JP6421625B2 - 無線電池システムおよび無線システム - Google Patents

Description

本発明は蓄電池モジュール内に設置された複数のコントローラ間の通信を無線にて実行する無線電池システムおよび無線システムに係り、特に通信不良などの障害時にも安定して運転継続可能な無線電池システムおよび無線システムに関する。

低炭素化社会の実現のため、風力・太陽光などの自然エネルギーの有効利用が望まれている。しかし、これら自然エネルギーは変動が大きく、出力が不安定である。そこで、自然エネルギーで発電したエネルギーを一時的に蓄電装置に蓄えることなどにより、出力の平準化をすることが考えられている。

これら蓄電装置は、高出力、大容量であることが必要である為、それを構成する蓄電池モジュール内は、複数の二次電池（以降、セルと言う）を直並列接続して構成される。また、二次電池である鉛電池やリチウムイオン電池は、高電圧充電の防止や過放電による性能低下の防止など、適切な二次電池の使いこなしが必要となる。この為、蓄電池モジュールは、電圧、電流、温度などの電池状態を計測する機能を備えることが必要不可欠である。

図２は一般的な蓄電池モジュールＭの構成例を示す。蓄電池モジュールＭは図２に示すように、複数のセルＣが直列接続され、あるいは直並列接続されて構成され、その両端間がリレーボックスＳｗを介してインバータＩｎに接続され、交流系統ＡＣに電力供給している。

また蓄電池モジュールＭ内においては、直列接続された適宜個数のセルＣごとにセルコントローラＣＣが配置され、セルコントローラＣＣにおいて複数のセルの状態を計測している。また複数のセルコントローラＣＣは、バッテリーコントローラＢＣに接続され、バッテリーコントローラＢＣは、複数のセルコントローラＣＣから複数のセルの状態を取得する。さらにバッテリーコントローラＢＣは、取得した複数のセルの状態から充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）や電池劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を演算し、上位のシステムコントローラＳＣなどに演算結果を通知する。

上位のシステムコントローラＳＣでは、例えば省エネの観点からセルの運用を決定している。なお大型、高出力の設備とする場合には、蓄電池モジュールＭを複数並列接続する運用もある。

図２では、蓄電池モジュールＭ内のバッテリーコントローラＢＣとセルコントローラＣＣ間及びセルコントローラＣＣ間において、各種情報の授受を行っている。この間での通信は有線通信であってもよいが、特許文献１では、セルコントローラＣＣとバッテリーコントローラＢＣ間及びセルコントローラＣＣ間を有線から無線にすることを提案している。

特許文献１によれば、この無線化により、有線通信で使用しているフォトカプラなどによる絶縁が不要になり、フォトカプラ等の絶縁素子の短絡によるバッテリーコントローラＢＣやセルコントローラＣＣの絶縁破壊や、二次電池の短絡放電を防止でき信頼性を向上できるとしている。また、モジュール（図１のセルコントローラＣＣに相当）の相反する位置に通信アンテナを配置することにより、各通信アンテナから送信される信号が干渉することによる通信不良回避を可能とするとしている。

また、有線通信から無線通信にすることで、配線コストや高電圧対策の為の絶縁コスト及び組立てコストを低減できる。さらには、セルの配置の自由度や蓄電池モジュールの形状の自由度が向上する効果もあると考えられる。

特許文献１は、電池システム内のコントローラ（セルコントローラＣＣ及びバッテリーコントローラＢＣ）間を無線通信により接続したものであるので、以降このシステムを無線電池システムと称することにする。

特開２０１２−２２２９１３号公報

特許文献１の無線電池システムの構成は、蓄電池モジュールＭ内の通信、計測用の配線を不要にすることができるので、電池システムとして好ましい形態のものであるが、その一方において通信不良時の対応を図る必要がある。例えば、信号通信レベルが低い空間領域が存在するとか、外部からのノイズにより通信不良が生じるといった通信障害の際にも、安定して運用継続可能な配慮を必要とする。

この点に関し、特許文献１の無線電池システムでは、モジュール（図１のセルコントローラＣＣに相当）の相反する位置に通信アンテナを配置することにより、各通信アンテナから送信される信号が干渉することによる通信不良回避を可能とすると記載されているが、外部の無線機器からの妨害や周囲の物理環境による電波の反射や遮蔽による通信不良には対応していない。

このように特許文献１の無線電池システムは、設備設置前の事前対応としては十分に配慮されたものではあっても、予期せざる環境、あるいは外部との関係において生じる実際上の通信障害の問題を想定していないものである。このため、予期せざる障害発生時には停止するか、運用不可能となるかのいずれかとなる。

そこで、本発明の目的は、外部の無線機器からの妨害や周囲の物理環境による電波の反射や遮蔽による通信不良に対応可能な電池無線システムおよび無線システムを提供するものである。

なお本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

以上のことから本発明においては、セルに対してセルコントローラを配置してセルの状態を検知し、セルコントローラで検知したセルの状態を無線でバッテリーコントローラに通信するための無線電池システムであって、無線による通信は、バッテリーコントローラからセルコントローラにビーコンを送信して電波環境計測用の期間と計測する周波数を条件として指定し、セルコントローラは指定された条件での電波環境計測を実行したのちに、計測結果をセルの状態と共にバッテリーコントローラに返信する。

これにより、バッテリーコントローラＢＣは通信中においても、通信周波数以外の周波数の電波状態を常時認識することが可能となり、通信不良が発生したとしても適切な周波数を設定し通信を継続することが可能となる。

本発明により、バッテリーコントローラは通信中においても、通信周波数以外の周波数の電波状態を常時認識することが可能となり、通信不良が発生したとしても適切な周波数を設定し通信を継続することが可能となる。

本発明に係る無線電池システムの基本構成を示す図。 一般的な蓄蓄電池モジュールの構成例を示す図。 実施例１に係る、バッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣとの間の時分割通信スロット構成例を示す図。 実施例２に係る、バッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣとの間の時分割通信スロット構成例を示す図。 環境評価指標の１つとして、通信障害の回数を基本周波数候補ごとに記憶した表を示す図。 環境評価指標の１つとして、電波強度を基本周波数候補ごとに記憶した表を示す図。 基本周波数において通信障害が生じた時のバッテリーコントローラＢＣにおける処理手順を示すフローチャート。 基本周波数において通信障害が生じた時のセルコントローラＣＣにおける処理手順を示すフローチャート。 バッテリーコントローラＢＣとセルコントローラＣＣが十分な通信状態になるまでの、時系列動作を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この本発明は、要するに通信不良になった時に、最適な周波数に移って通信を継続する為に、通信と並行して通信周波数と異なる周波数における外部の無線機器や周囲の物理環境による電波状態を常時計測するものである。

なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本発明に係る無線電池システムの基本構成を図１に示す。無線電池システムは、図２の蓄電池モジュールＭに相当する部分の通信、計測システムの構成を示したものであり、１つまたは複数の電池セル群１０を１つの単位として、電池セル群１０ごとに取り付けられたセルコントローラＣＣと、バッテリーコントローラＢＣから構成されている。

図１の例では、セルコントローラＣＣは、ＣＣ１からＣＣ９９までの９９台を使用し、これら全体を１台のバッテリーコントローラＢＣで管理している。このため、セルコントローラＣＣが実現する機能は電池セル管理装置というべきものであり、バッテリーコントローラＢＣが実現する機能は組電池管理装置というべきものである。

このうち電池セル管理装置としての機能を果たすセルコントローラＣＣは、電池群１０の状態を計測する１つまたは複数の計測器２０、電池の状態情報を取得し処理する処理部３０、無線回路４０および電波を入出力するアンテナ５０から構成されている。

セルコントローラＣＣの主要部である処理部３０は、複数の電池セル群１０から電源をもらって動作電圧を生成する電源回路３１と、計測器２０によって計測された情報から、電池セル或いは複数の電池セルの状態を検出する検出回路（Ａ／Ｄ変換器）３２と、検出回路３２によって検出された検出情報に基づいて、電池セル或いは複数の電池セルの状態を診断する処理回路（ＣＰＵ）３３と、個体識別情報及び検出情報或いは診断情報若しくはその両方を記憶する記憶装置（メモリ）３４から構成されている。

また組電池管理装置としての機能を果たすバッテリーコントローラＢＣは、無線回路２１０、処理回路（ＣＰＵ）２２０、電池を含む電源回路２３０、記憶装置（メモリ）２４０およびアンテナ２５０から構成される。なお電源回路２３０については、図１では電池より電力を供給しているが、外部から供給してもよい。なお上位コントローラＳＣは、バッテリーコントローラＢＣと同じ構成とすることで実現できるが、バッテリーコントローラＢＣとの間を有線接続する場合には、無線回路２１０およびアンテナ２５０を備えない。

バッテリーコントローラＢＣは、一つ以上のセルコントローラＣＣと周期的に通信を行い、セルコントローラＣＣが検出する電池状態などを取得する。この時のセルコントローラＣＣとバッテリーコントローラＢＣ間の無線通信は、バッテリーコントローラＢＣがマスター、セルコントローラＣＣがスレーブとして作動する。

図３にバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣとの間の時分割通信スロット構成図例を示す。ここでの通信は、一定時間長の通信周期Ｔにより行われ、バッテリーコントローラＢＣが管理する通信周期Ｔ内で、バッテリーコントローラＢＣが複数のセルコントローラＣＣに対して送信要求を発し、これを受信した複数のセルコントローラＣＣが自己の保有する信号をバッテリーコントローラＢＣに返信するという、一連の処理を実行する。

図３には、これを実現するための通信周期Ｔ内のスロット構成を示している。但し図３では、セルコントローラＣＣがＣＣ１からＣＣ９９までの９９台あり、１台のバッテリーコントローラＢＣがこの間の通信を管理しているものとする。

１通信周期Ｔ内の通信スロットは、周期の先頭を示すビーコンスロットＢ、ビーコンスロットＢに続く電波環境計測スロット（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）及びデータ通信スロット（１〜９９）から構成される。ここで、図３においては電波環境計測スロットは、Ｔ１からＴ３の３スロットで例示しているが、１以上のスロットであればよい。同じくデータ通信スロットは、１〜９９で例示しているが、セルコントローラＣＣの台数に応じて１以上のスロットであればよい。

次に、バッテリーコントローラＢＣの動作を説明する。バッテリーコントローラＢＣは、通信周期の先頭を示すビーコンスロットＢでは、通信に使用する周波数をｆ１に設定してブロードキャスト送信する。ビーコンスロットＢの送信データの中には、ビーコンであることを示すデータと、バッテリーコントローラＢＣからセルコントローラＣＣに送る通信、計測用のデータと、ビーコンに続く電波環境計測各スロットにおいて使用する周波数（左側の周期では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）のデータが含まれている。

このうちビーコンであることを示すデータには、いわゆる同期信号や、送信者がバッテリーコントローラＢＣであることを示すＩＤなどが含まれており、これにより受信側のセルコントローラＣＣは送信側との同期確認、セルコントローラＣＣ内の時刻管理処理などを可能としている。

またバッテリーコントローラＢＣからセルコントローラＣＣに送る通信、計測用のデータとしては、セルコントローラＣＣから送付すべきデータ（電圧、電流、温度などの電池状態）の種別の指定、データ通信に使用する周波数（以下基本周波数という）の優先順位の情報などが含まれる。これにより受信側のセルコントローラＣＣは送信すべきデータをセルＣから入力して送信し、また優先順位で指定された周波数を基本周波数としてデータ通信に使用する。基本周波数の優先順位の情報とその用法について後述する。

ビーコンに続く電波環境計測各スロットにおける周波数（左側の周期では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）のデータについて、後述する。

ビーコンＢ送信後にバッテリーコントローラＢＣは、周波数をｆ２に切替え、電波環境計測スロットＴ１において電波環境計測であることを示すデータをブロードキャスト送信する。その後、周波数をｆ３に切替えて、電波環境計測スロットＴ２において電波環境計測であることを示すデータをブロードキャスト送信する。さらにその後、周波数をｆ４に切替えて、電波環境計測スロットＴ３において電波環境計測であることを示すデータをブロードキャスト送信する。

バッテリーコントローラＢＣにおける送信要求側の処理は以上のようであり、以後はセルコントローラＣＣからの受信処理に入る。このとき、バッテリーコントローラＢＣは、ビーコンスロットＢと同じ周波数ｆ１に設定し、各セルコントローラＣＣからの送信を受信する。

本発明においては、ビーコンスロットＢを送信する周波数ｆ１および、セルコントローラＣＣからの受信に使用する周波数ｆ１のことを基本周波数と称している。またビーコンに続く電波環境計測各スロットにおける周波数（左側の周期では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）のことを基本周波数候補と位置付けている。基本周波数ｆ１での通信に障害が認められるとき、基本周波数候補の中から新たな周波数を基本周波数と定めて新基本周波数として運用を継続しようとしている。ビーコンスロットＢに続く電波環境計測スロット（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）では、この基本周波数候補のときの通信状態を監視計測するものである。

本発明では、これを周期的に繰り返す。なお周期によって、電波環境計測スロットの周波数を変更してもよい。図３では、３つの連続する通信周期Ｔを単位として基本周波数候補を変更している。図３の左側の周期ではｆ２からｆ４、中央の周期ではｆ５からｆ７、右の周期ではｆ８からｆ１０を基本周波数候補として、このときの通信環境を計測している。

他方各セルコントローラＣＣ側では、周波数ｆ１でバッテリーコントローラＢＣが発したビーコンを受信する。受信したビーコンデータの内容に応じて、同期化処理、ＩＤ処理、送信要求の確認、優先順位情報の更新を行い、さらには要求された送信情報の入手処理などに着手する。また、受信データから電波環境計測各スロットの周波数（左側の周期では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）を認識する。

その後各セルコントローラＣＣは、周波数をｆ２に設定して電波環境計測スロットＴ１で、バッテリーコントローラＢＣの送信を受信し、受信結果（受信成功したか否か、受信成功した時の受信信号強度）を保存する。次に、周波数をｆ３に設定して電波環境計測スロットＴ２で、バッテリーコントローラＢＣの送信を受信し、受信結果（受信成功したか否か、受信成功した時の受信信号強度）を保存する。続いて、周波数をｆ４に設定して電波環境計測スロットＴ３で、バッテリーコントローラＢＣ送信を受信し、受信結果（受信成功したか否か、受信成功した時の受信信号強度）を保存する。

そして、周波数をｆ１に戻して、セルコントローラＣＣごとに予め決められた通信スロットにおいて、Ｔ１〜Ｔ３スロットの受信結果と共に、電池状態を計測したデータ（電圧、温度、電流など）などの送信要求内容に応じたデータを送信する。

図３の時分割通信スロット構成例において、セルコントローラＣＣ９９を例にとって詳細動作を説明する。この場合、セルコントローラＣＣ９９は、周波数ｆ１でビーコンスロットＢを受信し通信周期の先頭と、ビーコンスロットＢに続く電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）の周波数（ｆ２〜ｆ４）などを認識する。

その後、それぞれの電波環境計測スロットで周波数を切替えて、バッテリーコントローラＢＣからの電波環境計測の為の送信データを受信する。その後、基本周波数である周波数ｆ１に設定して、データ通信スロット９９までスリープする。なおセルコントローラＣＣは、その駆動電源をセルＣから得ているので消費電力を最小化したい。そのため、スリープ期間中はディープスリープ状態として消費を抑え、スリープ時間は内部タイマを使用し、設定時間経過後スリープを解除し、データ通信スロット９９で電池状態データ及び電波環境計測受信結果を送信する。データ送信後は、再びビーコンスロットＢを受信しにいく。このデータ送信後にもスリープ状態とする（セルコントローラＣＣ２参照）が、次回ビーコンスロットＢの受信直前には、覚醒している必要があり、このときの処理も内部タイマにて運用される。なお内部タイマは、ビーコンＢの受信に応じて送信側であるバッテリーコントローラＢＣと同期化されるのがよい。本発明では、この動作を周期的に繰り返す。上記、セルコントローラＣＣの動作は、ビーコンを正常に受信した時の動作であるが、ビーコンを受信できなかった場合には、電波環境計測スロットでの受信及び通信スロットでの送信はしない。

図３のバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）の関係において、左側の通信周期は、外乱などの障害が存在しなかった状態を示している。全てのセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）は、周波数ｆ１からｆ４を使用したバッテリーコントローラＢＣからの通信を正しく受信し、その後周波数ｆ１を用いて正しく返信信号を送信しかつバッテリーコントローラＢＣが受信できたことで、バッテリーコントローラＢＣはこの通信周期における通信障害が存在しなかったことを正しく認識することができる。

図３のバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）の関係において、中央の通信周期は、セルコントローラＣＣ２において外乱などによる受信不良が発生した状態を示している。ビーコンＢの周波数ｆ１を検知できなかったセルコントローラＣＣ２は、バッテリーコントローラＢＣからの送信要求を認知不可能であり、かつ以後のビーコンスロットＢに続く電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）の周波数（ｆ２〜ｆ４）を知ることができない状態である。従って次回にビーコンＢの周波数ｆ１を検知するまでの中央の通信周期においては、一切の返信操作を開始することがない。

バッテリーコントローラＢＣは、この通信周期におけるセルコントローラＣＣ２からの返信がないことから、セルコントローラＣＣ２において外乱などによる受信不良が発生したことを正しく認識することができる。この場合は、ビーコンスロットＢ及び返信信号の送信に使用する周波数ｆ１の障害、つまり基本周波数の障害であることから、一過性の問題でない場合には基本周波数候補への変更を考慮する必要がある。基本周波数候補への変更処理について後述する。

図３のバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）の関係において、右側の通信周期は、周波数ｆ９において受信不良が発生した状態を示している。この場合には、複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）は、ビーコンＢに含まれるデータから周波数ｆ９を用いた送信を予期し受信体制に入っているが、セルコントローラＣＣ２のみが、これを受信できない。然しセルコントローラＣＣ２は、ビーコンＢを起点とする返信処理が可能であり、自己に約束されたスロット位置での返信処理が可能である。

このときの返信信号には周波数ｆ９での受信不良が含まれるので、バッテリーコントローラＢＣは、セルコントローラＣＣ２において周波数ｆ９での受信不良が生じたことを正しく認識することができる。この場合は、基本周波数候補である周波数ｆ９における受信不良の検知であるので、バッテリーコントローラＢＣは、周波数ｆ９に対する基本周波数候補としての優先順位を下げる措置を実行する。基本周波数候補としての優先順位管理について、後述する。

バッテリーコントローラＢＣは、各セルコントローラＣＣが周期的に送信する各周波数の電波環境計測の受信結果を処理して、電波環境が良い（受信エラーが少なく、且つ受信信号強度が大）順番に周波数を並べた周波数リストを作成し、周波数リストに変更があった場合、各セルコントローラＣＣへ、ビーコンスロットＢを使用して通知する。各セルコントローラＣＣは、バッテリーコントローラＢＣから送信された周波数リストを受信し、更新及び保持する。この周波数リストが基本周波数候補としての優先順位を表しており、ビーコンスロットＢを介して各セルコントローラＣＣに優先順位が報告されている。

また、バッテリーコントローラＢＣは、各セルコントローラＣＣからの送信を所定の割合で受信できなかった時、または所定の回数連続で受信できなかった時には、周波数リストの中から適切な周波数（電波環境が一番よい周波数、または基本周波数の次に電波環境がよい周波数）を選択して、各セルコントローラＣＣへ基本周波数を変更することを、ビーコンを使用して通知した後、バッテリーコントローラＢＣ及び各セルコントローラＣＣは基本周波数を切替えて通信をする。ここで、セルコントローラＣＣは周波数変更通知を受信できなかった時には、所定の時間経過後に、周波数リストに基づいて基本周波数を変更（電波環境が一番よい周波数、または基本周波数の次に電波環境がよい周波数）して、連続受信してビーコンを探す。

このように、バッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣが通信中に、他の周波数の電波環境を計測し電波状態を把握することで、通信中の当該周波数でエラーが発生した時に、他の周波数の電波状態に基づき適切な周波数に切替えて通信を継続することが可能となる。

実施例１では、電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）でバッテリーコントローラＢＣが送信し、各セルコントローラＣＣは、バッテリーコントローラＢＣの送信を受信した結果をデータ通信スロットで電池状態データと共に送信する例を示したが、実施例２では、電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）で、バッテリーコントローラＢＣ及び各セルコントローラＣＣは共に、受信動作をして受信信号強度を測定する。各セルコントローラＣＣは、受信信号強度の測定結果を電池状態データと共に送信する。実施例２について、図４を使用して、以下詳細を説明する。なお、電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）が電波視聴期間であるという以外の点において、図３と図４に条件上の相違はない。

図４において、バッテリーコントローラＢＣは、通信周期の先頭を示すビーコンスロットＢで周波数ｆ１に設定してブロードキャスト送信し、その送信データの中にはビーコンであることを示すデータと、バッテリーコントローラＢＣからセルコントローラＣＣに送る通信、計測用のデータと、ビーコンに続く電波環境計測各スロットにおいて使用する周波数（左側の周期では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）のデータが含まれている。

ビーコン送信後にバッテリーコントローラＢＣは、周波数をｆ２に切替えて、電波環境計測スロットＴ１で受信動作をし、受信信号強度を測定する。その後、周波数をｆ３に切替えて、電波環境計測スロットＴ２で受信動作をし、受信信号強度を測定する。次に、周波数をｆ４に切替えて、電波環境計測スロットＴ３で受信動作をし、受信信号強度を測定する。

次にバッテリーコントローラＢＣは、ビーコンスロットＢと同じ周波数ｆ１に設定し、各セルコントローラＣＣからの送信を受信する。これを周期的に繰り返す。なお周期によって、電波環境計測スロットの周波数を変更してもよい。

各セルコントローラＣＣは、周波数ｆ１でビーコンを受信し、受信データから電波環境計測各スロットの周波数（周期１では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）を認識する。その後、周波数をｆ２に設定して電波環境計測スロットＴ１で受信動作をし、受信信号強度を測定する。次に、周波数をｆ３に設定して電波環境計測スロットＴ２で受信動作をし、受信信号強度を測定する。次に、周波数をｆ４に設定して電波環境計測スロットＴ３で受信動作をし、受信信号強度を測定する。

そして、周波数をｆ１に戻して、予め決められた通信スロットで、Ｔ１〜Ｔ３スロットの受信信号強度測定結果と共に、電池状態を計測したデータを送信する。

図４のバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）の関係において、左側の通信周期は、外乱などが存在しなかった状態を示している。電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）において、バッテリーコントローラＢＣ及び各セルコントローラＣＣは、受信動作をして受信信号強度を測定するが、指定された周波数（周期１では、Ｔ１＝ｆ２、Ｔ２＝ｆ３、Ｔ３＝ｆ４）における障害となる受信強度の周波数信号が受信されなかった状態を表している。

図４のバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）の関係において、中央の通信周期は、セルコントローラＣＣ２において外乱などによる受信不良が発生した状態を示している。ビーコンＢの周波数ｆ１を検知できなかったセルコントローラＣＣ２は、バッテリーコントローラＢＣからの送信要求を認知不可能であり、かつ以後のビーコンスロットＢに続く電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）の周波数（ｆ２〜ｆ４）を知ることができない状態である。従って次回にビーコンＢの周波数ｆ１を検知するまでの中央の通信周期においては、一切の返信操作を開始することがない。

バッテリーコントローラＢＣは、この通信周期におけるセルコントローラＣＣ２からの返信がないことから、セルコントローラＣＣ２においてビーコンＢの外乱などによる受信不良が発生したことを正しく認識することができる。またこの時の外乱の周波数がｆ１であることも認識可能である。この場合バッテリーコントローラＢＣにおいては、基本周波数候補への変更を考慮する必要がある。

図４のバッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）の関係において、右側の通信周期はセルコントローラＣＣ２の周波数ｆ９において受信が発生した状態を示している。図４の場合に電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）は視聴期間であり、本来聞こえるはずのない周波数ｆ９を計測視聴したところ、周波数ｆ９が計測されたという状態を示している。

この場合に、複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）は、ビーコンＢに含まれるデータから周波数ｆ９の監視、計測体制に入っており、本来周波数ｆ９を検知することはないはずであるが、セルコントローラＣＣ２のみが、これを受信していた。セルコントローラＣＣ２は、ビーコンＢを起点とする返信処理が可能であり、自己に約束されたスロット位置での返信処理の中で、周波数ｆ９の受信（受信不良）をバッテリーコントローラＢＣに報告することができる。バッテリーコントローラＢＣでは、この結果を優先順位の変更に反映する。

以上説明した実施例１と実施例２において、実施例１は電波環境計測スロットにおいて積極的に基本周波数候補の周波数をバッテリーコントローラＢＣから発信してその受信を監視している。実施例２では電波環境計測スロットにおいて基本周波数候補の周波数を発信せず受信するのみの監視を行っている。

この方式は、本来聞こえるべきものが聞こえない通信障害（例えばヌル点）の発生を実施例１で把握し、本来聞こえないものが聞こえる通信障害（例えば雑音）の発生を実施例２で把握したものである。本発明の実現に当たり、一方の機能を備えることも可能であるが、双方の機能を備えることがより望ましいことは言うまでもない。

なお上記説明においては、通信障害の判定をバッテリーコントローラＢＣで実行する例を示したが、これは上位のシステムコントローラの実行機能とすることもできる。

実施例１、実施例２では、電波環境計測スロット（Ｔ１〜Ｔ３）を設けて、バッテリーコントローラＢＣ主導で環境計測することを説明した。実施例３では、この場合に、計測した環境を評価して基本周波数候補としての優先順位に反映する手法について図５、図６を用いて説明する。

図５は、環境評価指標の１つとして、通信障害の回数を基本周波数候補ごとに記憶した表である。この表は、優先順位を決定するバッテリーコントローラＢＣ内に設けられており、通信障害の都度記憶内容を更新している。

図５の表は、横軸に複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）を、縦軸に基本周波数候補（ｆ２〜ｆ１０）を配したマトリクスであり、各マトリクスにその条件での通信障害の回数が順次記録され、障害の都度更新されている。また表の右側には、当該基本周波数候補（ｆ２〜ｆ１０）における合計の通信障害の回数が記録されている。なお図５では、さらに基本周波数についても計測して評価する例を示している。

図６は、環境評価指標の１つとして、計測した電波強度を基本周波数候補ごとに記憶した表である。この表は、優先順位を決定するバッテリーコントローラＢＣ内に設けられており、電波強度を更新している。

図６の表は、横軸に複数のセルコントローラＣＣ（ＣＣ１〜ＣＣ９９）を、縦軸に基本周波数候補（ｆ２〜ｆ１０）を配したマトリクスであり、各マトリクスにその条件での電波強度が記録されている。また表の右側には、当該基本周波数候補（ｆ２〜ｆ１０）における例えば平均の電波強度が記録されている。なお電波強度は例えば、０から９９の１００段階に区分され、数値が小さいほど電波強度が高いものとされる。なお図６では、さらに基本周波数についても計測して評価する例を示している。

優先順位の決定指標は、通信障害の回数と電波強度の２つの指標を用いて決定され、例えば（通信障害の回数×１００×障害検知セルコントローラ数−電波強度(dBm)）を基本周波数候補（ｆ２〜ｆ１０）毎に演算して、評価した数値が小さい順に優先順位が高くなるように決定する。

この考え方による優先順位の決定指標は、電波強度よりも通信障害の回数に重きを置いた評価を行っている。多少電波強度が低い状態よりも、通信障害を起こす場面のほうをより重要視した結果である。

このように実施例３では、実施例１、実施例２で実行した環境測定の結果を踏まえ、バッテリーコントローラＢＣにおいて、各セルコントローラＣＣが周期的に送信する各基本周波数候補における周波数での受信信号強度測定結果とバッテリーコントローラＢＣの受信信号強度測定結果を処理する。また通信障害の回数を管理しておく。この結果に応じて、電波環境が良い（受信信号強度が小、通信障害の回数が少ない）順番に周波数を並べた周波数リストを作成し、周波数リストに変更があった場合、各セルコントローラＣＣへ、ビーコンＢを使用して通知する。各セルコントローラＣＣは、バッテリーコントローラＢＣから送信された周波数リストを受信し、更新及び保持する。

実施例３では、計測した環境を評価して基本周波数候補としての優先順位に反映する手法について説明をした。実施例４では基本周波数において通信障害が生じた時に、バッテリーコントローラＢＣ及びセルコントローラＣＣにおける処理手順を説明する。図７が基本周波数において通信障害が生じた時のバッテリーコントローラＢＣにおける処理手順を示すフローチャートであり、図８が基本周波数において通信障害が生じた時のセルコントローラＣＣにおける処理手順を示すフローチャートである。

図７のバッテリーコントローラＢＣにおいては、処理ステップＳ０において、正常状態の処理として図５、図６の環境計測結果を用いて常に最新の周波数リスト（優先順位見直し）に更新し、周波数リストに変更があった場合にはビーコンＢでの通信を通じてセルコントローラＣＣ側に最新の周波数リストの内容を周知せしめている。

これに対し、処理ステップＳ１において基本周波数ｆ１における通信障害（図３、図４の中央の通信周期参照）が検知されたとする。この検知は処理ステップＳ２において図５、図６の表に反映される。

図７の処理ステップＳ３では、この障害が３回連続して検知されたことをもって基本周波数の切り替えを実行する。１回の障害計測で切り替えとすることもできるが、基本周波数は事前環境計測において最も信頼度が高いものとして評価決定されたものであることなどを考慮し、数回の確認を要するのが適切である。

従って、３回の検知前に回復するときには、処理ステップＳ４において周波数リストの変更（優先順位変更）は行わず、かつ現在の基本周波数ｆ１によるビーコン送信を再開するものとする。

連続検知される場合、基本周波数の切り替えを実行すべく、処理ステップＳ５において周波数リストを参照し、最も評価の高い基本周波数候補の中から新しい基本周波数を決定（処理ステップＳ６）する。処理ステップＳ７では、ビーコンＢを用いて各セルコントローラに対し基本周波数を新しい基本周波数に切り替えるよう伝える。そして処理ステップＳ８においてバッテリーコントローラＢＣ内の設定を変更し、処理ステップＳ９より新しい基本周波数でビーコンＢの送信を開始する。

他方、図８のセルコントローラＣＣにおいては、処理ステップＳ１０において、正常状態の処理としてビーコンＢにより、最新の周波数リストの内容を取得している。係る状態において処理ステップＳ１１では、基本周波数ｆ１における通信障害（図３、図４の中央の通信周期参照）が検知された。

この場合に、セルコントローラＣＣは処理ステップＳ１２において受信周波数をｆ１としたまま次のビーコンＢの受信を連続する４通信周期経過するまで監視する。仮に、通信障害が１回または２回連続のいずれかの場合には、図７のバッテリーコントローラＢＣ側の処理（処理ステップＳ４）により、現在の基本周波数ｆ１によるビーコン送信が再開されるはずであるから、これに従い処理ステップＳ１３において従前どおりに運用すればよい。

また通信障害が３回連続する場合には、図７のバッテリーコントローラＢＣ側の処理（処理ステップＳ５〜Ｓ９）により、新基本周波数によるビーコン送信が再開されるはずであるが、この判断にバッテリーコントローラＢＣ側では３連続通信周期を要しており、かつ新基本周波数への変更を他のセルコントローラＣＣに通知するために更に１周期使っているため、新基本周波数での再開は５周期目からとなる。このことからセルコントローラＣＣでは、処理ステップＳ１２において４周期経過を確認したら、処理ステップＳ１４においてセルコントローラＣＣ内の周波数リストを参照し、最も評価の高い基本周波数候補の中から新しい基本周波数を決定（処理ステップＳ１５）する。また処理ステップＳ１６では、セルコントローラＣＣ内の設定を変更するとともに、処理ステップＳ１７において新基本周波数でのビーコンＢによる処理を開始する。

このようにして本発明によれば、バッテリーコントローラＢＣは、各セルコントローラＣＣからの送信を所定の割合で受信できなかった時、または所定の回数連続で受信できなかった時には、周波数リストの中から適切な周波数（電波環境が一番よい周波数、または現在の基本周波数の次に電波環境がよい周波数）を選択して、各セルコントローラＣＣへ基本周波数を変更することをビーコンを使用して通知しておき、バッテリーコントローラＢＣ及び各セルコントローラＣＣは基本周波数を切替えて通信をする。ここで、セルコントローラＣＣは周波数変更通知を受信できなかった時には、所定の時間経過後に、周波数リストに基づいて基本周波数を変更（電波環境が一番よい周波数、または現在の基本周波数の次に電波環境がよい周波数）して、連続受信してビーコンを探す。

このように、バッテリーコントローラＢＣと複数のセルコントローラＣＣが通信中に、他の周波数の電波環境を計測し電波状態を把握することで、通信中の当該周波数でエラーが発生した時に、他周波数の電波状態に基づき適切な周波数に切替えて通信を継続することが可能となる。

上記した実施例においては、周波数リストの優先順位を決定づけるための基礎データ（図５、図６）が十分な量で確保されていることを前提として説明した。つまりバッテリーコントローラＢＣとセルコントローラＣＣが十分な実績の通信を経た通信状態にある時の説明であったが、初期状態においては十分なデータが確保されていない可能性がある。実施例５ではバッテリーコントローラＢＣとセルコントローラＣＣが十分な通信状態になるまでの、時系列動作について図９を用いて説明する。

設備設置直後などの初期状態において、セルコントローラＣＣは、電源オン時やバッテリーコントローラＢＣとの通信ができない時には、所定の基本周波数ｆ１で受信とスリープ状態（低消費電力状態）（所謂、間欠受信）を繰り返している。間欠受信の期間は図９においてＡで示されている。

一方、バッテリーコントローラＢＣは、電源オン時やセルコントローラＣＣとの通信ができなくなった時には、所定の基本周波数ｆ１でセルコントローラＣＣに対して、連続受信要求Ｂを送信する。この送信Ｂは、連続送信であっても間欠送信であってもよい。バッテリーコントローラＢＣからの連続送信要求Ｂは、セルコントローラＣＣにおいて受信可能となるがセルコントローラＣＣのスリープ状態では検知できず、セルコントローラＣＣの間欠受信状態において受信され、連続受信要求Ｂを受信したセルコントローラＣＣは、周波数ｆ１で連続受信するモードＤに移行する。

次にバッテリーコントローラＢＣは、連続受信要求Ｂを送信した後、そのまま周波数ｆ１で基本周波数ｆ１での電波環境計測の為のデータを連続で１パケット以上送信（Ｅ）する。

セルコントローラＣＣは、基本周波数ｆ１での電波環境計測データを受信すると受信結果（受信パケット数、受信した時の受信信号強度）を保存する。

次いでバッテリーコントローラＢＣは、各セルコントローラＣＣから基本周波数候補（ｆ２〜Ｆ１０）での電波環境計測結果をもらう為に、基本周波数候補（ｆ２〜Ｆ１０）での電波環境計測の為のデータを送信後、通信周期の先頭を示すビーコンを送信する。このビーコンのデータの中には、最初に電波環境計測をする基本周波数ｆ１が設定（Ｆ）されている。その後、基本周波数ｆ１で受信状態となる。

セルコントローラＣＣは、ビーコンを受信すると、ビーコンＢに続く通信スロットの所定の通信スロットで基本周波数ｆ１の時の電波環境計測の受信結果を送信し、その後周波数ｆ２に切替えて受信状態となる。

ついでバッテリーコントローラＢＣは、周波数ｆ１で各セルコントローラＣＣからの基本周波数ｆ１の時の電波環境計測の受信結果を受信した後、周波数をｆ２に切替えて電波環境計測の為のデータを連続で１パケット以上送信（Ｇ）する。

セルコントローラＣＣは、電波環境計測データを受信すると受信結果（受信パケット数、受信した時の受信信号強度）を保存する。

バッテリーコントローラＢＣは、電波環境計測の為のデータを送信（Ｇ）後、通信周期の先頭を示すビーコンを送信する。このビーコンのデータの中には、次の電波環境計測をする周波数ｆ３が設定されている。その後、周波数ｆ２で受信状態となる。

セルコントローラＣＣは、ビーコンを受信すると、ビーコンに続く通信スロットの所定の通信スロットで電波環境計測の受信結果を送信し、その後周波数ｆ３に切替えて受信状態となる。

このように、バッテリーコントローラＢＣとセルコントローラＣＣは、周波数を切り替えながら電波環境を計測する。図９の例では周波数ｆ１〜ｆ１０まで電波環境を計測する。バッテリーコントローラは、周波数ｆ１０で電波環境計測の為のデータを送信後、通信周期の先頭を示すビーコンを送信（Ｈ）する。このビーコンのデータの中には、次の周波数ｆ１が設定されている。

バッテリーコントローラＢＣは、周波数ｆ１０で各セルコントローラＣＣからの電波環境計測の受信結果を受信後、各周波数での各セルコントローラＣＣからの受信結果（受信パケット数、受信した時の受信信号強度）を集計し、電波環境が良い（受信エラーが少なく、且つ受信信号強度が大）順番に周波数を並べた周波数リストを作成する。

その後、周波数ｆ１で通常通信のビーコンを送信し、各セルコントローラとの通信を開始する。ビーコンのデータの中には、作成した周波数リストが含まれる。

セルコントローラＣＣは、周波数ｆ１０で電波環境計測結果を送信後、周波数をｆ１に切替えて受信状態になり、バッテリーコントローラＢＣからの通常通信のビーコンを受信すると、通常の時分割通信状態となると共に、ビーコンのデータの中に含まれている周波数リストを保存する。

１０：１つまたは複数の電池セル群
２０：電池の状態を計測する１つまたは複数の計測器（センサー）
３０：電池の状態情報を取得し処理する処理部
３１：電源回路１
３２：電池セルの状態を検出する検出回路（Ａ／Ｄ変換器）
３３：処理回路（ＣＰＵ）
３４：記憶装置（メモリ）
４０：無線回路
５０：アンテナ
ＣＣ：セルコントローラ
ＢＣ：バッテリーコントローラ
２１０：無線回路
２２０：処理回路（ＣＰＵ）
２３０：電池を含む電源回路
２４０：記憶装置（メモリ）
２５０：アンテナ

Claims (10)

1. セルに対してセルコントローラを配置してセルの状態を検知し、セルコントローラで検知したセルの状態を無線でバッテリーコントローラに通信するための無線電池システムであって、
   前記無線による通信は、前記バッテリーコントローラから前記セルコントローラにビーコンであることを示すデータを含むビーコンを送信し、前記ビーコンであることを示すデータは同期信号並びに電波環境計測各スロットにおいて使用する周波数のデータを含み、前記セルコントローラは前記電波環境計測各スロットにおいて使用する周波数での電波環境計測を実行したのちに、計測結果を前記セルの状態と共に前記バッテリーコントローラに返信することを特徴とする無線電池システム。
2. 請求項１に記載の無線電池システムであって、
   前記ビーコンを送信するための周波数および前記バッテリーコントローラに返信するための周波数を基本周波数とするとき、電波環境計測用の周波数は基本周波数候補の周波数であって、基本周波数による通信に障害が生じるときに基本周波数候補の周波数から選択した新周波数を基本周波数として以後の通信を継続することを特徴とする無線電池システム。
3. 請求項２に記載の無線電池システムであって、
   前記電波環境計測のために、前記バッテリーコントローラは前記電波環境計測各スロットにおいて指定された周波数の信号を送信し、前記セルコントローラは前記電波環境計測各スロットにおいて指定された周波数の信号の受信可否及び受信強度を計測して前記バッテリーコントローラに返信することを特徴とする無線電池システム。
4. 請求項２に記載の無線電池システムであって、
   前記電波環境計測のために、前記バッテリーコントローラおよび前記セルコントローラは、前記電波環境計測各スロットにおいて指定された周波数の信号の受信可否及び受信強度を計測し、前記セルコントローラは前記バッテリーコントローラに返信することを特徴とする無線電池システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の無線電池システムであって、
   前記バッテリーコントローラは、前記指定された周波数の信号の受信可否及び受信強度のデータを用いて、前記指定された周波数ごとに通信信頼度の高い順に優先度を設定した周波数リストを作成し、当該周波数リストを、前記ビーコンを用いて前記セルコントローラに送信しておくことを特徴とする無線電池システム。
6. 請求項５に記載の無線電池システムであって、
   前記無線による通信は、前記バッテリーコントローラからの送信および前記セルコントローラからの返信までの一連の処理を所定周期内で実行するとともに、所定周期の処理を継続するものであるとともに、
   前記バッテリーコントローラは、前記基本周波数での通信不良が連続するｎ回の前記所定周期において生じている時、前記周波数リストにおける優先度の高い周波数を新基本周波数に定めて前記ビーコンの送出を再開することを特徴とする無線電池システム。
7. 請求項６に記載の無線電池システムであって、
   前記セルコントローラは、前記ビーコンの受信不良が連続するｎ回以上の前記所定周期において生じている時、予め送信されている前記周波数リストにおける優先度の高い周波数を新基本周波数に定めて前記ビーコンの受信を再開することを特徴とする無線電池システム。
8. 請求項１に記載の無線電池システムであって、
   前記無線による通信は、前記バッテリーコントローラからの送信および前記セルコントローラからの返信までの一連の処理を所定周期内で実行するとともに、前記所定周期の処理を継続するものであり、
   当該所定周期内には、データ通信用として周期の先頭を示すスロットと、データ通信の為の１以上のスロットと、電波環境を計測する１以上のスロットから構成され、データ通信周期の先頭スロットとデータ通信の為のスロットは同じ周波数に設定し、電波環境計測用スロットはデータ通信用と同じ又は異なる周波数に設定することを特徴とする無線電池システム。
9. 請求項８に記載の無線電池システムであって、
   前記データ通信用として周期の先頭を示すスロットにおいて電波環境計測用の期間と計測する周波数を条件として指定し、前記電波環境を計測する１以上のスロットにおいて前記指定された前記条件での電波環境計測を実行し、前記データ通信の為の１以上のスロットにおいて計測結果を前記セルの状態と共に前記バッテリーコントローラに返信することを特徴とする無線電池システム。
10. 請求項１に記載の無線電池システムであって、
    無線電池システムの初期起動時に、バッテリーコントローラとセルコントローラとで通信周波数帯の各周波数の電波環境を計測して、電波環境が良い順又は悪い順の周波数の一覧表を作成し、その一覧表に基づき通信すべき周波数を決めることを特徴とする無線電池システム。

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