JP2016054369A - 通信システムおよび異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号線の断線を抑制する通信システムおよび異常検出方法を提供することである。【解決手段】通信をするために環状接続された環状信号線と、環状信号線を用いて通信をする二つ以上の装置１それぞれを有し、装置１内には、環状信号線の一部を構成する第一の配線２と、第一の配線２と装置１の通信部とを接続する第二の配線３と、を備え、第一の配線２の一方端にある第一の端子（コネクタ５）および他方端にある第二の端子（コネクタ６）それぞれは、環状信号線の一部を構成する装置１間を接続する信号配線４と接続され、環状信号線を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、環状信号線を用いた通信システムおよび異常検出方法に関する。

従来、信号線を環状接続した環状信号線を利用する通信システムにおいて、通信システムを利用して通信をする装置は、その装置が備える通信部と接続される接続端子（装置のコネクタ）を有している。この接続端子には、環状信号線と通信部とを接続させるための信号線（ケーブル）の一方端に設けられる接続端子（信号線のコネクタ）が嵌合される。なお、信号線の他方端は環状信号線に接続されている。特許文献１、２を参照。

特開平０２−２５０５３６号公報 特開２０１１−１８２１２３号公報

しかしながら、従来における環状信号線を用いた通信システムの構成では、装置と環状信号線とを接続するための信号線の一部分が装置内に構成され、信号線のその他の部分は装置外に構成されているため、信号線の断線や接続端子の抜脱が危惧される。以降、信号線の断線と接続端子の抜脱を断線という。

また、環状信号線を用いた通信システムは、環状信号線に一箇所の断線が発生したとしても、装置間で通信を継続できる通信システムであるが、上記信号線に断線が発生した場合には、断線した信号線に接続される装置は通信ができなくなる。

本発明の一側面に係る目的は信号線の断線を抑制することである。

本実施の態様のひとつである通信システムは、通信をするために環状接続された環状信号線と、環状信号線を用いて通信をする二つ以上の装置それぞれを有している。装置内には、環状信号線の一部を構成する第一の配線と、第一の配線と装置の通信部とを接続する第二の配線と、を備えている。

また、第一の配線の一方端にある第一の端子および他方端にある第二の端子それぞれは、環状信号線の一部を構成する装置間を接続する信号配線と接続され、環状信号線を構成する。

本実施の態様の一側面によれば信号線の断線を抑制することができる。

図１は、実施形態１の環状信号線を用いた通信システムの一実施例を示す図である。 図２は、実施形態１の変形例の装置内の配線と環状信号線の一部を構成する信号配線の一実施例を示す図である。 図３は、実施形態２の装置に設けられる切替部の一実施例を示す図である。 図４は、実施形態２の制御部の異常検出処理の一実施例を示すフロー図である。 図５は、実施形態２の環状信号線を用いた通信システムの一実施例を示す図である。 図６は、実施形態２の変形例の装置に設けられる切替部の一実施例を示す図である。 図７は、実施形態２の変形例の制御部の異常検出処理の一実施例を示すフロー図である。 図８は、実施形態２の変形例の環状信号線を用いた通信システムの一実施例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細に説明する。
実施形態１について説明する。
図１は、実施形態１の環状信号線を用いた通信システムの一実施例を示す図である。図１に示す通信システムは、装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ）を有し、装置１は信号配線４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ）により環状接続される。本例では、五つの装置１を用いて説明をするが、五つの装置１に限定されるものではなく、二つ以上の装置１を有していればよい。

装置について説明をする。
装置１内には、環状信号線の一部を構成する第一の配線２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）と、第一の配線２と装置１の制御部７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）とを接続する第二の配線３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ）と、を備えている。本例では、制御部７に第二の配線３が接続されているが、第二の配線３は制御部７の備える通信部、あるいは、制御部７と別に設けられた通信部に接続されている。なお、第一の配線２と第二の配線３は基板に形成される配線が考えられる。基板は、例えば、プリント基板、フレキシブルプリント基板およびリジッドフレキシブル基板が考えられる。基板に配線を形成することで断線を抑制できる。なお、配線の一部をプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いて構築してもよい。

また、装置１は、第一の配線２の一方端にあるコネクタ５（第一の端子）、および、他方端にあるコネクタ６（第二の端子）を備えている。コネクタ５は信号配線４のコネクタ８（端子）と接続される。コネクタ６は信号配線４のコネクタ９（端子）と接続される。

なお、コネクタ５、６を一つのコネクタにした場合、コネクタが抜脱すると通信ができない装置１が発生するため、コネクタを二つにすることが望ましい。二つのコネクタの場合には、一つのコネクタが抜脱しても断線が一箇所なので通信を継続することができる。

信号配線について説明をする。
信号配線４は、環状信号線の一部を構成し、装置１間を接続する配線である。信号配線４は、ケーブルの両端にコネクタ８およびコネクタ９を備えているハーネスなどである。コネクタ８は第一の配線２の一方端にあるコネクタ５に接続され、コネクタ９は第一の配線２の他方端にあるコネクタ６に接続され、装置１間を繋ぐ。

実施形態１によれば、装置１内に、環状信号線の一部を構成する第一の配線２と、第一の配線２と装置１の通信部とを接続する第二の配線３と、を構成することで、ハーネスなどで構成する場合に比べて、断線を抑制することができる。

実施形態１の変形例１について説明する。
図２は、実施形態１の変形例の装置内の配線と環状信号線の一部を構成する信号配線の一実施例を示す図である。図１に示した第一の配線２、第二の配線３および信号配線４は、図２に示すように複数の配線を用いて構成してもよい。例えば、第一の配線２に相当する三つの第一の配線２１ａ、２１ｂ、２１ｃそれぞれと、第二の配線３に相当する三つの第二の配線２２ａ、２２ｂ、２２ｃそれぞれと、を接続し、第一の配線２１ａ、２１ｂ、２１ｃそれぞれの両端にコネクタ５、６を設ける。コネクタ５、６には、信号配線４に相当する三つの信号配線２３ａ、２３ｂ、２３ｃの両端に設けたコネクタ８、９が接続される。このように装置１間を繋ぐことで環状信号線を構成する。図２では、第一の配線、第二の配線、信号配線として三つの配線の例を示したが、三つの配線に限定されるものではなく、一つ以上の配線に適用できる。

実施形態１の変形例２について説明する。
図１、図２に示した環状信号線を用いた通信システムを、例えば、電池または組電池などの充放電の監視と制御を行うシステムに適用することが考えられる。装置１として、電池の状態を監視する一つ以上の監視装置と、監視装置それぞれを制御する制御装置と、を用いることが考えられる。

監視装置それぞれは電池の状態を示す状態情報を取得すると、制御装置に状態情報を送信する。制御装置は、状態情報を受信すると、状態情報に基づいて監視装置およびシステムを制御する制御情報または制御信号を生成して、監視装置およびシステムを制御する。状態情報は、電池に流れる電流、電池の電圧、電池の温度、ＳＯＣ（State of Charge）などの電池の状態を示す情報である。制御情報または制御信号は、状態情報のいずれかを用いて生成した監視装置の充放電を制御するために用いられる情報または信号などである。さらに、制御情報または制御信号は、システムを保護するための機器などを制御するために用いられる情報または信号などである。

電池の充放電の監視と制御を行うシステムに、環状信号線を用いた通信システムを適用することで、環状信号線に断線が一箇所発生した場合でも制御装置と監視装置との通信経路が確保できるため、通信を継続できる。また、監視装置および制御装置内の信号線の断線を抑制することができる。

なお、監視装置は電池パックに設けられる監視ＥＣＵ（Electronic Control Unit）でもよいし、制御装置は電池パックに設けられる制御ＥＣＵでもよい。
実施形態２について説明する。

環状信号線を用いた場合には、環状信号線に断線が一箇所発生したとしても通信を継続できるため、通信を停止せずに利用者の都合がよいときに、断線した信号配線４の交換または修理ができる。しかし、そのためには利用者に環状信号線に断線が発生したことを通知する必要がある。そこで、実施形態２では、環状信号線に断線が一箇所発生したことを検出し、利用者に環状信号線に断線が発生したことを通知する方法を提案する。

制御装置に設けられる制御部７は、コネクタ５（第一の端子）と第三の端子間の接続、あるいは、コネクタ６（第二の端子）と第三の端子間の接続、を切り替える切替部を制御する。第三の端子は、制御装置に設けられる通信部と第二の配線とを接続する接続点である。

また、制御部７は監視装置それぞれと通信をし、切替部の切り替え前後において監視装置と通信ができるか否かの判定をする。判定の結果、切り替え前にすべての監視装置と通信可能で、切り替え後に通信不可能な監視装置がある場合には、通信可能な監視装置と通信不可能な監視装置とを接続する信号配線に、異常があると判定する。

実施形態２に示す方法を利用することで、環状信号線に断線が一箇所発生している状態を検出することができる。
図３は、実施形態２の装置に設けられる切替部の一実施例を示す図である。

図３の切替部３０は、制御装置５１に設けられる制御部７の通信部と第二の配線３とを接続する第三の端子３３と、コネクタ６の第二の端子に接続される端子３５と、の間の接続と遮断を切り替える。なお、図３に示す切替部３０の例では、第三の端子３３と端子３５との間にスイッチ３２が設けられているが、第三の端子３３とコネクタ５の第一の端子に接続される端子３４との間にスイッチを設けてもよい。さらに、スイッチ３２はスイッチに限定されるものではなく、例えば、トランジスタ、リレー、フォトカプラ、プログラマブルなデバイスを用いて構築した切り替え回路であってもよい。

図３の制御部７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイスを用いた回路が考えられる。また、制御部７は内部または外部に記憶部を備え、制御装置の各部の制御および異常検出処理をするプログラムを読み出して実行する。さらに、制御部７の内部または外部には通信部が備えられている。

実施形態２の制御部の異常検出処理について説明する。
図４は、実施形態２の制御部の異常検出処理の一実施例を示すフロー図である。本例では、図３に示す第三の端子３３と、コネクタ６の第二の端子に接続される端子３５と、の間にスイッチ３２が配置されている場合について説明する。

ステップＳ１では、制御部７が制御線３１を介してスイッチ３２をオン（接続状態）にする。オンの場合には継続する。
ステップＳ２では、信号配線４の異常を検出するために、制御部７が監視装置それぞれと通信をする。異常を検出するための通信は、例えば、所定の判定情報を監視装置それぞれに送信し、判定情報を受信した監視装置それぞれから所定の返信情報を受信する、通信である。ただし、異常を検出するための通信は上記通信方法に限定されるものではない。

ステップＳ３では、制御部７が監視装置それぞれと通信可能か否かの判定をし、判定情報を受信した監視装置から所定の返信情報を受信できた場合（Ｙｅｓ）には通信可能であるのでステップＳ５に移行する。通信不可能である場合（Ｎｏ）にはステップＳ４に移行する。なお、ステップＳ５に移行する場合は、すべての監視装置が正常である。

ステップＳ４では、制御部７が監視装置または信号配線４に異常があることを検出する。なお、スイッチ３２がオンのときに異常を検出した場合は、二つ以上の信号配線４に異常があるか、または、監視装置に異常がある場合である。

ステップＳ５では、制御部７が制御線３１を介してスイッチ３２をオフ（遮断状態）に切り替える。
ステップＳ６では、信号配線４の異常を検出するために、ステップＳ２と同じように制御部７が監視装置それぞれと通信をする。

ステップＳ７では、制御部７が通信可能か否かの判定をし、すべての監視装置と通信可能である場合（Ｙｅｓ）には、すべての監視装置および信号配線４は正常であるので、異常検出処理を終了する。通信不可能な監視装置がある場合（Ｎｏ）にはステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、ステップＳ７で通信不可能な監視装置を検出すると、制御部７は異常があることを利用者に通知する。
例えば、図５に示す装置５１（図３の装置５１に相当）を制御装置とし、図５に示す装置５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを監視装置とし、信号配線４ｃに断線５３が発生した場合について説明をする。図５は、実施形態２の環状信号線を用いた通信システムの一実施例を示す図である。

スイッチ３２がオン（接続状態）のときに、装置５１が装置５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと正しく通信ができている場合（ステップＳ３でＹｅｓの場合）に、ステップＳ５からステップＳ８の処理をすることで、異常を検出する。

装置５１の制御部７ａはスイッチ３２をオンからオフに切り替える（ステップＳ５）。図５の例において、装置５１は、装置５２ａ、５２ｂと通信ができなくなり、装置５２ｃ、５２ｄと通信ができるので、装置５２ｂまたは装置５２ｂと装置５２ｃとを接続する信号配線４ｃに異常があることを検出する。しかし、装置５１の制御部７ａは、スイッチ３２がオンのときには装置５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと通信ができているのですべての監視装置に異常がない、従って信号配線４ｃの断線またはコネクタの抜脱により異常が発生したと特定できる。

実施形態２によれば、環状信号線に断線が一箇所発生したことが検出できるため、利用者に環状信号線に断線の可能性があることを通知できる。
なお、異常検出処理は、所定時間ごと、または、通信が不要な期間に行うことが考えられる。通信が不要な期間とは、例えば、車両に実施形態２のシステムを搭載する場合には、イグニッションオフの期間が考えられる。

実施形態２の変形例について説明する。
上記説明したようにスイッチが一つの場合には、制御装置に接続されている信号配線４の断線を検出できない。そこで、実施形態２の変形例では、制御装置に接続されている信号配線４ａ、４ｅのいずれかが断線したとしても検出できる方法を提案する。

制御装置に設けられる制御部は、制御装置の通信部と第二の配線とが接続される第三の端子と第一の端子、および、第三の端子と第二の端子と、の接続と遮断を切り替える切替部を制御する。続いて、制御部は、第一の端子と第三の端子との接続と、第二の端子と第三の端子との接続と、を交互に切り替え、切り替えた状態ごとに監視装置それぞれと通信をし、監視装置と通信ができるか否かの判定結果に基づいて、環状信号線の異常を検出する。

実施形態２の変形例に示す方法を利用することで、制御装置に接続されている信号配線４ａ、４ｅのいずれかが断線したとしても検出できる。
図６は、実施形態２の変形例の装置に設けられる切替部の一実施例を示す図である。

図６の切替部６０は、第三の端子３３とコネクタ５の第一の端子に接続される端子３４との間の接続と遮断を切り替えるスイッチ６２と、第三の端子３３とコネクタ６の第二の端子に接続される端子３５との間の接続と遮断を切り替えるスイッチ６３と、を有する。さらに、スイッチ６２、６３はスイッチに限定されるものではなく、例えば、トランジスタ、リレー、フォトカプラ、プログラマブルなデバイスを用いて構築した切り替え回路でもよい。

図６の制御部７は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイスを用いた回路が考えられる。また、制御部７は内部または外部に記憶部を備え、制御装置の各部の制御および異常検出処理をするプログラムを読み出して実行する。さらに、制御部７の内部または外部には通信部が備えられている。

実施形態２の変形例について説明する。
図７は、実施形態２の変形例の制御部の異常検出処理の一実施例を示すフロー図である。

ステップＳ７０１では、制御部７が制御線６１を介して、スイッチ６２をオン（接続状態）、スイッチ６３をオフ（遮断状態）に切り替える。
ステップＳ７０２では、信号配線４の異常を検出するために、制御部７が監視装置それぞれと通信をする。異常を検出するための通信は、所定の判定情報を監視装置それぞれに送信し、判定情報を受信した監視装置それぞれから所定の返信情報を受信する、通信などである。

ステップＳ７０３では、制御部７が監視装置それぞれと通信可能か否かの判定をし、判定情報を受信した監視装置から所定の返信情報を受信できた場合（Ｙｅｓ）には通信可能であるのでステップＳ７０５に移行する。ステップＳ７０５に移行する場合、すべての監視装置と通信可能であるが、制御装置に接続されているスイッチ６３はオフなので、制御装置のコネクタ６に接続されている信号配線４には断線または抜脱により異常が発生していても、その異常を検出できない。通信不可能な監視装置がある場合（Ｎｏ）にはステップＳ７０４に移行する。

ステップＳ７０４では、スイッチ６２がオンでスイッチ６３がオフのとき、制御部７が監視装置または信号配線４に異常があることを検出する。
ステップＳ７０５では、制御部７が制御線６１を介して、スイッチ６２をオフに、スイッチ６３をオンに、切り替える。

ステップＳ７０６では、信号配線４の異常を検出するために、ステップＳ７０２と同じように制御部７が監視装置それぞれと通信をする。
ステップＳ７０７では、制御部７が通信可能か否かの判定をし、通信可能である場合（Ｙｅｓ）には、すべての監視装置および信号配線４は正常であるので、異常検出処理を終了する。通信不可能の監視装置がある場合（Ｎｏ）にはステップＳ７０８に移行する。

ステップＳ７０８では、ステップＳ７０７で通信不可能な監視装置を検出すると、制御部７は異常があることを利用者に通知する。
例えば、図８に示す装置８１（図６の装置８１に相当）を制御装置とし、図８に示す装置８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを監視装置とし、信号配線４ａに断線８３が発生した場合について説明をする。図８は、実施形態２の変形例の環状信号線を用いた通信システムの一実施例を示す図である。

スイッチ６２がオン（接続状態）でスイッチ６３がオフ（遮断状態）のときに、装置８１が装置８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄと正しく通信ができている場合（ステップＳ７０３でＹｅｓの場合）に、ステップＳ７０５からＳ７０８の処理をすることで、異常を検出する。

装置８１の制御部７ａはスイッチ６２をオフに、スイッチ６３をオンに、切り替える（ステップＳ７０５）。図８の例において、装置８１は、装置８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄと通信ができなくなるので、装置８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄに異常があることを検出する。しかし、装置８１の制御部７ａは、スイッチ６２がオンでスイッチ６３がオフのときに、装置８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄと通信ができているので、すべての監視装置に異常がないことが検出されている。従って、スイッチ６２をオフとしスイッチ６３をオンに切り替えたときに、装置８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄと通信ができないということは、信号配線４ａの断線またはコネクタの抜脱により異常が発生したと特定できる。

実施形態２の変形例に示す方法を利用することで、制御装置に接続されている信号配線４だけが断線したとしても検出できる。
なお、異常検出処理は、所定時間ごと、または、通信が不要な期間に行うことが考えられる。通信が不要な期間とは、例えば、車両に実施形態２の変形例のシステムを搭載する場合には、イグニッションオフの期間が考えられる。

また、本発明は、実施形態１、２とそれらの変形例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、５１、８１、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ 装置、
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 第一の配線、
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 第二の配線、
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 信号配線、
５、６、８、９ コネクタ、
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ 制御部、
３０、６０ 切替部、
３１、６１ 制御線、
３２、６２、６３ スイッチ、
３３、３４、３５ 端子、
５３、８３ 断線、

Claims (9)

1. 通信をするために環状接続された環状信号線を用いて通信をする二つ以上の装置それぞれは、
   前記装置内に前記環状信号線の一部を構成する第一の配線と、
   前記第一の配線と前記装置の通信部とを接続する第二の配線と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記第一の配線の一方端にある第一の端子および他方端にある第二の端子それぞれは、前記環状信号線の一部を構成する前記装置間を接続する信号配線と接続され、環状信号線を構成する、ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項１また２に記載の通信システムであって、
   前記装置それぞれは、電池の状態を監視する一つ以上の監視装置、および、前記監視装置それぞれを制御する制御装置である、ことを特徴とする通信システム。
4. 請求項２に記載の通信システムであって、
   前記制御装置に設けられる前記通信部と前記第二の配線とを接続する第三の端子と前記第一の端子間、あるいは、前記第三の端子と前記第二の端子間、の接続と遮断を切り替える切替部を備える、ことを特徴とする通信システム。
5. 請求項４に記載の通信システムであって、
   前記制御装置に設けられる制御部は、
   前記切替部を制御して、前記第一の端子と前記第三の端子間の接続と遮断、あるいは、前記第二の端子と前記第三の端子間の接続と遮断、を切り替えて前記監視装置それぞれと通信をし、前記監視装置と通信ができるか否かの判定結果に基づいて、前記環状信号線の異常を検出する、ことを特徴とする通信システム。
6. 請求項２に記載の通信システムであって、
   前記制御装置に設けられる前記通信部と前記第二の配線とが接続される第三の端子と前記第一の端子間、および、前記第三の端子と前記第二の端子間、の接続と遮断を切り替える切替部を備える、ことを特徴とする通信システム。
7. 請求項６に記載の通信システムであって、
   前記制御装置に設けられる制御部は、
   前記切替部を制御して、前記第一の端子と前記第三の端子間の接続と遮断、前記第二の端子と前記第三の端子間の遮断と接続、を交互に切り替え、切り替えた状態ごとに前記監視装置それぞれと通信をし、前記監視装置と通信ができるか否かの判定結果に基づいて、前記環状信号線の異常を検出する、ことを特徴とする通信システム。
8. 通信をするために環状接続された環状信号線を用いて通信をする、状態を監視する一つ以上の監視装置、および、前記監視装置それぞれを制御する制御装置と、を備え、
   前記監視装置および前記制御装置それぞれは、
   前記環状信号線の一部を構成する第一の配線と、
   前記第一の配線と前記装置の通信部とを接続する第二の配線と、を備え、
   前記環状信号線は、
   前記第一の配線の一方端にある第一の端子および他方端にある第二の端子それぞれは、前記環状信号線の一部を構成する前記装置間を接続する信号配線と接続されて構成され、
   前記制御装置に設けられる制御部は、
   前記制御装置に設けられる前記通信部と前記第二の配線とを接続する第三の端子と前記第一の端子間、あるいは、前記第三の端子と前記第二の端子間、の接続と遮断を切り替える切替部を制御する、
   ことを特徴とする環状信号線の異常検出方法。
9. 請求項８に記載の環状信号線の異常検出方法であって、
   前記制御部は、
   前記切替部を制御し、前記第一の端子と前記第三の端子間の接続と遮断、前記第二の端子と前記第三の端子間の遮断と接続、を交互に切り替え、切り替えた状態ごとに前記監視装置それぞれと通信をし、前記監視装置と通信ができるか否かの判定結果に基づいて、前記環状信号線の異常を検出する、
   ことを特徴とする環状信号線の異常検出方法。
   

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