(57)【要約】  複数種類の仕様や用途の蓄電池および／または上位システムに対して対応可能な蓄電システム制御装置である。本発明の代表的な実施の形態である蓄電システム制御装置は、複数の蓄電池セルと、前記蓄電池セルの状態に係る情報である電池情報を取得する状態監視部と、を有する蓄電池モジュールに接続され、前記状態監視部から前記電池情報を受信し、前記電池情報に基づいて前記蓄電池セルの制御を行うための制御信号を出力する制御部を有する蓄電システム制御装置であって、前記制御部は、前記状態監視部との間でデータを授受するための通信インタフェースを複数種類有し、異なる前記通信インタフェースに対応する複数種類の前記状態監視部もしくは前記蓄電池セルとの間で、前記電池情報および前記制御信号の送受信を行う。
2014106893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電池セルと、前記蓄電池セルの状態に係る情報である電池情報を取得する状態監視部と、を有する蓄電池モジュールに接続され、
前記状態監視部から前記電池情報を受信し、前記電池情報に基づいて前記蓄電池セルの制御を行うための制御信号を出力する制御部を有する蓄電システム制御装置であって、
前記制御部は、
前記状態監視部との間でデータを授受するための第１の通信インタフェースを複数種類有し、
異なる前記第１の通信インタフェースに対応する複数種類の前記状態監視部もしくは前記蓄電池セルとの間で、前記電池情報および前記制御信号の送受信を行うことが可能である、蓄電システム制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電システム制御装置において、
前記制御部は、
前記第１の通信インタフェースとして、少なくとも１種類以上のシリアル通信を行う通信インタフェースと、少なくとも１種類以上の差動信号により通信を行う通信インタフェースと、を有する、蓄電システム制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄電システム制御装置において、
前記制御部は、
前記第１の通信インタフェースとして、前記状態監視部から出力された前記電池情報と、前記制御部から出力された前記制御信号と、を含むシリアル通信を行う複数の通信インタフェースを有する、蓄電システム制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の蓄電システム制御装置において、
前記制御部は、
前記第１の通信インタフェースとして、前記状態監視部から出力された前記電池情報を含むシリアル通信を行う複数の通信インタフェースと、前記蓄電池セルに対する制御を直接行う電池制御信号を含む通信を行う通信インタフェースと、を有する、蓄電システム制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の蓄電システム制御装置において、
前記制御部は、
前記第１の通信インタフェースとして、前記状態監視部から出力された前記電池情報と、前記制御部から出力された前記制御信号と、を含むシリアル通信を行う複数の通信インタフェース、および前記蓄電池セルに対する制御を直接行う電池制御信号を含む通信を行う通信インタフェースを有する、蓄電システム制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の蓄電システム制御装置において、
さらに、前記蓄電池モジュールを利用する上位システムに接続され、
前記制御部は、
前記上位システムとの間でデータを授受するための第２の通信インタフェースを１種類以上有し、異なる前記第２の通信インタフェースに対応する１種類以上の前記上位システムとの間でデータの授受を行うことが可能である、蓄電システム制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の蓄電システム制御装置において、
前記制御部は、
複数の異なる種類の前記状態監視部もしくは前記蓄電池セルとの間で並行的に、前記電池情報および前記制御信号の送受信を行うことが可能である、蓄電システム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池制御の技術に関し、特に、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電池からなる蓄電システムの制御装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池をはじめとする蓄電池モジュールにおいては、電池の状態監視を行うとともに、その情報に基づいた容量の調整・バランシングなどを行う制御回路や制御装置が不可欠であり、これらを含めて蓄電システムが構成される。ここで、電池の制御は、状態監視の結果情報に基づいて行うため、状態監視を行う集積回路（ＩＣ）等の回路や装置から電池情報を制御装置に送るため、また、制御装置が容量調整等の制御を行うための信号を状態監視装置や電池に送るための通信インタフェース（ＩＦ）が必要となる。【０００３】
これに関連する技術としては、例えば、特開２０００−７４７８６号公報（特許文献１）には、複数のセルで構成される電気車駆動用組電池を電源とし、セルの状態の検出および診断を行い一時記憶するセルコントローラと、電気車に搭載された補助電池を電源とし、組電池の充放電を制御するバッテリーコントローラと、セルコントローラおよびバッテリーコントローラ間を相互にデータを送受信するためのインタフェースとを備え、バッテリーコントローラにＲＡＭを設けるとともに、バッテリーコントローラの電源オフ直前に少なくとも前記診断の結果を含む電池情報をセルコントローラからバッテリーコントローラへ送信してＲＡＭに記憶させることで、自己診断結果等のデータ保持の安全性やセル容量ばらつき低減を図ることができる電気車用組電池制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−７４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、蓄電池システムは、例えば、ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply）などの系統電源に対する予備電源や、電気自動車・ハイブリッド車などへの搭載、建設機械への搭載など、様々な用途に用いられるようになっており、蓄電池モジュールの仕様は、その用途に応じて、電池の種類やセル数など様々である。また、電池を使用する上位システムの仕様も同様に用途に応じて様々である。【０００６】
従来は、制御装置、および状態監視装置は、蓄電池システムの用途や仕様に応じて状態監視装置において用いられる通信仕様に従って、それぞれ固有の通信インタフェースを設けていた。すなわち、複数種類の蓄電池の仕様毎に、それぞれ異なる通信インタフェースを有する制御装置によって対応していた。また、上位システムに対しても同様に、上位システムの仕様毎にそれぞれ異なる通信インタフェースを有する制御装置によって対応していた。従って、例えば、蓄電池や上位システムの仕様が異なる機器等に適用する場合は、それに応じて制御装置も新たに開発し直す必要があり、開発コストが大きくなるという課題があった。【０００７】
そこで本発明の目的は、複数種類の仕様や用途の蓄電池および／または上位システムに対して対応可能な蓄電システム制御装置を提供することにある。【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。【００１０】
本発明の代表的な実施の形態による蓄電システム制御装置は、複数の蓄電池セルと、前記蓄電池セルの状態に係る情報である電池情報を取得する状態監視部と、を有する蓄電池モジュールに接続され、前記状態監視部から前記電池情報を受信し、前記電池情報に基づいて前記蓄電池セルの制御を行うための制御信号を出力する制御部を有する蓄電システム制御装置であって、前記制御部は、前記状態監視部との間でデータを授受するための第１の通信インタフェースを複数種類有し、異なる前記第１の通信インタフェースに対応する複数種類の前記状態監視部もしくは前記蓄電池セルとの間で、前記電池情報および前記制御信号の送受信を行うものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【００１２】
すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、複数種類の仕様や用途の蓄電池および／または上位システムに対して蓄電システム制御装置を対応可能とすることで、蓄電池や上位システムの仕様や用途の変更等に対して共通の制御装置で対応することが可能となり、開発期間の短縮やコストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態である蓄電システム制御装置の構成例について概要を示した図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態における蓄電システム制御装置の具体的な構成例について概要を示した図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態における制御部のインタフェースと状態監視部との間で授受される情報の構成例について概要を示した図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、従来技術における蓄電システム制御装置の構成例について概要を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下においては、本発明の特徴を分かり易くするために、従来の技術と比較して説明する。
【００１５】
図４は、従来技術における蓄電システム制御装置の構成例について概要を示した図である。図４（ａ）、（ｂ）では、それぞれ、仕様の異なる蓄電池モジュール（図４（ａ）では蓄電池モジュール１（４０１）、図４（ｂ）では蓄電池モジュール３（４０３））内の複数のセルに対して、状態監視を行う回路・装置からなる状態監視部（図４（ａ）では状態監視部１（２０１）、図４（ｂ）では状態監視部３（２０３））が設置されている。
【００１６】
これらの状態監視部によって取得された蓄電池セルの状態に係る情報である電池情報が、蓄電システム制御装置１００に対して送信されるが、その際の通信インタフェースがそれぞれ異なっている（図４（ａ）ではＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）、図４（ｂ）ではＲＳ４８５）。また、蓄電システム制御装置１００が接続する上位システムも仕様が異なり（図４（ａ）では上位システムＡ３０１、図４（ｂ）では上位システムＢ３０２）、蓄電システム制御装置１００との間の通信インタフェースもそれぞれ異なっている（図４（ａ）ではＣＡＮ（Controller Area Network）、図４（ｂ）ではＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））。
【００１７】
従って、蓄電システム制御装置１００では、これらの通信インタフェースに対応する形でそれぞれ個別に制御部が構成されている（図４（ａ）では制御部１１０’、図４（ｂ）では１１０”）。なお、図４（ｂ）の制御部１１０”の例では、蓄電池モジュール３（４０３）に対して直接リレー制御等の指示を行う電池制御信号を出力するインタフェースも有している。このように、従来では、蓄電池や上位システムの仕様等に応じて制御回路等により構成される専用の制御部を個別に開発していた。この場合、少ない部品数で蓄電池や上位システムの仕様等に合った形で制御部を開発することができるというメリットを有する反面、蓄電池や上位システムの種類が増えてくると開発や製造、管理に係る負荷が急激に大きくなるというデメリットを有する。
【００１８】
そこで、本発明の一実施の形態である蓄電システム制御装置は、複数種類の仕様や用途の蓄電池および／または上位システムに対して、これらとの間の情報の授受に必要となり得る複数種類の通信インタフェースを予め備えることで、蓄電池や上位システムの仕様や用途の変更等に対して共通の制御装置で対応することを可能とするものである。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態である蓄電システム制御装置の構成例について概要を示した図である。蓄電システム制御装置１００は、例えば、回路基板により構成され、図示しない複数の蓄電池モジュールを有する蓄電システムの一部として設置される装置であり、例えば、マイコンや集積回路等により構成される制御部１１０を有する。この蓄電システム制御装置１００は、例えば、集積回路やマイコン等により構成される複数の仕様の状態監視部（図中では状態監視部１（２０１）〜状態監視部３（２０３））、および１種類以上の仕様の上位システム（図中では上位システムＡ３０１、上位システムＢ３０２）がそれぞれ接続可能な構成を有する。
【００２０】
各状態監視部１（２０１）〜３（２０３）は、それぞれ、図示しない１つ以上の蓄電池モジュールに対して装着され、蓄電池モジュール内の複数のセルに対して、電圧や温度、電流、抵抗値などの電池情報を測定したり計算したりするセンサや演算機能を有する。取得した電池情報は、所定の通信インタフェースを利用して蓄電システム制御装置１００に対して送信する。通信インタフェースは、蓄電池モジュールの容量や規模などによって異なるものとなる場合がある。また、蓄電システム制御装置１００からの制御信号に基づいて、蓄電池モジュール内のセルの内、高容量のものを放電させて容量調整（バランシング）するなどの制御処理も行う。
【００２１】
各上位システムＡ３０１、Ｂ３０２は、それぞれ、蓄電池システムを利用する機器や装置、システム（例えば、電気自動車やハイブリッド車などの車両、建設機械など）の制御装置等であり、所定の通信インタフェースを利用して蓄電システム制御装置１００との間で情報の授受を行う。通信インタフェースは、上位システムの機能や用途等によって異なるものとなる場合がある。
【００２２】
蓄電システム制御装置１００の制御部１１０は、状態監視部１（２０１）〜３（２０３）等の状態監視部から送信された電池情報に基づいて各蓄電池モジュールの状態の監視を行い、必要に応じて特定のセルの放電による容量調整などの制御のための制御信号を状態監視部を介して蓄電池モジュールに送信する。また、必要に応じて上位システムＡ３０１やＢ３０２等の上位システムとの間の通信を制御し、電池情報や制御情報の送受信を行う。
【００２３】
制御部１１０は、異なる仕様や用途の状態監視部１（２０１）〜３（２０３）や上位システムＡ３０１、Ｂ３０２などとの間の通信のために、異なる種類の複数の通信インタフェースを有する（図中ではインタフェース（ＩＦ）１〜６）。例えば、状態監視部との間の通信では、ＳＰＩやＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）、ＲＳ４２２やＲＳ４８５、上位システムとの間では、ＣＡＮやイーサネット（登録商標）などの種類の通信インタフェースを有する。
【００２４】
ここでの通信インタフェース、特に状態監視部との間のインタフェースは、基本的にはシリアル通信のインタフェースであるが、大容量の蓄電池システムに用いるためのノイズ対策として差動信号を用いるインタフェース（ＲＳ４２２／４８５など）も有している。なお、上位システムとの間の通信インタフェースも含め、差動信号を用いるインタフェースの場合は適宜トランシーバ（図中ではトランシーバ３（１２３）〜トランシーバ５（１２５））を備える。
【００２５】
図１の例では、制御部１１０は通信インタフェースを６種類有するものとしているが、備える通信インタフェースの数やその種類については基本的には特に限定されない。例えば、特定の種類の通信インタフェースについて同じものを２つ以上有していてもよいし、図示する通信インタフェースの種類に加えてパラレル通信など他のインタフェースを有していてもよい。ただし本実施の形態では、現実的な用途を考慮して、状態監視部との間では少なくとも１つ以上のシリアル通信のインタフェースを有し、さらに１つ以上の差動信号を用いるインタフェースを有するものとする。
【００２６】
また、図１の例では、複数の通信インタフェースに同時に複数種類の状態監視部や上位システムが接続される構成となっているが、実際の利用の際には、図２に示すように、状態監視部や上位システムの仕様や用途に応じて必要なインタフェースのみが利用される形となる。
【００２７】
図２は、蓄電システム制御装置１００の具体的な構成例について概要を示した図である。図２（ａ）、（ｂ）では、上述の図４（ａ）、（ｂ）における蓄電池モジュール（蓄電池モジュール１（４０１）および蓄電池モジュール３（４０３））および上位システム（上位システムＡ３０１および上位システムＢ３０２）の構成にそれぞれ対応して、本実施の形態における制御部１１０を適用した場合の蓄電システム制御装置１００の構成例について示している。
【００２８】
図２（ａ）の例では、制御部１１０において、状態監視部１（２０１）が利用する通信インタフェースであるＳＰＩに対応するインタフェース１（１１１）と、上位システムＡ３０１が利用する通信インタフェースであるＣＡＮに対応するインタフェース４（１１４）およびトランシーバ４（１２４）のみが実際に使用され、他のインタフェースやトランシーバは使用されない。
【００２９】
同様に、図２（ｂ）の例では、図２（ａ）の例における制御部１１０と同じ制御部１１０において、状態監視部３（２０３）が利用する通信インタフェースであるＲＳ４８５に対応するインタフェース３（１１３）およびトランシーバ３（１２３）と、上位システムＢ３０２が利用する通信インタフェースであるイーサネット（登録商標）に対応するインタフェース５（１１５）およびトランシーバ５（１２５）が実際に使用される。また、蓄電池モジュール３（４０３）に対して直接リレー制御等の指示を行う電池制御信号を出力するためのインタフェース６（１２６）も使用される。このように、同じ制御部１１０を有する蓄電システム制御装置１００によって、異なる仕様や用途の蓄電池モジュールや状態監視装置、上位システムに対応することが可能である。
【００３０】
なお、使用されない通信インタフェースやトランシーバの部分については、例えば、待ち受け等を含む動作を停止して電力の供給を行わないようにし、省電力化を図ることができる。このとき、実際に使用される通信インタフェースの識別は、例えば、状態監視部や上位システムが実際に蓄電システム制御装置１００に接続されて動作する際にこれらから出力される電気信号を検知して自動的に行なってもよいし、ディップスイッチやレジスタ等の設定手段を使用して予め外部から設定しておくようにしてもよい。
【００３１】
図２（ａ）、（ｂ）の例では、それぞれ、蓄電システム制御装置１００に接続される蓄電池モジュールおよび状態監視部は１種類、すなわち、状態監視部との間の通信で使用されるインタフェースは１種類（図中ではＳＰＩもしくはＲＳ４８５）である。一方で、例えば、リチウムイオン電池と鉛蓄電池など、異なる種類の蓄電池モジュールを同時に制御するようなハイブリッド構成の場合には、仕様の異なる状態監視部との間で並行的に通信を行うために、異なる複数種類のインタフェースを同時に使用することも可能である。
【００３２】
図３は、制御部１１０のインタフェースと状態監視部との間で授受される情報の構成例について概要を示した図である。図３（ａ）の例では、上述の図２（ａ）の例に示した制御部１１０のインタフェースを示しており、ここでは、状態監視部との間で通信を行う複数のインタフェース（図中では例えばＩＦ１（１１１）やＩＦ２（１１２）など）は、それぞれシリアル通信インタフェースであり、状態監視部から送られる電池情報（例えば、電圧や温度など）と、状態監視部に対して送られる制御信号（例えば、蓄電池モジュールやセルに対する警告信号や停止指示信号など）が全てシリアル通信に含まれる構成を有する。
【００３３】
図３（ｂ）の例では、上述の図２（ｂ）の例に示した制御部１１０のインタフェースを示しており、ここでは、状態監視部から送られる電池情報のみが含まれる複数のシリアル通信のインタフェース（図中では例えばＩＦ１（１１１）〜ＩＦ３（１１３））とは別に、蓄電池モジュールやセルに対する制御を直接行う電池制御信号を送信するインタフェース（図中ではＩＦ６（１１６））を１つ有する。ここでの電池制御信号は、例えば、リレー制御等の“０”、“１”の信号（外送信号）である。
【００３４】
図３（ｃ）の例では、図３（ｂ）の例と同様であるが、これに図３（ａ）の構成を融合させ、状態監視部から送られる電池情報と、状態監視部に対して送られる制御信号が全て含まれるシリアル通信のインタフェース（図中では例えばＩＦ１（１１１）〜ＩＦ３（１１３））とは別に、蓄電池モジュールやセルに対するリレー制御等を直接行う電池制御信号を送信するインタフェース（図中ではＩＦ６（１１６））を１つ有する。これにより、蓄電池に対する制御系統を二重化し、信頼性の向上を図ることを可能とする。
【００３５】
以上に説明したように、本発明の一実施の形態である蓄電システム制御装置によれば、複数種類の仕様や用途の蓄電池モジュール（およびその状態の情報を取得する状態監視部）および／または上位システムに対して、これらとの間の情報の授受に必要となり得る複数種類の通信インタフェースを予め備える。これにより、蓄電池モジュールおよび状態監視部、上位システムなどの仕様や用途の変更等に対して共通の制御部１１０および蓄電システム制御装置１００で対応することが可能となり、開発期間の短縮やコストの低減を図ることが可能となる。
【００３６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタ等の蓄電池からなる蓄電システムの制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１００…蓄電システム制御装置、１１０…制御部、１１１〜１１６…インタフェース（ＩＦ）１〜６、１２３〜１２５…トランシーバ３〜５、
２０１〜３…状態監視部１〜３、３０１…上位システムＡ、３０２…上位システムＢ、
４０１、３…蓄電池モジュール１、３。
【図１】
2014106893.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2014106893.tif 000007
2014106893.tif 000008
2014106893.tif 000009
2014106893.tif 000010