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WO2015145622A1 - 通信装置、通信システム - Google Patents

通信装置、通信システム Download PDF

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Publication number
WO2015145622A1
WO2015145622A1 PCT/JP2014/058569 JP2014058569W WO2015145622A1 WO 2015145622 A1 WO2015145622 A1 WO 2015145622A1 JP 2014058569 W JP2014058569 W JP 2014058569W WO 2015145622 A1 WO2015145622 A1 WO 2015145622A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wireless communication
measurement
unit
time slot
communication
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/058569
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓 坂部
孝徳 山添
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Priority to US15/112,607 priority Critical patent/US10338148B2/en
Priority to JP2016509715A priority patent/JP6161792B2/ja
Priority to PCT/JP2014/058569 priority patent/WO2015145622A1/ja
Publication of WO2015145622A1 publication Critical patent/WO2015145622A1/ja

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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • GPHYSICS
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    • G01R31/44Testing lamps
    • GPHYSICS
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    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
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    • G08C15/06Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path successively, i.e. using time division
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04Q9/00Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
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    • H04Q2209/80Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/88Providing power supply at the sub-station
    • H04Q2209/886Providing power supply at the sub-station using energy harvesting, e.g. solar, wind or mechanical

Definitions

  • the present invention relates to a technique for transmitting a measurement result related to a physical state of a measurement target by wireless communication.
  • a battery voltage measurement circuit (cell controller) is attached to each battery, and a battery controller equipped with a central processing unit (CPU) based on information sent from the cell controller performs the calculation. Or perform an action.
  • CPU central processing unit
  • the SOC and SOH of the battery are calculated using the correlation between the current and the voltage, it is desirable that the measurement timings of the voltage and the battery are close.
  • a slot that permits communication is assigned to each cell controller, and measurement and communication are performed in this slot, thereby omitting communication lines that connect a large number of cell controllers and battery controllers. Can do.
  • This communication is desirably performed at high speed in order to ensure real-time operation.
  • the time required for high-accuracy measurement is generally longer than that for low-accuracy measurement. Therefore, as in the communication method described in Patent Document 1, it is necessary to lengthen the slot in accordance with the time required for measurement in order to complete the operation until measurement is performed in the assigned slot and the result is received. is there. However, if the slot is lengthened, the communication amount per hour, which is a substantial communication speed, is reduced. That is, it is considered difficult for the communication method described in Patent Document 1 to achieve both high measurement accuracy and high communication speed.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a wireless communication technology capable of measuring a physical state of a measurement target with high accuracy and transmitting the measurement result at high speed. With the goal.
  • the communication device wirelessly transmits the measurement result in the first time slot and starts measurement in a second time slot different from the first time slot.
  • the communication apparatus it is possible to achieve both high-precision measurement that requires time and high real communication speed.
  • FIG. 1 It is a block diagram of the battery system 100 and its periphery. 2 is a diagram illustrating details of the battery system 100.
  • FIG. 6 is a timing chart for explaining an operation in which the battery controller performs wireless communication with two cell controllers.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a battery system 100 (communication system) according to the present invention and its surroundings. Since the output voltage of the battery system 100 is a DC voltage that varies depending on the remaining capacity of the battery, the output current, and the like, it may not be suitable for supplying power directly to the load 111. Therefore, the inverter 110 controlled by the host controller 112 converts the output voltage of the battery system 100 into three-phase alternating current, and then supplies it to the load 111. The same configuration is used when a DC voltage, another multiphase AC, or a single phase AC is supplied to the load 111. When the load 111 outputs electric power, the electric power output from the load 111 can be stored in the battery system 100 by using the inverter 110 as a bidirectional inverter. Further, by connecting the charging system to the battery system 100 in parallel with the inverter 110, the battery system 100 can be charged as necessary.
  • the battery system 100 relates to a battery state such as a battery charge rate (SOC), a deterioration rate (SOH), a maximum charge current / discharge current (allowable charge / discharge current) that can be passed through the battery, a battery temperature, and whether there is a battery abnormality.
  • Information is transmitted to the host controller 112. Based on this information, the host controller 112 performs energy management and abnormality detection. For example, when the host controller 112 determines that the battery system 100 should be disconnected from the inverter 110 or the load 111 based on the abnormality detection result, the host controller 112 transmits a disconnection instruction to the battery system 100.
  • Battery system 100 operates relay 104 in accordance with the instruction, and electrically disconnects inverter 110 or load 111.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the details of the battery system 100.
  • the battery system 100 includes one or more battery modules 101, a battery controller 102 that monitors, estimates, and controls the state of the battery system 100, a relay 104 that intermittently outputs the battery system 100, and a current measurement unit that measures the current flowing through the battery 105.
  • the battery module 101 includes one or more unit batteries 201 and one or more cell controllers 203 (communication devices).
  • the cell controller 203 measures the temperature inside the battery module 101 and the output voltage of each unit battery 201, and performs charge / discharge for each unit battery 201 as necessary. As a result, voltage monitoring and voltage adjustment for each unit battery 201 can be performed, and when the battery characteristics change according to the temperature, the state of the battery can be estimated according to the temperature.
  • the current measuring unit 105 and the relay 104 are connected in series to the battery module 101 via the power line 103.
  • the current measuring unit 105 measures a current value necessary for monitoring / estimating the state of the battery module 101.
  • the relay 104 intermittently outputs the battery system 100 based on a command from the host controller 112.
  • the relay 104 and the current measurement unit 105 may be provided in each row, or the relay 104 and the current measurement unit 105 may be provided only at the output part of the battery system 100. Also good.
  • the relay 104 and the current measuring unit 105 may be provided in both the columns and the output unit of the battery system 100.
  • the relay 104 may be configured by a single relay or a combination of a main relay / precharge relay / resistance.
  • a resistor is arranged in series with the precharge relay, and these are connected in parallel with the main relay.
  • the timing of main relay connection may be based on the current flowing through the precharge relay, or may be based on the voltage applied to the resistor or the voltage across the terminals of the main relay, or the time elapsed since the precharge relay was connected May be used as a reference.
  • the measurement value by the battery module 101 and the measurement value by the current measurement unit 105 are transmitted to the battery controller 102.
  • the battery controller 102 performs battery state monitoring, state estimation, and control based on the measured values.
  • the control here refers to, for example, charge / discharge of each unit battery 201 for equalizing the voltage of each unit battery 201, power control of each sensor, addressing of the sensor, control of the relay 104 connected to the battery controller 102, And so on.
  • the battery system 100 may include a system cooling fan, and the battery controller 102 may control the fan.
  • the battery system 100 performs the cooling control, the amount of communication between the battery system 100 and the host controller 112 can be reduced.
  • the cell controller 203 is connected to one or more unit batteries 201 via the voltage detection line 202.
  • the cell controller 203 includes a received signal strength measuring unit 302, a power source 303, a wireless communication circuit 304, a wireless communication control unit 305, a measuring unit 306, and an abnormality detecting unit 307.
  • the measuring unit 306 measures physical states such as battery voltage and temperature of each unit battery 201 in accordance with an instruction from the wireless communication control unit 305. The measurement result is sent to the wireless communication control unit 305 and the abnormality detection unit 307.
  • the abnormality detection unit 307 detects the presence / absence of an abnormality in the unit battery 201 and the cell controller 203 based on the measurement result received from the measurement unit 306 and the internal state of the cell controller 203, and the detection result to the wireless communication control unit 305. Send.
  • Examples of the abnormality of the unit battery 201 detected by the abnormality detection unit 307 include overcharge, overdischarge, and overtemperature.
  • Examples of the abnormality of the cell controller 203 detected by the abnormality detection unit 307 include a functional abnormality of the measurement unit 306 and a functional abnormality of the abnormality detection unit 307 itself. By detecting these in the cell controller 203, it is possible to quickly detect an abnormality.
  • the wireless communication control unit 305 is a functional unit that controls the operation of the wireless communication circuit 304, and the measurement result or detection result received from the measurement unit 306 or the abnormality detection unit 307 is sent to the battery controller 102 via the wireless communication circuit 304. On the other hand, it is transmitted by wireless communication 106. A specific control method will be described later. For example, the wireless communication control unit 305 determines a frequency channel to be used by using the received radio wave intensity measured by the received signal intensity measuring unit 302. As a result, the measurement result can be transmitted at an appropriate timing with less noise and less likely to cause communication abnormality.
  • the wireless communication circuit 301 is connected to the antenna 301 and transmits / receives radio waves to / from the battery controller 102.
  • the wireless communication circuit 301 includes, for example, one or both of a circuit for controlling the reflection intensity of radio waves and a circuit for transmitting radio waves, and uses these to perform passive or active radio communication.
  • a circuit that controls the reflection intensity of radio waves is used, the power consumption of wireless communication can be reduced.
  • wireless communication signals are enhanced, noise resistance is improved, and a communicable distance is increased.
  • the antenna 301 is a device for transmitting and receiving radio waves, and has a size suitable for a frequency band used for communication.
  • a chip-type antenna 301 is used when downsizing is required, and a wiring pattern provided on the substrate surface is used as the antenna 301 when cost reduction or thinning is required.
  • the received signal strength measuring unit 302 measures the signal strength of the radio wave received by the antenna 301. This signal strength value is sent to the wireless communication control unit 305 and the power source 303.
  • the power supply 303 supplies power to each circuit in the cell controller 203.
  • the power source 303 itself uses radio waves received by the unit battery 201 or the antenna 301 as a power source.
  • FIG. 2 shows an example in which the unit battery 201 is used as a power source.
  • the power supply 303 can limit the output as necessary. For example, when the signal strength output by the received signal strength measuring unit 302 exceeds a predetermined value, the power source 303 determines that a wireless signal is received and starts output, and the wireless communication control unit 305 outputs a signal indicating the end of communication. When output is performed, the output can be limited by stopping the output.
  • the battery controller 102 is a circuit that wirelessly communicates with each cell controller 203 to control its operation, and includes an antenna 401, a wireless communication circuit 402, a wireless communication control unit 403, and a CPU 404.
  • the antenna 401 is a device for transmitting and receiving radio waves, and has a size suitable for a frequency band used for communication.
  • a chip-type antenna 401 is used.
  • a wiring pattern provided on the substrate surface is used as the antenna 401, and a large transmission output and high reception sensitivity are required.
  • a rod-shaped antenna 401 is used.
  • the antenna 401 transmits and receives radio waves to and from the antenna 301 included in the cell controller 203.
  • the wireless communication circuit 402 is connected to the antenna 401 and has a transmission circuit and a reception circuit for transmitting and receiving radio waves via the antenna 401.
  • the wireless communication control unit 403 is a functional unit that controls the operation of the wireless communication circuit 402 and wirelessly communicates with the cell controller 203 via the wireless communication circuit 402. The communication procedure will be described later.
  • the CPU 404 acquires information on the state of the battery module 101 via the wireless communication control unit 403, estimates the state of the battery such as SOC and SOH based on the information, controls the battery system 100 based on the abnormality information, and In response, information related to the state of the battery module 101 is transmitted to the host controller 112.
  • the CPU 404 can also perform similar control based on the measurement result of the current measurement unit 105.
  • Wireless communication circuits 304 and 402 communicate using, for example, a 2.4 GHz band or a UHF band. Thereby, the battery system 100 can be operated in many countries. Since these frequency bands are also used by other devices and interference may occur, the wireless communication control units 305 and 403 may perform interference countermeasure processing such as frequency hopping.
  • FIG. 3 is a timing chart for explaining an operation in which the battery controller 102 performs wireless communication with the two cell controllers 203.
  • the operation of the wireless communication control units 305 and 403 will be described below with reference to FIG.
  • the battery controller 102 and the cell controller 203 communicate by time division wireless communication.
  • the battery controller 102 assigns a communicable time (hereinafter referred to as a slot) to each cell controller 203, and each cell controller 203 communicates wirelessly with the battery controller 102 in the slot assigned to itself. Since the length of each slot is constant, each cell controller 203 can predict the timing at which it should perform communication. Accordingly, each cell controller 203 is activated only at the timing of performing communication, and can reduce power consumption.
  • each cell controller 203 receives the beacon 701 and recognizes that the first slot (slot 1) has started.
  • the beacon 701 includes a command for instructing an operation to be performed by each cell controller 203, and each cell controller 203 performs the operation in a slot assigned to itself.
  • Battery controller 102 periodically sends out a beacon 701 and then sends out a signal 702 to notify each cell controller 203 that the next slot has started.
  • the radio communication control unit 305 of each cell controller 203 performs the operation instructed by the beacon 701 if the current slot is a slot assigned to itself. For example, activation of the internal circuit of the cell controller 203 and transmission processing 721 are performed. As described above, when each cell controller performs the transmission process 721 at different timings, a communication collision can be avoided.
  • each cell controller 203 may perform processing in a slot other than the slot assigned to itself.
  • the measurement unit 306 of each cell controller 203 performs a measurement process 711 in the slot 1 in accordance with an instruction from the wireless communication control unit 305.
  • An operation such as a measurement process 711 that does not cause inconvenience even if each cell controller 203 performs simultaneously and a process such as a transmission process 721 that causes inconvenience such as a communication collision when each cell controller 203 performs simultaneously are different slots.
  • each slot length can be shortened. As a result, the effective communication speed is improved, and the real-time property of the calculation in the battery controller 102 is improved.
  • each cell controller 203 performs the measurement process 711 in the same slot, thereby improving the simultaneity of measurement and reducing the measurement timing shift between the current measurement unit 105 and the measurement unit 306. . Thereby, the calculation precision regarding battery states, such as SOC and SOH, improves.
  • the slot assignment for each cell controller 203 can be stored as a fixed value in a nonvolatile memory included in the cell controller 203 when the battery system 100 is shipped, for example.
  • the battery controller 102 may instruct slot allocation of each cell controller 203 by the beacon 701.
  • the slot assignment may be changed in accordance with the timing at which the cell controllers 203 start processing simultaneously performed and the time required for the processing. For example, as shown in FIG. 3, when the measurement process 711 starts from slot 1 and the required time is 1.2 slots, slot 3 is assigned to the transmission process 711 of the cell controller 1, and the transmission process of the cell controller 2 Slot 4 is assigned to 711. Thereby, the number of slots can be optimized, and the communication cycle between each cell controller 203 and the battery controller 102 can be shortened.
  • the radio communication control unit 305 of each cell controller 203 may determine how to change the slot allocation, or the battery controller 102 may instruct by the beacon 701 or the like.
  • the slot allocation for each cell controller 203 may be determined at random by each cell controller 203 upon reception of the beacon 701, for example. In this case, although there is a possibility of communication collision, it is possible to avoid communication collision after the next period by changing the slot assignment again at random by the beacon 701 again in the next communication period. By randomly determining the slot allocation, it is possible to efficiently set the slot allocation for exhibiting the effects of the present invention even in a place such as a storage warehouse where a large number of cell controllers 203 are present. .
  • the slot numbers to be randomly assigned may be constrained in accordance with the timing at which the cell controllers 203 start processing simultaneously performed and the time required for the processing. For example, if there is already a process starting from slot 1 and having a required time of 1.2 slots, the slot number assigned to other processes is 3 or more. Thereby, it is possible to avoid a randomly assigned slot from competing with a slot assigned to another process.
  • the slot for starting measurement of the physical state of the unit battery 201 and the slot for wirelessly transmitting the measurement result are different from each other. Accordingly, the wireless communication control unit 305 can wirelessly transmit the measurement result without being limited by the time required for measurement by the measurement unit 306. Therefore, the execution communication efficiency can be improved by shortening the slot length for transmitting the measurement result while avoiding the communication collision between the cell controllers 203.
  • each cell controller 203 can start the measurement process 711 in the same slot.
  • the timing at which the measurement unit 306 measures the battery voltage can be matched between the cell controllers 203, and the calculation accuracy of the SOC and SOH can be improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
  • the present invention is also applied to a communication system in which the physical state of another measurement target is measured and wirelessly transmitted. Can do.
  • the above components, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware by designing a part of them, for example, by an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • SYMBOLS 100 Battery system, 101: Battery module, 102: Battery controller, 103: Power line, 104: Relay, 105: Current measurement part, 106: Wireless communication, 110: Inverter, 111: Load, 112: High-order controller, 201: Unit Battery: 202: Voltage detection line; 203: Cell controller; 301: Antenna; 302: Received signal strength measurement unit; 303: Power supply; 304: Wireless communication circuit; 305: Wireless communication control unit; 306: Measurement unit; Detection unit, 401: antenna, 402: wireless communication circuit, 403: wireless communication control unit, 404: CPU.

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Abstract

 本発明は、被計測対象の物理状態を高精度に計測しつつその計測結果を高速に送信することができる、無線通信技術を提供することを目的とする。 本発明に係る通信装置は、第1時間スロットにおいて計測結果を無線送信し、第1時間スロットとは異なる第2時間スロットにおいて計測を開始する(図3参照)。

Description

通信装置、通信システム
 本発明は、被計測対象の物理状態に関する計測結果を無線通信により送信する技術に関する。
 近年、移動体向け蓄電装置、系統連系安定化用蓄電装置、非常用蓄電装置といった多数の電池を内蔵する電池システムが注目を浴びている。これらシステムの性能を引き出すためには、電池の充電率(SOC)、劣化度(SOH)、充放電可能な最大電流(許容充放電電流)といったパラメータを算出してその結果に基づき電池の動作を制御し、また各電池の充電率を適切に揃える必要がある。
 これら動作を実現するため、各電池には電池電圧計測用の回路(セルコントローラ)が取り付けられ、セルコントローラから送られてくる情報に基づき中央演算処理装置(CPU)を搭載したバッテリコントローラが前記演算や動作を実行する。この演算を精度良く実施するためには、電池電圧や電池電流を高精度に計測する必要がある。また電池のSOCやSOHは電流と電圧の相関を利用して演算するため、電圧と電池それぞれの計測タイミングは近いことが望ましい。
 電池システムに内蔵する電池の個数が増加すると、セルコントローラとバッテリコントローラとの間を結ぶ通信線の本数が増大し、また結線に必要な製造コストも増大する。そこで、通信を無線化することが考えられる。このときに用いる通信手順としては、たとえば下記特許文献1記載の超音波通信方法が考えられる。
 特許文献1記載のように、各セルコントローラに対し通信を許可するスロットを割り当て、このスロット内で計測や通信を実施することにより、多数存在するセルコントローラとバッテリコントローラを結ぶ通信線を省略することができる。この通信は、演算のリアルタイム性を確保するため、高速であることが望ましい。
特開2012-065073号広報
 高精度な計測にかかる時間は、低精度な計測に比べ一般的に長くなる。そのため特許文献1記載の通信方法のように、割り当てられたスロット内で計測を実施してその結果を受信するまでの動作を完了するためには、計測所要時間に合わせてスロットを長くする必要がある。しかしスロットを長くすると、実質的な通信速度である時間当たりの通信量が低下してしまう。すなわち特許文献1記載の通信方法は、計測の高精度化と通信の高速化を両立することは困難であると考えられる。
 また、特許文献1記載の通信方法のように、各セルコントローラがそれぞれ割り当てられたスロットにおいて独立して計測を実施すると、計測タイミングがセルコントローラ毎にばらばらになってしまい、電池のSOCやSOHの算出精度が低下してしまう。
 本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、被計測対象の物理状態を高精度に計測しつつその計測結果を高速に送信することができる、無線通信技術を提供することを目的とする。
 本発明に係る通信装置は、第1時間スロットにおいて計測結果を無線送信し、第1時間スロットとは異なる第2時間スロットにおいて計測を開始する。
 本発明に係る通信装置によれば、時間を要する高精度な計測と高速な実質通信速度を両立させることができる。
電池システム100およびその周辺の構成図である。 電池システム100の詳細を説明する図である。 バッテリコントローラ102が2台のセルコントローラ203との間で無線通信する動作を説明するタイミングチャートである。
 図1は、本発明に係る電池システム100(通信システム)およびその周辺の構成図である。電池システム100の出力電圧は、電池の残容量や出力電流等により変動する直流電圧であるため、負荷111に対して電力を直接供給するには適さない場合がある。そこで、上位コントローラ112により制御されるインバータ110により電池システム100の出力電圧を三相交流に変換した後、負荷111に対して供給する。負荷111に直流電圧、他の多相交流、単相交流を供給する場合も同様の構成となる。負荷111が電力を出力する場合は、インバータ110を双方向インバータとすることにより、負荷111が出力した電力を電池システム100に蓄えることができる。また、充電システムをインバータ110と並列になるように電池システム100に対して接続することにより、必要に応じ電池システム100を充電することもできる。
 電池システム100は、電池の充電率(SOC)、劣化率(SOH)、電池に流すことのできる最大充電電流・放電電流(許容充放電電流)、電池温度、電池異常の有無等の電池状態に関する情報を、上位コントローラ112に対して送信する。上位コントローラ112はこれらの情報に基づき、エネルギーマネージメントや異常検知を実施する。上位コントローラ112は、例えば異常検知結果に基づき電池システム100をインバータ110または負荷111から切り離すべきと判断した場合は、電池システム100に対して切断指示を送信する。電池システム100は、その指示にしたがってリレー104を動作させ、インバータ110または負荷111を電気的に切り離す。
 図2は、電池システム100の詳細を説明する図である。電池システム100は、1以上の電池モジュール101、電池システム100の状態を監視・推定・制御するバッテリコントローラ102、電池システム100の出力を断続するリレー104、電池に流れた電流を計測する電流計測部105を備える。
 電池モジュール101は、1以上の単位電池201と1以上のセルコントローラ203(通信装置)を有する。セルコントローラ203は、電池モジュール101内部の温度や各単位電池201の出力電圧を計測し、また必要に応じ単位電池201毎に充放電を実施する。これにより単位電池201毎の電圧監視や電圧調整が可能となり、また温度に応じて電池の特性が変化する場合において、その温度に応じて電池の状態を推定することができる。
 電流計測部105とリレー104は、電力線103を介して電池モジュール101に対して直列接続されている。電流計測部105は、電池モジュール101の状態を監視・推定するために必要な電流値を計測する。リレー104は、上位コントローラ112の指令に基づき電池システム100の出力を断続する。電池モジュール101が複数台並列に接続されている場合は、各列にリレー104と電流計測部105を設けてもよいし、電池システム100の出力部分にのみリレー104と電流計測部105を設けてもよい。また、各列および電池システム100の出力部の両方にリレー104と電流計測部105を設けてもよい。
 リレー104は、1台のリレーによって構成してもよいし、メインリレー/プリチャージリレー/抵抗の組によって構成してもよい。後者の構成の場合、プリチャージリレーと直列に抵抗を配置し、これらをメインリレーと並列接続する。リレー104を接続する場合、まずプリチャージリレーを接続する。プリチャージリレーを流れる電流は直列接続した抵抗により制限されるため、前者の構成の場合において生じうる突入電流を制限することができる。プリチャージリレーを流れる電流が十分小さくなった後にメインリレーを接続する。メインリレー接続のタイミングはプリチャージリレーを流れる電流を基準にしてもよいし、抵抗にかかる電圧やメインリレーの端子間電圧を基準にしてもよいし、プリチャージリレーを接続してから経過した時間を基準にしてもよい。
 電池モジュール101による計測値と電流計測部105による計測値は、バッテリコントローラ102に送信される。バッテリコントローラ102は、その計測値に基づき電池の状態監視、状態推定、制御を実施する。ここでいう制御とは、例えば各単位電池201の電圧を均等化するための単位電池201毎の充放電、各センサの電源制御、センサのアドレッシング、バッテリコントローラ102に接続されたリレー104の制御、などの動作である。
 電池システム100は、システム冷却用のファンを備える場合もあり、バッテリコントローラ102はそのファンを制御する場合もある。電池システム100が冷却制御を実施することにより、電池システム100と上位コントローラ112との間の通信量を削減することができる。
 セルコントローラ203は、電圧検出線202を介して1以上の単位電池201と接続されている。セルコントローラ203は、受信信号強度計測部302、電源303、無線通信回路304、無線通信制御部305、計測部306、異常検知部307を備える。
 計測部306は、無線通信制御部305からの指示にしたがって、各単位電池201の電池電圧、温度などの物理状態を計測する。この計測結果は無線通信制御部305と異常検知部307に送られる。
 異常検知部307は、計測部306から受け取った計測結果やセルコントローラ203の内部状態に基づき、単位電池201やセルコントローラ203の異常の有無を検知し、無線通信制御部305に対してその検知結果を送る。異常検知部307が検知する単位電池201の異常としては、例えば過充電、過放電、過温度がある。異常検知部307が検知するセルコントローラ203の異常としては、例えば計測部306の機能異常、異常検知部307自身の機能異常がある。これらをセルコントローラ203内部で検知することにより、迅速に異常検知することができる。
 無線通信制御部305は、無線通信回路304の動作を制御する機能部であり、計測部306や異常検知部307から受け取った計測結果または検知結果を、無線通信回路304を介してバッテリコントローラ102に対して無線通信106により送信する。具体的な制御方法は後述する。無線通信制御部305は、例えば受信信号強度計測部302が計測した受信電波強度を用いて使用すべき周波数チャンネルを判断する。これにより、ノイズが少なく通信異常が起きにくい適切なタイミングで計測結果を送信することができる。
 無線通信回路301はアンテナ301に接続され、バッテリコントローラ102との間で電波を送受信する。無線通信回路301は、例えば電波の反射強度を制御する回路、および電波を発信するための回路のいずれかまたは両方を含み、これらを用いてパッシブ型またはアクティブ型の無線通信を実施する。電波の反射強度を制御する回路を用いる場合は、無線通信の消費電力を低減することができる。電波を発信する回路を用いる場合は、無線通信の信号が強化され、ノイズ耐性が向上し通信可能距離が長くなる。
 アンテナ301は、電波を発信・受信するための装置であり、通信に用いる周波数帯域に適したサイズとなっている。小型化が必要な場合はチップ型のアンテナ301を用い、低コスト化や薄型化が必要な場合は基板表面に設けた配線パターンをアンテナ301として用いる。
 受信信号強度計測部302は、アンテナ301が受信した電波の信号強度を計測する。この信号強度値は無線通信制御部305や電源303に送られる。
 電源303は、セルコントローラ203内の各回路に電力を供給する。電源303自身は、単位電池201もしくはアンテナ301が受信した電波を電源として使用する。図2においては単位電池201を電源として用いる例を示した。セルコントローラ203内の各回路に常時電力を供給すると消費電力が増加してしまうため、電源303は必要に応じて出力を制限することができる。電源303は例えば、受信信号強度計測部302が出力する信号強度が所定値を超えると無線信号を受信していると判断して出力を開始し、無線通信制御部305が通信終了を示す信号を出力したら出力を停止することにより、出力を制限することができる。
 バッテリコントローラ102は、各セルコントローラ203と無線通信してその動作を制御する回路であり、アンテナ401、無線通信回路402、無線通信制御部403、CPU404を備える。
 アンテナ401は、電波を発信・受信するための装置であり、通信に用いる周波数帯域に適したサイズとなっている。小型化が必要な場合はチップ型のアンテナ401を用い、低コスト化や薄型化が必要な場合は基板表面に設けた配線パターンをアンテナ401として用い、大きな送信出力や高い受信感度が必要な場合は例えば棒状のアンテナ401を用いる。アンテナ401は、セルコントローラ203が備えるアンテナ301との間で無線電波を送受信する。
 無線通信回路402は、アンテナ401に接続され、これを介して電波を送受信するための発信回路や受信回路を有している。無線通信制御部403は、無線通信回路402の動作を制御する機能部であり、無線通信回路402を介してセルコントローラ203と無線通信する。通信手順については後述する。
 CPU404は、無線通信制御部403を介して電池モジュール101の状態に関する情報を取得し、これに基づき電池のSOCやSOHなどの状態を推定し、異常情報に基づき電池システム100を制御し、必要に応じて上位コントローラ112に対して電池モジュール101の状態に関する情報を送信する。またCPU404は、電流計測部105の計測結果に基づき同様の制御を実施することもできる。
 無線通信回路304と402は、例えば2.4GHz帯やUHF帯を用いて通信する。これにより多くの国で電池システム100を動作させることができる。これらの周波数帯は他の機器も使用しており混信が発生しうるため、無線通信制御部305と403は周波数ホッピング等の混信対策処理を実施してもよい。
 図3は、バッテリコントローラ102が2台のセルコントローラ203との間で無線通信する動作を説明するタイミングチャートである。以下図3にしたがって、無線通信制御部305および403の動作について説明する。
 バッテリコントローラ102とセルコントローラ203は、時分割無線通信により通信する。バッテリコントローラ102は、各セルコントローラ203に対して通信可能時間(以下、スロットと呼ぶ)を割り当て、各セルコントローラ203は自身に割り当てられたスロットにおいてバッテリコントローラ102と無線通信する。各スロットの長さは一定であるため、各セルコントローラ203は自身が通信を実施すべきタイミングを予測することができる。これにより各セルコントローラ203は、通信を実施するタイミングにおいてのみ起動し、消費電力を減らすことができる。
 バッテリコントローラ102がビーコン701を発信すると、バッテリコントローラ102と各セルコントローラ203との間の無線通信が開始される。各セルコントローラ203はビーコン701を受信すると、最初のスロット(スロット1)が始まったことを認識する。
 ビーコン701は、各セルコントローラ203が実施すべき動作を指示するコマンドを含んでおり、各セルコントローラ203は自身に割り当てられたスロットにおいてその動作を実施する。
 バッテリコントローラ102は、ビーコン701を送出した後、定期的に信号702を送出し、次のスロットが始まったことを各セルコントローラ203に対して通知する。各セルコントローラ203の無線通信制御部305は、信号702を受信すると、現在のスロットが自身に割り当てられたスロットであればビーコン701によって指示された動作を実施する。例えばセルコントローラ203内部回路の起動や送信処理721を実施する。このように各セルコントローラが異なるタイミングで送信処理721を実施することにより、通信の衝突が回避できる。
 ビーコン701に含まれるコマンドによっては、各セルコントローラ203は自身に割り当てられたスロット以外においても処理を実施してもよい。図3に示す例では、各セルコントローラ203の計測部306は、無線通信制御部305からの指示にしたがって、スロット1において計測処理711を実施する。各セルコントローラ203が同時に実施しても不都合が生じない計測処理711のような動作と、各セルコントローラ203が同時に実施すると通信衝突などの不都合が生じる送信処理721のような処理とをそれぞれ異なるスロットにおいて実施することにより、各スロット長を短縮することができる。これにより実効的な通信速度が向上し、バッテリコントローラ102における演算のリアルタイム性が向上する。
 また、各セルコントローラ203が計測処理711を同一のスロットにおいて実施することにより、計測の同時性が向上し、電流計測部105と計測部306との間の計測タイミングのずれを小さくすることができる。これによりSOCやSOHといった電池状態に関する演算精度が改善する。
 各セルコントローラ203に対するスロット割当は、例えば電池システム100出荷時にセルコントローラ203が有する不揮発メモリに固定値として保存することができる。あるいは例えばビーコン701によってバッテリコントローラ102が各セルコントローラ203のスロット割当を指示してもよい。
 各セルコントローラ203が同時に実施する処理を開始するタイミングやその処理の所要時間に合わせて、スロット割当が変わるようにしてもよい。例えば図3に示すように、計測処理711がスロット1から開始し所要時間が1.2スロット分である場合、セルコントローラ1の送信処理711にはスロット3が割り当てられ、セルコントローラ2の送信処理711にはスロット4が割り当てられる。これによりスロット数を最適化し、各セルコントローラ203とバッテリコントローラ102との間の通信周期を短縮できる。スロット割当をどのように変更するかについては例えば各セルコントローラ203の無線通信制御部305が判断してもよいし、ビーコン701などによってバッテリコントローラ102が指示してもよい。
 各セルコントローラ203に対するスロット割当は、例えばビーコン701受信時に各セルコントローラ203がランダムに決めてもよい。この場合、通信が衝突する可能性があるが、次の通信周期において再度ビーコン701によってスロット割当を改めてランダムに変更することにより、次周期以降においては通信衝突を回避することができる。スロット割当をランダムに決定することにより、例えば多数のセルコントローラ203が雑多に存在する保管倉庫のような場所においても、本発明の効果を発揮するためのスロット割当を効率的に設定することができる。
 スロットをランダムに割り当てる場合においても、各セルコントローラ203が同時に実施する処理を開始するタイミングやその処理の所要時間に合わせて、ランダムに割り当てるスロット番号を制約してもよい。例えば、スロット1から開始し所要時間が1.2スロット分である処理が既に存在する場合は、その他の処理に対して割り当てるスロット番号は3以上とする。これにより、ランダムに割り当てたスロットが他の処理に割り当てられたスロットと競合することを回避できる。
<本発明のまとめ>
 以上のように、本発明に係るセルコントローラ203において、単位電池201の物理状態を計測開始するスロットと、その計測結果を無線送信するスロットは、互いに異なっている。これにより無線通信制御部305は、計測部306による計測所要時間に制約されることなく、計測結果を無線送信することができる。したがって、セルコントローラ203間の通信衝突を回避しつつ、計測結果を送信するスロット長を短くして実行通信効率を高めることができる。
 また本発明に係る電池システム100において、各セルコントローラ203は同一のスロットにおいて計測処理711を開始することができる。これにより計測部306が電池電圧を計測するタイミングをセルコントローラ203間で一致させることができ、SOCやSOHの算出精度を改善することができる。
 本発明は上記した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。上記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。例えば、上記実施形態においては電池の物理状態を計測して無線送信する例を説明したが、その他の被計測対象の物理状態を計測して無線送信する通信システムにおいても、本発明を適用することができる。
 上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
 100:電池システム、101:電池モジュール、102:バッテリコントローラ、103:電力線、104:リレー、105:電流計測部、106:無線通信、110:インバータ、111:負荷、112:上位コントローラ、201:単位電池、202:電圧検出線、203:セルコントローラ、301:アンテナ、302:受信信号強度計測部、303:電源、304:無線通信回路、305:無線通信制御部、306:計測部、307:異常検知部、401:アンテナ、402:無線通信回路、403:無線通信制御部、404:CPU。

Claims (8)

  1.  被計測対象の物理状態を計測する計測部、
     前記計測部による計測結果を時分割の無線通信により送信する無線通信部、
     を備え、
     前記無線通信部は、あらかじめ割り当てられた第1時間スロットにおいて、前記計測結果を無線通信により送信し、
     前記計測部は、前記第1時間スロットとは異なる第2時間スロットにおいて、前記被計測対象の物理状態を計測する動作を開始する
     ことを特徴とする通信装置。
  2.  前記計測部と前記無線通信部は、環境中の電磁波から電力を受け取り、その電力を電源として動作する
     ことを特徴とする請求項1記載の通信装置。
  3.  前記無線通信部は、前記被計測対象の物理状態に関する計測結果を送信するよう指示する命令を無線通信により受信し、その指示にしたがって前記計測部に対して前記被計測対象の物理状態を計測開始するよう指示し、
     前記計測部は、前記無線通信部からの指示にしたがって前記被計測対象の物理状態を計測する動作を開始し、
     前記計測部と前記無線通信部は、前記無線通信部が前記命令を受信した無線通信の電磁波を電源として動作する
     ことを特徴とする請求項2記載の通信装置。
  4.  前記計測部と前記無線通信部は、前記被計測対象から電力を受け取り、その電力を電源として動作する
     ことを特徴とする請求項1記載の通信装置。
  5.  前記被計測対象は電池であることを特徴とする請求項4記載の通信装置。
  6.  第1および第2の請求項1記載の通信装置、
     前記第1および第2の通信装置と無線通信するコントローラ、
     を備え、
     前記コントローラは、前記第1および第2の通信装置に対してそれぞれ、前記第1時間スロットを割り当てる信号と、その割り当てた前記第1時間スロットにおいて前記計測結果を送信するよう指示する送信命令とを、無線通信により送信し、
     前記第1および第2の通信装置は、前記送信命令にしたがって前記第1時間スロットにおいて前記計測結果を無線通信により前記コントローラに対して送信する
     ことを特徴とする通信システム。
  7.  前記コントローラは、前記第1および第2の通信装置に対してそれぞれ、前記第1時間スロットとは異なる前記第2時間スロットを割り当てる信号と、その割り当てた前記第2時間スロットにおいて前記被計測対象の物理状態を計測するよう指示する計測命令とを、無線通信により送信し、
     前記第1および第2の通信装置は、前記計測命令にしたがって前記第2時間スロットにおいて前記被計測対象の物理状態を計測する動作を開始する
     ことを特徴とする請求項6記載の通信システム。
  8.  前記コントローラは、前記第1および第2の通信装置に対して、互いに時間的に重なり合う前記第2時間スロットを割り当て、
     前記第1および第2の通信装置は、前記コントローラから割り当てられた前記第2時間スロットにしたがって、互いに同時並行して、前記被計測対象の物理状態を計測する
     ことを特徴とする請求項7記載の通信システム。
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