CN103367689A - 电池组以及电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于即使是由具备保险丝的多个电池模块构成的电池组，也能够提供抑制了大型化的电池组。为了解决上述课题，因此，本发明的电池组的特征在于，至少具备2个电池模块，该电池模块将电池单元、和与该电池单元串联连接的第一保险丝收纳于筐体，设置于一个电池模块的正极端子与设置于其他电池模块的负极端子经由第二保险丝进行连接，与所述第一保险丝相比，所述第二保险丝的额定电压大。

Description

电池组以及电池系统
技术领域
本发明涉及安装有保险丝的电池系统。
背景技术
近年来，进行开发的电池系统能够用在各种各样的用途中，根据使用目的不同，电池系统的规模也将不同。尤其是，在为实现服务器中心等的负载变动抑制、停电对策、以及使铁道的再生电力吸收系统、可再生能源系统、原子能发电所等大规模系统实现安定化而使用的电池系统将成为大规模的结构。该大规模的电池系统是由将多个所使用的最小单位即电池模块串联连接来构成电池组，再将这些电池组并联连接多个。另外，这样的大规模的电池系统是以长时间使用为前提，因此，前提还需进行维护。
上述维护是通过诸如对当前使用中的电池模块的劣化状态进行检查，判断该电池模块是否接近使用界限或者是否超过使用界限来进行的。此时将接近使用界限或者超过了使用界限的电池模块换掉。另一方面，如专利文献1所示那样，对于以更换为前提的这些电池模块，为了保护电池模块在更换时不发生因误布线而产生的过电流、过电压，设置有可耐受系统最大电压的保险丝。
专利文献1：JP特开2010-122194号公报
但是，专利文献1所记载的发明中，必需在模块内安装耐压大的保险丝，在构筑大规模的电池系统时，将导致电池模块自身体积增大，进而存在电池系统自身大型化这样的课题。
发明内容
由此，本发明的目的在于即便是由具备保险丝的多个电池模块构成的电池系统，也能够提供抑制了大型化的电池组。
为了解决上述课题，本发明的电池组至少具备2个以上的电池模块，该电池模块将电池单元和与该电池单元串联连接的第一保险丝收纳于筐体，所述电池组的特征在于，设置于一个电池模块的正极端子与设置于其他电池模块的负极端子经由第二保险丝进行连接，所述第二保险丝的额定电压比所述第一保险丝的额定电压大。
而且，为了解决上述课题，本发明的电池系统的特征在于，将多个所述电池组并联连接，且具有分别与该多个电池组对应的电阻元件。
发明效果
通过实施本发明，即使是由具备保险丝的多个电池模块构成的电池组，也能够抑制大型化。
附图说明
图1是与本发明所涉及的发电系统相关的图。
图2是本发明所涉及的电池系统201的框图。
图3是本发明所涉及的电池模块30的电路图。
图4是表示本发明所涉及的电池模块30的构成的图。
图5是本发明所涉及的电池系统201的电路图。
图6是本发明所涉及的电池组40的立体图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，利用附图进行说明。首先，先利用图1对本发明所涉及的发电系统进行说明。发电系统101具有：发电装置103、电力系统102、将该电力系统102与发电装置103连接的电线105、经由逆变器104与该电线105连接的电池系统201。发电装置103诸如是风力发电、水力发电、太阳能发电、或其他的发电设备等。
电池系统201在发电装置103发出了的发电量比电力系统102所请求的电力来说过剩的情况下将过剩发出的电力用于进行充电，并且相反地，在发电装置103发出了的发电量比电力系统102所请求的电力要少时进行放电，由此，实现电力的安定供给。此外，电池系统201进行充放电的情况下，通过逆变器104进行交流-直流/直流-交流变换来进行电力的接受/供给。
接下来，图2表示电池系统201的框图。本发明所涉及的电池系统201具有电池块50，将最小的单位设为电池模块30，电池组40具有多个电池模块30，电池块50具有多个电池组40。
根据电池模块30的构成，具体进行说明。电池模块30具有：多个电池单元群20、对电池单元群20的电池信息(例如，电池单元的电流信息/电压信息/温度信息/充电状态等)进行收集的单元控制装置(CCU)210、以及电池模块控制装置(BMCU)31。此外，该单元控制装置210也进行后述的电池单元间的平衡控制。单元控制装置210所收集的电池信息将发送给电池模块控制装置(BMCU)31。接下来，在电池模块控制装置(BMCU)31中，对电池模块30内的电池单元群20的平均充电状态进行计算，在之前的电池信息上附加电池单元群20的平均充电状态的电池信息，并向上位的电池组控制装置(BPCU)230发送电池信息。
电池组40具有多个电池模块30、以及电池组控制装置230。电池组控制装置230对于从各电池模块控制装置31输出的电池信息进行收集，计算将存在于电池组40内的电池模块30的充电状态实施平均而得到的电池模块30的平均充电状态的信息。接下来，在从电池模块控制装置31中所得到的电池信息上附加多个电池模块30的平均充电状态的信息，进而向上位的电池块控制装置240输出电池信息。
电池块50具有多个电池组40、以及电池块控制装置240。电池块控制装置240对于从各电池组控制装置230输出的电池信息进行收集，计算将存在于电池块50内的电池组40的充电状态实施平均得到的电池组40的平均充电状态的信息。接下来，在从电池组控制装置230所获得的电池信息上附加多个电池组40的平均充电状态的信息，进而向上位的系统控制装置250输出电池信息。此外，说明中设电池块50中具有多个电池组40，但构成电池块50的电池组40也可以是1个。在该情况下，电池块控制装置240将从电池组控制装置230输出的电池信息原样不变地向系统控制装置250输出。
本发明中，这样地以多个层次对电池的状态进行监视，因此，成为安全性高的电池系统201。另外，本发明所涉及的电池模块30、电池组40以及电池块50均能够以各自的单位进行更换，因此，成为维护性优良的电池系统。
接下来，利用图3对具体的电池模块30的电路构成进行说明。电池模块30中，设置有将多个电池单元群20串联连接而形成的电源电路25、和与该电源电路串联连接的保险丝32。
保险丝32的没有与电源电路25相连接的一侧与正极侧端子1连接，与配置在该电池模块30的外部的其他的设备(也包含其他电池模块30)连接。
另一方面，电源电路25的负极侧与负极侧端子2连接，该负极侧端子2也与其他的设备(也包含其他电池模块30)连接。
电池单元群20构成为：多个电池单元Bn1、Bn2…BnX(n为比1大的数，是电池单元群20进行串联连接的数。X是单元电池的数量。)并列设置多个。另外，与该电池单元群20并联连接有电阻元件21以及开关元件22。该电阻元件21以及开关元件22例如在电池单元B11、B12…B1X间的电压、充电状态上出现偏差时，进行该电池单元B11、B12…B1X间的平衡。
单元控制装置210取得各电池单元Bn1、Bn2…BnX的电池信息，并向电池模块控制装置31输出。电池模块控制装置31根据从各单元控制装置210中输出的电池信息，对各电池单元的充电状态(SOC)进行运算，并将该充电状态的信息向单元控制装置210输出。例如，在单元控制装置210监视中的电池单元群20内的各电池单元Bn1、Bn2…BnX间的充电状态之差成为了10％以上时，接受到该充电状态的信息的单元控制装置210输出使开关元件22设为导通状态的信号，来进行各电池单元Bn1、Bn2…BnX间的平衡。
并且，利用图4，对多个电池模块30串联连接而形成的构成进行说明。此外，在图4中，为了使说明简单化，利用将3个电池模块30a、30b、30c串联连接的构成，进行说明，但关于该电池模块30的串联数量并不限定于该数量。
如图3中说明的那样，电池模块30在筐体35的内部具有电源电路25以及与该电源电路25串联连接的保险丝32。而且，在该筐体35设置有正极侧端子1以及负极侧端子2。
在此，具体而说，以电池模块30b为中心，对于与各电池模块30a以及30c的连接进行说明。电池模块30b的正极侧端子1与相邻的电池模块30a的负极侧端子2间，经由保险丝33(33a)，利用汇流线等的连接线34而进行连接。另外，该电池模块30b与相邻的电池模块30c，也通过与上述电池模块30b和电池模块30a间的连接相同的构成来进行连接。
该保险丝33较设置于电池模块30内部的保险丝32来说成为高耐压，体积比保险丝32要大。由此，通过将比保险丝33的耐压(额定电压)低的保险丝32设置于电池模块内部，能够确保必要最低限的电池模块30的安全性，且较之在电池模块30内部设置高耐压的保险丝的情况，能够实现小型化。另外，在构成为对电池模块30设置小型保险丝32的基础上，通过将高耐压、即额定电压高的保险丝33设置于电池模块30之间，能够在充分确保作为电池系统的安全的基础上，使电池模块30小型化。
而且，通过使高耐压的保险丝33以比低耐压的保险丝32低的电流进行熔断，能够形成在异常时先使高耐压的保险丝32断路这样的构成。通过该构成，即使电池系统发生异常或维护者进行误布线的情况下，能够使配置于电池模块30外部的保险丝33熔断，因此，能够不用更换电池模块30本身而仅更换保险丝33即可，能够进一步提高维护性。
此外，低耐压保险丝32的耐压(额定电压)设为电池模块30的最大电压以上，例如在电池模块单体存在外部短路的情况下进行熔断，将熔断电流(额定电流)设为以电池模块30的设计上的最大电流的2倍以上为目标的电流来进行熔断。作为一个示例，关于低耐压保险丝32的耐压(额定电压)以及熔断电流(额定电流)，在电池模块30的最大电压为30V的情况下，额定电压设为30V以上，在电池模块30的设计上的最大电流为20A的情况下，熔断电流(额定电流)设为40A以上。
而另一方面，高耐压保险丝33的耐压(额定电压)设为电池组40的最大电压以上，例如在电池系统运用上存在过负载的情况下进行熔断，将熔断电流(额定电流)设为电池组40的设计上的最大电流以上且小于低耐压保险丝的额定电流的电流来进行熔断。作为一个示例，关于高耐压保险丝33的耐压(额定电压)以及熔断电流(额定电流)，在电池组40的最大电压为480V的情况下，额定电压设为480V以上，在电池组40的设计上的最大电流为20A的情况下，熔断电流(额定电流)设为20A以上且小于40A。
如果采用这样的构成，如上所述，作为电池系统整体，能够提高维护性且实现小型化，并且能够确保安全性。
接下来，利用图5对电池系统201的电路构成进行说明。图5是表示将多个具有由多个电池模块30构成的电池组40的电池块50进行并联连接而形成的电池系统201的图。
首先，关于电池块50的构成进行说明。电池块50具有电池组40、以及与该电池组40串联连接的预充电电路55。另外，电池块50相互并联连接，经由开关体251与逆变器104的正极侧连接，经由开关体252与逆变器104的负极侧连接。
预充电电路55由开关元件51、与该开关元件51并联连接的电阻元件52以及开关元件53构成。在与其他的电池块50之间的充电状态、电压存在有偏差的情况下，该预充电电路55将开关体251以及开关体252设为截止状态，并且通过暂且维持使开关元件51为截止状态且使开关元件53为导通状态的期间，能够利用平衡电流，来降低各电池块50间的充电状态、电压的偏差。
另外，在电池块50中，还具有与各电池组40对应地串联连接的开关元件54a1(54a)、54a2(54a)…54an(54a)(n为电池块50内的电池组40的并联数)。在各电池组40发生了问题的情况下，通过将与发生了问题的电池组40对应的开关元件54a设为开状态，能够实现与其他的电池组40之间的切离。另外，通过设为这样的构成，即使在实施维护时，通过将开关元件54a设为开状态，也能够防止对电池组40施加过电压。由此，在电池组40的维护时，能够既确保作业上的安全性，而且，作为电池系统整体，能够通过保险丝32以及33实现双重保护，能够更进一步提高安全性与维护性。
最后，图6表示电池组40的立体图。电池组40具有用于搭载多个电池模块30的模块搭载台座120、电池组控制装置230以及用于设置这些部件的电池架110。此外，在本实施方式中，电池组控制装置230配置在电池架110的下部，但也可以配置在上部。另外，电池模块30各自相互靠紧地配置，由此，将高耐压的保险丝33设置于模块的筐体35外部，从而利用小型化的电池模块30，作为电池组40整体，能够实现更进一步的小型化。此外，即使不完全使电池模块30彼此靠紧而留有若干间隙，电池模块30自身成为了小型，因此，电池组40也能够成为小型。
多个电池模块30与相互相邻的电池模块30，经由连接线34而连接。此时，如图6所示，构成为按照1个电池模块30a的负极侧端子2与相邻的电池模块30b的正极侧端子1彼此相邻的方式进行配置来连接各电池模块时，保险丝33配置于电池模块30的上部侧的情况与配置于电池模块下部侧的状态成为在相对于与模块搭载台座120的搭载面大致平行的方向上进行交替。通过这样地配置，能够使小型化的电池模块靠紧地配置，即使是省空间化的电池组40，也能够充分确保在对保险丝33进行更换时的作业空间。由此，能够提供在使电池模块30小型化且作为电池组40整体还实现了小型化的基础上提高了维护性以及安全性的电池系统。
标号说明
1        正极侧端子
2        负极侧端子
30       电池模块
32、33   保险丝
34       连接线
40       电池组
110      电池架
120      模块搭载台座
230      电池组控制装置

Claims (7)

1.一种电池组，至少具备2个以上的电池模块，该电池模块将电池单元和与该电池单元串联连接的第一保险丝收纳于筐体，所述电池组的特征在于，
设置于一个电池模块的正极端子与设置于其他电池模块的负极端子经由第二保险丝进行连接，
所述第二保险丝的额定电压比所述第一保险丝大。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，
所述第二保险丝以比所述第一保险丝发生熔断的电流要小的电流进行熔断。
3.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于，
所述电池组具有用于搭载所述2个以上的电池模块的台座，
按照所述一个电池模块的正极端子与所述其他电池模块的负极端子在与所述台座大致平行的位置上排列的方式，该一个电池模块以及该其他电池模块相邻地进行排列。
4.根据权利要求3所述的电池组，其特征在于，
所述一个电池模块与所述其他电池模块相互靠紧地搭载于所述台座。
5.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于，
所述第二保险丝的额定电压为该电池组的最大电压以上。
6.根据权利要求5所述的电池组，其特征在于，
所述第一保险丝发生熔断的电流是所述电池模块的最大电流的2倍以上。
7.一种电池系统，其特征在于，
并联连接多个权利要求5所述的电池组，
所述电池系统具有与该多个电池组的每个电池组对应的电阻元件。
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