(57)【要約】【課題】電流制限回路間の電圧の異常を検出できない場合であっても、電池群の内部における電圧異常を検出できる蓄電システムを提供する。【解決手段】この蓄電システム１Ａは、互いに直列に接続された複数のノード、及び、複数のノードの間に接続された電池セルを各々有し、互いに並列に接続された蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣと、蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣの同じ段のノード同士を、電流制限要素を介して相互に接続する複数の電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５と、複数の電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５と電気的に接続され、複数の電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５間の電圧Ｖ１〜Ｖ５を検出するセルコントローラＵ１と、蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣそれぞれの正電極端と負電極端との間の総電圧ＶＳＡ，ＶＳＢ，ＶＳＣを検出する演算装置Ｕ２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続された複数のノード、及び、前記複数のノードの間に接続された電池セルを各々有し、互いに並列に接続された２つ以上の電池群と、
前記２つ以上の電池群の同じ段の前記ノード同士を、電流制限要素を介して相互に接続する複数の電流制限回路と、
前記複数の電流制限回路と電気的に接続され、前記複数の電流制限回路間の電圧を検出するセル電圧検出部と、
前記２つ以上の電池群それぞれの正電極端と負電極端との間の総電圧を検出する総電圧検出部と、
を備える、蓄電システム。
【請求項２】
前記電池群の個数をＰとするとき、各電流制限回路が少なくともＰ個の前記電流制限要素を有し、
各電池群に２つの前記電流制限要素が接続されることにより前記Ｐ個の前記電流制限要素が環状接続をなしている、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記電池群の個数をＰとするとき、各電流制限回路が少なくとも（Ｐ−１）個の前記電流制限要素を有し、
各電流制限回路において、各段の２つ以上の前記ノードのうち前記セル電圧検出部との間のインピーダンスが最も低い前記ノードを各段の代表ノードとした場合、各電流制限要素の一端が前記代表ノードに接続され、各電流制限要素の他端が前記代表ノードを除く各ノードにそれぞれ接続されている、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記電流制限要素が、固定抵抗器、ヒューズ、及びサーミスタのうち少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２には、複数段にわたって直列に接続された（以下、本明細書では、複数の回路要素が直列に接続されている回路の端から数えた各回路要素の順序を「段」という）電池セルを含む２以上の蓄電池群が互いに並列に接続された蓄電システムが示されている。これらの文献に記載された技術では、複数の電池セルを直列に接続してなる電池ストリングを複数設け、各電池ストリングの中間電位を、異なる電池ストリングの略同電位点とヒューズおよび抵抗の並列回路（電流制限回路）を介して接続する。電圧検出機構は、代表される単一の電池ストリングに接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４４０４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３５８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、移動体における燃費向上または再生可能エネルギー発電における稼働率向上など、ＣＯ２削減へ貢献する電力システムとして蓄電池の活用が進んでいる。蓄電池は電気化学的な作用によってエネルギーを充放電するので、単位電池の起電力は数ボルトと低い。したがって、電力システムへの応用においては、多数の単位電池を直列及び並列に接続することにより電圧および容量を大型化する方式が用いられる。
【０００５】
このような蓄電システムの運用にあたっては、複数段にわたって直列に接続された各電池セルの両端電圧が安全な範囲に納まっていることを確認するために、各電池セルの両端電圧を個別に検出する。しかし、例えば蓄電池群の個数をＱ個とし、各蓄電池群における電池セルの段数をＰ段とした場合、（Ｑ×Ｐ）個の電圧検出が必要となり、蓄電システムの規模の大型化による製造コスト及び故障率の上昇を招く。
【０００６】
このような課題に対し、特許文献１，２に記載された方式では、代表される単一の蓄電池群（代表蓄電池群）に電圧検出回路を接続すれば足り、少なくともＱ個の電圧検出を行えば済む。しかしながら、これらの文献に記載された方式では、ヒューズおよび抵抗の並列回路（電流制限回路）に不通等の故障が生じると、電池群の内部における電圧異常を検出できない虞がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、電流制限回路間の電圧の異常を検出できない場合であっても、電池群の内部における電圧異常を検出できる蓄電システム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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明による蓄電システムは、互いに直列に接続された複数のノード、及び、複数のノードの間に接続された電池セルを各々有し、互いに並列に接続された２つ以上の電池群と、２つ以上の電池群の同じ段のノード同士を、電流制限要素を介して相互に接続する複数の電流制限回路と、複数の電流制限回路と電気的に接続され、複数の電流制限回路間の電圧を検出するセル電圧検出部と、２つ以上の電池群それぞれの正電極端と負電極端との間の総電圧を検出する総電圧検出部とを備える。
【０００９】
この蓄電システムによれば、セル電圧検出部において電流制限回路間の電圧を検出するとともに、２つ以上の電池群それぞれの総電圧を総電圧検出部において検出することができる。これにより、例えばいずれかの電池セルにおいて両端電圧の異常低下が発生した場合に、セル電圧検出部にて異常を感度良く検出できなかった場合であっても、各電池群の総電圧を相互に比較することで異常を検知でき、より安全な蓄電システムを構築できる。
【００１０】
また、上記の蓄電システムにおいて、電池群の個数をＰとするとき、各電流制限回路が少なくともＰ個の電流制限要素を有し、各電池群に２つの電流制限要素が接続されることによりＰ個の電流制限要素が環状接続をなしてもよい。例えばこのような構成により、各電池群の同じ段のノード同士を電流制限要素を介して相互に接続することができる。
【００１１】
また、上記の蓄電システムにおいて、電池群の個数をＰとするとき、各電流制限回路が少なくとも（Ｐ−１）個の電流制限要素を有し、各電流制限回路において、各段の２つ以上のノードのうちセル電圧検出部との間のインピーダンスが最も低いノードを各段の代表ノードとした場合、各電流制限要素の一端が代表ノードに接続され、各電流制限要素の他端が代表ノードを除く各ノードにそれぞれ接続されてもよい。例えばこのような構成により、各電池群の同じ段のノード同士を電流制限要素を介して相互に接続することができる。
【００１２】
また、上記の蓄電システムにおいて、電流制限要素は、固定抵抗器、ヒューズ、及びサーミスタのうち少なくとも１つを含んでもよい。これにより、電圧異常の際に電流制限回路の出力電位を好適に変化させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蓄電システムによれば、電流制限回路間の電圧の異常を検出できない場合であっても、電池群の内部における電圧異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電システムの構成を概略的に示す回路図である。
【図２】図２は、電流制限回路の詳細な例を示す回路図である。
【図３】図３は、本実施形態の蓄電システムの具体的なハードウェア構成を概略的に示す図である。
【図４】図４は、一変形例を示す回路図である。
【図５】図５は、シミュレーションに使用した回路モデルを示す回路図である。
【図６】図６は、セルコントローラにおける電圧検出結果を示すグラフである。
【図７】図７は、演算装置における蓄電池モジュールの総電圧の検出結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明による蓄電システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電システム１Ａの構成を概略的に示す回路図である。図１に示されるように、蓄電システム１Ａは、Ｐ個（Ｐは２以上の整数、本実施形態ではＰ＝３）の蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，及びＭＣと、Ｑ個（Ｑは２以上の整数、本実施形態ではＱ＝６）の電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５と、蓄電池監視装置ＢＣとを備える。なお、蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，及びＭＣは本実施形態における電池群の例であり、蓄電池監視装置ＢＣは本実施形態におけるセル電圧監視部の例である。
【００１７】
蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，及びＭＣは、電圧出力端ＮOUTと基準電位端ＮGNDとの間において、互いに並列に接続されている。蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，及びＭＣは、互いに等しい個数（Ｑ個）のノードと、互いに等しい個数（（Ｑ−１）個）の電池セルとを有する。
【００１８】
具体的に、蓄電池モジュールＭＡは、互いに直列に接続されたＱ個のノードＮＡ０〜ＮＡ５と、これらのノードＮＡ０〜ＮＡ５の間に電気的に接続された（Ｑ−１）個の電池セルＣＡ１〜ＣＡ５とを有する。電池セルＣＡ１はノードＮＡ０とノードＮＡ１との間に接続され、電池セルＣＡ２はノードＮＡ１とノードＮＡ２との間に接続され、電池セルＣＡ３はノードＮＡ２とノードＮＡ３との間に接続され、電池セルＣＡ４はノードＮＡ３とノードＮＡ４との間に接続され、電池セルＣＡ５はノードＮＡ４とノードＮＡ５との間に接続されている。蓄電池モジュールＭＡの正電極端は電圧出力端ＮOUTと電気的に接続され、負電極端は基準電位端ＮGNDと電気的に接続されている。
【００１９】
同様に、蓄電池モジュールＭＢは、互いに直列に接続されたＱ個のノードＮＢ０〜ＮＢ５と、これらのノードＮＢ０〜ＮＢ５の間に電気的に接続された（Ｑ−１）個の電池セルＣＢ１〜ＣＢ５とを有する。具体的には、電池セルＣＢ１はノードＮＢ０とノードＮＢ１との間に接続され、電池セルＣＢ２はノードＮＢ１とノードＮＢ２との間に接続され、電池セルＣＢ３はノードＮＢ２とノードＮＢ３との間に接続され、電池セルＣＢ４はノードＮＢ３とノードＮＢ４との間に接続され、電池セルＣＢ５はノードＮＢ４とノードＮＢ５との間に接続されている。蓄電池モジュールＭＢの正電極端は電圧出力端ＮOUTと電気的に接続され、負電極端は基準電位端ＮGNDと電気的に接続されている。
【００２０】
同様に、蓄電池モジュールＭＣは、互いに直列に接続されたＱ個のノードＮＣ０〜ＮＣ５と、これらのノードＮＣ０〜ＮＣ５の間に電気的に接続された（Ｑ−１）個の電池セルＣＣ１〜ＣＣ５とを有する。具体的には、電池セルＣＣ１はノードＮＣ０とノードＮＣ１との間に接続され、電池セルＣＣ２はノードＮＣ１とノードＮＣ２との間に接続され、電池セルＣＣ３はノードＮＣ２とノードＮＣ３との間に接続され、電池セルＣＣ４はノードＮＣ３とノードＮＣ４との間に接続され、電池セルＣＣ５はノードＮＣ４とノードＮＣ５との間に接続されている。蓄電池モジュールＭＣの正電極端は電圧出力端ＮOUTと電気的に接続され、負電極端は基準電位端ＮGNDと電気的に接続されている。
【００２１】
電池セルＣＡ１〜ＣＡ５、ＣＢ１〜ＣＢ５、及びＣＣ１〜ＣＣ５は、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池といった蓄電池である。これらの電池セルＣＡ１〜ＣＡ５、ＣＢ１〜ＣＢ５、及びＣＣ１〜ＣＣ５は、電圧出力端ＮOUTと基準電位端ＮGNDとの間に印加される電力によって充電され、また、必要に応じて充電した電力を電圧出力端ＮOUTと基準電位端ＮGNDとの間に接続される外部回路へ放電する。
【００２２】
電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５は、Ｐ個の蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの同じ段のノード同士を、抵抗等の電流制限要素を介して相互に接続する。また、電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５は、それぞれ個別に蓄電池監視装置ＢＣと電気的に接続されている。ここで、図２は、電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５の詳細な例を示す回路図である。各電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５のそれぞれは、少なくともＰ個の電流制限要素を有する。具体的には、電流制限回路ＲＮ０は電流制限要素ＲＡＢ０，ＲＢＣ０，及びＲＡＣ０を有する。同様に、電流制限回路ＲＮ１は電流制限要素ＲＡＢ１，ＲＢＣ１，及びＲＡＣ１を有し、電流制限回路ＲＮ２は電流制限要素ＲＡＢ２，ＲＢＣ２，及びＲＡＣ２を有し、電流制限回路ＲＮ３は電流制限要素ＲＡＢ３，ＲＢＣ３，及びＲＡＣ３を有し、電流制限回路ＲＮ４は電流制限要素ＲＡＢ４，ＲＢＣ４，及びＲＡＣ４を有し、電流制限回路ＲＮ５は電流制限要素ＲＡＢ５，ＲＢＣ５，及びＲＡＣ５を有する。
【００２３】
電流制限要素ＲＡＢ０〜ＲＡＢ５は、蓄電池モジュールＭＡにおいてそれぞれに対応する段のノードＮＡ０〜ＮＡ５と、蓄電池モジュールＭＢにおいてそれぞれに対応する段のノードＮＢ０〜ＮＢ５との間に電気的に接続されている。例えば、電流制限要素ＲＡＢ０は、ノードＮＡ０とノードＮＢ０との間に電気的に接続されている。また、電流制限要素ＲＢＣ０〜ＲＢＣ５は、蓄電池モジュールＭＢにおいてそれぞれに対応する段のノードＮＢ０〜ＮＢ５と、蓄電池モジュールＭＣにおいてそれぞれに対応する段のノードＮＣ０〜ＮＣ５との間に電気的に接続されている。例えば、電流制限要素ＲＢＣ１は、ノードＮＢ１とノードＮＣ１との間に電気的に接続されている。また、電流制限要素ＲＡＣ０〜ＲＡＣ５は、蓄電池モジュールＭＡにおいてそれぞれに対応する段のノードＮＡ０〜ＮＡ５と、蓄電池モジュールＭＣにおいてそれぞれに対応する段のノードＮＣ０〜ＮＣ５との間に電気的に接続されている。例えば、電流制限要素ＲＡＣ２は、ノードＮＡ２とノードＮＣ２との間に電気的に接続されている。
【００２４】
このように、本実施形態では、蓄電池モジュールＭＡのノード（例えばノードＮＡ０）に対して２つの電流制限要素（例えば電流制限要素ＲＡＢ０，ＲＡＣ０）が接続され、蓄電池モジュールＭＢのノード（例えばノードＮＢ０）に対して２つの電流制限要素（例えば電流制限要素ＲＡＢ０，ＲＢＣ０）が接続され、蓄電池モジュールＭＣのノード（例えばノードＮＣ０）に対して２つの電流制限要素（例えば電流制限要素ＲＢＣ０，ＲＡＣ０）が接続されている。すなわち、３つの蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの各ノードと、これと同数の電流制限要素とが環状接続をなしている。言い換えると、電流制限要素は、Ｐ個のノードから組合せ可能な２つのノード間を接続しており、Ｐ個の電流制限要素によって構成されるＰ角形の各頂点に各ノードが配置されているといえる。
【００２５】
電流制限要素ＲＡＢ０〜ＲＡＢ５，ＲＢＣ０〜ＲＢＣ５，及びＲＡＣ０〜ＲＡＣ５は、固定抵抗器、ヒューズ、及びサーミスタのうち少なくとも１つを含む。すなわち、電流制限要素ＲＡＢ０〜ＲＡＢ５，ＲＢＣ０〜ＲＢＣ５，及びＲＡＣ０〜ＲＡＣ５は、固定抵抗器、ヒューズ、及びサーミスタのいずれかによって構成されてもよいし、これらを組み合わせて構成されてもよい。
【００２６】
上述したように、電流制限要素ＲＡＢ０〜ＲＡＢ５は、蓄電池監視装置ＢＣと電気的に接続されている。図２に示されるように、電流制限回路ＲＮ０は蓄電池モジュールＭＡのノードＮＡ０において蓄電池監視装置ＢＣの入力端子Ｐ０と接続されており、電流制限回路ＲＮ１は蓄電池モジュールＭＢのノードＮＢ１において蓄電池監視装置ＢＣの入力端子Ｐ１と接続されており、電流制限回路ＲＮ２は蓄電池モジュールＭＣのノードＮＣ２において蓄電池監視装置ＢＣの入力端子Ｐ２と接続されている。同様に、電流制限回路ＲＮ３は蓄電池モジュールＭＡのノードＮＡ３において蓄電池監視装置ＢＣの入力端子Ｐ３と接続されており、電流制限回路ＲＮ４は蓄電池モジュールＭＢのノードＮＢ４において蓄電池監視装置ＢＣの入力端子Ｐ４と接続されており、電流制限回路ＲＮ５は蓄電池モジュールＭＣのノードＮＣ５において蓄電池監視装置ＢＣの入力端子Ｐ５と接続されている。
【００２７】
上記の構成において、各段のＰ個のノードのうち蓄電池監視装置ＢＣとの間のインピーダンスが最も低いノードを各段の代表ノードとする。その場合、電流制限回路ＲＮ０，ＲＮ３では蓄電池モジュールＭＡのノードＮＡ０，ＮＡ３が代表ノードとなり、電流制限回路ＲＮ１，ＲＮ４では蓄電池モジュールＭＢのノードＮＢ１，ＮＢ４が代表ノードとなり、電流制限回路ＲＮ２，ＲＮ５では蓄電池モジュールＭＣのノードＮＣ２，ＮＣ５が代表ノードとなる。このように、本実施形態では、各段の代表ノードＮＡ０，ＮＢ１，ＮＣ２，ＮＡ３，ＮＢ４，ＮＣ５が、それぞれ隣接する段の代表ノードと異なる蓄電池モジュールに属する。
【００２８】
また、連続するＰ段（例えば第０段ないし第２段）の代表ノードは、互いに異なる蓄電池モジュールに属する。言い換えると、第１段〜第Ｐ段の代表ノードは、その属する蓄電池モジュールが、蓄電池モジュールＭＡ→蓄電池モジュールＭＢ→蓄電池モジュールＭＣ→蓄電池モジュールＭＡ、もしくは蓄電池モジュールＭＣ→蓄電池モジュールＭＢ→蓄電池モジュールＭＡ→蓄電池モジュールＭＣといったように、段を追って巡回するように選択される。これにより、入力端子Ｐ０〜Ｐ５に現れる電圧Ｖ１〜Ｖ５の異常値の感度に規則性を与えることができる。
【００２９】
なお、上述した代表ノードに関し、本実施形態の電流制限要素の接続形態を、次のように表現することもできる。すなわち、各電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５は少なくとも（Ｐ−１）個の電流制限要素を有している。そして、各電流制限要素（例えば電流制限要素ＲＡＢ０，ＲＢＣ０，ＲＡＣ０）の一端が代表ノードに接続され、各電流制限要素の他端が代表ノードを除く各ノードにそれぞれ接続されている。
【００３０】
再び図１を参照する。蓄電システム１Ａは、ヒューズＦＡ１、ＦＢ１、及びＦＣ１を更に備えてもよい。ヒューズＦＡ１は、蓄電池モジュールＭＡと電圧出力端ＮOUTとの間に電気的に接続され、蓄電池モジュールＭＡと電圧出力端ＮOUTとの間に流れる電流が所定の大きさを超えた場合に溶断して該電流を遮断する。ヒューズＦＢ１は、蓄電池モジュールＭＢと電圧出力端ＮOUTとの間に電気的に接続され、蓄電池モジュールＭＢと電圧出力端ＮOUTとの間に流れる電流が所定の大きさを超えた場合に溶断して該電流を遮断する。ヒューズＦＣ１は、蓄電池モジュールＭＣと電圧出力端ＮOUTとの間に電気的に接続され、蓄電池モジュールＭＣと電圧出力端ＮOUTとの間に流れる電流が所定の大きさを超えた場合に溶断して該電流を遮断する。
【００３１】
蓄電システム１Ａは、ヒューズＦＡ２、ＦＢ２、及びＦＣ２を更に備えてもよい。ヒューズＦＡ２は、蓄電池モジュールＭＡと基準電位端ＮGNDとの間に電気的に接続され、蓄電池モジュールＭＡと基準電位端ＮGNDとの間に流れる電流が所定の大きさを超えた場合に溶断して該電流を遮断する。ヒューズＦＢ２は、蓄電池モジュールＭＢと基準電位端ＮGNDとの間に電気的に接続され、蓄電池モジュールＭＢと基準電位端ＮGNDとの間に流れる電流が所定の大きさを超えた場合に溶断して該電流を遮断する。ヒューズＦＣ２は、蓄電池モジュールＭＣと基準電位端ＮGNDとの間に電気的に接続され、蓄電池モジュールＭＣと基準電位端ＮGNDとの間に流れる電流が所定の大きさを超えた場合に溶断して該電流を遮断する。なお、ヒューズＦＡ２、ＦＢ２、及びＦＣ２は必要に応じて設けられてもよく、省略することも可能である。
【００３２】
蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ及びＭＣは、それぞれ温度センサＴＡ，ＴＢ及びＴＣを更に有してもよい。温度センサＴＡ〜ＴＣは、例えばサーミスタである。温度センサＴＡは、蓄電池モジュールＭＡの内部の電池セルＣＡ１〜ＣＡ５の温度を検出することができる。温度センサＴＢは、蓄電池モジュールＭＢの内部の電池セルＣＢ１〜ＣＢ５の温度を検出することができる。温度センサＴＣは、蓄電池モジュールＭＣの内部の電池セルＣＣ１〜ＣＣ５の温度を検出することができる。温度センサＴＡ〜ＴＣは、それぞれ検出した温度に応じた電気信号（例えば電圧信号）を、蓄電池監視装置ＢＣへ提供する。
【００３３】
蓄電池監視装置ＢＣは、電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５の出力端と電気的に接続され、電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５から得られる電位を検出することにより、各蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣにおいて互いに隣り合うノード間の電圧異常を監視する。本実施形態の蓄電池監視装置ＢＣは、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの外部に設けられており、主要な機能部品としてセルコントローラＵ１及び演算装置Ｕ２を有する。セルコントローラＵ１は、本実施形態におけるセル電圧検出部の例であって、電流制限回路ＲＮ０の出力端と電流制限回路ＲＮ１の出力端との間の電圧Ｖ１、電流制限回路ＲＮ１の出力端と電流制限回路ＲＮ２の出力端との間の電圧Ｖ２、電流制限回路ＲＮ２の出力端と電流制限回路ＲＮ３の出力端との間の電圧Ｖ３、電流制限回路ＲＮ３の出力端と電流制限回路ＲＮ４の出力端との間の電圧Ｖ４、及び、電流制限回路ＲＮ４の出力端と電流制限回路ＲＮ５の出力端との間の電圧Ｖ５を検出する。そして、セルコントローラＵ１は、検出した電圧Ｖ１〜Ｖ５に基づいて、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの互いに隣り合うノード間の電圧異常を監視する。セルコントローラＵ１は、電圧Ｖ１〜Ｖ５のいずれかが所定の範囲を逸脱した場合に、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣのいずれかにおいて電圧異常が生じたものと判断する。
【００３４】
また、セルコントローラＵ１は、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの互いに隣り合うノード間の電圧ばらつきを低減してもよい（バランシング）。具体的には、蓄電池監視装置ＢＣは、バランシングスイッチＳＲ１〜ＳＲ５及びバランシング抵抗ＲＲ１〜ＲＲ５を更に有してもよい。図２に示されるように、バランシングスイッチＳＲ１及びバランシング抵抗ＲＲ１は、入力端子Ｐ０と入力端子Ｐ１との間において互いに直列に接続されている。バランシングスイッチＳＲ２及びバランシング抵抗ＲＲ２は、入力端子Ｐ１と入力端子Ｐ２との間において互いに直列に接続されている。バランシングスイッチＳＲ３及びバランシング抵抗ＲＲ３は、入力端子Ｐ２と入力端子Ｐ３との間において互いに直列に接続されている。バランシングスイッチＳＲ４及びバランシング抵抗ＲＲ４は、入力端子Ｐ３と入力端子Ｐ４との間において互いに直列に接続されている。バランシングスイッチＳＲ５及びバランシング抵抗ＲＲ５は、入力端子Ｐ４と入力端子Ｐ５との間において互いに直列に接続されている。バランシングスイッチＳＲ１〜ＳＲ５は、例えばＭＯＳＦＥＴである。バランシングスイッチＳＲ１〜ＳＲ５の制御端子（ゲート端子）は、セルコントローラＵ１と電気的に接続されている。
【００３５】
セルコントローラＵ１は、検出した電圧Ｖ１〜Ｖ５のうち例えば電圧Ｖ１が他の電圧Ｖ２〜Ｖ５よりも高い場合には、バランシングスイッチＳＲ１をオン状態とする信号をバランシングスイッチＳＲ１の制御端子に出力する。これにより、電圧Ｖ１に対応する電池セルＣＡ１，ＣＢ１，及びＣＣ１の電荷がバランシング抵抗ＲＲ１へ放電され、電圧Ｖ１が低下する。セルコントローラＵ１は、電圧Ｖ１が他の電圧Ｖ２〜Ｖ５と等しくなると、バランシングスイッチＳＲ１をオフ状態とする。セルコントローラＵ１は、他のバランシングスイッチＳＲ２〜ＳＲ５に対しても同様の制御を行う。
【００３６】
セルコントローラＵ１は、上位となる演算装置Ｕ２との通信線ＣＯＭ１を有しており、電圧Ｖ１〜Ｖ５に関するデータを、通信線ＣＯＭ１を介して演算装置Ｕ２へ送信する。また、セルコントローラＵ１は、付属機能として、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣ内部の温度を検出する機能を有してもよい。
【００３７】
演算装置Ｕ２は、セルコントローラＵ１に対する上位コントローラである。演算装置Ｕ２は、本実施形態における総電圧検出部の例であって、上述した電圧Ｖ１〜Ｖ５に関するデータをセルコントローラＵ１から取得するとともに、蓄電池モジュールＭＡの正電極端と負電極端との間の総電圧ＶＳＡ、蓄電池モジュールＭＢの正電極端と負電極端との間の総電圧ＶＳＢ、及び蓄電池モジュールＭＣの正電極端と負電極端との間の総電圧ＶＳＣを検出する。また、演算装置Ｕ２は、温度センサＴＡ〜ＴＣからの電気信号を取得する。演算装置Ｕ２は、これらの情報に基づいて、蓄電システム１Ａの動作状態を監視する。演算装置Ｕ２は、外部制御器との通信線ＣＯＭ２を有しており、蓄電システム１Ａの動作状態に関する情報を外部制御器へ送信する。
【００３８】
具体的に、蓄電池監視装置ＢＣは、アナログスイッチＵ４およびＵ５と、分圧抵抗Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ，Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ａ，Ｒ２Ｂ，及びＲ２Ｃと、増幅回路Ｕ３とを更に有する。アナログスイッチＵ４は、Ｐ個のアナログスイッチを含み、各アナログスイッチの一端は、それぞれ対応する蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの正電極端と電気的に接続されている。蓄電池モジュールＭＡの正電極端に接続されたアナログスイッチの他端は、直列接続された分圧抵抗Ｒ１ＡおよびＲ２Ａを介して、蓄電池モジュールＭＡの負電極端に接続されている。分圧抵抗Ｒ１Ａと分圧抵抗Ｒ２Ａとの間にノードは、増幅回路Ｕ３の入力端と電気的に接続されている。同様に、蓄電池モジュールＭＢの正電極端に接続されたアナログスイッチの他端は、直列接続された分圧抵抗Ｒ１ＢおよびＲ２Ｂを介して、蓄電池モジュールＭＢの負電極端に接続されている。分圧抵抗Ｒ１Ｂと分圧抵抗Ｒ２Ｂとの間にノードは、増幅回路Ｕ３の別の入力端と電気的に接続されている。同様に、蓄電池モジュールＭＣの正電極端に接続されたアナログスイッチの他端は、直列接続された分圧抵抗Ｒ１ＣおよびＲ２Ｃを介して、蓄電池モジュールＭＣの負電極端に接続されている。分圧抵抗Ｒ１Ｃと分圧抵抗Ｒ２Ｃとの間にノードは、増幅回路Ｕ３の更に別の入力端と電気的に接続されている。増幅回路Ｕ３は、各入力端から入力された電圧をそれぞれ増幅して演算装置Ｕ２へ提供する。アナログスイッチＵ４の開閉動作は、演算装置Ｕ２によって制御される。
【００３９】
アナログスイッチＵ４が閉状態（オン状態）とされると、蓄電池モジュールＭＡの総電圧ＶＳＡは、分圧抵抗Ｒ１Ａ，Ｒ２Ａの抵抗比で分圧され、増幅回路Ｕ３で出力インピーダンスを調整された後に、演算装置Ｕ２のアナログ／デジタル変換回路を介してデジタル値情報として検出される。蓄電池モジュールＭＢ，ＭＣの総電圧ＶＳＢ，ＶＳＣも同様にして演算装置Ｕ２に検出される。
【００４０】
なお、アナログスイッチＵ４を省略して分圧抵抗Ｒ１Ａ〜Ｒ１Ｃを蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの正電極端に直接接続してもよい。但し、その場合、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの正電極端と負電極端とが分圧抵抗Ｒ１Ａ〜Ｒ１ＣおよびＲ２Ａ〜Ｒ２Ｃを介して常に接続されるので、待機状態での蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣのエネルギー損失が増大することとなる。本実施形態のようにアナログスイッチＵ４を設け、例えばシステムを停止している期間はアナログスイッチＵ４を開状態（オフ状態）とすることによって、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣのエネルギー損失を抑えることができる。
【００４１】
アナログスイッチＵ５は、Ｐ個のアナログスイッチを含み、各アナログスイッチの一端は、それぞれ対応する蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの温度センサＴＡ〜ＴＣと電気的に接続されている。また、各アナログスイッチの他端は、互いに短絡されて演算装置Ｕ２に接続されている。アナログスイッチＵ５に含まれる各アナログスイッチの開閉動作は、演算装置Ｕ２によって制御される。各アナログスイッチが順に閉状態（オン状態）とされると、温度センサＴＡ〜ＴＣから出力される蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの温度に関する電気信号が演算装置Ｕ２に順に入力される。演算装置Ｕ２は、電圧信号であるこれらの電気信号をアナログ／デジタル変換回路を介してデジタル情報として取得する。なお、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの総電圧ＶＳＡ〜ＶＳＣを検出する回路と同様に、分圧抵抗及び増幅回路を更に設けて信号レベルを変換してもよい。
【００４２】
アナログスイッチＵ４はＰ個の入力電圧を同時に出力するように構成され、アナログスイッチＵ５はＰ個の入力電圧を択一的に出力するように構成されている。アナログスイッチＵ４およびＵ５の回路方式は、これと異なる方式であってもよい。但し、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの総電圧ＶＳＡ〜ＶＳＣと温度とを比較すると、温度の時間変化は総電圧ＶＳＡ〜ＶＳＣの時間変化よりも遅い。したがって、温度を検出するためのアナログスイッチＵ５を択一的な方式とすることによって、演算装置Ｕ２のアナログ／デジタル変換の負荷が軽減される。一方、総電圧ＶＳＡ〜ＶＳＣについては、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣ同士の比較、及びセルコントローラＵ１が監視する電圧Ｖ１〜Ｖ５との比較が要求されるので、アナログスイッチＵ４を、Ｐ個の入力電圧を同時に出力する方式とすることが望ましい。
【００４３】
以上に説明した本実施形態による蓄電システム１Ａによって得られる効果について説明する。前述したように、この蓄電システム１Ａでは、各段の代表ノードが、隣接する段の代表ノードと異なる蓄電池モジュールに属する。言い換えると、第ｑ段（ｑ＝１，２，・・・，Ｑ−１）の代表ノードが或る蓄電池モジュールに属する場合、第（ｑ−１）段の代表ノード及び第（ｑ＋１）段の代表ノードは、別の蓄電池モジュールに属する。この場合、いずれかの蓄電池モジュールにおいて、第（ｑ−１）段と第ｑ段との間の電池セル、及び第ｑ段と第（ｑ＋１）段との間の電池セルのいずれかに電圧異常が発生すると、蓄電池監視装置ＢＣにて検出される第ｑ段の代表ノードの電圧に何らかの変化が生じる。なお、電圧異常を検出するためには、蓄電池監視装置ＢＣにて検出される電圧の変化の大きさが、必ずしも電池セルの電圧の変化の大きさを正確に表していることを要しない。したがって、この蓄電システム１Ａによれば、特許文献１，２に記載された方式と比較して、内部における電圧異常を感度良く検出できない蓄電池モジュールを低減できる。
【００４４】
また、この蓄電システム１Ａでは、蓄電池監視装置ＢＣが、蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣの同じ段のノード同士を相互に接続するＱ個の電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５に接続されているので、電圧検出数は、少なくとも一つの蓄電池モジュールのノードの段数（すなわちＱ個）分だけあれば足りる。したがって、全ての蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣの全段のノード電圧を検出する方式と比較して、電圧検出数を抑えることができる。
【００４５】
また、本実施形態の蓄電システム１Ａは、セルコントローラＵ１のバランシング機能においても利点を有する。セルコントローラＵ１のバランシングスイッチＳＲ１〜ＳＲ５をオン状態とした際に流れる電流は、電流制限要素の抵抗値にも依存する。すなわち、電流制限要素の抵抗値が大きいほど、バランシング電流は小さくなる。このため、バランシングに必要な放電電荷量を満たすバランシングスイッチＳＲ１〜ＳＲ５のオン時間は、電流制限要素の抵抗値が大きいほど長くなる。本来、バランシング機能は各電池セルの両端電圧が保安上の閾値を超えないように放電させる機能であるが、バランシングスイッチＳＲ１〜ＳＲ５のオン時間が長くなると、バランシングの制御周期が粗くなるため閾値に対する電圧の尤度が大きくなり、結果として電池セルに許容される両端電圧の範囲が狭くなる。本実施形態では、入力端子Ｐ０〜Ｐ５に接続される各段の代表ノードが、隣接する段の代表ノードと異なる蓄電池モジュールに属するので、バランシング電流の流路を形成する電流制限要素の個数を最大２個に減らすことができる。従って、バランシングの制御周期を短縮することができ、電池セルの両端電圧の許容範囲を拡大することができる。
【００４６】
また、本実施形態の蓄電システム１Ａによれば、セルコントローラＵ１において電圧Ｖ１〜Ｖ５を検出しながら、同時に蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの総電圧ＶＳＡ〜ＶＳＣを演算装置Ｕ２において検出することができる。これにより、例えばいずれかの電池セルにおいて内部短絡などに起因する両端電圧の異常低下が発生した場合に、セルコントローラＵ１にて異常を感度良く検出できなかった場合であっても、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの総電圧ＶＳＡ〜ＶＳＣを相互に比較することで異常を検知でき、より安全な蓄電システムを構築できる。
【００４７】
また、本実施形態のように、連続するＰ段の代表ノードは、互いに異なる蓄電池モジュールに属してもよい。これにより、連続するＰ段の間に代表ノードが全ての蓄電池モジュールに属することとなるので、全ての蓄電池モジュールの内部における電圧異常を感度良く検出できる。
【００４８】
また、本実施形態のように、各電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５が少なくともＰ個の電流制限要素を有し、Ｐ個の電流制限要素が環状接続をなしてもよい。例えばこのような構成により、各蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣの同じ段のノード同士を電流制限要素を介して相互に接続することができる。
【００４９】
また、本実施形態のように、各電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５が少なくとも（Ｐ−１）個の電流制限要素を有し、各電流制限要素の一端が代表ノードに接続され、各電流制限要素の他端が代表ノードを除く各ノードにそれぞれ接続されてもよい。例えばこのような構成により、各蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣの同じ段のノード同士を電流制限要素を介して相互に接続することができる。
【００５０】
また、本実施形態のように、電流制限要素ＲＡＢ０〜ＲＡＢ５，ＲＢＣ０〜ＲＢＣ５，及びＲＡＣ０〜ＲＡＣ５は、固定抵抗器、ヒューズ、及びサーミスタのうち少なくとも１つを含んでもよい。これにより、電圧異常の際に電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５の出力電位を好適に変化させることができる。
【００５１】
ここで、図３は、本実施形態の蓄電システム１Ａの具体的なハードウェア構成を概略的に示す図である。図３に示されるように、蓄電池モジュールＭＡは、電池セルＣＡ１〜ＣＡ５からなる積層体と、該積層体上に設けられた温度センサＴＡとに加えて、接続基板Ｂ１Ａを更に有する。電池セルＣＡ１〜ＣＡ５は、例えば円筒状、直方体状、或いはラミネート状といった外形を有し、厚さ方向に積層されている。また、電池セルＣＡ１〜ＣＡ５それぞれは、セル本体の一辺から突出する平型タブ状の一対の電極板Ｅを有する。電池セルＣＡ１〜ＣＡ５は、交互に上下を逆転させて積層されており、隣接する電極板Ｅ同士が互いに接触することにより直列接続をなしている。直列接続された電池セルＣＡ１〜ＣＡ５の両端に位置する電極板Ｅはそれぞれ、図１及び図２に示されたノードＮＡ０及びＮＡ５に相当する。直列接続された電池セルＣＡ１〜ＣＡ５の間に位置する電極板Ｅはそれぞれ、図１及び図２に示されたノードＮＡ１〜ＮＡ４に相当する。
【００５２】
接続基板Ｂ１Ａは、直列接続された電池セルＣＡ１〜ＣＡ５の両端に位置する電極板Ｅ、及び電池セルＣＡ１〜ＣＡ５の間に位置する電極板Ｅと接続される６つの接続部Ｄを有する。例えば、これらの電極板Ｅを接続部Ｄに貫通させた後に、電極板Ｅを接続部Ｄに溶接することにより、接続基板Ｂ１Ａと各電池セルＣＡ１〜ＣＡ５とを電気的に接続することができる。接続基板Ｂ１Ａには、蓄電池モジュールＭＡの総電圧ＶＳＡを電気的に外部へ取り出すための主端子ＴＰ及びＴＮが設けられている。また、接続基板Ｂ１Ａには、６つの接続部Ｄの各電位を外部へ取り出すための検出端子ＴＳが設けられている。検出端子ＴＳには温度センサＴＡが更に接続されてもよい。検出端子ＴＳは、配線を介して中継基板Ｂ２のコネクタＨＡと電気的に接続されている。
【００５３】
なお、図示しないが、蓄電池モジュールＭＢ及びＭＣもまた、蓄電池モジュールＭＡと同様の構成を有する。蓄電池モジュールＭＢ及びＭＣの各検出端子ＴＳは、配線を介して中継基板Ｂ２のコネクタＨＢ及びＨＣと電気的に接続されている。
【００５４】
中継基板Ｂ２は、電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５を搭載し、蓄電池モジュールＭＡ〜ＭＣに対して電流制限要素を接続する。更に、中継基板Ｂ２は、アナログスイッチＵ４，Ｕ５を搭載する。中継基板Ｂ２には、着脱可能なコネクタ付きフレキシブル配線Ｇ１，Ｇ２を介して演算基板Ｂ３が接続されており、演算基板Ｂ３はセルコントローラＵ１を搭載する。電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５を通じて得られる代表ノードの電位は、中継基板Ｂ２から演算基板Ｂ３へフレキシブル配線Ｇ１，Ｇ２を介して提供される。
【００５５】
図３に示されたハードウェア構成では、電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５が実装される中継基板Ｂ２と、セルコントローラＵ１が実装される演算基板Ｂ３とが互いに分割可能となっている。例えば、蓄電池モジュールの数を増減したい場合に、部品点数に変更のないセルコントローラＵ１などを電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５とは別体化しておくことにより、ハードウェア変更を中継基板Ｂ２に限定することができ、製品開発の作業効率を向上することができる。また、アナログスイッチＵ４、Ｕ５なども、蓄電池モジュール数の増減に応じて変更を要するので、中継基板Ｂ２に実装されるとよい。
【００５６】
（変形例）
図４は、上記実施形態の一変形例を示す回路図であって、Ｑ個の電流制限回路ＲＪ０〜ＲＪ５を示している。本変形例の電流制限回路ＲＪ０〜ＲＪ５と上記実施形態の電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５との相違点は、電流制限要素の配置である。すなわち、本変形例では、上記実施形態の各電流制限回路ＲＮ０〜ＲＮ５が有する電流制限要素のうち、代表ノードと直接接続されていない電流制限要素が省略されている。具体的には、電流制限回路ＲＪ０は電流制限要素ＲＡＢ０及びＲＡＣ０を有するが、電流制限要素ＲＢＣ０を有していない。また、電流制限回路ＲＪ１は電流制限要素ＲＡＢ１及びＲＢＣ１を有するが、電流制限要素ＲＡＣ１を有していない。また、電流制限回路ＲＪ２は電流制限要素ＲＢＣ２及びＲＡＣ２を有するが、電流制限要素ＲＡＢ２を有していない。また、電流制限回路ＲＪ３は電流制限要素ＲＡＢ３及びＲＡＣ３を有するが、電流制限要素ＲＢＣ３を有していない。また、電流制限回路ＲＪ４は電流制限要素ＲＡＢ４及びＲＢＣ４を有するが、電流制限要素ＲＡＣ４を有していない。また、電流制限回路ＲＪ５は電流制限要素ＲＢＣ５及びＲＡＣ５を有するが、電流制限要素ＲＡＢ５を有していない。
【００５７】
上記実施形態では３つのノード間を３個の電流制限要素によって接続しているが、代表ノードに直接接続されている２個の電流制限要素の特性と、代表ノードに接続されていない残る１個の電流制限要素の特性とが互いに異なっても、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。このことから、代表ノードに接続されていない１個の電流制限要素のインピーダンスを等価的に無限大と見なしてもよく、例えば本変形例のように、代表ノードと直接接続されていない電流制限要素を省略しても構わない。本変形例の構成によれば、上記実施形態と比較して少ない電流制限要素の個数で上記実施形態と同等の効果を得ることができるので、回路構成を簡素化できる。
【００５８】
ここで、本変形例についてシミュレーションを行った結果について説明する。図５は、シミュレーションに使用した回路モデルを示す回路図である。図６は、セルコントローラＵ１における電圧Ｖ１〜Ｖ４の検出結果を示すグラフである。図７は、演算装置Ｕ２における蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣの総電圧の検出結果を示すグラフである。
【００５９】
図６に示されるように、蓄電システムを構成する全ての電池セルの両端電圧が均一である場合にはセルコントローラＵ１の検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が均一に揃う。一方、いずれか一つの電池セルの両端電圧に異常な電圧低下が発生した場合には、セルコントローラＵ１の検出電圧Ｖ１〜Ｖ４が不均一となる。従って、セルコントローラＵ１の検出電圧Ｖ１〜Ｖ４を相互に比較することにより、蓄電システムの異常を判断することが可能となる。また、いずれか一つの電池セルの両端電圧に異常な電圧低下が発生した場合には、図７に示されるように、蓄電池モジュールＭＡ，ＭＢ，ＭＣの総電圧の検出結果が互いに異なった値となる。従って、例えば電流制限回路ＲＪ０〜ＲＪ５からセルコントローラＵ１に至る回路の部分で異常が発生した場合であっても、蓄電池セルの異常を確実に検出できるので、より安全な蓄電システムを構築することが可能となる。
【００６０】
本発明による蓄電システムは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。また、上記実施形態では、蓄電池モジュールの個数が３であり、各蓄電池モジュールの電池セルの個数が５である場合を例示したが、本発明は、蓄電池モジュールの個数が２以上であり、各蓄電池モジュールの電池セルの個数が２以上である蓄電システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１Ａ…蓄電システム、Ｂ１Ａ…接続基板、Ｂ２…中継基板、Ｂ３…演算基板、ＢＣ…蓄電池監視装置、ＣＡ１〜ＣＡ５，ＣＢ１〜ＣＢ５，ＣＣ１〜ＣＣ５…電池セル、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２…通信線、Ｄ…接続部、Ｅ…電極板、ＦＡ１，ＦＢ１，ＦＣ１，ＦＡ２，ＦＢ２，ＦＣ２…ヒューズ、ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ…コネクタ、Ｇ１，Ｇ２…コネクタ付きフレキシブル配線、ＭＡ，ＭＢ，ＭＣ…蓄電池モジュール、ＮGND…基準電位端、ＮOUT…電圧出力端、ＮＡ０〜ＮＡ５，ＮＢ０〜ＮＢ５，ＮＣ０〜ＮＣ５…ノード、Ｐ０〜Ｐ５…入力端子、Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ，Ｒ１Ｃ，Ｒ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ２Ｃ…分圧抵抗、ＲＡＢ０〜ＲＡＢ５，ＲＢＣ０〜ＲＢＣ５，ＲＡＣ０〜ＲＡＣ５…電流制限要素、ＲＮ０〜ＲＮ５，ＲＪ０〜ＲＪ５…電流制限回路、ＲＲ１〜ＲＲ５…バランシング抵抗、ＳＲ１〜ＳＲ５…バランシングスイッチ、ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ…温度センサ、ＴＰ，ＴＮ…主端子、ＴＳ…検出端子、Ｕ１…セルコントローラ、Ｕ２…演算装置、Ｕ３…増幅回路、Ｕ４，Ｕ５…アナログスイッチ、Ｖ１〜Ｖ５…電圧、ＶＳＡ，ＶＳＢ，ＶＳＣ…総電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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