特開 2024-87633 電池監視システム、及び電池監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024087633

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】電池監視システム、及び電池監視方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20240624BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H02J13/00 301A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202564

(22)【出願日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 和樹

(72)【発明者】

【氏名】湯野 徳人

【テーマコード（参考）】

5G064

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G064AA04

5G064AC09

5G064CB08

5H030AA09

5H030AS20

5H030FF22

5H030FF43

5H030FF44

(57)【要約】

【課題】開示の技術は、通信に高負荷が生じた場合にも、電池の状態に応じた監視の継続を可能とする電池監視システム、及び電池監視方法を提供することを目的とする。
【解決手段】電池監視システムは、電池モジュールの状態を計測する監視装置の各々と、前記監視装置の各々の識別情報の優先度に応じて優先度の高い順に計測結果を受信する管理部とを含み、前記監視装置の各々において、当該監視装置は、前記電池モジュールの状態の計測結果に対する優先度に応じて割り当てられた可変の第１識別子と、当該監視装置と異なる他の監視装置と区別するための固有の第２識別子とに基づいて、前記識別情報を設定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池モジュールの状態を計測する監視装置の各々と、前記監視装置の各々の識別情報の優先度に応じて優先度の高い順に計測結果を受信する管理部とを含み、
前記監視装置の各々において、当該監視装置は、前記電池モジュールの状態の計測結果に対する優先度に応じて割り当てられた可変の第１識別子と、当該監視装置と異なる他の監視装置と区別するための固有の第２識別子とに基づいて、前記識別情報を設定する、
電池監視システム。

【請求項2】

前記監視装置の各々において、前記状態の基準、前記優先度、及び前記優先度に応じた算出識別子の対応関係を規定したテーブルに基づいて、前記計測結果に対応する前記算出識別子を算出し、前記算出識別子を前記第１識別子として設定する、請求項１に記載の電池監視システム。

【請求項3】

前記監視装置の各々において計測する前記状態は、電圧と、温度とを少なくとも含み、
前記テーブルは、前記電圧に対応した電圧テーブルと、前記温度に対応した温度テーブルとが規定されており、
電圧の計測値と前記電圧テーブルとに基づいて電圧の前記算出識別子を算出し、
温度の計測値と前記温度テーブルとに基づいて温度の前記算出識別子を算出し、
電圧の前記算出識別子と温度の前記算出識別子のうち通信の優先度の高い方を、前記第１識別子として設定する、請求項２に記載の電池監視システム。

【請求項4】

前記識別情報における前記第１識別子及び前記第２識別子の構成は、所定の通信調停において前記第１識別子が優先される関係となるように規定される、請求項１に記載の電池監視システム。

【請求項5】

管理部が、監視装置の各々で計測された電池モジュールの状態の計測結果を、識別情報の優先度に応じて優先度の高い順に受信する場合において、
前記監視装置の各々において、当該監視装置は、前記電池モジュールの状態の計測結果に対する優先度に応じて割り当てられた可変の第１識別子と、当該監視装置と異なる他の監視装置と区別するための固有の第２識別子とに基づいて、前記識別情報を設定する、
処理をコンピュータが実行する電池監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池監視システム、及び電池監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電池状態の監視に関する技術がある。

【0003】

例えば、蓄電ユニットの各モジュールの劣化状態に応じた制御及び管理に関する技術がある（特許文献１参照）。この技術では、電池状態を計測するモジュール管理部（監視装置に相当）を複数有し、各モジュール管理部と中央管理部（管理部に相当）が共通の通信線でバス接続され、各モジュール管理部と中央管理部がＣＡＮ通信方式を一例としてデータ通信することが開示されている。この技術では、中央管理部が、通信の優先度の定める識別番号を温度情報に応じて更新している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2012-181131号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術には、データの受信側である管理部側でメッセージＩＤを算出し、監視装置へ通知する態様が開示されている。しかしながら、例えば、通信線のバス負荷が規定を超過した場合（例えばバス負荷が１００％を超えるような場合）には、管理部と通信できないケースが想定される。このようなケースにおいては、監視装置はメッセージＩＤが更新されず、管理部と通信ができなくなってしまう、という課題がある。また、電池数を増やすようなニーズにより電池数を増やした場合、バス負荷が平均的に高くなり、上記の既定の超過が起きやすくなることも想定される。

【0006】

開示の技術は、通信に高負荷が生じた場合にも、電池の状態に応じた監視の継続を可能とする電池監視システム、及び電池監視方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１態様に係る電池監視システムは、電池モジュールの状態を計測する監視装置の各々と、前記監視装置の各々の識別情報の優先度に応じて優先度の高い順に計測結果を受信する管理部とを含み、前記監視装置の各々において、当該監視装置は、前記電池モジュールの状態の計測結果に対する優先度に応じて割り当てられた可変の第１識別子と、当該監視装置と異なる他の監視装置と区別するための固有の第２識別子とに基づいて、前記識別情報を設定する。

【0008】

本開示の第２態様に係る電池監視システムは、前記監視装置の各々において、前記状態の基準、前記優先度、及び前記優先度に応じた算出識別子の対応関係を規定したテーブルに基づいて、前記計測結果に対応する前記算出識別子を算出し、前記第１識別子を設定する。

【0009】

本開示の第３態様に係る電池監視システムは、前記監視装置の各々において計測する前記状態は、電圧と、温度とを少なくとも含み、前記テーブルは、前記電圧に対応した電圧テーブルと、前記温度に対応した温度テーブルとが規定されており、電圧の計測値と前記電圧テーブルとに基づいて電圧の前記算出識別子を算出し、温度の計測値と前記温度テーブルとに基づいて温度の前記算出識別子を算出し、電圧の前記算出識別子と温度の前記算出識別子のうち通信の優先度の高い方を、前記第１識別子として設定する。

【0010】

本開示の第４態様に係る電池監視システムは、前記識別情報における前記第１識別子及び前記第２識別子の構成は、所定の通信調停において前記第１識別子が優先される関係となるように規定される。

【0011】

本開示の第５態様に係る電池監視方法は、管理部が、監視装置の各々で計測された電池モジュールの状態の計測結果を、識別情報の優先度に応じて優先度の高い順に受信する場合において、前記監視装置の各々において、当該監視装置は、前記電池モジュールの状態の計測結果に対する優先度に応じて割り当てられた可変の第１識別子と、当該監視装置と異なる他の監視装置と区別するための固有の第２識別子とに基づいて、前記識別情報を設定する、処理をコンピュータが実行する。

【発明の効果】

【0012】

本開示は、電池の状態に応じた監視の継続を可能とする、という効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、電池監視システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、メッセージＩＤの算出例を示す図である。

【図3A】図３Ａは、電圧テーブルの一例を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、温度テーブルの一例を示す図である。

【図4】図４は、監視装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、監視装置が実行する電池監視方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本開示の実施形態（以下、本実施形態）について説明する。図１は、電池監視システム１００の構成を示す図である。電池監視システム１０は、電池モジュール１１０（１１０Ａ～１１０Ｃ）の各々と、電池モジュール１１０の各々を監視する監視装置１１２（１１２Ａ～１１２Ｃ）の各々と、管理部１１４とで構成されている。監視装置１１２及び管理部１１４の間の接続は、バス線である通信線２０で接続されている。電池モジュール１１０間の接続は、電力線２１で接続されており、電池モジュール１１０が直列に数珠つなぎに接続されている。なお、説明の便宜のため、電池モジュール１１０及び監視装置１１２が３つの場合を例示して説明するが、それぞれの数は使用される環境において様々であり、それぞれが複数で運用されることを示す例に過ぎず、これに限定されるものではない。

【0015】

電池モジュール１１０の各々は、監視対象の電池及び電力線２１を繋ぐ接続ポート（図示省略）を含み、電池の温度を検出するサーミスタ３１が備え付けられている。電池モジュール１１０及び監視装置１１２の間には、直列に電池モジュール１１０をつなぐ電力線２１のそれぞれ異なる位置に２つの電圧計測線２２を配する。監視装置１１２は、電圧計測線２２を介して、電池モジュール１１０の電圧を監視する。また、電池モジュール１１０及び監視装置１１２の間には、サーミスタ３１に接続した２つの温度計測線３２を配する。監視装置１１２は、温度計測線３２を介して、電池モジュール１１０の温度を監視する。監視装置１１２は、通信線２０を介して管理部１１４に電圧及び温度等の計測結果を送信する。本実施形態の電池監視システム１０の通信方式は、例えば、ＣＡＮ通信を用いる。ＣＡＮ通信では、メッセージＩＤによって、監視装置１１２の各々の送受信の通信調停が行われ、通信調停では小さいメッセージＩＤの付与された通信が優先される。管理部１１４は、メッセージＩＤの優先度に応じて優先度の高い順に計測結果を受信する。なお、メッセージＩＤが、本開示の識別情報の一例である。また、メッセージＩＤの桁数及び値の進数は通信調停の仕様に応じて適宜定めればよい。

【0016】

本実施形態では、監視装置１１２の各々においてメッセージＩＤを算出する。監視装置１１２の各々でメッセージＩＤを算出することで、通信線２０のバス負荷が高くなった場合でも、電池モジュール１１０の監視状態に応じて通信の優先順位を更新でき、高負荷時の電池の発火等の事故を防止できる。本実施形態にでは、電池の状態は電圧又は温度の重要度に応じて優先度を定める。

【0017】

監視装置１１２のメッセージＩＤの算出方法について説明する。図２にメッセージＩＤの算出例を示す。本実施形態のメッセージＩＤは、１１桁の２進数で表され、メッセージＩＤの６桁の上位ビット側をＩＤ可変部、５桁の下位ビット側をＩＤ固定部として設定する。これにより、メッセージＩＤは、ＩＤ可変部及びＩＤ固定部で構成され、ＣＡＮの通信調停においてＩＤ可変部が優先される関係となるように規定される。ＩＤ可変部には、電圧の算出ＩＤを（ＩＤ＿ｖ）、温度の算出ＩＤを（ＩＤ＿ｔ）とし、後述するテーブルを用いて算出された何れかの算出ＩＤが設定される。図２の例では、優先度は監視装置１１２Ｃ、監視装置１１２Ｂ、及び監視装置１１２Ａの順となるように設定された場合の例である。監視装置１１２ではメッセージＩＤのＩＤ可変部を、電池の状態及びテーブルに基づいて算出することで、メッセージＩＤを算出する。図２の例では、監視装置１１２Ａは電圧の算出ＩＤがＩＤ可変部に設定され、監視装置１１２Ｂは温度の算出ＩＤがＩＤ可変部に設定され、監視装置１１２Ｃは電圧の算出ＩＤがＩＤ可変部に設定されている。なお、ＩＤ可変部が、本開示の電池モジュールの状態の計測結果に対する優先度に応じて割り当てられた可変の第１識別子の一例である。ＩＤ固定部が、本開示の監視装置と異なる他の監視装置と区別するための固有の第２識別子の一例である。算出ＩＤが、本開示の算出識別子の一例である。

【0018】

テーブルは、電圧及び温度の状態ごとに、電圧に対応した電圧テーブルと、温度に対応した温度テーブルとが規定されている。それぞれのテーブルでは、状態の基準値、優先度、及び優先度に応じた算出ＩＤの対応関係を規定している。テーブルでは、電圧又は温度の状態の重要度が高いほど、小さいＩＤを対応付ける。図３Ａに電圧テーブルの一例を示す。図３Ｂに温度テーブルの一例を示す。いずれのテーブルも優先度の高い順に算出ＩＤの値は小さく割り当てられている。図３Ａ及び図３Ｂでは、優先度の高い順に「００００００」から「１１１１１１」が割り当てられている。なお、算出ＩＤはそれぞれのテーブルによって異なる値を設定してもよい。

【0019】

監視装置１１２は、各々が計測した電圧から電圧の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｖ）を算出し、温度から温度の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｔ）を算出する。監視装置１１２は、（ＩＤ＿ｖ）及び（ＩＤ＿ｔ）のうち通信調停の優先度の高い方の算出ＩＤをＩＤ可変部として設定し、ＩＤ固定部と統合して、メッセージＩＤを算出する。ＩＤ固定部は、あらかじめ監視装置１１２ごとに異なるＩＤの値が固定で割り当てられている。上述したように、ＣＡＮ通信の通信調停では値の小さいメッセージＩＤが優先されるため、各テーブルは検出したい状態の優先度が高くなるように設定される。なお、電圧又は温度の一方のみを監視対象にする場合には算出ＩＤをそのままＩＤ可変部とすればよい。

【0020】

図３Ａに示す電圧テーブルでは、電圧の状態の危険度に応じて算出ＩＤを割り当てるように設定される。電圧が高過ぎる場合又は低過ぎる場合に危険度が高くなるため、そのような状態に応じた設定が想定される。優先度が一番目に高いケースには、電圧の計測値ｘ［Ｖ］について、電圧が高くなり過ぎた状態の基準「４．０２≦ｘ」を割り当てている。優先度が二番目に高いケースには、電圧が低くなり過ぎた状態の基準「ｘ＜３．４」を割り当てている。優先度が最も低いケースには、安定している状態の基準「３．７≦ｘ＜３．７１」を割り当てている。なお、基準としている電圧の値は一例であり、適宜設定できる。例えば、電池の電圧は経年に応じて低下することが想定されるため、経時的に低下していくような電圧の値の基準を割り当てるように電圧テーブルを設定してもよい。

【0021】

図３Ｂに示す温度テーブルでは、温度の状態の危険度に応じて算出ＩＤを割り当てるように設定される。温度が高過ぎる場合に危険度が高くなるため、そのような状態に応じた設定が想定される。温度の優先度が一番目に高いケースには、温度の計測値ｙ［℃］について、温度が高くなった状態の基準「６２≦ｙ」を割り当てている。優先度が二番目に高いケースには、温度が次に高くなった状態の基準「６１≦ｙ＜６２」を割り当てている。優先度が最も低いケースには、温度が低い状態の基準「ｙ＜０」を割り当てている。なお、基準としている温度の値は一例であり、適宜設定できる。例えば、気温が低い地域で稼働する場合は結露などを想定して、温度がマイナスの場合に優先度を高くするように温度テーブルを設定してもよい。

【0022】

図４は、監視装置１１２のハードウェア構成を示すブロック図である。図４に示すように、監視装置１１２は、電源回路１１、電圧検出回路１２、温度検出回路１３、モジュール制御部１４、及び通信部１５を有する。

【0023】

電源回路１１は、例えば、電池モジュール１１０から供給される電力を、給電対象のシステムの各構成部の駆動に適した電圧に変換し、給電する回路である。電圧検出回路１２は、電圧計測線２２により計測された電池モジュール１１０の電池の電圧の計測値をモジュール制御部１４に出力する回路である。温度検出回路１３は、温度計測線３２により計測された電池モジュール１１０の電池の温度の計測値をモジュール制御部１４に出力する回路である。

【0024】

モジュール制御部１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理を担うプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及び入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。モジュール制御部１４は、専用ＬＳＩ、又はＦＰＧＡ等で構成されていてもよい。プロセッサは、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。メモリには、電圧テーブル及び温度テーブルが格納され、処理の実行の際に読み出されて参照される。通信部１６は、通信線２０を介した計測結果の送信、及び管理部１１４からの信号の受信等の処理を行う。なお、管理部１１４のハードウェア構成は、ＣＰＵ等の演算処理を担うプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、及び入出力インタフェース等を有するコンピュータ又はサーバとして構成してもよい。

【0025】

（制御の流れ）
本実施形態の監視装置１１２の各々で実行される電池監視方法としての処理の流れについて、図５のフローチャートを用いて説明する。図５は、監視装置１１２が実行する電池監視方法のフローチャートである。監視装置１１２における処理は、監視装置１１２の各部が機能することにより実行される。監視装置１１２の処理は所定の周期で実行される。電池監視システム１００において監視処理は監視装置１１２の各々で実行される。

【0026】

ステップＳ１００において、監視装置１１２は、電圧の計測値ｘ及び温度の計測値ｙを取得する。

【0027】

ステップＳ１０２において、監視装置１１２は、電圧テーブルを参照し、電圧の計測値ｘと、電圧テーブルとに基づいて、電圧の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｖ）を算出する。

【0028】

ステップＳ１０４において、監視装置１１２は、温度テーブルを参照し、温度の計測値ｙと、温度テーブルとに基づいて、温度の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｔ）を算出する。

【0029】

ステップＳ１０６において、監視装置１１２は、算出された電圧の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｖ）が温度の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｖ）以下であるか否かを判定する（ＩＤ＿ｖ≦ＩＤ＿ｔ）。（ＩＤ＿ｖ≦ＩＤ＿ｔ）である場合にはステップＳ１０８へ移行し、（ＩＤ＿ｖ≦ＩＤ＿ｔ）でない場合にはステップＳ１１０へ移行する。

【0030】

ステップＳ１０８において、監視装置１１２は、ＩＤ可変部に、電圧の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｖ）を設定する。

【0031】

ステップＳ１１０において、監視装置１１２は、ＩＤ可変部に、温度の算出ＩＤ（ＩＤ＿ｔ）を設定する。

【0032】

ステップＳ１１２において、監視装置１１２は、設定されたＩＤ可変部と、当該監視装置１１２に設定されたＩＤ固定部を統合して、メッセージＩＤを設定する。

【0033】

ステップＳ１１４において、監視装置１１２は、設定されたメッセージＩＤで、管理部１１４に計測結果を送信する。なお、監視装置１１２及び管理部１１４では優先度自体は考慮せずに送受信を行うが、ＣＡＮの通信調停において、通信が重なってしまった場合にメッセージＩＤの優先度が考慮される。

【0034】

以上、本実施形態の電池監視システム１００は、通信に高負荷が生じた場合にも、電池の状態に応じた監視の継続を可能とする。

【0035】

（変形例）
上述した実施形態に限定されるものでなく種々の変形が可能である。例えば、監視装置１１２側の故障時などの異常を検出するために、管理部１１４から一定期間の間に計測結果の受信がなかった監視装置１１２については、強制的に通信の優先度の最も高いメッセージＩＤの設定に更新し、計測結果を受信するようにしてもよい。強制送信用の値は、例えば最も優先の高い「００００００」を割り当てればよい。また、この場合において電圧テーブル及び温度テーブルのＩＤ可変部の設定について、強制送信用の値を除くように設定してもよい。

【0036】

なお、本開示の技術は、上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

【符号の説明】

【0037】

１００ 電池監視システム
１１０ 電池モジュール
１１２ 監視装置
１１４ 管理部

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】