(57)【要約】  実施形態の蓄電池システムは、蓄電池セルを備えたセルモジュールの過放電状態を検出可能でありセルモジュールからの電力供給を受けて動作し、セルモジュールが過放電状態に至る虞がある状態に至っているか否かを判別するための状態信号を出力可能であるとともに、電力供給を受けている場合にセルモジュールの蓄電電力を外部へ供給する電流供給路に挿入されている常開接点を有するコンタクタを閉状態とすることが可能な電池管理部と、状態信号が出力されているか否かを判別する判別部と、状態信号が出力されていないと判別された場合に、セルモジュールから電池管理部への電力供給を遮断する遮断部と、を備えるので、過放電時に移行する虞が高い場合に負荷、あるいは、ＢＭＵへの電力供給を遮断する。
2019092855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池セルを備えたセルモジュールの過放電状態を検出可能であり前記セルモジュールからの電力供給を受けて動作し、前記セルモジュールが過放電状態に至る虞がある状態に至っているか否かを判別するための状態信号を出力可能であるとともに、前記電力供給を受けている場合に前記セルモジュールの蓄電電力を外部へ供給する電流供給路に挿入されている常開接点を有するコンタクタを閉状態とすることが可能な電池管理部と、
前記状態信号が出力されているか否かを判別する判別部と、
前記状態信号が出力されていないと判別された場合に、前記セルモジュールから前記電池管理部への電力供給を遮断する遮断部と、
を備えた蓄電池システム。
【請求項２】
前記状態信号は、電位レベルが“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとの間で遷移する所定周期を有する交播信号であり、
前記電池管理部は、ソフトウェア制御により前記交播信号を生成する、
請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記電池管理部は、前記セルモジュールの電圧に基づいて、前記セルモジュールのＳＯＣを検出し、
前記状態信号に前記セルモジュールのＳＯＣの情報を含める、
請求項２記載の蓄電池システム。
【請求項４】
前記セルモジュールのＳＯＣの情報は、前記状態信号において、前記“Ｈ”レベルの期間あるいは前記“Ｌ”レベルの期間の長さで表現されている、
請求項３記載の蓄電池システム。
【請求項５】
蓄電池セルを有するセルモジュール、前記セルモジュールからの電力供給を受けて動作する電池管理装置、前記電池管理装置により制御され、前記セルモジュールの蓄電電力を外部へ供給する電流供給路に挿入されている常開接点を有するコンタクタ及び前記セルモジュールから前記電池管理装置への電力供給を遮断する遮断部を備えた蓄電池システムで実行される方法であって、
前記セルモジュールが過放電状態に至る虞がある状態に至っているか否かを判別するための状態信号を出力する過程と、
前記状態信号が出力されているか否かを判別する過程と、
前記状態信号が出力されていないと判別された場合に、前記セルモジュールから前記電池管理装置への電力供給を遮断する過程と、
を備えた方法。
【請求項６】
蓄電池セルを有するセルモジュール、前記セルモジュールからの電力供給を受けて動作する電池管理装置、前記電池管理装置により制御され、前記セルモジュールの蓄電電力を外部へ供給する電流供給路に挿入されている常開接点を有するコンタクタ及び前記セルモジュールから前記電池管理装置への電力供給を遮断する遮断部を備えた蓄電池システムをコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記セルモジュールが過放電状態に至る虞がある状態に至っているか否かを判別するための状態信号を出力する手段と、
前記状態信号が出力されているか否かを判別する手段と、
前記状態信号が出力されていないと判別された場合に、前記セルモジュールから前記電池管理装置への電力供給を遮断する手段と、
して機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蓄電池システム、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電池を備え電力を供給する蓄電池システムにおいては、過放電に至る虞がある場合には、電源供給路を遮断して、過放電による故障を未然に防ぐ機構を持つことが望まれている。【０００３】
特にＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）を動作させる電源についても、当該蓄電池システムを構成している蓄電池から供給しているような場合には過放電を防止するためＢＭＵの電源も遮断する機構を設け、蓄電池システムを構成している蓄電池の残容量が少なくなった場合には、この機構を動作させて消費電力を下げるのが効果的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９５４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した要求の一方で上記機構が機能してほしくない場合もある。
例えば、過放電に移行する虞が生じた状態から回復させるための充電中には、充電のための電流流路を確保する必要がある。【０００６】
また、蓄電池システムの保守作業中(負荷等の主回路への電力供給を遮断した上で、ＢＭＵの故障ログ取得やファームウェア更新する作業中等)は、通常、蓄電池の取り扱いに精通したサービスマンが付き添っており過放電のリスクが低いからである。【０００７】
また、過放電に移行する虞が生じた状態において、敢えて保守作業をしている状況であるならば、電池の保護よりも保守作業が優先されていると考えて、ＢＭＵの電源供給を継続したまま保守作業を継続すべきである。【０００８】
また、ＢＭＵにおける過放電検出処理は、ソフトウェア処理で実装するのが、コストや運用の用意さから現実的である。したがって、安全のため、万一ソフトウェアがハングアップや誤動作したときにも、過放電検出機能が無力化することのない構成が求められる。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過放電時に移行する虞が高い場合に負荷、あるいは、ＢＭＵへの電力供給を遮断できるとともに、ＢＭＵのソフトウェアが万が一ハングアップした場合であっても負荷、あるいは、ＢＭＵへの電力供給を遮断できる蓄電池システム、方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の蓄電池システムは、蓄電池セルを備えたセルモジュールの過放電状態を検出可能でありセルモジュールからの電力供給を受けて動作し、セルモジュールが過放電状態に至る虞がある状態に至っているか否かを判別するための状態信号を出力可能であるとともに、電力供給を受けている場合にセルモジュールの蓄電電力を外部へ供給する電流供給路に挿入されている常開接点を有するコンタクタを閉状態とすることが可能な電池管理部と、状態信号が出力されているか否かを判別する判別部と、状態信号が出力されていないと判別された場合に、セルモジュールから電池管理部への電力供給を遮断する遮断部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、ＳＯＣ信号の説明図である。
【図３】図３は、実施形態の処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態の蓄電池システムの概要構成ブロック図である。
蓄電池システム１０には、当該蓄電池システム１０を制御する上位コントローラ３０と、蓄電池システム１０からの電力供給を受けて動作する電動モータなどの負荷４０と、が接続されている。
【００１３】
蓄電池システム１０は、大別すると、複数の電池セルが直並列接続された複数（図１の例では、３個）のセルモジュール１１と、各セルモジュール１１に対応し、セルモジュールの温度、セルモジュールを構成している電池セルの電圧等を監視するためのＣＭＵ（Ｃｅｌｌ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２と、セルモジュール１１を実効的に負荷４０から電気的に切り離すための一対のコンタクタ１３と、上位コントローラ３０の制御下で蓄電池システム１０の制御を行うＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）１４と、セルモジュール１１の蓄電電力のＤＣ／ＤＣ変換を行ってＢＭＵ１４の電源を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、ＢＭＵ１４への電源供給の制御を行う電源制御回路１６と、を備えている。
【００１４】
ＢＭＵ１４は、自己の電源であるＢＭＵ電源が供給されている場合にのみ、一対のコンタクタ１３を閉状態（オン状態）に維持できる構成となっており、ＢＭＵ電源ＢＰの供給が遮断されるとコンタクタ１３は、開状態（オフ状態）となり、セルモジュール１１から負荷４０への電力の供給が遮断される。
【００１５】
また、ＢＭＵ１４は、ＣＭＵ１２の監視している電池セルの電圧に基づいてセルモジュール１１のＳＯＣを推定し、推定値に対応するＳＯＣ信号ＳＳを出力するＳＯＣ推定部２１を備えている。
【００１６】
ここで、ＳＯＣ信号ＳＳは、“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとの間で交互に遷移するパルス信号であり、本実施形態では、ＳＯＣ信号ＳＳの１周期中の“Ｈ”レベル期間の長さがセルモジュールのＳＯＣの値を表すような信号とされている。
【００１７】
図２は、ＳＯＣ信号の説明図である。
具体的には、図２（Ａ）に示すように、ＳＯＣ信号ＳＳの１周期を周期ＰＲＤとした場合に、当該周期の先頭に常にＳＯＣ信号ＳＳが“Ｈ”レベルとなるハートビート検出用ヘッダＨＤ（例えば、周期ＰＲＤ＝１２０［ｍｓ］とした場合には、ＨＤ＝１０［ｍｓ］）を設け、ハートビート検出用ヘッダＨＤに続けてＳＯＣの値に相当する期間を表す期間部ＳＡが設けられ、当該周期の後尾に常にＳＯＣ信号ＳＳが“Ｌ”レベルとなるハートビート検出用フッタＦＴが設けられており（例えば、周期ＰＲＤ＝１２０［ｍｓ］とした場合には、ＦＴ＝１０［ｍｓ］）を設け、期間部ＳＡは、ＳＯＣの値に相当する期間に相当する時間の間“Ｈ”レベルを維持する。したがって、期間部ＳＡの長さの影響を受けることなくＳＯＣ信号ＳＳをトグルさせることが可能となっている。
【００１８】
すなわち、例えば、ＳＯＣ＝０％の場合、図２（Ｂ）に示すように、期間部ＳＡ＝０［ｍｓ］とし、図２（Ｃ）に示すように、ＳＯＣ＝１００％の場合、期間部ＳＡ＝１００［ｍｓ］としてＳＯＣ信号ＳＳは“Ｈ”レベルを維持する。
【００１９】
そして、その後、当該周期ＰＲＤが終わるまでＳＯＣ信号ＳＳ“Ｌ”レベル（＝ハートビート検出用フッタＦＴを含む）となるように制御する。
したがって、例えば、前回の測定時には、ＳＯＣ＝２０％の場合には、上述の例の場合、期間部ＳＡ＝２０［ｍｓ］だったのが、今回の測定時にＳＯＣ１０％に減った場合には、図２（Ｄ）に示すように、期間部ＳＡ＝１０［ｍｓ］と短くなるのである。
【００２０】
この場合において、ＳＯＣ０％とは、通常使用における電池セルの容量範囲としての最低電池容量に相当し、ＳＯＣ１００％とは、通常使用における電池セルの容量範囲としての最高電池容量に相当し、この範囲で使用することにより電池寿命が短くなるのを防止している。
【００２１】
したがって、電池セルの容量としては、０％未満及び１００％超のＳＯＣが可能であり、いわゆる電池セルの過放電状態は、ＳＯＣ０％未満の領域に存在し、電池セルの過充電状態は、ＳＯＣ１００％超の領域に存在している。
【００２２】
また、電源制御回路１６は、ＳＯＣ信号ＳＳが入力され、ＳＯＣ信号ＳＳが遷移しない（変動しない）期間が連続してシャットダウン判定時間ＴＳを超えた場合にシャットダウン信号ＳＤを出力するハートビート検出部２５と、ハートビート検出部２５からシャットダウン信号ＳＤが入力されるとＢＭＵ１４の電源であるＢＭＵ電源の供給を停止してＢＭＵ１４をシャットダウンするシャットダウン制御部２６と、を備えている。
【００２３】
ここで、ＳＯＣ信号ＳＳが遷移しない（変動しない）期間が連続してシャットダウン判定時間ＴＳを超えた場合にシャットダウン信号ＳＤを出力する構成としているのは、ＳＯＣ信号が“Ｌ”レベル固定あるいは“Ｈ”レベル固定の異常となった場合にもシャットダウンさせるためである。
【００２４】
この場合において、シャットダウン判定時間ＴＳは、周期ＰＲＤより大きな値とされており、ＢＭＵ１４のクロックと電源制御回路１６のクロック（＝ＢＭＵ１４のクロックに非同期）の周波数誤差を見込んだマージンを含む。このように構成することによりソフトウェア制御に起因して起動処理時にトグル信号を出力できない点及び処理の遅延などにより厳密なタイミングで信号制御ができない場合に対応させることができる。
【００２５】
シャットダウン判定時間ＴＳの具体的な値については、上述したマージンの大きさと過放電検出時の応答遅れを考慮して適宜設定する必要がある。例えば、上述したように、周期ＰＲＤ＝１２０［ｍｓ］とした場合、１０００［ｍｓ］に設定する。
【００２６】
また、電源制御回路１６は、上位コントローラ３０から、ＢＭＵ１４の通常動作時には、ＢＭＵ１４への電源供給を指示するための“Ｈ”レベルの電源供給信号ＳＰが入力され、ＢＭＵ１４のメンテナンス時にはＢＭＵ１４へのメンテナンス用電源供給を指示するための“Ｈ”レベルの保守電源供給信号ＳＭが入力される。
【００２７】
さらに、電源制御回路１６は、シャットダウン信号ＳＤの非入力時には、“Ｈ”レベルの電源供給信号ＳＰあるいは“Ｈ”レベルの保守電源供給信号ＳＭの入力により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力したＢＭＵ電源をＢＭＵ１４に供給する。
さらにまた、電源制御回路１６は、シャットダウン信号ＳＤの入力時には、“Ｈ”レベルの保守電源供給信号ＳＭの入力時にのみＤＣ／ＤＣコンバータ１５の出力したＢＭＵ電源をＢＭＵ１４に供給する。
【００２８】
次に実施形態の動作を説明する。
図３は、実施形態の処理フローチャートである。
まず、まずＢＭＵ１４は、ＣＭＵ１２にセルモジュール１１を構成している電池セルのセル電圧を測定させ、測定結果を取得する（ステップＳ１１）。
【００２９】
続いてＢＭＵ１４のＳＯＣ推定部２１は、取得したセル電圧に基づいて、セルが過放電状態であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。
【００３０】
ステップＳ１２の判別において、セルが過放電状態である場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＢＭＵ１４のＳＯＣ推定部２１は、出力するＳＯＣ信号ＳＳを“Ｌ”レベルとして固定出力し（ステップＳ２０）、処理を終了する。
【００３１】
ステップＳ１２の判別において、セルが過放電状態では無い場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ＢＭＵ１４のＳＯＣ推定部２１は、取得したセル電圧に基づいてＳＯＣを推定する（ステップＳ１３）。
【００３２】
続いてＳＯＣ推定部２１は、推定したＳＯＣが１００％を超えているか否かを判別する（ステップＳ１４）。
【００３３】
ステップＳ１４の判別において、推定したＳＯＣが１００％を超えている場合には（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとの間で交互に遷移するパルス信号であるＳＯＣ信号ＳＳの１周期（以下の説明では、一例として１２０［ｍｓ］とする）中の“Ｈ”レベル期間Ｔを１１０［ｍｓ］に設定し（ステップＳ１５）、処理をステップＳ１９に移行する。
【００３４】
ステップＳ１４の判別において、推定したＳＯＣが１００％以下である場合には（ステップＳ１４；Ｎｏ）、を超えている場合には、推定したＳＯＣが０％未満であるか否かを判別する（ステップＳ１６）。
【００３５】
ステップＳ１６の判別において、推定したＳＯＣが０％未満である場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ＳＯＣ信号ＳＳの１周期（以下の説明では、一例として１２０［ｍｓ］とする）中の“Ｈ”レベル期間Ｔを１０［ｍｓ］、すなわち、ハートビート検出用ヘッダＨＤの期間のみＳＯＣ信号ＳＳが“Ｈ”レベルとなるように設定し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１９に移行する。
【００３６】
ステップＳ１６の判別において、ＳＯＣが０％以上である場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、すなわち、ステップＳ１４の判別と合わせて、ＳＯＣが０％以上１００％未満である場合には、ＳＯＣ信号ＳＳの１周期中の“Ｈ”レベル期間Ｔを次式の通りとする（ステップＳ１８）。
Ｔ＝１０＋ＳＯＣの％値
【００３７】
そしてＳＯＣ推定部２１は、“Ｈ”レベル期間がＴ［ｍｓ］であり、“Ｌ”レベル期間が１２０−Ｔ［ｍｓ］である１２０［ｍｓ］周期のＳＯＣ信号ＳＳを生成して電源制御回路１６及び上位コントローラ３０に出力する（ステップＳ１９）。
【００３８】
この結果、電源制御回路１６のハートビート検出部２５は、ＳＯＣ信号ＳＳのパルス検出を行い、パルスが検出されなくなるとシャットダウン制御部２６を制御し、ＢＭＵ１４の電源であるＢＭＵ電源の供給を停止して、ＢＭＵ１４をシャットダウンすることとなる。
したがって、コンタクタ１３は、閉状態（オン状態）を維持することができなくなり、開状態（オフ状態）となり、それ以上、セルモジュール１１から電力を供給し続けることはできなくなるため、より一層の過放電状態に移行することはない。
【００３９】
なお、シャットダウン制御部２６には、通常時に電源供給がなされているか否かを示す（例えば、電源供給時に“Ｈ”）電源供給信号ＳＰ及び保守時に保守電源供給がなされているか否かを示す（例えば、保守電源供給時に“Ｈ”）保守電源供給信号ＳＭが入力され、電源供給信号ＳＰが“Ｌ”レベル（＝電源非供給時）、かつ、保守電源供給信号ＳＭが“Ｈ”レベル（保守電源供給時）の場合には、ＢＭＵ１４の保守を行う保守モード時であるので、ＢＭＵ電源の供給を継続することとなる。
【００４０】
以上の説明のように、本実施形態によれば、過放電時には、ハートビート信号としてのＳＯＣ信号ＳＳが出力されなくなるため、ＢＭＵ１４への電源が供給されなくなるため、コンタクタ１３は開状態となるため、過放電状態が進行することはない。
【００４１】
また、ＢＭＵ１４を制御しているプログラム（ソフトウェア）がハングアップした場合にも同様にハートビート信号としてのＳＯＣ信号ＳＳが出力されなくなるため、ＢＭＵ１４への電源が供給されなくなるため、コンタクタ１３は開状態となるため、ハングアップに起因して、過放電状態への移行あるいは進行することはない。
これらの場合において、ＳＯＣ信号ＳＳには、ＳＯＣの情報が含まれているため、上位コントローラ３０も常にＳＯＣ状態を把握することが可能となる。
【００４２】
なお、上位コントローラ３０から“Ｈ”レベルの保守電源供給信号ＳＭが入力されている場合には、ＢＭＵ１４は、コンタクタ１３を開状態（オフ状態）として、負荷４０に対する電力供給を停止した状態で故障ログ取得やファームウェア更新などの機能のみを提供する。ここで、保守電源供給信号ＳＭがソフトウェア制御ではない理由は、蓄電池システム１０の実運用中であるのにもかかわらず、ソフトウェアの不具合によって誤って保守モードに移行して保護が働かなくなる可能性を排除するためである。
【００４３】
以上の説明においては、ＳＯＣ信号ＳＳの“Ｈ”レベル期間の長さによって、ＳＯＣの値を通知していたが、上述したＳＯＣ信号ＳＳの反転信号を用いて“Ｌ”レベル期間の長さによってＳＯＣの値を通知するように構成することも可能である。
【００４４】
本実施形態の蓄電池システムで実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【００４５】
また、本実施形態の蓄電池システムで実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の蓄電池システムで実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【００４６】
また、本実施形態の蓄電池システムで実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【図１】
2019092855.tif 000003
【図２】
2019092855.tif 000004
【図３】
2019092855.tif 000005
【国際調査報告】
2019092855.tif 000006
2019092855.tif 000007
2019092855.tif 000008