JP2024007900A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池パック内で安定した無線通信を実現する。【解決手段】無線通信システム１は、車両の電池パック内に構築されるものであって、第１の無線信号をそれぞれ空間に放出するとともに、空間を介して伝搬された第２の無線信号に基づく受信信号をそれぞれ出力するアンテナ３１０およびケーブル３２０を有するバッテリ管理装置３００と、電池パックが有する複数の電池モジュール１０１の各々に対応して設けられ、アンテナ３１０またはケーブル３２０を介してバッテリ管理装置３００と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置２００とを備える。バッテリ管理装置３００は、アンテナ３１０を介してバッテリデータ装置２００と無線通信するときは、スイッチ３０４をオフ状態に切り替えることにより、ケーブル３２０からの受信信号を減衰または遮断する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電池パック内で無線通信を行う無線通信システムに関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両で使用される電池パックは、複数の電池モジュールを備えて構成される。各電池モジュールは、リチウムイオン電池等の単電池セル複数個を直列または直並列に接続したものである。一般的に電動車両用の電池パックには、各電池モジュールの充放電制御を行うための電池制御装置が搭載される。電池制御装置は、各電池モジュールが有する単電池セルの状態に関する測定を実施し、その測定結果から各単電池の容量を推測して、過充電や過放電を防止するための充放電制御を各電池モジュールに対して実施する。

上記のような電動車両用の電池パックでは、低重量化、低コスト化、車載レイアウト自由度の拡大等のため、電池制御装置の無線化が提案されてる。無線化された電池制御装置は、例えば、電池モジュールごとに設けられて当該電池モジュールの各単電池の状態を測定する複数のバッテリデータ装置（スレーブ）と、複数のスレーブから送信された情報を受信して分析を行い、各電池モジュールの制御を実施するバッテリ管理装置（マスター）と、各スレーブとマスター間で無線通信を行う複数の無線装置と、により構成される。こうした電池制御装置の無線化は、上述の利点を有する一方で、電池パック内における金属等の反射によって生じるマルチパスの影響により、ヌル点（無線電力が極端に減少する箇所）が発生する可能性がある。ヌル点が発生した場合、ヌル点に該当するスレーブとマスター間では、無線通信が正常に実施できないおそれがある。

本技術分野の背景技術として、特許文献１には、無線通信において漏洩同軸ケーブルとアンテナを併用し、漏洩同軸ケーブルとアンテナのスペースダイバーシチ方式により、受信性能を向上させる方法が開示されている。

特開２０１１－１４６９０９号公報

特許文献１で記載されている発明を電池パック内の無線通信に適用した場合、漏洩同軸ケーブルとアンテナの間の距離を十分に確保できず、そのためスペースダイバーシチ方式の効果を十分に得られないおそれがある。

本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、電池パック内で安定した無線通信を実現することにある。

本発明の第１の態様による無線通信システムは、車両の電池パック内に構築されるものであって、第１の無線信号をそれぞれ空間に放出するとともに、前記空間を介して伝搬された第２の無線信号に基づく受信信号をそれぞれ出力するアンテナおよびケーブルを有するバッテリ管理装置と、前記電池パックが有する複数の電池モジュールの各々に対応して設けられ、前記アンテナまたは前記ケーブルを介して前記バッテリ管理装置と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置と、を備え、前記バッテリ管理装置は、前記アンテナを介して前記バッテリデータ装置と無線通信するときは、前記ケーブルからの前記受信信号を減衰または遮断する。
本発明の第２の態様による無線通信システムは、車両の電池パック内に構築されるものであって、アンテナとして機能するケーブルを有するバッテリ管理装置と、前記電池パックが有する複数の電池モジュールの各々に対応して設けられ、前記ケーブルを介して前記バッテリ管理装置と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置と、を備える。

本発明によれば、電池パック内で安定した無線通信を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの変形例を示す図。 ケーブルの構造例を示す図。 従来の無線通信システムの全体構成例を示す図。 従来の無線通信システムにおける正常通信時の通信タイミング例を示す図。 従来の無線通信システムにおける異常通信時の通信タイミング例を示す図。 本発明の無線通信システムにおける通信タイミング例を示す図。 アンテナとケーブルの間で起こる無線信号干渉の説明図。 バッテリ管理装置が用いる通信手段の設定手順の例を示すフローチャート。 各バッテリデータ装置からの送信信号の受信レベルの例を示す図。 電池パックにおける無線通信システムの第１配置例を示す図。 電池パックにおける無線通信システムの第２配置例を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る終端器の構成の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの変形例を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る終端器の構成の一例を示す図。

本発明の実施形態について以下に説明する。以下の各実施形態では、電気自動車(BEV)などの車両に用いられる電池システムを監視する電池制御装置において、本発明を適用することで無線通信システムを構築した場合の例を説明する。なお、本発明はBEVに用いられる電池システムに限らず、他の車両、たとえばプラグインハイブリッド自動車(PHEV)、ハイブリッド自動車(HEV)、鉄道車両などに用いられる電池システムや、車両の電池システム以外の用途で用いられる各種の蓄電装置に対しても、幅広く適用可能である。

以下の各実施形態では、電池システムにおいて制御の最小単位となる蓄電・放電デバイスとして、例えば2.5～4.5V程度の範囲に動作電圧を持つリチウムイオン電池を想定して説明している。しかし、電荷を蓄えて放電可能なデバイスであれば、リチウムイオン電池以外のものを用いて電池システムを構成してもよい。本発明による電池制御装置を用いてその状態を監視および制御可能であり、充電率(SOC：State of Charge)が高すぎる場合(過充電)や、低すぎる場合(過放電)にその使用を制限することができるものであれば、何でもよい。以下の説明では、それらを総称して単電池あるいは単電池セルと呼ぶ。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。図１に示す無線通信システム１は、車両に搭載される電池パック１０（図１１、１２参照）内に構築されており、ｎ台（ｎは正の自然数）のバッテリデータ装置２００と、バッテリ管理装置３００とを備える。なお、図１では各バッテリデータ装置２００を区別するため、各バッテリデータ装置２００の符号の末尾に１からｎまでの添え字（例えば、バッテリデータ装置２００－１）を付している。

各バッテリデータ装置２００は、電池パック１０が有するｎ個の電池モジュール１０１とそれぞれ接続されている。すなわち、無線通信システム１における各バッテリデータ装置２００は、電池パック１０が有する複数の電池モジュール１０１の各々に対応して設けられている。各電池モジュール１０１は、複数個の単電池セル１００を直列または直並列に接続して構成される。なお、図１では各電池モジュール１０１を区別するため、バッテリデータ装置２００と同様に、各電池モジュール１０１の符号の末尾に１からｎまでの添え字（例えば、電池モジュール１０１－１）を付している。

各バッテリデータ装置２００は、単セル状態測定装置２０１、無線装置２０２およびアンテナ２１０を備える。単セル状態測定装置２０１は、対応する電池モジュール１０１が有する複数の単電池セル１００の状態、例えば電圧、温度等を測定し、これらの測定結果を無線装置２０２へ出力する。無線装置２０２は、単セル状態測定装置２０１から出力された測定結果に基づく測定データを変調して高周波の送信信号を生成し、アンテナ２１０へ出力する。アンテナ２１０は、無線装置２０２から出力された送信信号に基づく無線信号を空間に放出し、バッテリ管理装置３００へ無線送信する。なお、図１では各バッテリデータ装置２００が有する単セル状態測定装置２０１、無線装置２０２およびアンテナ２１０に対して、当該バッテリデータ装置２００と共通の添え字（例えば、単セル状態測定装置２０１－１、無線装置２０２－１およびアンテナ２１０－１）をそれぞれ付している。

バッテリ管理装置３００は、電池監視装置３０１、無線装置３０２、分配器３０３、スイッチ３０４、アッテネータ３０５、アンテナ３１０、ケーブル３２０および終端器３３０を備える。アンテナ３１０は、各バッテリデータ装置２００から送信されて空間を介して伝搬された無線信号を受信し、その無線信号に基づく受信信号を無線装置３０２へ出力する。ケーブル３２０は、アンテナ３１０と同様に、各バッテリデータ装置２００から送信されて空間を介して伝搬された無線信号を受信し、その無線信号に基づく受信信号を無線装置３０２へ出力する。なお、ケーブル３２０の詳細については後述する。

無線装置３０２は、アンテナ３１０またはケーブル３２０から出力された受信信号を復調することで、各バッテリデータ装置２００に対応する電池モジュール１０１が有する各単電池セル１００の状態測定結果を表す測定データを生成し、電池監視装置３０１へ出力する。電池監視装置３０１は、無線装置３０２から出力された測定データに基づいて、各バッテリデータ装置２００に対応する電池モジュール１０１の各単電池セル１００の状態を取得する。これにより、バッテリ管理装置３００において、電池パック１０内の各電池モジュール１０１の状態を取得することができる。

各電池モジュール１０１の状態を取得したら、電池監視装置３０１は、いずれかの電池モジュール１０１に対して、当該電池モジュール１０１が有する各単電池セル１００の充放電を制御するための制御信号を必要に応じて生成し、無線装置３０２へ出力する。無線装置３０２は、電池監視装置３０１から出力された制御信号を変調して高周波の送信信号を生成し、アンテナ３１０およびケーブル３２０へ出力する。アンテナ３１０とケーブル３２０は、無線装置３０２から出力された送信信号に基づく無線信号を空間にそれぞれ放出し、バッテリデータ装置２００へ無線送信する。これにより、各バッテリデータ装置２００とバッテリ管理装置３００の間で、アンテナ３１０またはケーブル３２０を介して無線通信が行われる。

アンテナ３１０およびケーブル３２０は、分配器３０３を介して無線装置３０２とそれぞれ接続されている。分配器３０３は、アンテナ３１０およびケーブル３２０からそれぞれ出力された受信信号を無線装置３０２へ伝送するとともに、無線装置３０２から出力された送信信号をアンテナ３１０とケーブル３２０に分配する。

ケーブル３２０は、スイッチ３０４およびアッテネータ３０５を介して分配器３０３と接続されている。アッテネータ３０５は、高周波信号を所定レベル（例えば数十dB程度）減衰させる双方向アッテネータである。スイッチ３０４は、無線装置３０２によって切替制御される。スイッチ３０４がオフ状態（開放状態）に切り替えられているときには、ケーブル３２０から出力された受信信号は、アッテネータ３０５により減衰された後、分配器３０３を介して無線装置３０２に入力される。また、スイッチ３０４がオン状態（導通状態）に切り替えられているときには、ケーブル３２０から出力された受信信号は、アッテネータ３０５により減衰されることなく、スイッチ３０４および分配器３０３を介して無線装置３０２に入力される。なお、無線装置３０２によるスイッチ３０４の切替制御については後述する。

ケーブル３２０の先端には、終端器３３０が接続されている。終端器３３０は、無線装置３０２における送信信号および受信信号の入出力インピーダンスと同等のインピーダンスを有しており、無線装置３０２とは反対側でケーブル３２０に接続されることで、ケーブル３２０と無線装置３０２の間のインピーダンス整合を行っている。なお、図１では無線通信システム１の構成に終端器３３０を含めているが、終端器３３０は無くてもよい。

図３は、ケーブル３２０の構造例を示す図である。図３に示すように、ケーブル３２０は、導体３２１の周囲に絶縁体３２２が設けられ、さらにその周囲が外被３２３によって覆われた、一般的なケーブル構造を有している。ケーブル３２０では、導体３２１に電流が流れることで導体３２１の周囲の空間に無線信号が放出されるとともに、導体３２１の周囲の空間を伝搬する無線信号によって導体３２１に電流が流れる。これにより、ケーブル３２０はアンテナとして機能することができる。

なお、ケーブル３２０の構造は図３に示したものに限らない。例えば、フレキシブル基板などの導体に無線信号を入出力させることで、アンテナとして機能するケーブル３２０を実現してもよい。これ以外にも、アンテナとして機能するものであれば、どのような構造のケーブルであってもケーブル３２０として用いることができる。

また、図１に示した無線通信システム１では、バッテリ管理装置３００において、スイッチ３０４がオフ状態に切り替えられているときには、ケーブル３２０から出力された受信信号がアッテネータ３０５により減衰されて無線装置３０２に入力される例を説明したが、例えば図２に示すような構成により、ケーブル３２０から無線装置３０２への受信信号の出力を遮断してもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの変形例を示す図である。図２に示す変形例では、バッテリ管理装置３００において、ケーブル３２０はスイッチ３０４を介して分配器３０３と接続されている。そのため、スイッチ３０４が開放状態に切り替えられているときには、ケーブル３２０から出力された受信信号が遮断され、無線装置３０２には入力されない。このようにしてバッテリ管理装置３００を構成してもよい。

次に、本実施形態の無線通信システムの動作について、図４に示す従来の無線通信システムとの比較により説明する。図４は、従来の無線通信システムの全体構成例を示す図である。図４に示す無線通信システム１Ｚと、図１、図２に示した本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１との違いは、バッテリ管理装置３００がケーブル３２０を有しておらず、アンテナ３１０を介してのみ各バッテリデータ装置２００との間で無線通信を行う点である。

図５は、図４に示した従来の無線通信システム１Ｚにおける正常通信時の通信タイミング例を示す図である。無線通信システム１Ｚでは、バッテリ管理装置３００が各バッテリデータ装置２００に対して電池モジュール１０１の状態測定のリクエストを行い、これに応じて、各バッテリデータ装置２００が各電池モジュール１０１の状態測定を実施して、その結果をバッテリ管理装置３００へ送信する。そのため図５では、バッテリ管理装置３００の動作タイミングを“Master300”、各バッテリデータ装置２００の動作タイミングを“Slave200-1”,“Slave200-2”,…,“Slave200-n”とそれぞれ表している。

バッテリ管理装置３００は、各バッテリデータ装置２００に対してRequestコマンドをブロードキャスト送信する。各バッテリデータ装置２００は、バッテリ管理装置３００からのRequestコマンドを受信すると、時刻t0において、それぞれが対応する電池モジュール１０１の各単電池セル１００の状態（電圧、温度等）を測定する。その後、バッテリデータ装置２００－１は、時刻t1において、各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ送信する。バッテリ管理装置３００は、バッテリデータ装置２００－１からの送信データを正常に受信すると、ACKをバッテリデータ装置２００－１に返送する。

同様に、時刻t2ではバッテリデータ装置２００－２が、時刻t3ではバッテリデータ装置２００－３が、各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ送信する。このようにして、時刻tnで最後のバッテリデータ装置２００－ｎが各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ送信するまで、各バッテリデータ装置２００とバッテリ管理装置３００の間で順次通信が行われる。

ここで、時刻t2において、バッテリデータ装置２００－２から送信されたデータをバッテリ管理装置３００が正常受信できなかったとする。この場合、バッテリ管理装置３００はバッテリデータ装置２００－２に対してNAKを返送する。NAKを受信すると、バッテリデータ装置２００－２は、各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ再送する。バッテリ管理装置３００は、バッテリデータ装置２００－２から再送されたデータを正常受信すると、バッテリデータ装置２００－２へACKを返送する。

また、時刻t3において、バッテリデータ装置２００－３がバッテリ管理装置３００へデータを送信し、これをバッテリ管理装置３００が正常受信してACKを返送したが、バッテリデータ装置２００－３ではデータ送信から所定の時間を経過してもACKを受信できなかったとする。この場合、バッテリデータ装置２００－３は、各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ再送する。バッテリ管理装置３００は、バッテリデータ装置２００－３から再送されたデータを再度正常受信すると、バッテリデータ装置２００－３へACKを返送する。バッテリデータ装置２００－３は、バッテリ管理装置３００からACKを正常受信すると、データ送信を終了する。

このように、バッテリ管理装置３００と各バッテリデータ装置２００は、Requestコマンドの送信から時刻tnまでを通信周期として、上記の通信処理を繰り返す。

図６は、図４に示した従来の無線通信システム１Ｚにおける異常通信時の通信タイミング例を示す図である。図６では、バッテリデータ装置２００－３からバッテリ管理装置３００へ送信したデータが、バッテリ管理装置３００において正常に受信できない場合の例を示している。このような場合、バッテリ管理装置３００では電池モジュール１０１－３の状態を取得することができないため、正常な充放電制御を行うことができない。なお、バッテリデータ装置２００－３がバッテリ管理装置３００からのRequestコマンドを受信できない場合も、バッテリデータ装置２００－３からバッテリ管理装置３００へのデータ送信が行われないため、同様にバッテリ管理装置３００では電池モジュール１０１－３の状態を取得することができない。

バッテリ管理装置３００とバッテリデータ装置２００－３の間の通信経路がマルチパスによるヌル点となっている場合、バッテリ管理装置３００では、バッテリデータ装置２００－３からの送信データに対する受信レベルが極端に低下する。同様に、バッテリデータ装置２００－３でも、バッテリ管理装置３００から送信されるRequestコマンドの受信レベルが極端に低下する。そのため上記のように、バッテリ管理装置３００とバッテリデータ装置２００－３の間では、正常な通信を恒常的に実施できなくなってしまうことがある。一般に電池パック１０内では、各単電池セル１００の端子や各種配線等の金属部品が多数配置されているため、電波の反射によるマルチパスが生じることでヌル点が発生するのは避けられない。

図７は、本発明の無線通信システム１における通信タイミング例を示す図である。図７では、バッテリ管理装置３００が図１に示す構成を有しており、バッテリ管理装置３００のケーブル３２０が、ヌル点に該当するバッテリデータ装置２００（本例ではバッテリデータ装置２００－３）の近傍（例えば数十cm以内）に配置されているとする。

バッテリ管理装置３００は、バッテリデータ装置２００－３を除く各バッテリデータ装置２００に対して、アンテナ３１０を介して第１Requestコマンドをブロードキャスト送信する。その際、無線装置３０２は、スイッチ３０４をオフ状態に切り替えることで、ケーブル３２０と無線装置３０２の間にアッテネータ３０５が挿入されるようにして、無線装置３０２からケーブル３２０へ出力される送信信号のレベルを減少させる。

次にバッテリ管理装置３００は、ケーブル３２０を用いた無線通信の対象であるバッテリデータ装置２００－３に対して、ケーブル３２０を介して第２Requestコマンドをブロードキャスト送信する。その際、無線装置３０２は、スイッチ３０４をオン状態に切り替えることで、アッテネータ３０５をパススルーし、無線装置３０２からケーブル３２０へ出力される送信信号を減衰させないようにする。

各バッテリデータ装置２００は、バッテリ管理装置３００から第１Requestコマンドまたは第２Requestコマンドを受信すると、所定時間待機後の時刻t0において、それぞれが対応する電池モジュール１０１の各単電池セル１００の状態（電圧、温度等）を測定する。その後、バッテリデータ装置２００－１は、時刻t1において、各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ送信する。バッテリ管理装置３００は、バッテリデータ装置２００－１からの送信データを正常に受信すると、ACKをバッテリデータ装置２００－１に返送する。

同様に、時刻t2ではバッテリデータ装置２００－２が、時刻t3ではバッテリデータ装置２００－３が、各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ送信する。このようにして、時刻tnで最後のバッテリデータ装置２００－ｎが各単電池セル１００の状態測定結果のデータをバッテリ管理装置３００へ送信するまで、各バッテリデータ装置２００とバッテリ管理装置３００の間で順次通信が行われる。

このとき、バッテリ管理装置３００は、アンテナ３１０を介して通信する各バッテリデータ装置２００、すなわちバッテリデータ装置２００－３を除いた各バッテリデータ装置２００との通信期間（図７では、時刻t3を除いた時刻t1から時刻tnまでの各期間）では、スイッチ３０４をオフにし、ケーブル３２０と無線装置３０２の間にアッテネータ３０５を挿入して、ケーブル３２０から無線装置３０２へ出力される受信信号のレベルを減少させる。一方、ケーブル３２０を介して通信するバッテリデータ装置２００－３との通信機関（時刻t3の期間）では、スイッチ３０４をオンにし、アッテネータ３０５をパススルーして、ケーブル３２０から無線装置３０２へ出力される受信信号を減衰させないようにする。

本実施形態の無線通信システム１では、バッテリ管理装置３００が各バッテリデータ装置２００との通信を行う際に、アンテナ３１０とケーブル３２０のどちらを用いて通信を行うかに応じて、上記のようにスイッチ３０４のオンオフを切り替える。これにより、ケーブル３２０と無線装置３０２の間にアッテネータ３０５を挿入するか否かを切り替えるようにしている。その理由は、アンテナ３１０を介した通信の際には、アンテナ３１０とケーブル３２０の間で起こる無線信号の干渉を抑制するためである。この点について、図８を参照して以下に説明する。

図８は、アンテナ３１０とケーブル３２０の間で起こる無線信号干渉の説明図である。図８（ａ）は、バッテリ管理装置３００がバッテリデータ装置２００－１との通信時に、スイッチ３０４をオンに切り替えてケーブル３２０からの受信信号を減衰させなかった場合の、無線装置３０２に入力される受信信号レベルの例を示している。なお、図８（ａ）では、バッテリ管理装置３００とバッテリデータ装置２００－３との通信時における無線装置３０２の受信信号レベルとして、バッテリデータ装置２００－１の場合と同様に、スイッチ３０４をオンに切り替えたときの受信信号レベルの例を示している。

図８（ａ）の場合、バッテリデータ装置２００－１との通信時には、アンテナ３１０とケーブル３２０から無線装置３０２へそれぞれ入力される受信信号同士が干渉しあうことで受信S/N（Signal to Noise）が小さくなってしまう。そのため、無線装置３０２ではアンテナ３１０からの受信信号を正常に受信することができない。一方、バッテリデータ装置２００－３との通信では、前述のようにマルチパスによるヌル点が発生しているため、アンテナ３１０からの受信レベルが低い。そのため、無線装置３０２においてケーブル３２０からの受信信号を正常に受信することができる。

図８（ｂ）は、バッテリ管理装置３００がバッテリデータ装置２００－１との通信時に、スイッチ３０４をオフに切り替えてケーブル３２０からの受信信号を減衰させた場合の、無線装置３０２にそれぞれ入力される受信信号レベルの例を示している。なお、図８（ｂ）でも図８（ａ）と同様に、バッテリ管理装置３００とバッテリデータ装置２００－３との通信時における無線装置３０２の受信信号レベルとして、スイッチ３０４をオンに切り替えたときの受信信号レベルの例を示している。

図８（ｂ）の場合、バッテリデータ装置２００－１との通信時には、ケーブル３２０から無線装置３０２へ入力される受信信号が減衰されるため、図８（ａ）の場合と比べて受信S/Nが大きくなる。そのため、無線装置３０２においてアンテナ３１０からの受信信号を正常に受信することが可能となる。なお、バッテリデータ装置２００－３との通信では、図８（ａ）の場合と同様に、スイッチ３０４をオンにした状態でもアンテナ３１０からの受信レベルが低いため、無線装置３０２においてケーブル３２０からの受信信号を正常に受信することができる。

以上説明したように、バッテリ管理装置３００では、アンテナ３１０を用いる各バッテリデータ装置２００との通信期間には、スイッチ３０４をオフに切り替えて、ケーブル３２０と無線装置３０２の間で入出力される信号を減衰させるようにする。一方、ケーブル３２０を用いる各バッテリデータ装置２００との通信期間には、スイッチ３０４をオンに切り替えて、ケーブル３２０と無線装置３０２の間で入出力される信号を減衰させないようにする。こうしたスイッチ３０４の切替制御により、バッテリ管理装置３００において、アンテナ３１０とケーブル３２０の間で生じる信号の干渉を抑制することが可能となる。

ここで、本実施形態の無線通信システム１では、バッテリ管理装置３００において、アンテナ３１０とケーブル３２０のどちらを用いて各バッテリデータ装置２００との通信を行うかを事前に設定しておく必要がある。この設定方法について、以下に図９を用いて説明する。

図９は、バッテリ管理装置３００が用いる通信手段の設定手順の例を示すフローチャートである。本実施形態の無線通信システム１では、例えば電池パック１０の製造時や試作時に、図９のフローチャートに従った手順により、バッテリ管理装置３００が各バッテリデータ装置２００との通信においてアンテナ３１０とケーブル３２０のどちらを用いるかの設定が行われる。

バッテリ管理装置３００は、スイッチ３０４をオフにして、ケーブル３２０と無線装置３０２の間にアッテネータ３０５が挿入された状態とすることで、無線装置３０２からケーブル３２０に出力される送信信号を減衰させて、各バッテリデータ装置２００へブロードキャスト送信を行う（Ｓ１００）。各バッテリデータ装置２００は、ステップＳ１００でバッテリ管理装置３００からのブロードキャスト送信を受信すると、図７で説明したように、所定の期間でデータ送信を行う（Ｓ１１０）。バッテリ管理装置３００は、ステップＳ１１０で各バッテリデータ装置２００から送信されたデータを受信し、その受信レベルを記録する（Ｓ１２０）。

ステップＳ１００～Ｓ１２０の処理を実施した後、電池パック１０の製造を行う作業者や電池パック１０の設計者は、ステップＳ１２０で記録された各バッテリデータ装置２００からの送信信号の受信レベルに基づいて、ケーブル３２０の配置を決定する（Ｓ１３０）。この工程では、ステップＳ１２０で送信信号を受信できなかったか、または記録された受信レベルが所定値未満のバッテリデータ装置２００の近傍にケーブル３２０が配置されるように、電池パック１０内でのケーブル３２０の配置を決定する。

続いてバッテリ管理装置３００は、スイッチ３０４をオンにして、ケーブル３２０と無線装置３０２の間でアッテネータ３０５をパススルーした状態とすることで、無線装置３０２からケーブル３２０に出力される送信信号を減衰させずに、各バッテリデータ装置２００へブロードキャスト送信を行う（Ｓ１４０）。各バッテリデータ装置２００は、ステップＳ１４０でバッテリ管理装置３００からのブロードキャスト送信を受信すると、ステップＳ１１０と同様に、所定の期間でデータ送信を行う（Ｓ１５０）。バッテリ管理装置３００は、ステップＳ１５０で各バッテリデータ装置２００から送信されたデータを受信し、その受信レベルを記録する（Ｓ１６０）。

ステップＳ１４０～Ｓ１６０の処理を実施した後、作業者や設計者は、ステップＳ１２０、Ｓ１６０でそれぞれ記録された各バッテリデータ装置２００からの送信信号の受信レベルに基づいて、バッテリ管理装置３００と各バッテリデータ装置２００との通信方法を決定する（Ｓ１７０）。この工程では、例えば、ステップＳ１２０で送信信号を正常に受信できた各バッテリデータ装置２００に対しては、アンテナ３１０を介して通信を行い、ステップＳ１２０では正常に受信できなかったが、ステップＳ１６０で送信信号を正常に受信できた各バッテリデータ装置２００に対しては、ケーブル３２０を介して通信を行うように、バッテリ管理装置３００と各バッテリデータ装置２００との通信方法を決定する。そして、決定した通信方法に応じて、無線装置３０２におけるスイッチ３０４の切替設定を行うことで、決定した通信方法に応じた設定をバッテリ管理装置３００に対して実施する。

図１０は、図９のステップＳ１２０、Ｓ１６０でそれぞれ記録された各バッテリデータ装置２００からの送信信号の受信レベルの例を示す図である。図１０（ａ）では、ステップＳ１２０で記録された、アンテナ３１０を介した通信での受信レベルの例を示し、図１０（ｂ）では、ステップＳ１６０で記録された、ケーブル３２０を介した通信での受信レベルの例を示している。

図１０（ａ）において、バッテリデータ装置２００－１～２００－７のうち、バッテリデータ装置２００－３および２００－６については、受信レベルが記録されていない。これは、バッテリデータ装置２００－３、２００－６からの送信信号は、マルチパスによるヌル点等の影響により、バッテリ管理装置３００において正常に受信できなかったことを表している。

一方、図１０（ｂ）では、バッテリデータ装置２００－３および２００－６についても他のバッテリデータ装置２００と同様に、受信レベルが記録されている。これは、バッテリ管理装置３００において、バッテリデータ装置２００－３、２００－６からの送信信号がケーブル３２０によって正常に受信できたことを表している。

図１０に示した各バッテリデータ装置２００の受信レベルの結果から、作業者や設計者は、バッテリデータ装置２００－１、２００－２、２００－４、２００－５および２００－７との通信ではアンテナ３１０を使用し、バッテリデータ装置２００－３および２００－６との通信ではケーブル３２０を使用するように、バッテリ管理装置３００の通信手段を決定することができる。

なお、上記では図１に示したバッテリ管理装置３００の構成に基づき、図７から図１０を参照して無線通信システム１の動作を説明したが、バッテリ管理装置３００が図２の構成を有する場合についても同様である。その場合、無線装置３０２は、スイッチ３０４をオフ状態に切り替えることで、無線装置３０２とケーブル３２０の間で入出力される信号を減衰させる代わりに、当該信号を遮断する。

次に、電池パック１０内でのケーブル３２０の固定方法について、以下に図１１および図１２を用いて説明する。

図１１は、電池パック１０における無線通信システム１の第１配置例を示す図である。図１２は、電池パック１０における無線通信システム１の第２配置例を示す図である。図１１および図１２において、（ａ）は電池パック１０の斜視図、（ｂ）は電池パック１０の平面図、（ｃ）は電池パック１０の正面図をそれぞれ示している。

図１１および図１２に示すように、電池パック１０は大きな箱型のケース１１を有しており、このケース１１の中には、複数の電池モジュール１０１と、各電池モジュール１０１と対になる複数のバッテリデータ装置２００と、バッテリ管理装置３００とが配置されている。なお、電池パック１０内の配置を分かりやすくするため、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）の平面図と、図１１（ｃ）および図１２（ｃ）の正面図では、ケース１１の一部の図示をそれぞれ省略している。

各電池モジュール１０１は電源ライン１２を介して相互に接続されており、この電源ライン１２の間にケーブル３２０が配置されている。なお、図１１、１２では、電池パック１０が８個の電池モジュール１０１（電池モジュール１０１－１～１０１－８）を有しており、これらの電池モジュール１０１にそれぞれ対応して８台のバッテリデータ装置２００（バッテリデータ装置２００－１～２００－８）が設けられている例をそれぞれ示しているが、電池モジュール１０１およびバッテリデータ装置２００の数はこれに限定されない。

ケーブル３２０には終端器３３０が接続されている。図１１、１２の配置例では、終端器３３０の横幅を、電池パック１０内における電池モジュール１０１の配置間隔よりもサイズが大きくなるようにして、ケーブル３２０と終端器３３０の接続部分が互いに隣接する２つの電池モジュール１０１の間に位置するように、終端器３３０を電池パック１０内にそれぞれ設置している。具体的には、図１１の配置例では、電池モジュール１０１－４と電池モジュール１０１－５の間にケーブル３２０と終端器３３０の接続部分が位置し、図１２の配置例では、電池モジュール１０１－３と電池モジュール１０１－４の間にケーブル３２０と終端器３３０の接続部分が位置するように、終端器３３０をそれぞれ設置している。これにより、バッテリ管理装置３００とバッテリデータ装置２００－３および２００－６との間で行われる無線通信を、ケーブル３２０を介して行うことができるようにしている。

なお、図１１、１２の配置例では、各バッテリデータ装置２００が有するアンテナ２１０と、バッテリ管理装置３００が有するアンテナ３１０とを図示していないが、これらは電池パック１０内で任意の位置にそれぞれ配置することができる。

図１３は、本発明の第１の実施形態に係る終端器３３０の構成の一例を示す図である。本実施形態において、終端器３３０は、例えば図１３に示すように、半田等の接合材を用いて、ケーブル３２０の導体３２１をプリント基板３３１の接続部３３２に接続することで構成される。プリント基板３３１は、接続部３３２以外に、入出力インピーダンスを調整するための各種電子部品を搭載することができる。前述のように、終端器３３０の横幅に相当するプリント基板３３１の幅ｗは、電池パック１０内における電池モジュール１０１の配置間隔よりも大きい。これにより、電池パック１０内に設置したときの終端器３３０の配置を、図１１、１２で説明したような配置として、ケーブル３２０を所望の位置に固定することができる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）無線通信システム１は、車両の電池パック１０内に構築されるものであって、第１の無線信号をそれぞれ空間に放出するとともに、空間を介して伝搬された第２の無線信号に基づく受信信号をそれぞれ出力するアンテナ３１０およびケーブル３２０を有するバッテリ管理装置３００と、電池パック１０が有する複数の電池モジュール１０１の各々に対応して設けられ、アンテナ３１０またはケーブル３２０を介してバッテリ管理装置３００と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置２００とを備える。バッテリ管理装置３００は、アンテナ３１０を介してバッテリデータ装置２００と無線通信するときは、スイッチ３０４をオフ状態に切り替えることにより、ケーブル３２０からの受信信号を減衰または遮断する。このようにしたので、電池パック１０内で安定した無線通信を実現することができる。

（２）ケーブル３２０は、少なくとも導体３２１を有し、導体３２１に流れる電流に基づいて第１の無線信号を導体３２１の周囲に放出する。このようにしたので、ケーブル３２０を介した無線通信を実現できる。

（３）バッテリ管理装置３００は、ケーブル３２０の先端に接続された終端器３３０を備える。終端器３３０の横幅ｗは、電池パック１０内における複数の電池モジュール１０１の配置間隔よりもサイズが大きく、終端器３３０は、ケーブル３２０の接続部分が複数の電池モジュール１０１のうち互いに隣接する２つの電池モジュール１０１の間に位置するように、電池パック１０内に設置される。このようにしたので、電池パック１０内でケーブル３２０を所望の位置に確実かつ容易に固定することができる。

（４）終端器３３０は、ケーブル３２０と電気的に接続される接続部３３２を備える。このようにしたので、ケーブル３２０と終端器３３０とを電気的に確実に接続し、ケーブル３２０をアンテナとして機能させることができる。

（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。図１４に示す無線通信システム１Ａは、第１の実施形態で説明した図１、２の無線通信システム１と比べて、バッテリ管理装置３００がアンテナ３１０を有しておらず、ケーブル３２０のみを介して各バッテリデータ装置２００と通信を行う点が異なる。

本実施形態において、バッテリ管理装置３００は、電池監視装置３０１、無線装置３０２、アンテナ３１０、ケーブル３２０および終端器３３０を備える。なお、第１の実施形態とは異なり、分配器３０３、スイッチ３０４およびアッテネータ３０５については、本実施形態のバッテリ管理装置３００には設けられていない。

本実施形態でも第１の実施形態と同様に、ケーブル３２０は、ヌル点に該当するバッテリデータ装置２００の近傍に配置される。また、バッテリ管理装置３００と各バッテリデータ装置２００との通信タイミングは、第１の実施形態で説明した図５の通信タイミング、すなわち、従来の無線通信システム１Ｚにおける正常通信時の通信タイミングと同様である。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、無線通信システム１Ａは、車両の電池パック１０内に構築されるものであって、アンテナとして機能するケーブル３２０を有するバッテリ管理装置３００と、電池パック１０が有する複数の電池モジュール１０１の各々に対応して設けられ、ケーブル３２０を介してバッテリ管理装置３００と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置２００とを備える。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、電池パック１０内で安定した無線通信を実現することができる。

（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの全体構成例を示す図である。図１５に示す無線通信システム１Ｂは、第１の実施形態で説明した図１の無線通信システム１と比べて、バッテリ管理装置３００が２つのケーブル３２０－１、３２０－２を有している点が異なる。

ケーブル３２０－１は、第１の実施形態におけるケーブル３２０と同様に、スイッチ３０４およびアッテネータ３０５と、分配器３０３とを介して、無線装置３０２と接続されている。そのため、スイッチ３０４がオフ状態（開放状態）に切り替えられているときには、ケーブル３２０－１から出力された受信信号は、アッテネータ３０５により減衰された後、分配器３０３を介して無線装置３０２に入力される。また、スイッチ３０４がオン状態（導通状態）に切り替えられているときには、ケーブル３２０－１から出力された受信信号は、アッテネータ３０５により減衰されることなく、スイッチ３０４および分配器３０３を介して無線装置３０２に入力される。

ケーブル３２０－２は、接地ケーブルであり、バッテリ管理装置３００のグランドと接続されている。このグランドは、無線装置３０２のグランドと共通である。すなわち、ケーブル３２０－２は無線装置３０２のグランドと電気的に接続されている。

図１６は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの変形例を示す図である。図１６に示す変形例では、第１の実施形態で説明した変形例と同様に、バッテリ管理装置３００において、ケーブル３２０－１はスイッチ３０４を介して分配器３０３と接続されている。

図１７は、本発明の第３の実施形態に係る終端器３３０の構成の一例を示す図である。本実施形態において、終端器３３０は、例えば図１７に示すように、半田等の接合材を用いて、ケーブル３２０－１の導体３２１－１およびケーブル３２０－２の導体３２１－２を、プリント基板３３１の接続部３３２－１、３３２－２にそれぞれ接続することで構成される。接続部３３２－１と接続部３３２－２は、インピーダンス素子である抵抗３３３を介して互いに接続されている。抵抗３３３のインピーダンスは、無線装置３０２における送信信号および受信信号の入出力インピーダンスと同等のインピーダンスを有している。これにより、ケーブル３２０－１の定在波を抑制し、ケーブル３２０－１を確実にアンテナとして機能させることができる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、終端器３３０は、バッテリ管理装置３００における受信信号の入力インピーダンスと同等のインピーダンスを有するインピーダンス素子である抵抗３３３を介して互いに接続された２つの接続部３３２－１、３３２－２を備える。一方の接続部３３２－１は、ケーブル３２０－１と電気的に接続され、他方の接続部３３２－２は、接地ケーブルであるケーブル３２０－２を介してバッテリ管理装置３００のグランドと電気的に接続される。このようにしたので、ケーブル３２０－１を確実にアンテナとして機能させることができる。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１，１Ａ，１Ｂ 無線通信システム
１０ 電池パック
１１ ケース
１２ 電源ライン
１００ 単電池セル
１０１ 電圧モジュール
２００ バッテリデータ装置（Slave）
２０１ 単セル状態測定装置
２０２ 無線装置
２１０ アンテナ
３００ バッテリ管理装置（Master）
３０１ 電池監視装置
３０２ 無線装置
３０３ 分配器
３０４ スイッチ
３０５ アッテネータ
３１０ アンテナ
３２０ ケーブル
３２１ 導体
３２２ 絶縁体
３２３ 外被
３３０ 終端器

Claims (7)

1. 車両の電池パック内に構築される無線通信システムであって、
   第１の無線信号をそれぞれ空間に放出するとともに、前記空間を介して伝搬された第２の無線信号に基づく受信信号をそれぞれ出力するアンテナおよびケーブルを有するバッテリ管理装置と、
   前記電池パックが有する複数の電池モジュールの各々に対応して設けられ、前記アンテナまたは前記ケーブルを介して前記バッテリ管理装置と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置と、を備え、
   前記バッテリ管理装置は、前記アンテナを介して前記バッテリデータ装置と無線通信するときは、前記ケーブルからの前記受信信号を減衰または遮断する無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記ケーブルは、少なくとも導体を有し、前記導体に流れる電流に基づいて前記第１の無線信号を前記導体の周囲に放出する無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記バッテリ管理装置は、前記ケーブルの先端に接続された終端器を備え、
   前記終端器の横幅は、前記電池パック内における前記複数の電池モジュールの配置間隔よりもサイズが大きく、
   前記終端器は、前記ケーブルの接続部分が前記複数の電池モジュールのうち互いに隣接する２つの電池モジュールの間に位置するように、前記電池パック内に設置される無線通信システム。
4. 請求項３に記載の無線通信システムであって、
   前記終端器は、前記ケーブルと電気的に接続される接続部を備える無線通信システム。
5. 請求項３に記載の無線通信システムであって、
   前記終端器は、前記バッテリ管理装置における前記受信信号の入力インピーダンスと同等のインピーダンスを有するインピーダンス素子を介して互いに接続された２つの接続部を備え、
   前記接続部の一方は、前記ケーブルと電気的に接続され、
   前記接続部の他方は、接地ケーブルを介して前記バッテリ管理装置のグランドと電気的に接続される無線通信システム。
6. 請求項５の無線通信システムであって、
   前記ケーブルおよび前記接地ケーブルは、導体をそれぞれ有し、
   前記ケーブルは、前記導体に流れる電流に基づいて前記第１の無線信号を前記導体の周囲に放出する無線通信システム。
7. 車両の電池パック内に構築される無線通信システムであって、
   アンテナとして機能するケーブルを有するバッテリ管理装置と、
   前記電池パックが有する複数の電池モジュールの各々に対応して設けられ、前記ケーブルを介して前記バッテリ管理装置と無線通信可能な複数のバッテリデータ装置と、を備える無線通信システム。

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