端子間電圧値取得部
２１４ 高温暴露時間取得部
２１５ 低電流モード情報取得部
２１６ 高電流モード情報取得部
２２０ 接続順位算出部
２３０ 消耗状態値算出部
２４０ 消耗状態値データ格納部
２５０ 要求受付部
２６０ 消耗状態値データ抽出部
２７０ 消耗状態値データ出力部
２８０ バランス回路制御部
２９０ 切替制御部
３００ ＢＭＵ
３１０ 共通パラメータ取得部
３１１ 総入出力電流量取得部
３１２ 起動時間取得部
３２０ 端子間電圧バランス判定部
３３０ バランス回路制御命令部
３４０ 切替制御部
４００ 組電池
４１０ 電池セル
４１１ 正極端子
４１２ 負極端子
４１３ 温度計測回路
４１４ 容器本体
４２０ 電圧検出回路
４３０ 抵抗器
４４０ 抵抗器
４５０ スイッチ
５００ 電力負荷
６００ 電流計
７００ 入力装置
８００ 出力装置
９００ カバーユニット
９１０ 上部カバー
９１１ 孔部
９１２ 孔部
９１３ 金属端子
９１４ 金属端子
９１５ 孔部
９１６ 金属接点
９１７ 入出力コネクタ
９１８ 凹部
９１９ 支柱
９２０ 下部カバー
９２１ 底面
９２４ 金属端子
９２８ 凹部
９２９ 支柱
９９０ 電池セルユニット

Claims (3)

  1. 第１の電池セルと、
    前記第１の電池セルと１対１に接続された第１の管理ユニットと、
    絶縁物で形成された上部カバーと、
    絶縁物で形成された下部カバーと
    を備え、
    前記第１の管理ユニットは、
    前記第１の電池セルの消耗要因パラメータを取得する第１のパラメータ取得部と、
    前記第１のパラメータ取得部が取得した前記消耗要因パラメータを用いて前記第１の電池セルの消耗状態値を算出する第１の算出部と、
    前記第１の算出部が算出した前記消耗状態値を格納する第１の格納部と
    を有し、
    前記上部カバーには、入出力コネクタが設けられて、
    前記下部カバーには、前記第１の算出部、及び前記第１の格納部が設けられて、
    同一平面に形成された正負極の端子のある前記第１の電池セルの上部に前記上部カバーが設置され、前記下部カバーは前記第１の電池セルを挟みこんで前記上部カバーと嵌合されることで、前記第１の電池セルと前記上部カバー、及び前記下部カバーとが一体的に形成され、且つ、前記入出力コネクタと前記第１の算出部、及び前記第１の格納部とが電気的に接続される
    ことを特徴とする電池システム。
  2. 第１の電池セルと、
    前記第１の電池セルと１対１に接続された第１の管理ユニットと、
    前記第１の電池セルに直列に接続された第２の電池セルと、
    前記第２の電池セルと１対１に接続された第２の管理ユニットと
    を備え、
    前記第１の管理ユニットは、
    前記第１の電池セルの消耗要因パラメータを取得する第１のパラメータ取得部と、
    前記第１のパラメータ取得部が取得した前記消耗要因パラメータを用いて前記第１の電池セルの消耗状態値を算出する第１の算出部と、
    前記第１の算出部が算出した前記消耗状態値を格納する第１の格納部と、
    前記第１の電池セルの正極端子の電位、及び正負極の端子間電位を検出する第１の電圧検出部と、
    前記正極端子の電位と前記端子間電位の除算を行って前記第１の電池セルの接続順位を算出する第１の接続順位算出部と
    を有し、
    前記第２の管理ユニットは、
    前記第２の電池セルの消耗要因パラメータを取得する第２のパラメータ取得部と、
    前記第２のパラメータ取得部が取得した前記消耗要因パラメータを用いて前記第２の電池セルの消耗状態値を算出する第２の算出部と、
    前記第２の算出部が算出した前記消耗状態値を格納する第２の格納部と、
    前記第２の電池セルの正極端子の電位、及び正負極の端子間電位を検出する第２の電圧検出部と、
    前記正極端子の電位と前記端子間電位の除算を行って前記第２の電池セルの接続順位を算出する第２の接続順位算出部と
    を有し、
    前記第１の接続順位算出部が算出した接続順位は前記第１の格納部に格納される前記第１の電池セルの消耗状態値に対応づけて前記第１の格納部に格納され、
    前記第２の接続順位算出部が算出した接続順位は前記第２の格納部に格納される前記第２の電池セルの消耗状態値に対応づけて前記第２の格納部に格納される
    ことを特徴とする電池システム。
  3. 前記第１及び第２の管理ユニットが互いに第１のバスで接続され、第２のバスで前記第２の管理ユニットに接続された第３の管理ユニット
    を更に備え、
    前記第２の管理ユニットは、
    内部バスと、
    前記第２のパラメータ取得部、前記第２の算出部、前記第２の格納部、前記第２の電圧検出部、及び前記第２の接続順位算出部を前記第１及び第２のバスに電気的に接続した非バイパス経路と、前記第２のパラメータ取得部、前記第２の算出部、前記第２の格納部、前記第２の電圧検出部、及び前記第２の接続順位算出部を前記第１及び第２のバスから電気的に切り離し、且つ、前記第１及び第２のバスを前記内部バスに接続したバイパス経路とを択一的に切り替える切替部と
    を更に有し、
    前記第１又は第３の管理ユニットは、
    前記第２の管理ユニットから第１又は第２のバスに所定の信号が出力されたか否かを判断する切替制御部
    を有し、
    前記切替制御部は、前記所定の信号が出力されていない場合に、前記第１又は第２のバスを介して前記切替部へ切替信号を送信し、前記切替部は前記非バイパス経路から前記バイパス経路へ切替を行う
    ことを特徴とする請求項２に記載の電池システム。
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