具体实施方式
下面将参照附图描述本公开的实施方式。注意,将以下列顺序进行描述。
1.第一实施方式
2.第二实施方式
3.变形
4.应用
注意,本公开不限于下述实施方式等。
1.第一实施方式
蓄电模块的概述
在采用大量的蓄电元件(例如单电池)以产生大的输出的情况下,采用以下配置作为实例,其中,多个蓄电单元(以下简称为蓄电模块)连接至其上,且提供控制装置为多个蓄电模块共用。这样的配置将被称为蓄电系统。
组成蓄电系统的蓄电模块是将电池块和模块控制器结合并容置在外壳中的单元。电池块例如为并联的8个圆柱型锂离子二次电池。例如,16个电池块串联在蓄电模块的外壳内。注意,电池块的数量和连接模式可适当改变。此外,可采用不同于锂离子二次电池的其它二次电池。
蓄电模块具有外壳。期望采用高导热系数和发射率(emissivity,辐射系数)的材料作为外壳材料。可通过采用具有高热导率和发射率的材料来获得外壳中的优良散热性能。可通过获得优良的散热性能来防止外壳内的温度上升。此外,可最小化或消除外壳的开口部分,且因此可实现高防尘和防滴漏。关于外壳,采用例如诸如铝、铝合金、铜、铜合金等的材料。
蓄电系统的概述
关于由所使用的单个或多个蓄电模块构造的蓄电系统的概述,以下进行描述。图1示出蓄电系统的实例。对于该蓄电系统,N个蓄电模块MOD1至MODN串联。所连接的蓄电模块的数量及其连接模式可以适当的改变。蓄电模块MOD1至MODN经由绝缘单元IS连接至接口总线BS。
对于蓄电模块MOD,提供绝缘接口IF以连接模块控制器CNT与外部接口BS。绝缘接口IF负责蓄电模块MOD和接口总线BS之间的绝缘。此外,模块控制器CNT连接至整个控制装置(以下适当地简称为输出控制器)ICNT,且输出控制器ICNT执行对充电管理、放电管理和退化控制等的管理。
采用串行接口作为蓄电模块内的总线、连接蓄电模块MOD1至MODN与输出控制器ICNT的总线BS。具体来说,采用SM总线(系统管理总线)等作为串行接口。例如,可以采用I2C总线。I2C总线是使用SCL(串行时钟)和双向SDA(串行数据)这两个信号线进行通信的同步串行通信。
每个蓄电模块MOD的控制器CNT和输出控制器ICNT执行通信。具体来说,每个蓄电模块MOD的内部状态的信息由输出控制器ICNT接收,每个蓄电模块MOD的充电处理和放电处理受到管理。输出控制器ICNT将N个蓄电模块MOD的串联线路的输出供应至负载。蓄电模块MOD可被逐个连接。在一个蓄电模块MOD的输出电压例如为51.2V且N=1至N=16的情况下,从输出控制器ICNT产生输出电压(约50V至约800V)。
图2示出蓄电系统的另一实例。对于该另一实例,N个蓄电模块MOD1至MODN串联。每个蓄电模块MOD1至MODN都包括用于在蓄电模块MOD之间绝缘的绝缘接口。每个蓄电模块MOD的模块控制器CNT通过光耦合器IFS1至IFSN(其为绝缘接口的实例)与上一级或下一级的蓄电模块MOD执行通信,或与外部输出控制器ICNT的通信。
输出控制器ICNT连接至最下一级的蓄电模块MOD1。输出控制器ICNT控制整个蓄电系统。输出控制器ICNT接收每个蓄电模块MOD的内部状态的信息,并对每个蓄电模块MOD供应或阻止充电电流和放电电流,因此,每个蓄电模块MOD的充电和放电受到控制。来自输出控制器ICNT的控制信号例如经由下一级存储模块MOD传送至上一级存储模块MOD。
蓄电系统的配置
将参照图3描述蓄电系统的具体配置的实例。在图3中,关于用于诸如通信线等的通信的配置,适当地省略图示。蓄电系统中的电池单元BT由连接的上述单个或多个蓄电模块MOD构造。根据应用适当地设置所连接的蓄电模块MOD的数量。注意,虽然省略了图示,但是可对电池单元BT设置用于检测每个电池的电压以计算SOC(充电状态)的电池监测器。由电池监测器检测的电池的诸如电压值、SOC等信息可提供至输出控制器ICNT的控制单元11。
作为控制装置实例的输出控制器ICNT连接至电池单元BT。输出控制器ICNT中的控制单元11例如是由CPU(中央处理器)构造的微机。未示出的ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等连接至控制单元11。控制单元11使用RAM作为工作存储器,以按照存储在ROM中的程序执行控制。例如,控制单元11使用从电池监测器提供的信息来执行各种管理以管理电池单元BT。
正电源线L1设置在电池单元BT的正极侧和正极端子T1之间,且负电源线L2设置在电池单元BT的负极侧和负极端子T2之间。输出控制器ICNT通过端子T1和T2连接至外部系统。电源42和负载43中的至少一个通过输出控制单元41连接至端子T1和T2。当连接电源42时,电池单元BT由电源42充电。当连接负载43时,电池单元BT的电力供应至负载43。注意,电池单元BT与输出控制器ICNT之间的连接模式,以及输出控制器ICNT与外部系统之间的连接模式可以是有线的或无线的。
电源42是通过对供电力网或利用再生能源的发电装置(太阳能电池板、风力发电装置等)的交流电(商用电源)进行整流而形成的直流电源。负载43例如是家用电器,一般来说,蓄电系统的直流电被转换成交流电并且被供应至电器。适当时可根据蓄电系统的用途来设定负载43。输出控制单元41控制电源42和负载43中的哪个连接至端子T1和T2。
例如,在采用太阳能电池板作为电源42的情况下,发电量根据天气、时间等而波动。因此,在白天时,当太阳能电池板产生的电量很大时,蓄电系统的电池单元BT的电池由太阳能电池板的输出充电,且太阳能电池板的输出还供应至负载43。在夜间,太阳能电池板不发电,因此,电力从蓄电系统43的电池单元BT的电池供应至负载。这种控制是通过输出控制单元41进行的。然而,这种控制是一个实例,且考虑到负载43的耗电量,或结合商用电源的使用来进行更复杂的控制。在采用这种电源42的情况下,在将充电电力供应至端子T1和端子T2时,处于停工状态的蓄电系统开始充电。
充电控制开关12和放电控制开关13插入到正电源线L1和负电源线L2中的一个,例如,正电源线L1。对于这些开关,例如可使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。二极管12a以与放电电流顺向的方式与充电控制开关12并联。二极管13a以与充电电流顺向的方式与放电控制开关13并联。
充电控制开关12和放电控制开关13中的每个都由控制单元11接通或关断。具体来说,在充电和放电时,接通充电控制开关12和放电控制开关13。在放电停止时,关断放电控制开关13。此时,充电电流通过二极管13a和充电控制开关12供应至电池单元BT的电池,因此,可供充电。在充电停止时,关断充电控制开关12。此时,放电电流通过二极管12a和放电控制开关13供应至负载43。注意,充电控制开关12和放电控制开关13可被插入负电源线L2。
电源电压从DC-DC转换器14(其为控制电源单元的实例)供应至控制单元11。输入电压从充电控制开关12和放电控制开关13之间的电源线L1供应至DC-DC转换器14。因此,不仅来自电池单元BT的电压,而且来自连接至端子T1和T2的电源的电压都被输入至DC-DC转换器14。
DC-DC转换器14从在工作状态下被供应至DC-DC转换器14的电压产生用于操作控制单元11的电源电压。DC-DC转换器14将产生的电源电压供应至控制单元11。在DC-DC转换器14处于在非工作状态的情况下(即在DC-DC转换器不运行的状态下),没有电源电压供应至控制单元11。DC-DC转换器14的负极侧经由控制开关15连接至负电源线L2。注意,控制电源单元不限于DC-DC转换器,并且可具有诸如串联稳压器等的其他配置。
作为操作控制单元的实例的控制开关15例如由两个开关元件15a和15b构造。开关元件15a和15b例如由IGBT构造。开关元件15a和15b可由MOSFET构造。开关元件15a和15b中的每个都由等于或大于被施加至其各个栅极的阈值的电压来操作。尽管阈值可被适当地设定,但例如阈值被设定为6V。开关元件15a和15b的工作电压的阈值可被设定为不同的值。
控制开关15控制DC-DC转换器14的工作状态。例如,在控制开关15的第一状态下,DC-DC转换器14变换至工作状态,并在控制开关15的第二个状态下,DC-DC转换器14变换至非工作状态。在此,控制开关15的第一状态为,例如,开关元件15a和15b中的至少一个接通的状态。第二状态为,例如,开关元件15a和15b都关断的状态。注意,控制开关15的配置可以适当改变,并且第一和第二状态可以适当根据控制开关15的配置来设定。
作为第一控制信号的实例的电压Von1被从电源启动单元16(上电单元16)供应至控制开关15的开关元件15a。电源启动单元16连接至电池单元BT的正极侧与充电控制开关12之间的电源线L1,且负极侧连接至负电源线L2。也就是说,来自电池单元BT的电池的电压供应至电源启动单元16。电源启动单元16产生对应于电池单元BT的电压的第一控制信号,并将产生的第一控制信号供应至开关元件15a。
电源启动单元16通过开关SW1进一步连接至负电源线L2。根据启动或停止蓄电系统的操作来接通/关断开关SW1。例如,当启动蓄电系统时,关断开关SW1,且当停止(停用)蓄电系统时,接通开关SW1。根据开关SW1的接通/关断,来自电池单元BT的电池的电压供应至电源启动单元16或对其停止供电。例如,当开关SW1关断时,来自电池单元BT的电池的电压供应至电源启动单元16,且当开关SW1接通时,对电源启动单元16停止供应来自电池单元BT的电压。注意,将在后面描述电源启动单元16的详细配置。
作为第二控制信号的实例的电压Von2经由开关SW3和SW2供应至控制开关15的开关元件15b。电压Von2例如是通过齐纳二极管17从端子T1和T2之间的电压形成的电压。电压Von2的电平等于或大于用于接通开关元件15b的阈值,并采用15V作为实例。齐纳二极管17的阳极侧连接至负电源线L2。齐纳二极管17的阴极侧经由电阻18连接至放电控制开关13和端子T1之间的正电源线L2。
根据启动或停止蓄电系统的操作来接通/关断开关SW2,其与开关SW1的接通/关断联动。可以独立接通/关断开关SW1和SW2。例如,开关SW2在启动蓄电系统时接通,且在停止(关断)蓄电系统时关断。开关SW2被关断,从而蓄电系统可以以安全和可靠的方式来停止。
开关SW3是其接通/关断由控制单元11控制的开关。例如在蓄电系统处于停用状态的状态下,开关SW3关断。当启动蓄电系统且运行控制单元11时,通过控制单元11的控制接通开关SW3。
电源启动单元的配置
接下来,将参照图4描述电源启动单元16的配置。对于电源启动单元16,电阻R11和齐纳二极管D2的串联电路插入正电源线L1和负电源线L2(接地)之间,且电压从电池单元BT供应至该串联电路。
开关SW1设置在电阻R11和齐纳二极管D2的阴极侧之间的连接点与地面之间。当开关SW1接通时,齐纳二极管D2短路,因此,不产生电压V1。在开关SW1已经关断的情况下,电压V1通过电阻R11和齐纳二极管D2由电池单元BT的电压形成。作为预定信号的实例的电压V1的电平例如是几十V(伏特),且30V作为实例。
电阻R11的电阻值被设定为非常高,且在电池单元BT的电压为800V左右的情况下,例如电阻R11的电阻值被设定为10MΩ(兆欧)。电阻R11的电阻值被设定为高,从而流入电阻R11的电流可被设定为弱,而且电池单元BT的电力消耗可被降低。
在电阻R11和齐纳二极管D2的连接点处产生的电压V1经由电阻R1和防止回流的齐纳二极管D3供应至作为电平渐减单元的实例的交流耦合电容C1。二极管D4连接至电阻R11和二极管D3之间的连接点。对于交流耦合电容C1,交流耦合电容C1的输入侧和输出侧交流耦合。
通过对交流耦合电容C1充电,使供应至交流耦合电容C1的电压V1的电平逐渐变小。电压V1的电平通过交流耦合电容C1逐渐变小,且作为第一控制信号的实例的电压Von1由逐渐变小的电压V1形成。电压Von1为用于在电压Von1的电平等于或超过阈值时接通开关元件15a、且用于在电压Von1的电平小于阈值时关断开关元件15a的控制信号。由电压Von1在电阻R10的两端处造成电位差,且电流流经电阻R10。从交流耦合电容C1输出的电压Von1被供应至开关元件15a的栅极。
齐纳二极管D5连接至交流耦合电容C1和开关元件15a的栅极之间的连接点。根据齐纳二极管D5,电压Von1被配置为不超过齐纳二极管D5的齐纳电压。
开关元件15a例如由开关元件(如IGBT等)和用于保护的二极管D1构造。开关元件15a的集电极侧连接至DC-DC转换器14的初级侧。上述电压Von1被供应至开关元件U1的栅极。当电压Von1等于或大于阈值时,开关元件U1被接通,且在电压Von1小于阈值时,开关元件U1被关断。阈值设置为例如6V。
通过接通开关元件U1,电池单元BT的电压被供应至DC-DC转换器14。然后在DC-DC转换器14的初级侧产生电压,产生的电压被供应至DC-DC变换器14的次级侧,且DC-DC转换器14变换至工作状态。
通过对交流耦合电容C1进行充电,电压Von1的电平逐渐降低。当电压Von1的电平小于阈值时,开关元件U1关断。在此,在小于阈值的电压Von1被连续施加至开关元件U1的情况下,在开关元件U1处发生电力消耗,且负载被施加至开关元件U1。因此,期望对电源启动单元16设置后述的高速降低单元20。
高速降低单元20被配置为包括例如NPN型晶体管Q1、电容C2、电阻R2、齐纳二极管D6和电阻R3。微分电路由连接至开关元件U1的集电极侧的电容C2和电阻R2形成。微分电路的输出电平被齐纳二极管D6限制为常量。晶体管Q1的栅极连接至电阻R3。
当开关元件U1关断时,开关元件U1的集电极电压升高。集电极电压的前缘通过由电容C2和电阻R2组成的微分电路进行微分。经由电阻R3将微分的电压供应至晶体管Q1的栅极,并且晶体管Q1导通。电流流经晶体管Q1的集电极和发射极之间,且由晶体管Q1迅速降低电阻R10的两端的电压(电阻R10和开关元件U1之间的连接点上的电压)。因此,电压Von1的电平迅速降低,电压Von1变为约0或0。电压Von1迅速降低,从而可以降低开关元件U1的耗电,且可以降低被施加至开关元件U1的负载。
图5A示出电压V1的波形的实例。在0至1秒的时间期间,蓄电系统处于停用状态,且开关SW1接通。一秒之后,指示启动蓄电系统,因此,开关SW1关断。开关SW1关断,并且因此,通过电阻R11和齐纳二极管D2从电池单元BT的电压形成电压V1(例如,30V)。
图5B示出通过交流耦合电容C1从电压V1形成的电压Von1的波形的实例。经过一秒钟的时间之后,产生电压V1。电压V1的电平通过交流耦合电容C1逐渐降低,并形成电压Von1。通过电压Von1接通开关元件U1。
经过预定时间段之后,例如,SW1关断后5秒,与阈值相比,电压Von1的电平更低。与作为阈值的实例的6V相比,电压Von1的电平更低。与阈值相比,电压Von1的电平更低,且因此,开关元件U1关断。开关元件U1关断,因此,高速降低单元20启动,电压Von1的电平迅速降低,并且变为约0或0。注意,可通过适当地改变时间常数来适当地设定预定时间段。虽然将在后面描述细节,但是预定时间段被适当地设定以使得蓄电系统启动后可以在预定时间段内接通开关元件15b。
蓄电系统的启动操作
将参考图6的流程图描述蓄电系统的启动操作的实例。在蓄电系统的电源关断的状态下,例如,开关SW1导通,开关SW2关断,且开关SW3关断。此外,例如,充电控制开关12A和放电控制开关13A关断。
在步骤S1中,开启电力系统的电源,蓄电系统被启动。为了启动蓄电系统的电源,这可以通过由用户操作诸如开关等的操作单元来进行。蓄电系统的电源可自动打开,而无论用户的操作如何。在启动蓄电系统的电源后,处理继续进行至步骤S2。
在步骤S2中,响应于启动蓄电系统的电源的操作,开关SW1关断。与开关SW1的关断联动,开关SW2接通。处理然后继续进行至步骤S3。
在步骤S3中,开关元件15a接通。具体来说,一旦开关SW1关断,电压V1由已经通过电阻R11和齐纳二极管D2从电池单元BT的电压降低的电压形成。电压V1由交流耦合电容21交流耦合,且因此,产生作为第一控制信号的实例的电压Von1。电压Von1施加于开关元件15a(开关元件U1)的栅极,且开关元件15a接通。处理然后继续进行至步骤S4。
在步骤S4中,开关元件15a接通,且因此,在DC-DC转换器14的初级侧上产生电压,且DC-DC转换器14变换至工作状态。在DC-DC转换器14的初级侧产生的电压被供应至次级侧,且所供应的电压作为电源电压供应至控制单元11。通过所供应的电源电压来启动控制单元11。处理然后继续进行至步骤S5。
在步骤S5中,通过控制单元11接通放电控制开关13。一旦放电控制开关13接通,在放电控制开关13和端子T1之间的连接点与负电源线L2之间产生电池单元BT的电压。作为第二控制信号的实例的电压Von2通过齐纳二极管17从电池单元BT的电压形成。在齐纳二极管17和电阻18之间的连接点处产生电压Von2。处理然后继续进行至步骤S6。
在步骤S6中,通过控制单元11接通开关SW3。一旦接通开关SW3,电压Von2经由开关SW3和开关SW2供应至开关元件15b的栅极。电压Von2例如为15V。处理然后继续进行至步骤S7。
在步骤S7中,一旦电压Von2供应至栅极,开关元件15b接通。一旦开关元件15b接通,即使当开关元件15a关断时,电池单元BT的电压也被供应至DC-DC转换器14。也就是说,电压Von2供应至开关元件15b,且开关元件15b接通,且因此,DC-DC转换器14的工作状态被保持。处理然后进行至步骤S8。
在步骤S8中,确定是否已过了预定时间。在没有经过预定时间的情况下,处理返回至步骤S8,并且重复步骤S8中的处理。在已经过了预定时间的情况下,处理继续进行至步骤S9。
在步骤S9中,开关元件15a关断。一旦已经过了预定时间,与阈值相比,被供应至开关元件15a的栅极的电压Von1的电平较低,且开关元件15a关断。即使在开关元件15a关断时,开关元件15b也是接通的,因此,保持了DC-DC转换器14的工作状态。
注意,在步骤S8中,在过了预定时间后,例如通过控制单元11的控制可接通开关SW1。一旦接通开关SW1,电源启动单元16中的齐纳二极管D2短路,电压V1变为0。因此,在步骤S8中,以及在之后,可防止电池单元BT的电力被电源启动单元16消耗。
蓄电系统停止运行
接下来,将参考图7的流程图描述蓄电系统的停止运行。在步骤S11中,蓄电系统的电源关断,蓄电系统停止。为了关断蓄电系统的电源,可以例如通过由用户操作诸如开关等的操作单元来进行。蓄电系统的电源可自动关断,而无论用户的操作如何。一旦蓄电系统的电源关断,处理继续进行至步骤S12。
在步骤S12中,蓄电系统已关断,因此,开关SW1接通。与开关SW1的接通联动,开关SW2关断。注意,在开关SW1已经在步骤S12中接通的情况下,开关SW2单独关断。处理继续进行至步骤S13。
在步骤S13中,开关元件15b关断。具体来说,开关SW2在步骤S12中已关断,且因此,对开关元件15b的电压Von2的供应停止,且开关元件15b关断。在此,如上所述,自蓄电系统被启动后经过预定时间之后,开关元件15a已关断。因此,开关元件15a和开关元件15b处于关断状态。处理继续进行至步骤S14。
在步骤S14中,通过关断的开关元件15a和15b将DC-DC转换器14变换至非工作状态。DC-DC变换器14变换至非工作状态,且因此,停止从DC-DC转换器14至控制单元11的电源电压供应。处理继续进行至步骤S15。
在步骤S15中,通过停止来自DC-DC转换器14的电源电压供应来停止控制单元11的运行。注意,可在控制单元11的运行停止之前,通过控制单元11的控制来关断充电控制开关12、放电控制开关13和开关SW13。
如上所述,即使在没有外部电源的情况下,第一实施方式的蓄电系统也可以通过包括在蓄电系统中的电池单元BT的电压来启动DC-DC转换器14,并启动控制单元11。
2.第二实施方式
接下来,将描述根据第二实施方式的蓄电系统。在由于电池单元BT的剩余电量不足而使得开关元件15a不能通过电源启动单元16接通的情况下,根据第二实施方式的蓄电系统通过外部电源的电压接通开关元件15b。
图8示出根据第二实施方式的蓄电系统的配置的实例。注意,在图8中,与根据第一实施方式的蓄电系统相同的组件由相同的参考标号表示。对于该蓄电系统,在停止状态(停用状态)下,开关SW1接通,且开关SW2关断。此外,例如充电控制开关12、放电控制开关13和开关SW3关断。
一旦蓄电系统启动,开关SW1关断,且开关SW2接通。在此,在电池单元BT的剩余容量很少的情况下,电压Von1不会由电源启动单元16形成,且开关元件15a未接通。开关元件15a未接通,因此,DC-DC转换器14不会变换至工作状态。因此,第二蓄电系统监测是否已经由端子T1和端子T2供应电压,并在已供应电压的情况下,使用其电压将DC-DC转换器14变换至工作状态。
对于蓄电系统,设置了比较器30,用于确定电压是否已经从电源42施加至端子T1和T2。电阻33和可变电阻34的串联电路插入在端子T1和T2之间。根据电池单元BT的电池连接数量适当地设定可变电阻34的电阻值。在电阻33和可变电阻器34之间的连接点处产生的电压Vx被输入至比较器30的正极侧上的输入端。在齐纳二极管上17处形成的电源电压Vcc被输入至比较器30的正极电源端子。电压Vcc例如为15V。比较器30的负极电源端子连接至电源线L2。齐纳二极管17的阳极连接至电源线L2,且齐纳二极管17的阴极经由电阻18连接至电源线L1。
此外,关于比较器30,电源电压由电阻31和电阻32分压,因此,形成参考电压Vref。参考电压Vref被供应至比较器30的负输入端子。比较器30在输入电压之间的关系为Vx>Vref的情况下产生高电平比较输出(其作为第二控制信号的实例),并在其它情况下产生低电平比较输出。比较输出被供应至二极管36。
OR电路由二极管35和二极管36形成,且一旦高电平信号输入至二极管35和二极管36中的任何一个,高电平信号被供应至开关SW2。在蓄电系统启动时,开关SW3关断,因此,实际上,做出高电平信号是否已经提供至二极管36的判断。从比较器30供应的高电平信号经由二极管36供应至开关SW2。在启动时,开关SW2已经接通,因此,经由开关SW2将高电平信号供应至开关元件15b。通过所供应的高电平信号接通开关元件15b。
通过接通开关元件15b,在DC-DC转换器14的初级侧上产生电压,且DC-DC转换器14变换至工作状态。在DC-DC转换器14的初级侧产生的电压被供应至DC-DC转换器14的次级侧。根据所供应的电源电压启动控制单元11。利用控制单元11,例如接通充电控制开关12。充电控制开关12已被接通,从而电池单元BT可以通过来自电源42的电压充电。
以此方式,即使在电池单元BT的剩余容量很少的情况下,也可以使用经由端子T1和端子T2从外部供应的电压来接通开关元件15b,且DC-DC转换器14可被变换至工作状态。
3.变形
尽管目前已经关于本公开的多个实施方式进行了说明,但是本公开不限于上述实施方式,可进行各种变形。上述实施方式中的电路元件等的类型、电路元件的电阻值等的属性,以及电路元件的布局都是实例,在不脱离本公开的范围的情况下,可以对这些进行适当改变。
在不会造成技术差异的范围内,可适当地改变本公开的上述处理的顺序。例如,在图6中,步骤S5和S6中的处理的顺序可反转,或处理可被配置为并行。
第二实施方式中描述的蓄电系统可具有图9所示的配置。具体来说,可以省略串联的开关SW3和二极管35的电路,和二极管36。通过图9所示的配置,可通过将来自比较器30的高电平比较输出经由开关SW2供应至开关元件15b来接通开关元件15b。
对于上述实施方式,虽然已经描述了本公开被应用于蓄电系统的实例,但是本公开也可应用到例如蓄电模块。可进行以下设置,其中,电池单元BT作为蓄电模块内的电池块,且输出控制器ICNT作为蓄电模块内的控制器CNT。
注意,在没有技术差异的范围内可适当组合上面实施方式和变形中的配置和处理。
4.应用
将在下面描述蓄电系统的应用。注意,蓄电系统的应用不限于以下所述的应用。
住所中的蓄电系统作为应用
将参考图10描述其中本公开被应用于住所的蓄电系统的实例。例如,对于用于住所101的蓄电系统100,经由电力网109、信息网112、智能电表107、电力枢纽108等将电力从诸如火力发电102A、核能发电102B、水力发电102C等的集中型电力系统102供应至蓄电装置103。除此之外,电力从诸如家用发电装置104等的独立的电源供应至蓄电装置103。积累供应给蓄电装置103的电力。使用蓄电装置103馈送在住所101处使用的电力。相同的蓄电系统不仅可用于住所101,而且也可用于建筑物。
在住所101,提供了发电装置104、电力消耗装置105、蓄电装置103、用于对装置进行控制的控制装置110、智能电表107以及用于获取各类信息的传感器111。这些装置通过电力网109和信息网112连接。太阳能电池、燃料电池、风车等用作发电装置104,且产生的电力供应至电力消耗装置105和/或蓄电装置103。电力消耗装置105是冰箱105a、空调105b、电视接收105c、洗浴装置105d等。此外,电动车辆106包括在电力消耗装置105中。电动车辆106是电动汽车106a、混合动力汽车106b或电动摩托车106c。电动车辆106也可为电动助力自行车等。
蓄电装置103由二次电池或电容构造。例如,蓄电装置103由锂离子二次电池构造。锂离子二次电池可为固定式或可用于电动车辆106。根据本公开的上述蓄电系统可以应用至这种蓄电装置103。单个或多个蓄电系统可以应用至其。智能电表107具有用于检测商用电使用量、并将所检测的使用量传送至电力公司的功能。电力网109可以是两个或更多的直流电源、交流电源和非接触式电源中的任何一个或其组合。
各种传感器111的实例包括人工探测传感器、照度传感器、物体检测传感器、电力消耗传感器、摇摆传感器、接触传感器、温度传感器和红外传感器。由各种传感器111获得的信息传送到控制装置110。根据来自传感器111的信息,识别天气状况、人们的情况等,因此,可通过自动控制电力消耗装置105来最小化能源消耗。此外,控制装置110可经由互联网将与住所101相关的信息传输至外部电力公司等。
通过电力枢纽108执行诸如电源线的分支、DC-AC转换等的处理。关于连接至控制装置110的信息网络112的通信方法,具有使用诸如UART(通用异步接收器-收发器:异步串行通信传输/接收电路)等的通信接口的方法,以及使用根据诸如蓝牙、ZigBee、Wi-Fi等的无线通信标准的传感器网络的方法。蓝牙方法应用于多媒体通信,并可以执行一对多的连接通信。ZigBee使用IEEE(电气和电子工程师学会)802.15.4物理层。IEEE802.15.4是短距离无线网络标准(称为PAN(个人局域网)或W(无线)PAN)的名称。
控制装置110连接至外部服务器113。该服务器113可由住所101、电力公司和服务提供商中的任意方来管理。服务器113发送/接收的信息例如是电力消耗信息、生活模式信息、电费、天气信息、自然灾害信息或与电力交易有关的信息。这些信息可以在家里从电力消耗装置(例如,电视接收器)中传输/接收,或可从家外的电力消耗装置(例如,手机)传输/接收。这些信息可以显示于具有显示功能的装置上,例如电视接收器、蜂窝电话、PDA(个人数字助理)等。
对单元进行控制的控制装置110由CPU、RAM、ROM等构造。对于该实例,控制装置110容置于蓄电装置103内。控制装置110可通过信息网络112连接至蓄电装置103、家用发电装置104、电力消耗装置105、各个传感器111和服务器113,并且例如具有调节商用电的使用量和电力的生产的功能。注意,除此之外,控制装置110还可具有在电力市场执行电力交易的功能等。
如上所述,不仅诸如火力发电102a、核能发电102b、水力发电102c等的集中型电力系统102,而且家用发电装置104(太阳能发电、风力发电)所产生的电力也可在蓄电装置103内积累。因此,即使家用电力发电装置104产生的电力波动,也可以进行控制,诸如稳定传输至外部的电量,或适当进行放电。例如,也可用于使得太阳能发电获得的电力积累在蓄电装置103内,并且具有合理夜间价格的午夜电力也积累在蓄电装置103内,且由蓄电装置103积累的电力在具有高价格的日间的时间中被放电和使用。
注意,对于该实例,尽管已经对关于其中控制装置110容置在蓄电装置103内的实例进行了描述,但是控制装置110也可容置在智能电表107内或可以以独立的方式进行配置。此外,蓄电系统100可由公寓内的多个家庭作为对象一起使用,或可由多个独立住宅作为对象一起使用。
车辆中的蓄电系统作为应用
将参照图11对其中本公开被应用至车辆的蓄电系统的实例进行描述。图11示意性示出采用已应用了本公开的的串联式混合动力系统的混合动力汽车的配置的实例。串联式混合动力系统是通过使用由发动机操作的发电机处产生的电力或者从电池中临时提取的电力、利用电力驱动力变换器进行驱动的车辆。
安装在该混合动力汽车200上的是发动机201、发电机202、电力驱动力变换器203、驱动轮204a、驱动轮204b、轮205a、轮205b、电池208、车辆控制装置209、各种传感器210和充电端口211。根据本公开的上述蓄电系统应用于电池208。单个或多个蓄电系统可以应用于其上。
混合动力汽车200利用电力驱动力变换器203作为驱动源进行驱动。电力驱动力变换器203的实例是电动机。电力驱动力变换器203由电池的电力启动,且该电力驱动力变换器203的扭矩传递到驱动轮204a和204b。注意,在适当情况下采用直流电-交流电(DC-AC)或逆变换(AC-DC转换),从而驱动力变换器203可应用至交流电动机或直流电动机。各种传感器210通过车辆控制装置209控制发电机的转数,或控制未示出的节流阀(油栅极开度角)的开度。各种传感器210包括速度传感器、加速度传感器、发电机转数传感器等。
发动机201的扭矩传递到发电机202,且在发电机202处产生的电力可以通过该扭矩积累在电池208中。
在混合动力汽车通过未示出的制动机制减速的情况下,其减速时的阻力应用于电力驱动力变换器203作为扭矩,且电力驱动力变换器203处产生的再生电力通过该扭矩积累在电池208中。
电池208连接至混合动力汽车的外部电源,从而电池208可通过作为输入端口的充电端口211接收来自外部电源的电源,并积累所接收的电力。
虽然没有在图中示出,但是可设置信息处理装置,其基于与二次电池相关的信息执行与车辆控制相关的信息处理。该信息处理装置的示例包括基于与电池的剩余容量相关的信息执行电池剩余容量的显示的信息处理装置。
注意,目前已经关于串联混合动力汽车作为实例进行了描述,其使用在运行发动机(engine)的发电机(power generator)处产生的电力或其从电池中临时提取的电力,并利用电动机(motor)进行驱动。然而,本公开可以有效地应用到采用发动机输出和电动机输出这两者作为驱动源的并联式混合动力汽车,并且适当地切换和使用以下三种方法:由发动机单独驱动,由电动机单独驱动,以及由发动机和电动机驱动。此外,本公开可以有效地应用至电动摩托车,其在不使用发动机的情况下通过根据驱动电动机的驱动进行驱动。
注意,本公开也可以有以下的配置。
在一实施方式中,电池系统包括电池单元和控制装置,电池单元包括多个单电池,控制装置包括电源启动单元。电源启动单元被配置为从多个单电池接收电压,并且响应于由多个单电池供应的电压提供控制信号。
在一实施方式中,电池系统还包括将电池单元连接到控制装置的正电源线和负电源线。
在电池系统的实施方式中,电源启动单元包括连接至正电源线和负电源线的串联电路。
在电池系统的实施方式中,电源启动单元通过电源启动单元开关进一步连接到负电源线,且电源启动单元开关被配置为启用或禁用从电池单元至电源启动单元的电压供应。
在电池系统的实施方式中,串联电路包括电阻和齐纳二极管。
在电池系统的实施方式中,电源启动单元还包括交流耦合电容。
在电池系统的实施方式中,电源启动单元被配置为使得电阻和齐纳二极管之间的连接点处产生的串联电路电压可通过交流耦合电容来供应,以产生从电源启动单元供应的控制信号。
在电池系统的实施方式中,控制信号被提供至操作控制单元。
在电池系统的实施方式中,控制装置还包括操作控制单元。
在电池系统的实施方式中,控制装置还包括控制电源单元,且操作控制单元被配置为将控制电源单元的状态在工作状态和非工作状态之间变换。
在电池系统的实施方式中,操作控制单元包括第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件,并且在工作状态下,第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件中的至少一个接通,并且在非工作状态下,第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件都关断。
在电池系统的实施方式中,操作控制单元基于从电源启动单元输出的作为施加至第一操作控制单元开关元件的第一控制信号以及施加至第二操作控制单元开关元件的第二控制信号的控制信号而运行。
在电池系统的实施方式中,控制装置还包括比较器,其被配置为确定电源电压是否已经从电源供应至正电源线的端子和负电源线的端子。
在电池系统的实施方式中,控制装置还包括比较器串联电路,其包括电阻和可变电阻,比较器串联电路连接在正电源线的端子和负电源线的端子之间。在该实施方式中,比较器包括被配置为接收电阻和可变电阻之间的连接点处产生的比较器串联电路电压的比较器正输入端子,和被配置为接收基于所述电源电压的参考电压的比较器负输入端子。此外,比较器被配置为基于参考电压和比较器串联电路电压的比较输出高电平比较输出或低电平比较输出。
在电池系统的实施方式中,控制装置还包括连接至操作控制单元的第一开关和连接至电源电压的第二开关,且由位于第一开关和第二开关之间的第一二极管以及位于第一开关和比较器的输出端子之间的第二二极管形成或(OR)电路。
在电池系统的实施方式中,控制装置还包括连接在操作控制单元和比较器的输出端子之间的第一开关。
在另一实施方式中,控制装置包括电源启动单元,其被配置为从包括多个单电池的电池单元接收电压,且响应于由多个单电池提供的电压来提供控制信号,其中,电压接收自多个单电池。
在一实施方式中,控制装置还包括将电池单元连接至控制装置的正电源线和负电源线。
在一实施例中,电源启动单元包括连接至正电源线和负电源线的串联电路。
在控制装置的实施方式中,电源启动单元还通过电源启动单元开关连接至负电源线,且电源启动单元开关被配置为启用或禁用从电池单元至电源启动单元的电压供应。
在控制装置的实施方式中,串联电路包括电阻和齐纳二极管。
在一实施方式中,电源启动单元还包括交流耦合电容。
在控制装置的实施方式中,电源启动单元被配置为使得在电阻和齐纳二极管之间的连接点处产生的串联电路电压可通过交流耦合电容来提供,以生成从电源启动单元提供的控制信号。
在控制装置的实施方式中,控制信号被提供至操作控制单元。
在一实施方式中,控制装置还包括操作控制单元。
在一实施方式中,控制装置还包括控制电源单元,且操作控制单元被配置为将控制电源单元的状态在工作状态和非工作状态之间变换。
在控制装置的实施方式中,操作控制单元包括第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件,并且在工作状态下,第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件中的至少一个接通,并且在非工作状态下,第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件都关断。
在控制装置的实施方式中,操作控制单元基于从电源启动单元输出的作为施加于第一操作控制单元开关元件的第一控制信号以及施加于第二操作控制单元开关元件的第二控制信号的控制信号而运行。
在一实施方式中,控制装置还包括比较器,其被配置为确定电源电压是否已经从电源供应至正电源线的端子和负电源线的端子。
在一实施方式中,控制装置还包括比较器串联电路,其包括电阻和可变电阻,比较器串联电路连接在正电源线的端子和负电源线的端子之间。在该实施方式中,比较器包括:被配置为接收电阻和可变电阻之间的连接点处产生的比较器串联电路电压的比较器正输入端子;以及被配置为接收基于电源电压的参考电压的比较器负输入端子。此外,比较器被配置为基于参考电压和比较器串联电路电压的比较输出高电平比较输出或低电平比较输出。
在一实施方式中,控制装置还包括连接至操作控制单元的第一开关和连接至所述电源电压的第二开关,且其中,由位于第一开关和第二开关之间的第一二极管以及位于第一开关和比较器的输出端子之间的第二二极管形成或(OR)电路。
在一实施方式中,控制装置还包括连接在操作控制单元和比较器的输出端子之间的第一开关。
在另一实施方式中,一种启动蓄电系统的方法,包括:开始从包括多个单电池的电池单元到电源启动单元的电压供应,该电压由多个单电池提供。
在一实施方式中,启动蓄电系统的方法还包括:启动对蓄电系统的供电。
在一实施方式中,启动蓄电系统的方法还包括:关断连接在电池单元和电源启动单元之间的电源启动单元开关,且接通连接在操作控制单元和电源之间的第一开关。
在一实施方式中,操作控制单元连接至电源启动单元,且操作控制单元包括第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件。在该实施方式中,该方法还包括:响应于由电源启动单元产生的第一控制信号,接通第一操作控制单元开关元件。
在一实施方式中,控制电源单元连接至操作控制单元,且该方法还包括:响应于通过操作控制单元在控制电源单元的初级侧上产生的电压,将控制电源单元的操作状态变换为工作状态,将控制电源单元的初级侧上的电压变换至控制电源单元的次级侧,并且基于来自控制电源单元的次级侧的电压的供应来启动控制单元。
在一实施方式中,启动蓄电系统的方法还包括:基于来自控制单元的信号接通放电控制开关,从而产生第二控制信号。
在一实施方式中,启动蓄电系统的方法还包括:将第二控制信号提供至第二操作控制单元开关元件,并且响应于第二控制信号,接通第二操作控制单元开关元件,并将来自电池单元的电压提供至控制电源单元。
在一实施方式中,启动蓄电系统的方法还包括:在预定时间段后,关断第一操作控制单元开关元件,从而保持操作控制单元的工作状态。
在另一实施方式中,停用蓄电系统的方法包括:停止从包括多个单电池的电池单元到电源启动单元的电压供应,该电压由多个单电池供应。
在一实施方式中,停用蓄电系统的方法还包括:停止对蓄电系统的供电。
在一实施方式中,停用蓄电系统的方法还包括:接通连接在电池单元和电源启动单元之间的电源启动单元开关,并关断连接在操作控制单元和电源之间的第一开关。
在一实施方式中,操作控制单元连接至电源启动单元,且操作控制单元包括第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件。在该实施方式中,停用蓄电系统的方法还包括:停止对第二操作控制单元开关元件供应第二控制信号。
在一实施方式中,控制电源单元连接至操作控制单元。在该实施方式中,该方法还包括,响应于对第二操作控制单元开关元件供应第二控制信号的停止,关断第二操作控制单元开关元件,从而将控制电源单元的操作状态变换至非工作状态。
在一实施方式中,停用蓄电系统还包括,响应于控制电源单元的操作状态变换至非工作状态,停止从控制电源单元至控制单元供应电源电压。
在另一实施方式中,一种电动车辆,包括电池系统和转换器,电池系统包括具有多个单电池的电池单元以及控制装置,控制装置包括电源启动单元,电源启动单元被配置为从多个单电池接收电压,并响应于由多个单电池提供的电压提供控制信号,转换器被配置为接收来自电池系统的电力供应,并将电力供应至电动车辆的组件。
在一实施方式中,电动车辆还包括将电池单元连接到控制装置的正电源线和负电源线。
在电动车辆的实施方式中,电源启动单元包括连接至正电源线和负电源线的串联电路。
在电动车辆的实施方式中,电源启动单元还通过电源启动单元开关连接至负电源线,且电源启动单元开关被配置为启用或禁用从电池单元至电源启动单元的电压供应。
在电动车辆的实施方式中,串联电路包括电阻和齐纳二极管。
在电动车辆的实施方式中,电源启动单元还包括交流耦合电容。
在电动车辆的实施方式中,电源启动单元被配置为使得电阻和齐纳二极管之间的连接点处产生的串联电路电压可通过交流耦合电容来提供,以生成由电源启动单元提供的控制信号。
在电动车辆的实施方式中,控制信号被提供至操作控制单元。
在电动车辆的实施方式中,控制装置还包括操作控制单元。
在电动车辆的实施方式中,控制装置还包括控制电源单元,且操作控制单元被配置为将控制电源单元的状态在工作状态和非工作状态之间变换。
在电动车辆的实施方式中,操作控制单元包括第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件,且在工作状态下,第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件中的至少一个接通,且在非工作状态下,第一操作控制单元开关元件和第二操作控制单元开关元件都关断。
在电动车辆的实施方式中,操作控制单元基于从电源启动单元输出的作为施加于第一操作控制单元开关元件的第一控制信号以及施加于第二操作控制单元开关元件的第二控制信号的控制信号而运行。
在电动车辆的实施方式中,控制装置还包括比较器,其被配置为确定电源电压是否已经从电源供应至正电源线的端子和负电源线的端子。
在电动车辆的实施方式中,控制装置还包括比较器串联电路,其包括电阻和可变电阻,比较器串联电路连接在正电源线的端子和负电源线的端子之间。在该实施方式中,比较器包括:比较器正输入端子,其被配置为接收电阻和可变电阻之间的连接点上产生的比较器串联电路电压;以及比较器负输入端子,其被配置为接收基于电源电压的参考电压。此外,比较器被配置为基于对参考电压和比较器串联电路电压的比较而输出高电平比较输出或低电平比较输出。
在电动车辆的实施方式中,控制装置还包括连接至操作控制单元的第一开关和连接至电源电压的第二开关,且
其中,由位于第一开关和第二开关之间的第一二极管以及位于第一开关和比较器的输出端子之间的第二二极管形成或(OR)电路。
在电动车辆的实施方式中,控制装置还包括连接在操作控制单元和比较器的输出端子之间的第一开关。
本申请包含与在2011年7月8日提交至日本专利局的日本在先专利申请JP 2011-151742中公开的主题相关的主题,其全部内容通过引用并入本文。
本领域技术人员应理解,在所附权利要求或其等同物的范围内,可根据设计需要和其它因素,进行各种修改、组合、子组合和替换。