JP2008054409A

JP2008054409A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2008054409A
Application number: JP2006227630A
Authority: JP
Inventors: Yasusuke Mitani; 庸介三谷; Shuji Oshida; 修司押田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】高精度充放電制御を実現するために蓄電素子の電圧データ量を低減した蓄電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スレーブユニット５に内蔵された蓄電素子１の電圧データをマスタ側制御回路９に送信する際に、蓄電素子１の電圧の代表データを決定した後、この代表データと蓄電素子１の電圧との差分データをそれぞれ求め、代表データと各差分データを送信するものであり、蓄電素子１の電圧データは１つの代表データと、それとの差分データのみになるが、差分データの必要ビット数は少なくなるので、その分、短時間間隔で電圧データを得ることができ、高精度に充放電制御を行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電素子を用いた蓄電装置に関するものである。

近年、環境への配慮から駆動の全てあるいは一部をモーターで行う、いわゆる電気自動車やハイブリッド自動車が普及しつつある。これらの自動車はモーターの電力がバッテリ（二次電池）から供給されている。この場合、バッテリの必要個数を低減するために昇圧コンバータと組み合わせて使用されているが、それでも３００個程度のバッテリが必要となる。

また、バッテリは急速かつ大電流充放電による特性変化や劣化が起こるため、特に急加速時にモーターへ供給する電流を制限している。その結果、十分な加速が得られない場合があった。これに対し、急速放電が可能なキャパシタをバッテリと併用した自動車も考案されている。これにより、急加速時にバッテリに加えキャパシタの電力もモーターに供給されるため、バッテリのみの場合より急峻な加速が可能となる。

この場合、モーターを駆動できるだけの電圧をキャパシタで得るには、例えば必要電圧が約６９０Ｖであるとすると、１個当たりの定格電圧が２．３Ｖのキャパシタを用いた場合、３００個を直列に接続する必要がある。また、必要な容量を得るために並列接続を組み合わせることもある。

このように、電気自動車やハイブリッド自動車に使用されるバッテリやキャパシタ（以下、両者を総称して蓄電素子という）はそれぞれ数百個オーダーが必要となるが、蓄電素子には特性バラツキがあるので、蓄電素子に印加される電圧がばらついてしまう。これを考慮せず充電を行うと、蓄電素子の制限電圧値を超えてしまい、劣化が進行したり、場合によっては破損に到る可能性がある。

これに対し、高信頼性を得るために多数の蓄電素子がそれぞれ制限電圧値を超えたか否かを判定する蓄電装置が例えば特許文献１に示されている。このような蓄電装置の一例を図５のブロック回路図に示す。なお、図５では蓄電素子に二次電池を用いた例を説明する。

図５において、蓄電装置は全体の制御を司る制御装置１０１、および電池監視装置１０２と複数の二次電池１０３を接続したモジュール電池１０４からなる複数の組電池１０５により構成されている。制御装置１０１と組電池１０５は信号配線１０６により互いに接続されている。なお、図５では二次電池１０３を直列に接続し、さらにモジュール電池１０４も直列になるように接続されている。

次に、電池監視装置１０２の構成を説明する。まず、信号配線１０６と信号の送受信を行うための通信インターフェース回路１１２が設けられている。また、各二次電池１０３には、それぞれの電圧を検出するための電圧検出回路１１３が接続されている。さらに、電圧検出回路１１３で検出された電圧値が制限電圧値を超えているかを判断し、通信インターフェース回路１１２を介して制御装置１０１に制御信号を送信するスレーブ側制御手段１１４が設けられている。なお、通信インターフェース回路１１２の信号有無を検出してスレーブ側制御手段１１４に知らせる信号有無検出回路１１７も設けられている。

次に、制御装置１０１の構成について説明する。まず、信号配線１０６は接続ポート１２１に接続され、絶縁回路１２２を介してマスタ側制御手段１２３に接続されている。絶縁回路１２２は絶縁回路電源１２４によってオンオフ制御されている。

次に、二次電池１０３の制限電圧値判定動作について説明する。各二次電池１０３の電圧は電圧検出回路１１３により検出され、スレーブ側制御手段１１４に入力される。スレーブ側制御手段１１４は各二次電池１０３の電圧が制限電圧値を超えている場合は不具合情報である制御信号を、通信インターフェース回路１１２を通して制御装置１０１に送信する。これにより、制御装置１０１は不具合な組電池１０５を特定して認識することができる。
特許第３５８１８２５号公報

上記の蓄電装置によると、確かに不具合な組電池１０５を特定できるので、高信頼性を得ることができるのであるが、各二次電池１０３の電圧データを直接制御装置１０１へ送信していない。従って、制限電圧値からどの程度超えているかという情報を得ることができないので、得られた不具合情報から二次電池１０３の不具合程度に応じて劣化を抑制する等の充電のフィードバック制御を行うことができない。さらに、二次電池１０３にはバラツキが存在するので、どの二次電池１０３が制限電圧値を超えそうかという予測を各二次電池１０３に対して行い、それに合わせて充電電流などの制御を行うこともできない。

このような充電のフィードバック制御を行うためには、各二次電池１０３の電圧データを常に制御装置１０１が監視して、充電回路（図示せず）を制御する構成が必要である。そのためには、図５の構成において、電圧検出回路１１３で検出された各二次電池１０３の電圧データを制御装置１０１に送信すればよい。しかし、仮に図５の構成の蓄電装置を前記した電気自動車やハイブリッド自動車に応用すると、二次電池１０３は数百個オーダーが必要になるので、数百個分の電圧データを送信しなければならなくなる。その電圧データ総量（全ビット数）は、例えば以下のように見積もられる。

電圧検出回路１１３で電圧を検出するためにはＡ／Ｄコンバータが必要になるが、一般的な１０ビットの分解能のものを用いたとすると、電圧データ１つ当たり１０ビットが必要となる。従って、例えば各組電池１０５に１２個の二次電池１０３が接続されているとすると、組電池１０５毎の送信電圧データは計１２０ビット（＝１０ビット×１２個）となる。また、二次電池１０３の定格電圧を２．３Ｖ、車両用として必要な電圧を前記したように６９０Ｖとすると、組電池１０５は２５ユニット（＝６９０Ｖ÷２．３Ｖ÷１２個）必要となる。従って、全蓄電素子の電圧データは計３０００ビット（＝１２０ビット×２５ユニット）にもなる。

このように、従来の構成では全電圧データの送受信を行うとデータ送受信時間が不具合情報だけの場合に比べ極めて長くなるので、タイムリーな充電のフィードバック制御を高精度に行うには不十分であるという課題があった。同様に、放電の場合も二次電池１０３の過放電を防止するようにフィードバック制御を行う必要があるが、これに対しても従来の構成ではデータ送受信時間が長く、タイムリーに高精度な放電制御を行うには不十分であるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高精度充放電制御を実現するために、蓄電素子の電圧データ量を低減した蓄電装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電装置は、スレーブユニットに内蔵された蓄電素子の電圧データをマスタ側制御回路に送信する際に、前記蓄電素子の電圧の代表データを決定した後、この代表データと前記蓄電素子の電圧との差分データをそれぞれ求め、前記代表データと各差分データを送信するものである。

本構成によると、各スレーブユニットから送信する蓄電素子の電圧データは１つの代表データと、それとの差分データのみになるが、前記差分データの必要ビット数は少なくなる。その結果、前記目的を達成することができる。

本発明の蓄電装置によれば、電圧データのほとんどが必要ビット数の少ない差分データになるので、スレーブユニットからの送信データ量が低減され、その分、短時間間隔で電圧データを得ることができる。従って、タイムリーに高精度な充放電制御を行うことが可能な蓄電装置を実現できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、「電圧」とは蓄電素子の両端における電圧値そのものであり、「電圧データ」とは、前記電圧をデータとして送受信するための代表データ、差分データ、および変化量データ（いずれも後述する）を総称するものと定義する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における蓄電装置のブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１における蓄電装置のスレーブ側制御回路の送信データフォーマット図であり、（ａ）は代表データが最初の蓄電素子１の電圧である場合の送信データフォーマット図を、（ｂ）は代表データが各蓄電素子１の電圧の平均値である場合の送信データフォーマット図をそれぞれ示す。なお、図１において、太線は電力系配線を、細線はスレーブ送受信系配線を、それぞれ示す。また、ここでは蓄電装置を車両に適用した場合について述べる。

図１において、蓄電素子１は定格電圧２．３Ｖの大容量電気二重層キャパシタからなり、これを合計３００個直列に接続して必要な電力を賄っている。なお、蓄電素子１は電気二重層キャパシタに限らず、充放電可能な電気化学キャパシタや二次電池等でもよい。

各蓄電素子１は１２個毎に蓄電素子ユニット１ａを形成する構成とした。１２個の蓄電素子１には、それらの電圧を検出するための電圧検出回路２が接続されている。電圧検出回路２は蓄電素子１の両端における電圧を検出できるように接続されている。本実施の形態１では電圧検出回路２が蓄電素子１のそれぞれの両端における電圧を検出するように配線した。電圧検出回路２で検出した電圧はスレーブ側制御回路３で読み込まれ、送受信可能な電圧データに変換されて、スレーブ側制御回路３に接続されたスレーブ送受信系配線４を介して送信される。なお、スレーブ側制御回路３には通信インターフェース回路（図示せず）が内蔵された構成を有している。

従って、上記の蓄電素子ユニット１ａ、電圧検出回路２、およびスレーブ側制御回路３を内蔵したスレーブユニット５は複数ユニット（本実施の形態１では２５ユニット）を有する構成となる。

各スレーブユニット５は蓄電素子ユニット１ａの両端が直列になるように電力系配線６で接続されている。さらに、各スレーブ側制御回路３もスレーブ送受信系配線４で直列に接続されている。また、スレーブ送受信系配線４の一端にはマスタ側制御回路９が接続されている。マスタ側制御回路９にも通信インターフェース回路（図示せず）が内蔵された構成を有している。なお、両端のスレーブユニット５には、＋、−端子を介して図示しない充放電回路に接続されている。

ここで、電圧検出回路２について説明する。電圧検出回路２は、例えばマルチプレクサとＡ／Ｄコンバータを内蔵し、各蓄電素子１の電圧をマルチプレクサにより切り替えながらＡ／Ｄコンバータで測定し、デジタルデータに変換する機能を有している。本実施の形態１では１０ビットの分解能を有するＡ／Ｄコンバータを用いた。

また、スレーブ側制御回路３は電圧検出回路２に対して、具体的にはマルチプレクサへ切り替えのための選択信号を送信するとともに、Ａ／Ｄコンバータの出力を取り込む機能を有する。

次に、このような蓄電装置の動作について説明する。

まず、車両の起動時にマスタ側制御回路９は、各蓄電素子１を充電するにあたって現在の各蓄電素子１の電圧を求めるために、スレーブ送受信系配線４を介して各スレーブ側制御回路３に対し各蓄電素子１の電圧データの送信要求を行う。

送信要求を受けた各スレーブ側制御回路３は、それぞれ電圧検出回路２を制御して蓄電素子ユニット１ａの１２個の蓄電素子１の電圧を順次検出する。この時、蓄電素子１は同等の電気特性を有するよう製造されているものの、その電圧にはバラツキが含まれる。ここで、蓄電素子１に用いた電気二重層キャパシタの定格電圧２．３Ｖに対し、バラツキが±１００ｍＶ以内であったとする。Ａ／Ｄコンバータの分解能は１０ビットであり、蓄電素子１の定格電圧が２．３Ｖであることから、バラツキを含め十分な電圧検出を行うための検出フルスケールを２．５Ｖと設定すると、１ビット当たりの最小検出電圧は２．５ｍＶ（≒２．５Ｖ／（２¹⁰−１）＝２５００ｍＶ／１０２３）となる。ゆえに、後述する差分データの許容範囲であるバラツキ幅２００ｍＶを表すには７ビットが必要となる。これは、２００ｍＶ／２．５ｍＶ＝８０より、８０を超えて最も近い２の累乗は２⁷＝１２８であることから、７ビットあれば８０を表現できるためである。

これらのことから、本実施の形態１ではスレーブ側制御回路３が例えば次のようにして各蓄電素子１の電圧データを求めている。

まず、最初に電圧検出回路２によって検出した最初の（例えば１番目の）蓄電素子１の電圧を代表データとして決定し、そのまま記憶しておく。代表データは従来と同様に１０ビットのデータとなる。なお、最初に検出した電圧を代表データと決定することで、後述するように、これ以降に検出する各蓄電素子１の電圧との差分データを電圧検出と同時に求めることができるので、スレーブ側制御回路３の演算処理を早くすることができる。さらに、もし最初以外の任意の蓄電素子１の電圧データを代表データとすると、スレーブ側制御回路３は代表データがどの蓄電素子１の電圧データであるかを示す区別データを別途付加する必要があるが、代表データを最初の蓄電素子１の電圧データと決定しておくことで、マスタ側制御回路９は受信した代表データが必ず最初の蓄電素子１の電圧データであるとわかっているので、区別データが不要となり、データ量を少なくすることができる。

その後、２番目に検出した蓄電素子１の電圧と代表データの差分を求める。この時、以下の点に注意する必要がある。

前記したように、本実施の形態１では電圧のバラツキは、全蓄電素子１の電圧の平均値から±１００ｍＶの範囲であるので、例えば平均値が２．３Ｖであったとすると、各蓄電素子１の電圧は２．２Ｖから２．４Ｖの間に分布することになる。しかし、例えば１番目の電圧がバラツキ下限の２．２Ｖであり、２番目の電圧がバラツキ上限である２．４Ｖであったとすると、１番目の電圧と２番目の電圧の差分は、２．４−２．２＝＋０．２Ｖ＝＋２００ｍＶとなる。この値は上記したバラツキ範囲（±１００ｍＶ）を超えるので、この差分データを上記したバラツキ範囲のビット数（７ビット）で表すことはできない。

そこで、代表データを最初に検出した電圧とする場合は、最大バラツキ範囲として本来のバラツキ範囲の２倍である±２００ｍＶが必要になる。従って、±２００ｍＶを表現するのに必要なビット数は１ビット増えて８ビットとなる。

以上のことから、差分データは１つ当たり８ビットで表し、これを各蓄電素子１の電圧に対して求めていく。これにより、２番目から１２番目までの各差分データが求められ、それらは全て８ビットのデータとなる。

このようにして代表データと各差分データを求めた後、スレーブ側制御回路３はマスタ側制御回路９にこれらのデータを電圧データとして送信する。この時の送信データのデータフォーマット図を図２（ａ）に示す。データの先頭であることを示すヘッダ（スレーブユニット５の固有番号やデータ種類等の情報を含む）に続いて、１番目の蓄電素子１の電圧データ、すなわち代表データを１０ビットで送信し、引き続き２番目から１２番目までの各差分データ（それぞれ８ビット）を送信した後、電圧データの終わりを表すデータ（本実施の形態１ではパリティビットと兼用している）を送信するフォーマットとしている。従って、ヘッダとパリティは従来のデータフォーマットにも共通して必要であるので、それ以外の電圧データ領域のみに着目すると、１つのスレーブユニット５から送信される電圧データのビット数は１０ビット×１＋８ビット×１１＝９８ビットとなる。今、スレーブユニット５は全部で２５ユニットあり、各々が上記データを送信するので、全蓄電素子１の電圧データビット数は２４５０ビット（＝９８ビット×２５ユニット）となることがわかる。これは、従来のデータビット数（３０００ビット）に比べて約８２％のデータ量であるので、データ送信時間の短縮が２割近く図れることになる。その分、短時間間隔で電圧データが得られるので、高精度に充放電制御を行うことが可能となる。

このようなデータを受け取ったマスタ側制御回路９は、代表データに対し差分データを加減することにより各蓄電素子１の実際の電圧に戻して、図示しない充放電回路を制御している。

以上の動作を繰り返すことにより、従来に比べデータ送信時間の短縮を図ることができる。

なお、代表データの決定は上記した最初の蓄電素子１の電圧とする以外に、各蓄電素子１の電圧の平均値としてもよい。この場合の詳細について以下に述べる。

まず、各スレーブ側制御回路３がマスタ側制御回路９から各蓄電素子１の電圧データの送信要求を受けると、各スレーブ側制御回路３は電圧検出回路２を介して各蓄電素子１の電圧を取り込み、各電圧の平均値を求める。この平均値を代表データとして決定し、次に、代表データと各電圧との差分を求める。この場合、差分データは各蓄電素子１の電圧に対して求めるので、１２個のデータとなる。

ここで、差分データは平均値に対する差分として求めるので、その値は蓄電素子１の電圧バラツキ範囲である±１００ｍＶ以内となる。従って、前記した最初の蓄電素子１の電圧を代表データとする場合に比べバラツキ範囲が半分となるので、差分データの必要ビット数は７ビットとなる。

このようにして代表データと各差分データを求めた後、スレーブ側制御回路３はマスタ側制御回路９にこれらのデータを電圧データとして送信する。この時の送信データのデータフォーマット図を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）と同様にヘッダに続いて、各蓄電素子１の電圧の平均値、すなわち代表データを１０ビットで送信し、引き続き１番目から１２番目までの各差分データ（それぞれ７ビット）を送信した後、電圧データの終わりを表すデータ（パリティ）を送信するフォーマットとしている。従って、ヘッダとパリティ以外の電圧データ領域のみに着目すると、１つのスレーブユニット５から送信される電圧データのビット数は１０ビット×１＋７ビット×１２＝９４ビットとなる。従って、２５ユニットのスレーブユニット５からの全電圧データビット数は２３５０ビット（＝９４ビット×２５ユニット）となる。これは、従来のデータビット数（３０００ビット）に比べて約７８％のデータ量であるので、データ送信時間の短縮が２割以上図れることになり、代表データを最初の蓄電素子１の電圧とする場合に比べ若干ではあるが、さらに短時間間隔で電圧データが得られるので、その分、高精度に充放電制御を行うことが可能となる。

上記データを受け取ったマスタ側制御回路９は、代表データに対し差分データを加減することにより各蓄電素子１の実際の電圧に戻して、図示しない充放電回路を制御している。

このような動作を繰り返すことにより、従来に比べさらにデータ送信時間の短縮を図ることができる。

以上の構成、動作により、各スレーブユニット５からマスタ側制御回路９への蓄電素子１のデータ総量が低減できるので、その分、短時間間隔で電圧データが得られ、高精度に充放電制御が可能な蓄電装置を実現することができた。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における蓄電装置のスレーブ側制御回路の送信データフォーマット図である。

まず、本実施の形態２における蓄電装置の構成は図１と全く同じであるので、構成の詳細な説明は省略する。

次に、本実施の形態２における動作について説明する。

車両起動後、最初に蓄電素子１の電圧データを求める時は実施の形態１と同様である。なお、代表データは電圧検出回路２によって検出される最初の蓄電素子１の電圧、または各蓄電素子１の電圧の平均値のいずれでもよい。

このようにして得られた各蓄電素子１の最初の電圧はスレーブ側制御回路３、およびマスタ側制御回路９で記憶しておく。なお、マスタ側制御回路９には図２（ａ）、または（ｂ）のデータフォーマットで送信されてくるので、マスタ側制御回路９では代表データと差分データから電圧を求め、その値を記憶する。

次に、スレーブ側制御回路３は２回目以降のデータを次のようにして送信している。

スレーブ側制御回路３はマスタ側制御回路９から電圧データの送信要求を受けると、電圧検出回路２を介して各蓄電素子１の電圧を取り込む。次に、スレーブ側制御回路３は前回の各蓄電素子１の電圧を記憶しているので、その電圧と現在の各蓄電素子１の電圧との変化量を求める。変化量は前回の電圧と現在の電圧の差分から求めている。こうして得られた各蓄電素子１の変化量データのみを電圧データとしてマスタ側制御回路９に送信する。変化量データを受け取ったマスタ側制御回路９は記憶している各蓄電素子１の前回の電圧に対し、受信した変化量データを加減することにより各蓄電素子１の現在の電圧を得る。このようにして得た現在の電圧は前回の電圧に換えて記憶し、更新する。なお、スレーブ側制御回路３が記憶している電圧も現在の電圧に更新する。このような動作を繰り返して各蓄電素子１の電圧を得ている。

この際のスレーブ側制御回路３からマスタ側制御回路９への送信データフォーマット図を図３に示す。ヘッダに続いて各蓄電素子１の１番目から１２番目までの変化量データを送信し、最後にパリティを送信するフォーマットとなる。ここで、変化量データのビット数について述べる。

マスタ側制御回路９は既定時間毎に電圧データを取得して蓄電素子１の充放電制御を行っているが、特に電圧変化が大きく、高精度に制御しなければならないのは過充電の可能性がある充電過程である。そのために、電圧データの取得は例えば０．１秒の既定時間毎に行っている。この充電時における各蓄電素子１の電圧変化量は最大充電時で０．１秒の間に約２０ｍＶ上昇する。従って、充電過程だけでなく放電過程も考慮すると、変化量データは最大で±２０ｍＶ（この範囲が既定許容範囲）となる。ゆえに、変化量データの幅は４０ｍＶになるので、１ビット当たり２．５ｍＶの分解能のＡ／Ｄコンバータで４０ｍＶを表すには４ビット（４０ｍＶ／２．５ｍＶ＝１６＝２⁴）が必要であることがわかる。ゆえに、変化量データは１データ当たり４ビットとなるので、図３の電圧データ領域の全ビット数は４ビット×１２＝４８ビットとなる。従って、蓄電装置全体では４８ビット×２５ユニット＝１２００ビットのデータ量でよいことになる。これは、従来に比べ４０％のデータ量であるので、データ送信時間の短縮が６割も図れることになり、その分、さらに短時間間隔で電圧データが得られるので、より高精度に充放電制御を行うことが可能となる。

しかし、この方法では例えば蓄電素子１の電圧がノイズ等により突発的に変化して電圧の変化量が既定許容範囲の±２０ｍＶを超えると、変化量データのビット数が不足するため誤差が生じてしまう。また、既定許容範囲を超えなかったとしても、マスタ側制御回路９が変化量データのみを受信し続けると、電圧に戻す時の最下位ビット誤差が蓄積され、いずれ大きな誤差となってしまう。

そこで、変化量データが既定許容範囲を超えたとき、または既定送信回数毎（例えば送信回数が１０回毎）に、スレーブ側制御回路３は実施の形態１で述べた方法で再び代表データと差分データを求め、各蓄電素子１の電圧データとしてマスタ側制御回路９に送信している。これにより、マスタ側制御回路９、および各スレーブ側制御回路３で記憶している電圧を更新している。このように動作することで、電圧の誤差を低減し、高信頼性を得ている。

以上の構成、動作により、各スレーブユニット５からマスタ側制御回路９への蓄電素子１のデータ総量がさらに低減できるので、その分、極めて短時間間隔で電圧データが得られ、高精度に充放電制御が可能な蓄電装置を実現することができた。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における蓄電装置のスレーブ側制御回路の送信データフォーマット図であり、（ａ）は代表データが最初の蓄電素子１の電圧である場合の送信データフォーマット図を、（ｂ）は代表データが各蓄電素子１の電圧の平均値である場合の送信データフォーマット図を、（ｃ）は変化量データの送信データフォーマット図をそれぞれ示す。

まず、本実施の形態３における蓄電装置の構成も図１と全く同じであるので、構成の詳細な説明は省略する。

次に、本実施の形態３における動作について説明する。

このようにして得られた各蓄電素子１の最初の電圧、代表データ、および差分データをスレーブ側制御回路３、およびマスタ側制御回路９で記憶しておく。

まず、実施の形態１で述べた、代表データが最初の蓄電素子１の電圧である場合について説明する。この場合、スレーブ側制御回路３はマスタ側制御回路９から電圧データの送信要求を受けると、電圧検出回路２を介して各蓄電素子１の電圧を取り込んだ後、現在の代表データ、および差分データを求め、電圧データとする。次に、記憶している前回の電圧データ（代表データ、および差分データ）と、現在の電圧データ（代表データ、および差分データ）を順次比較する。比較の結果、前回と現在のデータが一致していれば、１２個の蓄電素子１に対応した１２ビットで表される一致データの対応ビットを例えば０にする。一致していなければ一致データの対応ビットを１にする。これにより、一致データのｎ番目（ｎ＝１〜１２）のビットが０であれば、前回と現在のｎ番目の電圧データは一致していることを示し、１であればｎ番目の電圧データは変化していることを示す。なお、この時にスレーブ側制御回路３は現在の電圧データ（代表データ、および差分データ）を更新、記憶する。

このような動作により、スレーブ側制御回路３は一致データと、一致データでビットが１になっている電圧データのみをマスタ側制御回路９に送信する。従って、一致している電圧データに関しては、一致しているという情報を有する一致データのみをマスタ側制御回路９に送信することになる。この場合のデータフォーマット図の一例を図４（ａ）に示す。ヘッダに続いて１２ビットの一致データが送信される。ここで、一致データが例えば図４（ａ）に示す２進数で表されたとする。この一致データにより、ビットが１のもの、すなわち１番目、５番目、９番目、１１番目、１２番目の蓄電素子１の電圧データが前回と現在で変化しており、その他の蓄電素子１の電圧データは変化していないことがわかる。引き続き、変化した電圧データ（この場合、代表データと差分データ）を若い順番に送信する。ここでは１番目、５番目、９番目、１１番目、１２番目の蓄電素子１の電圧データをこの順に送信している。最後にパリティを送信して終了する。

この電圧データを受信したマスタ側制御回路９は、記憶している前回の電圧データに対し、一致データのビットが１の蓄電素子１に対応した電圧データ（ここでは５個）のみを更新、記憶するとともに、更新したデータで蓄電素子１の電圧を求める。

このような電圧データとすることで、図４（ａ）の場合は電圧データが計５４ビットと極めて低減できるが、蓄電装置が安定していて既定時間（０．１秒）毎の電圧データがほとんど変わらない状態が続く時は、電圧データのビット数を劇的に低減することができる。特に全蓄電素子１の電圧データが一致した場合は、一致データの１２ビットのみとなり、データ転送時間を極めて短くできる。但し、蓄電素子１の充電中などのように蓄電素子１の電圧が大きく変化する場合は、一致する電圧データがほとんどなくなり、特に全蓄電素子１の電圧データが変化した場合は、電圧データのビット数が図２（ａ）の９８ビットに一致データ１２ビットを加えた１１０ビットとなるため、従来のデータ量（１ユニット当たり１２０ビット）とほとんど変わらなくなる。従って、安定時は図４（ａ）のデータフォーマット、変動時は図２（ａ）のデータフォーマットというように使い分けることで効率的にデータ転送時間を短縮できる。

次に、実施の形態１で述べた、代表データが各蓄電素子１の電圧の平均値である場合について説明する。この場合も、スレーブ側制御回路３はマスタ側制御回路９から電圧データの送信要求を受けると、電圧検出回路２を介して各蓄電素子１の電圧を取り込んだ後、現在の代表データ（平均値）、および差分データを求め、電圧データとする。次に、記憶している前回の電圧データ（代表データ、および差分データ）と、現在の電圧データ（代表データ、および差分データ）を順次比較する。比較の結果、前回と現在のデータが一致していれば、代表データと１２個の蓄電素子１の差分データに対応した１３ビットで表される一致データの対応ビットを例えば０に、一致していなければ１にする。これにより、一致データのｎ番目（ｎ＝１〜１３）のビットが０であれば、前回と現在のｎ番目の電圧データは一致していることを示し、１であればｎ番目の電圧データは変化していることを示す。なお、この時にスレーブ側制御回路３は現在の電圧データ（代表データ、および差分データ）を更新、記憶する。

このような動作により、スレーブ側制御回路３は一致データと、一致データでビットが１になっている電圧データのみをマスタ側制御回路９に送信する。この場合のデータフォーマット図の一例を図４（ｂ）に示す。ヘッダに続いて１３ビットの一致データが送信される。ここで、一致データが例えば図４（ｂ）に示す２進数で表されたとする。この一致データにより、ビットが１のもの、すなわち５番目、８番目、１１番目、１２番目の電圧データが前回と現在で変化しており、その他の電圧データは変化していないことがわかる。引き続き、変化した電圧データ（この場合、差分データ）を若い順番に送信する。ここでは５番目、８番目、１１番目、１２番目の差分データをこの順に送信している。最後にパリティを送信して終了する。

この電圧データを受信したマスタ側制御回路９は、記憶している前回の電圧データに対し、一致データのビットが１の電圧データ（ここでは４個）のみを更新、記憶するとともに、更新したデータで蓄電素子１の電圧を求める。

このような電圧データとすることによっても、図４（ｂ）の場合は電圧データを計４１ビットと極めて低減できるが、蓄電装置が安定している状態では、電圧データのビット数を劇的に低減することができる。特に全蓄電素子１の電圧データが一致した場合は、一致データの１３ビットのみとなり、データ転送時間を極めて短くできる。但し、蓄電素子１の電圧が大きく変化する場合は、電圧データが最大１０７ビットとなるので、この場合も安定時と変動時でデータフォーマットを使い分ければよい。

次に、実施の形態２で述べた変化量データの場合について説明する。この場合は、起動後にスレーブ側制御回路３が実施の形態１で示した電圧データを送信した後では、まだ変化量データが得られていないので、２回目の電圧データ送信時には実施の形態２と同様にして図３のデータフォーマットで変化量データを送信する。この時の各蓄電素子１の変化量データはスレーブ側制御回路３とマスタ側制御回路９で記憶しておく。

その後、３回目以降でスレーブ側制御回路３がマスタ側制御回路９から電圧データの送信要求を受けると、電圧検出回路２を介して各蓄電素子１の電圧を取り込んだ後、現在の変化量データを求め、電圧データとする。次に、記憶している前回の電圧データ（変化量データ）と、現在の電圧データ（変化量データ）を順次比較する。比較の結果、前回と現在のデータが一致していれば、１２個の蓄電素子１の変化量データに対応した１２ビットで表される一致データの対応ビットを例えば０に、一致していなければ１にする。これにより、一致データのｎ番目（ｎ＝１〜１２）のビットが０であれば、前回と現在のｎ番目の電圧データ（変化量データ）は一致していることを示し、１であればｎ番目の電圧データは変化していることを示す。なお、この時にスレーブ側制御回路３は現在の電圧データ（変化量データ）を更新、記憶する。

このような動作により、スレーブ側制御回路３は一致データと、一致データでビットが１になっている電圧データのみをマスタ側制御回路９に送信する。この場合のデータフォーマット図の一例を図４（ｃ）に示す。ヘッダに続いて１２ビットの一致データが送信される。ここで、一致データが例えば図４（ｃ）に示す２進数で表されたとする。この一致データにより、ビットが１のもの、すなわち１番目、３番目、９番目、１２番目の電圧データが前回と現在で変化しており、その他の電圧データは変化していないことがわかる。引き続き、変化した電圧データ（変化量データ）を若い順番に送信する。ここでは１番目、３番目、９番目、１２番目の変化量データをこの順に送信している。最後にパリティを送信して終了する。

このような電圧データとすることによっても、図４（ｃ）の場合は電圧データを計２８ビットと極めて低減できるが、蓄電装置が安定している状態では、電圧データのビット数を劇的に低減することができる。特に全蓄電素子１の電圧データが一致した場合は、一致データの１２ビットのみとなり、データ転送時間を極めて短くできる。但し、蓄電素子１の電圧が大きく変化する場合は、電圧データが最大６０ビットとなるので、この場合も安定時と変動時でデータフォーマットを使い分ければよい。

なお、変化量データを用いる場合は実施の形態２で述べたように誤差が発生、拡大する可能性があるため、変化量データが既定許容範囲を超えるか、または既定送信回数毎に、スレーブ側制御回路は各蓄電素子１に対する代表データと差分データを再度求め、さらにそれらに対する変化量データを求めた後、本実施の形態３の方法で一致データを含む電圧データを送信する方法とすればよい。

なお、実施の形態１〜３における各スレーブユニット５の蓄電素子１は、いずれも直列になるように接続したが、これは必要とされる電力仕様に応じて、直並列接続としてもよい。この場合、蓄電素子１が充電されている時に、蓄電素子１の両端の接続点において、電圧が異なる接続点間にのみ電圧検出回路２を接続すればよい。これは、換言すると複数の蓄電素子１を１つのまとまりとしてそれ毎の両端に電圧検出回路２を接続する構成となる。

同様に、スレーブユニット５の蓄電素子１に対する電力系配線６の接続も直列としたが、必要な電力仕様に応じて複数のスレーブユニット５を並列や直並列になるように接続してもよい。

また、実施の形態１〜３におけるマスタ側制御回路９への送信データは各蓄電素子１の電圧データのみで説明したが、これは例えばスレーブユニット５に内蔵した蓄電素子１近傍の温度センサの出力データを付加してもよい。この場合、温度による蓄電素子１への充放電制御も可能な構成となるため、蓄電素子１の劣化を防ぎ高信頼が得られるとともに、電圧データ量を低減できる蓄電装置とすることが可能となる。

本発明にかかる蓄電装置は高精度充放電制御を実現するために蓄電素子の電圧データ量を低減できるので、特に電気自動車やハイブリッド自動車のモーター駆動用の蓄電装置等として有用である。

本発明の実施の形態における蓄電装置のブロック回路図本発明の実施の形態１における蓄電装置のスレーブ側制御回路の送信データフォーマット図であり、（ａ）代表データが最初の蓄電素子１の電圧である場合の送信データフォーマット図、（ｂ）代表データが各蓄電素子１の電圧の平均値である場合の送信データフォーマット図本発明の実施の形態２における蓄電装置のスレーブ側制御回路の送信データフォーマット図本発明の実施の形態３における蓄電装置のスレーブ側制御回路の送信データフォーマット図であり、（ａ）代表データが最初の蓄電素子１の電圧である場合の送信データフォーマット図、（ｂ）代表データが各蓄電素子１の電圧の平均値である場合の送信データフォーマット図、（ｃ）変化量データの送信データフォーマット図従来の蓄電装置のブロック回路図

符号の説明

１蓄電素子
１ａ蓄電素子ユニット
２電圧検出回路
３スレーブ側制御回路
４スレーブ送受信系配線
５スレーブユニット
６電力系配線
９マスタ側制御回路

Claims

直列または直並列に接続された複数の蓄電素子からなる蓄電素子ユニットと、
前記蓄電素子毎の両端、および／または複数の前記蓄電素子を１つのまとまりとしてそれ毎の両端における電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路で検出した前記電圧を読み込むスレーブ側制御回路とを内蔵したスレーブユニットを複数有し、
前記各スレーブユニットは、前記蓄電素子ユニットが直列または並列または直並列になるように電力系配線で、かつ、前記スレーブ側通信回路がスレーブ送受信系配線で、それぞれ接続されるとともに、
前記スレーブ送受信系配線にはマスタ側制御回路が接続された構成を有し、
前記電圧検出回路で検出された前記蓄電素子の電圧データを、前記スレーブ側制御回路より前記マスタ側制御回路に送信する際に、
前記蓄電素子の電圧の代表データを決定した後、この代表データと前記蓄電素子の電圧との差分データをそれぞれ求め、
前記代表データと各差分データを送信するようにした蓄電装置。
代表データは電圧検出回路によって検出される最初の蓄電素子の電圧、または蓄電素子の電圧の平均値である請求項１に記載の蓄電装置。
スレーブ側制御回路より送信する際、起動時は代表データと差分データを送信し、
以後の送信時に前回の蓄電素子の電圧と現在の蓄電素子の電圧との変化量データを送信するようにした請求項１に記載の蓄電装置。
変化量データが既定許容範囲を超えたとき、または既定送信回数毎に、スレーブ側制御回路は代表データと差分データを求め、蓄電素子の電圧データとしてマスタ側制御回路に送信するようにした請求項３に記載の蓄電装置。
スレーブ側制御回路は、前回送信した蓄電素子の電圧データと今回の蓄電素子の電圧データが一致しているものについては、一致していることを示す一致データのみをマスタ側制御回路に送信するようにした請求項１に記載の蓄電装置。