(57)【要約】【課題】  通信ネットワークの負荷を低減して安定した電力供給を行なう二次電池装置および車両を提供する。【解決手段】  複数の二次電池セルＢＴを含む組電池１０と、二次電池セルＢＴの端子間電圧を測定する電圧測定部２２と、電圧測定部２２で測定された複数の測定データを受信し、複数の測定データの最初の測定値をバイナリ値に変換し、続く測定データの測定値と直前の測定値との差分値を算出し、差分値を予め設定された符号語に変換するように構成された符号化回路５０と、を備えたことを特徴とする二次電池装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルを含む組電池と、
前記二次電池セルの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部で測定された複数の測定データを受信し、前記複数の測定データの最初の測定値をバイナリ値に変換し、続く測定データの測定値と直前の測定値との差分値を算出し、前記差分値を予め設定された符号語に変換するように構成された符号化回路と、を備えたことを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
前記符号化回路は、符号語に変換しないように構成されたことを特徴とする請求項１記載の二次電池装置。
【請求項３】
前記符号化回路は、算出した差分値が閾値以上である場合に差分値をバイナリ値に変換するとともに符号語に変換していないことを示すマーカビットを挿入するように構成された請求項２記載の二次電池装置。
【請求項４】
複数の二次電池セルを含む組電池と、
前記二次電池セルの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部で測定された複数の測定データを受信し、前記複数の測定データの最初の測定値をバイナリ値に変換し、続く測定データの測定値と直前の測定値との差分値を算出し、前記差分値をバイナリ値に変換し、前記バイナリ値のデータビット長を予め設定された符号語に変換し、前記バイナリ値と前記符号語とを含むデータを出力するように構成されたことを特徴とする二次電池装置。
【請求項５】
複数の二次電池セルを含む組電池と、
前記二次電池セルの端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部で測定された複数の測定データを受信し、前記複数の測定データの測定値の平均値を算出し、前記平均値と前記複数の測定データの測定値との差分絶対値を算出して前記差分絶対値が小さい順に並び替え、前記平均値および最初の前記差分絶対値をバイナリ値に変換し、続く差分絶対値と直前の差分絶対値との差分値を算出し、前記差分値を予め設定された符号語に変換するように構成された符号化回路と、を備えたことを特徴とする二次電池装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の二次電池装置を備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、二次電池装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電時に温室効果ガスを排出しない再生可能エネルギーを利用した発電設備を設置し、電力供給システムの低炭素化が検討されている。再生可能エネルギーを利用した発電は、電力供給量の制御が困難であり、安定した電力供給を実現することが困難である。
【０００３】
将来、このような再生可能エネルギーを利用した発電設備の設置数が拡大すると、短期的な電力需給バランスが崩れ、電力の周波数が適正値を逸脱する等、電力の安定供給が困難となり、電力の品質が悪化する恐れがある。
【０００４】
そこで、再生可能エネルギーを利用した発電設備での余剰電力を蓄電する二次電池を配電系に設置するほか、需要家等に設置されている蓄電設備を活用して、蓄電や配電を行うことが検討されている。このためには、各階層のエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）を統合的に連携させる仕組みが必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】低炭素社会実現のための次世代送配電ネットワークの構築に向けて〜次世代送配電ネットワーク研究会  報告書〜（ＵＲＬ：http://www.meti.go.jp/report/data/g100426aj.html）
【非特許文献２】「スマートグリッドに関する国際標準化ロードマップ」の公表〜次世代エネルギーシステムに係る国際標準化に向けて〜（ＵＲＬ：http://www.meti.go.jp/press/20100128003/20100128003.html）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、複数の二次電池セルを含む二次電池装置では、二次電池セルの端子間電圧や温度等を監視して、二次電池装置の動作を制御している。また上位システムには二次電池装置の状態を通知するともに、必要に応じて複数の二次電池セルの端子間電圧等のデータを通知している。
【０００７】
今後、需要家や車両等で必要な電圧が大きくなると、二次電池装置に搭載される二次電池セル数が増大することが予想される。その結果、各需要家、各車両から個別に双方向通信をおこなう必要が生じると、ＥＭＳとの間で大量のデータが送受信されることとなる。さらに、二次電池セルの故障予測等のために時系列のデータがＥＭＳとの間で大量に送受信されることとなる。このような状況では、二次電池セルに関する情報（端子間電圧、温度等）のデータが大量に送受信されることにより通信ネットワークの負荷が増大し、電力の安定供給が困難になる可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、通信ネットワークの負荷を低減して安定した電力供給を行なう二次電池装置および車両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】
【０００９】
実施形態による二次電池装置は、複数の二次電池セルを含む組電池と、前記二次電池セルの端子間電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧測定部で測定された複数の測定データを受信し、前記複数の測定データの最初の測定値をバイナリ値に変換し、続く測定データの測定値と直前の測定値との差分値を算出し、前記差分値を予め設定された符号語に変換するように構成された符号化回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る車両の一構成例を説明するための図である。
【図２】実施形態に係る二次電池装置の一構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】実施形態に係る二次電池装置のデータ圧縮方法の第１例を説明するための図である。
【図４】図２に示す差分値に対応する符号後の一例を説明するための図である。
【図５】図３に示すデータ圧縮方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】図３に示すデータ圧縮方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図７】図３に示すデータ圧縮方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施形態に係る二次電池装置のデータ圧縮方法の第２例を説明するためのフローチャートである。
【図９】実施形態に係る二次電池装置のデータ圧縮方法の第３例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、第１実施形態に係る二次電池装置および車両について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に、本発明の一実施形態に係る車両の一構成例を概略的に示す。本実施形態に係る車両は、例えば電気自動車あるいはハイブリッド自動車であって、二次電池装置が搭載されている。
【００１３】
車両は、組電池モジュール４００と、組電池モジュール４００の動作を制御する電池管理装置３００と、運転制御部５００と、組電池モジュール４００から電力が供給されるモータ６００と、上位システム７０と、シャーシ１０００と、駆動輪ＷＲ、ＷＬを備えている。
【００１４】
組電池モジュール４００は、複数の二次電池セルＢＴを含む組電池１０（図２に示す）を備えている。組電池モジュール４００の正極端子と負極端子とは、運転制御部５００に接続されている。
【００１５】
電池管理装置３００は、組電池モジュール４００から複数の二次電池セルＢＴの端子間電圧値（正極端子と負極端子との電圧差の値）、組電池１０に流れる電流値、および、組電池１０近傍の温度値が供給され、組電池１の充電および放電等を管理している。
【００１６】
運転制御部５００は、インバータを備え、組電池モジュール４００から供給される電圧を変換するとともに、運転指令を受けて出力電流・電圧のレベル制御及び位相制御などを行う。運転制御部５００の出力は、モータ６００に駆動電力として供給される。モータ６００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。
【００１７】
上位システム７０は、電池管理装置３００から複数の二次電池セルＢＴの測定データ等を受信して、電池管理装置３００の動作を制御するように構成されている。
【００１８】
図２に、本実施形態に係る二次電池装置の一構成例を概略的に示す。図２に示す二次電池装置は、複数の二次電池セルＢＴを含む組電池１０と、測定回路２０と、セルバランス回路３０と、制御回路４０と、符号化回路５０と、を備えている。測定回路２０は、電圧測定部２２と、電流測定部２４と、温度測定部２６とを備えている。二次電池セルＢＴは、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池である。二次電池装置が車両に搭載される場合、組電池１０と測定回路２０とセルバランス回路３０とは、組電池モジュール４００に搭載され、制御回路４０と符号化回路５０とは電池管理装置３００に搭載される。
【００１９】
電圧測定部２２は、各二次電池セルＢＴの正極端子の電圧と負極端子の電圧とを取得して端子間電圧を測定する。電圧測定部２２は、測定した端子間電圧の値を制御回路４０へ出力する。
【００２０】
電流測定部２４は、組電池１０の電流経路に設置され、組電池１０の充放電電流を測定する。電流測定部２４は、測定した充放電電流の値を制御回路４０へ出力する。
【００２１】
温度測定部２６は、複数の二次電池セルＢＴの近傍に配置され複数の二次電池セルＢＴの温度を検出する温度センサ（図示せず）を備える。温度測定部２６は、温度センサで検出された温度の値を制御回路４０へ出力する。
【００２２】
セルバランス回路３０は、複数の二次電池セルＢＴの端子間電圧（もしくは充電量）が等しくなるように、複数の二次電池セルＢＴを個別に充電あるいは放電させる。各二次電池セルＢＴにはばらつきが存在する。たとえば、満充電の複数の二次電池セルＢＴを直列接続して使用していても、それぞれの二次電池セルＢＴの内部抵抗等のばらつきにより、各二次電池セルＢＴの端子間電圧（もしくは充電量）に差が生じる。このように各二次電池セルＢＴの端子間電圧（もしくは充電量）が異なると、過充電や過放電の原因となるとともに、全体として使用できる放電容量が減少する。セルバランス回路３０は、このような複数の二次電池セルＢＴのばらつきによる充電量の差がなくなるように、二次電池セルＢＴを個別に充電あるいは放電させるように構成されている。
【００２３】
制御回路４０は、測定回路２０およびセルバランス回路３０の動作を制御する。制御回路４０には、電圧測定部２２、電流測定部２４、および、温度測定部２６から、端子間電圧、充放電電流、および、温度の測定データを受信してメモリ（図示せず）へ記録するとともに、符号化回路５０へ出力する。また、制御回路４０は、測定回路２０から受信した端子間電圧から、各二次電池セルＢＴのセルバランス時間を演算し、セルバランス回路３０の動作を制御する。
【００２４】
符号化回路５０は、制御回路４０から受信した測定データを符号化して出力する。符号化回路５０は、受信した測定データについて直前のデータとの差分値を算出し、差分値の値について予め設定された符号語に変換して出力するように構成されている。符号化回路５０は、差分値をランレングス符号化するように構成されてもよく、ハフマン符号化するように構成されてもよい。
【００２５】
図３に、符号化回路５０において端子間電圧の測定データを符号化する例を示す。なお図３では、説明のために、測定データを受信した順に１番目から１０番目までの値を記載している。
【００２６】
図５に、符号化回路５０において測定データを圧縮する動作例を説明するフローチャートを示す。符号化回路５０は、１０個の端子間電圧の測定データをシリアルに受信すると、最初の端子間電圧値をバイナリ値に変換する（ステップＳＴＡ１）。図３に示す場合では、最初の端子間電圧値である２．５６０Ｖ（２５６０ｍＶ）をバイナリ値である１０１０_００００_００００に変換する。
【００２７】
次に、符号化回路５０は、２番目以降の端子間電圧値について、直前の端子間電圧値との差分値を算出する（ステップＳＴＡ２）。図３に示す場合では、例えば２番目の端子間電圧値である２．５６１Ｖから１番目の端子間電圧値である２．５６０Ｖを引いて、差分値である１ｍＶを算出する。符号化回路５０は、３番目から１０番目の端子間電圧についても同様に差分値を算出する。続いて、符号化回路５０は、算出した差分値を予め設定した符号語に変換する（ステップＳＴＡ３）。
【００２８】
図４に、差分値の値に対応する符号語の一例を示している。図４では、差分値が０ｍＶのときに符号語を０とし、差分値が１ｍＶのときに符号語を０１とし、差分値が−１ｍＶのとき符号語を００１とし、差分値が２ｍＶのときに符号語を０００１とし、差分値が−２ｍＶのときに符号語を００００１としている。
【００２９】
上記のように符号化回路５０で測定データを符号化すると、符号化後の圧縮データは総ビット数が３５ビットとなる。例えば、各データをバイナリ値に変換すると、それぞれ１２ビットのデータとなり、総ビット数は１２０ビットとなる。したがって、上記のように測定データを符号化することにより、上位システム７０へ出力するデータを約２９％に圧縮することができる。
【００３０】
上位システム７０は、符号化回路５０から出力された圧縮データを受信する複合化回路６０を備えている。
【００３１】
複合化回路６０は、受信した圧縮データから、まず、１番目のバイナリ値を変換して１番目の端子間電圧値の測定データを得る。続いて、複合化回路６０は、予め符号語に対応して設定された差分値に基づいて、１番目のバイナリ値に続くビット列から差分値を複合し、１番目の端子間電圧値を用いて２番目から１０番目の端子間電圧値を順次複合する。
【００３２】
このように、符号化回路５０は、複合化回路６０で複合可能となるように測定データを可逆圧縮符号化し、送信データ量を小さくすることにより通信ネットワークの負荷を低減している。
【００３３】
さらに、本実施形態に係る二次電池装置では、複数の二次電池セルＢＴは、セルバランス回路３０により端子間電圧値の差分が無くなるように充電または放電されている。したがって、差分値に対応する符号語を用いて符号化することにより、測定データを効果的に圧縮することができる。
【００３４】
以下に、符号化回路５０が測定データを符号化する動作の他の例について説明する。
【００３５】
図６に、符号化回路５０において測定データを圧縮する他の動作例を説明するフローチャートを示す。符号化回路５０は、最初に測定データを降順又は昇順に並べ替えてから（ステップＳＴＢ１）、降順又は昇順に並んだ測定データの最初の端子間電圧値をバイナリ値に変換する（ステップＳＴＢ２）。次に、符号化回路５０は、２番目以降の端子間電圧値について、直前の端子間電圧値との差分値を算出する（ステップＳＴＢ３）。続いて、符号化回路５０は、ステップＳＴＡ３と同様に、算出した差分値を予め設定した符号語に変換する（ステップＳＴＢ４）。
【００３６】
最初に測定データを降順に並べ替えると、差分値が常にゼロ又は負の数となる。したがって、例えば、差分値が０ｍＶのときの符号語を０とし、差分値が−１ｍＶのときの符号語を０１とし、差分値が−２ｍＶのときの符号語を００１とすることにより、より効果的に測定データを圧縮することができる。
【００３７】
また、最初に測定データを昇順に並べ替えると、差分値が常にゼロ又は正の数となる。したがって、例えば、差分値が０ｍＶのときの符号語を０とし、差分値が１ｍＶのときの符号語を０１とし、差分値が２ｍＶのときの符号語を００１とすることにより、より効果的に測定データを圧縮することができる。
【００３８】
また、図７に、符号化回路５０において測定データを圧縮する他の動作例を説明するフローチャートを示す。符号化回路５０は、測定データの最初の端子間電圧値をバイナリ値に変換する（ステップＳＴＣ１）。次に、符号化回路５０は、２番目以降の端子間電圧値について、直前の端子間電圧値との差分値を算出する（ステップＳＴＣ２）。続いて、符号化回路５０は、算出した差分値が閾値以上か否かを判断する（ステップＳＴＣ３）。
【００３９】
算出した差分値が閾値以上である場合には、符号化回路５０は差分値を符号化せずにバイナリ値に変換する（ステップＳＴＣ５）。算出した差分値が閾値未満である場合には、符号化回路５０はステップＳＴＡ３と同様に算出した差分値を予め設定した符号語に変換する（ステップＳＴＣ４）。
【００４０】
このとき、差分値を符号語に変換すると符号化後の符号長が、差分値をバイナリ値に変換した後の符号長よりも長くなる場合には、符号化回路５０は差分値を符号化せずにバイナリ値に変換する。このように、閾値を設定すると、差分値が大きくなった場合でも効果的に測定データを圧縮することができる。
【００４１】
なお、符号化回路５０は、測定データを符号化しない場合には、符号化しないことを示すマーカビットをヘッダに挿入して出力する。このようなマーカビットを挿入することによって、複合化回路６０は圧縮データを複合することが可能となる。
【００４２】
上記のように、本実施形態に係る二次電池装置および車両によれば、通信ネットワークの負荷を低減して安定した電力供給を行なう二次電池装置および車両を提供することができる。
【００４３】
次に、第２実施形態に係る二次電池装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施形態に係る二次電池装置と同様の構成について同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、符号化回路５０が差分値を符号化する動作が上述の第１実施形態と異なっている。例えば、測定データの差分値が大きい場合に、各差分値に対応する符号語を設定して符号化を行なうと、符号長が著しく長くなり圧縮率が悪化することがある。そこで、本実施形態では、測定データの符号化を行う際、圧縮データをデータビット長部分とデータ部分とにより構成し、データビット長部分についてのみエントロピー符号化を行なうように構成されている。
【００４５】
まず、符号化回路５０は、１０個の端子間電圧の測定データをシリアルに受信すると、最初の端子間電圧値をバイナリ値に変換する（ステップＳＴＡ１）。次に、符号化回路５０は、２番目以降の端子間電圧値を、直前の端子間電圧値との差分値を算出する（ステップＳＴＡ２）。続いて、符号化回路５０は、算出した差分値を予め設定した符号語に変換する（ステップＳＴＡ３）。
【００４６】
図８に本実施形態に係る二次電池装置のデータ圧縮方法の例を説明するための図を示す。図８では、算出した差分値の値をバイナリ値に変換した際のデータビット長毎に０〜８の組に分類している。符号化回路５０は、データビット長部分を０〜８の組のそれぞれに対応する符号語とする。さらに符号化回路５０は、算出された差分値をバイナリ値に変換して圧縮データのデータ部分とする。例えば、差分値が３０ｍＶである場合には、圧縮データのデータビット長部分は１１０となり、データ部分は１１１１０となる。符号化回路５０は、データビット長部分とデータ部分とからなる圧縮データを上位システム７０の複合化回路６０へ出力する。
【００４７】
複合化回路６０は、受信した圧縮データから、まず、１番目のバイナリ値を変換して１番目の端子間電圧値の測定データを得る。続いて、複合化回路６０は、予め符号語に対応して設定されたデータビット長に基づいて、１番目のバイナリ値に続くビット列から差分値のデータビット長を複合し、さらに複合したデータビット長分のビット列のバイナリ値から差分値を複合する。上記のように、複合化回路６０は１番目のバイナリ値に続くビット列から差分値を複合し、１番目の端子間電圧値を用いて２番目から１０番目の端子間電圧値を順次複合する。
【００４８】
このように、符号化回路５０は、複合化回路６０で複合可能となるように測定データを可逆圧縮符号化し、送信データ量を小さくすることにより通信ネットワークの負荷を低減している。すなわち、本実施形態に係る二次電池装置および車両によれば、通信ネットワークの負荷を低減して安定した電力供給を行なう二次電池装置および車両を提供することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態に係る二次電池装置および車両では、差分値がある程度大きくなる測定データが得られる場合では、上述の第１実施形態に係る場合よりも圧縮率を向上させることができる。
【００５０】
次に、第３実施形態に係る二次電池装置について図面を参照して説明する。本実施形態に係る二次電池装置は、符号化回路５０が測定データを符号化する動作が上述の第１実施形態と異なっている。以下の説明において、上述の第１実施形態に係る二次電池装置と同様の構成について同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図９に、本実施形態に係る二次電池装置のデータ圧縮方法の例を説明するための図を示す。
【００５２】
まず、符号化回路５０は、１０個の端子間電圧の測定データをシリアルに受信すると、
１０個の端子間電圧の値の平均値を算出する（ステップＳＴＤ１）。次に、符号化回路５０は、算出した差分値と、各端子間電圧との差分の絶対値（差分絶対値）を算出する（ステップＳＴＤ２）。
【００５３】
符号化回路５０は、算出した平均値を先頭とし、差分絶対値を小さい順に並び替える（ステップＳＴＤ３）。なお、このときに、差分絶対値は大きい順に並び替えてもよい。続いて、符号化回路５０は、２番目の差分絶対値について、直前の差分絶対値との差分を算出し、３番目から１０番目の差分絶対値についても同様に差分を算出する（ステップＳＴＤ４）。符号化回路５０は、算出した差分値を予め設定した符号語に変換する（ステップＳＴＤ５）。符号化回路５０は、平均値と最初の差分絶対値とをバイナリ値に変換し、バイナリ値と符号語とを含む圧縮データを出力する。
【００５４】
複合化回路６０は、受信した圧縮データから、まず、１番目のバイナリ値および２番目のバイナリ値を変換して１０個の測定データの平均値および１番目の差分絶対値を得る。続いて、複合化回路６０は、予め符号語に対応して設定された差分絶対値の差分値に基づいて、２番目のバイナリ値に続くビット列から差分絶対値の差分値を複合し、１番目の差分平均値を用いて２番目から１０番目の差分絶対値を順次複合する。上位システム７０は、測定データの平均値と差分絶対値とから、測定データのばらつきを監視することができる。
【００５５】
このように、符号化回路５０は、複合化回路６０で複合可能となるように測定データを可逆圧縮符号化し、送信データ量を小さくすることにより通信ネットワークの負荷を低減している。すなわち、本実施形態に係る二次電池装置および車両によれば、通信ネットワークの負荷を低減して安定した電力供給を行なう二次電池装置および車両を提供することができる。
【００５６】
なお、上述の第１実施形態乃至第３実施形態では、端子間電圧値の測定データを符号化する例について説明したが、温度値や電流値も同様に符号化することができる。符号化回路５０が端子間電圧値、温度値、および電流値の複数種類のデータを符号化する場合には、圧縮データのヘッダにデータの種類を示すマーカビットを挿入することにより、複合化回路６０で複数種類のデータを複合化可能とすることができる。
【００５７】
また、測定時刻が異なる複数のデータを符号化する場合には、符号化回路５０は、圧縮データに測定時刻を示すタイムスタンプビットを挿入するように構成されてもよい。
【００５８】
上述の第１実施形態乃至第３実施形態では、上位システムが複合化回路６０を備えていたが、上位システムは受信した圧縮データを複合化せずに、さらに上位のシステムに送信するように構成されていてもよい。複合化回路６０は、複数の二次電池装置を管理する
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
ＢＴ…二次電池セル、１０…組電池、２０…測定回路、２２…電圧測定部、２４…電流測定部、２６…温度測定部、３０…セルバランス回路、４０…制御回路、５０…符号化回路、６０…複合化回路、７０…上位システム。
【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】
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