JPWO2014155716A1 - 乗り物及び乗り物制御用管理システム - Google Patents

Abstract

自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するバッテリモジュール（２０）と、自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するモータモジュール（４０）と、バッテリモジュール（２０）を制御するバッテリ制御ユニット（１０２）と、モータモジュール（４０）を制御するモータ制御ユニット（１０３）と、バッテリ制御ユニット（１０２）およびモータ制御ユニット（１０３）を１つのモジュール内に有する制御モジュール（１０）と、を有する。バッテリ制御ユニット（１０２）及びモータ制御ユニット（１０３）は、制御モジュール（１０）の起動の際に、それぞれ、各モジュール（２０、４０）の前記識別情報を読み込み、更に、前記識別情報に応じた、バッテリモジュール（２０）及びモータモジュール（４０）のパラメータを取り込む。

Description

本発明は、乗り物及び乗り物制御用管理システムに関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の次世代自動車用の蓄電池として、エネルギー密度の高いリチウムイオンバッテリ（以下「ＬｉＢ」と略記することがある。）を使用することが主流となりつつある。しかし、ＬｉＢでは、電池性能劣化抑制や安全性確保（発熱防止等）等の理由から、ガソリン車等の給油時間並（例えば数分）の急速充電は困難である。この対策として、充電が必要なバッテリモジュールを取り外して満充電されたバッテリモジュールに交換する方式が提案されている（例えば下記の特許文献１参照）。

米国特許第８１６４３００号明細書

ＥＶやＨＥＶ等の次世代自動車においては、車両制御ユニット（ＶＣＵ）、バッテリ制御ユニット（ＢＣＵ）及びモータ制御ユニット（ＭＣＵ）の３つの制御ユニットを３つのモジュールにそれぞれ分散配置する構成を採用する場合がある。この場合、３つの制御ユニットは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）により相互通信可能に接続される。

かかる構成では、ＭＣＵはモータモジュール（ＭＴＭ）に固定的にマッチングされ、ＢＣＵはバッテリモジュール（ＢＴＭ）と固定的にマッチングされる。そのため、ＭＴＭとＭＣＵ、ＢＴＭとＢＣＵとはそれぞれ固有の対応関係があり、モータやバッテリを変更することがシステム上、困難になる。バッテリやモータは電気自動車の主要部品であり、それらの部品の変更が困難である点は自動車システムとしての自由度が低下し、システムの選択肢を減らしてしまう。

本発明の目的の１つは、車両等の乗り物に搭載されるシステムの自由度の向上を図ることにある。

本発明の乗り物の一態様は、自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するバッテリモジュールと、自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するモータモジュールと、前記バッテリモジュールを制御するバッテリ制御ユニットと、前記モータモジュールを制御するモータ制御ユニットと、前記バッテリ制御ユニットおよび前記モータ制御ユニットを１つのモジュール内に有する制御モジュールと、を有し、前記バッテリ制御ユニット及び前記モータ制御ユニットは、前記制御モジュールの起動の際に、それぞれ、前記各モジュールの前記識別情報を読み込み、更に、前記識別情報に応じた、前記バッテリモジュール及び前記モータモジュールのパラメータを取り込む。

車両等の乗り物に搭載されるシステムの自由度が向上する。

一実施形態に係る車両（乗り物）の一例を示すブロック図である。 図１に例示するＬｉＢユニットの構成例を示すブロック図である。 図２に例示するバッテリパックに着目した構成例を示すブロック図である。 図３に例示するバランスボードの構成例を示すブロック図である。 図３及び図４に例示するバッテリ監視システムによる電圧・電流取得動作の一例を示すシーケンス図である。 図４の比較例を示すブロック図である。 図５の比較例を示すシーケンス図である。 図１に例示する車両構成の比較例を示すブロック図である。 一実施形態に係る車両（乗り物）の一例を示すブロック図である。 一実施形態に係る車両（乗り物）の一例を示すブロック図である。 一実施形態に係るモジュール自動認識処理の一例を示すシーケンス図である。 他の実施形態に係るモジュール自動認識処理の一例を示すシーケンス図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。

図１は、一実施形態に係る車両（乗り物）の一例を示すブロック図である。図１に示す車両（乗り物）１は、例示的に、ＥＶやＨＥＶ等の次世代電気自動車であり、パワートレインモジュール（Power Train Module：ＰＴＭ）１０、バッテリモジュール（Battery Module：ＢＴＭ）２０、コンバータモジュール（Converter Module：ＣＴＭ）３０、及び、モータモジュール（Motor Module：ＭＴＭ）４０を備える。

ＰＴＭ１０は、ＥＶあるいはＨＥＶシステムのパワートレインを制御するモジュールである。ＢＴＭ２０及びＭＴＭ４０は車両の動力系の一例を成し、ＰＴＭ１０は動力系を制御する制御系の一例を成す。

ＰＴＭ１０とＢＴＭ２０との間、及び、ＰＴＭ１０とＭＴＭ４０との間は、それぞれ、個別インタフェース（例えばシリアルペリフェラルインタフェース：ＳＰＩ）により相互通信可能に接続できる。ＰＴＭ１０は、各インタフェースにより、ＢＴＭ２０及び／又はＭＴＭ４０に対して制御信号を与えたり、ＢＴＭ２０及び／又はＭＴＭ４０の情報を収集したりすることができる。

ＢＴＭ２０は、ＥＶあるいはＨＥＶシステムの電源（バッテリ）を構成するモジュールである。ＢＴＭ２０は、例示的に、リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）ユニット２０１、リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）ユニット２０２、及び、パワーリレー２０３を備える。ＢＴＭ２０には、ＬｉＢユニット２０１やＬｉＣユニット２０２の電圧、電流、温度等をセンシングするセンサを適宜に設けることができる。

ＬｉＢユニット２０１は、図２に示すごとく、１又は複数のバッテリパッケージ２１１を備えたものであるが、その説明は後述する。

ＬｉＣユニット２０２は、ＬｉＢユニット２０１と並列に接続され、急激な負荷変動に対する電流供給や回生エネルギーを充電する。ＬｉＣユニット２０２は、ＬｉＢユニット２０１の長寿命化に貢献する。なお、ＬｉＣユニット２０２は、必須の構成ではない（オプション）。

パワーリレー２０３は、ＭＴＭ４０に例えばＤＣ２００Ｖ〜３００Ｖの高電圧を供給するリレースイッチであり、ＰＴＭ１０により制御される。起動時に電圧が正常であると接続（ＯＮ制御）され、異常（漏電、過電圧、過放電等）が発生した場合は切断（ＯＦＦ制御）される。

ＭＴＭ４０は、ＥＶあるいはＨＥＶの駆動系を構成するモジュールである。ＭＴＭ４０は、例示的に、駆動回路（Drive Circuit）４０１及びモータ４０２を備える。

駆動回路４０１は、モータ４０２の駆動電圧（例えばＤＣ２００Ｖ〜３００Ｖ）を生成し、三相交流にて駆動電力をモータ４０２に供給する。駆動回路４０１は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子（高電圧素子）を用いて構成される。

モータ４０２は、例えば同期型三相誘導モータであり、レゾルバ（回転角センサ）を備える。

ＣＴＭ３０は、バッテリチャージャ（充電器）３０１及びＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ）３０２を備える。

バッテリチャージャ３０１は、例えば、普通充電規格（ＳＡＥ−Ｊ１７７２）に準拠した普通充電及び高速充電規格（ＣＨＡｄｅＭＯ）に準拠した高速充電に対応する。なお、バッテリチャージャ３０１は、ＬｉＢユニット２０１の充電エネルギーを家庭（ＨＯＭＥ）用電力に返還する機能を有していてもよい。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、車両の補器類（エアコン、ラジオ等）の電源（ＤＣ１２Ｖ）を生成、供給する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２は、ＤＣ２００Ｖ〜３００Ｖの高電圧からＤＣ１２Ｖを生成する。

ＰＴＭ１０は、車両制御ユニット（Vehicle Control Unit：ＶＣＵ）１０１、バッテリ制御ユニット（Battery Control Unit：ＢＣＵ）１０２、及び、モータ制御ユニット（Motor Control Unit）１０３を備える。

ＶＣＵ１０１は、車両走行を制御する制御ユニットであり、アクセル踏込量に基づく走行トルクの算出や回生指示、ブレーキ踏込量に基づく回生エネルギー量の算出、指示、ドライバビリティの制御等、車両１の走行制御を行なう。

ＢＣＵ１０２は、ＬｉＢユニット２０１を管理及び制御する制御ユニットであり、例えば、図２及び図３により後述するバッテリカートリッジ２１３の電圧、電流、温度の入力と安全制御、バッテリカートリッジ２１３内の各セル２４１間の電圧のバランス制御、使用エネルギー量の算出及び残量算出、劣化状態の推定等を行なう。

ＭＣＵ１０３は、モータを制御する制御ユニットであり、ＶＣＵ１０１から指示されたトルクに基づいてモータ４０２をフィードバック制御する。

ＶＣＵ１０１、ＢＣＵ１０２及びＭＣＵ１０３は、１つのモジュールに統合化してよい。統合化により、ＢＴＭ２０及びＭＴＭ４０は、ＣＰＵやマイクロコンピュータ等の演算処理機能を有さないモジュールにすることができる（非インテリジェント化）。従って、ＢＴＭ２０及びＭＴＭ４０の一方又は双方の機能変更や交換が容易になる。

ＢＴＭ２０やＭＴＭ４０の非インテリジェント化に伴って、ＰＴＭ１０には、どのようなＭＴＭ４０及び／又はＢＴＭ２０が接続されたかを自動認識する仕組みを設けてもよい。これにより、ＰＴＭ１０は、ＭＴＭ４０及び／又はＢＴＭ２０が変更あるいは交換されたことに伴ってＭＴＭ４０やＢＴＭ２０に個別の特性を自動的に調整できる。詳細については後述する。

ＰＴＭ１０は、その制御ユニット１０１〜１０３を適宜選択的に動作させて、車両の走行可能状態を判断し、走行可能状態ならば、アクセルポジションを入力し、ＭＣＵ１０３を通じ適切なトルクをＭＴＭ４０の駆動回路４０１へ通知する。駆動回路４０１は、ＰＴＭ１０から指示されたトルクに応じてＩＧＢＴが駆動されることにより、モータ４０２を駆動する。

また、ＰＴＭ１０は、主としてＢＣＵ１０２の機能により、ＢＴＭ２０内に設けられたセンサ（例えば電流センサ及び電圧センサ）によりセンシングされた情報（センサ情報）を収集する。ＰＴＭ１０は、収集したセンサ情報を基に例えばバッテリの過充電や、過放電、残容量、劣化状態等を算出し、管理することができる。

ＰＴＭ１０には、無線及び／又は有線回線により例えば携帯電話やスマートフォン、タブレット端末等の携帯端末６０を介して、又は、インターネット等を介して、外部装置（例えば、クラウドサーバ７０等）と通信可能な通信ユニット５０を接続してよい。クラウドサーバ７０には、例示的に、記憶装置７０１が備えられている。

ＰＴＭ１０は、通信ユニット５０を通じて、車両の状態（例えばＢＴＭ２０の充電状態等）に関する情報を外部装置へ提供することが可能となる。また、ＰＴＭ１０は、外部装置から車両セッティングに関する更新情報をダウンロードしたり、車両操作（例えばプレ空調制御等）に関する情報（制御情報）を受信したりすることができる。

（ＬｉＢユニット２０１について）
次に、図２にＬｉＢユニット２０１の構成例を示す。図２に示すＬｉＢユニット２０１は、例示的に、１又は複数のバッテリパッケージ２１１と、バッテリパッケージ２１１毎に設けられた電流センサ２１２と、を備える。

バッテリパッケージ２１１は、バッテリチャージャ３０１に接続されている。電流センサ２１２は、１つのバッテリパッケージ２１１を流れる電流をセンシングする。

バッテリパッケージ２１１のそれぞれは、例示的に、直列に接続された複数（図２の例では８個）のバッテリカートリッジ２１３を備える。バッテリカートリッジ２１３は、例示的に、１２個のバッテリセル（以下、単に「セル」と称する。）から成り、バッテリセルは、例示的に、８個の単セルから成る。

バッテリカートリッジ２１３は、車両に設けられたバッテリラック等の収納機構（図示省略）に対して当該カートリッジ２１３の単位で着脱可能である。したがって、車両規模等に応じたバッテリ要求特性に応じてバッテリカートリッジ２１３の単位でバッテリ容量を適宜に増減設することが容易である。

バッテリパッケージ２１１が複数のバッテリカートリッジ２１３に分割されていることにより、バッテリの単位重量を軽く（例えば１０ｋｇ程度が可能）することができるため、バッテリカートリッジ２１３毎にバッテリ交換作業を行なうことができ、人によるハンドリングが容易になる。従って、バッテリ交換作業に特許文献１に記載のような大規模な設備を要さずに済む。

また、バッテリカートリッジ２１３の電圧を低電圧（例えば５０Ｖ以下）に抑えることが可能となり、充電システム（充電スタンド）として高圧系インフラ対応を不要にできる。その結果、インフラコストを低減することができ、ＥＶ普及の促進を図ることができる。

また、バッテリカートリッジ２１３が原因のバッテリパッケージ２１１の不具合に対し、バッテリカートリッジ２１３の単位で不良部分のみの交換で対応でき、交換修理の迅速化、低コスト化が可能である。

収納機構には、例えば、バッテリカートリッジ２１３をスライド式で着脱可能なスロットを設けることができる。これにより、バッテリカートリッジ２１３の着脱が容易になる。

スロットには、バッテリカートリッジ２１３が装着されることにより当該バッテリカートリッジ２１３と他のバッテリカートリッジ２１３及びＰＴＭ１０との電気的な接続が確立される接続機構を設けてよい。当該接続は、有線による接続でも無線による接続でもよい。したがって、電気的な配線作業を不要にできる。接続機構には、ＳＰＩが含まれる。

また、スロットには、バッテリカートリッジ２１３を機械的に固定する固定機構を備えてよい。固定機構により、車両の振動等に伴ってバッテリカートリッジがスロットから抜けてしまう（電気的な接続が切断されてしまう）ことを防止できる。

さらに、スロット（及び／又はバッテリカートリッジ２１３）には、バッテリカートリッジ２１３の正負が逆転してスロットに装着されることを防止するための機構や構造を設けてもよい。また、スロット（及び／又はバッテリカートリッジ２１３）には、外部からの泥や水の浸入を防止する機構を設けてもよい。

バッテリカートリッジ２１３のそれぞれは、図３に例示するように、電流／電圧監視ユニット（以下「バランスボード」と称する。）２１４を備える。バランスボード（ＢＢ）２１４は、バッテリカートリッジ２１３を成すセル群の電流及び／又は電圧を計測指示（測定コマンド）に応じて監視（計測）する。

バランスボード２１４のいずれか１つは、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）と例えばＳＰＩにより接続される。以下、ＰＴＭ１０とＳＰＩにより接続されたバランスボード２１４を「プライマリボード２１４ｐ」と称することがある。

プライマリボード２１４ｐ以外のバランスボード２１４（以下「セカンダリボード２１４ｓ」と称することがある。）は、プライマリボード２１４ｐに対して例えばＳＰＩにより数珠繋ぎ状に接続されている（デイジーチェーン接続）。デイジーチェーン接続された各バランスボード２１４は、バッテリ監視システムの一例を成す。

デイジーチェーン接続により、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）からプライマリボード２１４ｐに与えた制御信号（計測指示）をセカンダリボード２１４ｓにＳＰＩを通じて順次転送することができる。また、セカンダリボード２１４ｓで得られる情報（例えば電圧の監視（計測）情報）をデイジーチェーン接続によりプライマリボード２１４ｐへ順次転送することができる。なお、デイジーチェーン接続のプライマリボード２１４ｐから最終段のセカンダリボード２１４ｓへの方向を「下流側」と称し、その逆方向を「上流側」と称する。

図４に、バランスボード２１４の構成例を示す。なお、バランスボード２１４の構成は、プライマリボード２１４ｐ及びセカンダリボード２１４ｓに共通で構わない。各バランスボード２１４の構成を共通化することで、バッテリカートリッジ２１３の製造コストを削減できる。図４に示すバランスボード２１４は、例示的に、通信モジュール２２１、ＳＰＩモジュール２２２、及び、監視ＩＣ２２３を含む。

通信モジュール２２１は、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）と通信することにより、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）からの制御信号を受信する。また、通信モジュール２２１は、監視ＩＣ２２３で得られる監視情報（計測情報）や他の（デイジーチェーン接続の下流側の）バランスボード２１４からＳＰＩモジュール２２２に転送されてきた監視情報をＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）に送信する。

さらに、通信モジュール２２１は、受信した制御信号を、ＳＰＩモジュール２２２を通じて監視ＩＣ２２３や他の（デイジーチェーン接続の下流側の）バランスボード２１４に転送する。通信モジュール２２１は、プライマリボード２１４ｐにおいてその機能が有効であり、セカンダリボード２１４ｓにおいてその機能は無効としてよい。従って、セカンダリボード２１４ｓにおいて通信モジュールは不要にしてもよい。

ＳＰＩモジュール２２２は、通信インタフェースの一例であり、他のバランスボード２１４のＳＰＩモジュール２２２とＳＰＩにより接続され、既述のデイジーチェーン接続を形成する。また、ＳＰＩモジュール２２２は、監視ＩＣ２２３と通信可能に接続されており、監視ＩＣ２２３で得られる監視情報を他の（デイジーチェーン接続の上流側の）バランスボード２１４へ転送したり通信モジュール２２１を通じてＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）へ送信したりすることができる。

監視ＩＣ２２３は、電流計測アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２３１と、電圧計測Ａ／Ｄコンバータ２３２とを含む。電流計測Ａ／Ｄコンバータ２３１は、プライマリボード２１４ｐにおいてその機能を有効とし、セカンダリボード２１４ｓにおいてその機能は無効としてよい。したがって、セカンダリボード２１４ｓにおいて電流計測Ａ／Ｄコンバータ２３１は不要にしてもよい。

別言すると、プライマリボード２１４ｐは、直列接続されたバッテリの電流及び第１のバッテリの電圧を計測指示に応じて計測する電流・電圧計測部の一例であり、セカンダリボード２１４ｓは、第１のバッテリ以外の第２のバッテリの電圧を計測指示に応じて計測する電圧計測部の一例である。

電流計測Ａ／Ｄコンバータ２３１は、プライマリボード２１４ｐの通信モジュール２２１を経由してＳＰＩモジュール２２２から受信される電流計測指示に応じて電流センサで得られるアナログ値の電流計測情報をデジタル値に変換する。得られた電流計測情報は、ＳＰＩモジュール２２２を通じて通信モジュール２２１に転送され、さらにＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）へ送信される。

電圧計測Ａ／Ｄコンバータ２３２は、プライマリボード２１４ｐの通信モジュール２２を経由して各ＳＰＩモジュール２２２に転送された電圧計測指示を受信し、電圧センサで得られるアナログ値の電流計測情報をデジタル値に変換する。得られた電圧計測情報は、ＳＰＩモジュール２２２を通じて他の（デイジーチェーン接続の上流側の）バランスボード２１４へ転送され、さらに通信モジュール２２１を経由してＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）へ送信される。

図５に、電圧・電流取得動作の一例を示す。図５に例示するように、ＰＴＭ１０（ＶＣＵ１０１及びＢＣＵ１０２）のアプリケーション層から通信層に対して電圧取得指示が与えられると（処理Ｐ１０）、通信層は、各バッテリパッケージ２１１におけるプライマリボード２１４ｐに対して同じ電圧・電流取得（計測）指示（測定コマンド）を送信する（処理Ｐ２０）。

当該指示は、バッテリパッケージ２１１のそれぞれにおいてＳＰＩを通じてデイジーチェーン接続されたバランスボード２１４間を順次下流側へ転送されてゆく（処理Ｐ３０）。測定コマンドを受信したプライマリボード２１４ｐは、監視ＩＣ２２３（電流計測Ａ／Ｄコンバータ２３１及び電圧計測Ａ／Ｄコンバータ２３２）により電圧及び電流双方の計測を開始し（処理Ｐ４０及びＰ５０）、計測結果をＰＴＭ１０へ返信する。従って、プライマリボード２１４における電圧及び電流の計測タイミングのずれは略ゼロにすることができる。

一方、セカンダリボード２１４ｓのそれぞれは、上流側のバランスボード２１４から転送されてきた測定コマンドを受信すると、当該測定コマンドを下流側のバランスボード２１４へ転送する。また、監視ＩＣ２２３（電圧計測Ａ／Ｄコンバータ２３２）により電圧計測を開始し（処理Ｐ６０）、ＳＰＩを通じて計測結果を上流側のバランスボード２１４へ送信する（処理Ｐ７０）。

下流側のバランスボード２１４から電圧計測結果を受信したバランスボード２１４は、更に、上流側のバランスボード２１４へ受信した電圧計測結果を転送する。このようにして、各バランスボード２１４の監視ＩＣ２２３で得られた電圧計測結果は、ＳＰＩによるデイジーチェーン接続を通じて順次上流側へ転送されてゆく。最終的に、各電圧計測結果は、プライマリボード２１４を通じてＰＴＭ１０（のアプリケーション層）へ送信される（処理Ｐ８０及びＰ９０）。

従って、１つのバッテリパッケージ２１１において、プライマリボード２１４ｐでの電流計測タイミングと各セカンダリボード２１４ｓでの電圧計測タイミングとのずれは、最大でもデイジーチェーン接続による遅延分となる。デイジーチェーン接続による遅延分は、バランスボード２１４のそれぞれに対して逐次的（巡回的）に測定コマンドを送信する場合に比して、十分小さなものとすることができる。よって、ＰＴＭ１０に返信される電流計測結果及び電圧計測結果の同期性（同時性）を向上することができ、「電費」計算の精度を向上することができる。

また、各バッテリカートリッジ２１３の電圧差のバランス調整のための制御も正確に行なえるようになる。すなわち、各バッテリカートリッジ２１３で計測された時間的にほとんどずれのない電圧情報をＰＴＭ１０でチェックし、各バッテリカートリッジ２１３で電圧差を少なくするような制御信号を、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）からプライマリボード２１４ｐを経由してセカンダリボード２１４ｓへ順次伝達することができる。

なお、比較例を図６及び図７に示す。電気自動車用バッテリは数十個の直列セルから構成され、バッテリセルのそれぞれに接続された電圧センサと全バッテリセルに共通の電流センサ（通常はバッテリシステムに１個）とによって電圧および電流を計測する。

電圧計測については、電圧計測手段の制限（例えば半導体素子の耐圧等）から、複数の電圧計測ボード（バッテリマネージメント：ＢＴＭ）を用いる。すなわち、図６に例示するように、バッテリパッケージ１０００には、バッテリモジュール１００１のそれぞれに、ＣＰＵやマイクロコンピュータ等の演算処理機能（ＢＣＵ１０２相当の機能）を具備するバッテリマネージメント１００２が備えられる。従って、電圧計測については、各バッテリマネージメント１００２独自のタイミングで周期的に実施することができる。

そのため、図７に例示するように、電流計測タイミングと電圧計測タイミングとにずれが生じ、電流計測及び電圧計測の同時性が保証されない。ずれの要因としては、以下が挙げられる。

（１）ＶＣＵ（ＢＣＵ）からの電流計測コマンド及び電圧計測コマンドの送信タイミングのずれ
（２）ＶＣＵ（ＢＣＵ）からバッテリマネージメント１００２バッテリマネージメントへのコマンド到達時間
（３）バッテリマネージメント１００２がコマンドを受信してから、電圧計測を開始（電圧取得指示を送信）するまでの処理時間

また、１つのバッテリパッケージ１０００における各バッテリマネージメント１００２の電圧計測タイミングにもずれが生じる。そのため、ＶＣＵ（ＢＣＵ）において、１つのバッテリパッケージ１０００についての電圧計測結果を受信するタイミングもバッテリパッケージ１０００毎にばらばらになってしまう。

電圧計測結果にタイムスタンプ等の、計測タイミングを識別する情報を付与するようにすれば、電流計測タイミングに一致する電圧計測タイミングの電圧計測結果を「電費」計算に用いることができるが、処理が複雑化する。

以上のように、図６及び図７に示す比較例では、電流計測及び電圧計測の同時性が保証されないため、実際と異なる電力が計算値として得られ、また電池の劣化状態把握のための指標の１つであるインピーダンス計算にも誤差として現れることになる。その結果、正確な「電費」計算、バッテリ状態の把握が困難になる。また、前記したバランスボード２１４間の電圧バランス調整も正確に行なうことができない。

（ＰＴＭ１０について）
ＥＶやＨＥＶ等の或る自動車システムにおいては、図８に例示するようにＶＣＵ１０１０、ＢＣＵ１０２０及びＭＣＵ１０３０の３つの制御ユニットをＰＴＭ、ＭＴＭ及びＢＴＭの３つのモジュールにそれぞれ分散配置する構成を採用する場合がある。この場合、３つの制御ユニット１０１０、１０２０及び１０３０は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）により相互通信可能に接続される。

かかる構成では、ＭＣＵ１０３０はＭＴＭに固定的にマッチングされ、ＢＣＵ１０２０はＢＴＭと固定的にマッチングされる。そのため、ＭＴＭとＭＣＵ１０３０、ＢＴＭとＢＣＵ１０２０とはそれぞれ固有の対応関係があり、モータやバッテリを変更することがシステム上、困難になる。バッテリやモータは電気自動車の主要部品であり、それらの部品を変更することが困難である点はシステムとしての自由度が低下し、システムの選択肢を減らしてしまう。

これに対し、本実施形態のＰＴＭ１０は、図１にて既述のように、ＶＣＵ１０１、ＢＣＵ１０２及びＭＣＵ１０３の３つの制御ユニットが１つの制御ユニットに統合されている（図９参照）。これにより、価格面、設置場所、設置容易性の観点から、３つの制御ユニットが分散して配置される構成よりも有利である。

制御ユニットの統合化により、ＢＴＭ２０及びＭＴＭ４０は、ＣＰＵやマイクロコンピュータ等の演算処理機能を含まなくてよく、センサやアクチュエータのように非インテリジェントの構成にできる。ＢＴＭ２０やＭＴＭ４０が非インテリジェント化されることで、ＰＴＭ１０に接続されるモジュールの選択肢が多岐になる可能性がある。

そこで、ＰＴＭ１０は、接続されるモジュールを自動認識することにより、システム上の環境設定を不要とする。自動認識は、図１０に例示するように、各モジュール２０及び４０に設けたメモリ６００に管理データを記憶させておき、ＰＴＭ１０の起動時に、所要の通信インタフェース（例えばＳＰＩ等）を通じてＰＴＭ１０が管理データを当該メモリ６００から読み込むことにより実現される。

ＰＴＭ１０は、管理データを基に、接続されたモジュール２０及び／又は４０を自動認識することにより、各モジュール２０及び４０との特性整合（特性マッチング）を自動的に設定することが可能になる。

メモリ６００に記憶しておく管理データの一例としては、モジュール２０及び４０の識別コード（識別情報）、及び、モジュール２０及び４０に個別の特性や制御、診断等に関するデータが挙げられる。管理データは、各モジュール２０及び４０の識別コードに応じた各モジュール２０及び４０に固有のパラメータの一例である。

ＭＴＭ４０のパラメータの一例としては、トルク特性、速度特性、レゾルバ特性等が挙げられる。ＢＴＭ２０のパラメータの一例としては、ＬｉＢ種別、ＬｉＢ容量、充放電特性、温度特性、充放電サイクル特性、自己放電特性、過充電／過放電検出電圧等が挙げられる。

なお、識別コードは、交換される可能性のある物品単位で付与しておくことができる。例えば、識別コードは、１つのバッテリカートリッジ２１３を成す構成要素（バッテリ及びバランスボード２１４）単位で付与してもよいし、バッテリカートリッジ２１３の単位で付与してもよい。また、識別コードは、バッテリモジュール２１１の単位で（包括的に）付与してもよい。いずれの場合も、識別コードに対応したパラメータが設定される。

ＰＴＭ１０は、起動時に、メモリ６００から識別コードを読み取ることにより、接続モジュール２０及び／又は４０の変更を自動認識することができる。また、接続モジュール２０及び／又は４０の変更を認識したＰＴＭ１０は、メモリ６００から管理データを取り込むことで、変更されたモジュール２０及び／又は４０に対する特性マッチングや制御、診断等を自動的に実施する。

例えば、ＭＴＭ４０が変更された場合であれば、ＰＴＭ１０は、取得した管理データを基にＭＣＵ１０３のＭＴＭ４０に対するトルク特性、速度特性、レゾルバ特性等の特性マッチング等を実施することができる。ＢＴＭ２０が変更された場合も、ＰＴＭ１０は、同様に、取得した管理データを基にＢＴＭ２０に対する特性マッチング等を自動的に実施することができる。

また、ＢＴＭ２０において、バッテリカートリッジ２１３が交換された場合についても、上述したようにバッテリカートリッジ２１３に付与された識別コードに対応したパラメータに基づいて、交換されたバッテリカートリッジ２１３について、特性マッチング等を自動的に実施することができる。

図１１に、モジュール自動認識処理フローを例示する。図１１に例示するように、車両１のイグニッション（ＩＧ）がＯＮになると（処理Ｐ１００）、まず、ＰＴＭ１０が起動され、ＰＴＭ１０は、ＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０に対してそれぞれ起動指示を送信する（処理Ｐ１１０及びＰ１２０）。これにより、ＰＴＭ１０、ＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０がそれぞれ起動状態となる（処理Ｐ１３０）。

起動されたＰＴＭ１０では、ＶＣＵ１０１が初期化され（処理Ｐ１４０）、ＶＣＵ１０１によりＭＴＭ／ＢＴＭ自動認識フローが実行される。すなわち、ＶＣＵ１０１は、ＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０とそれぞれ通信インタフェースを確立し、ＭＴＭ４０の識別コード及びＢＴＭ２０の識別コードをそれぞれＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０から取得する（処理Ｐ１５０、処理Ｐ１６０、処理Ｐ１８０、処理Ｐ１９０）。

ＰＴＭ１０（ＶＣＵ１０１）は、取得した識別コードに変更があれば、変更のあったＭＴＭ４０及び／又はＢＴＭ２０からそれぞれの管理データ（パラメータ）を取得する（処理Ｐ１７０及びＰ２００）。ＰＴＭ１０（ＶＣＵ１０１）は、取得した管理データを内部メモリ等に展開する（処理Ｐ１５０及びＰ１８０）。なお、取得した識別コードに変更がない場合、ＰＴＭ（ＶＣＵ１０１）は、管理データの取得を実施しなくても構わない。

その後、ＰＴＭ１０（ＶＣＵ１０１）は、安全性に関する自己診断を実施し（処理Ｐ２１０）、安全性が確認されれば、パワーリレー２０３（図１参照）をＯＮに制御してＢＴＭ２０とＭＴＭ４０とを電気的に接続する（処理Ｐ２２０）。

次いで、ＰＴＭ１０（ＶＣＵ１０１）は、車両に設置されたアクセルポジションセンサやブレーキポジションセンサ等によってセンシングされた車両センサ情報を取得し（処理Ｐ２３０及びＰ２４０）、回生・トルク算出を実施する（処理Ｐ２５０）。トルク指示は、当該時点での車速と、アクセルポジションセンサおよびブレーキポジションセンサのストロークによってマップ引きから生成するのがひとつの形態である。車両が加速するためのトルクの生成のほか、モータによっては車両を減速して運動エネルギーを電気的エネルギーとして回収するための指示（これを回生と称する）を出すことも可能である。加速トルク・回生トルクの切替およびその絶対値については、マップ引きにてトルクを生成する形態においては、当該マップに数値を入力することにより変更可能である。

算出結果は、ＭＣＵ１０３に与えられ、ＭＣＵ１０３は、モータ４０２の駆動制御情報を算出し、当該駆動制御情報を駆動回路４０１（図１参照）に与える。駆動回路４０１は、駆動制御情報に応じてモータ４０２を駆動する（処理Ｐ２６０〜Ｐ２８０）。

モータ４０２の駆動に応じてモータ４０２に設置されたレゾルバセンサや電流センサ等からセンサ情報がＭＣＵ１０３に与えられる（処理Ｐ２９０）。ＭＣＵ１０３は、当該センサ情報に基づいてモータ４０２の回転量やモータ４０２に流れる電流のフィードバック制御を行なう（処理Ｐ３００）。

一方、ＶＣＵ１０１は、ＭＴＭ自己診断を実施し（処理Ｐ３１０）、ＢＴＭカートリッジ交換認識フローを実施する。なお、ＭＴＭ自己診断では、ＭＴＭ駆動部に、ＭＴＭ制御のために接続されているＩＧＢＴの異常等を検出し、ＶＣＵ１０１に通知する機能が備えられており、この結果がＭＴＭ自己診断結果として、ＳＰＩ通信を用いてＶＣＵ１０１に通知される。また、ＢＴＭカートリッジ交換認識フローでは、ＶＣＵ１０１は、ＢＣＵ１０２と連携して、ＬｉＢユニット２０１のバッテリ残量の算出、ＬｉＢユニット２０１の劣化推定、バッテリカートリッジ２１３の交換認識、履歴管理等の処理を実施する（処理Ｐ３２０及びＰ３３０）。

バッテリカートリッジ２１３の交換認識は、バッテリカートリッジ２１３毎に識別コードを付与しておき（例えばバランスボード２１４内に設けたメモリに識別コードを記憶しておき）、当該識別コードをＢＣＵ１０２が読み取ることで実施できる。この場合、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）は、識別コードを基に、スロットに着脱されるバッテリカートリッジ２１３の適合性等を管理することもできる。

例えば、本来予定されている性能を満足しないバッテリカートリッジ２１３がスロットに装着された場合等において、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）は、不適合である旨をエラー情報等として車両の車載モニタ等に表示してユーザに通知することができる。これにより、車両メーカ等は、純正品以外のバッテリカートリッジ２１３が使用されることを防止することができる。

ＢＣＵ１０２は、ＢＴＭ２０（ＬｉＢユニット２０１）から、セル電圧、温度、電流値等を定期的に取得するとともに（処理Ｐ３４０）、カートリッジ情報（履歴、更新日時等）を定期的に取得する（処理Ｐ３５０）。

ＢＣＵ１０２は、取得したセル電圧、温度、電流値等に基づいてＬｉＢユニット２０１のバッテリ残量を算出し、また、カートリッジ情報に基づいてＬｉＢユニット２０１の劣化状態を推定する。なお、バッテリカートリッジ２１３の履歴管理は、図１２により後述するようにクラウドサーバ７０等の外部機器において管理するようにしてもよい。

一方、ＶＣＵ１０１は、ＢＴＭ自己診断及びＢＴＭ履歴管理を実施する（処理Ｐ３６０及びＰ３７０）。「ＢＴＭ自己診断」では、交換が完了したバッテリカートリッジ２１３に対し、まずＢＴＭ２０からのコマンドがバッテリカートリッジ２１３に正常に送信され正常な応答があることを確認し、続いて各バッテリセル２４１の電圧を取得することが可能か確認するとともに、後述する履歴管理で得られる充電状態情報からその値が妥当であるかを判断する。また、電流計測が可能であることを同時に確認する。「ＢＴＭ履歴管理」では、交換が完了したバッテリカートリッジ２１３の履歴情報（シリアル番号、組立日、通算使用時間、使用サイクル回数、故障履歴、電池容量、現状の充電状態等）を入手し、他のバッテリカートリッジ２１３と比較して使用履歴が極端に違わないか、充電状態がほぼ一致しているか等を確認し、異常がある場合は警告を発する、あるいは再交換の指示を出す。

また、ＶＣＵ１０１は、充電ケーブルが接続されると（処理Ｐ３８０）、ＢＣＵ１０２と連携して、充電状態の監視やセル電圧のバランス制御等を含む充電管理を実施する（処理Ｐ３９０及びＰ４００）。

すなわち、ＢＣＵ１０２は、ＢＴＭ２０（ＬｉＢユニット２０１）から、セル電圧、温度、電流値等を定期的に取得するとともに（処理Ｐ４１０）、これらの取得したパラメータに基づいてセル電圧をバランス制御する指示をＢＴＭ２０（ＬｉＢユニット２０１のバランスボード２１４）へ与える（処理Ｐ４２０）。これにより、直列接続されたバッテリカートリッジ２１３内のバッテリセル２４１の電圧差がなくなる方向にセル電圧のバランス制御が実施される（処理Ｐ４３０）。

その際、図５により既述のように、各バッテリカートリッジ２１３のバランスボード２１４がデイジーチェーン接続されていることにより、バランス制御の精度が向上する。すなわち、各バッテリカートリッジ２１３で計測された時間的にほとんどずれのない電圧情報をＰＴＭ１０でチェックし、各バッテリカートリッジ２１３で電圧差を少なくするような制御信号を、ＰＴＭ１０（ＢＣＵ１０２）からプライマリボード２１４ｐを経由してセカンダリボード２１４ｓへ順次伝達することができる。

以上のようにして、特性マッチングを自動化することで、モジュール変更時の開発工数を削減することができる。

なお、管理データは、例えば車両外部に備えられ、有線あるいは無線の通信回線を介してアクセス（接続）可能な記憶装置において一元管理しておき、ＰＴＭ１０が当該記憶装置に適宜にアクセスして、管理データを記憶装置からダウンロードするようにしてもよい。当該記憶装置は、例えば、クラウドサーバ７０に備えられた記憶装置７０１である（図１参照）。

図１２に、その一例（他の実施形態に係るモジュール自動認識処理フロー）を示す。図１２に例示するように、車両１のイグニッション（ＩＧ）がＯＮになると（処理Ｐ１００）、まず、ＰＴＭ１０が起動され、ＰＴＭ１０は、ＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０に対してそれぞれ起動指示を送信する（処理Ｐ１１０及びＰ１２０）。これにより、ＰＴＭ１０、ＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０がそれぞれ起動状態となる（処理Ｐ１３０）。

起動されたＰＴＭ１０では、ＶＣＵ１０１が初期化され（処理Ｐ１４０）、ＶＣＵ１０１によりＭＴＭ／ＢＴＭ自動認識フローが実行される。すなわち、ＶＣＵ１０１は、ＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０とそれぞれ通信インタフェースを確立し、ＭＴＭ４０の識別コード及びＢＴＭ２０の識別コードをそれぞれＭＴＭ４０及びＢＴＭ２０から取得する（処理Ｐ５１０及びＰ５２０）。

ＰＴＭ１０（ＶＣＵ１０１）は、取得した識別コードに変更があれば、当該識別コードをクラウドサーバ７０に送信して問い合わせする（処理Ｐ５３０）。クラウドサーバ７０は、受信した識別コードに応じたＭＴＭ４０及び／又はＢＴＭ２０の管理データ（パラメータ）を記憶装置７０１においてサーチし（処理Ｐ５４０及びＰ５５０）、取得した管理データ（ＭＴＭパラメータ及び／又はＢＴＭパラメータ）を車両１へ送信する（処理Ｐ５６０及びＰ５８０）。

当該送信は、クラウドサーバ７０が、車両１から受信した識別コードを基に車両１が登録済車両であることの確認（セキュリティー認証）等を行なった後に実施することとしてもよい。セキュリティ認証における車両１の特定は、例えば、識別コードを拡張し、物品を特定する情報を指定できるようにしておくことで実施できる。

車両１（ＰＴＭ１０）は、クラウドサーバ７０から受信（ダウンロード）した管理データを内部メモリ等に展開する（処理Ｐ５７０及びＰ５９０）。なお、取得した識別コードに変更がない場合、ＰＴＭ（ＶＣＵ１０１）は、クラウドサーバ７０からの管理データの取得を実施しなくても構わない。

以降は、図１１に例示した処理Ｐ２１０〜Ｐ４３０と同様の処理がそれぞれ実施される。ただし、「ＢＴＭカートリッジ交換認識フロー」（処理Ｐ３２０〜Ｐ３５０）において、バッテリカートリッジ２１３の履歴管理は、クラウドサーバ７０において実施してよい（処理Ｐ６００）。

（その他）
なお、複数のバッテリが一体にモジュール化されたバッテリモジュールを構成した乗り物にも、非インテリジェント化したＢＴＭ２０及びＭＴＭ４０を有する動力系と、ＶＣＵ１０１、ＢＣＵ１０２及びＭＣＵ１０３を一体にモジュール化したＰＴＭ１０を使用した制御系とを適用することが可能である。

また、上述した実施形態では、バッテリ監視システムや統合化制御ユニット（ＰＴＭ１０）をＥＶやＨＥＶ等の自動車（車両１）に適用した例を説明したが、鉄道や船舶等その他の「乗り物」一般に適用してもよい。

１ 車両
１０ パワートレインモジュール（ＰＴＭ）
１０１ 車両制御ユニット（ＶＣＵ）
１０２ バッテリ制御ユニット（ＢＣＵ）
１０３ モータ制御ユニット（ＭＣＵ）
２０ バッテリモジュール（ＢＴＭ）
２０１ リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）ユニット
２０２ リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）ユニット
２０３ パワーリレー
２１１ バッテリパッケージ
２１２ 電流センサ
２１３ バッテリカートリッジ
２１４ 電流／電圧監視ユニット（バランスボード）
２１４ｐ プライマリボード（電流・電圧監視部）
２１４ｓ セカンダリボード（電圧監視部）
２２１ 通信モジュール
２２２ ＳＰＩモジュール
２２３ 監視ＩＣ
２３１ 電流計測Ａ／Ｄコンバータ
２３２ 電圧計測Ａ／Ｄコンバータ
２４１ バッテリセル（セル）
３０ コンバータモジュール（ＣＴＭ）
３０１ バッテリチャージャ（充電器）
３０２ ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣＤＣ）
４０ モータモジュール（ＭＴＭ）
４０１ 駆動回路
４０２ モータ
５０ 通信ユニット
６０ 携帯端末
７０ クラウドサーバ
７０１ 記憶装置

Claims (9)

1. 乗り物であって、
   自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するバッテリモジュールと、
   自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するモータモジュールと、
   前記バッテリモジュールを制御するバッテリ制御ユニットと、
   前記モータモジュールを制御するモータ制御ユニットと、
   前記バッテリ制御ユニットおよび前記モータ制御ユニットを１つのモジュール内に有する制御モジュールと、を有し、
   前記バッテリ制御ユニット及び前記モータ制御ユニットは、前記制御モジュールの起動の際に、それぞれ、前記各モジュールの前記識別情報を読み込み、更に、前記識別情報に応じた、前記バッテリモジュール及び前記モータモジュールのパラメータを取り込む、ことを特徴とする乗り物。
2. 前記バッテリモジュール及び前記モータモジュールがそれぞれ前記パラメータを有し、
   前記バッテリ制御ユニット及び前記モータ制御ユニットは、それぞれ、前記起動時の前記識別情報の読み込み後に、前記バッテリモジュール及び前記モータモジュールから前記パラメータを取り込む、請求項１に記載の乗り物。
3. 前記バッテリ制御ユニット及び前記モータ制御ユニットは、それぞれ、前記起動時の前記識別情報の読み込み後に、前記バッテリモジュール及び前記モータモジュールの前記パラメータを前記識別情報に対応させて記憶している記憶装置から通信回線を介して前記パラメータを取り込む、請求項１に記載の乗り物。
4. 前記バッテリモジュールが、
   直列接続された複数のバッテリと、
   前記直列接続された複数のバッテリの電流及び、該複数のバッテリのうちの第１のバッテリの電圧を計測指示に応じて計測する電流・電圧計測部と、
   前記複数のバッテリのうちの前記第１のバッテリ以外の第２のバッテリの電圧を計測指示に応じて計測する複数の電圧計測部と、を備え、
   前記電流・電圧計測部に対して前記電圧計測部が通信インタフェースによりデイジーチェーン接続され、
   前記電流・電圧計測部及び前記電圧計測部が、前記デイジーチェーン接続を通じて前記計測指示を他の電圧計測部に転送する、バッテリ監視システムを備え、
   前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記電流・電圧計測部、及び、前記電圧計測部に関し、個々若しくは選択的に組み合わせたもの又は包括的に識別情報が付与されるとともに、
   前記識別情報に対応した固有のパラメータが設定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の乗り物。
5. 前記識別情報が、前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記電流・電圧計測部、及び、前記電圧計測部のそれぞれに対して付与される、請求項４に記載の乗り物。
6. 前記識別情報が、前記第１のバッテリ及び前記電流・電圧計測部に対して包括的に付与されるとともに、前記第２のバッテリ及び前記電圧計測部に対して包括的に付与される、請求項４に記載の乗り物。
7. 前記識別情報が、前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記電流・電圧計測部、及び、前記電圧計測部に対し包括的に付与される、請求項４に記載の乗り物。
8. 乗り物制御用管理システムであって、
   自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するバッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールから電力を受けて駆動力を発生するモジュールであって、自モジュールの識別情報を格納した記憶部を有するモータモジュールと、
   前記バッテリモジュールを制御するバッテリ制御ユニットと、
   前記モータモジュールを制御するモータ制御ユニットと、
   前記バッテリ制御ユニットおよび前記モータ制御ユニットを１つのモジュール内に有する制御モジュールと、を有し、
   前記バッテリ制御ユニット及び前記モータ制御ユニットは、それぞれ、前記制御モジュールの起動の際に、前記各モジュールの前記識別情報を読み込み、更に、前記バッテリモジュール及び前記モータモジュールの前記識別情報に対応させてパラメータを記憶する記憶装置から、通信回線を介してパラメータを取り込む
   ことを特徴とする乗り物制御用管理システム。
9. 前記記憶装置が、クラウドサーバに備えられた、請求項８に記載の乗り物制御用管理システム。

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