JP5371651B2

JP5371651B2 - 車両用電源システムおよび通信装置

Info

Publication number: JP5371651B2
Application number: JP2009210833A
Authority: JP
Inventors: 憲一朗水流; 芳成青嶋
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP2011057144A

Description

本発明は、車両用電源システムおよび通信装置に関する。

現在、多数の機器において、データを１つの信号線のみにより送信するシリアル通信が行われている。このようなシリアル通信の例としては、ＬＩＮ（ＬｏｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＮｅｔｗｏｒｋ）による通信などが挙げられる。例えばこのようなシリアル通信を行うための回路は、ＳＣＩ（ＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅ）やＵＡＲＴ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＲｅｃｅｉｖｅｒＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）などという形で集積化されている。従って、特定の機器にシリアル通信の機能を持たせたい場合には、上記のような集積回路を搭載させればよい。

上述したＳＣＩやＵＡＲＴ等は通常、同時に並行して送受信を行う機能を有さない。従って、いわゆる全二重通信を行う場合には、送信用と受信用に、上記の集積回路を少なくとも２つ用意する必要がある。例えば特許文献１には、シリアル通信を行うマイコンを備えた充電制御装置が記載されている。特許文献１に記載されたマイコンはＵＡＲＴＴＸ機能とＵＡＲＴＲＸ機能とを備えており、これらを同時に使用することが可能な構成になっている。従って、適切に配線を行えば送受信を同時に行うことが可能である。

特開２００７−１４２６９４号公報

従来技術により全二重のシリアル通信を実現するためには、シリアル通信を行うＵＡＲＴ等の通信回路を送信用と受信用との２つ用意する必要があり、回路規模が大きくなってしまうという問題があった。

本発明に係る車両用電源システムは、組電池を構成する電池セルの状態を管理するセルコントローラと、前記セルコントローラから送信されたシリアル通信用信号を、第１伝送路を介して受信する受信手段と、前記セルコントローラに対し、第２伝送路を介してシリアル通信用信号を出力する送信用タイマーと、前記送信用タイマーから出力されるシリアル通信用信号が所定のデータとなるように前記送信用タイマーを制御する制御手段とを有する車両用電源システムであって、前記受信手段は、前記第１伝送路を伝送されてきたシリアル通信用信号を並列的に入力する受信用タイマーおよびシリアル通信インタフェースを備え、前記受信用タイマーが所定数以上の連続した所定レベル信号を検出したことに応答して、前記シリアル通信インタフェースはシリアル通信用信号の受信を開始する、ことを特徴とする。
本発明に係る通信装置は、外部機器と第１伝送路を介してシリアル通信によりデータの受信を行う受信手段と、出力端が第２伝送路を介して前記外部機器に接続されており、所定のタイミングで所定の信号レベルの信号を出力する送信用タイマーと、前記送信用タイマーから出力される信号が前記シリアル通信により所定データを送信する信号となるように前記送信用タイマーを制御する制御手段とを有する通信装置であって、前記受信手段は、前記第１伝送路を伝送されてきたシリアル通信用信号を並列的に入力する受信用タイマーおよびシリアル通信インタフェースを備え、前記受信用タイマーが所定数以上の連続した所定レベル信号を検出したことに応答して、前記シリアル通信インタフェースはシリアル通信用信号の受信を開始する、ことを特徴とする。

本発明によれば、全二重のシリアル通信を行う際に送信用の通信回路が不要となり、回路規模を従来より小さくすることが可能となる。

車両用回転電機の駆動システムに使用される直流電源システムのブロック図である。バッテリコントローラ２０の内部構造を示すブロック図である。バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０との間で送受信されるデータの流れを示す模式図である。図３におけるリクエスト信号ＲＱおよびレスポンス信号ＲＳを表す波形図である。直流電源システムの各伝送路に出力される信号を示す図である。第２の実施の形態によるバッテリコントローラ１２０の内部構造を示すブロック図である。

（第１の実施の形態）
本発明の一実施の形態である、直流電源システムについて説明する。この直流電源システムは、車両用回転電機の駆動システムに使用される。

〈セルコントローラの説明〉
図１は、車両用回転電機の駆動システムに使用される直流電源システムのブロック図である。図１に示した直流電源システムは、リレーＲＬＰ，ＲＬＮに接続された負荷（例えばインバータ装置）へ直流電力を供給する。リレーＲＬＰが供給される直流電力の正極側となり、リレーＲＬＮが負極側となる。

図１に示した直流電源システムは、リレーＲＬＰ，ＲＬＮに加えて、電池モジュール９，セルコントローラ（Ｃ／Ｃ）８０，バッテリコントローラ２０，電流計Ｓｉ，および電圧計Ｖｄを備える。電流計Ｓｉおよび電圧計Ｖｄは、それぞれ電池モジュール９からリレーＲＬＰ，ＲＬＮに接続された負荷に供給される直流電流量および直流電圧量を検知する。検知結果はそれぞれ\バッテリコントローラの端子ＣＵＲ，ＶＡＬＬへ出力される。

電池モジュール９は複数個の電池セルのグループＧＢ１，…，ＧＢＭ，…，ＧＢＮを有している。前記各グループは複数個の直列接続された電池セルＢＣ１〜ＢＣ４を有している。すなわち、電池モジュール９は直列に接続された多数の電池セルを有している。本実施形態では、電池セルは例えば数十個〜数百個存在している。また、本実施形態において各電池セルはリチウムイオン電池である。

各電池セルの端子電圧はその電池セルの充電状態で変化する。例えば、３０％程度の充電状態では約３.３Ｖ程度の端子電圧となり、７０％程度の充電状態では約３.８Ｖ程度の端子電圧となる。電池セルが過放電状態のとき、端子電圧は例えば２.５Ｖ以下になる場合があり、また過充電状態では４.２Ｖ以上になる場合がある。すなわち、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４はそれぞれ、端子電圧を計測することにより充電状態ＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を把握できる。

本実施形態では、端子電圧の計測を行い易くする等の理由により、１グループを４個の電池セルで構成している。すなわち、グループＢＧ１〜ＧＢＮをそれぞれ４個の電池セルＢＣ１〜ＢＣ４で構成している。なお、図１において、グループＢＧ１とグループＧＢＭとの間、およびグループＧＢＭとグループＧＢＮとの間にはさらに複数のグループが存在しているが、これらのグループはグループＢＧ１と同様の構成であるので、説明の煩雑さを避けるために省略する。

セルコントローラ８０は、電池モジュール９を構成する各グループに対応して複数の集積回路（ＩＣ）を有している。図１では、グループＧＢ１，…，ＧＢＭ，…，ＧＢＮに対応する集積回路をそれぞれ３Ａ，…，３Ｍ，…，３Ｎとして記載している。なお、上述した電池セルのグループと同様に、図１において、集積回路３Ａと集積回路３Ｍとの間、および集積回路３Ｍと集積回路３Ｎとの間にはさらに複数の集積回路が存在しているが、これらの集積回路は集積回路３Ａと同様の構成であるので、説明の煩雑さを避けるために省略する。

集積回路３Ａ〜３Ｎは、各電池セルの端子電圧を検出するために電圧検出用の端子Ｖ１〜Ｖ４，Ｂ１〜Ｂ４，およびＧＮＤを備えている。端子Ｖ１〜Ｖ４，Ｂ１〜Ｂ４，およびＧＮＤは、各々の集積回路に対応するグループの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の正極および負極にそれぞれ接続されている。集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ対応するグループＧＢ１〜ＧＢＮの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の電圧を検出するとともに、全グループの全電池セルのＳＯＣを均一化するため、電池セルＢＣ１〜ＢＣ４のＳＯＣを個別に調整するための充電状態調整用抵抗Ｒ１〜Ｒ４が、スイッチ素子を介して各電池セルと並列に接続される構成となっている。前記スイッチ素子は図２を用いて後述する。

集積回路３Ａ〜３Ｎは信号伝送のための送受信端子ＴＲ，ＴＸ，ＦＦＩ，およびＦＦＯを有している。送信端子ＴＸは、図１において下方向に隣り合う集積回路の受信端子ＴＲと接続されており、集積回路３Ａ〜３Ｎを直列に接続する信号伝送路５２を構成している。送信端子ＦＦＯについても同様に、図１において下方向に隣り合う集積回路の受信端子ＦＦＩと接続されており、集積回路３Ａ〜３Ｎを直接に接続する信号伝送路５４を形成している。図１において最上部に位置している集積回路３Ａの受信端子ＴＲおよびＦＦＩは、それぞれバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸおよびＦＦＴＥＳＴに接続されている。同様に、図１において最下部に位置している集積回路３Ｎの送信端子ＴＸおよびＦＦＯは、それぞれバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸおよびＦＦに接続されている。

集積回路３Ａ〜３Ｎは更に、それぞれ対応するグループＧＢ１〜ＧＢＮの電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の異常状態を検出する機能を有している。本実施形態において電池セルの異常状態とは、電池セルの過充電や過放電、および温度の異常上昇などを指す。

集積回路３Ａ〜３Ｎと上位のバッテリコントローラ２０との信号の送受は、通信ハーネス５０を介して行われる。バッテリコントローラ２０は車両のシャーシ電位をグランド（ＧＮＤ）電位とし、１２Ｖ以下の低電圧で動作するようになっている。一方、集積回路３Ａ〜３Ｎは、対応するグループの電池セルの電位がそれぞれ異なる。従って、集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ異なる電位に保持され、異なる電位で動作する。前述の通り、電池セルの端子電圧は充電状態ＳＯＣにより変化するので、電池モジュール９の最低電位に対する各々のグループの電位は、各々の電池セルの充電状態ＳＯＣに基づいて変化する。

集積回路３Ａ〜３Ｎは、それぞれ対応するグループの電池セルの端子電圧の検出、あるいは、対応するグループの電池セルの充電状態ＳＯＣの調整のための放電制御等を行うので、対応するグループの電位に基づいて集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位を変化させる方が、集積回路３Ａ〜３Ｎに加わる電圧差が小さくなる。集積回路３Ａ〜３Ｎに加わる電圧差が小さい方が、集積回路３Ａ〜３Ｎの耐圧をより小さくできる、あるいは安全性や信頼性が向上するなどの効果があるので、本実施形態では対応するグループの電位に基づいて集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位を変化させるようにしている。具体的には、集積回路３Ａ〜３Ｎの基準電位となるＧＮＤ端子を、対応するグループの電池セルのどこかに接続することにより、集積回路の基準電位を対応するグループの電位に基づいて変化させることが可能となる。本実施形態では、各グループの最低位電位となる電池セルの負極を集積回路のＧＮＤ端子と接続している。

また、集積回路３Ａ〜３Ｎがその内部で集積回路の内部回路を動作させる基準電圧や電源電圧を発生させるために、各集積回路は対応するグループの最高位電位となる電池セルの正極と集積回路のＶｃｃ端子とを接続している。このような構成により、各集積回路は、対応するグループの最高位電位と最低位電位との間の電位差すなわち電圧を受けて動作する。

バッテリコントローラ２０の電源系統とセルコントローラ８０の電源系統とは電位関係が異なっており、また電圧の値も大きく異なるので、バッテリコントローラ２０に接続される通信ハーネス５０は、各集積回路３Ａ〜３Ｎの送受信端子が直列接続されている伝送路５２，５４と電気的に絶縁されていることが必要となる。このため、通信ハーネス５０と伝送路５２，５４とを電気的に絶縁するための絶縁回路が集積回路３Ａ〜３Ｎで構成される伝送路５２，５４の入口側と出口側とにそれぞれ設けられている。図１では、伝送路５２，５４の入口側に設けた絶縁回路を入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）で、出口側に設けた絶縁回路を出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）でそれぞれ示している。

これら各インタフェースＩＮＴ（Ｅ），ＩＮＴ（Ｏ）は、電気信号が一旦光信号に変換され、その後再び電気信号に変換される回路を有する。バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０との間の情報の伝送はこの回路を介して行われるので、バッテリコントローラ２０の電気回路とセルコントローラ８０の電気回路との間の電気的な絶縁が維持される。入口側のインタフェースＩＮＴ（Ｅ）はフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２を有している。フォトカプラＰＨ１はバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸと高電位側の集積回路３Ａの受信端子ＴＲとの間に設けられている。フォトカプラＰＨ２はバッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＴＥＳＴと集積回路３Ａの受信端子ＦＦＩとの間に設けられている。入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２は上述のバッテリコントローラ２０の各送信端子ＴＸ，ＦＦＴＥＳＴと集積回路３Ａの受信端子ＴＲやＦＦＩとの間の電気的な絶縁を維持している。

同様に、バッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸ，ＦＦと低電位側の集積回路３Ｎとの間には、出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ３，ＰＨ４がそれぞれ設けられ、バッテリコントローラ２０の受信端子と集積回路３Ｎの各送信端子との間の電気的な絶縁が維持されている。詳述すると、集積回路３Ｎの送信端子ＴＸとバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸとの間にフォトカプラＰＨ３が設けられ、集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯとバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦとの間にフォトカプラＰＨ４が設けられている。

前述の通り、集積回路３Ａ〜３Ｎは送受信端子ＴＸ，ＴＲにより直列接続され、信号伝送路５２を構成している。バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸから送信された信号は、入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ１を介して集積回路３Ａの受信端子ＲＸで受信される。その後、この信号は、各々の集積回路３Ａ〜３Ｎの送信端子ＴＸから順に送信され、隣り合う集積回路の受信端子ＲＸにより順に受信される。この信号は最終的に、集積回路３Ｎの送信端子ＴＸから送信されて出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ３を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸで受信される。バッテリコントローラ２０と集積回路３Ａ〜３Ｎとの間には、以上のようなループ状の通信路が設けられており、このループ状の通信路を介してシリアル通信が行われる。バッテリコントローラ２０はこのシリアル通信により、各電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の端子電圧や温度などの計測値を受信する。集積回路３Ａ〜３Ｎは更に、この伝送路を介してコマンドを受信すると自動的に動作状態になるように構成されている。従って、バッテリコントローラ２０から通信コマンドが伝送されると、各集積回路３Ａ〜３Ｎはそれぞれスリープ状態から動作状態に状態遷移する。

集積回路３Ａ〜３Ｎはさらに電池セルＢＣ１〜ＢＣ４の異常診断を行い、電池セルの異常状態を検出した場合に次の伝送路を介して１ビット信号を伝送する。集積回路３Ａ〜３Ｎは、自分自身が異常状態を検出した場合、あるいは他の集積回路から異常状態を表す信号（以下、異常信号と呼ぶ）を受信端子ＦＦＩで受信した場合に、送信端子ＦＦＯから異常信号を送信する。一方、既に受信端子ＦＦＩで受信していた異常信号が消えたり、あるいは自分自身の異常判断が変わり異常状態ではなくなったりした場合に、送信端子ＦＦＯから伝送される異常信号は消える。本実施形態では、この異常信号は１ビット信号である。原則的にはバッテリコントローラ２０は異常信号を集積回路３Ａに送信しない。しかしながら、異常信号の伝送路が正しく動作することが重要であるので、バッテリコントローラ２０は伝送路の診断のために擬似的な異常信号であるテスト信号をバッテリコントローラ２０の端子ＦＦＴＥＳＴから送信する。以下、このテスト信号の伝送路について説明する。

前述の通り、集積回路３Ａ〜３Ｎは送受信端子ＦＦＯ，ＦＦＩにより直列接続され、信号伝送路５４を構成している。バッテリコントローラ２０の送信端子ＦＦＴＥＳＴから送信された擬似的な異常信号であるテスト信号は、入口側インタフェースＩＮＴ（Ｅ）内のフォトカプラＰＨ２を介して集積回路３Ａの受信端子ＦＦＩで受信される。その後、この信号は、各々の集積回路３Ａ〜３Ｎの送信端子ＦＦＯから順に送信され、隣り合う集積回路の受信端子ＦＦＩにより順に受信される。この信号は最終的に、集積回路３Ｎの送信端子ＦＦＯから送信されて出口側インタフェースＩＮＴ（Ｏ）のフォトカプラＰＨ４を介してバッテリコントローラ２０の受信端子ＦＦで受信される。このようにテスト信号をバッテリコントローラ２０が送受することで異常信号のための通信路の診断ができ、システムの信頼性が向上する。また上述のとおり、バッテリコントローラ２０からの送信依頼が無くても、異常状態を検出した集積回路が次の集積回路に異常信号を送ることで、異常状態が速やかにバッテリコントローラ２０に伝達される。これにより、異常状態の発生に対する対応策を速やかに実行することができる。

なお上述の説明では、信号の伝送は、何れも電池モジュール９の電位の高いグループに対応する集積回路３Ａから電位の低いグループに対応する集積回路３Ｎに向けて行われたが、これは一例である。この逆に、例えばバッテリコントローラ２０から電池モジュール９の電位の低いグループに対応する集積回路３Ｎに信号を送信し、受信した信号を順次電位の高いグループに対応した各集積回路（集積回路３Ｍを含む）に送り、最高電位のグループに対応した集積回路３Ａからバッテリコントローラ２０に信号を送るようにしても良い。

図１に示す直流電源システムは正極側のリレーＲＬＰと負極側のリレーＲＬＮを介してインバータ装置などの負荷に直流電力を供給する。これらのリレーＲＬＰ，ＲＬＮはバッテリコントローラ２０およびインバータ装置から開閉を制御できるよう構成されている。従って、集積回路が異常を検知したことに応じて、バッテリコントローラ２０もしくはインバータ装置がリレーＲＬＰ，ＲＬＮの開閉を制御することが可能である。

またバッテリコントローラ２０は電流センサＳｉの出力を受け、電池モジュール９全体からインバータ装置に供給される電流を検知し、また電圧計Ｖｄの出力により、電池モジュール９からインバータ装置に供給される直流電圧を検知する。

〈バッテリコントローラの説明〉
図２は、バッテリコントローラ２０の内部構造を示すブロック図である。なお図２では本発明に係るブロックについてのみ記載しており、それ以外の各ブロックは説明の簡単のため省略している。

バッテリコントローラ２０の内部には３つの内部バスＢ１、Ｂ２、Ｂ３が存在する。内部バスＢ１と内部バスＢ２とはバスコントローラ２４を介して互いに接続されている。同様に、内部バスＢ２と内部バスＢ３とはバスコントローラ２６を介して互いに接続されている。

内部バスＢ１にはＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、およびＲＡＭ２３が接続されている。ＲＯＭ２２は不揮発性の記憶装置であり、所定の制御プログラムが格納されている。ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２に格納されている制御プログラムを読み出して実行することにより、所定の制御を行う。ＲＡＭ２３は揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ２１はＲＡＭ２３を作業用の領域として用いる。

内部バスＢ３にはタイマー２７とＳＣＩ（ＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅ）２９が接続されている。タイマー２７は送信端子を１つ備えており、この送信端子がバッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸに接続されている。すなわち、タイマー２７の送信端子から送信される信号が、図１に示した集積回路３Ａの受信端子ＴＲで受信される。

タイマー２７は、一定時間が経過した時に送信端子の信号レベルを切り替える機能を有する。例えばＣＰＵ２１がタイマー２７へ、現時点から１０ミリ秒が経過した時に信号レベルをＬ（Ｌｏｗ）に切り替えるよう指示すると、タイマー２７はこの指示があった時点から１０ミリ秒が経過した時点で送信端子の信号レベルをＬにする。

ＳＣＩ２９は受信端子を１つ備えており、この受信端子がバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸに接続されている。すなわち、図１に示した集積回路３Ｎの送信端子ＴＸからの出力は、ＳＣＩ２９の受信端子へ入力される。バッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸには、ＳＣＩ２９の他にタイマー２８が接続されている。従って、図１に示した集積回路３Ｎの送信端子ＴＸからの出力は、タイマー２８に対しても入力される。

タイマー２８は、入力された信号の信号レベルが連続して一定時間以上Ｌになり、通信速度を調整するデータを取得した場合に、取得したデータをＲＡＭ２３に記憶させＣＰＵ２１へその旨を通知する。ＣＰＵ２１はタイマー２８より前記の通知が為されたことに応じて、通信速度を調整してＳＣＩ２９を動作させ、シリアル通信により集積回路３Ｎが送信するデータを受信する。ＳＣＩ２９が受信したデータはＳＣＩ２９からＲＡＭ２３に記憶される。ＣＰＵ２１はＲＡＭ２３に記憶されている受信データを取り出すことが可能である。

内部バスＢ２にはＤＭＡ（ＤｉｒｅｃｔＭｅｍｏｒｙＡｃｃｅｓｓ）コントローラ２５が接続されている。ＤＭＡコントローラ２５は、ＲＡＭ２３に格納されたデータを読み出してタイマー２７へ送信する機能を有する。この機能はＣＰＵ２１から独立して実行されるので、ＣＰＵ２１はＤＭＡコントローラ２５によりデータの読み出しと送信が行われている間に他の処理を実行することが可能である。バスコントローラ２４、２６は内部バスの調停および内部バス間のデータ転送を行う。

（シリアル通信の説明）
図３は、バッテリコントローラ２０とセルコントローラ８０との間で送受信されるデータの流れを示す模式図である。図３に示した各伝送路では、後述するプロトコルのシリアル通信によりデータの送受信が行われる。図３ではデータの送受信の一例として、バッテリコントローラ２０が集積回路３Ｍに対応する電池セルの端子電圧を要求した様子を模式的に示す。なお図３では、通信ハーネス５０やインタフェースＩＮＴ（Ｅ），ＩＮＴ（Ｏ）を省略している。

バッテリコントローラ２０が集積回路３Ｍに対応する電池セルなど特定の電池セルの端子電圧を要求する場合、まずバッテリコントローラ２０がリクエスト信号ＲＱを送信端子ＴＸから送信する。このリクエスト信号ＲＱには、端子電圧を要求すること、ならびに、端子電圧を要求する対象の集積回路すなわち集積回路３Ｍ、を表すデータが含まれている。バッテリコントローラ２０が送信したリクエスト信号ＲＱはセルコントローラ８０内の集積回路３Ａの受信端子ＲＸへ入力される。

集積回路３Ａは、受信端子ＲＸから受信した信号の内容を解析する。そして、受信した信号が集積回路３Ａに何らかの動作を要求するものであるかどうかを判定する。肯定判定がなされた場合、集積回路３Ａは受信した信号に加えて必要な信号を送信端子ＴＸから送信する。他方、受信した信号が集積回路３Ａに何らかの動作を要求するものではなかった場合、集積回路３Ａは受信した信号をそのまま送信端子ＴＸから送信する。図３においては、リクエスト信号ＲＱは集積回路３Ｍに電池セルの端子電圧を要求する信号であるので、集積回路３Ａはリクエスト信号ＲＱをそのまま送信端子ＴＸから送信する。

集積回路３Ｂやこれに続く各々の集積回路も、集積回路３Ａと同様に動作する。その結果、リクエスト信号ＲＱが集積回路３Ａから集積回路３Ｎまで、集積回路間を次々に伝搬することとなる。集積回路３Ｍがリクエスト信号ＲＱを受信すると、前述の通りリクエスト信号ＲＱは集積回路３Ｍに電池セルの端子電圧を要求する信号であるので、集積回路３Ｍは受信したリクエスト信号ＲＱに加えて端子電圧を表すレスポンス信号ＲＳを送信端子ＴＸから送信する。集積回路３Ｍ以降の集積回路（例えば集積回路３Ｎなど）は、受信端子からリクエスト信号ＲＱおよびレスポンス信号ＲＳを受信し、送信端子からこれらの信号をそのまま送信する。

最終的に、集積回路３Ｎが送信端子ＴＸからリクエスト信号ＲＱおよびレスポンス信号ＲＳを送信する。これらの信号はバッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸへ入力される。バッテリコントローラ２０は、受信したレスポンス信号ＲＳを参照することにより、集積回路３Ｍに対応する電池セルの端子電圧を取得する。以上のようにして、バッテリコントローラ２０はセルコントローラ８０との通信を行う。

図４は、図３におけるリクエスト信号ＲＱおよびレスポンス信号ＲＳを表す波形図である。図４（ａ）にはリクエスト信号ＲＱのみを、図４（ｂ）にはリクエスト信号ＲＱとレスポンス信号ＲＳとを示す。図４に示した各々の波形図において、時刻ｔ０は各々の信号の送信が開始された時刻である。通信が行われていない間、伝送路の信号レベルはＨ（Ｈｉｇｈ）となっている。また本シリアル通信において、スタートビットは０であり、ストップビットは１である。

リクエスト信号ＲＱは、ブレークフィールドＦ１と、シンクフィールドＦ２と、ＩＤフィールドＦ３と、から構成される。ブレークフィールドＦ１は通信の開始を表すフィールドであり、１３ビット以上の連続する０（Ｔ１）と、ストップビット（Ｔ２）と、から成る。リクエスト信号ＲＱの受信側は、１３ビット以上の連続する０を検知すると、シリアル通信の開始を認識する。

シンクフィールドＦ２は通信速度の調整を行うためのフィールドであり、スタートビット（Ｔ３）と、８ビットの固定値（Ｔ４）と、ストップビット（Ｔ５）と、から成る。期間Ｔ４において送信される８ビットの値は、１６進数で５５である。この値は２進数で“０１０１０１０１０１”である。すなわち、０と１とが交互に現れる値である。受信側はシンクフィールドＦ２から、シリアル通信の速度を取得することが可能である。すなわち、１ビットの送信にかかる時間をシンクフィールドＦ２から取得することができる。なお本シリアル通信において、複数のビットから成る値は下位ビットから順に送信される。

転送速度はシンクフィールドＦ２から取得することができるので、いずれかの集積回路が送信端子ＴＸから送信する信号の送信速度は、必ずしも受信端子ＲＸと一致していなくてもよい。

ＩＤフィールドＦ３はこのシリアル通信の種別、および、対象となる集積回路を表すフィールドである。ＩＤフィールドＦ３は、スタートビット（Ｔ６）と、８ビットの識別値（Ｔ７）と、ストップビット（Ｔ８）と、から成る。この識別値はリクエスト信号ＲＱの種別やリクエスト信号ＲＱの対象となる集積回路を特定する情報などに対応する値である。

各々の集積回路は、受信端子ＲＸから図４（ａ）に示すリクエスト信号ＲＱの受信を開始すると、即座に送信端子ＴＸへの信号の送信を開始する。そして、ＩＤフィールドＦ３に含まれる８ビットの識別値を受信すると、集積回路はこの識別値に基づいて、このリクエスト信号ＲＱが自身に何らかの動作を要求するものか否かを判定する。肯定判定がなされた場合には、図４（ｂ）に示すように、リクエスト信号ＲＱに引き続きレスポンス信号ＲＳを送信端子ＴＸから送信する。

図４（ｂ）に示すように、レスポンス信号ＲＳはデータフィールドＦ４から構成される。図４（ｂ）ではデータフィールドＦ４を１つだけ記載しているが、複数のデータフィールドＦ４がレスポンス信号ＲＳに含まれていてもよい。各々のデータフィールドＦ４は、スタートビット（Ｔ９）と、８ビットのデータ（Ｔ１０）と、ストップビット（Ｔ１１）と、から成る。例えば図３のように、集積回路３Ｍに対応する電池セルの端子電圧を取得する場合であれば、集積回路３Ｍは電池セルの端子電圧を表すデータを含むレスポンス信号ＲＳを送信する。

図５は、直流電源システムの各伝送路に出力される信号を示す図である。なお図５では、集積回路は３Ａ〜３Ｌまでの１２個が存在するものとしている。また図５では、バッテリコントローラ２０が集積回路３Ｇに関するリクエスト信号を送信している。各集積回路内で多少の遅れがあるものの、各集積回路は受信端子ＲＸで受信した信号をすぐに送信端子ＴＸから送信している。これにより、バッテリコントローラ２０によるリクエスト信号ＲＱの送信と、バッテリコントローラ２０によるリクエスト信号ＲＱおよびレスポンス信号ＲＳの受信と、は並行して行われることになる。そのため、バッテリコントローラ２０は受信用のタイマー２８およびＳＣＩ２９とは別に、送信用のタイマー２７を備えている必要がある。

（タイマーの説明）
図２に示した通り、バッテリコントローラ２０の受信端子ＲＸにはタイマー２８およびＳＣＩ２９が接続されている。ＳＣＩ２９はシリアル通信を行うためのインタフェースである。一般的なシリアル通信用の通信回路と同様に、ＳＣＩ２９はスタートビットとストップビットとが付与された８ビットのデータを受信する機能を有する。本実施形態におけるシリアル通信は、１３ビット以上の連続する０によって通信開始が示されるが、ＳＣＩ２９にはこの通信開始を意味する信号を認識する機能を有さない。タイマー２８はこの通信開始を認識するために存在する。ＳＣＩ２９は、タイマー２８が通信開始を認識したことに応じてシリアル通信を開始する。図５に示した通り、本実施形態におけるシリアル通信はブレークフィールドＦ１を除く全てのフィールドが「スタートビットとストップビットとが付与された８ビットのデータ」の形式を有するので、以上のような構成によりバッテリコントローラ２０はデータの受信を行うことができる。他方、バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸに接続されているタイマー２７は、シリアル通信に関する特段の機能を有さない。以下、タイマー２７の機能の詳細と、ＣＰＵ２１（図２）がタイマー２７を用いてリクエスト信号ＲＱを送信する手順と、について説明する。

タイマー２７は所定間隔毎に内蔵のカウンタをカウントアップする。タイマー２７の外部からタイマー２７に対し、特定のカウント値と信号レベルとを入力することが可能である。カウント値と信号レベルとを入力されたタイマー２７は、上記カウンタのカウント値が入力された特定のカウント値だけ増えた時点で、送信信号の信号レベルを上記の入力された信号レベルに設定する。例えばタイマー２７へ“１００、Ｈ”というデータが入力されると、タイマー２７は上記のデータが入力された時点のカウント値から１００だけカウントアップされた時点で、送信端子の信号レベルをＨに設定する。

またタイマー２７へは、ＤＭＡコントローラ２５を用いて特定のカウント値と信号レベルとのペアを一度に複数個送信することが可能である。例えば、“１００、Ｈ”というデータと“２００、Ｌ”というデータと、がＤＭＡコントローラ２５によりタイマー２７へ送信されると、タイマー２７はまず１００カウントだけカウントアップされた時点で送信端子の信号レベルをＨにし、その後更に１００カウントだけカウントアップされた時点で送信端子の信号レベルをＬにする。

ＣＰＵ２１は、リクエスト信号を送信端子ＴＸから送信するために、まずＲＡＭ２３にカウント値と信号レベルとのペアを複数格納する。ＣＰＵ２１はその後、ＤＭＡコントローラ２５にこれらのペアをタイマー２７へ送信させる。これにより、送信端子ＴＸから例えば図４に示したリクエスト信号ＲＱを送信することができる。

図５は、タイマー２７により送信されるリクエスト信号の例を示す図である。今バッテリコントローラ２０の送信端子ＴＸから送信されるべき信号の波形を図５（ａ）に示す。また、この信号の送信が開始される時刻をｔ０とする。なお、タイマーは０．０１マイクロ秒ごとにカウントアップするものとする。また、バッテリコントローラ２０は、図５（ａ）に示した信号を１９．２ｋｂｐｓの速度で送信する。１９．２ｋｂｐｓで信号を送信する場合、１ビットのデータを送信する時間は５２．０８マイクロ秒となる。従って、１ビットのデータを送信する間にタイマー２７のカウンタは５２０８カウントだけ進むこととなる。

以上の条件下においてリクエスト信号を送信する場合、リクエスト信号の信号レベルが変化する時刻ごとの、時刻ｔ０からの送信済みビット数と、時刻ｔ０からのカウント値と、その時刻になったときの出力信号レベルと、は図５（ｂ）のようになる。図５（ｂ）は、例えば時刻ｔ１になるまでに送信されるビット数は１３であり、時刻ｔ０から時刻ｔ１になるまでにカウンタは６７７０４カウントだけ進み、時刻ｔ１になると信号レベルはＨに変化する、ということを示している。ＣＰＵ２１はＲＡＭ２３へ図５（ｂ）に示したデータＴＤを格納し、ＤＭＡコントローラ２５にタイマー２７へ送信させる。これにより、ＣＰＵ２１はシリアル通信専用のＳＣＩなどを用いることなく、シリアル通信のための信号を送信端子ＴＸから送信することができる。

上述した第１の実施の形態による直流電源システムによれば、次の作用効果が得られる。
（１）データの受信を行うＳＣＩ２９がシリアル通信を行う機能を有する回路であるのに対し、データの送信を行うタイマー２７は所定の周期で信号レベルの切り替えを行うことが可能な回路である。これにより、シリアル通信を行う送信用の回路を別途設ける必要があった従来の構成よりも、回路規模を小さくすることが可能となる。

（第２の実施の形態）
本発明の一実施の形態である、直流電源システムについて説明する。この直流電源システムは第１の実施の形態と異なり、電池モジュール９およびセルコントローラ８０を複数備える。なお、第１の実施の形態と同様のブロックは、第１の実施の形態と同一の符号を付し説明を省略する。

図６は、第２の実施の形態によるバッテリコントローラ１２０の内部構造を示すブロック図である。バッテリコントローラ１２０は、２つのセルコントローラ８０ａ、８０ｂと接続されており、各々のセルコントローラと通信を行う。各々のセルコントローラと独立に通信を行うため、バッテリコントローラ１２０は、第１の実施の形態とは異なり、送信用の回路と受信用の回路とを複数組備えている。

バッテリコントローラ１２０の内部バスＢ３には、セルコントローラ８０ａを通信を行うためのタイマー２７ａ、タイマー２８ａ、およびＳＣＩ２９ａが接続されている。これらの各部は、セルコントローラ８０ａと通信を行うために用いられる。通信自体は、第１の実施の形態におけるタイマー２７、タイマー２８、およびＳＣＩ２９とそれぞれ同様であるため説明を省略する。内部バスＢ３には更に、セルコントローラ８０ｂと通信を行うためのタイマー２７ｂ、タイマー２８ｂ、およびＳＣＩ２９ｂが接続されている。これらの各部は、セルコントローラ８０ｂと通信を行うために用いられる。

上述した第２の実施の形態による直流電源システムによれば、第１の実施の形態による直流電源システムで得られる作用効果と同様の作用効果が得られる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
シリアル通信のプロトコルは、上記実施の形態によるものに限定されない。例えばＬＩＮによる通信などに対しても、本発明を適用することが可能である。また通信を行う装置同士の接続形態についても、上記実施の形態によるものに限定されない。例えば、本発明を適用した通信装置と外部機器が互いに１対１で通信を行うような構成であってもよい。

（変形例２）
ＤＭＡコントローラ２５は、ＲＡＭ２３ではなくＲＯＭ２２からタイマー２７へデータを送信してもよい。例えば、バッテリコントローラ２０が送信するリクエスト信号のパターンが限られているのであれば、予め各々のパターンに対応するデータをＲＯＭ２２へ格納しておくことができる。

（変形例３）
タイマー２７へのデータの送信を、ＤＭＡコントローラ２５を用いずにＣＰＵ２１が直接行ってもよい。

（変形例４）
本発明は、車両用電源システム以外の装置に対しても適用することが可能である。例えば、外部機器と伝送路を介してシリアル通信によりデータの受信を行うＳＣＩと、出力が上記の伝送路とは別の伝送路を介して外部機器に接続された、時間を計時するタイマーと、タイマーから出力される信号がシリアル通信により所定データを送信する信号となるようにタイマーを制御するＣＰＵとを備え、ＳＣＩとタイマーとにより、外部機器との間で全二重のシリアル通信を行う通信装置であってもよい。

本発明は、上記実施の形態以外の車両用電源システムや通信装置に対しても適用することが可能である。セルコントローラと、受信手段と、タイマーと、制御手段とだけを備えた車両用電源システムに本発明を適用してもよい。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…内部バス、ＢＣ１〜ＢＣ４…電池セル、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、３Ｉ、３Ｊ、３Ｋ、３Ｌ、３Ｍ、３Ｎ…集積回路、Ｓｉ…電流計、Ｖｄ…電圧計、９…電池モジュール、２０…バッテリコントローラ、２１…ＣＰＵ、２２…ＲＯＭ、２３…ＲＡＭ、２４、２６…バスコントローラ、２５…ＤＭＡコントローラ、２７、２８…タイマー、２９…ＳＣＩ、５０…通信ハーネス、５２…伝送路（シリアル通信）、５４…伝送路（フラグ通信）、８０…セルコントローラ

Claims

組電池を構成する電池セルの状態を管理するセルコントローラと、
前記セルコントローラから送信されたシリアル通信用信号を、第１伝送路を介して受信する受信手段と、
前記セルコントローラに対し、第２伝送路を介してシリアル通信用信号を出力する送信用タイマーと、
前記送信用タイマーから出力されるシリアル通信用信号が所定のデータとなるように前記送信用タイマーを制御する制御手段とを有する車両用電源システムであって、
前記受信手段は、
前記第１伝送路を伝送されてきたシリアル通信用信号を並列的に入力する受信用タイマーおよびシリアル通信インタフェースを備え、
前記受信用タイマーが所定数以上の連続した所定レベル信号を検出したことに応答して、前記シリアル通信インタフェースはシリアル通信用信号の受信を開始する、
ことを特徴とする車両用電源システム。
請求項１に記載の車両用電源システムにおいて、
前記送信用タイマーから前記第２伝送路を介して前記セルコントローラに至り、且つ前記セルコントローラから前記第１伝送路を介して前記受信手段に至るループ状の通信路には、
前記送信用タイマーから送信されたリクエスト信号と、前記セルコントローラから送信されたレスポンス信号とが重畳されて伝送されることを特徴とする車両用電源システム。
請求項１または２に記載の車両用電源システムにおいて、
前記送信用タイマーの出力タイミングおよび出力レベルを規定するデータを予め記憶しておくメモリをさらに備え、前記メモリの記憶内容に基づいて前記送信用タイマーの出力信号を制御する、ことを特徴とする車両用電源システム。
請求項３に記載の車両用電源システムにおいて、
前記メモリの記憶内容に基づいて前記送信用タイマーの出力信号を制御する手段は、ＤＭＡコントローラであることを特徴とする車両用電源システム。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用電源システムにおいて、
前記送信用タイマーから擬似的な異常信号をテスト信号として送信し、前記第２伝送路，前記セルコントローラおよび前記第１伝送路を順次介して前記受信手段に伝送することにより、シリアル通信のための通信路診断を行うことを特徴とする車両用電源システム。
外部機器と第１伝送路を介してシリアル通信によりデータの受信を行う受信手段と、
出力端が第２伝送路を介して前記外部機器に接続されており、所定のタイミングで所定の信号レベルの信号を出力する送信用タイマーと、
前記送信用タイマーから出力される信号が前記シリアル通信により所定データを送信する信号となるように前記送信用タイマーを制御する制御手段とを有する通信装置であって、
前記受信手段は、
前記第１伝送路を伝送されてきたシリアル通信用信号を並列的に入力する受信用タイマーおよびシリアル通信インタフェースを備え、
前記受信用タイマーが所定数以上の連続した所定レベル信号を検出したことに応答して、前記シリアル通信インタフェースはシリアル通信用信号の受信を開始する、
ことを特徴とする通信装置。