JP2015153480A - 監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池を監視する監視装置において、監視装置のスリープ時間に係る処理負荷の低減およびスリープ時間の算出精度を向上する。【解決手段】この監視装置は、監視対象の状態を監視する監視部と、監視部の駆動を制御する制御部と、監視対象の状態を記憶する記憶部と、を備える。監視部は、該監視部への電力供給を制限するスリープモードを有し、制御部は、スリープモードの累積時間に関する情報を記憶部に記憶させる。そして、監視部は、スリープモードの継続時間τが一定とされ、スリープモードからの復帰を定期的に繰り返し、制御部は、監視部がスリープモードから復帰した回数ｎを計数する計数部を有し、回数ｎを記憶部に記憶させる、もしくは、回数ｎと継続時間τとの積を累積時間として記憶させる。【選択図】図３

Description

本発明は、省電力を目的としたスリープ機能を有する監視装置に関する。

例えば、車両に搭載される二次電池として、電池の構成単位である単位セルを複数組み合わせて高電圧を得る組電池が用いられる。組電池を構成する各単位セルの特性は必ずしも同一ではないから、組電池全体として充放電を行っても、各単位セルの充電状態および放電状態は同一ではない。このため、組電池の充電時には、過充電される単位セルや、充電不足の単位セルが存在し、組電池全体の特性が低下することがある。

この問題を解決するため、特許文献１には、組電池を構成する単位セルの充電状態および放電状態を均等化する均等化処理を行うことが述べられている。この均等化処理は、イグニッションスイッチがオフのときに実行される。イグニッションスイッチがオフのときには組電池を貫通する主電流が流れないため、単位セルの内部インピーダンスに影響されることなく、単位セルの充電状態を正しく把握することができる。この状態でセルばらつき調整装置を動作させることで、各単位セルの充電状態を正しく均等化することができる。

ところで、車両に搭載された組電池の状態を制御する電池ＥＣＵは、組電池を構成する各単位セルの状態を監視するための監視部と、監視部を制御する制御部としてのマイコンとを有している。監視部には、特許文献２のように、例えばイグニッションスイッチがオフの状態等、所定の条件が成立した場合に、組電池から監視部への電力供給を制限するスリープモードが設けられている。監視部がスリープモードに移行することによって、監視部における電力消費を抑制することができる。

特開２００２−３２５３７０号公報 特許第４１１４３１０号公報

ところで、電池ＥＣＵは、組電池の使用年数が一定年数を超えると、ユーザに対してその旨を通知する。例えば、使用年数を推定する一つの指標として、イグニッションスイッチがオンとなっている時間と、監視部がスリープモードを継続している時間（以下、スリープ時間という）とに基づいて電池使用時間を算出することができる。

一方、上記の均等化処理を行うに当たって、電池ＥＣＵは、監視部をスリープモードからその都度復帰させる。このため、前の均等化処理を実行してから次の均等化処理を実行するまでの時間を、例えばマイコンのレジスタに記憶させ、積算することによって、総合したスリープ時間を見積もることができる。

均等化処理の実行タイミングは、車両の走行状態に応じて決定されるため不定期である。例えば、使用頻度が少ない車両では、使用頻度の高い車両に比べて、組電池への負荷が小さいので、均等化処理の頻度も少なくて済む。つまり、均等化処理の実行間隔が数時間に及ぶ場合がある。換言すれば、前の均等化処理を実行してから次の均等化処理を実行するまでの間のスリープ時間が数時間に及ぶことがある。

しかしながら、上記したように、従来の構成では、均等化処理の実行タイミングは不定期であるから、総合したスリープ時間の算出が複雑化する虞がある。

また、監視部がスリープモードの状態でイグニッションスイッチがオンされると、マイコンのレジスタがリセットされてしまうため、スリープ時間に関する情報をロストしてしまい、総合したスリープ時間として加算されない期間が存在する。つまり、積算したスリープ時間が本来よりも短く見積もられてしまうことになる。とくに、上記のように、スリープ時間が数時間に及ぶ場合は、総合したスリープ時間の精度低下への影響が大きい。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、スリープ時間の算出に係る処理負荷の低減およびスリープ時間の算出精度の向上を目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、監視対象（２０）の状態を監視する監視部（１００）と、監視部の駆動を制御する制御部（２００）と、監視対象の状態を記憶する不揮発性の記憶部（３００）と、を備え、監視部は、所定の条件下において該監視部への電力供給を制限するスリープモードを有し、制御部は、スリープモードの累積時間に関する情報を記憶部に記憶させる監視装置であって、監視部は、スリープモードの継続時間τが一定とされ、スリープモードからの復帰を定期的に繰り返し、制御部は、監視部がスリープモードから復帰した回数ｎを計数する計数部（２１０）を有し、回数ｎに基づく累積時間情報を記憶部に記憶させることを特徴としている。

これによれば、スリープモードから復帰するタイミングを定期的にすることができる。このため、スリープモードの累積時間、すなわち、総合したスリープ時間を、スリープモード１回あたりの継続時間τと、スリープモードから復帰した回数ｎの単純な積ｎτにより、算出することができる。したがって、総合したスリープ時間の算出を、従来に較べて単純化することができ、制御部の、スリープ時間算出に係る処理負荷を低減することができる。

また、開示された別の発明は、上記した発明について、監視対象として、車両に用いられ複数の単位セルが組み合わされて構成された組電池に適用するものである。この場合、スリープモードの累積時間は組電池の使用時間の算出に用いられる。そして、この発明では、スリープモード１回あたりの継続時間τを分オーダーとすることがより好適である。

従来の構成においては、数時間のオーダーでスリープ時間を積算することがあるため、レジスタのリセットに起因して数時間分のスリープ時間をロストしてしまうが、本発明においては、分オーダーのロストに抑制することができる。換言すれば、本発明では、従来の構成に較べて、スリープ時間の取得頻度を多くすることができるから、スリープ時間に対する分解能を大きくすることができる。よって、スリープ時間の算出精度を向上することができる。とくに、車両の搭載される組電池の使用時間は、分オーダーを要求されることが多いため、スリープモード１回あたりの継続時間τを例えば１分に指定するとよい。

第１実施形態に係る監視装置および監視装置に接続された外部装置と組電池の概略構成を示すブロック図である。 電池診断の概略を示すフロー図である。 均等化処理および指定起動時間における監視部の動作を示すタイミングチャートである。 指定起動時間における監視部の動作を示すフロー図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る監視装置の概略構成について説明する。

本実施形態に係る監視装置は、図１に示すように、車両に用いられる組電池２０の状態を監視する電池ＥＣＵである。組電池２０は、特許請求の範囲における監視対象に相当し、電池の構成単位である単位セル２１が複数組み合わされて構成されている。本実施形態における単位セル２１は、単位セル２１が複数纏められてセルグループ２２を形成し、さらに、これらのセルグループ２２が複数纏められて、全体として組電池２０を形成している。

監視装置１０は、監視部１００と、制御部２００と、記憶部３００とを備えている。

監視部１００はセルグループ２２の数と同数だけ設けられている。そして、監視部１００は、対応するセルグループ２２内のいずれかの単位セル２１が過充電または過放電の状態になったことを検出し、検出信号を後述の制御部２００に出力する。また、監視部１００は、制御部２００が上記の検出信号を参照しない場合には、自身に供給される電力を少なくとも部分的に停止する、いわゆるスリープモードになる。以降、制御部２００が上記の検出信号を参照している状態、つまり、監視部１００が単位セル２１の過充電または過放電の状態を監視している状態を、上記のスリープモードに対して、ノーマルモードと呼称する。

制御部２００は監視部１００に接続され、これらの駆動を制御する。制御部２００は、監視部１００に対して、単位セル２１の過充電または過放電の状態を取得するよう要求する。そして、監視部１００が取得した単位セル２１の状態が検出信号として入力される。また、制御部２００は、監視部１００に対して、ノーマルモードからスリープモードに移行させるための要求を発することができる。逆に、監視部１００をスリープモードから復帰させて、ノーマルモードに移行させるための要求を発することができる。制御部２００は、イグニッションスイッチがオフの状態において、監視部１００の機能の少なくとも一部をスリープモードに移行させ、監視部１００における消費電力を低減するように構成されている。制御部２００には後述の記憶部３００が接続されており、スリープモードの累積時間に関する情報を記憶部３００に記憶させるようになっている。

上記に加え、本実施形態における制御部２００は、計数部２１０と算出部２２０とを有している。さらに、制御部２００は判定部２３０を有している。

計数部２１０は、各監視部１００がスリープモードからノーマルモードに復帰した回数を計数するカウンタである。計数部２１０は、計数した回数を記憶部３００に出力し、記憶部３００は、入力された回数を記憶する。

また、算出部２２０は、計数部２１０が計数した回数を記憶部３００から取得し、監視部１００のスリープモード継続時間τ（以降、スリープ時間とも称する）との積を算出する。そして、算出部２２０は、この積をスリープモードの累積時間として記憶部３００に出力する。記憶部３００は上記の累積時間を記憶する。また、算出部２２０は、イグニッションスイッチがオンの状態の時間とスリープモードの累積時間に基づいて、組電池２０の総使用時間Ｔを算出する。記憶部３００は、この総使用時間Ｔも記憶している。

判定部２３０は、計数部２１０が正しく動作しているか否かを判定する。例えば、イグニッションスイッチがオンの状態において、制御部２００は、監視部１００を瞬時的にスリープモードに移行させ、すぐにノーマルモードに復帰させる。制御部２００は、この瞬時的なスリープモードへの移行を所定の回数だけ繰り返すように監視部１００に指示する。計数部２１０は、監視部１００がスリープモードからノーマルモードに復帰する回数を計数する。判定部２３０は、制御部２００が監視部１００に対して指示した所定の復帰回数と、計数部２１０が計数した復帰回数とが一致するか否かを判定するようになっている。判定部２３０は、両者の回数が一致していれば計数部２１０が正しく動作していると判断する。逆に、回数が一致していなければ、計数部２１０に異常が生じていると判断する。なお、計数部２１０の異常判定の方法は、あくまで一例であり、上記の方法に限定されるものではない。

記憶部３００は、不揮発性のメモリであり、例えば組電池や他のバッテリからの電力供給が止まっても記憶された内容を保持するようになっている。記憶部３００には、上記したように、スリープモードからの復帰回数に基づく、スリープモードの累積時間に関する情報が記憶される。具体的には、各監視部１００がスリープモードから復帰した回数を記憶している。また、スリープモードの累積時間を記憶している。記憶部３００としては、例えば、ＳＲＡＭと小型電池から構成されるＮＶＲＡＭなどを採用することができる。

なお、監視装置１０は、エンジンＥＣＵやその他ＥＣＵなどの外部装置３０に接続されており、相互に情報をやりとりしている。例えば、外部装置３０は、組電池２０の使用年数が、定められた一定の年数、例えば２０年、を超過した場合に、インストルメントパネル等にその旨表示して、ユーザに対して検査を受けるように警告するようになっている。

次に、図２〜図４を参照して、本実施形態に係る監視装置１０の動作について説明する。

まず、車両による電池診断の全体的なフローについて説明する。電池ＥＣＵである監視装置１０は、外部装置３０から電池診断を開始する旨の命令を受けると、電池使用年数を算出し、これを定められた一定の年数に達しているか否か診断する。

図２に示すように、監視装置１０はステップＳ１００を実行する。ステップＳ１００は、組電池２０の総使用時間Ｔを算出するステップである。総使用時間Ｔは、上記したように、イグニッションスイッチがオンの状態の時間とスリープモードの累積時間に基づいて計算される。より具体的な動作については追って詳述する。

その後、監視装置１０はステップＳ２００を実行する。ステップＳ２００は、放電時において単位セル２１の電圧が所定の値を超過した総時間Ａを算出するステップである。

その後、監視装置１０はステップＳ３００を実行する。ステップＳ３００は、充電時において単位セル２１の充電に要する電力が所定の値を超過した場合に、充電時の電流の積算値Ｂを算出するステップである。

その後、監視装置１０はステップＳ４００を実行する。ステップＳ４００は、組電池２０の充放電に係る電力の積算値Ｃを算出するステップである。

その後、監視装置１０はステップＳ５００を実行する。ステップＳ５００は、ステップＳ１００〜Ｓ４００にて算出した各々の値Ｔ，Ａ，Ｂ，Ｃをバッテリ年齢に換算するステップである。各値Ｔ，Ａ，Ｂ，Ｃは所定の計算式に基づいてバッテリ年齢に換算される。

その後、監視装置１０はステップＳ６００を実行する。ステップＳ６００は、ステップＳ５００で得られたバッテリ年齢の最大値を電池使用年数として定めるステップである。

その後、監視装置１０はステップＳ７００を実行する。ステップＳ７００は、電池使用年数が一定の年数、例えば２０年、を超えたか否かを判定するステップである。ステップＳ７００において、電池使用年数が一定の年数を超えている場合（ＹＥＳ判定）は、ステップＳ８００に進み、ユーザにその旨を警告する。一方、電池使用年数が一定の年数を超えていない場合（ＮＯ判定）は、電池診断の処理を終了する。

次いで、本実施形態におけるステップＳ１００の動作について、より詳しく説明する。

組電池２０に対しては、その特性の持続のために、車両の走行状態に応じたタイミングで均等化処理が行われる。換言すれば、前の均等化処理から次の均等化処理までの時間間隔は車両の走行状態によって決定される。以降、前の均等化処理から次の均等化処理までの時間間隔を指定起動時間と称する。この指定起動時間内において、監視部１００をスリープモードにしておくことによって、監視装置１０に係る消費電力を低減することができる。

まず、本実施形態におけるスリープモードについて、図３を参照して説明する。

制御部２００は、均等化処理が終了すると、図３に示すように、監視部１００に対して、スリープモードに移行するように要求する（図３に示す時刻ｔ１）。従来の構成であれば、指定起動時間内は常にスリープモードを継続するが、本実施形態における制御部２００は、図３に示すように、監視部１００に対し、スリープモードとノーマルモードを定期的に繰り返すように要求する。監視部１００は、継続時間τだけスリープモードになり、瞬時的にノーマルモードに復帰し、ふたたびスリープモードに移行する。指定起動時間内における監視部１００の復帰は瞬時的であり、ノーマルモードを維持している時間は無視できる。例えば、スリープモードを維持する継続時間τが１分であり、指定起動時間が６０分であるとすれば、監視部１００は、６０分／１分＝６０回だけ、スリープモードから復帰することになる。

次に、スリープモードを定期的に繰り返す際の動作フローについて、図４を参照して説明する。

最初に、ステップＳ１が実行される。ステップＳ１は、制御部２００が監視部１００に対してスリープモードから復帰するように要求するステップである。

次いで、ステップＳ２が実行される。ステップＳ２は、制御部２００が、ステップＳ１における復帰命令が指定起動時間内に行われる定期的な復帰か否かを判断するステップである。スリープモードの復帰が定期的なものである場合（ＹＥＳ判定）は、ステップＳ３に進む。スリープモードの復帰が定期的なものでない場合（ＮＯ判定）は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ２においてスリープモードの復帰が定期的なものである場合、ステップＳ３が実行される。ステップＳ３は、計数部２１０がスリープモードからの復帰回数を増加させるステップである。本実施形態における計数部２１０は２種類の回数ｎ，ｍを計数するように構成されている。ｎは、均等化処理の実行有無にかかわらず、監視部１００がスリープモードから復帰するごとに増加する。一方、ｍは、監視部１００がスリープモードから復帰するごとに増加するが、均等化処理が実行されるごとにゼロにリセットされる。このステップＳ３では、スリープモードの復帰が定期的なものであるから、回数ｎ、回数ｍともに１ずつ増加する。

次いで、ステップＳ４が実行される。ステップＳ４は、以前に均等化処理が実行されてから、指定起動時間だけ経過したか否かを、制御部２００が判断するステップである。例えば、スリープモードを維持する継続時間τが１分であり、車両の走行状態に応じて決定された指定起動時間が６０分である場合、ｍ＝６０であれば、ステップＳ４の判定はＹＥＳ判定となる。一方、ｍ＜６０であればＮＯ判定となる。ＮＯ判定であればステップＳ７に進み、制御部２００は、監視部１００をふたたびスリープモードに移行させる。ＹＥＳ判定であれば、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５は、制御部２００が監視部１００に対して、組電池２０の均等化処理を実行させるステップである。均等化処理後、ステップＳ６において、回数ｍをリセットする。すなわちｍ＝０とする。その後、ステップＳ７に進み、制御部２００は、監視部１００をふたたびスリープモードに移行させる。

一方、ステップＳ２において、スリープモードの復帰が定期的なものでない場合には、ステップＳ８に進む。監視部１００のスリープモードが強制的に解除させられる状況は、例えば、監視部１００がスリープモードであるときにイグニッションスイッチがオンされたような状況である。このような場合、ステップＳ８において回数ｍをリセットする。その後、ステップＳ９において、スリープモードが解除された目的の動作を実行する。そして、監視部１００がスリープモードに移行可能な条件となれば、ステップＳ７に進み、監視部１００はスリープモードに移行する。

次に、本実施形態に係る監視装置１０の作用効果について説明する。

この監視装置１０を採用すれば、スリープモードから復帰するタイミングを定期的にすることができる。このため、スリープモードの累積時間、すなわち、総合したスリープ時間を、スリープモード１回あたりの継続時間τと、スリープモードから復帰した回数ｎの単純な積ｎ×τにより、算出することができる。したがって、総合したスリープ時間の算出を、従来に較べて単純化することができ、制御部の、スリープ時間算出に係る処理負荷を低減することができる。

また、従来の構成においては、指定起動時間内にイグニッションスイッチがオンされると、レジスタがリセットされ、以前に均等化処理が終了してからイグニッションスイッチがオンされるまでのスリープ時間をロストしてしまう。これに対して、本実施形態では、指定起動時間内において分オーダーでスリープ時間をモニタすることができるため、指定起動時間内にイグニッションスイッチがオンされた場合でも、分オーダーのロストに抑制することができる。換言すれば、本実施形態の構成では、従来の構成に較べて、スリープ時間の取得頻度を多くすることができるから、スリープ時間に対する分解能を大きくすることができる。よって、スリープ時間の算出精度を向上することができる。とくに、車両の搭載される組電池の使用時間は、分オーダーを要求されることが多いため、スリープモード１回あたりの継続時間τを例えば１分に指定するとよい。

また、従来のように、数時間におよぶスリープ時間を、マイコンのレジスタに記憶する必要がないため、レジスタがオーバーフローすることを防止することができる。これにより、スリープ時間に制限がかかることを抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した実施形態では、前の均等化処理と次の均等化処理の間の時間である指定起動時間において、監視部１００が定期的にスリープモードから復帰する旨説明した。指定起動時間内において監視部１００がスリープモードからノーマルモードに復帰する場合、監視部１００のすべての機能が使用可能なように復帰する必要はない。指定起動時間内におけるスリープモードの復帰は、スリープモードからの復帰回数を計数することが目的である。よって、少なくとも、監視部１００の機能のうち、計数部２１０に対して監視部１００がスリープモードから復帰したことを伝達する部分が復帰するように構成されていればよい。

また、上記した実施形態では、車両に用いられる組電池２０を監視する監視装置１０を例示したが、適用例は車両に限定されない。組電池を利用する船舶や航空機のほか、災害用バッテリ等にも適用することができる。

また、上記した実施形態では、組電池２０を構成するセルグループ２２を複数有する例を示したが、組電池２０の規模が小さく、セルグループ２２が一つであっても本発明を適用することができる。セルグループ２２が一つであれば監視部１００は一つである。

また、上記した実施形態における記憶部３００には、監視部１００がスリープモードから復帰した回数ｎと、スリープモードの累積時間ｎ×τを記憶している例について示した。しかしながら、記憶部３００には、記憶された情報から、スリープモードの累積時間が算出可能な情報が格納されればよく、必ずしも累積時間ｎ×τが記憶されていなくてもよい。上記した例では、スリープモードの継続時間τは一定であるから、少なくとも、記憶部３００に監視部１００がスリープモードから復帰した回数ｎのみが記憶されていれば、車両の点検時に、点検者が簡単な掛け算ｎ×τを行うことによってスリープモードの累積時間を算出することができる。

また、制御部２００は、必ずしも判定部２３０を有していなくてもよい。

なお、上記した各実施形態では、監視装置１０のうち、監視部１００がスリープモードに移行する例について記載したが、監視装置１０全体がスリープモードに移行するような構成にしてもよい。この構成における監視装置１０は、スリープモードからの復帰に際し、外部装置３０からの復帰信号をトリガーとしても良いし、監視装置１０自身がクロック生成回路を有し、スリープモードの継続時間τごとに復帰するように構成しても良い。

１０・・・監視装置，２０・・・組電池，３０・・・外部装置
１００・・・監視部，２００・・・制御部，２１０・・・計数部，２２０・・・算出部，３００…記憶部

Claims (6)

1. 監視対象（２０）の状態を監視する監視部（１００）と、前記監視部の駆動を制御する制御部（２００）と、前記監視対象の状態を記憶する記憶部（３００）と、を備え、
   前記監視部は、所定の条件下において該監視部への電力供給を制限するスリープモードを有し、
   前記制御部は、前記スリープモードの累積時間に関する情報を前記記憶部に記憶させる監視装置であって、
   前記監視部は、前記スリープモードの継続時間τが一定とされ、前記スリープモードからの復帰を定期的に繰り返し、
   前記制御部は、前記監視部が前記スリープモードから復帰した回数ｎを計数する計数部（２１０）を有し、前記回数ｎに基づく累積時間情報を前記記憶部に記憶させることを特徴とする監視装置。
2. 前記回数ｎの取得のために、前記監視部が前記スリープモードから復帰する場合において、
   前記制御部は、前記監視部に対して、前記回数ｎを計数させる機能を含めた一部の機能のみを復帰させることを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
3. 前記監視対象は、車両に用いられ、複数の単位セル（２１）が組み合わされて構成された組電池であり、
   前記制御部は、イグニッションスイッチがオンの状態である時間と前記累積時間とに基づいて、前記組電池の総使用時間を算出する算出部（２２０）を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の監視装置。
4. 前記継続時間τは、分オーダーであることを特徴とする請求項３に記載の監視装置。
5. 前記継続時間τは、１分であることを特徴とする請求項４に記載の監視装置。
6. 前記制御部は、前記計数部が正しく機能しているか否かを判定する判定部（２３０）を有し、
   前記判定部は、前記イグニッションスイッチがオンの状態において、前記判定を実行することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の監視装置。

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