JP2014023362A - 制御装置、被制御装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents

制御装置、被制御装置、制御方法及び制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】設定作業や、通信ラインの据え付け作業を削減しつつ、信頼性の高い通信システムを容易に構築する。
【解決手段】実施形態の制御装置は、複数の被制御装置とバス型通信ネットワークを介して接続可能であり、複数の被制御装置を制御可能である。通信部は、バス型通信ネットワークを介して被制御装置が接続された場合に、当該バス型通信ネットワークを介して、各被制御装置を構成する部品あるいはモジュールに製造時に付与され、当該部品固有あるいは当該モジュール固有の固有情報を通信アドレスとして用いて通信を行う。
【選択図】図4

Description

本発明の実施形態は、制御装置、被制御装置、制御方法及び制御プログラムに関する。
従来、電気自動車において、駆動用の電源として組電池装置を搭載しているものが知られている。ここで、組電池装置の一態様として、直列接続された複数の二次電池セルを有する組電池と当該組電池を監視する組電池監視回路(VTM:Voltage Temperature Monitoring)とを備えた組電池モジュールを複数用い、これらの組電池モジュールの二次電池セルを全て直列接続するとともに、各組電池モジュールを管理する電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)を設け、この電池管理装置により組電池モジュール全体の電池パックにより供給可能な電力の電圧であるパック電圧およびパック電流及び組電池モジュールが有する二次電池セル毎の電圧であるセル電圧等を管理している(例えば、特許文献1参照)。
一般に電池管理装置が複数の組電池モジュールを管理するために通信を行う際には、各組電池モジュールに通信アドレス(通信ID)を予め割り当てておく必要がある。
例えば、一つの手法としては、接続形態に応じてDIPスイッチやロータリースイッチなどを用いて通信アドレス(通信ID)を予め割り当てるものが知られている。
また、他の手法としては、特許文献2に示すように、複数の組電池モジュールを制御通信系統とは別個の通信ケーブルでデイジーチェーン接続しておき、このデイジーチェーン接続された通信ケーブルを介して通信アドレス(通信ID)を設定し、設定後は、制御通信系統を介して制御を行っていた。
特開2007−205853号公報 特開2009−089521号公報
上記従来の手法では、装置コストが上昇したり、ケーブル据え付け作業等の手間が増えたりしてしまうと言う不具合があった。
実施形態の制御装置は、複数の被制御装置とバス型通信ネットワークを介して接続可能であり、複数の被制御装置を制御可能である。通信部は、バス型通信ネットワークを介して被制御装置が接続された場合に、当該バス型通信ネットワークを介して、各被制御装置を構成する部品あるいはモジュールに製造時に付与され、当該部品固有あるいは当該モジュール固有の固有情報を通信アドレスとして用いて通信を行う。
図1は、本実施形態にかかる電源装置を備えた車両の模式図である。 図2は、本実施形態にかかる電源装置の制御系の接続説明図である。 図3は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。 図4は、電池管理装置と各組電池モジュールとの間を結ぶバス型通信ネットワークの動作説明図である。 図5は、各組電池監視回路が所定の送信タイミング毎に送信する送信データのデータフォーマットである。 図6は、組電池モジュール管理テーブルの一例の説明図である。 図7は、電池管理装置が所定の管理タイミング毎に送信する管理用送信データのデータフォーマットである。 図8は、組電池モジュールのデータ受信時の処理フローチャートである。
以下、本実施形態にかかる組電池モジュールを有する二次電池装置及び当該二次電池装置を備えた車両について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態にかかる電源装置を備えた車両の模式図である。
なお、図1においては、車両100、車両100への電源装置の搭載箇所及び車両100の駆動モータなどは概略的に示している。
電源装置は、複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)が互いに直列接続されて構成される。ここで、組電池モジュール101(1)〜101(4)は、それぞれ独立して着脱することが可能であり、メンテナンス等において、別の組電池モジュールと交換することができる。組電池モジュール101(1)は、組電池11を有する。組電池モジュール101(2)は、組電池12を有する。また、組電池モジュール101(3)は、組電池13を有する。また、組電池モジュール101(4)は、組電池14を有する。
本実施形態では、電源装置は、4つの組電池モジュール101(1)〜101(4)を直列接続しているが、少なくとも二つの組電池モジュールを有していればよく、これに限定するものではない。
電源装置が備える複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)のうち低電位側に接続された組電池モジュール101(1)の負極端子には、接続ライン31の一方の端子が接続されている。接続ライン31は、インバータ40の負極入力端子に接続されている。
また、電源装置が備える複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)のうち高電位側に接続された組電池モジュール101(4)の正極端子には、接続ライン32の一方の端子が、スイッチ装置33を介して接続されている。接続ライン32の他方の端子は、インバータ40の正極入力端子に接続されている。
スイッチ装置33は、複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)に直列接続され、複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)の電気的な接続をオンまたはオフする。つまり、スイッチ装置33は、オンすることにより、組電池11〜14間に電流を流す。本実施形態では、スイッチ装置33は、組電池モジュール101(1)〜101(4)の組電池11〜14が有する二次電池セルの電力を負荷に供給する際にオンするメインスイッチSWM(図3参照)と、負荷へ流れ込む突入電流を防止するためのプリチャージスイッチSWP(図3参照)と、を含む。
より具体的には、車両100側の負荷(例えば、モータ45など)と組電池モジュール101(1)〜101(4)をスイッチ装置33に電気的に接続する際に、プリチャージスイッチSWPをオンし、負荷との電位差が小さくなった後にメインスイッチSWMをオンする。これにより、突入電流によるメインスイッチSWMの溶着を防止する。プリチャージスイッチSWPおよびメインスイッチSWMは、リレー回路として構成されている。
インバータ40は、印加された直流電圧をモータ駆動用の3相の交流(AC)の電圧に変換する。インバータ40は、後述する電池管理装置(BMU:Battery Management Unit)60または車両100の全体動作を制御するための電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)71からの制御信号に基づいて、交流の電圧への変換が制御される。インバータ40の3相の出力端子は、モータ45の各3相の入力端子に接続されている。モータ45の駆動力(回転)は、例えば差動ギアユニットを介して、駆動輪に伝達される。
電池管理装置60には、独立した外部電源70が接続されている。外部電源70は、例えば、車載アクセサリに電力を供給する定格12Vの鉛蓄電池である。また、電池管理装置60には、運転者などの操作入力に応答して車両全体の管理を行う電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)71も接続されている。
また電池管理装置60と、組電池モジュール101(1)〜101(4)の組電池監視回路21〜24と、は、コネクタ51を介して互いにバス型通信ネットワークCBに接続されている。ここで、電池管理装置60が制御装置として機能し、組電池監視回路21〜24が被制御装置として機能している。
図2は、本実施形態にかかる電源装置の制御系の接続説明図である。
本実施形態において、電池管理装置60及び組電池監視回路21〜24の通信系は、バス型通信ネットワークCBに接続されている。
図3は、本実施形態にかかる電池管理装置の全体ブロックを示す図である。
電池管理装置60は、図3に示すように、電流検出回路602と、コネクタ51を介して組電池監視回路21と接続されたインタフェース回路604と、外部電源70から電源電圧の電力が供給される電源供給管理部606と、スイッチ駆動回路608と、メモリ607と、MPU(Micro Processing Unit)として構成され、二次電池装置の動作を制御する制御回路CTRと、を備えている。
メモリ607は、例えばEEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)である。メモリ607は、制御回路CTRの動作を規定するプログラム及び被制御装置として機能する組電池モジュール101(1)〜101(4)のそれぞれに対応するとともに、通信アドレスとして使用される固有情報を記憶する後述の組電池モジュール管理テーブルと、を記憶している。
組電池監視回路21からインタフェース回路604には、組電池監視回路21〜24のいずれかから出力された電圧信号、温度信号等が、コネクタ51を介して供給される。また、インタフェース回路604から組電池監視回路21には、組電池監視回路21〜24の少なくともいずれかに対応し、制御回路CTRから入力されたロジック信号等がコネクタ51を介して送信される。
インタフェース回路604は、組電池監視回路21〜24のいずれかから出力された電圧信号、温度信号等を双方向シリアル通信により制御回路CTRに供給する。
スイッチ駆動回路608は、制御回路CTRの制御により、スイッチ装置33のプリチャージスイッチSWPの動作を制御する信号S1と、メインスイッチSWMの動作を制御する信号S2とを出力する。
信号S1,S2は、コネクタCN1を介してスイッチ装置33(図1参照)に供給される。プリチャージスイッチSWPおよびメインスイッチSWMは、信号S1,S2によってオンまたはオフするリレー回路である。
電源供給管理部606は、電流検出回路602、メモリ607、および制御回路CTRに電力を供給する。電源供給管理部606は、制御回路CTRへの電力の供給をオンまたはオフする切替回路606Sと、当該切替回路606Sに対して起動を指示するウェイクアップ信号を切替回路606Sに出力するタイマTMと、を備えている。
タイマTMには、外部電源70により印加された12Vの電源電圧がタイマTMの前段に配置されたDC/DC変換回路CAにより5Vの直流電圧に変換されて印加される。そして、タイマTMは、印加された5Vの直流電圧の電力により駆動して、切替回路606Sにウェイクアップ信号を出力する。切替回路606Sには、スタート信号STA、外部充電器信号CHG、および制御回路CTRからの切替制御信号、タイマTMからのウェイクアップ信号、および外部電源70からの電力が供給されている。
なお、タイマTMからのウェイクアップ信号は、設定された時間毎にハイレベルとなる信号である。ウェイクアップ信号がハイレベルとなるタイミングは制御回路CTRによって設定される。
ところで、電池管理装置60には、コネクタCN1を介して、電源電圧、スタート信号STA、および外部充電器信号CHGが、外部電源70、モータ45の駆動およびモータ45の停止を指示するスタートボタン(図示しない)が押下されたことを検知するスタート検知部(図示しない)、および外部充電器(図示しない)から供給されている。また、電池管理装置60は、コネクタCN2を介して、電気制御装置71との間で信号の送信および受信を行っている。
スタート信号STAは、スタート検知部(図示しない)によりスタートボタン(図示しない)が押下されたことが検知されるとハイレベルとなり、再度スタートボタン(図示しない)が押下されたことが検知されるとロウレベルとなる信号である。外部充電器信号CHGは、外部充電器が二次電池装置に接続されたらハイレベルとなり、接続が解除されたらロウレベルとなる信号である。ウェイクアップ信号、スタート信号STA、および外部充電器信号CHGは、制御回路CTRにも供給されている。
なお、二次電池装置が車両100以外の機器に搭載される場合には、スタート信号STAは、二次電池装置が搭載された機器の電源オン操作が成された場合にハイレベルとなり、電源オフ操作が成された場合にはロウレベルとなる信号となる。
スタート信号STA、外部充電器信号CHG、およびウェイクアップ信号のうち少なくとも1つがハイレベルとなることにより、切替回路606Sは、外部電源70から印加された12Vの電源電圧を内部のDC/DC変換回路CAによって5Vの直流電圧に変換して、アラートシグナルプロセッサ605および制御回路CTRに印加する。
また、スタート信号STA、外部充電器信号CHG、およびウェイクアップ信号のうち少なくとも1つがハイレベルとなることにより、切替回路606Sは、外部電源70から印加された12Vの電源電圧を内部のDC/DC変換回路によって所定の大きさの直流電圧に変換して、電流検出回路602に印加する。
制御回路CTRには、タイマTMからウェイクアップ信号が供給され、コネクタCN1を介してスタート信号STA、および外部充電器信号CHGが供給される。そのため、制御回路CTRは、切替回路606Sにより5Vの直流電圧が印加された場合に、供給された信号のうちいずれの信号がハイレベルになったかを検出することにより、いずれの信号がハイレベルになったことにより切替回路606Sがオンされたかを検出することができる。いずれの信号により電力が供給されたかを検出できたら、制御回路CTRは、切替制御信号をハイレベルとし、切替回路606Sから電力が供給されている状態を維持させる。
また、制御回路CTRは、ウェイクアップ信号、スタート信号STA、および外部充電器信号CHGを監視し、全ての信号がロウレベルになると、切替制御信号をロウレベルとし、切替回路606Sをオフさせる。したがって、制御回路CTR、および電流検出回路602への電力の供給が停止される。
制御回路CTRは、エネルギー偏差算出部601および放電時間換算部603を備える。エネルギー偏差算出部601は、組電池監視回路21が出力した電圧信号を、インタフェース回路604を介して取り込むとともに、電流検出回路602にから出力された電流信号を取り込む。
放電時間換算部603は、取り込まれた電圧信号が表すセル電圧が予め定めた特定電圧に到達するまでの到達時間と、取り込まれた電流信号が表す電流値とから二次電池セル間の容量差を算出し、算出した容量差および到達時間から、二次電池セルの残り容量を同じにするため均等化処理を行うための各二次電池セルの放電時間を算出する。
さらに、制御回路CTRは、組電池監視回路21〜24に動作を制御するための信号(例えば、ロジック信号)をインタフェース回路604に供給する。
図4は、電池管理装置と各組電池モジュールとの間を結ぶバス型通信ネットワークの動作説明図である。
まず、組電池モジュール101(1)〜101(4)を構成している組電池監視回路21〜24の構成について説明する。
組電池監視回路21〜24は、同一構成であるので、以下の説明においては、組電池監視回路21を例として説明する。
組電池監視回路21は、組電池監視回路21全体を制御するMPU111と、バス型通信ネットワークCBを介して電池管理装置60との間の通信を行う通信コントローラ112と、組電池11を構成している二次電池セルCLの電圧や組電池11の温度等を検出する電圧/温度センサ部113と、各種データを不揮発的に記憶するシリアルEEPROM114と、を備えている。
上記構成において、通信コントローラ112は、いずれかの他の組電池監視回路22〜24が送信したデータ及び電池管理装置60が送信したデータをバス型通信ネットワークCBを介して受信可能となっている。
図5は、各組電池監視回路が所定の送信タイミング毎に送信する送信データのデータフォーマットである。
送信データTDは、図5(a)に示すように、大別すると送信元固有情報データSD及び実際の送信対象のデータである実送信データTDTを備えている。
より詳細には、送信元固有情報データSDとしては、図4に示すような組電池監視回路21〜24の構成の場合以下のような固有情報が用いられる。
(1)MPU111の出荷時に予め当該MPU111に書き込まれているデバイス番号データ、シリアル番号データ等
(2)通信コントローラ112の出荷時に予め当該通信コントローラ112に書き込まれているデバイス番号データ、シリアル番号データあるいは物理アドレスデータ等
(3)電圧/温度センサ部113を構成しているアナログ−ディジタル変換ICに予め書き込まれているデバイス番号データ、シリアル番号データ等
(4)シリアルEEPROM114の出荷時に予め当該シリアルEEPROM114に書き込まれているデバイス番号データ、シリアル番号データ等
(5)組電池モジュール101(1)〜101(4)の製造時に書き込まれている当該組電池モジュール101(1)〜101(4)の製造番号データ、シリアル番号データ等の管理情報データ等
図4においては、説明の簡略化のため、上述したような固有情報を記号[x]、[v]、[w]、[p]として表している。
例えば、組電池モジュール101(2)が送信データTDを送信する場合には、当該組電池モジュール101(2)に設定されている固有情報=[v]であるので、送信データTDは、図5(b)に示すように、送信元固有情報データSD=[v]として、電圧/温度センサ部113が出力した電圧データ、温度データ等を実送信データTDTとし、通信コントローラ112がバス型通信ネットワークCBに出力することとなる。
同様に組電池モジュール101(1)が送信データTDを送信する場合には、送信元固有情報データSD=[x]とし、組電池モジュール101(3)が送信データTDを送信する場合には、送信元固有情報データSD=[w]とし、組電池モジュール101(4)が送信データTDを送信する場合には、送信元固有情報データSD=[p]として、各通信コントローラ112が実送信データTDTをバス型通信ネットワークCBに出力する。
図6は、組電池モジュール管理テーブルの一例の説明図である。
この結果、電池管理装置60は、送信元固有情報データSDが異なる送信データTDを受信した場合には、組電池モジュール管理テーブル61に登録する。この組電池モジュール管理テーブル61は、メモリ607に不揮発的に記憶されることとなる。
すなわち、図4の構成の場合には、組電池モジュール管理テーブル61は、4個の組電池モジュール101(1)〜101(4)に対応する4個の固有情報が格納されることとなり、電池管理装置60は、バス型通信ネットワークCBに4個の組電池モジュール101(1)〜101(4)が接続されていることを認識でき、以降、4個の組電池モジュール101(1)〜101(4)を管理すれば良いと認識することとなる。
図7は、電池管理装置が所定の管理タイミング毎に送信する管理用送信データのデータフォーマットである。
管理用送信データCTDは、図7(a)に示すように、大別すると管理用送信データCTDであることを表す共通ヘッダHD、一又は複数の送信先を記述して特定するための送信先記述データ部TRD及び実際の送信対象のデータである実送信データCTDTを備えている。
例えば、電池管理装置60が管理用送信データCTDを管理対象として、組電池モジュール101(2)及び組電池モジュール101(4)に送信する場合には、組電池モジュール101(2)に設定されている固有情報=[v]であり、組電池モジュール101(4)に設定されている固有情報=[p]である。
したがって、管理用送信データCTDは、図7(b)に示すように、共通ヘッダHDに加えて、送信先記述データ部TRD=[v][p]として、制御用データ等を実送信データCTDTとし、インタフェース回路604がバス型通信ネットワークCBに出力することなる。
図8は、組電池モジュールのデータ受信時の処理フローチャートである。
組電池モジュール101(1)〜101(4)の通信コントローラ112は、バス型通信ネットワークCBを介してデータを受信している最中か否かを判別する(ステップS11)。
ステップS11の判別において、データ受信中ではない場合には(ステップS11;No)、待機状態となる。
ステップS11の判別において、データ受信中である場合には(ステップS11;Yes)、管理用送信データCTDの送信先記述データ部TRDを参照し、自己に対応する固有情報が含まれているか否かを判別する(ステップS12)。
ステップS12の判別において、管理用送信データCTDの送信先記述データ部TRDに自己に対応する固有情報が含まれている場合には(ステップS12;Yes)、当該管理用送信データCTDは、自己に対応する管理用送信データCTDであるので、実際にデータを受信して(ステップS13)、当該管理用送信データCTDに対応する処理を行い(ステップS14)、データ受信処理を終了する。
より具体的には、図7(b)の例の場合、固有情報=[v]及び固有情報=[p]に対応する組電池モジュール101(2)及び組電池モジュール101(4)のみが管理用送信データCTDを受信し、対応する処理を行うこととなる。
ステップS12の判別において、管理用送信データCTDの送信先記述データ部TRDに自己に対応する固有情報が含まれていない場合には(ステップS12;No)、受信中の管理用送信データCTDを廃棄して(ステップS15)、データ受信処理を終了する。
より具体的には、図7(b)の例の場合、固有情報=[v]及び固有情報=[p]に対応していない組電池モジュール101(1)及び組電池モジュール101(3)は、管理用送信データCTDを廃棄することとなる。
以上の説明のように本実施形態によれば、各組電池モジュールに通信アドレス(通信ID)を設定するためのスイッチ(DIPスイッチ等)を設けたり、通信用アドレスの割り付けを専用に行う通信ライン(通信ネットワーク)を別個に設ける必要が無く、制御用に用いるバス型通信ネットワークCBのみで複数の組電池モジュール101(1)〜101(4)を制御することが可能となる。
したがって、本実施形態によれば、設定作業や、通信ラインの据え付け作業を削減しつつ、信頼性の高い通信システムを容易に構築することができる。
以上の説明においては、通信アドレス(通信ID)として常時固有情報を用いる構成としていたが、各組電池モジュール101(1)〜101(4)が通信ネットワークの構築時に最初の1回目だけ、固有情報を用いて通信を行い、これに対して、電池管理装置60が通信アドレスを割り当てて当該固有情報を用いて各組電池モジュール101(1)〜101(4)に通知する構成を採ることも可能である。これにより、2回目以降は、電池管理装置60により割り当てられた通信アドレスを用いて各組電池モジュール101(1)〜101(4)が通信を行える。
以上、本発明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。この新規な実施形態は、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。この実施形態は、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。
11〜14 組電池
21〜24 組電池監視回路
60 電池管理装置
100 車両
101(1)〜101(4) 組電池モジュール
111 MPU(部品)
112 通信コントローラ(部品、第2の通信部)
113 電圧/温度センサ部(モジュール)
114 シリアルEEPROM(部品)
604 インタフェース回路(通信部)
607 メモリ(記憶部)
CB バス型通信ネットワーク
CTR 制御回路(通信部、通信アドレス取得部)

Claims (6)

  1. 複数の被制御装置とバス型通信ネットワークを介して接続可能であり、前記複数の被制御装置を制御可能な制御装置であって、
    前記バス型通信ネットワークを介して前記被制御装置が接続された場合に、当該バス型通信ネットワークを介して、各被制御装置を構成する部品あるいはモジュールに製造時に付与され、当該部品固有あるいは当該モジュール固有の固有情報を通信アドレスとして用いて通信を行う通信部を備えた、
    制御装置。
  2. 前記通信部は、前記バス型通信ネットワークの起動時に、前記被制御装置から前記固有情報を取得する通信アドレス取得部と、
    前記通信アドレス取得部が取得した固有情報を記憶する記憶部と、
    を備えた請求項1記載の制御装置。
  3. 前記固有情報は、デバイス番号情報、シリアル番号情報、物理アドレス情報あるいは管理情報の少なくともいずれか一つである、
    請求項1または請求項2記載の制御装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の制御装置と前記バス型通信ネットワークを介して接続可能な被制御装置であって、
    前記バス型通信ネットワークの起動時に、前記固有情報を通信元アドレスとして用いて通信を行う第2の通信部を備えた被制御装置。
  5. 複数の被制御装置とバス型通信ネットワークを介して接続可能であり、前記複数の被制御装置を制御可能な制御装置で実行される制御方法であって、
    前記バス型通信ネットワークを介して前記被制御装置が接続されて、各被制御装置を構成する部品あるいはモジュールに製造時に付与され、当該部品固有あるいは当該モジュール固有の固有情報を通信アドレスとして通信データを受信する過程と、
    前記通信データに含まれる前記固有情報を通信アドレスとして用いて通信データを送信する過程と、
    を備えた制御方法。
  6. 複数の被制御装置とバス型通信ネットワークを介して接続可能であり、前記複数の被制御装置を制御可能な制御装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記バス型通信ネットワークを介して前記被制御装置が接続されて、各被制御装置を構成する部品あるいはモジュールに製造時に付与され、当該部品固有あるいは当該モジュール固有の固有情報を通信アドレスとして通信データを受信する手段と、
    前記通信データに含まれる前記固有情報を通信アドレスとして用いて通信データを送信する手段と、
    して機能させる制御プログラム。
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