(57)【要約】【課題】外部からの電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させる。【解決手段】蓄電装置１は、外部からの交流電力を入力するための交流入力端子２と、蓄電池４と、交流入力端子２から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電池４へ出力するとともに、蓄電池４から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部３と、変換部３によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子９と、蓄電池４の状態を示す情報を取得し、蓄電池４の充放電を制御する電池管理部１６と、交流入力端子２から入力された交流電力を変換して、変換部３へ電力を供給する第１電力供給部５ａと、交流入力端子２から入力された交流電力を変換して、電池管理部１６へ供給する第２電力供給部５ｂと、を備える。【選択図】図１
2015220873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの交流電力を入力するための交流入力端子と、
蓄電池と、
前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池へ出力するとともに、前記蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部と、
前記変換部によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子と、
前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する電池管理部と、
前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記変換部へ電力を供給する第１電力供給部と、
前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記電池管理部へ電力を供給する第２電力供給部とを備える、蓄電装置。
【請求項２】
前記変換部は、前記交流入力端子と前記蓄電池との間をトランスレス方式の変換器を用いて、絶縁しないで接続する、請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記第１電力供給部及び前記第２電力供給部は、それぞれ、絶縁型変換器を有する、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記蓄電池を複数含む少なくとも１つの電池パックと、
前記電池パック毎に設けられ、前記電池パックに含まれる蓄電池の状態を監視する電池監視部とをさらに備え、
前記電池監視部は、前記交流入力端子に対して絶縁されずに接続され、
前記電池管理部は、前記電池監視部から前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記蓄電池の状態を示すデータを外部へ送信するとともに、前記蓄電池の状態を示すデータに基づいて生成された制御データを外部から受信する通信部と、
前記制御データに基づいて、前記蓄電池の動作を制御する制御部と、
前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記制御部へ電力を供給する第３電力供給部と、
前記交流力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記通信部へ電力を供給する第４電力供給部と、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池を用いた蓄電装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蓄電池を用いた様々な蓄電システムが提案されている。例えば、下記特許文献１には、交流電源が停電など異常状態になった場合に、鉛蓄電池等の蓄電手段からの直流電圧を交流電圧に変換して負荷へ出力する無停電電源装置が開示されている。
【０００３】
また、蓄電システムは、電力系統に接続されて、エネルギー管理システムによる制御に従って負荷に対して電力を供給する形態で用いられることがある（例えば、下記特許文献２参照）。これにより、電力系統の需給バランスや負荷の使用状況等に応じて効率よく負荷に対して電力を供給することが可能になる。上記のような、無停電電源装置や、系統と連携して動作する蓄電システムにおける蓄電池は、電力系統等の交流電源に接続される負荷に対して電力を供給することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４５１５３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３３０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蓄電池の制御回路やインバータ回路を駆動するための電力は、蓄電池から供給することができる。ここで、蓄電池の制御回路やインバータ回路を駆動させるための電力を、例えば、電力系統等の外部から入力される交流電力でまかなうことができれば、より多くの電力を、蓄電池から負荷に供給することができる。従来技術では、外部から電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させるための仕組みはなかった。そこで、本願は、外部からの電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させることができる蓄電装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態における蓄電装置は、外部からの交流電力を入力するための交流入力端子と、蓄電池と、前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池へ出力するとともに、前記蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子と、前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する電池管理部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記変換部へ電力を供給する第１電力供給部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記電池管理部へ電力を供給する第２電力供給部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本願開示によれば、外部からの電力を用いて蓄電池を効率的に駆動させる蓄電装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、蓄電装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、蓄電装置の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、図２におけるインバータの回路構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つの実施形態における蓄電装置は、外部からの交流電力を入力するための交流入力端子と、蓄電池と、前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池へ出力するとともに、前記蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部によって変換された交流電力を出力するための交流出力端子と、前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御する電池管理部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記変換部へ電力を供給する第１電力供給部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記電池管理部へ供給する第２電力供給部とを備える。
【００１０】
上記構成１によれば、交流入力端子から入力される交流電力は、第１電力供給部及び第２電力供給部によって、それぞれ、変換され、変換部及び電池管理部へ別々に供給される。このように、変換部へ電力を供給する第１電力供給部及び、電池管理部へ電力を供給する第２電力供給部を別個に設けることにより、変換部及び電池管理部それぞれに電力を供給する経路を分けることができる。そのため、変換部と電池管理部との間の干渉が抑えられ、効率的な蓄電池の駆動が可能になる。
【００１１】
上記構成において、前記変換部は、前記交流入力端子と前記蓄電池との間をトランスレス方式の変換器を用いて、絶縁しないで接続することができる。これにより、トランスを用いずに、変換部を構成できるので、蓄電装置を小型化することができる。また、変換部の電力供給部と、電池管理部の電力供給部とが別々に設けられているので、前記交流入力端子に対して絶縁されてない変換部に起因するノイズの電池管理部への影響をより抑制することができる。
【００１２】
上記構成において、前記第１電力供給部及び前記第２電力供給部は、それぞれ、絶縁型変換器を有することができる。これにより、変換部と電池管理部との干渉をより少なくすることができる。
【００１３】
前記蓄電装置は、前記蓄電池を複数含む少なくとも１つの電池パックと、前記電池パック毎に設けられ、前記電池パックに含まれる蓄電池の状態を監視する電池監視部とをさらに備えることができる。前記電池監視部は、前記交流入力端子に対して絶縁されずに接続され、前記電池管理部は、前記電池監視部から前記蓄電池の状態を示す情報を取得し、前記蓄電池の充放電を制御することができる。これにより、蓄電池を複数用いた構成においても、変換部と電池管理部との間の干渉が抑えられ、効率的な蓄電池の駆動が可能になる。
【００１４】
前記蓄電装置は、前記蓄電池の状態を示すデータを外部へ送信するとともに、前記蓄電池の状態を示すデータに基づいて生成された制御データを外部から受信する通信部と、前記制御データに基づいて、前記蓄電池の動作を制御する制御部と、前記交流入力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記制御部へ電力を供給する第３電力供給部と、前記交流力端子から入力された前記交流電力を変換して、前記通信部へ電力を供給する第４電力供給部と、をさらに備えることができる。これにより、変換部、電池管理部、通信部、及び制御部の間の干渉によるノイズを低減することができる。
【００１５】
前記蓄電池は、リチウムイオン蓄電池とすることができる。これにより、リチウムイオン蓄電池の電圧又は温度等、電池状態に基づく制御を、効率よく実行することが可能になる。特に、リチウムイオン電池は、安全に取扱うために各電池セルの電圧、電流、及び温度等の管理が重要となる。このため、リチウムイオン蓄電池を用いる際には、上記電圧、電流、及び温度等を検出し、この情報を基にリチウムイオン蓄電池の動作を制御するメカニズムを蓄電池に搭載することが好ましい。そのための制御回路等を効率よく駆動させることも、蓄電装置の性能の観点から重要となる。本願に開示する蓄電装置を、このリチウムイオン蓄電池と組合せる事により、上記効率性と安全性を兼備えた蓄電装置を提供することができる。
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００１７】
（蓄電装置の構成例）
図１は、本実施形態における蓄電装置の構成例を示す機能ブロック図である。図１に示す蓄電装置１は、交流入力端子２、変換部３、リチウムイオン蓄電池４、監視部６、電池管理部１６、通信部７、制御部８及び交流出力端子９を備える。交流入力端子２は、外部から交流電力の入力を受け付ける端子である。交流入力端子２は、例えば、電力系統に接続される。この場合、系統からの交流電力が、交流入力端子２に入力される。
【００１８】
変換部３は、交流入力端子２から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電池４へ出力する。また、変換部３は、蓄電池４から出力された直流電力を交流電力に変換する。変換部３は、例えば、インバータを用いて構成することができる。変換部３の構成は特定のものに限定されない。例えば、交流を直流に変換する整流器と、直流を交流へ変換するインバータとの組み合わせ、又は、双方向インバータ等により、変換部３を構成することができる。なお、変換部３で変換された交流電力は、交流出力端子９から負荷２０へ供給される。交流出力端子９は、例えば、負荷２０を接続可能なコンセントにすることができる。なお、交流入力端子２及び交流出力端子９の形態は、特定のものに限られない。
【００１９】
蓄電池４には、リチウムイオン蓄電池、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、その他、エネルギーを蓄えることが可能な二次電池を用いることができる。また、蓄電池４は、複数の電池の組み合わせであってもよい。蓄電池４は、制御部８からの制御にしたがって、変換部３からの直流電力によって充電される。また、蓄電池４は、蓄積したエネルギーを直流電力として変換部３へ出力する。
【００２０】
電池管理部１６は、蓄電池４の温度、電流、電圧、残量等の状態を示すデータを取得し、取得したデータに基づいて、蓄電池４の充放電動作を制御する。電池管理部１６は、例えば、後述するように、蓄電池４の電流、電圧又は温度等を検出する電池監視部から蓄電池４の状態を示すデータを取得することができる。或は、電池管理部１６が、蓄電池４の電流、電圧又は温度等を検出する機能を有していてもよい。
【００２１】
電力供給部５は、交流入力端子から入力された交流電力の電圧等の特性を、所定の特性に変換し、蓄電装置１の各部に供給する。図１に示す例では、電力供給部５は、変換部３に電力を供給する第１電力供給部５ａと、電池管理部１６へ電力を供給する第２電力供給部５ｂとを備える。
【００２２】
第１電力供給部５ａは、交流入力端子２から入力された交流電力を、変換部３を駆動させるのに適した電力に変換して変換部３へ供給する。例えば、変換部３が、インバータを含む場合、第１電力供給部５ａは、インバータを駆動させるための電圧を、交流入力端子２から入力された交流電力から、生成する。
【００２３】
第２電力供給部５ｂは、交流入力端子２から入力された交流電力を、電池管理部１６を駆動させるのに適した電力に変換して電池管理部１６へ供給する。図１に示す例では、第２電力供給部５ｂは、電池管理部１６のみへ電力を提供する、電池管理部１６専用の電力供給部となっている。すなわち、電池管理部１６は、交流入力端子から入力される電力を用いた専用電源を有する構成になっている。
【００２４】
このように、電池管理部１６が、専用電源を有する構成により、電池管理部１６がノイズの影響を受けにくくすることができる。本例では、変換部３及び電池管理部１６のそれぞれに電力を供給する、第１電力供給部５ａ、及び第２電力供給部５ｂを別個に設けることで、変換部３と、電池管理部１６との間で、電力供給部５を介してノイズ信号が伝播しにくくなる。例えば、交流入力端子２が接続された一次側のグランドの変動や、交流出力端子９が接続された負荷２０のグランドの変動が、変換部３や電力供給部５を通して、電池管理部１６へ伝わりにくくなる。
【００２５】
なお、第１電力供給部５ａの電圧変換器及び、第２電力供給部５ｂの電圧変換器は、いずれもトランスを用いた絶縁型変換器とすることができる。これにより、第１電力供給部５ａと第２電力供給部５ｂとの間を絶縁することができる。この場合、変換部３と、電池管理部１６との間で、ノイズ信号がさらに伝播しにくくなる。
【００２６】
（蓄電装置の詳細な構成例）
図２は、蓄電装置の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。図２に示す蓄電装置１は、交流入力端子２、変換部３、リチウムイオン蓄電池４、監視部６及び電池管理部１６を収容する電池パック４０ａ、４０ｂ、通信部７、制御部８並びに交流出力端子９を備える。
【００２７】
変換部３は、交流入力端子２から入力された交流電力を直流電力に変換してリチウムイオン蓄電池４へ出力する。また、変換部３は、リチウムイオン蓄電池４から出力された直流電力を交流電力に変換する。変換部３によって変換された交流電力は、交流出力端子９から出力される。図２に示す例では、変換部３は、交流入力端子２とリチウムイオン蓄電池４との間を絶縁しないで接続する非絶縁型電圧変換器により構成される。
【００２８】
蓄電池の構成として、リチウムイオン蓄電池４のセルを複数組み合わせて電池パック４０ａ、４０ｂを形成することができる。本例では、電池パックは複数設けられる。各電池パック４０ａ、４０ｂには監視部６が設けられる。監視部６は、電池パック４０ａ、４０ｂに含まれるリチウムイオン蓄電池４の状態を監視する。監視部６は、例えば、リチウムイオン蓄電池４の温度、電流、電圧、残量等の状態を検出する。検出されたリチウムイオン蓄電池４の状態を示す信号又はデータは、電池管理部１６に送信される。電池管理部１６は、監視部６からリチウムイオン蓄電池４の状態を示す情報を取得し、この情報に基づいて、リチウムイオン蓄電池４の充放電を制御する。
【００２９】
監視部６及び電池管理部１６は、交流入力端子２に対して絶縁されずに接続される。そのため、監視部６及び電池管理部１６は、交流入力端子２に対する非絶縁部、すなわち、交流電力が入力される一次側で動作することになる。そのため、監視部６は、リチウムイオン蓄電池４の電池電圧、電池電流、電池温度を監視する。監視部６は、リチウムイオン蓄電池４の異常を検出した場合には、変換部３とリチウムイオン蓄電池４との接続を切断するスイッチ（リレー６１）を備えることができる。
【００３０】
また、電池管理部１６は、監視部６から定期的にリチウムイオン蓄電池４の状態を示すデータを受信することができる。電池管理部１６が受信したリチウムイオン蓄電池４の状態を示すデータは、例えば、制御部８及び通信部７を通じて、外部へ発信される。この場合、通信部７は、外部から、このリチウムイオン蓄電池４の状態を示すデータに基づいて生成された制御データを受信することができる。制御部８は、制御データに基づいて、リチウムイオン蓄電池４の動作を制御する。これにより、リチウムイオン蓄電池４の状態を、蓄電装置１の外部において遠隔監視することができる。また、外部から制御データを送信することにより、蓄電装置１を外部から遠隔制御することができる。
【００３１】
図２に示す例では、蓄電装置１は、筐体としてのフレーム２２を有する。変換部３、電池パック４０ａ、４０ｂ、電力供給部５、電池管理部１６、通信部７及び制御部８は、フレーム２２内に配置される。
【００３２】
変換部３は、トランスレスのインバータ３２及びトランスレスのＤＣ／ＤＣコンバータ３１を有する。インバータ３２は、交流入力端子２、交流出力端子９及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１に接続されている。インバータ３２は、交流入力端子２から入力された交流電力を直流に変換してＤＣ／ＤＣコンバータ３１に出力する。また、インバータ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１から入力された直流電力を交流に変換して交流出力端子９から出力する。
【００３３】
図２では、図示していないが、交流入力端子２とインバータ３２との間に、交流リレーが配置されてもよい。この交流リレーは、交流入力端子２と変換部３間の接続のＯＮ／ＯＦＦを制御する。これにより、蓄電装置１を、無停電電源（ＵＰＳ）として動作させることができる。例えば、交流入力端子２から入力された電力系統の交流電力を負荷２０へ供給する外部電力供給モードでは、交流リレーをＯＮにして、交流入力端子２と変換部３間を接続する。蓄電池４を電源とする電力を負荷２０へ供給する電池電力供給モードでは、交流リレーをＯＦＦにして、交流入力端子２と変換部３間の接続を切断することができる。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、インバータ３２で出力された直流電力の電圧をリチウムイオン蓄電池４に適合する電圧に変えて、リチウムイオン蓄電池４へ出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、リチウムイオン蓄電池４から出力された直流電力の電圧を変えてインバータ３２へ出力する。
【００３５】
変換部３は、このようにトランスレス方式のインバータ３２及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１を用いることで、小型化できる。トランスレス方式のインバータ３２及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１の回路構成は、特定のものに限定されないが、例えば、フルブリッジ型の半導体スイッチング素子を用いて、トランスレス方式のインバータを構成することができる。
【００３６】
図３は、図２のインバータ３２の回路構成の一例を示す図である。図３に示す回路例では、トランスレス方式のフルブリッジインバータが用いられる。具体的には、交流入力端子２ａ、２ｂとリチウムイオン蓄電池４の端子４ａ、４ｂとの間に、フルブリッジ型のインバータ回路３２１が配置される。交流入力端子２ａ、２ｂと、インバータ回路３２１との間には、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３が設けられる。
【００３７】
インバータ回路３２１は、直列に接続された第１スイッチング素子群Ｓ４、Ｓ５及び、同様に直列に接続された第２スイッチング素子群Ｓ６、Ｓ７を備える。第１スイッチング素子群Ｓ４、Ｓ５と第２スイッチング素子群Ｓ６、Ｓ７は、いずれもリチウムイオン蓄電池４に対して並列に接続されている。スイッチング素子Ｓ４、Ｓ５間のノードは、交流入力端子２ｂと交流出力端子９ｂとをつなぐ線路上のノードに接続される。同様に、スイッチングＳ６、Ｓ７間のノードは、交流入力端子２ａと交流出力端子９ａとをつなぐ線路に、コイルＬ１を介して接続される。スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ７は、例えば、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
【００３８】
また、交流入力端子２ａと交流出力端子９ａとをつなぐ線路上のノードと、交流入力端子２ｂと交流出力端子９ｂとをつなぐ線路上のノードとの間には、容量Ｃ２が接続される。すなわち、インバータ回路３２１と交流出力端子９ａ、９ｂとの間には、コイルＬ１が直列に接続され、容量Ｃ２が並列に接続されている。
【００３９】
図３に示す回路構成のインバータ３２は、コイルＬ１、容量Ｃ２及びスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ７を含むが、トランスは含まない。図３の回路において、例えば、コイルＬ１の代わりにトランスを設けることも考えられる。この場合、例えば、５０Ｈｚのトランスを設けると、回路が大きくなる。そのため、図３のように、コイルＬ１を設けることによって、トランスを設ける場合に比べて格段に小型に形成できる。その結果、インバータ３２を小型にでき、ひいては、蓄電装置１全体を小型化することができる。なお、図３に示す構成では、リチウムイオン蓄電池４に、交流入力端子２ａ、２ｂの電圧がかかることになる。そのため、リチウムイオン蓄電池４と、これを収容するケースとの間は、基礎絶縁されることが好ましい。
【００４０】
図３に示す回路において、スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ７のスイッチングを制御することにより、インバータ回路３２１を、交流入力端子２ａ、２ｂ間の交流電圧を入力として、リチウムイオン蓄電池４の端子４ａ、４ｂ間へ直流電圧を出力する順変換回路として動作させることができる。或は、スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ７のスイッチングを制御することにより、インバータ回路３２１を、リチウムイオン蓄電池４の端子４ａ、４ｂ間の直流電圧を入力として、交流出力端子９ａ、９ｂへ交流電圧を出力する逆変換回路として動作させることもできる。このように、スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ７の制御モードを切り替えることができる。スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ７のスイッチングを制御するための電力は、電力供給部５から供給することができる。
【００４１】
例えば、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３がＯＮの時に、インバータ回路３２１を順変換回路として動作させることができる。この場合、インバータ３２は、交流入力端子２ａ、２ｂから入力される交流電力を直流電力に変換して、リチウムイオン蓄電池４を充電するとともに、交流出力端子９ａ、９ｂへ交流電力を出力することができる。また、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３がＯＦＦの時に、インバータ回路３２１を逆変換回路として動作させることができる。この場合、インバータ３２は、リチウムイオン蓄電池４の放電により出力される直流電力を、交流に変換して交流出力端子９ａ、９ｂから出力することができる。
【００４２】
再び、図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、複数の電池パック４０ａ、４０ｂのリチウムイオン蓄電池４に接続される。電池パック４０ａ、４０ｂは、直列に接続されたリチウムイオン蓄電池４のセル群と、セル群を収容するケース２１で構成される。ケース２１とリチウムイオン蓄電池４のセル群とは基礎絶縁される。ケース２１は、蓄電装置１のフレーム２２のグランド（フレームグランド）に接地される。
【００４３】
監視部６は、複数の電池パック４０ａ、４０ｂのそれぞれに設けられる。なお、監視部６は、電池パック４０ａ、４０ｂのケース２１内部に設けられても、ケース２１の外に設けられてもよい。監視部６は、直列に接続された複数のリチウムイオン蓄電池４それぞれの電圧を計測する。また、監視部６は、リチウムイオン蓄電池４の電流及び温度を計測する。
【００４４】
監視部６は、リチウムイオン蓄電池４の電圧、電流及び温度のいずれかが予め設定された正常範囲から外れたことを検出した場合に、リチウムイオン蓄電池４の出力を停止する構成となっている。例えば、監視部６は、過電流、電圧低下、又は過熱のいずれかを検出すると、リチウムイオン蓄電池４と外部の回路をつなぐリレー６１を高速にＯＰＥＮすることができる。このように、各電池パック４０ａ、４０ｂに設けられる監視部６が、異常を検出すると即座にリチウムイオン蓄電池４を外部システムから切り離す構成とすることで、安全性を向上させることができる。特に、リチウムイオン蓄電池４が１次側に対して非絶縁である構成においては、監視部６による異常の検出と異常時の切り離しによる安全性への寄与効果が顕著に現れる。
【００４５】
なお、監視部６の構成は上記に限られない。例えば、その他必要な構成を追加することもできる。例えば、監視部６にあった電圧を供給するためのレギュレータや、検出した電流をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ等が設けられてもよい。
【００４６】
各電池パック４０ａ、４０ｂで検出されたリチウムイオン蓄電池４の電流、電圧、及び温度等の状態を示すデータは、電池管理部１６へ送信される。この電池管理部１６と監視部６との間は、差動信号で通信することができる。この差動信号の通信には、例えば、ＲＳ−４８５を使用することができる。
【００４７】
図２に示す構成では、電池パック４０ａ、４０ｂのケース２１は、蓄電装置１のフレーム２２、すなわち、フレームグランドに接地されている。これに対して、監視部６及び電池管理部１６は、交流入力端子２及び交流出力端子９に対して非絶縁で接続されているので、グランドレベルは、１次側のグランドレベルとなる。１次側のグランドレベルは、例えば、交流入力端子２に接続された系統における電圧の変動等に対応して変化する場合がある。これに対して、フレームグランドは一定である場合が多い。そのため、監視部６及び電池管理部１６のグランドとフレームグランドとの電位差が変動し、これがノイズ源となる可能性が高い。図２に示す例のように、監視部６と電池管理部１６との間の通信に、ノイズに強い差動方式を利用することにより、例えば、上記のようなグランドレベルの違いによるノイズの影響を抑えることができる。
【００４８】
電池管理部１６は、複数の電池パック４０ａ、４０ｂの監視部６と、絶縁型の通信ドライバ１６ａを介して接続されている。このように、電池管理部１６における監視部６とのインタフェースに絶縁型のデバイスを利用することにより、ノイズの影響を抑えることができる。絶縁型の通信ドライバ１６ａは、入力端子と出力端子との間を、信号だけ伝達させて電気的には絶縁する絶縁型の信号伝達素子を用いて形成することができる。絶縁型の信号伝達素子は、入出力間において電気的絶縁と信号カップリングの両方の機能を有する素子である。このような素子には、光、磁界又は電界を用いて信号を伝達する構成のものが含まれる。例えば、フォトカプラ素子や磁気カプラ素子、又は電界を用いて信号を伝達する容量結合アイソレータ等を、絶縁型の信号伝達素子として用いることができる。
【００４９】
また、電池管理部１６及び制御部８は、絶縁型の信号伝達素子の一例であるフォトカプラ９を介して接続される。これにより、電池管理部１６と制御部８との間も絶縁することができる。
【００５０】
図２に示す蓄電装置１では、電力供給部５は、交流入力端子２と、蓄電装置１の各部、すなわち、変換部３、電池管理部１６、及び制御部８に接続される。電力供給部５は、交流入力端子２から入力された交流電力を、各部の動作に適した電圧に変換して出力する。電力供給部５は、上述した第１電力供給部５ａ、第２電力供給部５ｂに加えて、第３電力供給部５ｃ及び第４電力供給部５ｄを有する。第３電力供給部５ｃは、交流入力端子２から入力された交流電力を変換して、制御部８へ電力を供給する。第４電力供給部５ｄは、交流入力端子２から入力された交流電力を変換して、通信部８へ電力を供給する。
【００５１】
第１電力供給部５ａ、第２電力供給部５ｂ、第３電力供給部５ｃ、第４電力供給部５ｄのいずれも、トランス５０と、トランス５０に直列接続されたダイオード５１、及びトランス５０に並列接続されたコンデンサ５２を有する。これらは、それぞれの電力の供給先に応じて、電圧の変換及び整流を行う。これら第１電力供給部５ａ、第２電力供給部５ｂ、第３電力供給部５ｃ、及び第４電力供給部５ｄにおける４つのトランス５０は、互いに直列に接続されている。また、これら４つのトランス５０は、交流入力端子２と変換部３との間の線路に対して並列に接続されている。これら４つのトランス５０には、ＡＣ／ＤＣコンバータ５４がさらに接続される。
【００５２】
第１電力供給部５ａのトランス５０は、例えば、変換部３のインバータ３２の駆動回路（図示せず）に接続することができる。第２電力供給部５ｂのトランス５０は、５Ｖのレギュレータ５３ｂを介して電池管理部１６に接続される。これにより、電池管理部１６へ５Ｖの電圧の電力が供給される。第３電力供給部５ｃのトランス５０は、レギュレータ５３ｃを介して、制御部８へ接続される。第４電力供給部５ｄのトランス５０は、レギュレータ５３ｄを介して通信部７へ接続される。
【００５３】
図２に示す構成において、変換部３、電池管理部１６、制御部８、及び通信部７は、それぞれ、異なるトランス５０を介して電力供給部５と接続される。すなわち、変換部３、電池管理部１６、制御部８、及び通信部７は、それぞれ別個のトランス５０を介して、電力供給部５から電力の供給を受ける構成である。そのため、変換部３、電池管理部１６、制御部８、及び通信部７のグランドを互いに分離することができる。例えば、交流入力端子２に接続された変換部３のグランドレベルの変動によるノイズが、電池管理部１６に伝達しにくくなる。その結果、変換部３を非絶縁型にして小型化を図りつつ、電力供給経路を通じたノイズの伝達を抑えることができる。また、蓄電装置１内部で消費される電力を、リチウムイオン蓄電池４の電力でまかなわずに外部からの電力でまかなうことができる。そのため、リチウムイオン蓄電池４からより多くの電力を負荷２０へ供給することができる。
【００５４】
なお、電力供給部５による電力供給経路の構成は、図２に示す例に限られない。例えば、第１〜第４電力供給部５ａ〜５ｄのうち少なくとも２つにおいてトランス５０を共有する構成であってもよい。また、上記例では、第１〜第４電力供給部５ａ〜５ｄのそれぞれにトランス５０が設けられる。それぞれの電力供給のための回路は、トランス５０を用いた構成に限られず、その他の所望の電力を生成する回路を用いた構成とすることができる。
【００５５】
また、電力供給部５は、交流入力端子２からの交流電力の入力が停止又は低減又は上昇した場合に、変換部３、電池監視部１６、通信部７、及び制御部８を駆動させるための電源を、リチウムイオン蓄電池４に切り替えてもよい。例えば、電力供給部５は、交流入力端子２から入力される電力と、リチウムイオン蓄電池４から供給される電力を、併用又は切り換えて各部の電源として用いる構成にすることもできる。
【００５６】
図２に示す構成において、各部を実装する基板の構成は特に限定されないが、一例として、変換部３、電池管理部１６、制御部８、及び通信部７を、それぞれ別々の基板上に形成することができる。この場合、電池供給部５は、変換部３と同じ基板に形成することができる。また、電池管理部１６と制御部８の間の通信インタフェースを実現するドライバチップ、及び、制御部８と通信部７との通信インタフェースを実現するドライバチップにも、電力供給部５から電力を供給することができる。これらの通信インタフェースは、例えば、ＲＳ−２３２Ｃを用いることができる。
【００５７】
その他、図２に示す構成に、必要に応じて回路を追加することができる。例えば、交流入力端子２とインバータ３２との間に、ダイオードブリッジ及びコンデンサを配置することもできる。
【００５８】
（無停電電源装置への適用例）
図１及び図２に示す蓄電装置１は、一例として、系統電力から供給される交流電力を受けて電力を蓄積するとともに、負荷２０に対して一定規格の電力を供給する無停電電源装置の機能を有することができる。
【００５９】
蓄電装置１は、交流入力端子２から入力された交流電力を負荷２０へ供給する外部電力供給モードと、蓄電池４を電源とする直流電力を変換部３が交流に変換することで得られる交流電力を負荷２０へ供給する電池電力供給モードとを切り替える切替部を備えてもよい。切替部は、例えば、交流入力端子２からの交流電力の低下または停止若しくは所定値を超える交流電力の上昇を検出した場合に、交流入力端子２と負荷２０との間の接続を切ることで、上記モードを切り替えることができる。なお、外部電力供給モードでは、交流入力端子２から入力された交流電力を直流に変換せずに交流のまま負荷２０へ供給することができる。又は、外部電力供給モードにおいて、交流電力を直流に変換し、直流電力を所定の条件を満たす交流電力に変換して負荷２０へ供給することもできる。
【００６０】
無停電電源としての動作方式は、特定のものに限定されない。例えば、交流入力端子２から交流電力が正常に供給されるときは、交流入力端子２の交流電力を負荷２０へ供給するとともに、変換部３により交流電力を直流電力に変換して蓄電池４を充電することができる。交流入力端子２からの交流電力の異常時には、切替部が、交流入力端子２の電力系統を切り離して、蓄電池４の直流電力を変換部３によって交流に変換して負荷２０に供給する状態に切り替えることができる。或いは、正常時に、変換部３が、交流入力端子２の交流電力から変換した直流電力を、蓄電池４へ充電するとともに、蓄電池４からの直流電力を再び負荷２０に応じた交流電力に変換して出力する方式であってもよい。
【００６１】
（制御部８及び通信部７の動作例）
制御部８は、例えば、汎用又は専用のプロセッサにより構成することができる。監視部６は、蓄電池４の状態を監視し、蓄電池４の状態を示すデータを生成する。監視部６は、例えば、蓄電池４の温度、電流、電圧、残量等を監視し、これらの値を示すデータを生成することができる。監視部６が生成した蓄電池４の状態を示すデータは、電池管理部１６、制御部８及び通信部７を介して外部へ出力される。なお、電池管理部１６は、監視部６から取得したデータを、制御部８を介さずに通信部７に出力してもよい。
【００６２】
一例として、蓄電池４を複数のリチウムイオン電池で構成する場合、各電池を監視、制御するＢＭＵ（バッテリマネージメントユニット）によって監視部６を構成することができる。また、複数の電池からデータを収集し、複数の電池を制御するＢＭＳ（バッテリマネージメントシステム）によって電池管理部１６を実現することができる。
【００６３】
通信部７は、蓄電装置１が外部とデータ通信を行うための通信インタフェースである。通信部７と外部機器との通信は、無線通信によって行われてもよい。また、通信部７は、例えば、外部のルータを介して、インターネットなどのネットワークに接続された外部機器との通信を可能にすることができる。これにより、通信部７を介して、蓄電装置１から、外部の管理装置（例えば、管理サーバ等）に、電池の温度、電流、電圧及び残量等の状態を示すデータに加え、蓄電装置１の識別情報、位置を示す情報、他の機器との接続状態等を送信することができる。
【００６４】
通信部７が通信可能な管理装置は、蓄電装置１以外の機器とも通信可能に構成することができる。この場合、管理装置は、蓄電装置１及び蓄電装置１に関連する機器の情報を収集することができる。管理装置は、収集した情報に基づいて、適切な動作指示を示す制御データを蓄電装置１へ送信することができる。この場合、蓄電装置１は、内部状態のみならず外部環境にも対応した適切な動作が可能になる。
【００６５】
このように、蓄電装置１が他の機器と連携して動作するためには、例えば、通信部７は、外部の管理装置と特定プロトコルを用いて通信することができる。特定プロトコルは、蓄電装置１とは異なる種類の複数の機器と前記管理装置との通信に共通して用いられることが好ましい。例えば、ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のエネルギー管理システムで用いられるプロトコルを、特定プロトコルとして採用することができる。ＨＥＭＳの通信プロトコルとしては、例えば、ＳＥＰ２．０（Ｓｍａｒｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｆｉｌｅ ２．０）、ＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅ等が挙げられる。特に、ＥＣＨＯＮＥＴ  Ｌｉｔｅ方式は、エネルギーマネージメントシステムに好適な通信方式であり、本方式を適用することにより、より汎用性を増すことができる。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、図２に示した例では、変換部３が、トランスレス方式の非絶縁型変換器を用いた構成であるが、トランスを含む変換部３を有する蓄電装置にも本発明を適用することはできる。
【符号の説明】
【００６７】
１  蓄電装置
２  交流入力端子
３  変換部
４  蓄電池
５  電力供給部
６  監視部
７  通信部
８  制御部
９  交流出力端子
１６  電池管理部
２０  負荷
【図１】
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【図２】
2015220873.tif 000004
【図３】
2015220873.tif 000005