(57)【要約】  高拡張性の電池システムを提供すること。電池システム（１）を構成する各電池パックは、１以上の電池の物理量を取得し、取得した物理量に基づき電池状態情報を算出し、他の電池パックとの間で通信を行う。いずれかの電池パックがマスター電池パックＭＰに、マスター電池パック（ＭＰ）以外がスレーブ電池パック（ＳＰ）に設定される。スレーブ電池パック（ＳＰ）は、マスター電池パック（ＭＰ）に対し電池状態情報を送信し、マスター電池パック（ＭＰ）は、各電池パックの電池状態情報に基づき統合電池情報を算出する。
2018056264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池パックを有する電池システムであって、
前記複数の電池パックの各々は、１又は複数の電池と、当該１又は複数の電池の物理量を取得する取得手段と、取得した物理量に基づいて前記１又は複数の電池の状態に関する情報である電池状態情報を算出する算出手段と、他の電池パックとの間で通信を行う通信手段と、を含み、
前記複数の電池パックのうちいずれかの電池パックがマスター電池パックに設定され、マスター電池パック以外の電池パックがスレーブ電池パックに設定されており、
スレーブ電池パックは、マスター電池パックに対して、算出した電池状態情報を送信し、マスター電池パックは、前記複数の電池パックの各々の電池状態情報に基づいて、前記複数の電池パックの統合的な情報である統合電池情報を算出することを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記スレーブ電池パックは、前記マスター電池パックから送信要求を受けずに、前記電池状態情報を予め設定されたタイミングで送信する請求項１に記載された電池システム。
【請求項３】
前記電池の物理量は、少なくとも前記１又は複数の電池の端子間電圧と前記１又は複数の電池を流れる電流であって、
前記電池状態情報は、前記電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ）、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）及び内部抵抗のうち少なくともいずれか１つである請求項１又は２に記載された電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気モータによって走行する電気自動車や、内燃機関と電動モータを動力源として備えたハイブリッド自動車の普及が進んでいる。電気自動車やハイブリッド自動車等、電動機を走行駆動のために使用する車両（以下、「電動車両」という。）には、電動機を駆動する電力を蓄えるための充放電可能な電池パックが搭載されている。そして、電動車両に応じた電池容量を確保するために複数の電池パックが負荷に対して並列に接続されている。電池容量をさらに増加させたい場合には、追加の電池パックを並列接続（以下、「並列増設」という。）させることになる。【０００３】
電動車両において複数の電池パックの各々の状態を監視し、制御するために、複数の電池パックの外部に複数の電池パック全体を統括するシステム制御部を設けることが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、電池パックとしての電池ユニットが電池制御部を有し、各電池制御部とシステム制御部との間でポーリング方式により通信を行う。具体的には、システム制御部が電池制御部に対して、電池の電圧、電流、温度等の制御情報の送信を要求し、当該要求に応じて電池制御部がシステム制御部に対して制御情報を送信する。システム制御部は、各電池制御部から制御情報を受信すると、各電池ユニットのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ；充電率）等の状態情報を算出する。【０００４】
また、複数の電池パック全体を統括するシステム制御部が、各電池ユニットの状態情報（上記ＳＯＣ等）に対して統計処理等の所定の処理を行うことで、統合電池情報を算出することがある。このような統合電池情報は、さらに上位のシステム（例えば、車両制御ユニット等）へ送信される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２０７０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の電池システムには、以下の課題がある。並列増設などによってシステム制御部と通信を行う電池パックの数（つまり、電池制御部の数）が増加すると、システム制御部で各電池パックの状態情報の算出を行うための電池制御部からの通信量が増加し、拡張性の高い電池システムを構築する上で障害となりうる。
そこで、従来よりも拡張性の高い電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る電池システムは、複数の電池パックを有する電池システムであって、複数の電池パックの各々は、１又は複数の電池と、当該１又は複数の電池の物理量を取得する取得手段と、取得した物理量に基づいて１又は複数の電池の状態に関する情報である電池状態情報を算出する算出手段と、他の電池パックとの間で通信を行う通信手段と、を含み、複数の電池パックのうちいずれかの電池パックがマスター電池パックに設定され、マスター電池パック以外の電池パックがスレーブ電池パックに設定されており、スレーブ電池パックはマスター電池パックに対して、算出した電池状態情報を送信し、マスター電池パックは、複数の電池パックの各々の電池状態情報に基づいて、複数の電池パックの統合的な情報である統合電池情報を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
従来よりも拡張性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る電池システムの概略回路図である。
【図２】実施形態に係るスレーブ電池パックの概略回路図である。
【図３】実施形態に係るマスター電池パックの概略回路図である。
【図４】実施形態に係るスレーブ電池パックの処理を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係るマスター電池パックの処理を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る電池システムにおいて主要な処理についてのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る電池システム１について説明する。本実施形態の電池システム１は、電動車両に搭載される電動機の動力源となる複数の電池パックが含まれる。
【００１１】
（１）電池システム１の全体構成
先ず、図１を参照して、本実施形態の電池システム１の全体構成について説明する。図１は、実施形態に係る電池システム１の概略回路図である。図１に示すように、電池システム１では、所定の電池容量を確保するために複数の電池パック３−１〜３−３が負荷Ｌに対して並列に接続されている。図１に示す電池システム１では、説明の簡略化のために３個の電池パックが負荷Ｌに接続されているが、接続される電池パックの数は２個でもよいし４個以上でも構わない。
【００１２】
負荷Ｌは、例えばインバータ等の電力変換装置である。インバータは、各電池パックの直流電圧を交流電圧に変換して車両の走行駆動に用いられる交流電動機（例えば三相交流電動機）に供給し、交流電動機の回生時に交流電動機で発電した電力を各電池パックに供給する。なお、電動車両の減速時には、交流電動機の回生電力による各電池パックへの充電が行われる。
電動車両では必要に応じて、複数の電池パックを充電する充電装置や、複数の電池パックの直流電圧を所定の直流電圧に昇圧又は降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ等が複数の電池パックに接続される場合がある。充電装置やＤＣ／ＤＣコンバータは電動車両に搭載してもよいし外部にあってもよい。
各電池パックは、複数の電池セルを積層して構成された電池モジュールが収容されている。なお、各電池パックに複数の電池セルが含まれている場合に限られず、単一の電池セルのみが含まれていてもよい。
【００１３】
本実施形態の電池システム１では、複数の電池パックのうちいずれか１個の電池パックが、マスターとなる電池パックであるマスター電池パックＭＰに設定され、マスター電池パックＭＰ以外の電池パックが、スレーブとなるスレーブ電池パックＳＰに設定される。複数の電池パックのうちマスター電池パックＭＰは、車両制御ユニット（ＶＣＵ：Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２と通信を行う電池パックである。図１に示す例では、電池パック３−１がマスター電池パックＭＰに設定され、電池パック３−２，３−３がスレーブ電池パックＳＰに設定されている。
【００１４】
以下の説明では、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２に共通の事項について説明するときには、スレーブ電池パックＳＰと呼称する。
本実施形態の電池システム１において、メインリレー６，７はそれぞれ負荷Ｌに接続された高圧側ラインＣ２、低圧側ラインＣ１に配設され、車両制御ユニット２によって制御される。例えば、車両制御ユニット２は、イグニッションスイッチ５に連動してメインリレー６，７をオン又はオフさせる。すなわち、イグニッションスイッチ５がオン状態又はオフ状態になったことに連動してメインリレー６，７が閉じられ、又は開けられる。それによって、各電池パックの電圧が負荷Ｌに印加され、又は印加されなくなるため、電動車両の走行状態が車両制御ユニット２によって制御される。
【００１５】
図１に示すように、複数の電池パック３−１〜３−３の各々には制御ユニット（ＣＵ：Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）が内蔵されている。各電池パックには電動車両の１２Ｖ電池４が接続されており、１２Ｖ電池４によって各電池パック内の制御ユニットは動作する。１２Ｖ電池４は、例えば鉛蓄電池である。
本実施形態の電動車両には、車両制御ユニット２と車両内の主要な制御ユニット（図示せず）の間のデータ通信に使用される車両系ＣＡＮバス１００と、複数の電池パック３−１〜３−３の間のデータ通信に使用される電池系ＣＡＮバス２００（ローカルバス）とが実装されている。図１に示すように、本実施形態の電池システム１では、複数の電池パックのうちマスター電池パックＭＰのみが車両系ＣＡＮバス１００を介して車両制御ユニット２と通信を行う。
【００１６】
ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスに送信されるデータフレームには、データの内容を含むデータフィールドと、送信ノード（本実施形態では、電池パック３−１〜３−３、車両制御ユニット２のいずれか）を特定するためのＩＤとが含まれている。このＩＤは、通信調停のためにも使用される。すなわち、同時にバスへデータフレームが送出された場合、ＩＤの値によってバスへの送出データの優先順位が決定され、異なるＩＤによるデータの衝突が回避される。
【００１７】
電池系ＣＡＮバス２００を用いた通信では、送信ノードはリモートフレームを使用せずにデータフレームのみをＣＡＮバスへ送出し、受信ノード（本実施形態では、電池パック３−１〜３−３、車両制御ユニット２のいずれか）はデータフレーム内のＩＤに基づいて、自身宛のデータフレームをＣＡＮバスから受信する。要するに、電池パック間の通信はプロデューサ・コンシューマ方式により行われる。
車両系ＣＡＮバス１００を用いたマスター電池パックＭＰと車両制御ユニット２の間の通信は、ポーリング方式で行ってもよいし、プロデューサ・コンシューマ方式で行ってもよい。
【００１８】
（２）電池パックの全体構成
次に、電池システム１に含まれる電池パックの構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るスレーブ電池パックＳＰの概略回路図である。図３は、本実施形態に係るマスター電池パックＭＰの概略回路図である。
図２を参照すると、スレーブ電池パックＳＰは、電池モジュール１０、制御ユニット２０、電圧センサ２２、温度センサ３２、電流センサ３４、及び、リレー３６，３８を含む。
【００１９】
電池モジュール１０は、複数の電池セル１０−１〜１０−８が直列に接続されて構成されている。なお、電池モジュール１０の電池セルは、直列接続に限らず、並列接続した複数の電池セルを直列に接続してもよい。また、間に遮断機能を設ける等すれば直列接続した電池セルを並列接続にすることもできる。制御ユニット２０は、マイクロコントローラを主体として構成され、図示されている電圧センサ２２及びバッファメモリ２４のほか、図示しないＣＡＮトランシーバ、リレー３６，３８を駆動するリレー駆動回路を含む。
電圧センサ２２は、制御ユニット２０に内蔵されており、電池モジュール１０の端子間電圧を検出する。温度センサ３２は電池モジュール１０に取り付けられるか、又は電池モジュール１０の近傍に配置され、電池モジュール１０の温度を検出する。電流センサ３４は、電池モジュール１０の一端に接続されたライン上に設けられており、当該ラインを流れる電流（つまり、電池モジュール１０を流れる電流）の量を検出する。
【００２０】
制御ユニット２０は、電圧センサ２２、電流センサ３４、及び、温度センサ３２のアナログ値をＡ／Ｄ変換し、電圧、電流、及び温度のデジタル値を逐次、バッファメモリ２４に記録する。
制御ユニット２０は、所定のタイミングで、バッファメモリ２４に記録された電圧、電流、及び温度のデジタル値を読み出し、電池モジュール１０の電池状態情報（ＳＯＸ）を算出する。なお、本実施形態の説明において電池状態情報ＳＯＸは、例えば電池モジュール１０のＳＯＣ、ＳＯＰ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ；充放電可能電力）、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ；健全度）、内部抵抗のいずれかの推定値、又は２以上の推定値の組合せであるが、電池の状態の指標となる情報であれば他の情報であってもよい。
【００２１】
制御ユニット２０のマイクロコントローラはＣＡＮトランシーバを制御し、予め設定されたタイミングで（例えば、所定のインターバルで）、算出した電池モジュール１０の電池状態情報ＳＯＸを含むデータフレームを電池系ＣＡＮバス２００へ送出する。このとき、データフレームには、送信ノードであるスレーブ電池パック（つまり、電池パック３−２，３−３のいずれか）を特定するＩＤが含まれる。ここで、タイミングの設定情報（インターバルの時間の値など）は、制御ユニット２０内のメモリ（図示せず）に保存されている。
【００２２】
図３を参照すると、マスター電池パックＭＰは、制御ユニット２０Ａのほか、スレーブ電池パックＳＰと同様に、電池モジュール１０、電圧センサ２２、温度センサ３２、電流センサ３４、及び、リレー３６，３８を含む。
制御ユニット２０Ａは、マイクロコントローラを主体として構成され、図示されている電圧センサ２２及びバッファメモリ２４Ａのほか、図示しないＣＡＮトランシーバ、リレー３６，３８を駆動するリレー駆動回路を含む。
マスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａの構成は、概ねスレーブ電池パックＳＰの制御ユニット２０と同じであるが、制御ユニット２０Ａは制御ユニット２０とは以下の点で異なる。
【００２３】
制御ユニット２０Ａは、ＣＡＮトランシーバを制御し、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２の各電池モジュール１０の状態情報を電池系ＣＡＮバス２００から受信する。制御ユニット２０Ａは、マスター電池パックＭＰの電池モジュール１０の状態情報と、受信したスレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２の各電池モジュール１０の状態情報とに基づいて、統合電池情報を算出する。
統合電池情報は、電池パック３−１〜３−３の各電池モジュール１０の電池状態情報ＳＯＸを統合した情報であり、電池システム１に含まれるすべての電池モジュール１０の電池特性の総合的な指標となる情報である。統合電池情報は、例えば、各電池モジュール１０のＳＯＣの平均値等の、電池状態情報の統計情報や、各電池モジュール１０のＳＯＰの総和等の、相互の電池状態情報を演算した情報、あるいは、複数の電池パックの各ＳＯＰのうちの最小値に電池パックの数を掛け算した値などの、電池状態情報の最小値に関連した情報などである。
【００２４】
制御ユニット２０Ａは、予め設定されたタイミングで（例えば、所定のインターバルで）、算出した統合電池情報を含むデータフレームを車両系ＣＡＮバス１００へ送出する。このとき、データフレームには、送信ノードであるマスター電池パック（つまり、電池パック３−１）を特定するＩＤが含まれる。
なお、上述したスレーブ電池パックＳＰ及びマスター電池パックＭＰにおいて、電圧センサ２２、温度センサ３２、及び電流センサ３４は、それぞれ取得部の一例である。制御ユニット２０，２０Ａは、算出部及び通信部の一例である。電池モジュール１０の温度、電池モジュール１０の端子間電圧、及び、電池モジュール１０を流れる電流は、それぞれ電池モジュール１０の物理量の一例である。
【００２５】
（３）電池システム１の動作
次に、図４〜６を参照して、本実施形態の電池システム１の動作について説明する。
図４は、本実施形態に係るスレーブ電池パックＳＰの処理を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係るマスター電池パックＭＰの処理を示すフローチャートである。図６は、本実施形態に係る電池システム１において主要な処理についてのタイミングチャートである。図５及び図６に示す各処理は主として、それぞれスレーブ電池パックＳＰの制御ユニット２０、及びマスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａのマイクロコントローラによって実行される。
スレーブ電池パックＳＰの制御ユニット２０は、電圧センサ２２、電流センサ３４、及び温度センサ３２から入力する電圧、電流、及び温度のアナログ値をＡ／Ｄ変換し、電圧、電流、及び温度のデジタル値（電圧データ、電流データ、及び温度データ）をバッファメモリ２４に逐次記録している。各センサの検出値のサンプリング間隔は問わないが、例えば１０ｍｓ前後である。
【００２６】
図４において、本実施形態のスレーブ電池パックＳＰの制御ユニット２０は、自身の電池モジュール１０の電圧、電流、及び温度の読み出しタイミングに達した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、バッファメモリ２４から電圧データ、電流データ、及び温度データを読み出す（ステップＳ１２）。読み出しタイミングは問わないが、例えば１００ｍｓ毎のタイミングである。次いで、制御ユニット２０は、読み出した電圧データ、電流データ、及び温度データに基づいて、電池状態情報ＳＯＸを算出し（ステップＳ１４）、バッファメモリ２４に記録する（ステップＳ１６）。
【００２７】
なお、電圧データ、電流データ、及び温度データに基づいて電池モジュール１０の電池状態情報ＳＯＸを算出する方法は、既に公知の如何なる方法をも採ることができる。例えば、電池モジュール１０の内部抵抗は温度データおよび電圧データから算出してもよく、電池モジュール１０のＳＯＣ推定値は電流データと内部抵抗を掛け算した値を電圧データへ加減算するなどして算出してもよい。また、いわゆる電流を積算するクローンカウント手法で算出してもよい。
前述したとおり、本実施形態の電池システム１において電池パック間の通信は、プロデューサ・コンシューマ方式により行われるため、各スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２が電池状態情報ＳＯＸをマスター電池パックＭＰへ送信するタイミングは、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２同士で相互に依存することはなくそれぞれ個別に設定されている。
【００２８】
例えば、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２において５００ｍｓ毎に電池状態情報ＳＯＸを送信するタイミングで設定されている場合、スレーブ電池パックＳＰ１の制御ユニット２０は、前回の送信タイミングから５００ｍｓ経過するまでは待機し（ステップＳ１８：ＮＯ）、前回の送信タイミングから５００ｍｓ経過すると（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、スレーブ電池パックＳＰ２の送信タイミングとは無関係に、ステップＳ１６でバッファメモリ２４に記録された電池状態情報ＳＯＸをマスター電池パックＭＰへ送信する（ステップＳ２０）。
他方、マスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａは、スレーブ電池パックＳＰの制御ユニット２０と同様に、マスター電池パックＭＰ内の各センサの検出値に基づく電圧、電流、及び温度のデジタル値（電圧データ、電流データ、及び温度データ）をバッファメモリ２４Ａに逐次記録している。各センサの検出値のサンプリング間隔は問わないが、例えば１０ｍｓ前後である。
【００２９】
図５において、本実施形態のマスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａは、自身の電池モジュール１０の電圧、電流、及び温度の読み出しタイミングに達した場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、バッファメモリ２４Ａから電圧データ、電流データ、及び温度データを読み出す（ステップＳ３２）。読み出しタイミングは問わないが、例えば１００ｍｓ毎のタイミングである。次いで、制御ユニット２０Ａは、読み出した電圧データ、電流データ、及び温度データに基づいて、ＳＯＣやＳＯＰ等の電池状態情報ＳＯＸを算出し（ステップＳ３４）、バッファメモリ２４Ａに記録する（ステップＳ３６）。なお、電圧データ、電流データ、及び温度データや算出したＳＯＣやＳＯＰ等の電池状態情報ＳＯＸはバッファメモリ２４Ａではなく図示しないＲＡＭに記録してもよい。
【００３０】
図５には図示していないが、マスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａは電池系ＣＡＮバス２００から、スレーブ電池パック（つまり、電池パック３−２，３−３のいずれか）が送信ノードであることを示すＩＤを含むデータフレームを受信し、当該データフレームに含まれる電池状態情報ＳＯＸを、送信元の電池パックと関連付けてバッファメモリ２４Ａに記録する。すなわち、マスター電池パックＭＰは、各スレーブ電池パックＳＰにおいて設定されている電池状態情報ＳＯＸの送信タイミングに応じて逐次、各スレーブ電池パックＳＰの電池状態情報ＳＯＸを含むデータフレームを受信し、当該電池状態情報ＳＯＸを送信元の電池パックと関連付けてバッファメモリ２４Ａに記録する。
なお、スレーブ電池パックＳＰで設定されている送信タイミングのインターバルは、後述する統合電池情報ＩＢＤの算出タイミングのインターバルよりも短く、統合電池情報ＩＢＤを算出タイミングに達するまでの間にはスレーブ電池パックＳＰの電池状態情報ＳＯＸがバッファメモリ２４Ａ内で逐次上書きされていく。
【００３１】
以上説明したように、マスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａは、所定のタイミングで自身の電池モジュール１０の電池状態情報ＳＯＸを算出して図示しないＲＡＭ（ＲＡＮＤＯＭＡＣＣＥＳＳ  ＭＥＭＯＲＹ）またはバッファメモリ２４Ａに記録するとともに、各スレーブ電池パックＳＰの電池モジュール１０の電池状態情報ＳＯＸを、電池系ＣＡＮバス２００を介して取得してバッファメモリ２４Ａに記録する。
そして、予め定められた統合電池情報（以下、適宜「ＩＢＤ」という。）の算出タイミングに達すると（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、制御ユニット２０Ａは、バッファメモリ２４Ａから自身及び各スレーブ電池パックＳＰの電池状態情報ＳＯＸを読み出し（ステップＳ４０）、統合電池情報ＩＢＤを算出する（ステップＳ４２）。
【００３２】
統合電池情報ＩＢＤの算出タイミングに達していない場合には（ステップＳ３８：ＮＯ）、ステップＳ３０に戻る。すなわち、マスター電池パックＭＰの制御ユニット２０Ａは、統合電池情報ＩＢＤの算出タイミングのインターバルの間は、自身の電池状態情報ＳＯＸを算出して逐次バッファメモリ２４Ａに上書きしていく。また、制御ユニット２０Ａは、統合電池情報ＩＢＤの算出タイミングに達する前に各スレーブ電池パックＳＰから受信した電池状態情報ＳＯＸを、逐次バッファメモリ２４Ａに記録、上書きしていく。従って、ステップＳ４２では、マスター電池パックＭＰ及び各スレーブ電池パックＳＰの電池モジュール１０の最新の電池状態情報ＳＯＸに基づいて、統合電池情報ＩＢＤが算出される。
【００３３】
統合電池情報ＩＢＤを算出した後、制御ユニット２０ＡはＣＡＮトランシーバを制御して、算出した統合電池情報ＩＢＤを含むデータフレームを生成し、車両系ＣＡＮバス１００へ送出する。つまり、制御ユニット２０Ａは、統合電池情報ＩＢＤを車両制御ユニット（ＶＣＵ）２へ送信する（ステップＳ４４）。車両制御ユニット（ＶＣＵ）２は、電動車両の使用者に対して電池状態を告知するためメータ等を利用して表示したり、放電末期での放電の制限をする制御に利用したり、放電を停止するタイミングに利用したりすることができる。
【００３４】
図６を参照すると、各スレーブ電池パックＳＰによる電池状態情報ＳＯＸの送信から、車両制御ユニット２が統合電池情報ＩＢＤを受信するまでのタイミングが示されている。図６において、（ａ）はスレーブ電池パックＳＰ１が電池状態情報ＳＯＸを送信するタイミング、（ｂ）はスレーブ電池パックＳＰ２が電池状態情報ＳＯＸを送信するタイミング、（ｃ）はマスター電池パックＭＰにおいてバッファメモリ２４Ａが更新されるタイミング、（ｄ）はマスター電池パックＭＰが統合電池情報ＩＢＤを算出して車両制御ユニット２へ送信するタイミング、（ｅ）は車両制御ユニット２が統合電池情報ＩＢＤを受信するタイミングを、それぞれ示している。
【００３５】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２では、それぞれ電池状態情報ＳＯＸの送信タイミングが予め設定されている。図６（ａ），（ｂ）の例では、送信タイミングのインターバルがスレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２で等しく、交互に送信タイミングが設定されている例が示されているが、その限りではない。各スレーブ電池パックＳＰからの送信タイミングは任意に設定可能であり、仮に送信タイミングが重複したとしてもデータフレームのＩＤに基づきＣＡＮプロトコルで規定された通信調停が行われる。
【００３６】
図６（ｃ）に示すように、マスター電池パックＭＰは、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２からデータフレームが電池系ＣＡＮバス２００に送出されると、当該データフレームに含まれるＩＤに基づいて送信ノードがスレーブ電池パックであることを認識して当該データフレームを受信し、当該データフレームに含まれている電池状態情報ＳＯＸを、送信元のスレーブ電池パック（電池パック３−２，３−３のいずれか）と関連付けてバッファメモリ２４Ａを更新する。
バッファメモリ２４Ａの更新処理は、制御ユニット２０Ａ内の他の処理（例えば、図６（ｄ）に示す統合電池情報ＩＢＤの算出処理）とは独立して（つまり、並列的に）実行される。そのため、例えば、統合電池情報ＩＢＤの算出し送信する処理を実行するのに、バッファメモリ２４Ａの更新処理が完了するまで待機する必要がない。なお、このような並列処理は、制御ユニット２０Ａ内のマイクロコントローラにＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｃｃｅｓｓ）制御部を組み込むことで容易に実現されうる。
【００３７】
マスター電池パックＭＰでは、統合電池情報ＩＢＤを算出し、送信するタイミングが予め決められており、当該タイミングになると、図６（ｄ）に示すように、バッファメモリ２４Ａから、自身とスレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２の最新の電池状態情報ＳＯＸを読み出し、統合電池情報ＩＢＤを算出する。次いでマスター電池パックＭＰは、算出した統合電池情報ＩＢＤを含むデータフィールドと、送信ノードであるマスター電池パックＭＰ（電池パック３−１）を特定するＩＤとを含むデータフィールドとを生成し、車両系ＣＡＮバス１００へ送出する。
【００３８】
図６（ｃ）に示したように、マスター電池パックＭＰのバッファメモリ２４Ａは逐次更新されているため、図６（ｄ）の統合電池情報ＩＢＤの算出及び送信タイミングは、任意のタイミングに設定することができる。
図６（ｅ）に示すように、車両制御ユニット２は、マスター電池パックＭＰから車両系ＣＡＮバス１００へ送出されたデータフレームを逐次受信する。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の電池システム１は、負荷Ｌに対して並列に接続された複数の電池パック３−１〜３−３を有し、複数の電池パックはそれぞれ電池モジュール１０を含む。また、複数の電池パックはマスター電池パック又はスレーブ電池パックのいずれかに設定されている。スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２は、電池モジュール１０の電圧、電流、及び温度を検出して電池モジュール１０の電池状態情報ＳＯＸを算出し、算出した電池状態情報ＳＯＸをマスター電池パックＭＰへ送信する。マスター電池パックＭＰは、自身で算出した電池状態情報ＳＯＸと、スレーブ電池パックＳＰ１，ＳＰ２の各々から受信した電池状態情報ＳＯＸとに基づいて、複数の電池パックの統合電池情報ＩＢＤを算出する。
【００４０】
すなわち、スレーブ電池パックＳＰが、検出した電池モジュール１０の電圧、電流、及び温度の値をマスター電池パックＭＰへ送信し、マスター電池パックＭＰが各電池パックの電池状態情報ＳＯＸを算出するのではなく、本実施形態の電池システム１では、各電池パックにおいて自身の電池状態情報ＳＯＸを算出する。そのため、すべての電池パックの電池状態情報ＳＯＸを算出する処理負荷がマスター電池パックＭＰに集中せず、システム内の複数の電池パックに分散することになる。よって、算出された電池状態情報がスレーブ電池パックから送信されるため、通信量が低減し、電池システム１の拡張性を高めることができる。
【００４１】
さらに、本実施形態の電池システム１では、電池パック間の通信は、プロデューサ・コンシューマ方式により行われる。つまり、各スレーブ電池パックＳＰがマスター電池パックＭＰに対して電池状態情報ＳＯＸを送信するときには、マスター電池パックＭＰからの送信要求を受けずに、各スレーブ電池パックＳＰにおいて予め設定されたタイミングで送信を行うことから、電池システム１内に収容可能な電池パック数を増加させることに寄与する。以下、その理由について説明する。
仮に、マスター電池パックＭＰと各スレーブ電池パックＳＰの間の通信がポーリング方式で行われたとしたならば、マスター電池パックＭＰがスレーブ電池パックＳＰに対して送信要求を行ってからデータを受信するまでの処理時間がスレーブ電池パックＳＰの数だけ必要になることから、スレーブ電池パックＳＰの数を増加させるにつれて、すべてのスレーブ電池パックＳＰの電池状態情報ＳＯＸを受信するための通信時間が長くなる。そのため、スレーブ電池パックＳＰの数の増加に応じて車両制御ユニット２へ統合電池情報ＩＢＤを送信するときのインターバルを長くせざるを得ない。
【００４２】
それに対して本実施形態では、マスター電池パックＭＰから各スレーブ電池パックＳＰへの送信要求が不要であり、各スレーブ電池パックＳＰから個別のタイミングでバスへ送出される電池状態情報ＳＯＸのデータを逐次、マスター電池パックＭＰが受信する構成としている。そのため、スレーブ電池パックＳＰの数が増加しても、すべてのスレーブ電池パックＳＰの電池状態情報ＳＯＸを受信するのに要する時間の増加を抑制することが可能となる。また、電池パックの電池状態情報ＳＯＸの算出をシステム内の複数の電池パックに分散しているため、マスター電池パックの負荷が低減することで、処理速度も増加する。従って、電池システム１内に収容可能な電池パック数を増加させることができる。すなわち、電池システム１の拡張性を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態の電池システム１では、電池パックの電池状態情報ＳＯＸの算出をシステム内の複数の電池パックに分散し、更に各スレーブ電池パックＳＰがマスター電池パックＭＰに対して電池状態情報ＳＯＸを送信するときには、マスター電池パックＭＰからの送信要求を受けずに、各スレーブ電池パックＳＰにおいて予め設定されたタイミングで送信を行っているため、マスター電池パックの機能を低減でき、これにより電池パック全体を統括するシステム制御部を複数の電池パックのいずれかに統合でき、システム制御部を配置する電動車両内のスペースの低減及びコストの低減を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態の電池システム１では、マスター電池パックＭＰが自身の電池モジュール１０に関する電圧や温度等の情報収集と、スレーブパックＳＰの電池モジュール１０に関する情報収集およびそれらに基づく統合電池情報ＩＢＤの算出とを兼用しているため、複数の電池パック全体を統括するシステム制御部が複数の電池パックと別体である場合と比べてコストが低減できる。
また、本実施形態の電池システム１では前述のとおり処理負荷が複数のパックに分散されるためにマスター電池パックＭＰの処理負荷を抑制できるので、データ処理に関連するコストを低減できる。また、前述のとおりスレーブ電池パックＳＰの数が増加してもすべてのスレーブ電池パックＳＰの電池状態情報ＳＯＸを受信するのに要する時間の増加を抑制できるので、データ処理に関連するコストを低減できる。
【００４５】
以上、本発明の電池システムの一実施形態について詳細に説明したが、本発明の電池システムは上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。
例えば、マスター電池パックからの送信要求を受けずにスレーブ電池パックが電池状態情報を送信する限り、マスター電池パックとスレーブ電池パックの間の通信方式は、特定の通信方式に限定されるものではなく、プロデューサ・コンシューマ方式以外の通信方式を採ってもよい。
【００４６】
上述した実施形態では、本発明の電池システムを電動車両に適用した場合について説明したが、その限りではない。本発明の電池システムは、車両以外の機器に適用してもよい。その場合でも、電池パックとは独立したシステム制御部を格納するスペースが不要になるという省スペース性、及び、接続される電池パック数を増加させてシステムの拡張性を高くできるメリットが得られることは言うまでもない。
電池状態情報の種類によって、システムが成立しうる範囲内で各スレーブ電池パックの電池状態情報の送信タイミングを変えてもよい。例えば、ＳＯＨの送信頻度をＳＯＣ、ＳＯＰ、内部抵抗のいずれかの送信頻度よりも低くしてもよい。また、状況に応じてスレーブ電池パックによる電池状態情報の送信タイミングを可変としてもよい。例えば、電池状態情報の送信タイミングは一定のインターバル毎のタイミングではなく、不定期のタイミング（例えば、ＳＯＣ等の推定値の演算結果が得られた時点）であってもよい。また、スレーブ電池パック毎に送信タイミングのインターバルが異なっていてもよい。
【００４７】
各スレーブ電池パックは、それぞれ個別に、電池状態情報の送信タイミングを決定してもよい。その場合、各スレーブ電池パックで送信タイミングが不定期となってもよい。
以上の実施形態及びその変形例から明らかなように、電池パックを増設した場合に生じる、システム制御部の負荷の集中という課題に関しては、システム制御部の機能を各電池パックに分散させることで解決でき、かつシステム制御部と電池パックとの通信量の増加は、機能の分散及び電池パック自らのタイミングで送信する方式にすることで解決できる。更に、システム制御部が別体であることによるスペースの確保については、各電池パックへの機能の分散によりシステム制御部の負荷が低減することで、コストを増価させることなくマスター制御部にシステム制御部の機能を統合させることで解決できる。
【符号の説明】
【００４８】
１…電池システム
２…車両制御ユニット（ＶＣＵ）
３−１〜３−３…電池パック
４…１２Ｖ電池
５…イグニッションスイッチ
６，７…メインリレー
１０…電池モジュール
１０−１〜１０−８…電池セル
１００…車両系ＣＡＮバス
２００…電池系ＣＡＮバス
ＳＰ１，ＳＰ２（ＳＰ）…スレーブ電池パック
ＭＰ…マスター電池パック
１０…電池
２０，２０Ａ…制御ユニット（ＣＵ）
２２…電圧センサ
２４，２４Ａ…バッファメモリ
３２…温度センサ
３４…電流センサ
３６，３８…リレー
Ｌ…負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月27日(2018.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるとともに複数の電池パックを有する電池システムであって、
前記複数の電池パックの各々は、１又は複数の電池と、当該１又は複数の電池の物理量を取得する取得手段と、取得した物理量に基づいて前記１又は複数の電池の状態に関する情報である電池状態情報を算出する算出手段と、他の電池パックとの間で通信を行う通信手段と、を含み、
前記複数の電池パックのうちいずれかの電池パックがマスター電池パックに設定され、マスター電池パック以外の電池パックがスレーブ電池パックに設定されており、
スレーブ電池パックは、マスター電池パックに対して、算出した電池状態情報を送信し、マスター電池パックは、前記複数の電池パックの各々の電池状態情報に基づいて、前記複数の電池パックの統合的な情報である統合電池情報を算出するように構成され、
前記車両の車両制御ユニットと前記マスター電池パックとの通信線と、前記マスター電池パックと前記スレーブ電池パックとの通信線とが異なる通信線とされ、
前記スレーブ電池パックから前記マスター電池パックへの送信インターバルは、前記マスター電池パックから前記車両制御ユニットへの送信インターバルよりも短いことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記スレーブ電池パックは、前記マスター電池パックから送信要求を受けずに、前記電池状態情報を予め設定されたタイミングで送信する請求項１に記載された電池システム。
【請求項３】
前記電池の物理量は、少なくとも前記１又は複数の電池の端子間電圧と前記１又は複数の電池を流れる電流であって、
前記電池状態情報は、前記電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ）、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）及び内部抵抗のうち少なくともいずれか１つである請求項１又は２に記載された電池システム。
【国際調査報告】
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