電池モジュール及びこれを備えた電池システム
【課題】二次電池を直列に接続し高電圧を構成した場合においても、確実に絶縁しつつ各二次電池の情報を収集することを可能とする。
【解決手段】上記の課題を解決するため、本発明では、電池セルと電池セルの状態の検知・推定を行う電池状態推定装置を有する電池モジュールを、複数直並列に接続した電池システムにおいて、各電池モジュールは、１対１で無線通信を行う通信アンテナをモジュールの上面と下面に設置する。上面と下面の通信アンテナを離すことにより、各通信アンテナから送信される信号が干渉することによる通信不良回避することができる。上記電池モジュールは、無線通信を行うことにより、モジュールどうしを配線などが不要となり、故障による短絡を防ぎ信頼性を向上させる。
【解決手段】上記の課題を解決するため、本発明では、電池セルと電池セルの状態の検知・推定を行う電池状態推定装置を有する電池モジュールを、複数直並列に接続した電池システムにおいて、各電池モジュールは、１対１で無線通信を行う通信アンテナをモジュールの上面と下面に設置する。上面と下面の通信アンテナを離すことにより、各通信アンテナから送信される信号が干渉することによる通信不良回避することができる。上記電池モジュールは、無線通信を行うことにより、モジュールどうしを配線などが不要となり、故障による短絡を防ぎ信頼性を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接続された複数の電池モジュール及びそれを用いた二次電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道などの駆動システムや、バックアップ用のＵＰＳシステムなどに搭載される鉛電池，ニッケル水素電池，リチウム電池などの二次電池は、システムに必要な電圧及び電流を得るために直列及び並列に接続して使用することが多い。
【０００３】
二次電池は、その化学的な性質から充放電可能な電流や電荷量が決まっており、これを超えて充放電すると、性能の急激な低下や故障を引き起こす恐れがある。従って、これらを防ぐためには、二次電池の状態を監視しながら充放電する必要がある。
【０００４】
文献１は複数の二次電池を直列接続し、高電圧の組電池を構成した場合においても、簡単かつ安価な構成で、二次電池の監視を実現する方式が述べられている。この方式は、複数の二次電池を直列に接続した「ブロック」を基本単位とし、これを複数個接続して所望の電圧・電流を得る構成となっている。このブロックにはそれぞれ、ブロックを構成する二次電池を監視，制御するコントローラを設けている。コントローラは当該ブロックから給電を受けることで動作する様に作られており、コントローラの電位はブロックと同電位となる。この構成によれば、コントローラの絶縁耐圧は、隣接するブロック間の電位差より大きければよく、組電池全体の電圧に耐え得る耐圧は必要ない。このため、ブロック内の電池の直列数を適当に設定することで、コントローラの絶縁耐圧を低く抑えることが可能となり、絶縁回路の小型化や、安価なフォトカプラの採用による低コスト化などが図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の発明には以下に述べる問題がある。
【０００７】
上記コントローラは隣接した電位の異なるコントローラと通信するために、絶縁通信用のフォトカプラ等の光部品を有している。この光部品は、鉄道車両の変換装置内部のような高温で条件の悪い環境で長時間使用すると、経年劣化により故障しやすいことが知られている。フォトカプラが短絡故障を起こすと、コントローラ内部の回路にブロックの電圧を越える電圧が印加されコントローラが絶縁破壊する。また、コントローラが短絡すると、各ブロックに含まれる二次電池が短絡放電される可能性があることが分かった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、１つの二次電池、または直列に接続された複数の二次電池と、二次電池の状態の検知または推定を行う電池状態検知装置と、無線通信アンテナと、を有する電池モジュールにおいて、電池状態検知装置が検知または推定した電池状態を有するデータを無線通信アンテナにより電池モジュールの外部に送信可能な電池モジュールである。
【０００９】
または、無線通信アンテナを２つ備え、２つの無線通信アンテナは電池モジュールの相対する位置に取り付けられ、隣接して配置された電池モジュール同士は、無線通信アンテナを介して電池状態を有する情報を１対１で無線通信可能な電池モジュールである。
【００１０】
または、通信を行わないときは、電池状態検知装置をスリープさせ、電池状態検知装置の起動が必要な時は、起動信号を電力として動作する起動回路により電池状態検知装置を起動させる電池モジュールである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、二次電池の状態を監視するコントローラ間の通信を無線で行うことにより、フォトカプラなどによる絶縁が不要となり、フォトカプラ等の絶縁素子の短絡によるコントローラの絶縁破壊や、二次電池の短絡放電を防止でき信頼性を向上できる効果がある。また、モジュールの相反する位置に通信アンテナを配置することにより、各通信アンテナから送信される信号が干渉することによる通信不良回避を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る二次電池システム１０００のブロック図である。
【図２】通信経路がリングタイプの場合の二次電池システムの通信の様子を示す図である。
【図３】二次電池モジュールに搭載されるメイン基板とサブ基板の構成を示す図である。
【図４】メイン基板とサブ基板の起動シーケンスを示す図である。
【図５】起動用信号と通信信号の使用周波数を示す図である。
【図６】通信経路に終端のあるタイプの場合の二次電池システムの通信の様子を示す図である。
【図７】二次電池モジュールを横に２列並べた場合の通信の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
自動車や鉄道などの駆動システムや、バックアップ用のＵＰＳシステムなど比較的高い電圧を必要とするシステムにおいては、複数の電池セルを直列・並列接続する必要があり、複数の電池を監視する必要があり、さらに通信線の絶縁を行う必要もある。本発明は無線通信によって通信線の絶縁と複数の電池の監視を可能とするものである。以下に、本発明の具体的な実施形態を各実施例に分けて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１〜図５を用いて、本実施例を説明する。図１に本発明を適用した二次電池システム１０００を示す。二次電池システム１０００は、複数の二次電池モジュール１００（１００−１〜１００−ｎ）と、通信用アンテナ１０１，１０２、及び、二次電池システム監視装置２００から構成される。
【００１５】
二次電池モジュール１００は、二次電池１０，メイン基板２０（２０−１〜２０−ｎ），サブ基板３０（３０−１〜３０−ｎ）及び双方向に通信可能な無線通信アンテナ７１（７１−１〜７１−ｎ），７２（７２−１〜７２−ｎ）から構成されている。また、メイン基板２０は、電源回路４０と制御回路５０からなる。電源回路４０は、二次電池１０より電力の供給を受け、制御回路５０及び無線通信アンテナ７１，７２の駆動に必要な電力（例えば、直流５Ｖ）を供給する。
【００１６】
制御回路５０は、二次電池１０の状態を検知または推定するとともに、無線通信アンテナ７１，７２が受信した信号と無線通信アンテナ７１，７２から送信する信号を処理する。
【００１７】
通信用アンテナ１０１，１０２は二次電池システム監視装置２００に接続されており、通信用アンテナ１０１は二次電池モジュール１００−１と、通信用アンテナ１０２は二次電池モジュール１００−ｎとそれぞれ通信を行う。図１では、通信用アンテナ１０１から送信した信号を二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎを介して、通信用アンテナ１０２で受信する構成を示している。
【００１８】
二次電池モジュール１００は上面と下面（つまり、相反する位置）にそれぞれ無線通信アンテナ７１，７２を設置することで、自モジュール１００の無線通信アンテナ７１，７２間の距離をとり、両無線通信アンテナ間の送受信の信号の干渉を防止する。また、隣接する二次電池モジュール（例えば１００−１と１００−２）間で無線通信アンテナ（例えば７２−１と７１−２）を対向させるように複数の電池モジュールを配置して、無線通信アンテナ間で１対１通信を行うことで、通信信号の乱反射等による干渉を防ぎ、通信不良を防止する。
【００１９】
メイン基板２０は二次電池１０に蓄えられた電力で動作するため、待機時など二次電池１０の監視が不要な時には、メイン基板２０をスリープさせ、二次電池１０の充電量の低下を防止する。サブ基板３０は、このスリープ状態のメイン基板２０を起動させるために設けられる。このサブ基板３０は無線通信アンテナ７１，７２を介して二次電池モジュールの外部からの電力を得て起動し、スリープ状態のメイン基板２０を起動させる。
【００２０】
図２は、図１における通信用アンテナ１０１から二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎを経由し、通信用アンテナ１０２に至るデータの通信を示したものである。
【００２１】
通常、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎは、無線通信アンテナ７１，７２を受信状態として待機している。二次電池システム監視装置２００で生成されて通信用アンテナ１０１から送信されたデータ２１０は、二次電池モジュール１００−１の無線通信アンテナ７１−１により受信される。受信されたデータ２１０は、メイン基板２０−１の制御回路５０で処理され、受信した旨のＡＣＫ信号を生成する。このＡＣＫ信号は、無線通信アンテナ７１−１から通信用アンテナ１０１に対して送信される。なお、このデータ２１０は、各二次電池モジュール１００−１〜ｎそれぞれに対するコマンドを含んでおり、このコマンドには、内部状態の設定及び電源のＯＦＦ指令などがある。制御回路５０は、データ２１０に含まれるコマンドに対応する処理を行うとともに、二次電池１０の状態情報等を含む情報（ｄａｔａ１）をデータ２１０に付加したデータ２１１−１を生成する。生成されたデータ２１１−１は、データ２１０を受信した無線通信アンテナ７１−１とは反対側の無線通信アンテナ７２−１から送信され、メイン基板２０−１上の制御回路５０はＡＣＫ信号が無線通信アンテナ７２−１で受信するのを持つ。
【００２２】
二次電池モジュール１００−１の無線通信アンテナ７２−１から送信されたデータ２１１−１を二次電池モジュール１００−２の無線通信アンテナ７１−２が受信すると、二次電池モジュール１００−２は、二次電池モジュール１００−１に対しＡＣＫ信号を無線通信アンテナ７１−２から送信するとともに、二次電池モジュール１００−２内部の二次電池１０の状態をデータ２１１−１に付加したデータ２１１−２を生成し、無線アンテナ７２−２から送信する。
【００２３】
このようにすることで、二次電池システム監視装置２００で生成されて通信用アンテナ１０１から送信されたデータ２１０に、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの二次電池１０の状態情報が順次追加されていくため、反対側の通信用アンテナ１０２は、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの全ての二次電池情報が追加されたデータ２１１−ｎを受信することができ、二次電池システム監視装置２００で全ての二次電池の状態を監視することができる。
【００２４】
例えば、二次電池モジュール１００−２が無線通信アンテナ７２−２からデータ２１１−２を送信した後、一定時間経過しても二次電池モジュール１００−３の無線通信アンテナ７１−３からのＡＣＫ信号が受信できない場合には、再度無線通信アンテナ７２−２から当該データ２１１−２が再送される。しかし、所定回数、再送してもＡＣＫ信号が受信できない場合には、当該二次電池モジュール１００−２は、異常が発生したと判断し、反対側の無線通信アンテナ７１−２から、当該データ２１１−２を送信する。なお、無線通信アンテナ７１−２から送信されたデータを無線通信アンテナ７２−１で受信した二次電池モジュール１００−１は、受信したデータに自身の二次電池状態データが追加されているため、そのデータには情報を付加せず、二次電池モジュール１００−２の無線通信アンテナ７１−２に対してＡＣＫ信号を返すとともに、反対側の無線通信アンテナ７１−１より当該データ２１１−２を送信する。
【００２５】
これにより、複数の二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの間の通信で通信障害が発生した場合においても、データを折り返して送信することで、通信が途絶している二次電池モジュールを除いた他の二次電池モジュールとの通信が可能となる。また、当該二次電池モジュール１００−３の無線通信アンテナ７１−３のみが故障している場合、通信用アンテナ１０２側からの通信は、正常である無線通信アンテナ７２−３から通信される。したがって、二次電池モジュール１００−ｍの無線通信アンテナ７１−ｍが故障した場合、通信用アンテナ１０１からは、二次電池モジュール１００−１〜ｍ−１の二次電池１０の情報を、また、通信用アンテナ１０２からは、二次電池モジュール１００−ｍ〜ｎの二次電池１０の情報を収集でき、二次電池システム監視装置２００では全ての二次電池モジュール１００−１〜ｎの情報の収集が可能となる。
【００２６】
また、無線通信アンテナ７１と無線通信アンテナ７２で送信する無線信号の周波数を変えることで無線通信アンテナ７１，７２から送信される無線信号どうしが干渉して通信不良になるのを避けることが可能となる。さらに、無線通信アンテナ７１，７２は二次電池モジュールの相反する位置に設置されて、隣接する二次電池モジュールの無線通信アンテナ７１，７２と対応して通信を行う特徴を生かし、通信手段として、無線以外にレーザー通信やＬＥＤなどの発光素子を用いて通信を行うことで、他の通信との干渉を避けることが可能となる。
【００２７】
さらに、複数の二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの間の無線通信同士の干渉を避けるため、二次電池モジュール１００の相反する面に設置された無線通信アンテナ７１，７２の一方が受信中は、もう片方から送信を行わない方式、つまり、各二次電池モジュール１００の送信時間を時分割に行うことにより、各無線通信アンテナ７１，７２の通信タイミングをずらす方法が考えられる。
【００２８】
図３に二次電池モジュール１００に搭載されるメイン基板２０とサブ基板３０の構成を詳細に示す図である。
【００２９】
メイン基板２０は、電源回路４０と制御回路５０を有する。電源回路４０はリレー４１と電源生成回路４２を有している。制御回路５０は、電源回路４０より電力供給を受けて動作し、電池状態検知装置５２，通信制御装置５３，送受信回路５４−１，５４−２，起動信号生成回路５５，スプリッタ５６−１，５６−２を有している。二次電池モジュールは、二次電池１０の状態情報（電圧，電流，温度）を検知するセンサ５１をさらに有する。なお、電池状態検知装置５２は、センサ５１で検知した二次電池１０の状態情報（電圧，電流，温度）をもとに、電池状態の検知または推定を行う。なお、電池状態検知装置５２及び通信制御装置５３は、１つのマイコンに実装してもよい。
【００３０】
また、サブ基板３０は、起動回路３１と無線通信アンテナ７１，７２が受信した起動用信号３４を電力として蓄えるコンデンサ３２を持つ。起動回路３１はコンデンサ３２に蓄えられた電力が所定以上になると、メイン基板２０に対して、起動要求３３を出力する。
【００３１】
電源回路４０は、サブ基板３０からの起動要求３３を受けるとリレー４１がＯＮされ、電源生成回路４２が起動し、二次電池の電力を用いて、制御回路５０を起動する電力を生成するとともに、リレー４１のＯＮ信号４３を出力する。この方式により、サブ基板３０からの起動要求３３が一度ＯＮになれば、ＯＮ継続信号４３によりリレー４１はＯＮ状態を継続できる。また、制御回路５０よりＯＦＦ要求を受けると、リレー４１をＯＦＦとし、電源生成回路４２の動作が終了することで、メイン基板２０の動作を終了させることができる。
【００３２】
送受信回路５４−１，５４−２は、スプリッタ５６−１，５６−２を介して、それぞれ無線通信アンテナ７１，無線通信アンテナ７２に接続される。送受信回路５４−１及び５４−２はそれぞれ、無線通信アンテナ７１，７２が受信した受信信号や、送信するデータの増幅，フィルタリング，周波数変換を行う。また、無線通信アンテナ７１，７２が受信した受信信号は、スプリッタ５６−１，５６−２により、二次電池モジュールに対するコマンドを含む送受信回路５４−１，５４−２に送られる通信用信号と、サブ基板３０に送られる起動用信号３４に分離される。これにより、通信用信号と起動用信号３４とが別々の周波数であっても、無線通信アンテナ７１と７２は通信用信号と起動用信号３４とを送受信することができる。
【００３３】
起動信号生成回路５５は、通信先相手の二次電池モジュール１００を起動させるための起動要求信号を生成する。生成された起動要求信号は、セレクタ５８を介して、スプリッタ５７−１，５７−２のいずれかに送られ、送受信回路５４−１，５４−２からの送信信号と合流され、無線通信アンテナ７１，７２に送られる。このセレクタ５８により、隣接する二次電池モジュールからの起動用信号を無線通信アンテナ７１，７２のどちらが受信しても、その反対側の無線通信アンテナから起動用信号を送信できる。例えば、無線通信アンテナ７１が隣接する二次電池モジュールから起動信号を受信した場合、セレクタ５８にスプリッタ５７−２側を選択させることで、起動信号生成回路５５から起動用信号を、無線通信アンテナ７２から送信できる。
【００３４】
この構成により、図１に示す構成においても、通信用アンテナ１０１から起動用信号が出力されると、二次電池モジュール１００−１内のサブ基板３０−１を介して、メイン基板２０−１が起動する。二次電池モジュール１００−１が起動すると、無線通信アンテナ７２−１から起動用信号を出力し、二次電池モジュール１００−２を起動させる。このようにすることで、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎを順々に起動させることができる。
【００３５】
続いて、メイン基板２０をスリープさせる場合、通信用アンテナ１０１から終了要求を送信することにより、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎに終了要求が順々に伝わるため、全二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎ内のメイン基板２０を全てスリープさせることができる。
【００３６】
このように、起動用信号を受信してメイン基板２０を起動させるサブ基板３０を設けることで、各二次電池モジュール１００内の二次電池１０の監視が必要な時のみメイン基板２０を起動させることができ、メイン基板２０による二次電池１０の電荷の消費量を抑えることができる。
【００３７】
また、メイン基板２０をスリープとさせる条件として、無線通信アンテナ７１，７２が終了信号を受信した時に加え、一定期間以上、無線通信アンテナ７１，７２がデータを受信しなかった時を含めても良い。また、無線通信アンテナによる通信エラーが所定回数以上連続して発生した場合を含めても良い。
【００３８】
さらに、誤動作によるメイン基板２０の起動を避けるため、二次電池モジュール１００が起動用信号を受信してメイン基板２０が起動すると、制御回路５０は、起動用信号を送信した二次電池モジュールに対して、起動完了信号を送信する。この起動完了信号に対して、ＡＣＫ信号が帰ってくれば、正式の起動要求としてメイン基板２０は起動する。しかし、所定時間内にＡＣＫ信号を受信できなければ、再びメイン基板２０はスリープ状態に戻る。
【００３９】
また、ＡＣＫ信号に特定のコードを入れ込むことで、無用にメイン基板２０が起動することを防ぎ、起動用信号の信頼性を上げることができる。
【００４０】
図４にメイン基板２０とサブ基板３０の起動終了シーケンスを示す。最初、メイン基板２０はＯＦＦ状態とする。サブ基板３０はコンデンサ３２の電圧を確認し、所定の電圧以上かどうかの判定を行う（３０１）。その結果、コンデンサ３２の電圧が所定の電圧以上である場合、メイン基板２０に起動要求信号３３を出力する（３０２）。その後、メイン基板２０の起動の確認を行う（３０３）。なお、図示していないが、一定時間経過後もメイン基板２０の起動が確認できない場合には、エラーを検知する。メイン基板２０起動が確認した後、メイン基板２０の終了確認が終了するのを確認すると（３０４）、コンデンサ３２に蓄えられた電荷を放電し（３０５）、コンデンサの電圧確認（３０１）に戻る。
【００４１】
一方、メイン基板２０は、サブ基板３０から起動要求信号３３を受けると（３０２）、先述のとおり、電源回路４０が起動し、ＯＮ状態に遷移する。電源ＯＮ後、通信の下流（下位）の二次電池モジュール１００が起動しているかどうか確認し（２０１）、起動していなければ、起動用信号を出力する（２０２）。メイン基板２０は終了要求を受信するか、一定時間データを受信しなかった場合に、ＯＦＦ状態に遷移する（２０３，２０４）。
【００４２】
これにより、各二次電池モジュール１００−１〜ｎのメイン回路２０−１〜ｎは、メイン回路２０−１から順々に起動することが可能となる。
【００４３】
図５に通信用信号と起動用信号３４の使用周波数帯域を示す。通信用信号に使用する周波数帯域と起動用信号３４に使用する周波数帯域を分けることにより、通信用信号と起動用信号３４の送信を同時に送信することが可能となる。また、通信用信号と起動用信号の使用帯域を同じとし、メイン基板２０がスリープ状態か否かで通信用信号と起動用信号を切り替える方式も考えられる。つまり、メイン基板２０がスリープ状態の場合には、起動用信号３４を通信し、メイン基板２０が起動している際には、通信用信号を通信する。
【００４４】
さらには、本実施例では、通信用信号と起動用信号３４の双方を送受信する無線通信アンテナ７１，７２を設けたが、通信用信号の専用アンテナと、起動用信号３４の専用アンテナを別々に設けてもよい。
【実施例２】
【００４５】
図６に二次電池システム監視装置２００に接続された通信用アンテナが、１つしかない場合の通信方式を示す（ＡＣＫ信号の通信は省略）。本実施例で言及しない構成は、実施例１と同様の構成であるものとする。この場合、二次電池モジュール１００−１が通信用アンテナ１０２から最も離れた終端となる。通信用アンテナ１０２から送信されたデータ１１０は、各二次電池モジュールを経由して、通信用アンテナ１０２から最も離れた終端の二次電池モジュール１００−１まで伝わり、その後、折り返して二次電池モジュール１００−１から二次電池モジュール１００−ｎに伝わる際に、順々に二次電池１０の状態等の情報を追加されることで、通信用アンテナ１０２は、全ての二次電池１０の情報を受信することができる。
【００４６】
次に、二次電池モジュール１００−１が故障して途中で通信ができなくなった場合について述べる。例えば、二次電池モジュール１００−１が故障している場合には、二次電池モジュール１００−２が、故障した二次電池モジュール１００−１に送信しても、二次電池モジュール１００−２はＡＣＫ信号を受信できない。所定回数、再送してもＡＣＫ信号が受信できない場合には、二次電池モジュール１００−２は二次電池モジュール１００−１が故障したと判断し、二次電池モジュール１００−２は自身が終端であると判断し、通信経路を変更し、二次電池モジュール１００−２が二次電池モジュール１００−３から受信したデータに、二次電池モジュール１００−２の二次電池１０の情報を追加して、当該データを折り返して無線通信アンテナ７２−２から送信する。
【００４７】
このようにすることで、二次電池モジュール１００−１が故障した場合においても、通信用アンテナ１０２は、二次電池モジュール１００−２〜１００−ｎの二次電池情報を受信することが可能となる。
【実施例３】
【００４８】
図７に、二次電池システム１０００を横に２列（ａ系，ｂ系）並べた際の構成を示す（ＡＣＫ信号の通信は省略）。このようにａ系とｂ系のそれぞれの系ごとに、複数の二次電池モジュール１００と通信用アンテナ１０１，１０２を用意する。この例では縦方向に通信を行う例であるが、横方向でもよい。本実施例で言及しない構成は、実施例１と同様の構成であるものとする。
【００４９】
また、通信用アンテナ１０１−ａと１０１−ｂがデータを送信するタイミングをずらすことにより、ａ系とｂ系の隣接する二次電池モジュール１００、例えば、二次電池モジュール１００−１ａと二次電池モジュール１００−１ｂとの間で通信されることを避けることができ、通信の干渉を抑えることが可能となる。
【００５０】
さらに、本実施例では、直列に接続された二次電池モジュール間で通信を行っているが、直列に接続されていない他系の二次電池モジュールであって隣接する二次電池モジュールと通信を行ってもよい。
【００５１】
多系を構成する本実施例により、無線通信を用いて、多数の二次電池モジュール１００内の二次電池１０の状態を、二次電池システム監視装置２００で容易に収集することができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、各二次電池モジュール１００に固有の識別情報（以下、ＩＤと呼ぶ）を割り当て、各二次電池モジュール１００の無線通信アンテナ７１と７２がそれぞれ情報を受信する相手をＩＤにより限定することで、無線通信アンテナ７１，７２から送信された無線電波の乱反射の影響を排除する方法について説明する。本実施例で言及しない構成は、実施例１と同様の構成であるものとする。
【００５３】
二次電池モジュール１００は固有のＩＤを持ち、送信するデータ及びＡＣＫ信号に自身のＩＤを付加して送信する。また、二次電池モジュール１００がデータを受信すると、受信データに含まれるＩＤを読み取り、予め定められた受信相手のＩＤならば、そのデータに対して処理を行い、そうでなければ、受信したデータを廃棄する。これにより、無線電波の乱反射により二次電池モジュール１００から送信されたデータが複数の二次電池モジュール１００に受信された場合にも、予め定められた受信相手の二次電池モジュール１００のみがそのデータに対して処理を行うため、予め定めた通信経路に従ってデータを通信することができる。
【００５４】
例えば、図１において、二次電池モジュール１００−ｉのＩＤをｉ（ｉ＝１〜ｎ）とする。この時、無線通信アンテナ７１−ｉは二次電池モジュール１００−（ｉ−１）と、無線通信アンテナ７２−ｉは二次電池モジュール１００−（ｉ＋１）と通信するので、それぞれ、ＩＤが（ｉ−１），（ｉ＋１）を含む受信データを処理するようにする。
【００５５】
なお、通信用アンテナ１０１，１０２のＩＤはそれぞれ、ＩＤ＝０，ＩＤ＝ｎ＋１とする。
【００５６】
続いて、各二次電池モジュール１００にＩＤを設定する方法としては、以下の方法が考えられる。
【００５７】
一つ目は、二次電池モジュール１００に識別情報設定手段として、例えばＩＤ設定スイッチを設け、メイン基板２０の起動時にＩＤ設定スイッチに設定されたＩＤをメイン基板２０上の制御回路５０が読み取る方法である。
【００５８】
二つ目は、図１には図示されていないが、二次電池モジュール１００を二次電池システム１０００に取り付ける際のコネクタに、ＩＤ設定用情報を設け、メイン基板２０の起動時に、コネクタからＩＤをメイン基板２０上の制御回路５０が読み取る方法である。この方式は、二次電池モジュール１００側にＩＤを設定する必要がないため、二次電池モジュール１００を故障や劣化などで交換した場合においても、二次電池モジュール側で設定することなく、ＩＤを設定できる特徴がある。
【００５９】
三つ目は、複数の二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの間の起動処理の無線通信によってＩＤを割り当てていく方法である。図１において、通信用アンテナ１０１から起動要求信号が出力されると、それを受けた二次電池モジュール１００−１は起動後、起動完了信号を出力する。通信用アンテナ１０１は二次電池モジュール１００−１からのこの起動完了信号を受けてＡＣＫ信号を出力する。このＡＣＫ信号には通信用アンテナ１０１のＩＤが含まれており、二次電池モジュール１００−１はこの通信用アンテナ１０１のＩＤより、自身のＩＤを決定する。例えば、通信用アンテナ１０１のＩＤがＩＤ＝０であり、二次電池モジュール１００−１は受信したＩＤに１を加えたものを自身のＩＤとするものとする。このとき、通信用アンテナ１０１から送信されたＡＣＫ信号には通信用アンテナ１０１のＩＤ＝０が含まれていることから、二次電池モジュール１００−１は、ＩＤ＝０に１を加えた１を自身のＩＤとする。さらに、二次電池モジュール１００−１は無線通信アンテナ７１−１で通信用アンテナ１０１との通信を行うことから、無線通信アンテナ７１−１はＩＤ＝０（通信用アンテナ１０１）のデータを受信するように登録される。さらに、二次電池モジュール１００−１の無線通信アンテナ７２−１は自身のＩＤが１であるため、自身のＩＤに１を加えたＩＤ＝２のデータを受信するようにと登録される（通信用アンテナ１０１は自身のＩＤが０であることから、これに１を加えたＩＤ＝１のデータを受信するように登録される。）。
【００６０】
同様の起動シーケンスを二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎと順々に行っていくため、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎはそれぞれＩＤを設定するとともに、各無線通信アンテナ７１，７２が受信するＩＤも設定することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 二次電池
２０ メイン基板
３０ サブ基板
３１ 起動回路
３２ コンデンサ
４０ 電源回路
４１ リレー
４２ 電源生成回路
５０ 制御回路
５１ センサ
５２ 電池状態検知装置
５３ 通信制御装置
５４ 送受信回路
５５ 起動信号生成回路
５６ スプリッタ
７１，７２ 無線通信アンテナ
１０１，１０２ 通信用アンテナ
２００ 二次電池システム監視装置
１０００ 二次電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接続された複数の電池モジュール及びそれを用いた二次電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道などの駆動システムや、バックアップ用のＵＰＳシステムなどに搭載される鉛電池，ニッケル水素電池，リチウム電池などの二次電池は、システムに必要な電圧及び電流を得るために直列及び並列に接続して使用することが多い。
【０００３】
二次電池は、その化学的な性質から充放電可能な電流や電荷量が決まっており、これを超えて充放電すると、性能の急激な低下や故障を引き起こす恐れがある。従って、これらを防ぐためには、二次電池の状態を監視しながら充放電する必要がある。
【０００４】
文献１は複数の二次電池を直列接続し、高電圧の組電池を構成した場合においても、簡単かつ安価な構成で、二次電池の監視を実現する方式が述べられている。この方式は、複数の二次電池を直列に接続した「ブロック」を基本単位とし、これを複数個接続して所望の電圧・電流を得る構成となっている。このブロックにはそれぞれ、ブロックを構成する二次電池を監視，制御するコントローラを設けている。コントローラは当該ブロックから給電を受けることで動作する様に作られており、コントローラの電位はブロックと同電位となる。この構成によれば、コントローラの絶縁耐圧は、隣接するブロック間の電位差より大きければよく、組電池全体の電圧に耐え得る耐圧は必要ない。このため、ブロック内の電池の直列数を適当に設定することで、コントローラの絶縁耐圧を低く抑えることが可能となり、絶縁回路の小型化や、安価なフォトカプラの採用による低コスト化などが図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の発明には以下に述べる問題がある。
【０００７】
上記コントローラは隣接した電位の異なるコントローラと通信するために、絶縁通信用のフォトカプラ等の光部品を有している。この光部品は、鉄道車両の変換装置内部のような高温で条件の悪い環境で長時間使用すると、経年劣化により故障しやすいことが知られている。フォトカプラが短絡故障を起こすと、コントローラ内部の回路にブロックの電圧を越える電圧が印加されコントローラが絶縁破壊する。また、コントローラが短絡すると、各ブロックに含まれる二次電池が短絡放電される可能性があることが分かった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、１つの二次電池、または直列に接続された複数の二次電池と、二次電池の状態の検知または推定を行う電池状態検知装置と、無線通信アンテナと、を有する電池モジュールにおいて、電池状態検知装置が検知または推定した電池状態を有するデータを無線通信アンテナにより電池モジュールの外部に送信可能な電池モジュールである。
【０００９】
または、無線通信アンテナを２つ備え、２つの無線通信アンテナは電池モジュールの相対する位置に取り付けられ、隣接して配置された電池モジュール同士は、無線通信アンテナを介して電池状態を有する情報を１対１で無線通信可能な電池モジュールである。
【００１０】
または、通信を行わないときは、電池状態検知装置をスリープさせ、電池状態検知装置の起動が必要な時は、起動信号を電力として動作する起動回路により電池状態検知装置を起動させる電池モジュールである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、二次電池の状態を監視するコントローラ間の通信を無線で行うことにより、フォトカプラなどによる絶縁が不要となり、フォトカプラ等の絶縁素子の短絡によるコントローラの絶縁破壊や、二次電池の短絡放電を防止でき信頼性を向上できる効果がある。また、モジュールの相反する位置に通信アンテナを配置することにより、各通信アンテナから送信される信号が干渉することによる通信不良回避を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る二次電池システム１０００のブロック図である。
【図２】通信経路がリングタイプの場合の二次電池システムの通信の様子を示す図である。
【図３】二次電池モジュールに搭載されるメイン基板とサブ基板の構成を示す図である。
【図４】メイン基板とサブ基板の起動シーケンスを示す図である。
【図５】起動用信号と通信信号の使用周波数を示す図である。
【図６】通信経路に終端のあるタイプの場合の二次電池システムの通信の様子を示す図である。
【図７】二次電池モジュールを横に２列並べた場合の通信の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
自動車や鉄道などの駆動システムや、バックアップ用のＵＰＳシステムなど比較的高い電圧を必要とするシステムにおいては、複数の電池セルを直列・並列接続する必要があり、複数の電池を監視する必要があり、さらに通信線の絶縁を行う必要もある。本発明は無線通信によって通信線の絶縁と複数の電池の監視を可能とするものである。以下に、本発明の具体的な実施形態を各実施例に分けて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１〜図５を用いて、本実施例を説明する。図１に本発明を適用した二次電池システム１０００を示す。二次電池システム１０００は、複数の二次電池モジュール１００（１００−１〜１００−ｎ）と、通信用アンテナ１０１，１０２、及び、二次電池システム監視装置２００から構成される。
【００１５】
二次電池モジュール１００は、二次電池１０，メイン基板２０（２０−１〜２０−ｎ），サブ基板３０（３０−１〜３０−ｎ）及び双方向に通信可能な無線通信アンテナ７１（７１−１〜７１−ｎ），７２（７２−１〜７２−ｎ）から構成されている。また、メイン基板２０は、電源回路４０と制御回路５０からなる。電源回路４０は、二次電池１０より電力の供給を受け、制御回路５０及び無線通信アンテナ７１，７２の駆動に必要な電力（例えば、直流５Ｖ）を供給する。
【００１６】
制御回路５０は、二次電池１０の状態を検知または推定するとともに、無線通信アンテナ７１，７２が受信した信号と無線通信アンテナ７１，７２から送信する信号を処理する。
【００１７】
通信用アンテナ１０１，１０２は二次電池システム監視装置２００に接続されており、通信用アンテナ１０１は二次電池モジュール１００−１と、通信用アンテナ１０２は二次電池モジュール１００−ｎとそれぞれ通信を行う。図１では、通信用アンテナ１０１から送信した信号を二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎを介して、通信用アンテナ１０２で受信する構成を示している。
【００１８】
二次電池モジュール１００は上面と下面（つまり、相反する位置）にそれぞれ無線通信アンテナ７１，７２を設置することで、自モジュール１００の無線通信アンテナ７１，７２間の距離をとり、両無線通信アンテナ間の送受信の信号の干渉を防止する。また、隣接する二次電池モジュール（例えば１００−１と１００−２）間で無線通信アンテナ（例えば７２−１と７１−２）を対向させるように複数の電池モジュールを配置して、無線通信アンテナ間で１対１通信を行うことで、通信信号の乱反射等による干渉を防ぎ、通信不良を防止する。
【００１９】
メイン基板２０は二次電池１０に蓄えられた電力で動作するため、待機時など二次電池１０の監視が不要な時には、メイン基板２０をスリープさせ、二次電池１０の充電量の低下を防止する。サブ基板３０は、このスリープ状態のメイン基板２０を起動させるために設けられる。このサブ基板３０は無線通信アンテナ７１，７２を介して二次電池モジュールの外部からの電力を得て起動し、スリープ状態のメイン基板２０を起動させる。
【００２０】
図２は、図１における通信用アンテナ１０１から二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎを経由し、通信用アンテナ１０２に至るデータの通信を示したものである。
【００２１】
通常、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎは、無線通信アンテナ７１，７２を受信状態として待機している。二次電池システム監視装置２００で生成されて通信用アンテナ１０１から送信されたデータ２１０は、二次電池モジュール１００−１の無線通信アンテナ７１−１により受信される。受信されたデータ２１０は、メイン基板２０−１の制御回路５０で処理され、受信した旨のＡＣＫ信号を生成する。このＡＣＫ信号は、無線通信アンテナ７１−１から通信用アンテナ１０１に対して送信される。なお、このデータ２１０は、各二次電池モジュール１００−１〜ｎそれぞれに対するコマンドを含んでおり、このコマンドには、内部状態の設定及び電源のＯＦＦ指令などがある。制御回路５０は、データ２１０に含まれるコマンドに対応する処理を行うとともに、二次電池１０の状態情報等を含む情報（ｄａｔａ１）をデータ２１０に付加したデータ２１１−１を生成する。生成されたデータ２１１−１は、データ２１０を受信した無線通信アンテナ７１−１とは反対側の無線通信アンテナ７２−１から送信され、メイン基板２０−１上の制御回路５０はＡＣＫ信号が無線通信アンテナ７２−１で受信するのを持つ。
【００２２】
二次電池モジュール１００−１の無線通信アンテナ７２−１から送信されたデータ２１１−１を二次電池モジュール１００−２の無線通信アンテナ７１−２が受信すると、二次電池モジュール１００−２は、二次電池モジュール１００−１に対しＡＣＫ信号を無線通信アンテナ７１−２から送信するとともに、二次電池モジュール１００−２内部の二次電池１０の状態をデータ２１１−１に付加したデータ２１１−２を生成し、無線アンテナ７２−２から送信する。
【００２３】
このようにすることで、二次電池システム監視装置２００で生成されて通信用アンテナ１０１から送信されたデータ２１０に、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの二次電池１０の状態情報が順次追加されていくため、反対側の通信用アンテナ１０２は、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの全ての二次電池情報が追加されたデータ２１１−ｎを受信することができ、二次電池システム監視装置２００で全ての二次電池の状態を監視することができる。
【００２４】
例えば、二次電池モジュール１００−２が無線通信アンテナ７２−２からデータ２１１−２を送信した後、一定時間経過しても二次電池モジュール１００−３の無線通信アンテナ７１−３からのＡＣＫ信号が受信できない場合には、再度無線通信アンテナ７２−２から当該データ２１１−２が再送される。しかし、所定回数、再送してもＡＣＫ信号が受信できない場合には、当該二次電池モジュール１００−２は、異常が発生したと判断し、反対側の無線通信アンテナ７１−２から、当該データ２１１−２を送信する。なお、無線通信アンテナ７１−２から送信されたデータを無線通信アンテナ７２−１で受信した二次電池モジュール１００−１は、受信したデータに自身の二次電池状態データが追加されているため、そのデータには情報を付加せず、二次電池モジュール１００−２の無線通信アンテナ７１−２に対してＡＣＫ信号を返すとともに、反対側の無線通信アンテナ７１−１より当該データ２１１−２を送信する。
【００２５】
これにより、複数の二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの間の通信で通信障害が発生した場合においても、データを折り返して送信することで、通信が途絶している二次電池モジュールを除いた他の二次電池モジュールとの通信が可能となる。また、当該二次電池モジュール１００−３の無線通信アンテナ７１−３のみが故障している場合、通信用アンテナ１０２側からの通信は、正常である無線通信アンテナ７２−３から通信される。したがって、二次電池モジュール１００−ｍの無線通信アンテナ７１−ｍが故障した場合、通信用アンテナ１０１からは、二次電池モジュール１００−１〜ｍ−１の二次電池１０の情報を、また、通信用アンテナ１０２からは、二次電池モジュール１００−ｍ〜ｎの二次電池１０の情報を収集でき、二次電池システム監視装置２００では全ての二次電池モジュール１００−１〜ｎの情報の収集が可能となる。
【００２６】
また、無線通信アンテナ７１と無線通信アンテナ７２で送信する無線信号の周波数を変えることで無線通信アンテナ７１，７２から送信される無線信号どうしが干渉して通信不良になるのを避けることが可能となる。さらに、無線通信アンテナ７１，７２は二次電池モジュールの相反する位置に設置されて、隣接する二次電池モジュールの無線通信アンテナ７１，７２と対応して通信を行う特徴を生かし、通信手段として、無線以外にレーザー通信やＬＥＤなどの発光素子を用いて通信を行うことで、他の通信との干渉を避けることが可能となる。
【００２７】
さらに、複数の二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの間の無線通信同士の干渉を避けるため、二次電池モジュール１００の相反する面に設置された無線通信アンテナ７１，７２の一方が受信中は、もう片方から送信を行わない方式、つまり、各二次電池モジュール１００の送信時間を時分割に行うことにより、各無線通信アンテナ７１，７２の通信タイミングをずらす方法が考えられる。
【００２８】
図３に二次電池モジュール１００に搭載されるメイン基板２０とサブ基板３０の構成を詳細に示す図である。
【００２９】
メイン基板２０は、電源回路４０と制御回路５０を有する。電源回路４０はリレー４１と電源生成回路４２を有している。制御回路５０は、電源回路４０より電力供給を受けて動作し、電池状態検知装置５２，通信制御装置５３，送受信回路５４−１，５４−２，起動信号生成回路５５，スプリッタ５６−１，５６−２を有している。二次電池モジュールは、二次電池１０の状態情報（電圧，電流，温度）を検知するセンサ５１をさらに有する。なお、電池状態検知装置５２は、センサ５１で検知した二次電池１０の状態情報（電圧，電流，温度）をもとに、電池状態の検知または推定を行う。なお、電池状態検知装置５２及び通信制御装置５３は、１つのマイコンに実装してもよい。
【００３０】
また、サブ基板３０は、起動回路３１と無線通信アンテナ７１，７２が受信した起動用信号３４を電力として蓄えるコンデンサ３２を持つ。起動回路３１はコンデンサ３２に蓄えられた電力が所定以上になると、メイン基板２０に対して、起動要求３３を出力する。
【００３１】
電源回路４０は、サブ基板３０からの起動要求３３を受けるとリレー４１がＯＮされ、電源生成回路４２が起動し、二次電池の電力を用いて、制御回路５０を起動する電力を生成するとともに、リレー４１のＯＮ信号４３を出力する。この方式により、サブ基板３０からの起動要求３３が一度ＯＮになれば、ＯＮ継続信号４３によりリレー４１はＯＮ状態を継続できる。また、制御回路５０よりＯＦＦ要求を受けると、リレー４１をＯＦＦとし、電源生成回路４２の動作が終了することで、メイン基板２０の動作を終了させることができる。
【００３２】
送受信回路５４−１，５４−２は、スプリッタ５６−１，５６−２を介して、それぞれ無線通信アンテナ７１，無線通信アンテナ７２に接続される。送受信回路５４−１及び５４−２はそれぞれ、無線通信アンテナ７１，７２が受信した受信信号や、送信するデータの増幅，フィルタリング，周波数変換を行う。また、無線通信アンテナ７１，７２が受信した受信信号は、スプリッタ５６−１，５６−２により、二次電池モジュールに対するコマンドを含む送受信回路５４−１，５４−２に送られる通信用信号と、サブ基板３０に送られる起動用信号３４に分離される。これにより、通信用信号と起動用信号３４とが別々の周波数であっても、無線通信アンテナ７１と７２は通信用信号と起動用信号３４とを送受信することができる。
【００３３】
起動信号生成回路５５は、通信先相手の二次電池モジュール１００を起動させるための起動要求信号を生成する。生成された起動要求信号は、セレクタ５８を介して、スプリッタ５７−１，５７−２のいずれかに送られ、送受信回路５４−１，５４−２からの送信信号と合流され、無線通信アンテナ７１，７２に送られる。このセレクタ５８により、隣接する二次電池モジュールからの起動用信号を無線通信アンテナ７１，７２のどちらが受信しても、その反対側の無線通信アンテナから起動用信号を送信できる。例えば、無線通信アンテナ７１が隣接する二次電池モジュールから起動信号を受信した場合、セレクタ５８にスプリッタ５７−２側を選択させることで、起動信号生成回路５５から起動用信号を、無線通信アンテナ７２から送信できる。
【００３４】
この構成により、図１に示す構成においても、通信用アンテナ１０１から起動用信号が出力されると、二次電池モジュール１００−１内のサブ基板３０−１を介して、メイン基板２０−１が起動する。二次電池モジュール１００−１が起動すると、無線通信アンテナ７２−１から起動用信号を出力し、二次電池モジュール１００−２を起動させる。このようにすることで、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎを順々に起動させることができる。
【００３５】
続いて、メイン基板２０をスリープさせる場合、通信用アンテナ１０１から終了要求を送信することにより、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎに終了要求が順々に伝わるため、全二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎ内のメイン基板２０を全てスリープさせることができる。
【００３６】
このように、起動用信号を受信してメイン基板２０を起動させるサブ基板３０を設けることで、各二次電池モジュール１００内の二次電池１０の監視が必要な時のみメイン基板２０を起動させることができ、メイン基板２０による二次電池１０の電荷の消費量を抑えることができる。
【００３７】
また、メイン基板２０をスリープとさせる条件として、無線通信アンテナ７１，７２が終了信号を受信した時に加え、一定期間以上、無線通信アンテナ７１，７２がデータを受信しなかった時を含めても良い。また、無線通信アンテナによる通信エラーが所定回数以上連続して発生した場合を含めても良い。
【００３８】
さらに、誤動作によるメイン基板２０の起動を避けるため、二次電池モジュール１００が起動用信号を受信してメイン基板２０が起動すると、制御回路５０は、起動用信号を送信した二次電池モジュールに対して、起動完了信号を送信する。この起動完了信号に対して、ＡＣＫ信号が帰ってくれば、正式の起動要求としてメイン基板２０は起動する。しかし、所定時間内にＡＣＫ信号を受信できなければ、再びメイン基板２０はスリープ状態に戻る。
【００３９】
また、ＡＣＫ信号に特定のコードを入れ込むことで、無用にメイン基板２０が起動することを防ぎ、起動用信号の信頼性を上げることができる。
【００４０】
図４にメイン基板２０とサブ基板３０の起動終了シーケンスを示す。最初、メイン基板２０はＯＦＦ状態とする。サブ基板３０はコンデンサ３２の電圧を確認し、所定の電圧以上かどうかの判定を行う（３０１）。その結果、コンデンサ３２の電圧が所定の電圧以上である場合、メイン基板２０に起動要求信号３３を出力する（３０２）。その後、メイン基板２０の起動の確認を行う（３０３）。なお、図示していないが、一定時間経過後もメイン基板２０の起動が確認できない場合には、エラーを検知する。メイン基板２０起動が確認した後、メイン基板２０の終了確認が終了するのを確認すると（３０４）、コンデンサ３２に蓄えられた電荷を放電し（３０５）、コンデンサの電圧確認（３０１）に戻る。
【００４１】
一方、メイン基板２０は、サブ基板３０から起動要求信号３３を受けると（３０２）、先述のとおり、電源回路４０が起動し、ＯＮ状態に遷移する。電源ＯＮ後、通信の下流（下位）の二次電池モジュール１００が起動しているかどうか確認し（２０１）、起動していなければ、起動用信号を出力する（２０２）。メイン基板２０は終了要求を受信するか、一定時間データを受信しなかった場合に、ＯＦＦ状態に遷移する（２０３，２０４）。
【００４２】
これにより、各二次電池モジュール１００−１〜ｎのメイン回路２０−１〜ｎは、メイン回路２０−１から順々に起動することが可能となる。
【００４３】
図５に通信用信号と起動用信号３４の使用周波数帯域を示す。通信用信号に使用する周波数帯域と起動用信号３４に使用する周波数帯域を分けることにより、通信用信号と起動用信号３４の送信を同時に送信することが可能となる。また、通信用信号と起動用信号の使用帯域を同じとし、メイン基板２０がスリープ状態か否かで通信用信号と起動用信号を切り替える方式も考えられる。つまり、メイン基板２０がスリープ状態の場合には、起動用信号３４を通信し、メイン基板２０が起動している際には、通信用信号を通信する。
【００４４】
さらには、本実施例では、通信用信号と起動用信号３４の双方を送受信する無線通信アンテナ７１，７２を設けたが、通信用信号の専用アンテナと、起動用信号３４の専用アンテナを別々に設けてもよい。
【実施例２】
【００４５】
図６に二次電池システム監視装置２００に接続された通信用アンテナが、１つしかない場合の通信方式を示す（ＡＣＫ信号の通信は省略）。本実施例で言及しない構成は、実施例１と同様の構成であるものとする。この場合、二次電池モジュール１００−１が通信用アンテナ１０２から最も離れた終端となる。通信用アンテナ１０２から送信されたデータ１１０は、各二次電池モジュールを経由して、通信用アンテナ１０２から最も離れた終端の二次電池モジュール１００−１まで伝わり、その後、折り返して二次電池モジュール１００−１から二次電池モジュール１００−ｎに伝わる際に、順々に二次電池１０の状態等の情報を追加されることで、通信用アンテナ１０２は、全ての二次電池１０の情報を受信することができる。
【００４６】
次に、二次電池モジュール１００−１が故障して途中で通信ができなくなった場合について述べる。例えば、二次電池モジュール１００−１が故障している場合には、二次電池モジュール１００−２が、故障した二次電池モジュール１００−１に送信しても、二次電池モジュール１００−２はＡＣＫ信号を受信できない。所定回数、再送してもＡＣＫ信号が受信できない場合には、二次電池モジュール１００−２は二次電池モジュール１００−１が故障したと判断し、二次電池モジュール１００−２は自身が終端であると判断し、通信経路を変更し、二次電池モジュール１００−２が二次電池モジュール１００−３から受信したデータに、二次電池モジュール１００−２の二次電池１０の情報を追加して、当該データを折り返して無線通信アンテナ７２−２から送信する。
【００４７】
このようにすることで、二次電池モジュール１００−１が故障した場合においても、通信用アンテナ１０２は、二次電池モジュール１００−２〜１００−ｎの二次電池情報を受信することが可能となる。
【実施例３】
【００４８】
図７に、二次電池システム１０００を横に２列（ａ系，ｂ系）並べた際の構成を示す（ＡＣＫ信号の通信は省略）。このようにａ系とｂ系のそれぞれの系ごとに、複数の二次電池モジュール１００と通信用アンテナ１０１，１０２を用意する。この例では縦方向に通信を行う例であるが、横方向でもよい。本実施例で言及しない構成は、実施例１と同様の構成であるものとする。
【００４９】
また、通信用アンテナ１０１−ａと１０１−ｂがデータを送信するタイミングをずらすことにより、ａ系とｂ系の隣接する二次電池モジュール１００、例えば、二次電池モジュール１００−１ａと二次電池モジュール１００−１ｂとの間で通信されることを避けることができ、通信の干渉を抑えることが可能となる。
【００５０】
さらに、本実施例では、直列に接続された二次電池モジュール間で通信を行っているが、直列に接続されていない他系の二次電池モジュールであって隣接する二次電池モジュールと通信を行ってもよい。
【００５１】
多系を構成する本実施例により、無線通信を用いて、多数の二次電池モジュール１００内の二次電池１０の状態を、二次電池システム監視装置２００で容易に収集することができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、各二次電池モジュール１００に固有の識別情報（以下、ＩＤと呼ぶ）を割り当て、各二次電池モジュール１００の無線通信アンテナ７１と７２がそれぞれ情報を受信する相手をＩＤにより限定することで、無線通信アンテナ７１，７２から送信された無線電波の乱反射の影響を排除する方法について説明する。本実施例で言及しない構成は、実施例１と同様の構成であるものとする。
【００５３】
二次電池モジュール１００は固有のＩＤを持ち、送信するデータ及びＡＣＫ信号に自身のＩＤを付加して送信する。また、二次電池モジュール１００がデータを受信すると、受信データに含まれるＩＤを読み取り、予め定められた受信相手のＩＤならば、そのデータに対して処理を行い、そうでなければ、受信したデータを廃棄する。これにより、無線電波の乱反射により二次電池モジュール１００から送信されたデータが複数の二次電池モジュール１００に受信された場合にも、予め定められた受信相手の二次電池モジュール１００のみがそのデータに対して処理を行うため、予め定めた通信経路に従ってデータを通信することができる。
【００５４】
例えば、図１において、二次電池モジュール１００−ｉのＩＤをｉ（ｉ＝１〜ｎ）とする。この時、無線通信アンテナ７１−ｉは二次電池モジュール１００−（ｉ−１）と、無線通信アンテナ７２−ｉは二次電池モジュール１００−（ｉ＋１）と通信するので、それぞれ、ＩＤが（ｉ−１），（ｉ＋１）を含む受信データを処理するようにする。
【００５５】
なお、通信用アンテナ１０１，１０２のＩＤはそれぞれ、ＩＤ＝０，ＩＤ＝ｎ＋１とする。
【００５６】
続いて、各二次電池モジュール１００にＩＤを設定する方法としては、以下の方法が考えられる。
【００５７】
一つ目は、二次電池モジュール１００に識別情報設定手段として、例えばＩＤ設定スイッチを設け、メイン基板２０の起動時にＩＤ設定スイッチに設定されたＩＤをメイン基板２０上の制御回路５０が読み取る方法である。
【００５８】
二つ目は、図１には図示されていないが、二次電池モジュール１００を二次電池システム１０００に取り付ける際のコネクタに、ＩＤ設定用情報を設け、メイン基板２０の起動時に、コネクタからＩＤをメイン基板２０上の制御回路５０が読み取る方法である。この方式は、二次電池モジュール１００側にＩＤを設定する必要がないため、二次電池モジュール１００を故障や劣化などで交換した場合においても、二次電池モジュール側で設定することなく、ＩＤを設定できる特徴がある。
【００５９】
三つ目は、複数の二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎの間の起動処理の無線通信によってＩＤを割り当てていく方法である。図１において、通信用アンテナ１０１から起動要求信号が出力されると、それを受けた二次電池モジュール１００−１は起動後、起動完了信号を出力する。通信用アンテナ１０１は二次電池モジュール１００−１からのこの起動完了信号を受けてＡＣＫ信号を出力する。このＡＣＫ信号には通信用アンテナ１０１のＩＤが含まれており、二次電池モジュール１００−１はこの通信用アンテナ１０１のＩＤより、自身のＩＤを決定する。例えば、通信用アンテナ１０１のＩＤがＩＤ＝０であり、二次電池モジュール１００−１は受信したＩＤに１を加えたものを自身のＩＤとするものとする。このとき、通信用アンテナ１０１から送信されたＡＣＫ信号には通信用アンテナ１０１のＩＤ＝０が含まれていることから、二次電池モジュール１００−１は、ＩＤ＝０に１を加えた１を自身のＩＤとする。さらに、二次電池モジュール１００−１は無線通信アンテナ７１−１で通信用アンテナ１０１との通信を行うことから、無線通信アンテナ７１−１はＩＤ＝０（通信用アンテナ１０１）のデータを受信するように登録される。さらに、二次電池モジュール１００−１の無線通信アンテナ７２−１は自身のＩＤが１であるため、自身のＩＤに１を加えたＩＤ＝２のデータを受信するようにと登録される（通信用アンテナ１０１は自身のＩＤが０であることから、これに１を加えたＩＤ＝１のデータを受信するように登録される。）。
【００６０】
同様の起動シーケンスを二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎと順々に行っていくため、二次電池モジュール１００−１〜１００−ｎはそれぞれＩＤを設定するとともに、各無線通信アンテナ７１，７２が受信するＩＤも設定することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 二次電池
２０ メイン基板
３０ サブ基板
３１ 起動回路
３２ コンデンサ
４０ 電源回路
４１ リレー
４２ 電源生成回路
５０ 制御回路
５１ センサ
５２ 電池状態検知装置
５３ 通信制御装置
５４ 送受信回路
５５ 起動信号生成回路
５６ スプリッタ
７１，７２ 無線通信アンテナ
１０１，１０２ 通信用アンテナ
２００ 二次電池システム監視装置
１０００ 二次電池システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの二次電池、または直列に接続された複数の二次電池と、前記二次電池の状態の検知または推定を行う電池状態検知装置と、無線通信アンテナと、を有する電池モジュールにおいて、
前記電池状態検知装置が検知または推定した電池状態を有するデータを無線通信アンテナにより前記電池モジュールの外部に送信可能であることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
無線通信アンテナを２つ備え、前記２つの無線通信アンテナは前記電池モジュールの相対する位置に取り付けられ、
隣接して配置された前記電池モジュール同士は、前記無線通信アンテナを介して電池状態を有する情報を１対１で無線通信可能であることを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
２つの前記無線通信アンテナは受信待ちの状態である場合に、一方の無線通信アンテナがデータを受信すると、他方の無線通信アンテナからデータを送信することを特徴とする電池モジュール。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
一方の無線通信アンテナから受信したデータに、前記電池状態検知装置で検知または推定された電池状態を追加したデータを、他方の無線通信アンテナから送信することを特徴とする電池モジュール。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記他方の無線通信アンテナからデータを送信する場合に、各電池モジュールの送信時間を時分割に行って、各電池モジュール間での通信タイミングをずらすことを特徴とする電池モジュール。
【請求項６】
請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
前記他方の無線通信アンテナからデータを送信する場合に、受信時に使用した無線信号の周波数とは異なる周波数を用いることで、送信と受信の無線通信が干渉しないようにすることを特徴とする電池モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記無線通信アンテナで起動用信号を受信することにより、前記電池状態検知装置を起動させる起動回路を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電池モジュールにおいて、
前記起動回路は、前記無線通信アンテナで受信した起動用信号を電源として起動することを特徴とする前記電池モジュール。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の電池モジュールにおいて、
無線通信されるデータは、前記起動用信号と、二次電池モジュールに対するコマンドを含む通信用信号と、を有しており、前記起動用信号と前記通信用信号とは異なる周波数帯を使用することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
無線通信されるデータは、前記起動用信号と、電池モジュールに対するコマンドを含む通信用信号と、を有しており、同じ無線通信アンテナから前記起動用信号と前記通信用信号とを送信することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１１】
請求項２乃至請求項１０のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
終了要求を含むデータを無線通信アンテナにより受信した場合に、前記電池状態検知装置をスリープ状態にすることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１２】
請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記無線通信アンテナによるデータの受信が一定時間以上無い場合に、前記電池状態検知装置をスリープ状態になることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１３】
請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記無線通信アンテナによる通信エラーを所定回数以上連続すると、前記電池状態推定装置をスリープ状態とすることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記電池モジュールには、他の前記電池モジュールとは異なる識別情報が割り当てられており、
送信するデータに自己の前記識別情報を付加する手段と、特定の識別情報を有するデータを受信して他のデータを破棄する手段と、を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電池モジュールにおいて、
識別情報を設定する識別情報設定手段を有し、前記識別情報設定手段により設定された識別情報を、送信するデータに付加することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電池モジュールにおいて、
前記電池モジュールの識別情報が未設定の状態である場合に、前記無線通信アンテナで受信したデータに含まれる前記識別情報をもとに、自身の識別情報を生成することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１７】
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の電池モジュールを複数備え、
前記複数の電池モジュールの前記二次電池の状態を監視する電池システム監視装置と、
前記電池システム監視装置と接続された通信用アンテナと、を備え、
前記通信用アンテナから送信されたデータは、複数の前記電池モジュール間を経由して、前記電池システム監視装置に通信されることを特徴とする電池システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電池システムにおいて、
前記電池システム監視装置と接続された前記通信用アンテナを２つ備え、
一方の通信用アンテナから送信されたデータは、複数の前記電池モジュール間を経由して、他方の通信用アンテナで受信されることを特徴とする電池システム。
【請求項１９】
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の電池モジュールを複数備え、
隣接する電池モジュールで互いに１対１通信が可能となるように、隣接する電池モジュールの前記無線通信アンテナが対向するように、隣接する電池モジュールが配置されることを特徴とする電池システム。
【請求項１】
１つの二次電池、または直列に接続された複数の二次電池と、前記二次電池の状態の検知または推定を行う電池状態検知装置と、無線通信アンテナと、を有する電池モジュールにおいて、
前記電池状態検知装置が検知または推定した電池状態を有するデータを無線通信アンテナにより前記電池モジュールの外部に送信可能であることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の電池モジュールにおいて、
無線通信アンテナを２つ備え、前記２つの無線通信アンテナは前記電池モジュールの相対する位置に取り付けられ、
隣接して配置された前記電池モジュール同士は、前記無線通信アンテナを介して電池状態を有する情報を１対１で無線通信可能であることを特徴とする電池モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の電池モジュールにおいて、
２つの前記無線通信アンテナは受信待ちの状態である場合に、一方の無線通信アンテナがデータを受信すると、他方の無線通信アンテナからデータを送信することを特徴とする電池モジュール。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
一方の無線通信アンテナから受信したデータに、前記電池状態検知装置で検知または推定された電池状態を追加したデータを、他方の無線通信アンテナから送信することを特徴とする電池モジュール。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記他方の無線通信アンテナからデータを送信する場合に、各電池モジュールの送信時間を時分割に行って、各電池モジュール間での通信タイミングをずらすことを特徴とする電池モジュール。
【請求項６】
請求項３に記載の電池モジュールにおいて、
前記他方の無線通信アンテナからデータを送信する場合に、受信時に使用した無線信号の周波数とは異なる周波数を用いることで、送信と受信の無線通信が干渉しないようにすることを特徴とする電池モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記無線通信アンテナで起動用信号を受信することにより、前記電池状態検知装置を起動させる起動回路を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電池モジュールにおいて、
前記起動回路は、前記無線通信アンテナで受信した起動用信号を電源として起動することを特徴とする前記電池モジュール。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の電池モジュールにおいて、
無線通信されるデータは、前記起動用信号と、二次電池モジュールに対するコマンドを含む通信用信号と、を有しており、前記起動用信号と前記通信用信号とは異なる周波数帯を使用することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
無線通信されるデータは、前記起動用信号と、電池モジュールに対するコマンドを含む通信用信号と、を有しており、同じ無線通信アンテナから前記起動用信号と前記通信用信号とを送信することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１１】
請求項２乃至請求項１０のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
終了要求を含むデータを無線通信アンテナにより受信した場合に、前記電池状態検知装置をスリープ状態にすることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１２】
請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記無線通信アンテナによるデータの受信が一定時間以上無い場合に、前記電池状態検知装置をスリープ状態になることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１３】
請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記無線通信アンテナによる通信エラーを所定回数以上連続すると、前記電池状態推定装置をスリープ状態とすることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の電池モジュールにおいて、
前記電池モジュールには、他の前記電池モジュールとは異なる識別情報が割り当てられており、
送信するデータに自己の前記識別情報を付加する手段と、特定の識別情報を有するデータを受信して他のデータを破棄する手段と、を備えることを特徴とする電池モジュール。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電池モジュールにおいて、
識別情報を設定する識別情報設定手段を有し、前記識別情報設定手段により設定された識別情報を、送信するデータに付加することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電池モジュールにおいて、
前記電池モジュールの識別情報が未設定の状態である場合に、前記無線通信アンテナで受信したデータに含まれる前記識別情報をもとに、自身の識別情報を生成することを特徴とする電池モジュール。
【請求項１７】
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の電池モジュールを複数備え、
前記複数の電池モジュールの前記二次電池の状態を監視する電池システム監視装置と、
前記電池システム監視装置と接続された通信用アンテナと、を備え、
前記通信用アンテナから送信されたデータは、複数の前記電池モジュール間を経由して、前記電池システム監視装置に通信されることを特徴とする電池システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電池システムにおいて、
前記電池システム監視装置と接続された前記通信用アンテナを２つ備え、
一方の通信用アンテナから送信されたデータは、複数の前記電池モジュール間を経由して、他方の通信用アンテナで受信されることを特徴とする電池システム。
【請求項１９】
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の電池モジュールを複数備え、
隣接する電池モジュールで互いに１対１通信が可能となるように、隣接する電池モジュールの前記無線通信アンテナが対向するように、隣接する電池モジュールが配置されることを特徴とする電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２２９１３（Ｐ２０１２−２２２９１３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４９９６（Ｐ２０１１−８４９９６）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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