(57)【要約】  本発明は、セルコントローラの消費電力を抑えつつセルコントローラとバッテリコントローラとの間の通信距離を伸ばすとともに、通信信頼性を確保することができる、電池制御システムを提供することを目的とするものである。本発明に係る電池制御システムにおいて、バッテリコントローラは、セルコントローラに対して応答要求を送信した後、前記応答要求よりも小さいパワーレベルの無変調波をセルコントローラに対して送信し、前記セルコントローラは、前記無変調波を振幅変調することにより応答信号を生成する（図６参照）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の状態を取得するセルコントローラ、
前記セルコントローラと無線通信することにより前記セルコントローラを制御するバッテリコントローラ、
を有し、
前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラに対して変調信号を用いて応答要求を送信した後、前記セルコントローラに対して前記変調信号よりもパワーレベルが小さい無変調信号を送信し、
前記セルコントローラは、前記応答要求を受け取ると、前記バッテリコントローラに対する応答内容を表す振幅変調を前記無変調信号に対して施すことにより、前記バッテリコントローラに対する応答信号を生成し、前記バッテリコントローラに対して返信する
ことを特徴とする電池制御システム。
【請求項２】
前記セルコントローラは、
前記無変調信号を受信する受信アンテナ、
前記受信アンテナが受信した前記無変調信号を増幅する増幅回路、
前記応答信号を送信する送信アンテナ、
を備え、
前記増幅回路は、前記無変調信号を増幅する際のゲインを第１ゲインと第２ゲインとの間で切り替えることにより、前記振幅変調を前記無変調信号に対して施す
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御システム。
【請求項３】
前記増幅回路は、前記第１ゲインとして、前記無変調信号の受信パワーレベルよりも大きいパワーレベルを出力するゲインを用いるとともに、前記第２ゲインとして、前記無変調信号の受信パワーレベルよりも小さいパワーレベルを出力するゲインを用いる
ことを特徴とする請求項２記載の電池制御システム。
【請求項４】
前記増幅回路は、前記受信アンテナが受信した信号のパワーレベルが大きいほど、前記第１ゲインを小さくする
ことを特徴とする請求項３記載の電池制御システム。
【請求項５】
前記セルコントローラは、
前記無変調信号を受信し前記応答信号を送信するアンテナ、
前記アンテナが受信した前記無変調信号の反射波に対して前記振幅変調を施す変調回路、
を備えることを特徴とする請求項１記載の電池制御システム。
【請求項６】
前記電池制御システムは、前記セルコントローラを複数有し、
各前記セルコントローラは、他の前記セルコントローラと重ならないようにあらかじめ割り当てられた時間スロットを用いて、前記応答信号を前記バッテリコントローラに対して送信する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御システム。
【請求項７】
前記セルコントローラは、前記応答要求を受信してから次の前記応答要求を受信するまでの期間において、前記割り当てられた時間スロット以外の時刻は前記応答信号を送信する際よりも消費電力が小さい動作モードに移行する
ことを特徴とする請求項６記載の電池制御システム。
【請求項８】
前記セルコントローラは、前記電池の状態を計測するセンサから前記電池の状態を取得し、
前記セルコントローラは、前記センサから取得した前記電池の状態に基づき、前記応答内容として、前記電池の両端電圧、前記電池の入出力電流、または前記電池の温度のうち少なくともいずれかを、前記バッテリコントローラに対して送信する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御システム。 
【請求項９】
前記セルコントローラは、前記電池から電力の供給を受ける
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御システム。
【請求項１０】
前記セルコントローラと前記バッテリコントローラは、２．４ＧＨｚの周波数帯域を用いて互いに無線通信する
ことを特徴とする請求項１記載の電池制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池を制御する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球環境問題が大きくクローズアップされる中、地球温暖化防止のため、あらゆる場面で炭酸ガスの排出削減が求められている。炭酸ガスの大きな排出源となっているガソリンエンジン自動車については、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などへの代替が始まっている。【０００３】
ハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力用電源に代表される大型２次電池は、高出力、大容量であることが必要である。そのため、大型２次電池を構成する蓄電池モジュールは、複数の電池（以降、セルと言う）を直並列接続することにより構成される。また２次電池であるリチウムイオン電池は、高電圧充電の防止や過放電による性能低下を適切に防止することが必要である。そこで、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に搭載される蓄電池モジュールは、電池の状態である電圧、電流、温度などを検出する機能を備えている。【０００４】
電池制御システムは一般に、セルコントローラ（ＣＣ）とバッテリコントローラ（ＢＣ）を有する。１つのＣＣは、１以上のセルの電池状態を計測する。ＢＣは、各ＣＣからセルの電池状態を取得し、その結果に基づき充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）や電池劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）を演算する。ＢＣは演算結果を上位のコントローラなどに対して通知する。【０００５】
下記特許文献１は、電池制御システムの構成を開示している。同文献においては、ＣＣとＢＣとの間を無線通信により接続することにより、配線コスト、高電圧対策のための絶縁コスト、組み立てコストなどを低減することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３５７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１記載の技術においては、セルコントローラは無線タグを用いてバッテリコントローラと無線通信することが想定されている。無線タグは比較的通信距離が短いので（例えば数ｃｍ程度）、無線タグを用いてバッテリコントローラとセルコントローラとの間の無線接続を確立する場合、両者の間の距離が近接することになる。そうすると、干渉などによって通信エラーが発生する可能性が高まる。【０００８】
例えばセルコントローラをアクティブ型の無線端末として構成することにより、バッテリコントローラとセルコントローラとの間の通信距離を長くすることが考えられる。しかしこの場合はセルコントローラの消費電力が大きくなる。セルコントローラをパッシブ型の無線端末として構成しつつ通信距離を長くしようとする場合、バッテリコントローラが送信する信号レベルを充分に高くすることが考えられる。しかしこの場合は、バッテリコントローラにおいて、送信側の信号が受信側に回り込み、受信感度が低下する可能性がある。【０００９】
本発明は、上記のような目的に鑑みてなされたものであり、セルコントローラの消費電力を抑えつつセルコントローラとバッテリコントローラとの間の通信距離を伸ばすとともに、通信信頼性を確保することができる、電池制御システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電池制御システムにおいて、バッテリコントローラは、セルコントローラに対して応答要求を送信した後、前記応答要求よりも小さいパワーレベルの無変調波をセルコントローラに対して送信し、前記セルコントローラは、前記無変調波を振幅変調することにより応答信号を生成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電池制御システムによれば、セルコントローラは応答信号を送信するためのキャリア波を生成する必要がないので、消費電力を抑制することができる。またバッテリコントローラは応答要求よりも信号レベルを抑えて無変調波を送信するので、応答要求の通信距離を確保しつつ回り込みによる影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る電池制御システム１の構成図である。
【図２】セルコントローラ１００とバッテリコントローラ２００との間の接続を説明する図である。
【図３】セルコントローラ１００の構成図である。
【図４】バッテリコントローラ２００の構成図である。
【図５】バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間の通信手順を説明するタイムチャートである。
【図６】バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間で送受信する信号レベルを説明する概念図である。
【図７】無線回路１４０の回路構成図である。
【図８】実施形態２におけるセルコントローラ１００の回路構成図である。
【図９】実施形態２においてバッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間で送受信する信号レベルを説明する概念図である。
【図１０】実施形態２における無線回路１４０の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電池制御システム１の構成図である。電池制御システム１は、セル１０を制御するシステムである。電池制御システム１は、リレーボックス４１０を介して、セル１０が供給する電力をインバータ４３０へ供給する。インバータ４３０は、モータ４４０を駆動制御する。ハイブリッドコントローラ４２０は、電池制御システム１を含むシステム全体を制御する上位コントローラである。
【００１４】
電池制御システム１は、セルコントローラ（ＣＣ）１００とバッテリコントローラ（ＢＣ）２００を備える。セルコントローラ１００は、１以上のセル１０を有するセルグループと接続され、そのセルグループに属する各セル１０の状態を計測する。セルグループが複数ある場合は、セルグループごとにセルコントローラ１００を配置する。バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００からセル１０の状態を取得する。セルコントローラ１００とバッテリコントローラ２００との間は、図２で説明する無線通信によって接続される。
【００１５】
図２は、セルコントローラ１００とバッテリコントローラ２００との間の接続を説明する図である。バッテリコントローラ２００は、１以上のアンテナ２５０を備え、アンテナ２５０を介してセルコントローラ１００と無線通信する。セルコントローラ１００が多数存在する場合は、例えば各セルコントローラ１００を２以上のグループに分割し、グループ毎にアンテナ２５０を設けてもよい。
【００１６】
図３は、セルコントローラ１００の構成図である。セルコントローラ１００は、セル１０またはその近傍に取り付けられたセンサ２０からセル１０の状態（両端電圧、入出力電流、温度など）を取得する。セルコントローラ１００は、プロセッサ１３０、無線回路１４０、送信アンテナ１５０、受信アンテナ１６０を備える。無線回路１４０は、送信アンテナ１５０と受信アンテナ１６０を介してバッテリコントローラ２００と無線通信する。
【００１７】
プロセッサ１３０は、電源回路１３１、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤＣ）１３２、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１３３、メモリ１３４、クロック発生器１３５を備える。電源回路１３１は、セル１０から電力を受け取り、これを用いて動作電圧ＶｃｃとＶｄｄを出力する。ＡＤＣ１３２は、センサ２０が出力する計測信号をデジタルデータに変換する。ＣＰＵ１３３は、ＡＤＣ１３２の出力を取得し、無線回路１４０を介してこれを無線送信する。メモリ１３４は、セルコントローラ１００の固有ＩＤなどのデータを記憶する記憶装置である。クロック発生器１３５は、数ＭＨｚ程度の高速クロックと数十ｋＨｚ程度の低速クロックを切り替えて発振することができる。
【００１８】
ＣＰＵ１３３は、無線回路１４０が受け取った通信データに基づき、例えば以下の処理を実施する：（ａ）セルコントローラ１００が備える各回路のオン／オフ、（ｂ）クロック発生器１３５が発振するクロック周波数の切り替え、（ｃ）メモリ１３４に対するリード／ライト、（ｄ）バッテリコントローラ２００から受け取った指示の実施。
【００１９】
図４は、バッテリコントローラ２００の構成図である。バッテリコントローラ２００は、無線回路２１０、ＣＰＵ２２０、電源回路２３０、メモリ２４０、アンテナ２５０を備える。
【００２０】
無線回路２１０は、アンテナ２５０を介してセルコントローラ１００と無線通信する。電源回路２３０は、バッテリコントローラ２００が備えるバッテリまたは外部バッテリから電力供給を受け、これを用いて動作電圧ＶｃｃとＶｄｄを出力する。メモリ２４０は、バッテリコントローラ２００の固有ＩＤなどのデータを記憶する記憶装置である。ＣＰＵ２２０は、無線回路２１０を介して無線通信することにより、セルコントローラ１００に対して指示を送信し、またはセルコントローラ１００からセル１０の状態についての計測結果を受け取る。
【００２１】
図５は、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間の通信手順を説明するタイムチャートである。ここでは２台のセルコントローラ１００（図５におけるＣＣ１とＣＣ２）とバッテリコントローラ２００が無線通信する例を説明する。
【００２２】
バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００に対して、セル１０の状態を返信するよう要求するコマンドＣＳＣを送信する。コマンドＣＳＣは、所定の変調を施した変調波によって送信される。各セルコントローラ１００は、コマンドＣＳＣを略同時に受信する。バッテリコントローラ２００は、コマンドＣＳＣを送信し終えると、次のコマンドＣＳＣを送信するまでの間、無変調波を送信し続ける。
【００２３】
各セルコントローラ１００は、コマンドＣＳＣを受信すると、あらかじめ自身に対して割り当てられた通信スロットにおいて、コマンドＣＳＣに対する応答信号を、バッテリコントローラ２００に対して返信する。各セルコントローラ１００は、コマンドＣＳＣを受信するときと応答信号を送信するとき以外の期間は、送受信動作よりも消費電力が小さい動作モード（スリープモード）に移行する。
【００２４】
図６は、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間で送受信する信号レベルを説明する概念図である。コマンドＣＳＣは任意の変調方式によって変調された変調波を用いて送信され、その後に送信される無変調波はコマンドＣＳＣよりも小さいパワーレベル（例えば数十ｄＢ低いレベル）で送信される。コマンドＣＳＣは充分高い信号レベルで送信するので、少なくともコマンドＣＳＣを送信する際には通信距離を充分に確保できる。
【００２５】
無変調波の信号レベルを下げるのは、バッテリコントローラ２００の受信側に無変調波が回り込んでバッテリコントローラ２００の受信アンプの入出力線形性が飽和することを回避するためである。増幅器は一般に、入力レベルがある程度以上になると、入力と出力との間の線形関係が崩れる（飽和する）特性を有する。したがってある程度の余裕がある動作領域でアンプを動作させることが望ましい。無変調波が受信アンプに対して回り込むと、受信アンプに対する入力が想定外に増えて、入出力特性が飽和する可能性がある。そこでバッテリコントローラ２００は、無変調波の信号レベルをコマンドＣＳＣよりも下げることとした。
【００２６】
セルコントローラ１００は、バッテリコントローラ２００が送信する無変調波を増幅した後、その増幅した無変調波に対して、応答内容を表す振幅変調を施すことにより、応答信号を生成する。２レベルの振幅変調を用いる場合、振幅変調波の大きい側の振幅は、セルコントローラ１００が無変調波を受信したときの受信レベルよりも大きいことが望ましい。さらに振幅変調波の小さい側の振幅は、波形の検出し易さを考慮すると、大きい側の振幅と比較してできる限り小さいことが望ましい。より望ましくは無変調波の受信レベルよりも小さいことが望ましい。
【００２７】
図７は、無線回路１４０の回路構成図である。受信アンテナ１６０は、バッテリコントローラ２００が送信する電波を受信する。受信アンプ１４１は、受信アンテナ１６０が受信した信号を増幅する。フィルタ１４２は、受信アンプ１４１が増幅した信号から所望の成分のみを取り出す。データアンプ１４３は、フィルタ１４２が取り出した成分を増幅する。データスライサ１４４は、データアンプ１４３が増幅した信号をビット値“１”または“０”に変換し、プロセッサ１３０に対して出力する。以上の過程によって受信が完了する。
【００２８】
セルコントローラ１００が応答信号を送信する際には、まずバッテリコントローラ２００が送信する無変調波を受信アンテナ１６０が受信し、受信アンプ１４１はその無変調波を増幅する。ゲイン可変アンプ１４５は、増幅された無変調波を受け取る。プロセッサ１３０は、応答内容を表すビット値に合わせてゲイン可変アンプ１４５の増幅ゲインを変化させる。例えばビット値“１”を表す信号についてはビット値“０”を表す信号よりも増幅ゲインを大きくする。これにより、振幅変調方式を用いて応答信号を生成することができる。具体的なゲイン値としては、振幅変調波が上述のような好適な振幅を有するようにセットすればよい。送信アンテナ１５０は、その応答信号を送信する。
【００２９】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る電池制御システム１において、バッテリコントローラ２００はコマンドＣＳＣよりも小さいパワーレベルで無変調波を送信する。これにより、コマンドＣＳＣの通信距離を確保するとともに、無変調波がバッテリコントローラ２００の受信側へ回り込んでバッテリコントローラ２００の受信アンプを飽和させる現象を抑制できる。特にバッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間の距離が長く、バッテリコントローラ２００が受信した電波を増幅する必要がある場合において、この構成は好適である。
【００３０】
本実施形態１に係る電池制御システム１において、セルコントローラ１００はバッテリコントローラ２００が送信した無変調波を変調することにより応答信号を生成するので、キャリア波を自ら生成する必要がなく、消費電力を抑制することができる。
【００３１】
本実施形態１に係る電池制御システム１は、ゲイン可変アンプ１４５によって無変調波を増幅することができるので、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間の通信距離を長くしたい場合において好適である。
【００３２】
＜実施の形態２＞
実施形態１において、セルコントローラ１００はバッテリコントローラ２００が送信する無変調波を増幅することにより応答信号を生成することを説明した。本発明の実施形態２では、バッテリコントローラ２００が送信する無変調波に対して振幅変調を施すことにより応答信号を生成する点については実施形態１と同様であるが、無変調波そのものを増幅することに代えて無変調波の反射波を用いて応答信号を生成する構成例を説明する。その他の構成は実施形態１と同様であるので、以下では差異点について主に説明する。
【００３３】
図８は、本実施形態２におけるセルコントローラ１００の回路構成図である。本実施形態２において、セルコントローラ１００は受信アンテナ１６０と送信アンテナ１５０に代えて、送受信アンテナ１８０を備える。無線回路１４０の構成については後述の図１０で説明する。
【００３４】
図９は、本実施形態２においてバッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間で送受信する信号レベルを説明する概念図である。セルコントローラ１００は、バッテリコントローラ２００が送信する無変調波の反射波に対して振幅変調を施すことにより、応答信号を生成する。したがって応答信号の信号レベルは、実施形態１よりも小さい。
【００３５】
図１０は、本実施形態２における無線回路１４０の回路構成図である。本実施形態２においては、無線回路１４０は実施形態１と異なり受信アンプ１４１とゲイン可変アンプ１４５を備えておらず、代わりに変調回路１４６を備える。送受信アンテナ１８０は、バッテリコントローラ２００が送信する電波を受信する。フィルタ１４２は、送受信アンテナ１８０が受信した信号から所望の成分のみを取り出す。以後の受信時動作は実施形態１と同様である。
【００３６】
セルコントローラ１００が応答信号を送信する際には、まずバッテリコントローラ２００が送信する無変調波を送受信アンテナ１８０が受信する。プロセッサ１３０は、応答内容を表すビット値に合わせて、変調回路１４６に対して送受信アンテナ１８０のインピーダンスを変化させるよう指示する。変調回路１４６はその指示にしたがって送受信アンテナ１８０のインピーダンスを変化させる。これにより、無変調波の反射波に対して振幅変調を施すことができる。送受信アンテナ１８０は、その応答信号を送信する。
【００３７】
＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る電池制御システム１において、セルコントローラ１００は無変調波の反射波によって応答信号を生成するパッシブ型の無線端末として構成されているので、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００との間の通信距離が比較的短く、セルコントローラ１００の消費電力を抑制したい場合において、好適である。
【００３８】
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
【００３９】
実施形態１において、受信アンテナ１６０が受信した受信レベルが充分大きい場合、受信アンプ１４１からの出力レベルも充分大きい。この場合、ゲイン可変アンプ１４５のゲインを抑えてもよい。反対に受信レベルが充分でない場合は、ゲイン可変アンプ１４５のゲインを大きくすることにより、応答信号のレベルを補ってもよい。
【００４０】
以上の実施形態において、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００は、例えば２．４ＧＨｚの周波数帯域で無線通信することができる。この周波数帯域は数ｍ程度の通信距離において広く用いられているので、バッテリコントローラ２００とセルコントローラ１００の配置が多少変わっても利用することができる。通信環境などの制約が許容するのであれば、その他の周波数帯域を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１：電池制御システム
１０：セル
１００：セルコントローラ
１３０：プロセッサ
１４０：無線回路
１５０：送信アンテナ
１６０：受信アンテナ
１８０：送受信アンテナ
２００：バッテリコントローラ
２１０：無線回路
２２０：ＣＰＵ
２３０：電源回路
２４０：メモリ
２５０：アンテナ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018155246.tif 000011
【図１０】
2018155246.tif 000012
【国際調査報告】
2018155246.tif 000013
2018155246.tif 000014
2018155246.tif 000015
2018155246.tif 000016