WO2014156264A1 - 電池システム - Google Patents

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WO2014156264A1
WO2014156264A1 PCT/JP2014/051613 JP2014051613W WO2014156264A1 WO 2014156264 A1 WO2014156264 A1 WO 2014156264A1 JP 2014051613 W JP2014051613 W JP 2014051613W WO 2014156264 A1 WO2014156264 A1 WO 2014156264A1
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battery
controller
cell
state
cell group
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PCT/JP2014/051613
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孝徳 山添
寛 岩澤
崇秀 寺田
竹内　隆
睦 菊地
彰彦 工藤
金井　友範
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery system.
  • the storage battery module constituting this is generally configured by connecting a plurality of battery cells in series and parallel.
  • Lithium ion batteries are widely known as large capacity secondary batteries. In handling lithium ion batteries, measures such as prevention of high voltage charging and deterioration of performance due to overdischarge are required. For this reason, a storage battery module that is mounted on a hybrid electric vehicle or an electric vehicle and that uses a lithium ion battery for each battery cell generally has a function of monitoring the battery state such as voltage, current, and temperature for each battery cell. ing.
  • a state monitoring device disclosed in Patent Document 1 below is known.
  • an electromagnetic induction type wireless tag is provided in a module for measuring the voltage value of each battery cell, and the voltage value of each battery cell is transmitted to a reader by a wireless signal using the wireless tag. This reduces the cost required for wiring and insulation.
  • the electromagnetic induction type wireless tag used in the above-described state monitoring device generally has a short communication distance of about several centimeters to several tens of centimeters. For this reason, the layout between the wireless tag and the reader is less flexible, which may limit the structure of the device.
  • a main object of the present invention is to extend the communication distance in a battery system that transmits the state of each battery cell by wireless communication.
  • a battery system includes a cell group including a plurality of battery cells or one battery cell, a cell controller provided corresponding to the cell group, and measuring the state of each battery cell in the cell group, and a cell controller A battery controller that wirelessly communicates with each other, and the cell controller wirelessly transmits a state measurement result of each battery cell of the cell group to the battery controller using power supplied from the battery cells of the cell group .
  • the communication distance can be extended in a battery system that transmits the state of each battery cell by wireless communication.
  • FIG. 1 is a basic configuration diagram of a battery system according to a first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the wireless transmission method from a battery controller to a cell controller. It is explanatory drawing of the wireless transmission method from a cell controller to a battery controller. It is a basic block diagram of the battery system by the 2nd Embodiment of this invention. It is a basic block diagram of the battery system by the 3rd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an in-vehicle system including a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the in-vehicle system shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle such as a hybrid electric vehicle or an electric vehicle, and includes a battery system 1, an inverter 2, a motor 3, a relay box 4, and a host controller 300.
  • the battery system 1 includes a plurality of cell groups 10 each composed of a plurality of battery cells, and a cell controller 100 is provided corresponding to each cell group 10.
  • Each cell controller 100 measures the state (voltage, current, temperature, etc.) of each battery cell in the cell group 10. Then, wireless communication is performed with the battery controller 200 using the power supplied from the battery cells of the cell group 10, and the state measurement result of each battery cell of the cell group 10 is wirelessly transmitted to the battery controller 200. Details of the wireless communication performed at this time will be described later.
  • the battery controller 200 acquires the state measurement result of each battery cell of the cell group 10 corresponding to the cell controller 100 from each cell controller 100. Then, based on the obtained state measurement result of each battery cell, the state of charge (SOC: State of Charge) and the deterioration state (SOH: State of Health) of each battery cell are estimated, and the estimation result is sent to the host controller 300. Send.
  • SOC State of Charge
  • SOH State of Health
  • the host controller 300 controls the inverter 2 and the relay box 4 based on the estimation result of the charging state and the deterioration state of each battery cell transmitted from the battery controller 200.
  • the inverter 2 converts the DC power supplied from each cell group 10 into three-phase AC power when the relay box 4 is in a conductive state and supplies it to the motor 3 to drive the motor 3 to rotate. Generate power.
  • the three-phase AC regenerative power generated by the motor 3 is converted into DC power and output to each cell group 10 to charge the battery cells of each cell group 10.
  • the operation of the inverter 2 is controlled by the host controller 300.
  • FIG. 2 is a basic configuration diagram of the battery system according to the first embodiment of the present invention.
  • the cell group 10 the cell controller 100, the battery controller 200, and the host controller 300 are shown as basic components among the components of the in-vehicle system shown in FIG.
  • the battery controller 200 performs wireless communication with each cell controller 100. Through this wireless communication, the battery controller 200 can request each cell controller 100 for measurement information, cell balancing, and the like of each battery cell in the corresponding cell group 10. In response to the request from the battery controller 200, each cell controller 100 transmits the measurement information of each battery cell of the corresponding cell group 10 to the battery controller 200 or performs cell balancing.
  • the host controller 300 performs wireless communication with the battery controller 200. Through this wireless communication, the host controller 300 can request the battery controller 200 to estimate the state of charge or deterioration of each battery cell. In response to the request from the host controller 300, the battery controller 200 estimates the charge state and the deterioration state of each battery cell based on the measurement information of each battery cell of the cell group 10 transmitted from each cell controller 100, The result is transmitted to the host controller 300.
  • wireless communication using a so-called semi-passive wireless tag is used as a wireless method having a relatively short communication distance (about several meters).
  • so-called low power wireless communication is used as a wireless system having a relatively long communication distance (several hundreds of meters).
  • a wireless system such as IEEE802.15.4 can be used.
  • Each cell controller 100 includes a plurality of sensors 20, a processing unit 30, an RFID circuit 40, and an antenna 50 provided for each battery cell of the corresponding cell group 10.
  • the processing unit 30 includes a power supply circuit 31, an AD converter 32, a CPU 33, and a memory 34.
  • Each sensor 20 is a sensor for measuring the state of each battery cell in the cell group 10, and is configured by a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor, and the like. The measurement result of the battery cell state by the sensor 20 is converted into a digital signal by the AD converter 32 and output to the CPU 33 as measurement information.
  • the sensor 20 and the AD converter 32 constitute a measurement circuit that measures the state of each battery cell in the cell group 10.
  • the power supply circuit 31 receives power supplied from the battery cells of the cell group 10, and generates power supply voltages Vcc and Vdd based on the power.
  • the power supply voltage Vcc is used as an operation power supply for the AD converter 32 and the CPU 33
  • the power supply voltage Vdd is used as an operation power supply for the RFID circuit 40.
  • the power supply circuit 31 can receive power from at least one of the battery cells constituting the cell group 10.
  • the CPU 33 executes a process for controlling the operation of the cell controller 100.
  • the measurement information of each battery cell output from the AD converter 32 is stored in the memory 34, and the measurement information stored in the memory 34 is wirelessly transmitted to the battery controller 200 in response to a request from the battery controller 200. Send processing for.
  • the CPU 33 controls the RFID circuit 40 according to the measurement information read from the memory 34, thereby changing the impedance of the antenna 50 with respect to the radio signal transmitted from the battery controller 200.
  • the measurement information according to the state of each battery cell is transmitted to the battery controller 200 as a reflected wave with respect to the radio signal from the battery controller 200. This point will be described in detail later.
  • the CPU 33 when a balancing request is transmitted from the battery controller 200, the CPU 33 performs a balancing process for equalizing the charging state of each battery cell of the cell group 10 by controlling a balancing switch (not shown). In addition to this, various processes can be executed by the CPU 33.
  • the RFID circuit 40 is a wireless communication circuit for operating the cell controller 100 as a semi-passive wireless tag.
  • the radio signal transmitted from the battery controller 200 and received by the antenna 50 is demodulated by the RFID circuit 40 and output to the CPU 33.
  • the request content from the battery controller 200 is decoded by the CPU 33, and processing corresponding to the request content is executed in the CPU 33.
  • the RFID circuit 40 uses the power supply voltage Vdd to change the impedance of the antenna 50 with respect to the radio signal from the battery controller 200 at a timing according to a predetermined communication rate according to measurement information to be transmitted.
  • measurement information corresponding to the state of each battery cell of the cell group 10 is transmitted from the cell controller 100 to the battery controller 200 as a reflected wave of a radio signal transmitted from the battery controller 200.
  • the operation of the RFID circuit 40 at this time will be described in detail later.
  • the battery controller 200 includes a read / write (R / W) circuit 210, a CPU 220, a power supply circuit 230, a memory 240, and an antenna 250.
  • the power supply circuit 230 generates power supply voltages Vcc and Vdd, similar to the power supply circuit 31 of the cell controller 100, based on the power supplied from the battery built in the battery controller 200.
  • the battery controller 200 may not use a battery and may use electric power supplied from the outside.
  • the CPU 220 controls operations of read / write circuit 210 and memory 240.
  • the read / write circuit 210 operates in accordance with the control of the CPU 220 and performs wireless communication with the cell controller 100 and the host controller 300 via the antenna 250.
  • the read / write circuit 210 has both a wireless communication function using the above-described semi-passive wireless tag and a low-power wireless communication function, and selectively uses either one according to the communication partner. be able to.
  • the host controller 300 includes a low-power radio circuit 310, a CPU 320, an interface circuit 330, a power supply circuit 340, a memory 350, and an antenna 360.
  • the power supply circuit 340 generates power supply voltages Vcc and Vdd based on power supplied from a battery built in the host controller 300. Note that power supplied from the outside may be used without incorporating a battery in the host controller 300.
  • the CPU 320 controls operations of low-power radio circuit 310, interface circuit 330, and memory 350.
  • the low power wireless circuit 310 operates in accordance with the control of the CPU 320 and performs wireless communication with the battery controller 200 via the antenna 360 by a low power wireless system.
  • the interface circuit 330 performs interface processing for data communication performed between the host controller 300 and an external device (for example, the inverter 2 in FIG. 1).
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a wireless transmission method from the battery controller 200 to the cell controller 100.
  • the battery controller 200 When performing wireless transmission from the battery controller 200 to the cell controller 100, the battery controller 200 changes the amplitude of the carrier frequency from the read / write circuit 210 via the antenna 250 according to the transmission data, as shown in FIG.
  • the ASK modulated wave is transmitted to the cell controller 100.
  • the ASK modulated wave is received by the cell controller 100 by the antenna 50 and demodulated by the demodulator 41 in the RFID circuit 40.
  • the demodulator 41 regenerates the clock and data by demodulating the received ASK modulated wave, and outputs it to the CPU 33 as received data.
  • the received data is stored in the memory 34 by the CPU 33 and read out as necessary.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a wireless transmission method from the cell controller 100 to the battery controller 200.
  • the battery controller 200 When performing wireless communication from the cell controller 100 to the battery controller 200, the battery controller 200 continuously transmits an unmodulated carrier wave from the read / write circuit 210 via the antenna 250 as shown in FIG.
  • the cell controller 100 changes the impedance of the antenna 50 according to transmission data in accordance with a predetermined communication rate.
  • an impedance matching circuit and a switch are provided in the modulator 42, and the switch is switched between a case where the bit of transmission data is “1” and a case where the bit is “0”.
  • the impedance is changed by controlling the connection state.
  • the power supply voltage Vdd generated by the power supply circuit 31 based on the power supplied from the battery cells of the corresponding cell group 10 is used as the operating power supply of the switch at this time.
  • the cell controller 100 When the cell controller 100 receives an unmodulated carrier wave transmitted from the battery controller 200 while changing the impedance of the antenna 50 as described above, a reflected wave corresponding to the impedance state at that time is transmitted from the antenna 50. . That is, when an unmodulated carrier wave is received from the battery controller 200 in a state where impedance matching is achieved, since the unmodulated carrier wave is all absorbed by the antenna 50, the reflected wave is not transmitted. On the other hand, when an unmodulated carrier wave is received from the battery controller 200 in a state where impedance matching is not achieved, a part of the unmodulated carrier wave is transmitted from the antenna 50 as a reflected wave. Thus, wireless communication from the cell controller 100 to the battery controller 200 can be performed by changing the reflected wave of the unmodulated carrier wave from the battery controller 200 according to the transmission data.
  • the communication distance by the wireless communication system of the present invention will be described.
  • the conventional passive electromagnetic induction type wireless tag it is necessary to perform wireless communication from the wireless tag to the reader by using the received power of the wireless signal transmitted from the reader.
  • the communication distance is generally about several centimeters.
  • each cell controller 100 changes the impedance of the antenna 50 using the power supplied from the battery cell of the corresponding cell group 10.
  • semi-passive wireless communication using a reflected wave with respect to an unmodulated carrier wave is performed.
  • the propagation loss L (dB) of a radio signal in free space can be expressed by the following equation (1).
  • d (m) represents the distance between the antennas
  • ⁇ (m) represents the wavelength of the radio signal.
  • L 20 log (4 ⁇ d / ⁇ ) (1)
  • the transmission power in the read / write circuit 210 of the battery controller 200 as a reader is 1 W (30 dBm) and the minimum reception sensitivity is ⁇ 80 dBm.
  • the semi-passive wireless communication according to the present invention can extend the communication distance as compared with the conventional passive wireless communication as described above.
  • each cell controller 100 wirelessly transmits the state measurement result of each battery cell of the cell group 10 to the battery controller 200 using the power supplied from the battery cell of the corresponding cell group 10. To do. Since it did in this way, in the battery system 1 which transmits the state of each battery cell by radio
  • the battery controller 200 continuously transmits an unmodulated carrier wave to each cell controller 100. On the other hand, each cell controller 100 changes the impedance with respect to the unmodulated carrier wave transmitted from the battery controller 200 at a predetermined timing according to the state measurement result of each battery cell of the corresponding cell group 10.
  • Each cell controller 100 includes a sensor 20 and an AD converter 32, a power supply circuit 31, an antenna 50, and an RFID circuit that constitute a measurement circuit for measuring the state of each battery cell in the corresponding cell group 10. 40.
  • the RFID circuit 40 uses the power supply voltage Vdd generated by the power supply circuit 31 to change the impedance of the antenna 50 according to the state of each battery cell of the cell group 10 measured by the sensor 20 and the AD converter 32. .
  • FIG. 5 is a basic configuration diagram of a battery system according to the second embodiment of the present invention. Similar to the battery system 1 described in the first embodiment, the battery system of the present embodiment is provided in the in-vehicle system shown in FIG. The difference between this battery system and the battery system 1 described in the first embodiment is that a battery controller 201 is provided instead of the battery controller 200 of FIG. In FIG. 5, the host controller 300 is omitted.
  • the battery controller 201 is further provided with an interface circuit 260 for performing wired communication with the host controller 300 in addition to the same components as the battery controller 200 of FIG.
  • the battery controller 201 can be connected to the host controller 300 via a communication cable, and necessary data can be transmitted and received between the battery controller 201 and the host controller 300.
  • the read / write circuit 210 may not have a low-power wireless communication function. That is, in the present embodiment, the read / write circuit 210 may have a wireless communication function using a semi-passive wireless tag in order to perform wireless communication with each cell controller 100.
  • FIG. 6 is a basic configuration diagram of a battery system according to a third embodiment of the present invention. Similar to the battery system 1 described in the first embodiment, the battery system of this embodiment is provided in the in-vehicle system shown in FIG. The difference between this battery system and the battery system 1 described in the first embodiment is that a cell controller 101 is provided instead of the cell controller 100 in FIG. 2 and that the battery controller is the same as that in the second embodiment. 201.
  • Each cell controller 101 is further provided with a low-power radio circuit 60 in addition to the same components as the cell controller 100 of FIG.
  • the connection destination of the CPU 33 is switched to either the RFID circuit 40 or the low power radio circuit 60 under the control of the CPU 33.
  • each cell controller 101 can select either the RFID circuit 40 or the low-power wireless circuit 60 and perform wireless communication using this.
  • each cell controller 101 can perform semi-passive wireless communication with the battery controller 201 as described in the first embodiment.
  • each cell controller 101 can perform low power wireless communication with the host controller 300.
  • Which wireless communication function is used may be determined based on a predetermined setting condition or the like, or may be determined according to an instruction from the battery controller 201 or the host controller 300.
  • the RFID circuit 40 or the low-power radio circuit 60 is selected according to the set value stored in a predetermined storage area in the memory 34, the above switching operation can be performed by rewriting the set value. it can.
  • each cell controller 101 includes the low power radio circuit 60 for performing radio communication with the host controller 300. Since it did in this way, wireless communication can be performed between each cell controller 101 and the high-order controller 300, without going through the battery controller 201. FIG. Therefore, it is possible to reduce the processing load on the battery controller 201 and cope with the failure of the battery controller 201.
  • the timing at which the measurement information is transmitted from the cell controller 100 or 101 to the battery controller 200 or 201 or the host controller 300 may be variable. For example, if the measurement information is within the normal value range, the measurement information is transmitted every second, while if the measurement information is out of the normal value range, the measurement information is sent every 0.1 second. Send. In this way, when overcharge or overdischarge occurs in each battery cell, it can be detected immediately and power consumption during normal operation can be reduced.
  • the present invention may be applied to other battery systems.
  • the present invention can also be applied to a battery system before being mounted on a vehicle stored in a warehouse or the like.
  • the battery controller 200 and each cell controller 101 may perform wireless communication with an apparatus used for inventory management or shipping inspection, for example. If it does in this way, in the said apparatus, the state of each battery cell of the battery system made into the management object or inspection object can be easily acquired by radio

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Abstract

　各電池セルの状態を無線通信により伝送する電池システムにおいて、通信距離を拡張する。各セルコントローラ１００は、対応するセルグループ１０の電池セルから供給される電力を用いて、当該セルグループ１０の各電池セルの状態測定結果をバッテリコントローラ２００へ無線送信する。バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００へ無変調搬送波を連続的に送信する。一方、各セルコントローラ１００は、バッテリコントローラ２００から送信される無変調搬送波に対するインピーダンスを、対応するセルグループ１０の各電池セルの状態測定結果に応じて所定のタイミングで変化させる。これにより、セルグループ１０の各電池セルの状態測定結果をバッテリコントローラ２００へ無線送信する。

Description

電池システム
　本発明は、電池システムに関する。
　現在、地球環境問題が大きくクローズアップされる中、地球温暖化防止の為に、炭酸ガスの排出削減が求められている。たとえば、炭酸ガスの大きな排出源となっているガソリンエンジンの自動車については、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などへの代替が始まっている。ハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力用電源として代表的な大型二次電池は、高出力、大容量であることが必要である。そのため、これを構成する蓄電池モジュールは、一般的に、複数の電池セルを直並列接続して構成されている。
　大容量の二次電池としては、リチウムイオン電池が広く知られている。リチウムイオン電池の取扱いでは、高電圧充電の防止や過放電による性能低下の防止などの措置が必要となる。そのため、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に搭載され、各電池セルにリチウムイオン電池を用いて構成される蓄電池モジュールは、一般に、電圧、電流、温度などの電池状態を電池セルごとに監視する機能を持っている。
　上記のような各電池セルの状態を監視する装置としては、たとえば下記の特許文献１に開示される状態監視装置が知られている。この状態監視装置は、各電池セルの電圧値を測定するモジュールに電磁誘導型の無線タグを設け、この無線タグを用いて各電池セルの電圧値を読み取り機へ無線信号により送信する。これにより、配線や絶縁に要するコストを削減している。
特開２００５－１３５７６２号公報
　上記の状態監視装置において用いられている電磁誘導型の無線タグは、一般に通信距離が数ｃｍ～数十ｃｍ程度と短い。そのため、無線タグと読み取り機の間のレイアウトに自由度が少なく、装置の構造に制限を及ぼす可能性がある。
　そこで、本発明の主な目的は、各電池セルの状態を無線通信により伝送する電池システムにおいて、通信距離を拡張することにある。
　本発明による電池システムは、複数の電池セル又は１つの電池セルにより構成されるセルグループと、セルグループに対応して設けられ、セルグループの各電池セルの状態を測定するセルコントローラと、セルコントローラとの間で無線通信を行うバッテリコントローラと、を備え、セルコントローラは、セルグループの電池セルから供給される電力を用いて、セルグループの各電池セルの状態測定結果をバッテリコントローラへ無線送信する。
　本発明によれば、各電池セルの状態を無線通信により伝送する電池システムにおいて、通信距離を拡張することができる。
本発明の一実施形態による電池システムを含む車載システムの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による電池システムの基本構成図である。 バッテリコントローラからセルコントローラへの無線送信方法の説明図である。 セルコントローラからバッテリコントローラへの無線送信方法の説明図である。 本発明の第２の実施形態による電池システムの基本構成図である。 本発明の第３の実施形態による電池システムの基本構成図である。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の一実施形態による電池システムを含む車載システムの構成を示す図である。図１に示す車載システムは、ハイブリッド電気自動車や電気自動車等の車両に搭載されるものであり、電池システム１、インバータ２、モータ３、リレーボックス４および上位コントローラ３００を備える。
　電池システム１には、複数の電池セルによってそれぞれ構成される複数のセルグループ１０が備えられており、各セルグループ１０に対応して、セルコントローラ１００がそれぞれ設けられている。各セルコントローラ１００は、セルグループ１０の各電池セルの状態（電圧、電流、温度等）を測定する。そして、セルグループ１０の電池セルから供給される電力を用いて、バッテリコントローラ２００との間で無線通信を行い、セルグループ１０の各電池セルの状態測定結果をバッテリコントローラ２００へ無線送信する。このとき行われる無線通信の詳細については、後で説明する。
　バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００から、当該セルコントローラ１００に対応するセルグループ１０の各電池セルの状態測定結果を取得する。そして、取得した各電池セルの状態測定結果に基づいて、各電池セルの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）や劣化状態（ＳＯＨ：State of Health）を推定し、その推定結果を上位コントローラ３００へ送信する。
　上位コントローラ３００は、バッテリコントローラ２００から送信された各電池セルの充電状態や劣化状態の推定結果に基づいて、インバータ２やリレーボックス４を制御する。インバータ２は、リレーボックス４が導通状態のときに各セルグループ１０から供給される直流電力を三相交流電力に変換してモータ３へ供給することにより、モータ３を回転駆動させて車両の駆動力を発生させる。また、車両の制動時には、モータ３により発生された三相交流回生電力を直流電力に変換して各セルグループ１０へ出力することにより、各セルグループ１０の電池セルを充電する。こうしたインバータ２の動作は、上位コントローラ３００によって制御される。
　図２は、本発明の第１の実施形態による電池システムの基本構成図である。この基本構成図では、図１に示した車載システムの各構成のうち、セルグループ１０、セルコントローラ１００、バッテリコントローラ２００および上位コントローラ３００を基本構成要素として示している。
　図２において、バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００との間で無線通信を行う。この無線通信により、バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００に対して、対応するセルグループ１０の各電池セルの測定情報やセルバランシング等を要求することができる。バッテリコントローラ２００からの要求に応答して、各セルコントローラ１００は、対応するセルグループ１０の各電池セルの測定情報をバッテリコントローラ２００へ送信したり、セルバランシングを実行したりする。
　上位コントローラ３００は、バッテリコントローラ２００との間で無線通信を行う。この無線通信により、上位コントローラ３００は、バッテリコントローラ２００に対して、各電池セルの充電状態や劣化状態の推定を要求することができる。上位コントローラ３００からの要求に応答して、バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００から送信されたセルグループ１０の各電池セルの測定情報に基づいて各電池セルの充電状態や劣化状態を推定し、その結果を上位コントローラ３００へ送信する。
　なお、バッテリコントローラ２００と各セルコントローラ１００の間の無線通信では、比較的短い通信距離（数ｍ程度）を有する無線方式として、いわゆるセミパッシブ方式の無線タグを用いた無線通信が利用される。一方、上位コントローラ３００とバッテリコントローラ２００の間の無線通信では、比較的長い通信距離（数百ｍ程度）を有する無線方式として、いわゆる小電力無線通信が利用される。この小電力無無線通信には、たとえばIEEE802.15.4などの無線方式を使用することができる。
　各セルコントローラ１００は、対応するセルグループ１０の各電池セルに対してそれぞれ設けられた複数のセンサ２０と、処理部３０と、ＲＦＩＤ回路４０と、アンテナ５０とを有している。処理部３０は、電源回路３１と、ＡＤ変換器３２と、ＣＰＵ３３と、メモリ３４により構成される。各センサ２０は、セルグループ１０の各電池セルの状態を測定するためのセンサであり、電圧センサ、電流センサ、温度センサ等によって構成される。センサ２０による電池セル状態の測定結果は、ＡＤ変換器３２によりデジタル信号に変換され、測定情報としてＣＰＵ３３へ出力される。このセンサ２０およびＡＤ変換器３２により、セルグループ１０の各電池セルの状態を測定する測定回路が構成される。
　電源回路３１は、セルグループ１０の電池セルから供給される電力を受け、これに基づいて、電源電圧ＶｃｃおよびＶｄｄを発生する。電源電圧Ｖｃｃは、ＡＤコンバータ３２やＣＰＵ３３の動作電源として用いられ、電源電圧Ｖｄｄは、ＲＦＩＤ回路４０の動作電源として用いられる。なお、電源回路３１は、セルグループ１０を構成する各電池セルのうち、少なくともいずれか１つの電池セルから電力供給を受けることができる。
　ＣＰＵ３３は、セルコントローラ１００の動作を制御するための処理を実行する。たとえば、ＡＤ変換器３２から出力された各電池セルの測定情報をメモリ３４に記憶させると共に、バッテリコントローラ２００からの要求に応じて、メモリ３４に記憶された測定情報をバッテリコントローラ２００へ無線送信するための送信処理を行う。この送信処理において、ＣＰＵ３３は、メモリ３４から読み出した測定情報に応じてＲＦＩＤ回路４０を制御することにより、バッテリコントローラ２００から送信される無線信号に対するアンテナ５０のインピーダンスを変化させる。これにより、バッテリコントローラ２００からの無線信号に対する反射波として、各電池セルの状態に応じた測定情報をバッテリコントローラ２００へ送信する。なお、この点については、後で詳しく説明する。また、バッテリコントローラ２００からバランシング要求が送信されると、ＣＰＵ３３は、不図示のバランシングスイッチを制御することにより、セルグループ１０の各電池セルの充電状態を均一化するためのバランシング処理を行う。これ以外にも、様々な処理をＣＰＵ３３において実行することができる。
　ＲＦＩＤ回路４０は、セルコントローラ１００をセミパッシブ方式の無線タグとして動作させるための無線通信回路である。バッテリコントローラ２００から送信されてアンテナ５０により受信された無線信号は、ＲＦＩＤ回路４０により復調されてＣＰＵ３３へ出力される。これにより、バッテリコントローラ２００からの要求内容がＣＰＵ３３により解読され、その要求内容に応じた処理がＣＰＵ３３において実行される。また、ＲＦＩＤ回路４０は、電源電圧Ｖｄｄを用いて、バッテリコントローラ２００からの無線信号に対するアンテナ５０のインピーダンスを、送信すべき測定情報に応じて、所定の通信レートに従ったタイミングで変化させる。これにより、バッテリコントローラ２００から送信される無線信号の反射波として、セルグループ１０の各電池セルの状態に応じた測定情報がセルコントローラ１００からバッテリコントローラ２００へ送信される。なお、このときのＲＦＩＤ回路４０の動作については、後で詳細に説明する。
　バッテリコントローラ２００は、リードライト（Ｒ／Ｗ）回路２１０、ＣＰＵ２２０、電源回路２３０、メモリ２４０およびアンテナ２５０を備える。電源回路２３０は、バッテリコントローラ２００に内蔵された電池から供給される電力に基づいて、セルコントローラ１００の電源回路３１と同様に、電源電圧ＶｃｃおよびＶｄｄを発生する。なお、バッテリコントローラ２００に電池を内蔵せず、外部から供給される電力を用いてもよい。
　ＣＰＵ２２０は、リードライト回路２１０およびメモリ２４０の動作を制御する。リードライト回路２１０は、ＣＰＵ２２０の制御に応じて動作し、アンテナ２５０を介して、セルコントローラ１００や上位コントローラ３００との間で無線通信を行う。このリードライト回路２１０は、前述のセミパッシブ方式の無線タグを用いた無線通信機能と、小電力無線通信機能との両方を有しており、通信相手に応じていずれかを選択的に使用することができる。
　上位コントローラ３００は、小電力無線回路３１０、ＣＰＵ３２０、インタフェース回路３３０、電源回路３４０、メモリ３５０およびアンテナ３６０を備える。電源回路３４０は、バッテリコントローラ２００の電源回路２３０と同様に、上位コントローラ３００に内蔵された電池から供給される電力に基づいて、電源電圧ＶｃｃおよびＶｄｄを発生する。なお、上位コントローラ３００に電池を内蔵せず、外部から供給される電力を用いてもよい。
　ＣＰＵ３２０は、小電力無線回路３１０、インタフェース回路３３０およびメモリ３５０の動作を制御する。小電力無線回路３１０は、ＣＰＵ３２０の制御に応じて動作し、アンテナ３６０を介して、バッテリコントローラ２００との間で小電力無線方式による無線通信を行う。インタフェース回路３３０は、上位コントローラ３００と外部装置（たとえば、図１のインバータ２）との間で行われるデータ通信のインタフェース処理を行う。
　次に、セルコントローラ１００とバッテリコントローラ２００の間で行われる無線通信について説明する。図３は、バッテリコントローラ２００からセルコントローラ１００への無線送信方法の説明図である。
　バッテリコントローラ２００からセルコントローラ１００への無線送信を行う際、バッテリコントローラ２００は、図３に示すように、リードライト回路２１０からアンテナ２５０を介して、搬送波周波数の振幅を送信データに応じて変化させたＡＳＫ変調波をセルコントローラ１００へ送信する。このＡＳＫ変調波は、セルコントローラ１００においてアンテナ５０により受信され、ＲＦＩＤ回路４０内の復調器４１により復調される。復調器４１は、受信したＡＳＫ変調波を復調することでクロックとデータを再生し、受信データとしてＣＰＵ３３へ出力する。受信データは、ＣＰＵ３３によりメモリ３４に記憶され、必要に応じて読み出される。
　なお、図３ではＡＳＫ変調波を用いた例を説明したが、他の変調方式を用いてもよい。たとえば、搬送波周波数の位相を送信データに応じて変化させたＰＳＫ変調波を用いたり、これらを組み合わせた変調方式を用いたりすることができる。
　図４は、セルコントローラ１００からバッテリコントローラ２００への無線送信方法の説明図である。
　セルコントローラ１００からバッテリコントローラ２００への無線通信を行う際、バッテリコントローラ２００は、図４に示すように、リードライト回路２１０からアンテナ２５０を介して、無変調の搬送波を連続的に送信する。一方、セルコントローラ１００は、ＲＦＩＤ回路４０内の変調器４２において、所定の通信レートに従って、アンテナ５０のインピーダンスを送信データに応じて変化させる。たとえば、変調器４２内にインピーダンス整合回路とスイッチを設け、このスイッチを送信データのビットが「１」である場合と「０」である場合とで切り替えることにより、インピーダンス整合回路とアンテナ５０の間の接続状態を制御して、インピーダンスを変化させる。なお、このときのスイッチの動作電源には、対応するセルグループ１０の電池セルから供給される電力に基づいて電源回路３１により生成された前述の電源電圧Ｖｄｄが用いられる。
　上記のようにしてアンテナ５０のインピーダンスを変化させながら、バッテリコントローラ２００から送信される無変調搬送波をセルコントローラ１００が受信すると、そのときのインピーダンスの状態に応じた反射波がアンテナ５０から送信される。すなわち、インピーダンス整合が取れた状態でバッテリコントローラ２００からの無変調搬送波を受信した場合は、アンテナ５０において無変調搬送波が全て吸収されるため、反射波は送信されない。一方、インピーダンス整合が取れていない状態でバッテリコントローラ２００からの無変調搬送波を受信した場合は、無変調搬送波の一部がアンテナ５０から反射波として送信される。このようにして、バッテリコントローラ２００からの無変調搬送波に対する反射波を送信データに応じて変化させることで、セルコントローラ１００からバッテリコントローラ２００への無線通信を行うことができる。
　ここで、本発明の無線通信方式による通信距離について説明する。従来のパッシブ方式による電磁誘導型の無線タグでは、読み取り機から送信された無線信号の受信電力を利用して、無線タグから読み取り機への無線通信を行う必要がある。この場合の通信距離は、一般的に数ｃｍ程度である。
　一方、本発明の無線通信方式では、前述のように、各セルコントローラ１００において、対応するセルグループ１０の電池セルから供給される電力を用いて、アンテナ５０のインピーダンスを変化させる。これにより、無変調搬送波に対する反射波を利用したセミパッシブ方式の無線通信が行われる。
　一般に、自由空間における無線信号の伝播ロスＬ（ｄＢ）は、以下の式（１）により表すことができる。式（１）において、ｄ（ｍ）はアンテナ間の距離を表し、λ（ｍ）は無線信号の波長を表している。
　Ｌ＝２０ｌｏｇ（４πｄ／λ）　・・・（１）
　ここで、読み取り機であるバッテリコントローラ２００のリードライト回路２１０における送信電力を１Ｗ（３０ｄＢｍ）とし、最小受信感度を－８０ｄＢｍとする。この場合、往復の伝播ロスが１１０ｄＢ以下の範囲内で、セルコントローラ１００からバッテリコントローラ２００への無線通信が可能である。すなわち、伝播ロスＬ＝５５ｄＢに相当する距離が通信距離となる。
　たとえば、無線信号の周波数を９００ＭＨｚ（λ＝０．３３ｍ）とした場合、上記の式（１）においてＬ＝５５ｄＢとすると、通信距離はｄ＝１４．９ｍと求められる。したがって、本発明によるセミパッシブ方式の無線通信では、前述のような従来のパッシブ方式の無線通信の場合と比べて、通信距離を拡張できることが分かる。
　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）電池システム１において、各セルコントローラ１００は、対応するセルグループ１０の電池セルから供給される電力を用いて、当該セルグループ１０の各電池セルの状態測定結果をバッテリコントローラ２００へ無線送信する。このようにしたので、各電池セルの状態を無線通信により伝送する電池システム１において、通信距離を拡張することができる。
（２）バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００へ無変調搬送波を連続的に送信する。一方、各セルコントローラ１００は、バッテリコントローラ２００から送信される無変調搬送波に対するインピーダンスを、対応するセルグループ１０の各電池セルの状態測定結果に応じて所定のタイミングで変化させる。これにより、セルグループ１０の各電池セルの状態測定結果をバッテリコントローラ２００へ無線送信する。このようにしたので、各セルコントローラ１００での消費電力を抑えつつ、通信距離を拡張することができる。
（３）各セルコントローラ１００は、対応するセルグループ１０の各電池セルの状態を測定するための測定回路を構成するセンサ２０およびＡＤ変換器３２と、電源回路３１と、アンテナ５０と、ＲＦＩＤ回路４０とを備える。ＲＦＩＤ回路４０は、電源回路３１により発生された電源電圧Ｖｄｄを用いて、センサ２０およびＡＤ変換器３２により測定されたセルグループ１０の各電池セルの状態に応じて、アンテナ５０のインピーダンスを変化させる。このようにしたので、各セルコントローラ１００において、対応するセルグループ１０の各電池セルの状態を確実に測定し、その測定結果をバッテリコントローラ２００へ送信することができる。
（４）バッテリコントローラ２００は、各セルコントローラ１００との間で行われる無線通信とは異なる無線方式を用いて、上位コントローラ３００との間で無線通信を行う。このようにしたので、バッテリコントローラ２００と上位コントローラ３００の間の配線を省略し、さらなる低コスト化を図ることができる。
（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態による電池システムの基本構成図である。本実施形態の電池システムは、第１の実施形態で説明した電池システム１と同様に、図１に示した車載システムにおいて備えられるものである。この電池システムと、第１の実施形態で説明した電池システム１との違いは、図２のバッテリコントローラ２００に替えて、バッテリコントローラ２０１を有する点である。なお、図５では、上位コントローラ３００を省略している。
　バッテリコントローラ２０１には、図２のバッテリコントローラ２００と同様の各構成要素に加えて、上位コントローラ３００との間で有線通信を行なうためのインタフェース回路２６０がさらに設けられている。このインタフェース回路２６０により、通信用ケーブルを介してバッテリコントローラ２０１を上位コントローラ３００に接続して、バッテリコントローラ２０１と上位コントローラ３００の間で必要なデータの送受信を行うことができる。
　なお、本実施形態のバッテリコントローラ２０１では、前述の第１の実施形態とは異なり、リードライト回路２１０が小電力無線通信機能を有していなくてもよい。すなわち、本実施形態において、リードライト回路２１０は、各セルコントローラ１００との間で無線通信を行うために、セミパッシブ方式の無線タグを用いた無線通信機能を有していればよい。
　以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、バッテリコントローラ２０１は、上位コントローラ３００との間で有線通信を行うためのインタフェース回路２６０を備える。このようにしたので、バッテリコントローラ２０１において、リードライト回路２１０の小電力無線通信機能を省略できるため、低コスト化を図ることができる。
（第３の実施形態）
　図６は、本発明の第３の実施形態による電池システムの基本構成図である。本実施形態の電池システムは、第１の実施形態で説明した電池システム１と同様に、図１に示した車載システムにおいて備えられるものである。この電池システムと、第１の実施形態で説明した電池システム１との違いは、図２のセルコントローラ１００に替えてセルコントローラ１０１を有する点と、前述の第２の実施形態と同様のバッテリコントローラ２０１を有する点である。
　各セルコントローラ１０１には、図２のセルコントローラ１００と同様の各構成要素に加えて、小電力無線回路６０がさらに設けられている。各セルコントローラ１０１では、ＣＰＵ３３の制御により、ＣＰＵ３３の接続先をＲＦＩＤ回路４０または小電力無線回路６０のどちらかに切り替える。この切り替え動作により、各セルコントローラ１０１は、ＲＦＩＤ回路４０または小電力無線回路６０のいずれか一方を選択し、これを用いて無線通信を行うことができる。
　ＲＦＩＤ回路４０を選択した場合、各セルコントローラ１０１は、第１の実施形態で説明したように、バッテリコントローラ２０１との間でセミパッシブ方式の無線通信を行うことができる。一方、小電力無線回路６０を選択した場合、各セルコントローラ１０１は、上位コントローラ３００との間で小電力無線方式の無線通信を行うことができる。なお、どちらの無線通信機能を用いるかは、予め定められた設定条件等に基づいて決定してもよいし、バッテリコントローラ２０１または上位コントローラ３００からの指示に応じて決定してもよい。たとえば、メモリ３４内の所定の記憶領域に記憶されている設定値に従ってＲＦＩＤ回路４０または小電力無線回路６０を選択する場合、この設定値を書き換えることで、上記のような切り替え動作を行うことができる。あるいは、各セルコントローラ１０１において受信した無線信号の周波数や電界強度に基づいて、バッテリコントローラ２０１と上位コントローラ３００のどちらから無線信号が送信されているかを判断し、その判断結果に応じて切り替え動作を行ってもよい。
　以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、各セルコントローラ１０１は、上位コントローラ３００との間で無線通信を行うための小電力無線回路６０を備える。このようにしたので、バッテリコントローラ２０１を介さずに、各セルコントローラ１０１と上位コントローラ３００の間で無線通信を行うことができる。そのため、バッテリコントローラ２０１の処理負荷を軽減すると共に、バッテリコントローラ２０１の故障時にも対処可能である。
　なお、以上説明した各実施の形態において、セルコントローラ１００または１０１からバッテリコントローラ２００または２０１、あるいは上位コントローラ３００へ測定情報を送信するタイミングを可変としてもよい。たとえば、測定情報が正常値の範囲内である場合は、測定情報を１秒ごとに送信する一方で、測定情報が正常値の範囲を外れている場合は、測定情報を０．１秒ごとに送信する。このようにすれば、各電池セルにおいて過充電や過放電が生じたときには即時に検知できると共に、正常時の消費電力を低減することができる。
　また、以上説明した各実施の形態では、図１の車載システムに含まれる電池システムにおける適用例を説明したが、本発明を他の電池システムに適用してもよい。たとえば、倉庫等に保管されている車載前の電池システムにおいても、本発明を適用可能である。その場合、上位コントローラ３００に替えて、たとえば在庫管理や出荷検査に用いられる装置との間でバッテリコントローラ２００や各セルコントローラ１０１が無線通信を行うようにしてもよい。このようにすれば、当該装置において、管理対象や検査対象とする電池システムの各電池セルの状態を無線通信により容易に取得することができる。そのため、管理工数や検査工数を低減すると共に、いずれかの電池セルにおいて異常が生じた場合は、その電池セルを容易に特定することができる。
　以上説明した各実施の形態は、単独で適用することも可能であるし、いずれか任意のものを組み合わせて適用することも可能である。また、上記各実施の形態や各種の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。
１０・・・・セルグループ
２０・・・・センサ
３０・・・・処理部
３１・・・・電源回路
３２・・・・ＡＤ変換器
３３・・・・ＣＰＵ
３４・・・・メモリ
４０・・・・ＲＦＩＤ回路
４１・・・・復調器
４２・・・・変調器
５０・・・・アンテナ
６０・・・・小電力無線回路
１００、１０１・・・セルコントローラ
２００、２０１・・・バッテリコントローラ
２１０・・・リードライト回路
２２０・・・ＣＰＵ
２３０・・・電源回路
２４０・・・メモリ
２５０・・・アンテナ
２６０・・・インタフェース回路
３００・・・上位コントローラ
３１０・・・小電力無線回路
３２０・・・ＣＰＵ
３３０・・・インタフェース回路
３４０・・・電源回路
３５０・・・メモリ
３６０・・・アンテナ

Claims (6)

  1. 　複数の電池セル又は１つの電池セルにより構成されるセルグループと、
    　前記セルグループに対応して設けられ、前記セルグループの各電池セルの状態を測定するセルコントローラと、
    　前記セルコントローラとの間で無線通信を行うバッテリコントローラと、を備え、
    　前記セルコントローラは、前記セルグループの電池セルから供給される電力を用いて、前記セルグループの各電池セルの状態測定結果を前記バッテリコントローラへ無線送信する、電池システム。
  2. 　請求項１に記載の電池システムにおいて、
    　前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラへ無変調搬送波を連続的に送信し、
    　前記セルコントローラは、前記バッテリコントローラから送信される無変調搬送波に対するインピーダンスを、前記セルグループの各電池セルの状態測定結果に応じて所定のタイミングで変化させることにより、前記セルグループの各電池セルの状態測定結果を前記バッテリコントローラへ無線送信する、電池システム。
  3. 　請求項２に記載の電池システムにおいて、
    　前記セルコントローラは、
    　前記セルグループの各電池セルの状態を測定するための測定回路と、
    　前記セルグループの電池セルから供給される電力に基づいて電源電圧を発生する電源回路と、
    　前記バッテリコントローラから送信される無変調搬送波を受信するためのアンテナと、
    　前記電源回路により発生された電源電圧を用いて、前記測定回路により測定された前記セルグループの各電池セルの状態に応じて、前記アンテナのインピーダンスを変化させる無線通信回路と、を備える、電池システム。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
    　前記バッテリコントローラは、前記セルコントローラとの間で行われる無線通信とは異なる無線方式を用いて、上位コントローラとの間で無線通信を行う、電池システム。
  5. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
    　前記バッテリコントローラは、上位コントローラとの間で有線通信を行うためのインタフェース回路を備える、電池システム。
  6. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
    　前記セルコントローラは、上位コントローラとの間で無線通信を行うための無線回路を備える、電池システム。
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