WO2015092846A1 - 電池システム、電池セル管理装置 - Google Patents

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WO2015092846A1
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battery cell
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wireless communication
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修子 山内
孝徳 山添
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株式会社日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a battery system and a battery cell management device.
  • a lithium ion battery is widely known as a large capacity secondary battery.
  • it is necessary to take measures such as prevention of high voltage charging and prevention of performance deterioration due to overdischarge. Therefore, in a large-capacity battery system mounted on a hybrid electric vehicle or an electric vehicle and configured using a lithium ion battery in each battery cell, generally, battery conditions such as voltage, current, temperature, etc. are monitored for each battery cell A function of managing the battery state of each battery cell is provided.
  • the power supply device includes wireless communication means for each of the plurality of battery modules connected in series and parallel, and wireless communication means transmits information of each battery module to the control module by the wireless communication means. Thereby, the wiring between each battery module and the control module is omitted, and the configuration of the power supply apparatus can be easily changed.
  • a large-capacity secondary battery system is used not only for the above-mentioned power source for hybrid electric vehicles and electric vehicles but also in various applications.
  • the amount of power generation greatly fluctuates depending on the natural environment. Therefore, in order to alleviate the adverse effect that fluctuations in the amount of power generation have on the power system, temporarily storing power generated in a large-capacity secondary battery system has been performed. Besides this, battery systems are used in various applications.
  • the battery system according to the present invention is provided corresponding to a battery cell group including one or more battery cells, and the battery cell group, and acquires measurement results regarding the charge state of the battery cells of the battery cell group.
  • a battery cell management device and an assembled battery management device that performs wireless communication with the battery cell management device are provided, and a plurality of radio frequencies can be used in the wireless communication.
  • a battery cell management apparatus is connected to a battery cell group constituted by one or more battery cells, and a measurement circuit for measuring the state of each battery cell of the battery cell group, and the battery A power supply circuit that generates a power supply voltage based on power supplied from a battery cell of a cell group, and a radio signal transmitted by any of a plurality of radio frequencies are received, and a radio signal is transmitted by any of the plurality of radio frequencies
  • FIG. 1 is a basic configuration diagram of a battery system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack management device 200 performs wireless communication with each battery cell management device 100.
  • the battery pack management device 200 can request measurement information, cell balancing, and the like of each battery cell of the corresponding battery cell group 10 to each battery cell management device 100.
  • each battery cell management device 100 transmits measurement information of each battery cell of the corresponding battery cell group 10 to the assembled battery management device 200 or performs cell balancing.
  • Each battery cell management device 100 has a plurality of sensors 20 provided for each battery cell of the corresponding battery cell group 10, a processing unit 30, a wireless communication unit 40, and an antenna 50.
  • the processing unit 30 includes a power supply circuit 31, an AD converter 32, a CPU 33, and a memory 34.
  • the memory 34 is not a register memory for calculation in the CPU but refers to a writable storage area for holding logic and information. For example, it is a mask ROM, or a rewritable EEPROM or flash memory.
  • Each sensor 20 is a sensor for measuring the state of each battery cell of the battery cell group 10, and is configured to include at least one or more of a voltage sensor, a current sensor, a temperature sensor, a magnetic 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 is 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
  • Power supply circuit 31 receives power supplied from the battery cells of battery cell group 10, and generates power supply voltages Vcc and Vdd based thereon.
  • the power supply voltage Vcc is used as an operation power supply of the AD converter 32 and the CPU 33, and the power supply voltage Vdd is used as an operation power supply of the wireless communication unit 40.
  • the power supply circuit 31 can receive power supply from at least one of the battery cells constituting the battery cell group 10.
  • the CPU 33 executes a process for controlling the operation of the battery cell management device 100.
  • the measurement information of each battery cell output from the AD converter 32 is transmitted, and is stored in the memory 34 in response to a request from the battery pack management device 200, or in response to a request from the battery pack management device 200.
  • transmission processing for wirelessly transmitting the measurement information stored in the memory 34 to the battery pack management device 200 is performed.
  • reception and transmission processing of information written and read at the request of the battery cell management apparatus, such as flag information at the time of abnormality, individual information, etc. stored in the memory 34 is performed.
  • the CPU 33 transmits measurement information according to the state of each battery cell to the battery pack management apparatus 200 by controlling the wireless communication unit 40 according to the information to be transmitted. Do. In addition, when a balancing request is transmitted from the assembled battery management device 200, the CPU 33 controls the balancing switch (not shown) to perform the balancing process for equalizing the charge states of the battery cells of the battery cell group 10. Do. In addition to this, various processes can be executed by the CPU 33.
  • the function of the CPU 33 as described above may be realized by a logic circuit.
  • the wireless communication unit 40 is a circuit that executes processing and control for the battery cell management device 100 to perform wireless communication with the battery pack management device 200.
  • the wireless signal transmitted from the battery pack management device 200 and received by the antenna 50 is demodulated by the wireless communication unit 40 and output to the CPU 33.
  • the request content from the battery pack management device 200 is decoded by the CPU 33, and processing according to the request content is executed in the CPU 33.
  • the wireless communication unit 40 modulates the obtained measurement information in accordance with a predetermined transmission frequency using the power supply voltage Vdd supplied from the power supply circuit 31, and outputs the modulated measurement information to the antenna 50.
  • measurement information according to the state of each battery cell of the battery cell group 10 is transmitted from the battery cell management device 100 to the battery pack management device 200.
  • the specific configuration and operation of the wireless communication unit 40 will be described in detail later.
  • the assembled battery management device 200 includes a wireless communication unit 210, a CPU 220, a power supply circuit 230, a memory 240, and an antenna 250. Similar to the power supply circuit 31 of the battery cell management apparatus 100, the power supply circuit 230 generates the power supply voltages Vcc and Vdd based on the power supplied from the battery built in the battery pack management apparatus 200. Note that power may be supplied from the outside without incorporating the battery in the battery pack management device 200.
  • the CPU 220 controls the operation of the wireless communication unit 210 and the memory 240.
  • the wireless communication unit 210 operates in accordance with the control of the CPU 220, and executes processing and control for the battery pack management device 200 to perform wireless communication with each battery cell management device 100.
  • the wireless communication unit 210 uses the power supply voltage Vdd supplied from the power supply circuit 230 to modulate a request for measurement information to each battery cell management apparatus 100 in accordance with a predetermined transmission frequency, and outputs the modulated information to the antenna 250.
  • measurement information corresponding to the state of each battery cell of the battery cell group 10 is transmitted from each battery cell management device 100 to the battery pack management device 200 by a wireless signal.
  • the wireless signal transmitted from each battery cell management apparatus 100 and received by the antenna 250 is demodulated by the wireless communication unit 210 and output to the CPU 220.
  • the measurement information acquired by each battery cell management apparatus 100 is decoded by the CPU 220, and processing according to the contents is executed as necessary.
  • the battery pack management device 200 performs wireless communication with each battery cell management device 100 to acquire the battery state detected by each battery cell management device 100.
  • the battery pack management device 200 operates as a master that leads communication, and each battery cell management device 100 operates as a slave that performs communication according to an instruction of the master.
  • Each battery cell management device 100 transmits the result to the battery pack management device 200 as necessary after performing the operation according to the request of the battery pack management device 200.
  • the wireless communication between the battery pack management device 200 and each battery cell management device 100 can be performed using a plurality of frequencies. This point will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of an electrically powered system including a battery system according to an embodiment of the present invention.
  • the electric system shown in FIG. 2 is an example in which the battery system 1 configured as described above is applied to a vehicle electric system, and the battery system 1, the inverter 2, the motor 3, the relay box 4 and the host controller 5 And
  • the battery system 1 is provided with one or more battery cell groups 10 each configured of one or more battery cells, and the battery cell management apparatus 100 respectively corresponds to each of the battery cell groups 10. It is provided.
  • Each battery cell management device 100 measures information (voltage, etc.) necessary to detect the state of charge (SOC) or the state of health (SOH) of the battery cell group 10 and the state of health (SOH). Current, temperature etc.) Then, wireless communication is performed with the assembled battery management device 200 using the power supplied from the battery cells of the battery cell group 10, and the measurement results and needs for monitoring the state of charge or deterioration of the battery cell group 10 and abnormality monitoring Such information and information requested from the battery pack management device are transmitted to the battery pack management device 200. The details of the communication performed at this time will be described later.
  • the battery pack management device 200 acquires, from each battery cell management device 100, measurement results regarding the charge state and the deterioration state of the battery cell group 10 corresponding to the battery cell management device 100. And based on the acquired measurement result, the charge condition and degradation state of each battery cell group 10 are estimated, and the estimation result is transmitted to the host controller 5.
  • the host controller 5 controls the inverter 2 and the relay box 4 based on the estimation result of the charge state and the deterioration state of each battery cell group 10 transmitted from the battery pack management device 200.
  • the inverter 2 converts the DC power supplied from each battery cell group 10 into three-phase AC power when the relay box 4 is in the conductive state, and supplies it to the motor 3 to drive the motor 3 to rotate and drive the motor 3.
  • the battery cells of each battery cell group 10 are converted by converting the three-phase AC regenerative power generated by the motor 3 into DC power and outputting the DC power to each battery cell group 10. To charge.
  • the operation of the inverter 2 is controlled by the upper controller 5.
  • the battery system 1 can be used for various applications other than the electric system as shown in FIG.
  • an on-vehicle system mounted on a vehicle such as a hybrid electric vehicle or an electric vehicle to make the vehicle travel by the driving force of the motor 3, or an industrial system installed in a factory etc. operating an industrial machine by the driving force of the motor 3.
  • the battery system 1 can be used in common.
  • the battery system 1 can be applied to various electric powered systems utilizing the driving force of the motor 3. That is, the battery system 1 is highly versatile applicable to various applications, and the configuration according to the application is taken.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a basic operation of the battery system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • each battery cell of the battery cell group 10 to which each battery cell management apparatus 100 is connected is illustrated on behalf of one battery cell.
  • the assembled battery management device 200 shown in FIGS. 1 and 2 is illustrated as an in-vehicle assembled battery management device 200a shown in (a) or an industrial assembled battery management device 200b shown in (b).
  • the in-vehicle assembled battery management device 200 a represents the assembled battery management device 200 when the battery system 1 is applied to an in-vehicle system, and the industrial assembled battery management device 200 b applies the battery system 1 in an industrial system.
  • the assembled battery management device 200 is shown.
  • the in-vehicle assembled battery management device 200 a performs wireless communication with each of the battery cell management devices 100 using a 2.4 GHz band radio frequency.
  • This frequency band is a frequency band mainly used in equipment for industry, science and medicine in Japan and other countries, and is widely used in wireless LAN and the like. In wireless communication performed using a radio frequency in this frequency band, high-speed and highly reliable communication is generally possible in a short distance of about 2 m or less.
  • the industrial battery pack managing apparatus 200b performs wireless communication with each battery cell managing apparatus 100 using a 900 MHz band radio frequency.
  • This frequency band is a frequency band used in wireless tags (RFIDs) in Japan and other countries.
  • RFIDs wireless tags
  • wireless communication performed using a radio frequency in this frequency band generally, communication over a relatively long distance is possible, and communication is also possible in an environment in which there is an obstacle on the way.
  • Each of the battery cell management devices 100 also receives a wireless signal transmitted using different frequencies in combination with the in-vehicle assembled battery management device 200a or in combination with the industrial assembled battery management device 200b.
  • a radio signal can be transmitted to the in-vehicle assembled battery management device 200a or the industrial assembled battery management device 200b using the same frequency as the transmitted frequency.
  • the battery system 1 can be used for the communication distance between the battery pack management apparatus 200 (the in-vehicle battery pack management apparatus 200a or the industrial battery pack management apparatus 200b) and each battery cell management apparatus 100, and the use of the battery system 1 Accordingly, the radio frequency used in the wireless communication between the battery pack management device 200 and each battery cell management device 100 can be changed.
  • the battery pack management apparatus 200 shown as the industrial battery pack management apparatus 200b in FIG. 3 (b) can be used individually for the battery system (for example, for automotive or The state of the battery may be confirmed regardless of whether it is for an industrial power storage device or the like. That is, the battery system 1 may be used for applications other than this, and wireless communication may be performed in a frequency band different from the above.
  • the battery system 1 may be realized in any configuration as long as a plurality of radio frequencies can be used in wireless communication performed between the battery pack management device 200 and each battery cell management device 100.
  • FIG. 4 is an example of a functional block diagram of the battery cell management device 100.
  • the battery cell management device 100 includes functional blocks of a control circuit unit 33 a, a transmission processing unit 33 b, and a reception processing unit 33 c in the processing unit 30.
  • the measurement information 34a, the battery control parameter 34b, the battery use history 34c and the management information 34d are recorded in the memory 34
  • the wireless communication unit 40 includes the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 and the second frequency band.
  • a modulation / demodulation circuit 42 and a frequency determination / selection unit 43 are provided.
  • the measurement information 34a is measurement information from the sensor 20 indicating the measurement result of the state of each battery cell of the battery cell group 10 to which the battery cell management device 100 is connected.
  • the measurement information 34a is sequentially recorded as the measurement information 34a.
  • the battery control parameter 34b is parameter information used in control of each battery cell, and includes, for example, an internal resistance value, an SOC-OCV curve, various constants for calculation, initial values of these, and the like.
  • the content of the battery control parameter 34 b is read only before the start of the battery state calculation of the assembled battery management device 200 based on the request transmitted from the assembled battery management device 200. If necessary for maintenance, etc., it is updated as needed.
  • the battery use history 34c is information on the use condition of each battery cell, and includes, for example, the powering time, the deterioration degree of the capacity, the deterioration degree of the resistance, the accumulated working capacity, the maximum and minimum voltage, the average working voltage, the presence or absence of an abnormality flag, etc. Contains at least one or more pieces of information.
  • the content of the battery use history 34 c is appropriately updated when the battery cell management device 100 is put into the sleep state in response to the stop request from the battery pack management device 200.
  • the management information 34 d is information for managing each battery cell, and includes, for example, information such as a manufacturing history, a management number, a manufacturing number, and a specification. The content of the management information 34d is determined in advance and is not usually rewritten.
  • the control circuit unit 33a corresponds to a portion in charge of processing calculation of the AD converter 32 and the CPU 33 in FIG. 1, and the voltage, current, and temperature of each battery cell of the cell group 10 measured by the sensor 20 described above. And so on according to the request of the reception processing unit 33c.
  • the acquired information is sequentially sent to the wireless communication unit 40 by the transmission processing unit 33 b, and the assembled battery management apparatus 200 at the first or second frequency according to the radio frequency from the assembled battery management apparatus 200 from the wireless communication unit 40.
  • the measurement information 34a is recorded in the memory 34.
  • the control circuit unit 33 a also performs balancing processing on each battery cell of the cell group 10 in response to the balancing request transmitted from the assembled battery management device 200, or a memory in response to a transmission request from the assembled battery management device 200.
  • the various information recorded in 34 is read out, and processing to be transmitted from the wireless communication unit 40 through the transmission processing unit 33b is performed.
  • the transmission processing unit 33b is a function realized by the CPU 33 in FIG. 1 and generates transmission information in a predetermined format based on the information from the control circuit unit 33a in response to a request from the battery pack management device 200. .
  • the transmission information generated by the transmission processing unit 33 b is output to the wireless communication unit 40.
  • the reception processing unit 33c is a function realized by the CPU 33 in FIG. 1, receives the reception information output from the wireless communication unit 40 that has received the wireless signal from the battery pack management device 200, and includes various information included in the reception information. Information is recorded in the memory 34 through the control circuit unit 33a. As a result, the contents of the battery control parameter 34b and the like stored in the memory 34 are updated.
  • the control circuit performs processing according to the contents. Let the unit 33a execute.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 and the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 are one of the radio frequencies used in the radio communication between the battery cell management device 100 and the battery pack management device 200. Respectively.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 corresponds to the aforementioned 2.4 GHz band radio frequency
  • the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 corresponds to the aforementioned 900 MHz band radio frequency.
  • the frequency determination and selection unit 43 selects either the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 or the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 according to the frequency of the radio signal transmitted from the battery pack management device 200.
  • the assembled battery management device 200 of FIG. 1 transmits a wireless signal including a transmission request of each information recorded in the memory 34 to the battery cell management device 100 when the power is turned on and the CPU 220 is activated. .
  • this wireless signal is received by the antenna 50 in the battery cell management device 100, the wireless signal is input to the wireless communication unit 40.
  • the frequency determination and selection unit 43 determines the frequency of the wireless signal received from the battery pack management device 200, and either the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 or the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 Choose The following description will be made by taking the case where the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 is selected as an example, but the same applies to the case where the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 is selected.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 demodulates the radio signal transmitted from the radio communication unit 40 and received by the antenna 50 to acquire reception information from the radio signal, and outputs the reception information to the reception processing unit 33 c.
  • the control circuit unit 33a, the transmission processing unit 33b, and the reception processing unit 33c are in the sleep state to minimize the dark current and suppress the power consumption of each battery cell when the battery system 1 is in the non-operating state.
  • the wireless communication unit 40 receives a wireless signal from the battery pack management device 200, these sleep states are released.
  • the reception processing unit 33c decodes the received information acquired by the first frequency band modulation / demodulation circuit 41, and outputs a command at the time of activation to the control circuit unit 33a and the transmission processing unit 33b.
  • the control circuit unit 33a measures the state of each battery cell of the battery cell group 10 at the time of start-up in accordance with the command from the reception processing unit 33c. The measured value is output as it is from the control circuit unit 33a to the transmission processing unit 33b, and is recorded as measurement information 34a in the memory 34 as needed.
  • the transmission processing unit 33 b generates transmission information based on the information from the control circuit unit 33 a and outputs the transmission information to the wireless communication unit 40.
  • the transmission information output from the transmission processing unit 33 b is input to the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 in the wireless communication unit 40.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 modulates the input transmission information to generate a radio signal, and transmits the radio signal to the battery pack management device 200 via the antenna 50.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 changes the impedance to the non-modulated carrier wave transmitted from the battery pack management device 200 at a predetermined timing according to the transmission information, thereby to be a reflected wave for the non-modulated carrier wave.
  • Send Send information This point will be described in detail later.
  • the battery pack management device 200 confirms that the battery cell management device 100 has been activated by receiving the radio signal transmitted from the battery cell management device 100 as described above. Thereafter, a radio signal including a request for transmission of measurement information is repeatedly transmitted to battery cell management apparatus 100 at predetermined intervals (for example, a predetermined cycle within the range of 10 ms to 60 s), and accordingly, the battery management apparatus Receive the measurement information sent from 100. On the other hand, the battery cell management device 100 receives a radio signal transmitted from the battery pack management device 200 at a constant interval, and in response thereto, performs the state measurement of each battery cell of the battery cell group 10 at a constant interval. Then, a wireless signal including measurement information based on the measurement result is sent back to the battery pack management device 200.
  • a radio signal including a request for transmission of measurement information is repeatedly transmitted to battery cell management apparatus 100 at predetermined intervals (for example, a predetermined cycle within the range of 10 ms to 60 s), and accordingly, the battery management apparatus Receive the measurement information sent from 100.
  • the battery pack management device 200 transmits a wireless signal including an operation stop request to the battery cell management device 100.
  • the battery cell management device 100 updates the contents of the battery use history 34c recorded in the memory 34, and then puts the control circuit unit 33a, the transmission processing unit 33b and the reception processing unit 33c in the sleep state.
  • the operation of each unit in the battery cell management apparatus 100 is stopped except for the minimum configuration required at the time of standby.
  • the battery pack management device 200 By the communication operation as described above, in the battery pack management device 200, the information on each battery cell of the battery cell group 10 can be individually confirmed. Therefore, even when abnormality occurs or deterioration progresses in any of the battery cells, the battery cell can be easily identified and replaced. That is, conventionally, the entire battery cell group 10 had to be replaced, but by applying the present invention, replacement can be performed in battery cell units. Therefore, the cost can be reduced at the time of maintenance. Furthermore, even when different types of battery cells are mixed and used, setting an appropriate control parameter for each battery cell can prevent a control failure due to a mismatch of control parameters.
  • the type of transmission information from the battery cell management device 100 will be described.
  • the battery cell management device 100 can use a plurality of radio frequencies in wireless communication with the battery pack management device 200. Therefore, by transmitting different information for each radio frequency, optimal information may be transmitted according to the application of the battery system 1. This point will be described below with reference to FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining information transmitted from the battery cell management apparatus 100 when the radio frequency is in the 2.4 GHz band and in the case of the 900 MHz band.
  • the battery cell management apparatus 100 in wireless communication using a 2.4 GHz band radio frequency, the battery cell management apparatus 100 includes dynamic battery information for control acquired from each battery cell, and for management stored in advance. The static battery information is transmitted to the battery pack management device 200.
  • management static battery information stored in advance is transmitted to the battery pack management device 200.
  • the dynamic battery information for control is, for example, the measurement information 34a shown in FIG. 4, and the voltage V (t), the current I (t), the temperature T (battery cell of the battery cell group 10 at time t) t) contains information such as These pieces of information are used as information for controlling the state of each battery cell in the battery pack management device 200.
  • the static battery information for management is, for example, the battery control parameter 34b, the battery use history 34c, the management information 34d, etc. shown in FIG. These pieces of information are used as information for managing each battery cell in the battery pack management device 200.
  • Wireless communication using a 900 MHz band radio frequency may be performed in a state where the battery system 1 is stored in a warehouse or the like before being incorporated into another system, or at the time of maintenance inspection of the battery system 1.
  • the battery pack management device 200 can use the 900 MHz band radio frequency that can realize relatively long distance wireless communication inexpensively, and information necessary for storing or maintaining a large number of battery cells. Can be read from the battery cell management device 100.
  • a battery cell management device 100 integrated with each battery cell of the assembled battery management device 200 and the battery cell group 10 in the vehicle.
  • the communication distance is within 2 m because Since cars are exported to multiple countries and travel across countries in many cases, dynamic battery information for control is also available using 2.4 GHz band wireless communication that is universally available when traveling, Static battery information for control and management also communicates in the 2.4 GHz band.
  • static battery information for control and management of each battery cell is read using inexpensive 900 MHz band wireless communication.
  • Static battery information for control and management includes battery information, LOT name, date of manufacture, history, individual identification ID and other information for identifying each individual battery cell, nominal capacity (Ah), Nominal voltage (V), SOC-OCV, DCR, resistance value, battery control parameter, usage history log, log of abnormal flag, etc. Internally recorded and fixed even when the battery is not operating Indicates information that can be read out.
  • dynamic battery information for control is information obtained by sensing the state of each battery cell, and refers to information that changes every moment. Thus, information can be acquired even if the frequency of reading or response during communication changes depending on the state of the battery system.
  • the wireless communication using the 900 MHz band radio frequency is, as described in FIG. 3B, for example, when the battery system 1 is applied to an industrial system, the industrial battery pack management apparatus 200b and the battery cell management apparatus It may be performed between 100. Alternatively, when the communication distance is relatively long or the communication speed has a relatively long margin, wireless communication using a 900 MHz band radio frequency may be performed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the first frequency band modulation / demodulation circuit 41. As shown in FIG. The first frequency band modulation / demodulation circuit 41 and the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 both have the same configuration. Therefore, only the configuration of the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 is shown in FIG.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 includes diodes D11 and D12 and capacitors C11 and C12 constituting a first stage charge pump circuit and a diode D21 constituting a second stage charge pump circuit. , D22 and capacitors C21 and C22, and diodes D31 and D32 and capacitors C31 and C32 that constitute the third stage charge pump circuit. That is, the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 shown in FIG. 6 is configured as a three-stage charge pump circuit.
  • the terminals LA and Vss connected to the antenna 50, the switch SW1 for modulating the transmission signal, the input terminal MOD of the modulation signal for controlling the operation of the switch SW1, and the output terminal DEM of the demodulation signal Have.
  • the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 also has the same configuration as that of FIG. 6, but the capacitance values of the capacitors C11 to C32 are the same as those of the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 and the second frequency band modulation / demodulation circuit 42. Are set according to the frequency of the corresponding radio signal. That is, the capacitance values of the capacitors C11 to C32 are different between the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 and the second frequency band modulation / demodulation circuit 42.
  • the antenna 50 In reception of a radio signal transmitted from the assembled battery management unit 200, the antenna 50 receives a radio signal, the input voltage V in in accordance with the amplitude of the radio signal is input to the terminal LA and Vss. This input voltage V in is amplified by each of the first to third charge pump circuits, as shown in FIG. As a result, an output voltage V out represented by the following equation (1) is output to the output terminal DEM.
  • V F represents the forward drop voltage of the diodes D11 to D32.
  • V out 6 (
  • equation (2) can be represented, where n is the number of stages of the charge pump circuit.
  • V out 2 n ⁇ (
  • the battery pack management device 200 transmits a wireless signal by an ASK modulated wave in which the amplitude of the carrier wave is changed according to the value of each data included in the transmission information.
  • the battery cell management apparatus 100 that has received the wireless signal from the battery pack management apparatus 200 receives the change by measuring the change in the output voltage V out represented by the above equations (1) and (2).
  • the radio signal can be demodulated.
  • a modulation signal according to the value of each data included in the transmission information is input to the input terminal MOD according to a predetermined communication rate. Then, the switch SW1 repeats ON and OFF according to the input modulation signal, thereby changing the impedance of the antenna 50 with respect to the non-modulated carrier wave transmitted from the assembled battery management device 200 according to the content of the transmission information
  • the signal can be modulated.
  • the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 and the second frequency band modulation / demodulation circuit 42 can be realized by a simple configuration that does not use an oscillator.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a wireless transmission method from the battery pack management device 200 to the battery cell management device 100.
  • the assembled battery management device 200 transmits the amplitude of the carrier wave frequency from the wireless communication unit 210 via the antenna 250 as shown in FIG.
  • the ASK modulation wave changed according to the data is transmitted to the battery cell management apparatus 100.
  • the ASK modulated wave is received by the antenna 50 in the battery cell management apparatus 100 and is demodulated by the demodulator 41 a in the wireless communication unit 40.
  • a portion (each charge pump circuit in FIG. 6) for performing demodulation of a radio signal in the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 in FIG. 4 is shown as a demodulator 41a.
  • the demodulator 41a demodulates the received ASK modulated wave to reproduce the clock and data, and outputs the clock and data 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. 7 illustrates an example using the ASK modulated wave
  • another modulation method may be used.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of a wireless transmission method from the battery cell management device 100 to the battery pack management device 200.
  • the non-modulated carrier wave is continuously transmitted from the wireless communication unit 210 via the antenna 250, as shown in FIG.
  • the battery cell management apparatus 100 causes the modulator 41 b in the wireless communication unit 40 to change the impedance of the antenna 50 in accordance with the transmission data in accordance with a predetermined communication rate.
  • the portion (the switch SW1 in FIG. 6) for modulating the radio signal in the first frequency band modulation / demodulation circuit 41 in FIG. 4 is shown as the modulator 41b.
  • the battery cell management device 100 When the battery cell management device 100 receives the non-modulated carrier wave transmitted from the battery pack management device 200 while changing the impedance of the antenna 50 as described above, the reflected wave corresponding to the state of the impedance at that time is the antenna 50. Sent from That is, when the unmodulated carrier wave from the battery pack management device 200 is received in a state in which the impedance matching is achieved, the reflected wave is not transmitted because all the non-modulated carrier wave is absorbed by the antenna 50. On the other hand, when an unmodulated carrier wave from the battery pack management device 200 is received 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.
  • wireless communication from the battery cell management device 100 to the assembled battery management device 200 can be performed by changing the reflected wave to the non-modulated carrier wave from the assembled battery management device 200 according to the transmission data. Also, since wireless communication from battery cell management device 100 to battery pack management device 200 is performed using a reflected wave to the unmodulated carrier wave transmitted from battery assembly management device 200, the battery cell management device 100 performs wireless communication. Power consumption required for communication can be reduced.
  • the battery system 1 is provided corresponding to the battery cell group 10 including one or more battery cells and the battery cell group 10, and the measurement results regarding the charge states of the battery cells of the battery cell group 10
  • the battery cell management apparatus 100 to acquire and the assembled battery management apparatus 200 which performs radio
  • a plurality of radio frequencies can be used in wireless communication between the battery pack management device 200 and the battery cell management device 100. Since it did in this way, highly versatile battery system 1 applicable to various uses is realizable.
  • the battery cell management device 100 includes the wireless communication unit 40.
  • the wireless communication unit 40 receives a wireless signal transmitted from the battery pack management device 200 by any of a plurality of wireless frequencies, and transmits a wireless signal to the battery pack management device 200 by any of a plurality of wireless frequencies. . Since it did in this way, the battery cell management apparatus 100 which can use a some radio frequency in radio
  • the battery pack management device 200 continuously transmits the non-modulated carrier wave to the battery cell management device 100 using any of a plurality of radio frequencies.
  • the battery cell management device 100 causes the wireless communication unit 40 to change the impedance for the non-modulated carrier wave transmitted from the battery pack management device 200 at a predetermined timing according to the measurement result of the battery cells of the battery cell group 10.
  • the state measurement result of each battery cell of the battery cell group 10 is wirelessly transmitted to the assembled battery management device 200 using any of a plurality of radio frequencies. Since it did in this way, in the battery cell management apparatus 100, the power consumption at the time of transmission can be restrained.
  • the battery cell management device 100 includes the sensor 20 and the AD converter 32, which constitute a measurement circuit for measuring the state of each battery cell of the battery cell group 10, and no modulation transmitted from the battery pack management device 200. And an antenna 50 for receiving a carrier wave.
  • the wireless communication unit 40 changes the impedance of the antenna 50 in accordance with the state of each battery cell of the battery cell group 10 measured by the measurement circuit. Since it did in this way, in the battery cell management apparatus 100, the state of each battery cell of the corresponding battery cell group 10 can be measured reliably, and the measurement result can be transmitted to the assembled battery management apparatus 200.
  • the battery cell management device 100 transmits different information to the battery pack management device 200 for each radio frequency used in wireless communication.
  • battery cell management apparatus 100 can use a first radio frequency (for example, 2.4 GHz band) and a second radio frequency (for example, 900 MHz band) in wireless communication.
  • the battery cell management apparatus 100 transmits, to the battery pack management apparatus 200, first transmission information including dynamic information for controlling the state of each battery cell of the battery cell group 10 at the first radio frequency.
  • second transmission information including static information for managing each battery cell of the battery cell group 10 is transmitted to the battery pack management device 200. Since this is done, optimal information can be transmitted from the battery cell management device 100 to the battery pack management device 200 according to the application of the battery system 1.
  • the battery cell management device 100 is supplied from the sensor 20 and the AD converter 32, which constitute a measurement circuit for measuring the state of each battery cell of the battery cell group 10, and the battery cells of the battery cell group 10.
  • the power supply circuit 31 generates a power supply voltage based on the power, and receives a radio signal transmitted from the battery pack management device 200 by any of a plurality of radio frequencies, and transmits any one of a plurality of radio frequencies to the battery pack management device 200.
  • An antenna 50 for transmitting a wireless signal according to the present invention, and a wireless communication unit 40 for modulating and demodulating a wireless signal transmitted and received by the antenna 50 are provided. Since it did in this way, the battery cell management apparatus 100 which can use a some radio frequency in radio
  • the assembled battery management device 200 changes the radio frequency used for wireless communication in accordance with the communication distance with the battery cell management device 100 and / or the use of the battery system 1. Since it did in this way, the assembled battery management apparatus 200 which performs radio
  • a low cost battery system can be realized by having a plurality of frequency bands which can be commonly used among frequency bands regulated for each country in the world.

Abstract

 電池システムは、1つまたは複数の電池セルにより構成される電池セル群と、電池セル群に対応して設けられ、電池セル群の電池セルの充電状態に関する測定結果を取得する電池セル管理装置と、電池セル管理装置との間で無線通信を行う組電池管理装置とを備え、無線通信では、複数の無線周波数を使用可能である。

Description

電池システム、電池セル管理装置
 本発明は、電池システムおよび電池セル管理装置に関する。
 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システムは、高出力、大容量であることが必要である。そのため、このような電池システムは、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大容量の電池システムには、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して各電池セルの電池状態を管理する機能が設けられている。
 大容量の電池システムでは複数の電池セルを多直列、多並列にして構成する。そのため、電池セルの情報管理を有線通信で行う場合、製造時の接続工数が多く、配線量が膨大になることが懸念され、配線部品の増加や配線量の増加による作業時誤配線などによるコストの増加の懸念がある。また、いったん通信線を結線すると電池の構成を自由に変更しにくいという課題がある。
 上記のような電池システムの一例として、下記の特許文献1に開示される電源装置が知られている。この電源装置は、直並列に接続された複数の電池モジュールの各々に無線通信手段を設け、この無線通信手段により各電池モジュールの情報を制御モジュールに無線通信で送信している。これにより、各電池モジュールと制御モジュール間の配線を省略し、電源装置の構成を容易に変更できるようにしている。
日本国特開2011-36106号公報
 近年、大容量の二次電池システムは、前述のようなハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力用電源に限らず、様々な用途で利用されている。たとえば、風力発電や太陽光発電のような自然エネルギーによる発電では、自然環境によって発電量が大きく変動する。そのため、発電量の変動が電力系統に与える悪影響を緩和するために、大容量の二次電池システムに発電した電力を一時的に蓄積することが行われている。この他にも、様々な用途で電池システムが利用されている。
 上記のような状況から、ハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力用電源に限らず、様々な用途に適用可能な汎用性の高い電池システムが求められている。しかし、特許文献1に開示された電源装置では、各電池モジュールの配置や、各電池モジュールと制御モジュールとの位置関係、周囲の電波伝搬環境等によっては、各電池モジュールと制御モジュールの間で無線通信が困難となる場合がある。また、用途によって無線通信で使用可能な周波数が異なる場合もある。そのため、特許文献1に開示された電源装置は、電池モジュールの個数については容易に変更可能かもしれないが、用途が限られてしまい、汎用性に乏しいものとなっている。
 本発明による電池システムは、1つまたは複数の電池セルにより構成される電池セル群と、前記電池セル群に対応して設けられ、前記電池セル群の電池セルの充電状態に関する測定結果を取得する電池セル管理装置と、前記電池セル管理装置との間で無線通信を行う組電池管理装置と、を備え、前記無線通信では、複数の無線周波数を使用可能である。
 本発明による電池セル管理装置は、1つまたは複数の電池セルにより構成される電池セル群と接続されており、前記電池セル群の各電池セルの状態を測定するための測定回路と、前記電池セル群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、複数の無線周波数のいずれかにより送信される無線信号を受信すると共に、前記複数の無線周波数のいずれかにより無線信号を送信するためのアンテナと、前記アンテナにより送受信される前記無線信号を変復調するための無線通信部と、を備える。
 さらには、書き換え可能な記憶領域を電池セル管理装置内に有する。
 本発明によれば、様々な用途に適用可能な汎用性の高い電池システムを実現できる。
本発明の一実施形態による電池システムの基本構成図である。 本発明の一実施形態による電池システムを含む電動システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による電池システムの基本動作の説明図である。 電池セル管理装置の機能ブロック図である。 無線周波数が2.4GHz帯の場合と900MHz帯の場合とで電池セル管理装置からそれぞれ送信される情報を説明するための図である。 第1周波数帯用変復調回路の構成例を示す図である。 組電池管理装置から電池セル管理装置への無線送信方法の説明図である。 電池セル管理装置から組電池管理装置への無線送信方法の説明図である。
 図1は、本発明の一実施形態による電池システム1の基本構成図である。
 図1において、組電池管理装置200は、各電池セル管理装置100との間で無線通信を行う。この無線通信により、組電池管理装置200は、各電池セル管理装置100に対して、対応する電池セル群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。組電池管理装置200からの要求に応答して、各電池セル管理装置100は、対応する電池セル群10の各電池セルの測定情報を組電池管理装置200へ送信したり、セルバランシングを実行したりする。
 各電池セル管理装置100は、対応する電池セル群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、無線通信部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。ここでメモリ34はCPU中の演算用のレジスタ用メモリではなく、論理や情報を保持するための書き込み可能な記憶領域をさす。たとえば、マスクROM、あるいは書き換え可能なEEPROMやフラッシュメモリである。各センサ20は、電池セル群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、磁気センサ等の少なくともひとつ以上を含んで構成される。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、電池セル群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、電池セル群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変換器32やCPU33の動作電源として用いられ、電源電圧Vddは、無線通信部40の動作電源として用いられる。なお、電源回路31は、電池セル群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、電池セル管理装置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送信すると共に、組電池管理装置200からの要求に応じ、メモリ34に記憶させたり、または、組電池管理装置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組電池管理装置200へ無線送信するための送信処理を行う。あるいは、メモリ34に記憶された、異常時のフラグ情報や、個体情報等、電池セル管理装置の要求によって書き込み読み出しされる情報の受信、送信処理を行う。この組電池管理装置200への送信処理において、CPU33は、送信すべき情報に応じて無線通信部40を制御することにより、各電池セルの状態に応じた測定情報を組電池管理装置200へ送信する。また、組電池管理装置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、電池セル群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。なお、上記のようなCPU33の機能を論理回路で実現してもよい。
 無線通信部40は、電池セル管理装置100が組電池管理装置200との間で無線通信を行うための処理や制御を実行する回路である。組電池管理装置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、無線通信部40により復調されてCPU33へ出力される。これにより、組電池管理装置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、無線通信部40は、電源回路31から供給される電源電圧Vddを用いて、得られた測定情報を所定の送信周波数に合わせて変調し、アンテナ50に出力する。これにより、電池セル群10の各電池セルの状態に応じた測定情報が電池セル管理装置100から組電池管理装置200へ送信される。なお、無線通信部40の具体的な構成や動作については、後で詳細に説明する。
 組電池管理装置200は、無線通信部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、組電池管理装置200に内蔵された電池から供給される電力に基づいて、電池セル管理装置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、組電池管理装置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、無線通信部210およびメモリ240の動作を制御する。無線通信部210は、CPU220の制御に応じて動作し、組電池管理装置200が各電池セル管理装置100との間で無線通信を行うための処理や制御を実行する。無線通信部210は、電源回路230から供給される電源電圧Vddを用いて、各電池セル管理装置100に対する測定情報の要求を所定の送信周波数に合わせて変調し、アンテナ250に出力する。この要求に応答して、電池セル群10の各電池セルの状態に応じた測定情報が、無線信号により各電池セル管理装置100から組電池管理装置200へ送信される。各電池セル管理装置100から送信されてアンテナ250により受信された無線信号は、無線通信部210により復調されてCPU220へ出力される。これにより、各電池セル管理装置100で取得された測定情報がCPU220により解読され、その内容に応じた処理が必要に応じて実行される。
 以上説明したように、組電池管理装置200は、各電池セル管理装置100と無線通信を行うことで、各電池セル管理装置100が検出した電池状態を取得する。この時、組電池管理装置200は、通信を主導するマスターとして動作し、各電池セル管理装置100は、マスターの指示によって通信を行うスレーブとして動作する。各電池セル管理装置100は、組電池管理装置200の要求に従った動作を実施した後に、必要に応じてその結果を組電池管理装置200に送信する。
 なお、組電池管理装置200と各電池セル管理装置100との間の無線通信は、複数の周波数を用いて行うことができる。この点について、後で図3を参照して説明する。
 図2は、本発明の一実施形態による電池システムを含む電動システムの構成の一例を示す図である。図2に示す電動システムは、上記のような構成の電池システム1を車載用の電動システムにおいて適用した場合の例であり、電池システム1と、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5とを備える。
 電池システム1には、1つまたは複数の電池セルによってそれぞれ構成される1つまたは複数の電池セル群10が備えられており、各電池セル群10に対応して、電池セル管理装置100がそれぞれ設けられている。各電池セル管理装置100は、電池セル群10の充電状態(SOC:State of Charge)や劣化状態(SOH:State of Health)を検知するために必要な情報、および異常の検知に関する測定(電圧、電流、温度等)を行う。そして、電池セル群10の電池セルから供給される電力を用いて、組電池管理装置200との間で無線通信を行い、電池セル群10の充電状態や劣化状態および異常監視に関する測定結果や必要な情報や、組電池管理装置から要求された情報を組電池管理装置200へ送信する。なお、このとき行われる通信の詳細については、後で説明する。
 組電池管理装置200は、各電池セル管理装置100から、当該電池セル管理装置100に対応する電池セル群10の充電状態や劣化状態に関する測定結果を取得する。そして、取得した測定結果に基づいて、各電池セル群10の充電状態や劣化状態を推定し、その推定結果を上位コントローラ5へ送信する。
 上位コントローラ5は、組電池管理装置200から送信された各電池セル群10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電池セル群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を回転駆動させて駆動力を発生させる。また、モータ3を回生動作させた場合には、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電池セル群10へ出力することにより、各電池セル群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5によって制御される。
 なお、電池システム1は、図2に示したような電動システム以外にも、様々な用途に使用することができる。たとえば、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てモータ3の駆動力により車両を走行させる車載システム、または工場等に設置されてモータ3の駆動力により産業機械を動作させる産業システムなどにおいて、電池システム1を共通に使用可能である。これ以外にも、モータ3の駆動力を利用する様々な電動システムにおいて、電池システム1を適用することができる。すなわち、電池システム1は、様々な用途に適用可能な汎用性の高いものであり、その用途に応じた構成がとられる。
 図3は、本発明の一実施形態による電池システム1の基本動作の説明図である。なお、図3では、各電池セル管理装置100が接続されている電池セル群10の各電池セルを、1つの電池セルで代表して図示している。
 図3において、図1、2に示した組電池管理装置200は、(a)に示す車載用組電池管理装置200a、または(b)に示す産業用組電池管理装置200bとして図示されている。車載用組電池管理装置200aは、電池システム1を車載システムに適用した場合の組電池管理装置200を表しており、産業用組電池管理装置200bは、電池システム1を産業システムに適用した場合の組電池管理装置200を表している。
 図3(a)において、車載用組電池管理装置200aは、各電池セル管理装置100との間で、2.4GHz帯の無線周波数を用いた無線通信を行う。この周波数帯域は、日本をはじめとする各国において、主に産業・科学・医学用の機器で用いられる周波数帯域であり、無線LAN等で広く利用されている。この周波数帯域の無線周波数を用いて行われる無線通信では、一般的に、約2m以下の近距離において、高速で信頼性の高い通信が可能である。
 一方、図3(b)において、産業用組電池管理装置200bは、各電池セル管理装置100との間で、900MHz帯の無線周波数を用いた無線通信を行う。この周波数帯域は、日本をはじめとする各国において、無線タグ(RFID)で利用されている周波数帯域である。この周波数帯域の無線周波数を用いて行われる無線通信では、一般的に、比較的長い距離での通信が可能であり、さらに途中に遮蔽物があるような環境でも通信が可能である。
 各電池セル管理装置100は、車載用組電池管理装置200aとの組み合わせ、または産業用組電池管理装置200bとの組み合わせで、それぞれ異なる周波数を用いて送信される無線信号を受信した場合も、その送信されてきた周波数と同じ周波数を用いて、車載用組電池管理装置200aまたは産業用組電池管理装置200bに対する無線信号を送信できる。これにより、電池システム1は、組電池管理装置200(車載用組電池管理装置200aまたは産業用組電池管理装置200b)と各電池セル管理装置100との間の通信距離や、電池システム1の用途に応じて、組電池管理装置200と各電池セル管理装置100との間の無線通信で使用する無線周波数を変化することができる。
 なお、組電池管理装置200の例として図3に示した車載用組電池管理装置200aおよび産業用組電池管理装置200bや、これらを用いた無線通信でそれぞれ使用される周波数帯域は、あくまで一例である。たとえば、図3(b)に産業用組電池管理装置200bとして示した組電池管理装置200は、倉庫での保管中や組み立て前に行われる在庫管理時に、電池システムの個別用途(たとえば車載用や産業蓄電装置用など)を問わずに、電池の状態を確認するものであってもよい。すなわち、これ以外の用途に電池システム1を使用してもよいし、上記とは異なる周波数帯域で無線通信を行ってもよい。組電池管理装置200と各電池セル管理装置100との間で行われる無線通信において複数の無線周波数を使用可能であれば、電池システム1をどのような構成で実現してもよい。
 図4は、電池セル管理装置100の機能ブロック図の一例である。図4に示すように、電池セル管理装置100は、処理部30において、制御回路部33a、送信処理部33bおよび受信処理部33cの各機能ブロックをそれぞれ有している。また、メモリ34には、測定情報34a、電池制御パラメータ34b、電池使用履歴34cおよび管理情報34dが記録されており、無線通信部40は、第1周波数帯用変復調回路41、第2周波数帯用変復調回路42および周波数判定選択部43を有している。
 ここで、メモリ34に記録されている各情報について説明する。測定情報34aは、電池セル管理装置100が接続されている電池セル群10の各電池セルの状態測定結果を示すセンサ20からの測定情報である。電池システム1において各電池セルが充放電されている場合、常に各電池セルの状態測定結果が電池セル管理装置100から組電池管理装置200へ送信され、さらに制御回路部33aによって必要に応じてメモリ34に測定情報34aとして逐次記録される。電池制御パラメータ34bは、各電池セルの制御において用いられるパラメータ情報であり、たとえば、内部抵抗値、SOC-OCV曲線、計算用の各種定数およびこれらの初期値等を含む。電池制御パラメータ34bの内容は、組電池管理装置200から送信される要求に基づき、組電池管理装置200の電池状態演算開始前にのみ読み込まれる。保守等の必要がある場合には必要に応じて更新される。電池使用履歴34cは、各電池セルの使用状態に関する情報であり、たとえば、通電時間、容量の劣化度、抵抗の劣化度、積算使用容量、最大最小電圧、平均使用電圧、異常フラグの有無等の少なくとも1つ以上の情報を含む。電池使用履歴34cの内容は、組電池管理装置200からの停止要求に応じて電池セル管理装置100がスリープ状態となるときに適宜更新される。管理情報34dは、各電池セルを管理するための情報であり、たとえば、製造履歴、管理番号、製造番号、仕様等の情報を含む。管理情報34dの内容は予め決められており、通常は書き換えられることはない。
 制御回路部33aは、図1のAD変換器32およびCPU33の処理演算を担当する部分に対応する部分であり、前述のセンサ20で測定されたセルグループ10の各電池セルの電圧、電流、温度等のセンシング情報を受信処理部33cの要求に従って取得する。取得した情報は、送信処理部33bにより逐次無線通信部40に送られ、無線通信部40から、組電池管理装置200からの無線周波数に応じた第1または第2の周波数で組電池管理装置200に送信される。さらに、組電池管理装置200からの要求により、メモリ34に測定情報34aとして記録される。制御回路部33aはまた、組電池管理装置200から送信されたバランシング要求に応じて、セルグループ10の各電池セルに対するバランシング処理を行ったり、組電池管理装置200からの送信要求に応じて、メモリ34に記録された各種情報を読み出して送信処理部33bを通して無線通信部40から送信させる処理を行ったりする。
 送信処理部33bは、図1のCPU33で実現される機能であり、組電池管理装置200からの要求に応じて、制御回路部33aからの情報を基に、所定の形式による送信情報を生成する。送信処理部33bにより生成された送信情報は、無線通信部40に出力される。
 受信処理部33cは、図1のCPU33で実現される機能であり、組電池管理装置200からの無線信号を受信した無線通信部40から出力される受信情報を受け、その受信情報に含まれる様々な情報を制御回路部33aを通してメモリ34に記録する。これにより、メモリ34に記録されている電池制御パラメータ34b等の内容が更新される。また、受信情報にバランシング要求や各種情報の送信要求など、組電池管理装置200から電池セル管理装置100に対する様々な要求を示す情報が含まれている場合は、その内容に応じた処理を制御回路部33aに実行させる。
 無線通信部40において、第1周波数帯用変復調回路41および第2周波数帯用変復調回路42は、電池セル管理装置100と組電池管理装置200の間の無線通信で使用される無線周波数の1つにそれぞれ対応している。たとえば、第1周波数帯用変復調回路41は前述の2.4GHz帯の無線周波数に対応しており、第2周波数帯用変復調回路42は前述の900MHz帯の無線周波数に対応している。周波数判定選択部43は、組電池管理装置200から送信された無線信号の周波数に応じて、第1周波数帯用変復調回路41または第2周波数帯用変復調回路42のいずれか一方を選択する。
 以下に図4を参照して、電池セル管理装置100の通信動作の一例を説明する。図1の組電池管理装置200は、電源が投入されてCPU220が起動されると、電池セル管理装置100に対して、メモリ34に記録されている各情報の送信要求を含む無線信号を送信する。この無線信号が電池セル管理装置100においてアンテナ50により受信されると、無線通信部40に入力される。
 無線通信部40において、周波数判定選択部43は、組電池管理装置200から受信した無線信号の周波数を判別し、第1周波数帯用変復調回路41または第2周波数帯用変復調回路42のいずれか一方を選択する。なお以下では、第1周波数帯用変復調回路41が選択された場合を例として説明を進めるが、第2周波数帯用変復調回路42が選択された場合も同様である。
 第1周波数帯用変復調回路41は、無線通信部40から送信されてアンテナ50により受信された無線信号を復調することで無線信号から受信情報を取得し、受信処理部33cに出力する。
 制御回路部33a、送信処理部33bおよび受信処理部33cは、電池システム1が非動作状態のときには、暗電流を最小化して各電池セルの電力消費を抑制するために、スリープ状態となっている。組電池管理装置200からの無線信号が無線通信部40において受信されると、これらのスリープ状態が解除される。受信処理部33cは、第1周波数帯用変復調回路41で取得された受信情報を解読し、制御回路部33aおよび送信処理部33bに対して起動時の指令を出力する。
 制御回路部33aは、受信処理部33cからの指令に応じて、起動時の電池セル群10の各電池セルの状態を測定する。この測定値は、そのまま制御回路部33aから送信処理部33bに出力されると共に、必要に応じてメモリ34に測定情報34aとして記録される。送信処理部33bは、制御回路部33aからの情報に基づいて送信情報を生成し、無線通信部40に出力する。
 送信処理部33bから出力された送信情報は、無線通信部40において第1周波数帯用変復調回路41に入力される。第1周波数帯用変復調回路41は、入力された送信情報を変調して無線信号を生成し、アンテナ50を介して組電池管理装置200に送信する。なお、このとき第1周波数帯用変復調回路41は、組電池管理装置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送信情報に応じて所定のタイミングで変化させることにより、無変調搬送波に対する反射波として送信情報の送信を行う。この点については、後で詳しく説明する。
 組電池管理装置200は、上記のようにして電池セル管理装置100から送信される無線信号を受信することで、電池セル管理装置100が起動されたことを確認する。以後は、電池セル管理装置100に対して、測定情報の送信要求を含む無線信号を一定間隔(たとえば、10ms~60sの範囲内の所定周期)ごとに繰り返し送信し、これに応じて電池管理装置100から送信される測定情報を受信する。一方、電池セル管理装置100は、組電池管理装置200から一定間隔で送信される無線信号を受信し、これに応じて、一定間隔で電池セル群10の各電池セルの状態測定を行う。そして、その測定結果に基づく測定情報を含む無線信号を組電池管理装置200へ返信する。
 電池システム1の動作を停止させる場合、組電池管理装置200は、電池セル管理装置100に対して、動作停止要求を含む無線信号を送信する。これを受信すると電池セル管理装置100は、メモリ34に記録されている電池使用履歴34cの内容を更新した後、制御回路部33a、送信処理部33bおよび受信処理部33cをスリープ状態とする。これにより、待機時に必要な最小限の構成を除いて、電池セル管理装置100内の各部の動作を停止させる。
 以上説明したような通信動作により、組電池管理装置200において、電池セル群10の各電池セルに関する情報を個別に確認することができる。そのため、いずれかの電池セルにおいて異常が発生したり、劣化が進んだりした場合でも、その電池セルを容易に特定して交換することができる。すなわち、従来は電池セル群10全体を交換する必要があったが、本発明を適用することで、電池セル単位での交換が可能となる。したがって、保守時のコスト低減を図ることができる。さらに、異なる種類の電池セルが混在して用いられた場合でも、各電池セルに対して適切な制御パラメータを設定することで、制御パラメータの不一致による制御不良を回避することができる。
 ここで、電池セル管理装置100からの送信情報の種類について説明する。前述のように、電池セル管理装置100は、組電池管理装置200との無線通信において複数の無線周波数を使用可能である。そのため、無線周波数ごとに異なる情報を送信することで、電池システム1の用途に応じて最適な情報を送信できるようにしてもよい。この点について、以下に図5を参照して説明する。
 図5は、無線周波数が2.4GHz帯の場合と900MHz帯の場合とで電池セル管理装置100からそれぞれ送信される情報を説明するための図である。図5に示すように、電池セル管理装置100は、2.4GHz帯の無線周波数を用いた無線通信では、各電池セルから取得した制御用の動的電池情報と、予め記憶された管理用の静的電池情報とを、組電池管理装置200に対して送信する。一方、900MHz帯の無線周波数を用いた無線通信では、予め記憶された管理用の静的電池情報を組電池管理装置200に対して送信する。
 なお、制御用の動的電池情報は、たとえば図4に示した測定情報34aであり、時刻tにおける電池セル群10の各電池セルの電圧V(t)、電流I(t)、温度T(t)などの情報を含む。これらの情報は、組電池管理装置200において、各電池セルの状態を制御するための情報として用いられる。一方、管理用の静的電池情報は、たとえば図4に示した電池制御パラメータ34b、電池使用履歴34c、管理情報34dなどである。これらの情報は、組電池管理装置200において、各電池セルを管理するための情報として用いられる。
 2.4GHz帯の無線周波数を用いた無線通信は、図3(a)で説明したように、たとえば電池システム1を車載システムに適用した場合に、車載用組電池管理装置200aと電池セル管理装置100の間で行われる。電池システム1が他のシステムに組み込まれる前に倉庫等で保管されている状態や、電池システム1の保守点検時において、900MHz帯の無線周波数を用いた無線通信を行うようにしてもよい。このようにすれば、組電池管理装置200は、比較的長距離の無線通信を安価に実現可能な900MHz帯の無線周波数を利用して、多数の電池セルを保管または保守する際に必要な情報を電池セル管理装置100から読み取ることができる。こうすることにより、図2の車載用組電池管理装置200と組み合わせたシステムとする場合は、車内に組電池管理装置200と、電池セル群10の各電池セルと一体化した電池セル管理装置100とが搭載されるため、通信距離は2m以内である。自動車は、複数国に輸出され、国を跨いで走行することも多いので、走行時は世界共通で利用可能な2.4GHz帯の無線通信を使用して、制御用の動的電池情報も、制御・管理用の静的電池情報も、2.4GHz帯で通信する。一方、倉庫等での保管時や保守時には、安価に読み取りが可能な900MHz帯の無線通信を使用して、各電池セルの制御・管理用の静的電池情報を読み取る。制御・管理用の静的電池情報とは、電池情報、LOT名、製造年月日、履歴、個別識別IDやその他、電池セルの各個体を識別するための情報と、公称容量(Ah)、公称電圧(V)、SOC-OCV、DCR、抵抗値、電池制御用パラメータ、使用履歴ログ、異常フラグのログなどに代表される、電池が動作していないときにも内部記録されていて固定で読み出せる情報を指す。一方、制御用の動的電池情報とは、各電池セルの状態をセンシングして得られる情報であり、刻々と変化する情報を指す。これにより、電池システムの状態によって通信時の読み取りや応答の周波数が変わっても、情報を取得することができる。
 なお、900MHz帯の無線周波数を用いた無線通信は、図3(b)で説明したように、たとえば電池システム1を産業システムに適用した場合に、産業用組電池管理装置200bと電池セル管理装置100の間で行われるようしてもよい。あるいは、通信距離が比較的長い場合や、通信速度に比較的余裕がある場合に、900MHz帯の無線周波数を用いた無線通信を行ってもよい。
 なお、制御用の動的電池情報や管理用の静的電池情報を無線送信する際には、悪意の他者によるデータの窃取や改ざん等を防止するために、これらの情報を暗号化して送信してもよい。特に、倉庫での保管時等に管理用の静的電池情報を長距離にわたって無線送信する場合には、こうした措置が効果的である。
 次に、図4の第1周波数帯用変復調回路41および第2周波数帯用変復調回路42の構成について説明する。図6は、第1周波数帯用変復調回路41の構成例を示す図である。なお、第1周波数帯用変復調回路41と第2周波数帯用変復調回路42とは、いずれも同様の構成を有している。そのため、図6ではこれらを代表して、第1周波数帯用変復調回路41の構成のみを図示している。
 図6に示すように、第1周波数帯用変復調回路41は、1段目のチャージポンプ回路を構成するダイオードD11、D12およびコンデンサC11、C12と、2段目のチャージポンプ回路を構成するダイオードD21、D22およびコンデンサC21、C22と、3段目のチャージポンプ回路を構成するダイオードD31、D32およびコンデンサC31、C32とを有している。すなわち、図6に示した第1周波数帯用変復調回路41は、3段構成のチャージポンプ回路として構成されている。また、アンテナ50に接続される端子LAおよびVssと、送信信号を変調するためのスイッチSW1と、スイッチSW1の動作を制御するための変調信号の入力端子MODと、復調信号の出力端子DEMとを有している。
 なお、第2周波数帯用変復調回路42も図6と同様の構成を有しているが、コンデンサC11~C32の容量値は、第1周波数帯用変復調回路41と第2周波数帯用変復調回路42がそれぞれ対応する無線信号の周波数に応じて設定される。すなわち、コンデンサC11~C32の容量値は、第1周波数帯用変復調回路41と第2周波数帯用変復調回路42とで異なっている。
 組電池管理装置200から送信された無線信号の受信時には、アンテナ50が無線信号を受信すると、その無線信号の振幅に応じた入力電圧Vinが端子LAおよびVssに入力される。この入力電圧Vinは、図6に示すように、1~3段目の各チャージポンプ回路によってそれぞれ増幅される。これにより、出力端子DEMには以下の式(1)で表される出力電圧Voutが出力される。なお、式(1)において、VはダイオードD11~D32の順方向降下電圧を表している。
 Vout=6(|Vin|-V) ・・・(1)
 上記の式(1)をより一般化すると、チャージポンプ回路の段数をnとして、以下の式(2)で表すことができる。
 Vout=2n×(|Vin|-V) ・・・(2)
 ここで、組電池管理装置200は、送信情報に含まれる各データの値に応じて搬送波の振幅を変化させたASK変調波による無線信号を送信するものとする。この場合、組電池管理装置200からの無線信号を受信した電池セル管理装置100では、上記の式(1)、(2)で表される出力電圧Voutの変化を測定することで、受信した無線信号を復調することができる。
 一方、組電池管理装置200に対する無線信号の送信時には、所定の通信レートに従って、送信情報に含まれる各データの値に応じた変調信号を入力端子MODに入力する。すると、入力された変調信号に応じてスイッチSW1がオンオフを繰り返すことで、組電池管理装置200から送信される無変調搬送波に対するアンテナ50のインピーダンスを送信情報の内容に応じて変化させ、送信する無線信号を変調することができる。
 以上説明したような構成を採用することで、発振器を使用しない簡易な構成により、第1周波数帯用変復調回路41や第2周波数帯用変復調回路42を実現することができる。
 次に、電池セル管理装置100と組電池管理装置200の間で行われる無線通信についてさらに説明する。図7は、組電池管理装置200から電池セル管理装置100への無線送信方法の説明図である。
 組電池管理装置200から電池セル管理装置100への無線送信を行う際、組電池管理装置200は、図7に示すように、無線通信部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変調波を電池セル管理装置100へ送信する。このASK変調波は、電池セル管理装置100においてアンテナ50により受信され、無線通信部40内の復調器41aにより復調される。なお、図7および図8では、図4の第1周波数帯用変復調回路41において無線信号の復調をそれぞれ行う部分(図6の各チャージポンプ回路)を復調器41aとして示している。復調器41a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7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8は、電池セル管理装置100から組電池管理装置200への無線送信方法の説明図である。
 電池セル管理装置100から組電池管理装置200への無線通信を行う際、組電池管理装置200は、図8に示すように、無線通信部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、電池セル管理装置100は、無線通信部40内の変調器41b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。なお、図7および図8では、図4の第1周波数帯用変復調回路41において無線信号の変調をそれぞれ行う部分(図6のスイッチSW1)を変調器41bとして示している。すなわち、スイッチSW1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、アンテナ50を構成する一対のアンテナエレメント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SW1の動作電源には、対応する電池セル群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、組電池管理装置200から送信される無変調搬送波を電池セル管理装置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組電池管理装置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組電池管理装置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、組電池管理装置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、電池セル管理装置100から組電池管理装置200への無線通信を行うことができる。また、組電池管理装置200から送信される無変調搬送波に対する反射波を利用して、電池セル管理装置100から組電池管理装置200への無線通信を行っているため、電池セル管理装置100において無線通信に要する消費電力を抑えることができる。
 以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)電池システム1は、1つまたは複数の電池セルにより構成される電池セル群10と、電池セル群10に対応して設けられ、電池セル群10の電池セルの充電状態に関する測定結果を取得する電池セル管理装置100と、電池セル管理装置100との間で無線通信を行う組電池管理装置200とを備える。この電池システム1において、組電池管理装置200と電池セル管理装置100との間の無線通信では、複数の無線周波数を使用可能である。このようにしたので、様々な用途に適用可能な汎用性の高い電池システム1を実現できる。
(2)電池セル管理装置100は、無線通信部40を備える。この無線通信部40は、組電池管理装置200から複数の無線周波数のいずれかにより送信される無線信号を受信すると共に、組電池管理装置200へ複数の無線周波数のいずれかにより無線信号を送信する。このようにしたので、組電池管理装置200との間の無線通信において複数の無線周波数を使用可能な電池セル管理装置100を実現できる。
(3)組電池管理装置200は、複数の無線周波数のいずれかにより、電池セル管理装置100へ無変調搬送波を連続的に送信する。電池セル管理装置100は、無線通信部40において、組電池管理装置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、電池セル群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とにより、複数の無線周波数のいずれかを用いて、電池セル群10の各電池セルの状態測定結果を組電池管理装置200へ無線送信する。このようにしたので、電池セル管理装置100において、送信時の消費電力を抑えることができる。
(4)電池セル管理装置100は、電池セル群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、組電池管理装置200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50とを備える。無線通信部40は、この測定回路により測定された電池セル群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、電池セル管理装置100において、対応する電池セル群10の各電池セルの状態を確実に測定し、その測定結果を組電池管理装置200へ送信することができる。
(5)電池セル管理装置100は、無線通信において使用する無線周波数ごとに異なる情報を組電池管理装置200へ送信する。具体的には、電池セル管理装置100は、無線通信において第1の無線周波数(たとえば2.4GHz帯)および第2の無線周波数(たとえば900MHz帯)を使用可能である。この電池セル管理装置100は、第1の無線周波数では、電池セル群10の各電池セルの状態を制御するための動的情報を含む第1の送信情報を組電池管理装置200へ送信し、第2の無線周波数では、電池セル群10の各電池セルを管理するための静的情報を含む第2の送信情報を組電池管理装置200へ送信する。このようにしたので、電池システム1の用途に応じて最適な情報を電池セル管理装置100から組電池管理装置200へ送信することができる。
(6)電池セル管理装置100は、電池セル群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、電池セル群10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31と、組電池管理装置200から複数の無線周波数のいずれかにより送信される無線信号を受信すると共に、組電池管理装置200へ複数の無線周波数のいずれかにより無線信号を送信するためのアンテナ50と、アンテナ50により送受信される無線信号を変復調するための無線通信部40とを備える。このようにしたので、組電池管理装置200との間の無線通信において複数の無線周波数を使用可能な電池セル管理装置100を実現できる。
(7)組電池管理装置200は、電池セル管理装置100との間の通信距離および電池システム1の用途のいずれか一方または両方に応じて、無線通信に使用する無線周波数を変化させる。このようにしたので、状況に応じて最適な無線周波数を使用して電池セル管理装置100との間の無線通信を行う組電池管理装置200を実現できる。
 さらには、世界各国別に規制された周波数帯のなかで共通使用できる周波数帯を複数持つことで、低コストな電池システムが実現できる。
 なお、上記の実施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。
1・・・・電池システム
10・・・・電池セル群
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・・・・無線通信部
41・・・・第1周波数帯用変復調回路
42・・・・第2周波数帯用変復調回路
43・・・・周波数判定選択部
50・・・・アンテナ
100・・・電池セル管理装置
200・・・組電池管理装置
210・・・無線通信部
220・・・CPU
230・・・電源回路
240・・・メモリ
250・・・アンテナ

Claims (10)

  1.  1つまたは複数の電池セルにより構成される電池セル群と、
     前記電池セル群に対応して設けられ、前記電池セル群の電池セルの充電状態に関する測定結果を取得する電池セル管理装置と、
     前記電池セル管理装置との間で無線通信を行う組電池管理装置と、を備え、
     前記無線通信では、複数の無線周波数を使用可能である電池システム。
  2.  請求項1に記載の電池システムにおいて、
     前記電池セル管理装置は、前記組電池管理装置から前記複数の無線周波数のいずれかにより送信される無線信号を受信すると共に、前記組電池管理装置へ前記複数の無線周波数のいずれかにより無線信号を送信する無線通信部を備える電池システム。
  3.  請求項2に記載の電池システムにおいて、
     前記組電池管理装置は、前記複数の無線周波数のいずれかにより、前記電池セル管理装置へ無変調搬送波を連続的に送信し、
     前記電池セル管理装置は、前記無線通信部において、前記組電池管理装置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、前記電池セル群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、前記複数の無線周波数のいずれかを用いて、前記電池セル群の各電池セルの状態測定結果を前記組電池管理装置へ無線送信する電池システム。
  4.  請求項3に記載の電池システムにおいて、
     前記電池セル管理装置は、前記電池セル群の各電池セルの状態を測定するための測定回路と、前記組電池管理装置から送信される前記無変調搬送波を受信するためのアンテナとを備え、
     前記無線通信部は、前記測定回路により測定された前記電池セル群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電池システム。
  5.  請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電池システムにおいて、
     前記電池セル管理装置は、前記無線通信において使用する無線周波数ごとに異なる情報を前記組電池管理装置へ送信する電池システム。
  6.  請求項5に記載の電池システムにおいて、
     前記電池セル管理装置は、前記無線通信において第1の無線周波数および第2の無線周波数を使用可能であり、
     前記第1の無線周波数では、前記電池セル群の各電池セルの状態を制御するための動的情報を含む第1の送信情報を前記組電池管理装置へ送信し、
     前記第2の無線周波数では、前記電池セル群の各電池セルを管理するための静的情報を含む第2の送信情報を前記組電池管理装置へ送信する電池システム。
  7.  請求項1に記載の電池システムにおいて、
     前記電池セル管理装置は、
     前記電池セル群の各電池セルの状態を測定するための測定回路と、
     前記電池セル群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、
     前記組電池管理装置から前記複数の無線周波数のいずれかにより送信される無線信号を受信すると共に、前記組電池管理装置へ前記複数の無線周波数のいずれかにより無線信号を送信するためのアンテナと、
     前記アンテナにより送受信される前記無線信号を変復調するための無線通信部と、を備える電池システム。
  8.  請求項1に記載の電池システムにおいて、
     前記組電池管理装置は、前記電池セル管理装置との間の通信距離および前記電池システムの用途のいずれか一方または両方に応じて、前記無線通信に使用する無線周波数を変化させる電池システム。
  9.  1つまたは複数の電池セルにより構成される電池セル群と接続されており、
     前記電池セル群の各電池セルの状態を測定するための測定回路と、
     前記電池セル群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、
     複数の無線周波数のいずれかにより送信される無線信号を受信すると共に、前記複数の無線周波数のいずれかにより無線信号を送信するためのアンテナと、
     前記アンテナにより送受信される前記無線信号を変復調するための無線通信部と、を備える電池セル管理装置。
  10.  請求項1に記載の電池システムにおいて、
     前記複数の無線周波数は、2.4GHz帯の無線周波数および900MHz帯の無線周波数の少なくとも1つを含む電池システム。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160327612A1 (en) * 2014-01-20 2016-11-10 Hitachi Automotive Systems ,Ltd. Power Supply Control System, Power Supply Control Device and Method
WO2018066323A1 (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 株式会社オートネットワーク技術研究所 車両用のバッテリ監視装置及び車両用のバッテリ監視システム
JP2019126227A (ja) * 2018-01-19 2019-07-25 矢崎総業株式会社 電池監視システム
WO2019187307A1 (ja) * 2018-03-27 2019-10-03 住友電気工業株式会社 電池監視方法、電池監視装置及び電池監視システム
JP2020504422A (ja) * 2017-07-25 2020-02-06 エルジー・ケム・リミテッド マスターバッテリー管理ユニット及びこれを含むバッテリーパック
JP2020504421A (ja) * 2017-07-25 2020-02-06 エルジー・ケム・リミテッド バッテリー管理ユニット及びこれを含むバッテリーパック
JP6708318B1 (ja) * 2019-02-27 2020-06-10 株式会社Gsユアサ 蓄電池監視装置及び蓄電池監視方法
WO2021053976A1 (ja) * 2019-09-19 2021-03-25 住友電気工業株式会社 電池監視システム、電池モジュール、電池管理装置、管理方法、及び車両
JP2021068927A (ja) * 2019-10-17 2021-04-30 株式会社デンソー 通信システム
JP2021072473A (ja) * 2019-10-29 2021-05-06 株式会社デンソー 通信システム
JP2021516945A (ja) * 2018-12-07 2021-07-08 エルジー・ケム・リミテッド バッテリー管理装置及び方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014141834A1 (ja) * 2013-03-13 2017-02-16 Necエナジーデバイス株式会社 電池パック、電気機器およびその制御方法
EP2973071B1 (en) * 2013-03-15 2020-05-06 Fluke Corporation Automatic recording and graphing of measurement data
JP6134397B2 (ja) * 2014-02-14 2017-05-24 株式会社日立製作所 電池制御システム、電池システム
US10594001B2 (en) * 2017-05-08 2020-03-17 Packet Digital, Llc Smart battery
KR102490869B1 (ko) 2017-06-08 2023-01-20 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 진단 장치 및 방법
DE102018200579A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Energiespeichereinrichtung
KR102530940B1 (ko) * 2018-04-23 2023-05-11 현대자동차주식회사 차량용 에너지저장장치 시스템
KR102217590B1 (ko) * 2018-07-16 2021-02-18 주식회사 엘지화학 배터리 밸런싱 장치 및 방법
DE102018125178A1 (de) * 2018-10-11 2020-04-16 Belectric Gmbh Steuerungssystem zur Steuerung wenigstens eines Hochvoltspeichers
KR102550319B1 (ko) * 2019-02-01 2023-07-04 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 시스템 및 슬레이브 배터리 관리 시스템
JP7031648B2 (ja) * 2019-03-13 2022-03-08 株式会社デンソー 電池監視装置
JP6988929B2 (ja) * 2020-01-15 2022-01-05 株式会社デンソー 電池パック
KR102312942B1 (ko) * 2021-05-24 2021-10-15 주식회사 그린퍼즐 배터리 관리 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩
JP2023077075A (ja) * 2021-11-24 2023-06-05 株式会社デンソーテン 電池監視システム、電池監視装置、および電池監視方法
US20230384393A1 (en) * 2022-05-26 2023-11-30 Lg Energy Solution, Ltd. Battery Cell Diagnosing Apparatus and Method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000286989A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Osaka Gas Co Ltd 移動式自動検針装置
JP2002135745A (ja) * 2000-10-23 2002-05-10 Sharp Corp ホームネットワークシステム
JP2008283634A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Tdk Corp 復調回路及びrfidシステム
JP2010249422A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Panasonic Corp ガス器具監視装置
JP2010288431A (ja) * 2009-06-15 2010-12-24 Sanyo Electric Co Ltd 電池内蔵機器と充電台
JP2012244724A (ja) * 2011-05-18 2012-12-10 Honda Motor Co Ltd 電動車両のバッテリ監視装置
JP2013140055A (ja) * 2011-12-29 2013-07-18 Toyota Central R&D Labs Inc 電池監視システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003101506A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Sony Corp 無線通信装置及び無線通信方法、無線通信システム、並びにチャンネル割当方法
US7956570B2 (en) * 2008-01-07 2011-06-07 Coulomb Technologies, Inc. Network-controlled charging system for electric vehicles
JP6096773B2 (ja) * 2011-07-26 2017-03-15 ゴゴロ インク 電池などの電力貯蔵装置の認証、セキュリティ、及び制御用の装置、方法、及び物品
CN104512494A (zh) * 2013-09-29 2015-04-15 凹凸电子(武汉)有限公司 电动车辆及其管理方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000286989A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Osaka Gas Co Ltd 移動式自動検針装置
JP2002135745A (ja) * 2000-10-23 2002-05-10 Sharp Corp ホームネットワークシステム
JP2008283634A (ja) * 2007-05-14 2008-11-20 Tdk Corp 復調回路及びrfidシステム
JP2010249422A (ja) * 2009-04-16 2010-11-04 Panasonic Corp ガス器具監視装置
JP2010288431A (ja) * 2009-06-15 2010-12-24 Sanyo Electric Co Ltd 電池内蔵機器と充電台
JP2012244724A (ja) * 2011-05-18 2012-12-10 Honda Motor Co Ltd 電動車両のバッテリ監視装置
JP2013140055A (ja) * 2011-12-29 2013-07-18 Toyota Central R&D Labs Inc 電池監視システム

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10094879B2 (en) * 2014-01-20 2018-10-09 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Power supply control system, power supply control device and method
US20160327612A1 (en) * 2014-01-20 2016-11-10 Hitachi Automotive Systems ,Ltd. Power Supply Control System, Power Supply Control Device and Method
WO2018066323A1 (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 株式会社オートネットワーク技術研究所 車両用のバッテリ監視装置及び車両用のバッテリ監視システム
US11070067B2 (en) 2017-07-25 2021-07-20 Lg Chem, Ltd. Battery management unit and battery pack including same
JP2020504422A (ja) * 2017-07-25 2020-02-06 エルジー・ケム・リミテッド マスターバッテリー管理ユニット及びこれを含むバッテリーパック
JP2020504421A (ja) * 2017-07-25 2020-02-06 エルジー・ケム・リミテッド バッテリー管理ユニット及びこれを含むバッテリーパック
JP6996065B2 (ja) 2017-07-25 2022-01-17 エルジー・ケム・リミテッド バッテリー管理ユニット及びこれを含むバッテリーパック
JP2019126227A (ja) * 2018-01-19 2019-07-25 矢崎総業株式会社 電池監視システム
JP7051209B2 (ja) 2018-01-19 2022-04-11 矢崎総業株式会社 電池監視システム
WO2019187307A1 (ja) * 2018-03-27 2019-10-03 住友電気工業株式会社 電池監視方法、電池監視装置及び電池監視システム
JP7173127B2 (ja) 2018-03-27 2022-11-16 住友電気工業株式会社 電池監視方法、電池監視装置及び電池監視システム
JPWO2019187307A1 (ja) * 2018-03-27 2021-04-08 住友電気工業株式会社 電池監視方法、電池監視装置及び電池監視システム
US11296514B2 (en) 2018-12-07 2022-04-05 Lg Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for managing battery
JP2021516945A (ja) * 2018-12-07 2021-07-08 エルジー・ケム・リミテッド バッテリー管理装置及び方法
JP7107487B2 (ja) 2018-12-07 2022-07-27 エルジー エナジー ソリューション リミテッド バッテリー管理装置及び方法
JP6708318B1 (ja) * 2019-02-27 2020-06-10 株式会社Gsユアサ 蓄電池監視装置及び蓄電池監視方法
WO2021053976A1 (ja) * 2019-09-19 2021-03-25 住友電気工業株式会社 電池監視システム、電池モジュール、電池管理装置、管理方法、及び車両
JP2021068927A (ja) * 2019-10-17 2021-04-30 株式会社デンソー 通信システム
JP7268574B2 (ja) 2019-10-17 2023-05-08 株式会社デンソー 通信システム
JP2021072473A (ja) * 2019-10-29 2021-05-06 株式会社デンソー 通信システム
JP7226244B2 (ja) 2019-10-29 2023-02-21 株式会社デンソー 通信システム

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