JP7723632B2 - 絶縁通信システム - Google Patents

Description

本発明は、絶縁通信システムに関する。

車内用の絶縁通信手法としては、ＣＡＮ、所謂Controller Area Networkが提案されている。ＣＡＮは、ＩＳＯ１１８９８に規定されるようにＥＣＵやその他のデバイスが相互通信する通信規格であり、通信回路は従来より用いられるＣＡＮの通信規格に準拠した回路を用いることができる。しかし、今後、車内通信速度の向上の要求に伴い、データレートが増加することが予想される。このため、１ビット通信周期を短くする傾向が顕著となれば、単位時間当たりの消費電流が増加する。すなわち、データレートの増加に伴い消費電流を増大させてしまう。

他方、絶縁通信技術では、マンチェスター符号を用いる方法がある。マンチェスター符号は２値位相変調方式とも呼ばれる方式であり、負状態「－１」から正状態「＋１」への遷移、もしくは正状態「＋１」と負状態「－１」への遷移に対して、送信データの「１」と「０」のバイナリ状態を割り当てた符号化方式である。そのため、マンチェスター符号では送信データ１ビットあたり２ビットの信号を送信する必要があり、電力効率が悪い反面、信号に直流成分が無いため、基本的に直流成分を信号伝達できない絶縁通信に適した符号形式である。また、状態遷移のタイミングがシンボルレートに一致しており、クロック埋め込みされた信号の伝送を可能にしており、受信側でクロック同期を可能にする符号でもある。

通信回路は、主にデータ送信時に電力を大きく消費する。そのため、通信の消費電力を低減するにはデータ送信を短パルスで送信することが有効である。消費電流を大きく増加させずに送信単位であるシンボル毎の送信ビットを増加させるため、特許文献１、２記載の技術が提案されている。従来では、データ未送信時にはゼロ状態「０」として有効な通信データとして意味を持たせていなかったが、これらの特許文献１、２においては、ゼロ状態「０」も含めて符号化している点が特徴とされている。

米国特許出願公開第２０２１／００５０７３４号明細書 米国特許出願公開第２０２１／００５０７３６号明細書

通信回路は、ゼロ状態「０」としているときには信号電力を消費しないため、送信側では送信するシンボル当たりの消費電力を低減できる。また、マンチェスター符号などの符号方式を用いて正状態「＋１」と負状態「－１」にて駆動する期間を極力短くし、ゼロ状態「０」となる期間を長くすることで、単位時間当たりの駆動期間を短縮できるようになり、消費電力の低減を図ることができる。

特許文献１に提示されているように、データを短パルスで送信することにより更に低消費電力化できるが、特許文献２に記載の符号化では、各シンボル間にすべて通信情報をもたせているため、そのような手法を用いることができない。また、もし仮にシンボルをバースト的に送信し、シンボル間に送信データを送信しない期間を設けたとしても、シンボルの先頭ビットにゼロ状態「０」を許容している符号化であるため、受信側でゼロ状態「０」のタイミングを検出する部を必要とし、受信側で通信シンボルの先頭ビットを判定することが困難である。

本発明の目的は、一回の変調にて通信する通信シンボル当たりの電流消費を抑制しつつ受信側で通信シンボルの先頭ビットを判定できるようにした絶縁通信システムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、所定ビットの情報量の送信データを三値以上の整数で表される状態の何れかで符号化して所定長の通信データをまとめた通信シンボルに変換する変調を行い通信シンボルにより絶縁部を通じて絶縁通信するものであって、整数で表される状態の絶対値が互いに同一となる正状態及び負状態と正状態及び負状態の中間の電流消費を生じないゼロ状態とを含む三値以上にて通信データを構成する通信制御部を備える。通信制御部は、通信シンボルのうち最初の通信データを正状態又は負状態により設定すると共に、その後の通信シンボル内においては通信データの三値以上のうち何れの状態も取り得るように設定する。請求項１記載の発明は、電池監視ＥＣＵと、複数の電池セルを接続して構成される組電池についてそれぞれ、電池セルの電圧を取得して監視する複数の電池監視装置と、により構成される電池監視システムに適用される。電池監視ＥＣＵ及び前記複数の電池監視装置はそれぞれ通信制御部を備える。電池監視ＥＣＵの通信制御部、及び、複数の電池監視装置の通信制御部は絶縁部を通じて差動信号により絶縁通信する。記憶部は、一回の変調にて通信する通信シンボルの長さを記憶する。通信制御部は、電源投入後には記憶部から通信シンボルの長さを読出す。電池監視ＥＣＵの通信制御部から指令値を送信し電池監視装置の通信制御部から肯定応答を受信することで通信シンボルの長さを変更可能としている。また、請求項２記載の発明は、通信制御部は、前記送信データの最初のビットのバイナリ状態をマンチェスター符号化し、通信シンボルを構成する最初の前記通信データの２状態として通信する。

請求項１記載の発明によれば、通信シンボルのうち最初の通信データを正状態又は負状態に設定しているため、受信側で通信シンボルの先頭ビットを判定できる。また、その後は通信データの三値以上の組み合わせ方に制限がなくなり、構成できる通信シンボルの個数を理論上で上限を無くすことができる。これにより、一回の変調にて通信する通信シンボル当たりの電流消費を抑制しつつ受信側で通信シンボルの先頭ビットを判定できる。

第１実施形態における電池監視システムの電気的構成図 送信回路の電気的構成図 送信回路がデータ信号を送信するときのスイッチ状態と通信線のレベルを対応して示す図 記憶部に記憶される設定値の一例 タイムチャート ３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 ２ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 ４ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 従来技術に対する本実施形態の効果の説明図 誤動作の説明図 第２実施形態において３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 ４ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 ３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定の変形例その１ ３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定の変形例その２ 第３実施形態において３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 ４ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定例 ３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定の変形例その１ ３ビットデータを通信する際の通信シンボル内の通信データの状態設定の変形例その２

以下、絶縁通信システムの幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。各実施形態で同一構成となる部分については、後述する実施形態では同一符号を付して説明を省略することがある。

（第１実施形態）
電池監視システムＳの第１実施形態について図１から図９を参照しながら説明する。図１に示すように、組電池１は、直列接続された複数の電池セル２をさらに直列に接続した組電池ユニット３を備える。電池セル２は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池である。組電池１に接続される電池監視システムＳは、メインノードとなる電池監視ＥＣＵ４と、スレーブノードとなる電池監視装置５a、５ｂ、５ｃとを互いに絶縁通信するように接続することで絶縁通信システムを構成している。

電池監視ＥＣＵ４は、送受信部２１、通信制御部２２、記憶部２３、及び高精度のクロック生成部２４を備える。送受信部２１は、絶縁部２５、２６を通じて電池監視装置５ａ、５ｃとの間で絶縁通信する絶縁通信部として構成される。電池監視ＥＣＵ４は、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃとの間で送受信部２１を用いて、通信データをまとめた通信シンボルを送受信する。電池監視ＥＣＵ４は、クロック生成部２４により生成されたクロック信号に基づいて動作すると共に、記憶部２３に記憶されたプログラムを実行することで動作する。クロック生成部２４は、例えば水晶発振器を用いて構成されており、後述する電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃで用いられるクロック生成部１３よりも高精度のクロック信号を生成できる。また水晶発振器に代えてシリコンＭＥＭＳ発振器を用いてもよいし、ＧＮＳＳ衛星からＧＮＳＳ基準周波数を受信してクロック信号を生成しても良い。

電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは、直列接続された電池セル２の一部の端子間電圧を測定する。各段の電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃが監視する電池セル２の数は互いに同数であるが、各段の電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃが監視する電池セル２の数は、異なっていてもよい。また、各段の電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃが監視する電池セル２は、互いにオーバーラップして監視しても良い。

各段の電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ同一の構成要素を備えるため、国政要素に同一の符号を付して説明する。各段の電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ電池セル２の異常の有無を監視する電池監視ＩＣ７と、フィルタ部８と、絶縁部９、１０と、を備える。

電池監視ＩＣ７は、２つの送受信部１１、１２と、クロック生成部１３、記憶部１４、電池監視部１５、及び通信制御部１６と、を備える。フィルタ部８は、電池セル２の電圧を入力するとフィルタして電池監視ＩＣ７に出力する。電池監視部１５は、フィルタされた電圧をＡ／Ｄ変換する。電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれクロック生成部１３により生成されたクロック信号に基づいて動作すると共に、記憶部１４に記憶されたプログラムを実行することで動作する。

クロック生成部１３はＲＣ発振器もしくはリング発振器により構成されており、前述した電池監視ＥＣＵ４のクロック生成部２４よりも低精度のクロック信号しか生成できない。しかし、クロック生成部１３は、通信制御部１６からの補正指示に基づいて、前記発振器を構成するコンデンサに可変容量を用いる等することで当該可変容量を変更したり、バイアス電流を可変にすることで発振周波数を容易に変更できる。電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの電池監視ＩＣ７は、電池監視部１５によりフィルタ部８を通じてそれぞれ担当する電池セル２の電圧を取得する。電池監視部１５は、クロック生成部１３の出力信号をベースとした基準信号とした参照信号を用いた交流インピーダンス法により電池セル２の状態を検出することもできる。

電池監視ＥＣＵ４の絶縁部２５と電池監視装置５ａの絶縁部９との間には通信線３１が接続されている。電池監視装置５ａの絶縁部１０と電池監視装置５ｂの絶縁部９との間には通信線３２が接続されている。電池監視装置５ｂの絶縁部１０と電池監視装置５ｃの絶縁部９との間には通信線３３が接続されている。電池監視装置５ｃの絶縁部１０と電池監視ＥＣＵ４の絶縁部２６との間には通信線３４が接続されている。すなわち、電池監視ＥＣＵ４と電池監視装置５ａ～５ｃとの間には通信線３１～３４がリング接続されている。電池監視ＥＣＵ４及び電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは、絶縁部９、１０、２５、２６により絶縁された通信経路を用いて差動信号により絶縁通信を行う。なお、絶縁部９、１０、２５、２６は、絶縁素子としての例えば容量、又は、トランスとフィルタにより構成される。

また、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの通信制御部１６は、電池監視ＥＣＵ４からクロック生成部１３のクロック信号の補正指示を受け付けると、電池監視ＥＣＵ４の高精度のクロック信号の周波数に近づけるように絶縁通信を用いてクロック生成部１３のクロック信号の周波数を補正する。

各段の電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの２つの送受信部１１、１２は、それぞれ通信制御部１６に接続されており、通信制御部１６は、送受信部１１、１２によりそれぞれ隣の電池監視ＥＣＵ４、又は、電池監視装置の送受信部１１、１２との間で通信できる。

例えば、電池監視装置５ａの２つの送受信部１１、１２は、それぞれ電池監視ＥＣＵ４の送受信部２１、電池監視装置５ｂの送受信部１１との間で接続されている。電池監視装置５ｂの２つの送受信部１１、１２は、それぞれ電池監視装置５ａの送受信部１２、電池監視装置５ｃの送受信部１１との間で接続されている。電池監視装置５ｃの２つの送受信部１１、１２は、それぞれ電池監視装置５ｂの送受信部１２、電池監視ＥＣＵ４の送受信部２１との間で接続されている。

電池監視ＥＣＵ４は、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃとマスター・スレーブ方式の通信することで電池監視ＥＣＵ４からの指令値を送信したり、各電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの状態、電池セル２の電圧値の測定結果を読み出すことができる。この際、各電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの構成回路は、監視を実施する電池セル２から基準となるグランド電圧を得るため、送受信部１１、１２の送受信両端子は絶縁部９、１０にて絶縁されている。電池監視ＥＣＵ４及び電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは差動信号により通信することで、通信周期を短くしてもＳ／Ｎ比を確保でき、低消費電流化できる。

以下、通信シンボルの具体的な符号化方法を説明する。電池監視ＥＣＵ４及び各電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃは、電流消費を生じないゼロ状態「０」と、このゼロ状態「０」より高い電圧レベルの正状態「１」、ゼロ状態「０」より低い負状態「－１」の三値以上の整数で表される値によって通信データを構成し、当該通信データをまとめた通信シンボルにより絶縁部２５、２６、９、１０を通じて絶縁通信する。

本実施形態では、符号化の特徴として、一シンボル当たりの送信電圧値の平均値、すなわちＤＣ成分が０になるように例示されており、絶縁通信に都合が良いように工夫されている。整数で表される状態の正状態として「１」、負状態として「－１」とする形態を説明するが、正状態として「２」、負状態として「－２」など絶対値が同一となる正負状態を組み合わせて平均値がＤＣ成分が０となるように構成しても良い。

送受信部２１、１１、１２は構成が同一であるため、送受信部１１の構成を例示する。図２に送受信部１１のうち特に送信回路１１ａの構成を例示している。図２に示すように、送信回路１１ａは、電源電圧ＶＣＣの印加ノードとグランドノードの間に、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＰ１とダイオードＤ１、Ｄ２、及び、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＮ１を接続すると共に、さらに、電源電圧ＶＣＣの印加ノードとグランドノードの間に、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＰ２とダイオードＤ３、Ｄ４及びＮチャネル型のＭＯＳトランジスタＮ２を接続することで、Ｈブリッジ型に構成したＨブリッジ回路を備えている。そして、送信回路１１ａは、ダイオードＤ１、Ｄ２の共通接続点ＮｈとダイオードＤ３、Ｄ４の共通接続点Ｎｌとの間の電圧を通信データとして通信線３１へ出力する。

図３に示したように、送信回路１１ａは、ＭＯＳトランジスタＰ１、Ｎ２をオンすると共に、ＭＯＳトランジスタＰ２、Ｎ１をオフする。すると、共通接続点Ｎｌの電位よりも共通接続点Ｎｈの電位を高くして通信線３１に出力できる。以下の説明では、このとき通信線３１のバス状態を正状態「＋１」と称する。

また送信回路１１ａが、負状態「－１」を出力する場合、ＭＯＳトランジスタＰ２、Ｎ１をオンすると共に、ＭＯＳトランジスタＰ１、Ｎ２をオフする。すると、共通接続点Ｎｈの電位よりも共通接続点Ｎｌの電位を高くして通信線３１に出力できる。以下の説明では、このとき通信線３１のバス状態を負状態「－１」と称する。

また送信回路１１ａが、ゼロ状態「０」を出力する場合、ＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２をオフすることで、共通接続点Ｎｈ、Ｎｌをオープン状態に保持する。このとき、相手側の受信回路が通信線３１に接続されており、電源電圧ＶＣＣとグランドの中間値に予め設定されたバイアス電位を通信線３１に出力することでゼロ状態「０」を出力できる。このとき、送信回路１１ａは、ＭＯＳトランジスタＰ１、Ｐ２、Ｎ１、Ｎ２を共にオフしているため、電流消費することはない。

また、一対の通信線３１の間にスイッチ用にＭＯＳトランジスタを接続して構成しても良い。もしくは、一対の通信線３１の間にダイオードを介してスイッチ用にＭＯＳトランジスタを接続して構成しても良い。このとき、当該ＭＯＳトランジスタがオンされることにより、一対の通信線３１の間の電位を共通電位に設定できるようになり、ゼロ状態「０」を通信線３１に出力できる。

なお、相手側の受信回路、例えば電池監視ＥＣＵ４の送受信部２１は、通信線３１の電位を所定のハイ閾値Ｖth及びロウ閾値Ｖtlと比較し、ハイ閾値Ｖthを上回っていればポジティブパルスＰのデジタル信号を受信し正状態「１」として受付け、ロウ閾値Ｖtlを下回っていればネガティブパルスＮのデジタル信号を受信し負状態「－１」として受付ける。

送受信部２１が、これらの正状態「１」と負状態「－１」を受け付ける間に、ハイ閾値Ｖth以下で且つロウ閾値Ｖtl以上となるサンプリングタイミングが存在すれば、このサンプリングタイミングにてゼロ状態「０」として受け付ける。通信線３１の差電圧が、ゼロ状態「０」に維持されていれば原理的に消費電流を生じることはない。このため、本形態の技術を適用することで、消費電流を上昇させることなくデータレートを向上できる。

以下、通信データの符号化方法と詳細な送受信方法について図４及び図５を参照しながら説明する。前述したように、絶縁通信は、通信データを負状態「－１」、正状態「１」、ゼロ状態「０」の三値データによって構成した通信シンボルを用いて通信を行う。

通信線３１～３４は、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃ間、又は、電池監視ＥＣＵ４及び電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃ間に接続されているが、電源起動直後には、この通信線３１～３４は、通常のスタンバイ時にゼロ状態「０」と同電位に維持される。このため、電池監視ＥＣＵ４又は電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃが、通信データを送信する際にはゼロ状態「０」から開始させることはなく、通信シンボルを構成する最初の状態は、負状態「－１」もしくは正状態「１」に設定する。なぜなら、ゼロ状態「０」としてしまうと相手の受信側でゼロ状態「０」の通信データを認識できないためである。

電源起動後に、電池監視ＥＣＵ４又は電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃが絶縁通信を用いて通信を行う場合には、まず初めに通信制御部２２又は１６が、それぞれの記憶部２３又は１４から通信フォーマット等の通信制御に必要な情報を読み込む。記憶部２３、１４に記憶されている情報は概ね同一であるため、以下では記憶部１４に記憶されている情報を説明し、記憶部２３に記憶されている情報の説明を省略する。

電池監視ＩＣ７の記憶部１４には、一回の変調にて通信する通信シンボル長Ｔｓが記憶されている。具体的には、図４に示すように、各記憶部１４には、通信シンボル長Ｔｓ（＝ｔ４－ｔ１）又は通信シンボル長Ｔｓに基づいて予め定められた値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１と、通信シンボル間隔Ｔｐ（＝ｔ６－ｔ１）－通信シンボル長Ｔｓに基づいて予め定められた値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ２と、が記憶されている。値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１は、通信シンボルを１シンボルだけ送信する時間に対応して予め定められており、図５に示す通信シンボル長Ｔｓよりもマージン時間（＝ｔ５－ｔ４）だけ長い時間をカウントするカウント時間の閾値を示している。また、値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ２は、１シンボルを受信した後から次の１シンボルを受信するまでの時間に対応して予め定められており、図５に示す通信シンボル間隔Ｔｐ－（シンボル長Ｔｓ＋マージン時間）に相当する時間をカウントするカウント時間の閾値を示している。

ここでは、電池監視ＥＣＵ４から電池監視装置５ａに通信シンボルを送信する例を示す。電池監視ＥＣＵ４の通信制御部２２は、コマンド及びデータから構成される送信データを生成する。このとき、通信制御部２２は、送信データを負状態［－１」、正状態「１」、ゼロ状態「０」の三値の何れかで所定長の通信データに変換すると共に通信データをまとめた通信シンボルに変換する変調を行い送受信部２１に出力する。本実施形態では、３の長さの通信データにより１通信シンボルを構成する形態を示す。またこのとき、通信シンボルの最初の通信データは、受信側の通信データの先頭を判定可能にするように、負状態「－１」又は正状態「１」になるように構成する。送受信部２１は、その通信データの系列を通信アナログ信号に変換した後に絶縁部２５と通信線３１を介して送信する。このとき、送信する１シンボルの長さであるシンボル長Ｔｓは、通信シンボル間の間隔である通信シンボル間隔Ｔｐより短い時間で行われる。

受信側の電池監視装置５ａでは、電源起動時より送受信部１１、１２が受信待機状態になっており、受信した通信信号を復調するか否かを制御する復調制御信号ＤＥＭＯＤ＿ＥＮは復調有効な状態「Ｈ」で待機している。電池監視装置５ａの電池監視ＩＣ７の通信制御部１６は、電源投入後には記憶部１４から通信シンボル長Ｔｓを読出す処理を実行する。具体的には、通信制御部１６は、電源投入後に記憶部１４に予め記憶された値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１、ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ２を通信シンボル長Ｔｓに対応してレジスタに読出して待機する。

電池監視ＥＣＵ４の送受信部２１は、図５のタイミングｔ１において通信アナログ信号を送信すると、電池監視ＩＣ７の送受信部１１は、高いハイ閾値Ｖthを比較対象として設定される比較器と、低いロウ閾値Ｖtlを比較対象として設定される比較器により受信した通信アナログ信号を比較して受信デジタル信号に変換する。

電池監視ＩＣ７の通信制御部１６は、カウンタを内蔵しており、通信シンボルの通信データを最初に受信した時点から記憶部１４に記憶された通信シンボルの長さに基づき予め定められたカウント数をカウントするまでの間に通信シンボルを受信するようになっている。

具体的には、電池監視ＩＣ７の通信制御部１６は、送受信部１１が通信シンボルの最初の信号を検知すると、最初の通信データを受信したタイミングｔ１からカウントアップ動作を開始する。カウンタは、クロック生成部１３によるクロックに基づいて順次カウントアップする。復調制御信号ＤＥＭＯＤ＿ＥＮはアクティブ「Ｈ」とされているため、あらかじめ定められたタイミング毎に受信デジタル信号を復調する。

通信制御部１６は、カウンタがレジスタ値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１に達するまで、すなわち復調制御信号ＤＥＭＯＤ＿ＥＮがアクティブ「Ｈ」となっている間、送受信部１１、１２を通じて通信データを受信して復調する。すなわち、復調制御信号ＤＥＭＯＤ＿ＥＮがアクティブとなっている間、通信制御部１６は、受信した通信データの状態を、クロック生成部１３によるクロックに基づいて生成されるサンプリングタイミングにて、その状態が正状態「１」であるか負状態「－１」であるかゼロ状態「０」であるかを判定する。

本実施形態の場合、通信シンボルを構成する送信データは３ビットであることが予め定められている。このため、前述の値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１、３ビットである情報、カウンタ値に基づいて、３ビットのサンプリングタイミングをカウンタ値により規定することができ、当該規定されたサンプリングタイミングにて、その状態が正状態「１」であるか負状態「－１」であるかゼロ状態「０」であるかを判定できる。ゼロ状態「０」では消費電力を消費しないため、通信速度と消費電力を両立させ、さらに通信線３１～３４に重畳される雑音に対して強い通信を実現できる。

通信制御部１６は、タイミングｔ５においてカウンタがレジスタ値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１に達すると、復調制御信号を復調無効な状態「Ｌ」にするとともにカウント値をリセットしカウントを継続する。

その後、カウンタがレジスタ値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ２に達すると復調制御信号を復調有効な状態「Ｈ」に変更する。復調制御信号が状態「Ｌ」となっている間、通信制御部１６は復調動作を行わない。このため、この復調制御信号が状態「Ｌ」となっている期間ｔ５～ｔ６中に、雑音により送受信部１１、１２が誤動作したとしても復調動作を行うことはなく健全な通信状態を保つことができる。その後も図５のｔ６からｔ１１に示すように通信シンボルを通信することができる。このようにして、通信シンボル間隔Ｔｐ毎に通信シンボルの通信処理を繰り返し継続できる。

なお、通信制御部１６の内部に搭載された別のカウンタを用いて、内蔵するクロック生成部１３のクロックをカウントし、クロック生成部１３の発振周波数の誤差を見積もりクロック生成部１３のクロック周波数を補正することもできる。

一つの通信シンボルを構成する送信データが３ビットである場合の符号化手法を図６に示している。３ビットの送信データを符号化する際には、図６に示すように、通信データを時系列で「－１」「１」「０」、「－１」「１」「－１」、「１」「－１」「０」、「１」「－１」「１」、「－１」「０」「１」、「－１」「０」「－１」、「１」「０」「－１」、「１」「０」「１」の８種類に規定すると良い。すると、３ビットの送信データを３単位時間だけで表現できる。ここで、「－１」は負状態、「１」は正状態、「０」はゼロ状態を示している。

一つの通信シンボルを構成する送信データが２ビットである場合の符号化手法を図７に示している。２ビットの送信データを符号化するためには、図７に示すように、通信データを時系列で「－１」「１」「０」、「１」「－１」「０」、「－１」「０」「１」、「１」「０」「－１」の４種類に規定すると良い。すると、２ビットの送信データを３単位時間だけで表現できる。

一つの通信シンボルを構成する送信データが４ビットである場合の符号化手法を図８に示している。図８に示すように、４ビットデータを符号化する際には、通信データを時系列順に「－１」「１」「０」「１」、「－１」「１」「０」「－１」、「－１」「１」「－１」「１」、「－１」「１」「－１」「－１」、「１」「－１」「０」「１」、「１」「－１」「０」「－１」、「１」「－１」「１」「－１」、「１」「－１」「１」「０」、「－１」「０」「１」「－１」、「－１」「０」「１」「０」、「－１」「０」「－１」「１」、「－１」「０」「－１」「０」、「１」「０」「－１」「１」、「１」「０」「－１」「０」、「１」「０」「１」「－１」、「１」「０」「１」「０」、の１６種類に規定すると良い。すると、４ビットデータを４単位時間だけで表現できる。

すなわち、多ビットデータの構成では、多ビットデータの最初を負状態「－１」又は正状態「１」により設定すると共に、その後は、負状態「－１」、正状態「１」に加えてゼロ状態「０」の三状態のうち何れの状態も取り得るように設定しても良い。具体的に言い換えると、通信データのルールは、正状態「１」の次を負状態「－１」、又は、ゼロ状態「０」、とし、負状態「－１」の次を正状態「１」、又は、ゼロ状態「０」とし、ゼロ状態「０」の次を正状態「１」、又は、負状態「－１」とする条件を満たすようにすることが望ましい。これにより、２～４ビットよりさらに多ビット化できる。

＜比較例との比較結果＞
一般に、正状態「１」、負状態「－１」のみを用いて通信データを送信するときには、これらの正状態「１」、負状態「－１」の回数に応じてスイッチング素子のスイッチング回数も比例して増加し、図９の従来技術の特性Ｂに示すように、消費電流がデータレートに正比例して増加することになる。

図６～図８に示す通信データの設定例において、これらの図６～図８の範囲で１ビット送信可能なデータレートを基準値の１とする。すると、そのデータレート相対値は、図９の本実施形態の特性Ａに示すように、（２ビットデータ）：（３ビットデータ）：（４ビットデータ）＝４：６：８と表すことができる。

また図６～図８を用いて説明したように、ゼロ状態「０」を用いて通信データを通信することで、正状態「１」、負状態「－１」の変更回数の増加を抑制できる。しかも、正状態「１」、負状態「－１」からゼロ状態「０」、また、ゼロ状態「０」から正状態「１」、負状態「－１」に変更するときには、当該レベルの変化度が正状態「１」から負状態「－１」に変化させるときよりも変化度が少なくなるため、スイッチング損失を低下させることができ、さらに消費電力を抑制できる。このため、データレートを大きくしたとしても、消費電流は従来技術のように上昇することなく、低消費電力化できる。なお本実施形態の場合、図９の特性Ａに示したように、（２ビットデータ）：（３ビットデータ）：（４ビットデータ）における消費電流相対値は４：４．５：５．８と換算できる。

本実施形態によれば、多ビットデータの構成において、多ビットデータの最初を負状態「－１」、又は、正状態「１」により設定すると共に、その後は多ビットデータを構成する状態について三レベルのうち何れのレベルも取り得るように設定している。これにより、構成できる多ビットデータの個数を理論上で上限を無くすことができ、必要に応じて増やすことができる。これにより、一回の変調にて通信する通信シンボル当たりの電流消費を抑制しつつ受信側で通信シンボルの先頭の状態を判定できる。図６～図８は通信シンボル構成の一例を示したが他の組み合わせでも構成可能であることは言うまでもない。

（第２実施形態）
第２実施形態について図１０及び図１１を参照しながら説明する。例えば、第１実施形態の通信符号化手法を用いるときに、一通信シンボル間隔Ｔｐ当たり正状態「１」又は負状態「－１」にて表現する状態数を増加させてしまうと、消費電流を発生しないゼロ状態「０」の比率が減少し、低消費電力化の効果が目減りすることになる。これに対し、通信シンボル間隔Ｔｐ当たり通信データを構成するゼロ状態「０」の個数を極力増加させることで、より低消費電力化できることがわかる。

正常動作時には、通信線３１～３４を通信する通信アナログ信号がロウ閾値Ｖtl又はハイ閾値Ｖthに達することで、受信側では、正状態「１」又は負状態「－１」の通信データとして認識できる。しかし低消費電力化の恩恵を最大化するため、その間のゼロ状態「０」を大幅に増加するとゼロ状態「０」の期間が長くなる。するとスタンバイ時の電圧が低下して誤動作する虞がある。このとき、負状態「－１」と正状態「１」の数がバランスしていないと、スタンバイ時の電圧がゼロ状態「０」の標準値から大きく外れることになり、ある範囲を超えると通信信号がロウ閾値Ｖtlに達しないことがあり、誤動作する虞がある。図１０に誤動作を例示したように、送信側で正状態「１」、負状態「－１」で連続する通信データを送信したときに、受信側では、ハイ閾値Ｖth、ロウ閾値Ｖtlの何れかの閾値側、この図１０に示す例ではロウ閾値Ｖtlに達しないため誤動作の原因となる。

このため、正状態「１」、ゼロ状態「０」、負状態「－１」からなる通信データを構成するときに、正状態「１」、負状態「－１」を同一個数含み、一回の変調にて通信する通信シンボルの中の通信データの正状態「１」、負状態「－１」を表す値の総和をゼロとするように設定することが望ましい。

特に、負状態「－１」と正状態「１」とゼロ状態「０」の組合わせ方として、負状態「－１」及び正状態「１」は通信シンボル間隔Ｔｐ当たり一回とし、その他のゼロ状態「０」の個数を二回以上とすることが望ましい。

一つの通信シンボルを構成する送信データが３ビットである場合の符号化手法を図１１に示している。３ビットの送信データに対し負状態「－１」、正状態「１」をそれぞれ一回ずつ設定する際には、図１１に示すように、負状態「－１」を先頭に設定すると共に、その後に設定する正状態「１」の位置を通信データ毎にずらして設定するか、正状態「１」を先頭に設定すると共に、その後に設定する負状態「－１」の位置を通信データ毎にずらして設定すると良い。すると、全ての３ビットの送信データを５単位時間で表現できる。

一つの通信シンボルを構成する送信データが４ビットである場合の符号化手法を図１２に示している。４ビットの送信データに対し負状態「－１」、正状態「１」をそれぞれ一回ずつ設定する際には、図１２に示すように、負状態「－１」を先頭に設定すると共に、その後に設定する正状態「１」の位置を通信データ毎にずらして設定するか、正状態「１」を先頭に設定すると共に、その後に設定する負状態「－１」の位置を通信データ毎にずらして設定すると良い。すると、全ての４ビットの送信データを９単位時間で表現できる。

図１３及び図１４に変形例を示している。図１３及び図１４には送信データが「０００」の場合のみを例示しており、他の組合せを省略している。正状態「１」、負状態「－１」は通信シンボル内で同一個数であれば、正状態「１」を二つずつ設定すると共に、負状態「－１」を二つずつ設定するようにしても良い。なお、通信シンボルの先頭の通信データは負状態「－１」又は正状態「１」に設定する必要があるが、ゼロ状態「０」の位置は先頭以外であればどの位置に設定しても良く、図１３に示すように通信シンボルのうち中間の状態に設定しても良いし、図１４に示すように通信シンボルのうち最後の状態に設定しても良い。

本実施形態では、通信シンボル間隔Ｔｐ当たりの各通信データを通信する際に、正状態「１」、負状態「－１」を同一回数としているため、第１実施形態と比較しても消費電流を抑制でき、各通信データを送信する際の消費電流をさらに低減でき、概ね理想値にできる。特に、負状態「－１」と正状態「１」を一回だけとし、その他は複数のゼロ状態「０」を構成している場合には、ゼロ状態「０」の数を増やすことができ消費電流を最大限低減できる。

（第３実施形態）
第３実施形態について図１５から図１８を参照しながら説明する。本願に係る技術を用いると、通信シンボル間隔Ｔｐ当たりの通信データが多状態の構成になればなるほど、ゼロ状態「０」が長期間継続することになる。正状態「１」と負状態「－１」との間のゼロ状態「０」が長期間設定されると、受信側では、サンプリングタイミングを規定するクロック信号が同期をとれず、正常に通信できない虞がある。

そこで、通信シンボルを構成する最初の通信データの２状態はマンチェスター符号のデータ構成を用いることが望ましい。マンチェスター符号は２値位相変調方式とも呼ばれる方式であり、負状態「－１」から正状態「＋１」への遷移、もしくは正状態「＋１」と負状態「－１」への遷移に対して、それぞれ送信データの「１」と「０」のバイナリ状態を割り当てた符号化方式である。

図１５に３ビットのデータ、図１６に４ビットのデータを通信シンボルとして設定した場合の構成例を示している。これらの図１５、図１６中、太枠で囲われた最初の２ビットの通信データは、正状態「１」と負状態「－１」、又は、負状態「－１」と正状態「１」に設定されており、これらの最初の２状態がマンチェスター符号として構成されている。このとき、最初の２状態の状態遷移のタイミングがシンボルレートに一致しており、最初の２状態の状態遷移の間隔の周期をもつクロックが埋め込みされた信号の伝送を可能にしている。

図１５の例において、送信側では、例えば最初の２状態を正状態「１」と負状態「－１」に割り当てて通信信号を送信する。なお、図１５、図１６中の三状態目以降については、正状態「１」がポジティブパルスＰ、負状態「－１」がネガティブパルスＮ、ゼロ状態「０」が所定の安定電位（ゼロ電位）の通常の送信デジタル信号（図５参照）を送信する。

最初の二状態のマンチェスター符号を設定する際、例えば、三状態目の通信データを正状態「１」として設定するときには、プリアンブルとなる最初の一状態目の通信データを正状態「１」とすると共に二状態目の通信データを負状態「－１」に設定すると良い。逆に、三状態目の通信データを負状態「－１」として設定するときには、最初の一状態目の通信データを負状態「－１」とすると共に二状態目の通信データを正状態「１」に設定すると良い。

また、ポストアンブルとなる最終の通信データには、最初の一状態目の通信データと逆の極性となるように設定すると良い。これにより、通信シンボル間隔Ｔｐ当たりの正状態「１」のと負状態「－１」の回数を一致させることができ、通信線３１～３４の電位をバランスできる。

電池監視ＥＣＵ４が送受信部２１を通じて最初の２状態にマンチェスター符号化した１通信シンボルを送信すると、受信側の電池監視ＩＣ７の送受信部１１は、マンチェスター符号化された受信アナログ信号を最初の２状態分検出し、その立上りエッジ又は立下りエッジの状態遷移を検知する。

通信制御部１６は、各通信シンボルにおいて検出した状態遷移間の時間間隔を計測して、通信シンボル間隔Ｔｐを周期とする再生クロックとして取得する。通信制御部１６は、計測された再生クロックのエッジが発生する時間間隔の間、内蔵するクロック生成部１３のクロック信号を計数する。そして、通信制御部１６は、計数されたクロック生成部１３のクロック数と、予め見積もられて記憶部１４に記憶された基準クロック数と比較することにより、クロック生成部１３の発振周波数の誤差を見積もりクロック生成部１３の発振周波数を補正する。

これにより、電池監視ＥＣＵ４が備えるクロック生成部２４のクロック信号の発振周波数と、クロック生成部１３のクロック信号の発振周波数とのずれを補正できる。また、通信制御部１６は、カウンタのカウント値にオフセットを付加して補正したり、また、クロック生成部１３のクロック信号に基づく各種の動作タイミングを補正したりすることもできる。

ここでは、電池監視ＥＣＵ４のクロック生成部２４のクロック信号の発振周波数に、電池監視装置５ａ内のクロック生成部１３のクロック信号の発振周波数ずれを合わせる形態を示したが、他の電池監視装置５ｂ、５ｃの内部のクロック生成部１３のクロック信号の発振周波数ずれを合わせる際にも同様に適用できる。

この場合、電池監視ＥＣＵ４が、送受信部２１を通じて最初の２状態にマンチェスター符号を用いた通信シンボルを、電池監視装置５ｂ、５ｃに対し通信線３１～３３を通じてリング接続順に送信すると、到達した信号の２状態のエッジ間の時間間隔の情報を伝達できる。

電池監視ＥＣＵ４、電池監視装置５ａ、５ｂ及び５ｃは、通信線３１～３４によりリング接続されている。このため、通常の一般的な信号であれば後段に伝達されるほど到達時間誤差が蓄積される。しかし、本形態のように２状態の状態遷移間の時間間隔の情報を伝達することで、電池監視ＥＣＵ４から電池監視装置５ａ、電池監視装置５ａから５ｂ、電池監視装置５ｂから５ｃに至るまで、これらの２状態の状態遷移間の時間間隔を概ね同一とすることができる。

このため、電池監視装置５ｂ、５ｃ内では、同様にそれぞれ内蔵したクロック生成部１３のクロック信号によりカウントして２状態のエッジ間の時間間隔と照合し、予め見積もられて記憶部１４に記憶された基準クロック数と比較することにより、クロック信号の発振周波数ずれを電池監視装置５ａと同様に補正できる。

この結果、比較的高精度のクロック生成部２４のクロック信号の周波数に、各電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃに内蔵されるクロック生成部１３のクロック信号の発振周波数を容易に合わせることができる。

前述では、マンチェスター符号化した立下り／立上りエッジ間の時間間隔を測定してクロック生成部１３のクロック信号の発振周波数を補正した形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電池監視ＥＣＵ４の通信制御部２２が送受信部１１を通じて２つの連続したパルスを送信し、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの側では当該パルス間の立上りエッジ間又は立下りエッジ間の時間間隔をクロック信号によりカウントして基準クロック数と比較し、クロック生成部１３の発振周波数を補正するようにしても良い。もしくは、各通信シンボルにおける最初の１状態の間隔、例えば立上りエッジと立下りエッジ間の時間間隔、又は、立下りエッジと立上りエッジ間の時間間隔、を利用して発振周波数を補正しても良い。最初の１状態の間隔に限らず、特定の位置の１状態の間隔を利用して発振周波数を補正しても良い。

図１７及び図１８に変形例を示している。図１７及び図１８には通信データが「００１」の場合のみを例示しており、他の組合せを省略している。正状態「１」、負状態「－１」は通信シンボル内で同一個数であれば、正状態「１」を三つずつ設定すると共に、負状態「－１」を三つずつ設定するようにしても良い。

なお、通信シンボルの先頭から２状態の通信データは負状態「－１」又は正状態「１」に設定する必要があるが、ゼロ状態「０」の位置は先頭から二ビットまで以外であればどの位置に設定しても良く、図１７に示すように通信シンボルのうち中間の通信データに設定しても良いし、図１８に示すように通信シンボルのうち最後の１状態に設定しても良い。つまり、先頭と最後は極性が逆でなくても良く、先頭を正状態「１」としながら最後をゼロ状態「０」と設定しても良い。

（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。

前述実施形態では通信シンボルを負状態「－１」、正状態「１」、ゼロ状態「０」の三値で構成した形態を説明したが、これに限定されるものではない。負状態は「－１」に限られず、負状態「－２」、負状態「－３」などと符号化し、これらの複数組の負状態「－１」「－２」「－３」の絶対値に合わせて通信アナログ信号を振幅変調するように構成しても良い。

同様に、正状態は「１」に限られず、正状態「２」、正状態「３」などと符号化しても良い。これらの複数組の正状態「１」「２」「３」の絶対値に合わせてアナログ信号を振幅変調するように構成しても良い。この際、通信データの数値の総和をゼロとするように通信シンボルを構成することで、ゼロ状態「０」に対応したゼロ電位を基準として通信線３１～３４の電位を正負にバランス良く保つことができ、前述実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

電池監視ＩＣ７の通信制御部１６は、電源投入後に記憶部１４から通信シンボル長Ｔｓとして値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１、ＤＥＶＯＤ＿ＴＨ２を読み出してレジスタに設定する形態を示したが、この値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１、ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ２は電池監視ＥＣＵ４の側から電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃに対して変更指令可能となっていても良い。

例えば、電池監視ＥＣＵ４の通信制御部２２は、値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１、ＤＥＶＯＤ＿ＴＨ２の指令値を送信することで通信シンボルを構成する通信データの状態の個数を変更指令することができる。これは、値ＤＥＭＯＤ＿ＴＨ１を変更することで、復調制御信号ＤＥＭＯＤ＿ＥＮがアクティブとなる期間を変更できるためであり、受信側で受信できる通信シンボル長Ｔｓを変更できるためである。この際、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃの通信制御部は、この変更指令を受け入れるときに肯定応答（ＡＣＫ）を送信する。これにより、通信シンボルを構成する通信データの状態の個数を変更可能に構成できる。

本開示に記載の電池監視ＥＣＵ４、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃによる手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することにより提供された専用コンピュータにより実現されても良い。或いは、本開示に記載の電池監視ＥＣＵ４、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃ及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によりプロセッサを構成することにより提供された専用コンピュータにより実現されても良い。

若しくは、本開示に記載の電池監視ＥＣＵ４、電池監視装置５ａ、５ｂ、５ｃ及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路により構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより実現されても良い。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていても良い。

本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、３は電池監視システム（絶縁通信システム）、４は電池監視ＥＣＵ、９、１０、２５、２６は絶縁部、１４、２３は記憶部、１６、２２は通信制御部、を示す。

Claims (6)

1. 所定ビットの情報量の送信データを三値以上の整数で表される状態の何れかで符号化して所定長の通信データをまとめた通信シンボルに変換する変調を行い前記通信シンボルにより絶縁部（９、１０、２５、２６）を通じて絶縁通信するものであって、前記整数で表される状態の絶対値が互いに同一となる一又は複数の正状態（「１」「２」）及び一又は複数の負状態（「－１」「－２」）と前記正状態及び前記負状態の中間の電流消費を生じないゼロ状態（「０」）とを含む前記三値以上にて前記通信データを構成する通信制御部（２１、１６）を備え、
   前記通信制御部は、前記通信シンボルのうち最初の前記通信データを前記正状態又は前記負状態により設定すると共に、その後の前記通信シンボル内においては前記通信データの前記三値以上のうち何れの状態も取り得るように設定するように構成され、
   電池監視ＥＣＵ（４）と、複数の電池セルを接続して構成される組電池についてそれぞれ、前記電池セルの電圧を取得して監視する複数の電池監視装置（５ａ、５ｂ、５ｃ）と、により構成される電池監視システム（３）に適用され、
   前記電池監視ＥＣＵ及び前記複数の電池監視装置はそれぞれ前記通信制御部を備え、
   前記電池監視ＥＣＵの通信制御部（２２）、及び、前記複数の電池監視装置の通信制御部（１６）は前記絶縁部を通じて差動信号により絶縁通信するものであり、
   一回の変調にて通信する通信シンボルの長さを記憶する記憶部（１４）を備え、
   前記通信制御部は、電源投入後には前記記憶部から通信シンボルの長さを読出し、
   前記電池監視ＥＣＵの通信制御部から指令値を送信し前記電池監視装置の通信制御部から肯定応答を受信することで前記通信シンボルの長さを変更可能とする絶縁通信システム。
2. 所定ビットの情報量の送信データを三値以上の整数で表される状態の何れかで符号化して所定長の通信データをまとめた通信シンボルに変換する変調を行い前記通信シンボルにより絶縁部（９、１０、２５、２６）を通じて絶縁通信するものであって、前記整数で表される状態の絶対値が互いに同一となる一又は複数の正状態（「１」「２」）及び一又は複数の負状態（「－１」「－２」）と前記正状態及び前記負状態の中間の電流消費を生じないゼロ状態（「０」）とを含む前記三値以上にて前記通信データを構成する通信制御部（２１、１６）を備え、
   前記通信制御部は、前記通信シンボルのうち最初の前記通信データを前記正状態又は前記負状態により設定すると共に、その後の前記通信シンボル内においては前記通信データの前記三値以上のうち何れの状態も取り得るように設定するように構成され、
   前記通信制御部は、前記送信データの最初のビットのバイナリ状態をマンチェスター符号化し、前記通信シンボルを構成する最初の前記通信データの２状態として通信する絶縁通信システム。
3. クロック信号を生成するクロック生成部（１３）を備え、
   前記マンチェスター符号化された最初の前記通信データの２状態分を検出することで立上りエッジもしくは立下りエッジを検出し、当該検出した状態遷移の立下り／立上りエッジ間の時間間隔を計測して再生クロックとして取得し、前記再生クロックを内蔵する前記クロック生成部のクロック信号と比較することで、前記クロック生成部の発振周波数、前記クロック生成部のクロックをカウントすることで計数するカウンタのカウント値、又は、前記クロック生成部のクロック信号に基づく動作タイミングを補正する請求項２記載の絶縁通信システム。
4. 一回の変調にて通信する通信シンボルの長さを記憶する記憶部（１４）を備え、
   前記通信制御部（１６）は、前記通信シンボルの通信データを最初に受信した時点から前記記憶部に記憶された通信シンボルの長さに基づき予め定められたカウント数をカウントするまでの間に前記通信シンボルを受信する請求項１記載の絶縁通信システム。
5. 前記通信制御部は、一回の変調にて通信する前記通信シンボルの中の前記通信データの正状態、負状態を表す値の総和をゼロとするように設定する請求項１記載の絶縁通信システム。
6. 前記通信制御部は、整数で表される状態の絶対値が互いに同一となる複数組の正状態（「１」「２」）及び負状態（「－１」「－２」）により前記通信データを設定する請求項１記載の絶縁通信システム。