(57)【要約】【課題】複数の電池モジュールから成る蓄電池システムの信頼性を更に向上すること。【解決手段】一例の蓄電池システムは、充電状態でそれぞれが所定電圧を出力する複数の蓄電池群と、これら複数の蓄電池群から出力系統に並列接続させ制御指示に応じて指定の蓄電池群を前記出力系統から切り離す系統連接装置と、前記複数の蓄電池群のそれぞれに対応して設けられ、状態を監視して異常の有無を判定し、異常のあった蓄電池群を指定して前記出力系統から切り離すように前記系統連接装置に制御指示を行う複数の蓄電池監視ユニットと、これらの蓄電池監視ユニットに並列接続されこれらの蓄電池監視ユニットを独立に制御可能な複数のシステム制御部と、を有する。【選択図】図１
2015163025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電状態でそれぞれが所定電圧を出力する複数の蓄電池群と、
これら複数の蓄電池群から出力系統に並列接続させ制御指示に応じて指定の蓄電池群を前記出力系統から切り離す系統連接装置と、
前記複数の蓄電池群のそれぞれに対応して設けられ、状態を監視して異常の有無を判定し、異常のあった蓄電池群を指定して前記出力系統から切り離すように前記系統連接装置に制御指示を行う複数の蓄電池監視ユニットと、
これらの蓄電池監視ユニットに並列接続されこれらの蓄電池監視ユニットを独立に制御可能な複数のシステム制御部と、
を有する蓄電池システム。
【請求項２】
前記蓄電池群は、直列接続された蓄電池から構成されることを特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記複数のシステム制御部による前記蓄電池監視ユニットの制御は、予め定められた優先順位に基づいて１つのシステム制御部によりなされることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電池システム。
【請求項４】
前記蓄電池監視ユニットは、前記システム制御部に対応する複数のシリアルポートを有するコンピュータから成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蓄電池システム。
【請求項５】
前記コンピュータは更に前記システム制御部に対応する複数のハードロジック回路を有するコンピュータから成ることを特徴とする請求項４記載の蓄電池システム。
【請求項６】
前記系統連接装置は、前記出力系統と各蓄電池群との間に接続され、前記蓄電池監視ユニットによりオンオフを制御される複数のコンタクタから成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蓄電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数の電池モジュールを有する蓄電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池を直列接続した蓄電池群とＢＭＵ（蓄電池監視ユニット）を含む電池モジュールを複数並列接続した蓄電池システムは、従来から知られている。この種の蓄電システムでは異常が検出された蓄電池のみを切り離し他の蓄電池を継続して駆動することにより容量の低減を防ぐことができ、信頼性を向上させることが可能である。これらの複数の電池モジュールから成る蓄電池システムの信頼性を更に向上することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２６０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の課題は、複数の電池モジュールから成る蓄電池システムの信頼性を更に向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態の蓄電池システムは、充電状態でそれぞれが所定電圧を出力する複数の蓄電池群と、これら複数の蓄電池群から出力系統に並列接続させ制御指示に応じて指定の蓄電池群を前記出力系統から切り離す系統連接装置と、前記複数の蓄電池群のそれぞれに対応して設けられ、状態を監視して異常の有無を判定し、異常のあった蓄電池群を指定して前記出力系統から切り離すように前記系統連接装置に制御指示を行う複数の蓄電池監視ユニットと、これらの蓄電池監視ユニットに並列接続されこれらの蓄電池監視ユニットを独立に制御可能な複数のシステム制御部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係る蓄電池システムの構成例を示す図である。
【図２】一実施形態における蓄電池群の構成例を示す図である。
【図３】一実施形態におけるシステム制御部とＢＭＵ、系統連接装置の関係を示す図である。
【図４】系統連接装置におけるコンタクタの構成例を示す図である。
【図５】ＢＭＵの構成例を示す図である。
【図６】一実施形態においてＢＭＵを中心とした動作を説明する為のフローチャートを示す図である。
【図７】一実施形態において２つのシステム制御部等の動作を説明する為のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。一実施形態の構成例を図１に示す。
【０００８】
この蓄電池システムは、複数の直列接続された単位蓄電池から成る並列接続された蓄電池群＃１〜＃１２（まとめて＃ｉとも表す）から構成される蓄電池ユニット１１と、蓄電池の入出力系統ラインから蓄電池群＃ｉの接続、切り離しを制御する系統連接装置１２と、各蓄電池群に各々接続される蓄電池監視ユニット（ＢＭＵ：Battery Monitoring Unit）１３０１〜１３Ｎ（まとめて１３ｉとも表す）と、これらのＢＭＵを制御する２つのシステム制御部１４ａ，１４ｂとを有する。
【０００９】
ここでは、システムとして１２個の蓄電池群を有する場合について説明するが、蓄電池群の数はこれより多くても少なくてもよい。各蓄電池群の連結切り離しは、システム制御部１４ａ，１４ｂとＢＭＵ及び系統連接装置１２が連携して行う。なお、本実施形態では蓄電池群が９個で必要な容量が得られ、３個までは切り離し可能な状況を示して説明する。
【００１０】
１２個の蓄電池群＃ｉは、それぞれ個別に対応して用意されるＢＭＵを介してシステム制御部１４ａ，１４ｂに接続され、ＢＭＵ１３ｉ及びシステム制御部１４ａ、１４ｂの監視制御を受ける。ＢＭＵ１３ｉは対応する蓄電池群＃ｉの異常の有無を監視し、異常が検出された場合には、当該蓄電池群＃ｉの切り離しを系統連接装置１２に指示すると共にシステム制御部１４ａ，１４ｂに通知する。
【００１１】
システム制御部１４ａ，１４ｂは、各系統のＢＭＵ１３ｉの監視結果からシステム全体の状況を把握しモニタ表示する。予め定めた個数、例えば４個以上の蓄電池群が切り離されたときにはアラームを発する。
【００１２】
なお、系統連接装置１２に対する切り離しは、ＢＭＵ１３ｉではなく、システム制御部１４が直接、指示するようにしてもよい。
【００１３】
各蓄電池群の構成例について図２により、蓄電池群＃１を例に説明する。図２に示す蓄電池群＃１は、例えば１０個の蓄電池モジュールＡ１〜Ａ１０（Ａｍ）を直列接続したものである。各蓄電池モジュールＡｍは例えばリチウムイオン電池による、例えば２４個の蓄電池セルＢ１〜Ｂ２４（Ｂｎ）の直列回路を備える。各蓄電池モジュールＡｍは内部の蓄電池セルＢｎ各々の動作状態を監視するＣＭＵ（Cell Monitoring Unit:セル監視ユニット）装置Ｃ１〜Ｃ１０（Ｃｍ）を備える。ＣＭＵＣｍの監視結果は定期的にＢＭＵ１３０１に通知される。このような構成は他の蓄電池群＃２〜＃１２についても同様である。
【００１４】
蓄電池群＃１〜＃１２、ＢＭＵ１３０１〜１３１２、システム制御部１４ａ，１４ｂ、系統連接装置１２の関係を図３に示す。図３に示す系統連接装置１２は、蓄電池群＃１〜＃１２各々の入出力端と蓄電池入出力系統ラインとの間に介在させたコンタクタ（連接スイッチ）Ｄ１〜Ｄ１２（ＤＮ）から成る。
【００１５】
各コンタクタＤＮの構成例を図４（ａ）に示す。コンタクタＤＮはスイッチ機能を有し通常のリレー接点又は半導体で構成される、具体的には例えば逆流防止用のダイオードＥ１と直列にしたＦＥＴによるスイッチ素子Ｅ３とを並列に、ＦＥＴによるスイッチ素子Ｅ２を接続した構成である。
【００１６】
この構成において通常は、スイッチ素子Ｅ２をオンさせて蓄電池群＃ｉを電力充放電状態とし、ＢＭＵにより異常発生が検出されたときにはスイッチ素子Ｅ２をオフさせて入出力系統ラインから対応する蓄電池群＃ｉを切り離す。上記コンタクタＤＮは、逆流防止用のダイオードＥ１を介在させることにより、他の蓄電池群から出力される電流がスイッチ素子Ｅ２によって切り離された蓄電池群＃ｉに流れ込まないようにしている。このダイオードＥ１によってスイッチ素子切り替え時の一時的な電圧低下を回避することができる。
【００１７】
ここでＢＭＵの構成について述べる。この実施形態では、各ＢＭＵは２チャンネルで制御される、具体的にはシステム制御部を２つ設けて、これら２つのシステム制御部から、独立して各ＢＭＵを制御可能にする。
【００１８】
各ＢＭＵの具体的構成例についてＢＭＵ１３０１を例に図５（ａ）に基づいて説明する。ＢＭＵ１３０１は、２つのシリアルポート５１ａ，５１ｂを有するＢＭＵマイコン５２と、ハードロジック回路５３ａ，５３ｂとを有する。
【００１９】
システム制御部１４ａには、シリアルポート５１ａ及びハードロジック回路５３ａが接続される。また、システム制御部１４ｂには、シリアルポート５１ｂ及びハードロジック回路５３ｂが接続される。システム制御部１４ａからＢＭＵマイコン５２に制御信号がシリアルポート５１ａを通して直列に入力される。一方、システム制御部１４ｂからもＢＭＵマイコン５２に制御信号がシリアルポート５１ｂを通して直列に入力されるようになっている。
【００２０】
また、システム制御部１４ａから蓄電池群を系統連接装置１２から切り離すための制御信号は、ハードロジック回路５３ａに信号として入力され、この回路からＢＭＵマイコン５２へ取り込まれる。一方、システム制御部１４ｂから蓄電池群を系統連接装置１２から切り離すための制御信号は、ハードロジック回路５３ｄに信号として入力され、この回路からＢＭＵマイコン５２へ取り込まれる。
【００２１】
制御信号は、図５（ｂ）に示すように、システム制御部からのバイアスで駆動するフォトカプラの送受信器を対称的に設けてアクティブにハードロジック回路を駆動するものとしておくと、システム制御部からの信号の簡単なオア回路で組むことができる。システム制御部１台の故障では蓄電池群は系統連接装置から切り離されない方向となる。
【００２２】
更に、蓄電池群からシリアルポートでシステム制御部へデータが伝送されてくるが、直接ＡＬＭ接点をやり取りすることで、蓄電池群の正常／異常を見分けることができる。このＡＬＭ信号も２つのハードロジック回路を介してシステム制御部１４ａ，１４ｂとそれぞれやり取りすることにより、システム制御部それぞれで蓄電池群の状況を把握することができる。
【００２３】
なお、システム制御部１４ａとシステム制御部１４ｂは次のように優先順位を決めて動作させることも可能である。
【００２４】
システム制御部１４ａとシステム制御部１４ｂは一方、例えばシステム制御部１４ａからの制御信号により優先的に各ＢＭＵマイコンを制御するようにされている。したがって、ＢＭＵマイコン５２は、シリアルポート５１ａから入力される制御信号が優先される。
【００２５】
しかし、何らかの原因でシステム制御部１４ｂが動作しなくなった、あるいは誤動作するようになったら、システム制御部１４ｂからの制御信号により各ＢＭＵが制御される。
【００２６】
系統連接装置１２はＢＭＵ１３Ｎ及びシステム制御部１４ａ，１４ｂとの連携により、蓄電池群＃Ｎの切り離し機能、状態維持機能を実現する。
【００２７】
ここで、切り離し機能は、出力系統の状況と個々の蓄電池群の状況を常に把握し、いずれかの蓄電池群の障害が検知された場合にはその蓄電池群を入出力系統ラインから切り離し、他の蓄電池群への悪影響を排除する機能である。
【００２８】
また、状態維持機能は、一度切り離しを実行すると、全部の電源が喪失した場合も含めて遮断状態を維持し、障害のある蓄電池群を入出力系統ラインに再投入させない機能である。切り離し機能は、コンタクタをＢＭＵ又はシステム制御部の制御によっても行われ、またシステム制御部１４ａ，１４ｂによっても直接行われる。
【００２９】
一方、ＢＭＵ１３Ｎは、対応する蓄電池群＃Ｎの各モジュールＡｍに設けられたＣＭＵＣｍからの監視情報を収集する。いずれかのモジュールＡｍに異常発生が認められた場合には、ＢＭＵ１３Ｎはその系統の蓄電池群を切り離すように系統連接装置１２に制御指示を出すと共に、システム制御部１４ａ，１４ｂに異常が発生したことを通知する。
【００３０】
システム制御部１４ａ，１４ｂは、各ＢＭＵ１３Ｎからの監視データを収集分析しシステム全体に必要な制御を実行する機能を有する。上述のように、システム制御部１４ａ，１４ｂによる各ＢＭＵの制御は、例えば１４ａの方が優先するなど、予め優先順位が決められている。
【００３１】
次に、この実施形態における各ＢＭＵ１３Ｎの動作を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。ここではシステム制御部１４ａがＢＭＵを制御しているとする。まず、Ａ６０１で、各ＢＭＵ１３ｉは対応する蓄電池群の各モジュールＡｍに設けられたＣＭＵＣｍから定期的に送られてくる電流値、電圧値、温度、充電率、異常情報等の所定の情報を受信する。
【００３２】
Ａ６０２で、各ＢＭＵ１３ｉはそれらのＣＭＵからの情報に異常値があるかを判断する。異常値がなければＡ６０１に戻ってＣＭＵからの上記所定情報の受信を続ける。
【００３３】
ＢＭＵが、ＣＭＵから受信した情報に異常値を検知すると、Ａ６０３で該当するＢＭＵは、すぐに、蓄電池群を切り離す必要があればコンタクタに行う。それ以外の情報はシステム制御部１４ａに送られる。そこで、異常値のある蓄電池群を切り離すかを判定する。ここで、システム制御部１４ａでは、所定数例えば４以上蓄電池群を切り離す指令を出す判定を高くしてＢＭＵからコンタクト断の制御信号を出さない方向に設定することで蓄電池システム自体の停止を極力しないように設定することもできる。
【００３４】
Ａ６０４でシステム制御部１４ａは切り離しを行うかどうかの判断をする。Ａ６０４で切り離しと判断システム制御部１４ａから切り離し信号を出す。
【００３５】
一方、切り離しを行わない場合は、システム制御部１４ａは警報を発令しシステムを運用する。
【００３６】
Ａ６０６でシステム制御部１４ａから切り離し信号を受けた場合には、系統連接装置１２の対応するコンタクタＤＮに送信して、Ａ６０７で切り離す。
【００３７】
このようにして、当該ＢＭＵは、対応する不良な蓄電池群を切り離すことができる。
【００３８】
次に、システム制御部の動作を図７に示すフローチャートにより説明する。まず、Ａ７０１で全体の制御を行うシステム制御部を優先順位の高いシステム制御部１４ａに設定する。Ａ７０２でこのシステム制御部１４ａにより、各ＢＭＵを制御する。
【００３９】
Ａ７０３で、システム制御部１４ａは定期的に、各系統のＢＭＵ１３Ｎから収集された蓄電池群＃Ｎそれぞれのモジュール単位の電流値、電圧値、温度、充電率（ＳＯＣ）、異常情報等のＢＭＵ情報（所定情報）を受信する。次のＡ７０４では、それら受信したＢＭＵ情報の中に異常値があるかを検知する。
【００４０】
システム制御部１４ａで異常値を検知しなければ、Ａ７０２に戻って各ＢＭＵを制御しＡ７０３で各ＢＭＵから定期的に所定情報を受信する。
【００４１】
一方、特定のＢＭＵから受信した情報に異常値が検知された場合には、Ａ７０５でシステム制御部１４ａは異常値を検知し切り離した蓄電池群が４個以上になるかを判断する。
【００４２】
切り離し蓄電池群が４個以上になる場合には、全体としての蓄電池の容量が足りなくなるので、Ａ７０６でシステム制御部１４ａは警報を発令し、システムを停止する。
【００４３】
一方、切り離し蓄電池群が３以下の場合には、Ａ７０７で、システム制御部は不良の対応する蓄電池群に対応するコンタクタに切り離し制御信号を送信する。これによって、該当蓄電池群の切り離しが行われ、Ａ７０８でシステム制御部は対応するＢＭＵにも蓄電池群が切り離されたことを通知する。次にＡ７０９で異常があったり交代する必要があるかどうかを検知し、その必要があれば、Ａ７１０で各ＢＭＵを制御するシステム制御部を１４ｂに変更し、Ａ７０２に戻って各ＢＭＵの制御を行う。
【００４４】
一方、システム制御部を交代するなどの必要がなければ、１４ａのままで、Ａ７０２に戻って再びシステム制御部１４ａにより各ＢＭＵの制御を行う。
【００４５】
このようして、システム制御部１４ａ又はシステム制御部１４ａがシステムの制御を行う。
【００４６】
以上述べたように上記実施形態によれば、ＢＭＵの入力制御を２重化することにより、各ＢＭＵに対してより信頼性の高い制御を行うことが可能となり、ひいては信頼性の高い蓄電池システムが得られる。
【００４７】
上記実施形態では、各モジュールを構成する蓄電池群を切り離す動作についてのみ説明したが、実際には、所定の充電がなされた蓄電池群は、再び上記蓄電池システムを構成する蓄電池群として用いる場合もある。この場合には他の蓄電池群と充電率（ＳＯＣ）が同程度の蓄電池群となることが好ましい。
【００４８】
このように蓄電池群を復活させる場合には、ＢＭＵ又はシステム制御装置１４ａ，１４ｂにより系統連接装置１２に対応するコンタクタに連接指示の制御信号を送りコンタクタをオンすることによりなされる。
【００４９】
以上述べたように、この実施形態によれば、各ＢＭＵは、独立した複数のシステム制御部により制御することは可能であり、信頼性の高い蓄電池システムが得られる。
【００５０】
上記実施形態では、蓄電池群の系統数が１２個、各蓄電池群を構成する蓄電池が１０個の場合について説明した。また、３個までの蓄電池群が切り離されても正常動作し４個以上切り離されると正常動作しなくなる場合について説明した。しかしこれらの個数はこれらより大きくても小さくてもよい。
【００５１】
上記実施形態では、系統連接装置は蓄電池入出力系統ラインに接続されていた。しかし、少なくとも出力系統に接続されていればよい。
【００５２】
上記実施形態では２つのシステム制御部により各ＢＭＵが制御される場合について説明した。しかし、３以上のシステム制御部により選択的に制御されるようにしてもよい。一般に複数のシステム制御部による蓄電池監視ユニットの制御は、予め定められた優先順位に基づいて１つのシステム制御部によりなされる。但し優先順位を定めなくとも、作動しているシステム制御部の誤動作を検知し、自動的に切り替えるようにしてもよい。
【００５３】
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、特許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。
【符号の説明】
【００５４】
＃１〜＃１２・・・・蓄電池群
１２・・・・系統連接装置
１３０１〜１３Ｎ・・・・蓄電池監視ユニット（ＢＭＵ）装置
１４ａ，１４ｂ・・・・システム制御部
Ａ１〜Ａ１０・・・・蓄電池モジュール
Ｂ１〜Ｂ２４・・・・蓄電池セル
Ｃ１〜Ｃ１０・・・・セル監視ユニット（ＣＭＵ）装置
Ｄ１〜Ｄ１２・・・・コンタクタ
【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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