(57)【要約】【課題】本発明の課題は、終端抵抗の部品点数を低減しつつ、通信遅れが発生しない電池システムを提供することにある。【解決手段】本発明の電池システムは、複数の電池を有しさらに当該複数の電池を制御する電池モジュール制御装置を有する電池モジュールと、複数の前記電池モジュール制御装置を制御する電池パック制御装置と、を有する電池システムにおいて、複数の前記電池モジュール制御装置は互いにモジュール間配線を介して直列に接続されており、それぞれの前記電池モジュール制御装置は、隣接する電池モジュールの電池モジュール制御装置に情報を入出力する第一の入出力端子、及び隣接する電池モジュールの電池モジュール制御装置に情報を入出力する第二の入出力端子を有し、前記第一の入出力端子の入力インピーダンスは、前記第二の入出力端子の入力インピーダンスよりも小さいことを特徴とする。【選択図】  図４
2013206761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を有し、さらに当該複数の電池を制御する電池モジュール制御装置を有する電池モジュールと、
複数の前記電池モジュール制御装置を制御する電池パック制御装置と、を有する電池システムにおいて、
複数の前記電池モジュール制御装置は互いにモジュール間配線を介して直列に接続されており、
それぞれの前記電池モジュール制御装置は、隣接する電池モジュールの電池モジュール制御装置に情報を入出力する第一の入出力端子、及び隣接する電池モジュールの電池モジュール制御装置に情報を入出力する第二の入出力端子を有し、
前記第一の入出力端子の入力インピーダンスは、前記第二の入出力端子の入力インピーダンスよりも小さいことを特徴とする電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電池システムにおいて、
前記第一の入力端子側には抵抗素子を有し、前記第二の入出力端子側には抵抗素子を有していないことを特徴とする電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電池システムにおいて、
前記抵抗素子の抵抗値は６０Ωであることを特徴とする電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電池システムにおいて、
前記電池システムは、複数の電池モジュール制御装置が互いにモジュール間配線を介して接続された電池モジュール群が複数並列に接続されており、
それぞれの前記電池モジュール群における一つの電池モジュール制御装置は、前記電池パック制御装置と互いに配線を介して並列に接続されていることを特徴とする電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の電池システムにおいて、
前記電池パック制御装置は第一の終端抵抗を介して接続され、
いずれか１つの前記電池モジュール群の電池モジュール制御装置は、第二の終端抵抗を介して接続されることを特徴とする電池システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電池システムにおいて、
前記モジュール間配線の長さは、通信される信号の周波数の１／５０以下であることを特徴とする電池システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電池システムにおいて、
前記モジュール間配線の長さは、通信される信号の第五高調波の周波数の１／５０以下であることを特徴とする電池システム。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の電池システムにおいて、
前記モジュール間配線の長さは、１.２ｍ以下であることを特徴とする電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御コントローラを実装した電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年開発が進む電池システムは、様々な用途に使用可能であり、その使用目的によって、電池システムの規模が異なる。特に、サーバセンタ等の負荷変動抑制や停電対策、鉄道の回生電力吸収システム、再生可能エネルギシステムや原子力発電所などの大規模系統の安定化に使用される電池システムは、大規模なものとなる。
【０００３】
電池モジュールを複数有する場合には、この電池モジュール群との通信・制御を行うために、各電池モジュールに設けられた電池モジュール制御装置をデイジーチェーン接続することによって、電位の上位と下位に１対１の通信を行い、並列方向においてはバス接続をすることで通信を行うことが考えられる。この場合、各電池モジュール間に２つの終端抵抗を設け、さらにバス接続始端部及び終端部に終端抵抗を実装したものを用意する必要があった。このような構成にすると、大規模な電池システムでは部品点数が増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０５３０５号公報
【０００５】
そこで特許文献１には、外部コネクタにて終端抵抗の実装を選択するセレクタ回路を設けて、終端抵抗の数を低減したものが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術に係る終端抵抗の実装方法においては、実装選択の回路を追加する必要があり、部品点数が増加してしまうという点については解決できない。また、このような実装選択回路の追加をした場合には、実装選択の設定作業を伴うので通信の遅れなどが発生する。
【０００７】
従って、本発明では上記課題に鑑み、終端抵抗の部品点数を低減しつつも、通信遅れが発生しない電池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】
本発明に係る電池システムは、複数の電池を有し、さらに当該複数の電池を制御する電池モジュール制御装置を有する電池モジュールと、複数の前記電池モジュール制御装置を制御する電池パック制御装置と、を有する電池システムにおいて、複数の前記電池モジュール制御装置は互いにモジュール間配線を介して直列に接続されており、それぞれの前記電池モジュール制御装置は、隣接する電池モジュールの電池モジュール制御装置に情報を入出力する第一の入出力端子、及び隣接する電池モジュールの電池モジュール制御装置に情報を入出力する第二の入出力端子を有し、前記第一の入出力端子の入力インピーダンスは、前記第二の入出力端子の入力インピーダンスよりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を用いることによって、終端抵抗の部品点数を低減しつつも、通信遅れを抑制できる電池システムを提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る発電システムに関する図である。
【図２】本発明に係る電池システム２０１のブロック図である。
【図３】本発明に係る電池モジュール３０の回路図である。
【図４】本発明に係る電池パック４０の回路図である。
【図５】本発明に係る電池システム２０１の回路図である。
【図６】本発明に係る電池パック４０の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第一の実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。まずはじめに本発明に係る発電システムの説明を、図１を用いて説明する。発電システム１０１は、発電装置１０３、電力系統１０２、当該電力系統１０２と発電装置１０３を結ぶ電線１０５、インバータ１０４を介して当該電線１０５に接続される電池システム２０１を有する。発電装置１０３は、例えば風力発電・水力発電・太陽光発電やその他の発電設備などである。
【００１２】
電池システム２０１は、発電装置１０３が電力系統１０２で求められる電力よりも過剰に発電した場合に過剰に発電した電力を充電し、逆に発電装置１０３が電力系統１０２で求められる電力よりも発電量が少ないときに放電して、電力の安定供給を図っている。なお、電池システム２０１が充放電する場合には、インバータ１０４で交流―直流・直流―交流変換されて電力の受給・供給が行われる。
【００１３】
続いて、電池システム２０１のブロック図を図２に示す。本発明に係る電池システム２０１は、最小の単位を電池モジュール３０として、複数の電池モジュール３０を有する電池パック４０、複数の電池パック４０を有する電池ブロック５０を有している。
【００１４】
電池モジュール３０の構成から、具体的に説明する。電池モジュール３０は複数の電池セル群２０と、電池セル群２０の電池情報（例えば、電池セルの電流情報・電圧情報・温度情報・充電状態など）を収集するセル制御装置（ＣＣＵ）２１０、及び電池モジュール制御装置（ＢＭＣＵ）３１を有する。なお、このセル制御装置２１０は、後述する電池セル間のバランシング制御も行う。セル制御装置２１０で収集された電池情報は、電池モジュール制御装置（ＢＭＣＵ）３１に送られる。そして、電池モジュール制御装置（ＢＭＣＵ）３１では、電池モジュール３０内の電池セル群２０の平均充電状態が算出され、先ほどの電池情報にさらに電池セル群２０の平均充電状態の電池情報を付加して、上位の電池パック制御装置（ＢＰＣＵ）２３０に電池情報を送信する。
【００１５】
電池パック４０は、複数の電池モジュール３０、及び電池パック制御装置２３０を有している。電池パック制御装置２３０は、各電池モジュール制御装置３１から出力された電池情報を収集し、電池パック４０内にある電池モジュール３０の充電状態を平均した電池モジュール３０の平均充電状態の情報を算出する。そして、電池モジュール制御装置３１から得られた電池情報に、複数の電池モジュール３０の平均充電状態の情報を付加して、さらに上位の電池ブロック制御装置２４０に電池情報を出力する。
【００１６】
電池ブロック５０は、複数の電池パック４０、及び電池ブロック制御装置２４０を有している。電池ブロック制御装置２４０は、各電池パック制御装置２３０から出力された電池情報を収集し、電池ブロック５０内にある電池パック４０の充電状態を平均した電池パック４０の平均充電状態の情報を算出する。そして、電池パック制御装置２３０から得られた電池情報に、複数の電池パック４０の平均充電状態の情報を付加して、さらに上位のシステム制御装置２５０に電池情報を出力する。なお、説明では電池ブロック５０には複数の電池パック４０があるとしたが、電池ブロック５０を構成する電池パック４０は、１つでもよい。その場合には、電池ブロック制御装置２４０は、電池パック制御装置２３０から出力された電池情報をそのままシステム制御装置２５０に出力する。
【００１７】
本発明では、このように複数階層で電池の状態を監視しているため、安全性が高い電池システム２０１となっている。また、本発明に係る電池モジュール３０、電池パック４０、及び電池ブロック５０はそれぞれの単位で交換可能であるため、メンテナンス性が良い電池システムとなっている。
【００１８】
続いて、図３を用いて具体的な電池モジュール３０の回路構成について説明する。電池モジュール３０は、複数の電池セル群２０が直列に接続された電源回路２５と、当該電源回路と直列に接続されたヒューズ３２が設けられている。電池セル群２０は、複数の電池セルＢｎ１、Ｂｎ２・・・ＢｎＸ（ｎは１より大きい数で電池セル群２０が直列接続されている数。Ｘはセルの数。）が複数並列に設けられた構成となっている。また、この電池セル群２０と並列に抵抗素子２１及びスイッチ素子２２が接続されている。この抵抗素子２１及びスイッチ素子２２は、例えば電池セルＢ１１、Ｂ１２・・・Ｂ１Ｘ間の電圧や充電状態にばらつきが出たとき、この電池セルＢ１１、Ｂ１２・・・Ｂ１Ｘ間のバランシングを行うためのものである。
【００１９】
セル制御装置２１０は、各電池セルＢｎ１、Ｂｎ２・・・ＢｎＸの電池情報を取得して、電池モジュール制御装置３１に出力する。電池モジュール制御装置３１は、各セル制御装置２１０から出力された電池情報を元に、各電池セルの充電状態（ＳＯＣ）を演算し、この充電状態の情報をセル制御装置２１０に出力する。この充電状態の情報を受けたセル制御装置２１０は、セル制御装置２１０が監視している電池セル群２０内の各電池セルＢｎ１、Ｂｎ２・・・ＢｎＸ間の充電状態の差が１０％以上になったとき、スイッチ素子２２をオン状態とする信号を出力して、各電池セルＢｎ１、Ｂｎ２・・・ＢｎＸ間のバランシングを行う。
【００２０】
なお、上述した電池モジュール制御装置３１にはＣＡＮ通信接続部３３ａ及び３３ｂがある。電池モジュール制御装置３１は、このＣＡＮ通信接続部３３ａ及び３３ｂを介して他の電池モジュール制御装置３１と接続されるが、詳細については、図４を用いて説明する。
【００２１】
図４は、電池パック４０の回路図を示したものである。電池パック４０は複数の電池モジュール３０が直列に接続されたモジュール直列体３００が複数個並列に接続されて構成され、この複数並列に接続されたモジュール直列体３００それぞれが一つの電池パック制御装置２３０で通信・制御されている。
【００２２】
続いて、電池パック制御装置２３０と、モジュール直列体３００を構成する電池モジュール３０の電池モジュール制御装置３１との接続について説明する。電池パック制御装置２３０と電池モジュール制御装置３１とは接続配線３６で接続される。なお、電池パック制御装置２３０には終端抵抗２３５が設けられている。さらに、接続配線３６の終端には終端抵抗２３６が設けられている。また、ＣＡＮ通信に使うトランシーバによって定められるが、本発明の場合にはこの終端抵抗２３５の抵抗値は、６０Ωとするのが好ましい。さらに、終端抵抗２３６の抵抗値も６０Ωとするのが好ましい。このような抵抗値にすることによって、ＣＡＮ通信を行う場合の信号の反射によるノイズを抑制することが可能となる。また、一方でインピーダンスを非対称にするパターンも考えられ、その場合には、例えば、合成抵抗が６０Ωとなるように終端抵抗を構成すればよい。
【００２３】
電池モジュール制御装置３１には、上述したように２つのＣＡＮ通信接続部３３ａ及び３３ｂを有しており、それぞれが接続配線３４を介してデイジーチェーン構成（直列つなぎの構成）で互いに接続されており、上位コントローラである電池パック制御装置２３０と接続される電池モジュール制御装置３１のＣＡＮ通信接続部３３ｂは、それぞれ電池パック制御装置２３０のＣＡＮ通信接続部２３３と接続配線３６を介してバス構成で接続されている。
【００２４】
続いて、デイジーチェーン構成で接続されている部分について説明する。電池モジュール制御装置３１間の接続は、一つの電池モジュール制御装置３１に設けられたＣＡＮ通信接続部３３ａと、隣接する電池モジュール３０の電池モジュール制御装置３１に設けられたＣＡＮ通信接続部３３ｂとが、終端抵抗３５を介して接続配線３４で接続されることよって通信が行われる。この終端抵抗３５は電池モジュール３０に設けられ、さらに電池モジュール制御装置３１のＣＡＮ通信接続部３３の一方側にのみ設けられる。つまり、言い換えると、ＣＡＮ通信接続部３３ａ側の入力インピーダンスが、ＣＡＮ通信接続部３３ｂ側の入力インピーダンスと異なる構成となっており、一方側（ＣＡＮ通信接続部３３ｂ側）の入力インピーダンスの方が低くなっている。
【００２５】
このとき終端抵抗の抵抗値は、ＣＡＮ通信接続部３３ａ及び３３ｂの両端に終端抵抗（例えば１２０Ω）が取り付けられた場合の１／２の抵抗値（１２０Ωの終端抵抗が並列接続された場合の合成抵抗）となるように終端抵抗３５の抵抗値を決定する。つまり、終端抵抗３５の抵抗値が６０Ωとなるようにすると、十分に信号の反射を抑制することが可能となる。
【００２６】
デイジーチェーン構成で接続される場合には、反射する信号経路が、信号の波長の１／４に達すると問題となるが、より信頼性を向上させるためには信号の波長の１／５０でも配慮が必要となる。また、デジタル通信（方形波での通信）の場合には、多くの高調波を含み、高調波の波長で考える必要があり、特に信号の第五高調波の影響を低減させる必要がある。例えば、ＣＡＮ通信（１MHzが上限となる）で通信を行う場合には、第五高調波の１／５０の長さは１.２ｍとなる。従って、接続配線３４の長さを１.２ｍ以下とすることによって、上述した終端抵抗を用いる構成で十分に信号の反射を抑制することが可能となる。
【００２７】
このような構成にすることによって、終端抵抗の実装／未実装の選択の必要性そのものがなくなるため、実装選択の設定作業も実装選択の回路の追加も不要な終端抵抗の実装方式を提供することが可能となる。さらに、本発明は、同一の回路基板内（例えばここで言う電池モジュール制御装置３１）でデイジーチェーン接続及びバス接続の構成を実現しようとした場合に、終端が多くなりすぎて終端抵抗が増加するのを抑制することができる。
【００２８】
続いて、図５を用いて、電池システム２０１の回路構成について説明する。図５は、複数の電池モジュール３０からなる電池パック４０を有する電池ブロック５０が複数並列に接続された電池システム２０１を示す図である。
【００２９】
まず、電池ブロック５０の構成について説明する。電池ブロック５０は、電池パック４０と、当該電池パック４０に直列に接続されたプリチャージ回路５５を有する。また、電池ブロック５０は互いに並列に接続されており、スイッチ体２５１を介してインバータ１０４の正極側と接続され、スイッチ体２５２を介してインバータ１０４の負極側と接続される。
【００３０】
プリチャージ回路５５はスイッチ素子５１と、当該スイッチ素子５１に並列に接続された抵抗素子５２及びスイッチ素子５３から構成される。当該プリチャージ回路５５は、他の電池ブロック５０との充電状態や電圧にばらつきがある場合に、スイッチ体２５１及びスイッチ体２５２をオフ状態として、さらにスイッチ体５１をオフ状態、かつスイッチ素子５３をオン状態にする期間をしばらく維持することによって、横流を利用して各電池ブロック５０間の充電状態や電圧のばらつきを低減することができる。
【００３１】
また、電池ブロック５０には、さらに各電池パック４０に対応して直列に接続されたスイッチ素子５４ａ１（５４ａ）、５４ａ２（５４ａ）・・・５４ａｎ（５４ａ）（ｎは電池ブロック５０内の電池パック４０の並列数）を有している。各電池パック４０に問題が起こった場合には、問題が起こった電池パック４０に対応したスイッチ素子５４ａを開放状態とすることによって、他の電池パック４０と切り離すことができる。
【００３２】
続いて、本発明に係る電池パック４０の外観図を図６に示す。図６は電池パック４０を後背部から眺めた図である。電池パック４０は、複数の電池モジュール３０、複数の電池モジュール３０を制御する電池パック制御装置２３０、複数の電池モジュール３０を搭載するモジュール搭載台１２０、及び電池ラック１１０からなる。電池モジュール３０は、モジュール搭載台１２０に搭載されて並べられておりモジュール直列体３００を構成している。なお、図６では互いの電池モジュール３０は離間して配置してあるが、密着して配置されていても問題ない。密着して配置されている場合には、電池モジュール３０で発生する熱を放熱しやすく、さらに互いの電池モジュール３０を接続している接続配線３４の長さを短くすることも可能となる。また、この接続配線３４は、上述したように長さが１.２ｍ以下となっている。
【００３３】
当該構成によって、デイジーチェーン構成で接続されているとしても、十分に信号の反射を抑制することが可能となる。
【００３４】
一方、モジュール直列体３００を構成している電池モジュール３０のうち、電池パック制御装置２３０と接続される側は、接続配線３６を介して接続されており、電池パック制御装置２３０とバス構成で接続されている。
【００３５】
以上、説明したように、本発明を用いることによって、終端抵抗の部品点数を低減しつつも、通信遅れを抑制できる電池システムを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
２５  電源回路
３０  電池モジュール
３１  電池モジュール制御装置
３２  ヒューズ
３３ａ、３３ｂ、２３３  ＣＡＮ通信接続部
３４、３６  接続配線
３５、２３５、２３６  終端抵抗
４０  電池パック
２３０  電池パック制御装置
３００  モジュール直列体
【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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