JP5467597B2 - 組電池 - Google Patents

Description

複数の単位電池を接続して構成される組電池に関する。

電源として要求される電圧、電流容量に応じて、単位電池を複数個組み合わせた組電池を使用する場合が多い。ここで使用される単位電池としては、古くは鉛電池に始まりニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、そして最近ではリチウムイオン電池と多岐に渡り、その種類により特性は異なるが、共通していえることは、一定の電荷量以上に充電（過充電）したり、一定の電荷量以下に放電（過放電）すると劣化し、そのような充放電を繰り返すと益々その劣化が進行し、電池寿命や信頼性が著しく悪化することである。

このような特性を有する単位電池を組電池として直列に接続して充電すると、各単位電池間の自己放電電流や経時変化（劣化）のバラツキ、充電効率のバラツキ等に起因して、各単位電池の両端の電圧値にバラツキが生じ、満充電にならない単位電池や逆に過充電となる単位電池が生じる。また放電時においても、放電速度にバラツキが生じるので、過放電となる単位電池が生じる。

このため、特許文献１には、複数の単位電池の充電制御のために、複数単位電池に共通にＡ／Ｄ変換回路とマイコンで構成されたバッテリ管理ユニットを設置し、該マイコンによって、組電池を構成する各単位電池の電圧、温度、周辺温度及び充放電電流を検出し、検出した単位電池情報を基に、複数の単位電池の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を算出し、算出した充電状態に基付き、該複数の単位電池個々の充電電流を制御する方法が開示されている。

この特許文献１の技術による組電池であって、非常に多数の単位電池を用い、組電池の出力電圧が高い場合に、バッテリ管理ユニットを構成する電子回路の耐圧制限から、例えば単位電池８個毎にセル情報計測通信制御装置をおいて、複数のセル情報計測通信制御装置とバッテリ管理ユニットを通信路で接続する方法がとられている（非特許文献１）。

特許文献１の技術を実際に実現するためには、各単位電池とバッテリ管理ユニットとの間には、電圧センス用信号線１本、電池温度センス用信号線１本、充電電流制御用信号線１本の計３本が最低限必要で、それらを受け入れるバッテリ管理ユニットには、複数の単位電池から各３本の信号線が入ってくる。

例えば、リチウムイオン電池セルを単位電池とする自動車駆動用の組電池を考えるとリチウムイオン電池の公称電圧３．７ボルトに対し、自動車駆動用には、５００〜７００ボルトの電圧が必要と思われるので、制御対象の単位電池数は、１３５〜１９０程度となる。この場合、バッテリ管理ユニットには、１３５〜１９０ｘ３＝４０５〜５７０本の信号線が収容されることになる。

また、非特許文献１の図１−１に示されるように、単位電池８個毎にセル情報計測通信制御装置を置いて、複数のセル情報計測通信制御装置とバッテリ管理ユニットを接続する方法の場合であっても、トータルとしは、上記の場合と同じ数の信号線を引きまわす必要があり、さらにセル情報計測通信制御装置とバッテリ管理ユニットを繋ぐ信号線を追加する必要がある。

このように多数本の信号線を扱う必要があることは、自動車駆動用の組電池製造上、コストダウンの障害となる大きな課題である。この課題の解決手段として、各電池モジュールに隣接電池モジュールの信号線を併せて収容できるコネクタを設ける技術が公開されている（特許文献２）
特開平９−２９４３３７ 特開２００７−５９０８８ 「第二世代リチウムイオンバッテリコントロールユニットの紹介」森原徳彦 他 ＥＶＳソリューション２００９ ２００９年１２月１７日〜１８日 国際連合大学 ウ・タント国際会議場 （財）日本自動車研究所 ＰＰ１０８〜ＰＰ１１６

特許文献２の技術を用いると予め決めた数の複数電池モジュールを一群の電池モジュールとし、隣接前位の電池モジュールからの信号線をコネクタに収容し、当該信号線を隣接後位の電池モジュールに中継することができるので、信号線の処理は効率よく対処できるが、予め決めた一群を構成する電池モジュールのすべての信号線を収容できるコネクタを準備しなければならないので、予め決めた電池モジュール群毎に個別のコネクタを準備する必要があった。さらに予め決めた電池モジュール数が大きくなると例えば数百になるとコネクタ自身が大きくなり個々の電池モジュールにコネクタが実装できないという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、複数の単位電池を接続して構成される組電池であって、各単位電池を搭載した電子回路板（単位電池ボードと呼ぶ）と該複数の単位電池ボードに共通のバッテリ管理ユニットを構成要素として有し、個別単位電池ボード毎に搭載された単位電池の電圧、単位電池の温度、単位電池の周辺温度及び単位電池の内部抵抗のすべて又はその一部の測定及び該測定値を保持する手段と、該保持した測定値を該バッテリ管理ユニットにディジタル信号として送信する手段と、該バッテリ管理ユニットよりディジタル信号として送られて来る単位電池指定電圧値を受信、保持する手段とを有し、該複数の単位電池ボードと該バッテリ管理ユニットとを１重のループ状通信路又は２重のループ状通信路により接続し、該ループ状通信路を介して該各単位電池ボードと該バッテリ管理ユニット間で、該測定値、該単位電池指定電圧値および関連制御情報の送受を行うよう構成する。

課題解決のためのポイントは、各単位電池ボードからバッテリ管理ユニットへの信号線の数を極小とすることである。すなわち単位電池ボードに電圧や温度を測定する機能を持たせ、該単位電池ボードから一の信号線で測定データをバッテリ管理ユニットへ送付可能とすることである。それには小型ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）が便利である。近年の小型ＭＰＵは、数個のアナログ／ディジタルコンバータを有しており、この機能を使って電圧や温度を測定する。

単位電池ボード内で必要なセル情報（電池電圧、電池温度、電池周辺温度及び電池内部抵抗）が取得され、ディジタル化されるので、バッテリ管理ユニットとの間の情報授受は、ディジタルデータとして伝達可能で、単位電池ボードと
バッテリ管理ユニット間を直流絶縁することは容易であり、バッテリ管理ユニットにおける耐圧制限の問題は解消できる可能性は大きい。したがって、バッテリ管理ユニットと単位電池ボードを接続するにあたって、非特許文献１のように単位電池ボード８個毎にセル情報計測通信制御装置を設置する必要はなくなる。

しかし、バッテリ管理ユニットと各単位電池ボードとを個別線でスター状に接続したのでは、情報信号授受のために各単位電池ボードあたり最小限上り下りそれぞれ１本、計２本の信号線が必要なので、バッテリ管理ユニットは単位電池ボード数の２倍の信号線を収容しなければならないことと、その数だけの直流絶縁回路が必要であり、コスト負担は依然として大きい。

この多数の信号線を引きまわすことを回避するために、各単位電池ボードに無線送受信機能を持たせる方法もあるがコスト負担を考えると必ずしも有効ではない。そこで小型ＭＰＵが有しているシリアル通信インタフェースを効率よく利用することとすると、２つの問題がある。（１）低価格小型ＭＰＵは１個の送信ポート、１個の受信ポートを具備する程度であり、情報の並列伝送は出来ないこと、（２）各単位電池が直列に接続されるため単位電池ボード間には単位電池１個分の電位差があり、単純にＭＰＵの通信インタフェースを直列に数珠繋ぎすることが出来ない。

（１）のポート数の制限は、ループ状通信路を構成し、トークンリング通信制御プロトコルの効率化を図ることで解決し、（２）の電位差の問題は、“隣接単位電池ボード間の電位差がほぼ一定で、且つ、半導体の耐圧を上回るほど大きくないことに着目し、単位電池ボード毎に単位電池１個の電位差分だけレベルシフトさせることで解決する。

本発明による組電池は、構成に使用される単位電池の数によらず、各単位電池からの信号線は、隣接単位電池ボード間における測定値送信用信号線と単位電池指定電圧値受信用信号線の２信号線（１重ループ状通信路の場合）又は４信号線（２重ループ状通信路の場合）であり、バッテリ管理ユニットの収容する信号線もまた、測定値受信用信号線と単位電池指定電圧値送信用信号線の２信号線又は４信号線となり、組電池製造上において、取り扱う信号線の経路が単純化され、格段のコスト削減を実現できる効果がある。

以下図面を用いて、具体的に説明する。
図１Ａは本発明の組電池の全体構成を概念的に示す図である。組電池１は、バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００と、ｎ個の単位電池ボードＵＢＢ２００／１〜２００／ｎとが通信路３００でループ状に接続されたものである。また、各単位電池ボードＵＢＢ２００には、単位電池５００が搭載されており、単位電池５００は、直列に接続され、電力ライン４００を通して負荷または充電器に接続される。

なお、本図は、一重のループ状通信路３００の情報伝達が一端の最前位単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎから他端の最後位単位電池ボードＵＢＢ２００／１の方向として示され、以下の説明もこの方向を前提としているが、逆方向の通信路であっても良く、本発明として方向を限定するものではない。

また、図１Ｂは、２重のループ状通信路３０１及び３０２を有する場合を示す。二重のループ状通信路は、障害を想定した冗長構成であって、通信路３００が２本あると考えてよい。通常の機能説明上は必ずしも必要がないので、以下の説明では一重のループ状通信路を前提とし、二重のループ状通信路の説明は原則省略する。

図２Ａは、単位電池ボードＵＢＢ２００の具体的な構成例と隣接単位ボードとの接続の様子を示したものである。各単位電池ボードＵＢＢ２００には、単位電池ＵＢ５００、マイクロ・プロセッサ・ユニットＭＰＵ２０１、送信信号用ドライバスイッチ２０２およびインバータ２０４、抵抗２０５を構成要素として含む。図２Ａにおいて隣接する単位電池ボードＵＢＢ２００の相互間は、通信用コネクタ６００および電力用コネクタ７００によって接続される。

前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ＋１の信号線２５２はコネクタ６００を通して単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉの信号線２５１に接続され、当該単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉのＭＰＵ２０１のシリアル通信ポートの受信用ポートＲ_ｘにインバータ２０４を介して接続される。

また単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉのＭＰＵ２０１のシリアル通信ポートの送信用ポートＴ_Ｘは、信号送信用ドライバスイッチ２０２のベースに接続され、ドライバスイッチ２０２をＯＮ・ＯＦＦすることによって、ディジタル信号を信号線２５２上に送出し、該ディジタル信号は、コネクタ６００、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ−１の信号線２５１を経由して、後位のＭＰＵ２０１に伝達される。

このとき単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉのドライバスイッチ２０２のコレクタは、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ−１の抵抗２０５を通して、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ−１のアースに接続される。したがって、ドライバスイッチは、ＯＦＦのときに、エミッタ、コレクタ間に単位電池の電圧の２倍の電圧が掛ることになる。単位電池の電圧が、例えばリチウムイオン電池の場合、公称３．７ボルトであるので、２倍の公称７．４ボルトが掛るが、半導体ドライバスイッチ２０２が十分に耐えられる電圧である。このようにして、隣接後位単位電池ボードＵＢＢに情報が伝えられるたびに信号レベルは、単位電池１個分の電位がシフトダウンされてゆく。

また、このときＴ_Ｘの信号波形は、ドライバスイッチを通して信号線２５１に伝えられるが極性が反転するので、インバータ２０４を通してＲ_ｘ端子に入力される。
このようにして、各単位電池ボードＵＢＢは、信号線２５１及び２５２とＭＰＵ２０１、ドライバスイッチ２０２及びインバータ２０４によってループ状に接続され、ループ状通信路３００を構成する。

また、当然のことながら単位電池５００のマイナス側は、当該単位電池ボード内のアース電位として、ＭＰＵ２０１他に供給され、単位電池ＵＢ５００のプラス側は、電源としてＭＰＵ２０１他に供給される。

図２Ｂは、単位電池５００が並列接続された二つの電池セル５００（１）及び５００（２）によって構成される場合を示す。一般に単位電池は要求される電流容量によって、複数の電池セルが並列接続されるので、本図は例として示したもので、本発明が二つの電池セルの並列接続の場合に限定されるものではなく、複数の電池セルが並列あるいは直列に、また並直混合であっても良い。

図２Ｃは、ＳＯＣ算出のために必要な測定項目の測定方法について、図２Ｂの単位電池を例に図示したものである。図２Ｂの単位電池５００には、二つの電池セル５００（１）と５００（２）があり、電圧測定、温度測定、内部抵抗測定は、それぞれのセルを対象に測定され、周辺温度は共通項目として測定される。

具体的に、電池セル５００（１）の電圧はセルのプラス側をＭＰＵ２０１のアナログ／ディジタルコンバータ端子ＡＤ１に接続して、当該セルの電位として、ディジタル計測され、一次記憶装置ＲＡＭ２０１２上のテーブル３０００（図５Ｂ）の３００１欄に記憶される。

また、電池セル５００（１）の温度は、該セルに貼り付けられたサーミスタ２０３（１）をＭＰＵ２０１のＡＤ３端子に接続し、サーミスタ電位がディジタル値として測定され、さらに温度としてディジタル変換され、一次記憶装置ＲＡＭ２０１２上のテーブル３０００（図５Ｂ）の３００３欄に記憶される。

さらに、電流センサ２０６（１）がアンプ２０７（１）を通して、ＭＰＵ２０１のＡＤ６端子に接続され、ディジタル値として測定され、さらに内部抵抗値としてディジタル変換され、テーブル３０００（図５Ｂ）の３００６欄に記憶される。

同様に電池セル５００（２）の電圧、温度、内部抵抗が測定され、テーブル３０００（図５Ｂ）の３００２、３００４、３００７欄にそれぞれ記憶される。
周囲温度は二つの電池セルに共通するので、単位電池ボード２００の電池セル近辺の空きスペースに宙ブラに設置されたサーミスタ２０３（ｐ）によって、ＭＰＵ２０１のＡＤ５端子に接続され、ディジタル値として測定され、さらに周辺温度としてディジタル変換され、テーブル３０００（図５Ｂ）の３００５欄に記憶される。

図３は、図２Ａに示した単位電池ボードを使用したときの全体構成を示す。図２Ａに示す通信路３００は、前述したように単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ＋１の信号線２５２と単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉの信号線２５１がコネクタ６００を介し単線で直結され、直流結合されることになるので、最前位と最後位の単位電池ボードの電位差はボード数だけ重畳される。例えば単位電池１９２個の場合、リチウムイオン電池を用いるとその電位差は、３．７ボルトｘ１９２＝７１０ボルトに達するので、ループ状通信路をバッテリ管理ユニット１００に直流絶縁することなく直接収容することは難しい。

単位電池ボードＵＢＢ２００とバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００を直流的に切り離すには、トランス結合、光結合等の方式があるが、単位電池５００を１９２個直列接続し、合計電圧７００ボルト超のシステムでは、単位電池の配置スペースが大きくなり、必然的にバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００と単位電池ボードＵＢＢ２００群間の距離が長くなるので、この間の伝送を平衡伝送路とし、トランス結合等による直流切断とする必要がある。

そこで図３に示すように、最後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／１及び最前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎとバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００の間を直流電圧絶縁とするためにトランス結合等を用いた平衡伝送路で接続する。

具体的には、この間の伝送路の両端にトランス結合等によるＵ／Ｂ変換回路８０１及びＢ／Ｕ変換回路８０２を設置し、平衡伝送路３１０を構成する。こうすることによって、単位電池の直列接続によって積み上がった高電圧とバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００は、直流的には切り離され、耐圧の問題は解決する。

これに対して、単位電池ボードＵＢＢ２００の入出力信号線は図２Ａに示すように単線での直結であり図３の不平衡伝送路３００を構成していることは前述のとおりである。

図４は、図２Ａ、図３の構成でバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００からの信号がどのように単位電池ボードＵＢＢ２００を伝達され、再びバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００に戻ってくるかについて図示したものである。

バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００は、伝達すべきディジタル情報をＵＢ変換器８０１によって、平衡信号に変換して送信してくる。これを最前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎに前置したＢＵ変換器８０２によって受信し、その受信信号を不平衡信号に変換するが、この信号は、全単位電池ボードＵＢＢ２００／１〜２００／ｎの総計電圧上に重畳される。

すなわち（ｎ・Ｅ_ｒ＋０／５）ボルト信号として、ＭＰＵ２０１／ｎの受信ポートＲ_Ｘに入力される。ここでＥ_ｒはリチウム電池の公称電圧であり、＋０／５は、“ｌｏｗ”信号では０ボルト、“ｈｉｇｈ”信号では５ボルトだけ重畳した信号を示す。

ＭＰＵ２０１／ｎからの送信データは、送信ポートＴ_Ｘより出力され、送信用ドライバスイッチにより、｛（ｎ−１）・Ｅ_ｒ＋０／５｝ボルト信号として、後位の単位電池ボードのＭＰＵ２０１／ｎ−１の受信ポートＲ_Ｘに入力される。
情報は順次このようにして、後位の単位電池ボードに伝達され、最終的には単位電池ボード２００／１に（０・Ｅ_ｒ＋０／５）ボルト信号として到達し、ＭＰＵ２００／１の送信ポートＴ_Ｘより出力され、ＵＢ変換器８０１により、平衡伝送信号に変換されて、バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００のＢＵ変換回路８０２に伝達される。

このように最前位の単位電池ボード２００／ｎと最後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／１は直流結合されているため、その間の総計電位差、例えば、リチウム単位電池１９２個の場合、約７００ボルトに達するが、前述の通り情報データが隣接の後位単位電池ボードに伝達される度に、リチウム電池の公称電圧Ｅ_ｒ分だけレベルシフトされながら、最後位の単位電池ボードに到達することができるので、７００ボルトの電位差が障害となることはない。

図５Ａは、マイクロ・プロセッサ・ユニットＭＰＵ２０１のハードウエアの論理ブロック構成図である。ＭＰＵ２０１には、中央処理装置ＣＰＵ２０１１、一次記憶装置ＲＡＭ２０１２，シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３、複数のアナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ２０１４、データ出力ＤＡＴＡ２０１５及びバス２０１０を構成要素として含む。

図５Ｂは、測定値等保存用のテーブルを示す。ここでは各単位電池が２個の電池セルが並列に接続された場合についてのテーブル３０００を示しており、測定値の測定、記憶方法は前述の通りである。また、図５Ｃは、バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００より送られてくる各種パラメータ値を記憶するための一次記憶ＲＡＭ１００２上にあるテーブル４０００であり、均等化電圧値（取り込まれたＰＭ値すなわち単位電池指定電圧値）、ＴＫ監視タイマー値、均等化時間をそれぞれ４００１〜４００３欄に記憶する。

また、図５Ｄは、メッセージ受信並びにメッセージ送信に用いられる送受信バッファＳＲＢの構成を示す。前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ＋１からのディジタルデータは、受信用ポートＲ_Ｘで取り込み、シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３で文字組立てが行われ、一次記憶ＲＡＭ２０１２上の送受信バッファＳＲＢに受信メッセージとして格納される。

また、中央処理装置ＣＰＵ２０１１の指示により、シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３は、送受信バッファの受信メッセージを取り出し、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ−１に中継転送する。自単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉに送信メッセージがある場合は同じく中央処理装置ＣＰＵ２０１１の指示により、送受信バッファＳＲＢ上にセットされた送信メッセージを取り出し、送信用ポートＴ_ｘ通して後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ−１に送信する。

送受信バッファＳＲＢは、前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉ＋１から、メッセージを受信しながら、そのままその受信メッセージを後位の単位電池ボードＵＢＢ／ｉ−１に転送する必要があることから、ラウンドロビン形式のバッファで構成されている。そのバッファ容量は、受信メッセージの転送が、高々２バイトの遅延で実施されるので、２バイト〜３バイトあれば十分であるが、送信メッセージは、最大２２バイト構成（詳細後述）となるので、送受信バッファの容量は、３２バイト（２のべき乗）である。

また、図５Ｄには、送受信バッファＳＲＢの書き込み読み出し制御のために必要な受信バイト位置カウンタＲＢＣ、送信バイト位置カウンタＳＢＣ及び要送信バイト数カウンタＳＢＮの三つのレジスタを示す。三つのレジスタ長はいずれも１バイトである。その動作については、後述する。

また、中央処理装置ＣＰＵ２０１１は、データポートＤＡＴＡ２０１５を使用して、ポートＤＯ０〜１によって、外部に対し、信号“ｈｉｇｈ”、“ｌｏｗ”を指示することができる。このポートＤＯ０を用いて、図示されない放電回路のＯＮ・ＯＦＦを制御行う。詳細は後述する。

図６Ａは、バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００のハードウエアの論理ブロック構成を示す。ＢＭＵ１００には、中央処理装置１００１、一次記憶装置ＲＡＭ１００２、シリアル通信インタフェースＳＣＩ１００３、Ｕ／Ｂ変換器８０１、Ｂ／Ｕ変換器８０２及びバス１０１０を構成要素として含む。

図６Ｂは、一次記憶装置ＲＡＭ１００２上の送信バッファおよび受信バッファを示す。一次記憶ＲＡＭ１００２上の送信バッファＳＢＭ０／１に準備された送信メッセージは、中央処理装置ＣＰＵ１００１の指示により、シリアル通信インタフェースＳＣＩ１００３を経由して、Ｕ／Ｂ変換器８０１より、平衡伝送信号として最前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎに送られる。また、最後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／１からの平衡伝送信号は、Ｂ／Ｕ変換器８０２によって、不平衡信号に変換され、シリアル通信インタフェースＳＣＩ１００３で文字組立てが行われ、一次記憶ＲＡＭ１００２上の受信バッファＲＢＭ０／１に格納される。

送信バッファＳＢＭ０／１は、送信コマンドの最長バイト数をカバーすることで十分なので、容量１８Ｂ、受信バッファＲＢＭ０／１は、全単位電池ボードからそれぞれ２１バイトの応答を一時にまとめて受信するので、２１バイトＸ１９２＝４０３２バイトは必要であり、送信コマンド分を含め容量約４．１ＫＢのいずれも２面バッファである。

次にバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００および単位電池ボードＵＢＢ２００の機能について説明する。図７及び図８はループ状通信路３００上を流れるメッセージフォーマットを示し、図７はＢＭＵ１００から各ＵＢＢ２００宛に送信されるメッセージフォーマットであり、図８は、各ＵＢＢ２００より、ＢＭＵ１００宛送られるメッセージフォーマットを示す。

図７及び図８ですべてのコマンドフレーム、応答フレームの尾部に“ＴＫ”すなわちトークンが記載されているが、これは一般的な概念を示したもので、コマンドフレーム、応答フレームそのものには、“ＴＫ”そのものは、含まれない。フレームは“ＥＮＤ”までである。

図９は、ループ状通信路３００を用いて通信するための通信プロトコルで使用されるネットワーク制御信号（総称ＣＮＴ）を示し、図１０はコマンド類（総称ＣＭＤ）を示し、図１１は各種アドレス（総称ＡＤＤ）を示し、図１２は、データ類（総称ＤＡＴ）を示し、図１３のテーブル５０００はステータスの詳細を示す。

図１４は、各単位電池ボードＵＢＢ２００のメッセージ受信とメッセージ送信の原理を示したものである。
最前の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎの受信メーセージ（図１４の（１））には、ＢＭＵ２００からのコマンドフレームが含まれている。ＵＢＢ２００／ｎは、これに自己の応答フレームを付加して、送信メッセージ（図１４の（２））を作成し、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎ−１に送付する。これを後位の単位電池ボードＵＢＢ／ｎ−１が受信し、それに自己の応答フレームを付加して、送信メッセージ（図１４の（３））を作成し、さらに後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎ−２に送付する。

このような動作を順次繰り返しながら、全単位電池ボード２００からの応答フレームがバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００に返送されることになる。バッテリ管理ユニット２００が特定の単位電池ボード２００／ｉからの応答のみを要求する場合には、当該ＵＢＢ２００／ｉ以外のすべてのＵＢＢ２００／ｊ（ｊ≠ｉ）は、応答フレームを返さないので、ＵＢＢ２００／ｉからの応答フレームのみが返送されることになる。

なお、ここで“ＴＫ”は、トークンと呼ばれ、送信権の授与を意味するものである。すなわち“ＴＫ”を保持しているノード（本例では、ＢＭＵ１００とＵＢＢ２００／１〜２００／ｎのうち“ＴＫ”を保持しているノード）のみがデータの送信を許される。
そこで、ＢＭＵ１００は、コマンドフレームの後尾に“ＴＫ”を付加して送付し、送信権を最前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎに授与したものである（図１４の（１））。

次にこのコマンドを受領したＵＢＢ２００／ｎは、自己の応答フレームをコマンドフレームの後ろに付加し、さらにその後ろに“ＴＫ”を付加して、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎ−１にメッセージを伝達すると同時に送信権の授与を行っている（図１４の（２））。

次に図１５、図１６、図１７によって、組電池１の代表的な動作シーケンスを示す。図１５は、全単位電池ボード２００からＭＡＣアドレスの報告を求めるシーケンス図である。組電池１は起動がかかるとバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００が配下の全単位電池ボードＵＢＢ２００宛に、ＩＤの収集のために、それぞれのＭＡＣアドレスを報告するように図７に示すＣ１形式コマンドフレームのＣＩＤコマンドメッセージ＋ＴＫを最前位の単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎ（ＵＢＢ_ｎと称する。以下同じ）に向けて送出する（Ｓ１００１）。

このＣＩＤコマンドメッセージを受信したＵＢＢ_ｎは、メッセージを解析し、全ＵＢＢ宛のＣＩＤコマンドであることを認識し、自己のＭＡＣアドレスを図８に示すＲ１形式応答フレームのＩＤ欄にセットし、ＩＤ_ｎ応答を作成し、ＣＩＤコマンドのＥＮＤマークと後続のＴＫマークの間に挿入して、ＣＩＤコマンド、ＩＤ_ｎ応答、ＴＫの順に後位の単位電池ボードＵＢＢ_ｎ−１宛に送付する（Ｓ１００２）。

これを受信したＵＢＢ_ｎ−１は、同じ様に自己のＭＡＣアドレスを用いて、ＩＤ_ｎ−１応答を作成し、ＣＩＤコマンド、ＩＤ_ｎ応答、ＩＤ_ｎ−１応答、ＴＫの順にさらに後位のＵＢＢ_ｎ−２向けて送付する（Ｓ１００３）。

順次同じ動作を繰り返し、最後位のＵＢＢ_１は、前位のＵＢＢ_２よりＣＩＤコマンド、ＩＤ_ｎ応答、ＩＤ_ｎ−１応答、・・・・ＩＤ_２応答、ＴＫを受信（Ｓ１００４）し、ＢＭＵに対して、ＩＤ_１応答をＴＫの前に挿入して送付する（Ｓ１００５）。図面の表現上、ＢＭＵが図面の左右に２つ書かれているが、これはループ状通信路を展開図で表示したためであり、実際は一つのＢＭＵである。

ＢＭＵはＳ１００５により、受信した全ＵＢＢのＩＤとしてのＭＡＣアドレスを分析し、組電池１に組み込みの許されるメーカ製の単位電池ボードであることを確認する。確認が取れると各ＭＡＣアドレス対応に組電池１内で使用するネットワークアドレスＮＡＤを作成し、ＳＮＡＤコマンドにより、各ＵＢＢに通知する。その様子を図１５の下段に示す。

このときＣ２形式コマンドフレームが用いられ、各ＩＤ_ｉ対応にＮＡＤ_ｉが割り当てられて総計でｎ個のＮＡＤ付与メッセージが送付される（Ｓ１０１１〜Ｓ１０１３）。各ＵＢＢ_ｉは自己のＭＡＣアドレスに対応するＩＤ_ｉにより、自己宛のＮＡＤ_ｉを取り込み、以降このＮＡＤ_ｉを使ってＢＭＵ１００とＵＢＢ２００／ｉ間の通信が行われる。

次に、図１６は、ＢＭＵ１００が、ＵＢＢ２００に対して、測定した電圧等のデータの送付を要求する場合のシーケンスを示す。
測定データの要求は、Ｃ１形式コマンドフレームに於いて、ＤＡに対象ＵＢＢ_ｉのＮＡＤ_ｉを設定し、ＲＶコマンドを送付する（Ｓ２００１）。当該ＲＶコマンドを受信してもＤＡに示されたＮＡＤ_ｉが自己のＮＡＤ_ｊと一致しないＵＢＢ_ｊは、特に何もせずに後位のＵＢＢ_ｊ−１に該コマンドをそのまま転送する（Ｓ２００２）。

当該ＮＡＤ_ｉを有するＵＢＢ_ｉがこのＲＶコマンドフレームを受信すると（Ｓ２００３）、これに反応し、測定した電圧情報Ｖ_ｉをＲ２形式応答フレームで返送してくる（Ｓ２００４）。その後のＵＢＢ_ｊ（ｊ≠ｉ）では、何も付加されず、最終的にＵＢＢ_iの電圧情報Ｖ_ｉのみが、ＢＭＵに返送されてくることとなる。

また、ＤＡをａｌｌ“０”としたＲＶコマンドとして送付すると全ＵＢＢがこれに対して反応し、ＲＶコマンド、Ｖ_ｎ（Ｒ２応答_ｎ）、Ｖ_ｎ−１（Ｒ２応答_ｎ−１）、・・・・Ｖ_１（Ｒ２応答_１）、ＴＫの形で測定電圧情報を全単位電池ボードより返送してくる（Ｓ２０１１〜Ｓ２０１６）。

測定温度、測定内部抵抗の報告手順も本質的に測定電圧の報告と同一であるが、コマンド対応に報告データを取り出して、応答メッセージを作成していたのでは、処理の効率が落ちるので、応答メッセージ如何にかかわらす、測定データの応答フレーム上の位置を固定し（図８参照）、重要で報告頻度の高い方から電圧、温度、内部抵抗の順に配置し、測定の行われる毎に、常時全データを返送出来るようにＲ４形式の応答フレームの形で準備しておく。これを準備応答フレームＡＲＦ（Ａｒｒａｎｇｅｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｒａｍｅ）と言い、一次記憶装置ＲＡＭ２０１２上に準備される。

ＲＶコマンドに対しては、上位の電圧のみを返送し（Ｒ２形式応答フレーム）し、ＲＴコマンドに対しては、電圧、温度の両方を返送（Ｒ３形式応答フレーム）し、ＲＲコマンドに対しては、電圧、温度、内部抵抗のすべてを返送（Ｒ４形式応答フレーム）することでコマンド毎の処理を最少として、中央処理装置の負荷低減を図っている。

また、ステータス情報については、Ｒ２からＲ４すべての応答フレームに含めており、これも情報収集のたびに、他の測定データと一緒にＲ４コマンドとして準備しておき、ＲＳコマンドにたいしては、Ｒ２形式の応答フレームで返答することとしている。

次に図１７は、ＢＭＵ１００が各ＵＢＢ２００／ｉに対して、単位電池指定電圧値を通知する場合のシーケンスを示す。
単位電池５００の電圧の均等化は全ＵＢＢ２００を対象に行うので、Ｃ１形式コマンドフレームのＤＡをａｌｌ“０”に設定し、ＰＭに均等化のための単位電池指定電圧値を設定したＥＱＬコマンドを最前位のＵＢＢ２００／ｎに向けて送出する（Ｓ２０２１）。

このＥＱＬコマンドを受け取った単位電池ボードＵＢＢ２００／ｎは、フレーム内容を分析し、全ＵＢＢ宛のＥＱＬコマンドであることを認識すると該ＵＢＢ_ｎのＭＰＵ２０１は、フレーム内のＰＭのデータを均等化のための指定単電池電圧値として取り込み（Ｓ２０３１）、図５Ｃに示す一次記憶装置ＲＡＭ２０１２上のテーブル４０００の４００１欄の均等化電圧値として４２００列に記憶する。ＥＱＬコマンドフレーム自身には手を加えることなく、後位のＵＢＢ２００／ｎ−１に転送する。

以下各ＵＢＢは、同じ様に指示された単位電池指定電圧値を均等化のための基準電圧値として取り込み、一次記憶装置２０１２上のテーブル４０００の４００１欄に記憶し、該ＥＱＬコマンドフレームを後位の単位電池ボードに転送するので、すべてのＵＢＢは指示された単位電池指定電圧値を均等化のための基準電圧値として取り込むことができる。

図１０におけるＥタイプのコマンドＳＰＭ１，ＳＰＭ２及びＳＰＭ３に対する動作は、ＥＱＬコマンドと同様であり、それぞれＰＭに格納されているパラメータ値を取り込み、テーブル４０００の該当欄に記憶する。

図１９Ａ〜図２２は単位電池ボードＵＢＢ２００の各種動作をフローチャートで示したものである。単位電池ボードＵＢＢ２００がバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００より受け取るコマンドは図１０に示す通りであるが、これらは、単位電池ボードＵＢＢ２００における処理の類型で分類すると図１８の通りである。この分類から解るように、コマンドタイプＡとＤは応答フレームを作成し、バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００に返送するので、詳細をフローチャートを用いて説明する（図２０Ａ〜Ｅ、図２１Ａ〜Ｅ）。

また、タイプＥのＥＱＬコマンドは、応答フレームの作成はしないが、組電池特有の処理であるので、フローチャートを用いて詳細に説明する（図２２）。その他のタイプは、すべて単位電池ボード内の処理に閉じ、単純な動作であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

図１９Ａ、図１９Ｂは、各種のコマンドタイプに共通な処理フローである。図１９Ａは、シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３が受信データの文字組立てを実行し、１バイトの組み立てを完了し、送受信バッファＳＢＲに該バイトの書き込み格納が終了するごとに中央処理装置ＣＰＵ２０１１へ割り込みを掛けてくるので、これによりスタートする（Ｓ５０００）。受信されたバイトデータは、受信バイト位置カウンタＲＢＣ（図５Ｄ）の下位５ビットをインデックスとして、一次記憶装置ＲＡＭ２０１２上の送受信バッファＳＲＢに書き込まれている。

ＣＰＵ２０１１は、割込を検知してプログラムがスタート（Ｓ５０００）し、受信バイトカウンタＲＢＣの下位５ビット“ｂ_ｒ”を参照して、送受信バッファ上のバイト位置ｂ_ｒ−１及びｂ_ｒに該当する２バイトを読み出し（Ｓ５００１）、図示されないＴＯＰレジスタの内容を参照して、過去にネットワーク制御信号“ＴＯＰ”の受信履歴があるかを調べる。

受信履歴なし（Ｓ５００２，ＮＯ）の場合、該２バイトがネットワーク制御信号“ＴＰ”であるかを分析し、“ＴＯＰ”であると識別すると（Ｓ５０２０，ＹＥＳ）、ＴＯＰ受信登録（Ｓ５０２１）し、直ちに、送受信バッファの内容すなわち“ＴＯＰ”を後位の単位電池ボードＵＢＢ２００へそのまま転送するように、シリアル通信インタフェース２０１３に指示（Ｓ５０２２）し、次の受信バイトの格納に備えて受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ更新して（Ｓ５０２３）、終了する（Ｓ５０３０）。

Ｓ５００２でＹＥＳの場合は、送受信バッファＳＲＢ上のバイト位置“ｂ_ｒ”の内容を自単位電池ボードＵＢＢに転送するようＳＣＩ２０１３に指示し（Ｓ５００３）、次にＴＯＰ後の受信バイト数の偶奇数を判定（Ｓ５００４）し、奇数の場合（Ｓ５００４、ＮＯ）、ＴＯＰを“１”だけ加算（Ｓ５００５）し、受信バイト位置カウンタＳＢＣを“１”だけ加算（Ｓ５０２３）して、終了（Ｓ５０３０）する。

図１９Ｂは、Ｓ５０２２で、シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３に転送指示する場合のフローチャートを示す。中央処理装置ＣＰＵ２０１１は、まず、シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３が送信中かどうかを要送信バイト数カウンタＳＢＮによって判定する（Ｓ４００１）。

送信中でないことを確認すると（Ｓ４００１、ＮＯ）、送受信バッファＳＲＢ上で転送すべき対象バイトの先頭バイト位置ｂ_ｒ−１を送信バイト位置カウンタＳＢＣにセットし（Ｓ４００２）、要送信バイト数カウンタＳＢＮの値を追加送信すべきバイト数ｐ（ここでは“ＴＯＰ”の２バイト故、ｐ＝２）だけ加算する（Ｓ４００３）。

送信中であると判断すると（Ｓ４００１、ＹＥＳ）、受信バイト位置カウンタＳＢＣのセットを行わず、要送信バイト数カウンタＳＢＮを追加送信すべきバイト数ｐ（ここでは、ｐ＝２）だけ加算する（Ｓ４００３）。

送信指示を受けるシリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３は、１バイトの送信処理を終了すると中央処理装置ＣＰＵ２０１１へ割り込みを発生する。
図１９Ｃは、該割り込みを検知した後の中央処理装置ＣＰＵ２０１１の動作フローを示す。

すなわち、割込を検出すると継続送信すべきバイトがあるか否かを要送信バイト数カウンタＳＢＮの内容をみて判定する（Ｓ４１０１）。継続送信すべきバイトがない場合（Ｓ４１０１，ＹＥＳ）、ＳＣＩへ送信指示をせずに直ちに終了する（Ｓ４１３０）。

継続送信すべきバイトがある場合（Ｓ４１０１、ＮＯ），送信バイト位置カウンタを“１”だけ加算し（Ｓ４１０２）、要送信バイト数カウンタＳＢＮを“１”だけ減算し（Ｓ４１０３）、ＳＣＩへ送信指示して（Ｓ４１０４），終了する（Ｓ４１３０）。

図１９Ｄは、送信指示を受けたシリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３の動作フローを示す。送信指示でスタート（Ｓ４２００）し、要送信バイト数カウンタＳＢＮの値が“０”であるときは（Ｓ４２０１、ＹＥＳ）、送信すべきバイトは無いと判断し、後位の単位電池ボードＵＢＢ／ｉ−１に対しては、ＩＤＬＥ信号を送信し（Ｓ４２０２）、終了（Ｓ４２３０）する。

同カウンタ値が、“１”以上の場合（Ｓ４２０１、ＮＯ）、送信バイト位置カウンタＳＢＣの下位５ビット“ｂ_ｓ”によって、送受信バッファ―上のバイト位置ｂ_ｓのデータを読み込み、後位の単位電池ボードＵＢＢ／ｉ−１に転送（Ｓ４２０３）し、終了（Ｓ４２３０）する。

次に図１９Ａに戻って、ＴＯＰ受信後に受信したバイト数が偶数の場合（Ｓ５００４，ＹＥＳ）、ＴＰの値を受信バイト数Ｓとし（Ｓ５００６）、Ｓによって種々の処理フローに展開する（Ｓ５００６）。

図２０Ａは、Ｓ＝２の場合すなわちＴＯＰ受信後の２バイトであるＤＡを受信したときのフローを示す。Ｓ＝２で処理が開始（Ｓ５１００）、Ｓ５００１で読み込済の送受信バッファＳＲＢのバイト位置ｂ_ｒ−１、及びｂ_ｒの２バイトがａｌｌ“０”であるかどうかを判定する（Ｓ５１０１）。Ｓ５１０１がＹＥＳのときは、全単位電池ＵＢＢ宛のコマンドであることを示すので、コマンド待ち登録のためにＣＭＤが１にセットされる（Ｓ５１０３）。次に受信バイト位置カウンタを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３）、終了（Ｓ５０３０）する。

Ｓ５１０１でＮＯのときは、自ＮＡＤ_ｉであるかを判定する（Ｓ５１０２）。Ｓ５１０２，ＹＥＳのときは、自単位電池ボード宛のコマンドであるので、コマンド待ちを登録（ＣＭＤ=１、Ｓ５１０３）し、受信バイト位置カウンタを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３）し、終了する（Ｓ５１３０）。Ｓ５１０２でＮＯのときは、自単位電池ＵＢＢには無関係であるので、受信バイト位置カウンタを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３）し、その他は何もせずに終了（Ｓ５０３０）する。

図２０Ｂは、Ｓ＝４の場合すなわちＴＯＰ受信後に４バイトを受信したときのフローを示す。Ｓ＝４で処理開始（Ｓ５２００）、Ｓ５００１で読み込済の送受信バッファのバイト位置ｂ_ｒ−１、及びｂ_ｒの２バイトをコマンドのＰＭ値として、一時記憶（ＴＰＭ）し、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”加算し（Ｓ５０２３）、終了（Ｓ５０３０）する。

図２０Ｃは、Ｓ＝６の場合すなわちＴＯＰ受信後に６バイトを受信したときのフローを示す。Ｓ＝６で処理開始（Ｓ５３００）し、コマンド待ちかどうかを判定する（Ｓ５３０１）。Ｓ５３０１でＹＥＳの場合、これまでコマンド待ちで状態であったことを意味するので、コマンド受領に書き換える（Ｓ５３０２）。次いでＳ５００１で読み込済の送受信バッファのバイト位置ｂ_ｒ−１、及びｂ_ｒの２バイトをコマンドとして分析する（Ｓ５３０３）。

このコマンド分析は、図１８に示したタイプ別に処理を選択することになる。
図２１Ａに処理Ａ、図２１Ｂに処理Ｂ、図２１Ｃに処理Ｃ、図２１Ｄに処理Ｄ、図２１Ｅに処理Ｅについてのフローチャートを示す。処理Ｆ，Ｇについては省略する。

図２１Ａは、ＣＩＤコマンド受信時のフローである。ＣＩＤコマンド受領で開始（Ｓ６０００）、Ｒ１形式の応答フレームを作成するため自ＭＡＣアドレスすなわち６バイト、４８ビットのアドレスをＩＤに設定する（Ｓ６００１）。
要送信バイト数ｐをＲ１形式の応答フレーム長１０バイトに設定（Ｓ６００２）して、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

図２１Ｂは、ＳＮＡＤコマンド受信時のフローである。ＳＮＡＤコマンド受領で開始（Ｓ６１００）、ＳＮＡＤの受領登録有無を判定する（Ｓ６１０１）。Ｓ６１０１、ＹＥＳは、過去に受領していないことをしめすので、受領登録をして（Ｓ６１０２）、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算し（Ｓ５０２３）、終了する（Ｓ５０３０）。Ｓ６１０１でＮＯはイリーガルであるのでＴＯＰをリセット（Ｓ６１０３）し、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算し（Ｓ５０２３）、終了（Ｓ５０３０）する。

図２１Ｃは、ＰＷＨ，ＰＷＳＤ，ＥＲＢ，ＬＥＤ，ＬＯＦおよびＭＳＲコマンド受領時のフローを示す。いずれのコマンドも単位電池ボードＵＢＢ内の動作を指示するものなので、ループ状通信路の動作には、コマンド受領後は、影響がないので詳細説明を省略する。

図２１Ｄは、ＲＳ，ＲＶ，ＲＴおよびＲＲコマンド受領時のフローを示す。
各コマンドの受領で開始（Ｓ６３００）し、ＲＳ及びＲＶコマンドに対してはＲ２形式応答フレームを作成、ＲＴ及びＲＲコマンドに対しては、それぞれＲ３及びＲ４形式の応答フレームを作成する（Ｓ６３０１）。

前述の通り、実際には、ＳＴ、Ｖ１、Ｖ２，Ｔ１，Ｔ２，ＴＰ、Ｒ１、Ｒ２のデータを取得し、テーブル３０００に記載すると同時に、準備応答フレームＡＲＦとしてＲ４形式の応答フレームを常時作成して置き、Ｒ２形式の応答フレームの作成が要請されたときには、準備応答フレームＡＲＦの先頭より“Ｖ２”までを一括して転記し、“ＥＮＤ”を付加することで完成、Ｒ３形式のときは、ＡＲＦの先頭より“Ｔ２”までを一括転記、“ＥＮＤ”を付加することで完成、Ｒ４形式のときは、ＡＲＦの先頭より“ＥＮＤ”までを一括転記することで完成する。完成した応答フレームを送信待応答フレームＷＲＦ（Ｗａｉｔｉｎｇ Ｒｅｓｐｎｓｅ Ｆｒａｍｅ）として一次記憶ＲＡＭ２０１２上に記憶しておく（Ｓ６３０２）。

次に、追加して送信すべきバイト数ｐを登録する（Ｓ６３０３）。Ｒ２形式ではｐ＝１２、Ｒ３形式ではｐ＝１８、Ｒ４形式ではｐ＝２２である。
次に、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３）、終了（Ｓ５０３０）する。

図２１Ｅは、コマンドＥＱＬ,ＳＰＭ１，ＳＰＭ２及びＳＰＭ３受領時のフローを示す。該コマンドを受領で開始（Ｓ６４００）。Ｓ５２０１で一次記憶したＰＭ値（ＴＰＭ）をテーブル４０００の該当欄に記載（Ｓ６４０１）する。すなわち、ＥＱＬコマンドのときは、４００１欄へ、ＳＰＭ１コマンドのときは、４００２欄に記載等し、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３）、終了（Ｓ５０３０）する。

図２０Ｄは、Ｓ＝８の場合すなわちＴＯＰ受信後に８バイトを受信したときのフローを示す。Ｓ＝８で処理開始（Ｓ５４００）、Ｓ５００１で読み込済の送受信バッファのバイト位置ｂ_ｒ−１、及びｂ_ｒの２バイトがネットワーク制御信号“ＥＮＤ”であるかを判定する（Ｓ５４０１）。“ＥＮＤ”受領の場合（Ｓ５４０１、ＹＥＳ）、“ＥＮＤ”受領登録（Ｓ５４０２）し、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３）、終了（Ｓ５０３０）する。

Ｓ５４０１でＮＯの場合、“ＥＮＤ”の受信ではないので、“ＳＮＡＤ”受信済かを判定する（Ｓ５４０１）。“ＳＮＡＤ”受信済（Ｓ５４１０、ＹＥＳ）でＳＮＡＤカウンタを“１”加算し（Ｓ５４１１）して、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

Ｓ５４１０，ＮＯは、イリーガルであるので、ＴＯＰ受領をリセット（Ｓ５４１２）し、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

図２０Ｅは、Ｓ≧１０の場合すなわちＴＯＰ受信後に１０バイト以上を受信したときのフローを示す。Ｓ≧１０で処理開始（Ｓ５４００）、“ＥＮＤ”を受領済か否かを判定する（Ｓ５５０１）。ＥＮＤ受領済の場合（Ｓ５５０１，ＹＥＳ）、Ｓ５００１で読み込済の送受信バッファＳＲＢ上のバイト位置ｂ_ｒ−１、ｂ_ｒの２バイトが“ＴＫ”であるかを判定する（Ｓ５５０２）。

“ＴＫ”であった場合（Ｓ５５０２、ＹＥＳ）、Ｓ６３０３で設定したｐ値により追加して送信すべきバイトが存在するかを判定する（Ｓ５５０３）。要送信バイトが存在する場合（Ｓ５５０３，ＹＥＳ），送受信バッファＳＲＢ上のバイト位置ｂ_ｒ−１、ｂ_ｒの２バイトをクリアして“ＴＫ”を取り込む（Ｓ５５０４）、取り込んだ“ＴＫ”を送信待応答フレームＷＲＦの後ろに貼り付ける（Ｓ５５０５）。

送受信バッファＳＲＢのバイト位置ｂ_ｒ−１以降に貼り付けたＷＲＦ＋“ＴＫ”を書き込む（Ｓ５５０６）。要送信バイト数カウンタＳＢＮに応答フレーム長ｐを加算して、シリアル通信インタフェースＳＣＩ２０１３に送信指示を行う（Ｓ５５０７），受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

Ｓ５５０２でＮＯ及びＳ５５０３でＮＯの場合は、引き続きフレームの受信を継続する必要があるので、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

Ｓ５５０１でＮＯの場合は、Ｓ５００１で既に読み込んだ送受信バッファのバイト位置ｂ_ｒ−１、ｂ_ｒの２バイトが“ＥＮＤ”でないか判定する（Ｓ５５１０）。
“ＥＮＤ”と判定された場合（Ｓ５５１０、ＹＥＳ）、“ＥＮＤ”受信を登録（Ｓ５５１１）し、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

Ｓ５５１０でＮＯの場合、ＳＮＡＤコマンド受信後の３ワード目かどうか判定する（Ｓ５５１２）。３ワード目でない場合（Ｓ５５１２，ＮＯ），ＳＮＡＤカウンタを“１”だけ加算して（Ｓ５５１３）、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

ＳＮＡＤコマンド受信後３ワード目の場合（Ｓ５５１２，ＹＥＳ），送受信バファのバイト位置ｂ_ｒ−５、からｂ_ｒの３ワード（６バイト、４８ビット）が自己のＭＡＣアドレスであるか判定する（Ｓ５５１４）。自己のＭＡＣアドレスに一致する場合（Ｓ５５１４，ＹＥＳ），Ｓ５２０１で一次記憶したＴＰＭの内容を自ＤＡとして設定（Ｓ５５１５）し、爾後バッテリ管理ユニットＢＭＰ１００との通信において、自単位電池ボードアドレスとして使用する。

次に、ＳＮＡＤカウンタを零リセットし、受信バイト位置カウンタＲＢＣを“１”だけ加算して（Ｓ５０２３），終了（Ｓ５０３０）する。

図２２は、常時の電圧測定とＥＱＬコマンドを受領し、ＰＭ値の単位電池指定電圧値を均等化のための基準電圧値としてテーブル４０００の４００１欄に記載した場合の単位電池ボードＵＢＢ２００における均等化動作を示すフローチャートである。

図２２のスタート条件は、１０ｍｓのタイマー割込である（Ｓ５８００）。単位電池ボードＵＢＢ２００は、１０ｍｓのタイマー割込があると単位電池ＵＢ５００の電圧測定を行い（Ｓ５８０１）、測定結果をテーブル３０００の３００１又は３００２欄に記録し保持する（Ｓ５８０２）。次にＰＭ値を取り込み済かどうかをテーブル４０００の４００１欄の内容より判断する。４００１欄は初期設定でａｌｌ“１”に設定されているので、Ｓ５８０３がＮＯであれば、取り込みが済んでいることを示す。

この場合、テーブル３０００の３００１又は３００２欄に保持されている単位電池ＵＢ５００の電圧値とこの取り込んだＰＭ値すなわち単位電池指定電圧値との大小比較を行う（Ｓ５８０４）。保持電圧の方が高い場合（Ｓ５８０４，ＹＥＳ），中央処理装置ＣＰＵ２０１１は、データポートＤＯ０を“ｈｉｇｈ”に設定することにより、図示されない放電回路をＯＮとし（Ｓ５８０５）、終了する（Ｓ５８２０）。これにより当該単位電池ボードＵＢＢは、均等化動作を開始する。

Ｓ５８０３でＹＥＳの場合及びＳ５８０４でＮＯの場合には、中央処理装置ＣＰＵ２０１１は、データポートＤＯ０を“ｌｏｗ”に設定することにより図示されない放電回路をＯＦＦ（Ｓ５８０６）とし、終了する（Ｓ５８２０）。これにより当該単位電池ボードＵＢＢは、均等化動作を停止あるいは停止を継続する。

なお、電池電圧測定以外の温度測定、内部抵抗測定もタイマー割り込みにより、
例えば温度測定は、１Ｓ割り込みで、内部抵抗測定は、１０Ｓ割り込みで行う。実行手順は、電池電圧測定の場合と同じであるので、詳細説明は省略する。

図２３Ａは、本発明の組電池のリモート電源ＯＮ・ＯＦＦの回路を示す。組電池の単位電池の電圧は、単位電池に固有の電圧を有するので、単位電池ボードＵＢＢ２００の電子回路を安定的に動作させるのに都合のよい電圧を得るために、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる。

自動車用の組電池を考えると、例えば自動車が長期にわたって使用されないときに、ＵＢＢの電子回路が動作状態にあると、単位電池を消耗するので、いざ自動車を使用するときに組電池が機能しないことが起こり得る。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータは、不使用時にＯＦＦと出来、かつ必要時に速やかにＯＮとできることが必要である。

図２３Ａにおいて、各単位電池ボードＵＢＢは、ＤＣ−ＤＣコンバータＤＤＣ２０８を構成要素としてさらに含む。
組電池１が不動作時には、バッテリ管理ユニット１００から予め、ＰＷＳＤコマンドが全単位電池宛ＵＢＢ２００に送付され、電源自己保持用に使用されるＭＰＵ２０１のデータ出力端子ＤＯ１が“ｌｏｗ”に設定されている。

その状態でＢＭＵ１００からの信号送出が停止すると、最前位の単位電池ボードＵＢＢ_ｎの信号線２５１は“ｌｏｗ”に維持され、ＤＤＣ２０８のＥ端子（Ｅｎａｂｌｅ端子）は、“ｌｏｗ”となり、ＤＤＣ２０８は不動作状態となり、入力ＶＩに電圧が印加されても出力ＶＯは、ゼロでＭＰＵ２０１へのＶｃｃは供給されず、ＵＢＢ_ｎは全体として、ＯＦＦ状態となり、一切の電力を消費しない。

また、ＵＢＢ_ｎのＭＰＵ２０１のＴ_ｘ端子も“ｌｏｗ”に保たれるので、ＵＢＢ_ｎ−１もまた、同様にＯＦＦ状態になる。順次、後位の単位電池ボードＵＢＢがＯＦＦ状態になり、組電池全体としてもＯＦＦ状態となり、電力消費はゼロとなる。

一方、何かの方法で、単位電池ボードＵＢＢ_ｎの信号線２５１が“ｈｉｇｈ”に変化保持されるとＤＤＣ２０８のＥ端子が“ｈｉｇｈ”となり、ＤＤＣ２０８が動作状態となり、入力ＶＩに電圧が供給されているのでＤＤＣ２０８は出力ＶＯに電圧を生じ、ＭＰＵ２０１のＶｃｃを供給する。Ｖｃｃ供給を受けたＭＰＵ２０１は動作状態となり、電源自己保持のためにデータ端子ＤＯ１を“ｈｉｇｈ”として、ＤＤＣ２０８を自己保持する。

このようにしてＵＢＢ_ｎが動作状態に入るとＭＰＵ２０１は、送信ポートＴ_ｘを“ｈｉｇｈ”として、後位のＵＢＢ_ｎ−１を動作状態にする。順次この動作が伝えられ、最終的にＵＢＢ₁までのすべてのＵＢＢが動作状態に入り、組電池１が動作状態となる。

具体的には、例えば自動車のキー操作が行われ、組電池１が電力供給を開始する必要が生じると、まずバッテリ管理ユニット（このユニットは、常時給電されている必要がある）が、低ビットレート（例えば１ｋｂｐｓ）の信号を最前位の単位電池ボードＵＢＢ_ｎに向けて送出する。この低ビットレートのデータ信号はＵ／Ｂ、Ｂ／Ｕ変換を受けて、最前位のＵＢＢ_ｎの信号線２５１に伝えられる。このデータ波形によって短時間（数１００μＳ）ではあるが、信号線２５１は“ｈｉｇｈ”に保持される。この時間は、ＤＤＣ２０８が覚醒し、ＭＰＵ２０１が自己保持信号を出すには十分な時間である。

このようにしてＵＢＢ_ｎのＭＰＵ２０１は、動作状態に入ると送信ポートＴ_Ｘを“ｈｉｇｈ”とし、後位のＵＢＢ_ｎ−１を動作状態に移行させる。順次この動作が繰り返され、最後に最後位ＵＢＢ_１が動作状態に入り、組電池１が全体として、動作状態にすることができる。

図２３Ｂは、高速のデータ情報でＤＣ−ＤＣコンバータ２０８を覚醒する方法を示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０８をＯＮとし、さらにＭＰＵ２０１を動作させ自己保持に入るに十分な時間の“ｈｉｇｈ”状態が信号線２５１に期待出来ない場合あっても、図２３Ｂの回路では、高速のデータ信号、例えば、ＢＭＵ１００より送られてくる複数個連続の電源保持コマンドのデータ信号波形を直流再生した僅かな電力でも十分にＤＣ−ＤＣコンバータ２０８を動作させ、さらにＭＰＵ２０１の自己保持回路をＯＮとすることが可能である。

バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００は、電源保持コマンドＰＷＨを有するコマンドフレームを最前位のＵＢＢ_ｎに複数個連続送出し、最後位ＵＢＢ_１より、該コマンドＰＷＨを有するコマンドフレームを受信することで全単位電池が動作状態に入り、組電池１の起動完了を確認できる。

組電池１をＯＦＦにする場合には、バッテリ管理ユニットＢＭＵ１００は、前述の通り、電源保持解除コマンドＰＷＳＤを最前位ＵＢＢ_ｎに送出し、その後、データ送信を停止することで全単位電池ボード２００を順次ＯＦＦ状態とすることができる。なお、電源保持解除コマンドＰＷＳＤが、表示されない場合であっても、長時間データ入力がなく、信号線２５１が“ｌｏｗ”を継続する場合には、ＭＰＵ２０１がタイマー監視により、自己保持を“ｌｏｗ”として、ＤＤＣ２０８をＯＦＦとするように設定しておくことが有効である。

一般に、単位電池ボードＵＢＢ２００はバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００からのコマンドに応答するだけであるが、ループ状通信路３００が障害で通信が不通となったときには、能動的に動作する。
ＢＭＵ１００は常に一定の時間内に必ずトークンＴＫを送出する。単位電池ボード２００に各種の指令を出すコマンドにＴＫを付加することで実現するが、指令することがない場合には、アイドルコマンドＩＤＬを送出し、その後ろにＴＫを付加する。

これにより、各単位電池ボードＵＢＢ２００は、一定時間内にトークンＴＫを受信できない場合は、ループ状通信路の異常と判断し、自らトークン紛失コマンドＴＫＬ作成し、後位の単位電池ボードＵＢＢ２００に送付する。このＴＫＬコマンドが各単位電池ボードＵＢＢ２００でリレーされ、最終的にバッテリ管理ユニットＢＭＵ１００に伝えられ、ＢＭＵは通信路障害として保守部門に対してサービスを要求することができる。

このときＢＭＵ１００が受信したＴＫＬコマンドフレーム（Ｃ３形式コマンドフレーム）のＮＡＤ_ｉ（図８参照）より、ｉ番目のＵＢＢの直前での通信路障害又はｉ＋１番目のＵＢＢ障害として検出できる。

通信路が最初に述べたように２重のループ状通信路で構成されているときは、例えば通信路３０１に障害を検出したときには、通信路３０２を用いて動作を継続できる。またいずれかの単位電池ボードＵＢＢ２００／ｉのボード障害の場合には、通信路３０１よって、ＵＢＢ_ｉ−１からＴＫＬコマンドフレームが送られて来て、通信路３０２によってＵＢＢ_ｉ＋１からＴＫＬコマンドが送られてくるので、ＵＢＢ_ｉが障害であることが判別でき、また、ｉ＋１番目とｉ番目の単位電池ボードＵＢＢ間の通信路が２本とも障害の場合は、通信路３０１によってＵＢＢ_ｉからＴＫＬコマンドが送られてきて、通信路３０２によってＵＢＢ_ｉ＋１からＴＫＬコマンドが送られてくるので、ＵＢＢ_ｉとＵＢＢ_ｉ＋１間の通信路２重障害であることが判別でき、障害修復に効果がある。

なお、本発明の実施例においては、図１Ａに示す様に組電池１は単位電池５００が直列に接続される態様で説明したが、図１Ｃに示すように単位電池５００（１）と単位電池５００（２）が並列接続され、そのようなｎ組の並列接続単位電池が直列に接続され、各単位電池５００（１）が搭載されるＵＢＢ（１）および５００（２）を搭載すされるＵＢＢ（２）がそれぞれ独立にすべて直列に接続されてバッテリ管理ユニット１００とループ状通信路で接続される構成としても、本発明の効果は、同じ様に達成できる。本発明において、この並列接続される単位電池の数が２に限定されるものでないことは言うまでもない。

本発明の全体構成（一重ループ） 本発明の全体構成（二重ループ） 本発明の全体構成（単位電池直並列接続） 単位電池ボードの具体構成 電池セル並列接続の単位電池 単位電池の各種測定ポイント 平衡伝送路と不平衡伝送路 レベルシフトの原理 単位電池ボードのハードウエアブロック構成 測定結果テーブル 単位電池ボードの制御用の送受信バッファと関連レジスタ 取り込みＰＭ値テーブル バッテリ管理ユニットのハードウエアブロック構成 バッテリ管理ユニットの制御用の送信及び受信バッファ コマンドフレーム 応答フレーム 通信プロトコルのネットワーク制御信号 通信プロトコルのコマンド 通信プロトコルのアドレス 通信プロトコルのデータ ステータス情報 メッセージ受信とメッセージ送信の原理 ＩＤ収集コマンドのシーケンス図 電圧報告コマンドのシーケンス図 電圧均等化コマンドのシーケンス図 コマンドタイプの分類 単位電池ボードの動作フローチャート（コマンド共通部） 単位電池ボードの動作フローチャート（送信指示部） 単位電池ボードの動作フローチャート（連続送信） 単位電池ボードの動作フローチャート（シリアル通信インタフェース部） 単位電池ボードの動作フローチャート（アドレス分析部） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＰＭ値の仮取り込み） 単位電池ボードの動作フローチャート（コマンド分析部） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＥＮＤ検出部） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＴＫ検出、ＮＡＤ取込部） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＣＩＤコマンド処理） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＳＮＡＤコマンド処理） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＵＢＢ内部処理コマンド部） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＲＶ，ＲＴ，ＲＲコマンド処理） 単位電池ボードの動作フローチャート（ＥＱＬコマンド等処理部） 単位電池ボードの動作フローチャート（電圧等測定） 単位電池ボードの動作フローチャート（リモート電源ＯＮ・ＯＦＦその１） 単位電池ボードの動作フローチャート（リモート電源ＯＮ・ＯＦＦその２）

１ 組電池
１００ バッテリ管理ユニットＢＭＵ
２００／ｎ 単位電池ボードＵＢＢ／ｎ
２０１ マイクロ・プロセッサ・ユニットＭＰＵ
２０２ 送信信号用ドライバスイッチ
２０３ サーミスタ
２０４ インバータ
２０５ 抵抗
２０６ 電流センサ
２０７ アンプ
２０８ ＤＣ−ＤＣ変換器
２５１ 信号受信線
２５２ 信号送信線
３００、３０１、３０２、３１０ 通信路
４００ 電力ライン
５００ 単位電池
６００ 信号線用コネクタ
７００ 電力線用コネクタ
８０１ Ｕ／Ｂ変換回路
８０２ Ｂ／Ｕ変換回路
１００１ 中央処理装置ＣＰＵ
１００２ 一次記憶装置ＲＡＭ
１００３ シリアル通信インタフェースＳＣＩ
１０１０ バス回路
２０１０ バス回路
２０１１ 中央処理装置ＣＰＵ
２０１２ 一次記憶装置ＲＡＭ
２０１３ シリアル通信インタフェースＳＣＩ
２０１４ アナログ・ディジタル変換器ＡＤＣ
２０１５ データ制御ＤＡＴＡ
３０００ 測定値テーブル
３１００ 測定項目
３２００ 測定値
４０００ ＰＭ値取り込みテーブル
４１００ 取り込み項目
４２００ 取り込み値
ＡＤ「 」 アナログ・ディジタル変換ポート「 」
ＡＲＦ 準備応答フレーム
Ｅ_ｒ 電池公称起電力
ｐ 追加して送信すべきバイト数
ＲＢＣ 受信バイト位置カウンタ
ＲＢＭ 受信バッファメモリ
ＳＢＣ 送信バイト位置カウンタ
ＳＢＭ 送信バッファメモリ
ＳＢＮ 要送信バイト数カウンタ
ＳＲＢ 送受信バッファ
ＷＲＦ 送信待応答フレーム

Claims (10)

1. 複数の単位電池を接続して構成される組電池であって、
   各単位電池を搭載した単位電池ボードと該複数の単位電池ボードに共通のバッテリ管理ユニットを構成要素として有し、
   個別単位電池ボード毎に搭載された単位電池の電圧、単位電池の温度、単位電池の周辺温度及び単位電池の内部抵抗のすべて又はその一部の測定及び該測定値を保持する手段と
   該保持した測定値を該バッテリ管理ユニットにディジタル信号として送信する手段と
   該バッテリ管理ユニットよりディジタル信号として送られて来る単位電池指定電圧値を受信する手段と
   を有することを特徴とする組電池。
   
2. 請求項１に記載の組電池であって、
   該複数の単位電池ボードと該バッテリ管理ユニットとが１重のループ状通信路又は２重のループ状通信路により接続され、
   該ループ状通信路を介して該各単位電池ボードと該バッテリ管理ユニット間で、該測定値、該単位電池指定電圧値および関連制御情報の送受を行うこと
   を特徴とする組電池。
   
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の組電池であって、
   各個別単位電池ボートにおいて、該保持した単位電池電圧の測定値が該受信した単位電池指定電圧値より高い場合に、当該単位電池ボード内の電池セルの放電を開始し、
   同等または低い場合に、当該電池セルの放電を停止または停止状態を継続すること
   を特徴する組電池。
   
4. 請求項１、請求項２または請求項３のいずれかに記載の組電池であって、
   各単位電池ボードは、前位より送られてくるフレームの宛先アドレスが全単位電池ボード宛で、かつ該フレームのコマンドがデータ要求コマンドの場合に、該フレーム情報のすべてを後位にそのまま転送するとともに、トークンを検出後、該フレームの最後尾と該検出したトークンとの間に当該要求された情報を挿入して後位に送出すること
   を特徴とする組電池。
   
5. 請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれかに記載の組電池であって、
   該バッテリ管理ユニットが全単位電池ボードより単位電池電圧情報、単位電池温度情報、単位電池内部抵抗情報、単位電池周辺温度情報およびステータス情報のすべて又は一部を収集するために、ループ状通信路で接続された単位電池ボード群の一端の単位電池ボードに向けて全単位電池ボード宛または特定の単位電池ボード宛にデータ要求のフレームを送信し、他端の単位電池ボードより、全単位電池ボードまたは該特定の単位電池ボードの当該情報を受信すること
   を特徴とする組電池。
   
6. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４および請求項５のいずれかに記載の組電池であって、
   該バッテリ管理ユニットが複数の単位電池ボードより送られてくる各単位電池の電圧情報、温度情報、内部抵抗情報又は周囲温度情報を分析する手段と、
   該各単位電池の維持すべき電圧値を算出する手段と、
   該電圧値を単位電池指定電圧値として全単位電池ボード宛または特定単位電池ボード宛に送出する手段と
   を有することを特徴とする組電池。
   
7. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４および請求項５のいずれかに記載の組電池であって、
   各単位電池ボードに搭載されるマイクロプロセッサは、電源供給を受けた直後にデータ端子を“ｈｉｇｈ”に設定する手段と
   バッテリ管理ユニットより自己保持回路を解除せよとのコマンドを受信すると該データ端子を“ｌｏｗ”に設定する手段とを有し、
   各単位電池ボードに搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータは、そのイネーブル端子に前位の隣接単位電池ボードとを結ぶ信号線にバッテリ管理ユニットより送られてくるデータ信号波形の“ｈｉｇｈ”状態の継続内に、動作状態になり、出力電圧を生じることによって、該マイクロプロセッサに電源供給を行い、
   該マイクロプロセッサは直後に前述のデータ端子を“ｈｉｇｈ”に設定する手段により、該データ端子は“ｈｉｇｈ”に設定され、該ＤＣ−ＤＣコンバータの自己保持回路を形成し、
   また、該マイクロプロセッサは、バッテリ管理ユニットから、自己保持回路を解除せよとのコマンドを受信すると前述の該データ端子を“ｌｏｗ”に設定する手段により、該データ端子を“ｌｏｗ”に設定し、該ＤＣ−ＤＣコンバータの自己保持回路を解除し、その状態で該ＤＣ−ＤＣコンバータは、そのイネーブル端子に前位の隣接単位ボードとを結ぶ信号線にバッテリ管理ユニットより送られてくるデータ信号波形が“ｌｏｗ”の状態に保持された時に、その動作を停止し、出力電圧を失い、該マイクロプロセッサへの電源供給が停止される
   ことを特徴とする組電池。
   
8. 請求項７に記載の組電池であって、
   前位の隣接単位電池ボードとを結ぶ信号線にバッテリ管理ユニットより送られてくるデータ信号波形の“ｈｉｇｈ”状態の継続によらず、該データ信号波形を直流再生して得られる信号を該イネーブル端子に受けてＤＣ−ＤＣコンバータが動作状態になること
   を特徴とする組電池。
   
9. コンピュータに請求項６に記載の各種手段を実行させるためのソフトウエアプログラム。
   
10. コンピュータに請求項７に記載の各種手段を実行されるためのソフトウエアプログラム。